JP2710352B2 - 紫外線計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は屋外型紫外線計に関し、特に自然光に含まれ
る紫外線の中、例えば生物に有害とされている領域等、
特定の領域のみの光量を測定対象とする紫外線計に係
る。

［従来型の説明］ 屋外の微弱な紫外線量を検知するため紫外線透過フィ
ルタ（UVフィルタ）と螢光板とを使用し紫外線を可視光
線に変換して測定する構造の紫外線計は存在している
が、一般に紫外線全領域にわたる感度を有するものしか
なく、紫外線の特定の領域のみを測定対象とする紫外線
計は実用されていない。

屋外における紫外線の測定の目的は材料の劣化試験、
植物の生理作用、ひやけや皮膚癌との関連性の調査、オ
ゾン層のモニタリング等対象とする特定周波数領域が夫
々異なるが放射計の感度領域が測定対象外周波数まで及
んでしまう。従って例えば生物に対する有害作用領域の
みの紫外線測定を達成する放射計は存在しない。

この理由の１つは測定対象とする波長範囲に於ける自
然界の紫外線量が極めて少なく、それより長い波長範囲
にある例えば、可視、赤外線等が10⁴倍以上もあるので
これを完全に除去することは不可能でこの波長範囲でも
放射計は感度を有するからである。

今一つの理由は屋外の紫外線の分光分布は大気条件に
より大幅に変わるために測定対象の周波数領域（例えば
DNAの吸収特性）に紫外線計の分光特性を正確に合せて
おかなければ測定結果に大きな誤差をもたらすからであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 第１図は一例として本発明に関係する紫外領域におけ
る生体感受性の分光分布と自然光の分光分布を相対的か
つ模式的に示したものである。第１図の曲線Ａは紫外よ
り赤外に至る自然光の分光分布の典型的な例を示す。こ
れに対し、例えば生体に有害作用を及ぼす生体感受性分
光分布は曲線ＢのDNAの吸収特性で示される。この２つ
の曲線で囲まれる波長範囲（斜線部分の波長）が例えば
今測定対象とする特定の紫外線領域である。第１図から
も解るとおり、本例においてはこの測定対象領域外の光
量は測定対象領域の光量に対し10⁴以上にもなるので、
この妨害光として働く測定対象領域外の光を何らかの方
法で除去する必要がある。

［課題を解決するための手段］ 自然光の入射方向は全天180°にわたるので各方位、
各天頂角方向よりの入射光量に対しても同一感度で検知
できる構造が必要条件となる。このため半球形石英拡散
ドームを用意しこの底に同じく石英製の拡散板を設け
る。石英拡散ドームは各方位、高度より入射する光を積
分（積算）し、石英製拡散板よりの出射光は角度的に均
等に拡散されたものになる。拡散板の下に干渉フィル
タ、更にその下に測定対象領域の紫外光を吸収して蛍光
を発する螢光板をおく。入射した光は石英拡散板によっ
て拡散されそして干渉フィルタを透過した全光束の総合
分光透過特性と螢光板の分光感度特性を掛け合せたもの
が例えば第１図、曲線Ｂの示す生体のDNAの吸収特性に
一致する様に上記干渉フィルタと上記螢光板の分光特性
を選ぶ。（第３図参照）この構成により干渉フィルタに
より大部分の測定対象領域外にある妨害光である紫外、
可視、赤外光は反射吸収され除去されて、螢光板から発
する蛍光は入射光とは波長域の全く異なった可視光とな
る。この蛍光の強度は入射紫外線光量に比例するので、
この特性を利用することにより紫外線計を製作すること
が出来る。

上記の構造において本発明の第１点は螢光体の分光感
度特性と、該干渉フィルタの透過特性を掛け合せること
によりDNAの吸収特性に近い分光感度特性をもたせたこ
とである。

