DE19622077C2

DE19622077C2 - Vorrichtung zur Vermessung von Bräunungsgeräten

Info

Publication number: DE19622077C2
Application number: DE1996122077
Authority: DE
Inventors: Eilert Hamer; Matthias Bernhard; Juergen Weishaar
Original assignee: JK-JOSEF KRATZ GmbH; KRATZ JOSEF GmbH
Current assignee: JK Holding GmbH
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: DE19622077A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung von Bräunungsgeräten, insbesondere Sonnenbänken durch Aufnahme eines elektromagnetischen Spektrums im UV-Bereich.

Im folgenden wird die Vorrichtung zur Vermessung von Bräun ungsgeräten überwiegend anhand einer Sonnenbank als Bei spiel für ein Bräunungsgerät beschrieben. Die auf Sonnen bänke bezogenen Ausführungen gelten jedoch auch für jede andere Art von Ganzkörperbräunungsgerät oder Teilkörper bräunungsgerät. Andere Bräunungsgeräte sind beispielsweise Gesichtsbräuner, Sonnenduschen, Deckenbestrahlungsgeräte und Sonnenstühle.

Elektromagnetische Strahlung ist durch ihre Wellenlänge charakterisiert. Für medizinische oder kosmetische Be strahlungsgeräte interessiert neben dem sichtbaren Spek tralbereich mit Wellenlängen von 400 bis 780 nm und dem infraroten Spektralbereich mit Wellenlängen größer als 780 nm hauptsächlich der Bereich der ultravioletten Strahlung. Dieser wird noch einmal in die drei Bereiche UVC von 200 bis 280 nm, UVB von 281 bis 315 nm und UVA von 316 bis etwa 400 nm unterteilt. Die Bräunung der mensch lichen Haut wird nur durch den UV-Strahlungsanteil ver ursacht, wobei unterschiedliche Wellenlängen der UV-Strah lung unterschiedlich wirksam sind. Hierzu ermittelte spektrale Wirkungsfunktionen sind in den Normen DIN 5050 Teil 1 und EN 60335-2-27 festgelegt. Diese spektrale Wir kungsfunktion beschreibt die photobiologische Wirksamkeit (Erythem-Wirkungsfunktion) und führt zu einer Gewichtung des Bereichs der UVC-Strahlung mit einem Faktor von fast 10⁴ gegenüber der Strahlung bei 400 nm im Bereich des sichtbaren Lichts. Demgegenüber wird der überwiegende Be reich der UVA-Strahlung nur mit einem Faktor zwischen 1 und 10 gegenüber dem sichtbaren Spektralbereich (genauer der Strahlung bei 400 nm) gewichtet. Diese besondere Gewichtung der hochenergetischen UV-Bereiche durch die Wirkungsfunk tion der Erythem-Bildung macht es erforderlich, daß insbe sondere die spektrale Verteilung der UV-Bestrahlung im UV- Cund UVB-Bereich in Sonnenbänken sehr genau vermessen wer den muß, um die photobiologischen Wirkungen der eingesetz ten UV-Strahlung berücksichtigen zu können.

Durch Messung von Streulicht im kurzwelligen, d. h. hoch energetischen UV-Bereich entsteht durch die Gewichtung mit der Erythem-Wirkungsfunktion ein nicht vernachlässigbarer Fehler. Solche Fehler entstehen insbesondere durch Meß fehler durch die Einstreuung von Streulicht vom lang welligen Bereich in den Bereich, in dem kurzwelliges Licht vermessen wird.

Zur Vermessung der spektralen Verteilung im UV-Bereich sind beispielsweise Array-Spektrometer mit einem festen Gitter bekannt, an dem die einfallende elektromagnetische Strah lung gebeugt und das Beugungsmuster auf dem Array abgebil det wird. Die mit solchen Geräten erreichbare Streulicht unterdrückung von höchstens 10^-4 ist für den Einsatz bei Sonnenbänken jedoch nicht ausreichend. Diese Array- Spektrometer weisen beispielsweise Dioden- oder CCD-Arrays auf.

