紫外線測定法、及び紫外線測定装置
【課題】特定の紫外線情報を手軽にかつ簡便に常時測定することを可能とし、同時に紫外線全量も測定できる紫外線測定方法、及び紫外線測定装置を提供すること。
【解決手段】特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測する紫外線測定方法である。
【解決手段】特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測する紫外線測定方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活環境に存在する紫外線を容易に測定し、例えば、人体に直接作用する紫外線量などの特定の紫外線情報を取得することが可能な紫外線測定方法、及び紫外線測定装置に関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の環境問題の最大の問題の一つとして、オゾン層の破壊による地上での紫外線量が増加していることが挙げられる。このような紫外線は皮膚ガンの発生やＤＮＡの損傷による光過敏症の増大、光老化などの健康に重大な影響を及ぼすほか、しみやそばかすなどの美容上の問題となる肌への影響が大きい。
【０００３】
このため生活環境における紫外線の測定は美容や医療などで必要性が増してきた。
【０００４】
これに対して、紫外線量の測定には専用の紫外線検量装置を必要とし、またこのような専用のＵＶ測定装置を身につけることは面倒であり、このような点からも紫外線を簡単に測定することは従来できなかった。
【０００５】
紫外線の生体に及ぼす影響はいろいろある。このため測定する紫外線が何を意味するのかによって紫外線量としてはいろいろな表示方法がある。紫外線全体量（２９０〜４００ｎｍ）を示す方法、ＵＶＡ領域（３２０〜４００ｎｍ）のみ感度をもつ紫外線センサーを用いて測定する方法、さらにＵＶＢ領域（２９０〜３２０ｎｍ）にのみ感度を有する紫外線センサーを用いる方法などである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの紫外線を測定する紫外線センサーは、例えば、皮膚の日焼け症状を発生させる紅斑曲線に合致した特性では無いし、定義波長領域でデルタ関数的に切り出した測定値ではなく、特定の分光感度曲線の中で代表的な波長での感度で校正されているものである。この紅斑曲線から求められた指標はＵＶ指数と呼ばれている。
【０００７】
ＵＶ指数は正午前後の１時間の紫外線に対して紅斑曲線の重みをかけたエネルギー量である。一般にＵＶ指数は太陽紫外線から１０数段階に定量的に区分けされるが、人の感覚に合わせた言葉表現で５段階に区分されている。
【０００８】
ＵＶ指数はＵＶＢからＵＶＡ領域の波長毎に重みを付けて求められる。したがって、分光照度から求める以外には正確な値は求められず、大型の測定器によるしかなく手軽に測定できなかった。また、紅斑紫外線に合わせた分光感度の測定器では逆にＵＶＡなどの紫外線が測定できず、しみそばかすなどの美容などに大きな影響を及ぼす窓越しの紫外線に対する注意ができなくなるなどの問題があった。
【０００９】
このように、特定の紫外線情報を簡易に測定できる方法がないのが現状であり、改善が求められている。
【００１０】
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の紫外線測定装置は、特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、
得られた紫外線強度を当該任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴としている。
【００１２】
太陽高度は、緯度及び／又は経度と日時により異なるため、太陽光は成層圏と対流圏を通過する時の減衰量がその透過距離により異なると共に、透過係数も波長により異なる。また、ＵＶＢ波長領域や紅斑曲線が関与する紫外線領域では、オゾン層を通過する時の減衰量がその透過距離により異なると共に、そのオゾン濃度により異なる。
【００１３】
そこで、第２の本発明の紫外線測定方法では、ある時間（即ちある太陽高度）で得られた紫外線強度が太陽高度依存性を有することに基づき、任意の時間の太陽高度情報により補正することで、任意の時間での紫外線強度を予測する。この結果、天気に関わらず、場所、日時に応じた、特定の紫外線情報を取得あるいは予測することができる。
【００１４】
本発明の紫外線測定方法では、さらに指定された時間内で積算紫外線強度を演算することができる。また、予測された積算紫外線量に基づいて紫外線防御剤を決定することができる。
【００１５】
上述のように、任意の時間での紫外線強度が求められ、これを指定された時間間で積算することで、例えば行動予定内の積算紫外線強度を予測できる。また、得られた積算紫外線強度により、例えば行動予定内に用いるべき紫外線防御剤を提案することで、効果的な紫外線予防が実施できる。
【００１６】
本発明の紫外線測定装置は、特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明の紫外線測定装置では、上述のように、天気に関わらず、場所、日時に応じた、特定の紫外線情報を取得あるいは予測することができる。
【００１８】
本発明の紫外線測定装置においては、指定された時間内で積算紫外線強度を演算する演算手段や、予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定する決定手段を有することができる。この構成により、効果的な紫外線予防が実施できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】紫外線受光素子の分光感度、太陽スペクトル、及び紅斑曲線を示す関係図である。
【図２】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の他の紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の紫外線測定方法について詳細に説明する。
地上に到達する太陽光の紫外線（太陽紫外線）は酸素の吸収のため、２００ｎｍよりも長波長となる。さらに成層圏オゾンによる吸収は３６０ｎｍから２００ｎｍに亘っている。このなかで２９０ｎｍ以下のオゾンの吸収は強いため、地上に到達する太陽紫外線は２９０ｎｍより長波長となる。２９０ｎｍから３２０ｎｍの紫外線はＵＶＢと呼ばれ、３２０〜４００ｎｍをＵＶＡと呼ばれる。
【００２２】
太陽紫外線においては、同一の日時であれば天候によらずほぼＵＶＢとＵＶＡの比は一定であるとの報告がある。この比は主に上空の成層圏のオゾン層でのＵＶＢの吸収量により変化する。そのため地上の紫外線は波長範囲が狭いため散乱や反射の波長による違いは無視でき、さらに天気によって多く影響されないと考えられる。また山などの高度も対流圏内にあるため影響はしない。
【００２３】
そこで、第１の本発明の紫外線測定方法では、特定の分光感度を持つ（例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ）紫外線素子による太陽光強度の校正された実測値（対流圏下）に対して、太陽光スペクトルから求めた積分紫外線強度と特定波長領域における積分紫外線強度（太陽分光放射スペクトルにおける第２紫外線波長領域の第２積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第３積分紫外線強度）との基準強度比を基に、この基準強度比及びこの太陽高度補正係数で補正することによって特定領域の紫外線情報を求める。つまり、例えば、特定領域における特定領域における積分紫外線強度を、太陽光スペクトルと紅斑曲線から求められた紫外線強度（紅斑紫外線強度）とした場合、測定した実測値から紅斑紫外線強度を得て、これを基に紅斑紫外線量、ＵＶ指数を求めることもできる。
【００２４】
なお、ＵＶ指数は、紅斑紫外線強度を１時間単位の紅斑紫外線量（ｍＪ／ｃｍ2）とした数値の１／１０で与えられる。
【００２５】
一方、第２の本発明の紫外線測定方法では、得られた紫外線強度を、任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を求める。例えば、ある時間（第１時間）に測定して得られた紫外線強度から任意の時間（第２時間）の紫外線強度を求める場合、例えば、太陽高度情報（太陽紫外線情報）として、第１時間及び第２時間における、太陽高度と紫外線強度の関係と観測時の天候を基にしたお天気係数、及び太陽高度補正係数で補正することで、任意の時間の紫外線強度を予測することができる。
【００２６】
以下、太陽紫外線全量に校正された太陽高度α1での実測値ＵＶ０（α1）から特定の紫外線測定値（特定領域の紫外線強度）ＵＶ（λ）を求める補正についてさらに詳しく説明する。
【００２７】
まず、基準となる太陽高度θで、求める特定領域における積分紫外線強度（太陽分光放射スペクトルにおける第２紫外線波長領域の第２積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第３積分紫外線強度）ＵＶ１（λ、θ）は、
ＵＶ１（λ，θ）＝ΣＦ（λ）Ｒ（λ，θ）Δλ・・・式（１）
で求められる。ここで、Ｆは重み（たとえば紅斑曲線）、Ｒ（λ、θ）は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。Δλは分光放射スペクトルの波長刻みである。
【００２８】
次に、基準となる太陽高度θで、太陽スペクトルから求められる指定された紫外線波長領域の積分紫外線強度（第１積分紫外線強度）ＵＶ２は、例えば波長領域λが２９０ｎｍから４００ｎｍで
ＵＶ２（λ，θ）＝ΣＲ（λ，θ）Δλ・・・式（２）
で表される。ここで、Ｒ（λ、θ）は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。
【００２９】
次に、実測値（ＵＶ０）を求めた太陽高度α1での、特定の波長領域に対する積分紫外線測定値ＵＶ１（λ，α1）は、基準強度比：ＵＶ１（λ、θ）とＵＶ２（λ、θ）との比とこの基準強度比の太陽高度補正係数Ｐ（α1）から求めることができる。
ＵＶ１（λ，α1）＝ＵＶ０（α1）×（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））×Ｐ（α1）・・・式（３）
【００３０】
次に、紅斑曲線Ｅ（λ）に対する紅斑紫外線強度も、
Ｅ（λ）＝ＵＶ０（α1）×（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））×Ｐ（α1）・・・式（４）
で表すことができる。なお、ここでＵＶ１（λ，θ）＝ΣＥ（λ）Ｒ（λ，θ）Δλであり、基準紅斑紫外線強度である。
【００３１】
ここで、この基準強度比（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））の太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、太陽光が大気を横切る透過距離と透過係数とから求めることができる。この透過係数はオゾン吸収が原因であり波長依存性がある。太陽光が大気を横切る透過距離は太陽高度から計算することができる。
