WO2022190802A1 - 不活化機能付き照明装置 - Google Patents

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WO2022190802A1
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voltage
converter
led
led light
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真二 霜村
明 石倉
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ウシオライティング株式会社
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device equipped with a fungus or virus inactivation function.
  • Patent Literature 1 discloses the structure of a spotlight-type illumination device using an LED light source.
  • LED light sources are also being used not only in spotlight-type lighting devices, but also in so-called downlight-type lighting devices in which a part of the device is embedded in a ceiling plate or the like. .
  • bacteria bacteria or viruses
  • a method of irradiating with ultraviolet rays is known to inactivate the bacteria that exist in the space.
  • a sterilization lamp that emits ultraviolet light with a wavelength of 254 nm and a fluorescent lamp that emits light for illumination are provided for use in places such as kitchens where food is handled on a daily basis.
  • a germicidal lamp-embedded lighting fixture has been proposed, which is embedded in a body-shaped fixture body.
  • ultraviolet light that exhibits high light intensity in the wavelength range of 240 nm to 300 nm has the risk of affecting the human body when irradiated.
  • the skin is divided into three parts, starting from the surface, the epidermis, dermis, and the subcutaneous tissue, and the epidermis has four parts, the stratum corneum, the stratum granulosum, the stratum spinosum, and the stratum basale, starting from the surface. divided into layers.
  • the human body When the human body is irradiated with ultraviolet light that exhibits high light intensity in the wavelength range of 240 nm to 300 nm, including the wavelength of 254 nm as a germicidal ray, it penetrates the stratum corneum and reaches the stratum granulosum, stratum spinosum, and in some cases the stratum basale. , is absorbed into the cellular DNA present in these layers. This results in the risk of skin cancer.
  • an excimer lamp filled with a luminous gas containing KrCl or KrBr provides ultraviolet rays having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm, that is, ultraviolet rays with little risk to the human body. Therefore, it is conceivable that by realizing a lighting device equipped with such an excimer lamp together with an LED light source for lighting, it is possible to inactivate bacteria and the like in the space while illuminating the space.
  • UVC light source a light source that emits ultraviolet light
  • an excimer lamp hereinafter referred to as a "UVC light source”
  • an inverter circuit is essential.
  • An AC/DC converter is required to generate a DC voltage from the commercial voltage. Therefore, when both the LED light source for illumination and the UVC light source for deactivation are mounted in the same device, it is necessary to mount many circuits for lighting. As a result, there is a risk that the size of the lighting device will increase.
  • the size and shape of general lighting devices are generally regulated. For this reason, it is not desirable to increase the size of the lighting device for the reason of incorporating the UVC light source in the lighting device.
  • the situation becomes conspicuous. In other words, it is preferable to realize a lighting device equipped with a deactivation function without substantially changing the size and shape of the conventional lighting device.
  • the lamp as the UVC light source (the excimer lamp in the example above) has a shorter life than the LED light source for illumination, it is expected to be replaced at shorter time intervals than the LED light source. Since spotlights and downlights are generally installed on the ceiling and used, an increase in the overall size of the lighting apparatus may make it more difficult to replace the lamps.
  • the lighting device with a deactivation function is a UVC light source that emits ultraviolet rays having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm; an LED light source that emits visible light; a single AC/DC converter that is connected to an external power source and converts an AC voltage derived from the external power source into a DC voltage and outputs the DC voltage; a UVC light source circuit unit that converts the DC voltage output from the AC/DC converter into a voltage for lighting the UVC light source and supplies the DC voltage to the UVC light source; and an LED light source circuit unit that converts the DC voltage output from the AC/DC converter into a current for lighting the LED light source and supplies the current to the LED light source.
  • inactivation refers to a comprehensive concept that kills bacteria and viruses or loses their infectivity and toxicity.
  • bacteria refers to microorganisms such as bacteria and fungi.
  • a lamp as a UVC light source requires a high voltage when lighting, so an inverter circuit is essential. Then, an AC/DC converter is required for generating a DC voltage to be input to the inverter circuit from an external power supply voltage (generally commercial voltage).
  • an LED light source that emits visible light requires a direct current for lighting, and thus requires an AC/DC converter for generating a direct current (direct current voltage) from a commercial voltage.
  • the inverter circuit of the UVC light source imposes a limit on the size of the allowable input voltage.
  • the conventional ultraviolet illuminator equipped with a UVC light source is an AC/DC converter (here, for the sake of convenience, “AC/ (referred to as a "DC converter").
  • an LED light source usually incorporates a plurality of LED elements, and the required amount of DC voltage is determined by the number of LED elements, that is, the light output.
  • a conventional lighting device equipped with an LED light source is an AC/DC converter (here, for convenience, (referred to as "LED light source AC/DC converter").
  • the lighting device with deactivation function having the above configuration, it is equipped with a single AC/DC converter that generates a DC voltage from an external power supply. Then, in the UVC light source circuit unit, the DC voltage output from the AC/DC converter is converted into a voltage for lighting the UVC light source and output, and in the LED light source circuit unit, the DC voltage is converted into a current for lighting the LED light source. converted to and output.
  • an AC/DC converter with a large number of circuits can be shared, so that the circuit scale for lighting can be made equal to that of a conventional LED lighting device while both the UVC light source and the LED light source are mounted.
  • the ultraviolet rays emitted from the lighting device with an inactivation function according to the present invention do not cause erythema or keratitis in the skin or eyes of humans or animals, and provide the inherent sterilization and virus inactivation capabilities of ultraviolet rays. be able to.
  • unlike conventional UV light sources such as low-pressure mercury lamps, it can be used in manned environments. It is possible to provide virus suppression and sterilization on the surface of the member. This corresponds to Goal 3 of the United Nations-led Sustainable Development Goals (SDGs), "Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages", and also to Target 3.3. It will make a significant contribution to “by 2030, end epidemics such as AIDS, tuberculosis, malaria and neglected tropical diseases, and combat hepatitis, water-borne diseases and other communicable diseases”.
  • SDGs United Nations-led Sustainable Development Goals
  • the LED light source includes an LED element group in which a plurality of LED elements are connected in series in one row or a plurality of rows connected in parallel, A voltage across the LED element group is lower than the DC voltage output from the AC/DC converter,
  • the LED light source circuit section may include a resistance component.
  • a DC voltage based on the voltage across the plurality of LED element groups connected in series is applied to the LED light source.
  • This voltage across both ends depends on the number of LED elements connected in series. This number of elements is set according to the brightness and standard of the LED light source required by the consumer, and it is basically difficult for the manufacturer to freely change the number for each device.
  • the DC voltage to be input to the inverter for lighting the UVC light source may be higher than the voltage across the LED element group.
  • the DC voltage output from the AC/DC converter is supplied to the LED light source as it is, the current flowing through each LED element becomes too higher than the rated current, which may damage the LED light source.
  • the LED light source circuit section including a resistance component between the AC/DC converter and the LED light source as in the above configuration, the amount of current supplied to the LED light source is reduced. be.
  • the LED light source circuit section can be realized by including a resistance component as a minimum additional element compared to the circuit for lighting the conventional UVC light source.
  • the size of the device can be greatly reduced compared to the case where AC/DC converters for each light source are provided.
  • the LED light source includes an LED element group in which a plurality of LED elements are connected in series in one row or a plurality of rows connected in parallel, The voltage across the LED element group is higher than the DC voltage output from the AC/DC converter,
  • the LED light source circuit section may include a DC/DC converter that boosts the DC voltage output from the AC/DC converter.
  • the voltage across the LED element group may be lower than the DC voltage that should be input to the inverter for lighting the UVC light source.
  • the current flowing through each LED element becomes too much lower than the rated current, and the maximum brightness of the LED light source may decrease.
  • the current flowing through the LED elements does not reach the threshold current in the first place, and each LED element does not emit light.
  • an LED light source circuit unit including a DC/DC converter that boosts the DC voltage output from the AC/DC converter between the AC/DC converter and the LED light source.
  • the amount of current supplied to the LED light source can be increased to the rated value.
  • the LED light source circuit section can be realized by including a DC/DC converter, unlike the circuit for lighting the conventional UVC light source.
  • a DC/DC converter does not require a rectifier circuit or a transformer, which have a large number of parts, and can be realized with an extremely simple circuit.
  • the size of the device can be greatly reduced compared to the case where AC/DC converters for each light source are provided.
  • the LED light source circuit section may include a resistance component arranged between the output terminal of the DC/DC converter and the LED light source.
