JP2023124498A - 菌又はウイルスの不活化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人や人体近傍の空間に対して紫外線の照射を行う際に、所定の照射線量上限値以下としても、より広い範囲への紫外線照射を有効に行うことができる、菌又はウイルスの不活化装置を提供する。【解決手段】菌又はウイルスの不活化装置であって、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源と、開口又は窓部材で構成された光取り出し面を含み、前記紫外光源を内側に収容する筐体と、前記光取り出し面を通過した前記紫外線が入射されて、前記紫外線の進行方向を変更する反射部材とを備え、前記反射部材は、入射された前記紫外線の光軸を、前記光取り出し面に平行な第一方向に関して、直接前記筐体から離れる方向、又は前記筐体の中心箇所に近づいた後に前記筐体から離れる方向に変更させる反射面を有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、菌又はウイルスの不活化装置に関する。

空間中又は物体表面に存在する菌又はウイルスは、主に空気感染やエアロゾル感染を引き起こす要因となることがあり、感染症の拡大によって生活が脅かされることが懸念される。特に、医療施設、学校、役所等、頻繁に人が集まる施設や、自動車、電車、バス、飛行機、船等の乗物においては、感染症が蔓延しやすいことから、菌又はウイルスを不活化させる有効な手段が必要とされている。

従来、菌又はウイルスの不活化を行う方法として、紫外線を照射する方法が知られている。ＤＮＡは波長２６０ｎｍ付近に最も高い吸収特性を示す。そして、低圧水銀ランプは、波長２５４ｎｍ付近に高い発光スペクトルを示す。このため、低圧水銀ランプを用いて殺菌を行う技術が広く利用されている。

しかし、特定の波長帯の紫外線は、人体に照射すると、人体に影響を及ぼすリスクがあることが知られている。このため、人に紫外線を照射しないように、空間中又は物体表面に存在する菌又はウイルスを不活化するための方法や装置が検討されている。

例えば、下記特許文献１には、空間内の天井に吊るすように設置して、殺菌用ランプから出射される紫外線が空間内にいる人に直接照射されないように、天井側に向かって出射する殺菌灯が記載されている。

実開平０５－０２１９５１号公報

一般的に菌又はウイルスは、特に、人体の表面（例えば皮膚や髪の毛）や、人が頻繁に接触する物体表面（例えば、机やドアノブ）や、人が頻繁に往来する空間中の飛沫や空気を介して、人から人への感染が広まる。そのため、菌やウイルスの不活化を行うにあたっては、人体近傍の空間に対して紫外線照射を行うことが望ましい。

しかし、前述した通り、紫外線を無制限に人体近傍の空間に照射することは、人体の安全の観点から好ましくない。この観点から、人体の安全を考慮した照射線量上限の基準が定められている。本願出願日の時点では、例えばＡＣＧＩＨ（American Conference of Governmental Industrial Hygienists：米国産業衛生専門家会議）の規格によれば、波長帯域に応じて、人体に対する８時間あたりの紫外線照射線量の許容限界値（ＴＬＶ：Threshold Limit Value）が定められている。

一方で、例えば、室内の天井に光源を下向きで設置した場合に、その真下の領域における照度は、当該真下の領域から離れた領域における照度よりも高くなる。よって、人体近傍の空間に対して紫外線を照射すべく、菌又はウイルスの殺菌ランプ等を室内の天井に下向きで設置した場合に、最も照度が大きくなるのは、取付位置の真下付近の領域である。当然、当該真下の領域に人間（人体）が存在することも想定される。よって、このように人体近傍の空間に紫外線を照射するに際しては、照度が最大となる領域、現在の例では殺菌灯の真下の領域、を基準として、前述のＡＣＧＩＨの規格等に従って、紫外線の照射線量が管理されることなる。この場合、この領域の周囲、すなわち殺菌灯の真下方向を０度とした時の、広角の範囲にあたる領域においては、紫外線の照射線量がより制限され、菌又はウイルスの不活化効果が少なくなりかねない。

本発明は、上記事情に基づき、菌又はウイルスの不活化を行うべく紫外光源を用いて紫外線の照射を行う際に、照射線量を規格等で定められた基準値以下となるように紫外光源を制御した場合であっても、広範囲への不活化効果を従来よりも高めることのできる、菌又はウイルスの不活化装置を提供するものである。

本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置は、
主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源と、
開口又は窓部材で構成された光取り出し面を含み、前記紫外光源を内側に収容する筐体と、
前記光取り出し面を通過した前記紫外線が入射されて、前記紫外線の進行方向を変更する反射部材とを備え、
前記反射部材は、入射された前記紫外線の光軸を、前記光取り出し面に平行な第一方向に関して、直接前記筐体から離れる方向、又は前記筐体の中心箇所に近づいた後に前記筐体から離れる方向に変更させる反射面を有することを特徴とする。

本明細書において「主たる発光波長」とは、発光スペクトルにおけるピーク強度に対して、１０％以上の相対強度を示す波長帯域をいう。

本明細書において、「不活化」とは、菌やウイルス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し、「菌」とは、細菌や真菌（カビ）等の微生物を指す。以下において、「菌又はウイルス」を「菌等」と総称することがある。また、以下では、「菌又はウイルスの不活化装置」を単に「不活化装置」と略記することがある。

本明細書において、光取り出し面を通過して、不活化装置から出射する紫外線の出射角について言及する場合には、光取り出し面に直交する方向に進行する光線の光軸を基準とした角度とする。この定義に基づけば、不活化装置から出射して、光取り出し面に直交する方向（法線方向）に進行する紫外線の出射角は０度である。

本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置においては、筐体に収容された紫外光源が発する紫外線の進行方向が、光取り出し面を通過した後、反射部材によって変更される。反射部材が、前記筐体から離れる方向に、紫外線を反射することにより、不活化装置から出射する紫外線の出射角が大きくなる。従来であれば、出射角が０度方向の紫外線の放射強度が最大となるため、０度方向の紫外線が照射される領域における照度（以下、「０度方向の照度」と便宜上記載する。）、すなわち光取り出し面に対して法線方向に対向する領域の照度が高くなる。しかしながら、本発明によれば、不活化装置から出射する紫外線の出射角が大きくなるので、出射角が大きい広角の方向への紫外線の放射強度が、０度方向への紫外線の放射強度よりも高くなり、広角の方向に対向する領域の照度（以下、「広角の方向の照度」と便宜上記載する。）が高くなる。すなわち、０度方向への紫外線の放射強度は、広角の方向への紫外線の放射強度よりも低くなり、０度方向の照度は前記広角の方向の照度と比べて相対的に低下する。このため、人間や人体近傍の空間への紫外線照射を行う際に、照射線量がＡＣＧＩＨ等で定められる基準値以下となるような強度で紫外光源を点灯させたとしても、紫外線照射は広範囲に行われることから、効果的に菌又はウイルスの不活化を行うことができる。

また、本発明によれば、不活化装置の光取り出し面から出射される紫外線の放射強度を角度別に分解した場合における最大値を示す角度（以下、「ピーク角度」という。）は広角の方向に存在する。光取り出し面から出射する紫外線のピーク角度は、３０度以上９０度未満となるように設計されることが好ましく、３０度以上８５度未満となるように設計されることがより好ましい。これにより、人間や人体近傍の空間への紫外線照射を行いつつも、広範囲に紫外線照射を行うことができ、空間中に存在する菌又はウイルスの不活化を効果的に行うことができる。

また、当該ピーク角度が、４０度以上としても良く、更には４５度以上、更には５０度以上となるように設計しても良い。これにより、人間や人体近傍の空間への紫外線照射を行いつつも、広角の方向における紫外線照射をより主体的に行うことができる。なお、当該角度範囲の下限は、後述する光学フィルタを用いる場合において、光学フィルタの入射角に対する透過率の分布に基づいて設計されるものであってもよい。詳細は後述する。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記光取り出し面に直交する第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する紫外線の少なくとも一部を遮る遮光部材を備えるものとしても構わない。

念のために記載すると、前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記光取り出し面に直交する第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する紫外線とは、必ずしも前記紫外光源に近づくように進行する紫外線のみを意味するものではなく、前記光取り出し面の面内方向に関して、前記紫外光源から離れるように進行する紫外線であっても、前記第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する紫外線を含む意図である。

実際の対象空間に対して、紫外線を用いて空間中又は物体表面の菌等を不活化することを検討した場合、この対象空間内に、紫外線が照射されることは望ましくない領域が存在する場合がある。そして、このような領域は、設置される不活化装置を基準として、紫外線照射を予定する領域の反対側にある場合が多い。例えば、不活化装置を天井や壁に設置して、室内に菌又はウイルスの不活化のための紫外線を照射することを検討した場合、紫外光源の点灯時間が長くなるに伴い、天井や壁における照射線量（露光量）が増加することが想定される。天井や壁には、壁紙等の建築シート（シート材）が配設されているのが一般的であり、これらは通常高分子の樹脂で構成されている。このため、紫外線の照射線量が考慮されず、当該紫外線の照射線量が増加すると、樹脂を構成する分子鎖の一部が切断される等して、シート材が劣化し、これに伴って天井や壁の美観が損なわれ、防水や防塵の機能を低下させることも考えられる。一方で、上記の構成のように、不活化装置の紫外光源がある側、すなわち、紫外線照射を予定する領域の反対側に近づく紫外線を遮る遮光部材を備えることにより、紫外線照射を望まない領域への照射を防ぎつつ、照射対象の領域に対して紫外線照射を行うことが可能となる。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記反射面で反射された前記紫外線の光路上において、前記紫外線を拡散させる拡散部材を備えるものとしても構わない。

反射部材によって、紫外線の出射角が広角に拡げられた後、拡散部材によって紫外線の照射範囲がさらに拡げられることにより、より広範囲に紫外線を照射することが可能となる。さらに、前記不活化装置が拡散部材を備えることによって、光線の出射角毎の放射強度の差が低下する。不活化装置１から出射される紫外線の出射角が広角に拡がるとはいえ、際立って放射強度が高い出射方向が存在する場合には、その出射方向の放射強度によって、紫外線量を管理した結果、その他の方向への紫外線の照射が少なくなってしまう場合も想定される。前記不活化装置が拡散部材を備えれば、前記不活化装置から出射される紫外線の出射方向に関して、際立って放射強度が高い出射方向が現れにくくなり、空間中又は物体表面への紫外線照射を有効に行うことができる。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記紫外光源が発する前記紫外線の光路上において、前記光取り出し面と前記紫外光源との間の位置に、前記紫外光源が発する前記紫外線を前記第二方向に指向させる光制御部を備えるものとしても構わない。

