JP2022133122A - 照射装置及び紫外光線殺菌システム - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線照射範囲をＶＣＳＥＬ素子による赤外線照射範囲がカバーすることができ、且つ、紫外線照射範囲を確認することができる照射装置を提供する。【解決手段】本発明における照射装置は、深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子とを備え、深ＵＶ素子から出射する紫外光線の照射範囲をＶＣＳＥＬ素子から出射する赤外光線の照射範囲がカバーする。【選択図】図２

Description

本発明は紫外光線の照射することによって細菌やウイルスなどを殺菌する照射装置および紫外光線殺菌システムに関する。

従来から紫外線を照射することによって細菌やウイルスなどを殺菌する方法が知られている。従来の紫外線照射による殺菌とその確認方法としては、殺菌したい場所に、紫外線への曝露に起因して発光するインジケーターを予め貼付し、紫外線照射後のインジケーターの発光により発光部周辺を含めて殺菌済みであることを推定するものがある。（特許文献１参照）。

特開２０１９－４８０２９号公報

特許文献１に記載されたウイルスの殺菌方法によれば、インジケーターの発光により殺菌箇所を確認することができる。しかしながら、インジケーターを殺菌対象物に貼付する作業が煩雑であり、コスト増加になる。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、紫外光線による殺菌箇所および殺菌済み箇所を容易に確認することができる照射装置及び紫外光線殺菌システムを提供することを目的とする。

本発明に係る照射装置は、深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子を備え、深ＵＶ素子から出射する紫外光線の照射範囲をＶＣＳＥＬ素子から出射する赤外光線の照射範囲がカバーする。

また、本発明に係る照射装置は、前記深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子が実装される基体と、深ＵＶ素子から出射する紫外光線を集光する集光部と、前記ＶＣＳＥＬ素子の出射面の上方に配置される赤外光線の拡散部と、を備える。

さらに、本発明に係る紫外光線殺菌システムは、殺菌対象物に紫外光線を照射する紫外光線殺菌システムであって、紫外光線を出射する深ＵＶ素子と、紫外光線の照射範囲をカバーする赤外光線を出射するＶＣＳＥＬ素子とを有する照射装置を備える。前記紫外光線殺菌システムは、前記ＶＣＳＥＬ素子から殺菌対象物に赤外光線パルスを照射し、赤外光線パルスが往復する時間差若しくは位相差をイメージセンサで検出し、殺菌対象物との間の距離を測ると共に検出された測距信号に基づいて空間認識を行うＴＯＦシステムをさらに備え、前記ＴＯＦシステムの３次元的な情報に基づいて赤外光線の照射範囲を３Ｄマッピングすることにより可視化する。

本発明に係る照射装置によれば、深ＵＶ素子から出射する紫外光線の照射範囲をＶＣＳＥＬ素子から出射する赤外光線の照射範囲がカバーしているので、紫外光線の照射によって殺菌された範囲がＶＣＳＥＬ素子から出射された赤外光線によって容易に確認することができ、従来のようにインジケーターを貼付する煩わしい作業を回避できる。

また、本発明に係る照射装置によれば、ＶＣＳＥＬ素子から出射された赤外光線を紫外光線に重ねることで、紫外光線により殺菌された範囲を立体的に捉えることができるので、殺菌済み箇所をより確実に確認することができる。

また、本発明に係る照射装置によれば、一つの基体内に深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子を収納してパッケージ化しているので、装置の小型化が図られる。

さらに、本発明に係る紫外光線殺菌システムによれば、照射装置によって赤外光線の照射範囲を３Ｄマッピングの作成により立体的に可視化できるので、紫外光線の照射による殺菌を容易に確認することができる。

本発明の第１実施形態に係る照射装置の断面図である。 前記照射装置による出射光線の照射範囲を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る照射装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る照射装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る照射装置の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る照射装置の断面図である。 本発明に係る照射装置を用いた殺菌手段の概念図である。 本発明に係る照射装置を用いた殺菌方法のフローチャート図である。 殺菌済み箇所を３Ｄマッピングで表した室内図である。

