JP7020591B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線照射装置に関し、特に、エキシマランプを含む紫外線照射装置に関する。

従来、エキシマランプは、低温状態や暗黒状態や長時間の休止状態後に点灯を始動する際、高い電圧が必要であったため、点灯用電源が大型化するという課題を有していた。これに対し、下記特許文献１には、３９０ｎｍの紫外線を放射するＵＶ－ＬＥＤを始動補助光源として備え、このＵＶ－ＬＥＤからの出射光をエキシマランプに照射することで、始動補助を行う、紫外線照射装置が提案されている。

特許文献１には、実施形態としてＸｅガスを発光ガス（放電用ガス）とする、発光波長が１７２ｎｍのエキシマランプが記載されている。また、特許文献１には、エキシマランプとして利用され得る発光ガス（放電用ガス）として、Ｘｅ以外にも種々の材料が単純列挙されている。具体的には、発光ガスと発光波長の組み合わせとして、Ａｒガスでは１２６ｎｍ、Ｋｒガスでは１４６ｎｍ、ＡｒＢｒガスでは１６５ｎｍ、ＡｒＦガスでは１９３ｎｍ、ＫｒＣｌガスでは２２２ｎｍ、ＸｅＩガスでは２５３ｎｍ、ＸｅＣｌガスでは３０８ｎｍ、ＸｅＢｒガスでは２８３ｎｍ、ＫｒＢｒガスでは２０７ｎｍ、と列挙されている。

特開２０１７－６８９４４号公報

主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の波長帯（以下、「第一波長帯」と呼ぶ。）の紫外線は、仮に人体の皮膚に対して照射されても、皮膚の角質層で吸収され、それよりも内側（基底層側）には進行しない。角質層に含まれる角質細胞は細胞としては死んだ状態であるため、例えば、波長２５４ｎｍの紫外線が照射される場合のように、有棘層、顆粒層、真皮など、生きた細胞に吸収されてＤＮＡが破壊されるというリスクがほとんど存在しない。

また、この第一波長帯の紫外線は、照射対象物に対する殺菌効果が存在することが分かっている。このため、光殺菌作用を初めとする種々の用途に、上記第一波長帯の紫外線を発するエキシマランプを備えた紫外線照射装置が利用されることが期待される。

しかしながら、本発明者が鋭意検討したところ、第一波長帯に属する紫外線を発するエキシマランプについては、始動性があまり高くないことが確認された。

上述したように、特許文献１には、１７２ｎｍのＸｅエキシマランプ以外にも、第一波長帯に属する波長の紫外線を発するエキシマランプについても記載がある。しかし、本発明者の検討によれば、ＫｒＣｌガスを封入した主たる発光波長が２２２ｎｍのエキシマランプ（以下、「ＫｒＣｌエキシマランプ」と呼ぶ。）は、３９０ｎｍの紫外線では全く点灯しなかった。

本発明は、上記の課題に鑑み、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の波長帯（第一波長帯）に属するエキシマランプを含み、高い始動性を示す紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る紫外線照射装置は、
少なくとも１つの面に光取り出し面が形成されたランプハウスと、
前記ランプハウスの内側に収容され、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線を発するエキシマランプと、
主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線を、前記エキシマランプに対して照射可能な位置に配置された、始動補助光源とを備えたことを特徴とする。

本明細書において「主たる発光波長」とは、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、ＫｒＢｒ、ＡｒＦ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、相対強度が最も高い波長（主ピーク波長）をもって、主たる発光波長として構わない。

本発明者は、鋭意研究の結果、３６５ｎｍのＵＶ－ＬＥＤを、ＫｒＣｌエキシマランプの始動補助光源として利用した場合、１分間以上待機してもＫｒＣｌエキシマランプが点灯しないことを確認した。また、本発明者は、鋭意研究の結果、２８０ｎｍのＵＶ－ＬＥＤを、ＫｒＣｌエキシマランプの始動補助光源として利用した場合、ＫｒＣｌエキシマランプが瞬時（１秒以内）に点灯することを確認した。

主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の波長帯（第一波長帯）の紫外線を発するエキシマランプの場合、発光ガスとして、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｆといったハロゲンガスが含まれる。ハロゲンは電気陰性度が高いため、電子付着性が高い。このため、ハロゲンにより、放電に必要な電子を付着してしまう結果、Ｘｅエキシマランプに比べて、放電が開始しにくいと考えられる。

