JP2023031344A - 紫外光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】人体に対する安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光の照射装置を提供する。【解決手段】本発明の紫外光照射装置は、190nm~240nmの紫外光を放射する、少なくとも一つの光源と、前記光源を収容する筐体と、前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する照度制限部と、を含む。【選択図】図4A
Description
この発明は、紫外光照射装置に関する。
細菌、真菌及びウイルス等の病原体は、波長260nm付近に最も高い吸収特性を示すことが知られている。そのため、低圧水銀ランプを使用して、波長254nm付近に高い発光スペクトルを示す紫外光を、病原体の存在する物体表面や空間に照射し、病原体を不活化させる技術が、従来から知られている。
例えば、特許文献1には、紫外光を出射する殺菌ランプを調理場等に取り付けて、調理場の殺菌を行うことが記載されている。また、特許文献2には、室内に浮遊する細菌やウイルスに紫外光を照射して殺菌することが記載されている。
加えて、特許文献1や特許文献2に記載の紫外光照射装置は、人体に有害な紫外光を使用している。そのため、紫外光が人体に向かわないように、出射する紫外光に指向性を持たせるなどの対策をとっている。
しかしながら、細菌、真菌及びウイルス等の病原体は、空間のあらゆる部分に存在する。病原体は、人の口や鼻から、呼気、唾、咳またはくしゃみとして飛散する飛沫又はエアロゾルに含まれていることが多い。病原体を含む飛沫は、人体表面(例えば、皮膚や髪の毛)、又は人が接触する物体表面(例えば、家具や事務機器)に付着する。病原体を含むエアロゾルは、空間を浮遊し拡散する。
人体に有害な紫外光を照射することの危険性から、従来の紫外光照射装置は、人のいない方向に向けてのみ紫外光を照射していた。しかしながら、空間を浮遊し拡散するエアロゾルは、人のいない空間だけでなく人の周辺にも拡散する。そのため、従来の紫外光照射装置では、病原体の不活化に限界があった。
本発明は、安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光照射装置を提供する。
本発明の紫外光照射装置は、190nm~240nmの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する照度制限部と、を備える。
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する照度制限部と、を備える。
はじめに、190nm~240nmの紫外光について説明する。紫外光は全ての波長帯域において人体に対する有害性を示すわけではない。240nmよりも長波長側のUV-C帯域の紫外光はヒト細胞や動物細胞に対する有害性が報告されているが、それよりも波長帯が短い紫外光は、ヒト細胞や動物細胞に対する貫通力が小さくなるため、人や動物に対する有害性が極めて低くなる。
本発明者は、有害性の極めて低い、波長が190nm以上240nm未満の紫外光を使用して、人や動物のいる方向にも紫外光を照射できるようにした。これにより、安全性を確保しつつ、病原体を不活化できる。本明細書において、「不活化」とは、細菌や真菌、ウイルス等の病原体を死滅させる、又は、感染力や毒性を失わせることを包括する概念を指す。
本発明に係る紫外光照射装置は、人や動物の皮膚や目に紅斑や角膜炎を引き起こすことはなく、紫外光本来の殺菌又は病原体の不活化能力を提供できる。特に、本発明の紫外光照射装置は、従来の紫外光源とは異なり、有人空間で使用できるという特徴を有する。紫外光照射装置は、従来のように、人体を避けて紫外光を照射させる必要が無く、病原体を最も不活化させるべき肝心の場所である、人体の表面(皮膚等)、人が頻繁に接触する物体表面、又は人体近傍の空間を含む、有人空間全体に紫外光を照射できる。そのため、病原体の不活化を効果的に行うことができる。
有人空間とは、実際に人がいるか否かは問わず、人が立ち入ることのできる空間を意味する。有人空間には、例えば、住宅、事業所、学校、病院もしくは劇場などの建物内の空間、又は、例えば、自動車、バス、電車もしくは飛行機などの乗り物内の空間を含む。有人空間は屋外でも構わない。有人空間に本発明の紫外光照射装置を設置し、使用することで、有人空間内を浮遊するエアロゾル中の病原体、または有人空間内に位置する部材の表面に存在する病原体を抑制できる。
このことは、国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標3「あらゆる年齢の全ての人々が健康的な生活を確保し、福祉を促進する」に対応し、また、ターゲット3.3「2030年までに、エイズ、結核、マラリア及び顧みられない熱帯病といった伝染病を根絶すると共に、肝炎、水系感染症及びその他の感染症に対処する」に大きく貢献するものである。
次に、照度と照度制限部について説明する。波長190nm以上240nm未満の紫外光を使用して、物体表面や空間中に存在する病原体の不活化を行う場合、対象となる物体表面や空間において、照射される紫外光の照度と照射時間が、不活化の効果を決める要因となる。照度とは、被照射部に単位面積かつ単位時間あたりに入射する光源からの光放射エネルギーを表す。
ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists:米国産業衛生専門家会議)やJIS Z 8812(有害紫外放射の測定方法)によれば、人体への1日(8時間)あたりの紫外光の照射量は、波長ごとに許容限界値(TLV:Threshold Limit Value)が定められている。照射量は、照度に照射時間を乗じて求められる。上述したように、波長が190nm以上240nm未満の紫外光の有害性は極めて低いものではあるが、安全な運用を行うためには、紫外光の照度及び照射時間を制限し、照射量が上記許容限界値を超えないようにするとことが好ましい。また、上記に限らず、紫外光の最大照射量は、所定の上限値以下で運用されることが好ましい。
詳細は後述するが、紫外光照射装置の取出し部から出射する光全体(以下、単に「出射光全体」ということがある。)のうち、光軸に対して低出射角で出射する光線(以下、「低角度光線」ということがある。)の放射強度は、光軸に対して高出射角で出射する光線(以下、「高角度光線」ということがある。)の放射強度に比べて大きい。よって、紫外光の最大照射量を所定の上限値以下とするためには、放射強度の大きな低角度光線の被照射面における照度に基づいて照射量を設定する必要がある。そうすると、高角度光線にとっては、必要以上に照射量が制限されてしまう。なお、本明細書において、「光軸」は、紫外光を筐体の外へ取り出す取出し部の開口面に対して垂直をなす。「光軸」には、取出し部から出射する出射光全体の中心を通る軸を指す場合と、少なくとも一つの光源から出射される主光線束の中心を通る軸を指す場合がある。
そこで、紫外光照射装置に、前記紫外光の光軸方向に照度制限部を設ける。斯かる照度制限部は、低角度光線による照度を低減することになる。詳細は後述するが、照度制限部は、紫外光を、拡散、減衰及び反射のうち少なくともいずれか一つをする。出射光全体の中で放射強度の大きな低角度光線を制限し、被照射面における照度の偏りをより緩和することで、許容限界値を守りつつ、空間中に放射される全体的な照射量を増加させることができる。その結果、病原体の不活化を促進できる。特に、空間内を浮遊するエアロゾル中の病原体に対して、より有効に不活化を促進できる。
