JP2002513466A - Ｕｖを変換する光学アレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 吸光フィルターシステムおよび干渉フィルターシステムを含む光学アレイ。太陽光に関して、光学アレイの光透過性のスペクトル特性は、世界的に受け入れられているＤｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに近似している。この標準は、ＵＶ焼けに対する人間の皮膚感度をモデル化している。本発明は、太陽光に含まれるＵＶによる日焼け力を測定する小型装置に装着できる廉価な小型の紫外線センサーを製造することを可能にするものである。

Description

【発明の詳細な説明】 ＵＶを変換する光学アレイ 本発明は、特に、太陽光に含まれるＵＶ放射を変換する光学アレイに関するも のである。フィルターの光透過のスペクトル特性は、人間の皮膚の日焼けに対す る感度に類似する。この感度は広く認識されているＤｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａ ｒｄに記載されている。 今までにも、吸光フィルターに基づいて作られたＵＶ測定装置が数種類ある。 ＣＡＳＩＯ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｌｔｄ．は、「ＣＡＳＩＯ ＵＣ−１２０ ＵＶ」 という装置を製造している。この装置は、Ｓｃｈｏｔｔ ＵＧ−１１に類似する 物質から作られている吸光フィルターとフォトダイオードを含む光学アレイを有 する。この装置のスペクトル特性は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに対応し ない。この装置は、太陽光を照射されたとき、日焼け力の低いＵＶ−Ａに対して 過敏である。米国特許５，１９６，７０５には、ＵＶの強度および線量を測定す る装置が記載されている。この装置は、Ｓｃｈｏｔｔ ＵＧ−１１に類似した材 質で作られている吸光フィルター、光ルミネセンス物質、および、フォトダイオ ードを含む光学アレイを有する。この装置のスペクトル特性もＤｉｆｆｅｙ Ｓ ｔａｎｄａｒｄに対応していない。この装置は、ＵＶ−Ｂに対する感度と比べ、 ＵＶ−Ａに対して過 敏である。 発明の説明 本発明は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに類似した光透過のスペクトル特 性を有するＵＶ、可視光線、および赤外線を変換する光学アレイを装備した装置 を製造する問題を解決する。 フィルター一組の相対内部光透過率の定義： Ｔ^rel _int（λ）＝Ｔ_int（λ）／Ｔ_int（３１０）（１） 上の式では、 λ ナノメートルの単位の波長 Ｔ^rel _int（λ） 波長λに対する相対内部光透過率 Ｔ_int（λ） 波長λに対する内部光透過率 Ｔ_int（３１０） 波長３１０ｎｍに対する内部光透過率 吸光フィルター一組の全内部透過率は、各連続フィルターの内部透過率の積に等 しいことに注意。 フィルター一組の相対光透過率の定義 Ｔ^rel（λ）＝Ｔ（λ）／Ｔ（３１０） （２） 上の式では λ ナノメートルの単位の波長 Ｔ^rel（λ） 波長λに対する相対光透過率 Ｔ（λ） 波長λに対する光透過率 Ｔ（３１０） 波長３１０ｎｍに対する光透過率 Ｄｉｆｆｅｙスペクトル特性はＤ（λ）と表される。 （３） 上の式では、 λはナノメートルの単位の波長である。 第一の解決策において、アレイは、可視光線および赤外線を遮る吸光フィルタ ーシステムと、ＵＶの透過率を変更し、および／又は可視光線および赤外線を遮 る干渉フィルターシステムと、散乱素子と、光ビームを形成する素子とを含む。 干渉フィルターは、ＵＶ屈折率が高い材料と低い材料の層からなる。本発明によ れば干渉フィルターシステムのひとつは、酸化ハフニウムおよび／又は酸化ジル コニウムからなる層を有する。