上述したように、紫外線のエネルギーは波長が短いほど高くなる。このため、３６５ｎｍよりも短い波長の紫外線を、主たる発光波長が第一波長帯に属するエキシマランプに対して照射することで、このエキシマランプに対する始動性が向上することが期待される。本発明者の鋭意研究によれば、主たる発光波長が、２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線を、前記エキシマランプの始動補助用に用いることで、前記エキシマランプの始動性が向上することが確認された。より詳細な理由については、「発明を実施するための形態」の項で後述される。

つまり、上記構成の紫外線照射装置によれば、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線を発するエキシマランプを備えながらも、始動性を高めることが可能となる。

前記紫外線照射装置は、前記ランプハウス内であって、前記エキシマランプから放射された紫外線が通過する箇所に、前記第一波長帯の紫外線を実質的に透過し、前記第二波長帯の紫外線を実質的に反射する第一光学フィルタを備えるものとしても構わない。

本明細書において、光学フィルタが「紫外線を実質的に透過する」とは、光学フィルタを透過した紫外線の強度が、光学フィルタに入射された紫外線の強度に対して６０％以上であることを意味する。また、本明細書において、「紫外線を実質的に反射する」とは、光学フィルタを反射した紫外線の強度が、光学フィルタに入射された紫外線の強度に対して８０％以上であることを意味する。

なお、実際には、光学フィルタに対して入射される紫外線の入射角に応じて、光学フィルタにおける紫外線の透過率や反射率は変化する。ここで、エキシマランプや始動補助光源から出射される紫外線は、一定の発散角を有して進行するものの、進行する全ての光線のうち光出射面に対して０°近傍の角度で進行する光線の強度が最も強く、発散角が０°から離れるに連れ、強度が低下する。このため、入射角が２０°以内で光学フィルタに入射された紫外線の強度に対して６０％以上の透過率を示す光学フィルタは、前記紫外線を実質的に透過するものとして取り扱って構わない。同様に、入射角が３０°以内で光学フィルタに入射された紫外線の強度に対して９０％以上の反射率を示す光学フィルタは、前記紫外線を実質的に反射するものとして取り扱って構わない。

主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線とは異なり、人体に対して何らかの影響を及ぼすおそれが考えられる。よって、例えば人間が同一空間に存在する時間帯などにおいては、この第二波長帯の紫外線を、第一波長帯の紫外線と共にそのまま紫外線照射装置の外部に放射するのは好ましくない。

これに対し、上記紫外線照射装置によれば、エキシマランプから出射される第一波長帯の紫外線については実質的に透過する一方、始動補助光源から出射される第二波長帯の紫外線については実質的に反射する第一光学フィルタが、ランプハウス内の、エキシマランプから放射された紫外線が通過する箇所に配置されている。これにより、始動補助用に出射された第二波長帯の紫外線については、ランプハウス内で反射させることで、エキシマランプに対して照射して始動補助機能を実現させつつ、紫外線照射装置の外側に放射されにくくなる。一方で、紫外線照射装置の外側に放射されることが想定されている第一波長帯の紫外線については、確実に装置外に取り出すことができる。

前記第一光学フィルタは、前記ランプハウスの光取り出し面に配置されているものとしても構わない。

前記エキシマランプは、ＫｒＣｌ又はＫｒＢｒを含む発光ガスが封入されているものとしても構わない。

エキシマランプにＫｒＣｌを含む発光ガスが封入されている場合、エキシマランプから出射される紫外線の主たる発光波長は２２２ｎｍ近傍であり、エキシマランプにＫｒＢｒを含む発光ガスが封入されている場合、エキシマランプから出射される紫外線の主たる発光波長は２０７ｎｍ近傍である。これらの波長帯の紫外線は、高い殺菌性能が示されるため、特に殺菌用途に適した紫外線照射装置が実現される。

前記始動補助光源は、前記第二波長帯の紫外線を出射する光出射面を含むＬＥＤ光源であるものとしても構わない。

上記の構成において、
前記エキシマランプは、当該エキシマランプを構成する管体の外壁に形成され、且つ、前記管体の管軸方向に離間して配置された一対の電極を有し、
前記始動補助光源は、前記光出射面に、前記第二波長帯の紫外線を実質的に透過し、前記第一波長帯の紫外線が当該始動補助光源に照射されるのを実質的に阻害する第二光学フィルタを有し、
前記始動補助光源は、前記光取り出し面に対して直交する方向から見たときに、前記管軸方向に関して前記一対の電極の間の位置に配置されているものとしても構わない。

エキシマランプが、管軸方向に離間した一対の電極を有する構成である場合、この一対の電極に挟まれた領域が主として発光空間を構成する。このため、始動補助光源を、光取り出し面に対して直交する方向から見たときに、管軸方向に関して一対の電極の間の位置に配置することで、始動補助光源から発光空間に対して第二波長帯の紫外線を高い強度で照射することができる。これにより、エキシマランプの高い始動性が得られる。

