WO2008044576A1 - Dispositif de détection de rayon ultraviolet et dispositif permettant d'évaluer un effet protecteur contre un rayon ultraviolet - Google Patents

Dispositif de détection de rayon ultraviolet et dispositif permettant d'évaluer un effet protecteur contre un rayon ultraviolet Download PDF

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Yoshimasa Miura
Yoshihiro Takiguchi
Masayuki Shirao
Sadaki Takata
Masato Hatao
Hiroshi Fukui
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Shiseido Company, Ltd.
Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet ray detection device and an ultraviolet ray protection effect evaluation device.
  • Erythema and blackening as a reaction to the ultraviolet rays of the human body tend to be considered as a phenomenon that occurs when only ultraviolet rays are irradiated.
  • visible rays and infrared rays are simultaneously irradiated. This is thought to cause more complex immune phenomena.
  • sun care products that protect the human body from ultraviolet rays, it is essential to have a device that can detect only ultraviolet rays with high sensitivity under irradiation with visible light and infrared rays in addition to ultraviolet rays.
  • the conventional ultraviolet detectors attenuate the visible light by applying a light emitted by a white illuminant such as a xenon lamp to an ultraviolet transmission filter, and irradiate the measurement sample with the attenuated visible light.
  • a white illuminant such as a xenon lamp
  • a method of eliminating the influence of visible light in detection by separating the light beam reflected or transmitted through the measurement sample with a spectroscope.
  • the above-described ultraviolet detector uses a photodetector such as a silicon photodiode detector, a photomultiplier tube, and a CCD camera that is sensitive to rays other than ultraviolet rays. . Therefore, in order to evaluate only the influence of ultraviolet rays, attempts have been made to extract only ultraviolet rays using various combinations of ultraviolet transmission filters.
  • a photodetector such as a silicon photodiode detector, a photomultiplier tube, and a CCD camera that is sensitive to rays other than ultraviolet rays.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3337832 Disclosure of the invention
  • the above-described ultraviolet transmission filter that transmits only the ultraviolet region and does not transmit light of wavelengths other than ultraviolet rays has a problem that there are few that are strictly practical.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an ultraviolet detection device and an ultraviolet protection effect evaluation device that can detect only ultraviolet rays with high sensitivity. .
  • the present invention is characterized in that the following means are taken.
  • the ultraviolet ray detection device of the present invention is an ultraviolet ray detection device that detects ultraviolet rays that have passed through a measurement sample or reflected from a measurement sample from light containing at least ultraviolet rays.
  • Photodetection means composed of a photocathode composed of an element selected from In, Ga, N, Al, O, Cs, etc. Means.
  • the apparatus for evaluating an ultraviolet protective effect of the present invention calculates an in vitro SPF predicted value and an in vivo SPF value of a measurement sample by using the ultraviolet detection apparatus.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultraviolet detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram of the filter of Example 1.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of sensitivity of the diffraction grating of the spectrometer in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram of spectral sensitivity of the InGaN photocathode of Example 1.
  • FIG. 5 A configuration diagram of an ultraviolet ray detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultraviolet detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an ultraviolet detection device 10 is a device when a measurement sample 15 is used as a sample, and includes a light source 11, a filter 12, a first optical fiber 13, an irradiation port 14, a measurement sample substrate 16, It includes an integrating sphere 29, a detection port 17, a second optical fiber 18, a spectroscope 19, a photodetector 20, and an electric signal processing / analysis device (computer 21).
  • the light source 11 is not limited to the power at which a xenon lamp that is a white light source including ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays is suitably used in the first embodiment.
  • a xenon lamp that is a white light source can be used as pseudo-sunlight.
  • the filter 12 is a filter that is in the vicinity of the traveling direction of light from the light source 11 and corrects the ultraviolet spectrum of the light beam emitted from the light source 11.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram of the filter according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents light transmittance (%).
  • a conventional filter such as UG11 manufactured by SCHOTT has a wavelength characteristic that extracts only ultraviolet light as indicated by a black circle in the figure.
  • the filter 12 of Example 1, such as WG320 manufactured by SCHOTT is characterized by being a filter that transmits light having a longer wavelength than ultraviolet light, as indicated by white circles in the figure.
  • the conventional filter has a power obtained by mixing various materials with the glass base material.
  • the filter of Example 1 is a transparent glass whose composition is simply adjusted. It is the composition which consists of. Therefore, the use of the filter 12 of Example 1 can reduce the manufacturing cost of the ultraviolet detection device 10 as a whole.
  • the first optical fiber 13 is in the vicinity of the traveling direction of the light from the filter 12.
  • the light beam that has passed through the filter 12 is guided to the irradiation port 14.
  • the above-mentioned light beam is irradiated from the irradiation port 14, the irradiation port 14 and the detection port 17 are fixed at a predetermined interval, and the measurement sample substrate 16 on which the measurement sample 15 is placed is placed at a certain distance from the irradiation port 14. Fixed in position. In the order of light travel, the irradiation port 14, the measurement sample 15, the measurement sample substrate 16, and the integrating sphere 29 are arranged in this order.
  • the measurement sample substrate 16 is a sample stage on which the measurement sample 15 is placed, and is preferably made of a material that does not absorb ultraviolet rays!
