WO2022009406A1

WO2022009406A1 - 紫外光照射システム

Info

Publication number: WO2022009406A1
Application number: PCT/JP2020/026952
Authority: WO
Inventors: 友宏谷口; 一貴原; 敦子河北; 和秀中島; 隆松井
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2022-01-13
Also published as: JP2024059974A; JP2024059973A; WO2022009443A1; JPWO2022009443A1

Abstract

本発明は、これらの課題を解決するために、経済性、汎用性及び操作性の高い紫外光照射システムを提供することを目的とする。本発明に係る紫外光照射システムは、紫外光を発生させる一つの紫外光源部と、前記紫外光をＮ分岐（Ｎは２以上の整数）する分配機能部と、前記紫外光を所望箇所に照射するＮ個の照射部と、前記分配機能部から前記照射部へ前記紫外光を伝搬する光ファイバと、前記所望箇所に所定の紫外照射量が照射されるように前記紫外光源部のパラメータと前記分配機能部のパラメータを制御する集中制御部と、を備える。

Description

紫外光照射システム

　本開示は、紫外光を用いて殺菌やウィルスの不活性化を行う紫外光照射システムに関する。

　感染症予防などの目的から、紫外光を用いた殺菌やウィルスの不活性化を行うシステムの需要が高まっている。当該システムには、大きく３つのカテゴリの製品がある。なお、本明細書では、「殺菌等」と記載する場合、殺菌とウィルスの不活性化を意味するものとする。
（１）移動型殺菌ロボット
　非特許文献１の製品は、紫外光を照射する自律移動型のロボットである。当該ロボットは、病室などの建物内の部屋の中を移動しながら紫外光を照射することで、人手を介さず、自動で広い範囲の殺菌等を実現できる。
（２）据え置き型空気清浄機
　非特許文献２の製品は、天井や室内の所定の場所に設置され、室内の空気を循環しながら殺菌等する装置である。当該装置は、直接紫外光を照射せず、人体への影響がないため、安全性の高い殺菌が可能である。
（３）ポータブル型殺菌装置
　非特許文献３の製品は、紫外光源を搭載したポータブル型の装置である。ユーザが当該装置を所望のエリアに持って行って紫外光を照射できる。このため、当該装置は様々な場所で使用可能である。

カンタム・ウシカタ株式会社ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋａｎｔｕｍ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｓａｋｋｉｎ＿ｒｏｂｏｔ／ｓａｋｋｉｎｎ＿ｒｏｂｏｔ／ＵＶＤ＿ｒｏｂｏｔ）、２０２０年６月２２日検索岩崎電気株式会社ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｗａｓａｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｏｐｔｉｃｓ／ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ／ａｉｒ／ａｉｒ０３．ｈｔｍｌ）、２０２０年６月２２日検索フナコシ株式会社ウエブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｆｕｎａｋｏｓｈｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｎｔｅｎｔｓ／６８１８２）、２０２０年６月２２日検索

　しかし、非特許文献に記載される装置には次のような課題がある。
（Ａ）経済性
　非特許文献１の製品は、高出力の紫外光を照射するため、装置が大掛かりとなり高価となる。このため、非特許文献１の製品には経済的なシステムの実現が困難という課題がある。
（Ｂ）汎用性
　非特許文献１の製品は、紫外光照射箇所がロボットが移動／進入できる場所に限定されるため、細かい場所や奥まった場所などへの紫外光の照射が困難である。
　非特許文献２の製品は、循環させた室内の空気を殺菌するため、殺菌等をしたい場所に直接紫外光を照射することができない。
　非特許文献３の製品は、例えば、細い管路や人が入られないエリアについては紫外光を照射することができない。
　このように、非特許文献の製品には、任意の場所に紫外光を照射できるという汎用性に課題がある。
（Ｃ）操作性
　非特許文献３の製品は、可搬性であり様々な場所で紫外光の照射が可能である。しかし、対象箇所で十分な殺菌等の効果が得られるためには、ユーザにスキルや知識を要求しており、操作性に課題がある。

