JPWO2016042879A1 - 殺菌装置 - Google Patents

Abstract

優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を提供する。本発明の実施の一態様に係る殺菌装置（１）は、紫外線を含む光を患部（６）に照射する殺菌装置（１）であって、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光（Ｌλ１）と、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光（Ｌλ２）とを出射する。

Description

本発明は、紫外線を照射することによって殺菌する殺菌装置に関し、より詳細には、紫外線の照射範囲を可視化することができる殺菌装置に関する。

感染のリスクの高い「手術」という医療行為において、感染を１００％防ぐ方法は無く、２％〜５％において手術部位感染（ＳＳＩ:surgical site infection）が起こる。

手術部位感染（ＳＳＩ）を減少させるためには、患者の合併症、消毒、手術室環境、医療従事者の消毒・感染管理など、手術全体に注意を払う必要がある。手術は、通常、無菌状態で行われ、医療現場ではあらゆる場面で衛生への配慮が十分なされているが、手術部位感染（ＳＳＩ）の発生率は手術の種類や手術を行う部位によって異なる。これは、部位の殺菌（滅菌）処理の難易度に起因するものである。

たとえば、血管や尿管にカテーテルを配置（留置）するカテーテル手術では、手術部位感染（ＳＳＩ）の発生率は１０％を超えている（ＪＡＮＩＳ ＳＳＩ部門 公開情報 ２０１３年７月〜１２月半期報）。なぜなら、これらの手術部位を直接殺菌処理することは不可能であり、挿入するカテーテルを徹底的に殺菌処理するしか方法がないのが現状であるためである。

手術部位感染（ＳＳＩ）により治癒が遅くなることで、入院日数と医療コストが増え、最終的に患者に負担をかけてしまう。入院日数は平均すると１５〜１８日も延び、入院費は１件あたり平均４５〜５４万円程度高くなる。

日本における、手術部位感染（ＳＳＩ）の発生件数は、５３７４件であり（ＪＡＮＩＳ ＳＳＩ部門 公開情報 ２０１３年７月〜１２月半期報）、このことから、手術部位感染（ＳＳＩ）の発生によって、年間約４８億円の医療費が余計にかかっている計算になる。また、術後になかなか退院できず、経済的な負担が増える事態に直面した患者の精神的な負担も見逃すことはできない。そのため、手術部位感染（ＳＳＩ）の発生率を低下させ得る技術の開発が望まれている。

このような技術に関して、特許文献１では、紫外線ランプを用いて、手術部位を殺菌する技術が開示されている。特許文献１によれば、紫外線ランプにより紫外線を照射することによって、手術部位を含めた範囲を殺菌することができる。さらに、紫外線と共に可視光線を照射することによって、紫外線の照射範囲を可視化している。

また、特許文献２では、約１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長範囲の紫外線を出射する紫外線ランプと、紫外線が上記波長範囲以外の光を含むことを実質的に防止する多層誘電体フィルタや化学フィルタなどのスペクトルフィルタ素子とを備えた殺菌装置が開示されている。特許文献２によれば、人体細胞に損傷を与えることなく、微生物菌を殺菌することができる。

また、非特許文献１では、波長２１０ｎｍ以上の光をフィルタによってカットした、ピーク波長２０７ｎｍのＫｒ−Ｂｒエキシマランプによる、殺菌技術が開示されている。非特許文献１によれば、人体細胞の損傷および皮膚細胞の突然変異の発生を抑制しつつ、微生物菌を殺菌することができる。

また、特許文献３では、紫外線の発光源から光ファイバで紫外線を導き患部に照射する歯周病の治療方法が記載されている。特許文献３によれば、歯科医師の使用する器具などの先端部に光ファイバを取り付けることで、歯周病原菌を殺菌することができる。

日本国公開特許公報「特開平１０−３２８２８９号公報（１９９８年１２月１５日公開）」 日本国公開特許公報「特表２０１４−５０８６１２号公報（２０１４年０４月１０日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１１−２２５３１８号公報（２０１１年０９月２２日公開）」

Plos ONE8（10）e76968（２０１３年１０月１５日出版）

しかしながら、上述した従来の技術では、以下の課題がある。すなわち、特許文献１では、患部に照射する紫外線および可視光線の波長が特定されていないため、照射する紫外線の波長によっては人体細胞に損傷を与えてしまうという問題がある。