  • the integrating sphere 29 receives the light beam that has passed through the measurement sample 15 and the measurement sample substrate 16 and receives the light beam. Condensed and spatially integrated to be uniform. The integrating sphere 29 can be omitted.
  • the detection port 17 receives the light beam made uniform by the integrating sphere 29 and guides the light beam to the second optical fiber 18 described below.
  • the second optical fiber 18 is in the vicinity of the traveling direction of light from the detection port 17.
  • the light beam received by the detection port 17 is guided to the spectrometer 19.
  • the spectroscope 19 is a spectroscopic unit that splits the light beam from the second optical fiber 18 at lnm intervals in the ultraviolet region of 200 to 400 nm.
  • the above-described ultraviolet rays separated by the spectroscope 19 are applied to the photodetector 20 described below.
  • the spectroscope 19 according to the first embodiment has sensitivity characteristics adjusted to ultraviolet rays, and particularly 200 to 40.
  • a force that selects a concave diffraction grating (model number 10-015) manufactured by Shimadzu Corporation is not limited to this! /.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of sensitivity of the diffraction grating of the spectrometer in the first embodiment.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents diffraction efficiency (relative value).
  • the sensitivity characteristic of the concave diffraction grating which is the spectroscope 19 of Example 1, has high sensitivity in the ultraviolet region of 200 to 400 nm, and in particular, the diffraction efficiency (relative value) in the range of 200 to 400 nm is 0. 5 or more. From this characteristic, it can be seen that it is very suitable for use as the diffraction grating of the spectroscope 19 of the first embodiment.
  • the photodetector 20 detects the ultraviolet rays separated by the spectroscope 19 with an optical sensor, and converts the intensity of light of each wavelength into a signal by current or voltage. This current or voltage signal is transmitted to the computer 21 connected by electrical wiring.
  • the photodetector 20 as the light detection means of the first embodiment uses a photomultiplier tube having excellent sensitivity characteristics particularly in the ultraviolet region of 200 to 400 nm, thereby detecting ultraviolet rays with high sensitivity.
  • the device is realized. Specifically, a photomultiplier tube having a photocathode made of a material selected from elements such as In, Ga, N, Al, ⁇ , and Cs is used.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram of spectral sensitivity of the InGaN photocathode of Example 1.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents quantum efficiency (%).
  • the spectral sensitivity of the InGaN photocathode of the photomultiplier tube that is the photo detector 20 of Example 1 has high sensitivity in the ultraviolet region of 160 to 400 nm, and in particular, the quantum efficiency in the range of 200 to 400 nm is 0. 1 or more. In addition, the quantum efficiency in the ultraviolet region is 2 to 3 orders of magnitude higher than that of light having a long wavelength of 400 nm or more. From this characteristic, it can be seen that the present invention is very suitable for use as the photodetector 20 of the ultraviolet detection device 10 of the first embodiment.
  • a semiconductor photodetector made of the forces In, Ga, N, Al, O, etc. described in the case of using a photomultiplier tube can be used as the photodetector 20 as well.
  • the computer 21 receives the data from the photodetector 20, and processes the data so that it is in a form that is easy for the user of the ultraviolet detector 20.
  • the results can be displayed on the screen, the results can be stamped on recording paper, and the results can be saved to a storage medium.
  • the optical system from the light source 11 to the photodetector 20 described above has conventionally been an expensive material using a quartz-based material that does not generate fluorescence or phosphorescence by ultraviolet rays as described above.
  • the detector since the detector has sensitivity only in the ultraviolet region, even if the material emits fluorescence or phosphorescence in the visible light region, the effect does not appear in the signal output! /, . Therefore, it can be made of an inexpensive optical material, and the manufacturing cost of the entire ultraviolet ray detection device 10 can be reduced.
  • Example 1 it is possible to evaluate the influence of ultraviolet rays on a sample under visible light by using a photodetector having sensitivity only to ultraviolet rays.
  • the ultraviolet spring excitation is used as an optical element used for the configuration of the apparatus. Since it is difficult to influence the measurement even if there is accompanying fluorescence or phosphorescence, an inexpensive apparatus configuration can be realized.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the ultraviolet detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • the ultraviolet detection device 30 is a device when the measurement sample 35 is used as a sample, and includes a light source 31, a first filter 32, a second filter 42, an intermittent irradiation shirter 43, and a first It consists of an optical fiber 33, an irradiation port 34, an integrating sphere 49, a detection port 37, a second optical fiber 38, a spectroscope 39, a light detector 40, and an electric signal processing / analysis device (computer 41).
  • the ultraviolet detection device 30 is an apparatus that evaluates the ultraviolet reflection characteristics of the measurement sample 35 including a biological sample by irradiating visible light intermittently or continuously while constantly irradiating ultraviolet rays.
  • the ultraviolet ray measuring apparatus 10 of Example 1 is an apparatus that detects the inspection light beam that has passed through the measurement sample 15, whereas the ultraviolet ray measurement apparatus 30 of Example 2 uses the inspection light beam that is reflected on the measurement sample 35. It is a device to detect. Due to this characteristic, the ultraviolet ray measuring device 30 is a device suitable for using an actual living body as the measuring sample 35.