【００３２】
即ち、太陽紫外線の分光放射スペクトルの指定された紫外線波長領域の積分紫外線強度と、太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる積分紫外線強度と、の基準強度比の太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、太陽高度による大気透過距離と透過係数から求められる減衰の割合から求めることができる。以下、説明する。
【００３３】
−太陽高度とオゾン層の透過距離−
成層圏のオゾン層を横切る透過距離は、月日の変化と日周運動による太陽高度から計算される。
【００３４】
−太陽高度の計算−
太陽高度（天頂角Ｚ）は、
ｃｏｓＺ＝ｃｏｓＤ’ｃｏｓＬ’＋ｓｉｎＤ’ｓｉｎＬ’ｃｏｓＨ・・・式（５）
で求められる。ここで、Ｌ’は、観測者の余緯度（緯度Ｌの余角）、Ｄ’は極距離角（赤緯Ｄの余角）、Ｈは時角である。
【００３５】
また、極距離角Ｄ’は、
ｃｏｓＤ'＝ｓｉｎ２３．５°ｓｉｎα2・・・式（６）
で求められる。
【００３６】
ここで、α2＝対象日の地球−太陽間を結ぶ線とその年の春分点での地球−太陽間を結ぶ線とのなす角であり、α2＝ｎ３６０°／３６５．２５（ｎは春分から数えた日数である）である。
【００３７】
また、時角Ｈは、
Ｈ＝±３６０°ｔ／２４時間・・・式（７）
で求められる。ここで、ｔは南中時からの時間。負は南中前を表す。南中時間は地域の標準時から経度差を補正することで求めることができる。さらに正確には均時差を補正することができる。
【００３８】
なお、これらの情報は、日時は日付と時間の時計機能から入手することができるし、位置情報は限られた生活地域の場合には予め設定された緯度を入力すればよいし、また人工衛星による位置測定装置により随時知ることができる。
【００３９】
−透過距離による減衰量−
大気による減衰量の基本となる吸収係数は、太陽高度の異なる実測の太陽分光放射スペクトルから求めることができる。太陽からの紫外線が成層圏でのオゾンによる吸収により減衰し、対流圏の大気状態で吸収・散乱・反射などの影響を受ける。雲による散乱の波長依存性は空気分子による散乱（レーリー散乱）と異なり、波長依存性がほとんどない（Ｍｉｅ散乱）。
【００４０】
波長による減衰の定数をあらかじめ知っていれば実測値と太陽高度の関係から紅斑紫外線量にかぎらず特定の紫外線量（特定の紫外線情報）を推定することができる。減衰の定数の一つはオゾンの吸収係数であり、影響ある波長領域は３２０ｎｍ以下に限られる。もう一つは散乱であり波長全域に影響する。
【００４１】
−太陽高度補正係数Ｐ（α1）（太陽高度に対するオゾン吸収の影響）の計算−
【００４２】
透過距離の計算：まず、太陽高度θ0（仰角）、地球の半径ｒ0（６４００ｋｍ），オゾン層の上限の高さｒ2，オゾン層の下限の高さｒ1とすると、大気透過距離ｘ（θ0）は、
ｘ（θ0）＝−ｒ0ｓｉｎ（θ0）＋√｛（ｒ0ｓｉｎ（θ0））2＋（ｒ22＋２ｒ2ｒ0）｝−（−ｒ0ｓｉｎ（θ0）＋√｛（ｒ0ｓｉｎ（θ0））2＋（ｒ12＋２ｒ1ｒ0）｝・・・式（８）
で表される。
【００４３】
太陽高度の関数として透過距離は、ｒ1＝２０ｋｍ，ｒ2＝４０ｋｍとすると、例えば、ｘ（８０°）＝２０．３ｋｍ、ｘ（３０°）＝３９．４７ｋｍ、ｘ（１５°）＝７２．７５ｋｍ、ｘ（０°）＝２１０．３ｋｍ、となる。
【００４４】
減衰量の計算：透過距離から吸収による減衰量Ｉは一般に、
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−ｋｘ（θ0））（ここでＩ0は全ＵＶ、ｋは吸収係数）・・・式（９）
となるから、
【００４５】
全ＵＶの散乱吸収係数をｋ（λ）、ＵＶＢ領域のオゾン層での吸収係数をｋ（λｂ）（ＵＶＢのほかの層での吸収係数は全ＵＶと同じとする。）、成層圏への入射強度を全ＵＶ：Ｉ0（θ0）、全ＵＶＢ：Ｉｂ0（θ0）とすると、吸収されるＵＶ：Ｉ（θ0）、吸収されたＩｂ（θ0）は、
Ｉｂ（θ0）＝Ｉｂ0ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（θ0））×ｅｘｐ（−ｋ（λ）ｘ（θ0））・・・式（１０）
Ｉ（θ0）＝Ｉ0ｅｘｐ（−ｋ（λ）ｘ（θ0））・・・式（１１）
であり、
【００４６】
太陽高度θ0での透過距離ｘ（θ0）で吸収されたＵＶＢとＵＶの比は、
Ｉｂ（θ0）／Ｉ（θ0）＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（θ0））・・・式（１２）
で表される。
【００４７】
例えば、東京の場合、分光放射照度から求めた夏の南中（８０°）近くでのＵＶＢ／ＵＶと冬の南中（３０°）でのＵＶＢ／ＵＶの比は直達の場合には５．５％と３％であり、比が異なっている。朝は太陽高度が低いため短波長紫外線が少なくなり、ＵＶＢ／ＵＶ比は夏でも１％程度になる。したがって測定時のＵＶ全量から日時を規定すればその時のＵＶＢ量を予測推定できる。オゾン濃度は春に比べると季節変化が少ないので同一とみなすことができる。
【００４８】
紅斑紫外線量はＵＶＢよりさらに短波長側となりその比の変化は大きくなる。
【００４９】
ここで（Ｉｂ0／Ｉ0）とｋ（λｂ）は、太陽高度θ0の異なる太陽分光放射照度の測定値を比較することによって求めることができる。
【００５０】
例えば夏至付近の太陽高度の最も高い時（θ1）の分光放射測定値と冬至付近の太陽高度の最も低い時（θ2）の分光放射測定値を用いて、各波長を積分した積分紫外線強度Ｉｂ（θ1）／Ｉ（θ1）とＩｂ（θ2）／Ｉ（θ2）を比較することでＵＶＢや紅斑紫外線に対するα＝（Ｉｂ0／Ｉ0）とβ＝ｋ（λｂ）を求めることができ、この結果、測定値Ｉ（α1）に対して、その時の太陽高度α1（＝θ0）が分かればＵＶＢや紅斑紫外線強度は
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）αｅｘｐ（−βｘ（α1））・・・式（１３）
で表される。
【００５１】
このため、基準太陽高度γ（＝θ）の値で規格化すると、
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）（Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ））ｅｘｐ（−β（ｘ（α1）−ｘ（γ）））・・・式（１４）
で表せる。
【００５２】
したがって、太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、
Ｐ（α1）＝ｅｘｐ（−β（ｘ（α1）−ｘ（γ）））・・・式（１５）
で表され、これを変換して、
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）（Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ））Ｐ（α1）・・・式（１６）
となる。
【００５３】
このため、太陽高度α1でのＵＶＢの紫外線強度、又は紅斑紫外線強度は次式により求められる。
ＵＶＢ強度（太陽高度α1）＝実測値（太陽高度α1）×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式（１７）
紅斑紫外線強度（太陽高度α1）＝実測値（太陽高度α1）×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式（１８）
【００５４】
このように、実測値ＵＶ０（α1）に、基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比（ＵＶ１（α1）／ＵＶ２（α1））を乗じ、さらに太陽高度補正係数Ｐ（α1）を乗じることによって求めることができる。
【００５５】
この時、基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比には、特定の紫外線波長領域（例えばＵＶＢ）、或いは特定の作用曲線（例えば紅斑曲線）から求められる紅斑紫外線領域が適用される。この時基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比と太陽高度補正係数は各々に対して求められたものを用いる。
【００５６】
また、ＵＶ指数は紅斑紫外線量の１／１０の数値で表す。紅斑紫外線量は図１に示す紅斑曲線に対する１時間当たりの紫外線量で一般的に、
紅斑紫外線量＝紅斑曲線×太陽紫外線分光照度×３６００秒・・・式（１９）
で表される。
【００５７】
即ち、紅斑紫外線量／１０＝ＵＶ指数・・・式（２０）
であり、
Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ）＝ＵＶ指数×１０／紅斑紫外線量／３６００ｓ・・・式（２１）
であるから
ＵＶ指数＝実測値ＵＶ０（μＷ／ｃｍ2）×ＵＶ指数／紅斑紫外線量×太陽高度補正係数・・・式（２２）
で求められる。
【００５８】
このため、測定者の生活地域（緯度情報、経度情報）と日時情報により、太陽紫外線実測値（紫外線全量）から基準強度比と太陽高度補正係数を用いることによって紅斑紫外線量が求められ、ＵＶ指数も求めることができる。
【００５９】
また、太陽高度補正係数Ｐ（α1）をオゾン濃度情報に基づき求めることもできる。即ち、太陽高度補正係数Ｐ（α1）をオゾン濃度の変動に従って補正することもできる。この補正には吸収係数を補正することでよい。
【００６０】
例えば、基準強度比のオゾン濃度Ｏｚ１に対してオゾン濃度Ｏｚ２の場合には補正として透過量が透過係数×濃度で決定されるため、透過量は−ｅｘｐ（−基準透過係数×Ｏｚ２／Ｏｚ１×透過距離）で補正することができる。オゾン濃度は人工衛星からの測定値として毎日のデータがＮＡＳＡから提供されており（ＴＯＭＳ：Ｔｏｔａｌ Ｏｚｏｎｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ），そのデータを用いることができる。また毎日の測定値でも良いし、季節変動を加味した数ヶ月あるいは半年の平均的な値を用いても良い。
【００６１】
以下、得られた紫外線強度から、任意の時間の太陽高度情報により補正し、任意の時間での紫外線情報の予測についてさらに詳しく説明する。ここで、得られた紫外線強度は、上記補正により求められた特定の紫外線強度でもよいし、他の方法により求められた紫外線強度であってもよい。
【００６２】
まず、太陽高度（仰角）と紫外線強度は晴天時で大気がクリアな状態であれば、ほぼ一定の直線関係に近い関係が成り立っている（例えば Ｓ． Ｙａｇｉ， ＰｈｏｔｏＭｅｄ． Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ． Ｖｏｌ ２５ ｐ５５ （２００３））。この関係を用いると晴天時では、季節をとわず太陽高度したがって、緯度経度と日時から予測ができる。この関係は晴天時なので実測値からお天気係数（実測値／実測値の高度での予測値）を求め、その日の任意の時間の予測にこのお天気係数を掛けることで同じ天候を仮定すれぱ予測値が求められる。
【００６３】
なお、得られた任意の時間の紫外線強度（紅斑紫外線強度）から、上述のように、任意の時間での紅斑紫外線量を求め、ＵＶ指数も求めることもできる。
【００６４】