また、照度制限部は、出射光全体の中で放射強度の大きい光線(例えば、低角度光線)を制限し、相対的に放射強度の小さい光線(例えば、高角度光線)の割合を増加させる。これによって、被照射面における紫外光の最大照射量を所定の上限値以下としつつも、空間中に放射される照射量を増加させることができる。その結果、病原体の不活化を促進でき、空間内を浮遊するエアロゾル中の病原体に対して、より有効に不活化を促進できる。
前記照度制限部の入射側に、190nm~240nmの波長帯域の紫外光を透過し、240nm~280nmの波長帯域の紫外光の透過を阻害する光学フィルタを備えても構わない。これにより、人体に影響を及ぼすおそれのある波長帯域の紫外光が筐体の外に漏洩することを確実に抑えて、光照射装置の人体に対する安全性をさらに向上させる。さらに、光学フィルタを使用すると配光角が小さくなり低角度光線の放射強度が増大するが、光学フィルタの出射側に照度制限部があるため、増大した低角度光線による照度を制限できる。なお、人体に対する安全性をさらに向上させるため、波長280~320nmの波長帯域の紫外光も透過を阻害する光学フィルタがより好ましく、波長235nm~240nmの波長帯域の紫外光も透過を阻害する光学フィルタがより好ましい。
前記照度制限部は、前記少なくとも一つの光源から出射される主光線束の光軸に対応する位置に、少なくとも一つ配置されていても構わない。これにより、空間中に放射できる照射量を増加させることができる。本明細書において、「主光線束」は、光源から単位時間あたりに放射される光線の集まりであり、かつ、最大光強度を呈する光線に対して1/2以上の光強度を呈する光線の束として定義される。
前記照度制限部は、前記取出し部から出射される出射光全体の主光線束の光軸を通る位置に、配置されていても構わない。出射光全体に対して照度制限部を配置することになるため、照度制限部の形状が比較的単純になる。
前記照度制限部は、前記取出し部から出射側に離間するように配置されていても構わない。
前記照度制限部に対して前記筐体側には、前記照度制限部で反射された前記紫外光を再反射させる再反射部を備えても構わない。例えば、前記筐体と前記照度制限部との間に、前記照度制限部で反射された前記紫外光を再反射させる再反射部を備えても構わない。
前記再反射部の外寸法は、前記筐体の前記照度制限部に対向する面の外寸法よりも大きくても構わない。
前記照度制限部は、前記紫外光を反射させても構わない。
前記照度制限部は、前記紫外光を拡散させても構わない。
前記照度制限部は、前記紫外光を減衰させても構わない。
前記照度制限部よりも紫外光の照度の制限が小さい拡散部を備え、
前記拡散部は、前記取出し部から出射される出射光全体のうち、少なくとも、前記照度制限部を介さない光線を拡散させても構わない。
前記拡散部は、前記取出し部から出射される出射光全体のうち、少なくとも、前記照度制限部を介さない光線を拡散させても構わない。
本発明の紫外光照射装置は、190nm~240nmの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する、照度制限部を取り付けるための取付け部と、を備える。紫外光照射装置に照度制限部を後付けできるため、所望の照度制限部を使用したり、交換したりできる。
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する、照度制限部を取り付けるための取付け部と、を備える。紫外光照射装置に照度制限部を後付けできるため、所望の照度制限部を使用したり、交換したりできる。
本発明の紫外光照射方法は、少なくとも一つの光源から190nm~240nmの紫外光を放射させ、
前記紫外光を、前記光源を収容する筐体の外へ取出し部から取り出し、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の紫外光の照度を照度制限部で制限しても構わない。
前記紫外光を、前記光源を収容する筐体の外へ取出し部から取り出し、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の紫外光の照度を照度制限部で制限しても構わない。
前記一部の紫外光は、前記少なくとも一つの光源と被照射面との距離が最短となる方向に出射する紫外光であっても構わない。少なくとも一つの光源と被照射面との距離が最短となる被照射領域では、照度が高くなる傾向にあるが、当該領域に照射される光を制限することにより、照度の偏りを改善することができる。
前記一部の紫外光は、前記取出し部の中心と被照射面との距離が最短となる方向に出射する紫外光であっても構わない。取出し部の中心と被照射面との距離が最短となる被照射領域では、照度が高くなる傾向にあるが、当該領域に照射される光を制限することにより、照度偏りを改善することができる。
これにより、安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光照射装置を提供できる。
紫外光照射装置の一実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
以下において、各図面は、適宜、XYZ座標系を参照しながら説明される。XYZ座標系は、放射される紫外光の光軸上の光線が進行する方向を+X方向とし、X方向に直交する平面をYZ平面としている。なお、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「+X方向」、「-X方向」のように、正負の符号を付して記載される。正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「X方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「X方向」と記載されている場合には、「+X方向」と「-X方向」の双方が含まれる。Y方向及びZ方向についても同様である。
<第一実施形態>
[紫外光照射装置の概要]
図1、図2及び図3を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の一実施形態を説明する。図1及び図2は、紫外光照射装置の外観を示す斜視図である。図3は、紫外光照射装置から光源と電極ブロックのみを取り出して示す斜視図である。
[紫外光照射装置の概要]
図1、図2及び図3を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の一実施形態を説明する。図1及び図2は、紫外光照射装置の外観を示す斜視図である。図3は、紫外光照射装置から光源と電極ブロックのみを取り出して示す斜視図である。
本実施形態の紫外光照射装置10は、紫外光を放射するエキシマランプ3(図2又は図3参照)と、エキシマランプ3を収容する筐体2と、エキシマランプ3より放射された紫外光を、筐体2の外へ+X方向に取り出すための取出し部4と、取出し部4より取り出される一部の紫外光の放射強度を制限することで、被照射面上での照度を部分的に制限する照度制限部5と、光学フィルタ6と、を有する。図1及び図2において、取出し部4から出射された出射光全体の光軸は「L1」と付されている。光軸L1には、当該光軸上を出射する光線の進行方向を示す矢印が付加されている。各エキシマランプ(3a,3b,3c)の管軸方向をY方向に沿うように、各エキシマランプ(3a,3b,3c)の並ぶ方向をZ方向に沿うように、光軸L1をX方向に沿うように示している。
