(57)【要約】【課題】反射体より得られる反射光を効率的に被照射対象物に照射することができる反射光照射装置を提供する。【解決手段】反射光照射装置１において、所定の波長範囲内の光を照射する発光素子２と、発光素子２から照射される光を集光する目的の集光体３と、発光素子の光照射方向（Ｄ１）とは異なる光取出方向（Ｄ２）に光を反射する反射体４と、を備え、発光素子２から照射される光が光取出方向に極力直接出力されず、反射体からの反射光を効率的に出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの発光素子と、前記発光素子の光照射方向に配置され前記発光素子から照射される光を反射または散乱する反射体とを有し、前記反射体によってこの反射または散乱された反射光を前記発光素子の光照射方向とは異なる光取出方向に反射または散乱させた光のみを照射することを特徴とする反射光照射装置。
【請求項２】
少なくとも一つの発光素子と、前記発光素子の光照射方向に配置され前記発光素子から照射される光を反射および散乱する反射体とを有し、前記反射体によってこの反射および散乱された反射光を前記発光素子の光照射方向とは異なる光取出方向に反射および散乱させた光のみを照射することを特徴とする反射光照射装置。
【請求項３】
前記反射体の材質は金属酸化物、金属窒化物、黒鉛のいずれか一種または二種以上を組み合わせた材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射光照射装置。
【請求項４】
前記発光素子からの光の波長領域は紫外線領域から赤外線領域にピーク強度を有する光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項５】
前記発光素子が照射された光は、前記反射体から反射される光を除きすべて照射されないように前記発光素子の周囲が遮蔽体で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項６】
前記発光素子と反射体との間に集光体を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項７】
前記発光素子は、円形基板上に前記基板の直径方向外向きが前記発光素子の光照射方向となるように配置され、前記反射体は円形基板上円周上であって前記発光素子の光照射方向との交点に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項８】
前記発光素子は、互いに円形基板の中心に対して点対称となる位置に偶数個配置されることを特徴とする請求項７に記載の反射光照射装置。
【請求項９】
前記反射光照射装置は反射光及び被照射物を外光より遮蔽することを目的とした密閉照射槽を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項１０】
前記密閉照射槽内の内壁は鏡面状態であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の反射光照射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の反射光照射装置の生成する反射光を照射された改質水。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の反射光照射装置の生成する反射光を照射された改質水溶液。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか一つに記載の反射光照射装置の生成する反射光を照射された改質材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射光照射装置に関し、特に発光素子と光改質機能を有する反射体とを備えた反射光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光学用途における光の反射を目的とした反射体の機能とは、光源より得られた光の特性を変質させずに、照射角度に可変機能を有させる目的や、照射光の集光・散乱を目的とした機能や、ファラデー効果として知られるような偏波依存型の光アイソレータに観られるような光線の偏重を目的とした特殊な偏重方式等はあるが、反射体そのものが光の改質機能を有し、この改質された改質光が水や有機溶媒の特性に影響を及ぼすような改質を可能とする反射体や、このような反射体を用いた光線改質能を有した照射装置はあまり知られていない。
【０００３】