　本発明は、これらの課題を解決するために、経済性、汎用性及び操作性の高い紫外光照射システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る紫外光照射システムは、紫外光源部と、紫外光を分岐する分配機能部と、複数の対象箇所の付近にそれぞれ設置される照射部とを備え、分配機能部と照射部とを光ファイバで接続し、各照射部において所定の紫外光照射量が得られるように紫外光源部と分配機能部とを制御することとした。

　具体的には、本発明に係る紫外光照射システムは、
　紫外光を発生させる一つの紫外光源部と、
　前記紫外光をＮ分岐（Ｎは２以上の整数）する分配機能部と、
　前記紫外光を所望箇所に照射するＮ個の照射部と、
　前記分配機能部から前記照射部へ前記紫外光を伝搬する光ファイバと、
　前記所望箇所に所定の紫外照射量が照射されるように前記紫外光源部のパラメータと前記分配機能部のパラメータを制御する集中制御部と、
を備える。

　本紫外光照射システムは、単一の紫外光源部と、殺菌等を行う複数の対象箇所の付近にそれぞれ設置する複数の照射部とを、分配機能部を介して光ファイバで接続するシステム構成としている。本紫外光照射システムは、この構成により、複数の対象箇所に対する殺菌等の作業において単一の紫外光源部を共用できる。このため、本紫外光照射システムは、経済的である。

　また、本紫外光照射システムは、非常に細く、かつ、紫外光の伝送に給電を要しない光ファイバを採用する。本紫外光照射システムは、この構成により、人やロボットが入られないような細かい場所についても、光ファイバを敷設するだけで紫外光を照射することができる。このため、本紫外光照射システムは、汎用性が大きい。

　さらに、本紫外光照射システムは、それぞれの照射部において所定の紫外光照射量が得られるように紫外光源部と分配機能部を集中制御部で制御する。本紫外光照射システムは、この構成により、ユーザにスキルや知識を求めることなく、各照射部において、人体への影響を避けつつ、殺菌等の十分な効果が得られるレベルの紫外光を照射でき、信頼性と安全性も確保できる。

　従って、本発明は、経済性、汎用性及び操作性の高い紫外光照射システムを提供することができる。

　本発明に係る紫外光照射システムの前記集中制御部は、前記分配機能部と前記光ファイバでの損失に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする。集中制御部が、各照射部までの光ファイバ伝送損失や結合損失などの各種損失を考慮した上で制御するので、各照射部で所定の紫外照射量が得られる。

　本発明に係る紫外光照射システムの前記集中制御部は、前記所望箇所への紫外照射量が偏るように前記パラメータを制御することを特徴とする。集中制御部が、紫外照射量に偏りを持たせることで、感染リスクが高いエリアの照射部に集中的に紫外光を照射できる。

　本発明に係る紫外光照射システムの前記集中制御部は、前記所望箇所への紫外照射量が時間変動するように、且つトータルの紫外照射量が所定量をみたすように、前記パラメータを制御することを特徴とする。集中制御部が、人がいる時間帯は紫外光を低減させ、人がいない時間帯は紫外光を増加させて、全体的には所定の紫外照射量が得られるように制御する。これにより、人体への紫外照射というリスクを回避しつつ、殺菌等の効果を得ることができる。

　本発明に係る紫外光照射システムの前記集中制御部は、時間毎に前記紫外光の波長を変化させるように前記紫外光源部のパラメータを制御することを特徴とする。集中制御部が、人がいる時間帯は人体に影響が小さい波長とし、人がいない時間帯は殺菌等の効果の高い波長とするように制御する。これにより、人体への紫外照射というリスクを回避しつつ、殺菌等の効果を得ることができる。

　本発明に係る紫外光照射システムは、前記紫外光照射量を検出する検出部をさらに備え、前記集中制御部は、前記検出部が検出した前記紫外光照射量に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする。検出部を利用して紫外光のフィードバック制御ができる。

　本発明に係る紫外光照射システムは、前記所望箇所の情報を収集するセンサをさらに備え、前記集中制御部は、前記センサが収集した情報に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする。センサを利用して対象箇所の人存否や人口密度を検知でき、それらに基づいて紫外光の強度調整ができる。