  • the illumination device with a deactivation function may include a housing that accommodates the UVC light source and the LED light source.
  • a lighting device equipped with a deactivation function is realized with a single lighting device.
  • the UVC light source circuit section and the LED light source circuit section are mounted on the same substrate from the viewpoint of further reducing the size of the apparatus.
  • the LED light source circuit section may include a control section for realizing a dimming function for the LED light source.
  • the housing has a common light extraction surface for extracting both the ultraviolet rays emitted from the UVC light source and the visible light emitted from the LED light source, and has a spotlight or downlight shape. It does not matter if it presents
  • the space to be illuminated is illuminated by visible light, and the same space is illuminated by ultraviolet light. Bacteria and the like can be inactivated.
  • the UVC light source may be provided with a filter member that suppresses the light intensity of components belonging to a wavelength range exceeding 240 nm in the ultraviolet rays.
  • the ultraviolet rays emitted from the same light source show almost no light intensity in the wavelength region exceeding 240 nm.
  • this ultraviolet light may exhibit light intensity in a wavelength region exceeding 240 nm at an extremely low ratio (less than 10%) to the light intensity of the peak wavelength.
  • a filter member for example, a wavelength selection filter that transmits ultraviolet rays in the wavelength range of 200 nm to 230 nm and blocks ultraviolet rays in the wavelength range of 240 nm to 280 nm can be used.
  • a wavelength selection filter for example, a dielectric multilayer filter formed by laminating an HfO 2 layer and an SiO 2 layer is used.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an embodiment of a lighting device with a deactivation function of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of the light extraction surface of the lighting device with a deactivation function in FIG. 1 when viewed in the +Z direction
  • 1 is a side view schematically showing the structure of an excimer lamp as an example of a UVC light source
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the UVC light source when viewed in the axial direction of the arc tube
  • FIG. 4 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of a lighting circuit included in the lighting device with a deactivation function
  • It is a circuit configuration example of an AC/DC converter.
  • FIG. 3 is a circuit block diagram schematically showing another configuration of a lighting circuit included in the lighting device with a deactivation function; It is a circuit configuration example of an AC/DC converter.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of another embodiment of the lighting device with a deactivation function of the present invention.
  • the lighting device with a deactivation function may be simply abbreviated as "lighting device”.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the lighting device of this embodiment.
  • the illumination device 1 shown in FIG. 1 is assumed to be a downlight-type illumination device mounted on the ceiling.
  • the illumination device 1 includes a housing 4, which accommodates a UVC light source 2 that emits ultraviolet light L2 and an LED light source 3 that emits visible light L3.
  • a UVC light source 2 that emits ultraviolet light L2
  • an LED light source 3 that emits visible light L3.
  • FIG. 1 it is assumed that the lighting device 1 is installed on the ceiling (not shown) located on the +Z side with respect to the lighting device 1 and emits light (L2, L3) in the -Z direction. .
  • an X-Y-Z coordinate system in which a plane perpendicular to the Z direction is the XY plane will be referred to as appropriate.
  • circuits (6, 12, 13) for turning on the light sources (2, 3) are housed in the upper region 4a located on the +Z side, and circuits (6, 12, 13) are housed in the lower region 4b located on the -Z side. houses each light source (2, 3).
  • Each region (4a, 4b) of the housing 4 is, for example, cylindrical and both are coaxially arranged.
  • An example of the dimensions of the housing 4 is that the upper region 4a has an outer diameter of 200 mm square and a height of 100 mm, and the lower region 4b has an outer diameter of 400 mm square and a height of 50 mm.
  • the AC/DC converter 6 is a circuit that converts a commercial AC voltage (for example, AC200V, AC100V, etc.) into a DC voltage.
  • the UVC light source circuit unit 12 is a circuit that converts the DC voltage generated by the AC/DC converter 6 into a voltage for lighting the UVC light source 2 (voltage V2 in FIG. 5 to be described later).
  • the LED light source circuit unit 13 is a circuit that converts the DC voltage generated by the AC/DC converter 6 into a current for lighting the LED light source 3 (current I3 in FIG. 5 to be described later). In this embodiment, as shown in FIG.
  • the UVC light source circuit section 12 and the LED light source circuit section 13 are mounted on the same substrate 10, but this is an example.
  • the AC/DC converter 6 may also be mounted on the substrate 10 .
  • the size of the illumination device 1 is further reduced. A detailed description of the AC/DC converter 6, the UVC light source circuit section 12, and the LED light source circuit section 13 will be given later.
  • UVC light source 2 In the lower region 4b of the housing 4, there are a UVC light source 2, an LED light source 3, and light for extracting the light (L2, L3) emitted from these light sources (2, 3) to the outside of the lighting device 1.
  • a take-out surface 5 is arranged.
  • the illumination device 1 of this embodiment has a light extraction surface 5 on the ⁇ Z side of the housing 4 .
  • the light extraction surface 5 includes an area 5a for extracting the ultraviolet light L2 emitted from the UVC light source 2 and an area 5b for extracting the visible light L3 emitted from the LED light source 3.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the light extraction surface 5 viewed in the +Z direction.
  • the light extraction surface 5 included in the illumination device 1 of the present embodiment has a configuration in which a region 5b for extracting the visible light L3 is provided outside the region 5a for extracting the ultraviolet rays L2. As a result, the light distribution angle of the visible light L3 is widened, and while the target space is more efficiently illuminated, the target space can be deactivated.
  • the aspect of the light extraction surface 5 included in the illumination device 1 is not limited. That is, in FIG. 2, the positional relationship between the region 5a for extracting the ultraviolet light L2 and the region 5b for extracting the visible light L3 may be reversed, and the region 5a and the region 5b may be arranged in the X direction or the Y direction. They may be arranged adjacent to each other. Furthermore, the regions 5a and 5b may be arranged on different planes. More specifically, the illumination device 1 includes a light extraction surface 5a for ultraviolet rays L2 and a light extraction surface 5b for visible light L3, and these light extraction surfaces (5a, 5b) are located on the housing 4, respectively. They may be provided at different positions.
  • the visible light L3 is diffused and irradiated into the target space by providing a diffusing member particularly in the region 5b of the light extraction surface 5.
  • the UVC light source 2 is composed of an excimer lamp. More specifically, as schematically shown in FIG. 3, the UVC light source 2 includes an arc tube 21 and a pair of electrodes (22, 22). FIG. 3 is a schematic side view of the UVC light source 2 composed of an excimer lamp.
  • the UVC light source 2 shown in FIG. 3 has a pair of electrodes (22, 22) arranged so as to be in contact with the outer surface of the arc tube 21 of the excimer lamp.
  • the pair of electrodes ( 22 , 22 ) are arranged at positions separated from each other in the axial direction of the arc tube 21 .
  • the pair of electrodes ( 22 , 22 ) are made of a conductive material, preferably a material that reflects the ultraviolet rays L 2 emitted from the arc tube 21 .
  • the pair of electrodes (22, 22) are both made of Al, Al alloy, stainless steel, or the like.
  • the luminous gas G20 is enclosed in the arc tube 21 of the excimer lamp.
  • a high-frequency AC voltage of, for example, several kHz to 5 MHz is applied between the pair of electrodes (22, 22) from the UVC light source circuit unit 12, the luminous gas G20 is generated through the arc tube 21 of the excimer lamp. The voltage is applied to it.
  • a discharge plasma is generated in the discharge space in which the luminescence gas G20 is sealed, and the atoms of the luminescence gas G20 are excited to enter an excimer state, and excimer luminescence occurs when these atoms transition to the ground state.
  • the luminous gas G20 is made of a material that emits ultraviolet light L2 having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm during excimer light emission.
  • the luminescence gas G20 includes KrCl and KrBr.
  • the arc tube 21 of the excimer lamp when KrCl is contained in the luminous gas G20, the arc tube 21 of the excimer lamp emits ultraviolet rays L2 with a peak wavelength of about 222 nm.
  • the luminous gas G20 contains KrBr
  • the arc tube 21 of the excimer lamp emits ultraviolet rays L2 having a peak wavelength of about 207 nm.
  • the description of the peak wavelength of the KrCl excimer lamp as "around 222 nm" is intended to include individual differences in excimer lamp products, and 222.0 nm is of course the absolute meaning, and 222.0 nm is the standard. is intended to allow a wavelength shift within the range of ⁇ 3.0 nm. The same is true for KrBr excimer lamps.
  • a phosphor (not shown) may be arranged on the tube wall of the arc tube 21 .