In Sonnenbänken werden daher zur Aufnahme eines elektro magnetischen Spektrums im UV-Bereich dispersive Doppel spektrometer mit drehenden Gittern verwendet. Solche Doppelspektrometer weisen ein Streulichtverhältnis von etwa 10^-6 auf. Dispersive Doppelspektrometer sind optische Präzisionsgeräte, die sich aufgrund ihrer Empfind lichkeit und Größe nicht für einen transportablen Einsatz eignen. Außerdem sind die Herstellungs- und damit auch die Anschaffungskosten für ein derartiges optisches Präzi sionsgerät hoch.

Aus der WO 96/05487 ist ein Strahlungsmeßgerät bekannt, welches mit einem festen Gitter ausgestattet ist. Auf diese Weise wird eine robuste, gut handhabbare Anordnung zur Verfügung gestellt. Ferner kann der Meßeinrichtung die zu analysierende Strahlung über einen Lichtleiter zugeführt werden. Letztere Maßnahme steigert nochmals die Handhabbar keit der Anordnung. Die im Hinblick auf die genannten Merk male brauchbare Vorrichtung ist allerdings in mancher Hin sicht verbesserungsfähig. So ist es bei der besprochenen Vorrichtung beispielsweise erforderlich, innerhalb des Spektrometers Maßnahmen gegen Streulicht zu ergreifen, da ansonsten das Meßergebnis im Bereich geringer Intensitäten durch das aufgrund großer Intensitäten auftretende Streu licht verfälscht würde. Durch diese Maßnahmen ist das Spek trometer aufwendig in der Herstellung; ferner lassen sich die Effekte aufgrund vom Streulicht mit den vorgeschlagenen Maßnahmen niemals vollständig eliminieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei ausreichender Genauigkeit transportabel und besonders preisgünstig ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des An spruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unter ansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Spektrometer ist dadurch gekennzeich net, daß eine Einrichtung zur automatischen Filtervorschal tung eines ersten Filters und mindestens eines weiteren Filters vor dem Array-Spektrometer vorgesehen ist, daß das erste Filter im gesamten UV-Bereich durchlässig ausgebildet ist, daß ein weiteres Filter im UV-C-, UV-B-Bereich und bis 320 nm durchlässig ausgebildet ist und daß ein Lichtleiter mit Eingang und Ausgang vorhanden ist, wobei die Einrich tung zur automatischen Filtervorschaltung vor dem Eingang angeordnet ist.

Mit dieser Vorrichtung wird ein preisgünstiges Spektro meter bereitgestellt, das insbesondere in dem für die Erythem-Funktion wichtigen UVE- und UVC-Bereich besonders genau mißt und daher als spektrale Lupe bezeichnet werden kann. Dies wird durch eine Unterdrückung des Streulichts aus einem langwelligen Hauptpeak des UV-Spektrums erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Filter im Wellenlängenbereich von 250-400 nm durchlässig und das zweite Filter im Wellenlängenbereich von 250-320 nm durchlässig. Hierzu können beispielsweise die Farbglas filter UG11 und BG24A der Firma Schott eingesetzt werden. Das Farbglasfilter BG24A wird als erstes Filter verwendet und das UG11-Farbglasfilter mit einem zusätzlichen be schichteten Reflexionsfilter wird als zweites Filter ver wendet.

Die Einrichtung zur automatischen Filtervorschaltung weist bevorzugt eine drehbare Scheibe mit Ausnehmungen auf. Vor den Ausnehmungen der drehbaren Scheibe sind günstigerweise Klemmeinrichtungen zur Befestigung der Filter vorgesehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ausschließlich die vom Filter durchgelassene Strahlung sicher zu dem Spektrome ter geleitet wird. Weiterhin ist die drehbare Scheibe be vorzugt für elektromagnetische Strahlung undurchlässig aus gebildet, so daß die drehbare Scheibe gleichzeitig als Shutter dient. Wird eine der Ausnehmungen vor den Lichtlei ter gedreht, so kann eine Messung durchgeführt werden. An dernfalls wird der Eingang des Lichtleiters abgedunkelt, und es kann ein Dunkelstromspektrum aufgenommen werden.