発明の第２点は更に目的の特性に一致させるために拡
散光を干渉フィルタに入射させる光学系とすることによ
り拡散板から出射する光が干渉フィルタに対して入射角
度の大きい光を含むようにしたことである。干渉フィル
タは原理的に干渉フィルタに対する入射光の入射角度を
大きくした時、第２図Ａに示すごとく透過光の透過特性
は入射角度が大きくなると共に短波長側にシフトする。
この特性を利用することにより、干渉フィルタに入射角
度０°（即ち法線方向）のみで入射させる場合に比べて
斜め入射すればする程第２図Ｂに示すごとく、短波長側
の透過性を増強し、主透過帯の両裾特性を非対象にする
ことが可能である。そこで本発明においては拡散板と干
渉フィルタとの間に間隔をとり、更にこの間隔内に横方
向にスリットを設け、斜め入射光の光量の角度分布をこ
の間隔およびスリットを調整することにより変える。こ
れにより結果的には干渉フィルタの分光透過率を変える
ことができる。言いかえると、通常の方法に比べて拡散
板、特性制御間隔、特性制御スリットおよび干渉フィル
タより成る光学系の透過特性を、主透過帯の長波長側の
特性をあまり変えず短波長側の透過率を更に高くし、か
つ調節可能なものとした。更に本発明に於いては上記し
た第１の光学系の中に尚混入するわずかな測定対象領域
外の漏洩妨害光を除去するために上記干渉フィルタの下
に第２の光学系を設け干渉フィルタを通過する光の中で
漏洩妨害光として作用する光を検知する。漏洩妨害光の
分光特性は第１の光学系の分光特性より明らかであるか
ら、第２の光学系に紫外線吸収フィルタを設け紫外線を
カットし測定対象領域外の漏洩妨害光である主として可
視・赤外光のみを透過させる。第１の光学系を通過する
漏洩妨害光量は予め計算により知ることができるので、
この光量に合せるべく第２の光学系において検知器の出
力を調整し、第１の光学系の検知器の出力により漏洩妨
害光に相当する光量を差し引く回路を構成する。

以上を要約して説明すると、解決手段の第１点は拡散
板と干渉フィルタの透過特性に螢光板の分光感度特性を
掛け合せ、DNAの受感特性に近付ける分光感度特性とし
たことであり、第２点は干渉フィルタが本来有する斜め
入射光に対しては透過帯が短波長にシフトする特徴を利
用し干渉フィルタの主透過帯より短波長側の透過性を増
強する様に拡散板と干渉フィルタとの距離等を変えるこ
とで分光感度特性を調節し測定対象の分光感度特性と一
致せしめること、第３点は第２の光学系を設け、第１の
光学系を透過する測定対象領域外の可視・赤外の漏洩妨
害光を検知し、これに相当する光量を第１の光学系より
差し引き精度を上げた事である。

［実施例］ 第３図は本発明紫外線計の光学系と検出機構を示す図
である。半球形石英拡散ドーム１に各方位高度より入射
する太陽光は円形石英拡散板２より拡散出射される。出
射拡散光は特性制御間隔３およびカメラレンズの絞り様
の特性制御スリット４において干渉フィルタ５に入射す
る入射光の角度分布が調整された後、干渉フィルタ５に
入射する。上記入射角の角度分布を変えることにより干
渉フィルタ５の透過特性の分光分布を変えることができ
る。干渉フィルタ５の背面に螢光板６を設け測定対象域
の紫外光を可視光に変える。更に、その背後に青色フィ
ルタ７を設け蛍光のみを透過させる。この光学系を第１
の光学系と称する。しかしながら、青色フィルタ７を通
過する光の中には蛍光の他に、蛍光と同じ波長域にある
測定対象外の妨害光がわずかに漏洩混入している。この
漏洩妨害光を消去するために干渉フィルタ５の背面から
の第１光学系と並列に第２光学系を設ける。第２の光学
系では第１光学系の螢光板６の代わりに減光板８′及び
紫外線吸収フィルタ８とを設け測定対象域の紫外線をカ
ットし漏洩妨害光のみを透過させ第２光学系の検知器10
に導く。この第２の検知器10の出力は漏洩妨害光量に比
例する。第１の光学系での漏洩妨害光の量はあらかじめ
解っているので、第２の光学系の出力をこれに相当する
出力に換算し、第１の光学系の出力から第２の光学系の
出力を差し引けば目的とする測定対象域の紫外線の感受
性量に比例する出力が得られる。これを説明すると第３
図における第１光学系の検出器９からの出力には蛍光と
妨害光信号と両方が含まれこれらを第１光学系の増幅器
11で増幅し差動増幅器13の一方の端子へ導く。一方第２
の光学系の検出器10からの妨害光のみの信号は第２光学
系の増幅器12で増幅され、調節回路14により第１の光学
系の妨害光出力に相当する出力まで減衰されて差動増幅
器13の他方の入力端子に導かれる。差動増幅器からの出
力は第１の光学系出力から第２の光学出力が差し引かれ
たものでこれが測定対象域の紫外線の感受性量に比例す
る出力である。

第４図は使用した干渉フィルタ５の主透過特性Ｃと螢
光板感受性特性Ｄとを掛け合わせた総合特性がDNAの吸
収特性とほぼ一致していることを示す。

干渉フィルタ５の透過特性と螢光板感度特性の選び方
は次の様にして行なう。本例のごときDNAの吸収特性と
合わせる場合は先ず屋内において人工紫外線光源により
波長別の紫外線をDNAに照射し、DNAの吸収特性を決め
る。次に、紫外線に反応する現存かつ入手可能の数種の
螢光体の感度特性よりDNAの吸収特性をＥλ、螢光体の
感度特性をＤλとすると下記の式により干渉フィルタの
透過特性Ｆλが与えられる。