以下、本発明の照射装置について、図面を参照しながら各実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、照射装置、照射装置の構成部材および照射装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実寸の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特に断らない限り、便宜上、図１に示す照射装置の向きを基準に、上下などの方向を表わす。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。なお、以下の実施形態では、殺菌対象物に紫外光線を照射し殺菌対象物を殺菌すると同時に、紫外光線の照射範囲を空間認識・測距する手段を有する紫外光線殺菌システムについて説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２には本発明の第１実施形態に係る照射装置１が示されている。この照射装置１は、平板状の底板７及びこの底板７の周囲を取り囲む枠板８を備える基体６と、基体６の底板７上に載置される深ＵＶ素子３及びＶＣＳＥＬ素子２と、深ＵＶ素子３の上方に配置され深ＵＶ素子３から出射される紫外光線を集光する集光部５（集光レンズ）と、前記ＶＣＳＥＬ素子２の上方に配置され出射される赤外光線を拡散する拡散部４（拡散レンズ）と、を備えている。

前記基体６を構成している底板７は、絶縁性と放熱性を備えたセラミック材料が好ましいが、適切な放熱設計を施した樹脂材料でもよい。底板７の材質としては、セラミック材料ではアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、もしくは窒化アルミニウム(ＡｌＮ)がしばしば用いられる。また、底板７が樹脂材料である場合、リジッド（rigid）と呼ばれる硬いものでも良いし、フレキシブル（flexible）と呼ばれる柔軟なものでも可能である。上面の平面度を保つためにはリジッドがより好ましい。なお、この実施形態において、底板７は矩形状に形成されている。また、底板７の大きさは適宜設定可能である。底板７の上面にはプリント回路１０が配線されている。そして、プリント回路１０の一方の電極１０ａには深ＵＶ素子３が接続され、他方の電極１０ｂにはＶＣＳＥＬ素子２が接続されている。プリント回路１０の一方の電極１０ａは正と負の２つの電極で構成してもよく、他方の電極１０ｂは正と負の２つの電極で構成してもよい。一方の電極１０ａと他方の電極１０ｂは電気的に接続せず、それぞれ独立した回路になっていてもよい。上記プリント回路１０は、外部部材との電気的接続を図るリード電極１１に接続されている。プリント回路１０とリード電極１１は、図１を平面視したとき、プリント回路１０とリード電極１１のそれぞれの一部に重なる位置の底板７に貫通孔を設け、この貫通孔に底板７の厚さ方向の電気的接続を行う導電部材を配置して接続してもよい。

前記深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２は、前記底板７上に隣接して配置されている。このように一つの基体６の中に深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２を一緒に収めることにより照射装置１の小型化が可能となる。すなわち、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２を個別部品で実装する場合と比較して、ワンパッケージ化することにより配線の簡素化や実装面積を削減できる等の効果がある。

前記基体６を構成している枠板８は、底板７の周囲を取り囲むように、底板７の外周縁に沿って設けられている。底板７の周囲を枠板８が取り囲むことで、基体６には前記深ＵＶ素子３及びＶＣＳＥＬ素子２などの発光ユニットを収容する内部空間６ａが形成される。内部空間６ａの容積を確保するために、枠板８の壁厚は薄い方が望ましい。また、枠板８は遮光性を備えていることが好ましく、樹脂材料又は金属材料などを用いることができる。枠板８は、上下面が平面かつ平行に形成されていることより、基体６の内部空間６ａの密閉性を確保することができる。また、枠板８の上部に載置される集光レンズ５や拡散レンズ４との間の密着性も確保することができる。すなわち、枠板８は底板７上に同一高さで設定されている。なお、枠板８の高さは内部空間６ａに配置される深ＵＶ素子３やＶＣＳＥＬ素子２、その他の電子部品などの高さ寸法に合わせて変更可能である。また、枠板８は、底板７と一体構造であってもよい。一体構造であれば組付け性が向上する。さらに、底板７とは別体であってもよい。別体の場合には、底板７や枠材８の材料を選択する際の自由度が増すことになる。