一方で、上記の位置に始動補助光源を配置した場合、点灯後のエキシマランプから出射される第一波長帯の紫外線の一部が、始動補助光源側に照射される可能性がある。特に、始動補助光源がＬＥＤ光源である場合、一般的には、ＬＥＤ素子が樹脂などで封止されているため、この封止樹脂が第一波長帯の紫外線に晒されて経時的に劣化するおそれがある。

しかし、上記の構成によれば、始動補助光源が、光出射面に、第二波長帯の紫外線を実質的に透過し第一波長帯の紫外線が当該指導補助光源に照射されるのを実質的に阻害する第二光学フィルタを有しているため、点灯後のエキシマランプから出射される第一波長帯の紫外線が始動補助光源側に進行してきても、この紫外線はエキシマランプ側に戻される。これにより、ＬＥＤ光源で構成される始動補助光源の劣化の進行が抑制される。

なお、このような第二光学フィルタとしては、例えば、第二波長帯の紫外線については実質的に透過する一方、第一波長帯の紫外線を実質的に反射する機能を示すものとしても構わない。また、別の例として、第二光学フィルタとしては、第二波長帯の紫外線については実質的に透過する一方、第一波長帯の紫外線を実質的に吸収する機能を示すものとしても構わない。

前記紫外線照射装置の別の態様として、
前記エキシマランプは、当該エキシマランプを構成する管体の外壁に形成され、且つ、前記管体の管軸方向に離間して配置された一対の電極を有し、
前記始動補助光源は、前記光取り出し面に対して直交する方向から見たときに、前記管軸方向に関して前記一対の電極よりも外側の位置に配置されているものとしても構わない。

かかる構成によれば、点灯後のエキシマランプから出射される第一波長帯の紫外線は、始動補助光源に対して照射されにくい。このため、始動補助光源がＬＥＤ光源で構成されている場合であっても、始動補助光源が経時的に劣化しにくくなる。

前記ランプハウスは、前記光取り出し面を除く少なくとも１つの面の内壁が、前記第二波長帯の紫外線を実質的に反射する材料で構成されているものとしても構わない。

かかる構成によれば、始動補助光源から出射された第二波長帯の紫外線の一部を、ランプハウスの内壁面で反射させてエキシマランプの発光空間に導くことができる。これにより、エキシマランプの始動性が更に高められる。

前記紫外線照射装置は、前記ランプハウスの壁面の一部に設けられた透光窓を有し、
前記始動補助光源は、前記光出射面を前記透光窓に対向させた状態で、前記ランプハウスの外側において前記ランプハウスの前記壁面に固定して配置されているものとしても構わない。

なお、前記始動補助光源は、前記第二波長帯の紫外線を出射する低圧水銀ランプで構成されていても構わない。低圧水銀ランプは、エキシマランプと比べて極めて始動性に優れているため、エキシマランプの始動補助光源として利用することができる。

本発明によれば、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の波長帯（第一波長帯）に属するエキシマランプを含みながらも、始動性の高い紫外線照射装置が実現できる。

本発明の紫外線照射装置の第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示すエキシマランプをＸ方向に見たときの模式的な平面図である。 図１に示す１本のエキシマランプをＺ方向に見たときの模式的な平面図である。 発光ガスにＫｒＣｌが含まれる場合における、エキシマランプから出射される紫外線Ｌ１のスペクトルの一例である。 検証用に用いられた紫外線照射装置の構造を模式的に示す図面である。 エキシマランプ及び始動補助光源から出射される紫外線（Ｌ１，Ｌ２）の進行の態様を模式的に示す図面である。 第一光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。 第一光学フィルタの反射スペクトルの一例を示すグラフである。 エキシマランプ及び始動補助光源から出射される紫外線（Ｌ１，Ｌ２）の進行の態様を模式的に示す図面である。 エキシマランプ及び始動補助光源から出射される紫外線（Ｌ１，Ｌ２）の進行の別の態様を模式的に示す図面である。 本発明の紫外線照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の紫外線照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の紫外線照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す断面図である。

本発明に係る紫外線照射装置の各実施形態につき、適宜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、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致していない。また、各図面間においても、寸法比は必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
本発明に係る紫外線照射装置の第一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の紫外線照射装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、紫外線照射装置１は、ランプハウス１０と、ランプハウス１０の内側に収容されたエキシマランプ３とを備える。なお、以下では、紫外線照射装置１が２つのエキシマランプ（３，３）を備える場合を例に挙げて説明するが、紫外線照射装置１が備えるエキシマランプ３の本数は２本に限られず、１本でも構わないし、３本以上でも構わない。

