DE4329666C1 - Radiation meter for protection from high UV radiation loading - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Gerät, mit dem die Belastung eines Körpers durch ultraviolette Strahlung, die von der Sonne oder künstlichen Lichtquellen aus geht, überwacht wird und das ein Warnsignal bei Überschreiten eines benutzerindi viduellen Grenzwerts abgibt.The present invention relates to a device by which the stress on a body through ultraviolet radiation from the sun or artificial light sources goes, is monitored and that a warning signal when exceeding a user ind vidual limit value.
Mit dem Auftreten des Ozonlochs wird es zunehmend wichtiger, Schutzmaßnahmen vor Schäden, die durch hohe UV-Strahlungsbelastung (zum Beispiel Sonnenbrand, Hautkrebs, Schäden an den Augen . . . ) entstehen, zu treffen. Mögliche Schutzmaß nahmen sind beispielsweise die Verwendung von Sonnenschutzmitteln und die Ein schränkung der Expositionszeit, die zum Beispiel mit Hilfe von Tabellen, die in Ab hängigkeit vom Hauttyp eine Zeitdauer für die maximale empfohlene tägliche Son nenbestrahlung angeben, ermittelt werden kann. Derartige Tabellen können jedoch nur einen groben Richtwert geben, da die Abhängigkeit der Intensität der Sonnen bestrahlung von der Tageszeit, den Wetterbedingungen (Bewölkung, Dunst . . .) und den Umgebungsbedingungen (Wasser, Hochgebirge, Schnee . . . ) nur unzureichend berücksichtigt werden können.With the emergence of the ozone hole, protective measures become increasingly important from damage caused by high UV radiation (e.g. sunburn, Skin cancer, eye damage. . . ) arise to meet. Possible degree of protection Examples include the use of sunscreens and income limitation of the exposure time, for example with the help of tables in Ab skin type dependence a time period for the maximum recommended daily sun specify irradiation, can be determined. Such tables can, however only give a rough guideline since the dependence of the intensity of the sun Irradiation from the time of day, weather conditions (cloudiness, haze ...) and the environmental conditions (water, high mountains, snow ...) are insufficient can be taken into account.
Um die tatsächliche Intensität der Strahlung zu berücksichtigen, kann die Verfärbung photochromer Materialien zur Ermittlung der Strahlungsbelastung herangezogen werden ("Reusable Radiation Monitor" US-Patent 4 130 760). Eine andere, wesentlich genauere Möglichkeit der Überwachung der Belastung durch ultraviolette Strahlung können elektronische Geräte leisten, die mit Hilfe eines speziellen Sensors die tatsächliche Intensität der ultravioletten Strahlung messen. Ein Sensor für ein derartiges Gerät ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.To take into account the actual intensity of the radiation, the discoloration Photochromic materials used to determine the radiation exposure ("Reusable Radiation Monitor" U.S. Patent 4,130,760). Another, much more accurate way of monitoring exposure Due to ultraviolet radiation, electronic devices can achieve that with the help of a special sensor measure the actual intensity of the ultraviolet radiation. A sensor for such a device is the subject of the present invention.
Schon vor über 20 Jahren wurden elektronische Strahlungsmeßgeräte, die vor hoher Sonnenbestrahlung schützen sollen, beschrieben. Im US-Patent 3 710 115 (1973) beschreibt Jubb ein Sonnenbrand-Warngerät ("Sunburn Warning Device Comprising Detecting the Ultraviolet Component of Solar Radiation"), bei dem die momentane Strahlungsdosis mit Hilfe eines analogen Meß geräts angezeigt werden kann und das bei Überschreiten einer bestimmten Strah lungsdosis ein akustisches Warnsignal abgeben kann. Im US-Patent 3 917 948 (1975) beschreibt Strutz ein Dosis-Meßgerät ("Device for Measuring the Dose of Ultraviolet Radiation in the Erythem-Effective Range"), das einen Oszillator enthält, bei dem ein Photowiderstand das frequenzbestimmende Glied darstellt. Ein nachgeschalteter elektronischer Zähler zählt die Impulse dieses Oszillators und löst bei Erreichen einer bestimmten, voreingestellten Gesamtzahl an Impulsen einen Alarm aus. Tulenko beschreibt im US-Patent 4229 733 (1980) ein Strahlungsmeßgerät ("Exposure Detecting Device"), bei dem ein Dosissignal ermittelt wird, das während der Bestrahlung erwartungsgemäß ansteigt, bei fehlender Bestrahlung aber wieder abfällt. Hierdurch soll die Regeneration der Haut berücksichtigt werden. Die Regenerationsfähigkeit der Haut kann auch das in der PCT-Schrift W086103319 beschriebene UV-Strahlungsüberwachungsgerät ("Ultraviolet Radiation Moni toring Device") berücksichtigen. Electronic radiation measuring devices, which were more expensive, were already more than 20 years ago Protect the sun's radiation. In U.S. Patent 3,710,115 (1973), Jubb describes a sunburn warning device ("Sunburn Warning Device Comprising Detecting the Ultraviolet Component of Solar Radiation "), in which the instantaneous radiation dose is measured using an analog measurement device can be displayed and that when a certain beam is exceeded dose can emit an acoustic warning signal. In U.S. Patent 3,917,948 (1975) Strutz describes a dose meter ("Device for Measuring the Dose of Ultraviolet Radiation in the Erythema Effective Range "), the contains an oscillator in which a photoresistor determines the frequency Member represents. A downstream electronic counter counts the impulses Oscillator and triggers when a certain preset total number is reached Trigger an alarm. Tulenko describes a radiation meter in U.S. Patent 4,229,733 (1980) ("Exposure Detecting Device"), in which a dose signal is determined, which during the radiation increases as expected, but again when there is no radiation falls off. This should take into account the regeneration of the skin. The regenerative ability of the skin can also do that in the PCT script W086103319 described UV radiation monitoring device ("Ultraviolet Radiation Moni toring device ").
Im US-Patent 4428 050 (1984) ist von Pellegrino ein Gerät beschrieben, das insbe sondere beim Solariumbesuch die Strahlungsbelastung und die Bräunung überwa chen soll ("Tanning Aid"): Ein Computer (Mikroprozessor) ermöglicht es bei diesem Gerät unter anderem, Hauttyp, Lichtschutzfaktor einer Sonnencreme, anfängliche Hautbräunung sowie die Bestrahlungsseite (Bauch/Rücken) zu berücksichtigen. Weiterhin wird in dieser Erfindung beschrieben, daß die Strahlung für UV-A, UV-B und UV-C mit Hilfe mehrerer Lichtdetektoren und entsprechender vorgeschalteter Filter getrennt überwacht werden kann. Im US-Patent 4 535244 beschreibt Burnham ein tragbares Dosimeter mit Sensor, Mikroprozessor und Anzeige. Durch eine Tastatur können Parameter wie zum Bei spiel Lichtschutzfaktor der Sonnencreme eingegeben werden. Burnham entwickelte das Dosimeter weiter und meldete ein weiteres US-Patent (4608492: "Ultraviolet Monitor Suntan Alarm with Self Test Routines") an, bei dem der Mikroprozessor laufend die Funktion des Geräts überprüft und unter anderem vor Abschattung des Sensors warnt. Ein ähnliches Dosimeter, das in der Bedienung bezüglich der Eingabe des Licht schutzfaktors weiterentwickelt wurde, ist im US-Patent 4 962 910 (1990) von Shimizu beschrieben. Im US-Patent 5 008548 (1991) beschreibt Gat ein tragbares Strahlungsmeßgerät ("Personal UV Radiometer"), mit dem gleichzeitig Dosis und Dosisleistung der Strahlung gemessen werden können. Darüber hinaus wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, für genaue Messungen das Strahlungsmeßgerät in Richtung maxima ler Strahlungsintensität auszurichten. Löbach beschreibt in DE 36 30 988 A1 (1986) zahlreiche Detailverbesserungen (insbesondere hinsichtlich der händischen Bedienung) für eine "Einrichtung zur Ermittlung einer Bestrahlungsmenge während eines Bräu nungsvorganges", wobei diese Einrichtung mit einem Filter und in einer vorgeschla genen Ausführungsform mit einer "UV-Sensitiven-Silizium-Diode" ausgestattet ist. In DE 42 06 172 A1 "Hochempfindliche Fotodiode zur Feststel lung von UV-Strahlung" (1992) wird ein spezieller Aufbau einer Siliziumkarbid-Pho todiode zur hochempfindlichen Messung von UV-Strahlung beschrieben. Die Erfindung gemäß DE 39 22 153 A1 "Optischer Sensor" (1989) beruht ganz wesentlich auf der Tatsache, daß in Linsenmitte senkrecht einfallende Strahlen nicht auf den Sensor gelenkt, sondern zerstreut werden (siehe hierzu Fig. 3d dieser Pa tentschrift). Um diese negative Brennweite in Linsenmitte zu erreichen, wird ein el lipsoidförmiger Hohlraum benötigt, der als wesentliches Merkmal dieser Erfindung im Hauptanspruch genannt wird, das heißt, die Aufgabenlösung dieser Schrift wird re alisiert durch die Kombination eines Linsenkörpers mit ellipsoidförmiger Außenseite und einem ellipsoidförmigen Hohlraum. Als nachteilig erweist sich hierbei unter anderem der Umstand, daß die Herstellung dieses Linsenkörpers sehr aufwendig ist, da in den Linsenkörper ein Hohlraum eingebracht sein muß und die optisch relevan ten Grenzflächen ellipsoidförmig gefertigt werden müssen. Insbesondere bei gerin gen Linsengrößen von wenigen Millimetern und darunter (beispielhafte Größe 1 mm) ist dieser Linsenkörper nur mit erheblichem technischen und kostenmäßigen Auf wand zu realisieren. Pellegrino describes a device in US Pat. No. 4,428,050 (1984) which is intended to monitor radiation exposure and tanning, in particular when visiting a solarium ("tanning aid"): a computer (microprocessor) makes it possible, among other things, for this device to have skin type , Sun protection factor of a sunscreen, initial skin tanning and the radiation side (abdomen / back) must be taken into account. Furthermore, it is described in this invention that the radiation for UV-A, UV-B and UV-C can be monitored separately with the aid of several light detectors and corresponding upstream filters. In US Patent 4,535,244, Burnham describes a portable dosimeter with a sensor, microprocessor and display. Using a keyboard, parameters such as the sun protection factor of the sunscreen can be entered. Burnham further developed the dosimeter and filed another US patent (4608492: "Ultraviolet Monitor Suntan Alarm with Self Test Routines"), in which the microprocessor continuously checks