以下、実測値から紅斑紫外線強度を得て、この紅斑紫外線強度を基に紅斑紫外線量Ｅを求め、ＵＶ指数を求める一例を具体的に示す。
【００６５】
ここで、多結晶窒化ガリウム半導体による紫外線測素子（富士ゼロックス製ＵＶケアメイトに備えられた紫外線測素子）を利用した紫外線測定装置を使用して太陽紫外線を測定して実測値ＵＶ０を求めている。この紫外線測定装置は実測値が標準光源の２９０から４００ｎｍの紫外線全量に一致するように調整されている。この測定装置の感度領域は２８０ｎｍから４１０ｎｍであるが、たとえば３３０ｎｍから４００ｎｍの波長区間で感度のあるものであっても測定した結果は２９０ｎｍから４００ｎｍの波長範囲の紫外線強度に等しくなる。
【００６６】
測定した実測値からＵＶＢを求めるには、まずＵＶＢ紫外線量を求める。
前記電総研田無市水平データから太陽高度（仰角）７７°での分光測定値を基準太陽紫外線とする。
【００６７】
夏至付近（７７°１９７９ ６．２３）では、２９０から３２０ｎｍの範囲のＵＶＢ
Ｉｂ（７７）／Ｉ（７７）＝０．０１３２＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））・・・式（２３）
と表される。
【００６８】
このようにして全紫外線量に対して、太陽高度７７°での基準ＵＶＢ紫外線比（基準強度比）は０．０１３２である。
【００６９】
また、測定した実測値からＵＶ指数を求めるには、、紅斑紫外線量Ｅに対して、太陽高度情報による補正を行う。ここで、紅斑紫外線強度量／全ＵＶの基準強度比の太陽高度補正係数は、太陽高度に対する大気透過係数と距離から求める。
【００７０】
電総研田無市水平データを使用した。ＵＶは２９０〜４００ｎｍ全体の照度を用いる。
【００７１】
夏至付近（７７°１９７９ ６．２３）では、
Ｉｂ（７７）／Ｉ（７７）＝０．００５０＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））・・・式（２４）
と表される。このようにして全紫外線量に対して、太陽高度７７°の基準紅斑紫外線比（基準強度比）は０．００５である。
【００７２】
冬至付近（３１°１９７９ １２．２２）では、
Ｉｂ（３１）／Ｉ（３１）＝０．００２３＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（３１））・・・式（２４−１）
と表される。
【００７３】
これらから、紅斑紫外線領域のオゾン層での平均吸収係数ｋ（λｂ）は、
−ｋ（λｂ）＝ｌｎ（０．００５０／０．００２３）／（ｘ（７７）−ｘ（３１））＝−０．０４３４／ｋｍ・・・式（２５）
と求められる。
【００７４】
さらに、Ｉｂ0／Ｉ0は、
Ｉｂ0／Ｉ0＝０．００５０／ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））
＝０．０１２２・・・式（２６）
と求められる。
【００７５】
この結果、任意の太陽高度θ0での紅斑紫外線とＵＶの比Ｃは、透過距離ｘ（θ0）の関数として
Ｃ＝Ｉｂ（θ0）／Ｉ（θ0）＝（０．０１２２）ｅｘｐ（−０．０４３４×ｘ（θ0））・・・式（２７）
で表される。
ＵＶＢに対しても同様な方法で求めることができる。
【００７６】
つぎに太陽高度による透過距離を計算して、紅斑紫外線とＵＶ比の太陽高度依存性を求める。
オゾン層透過距離ｘ（θ0）は、太陽高度θ0（仰角）に対して、地球の半径ｒ0を６４００ｋｍ、オゾン層の上限の高さｒ2を４０ｋｍ、オゾン層の下限の高さｒ1を２０ｋｍとし、前述の基準太陽分光放射スペクトル（南中高度７７°田無市データ）の積分紫外線強度から求めた紫外線全量と紅斑紫外線量の比を基準とすると、例えば、太陽高度３０°では透過距離が４０ｋｍであるため太陽高度補正係数Ｃは０．４４であり、太陽高度５０°では透過距離が２６ｋｍであるため太陽高度補正係数Ｃは０．７８となる。
【００７７】
このため、例えば、同じ観測日で太陽高度が３０°の時間であれば、
紅斑紫外線強度（３０°）＝実測値ＵＶ０（３０°）×０．００５×０．３６・・・式（２７−１）
と求まる。
【００７８】
したがって、
紅斑紫外線量（ｍＪ／ｃｍ2）＝実測値ＵＶ０（３０°）（μＷ／ｃｍ2）×１／１０００×０．００５×３６００ｓ×０．３６・・・式（２８）
で求められる。
【００７９】
ＵＶ指数は紅斑紫外線量の１／１０なので、実測値ＵＶ０（α1）が例えば５０００μＷ／ｃｍ2の時の７８°（＝α1）ではＵＶ指数は９，３０°ではＵＶ指数は４となる。このように場所と日時がわかればＵＶ測定値から紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めることができる。
【００８０】
この関係は天候に左右されず、ほぼ±２０％以内の誤差で成り立つ。また、本方法を用いることにより、紫外線全量の実測値からＵＶＢとＵＶＡを分離することができる。ＵＶＢに関しては前述した紅斑紫外線と同じく、基準ＵＶ紫外線量と基準太陽紫外線全量との比をもとに同様にして大気透過係数を求め、同様にして太陽高度補正を行うことによってＵＶＢを求めることができる。即ち、ＵＶＡ＝ＵＶ実測値−ＵＶＢである。
【００８１】
次に、得られた紅斑紫外線強度から、任意の時間の太陽高度情報による補正により、任意の時間での紅斑紫外線強度を求める一例を具体的に示す。
例えば、晴天の夏の太陽高度が３０°の時の紫外線強度の測定値が２５００μＷ／ｃｍ2であるとき、太陽高度補正をして前述のごとく求めた紅斑紫外線強度は５μＷ／ｃｍ2である。お天気係数は例えば２５００／３０００（３０°の予測値）であり、数時間後の太陽高度６０°の時の予測値６０００μＷ／ｃｍ2からもとめた紅斑紫外線強度２４μＷ／ｃｍ2に対してお天気係数（２５００／３０００）を掛けたものがその日の予測された紅斑紫外線強度（２０μＷ／ｃｍ2）であり、同様に別の時間の予測値を求めることができる。また、お天気係数は天気予報からおおよその値を求めることもできる。
【００８２】
また、求めた任意の時間での紅斑紫外線強度に基づき、指定された時間内で積算して、積算紅斑紫外線強度も求めることができる。
【００８３】
このように求めた紅斑紫外線量や、積算紅斑紫外線強度を基にして、必要な紫外線防御時間を得るための紫外線防御剤（サンスクリーン化粧品）の種類を提案することもできる。これは、肌の日焼けに対する最小紅斑紫外線量（ＭＥＤ）を基にして、肌が赤くなる時間を求めることや、必要な日焼け防御時間を得るための紫外線防御剤のＳＰＦ値（紫外線防御指数）又はＰＡ値（ＵＶ−Ａ防御指数）を求めることができる。これにより、例えば、１日の行動計画において、得られた紫外線情報を基にして、予め外出する前に必要な紫外線防御剤知ることが可能となり、効果的な紫外線防御が行える。
【００８４】
ここで、紅斑紫外線量や、積算紅斑紫外線強度から、ＳＰＦ値、ＰＡ値は次のようにして求められる。
ＳＰＦ値は紅斑紫外線防御の程度を示すものであるので例えば行動予定時間内の積分紅斑紫外線積分強度が求められればその日の戸外での活動時間を４時間とするとその時の最小紅斑量(ＭＥＤ：肌が赤くなる紫外線量)になるようにするためのサンスクリーン剤を指定することができる。例えば紅斑紫外線量が４時間で４００ｍＪ／ｃｍ2（ＵＶ指数が１０で４時間）の時は最小紅斑量が１０ｍＪ／ｃｍ２の人（常に赤くなる肌タイプ）に対しては１／４０の防御が必要であるからＳＰＦ４０を指定することができる。
【００８５】
またＰＡ値に対しては、同様に指定時間内のＵＶＡ紫外線強度に対して三段階でその防御に必要な値を指定する。たとえばＰＡ＋、ＰＡ＋＋、ＰＡ＋＋＋は最大レベルを１０としてその時のＵＶＡ強度を７５００μＷ／ｃｍ2とするとＰＡ＋は２−３で１０００から２５００μＷ／ｃｍ２、ＰＡ＋＋は４−７で２５００から５５００μＷ／ｃｍ2、ＰＡ＋＋＋は５５００μＷ／ｃｍ2以上と関係がつけられる。このＵＶＡの予測値は上記の紅斑紫外線量と同様に基準ＵＶＢ／全紫外線強度比と太陽高度補正係数を用いて求められたＵＶＢ強度を全紫外線強度から減算することで求められる。簡易的には全紫外線量で代用しても良い。例えば、観測された４０００μＷ／ｃｍ2のＵＶＡに対してはＰＡ＋＋のサンスクリーンを使用することを提案する。
【００８６】
以下、本発明の実施形態に係る紫外線測定装置ついて、図面を参照してさらに詳細に説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００８７】
図２は、本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の構成を示す概略構成図である。
【００８８】
本実施形態の紫外線測定装置１０は、各種情報を表示するための液晶ディスプレイ１６（表示手段）と、紫外線の物理量として紫外線情報を検知する紫外線受光素子１８と、当該紫外線測定装置１０のユーザからの各種情報を入力するための操作パネル２０（操作手段：例えば、電源スイッチ、モード切換スイッチ、設定スイッチなど）と、当該紫外線測定装置１０によって測定された紫外線強度を示す紫外線情報の出力及び図示しない情報端末装置からの各種情報の入力を可能とするデータ入出力端子２２と、を含んで構成されている。
【００８９】
紫外線受光素子１８としては、可視域に感度があるＧａＰやＳｉなどのフォトダイオードなどをフィルターで可視部をカットした紫外線受光素子を用いることができるし、酸化チタンや酸化亜鉛などの酸化物半導体で構成される紫外線受光素子を用いることもできる。紫外線受光素子１８としては、光応答が速く、吸収域を組成によって調整でき、表示部に余分なスペースを必要としない小型で薄型などの点や色などのデザイン性に優れた窒化物系化合物半導体で構成された紫外線受光素子が特に望ましい。
【００９０】
ただし、本実施形態では、太陽紫外線では散乱の寄与が大きいため、紫外線受光素子１８は入射角特性が余弦則に合ったものが望ましい。これは、散乱係数はレーリーの法則で表されるために、散乱係数＝定数／（波長）4で表され、快晴時に３４０ｎｍと３００ｎｍでは後者で１．７倍となり、５００ｎｍと比べると紫外線は５倍から８倍の散乱係数を持ち散乱の影響が大きくなるからである。また表示される数字は、太陽分光放射スペクトルの積分紫外線量の値に校正されたものを用いる。
【００９１】
液晶ディスプレイ１６には、セイコーエプソン株式会社の表示モジュールであるＳＥＫ１０５４Ｂを適用している。この表示モジュールは、ドットマトリクス型の液晶表示モジュールであり、９６ドット×３２ドットの表示面に任意の情報を表示することができ、文字やグラフ等の表示が可能であり、例えば、測定後その場で簡単なグラフを表示することができ、図示しない外部入出力装置にデータを出力することなく直感的に照度分布等を確認することができる。表示手段には、これに限らず、他の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等のあらゆるディスプレイを適用することができる。
【００９２】
