JP2023147372A

JP2023147372A - 紫外光照射装置

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Publication number: JP2023147372A
Application number: JP2022054829A
Authority: JP
Inventors: 英昭柳生; Hideaki Yagyu
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-13
Also published as: US20230310676A1; CN116889638A; KR20230141495A; EP4252785A1; WO2023188781A1

Abstract

【課題】人及び動物に対する高い安全性を確保しつつ、病原体を不活化する能力を向上させやすい紫外光照射装置を提供する。【解決手段】紫外光照射装置は、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域内と、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域内とに光強度を示し、主たる発光波長帯域の少なくとも一部が前記第一波長帯域内に属する光を発光する光源と、前記第二波長帯域の光の強度を抑制する光学フィルタと、を備え、前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第一配光角分布と、前記配光角ごとのスペクトルから、前記第二波長帯域内の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第二配光角分布につき、前記第一配光角分布における最大強度を示す光線の第一角度と、前記第二配光角分布における最大強度を示す光線の第二角度と、が実質的に一致する。【選択図】図４

Description

本発明は、紫外光照射装置に関する。

近年、紫外光の人への影響に関する研究が進んでおり、紫外光は、皮膚表層又は角膜上皮で吸収されやすく、波長が短くなるほど安全性が高まるという特徴を有することが確認されている。そこで、人の存在する環境に、比較的波長の短い紫外光を照射して、当該環境内の空間等に存在する細菌、真菌及びウイルス等の病原体を不活化する技術が研究されている。例えば、特許文献１には、病原体を不活化でき、かつ、人に対する有害性が極めて低い波長範囲の紫外光を、人が存在する空間に出射し、病原体を不活化できる紫外光照射装置が開示されている。

ところで、人を含む環境に紫外光を照射する場合、紫外光照射量を抑制することが求められる場合がある。例えば、ＡＣＧＩＨ（American Conference of Governmental Industrial Hygienists：米国産業衛生専門家会議）、又はＪＩＳＺ８８１２（有害紫外放射の測定方法）では、人への一日（８時間）あたりの紫外光照射量が、許容限界値（ＴＬＶ：Threshold Limit Value）以下とするように、規定されている。

特許第６９０８１７２号公報

人を含む環境に出射できる比較的波長の短い紫外光は、人及び動物に対する有害性が極めて低いことが確認されているものの、高い安全性と安心を得るためには、紫外光照射量が上述した許容限界値（ＴＬＶ）の規定を満たすように、紫外光の出射強度又は実照射時間を設定することが望ましい。他方で、紫外光照射装置の不活化能力を高めるには、紫外光照射量を増やすことが有効である。

本発明は、人及び動物に対する高い安全性を確保しつつ、病原体を不活化する能力を向上させやすい、改善された紫外光照射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る紫外光照射装置の一態様は、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域内と、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域内とに光強度を示し、主たる発光波長帯域の少なくとも一部が前記第一波長帯域内に属する光を発光する光源と、
前記第二波長帯域の光の強度を抑制し、前記光源より発光する光の入射角に応じた透過率特性を有する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタから出射する光の配光角ごとのスペクトルから、前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第一配光角分布と、
前記配光角ごとのスペクトルから、前記第二波長帯域内の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第二配光角分布につき、
前記第一配光角分布における最大強度を示す光線の第一角度と、前記第二配光角分布における最大強度を示す光線の第二角度と、が実質的に一致している。

はじめに、本明細書で用いられる用語の定義を説明する。

本明細書において、「強度を示す」とは、光源からの出射光が、分光器（分光光度計）などの測定器で検出されることを表す。

本明細書において、「光の強度を抑制」する光学フィルタとは、当該光学フィルタに対して０°の入射角で入射される入射光の光強度と、当該光学フィルタから出射した出射光の光強度を比較した場合に、対象となる波長域の出射光の光強度を、入射光の光強度に対して低下させる光学フィルタであることを意味する。「光の強度を抑制」する光学フィルタは、典型的には、対象となる波長域全体の積分値で比較した場合に、出射光の光強度が、入射光の光強度に対して５０％以下である光学フィルタであり、より好ましくは、出射光の光強度が、入射光の光強度に対して３０％以下の光学フィルタである。「光の強度を抑制」する光学フィルタは、出射光における、第一波長帯域内に属する光の最大強度に対する第二波長帯域の光の強度比率が、入射光の前記光強度比率より低下する光学フィルタでもよい。

本明細書において、光線に関する２つの角度が実質的に一致しているとは、両者の角度が完全に一致している場合の他、±１５度以内で異なる場合を含む。

上述の紫外光照射装置が上記課題を解決するための手段となる理由を説明する。紫外光照射装置で使用される光源が発光するスペクトルは、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域内と、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域内とに光強度を示し、主たる発光波長帯域の少なくとも一部が前記第一波長帯域内に属する。本明細書において、単に「スペクトル」と記述する場合、「スペクトル」は、波長に応じた光強度を表す分光スペクトルを指す。本明細書において、「主たる発光波長帯域」とは、光源から発光される光のスペクトルにおいて、最大強度に対して一定割合以上（例えば、最大強度の１０％以上）の光強度を示す波長帯域をいう。また、「主たる発光波長帯域」を、第一波長帯域内において最大強度を示す波長を基準に定めてもよい。例えば、第一波長帯域内において最大強度を示す波長±５ｎｍを「主たる発光波長帯域」に定めてもよい。