　本発明に係る紫外光照射システムの前記光ファイバは、空孔構造を有することを特徴とする。当該光ファイバにより紫外光の伝送光強度の増大や屈曲部等における漏洩損失の低減が可能である。

　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

　本発明は、経済性、汎用性及び操作性の高い紫外光照射システムを提供することができる。

本発明に係る紫外光照射システムを説明する図である。本発明に係る紫外光照射システムの紫外光源部を説明する図である。本発明に係る紫外光照射システムを説明する図である。本発明に係る紫外光照射システムを説明する図である。本発明に係る紫外光照射システムを説明する図である。

　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
　図１は、本実施形態の紫外光照射システム３０１を説明する図である。紫外光照射システム３０１は、
　紫外光を発生させる一つの紫外光源部１１と、
　前記紫外光をＮ分岐（Ｎは２以上の整数）する分配機能部１２と、
　前記紫外光を所望箇所ｓｔｅに照射するＮ個の照射部１３と、
　分配機能部１２から照射部１３へ前記紫外光を伝搬する光ファイバ１４と、
　所望箇所ｓｔｅに所定の紫外照射量が照射されるように紫外光源部１１のパラメータと分配機能部１２のパラメータを制御する集中制御部１５と、
を備える。

　紫外光源部１１は、殺菌に有効である紫外領域の光を出力する。紫外光源部１１は、出力、波長、波形（パルスなど）についてのパラメータを持ち、パラメータに応じた出力、波長、波形の紫外光を出力する。

　図２は、紫外光源部１１の構造を説明する図である。
　図２（Ａ）は、紫外光源部１１が単一のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ：連続波）光源である構成例である。例えば、、紫外光源部１１は、半導体レーザ、ファイバレーザ、又はエキシマレーザである。図２（Ａ）は、紫外光の波長が固定である場合の構成である。この構成は、図２（Ｃ）や（Ｄ）の構成に比べて簡素且つ低コストである。

　図２（Ｂ）は、紫外光源部１１が単一のパルス光源である構成例である。例えば、紫外光源部１１は、半導体レーザ、ファイバレーザ、又はエキシマレーザである。図２（Ｂ）も、紫外光の波長が固定である場合の構成である。この構成も、図２（Ｃ）や（Ｄ）の構成に比べて簡素且つ低コストである。また、この構成は、光パルスなので、短時間に高エネルギの光を放射し、瞬間的な殺菌等ができる。

　図２（Ｃ）は、紫外光源部１１が単一の波長可変光源を用いる構成例である。例えば、紫外光源部１１は、光源に印可する電流や、外部発振型光源における発振波長などを調整する構成である。図２（Ｃ）の構成は、例えば、人の存否に応じて、人体に影響が小さい波長や、殺菌等に効果が高い波長を切り替えて放射するなど、状況に応じて波長を切り替える運用ができる。

　図２（Ｄ）は、紫外光源部１１が複数の光源の出力光を合波させる構成例である。例えば、紫外光源部１１は、複数のＣＷ光源１１ａ及び光合波部１１ｂを有する。ＣＷ光源１１ａは、例えば、半導体レーザ、ファイバレーザ、又はエキシマレーザであり、それぞれ出力する波長が異なる。光合波部１１ｂは、ファイバ型又は導波路型の光カプラ、あるいはＷＤＭカプラである。図２（Ｄ）の構成も、状況に応じて波長を切り替える運用ができる。さらに、図２（Ｄ）の構成は、複数の光源を組み合わせることで、図２（Ｃ）のように単一の波長可変光源の性能に制限されず、より幅広く、自由度の高い波長を出力することができる。

　分配機能部１２は、紫外光源部１１からの紫外光を、複数の照射部１３に分配する。分配機能部１２は、分配率や伝送可否についてのパラメータを持ち、パラメータに応じて各照射部１３への紫外光の分配や伝送のオン／オフを行う。分配機能部１２は、例えば、ファイバ型や空間型の光スイッチである。

　照射部１３は、光ファイバ１４で伝送された紫外光を、殺菌等を行う所定の対象箇所（所望箇所ｓｔｅ）に照射する。照射部１３は、紫外光の波長に対して設計されたレンズなどの光学系で構成されている。

