JP6987119B2 - 保護表面の防汚のための発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともその寿命の一部の間に、汚損生物を含む汚損液体に浸漬される保護表面の汚損防止を実現するように配置および構成された発光装置に関し、前記発光装置は、光学媒体及び防汚光を放射する光源を有し、前記光学媒体は、前記防汚光の少なくとも一部が前記光学媒体を通って分散することを可能にするように構成された材料を有し、前記光学媒体は、 発光装置が保護表面に対して動作位置にあるときに保護表面から離れる方向に前記防汚光を放射するための放射面と、保護表面に対面するための背面とを有する。

その寿命の少なくとも一部の間に水にさらされる表面の生物付着は周知の現象であり、それは多くの分野において大きな問題を引き起こす。例えば、船舶輸送の分野では、船体への生物付着は船の抗力を著しく増大させ、従って船の燃料消費量を増大させることが知られている。この点では、燃料消費量の40％までの増加が生物付着に起因すると推定されている。

一般に、生物付着は、微生物、植物、藻類、小型動物等が表面に蓄積するものである。いくつかの推定によると、4000種類以上の生物を含む1800種以上が生物付着の原因である。したがって、生物付着は多様な生物によって引き起こされ、表面へのフジツボや海藻の付着よりもはるかに多くを伴う。生物付着は、バイオフィルム形成および細菌付着を含むマイクロ汚損、およびより大きな生物の付着を含むマクロ汚損に分けられる。それらが定着するのを何が妨げるのかを決定する明確な化学および生物学により、生物はまた、硬質または軟質に分類される。硬質汚損生物には、フジツボ、エンボス化外殻コケムシ、軟体動物、多毛綱および他の管状虫およびゼブラ・ムッスルなどの石灰生物が含まれる。軟質汚損生物は、海藻、ヒドロ虫、藻類およびバイオフィルム「スライム」などの非石灰生物を含む。一緒に、これらの生物は汚損コミュニティを形成する。

前述のように、生物付着はかなりの問題を引き起こす。生物汚損は、上述した船の抗力の増加以外の２つの他の悪い結果を述べるに過ぎないが、機械の動作を停止させそして水の入口を詰まらせる可能性がある。したがって、防汚（anti-fouling）の問題、すなわち生物付着物の除去または防止のプロセスはよく知られている。

WO2014/188347A1は、表面が液体環境、特に水性または油性環境に少なくとも部分的に浸されている間の表面の防汚方法を開示している。この方法は、防汚光を供給することと、保護表面にごく近接して光学媒体を提供することとを含み、この光学媒体は実質的に平坦な放射面を有する。光の少なくとも一部は、保護表面と実質的に平行な方向に光学媒体を通って分配され、防汚光は保護表面から離れる方向に光学媒体の放射面から放射される。防汚光は紫外線であってもよく、光学媒体は紫外線透明シリコーン、すなわち紫外線に対して実質的に透明であるシリコーン、および／または紫外線グレードの溶融シリカ、特に石英を含んでもよい。

WO2014/188347A1から知られる方法を適用することによって、生物付着から清潔に保たれるべき保護表面を、少なくともかなりの程度まで、殺菌光を放射する層によって覆うことが可能である。保護表面は、前述のように船の船体とすることができるが、この方法は他の種類の面にも同様に適用できる。

WO2014/188347A1はさらに、上述の方法を実施するために使用されるのに適した発光モジュールを開示している。この発光モジュールは、防汚光を生成するための少なくとも１つの光源と、光源からの防汚光を分配するための光学媒体とを備える。少なくとも１つの光源および／または光学媒体は、防汚光を保護表面から離れる方向に放射するように、保護表面の中、上および／またはその近くに少なくとも部分的に配置されることができる。発光モジュールは、保護表面への適用に適した箔として提供されてもよい。いずれにしても、発光モジュールが防汚光を生成するための光源の二次元グリッドを有し、光学媒体が、光モジュールの光放射面から出る防汚光の二次元分布を提供するように光学媒体全体にわたって光源の二次元グリッドからの防汚光の少なくとも一部を分配するように配置されることが可能である。

光源の2次元グリッドは、金網構造、最密構造、行列構造、または任意の他の適切な規則的もしくは不規則的な構造に配置されることができる。光源の二次元グリッドを提供することの利点の１つは、放射面にわたる配光の均一性が増すことである。実際、放射面にわたる配光の均一性を高めることによって、生物付着がさもなければ発生する可能性がある、照射が不足する領域を減少または防止することができ、同時に、さもなければ防汚のために必要とされるよりも多くの光を受ける過照射領域において発生する可能性があるエネルギーの無駄も同様に減少または防止することができる。WO2014/188347A1はまた、光学媒体の適切な場所に散乱パターンを有することによって、放射面にわたる光分布をさらに向上することができることを開示している。一般的な意味では、比較的薄い光学構造においてより優れた均一性を得るためのアイデアおよび解決策は、１つまたは複数の光源の直前に散乱体および／または反射体または他の光拡散体を導入することを含む。

