JPH10190058A

JPH10190058A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JPH10190058A
Application number: JP34342996A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Shibata; 真佐知柴田; Takashi Furuya; 貴士古屋; Tsunehiro Unno; 恒弘海野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】局所に限定した照射が可能で、かつ小型化が
容易で長期信頼性のある紫外線照射装置を提供する。【解決手段】Ｇａ，ＩｎまたはＡｌを少なくとも含ん
だ III族元素の窒化物半導体を用いて一方向に紫外線を
発光する固体発光素子１を形成し、この発光素子１を対
象物に臨ませて配置することにより、必要な部位のみに
紫外線を照射し、無用な部位には照射しないような局所
に限定した照射が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線を照射する
紫外線照射装置に係り、特に、局所に限定した照射が可
能で、かつ小型化が容易で長期信頼性のある紫外線照射
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紫外線照射装置は、医療、工業等の多分
野で利用されている。例えば、医療用又は民生用として
は消毒、皮膚病治療等に紫外線照射装置が利用されてい
る。また、工業用としては、光化学反応を利用した紫外
線硬化樹脂の硬化処理、材料評価装置の光源等に紫外線
照射装置が利用されている。

【０００３】このような紫外線照射装置の光源として
は、従来、水銀蒸気中の放電を利用した水銀ランプが一
般的に用いられている。他には、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、特
殊なものとしてシンクロトロン放射を利用したものがあ
る。しかし、これらのものは装置が大掛かりであり、高
価なため、簡易に使用できるような紫外線照射装置を構
成するための光源には不向きである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水銀ランプは、ガラス
製の放電管内に水銀蒸気を封入したものであり、点灯す
ると放電管の全周から外方に向かって紫外線を放出す
る。このため、対象物のみに向けて局所的に紫外線を放
出することができない。放電管壁の一部に反射膜をコー
ティングした水銀ランプもあるが、それでも局所的に紫
外線を放出することは難しい。

【０００５】例えば、皮膚病治療で紫外線照射を行う場
合、患部の形に合わせて治療の必要な部位にだけ紫外線
を照射し、他の部位には紫外線を照射しないことが望ま
しいが、従来の紫外線照射装置では、このような局所的
な照射は不可能であった。

【０００６】また、紫外線が人間の目に入ったり、皮膚
等に多量に照射されたりしないように、不要な紫外線を
周囲に漏らさないことが重要であった。このために、通
常は、水銀ランプを紫外線遮蔽物の中に納めているが、
それでも紫外線遮蔽物と対象物との間から紫外線が漏れ
ることが避けられず、紫外線の取扱作業に従事する人や
紫外線治療を受ける人は紫外線防護用のゴーグルや眼鏡
を着用しなければならなかった。

【０００７】この他にも、水銀ランプは放電を起こさせ
るために高圧電源回路が必要であり、必然的に紫外線照
射装置の小型化が難しく、また、ランプ自体の寿命が短
い等の問題があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、局所に限定した照射が可能で、かつ小型化が容易で
長期信頼性のある紫外線照射装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ｇａ，ＩｎまたはＡｌを少なくとも含んだ
III族元素の窒化物半導体を用いて一方向に紫外線を発
光する固体発光素子を形成し、この発光素子を対象物に
臨ませて配置したものである。

【００１０】一側に平面又は凹面を持つ光源筐体を形成
し、この平面又は凹面に上記発光素子を多数並べてもよ
い。

【００１１】上記光源筐体を可撓性管体の一端に取り付
けてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１３】本発明の紫外線照射装置は、Ｇａ，Ｉｎま
たはＡｌを少なくとも含んだ III族元素の窒化物半導体
を用いて一方向に紫外線を発光する固体発光素子を形成
し、この発光素子を対象物に臨ませて配置したものであ
る。ここでは、Ｇａ，ＩｎまたはＡｌを少なくとも含ん
だ III族元素の窒化物半導体として、ＩｎｘＧａｙＡｌ
（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表される材料を用いる。固体発光素子
は、ＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイ
オード）の形態とすることができる。

