(57)【要約】【課題】ＵＶインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なＵＶインデックス測定装置、およびＵＶインデックス測定方法を提供する。【解決手段】本発明に係るＵＶインデックス測定装置は、特定波長の光を透過させる光フィルタと、光フィルタの透過光を検出するワイドギャップ半導体からなる光センサと、光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを求める演算手段とを備え、光センサがＣＩＥ作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有し、光センサの長波長側のカットオフ波長λｓと光フィルタの長波長側のカットオフ波長λｆとの間に“λｆ＞λｓ”の関係があることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長の光を透過させる光フィルタと、前記光フィルタの透過光を検出するワイドギャップ半導体からなる光センサと、前記光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを求める演算手段とを備え、
前記光センサは、ＣＩＥ作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有し、
前記光センサの長波長側のカットオフ波長λｓと前記光フィルタの長波長側のカットオフ波長λｆとの間に、“λｆ＞λｓ”の関係があることを特徴とするＵＶインデックス測定装置。
【請求項２】
前記光センサのカットオフ波長λｓと前記光フィルタのカットオフ波長λｆとの間に、“λｆ−λｓ≧２０ｎｍ”の関係があることを特徴とする請求項１に記載のＵＶインデックス測定装置。
【請求項３】
前記光センサのカットオフ波長λｓが２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定され、かつ、前記光フィルタのカットオフ波長λｆが３２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１に記載のＵＶインデックス測定装置。
【請求項４】
前記光センサが、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１−ｘ）、またはＺｎｘＭｇ１−ｘＯ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる紫外線センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＵＶインデックス測定装置。
【請求項５】
前記光フィルタが、色ガラスフィルタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＵＶインデックス測定装置。
【請求項６】
長波長側のカットオフ波長λｆが３２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内で設定された光フィルタの透過光を、長波長側のカットオフ波長λｓが２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定されたワイドギャップ半導体からなる光センサで検出するステップと、
前記光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを求めるステップと、
を備えたことを特徴とするＵＶインデックス測定方法。
【請求項７】
前記光センサが、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１−ｘ）、またはＺｎｘＭｇ１−ｘＯ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる紫外線センサであることを特徴とする請求項６に記載のＵＶインデックス測定方法。
【請求項８】
前記光フィルタが、色ガラスフィルタであることを特徴とする請求項６または７に記載のＵＶインデックス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＶインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なＵＶインデックス測定装置、およびＵＶインデックス測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線が人体に及ぼす悪影響の程度を分かりやすく表す指標として、ＵＶインデックスが知られている。ＵＶインデックスは、地上に到達したＡ領域紫外線（ＵＶ−Ａ：波長３１５ｎｍ〜４００ｎｍ）およびＢ領域紫外線（ＵＶ−Ｂ：波長２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ）の強度ＥλとＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒとの積を２５０ｎｍ〜４００ｎｍにわたって積分し、得られた積分値ＩＣＩＥを定数で割ることにより求められる。
【０００３】
なお、ＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒは次式で定義され、これをグラフに表すと図１に示す通りとなる。
【数１】
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また、強度ＥλとＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒとの積は、例えば図２に示すスペクトルとなる。この図から明らかなように、ＵＶインデックスは、２９０ｎｍ〜３３０ｎｍの範囲の紫外線の強度Ｅλに強く依存する。
【０００４】
従来のＵＶインデックス測定方法としては、ブリューワー分光光度計を用いてＡ領域紫外線およびＢ領域紫外線の強度Ｅλを測定する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この測定方法によれば、波長毎の強度Ｅλを精度良く測定することができるので、上記積分等の複雑なディジタル的処理を行うことによりＵＶインデックスを正確に測定することができる。しかしながら、ブリューワー分光光度計は高価かつ大型なので、任意の場所に持ち運んで測定を行ったり、設置場所を増やしたりするのが非常に困難であった。このため、この測定方法でブリューワー分光光度計が設置されていない場所のＵＶインデックスを得るためには、別の場所で測定されたＵＶインデックスから不正確な類推をするより他なかった。