前記基体６に実装される深ＵＶ素子３は、殺菌効果の高い紫外光線を出射する発光素子として用いられ、ランバーシアンに近い比較的広い光の指向性をもつ。紫外光線としては、波長１００～４００ｎｍの目に見えない光を採用することができる。具体的には、紫外線A(UVA) 315～400nm、紫外線B(UVB) 280～315nm、紫外線C(UVC) 10～280nmを用いることができる。本実施形態では、殺菌効果が高い深紫外線として波長領域１００～２８０ｎｍの光を例示するが、これは一例であり、波長によっても除菌効果が変化するため、効果的な波長の深紫外線を選択することができる。

本実施形態に係る照射装置１は、その殺菌対象が特に限定されない。衣類、タオル、食器、調理器具、履物、コンタクトレンズ、哺乳瓶、おしゃぶりなどの日用品や衛生用品の殺菌が可能である。また、室内、浴室、トイレ、履物入れなどの設備品の殺菌、一般医療用機器、歯科用医療機器、手術用医療機器、検査用医療機器、医療用容器などの殺菌も可能である。さらに、空調機器、用水、廃水の殺菌などその適用範囲は幅広い。

紫外光線による殺菌の効果としては、殺菌時間が短いため対象物の変質が少ない点が挙げられる。また、熱や薬品による殺菌のように対象物を変質させることなく、菌やウイルスを瞬時に殺菌することが可能となる。さらに、残留性がないことで食品や食品用梱包材、食品用容器などの殺菌に最適である。

一方、深ＵＶ素子３に隣接して実装されるＶＣＳＥＬ素子２、すなわち垂直共振器型の面発光レーザ（vertical cavity surface emitting laser：ＶＣＳＥＬ）は、出射面２ａに対して垂直な方向にレーザ光を発振する半導体レーザである。ＶＣＳＥＬ素子２は比較的狭い光の指向性であり、出射面に対し垂直な出射方向の光は、垂直に対し片側１５度程度の光の指向性をもつ。本実施形態では、３次元計測の高精度化が可能なＶＣＳＥＬ２を照射装置１の光源として用いている。ＶＣＳＥＬ素子２は、微細なレーザ光を出射することで対象物との距離を測る素子であり、３次元計測に適しており小型化が容易である。照射装置１のＶＣＳＥＬ素子２から殺菌対象物１８に赤外光線パルスを照射し、赤外光線パルスが往復する時間差若しくは位相差をイメージセンサで検出して距離を測定し、ＴＯＦ（Time of Flight）システムで処理することにより、赤外光線とほぼ同一範囲を照射する紫外光線の照射範囲を可視化する。

前記深ＵＶ素子３の上方には、深ＵＶ素子３からの紫外光線を集光する集光レンズ５が配置され、また前記ＶＣＳＥＬ素子２の上方には、ＶＣＳＥＬ素子２からの赤外光線を拡散する拡散レンズ４が配置されている。

集光レンズ５と拡散レンズ４は枠板８を介して基体６に固定されており、基体６の内部空間６ａを閉塞している。また、集光レンズ５の下面５ａは平坦であり、深ＵＶ素子３の発光面３ａ（上面）と互いの面同士の平行を保った状態で対向している。

集光レンズ５は、図２に示されるように、深ＵＶ素子３の光軸Ｌ１上に頂部を有する凸レンズからなる。なお、集光レンズ５は凸レンズに限定されるものではなく、例えば、光学レンズの屈折機能を利用したものや、ミラーの反射機能を利用した反射部材を採用することができる。また、球面レンズや非球面レンズ、さらにはフレネルレンズなども用いることができる。球面レンズとしては、凸レンズのほかに凹レンズを用いることができる。また、深ＵＶ素子３の照射範囲に合わせて、広角タイプや挟角タイプの凸レンズを選択することもできる。

集光レンズ５に凸レンズを用いることにより、少ない光束を効果的に集光して光量を増し、集光レンズ５を使用しないときより強い光で殺菌対象範囲に照射することができ、殺菌効果を高められる。集光レンズ５は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの樹脂成形体によって形成することができるが、紫外光線を比較的よく透過する石英系のガラスにより形成されるのが好ましい。石英ガラスの場合には紫外光線の照射による劣化も抑えられる。