以上のことから、WO2014/188347A1は、防汚発光モジュールの放射面にわたる配光の均一性を改善するという課題に取り組んでいる。何の対策も講じなければ、放射面から放射される光は、それによって光が生成される光源までの距離と共に減少することは明らかである。本発明は同じ主題に関し、保護表面の防汚のための発光装置の光源からの防汚光の優れた分布を実現する実用的で複雑でない方策を提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、少なくともその寿命の一部の間、生物汚損メカニズムを含む汚損液体中に浸漬される保護表面の汚損防止を実現するように配置および構成される発光装置が提供され、当該発光装置は、光学媒体および防汚光を放射するための光源を有し、光学媒体は、防汚光の少なくとも一部を光学媒体を通して分布させるように構成された材料を有し、光学媒体は、発光装置が保護表面に対して動作位置にあるときに防汚光を保護表面から離れる方向に放射するための放射面と、保護表面に対面するための背面とを有し、発光装置は、光源からの防汚光によってカバーされる３つのゾーンのグループ、すなわち、主に、光学媒体を通して、光学媒体の放射面に向かって鏡面反射的に防汚光を反射させるように配置および構成される第１のゾーン、全反射によって光学媒体を通る防汚光の伝播を主に実現するように配置および構成された第２のゾーン、ならびに、主に光学媒体の放射面を通して光学媒体から防汚光を散乱させるように配置および構成された第３のゾーンを有し、第１のゾーンは第２のゾーンよりも光源に近く、第２のゾーンは第３のゾーンよりも光源に近い。

本発明が実施されると、光学媒体および光源を有する防汚発光装置が提供され、この装置では、３つのゾーンが特定の順序で光源に関連付けられることが、本発明の上記定義から明らかである。光源に最も近い第１のゾーンは、防汚光を光学媒体を通して鏡面的に、すなわち鏡のように光学媒体の放射面に向かって主に反射させるために使用される。第１のゾーンよりも光源から遠い第２のゾーンは、全反射によって光学媒体を通る防汚光の伝播を実現するのに適している。光源から最も遠い第３のゾーンは、防汚光を主に散乱させるため、すなわち、光学媒体の放射面を通して光学媒体の外へ、拡散するように防汚光を反射させるために使用される。上記のようなゾーンを有することによって、光学媒体の放射面全体にわたる防汚光の優れた分布が達成される。その鏡面反射特性に基づいて、第１のゾーンは、放射された防汚光の一部を正しい方向、すなわち第２のゾーンおよび第３のゾーンの方向に向け直すことができる。第２のゾーンは、光が第３のゾーンの方向に伝搬することを可能にする中間ゾーンである。第１ゾーンおよび第２ゾーンの両方において、光の一部は、特に光が放射面を通って光学媒体から脱出ことを可能にする角度で放射面に当たるところで、光学媒体の放射面から放射される。その光散乱特性に基づいて、第３のゾーンは、このゾーンに到達する実質的にすべての光を、放射面を通って光学媒体の外へと向かわせることができる。

防汚光に対する一定の効果、すなわち、第１のゾーンにおける光学媒体の放射面への鏡面反射、第２のゾーンにおける全反射による光学媒体を通る伝搬、そして第３のゾーンにおける光学媒体からの散乱を主に実現するように配置および構成されているゾーンの表示は、その効果がそのゾーンの光の大部分に適用可能であることを意味するように理解されるべきである。例えば、光の散乱は、第３のゾーンのみで起こるのではなく、それぞれある程度、第１のゾーンおよび第２のゾーンでも起こり得る。しかし、第１ゾーンと第２ゾーンでは他の効果が優勢であるのに対し、第３ゾーンでのみ光散乱効果が優勢であり、他の2つのゾーンよりもかなり大きい部分の光に対して適用可能であるという事実に基づいて第３ゾーンはそれらの他の２つのゾーンと区別できる。同様に、全反射効果も、それぞれ第１のゾーンおよび第３のゾーンにもある程度は存在するかもしれないが、明らかに第２のゾーンにおいて支配的、すなわち光の大部分に適用可能であり、そして光学媒体の放射面への鏡面反射もまた、それぞれ第２のゾーンおよび第３のゾーンにおいて、ある程度までは起こり得るが、はるかに第１のゾーンにおいて最も存在する効果である。

発光装置は、保護表面に対して動作位置にあるように、発光装置が保護表面内に配置される位置、発光装置が保護表面上に配置される位置及び発光装置が保護表面の近くに配置される位置並びにそれらの位置の可能な組み合わせを含む、保護表面に対する任意の適切な位置に置くことができる。