the function of the device and, among other things, warns of shadowing of the sensor. A similar dosimeter that has been further developed in terms of operating the input of the light protection factor is described in Shimizu US Pat. No. 4,962,910 (1990). In US Pat. No. 5,008548 (1991) Gat describes a portable radiation measuring device ("Personal UV Radiometer") with which the dose and dose rate of the radiation can be measured simultaneously. In addition, attention is drawn to the need to align the radiation measuring device in the direction of maximum radiation intensity for accurate measurements. Löbach describes in DE 36 30 988 A1 (1986) numerous improvements in detail (particularly with regard to manual operation) for a "device for determining an amount of radiation during a tanning process", this device with a filter and in a proposed embodiment with a "UV -Sensitive silicon diode "is equipped. DE 42 06 172 A1 "Highly sensitive photodiode for determining UV radiation" (1992) describes a special structure of a silicon carbide photodiode for highly sensitive measurement of UV radiation. The invention according to DE 39 22 153 A1 "Optical Sensor" (1989) is based essentially on the fact that perpendicularly incident rays are not directed onto the sensor in the center of the lens, but are scattered (see Fig. 3d of this Pa tentschrift). In order to achieve this negative focal length in the middle of the lens, an el lipoid-shaped cavity is required, which is mentioned as an essential feature of this invention in the main claim, that is, the solution to the problem of this document is realized by the combination of a lens body with an ellipsoid-shaped outside and an ellipsoid-shaped cavity. The fact that the manufacture of this lens body is very expensive proves to be disadvantageous, since a cavity must be introduced into the lens body and the optically relevant interfaces must be made ellipsoidal. Especially with small lens sizes of a few millimeters and below (exemplary size 1 mm), this lens body can only be realized with considerable technical and costly effort.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird darauf hingewiesen, daß der Bereich der ultravioletten Strahlung üblicherweise unterteilt wird in UV-A, UV-B und UV-C. Im UV-A Bereich (Wellenlänge 315 bis 400 nm) verursacht zu hohe Strahlungsbe lastung eine schnellere Alterung der Haut, wobei die minimale Erythem-Dosis (MED; Strahlungsdosis, ab der eine Rötung der Haut festgestellt werden kann) bei ca. 25 J/cm² liegt. Der Anteil dieser UV-A Strahlung im natürlichen Sonnenspektrum be trägt ca. 4%. Wesentlich gefährlicher ist UV-B-Strahlung (Wellenlänge 280 nm bis 315 nm), die als Verursacher von Hautkrebs und Sonnenbrand gilt. Diese Strahlung hat einen Anteil von ca. 0,4% im natürlichen Sonnenspektrum und kann schon bei sehr gerin gen Dosen Hautreizungen verursachen (MED liegt bei ca. 25 mJ/cm²). Licht im UV-C-Bereich (Wellenlängen unter 280 nm) wird in der Atmosphäre so gut wie vollständig absorbiert.For a better understanding of the invention, it should be noted that the range The ultraviolet radiation is usually divided into UV-A, UV-B and UV-C. In the UV-A range (wavelength 315 to 400 nm) causes too high radiation levels a faster skin aging, the minimum erythema dose (MED; Radiation dose from which reddening of the skin can be determined) at approx. 25 J / cm². The proportion of this UV-A radiation in the natural sun spectrum be carries about 4%. UV-B radiation (wavelength 280 nm to 315 nm) is much more dangerous is considered to be the cause of skin cancer and sunburn. This radiation has one Portion of approx. 0.4% in the natural sun spectrum and can even be very low cause skin irritation (doses around 25 mJ / cm²). Light in the UV-C range (wavelengths below 280 nm) is so good in the atmosphere how completely absorbed.
Üblicherweise werden in UV-Strahlungsmeßgeräten als Detektoren Photodioden aus Silizium (Si) eingesetzt, die Strahlung mit Wellenlängen unter 1100 nm und damit auch das gesamte sichtbare Spektrum und Teile des infraroten Spektrums detektie ren. Da das sichtbare und infrarote Licht im natürlichen Sonnenlicht ca. 95% der Strahlungsenergie enthält und dieser Strahlungsanteil nicht zum Meßergebnis bei tragen soll, wird in den meisten der oben angegebenen Schriften der Einsatz von Filtern erwähnt, mit denen nur die UV-Strahlung herausgefiltert werden kann, um ei ne günstigere spektrale Empfindlichkeit des Detektionssystems zu erzielen. Die bekanntesten optischen Filter beruhen entweder auf dem Prinzip der Absorption bestimmter Wellenlängenbereiche durch Farbstoffe oder auf dem Prinzip der Inter ferenz. Erstgenannte sind zwar leicht als UV-absorbierende ab- sehr schwer als UV- durchlässige Filter herzustellen. In EP 0 392 442 A1 wird ein UV- Strahlungsmeßgerät ("Ultraviolet Ray Measuring Apparatus") beschrieben, das die UV-Strahlungsintensität mit Hilfe zweier in Differenzmessung betriebener Detektoren ermittelt, von denen einer zusätzlich mit einem leicht herstellbaren UV-Strahlung ab sorbierenden Filter ausgestattet ist. Bei Interferenzfiltern, die nur Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlassen, hängt die Durchlaßcharakteristik vom Einfallswinkel der Strahlung ab. Dies führt im praktischen Betrieb eines UV-Strahlungsmeßgeräts zu Verfälschungen des Meßergebnisses, da weder ein senkrechtes Auftreffen des Licht noch ein Auf treffen unter einer konstanten Winkelverteilung sichergestellt werden kann.Usually, photodiodes are used as detectors in UV radiation measuring devices Silicon (Si) used, the radiation with wavelengths below 1100 nm and thus also the entire visible spectrum and parts of the infrared spectrum are detected Ren. Since the visible and infrared light in natural sunlight approx. 95% of the Contains radiation energy and this radiation component does not contribute to the measurement result in most of the above fonts the use of Filters mentioned, with which only the UV radiation can be filtered out to ei ne to achieve more favorable spectral sensitivity of the detection system. The best known optical filters are based either on the principle of absorption certain wavelength ranges through dyes or on the principle of inter reference. The former are easy to absorb as UV- very heavy as UV- to produce permeable filters. EP 0 392 442 A1 describes a UV Radiation measuring device ("Ultraviolet Ray Measuring Apparatus") described that the UV radiation intensity with the help of two detectors operated in differential measurement determined, one of which additionally with an easily producible UV radiation sorbent filter. With interference filters that only emit radiation in a certain wavelength range pass, the pass characteristic depends on the angle of incidence of the radiation. This leads to falsifications in the practical operation of a UV radiation measuring device of the measurement result, since neither a vertical impact of the light nor an can be ensured at a constant angular distribution.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, daß die dargestellten Nachteile einer herkömm lichen Photodiode mit vorgeschaltetem Filter vermieden werden und darüber hinaus ein kleiner, leichter und robuster Aufbau des gesamten Detektionssystems für die UV-Strahlung bewerkstelligt wird.The object of the invention is therefore that the disadvantages of a conventional Lich photodiode with an upstream filter can be avoided and beyond a small, light and robust construction of the entire detection system for the UV radiation is accomplished.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Das Strahlungsmeßgerät zum Schutz vor hoher UV-Strahlungsbelastung mitThe problem is solved by the features specified in claim 1. The radiation measuring device for protection against high UV radiation
- - einem Photodetektor zum Erfassen der Strahlungsintensität,a photodetector for detecting the radiation intensity,
- - einer Eingabeeinrichtung zur externen Eingabe von Parametern,an input device for external input of parameters,
- - einer Signalverarbeitung, welche eine erste Einrichtung aufweist, welche die er faßte Strahlungsintensität unter Berücksichtigung der Eingabeparameter bewer tet, und welche eine zweite Einrichtung aufweist, welche ein erstes Signal ent sprechend der Bewertung erzeugt, - A signal processing, which has a first device, which he radiation intensity considering the input parameters tet, and which has a second device which ent a first signal generated according to the evaluation,
- - einer Ausgabeeinrichtung zur optischen und/oder akustischen Anzeige des ersten Signals,- An output device for optical and / or acoustic display of the first Signal,
- - ist dadurch gekennzeichnet, daß- is characterized in that
- - der Photodetektor einen Halbleiter mit einem Bandabstand von über 2,25 eV um faßt,- The photodetector is a semiconductor with a band gap of over 2.25 eV sums up
- - im Strahlengang vor dem Photodetektor eine Linse oder ein Linsensystem (2) mit positiver Brennweite vorhanden ist,a lens or a lens system ( 2 ) with a positive focal length is present in the beam path in front of the photodetector,
- - die Linse oder das Linsensystem im Strahlengang vor dem Detektor (3) angeord net ist,- The lens or lens system is arranged in the beam path in front of the detector ( 3 ),
- - der Detektor (3) im Strahlengang vor dem Brennpunkt angeordnet ist, der sich bei im Randbereich (11) der Linse oder des Linsensystems (2) unter dem Einfalls winkel von α = 0° einfallender Strahlung ergibt,- The detector ( 3 ) is arranged in the beam path in front of the focal point which results in radiation incident in the edge region ( 11 ) of the lens or lens system ( 2 ) at the angle of incidence of α = 0 °,
- - Anordnung und/oder Empfindlichkeitsbereiche des Detektors so gewählt sind, daß bei Strahlungseinfall unter einem Einfallswinkel von α = 0° nur ein Teil der durch die Linse oder das Linsensystem einfallenden Strahlung erfaßt wird.- The arrangement and / or sensitivity ranges of the detector are selected so that in the case of radiation incidence at an angle of incidence of α = 0 ° only part of the the radiation incident on the lens or lens system is detected.
