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JP7705090B2 - Ultraviolet light irradiation device - Google Patents
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Description

本発明は、紫外光照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet light irradiation device.

従来から、殺菌を目的として紫外光を照射する、紫外光照射装置が知られている。紫外光は肉眼で認識できないため、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認することが難しい。そこで、特許文献1では、紫外光照射装置の筐体の一部を構成する、紫外光を透過しないカバーの一部領域、または基板上の発光素子がない一部領域に、紫外光が入射すると可視光を出射する蛍光体を配置することにより、紫外光照射装置から紫外光が照射されていることを、可視光で確認する方法が知られている。 Conventionally, ultraviolet light irradiation devices that irradiate ultraviolet light for the purpose of sterilization have been known. Because ultraviolet light cannot be seen by the naked eye, it is difficult to confirm whether ultraviolet light is being irradiated from an ultraviolet light irradiation device. Therefore, in Patent Document 1, a method is known in which visible light is used to confirm that ultraviolet light is being irradiated from an ultraviolet light irradiation device by arranging a phosphor that emits visible light when ultraviolet light is incident on it in a partial area of a cover that does not transmit ultraviolet light, which constitutes part of the housing of the ultraviolet light irradiation device, or in a partial area on a board where there are no light-emitting elements.

特開2020-167147号公報JP 2020-167147 A

特許文献1の紫外光照射装置では、本来であれば殺菌のために筐体の外部に向けて照射するべき紫外光の一部を、蛍光体が配置された位置に向けて照射せねばならず、紫外光の利用効率が低下する。そこで、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認でき、かつ、紫外光の利用効率の高い紫外光照射装置を提供することを目的とする。 In the ultraviolet light irradiation device of Patent Document 1, a portion of the ultraviolet light that should be irradiated toward the outside of the housing for sterilization must be irradiated toward the position where the phosphor is placed, reducing the efficiency of ultraviolet light usage. Therefore, the objective of this invention is to provide an ultraviolet light irradiation device that can confirm whether ultraviolet light is being irradiated from the ultraviolet light irradiation device and has high ultraviolet light usage efficiency.

本発明の紫外光照射装置は、波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光を含む、紫外光を発光する固体光源を、主面上に配置した基板と、
前記固体光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、
前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、
前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備える。
The ultraviolet light irradiation device of the present invention includes a substrate having a main surface on which a solid-state light source is disposed that emits ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less;
a housing that houses the solid-state light source and has a light extraction section that extracts the ultraviolet light to the outside;
a phosphor that is disposed at a position where the returning ultraviolet light is incident and emits visible light when the returning ultraviolet light is incident thereon;
The optical filter includes an optical filter that does not transmit light belonging to the second wavelength band of the ultraviolet light, but transmits light belonging to the first wavelength band and the visible light.

はじめに、固体光源が発光する紫外光は、「波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光」を含んでいる。「波長190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光」は、被照射物を殺菌する(ウイルスの不活化することを含む。以下同じ。)効果を有するとともに、人体への有害性が極めて低い性質を有する。他方、「波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光」は、人体への有害性が懸念される紫外光である。 First, the ultraviolet light emitted by a solid-state light source includes "light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm, and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less." "Light belonging to the first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm" has the effect of sterilizing the irradiated object (including inactivating viruses; the same applies below), and has the property of being extremely low in harmfulness to the human body. On the other hand, "light belonging to the second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less" is ultraviolet light of which there are concerns about its harmfulness to the human body.

本明細書において、「波長帯域に属する光」という表現は、この光が、当該波長帯域に含まれる少なくとも一部の波長において発光していればよく、当該波長帯域の全域で発光スペクトルを有しなくてもよい。本明細書において、前記第一波長帯域に属する光を、「有益光」と呼ぶことがある。以降、前記第二波長帯域に属する光を、「有害光」と呼ぶことがある。 In this specification, the expression "light belonging to a wavelength band" means that this light is emitted at at least some of the wavelengths included in the wavelength band, and does not have to have an emission spectrum over the entire wavelength band. In this specification, the light belonging to the first wavelength band may be referred to as "beneficial light." Hereinafter, the light belonging to the second wavelength band may be referred to as "harmful light."

紫外光照射装置は、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光を透過する光学フィルタを設ける。これにより、固体光源が発光する有益光を有人空間に到達させるとともに、固体光源が発光する有害光を光学フィルタによって反射させて、有害光が有人空間に到達しないようにする。 The ultraviolet light irradiation device is provided with an optical filter that does not transmit light belonging to the second wavelength band and transmits light belonging to the first wavelength band. This allows the beneficial light emitted by the solid-state light source to reach the occupied space, while the harmful light emitted by the solid-state light source is reflected by the optical filter, preventing the harmful light from reaching the occupied space.

本明細書において、「有人空間」とは、実際に人がいるか否かは問わず、人が立ち入ることのできる空間を意味する。有人空間には、例えば、住宅、事業所、学校、病院もしくは劇場などの建物内の空間、又は、例えば、自動車、バス、電車もしくは飛行機などの乗り物内の空間を含む。有人空間は屋外でも構わない。 As used herein, "populated space" means a space that can be entered by people, regardless of whether or not people are actually present. Populated spaces include, for example, spaces inside buildings such as homes, offices, schools, hospitals, or theaters, or spaces inside vehicles such as cars, buses, trains, or airplanes. Populated spaces may also be outdoors.

紫外光照射装置を提供することは、国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標3「あらゆる年齢の全ての人々が健康的な生活を確保し、福祉を促進する」に対応し、また、ターゲット3.3「2030年までに、エイズ、結核、マラリア及び顧みられない熱帯病といった伝染病を根絶するとともに、肝炎、水系感染症及びその他の感染症に対処する」に大きく貢献するものである。 Providing UV light irradiation devices 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 will also make a significant contribution to Target 3.3, "By 2030, end the epidemics of AIDS, tuberculosis, malaria and neglected tropical diseases, and combat hepatitis, water-borne and other infectious diseases."

紫外光照射装置には、光取出し部から取り出されない紫外光の戻り光が存在する。鋭意研究の結果、本発明者は、戻り光を活用して蛍光体を発光させることを着想した。戻り光を蛍光体に入射させて可視光を得て、この可視光により固体光源が発光しているか否かを確認する。本明細書において、「可視光」は、人間が視認可能な、波長が380~780nmの波長帯域に属する光である。 In ultraviolet light irradiation devices, there is return ultraviolet light that is not extracted from the light extraction section. As a result of intensive research, the inventor came up with the idea of using the return light to make the phosphor emit light. The return light is made incident on the phosphor to obtain visible light, and it is confirmed whether the solid-state light source is emitting light using this visible light. In this specification, "visible light" is light that is visible to humans and has a wavelength band of 380 to 780 nm.

詳細は後述するが、「戻り光」とは、固体光源の発光位置から筐体の外へ向かう光が光学フィルタで反射されて戻る光か、または、光学フィルタに入射する入射角を小さくするための透過光学系の入射面又は反射面で反射されて戻る光である。それゆえ、戻り光を使用して蛍光体を発光させても、紫外光の利用効率に影響を与えにくい。 Details will be given later, but "return light" refers to light that travels from the light-emitting position of the solid-state light source to the outside of the housing and is reflected by an optical filter and returned, or light that is reflected by the entrance or reflection surface of a transmission optical system that reduces the angle of incidence on the optical filter and returned. Therefore, even if the return light is used to emit light from the phosphor, it is unlikely to affect the efficiency of use of ultraviolet light.