図1,2に見られるように、本実施形態において、筐体2は、中央に取出し部4として機能する開口を有する第一枠2aと、開口を有さない第二枠2bと、から構成される。第二枠2bと第一枠2aは互いに嵌め合わされて、筐体2に囲まれた内部空間を形成する。この内部空間には、エキシマランプ3と、エキシマランプ3に電力を供給する二つの電極ブロック(9a,9b)とが配置されている。筐体2を構成する枠は、3つ以上から構成されても構わない。
二つの電極ブロック(9a,9b)は、第二枠2bの内側面に固定されている(図2参照)。第二枠2bの外側面には、二つの接続端子(8a,8b)が設けられる(図2参照)。二つの接続端子(8a,8b)は、それぞれ、第二枠2bを挟んで電極ブロック(9a,9b)と導通している。二つの接続端子(8a,8b)には、それぞれ、外部電源(不図示)より給電される給電線(7a,7b)が接続される。
[光源]
図3を参照しながら、光源の一実施形態を説明する。本実施形態では、Z方向に離間して配置された3本のエキシマランプ(3a,3b,3c)を備える。二つの電極ブロック(9a,9b)が、各エキシマランプ(3a,3b,3c)の発光管の外表面に接触する。これにより、各エキシマランプ(3a,3b,3c)は給電され、点灯する。なお、各エキシマランプ(3a,3b,3c)に対向する電極ブロック(9a,9b)の表面9r(図3参照)は、紫外光を取出し部4に向けて反射する反射面として機能する。
図3を参照しながら、光源の一実施形態を説明する。本実施形態では、Z方向に離間して配置された3本のエキシマランプ(3a,3b,3c)を備える。二つの電極ブロック(9a,9b)が、各エキシマランプ(3a,3b,3c)の発光管の外表面に接触する。これにより、各エキシマランプ(3a,3b,3c)は給電され、点灯する。なお、各エキシマランプ(3a,3b,3c)に対向する電極ブロック(9a,9b)の表面9r(図3参照)は、紫外光を取出し部4に向けて反射する反射面として機能する。
本実施形態において、エキシマランプ3は、発光管の内部にKrClを含む発光ガスが封入されたKrClエキシマランプを使用している。そのため、エキシマランプ3は、190nm~240nmである紫外光を放射する。特に、KrClエキシマランプは、主たるピーク波長が222nm又はその近傍の紫外光を出射する。
エキシマランプ3は、KrClエキシマランプに限らない。例えば、発光管の内部にKrBrを含む発光ガスが封入された、KrBrエキシマランプを使用しても構わない。KrBrエキシマランプは、主たるピーク波長が207nm又はその近傍の紫外光を出射する。
本明細書において「主たる発光波長」とは、ある波長λに対して±10nmの波長域Z(λ)を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して40%以上の積分強度を示す波長域Z(λi)における、波長λiを指す。例えばKrClやKrBrを含む発光ガスが封入されているエキシマランプなどのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ光強度を示す光源においては、通常は、相対的な光強度が最も高い波長(主たるピーク波長)をもって、主たる発光波長として構わない。
エキシマランプ3の発光管の大きさは、管軸方向(Y方向)の長さが15mm以上、200mm以下であり、外径が2mm以上、16mm以下であるとよい。本実施形態では、紫外光照射装置は3本のエキシマランプ3を有するが、エキシマランプ3の数は、1本でも、2本でも、又は4本以上でも構わない。
[照度制限部]
図4Aは、図1のC1面(XZ平面に平行な面)における紫外光照射装置10の断面図である。本実施形態の紫外光照射装置10は、取出し部4に、照度制限部5と光学フィルタ6が配置されている。
図4Aは、図1のC1面(XZ平面に平行な面)における紫外光照射装置10の断面図である。本実施形態の紫外光照射装置10は、取出し部4に、照度制限部5と光学フィルタ6が配置されている。
照度制限部5と光学フィルタ6が取出し部4に配置された状態とは、取出し部4から出射する出射光の少なくとも一部が、照度制限部5及び光学フィルタ6を通過する状態をいう。照度制限部5と光学フィルタ6が取出し部4に配置されるとき、照度制限部5又は光学フィルタ6は、筐体2の内部に位置するように配置されても構わないし、本実施形態(図4A参照)のように取出し部4を構成する筐体2の開口に挿入されるように配置されても構わないし、筐体2(取出し部4)の外部に位置するように配置されても構わない。本実施形態(図4A参照)では、照度制限部5は光学フィルタ6の光出射側の表面に接するように配置されている。
照度制限部5の作用について説明する。なお、光学フィルタ6の作用は後述する。図4Aに示されるように、紫外光照射装置10は、3つのエキシマランプ(3a,3b,3c)の+X方向に、三つの照度制限部(5a,5b,5c)を有する。各照度制限部(5a,5b,5c)は、各エキシマランプ(3a,3b,3c)に対向する位置に設けられる。各エキシマランプ(3a,3b,3c)の放射光は、その一部が電極ブロック(9a,9b)に反射されて、それぞれ、主光線束(F2a,F2b,F2c)を形成する。各主光線束(F2a,F2b,F2c)は、それぞれ光軸(L2a,L2b,L2c)を有する。図4Aでは、光軸(L2a,L2b,L2c)上の光線の進行方向が分かるように、光軸(L2a,L2b,L2c)に矢印を付して表す。本実施形態での光軸(L2a,L2b,L2c)は、取出し部4の開口面に対して垂直方向に伸びる軸であり、かつ、各エキシマランプ(3a,3b,3c)からそれぞれ出射される主光線束の中心を通る軸である。
図1において、照度制限部(5a,5b,5c)はハッチングされて示されている。図1に示される照度制限部(5a,5b,5c)は、いずれも矩形であるが、形状はこれに限定されない。本実施形態では、照度制限部(5a,5b,5c)の長手方向はY方向であり(図1参照)、エキシマランプ(3a,3b,3c)の管軸方向はY方向である(図3参照)。つまり、照度制限部(5a,5b,5c)の長手方向は、エキシマランプ(3a,3b,3c)の管軸方向に沿う。
図4Aに示されるように、各主光線束(F2a,F2b,F2c)の一部分が、それぞれ、照度制限部(5a,5b,5c)を通過する。本実施形態では、照度制限部(5a,5b,5c)が、それぞれ、光軸(L2a,L2b,L2c)を通る位置に配置される。
図4Bは、図4AのC2領域の拡大図である。エキシマランプ3bから放射される二つの光線(L3、L4)を例に、光線の出射角について説明する。光線L3がエキシマランプ3bの光軸L2bに対してなす角を、出射角θ1とする。光線L4が光軸L2bに対してなす角を、出射角θ2とする。出射角θ2は出射角θ1よりも大きい。光線L3は低角度光線であるため、光線L3は照度制限部5bに衝突する。光線L4は高角度光線であり、照度制限部5bに衝突することなく、空間中に放射される。
本実施形態の照度制限部5bは、光線を拡散させる。図4Bに示されるように、光線L3は、照度制限部5bを透過する際に、様々な方向に拡散される。その結果、照度制限部5bを直進する低角度光線の光量が低減し、照度制限部5bによって拡散される高角度光線の光量が増加する。照度制限部5bを設けることにより、照度制限部5bが無かった場合に光線L3が照射される領域(光線L3の延長線上の領域)における光は制限され、照度が低下することになる。
照度制限部5bは入射する光線を減衰させる機能を有していても構わない。光線が減衰することで照度制限部5bに衝突する低角度光線の放射強度が低減し、その結果、照度制限部5bに衝突しない高角度光線の放射強度が相対的に増加することになる。照度制限部5bは、光線を拡散させる機能と光線を減衰させる機能との両方を有していても構わない。