２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域に属する光は、病原体を不活化する機能を持ち、かつ、人及び動物に対する有害性が極めて低い光である。本明細書において、「病原体」は、細菌及び真菌（カビ）等の菌類、並びに、ウイルスを含む。「不活化」とは、病原体を死滅させること、又は、感染力や毒性を失わせることを包括する概念である。本明細書では、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域に属する光を不活化目的に利用する。以下、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域の光を、「目的光」ということがある。

２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域に属する光は、人及び動物に悪影響を与えるおそれのある光である。本明細書において、第二波長帯域に属する光は、望んで発光される光ではなく、光源の性質上やむを得ず発光される光である。以下、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域の光を、「有害光」ということがある。

図１７Ａは、シミュレーションにより、従来の紫外光照射装置から出射される目的光の配光角分布を示したグラフである。図１７Ｂは、シミュレーションにより、従来の紫外光照射装置から出射される有害光の配光角分布を示したグラフである。なお、シミュレーションに際し、紫外光照射装置の光源には、発光管内に発光ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）が封入されたＫｒＣｌエキシマランプが使用されている。

配光角分布は、配光角毎に光強度の相対値を示すグラフである。配光角と光強度について説明する。図１８は、配光角θと光強度Ｉ（θ）を説明する図である。図１８に示すように、配光角θは、紫外光照射装置１００から出射される任意の光線Ｌｘと、紫外光照射装置１００から出射される光束の光軸Ｌｃと、の間になす角で表される。光強度Ｉ（θ）は、任意の被照射面９０における光の強さである。光強度Ｉ（θ）は配光角θによって異なる。θ＝０である光軸Ｌｃ上の光線の光強度はＩ（０）で表される。光強度Ｉ（θ）は、Ｉ（０）を１とした相対値で表される。光強度Ｉ（θ）は、相対照度と言い換えられるため、本明細書では、光強度Ｉ（θ）を、「相対照度」ということもある。

図１７Ａ／図１７Ｂに示される配光角分布は、横軸に配光角（θ）が示され、縦軸に光強度Ｉ（θ）が示される。図１７Ａのグラフより、目的光の光強度は、配光角が０度のとき最大であり、配光角の絶対値が大きくなるにつれて低下することがわかる。図１７Ｂのグラフより、有害光の光強度は、配光角が＋４５度、又は－４５度付近で最大であることがわかる。最大強度を示す配光角が目的光と有害光との間で異なる理由は、後述する。

図１９は、紫外光照射装置１００より出射する目的光の最大強度と有害光の最大強度それぞれの位置を示す斜視図である。図１７Ａ／図１７Ｂに基づくと、目的光の最大相対照度は図１９の位置Ｐ１に現れる。有害光の最大相対照度は、図１９における位置Ｐ２に現れる。なお、本明細書では、光軸Ｌｃ回りで最大強度を示す配光角は変動しないものと仮定しているため、位置Ｐ２は円として表されている。しかしながら、実際には、最大強度を示す配光角は、光軸Ｌｃ回りで変動する場合があるため、位置Ｐ２は円で表されないことがある。

ところで、上述した許容限界値（以下、「ＴＬＶ」ということがある。）は、波長ごとに規定されている。また、ＴＬＶは、光の波長別の安全性研究の進展等に伴い、時とともに見直されている。例えば、現行のＡＣＧＩＨでは、波長が２２２ｎｍである光のＴＬＶは、一日（８時間）あたり２２ｍＪ／ｃｍ^２とされている。しかしながら、波長が２２２ｎｍである光のＴＬＶは、人体への安全性を考慮しつつ、緩和されることが期待される。

本発明者は、ＴＬＶの緩和に応じて、紫外光照射装置が出射強度又は実照射時間を増やすことを検討した。緩和後のＴＬＶを満たしつつ、出射強度又は実照射時間を増やすことができるようになれば、人及び動物に対する高い安全性を確保しつつ、不活化能力を高めることができる。このような検討を行うなかで、本発明者は、出射強度又は実照射時間を増やす場合に、従来では想定していなかった問題が発生することを突き止めた。

図２０を参照しながらこの問題を説明する。図２０は、目的光Ｌ１０と有害光Ｌ２０についての、照射時間ｔｉ（横軸）と、一日の照射量Ｄ（縦軸）の関係を示したグラフである。紫外光照射装置は、一日のうち、紫外線を照射し続ける動作だけではなく、紫外線の照射と非照射を間欠的に繰り返す動作をしてもよい。照射時間ｔｉは、一日のうち照射した時間の総和（積算時間）を意味する。照射時間ｔｉ（単位：ｓｅｃ）が長くなるほど、照射量Ｄ（単位：ｍＪ／ｃｍ^２）は大きくなる。

従来、目的光Ｌ１０のＴＬＶがＶ１１（ｍＪ／ｃｍ^２）であり、有害光Ｌ２０のＴＬＶがＶ２（ｍＪ／ｃｍ^２）であると規定されていたと仮定する。従来、目的光Ｌ１０の照射量ＤがＶ１１（ｍＪ／ｃｍ^２）を超えないように、照射時間をｔ１（ｓｅｃ）と設定していた。つまり、領域Ａ１１にのみ注目していた。有害光Ｌ２０の照射量はＶ２（ｍＪ／ｃｍ^２）に全く及ばないため、領域Ａ１１さえ注目していれば、領域Ａ１２は注目する必要が無かった。

