JPH0621816B2

JPH0621816B2 - 太陽光の紫外線センサ

Info

Publication number: JPH0621816B2
Application number: JP63091162A
Authority: JP
Inventors: 淳之加藤; 文雄小池; 健司川井
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH01262425A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えば日光浴などの際に太陽光に含まれた
有害紫外線量を検出する太陽光の紫外線センサに関する
ものである。

〔従来の技術〕

地表に到達する太陽光のうち、波長２９０ｎｍ以下の紫
外光は、地表から高度２５ｋｍ前後の成層圏内のオゾン
に吸収されるため、地表に降り注ぐ太陽光は波長２９０
ｎｍ以上の光である。

ところが、最近、調髪用や殺虫剤のスプレー類、冷蔵庫
等の冷媒、半導体加工の洗浄剤などに多用されているフ
ロンガス（弗素、塩素を含む有機化合物、例えばフロン
１３（ＣｃｌＦ_３）、フロン１４（ＣＦ_４）、フロン２
３（ＣＨＦ_３）等）が成層圏に蓄積してオゾン層を破壊
し、地上に降り注ぐ波長の短い紫外線量を増加させる恐
れがあることが指摘されている。太陽光中の紫外線が人
体に与える悪影響としては、長波長域の紫外線（ＵＶ−
Ａ波）(波長３１５〜４００ｎｍ)による皮膚の色素沈着
や、中波長域の紫外線（ＵＶ−Ｂ波）(波長２８０〜３
１５ｎｍ)による皮膚の紅斑、眼炎（結膜炎、角膜炎）
等が既に知られており、上記紫外線量の増加は大きな問
題となりつつある。

このような問題に対処する防衛策の一つとして、太陽光
を浴びる際に各自が自己の受ける紫外線量を把握する方
法が考えられる。

そして、この方法による場合、現状では紫外線量を把握
するにあたり本格的な計測用の高価な紫外線測定装置を
使用せざるを得ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の計測用の紫外線測定装置は、その取り扱
いが非常に面倒であり、日常生活の中での使用には適さ
ず、さらに検出した紫外線量が人体に悪影響を与えるも
のであるか否かの判断を利用者自ら行わなければならな
いという問題点があって、汎用性に欠けるという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、日光浴などの際における太陽光に含まれた有
害紫外線量を、人体に与える影響別に（波長域ごとに）
検出することが可能な紫外線センサを安価に得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る太陽光の紫外線センサは、太陽光により
起電力を生じる太陽電池の受光面側に、太陽光中におけ
る紫外線を透過する広帯域の紫外線透過フィルタと、上
記太陽電池の受光面側と紫外線透過フィルタとの間に、
紫外線の波長選択性がある蛍光体を設けたものである。

また、上記太陽電池の受光面側に、紫外線透過フィルタ
の二次透過帯を透過してくる赤外光をカットするための
赤外線カットフィルタを設けたり、上記太陽電池の受光
面と上記蛍光体との間に、該蛍光体を透過した紫外線
と、紫外線透過フィルタの二次透過帯を透過してくる赤
外光とをカットする紫外線・赤外線カットフィルタを設
けたりすれば、さらに効果的である。

〔作用〕

この発明における紫外線センサは、日光浴などの際にお
ける太陽光中の紫外線が紫外線透過フィルタを透過する
ことにより、これらの透過紫外線中の長波長域あるいは
中波長域でのみ選択的に発光する蛍光体により、それら
の紫外線量に対応した電圧または電流を上記太陽電池の
出力として取り出すことができる。このため、その出力
信号により、長波長域の紫外線量と中波長域の紫外線量
とを個別に太陽電池でモニターすることができる。

しかも、紫外線・赤外線カットフィルタにより、上記蛍
光体の発光だけを太陽電池の出力信号として取り出すこ
とができ、これにより個々の蛍光体によって選択された
波長域の正確な紫外線強度およびエネルギー量を得るこ
とができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図はこの発明の一実施例による紫外線センサのブロ
ック図、第２図はその紫外線センサ素子の斜視図、第３
図は第２図の正面図である。