　光ファイバ１４は、分配機能部１２で分配された紫外光をそれぞれの照射部１３まで伝搬する。光ファイバなので従来技術のロボットや装置が入り込めない細かい場所などにも敷設することができる。

　集中制御部１５は、対象箇所に応じて紫外光源部１１のパラメータと分配機能部１２のパラメータを制御する。集中制御部１５は、次のような制御が可能である。
（例１）集中制御部１５は、各照射部１３までの伝送損失や結合損失などの各種損失に基づいて、各照射部１３で所定の紫外照射量が得られるパラメータを設定する。
（例２）集中制御部１５は、感染リスクが高い所望箇所ｓｔｅの照射部１３に集中的に紫外光を供給するパラメータを設定する。
（例３）集中制御部１５は、人が存在／作業しており、紫外照射による影響のリスクがある時間帯では紫外光の照射を避け、人がいない時間帯には多めの紫外光を照射し、全体的には所定の紫外照射量が得られるように時間的にパラメータを変更する。
（例４）集中制御部１５は、人が存在／作業しており、紫外照射による影響のリスクがある時間帯では、人体に影響が小さい波長の紫外光となるようにパラメータを設定する。

　例えば、作業者が、各照射部１３における紫外照射量を手動で測定し、その測定値を基に紫外光源部１１の照射強度、および分配機能部１２の分配率などを決定し、集中制御部１５にパラメータを設定してもよい。集中制御部１５は当該パラメータで紫外光源部１１と分配機能部１２を制御する。

（実施形態２）
　図３は、本実施形態の紫外光照射システム３０２を説明する図である。紫外光照射システム３０２は、図１の紫外光照射システム３０１に対して前記紫外光照射量を検出する検出部１６をさらに備え、集中制御部１５は、検出部１６が検出した前記紫外光照射量に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする。

　紫外光照射システム３０２は、紫外光の照射量を測定する検出部１６ａを持つ。検出部１６ａは、照射部１３の紫外光出射端付近に設置され、出射される紫外光の強度を測定する受光素子である。例えば、検出部１６ａは、フォトダイオードである。検出部１６ａは、測定した紫外光の強度を集中制御部１５へ通知する。
　集中制御部１５は、検出部１６ａの測定値を基にパラメータを調整し、紫外光源部１１の照射強度、および、分配機能部１２の分配率などを調節する。

　紫外光照射システム３０２は、紫外光の照射量を測定する検出部１６ｂを持つ。検出部１６ｂは、反射部１６ｂ１、光サーキュレータ１６ｂ２及び反射紫外光検出部１６ｂ３を有する。反射部１６ｂ１は、照射部１３に搭載されており、光ファイバ１４が伝搬してきた紫外光の一部を透過して所望箇所ｓｔｅへ照射させ、他を反射するハーフミラーである。反射部１６ｂ１で反射された反射紫外光は光ファイバ１４を分配機能部１２側へ戻り光サーキュレータ１６ｂ２で反射紫外光検出部１６ｂ３に入力される。反射紫外光検出部１６ｂ３は反射紫外光の強度を測定する受光素子である。例えば、反射紫外光検出部１６ｂ３は、フォトダイオードである。反射紫外光検出部１６ｂ３は、測定した反射紫外光の強度を集中制御部１５へ通知する。
　集中制御部１５は、反射紫外光の強度値から伝送損失や結合損失などの各種損失を推定する。そして、集中制御部１５は、この推定値を基にパラメータを調整し、紫外光源部１１の照射強度、および、分配機能部１２の分配率などを調節する。

（実施形態３）
　図４は、本実施形態の紫外光照射システム３０３を説明する図である。紫外光照射システム３０３は、図１の紫外光照射システム３０１に対して前記所望箇所の情報を収集するセンサ１６ｃをさらに備え、集中制御部１５は、センサ１６ｃが収集した情報に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする。