前記光取出し部に前記光学フィルタが配置され、前記固体光源と前記光学フィルタとの間に、前記紫外光及び前記可視光が前記光学フィルタに入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されていても構わない。第一波長帯域に属する光が光学フィルタを透過しやすくなり、紫外光照射効率が向上する。 The optical filter may be disposed in the light extraction section, and a transmission optical system may be disposed between the solid-state light source and the optical filter to reduce the angle of incidence of the ultraviolet light and the visible light on the optical filter. This makes it easier for light belonging to the first wavelength band to pass through the optical filter, improving the efficiency of ultraviolet light irradiation.

複数の前記固体光源が前記主面上に配列されており、
前記透過光学系は、複数の小レンズが配列されるレンズアレイを含み、前記小レンズの各々は、前記複数の固体光源の各々に一対一で対向配置されていても構わない。
A plurality of the solid-state light sources are arranged on the main surface,
The transmission optical system may include a lens array in which a plurality of small lenses are arranged, and each of the small lenses may be disposed opposite one of the plurality of solid-state light sources.

前記蛍光体は、前記主面上の前記複数の前記固体光源を除く領域に、連続して配置されても構わない。 The phosphor may be disposed continuously in an area on the main surface excluding the plurality of solid-state light sources.

前記蛍光体は、前記固体光源の外縁に接するように配置されても構わない。 The phosphor may be disposed so as to be in contact with the outer edge of the solid-state light source.

前記蛍光体の各々は、前記複数の前記固体光源の各々を囲む枠形状であっても構わない。これにより、紫外光が照射される領域の外縁を強く照明できるため、外縁の視認性を高められる。特に、前記固体光源の外縁に接するような枠形状である場合には、各固体光源の個々の点灯状態を判別し易くなる。 Each of the phosphors may be in a frame shape surrounding each of the plurality of solid-state light sources. This allows the outer edge of the area irradiated with ultraviolet light to be strongly illuminated, improving the visibility of the outer edge. In particular, when the phosphor has a frame shape that contacts the outer edge of the solid-state light source, it becomes easier to determine the individual lighting state of each solid-state light source.

前記蛍光体は、前記小レンズの各々に対向するように、前記主面上に分散して配置されても構わない。これにより、紫外光が照射されているか否かの確認のみならず、紫外光が照射される位置を可視光で視認できる。 The phosphors may be distributed on the main surface so as to face each of the small lenses. This allows not only confirmation of whether or not ultraviolet light is being irradiated, but also visual confirmation of the position where the ultraviolet light is being irradiated with visible light.

前記蛍光体の各々は、前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在するように、配列されても構わない。これにより、紫外光が照射される領域の全部を可視光で照明できるため、照射領域の視認性を高められる。 The phosphors may be arranged so that the plurality of solid-state light sources and the plurality of phosphors are mixed. This allows the entire area irradiated with ultraviolet light to be illuminated with visible light, improving the visibility of the irradiated area.

前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在して配列されるとき、複数の蛍光体で構成される領域が、複数の前記固体光源で構成される領域を囲んでも構わない。または、前記蛍光体と前記固体光源とが交互に配置されても構わない。 When the plurality of solid-state light sources and the plurality of phosphors are arranged in a mixed manner, the region made up of the plurality of phosphors may surround the region made up of the plurality of solid-state light sources. Alternatively, the phosphors and the solid-state light sources may be arranged alternately.

前記蛍光体は、前記第二波長帯域における励起光の最低強度が前記第一波長帯域における励起光の最低強度より高い励起スペクトルを有しても構わない。第二波長帯域の光を効果的に利用して、励起光の強度を高めることができる。 The phosphor may have an excitation spectrum in which the minimum intensity of the excitation light in the second wavelength band is higher than the minimum intensity of the excitation light in the first wavelength band. The intensity of the excitation light can be increased by effectively using the light in the second wavelength band.

前記蛍光体はLaPO:Ce,Tb系蛍光体であっても構わない。 The phosphor may be a LaPO 4 :Ce, Tb phosphor.

前記蛍光体は二種以上の蛍光体から構成されても構わない。 The phosphor may be composed of two or more types of phosphors.

前記固体光源はLEDであっても構わない。 The solid-state light source may be an LED.

紫外光を効果的に出射し、かつ、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認できる、紫外光照射装置を提供できる。 It is possible to provide an ultraviolet light irradiation device that can effectively emit ultraviolet light and can confirm whether or not ultraviolet light is being irradiated from the ultraviolet light irradiation device.

紫外光照射装置の第一実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an ultraviolet light irradiation device. 固体光源を主面上に配置した基板を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a substrate having a solid-state light source disposed on a main surface thereof. 図1のE1領域の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of region E1 of FIG. 光学フィルタの透過スペクトルを入射角別に示すグラフである。1 is a graph showing the transmission spectrum of an optical filter for each angle of incidence. 紫外光照射装置から出射する紫外光と可視光の配光曲線を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing light distribution curves of ultraviolet light and visible light emitted from an ultraviolet light irradiation device. 蛍光体(LAP)の励起スペクトルの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the excitation spectrum of a phosphor (LAP). 紫外光照射装置の第一実施形態の変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the first embodiment of the ultraviolet light irradiation device. 紫外光照射装置の第二実施形態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a second embodiment of the ultraviolet light irradiation device. 紫外光照射装置の第三実施形態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a third embodiment of the ultraviolet light irradiation device. 第三実施形態の、固体光源を配置した基板を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a substrate on which a solid-state light source is arranged according to a third embodiment. 第三実施形態の、紫外光と可視光の相対光強度分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relative light intensity distribution of ultraviolet light and visible light in the third embodiment. 第三実施形態の、固体光源を配置した基板の変形例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating a modified example of a substrate on which solid-state light sources are arranged in the third embodiment. 第三実施形態の変形例の、紫外光と可視光の相対光強度分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relative light intensity distribution of ultraviolet light and visible light in a modified example of the third embodiment. 第三実施形態の、固体光源を配置した基板の変形例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating a modified example of a substrate on which solid-state light sources are arranged in the third embodiment. 固体光源ではない光源を使用した紫外光照射装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an ultraviolet light irradiation device using a light source that is not a solid-state light source.

紫外光照射装置の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、グラフを除く各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 An embodiment of an ultraviolet light irradiation device will be described with reference to the drawings. Note that each drawing, except for the graphs, is a schematic illustration, and the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios, and the dimensional ratios between the drawings do not necessarily match.

以下において、図面の一部はXYZ座標系を参照しながら説明される。本明細書において、正負の向きを区別して方向を表現する場合には、例えば、「+X方向」、「-X方向」のように、正負の符号を付して記載される。正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、例えば「X方向」のように、正負の符号を付すことなく記載される。すなわち、本明細書において、単に「X方向」と記載されている場合には、「+X方向」と「-X方向」の双方が含まれる。Y方向及びZ方向についても同様である。以下に述べる実施形態では、紫外光照射装置からの出射光の光軸上の光線が進行する方向を、「+Z方向」として表す。 In the following, some of the drawings will be described with reference to the XYZ coordinate system. In this specification, when a direction is expressed by distinguishing between positive and negative directions, it is described with a positive or negative sign, for example, "+X direction" and "-X direction". When a direction is expressed without distinguishing between positive and negative directions, it is described without a positive or negative sign, for example, "X direction". In other words, in this specification, when it is simply described as "X direction", both "+X direction" and "-X direction" are included. The same applies to the Y direction and Z direction. In the embodiment described below, the direction in which the light rays on the optical axis of the light emitted from the ultraviolet light irradiation device travel is represented as "+Z direction".