Die Einrichtung zur automatischen Filtervorschaltung ist bevorzugt von einem lichtundurchlässigen Gehäuse umgeben, welches eine Öffnung für die zu messende UV-Strahlung auf weist. Dadurch wird der Einfall von Störlicht unterdrückt und erreicht, daß lediglich das durch ein Filter getretene Licht zum Eingang des Lichtleiters gelangt. Das Gehäuse und die Öffnung des Gehäuses sind bevorzugt so gestaltet, daß der sogenannte "Kosinus-Fehler" ausgeschaltet werden kann. Das bedeutet, daß nicht nur die direkt auf den Detektor fallende Strahlung, sondern auch die aus dem gesam ten 2π-Halbraum einfallende Strahlung durch das Filter in den Lichtleiter gelangt und vom Detektor berücksichtigt wird. Dies kann durch Anbringung von streuenden Materia lien im Öffnungsbereich erreicht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter erläutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in

Fig. 1 einen Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen UV- Spektrometers und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Einrichtung zur automa tischen Filtervorschaltung.

In Fig. 1 ist ein Array-Spektrometer mit 1 bezeichnet und ein damit verbundener PC mit 9. Das zu messende UV-Licht 8 tritt durch eine Öffnung 10 in einem Gehäuse 7 und trifft auf ein Filterrad 4, welches als Einrichtung zur automa tischen Filtervorschaltung dient. Die Öffnung weist einen Einsatz 16 aus einem streuenden Material auf, so daß auch seitlich oder schräg einfallendes Licht bei der Messung berücksichtigt wird. Das Filterrad 4 ist eine drehbare Scheibe mit Ausnehmungen 11 und 12, vor denen Filter 5 und 6 befestigt sind. Das Filterrad 4 wird von einem Antrieb 3 zentriert gehalten und gedreht, so daß die Ausnehmungen 11, 12 vor einen Eingang 13 eines Lichtleiters 2 gedreht werden können. Die durch das Filter 5 und die Ausnehmung 11 tre tende elektromagnetische Strahlung wird vom Lichtleiter 2 zu dem Array-Spektrometer 1 geleitet. Sowohl die Aufnahme der Spektren des Array-Spektrometers 1 als auch die Drehung des Filterrades 4 werden vom PC 9 gesteuert. Der Filterrad motor 3 ist auf einer Platte 14 montiert, die eine zusätz liche Abschirmung innerhalb des Gehäuses 7 bewirkt. Der Lichtleiter 2 wird abgeschirmt durch kleine Öffnungen in der Platte 14 als auch im Gehäuse 7 geführt.

Wie auch in Fig. 2 dargestellt ist, weist das Filterrad 4 neben den Ausnehmungen 11 und 12 für die darüber befestig ten Filter 5 und 6 eine zentrale Bohrung 15 auf, durch die eine Verbindung zu dem Filterradmotor 3 hergestellt wird, so daß das Filterrad 4 gehalten und gedreht werden kann.

Bei einer Messung wird das Filterrad 4 zunächst so gedreht, daß das Filter 5 für eine Übersichtsaufnahme vor dem Ein gang 13 des Lichtleiters 2 ist. Das Filter 5 ist im gesam ten UV-Bereich von 250-400 nm durchlässig. Bei dieser Auf nahme wird daher auch der Hauptstrahlungspeak erfaßt, des sen Maximum typischerweise bei ca. 370 nm liegt. Die Inten sität des übrigen Spektrums im höherenergetischen, kurzwel ligen Bereich ist gegenüber diesem Hauptpeak vernachlässig bar. Aufgrund der Gewichtung mit der Erythem-Funktion müs sen jedoch auch im Vergleich zum Hauptpeak geringe Beiträge möglichst genau berücksichtigt werden.