また、特許文献２および非特許文献１では、紫外線のみを照射するため、紫外線の照射範囲が可視化できない。実際の手術環境においては、紫外線を目的の患部に素早く照射することが必要である。そのため、紫外線の照射範囲が可視化できないことは、手術環境において扱い難いという問題がある。なお、特許文献２では、吸収材に蛍光材を用いて、紫外線を吸収した時に可視光線を発してランプが動作中であることを示す技術が提案されているが、この技術は、紫外線の照射範囲を可視化するものではない。

また、特許文献３では、患部に照射する紫外線の波長が特定されていないため、照射する紫外線の波長によって人体細胞に損傷を与えてしまうという問題がある。さらに、特許文献３では、紫外線のみを照射するため、紫外線の照射範囲を可視化できないという問題がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を対象物に照射する殺菌装置であって、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射することを特徴としている。

本発明の一態様によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示される殺菌装置から患部に照射される光のスペクトルを示すグラフである。 図２に示される２３０超４００ｎｍ未満の波長範囲のスペクトルを拡大したグラフである。 本発明の実施形態２に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を患部（対象物）に照射して殺菌するものである。本明細書において、紫外線とは、波長が１０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の光のことを指し、一般的に殺菌効果が認められている波長範囲の光のことを意味する。

なお、本実施形態では、紫外線として紫外線レーザを患部に照射する構成の一例について説明するが、本発明は、以下の構成に限定されるものではない。

＜殺菌装置１の構成＞
図１は、本実施形態に係る殺菌装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、殺菌装置１は、半導体レーザ素子（レーザ光源）２、周波数倍増素子（周波数変換素子）３、減光素子４、およびケース５を備えている。

（半導体レーザ素子２）
半導体レーザ素子２は、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Ｌ_λ２を発振（出射）する光源である。この半導体レーザ素子２から発振される第二波長光Ｌ_λ２は、波長および位相が揃ったコヒーレントな可視光線レーザである。半導体レーザ素子２は、第二波長光Ｌ_λ２を、周波数倍増素子３へ向けて出射する。

（周波数倍増素子３）
周波数倍増素子３は、半導体レーザ素子２から発振された第二波長光Ｌ_λ２を受けて、当該第二波長光Ｌ_λ２の一部の周波数を倍増（波長を半減）させて、２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Ｌ_λ１に変換する（λ_１＝λ_２／２）。第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２の両方は、周波数倍増素子３からレーザ光として、同時に出射される。

このような周波数倍増素子３は、例えば、結晶非線形光学材料から構成することができる。単結晶非線形光学材料の例としては、ベータホウ酸バリウム（Ｂｅｔａ−ＢａｒｉｕｍＢｏｒａｔｅ、ＢＢＯ）、フルオロホウ酸ベリリウム酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍｆｌｕｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）、四ホウ酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、四ホウ酸リチウムルビジウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ｒｕｂｉｄｉｕｍ ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、または、フッ化マグネシウムバリウム（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｂａｒｉｕｍ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などが挙げられる。

なお、周波数倍増素子３の詳細については、特開２０１３−８８８２２号公報などに開示されているため、本明細書では、周波数倍増素子３についての詳細な説明は省略する。

周波数倍増素子３は、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を、減光素子４へ向けて出射する。

（減光素子４）
減光素子４は、周波数倍増素子３から出射された第二波長光Ｌ_λ２を減光する（減衰させる）ものである。減光素子４は、第二波長光Ｌ_λ２の一部を吸収または反射することによって、第二波長光Ｌ_λ２を減光する。一方、減光素子４は、周波数倍増素子３から出射された第一波長光Ｌ_λ１をほぼ減光することなく透過させる。

このような減光素子４としては、干渉フィルタや、ダイクロイックミラーなどが挙げられる。減光素子４の減衰（減光）率、透過率、または反射率などを変更することにより、第一波長光Ｌ_λ１と第二波長光Ｌ_λ２との強度比率を自由に変えるなどの制御が可能となる。また、第二波長光Ｌ_λ２のうち、所望の波長範囲の光のみを透過させ、その他の波長範囲の光を取り除くなどの制御が可能となる。

なお、減光素子４を省略して、周波数倍増素子３から出射された第二波長光Ｌ_λ２を減光することなく、殺菌装置１から出射してもよい。さらに、減光素子４と同様の機能を持つ光学素子を自由に追加することにより、第二波長光Ｌ_λ２に含まれる他の波長範囲の光（すなわち、減光素子４で減光される波長範囲以外の光）を減光してもよい。

（ケース５）
ケース５は、半導体レーザ素子２、周波数倍増素子３、および減光素子４を収容する筐体である。ケース５の内部には、半導体レーザ素子２、周波数倍増素子３、および減光素子４がこの順で、直線上に配置されている。ケース５は減光素子４側の端部が開口しており、この端部から第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２が外部へ出射される。