<第一実施形態>
[紫外光照射装置]
図1を参照しながら、紫外光照射装置の第一実施形態を説明する。図1は、紫外光照射装置10のXZ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置10は、少なくとも一つの固体光源1を配置した基板2と、基板2を囲む枠体3と、蛍光体5と、固体光源1が発光する有益光を透過し、固体光源1が発光する有害光の透過を妨げる光学フィルタ7と、を有する。
First Embodiment
[Ultraviolet light irradiation device]
A first embodiment of an ultraviolet light irradiation device will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view along the XZ plane of an ultraviolet light irradiation device 10. The ultraviolet light irradiation device 10 includes a substrate 2 on which at least one solid-state light source 1 is arranged, a frame 3 surrounding the substrate 2, a phosphor 5, and an optical filter 7 that transmits useful light emitted by the solid-state light source 1 and prevents harmful light emitted by the solid-state light source 1 from passing through.

本実施形態において、固体光源1の出射面、及び固体光源1の配置された基板2の主面は、XY平面に平行に配置されている。そして、基板2は、枠体3とともに、固体光源1を収容する筐体4を構成する。すなわち、基板2が、筐体4の一部として機能する。なお、変形例として、紫外光照射装置は、筐体4として機能しない基板2を、筐体4とは別に備えても構わない。 In this embodiment, the emission surface of the solid-state light source 1 and the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged are arranged parallel to the XY plane. The substrate 2, together with the frame 3, constitutes the housing 4 that houses the solid-state light source 1. In other words, the substrate 2 functions as a part of the housing 4. As a modified example, the ultraviolet light irradiation device may include a substrate 2 that does not function as the housing 4, separate from the housing 4.

固体光源1で発光した光を筐体4の外へ取り出す光取出し部6は、筐体4が外に開く領域である。光学フィルタ7が光取出し部6に配置される。光学フィルタ7を透過した光線束F1(各固体光源1から出射する光線のうち最大放射強度を示す光線の1/2以上の放射強度を有する光線で構成される光線の集まり)が、+Z方向に沿うD1方向に出射し、有人空間を殺菌する。 The light extraction section 6, which extracts the light emitted by the solid-state light source 1 to the outside of the housing 4, is an area where the housing 4 opens outward. An optical filter 7 is disposed in the light extraction section 6. The light beam F1 (a collection of light rays having a radiation intensity of at least half the radiation intensity of the light rays that show the maximum radiation intensity among the light rays emitted from each solid-state light source 1) that has passed through the optical filter 7 is emitted in the direction D1 along the +Z direction, and sterilizes the occupied space.

「光学フィルタ7が光取出し部6に配置される」とは、光取出し部6より取り出される光が光学フィルタ7を透過するように、光学フィルタ7が光取出し部6(筐体4が開く領域)を塞ぐように配置されることを表す。本明細書では、基板2及び枠体3で構成される筐体4、並びに光学フィルタ7で囲まれた内部を、筐体4の内部と呼ぶことがある。なお、光学フィルタ7の配置場所は上述した位置に限らない。例えば、光学フィルタ7を固体光源1に組み込むように配置してもよく、光学フィルタ7を固体光源1に接するように配置してもよい。 "The optical filter 7 is disposed in the light extraction section 6" means that the optical filter 7 is disposed so as to cover the light extraction section 6 (the area where the housing 4 opens) so that the light extracted from the light extraction section 6 passes through the optical filter 7. In this specification, the housing 4 composed of the substrate 2 and the frame 3, and the interior surrounded by the optical filter 7 may be referred to as the interior of the housing 4. Note that the location of the optical filter 7 is not limited to the above-mentioned position. For example, the optical filter 7 may be disposed so as to be incorporated into the solid-state light source 1, or the optical filter 7 may be disposed so as to be in contact with the solid-state light source 1.

光学フィルタ7は、波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光を透過せず、反射する(又は、光の一部を吸収する)機能を有する。光学フィルタ7は、第二波長帯域の全域を透過せず、反射(又は一部を吸収)するとよい。 The optical filter 7 has a function of not transmitting light belonging to the second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less, and reflecting the light (or absorbing a portion of the light). It is preferable that the optical filter 7 not transmit the entire second wavelength band, and reflects the light (or absorbs a portion of the light).

光学フィルタ7は、母材となる基板上に屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜で構成される。特定波長帯域に属する光は誘電体多層膜を貫通せず、誘電体多層膜で反射される。誘電体多層膜として、例えば、HfO層及びSiO層が交互に積層されたもの、並びに、SiO層及びAl層が交互に積層されたものがある。HfO層及びSiO層が交互に積層された誘電体多層膜層は、SiO層及びAl層が交互に積層された誘電多層膜層よりも、同じ波長選択特性を得るための層数を少なくすることができる。よって、選択した紫外光の透過率を高めることができる。母材は、紫外光及び可視光に対して透過性を示す材料、例えば石英ガラスであるとよい。 The optical filter 7 is composed of a dielectric multilayer film in which dielectric films with different refractive indices are alternately stacked on a substrate serving as a base material. Light belonging to a specific wavelength band does not penetrate the dielectric multilayer film, but is reflected by the dielectric multilayer film. Examples of the dielectric multilayer film include a film in which HfO 2 layers and SiO 2 layers are alternately stacked, and a film in which SiO 2 layers and Al 2 O 3 layers are alternately stacked. A dielectric multilayer film layer in which HfO 2 layers and SiO 2 layers are alternately stacked can reduce the number of layers to obtain the same wavelength selection characteristics compared to a dielectric multilayer film layer in which SiO 2 layers and Al 2 O 3 layers are alternately stacked. Therefore, the transmittance of the selected ultraviolet light can be increased. The base material is preferably a material that exhibits transparency to ultraviolet light and visible light, such as quartz glass.

図2は、固体光源1を主面上に配置した基板2を示す図である。図2に示されるように、複数の固体光源1が、基板2の+Z側の主面上でX方向とY方向に一定間隔で配列されている。図2では9個の固体光源1を示しているが、固体光源1は、10個以上の固体光源1を有していてもよく、9個未満でもよく、少なくとも一つ有しているとよい。固体光源1は、+Z方向に光を出射する。 Figure 2 is a diagram showing a substrate 2 with solid-state light sources 1 arranged on its main surface. As shown in Figure 2, multiple solid-state light sources 1 are arranged at regular intervals in the X and Y directions on the main surface on the +Z side of the substrate 2. Although nine solid-state light sources 1 are shown in Figure 2, the solid-state light source 1 may have ten or more solid-state light sources 1, or may have fewer than nine, and it is preferable that the solid-state light source 1 has at least one. The solid-state light source 1 emits light in the +Z direction.

固体光源1は、波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光と、波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光と、を出射する。固体光源1は、例えば、最大強度を示す発光波長が235nmの発光波長スペクトルを有するLEDでもよいし、他の発光波長スペクトルを有するLEDでもよい。また、LEDではなく、他の固体光源、例えば、LDや有機ELなどを使用してもよい。なお、本明細書において、「固体光源」という用語は、LED、LD及び有機ELを含み、電球及びランプ(例えば、水銀ランプ又はエキシマランプ)を含まない概念である。 The solid-state light source 1 emits light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm, and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less. The solid-state light source 1 may be, for example, an LED having an emission wavelength spectrum with an emission wavelength of 235 nm showing maximum intensity, or an LED having another emission wavelength spectrum. Also, instead of an LED, other solid-state light sources such as LDs and organic ELs may be used. In this specification, the term "solid-state light source" is a concept that includes LEDs, LDs, and organic ELs, and does not include light bulbs and lamps (for example, mercury lamps or excimer lamps).