一方、紫外線測定装置１０には、内部回路３２が備えられている。内部回路３２は、紫外線測定装置１０全体の動作を司るＣＰＵ３４（中央演算処理装置：補正手段）、各種情報を記憶するためのメモリ３８（記憶手段）、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換して出力するアナログ／デジタル変換器４０（以下、「Ａ／Ｄ変換器」という）、入力されたアナログ信号を増幅する増幅回路４２、内部回路３２の各部に駆動用電力を供給する充電式電池４４、及び充電式電池４４を充電するときその電圧などを制御するための電源制御回路４６を含んで構成されている。なお、同図では錯綜を回避するために、充電式電池４４から各部への電力供給路を示す接続線は図示を省略している。
【００９３】
内部回路３２には、太陽高度取得手段として、位置情報を取得するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信器２４と、日付及び時刻を計時するカレンダ／時計３６と、を含んで構成されている。
【００９４】
ＣＰＵ３４には、ＧＰＳ受信器２４が接続されている。ＧＰＳ受信器２４は、地球上を周回する複数の衛星（一般に４つの衛星）からの電波を受信する不図示のアンテナが内蔵されると共に当該アンテナによって受信し、電波が到達するまでの時間を求め、それから各衛星までの距離を演算することで位置情報（本実施形態では、緯度、経度の１次元の情報）を取得するものである。このため、ＣＰＵ３４は位置情報を随時知ることができる。
【００９５】
ＣＰＵ３４には日付及び時刻を計時するカレンダ／時計３６が接続されている。ＣＰＵ３４はカレンダ／時計３６によって計時されている日時情報（月、日、時間）を随時知ることができる。なお、カレンダ／時計３６をＣＰＵ３４に内蔵しておき、ソフトウェアで同様の動作を実現してもよい。
【００９６】
また、ＣＰＵ３４にはメモリ３８が接続されており、ＣＰＵ３４はメモリ３８に対する各種情報の書込み及び読出しを行うことができる。更に、ＣＰＵ３４には液晶ディスプレイ１６が接続されており、ＣＰＵ３４は液晶ディスプレイ１６に対して各種情報を表示することができる。また、ＣＰＵ３４には操作パネル２０の各スイッチが接続されており、ＣＰＵ３４は各スイッチのユーザによる押下状態を随時検知することができる。
【００９７】
一方、紫外線受光素子１８のセンサ出力端子は増幅回路４２を介してＡ／Ｄ変換器４０の入力端に接続され、Ａ／Ｄ変換器４０の出力端はＣＰＵ３４に接続されている。
【００９８】
また、ＣＰＵ３４にはデータ入出力端子２２が接続されており、ＣＰＵ３４はデータ入出力端子２２を介して各種情報の入出力を行うことができる。なお、データ入出力端子２２はＣＰＵ３４への接続以外に、メモリ３８にも直接接続されており、紫外線測定装置１０はデータ入出力端子２２を介して、外部からメモリ３８に直接各種情報を書込むことができると共に、メモリ３８から外部へ直接各種情報を読み出すことができるように構成されている。また、データ入出力端子２２は、充電式電池４４にも電源制御回路４６を介して接続されており、紫外線測定装置１０は電源制御回路４６で電圧などを制御し、データ入出力端子２２を介して充電式電池４４への充電も行なわれる。
【００９９】
紫外線測定装置１０では、ＣＰＵ３４が常時安定して駆動する必要があり、本実施形態のように充電式電池４４によって駆動させるためには、ＣＰＵ３４として低消費電力でかつ十分な処理能力が得られるものを適用する必要がある。そこで、この必要性に対応すべく、本実施形態では、ＣＰＵ３４として日立セミコンダクター社製の「Ｈ８／３８２７Ｒ」を適用している。この「Ｈ８／３８２７Ｒ」は、演算用のプログラム、一次記憶用の揮発性メモリーの他、アナログ／ディジタル変換回路（図中、Ａ／Ｄ変換器４０に相当）が内蔵されており、これによって部品点数を削減することができ、装置の低コスト化及び小型化の双方を図ることができる。
【０１００】
また、メモリ３８には、例えば、米国ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の記憶素子である２４ＬＣ２５６を適用することができる。この記憶素子は、小型であるにもかかわらず大容量であるので、紫外線測定装置１０を小型化することができる。
【０１０１】
ここで、紫外線測定装置１０におけるメモリ３８の記憶内容について説明する。
【０１０２】
メモリ３８には、測定データ（紫外線強度）に関する各種情報を記憶するための部分であるヘッダ部と、実際の測定データを記憶するための部分である測定データ部と、演算用のプログラムを記憶するための部分であるプログラムデータ部と、各種設定値を記憶するための部分である設定値部と、が設けられている。これらプログラムデータ部及び設定値部には、実測値を補正するための上記数式（例えば、式（１７）、式（１８）、式（２０）、式（２２）等）に基づく各種演算用プログラム（例えば特定の紫外線波長領域の紫外線強度（例えば紅斑紫外線強度）、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるためのプログラム）、及び各種設定値（例えば、太陽高度情報、太陽高度補正係数、基準太陽紫外線強度、ＵＶ指数、各地域のオゾン濃度情報、ＰＦＡ値やＰＡ値に応じた紫外線防御剤種など）が記憶されている。
【０１０３】
なお、本実施形態では、測定データの外部への漏洩を防止するために測定データに対して所定の暗号化方式にて暗号化を施した後に測定データ部に記憶している。上記ヘッダ部には、このときの暗号化方式を示す情報等が記憶される。なお、暗号化方式は、特に限定されることはなく、種々の技術を適宜選択することができる。
【０１０４】
次に、図３及び図４を参照して、紫外線測定装置１０による紫外線測定処理の作用を説明する。なお、図３は、ＣＰＵ３４で実行される紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。即ち、補正手段、演算手段、決定手段はこのＣＰＵ３４に相当する。
【０１０５】
なお、ここでは、実測値から紅斑紫外線強度を求め、これから紅斑紫外線量及びＵＶ指数を求めるときの紫外線測定処理を説明するが、特定の波長領域の紫外線強度としては、紅斑紫外線強度に限られず、例えば、ＵＶＢ領域の紫外線強度でよい。
【０１０６】
図３のステップ１００では、紫外線受光素子１８により紫外線測定を行ない、紫外線量の実測値（ＵＶ測定値）を取得し、取得した情報（実測値）をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ１０２に移行する。
【０１０７】
ステップ１０２では、ＧＰＳ受信器２４から位置情報（緯度情報）取得し、カレンダ／時計３６から日時情報（月、日、時間）を取得し、さらにメモリ３８からステップ１００で取得した情報（実測値ＵＶ０）、紅斑紫外線強度を求めるための各種設定値を読み出し、実測値を基準強度比及びこの太陽高度補正係数で補正し、紅斑紫外線強度を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ１０４に移行する。
【０１０８】
ステップ１０４では、メモリ３８からステップ１０２で取得した情報（紅斑紫外線強度）、これから紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるための各種設定値を読み出し、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、処理を終了する。
【０１０９】
また、図４に示すステップ２００では、上記ステップ１０２で求めた紅斑紫外線強度をメモリ３８から読み出す。そして、ステップ２０２に移行する。
【０１１０】
ステップ２０２では、メモリ３８に予め記憶させておいた任意の時間での紅斑紫外線強度を求めるための各種設定値（任意の時間での太陽高度情報）を読み出し、取得した紅斑紫外線強度を、任意の時間での太陽高度情報により補正し、紅斑紫外線強度を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ２０４に移行する。
【０１１１】
ステップ２０４では、メモリ３８からステップ２０２で取得した情報（任意の時間での紅斑紫外線強度）、これから紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるための各種設定値を読み出し、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、処理を終了する。
【０１１２】
また、図示しないが、紅斑紫外線量や積算紅斑紫外線強度を基に、ＰＦＡ値やＰＡ値を求め、メモリ３８に予め記憶された紫外線防御剤のＰＦＡ値やＰＡ値と対比させ、必要な紫外線防御剤を求めることもできる。
【０１１３】
ここで、メモリ３６に記憶された情報や、取得した情報は、液晶パネルディスプレイ１６に表示される。
【０１１４】
なお、以上説明した紫外線測定装置１０の紫外線測定処理は、上記本発明の紫外線測定方法に従って行われる。
【０１１５】
本実施形態の紫外線測定装置１０は、携帯機器（例えば、時計、携帯電話、携帯電子メール器、携帯ナビケーター、携帯コンピュータ）と一体的に設けた形態とすることもできる。
【０１１６】
この場合、紫外線受光素子１８に対しては、電極間に流れる光起電流として取り出すこともできるし、電圧を印加することによって光電流を取出すこともできるが、携帯機器の電力を消費しない観点から、紫外線受光素子１８は光起電流型が好ましい。
【０１１７】
また、本実施形態の紫外線測定装置１０では、紫外線受光素子１８を携帯機器の表示素子の上に設けられている窓材の裏側に貼りつけるように設置してもよいし、窓材と表示素子面の間に設けてもよい。また、紫外線受光素子１８を表示素子面に貼りつけてもよく、また、独自の入射窓を用意した場所に設置してもよい。
【０１１８】
本実施形態の紫外線測定装置１０では、ＧＰＳ受信器２４により位置情報を取得していたが、これに限定されず、予め、任意の位置情報をメモリ３８に記憶させておき、ユーザの指定により所望の位置情報を読み出す形態としてもよいし、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用して位置情報を取得する形態でもよい。
【０１１９】
なお、上記実施形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１２０】
１０ 紫外線測定装置
１６ 液晶ディスプレイ
１８ 紫外線受光素子
２０ 操作パネル
２２ データ入出力端子
２４ＧＰＳ受信器（太陽高度情報取得手段）
３２ 内部回路
３６ カレンダー／時計（太陽高度情報取得手段）
３８ メモリ（記憶手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活環境に存在する紫外線を容易に測定し、例えば、人体に直接作用する紫外線量などの特定の紫外線情報を取得することが可能な紫外線測定方法、及び紫外線測定装置に関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の環境問題の最大の問題の一つとして、オゾン層の破壊による地上での紫外線量が増加していることが挙げられる。このような紫外線は皮膚ガンの発生やＤＮＡの損傷による光過敏症の増大、光老化などの健康に重大な影響を及ぼすほか、しみやそばかすなどの美容上の問題となる肌への影響が大きい。
【０００３】
このため生活環境における紫外線の測定は美容や医療などで必要性が増してきた。
【０００４】
