專利名稱：紫外線檢測裝置和紫外線防護效果評價裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外線檢測裝置和紫外線防護效果評價裝置。
背景技術(shù)：
人體的作為對紫外線的反應(yīng)的紅斑或黑化，常被認為是僅由紫外 線照射而引起的現(xiàn)象，但是，實際上，除了紫外線之外，也可以被認 為是由可視光線和紅外線的同時照射而引起的更復(fù)雜的免疫現(xiàn)象。從 此意義上來說，在防止紫外線對人體傷害的防曬商品的開發(fā)中，在除 了紫外線之外還包含可視光和紅外線的光的照射下，能夠僅對紫外線 進行高靈敏度檢測的裝置必不可少。
但是，直到現(xiàn)在，即使在可視光線和紅外線的照射下，只分離紫 外線的影響并對其進行評價的紫外線檢測裝置作為產(chǎn)品也不存在。所 以，在現(xiàn)有的紫外線檢測裝置中一般采用如下方法，即使用紫外線 透過濾光器對氙氣燈等的白色發(fā)光體發(fā)出的光線進行濾光使可視光減 衰，將減衰了可視光后的光線照射至測量樣品，然后，通過分光器對 該測量樣品反射或透過該測量樣品的光線進行分光，排除檢測中的可 視光的影響。
例如，有一種裝置(例如，參考日本發(fā)明專利文獻"特許第3337832 號")，其通過測量透過防曬商品的紫外線的強度，來計算常被用作 為紫外線防護效果指標的in vitro SPF(在人體外測定的防曬系數(shù))預(yù) 測值。但是，在現(xiàn)有的裝置中，由于波長分辨率不良、或者、因信號 增幅率低而引起的檢測靈敏度低等的原因，紫外線的檢測率低，不能 很靈敏地檢測出微弱的紫外線。
另外，在如上所述的紫外線檢測裝置中，還使用了對紫外線以外
5的光線也具有靈敏度的硅光二極管(silicon photo diode)檢測器、光 電子增倍管以及CCD相機等的光檢測器。所以，為了僅對紫外線的影響 進行評價，通過將紫外線透過濾光器進行各種組合來使用，以僅對紫 外線進行提取的試驗也在進行中。
但是，僅讓紫外線波段透過而不讓紫外線以外的波長的光透過的、 如上所述的紫外線濾光器，存在著能滿足嚴格的實用性的數(shù)量少的問 題。
另外，由于紫外線的照射，測量樣品及其周圍的原材料等發(fā)生螢 光或磷光，所以，在對紫外線以外的光線也具有靈敏度的現(xiàn)有的光檢 測器中，也存在著在測量的數(shù)值中可能混入那些螢光或磷光的散射成 分的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種能夠僅 對紫外線進行高靈敏度檢測的紫外線檢測裝置和紫外線防護效果評價 裝置。
為了實現(xiàn)上述課題，在本發(fā)明中，以下述各單元為特征。
本發(fā)明的紫外線檢測裝置是一種從至少含有紫外線的光線中檢測 出透過測量樣品或從測量樣品反射的紫外線的紫外線檢測裝置，其具 有分光單元，從所述光線進行紫外線分光；光檢測單元，檢測出由 所述分光單元分光的紫外線，并由只對紫外線進行檢測的In、 Ga、 N、 Al、 O以及Cs等中選出的元素構(gòu)成的光電面構(gòu)成。
本發(fā)明的紫外線防護效果評價裝置通過使用所述紫外線檢測裝置 計算出測量樣品的in vitro SPF (在人體外測定的防曬系數(shù))預(yù)測值 以及in vivo SPF (在人體上測定的防曬系數(shù))值。
根據(jù)本發(fā)明，其效果在于能夠僅對紫外線進行高靈敏度的檢測。附圖概述
圖l是本發(fā)明第一實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。
圖2是第一實施例的濾光器的特性圖。 圖3是第一實施例的分光器的衍射光柵的靈敏度特性圖。 圖4是第一實施例的InGaN光電面的分光靈敏度特性圖。 圖5是本發(fā)明第二實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。 圖6是本發(fā)明的第三實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。