照度制限部5は、主に、PTFE等の樹脂材料、セラミック微粒子を石英等の紫外光透過材料に積層したもの、又はアルミニウム系材料等の金属箔若しくは金属板から構成されてもよい。照度制限部5に、PTFE等の樹脂材料、セラミック微粒子を石英等の紫外光透過材料に積層したものを使用する場合には、紫外光を拡散又は減衰させやすい。照度制限部5に、アルミニウム系材料等の金属箔若しくは金属板を使用する場合には、紫外光を反射させやすい(反射機能の詳細は後述する)。また、照度制限部5は、厚みの薄い板、シート状でも構わない。板又はシートが、メッシュ状でも構わないし、多数のパンチング孔を有しても構わない。パンチング孔を有するシートの例として、0.1mm~10.0mmの穴径がピッチ0.1mm~10.0mmで並ぶ、厚み1mm以下のPTFEが挙げられる。照度制限部5は、例えば、入射された光線の光強度の80%以下に制限されて出射するものを用いることができる。
図5、図6A、図6Bを参照しながら、紫外光照射装置10の出射光の配光分布について説明する。図5は、本実施形態の紫外光照射装置10の出射光の配光分布を実測した図である。図6Aは、照度制限部を備えていない紫外光照射装置15の外観を示す図である。図6Bは、図6Aに示される紫外光照射装置15の出射光の配光分布を実測した図である。
図5及び図6Bにおいて、出射光の配光曲線が太線で示される。配光曲線は、紫外光照射装置(10,15)のあらゆる方向へ放射される光の光強度(光度)を示す。紫外光照射装置(10,15)が配置される場所を原点Oとして、空間に極座標系が設定される。0度に向かう方向はX方向であり、原点Oと0度を結ぶ直線は、出射光全体の光軸L1と重なる。原点Oから+90度又は-90度に向かう方向は、Z方向である。各方向における出射光の光強度と、紫外光照射装置からの離間距離とから、各光線を受光する位置における照度が求められる。
図5の配光曲線から、紫外光照射装置10は、照度制限部5を有することにより、出射角が+20度付近又は-20度付近に向かう光線の光強度が、光軸L1上の光線(0度に向かう光線)の光強度よりも大きいことがわかる。他方、図6Bの配光曲線から、照度制限部を備えていない紫外光照射装置15では、光軸L1上の光線(0度に向かう光線)の光強度が、光軸L1に対する出射角が+20度付近又は-20度付近の光線の光強度よりも大きいことがわかる。
図7を参照しながら、図5と図6Bの配光曲線の違いによる作用を説明する。図7は紫外光照射装置(10,15)を有人空間18に配置した側面図である。図7では、紫外光照射装置(10,15)が天井に取り付けられ、紫外光が被照射面19に向けて放射される様子が示されている。このとき、取出し部4からの出射光の光軸L1が重力方向となる。図7において、L0と記された矢印は、光軸L1(図7では不図示)上の光線L0のベクトル(すなわち、光線の進行方向とその光の強さ)を表す。図中、L20と記された矢印は、出射角が±20度の光線L20のベクトルを表す。
参考例である紫外光照射装置15では、配光曲線より、光線L0の光強度が光線L20の光強度よりも大きくなる。そして、紫外光照射装置(10,15)から紫外光の被照射面19までの出射光の光路について、斜めに出射する光線L20の光路は、光線L0の光路よりも長くなる。光路の長さは、光路空間における光の減衰量と比例する。よって、紫外光照射装置15では、被照射面19における光線L0の照度と、光線L20の照度との差は拡大する。
これに対し、本実施形態の紫外光照射装置10では、照度制限部5により、光線L20の光強度が光線L0の光強度よりも大きくなるように設定される。斜めに出射する光線L20の光路は、光線L0の光路よりも長くなり、光の減衰量が大きくなることから、被照射面における光線L20の照度は、被照射面における光線L0の照度に近くなる。これにより、取出し部からの出射光全体の被照射面19における照度分布が、均一化される。
被照射面における照度分布が均一化されることの効果について説明する。上述したように、安全な運用を行う点から、紫外光の照射量の許容限界値が定められている。許容限界値内の紫外光照射量は、光照射領域における最大照度に基づいて設定されることが好ましい。被照射面における出射光の照度分布が均一化されると、出射光の照度が局所的に高い場合(照度の偏りが大きい場合)と比較して、紫外光の照射量を全体的に増加させることができる。
図7では、被照射面19は、有人空間18の床面を表している。しかしながら、被照射面19は、床面に限定されず、例えば、家具又は事務機器等の物体表面でもよいし、人体表面でもよい。出射光の照度の偏りを緩和させることで、空間中に放射できる紫外光の照射量を増加させることができる。
[光学フィルタ]
本実施形態は、照度制限部5の入射側に光学フィルタ6が配置されている。光学フィルタ6は、特定の波長帯域の紫外光を透過し、特定の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない、波長選択フィルタ(バンドパスフィルタ)として機能する。本実施形態の光学フィルタ6は、190nm以上240nm未満の波長帯域の紫外光を透過し、240nm以上280nm以下の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない。
本実施形態は、照度制限部5の入射側に光学フィルタ6が配置されている。光学フィルタ6は、特定の波長帯域の紫外光を透過し、特定の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない、波長選択フィルタ(バンドパスフィルタ)として機能する。本実施形態の光学フィルタ6は、190nm以上240nm未満の波長帯域の紫外光を透過し、240nm以上280nm以下の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない。
図8に示すように、例えば、KrClエキシマランプの場合、放射される紫外光のスペクトルには、ほぼ主たるピーク波長である222nm又はその近傍に光出力が集中している一方で、人体に影響を及ぼすおそれのある、波長240nm以上かつ280nm以下の波長帯域の紫外光についても、わずかながら光出力が認められる。本実施形態では、取出し部4に光学フィルタ6を配置することで(図4A参照)、波長240nm以上280nm以下の紫外光を実質的に透過しないようにする。これにより、人体に影響を及ぼすおそれのある波長帯域の紫外光が筐体2の外に漏洩することを確実に抑えて、光照射装置の人体に対する安全性をさらに向上させる。
なお、人や動物に対する安全性をより高める観点から、紫外光照射装置から出射される紫外光は、波長範囲が190nm以上237nm以下の範囲内であることが好ましく、190nm以上235nm以下の範囲内であることがより好ましく、190nm以上230nm以下の範囲内であることが特に好ましい。そして、必要に応じて、出射される紫外光の波長を上記範囲とするために適した光学フィルタを設けるとよい。安全性をより高める観点から、光学フィルタを使用して、上記範囲以外を実質的に透過しないようにするだけでなく、波長280nm以上320nm以下の紫外光をも、実質的に透過しないようにしてもよい。