光路に配設されたコリメータが光ビームを形成す る。コリメータの表面の吸光性を高くすることも出来る。光路の始まりには、ア レイの無指向性特性を得るために散乱素子が配設される。散乱素子は、ＰＴＦＥ （ポリテトラフルオロエチレン）から形成されてもよい。 第二の解決策において、アレイは、ＵＶ−Ａの一部を遮る第一の吸光フィルタ ーシステムと、可視光線および赤外線を遮る第二の吸光フィルターシステムとを 含み、また、散乱素子および／又は干渉フィルターシステムを含んでもよい。 第一の吸光フィルターシステムの相対内部透過率「Ｔ^rel _int （λ）」は、λ＝２９０ｎｍの場合０から０．２の範囲にあり、λ＝３０ ０ｎｍの場合０．３４から０．７の範囲にあり、λ＝３２０ｎｍの場合０．５か ら０．８の範囲にあり、λ＝３３０ｎｍの場合０．０４から０．３６の範囲にあ り、λ＝３４０ｎｍの場合１０Ｅ−３から０．１の範囲にあり、λ＝３５０ｎｍ の場合７＊１０Ｅ−６から０．０２の範囲にあり、λ＝３６０ｎｍの場合２＊１ ０Ｅ−７から７＊１０Ｅ−３の範囲にあり、λ＝３７０ｎｍの場合２＊１０Ｅ− ７から７＊１０Ｅ−３の範囲にあり、λ＝３８０ｎｍの場合２＊１０Ｅ−５から ０．０３の範囲にあり、λ＝３９０ｎｍの場合２＊１０Ｅ−３から０．１４の範 囲にある。吸光フィルターからなる第一のフィルターの光学厚さの合計は０．５ から２ｍｍの範囲である。 第二の吸光フィルターシステムの相対内部光透過率 「Ｔ^rel _int（λ）」は、λ＝２９０ｎｍの場合０から０．３の範囲であり、λ＝ ３００ｎｍの場合０．７から０．８の範囲であり、λ＝３２０ｎｍの場合１から １．３の範囲であり、λ＝３３０ｎｍの場合１から１．４の範囲であり、λ＝３ ４０ｎｍの場合１から１．３の範囲であり、λ＝３５０ｍｍの場合１から１．１ ２の範囲であり、λ＝３６０ｎｍの場合０．６から０．８の範囲であり、λ＝３ ７０ｎｍの場合０．１４から０．３の範囲であり、λ＝３８０ｎｍの場合１０Ｅ −３から０．０１５の範囲であり、λ＝３９０ｎｍの場合１０Ｅ−１０から１０ Ｅ −６の範囲である。第一の吸光フィルターシステムの光学厚さの合計は、０．５ から１０ｍｍの範囲である。 本発明のアレイの無指向性特性を得るため、光路の始めに散乱素子が配設され る。散乱素子は、ＰＴＦＥから構成されてもよい。光路において、可視光線およ び赤外線を遮り、および／又は、ＵＶ領域における透過率を変更するために干渉 フィルターシステムを追加配設してもよい。 本発明は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに規定される人間の皮膚感度に従 ったＵＶ−ＡおよびＵＶ−Ｂ領域におけるスペクトル特性を有する廉価で簡便な 光学アレイを製造することを可能にする。散乱素子が、本アレイの無指向性特性 を確実にする。ＵＶ−ＡおよびＵＶ−Ｂ日焼けに対する皮膚感度に関するその他 の基準にも容易に適合出来る。 本発明は、ブロック図で示され、図１は、本発明の光学アレイの第一例の構造 を示す。図２は、図１に示される本発明の変形例の構造を示す。図３は、本発明 の光学アレイの第２例を示す。図４は、本発明の光学アレイの第３例を示す。図 ５は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄ（λ）と比較した、図２の光学アレイ の「Ｔ^rel（λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０）」を図示する。図６は、Ｄｉ ｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄ（λ）と比較した、図３の光学アレイの「Ｔ^rel （λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０）」を図示する。図７は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔ ａｎｄａｒｄ Ｄ（λ）と比較した、図４の光学アレイの「Ｔ^rel（λ）＊Ｄ（３ １０）／Ｔ^rel（３１０）」を図示する。 