DE19622074A1

DE19622074A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung von UV-Strahlung in Bräunungsgeräten

Info

Publication number: DE19622074A1
Application number: DE1996122074
Authority: DE
Original assignee: KRATZ JOSEF GmbH
Current assignee: KRATZ JOSEF GmbH
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von UV-Strah lung in Bräunungsgeräten, insbesondere Sonnenbänken mit einer Lichtquelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ei ne Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Vermess ung von UV-Strahlung in Bräunungsgeräten.

Im folgenden werden das Verfahren und die Vorrichtung zur Vermessung von UV-Strahlung überwiegend anhand einer Son nenbank als Beispiel für ein Bräunungsgerät beschrieben. Die auf Sonnenbänke bezogenen Ausführungen gelten jedoch auch für jede andere Art von Ganzkörperbräunungsgerät oder Teilkörperbräunungsgerät. Andere Bräunungsgeräte sind bei spielsweise Gesichtsbräuner, Sonnenduschen, Deckenbestrah lungsgeräte und Sonnenstühle.

Die exakte Vermessung der UV-Strahlung in Sonnenbänken ist nötig, um maximale, medizinisch unbedenkliche Haut-Bestrah lungsdauern festlegen zu können und um sicherzustellen, daß die Strahlung nicht an einzelnen Punkten der Sonnenbank ei ne zu hohe Intensität aufweist. Die Durchführung von UV-Mes sungen in Solarien und für Heimsonnen ist in der DIN 5050 Teil 1 und der Euronorm EN 60335-2-27 geregelt. Auf der Basis einer festgelegten spektralen Wirkungsfunktion für das UV-Erythem werden eine photobiologisch wirksame Be strahlungsstärke sowie eine Schwellenbestrahlungsdauer er mittelt. Die Geräte werden abhängig von der erythemwirksa men Bestrahlungsstärke nach Typ 0 bis Typ 5 (DIN-Norm) oder nach Typ 1 bis Typ 4 (Euronorm) eingeteilt.

Zur Vermessung der UV-Strahlung in Sonnenbänken sollen ent sprechend der DIN-Norm keine integralen Meßverfahren ver wendet werden, bei denen der Detektor eine spektrale Emp findlichkeit der Erythemwirkungsfunktion besitzt. Solche Detektoren, die in ihrem Meßverhalten direkt die Wirkung der UV-Strahlung auf den menschlichen Körper erfassen, sind zur Zeit zu ungenau. Statt dessen werden spektrale Meßver fahren empfohlen, die anschließend rechnerisch ausgewertet werden.

Die Normen geben präzise Richtwerte für die Genauigkeit der spektralen Messung vor. Diese Vorgaben erfordern die Messung mit einem cosinuskorrigierten Spektralradiometer, welches hochempfindlich und nicht für einen transportablen Einsatz geeignet ist. Solche Spektralradiometer können dis persive Doppelspektrometer mit drehenden Gittern sein. Wei terhin sind die Herstellung und die Anschaffung eines sol chen Präzisionsspektrometers mit hohen Kosten verbunden.

Für die Vermessung der örtlichen Verteilung der Strahlung wird ein ebenes oder ein zylinderförmiges Meßraster vorge schlagen, bei dem die Rasterabstände der Meßpunkte nicht größer als 10 cm sein dürfen.

Aufgrund der obengenannten Schwierigkeiten beim Einsatz der Präzisionsspektrometer ist nach DIN 5050 Teil 1, 4.3 ein vereinfachtes Verfahren anerkannt, bei dem die Strahlungs messung in zwei Schritten erfolgt. Zunächst wird eine spek trale Messung im Maximum der Bestrahlungsstärke durch geführt und anschließend die relative örtliche Verteilung mit einem cosinuskorrigierten integral-erythembewertenden Gerät gemessen. Ein solches Gerät wird auch als MED-Meß gerät bezeichnet. Es ist jedoch bisher kein ausreichend genaues MED-Meßgerät bekannt, so daß das vereinfachte Ver fahren bisher keine echte Alternative bietet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein präzise und außerdem besonders wirtschaftliche Vermes sung der UV-Strahlung in Bräunungsgeräten durchgeführt werden kann. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen werden, welche besonders wirtschaftlich herstellbar und leicht ein setzbar ist.