紫外光源が発する光線は一定の発散角を有して進行するが、光制御部が当該紫外線を指向させることにより、大部分の紫外線を光取り出し面に対して小さい入射角で入射させることができる。この結果、光取り出し面を通過した紫外線の大部分は、反射部材の位置に導かれ、反射部材に入射する。これにより、紫外線の出射角を拡げる制御が容易となる。光制御部としては、コリメータレンズ等の光学レンズや、凹面状又はテーパ状の反射面を用いることができる。例えば、紫外光源がＬＥＤ素子等の固体光源である場合には、コリメータレンズ等の光学レンズを好適に利用でき、紫外光源が、発光ガスが封入された管体を含むランプである場合には、管体と光取り出し面の間に配置されたテーパ状の反射面を有するブロックが好適に利用できる。後者の場合、このブロック自体を金属製材料で構成することで、ランプの電極として兼用することもできる。また、光学レンズと凹面状又はテーパ状の反射面を併用する形態であってもよい。

前記紫外光源と前記反射部材との間には光学フィルタが設けられ、前記光学フィルタは、前記紫外光源が発する紫外線のうち、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を透過し、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の透過を抑制するものとしても構わない。

本明細書において、「紫外線の透過を抑制する」とは、紫外光源が発する紫外線のうち、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内におけるピーク波長の光強度に対して、光学フィルタを通過した紫外線のうち、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の比率を低下させることを指す。本発明では、光学フィルタを用いることで、装置外に照射される波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の放射強度が大幅に抑制される。

近年、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外光は、従来の殺菌線とされる２５４ｎｍの紫外線に対して、人体への有害性が非常に低いことが分かっている。上述したように、前記不活化装置は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源を備えている。しかし、紫外光源が発する紫外線は、一般的に、ピーク波長から離れた波長域においても、光出力を示す場合がある。例えば、ＫｒＣｌエキシマランプが発する紫外光のスペクトルにおいては、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、ピーク波長の光強度と比べて極めて低い強度ではあるものの、人体に影響を及ぼすおそれのある、波長２４０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外線の出射が認められる場合がある。前記不活化装置がこのような発光スペクトルを示す紫外光源を備える場合においても、上記光学フィルタを備えることで、紫外光源が発する紫外線に含まれる、波長２４０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の成分については、透過が抑制されるため、当該波長範囲の紫外線が外部に取り出される量は低下する。よって、人体に対する影響を更に抑制した上で、空間に対して紫外線照射を行うことができる。なお、人体への有害性が非常に低い波長範囲の紫外線であっても、紫外線の照射線量の安全基準に従うことが望ましいことは言うまでもない。

また、光学フィルタは、前述の光制御部と反射部材との間に配置するものであっても良い。紫外線は一定の発散角を有して進行するが、光制御部が当該紫外線を指向させることにより、大部分の紫外線を光学フィルタに対して小さい入射角で入射させることができる。光学フィルタは入射される紫外線の入射角に応じて、波長別の透過率や反射率が変化する特性（入射角依存性）がある。より詳細には、光学フィルタに対する入射角が大きくなると、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の透過率が低下し反射率が増加する。このことは、光学フィルタに対する紫外線の入射角によっては、不活化装置の外部への取り出し効率の低下を招く懸念がある。そのため、前述した光制御部を備えることによって、紫外線を光学フィルタに対して小さい入射角で入射させやすくなり、光取り出し効率が低下しにくくなる。

また、本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置においては、光取出し面における出射角が０度の紫外線と０度よりも広角の紫外線とを対比すると、前者よりも後者の放射強度の方が高くなる。

前述の通り、光学フィルタの透過率は紫外線の入射角に依存する。詳細には、光学フィルタに対する光の入射角が０度、すなわち光が光学フィルタに対して垂直に入射する場合において、透過率は最大の値を示し、前記入射角が増大するに伴い、透過率の値は減少する。このため、不活化装置の光取り出し面から出射される紫外線の放射強度を角度別に分解した場合における放射強度の角度分布は、不活化装置に搭載されている光学フィルタの入射角に対する透過率の分布に基づいて設計することもできる。

光学フィルタに対して、紫外光源からの紫外線を入射させたときの、光学フィルタの入射角に対する透過率の分布は、光学フィルタを通過する前の放射強度と、光学フィルタを透過した後の放射強度を、入射角別に分解し、後者を前者で除することで得られる。このようにして得られた入射角に対する透過率の分布においては、上述したように、入射角０度において透過率が最大値を示し、入射角が増大するに従って透過率が逓減する。この入射角に対する透過率の分布において、入射角０度における透過率の値（すなわち透過率の最大値）をＴ_０としたときに、透過率がＴ_０の半値（Ｔ_Ｚ）を示す透過率を示す入射角（ここでは、「基準角Ｚ」と呼ぶ。）が導かれる。不活化装置における前記ピーク角度が、この基準角Ｚ以上となるように、不活化装置を設計しても構わない。なお、この基準角Ｚを導出する際には、例えば、紫外光源から出射された光のうち、光学フィルタに０度の入射角で入射して、当該光学フィルタを透過した光の波長スペクトルにおいて、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲における最も光強度が高い波長の光に対する分析結果を採用することができる。

このように構成すれば、光学フィルタのみを介して紫外線が出射される場合と対比して、出射角がより広角の方向の紫外線の放射強度が増大する。

また、出射角に対する相対放射強度のピーク角度の上限は、上述のとおり８５度未満であることが望ましく、更には８０度以下としても良い。これにより、不活化装置の紫外光源がある側、すなわち、紫外線照射を予定する領域の反対側に近づく紫外線の成分を抑制しつつ、空間中への紫外線照射を行うことができる。

前記反射面は、錐体形状又は錐台体形状又は曲線の回転体形状を呈した部材の側面で構成されていても構わない。

前記紫外光源は、複数のＬＥＤ素子を含み、
前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記第二方向から見て、前記ＬＥＤ素子の配置密度が相対的に低い又は配置されていない第一領域と、前記第一領域を取り囲むように前記ＬＥＤ素子が複数配置されると共に前記第一領域よりも前記ＬＥＤ素子の配置密度が相対的に高い第二領域とを有するものとしても構わない。

なお、本明細書において、「ＬＥＤ素子の配置密度」は、各ＬＥＤ素子の大きさが同一である場合には、単位面積あたりに配置されるＬＥＤ素子の数として構わないし、各ＬＥＤ素子の大きさが異なるものが含まれる場合には、単位面積あたりに配置されるＬＥＤ素子の発光面の面積としても構わない。

紫外光源が複数のＬＥＤ素子を含む場合には、領域に応じて配置密度を異ならせることが可能である。前記第一領域に配置されるＬＥＤ素子においては、反射部材の形状や位置によっては、実質外部に紫外線が取り出されない場合も考えられる。このため、前記第一領域には、ＬＥＤ素子を配置しないか、配置密度を低くしてもよい。

このような構成とすることで、第一領域に対して第二方向に対向する領域に照射される紫外線の照度は、その周囲の領域に照射される紫外線の照度と比べて相対的に低くなる。この結果、上述した事情により、例えば不活化装置を天井に取り付けた場合、ＡＣＧＩＨで規定される照射線量に関する基準をクリアするために要求される紫外光源の出力や照射時間の制限は、更に緩和される。

前記第一領域は、前記ＬＥＤ素子が配置されていない領域であり、
前記光取り出し面は、前記第二方向に見て前記第二領域に対向する面であって、環状を呈しても構わない。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する紫外線の少なくとも一部を遮る第一遮光部材と、
前記第二方向に関して、前記紫外光源から離れるように進行する紫外線の少なくとも一部を遮る第二遮光部材と、を備えても構わない。

前述した遮光部材に対する議論と同様の議論が第一遮光部材にも可能である。前記不活化装置が第一遮光部材を備えることにより、紫外線照射を望まない領域への照射を防ぎつつ、照射対象の領域に対して紫外線照射を行うことができる。また、第二方向に関して、紫外光源から離れるように進行する紫外線について、前記第一領域と前記第二領域に分けて考えることができる。まず、前記第一領域を遮光する第二遮光部材を備えることにより、例えば、第二遮光部材を基準として、紫外光源とは反対側に可視光源を設置する等すれば、前記第二領域から紫外線照射を行いつつ、前記第一領域を可視光照明用の領域として利用することができる。この場合、不活化装置は、照明装置としての機能を兼用する。一方で、前記第二領域においては、前述の反射部材によって、主として第二方向に出射された大部分の紫外線の進行方向が変更されるものと考えられるが、一部の紫外線は、反射部材で反射されずに透過して第二方向に進行することが想定される。このような紫外線を遮光することにより、０度方向近傍の放射強度を低下させることができ、広角の方向に優先的に紫外線を照射することが可能となる。

前記反射部材は、前記光取り出し面に直交する第二方向から見て、前記第一領域を取り囲むように配置されても構わない。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、入射された前記紫外線の光軸を、前記第一方向に関して、直接前記筐体から離れる方向に変更させる前記反射面と、
前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の外側を取り囲むように配置しても構わない。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、入射された前記紫外線の光軸を、前記第一方向に関して、前記筐体の中心箇所に近づいた後に前記筐体から離れる方向に変更させる前記反射面と、
前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の内側を取り囲むように配置しても構わない。

前記菌又はウイルスの不活化装置において、前記紫外光源は、エキシマランプを含み、
前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記光取り出し面に直交する第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する紫外線の少なくとも一部を遮る遮光部材を備え、
前記遮光部材は、前記光取り出し面に直交する第二方向から見て、前記反射部材を取り囲むように配置されても構わない。

前述した遮光部材に対する議論と同様である。光取り出し面に直交する方向から見て、反射部材を取り囲むように配置される遮光部材を備えることにより、紫外線照射を望まない領域への照射を防ぎつつ、照射対象の領域に対して紫外線照射を行うことができる。

前記菌又はウイルスの不活化装置は、前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の外側を取り囲むように配置されても構わない。

前述した拡散部材に対する議論と同様である。反射部材によって、紫外線の出射角が広角に拡げられた後、拡散部材によって紫外線の照射範囲がさらに拡げられることにより、より広範囲に紫外線照射が可能となる。さらに、拡散部材を備えることで、不活化装置から出射される紫外線において、際立って放射強度が高い出射角が現れにくくなる効果もある。

前記遮光部材は、前記光取り出し面から出射された紫外線が通過する開口部を有し、
前記第二方向から見て、前記開口部と前記光取り出し面とが重ならないように前記筐体が配置されても構わない。