また、波長が190nm未満の紫外光は、空気中の酸素に吸収されることでオゾンの生成に寄与する。このようなオゾンの発生をより効果的に抑制するため、190nm以上、より好ましくは200nm以上にピーク波長を有する紫外光を利用することが好ましい。例えば、光源部から出射される紫外光のピーク波長は、好ましくは200nm以上237nm以下の波長範囲内とし、より好ましくは200nm以上235nm以下の波長範囲内とし、さらに好ましくは200nm以上230nm以下の波長範囲内とする。
本明細書において、「紫外光を実質的に透過しない」とは、光軸方向のある紫外光が、特定波長帯域におけるピーク波長の紫外光強度に対して、少なくとも5%以下の紫外光強度に抑制されることを意味する。本発明では、光学フィルタ6を用いることで240nm以上280nm以下の紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して5%以下に遮光される。なお、光学フィルタ6で遮光させたい波長帯域の光について、光学フィルタ6を透過した紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して2%以下まで抑制されると好ましい。光学フィルタ6を透過した紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して1%以下まで抑制されると、より好ましい。
光学フィルタ6は、特定の波長帯域の紫外光を透過しないバンドパスフィルタとして機能する態様であればよく、配置場所や形態が限定されるものではない。図4Aに示されるように光学フィルタ6が光源と離間して形成される他に、光学フィルタ6が光源に接するよう形成されていても(具体例として、エキシマランプ3のガラス封体に光学フィルタ6が積層されても)、構わない。
光学フィルタ6は、屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜として、例えば、HfO2層及びSiO2層が交互に積層されたもの、並びに、SiO2層及びAl2O3層が交互に積層されたものがある。HfO2層及びSiO2層が交互に積層された誘電体多層膜層は、SiO2層及びAl2O3層が交互に積層された誘電多層膜層よりも、同じ波長選択特性を得るための層数を少なくすることができるため、選択した紫外光の透過率を高めることができる。
[光学フィルタへの入射角による透過率変化]
上記のとおり、光学フィルタ6は、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜で構成されるが、誘電体多層膜で構成される光学フィルタ6は、膜設計によって程度の違いはあるものの、紫外光の入射角に応じて、透過率が変化する傾向にある。
上記のとおり、光学フィルタ6は、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜で構成されるが、誘電体多層膜で構成される光学フィルタ6は、膜設計によって程度の違いはあるものの、紫外光の入射角に応じて、透過率が変化する傾向にある。
図9は、光学フィルタ6の透過スペクトルの一例を、紫外光が光学フィルタ6に対して入射するときの入射角別に示すグラフである。このグラフの例は、光学フィルタ6は、エキシマランプ3の発光ガスがKrClを含む場合、すなわち、エキシマランプ3が主たるピーク波長222nmの紫外光を発する場合を想定して設計されている。グラフ内の各曲線は、波長を異ならせながら、光学フィルタ6に対して入射した光の強度と、光学フィルタ6から出射された光の強度の比率をプロットして得られる。入射角は、図10に示すように、光学フィルタ6の入射面に対する法線6Nと、光学フィルタ6の入射面に入射される紫外光L2との角度θ3で定義される。
光学フィルタ6は、図9のグラフから、入射角(角度θ3)の小さい光成分を透過しやすい一方で、入射角の大きい光成分を透過しにくいことがわかる。入射角の大きい光成分は光学フィルタ6に進入せず反射される。その結果、光学フィルタ6からの出射光は、光学フィルタ6への入射光に比べて、入射角の小さい光成分の比率が高まり、配光分布が小さくなる。別の言い方をすれば、光学フィルタ6は、光の配光角を小さくする。これは、照射面における出射光の照度を局所的に高く(照度の偏りを大きく)させてしまう一因となる。
このような事情から、上述した照度制限部5は、配光分布を小さくする光学フィルタ6を使用する場合に、特に顕著な効果が得られる。つまり、光学フィルタ6を使用して配光角が小さくなった場合においても、照度制限部5を光学フィルタ6の出射側に配置すると、照度制限部5による低角度光線の拡散効果又は減衰効果により、低角度光線の放射強度が制限され、より好ましい配光分布が得られる。
なお、紫外光照射装置において、波長選択フィルタとして機能する光学フィルタは、必須の構成ではない。光源自体が、人体に影響を及ぼすおそれのある紫外光を放射しない場合、又は、光源内部自体に光学フィルタを含む場合には、紫外光照射装置が光学フィルタを備えていなくても構わない。
[第一変形例]
図11Aを参照しながら、本実施形態の第一変形例を説明する。以下に説明する以外の事項は、上記と同様に実施できる。後述する、他の変形例又は他の実施形態についても同様である。紫外光照射装置20は、照度制限部5の入射側に拡散部11を有する。本実施形態の拡散部11は、光学フィルタ6の出射側に配置され、取出し部4の全体を覆う。取出し部4の全体を覆う拡散部11は、取出し部4の一つの実施形態ともいえる。これにより、紫外光を全体的に拡散させることで、拡散部11を設けない場合と比べて全体的な照度の均一化を図ることができる。
図11Aを参照しながら、本実施形態の第一変形例を説明する。以下に説明する以外の事項は、上記と同様に実施できる。後述する、他の変形例又は他の実施形態についても同様である。紫外光照射装置20は、照度制限部5の入射側に拡散部11を有する。本実施形態の拡散部11は、光学フィルタ6の出射側に配置され、取出し部4の全体を覆う。取出し部4の全体を覆う拡散部11は、取出し部4の一つの実施形態ともいえる。これにより、紫外光を全体的に拡散させることで、拡散部11を設けない場合と比べて全体的な照度の均一化を図ることができる。
拡散部11は、例えば、PTFE等のフッ素系樹脂材料、シリコーン樹脂材料、その他の樹脂材料、又はセラミック微粒子を石英等の紫外光透過材料に積層したものを使用しても構わないし、紫外光透過材料の表面に微小な凹凸を形成した、すりガラス状の部材を使用しても構わない。また、拡散部11は、照度制限部5と同様に、板又はシート状の薄い部材を使用しても構わない。板又はシートが、メッシュ状でも構わないし、多数のパンチング孔を有しても構わない。
[第二変形例]
図11Bを参照しながら、本実施形態の第二変形例を説明する。紫外光照射装置25は、照度制限部5のない取出し部4に拡散部11を有する。つまり、本変形例の拡散部11は、照度制限部5と積層されないため、照度制限部5に入射しない紫外光を拡散させることができる。
図11Bを参照しながら、本実施形態の第二変形例を説明する。紫外光照射装置25は、照度制限部5のない取出し部4に拡散部11を有する。つまり、本変形例の拡散部11は、照度制限部5と積層されないため、照度制限部5に入射しない紫外光を拡散させることができる。
本変形例において、拡散部11を透過する光の制限作用は、照度制限部5を透過する光の制限作用よりも小さいため、拡散部11による光強度の制限(強度低下)効果は、照度制限部5による光強度の制限効果よりも小さい。例えば、拡散部11から出射される光線の光強度を1としたとき、照度制限部5に入射された光線の光強度が0.8以下に制限されて出射する、拡散部11と照度制限部の組み合わせが用いられる。よって、照度制限部5のない取出し部4に拡散部11を設けた場合でも、取出し部から出射する光線の一部が、照度制限部5によって光線の光強度が相対的に大きく制限されることになる。その結果、照度制限部5を直進する低角度光線の光量が低減し、照度制限部5によって拡散される高角度光線の光量が増加することで、被照射面における出射光の照度の偏りが改善され、照度均一性が改善される。