  • the luminous gas G20 enclosed in the luminous tube 21 of the UVC light source 2 may have a peak wavelength of less than 200 nm of ultraviolet rays emitted during excimer luminescence.
  • the phosphor may be a material that converts incident excimer light into light (ultraviolet light) having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm.
  • the light emission gas G20 a gas of a material that emits excimer light with a peak wavelength of less than 200 nm, such as Xe or ArF, can be used.
  • LaPO 4 :Pr, K 2 YF 5 :Pr, LaF 3 :Nd, or the like can be used as the phosphor.
  • the UVC light source 2 may include multiple excimer lamps.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the UVC light source 2 viewed in the axial direction of the arc tube 21 of the excimer lamp when a plurality of excimer lamps are aligned in a predetermined direction. Although only one electrode 22 in contact with the outer wall of each arc tube 21 is shown in FIG. is assumed to exist.
  • the ultraviolet light L2 emitted from the UVC light source 2 is extracted to the outside of the illumination device 1 from the region 5a of the light extraction surface 5.
  • the ultraviolet light L2 has a peak wavelength within the range of 200 to 230 nm, and most of the wavelength region exceeding 240 nm is light. show no strength.
  • the ultraviolet rays L2 may show a very small light intensity even in the wavelength region exceeding 240 nm. Therefore, as shown in FIG.
  • a filter member 25 may be provided.
  • the UVC light source 2 is realized by coating the tube wall of the arc tube 21 with a phosphor, it is preferable to provide the filter member 25 .
  • the filter member 25 may be designed to block ultraviolet rays L2 having a wavelength of less than 200 nm. By suppressing the emission of the ultraviolet rays L2 in this wavelength band into the target space, it is possible to prevent the generation of ozone in the target space. If the UVC light source 2 does not include the filter member 25 that blocks the ultraviolet rays L2 with a wavelength of less than 200 nm, the upper limit of the light intensity of the ultraviolet rays L2 is set in advance so that the ultraviolet rays L2 are secondarily generated in the target space. The amount of ozone applied may be extremely small.
  • the LED light source 3 includes a substrate 30 and multiple LED elements 31 mounted on the substrate 30 .
  • a plurality of LED elements 31 are connected in series, and a plurality of rows are connected in parallel according to the maximum luminance desired for the LED light source 3 .
  • the example shown in FIG. 5 schematically shows a case where six LED elements 31 are connected in series and the series circuits (LED element groups) are connected in parallel in four rows.
  • the LED light source 3 includes an element that emits light in the blue region (for example, a wavelength of 450 nm) and a phosphor that receives this light and emits fluorescence in the yellow region. is not limited to this configuration.
  • FIG. 5 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of the lighting circuit included in the lighting device 1 of this embodiment.
  • the lighting device 1 includes the AC/DC converter 6 , the UVC light source circuit section 12 , and the LED light source circuit section 13 .
  • the AC/DC converter 6 is a circuit that converts a commercial AC voltage Vc supplied from a commercial power supply 9 (corresponding to an "external power supply") into a DC voltage V0.
  • a circuit configuration example of the AC/DC converter 6 is shown in FIG.
  • AC/DC converter 6 includes at least a rectifier circuit 51 and a transformer circuit 52 . Since both the rectifier circuit 51 and the transformer circuit 52 have a large number of elements, the AC/DC converter 6 is a circuit that tends to be relatively large.
  • FIG. 6 schematically shows the rectifier circuit 51 as a block diagram, in the case of a general full-wave rectifier circuit, four diode elements are indispensable.
  • the UVC light source 2 and the LED light source 3 share the AC/DC converter 6 . That is, the illumination device 1 includes a UVC light source 2 that emits ultraviolet light L2 and an LED light source 3 that emits visible light L3, but uses a single AC/DC converter 6, thereby reducing the size of the device. It is
  • the UVC light source circuit unit 12 is a circuit that converts the DC voltage V0 generated by the AC/DC converter 6 into a lighting voltage V2 for the UVC light source 2.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration example of the UVC light source circuit section 12 .
  • FIG. 7 shows a lighting circuit generally called a flyback system, which includes a switching element 41 , a control section 42 that controls opening and closing of the switching element 41 , a smoothing capacitor 43 , and a transformer 40 .
  • a voltage V ⁇ b>2 induced on the secondary side of the transformer 40 is applied between a pair of electrodes ( 22 , 22 ) of the excimer lamp that constitutes the UVC light source 2 .
  • the primary winding of the transformer 40 is connected to the DC voltage V0 via the switching element 41.
  • this DC voltage V0 corresponds to the output voltage of the AC/DC converter 6.
  • FIG. When the switching element 41 is turned on, a primary current flows from the DC voltage V0 to the primary winding of the transformer 40 .
  • the switching element 41 is ON/OFF controlled based on the control signal G(t) from the control section 42 .
  • the control signal G(t) changes from Low to High
  • the switching element 41 transitions from the OFF state to the ON state, and the primary side current of the transformer 40 increases over time.
  • the control signal G(t) changes from High to Low
  • the switching element 41 transitions from the ON state to the OFF state.
  • the LED light source 3 a group of LED elements each having six LED elements 31 connected in series are connected in parallel in four rows. Due to the characteristics of the LED element 31, current does not flow unless a voltage exceeding the threshold voltage is applied, and the current that flows is determined according to the applied voltage. In addition, the LED element 31 has a rated current that should flow in order to achieve maximum brightness, and a voltage (herein referred to as "forward voltage Vf") generated across the element when this rated current flows. is determined by the characteristics of the device.
  • Vf forward voltage
  • the DC voltage V0 output from the AC/DC converter 6 (hereinafter sometimes simply referred to as “the output voltage V0 of the AC/DC converter 6”) is determined by the number of serially connected LED elements 31 of 6 and the forward voltage Vf If it is sufficiently higher than the product of (6 ⁇ Vf), it is assumed that a current exceeding the rated current will flow through the LED element group, and each LED element 31 will be damaged.
  • the illumination device 1 of the present embodiment includes a current adjusting element 13a as the LED light source circuit section 13.
  • the current adjusting element 13a should have at least a resistance component.
  • V0 is the output voltage of the AC/DC converter 6, If is the rated current flowing through the LED element 31, and Vf is the forward voltage when the rated current If flows through the LED element 31.
  • the resistance component R 13 of the current adjusting element 13a is set to substantially match the value of R calculated by the following equation (1).
  • the term (n ⁇ Vf) in the equation (1) corresponds to the voltage across the LED element group in which the plurality of LED elements 31 are connected in series when the rated current If flows.
  • R (V0 - n Vf) / If (1)
  • the LED light source circuit section 13 may include a light control control section (not shown) in addition to the current adjustment element 13a.
  • the current adjustment element 13a is configured to be able to vary the resistance value based on a signal from the control section, and the control section controls the LED element 31 according to the desired luminance of the visible light L3 emitted from the LED light source 3.
  • the resistance value of the current adjusting element 13a may be varied so that the current I3 flows to the LED element 31.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the lighting device 1 following FIG.
  • the LED light source 3 an LED element group in which 12 LED elements 31 are connected in series is connected in parallel in four rows.
  • the LED light source 3 is directly connected to the output terminal of the AC/DC converter 6, the threshold voltage necessary for light emission is not applied to each LED element 31, and the LED light source 3 may not emit light. can occur.
  • the illumination device 1 of the present embodiment includes a current adjusting element 13a and a DC/DC converter 13b as the LED light source circuit section 13.
  • FIG. The DC/DC converter 13b is a circuit that boosts the output voltage V0 of the AC/DC converter 6 to a DC voltage V4, and is realized by a circuit configuration as shown in FIG. 9, for example.
  • the DC/DC converter 13b unlike the AC/DC converter 6 shown in FIG. 6, the DC/DC converter 13b does not require a rectifier circuit or a transformer, and thus can be realized with a small circuit scale.
  • the DC/DC converter 13b converts the output voltage V0 of the AC/DC converter 6 into the forward voltage Vf when the rated current If flows through the LED element 31 and the forward voltage Vf of the LED element 31 connected in series. It is designed to step up to a DC voltage V4 represented by the product (n ⁇ Vf) of the number of elements n.
  • the current adjusting element 13a for adjusting the current I3 flowing through the LED element 31 from the viewpoint of increasing the degree of freedom in design.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of the illumination device 1 of a spotlight type.