【０００５】
この他、従来のＵＶインデックス測定方法としては、フィルタを透過してきた特定波長の光を半導体光センサで検出するとともに、当該光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを測定する方法も知られている。この測定方法では、例えば、英弘精機製のＢ領域紫外放射計「ＭＳ−２１２Ｗ」が使用される。図３に示すように、同放射計１０は、３５０ｎｍよりも短波長の光を透過する干渉フィルタ１１と、干渉フィルタ１１の透過光によって当該透過光とは異なる波長で発光せしめられる蛍光体１２と、蛍光体１２の発光スペクトルをシャープにするカットフィルタ１３と、カットフィルタ１３の透過光を検出するＳｉフォトダイオード１４（光センサ）とを備えている。この他、放射計１０は、光を集光するための石英ドームや集光した光を拡散するための拡散板も備えている。
【０００６】
この放射計１０は持ち運べる程度に小型であり、かつブリューワー分光光度計ほど高価でもない。したがって、この測定方法によれば、任意の場所のＵＶインデックスを測定することができる。しかしながら、この測定方法は、経時変化および／または周囲環境の変化等によって蛍光体１２またはカットフィルタ１３の特性が変化すると、Ｓｉフォトダイオード１４で検出される光の波長域および大きさが本来検出すべき波長域および大きさからずれてしまい、測定精度が悪化するという問題があった。また、この測定方法では、特性が変化しやすいＳｉフォトダイオード１４を使用しているので、検出される光の波長域および大きさが一定であるにもかかわらず出力値が変化し、測定精度が悪化するという問題もあった。
【０００７】
さらに、この測定方法では、複数段のフィルタ（１１、１３）によって選択された非常に狭い範囲の波長の光を測定した結果と、別途入手した大気の状態に関するデータとに基づいて図２に示すスペクトルを類推し、当該スペクトルを積分するというディジタル的処理によってＵＶインデックスを求めているが、通常、大気の状態を正確に測定するのは非常に困難である。この点も、この測定方法の誤差発生要因となっていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“ＵＶインデックスを求めるには”、［ｏｎｌｉｎｅ］、気象庁、平成２４年３月１３日検索、インターネット＜URL：http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/uvhp/3-41uvindex_define.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、ＵＶインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なＵＶインデックス測定装置、およびＵＶインデックス測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、カットオフ特性をＣＩＥ作用スペクトルに近似させた光センサを用い、ＵＶインデックスの測定に必要な波長の光を当該光センサ自身がアナログ的に積分する構成とすれば、ブリューワー分光光度計を用いて上記複雑なディジタル的処理を行った場合と同等の結果が容易に得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明に係るＵＶインデックス測定装置は、特定波長の光を透過させる光フィルタと、光フィルタの透過光を検出するワイドギャップ半導体からなる光センサと、光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを求める演算手段とを備え、光センサがＣＩＥ作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有し、光センサの長波長側のカットオフ波長λｓおよび光フィルタの長波長側のカットオフ波長λｆの間に“λｆ＞λｓ”の関係があることを特徴とする。
【００１２】
この構成では、光センサ自身がＣＩＥ作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有している。また、この構成では、測定結果に微小な影響を及ぼすに過ぎない長波長光を遮蔽するために光フィルタが補助的に設けられている。したがって、この構成では、経時変化および／または周囲環境の変化により光フィルタの特性が変化したとしても、光センサの出力値はほとんど変動しない。すなわち、この構成によれば、ＵＶインデックスを常に精度良く測定することができる。
【００１３】
また、この構成によれば、主たる構成要素が光フィルタ、光センサおよび演算手段だけなので、小型かつ軽量なＵＶインデックス測定装置を実現することができる。
【００１４】
上記ＵＶインデックス測定装置は、光センサのカットオフ波長λｓおよび光フィルタのカットオフ波長λｆの間に“λｆ−λｓ≧２０ｎｍ”の関係があることが好ましい。より具体的には、上記ＵＶインデックス測定装置は、光センサのカットオフ波長λｓが２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定され、かつ、光フィルタのカットオフ波長λｆが３２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内で設定されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、２０ｎｍ幅のバッファゾーンが設けられているので、光フィルタの特性が変化することによる測定精度の悪化を確実に防ぐことができる。
【００１６】
