JP2013113675A - 照度計 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線用の照度計において、測定を行いたい波長の光の照度を精度良く測定し、かつ受光器の厚さを薄くすること。
【解決手段】紫外線が入射する受光口と、この受光口から入射した紫外線を受光し受光した光の強度に応じた電気信号を送信する受光素子を備える受光器と、受光器からの信号に基づき紫外線の照度値を計算する演算部を備える本体部とを有する紫外線用の照度計において、受光器の受光口と受光素子との間に、受光口側から、拡散板と、干渉フィルタと、アパーチャ板をこの順で設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線の放射照度を測定するための照度計の構造に関するものである。

樹脂、接着剤、塗料、インク、フォトレジスト等の被照射物に対して紫外線を照射し、硬化、乾燥、溶融あるいは軟化といったさまざまな処理を行うことが、各分野で幅広く行われている。
被照射物に照射される紫外線の放射照度（以下照度と呼ぶ）の測定には、紫外線用の照度計が使用される。

図５は、従来の照度計の概略の構成を示す図である。
照度計１００は、本体部２００と受光器３００とを備え、本体部２００と受光器３００とはリード線４００により接続されている。
受光器３００は、紫外線が入射する受光口３１０が形成されている。受光口３１０の直径は例えば３ｍｍである。

受光器３００の内部には受光素子３２０が設けられている。受光器３００を紫外線が照射されている領域に配置すると、受光口３１０からから取り込まれた紫外線が受光素子（例えばシリコン・フォトダイオード）３２０に入射する。受光素子３２０は、受光した紫外線の強度に応じた電気信号を出力する。出力した電気信号はリード線４００を介して本体部２００に送られる。

本体部２００は内部に演算部２１０を有している。演算部２１０は、受光素子３２０からの電気信号を入力し、これを紫外線の照度値に変換する。この照度値は本体部２００に設けた照度表示部２２０に表示される。
このような照度計の例として、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。

特開平５−２４０７０３号公報 特開平９−１４５４７３号公報

図６は、図５に示した従来の照度計の受光器の基本的な構造を示す断面図である。
上記したように、受光器３００は受光口３１０と受光素子３２０とを備える。しかし、受光口３１０と受光素子３２０の間には、一般に、受光口３１０側から、拡散板５００、波長選択フィルタ６００が設けられる。
拡散板５００は、照度の測定を行いたい光が、受光口３１０に対して斜めに入射しても、入射光を拡散させて受光素子３２０に入射させるようにするために設ける。この拡散板５００により、入射角度の大きい光が受光口３１０に入射しても、光は受光素子３２０に到達し照度測定を行うことができる。なお、このような受光器の拡散板５００としては、平板状のフッ素樹脂が使われることが多い。

波長選択フィルタ６００は、測定を行いたい波長の光のみが受光素子３２０に入射するように、所望の波長の光のみを透過し、それ以外の波長の光を遮断するためのフィルタである。
このフィルタとして、従来は色ガラスフィルタと呼ばれるフィルタを使用することが多かった。色ガラスフィルタは、ガラス中に混合した光吸収物質により透過波長を制御する。
従来、色ガラスフィルタを照度計の受光器の波長選択フィルタとして用いる場合、透過する波長範囲が互いに異なる２枚のフィルタ６０１、６０２を、図６に示すように上下に重ねて透過する波長範囲設定することが多い。
しかし、受光器に色ガラスフィルタを使用することについては、次のような問題がある。

照度計により、測定を行いたい波長の光の照度を精度良く測定するためには、波長選択フィルタ６００は、測定対象の波長を含むある波長範囲の光のみを透過し、それ以外の波長の光を遮断し、また透過する波長範囲は、測定対象の光の波長を中心にしてできるだけ狭いことが望まれる。
しかし、色ガラスフィルタでは、その特性上透過する波長範囲を狭めることが難しく、透過する波長範囲が異なるものを重ねて用いても、透過する波長範囲を狭くすることには限界がある。

さらに、上記したように、色ガラスフィルタはガラス内に混合した光吸収物質の吸収により光を遮断する。そのため色ガラスフィルタは、光が通過する方向の厚さを薄くすると不所望の波長の光が透過しやすくなり、その厚さをあまり薄くすることができない。実用上は１ｍｍ〜２ｍｍの厚さが必要である。したがって、その分受光器の厚さも厚くなる。
しかし、実際の照度の測定は、光照射部と光照射面の間隔が１ｃｍ以下のような狭い場所で行うことがあり、受光器はできるだけ厚さを薄くすることが望まれている。