本発明の第１の注目すべき利点は、保護表面のより広い清浄領域および／またはより少ない電力消費をもたらす電力効率の向上である。本発明の第２の顕著な利点は、光源近くの高強度の放射線から保護表面を保護することである。第１のゾーンおよび第３のゾーンにおいて、例えばそれぞれ、光学媒体の背面に配置される鏡面反射層および散乱層によって、光がその背面で光学媒体を出るのを阻止され、光が第２のゾーンの背面に当たる可能性がある角度（その角度は発光装置の設計細目に基づいて特定の限度内に維持され得る）に依存して、光は第２のゾーンの背面でも光学媒体から出ることができない。さらに、本発明を適用すると、光源の外側の特定のゾーン、すなわち少なくとも第２のゾーンにおいて透明であり、保護表面の視認性を可能にする発光装置が可能となる。

有利には、本発明の枠組み内で、第１のゾーンにおいて、光学媒体の放射面が少なくとも部分的にミラーで覆われ、そのミラーの反射面が放射面に面するようにすることができる。そのような場合、上述のようなミラーは、光源のすぐ近くにおける光学媒体の放射面での防汚光の放射を減少させるように働き、それによって放射面全体にわたる光の所望の均一な分布に寄与する。好ましくは、そのようなミラーは防汚光に対して半透明である。ミラーは、例えばパターンのあるミラーとすることができる。放射面にわたる光の所望の均一分布を考慮すると、光源からより遠い距離でより多くの光を通過させることができるように、ミラーが防汚光に対して半透明である程度が光源から離れる方向に増大するように、半透明のミラーを設計することは有利な選択肢である。

いずれにしても、第１のゾーンが防汚光を光学媒体を通って光学媒体の放射面に向かって鏡面反射させることを可能にするために、特に防汚光が光学媒体の背面で反射されることを可能にするために、第１のゾーンにおいて、光学媒体の背面が光学媒体の背面が少なくとも部分的にミラーで覆われ、ミラーの反射面が背面に面していることが実用的である。第２のゾーンにおける光の全反射は、そのゾーンに低屈折率層を光学媒体の裏面に設けることによって促進されてもよいが、これは、光学媒体の裏面にはそのゾーンの屈折率を下げるための層やその他の手段がないことも可能であるという事実を変えない。低屈折率層が適用される場合、その層の屈折率は、保護表面が浸漬される汚損液体の屈折率よりも低いことが実際的である。さもなければ、層を追加することは、光学媒体の材料および汚損液体の屈折率のみが決定的な要因である状況と比較して、全反射を促進するのには役立たない。最後に、第３のゾーンが防汚光を光学媒体の放射面を通して光学媒体から外に散乱させること、特に、防汚光を光学媒体の背面で散乱させることを可能にするために、第３のゾーンにおいて、光学媒体の背面が散乱層によって少なくとも部分的に覆われており、散乱層の散乱面が背面に面していると実用的である。

本発明による発光装置の好ましい実施形態では、防汚効果を達成するために必要であることが知られている所定の閾値を光の出力密度が超えるような放射面の面積を増加させるように、光源は、光学媒体の背面のレベルよりも光学媒体の放射面のレベルの近くに配置される。さらに、本発明による発光装置の設計の有効性を高めるために、光源は、５０％を超える防汚光を第１のゾーンの光学媒体の背面に直接放射するように配置および構成されてもよい。このようにして、第１のゾーンでは、光の大部分が鏡面反射して、放射面において光学媒体から直接放射されるのではなく、第２のゾーンに達することが可能になる。

本発明の根底にある洞察によれば、第１のゾーンが実質的に円形に湾曲した外側境界を有し、第３のゾーンが実質的に円形に湾曲した内側境界を有し、防汚光が光源から進行する方向に沿って見たときに境界が光源から一定の距離にあるように、光源が円形の中心にあることが有利である。第１のゾーンでは、光の少なくとも大部分が光学媒体の放射面に向かって鏡面反射するように反射され、第２のゾーンでは、光の少なくとも大部分が全反射によって光学媒質を通って伝播され、そして第３のゾーンでは、光の少なくとも大部分が光学媒体の放射面を通って光学媒体から散乱されることを達成するために、第１のゾーンの外側境界と光源との間の半径方向距離と、光学媒体中の光源の位置的態様および光学媒体中の全反射の臨界角とを関連付けること、ならびに/または、第３のゾーンの内側境界と光源との間の半径方向距離を、光学媒体における寸法の態様、光学媒体中の光源の位置的態様および光学媒体内の全反射のための臨界角に関連付けることが、有利である。特に、第１のゾーンの実質的に円形に湾曲した外側境界と光源との間の半径方向の距離は、ｈ_ｌ／ｔａｎ（９０°-θ）以上になるように選択されることができ、および/または、第３のゾーンの実質的に円形に湾曲した内側境界と光源との間の半径方向距離は、（ｈ_ｅ＋（ｈ_ｅ-ｈ_ｌ））／ｔａｎ（９０°-θ）以上になるように選択されることができ、ここで、ｈ_ｌは光学媒体の背面に対する光源の高さレベルを表し、ｈ_ｅは光学媒体の背面に対する光学媒体の放射面の高さレベルを表し、θは光学媒体中の全反射に対する臨界角を表し、これはarcsin（n₂/n₁）として定義され、ここでｎ_１は光学媒体の材料の屈折率を表し、ｎ_２は、保護表面が浸漬される汚損液体の屈折率を表す。そのようにして、発光装置の設計は、光学媒体および隣接する汚損液体によって構成される環境における防汚光の挙動、特に、光が光学媒体から出ることができる放射面への入射角度の範囲、及び、光学媒体中の光の全反射に関連した放射面への入射角度の範囲に基づく挙動を考慮することによって最適化されることができる。