上記ＵＶインデックス測定装置は、光センサがＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１−ｘ）またはＺｎｘＭｇ１−ｘＯ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる紫外線センサであることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの組成比、またはＺｎおよびＭｇの組成比を調整することにより、容易にカットオフ特性をＣＩＥ作用スペクトルに近似させることができる。
【００１８】
また、上記ＵＶインデックス測定装置は、光フィルタが色ガラスフィルタであることが好ましい。
【００１９】
色ガラスフィルタは入手が容易であり、かつ安価である。したがって、この構成によれば、ＵＶインデックス測定装置の製造コストを低減することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るＵＶインデックス測定方法は、長波長側のカットオフ波長λｆが３２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内で設定された光フィルタの透過光を、長波長側のカットオフ波長λｓが２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定されたワイドギャップ半導体からなる光センサで検出するステップと、光センサの出力値に基づいてＵＶインデックスを求めるステップと、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
ＵＶインデックス測定装置の場合と同様、上記ＵＶインデックス測定方法においても、光センサはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１−ｘ）またはＺｎｘＭｇ１−ｘＯ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる紫外線センサであることが好ましい。また、光フィルタは色ガラスフィルタであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＵＶインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なＵＶインデックス測定装置、およびＵＶインデックス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒを示すグラフである。
【図２】地上に到達した紫外線の強度ＥλとＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒとの積の一例を示すグラフである。
【図３】従来の紫外放射計の測定原理を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＵＶインデックス測定装置の分解模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＵＶインデックス測定装置に関するグラフであって、（Ａ）は光センサの感度特性を示すグラフ、（Ｂ）は光フィルタの透過特性を示すグラフ、（Ｃ）は光センサおよび光フィルタを組み合わせてなるＵＶインデックス測定装置の感度特性を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係るＵＶインデックス測定装置で使用するルールの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るＵＶインデックス測定装置およびＵＶインデックス測定方法の実施形態について説明する。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に係るＵＶインデックス測定装置の主たる構成要素だけを示した図である。同図に示すように、本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１は、石英ドーム２、拡散板３、光フィルタ４、光センサ５および回路基板６を備えている。図示していないが、ＵＶインデックス測定装置１は、拡散板３、光フィルタ４、光センサ５および回路基板６を覆う遮光性の外装部材や、光センサ５および回路基板６に電力を供給する電源（例えば、充電可能なバッテリ、ボタン電池）も備えている。また、ＵＶインデックス測定装置１は、測定したＵＶインデックスを表示する手段や、測定したＵＶインデックスに関するデータを他のデバイスに送信するための通信手段をさらに備えていてもよい。
【００２６】
石英ドーム２は、周囲の光を集めてＵＶインデックス測定装置１内に取り込むためのもので、ＵＶインデックス測定装置１の窓部分に設けられている。石英ドーム２は、ＵＶインデックス測定装置１内に雨水等が侵入するのを防ぐ役割も果たしている。拡散板３は、石英ドーム２によって取り込まれた光を拡散させる。これにより、均一な光が光フィルタ４に照射されることになる。
【００２７】
石英ドーム２および拡散板３は、従来の放射計１０等で使用されているものを使用することができる。なお、光を集光したり拡散したりする必要がない環境で使用する場合は、石英ドーム２および拡散板３を省略することができる。
【００２８】
光フィルタ４は、拡散板３からの拡散光のうち、特定波長の光を透過させる。本実施形態では、図５（Ｂ）に示すような透過特性を有する色ガラスフィルタを光フィルタ４として使用している。同図に示すように、光フィルタ４は、長波長側のカットオフ波長、すなわち透過率が最大値の１／√２となる波長λｆが約３６５ｎｍであり、当該波長よりも長波長の光を遮蔽する（ただし、完全には遮蔽されない）。
【００２９】
本実施形態では、入手が容易であり、かつ安価であるという理由で色ガラスフィルタを使用したが、長波長の光を遮蔽することができる任意のローパスフィルタを光フィルタ４として使用してもよい。
【００３０】
光センサ５は、光フィルタ４を透過してきた特定波長の光の強度を検出し、当該強度に応じた電気信号を出力する。本実施形態では、紫外線に晒される環境下で長期にわたって使用しても特性が変化しにくいＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１−ｘ）からなる紫外線センサを光センサ５として使用している。図５（Ａ）に示すように、この光センサ５は、長波長側のカットオフ波長、すなわち感度が最大値の１／√２となる波長λｓが約３０５ｎｍであり、当該波長よりも短波長の光に対して高い感度を有する。なお、光センサ５は、カットオフ波長λｓより長波長の光に対しても、最高感度の１／１０００程度の感度を有する。