図において、１は紫外線センサ素子としての太陽電池で
あり、この太陽電池１はガラス等の透明基板２と、この
透明基板２の裏面に一体積層された透明電極３と、この
透明電極３にアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉｐｉ
ｎ）４を介して積層された一対のアルミニウム電極（以
下、アルミ電極という）５，６とから成り、上記透明電
極３にはリード線３ａが、また上記アルミ電極５，６に
はリード線５ａ，６ａがそれぞれ接続されている。かか
る太陽電池１の分光感度を第５図に示す。

第１図において、１０は長波長域の紫外線（Ａ波）およ
び中波長域の紫外線（Ｂ波）のそれぞれに対応した太陽
電池１の出力信号５ａ，６ａを入力して信号処理を行う
信号処理回路で、上記太陽電池１の出力信号を入力して
増幅する増幅器１１と、この増幅器１１からの出力信号
をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２とからなっている。
このＡ／Ｄ変換器１２は、次に述べるＡ変換またはＢ変
換の何れを行うものであってもよい。

Ａ変換；ｎビットのＡ／Ｄ変換器１２を使用し、一定時
間ごとにｎビットの瞬時値信号を出力する。

Ｂ変換；増幅器１１からの入力信号を積分し、一定のエ
ネルギー量に達した時点で１パルス出力する。

１３は上記Ａ／Ｄ変換器１２からの入力信号に基づく演
算を行って長波長域紫外線（Ａ波）および中波長域紫外
線（Ｂ波）にそれぞれ対応する紫外線エネルギー量を算
出するマイクロプロセッサ（演算回路）であり、このマ
イクロプロセッサ１３は、上記Ａ変換またはＢ変換に対
応した何れかの演算を行うもので、その演算式を次に述
べる。

Ａ変換の場合は、各瞬時値Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３・・・Ｅ_ｎ
を加算し、これに時間ｔを乗じてさらに係数ｋ_１を掛け
る下記(1) 式。

Ｅ＝ｋ_１・ｔΣＥ・・・・・・(1) この(1) 式によって紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２を求
める。

Ｂ変換の場合は、パルスのカウント値に１パルス相当分
のエネルギー量ｋ_２を乗じることで紫外線エネルギー量
Ｊ／ｃｍ^２を求める下記(2) 式。

Ｅ＝ｋ_２・Ｎ（Ｎはパルス数）・・・(2) １４は上記演算式(1) または(2) が記憶され、かつ演算
された上記紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２を随時記憶す
るメモリ、１５は閾値設定機構であり、この閾値設定機
構１５によって、第１０図に示すように、人体の皮膚が
肌色に応じて上記紫外線を許容し得る閾値が設定され
る。

１６は警報手段としての表示部、１７は同じく警報手段
としてのアラームであり、これらの表示部１６およびア
ラーム１７は、上記マイクロプロセッサ１３による演算
結果の紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２が上記閾値に達し
た時点における上記マイクロプロセッサ１３の出力信号
を入力して作動する。１８は上記表示部１６のクリアス
イッチおよび上記アラーム１７のストップボタン等を有
して警報状態を解除する機能設定機構、１９はクロック
機構、２０は太陽光紫外線検出回路の電源である。