ここで、目的光のＴＬＶが緩和されて、従来のＶ１１（ｍＪ／ｃｍ^２）から、新たにＶ１２（ｍＪ／ｃｍ^２）まで高く設定できる場面を検討する。ＴＬＶの緩和に応じた照射時間をｔ２まで延長することを検討したところ、従来では考慮する必要のなかった、有害光Ｌ２０の照射量が、有害光Ｌ２０のＴＬＶであるＶ２（ｍＪ／ｃｍ^２）に近づくことが判明した（領域Ａ２２参照）。

そうすると、ＴＬＶの緩和に応じた照射時間を設定するためには、目的光Ｌ１０の照射量がＶ１２（ｍＪ／ｃｍ^２）を超えないようにすること（領域Ａ２１参照）、および、有害光Ｌ２０の照射量が有害光のＴＬＶであるＶ２（ｍＪ／ｃｍ^２）を超えないようにすること（領域Ａ２２参照）の両方を考慮する必要がある。

図１９で示したように、目的光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ１は、有害光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ２と異なっている。そのため、ＴＬＶの緩和に応じた照射量Ｄを設定する際、目的光と有害光の照射量がそれぞれのＴＬＶを超えないようにするため、位置Ｐ１と位置Ｐ２を監視する必要がある。特に、有害光の最大強度を示す配光角が不明である場合には、まず、最大強度を示す配光角を計測する労力をさらに要することになる。なお、上記ではＴＬＶの緩和に応じた照射時間の設定について言及したが、ＴＬＶの緩和に応じた出射強度を設定する場合についても同様のことがいえる。

「課題を解決するための手段」の項の冒頭に示したように、本発明者は、鋭意研究の結果、目的光の第一配光角分布において最大強度を示す光線の配光角（第一角度）と、有害光の第二配光角分布において最大強度を示す光線の配光角（第二角度）が、実質的に一致するように、紫外光照射装置を設計することを見出した。これにより、ＴＬＶの緩和に応じた照射量Ｄを設定する際、目的光及び有害光の両方の照射量Ｄを同じ位置で監視できる。その結果、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光照射装置の調整が簡便になる。

前記紫外光照射装置における、前記光学フィルタから出射した光の第一配光角分布及び第二配光角分布の導出方法の一例については、「発明を実施するための形態」の項で詳述される。

前記第一角度及び前記第二角度は、いずれも、－１０度～＋１０度の間にあっても構わない。前記第一角度及び前記第二角度は、いずれも、－５度～＋５度の間にあっても構わない。第一角度と第二角度がともに０度に近づくため、光強度を監視する位置（Ｐ１，Ｐ２）を、出射光の光軸Ｌｃ付近に設定できるようになる。その結果、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光照射装置の調整が簡便になる。

前記第一配光角分布では、配光角が４０度の光線の光強度が、前記第一角度の光線の光強度よりも小さく、かつ、配光角が７０度の光線の光強度が、配光角が４０度の光線の光強度よりも小さく、前記第二配光角分布では、配光角が４０度の光線の光強度が、前記第二角度の光線の光強度よりも小さく、かつ、配光角が７０度の光線の光強度が、配光角が４０度の光線の光強度よりも小さくても構わない。このことは、配光角の絶対値が段階的に大きくなるにつれて、目的光及び有害光の光強度がともに小さくなることを表している。配光角が大きいと、通常、被照射平面上では紫外光照射装置からの距離が離れることになる。これにより、紫外光照射装置から離れるほど目的光及び有害光の相対照度が低下しやすく、その結果、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光出射装置の調整が簡便になる。

前記光学フィルタから出射する光のスペクトルから、前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光強度を積分した第一積算光強度と、前記第二波長帯域内の光強度を積分した第二積算光強度について、前記第二積算光強度は、前記第一積算光強度の１．０％以下であっても構わない。前記第二積算光強度は、前記第一積算光強度の０．１％以下であっても構わない。有害光全体の光強度を表す第二積算光強度を抑制することにより、ＴＬＶを守りつつ、紫外光照射量を増やすことができる。

さらに、前記光学フィルタの出射光を拡散させる拡散部を前記光学フィルタの後段に備えても構わない。

前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光に対する、前記光学フィルタの平均透過率は、前記光学フィルタへの入射角が２０度から６０度に増加するにしたがって、低下傾向を示し、
前記第二波長帯域の光に対する、前記光学フィルタの平均透過率は、前記光学フィルタへの入射角が３０度から６０度に増加するにしたがって、上昇傾向を示しても構わない。

なお、光学フィルタが有する、特定の波長帯域における入射角ごとの平均透過率の導出方法は、後述する。

人に対する高い安全性を確保しつつ、病原体の不活化能力を向上させやすい、改善された紫外光照射装置を提供できる。

紫外光照射装置を提供することは、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ともに、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。