前記遮光部材は、前記反射部材を支持する支持部材を有し、
前記紫外線が、前記支持部材と前記遮光部材の内側面との間を通過する構成としても構わない。

前記菌又はウイルスの不活化装置においては、前記遮光部材の前記紫外線の進行を遮る面の少なくとも一部に、入射された紫外線を可視光に変換する蛍光体層が形成されていても構わない。

遮光部材は、紫外線照射を望まない領域に向かって進行する紫外線を遮ることは前述した通りである。この遮光部材において、前記紫外線の進行を遮る面に前記蛍光体層を形成すれば、単に紫外線を遮蔽した場合と比較して紫外線を有効に活用することができ、不活化装置を用いて紫外線照射を行うと同時に照明装置としても利用することができる。また、前記蛍光体層が出射する可視光は、紫外光源の点灯有無の識別判断にも使用できる。さらに識別性を高めるために、白色ではなく例えば赤、緑等の波長範囲を選択することも可能である。

本発明によれば、菌又はウイルスの不活化を行うべく紫外光源を用いて紫外線の照射を行うに際し、照射線量を規格等で定められた基準値以下となるように紫外光源を制御した場合であっても、広い範囲への不活化効果を従来よりも高めることができる。

本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１の光取り出し面に垂直な面の断面を示す斜視図である。 図２に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図である。 Ｙ方向から見たときの、ＬＥＤ素子の配置態様を示す模式図である。 図３の反射部材の近傍を詳細に示す拡大図である。 本発明に係る第一実施形態の、紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 シミュレーションに用いた光学フィルタの特性を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態の第一変形例を模式的に示す斜視図である。 図８の光取り出し面に垂直な面の断面を示す斜視図である。 図９に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図である。 図１０の反射部材の近傍を詳細に示す拡大図である。 本発明に係る第一実施形態の第一変形例の、紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態の第二変形例を模式的に示す斜視図である。 図１３の光取り出し面に垂直な面の断面を示す斜視図である。 図１４に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図である。 図１５の反射部材の近傍を詳細に示す拡大図である。 本発明に係る第一実施形態の第二変形例の、紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 第一実施形態の第一領域に可視光源を設置した変形例の断面図である。 第一実施形態の第二変形例の第一領域に可視光源を設置した変形例の断面図である。 第一実施形態の第一領域に可視光照明を設置した変形例を示す斜視図である。 本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。 図２１の光取り出し面に垂直な面の断面を示す斜視図である。 図２２に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図である。 図２３のエキシマランプ近傍を詳細に示す拡大図である。 ＋Ｙ方向から見た時の筐体と遮光部材の関係を示す模式図である。 本発明に係る第二実施形態を＋Ｙ方向から見たときの模式図である。 本発明に係る第二実施形態の紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態の第一変形例の断面をＺ方向に見た平面図である。 本発明に係る第二実施形態の第一変形例の拡散部材を傾斜して配置した場合の断面をＺ方向に見た平面図である。 本発明に係る第二実施形態の第一変形例の紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態の第一変形例の拡散部材を傾斜して配置した場合の紫外線の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態の第二変形例の断面をＺ方向に見た平面図である。 本発明に係る第二実施形態の第二変形例の紫外線及び可視光の出射角に対する相対放射強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 光制御部としてシリンドリカルレンズを用いた例を示す概念図である。 本発明に係る第二実施形態の変形例を示す概念図である。 本発明に係る第二実施形態の他の変形例を示す概念図である。

以下、本発明の菌又はウイルスの不活化装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。

本発明の菌又はウイルスの不活化装置は、紫外光源を含んでおり、この紫外光源が発する紫外線を用いて、空間又は物体表面に存在する菌やウイルスの不活化を行うための装置である。特に、この不活化装置が備える紫外光源としては、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源が用いられる。波長が２４０ｎｍよりも長波長側の紫外線、（特に深紫外光（ＵＶＣ））は、人の皮膚を透過しやすく、皮膚内部まで浸透しやすい。そのため、人の皮膚内部の細胞がダメージを受けやすい。これに対して、波長２４０ｎｍ未満の紫外線は、人の皮膚表面（例えば角質層）で吸収されやすく、波長が短くなるほど皮膚内部にまで浸透し難いため、紫外線による人体への影響が小さい。このことは、紫外線に対する皮膚を構成するたんぱく質の吸収スペクトルにおいて、波長２４０ｎｍ未満の波長域で吸収率が高くなることからも示唆される。特に、紫外線の波長帯域がより短波長である場合において、人体への安全性がより高められる。そのため、この装置が備える紫外光源が発する紫外線としては、主たる発光波長が波長２３７ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外線であることが好ましく、更には、波長２３５ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外線であることがより好ましく、波長２３０ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外線であることが特に好ましい。また、極めて短波長の紫外線が、大気中に照射されるとオゾンを発生させやすいため、オゾンによる人体への影響を低下させる観点からは、波長２００ｎｍ以上の波長帯域に属する紫外線の利用がより適している。この観点から、不活化装置が備える紫外光源は、主たる発光波長が波長２００ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外線を発する構成であるのが特に好ましい。不活化装置に搭載される紫外光源は、ＬＥＤ素子で構成される場合と、紫外線ランプ（特にはエキシマランプ）で構成される場合とが想定される。以下では、前者の態様が第一実施形態において説明され、後者の態様が第二実施形態において説明される。

［第一実施形態］
図１は、不活化装置１の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。図２を参照して後述するように、不活化装置１は、紫外光源としてのＬＥＤ素子１１を備えており、このＬＥＤ素子１１から出射された紫外線を、光取り出し面１５を介して不活化装置１の外部に照射する。図２は、光取り出し面１５に垂直な面の断面を示す斜視図である。

以下の各図では、光取り出し面に平行な方向をＸ方向とし、光取り出し面に垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする、Ｘ－Ｙ－Ｚ座標系が適宜併記されている。この定義を用いて説明すると、図３は、図２に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図に対応する。なお、図３では、一部の光線の進行の態様が一点鎖線にて模式的に図示されている。以下の図面においても同様である。

なお、以下の説明では、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。また、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。

本実施形態において、Ｘ方向が「第一方向」に対応し、Ｙ方向が「第二方向」に対応する。

図１～図３に示すように、本実施形態の不活化装置１は筐体１０を備え、この筐体１０の内側には前述した紫外光源としてのＬＥＤ素子１１がＸ－Ｚ面方向に複数配置されている。ＬＥＤ素子１１は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する。一例として、ＬＥＤ素子１１のピーク波長は、２３５ｎｍ又は２２６ｎｍである。

なお、本実施形態では、複数のＬＥＤ素子１１が環状に配置されている。この点については、図４を参照して詳述される。

図１～図２に示すように、本実施形態において、筐体１０は円盤形状を呈しており、その一部の面が光取り出し面１５を構成する。光取り出し面１５は、Ｘ－Ｚ平面に平行な面である。光取り出し面１５の一部は、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１を透過する材料で構成された窓部材１４で形成される。ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１は、＋Ｙ方向に進行して、窓部材１４に向かう。そして、この紫外線Ｕ１は、窓部材１４内を通過した後、光取り出し面１５を介して筐体１０の外側に出射される。

本実施形態の不活化装置１は、この窓部材１４に光学フィルタ２５が付設されている。この光学フィルタ２５は、光取り出し面１５の面上に設置されていても構わないし、窓部材１４の、ＬＥＤ素子１１側の面上に形成されていても構わない。光学フィルタ２５は、前記紫外光源が発する波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を透過し、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の透過を抑制する機能を奏する。光学フィルタ２５は、例えば、このような波長選択性を示すように設計された、屈折率の異なる複数の誘電体層の多層膜で形成される。

更に、本実施形態の不活化装置１は、筐体１０の内側にコリメータレンズ３１を収容する。コリメータレンズ３１は、それぞれのＬＥＤ素子１１に対応した位置にレンズ面が配置されており、各ＬＥＤ素子１１から出射された光線束の発散角を縮小する。典型的には、コリメータレンズ３１は、各ＬＥＤ素子１１から出射された光線束を、平行光に変換する。つまり、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１は、コリメータレンズ３１でＹ方向に平行光化された後、小さい入射角で光学フィルタ２５に入射する。その後、光学フィルタ２５を通過した、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の紫外線Ｕ２が筐体１０の外部に取り出される。なお、図の簡略化のため、紫外線Ｕ１及び紫外線Ｕ２は適宜省略して示されている。

上述したように、ＬＥＤ素子１１は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する。しかしながら、ＬＥＤ素子１１の発光スペクトルは、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内に属する紫外線を含む場合がある。また、主たる発光波長から離れた波長域、すなわち裾の領域において、ピーク波長における強度（ピーク強度）と比較して極めて弱い強度ながらも光強度を示すことがある。光学フィルタ２５は、このような、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域における光の進行を抑制する目的で設置されている。

光学フィルタ２５は入射される紫外線Ｕ１の入射角に応じて、波長別の透過率や反射率が変化する特性（入射角依存性）がある。より詳細には、ＬＥＤ素子１１が出射する紫外線Ｕ１において、光学フィルタ２５における入射角が大きくなると、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の透過率が低下し反射率が増加する。このことは、紫外線の不活化装置１の外部への取り出し効率の低下を招く懸念がある。このため、ＬＥＤ素子１１と光学フィルタ２５の間にコリメータレンズ３１を備えることにより、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１を、光学フィルタ２５に対して小さい入射角で入射させることができるので、光取り出し効率が低下しにくくなる。

さらに、不活化装置１は、光取り出し面１５の＋Ｙ側に反射部材１３を備える。反射部材１３は、光取り出し面１５から出射された紫外線Ｕ２に対して反射性を示す材料からなる反射面１３ａを含む。本実施形態において、反射部材１３の反射面１３ａは、曲線Ｃ１（図３参照）をＹ方向を軸として回転させた回転体形状の外側面に対応する。詳述すると、反射部材１３は、光取り出し面１５と平行で、後述する第一領域Ａ１と同程度の面積を持つ上面１３ｔと、当該上面１３ｔの外縁から緩やかに湾曲する外側面を有し、この外側面が反射面１３ａに相当する。反射面１３ａのＸ方向に係る幅Ｄ１は、後述する第二領域Ａ２の幅と同程度である（図３参照）。