本発明による発光装置の実用的な実施形態では、光学媒体はスラブの形をしており、光学媒体の放射面および光学媒体の背面は実質的に平面であり、実質的に互いに平行に延在する。その実施形態では、光学媒体は保護表面へのカバーとして利用されるのに非常に適している。

光源が紫外線を放射するように適合されることは実用的である。生物付着防止を実現するために紫外線を使用することの一般的な利点は、有害な副作用または容易に解消することができない副作用なしに、きれいに保たれるべき表面に微生物が付着して定着することが防止されることである。光源は、光学媒体に埋め込まれていてもよいし、光学媒体の外側で、光学媒体に隣接する位置に配置されていてもよい。

完全を期すために、紫外線を用いた防汚に関して以下のことが言及される。防汚光放射装置の光源は、特に、ＵＶＣ光としても知られているｃ型の紫外線、さらにより具体的にはおおよそ２５０ｎｍから３００ｎｍの間の波長を有する光を放射するように選択されることができる。ほとんどの汚損生物は、特定の線量の紫外線に暴露することによって死滅し、不活性化され、または繁殖できなくなることが判明している。生物付着防止を実現するのに適していると思われる典型的な強度は、１平方メートルあたり１０ｍＷである。光は、連続的に、または、所与の状況、特に所与の光強度において適切な任意の適切な頻度で適用されることができる。ＬＥＤは、発光装置の光源として利用されることができるＵＶＣランプの一種である。実際、LEDは一般的に比較的小型のパッケージに含まれ、他のタイプの光源よりも消費電力が少ない。また、ＬＥＤは材料のスラブに非常によく埋め込むことができる。さらに、LEDは、様々な所望の波長の（紫外）光を放射するように製造されることができ、その動作パラメータ、特に出力電力を高度に制御することができる。ＬＥＤは、いわゆる側面発光型ＬＥＤとすることができ、第１のゾーン、第２のゾーンおよび第３のゾーンが連続して位置する方向に防汚光を放射するように光学媒体中に配置されることができる。

光源が紫外線を放射するように適合されている場合、光学媒体が紫外線透明シリコーンのような紫外線透明材料を含むことが有利である。一般的な意味では、防汚光の少なくとも一部が光学媒体を通って分布することを可能にするように構成された材料を光学媒体が含むという事実は、光学媒体が防汚光に対して実質的に透明な材料を含むことを意味するように理解され得る。

本発明による発光装置は、単一の光学媒体と、光学媒体に埋め込まれた複数の光源とを含むことが実際的に可能であり、発光装置は、第１ゾーン、第２ゾーンおよび第3ゾーンの複数のグループを含み、光源のそれぞれは、グループのうちの１つに関連付けられている。このような場合には、発光装置の光学媒体は、任意の適切な形状およびサイズのものとすることができ、ＬＥＤなどの光源は光学媒体全体に分散され、各光源によって放射された光は、最適化された程度で光学媒体の放射面にわたって分配される。光源は、グリッドとして、任意には金網構造を有するグリッドとして、一連の並列接続で配置されることができる。

本発明は様々な状況において適用可能である。例えば、本発明による発光装置は、船舶に関連して適用されることができる。特に、その文脈において、発光配置は、船の船体を生物付着から清潔に保つ機能を有するように配置されてもよく、それは他の多数の適用可能性がその文脈においても存在するという事実を変えない。

本発明の上記および他の態様は、光学媒体と、光学媒体に埋め込まれた複数の光源とを含み、これらの光源が防汚光を発するのに役立ち、保護表面の防汚に使用するのに適している発光装置の２つの実施形態の以下の詳細な説明を参照して明らかになり、説明される。

ここで、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図中、同一または類似の部分は、同じ参照符号で示されている。
本発明による発光装置の第１の実施形態を示す図であり、発光装置の一部である光学媒体の一部の断面、光学媒体に埋め込まれたＬＥＤならびに光学媒体の背面に存在するミラーおよび散乱層を概略的に示し、光線の可能な経路が矢印によって図式的に示される。 第１の実施形態による発光装置の一部の上面図を概略的に示す図。 第１の実施形態による発光装置の一部の上面透視図を概略的に示す図。 本発明による発光装置の第２の実施形態を示す図であり、発光装置の一部である光学媒体の一部の断面、光学媒体に埋め込まれたＬＥＤ、光学媒体の背面に存在するミラーおよび散乱層、ならびに、光学媒体の放射面に存在するミラーを概略的に示し、光線の可能な経路が矢印によって概略的に示される。