本実施形態では、ランプハウス１０は、ほぼ直方体の形状を呈しており、内側にエキシマランプ３などを収容できるように、中空の空間を有している。そして、ランプハウス１０の１つの面１０ａは、エキシマランプ３から出射される紫外線Ｌ１をランプハウス１０の外側に取り出すための、光取り出し面を構成する。この面１０ａ（以下、「光取り出し面１０ａ」と呼ぶ。）には、第一光学フィルタ２１が形成されている。第一光学フィルタ２１の特性については、後述される。

以下の説明では、ランプハウス１０から紫外線Ｌ１が取り出される方向をＸ方向とし、このＸ方向に直交する平面をＹＺ平面とする、ＸＹＺ座標系が適宜参照される。なお、本実施形態では、Ｙ方向を管軸方向とする２つのエキシマランプ（３，３）が、Ｚ方向に離間して配置されている場合を例に挙げて説明する。

図２は、エキシマランプ３をＸ方向に見たときの模式的な平面図である。管軸方向をＹ方向とする各エキシマランプ３の外壁には、Ｙ方向に離間した一対の電極（９，９）が形成されている。図１では、一対の電極（９，９）のうちの一方の電極９のみが図示されている。

紫外線照射装置１は、始動補助光源５を備える。本実施形態では、始動補助光源５は、ＬＥＤ光源であり、主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２（図６参照）を出射する。一例として、始動補助光源５はピーク波長が２８０ｎｍのＬＥＤ光源である。本実施形態において、始動補助光源５は、ランプハウス１０の外側であって、ランプハウス１０の外壁に固定されている。ランプハウス１０は、始動補助光源５の光出射面に対向する位置に、透光窓１１が形成されている。始動補助光源５から出射された紫外線Ｌ２は、透光窓１１を介してランプハウス１０の内側に入射される。透光窓１１は、紫外線Ｌ２を透過する材料膜で構成されていても構わないし、単なる開口でも構わない。

図３は、エキシマランプ３と、電極（９，９）との位置関係を模式的に示す図面であり、エキシマランプ３をＺ方向に見たときの模式的な平面図に対応する。

上述したように、エキシマランプ３は、Ｙ方向を管軸方向とする管体３０を有する。この管体３０の外壁面に、Ｙ方向に離間した位置で、一対の電極（９，９）が接触している。管体３０には、発光ガス３Ｇが封入されている。一対の電極（９，９）の間に、例えば１０ｋＨｚ～５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されると、管体３０を介して発光ガス３Ｇに対して前記電圧が印加される。このとき、発光ガス３Ｇが封入されている放電空間内で放電プラズマが生じ、発光ガス３Ｇの原子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。

発光ガス３Ｇは、エキシマ発光時に、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線Ｌ１を出射する材料からなる。一例として、発光ガス３Ｇとしては、ＫｒＣｌ、ＫｒＢｒ、ＡｒＦが含まれる。なお、前記のガス種に加えて、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）などの不活性ガスが混合されていても構わない。

例えば、発光ガス３ＧにＫｒＣｌが含まれる場合には、エキシマランプ３から主たる発光波長が２２２ｎｍ近傍の紫外線Ｌ１が出射される。発光ガス３ＧにＫｒＢｒが含まれる場合には、エキシマランプ３からは、主たる発光波長が２０７ｎｍ近傍の紫外線Ｌ１が出射される。発光ガス３ＧにＡｒＦが含まれる場合には、エキシマランプ３からは、主たる発光波長が１９３ｎｍ近傍の紫外線Ｌ１が出射される。図４は、発光ガス３ＧにＫｒＣｌが含まれる、エキシマランプ３から出射される紫外線Ｌ１のスペクトルの一例である。

ところで、発光ガス３Ｇとして、上記のＫｒＣｌ、ＫｒＢｒ、ＡｒＦなどのガス種が含まれる場合、単に一対の電極（９，９）の間に電圧を印加しただけでは、時間が経過しても管体３０内で放電が開始されない。そこで、本実施形態の紫外線照射装置１は、始動補助光源５を有している。始動補助光源５から出射される紫外線Ｌ２が、ランプハウス１０内のエキシマランプ３に照射されることで、放電が開始しやすくなる。

特に、始動補助光源５から出射される紫外線Ｌ２を、主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線とすることで、エキシマランプ３の始動性が極めて向上する。一対の電極（９，９）の間に電圧を印加しつつ、これらの波長帯に属する紫外線Ｌ２をエキシマランプ３に対して照射することで、１秒以内、遅くとも数秒以内にはエキシマランプ３を点灯させることができる。この点につき、検証結果を参照して説明する。