  • the light source 31 has the same configuration as the light source 11 of the first embodiment. However, the light emitted from the light source 31 is applied to the first filter 32 and the second filter 33 described below.
  • the first filter 32 is a filter that is in the vicinity of the traveling direction of the light from the light source 31, corrects the ultraviolet spectrum of the light emitted from the light source 31, and has the same configuration as the filter 12 of the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
  • the light beam that has passed through the first filter 32 irradiates the intermittent irradiation shirter 43 described below.
  • the intermittent irradiation shirter 43 is a shutter that intermittently blocks light transmitted through the first filter 32. It is also possible to allow the above-mentioned rays to pass continuously with the shatter always open. The light beam that has passed through the intermittent irradiation shirter 43 irradiates the first optical fiber 33.
  • the second filter 42 is in the vicinity of the traveling direction of the light from the light source 11, and changes the light emitted from the light source 11 to UVB and UVA having a wavelength of 290 to 400 nm.
  • a WG320 filter and a UG11 filter are preferably used, but are not limited thereto.
  • the light beam that has passed through the second filter 42 1 The optical fiber 33 is irradiated.
  • the first optical fiber 33 is in the vicinity of the traveling direction of light from the first filter 32 and the second filter 42.
  • the light passing through the first filter 32 and the second filter 42 is guided to the irradiation port 34.
  • the intermittent irradiation shirter 43 is irradiated with ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays from the irradiation port 34 when the intermittent irradiation shirter 43 is open! /.
  • ultraviolet rays are always irradiated, but visible light and infrared rays are irradiated intermittently only when the shutter 37 for intermittent irradiation is opened. .
  • the light beam measurement sample 35 is irradiated from the irradiation port 34.
  • the light beam applied to the measurement sample 35 is indicated by A in the figure.
  • a part of the force absorbed or transmitted by the measurement sample 35 is reflected on the measurement sample 35.
  • a part of the reflected light beam is received by the integrating sphere 49.
  • the integrating sphere 49 For the integrating sphere 49, the detection port 37, the second optical fiber 38, the spectrometer 39, the photodetector 40, and the computer 41, the integrating sphere 29, the detection port 17, and the second optical fiber 18 of Example 1 are used. Since the configuration is the same as that of the spectroscope 19, the photodetector 20, and the computer 21, detailed description thereof is omitted.
  • the ultraviolet ray detecting device detects the reflected light on the measurement sample, the surface of the living body and the surface of an object that cannot be destroyed are sampled. Can be measured as
  • the intermittent irradiation shatter it is possible to control the presence or absence of irradiation with visible light and infrared light separately from the irradiation of ultraviolet light onto the measurement sample. Therefore, it is possible to compare the evaluation of the measurement sample when irradiated with ultraviolet rays and the evaluation when irradiated with ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the ultraviolet detection device according to the third embodiment of the present invention.
  • the ultraviolet detection device 50 is a device using the measurement sample 55 as a sample, and includes a light source 51, a finoleta 52, an optical chopper 63, a first optical fiber 53, an irradiation port 54, and a measurement. It consists of a sample substrate 56, an integrating sphere 69, a detection port 57, a second optical fiber 58, a spectrometer 59, a photodetector 60, an electrical signal processing / analyzer (computer 61), and a lock-in amplifier 62. Since the light source 51 has the same configuration as the light source 11 of the first embodiment, a detailed description thereof is omitted.
  • the filter 52 has the same configuration as the filter 12 of the first embodiment, a detailed description thereof is omitted. However, the light beam that has passed through the filter 52 is applied to the optical chipper 63.
  • the optical chipper 63 is a shirter that intermittently transmits the light beam that has passed through the filter 52, and irradiates the light beam described above. The light beam irradiated with the light is irradiated onto the first optical fiber 53.
  • the optical chisuba 63 is electrically wired to a lock-in amplifier 62 described below, acquires pulse light and a synchronizing signal from the drive circuit 62, and outputs from the photodetector 60 described below. Analyze the signal synchronously.
  • Examples of the first optical fiber 53, the irradiation port 54, the measurement sample substrate 56, the integrating sphere 69, the detection port 57, the second optical fiber 58, the spectroscope 59, the photodetector 60, and the computer 61 The first optical fiber 13, the irradiation port 14, the measurement sample substrate 16, the integrating sphere 29, the detection port 17, the second optical fiber 18, the spectrometer 19, the photodetector 20, and the computer 21 are configured in the same manner. Therefore, detailed description is omitted.
  • the computer 61 is electrically connected to the lock-in amplifier 62 and receives a numerical value after the lock-in amplifier 62 detects and processes a signal having a power of 60 photodetectors.
  • the lock-in amplifier 62 is electrically wired to the photodetector 60, the computer 61, and the optical chipper 63.
  • the lock-in amplifier 62 controls so as to synchronize the Norse light emitted from the optical chipper 63 and the signal received from the photodetector 60. More specifically, this synchronization control synchronizes two signals using a phase detection circuit in the lock-in amplifier 62.
  • the measurement sample 55 that is deteriorated at high speed by the ultraviolet rays contained in the inspection light beam is evaluated by the instantaneous irradiation of the light beam. Performance can be evaluated at high speed.