【００１４】ここで、 III族元素の窒化物半導体のうち
ＧａＮ系の材料を用いた発光素子は、短波長の発光が可
能である。例えば、ＧａＮを活性層としたＬＥＤでは、
波長３６０ｎｍの紫外線が得られる。このような紫外線
発光ダイオードの例としては、次のような文献が開示さ
れている。

【００１５】文献：「ＧａＮｐｎ接合青色・紫外発光ダ
イオード」、応用物理第６０巻第２号（１９９１）、天
野，赤碕。

【００１６】Ａｌを含んだ III族元素の窒化物半導体を
用いた発光素子も短波長の発光が可能である。特に、Ａ
ｌＧａＮ混晶を用いた発光素子は、バンドギャップを
３．４４〜６．２０ｅＶの範囲で変えることができ、こ
れを活性層として用いることで、２００〜３６０ｎｍの
紫外線発光が得られる。例えば、ＧａｘＡｌ（１−ｘ）
Ｎ（但し、０≦ｘ≦１）を活性層としたＬＥＤでは、組
成ｘを変えることで波長３６０〜２００の間の紫外線が
得られる。

【００１７】本発明において、材料にＡｌの他にＩｎが
含まれているのは、発光素子の構造によっては、基板上
にＧａＮ系のエピタキシャル成長を行っていく場合、Ｉ
ｎを含む層を間に入れた方が活性層の結晶性が向上する
からである。

【００１８】本発明の紫外線照射装置は、上記紫外線Ｌ
ＥＤを図１に示されるように円状の平面に並べるか又は
図２に示されるように凹面を持つ光源筐体を形成してそ
の凹面に並べたものであり、各紫外線ＬＥＤは指向性を
有するので、その発光方向を平行又は向心状に揃えてあ
る。また、図３に示されるように上記平面又は凹面を持
つ光源筐体を可撓性管体の一端に取り付けてもよい。

【００１９】紫外線照射装置の回路は、図４に示される
ように、複数個の紫外線ＬＥＤのそれぞれに制御抵抗を
直列に繋ぎ、これら紫外線ＬＥＤと制御抵抗との組を並
列接続するか又は図５に示されるように、複数個の紫外
線ＬＥＤを制御抵抗と共に直列に繋いだものを、複数並
列接続して構成されている。

【００２０】第１の実施形態として、図１のものを説明
する。この紫外線照射装置は、波長２５７ｎｍ、５０ｍ
Ａ通電時の光出力が１０ｍＷ、配光半値角±１５°のＡ
ｌＧａＮ系ＤＨ構造紫外線ＬＥＤ１を形成し、この紫外
線ＬＥＤ１を１２個使用したものである。１２個の紫外
線ＬＥＤ１は図４のように各々直列に繋いだ制御抵抗４
１と共に並列接続してある。電源４２には単２乾電池３
本を直列に接続し４．５Ｖとしてある。電源スイッチ４
３により点灯・消灯を行うようになっている。これら１
２個の紫外線ＬＥＤ１は、図１のように直径３０ｍｍの
円形の平面２内に稠密に配置され、且つ発光方向を平行
に揃えられているている。また、この図には表れない
が、この平面２を持つ光源筐体３は、直径３０ｍｍ、長
さ１８０ｍｍの円筒であり、その内部に上記電源４２の
乾電池及び電源スイッチ４３を収容し、その先端に上記
平面２を持つものとする。

【００２１】この実施形態にあっては、１２個の紫外線
ＬＥＤ１が円形の平面２内に稠密に配置され発光方向が
平行に揃えてあるので、ほぼこの円の形状の光束を得る
ことができる。そして、光源筐体３を対象物に当てて電
源スイッチ４３を投入することにより、対象物の表面を
円の範囲で照射することができる。