主要符號說明
10、30、50紫外線檢測裝置
11、31、51光源
12、52濾光器13、33、53第一光纖
14、34、54照射口
15、55測it樣品
16、56測！t樣品基板
17、37、57檢測口
18、38、58第二光纖
19、39、59分光器
20、40、60光檢測器
21、41、61計算機
29、49、69積分球
32第l濾光器
35測量樣品以及/或者測量生物體 43斷續(xù)照射用快門62鎖定增幅器 63光斷續(xù)器
本發(fā)明的最佳實施方式
以下參考


本發(fā)明的最佳實施方式。 [第一實施例]
圖l是本發(fā)明第一實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。
參考圖l，紫外線檢測裝置10是將測量樣品15作為樣品時的裝置， 其由光源ll、濾光器12、第一光纖13、照射口14、測量樣品基板16、 積分球29、檢測口17、第二光纖18、分光器19、光檢測器20以及電信 號處理/分析裝置(計算機21)構(gòu)成。
光源ll在第一實施例中最好使用包含紫外線、可視光線以及紅外 線的白色光源即氙氣燈，但是，并不限定于此。另外，白色光源即氙 氣燈也可以作為模擬太陽光線來使用。
濾光器12位于來自光源12的光的行進方向近旁，是用于修正光源 ll發(fā)出的光線的紫外線光譜的濾光器。
圖2是第一實施例的濾光器的特性圖。
參考圖2，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示光線的透過率(％)。 現(xiàn)有的濾波器，例如SCH0TT公司產(chǎn)的UG11等，如圖中黑色圓點所示， 具有僅對紫外線進行提取的波長特性。與此相對的，第一實施例的濾 光器12，例如SCHOTT公司產(chǎn)的WG320等，如圖中白色圓點所示，其特征 在于，是比紫外線的波長還長的光線也可以透過的濾光器。
現(xiàn)有的濾光器可通過將各種原材料混入玻璃母材中而得到，以呈 現(xiàn)如圖中黑色圓點所示的波長特性，但是，第一實施例的濾光器由僅 調(diào)整了組成的透明玻璃構(gòu)成。所以，通過使用第一實施例的濾光器12， 可以降低紫外線檢測裝置10整體的制造成本。
8再參考圖l，第一光纖13位于來自濾光器12的光的行進方向近旁， 將透過濾光器12的光線導(dǎo)向照射口14。
上述光線從照射口14照射，照射口14和檢測口17以預(yù)定的間隔被 固定，承載了測量樣品15的測量樣品基板16被固定于離開照射口14一 定距離的位置。如果按光的行進順序表示，是以照射口14、測量樣品 15、測量樣品基板16以及積分球29的順序被配置的。
測量樣品基板16是承載測量樣品15的樣品臺，最好由不吸收紫外 線的原材料構(gòu)成。
積分球29接收透過測量樣品15和測量樣品基板16的光線，對光線 進行集光，并進行空間積分使其均勻。積分球29可以被省略。
檢測口17接收由積分球29處理為均勻后的光線，并將光線導(dǎo)向下 述第二光纖18。
第二光纖18位于來自檢測口 17的光的行進方向近旁。將被檢測口
17接收的光線導(dǎo)向分光器19。
分光器19是將來自第二光纖18的光線在紫外線波段即200至400nm
的范圍內(nèi)按lnm間隔進行分光的分光單元。由分光器19分光的上述紫外
線照射至下述光檢測器20。
第一實施例的分光器19調(diào)整對紫外線的靈敏度特性，特別地，通
過使用在200至400nm的紫外線波段靈敏度特性優(yōu)良的衍射光柵，實現(xiàn)
了高靈敏度的分光性能。具體地，可選用島津制作所生產(chǎn)的凹面衍射
光柵(型號10-015)等，但是，并不限于這些。