＜殺菌装置１の作用および効果＞
図２は、殺菌装置１から患部６に照射される光のスペクトルを示すグラフであり、図３は、図２に示される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲のスペクトルを拡大したグラフである。図２および図３では、縦軸が放射照度を示し、縦軸が波長を示している。

図２に示すように、２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長Ｐ１を有する第一波長光Ｌ_λ１と、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長Ｐ２を有する第二波長光Ｌ_λ２とが患部６に照射される。

２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長Ｐ１を有する第一波長光Ｌ_λ１は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能である。そのため、第一波長光Ｌ_λ１を患部６に照射することにより、安全に、患部６を殺菌することができる。

また、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長Ｐ２を有する第二波長光Ｌ_λ２は、人の目で視認可能である。そのため、第一波長光Ｌ_λ１と共に第二波長光Ｌ_λ２を患部６に照射することにより、第一波長光Ｌ_λ１の照射範囲を可視化することができる。

さらに、図３に示すように、患部６には、２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の紫外線がほとんど照射されておらず、ノイズレベルであることが分かる。患部６に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の紫外線の光強度が３ｍＷ／ｃｍ^２以上である場合、体細胞に損傷を与える可能性が高くなる。そこで、殺菌装置１では、患部６に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の紫外線の光強度を３ｍＷ／ｃｍ^２未満とすることで、体細胞の損傷を抑制している。

また、半導体レーザ素子２から出射された第二波長光Ｌ_λ２の一部を第一波長光Ｌ_λ１に変換する周波数倍増素子３を備える殺菌装置１によれば、従来技術に対して、以下の利点がある。

第一に、殺菌装置１では、第二波長光Ｌ_λ２の一部が周波数倍増素子３によって第一波長光Ｌ_λ１に変換されるため、体細胞に損傷を与える可能性がある２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の紫外線がほぼ発生しない。そのため、特許文献２のように、紫外線ランプが発生させた紫外線が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するスペクトルフィルタ素子などを設ける必要がなく、殺菌装置１の省スペース化に有利である。また、スペクトルフィルタ素子は、透過率が１００％ではなく、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲の紫外線も減衰させてしまうので光の利用効率が低下する。一方、殺菌装置１によれば、このような光の利用効率の低下が生じないので、高い光の利用効率を実現することができる。

また、特許文献２では、紫外線が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するための他の技術として、例えばアルゴンをエキシランプに添加する技術が開示されているが、この技術では製造コストの増加を伴う。一方、殺菌装置１によれば、比較的安価な周波数倍増素子３を用いるため、製造コストの増加を抑制することができる。

第二に、殺菌装置１では、半導体レーザ素子２から出射された第二波長光Ｌ_λ２の一部は波長変換されることなく周波数倍増素子３を透過して、第一波長光Ｌ_λ１と共に患部６に照射される。そのため、第一波長光Ｌ_λ１の照射範囲を可視化することが可能となる。したがって、殺菌するための第一波長光Ｌ_λ１を出射する光源と、第一波長光Ｌ_λ１の照射範囲を可視化するための第二波長光Ｌ_λ２を出射する光源とをそれぞれ備える必要がないため、殺菌装置１を小型化することができる。

第三に、殺菌装置１では、紫外線ランプやＬＥＤを用いた場合に比べて、一定の光強度で紫外線を患部６に照射することが可能となる。実際の手術環境では、目標の光強度の紫外線を素早く患部６に照射することが求められる。しかし、紫外線ランプやＬＥＤからの紫外線を集光した場合、患部と殺菌装置との距離が変化すると、紫外線の照射面積が変化し、紫外線の光強度密度が変わってしまう。一方、殺菌装置１によれば、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２はレーザ光でありそれぞれが略平行光である。そのため、患部６と殺菌装置１との距離が変化した場合であっても照射面積が変化せず一定の光強度で第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を患部６に照射することができる。

第四に、殺菌装置１では、第一波長光Ｌ_λ１がレーザ光であるため、紫外線ランプやＬＥＤを用いた場合に比べて第一波長光Ｌ_λ１のビーム径を小さくすることが可能となる。そのため、複雑で急峻な患部６に対しても第一波長光Ｌ_λ１を好適に照射することが可能となる。

また、従来のように、紫外線を連続して患部６に照射する殺菌方法では、以下の問題が生じ得る。
１．光源が発熱する。
２．光源の寿命が低下する可能性が高い。
３．医師にとって非常に危険である。
４．医師の手などにより、紫外線が手術で発生した傷（創傷という）に届くことが妨げられる。