紫外光照射装置の一実施形態を示す図である。図１の紫外光照射装置を＋Ｚ側から見た図である。光源から発光される紫外光のスペクトルの一例を示す。図１の紫外光照射装置をＸ方向に見たときの断面図である。紫外光の入射角を異ならせたときの光学フィルタの平均透過率を示す。紫外光の入射角を異ならせたときの光学フィルタの平均透過率を示す。光学フィルタに入射する光の入射角を説明する図である。本実施形態の紫外光照射装置の出射光の第一配光角分布を示す。本実施形態の紫外光照射装置の出射光の第二配光角分布を示す。入射角別の光学フィルタ単体の透過スペクトルを示す。入射角別に透過スペクトルＴ（λ，θ）を得るための計測方法の一例を示す。入射角別の、光学フィルタ出射光のスペクトルである。第二波長帯域における光学フィルタの入射角特性を示す。出射光の放射強度を配光角別に得るための計測方法の一例を示す。光学フィルタがない紫外光照射装置からの出射光の配光角分布を示す。本実施形態における、有害光で波長積算した光の配光角分布を示す。本実施形態における、目的光の一部で波長積算した光の配光角分布を示す。紫外光照射装置の変形例を示す。従来の紫外光照射装置の出射光の第一配光角分布を示す。従来の紫外光照射装置の出射光の第二配光角分布を示す。配光角と光強度を説明する図である。目的光と有害光の最大相対照度が計測される位置を示す斜視図である。目的光と有害光について、照射時間と照射量の関係を示す。

図面は、適宜、ＸＹＺ座標系を用いて示されている。明細書は、適宜、ＸＹＺ座標系を参照しながら説明される。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。

［紫外光照射装置の概要］
図１を参照しながら、紫外光照射装置の一実施形態の概要を説明する。図１は、紫外光照射装置１の一実施形態の外観を模式的に示す図面であり、図２は、図１の紫外光照射装置１を＋Ｚ側から見た図である。図２に示すように、本実施形態の紫外光照射装置１は、筐体６０と、筐体６０の内部に収容された光源３０とを備える。

図２に示されるように、本実施形態の光源３０は、複数の発光管３０ａと、一対の電極３０ｂとを備えるエキシマランプである。複数の発光管３０ａが配列されている方向をＸ方向とする。当該発光管３０ａが延伸する方向をＹ方向とする。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向である。複数の発光管３０ａは、後述される図４に示すように、一対の電極３０ｂに載置されている。発光管３０ａで発光した紫外光は、光取出し部２０から筐体６０の外に取り出される。

図３は、光源３０から発光される紫外光Ｌ１のスペクトルの一例を示すグラフである。本実施形態の光源３０は、発光管３０ａ内に発光ガスＧ１としてクリプトン（Ｋｒ）ガスと塩素（Ｃｌ）ガスが封入されたエキシマランプである。電極（３０ｂ，３０ｂ）間に電圧が印加されることによって、図３に示すような、最大強度を示す波長が２２２ｎｍである紫外光Ｌ１を発光する。最大強度を示す波長である２２２ｎｍは、第一波長帯域（２００ｎｍ～２３５ｎｍ）内である。

光源３０から発光される紫外光は、主たる発光波長帯域ＭＢが２１６ｎｍ以上２２３ｎｍ以下のスペクトルを示す。主たる発光波長帯域ＭＢは、光源３０における最大強度の１０％以上の光強度を示す波長帯域である。

図３に示されるように、光源３０は、その発光強度は僅かながらも、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域の光を発光する。第二波長帯域の光は有害光であるから、後述する光学フィルタで第二波長帯域の光を制限し、有害光が、紫外光照射装置１の筐体６０から外に漏れることを抑制する。

本実施形態では、光源３０としてＫｒガスとＣｌガスが封入されたエキシマランプを採用しているが、これに限らない。光源３０に、他のガスが封入されたエキシマランプ（例えば、ＫｒガスとＢｒガスが封入された、２０７ｎｍ付近に最大強度を示すエキシマランプ）を採用しても構わない。光源３０に、ＬＥＤ等の固体光源を採用しても構わない。

ＫｒガスとＣｌガスが封入されたエキシマランプの場合には、主たる発光波長帯域ＭＢの全部が２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域内に属する。しかしながら、主たる発光波長帯域ＭＢの全部が、第一波長帯域内に位置しなくてもよい。主たる発光波長帯域ＭＢの少なくとも一部が、第一波長帯域内に属していればよい。少なくとも一部が、第一波長帯域内に属する光源３０は、例えば、主たる発光波長帯域ＭＢの上限が２３５ｎｍを超える光源をも含む。主たる発光波長帯域ＭＢの上限が２３５ｎｍを超える光源として、ＬＥＤ等の固体光源が例示される。

図４は、図１の紫外光照射装置１をＸ方向に見たときの断面図である。紫外光照射装置１から出射する紫外光Ｌ１の光軸Ｌｃが、出射方向を示す矢印とともに示されている。光軸Ｌｃは、Ｚ方向に沿う。光取出し部２０には光学フィルタ４０が配置されている。紫外光照射装置１は、図３に示すようなスペクトルを示す紫外光のうち、光学フィルタ４０を通過した光のみを、出射する。

光源３０が、図２及び図４に示されるような、一方向（この例ではＹ方向）に延伸するエキシマランプの場合、延伸方向を含む平面（例えばＹＺ平面）上に表れる出射光束の配光角と、延伸方向に直交する平面（例えばＸＺ平面）上に表れる出射光束の配光角が異なる場合がある。本明細書において配光角毎の光強度を配光角分布として表す場合、便宜的に、延伸方向を含む平面に表れる配光角毎の光強度と、延伸方向に直交する平面に表れる配光角毎の光強度につき、それぞれの光強度の相加平均値を使用して、「配光角分布」が定義される。