一方、拡散レンズ４は、ＶＣＳＥＬ素子２の上方に配置される平板状のレンズによって構成され、ＶＣＳＥＬ素子２の全体を覆っている。本実施形態では、マイクロメートル単位の大きさのレンズが連続して配置されたマイクロレンズを採用している。レンズの形状としては、球面や非球面を用いることができる。マイクロレンズを拡散レンズ４に用いることにより、微小な光源を効率よく拡散することが可能となり、紫外光線の照射範囲よりも広い範囲を赤外線照射することができる。拡散レンズ４の下面４ａは、集光レンズ５の下面５ａとほぼ面一であり、ＶＣＳＥＬ素子２の出射面２ａ（上面）と互いの面同士の平行を保った状態で対向している。なお、この実施形態では、拡散レンズ４が前記集光レンズ５と一体に形成されている。例えば、集光レンズ５を成形する際に凸レンズに平坦部を一体に成形し、この平坦部にマイクロレンズを刷り込んで拡散レンズ４を形成することができる。勿論、拡散レンズ４と集光レンズ５を別材料でそれぞれ形成することも可能である。その方がレンズを作り易く安価となる場合がある。

図２には、前記照射装置１において、深ＵＶ素子３による紫外光線の照射範囲１３とＶＣＳＥＬ素子２による赤外光線の照射範囲１２との関係が示されている。本実施形態では、紫外光線の照射範囲１３よりも赤外光線の照射範囲１２の方が大きく、赤外光線の照射範囲１２が紫外光線の照射範囲１３をカバーしている。照射範囲をカバーするとは、両方の照射範囲１３、１２が重なることを意味するが、必ずしも両者の照射範囲１３、１２が同一である必要はない。紫外光線３の照射範囲１３と赤外光線の照射範囲１２が等しい場合、また紫外光線の照射範囲１３が赤外光線の照射範囲１２よりも小さい場合、さらにその逆の場合も含むものである。すなわち、紫外光線の照射範囲１３と赤外光線の照射範囲１２が少なくとも一部で重なっていればよい。

図１及び図２で示したように、基体６の底板７上には深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２が隣接して配置される。深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２は、各素子の底面を直接底板７上に載置した状態で実装される。この状態で深ＵＶ素子３の光軸Ｌ１とＶＣＳＥＬ素子２の光軸Ｌ２は、互いに平行を保っている。この実施形態では、底板７上に隣接して配置される深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２との間には、各素子から集光レンズ５または拡散レンズ４に至るそれぞれの光学系に、互いの光線が干渉することを防ぐための部材が設置されていない。したがって、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２は、互いの光線による干渉を生じさせない範囲で近接させて配置することが望ましい。このように、深ＵＶ素子３の光軸Ｌ１とＶＣＳＥＬ素子２の光軸Ｌ２が互いに平行を保ち、且つ両者の光軸をより近づけることで、両者の照射範囲１３、１２を補正することなく、照射範囲１３、１２を互いにカバーすることができる。加えて、照射装置１のより小型化が実現できる。

前記深ＵＶ素子３から出射された紫外光線と、ＶＣＳＥＬ素子２から出射された赤外光線は、集光レンズ５及び拡散レンズ４に至るそれぞれの光学系において、互いの光線が干渉しないように出射される。すなわち、深ＵＶ素子３から出射された紫外光線が、ＶＣＳＥＬ素子２から拡散レンズ４に至る赤外光線の光学系に干渉しないように、集光レンズ５の下面５ａに入射する入射領域１３ａが設定される。一方、ＶＣＳＥＬ素子２から出射された赤外光線が、深ＵＶ素子３から集光レンズ５に至る紫外光線の光学系に干渉しないように、拡散レンズ４の下面４ａに入射する入射領域１２ａが設定される。このため、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２は、互いの光軸Ｌ１、Ｌ２が所定の間隔を保つようにして配置される。

また、この実施形態では、深ＵＶ素子３は、その出射面３ａがＶＣＳＥＬ素子２の出射面２ａより上方に位置するように配置されている。すなわち、深ＵＶ素子３の出射面３ａは、ＶＣＳＥＬ素子２の出射面２ａよりも光軸方向で集光レンズ５の下面５ａに近い位置にある。そのために、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２が隣接して配置されているにもかかわらず、深ＵＶ素子３から発光された紫外光線の入射領域１３ａは集光レンズ５内に収まり、拡散レンズ４の下面４ａにまで及ぶことがない。一方、ＶＣＳＥＬ素子２から発光された赤外光線の拡散レンズ４の入射領域１２ａは拡散レンズ４内に収まり、集光レンズ５の下面５ａにまで及ぶことがない。このように、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２は、ＶＣＳＥＬ素子２から拡散レンズ４に至る光学系に、深ＵＶ素子３から出射した紫外光線が干渉しないように配置されている。