上記１および２の問題は当業者にとって自明である。上記３の問題について、手術環境では、紫外線はメスなどの医療器具によって反射する可能性が常にある。そのため、紫外線が人体にとって有害である波長を含む場合、医師にとって非常に危険な状況であると言える。

また、上記４の問題については、手術中において、紫外線を連続して照射したとしても、医師の手などにより紫外線が遮られてしまうことが十分に考えられる。この場合、創傷に実際に照射される紫外線強度が低下するため、紫外線の連続照射による十分な殺菌効果が得られない。

そこで、殺菌装置１は、半導体レーザ素子２の駆動を制御することにより、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を断続的に出射してもよい。

手術部位感染（ＳＳＩ）が発生していることから、あらゆる手術環境において、微生物菌は創傷に到達していると考えられる。微生物菌は、創傷に到達すると、その内部に入り込む。手術中、医師は頻繁に手や器具を動かすため、微生物菌が創傷の内部に入り込む時間は、手術開始後１分程度であると推測される。微生物菌が創傷に入り込むまでは紫外線による殺菌が可能であるが、微生物菌が創傷の奥深くに入ってしまうと、紫外線による殺菌効果が低下する。

また、微生物菌は、創傷に到達後に自己防御反応として、バイオフィルムを形成することが知られている。バイオフィルムを形成する時間は、創傷に到達後３０分程度である。このような現象が発生すると、紫外線による殺菌効果が大幅に低下する。

このことから、効果的に微生物菌を殺菌するためには、
１．微生物菌が創傷に奥深く入ってしまう前に紫外線を照射する。
２．微生物菌がバイオフィルムを形成する前に紫外線を照射する。
ことが必要であると言える。

したがって、殺菌装置１から第一波長光Ｌ_λ１を断続的に出射する場合は、手術開始から１０分間隔で第一波長光Ｌ_λ１の出射／停止を切り替えることが好ましく、１分間隔で第一波長光Ｌ_λ１の出射／停止を切り替えることがより好ましい。これにより、殺菌効果を維持しつつ、殺菌装置１の省電力化を図ることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る殺菌装置１は、２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Ｌ_λ１と、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Ｌ_λ２とを出射するものである。

２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Ｌ_λ１は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能であるため、第一波長光Ｌ_λ１を患部６に照射することにより、安全に、患部６を殺菌することができる。

また、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Ｌ_λ２は、人の目で視認可能であるため、第一波長光Ｌ_λ１と共に第二波長光Ｌ_λ２を患部に照射することにより、第一波長光Ｌ_λ１の照射範囲を可視化することができる。

したがって、本実施形態によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置１を実現することができる。

なお、本実施形態では、２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を第一波長光Ｌ_λ１として用い、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Ｌ_λ２として用いる構成について説明した。

しかしながら、第一波長光Ｌ_λ１は１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光であればよく、また、第二波長光Ｌ_λ２は４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光であればよい。上記波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を患部６に照射する殺菌装置であれば、優れた安全性および操作性を両立させることが可能である。

（変形例１）
本発明に係る殺菌装置は、半導体レーザ素子２および周波数倍増素子３に代えて、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Ｌ_λ１を出射する第一光源と、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Ｌ_λ２を出射する第二光源とを、それぞれ備えていてもよい。

第一光源としては、第一波長光Ｌ_λ１を出射可能な半導体レーザ素子、ランプ、ＬＥＤなどの紫外線発生光源が挙げられる。第一波長光Ｌ_λ１を出射するＬＥＤは一般的に市販されていないが、例えば、『戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ研究領域「新機能創成に向けた光・光量子科学技術」研究課題「２３０−３５０ｎｍ 帯ＩｎＡｌＧａＮ系深紫外高効率発光デバイスの研究」研究終了報告書Ｐ．１３』に記載されたＬＥＤを用いることができる。このＬＥＤによれば、ピーク波長が２２２ｎｍの紫外線を出射することができる。このＬＥＤの発光波長は２２０ｎｍ〜２５０ｎｍに及んでいるが、例えばピーク波長を短波長化したものを使用したり、波長２３０ｎｍ〜２５０ｎｍでの光強度が３ｍＷ／ｃｍ^２になるように電流値を制御すれば、第一波長光Ｌ_λ１を出射するＬＥＤを実現可能である。

また、第二光源としては、第二波長光Ｌ_λ２を出射可能な半導体レーザ素子、ランプ、ＬＥＤなどの可視光線発生光源が挙げられる。これらの光源については、一般的に市販されているため、ここでは例示しない。