本発明者らは所定の加工を施したセラミックスの表面が、反射した照射光を改質する機能を有するという特性を見出し、更には前記反射光のみを効率的に取り出すための照射装置の構造を発明した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記光改質機能を有するセラミックスに対し、光を照射しても、目的とする反射光以外で発光素子より洩れ出る光が反射光に混じってしまい、安定的な改質光の生成を妨げていた。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光源より照射された光を極力、反射体に接触反射せしめる構造であり、改質された反射光のみを照射槽に反射することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、反射光照射装置において、紫外光から赤外光までの波長領域範囲内の光を照射する発光素子と、発光素子と反射体との間に集光体を備え、この集光された光を反射体が前記発光素子の光照射方向とは異なる光取出方向に反射及び／または散乱することで、発光素子から照射される光が光取出方向に直接出力されない。
【０００７】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、反射光照射装置において、反射体材料が金属酸化物、金属窒化物、黒鉛のそれぞれ一種か二種以上を組み合わせた材料である。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、反射光照射装置において、紫外光から赤外光までの範囲内の光を照射する発光素子と、前記発光素子から照射される光を反射及び／または散乱し、この反射及び／または散乱された光を前記発光素子の光照射方向とは異なる光取出方向に反射及び／または散乱するのと同時に、照射光が反射体に接触することで、照射光に所定の機能を持たせることを目的とした反射体と、反射光を被照射体に照射するための照射槽を備え、前記照射槽は外光の進入を遮蔽する構造となっており、また更に照射槽の内壁は鏡面状であるため、反射光が効率的かつ全方位より被照射体に照射される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光改質を目的とした反射体より、反射された反射光を効率的に利用することができる反射光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る反射光照射装置の断面図である。
【図２】図１に示す反射光照射装置の遮蔽体を除いた平面図である。
【図３】図１に示す反射光照射装置の遮蔽体を含んだ平面図である。
【図４】図１に示す反射光照射装置に照射槽を加えた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において同一機能を有する構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
［反射光照射装置の全体構造］
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係る反射光照射装置１は、紫外光から赤外光までの範囲内の光を第１の水平方向Ｄ１に照射する発光素子２と、発光素子２と反射体４の間に設けられた集光体３と、集光された光を第１の水平方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に反射する反射体４とを備え、発光素子２から照射される光が光取出方向に直接出力されないようになっている。
【００１３】
第１の実施の形態に係る発光素子２は、基盤５を中心に水平方向に複数配列され、第１の水平方向Ｄ１に向かって光を出力する。発光素子２は基盤５の表面上の対向する２箇所（１８０度対向する位置）ないしは基盤５の表面に複数個均等角度に配設され、各発光素子より照射された光は、集光体により各発光素子の照射光正面に断続的ないしは円状に配置された反射体４に対し集光された後、反射体によって反射及び／または散乱される。ここで、第１の方向Ｄ１とは、発光素子２からの光の照射方向であって発光素子２から出力される光の光軸に一致する方向という意味において使用される。また、第１の方向Ｄ１は、光強度のピーク位置に一致する。更に、発光素子２から出力される光は遮蔽体７の表面に対して平行に出力させており、第１の方向Ｄ１は遮蔽体７の表面に対して実質的に平行である。つまり、発光素子２は遮蔽体７の表面に沿って光（直接光）を照射する。
【００１４】
また、ここで、「光の反射」とは、発光素子２から照射される直接光をすべて反射体４で反射する場合、直接光の大半が反射体４で反射され直接光の一部が反射体４に吸収される場合のいずれも含む意味においても使用される。更に、「発光素子２から照射される光が光取出方向に直接出力されない」とは、発光素子２から照射される直接光、発光素子２から反射体４に照射されずに漏れた光、発光素子２から反射体４に吸収され、光取出方向への反射に寄与しない光が光取出方向に出力されないという意味において使用される。なお、反射体４から光取出方向に反射される光は「反射光」になる。
【００１５】
［基盤の構造］
図１及び図２に示すように、基盤５は発光素子２とワイヤ６を通して電気的に接続されている。
【００１６】
［反射体の配置］
図１及び図２に示すように、反射体４は、第１の実施の形態において、発光素子の配置された集光体配置列の更に外周にあって、円盤形状を有する基盤５の表面上の周縁全域に沿って配設されている。
【００１７】
ここで、第２の方向Ｄ２とは、前述のように第１の方向Ｄ１とは異なる光取出方向であって、反射体４から反射され取り出される反射光の光軸方向という意味において使用されている。