次に動作について説明する。

日光浴などの際に利用者は電源２０を投入し、かつ閾値
設定機構１５を操作して自らの皮膚質に対応した閾値を
設定する。この状態において、紫外線センサ１が太陽光
中の紫外線を受光する。アルミ電極５には長波長域の紫
外線（Ａ波）に対応した起電力が、アルミ電極６には中
波長域の紫外線（Ｂ波）に対応した起電力が生起され
る。そして、これらの起電力が信号処理回路１０で信号
処理されてマイクロプロセッサ１３に出力される。マイ
クロプロセッサ１３は、上記信号処理回路１０からの入
力信号により(1) 式または(2) 式による演算を行って上
記紫外線に対応した紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２を算
出し、かつ、この紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２を上記
閾値設定機構１５で設定された閾値と比較演算する。そ
の結果の算出値、すなわち上記紫外線エネルギー量Ｊ／
ｃｍ^２が閾値に達すると、その時点で上記マイクロプロ
セッサ１３が表示部１６およびアラーム１７に警報信号
を出力し、これにより上記表示部１６およびアラーム１
７が作動して警報を発生する。この警報によって日光浴
をやめれば、皮膚の損傷（紅斑、水疱、色素沈澱による
シミ、ソバカス）を未然に防止することができる。

第２図において、７０は第８図に示すフィルタ特性を有
して太陽光中の紫外線を透過し得る広帯域の紫外線透過
フィルタ、２２は透明基板２と上記紫外線透過フィルタ
７０の間で一体的に設けられた長波長域の紫外線用（Ａ
波用）蛍光体、２３は上記透明基板２と紫外線透過フィ
ルタ７０との間で上記蛍光体２２と同一面状に一体的に
設けられた中波長域の紫外線用（Ｂ波用）蛍光体であ
る。

ここで、上記太陽電池１と上記蛍光体２２および蛍光体
２３との相関関係について述べると、上記太陽電池１の
分光感度は第５図に示すように、４００〜７００ｎｍの
可視光領域にある。このため、上記蛍光体２２および蛍
光体２３の発光域も４００〜７００ｎｍの波長間にある
ものが選定される。そして、上記蛍光体２２および蛍光
体２３は、それらの励起スペクトルが第６図に示すよう
に長波長域の紫外線（３１５〜４００ｎｍ）（Ａ波）お
よび中波長域の紫外線（２８０〜３１５ｎｍ）（Ｂ波）
に対応したものとなっている。かかる蛍光体２２および
蛍光体２３は、各々の励起スペクトルに対応した紫外線
だけで選択的に発光する。すなわち、蛍光体２２は、上
記紫外線透過フィルタ７０を透過した広帯域の紫外線中
の長波長域の紫外線（Ａ波）だけによって発光し、蛍光
体２３は、同じく上記紫外線透過フィルタ７０を透過し
た中波長域の紫外線（Ｂ波）だけによって発光する。２
４は上記蛍光体２２および蛍光体２３と上記透明基板２
との間に一体的に設けられた紫外線・赤外線カットフィ
ルタである。この紫外線・赤外線カットフィルタ２４は
第９図に示す紫外線・赤外線カットフィルタ特性を有
し、上記紫外線透過フィルタ７０を介して上記蛍光体２
２および蛍光体２３を透過してくる紫外線と、上記紫外
線透過フィルタ７０の二次透過帯（副透過帯）を透過し
てくる赤外光をカットすることにより、上記蛍光体２２
および蛍光体２３の各発光だけを出力信号として取り出
す。従って、それらの発光だけを上記太陽電池１でモニ
ターすることができ、第１図の紫外線センサ回路によ
り、第１１図に示す蛍光体の発光照度と励起紫外線の関
係から最終的に紫外線エネルギー量Ｊ／ｃｍ^２を得るこ
とができる。

第４図はこの発明を商品化する場合の具体例を示す斜視
図であり、第４図（Ａ）は携帯用置物形式、第４図
（Ｂ）は腕時計式、第４図（Ｃ）は帽子にピンまたはフ
ック止め等で取り付けられたバッチ式、第４図（Ｄ）は
広告搭形式としたそれぞれの紫外線センサ本体２５を示
し、この紫外線センサ本体２５内に第１図の紫外線セン
サ回路が組み込まれ、かつ、その紫外線センサ本体２５
の表面に第２図，第３図における受光部（紫外線透過フ
ィルタ７０）と閾値設定機構(設定用摘子)１５および表
示部１６、アラーム１７、電源２０のスイッチをそれぞ
れ表出させた構成としている。