なお、拡散部11は、その厚みを大きくすると制限作用が大きくなり、その厚みを小さくすると制限作用が小さくなる。また、本変形例では、取出し部4は照度制限部5又は拡散部11のいずれか一方に覆われているが、照度制限部5にも拡散部11にも覆われていない領域を有していても構わない。
[第三変形例]
図12を参照しながら、紫外光照射装置の第三変形例を説明する。紫外光照射装置30において、照度制限部5は、取出し部4の中央に配置された部材である。エキシマランプ(3a,3b,3c)等の光源の配置に関して、他の紫外光照射装置との間に違いはないが、この変形例では、紫外光照射装置から出射する主光線束を、各エキシマランプ別に捉えるのではなく、取出し部4から出射する出射光全体として捉える。図12における主光線束F1は取出し部4から出射される出射光全体を表す。そして、照度制限部5は、主光線束F1の光軸L1上と重なる位置に配置されており、主光線束F1のうち、光軸に対して低角度で出射する低角度光線の照度を制限する。本変形例での光軸L1は、光が出射される取出し部4の開口面に対して垂直方向に伸びる軸であり、かつ、取出し部から出射する出射光全体の中心を通る軸を示すものである。
図12を参照しながら、紫外光照射装置の第三変形例を説明する。紫外光照射装置30において、照度制限部5は、取出し部4の中央に配置された部材である。エキシマランプ(3a,3b,3c)等の光源の配置に関して、他の紫外光照射装置との間に違いはないが、この変形例では、紫外光照射装置から出射する主光線束を、各エキシマランプ別に捉えるのではなく、取出し部4から出射する出射光全体として捉える。図12における主光線束F1は取出し部4から出射される出射光全体を表す。そして、照度制限部5は、主光線束F1の光軸L1上と重なる位置に配置されており、主光線束F1のうち、光軸に対して低角度で出射する低角度光線の照度を制限する。本変形例での光軸L1は、光が出射される取出し部4の開口面に対して垂直方向に伸びる軸であり、かつ、取出し部から出射する出射光全体の中心を通る軸を示すものである。
[第四変形例]
図13を参照しながら、紫外光照射装置の第四変形例を説明する。図13に示されるように、紫外光照射装置35において、照度制限部(5a,5b,5c)が、それぞれ、エキシマランプ(3a,3b,3c)の光軸(L2a,L2b,L2c)を通る位置に配置される。本変形例の照度制限部(5a,5b,5c)は、主に、反射機能を有する。低角度光線は、照度制限部(5a,5b,5c)の傾斜面に衝突し、照度制限部(5a,5b,5c)で反射する。照度制限部(5a,5b,5c)で反射した光は、高角度光線となって被照射面に照射される。その結果、低角度光線の光量が低減し、照度制限部(5a,5b,5c)によって拡散される高角度光線の光量が増加する。なお、照度制限部(5a,5b,5c)が光学フィルタ6に接する面に入射する光軸(L2a,L2b,L2c)上又は付近の光線は、照度制限部(5a,5b,5c)により反射して筐体2内に戻る。
図13を参照しながら、紫外光照射装置の第四変形例を説明する。図13に示されるように、紫外光照射装置35において、照度制限部(5a,5b,5c)が、それぞれ、エキシマランプ(3a,3b,3c)の光軸(L2a,L2b,L2c)を通る位置に配置される。本変形例の照度制限部(5a,5b,5c)は、主に、反射機能を有する。低角度光線は、照度制限部(5a,5b,5c)の傾斜面に衝突し、照度制限部(5a,5b,5c)で反射する。照度制限部(5a,5b,5c)で反射した光は、高角度光線となって被照射面に照射される。その結果、低角度光線の光量が低減し、照度制限部(5a,5b,5c)によって拡散される高角度光線の光量が増加する。なお、照度制限部(5a,5b,5c)が光学フィルタ6に接する面に入射する光軸(L2a,L2b,L2c)上又は付近の光線は、照度制限部(5a,5b,5c)により反射して筐体2内に戻る。
本変形例の照度制限部(5a,5b,5c)は、低角度光線の制限効果が大きいため、光軸周辺の低角度光線の光量をより効果的に低減することが可能である。また、照度制限部(5a,5b,5c)の傾斜面の角度を調整することにより所望の配光分布に近づけることができる。照度制限部(5a,5b,5c)の反射率を小さくして、照度制限部(5a,5b,5c)に、光線を減衰させる機能を向上させてもよい。つまり、照度制限部(5a,5b,5c)は、反射機能に加えて、遮光機能を持たせることができる。
<第二実施形態>
図14を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の第二実施形態を説明する。第二実施形態の紫外光照射装置40では、照度制限部5が、取出し部4から光の出射方向に離間した位置にある。
図14を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の第二実施形態を説明する。第二実施形態の紫外光照射装置40では、照度制限部5が、取出し部4から光の出射方向に離間した位置にある。
紫外光照射装置40の照度制限部5では、出射光全体の主光線束F1のうち、低角度光線が入射する。照度制限部5に入射した光線は、その一部を拡散(又は減衰でもよい)させるとともに、照度制限部5に対して紫外線照射装置40側(-X側)にも反射する。その結果、被照射面の、低角度光線が照射される領域における照度は、照度制限部5により低下することになる。本実施形態において、照度制限部5に入射させる低角度光線は、例えば、光軸L1に対して±30度以上であるとよい。
図15は図14に示す紫外光照射装置40の出射光の配光分布を実測した図である。配光曲線より、高角度光線である、出射角が+40度付近または-40度付近の光線の光強度が、それより低角度の光線の光強度よりも大きいことがわかる。これは、照度制限部5が取出し部4から光の出射方向に離間した位置にあることで、高角度光線の光強度が照度制限部5によって制限されずに被照射面に出射されるためである。これにより、被照射面での照度の均一化を図ることができる。なお、図15では、照度制限部5により反射して、被照射面から離れる光線が、出射角が+115度付近または-115度付近の光線として表れている様子が見られる。照度制限部5の有する反射作用は、減衰作用と同様に、照度制限部5を透過する光線の光強度を小さくするという機能を備える。よって、反射作用を有する照度制限部5も、低角度光線を制限するのに有効である。
[第一変形例]
図16は第二実施形態の第一変形例を示す。当該第一変形例の紫外光照射装置50では、X軸方向における、取出し部4を囲む筐体2と照度制限部5との間(図16では、照度制限部5に対向する筐体2の表面)に、再反射部13を有する。再反射部13は、照度制限部5で反射された、被照射面から離れる光線(図15Bに表れた+115度付近または-115度付近の光線)を、再び被照射面に向かわせて有効利用できる。
図16は第二実施形態の第一変形例を示す。当該第一変形例の紫外光照射装置50では、X軸方向における、取出し部4を囲む筐体2と照度制限部5との間(図16では、照度制限部5に対向する筐体2の表面)に、再反射部13を有する。再反射部13は、照度制限部5で反射された、被照射面から離れる光線(図15Bに表れた+115度付近または-115度付近の光線)を、再び被照射面に向かわせて有効利用できる。