[蛍光体の配置]
蛍光体5(図2におけるハッチング領域)は、固体光源1より発光される紫外光によって励起されて、可視光を発光する波長変換素子の一種である。蛍光体5の具体的な材料については後述する。蛍光体5が、基板2の固体光源1が配置される主面上の、固体光源1を除く領域に、連続して配置されている。連続して配置された状態とは、複数の蛍光体5が互いに繋がって一つの蛍光体を構成しているような状態を表す。なお、後述する他の実施形態で示される、蛍光体5が分散された状態とは、複数の蛍光体5が互いに繋がっていない状態を表す。また、図1及び図2に示す実施形態において、蛍光体5は、基板2の固体光源1が配置される主面上の、固体光源1の外縁に接するように配置されているが、蛍光体5は、固体光源1の外縁から離れるように配置されても構わない。
[Phosphor Arrangement]
The phosphor 5 (hatched area in FIG. 2) is a type of wavelength conversion element that is excited by ultraviolet light emitted from the solid-state light source 1 and emits visible light. Specific materials for the phosphor 5 will be described later. The phosphor 5 is continuously arranged in an area excluding the solid-state light source 1 on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged. The state of being continuously arranged refers to a state in which a plurality of phosphors 5 are connected to each other to form one phosphor. Note that the state in which the phosphor 5 is dispersed, which will be described later in other embodiments, refers to a state in which a plurality of phosphors 5 are not connected to each other. In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2, the phosphor 5 is arranged so as to be in contact with the outer edge of the solid-state light source 1 on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged, but the phosphor 5 may be arranged away from the outer edge of the solid-state light source 1.

本実施形態では、蛍光体5が、固体光源1を除く領域の全体に薄膜状に積層されている。斯かる薄膜状の蛍光体5は、例えば、基板2上に蛍光体5を含むペーストをスクリーン印刷して形成されてもよく、蛍光体5を含むスラリーを塗布して焼成してもよい。 In this embodiment, the phosphor 5 is laminated in a thin film over the entire area except for the solid-state light source 1. Such a thin film of phosphor 5 may be formed, for example, by screen printing a paste containing phosphor 5 onto the substrate 2, or by applying a slurry containing phosphor 5 and firing it.

固体光源1から出射する光は+Z方向である。蛍光体5は、基板2上の固体光源1を除く領域に配置されており、固体光源1で発光した光が蛍光体5に直接入射しにくい位置に配置されている。固体光源1と蛍光体5との間に隙間があってもよいし、固体光源1と蛍光体5の間に遮光部材を配置してもよい。固体光源1からの光が蛍光体5に直接入射しないことは、固体光源1で発光した光を、蛍光体5で消費せず、有人空間に向けて照射できる。よって、紫外光の利用効率が低下しにくい。 The light emitted from the solid-state light source 1 is in the +Z direction. The phosphor 5 is disposed in an area on the substrate 2 excluding the solid-state light source 1, and is disposed in a position where the light emitted by the solid-state light source 1 is unlikely to directly enter the phosphor 5. There may be a gap between the solid-state light source 1 and the phosphor 5, or a light-shielding member may be disposed between the solid-state light source 1 and the phosphor 5. The fact that the light from the solid-state light source 1 does not directly enter the phosphor 5 means that the light emitted by the solid-state light source 1 is not consumed by the phosphor 5, and can be irradiated toward an occupied space. Therefore, the utilization efficiency of the ultraviolet light is less likely to decrease.

図3は、図1のE1領域の拡大図である。図3を参照しながら、固体光源1で発光した光の戻り光について説明する。光線L0は、固体光源1で発光した、第二波長帯域に属する有害光の光線の一例を表す。光線L0は光学フィルタ7で反射して、蛍光体5に向かう戻り光となる。詳細は後述するが、有害光は、光学フィルタ7に対する入射角にかかわらず、光学フィルタ7で反射されて、蛍光体5へ向かう戻り光となる。 Figure 3 is an enlarged view of region E1 in Figure 1. Referring to Figure 3, the return light of the light emitted by the solid-state light source 1 will be described. Light ray L0 represents an example of a ray of harmful light belonging to the second wavelength band emitted by the solid-state light source 1. Light ray L0 is reflected by the optical filter 7 and becomes return light toward the phosphor 5. Details will be described later, but regardless of the angle of incidence with respect to the optical filter 7, the harmful light is reflected by the optical filter 7 and becomes return light toward the phosphor 5.

光線L1と光線L2は、いずれも、固体光源1で発光した、第一波長帯域に属する有益光の光線の一例を示す。入射角(θ1,θ2)は、光学フィルタに入射する光線(L1,L2)と、光学フィルタ7の入射面に対する法線7Nとの間になす角で表される。光線L1は、光学フィルタ7に対する入射角の小さい低角度光線であるのに対し、光線L2は、光学フィルタ7に対する入射角の大きい高角度光線である。つまり、入射角θ2は、入射角θ1より大きい。有益光が光学フィルタ7を透過する透過率は、入射角の角度に依存する。図3では、低角度光線である光線L1が光学フィルタ7を透過するのに対し、高角度光線である光線L2は、光学フィルタ7を透過せずに反射されて、蛍光体5に向かう戻り光となる様子を示している。 Light ray L1 and light ray L2 are both examples of useful light rays belonging to the first wavelength band emitted by the solid-state light source 1. The angles of incidence (θ1, θ2) are expressed as the angles between the light rays (L1, L2) incident on the optical filter and the normal 7N to the incident surface of the optical filter 7. Light ray L1 is a low-angle light ray with a small angle of incidence on the optical filter 7, while light ray L2 is a high-angle light ray with a large angle of incidence on the optical filter 7. In other words, the angle of incidence θ2 is larger than the angle of incidence θ1. The transmittance of useful light through the optical filter 7 depends on the angle of incidence. In FIG. 3, light ray L1, which is a low-angle light ray, passes through the optical filter 7, while light ray L2, which is a high-angle light ray, is reflected without passing through the optical filter 7, and becomes return light toward the phosphor 5.

図4は、光学フィルタ7の透過率スペクトルの一例を、紫外光が光学フィルタ7に対して入射する際の入射角別に示すグラフである。図4の240nm未満の透過率から、同じ波長の光線であっても、入射角θ(deg)が大きくなるほど透過率が低下する様子がわかる。 Figure 4 is a graph showing an example of the transmittance spectrum of the optical filter 7 for each angle of incidence when ultraviolet light is incident on the optical filter 7. From the transmittance below 240 nm in Figure 4, it can be seen that even for light rays of the same wavelength, the transmittance decreases as the angle of incidence θ (deg) increases.

まとめると、本実施形態では、第二波長帯域に属する有害光、及び第一波長帯域に属する光学フィルタ7に対する入射角θの大きな高角度成分の有益光が、光学フィルタ7から蛍光体5に向かう戻り光となる。そして、戻り光が蛍光体5に入射すると、蛍光体5が励起されて可視光を出射する。なお、光学フィルタ7は、可視光に対して高い透過率を有し、可視光線の光学フィルタ7に対する入射角が大きくなっても、戻り光となることは少ない。よって、光学フィルタ7は、蛍光体5から出射される可視光に制限を与えにくい。 In summary, in this embodiment, harmful light belonging to the second wavelength band and useful light of the high-angle component belonging to the first wavelength band and having a large incident angle θ on the optical filter 7 become return light from the optical filter 7 toward the phosphor 5. When the return light enters the phosphor 5, the phosphor 5 is excited and emits visible light. Note that the optical filter 7 has a high transmittance for visible light, and so even if the incident angle of visible light on the optical filter 7 becomes large, there is little return light. Therefore, the optical filter 7 does not easily restrict the visible light emitted from the phosphor 5.