図５は、検証用の装置構成を、図２にならって模式的に図示した図面である。検証用の紫外線照射装置１ａは、上述したエキシマランプ３を４本備えるとともに、各エキシマランプ３に対して電圧を印加するための一対の電極（９，９）、及び始動補助光源５としてのＬＥＤ光源１５を備える。ＬＥＤ光源１５は、ＬＥＤ実装基板１６上に搭載されている。

エキシマランプ３としては、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ₂）を含む発光ガス３Ｇが封入されたものが利用された。このときの封入ガス圧は１０ｋＰａとされた。

ＬＥＤ光源１５としては、発光波長の異なる５種類の光源が準備された。

ＬＥＤ光源１５に対して２０ｍＡの電流を供給して発光させ、ＬＥＤ光源１５からの光（ＬＥＤ光Ｌ１５）を、エキシマランプ３に向けて出射させた。この状態で、各エキシマランプ３に対して、４ｋＶ、７０ｋＨｚ程度の高周波交流電圧を印加することで、始動遅れ時間を測定した。なお、比較例として、ＬＥＤ光源１５を点灯せずに同様の検証が行われた。この結果を、下記表１に示す。なお、表１において、ＬＥＤ光Ｌ１５の波長とは、ＬＥＤ光源１５から出射されたＬＥＤ光Ｌ１５のピーク波長に対応する。

上記表１の結果によれば、ＬＥＤ光Ｌ１５の波長をＵＶＣ領域に属する２８０ｎｍとした場合には、電圧印加を開始してから即時にエキシマランプ３が点灯した。一方、ＬＥＤ光Ｌ１５を白色光とした場合や、ピーク波長を４７０±５ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍとした場合には、ＬＥＤ光源１５を点灯しなかった場合と同様、電圧印加を開始してから、６０秒以上経過してもエキシマランプ３を点灯させることができなかった。

この理由について、本発明者は以下のように推察している。

上述したように、エキシマランプ３に封入されている発光ガス３Ｇには、塩素などのハロゲンが含まれる。ハロゲンは電子付着性が強く、放電空間内の電子を奪いやすい。このため、ハロゲンを含む発光ガス３Ｇが封入されたエキシマランプ３は、始動性が悪くなりやすい。かかる観点から、ハロゲン分子（ここでは塩素分子）を励起・解離できれば、放電空間内の電子を奪いにくくなり、エキシマランプの始動性が向上すると考えられる。

塩素分子のエネルギー準位図より、塩素分子の励起、解離エネルギーは４．１ｅＶ以上と想定され、これを波長換算すると３００ｎｍ以下となる。よって、発光波長が３００ｎｍ以下のＬＥＤ光源１５からＬＥＤ光Ｌ１５をエキシマランプ３に照射して、エキシマランプ３内の発光ガス３Ｇに含まれる塩素ガスを光励起させることにより、エキシマランプ３の始動性が著しく改善したものと推察される。すなわち、主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２をエキシマランプ３に照射することで、エキシマランプ３の始動性を高めることができる。

他方、ＬＥＤ光Ｌ１５を白色光とした場合や、ＬＥＤ光Ｌ１５のピーク波長を４７０±５ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍとした場合には、エキシマランプ３内に入射される光エネルギーが塩素分子の励起、解離エネルギーに達せず、エキシマランプ３の始動性を高める効果が得られなかったものと考えられる。

しかしながら、上記第二波長帯に属する紫外線Ｌ２は、人体に対して影響がある波長であるとされている。かかる観点から、紫外線照射装置１は、この紫外線Ｌ２をランプハウス１０の外側に出射しにくくするために、光取り出し面１０ａに第一光学フィルタ２１を備えている。図６は、エキシマランプ３及び始動補助光源５から出射される紫外線（Ｌ１，Ｌ２）の進行の態様を模式的に示す図面である。

第一光学フィルタ２１は、エキシマランプ３から出射される、第一波長帯の紫外線Ｌ１については実質的に透過する一方、始動補助光源５から出射される、第二波長帯の紫外線Ｌ２については実質的に反射する特性を有している。このような第一光学フィルタ２１は、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜で実現される。

図７は、第一光学フィルタ２１の透過スペクトルの一例を示すグラフであり、図８は、第一光学フィルタ２１の反射スペクトルの一例を示すグラフである。図７のグラフは、第一光学フィルタ２１に対して入射した光の強度と、第一光学フィルタ２１から出射された光の強度の比率を波長毎に測定したものである。また、図８のグラフは、第一光学フィルタ２１に対して入射した光の強度と、第一光学フィルタ２１で反射された光の強度の比率を波長毎に測定したものである。