［光学フィルタ］
光学フィルタ４０は、第一波長帯域（２００ｎｍ～２３５ｎｍ）の光を主に透過し、第二波長帯域（２４０ｎｍ～２８０ｎｍ）に属する光を主に反射する。本実施形態の光学フィルタ４０は、主たる発光波長帯域ＭＢの全てを透過する。しかしながら、光学フィルタ４０は、主たる発光波長帯域ＭＢの少なくとも一部を透過すればよい。

光学フィルタ４０を透過し、紫外光照射装置１から出射する光のスペクトルについて、主たる発光波長帯域ＭＢと第一波長帯域（２００ｎｍ～２３５ｎｍ）とが重なる波長帯域の光強度を波長で積分した値を第一積算光強度という。主たる発光波長帯域ＭＢ（２１６ｎｍ以上２２３ｎｍ以下）の全てが第一波長帯域内にある本実施形態では、主たる波長帯域ＭＢの光強度を波長で積分した値が、第一積算光強度に該当する。第二波長帯域（２４０ｎｍ～２８０ｎｍ）の全体内の光強度を波長で積分した値を、第二積算光強度という。

第一積算光強度の最大値（例えば、光学フィルタ４０の出射角が０°の場合における）と第二積算光強度とを比較すると、第二積算光強度は第一積算光強度の最大値に対してごく僅かである。具体的には、第二積算光強度は、第一積算光強度の３％以下であり、より好ましくは２％以下であり、さらに好ましくは１％以下である。

光学フィルタ４０は、母材上に形成された誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜には、例えば、ＨｆＯ_２層及びＳｉＯ_２層が交互に積層されたもの、並びに、ＳｉＯ_２層及びＡｌ_２Ｏ_３層が交互に積層されたものがある。ＨｆＯ_２層及びＳｉＯ_２層が交互に積層された誘電体多層膜層は、ＳｉＯ_２層及びＡｌ_２Ｏ_３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減らすことができるため、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４０の母材には、２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域に含まれる紫外光を透過可能な材料で構成される。母材の具体的な材料としては、例えば、石英ガラスや、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化マグネシウム材、フッ化カルシウム材、フッ化リチウム材、フッ化バリウム材等のセラミクス系材料や、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂系材料を採用し得る。

光学フィルタ４０を透過する紫外光の透過率は、光学フィルタ４０に入射する入射角θと透過する紫外光の波長帯域によって変化する。入射角θは、図６に示すように、光学フィルタ４０に入射する光線Ｌ３と、光線Ｌ３が入射する光学フィルタ４０の入射面４０ｓの法線Ｎ１との間の角である。

斯かる光学フィルタ４０の透過率特性の評価方法として、特定の波長帯域における平均透過率を、入射角に応じて求めて利用する方法がある。特定の波長帯域における平均透過率は、光学フィルタ４０の、入射角別の透過スペクトルＴ（λ，θ）より求められる。入射角別の透過スペクトルＴ（λ，θ）を得る方法は、後述する。

上述の評価方法により光学フィルタ４０の透過率特性を求めた結果を、図５Ａ及び図５Ｂに示す。図５Ａは、光学フィルタ４０を透過する、主たる発光波長帯域ＭＢ（本実施形態では、２１６ｎｍ以上２２３ｎｍ以下）における平均透過率の入射角特性を示す。図５Ａのグラフにおいて、横軸は、主たる発光波長帯域ＭＢの光が光学フィルタ４０に入射する入射角θを表し、縦軸は主たる発光波長帯域ＭＢの平均透過率を表している。透過率は、主たる発光波長帯域ＭＢの光の入射角が０度における透過率を１とした相対値で表している。

図５Ｂは、光学フィルタ４０を透過する、有害光（２４０ｎｍ～２８０ｎｍ）の平均透過率の入射角特性を示す。光学フィルタ４０は、目的光に比べて僅かではあるが、有害光を透過する。図５Ｂのグラフにおいて、横軸は、有害光が光学フィルタ４０に入射する入射角θを表し、縦軸は、有害光の平均透過率を表している。透過率は、有害光の入射角が０度の透過率を１とした相対値で表している。

図５Ａ及び図５Ｂより、目的光の平均透過率は、光学フィルタ４０への入射角θが２０度から６０度に増加するにしたがって、低下傾向を示す。目的光の透過特性とは対照的に、有害光の平均透過率は、光学フィルタ４０への入射角θが３０度から６０度に向かって増加するにしたがって、上昇傾向を示す。波長帯域の違いによって生じる、入射角θに対する透過特性の違いが、図１７Ａ／図１７Ｂに示されるように、目的光と有害光との間で光強度の配光角分布を異ならせる要因となる。

［目的光／有害光の配光角分布］
図７Ａは、本実施形態の紫外光照射装置１から出射される、目的光の配光角分布である。目的光の配光角分布は、より詳細には、光学フィルタ４０から出射する光の配光角ごとのスペクトルから、主たる発光波長帯域ＭＢと第一波長帯域とが重なる波長帯域の光強度を波長で積分し、積分した光強度を配光角ごとに示した図である。これを第一配光角分布という。主たる発光波長帯域ＭＢ（２１６ｎｍ以上２２３ｎｍ以下）の全てが第一波長帯域内にある本実施形態の場合には、第一配光角分布は、主たる発光波長帯域ＭＢの光強度を波長で積分し、積分した光強度を配光角ごとに示した図である。

