JP2004037175A

JP2004037175A - 紫外線センサおよび紫外線照度計

Info

Publication number: JP2004037175A
Application number: JP2002192838A
Authority: JP
Inventors: Mikihiko Matsuoka; 松岡　幹彦; Koji Uchida; 内田　浩二; Kenji Hibashi; 日橋　賢治; Kazuyuki Suzuki; 鈴木　一行
Original assignee: Iwasaki Denki KK; Nagase and Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Denki KK; Nagase and Co Ltd
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】測定雰囲気に影響されることなく、エキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を長時間正確に測定することができる紫外線センサおよび紫外線照度計を提供することを課題とする。
【解決手段】内部を不活性ガス雰囲気としてなる筒状の耐紫外線キャップ１内に、紫外線受光素子を気密配置してなる紫外線センサに関する。前記、紫外線受光素子は、耐紫外線基板２に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３を接着搭載して構成してある。また耐紫外線キャップの上部の受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板４を気密配置して構成してある。またダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の高さを特定し、角度特性を最適範囲とし、長時間正確に紫外線量を測定できるように構成してある。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を測定するための紫外線センサおよび紫外線照度計の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、エキシマレーザーのＡｒＦ（１９３ｎｍ）やＦ_２（１５７ｎｍ）、真空紫外域発光の水銀ランプ（１８５ｎｍ）やキセノンエキシマランプ（１７２ｎｍ）等の強力な短波長紫外線が工業的に利用され始めている。これに伴い強力な短波長紫外線量を、多湿やガスの発生するような過酷な環境の下において、精度良く且つ長時間連続して安定に測定する紫外線センサが要求されている。
【０００３】
従来、短波長紫外線の強度測定のセンサには、特定波長のみに感度をもつ光電管検出器や、シリコンホトダイオード（シリコン光起電力型受光素子）等の汎用性の検出器に特定波長のみを透過するフィルターまたは紫外線を可視光に変換する蛍光板を組合せたものが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらは検出器の紫外線に対する劣化や、強力な短波長紫外線の照射下においてフィルターの透過率や蛍光板の変換効率の安定性に問題があり、短時間に感度低下を起こしてしまうので、長時間連続的に測定することが困難であった。
また紫外線照度を計測する紫外線照度計として紫外線センサを用いる場合、斜め方向から入射する紫外線の検出に対して有効な角度特性を兼ね備えることが必要となる。
【０００５】
本発明は上記の諸点に鑑み発明したものであって、測定雰囲気に影響されることなく、エキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を長時間正確に測定することができる紫外線センサおよび紫外線照度計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の構成としてある。
請求項１は、内部を不活性ガス雰囲気としてなる耐紫外線キャップ内に、紫外線受光素子を気密配置してなる紫外線センサに関する。
紫外線受光素子は、耐紫外線基板に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を接着搭載して構成し、また耐紫外線キャップの上部の受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板を気密配置して構成してある。
またダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の上面と耐紫外線キャップの受光窓上端までの間隔（ｈ）と、サファイア板の紫外線受光窓の有効半径（ｄ１）と、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の有効受光領域半径（ｄ２）との差（ｄ１−ｄ２）が、ｈ≦（ｄ１−ｄ２）となるように構成してある。
【０００７】
請求項２に記載の紫外線照度計は、請求項１記載の紫外線センサを用いて構成してある。
【０００８】
上記の紫外線センサによると、測定雰囲気に影響されることがなく、また角度特性と紫外線の入射特性が向上し、紫外線照度計に搭載して使用すると、エキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を長時間正確に測定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１乃至図３について説明する。図１と図２は本発明の紫外線センサの実施図であって、図１は正面図、図２は断面図である。図１と図２において、１は耐紫外線キャップであって、例えば鉄合金やセラミックで筒状または箱状に形成してある。２は耐紫外線キャップ１の底部に気密配置してなる耐紫外線基板であって、例えば鉄合金やセラミックで円形状または角状に形成してある。３は耐紫外線基板２の上面に接着搭載してなるダイヤモンド薄膜光導電型受光素子である。ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３は短波長紫外線に感度を有して構成してある。短波長紫外線は、略１２０ｎｍ乃至２２５ｎｍである。４は耐紫外線キャップ１の受光窓に気密配置してなるサファイア板であって、短波長紫外線を透過する。短波長紫外線は、略１４０ｎｍ乃至２２５ｎｍである。ここにサファイア板でなく、合成石英ガラスを使用すると、短波長紫外線の照射で透過率が低下する。
また耐紫外線キャップ１と、上面にダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３を接着搭載してなる耐紫外線基板２で構成された内部空間は、不活性ガス雰囲気として構成してある。不活性ガスとしては、例えば窒素ガス若しくはアルゴンガスを用いて構成してある。
【００１０】
５はダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３からの信号を得るための一対のリード端子であって、耐紫外線基板２を貫通して構成してある。６はリード線であって、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３とリード端子５を接続してある。
【００１１】
また、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３の上面と耐紫外線キャップ１の受光窓上端までの間隔（ｈ）と、サファイア板４の紫外線受光窓の有効半径（ｄ１）と、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の有効受光領域半径（ｄ２）との差（ｄ１−ｄ２）は、ｈ≦（ｄ１−ｄ２）となるように構成してある。
【００１２】
また前記受光窓に気密配置したサファイア板の外表面若しくは内表面を擦りガラス状に構成すると、紫外線透過性を保ちつつ拡散効果を高めることができ、エキシマランプや低圧水銀ランプからの紫外線を効果的に、サファイア板を通してダイヤモンド薄膜光導電型受光素子にて感知することができる。
【００１３】
またダイヤモンド薄膜光導電型受光素子が本発明のごとく、密封容器に収納されていると、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがないので、測定雰囲気に影響されることなく正確に長時間紫外線量を測定することができる。また耐紫外線キャップ１の受光窓にはサファイア板を密接配置して構成してあるので、略１４０ｎｍ乃至２２５ｎｍ範囲の短波長紫外線を正確に透過する。
【００１４】
次に本発明に係るダイヤモンド薄膜紫外線センサの角度特性について説明する。
紫外線照度を計測する照度計等の検出器として用いる場合には、斜め方向から入射する紫外線の検出に対して有効な角度特性を兼ね備えた構造にする必要がある。エキシマランプや低圧水銀ランプ等を用いた照射装置において、紫外線が照射される角度範囲が限られているため紫外線センサの角度特性はおおむね４５゜以上であれば実用上問題ない。紫外線センサの角度特性を４５゜以上にするためには、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３の上面と耐紫外線キャップ１の受光窓上端までの間隔（ｈ）と、サファイア板４の紫外線受光窓の有効半径（ｄ１）と、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の有効受光領域半径（ｄ２）との差（ｄ１−ｄ２）は、ｈ≦（ｄ１−ｄ２）となるように構成する必要がある。ここでいう有効受光領域半径（ｄ２）とは、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の紫外線を検知する受光領域に外接する円の半径をいう。この条件に構成すると、紫外線センサの角度特性がコサイン曲線に合致する。例えば次表のとおりである。
【００１５】