反射部材１３が、上述した形状の反射面１３ａを有することで、筐体１０の光取り出し面１５を介して反射面１３ａに入射した紫外線Ｕ２は、Ｘ－Ｚ面方向（図３ではＸ方向のみが図示されている。）に関して直接筐体１０から離れるように反射する。反射面１３ａに用いることができる材料としては例えば、光輝アルミニウムや、アルミニウムなどを蒸着した部材、及び誘電体多層膜を形成した部材などが挙げられる。反射部材１３をこれらの材料で構成しても構わないし、反射面１３ａにのみこれらの材料を用いても構わない。

図４は、Ｙ方向から見たときの、複数のＬＥＤ素子１１の配置態様を示す模式図である。図４において、ＬＥＤ素子１１が配置されている領域にハッチングが施されている。すなわち、本実施形態の不活化装置１は、Ｙ方向から見た場合に、ＬＥＤ素子１１が配置されていない第一領域Ａ１と、第一領域Ａ１を取り囲むように複数のＬＥＤ素子１１が配置された第二領域Ａ２を有する。光取り出し面１５は第二領域Ａ２に対応した形状を示す。すなわち、図４に示すように、光取り出し面１５は、Ｙ方向から見たときに環状を呈する。

図５は、図３において一部省略して示した紫外線Ｕ２の進行方向を詳細に示す拡大図である。図５に示すように、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の進行方向が、反射部材１３によって変更され、紫外線Ｕ２の出射角が大きくなる。すなわち、光取り出し面１５おける出射角が大きい広角の方向への紫外線を優先的に照射し、広角の方向に対向する領域の照度を高めることが可能となる。

図６は、不活化装置１から出射する紫外線Ｕ２の出射角に対する相対放射強度を求めたシミュレーションＳ１の結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ１）
シミュレーションＳ１は、図１～図３に示した第一実施形態の構成を想定して行ったシミュレーションである。シミュレーションＳ１において、ＬＥＤ素子１１は同心円状に等間隔で、周方向に３周配置するものとした。具体的には、面発光する０．８ｍｍ角のＬＥＤ素子を、半径１０ｍｍの円上に２０個、半径１３ｍｍの円上に２７個、半径１６ｍｍの円上に３３個配置するものとした。また、反射部材１３の反射面１３ａの形状は、ＬＥＤ素子１１が配置される円の中心を軸として３次スプライン曲線を回転させた形状で構成されるものとした。また、当該軸方向（以下便宜上、「法線方向」という。）に見た際に、反射面１３ａは最も外側に配列するＬＥＤ素子１１の位置の外側まで構成される。さらに、コリメータレンズ３１は、コリメータレンズ３１の入射面における紫外線の入射角が３７度以内のものを法線方向に略平行化するものとした。また、光学フィルタ２５は図７に示す特性を有するものとして、シミュレーションを行った。

相対放射強度は、任意の出射角における照度測定値から放射強度を得て、最大の放射強度で除して求められる。実際には、ＪＩＳ Ｃ ８１０５－５「配光測定方法」を参考とし、紫外光源のピーク波長に感度を持つ照度計を用いて、出射角毎の照度測定値から放射強度を得て、各出射角における放射強度の最大値で除した値から、相対放射強度が求められる。出射角は、光取り出し面１５の中心を原点とし、前述した通り、Ｙ方向を０度として示すものである。また、出射角が９０度の方向とは、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向に相当するが、出射角が９０度の方向は、Ｘ方向及びＺ方向を含む３６０度の方向において考慮することが可能である。以下、本明細書で示す出射角に対する相対放射強度のグラフは、この３６０度の全方向の平均値を示すものである。

紫外線Ｕ２の進行方向が反射部材１３によって変更される（図５参照）ことの効果について、図６を用いて説明する。図６に示すように、紫外線の相対放射強度は、出射角が０度以上～４０度未満の範囲では０を示し、出射角が４０度を超えると、紫外線の相対放射強度の値が立ち上がる。さらに、出射角が大きくなるにつれて紫外線の相対放射強度が漸増し、７０度付近において最大値を示し、略９０度において相対放射強度が０を示すまで漸減する（図６参照）。すなわち、反射部材１３によって、紫外線Ｕ２の出射角が広角の方向に変更され、出射角が４０度以上９０度以下の範囲に対して紫外線が照射される結果となる。したがって、０度方向の紫外線が照射される領域における照度よりも、広角の方向の紫外線が照射される領域における照度を高められる。

なお、上述したように、不活化装置１の光取り出し面１５から出射される紫外線Ｕ２の放射強度を角度別に分解した場合における最大値を示す角度（ピーク角度）は、４０度以上９０度未満の範囲となるように設計されることが好ましく、より好ましくは４０度以上８５度未満であり、さらに好ましくは４０度以上８０度未満の範囲となるように設計されることが好ましい。本実施形態においては、当該ピーク角度は７０度付近に位置する。

本シミュレーションＳ１の結果は、上記の設定条件において導き出されたものであるが、不活化装置１の寸法比又はＬＥＤ素子の個数等が異なっても、本発明に係る構成とすれば、０度方向よりも、広角の方向の紫外線の放射強度を高められることが理解される。このように、本発明に係る菌又はウイルスの不活化装置によれば、ＡＣＧＩＨの規格に従って、紫外線照射線量を管理した場合において、０度方向の紫外線が照射される領域における照度が最大となる場合よりも、より広い範囲に紫外線の照射が可能となる。

［変形例］
以下において、第一実施形態の各変形例について、図面を参照して説明する。

（第一変形例）
図８は、不活化装置１の第一実施形態の第一変形例を模式的に示す斜視図であり、図９は、光取り出し面１５に垂直な面の断面を示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図に対応する。第一変形例の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

第一変形例の不活化装置１は、図８～図１０に示すように、光取り出し面１５の＋Ｙ側に反射部材１３を備える。反射部材１３が、光取り出し面１５から出射された紫外線Ｕ２を、Ｘ－Ｚ面方向（図１０ではＸ方向のみが図示されている。）に関して直接筐体１０から離れるように反射する点は第一実施形態と同様である。第一変形例の不活化装置１において、反射部材１３は－Ｙ方向に対して凸形状を示す円錐台形状であり、Ｙ方向に関して第二領域Ａ２（図４参照）と対向する領域において、後述する第二遮光部材２３の側部２３ｓ、底部２３ｂ及び光取り出し面１５とに挟まれた空間内に配置される。また、反射部材１３は、Ｙ方向から見て、第一領域Ａ１（図４参照）を取り囲むように配置される。図１１は、図１０における反射部材１３近傍の拡大図である。図１１に示すように、反射面１３ａは、反射部材１３の外側面で構成されている。図１０～図１１に示すように、反射面１３ａは、図Ｘ－Ｚ面に平行である光取り出し面１５に対して傾斜しており、入射された紫外線Ｕ２を筐体１０の外側に反射する。

また、第一変形例の不活化装置１は、図８～図１０に示すように、反射面１３ａで反射された紫外線Ｕ２のうち、－Ｙ方向、すなわちＬＥＤ素子１１に近づくように進行する紫外線Ｕ２の進行を遮る第一遮光部材２２を備える。この点について、図１１を用いて詳述する。

第一遮光部材２２は、図１１に示すように、光取り出し面１５から出射され、反射面１３ａで反射された後、後述する拡散部材２４において拡散した紫外線Ｕ２のうち、－Ｙ方向に関してＬＥＤ素子１１側に近づく紫外線Ｕ２の進行を遮る。このように、不活化装置１のＬＥＤ素子１１がある側、すなわち、紫外線照射を予定する領域の反対側に近づく紫外線Ｕ２を遮る第一遮光部材２２を備えることにより、紫外線照射を望まない領域への照射を防ぐことができる。

第一変形例の不活化装置１において、第一遮光部材２２は、Ｘ方向に一定の幅を有し、＋Ｙ方向に垂直に折れ曲がった鍵形の形状を有する。第一遮光部材２２は、この鍵形の形状を、Ｙ方向を軸として回転させた回転体で構成されている。つまり、第一遮光部材２２は、外周に側壁２２ｓを有する環状の板部材であり、筐体１０の＋Ｙ方向に係る端部と連結されている。側壁２２ｓのＹ方向に係る幅は、拡散部材２４のＹ方向に係る幅と同等か、同等以上としてもよい。つまり拡散部材２４のＹ方向最大位置に対して、側壁２２ｓのＹ方向最大位置が同等か、同等以上としてもよい。また、側壁２２ｓのＹ方向に係る幅は、反射部材１３のＹ方向に係る幅と同等か同等以上としてもよい。さらに、側壁２２ｓの＋Ｙ方向に係る端部の位置は、拡散部材２４の＋Ｙ方向に係る端部の位置と同等か、＋Ｙ側であってもよい。

なお、第一遮光部材２２は、Ｘ－Ｚ平面を主面とする平板形状であってもよいし、上述したように、第一遮光部材２２が、光取り出し面１５を基準として出射方向側（図１１における＋Ｙ方向側）に伸びる側壁２２ｓを有しても良い。また、当該側壁２２ｓを部分的に備える形態であってもよい。このような側壁２２ｓの形状を有することにより、紫外線照射を予定する領域の反対側に近づく紫外線Ｕ２をより効果的に遮ることができる。また、当該側壁２２ｓのＹ方向に係る幅を調整することで、紫外線Ｕ２の出射方向を適切に調整することができる点で、当該側壁２２ｓは好適な構成である。なお、第一遮光部材２２において、Ｘ－Ｚ平面を主面とする平板形状を有する部分と、当該側壁２２ｓに示す形状を有する部分は、それぞれが別体で設計されても構わない。

第一遮光部材２２として用いることができる材料としては例えば黒アルマイト加工されたアルミニウム、ソーダライムガラスのような波長３００ｎｍ未満の紫外線を透過しないガラス、無電解ニッケルめっきされた部材、紫外線吸収剤を含む塗装がされた部材などが挙げられる。第一遮光部材２２をこれらの材料で構成しても構わないし、紫外線Ｕ２が入射する面にのみこれらの材料を用いても構わない。なお、第一遮光部材２２は、紫外線Ｕ２の進行を遮るものであれば、紫外線Ｕ２を吸収するものであってもよい。

さらに、第一変形例の不活化装置１は、図８～図１０に示すように、第二遮光部材２３を備える。第二遮光部材２３は、光取り出し面１５から＋Ｙ方向に出射される紫外線の少なくとも一部の紫外線の進行を遮るものである。例えば、第一領域Ａ１（図４参照）から出射される紫外線の進行を遮る。第二遮光部材２３は、紫外線の進行を遮る機能を奏する限り、どのような材料で形成されていても構わない。一例として、第二遮光部材２３は、第一遮光部材２２と同一又は同種の材料で形成される。このような構成とすることで、第一領域Ａ１のＬＥＤ素子１１の配置密度が小さいことに加え、０度の方向に対向する領域における照度を、その周囲の領域における照度と比べて相対的に低くすることができる。