Die Lösung der Aufgabe zur Schaffung eines neuen Verfahrens erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, zunächst ein relatives UV-Spektrum zu ermitteln und aufzuzeichnen und anschließend eine absolute örtliche Intensitätsverteilung der UV-Strahlung auf der Sonnenbank zu messen. Dabei ist es ausreichend, die Intensität in einem Teilbereich des Spek trums zu messen. Mit diesen Angaben kann ein ortsabhängi ges, absolutes Spektrum berechnet werden, aus dem wiederum ein erythembewertetes Ergebnis berechnet werden kann. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren kann die Messung wesent lich vereinfacht werden. Durch eine geschickte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch der Einsatz eines transportablen und preisgünstigen Array-Spektrometers ohne Cosinuskorrektur anstelle eines cosinuskorrigierten Doppel spektrometers möglich. Array-Spektrometer weisen beispiels weise ein Dioden- oder CCD-Array auf.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die örtliche Intensitätsverteilung bevorzugt im UVA-Bereich gemessen, da die Messung in diesem Bereich besonders un problematisch ist und für diesen Bereich exakte cosinus korrigierte Geräte bekannt sind. Der zur Messung der ört lichen cosinuskorrigierten Intensitätsverteilung verwen dete Sensor wird günstigerweise mit dem vorher gemessenen relativen Spektrum nachkalibriert, da die Kalibrierung von der bei der Kalibrierung verwendeten Strahlungsquelle ab hängt. Bei Messung der Intensität eines anderen Spektrums muß eine Korrektur durchgeführt werden. Da im erfindungs gemäßen Verfahren das UV-Spektrum jeweils gemessen wird und somit bekannt ist, ist eine automatische Berechnung und Durchführung der Korrektur möglich und wünschenswert. Der Korrekturfaktor kann in Abhängigkeit von dem Spektrum eine Größe bis zu 2 erreichen, beträgt aber typischerweise etwa 20%.

Üblicherweise sind in einer Sonnenbank eine Mehrzahl von röhrenförmigen Lichtquellen montiert, die zur Gesamtstrah lungsverteilung beitragen. Die Lichtquellen sind in der Regel vom gleichen Typ, so daß das Lichtquellenspektrum der Sonnenbank überall gleich ist. Dabei ist es jedoch günstig, wenn nach Vermessung des relativen Spektrums für jede ein zelne Lichtquelle in der Sonnenbank eine örtliche Intensi tätsverteilung der UV-Strahlung in der Sonnenbank gemessen wird und daß anschließlich die örtliche Intensitätsvertei lung aller Lichtquellen aus den örtlichen Intensitätsver teilungen für jede einzelne Lichtquelle rechnerisch zusam mengesetzt wird. Die Information über die Beiträge der Einzellichtquellen ist zur Abstimmung der einzelnen Licht quellen auf annähernd gleiche Bestrahlungszeit nützlich.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch die UV-Strahlung in einer Sonnenbank mit Licht quellen unterschiedlicher Typen gemessen werden. Dazu muß zunächst für jeden Typ von Lichtquelle ein relatives Spektrum aufgezeichnet werden und für jede einzelne Licht quelle eine örtliche Intensitätsverteilung der UV-Strahlung in der Sonnenbank gemessen werden. Daran anschließend wird für jede einzelne Lichtquelle ein ortsabhängiges absolutes Spektrum aus dem relativen Spektrum der betreffenden Licht quelle und der örtlichen Intensitätsverteilung der betref fenden Lichtquelle berechnet. Das resultierende ortsab hängige absolute Spektrum für alle Lichtquellen wird dann auf der Grundlage der ortsabhängigen absoluten Spektren al ler einzelnen Lichtquellen berechnet. Die Schwierigkeit, die sich bei einer örtlichen Änderung des relativen UV-Strah lungsspektrums in der Sonnenbank ergibt, wird durch diese Weiterbildung des Verfahrens behoben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schwellenbestrahlungsdauer für verschiedene Hauttypen berechnet. Weiterhin kann eine Schwellenbestrahlungsdauer für eine Pigmentierung und außerdem ein Sonnenerythemfaktor berechnet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine cosinuskorrigierte UVA-Sonde zur Mes sung der örtlichen Intensitätsverteilung eingesetzt.