【００１８】
第１の実施の形態において、反射体４は、基盤５に対して別部材（別部品）により構成されており、図示しないが、基盤５に接着剤、締結部材等により機械的に固定されているが、反射体を光の入射角度に対して固定を可能とする方法であれば、これらの方法に限ったものではない。
【００１９】
［発光素子の種類］
発光素子２には、アルゴンランプ、ＨＩＤランプ、クリプトンランプ、ハロゲンランプ、蛍光ランプ、ＥＬランプ、発光ダイオード、無電極ランプ等を利用出来るが、これらの素子に限ったものではない。
【００２０】
［セラミックの組成］
第１の実施の形態において、反射体４には、金属酸化物、金属窒化物、黒鉛を組み合わせて構成されているが、より詳細には次のような物質が挙げられる。
【００２１】
金属酸化物としては酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、酸化珪素、酸化珪素水和物、酸化鉄、酸化鉄水和物、酸化スズ、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化チタン、特に二酸化チタン、酸化チタン水和物が挙げられる。
【００２２】
また、金属窒化物としては金属チタン、ジルコニウムおよび／またはタンタルの窒化物等が挙げられる。黒鉛は黒鉛単体での使用も可能ではあるが、金属酸化物、金属窒化物に黒鉛を含んだ組成として例えば黒鉛珪石等を利用してもよい。
【００２３】
また、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸リチウム酸塩のような強誘電体材料を使用してもよい。
【００２４】
また、その他の金属酸化物としてチタン酸カリウム、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化銅、酸化アンチモン、酸化ビスマス、カオリン、及びタルク等も利用してもよい。
【００２５】
更に金属窒化物としても上記の窒化物以外に窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化スズ、窒化ストロンチウム、窒化バリウム等の金属窒化物が挙げられる。
【００２６】
更には第１の実施の形態内の前記［セラミックの組成］に記載の組成物の複合体を利用することも出来る。
【００２７】
［反射体の第１の製造方法］
図２に示す反射体４は平面状の板状により構成されている。このような板状を有する反射体４は、粉体材料からの加圧焼結や基材に対する溶射により製作することができるが、目的の表面状態が得られる加工方法であれば、これらの方法に限ったものではない。
【００２８】
反射体の表面粗度（Ｒａ）は接触する光の散乱度や接触面積等の要素から０．１μｍ〜１０００μｍの範囲で用いられても良いが、更に好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲で利用されても良い。
【００２９】
［反射体の第２の製造方法］
また、反射体表面の粗度（Ｒａ）は、焼結等の方法で成型する工程で、同時に目的の粗度を得ても良いが、成型段階ではより粗い状態の表面を作成し、成型後に物理的ないしは化学的な処理を施して粗度を低減するなどしても良い。または、成型時に表面を平滑な状態で作成しておき、成型後に物理的ないしは化学的に粗化処理を施しても良い。
【００３０】
［反射光照射装置の発光動作］
このように構成される反射光照射装置１は、まず発光素子２の第１の主電極と第２の主電極との間に動作電圧が印加されると、発光素子から第１の方向Ｄ１に光が出力され、この光を集光体３が集光し、反射体４がこの集光された光を反射及び／または散乱する。そして反射光は、第２の方向Ｄ２に向かって反射される。
【００３１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る反射光照射装置１の具体的な実施例を説明する。図３に示すように、反射光照射装置１において、基盤５は、前述の反射体４を接合した状態に構成されている。基盤５は成型加工により簡易に製作することができる。この基盤５の表面上に４２０ｎｍ波長の光を発振するＬＥＤ発光素子２をマウントした。ワイヤ６により基盤５と発光素子２との間を電気的に接続した。集光体３は発光素子２に近接する形で設置され、発光素子２より発生する光を散逸させることなくＤ１方向へと集光させる。更には図１に示すような遮蔽体６を備えた。反射体４は、平均粒径２０μｍの表面処理を施していない酸化アルミニウム粉末を６３ｗｔ％と平均粒径５μｍの酸化珪素粉末を３０ｗｔ％と更に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末を７ｗｔ％をボールミルを用いて乾式混合し、この混合物を１，２００℃にて焼結し成型品を得た上で、ブラスト粗化により表面粗度（Ｒａ）を平均４０μｍに調整したものを使用した。
【００３２】
発光素子２の主電極間に動作電圧を印加し、ＬＥＤ光を照射した。発光素子２から第１の方向Ｄ１に向かってＬＥＤ光が出力され、反射体４に照射、反射され、反射体４においては第２の方向Ｄ２に向かって反射光を反射した。