図７Ｂは、本実施形態の紫外光照射装置１から出射される有害光の配光角分布である。より詳細には、光学フィルタ４０から出射する光の配光角ごとのスペクトルから、第二波長帯域内（２４０ｎｍ～２８０ｎｍ）の光強度を配光角ごとに波長で積分して得られた、配光角分布である。これを第二配光角分布という。第一配光角分布及び第二配光角分布は、後述する方法により求められる。

第一配光角分布及び第二配光角分布は、いずれも、横軸に配光角（θ）が示され、縦軸に光強度Ｉ（θ）が示される。なお、配光角θと光強度Ｉ（θ）については、図１７Ａ／図１７Ｂと同様に、図１８及び図１９を用いて説明されたものと同様の定義であると理解されたい。

図７Ａの第一配光角分布より、目的光の最大強度を示す光線の配光角が０度であることがわかる。図７Ｂより、有害光の最大強度を示す光線の配光角が０度であることがわかる。つまり、目的光の最大強度と有害光の最大強度は、ともに紫外光照射装置１から出射される光の光軸Ｌｃ上に表れる。そのため、ＴＬＶの緩和に応じた照射量Ｄを設定する際、被照射面における光軸Ｌｃの位置の光強度（相対照度）を、分光器又は光センサで測定するだけで、目的光及び有害光の両方の照射量Ｄを監視できる。

第一配光角分布における最大強度を示す光線の配光角（第一角度）、及び、第二配光角分布における最大強度を示す光線の配光角（第二角度）は、ともに０度に近づくほど、光強度を監視する位置（Ｐ１，Ｐ２）を、出射光の光軸Ｌｃ付近に設定できる。その結果、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光照射装置１の調整が簡便になる。

図７Ａによれば、配光角の絶対値が、第一角度（図７Ａの例であれば０度近傍）、４０度、７０度と段階的に大きくなるにつれて、目的光及び有害光の光強度が小さくなっている。図７Ｂによれば、配光角の絶対値が、第二角度（図７Ｂの例であれば０度近傍）、４０度、７０度と段階的に大きくなるにつれて、目的光及び有害光の光強度が小さくなっている。このことは、ＴＬＶの緩和に応じた照射量Ｄを決定する際、第一角度及び第二角度における光強度を考慮さえすれば、配光角が４０度又は７０度の光線が照射されても問題が生じないことを導く。そのため、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光出射装置の調整が簡便になる。

さらに、図７Ａ及び図７Ｂによれば、配光角の絶対値が、第一角度、又は、第二角度から３０度に増加するにつれて、目的光及び有害光の光強度が漸減している。このことは、ＴＬＶの緩和に応じた照射量Ｄを決定する際、第一角度、又は、第二角度における光強度を考慮さえすれば、配光角が第一角度（第二角度）から±３０度までの光線が照射される被照射面においても問題が生じないことを導く。そのため、ＴＬＶの緩和に応じた紫外光出射装置の調整が簡便になる。

［第二角度を第一角度に一致させる方法］
図７Ａ／図７Ｂに示されるように、光学フィルタ４０を出射した出射光について、第二波長帯域内を波長で積分して得られた、第二配光角分布における積算光強度の最大値を示す第二角度を、主たる発光波長帯域の光強度を積分した第一配光角分布における積算光強度の最大値を示す第一角度と実質的に一致させる。そのためには、大別して、（Ｉ）光学フィルタ４０に入射する入射角を調整する方法と、（ＩＩ）入射角に応じた透過率特性が適切な光学フィルタ４０を使用する方法の、二つがある。（Ｉ）の方法と（ＩＩ）の方法の、少なくともいずれか一つの方法により、第一角度と第二角度を実質的に一致させることができる。

（Ｉ）の光学フィルタ４０に入射する入射角を調整する方法を説明する。光源３０からの出射光の配光角が小さいと、目的光を透過しやすく有害光を透過しにくい。光源３０は、例えば、出射光の最大強度の半値となる配光角の絶対値が６０度以内であると好ましく、４０度以内であるとさらに好ましい。

光源３０の配光角を調整する方法例を示す。例えば、一対の電極３０ｂの表面が、発光管３０ａからの出射光の反射面として機能する場合には、電極３０ｂの形状を調整することにより、光学フィルタ４０に入射する入射角を調整できる。

光源３０と光学フィルタ４０との間にレンズなどの透過光学系を配置することにより、光源３０からの出射光が光学フィルタ４０に入射する入射角を調整しても構わない。また、光源３０自体の形状を変更することにより、光学フィルタ４０に入射する入射角を調整しても構わない。

（ＩＩ）の透過率特性が適切な光学フィルタ４０を使用する方法について、光学フィルタ４０は、誘電体多層膜の組成、層厚及び積層数等が変わると、入射角に応じた透過率特性が変化する。入射角に応じた透過率特性により、固有の配光角分布が決定される。そこで、配光角分布を求めることにより、入射角に応じた透過率特性が所望の光学フィルタ４０を設計、又は選択する。

［配光角分布の求め方］
配光角分布の求め方の一例を説明する。以下の（ａ）～（ｅ）に示すステップを行うことにより、光学フィルタ４０の配光角分布を求めることができる。上述したように、配光角分布が求められると、第一配光角分布における積算光強度の最大値を示す光線の第一角度と、第二配光角分布における積算光強度の最大値を示す光線の第二角度と、を比較する。そして、第一角度と第二角度との差が小さいか否かによって、光学フィルタ４０の入射角に応じた透過率特性が適切であるか否かを見極めることが可能になる。