Das relative Spektrum wird in einer bevorzugten Ausfüh rungsform mit einem Array-Spektrometer gemessen, welches durch Einsatz zweier unterschiedlicher Filter ein besonders gutes Streulichtverhalten im kurzwelligen UV-Bereich be sitzt. Dazu wird abwechselnd ein erstes Filter vor das Dio denarray-Spektrometer geschaltet, welches im Bereich von 250 bis 400 nm durchlässig ist, und ein zweites Filter, welches im Bereich von 250 bis 320 nm durchlässig ist. Durch die Messung mit dem zweiten Filter wird ausschließlich der kurzwellige und damit hochenergetische UV-Bereich vermessen und Streulichteinstrahlung aus dem UVA-Bereich, in dem der Hauptpeak der üblichen Lichtquellen liegt, vermieden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein schematischer Aufbau der Apparatur dargestellt.

Ein Meßkopf 4 besteht im wesentlichen aus einem Filterrad 6 mit mindestens zwei Filtern, die in den Strahlengang vor einen Lichtleiter 3 geschaltet werden können und so spe zielle Ausschnitte des UVA-Bereichs zu einem Diodenarray- Spektrometer 2 weiterleiten. Eine örtliche Intensitätsver teilung der UV-Strahlung auf der Sonnenbank wird mit einem cosinuskorrigierten UVA-Meßkopf 5 mit einem Diffusor 7 auf genommen. Der gesamte Verfahrensablauf wird von einem PC 1 gesteuert, der sowohl mit dem cosinuskorrigierten UVA-Meß kopf 5, dem Array-Spektrometer 2 und dem Filterrad 6 verbunden ist.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Array-Spektrometer 2 zur Messung einem relativen Spektrums vom PC 1 angesteuert. Ebenso wird das Filterrad 6 im Meßkopf 4 vom PC 1 angesteuert und zwar derart, daß das Filterrad 6 so gedreht wird, daß ein erstes Filter mit einem Durchlaßbereich von 250 bis 400 nm vor den Eingang des Lichtleiters 3 gedreht wird. In dieser Einstellung wird vom Diodenarray-Spektrometer 2 ein erstes Spektrum gemes sen. Danach wird das Filterrad 6 ein Stück gedreht, so daß ein undurchlässiger Bereich vor dem Eingang des Lichtlei ters 3 liegt und ein Dunkelspektrum aufgenommen werden kann. Zur Korrektur von Meßfehlern werden die gemessenen relativen Spektren mit dem Dunkelspektrum korrigiert. Da nach wird das Filterrad 6 weiter gedreht, bis ein zweites Filter, das im Bereich von 250 bis 320 nm durchlässig ist, vor dem Eingang des Lichtleiters 3 liegt. In dieser Stel lung des Filterrades 6 wird erneut ein relatives Spektrum mit dem Diodenarray-Spektrometer 2 gemessen, und aus diesen beiden gemessenen Spektren wird rechnerisch ein Gesamt spektrum zusammengesetzt. Durch die getrennte Vermessung des kurzwelligen Bereichs von 250 bis 320 nm, der wegen der Gewichtung mit der Erythemfunktion besonders exakt ge messen werden muß, wird die Hauptstrahlung der üblichen UV-Lam pen bei ca. 370 nm ausgeblendet und ein Einstreuen von Streulicht bei der Messung im kurzwelligen Bereich vermie den.

Falls dies erforderlich erscheint, kann ein solches rela tives Spektrum für jede einzelne Lichtquelle oder Lampe in der Sonnenbank gemessen werden. Falls verschiedene Typen von Lichtquellen verwendet werden, ist eine getrennte Mes sung für jeden einzelnen Lichtquellentyp unvermeidlich.