上記照射装置１は、一方の光学系に他方の光線が干渉しないための隔壁を両素子の間に設けることなく、隣り合う光学系への光の漏れを防止できる。具体的には、深ＵＶ素子３の出射面３ａと、集光レンズ５の入射領域１３ａの端とを結ぶ境界軸Ｘが赤外光線の入射領域１２ａの外側にある。換言すると、深ＵＶ素子３の出射面３ａと、この出射面３ａに対応する前記入射領域１３ａの端とを結ぶ線Ｘが前記光軸Ｌ１に対してなす角度をθとしたとき、出射面３ａからレンズ下面５ａまでの距離をｈとすると、ｈ＝ｒ／ｔａｎθとなり、「光の広がり角度θ」と「集光レンズ５の半径」とから、出射面３ａから集光レンズ５の下面５ａまでの距離ｈを求めることができる。本実施形態によると、ｈ≦ｒ／ｔａｎθとなる位置に深ＵＶ素子３の出射面３ａを配置することにより、ＶＣＳＥＬ素子２の光学系との干渉を防ぐことができる。

このように、深ＵＶ素子３の光軸Ｌ１とＶＣＳＥＬ素子２の光軸Ｌ２が互いに接近した位置にあるにも拘わらず、深ＵＶ素子３から出射した紫外光線が拡散レンズ４に入射することがない。この結果、深ＵＶ素子３から出射された紫外光線が拡散レンズレンズ４内で拡散することがないため、殺菌対象物に対する紫外光線の照射範囲が明確になる。また、ＶＣＳＥＬ素子２が紫外光線によって劣化することもない。さらに、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２を近づけて配置できるので装置自体を小型化することができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子２から出射した赤外光線が集光レンズ５に入射することもない。

上記第１実施形態に係る照射装置１によれば、深ＵＶ素子３から出射する紫外光線の照射範囲１３をＶＣＳＥＬ素子２から出射する赤外光線の照射範囲１２がカバーしているので、紫外光線の照射によって殺菌された範囲がＶＣＳＥＬ素子２から出射された赤外光線によって容易に確認することができる。また、ＶＣＳＥＬ素子２から出射された赤外光線を紫外光線に重ねることで、紫外光線により殺菌された範囲を立体的に捉えることができるので、殺菌済み箇所をより確実に確認することができる。

（第２実施形態）
図３には本発明の第２実施形態に係る照射装置２０が示されている。この照射装置２０は、深ＵＶ素子３がスペーサ９を介して配置されている点を除いて、第１実施形態に係る照射装置１と同一の構成からなる。したがって、同一の構成には同一の符号を用いることで詳細な説明を省略する。

スペーサ９は所定の厚みを有する四角形状の平板からなり、下面９ｂが基体６の底板７に接するように配置される。スペーサ９の高さは、その上面９ａに載置される深ＵＶ素子３の大きさによって調整されるが、深ＵＶ素子３の出射面３ａから集光レンズ５の下面５ａまでの距離ｈが、ｈ＜ｒ／ｔａｎθとなるように調整されるのが好ましい。この実施形態では、スペーサ９の上面９ａが深ＵＶ素子３の出射面２ａより高い位置に設定されている。深ＵＶ素子３から出射された紫外光線をＶＣＳＥＬ素子２からの光学系に対して確実に干渉させないためである。なお、スペーサ９は、上面９ａと下面９ｂが平行である。このため、スペーサ９の上面９ａに載置される深ＵＶ素子３の出射面３ａは基体６の底板７と平行である。