Bei der vorliegenden Erfindung entfällt der Filter mit den beschriebenen Nachteilen vollständig, darüber hinaus wird die üblicherweise verwendete Silizium-Photodiode durch einen Photodetektor aus einem geeigneten Halbleitermaterial ersetzt. Durch Verwendung eines Halbleiters mit einem Bandabstand größer als 2,25 eV werden im wesentlichen nur elektromagnetische Strahlungen mit einer Wellenlänge kleiner als 545 nm erfaßt. Bedienungskomfort und Aussagekraft der Messung werden beim erfindungsgemäßen UV-Strahlungsmeßgerät dadurch erhöht, daß ein Sensor ver wendet wird, der mit zunehmendem Einfallswinkel die Fokussierung auf den strah lungsempfindlichen Bereich des Detektors verbessert, so daß in einem großen Win kelbereich der Effekt weitgehend kompensiert werden kann, daß bei zunehmendem Winkel zwischen Linsenachse und Strahlen weniger Strahlen auf den Sensor treffen.In the present invention, the filter with the disadvantages described is eliminated completely, in addition, the commonly used silicon photodiode replaced by a photodetector made of a suitable semiconductor material. By Use of a semiconductor with a band gap greater than 2.25 eV are in essentially only electromagnetic radiation with a wavelength smaller than 545 nm detected. Ease of use and informative value of the measurement are at UV radiation measuring device according to the invention increased in that a sensor ver is used, the focus on the beam with increasing angle of incidence tion-sensitive area of the detector improved, so that in a large win kel range the effect can be largely compensated for that with increasing Angle between lens axis and rays fewer rays hit the sensor.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.
Die technisch am besten beherrschten Halbleiter mit dem geeigneten Bandabstand sind Galliumphosphid (GaP), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und Zinksulfid (ZnS) sowie daraus hervorgehende ternäre und quaternäre Verbindungen. Durch ih re relativ große Verbreitung ergibt sich eine kostengünstige Herstellung.The most technically mastered semiconductors with the appropriate bandgap are Gallium phosphide (GaP), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) and zinc sulfide (ZnS) and the resulting ternary and quaternary compounds. Through ih relatively widespread use results in an inexpensive manufacture.
Die für das UV-Strahlungsmeßgerät in besonderem Maße wichtigen Spektralberei che liegen bei 280 nm bis 400 nm. Zur Erfassung dieser Spektralbereiche eignen sich besonders Halbleiterdetektoren mit einem Bandabstand von 2,25 eV bis 4,0 eV.The spectral range that is particularly important for the UV radiation measuring device che are from 280 nm to 400 nm. Suitable for capturing these spectral ranges especially semiconductor detectors with a band gap of 2.25 eV to 4.0 eV.
Da der Grenzwert der Strahlungsdosis möglichst benutzerindividuell einstellbar sein soll, ist eine Eingabeeinrichtung vorteilhaft, mit der der Grenzwert direkt oder indi rekt (Eingabe von Parametern, mit deren Hilfe der Grenzwert berechnet werden kann) eingegeben wird.Since the limit value of the radiation dose can be set as individually as possible for the user is an input device is advantageous with which the limit value directly or indi rect (input of parameters with the help of which the limit value is calculated can) be entered.
Es ist von Vorteil, wenn das UV-Strahlungsmeßgerät die Belastung des bestrahlten Gewebes durch UV-Strahlung unter Berücksichtigung von UV-Schutzeinrichtungen (beispielsweise Lichtschutzfaktors von Sonnencreme) ermitteln kann. It is advantageous if the UV radiation measuring device is the exposure of the irradiated Fabric by UV radiation taking into account UV protection devices (for example, sunscreen factor of sunscreen) can determine.
Die Strahlungsdosis stellt eine gute Näherung für die Gewebebelastung des be strahlten Gewebes dar. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn das UV-Strahlungsmeßgerät diese ermittelt.The radiation dose is a good approximation for the tissue loading of the be radiated tissue. It is therefore advantageous if the UV radiation measuring device this determined.
Die Ermittlung der Strahlungsdosis kann einfach durch Integration ab einem frei wählbaren Zeitpunkt (beispielsweise durch Betätigen einer Start-Taste) erfolgen.The determination of the radiation dose can be done simply by integrating from one selectable time (for example by pressing a start button).
Die dermatologisch relevante Strahlungsbelastung des bestrahlten Gewebes wird genauer genähert, wenn bei der Ermittlung der effektiven Strahlungsdosis auch die Regeneration des bestrahlten Gewebes berücksichtigt wird.The dermatologically relevant radiation exposure of the irradiated tissue becomes more closely approximated if the effective radiation dose is also determined Regeneration of the irradiated tissue is taken into account.
Vorteilhafterweise wird der Benutzer des erfindungsgemäßen UV-Strahlungsmeßge räts gewarnt, wenn der benutzerindividuell eingestellte Grenzwert der Strahlungs dosis erreicht beziehungsweise überschritten ist.The user of the UV radiation measurement according to the invention is advantageously warned when the user-defined limit of radiation dose has been reached or exceeded.
Dadurch, daß bei dem verwendeten Sensor die Linse beziehungsweise mindestens eine Linse des Linsensystems mindestens eine konvexe Linsenfläche aufweist, die eine von der Linsenachse zum Linsenrand hin zunehmende Krümmung besitzt, kann die oben dargestellte Kompensation durch verbesserte Fokussierung der Strahlung auf den Detektor verstärkt werden.The fact that in the sensor used, the lens or at least a lens of the lens system has at least one convex lens surface which has an increasing curvature from the lens axis towards the lens edge the compensation shown above through improved focusing of the radiation be amplified on the detector.
Das gleiche gilt, wenn bei diesem Sensor die Linse beziehungsweise mindestens ei ne Linse des Linsensystems mindestens eine konkave Linsenfläche (zum Beispiel bei einer Meniskuslinse) aufweist, bei der die Krümmung von der Linsenachse zum Linsenrand hin abnimmt.The same applies if the lens or at least one egg in this sensor ne lens of the lens system at least one concave lens surface (for example with a meniscus lens), in which the curvature from the lens axis to the Lens edge decreases.
Die Linse beziehungsweise das Linsensystem kann bei diesem Sensor im einfach sten Fall eine einfache Sammellinse sein. Bei Sammellinsen kann man zwischen plankonvexen Linsen, bikonvexen Linsen, oder Meniskuslinsen unterscheiden. Be sonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung einer plankonvexen Linse, weil diese mit der flachen Seite direkt in Kontakt mit der Oberfläche des Detektors ge bracht werden kann, so daß der Detektor eine maximale Apertur erreicht und Strahlen aus einem großen Winkelbereich auf den Detektor treffen.With this sensor, the lens or lens system can be simple case would be a simple converging lens. With converging lenses you can choose between distinguish plano-convex lenses, biconvex lenses, or meniscus lenses. Be the use of a plano-convex lens proves to be particularly advantageous because this with the flat side directly in contact with the surface of the detector can be brought so that the detector reaches a maximum aperture and Beams from a large angular range hit the detector.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, wenn bei diesem Sensor der Detektor direkt in das Material, aus dem die Linse besteht, eingebettet ist, wodurch der Sensor kompakt, leicht und kostengünstig herstellbar wird.For technical reasons, it is particularly advantageous if this Sensor the detector is embedded directly in the material from which the lens is made is, which makes the sensor compact, light and inexpensive to manufacture.