第一変形例の不活化装置１において、第二遮光部材２３は、光取り出し面１５の＋Ｙ側に接し、光取り出し面１５と平行な上面２３ｔを有する。この第二遮光部材２３の上面２３ｔは、第一領域Ａ１と同程度の面積としても構わない。さらに第二遮光部材２３は、前記上面２３ｔの外縁からＹ方向に延在する側部２３ｓと、この側部２３ｓから更に上面２３ｔから離れる向きに延在する底部２３ｂとを有する。つまり、第二遮光部材２３は、上面２３ｔが平らで、円筒型の側面に鍔を有する、いわゆるシルクハット型の形状である。そして、側部２３ｓと底部２３ｂとに挟まれた空間内に反射部材１３が配置されている。光取り出し面１５の＋Ｙ側において、第二遮光部材２３の上面が接することで、第一領域Ａ１から紫外線Ｕ２は出射されないように遮光される。

加えて、第一変形例の不活化装置１においては、図８～図１１に示すように、拡散部材２４が、反射面１３ａと第一遮光部材２２の間に、反射部材１３の外側を取り囲むように配置される。図８において、拡散部材２４にハッチングが施されている。図１１を用いて説明すると、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の進行方向が、反射部材１３によって変更された後、さらに拡散部材２４で拡散される。すなわち、光取り出し面１５に対して出射角が大きい広角の方向へ紫外線を優先的に照射し、さらに、紫外線Ｕ２は拡散部材２４を通過して拡散されることにより、不活化装置１から出射される紫外線Ｕ２の出射方向に関して、際立って放射強度が高い出射方向が現れにくくなる。よって、ＡＣＧＩＨで規定される照射線量に関する基準をクリアするために要求される紫外光源の出力や照射時間の制限は、更に緩和される。第一変形例の不活化装置１において、拡散部材２４は第一遮光部材２２と第二遮光部材２３を連絡するように配置されるが、どちらか一方に固定されるようにしても構わない。このような拡散部材２４として、例えばＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂シートが利用できる。

図１２は、第一変形例の不活化装置１から出射する紫外線Ｕ２の出射角に対する紫外線の相対放射強度を求めたシミュレーションＳ２の結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ２）
シミュレーションＳ２は、図８～図１０に示した第一実施形態の第一変形例の構成を想定して行ったシミュレーションである。シミュレーションＳ２において、ＬＥＤ素子１１は円状に１周配置するものとした。具体的には、面発光する０．８ｍｍ角のＬＥＤ素子を、半径２０ｍｍの円上に４１個配置するものとした。また、反射部材１３の反射面１３ａの形状は、円錐台形状で構成されるものとし、当該反射面１３ａの角度は光取り出し面１５に対して４５度傾斜するものとした。さらに、当該反射面１３ａの外側を取り囲むように拡散部材２４が配置されるものとした（図９参照）。その他の条件はシミュレーションＳ１と同様である。

紫外線Ｕ２の進行方向が反射部材１３によって変更された後、拡散部材２４で拡散される（図１１参照）ことの効果について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、第一変形例の不活化装置１においては、出射角が０度において紫外線の相対放射強度が０．１以下であり、出射角が大きくなるにつれて漸増し、７０度付近において、紫外線の放射強度が最大となる。すなわち、０度方向の紫外線が照射される領域における照度よりも、広角の方向の紫外線が照射される領域における照度が高い。さらに、拡散部材２４を備えない不活化装置１に基づくシミュレーションＳ１の結果に対応する図６と拡散部材２４を備える第二変形例の不活化装置１に基づくシミュレーションＳ２の結果に対応する図１２を比較すると、不活化装置１が拡散部材２４を備えることにより、出射角毎の放射強度の差が低下することがわかる。このため、不活化装置１を用いて紫外線の照射を行う場合に、際立って放射強度が高い出射方向が現れにくくなり、空間中又は物体表面への紫外線照射を有効に行うことができる。

本シミュレーションＳ２の結果は、上記の設定条件において導き出されたものであるが、不活化装置１の寸法比又はＬＥＤ素子の個数等が異なっても、本発明に係る構成とすれば、０度方向よりも、広角の方向の紫外線の放射強度を高められることが理解される。

（第二変形例）
図１３は、不活化装置１の第一実施形態の第二変形例を模式的に示す斜視図であり、図１４は、光取り出し面１５に垂直な面の断面を示す斜視図である。また、図１５は図１４に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図に対応する。第二変形例の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

第二変形例の不活化装置１は、図１３～図１５に示すように、光取り出し面１５の＋Ｙ側に反射部材１３を備える。反射部材１３は、光取り出し面１５から出射された紫外線Ｕ２の進行方向を、筐体１０のＸ方向に係る中心箇所に近づいた後に筐体１０から離れる方向に変更させる反射面１３ａを含む。第二変形例の不活化装置１において、反射部材１３は＋Ｙ方向に対して凸形状を示す円錐台形状であり、第二領域Ａ２と対向する領域において、後述する取付部材４１上に配置される。また、反射部材１３は、Ｙ方向から見て、第一領域Ａ１（図４参照）を取り囲むように配置される。図１６は、図１５における反射部材１３近傍の拡大図である。図１６に示すように、反射面１３ａは、反射部材１３の内側面で構成され、反射面１３ａは、図１６に示すように、光取り出し面１５に対して傾斜しており、入射された紫外線Ｕ２を筐体１０の内側、より詳細にはＸ方向に係る中心箇所に近づく方向に反射する。

また、第二変形例の不活化装置１においては、図１３～図１５に示すように、第一遮光部材２２は筐体１０の側面の＋Ｙ方向に係る端部に備えられる。第一遮光部材２２は筐体１０と同程度の幅を持つ円筒で構成される。前述した通り、第二変形例の不活化装置１においては、反射部材１３の反射面１３ａに入射した紫外線Ｕ２の進行方向は、主に筐体１０の内側に向かうように変更されるが、紫外線Ｕ２の一部が、反射部材１３を基準として、不活化装置１の外側及びＬＥＤ素子１１が設置されている側に進行する可能性も考えられる。第一遮光部材２２は、紫外線の照射が予定されていない領域に対する紫外線Ｕ２の照射を抑制する目的で設けられている。

さらに、第二変形例の不活化装置１は、図１３～図１５に示すように、第二遮光部材２３を備える。第二遮光部材２３は、第一領域Ａ１（図４参照）から出射される紫外線の進行を遮るものであり、第一変形例における第二遮光部材２３と同様の議論が可能である。

加えて、第二変形例の不活化装置１においては、図１３～図１６に示すように、拡散部材２４が、反射面１３ａの内側の位置に、第二遮光部材２３の外縁上に配置される。つまり、反射面１３ａは、拡散部材２４の外側を取り囲むように配置されている。図１３及び図１４において、拡散部材２４にハッチングが施されている。図１５及び図１６に示すように、反射面１３ａで反射した紫外線Ｕ２が拡散部材２４で拡散され、不活化装置１から紫外線Ｕ２が空間に取り出される。第二変形例の不活化装置１において、拡散部材２４は第二遮光部材２３と後述する取付部材４１を連絡するように配置されるが、どちらか一方に固定されるようにしても構わない。

また、第二変形例の不活化装置１は、第二領域Ａ２（図４参照）と同程度の面積を持つ環状の取付部材４１を有する。この取付部材４１は、第一遮光部材２２と拡散部材２４を連絡するように配置される。なお、取付部材４１は第一遮光部材２２と同じ材料で構成されてもよく、第一遮光部材２２と一体であっても構わない。反射部材１３に入射した紫外線Ｕ２のうち、Ｙ方向に進行する紫外線Ｕ２はわずかと考えられるため、取付部材４１は任意の構成として構わない。

なお、上述した構成では、反射部材１３が取付部材４１に連結して配置されているものとしたが、例えば第一遮光部材２２や筐体１０に固定されても構わない。

図１７は、第二変形例の不活化装置１から出射する紫外線Ｕ２の出射角に対する紫外線の相対放射強度を求めたシミュレーションＳ３の結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ３）
シミュレーションＳ３は、図１３～図１５に示した第一実施形態の第二変形例の構成を想定して行ったシミュレーションである。シミュレーションＳ３においては、拡散部材２４の外側を反射部材１３の反射面１３ａが取り囲むように配置されるものとした（図１４参照）点のみが、シミュレーションＳ２の条件と異なり、その他の条件はシミュレーションＳ２と同様である。

図１７に示すように、第二変形例の不活化装置１は、出射角が０度において紫外線の相対放射強度が０．１以下であり、出射角が大きくなるにつれて漸増し、８０度付近において、紫外線の放射強度が最大となる。すなわち、０度方向の紫外線が照射される領域における照度よりも、広角の方向の紫外線が照射される領域における照度が高くなる。さらに、拡散部材２４を備えない不活化装置１に基づくシミュレーションＳ１の結果に対応する図６と、拡散部材２４を備える第二変形例の不活化装置１に基づくシミュレーションＳ３の結果に対応する図１７とを比較すると、不活化装置１が拡散部材２４を備えることにより、出射角毎の放射強度の差が低下することがわかる。このため、不活化装置１を用いて紫外線の照射を行う場合に、際立って放射強度が高い出射方向が現れにくくなり、空間中又は物体表面への紫外線照射を有効に行うことができる。

本シミュレーションＳ３の結果は、上記の設定条件において導き出されたものであるが、不活化装置１の寸法比又はＬＥＤ素子の個数等が異なっても、本発明に係る構成とすれば、０度方向よりも、広角の方向の紫外線の放射強度を高められることが理解される。

第二変形例の不活化装置１は、前述した通り、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２を、反射部材１３の反射面１３ａが筐体１０の内側に向かって反射する。このように、筐体１０の内側に向かって紫外線Ｕ２を反射して、筐体１０のＸ方向に係る中心箇所に近づいた後に筐体１０から離れる方向に紫外線Ｕ２の光軸を変更した場合でも、出射角が広角の方向の紫外線が照射される領域における照度を高めることが可能である。

第二変形例の不活化装置１は、図１～図５を参照して上述した不活化装置１と比較して、筐体１０に対する反射部材１３のサイズを小さくすることが可能である。また、第二変形例の不活化装置１は、図９～図１１を参照して上述した第一変形例の不活化装置１とは異なり、Ｘ－Ｚ面方向（図１５ではＸ方向のみが図示されている。）に関して筐体１０の外側に第一遮光部材２２を設ける必要が無い。このように、第二変形例の不活化装置１では、全体構成をコンパクトに設計可能であり、室内に配置するに際し、好適な構成となる。