なお、第一波長光Ｌ_λ１として２０７ｎｍの紫外線を用いることによって、例えばアデノウィルスなど、その波長に適したウィルスを殺菌することが可能である。このように、ウィルスに適した波長を選択することにより、微生物菌のみならず、ウィルスも殺菌することが可能となる。

（変形例２）
また、本発明に係る殺菌装置は、第一波長光Ｌ_λ１を走査しつつ患部６に照射するスキャン機構を備えていてもよい。これにより、局所的のみならず、広い範囲に第一波長光Ｌ_λ１を照射することが可能となる。広い範囲に第一波長光Ｌ_λ１を照射することはＬＥＤや紫外線ランプでも可能であるが、紫外線レーザである第一波長光Ｌ_λ１を走査しつつ照射することにより、複雑で急峻な患部６に対しても一定の光強度で第一波長光Ｌ_λ１を照射することが可能となる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

＜殺菌装置１１の構成＞
図４は、本実施形態に係る殺菌装置１１の構成を示すブロック図である。なお、図４に示す符号ａ１は殺菌装置１から出射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径を示し、ａ２は平凹レンズ８から出射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径を示し、ａ２’は患部６に照射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径を示している。

図４に示すように、殺菌装置１１は、上述した殺菌装置１に加えて、平凸レンズ７、および平凹レンズ８を備えている。

（平凸レンズ７）
平凸レンズ７は、殺菌装置１から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を集光する光学部材である。平凸レンズ７は、殺菌装置１から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を入射させる凸曲面状の入射面７ａと、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を出射する平面状の出射面７ｂとを備えている。

平凸レンズ７は、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２のビーム径が徐々に小さくなるように第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を屈折させて、平凹レンズ８へ向けて出射する。

（平凹レンズ８）
平凹レンズ８は、平凸レンズ７から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を略平行光にする光学部材である。平凹レンズ８は、平凸レンズ７から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を入射させる平面状の入射面８ａと、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を出射する凹曲面状の出射面８ｂとを備えている。

平凹レンズ８は、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２がそれぞれ略平行光になるように第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を屈折させて、患部６へ向けて出射する。

＜殺菌装置１１の作用および効果＞
第一波長光Ｌ_λ１を例にして、光の平行度について説明する。光の平行度をｋ、平凹レンズ８から出射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径をａ２、患部６に照射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径をａ２’とした場合、平行度ｋは、
ｋ＝ａ２／ａ２’・・・式（１）
で表される。

式（１）において、完全な平行光がｋ＝１であると定義した場合、ｋ＞１であれば第一波長光Ｌ_λ１は集光された光（すなわち、進行方向に向かってビーム径が減少する光）であり、ｋ＜１であれば第一波長光Ｌ_λ１は広がった光（すなわち、進行方向に向かってビーム径が増加する光）である。この平行度ｋを用いることにより、光がどれだけ平行に近いかを表現することができる。

また、平凸レンズ７の焦点距離をｆ１、平凹レンズ８の焦点距離の絶対値をｆ２、平凸レンズ７と平凹レンズ８との間隔をｄとした場合、
ｄ＝ｆ１−ｆ２・・・式（２）
を満たすときに、第一波長光Ｌ_λ１を完全な平行光とすることができる。

平凸レンズ７と平凹レンズ８との間隔ｄを、式（２）より求められる値（ｆ１−ｆ２）よりも小さくすれば第一波長光Ｌ_λ１を集光することが可能であり、大きくすれば第一波長光Ｌ_λ１を広げることが可能である。

なお、手術環境において、殺菌装置１１と患部６との距離は、現実的には１ｍ以内であると考えられる。そのため、手術中において、第一波長光Ｌ_λ１を照射する場合、殺菌装置１１と患部６との距離は１ｍの距離を上限として変化する。

そのため、本明細書において、略平行光とは、式（１）において、
０．２＜ｋ＜５・・・式（３）
を満たすことを意味するものとする。

このように、平凸レンズ７および平凹レンズ８を用いることにより、ビーム径をａ１からａ２’に減少させた略平行光である第一波長光Ｌ_λ１を患部６へ照射することができる。したがって、殺菌装置１１と患部６との距離が変化した場合であっても一定の光強度で第一波長光Ｌ_λ１を患部６に照射することができる。

また、患部６に照射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径ａ２’を小さくすることが可能となり、例えば、ビーム径ａ２’を１ｃｍ^２未満にすることができる。これにより、複雑で急峻な患部６に対しても第一波長光Ｌ_λ１を好適に照射することができる。