Mit Hilfe von an beliebigen Stellen innerhalb des Sensors angebrachten Blenden kann bei diesem Sensor die Winkelabhängigkeit der Empfindlichkeit des Sensors gezielt beeinflußt werden.With the help of panels located anywhere in the sensor can with this sensor the angular dependence of the sensitivity of the sensor be influenced in a targeted manner.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further details, aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following descriptions with reference to the drawing.
Fig. 1a: Sensor des erfindungsgemäßen UV-Strahlungsmeßgeräts in einer Ausfüh rungsform in Draufsicht Fig. 1a: Sensor of the UV radiation measuring device according to the invention in an execution form in plan view
Fig. 1b: Sensor von Fig. 1a im Schnitt A-A Fig. 1b: sensor of Fig. 1a in section AA
Fig. 2: Sensor von Fig. 1b mit Definition des Einfallswinkels α Fig. 2: Sensor of Fig. 1b with definition of the angle of incidence α
Fig. 3: Sensor von Fig. 1b unter Einfall von Strahlung mit Einfallswinkel α = 0° Fig. 3: Sensor of Fig. 1b under the incidence of radiation with angle of incidence α = 0 °
Fig. 4: Sensor von Fig. 1b unter Einfall von Strahlung unter einem Einfallswinkel α= 90° Fig. 4: Sensor of Fig. 1b under the incidence of radiation at an angle of incidence α = 90 °
Fig. 5: Computersimulation des Strahlengangs bei Einfallswinkel α = 0° für Linse mit den Parametern h = 0,57·R; rs = 0,6·R Fig. 5: Computer Simulation of the beam path at incidence angle α = 0 ° for lens with the parameters h = 0.57 · R; r s = 0.6R
Fig. 6: Computersimulation des Strahlengangs bei Einfallswinkel α = 45° für Linse mit den Parametern h = 0,57·R; rs = 0,6·R Fig. 6: Computer simulation of the beam path at angle of incidence α = 45 ° for lens with the parameters h = 0.57 · R; r s = 0.6R
Fig. 7: Computersimulation des Strahlengangs bei Einfallswinkel α = 75° für Linse mit den Parametern h = 0,57·R; rs = 0,6·R Fig. 7: Computer simulation of the beam path at angle of incidence α = 75 ° for lens with the parameters h = 0.57 · R; r s = 0.6R
Fig. 8: Computersimulation des Strahlengangs bei Einfallswinkel α = 90° für Linse mit den Parametern h = 0,57·R; rs = 0,6·R Fig. 8: Computer simulation of the beam path at angle of incidence α = 90 ° for lens with the parameters h = 0.57 · R; r s = 0.6R
Fig. 9a: Sensor nach Fig. 1b mit Bereichen verminderter Strahlungsempfindlichkeit im Schnitt A-A 9a. A sensor according to Figure 1b with reduced radiation sensitivity areas in the section AA.
Fig. 9b: Sensor nach Fig. 9a mit Bereichen verminderter Strahlungsempfindlichkeit in Draufsicht FIG. 9b: sensor of FIG 9a with areas of reduced radiation sensitivity in plan view.
Fig. 9c: Radiale Empfindlichkeit des Detektors in Fig. 9a im Schnitt A-A Fig. 9c: radial sensitivity of the detector in Fig. 9a in section AA
Fig. 10: Plankonvexe Ausführungsform der Linse Fig. 10: Plano-convex embodiment of the lens
Fig. 11: Bikonvexe Ausführungsform der Linse Fig. 11: Biconvex embodiment of the lens
Fig. 12: Ausführungsform der Linse als Meniskuslinse Fig. 12: Embodiment of the lens as a meniscus lens
Fig. 13: Veranschaulichung der Begriffe Strahlungsintensität (Fig. 13a), erfaßte Strahlungsintensität (Fig. 13b), effektive Strahlungsintensität (Fig. 13c), Strahlungsdosis (Fig. 13d) und effektive Strahlungsdosis (Fig. 13e) an hand einer beliebigen Einstrahlung über der Zeit Fig. 13: Illustration of the terms radiation intensity ( Fig. 13a), detected radiation intensity ( Fig. 13b), effective radiation intensity ( Fig. 13c), radiation dose ( Fig. 13d) and effective radiation dose ( Fig. 13e) using any radiation currently
Fig. 14: Blockschaltbild des Strahlungsmeßgeräts Fig. 14: Block diagram of the radiation measuring device
Fig. 15: Strahlungsmeßgerät in Form einer Scheckkarte Fig. 15: Radiation meter in the form of a check card
Bei der vorliegenden Erfindung entfällt der Filter mit den beschriebenen Nachteilen vollständig, darüber hinaus wird die üblicherweise verwendete Silizium-Photodiode durch einen Photodetektor aus einem geeigneten Halbleitermaterial ersetzt. Durch Verwendung eines Halbleiters mit einem Bandabstand größer als 2,25 eV werden im wesentlichen nur elektromagnetische Strahlungen mit einer Wellenlänge kleiner als 545 nm erfaßt.In the present invention, the filter with the disadvantages described is eliminated completely, in addition, the commonly used silicon photodiode replaced by a photodetector made of a suitable semiconductor material. By Use of a semiconductor with a band gap greater than 2.25 eV are in essentially only electromagnetic radiation with a wavelength smaller than 545 nm detected.
Es wurde gefunden, daß mit Halbleiterdetektoren auf der Basis von Galliumphosphid (GaP), schon eine deutliche Verbesserung der spektralen Empfindlichkeit gegen über Photodetektoren aus Si-Basis erzielt werden kann. GaP ist ein Halbleiter mit Bandabstand Egap ≈ 2,3 eV, der im wesentlichen Strahlung mit Wellenlängen unter 540 nm detektiert. It has been found that with semiconductor detectors based on gallium phosphide (GaP), a significant improvement in the spectral sensitivity compared to Si-based photodetectors can be achieved. GaP is a semiconductor with a band gap E gap ≈ 2.3 eV, which essentially detects radiation with wavelengths below 540 nm.
In einer ersten Ausführungsform wird daher ein Detektor auf der Basis von Gallium phosphid eingesetzt. Neben der UV-Strahlung wird bei derartig aufgebauten Photo detektoren jedoch noch ein wesentlicher Teil des sichtbaren Lichts detektiert.In a first embodiment, therefore, a detector based on gallium phosphide used. In addition to UV radiation, the photo is constructed in this way However, detectors still detect a substantial part of the visible light.
Eine weitere Verbesserung der spektralen Empfindlichkeit kann durch Verwendung von Detektoren erzielt werden, die aus Halbleitern mit einem Bandabstand von über 2,75 eV aufgebaut werden, da hier nur Lichtquanten mit einer Energie von über 2,75 eV (Wellenlänge (450 nm) in technisch relevantem Maße Elektron-Loch-Paare generieren können, die ihrerseits durch Strommessung leicht nachgewiesen werden können. Das Maximum der Empfindlichkeit derartiger Halbleiterdetektoren liegt bei einer deutlich kürzeren Wellenlänge als der Wellenlänge, die durch den Bandabstand des Halbleiters bestimmt ist und liegt damit in der Regel im UV-Be reich.A further improvement in spectral sensitivity can be achieved by using can be achieved by detectors made of semiconductors with a band gap of over 2.75 eV can be built, since here only light quanta with an energy of over 2.75 eV (wavelength (450 nm) in technically relevant dimensions electron-hole pairs can generate, which in turn can be easily verified by current measurement can. The maximum sensitivity of such semiconductor detectors is included a much shorter wavelength than the wavelength which is caused by the Bandgap of the semiconductor is determined and is therefore usually in the UV-Be rich.