[蛍光体を使用した発光確認]
図5は、紫外光照射装置10から出射する紫外光(有益光)と可視光の配光曲線を示す図である。図5において、紫外光の配光曲線にはUVと付され、可視光の配光曲線にはVISと付されている。0度と180度を結ぶ線は、紫外光照射装置10における光学フィルタ7の出射面と平行な線である。紫外光照射装置10から90度方向に延びる線は、光学フィルタ7の出射面に対する法線と重なり、出射光の光軸に沿う線である。紫外光(有益光)は、入射角の小さい光成分の比率が高まる。よって、光学フィルタ7を出射する紫外光の配光分布UVは配光角が小さく、光軸方向に指向性を有する光となる。
[Checking luminescence using phosphor]
FIG. 5 is a diagram showing the light distribution curves of ultraviolet light (useful light) and visible light emitted from the ultraviolet light irradiation device 10. In FIG. 5, the light distribution curve of ultraviolet light is labeled UV, and the light distribution curve of visible light is labeled VIS. The line connecting 0 degrees and 180 degrees is a line parallel to the exit surface of the optical filter 7 in the ultraviolet light irradiation device 10. The line extending in the 90-degree direction from the ultraviolet light irradiation device 10 overlaps with the normal to the exit surface of the optical filter 7 and is a line along the optical axis of the exit light. The ultraviolet light (useful light) has a high ratio of light components with small angles of incidence. Therefore, the light distribution UV of the ultraviolet light emitted from the optical filter 7 has a small light distribution angle and is light with directivity in the optical axis direction.

可視光VISは、光学フィルタ7における透過率の入射角依存性が小さい。そのため、可視光VISは、ランベルトの余弦則に従う円形に近い配光分布となり、可視光VISの指向性は小さい。 Visible light VIS has a small incidence angle dependency of transmittance in the optical filter 7. Therefore, visible light VIS has a light distribution that is close to circular according to Lambert's cosine law, and the directionality of visible light VIS is small.

これより、可視光の配光曲線VISが紫外光の配光曲線UVよりも広くなる。図5に示されるように、具体的には、放射強度がピーク強度に対して半値となる配光角度は、可視光の配光曲線VISでは53度付近であるのに対し、紫外光の配光曲線UVは17度付近となり、可視光の配光曲線VISの方が、紫外光の配光曲線UVよりも広い配光角度となる。そうすると、紫外光の被照射領域に入らなくても、可視光が出射されているかを認識することで、紫外光が出射しているか否かを知ることができる。これにより、紫外光照射装置の動作確認を簡単にできる。また、蛍光体5から出射する可視光を、通常の照明光として利用できる。 As a result, the visible light distribution curve VIS is wider than the ultraviolet light distribution curve UV. As shown in FIG. 5, specifically, the light distribution angle at which the radiation intensity is half the peak intensity is around 53 degrees for the visible light distribution curve VIS, whereas it is around 17 degrees for the ultraviolet light distribution curve UV, making the visible light distribution curve VIS a wider light distribution angle than the ultraviolet light distribution curve UV. In this way, even if the visible light does not enter the ultraviolet light irradiated area, it is possible to know whether ultraviolet light is being emitted by recognizing whether visible light is being emitted. This makes it easy to check the operation of the ultraviolet light irradiation device. Also, the visible light emitted from the phosphor 5 can be used as normal illumination light.

[蛍光体の材料]
本実施形態では、蛍光体5として、LaPO:Ce,Tb系(LAP)の蛍光体を使用している。LAPは、紫外光が入射すると緑色の光を出射する。
[Phosphor material]
In this embodiment, a LaPO 4 :Ce, Tb (LAP) based phosphor is used as the phosphor 5. LAP emits green light when ultraviolet light is incident on it.

図6は、本実施形態の蛍光体5の励起スペクトルを示す。相対強度が高いほど、当該波長における光を多く吸収し、可視光に変換する。図6を見ると、波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域WB2における励起光の相対強度の最低値P1が、波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域WB1における励起光の相対強度の最低値P2より高いことがわかる。これは、有害光による発光効率が、有益光の発光効率より高い蛍光体であることを示す指標のひとつである。光学フィルタ7からの戻り光は有害光を多く含むため、有害光に対して発光しやすい蛍光体5を使用すると、戻り光からより多くの可視光を出射できる。なお、図6に示される励起スペクトルは、LAPの一例であり、励起スペクトルは蛍光体5を構成するCe又はTbの成分比等によって異なる。 Figure 6 shows the excitation spectrum of phosphor 5 of this embodiment. The higher the relative intensity, the more light at that wavelength is absorbed and converted into visible light. Looking at Figure 6, it can be seen that the minimum value P1 of the relative intensity of the excitation light in the second wavelength band WB2, which has a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less, is higher than the minimum value P2 of the relative intensity of the excitation light in the first wavelength band WB1, which has a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm. This is one indicator that the phosphor has a higher luminous efficiency due to harmful light than the luminous efficiency of useful light. Since the return light from the optical filter 7 contains a lot of harmful light, if a phosphor 5 that easily emits light in response to harmful light is used, more visible light can be emitted from the return light. Note that the excitation spectrum shown in Figure 6 is an example of LAP, and the excitation spectrum varies depending on the component ratio of Ce or Tb that constitutes the phosphor 5, etc.

蛍光体5はLAPに限定されない。他の色の蛍光体(例えば、BaMgAl1017:Euの青色蛍光体、又は、(Y,Gd)BO:Euの赤色蛍光体)でもよく、二種以上の蛍光体を使用してもよい。例えば、緑色、赤色及び青色の3波長を混合したPDP用蛍光体でもよく、ハロリン酸カルシウムのような照明用白色蛍光灯に使用される蛍光体でもよい。 The phosphor 5 is not limited to LAP. It may be a phosphor of another color (e.g., a blue phosphor of BaMgAl10O17 :Eu or a red phosphor of (Y,Gd) BO3 :Eu), or two or more kinds of phosphors may be used. For example, it may be a phosphor for PDPs that mixes three wavelengths of green, red, and blue, or it may be a phosphor used in white fluorescent lamps for illumination, such as calcium halophosphate.

[変形例]
図7を参照しながら、第一実施形態の変形例を説明する。図7は、紫外光照射装置20のXZ平面に沿う断面図である。なお、以下に説明する事項以外については、上述した紫外光照射装置10と異なる部分を中心に説明し、説明していない事項は、上述した紫外光照射装置10と同様の構成である。後述する他の実施形態及びその変形例についても同様に、異なる部分を中心に説明する。
[Modification]
A modified example of the first embodiment will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 20 along the XZ plane. Note that, except for the matters described below, the description will focus on the parts that are different from the ultraviolet light irradiation device 10 described above, and the matters that are not described have the same configuration as the ultraviolet light irradiation device 10 described above. Similarly, the description will focus on the different parts for other embodiments and their modified examples described below.

