(57)【要約】【課題】測定雰囲気に影響されることなく、エキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を正確に測定することができる紫外線センサおよび紫外線照度計を提供することを課題とする。【解決手段】内部を不活性ガス雰囲気としてなる耐紫外線キャップ１内に、紫外線受光素子を気密配置してななる紫外線センサにおいて、紫外線受光素子は、耐紫外線基板２に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３を接着搭載して構成し、また耐紫外線キャップ１の受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板４を気密配置して構成してある。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を不活性ガス雰囲気としてなる耐紫外線キャップ内に、紫外線受光素子を気密配置してなる紫外線センサにおいて、
前記紫外線受光素子は、耐紫外線基板に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を接着搭載して構成し、また耐紫外線キャップの受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板を気密配置して構成したことを特徴とする紫外線センサ。
【請求項２】
耐紫外線キャップと耐紫外線基板は、鉄合金で構成したことを特徴とする請求項１記載の紫外線センサ。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２に記載の紫外線センサを搭載してなることを特徴とする紫外線照度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマランプや低圧水銀ランプ等から投射される紫外線量を測定するための紫外線センサおよび紫外線照度計に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、エキシマレーザーのＡｒＦ（１９３ｎｍ）やＦ２（１５７ｎｍ）、真空紫外域発光の水銀ランプ（１８５ｎｍ）やキセノンエキシマランプ（１７２ｎｍ）等の強力な短波長紫外線が工業的に利用され始めている。これに伴い強力な短波長紫外線量を、多湿やガスの発生するような過酷な環境の下において、精度良く且つ長時間連続して安定に測定する紫外線センサが要求されている。
【０００３】
従来、短波長紫外線の強度測定のセンサには、特定波長のみに感度をもつ光電管検出器やシリコンホトダイオード（シリコン光起電力型受光素子）等の汎用性の検出器に特定波長のみを透過するフィルターまたは紫外線を可視光に変換する蛍光板を組合せたものが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらは検出器の紫外線による劣化や強力な短波長紫外線の照射下において、フィルターの透過率や蛍光板の変換効率の安定性に問題があり、短時間に感度低下を起こしてしまうので、長時間連続的に測定することが困難であった。
また、光電管やシリコンホトダイオードより耐久性が有るとされている窒化ガリウム光起電力型受光素子も数百時間の強力な短波長紫外線の照射で同様に感度低下が起こってしまうため、前記の要求に合致するとは言い難い。
【０００５】
一方、特開平１１−２４８５３１のダイヤモンド薄紫外線センサのようにダイヤモンド薄膜を用いた光導電型受光素は、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を気相成長させ、更にその上部に電極を設けた構造であり、ダイヤモンドのバンドギャップ値が５．５ｅＶであるため、前記光源が放射する凡そ２００ｎｍ近傍以下の波長領域のみを検出し、他の光（凡そ波長２５０ｎｍ以上の雑音光）には感度を有しない。
【０００６】
またダイヤモンド薄膜光導電型受光素子は、短波長紫外線に感度のあるため、フィルター等が無くとも直接短波長紫外線の測定が可能であり、フィルターの劣化問題がないという利点があり、さらに強力な短波長紫外線の照射に耐えることが出来る特性を持っている。しかしながら受光部が外部に露出して使用した場合、通常の環境下では、受光面への湿度吸着やガス吸着によって指示値が不安定になるという問題があり、また、ひろく紫外線センサに使用されているエポキシ樹脂で封止する石英ガラスを用いて受光部を気密構造にしても、石英ガラスの透過率の低下とエポキシ樹脂の劣化により指示値が変化してしまうという問題があるため、短波長用途の紫外線センサとしての実用化の妨げになっている。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑み発明したてもので、広い範囲の紫外線を測定でき、さらに測定雰囲気に影響されることなく、エキシマランプや低圧水銀ランプ等の紫外線量を正確に測定することができる紫外線センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の構成としてある。
請求項１は、内部を不活性ガス雰囲気としてなる耐紫外線キャップ内に、紫外線受光素子を気密配置してなる紫外線センサに関する。
紫外線受光素子は、耐紫外線基板に、短波長紫外線に感度を有するダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を接着搭載して構成してある。
また耐紫外線キャップの受光窓に、短波長紫外線を透過するサファイア板を気密配置して構成してある。
【０００９】
請求項１に記載の紫外線センサによると、また受光部が気密構造であるため、受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがなく指示値が安定しており、また紫外線センサが外部からの汚れや水分等の影響を受けることがなく、さらに受光窓に短波長紫外線を透過するサファイア板を用いているので、広い範囲の紫外線を測定でき、紫外線による透過率の低下が少なく、長期間正確に紫外線量を受光することができる。
【００１０】
請求項２は、請求項１における耐紫外線キャップと耐紫外線基板は、鉄合金で構成してある。
【００１１】
請求項２に記載によると、紫外線センサを容易に構成することができる。
【００１２】
請求項３は請求項１若しくは請求項２に記載の紫外線センサを搭載して紫外線照度計を構成してある。
【００１３】
請求項３に記載の紫外線照度計によると、紫外線による透過率の低下が少なく、長期間正確に紫外線量を測定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１乃至図３について説明する。図１は本発明の紫外線センサの概略正面図で、図２は図１の平面図である。図１と図２において、１は耐紫外線キャップであって、例えば鉄合金やセラミックで筒状または箱状に形成してある。２は耐紫外線キャップ１の底部に気密配置してなる耐紫外線基板であって、例えば鉄合金やセラミックで円形状または角状に形成してある。３は耐紫外線基板２の上面に接着搭載してなるダイヤモンド薄膜光導電型受光素子である。ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子は短波長紫外線に感度を有して構成してある。短波長紫外線は、略１２０ｎｍ乃至２２５ｎｍである。