以上において、第４図（Ａ）〜（Ｃ）の紫外線センサ本
体２５は容易に携帯でき、使用に際しては使用者の皮膚
の強さに応じた閾値を設定摘子１５により設定し、スタ
ートスイッチ２０を押して日光浴する傍らに置いてお
く。もって、表示部１６およびアラーム１７の作動によ
る警報時点で日光浴をやめることにより、過剰日光浴に
よる皮膚の損傷を未然に防止できる。第４図（Ｄ）の場
合は、海辺やスポーツ会場などに設置され、表示部１６
やアラーム１７は人目につくようにし、使用に際しては
１日ごとにリセットし、現在の照度での日光浴可能時間
や或る時刻からの積算量などを表示部１６でメッセージ
などを順次表示させたり、アラーム１７による音声で知
らせる。

なお、上記実施例において、太陽電池１はアルファスシ
リコン系のほか、単結晶シリコン、ガリウム砒素などの
太陽電池であってもよい。

〔発明の効果〕以上のように、この発明によれば、従来のような高価な
長波長域用および中波長域用の紫外線透過干渉フィルタ
により紫外線を選択的に透過させる必要がなく、安価な
広帯域紫外線透過ガラスフィルタと選択的に発光する蛍
光体との組み合わせにより、それぞれの紫外線量に対応
した電圧または電流を上記太陽電池の出力として取り出
すことができる。また、干渉フィルタは透過率も低く、
入射角による透過帯域のシフトも起こり、実用的でない
欠点がある。これもガラスフィルタを使えることで解消
される利点もある。しかも、紫外線・赤外線カットフィ
ルタにより、上記蛍光体の発光だけを太陽電池の出力信
号として取り出すことができ、これによって正確な紫外
線エネルギー量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による紫外線センサのブロ
ック図、第２図はその紫外線センサ素子となる太陽電池
の斜視図、第３図は第２図の正面図、第４図はこの発明
を商品化する場合の具体例を示す斜視図、第５図は太陽
電池の分光感度を示す図、第６図は蛍光体の励起・発光
スペクトル図、第７図は太陽光の分光放射スペクトル
図、第８図は第２図および第３図における紫外線透過フ
ィルタの特性図、第９図は紫外線・赤外線カットフィル
タの特性図、第１０図は肌色と閾値の相関関係を示す
図、第１１図は紫外線照度と蛍光体の発光照度との相関
関係を示す図である。図において、１は太陽電池、２２は長波長域の紫外線用
（Ａ波用）蛍光体、２３は中波長域の紫外線用（Ｂ波
用）蛍光体、２４は紫外線・赤外線カットフィルタ、７
０は紫外線透過フィルタである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光により起電力を生じる太陽電池と、
この太陽電池の受光面側に設けられ、太陽光中における
紫外線を透過する広帯域の紫外線透過フィルタと、上記
太陽電池の受光面と上記紫外線透過フィルタとの間に広
帯域の紫外線透過フィルタを透過した長波長域の紫外線
でのみ発光して上記太陽電池に起電力を発生させる長波
長域用蛍光体と、上記紫外線透過フィルタを透過した中
波長域の紫外線でのみ発光して上記太陽電池に起電力を
発生させる中波長域用蛍光体とを備えた太陽光の紫外線
センサ。
【請求項２】上記太陽電池の受光面と上記長波長域用お
よび中波長域用蛍光体との間には、それらの蛍光体を透
過した紫外線と上記紫外線透過フィルタに存在する二次
透過帯域を透過してくる赤外光とをカットする紫外線・
赤外線カットフィルタを備えたことを特徴とする請求項
１記載の太陽光の紫外線センサ。