紫外光照射装置20では、蛍光体5は、基板2上に設けられるだけでなく、枠体3の内壁面と、光学フィルタ7の内側面に設けられている。蛍光体5が配置される枠体3の内壁面、及び光学フィルタ7の内側面は、光線束F2の外に位置している。光線束F2は、各固体光源1から出射する光線のうち最大放射強度を示す光線の1/2以上の放射強度を有する光線で構成される光線の集まりを表す。固体光源1で発光した光は、光線束F2の外に位置している蛍光体5に直接入射しにくい。しかしながら、光学フィルタ7で反射した戻り光は、枠体3の内壁面、及び光学フィルタ7の内側面に配置された蛍光体5に入射する。このようにして蛍光体5の形成領域を増やすことで、蛍光体5から、より強い可視光を出射できる。 In the ultraviolet light irradiation device 20, the phosphor 5 is not only provided on the substrate 2, but also on the inner wall surface of the frame 3 and the inner surface of the optical filter 7. The inner wall surface of the frame 3 on which the phosphor 5 is arranged and the inner surface of the optical filter 7 are located outside the light beam F2. The light beam F2 represents a collection of light rays composed of light rays having a radiation intensity of at least half of the light beam showing the maximum radiation intensity among the light rays emitted from each solid light source 1. The light emitted by the solid light source 1 is unlikely to directly enter the phosphor 5 located outside the light beam F2. However, the return light reflected by the optical filter 7 enters the phosphor 5 arranged on the inner wall surface of the frame 3 and the inner surface of the optical filter 7. By increasing the formation area of the phosphor 5 in this way, stronger visible light can be emitted from the phosphor 5.

<第二実施形態>
図8を参照しながら、紫外光照射装置の第二実施形態を説明する。図8は、紫外光照射装置30のXZ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置30は、光取出し部6に光学フィルタ7が配置され、固体光源1と光学フィルタ7との間に、紫外光及び可視光が光学フィルタ7に入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されている。透過光学系は、少なくとも一つの光学レンズから構成される。本実施形態では、透過光学系として、複数の小レンズが配列された、一つのレンズアレイ15が使用されるが、レンズアレイでなくても構わないし、複数枚のレンズを使用しても構わない。
Second Embodiment
A second embodiment of the ultraviolet light irradiation device will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 30 along the XZ plane. In the ultraviolet light irradiation device 30, an optical filter 7 is disposed in the light extraction unit 6, and a transmission optical system that reduces the angle of incidence of ultraviolet light and visible light on the optical filter 7 is disposed between the solid-state light source 1 and the optical filter 7. The transmission optical system is composed of at least one optical lens. In this embodiment, a single lens array 15 in which a plurality of small lenses are arranged is used as the transmission optical system, but it does not have to be a lens array, and a plurality of lenses may be used.

レンズアレイ15を構成する複数の小レンズの各々は、複数の固体光源1の各々に一対一で対向配置される。各小レンズは、各固体光源1からの光線束F2を平行光に近づけるように偏向することで、光学フィルタ7に入射する光線の入射角を小さくできる。これにより有益光が光学フィルタ7を透過しやすくなり、紫外光照射効率が向上する。さらに、本実施形態では、固体光源1から出射した紫外光の一部が、光学フィルタ7だけでなく、レンズアレイ15の入射面又は出射面においても反射する。よって、レンズアレイ15の入射面又は出射面で反射した紫外光が、蛍光体5を発光させる戻り光となる。 Each of the small lenses constituting the lens array 15 is arranged opposite each of the solid-state light sources 1 in a one-to-one relationship. Each small lens deflects the light beam F2 from each solid-state light source 1 so that it approaches parallel light, thereby reducing the angle of incidence of the light beam incident on the optical filter 7. This makes it easier for useful light to pass through the optical filter 7, improving the efficiency of ultraviolet light irradiation. Furthermore, in this embodiment, a portion of the ultraviolet light emitted from the solid-state light source 1 is reflected not only by the optical filter 7, but also by the entrance surface or exit surface of the lens array 15. Therefore, the ultraviolet light reflected by the entrance surface or exit surface of the lens array 15 becomes return light that causes the phosphor 5 to emit light.

<第三実施形態>
図9を参照しながら、紫外光照射装置の第三実施形態を説明する。図9は、紫外光照射装置40のXZ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置40は、光取出し部6に光学フィルタ7が配置され、固体光源1と光学フィルタ7との間には、第二実施形態と同様に、複数の小レンズが配列された、一つのレンズアレイ15が配置されている。
Third Embodiment
A third embodiment of the ultraviolet light irradiation device will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a cross-sectional view along the XZ plane of an ultraviolet light irradiation device 40. In the ultraviolet light irradiation device 40, an optical filter 7 is disposed in a light extraction unit 6, and a lens array 15 in which a plurality of small lenses are arranged is disposed between the solid-state light source 1 and the optical filter 7, as in the second embodiment.

図10は、紫外光照射装置40に使用される、固体光源1を主面上に配置した基板22を示す図である。複数の固体光源1が、基板22の+Z側の主面上でX方向とY方向に配列されている。そして、蛍光体5(図10におけるハッチング領域)は、分散して配置されており、かつ、分散して配置された蛍光体5の各々は、各固体光源1を囲む枠形状を呈する。枠形状の蛍光体5で発光された可視光は、各固体光源1から出射する紫外光と同様に、レンズアレイ15を構成する各小レンズで屈折し、平行光に近づけられる。 Figure 10 is a diagram showing a substrate 22 used in an ultraviolet light irradiation device 40, on whose main surface a solid-state light source 1 is arranged. A plurality of solid-state light sources 1 are arranged in the X and Y directions on the main surface on the +Z side of the substrate 22. The phosphors 5 (hatched areas in Figure 10) are arranged in a dispersed manner, and each of the dispersed phosphors 5 has a frame shape surrounding each solid-state light source 1. The visible light emitted by the frame-shaped phosphors 5 is refracted by each small lens that constitutes the lens array 15, similar to the ultraviolet light emitted from each solid-state light source 1, and is made closer to parallel light.

特に、図9及び図10では、蛍光体5は、基板2の固体光源1が配置される主面上の、固体光源1の外縁に接するように配置されている。これにより、各固体光源の個々の点灯状態を判別し易くなる。 In particular, in Figures 9 and 10, the phosphor 5 is arranged so as to contact the outer edge of the solid-state light source 1 on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged. This makes it easier to determine the individual lighting state of each solid-state light source.

図11を参照しながら、基板22を有する紫外光照射装置40の効果を説明する。図11は、光学フィルタ7から+Z方向に200mm離れた被照射面における、紫外光照射装置の紫外光(有益光)UVと、可視光VISの相対光強度分布を示す図である。横軸は、出射光の光軸位置(位置0mm)からの距離を表す。縦軸は最大光強度を1とした場合の光強度の相対値である。この相対光強度分布は、シミュレーションにより求められる。 The effect of the ultraviolet light irradiation device 40 having the substrate 22 will be described with reference to Figure 11. Figure 11 is a diagram showing the relative light intensity distribution of the ultraviolet light (useful light) UV and the visible light VIS of the ultraviolet light irradiation device on the irradiated surface 200 mm away from the optical filter 7 in the +Z direction. The horizontal axis represents the distance from the optical axis position of the emitted light (position 0 mm). The vertical axis represents the relative value of the light intensity when the maximum light intensity is set to 1. This relative light intensity distribution is obtained by simulation.