図１-図３は、本発明による発光装置１００の第１の実施形態に関する。発光装置１００は、紫外線透過性シリコーンのスラブ１０の形態の光学媒体を含み、さらにスラブ１０内に埋め込まれた側面発光型紫外線ＬＥＤ２０の形態の複数の光源を含む。図２および図３において、示された例では、光源２０が、グリッド２１として、特に金網構造を有するグリッド２１として、一連の並列接続で配置されていることが分かる。それは、光源２０の他の配置も本発明の枠組み内で実現可能であるという事実を変えない。

スラブ１０は、保護表面３０、すなわち、その表面が少なくともその寿命の一部の間に汚損液体に曝される環境中で生物付着から清潔に保たれる必要がある面に面するための背面１１、および、ＬＥＤ２０から放射される紫外線を保護表面３０から離れる方向に放射するための放射面１２を有する。スラブ１０は、ＬＥＤ２０を収容する機能に加えて、保護表面３０から離れる方向に放射される前に、保護表面３０の一部にわたって各ＬＥＤ２０の紫外線の少なくとも一部を分配する機能を有する。

図１‐図３は、スラブ１０の背面１１の一部が覆われている事を明確に示している。特に、スラブ１０の裏面１１の部分を覆うように、紫外線を反射するためのミラー１３と紫外線を散乱させるための散乱層１４のパターンが存在する。図2で最もよくわかるように、ミラー１３は、実質的に円形に湾曲した外側境界１５を有し、ミラー１３の各々は、ＬＥＤ２０のうちの１つに関連付けられ、ＬＥＤ２０は、ミラー１３の外側境界１５の実質的に円形に湾曲した形状の中心にある。完全を期すために、ミラー１３の反射面はスラブ１０の背面１１に面していることに留意されたい。散乱層１４は、実質的に円形に湾曲した内側境界１７を有する一連の相互接続された散乱層部分１６を含み、各散乱層部分１６の内側境界１７は、１つのミラー１３の外側境界１５に対して同心の位置決めを有する。

１）ＬＥＤ２０、２）ＬＥＤ２０と関連するミラー１３（ＬＥＤ２０がそのミラー１３の外側境界１５に対して実質的に中心位置を有する）および３）その内側境界１７がそのミラー１３の外側境界に対して実質的に同心の位置決めを有する散乱層部分１６の組み合わせの各々において、散乱層部分１６の内側境界１７は、そのミラー１３の外側境界１５から距離を置いて延びている。それに基づいて、ＬＥＤ２０からの紫外線防汚光によって覆われる３つのゾーン１、２、３のグループは、発光配置１００において区別することができ、すなわち、ＬＥＤ２０に関連するミラー１３の位置にある第１のゾーン１、ＬＥＤ２０とそのミラー１３の両方に関連する散乱層部分１６の位置にある第３のゾーン３、そして第１ゾーン１と第３ゾーン３との間に存在する第２ゾーン２である。

ミラー１３および散乱層１４の適用は、スラブ１０の放射面１２にわたるＬＥＤ２０によって放射される紫外線の分布を改善することを目的とし、それによって紫外線のより有効な使用を達成する。例えば、発光装置１００の電力消費を低減し、および／または１つのＬＥＤ２０が放射面１２のより大きな部分を覆うことを可能にして、その結果、ＬＥＤ２０の数を最小限に抑えることができる。

以上のことから、３つのゾーン１、２、３のグループが各ＬＥＤ２０に関連付けられることになる。図１では、１つのＬＥＤ２０および関連する１つのグループのゾーン１、２、３が概略的に示されており、光線の考えられる経路は矢印によって概略的に示されている。第１ゾーン１はＬＥＤ２０に最も近い。それを考慮して、このゾーン１は、大部分の光が第２のゾーン２および第３のゾーン３の方向に伝搬することを確実にするように設計されている。放射面１２の法線に対して比較的小さい角度で第１のゾーン１内のスラブ１０の放射面１２に当たる光線のみが（部分的に）スラブ１０から出ることができる。光学の分野ではよく知られているように、言及したような角度の臨界値は、発光装置１００の場合にはスラブ１０の材料およびスラブ１０の外側の媒体である、境界面に存在する２つの材料の屈折率によって決まる。ここで、スラブ１０の外側の媒体は汚損液体であると考えられることに留意されたい。第１ゾーン１内のスラブ１０の放射面１２に衝突する他の光線は、第２ゾーン２および第３ゾーン３の方向に伝播する。特に、それらの他の光線はスラブ１０から出ることを許されず、代わりに放射面１２で反射され、その結果、それらはスラブ１０の背面１１の方向に屈折され、それらが伝播するにつれて第１のゾーン１を出る。さらに、第１のゾーン１内の背面１１に当たるすべての光線は、スラブ１０から出ることを許されず、代わりに背面１１および／またはミラー１３上で反射され、それによって相当量の光が第２ゾーン２および第３ゾーン３の方向に伝搬される。