In einer zweiten Ausführungsform wird ein derartiger Detektor mit Hilfe einer Diode auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) oder auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) realisiert. SiC ist ein Halbleiter, der mit verschiedenen Gitterstrukturen hergestellt werden kann. SiC mit der technologisch gut beherrschten 6-H-Gitterstruktur (hexagonale Symmetrie) hat einen Bandabstand von Egap 2,86eV (indirekter Übergang; bei 300 K), so daß Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 430 nm einen gut meßbaren Photostrom verursacht. Es wurde gefunden, daß aus derarti gem SiC aufgebaute Photodioden ihre maximale Empfindlichkeit im UV-Bereich ha ben. Grundsätzlich eignet sich auch SiC mit anderen Gitterstrukturen, sofern der Bandabstand bei üblichen Betriebstemperaturen ausreichend groß ist; dies trifft un ter anderem bei den Strukturen 8 H (Egap ≈ 2,75 eV), 21 R (Egap 2,80 eV) und 15 R (Egap ≈ 2,95 eV) zu. Vielfach werden blaue Leuchtdioden aus SiC (zum Beispiel 6 H) aufgebaut, die als billig herstellbare Massenprodukte direkt oder nur geringfügig modifiziert auch für einen preiswerten UV-Detektor in UV-Strahlungsmeßgeräten fungieren können. Bei der Herstellung des Sensors ist man jedoch nicht nur auf Dioden beschränkt: Es können auch andere photosensitive Bauelemente wie Phototransistoren oder Pho toleiter aus den genannten Halbleitermaterialien verwendet werden. Bei der Auswahl des Halbleitermaterials, aus dem der UV-Detektor 3 aufgebaut ist, ist man nicht auf GaP, SiC und GaN beschränkt: Grundsätzlich eignen sich für den UV-Detektor alle Halbleiter (auch Verbindungshalbleiter) mit einem Bandabstand von über 2,25 eV. Je höher der Bandabstand des verwendeten Halbleitermaterials ist, desto mehr liegt die spektrale Empfindlichkeit eines damit aufgebauten UV-De tektors im kurzwelligen UV-Bereich und desto weniger wird sichtbares Licht und langwelliges UV-Licht detektiert, dessen Photonenenergie dann nicht mehr zur Überwindung des Bandabstands des Halbleiters (Egap) ausreicht. Der zu detektie rende Spektralbereich wird nicht durch Filter, sondern insbesondere durch die Aus wahl eines geeigneten Halbleitermaterials, seine Dotierung und den Strukturaufbau des UV-Halbleiterdetektors bestimmt. Da der UV-B-Bereich möglichst vollständig erfaßt werden soll, ist es nicht sinnvoll, für den Detektor einen Halbleiter mit einem Bandabstand von über 4 eV zu verwenden. Mit derartigen Halbleitern aufgebaute Detektoren könnten jedoch für den UV-C-Bereich fungieren, der bei einer weiteren Zunahme des Ozonloches interessant werden könnte. Das UV-Strahlungsmeßgerät könnte dann einen speziellen Detektor aus einem Halbleiter mit über 4 eV Bandab stand enthalten, der die besonders kurzwellige UV-Strahlung detektiert. In a second embodiment, such a detector is implemented with the aid of a diode based on silicon carbide (SiC) or based on gallium nitride (GaN). SiC is a semiconductor that can be manufactured with different lattice structures. SiC with the technologically well-controlled 6-H lattice structure (hexagonal symmetry) has a band gap of E gap 2.86 eV (indirect transition; at 300 K), so that light with a wavelength of less than 430 nm causes an easily measurable photocurrent. It was found that photodiodes constructed from such SiC have their maximum sensitivity in the UV range. In principle, SiC with other lattice structures is also suitable, provided the band gap is sufficiently large at normal operating temperatures; among other things, this applies to the structures 8 H (E gap ≈ 2.75 eV), 21 R (E gap 2.80 eV) and 15 R (E gap ≈ 2.95 eV). Often blue light emitting diodes are made of SiC (for example 6 H) which, as mass-produced products which can be produced cheaply, can function directly or only slightly modified, also for an inexpensive UV detector in UV radiation measuring devices. In the manufacture of the sensor, however, one is not limited to diodes: other photosensitive components such as phototransistors or photoconductors made from the semiconductor materials mentioned can also be used. When selecting the semiconductor material from which the UV detector 3 is constructed, one is not limited to GaP, SiC and GaN: In principle, all semiconductors (including compound semiconductors) with a band gap of over 2.25 eV are suitable for the UV detector . The higher the bandgap of the semiconductor material used, the more the spectral sensitivity of a UV detector built with it is in the short-wave UV range and the less visible light and long-wave UV light is detected, the photon energy of which is then no longer able to overcome the bandgap of the Semiconductor (E gap ) is sufficient. The spectral range to be detected is not determined by filters, but in particular by the selection of a suitable semiconductor material, its doping and the structure of the UV semiconductor detector. Since the UV-B range should be recorded as completely as possible, it does not make sense to use a semiconductor with a bandgap of more than 4 eV for the detector. However, detectors constructed with such semiconductors could function for the UV-C range, which could become interesting as the ozone hole increases further. The UV radiation measuring device could then contain a special detector made of a semiconductor with a band gap of over 4 eV, which detects the particularly short-wave UV radiation.
Von besonderem Interesse sind darüber hinaus Dioden, Transistoren und Photolei ter aus Galliumnitrid, einem Halbleiter, der abhängig von der Gitterstruktur einen Bandabstand im Bereich von 3,2 bis 3,5 eV (direkter Übergang) aufweist. Damit auf gebaute UV-Detektoren haben eine sehr hohe Empfindlichkeit bei der für den Men schen besonders schädlichen UV-B-Strahlung im Bereich um 300 nm, die langwelli gen (< 355 bis 385 nm) UV-Strahlen tragen nur unwesentlich zum Meßergebnis bei. Dieses spektrale Verhalten des UV-Detektors ist besonders wünschenswert, da langwellige UV-Strahlen nur in erheblich größerer Strahlungsdosis Strahlungsschä den verursachen und daher bei der Intensitätsmessung der schädigenden UV- Strahlung nicht zu hoch bewertet werden dürfen. Andere Halbleiter, die für UV-Detektoren von besonderem Interesse sind, sind die II/VI-Halbleiter auf der Basis von ZnS und diesem verwandte ternäre und quaternäre Halbleiter. Wird gegenüber ZnS bis zu 30% des Zinks durch Cadmium ersetzt und bis zu 30% des Schwefels durch Selen ersetzt, können Halbleiter mit Bandabstän den zwischen 2,8 eV und 3,75 eV hergestellt werden (zum Beispiel ZnS: EGap ≈ 3,75 eV) (siehe hierzu: Ichino et al. "Ultraviolet Semiconductor Laser Structures With Pseudomorphic ZnCdSSe Quaternary Alloys on GaP Substrates" in: Journal of Electronic Materials, S. 445-451, Vol. 22, No. 5,1993).Of particular interest are also diodes, transistors and photoconductors made of gallium nitride, a semiconductor that has a band gap in the range of 3.2 to 3.5 eV (direct transition) depending on the lattice structure. So built on UV detectors have a very high sensitivity to UV-B radiation in the area around 300 nm, which is particularly harmful to humans, the long-wave (<355 to 385 nm) UV rays only make an insignificant contribution to the measurement result. This spectral behavior of the UV detector is particularly desirable since long-wave UV rays only cause radiation damage in a considerably larger radiation dose and therefore must not be overestimated in the intensity measurement of the damaging UV radiation. Other semiconductors that are of particular interest for UV detectors are the II / VI semiconductors based on ZnS and related ternary and quaternary semiconductors. If up to 30% of the zinc is replaced by cadmium compared to ZnS and up to 30% of the sulfur is replaced by selenium, semiconductors with band gaps between 2.8 eV and 3.75 eV can be produced (e.g. ZnS: E Gap ≈ 3, 75 eV) (see: Ichino et al. "Ultraviolet Semiconductor Laser Structures With Pseudomorphic ZnCdSSe Quaternary Alloys on GaP Substrates" in: Journal of Electronic Materials, pp. 445-451, vol. 22, No. 5.1993).
SiC wird durch seine Verwendung für blau leuchtende Dioden zunehmend preiswer ter und ist daher für die Anwendung als UV-Detektor besonders attraktiv. Auch bei dem momentan noch sehr teuren GaN ist aufgrund zunehmender Anwendung auf anderen Gebieten (unter anderem auch blaue LED) in den nächsten Jahren mit ei nem deutlichen Preisverfall zu rechnen, so daß die Attraktivität von damit aufgebau ten Photodioden für diese Anwendung steigt.SiC is becoming increasingly inexpensive due to its use for blue-glowing diodes ter and is therefore particularly attractive for use as a UV detector. Also at the currently very expensive GaN is due to increasing use other areas (including blue LED) with egg in the next few years nem clear price decline, so that the attractiveness of built up with it th photodiodes for this application increases.