スペーサ９は絶縁性および熱伝導性に優れる材料で形成されるのが好ましい。例えば、スペーサ９を樹脂材料又は金属材料によって形成することができる。金属材料の場合は樹脂材料より熱膨張の小さいスペーサ９を作り易い。なお、スペーサ９の形状は特に限定されないものである。例えば、スペーサ９の外周を底板７の外周と一致させてもよい。このとき、スペーサ９は底板７の上面の全面を覆うが、ＶＣＳＥＬ素子２を配設する開口を形成し、ＶＣＳＥＬ素子２をその開口部内の底板７上に配置してもよい。また、枠板８をスペーサ９の上面９ａに配置してもよい。また、スペーサ９と底板７を同一材料で一体化してもよい。

（第３実施形態）
図４には本発明の第３実施形態に係る照射装置３０が示されている。この照射装置３０は、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２との間に遮光部材１５が配置されている点を除いて、第１実施形態に係る照射装置１と同一の構成からなる。したがって、同一の構成には同一の符号を用いることで詳細な説明を省略する。

遮光部材１５は、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２との間に配置される隔壁であり、図４において紙面の手前から紙面の裏面に向かって長く延びている。遮光部材１５は下端が基体６の底板７に固定され、上端が集光レンズ５と拡散レンズ４の境界付近においてレンズ下面に固定されている。したがって、深ＵＶ素子３が配置される基体６の内部空間６ａ’とＶＣＳＥＬ素子２が配置される基体６の内部空間６ａ”は完全に仕切られる。このため、深ＵＶ素子３から出射される紫外光線が拡散レンズ４側に漏れるのを確実に防止することができる一方、ＶＣＳＥＬ素子２から出射した赤外光線が集光レンズ５側に漏れるのも確実に防止することができる。このように、遮光部材１５は、深ＵＶ素子３から出射された紫外光線がＶＣＳＥＬ素子２から出射された赤外光線の光学系に干渉するのを確実に防いでいる。なお、遮光部材１５の配置位置は、深ＵＶ素子３から出射した紫外光線が集光レンズ５に入射する入射領域１３ａ及びＶＣＳＥＬ素子２から出射した赤外光線が拡散レンズ４に入射する入射領域１２ａをそれぞれ十分に確保できる位置が望ましい。また、遮光部材１５は黒色系の材料で形成されるか又は黒色系の塗料で表面処理されていることが好ましい。

上記遮光部材１５を用いることにより、集光レンズ５の入射領域１３ａを調整する必要がなくなり、深ＵＶ素子３の出射面３ａから集光レンズ５の下面５ａまでの距離ｈを自由に設定することができる。また、集光レンズ５と拡散レンズ４を一体化せずに別のレンズにしたとき、それぞれのレンズを遮光部材１５により支持することができるため、レンズの位置精度や接着強度を向上させることができる。

（第４実施形態）
図５には本発明の第４実施形態に係る照射装置４０が示されている。この照射装置４０は、集光レンズ５の代わりに反射カップ１６を用いている点を除いて、第１実施形態に係る照射装置１と同一の構成からなる。したがって、同一の構成には同一の符号を用いることで詳細な説明を省略する。

反射カップ１６は、深ＵＶ素子３の周囲を取り囲むようにして基体６の底板７上に配置される。反射カップ１６は上方に向かって広がる開口部１６ａを有し、開口部１６ａの内周面には反射面１６ｂが形成されている。反射面１６ｂは、深ＵＶ素子３の出射面３ａから出射した紫外光線を反射して光軸Ｌ１と平行に向かわせるように湾曲状に形成される。また、この実施形態では、反射カップ１６は、枠体８に代わる外周壁１６ｃ及び深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２との間を仕切る遮光壁１６ｄを備えている。

深ＵＶ素子３から出射した紫外光線は、反射カップ１６の反射面１６ｂによって反射され、光軸Ｌ１と平行に上方に向かう。また、深ＵＶ素子３から出射した紫外光線は反射カップ１６の遮光壁１６ｄに遮られるため拡散レンズ４側に光が漏れることがない。なお、反射カップ１６は、金属材料又は樹脂材料などによって形成される。反射面１６ｂには、反射性能を高めるために、アルミ蒸着又は白色顔料を含む塗料の塗布などが望ましい。