  • the measurement can be completed before the measurement sample 55 deteriorates.
  • the total time of irradiation of the light beam to the measurement sample is the same.
  • the phenomenon caused by the pulsed light in the measurement sample can be changed by arbitrarily changing the pulse irradiation time width and the pulse irradiation interval. Light degradation, etc.). Samples that are less affected by UV radiation from one dose to the next. It is also possible to evaluate the relaxation process of V.
  • Example 4 the ultraviolet ray detection device 10 and the ultraviolet ray detection device 50 of Examples 1 and 3 are used as a method for evaluating the ultraviolet ray protection effect in the sun care product described above. Specifically, it calculates the in vitro SPF prediction value for Suncare products.
  • UV detection devices 10 and 50 of Examples 1 and 3 Suncare products are applied as measurement samples 15 and 55 on measurement sample substrates 16 and 56 which are skin substitute films, and the inspection light is measured 15 55, the test light transmitted through the measurement samples 15 and 55 is detected by the photodetectors 20 and 60, and the in vitro SPF predicted value can be calculated by analyzing the spectrum of the transmitted light.
  • the method disclosed in Patent Document 1 can be used in the ultraviolet detection devices 10 and 50 of Examples 1 and 3.
  • the ultraviolet detection devices 10 and 50 have extremely high ultraviolet detection sensitivity as described above, it is possible to reliably detect weak ultraviolet light in transmitted light that passes through a measurement sample having a high SPF value. Is possible.
  • Example 5 the ultraviolet detection device 30 of Example 2 is used as a method for evaluating the ultraviolet protection effect in the above-mentioned sun care product. Specifically, the in-vivo SPF value for suncare products is calculated.
  • a suncare product is applied as a measurement sample onto the measurement organism 35, the inspection light is irradiated onto the measurement organism 35, and the inspection light reflected from the measurement sample is detected by the photodetector.
  • the photodetector By detecting with 40 and analyzing the spectrum of this reflected light, it is possible to calculate the in vivo SPF straight.
  • the UV protection effect of sun care products when evaluating the UV protection effect of sun care products, it may be used in the region of 290 to 400 nm. In this apparatus, the width is in the region of 200 to 400 nm. It can be widely applied.

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Description

明 細 書
紫外線検出装置及び紫外線防御効果の評価装置
技術分野
[0001] 本発明は、紫外線検出装置及び紫外線防御効果の評価装置に関する。
背景技術