Zur Veranschaulichung der Begriffe Strahlungsintensität (Fig. 13a), erfaßte Strah lungsintensität (Fig. 13b), effektive Strahlungsintensität (Fig. 13c), Strahlungsdosis (Fig. 13d) und effektive Strahlungsdosis (Fig. 13e) wird im folgenden Fig. 13 kurz erklärt: Eingestrahlt wird in Abhängigkeit von der Zeit eine bestimmte Strahlungsintensität (I) (Fig. 13a). Von dieser wird vom Detektor aufgrund der spektralen Empfindlichkeit ein Teil erfaßt, der durch die erfaßte Strahlungsintensität (Ierf) (Fig. 13b) repräsen tiert wird. Wenn die spektrale Empfindlichkeit des Sensors gut mit der Empfindlich keit des bestrahlten Gewebes übereinstimmt, stellt dies eine gute Näherung für die Gewebebelastung des ungeschützten Gewebes (beispielsweise Haut ohne Son nencreme oder Auge ohne Sonnenbrille) dar. Belastend für das Gewebe ist nur ein Teil der eingestrahlten Strahlungsintensität, nämlich der, der durch eine gegebe nenfalls verwendete Sonnencreme mit einem bestimmten Lichtschutzfaktor das Ge webe erreicht. Die das Gewebe belastende Strahlungsintensität wird durch die ef fektive Strahlungsintensität (Ieff) (Fig. 13c) angenähert, die aus der erfaßten Strah lungsintensität (Ierf) geteilt durch den Lichtschutzfaktor ermittelt wird. Die Strah lungsdosis (D) (Fig. 13d) kann durch Integration der effektiven Strahlungsintensität über der Zeit ab einem wählbaren Startzeitpunkt ermittelt werden. Sie stellt ein Maß für die das Gewebe belastende Strahlungsdosis dar. Um die Regeneration des Ge webes zu berücksichtigen, kann eine effektive Strahlungsdosis Deff (Fig. 13e) ermit telt werden. Die effektive Strahlungsdosis (Deff) kann ähnlich wie die Strahlungsdo sis (D) durch Integration der effektiven Strahlungsintensität (Ieff) über der Zeit ermit telt werden, im Gegensatz dazu wird jedoch auch ein Abfall des Integrals ermöglicht, Strahlungsmeßgerät zum Schutz vor hoher UV-Strahlungsbelastung 9 der beispielsweise exponentiell oder linear über der Zeit erfolgen kann. Wie in (Fig. 13d und Fig. 13e) gezeigt, wird bei Überschreiten des Grenzwertes (G) der Strah lungsdosis ein erstes Signal (Alarm) ausgelöst.To illustrate the terms radiation intensity ( Fig. 13a), detected radiation intensity ( Fig. 13b), effective radiation intensity ( Fig. 13c), radiation dose ( Fig. 13d) and effective radiation dose ( Fig. 13e) is briefly explained in the following Fig. 13 : A specific radiation intensity (I) is radiated in depending on the time ( FIG. 13a). Of this, a part is detected by the detector due to the spectral sensitivity, which is represented by the detected radiation intensity (I erf ) ( FIG. 13b). If the spectral sensitivity of the sensor agrees well with the sensitivity of the irradiated tissue, this is a good approximation for the tissue load on the unprotected tissue (e.g. skin without sunscreen or eye without sunglasses). Only part of the irradiated tissue is stressful Radiation intensity, namely that which reaches the tissue through a sunscreen with a certain sun protection factor. The radiation intensity stressing the tissue is approximated by the effective radiation intensity (I eff ) ( FIG. 13 c), which is determined from the radiation intensity detected (I erf ) divided by the sun protection factor. The radiation dose (D) ( FIG. 13d) can be determined by integrating the effective radiation intensity over time from a selectable starting time. It represents a measure of the radiation dose that is stressing the tissue. To take the regeneration of the tissue into account, an effective radiation dose D eff ( Fig. 13e) can be determined. The effective radiation dose (D eff ) can be determined in a similar way to the radiation dose (D) by integrating the effective radiation intensity (I eff ) over time, in contrast, however, a decrease in the integral is also made possible, radiation measuring device for protection against high UV -Radiation exposure 9 which can take place exponentially or linearly over time, for example. As shown in ( FIG. 13d and FIG. 13e), a first signal (alarm) is triggered when the radiation dose limit (G) is exceeded.
Eine dritte Ausführungsform des UV-Strahlungsmeßgeräts ist in Fig. 14 im Block schaltbild dargestellt.A third embodiment of the UV radiation measuring device is shown in the block diagram in FIG. 14.
Das der erfaßten Strahlungsintensität (Ierf) proportionale Signal des Detektors 3 wird der Signalverarbeitung 9 zugeführt, die unter Berücksichtigung von mit Hilfe der Eingabeeinrichtung 8 festgelegten Parametern das erste Signal und/oder weitere Si gnale einer Ausgabeeinrichtung 10 zuführt. Diese Signale können unter anderem sein: Alarmsignal für Überschreiten des Grenzwertes (G) der Strahlungsdosis, Strahlungsintensität (I), effektive Strahlungsintensität (Ieff), Lichtschutzfaktor, Strah lungsdosis (D), effektive Strahlungsdosis (Deff), Uhrzeit, voraussichtliche Zeit bis zum Erreichen des Grenzwertes (G) der Strahlungsdosis.The signal of the detector 3 which is proportional to the detected radiation intensity (I erf ) is fed to the signal processing 9 which, taking into account parameters defined with the aid of the input device 8, supplies the first signal and / or further signals to an output device 10 . These signals can include the following: alarm signal for exceeding the limit value (G) of the radiation dose, radiation intensity (I), effective radiation intensity (I eff ), sun protection factor, radiation dose (D), effective radiation dose (D eff ), time of day, expected time until to reach the limit value (G) of the radiation dose.
Da die digitale Verarbeitung der analogen in vielen Punkten überlegen ist, kann die Signalverarbeitung 9 auch einen Analog/Digital-Wandler sowie eine digitale Verar beitungseinrichtung umfassen. Diese können beispielsweise durch einen Mikrocon troller realisiert werden. Die Signalverarbeitung 9 enthält den Analog/Digital-Wand ler sowie die digitale Verarbeitungseinrichtung. Die Signalverarbeitung ermittelt aus der zeitabhängigen Strahlungsintensität (I) die Strahlungsdosis (D). Diese wird entweder ab einem bestimmten Startzeitpunkt (ab dem Betätigen der Start-Taste) oder für einen bestimmten Zeitraum (zum Beispiel für die letzten 12 Stunden) durch Integration ermittelt. Darüber hinaus kann beim Strahlungsüberwachungsgerät auch eine effektive Strahlungsdosis (Deff) berechnet werden, ein Wert, bei dem die Re generation des bestrahlten Gewebes (zum Beispiel menschliche Haut) berücksich tigt wird. Hierfür kann die Regeneration des bestrahlten Gewebes unter Zugrunde legung einfacher Modelle näherungsweise entweder durch einen über der Zeit ex ponentiellen oder linearen Abfall der effektiven Strahlungsdosis (Deff) berücksichtigt werden. Dank der Leistungsfähigkeit moderner Mikrocontroller können jedoch auch kompliziertere Algorithmen angewandt werden, die die Regeneration besser annä hern. Übersteigt die Strahlungsdosis (beziehungsweise die effektive Strahlungsdo sis) einen bestimmten über die Eingabeeinrichtung 8 individuell einstellbaren Grenzwert (G) der Strahlungsdosis (abhängig vom Gewebe, zum Beispiel Hauttyp), wird von der Signalverarbeitung das erstes Signal abgegeben und von der Ausga beeinrichtung als akustisches und/oder optisches Signal (zum Beispiel als Alarmsi gnal) angezeigt.Since the digital processing is superior to the analog in many respects, the signal processing 9 can also include an analog / digital converter and a digital processing device. These can be implemented, for example, by a Mikrocon troller. The signal processing 9 contains the analog / digital converter and the digital processing device. The signal processing determines the radiation dose (D) from the time-dependent radiation intensity (I). This is determined either from a certain start time (after pressing the Start button) or for a certain period (for example for the last 12 hours) by integration. In addition, an effective radiation dose (D eff ) can also be calculated with the radiation monitoring device, a value which takes into account the regeneration of the irradiated tissue (for example human skin). For this purpose, the regeneration of the irradiated tissue using simple models can be taken into account approximately either by an exponential or linear drop in the effective radiation dose (D eff ) over time. However, thanks to the performance of modern microcontrollers, more complex algorithms can be used that better approximate regeneration. If the radiation dose (or the effective radiation dose) exceeds a certain limit value (G) of the radiation dose which can be individually set via the input device 8 (depending on the tissue, for example skin type), the first signal is emitted by the signal processing and the output device as acoustic and / or optical signal (for example as an alarm signal) is displayed.
Wie Fig. 15 beispielhaft zeigt, kann das Strahlungsmeßgerät in Größe einer Scheckkarte realisiert werden: Durch Einsatz moderner Stromspartechniken und Einsatz verbrauchsarmer CMOS-Schaltkreise ist es möglich, das Strahlungsmeßge rät ganz oder teilweise durch Solarzellen zu versorgen. Darüber hinaus verfügt das Gerät über eine Anzeige, an der die Strahlungsdosis beziehungsweise die Strah lungsintensität, der Lichtschutzfaktor sowie die voraussichtliche Zeit bis zum Erreichen des Grenzwertes der Strahlungsdosis angezeigt sind. Weiterhin sind der UV-Sensor sowie Tasten für die Eingabeeinrichtung zu erkennen. As an example in FIG. 15, the radiation measuring device can be implemented in the size of a credit card: by using modern power saving techniques and using low-consumption CMOS circuits, it is possible to supply the radiation measuring device completely or partially by solar cells. In addition, the device has a display on which the radiation dose or radiation intensity, the sun protection factor and the expected time until the limit value of the radiation dose is reached. The UV sensor and buttons for the input device can also be seen.
Ein weiteres Problem beim praktischen Einsatz von UV-Strahlungsmeßgeräten stellt die Abhängigkeit der Strahlungsintensität von der Winkelverteilung, mit der die Strahlung auf den Photodetektor trifft, dar. Im US-Patent 5008 548 wurde vorge schlagen, den Photodetektor in Richtung maximaler Strahlungsintensität auszurich ten.Another problem with the practical use of UV radiation measuring devices presents the dependence of the radiation intensity on the angular distribution with which the Radiation strikes the photodetector. In US Pat suggest aligning the photodetector in the direction of maximum radiation intensity ten.