  • the lighting device 1 shown in FIG. 10 includes a lamp 62 having a cylindrical shape as a whole, an arm 63 having one end attached to the side surface of the lamp 62, and a holding portion fixed to the ceiling and having the other end of the arm 63 attached. 64 included.
  • the lamp 62 constitutes a housing.
  • the UVC light source 2, the LED light source 3, and the lighting circuits (the AC/DC converter 6, the UVC light source circuit section 12, and the LED light source circuit section 13) are accommodated.
  • a front end face 62a of the lamp 62 is provided with a light extraction surface 5, from which ultraviolet rays L2 for deactivation and visible light L3 for illumination are emitted.
  • both the front end face 62a and the rear end face on the opposite side have a diameter of 150 mm and a length of 232 mm.
  • the lighting device 62 may be capable of rotating or tilting with respect to the horizontal direction or the vertical direction in order to change the emission direction of the ultraviolet rays L2 and the visible light L3.
  • the UVC light source 2 is an excimer lamp (or a dielectric barrier discharge lamp in which a phosphor is arranged on the tube wall of the arc tube 21) has been described as an example.
  • the present invention is also applicable when the UVC light source 2 is an LED (UV-LED) light source that emits ultraviolet light L2 having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm.
  • UV-LED LED
  • the UVC light source circuit unit 12 may include a human sensor. Specifically, when the human sensor detects the presence of a person in the target space, the control unit 42 may stop the control operation on the switching element 41 to turn off the UVC light source 2 . Further, the control unit 42 may start the above-described control operation for the switching element 41 to turn on the UVC light source 2 when confirming that no person exists in the target space for a predetermined time or longer.
  • UVC light source 3 LED light source 4: housing 4a: upper region 4b: lower region 5: light extraction surfaces 5a and 5b: light extraction surface region 6: AC/DC converter 9: Commercial power supply 10 : Substrate 12 : UVC light source circuit unit 13 : LED light source circuit unit 13a : Current adjustment element 13b : DC/DC converter 21 : Luminous tube 22 : Electrode 25 : Filter member 30 : Substrate 31 : LED element 40 : Transformer 41 : Switching element 42 : Control unit 43 : Smoothing capacitor 51 : Rectifying circuit 52 : Transformer circuit 62 : Lamp 62a : Front end surface of lamp 63 : Arm 64 : Holding portion G20 : Luminous gas L2 : Ultraviolet light L3 : Visible light

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Abstract

従来の照明装置と同等の装置規模でありながらも、不活化機能を付加することのできる、不活化機能付き照明装置を提供する。　不活化機能付き照明装置は、２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線を出射するＵＶＣ光源と、可視光を出射するＬＥＤ光源と、外部電源に由来する交流電圧を直流電圧に変換して出力する単一のＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧をＵＶＣ光源の点灯用電圧に変換するＵＶＣ光源用回路部と、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧をＬＥＤ光源の点灯用電流に変換するＬＥＤ光源用回路部とを備える。

Description

不活化機能付き照明装置
　本発明は、照明装置に関し、特に菌又はウイルスに対する不活化機能が搭載された照明装置に関する。
　一般家庭、商品店舗又は飲食店等では、従来、照明用光源としてハロゲンランプや放電ランプが使われてきたが、近年ではＬＥＤが主流になりつつある。例えば、下記特許文献１には、ＬＥＤ光源を用いたスポットライト型の照明装置の構造が開示されている。
　また、スポットライト型の照明装置に限らず、天井の天板等に装置の一部が埋め込まれて設置される、いわゆるダウンライト型の照明装置においても、同様にＬＥＤ光源が利用されてきている。
特許６６９２４０７号公報 実開昭６３－１８７２２１号公報
　ところで、近年、細菌又はウイルス（以下、これらを「菌等」と総称することがある。）による感染が問題となっており、ＬＥＤ光源を含む照明装置が設置される空間においても、菌等を不活化させたいという事情がある。
　空間内に存在する菌等を不活化させるために、紫外線を照射する方法が知られている。例えば特許文献２には、調理場等の日常的に食品が扱われる場所の利用に供することを目的として、波長２５４ｎｍの紫外光を発する殺菌ランプと、照明用の光を発する蛍光ランプとが箱体形状の器具本体に埋め込まれてなる、殺菌灯組込型照明器具が提案されている。
　しかし、上記特許文献２に記載されている殺菌ランプのように、２４０ｎｍ～３００ｎｍの波長域に高い光強度を示す紫外線は、人間に照射されると人体に影響を及ぼすリスクがある。皮膚は、表面に近い部分から表皮、真皮、その深部の皮下組織の３つの部分に分けられ、表皮は、更に表面に近い部分から順に、角質層、顆粒層、有棘層、基底層の４層に分けられる。殺菌線としての波長２５４ｎｍを含む２４０ｎｍ～３００ｎｍの波長域に高い光強度を示す紫外線が人体に照射されると、角質層を透過して、顆粒層や有棘層、場合によっては基底層に達し、これらの層内に存在する細胞のＤＮＡに吸収される。この結果、皮膚がんのリスクが発生する。
　これに対し、例えば、ＫｒＣｌやＫｒＢｒを含む発光ガスが封入されたエキシマランプによれば、２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線、すなわち人体に対するリスクの少ない紫外線が得られる。よって、このようなエキシマランプを、照明用のＬＥＤ光源と共に搭載した照明装置を実現することで、空間を照明しながら空間内の菌等の不活化を行うことができると考えられる。
　しかし、エキシマランプ等の紫外線を発する光源（以下、「ＵＶＣ光源」と称する。）は、点灯の際に高電圧が必要となるため、インバータ回路が必須であり、このインバータ回路に入力するための直流電圧を商用電圧から生成するためのＡＣ／ＤＣコンバータが必要となる。よって、照明用のＬＥＤ光源と不活化用のＵＶＣ光源の両者を同一の装置内に搭載する場合、点灯用の回路を多数搭載する必要がある。この結果、照明装置としての規模が大型化するおそれがある。