（ａ）光源３０が発光する光のスペクトル計測
光源３０が発光する光強度Ｉ（λ）を、分光器を用いて計測し、スペクトルを得る。この計測は、例えば、紫外光照射装置１から光学フィルタ４０を取り外した状態で、紫外光照射装置１からの出射光を計測してもよい。計測する波長は、目的光と有害光を含む波長範囲（本実施形態では、２００ｎｍ～２８０ｎｍの範囲）である。計測した結果は、例えば、図３に示されるような、波長（ｎｍ）を横軸に取り、最大強度を示す波長の強度を１００％とした相対強度を縦軸に取ったグラフとして示される。

（ｂ）光学フィルタ４０の入射角別の透過スペクトルの計測
候補となる光学フィルタ４０を準備し、入射角別の光学フィルタ４０単体の透過スペクトルＴ（λ，θ）を得る。入射角別の透過スペクトルＴ（λ，θ）は、例えば、図８に示されるように、波長（ｎｍ）を横軸に取り、透過率（％）を縦軸に取ったグラフとして示される。図８では、光学フィルタ４０の入射角θが０度、２０度、４０度の場合の、計３本の透過スペクトルＴ（λ，θ）が示されている。

図９は、入射角別の透過スペクトルＴ（λ，θ）を得るための、計測方法の一例を示す。光学フィルタ４０の法線Ｎ１に対し、所定の入射角θで傾けられた光学フィルタ４０を配置する。そして、光源３０の中心Ｑ１から光学フィルタ４０に指向性の光Ｌ２を入射させる。光学フィルタ４０を透過した光の光強度を分光器５０で計測する。計測した光強度を、光学フィルタがない場合の出射光の光強度で除することで、光学フィルタ４０の透過スペクトルＴ（λ）が得られる。そして、光Ｌ２の進行方向に対して光学フィルタ４０を傾けることで入射角θを変更しつつ計測を行うことで、透過スペクトルＴ（λ，θ）を得る。

図８のグラフでは、入射角が２０度間隔の、０度、２０度、４０度の計３本の透過スペクトルＴ（λ，θ）しか示されていない。しかしながら、透過スペクトルＴ（λ，θ）を得る間隔をより狭くしてもよい。例えば、０～７０度の間で入射角を５度ずつ変更しつつ計測し、入射角θの異なる合計１５本の透過スペクトルＴ（λ，θ）を得てもよい。

（ｃ）入射角別の、光学フィルタから出射する光のスペクトルの算出
（ａ）で得られた光強度Ｉ（λ）に、（ｂ）で得られた光学フィルタ４０の透過スペクトルＴ（λ，θ）を乗じることにより、入射角別の、光学フィルタ４０を透過する出射光の光強度Ｉ_ＦＯ（λ，θ）が得られる。つまり、入射角別の、光学フィルタ４０を出射する光の光強度Ｉ_ＦＯ（λ，θ）は、以下に示す（１）式で表される。

図１０では、光学フィルタ４０から出射する光強度Ｉ_ＦＯ（λ，θ）のスペクトルを、光学フィルタ４０に入射する入射角別（例として、入射角が０度、２０度及び４０度の三種類）に示している。

（ｄ）有害光の積算強度の算出
（ｃ）で求めた出射光の光強度Ｉ_ＦＯ（λ，θ）を使用して、有害光を示す第二波長帯域（２４０～２８０ｎｍ）の積算強度Ｓ_Ｂ２（θ）を求める。第二波長帯域の積算強度Ｓ_Ｂ２（θ）は、以下の（２）式で表される。

図１１は、第二波長帯域における光学フィルタ４０の入射角特性を示す。入射角が０～７０度について第二波長帯域の積算強度Ｓ_Ｂ２（θ）を求めることにより、例えば図１１のような、光学フィルタ４０への入射角θを横軸に取り、第二波長帯域の積算強度（相対値）を縦軸に取るグラフが得られる。図１１のグラフを見ると、光学フィルタ４０への入射角θの絶対値が大きくなるにつれて、第二波長帯域の積算強度Ｓ_Ｂ２（θ）が大きくなることがわかる。

（ｅ）光学フィルタ４０がない紫外光照射装置からの出射光の配光角分布の算出
光学フィルタ４０がない紫外光照射装置１０からの出射される光の配光角分布を、次の手順により求める。はじめに、例えば、図１２に示されるように、光源３０の中心Ｑ１においてＹ軸方向の回りに円を描くように分光器５０を回転移動させつつ、分光器５０で出射光の放射強度を計測する。これにより、紫外光照射装置１０の配光角ごとの相対放射強度Ｅ（θ）を求めることができる。そして、相対放射強度Ｅ（θ）より、被照射平面における紫外光照射装置１０からの出射光の光強度Ｉ（θ）を求めることができる（図１参照）。光強度Ｉ（θ）は、以下の（３）式により求められる。

光学フィルタ４０がない紫外光照射装置１０からの出射光の光強度Ｉ（θ）は、例えば、図１３に示されるように、光学フィルタ４０への入射角（配光角）θを横軸に取り、θ＝０における光強度を１とした場合の光強度の相対値を縦軸に取った配光角分布として示される。

光強度Ｉ（θ）に、第二波長帯域の積算強度Ｓ_Ｂ２（θ）を乗じることにより、紫外光照射装置１から出射される有害光の、配光角に応じた光強度分布である第二配光角分布Ｉ_Ｂ２（θ）が得られる。つまり、有害光の第二配光角分布Ｉ_Ｂ２（θ）は、以下の（４）式により求められる。