再反射部13は、筐体2の裏面側(筐体2の取出し部4よりも-X方向側)に配置される態様であっても構わない。この態様の場合も、照度制限部5で反射された、被照射面から離れる光線を、再反射部13によって再び被照射面に向かわせて有効利用することができる。
再反射部13の外寸法又は面積は、特に制限されない。しかしながら、本変形例において、再反射部13のYZ平面に沿う外寸法は、照度制限部5のYZ平面に沿う外寸法よりも大きく設定されている。これにより、照度制限部5で反射された、被照射面から離れる紫外光が、再び被照射面に向かわせられる光の量を増やすことができ、かつ、主光線束をF1からF3に拡大できる。
[第二変形例]
図17は第二実施形態の第二変形例を示す。当該第二変形例の紫外光照射装置55では、第一実施形態のように、照度制限部5が複数に分割されている。そして、各エキシマランプ(3a,3b,3c)に対向する位置に各照度制限部(5a,5b,5c)が設けられる。照度制限部(5a,5b,5c)が、それぞれ、各エキシマランプの光軸(L2a,L2b,L2c)を通る。このように、分割された照度制限部(5a,5b,5c)を、取出し部4から光の出射方向に離間した位置に設けてもよい。
図17は第二実施形態の第二変形例を示す。当該第二変形例の紫外光照射装置55では、第一実施形態のように、照度制限部5が複数に分割されている。そして、各エキシマランプ(3a,3b,3c)に対向する位置に各照度制限部(5a,5b,5c)が設けられる。照度制限部(5a,5b,5c)が、それぞれ、各エキシマランプの光軸(L2a,L2b,L2c)を通る。このように、分割された照度制限部(5a,5b,5c)を、取出し部4から光の出射方向に離間した位置に設けてもよい。
<第三実施形態>
図18Aを参照しながら、紫外光照射装置の第三実施形態を説明する。紫外光照射装置60は、被照射面19である床面(図18AではYZ平面に平行な面)に対して傾斜した天井16に取り付けられており、紫外光照射装置60の取出し部4は床面に対して傾斜している。
図18Aを参照しながら、紫外光照射装置の第三実施形態を説明する。紫外光照射装置60は、被照射面19である床面(図18AではYZ平面に平行な面)に対して傾斜した天井16に取り付けられており、紫外光照射装置60の取出し部4は床面に対して傾斜している。
紫外光照射装置60において、照度制限部(5a,5b,5c)は、各エキシマランプの光軸(L2a,L2b,L2c)上の光線を制限していない。照度制限部(5a,5b,5c)は、それぞれ、各エキシマランプ(3a,3b,3c)と被照射面19とを最短距離で結ぶ直線(V2a,V2b,V2c)上に設けられている。つまり、照度制限部(5a,5b,5c)は、被照射面19と各エキシマランプとの距離が最短となる方向に出射する光線を制限している。上述したように、光路の長さは、光路空間における光の減衰量と比例するため、各エキシマランプ(3a,3b,3c)との距離が最短になる被照射領域の照度が高くなる場合がある。本実施形態のように照度制限部(5a,5b,5c)を、被照射面19と各エキシマランプとの距離が最短となる方向の光線を遮るように配置することで、高い照度の領域を低下させて、被照射面19での照度の均一化を図ることができる。なお、照度制限部(5a,5b,5c)は、各エキシマランプの光軸(L2a,L2b,L2c)上の光線と、被照射面19と各エキシマランプとの距離が最短となる方向に出射する光線との両方を制限するように設計されても構わない。
[第一変形例]
図18Bは第三実施形態の第一変形例を示す。紫外光照射装置65は、被照射面19である床面に対して傾斜した天井16に取り付けられており、紫外光照射装置60の取出し部4は傾斜している。紫外光照射装置60において、照度制限部5は、取出し部4から出射する出射光全体の光軸L1と、取出し部4の中心と被照射面19とを最短距離で結ぶ直線V1を遮るように設けられている。これにより、照度制限部5は、光軸L1上の光線を制限するのみならず、取出し部4の中心と被照射面19との距離が最短となる方向に出射する光線をも、制限する。なお、本変形例では、照度制限部5が光軸L1上の光線を制限しなくても構わない。
図18Bは第三実施形態の第一変形例を示す。紫外光照射装置65は、被照射面19である床面に対して傾斜した天井16に取り付けられており、紫外光照射装置60の取出し部4は傾斜している。紫外光照射装置60において、照度制限部5は、取出し部4から出射する出射光全体の光軸L1と、取出し部4の中心と被照射面19とを最短距離で結ぶ直線V1を遮るように設けられている。これにより、照度制限部5は、光軸L1上の光線を制限するのみならず、取出し部4の中心と被照射面19との距離が最短となる方向に出射する光線をも、制限する。なお、本変形例では、照度制限部5が光軸L1上の光線を制限しなくても構わない。
各実施形態に示された紫外光照射装置の配置形態(水平、又は傾斜)は一例にすぎない。例えば、紫外光照射装置を壁又は柱等に垂直方向に配置しても構わない。
<第四実施形態>
図19を参照しながら、紫外光照射装置の第四実施形態を説明する。本実施形態の紫外光照射装置70自体は、照度制限部5を備えていない。その代わりに、紫外光照射装置70に照度制限部5を後付けできるように、紫外光照射装置70の筐体2は、照度制限部5を取り付ける取付け部51を有する。
図19を参照しながら、紫外光照射装置の第四実施形態を説明する。本実施形態の紫外光照射装置70自体は、照度制限部5を備えていない。その代わりに、紫外光照射装置70に照度制限部5を後付けできるように、紫外光照射装置70の筐体2は、照度制限部5を取り付ける取付け部51を有する。
本実施形態において、取付け部51はねじ孔である。照度制限部5の保持枠53を挟んだ状態で、ねじ52をねじ孔に嵌合することにより、照度制限部5を紫外光照射装置70に取付けられる。この照度制限部5の取付け部51の態様は一例であり、他に、フックや面ファスナー等の様々な態様を適用できる。照度制限部5を後付けすることで、所望の照度制限部を使用したり、交換したりできる。
以上で、紫外光照射装置の各実施形態及びその変形例を説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態又は変形例を組み合わせたり、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。
例えば、光源としてエキシマランプ3を使用する例を説明したが、光源としてLD又はLEDで構成される固体光源を使用しても構わない。
上記紫外光照射装置を、蛍光灯やLED等の照明設備に内蔵させても構わない。照明設備に内蔵させる場合、紫外光照射装置で使用される照度制限部5を、照明設備で使用される可視光用の照度制限部と共用しても構わない。
本発明の紫外光照射装置の効果である紫外光照射量の増加を、以下に示す指標Xを用いて評価する。指標Xは、以下の(1)式で表される。
X =全光束(mW) / 最大照度(μW/cm2) …(1)
(1)式において、全光束は紫外光照射装置からあらゆる方向に放射する出射光の光束の総和を表し、最大照度は、取出し部4から1m離間した平面領域における照度の最大値を表す。指標Xの値が大きいほど、照度の最大値が所定の照射量(上限値)に達する際に、空間に放射される紫外光照射量の全体量が大きい。
X =全光束(mW) / 最大照度(μW/cm2) …(1)
(1)式において、全光束は紫外光照射装置からあらゆる方向に放射する出射光の光束の総和を表し、最大照度は、取出し部4から1m離間した平面領域における照度の最大値を表す。指標Xの値が大きいほど、照度の最大値が所定の照射量(上限値)に達する際に、空間に放射される紫外光照射量の全体量が大きい。