　一方で、一般的な照明装置は大きさや形状が概ね規定されている。このため、照明装置内にＵＶＣ光源を組み込むことを理由に、照明装置を大型化することは望ましくない。特に、既存の照明装置に対して、不活化機能付きの照明装置を置き換える場合には、その事情は顕著に現れる。つまり、従来の照明装置から大きさや形状をほぼ変えることなく、不活化機能を搭載した照明装置を実現することが好ましい。
　ＵＶＣ光源としてのランプ（上の例ではエキシマランプ）は、照明用のＬＥＤ光源よりは短寿命であるため、ＬＥＤ光源よりも短い時間間隔で交換することが想定される。スポットライトやダウンライトは一般的に天井に設置されて使用されることから、照明装置全体の大きさが大型化することは、ランプの交換作業をより困難に強いる懸念がある。
　本発明は、上記の課題に鑑み、従来の照明装置と同等の装置規模でありながらも、不活化機能を付加することのできる、不活化機能付き照明装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る不活化機能付き照明装置は、
　２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線を出射するＵＶＣ光源と、
　可視光を出射するＬＥＤ光源と、
　外部電源に接続され、前記外部電源に由来する交流電圧を直流電圧に変換して出力する単一のＡＣ／ＤＣコンバータと、
　前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を前記ＵＶＣ光源の点灯用電圧に変換して前記ＵＶＣ光源に供給するＵＶＣ光源用回路部と、
　前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を前記ＬＥＤ光源の点灯用電流に変換して前記ＬＥＤ光源に供給するＬＥＤ光源用回路部とを備えたことを特徴とする。
　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る。また、「菌」とは細菌や真菌（カビ）等の微生物を指す。
　「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、ＵＶＣ光源としてのランプは、点灯の際に高電圧が必要となるため、インバータ回路が必須である。そして、このインバータ回路に対して直流に入力するための直流電圧を、外部電源電圧（一般的には商用電圧）から生成するためのＡＣ／ＤＣコンバータが必要となる。また、可視光を出射するＬＥＤ光源は、点灯の際に直流電流が必要となるため、商用電圧から直流電流（直流電圧）を生成するためのＡＣ／ＤＣコンバータが必要となる。
　ＵＶＣ光源のインバータ回路は、ＵＶＣ光源を安定的に点灯させる観点から、許容される入力電圧の大きさに制限が課せられる。つまり、ＵＶＣ光源を搭載した従来の紫外線照明装置は、商用電源からインバータ回路に入力すべき直流電圧を生成すべく回路設計された、ＡＣ／ＤＣコンバータ（ここでは、便宜上、「ＵＶＣ光源用ＡＣ／ＤＣコンバータ」と称する。）を備えている。
　一方、ＬＥＤ光源は、通常複数のＬＥＤ素子を内蔵しており、ＬＥＤ素子の数すなわち光出力によって、必要な直流電圧の大きさが決定される。つまり、ＬＥＤ光源を搭載した従来の照明装置は、各ＬＥＤ素子を発光させるために必要な電流を供給するための直流電圧を生成すべく回路設計された、ＡＣ／ＤＣコンバータ（ここでは、便宜上、「ＬＥＤ光源用ＡＣ／ＤＣコンバータ」と称する。）を備えている。
　ここで、単に、ＵＶＣ光源とＬＥＤ光源とを同一の装置内に搭載しようとした場合、それぞれの光源を点灯させるために必要な直流電圧は異なっているため、それぞれの光源に対して適正に回路設計された、ＵＶＣ光源用ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＬＥＤ光源用ＡＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がある。ＡＣ／ＤＣコンバータは、整流回路及びトランスが必要となるため、素子数が多い回路である。よって、それぞれの光源用のＡＣ／ＤＣコンバータを装置内に搭載すると、点灯用の回路規模が大きくなってしまう。この結果、従来のＬＥＤ光源からなる照明装置と同等の大きさ及び形状を維持しながら、ＵＶＣ光源を搭載することは困難な場合がある。
　これに対し、上記構成の不活化機能付き照明装置によれば、外部電源から直流電圧を生成する単一のＡＣ／ＤＣコンバータを備えている。そして、ＵＶＣ光源用回路部において、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧がＵＶＣ光源の点灯用電圧に変換されて出力され、ＬＥＤ光源用回路部において、前記直流電圧がＬＥＤ光源の点灯用電流に変換されて出力される。これにより、回路点数の多いＡＣ／ＤＣコンバータを共通化できるため、ＵＶＣ光源とＬＥＤ光源の双方を搭載しながらも、点灯用の回路規模を従来のＬＥＤ照明装置と同等にすることができる。
　そして、本発明に係る不活化機能付き照明装置から放射される紫外線は、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、低圧水銀ランプ等の従来の紫外線光源とは異なり、有人環境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、空気と環境内設置部材表面のウイルス抑制・除菌を提供することができる。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ともに、肝炎、水系感染症およ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。
　前記ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群を、一列又は相互に並列接続した複数列含み、
　前記ＬＥＤ素子群の両端間電圧は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧より低く、
　前記ＬＥＤ光源用回路部は抵抗成分を含むものとしても構わない。
　ＬＥＤ光源が備えるＬＥＤ素子に対して、発光に必要な直流の点灯用電流を供給するためには、直列接続された複数のＬＥＤ素子群の両端間電圧に基づく直流電圧をＬＥＤ光源に対して印加する必要がある。この両端間電圧は、直列に接続されたＬＥＤ素子群の素子数に依存する。この素子数は、需要者が要求するＬＥＤ光源の輝度や規格によって設定されるものであり、製造者側で装置毎に自由に変更することは基本的に困難である。
　つまり、照明装置の仕様によっては、ＵＶＣ光源の点灯のためにインバータに入力すべき直流電圧が、ＬＥＤ素子群の両端間電圧よりも高くなる場合が想定される。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧をそのまま、ＬＥＤ光源に供給すると、各ＬＥＤ素子に対して流れる電流が定格電流よりも高くなり過ぎ、ＬＥＤ光源の破損のおそれが生じる。
　これに対し、上記構成のように、ＡＣ／ＤＣコンバータとＬＥＤ光源との間に、抵抗成分を含むＬＥＤ光源用回路部を介在させることで、ＬＥＤ光源に対して供給される電流量が低下される。この結果、ＡＣ／ＤＣコンバータを共通化しながらも、ＵＶＣ光源及びＬＥＤ光源の双方に対して、定格値（定格電圧／定格電流）を供給することができる。また、この場合、ＬＥＤ光源用回路部としては、従来のＵＶＣ光源の点灯用の回路と比べて最小限の追加要素として抵抗成分を含むことで実現できる。つまり、上記構成によれば、それぞれの光源用のＡＣ／ＤＣコンバータを備える場合と比べて、装置規模が大幅に縮小される。
　前記ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群を、一列又は相互に並列接続された複数列含み、
　前記ＬＥＤ素子群の両端間電圧は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧より高く、
　前記ＬＥＤ光源用回路部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを含むものとしても構わない。
　製品によっては、ＵＶＣ光源の点灯のためにインバータに入力すべき直流電圧よりも、ＬＥＤ素子群の両端間電圧が低くなる場合が想定される。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧をそのままＬＥＤ光源に供給すると、各ＬＥＤ素子に対して流れる電流が定格電流よりも低くなり過ぎ、ＬＥＤ光源の最大輝度が低下するおそれが生じる。また、そもそもＬＥＤ素子を流れる電流が閾値電流に達せず、各ＬＥＤ素子が発光しない場合も想定される。
　これに対し、上記構成のように、ＡＣ／ＤＣコンバータとＬＥＤ光源との間に、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを含むＬＥＤ光源用回路部を介在させることで、ＬＥＤ光源に対して供給される電流量を定格値まで高めることができる。この結果、ＡＣ／ＤＣコンバータを共通化しながらも、ＵＶＣ光源及びＬＥＤ光源の双方に対して、定格値（定格電圧／定格電流）を供給することができる。また、ＬＥＤ光源用回路部としては、従来のＵＶＣ光源の点灯用の回路と比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータを含むことで実現できる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータと異なり、部品点数の多い整流回路やトランスが不要であり、極めて簡素な回路で実現できる。つまり、上記構成によれば、それぞれの光源用のＡＣ／ＤＣコンバータを備える場合と比べて、装置規模が大幅に縮小される。
　前記ＬＥＤ光源用回路部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側端子と前記ＬＥＤ光源との間の位置に配置された抵抗成分を含むものとしても構わない。
　上記構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力電圧と、ＬＥＤ素子群の両端間電圧とが乖離する場合においても、両者の値をより近接させることができる。