誘電体多層膜で形成された第一光学フィルタ２１は、入射角に依存して光の透過率や反射率が変化する。このため、図７及び図８では、第一光学フィルタ２１に対して入射される光の入射角毎に、スペクトルが示されている。ただし、発光部と受光部を同じ光軸上に配置できないため、図８のグラフにおいて入射角が０°の場合のデータは図示されていない。

図７及び図８に示す特性を有する第一光学フィルタ２１は、エキシマランプ３の発光ガス３ＧがＫｒＣｌを含む場合、すなわち、エキシマランプ３が主たる発光波長２２２ｎｍの紫外線Ｌ１を発する場合を想定して設計されたものである。

図７によれば、この第一光学フィルタ２１は、入射角が２０°以内で波長２２２ｎｍの紫外線Ｌ１が入射された場合、６０％以上、より詳細には約８０％以上の透過率を示す。入射角が３０°以内で入射された場合であっても、約４０％以上の透過率を示すことが分かる。なお、エキシマランプ３から出射される紫外線Ｌ１の主たる発光波長が２０７ｎｍの場合には、入射角が２０°以内で入射された波長２０７ｎｍの紫外線Ｌ１に対して、６０％以上の透過率を示すように設計すればよい。同様に、エキシマランプ３から出射される紫外線Ｌ１の主たる発光波長が１９３ｎｍの場合には、入射角が２０°以内で入射された波長１９３ｎｍの紫外線Ｌ１に対して、６０％以上の透過率を示すように設計すればよい。

また、図８によれば、この第一光学フィルタ２１は、入射角が３０°以内で入射された、２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２に対しては、９０％以上、より詳細には９５％以上の反射率を示すことが分かる。

図６に模式的に示すように、始動補助光源５から出射された、２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２は、エキシマランプ３に照射されて始動補助に利用される。また、Ｘ方向に進行した紫外線Ｌ２は、光取り出し面１０ａ側（図１参照）に設けられた第一光学フィルタ２１に入射されると、そのほとんどがこの第一光学フィルタ２１で反射する。この結果、反射光についても、エキシマランプ３の始動補助に利用できると共に、ランプハウス１０の外側に放射されることが抑制される。

また、紫外線Ｌ２によって点灯補助がされることで、放電が開始したエキシマランプ３は、１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線Ｌ１を出射する。第一光学フィルタ２１は、この紫外線Ｌ１に対しては高い透過性を示すため、光取り出し面１０ａ側（図１参照）に設けられた第一光学フィルタ２１に入射されると、そのまま第一光学フィルタ２１を透過する。

よって、紫外線照射装置１によれば、利用したい１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線Ｌ１については、ランプハウス１０の外側に高い強度で放射しつつ、人体に対して影響を及ぼすリスクが存在する、２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２については、ランプハウス１０の外側に放射されることが抑制される。

なお、本実施形態の紫外線照射装置１は、始動補助光源５の光出射面５ａ側に、紫外線Ｌ１の透過を抑制する第二光学フィルタ２２を備えるものとしても構わない（図９Ａ、図９Ｂ参照）。図９Ａに示す例では、第二光学フィルタ２２は、第一光学フィルタ２１とは異なり、第二波長帯に属する紫外線Ｌ２を実質的に透過する一方、第一波長帯に属する紫外線Ｌ１を実質的に反射するように設計されている。第二光学フィルタ２２も、第一光学フィルタ２１と同様に、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜で実現される。

上述したように、本実施形態の紫外線照射装置１は、Ｘ方向から見たときに、Ｙ方向に離間した一対の電極（９，９）の間の位置に、始動補助光源５が設けられている。かかる位置に始動補助光源５が配置されていることで、始動補助光源５から出射された紫外線Ｌ２は、エキシマランプ３の一対の電極（９，９）で挟まれた領域、すなわち発光空間に高い強度で照射されやすい。この結果、エキシマランプ３の高い始動性が奏される。

一方で、エキシマランプ３が点灯を開始した後は、１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線Ｌ１の一部が、始動補助光源５側に進行する。始動補助光源５がＬＥＤ光源である場合、ＬＥＤ素子は樹脂封止されているのが一般的であるため、この紫外線Ｌ１が照射されることで、経時的に樹脂が劣化するおそれがある。