【００３１】
光センサ５としては、ワイドギャップ半導体からなる他の紫外線センサを使用することもでき、例えば、ＺｎｘＭｇ１−ｘＯ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる紫外線センサを使用することもできる。
【００３２】
本実施形態に係る光センサ５は、組成比ｘｙが調整された結果、３００ｎｍ〜３２０ｎｍにかけて急激に感度が低下するというカットオフ特性を有している。この特性は、図１に示すＣＩＥ作用スペクトルによく似ている。
【００３３】
本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１では、図５（Ａ）に示す感度特性を有する光センサ５が図５（Ｂ）に示す透過特性を有する光フィルタ４の透過光の強度を検出する。したがって、ＵＶインデックス測定装置１全体で見たときの感度特性は、光センサ５の感度特性と光フィルタ４の透過特性を掛け合わせたものとなる。
【００３４】
ＵＶインデックス測定装置１の感度特性を、図５（Ｃ）中に太実線で示す。同図に示すように、ＵＶインデックス測定装置１の感度は、３００ｎｍ〜３２０ｎｍおよび３７０ｎｍ〜４００ｎｍにおいて急激に変化する。３００ｎｍ〜３２０ｎｍにおける変化は、光センサ５の感度特性によるものである。また、３７０ｎｍ〜４００ｎｍにおける変化は、光フィルタ４の透過特性によるものである。
【００３５】
回路基板６には、光センサ５の出力値に基づいてＵＶインデックスを求める演算手段が搭載されている。本実施形態では、光センサ５の出力電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換器、および当該変換により得られた電圧を予め決められたルールに基づいてＵＶインデックスに置き換える置換部とで演算手段が構成されている。本実施形態では、置換する際に使用するルールとして、図６に示す関係を使用する。このルールによれば、Ｉ／Ｖ変換によって得られた電圧をＵＶインデックスに置換することができる。
【００３６】
求められたＵＶインデックスは、ＵＶインデックス測定装置１に備えられた記憶手段に測定時刻とともに記憶されたり、ＵＶインデックス測定装置１に備えられた小型ディスプレイに表示されたりする。求められたＵＶインデックスに関するデータは、ＵＶインデックス測定装置１と通信可能な別のデバイスに送られてもよい。
【００３７】
演算手段の構成およびＵＶインデックスを求める際に使用するルールは、種々の変形例が考えられる。本発明では、光センサ５の出力値に基づいてＵＶインデックスを求めることができる任意の演算手段およびルールを使用することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１では、光センサ５の感度特性および光フィルタ４の透過特性を掛け合わせることにより、図５（Ｃ）中に太実線で示した感度特性を実現している。この感度特性は、同図中に破線で示したＣＩＥ作用スペクトルに近似している。したがって、本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１によれば、積分値ＩＣＩＥ（紫外線の強度ＥλとＣＩＥ作用スペクトルＳｅｒとの積を２５０ｎｍ〜４００ｎｍにわたって積分して得た値）に相関する出力値が光センサ５から得られる。
【００３９】
また、本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１では、長波長の光を遮蔽する光フィルタが補助的に設けられているので、光センサ５の出力値がＵＶインデックスの測定とは無関係な長波長の光の影響を受けてしまうのを防ぐことができる。ここで、光フィルタ４のカットオフ波長λｆは、紫外線の強度Ｅλがかなり減衰した波長に設定されているので、カットオフ波長λｆが変動したとしても、光センサ５の出力値にはほとんど影響しない。したがって、本実施形態に係るＵＶインデックス測定装置１によれば、ＵＶインデックスを常に精度良く測定することができる。なお、ワイドギャップ半導体からなる光センサ５のカットオフ波長λｓの変動量は、考慮する必要がない程度に微小である。
【００４０】
上記作用効果を得るためには、光センサ５のカットオフ波長λｓを２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定することが好ましい。カットオフ波長λｓがこの範囲から外れると、光センサ５の出力値と積分値ＩＣＩＥとの相関関係が崩れ、ＵＶインデックスの測定精度が悪化する恐れがある。
【００４１】
また、上記作用効果を得るためには、光フィルタ４のカットオフ波長λｆと光センサ５のカットオフ波長λｓの関係を“λｆ＞λｓ”とすることが必須であるが、より確実にカットオフ波長λｆの変動の影響を排除するためには、“λｆ−λｓ≧２０ｎｍ”とするのが好ましい。また、光センサ５の出力値がＵＶインデックスの測定とは無関係な長波長の光の影響を受けてしまうのを防ぐという観点から、光フィルタ４のカットオフ波長λｆは、４００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
以上をまとめると、本発明においては、光センサ５のカットオフ波長λｓを２９０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内で設定し、かつ、光フィルタ４のカットオフ波長λｆを３３０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内で設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００４３】
１    ＵＶインデックス測定装置
２    石英ドーム
３    拡散板
４    光フィルタ
５    光センサ
６    回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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