　前記不活化機能付き照明装置は、前記ＵＶＣ光源と前記ＬＥＤ光源とを収容する筐体を含むものとしても構わない。
　これにより、単一の照明装置によって、不活化機能が搭載された照明装置が実現される。なお、この場合において、装置規模をより縮小化する観点から、前記ＵＶＣ光源用回路部と前記ＬＥＤ光源用回路部とが同一の基板に実装されるのが好ましい。
　前記ＬＥＤ光源用回路部は、前記ＬＥＤ光源に対する調光機能を実現するための制御部を備えていても構わない。
　前記筐体は、前記ＵＶＣ光源から出射される前記紫外線と、前記ＬＥＤ光源から出射される前記可視光の双方を外部に取り出すための共通の光取り出し面を有し、スポットライト又はダウンライトの形状を呈するものとしても構わない。
　このような構成によれば、従来の照明装置とほぼ同じ外観を有しながらも、照明対象となる空間に対して可視光を照射して照明すると共に、同じ空間に対して紫外線を照射して菌等の不活化を行うことができる。
　前記ＵＶＣ光源は、前記紫外線のうち、波長２４０ｎｍを超える波長域に属する成分の光強度を抑制するフィルタ部材を備えるものとしても構わない。
　ＵＶＣ光源として、例えば、ＫｒＣｌエキシマランプや、ＫｒＢｒエキシマランプを使用する場合、同光源から出射される紫外線は、２４０ｎｍを超える波長域にほとんど光強度を示さない。しかし、この紫外線においても、ピーク波長の光強度に対して極めて低い比率（１０％未満）で、２４０ｎｍを超える波長域に光強度を示す場合がある。上記構成のように、フィルタ部材を備えることで、照射される紫外線のうち、２４０ｎｍを超える波長域の光強度が更に抑制されるため、人体に対する影響を更に低下できる。
　なお、このようなフィルタ部材としては、例えば、波長域２００ｎｍ～２３０ｎｍの紫外線を透過し、波長域２４０ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線を遮断する波長選択フィルタを用いることができる。この波長選択フィルタとしては、例えば、ＨｆＯ2層及びＳｉＯ2層が積層されてなる誘電体多層膜フィルタが用いられる。
　本発明によれば、従来の照明装置と同等の装置規模でありながらも、不活化機能を搭載した照明装置が実現できる。
本発明の不活化機能付き照明装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 図１の不活化機能付き照明装置が備える光取り出し面を＋Ｚ方向に見たときの模式的な平面図である ＵＶＣ光源の一例としてのエキシマランプの構造を模式的に示す側面図である。 ＵＶＣ光源を発光管の管軸方向に見たときの模式的な平面図である。 前記不活化機能付き照明装置が備える点灯用回路の構成を模式的に示す回路ブロック図である。 ＡＣ／ＤＣコンバータの回路構成例である。 ＵＶＣ光源用回路部の回路構成例である。 前記不活化機能付き照明装置が備える点灯用回路の別の構成を模式的に示す回路ブロック図である。 ＡＣ／ＤＣコンバータの回路構成例である。 本発明の不活化機能付き照明装置の別の実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。
　本発明に係る不活化機能付き照明装置の実施形態につき、以下において図面を参照して説明する。なお、以下の図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しない。また、図面間においても寸法比が一致していない場合がある。
　なお、以下では、不活化機能付き照明装置を単に「照明装置」と略記することがある。
　図１は、本実施形態の照明装置の模式的な断面図である。図１に示す照明装置１は、天井に搭載されるダウンライト型の照明装置が想定されている。
　照明装置１は筐体４を含み、筐体４内には、紫外線Ｌ２を発するＵＶＣ光源２と、可視光Ｌ３を発するＬＥＤ光源３とが収容されている。図１では、照明装置１が、照明装置１に対して＋Ｚ側に位置する天井（不図示）に設置されて、－Ｚ方向に向かって光（Ｌ２，Ｌ３）を発する場合が想定されている。なお、以下では、図１及び後述する図２に示すように、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする、Ｘ-Ｙ-Ｚ座標系が適宜参照される。
　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「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別しない場合には単に「Ｚ方向」のように正負の符号が省略して記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｚ方向」と記載されている場合には、「＋Ｚ方向」と「－Ｚ方向」の双方が含まれる。Ｘ方向及びＹ方向についても同様である。
　筐体４内において、＋Ｚ側に位置する上部領域４ａには各光源（２，３）を点灯させるための回路（６，１２，１３）が収容され、－Ｚ側に位置する下部領域４ｂには各光源（２，３）が収容されている。筐体４の各領域（４ａ，４ｂ）は、例えば円筒形状であって両者が同軸上に配置されている。筐体４の寸法の一例は、上部領域４ａが外径が２００ｍｍ四方、高さ１００ｍｍであり、下部領域４ｂが外径が４００ｍｍ四方、高さ５０ｍｍである。
　筐体４の上部領域４ａ内には、ＡＣ／ＤＣコンバータ６と、ＵＶＣ光源用回路部１２と、ＬＥＤ光源用回路部１３とが収容されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、商用の交流電圧（例えばＡＣ２００Ｖ、ＡＣ１００Ｖ等）を、直流電圧に変換する回路である。ＵＶＣ光源用回路部１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６で生成された直流電圧を、ＵＶＣ光源２の点灯用電圧（後述する図５内の電圧Ｖ２）に変換する回路である。ＬＥＤ光源用回路部１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６で生成された直流電圧を、ＬＥＤ光源３の点灯用電流（後述する図５内の電流Ｉ３）に変換する回路である。本実施形態では、図１に示すように、ＵＶＣ光源用回路部１２と、ＬＥＤ光源用回路部１３とが同一の基板１０上に実装されているが、これは一例である。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ６についても、基板１０上に実装されていても構わない。ＡＣ／ＤＣコンバータ６、ＵＶＣ光源用回路部１２、及びＬＥＤ光源用回路部１３が全て同一の基板１０に実装されることで、照明装置１の規模がより縮小される。ＡＣ／ＤＣコンバータ６、ＵＶＣ光源用回路部１２、及びＬＥＤ光源用回路部１３の詳細な説明は後述される。
　筐体４の下部領域４ｂ内には、ＵＶＣ光源２と、ＬＥＤ光源３と、これらの光源（２，３）から出射された光（Ｌ２，Ｌ３）を照明装置１の外部に取り出すための光取り出し面５とが配置される。
　図１に示すように、本実施形態の照明装置１は、筐体４の－Ｚ側の箇所に光取り出し面５を有する。光取り出し面５は、ＵＶＣ光源２から出射された紫外線Ｌ２を取り出すための領域５ａと、ＬＥＤ光源３から出射された可視光Ｌ３を取り出すための領域５ｂとを含む。図２は、この光取り出し面５を＋Ｚ方向に見たときの模式的な平面図である。本実施形態の照明装置１が備える光取り出し面５は、紫外線Ｌ２を取り出すための領域５ａの外側に、可視光Ｌ３を取り出すための領域５ｂを備える構成である。これにより、可視光Ｌ３の配光角が広げられ、対象空間内をより効率的に照明しつつ、対象空間内の不活化が実現できる。
　ただし、本発明において、照明装置１が備える光取り出し面５の態様は限定されない。すなわち、図２において、紫外線Ｌ２を取り出すための領域５ａと、可視光Ｌ３を取り出すための領域５ｂとの位置関係が反転しても構わないし、領域５ａと領域５ｂとがＸ方向又はＹ方向に隣接して配置されても構わない。更には、領域５ａと領域５ｂとが異なる面上に配置されていても構わない。より詳細には、照明装置１が、紫外線Ｌ２用の光取り出し面５ａと、可視光Ｌ３用の光取り出し面５ｂとを備えると共に、これらの光取り出し面（５ａ，５ｂ）がそれぞれ筐体４の異なる位置に設けられていても構わない。
　また、光取り出し面５のうちの、特に領域５ｂには拡散部材が設けられることで、可視光Ｌ３を拡散して対象空間内に照射するのが好適である。
　本実施形態において、ＵＶＣ光源２はエキシマランプで構成される。より詳細には、図３に模式的に示すように、ＵＶＣ光源２は、発光管２１と一対の電極（２２，２２）とを備える。図３は、エキシマランプで構成されるＵＶＣ光源２の模式的な側面図である。
　図３に示すＵＶＣ光源２は、エキシマランプの発光管２１の外表面に接触するように、一対の電極（２２，２２）が配置されている。一対の電極（２２，２２）は、発光管２１の管軸方向に離間した位置に配置されている。一対の電極（２２，２２）は、導電性の材料からなり、好ましくは発光管２１から出射される紫外線Ｌ２に対する反射性を示す材料からなる。一例として、一対の電極（２２，２２）は、共に、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレスなどで構成される。
　エキシマランプの発光管２１には、発光ガスＧ２０が封入されている。ＵＶＣ光源用回路部１２から、一対の電極（２２，２２）の間に、例えば数ｋＨｚ～５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されると、エキシマランプの発光管２１を介して発光ガスＧ２０に対して前記電圧が印加される。このとき、発光ガスＧ２０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Ｇ２０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Ｇ２０は、エキシマ発光時に２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線Ｌ２を出射する材料からなる。一例として、発光ガスＧ２０としては、ＫｒＣｌ、ＫｒＢｒが含まれる。