Da dieser Vorschlag im praktischen Betrieb bei einem UV-Strahlungsmeßgerät nicht sinnvoll umgesetzt werden kann, wird erfindungsgemäß ein speziel les Optik-Detektor-System (wird künftig als "Sensor" bezeichnet) vorgeschlagen, bei dem die Strahlung aus einem möglichst großen Raumwinkelbereich (im Extremfall werden 360° gewünscht; in der Praxis genügen meist 120° bis 180°; 180° können mit einem Sensor des erfindungsgemäßen UV-Strahlungsmeßgeräts erreicht wer den) auf die strahlungsempfindliche Fläche des Detektors gelenkt wird. Damit ist nur noch eine grobe Ausrichtung des Detektors in Richtung der Strahlungsquelle erforderlich. Darüber hinaus wird durch diese Erfindung auch bei diffuser Strahlung eine hohe Meßgenauigkeit erreicht.Since this proposal is not practical in operation with a UV radiation measuring device can be implemented meaningfully, according to the invention a special les optics detector system (will be referred to as "sensor" in the future) which the radiation from the largest possible solid angle range (in extreme cases 360 ° are desired; in practice, 120 ° to 180 ° are usually sufficient; 180 ° can who achieved with a sensor of the UV radiation measuring device according to the invention is directed onto the radiation-sensitive surface of the detector. That is only a rough alignment of the detector towards the radiation source required. In addition, this invention also applies to diffuse radiation achieved a high measuring accuracy.
Der Sensor umfaßt eine Linse beziehungsweise ein Linsensystem 2 mit positiver Brennweite, die im Strahlengang vor dem Detektor angeordnet ist. Der Detektor ist im Strahlengang vor dem Brennpunkt angeordnet, der sich bei im Randbereich 11 der Linse beziehungsweise des Linsensystems unter dem Einfallswinkel α = 0 Grad einfallender Strahlung ergibt.The sensor comprises a lens or a lens system 2 with a positive focal length, which is arranged in the beam path in front of the detector. The detector is arranged in the beam path in front of the focal point which results from radiation incident in the edge region 11 of the lens or lens system at the angle of incidence α = 0 degrees.
Die Anordnung beziehungsweise Größe und/oder die Empfindlichkeitsbereiche des Detektors sind so gewählt, daß bei Strahlungseinfall unter einem Einfallswinkel von null Grad nur ein Teil der durch die Linse beziehungsweise das Linsensystem einfal lenden Strahlung zur Erfassung der Strahlung beiträgt.The arrangement or size and / or the sensitivity ranges of the Detectors are selected so that in the event of radiation incident at an angle of incidence of zero degrees only a part of the incident through the lens or the lens system contributes to the detection of radiation.
Wie in Fig. 1 zu ersehen, ist als Randbereich 11 der Linse der Bereich definiert, der bei Sicht auf die Linse unter Winkel von 0 Grad am weitesten von der Linsenachse entfernt ist. Gestrichelt ist in Fig. 1a der Photodetektor 3 sowie der Rand des strah lungsempfindlichen Bereichs 5 des Photodetektors eingezeichnet. Im Schnitt A-A ist der Sensor im Querschnitt zu sehen. Der Abstand zwischen Detektor und Linse ist geringer als die Brennweite für parallel zur Linsenachse im Randbereich 11 (vergleiche Fig. 1a) der Linse einfallendes Licht. Der Detektor ist hierbei also nicht wie üblich im oder in der Nähe des Brenn punktes für in Linsenmitte einfallendes Licht angebracht. Wenn Strahlung unter ei nem Einfallswinkel α von α = 0° auf den Sensor fällt, ist die auf den Detektor 3 auf treffende Strahlung stark defokussiert. Der Einfallswinkel α ist gemäß Fig. 2 definiert als Winkel zwischen Linsenachse und einfallendem Strahl. Wie in Fig. 3 ersichtlich ist, wird die Größe des strahlungsempfindlichen Bereichs des Detektors so gewählt, daß bei Strahlungseinfall unter einem Einfallswinkel α = 0° nur ein Teil der durch die Linse einfallenden Strahlen den sensitiven Bereich des Detektors erreicht. Dadurch wird ermöglicht, daß mit zunehmendem Einfalls winkel α zwischen Linsenachse 4 und Strahlen 7 (vergleiche Fig. 2) der auf den strahlungsempfindlichen Bereich 5 des Detektors 3 treffende Anteil aller in die Linse beziehungsweise Linsensystem 2 einfallender Strahlen zunimmt, da sich die Fo kussierung der Lichtstrahlen auf den Detektor 3 verbessert (siehe hierzu Fig. 4). Diese Verbesserung der Fokussierung mit zunehmendem Einfallswinkel α wird auch in den in Fig. 5 bis 8. dargestellten Computersimulationen des Strahlengangs veranschaulicht. Hierdurch kann in einem großen Winkelbereich der Effekt weitge hend kompensiert werden, daß bei zunehmendem Winkel zwischen Linsenachse und Strahlen weniger Strahlen auf den Sensor treffen.As can be seen in FIG. 1, the edge region 11 of the lens is defined as the region which is the furthest away from the lens axis when the lens is viewed at an angle of 0 degrees. The photodetector 3 and the edge of the radiation-sensitive region 5 of the photodetector are shown in broken lines in FIG. 1a. In section AA the sensor can be seen in cross section. The distance between the detector and the lens is less than the focal length for light incident parallel to the lens axis in the edge region 11 (cf. FIG. 1a) of the lens. The detector is therefore not attached as usual in or near the focal point for light incident in the center of the lens. If radiation falls on the sensor at an angle of incidence α of α = 0 °, the radiation striking the detector 3 is strongly defocused. According to FIG. 2, the angle of incidence α is defined as the angle between the lens axis and the incident beam. As can be seen in FIG. 3, the size of the radiation-sensitive area of the detector is selected such that only a part of the rays incident through the lens reach the sensitive area of the detector when the radiation is incident at an angle of incidence α = 0 °. This makes it possible that with increasing angle of incidence α between lens axis 4 and rays 7 (see FIG. 2), the proportion of all rays incident on the radiation-sensitive region 5 of the detector 3 increases, since the focusing of the lens or lens system 2 increases Light rays on the detector 3 improved (see Fig. 4). This improvement in focusing with increasing angle of incidence α is also illustrated in the computer simulations of the beam path shown in FIGS. 5 to 8. As a result, the effect can be largely compensated in a wide angular range that fewer rays hit the sensor with increasing angle between the lens axis and rays.
Die oben dargestellte Kompensation durch verbesserte Fokussierung der Strahlung auf den Detektor 3 kann dadurch verstärkt werden, daß die Linse beziehungsweise mindestens eine Linse des Linsensystems mindestens eine konvexe Linsenfläche aufweist, die eine von der Linsenachse 4 zum Linsenrand 11 hin zunehmende Krümmung aufweist (vergleiche Fig. 10 bis 12). Sofern die Linse beziehungsweise mindestens eine Linse des Linsensystems min destens eine konkave Fläche (zum Beispiel eine Meniskuslinse) aufweist (vergleiche Fig. 12), kann eine Verstärkung der Kompensation auch dadurch erreicht werden, daß die Krümmung der konkaven Linsenfläche von der Linsenachse 4 zum Linsen rand 11 hin abnimmt.The compensation shown above by improved focusing of the radiation on the detector 3 can be amplified in that the lens or at least one lens of the lens system has at least one convex lens surface which has a curvature that increases from the lens axis 4 to the lens edge 11 (see FIG. 10 to 12). If the lens or at least one lens of the lens system has at least one concave surface (for example a meniscus lens) (see FIG. 12), the compensation can also be increased by curving the concave lens surface from the lens axis 4 to the lens edge 11 decreases.