集光レンズ５に代えて反射カップ１６を用いた場合には、照射装置４０の構造が簡単になると共に装置全体の厚みを抑えることができるので、照射装置４０の製造コストを低減できる他、照射装置４０の小型化が可能になる。なお、反射カップ１６の外周は底板７の外周と一致していなくてもよい。また、反射カップ１６の周囲に枠材８や遮光部材１５を配置してもよい。反射カップ１６の厚みと枠材８や遮光部材１５の厚みは適宜設定可能である。ＶＣＳＥＬ素子２と拡散レンズ４との距離を調整しやすく、拡散レンズ４からの光の指向性の調整が容易になる。

（第５実施形態）
図６には本発明の第５実施形態に係る照射装置５０が示されている。この照射装置５０は、集光レンズ５の下面５ａ側に延長部５ｂが一体に形成されている点を除いて、第１実施形態に係る照射装置１と同一の構成からなる。したがって、同一の構成には同一の符号を用いることで詳細な説明を省略する。

集光レンズ５の下面５ａには下方に延びる延長部５ｂが形成されている。この延長部５ｂは、深ＵＶ素子３のスペーサ９の周囲を取り囲むように、円形状又は矩形状の枠体からなり、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２との間を遮光している。延長部５ｂの下端を底板７の上面に当接させることで、深ＵＶ素子３から出射する紫外光線がＶＣＳＥＬ素子２側に漏れるのを確実に防ぐことができる。また、延長部５ｂは、深ＵＶ素子３から出射する紫外光線が集光レンズ５の下面５ａに入射する入射領域１３ａを狭めないように考慮して形成される。

前記延長部５ｂは、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いた金型成形によって、集光レンズ５と一体に形成することができる。一体に形成することで、組付け性及び組付け精度が向上すると共に安価に製造することができる。なお、延長部５ｂを集光レンズ５とは別体で形成することができること勿論である。

上述した各実施形態では、深ＵＶ素子３とＶＣＳＥＬ素子２を備えた照射装置について説明したが、本発明ではこれらの素子に加えて可視光線を出射するＬＥＤ素子などを配置することもできる。

図７には本発明の照射装置を用いた紫外光線殺菌システムが示されている。この紫外線殺菌システムでは紫外光線により殺菌したエリアを可視化するための一手段として、３Ｄマッピングの作成による判別方法が示されている。

３Ｄマッピングの作成では、カメラを用いたＴＯＦ（Time of Flight）システム１７が利用される。ＴＯＦシステム１７では照射装置１のＶＣＳＥＬ素子２から殺菌対象物１８に赤外光線パルスを照射し、赤外光線パルスが往復する時間差若しくは位相差をイメージセンサで検出して距離を測定し、その測距信号に基づいて殺菌対象物１８の形状を３次元的に空間認識する。本発明では深ＵＶ素子３による紫外光線の照射範囲３ｂをＶＣＳＥＬ素子２による赤外光線の照射範囲２ｂがカバーしている。不可視光線である赤外光線の照射範囲２ｂを、ＴＯＦシステム１７により３Ｄ情報として可視化することにより、殺菌された対象範囲を容易に目視確認することが可能となる。紫外光による殺菌には対象菌種に応じた紫外光の照射量が必要であり、例えば対象となる菌９９．９％を不活化させる場合、大腸菌では１０ｍＪ／ｃｍ^２、インフルエンザウィルスでは６．６ｍＪ／ｃｍ^２の照射量が必要である。この紫外光照射量は照射対象物上の照度と照射時間の積算により求められる。照度は光源と照射対象物間の距離の２乗で減少するため、遠方の対象物を殺菌する為にはより長時間の紫外光照射が必要となる。従って、照射対象物が殺菌されたかどうかを確認するためにＴＯＦシステムにて測定される距離情報を利用する事は非常に有用である。

図８には３Ｄマッピングを利用した殺菌方法のフローチャートが示されている。先ず、殺菌対象物の確認を行なう。次いで、本発明の照射装置を殺菌対象物に向けて、深ＵＶ素子による紫外光線の照射およびＶＣＳＥＬ素子による赤外光線の照射を行う。紫外光線の照射により殺菌対象物が殺菌されると同時にＴＯＦシステム１７によって、ＶＣＳＥＬ素子から出射された赤外光線の照射範囲のデータに基づいて３Ｄマッピングが作成される。図９に示されるように、３Ｄマッピングには赤外光線の照射範囲２ｂと未照射範囲２ｃとが区分して表示される。赤外光線の照射範囲２ｂは紫外光線の照射範囲３ｂとほぼ一致しており、殺菌実施部として実線で表示される。一方、赤外光線の未照射範囲２ｃは、殺菌未実施部として鎖線で表示されるので、紫外光線の照射により殺菌された対象物を目視で判別することが可能となる。