[0002] 人体の紫外線に対する反応としての紅斑や黒化は、紫外線のみの照射で起こる現 象と考えられがちである力 実際には、紫外線の他に、可視光線及び赤外線が同時 に照射されることで、より複雑な免疫現象が引き起こされるものと考えられている。そ の意味で、人体を紫外線から守るサンケア商品の開発においては、紫外線の他に可 視光及び赤外線も含む光照射下にて、紫外線のみを高感度で検出できる装置が不 可欠である。
[0003] しかしながら、従来、可視光線及び赤外線の照射下にお!/、ても、紫外線の影響の みを分離して評価する紫外線検出装置は、製品として存在していなかった。そのた め、従来の紫外線検出装置は、キセノンランプなどの白色発光体力 発する光線を、 紫外線透過フィルタにかけることにより可視光を減衰させ、その可視光を減衰させた 光線を測定試料に照射し、この測定試料を反射又は透過した光線を分光器により分 光することにより、検出における可視光の影響を排除するという方法が採られている。
[0004] 例えば、サンケア商品を透過した紫外線の強度を測定して、紫外線防御効果の指 標として頻用される in vitro SPF予測値を算出する装置がある（例えば、特許文献 1参照。）。し力、しながら、従来の装置は、波長分解能が悪い、あるいは信号の増幅率 が低いことに起因して検出感度が低いなどの理由により紫外線検出能が低ぐ微弱 な紫外線を感度良く検出できていない。
[0005] また、上述のような紫外線検出装置は、紫外線以外の光線にも感度のある、シリコ ンフォトダイオード検出器、光電子増倍管、及び CCDカメラなどの光検出器が用いら れている。そのため、紫外線の影響のみを評価するために、紫外線透過フィルタを各 種組み合わせて用いて、紫外線のみを抽出する試みがなされている。
特許文献 1：特許第 3337832号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかしながら、紫外線領域のみを透過させて紫外線以外の波長光を透過しないよう な上述の紫外線透過フィルタは、厳密に実用となるものは少ないという問題があった
〇
[0007] また、紫外線の照射により、測定試料及びその周りの素材などが蛍光や燐光を発 生するため、紫外線以外の光線にも感度のある従来の光検出器では、測定の数値 の中にこれらの蛍光や燐光の散乱成分が入ってしまう可能性があるという問題があつ た。
[0008] 本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、紫外線のみを高感度に検出す ることができる紫外線検出装置及び紫外線防御効果の評価装置を提供することを目 的とする。
[0009] 上記の課題を達成するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴と する。
[0010] 本発明の紫外線検出装置は、少なくとも紫外線を含む光線から測定試料を透過し た又は測定試料から反射した紫外線を検出する紫外線検出装置にお!/、て、前記光 線から紫外線を分光する分光手段と、前記分光手段により分光された紫外線を検出 する、紫外線のみを検出する In、 Ga、 N、 Al、〇、及び Csなどから選ばれる元素で構 成される光電面からなる光検出手段とを有する。
[0011] 本発明の紫外線防御効果の評価装置は、前記紫外線検出装置を用いることにより 、測定試料の in vitro SPF予測値及び in vivo SPF値を算出する。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、紫外線のみを高感度に検出することができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の実施例 1における紫外線検出装置の構成図である。
[図 2]実施例 1のフィルタの特性図である。
[図 3]実施例 1における分光器の回折格子の感度の特性図である。 [図 4]実施例 1の InGaN光電面の分光感度の特性図である。
園 5]本発明の実施例 2における紫外線検出装置の構成図である
園 6]本発明の実施例 3における紫外線検出装置の構成図である
符号の説明
10、 30、 50 紫外線検出装置
11、 31、 51 光源
12、 52 フイノレタ
13、 33、 53 第 1光ファイバ
14, 34、 54 照射ポート
15, 55 測定試料
16, 56 測定試料基板
17, 37, 57 検出ポート
18, 38、 58 第 2光ファイバ
19、 39、 59 分光器
20、 40, 60 光検出器
21、 41 , 61 電算機
29、 49、 69 積分球
32
35 測定試料及び/又は測定生体
42 第 2フィルタ
43 断続照射用シャツタ
62 ロックインアンプ
63 光チヨッパ
発明を実施するための最良の形態
[0015] 次に、本発明を実施するための最良の形態について、実施例として図面と共に説 明する。
[0016] [実施例 1]
図 1は、本発明の実施例 1における紫外線検出装置の構成図である。 [0017] 図 1を参照するに、紫外線検出装置 10は測定試料 15を試料としたときの装置であ り、光源 11、フィルタ 12、第 1光ファイバ 13、照射ポート 14、測定試料基板 16、積分 球 29、検出ポート 17、第 2光ファイバ 18、分光器 19、光検出器 20、並びに電気信号 処理 '解析装置 (電算機 21)からなる。
[0018] 光源 11は、実施例 1においては紫外線、可視光線、及び赤外線を含む白色光源 であるキセノンランプが好適に用いられる力 これに限定されるものではない。また、 白色光源であるキセノンランプは、擬似的な太陽光線として用いることができる。
[0019] フィルタ 12は、光源 11からの光の進行方向近傍にあり、光源 11から発せられた光 線の紫外線スペクトルを補正するフィルタである。
[0020] 図 2は、実施例 1のフィルタの特性図である。
[0021] 図 2を参照するに、横軸は波長 (nm)を示し、縦軸は光線の透過率（％)をそれぞれ 示す。従来のフィルタ、例えば、 SCHOTT社製 UG11などは、図中の黒丸で示すよ うに紫外線のみを抽出する波長特性を有する。対して、実施例 1のフィルタ 12、例え ば、 SCHOTT社製 WG320などは、図中の白丸で示すように、紫外線よりも長波長 の光線も透過するフィルタであることを特徴とする。