【００２２】第２の実施形態として、図３のものを説明
する。この紫外線照射装置は、図１で使用したものと同
じ１２個の紫外線ＬＥＤ１を稠密に並べたものを円筒状
の光源筐体３２に収容し、この光源筐体３２を向きが自
由に変えられるステンレス製フレキシブルチューブ３３
に取付けたものである。紫外線ＬＥＤに給電するための
導線はフレキシブルチューブ３３内に納められている。
このような光源筐体付きのフレキシブルチューブが３本
用意され、それぞれが図の直流定電流源を納めた箱３４
に取り付けられている。直流定電流源の設定電流を各々
０〜４Ａの範囲で変えることにより、紫外線の発光出力
は０〜５００ｍＷの範囲で変えることができる。

【００２３】この実施形態にあっては、光源筐体３２を
可撓性管体（フレキシブルチューブ３３）の一端に取り
付けたので、光源筐体３２を対象物の所望の部位に臨ま
せ、静止保持させることができる。

【００２４】第３の実施形態として、図２のものを説明
する。この紫外線照射装置は、波長２９０ｎｍ、５０ｍ
Ａ通電時の光出力が１２ｍＷ、配光半値角±８°のＡｌ
ＧａＮ系ＤＨ構造紫外線ＬＥＤ２１を形成し、この紫外
線ＬＥＤ２１を２５６個使用したものである。これら２
５６個の紫外線ＬＥＤ２１は図５のように複数個の紫外
線ＬＥＤ２１を制御抵抗５１と共に直列に繋いだもの
を、複数並列接続してある。光源筐体２２は、半球殻状
又は半円筒状の凹面２３を持つものであり、その凹面２
３に２５６個の紫外線ＬＥＤ２１が稠密に配置され発光
方向が向心状に揃えてある。電源５２には、図３と同じ
直流定電流源３４が用いられている。

【００２５】この実施形態にあっては、半球殻状又は半
円筒状の凹面２３に２５６個の紫外線ＬＥＤ２１が稠密
に配置され発光方向が向心状に揃えてあるので、焦点が
一点又は一直線になる。その焦点での紫外線強度は最大
２．２Ｗ／ｃｍ²とすることができる。この光源筐体２
２を対象物に臨ませるに際し、点又は線状の対象物或い
は平面的な対象物の表面の点又は線状の部分を照射する
ようにもできるし、凹凸のある対象物に光源筐体を被せ
て使用することにより、隙間からの光線漏れを防止でき
ると共に、凸状の対象物に陰を作ることなく照射範囲内
での均等な照射を図ることができる。

【００２６】第４の実施形態は図示しないが、紫外線発
光素子と可視光発光素子とを組み合わせて使用するもの
である。この場合、可視光発光素子は基本的に紫外線発
光素子と同じ材料を用いて同じ構造・形状で作ることが
できるため、これを点灯する電源や回路、これを収容す
る光源筐体も全て共通に利用することができる。そし
て、紫外線と可視光とを同時に点灯させたり、互いに独
立に点灯させたりできるように構成する。これにより、
対象物が照射される範囲や光線漏れの有無を容易に確認
することができる。

【００２７】以上のように、本発明の紫外線照射装置
は、Ｇａ，ＩｎまたはＡｌを少なくとも含んだ III族元
素の窒化物半導体を用いて一方向に紫外線を発光する固
体発光素子を形成したので、組成比によって任意の波長
の紫外線が得られると共に、その紫外線に指向性を持た
せることができる。この発光素子を対象物に臨ませて配
置することにより、局所に限定した照射が可能となる。
また、固体発光素子を用いるので、駆動電源が低電圧の
定電流源で構成でき、小型化が可能であり、発光素子自
体の耐久性もよい。しかも、電流によって光強度が変え
られるので光強度調整が容易となる。そして、発光素子
を対象物に臨ませて配置する態様は、平面、凹面はもと
より三次元的に自由な配置が可能であり、これに臨む対
象物の形状又は照射範囲としては任意形状の面や、従来
不可能であった点、直線、自由曲線などが可能となる。
また、三次元的な配置のものは対象物の曲面に適用する
ことができる。さらに、光源筐体を可撓性管体の一端に
取り付けることにより、取扱いが簡便になる。