【００３３】
［第２の実施の形態に係る効果］
以上説明したように、第２の実施の形態に係る反射光照射装置１においては、発光素子２から照射される光の方向（第１の方向Ｄ１）と異なる方向（第２の方向Ｄ２）に反射光のみを発することができる。
【００３４】
更に、第２の実施の形態に係る反射光照射装置１においては、発光素子２からの照射光の放出方向と反射体４からの光の放出方向とを調節する簡易な構造であるので、部品点数も少なく、小型化を実現することができる。
【００３５】
本発明の第２の実施の形態を達成するための組成物としては第１の実施の形態内の前記［セラミックの組成］に記載の組成物を用いても良いし、これら組成物の複合体を利用することも出来る。
【００３６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る反射光照射装置１の具体的な実施例を説明する。図３に示すように、反射光照射装置１において、基盤５は、前述の反射体４を接合した状態に構成されている。基盤５は成型加工により簡易に製作することができる。この基盤５の表面上に３００ｎｍ波長の光を発振するクリプトン発光素子２をマウントした。ワイヤ６により基盤５と発光素子２との間を電気的に接続した。集光体３は発光素子２に近接する形で設置され、発光素子２より発生する光を散逸させることなくＤ１方向へと集光させる。更には図１に示すような遮蔽体６を備えた。反射体４は、平均粒径２００μｍの酸化チタン粉末を５０ｗｔ％と平均粒径１５０μｍの酸化珪素粉末を４０ｗｔ％と更に平均粒径６０μｍの黒鉛粉末を１０ｗｔ％をボールミルを用いて乾式混合し、この混合物を１，２００℃にて焼結し成型品を得た上で、表面粗度（Ｒａ）を確認したところ平均７０μｍであり、これに表面処理を施さず使用した。
【００３７】
本発明の第３の実施の形態を達成するための組成物としては第１の実施の形態内の前記［セラミックの組成］に記載の組成物を用いても良いし、これら組成物の複合体を利用することも出来る。
【００３８】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る反射光照射装置１の具体的な実施例を説明する。図３に示すように、反射光照射装置１において、基盤５は、前述の反射体４を接合した状態に構成されている。基盤５は成型加工により簡易に製作することができる。この基盤５の表面上に６００ｎｍ波長の光を発振するＬＥＤ発光素子２をマウントした。ワイヤ６により基盤５と発光素子２との間を電気的に接続した。集光体３は発光素子２に近接する形で設置され、発光素子２より発生する光を散逸させることなくＤ１方向へと集光させる。更には図１に示すような遮蔽体６を備えた。反射体４は、平均粒径７００μｍの酸化ジルコニウム粉末を８０ｗｔ％と平均粒径１０００μｍのカオリン粉末を１０ｗｔ％と更に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末を１０ｗｔ％をボールミルを用いて乾式混合し、この混合物を１，２００℃にて焼結し成型品を得た上で、表面粗度（Ｒａ）を確認したところ平均１５０μｍであった。これに物理的研磨処理を施し、表面粗度を平均９０μとして反射体として使用した。
【００３９】
本発明の第４の実施の形態を達成するための組成物としては第１の実施の形態内の前記［セラミックの組成］に記載の組成物を用いても良いし、これら組成物の複合体を利用することも出来る。
【００４０】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る反射光照射装置１の具体的な実施例を説明する。図３に示すように、反射光照射装置１において、基盤５は、前述の反射体４を接合した状態に構成されている。基盤５は成型加工により簡易に製作することができる。この基盤５の表面上に１５００ｎｍ波長の光を発振するハロゲン発光素子２をマウントした。ワイヤ６により基盤５と発光素子２との間を電気的に接続した。集光体３は発光素子２に近接する形で設置され、発光素子２より発生する光を散逸させることなくＤ１方向へと集光させる。更には図１に示すような遮蔽体６を備えた。反射体４は、平均粒径２０μｍの表面処理を施していない酸化アルミニウム粉末を６３ｗｔ％と平均粒径５μｍの酸化珪素粉末を３０ｗｔ％と更に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末を７ｗｔ％をボールミルを用いて乾式混合し、この混合物を１，２００℃にて焼結し成型品を得た上で、ブラスト粗化により表面粗度（Ｒａ）を平均４０μｍに調整したものを使用した。
【００４１】
本発明の第５の実施の形態を達成するための組成物としては第１の実施の形態内の前記［セラミックの組成］に記載の組成物を用いても良いし、これら組成物の複合体を利用することも出来る。