　例えば、発光ガスＧ２０にＫｒＣｌが含まれる場合には、エキシマランプの発光管２１からピーク波長が２２２ｎｍ近傍の紫外線Ｌ２が出射される。発光ガスＧ２０にＫｒＢｒが含まれる場合には、エキシマランプの発光管２１からは、ピーク波長が２０７ｎｍ近傍の紫外線Ｌ２が出射される。なお、ＫｒＣｌエキシマランプにおけるピーク波長について「２２２ｎｍ近傍」と記載したのはエキシマランプの製品上の個体差を含む意図であり、絶対的な意味における２２２．０ｎｍは勿論のこと、２２２．０ｎｍを基準として±３．０ｎｍ以内での範囲内における波長のずれを許容する意図である。ＫｒＢｒエキシマランプについても同様である。
　なお、発光管２１の管壁に蛍光体（不図示）が配置されていても構わない。この場合、ＵＶＣ光源２の発光管２１に封入される発光ガスＧ２０は、エキシマ発光時に出射される紫外線のピーク波長が２００ｎｍ未満であっても構わない。また、蛍光体は、エキシマ光が入射されると、２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する光（紫外線）に変換する材料であればよい。例えば、発光ガスＧ２０として、ＸｅやＡｒＦ等、ピーク波長が２００ｎｍ未満のエキシマ光を発する材料のガスを用いることができる。また、この場合、蛍光体としては、例えばＬａＰＯ4：Ｐｒ、Ｋ2ＹＦ5：Ｐｒ、ＬａＦ3：Ｎｄ等を用いることができる。
　ＵＶＣ光源２は、複数のエキシマランプを含んでも構わない。図４は、複数のエキシマランプが所定の方向に整列して配置されている場合において、ＵＶＣ光源２をエキシマランプの発光管２１の管軸方向に見たときの模式的な平面図である。図４には、それぞれの発光管２１の外壁に接触している一方の電極２２のみが現れているが、これは、図示の都合上であり、実際には、紙面奥行き方向に他方の電極２２が存在しているものとして構わない。
　ＵＶＣ光源２から出射される紫外線Ｌ２は、光取り出し面５の領域５ａから、照明装置１の外部に取り出される。ここで、上述した例のように、ＵＶＣ光源２が、ＫｒＣｌエキシマランプやＫｒＢｒエキシマランプの場合、紫外線Ｌ２は、ピーク波長が２００～２３０ｎｍの範囲内であり、２４０ｎｍを超える波長域にはほとんど光強度を示さない。しかし、紫外線Ｌ２が、２４０ｎｍを超える波長域についてもごくわずかながら光強度を示す場合がある。そこで、図４に示すように、少なくとも光取り出し面５の領域５ａ（紫外線Ｌ２が取り出される領域）には、人体への影響が懸念される波長域（例えば、２４０ｎｍ～２８０ｎｍ）の紫外線を遮断するフィルタ部材２５を備えるものとしても構わない。特に、ＵＶＣ光源２が、発光管２１の管壁に蛍光体を塗布して実現されている場合には、フィルタ部材２５を備えるのが好適である。
　また、フィルタ部材２５は、波長２００ｎｍ未満の紫外線Ｌ２についても遮断するように設計されていても構わない。この波長帯の紫外線Ｌ２が対象空間内に放射されるのが抑制されることで、対象空間内でオゾンが生成されるのを防止できる。ＵＶＣ光源２が、波長２００ｎｍ未満の紫外線Ｌ２を遮断するフィルタ部材２５を備えていない場合には、紫外線Ｌ２の光強度の上限値を予め定めておくことで、対象空間内で副次的に生成されるオゾン量を極めて微小にするものとしてもよい。
　なお、図３～図４に図示されているエキシマランプについて数値例を挙げると、発光管２１の管径がφ６ｍｍ、発光管２１の長さが７０ｍｍ、エキシマランプ同士の離間距離が１４ｍｍ、定格電力が１２Ｗである。
　本実施形態において、ＬＥＤ光源３は、基板３０と、基板３０上に実装された複数のＬＥＤ素子３１を備える。ＬＥＤ素子３１は、複数個が直列に接続されており、更にＬＥＤ光源３として所望される最大輝度に応じて複数列が並列に接続される。図５に示す例では、６個のＬＥＤ素子３１が直列に接続されると共に、この直列回路（ＬＥＤ素子群）が４列に並列接続されている場合が模式的に示されている。ＬＥＤ光源３は、一例として、青色領域（例えば波長４５０ｎｍ）の光を発する素子と、この光を受光して黄色領域の蛍光を発する蛍光体とを備え、両者が混合されて白色の可視光Ｌ３を生成する構成が採用できる、この構成には限定されない。
　図５は、本実施形態の照明装置１が備える、点灯用回路の構成を模式的に示す回路ブロック図である。上述したように、照明装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６と、ＵＶＣ光源用回路部１２と、ＬＥＤ光源用回路部１３とを含む。
　ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、商用電源９（「外部電源」に対応する。）から供給される商用の交流電圧Ｖｃを直流電圧Ｖ０に変換する回路である。ＡＣ／ＤＣコンバータ６の回路構成例を、図６に示す。図６に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、少なくとも整流回路５１とトランス回路５２を含む。整流回路５１及びトランス回路５２は、いずれも素子の点数が多いため、ＡＣ／ＤＣコンバータ６は比較的大型化しやすい回路である。なお、図６では整流回路５１が模式的にブロック図で図示されているが、一般的な全波整流回路の場合、４個のダイオード素子が不可欠である。
　図５に示すように、本実施形態の照明装置１は、ＵＶＣ光源２とＬＥＤ光源３とでＡＣ／ＤＣコンバータ６を共用している。すなわち、照明装置１は、紫外線Ｌ２を発するＵＶＣ光源２と、可視光Ｌ３を発するＬＥＤ光源３とを備えながらも、ＡＣ／ＤＣコンバータ６は単一とすることで、装置規模の小型化が図られている。
　ＵＶＣ光源用回路部１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６で生成された直流電圧Ｖ０を、ＵＶＣ光源２の点灯用電圧Ｖ２に変換する回路である。ＵＶＣ光源用回路部１２の回路構成例を、図７に示す。図７は、一般的にフライバック方式と呼ばれる点灯回路であり、スイッチング素子４１、スイッチング素子４１の開閉制御を行う制御部４２、平滑コンデンサ４３、及びトランス４０を備える。トランス４０の二次側に誘起される電圧Ｖ２が、ＵＶＣ光源２を構成するエキシマランプが備える一対の電極（２２，２２）間に印加される。
　トランス４０の一次側巻線は、スイッチング素子４１を介して、直流電圧Ｖ０に接続される。本実施形態では、この直流電圧Ｖ０がＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧に対応する。スイッチング素子４１がＯＮ状態になると、直流電圧Ｖ０からトランス４０の一次側巻線に対して一次側電流が流れる。スイッチング素子４１は、制御部４２からの制御信号Ｇ(t)に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。制御信号Ｇ(t)がLowからHighに変化すると、スイッチング素子４１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移し、トランス４０の一次側電流が時間の経過と共に上昇する。その後、制御信号Ｇ(t)がHighからLowに変化すると、スイッチング素子４１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する。このとき、トランス４０の二次側巻線に逆起電力が発生し、インパルス状の二次側電圧Ｖ２が生じる。この二次側電圧Ｖ２が、一対の電極（２２，２２）を介してエキシマランプの発光管２１内に印加され、紫外線Ｌ２が出射する。以下、スイッチング素子４１のＯＮ／ＯＦＦ制御が繰り返し実行されることで、エキシマランプに対して高周波の電圧Ｖ２が連続的に印加され、紫外線Ｌ２が連続的に放射される。エキシマランプは水銀を含まない構成であるため、ＵＶＣ光源２としてエキシマランプを採用することで、環境対策としても優れている。
　図５の例では、ＬＥＤ光源３として、６個のＬＥＤ素子３１が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群が４列に並列接続されて構成されている。ＬＥＤ素子３１は、その特性上、閾値電圧を超える電圧が印加さなければ電流が流れず、また、印加電圧に応じて流れる電流が特定される。また、ＬＥＤ素子３１は、最大輝度を実現するために流すべき定格電流が存在し、この定格電流が流れたときに素子の両端に生じる電圧（ここでは、「順方向電圧Ｖｆ」と称する。）が、素子の特性によって決定される。
　ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力端子に、直接ＬＥＤ光源３を接続した場合について検討する。ＡＣ／ＤＣコンバータ６から出力される直流電圧Ｖ０（以下、単に「ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ０」と表記することがある。）が、ＬＥＤ素子３１の直列接続数６と順方向電圧Ｖｆとの積(６・Ｖｆ)よりも十分高い場合、ＬＥＤ素子群に対して定格電流を超える電流が流れ、各ＬＥＤ素子３１が破損することが想定される。
　これに対し、図５に示すように、本実施形態の照明装置１はＬＥＤ光源用回路部１３として電流調整素子１３ａを備える。この電流調整素子１３ａは、少なくとも抵抗成分を備えていればよい。具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧をＶ０、ＬＥＤ素子３１に流れる定格電流をＩｆ、ＬＥＤ素子３１に対して定格電流Ｉｆが流れたときの順方向電圧をＶｆ、直列接続されるＬＥＤ素子３１の素子数をｎとすると、電流調整素子１３ａが備える抵抗成分Ｒ13は、下記（１）式で算定されるＲの値に実質的に一致するように設定される。なお、（１）式における項(ｎ・Ｖｆ)は、定格電流Ｉｆが流れたときの、複数のＬＥＤ素子３１が直列接続されてなるＬＥＤ素子群の両端間電圧に対応する。
　Ｒ ＝ (Ｖ０ － ｎ・Ｖｆ) ／ Ｉｆ　　……（１）