【００２８】なお、上述の各実施形態では発光素子から
直接、対象物に紫外線を照射する構成としたが、発光素
子にレンズを装着し、集光して照射するように構成して
もよい。

【００２９】次に、本発明の紫外線照射装置の好適な応
用例を説明する。まず、医療用としては、皮膚病治療等
に際し、発光素子の配列や光源筐体の向きを変えること
で、患部だけに紫外線を照射し、無用な部位には紫外線
を照射しないようにすることができる。特に、発光素子
を体の形状に合わせて三次元的に配置することにより、
局所への均等な照射を図ると共に不要な紫外線を周囲に
漏らさないようにすることができる。そして、電源に乾
電池を使用したハンディな紫外線照射装置を作ることが
でき、例えば白癬菌（水虫、タムシ）等の治療用にどこ
にでも携帯でき体のどんな部位にも当てられる治療器を
構成することができ、このような治療器は手軽にかつ安
心して利用できる。工業用としては、部分的に光化学反
応を起こさせる要求がある場合に、例えばある限られた
範囲で金属、半導体等のエッチングを行いたい、又はあ
る限られた範囲でポリマ等の架橋を行いたいときに、本
発明の紫外線照射装置によって局所的な紫外線照射を行
う。この場合でも、医療用と同様に、局所への均等な照
射を図ると共に不要な紫外線を周囲に漏らさないように
することができる。

【００３０】さらに、紫外線は不可視であると共に多く
の蛍光物質を励起させて発光させることができるので、
暗視センサ、分析用センサ等の各種センサに利用するこ
とができる。この場合、本発明の紫外線照射装置は、紫
外線の指向性及び単色性が強いこと、小型化が容易なこ
と、低消費電力であること、長寿命であることなどセン
サ用光源に要求される仕様を全て満足させることができ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３２】（１）一方向に紫外線を発光する固体発光
素子を対象物に臨ませて配置する構成としたので自由な
配置が可能となり、必要な部位のみに照射し、無用な部
位には照射しないような局所に限定した照射が可能とな
る。

【００３３】（２）固体発光素子を用いるので、駆動電
源が低電圧の定電流源で構成でき、小型化が可能であ
り、発光素子自体の耐久性もよい。しかも、電流によっ
て光強度が変えられるので光強度調整が容易となる。

【００３４】（３）材料の選択により広い範囲で発光波
長を変えることができ、しかも単一波長とすることがで
きるため、加工用、センサ用等に幅広く応用することが
できる。

【００３５】（４）平面又は凹面に発光素子を多数並べ
たので、線状の照射や曲面への均等な照射が可能とな
る。

【００３６】（５）光源筐体を可撓性管体の一端に取り
付けたので、取扱いが簡便になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す紫外線照射装置の正
面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す紫外線照射装置の
断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す紫外線照射装置の
斜視図である。

【図４】本発明の紫外線照射装置の回路図である。

【図５】本発明の紫外線照射装置の回路図である。

【符号の説明】

１、２１発光素子２平面３、２２光源筐体２３凹面３３フレキシブルチューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｇａ，ＩｎまたはＡｌを少なくとも含ん
だ III族元素の窒化物半導体を用いて一方向に紫外線を
発光する固体発光素子を形成し、この発光素子を対象物
に臨ませて配置したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】一側に平面又は凹面を持つ光源筐体を形
成し、この平面又は凹面に上記発光素子を多数並べたこ
とを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項３】上記光源筐体を可撓性管体の一端に取り
付けたことを特徴とする請求項２記載の紫外線照射装
置。