[0022] 従来のフィルタは、図の黒丸に示すような波長特性を示すように、さまざまな素材を 硝子母材に混ぜて得られる力 実施例 1のフィルタは、単に組成を調整した透明硝 子からなる構成である。そのため、実施例 1のフィルタ 12を用いることにより、紫外線 検出装置 10全体の製造コストを下げることができる。
[0023] 再び、図 1を参照するに、第 1光ファイバ 13は、フィルタ 12からの光の進行方向近 傍にある。フィルタ 12を透過した光線を照射ポート 14へ導く。
[0024] 照射ポート 14から上述の光線が照射され、照射ポート 14と検出ポート 17は所定の 間隔で固定され、測定試料 15が載せられた測定試料基板 16が、照射ポート 14から 一定の距離の位置に固定される。光の進行する順序で示すと、照射ポート 14、測定 試料 15、測定試料基板 16、及び積分球 29の順に配置されている。
[0025] 測定試料基板 16は、測定試料 15が載せられる試料台であり、紫外線を吸収しない 素材から構成されることが好まし!/、。
[0026] 積分球 29は、測定試料 15及び測定試料基板 16を透過した光線を受光し、光線を 集光し、空間的に積分して均一にする。積分球 29は、省略することが可能である。
[0027] 検出ポート 17は、積分球 29により均一にされた光線を受光し、下述する第 2光ファ ィバ 18に光線を導く。
[0028] 第 2光ファイバ 18は、検出ポート 17からの光の進行方向近傍にある。検出ポート 17 により受光された光線を分光器 19に導く。
[0029] 分光器 19は、第 2光ファイバ 18からの光線を、紫外線領域である 200乃至 400nm の範囲にて lnm間隔で分光する分光手段である。分光器 19によって分光された、 上述の紫外線は、下述の光検出器 20に照射される。
[0030] 実施例 1の分光器 19は、紫外線に感度特性が調整されており、特に、 200乃至 40
Onmの紫外線領域に感度特性のすぐれた回折格子を用いることにより高感度な分 光性能を実現している。具体的には、島津製作所製凹面回折格子（型番 10— 015) などが選ばれる力 これに限定されるものではな!/、。
[0031] 図 3は、実施例 1における分光器の回折格子の感度の特性図である。
[0032] 図 3を参照するに、横軸は波長 (nm)を示し、縦軸は回折効率 (相対値)をそれぞ れ示す。
[0033] 実施例 1の分光器 19である凹面回折格子の感度特性は 200乃至 400nmの紫外 線領域に高い感度を有し、特に、 200乃至 400nmの範囲の回折効率（相対値）は 0 . 5以上である。この特性から、実施例 1の分光器 19の回折格子として用いるのに非 常に好適であることがわかる。
[0034] 光検出器 20は、分光器 19により分光された紫外線を、光センサーにより検出し、そ れぞれの波長の光線の強度を電流又は電圧による信号に変換する。この電流又は 電圧による信号は、電気的な配線により接続されている電算機 21に送信される。
[0035] 近年の微弱光検出技術の進展により、検出感度を高めた光電子増倍管が利用さ れることが多くなつている。従来のフォトダイオードアレー及び CCDに比べて、検出 感度が高いことは理論上力、らも明らかである力 S、検出する光の波長領域によって、光 電子増倍管の光電面の素材を選定する必要がある。
[0036] 実施例 1の光検出手段としての光検出器 20は、特に、 200乃至 400nmの紫外線 領域に感度特性のすぐれた光電子増倍管を用いることにより、高感度な紫外線検出 装置を実現している。具体的には、 In、 Ga、 N、 Al、〇、及び Csなどの元素から選ば れる素材による光電面を持つ、光電子増倍管を用いる。
[0037] 図 4は、実施例 1の InGaN光電面の分光感度の特性図である。
[0038] 図 4を参照するに、横軸は波長 (nm)を示し、縦軸は量子効率（％)をそれぞれ示 す。実施例 1の光検出器 20である光電子増倍管の InGaN光電面の分光感度は、 1 60乃至 400nmの紫外線領域に高い感度を有し、特に、 200乃至 400nmの範囲の 量子効率は 0. 1以上である。また、紫外線領域における量子効率は、 400nm以上 の長波長の光線に比べて、 2乃至 3桁以上の高い感度を示す。この特性から、実施 例 1の紫外線検出装置 10の光検出器 20として用いるのに非常に好適であることがわ かる。
[0039] 光検出器 20について、光電子増倍管を用いる場合について説明した力 In、 Ga、 N、 Al、及び Oなどからなる半導体光検出器も同様に光検出器 20として用いることが できる。
[0040] 再び、図 1を参照するに、電算機 21は、光検出器 20からのデータを受信し、紫外 線検出装置 20のユーザにわ力、りやすい形にするようにデータを処理し、結果を画面 に表示したり、結果を記録紙に打ち出したり、結果を記憶媒体に保存したりできるよう にする。
[0041] 上述した、光源 11から光検出器 20に至る光学系は、従来は、上述したように紫外 線によって蛍光や燐光を発生しないような石英系の素材を用いた高価な材料であつ た力 実施例 1では、検出器が紫外線領域のみに感度を有することから、材料が可 視光領域にぉレ、て蛍光や燐光を発したとしても、その影響が信号出力に現れな!/、。 そのため、安価な光学材料にて構成することができ、紫外線検出装置 10全体の製造 コストを下げることカできる。
[0042] 実施例 1によれば、紫外線にのみ感度を有する光検出器を用いることで、可視光の もとで試料の紫外線による影響を評価することが可能となる。
[0043] また、紫外線によって測定試料において誘起される現象の、可視光による増強など の可能性を探求するための装置構造とすることが可能である。
[0044] さらに、上述したとおり、装置の構成のために用いる光学素子として、紫外泉励起に 伴う蛍光や燐光があっても計測に影響しにくいことから、安価な装置構成とすることも また可能となる。
[0045] [実施例 2]
図 5は、本発明の実施例 2における紫外線検出装置の構成図である。
[0046] 図 5を参照するに、紫外線検出装置 30は測定試料 35を試料としたときの装置であ り、光源 31、第 1フィルタ 32、第 2フィルタ 42、断続照射用シャツタ 43、第 1光ファイバ 33、照射ポート 34、積分球 49、検出ポート 37、第 2光ファイバ 38、分光器 39、光検 出器 40、及び電気信号処理 ·解析装置 (電算機 41)からなる。