しかし、図９Ａに示すように、始動補助光源５が、光出射面５ａ側に第二光学フィルタ２２を有することで、エキシマランプ３から出射して始動補助光源５側に進行してきた紫外線Ｌ１を、始動補助光源５の光出射面５ａで反射させることができる。この結果、紫外線Ｌ１が始動補助光源５に照射されるのを阻害できるため、指導補助光源５の劣化を抑制できる。なお、第二光学フィルタ２２は、始動補助光源５から出射される、第二波長帯の紫外線Ｌ２については実質的に透過するため、エキシマランプ３に対する始動補助の機能は依然として担保される。

また、始動補助光源５の光出射面５ａに設けられた第二光学フィルタ２２によって、エキシマランプ３から出射された、第一波長帯の紫外線Ｌ１が反射されることで、光取り出し面１０ａ側に進行方向を変換できる。これにより、紫外線照射装置１から取り出される紫外線Ｌ１の光強度が向上する。

別の例として、図９Ｂに示すように、第二光学フィルタ２２を第一波長帯の紫外線Ｌ１については吸収するような設計とすることもできる。かかる場合であっても、紫外線Ｌ１が始動補助光源５に照射されるのを阻害できるため、指導補助光源５の劣化を抑制できる。この場合においても、第二光学フィルタ２２は、始動補助光源５から出射される、第二波長帯の紫外線Ｌ２については実質的に透過するため、エキシマランプ３に対する始動補助の機能は依然として担保される。

なお、ランプハウス１０の壁面や、電極（９，９）についても、第一波長帯の紫外線Ｌ１に対する反射率の高い材料で構成されているものとしても構わない。一例として、ランプハウス１０の壁面や、電極（９，９）を、Ａｌやステンレスなどの金属や合金製とすることができる。

［第二実施形態］
本発明に係る紫外線照射装置の第二実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、第一実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜割愛する。

図１０は、本実施形態の紫外線照射装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。第一実施形態の紫外線照射装置１では、Ｘ方向から見たときに、始動補助光源５がＹ方向に離間した一対の電極（９，９）の間の位置に配置されていた。これに対し、本実施形態では、Ｘ方向から見たときに、始動補助光源５は、電極（９，９）よりもＹ方向に関して外側に位置している点が異なる。

かかる構成であっても、光取り出し面１０ａに形成される第一光学フィルタ２１が、始動補助光源５から出射される第二波長帯の紫外線Ｌ２に対して、実質的に反射する特性を有しているため、エキシマランプ３の発光空間内に、紫外線Ｌ２を導くことができる。この結果、エキシマランプ３の始動性が向上する。また、第一実施形態と同様、第一光学フィルタ２１を備えることで、人体に対して影響を及ぼすリスクが存在する波長帯である、第二波長帯の紫外線Ｌ２が、ランプハウス１０の外側に放射されることが抑制される。

また、第一実施形態の構成とは異なり、本実施形態の場合、エキシマランプ３の発光空間から離れた位置に始動補助光源５が配置されている。このため、第一実施形態の構成と比べて、点灯後のエキシマランプ３から出射された第一波長帯の紫外線Ｌ１が始動補助光源５に照射されにくい。従って、図９を参照して上述したような、第二光学フィルタ２２を始動補助光源５の光出射面５ａに設けていなくても、始動補助光源５の劣化が進行しにくいという効果が得られる。

なお、図１０では、紫外線Ｌ２が第一光学フィルタ２１及び電極９で反射した後にエキシマランプ３の発光空間内に導かれる場合が示されているが、始動補助光源５から直接エキシマランプ３の発光空間内に紫外線Ｌ２が照射されても構わないし、第一光学フィルタ２１で１回反射した後にエキシマランプ３の発光空間内に紫外線Ｌ２が照射されても構わない。

図１１は、本実施形態の紫外線照射装置の構成の別の一例を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、Ｘ方向に関して、エキシマランプ３が配置されている位置と同じ位置に始動補助光源５を配置することで、始動補助光源５から出射された紫外線Ｌ２を直接エキシマランプ３の発光空間に導きやすくなる。また、始動補助光源５から光取り出し面１０ａ側に向かって進行した第二波長帯の紫外線Ｌ２については、第一光学フィルタ２１で反射されるため、エキシマランプ３の発光空間内に導くことができると共に、ランプハウス１０の外側に放射されることが抑制される。

更に、図１２に示すように、始動補助光源５をランプハウス１０の内側に配置しても構わない。図１２に示す例では、始動補助光源５がランプハウス１０の内壁に固定されている。なお、図１０に示す構成や、図１に示す構成においても、同様に始動補助光源５をランプハウス１０の内側に配置しても構わない。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉上記各実施形態では、始動補助光源５がＬＥＤ光源である場合について説明した。しかし、始動補助光源５は、主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線Ｌ２を出射する光源であって、エキシマランプ３よりも始動性の速い光源である限りにおいて、任意である。ＬＥＤ光源以外の例として、始動補助光源５を低圧水銀ランプで構成することができる。