なお、殺菌装置１１では、第一波長光Ｌ_λ１と共に、第二波長光Ｌ_λ２もビーム径を減少させた略平行光として患部６へ照射されるので、第一波長光Ｌ_λ１の照射範囲を適切に可視化することができる。

本実施形態では、殺菌装置１から出射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径ａ１に対して、患部６に照射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径ａ２’を減少（ａ１＞ａ２’）させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。同様の原理を用いて、殺菌装置１から出射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径ａ１に対して、患部６に照射される第一波長光Ｌ_λ１のビーム径ａ２’を増加（ａ１＜ａ２’）させる構成であってもよい。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

＜殺菌装置１２の構成＞
図５は、本実施形態に係る殺菌装置１２の構成を示すブロック図である。この殺菌装置１２は、医療用インプラントの殺菌装置として用いられるものである。なお、殺菌装置１から出射される光には第二波長光Ｌ_λ２が含まれるが、図面では第二波長光Ｌ_λ２を省略し第一波長光Ｌ_λ１のみを図示している。

図５に示すように、殺菌装置１２は、上述した殺菌装置１に加えて、光ファイバ９を備えている。

（光ファイバ９）
光ファイバ９は、殺菌装置１から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を導光する導光部材である。この光ファイバ９は、一端から第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を入射させ、他端近傍の周面に複数形成された出射孔から第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を出射する。

光ファイバ９は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。

＜殺菌装置１２の作用および効果＞
医療用インプラントとしては、広く左心補助心臓ポンプやカテーテル１０が知られている。左心補助心臓ポンプは、心臓治療において、重要度が増してきている。これらは、完全心臓移植を待つ患者にとって希望となっている。しかし、医療用インプラントには、決定的な問題がある。それは、医療用インプラントが体外と接触する部分、すなわち左心補助心臓ポンプであれば電源との電気伝達経路、カテーテル１０であれば体外に置かれるカテーテルの出口部分（ポンプなどを置くことが多い）から、シャワー時などに容易に感染が起こることである。

殺菌装置１２によれば、カテーテル１０が体内にある間も、第一波長光Ｌ_λ１を照射して、カテーテル１０の近くに存在する微生物菌やウィルスを殺菌することが可能である。当然、第一波長光Ｌ_λ１によって、カテーテル１０の近くの体細胞に損傷を与えることはない。

殺菌装置１から出射された第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２は、光ファイバ９に入射する。カテーテル１０は、皮膚６１に開けられた穿孔６２を通して、皮膚６１を貫通して人体に挿入される。

第一波長光Ｌ_λ１は、光ファイバ９を伝搬して、カテーテル１０の近くで、光ファイバ９の周面から出射される。これにより、カテーテル１０が体内にある間も、カテーテル１０に第一波長光Ｌ_λ１を照射して、カテーテル１０による感染の確率を下げることができる。

なお、殺菌装置１から出射される第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２はレーザ光であるため、高いカップリング効率で、光ファイバ９に入射させることができる。そのため、殺菌装置１２によれば、光の利用効率を向上させることができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図６〜図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では。本発明に係る殺菌装置の具体的な適用例について説明する。

（適用例１）
図６は、ペンシル型の殺菌装置１３を示す斜視図である。図１３に示すように、本発明に係る殺菌装置を、ペンシル型の殺菌装置１３とすることが考えられる。また、ペンシル型の殺菌装置１３に光ファイバ９を接続して、第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２（図示省略）を伝搬させて出射させてもよい。

例えば、周波数倍増素子３を用いた殺菌装置であれば、ペンシル型の殺菌装置１３とすることによって電池駆動が可能である。そのため、実際の手術環境においてペンシル型の殺菌装置１３を簡便に使用することができる。

（適用例２）
図７は、医療用手袋４０に取り付け可能な殺菌装置１４を示す模式図である。図７に示すように、医療用手袋４０に殺菌装置１４を取り付けてもよい。これにより、術者が指差したところに、素早く第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２（図示省略）を照射することが可能となる。

（適用例３）
図８は、医療用ゴーグル型の殺菌装置１５を示す模式図である。この医療用ゴーグル型の殺菌装置１５は、ゴーグル５０に図示しない殺菌装置１が内蔵されたものである。

殺菌装置１を内蔵するゴーグル５０は、一般的に使用されている医療用ゴーグルの機能の他に、紫外線をカットする機能を備えることが望ましい。また、例えばカメラやセンサなどをゴーグル５０に取り付けることにより、術者の視線の先に第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２（図示省略）を照射することが可能となる。