　なお、「実質的に一致する」とは、誤差を許容することを意味しており、具体的には、電流調整素子１３ａに含まれる抵抗成分Ｒ13が、０．９Ｒ≦Ｒ13≦１．１Ｒであるものとして構わない。
　また、ＬＥＤ光源用回路部１３は、電流調整素子１３ａの他に調光用の制御部（不図示）を備えていても構わない。この場合、電流調整素子１３ａは制御部からの信号に基づいて抵抗値を可変できる構成であり、制御部は、ＬＥＤ光源３から出射される可視光Ｌ３の所望輝度に応じてＬＥＤ素子３１に対して流すべき電流Ｉ３を決定すると共に、ＬＥＤ素子３１に対して電流Ｉ３が流れるように電流調整素子１３ａの抵抗値を可変させるものとして構わない。
　図８は、照明装置１の別の構成例を図５にならって模式的に図示した図面である。図８の例では、ＬＥＤ光源３として、１２個のＬＥＤ素子３１が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群が４列に並列接続されて構成されている。
　既存のＬＥＤ照明装置に対して、ＵＶＣ光源２を新たに付加することで不活化機能付き照明装置１を実現する場合には、ＬＥＤ光源３の構成は容易に変更できないことが想定される。例えば、図８に示す例のように、直列に接続されたＬＥＤ素子３１の素子数が極めて多い場合には、ＬＥＤ素子３１に対して定格電流Ｉｆが流れたときの順方向電圧Ｖｆと素子数ｎ（ここでは１２）の積(ｎ・Ｖｆ)が、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ０よりも大きくなる、すなわち、上記（１）式における(Ｖ０－ｎ・Ｖｆ)の値が負になることが想定される。
　このような場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力端子に、直接ＬＥＤ光源３を接続すると、各ＬＥＤ素子３１に対して発光に必要な閾値電圧が印加されず、ＬＥＤ光源３が発光しないことが生じ得る。
　これに対し、図８に示すように、本実施形態の照明装置１は、ＬＥＤ光源用回路部１３として電流調整素子１３ａとＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｂを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ０を直流電圧Ｖ４に昇圧する回路であり、例えば、図９に示すような回路構成で実現される。図９に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｂは、図６に示すＡＣ／ＤＣコンバータ６とは異なり、整流回路やトランスを必要としないため、小さい回路規模で実現できる。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｂは、理想的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ０を、ＬＥＤ素子３１に対して定格電流Ｉｆが流れたときの順方向電圧Ｖｆと直列接続されるＬＥＤ素子３１の素子数ｎの積(ｎ・Ｖｆ)で表される直流電圧Ｖ４に昇圧するように設計される。
　ただし、実際には、ＬＥＤ素子３１に流れる電流Ｉ３を調整するための、電流調整素子１３ａを備えるのが設計時の自由度を高める観点で好ましい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｂは、(ｎ・Ｖｆ)よりも高い電圧で表される直流電圧Ｖ４に昇圧しておき、電流調整素子１３ａによって接続される抵抗成分Ｒ13は、下記（２）式で算定されるＲの値に実質的に一致するように設定されるものとして構わない。
　Ｒ ＝ (Ｖ４ － ｎ・Ｖｆ) ／ Ｉｆ　　……（２）
　［別実施形態］
　以下、別実施形態につき説明する。
　〈１〉上述した照明装置１は、図１に示すダウンライト型の構造を示す場合を想定して説明したが、他の構造を採用することも可能である。図１０は、照明装置１がスポットライト型である場合の模式的な斜視図である。
　図１０に示す照明装置１は、全体が円筒形状の灯具６２と、この灯具６２の側面に一端が取り付けられたアーム６３と、天井に固定されると共にアーム６３の他端が取り付けられた保持部６４を含む。灯具６２が、筐体を構成する。
　灯具６２の内部には、ＵＶＣ光源２、ＬＥＤ光源３、及び上述した点灯用の回路（ＡＣ／ＤＣコンバータ６、ＵＶＣ光源用回路部１２、ＬＥＤ光源用回路部１３）が収容されている。灯具６２の前端面６２ａには光取り出し面５が設けられ、光取り出し面５から不活化用の紫外線Ｌ２と、照明用の可視光Ｌ３が出射される。灯具６２について、数値例を挙げると、前端面６２ａとその反対側の後端面は共に、φ１５０ｍｍ、長さ２３２ｍｍである。灯具６２は、紫外線Ｌ２と可視光Ｌ３の出射方向を可変するために、水平方向又は鉛直方向に対して、回転又は傾斜移動が可能であってもよい。
　〈２〉上記実施形態では、ＵＶＣ光源２がエキシマランプ（又は発光管２１の管壁に蛍光体が配置された誘電体バリア放電ランプ）である場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、ＵＶＣ光源２が、２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線Ｌ２を発するＬＥＤ（ＵＶ－ＬＥＤ）光源である場合にも、適用可能である。
　〈３〉ＵＶＣ光源用回路部１２は、人感センサを備えるものとしても構わない。具体的には、人感センサが対象空間内に人間の存在を検知すると、制御部４２がスイッチング素子４１に対する制御動作を停止してＵＶＣ光源２を消灯するものとして構わない。また、制御部４２は、対象空間内に人間が所定時間以上存在しないことを確認すると、上述したスイッチング素子４１に対する制御動作を開始して、ＵＶＣ光源２を点灯するものとしても構わない。
１　　　　　：不活化機能付き照明装置
２　　　　　：ＵＶＣ光源
３　　　　　：ＬＥＤ光源
４　　　　　：筐体
４ａ　　　　：上部領域
４ｂ　　　　：下部領域
５　　　　　：光取り出し面
５ａ，５ｂ　　　　：光取り出し面の領域
６　　　　　：ＡＣ／ＤＣコンバータ
９　　　　　：商用電源
１０　　　　：基板
１２　　　　：ＵＶＣ光源用回路部
１３　　　　：ＬＥＤ光源用回路部
１３ａ　　　：電流調整素子
１３ｂ　　　：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１　　　　：発光管
２２　　　　：電極
２５　　　　：フィルタ部材
３０　　　　：基板
３１　　　　：ＬＥＤ素子
４０　　　　：トランス
４１　　　　：スイッチング素子
４２　　　　：制御部
４３　　　　：平滑コンデンサ
５１　　　　：整流回路
５２　　　　：トランス回路
６２　　　　：灯具
６２ａ　　　：灯具の前端面
６３　　　　：アーム
６４　　　　：保持部
Ｇ２０　　　：発光ガス
Ｌ２　　　　：紫外線
Ｌ３　　　　：可視光

Claims (7)

  1. 　２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線を出射するＵＶＣ光源と、
    　可視光を出射するＬＥＤ光源と、
    　外部電源に接続され、前記外部電源に由来する交流電圧を直流電圧に変換して出力する単一のＡＣ／ＤＣコンバータと、
    　前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を前記ＵＶＣ光源の点灯用電圧に変換して前記ＵＶＣ光源に供給するＵＶＣ光源用回路部と、
    　前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を前記ＬＥＤ光源の点灯用電流に変換して前記ＬＥＤ光源に供給するＬＥＤ光源用回路部とを備えたことを特徴とする、不活化機能付き照明装置。
  2. 　前記ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群を、一列又は相互に並列接続した複数列含み、
    　前記ＬＥＤ素子群の両端間電圧は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧より低く、
    　前記ＬＥＤ光源用回路部は抵抗成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の不活化機能付き照明装置。
  3. 　前記ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されてなるＬＥＤ素子群を、一列又は相互に並列接続された複数列含み、
    　前記ＬＥＤ素子群の両端間電圧は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧より高く、
    　前記ＬＥＤ光源用回路部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の不活化機能付き照明装置。
  4. 　前記ＬＥＤ光源用回路部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側端子と前記ＬＥＤ光源との間の位置に配置された抵抗成分を含むことを特徴とする、請求項３に記載の不活化機能付き照明装置。
  5. 　前記ＵＶＣ光源と前記ＬＥＤ光源とを収容する筐体を含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の不活化機能付き照明装置。
  6. 　前記筐体は、前記ＵＶＣ光源から出射される前記紫外線と、前記ＬＥＤ光源から出射される前記可視光の双方を外部に取り出すための共通の光取り出し面を有し、スポットライト又はダウンライトの形状を呈することを特徴とする、請求項５に記載の不活化機能付き照明装置。
  7. 　前記ＵＶＣ光源は、前記紫外線のうち、波長２４０ｎｍを超える波長域に属する成分の光強度を抑制するフィルタ部材を備えることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の不活化機能付き照明装置。
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