第２のゾーン２に到達してスラブ１０の背面１１および放射面１２のうちの１つに当たる光線は、表面１１、１２への光の入射角が、表面１１、１２の法線に対して臨界角よりも小さい場合にのみ、第２のゾーン２内でスラブ１０から出ることができる。ＬＥＤ２０を収容するスラブ１０の構成は、第２のゾーン２における全反射に主に依存するように選択され、その結果、第１のゾーン１から受けた比較的少量の光のみが、スラブ１０の放射面１２においてスラブから逃げることができ、一方、比較的多くの光が第３のゾーン３の方向に伝搬するようにされる。第２のゾーン２の光反射機能を高めるために、ゾル-ゲルコーティングなどの低屈折率層（図示せず）、特に汚損液体よりも低い屈折率を有する層が、第２のゾーン２においてスラブ１０の背面１１に適用されてもよい。第２のゾーン２においてスラブ１０の背面１１の少なくとも一部を覆うための適切なミラー（図示せず）を有することも可能であり、そのミラーの反射面は背面１１に面する。

第３の区域３は、ＬＥＤ２０から最も離れている。それを考慮して、散乱層部分１６が第３のゾーン３に適用され、第３のゾーン３に到達する実質的にすべての光線がスラブ１０の放射面１２に向けられ、それによって放射面１２の法線に対して比較的小さい角度で配向されることが確実にされる。したがって、第３のゾーン３は、第１のゾーン１および第２のゾーン２を通過した後に残っている実質的にすべての光をスラブ１０の外に向けるように構成される。

以下では、発光装置１００に関する寸法および他のパラメータの可能な値の例が与えられる。ＬＥＤ２０は、ｃ型（ＵＶＣ）の紫外線を放射するように構成されたＬＥＤであると仮定され、スラブ１０は、１０ｍｍの厚さ、すなわちスラブ１０の背面１１に対するスラブ１０の放射面１２の高さｈ_ｅを有する透明な導光板であると仮定される。さらに、ＬＥＤ２０は、スラブ１０の背面１１に対して５ｍｍの高さｈ_ｌで横方向に光を放射するように取り付けられると仮定される。２７５ｎｍのＵＶＣ波長における海水およびシリコーンの屈折率は、それぞれ１．３８および１．４６であり、その結果、全反射に対する臨界角θは、θ＝ａｒｃｓｉｎ（１．３８／１．４６）＝７０．９°に等しい。スラブ１０の放射面１２にわたる非常に良好な配光効果を得るためには、第１のゾーン１の外側境界１５の半径ｒ_１が、ｒ_１＝ｈ_ｌ／ｔａｎ（９０°-θ）＝１４．５ｍｍ以上であることが有利である。さらに、第３のゾーン３の内側境界１７の半径ｒ_３が、ｒ_３＝（ｈ_ｅ＋（ｈ_ｅ‐ｈ_ｌ））／ｔａｎ（９０°-θ）＝４３．５ｍｍ以上であることが有利である。ｈ_ｅ、ｈ_ｌ、ｒ_１およびｒ_３が図１に示されていることに留意されたい。

スラブ１０の放射面１２にわたる光の分配を実現するのに発光装置１００が効果的であり得る範囲は、ｈ_ｌを増加させることによってさらに拡大され得る。例えば、スラブ１０の後面１１に対して８ｍｍの高さｈ_ｌにＬＥＤ２０を配置することが実際的であり得る。さらに、ＬＥＤ２０の向きを傾斜させるとこ、特にＬＥＤ２０がより下向きの方向に光を放射するように配置される向きにすること、特に第１のゾーン１内のスラブ１０の背面１１に向かって５０％を超える光を直接放射することは有益であり得る。

図４は、本発明による発光装置１００の第２の実施形態に関し、特に、第１のゾーン１に追加のミラー１８、すなわち、第１のゾーン１のスラブ１０の放射面１２を少なくとも部分的に覆うためのミラー１８を適用する可能性を示し、ミラー１８の反射面は放射面１２に面している。そのような追加のミラー１８は、ＬＥＤ２０によって放射される光に対して半透明であることが実際的である。それを考慮すると、ミラー１８は、図４に概略的に示されるように、パターン化されたミラーであり得る。追加のミラー１８を有することによって、さらに多くの光を第１のゾーン１から第２のゾーン２および第３のゾーン３に向かって伝播させて、スラブ１０の放射面１２にわたる光の分布がさらに最適化されるようにすることを確実にすることが可能である。その点で、追加のミラー１８は、その半透明度が、ＬＥＤ２０から第１のゾーン１の外側境界１５への方向に増加するように設計されることが有利な可能性である。