[0047] 紫外線検出装置 30は、紫外線を常時照射しながら、可視光を断続的又は連続的 に照射することで、生体試料を含む測定試料 35の紫外線反射特性を評価する装置 である。実施例 1の紫外線測定装置 10は、測定試料 15を透過した検査光線を検出 する装置であつたのに対し、実施例 2の紫外線測定装置 30は、測定試料 35上を反 射した検査光線を検出する装置である。この特性上、紫外線測定装置 30は、測定試 料 35として実際の生体を用いるのに適した装置である。
[0048] 光源 31は、実施例 1の光源 11と同様の構成である。しかし、光源 31から発せられる 光線は、下述する第 1フィルタ 32及び第 2フィルタ 33に照射される。
[0049] 第 1フィルタ 32は、光源 31からの光の進行方向近傍にあり、光源 31から発せられ た光線の紫外線スペクトルを補正するフィルタであり、実施例 1のフィルタ 12と同様の 構成であるため詳細な説明は省略する。第 1フィルタ 32を透過した光線は、下述する 断続照射用シャツタ 43に照射される。
[0050] 断続照射用シャツタ 43は、第 1フィルタ 32を透過した光線を断続的に遮断するシャ ッタである。また、常にシャツタが開いている状態にして、継続的に上述の光線を通過 させることも可能である。断続照射用シャツタ 43を通過した光線は、第 1光ファイバ 33 に照射される。
[0051] 第 2フィルタ 42は、光源 11からの光の進行方向近傍にあり、光源 11力、ら発せられ た光線を 290乃至 400nmの波長の UVB及び UVAの紫外線にする。第 2フィルタ 4 2としては、 WG320フィルタ及び UG11フィルタ（いずれも SCHOTT社製）が好適に 用いられるが、これに限定されるものではない。第 2フィルタ 42を通過した光線は、第 1光ファイバ 33に照射される。
[0052] 第 1光ファイバ 33は、第 1フィルタ 32及び第 2フィルタ 42からの光の進行方向近傍 にある。第 1フィルタ 32及び第 2フィルタ 42を透過した光線を照射ポート 34導く。
[0053] ここまでの構成をまとめると、断続照射用シャツタ 43が、開いて!/、る状態では、照射 ポート 34から紫外線、可視光線、及び赤外線が照射される。対して、断続照射用シ ャッタ 43が断続的に下りる状態では、紫外線は常に照射されるが、可視光線及び赤 外線は、断続照射用シャツタ 43が開いたときにのみ、断続的に照射される。
[0054] 照射ポート 34から上述の光線力 測定試料 35に照射される。測定試料 35に照射 される光線は図中の Aに示す。照射ポート Aから照射された光線 Aは、測定試料 35 上に達すると、測定試料に 35に吸収されたり透過されたりする力 一部は測定試料 3 5上で反射される。この反射された光線の一部は、積分球 49によって受光される。
[0055] 積分球 49、検出ポート 37、第 2光ファイバ 38、分光器 39、光検出器 40、及び電算 機 41については、実施例 1の積分球 29、検出ポート 17、第 2光ファイバ 18、分光器 19、光検出器 20、及び電算機 21と同様な構成であるので、詳しい説明は省略する
[0056] 実施例 2によれば、実施例 1の効果に加えて、測定試料上の反射光を検出する紫 外線検出装置であるために、生体の皮膚、及び破壊できない物体の表面などを試料 として測定すること力可能となる。
[0057] また、断続照射用シャツタの働きにより、測定試料に対する紫外線の照射とは別に 、可視光線及び赤外線の照射の有無を制御することができる。そのため、測定試料 に対する、紫外線照射時の評価、並びに、紫外線、可視光線、及び赤外線照射時の 評価を比較することが可能になる。
[0058] [実施例 3]
図 6は、本発明の実施例 3における紫外線検出装置の構成図である。
[0059] 図 6を参照するに、紫外線検出装置 50は測定試料 55を試料としたときの装置であ り、光源 51、フィノレタ 52、光チヨッパ 63、第 1光ファイバ 53、照射ポート 54、測定試料 基板 56、積分球 69、検出ポート 57、第 2光ファイバ 58、分光器 59、光検出器 60、電 気信号処理'解析装置 (電算機 61)、及びロックインアンプ 62からなる。 [0060] 光源 51は、実施例 1の光源 11と同様な構成であるので、詳細な説明は省略する。
[0061] フィルタ 52もまた、実施例 1のフィルタ 12と同様な構成であるので、詳細な説明は 省略する。ただし、フィルタ 52を透過した光線は、光チヨッパ 63に照射される。
[0062] 光チヨッパ 63は、フィルタ 52を透過した光線を断続的に透過させるシャツタであり、 上述の光線をノ ルス照射する。このノ ルス照射された光線は、第 1光ファイバ 53に照 射される。
[0063] また、光チヨツバ 63は、下述するロックインアンプ 62と電気的に配線されており、パ ルス光と同期信号を駆動回路 62から取得して、下述する光検出器 60からの信号を 同期解析する。
[0064] 第 1光ファイバ 53、照射ポート 54、測定試料基板 56、積分球 69、検出ポート 57、 第 2光ファイバ 58、分光器 59、光検出器 60、及び電算機 61については、実施例 1の 第 1光ファイバ 13、照射ポート 14、測定試料基板 16、積分球 29、検出ポート 17、第 2光ファイバ 18、分光器 19、光検出器 20、及び電算機 21と同様な構成であるので、 詳細な説明は省略する。
[0065] ただし、電算機 61は、ロックインアンプ 62と電気的に配線されており、光検出器 60 力もの信号をロックインアンプ 62にて検出処理した後の数値を受信する。
[0066] ロックインアンプ 62は、光検出器 60、電算機 61及び光チヨッパ 63と電気的に配線 されている。ロックインアンプ 62は、光チヨッパ 63が発するノ ルス光、及び光検出器 6 0からの受信の信号を同期させるように制御する。この同期制御は、具体的には、ロッ クインアンプ 62中にある位相検波回路を用いて二つの信号を同期させる。