１，２０，３０，４０，５０ 照射装置
２ ＶＣＳＥＬ素子
２ａ ＶＣＳＥＬ素子の出射面
２ｂ 赤外光線の照射範囲
２ｃ 赤外光線の未照射範囲
３ 深ＵＶ素子
３ａ 深ＵＶ素子の出射面
３ｂ 紫外光線の照射範囲
４ 拡散部（拡散レンズ）
４ａ 拡散レンズの下面
５ 集光部（集光レンズ）
５ａ 集光レンズの下面
５ｂ 集光レンズ延長部
６ 基体
６ａ 内部空間
７ 底板
８ 枠板
９ スペーサ
９ａ スペーサの上面
９ｂ スペーサの下面
１０ プリント回路
１０ａ 一の電極
１０ｂ 他の電極
１１ リード電極
１２ 赤外光線の照射範囲
１２ａ 赤外光線の入射領域
１３ 紫外光線の照射範囲
１３ａ 紫外光線の入射領域
１４ 境界軸
１５ 遮光部材
１６ 射カップ
１６ａ 開口部
１６ｂ 反射面
１６ｃ 外周壁
１６ｄ 遮光壁
１７ ＴＯＦシステム
１８ 殺菌対象物
Ｌ１ 深ＵＶ素子の光軸
Ｌ２ ＶＣＳＥＬ素子の光軸

Claims (10)

1. 深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子を備え、深ＵＶ素子から出射する紫外光線の照射範囲をＶＣＳＥＬ素子から出射する赤外光線の照射範囲がカバーする照射装置。
   
2. 前記深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子が実装される基体と、深ＵＶ素子から出射する紫外光線を集光する集光部と、前記ＶＣＳＥＬ素子の出射面の上方に配置される赤外光線の拡散部と、を備える請求項１に記載の照射装置。
   
3. 前記基体が、前記深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子が載置される底板と、底板の周囲を取り囲む枠板とを備え、基体内に前記深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子が収納される内部空間を有する請求項２に記載の照射装置。
   
4. 前記集光部が、深ＵＶ素子の出射面の上方に配置される集光レンズからなる請求項２に記載の照射装置。
   
5. 前記集光部が、深ＵＶ素子を取り囲む反射カップからなる請求項２に記載の照射装置。
   
6. 前記基体の内部空間には、深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子との間を仕切る遮光部材が配置される請求項３に記載の照射装置。
   
7. 前記深ＵＶ素子とＶＣＳＥＬ素子は、ＶＣＳＥＬ素子から拡散部に至る光学系に、深ＵＶ素子から出射した紫外光線が干渉しないように、前記基体に配置される請求項１乃至６のいずれかに記載の照射装置。
   
8. 前記深ＵＶ素子の出射面がＶＣＳＥＬ素子の出射面より上方に位置する請求項７に記載の照射装置。
   
9. 前記深ＵＶ素子がスペーサを介して実装され、スペーサの上面がＶＣＳＥＬ素子の出射面より上方に位置する請求項７に記載の照射装置。
   
10. 殺菌対象物に紫外光線を照射する紫外光線殺菌システムであって、
    紫外光線を出射する深ＵＶ素子と、紫外光線の照射範囲をカバーする赤外光線を出射するＶＣＳＥＬ素子と、を有する照射装置と、
    前記ＶＣＳＥＬ素子が出射する赤外光線が殺菌対象物との間を往復する時間差若しくは位相差をイメージセンサで検出し、殺菌対象物との間の距離を測ると共に検出された測距信号に基づいて空間認識を行うＴＯＦシステムと、を備え、
    前記ＴＯＦシステムの３次元的な情報に基づいて赤外光線の照射範囲を３Ｄマッピングすることにより可視化する紫外光線殺菌システム。
    
    

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