（他の変形例）
以下、第一実施形態の不活化装置１の他の変形例について説明する。

〈１〉
上記においては、筐体１０の内部にコリメータレンズ３１が収容され、窓部材１４に光学フィルタ２５が付設されているものとして説明した。光学フィルタ２５は、人体に有害とされる波長の紫外線の照射を制限する目的で採用されるものである。しかし、このような制御が必要ない場合には、必ずしも不活化装置１が光学フィルタ２５を備える必要はない。光学フィルタ２５を備えない場合には、光取り出し面１５は開口で構成することもできる。このような場合としては、例えば、不活化装置１で紫外線照射を行う場所が、ほとんど人の出入りが無いか少ない場合、あるいは、不活化装置１で紫外線照射を行う場所が、人が存在する場所から十分に離れている場合などが挙げられる。また、人が存在しない時間帯にのみ不活化処理を行う場合も同様である。

〈２〉
上述した通り、不活化装置１がコリメータレンズ３１を備えることにより、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１を光取り出し面１５に対して小さい入射角で入射させることができるので、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の大部分を、反射部材１３の位置に導くことができる。しかし、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１は一定の発散角を有して進行するものの、ＬＥＤ素子１１と光取り出し面１５とが十分に近接している場合には、大半の紫外線Ｕ１は光取り出し面１５に対して十分小さい角度で入射される。この場合、必ずしもコリメータレンズ３１を設ける必要はない。

〈３〉
また、コリメータレンズ３１及び光学フィルタ２５は、ＬＥＤ素子１１とともに、ＬＥＤパッケージとして一体に構成されても構わない。

〈４〉
さらに、上記においては、第一領域Ａ１には紫外光源としてのＬＥＤ素子１１が設置されていないものとして説明した。これに対し、図１８及び図１９に示すように、筐体１０内の第一領域Ａ１に可視光源５１を設置して、可視光源５１が発する可視光を照明用途としてもよい。図１８及び図１９では、一部の可視光の進行の態様が二点鎖線にて模式的に図示されており、以下の図面においても同様である。

図１８は可視光源５１を第一実施形態の第一領域Ａ１に設置した例の断面図である。この場合、反射部材１３の上面１３ｔの面積を縮小しても構わない。

また、図１９は、可視光源５１を第一実施形態の第二変形例（図１４～図１６参照）の第一領域Ａ１に設置した例の断面図である。図１９に示す構造では、図１６と比較して、第二遮光部材２３が設置されていない。また、別の態様として、図１６の例と同様に、第二遮光部材２３を備えつつ、この第二遮光部材２３を、紫外線を透過せず、可視光線を透過する材料で構成してもよい。

図１８又は図１９に示す構成とすることで、第一領域Ａ１に設置した可視光源５１が発する可視光Ｖ１を、不活化装置１から取り出すことができ、第二領域Ａ２から紫外線照射を行いつつ、第一領域Ａ１を照明用の領域として利用することができる。なお、光学フィルタ２５は、可視光Ｖ１の波長範囲に対しては上述したような入射角依存性の影響は小さいため、図１８及び図１９のように、可視光源５１と対向する位置にコリメータレンズ３１が構成されなくても、可視光Ｖ１は不活化装置１の外側に取り出される。

〈５〉
また、反射部材１３から＋Ｙ側に離れた位置に、可視光照明５２を設置することもできる。図２０は、第一実施形態の反射部材１３の＋Ｙ側に、可視光照明５２を設置して、第一領域Ａ１を照明用の領域として利用する例を示す斜視図である。この場合、典型的には、＋Ｙ方向は鉛直下方の向きである。第一変形例及び第二変形例においては、第二遮光部材２３を基準として、ＬＥＤ素子１１とは反対側に可視光照明５２を設置しても構わない。

〈６〉
さらに、第二変形例においては、第二遮光部材２３を基準として、ＬＥＤ素子１１とは反対側の面に、紫外線を吸収して可視光線を出射する蛍光体層が形成されても構わない。蛍光体層が形成される場合には、飛散防止のため、蛍光体層の表面を紫外線、可視光線を透過するフッ素樹脂等でコーティングしてもよいし、あらかじめ蛍光体を含有したフッ素樹脂フィルムを貼り付けてもよい。

［第二実施形態］
以下、第二実施形態について図面を参照して説明する。なお、第一実施形態と共通の要素については、同一の符号を参照し、その説明は適宜割愛される。

図２１は、不活化装置１の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。図２４を参照して後述するように、不活化装置１は、紫外光源としてのエキシマランプ１２を備えている。エキシマランプ１２が発する紫外線は、光取り出し面１５を介して不活化装置１の外部に照射される。図２２は、光取り出し面１５に垂直な面の断面を示す斜視図である。また、図２３は、図２２に示す断面図をＺ方向に見たときの平面図に対応する。

図２１～図２３に示すように、本実施形態の不活化装置１は、筐体１０を備え、この筐体１０の内側には前述した紫外光源としてのエキシマランプ１２が配置されている。エキシマランプ１２は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する。すなわち、エキシマランプ１２に封入される発光ガスは、エキシマ発光時に、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外線Ｕ１を出射する材料からなる。一例として、このような発光ガスとしては、ＫｒＣｌ、ＫｒＢｒ、ＡｒＦが含まれる。

例えば、発光ガスにＫｒＣｌが含まれる場合には、エキシマランプ１２は、主ピーク波長が２２２ｎｍ近傍の紫外線Ｕ１を発する。発光ガスにＫｒＢｒが含まれる場合には、エキシマランプ１２は、主ピーク波長が２０７ｎｍ近傍の紫外線Ｕ１を発する。発光ガスにＡｒＦが含まれる場合には、エキシマランプ１２は、主ピーク波長が１９３ｎｍ近傍の紫外線Ｕ１を発する。

なお、本実施形態では、筐体１０に４本のエキシマランプ１２が収容されている場合を例に挙げて説明するが（図２３参照）、エキシマランプ１２の本数は１本でも構わないし、２本、３本又は５本以上でも構わない。

図２２及び図２３に示すように、本実施形態において、筐体１０は略直方体形状を呈しており、その一部の面が光取り出し面１５を構成する。光取り出し面１５はＸ－Ｚ平面に平行な面である。光取り出し面１５の一部は、エキシマランプ１２が発する紫外線Ｕ１を透過する材料で構成された窓部材１４で形成される。エキシマランプ１２が発する紫外線Ｕ１は、＋Ｙ方向に進行して、窓部材１４に向かう。そして、この紫外線Ｕ１は、窓部材１４内を通過した後、光取り出し面１５を介して筐体１０の外側に出射される。

本実施形態の不活化装置１は、窓部材１４に光学フィルタ２５が付設されており、この点は、第一実施形態と同様である。

さらに、本実施形態の不活化装置１は、筐体１０の内部に、エキシマランプ１２と光取り出し面１５の間に配置されたテーパ状の反射面３２ａを有する電極ブロック３２を備える。図２４は、図２３におけるエキシマランプ１２の近傍を示す拡大図である。図２４に示すように、電極ブロック３２の反射面３２ａは、それぞれのエキシマランプ１２に対応して配置されており、各エキシマランプ１２から出射された光線束の発散角を縮小する。つまり、エキシマランプ１２が発する紫外線Ｕ１は、電極ブロック３２のテーパ状の反射面３２ａで反射された後、小さい入射角で光学フィルタ２５に入射する。その後、光取り出し面１５を通過した、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の紫外線Ｕ２が筐体１０の外部に取り出される。電極ブロック３２は、導電性を示す金属材料で構成することで、エキシマランプ１２の電極として兼用することが可能である。なお、図の簡略化のため、紫外線Ｕ１及び紫外線Ｕ２は適宜省略して示されている。

上述したように、エキシマランプ１２は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する。しかしながら、エキシマランプ１２の発光スペクトルは、主たる発光波長から離れた波長域、すなわち裾の領域において、ピーク波長における強度（ピーク強度）と比較して極めて弱い強度ながらも光強度を示すことがある。光学フィルタ２５は、このような、主たる発光波長よりも長波長側の波長域における極めて弱い強度の光の進行を抑制する目的で設置されている。

前述した通り、光学フィルタ２５には、紫外線Ｕ１の入射角に応じて、波長別の透過率や反射率が変化する特性（入射角依存性）がある。このため、エキシマランプ１２と光学フィルタ２５の間に、テーパ状の反射面３２ａを有する電極ブロック３２を備えることにより、エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｕ１を光学フィルタ２５に対して小さい入射角で入射させることができるので、光取り出し効率が低下しにくくなる。

さらに、不活化装置１は、光取り出し面１５の＋Ｙ側に反射部材１３を備える。反射部材１３は、光取り出し面１５から出射された紫外線Ｕ２に対して反射性を示す材料からなる反射面１３ａを含む。本実施形態において、反射部材１３は後述する支持面４３ｂと接する面を底面１３ｂとする円錐台形状であり、反射部材１３の反射面１３ａは、反射部材１３の外側面で構成される。反射面１３ａは、図２３に示すように、光取り出し面１５に対して傾斜しており、入射された紫外線Ｕ２を筐体１０の外側に反射する。

反射部材１３が、上述した形状の反射面１３ａを有することで、筐体１０の光取り出し面１５を介して反射面１３ａに入射した紫外線Ｕ２は、Ｘ－Ｚ面方向（図２３ではＸ方向のみが図示されている。）に関して直接筐体１０から離れるように反射する。図２３に示すように、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の進行方向が、反射部材１３によって変更され、紫外線Ｕ２の出射角が大きくなる。すなわち、光取り出し面１５に対して出射角が大きい広角の方向へ紫外線を優先的に照射し、広角の方向の紫外線の放射強度を高めることが可能となる。

さらに、図２３に示すように、本実施形態は、反射部材１３の反射面１３ａで反射された紫外線Ｕ２のうち、－Ｙ方向、すなわちエキシマランプ１２が設置されている側に近づくように進行する紫外線Ｕ２の進行を遮る遮光部材２１を備える。このように、エキシマランプ１２が設置されている側、すなわち、紫外線照射を予定する領域の反対側に近づく紫外線Ｕ２を遮る遮光部材２１が備えられることにより、紫外線照射を望まない領域への照射を防ぐことができる。