本発明の範囲は、上述した例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、そのいくつかの修正および変更が可能であることは当業者には明らかであろう。本発明は、特許請求の範囲またはその等価物の範囲内に入る限りにおいて、そのような修正および修正のすべてを含むと解釈されることが意図される。本発明は、図面および説明において詳細に図示され説明されているが、そのような図示および説明は、図解および例示的なものにすぎず、限定的ではないとみなされるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されない。図面は概略的なものであり、本発明を理解するために必要とされない詳細は省略されており、必ずしも一定の縮尺ではない。

開示された実施形態に対する変形は、図面、説明、および添付の特許請求の範囲の研究から、請求の範囲に記載の発明を実施する上での当業者によって理解され、達成され得る。請求項において、「含む（comprising）」という単語は他のステップまたは要素を除外せず、不定冠詞「a」または「an」は複数を除外しない。本明細書で使用される用語「含む、有する（comprise）」は、「からなる（consisting of）」という用語をカバーするものとして当業者に理解されるであろう。したがって、「含む、有する」という用語は、ある実施形態に関して「からなる」を意味する場合があるが、別の実施形態では「少なくとも定義された種および場合により1つまたは複数の他の種を含む/含有する」ことを意味する。

特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

特定の実施形態に関して説明された要素および態様は、他に明確に述べられていない限り、他の実施形態の要素および態様と適切に組み合わせられることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

一般的な意味では、本発明による発光装置１００の基本的機能は、保護表面３０を生物付着から保護することである。したがって、本発明は、少なくともその寿命の一部の間に、汚損生物を含有する汚損液体中に保護表面が浸漬されることが意図されている状況である、汚損リスクを伴うあらゆる状況に適用可能である。海水は、そのような汚損液体のよく知られた例である。前述のように、本発明による発光装置１００は船舶の船体に適用することができる。保護表面３０の他の例には、ボックスクーラーの外面、海底装置の表面、船舶のバラストタンクのような貯水槽の内壁、および海水淡水化プラントのフィルタシステムのフィルタ面が含まれる。

本発明による発光装置１００の一部である光学媒体１０は、発光装置１００の意図される用途に応じて、任意の適切な形態にすることができる。光学媒体１０が前述のような材料のスラブを含むことは実用的であり、その材料は、防汚光が光学媒体１０を通って伝播することを可能にするのに適した任意の種類の材料であり得る。さらに、保護表面３０の輪郭に沿わせるのに必要である場合にはスラブを曲げることができるように、例えば、材料は可撓性であってもよい。光学媒体１０の放射面１２および背面１１は実質的に平面であり、互いに実質的に平行に延び、その場合には光学媒体１０は概して平坦な設計であるが、それは光学媒体１０の他の設計が本発明の範囲内で実現可能であるという事実を変えるものではない。光学媒体１０がほぼ平らな設計のものである場合、３つのゾーン１、２、３が光学媒体１０の延在方向に、すなわち、光学媒体１０の放射面１２および背面１１に対して実質的に平行な方向に、光学媒体１０内で連続して配置されることが実際的である。

本発明は、光学媒体１０に対する発光装置１００の一部である少なくとも１つの光源２０のいかなる特定の位置決めにも決して限定されない。少なくとも１つの光源２０は、本発明の特定の用途およびその用途に最適化された発光配置１００の設計において適切なものは何でも、光学媒体１０の内側または外側に配置されることができる。

第３のゾーン３の一般的な光散乱挙動は、光学媒体１０の背面１１において散乱層１４を使用することを伴う、図示および説明された方法を含む様々な方法で達成されることができる。他の実現可能な選択肢は、光学媒体１０の裏面１１に傷を付けること、または表面１１に（から）周期的な構造、線、隆起部もしくはへこみ部を有することを含む。

本発明は、上記で説明したような詳細を有する発光装置１００に関し、さらに、図１および図４に示すような発光装置１００と保護表面３０とのアセンブリに関し、発光装置１００は、保護表面３０に対して動作位置にあり、特に保護表面３０の中、上および／または近くに配置されている。

要約すると、発光装置１００は、少なくともその寿命の一部の間に、汚損生物を含む汚損液体中に浸漬される保護表面３０の生物付着防止のために提供される。発光装置１００は、光学媒体１０と、防汚光を発するための少なくとも１つの光源２０とを備える。光源２０に関連する３つの連続するゾーン１、２、３の少なくとも１つのグループが、発光配置１００において区別することができ、光源２０に最も近い第１のゾーン１は、光学媒体１０を通って光学媒体１０の放射面１２に向けて防汚光を主に鏡面反射的に反射させるように配置および構成され、第２のゾーン２は、全反射によって光学媒体１０を通る防汚光の伝播を主に実現するように配置および構成され、光源２０から最も遠い第３のゾーン３は、防汚光を光学媒体１０の放射面１２を介して光学媒体１０から主に散乱させるように配置および構成されている。