　紫外光照射システム３０３は、所望箇所ｓｔｅの各種情報を取得するセンサ１６ｃを持つ。センサ１６ｃは、情報として映像を取得するカメラ、温度を検出する赤外線センサ、あるいは音声を収音するマイクである。各センサ１６ｃで取得した情報は集中制御部１５に集約される。センサ１６ｃと集中制御部１５とは、各種の有線通信方式（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）など）、無線通信方式（無線ＬＡＮなど）で接続されている。

　集中制御部１５は、各センサからの情報を基に、実施形態１で説明した例３及び例４の制御を行う。つまり、集中制御部１５は、カメラの映像情報を基に、所望箇所ｓｔｅに人がいる箇所／時間帯を把握し、その箇所／時間帯について紫外光の照射をＯｆｆとする。また、集中制御部１５は、マイク／赤外センサからの温度情報／音声情報を基に、人の密集度を割り出し、この箇所を感染リスクが高いとみなして、当該所望箇所ｓｔｅに集中的に紫外照射する。

（実施形態４）
　図５は、本実施形態の紫外光照射システム３０４を説明する図である。紫外光照射システム３０４は、光ファイバ１４ａが空孔構造を有することを特徴とする。光ファイバ１４ａは、例えば、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｆｉｂｅｒ）、もしくはホールアシストファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ　Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）である。ＰＣＦは、屈折率が均一なＯＨ基含有石英ガラスの内部に複数の空孔が伝搬方向に形成されており、空孔で囲まれた領域で紫外光を導波する。また、ＨＡＦは、ＯＨ基含有石英ガラスのコア領域と、コア領域よりも屈折率が低いガラスのクラッド領域を有し、前記クラッド領域内に前記コア領域を取り囲む複数の空孔を有する構成である。

　分配機能部１２と照射部１３とを光ファイバ１４ａで接続することで、強度の大きい紫外光を伝搬でき、短時間での殺菌等が可能となる。

（発明の効果）
　本発明は、紫外光を用いた光照射システムにおいて、光ファイバ、および、照射用の集中制御を活用することで、従来技術における課題を解決して、経済的で信頼性且つ安全性を確保しつつ所望箇所の殺菌等を行うシステムを実現できる。

１１：紫外光源部
１１ａ：ＣＷ光源
１１ｂ：光合波部
１２：分配機能部
１３：照射部
１４、１４ａ：光ファイバ
１５：集中制御部
１６：検出部
１６ａ：紫外光照射量検出部
１６ｂ：紫外光反射部
１６ｂ２：光サーキュレータ
１６ｂ３：反射紫外光検出部
１６ｃ：センサ
３０１～３０４：紫外光照射システム
ｓｔｅ：所望箇所（紫外光を照射しようとする領域）

Claims

　紫外光を発生させる一つの紫外光源部と、
　前記紫外光をＮ分岐（Ｎは２以上の整数）する分配機能部と、
　前記紫外光を所望箇所に照射するＮ個の照射部と、
　前記分配機能部から前記照射部へ前記紫外光を伝搬する光ファイバと、
　前記所望箇所に所定の紫外照射量が照射されるように前記紫外光源部のパラメータと前記分配機能部のパラメータを制御する集中制御部と、
を備える紫外光照射システム。
　前記集中制御部は、前記分配機能部と前記光ファイバでの損失に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする請求項１に記載の紫外光照射システム。
　前記集中制御部は、前記所望箇所への紫外照射量が偏るように前記パラメータを制御することを特徴とする請求項１に記載の紫外光照射システム。
　前記集中制御部は、
　前記所望箇所への紫外照射量が時間変動するように、且つトータルの紫外照射量が所定量をみたすように、前記パラメータを制御することを特徴とする請求項１に記載の紫外光照射システム。
　前記集中制御部は、時間毎に前記紫外光の波長を変化させるように前記紫外光源部のパラメータを制御することを特徴とする請求項１に記載の紫外光照射システム。
　前記紫外光照射量を検出する検出部をさらに備え、
　前記集中制御部は、前記検出部が検出した前記紫外光照射量に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の紫外光照射システム。
　前記所望箇所の情報を収集するセンサをさらに備え、
　前記集中制御部は、前記センサが収集した情報に基づいて前記パラメータを制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の紫外光照射システム。
　前記光ファイバは、空孔構造を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の紫外光照射システム。