図２１～図２３に示すように、遮光部材２１は、筐体１０が配置される面を頂面（上面２１ｔ）とする円錐台形状である。その側面は筐体１０の外側に開くように、光取り出し面１５に対して傾斜する。遮光部材２１の側面で囲まれた領域、すなわち遮光部材２１の内側は空洞となっており、＋Ｙ方向から見て、遮光部材２１が反射部材１３の外側を取り囲むように配置される。

また、遮光部材２１は、孔部４２を有する。この孔部４２について、図２５を用いて説明する。図２５は、反射部材１３、窓部材１４及び後述する支持部材４３を除いた状態で、筐体１０と遮光部材２１を＋Ｙ方向から見た時の関係を示す模式図である。図２５に示すように、光取り出し面１５と孔部４２が、＋Ｙ方向から見て重なるように遮光部材２１が配置される。

また、本実施形態において、反射部材１３は、遮光部材２１が有する支持面４３ｂ（図２６参照）に配置される。図２６は第二実施形態に係る不活化装置１を＋Ｙ方向から見たときの模式図である。図２６に示すように、遮光部材２１は、支持部材４３として、遮光部材２１の内側面２１ｓから反射部材１３に向かって延伸する支持棒４３ａと、支持棒４３ａが連結される支持面４３ｂを含む。この支持面４３ｂ上に反射部材１３が配置される。また、遮光部材２１は、支持部材４３と遮光部材２１の内縁部２１ｅとの間に、開口部４４を有する。反射部材１３の反射面１３ａにおいて反射された紫外線Ｕ２は、当該開口部４４及び反射面１３ａと遮光部材２１の内側面２１ｓとの間を通過する。また、図２６に示すように、＋Ｙ方向から見た際に、開口部４４と光取り出し面１５とが重ならないように、筐体１０が配置されている。なお、遮光部材２１の開口径ｄ１は、反射部材１３の底面１３ｂの直径ｄ２よりも２倍以上としてもよい（図２６参照）。遮光部材２１の開口面積と反射部材１３の底面１３ｂの面積を比較する場合には４倍以上としてもよい。遮光部材２１の材料は、第一実施形態で上述した第一遮光部材２２と同様に選択可能である。

図２７は、本実施形態の不活化装置１から出射する紫外線Ｕ２の出射角に対する紫外線の相対放射強度を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ４）
シミュレーションＳ４は、図２１～図２３に示した第二実施形態の構成を想定して行ったシミュレーションである。シミュレーションＳ４において、エキシマランプ１２は筐体１０内に４本配置するものとした。具体的には、エキシマランプ１２の大きさ及び形状は、直径が６ｍｍで長さが７０ｍｍの略円柱状である。また、反射部材１３の反射面１３ａの形状は、円錐台形状で構成されるものとし、当該反射面１３ａの角度は光取り出し面１５に対して４５度傾斜するものとした。さらに、エキシマランプ１２が設置される電極ブロック３２には、５５度に傾斜したテーパ状の反射面３２ａが形成されるものとした（図２４参照）。また、光学フィルタ２５は図７に示す特性を有するものとして、シミュレーションを行った。

紫外線Ｕ２の進行方向が反射部材１３によって変更される（図２３参照）ことの効果について、図２７を用いて詳述する。図２７に示すように、紫外線の相対放射強度は、出射角が０度以上～３５度未満の範囲では０を示し、出射角が３５度を超えると、紫外線の相対放射強度の値が立ち上がる。さらに、出射角が大きくなるにつれて紫外線の相対放射強度が漸増し、４０度付近において、相対放射強度が０．１となって極大値を示し４５度付近まで減少した後、５０度付近から再度相対放射強度が増加して、６５度付近において最大値を示し、略７５度において相対放射強度が０を示すまで漸減する（図２７参照）。すなわち、反射部材１３によって、紫外線Ｕ２の出射角が広角の方向に変更され、主に出射角が５０度以上７５度以下の範囲に対して紫外線が照射される結果となる。したがって、０度方向の紫外線が照射される領域における照度よりも、広角の方向の紫外線が照射される領域における照度を高められる。

図２７のシミュレーションＳ４の結果は、上記の設定条件において導き出されたものであるが、不活化装置１の寸法比又はエキシマランプの本数等が異なっても、本発明に係る構成とすれば、０度方向よりも、広角の方向の紫外線の放射強度を高められることが理解される。

［変形例］
以下において、第一実施形態の各変形例について、図面を参照して説明する。

（第一変形例）
第二実施形態の構成に、拡散部材２４を加えることができる。図２８は、図２３に倣って、第二実施形態の第一変形例の光取り出し面１５に垂直な面の断面図をＺ方向に見たときの平面図である。図２８に示すように、拡散部材２４は、反射部材１３の外側、すなわち反射面１３ａを取り囲むように配置される。また、図２９に示すように、拡散部材２４を光取り出し面１５に対して傾斜するように配置することも可能である。このように拡散部材２４が配置されることにより、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の進行方向が、反射部材１３によって変更された後、さらに拡散部材２４で拡散される。すなわち、図８～図１１を参照して上述した第一実施形態の不活化装置１と同様の効果が奏される。

図３０及び図３１は、上記第二実施形態の第一変形例の出射角に対する相対放射強度を求めたシミュレーションＳ５の結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ５）
シミュレーションＳ５は、図２８及び図２９に示した第二実施形態の第一変形例の構成を想定して行ったシミュレーションである。シミュレーションＳ５においては、反射部材１３の反射面１３ａの外側を取り囲むように拡散部材２４が配置されるものとした。なお、拡散部材２４の光取り出し面１５に対する角度について、光取り出し面１５に対して垂直に配置される場合と、５度傾斜する場合とで、それぞれシミュレーションを行った。その他の条件はシミュレーションＳ４と同様である。

図３０が、拡散部材２４が光取り出し面１５に対して垂直に配置される場合のシミュレーションＳ５の結果に対応し、図３１が、拡散部材２４を光取り出し面１５に対して傾斜して配置した場合のシミュレーションＳ５の結果に対応する。図３０及び図３１において、０度方向の相対放射強度よりも、広角の方向の相対放射強度が高い点、及び、拡散部材２４を備えることにより、出射角毎の放射強度の差が低下する点については、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例と同様の議論が可能である。さらに、図３０と図３１を比較すると、０度～２０度の範囲の、低角の方向の相対放射強度が増加している。このように、拡散部材２４を光取り出し面１５に対して傾斜して配置することで、出射角に対する相対放射強度を変更することが可能であり、不活化装置１の設置場所や紫外線の照射領域に応じた設計が可能である。

（第二変形例）
第一変形例の構成に加え、遮光部材２１の紫外線Ｕ２が入射する面に、入射された紫外線を可視光に変換する蛍光体層５３を形成することも可能である。図３２は、図２３に倣って、第二実施形態の第二変形例を光取り出し面１５に垂直な面の断面図をＺ方向に見たときの平面図である。図３２において、蛍光体層５３が形成されている領域にハッチングが施されている。

図３２に示すように、光取り出し面１５を通過した紫外線Ｕ２の進行方向が、反射部材１３によって変更された後、さらに拡散部材２４で拡散される。拡散部材２４で拡散された紫外線Ｕ２の一部が、遮光部材２１の内面に形成された蛍光体層５３に入射する。蛍光体層５３に入射された紫外線Ｕ２は、可視光Ｖ１に変換される。このように蛍光体層５３を形成すれば、遮光部材２１で単に紫外線Ｕ２を遮蔽した場合と比較して紫外線Ｕ２を有効に活用することができ、不活化装置１を用いて紫外線照射を行うと同時に照明装置としても利用することができる。

蛍光体層５３を遮光部材２１の内面に形成した効果について、図３３を用いて説明する。図３３は、第二実施形態の第二変形例の出射角に対する相対放射強度をシミュレーションしたシミュレーションＳ６の結果を示すグラフである。

（シミュレーションＳ６）
シミュレーションＳ６は、遮光部材２１の紫外線Ｕ２が入射する面に蛍光体層５３が形成されている点（図３２参照）がシミュレーションＳ５と異なり、その他の条件は、拡散部材２４が光取り出し面１５に対して垂直に配置された場合のシミュレーションＳ５の条件と同様である。

図３３には紫外線と可視光それぞれの出射角に対する相対放射強度が示されている。第二実施形態の第二変形例においては、紫外線の相対放射強度については、第一変形例と同様である（図３０参照）。一方で、可視光Ｖ１の相対放射強度は０度方向において最大の１を示し、９０度で０となるまで漸減する。蛍光体層５３は、入射された紫外線Ｕ２を可視光Ｖ１に変換するが、蛍光体層５３が出射する可視光Ｖ１に指向性は無い。そのため、従来と同様に、光取り出し面１５に対して垂直な０度の方向の相対放射強度は、広角の方向の相対放射強度よりも高くなる。このように、不活化装置１を用いて紫外線照射を広い範囲で行うと同時に可視光照明としても利用することができる。

（他の変形例）
以下、第二実施形態の不活化装置１の他の変形例について説明する。

〈１〉
第一実施形態と同様の議論が可能である。すなわち、本実施形態においても、人体に有害とされる波長の紫外線の照射を制限する制御が不要な場合には、必ずしも不活化装置１が光学フィルタ２５を備える必要はない。また、エキシマランプ１２と光取り出し面１５とがＹ方向に近接している場合には、必ずしも電極ブロック３２がテーパ状の反射面３２ａを有する必要はない。

〈２〉
また、図３４は光制御部として、シリンドリカルレンズ３３を用いた例を示す概念図である。電極ブロック３２がテーパ状の反射面３２ａを有しない場合でも、エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｕ１を光取り出し面１５に対して小さい入射角で入射させるために、図３４に示すように、シリンドリカルレンズ３３等の光学レンズを用いることもできる。

〈３〉
本実施形態において、遮光部材２１は、上面の位置に孔部４２を有するものとした。これは、遮光部材２１よりも－Ｙ側の位置に設置されたエキシマランプ１２から出射される紫外線Ｕ１を反射部材１３に導くための光路を確保する目的で設けられたものである。かかる観点から、遮光部材２１の上面よりも＋Ｙ側の位置、すなわち、遮光部材２１の内側にエキシマランプ１２を内蔵した筐体１０が設置される場合には、孔部４２は必ずしも必要ではない。

〈４〉
また、第二実施形態、その第一変形例及び第二変形例においては、反射部材１３は遮光部材２１が備える支持部材４３上に配置されるものとして説明したが、例えば、別の部材を用いて筐体１０に固定されても構わない。また、反射部材１３は円錐台形状でなくとも、例えば、円錐であってもいいし、四角錐形状であっても構わない。さらに、反射部材１３を複数配置しても構わない。