（適用例４）
図９は、ヘルメット６０に取り付け可能な殺菌装置１６を示す模式図である。図９に示すように、ヘルメット６０に殺菌装置１６を取り付けてもよい。また、例えばカメラやセンサをヘルメット６０に取り付けることにより、術者の視線の先に第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２（図示省略）を照射することが可能となる。

（適用例４）
図１０は、歯科手術に使用可能な殺菌装置１７を示す模式図である。歯科手術において、特に歯周病はすぐに再発することが知られている。口内では、善玉菌および悪玉菌の両方が存在し、両菌がバイオフィルムを生成している。そのバイオフィルムに微生物菌が逃げ込んで増殖する。

歯周病においては、歯周ポケットとよばれる深い溝が形成され、物理的に薬剤を届けることが不可能であることに加え、バイオフィルム内の微生物菌は、薬剤による殺菌が不可能である。

しかし、図１０に示すように、殺菌装置１７によれば紫外線による歯周ポケットの殺菌が可能であり、殺菌装置１７によって第一波長光Ｌ_λ１を局所的な部位に照射することにより歯周病治療が可能となる。

なお、本発明に係る殺菌装置の適用例は上述のものに限定されない。例えば、殺菌装置を内視鏡に適用してもよい。この場合、内視鏡の内部に殺菌装置を内蔵し、殺菌装置が出射した第一波長光Ｌ_λ１および第二波長光Ｌ_λ２を光ファイバにより伝搬させて内視鏡の先端から出射する。これにより、内視鏡カメラの画像を見ながら、局所的に第一波長光Ｌ_λ1および第二波長光Ｌ_λ２を照射することが可能となる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を対象物（患部６）に照射する殺菌装置であって、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射することを特徴としている。

上記の構成では、殺菌装置は、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光を出射する。１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能である。そのため、第一波長光を対象物に照射することにより、安全に、対象物を殺菌することができる。

また、上記の構成では、殺菌装置は、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光を出射する。４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光は、人の目で視認可能である。そのため、第一波長光と共に第二波長光を対象物に照射することにより、第一波長光の照射範囲を可視化することができる。

したがって、上記の構成によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を実現することができる。

また、本発明の態様２に係る殺菌装置では、上記態様１において、前記対象物に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の光の強度が、３ｍＷ／ｃｍ^２未満であってもよい。

対象物に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の光の強度が３ｍＷ／ｃｍ^２以上である場合、体細胞に損傷を与える可能性が高くなる。そこで、対象物に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の光の強度を３ｍＷ／ｃｍ^２未満とすることで、体細胞の損傷を抑制することが可能となる。

したがって、上記の構成によれば、殺菌装置の安全性をさらに向上させることができる。

また、本発明の態様３に係る殺菌装置では、上記態様１または２において、前記第二波長光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射してもよい。

上記の構成では、殺菌装置は、レーザ光源から出射された第二波長光の一部を第一波長光に変換する周波数変換素子を備え、この周波数変換素子から出射された第一波長光および第二波長光が対象物に照射する。このような構成によれば、従来技術に対して、以下の利点がある。

第一に、上記の構成では、第二波長光の一部が周波数変換素子によって第一波長光に変換されるため、体細胞に損傷を与える可能性がある２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の紫外線が発生しない。そのため、特許文献２のように、紫外線ランプが発生させた紫外線が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するスペクトルフィルタ素子などを設ける必要がなく、殺菌装置の省スペース化に有利である。また、スペクトルフィルタ素子は、透過率が１００％ではなく、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲の紫外線も減衰させてしまうので光の利用効率が低下する。一方、上記の構成によれば、このような光の利用効率の低下が生じないので、高い光の利用効率を実現することができる。

また、特許文献２では、紫外線が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するための他の技術として、例えばアルゴンをエキシランプに添加する技術が開示されているが、この技術では製造コストの増加を伴う。一方、上記の構成によれば、比較的安価な周波数変換素子を用いるため、製造コストの増加を抑制することができる。

第二に、上記の構成では、レーザ光源から出射された第二波長光の一部は波長変換されることなく周波数変換素子を透過して、第一波長光とともに対象物に照射される。そのため、第一波長光の照射範囲を可視化することが可能である。したがって、殺菌するための第一波長光を出射する光源と、第一波長光を可視化するための第二波長光を出射する光源とをそれぞれ備える必要がないため、殺菌装置を小型化することができる。

