JPH0261524A - 紫外線計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
異なるが感度領域が測定対象外周波数まで及んでしまい
、例えば生物に対する有害作用領域のみの紫外線測定を
達成するものは存在していない。

この理由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
完全に除去しなければならないからである。

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Ｄ
ＮＡ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線領域におけ
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。

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拡散光を干
渉フィルタに入射させる光学系としたことで拡散板から
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
としたことである。

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）のみて入射させ
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Ｉｆｉｌ隔内に横方向にスリン１
〜を設け、斜め入射光の光量の角度分布をこの間隔およ
びスリン１〜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、主透過イ；Ｆ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の光学系を設は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
設は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
け合わせ、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距離等を変えること
で分光感度特性を、ｉｌ、’１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ａ＋ＩＩ定対象光の他わずかに透過す
る主として可視・赤外部の測定対象領域外の漏洩妨害光
を検知し、これに相当する光量を第１の光学系より差し
引きに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段構を示す図で
ある。半球形石英拡散ドーム１に各方位高度より入射す
る太陽光は積分された後、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ン１〜４において干渉フィ
ルタ５に入射する入射光の入射角の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を設は測定対象域の紫
外光を可視光に変える。更に、その背後に青色フィルタ
７を設は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」り
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１反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ｄｌす定対象域の紫外線
をカッＩ’　Ｌ／　１５ｉｉ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８引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で増幅し作
動増幅器１３の一方の端子へ導く。−力筒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
出力に相当する出力まで減衰されて作動増幅器１３の他
方の入力端子に導かれる。作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」り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
板感度持性り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。

Ｅ　λ＝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の短波長側を特徴とす
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ｉ１１’１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Ｏ°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０＝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３１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
特性を措は合わせた特性が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光学系険出器 １３・・・作動増幅器 （他４名） 第２医Ａ （ｎｕ） 第４図 ；皮 長 （ＴＬｒｒＬ） ブ皮 長 （ｎｍ＞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　各天頂角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と、この下に紫外線透過干渉フィル
   タを設け、更にこの干渉フィルタの下に螢光板を設けた
   紫外線計に於いて、 上記干渉フィルタの透過特性と上記螢光体の分光感度特
   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ィルタと上記螢光体の特性を選
   んだことを特徴とする紫外線計。 ２　各天頂角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とこの下に紫外線透過干渉フィルタ
   を設けた紫外線計に於いて、 上記拡散板と上記紫外線透過干渉フィルタとの間に間隔
   を持たせ、この間隔内に横方向にスリットを設け、上記
   干渉フィルタへの入射角分布を調節出来る様に上記間隔
   と上記スリットを可調とした事を特徴とする紫外線計。 ３　各天頂角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と、この下に紫外線透過干渉フィル
   タを設け、更にこの干渉フィルタの下に螢光板を設けた
   紫外線計に於いて、 上記干渉フィルタの透過特性と上記螢光体の分光感度特
   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ィルタと上記螢光体の特性を選
   び、更に上記拡散板と上記紫外線透過干渉フィルタとの
   間に間隔を持たせ、この間隔内に横方向にスリットを設
   け、上記干渉フィルタ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とを可調とした事を特徴とする
   紫外線計。