図11をみると、紫外光UVは、+20mmから+50mmに向かうにつれて相対強度が低下し、-20mmから-50mmに向かうにつれて相対強度が低下している。相対光強度が0.5以上の光強度となる、紫外光UVの被照射領域は、-35mm~+35mmである。 As can be seen from Figure 11, the relative intensity of the ultraviolet light UV decreases from +20 mm to +50 mm, and decreases from -20 mm to -50 mm. The area irradiated with ultraviolet light UV where the relative light intensity is 0.5 or more is from -35 mm to +35 mm.

これに対し、固体光源1を囲む枠形状の蛍光体5により発光される可視光VISは、紫外光UVの被照射領域の外縁付近である、+30mm~+50mmの間、及び、-30mm~-50mmの間で可視光VISの光強度が高くなる。そうすると、可視光VISは、紫外光UVの被照射領域の外縁を形成するように、被照射面に照射される。これにより、可視光VISを使用して、紫外光の被照射位置を視認できる。つまり、本実施形態では、可視光を使用することにより、紫外光が出射しているか否かの確認のみならず、肉眼で視認できない紫外光の被照射位置を視認できる。特に、紫外光が照射される領域と照射されない領域の境界である被照射領域の外縁付近が強く照明されるため、被照射領域の外縁の視認性が高い。 In contrast, the visible light VIS emitted by the frame-shaped phosphor 5 surrounding the solid-state light source 1 has a high light intensity between +30 mm and +50 mm and between -30 mm and -50 mm, which are near the outer edge of the area irradiated with the ultraviolet light UV. Then, the visible light VIS is irradiated to the irradiated surface so as to form the outer edge of the area irradiated with the ultraviolet light UV. This makes it possible to visually confirm the position irradiated with the ultraviolet light using the visible light VIS. In other words, in this embodiment, by using visible light, not only can it be confirmed whether or not ultraviolet light is being emitted, but also the position irradiated with the ultraviolet light that cannot be seen with the naked eye can be visually confirmed. In particular, the vicinity of the outer edge of the irradiated area, which is the boundary between the area irradiated with ultraviolet light and the area not irradiated, is strongly illuminated, so that the visibility of the outer edge of the irradiated area is high.

[変形例]
第三実施形態の変形例を説明する。当該変形例では基板32(図12参照)を使用している。基板32を除く紫外光照射装置40の構成は、第三実施形態と同様である。
[Modification]
A modified example of the third embodiment will be described below. In this modified example, a substrate 32 (see FIG. 12) is used. The configuration of the ultraviolet light irradiation device 40 except for the substrate 32 is the same as that of the third embodiment.

図12に示されるように、基板32上において、蛍光体5(図12におけるハッチング領域)は分散配置されている。蛍光体5は固体光源1と似た形状及び大きさをしている。そして、複数の固体光源1と複数の蛍光体5とが、基板32上で混在して配列されている。複数の蛍光体5で構成される領域5aが、複数の固体光源1で構成される領域1aを囲んでいる。 As shown in FIG. 12, phosphors 5 (hatched areas in FIG. 12) are dispersedly arranged on the substrate 32. The phosphors 5 have a shape and size similar to the solid-state light source 1. A plurality of solid-state light sources 1 and a plurality of phosphors 5 are arranged in a mixed manner on the substrate 32. Region 5a made up of a plurality of phosphors 5 surrounds region 1a made up of a plurality of solid-state light sources 1.

図13は、光学フィルタ7から+Z方向に200mm離れた被照射面における、基板32を使用した紫外光照射装置40の紫外光(有益光)UVと、可視光VISの相対光強度分布を示す図である。横軸は、出射光の光軸位置(位置0mm)からの距離を表す。縦軸は最大光強度を1とした場合の光強度の相対値である。この相対光強度分布は、シミュレーションにより求められる。 Figure 13 shows the relative light intensity distribution of ultraviolet light (useful light) UV and visible light VIS from an ultraviolet light irradiation device 40 using a substrate 32 on an irradiated surface 200 mm away from the optical filter 7 in the +Z direction. The horizontal axis represents the distance from the optical axis position of the emitted light (position 0 mm). The vertical axis represents the relative value of the light intensity when the maximum light intensity is set to 1. This relative light intensity distribution is obtained by simulation.

図13では、可視光VISの被照射領域が、紫外光UVの被照射領域に概ね一致している。つまり、基板32を使用すると、可視光VISが視認できる領域が、紫外光UVの被照射領域といえる。つまり、本変形例においても、可視光を使用することにより、紫外光が出射しているか否かの確認のみならず、肉眼で視認できない紫外光の被照射位置を、可視光で視認できる。可視光の照射領域が紫外光の照射領域と概ね重なるため、人は紫外光の照射領域を直感的に理解できる。 In FIG. 13, the area irradiated with visible light VIS roughly coincides with the area irradiated with ultraviolet light UV. In other words, when substrate 32 is used, the area in which visible light VIS is visible can be said to be the area irradiated with ultraviolet light UV. In other words, in this modified example as well, by using visible light, not only can it be confirmed whether ultraviolet light is being emitted, but the irradiated position of ultraviolet light that cannot be seen with the naked eye can be seen with visible light. Since the area irradiated with visible light roughly overlaps with the area irradiated with ultraviolet light, people can intuitively understand the area irradiated with ultraviolet light.

図13の相対光強度分布は、図12に示される基板32でのみ得られるものではなく、例えば、図14のように、蛍光体5と固体光源1とが交互に配置される形態の基板42を使用しても得られる。 The relative light intensity distribution in FIG. 13 can be obtained not only with the substrate 32 shown in FIG. 12, but also with a substrate 42 in which phosphors 5 and solid-state light sources 1 are arranged alternately, as shown in FIG. 14.

以上で、紫外光照射装置の各実施形態及びその変形例を説明した。本発明は上記した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態又は変形例を組み合わせたり、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。例えば、第三実施形態又は第三実施形態の変形例の紫外光照射装置40から、レンズアレイ15(透過光学系)を取り除いてもよい。 The above describes the various embodiments and variations of the ultraviolet light irradiation device. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments and variations can be combined or various changes or improvements can be made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. For example, the lens array 15 (transmission optical system) can be removed from the ultraviolet light irradiation device 40 of the third embodiment or the variation of the third embodiment.

また、紫外光照射装置として、固体光源を使用する例を説明したが、固体光源ではない光源(例えば、水銀ランプ、又はエキシマランプ)を使用した紫外光照射装置にも、蛍光体を配置してもよい。すなわち、光源の特定されない紫外光照射装置について、波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光を含む紫外光を発光する光源と、前記光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備えることを特徴とする紫外光照射装置であってもよい。 In addition, although an example of using a solid-state light source as an ultraviolet light irradiation device has been described, a phosphor may also be arranged in an ultraviolet light irradiation device using a light source that is not a solid-state light source (for example, a mercury lamp or an excimer lamp). That is, for an ultraviolet light irradiation device with an unspecified light source, the ultraviolet light irradiation device may be characterized by comprising a light source that emits ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm, and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less, a housing that houses the light source and has a light extraction part that extracts the ultraviolet light to the outside, a phosphor that is arranged at a position where the return light of the ultraviolet light is incident and emits visible light when the return light is incident, and an optical filter that does not transmit light belonging to the second wavelength band among the ultraviolet light, and transmits light belonging to the first wavelength band and the visible light.