これに対して、紫外線量の測定には専用の紫外線検量装置を必要とし、またこのような専用のＵＶ測定装置を身につけることは面倒であり、このような点からも紫外線を簡単に測定することは従来できなかった。
【０００５】
紫外線の生体に及ぼす影響はいろいろある。このため測定する紫外線が何を意味するのかによって紫外線量としてはいろいろな表示方法がある。紫外線全体量（２９０〜４００ｎｍ）を示す方法、ＵＶＡ領域（３２０〜４００ｎｍ）のみ感度をもつ紫外線センサーを用いて測定する方法、さらにＵＶＢ領域（２９０〜３２０ｎｍ）にのみ感度を有する紫外線センサーを用いる方法などである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの紫外線を測定する紫外線センサーは、例えば、皮膚の日焼け症状を発生させる紅斑曲線に合致した特性では無いし、定義波長領域でデルタ関数的に切り出した測定値ではなく、特定の分光感度曲線の中で代表的な波長での感度で校正されているものである。この紅斑曲線から求められた指標はＵＶ指数と呼ばれている。
【０００７】
ＵＶ指数は正午前後の１時間の紫外線に対して紅斑曲線の重みをかけたエネルギー量である。一般にＵＶ指数は太陽紫外線から１０数段階に定量的に区分けされるが、人の感覚に合わせた言葉表現で５段階に区分されている。
【０００８】
ＵＶ指数はＵＶＢからＵＶＡ領域の波長毎に重みを付けて求められる。したがって、分光照度から求める以外には正確な値は求められず、大型の測定器によるしかなく手軽に測定できなかった。また、紅斑紫外線に合わせた分光感度の測定器では逆にＵＶＡなどの紫外線が測定できず、しみそばかすなどの美容などに大きな影響を及ぼす窓越しの紫外線に対する注意ができなくなるなどの問題があった。
【０００９】
このように、特定の紫外線情報を簡易に測定できる方法がないのが現状であり、改善が求められている。
【００１０】
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の紫外線測定装置は、特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、
得られた紫外線強度を当該任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴としている。
【００１２】
太陽高度は、緯度及び／又は経度と日時により異なるため、太陽光は成層圏と対流圏を通過する時の減衰量がその透過距離により異なると共に、透過係数も波長により異なる。また、ＵＶＢ波長領域や紅斑曲線が関与する紫外線領域では、オゾン層を通過する時の減衰量がその透過距離により異なると共に、そのオゾン濃度により異なる。
【００１３】
そこで、第２の本発明の紫外線測定方法では、ある時間（即ちある太陽高度）で得られた紫外線強度が太陽高度依存性を有することに基づき、任意の時間の太陽高度情報により補正することで、任意の時間での紫外線強度を予測する。この結果、天気に関わらず、場所、日時に応じた、特定の紫外線情報を取得あるいは予測することができる。
【００１４】
本発明の紫外線測定方法では、さらに指定された時間内で積算紫外線強度を演算することができる。また、予測された積算紫外線量に基づいて紫外線防御剤を決定することができる。
【００１５】
上述のように、任意の時間での紫外線強度が求められ、これを指定された時間間で積算することで、例えば行動予定内の積算紫外線強度を予測できる。また、得られた積算紫外線強度により、例えば行動予定内に用いるべき紫外線防御剤を提案することで、効果的な紫外線予防が実施できる。
【００１６】
本発明の紫外線測定装置は、特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明の紫外線測定装置では、上述のように、天気に関わらず、場所、日時に応じた、特定の紫外線情報を取得あるいは予測することができる。
【００１８】
本発明の紫外線測定装置においては、指定された時間内で積算紫外線強度を演算する演算手段や、予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定する決定手段を有することができる。この構成により、効果的な紫外線予防が実施できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】紫外線受光素子の分光感度、太陽スペクトル、及び紅斑曲線を示す関係図である。
【図２】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の他の紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の紫外線測定方法について詳細に説明する。
地上に到達する太陽光の紫外線（太陽紫外線）は酸素の吸収のため、２００ｎｍよりも長波長となる。さらに成層圏オゾンによる吸収は３６０ｎｍから２００ｎｍに亘っている。このなかで２９０ｎｍ以下のオゾンの吸収は強いため、地上に到達する太陽紫外線は２９０ｎｍより長波長となる。２９０ｎｍから３２０ｎｍの紫外線はＵＶＢと呼ばれ、３２０〜４００ｎｍをＵＶＡと呼ばれる。
【００２２】
太陽紫外線においては、同一の日時であれば天候によらずほぼＵＶＢとＵＶＡの比は一定であるとの報告がある。この比は主に上空の成層圏のオゾン層でのＵＶＢの吸収量により変化する。そのため地上の紫外線は波長範囲が狭いため散乱や反射の波長による違いは無視でき、さらに天気によって多く影響されないと考えられる。また山などの高度も対流圏内にあるため影響はしない。
【００２３】
そこで、第１の本発明の紫外線測定方法では、特定の分光感度を持つ（例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ）紫外線素子による太陽光強度の校正された実測値（対流圏下）に対して、太陽光スペクトルから求めた積分紫外線強度と特定波長領域における積分紫外線強度（太陽分光放射スペクトルにおける第２紫外線波長領域の第２積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第３積分紫外線強度）との基準強度比を基に、この基準強度比及びこの太陽高度補正係数で補正することによって特定領域の紫外線情報を求める。つまり、例えば、特定領域における特定領域における積分紫外線強度を、太陽光スペクトルと紅斑曲線から求められた紫外線強度（紅斑紫外線強度）とした場合、測定した実測値から紅斑紫外線強度を得て、これを基に紅斑紫外線量、ＵＶ指数を求めることもできる。
【００２４】
なお、ＵＶ指数は、紅斑紫外線強度を１時間単位の紅斑紫外線量（ｍＪ／ｃｍ2）とした数値の１／１０で与えられる。
【００２５】
一方、第２の本発明の紫外線測定方法では、得られた紫外線強度を、任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を求める。例えば、ある時間（第１時間）に測定して得られた紫外線強度から任意の時間（第２時間）の紫外線強度を求める場合、例えば、太陽高度情報（太陽紫外線情報）として、第１時間及び第２時間における、太陽高度と紫外線強度の関係と観測時の天候を基にしたお天気係数、及び太陽高度補正係数で補正することで、任意の時間の紫外線強度を予測することができる。
【００２６】
以下、太陽紫外線全量に校正された太陽高度α1での実測値ＵＶ０（α1）から特定の紫外線測定値（特定領域の紫外線強度）ＵＶ（λ）を求める補正についてさらに詳しく説明する。
【００２７】
まず、基準となる太陽高度θで、求める特定領域における積分紫外線強度（太陽分光放射スペクトルにおける第２紫外線波長領域の第２積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第３積分紫外線強度）ＵＶ１（λ、θ）は、
ＵＶ１（λ，θ）＝ΣＦ（λ）Ｒ（λ，θ）Δλ・・・式（１）
で求められる。ここで、Ｆは重み（たとえば紅斑曲線）、Ｒ（λ、θ）は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。Δλは分光放射スペクトルの波長刻みである。
【００２８】
次に、基準となる太陽高度θで、太陽スペクトルから求められる指定された紫外線波長領域の積分紫外線強度（第１積分紫外線強度）ＵＶ２は、例えば波長領域λが２９０ｎｍから４００ｎｍで
ＵＶ２（λ，θ）＝ΣＲ（λ，θ）Δλ・・・式（２）
で表される。ここで、Ｒ（λ、θ）は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。
【００２９】
次に、実測値（ＵＶ０）を求めた太陽高度α1での、特定の波長領域に対する積分紫外線測定値ＵＶ１（λ，α1）は、基準強度比：ＵＶ１（λ、θ）とＵＶ２（λ、θ）との比とこの基準強度比の太陽高度補正係数Ｐ（α1）から求めることができる。
ＵＶ１（λ，α1）＝ＵＶ０（α1）×（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））×Ｐ（α1）・・・式（３）
【００３０】
次に、紅斑曲線Ｅ（λ）に対する紅斑紫外線強度も、
Ｅ（λ）＝ＵＶ０（α1）×（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））×Ｐ（α1）・・・式（４）
で表すことができる。なお、ここでＵＶ１（λ，θ）＝ΣＥ（λ）Ｒ（λ，θ）Δλであり、基準紅斑紫外線強度である。
【００３１】
ここで、この基準強度比（ＵＶ１（λ，θ）／ＵＶ２（λ，θ））の太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、太陽光が大気を横切る透過距離と透過係数とから求めることができる。この透過係数はオゾン吸収が原因であり波長依存性がある。太陽光が大気を横切る透過距離は太陽高度から計算することができる。
【００３２】
即ち、太陽紫外線の分光放射スペクトルの指定された紫外線波長領域の積分紫外線強度と、太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる積分紫外線強度と、の基準強度比の太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、太陽高度による大気透過距離と透過係数から求められる減衰の割合から求めることができる。以下、説明する。
【００３３】
−太陽高度とオゾン層の透過距離−
成層圏のオゾン層を横切る透過距離は、月日の変化と日周運動による太陽高度から計算される。
【００３４】
−太陽高度の計算−
太陽高度（天頂角Ｚ）は、
ｃｏｓＺ＝ｃｏｓＤ’ｃｏｓＬ’＋ｓｉｎＤ’ｓｉｎＬ’ｃｏｓＨ・・・式（５）
で求められる。ここで、Ｌ’は、観測者の余緯度（緯度Ｌの余角）、Ｄ’は極距離角（赤緯Ｄの余角）、Ｈは時角である。
【００３５】
また、極距離角Ｄ’は、
ｃｏｓＤ'＝ｓｉｎ２３．５°ｓｉｎα2・・・式（６）
で求められる。
【００３６】
ここで、α2＝対象日の地球−太陽間を結ぶ線とその年の春分点での地球−太陽間を結ぶ線とのなす角であり、α2＝ｎ３６０°／３６５．２５（ｎは春分から数えた日数である）である。
【００３７】
また、時角Ｈは、
Ｈ＝±３６０°ｔ／２４時間・・・式（７）
で求められる。ここで、ｔは南中時からの時間。負は南中前を表す。南中時間は地域の標準時から経度差を補正することで求めることができる。さらに正確には均時差を補正することができる。