第１例の説明 本発明のアレイは、光を散乱する層１、コリメータ２、吸光フィルターシステ ムを構成する吸光フィルター３、干渉フィルターシステムを構成する干渉フィル ター一組４からなる。吸光フィルター３は、ＵＶを透過させるが、可視光線およ び赤外線を遮る物質からなる。この性質は、Ｍ１物質に属するものであり、その 特性は、下記の表に記載される。 本例において、散乱素子１はＰＴＦＥから構成され、吸光フィルター３は、Ｓ ｃｈｏｔｔ ＵＧ−１１のようなＭ１物質で構成される厚さが８ｍｍの平行平面 板である。吸光フィルター３の表面上に配設される干渉フィルター一組４は、酸 化ハフニウムおよび／又は酸化ジルコニウムおよび酸化シリカの３８の層からな る。 散乱素子１が、本アレイの無指向性特性を確保する。コリメータ２は、光ビー ムを形成する。所望のスペクトル特性を得るため、光ビームは、吸光フィルター ３および干渉フィルター４を通過する。 図２に示す第１例のその他の変形例において、アレイは、光を散乱する層５、 コリメータ６、吸光フィルターシステムを構成する吸光フィルター７、および、 第一の 干渉フィルター一組８および第二の干渉フィルター一組９から構成される干渉フ ィルターシステムからなる。吸光フィルター７は、ＵＶを透過させるが、可視光 線および赤外線を遮る物質から構成される。その性質は、Ｍ１物質に属するもの であり、その特性は、下記の表に表示される。 この例では、散乱素子５は、ＰＴＦＥからなり、吸光フィルター７は、Ｓｃｈ ｏｔｔ ＵＧ−１１のようなＭ１物質で構成される厚さが８ｍｍの平行平面板で ある。第一の干渉フィルター一組８および第二の干渉フィルター一組９は、吸光 フィルター７の表面に配設され、共に、酸化ハフニウムおよび／又は酸化ジルコ ニウムおよび酸化シリカの６２の層からなる。 散乱素子５は、アレイの無指向性特性を確保する。コリメータ６は、光ビーム を形成する。所望のスペクトル特性を得るため、光ビームは、第一の干渉フィル ター８、吸光フィルター７および第二の干渉フィルター９を通過する。 図５の図表において、アレイのＴ^rel（λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０） 特性は破線で表示され、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄは実線で表示される。 この図表において、これら２本の曲線は、互いに３１０−３２５ｎｍの範囲で近 似している。 第二例の説明 本発明のアレイは、光を散乱する層１０、第一の吸光フィルターシステムを構 成する第一の吸光フィルター１１、第二の吸光フィルターシステムを構成する第 二の吸光フィルター１２からなる。第一の吸光フィルター１１は、ＵＶを透過さ せる物質から構成され、波長が３２０から３５０ｎｍに変化すると透過率が減少 するようになっているものであり、第二の吸光フィルター１２は、ＵＶを透過さ せるが、可視光線および赤外線を遮る物質から構成されている。この性質は、そ れぞれ、Ｍ２およびＭ１に属するものであり、特性は下記の表に表示される。 この例において、散乱素子１０は、ＰＴＦＥから構成され、第一の吸光フィル ター１１は、Ｓｃｈｏｔｔ ＧＧ−１９のようなＭ２物質で構成される厚さが１ ．５ｍｍの平行平面板であり、第二の吸光フィルター１２は、Ｓｃｈｏｔｔ Ｕ Ｇ−１１のようなＭ１物質で構成される厚さが８ｍｍの平行平面板である。 散乱素子１０は、アレイの無指向性特性を確保する。所望のスペクトル特性を 得るため、光ビームは、第一の吸光フィルター１１および第二の吸光フィルター １２を通過する。 図６の図表において、アレイの特性Ｔ^rel（λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１ ０）は破線で表示され、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄは実線で表示される。 