[0067] 実施例 3によれば、実施例 1の効果に加えて、上述の制御により、検査光線に含ま れる紫外線によって高速に劣化するような測定試料 55の評価を、光線の瞬時照射に よって高速に性能を評価することができるようになる。この方法により、測定試料 55が 劣化する前に、測定を完了することができる。
[0068] また、測定試料に対する光線の照射の総時間は同じである力 パルス照射の時間 幅とパルス照射間隔とを任意に変えることで、測定試料におけるパルス光線により起 きた現象 (紫外線による測定試料の光劣化など）が緩和する。 1つのノ レス照射から 、次のノ ルス照射が到達するまでに、より紫外線の影響が少なくなるような試料にお V、ては、その緩和過程の評価することも可能である。
[0069] [実施例 4]
実施例 4としては、上述のサンケア商品における紫外線防御効果の評価する方法と して、実施例 1及び 3の紫外線検出装置 10及び紫外線検出装置 50を使用する。具 体的には、サンケア商品の in vitro SPF予測値を算出する。
[0070] 実施例 1及び 3の紫外線検出装置 10、 50においては、サンケア商品を測定試料 1 5、 55として皮膚代替膜である測定試料基板 16、 56上に塗布し、検査光を測定試料 15、 55に照射し、測定試料 15、 55を透過した検査光を光検出器 20、 60により検出 し、この透過光のスペクトルを解析することにより in vitro SPF予測値を算出するこ と力できる。具体的には、特許文献 1に開示された方法を、実施例 1及び 3の紫外線 検出装置 10、 50において用いることができる。
[0071] また、紫外線検出装置 10、 50は、上述の通り紫外線の検出感度が非常に高いた め、高 SPF値を示す測定試料を透過する透過光中の弱い紫外線も確実に検出する ことが可能である。
[0072] [実施例 5]
実施例 5としては、上述のサンケア商品における紫外線防御効果の評価する方法と して、実施例 2の紫外線検出装置 30を使用する。具体的には、サンケア商品の in V ivoo SPF値を算出する。
[0073] 実施例 2の紫外線検出装置 30においては、サンケア商品を測定試料として測定生 体 35上に塗布し、検査光を測定生体 35に照射し、測定試料を反射した検査光を光 検出器 40により検出し、この反射光のスペクトルを解析することにより in vivo SPF ィ直を算出すること力できる。
[0074] 以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形 態に限定されるものではなぐ特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内 において、種々の変形及び変更が可能である。装置構成内における配置の入れ替 え、例えば、分光器や光チヨツバの配置などは実施例に限定されるものではない。
[0075] また、サンケア商品の紫外線防御効果を評価する際などには、 290乃至 400nmの 領域で用いられる場合があるが、本装置においては、 200乃至 400nmの領域で幅 広く応用できるものである。
本国際出願は、 2006年 10月 6日に出願した日本国特許出願 2006— 275374号 に基づく優先権を主張するものであり、 2006— 275374号の全内容を本国際出願 に援用する。

Claims

請求の範囲
[I] 少なくとも紫外線を含む光線から測定試料を透過した又は測定試料から反射した 紫外線を検出する紫外線検出装置にお!/、て、
前記光線から紫外線を分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された紫外線を検出する、紫外線のみを検出する In、 Ga
、 N、 Al、 0、及び Csなどから選ばれる元素で構成される光電面からなる光検出手段 とを有することを特徴とする紫外線検出装置。
[2] 前記光検出手段は、感度特性を紫外線に調整した光電子増倍管を用いることを特 徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[3] 前記光電子増倍管の量子効率は、 200乃至 400nmの範囲で 0. 1以上であること を特徴とする請求項 2に記載の紫外線検出装置。
[4] 前記分光手段は、紫外線に感度特性が調整され、且つ、波長分解能が lnm以下 であることを特徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[5] 前記分光手段は、 200乃至 400nmの範囲で回折格子の回折効率が 0. 5 (相対値
)以上であることを特徴とする請求項 4に記載の紫外線検出装置。
[6] 前記測定試料に対して前記光線を照射し、前記測定試料を透過した紫外線を検 出することを特徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[7] 前記測定試料に対して前記光線をノ ルス照射する光チヨツバと、
前記光チヨツバ及び前記光検出手段の信号を同期させるロックインアンプとを有す ることを特徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[8] 前記光線の照射により紫外線の透過特性が変化する前記測定試料において、前 記測定試料への前記光線の照射の総時間は同じであるが、前記光線の照射時間幅 及び照射間隔が可変であること特徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[9] 測定試料に対して前記光線を照射し、前記測定試料から反射した紫外線を検出す ることを特徴とする請求項 1に記載の紫外線検出装置。
[10] 前記測定試料に対して紫外線の連続的な照射及び可視光の連続的又は断続的 な照射を行うことを特徴とする請求項 9に記載の紫外線検出装置。
[I I] 前記光線を発する光源は、キセノンランプを用いることを特徴とする請求項 1に記載 の紫外線検出装置。
[12] 前記キセノンランプは、擬似太陽光として用いられることを特徴とする請求項 1 1に 記載の紫外線検出装置。
[13] 請求項 1に記載の紫外線検出装置を用いることにより、前記測定試料の in vitro
SPF予測値及び in vivo SPF値を算出することを特徴とする紫外線防御効果の評 価装置。
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