上記課題を解決するため、波長選択フィルタとして、色ガラスフィルタに代えて、ガラスに干渉膜を蒸着して製作した干渉フィルタを利用することが考えられる。
干渉膜フィルタは、色ガラスフィルタとは異なり、不所望な波長の光を反射して遮断する。そのため、干渉膜を蒸着するガラスの厚さを薄くしても、不所望の波長の光を遮断することができる。したがって、受光器を薄くすることができる。

しかし、色ガラスフィルタを干渉フィルタに換えると、また別の問題が生じ、正確な照度の値が測定できない。
なぜなら、干渉フィルタを透過する波長範囲を決める蒸着膜は、該フィルタに対して入射角０°で入射する光（干渉膜に直交して入射する光）に対して設計がなされており、干渉フィルタに対して斜めに入射する光に対しては干渉条件が変化してしまうため透過する光の波長範囲のシフト（移動）が起こるからである。

上記したように、干渉フィルタの光入射側には拡散板を配置しているので、受光器の干渉フィルタにはさまざまな角度の光が入射する（入射角度が０°に近い光もあれば、大きな入射角度を持つ光もある）。そのため、干渉フィルタにおいては、所望の波長範囲の光だけでなく、干渉フィルタに斜めに入射した光（大きな入射角度で入射した光）による、所望の波長範囲以外の光も透過し、その光が受光素子に入射する。
このことにより、測定を行いたい波長範囲の光の正確な照度を測定することができなくなる（なお、色ガラスフィルタは、光吸収物質により不所望の波長を吸収するものであるので、斜めから光が入射しても、透過する光の波長範囲がシフトすることはない）。

この問題を解決するために、発明者らは検討を重ね、受光素子の入射側（干渉フィルタの出射側）にアパーチャ板を設け、受光素子には、干渉フィルタに対して０°に近い入射角で入射しアパーチャを通過する光のみが入射し、干渉フィルタを斜めに通過した光はアパーチャ板により遮断され入射しないようにした。

照度計の受光器の波長選択フィルタとして、色ガラスフィルタに代えて干渉フィルタを使用し、また干渉フィルタの光出射側（受光素子の光入射側）にアパーチャ板を設けたことにより、受光素子に入射する光の波長範囲を狭め、正確な照度ができるようになった。また、受光器を薄くすることもできた。

本発明の照度計の構成を示す図である。 本発明の照度計の受光器の基本的な構造を示す断面図である。 色ガラスフィルタと干渉フィルタの透過する光の波長範囲を示す図である。 干渉フィルタの光出射側（受光素子の光入射側）にアパーチャ板がある場合とない場合とで、受光器の感度の違いを示す図である。 従来の照度計の構成を示す図である。 従来の照度計の受光器の基本的な構造を示す断面図である。

図１は、本発明の照度計の構成を示す図である。なお、本実施例においては、波長３６５ｎｍを中心にして、約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの波長範囲の紫外線を測定する照度計を例にして説明する。
照度計１０は、本体部２０と受光器３０とを備え、本体部２０と受光器３０とはリード線４０により接続されている。
受光器３０は、紫外線が入射する受光口３１が形成されている。受光口３１の直径は、例えば３ｍｍである。

図２に、本発明の照度計の受光器の基本的な構造を示す。同図は受光器の断面図である。
受光器３０の内部は、受光口３１側から、拡散板５０、波長選択フィルタである干渉フィルタ５１、アパーチャ板５２、受光素子３２がこの順で配置される。
拡散板５０は、平板状のフッ素樹脂であり、受光口３１から入射した光を拡散する。また、受光素子３２は紫外線領域に感度を有し、受光した紫外線の強度に応じた電気信号を出力するシリコン・フォトダイオードである。

干渉フィルタ５１は、波長約３６５ｎｍを中心にして、波長約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの光を透過し、それ以外の波長の光を反射するように設計した蒸着膜をガラス板に形成したものである。干渉フィルタ５０の厚さは約０．５ｍｍである。
アパーチャ板５２は、直径約３ｍｍの貫通孔（アパーチャ）５３を形成した板であり、アパーチャ５３以外の部分は光（紫外線）を遮断する。アパーチャ板５２の材質としては、上下に接触する干渉フィルタ５１や受光素子３２を傷つけないように、グラファイトを使用している。なお、アパーチャ板５２の厚さは約０．３ｍｍである。

受光器３０の受光口３１から取り込まれた紫外線を含む光は、拡散板５０により拡散され、干渉フィルタ５１に入射する。
干渉フィルタ５１に入射した光のうち、フィルタ５１に対して入射角がほぼ０°で入射した光の成分については、波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの光のみが透過し、それ以外の波長範囲の光は反射される。
しかし、フィルタ５１に対して大きな入射角で入射した光（斜めに入射した光）の成分については、上記波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍとは異なる波長範囲の光が透過する。