Im nächsten Schritt wird das Filterrad 4 ein Stück ver dreht, so daß ein undurchlässiger Teil des Filterrades 4 vor dem Eingang 13 des Lichtleiters 2 positioniert ist und als Shutter wirkt. Es kann dann ein Dunkelspektrum aufge nommen werden und vom PC 9 ein korrigiertes Spektrum für die Aufnahme mit dem Filter 5 erstellt werden.

Anschließend wird das Filterrad 4 so gedreht, daß das Fil ter 6, das als spektrale Lupe wirkt, vor dem Eingang 13 des Lichtleiters 2 positioniert wird. Das Filter 6 ist im UVC- und UVB-Bereich bis 320 nm durchlässig. Der in der vorheri gen Aufnahme gemessene übliche UV-Hauptpeak der Sonnenbank wird also vom Filter 6 nicht durchgelassen, so daß die kurzwelligen UV-Bereiche ohne Streulichteinfluß vermessen werden können. Dabei wird insbesondere die Quecksilberlinie bei 313 nm erfaßt. Es kann jetzt erneut ein Dunkelspektrum aufgenommen werden oder das vorher gemessene Dunkelspektrum zur Korrektur des mit dem Filter 6 gemessenen Spektrums verwendet werden. Das Gesamtspektrum wird anschließend aus den einzelnen Aufnahmen rechnerisch vom PC 9 zusammenge setzt.

Zur besonders genauen Vermessung weiterer Bereiche können weitere Filter vorgesehen sein, die ausschließlich für ei nen Teilbereich des Spektrums durchlässig sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermessung von Bräunungsgeräten, ins besondere Sonnenbänken, durch Aufnahme eines elektro magnetischen Spektrums im UV-Bereich, mit

1. einem Array-Spektrometer (1), welches ein festes Gitter zur Aufnahme des Spektrums aufweist, und
2. mindestens zwei Filtern (5, 6)

dadurch gekennzeichnet,

1. daß eine Einrichtung zur automatischen Filtervor schaltung eines ersten Filters (5) und mindestens eines weiteren Filters (6) vor dem Array-Spektrome ter (1) vorgesehen ist,
2. daß das erste Filter (5) im gesamten UV-Bereich durchlässig ausgebildet ist,
3. daß ein weiteres Filter (6) im UVC-, UVB-Bereich und bis 320 nm durchlässig ausgebildet ist und
4. daß ein Lichtleiter (2) mit Eingang (13) und Ausgang vorhanden ist, wobei die Einrichtung zur automati schen Filtervorschaltung vor dem Eingang (13) ange ordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß das erste Filter (5) von 250 bis 400 nm durchläs sig ist und
2. daß das zweite Filter (6) von 250 bis 320 nm durch lässig ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Einrichtung zur automatischen Filtervor schaltung eine drehbare Scheibe mit Ausnehmungen (11, 12) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß vor den Ausnehmungen (11, 12) der drehbaren Scheibe Klemmeinrichtungen zur Befestigung der Fil ter (5, 6) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß der Lichtleiter (2) einen Eingang (13) und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang (13) so angeord net ist, daß die Ausnehmungen (11, 12) der drehbaren Scheibe vor dem Eingang (13) positionierbar sind und der Ausgang mit dem Array-Spektrometer (1) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die drehbare Scheibe mit Ausnahme der Ausneh mungen (11, 12) für elektromagnetische Strahlung un durchlässig ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Einrichtung zur automatischen Filtervor schaltung von einem lichtundurchlässigen Gehäuse (7) umgeben ist, welches eine Öffnung (10) für die zu messende UV-Strahlung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß ein PC (9) zur automatischen Steuerung der Spek trenaufnahme und zur Steuerung der Einrichtung zur automatischen Filtervorschaltung vorgesehen ist.