【００４２】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る、反射光照射装置１より得られる反射光利用の具体的な実施例を説明する。前述の第１の実施の形態に係る反射光照射装置１より得られた反射光を紫外線〜赤外線領域において平均９５％以上の透過率を有する容器に水道水を密閉し、外光を遮蔽した上で７２時間反射光の照射を行い、改質水である所定の反射光照射水を得た。この水を用いて苺を栽培し、ブランク水と生育効果を比較したところ、３ヶ月の育成期間で反射光照射水を利用したプラントでは約２．２倍の収量が得られ、平均の糖度も２度高かった。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態以外の構造を利用しても近似の結果が得られた。
【００４３】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態に係る、反射光照射装置１より得られる反射光利用の具体的な実施例を説明する。前述の第１の実施の形態に係る反射光照射装置１より得られた反射光を有機質セルロースを炭化して作製した炭化布に２４時間照射した後、窒素吸着法により反射光照射前後の比表面積と全細孔容積を確認した。結果は表１に示されるようにブランクの炭化布に比べ、比表面積が約８３％減少し、全細孔容積が約８５％減少しており、構造に変化が見られた。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態以外の構造を利用しても近似の結果が得られた。
【００４４】
【表１】
2011039120.tif 000003
【００４５】
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態に係る、反射光照射装置１より得られる反射光利用の具体的な実施例を説明する。前述の第１の実施の形態に係る反射光照射装置１より得られた反射光を、性能が劣化し、発電能を示さなくなったＤＥＦＣ(ダイレクトエタノール燃料電池)ユニット用のＭＥＡに燃料極側から反射光を２２時間、４４時間、９０時間照射した上で、無負荷状態のＭＥＡに燃料として３％に濃度を調整した日本酒（菊水の辛口）を投入し、最高電圧に到達後５分経過時の電圧を測定し、表２に示されるような結果が得られた。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態以外の構造を利用しても近似の結果が得られた。
【００４６】
【表２】
2011039120.tif 000004
【００４７】
（第９の実施の形態）
本発明の第９の実施の形態に係る、反射光照射装置１より得られる反射光利用の具体的な実施例を説明する。前述の第１の実施の形態に係る反射光照射装置１より得られた反射光を、酸化チタン微粉末（デグッサ社製Ｐ−２５）の水分散液をスピンコートして得られた膜に７２時間照射したところ、塗膜表面付近結晶性の改善が見られた。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態以外の構造を利用しても近似の結果が得られた。
【００４８】
（第１０の実施の形態）
本発明の第１０の実施の形態に係る、反射光照射装置１より得られる反射光利用の具体的な実施例を説明する。前述の第１の実施の形態に係る反射光照射装置１より得られた反射光を、紫外線〜赤外線領域において平均９５％以上の透過率を有する容器に、酵素源を含んだ混合液を投入密閉した状態で、７２時間照射したところ、本来４０℃付近でなければ、酵素活性を示しにくい微生物が、３０℃付近での顕著な酵素活性を示した。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態以外の構造を利用しても近似の結果が得られた。
【００４９】
実施の形態中の各性能試験における、試験方法は以下の通りである。
糖度測定：京都電子工業製  ポータブル糖度計ＲＡ−２５０による測定
比表面積／全細孔容積／平均細孔直径測定：窒素ガス吸着法による測定
ＭＥＡ無負荷最大到達電圧測定：デジタルマルチメーターＣＤＭ−１７Ｄによる測定
酸化チタン薄膜表面構造測定：ラマン分光測定器による表面状態測定
酵素活性測定：分光法による酵素活性の測定
【００５０】
〔比較例１〕
第６の実施の形態に係る具体的な比較例を説明する。反射光照射装置１に利用している反射体を鏡面仕上げのＳＵＳ−３０４材に切り替え、この照射装置より得られた反射光を紫外線〜赤外線領域において平均９５％以上の透過率を有する容器に水道水を密閉し、外光を遮蔽した上で７２時間反射光の照射を行い、所定の反射光照射水を得た。この水を用いて苺を栽培し、ブランク水と生育効果を比較したところ、３ヶ月の育成期間で反射光照射水を利用したプラントでは生育効果、糖度共に変化は見られなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１  反射光照射装置
２  発光素子
３  集光体
４  反射体
５  基盤
６  ワイヤ
７  遮蔽体
８  照射槽
８１  照射槽内壁
【図１】
2011039120.tif 000005
【図２】
2011039120.tif 000006
【図３】
2011039120.tif 000007
【図４】
2011039120.tif 000008