４は耐紫外線キャップ１の受光窓に気密配置してなるサファイア板であって、短波長紫外線を透過する。短波長紫外線は略１４０ｎｍ乃至２２５ｎｍである。ここにサファイア板でなく、石英ガラスを使用すると、短波長紫外線の照射で透過率が低下する。
また耐紫外線キャップ１と、上面にダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３を接着搭載してなる耐紫外線基板２で構成される内部空間は、不活性ガス雰囲気としてある。不活性ガスとしては、例えば窒素ガス若しくはアルゴンガスを用いて構成してある。
【００１５】
５はダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３からの信号を得るための一対のリード端子であって、耐紫外線基板２を貫通して構成してある。６はリード線であって、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子３とリード端子５を接続してある。
【００１６】
次に、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子が密封容器に収納されてない従来の紫外線センサと、上記した本発明に係る紫外線センサと紫外線照度計の実験結果を説明する。
「従来の紫外線センサ」
（１）ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子が密封容器に収納されてない従来の紫外線センサによると、紫外線量が一定であるにも関わらず、測定雰囲気中の湿度が高くなるにつれてシグナル（電流値）が大きくなる。
（２）アンモニアガス、塩化水素ガスに触れるとシグナルが大きくなる。
（３）シリコーン蒸気に曝すとシグナルが小さくなる。
（４）浮遊粉塵が受光素子表面に付着するとシグナルが大きくなる。
（５）油ミストに曝すと、受光素子の表面に黒褐色の皮膜が付着する。この時、シグナルは大きくなる場合と小さくなる場合があった。
【００１７】
この実験結果から、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を、測定雰囲気に影響されることなく、短波長紫外線の測定可能な紫外線センサとして使う為には、次のようなことが言える。
即ちダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を湿気、ガス、粉塵に触れないように完全な気密パッケージ内に封入することである。
なお、受光窓用短波長紫外線透過板には、紫外線照射を受けても透過率の低下の少ない材料を採用する必要がある。
【００１８】
「本発明の紫外線センサ」
紫外線を透過する石英ガラス板とサファイア板で実験した。キセノンエキシマランプによる照射試験を１００時間行ったところ、石英ガラス板では紫外線の透過率が約１５％低下したが、サファイア板は透過率の低下は無かった。このことから、受光窓用短波長紫外線透過板に石英ガラス板を用いると、紫外線照射により透過率が低下し、受光素子に照射される紫外線量が低下するため、指示値が低下してしまうと考えられる。そこで、本発明におけるダイヤモンド薄膜紫外線センサでは、受光窓用短波長紫外線透過板として、紫外線よる透過率の低下が少ないサファイア板を用いている。
前記の目的を達成するために、本発明の紫外線センサは、ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子を内蔵した耐紫外線キャップ１は、受光素子に湿気、ガス、粉塵に触れないように、完全な気密構造であり、かつ受光窓用短波長紫外線透過板として、紫外線照射を受けても透過率低下の少ないサファイア板を用いたので、長時間正確に紫外線を測定することができる。
【００１９】
次に本発明の各部の接合について説明する。
（１）接合（Ａ）
ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子と耐紫外線基板の接着（接合）。
耐紫外線基板を鉄合金で構成した場合は、金−シリコン合金の金属接合で接着する。
（２）接合（Ｂ）
耐紫外線キャップと受光窓部のサファイア板との接合。
モリブデン−マンガンのハーメチックシールで接合する。
（３）接合（Ｃ）
耐紫外線キャップと耐紫外線基板の気密封止（接合）。
抵抗溶接法により接合する。
【００２０】
次に紫外線照度計を図３について説明する。
図３において、１０は請求項１と請求項２に示す紫外線センサを搭載してなる紫外線照度計受光部、１１は紫外線照度計本体、１２は紫外線照度計受光部１０と紫外線照度計本体１１を接続してなる接続ケーブル、１３は紫外線照度計本体１２の構成壁に形成した表示部であって、例えばデジタル表示される。１４は紫外線照度計本体１１の構成壁に形成した電源スイッチ、１５は外部出力端子である。
図３に示す紫外線照度計によると、受光部が気密構造であるため、受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがなく指示値が安定しており、また紫外線センサが外部からの汚れや水分等の影響を受けることがない。また受光窓に短波長紫外線を透過するサファイア板を用いているので、紫外線による透過率の低下が少なく、長期間正確に紫外線量を受光することができる特性を有する。
【００２１】
【発明の効果】
上記した請求項１に記載の紫外線センサによると、受光部が気密構造であるため、受光素子が湿気、ガス、粉塵に触れることがなく指示値が安定しており、また紫外線センサが外部からの汚れや水分等の影響を受けることがなく、また受光窓に短波長紫外線を透過するサファイア板を用いているので、短波長紫外線の測定範囲が広くなり、紫外線による透過率の低下が少なく、長期間正確に紫外線量を受光することができる。
【００２２】
上記した請求項２に記載の紫外線センサによると、紫外線センサを容易に製造することができる。
【００２３】
請求項３に記載の紫外線照度計によると、紫外線による透過率の低下が少なく、長期間正確に紫外線量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紫外線センサの正面図。
【図２】図１に示す紫外線センサの断面図。
【図３】本発明に係る紫外線センサを搭載した紫外線照度計の正面図。
【符号の説明】
１　耐紫外線キャップ
２　耐紫外線基板
３　ダイヤモンド薄膜光導電型受光素子
４　サファイア板
５　リード端子
６　リード線
１０　紫外線照度計受光部
１１　紫外線照度計本体
１２　接続ケーブル
１３　表示部
１４　電源スイッチ
１５　外部出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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