上記における最大照度は、0.01μW/cm2以上が確保されるとよい。これにより、不活化をより促進させることができる。また、上記における最大照度は、20μW/cm2以下とするとよい。これにより、紫外光の照射時間を長く確保できる。
例1は、図4Aに示される第一実施形態の紫外光照射装置10である。例1では、内径4.5mmの各エキシマランプの光軸に対して±20度の範囲を覆うように、照度制限部5をそれぞれ配置した。照度制限部5には、紫外光を拡散させるPTFE拡散シートを使用した。
例2は、図14に示される第二実施形態の紫外光照射装置40である。取出し部4の中心に対して±30度の範囲を覆うように照度制限部5を配置した。照度制限部5には、紫外光を拡散させるPTFE拡散シートを使用した。
例3は、図6Aに示される、照度制限部及び拡散部を有していない紫外光照射装置である。
例4は、取出し部4の全面に、取出し部4から離間することなく拡散部11を配置した紫外光照射装置である。取出し部4から出射する紫外光の全ての光線を一様に拡散する。例4の紫外光照射装置は、取出し部4から取り出される光の一部を制限する照度制限部を有していない。
表1より、例1及び例2は、照度制限部5を使用することにより、指標Xが大きくなった。これは、全光束を維持するか又は低減量を抑えつつ、最大照度を大きく低減できたことを表している。その結果、被照射面における紫外光の最大照射量を所定の上限値以下としつつ空間中に放射される紫外線量を増やすことができ、空間中に浮遊する病原体の不活化をより効率的に行うことができる。
表1より指標Xは20以上の値とすることが好ましい。例えば、例3の指標X(10)と比較した場合、指標Xを20以上とすることで、所定領域における最大照度が同じ積算照射量となるように紫外光照射装置を動作させた際の、空間中への紫外光照射量を2倍以上に高めることができる。例4のように、取出し部4から出射する紫外光の全ての光線を一様に拡散する態様では、指標Xが20に到達しなかった。なお、紫外光の最大照度は、高いレベルでの安全性を確保するために、例えば、照度制限部は、入射された光線の光強度を3mW/cm2以下になるように制限してもよく、好適には、1mW/cm2以下になるように制限してもよい。
2 :筐体
2a :第一枠
2b :第二枠
3,3a,3b,3c:エキシマランプ
4 :取出し部
5,5a,5b,5c:照度制限部
6 :光学フィルタ
7a,7b :給電線
8a,8b :接続端子
9,9a,9b:電極ブロック
10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70:紫外光照射装置
11 :拡散部
13 :再反射部
16 :天井
18 :有人空間
19 :被照射面
51 :取付け部
52 :ねじ
53 :保持枠
F1:(出射光全体の)主光線束
F2a,F2b,F2c:(各エキシマランプの)主光線束
L1 :(出射光全体の)光軸
L2a,L2b,L2c :(各エキシマランプの)光軸
2a :第一枠
2b :第二枠
3,3a,3b,3c:エキシマランプ
4 :取出し部
5,5a,5b,5c:照度制限部
6 :光学フィルタ
7a,7b :給電線
8a,8b :接続端子
9,9a,9b:電極ブロック
10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70:紫外光照射装置
11 :拡散部
13 :再反射部
16 :天井
18 :有人空間
19 :被照射面
51 :取付け部
52 :ねじ
53 :保持枠
F1:(出射光全体の)主光線束
F2a,F2b,F2c:(各エキシマランプの)主光線束
L1 :(出射光全体の)光軸
L2a,L2b,L2c :(各エキシマランプの)光軸
Claims (15)
- 190nm~240nmの紫外光を放射する、少なくとも一つの光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する照度制限部と、
を備えることを特徴とする紫外光照射装置。 - 前記照度制限部の入射側に、190nm~240nmの波長帯域の紫外光を透過し、240nm~280nmの波長帯域の紫外光を実質的に透過しない光学フィルタを備えることを特徴とする、請求項1に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部は、前記少なくとも一つの光源から出射される主光線束の光軸に対応する位置に、少なくとも一つ配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部は、前記取出し部から出射される出射光全体の主光線束の光軸を通る位置に、配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部は、前記取出し部から出射側に離間して配置されていることを特徴とする、請求項4に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部に対して前記筐体側には、前記照度制限部で反射された前記紫外光を再反射させる再反射部を備えることを特徴とする、請求項5に記載の紫外光照射装置。
- 前記再反射部の外寸法は、前記筐体の前記照度制限部に対向する面の外寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項6に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制御部は、前記取出し部から出射される紫外光を反射させることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部は、前記取出し部から出射される紫外光を拡散させることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部は、前記取出し部から出射される紫外光を減衰させることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
- 前記照度制限部よりも紫外光の照度の制限が小さい拡散部を備え、
前記拡散部は、前記取出し部から出射される出射光全体のうち、少なくとも、前記照度制限部を介さない光線を拡散させることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。 - 190nm~240nmの紫外光を放射する、少なくとも一つの光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を制限する照度制限部を取り付けるための取付け部と、
を備えることを特徴とする紫外光照射装置。 - 少なくとも一つの光源から190nm~240nmの紫外光を放射させ、
前記紫外光を、前記光源を収容する筐体の外へ取出し部から取り出し、
前記取出し部から出射される出射光全体のうち、一部の前記紫外光の照度を照度制限部で制限することを特徴とする、紫外光照射方法。 - 前記一部の紫外光は、前記少なくとも一つの光源と被照射面との距離が最短となる方向に出射する紫外光であることを特徴とする、請求項13に記載の紫外光照射方法。
- 前記一部の紫外光は、前記取出し部の中心と被照射面との距離が最短となる方向に出射する紫外光であることを特徴とする、請求項13に記載の紫外光照射方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240319 |