Ｅλ＝Ｄλ・Ｆλ このＦλに合致した特性のすなわち透過波長帯域の広い
干渉フィルタを製作することは現実的に極めてむづかし
い。そこで干渉フィルタの透過特性を示す曲線において
長波長側において特性によく合致する特性の干渉フィル
タを製作し、前項で述べた方法、すなわち斜め入射の効
果を入れて短波長側において透過率をあげる。この手法
は石英拡散板２と特性制御間隔３、特性制御スリット４
とで構成される光学系より干渉フィルタ５に入射する光
の角度分布を特性制御間隔３、特性制御スリット４を調
整して角度分布を代えて上記Ｆλの短波長側を目的とす
る特性に調整する。

［発明の効果］ 第５図に本発明実施例であるDNA吸収特性と一致させた
第３図に示す紫外線計の特性の実測結果を示す。

第５図は干渉フィルタ５へ入射角０°で入射した場合
と本発明による第２図に示した斜め入射の効果を入れた
場合の如何に目的とする分光感度特性に一致するかを比
較した図である。

−−で示した曲線は干渉フィルタへの入射角０°すな
わち入射角分布がない従来例の光学系の分光感度特性
で、DNAの吸収特性Ｂより大幅にずれているが本発明に
基づき拡散板により０〜45°の拡散光を用いこれを間隔
とスリットと干渉フィルタとを組み合わせていわゆる斜
め入射の効果を取り入れると−●−で示すごとく前記吸
収特性Ｂに良く一致する。

本発明による紫外線計は従来型に対し何ら屋外の厳し
い自然条件に耐えられない部材を付加するものでないか
ら高精度にも拘らず屋外で長期安定に作動する。

尚、本発明は実施例として紫外線の生物に対する有害
作用研究に使用する目的でDNA吸収特性に一致する紫外
線計について説明したが、本発明紫外線計は材料の劣化
試験、植物の生理作用研究、ひやけや皮膚癌との関連性
の調査、オゾン層のモニタリング等多岐にわたり適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は自然光の分光特性ＡとDNA吸収特性Ｂとを示
し、本発明実施例の測定対象である波長範囲を示したグ
ラフ、第２図Ａは本発明に用いた干渉フィルタへの入射
角θ＝０°〜45°を変えた場合の透過特性の変化を示す
グラフ、第２図Ｂは第２図Ａの透過特性を総合して計算
によって得た透過特性の変化を示すグラフ、第３図は本
発明実施例紫外線計の構造概略図、第４図は第３図に示
す実施例における干渉フィルタ５の透過特性と螢光板６
の感度特性を掛け合わせた特性がDNAの吸収特性とほぼ
一致していることを示すグラフ、第５図は干渉フィルタ
への本発明による斜め入射の効果を従来型である法線方
向入射と比較して性能を示したグラフである。 １……石英拡散ドーム、２……石英拡散板 ３……特性制御間隔、４……特性制御スリット ５……干渉フィルタ、６……螢光板 ８……紫外線吸収フィルタ ９……第１光学系検出器 10……第２光学系検出器 13……差動増幅器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各天頂方向よりの入射光を受け、これらを
   均等に拡散透過する拡散板２とこの下に紫外線透過干渉
   フイルタ５を設け、更にこの干渉フイルタ５の下に蛍光
   板６を設けた紫外線計に於いて、 上記干渉フイルタ５の透過特性と上記蛍光板６の分光感
   度特性とを掛け合せたものが測定対象とする分光感度特
   性に一致する様に上記干渉フイルタ５と上記蛍光板６の
   特性を選んだ、 ことを特徴とする紫外線計。
2. 【請求項２】各天頂方向よりの入射光を受け、これらを
   均等に拡散透過する拡散板２とこの下に紫外線透過干渉
   フイルタ５を設け、更にこの干渉フイルタ５の下に蛍光
   板６を設けた紫外線計に於いて、 上記干渉フイルタ５の透過特性と上記蛍光板６の分光感
   度特性とを掛け合せたものが測定対象とする分光感度特
   性に一致する様に上記干渉フイルタ５と上記蛍光板６の
   特性を選び、更に、 上記拡散板２と上記紫外線透過干渉フイルタ５との間に
   間隔を持たせ、この間隔内に横方向にスリット４を設
   け、上記干渉フイルタ５への入射角分布を調節出来る様
   に上記間隔と上記スリット４とを可調とした、 ことを特徴とする紫外線計。