第三に、上記の構成では、紫外線ランプやＬＥＤを用いた構成に比べて、一定の光強度で第一波長光を対象物に照射することが可能となる。実際の手術環境では、目標の強度の紫外線を素早く患部（対象物）に照射することが求められる。しかし、紫外線ランプやＬＥＤからの紫外線を集光した場合、殺菌装置と患部との距離が変化すると、光の照射面積が変化し、紫外線の光強度密度が変わってしまう。一方、上記の構成によれば、第一波長光および第二波長光はレーザ光でありそれぞれが略平行光となる。そのため、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても、照射面積が変化せず、一定の光強度で第一波長光および第二波長光を対象物に照射することができる。

第四に、上記の構成では、第一波長光がレーザ光であるため、紫外線ランプやＬＥＤを用いた場合に比べて第一波長光のビーム径を小さくすることが可能である。そのため、複雑で急峻な患部（対象物）に対しても第一波長光を好適に照射することが可能となる。

また、本発明の態様４に係る殺菌装置では、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記第二波長光を減光する減光素子を備えていてもよい。

上記の構成によれば、減光素子の減衰率、透過率、または反射率などを変更することにより、対象物に照射される第一波長光と第二波長光との強度比率を自由に変えるなどの制御が可能となる。また、上記の構成によれば、第二波長光のうち、所望の波長範囲の光のみを透過させ、その他の波長範囲の光を減光素子によって取り除くなどの制御が可能となる。

また、本発明の態様５に係る殺菌装置では、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記第一波長光は、略平行光であり、前記第二波長光は、略平行光であってもよい。

上記の構成では、第一波長光および第二波長光のそれぞれが略平行光であるため、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても照射面積が変化しない。

したがって、上記の構成によれば、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても一定の光強度で第一波長光および第二波長光を対象物に照射することができるため、殺菌装置の操作性を向上させることができる。

また、本発明の態様６に係る殺菌装置では、上記態様１から５のいずれかにおいて、前記対象物に照射される前記第一波長光のビーム径は、１ｃｍ^２未満であってもよい。

上記の構成によれば、対象物に照射される第一波長光のビーム径が１ｃｍ^２未満であるため、複雑で急峻な患部（対象物）に対しても第一波長光を好適に照射することができる。

また、本発明の態様７に係る殺菌装置では、上記態様１から６のいずれかにおいて、前記第一波長光を断続的に出射してもよい。

上記の構成によれば、対象物に対して、第一波長光を断続的に照射するため、殺菌効果を維持しつつ、光源の長寿化および殺菌装置の省電力化などを図ることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

〔補足〕
本発明は以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る殺菌装置は、少なくとも一つの紫外線を発生する殺菌装置であって、波長約１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの第一波長にピークを持ち、さらに波長約４００ｎｍ〜７８０ｎｍの第二波長にピークを持つ光源を備えることを特徴としている。

また、本発明に係る殺菌装置では、さらに波長約２３０ｎｍ〜４００ｎｍの第三波長の光強度密度が３ｍＷ／ｃｍ^２未満であることが好ましい。

また、本発明に係る殺菌装置では、前記第二波長の光を減衰させる装置を備えていることが好ましい。

また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長および前記第二波長の光は略平行光であることが好ましい。

また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長のビーム径が１ｃｍ^２未満であることが好ましい。

また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長の光をパルス的に発生することが好ましい。

本発明は、紫外線を照射する殺菌装置に利用することができ、特に、手術中に使用される医療機器に好適に利用することができる。

１ 殺菌装置
２ 半導体レーザ素子（光源）
３ 周波数倍増素子（周波数変換素子）
４ 減光素子
５ ケース
６ 患部（対象物）
７ 平凸レンズ
８ 平凹レンズ
９ 光ファイバ
１０ カテーテル
１１ 殺菌装置
１２ 殺菌装置
１３ 殺菌装置
１４ 殺菌装置
１５ 殺菌装置
１６ 殺菌装置
１７ 殺菌装置
６１ 皮膚
６２ 穿孔（対象物）
ａ２’ ビーム径
Ｌ_λ１ 第一波長光
Ｌ_λ２ 第二波長光
Ｐ１ ピーク波長
Ｐ２ ピーク波長

Claims (5)

1. 紫外線を含む光を対象物に照射する殺菌装置であって、
   １９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、
   ４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、
   を出射することを特徴とする殺菌装置。
2. 前記対象物に照射される２３０ｎｍ超４００ｎｍ未満の波長範囲の光の強度が、３ｍＷ／ｃｍ^２未満であることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
3. 前記第二波長光を発振するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、
   前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の殺菌装置。
4. 前記第二波長光を減光する減光素子を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
5. 前記第一波長光は、略平行光であり、
   前記第二波長光は、略平行光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の殺菌装置。

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