圖3是第一實施例的分光器的衍射光柵的靈敏度特性圖。 參考圖3，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示衍射效率(相對值)。 第一實施例的分光器19即凹面衍射光柵的靈敏度特性在200至
400nm的紫外線波段內(nèi)具有高靈敏度，特別地，200至400mn范圍的衍射
效率(相對值)為O. 5以上。從此特點可知，其非常適于作為第一實施例的分光器19的衍射光柵來使用。
光檢測器20通過光傳感器檢測出由分光器19分光后的紫外線，并 將各波長的光線的強度變換為電流或電壓信號。該電流或電壓信號被 送至由電配線連接的計算機21 。
近年，由于微弱光檢測技術(shù)的發(fā)展，使用可提高檢測靈敏度的光 電子增倍管的情況增多。與現(xiàn)有的光二極管陣列(photo diode array) 和CCD相比，即使在理論上，其檢測靈敏度高也是很清楚的，但是，還 需要根據(jù)檢測光的波長范圍來選定光電子增倍管的光電面的原材料。
作為第一實施例的光檢測單元的光檢測器20，特別地，通過使用 在200至400nm的紫外線波段靈敏度特性優(yōu)良的光電子增倍管，實現(xiàn)了 高靈敏度的紫外線檢測裝置。具體地，使用具有由In、 Ga、 N、 Al、 0 以及Cs等元素中選擇的原材料構(gòu)成的光電面的光電子增倍管。
圖4是第一實施例的InGaN光電面的分光靈敏度特性圖。
參考圖4，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示量子效率(％)。第一 實施例的光檢測器20即光電子增倍管的InGaN光電面的分光靈敏度在 160至400nm的紫外線波段具有高靈敏度，特別地，200nm至400nm范圍 的量子效率為O. l以上。另夕卜，與400nm以上的長波長光線相比，紫外 線波段的量子效率呈現(xiàn)了2至3位以上的高靈敏度。由此特點可知，其 非常適于作為第一實施例的紫外線檢測裝置10的光檢測器20。
對于光檢測器20，盡管對使用了光電子增倍管的情況進行了說明， 但由In、 Ga、 N、 Al以及O等構(gòu)成的半導(dǎo)體光檢測器也同樣可以作為光 檢測器20來使用。
再參考圖l，計算機21接收來自光檢測器20的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行 處理，將其處理為紫外線檢測裝置20的用戶容易理解的形式，并可以 將結(jié)果顯示在畫面上、將結(jié)果打印在記錄紙上或者將結(jié)果保存在存儲 介質(zhì)中。
10在上述的從光源11至光檢測器20的光學(xué)系統(tǒng)中，目前采用的是如 上所述的使用了即使被紫外線照射也不發(fā)生螢光或磷光的石英系列原 材料的高價材料，但是，在第一實施例中，因為檢測器僅在紫外線波 段具有靈敏度，所以，即使材料在可視光領(lǐng)域內(nèi)發(fā)生螢光或磷光，其 影響也不會出現(xiàn)在信號輸出中。因此，紫外線檢測裝置io可以采用廉 價的光學(xué)材料來構(gòu)成，還可以降低該裝置整體的制造成本。
根據(jù)第一實施例，本裝置通過使用僅對紫外線具有靈敏度的檢測 器，從而可以在可視光下評價樣品的有紫外線引起的影響。
另外，本裝置還可以作為用于探求由紫外線在測量樣品中誘發(fā)的 現(xiàn)象是否可能受到可視光的影響而增強等的裝置結(jié)構(gòu)。
更進一步，如上所述，由于本裝置作為用于構(gòu)成其他裝置的光學(xué) 元件，即使存在與紫外線激發(fā)相伴的螢光或磷光，也難以對測量產(chǎn)生 影響，所以，還可以將其作為構(gòu)成其他裝置的廉價光學(xué)元件。 [第二實施例]
圖5是本發(fā)明第二實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。