図１４は、配光角θを横軸に取り、２４０ｎｍ～２８０ｎｍ内で波長を積分した光強度の相対値を縦軸に取った第二配光角分布Ｉ_Ｂ２（θ）を示す。

以上により、有害光を例に配光角分布の求め方を説明した。上記と同様の方法により、目的光の第一配光角分布Ｉ_Ｂ１（θ）を求めることができる。図１５は、配光角θを横軸に取り、目的光の積算強度を縦軸に取った第一配光角分布Ｉ_Ｂ１（θ）を示す。

図１４の第二配光角分布Ｉ_Ｂ２（θ）と図１５の第一配光角分布Ｉ_Ｂ１（θ）とを比較すると、第一配光角分布における積算光強度の最大値を示す光線の第一角度と、第二配光角分布における積算光強度の最大値を示す光線の第二角度との差が小さく、紫外光照射装置にとって、透過率特性が適切な光学フィルタ４０であることがわかる。

以上で、紫外光照射装置の一実施形態を説明した。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、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。

改良の例として、図１６に示すように、光学フィルタ４０の後段に、光学フィルタ４０の出射光を拡散させる拡散部７０を設けるとよい。これにより、好適な状態で紫外光を広範囲に広げることができる。拡散部７０を設けた場合には、本発明によって得られる効果が、より顕著なものとなる。

詳述すると、図１７Ａや図１７Ｂで示される従来の紫外光照射装置は、目的光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ１と、有害光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ２とが大きく異なっている（図１９参照）。そのため、位置Ｐ１における目的光に対する有害光の割合を基準とした際、光学フィルタ４０からの出射光を拡散部７０で拡散させた場合、拡散光に含まれる有害光の割合が平均化されることで、基準よりも有害光の割合が増大されやすい。また増大割合の程度も予測が難しいものとなる。

一方、本発明は、上述したように、第一配光角分布における最大強度を示す光線の配光角（第一角度）、及び、第二配光角分布における最大強度を示す光線の配光角（第二角度）が、ともに０度に近づく。つまり、目的光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ１と、有害光の最大強度を示す光線の照射される位置Ｐ２が近接する。そのため、光学フィルタ４０からの出射光を拡散部７０で拡散させた場合、拡散光に含まれる有害光の割合は、基準を維持するか、または、基準より低減される。そのため、安全面での管理がより容易く、より好ましい状態で紫外光を広範囲に広げることができる。拡散部７０は、例えば、板又はフィルム状の光学部材である。

光学フィルタ４０は、光取出し部２０に配置されるのではなく、光源３０の近傍に配置されても構わない。また、光学フィルタ４０は、例えばランプの封体に、光源３０の一部として、配置されても構わない。

１，１００：紫外光照射装置
１０：（光学フィルタのない）紫外光照射装置
２０：光取出し部
３０：光源
３０ａ：発光管
３０ｂ：電極
４０：光学フィルタ
５０：分光器
６０：筐体
７０：拡散部
９０：被照射平面

Claims

２００ｎｍ～２３５ｎｍの第一波長帯域内と、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの第二波長帯域内とに光強度を示し、主たる発光波長帯域の少なくとも一部が前記第一波長帯域内に属する光を発光する光源と、
前記第二波長帯域の光の強度を抑制し、前記光源より発光する光の入射角に応じた透過率特性を有する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタから出射する光の配光角ごとのスペクトルから、前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第一配光角分布と、
前記配光角ごとのスペクトルから、前記第二波長帯域内の光強度を波長で積分し、積分した値を配光角ごとに示した第二配光角分布につき、
前記第一配光角分布における最大強度を示す光線の第一角度と、前記第二配光角分布における最大強度を示す光線の第二角度と、が実質的に一致していることを特徴とする、紫外光照射装置。
前記第一角度及び前記第二角度は、いずれも、－１０度～＋１０度の間にあることを特徴とする、請求項１に記載の紫外光照射装置。
前記第一配光角分布では、配光角が４０度の光線の光強度が、前記第一角度の光線の光強度よりも小さく、かつ、配光角が７０度の光線の光強度が、配光角が４０度の光線の光強度よりも小さく、
前記第二配光角分布では、配光角が４０度の光線の光強度が、前記第二角度の光線の光強度よりも小さく、かつ、配光角が７０度の光線の光強度が、配光角が４０度の光線の光強度よりも小さい、
ことを特徴とする、請求項２に記載の紫外光照射装置。
前記光学フィルタから出射する光のスペクトルから、前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光強度を積分した第一積算光強度と、前記第二波長帯域内の光強度を積分した第二積算光強度について、前記第二積算光強度は、前記第一積算光強度の１．０％以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
前記第二積算光強度は、前記第一積算光強度の０．１％以下であることを特徴とする、請求項４に記載の紫外光照射装置。
前記光学フィルタの出射光を拡散させる拡散部を前記光学フィルタの後段に備えることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
前記主たる発光波長帯域と前記第一波長帯域とが重なる波長帯域の光に対する、前記光学フィルタの平均透過率は、前記光学フィルタへの入射角が２０度から６０度に増加するにしたがって、低下傾向を示し、
前記第二波長帯域の光に対する、前記光学フィルタの平均透過率は、前記光学フィルタへの入射角が３０度から６０度に増加するにしたがって、上昇傾向を示す、
ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。