【００３８】
なお、これらの情報は、日時は日付と時間の時計機能から入手することができるし、位置情報は限られた生活地域の場合には予め設定された緯度を入力すればよいし、また人工衛星による位置測定装置により随時知ることができる。
【００３９】
−透過距離による減衰量−
大気による減衰量の基本となる吸収係数は、太陽高度の異なる実測の太陽分光放射スペクトルから求めることができる。太陽からの紫外線が成層圏でのオゾンによる吸収により減衰し、対流圏の大気状態で吸収・散乱・反射などの影響を受ける。雲による散乱の波長依存性は空気分子による散乱（レーリー散乱）と異なり、波長依存性がほとんどない（Ｍｉｅ散乱）。
【００４０】
波長による減衰の定数をあらかじめ知っていれば実測値と太陽高度の関係から紅斑紫外線量にかぎらず特定の紫外線量（特定の紫外線情報）を推定することができる。減衰の定数の一つはオゾンの吸収係数であり、影響ある波長領域は３２０ｎｍ以下に限られる。もう一つは散乱であり波長全域に影響する。
【００４１】
−太陽高度補正係数Ｐ（α1）（太陽高度に対するオゾン吸収の影響）の計算−
【００４２】
透過距離の計算：まず、太陽高度θ0（仰角）、地球の半径ｒ0（６４００ｋｍ），オゾン層の上限の高さｒ2，オゾン層の下限の高さｒ1とすると、大気透過距離ｘ（θ0）は、
ｘ（θ0）＝−ｒ0ｓｉｎ（θ0）＋√｛（ｒ0ｓｉｎ（θ0））2＋（ｒ22＋２ｒ2ｒ0）｝−（−ｒ0ｓｉｎ（θ0）＋√｛（ｒ0ｓｉｎ（θ0））2＋（ｒ12＋２ｒ1ｒ0）｝・・・式（８）
で表される。
【００４３】
太陽高度の関数として透過距離は、ｒ1＝２０ｋｍ，ｒ2＝４０ｋｍとすると、例えば、ｘ（８０°）＝２０．３ｋｍ、ｘ（３０°）＝３９．４７ｋｍ、ｘ（１５°）＝７２．７５ｋｍ、ｘ（０°）＝２１０．３ｋｍ、となる。
【００４４】
減衰量の計算：透過距離から吸収による減衰量Ｉは一般に、
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−ｋｘ（θ0））（ここでＩ0は全ＵＶ、ｋは吸収係数）・・・式（９）
となるから、
【００４５】
全ＵＶの散乱吸収係数をｋ（λ）、ＵＶＢ領域のオゾン層での吸収係数をｋ（λｂ）（ＵＶＢのほかの層での吸収係数は全ＵＶと同じとする。）、成層圏への入射強度を全ＵＶ：Ｉ0（θ0）、全ＵＶＢ：Ｉｂ0（θ0）とすると、吸収されるＵＶ：Ｉ（θ0）、吸収されたＩｂ（θ0）は、
Ｉｂ（θ0）＝Ｉｂ0ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（θ0））×ｅｘｐ（−ｋ（λ）ｘ（θ0））・・・式（１０）
Ｉ（θ0）＝Ｉ0ｅｘｐ（−ｋ（λ）ｘ（θ0））・・・式（１１）
であり、
【００４６】
太陽高度θ0での透過距離ｘ（θ0）で吸収されたＵＶＢとＵＶの比は、
Ｉｂ（θ0）／Ｉ（θ0）＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（θ0））・・・式（１２）
で表される。
【００４７】
例えば、東京の場合、分光放射照度から求めた夏の南中（８０°）近くでのＵＶＢ／ＵＶと冬の南中（３０°）でのＵＶＢ／ＵＶの比は直達の場合には５．５％と３％であり、比が異なっている。朝は太陽高度が低いため短波長紫外線が少なくなり、ＵＶＢ／ＵＶ比は夏でも１％程度になる。したがって測定時のＵＶ全量から日時を規定すればその時のＵＶＢ量を予測推定できる。オゾン濃度は春に比べると季節変化が少ないので同一とみなすことができる。
【００４８】
紅斑紫外線量はＵＶＢよりさらに短波長側となりその比の変化は大きくなる。
【００４９】
ここで（Ｉｂ0／Ｉ0）とｋ（λｂ）は、太陽高度θ0の異なる太陽分光放射照度の測定値を比較することによって求めることができる。
【００５０】
例えば夏至付近の太陽高度の最も高い時（θ1）の分光放射測定値と冬至付近の太陽高度の最も低い時（θ2）の分光放射測定値を用いて、各波長を積分した積分紫外線強度Ｉｂ（θ1）／Ｉ（θ1）とＩｂ（θ2）／Ｉ（θ2）を比較することでＵＶＢや紅斑紫外線に対するα＝（Ｉｂ0／Ｉ0）とβ＝ｋ（λｂ）を求めることができ、この結果、測定値Ｉ（α1）に対して、その時の太陽高度α1（＝θ0）が分かればＵＶＢや紅斑紫外線強度は
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）αｅｘｐ（−βｘ（α1））・・・式（１３）
で表される。
【００５１】
このため、基準太陽高度γ（＝θ）の値で規格化すると、
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）（Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ））ｅｘｐ（−β（ｘ（α1）−ｘ（γ）））・・・式（１４）
で表せる。
【００５２】
したがって、太陽高度補正係数Ｐ（α1）は、
Ｐ（α1）＝ｅｘｐ（−β（ｘ（α1）−ｘ（γ）））・・・式（１５）
で表され、これを変換して、
Ｉｂ（α1）＝Ｉ（α1）（Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ））Ｐ（α1）・・・式（１６）
となる。
【００５３】
このため、太陽高度α1でのＵＶＢの紫外線強度、又は紅斑紫外線強度は次式により求められる。
ＵＶＢ強度（太陽高度α1）＝実測値（太陽高度α1）×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式（１７）
紅斑紫外線強度（太陽高度α1）＝実測値（太陽高度α1）×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式（１８）
【００５４】
このように、実測値ＵＶ０（α1）に、基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比（ＵＶ１（α1）／ＵＶ２（α1））を乗じ、さらに太陽高度補正係数Ｐ（α1）を乗じることによって求めることができる。
【００５５】
この時、基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比には、特定の紫外線波長領域（例えばＵＶＢ）、或いは特定の作用曲線（例えば紅斑曲線）から求められる紅斑紫外線領域が適用される。この時基準太陽高度γ（＝θ）の時の基準強度比と太陽高度補正係数は各々に対して求められたものを用いる。
【００５６】
また、ＵＶ指数は紅斑紫外線量の１／１０の数値で表す。紅斑紫外線量は図１に示す紅斑曲線に対する１時間当たりの紫外線量で一般的に、
紅斑紫外線量＝紅斑曲線×太陽紫外線分光照度×３６００秒・・・式（１９）
で表される。
【００５７】
即ち、紅斑紫外線量／１０＝ＵＶ指数・・・式（２０）
であり、
Ｉｂ（γ）／Ｉ（γ）＝ＵＶ指数×１０／紅斑紫外線量／３６００ｓ・・・式（２１）
であるから
ＵＶ指数＝実測値ＵＶ０（μＷ／ｃｍ2）×ＵＶ指数／紅斑紫外線量×太陽高度補正係数・・・式（２２）
で求められる。
【００５８】
このため、測定者の生活地域（緯度情報、経度情報）と日時情報により、太陽紫外線実測値（紫外線全量）から基準強度比と太陽高度補正係数を用いることによって紅斑紫外線量が求められ、ＵＶ指数も求めることができる。
【００５９】
また、太陽高度補正係数Ｐ（α1）をオゾン濃度情報に基づき求めることもできる。即ち、太陽高度補正係数Ｐ（α1）をオゾン濃度の変動に従って補正することもできる。この補正には吸収係数を補正することでよい。
【００６０】
例えば、基準強度比のオゾン濃度Ｏｚ１に対してオゾン濃度Ｏｚ２の場合には補正として透過量が透過係数×濃度で決定されるため、透過量は−ｅｘｐ（−基準透過係数×Ｏｚ２／Ｏｚ１×透過距離）で補正することができる。オゾン濃度は人工衛星からの測定値として毎日のデータがＮＡＳＡから提供されており（ＴＯＭＳ：Ｔｏｔａｌ Ｏｚｏｎｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ），そのデータを用いることができる。また毎日の測定値でも良いし、季節変動を加味した数ヶ月あるいは半年の平均的な値を用いても良い。
【００６１】
以下、得られた紫外線強度から、任意の時間の太陽高度情報により補正し、任意の時間での紫外線情報の予測についてさらに詳しく説明する。ここで、得られた紫外線強度は、上記補正により求められた特定の紫外線強度でもよいし、他の方法により求められた紫外線強度であってもよい。
【００６２】
まず、太陽高度（仰角）と紫外線強度は晴天時で大気がクリアな状態であれば、ほぼ一定の直線関係に近い関係が成り立っている（例えば Ｓ． Ｙａｇｉ， ＰｈｏｔｏＭｅｄ． Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ． Ｖｏｌ ２５ ｐ５５ （２００３））。この関係を用いると晴天時では、季節をとわず太陽高度したがって、緯度経度と日時から予測ができる。この関係は晴天時なので実測値からお天気係数（実測値／実測値の高度での予測値）を求め、その日の任意の時間の予測にこのお天気係数を掛けることで同じ天候を仮定すれぱ予測値が求められる。
【００６３】
なお、得られた任意の時間の紫外線強度（紅斑紫外線強度）から、上述のように、任意の時間での紅斑紫外線量を求め、ＵＶ指数も求めることもできる。
【００６４】
以下、実測値から紅斑紫外線強度を得て、この紅斑紫外線強度を基に紅斑紫外線量Ｅを求め、ＵＶ指数を求める一例を具体的に示す。
【００６５】
ここで、多結晶窒化ガリウム半導体による紫外線測素子（富士ゼロックス製ＵＶケアメイトに備えられた紫外線測素子）を利用した紫外線測定装置を使用して太陽紫外線を測定して実測値ＵＶ０を求めている。この紫外線測定装置は実測値が標準光源の２９０から４００ｎｍの紫外線全量に一致するように調整されている。この測定装置の感度領域は２８０ｎｍから４１０ｎｍであるが、たとえば３３０ｎｍから４００ｎｍの波長区間で感度のあるものであっても測定した結果は２９０ｎｍから４００ｎｍの波長範囲の紫外線強度に等しくなる。
【００６６】
測定した実測値からＵＶＢを求めるには、まずＵＶＢ紫外線量を求める。
前記電総研田無市水平データから太陽高度（仰角）７７°での分光測定値を基準太陽紫外線とする。
【００６７】
夏至付近（７７°１９７９ ６．２３）では、２９０から３２０ｎｍの範囲のＵＶＢ
Ｉｂ（７７）／Ｉ（７７）＝０．０１３２＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））・・・式（２３）
と表される。
【００６８】
このようにして全紫外線量に対して、太陽高度７７°での基準ＵＶＢ紫外線比（基準強度比）は０．０１３２である。
【００６９】
また、測定した実測値からＵＶ指数を求めるには、、紅斑紫外線量Ｅに対して、太陽高度情報による補正を行う。ここで、紅斑紫外線強度量／全ＵＶの基準強度比の太陽高度補正係数は、太陽高度に対する大気透過係数と距離から求める。
【００７０】
電総研田無市水平データを使用した。ＵＶは２９０〜４００ｎｍ全体の照度を用いる。
【００７１】
夏至付近（７７°１９７９ ６．２３）では、
Ｉｂ（７７）／Ｉ（７７）＝０．００５０＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））・・・式（２４）