參照圖5，紫外線檢測裝置30是將測量樣品35作為樣品時的裝置， 其由光源31、第一濾光器32、第二濾光器42、斷續(xù)照射用快門43、第 一光纖33、照射口34、積分球49、檢測口37、第二光纖38、分光器39、 光檢測器40以及電信號處理/分析裝置(計算機41)構(gòu)成。
紫外線檢測裝置30是通過一邊一直照射紫外線一邊斷續(xù)或連續(xù)地 照射可視光來評價包含生物體樣品的測量樣品35的紫外線反射特性的 裝置。第一實施例的紫外線檢測裝置10是檢測透過測量樣品15的檢査 光線的裝置，與此相對的，第二實施例的紫外線檢測裝置30是檢測測 量樣品35上反射的檢査光線的裝置。由此特點可知，紫外線檢測裝置 30是適于將實際生物體作為測量樣品35來使用的裝置。
光源31的構(gòu)成與第一實施例的光源11相同。但是，從光源31發(fā)出的光線照射至下述第一濾光器32和第二濾光器42 。
第一濾光器32位于來自光源31的光的行進方向近旁，是用于修正 光源31發(fā)出的光線的紫外線光譜的濾光器，因為其構(gòu)成與第一實施例 的濾光器12相同，所以省略其詳細說明。透過第一濾光器32的光線照 射至下述斷續(xù)照射用快門43。
斷續(xù)照射用快門43是用于斷續(xù)地遮斷透過第一濾光器32的光線的 快門。另外，快門可以一直處于開放狀態(tài)，但也可以連續(xù)地使上述光 線通過。透過斷續(xù)照射用快門43的光線照射至第一光纖33。
第二濾光器42位于來自光源31的光的行進方向近旁，將光源31發(fā) 出的光線處理成290至400nm波長的UVB和UVA的紫外線。作為第二濾光 器42，最好使用WG320濾光器和UG11濾光器(都是SCHOTT公司生產(chǎn)的產(chǎn) 品)，但是，并不限于這些。透過第二濾光器42的光線照射至第一光 纖33。
第一光纖33位于來自第一濾光器32和第二濾光器42的光的行進方 向近旁，將透過第一濾光器32和第二濾光器42的光線引導(dǎo)至照射口34。
將至此為止的構(gòu)成總結(jié)一下可知，在斷續(xù)照射用快門43開放的狀 態(tài)下，從照射口34照射紫外線、可視光線以及紅外線。與此相對的， 在斷續(xù)照射用快門34斷續(xù)地關(guān)閉的狀態(tài)下，紫外線一直在照射，但是， 可視光線和紅外線僅在斷續(xù)照射用快門43開放時斷續(xù)地照射。
上述光線從照射口 34照射至測量樣品35 。照射至測量樣品35的光 線如圖中的A所示。從照射口34照射的光線A到達測量樣品35后，被測 量樣品35吸收或透過測量樣品35，但是， 一部分在測量樣品35上被反 射。這些被反射的光線的一部分被積分球49接收。
關(guān)于積分球49、檢測口37、第二光纖38、分光器39、光檢測器40 以及計算機41，因為其構(gòu)成與第一實施例的積分球29、檢測口17、第 二光纖18、分光器19、光檢測器20以及計算機21相同，所以，省略其
12詳細說明。
根據(jù)第二實施例，在第一實施例的效果之上，因為本裝置是檢測 測量樣品上的反射光的紫外線檢測裝置，所以其可以進行將生物體的 皮膚和不可破壞的物體表面等作為樣品的測量。
另外，通過使用斷續(xù)照射用快門，除了可以對測量樣品進行紫外 線照射外，還可以控制可視光線和紅外線的照射的有無。因此，本裝 置可以進行對測量樣品照射紫外線時的評價和對測量樣品照射紫外 線、可視光線以及紅外線時的評價的比較。 [第三實施例]
圖6是本發(fā)明的第三實施例的紫外線檢測裝置構(gòu)成圖。
參考圖6，紫外線檢測裝置50是將測量樣品55作為樣品時的裝置， 其由光源51、濾光器52、光斷續(xù)器63、第一光纖53、照射口54、測量 樣品基板56、積分球69、檢測口57、第二光纖58、分光器59、光檢測 器60、電信號處理/分析裝置(計算機61)以及鎖定增幅器62構(gòu)成。
光源51的構(gòu)成與第一實施例的光源11相同，所以，省略其詳細說明。
另外，濾光器52的構(gòu)成也與第一實施例的濾光器12相同，所以， 也省略其詳細說明。但是，透過濾光器52的光線照射至光斷續(xù)器63。