前段落の紫外光照射装置の構成において、蛍光体は、光源から放射された紫外光が直接入射せず、戻り光が入射する位置に配置されることが望ましい。上述のとおり、「戻り光」とは、光源の発光位置から筐体の外へ向かう光が光学フィルタで反射されて戻る光か、または、光学フィルタに入射する入射角を小さくするための透過光学系の入射面又は反射面で反射されて戻る光である。特に、光学フィルタで反射される有害光が「戻り光」として入射される位置に、蛍光体を配置することが望ましい。また、上述した固体光源を使用した紫外光照射装置の構成は、固体光源ではない光源を使用した紫外光照射装置にも適用できる。 In the configuration of the ultraviolet light irradiation device in the previous paragraph, it is desirable to place the phosphor at a position where the ultraviolet light emitted from the light source does not directly enter, but where the return light enters. As described above, "return light" refers to light that travels from the light source's emission position to the outside of the housing and is reflected by an optical filter and returns, or light that is reflected by the entrance surface or reflection surface of a transmission optical system that reduces the angle of incidence at the optical filter and returns. In particular, it is desirable to place the phosphor at a position where harmful light reflected by the optical filter enters as "return light". In addition, the configuration of the ultraviolet light irradiation device using the above-mentioned solid-state light source can also be applied to an ultraviolet light irradiation device using a light source that is not a solid-state light source.

図15では、エキシマランプ11を使用した紫外光照射装置50を示している。紫外光照射装置50は、Y方向に延びる円筒状のエキシマランプ11(例えば、主たる発光ピーク波長が222nmのKrClエキシマランプ)と、筐体4と、電極ブロック19と、蛍光体5と、光学フィルタ7と、紫外光を拡散する拡散板13とを備える。電極ブロック19は、エキシマランプ11の電極として機能するだけでなく、エキシマランプ11から出射した紫外光の一部を反射する反射鏡として機能する。そして、蛍光体5は、電極ブロック19が、反射鏡として使用されない位置(すなわち、エキシマランプ11からの光が直接入射しない位置)の表面に配置されている。蛍光体5には、光学フィルタ7からの戻り光が入射する。なお、紫外光照射装置50に透過光学系を配置してもよい。その場合には、透過光学系として、例えば、小レンズがシリンドリカルタイプのレンズアレイを使用できる。 15 shows an ultraviolet light irradiation device 50 using an excimer lamp 11. The ultraviolet light irradiation device 50 includes a cylindrical excimer lamp 11 (for example, a KrCl excimer lamp with a main emission peak wavelength of 222 nm) extending in the Y direction, a housing 4, an electrode block 19, a phosphor 5, an optical filter 7, and a diffusion plate 13 that diffuses ultraviolet light. The electrode block 19 not only functions as an electrode of the excimer lamp 11, but also functions as a reflector that reflects part of the ultraviolet light emitted from the excimer lamp 11. The phosphor 5 is disposed on the surface of the electrode block 19 at a position where it is not used as a reflector (i.e., a position where light from the excimer lamp 11 does not directly enter). Return light from the optical filter 7 enters the phosphor 5. A transmission optical system may be disposed in the ultraviolet light irradiation device 50. In that case, for example, a lens array with cylindrical type small lenses can be used as the transmission optical system.

1 :固体光源
2,22,32,42:基板
3 :枠体
4 :筐体
5 :蛍光体
6 :光取出し部
7 :光学フィルタ
10,20,30,40,50:紫外光照射装置
11 :エキシマランプ
13 :拡散板
15 :レンズアレイ
19 :電極ブロック
1: Solid-state light source 2, 22, 32, 42: Substrate 3: Frame 4: Housing 5: Phosphor 6: Light extraction section 7: Optical filter 10, 20, 30, 40, 50: Ultraviolet light irradiation device 11: Excimer lamp 13: Diffuser 15: Lens array 19: Electrode block

Claims (14)

波長が190nm以上240nm未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が240nm以上280nm以下の第二波長帯域に属する光を含む紫外光を発光する固体光源を、主面上に配置した基板と、
前記固体光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、
前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、
前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備えることを特徴とする、紫外光照射装置。
A substrate having a solid-state light source disposed on a main surface thereof, the solid-state light source emitting ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less;
a housing that houses the solid-state light source and has a light extraction section that extracts the ultraviolet light to the outside;
a phosphor that is disposed at a position where the returning ultraviolet light is incident and emits visible light when the returning ultraviolet light is incident thereon;
An ultraviolet light irradiation device comprising: an optical filter that does not transmit light belonging to the second wavelength band among the ultraviolet light, and transmits light belonging to the first wavelength band and the visible light.
前記光取出し部に前記光学フィルタが配置され、前記固体光源と前記光学フィルタとの間に、前記紫外光及び前記可視光が前記光学フィルタに入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 1, characterized in that the optical filter is disposed in the light extraction section, and a transmission optical system is disposed between the solid-state light source and the optical filter, which reduces the angle of incidence of the ultraviolet light and the visible light on the optical filter. 複数の前記固体光源が前記主面上に配列されており、
前記透過光学系は、複数の小レンズが配列されるレンズアレイを含み、前記小レンズの各々は、前記複数の固体光源の各々に一対一で対向配置されることを特徴とする、請求項2に記載の紫外光照射装置。
A plurality of the solid-state light sources are arranged on the main surface,
3. The ultraviolet light irradiation device according to claim 2, wherein the transmission optical system includes a lens array in which a plurality of small lenses are arranged, and each of the small lenses is disposed opposite each of the plurality of solid-state light sources in a one-to-one relationship.
前記蛍光体は、前記主面上の前記複数の前記固体光源を除く領域に、連続して配置されていることを特徴とする、請求項3に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 3, characterized in that the phosphor is continuously arranged in an area on the main surface excluding the plurality of solid-state light sources. 前記蛍光体は、前記固体光源の外縁に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 1, characterized in that the phosphor is disposed on the outer edge of the solid-state light source. 前記蛍光体の各々は、前記複数の前記固体光源の各々を囲む枠形状であることを特徴とする、請求項5に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 5, characterized in that each of the phosphors has a frame shape surrounding each of the plurality of solid-state light sources. 前記蛍光体は、前記小レンズの各々に対向するように、前記主面上に分散して配置されることを特徴とする、請求項3に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 3, characterized in that the phosphors are distributed and arranged on the main surface so as to face each of the small lenses. 前記蛍光体の各々は、前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在するように、配列されていることを特徴とする、請求項7に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 7, characterized in that each of the phosphors is arranged so that the plurality of solid-state light sources and the plurality of phosphors are mixed. 複数の蛍光体で構成される領域が、複数の前記固体光源で構成される領域を囲むことを特徴とする、請求項8に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 8, characterized in that an area made up of a plurality of phosphors surrounds an area made up of a plurality of the solid-state light sources. 前記蛍光体と前記固体光源とが交互に配置されることを特徴とする、請求項8に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to claim 8, characterized in that the phosphors and the solid-state light sources are arranged alternately. 前記蛍光体は、前記第二波長帯域における励起光の最低強度が前記第一波長帯域における励起光の最低強度より高い励起スペクトルを有することを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the phosphor has an excitation spectrum in which the minimum intensity of the excitation light in the second wavelength band is higher than the minimum intensity of the excitation light in the first wavelength band. 前記蛍光体はLaPO:Ce,Tb系蛍光体であることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。 11. The ultraviolet light irradiation device according to claim 1, wherein the phosphor is a LaPO 4 :Ce, Tb-based phosphor. 前記蛍光体は二種以上の蛍光体から構成されることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the phosphor is composed of two or more types of phosphors. 前記固体光源はLEDであることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。 The ultraviolet light irradiation device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the solid-state light source is an LED.
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