Im Anschluß an die Messung des relativen Spektrums wird mit einem cosinuskorrigierten UVA-Meßkopf mit dem Diffusor 7 zur Cosinuskorrektur eine ortsabhängige Intensitätsvertei lung gemessen. Durch den Diffusor 7 wird auch seitlich ein fallendes Licht in den Detektor gestreut und damit korrekt berücksichtigt. Mit dem UVA-Meßkopf 5 wird die gesamte Son nenbank örtlich abgerastert und die gemessenen Werte vom PC 1 werden aufgenommen. Der UVA-Meßkopf 5 wird vor Beginn der Messung mit dem gemessenen relativen Spektrum des Array- Spektrometers 2 nachkalibriert, da das Meßergebnis des UVA-Meß kopfes 5 von der Kalibrierung abhängt und diese wiederum von der bei Kalibrierung verwendeten Strahlungsquelle. Bei Messung der Intensität von Strahlung mit einem von der Ka librierung verschiedenen Spektrum muß eine Korrektur durch geführt werden.

Aus dem gemessenen relativen Spektrum und der gemessenen örtlichen Intensitätsverteilung berechnet der PC 1 zu nächst ein ortsabhängiges absolutes Spektrum und führt dann eine Gewichtung mit der Erythemfunktion durch, um die von der Norm geforderte photobiologisch wirksame Bestrahlungs stärke zu ermitteln.

Alle berechneten Größen wie z. B. die MED-Zeiten für die verschiedenen Hauttypen sind ortsabhängig über die Sonnenbank und werden auch ortsabhängig dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur Vermessung von UV-Strahlung in Bräu nungsgeräten, insbesondere Sonnenbänken, mit einer Lichtquelle,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein relatives Spektrum der Lichtquelle aufgezeich net wird,
daß mit einem Sensor eine örtliche Intensitätsvertei lung der UV-Strahlung auf dem Bräunungsgerät gemessen wird,
daß ein ortsabhängiges, absolutes Spektrum aus dem re lativen Spektrum und der örtlichen Intensitätsvertei lung berechnet wird, und
daß das berechnete, ortsabhängige absolute Spektrum rechnerisch mit einer Erythem-Funktion gewichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Intensitätsverteilung im UVA-Bereich gemessen und cosinuskorrigiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Messung der örtlichen Intensität mit dem relativen Spektrum nachkalibriert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede einzelne Lichtquelle des Bräunungsgerä tes eine örtliche Intensitätsverteilung der UV-Strah lung gemessen wird, und
daß die örtliche Intensitätsverteilung aller Licht quellen aus den örtlichen Intensitätsverteilungen der einzelnen Lichtquellen berechnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung von unterschiedlichen Typen von Lichtquellen in einem Bräunungsgerät für jeden Typ von Lichtquellen ein relatives Spektrum aufgezeichnet wird,
daß für jede einzelne Lichtquelle eine örtliche In tensitätsverteilung der UV-Strahlung in dem Bräunungs gerät gemessen wird,
daß für jede einzelne Lichtquelle ein ortsabhängiges absolutes Spektrum aus dem relativen Spektrum der be treffenden Lichtquelle und der örtlichen Intensitäts verteilung der betreffenden Lichtquelle berechnet wird, und
daß ein ortsabhängiges absolutes Spektrum für alle Lichtquellen auf der Grundlage der ortsabhängigen ab soluten Spektren für jede einzelne Lichtquelle be rechnet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellenbestrahlungsdauer für verschiedene Hauttypen berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellenbestrahlungsdauer für eine Pigmen tierung berechnet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sonnenerythemfaktor berechnet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Array-Spektrometer zur Messung des relativen Spektrums vorgesehen ist,
daß eine Sonde zur ortsabhängigen Messung der Intensi tät vorgesehen ist, und
daß eine Recheneinheit vorgesehen ist, die mit dem Array-Spektrometer und der Sonde verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine cosinuskorrigierte UVA-Sonde zur Messung der Intensität vorgesehen ist.