第３例の説明 本発明のアレイは、第一の吸光フィルターシステムを構成する第一の吸光フィ ルター１３、第二の吸光フィルターシステムを構成する第二の吸光フィルター１ ４、第一の干渉フィルター一組１５および第二の干渉フィルター一組１６から構 成される干渉フィルターシステムからなる。第一の吸光フィルター１３は、ＵＶ を透過させる物質から構成され、波長が３２０から３５０ｎｍに変化すると透過 率が減少するようになっているものであり、第二の吸光フィルター１４は、ＵＶ を透過させるが、可視光線および赤外線を遮る物質から構成される。この性質は 、それぞれ、物質Ｍ２およびＭ１に属するものであり、特性は下記の表に示され る。干渉フィルターは、可視光線および赤外線を遮り、および／又は、ＵＶの透 過特性を変更するように構成されている。 この例において、第一の吸光フィルター１３は、Ｓｃｈｏｔｔ ＵＧ−１９の ようなＭ２物質で構成される厚さが１．５ｍｍの平行平面板である。干渉フィル ター１５，１６がフィルター１４の表面に配設された第二の吸光フィルター１４ は、ＳｃｈｏｔｔによりＳｃｈｏｔｔ ＤＵＧ−１１フィルターとして一緒に構 成されている。 所望のスペクトル特性を得るため、光ビームは、第一の吸光フィルター１３、 第一の干渉フィルター１５、第二の吸光フィルター１４および第二の干渉フィル ター１６を透過する。 図７の図表において、アレイの特性「Ｔ^rel（λ）＊Ｄ （３１０）／Ｔ^rel（３１０）」は破線で表示され、Ｄｉｆｆｃｙ Ｓｔａｎｄａ ｒｄは実線で表示される。 相対内部透過率Ｔ^rel _int（λ）の表 上記の表におけるデータは、所定の厚さを有するＭ１およびＭ２から構成され る平行平面板の特性「Ｔ^rel _int（λ）」である。 Ｔ^rel _int（λ）の正確な数値は、実施例の構造において記載してある。これら のデータは数値の例であり、本発明はこれらに限定されるものではないことは明 らかである。 実施例の構造における光学アレイは、太陽光に含まれているＵＶに対する人間 の皮膚感度に類似したスペクトル特性を有している。図５は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓ ｔａｎｄａｒｄＤ（λ）との比較において、図２における光学アレイの「Ｔ^rel （λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０）」の図表を示す。図６は、Ｄｉｆｆｅ ｙ ＳｔａｎｄａｒｄＤ（λ）との比較において、図３の光学アレイの「Ｔ^rel（ λ）＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０）」の図表を示す。図７は、Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄ（λ）との比較において、図４の光学アレイの「Ｔ^rel（λ )＊Ｄ（３１０）／Ｔ^rel（３１０）」の図表を示す。本発明の特性とＤｉｆｆｅ ｙ Ｓｔａｎｄａｒｄとの最大の差異は、太陽光にはないＵＶ−Ｃと太陽光のＵ Ｖの全日焼け力に比較して日焼け力が最小であるＵＶ−Ａに関するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに従ったスペクトル特性を有し、特に、 太陽光におけるＵＶ、可視光線、および赤外線を変換する光学アレイであって、 可視光線および赤外線を遮る吸光フイルターシステムと、ＵＶ領域で透過率を変 更し、および／又は可視光線および赤外線を遮る干渉フィルターシステムと、散 乱素子と、光ビームを形成する素子とからなり、前記干渉フイルターは、ＵＶ光 線に関して屈折率の高い物質および低い物質の層から構成されており、干渉フィ ルターシステム（４），（８），（９）の内のある干渉層は、酸化ハフニウムお よび／又は酸化ジルコニウムで構成されている光学アレイ。 ２． 