と表される。このようにして全紫外線量に対して、太陽高度７７°の基準紅斑紫外線比（基準強度比）は０．００５である。
【００７２】
冬至付近（３１°１９７９ １２．２２）では、
Ｉｂ（３１）／Ｉ（３１）＝０．００２３＝（Ｉｂ0／Ｉ0）ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（３１））・・・式（２４−１）
と表される。
【００７３】
これらから、紅斑紫外線領域のオゾン層での平均吸収係数ｋ（λｂ）は、
−ｋ（λｂ）＝ｌｎ（０．００５０／０．００２３）／（ｘ（７７）−ｘ（３１））＝−０．０４３４／ｋｍ・・・式（２５）
と求められる。
【００７４】
さらに、Ｉｂ0／Ｉ0は、
Ｉｂ0／Ｉ0＝０．００５０／ｅｘｐ（−ｋ（λｂ）ｘ（７７））
＝０．０１２２・・・式（２６）
と求められる。
【００７５】
この結果、任意の太陽高度θ0での紅斑紫外線とＵＶの比Ｃは、透過距離ｘ（θ0）の関数として
Ｃ＝Ｉｂ（θ0）／Ｉ（θ0）＝（０．０１２２）ｅｘｐ（−０．０４３４×ｘ（θ0））・・・式（２７）
で表される。
ＵＶＢに対しても同様な方法で求めることができる。
【００７６】
つぎに太陽高度による透過距離を計算して、紅斑紫外線とＵＶ比の太陽高度依存性を求める。
オゾン層透過距離ｘ（θ0）は、太陽高度θ0（仰角）に対して、地球の半径ｒ0を６４００ｋｍ、オゾン層の上限の高さｒ2を４０ｋｍ、オゾン層の下限の高さｒ1を２０ｋｍとし、前述の基準太陽分光放射スペクトル（南中高度７７°田無市データ）の積分紫外線強度から求めた紫外線全量と紅斑紫外線量の比を基準とすると、例えば、太陽高度３０°では透過距離が４０ｋｍであるため太陽高度補正係数Ｃは０．４４であり、太陽高度５０°では透過距離が２６ｋｍであるため太陽高度補正係数Ｃは０．７８となる。
【００７７】
このため、例えば、同じ観測日で太陽高度が３０°の時間であれば、
紅斑紫外線強度（３０°）＝実測値ＵＶ０（３０°）×０．００５×０．３６・・・式（２７−１）
と求まる。
【００７８】
したがって、
紅斑紫外線量（ｍＪ／ｃｍ2）＝実測値ＵＶ０（３０°）（μＷ／ｃｍ2）×１／１０００×０．００５×３６００ｓ×０．３６・・・式（２８）
で求められる。
【００７９】
ＵＶ指数は紅斑紫外線量の１／１０なので、実測値ＵＶ０（α1）が例えば５０００μＷ／ｃｍ2の時の７８°（＝α1）ではＵＶ指数は９，３０°ではＵＶ指数は４となる。このように場所と日時がわかればＵＶ測定値から紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めることができる。
【００８０】
この関係は天候に左右されず、ほぼ±２０％以内の誤差で成り立つ。また、本方法を用いることにより、紫外線全量の実測値からＵＶＢとＵＶＡを分離することができる。ＵＶＢに関しては前述した紅斑紫外線と同じく、基準ＵＶ紫外線量と基準太陽紫外線全量との比をもとに同様にして大気透過係数を求め、同様にして太陽高度補正を行うことによってＵＶＢを求めることができる。即ち、ＵＶＡ＝ＵＶ実測値−ＵＶＢである。
【００８１】
次に、得られた紅斑紫外線強度から、任意の時間の太陽高度情報による補正により、任意の時間での紅斑紫外線強度を求める一例を具体的に示す。
例えば、晴天の夏の太陽高度が３０°の時の紫外線強度の測定値が２５００μＷ／ｃｍ2であるとき、太陽高度補正をして前述のごとく求めた紅斑紫外線強度は５μＷ／ｃｍ2である。お天気係数は例えば２５００／３０００（３０°の予測値）であり、数時間後の太陽高度６０°の時の予測値６０００μＷ／ｃｍ2からもとめた紅斑紫外線強度２４μＷ／ｃｍ2に対してお天気係数（２５００／３０００）を掛けたものがその日の予測された紅斑紫外線強度（２０μＷ／ｃｍ2）であり、同様に別の時間の予測値を求めることができる。また、お天気係数は天気予報からおおよその値を求めることもできる。
【００８２】
また、求めた任意の時間での紅斑紫外線強度に基づき、指定された時間内で積算して、積算紅斑紫外線強度も求めることができる。
【００８３】
このように求めた紅斑紫外線量や、積算紅斑紫外線強度を基にして、必要な紫外線防御時間を得るための紫外線防御剤（サンスクリーン化粧品）の種類を提案することもできる。これは、肌の日焼けに対する最小紅斑紫外線量（ＭＥＤ）を基にして、肌が赤くなる時間を求めることや、必要な日焼け防御時間を得るための紫外線防御剤のＳＰＦ値（紫外線防御指数）又はＰＡ値（ＵＶ−Ａ防御指数）を求めることができる。これにより、例えば、１日の行動計画において、得られた紫外線情報を基にして、予め外出する前に必要な紫外線防御剤知ることが可能となり、効果的な紫外線防御が行える。
【００８４】
ここで、紅斑紫外線量や、積算紅斑紫外線強度から、ＳＰＦ値、ＰＡ値は次のようにして求められる。
ＳＰＦ値は紅斑紫外線防御の程度を示すものであるので例えば行動予定時間内の積分紅斑紫外線積分強度が求められればその日の戸外での活動時間を４時間とするとその時の最小紅斑量(ＭＥＤ：肌が赤くなる紫外線量)になるようにするためのサンスクリーン剤を指定することができる。例えば紅斑紫外線量が４時間で４００ｍＪ／ｃｍ2（ＵＶ指数が１０で４時間）の時は最小紅斑量が１０ｍＪ／ｃｍ２の人（常に赤くなる肌タイプ）に対しては１／４０の防御が必要であるからＳＰＦ４０を指定することができる。
【００８５】
またＰＡ値に対しては、同様に指定時間内のＵＶＡ紫外線強度に対して三段階でその防御に必要な値を指定する。たとえばＰＡ＋、ＰＡ＋＋、ＰＡ＋＋＋は最大レベルを１０としてその時のＵＶＡ強度を７５００μＷ／ｃｍ2とするとＰＡ＋は２−３で１０００から２５００μＷ／ｃｍ２、ＰＡ＋＋は４−７で２５００から５５００μＷ／ｃｍ2、ＰＡ＋＋＋は５５００μＷ／ｃｍ2以上と関係がつけられる。このＵＶＡの予測値は上記の紅斑紫外線量と同様に基準ＵＶＢ／全紫外線強度比と太陽高度補正係数を用いて求められたＵＶＢ強度を全紫外線強度から減算することで求められる。簡易的には全紫外線量で代用しても良い。例えば、観測された４０００μＷ／ｃｍ2のＵＶＡに対してはＰＡ＋＋のサンスクリーンを使用することを提案する。
【００８６】
以下、本発明の実施形態に係る紫外線測定装置ついて、図面を参照してさらに詳細に説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００８７】
図２は、本発明の実施形態に係る紫外線測定装置の構成を示す概略構成図である。
【００８８】
本実施形態の紫外線測定装置１０は、各種情報を表示するための液晶ディスプレイ１６（表示手段）と、紫外線の物理量として紫外線情報を検知する紫外線受光素子１８と、当該紫外線測定装置１０のユーザからの各種情報を入力するための操作パネル２０（操作手段：例えば、電源スイッチ、モード切換スイッチ、設定スイッチなど）と、当該紫外線測定装置１０によって測定された紫外線強度を示す紫外線情報の出力及び図示しない情報端末装置からの各種情報の入力を可能とするデータ入出力端子２２と、を含んで構成されている。
【００８９】
紫外線受光素子１８としては、可視域に感度があるＧａＰやＳｉなどのフォトダイオードなどをフィルターで可視部をカットした紫外線受光素子を用いることができるし、酸化チタンや酸化亜鉛などの酸化物半導体で構成される紫外線受光素子を用いることもできる。紫外線受光素子１８としては、光応答が速く、吸収域を組成によって調整でき、表示部に余分なスペースを必要としない小型で薄型などの点や色などのデザイン性に優れた窒化物系化合物半導体で構成された紫外線受光素子が特に望ましい。
【００９０】
ただし、本実施形態では、太陽紫外線では散乱の寄与が大きいため、紫外線受光素子１８は入射角特性が余弦則に合ったものが望ましい。これは、散乱係数はレーリーの法則で表されるために、散乱係数＝定数／（波長）4で表され、快晴時に３４０ｎｍと３００ｎｍでは後者で１．７倍となり、５００ｎｍと比べると紫外線は５倍から８倍の散乱係数を持ち散乱の影響が大きくなるからである。また表示される数字は、太陽分光放射スペクトルの積分紫外線量の値に校正されたものを用いる。
【００９１】
液晶ディスプレイ１６には、セイコーエプソン株式会社の表示モジュールであるＳＥＫ１０５４Ｂを適用している。この表示モジュールは、ドットマトリクス型の液晶表示モジュールであり、９６ドット×３２ドットの表示面に任意の情報を表示することができ、文字やグラフ等の表示が可能であり、例えば、測定後その場で簡単なグラフを表示することができ、図示しない外部入出力装置にデータを出力することなく直感的に照度分布等を確認することができる。表示手段には、これに限らず、他の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等のあらゆるディスプレイを適用することができる。
【００９２】
一方、紫外線測定装置１０には、内部回路３２が備えられている。内部回路３２は、紫外線測定装置１０全体の動作を司るＣＰＵ３４（中央演算処理装置：補正手段）、各種情報を記憶するためのメモリ３８（記憶手段）、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換して出力するアナログ／デジタル変換器４０（以下、「Ａ／Ｄ変換器」という）、入力されたアナログ信号を増幅する増幅回路４２、内部回路３２の各部に駆動用電力を供給する充電式電池４４、及び充電式電池４４を充電するときその電圧などを制御するための電源制御回路４６を含んで構成されている。なお、同図では錯綜を回避するために、充電式電池４４から各部への電力供給路を示す接続線は図示を省略している。
【００９３】
内部回路３２には、太陽高度取得手段として、位置情報を取得するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信器２４と、日付及び時刻を計時するカレンダ／時計３６と、を含んで構成されている。
【００９４】
ＣＰＵ３４には、ＧＰＳ受信器２４が接続されている。ＧＰＳ受信器２４は、地球上を周回する複数の衛星（一般に４つの衛星）からの電波を受信する不図示のアンテナが内蔵されると共に当該アンテナによって受信し、電波が到達するまでの時間を求め、それから各衛星までの距離を演算することで位置情報（本実施形態では、緯度、経度の１次元の情報）を取得するものである。このため、ＣＰＵ３４は位置情報を随時知ることができる。
【００９５】
ＣＰＵ３４には日付及び時刻を計時するカレンダ／時計３６が接続されている。ＣＰＵ３４はカレンダ／時計３６によって計時されている日時情報（月、日、時間）を随時知ることができる。なお、カレンダ／時計３６をＣＰＵ３４に内蔵しておき、ソフトウェアで同様の動作を実現してもよい。
【００９６】
また、ＣＰＵ３４にはメモリ３８が接続されており、ＣＰＵ３４はメモリ３８に対する各種情報の書込み及び読出しを行うことができる。更に、ＣＰＵ３４には液晶ディスプレイ１６が接続されており、ＣＰＵ３４は液晶ディスプレイ１６に対して各種情報を表示することができる。また、ＣＰＵ３４には操作パネル２０の各スイッチが接続されており、ＣＰＵ３４は各スイッチのユーザによる押下状態を随時検知することができる。
【００９７】
一方、紫外線受光素子１８のセンサ出力端子は増幅回路４２を介してＡ／Ｄ変換器４０の入力端に接続され、Ａ／Ｄ変換器４０の出力端はＣＰＵ３４に接続されている。