光斷續(xù)器63是使透過濾光器52的光線斷續(xù)地透過的快門，使上述 光線進行脈沖照射。該脈沖照射的光線照射至第一光纖53。
另外，光斷續(xù)器63與下述鎖定增幅器62電性接線。從驅(qū)動電路62 取得脈沖光和同步信號，同步分析來自下述光檢測器60的信號。
關(guān)于第一光纖53、照射口54、測量樣品基板56、積分球69、檢測 口57、第二光纖58、分光器59、光檢測器60以及計算機61，因為其構(gòu) 成與第一實施例的第一光纖13、照射口14、測量樣品基板16、積分球 29、檢測口17、第二光纖18、分光器19、光檢測器20以及計算機21相同，所以省略其詳細說明。
但是，計算機61與鎖定增幅器62電性接線，接收來自光檢測器60 的信號被鎖定增幅器62檢測和處理后的數(shù)值。
鎖定增幅器62與光檢測器60、計算機61以及光斷續(xù)器63電性接線。 鎖定增幅器62進行控制以使光斷續(xù)器63發(fā)出的脈沖光和從光檢測器60 接收的信號同步。具體地，該同步控制使用鎖定增幅器62中的位相檢 波電路使兩個信號同步。
根據(jù)第三實施例，在第一實施例的效果之上，通過上述控制，可 以通過光線的瞬時照射，對諸如由檢査光線中含有的紫外線而導(dǎo)致高 速劣化的測量樣品55進行高速的性能評價。通過該方法，就可以在測 量樣品55劣化前完成測量。
另外，盡管測量樣品的光線的照射的總時間相同，但是，通過任 意改變脈沖照射時間的長短和脈沖照射間隔，可以緩和測量樣品中的 由脈沖光線引起的現(xiàn)象(紫外線引起的測量樣品的光劣化等)。從一個 脈沖照射開始至下一個脈沖照射到達為止，在諸如紫外線的影響變得 更少的樣品中，也可以進行上述緩和過程的評價。 [第四實施例]
第四實施例是使用第一、三實施例的紫外線檢測裝置10和紫外線 檢測裝置50的、上述防曬商品的紫外線防護效果的評價方法。具體地， 計算防曬商品的in vitro SPF預(yù)測值。
在第一、三實施例的紫外線檢測裝置IO、 50中，在皮膚代替膜即 測量樣品基板16、 56上涂敷作為測量樣品15、 55的防曬商品，將檢查 光照射在測量樣品15、 55上，由光檢測器20、 60檢測透過測量樣品15、 55的檢查光，通過分析該透過光的光譜可以計算出in vitro SPF預(yù)測 值。具體地，可以將專利文獻l公開的方法應(yīng)用于第一、三實施例的紫 外線檢測裝置IO、 50中。另外，紫外線檢測裝置IO、 50如上所述其對紫外線的檢測靈敏度 非常高，因此，也可以準確地檢測出透過呈現(xiàn)高SPF值的測量樣品的透 過光中的弱紫外線。 [第五實施例]
第五實施例是使用第二實施例的紫外線檢測裝置30的、上述防曬 商品的紫外線防護效果的評價方法。具體地，計算防曬商品的in vivo SPF值。
在第二實施例的紫外線檢測裝置30中，在檢測生物體35上涂敷作 為測量樣品的防曬商品，將檢查光照射在檢測生物體35上，由光檢測 器40檢測測量樣品反射的檢査光，通過分析該反射光的光譜可以計算 出in vivo SPF值。
以上對本發(fā)明的最佳實施例進行了詳細敘述，但是，本發(fā)明并不 限于上述特定的實施方式，在權(quán)利要求書記載的本發(fā)明的要點的范圍 內(nèi)，可以進行各種各樣的變形和變更。裝置構(gòu)成內(nèi)的配置替換，例如 分光器或光斷續(xù)器的配置等，也并不限于上述實施例所述內(nèi)容。
另外，在評價防曬商品的紫外線防護效果等時，有些裝置會在 290nm至400mii的波段內(nèi)使用，但是，在本裝置中，可以在200nm至400nni 的波段內(nèi)進行廣泛的應(yīng)用。
本國際申請主張2006年10月6日申請的日本專利發(fā)明申請 2006-275374號的優(yōu)先權(quán)，并在本國際申請內(nèi)引用了2006-275374號的 全部內(nèi)容。