所定の波長に関する内部透過率を第二のシステムの３１０ｎｍ光線に関す る内部透過率で割った値が、λ＝２９０ｎｍの場合に０から０．３の範囲にあり 、λ＝３００ｎｍの場合に０．７から０．８の範囲にあり、λ＝３２０ｎｍの場 合に１から１．３の範囲にあり、λ＝３３０ｎｍの場合に１から１．４の範囲に あり、λ＝３４０ｎｍの場合に１から１．３の範囲にあり、λ＝３５０ｎｍの場 合に１から１．１２の範囲にあり、λ＝３６０ｎｍの場合に０．６から０．８の 範囲にあり、λ＝３７０ｎｍの場合に０．１４から０．３の範囲にあり、λ＝３ ８０ｎｍの場合に１０Ｅ−３から０．００１５の範 囲にあり、λ＝３９０ｎｍの場合に１０Ｅ−１０から１０Ｅ−６の範囲にある吸 光フィルター（３），（７）システムを有する請求項１に記載のアレイ。 ３． アレイの無指向性特性を達成するために光路の始めに配設された散乱素子 （１），（５）からなる請求項１に記載のアレイ。 ４． ＰＴＦＥから構成される散乱素子からなる請求項３に記載のアレイ。 ５． アレイを通過する光ビームを形成するために光路に配設されたコリメータ （２），（６）からなる請求項１に記載のアレイ。 ６． Ｄｉｆｆｅｙ Ｓｔａｎｄａｒｄに従ったスペクトル特性を有し、特に、 太陽光に含まれるＵＶ、可視光線、および赤外線を変換する光学アレイであって 、部分的にＵＶ−Ａ光線を遮断しするための第一の吸光フィルターシステムと、 可視光線および赤外線を遮断するための第二の吸光システム、および、選択的に 、散乱素子乃至干渉フイルターからなる光学アレイ。第一の吸光フィルターシス テムの内部透過率を３１０ｎｍ光線に関する当該第一のシステムの内部透過率で 割った値が、λ＝２９０ｎｍの場合に０から０．２の範囲にあり、λ＝３００ｎ ｍの場合に０．３４から０．７の範囲にあり、λ＝３２０ｎｍの場合に０．５か ら０．８の範囲にあり、λ＝３３０ｎｍの場合に０．０４から０．３６の範囲に あり、λ＝３４０ｎｍの場合に１０Ｅ−３から０．１の範囲に あり、λ＝３５０ｎｍの場合に７＊１０Ｅ−６から０．０２の範囲にあり、λ＝ ３６０ｎｍの場合に２＊１０Ｅ−７から７＊１０Ｅ−３の範囲にあり、λ＝３７ ０ｎｍの場合に２＊１０Ｅ−７から７＊１０Ｅ−３の範囲にあり、λ−３８０ｎ ｍの場合に２＊１０Ｅ−５から０．０３の範囲にあり、λ＝３９０ｎｍの場合に ２＊１０Ｅ−３から０．１４の範囲にある。 ７． 第一の吸光フイルターシステム（１１）、（１３）の光学厚さの合計が０ ．５から２ｍｍの範囲にある請求項６に記載のアレイ。 ８． 所定の波長に関する内部透過率を３１０ｎｍの光線に関する第二の吸光フ ィルターシステムの内部透過率で割った値が、λ＝２９０ｎｍの場合に０から０ ．３の範囲にあり、λ＝３００ｎｍの場合に０．７から０．８の範囲にあり、λ ＝３２０ｎｍの場合に１から１．３の範囲にあり、λ＝３３０ｎｍの場合に１か ら１．４の範囲にあり、λ＝３４０ｎｍの場合に１から１．３の範囲にあり、λ ＝３５０ｎｍの場合に１から１．１２の範囲にあり、λ＝３６０ｎｍの場合に０ ．６から０．８の範囲にあり、λ＝３７０ｎｍの場合に０．１４から０．３の範 囲にあり、λ＝３８０ｎｍの場合に１０Ｅ−３から０．０１５の範囲にあり、λ ＝３９０ｎｍの場合に１０Ｅ−１０から１０Ｅ−６の範囲にある第二の吸光フイ ルターシステム（１２），（１４）を有する請求項６に記載のアレイ。 ９． 第二の吸光フィルターシステム（１２）、（１４）の光学厚さの合計が０ ．５から１０ｍｍの範囲にある請求項６に記載のアレイ。 １０． アレイの無指向性特性を得るために、光路の始まりに散乱素子を配設し た請求項６に記載のアレイ。 １１． ＰＴＦＥから構成される散乱素子からなる請求項１０に記載のアレイ。 １２． 可視光線および赤外線を遮断し、および／又は、ＵＶ領域における透過 特性を変更するために干渉フィルター（１５），（１６）を追加的に配設する請 求項６に記載のアレイ。 １３． 干渉フィルター（１５），（１６）一組の素子が、酸化ハフニウムおよ び／又は酸化ジルコニウムから構成される層からなる請求項１２に記載のアレイ 。