〈２〉図３を参照して上述した、エキシマランプ３の構成はあくまで一例である。エキシマランプ３は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線Ｌ１を出射する限りにおいて、その構造は任意である。一例として、エキシマランプ３は、同心円状に管体が二重に設けられ、内側管と外側管の間に発光ガス３Ｇが封入される構造であっても構わない（二重管構造）。また、別の例として、エキシマランプ３は、発光ガス３Ｇが封入された単一の管体の内部と外側に電極が設けられた構造（一重管構造）であっても構わないし、発光ガス３Ｇが封入された、矩形上の面を有する管体の向かい合う２面に電極が設けられた構造（扁平管構造）であっても構わない。

〈３〉上記実施形態では、第一光学フィルタ２１がランプハウス１０の光取り出し面１０ａに設けられている場合について説明した。しかし、第一光学フィルタ２１が設けられる箇所は光取り出し面１０ａには限られず、ランプハウス１０内において、エキシマランプ３から出射される紫外線Ｌ１が通過する箇所に設けられていれば同様の効果を奏する。

〈４〉上記実施形態では、紫外線照射装置１が第一光学フィルタ２１を備える場合について説明した。しかし、例えば人間が同一空間内に存在しない場合に限って紫外線照射装置１を稼働させる場合など、始動補助光源５から出射される第二波長帯の紫外線を照射空間内に放射することが許容される等の事情がある場合には、紫外線照射装置１は必ずしも第一光学フィルタ２１を備えなくても構わない。

１ ： 紫外線照射装置
１ａ ： 検証用の紫外線照射装置
３ ： エキシマランプ
３Ｇ ： 発光ガス
５ ： 始動補助光源
５ａ ： 始動補助光源の光出射面
９ ： 電極
１０ ： ランプハウス
１０ａ ： 光取り出し面
１１ ： 透光窓
１５ ： ＬＥＤ光源
１６ ： ＬＥＤ実装基板
２１ ： 第一光学フィルタ
２２ ： 第二光学フィルタ
３０ ： 管体

Claims (8)

1. 少なくとも１つの面に光取り出し面が形成されたランプハウスと、
   前記ランプハウスの内側に収容され、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の第一波長帯に属する紫外線を発するエキシマランプと、
   主たる発光波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の第二波長帯に属する紫外線を、前記エキシマランプに対して照射可能な位置に配置された、始動補助光源と、
   前記ランプハウス内であって、前記エキシマランプから放射された紫外線が通過する箇所に、前記第一波長帯の紫外線を実質的に透過し、前記第二波長帯の紫外線を実質的に反射する第一光学フィルタを備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記第一光学フィルタは、前記ランプハウスの光取り出し面に配置されている請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記エキシマランプは、ＫｒＣｌ又はＫｒＢｒを含む発光ガスが封入されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記始動補助光源は、前記第二波長帯の紫外線を出射する光出射面を含むＬＥＤ光源であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
5. 前記エキシマランプは、当該エキシマランプを構成する管体の外壁に形成され、且つ、前記管体の管軸方向に離間して配置された一対の電極を有し、
   前記始動補助光源は、前記光出射面に、前記第二波長帯の紫外線を実質的に透過し、前記第一波長帯の紫外線が当該始動補助光源に照射されるのを阻害する第二光学フィルタを有し、
   前記始動補助光源は、前記光取り出し面に対して直交する方向から見たときに、前記管軸方向に関して前記一対の電極の間の位置に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の紫外線照射装置。
6. 前記エキシマランプは、当該エキシマランプを構成する管体の外壁に形成され、且つ、前記管体の管軸方向に離間して配置された一対の電極を有し、
   前記始動補助光源は、前記光取り出し面に対して直交する方向から見たときに、前記管軸方向に関して前記一対の電極よりも外側の位置に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の紫外線照射装置。
7. 前記ランプハウスは、前記光取り出し面を除く少なくとも１つの面の内壁が、前記第二波長帯の紫外線を実質的に反射する材料で構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の紫外線照射装置。
8. 前記ランプハウスの壁面の一部に設けられた透光窓を有し、
   前記始動補助光源は、前記光出射面を前記透光窓に対向させた状態で、前記ランプハウスの外側において前記ランプハウスの前記壁面に固定して配置されていることを特徴とする、請求項４～７のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。

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