【００１６】
次に本発明の各部の接合について説明する。
（１）接合（Ａ）
ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子と耐紫外線基板の接着（接合）。
耐紫外線基板を鉄合金で構成した場合は、金−シリコン合金の金属接合で接着するる。
（２）接合（Ｂ）
耐紫外線キャップと受光窓部のサファイアとの接合。
モリブデン−マンガン合金の金属のハーメチックシールで接合する。
（３）接合（Ｃ）
耐紫外線キャップと耐紫外線基板の気密封止（接合）。
抵抗溶接法により接合する。
【００１７】
次に本発明に係る紫外線センサの実験例について説明する。
ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３の上面と耐紫外線キャップ１の受光窓上端までの間隔（ｈ）を１．０　ｍｍとし、サファイア板４の紫外線受光窓の有効半径（ｄ１）と、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の有効受光領域半径（ｄ２）との差（ｄ１−ｄ２）を１．７　ｍｍとして構成した。
この実験条件による紫外線センサにより、多湿の条件下で低圧水銀ランプの紫外線強度を測定したところ指示値は安定性していた。また低圧水銀ランプで５００時間の照射を行った後、再度多湿の条件下で低圧水銀ランプの紫外線強度を測定したところ、指示値は照射前と差はなく且つ安定性していた。
また紫外線センサの角度特性は、６０゜であり、紫外線照度を計測する照度計等の検出器として用いる場合に必要な斜め方向から入射する紫外線の検出に対しても有効であることが確認された。
【００１８】
次に上記した紫外線センサを搭載した紫外線照度計を図３について説明する。図３において、２０は請求項１乃至請求項３記載の１以上の紫外線センサを搭載してなる紫外線照度計受光部、２１は紫外線照度計本体、２３は紫外線照度計受光部２０と紫外線照度計本体２１を接続してなる接続ケーブル、２４は表示部であって、例えばデジされるタル表示される。２５は紫外線照度計本体２１の構成壁に形成してなる紫外線照度計本体２１の構成壁に形成してなる電源スイッチ、２６は外部出力端子である。
図３に示す紫外線照度計によると、受光部が気密構造であるため、受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがなく指示値が安定しており、また受光部に短波長紫外線を透過するサファイアを用いているので、紫外線による透過率の低下が少なく、さらにダイヤモンド薄膜光導電型受光素子と密接配置されているため斜め方向から入射する紫外線の検出に対しても有効な角度特性を維持して長期間正確に紫外線量を受光することができる特性を有する。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の紫外線センサによると、受光部が確実に気密構造となり、受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがなく指示値が安定しており、また受光部に短波長紫外線を透過するサファイアが用いられているので、紫外線による透過率の低下が少なく、さらにダイヤモンド薄膜光導電型受光素子と密接配置されているため斜め方向から入射する紫外線の検出に対しても有効な角度特性を維持して長期間正確に紫外線量を受光することができる特別な効果がある。
【００２０】
請求項２に記載の紫外線照度計によると、紫外線による透過率の低下が少なく、角度特性を維持して長期間正確にエキシマランプや低圧水銀ランプからの紫外線量を受光することができる特別な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紫外線センサの正面図。
【図２】図１の紫外線センサの断面図。
【図３】本発明に係る紫外線照度計の正面図。
【符号の説明】
１　耐紫外線キャップ
２　耐紫外線基板
３　ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子
４　サファイア板
５　リード端子
６　リード線
２０　紫外線照度計受光部
２１　紫外線照度計本体
２３　接続ケーブル
２４　表示部
２５　電源スイッチ
２６　外部出力端子

Claims

内部を不活性ガス雰囲気としてなる耐紫外線キャップ内に、紫外線受光素子を気密配置してなる紫外線センサにおいて、
前記、紫外線受光素子は、耐紫外線基板に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を接着搭載して構成し、また耐紫外線キャップの上部の受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板を気密配置して構成し、
前記、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の上面と耐紫外線キャップの受光窓上端までの間隔（ｈ）と、サファイア板の紫外線受光窓の有効半径（ｄ１）と、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子の有効受光領域半径（ｄ２）との差（ｄ１−ｄ２）が、ｈ≦（ｄ１−ｄ２）となるように構成したことを特徴とする紫外線センサ。
請求項１記載の紫外線センサを用いたことを特徴とする紫外線照度計。