しかし、干渉フィルタ５１の光出射側（受光素子３２の光入射側）にはアパーチャ板５２が設けられているので、干渉フィルタ５１を斜めに透過した光（即ち波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍとは異なる波長範囲の光）は、アパーチャ板５２のアパーチャ５３を通過することができず、アパーチャ板５２により遮断される。干渉フィルタ５１をほぼ０°の入射角で透過した光（即ち波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの光）のみがアパーチャ５３を通過して受光素子３２に入射する。
これにより、所望の波長範囲である約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの光の正確な照度の測定が可能になる。

図１に戻り、受光素子３２は、受光した紫外線の強度に応じた電気信号を出力する。出力した電気信号はリード線４０を介して本体部２０に送られる。
本体部２０は内部に演算部２１を有している。演算部２１は、受光素子３２からの電気信号を入力し、これを紫外線の照度値に変換する。この照度値は本体部２０に設けた照度表示部２２に表示される。
図３は、従来の色ガラスフィルタと本発明に用いた干渉フィルタの、透過する光の波長範囲を示す図である。同図において、縦軸は透過率（相対値）、横軸は波長（ｎｍ）である。点線が色ガラスフィルタの透過する光の波長範囲であり、実線が干渉フィルタの透過する光の波長範囲である。

いずれのフィルタも、波長３６５ｎｍを中心に波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの紫外線を測定する受光器用の波長選択フィルタとして準備したものである。なお、色ガラスフィルタの場合は、透過する波長範囲が異なる２種類の色ガラスフィルタを重ねて使用している。
同図に示すように、色ガラスフィルタの場合は、波長約３１０ｎｍから約３９０ｎｍの波長範囲の光が透過する。色ガラスフィルタを用いる場合は、これ以上透過する波長範囲を狭くすることは難しい。これに対して、干渉フィルタの場合は約３５０ｎｍから約３８５ｎｍの波長範囲の光しか透過しない。

本実施例は、上記したように波長３６５ｎｍを中心に波長範囲約３５０ｎｍ〜約３８５ｎｍの紫外線の照度を測定する照度計であるので、波長約３１０ｎｍから約３９０ｎｍの波長範囲の光が透過する色ガラスフィルタを使用するよりも、約３５０ｎｍから約３８５ｎｍの波長範囲の光しか透過しない干渉フィルタを使用するほうが、精度のよい照度測定ができる。
また、上記したように、色ガラスフィルタは２枚を重ねて使用している。色ガラスフィルタの厚みは通常１枚あたり１ｍｍ以上必要であり、したがって1枚１ｍｍであったとしても、２枚用いると厚みが２ｍｍとなる。
これに対して、干渉フィルタは上記したように厚さは約０．５ｍｍで、約０．１ｍｍのアパーチャ板と合わせても、厚さは０．６ｍｍと、色ガラスフィルタの場合に比べて厚さは三分の一以下になる。したがって、受光器の厚さを薄くすることができる。

図４は、干渉フィルタの光出射側（受光素子の光入射側）にアパーチャ板がある場合とない場合とで、受光器の感度の違いを示す図である。同図において、縦軸は受光器の感度（相対値）、横軸は波長（ｎｍ）である。点線がアパーチャ板を設けない場合であり、実線がアパーチャ板を設けた場合である。
同図に示すように、アパーチャ板がない場合は、受光素子に約３８５ｎｍ以上の光も入射するが、アパーチャ板を設けることにより、受光素子には、干渉フィルタの設計通り、波長約３８５ｎｍ以上の光がほとんど入射しなくなる。
このように、干渉フィルタと、干渉フィルタの光出射側のアパーチャ板を組み合せて使用することにより、受光素子に入射する光の波長範囲を狭めて正確な照度測定ができるともに、受光器の厚さを薄くして、狭い場所での照度測定が可能となる。

１０ 照度計
２０ 本体部
２１ 演算部
２２ 照度表示部
３０ 受光器
３１ 受光口
３２ 受光素子
４０ リード線
５０ 拡散板
５１ 干渉フィルタ
５２ アパーチャ板
５３ アパーチャ（貫通孔）

Claims (2)

1. 紫外線が入射する受光口と、該受光口から入射した紫外線を受光し受光した光の強度に応じた電気信号を送信する受光素子を備える受光器と、
   上記受光器からの信号に基づき紫外線の照度値を計算する演算部を備える本体部とを有する紫外線用の照度計において、
   上記受光器の上記受光口と上記受光素子との間には、上記受光口側から、拡散板と、干渉フィルタと、貫通孔を有するアパーチャ板がこの順で設けられていることを特徴とする照度計。
2. 上記アパーチャ板の材質がグラファイトであることを特徴とする請求項１に記載の照度計。

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