【００９８】
また、ＣＰＵ３４にはデータ入出力端子２２が接続されており、ＣＰＵ３４はデータ入出力端子２２を介して各種情報の入出力を行うことができる。なお、データ入出力端子２２はＣＰＵ３４への接続以外に、メモリ３８にも直接接続されており、紫外線測定装置１０はデータ入出力端子２２を介して、外部からメモリ３８に直接各種情報を書込むことができると共に、メモリ３８から外部へ直接各種情報を読み出すことができるように構成されている。また、データ入出力端子２２は、充電式電池４４にも電源制御回路４６を介して接続されており、紫外線測定装置１０は電源制御回路４６で電圧などを制御し、データ入出力端子２２を介して充電式電池４４への充電も行なわれる。
【００９９】
紫外線測定装置１０では、ＣＰＵ３４が常時安定して駆動する必要があり、本実施形態のように充電式電池４４によって駆動させるためには、ＣＰＵ３４として低消費電力でかつ十分な処理能力が得られるものを適用する必要がある。そこで、この必要性に対応すべく、本実施形態では、ＣＰＵ３４として日立セミコンダクター社製の「Ｈ８／３８２７Ｒ」を適用している。この「Ｈ８／３８２７Ｒ」は、演算用のプログラム、一次記憶用の揮発性メモリーの他、アナログ／ディジタル変換回路（図中、Ａ／Ｄ変換器４０に相当）が内蔵されており、これによって部品点数を削減することができ、装置の低コスト化及び小型化の双方を図ることができる。
【０１００】
また、メモリ３８には、例えば、米国ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の記憶素子である２４ＬＣ２５６を適用することができる。この記憶素子は、小型であるにもかかわらず大容量であるので、紫外線測定装置１０を小型化することができる。
【０１０１】
ここで、紫外線測定装置１０におけるメモリ３８の記憶内容について説明する。
【０１０２】
メモリ３８には、測定データ（紫外線強度）に関する各種情報を記憶するための部分であるヘッダ部と、実際の測定データを記憶するための部分である測定データ部と、演算用のプログラムを記憶するための部分であるプログラムデータ部と、各種設定値を記憶するための部分である設定値部と、が設けられている。これらプログラムデータ部及び設定値部には、実測値を補正するための上記数式（例えば、式（１７）、式（１８）、式（２０）、式（２２）等）に基づく各種演算用プログラム（例えば特定の紫外線波長領域の紫外線強度（例えば紅斑紫外線強度）、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるためのプログラム）、及び各種設定値（例えば、太陽高度情報、太陽高度補正係数、基準太陽紫外線強度、ＵＶ指数、各地域のオゾン濃度情報、ＰＦＡ値やＰＡ値に応じた紫外線防御剤種など）が記憶されている。
【０１０３】
なお、本実施形態では、測定データの外部への漏洩を防止するために測定データに対して所定の暗号化方式にて暗号化を施した後に測定データ部に記憶している。上記ヘッダ部には、このときの暗号化方式を示す情報等が記憶される。なお、暗号化方式は、特に限定されることはなく、種々の技術を適宜選択することができる。
【０１０４】
次に、図３及び図４を参照して、紫外線測定装置１０による紫外線測定処理の作用を説明する。なお、図３は、ＣＰＵ３４で実行される紫外線測定処理の流れを示すフローチャートである。即ち、補正手段、演算手段、決定手段はこのＣＰＵ３４に相当する。
【０１０５】
なお、ここでは、実測値から紅斑紫外線強度を求め、これから紅斑紫外線量及びＵＶ指数を求めるときの紫外線測定処理を説明するが、特定の波長領域の紫外線強度としては、紅斑紫外線強度に限られず、例えば、ＵＶＢ領域の紫外線強度でよい。
【０１０６】
図３のステップ１００では、紫外線受光素子１８により紫外線測定を行ない、紫外線量の実測値（ＵＶ測定値）を取得し、取得した情報（実測値）をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ１０２に移行する。
【０１０７】
ステップ１０２では、ＧＰＳ受信器２４から位置情報（緯度情報）取得し、カレンダ／時計３６から日時情報（月、日、時間）を取得し、さらにメモリ３８からステップ１００で取得した情報（実測値ＵＶ０）、紅斑紫外線強度を求めるための各種設定値を読み出し、実測値を基準強度比及びこの太陽高度補正係数で補正し、紅斑紫外線強度を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ１０４に移行する。
【０１０８】
ステップ１０４では、メモリ３８からステップ１０２で取得した情報（紅斑紫外線強度）、これから紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるための各種設定値を読み出し、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、処理を終了する。
【０１０９】
また、図４に示すステップ２００では、上記ステップ１０２で求めた紅斑紫外線強度をメモリ３８から読み出す。そして、ステップ２０２に移行する。
【０１１０】
ステップ２０２では、メモリ３８に予め記憶させておいた任意の時間での紅斑紫外線強度を求めるための各種設定値（任意の時間での太陽高度情報）を読み出し、取得した紅斑紫外線強度を、任意の時間での太陽高度情報により補正し、紅斑紫外線強度を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、ステップ２０４に移行する。
【０１１１】
ステップ２０４では、メモリ３８からステップ２０２で取得した情報（任意の時間での紅斑紫外線強度）、これから紅斑紫外線量やＵＶ指数を求めるための各種設定値を読み出し、紅斑紫外線量やＵＶ指数を求め、取得した情報をメモリ３８の測定データ部の未記憶領域に記憶する。そして、処理を終了する。
【０１１２】
また、図示しないが、紅斑紫外線量や積算紅斑紫外線強度を基に、ＰＦＡ値やＰＡ値を求め、メモリ３８に予め記憶された紫外線防御剤のＰＦＡ値やＰＡ値と対比させ、必要な紫外線防御剤を求めることもできる。
【０１１３】
ここで、メモリ３６に記憶された情報や、取得した情報は、液晶パネルディスプレイ１６に表示される。
【０１１４】
なお、以上説明した紫外線測定装置１０の紫外線測定処理は、上記本発明の紫外線測定方法に従って行われる。
【０１１５】
本実施形態の紫外線測定装置１０は、携帯機器（例えば、時計、携帯電話、携帯電子メール器、携帯ナビケーター、携帯コンピュータ）と一体的に設けた形態とすることもできる。
【０１１６】
この場合、紫外線受光素子１８に対しては、電極間に流れる光起電流として取り出すこともできるし、電圧を印加することによって光電流を取出すこともできるが、携帯機器の電力を消費しない観点から、紫外線受光素子１８は光起電流型が好ましい。
【０１１７】
また、本実施形態の紫外線測定装置１０では、紫外線受光素子１８を携帯機器の表示素子の上に設けられている窓材の裏側に貼りつけるように設置してもよいし、窓材と表示素子面の間に設けてもよい。また、紫外線受光素子１８を表示素子面に貼りつけてもよく、また、独自の入射窓を用意した場所に設置してもよい。
【０１１８】
本実施形態の紫外線測定装置１０では、ＧＰＳ受信器２４により位置情報を取得していたが、これに限定されず、予め、任意の位置情報をメモリ３８に記憶させておき、ユーザの指定により所望の位置情報を読み出す形態としてもよいし、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用して位置情報を取得する形態でもよい。
【０１１９】
なお、上記実施形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１２０】
１０ 紫外線測定装置
１６ 液晶ディスプレイ
１８ 紫外線受光素子
２０ 操作パネル
２２ データ入出力端子
２４ＧＰＳ受信器（太陽高度情報取得手段）
３２ 内部回路
３６ カレンダー／時計（太陽高度情報取得手段）
３８ メモリ（記憶手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴とする紫外線測定方法。
【請求項２】
指定された時間内で積算紫外線強度を演算することを特徴とする請求項１に記載の紫外線測定方法。
【請求項３】
予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線測定方法。
【請求項４】
特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴とする紫外線測定装置。
【請求項５】
指定された時間内で積算紫外線強度を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項４に記載の紫外線測定装置
【請求項６】
予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定する決定手段を有することを特徴とする請求項４に記載の紫外線測定装置。
【請求項１】
特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴とする紫外線測定方法。
【請求項２】
指定された時間内で積算紫外線強度を演算することを特徴とする請求項１に記載の紫外線測定方法。
【請求項３】
予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線測定方法。
【請求項４】
特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴とする紫外線測定装置。
【請求項５】
指定された時間内で積算紫外線強度を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項４に記載の紫外線測定装置
【請求項６】
予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定する決定手段を有することを特徴とする請求項４に記載の紫外線測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７５５５９（Ｐ２０１０−１７５５５９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６９０７（Ｐ２０１０−８６９０７）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【分割の表示】特願２００４−１２８７０２（Ｐ２００４−１２８７０２）の分割
【原出願日】平成１６年４月２３日（２００４．４．２３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【分割の表示】特願２００４−１２８７０２（Ｐ２００４−１２８７０２）の分割
【原出願日】平成１６年４月２３日（２００４．４．２３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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