1權(quán)利要求
1、一種紫外線檢測裝置，從至少包含紫外線的光線中檢測出透過測量樣品或者從測量樣品反射的紫外線，所述紫外線檢測裝置的特征在于，具有分光單元，從所述光線進行紫外線分光；光檢測單元，檢測出由所述分光單元分光的紫外線，并由只對紫外線進行檢測的In、Ga、N、Al、O以及Cs中選擇的元素構(gòu)成的光電面構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 所述光檢測單元使用將靈敏度特性調(diào)整至紫外線的光電子增倍管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 所述光電子增倍管的量子效率在200至400nm的范圍內(nèi)為0. 1以上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 在所述分光單元中，靈敏度特性被調(diào)整至紫外線，并且，波長分辨率為lnm以下。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 在所述分光單元中，在200至400nm范圍內(nèi)，衍射光柵的衍射效率為0.5 (相對值)以上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，其特征在于，對所述測量樣品照射所述光線，檢測出透過所述測量樣品的紫外線。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，其特征在于，具有 光斷續(xù)器，對所述測量樣品脈沖照射所述光線；鎖定增幅器，使所述光斷續(xù)器和所述光檢測單元的信號同步。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 在由于所述光線的照射而導(dǎo)致紫外線的透過特性變化的所述測量樣品中，照向所述測量樣品的所述光線的照射的總時間相同，但是， 所述光線的照射時間的長短和照射間隔是可變的。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 對所述測量樣品照射所述光線，檢測出從所述測量樣品反射的紫外線。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 對所述測量樣品進行紫外線的連續(xù)照射以及可視光的連續(xù)或斷續(xù)照射。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 發(fā)出所述光線的光源是疝氣燈。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的紫外線檢測裝置，其特征在于， 所述疝氣燈被用作為模擬太陽光。
13、 一種紫外線防護效果評價裝置，其特征在于， 通過使用權(quán)利要求1所述的紫外線檢測裝置，計算出所述測量樣 品的in vitro SPF預(yù)測值和in vivo SPF值。
全文摘要
一種紫外線檢測裝置(10)，從至少包含紫外線的光線中檢測出透過測量樣品(15)或者從測量樣品(15)反射的紫外線，所述紫外線檢測裝置(10)的特征在于，具有分光單元(19)，從所述光線進行紫外線分光；光檢測單元(20)，檢測出由所述分光單元(19)分光的紫外線，并由只對紫外線進行檢測的In、Ga、N、Al、O以及Cs等中選擇的元素構(gòu)成的光電面構(gòu)成。
文檔編號G01J1/02GK101517384SQ20078003556
公開日2009年8月26日 申請日期2007年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月6日
發(fā)明者三浦由將, 畑尾正人, 白尾雅之, 福井寬, 高田定樹, 龍口義浩 申請人:株式會社資生堂;浜松光子學(xué)株式會社