〈５〉
また、第二実施形態、その第一変形例及び第二変形例においては、遮光部材２１は内側面２１ｓを含む側壁を有するものとして説明したが、例えば、図３５に示すように、当該側壁を有さず、Ｘ－Ｚ平面を主面とする平板状であっても構わない。また、図３６に示すように、遮光部材２１の一部が、筐体１０よりも－Ｙ側に位置する構成としてもよく、当該遮光部材２１を例えば天井等の設置面に固定することで、不活化装置１を天井等に設置してもよい。

遮光部材が平板状である場合は、光取り出し面１５の開口面積よりも広範囲に遮光部材２１を延設させることが望ましい。具体的には、前記光取り出し面１５の開口面積の４倍以上の面積をなす円の中心を、前記光取り出し面１５の中心に配置させた際に、前記遮光部材２１の形成範囲は、当該円の範囲以上となるように形成させることが望ましい。

［別実施形態］
以下、別実施形態の構成について言及する。

〈１〉
上述した不活化装置１の構成のうち、光学フィルタ２５と、コリメータレンズ３１に代表される光学レンズとを含む構成を採用することで、以下の効果が期待される。なお、この構成を有する装置は、基本的には、菌又はウイルスの不活化目的の利用に高い適合性を示すが、他の用途に利用されることを排除するものではない。このため、かかる装置について、以下では「紫外線照射装置」と称する。

この紫外線照射装置は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線Ｕ１を発する紫外光源（ＬＥＤ素子１１，エキシマランプ１２等）と、開口又は窓部材で構成された光取り出し面１５を含むと共に前記紫外光源を内側に収容する筐体１０を備える。更に、この紫外線照射装置は、前記紫外光源から発せられる紫外線Ｕ１のうち、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を透過し、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の透過を抑制する光学フィルタ２５を備える。これにより、紫外光源から発せられる紫外線は、前記光学フィルタを介して、外部へ放射される。

さらに、紫外光源（例えばＬＥＤ素子１１，エキシマランプ１２等）と光学フィルタ２５との間には、紫外光源から出射された光線束を平行光に変換する、コリメータレンズ３１に代表される光学レンズを備える。これにより、紫外光源から出射された紫外線Ｕ１は、光学フィルタ２５に対して小さい入射角で入射しやすくなる。

光学フィルタ２５は、例えば、このような波長選択性を示すように設計された、屈折率の異なる複数の誘電体層の多層膜で形成される。しかし、光学フィルタ２５は、入射される紫外線の入射角に応じて、波長別の透過率や反射率が変化する性質（入射角依存性）を示す場合がある。典型的な一例として、光学フィルタ２５に対する入射角が大きくなると、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の透過率が低下し反射率が増加する。このことは、光学フィルタ２５に対する紫外線の入射角によっては、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の紫外線に関して、紫外線照射装置の外部への取り出し効率を低下させる可能性を示唆するものである。

これに対し、上述の構成によれば、紫外光源（１１，１２）と光学フィルタ２５との間には、紫外光源から出射された光線束の発散角を縮小する光学レンズを備える。これにより、紫外線を光学フィルタに対して小さい入射角で入射させやすくなり、光取り出し効率が低下しにくくなる。光学レンズは、コリメータレンズ３１のように、紫外光源から出射された光線束を平行光に変換する機能を有していてもよい。

また、紫外光源としてＬＥＤ素子１１が複数設けられる場合には、光学レンズも複数備えられるのが好ましい。典型的には、それぞれの光学レンズが、各ＬＥＤ素子１１に対応配置されるのが好適である。これにより、各ＬＥＤ素子１１から発せられた紫外線は、当該ＬＥＤ素子１１に対応して配置された各光学レンズを通過して光学フィルタに導かれるため、大部分の紫外線を光学フィルタに対して小さい入射角で入射させることができる。

光学レンズとして、コリメータレンズ３１が用いられる場合には、それぞれのＬＥＤ素子１１に対応した位置にコリメータレンズ３１のレンズ面が配置され、各ＬＥＤ素子１１から出射された光線束の発散角を縮小する。上述したように、典型的には、コリメータレンズ３１は、各ＬＥＤ素子から出射された光線束を、平行光に変換する。つまり、ＬＥＤ素子１１が発する紫外線Ｕ１は、コリメータレンズ３１でＹ方向に平行光化された後、小さい入射角で光学フィルタ２５に入射する。その後、光学フィルタ２５を通過した、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長域の紫外線Ｕ２が筐体１０の外部に取り出される。なお、各レンズ部分が各ＬＥＤ素子１１に対応して配置されていれば、コリメータレンズ３１自体は単一のレンズアレイであっても構わない。

〈２〉
上述した不活化装置１が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。

本発明の対象製品は、発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源を用いることで、人や動物の皮膚や目に紅斑や角膜炎を起こすことはなく、紫外線本来の殺菌、ウイルスの不活化能力を提供することができる。特に、従来の紫外光源とは異なり、人や動物が立ち入ることのできる空間で使用できるという特徴を生かし、屋内外の有人環境に設置することで、環境全体を照射することができ、空間内と環境内設置部材表面に存在するウイルスの不活化を行うことができる。

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。

１ ：不活化装置
１０ ：筐体
１１ ：ＬＥＤ素子
１２ ：エキシマランプ
１３ ：反射部材
１３ａ ：反射部材の反射面
１３ｔ ：反射部材の上面
１３ｂ ：反射部材の底面
１４ ：窓部材
１５ ：光取り出し面
２１ ：遮光部材
２１ｔ ：遮光部材の上面
２１ｓ ：遮光部材の内側面
２１ｅ ：遮光部材の内縁部
２２ ：第一遮光部材
２２ｓ ：第一遮光部材の側壁
２３ ：第二遮光部材
２３ｔ ：第二遮光部材の上面
２３ｓ ：第二遮光部材の側部
２３ｂ ：第二遮光部材の底部
２４ ：拡散部材
２５ ：光学フィルタ
３１ ：コリメータレンズ
３２ ：電極ブロック
３２ａ ：電極ブロックの反射面
３３ ：シリンドリカルレンズ
４１ ：取付部材
４２ ：孔部
４３ ：支持部材
４３ａ ：支持棒
４３ｂ ：支持面
４４ ：開口部
５１ ：可視光源
５２ ：可視光照明
５３ ：蛍光体層
Ａ１ ：第一領域
Ａ２ ：第二領域
Ｃ１ ：曲線
Ｄ１ ：幅
ｄ１ ：開口径
ｄ２ ：直径
Ｕ１，Ｕ２ ：紫外線
Ｖ１ ：可視光線

Claims (17)

1. 主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を発する紫外光源と、
   開口又は窓部材で構成された光取り出し面を含み、前記紫外光源を内側に収容する筐体と、
   前記光取り出し面を通過した前記紫外線が入射されて、前記紫外線の進行方向を変更する反射部材とを備え、
   前記反射部材は、入射された前記紫外線の光軸を、前記光取り出し面に平行な第一方向に関して、直接前記筐体から離れる方向、又は前記筐体の中心箇所に近づいた後に前記筐体から離れる方向に変更させる反射面を有することを特徴とする、菌又はウイルスの不活化装置。
2. 前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記光取り出し面に直交する第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する前記紫外線の少なくとも一部を遮る遮光部材を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
3. 前記反射面で反射された前記紫外線の光路上において、前記紫外線を拡散させる拡散部材を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
4. 前記紫外光源から出射された前記紫外線の光路上において、前記光取り出し面と前記紫外光源との間の位置に、前記紫外光源から出射された前記紫外線を前記光取り出し面に直交する第二方向に指向させる光制御部を備えることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
5. 前記紫外光源と前記反射部材との間には光学フィルタが設けられ、
   前記光学フィルタは、前記紫外光源が発する紫外線のうち、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲内に属する紫外線を透過し、波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線の透過を抑制するものであることを特徴とする、請求項４に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
6. 前記反射面は、錐体形状又は錐台体形状又は曲線の回転体形状を呈した部材の側面で構成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
7. 前記紫外光源は、複数のＬＥＤ素子を含み、
   前記光取り出し面に直交する第二方向から見て、前記ＬＥＤ素子の配置密度が相対的に低い又は配置されていない第一領域と、前記第一領域を取り囲むように前記ＬＥＤ素子が複数配置されると共に前記第一領域よりも前記ＬＥＤ素子の配置密度が相対的に高い第二領域とを有することを特徴とする、請求項１に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
8. 前記第一領域は、前記ＬＥＤ素子が配置されていない領域であり、
   前記光取り出し面は、前記第二方向に見て前記第二領域に対向する面であって、環状を呈することを特徴とする、請求項７に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
9. 前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する前記紫外線の少なくとも一部を遮る第一遮光部材と、
   前記第二方向に関して、前記紫外光源から離れるように進行する紫外線の少なくとも一部を遮る第二遮光部材と、
   を備えることを特徴とする、請求項７又は８に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
10. 前記反射部材は、前記第二方向から見て、前記第一領域を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項９に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
11. 入射された前記紫外線の光軸を、前記第一方向に関して、直接前記筐体から離れる方向に変更させる前記反射面と、
    前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
    前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の外側を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
12. 入射された前記紫外線の光軸を、前記第一方向に関して、前記筐体の中心箇所に近づいた後に前記筐体から離れる方向に変更させる前記反射面と、
    前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
    前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の内側を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
13. 前記紫外光源は、エキシマランプを含み、
    前記反射部材の前記反射面で反射された前記紫外線のうち、前記光取り出し面に直交する第二方向に関して、前記紫外光源側に近づくように進行する前記紫外線の少なくとも一部を遮る遮光部材を備え、
    前記遮光部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
14. 前記反射面で反射した前記紫外線を拡散させる拡散部材を備え、
    前記拡散部材は、前記第二方向から見て、前記反射部材の外側を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
15. 前記遮光部材は、前記光取り出し面から出射された紫外線が通過する開口部を有し、
    前記第二方向から見て、前記開口部と前記光取り出し面とが重ならないように前記筐体が配置されることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
16. 前記遮光部材は、前記反射部材を支持する支持部材を有し、
    前記紫外線が、前記支持部材と前記遮光部材の内側面との間を通過することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の菌又はウイルスの不活化装置。
17. 前記遮光部材の前記紫外線の進行を遮る面の少なくとも一部に、紫外線を吸収して可視光線を出射する蛍光体層が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の菌又はウイルスの不活化装置。

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