Claims (19)

1. 少なくとも寿命の一部の間に、汚損生物を含む汚損液体に浸漬される保護表面の防汚を実現するための発光装置であって、
   光学媒体と、防汚光を放射するための光源とを有し、
   前記光学媒体は、前記防汚光の少なくとも一部が前記光学媒体を通して分配されることを可能にする材料を有し、
   前記光学媒体は、前記発光装置が前記保護表面に対して動作位置にあるときに前記保護表面から離れる方向に前記防汚光を放射するための放射面と、前記保護表面に対面する背面とを有し、
   前記発光装置は、前記光源からの防汚光によってカバーされる３つのゾーン、すなわち、主に、前記光学媒体を通して前記光学媒体の前記放射面に向けて前記防汚光を鏡面反射的に反射させるように配置および構成された第１のゾーン、主に、全反射による前記光学媒体を通した前記防汚光の伝播を実現するように配置および構成された第２のゾーン、および、主に、前記光学媒体の前記放射面を通して前記光学媒体の外に前記防汚光を散乱させるように配置および構成された第３のゾーンのグループを有し、前記第１のゾーンは前記第２のゾーンよりも前記光源に近く、前記第２のゾーンは前記第３のゾーンよりも前記光源に近い、発光装置。
2. 前記第１のゾーンにおいて、前記光学媒体の前記放射面が少なくとも部分的にミラーで覆われ、前記ミラーの反射側が前記放射面に面している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記ミラーが前記防汚光に対して半透明である、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１のゾーンにおいて、前記光学媒体の前記背面が少なくとも部分的にミラーで覆われ、前記ミラーの反射側が前記背面に面する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記第２のゾーンにおいて、前記光学媒体の前記背面が低屈折率層を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記第３のゾーンにおいて、前記光学媒体の前記背面が少なくとも部分的に散乱層によって覆われ、前記散乱層の散乱側が前記背面に面する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記光学媒体が概ね平坦なデザインを有し、前記３つのゾーンが、前記光学媒体が延在する方向に前記光学媒体中で連続して配置される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記光源が、前記光学媒体の前記背面のレベルよりも前記光学媒体の前記放射面のレベルの近くに配置される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記光源が、前記第１のゾーンにおける前記光学媒体の前記背面に直接向けて前記防汚光の５０％以上を放射するように配置および構成される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記第１のゾーンが実質的に円形の湾曲した外側境界を有し、前記外側境界と前記光源との間の半径方向距離がh_l/tan(90°-θ)以上であり、h_lは前記光学媒体の前記背面に対する前記光源の高さレベルを表し、θは、arcsin(n₂/n₁)として定義される、前記光学媒体における全反射の臨界角を表し、n₁は前記光学媒体の材料の屈折率を表し、n₂は前記保護表面が浸漬される真水又は海水の屈折率を表す、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記第３のゾーンが実質的に円形の湾曲した内側境界を有し、前記内側境界と前記光源との間の半径方向距離が、(h_e+(h_e-h_l))/tan(90°-θ)以上であり、h_eは前記光学媒体の前記背面に対する前記光学媒体の前記放射面の高さレベルを表し、h_lは前記光学媒体の前記背面に対する前記光源の高さレベルを表し、θは、arcsin(n₂/n₁)として定義される、前記光学媒体における全反射の臨界角を表し、n₁は前記光学媒体の材料の屈折率を表し、n₂は前記保護表面が浸漬される真水又は海水の屈折率を表す、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置。
12. 前記光学媒体がスラブの形態であり、前記光学媒体の前記放射面および前記光学媒体の前記背面が実質的に平坦で、実施的に互いに平行に延在する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の発光装置。
13. 前記光源が紫外光を放射する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の発光装置。
14. 単一の光学媒体および前記光学媒体に埋め込まれた複数の光源を有し、前記発光装置が、前記第１のゾーン、前記第２のゾーンおよび前記第３のゾーンからなる複数のグループを有し、各々の前記光源が前記グループのうちの１つに関連付けられる、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の発光装置。
15. 前記光源が、グリッドとして、一連の並列接続で配置される、請求項１４に記載の発光装置。
16. 前記ミラーが前記防汚光に対して半透明である程度が、前記光源から離れる方向に増加する、請求項３に記載の発光装置。
17. 前記低屈折率層の屈折率が、前記保護表面が浸漬される前記汚損液体の屈折率よりも低い、請求項５に記載の発光装置。
18. 前記光学媒体が紫外線透明シリコーンである、請求項１３に記載の発光装置。
19. 前記光源が、金網構造を有するグリッドとして、一連の並列接続で配置される、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の発光装置。

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