Die Linse beziehungsweise das Linsensystem 2 kann im einfachsten Fall eine einfa che Sammellinse sein. Bei Sammellinsen kann man zwischen plankonvexen Linsen (Fig. 10), bikonvexen Linsen (Fig. 11), oder Meniskuslinsen (Fig. 12) unterscheiden. Besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung einer plankonvexen Linse, die mit der flachen Seite direkt in Kontakt mit der Oberfläche des Detektors 3 gebracht wer den kann, so daß der Detektor eine maximale Apertur erreicht, und Strahlen aus ei nem großen Winkelbereich auf den Detektor treffen. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau hängt die optimale Form der Linse (Radius, Dicke, Krümmung . . . ) unter anderem vom Brechungsindex des Linsenmaterials ab. Für einen Brechungsindex von 1,4 wurden beispielhaft sehr gute Resultate mit einer asphärischen plankonvexen Linse erzielt, deren Querschnitt eine halbe Ellipse dar stellt und deren Dicke (h) beim 0,57fachen Radius (R) der Linse liegt. Der kreisför mige lichtempfindliche Bereich 5 des darunterliegenden Detektors 3 soll in diesem Fall einen Radius (rs) von etwa dem 0,6fachen Linsenradius R aufweisen. Die Computersimulationen des Strahlengangs bei diesen Parametern in Fig. 5 bis 8 zeigen deutlich, daß mit wachsendem Einfallswinkel α ein immer größerer Anteil der in die Linse einfallenden Strahlen auf den strahlungsempfindlichen Bereich 5 des Detektors auftrifft. Die für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Parameter (genaue Linsenform, Größe des Detektors . . . ) können unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen vorteilhafterweise durch Computersimulation des Strahlenganges ermittelt werden.In the simplest case, the lens or the lens system 2 can be a simple collecting lens. In the case of converging lenses, a distinction can be made between plano-convex lenses ( FIG. 10), biconvex lenses ( FIG. 11), or meniscus lenses ( FIG. 12). The use of a plano-convex lens, which can be brought into direct contact with the surface of the detector 3 with the flat side, so that the detector achieves a maximum aperture, and rays from a large angular range strike the detector is particularly advantageous. In the construction according to the invention, the optimal shape of the lens (radius, thickness, curvature...) Depends, among other things, on the refractive index of the lens material. For example, for a refractive index of 1.4, very good results were achieved with an aspherical plano-convex lens, the cross section of which represents a half ellipse and the thickness (h) of which is 0.57 times the radius (R) of the lens. In this case, the circular light-sensitive area 5 of the detector 3 underneath should have a radius (r s ) of approximately 0.6 times the lens radius R. The computer simulations of the beam path with these parameters in FIGS. 5 to 8 clearly show that as the angle of incidence α increases, an ever larger proportion of the rays incident in the lens strikes the radiation-sensitive region 5 of the detector. The optimal parameters for the respective application (exact lens shape, size of the detector...) Can advantageously be determined by computer simulation of the beam path, taking into account the respective boundary conditions.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Photodetektor, wie bei lichtemittierenden Di oden (LEDs) üblich, direkt in das Material, aus dem die Linse besteht, eingebettet. Anders als bei LEDs, bei denen der Halbleiter in der Nähe des Brennpunkts der Op tik angeordnet ist, ist der Detektor bei der vorliegenden Erfindung so anzuordnen, daß Strahlen aus einem möglichst großen Bereich von Raumrichtungen mit nähe rungsweise gleicher Wahrscheinlichkeit auf den Detektor 3 treffen; dies ist, wie oben beschrieben, der Fall, wenn der Detektor vor dem Brennpunkt (Brennpunkt bei Lichteinfall unter einem Einfallswinkel 0 = 00 im Linsenrand) angeordnet ist.In a further embodiment, as is customary in the case of light-emitting diodes (LEDs), the photodetector is embedded directly in the material from which the lens is made. In contrast to LEDs, in which the semiconductor is arranged in the vicinity of the focal point of the optics, the detector in the present invention is to be arranged in such a way that rays from the largest possible range of spatial directions hit the detector 3 with approximately the same probability; as described above, this is the case if the detector is arranged in front of the focal point (focal point when light falls on at an angle of incidence 0 = 00 in the lens edge).
Ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Beeinflussung der Winkelabhängigkeit der Empfindlichkeit des Sensors liegt darin, die Empfindlichkeit S(r) des erfindungsge mäß angebrachten Detektors 3 radial zu variieren (siehe Fig. 9). So können bei spielsweise durch spezielle Beschichtungen bestimmte Bereiche abgedeckt und dadurch weniger empfindlich gemacht werden; weiterhin besteht die Möglichkeit, durch Anordnung der Elektroden sowie der Dotierungsgebiete die Empfindlichkeit bestimmter Bereiche des Detektors 3 gezielt zu beeinflussen. Um dies zu erreichen, können auch an beliebigen Stellen innerhalb des Sensors Blenden angebracht werden, die einen Teil der Strahlung daran hindern, den strahlungsempfindlichen Bereich des Detektors zu erreichen. Mit den oben erwähnten Parametern h = 0,57·R, rs = 0,6·R wurde gefunden, daß durch Abdecken des mittleren Bereichs (kreisförmiger Bereich mit Radius ru =0,15·R) des Detektors 3 die unter Einfallswinkel α = 0° einfallende Strahlung deutlich schwächer bewertet wird, während unter großen Winkeln zur Linsenachse einfallende Strahlung fast unvermindert bewertet wird. Ein Entwurf dieser vorteilhaften Ausführungsform ist Fig. 9 zu entnehmen. Bei der hier dargestellten Möglichkeit, die Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Sensors vom Einfallswinkel der Strahlung gezielt zu beeinflussen, ist man nicht auf zylindersymmetrische An ordnungen beschränkt, so daß damit auch eine nicht zylindersymmetrische Abhän gigkeit der Empfindlichkeit des Sensors von der Einfallsrichtung erreicht werden kann. Die hier dargestellten Möglichkeiten der Beeinflussung der Abhängigkeit der Emp findlichkeit des Sensors vom Einfallswinkel kann nicht nur zur Erreichung einer für alle Einfallsrichtungen möglichst homogenen Empfindlichkeit genutzt werden, son dern auch gezielt dazu, den Sensor für bestimmte Raumrichtungen empfindlich be ziehungsweise unempfindlich zu machen. Bei der Suche nach den für bestimmte Anwendungszwecke geeigneten Linsenformen, Empfindlichkeitsverteilungen auf dem Detektor beziehungsweise Anordnungen von Blenden im Sensor empfiehlt sich eine Computersimulation des Strahlenganges.An additional degree of freedom for influencing the angular dependence of the sensitivity of the sensor is to vary the sensitivity S (r) of the detector 3 according to the invention radially (see FIG. 9). For example, certain areas can be covered by special coatings, making them less sensitive; there is also the possibility of specifically influencing the sensitivity of certain areas of the detector 3 by arranging the electrodes and the doping regions. To achieve this, diaphragms can be attached at any point within the sensor, which prevent some of the radiation from reaching the radiation-sensitive area of the detector. With the above-mentioned parameters h = 0.57 · R, r s = 0.6 · R, it was found that by covering the middle area (circular area with radius ru = 0.15 · R) of the detector 3, the angle of incidence α = 0 ° incident radiation is rated significantly weaker, while at large angles to the lens axis incident radiation is rated almost undiminished. A design of this advantageous embodiment can be seen in FIG. 9. In the possibility shown here to influence the dependence of the sensitivity of the sensor on the angle of incidence of the radiation, one is not limited to cylindrically symmetrical arrangements, so that a non-cylindrically symmetrical dependency of the sensitivity of the sensor on the direction of incidence can be achieved. The options presented here for influencing the dependency of the sensitivity of the sensor on the angle of incidence can not only be used to achieve a sensitivity that is as homogeneous as possible for all directions of incidence, but also specifically to make the sensor sensitive or insensitive to certain spatial directions. When searching for suitable lens shapes, sensitivity distributions on the detector or arrangements of diaphragms in the sensor, a computer simulation of the beam path is recommended.
Die Verwendung der Linse beziehungsweise des Linsensystems für den Sensor des erfindungsgemäßen UV-Strahlungsmeßgeräts kann in Verbindung mit den oben be schriebenen Photodetektoren aus Halbleitern mit einem Bandabstand von 2,25 eV und darüber erfolgen, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt.The use of the lens or the lens system for the sensor of the UV radiation measuring device according to the invention can be in conjunction with the above wrote photodetectors made of semiconductors with a band gap of 2.25 eV and above, but it is not limited to this.
Der Gebrauchswert des beschriebenen Geräts kann durch folgende Einrichtungen noch erhöht werden.The utility of the device described can by the following facilities still be increased.
- 1. Am Gerät kann der Lichtschutzfaktor des verwendeten Sonnenschutzmittels eingestellt werden. Für die Berechnung der Strahlungsdosis wird dann die ef fektive Strahlungsintensität verwendet, die sich aus der Strahlungsintensität geteilt durch den Lichtschutzfaktor ergibt.1. The sun protection factor of the sunscreen used can be on the device can be set. The ef. Is then used to calculate the radiation dose fective radiation intensity used, which results from the radiation intensity divided by the sun protection factor.
- 2. Das Gerät kann die Zeit berechnen, die aufgrund des bisherigen Strahlungsin tensitätsverlaufs und weiterer Parameter bis zur Erreichung der maximalen Strahlungsdosis vergehen wird.2. The device can calculate the time that is due to the previous radiation intensity course and other parameters until the maximum is reached Radiation dose will pass.
- 3. Das Gerät enthält eine Anzeige, an der unter anderem einer oder mehrere der folgenden Werte angezeigt werden können: Strahlungsintensität, effektive Strahlungsintensität, Lichtschutzfaktor, Strahlungsdosis, effektive Strahlungs dosis, Grenzwert der Strahlungsdosis, Zeit bis zum Erreichen des Grenzwerts der Strahlungsdosis.3. The device contains a display on which, among other things, one or more of the the following values can be displayed: radiation intensity, effective Radiation intensity, sun protection factor, radiation dose, effective radiation dose, limit value of the radiation dose, time until the limit value is reached the radiation dose.
- 4. Die Energieversorgung des Geräts erfolgt ganz oder teilweise über Solarzellen.4. The device is powered entirely or partially by solar cells.
- 5. Das Gerät ermittelt den Grenzwert der Strahlungsdosis unter Berücksichtigung des Hauttyps und der Vorbehandlung der Haut. 5. The device determines the limit value of the radiation dose taking into account skin type and skin pretreatment.
- 6. Das Gerät besitzt einen weiteren Integrator und ermittelt die gesamte Strah lungsdosis über einen langen Zeitraum ab einem bestimmten Zeitpunkt. Hiermit kann beispielsweise zusätzlich zur Tagesdosis die Jahresdosis ermittelt werden.6. The device has another integrator and determines the entire beam dose over a long period of time from a certain point in time. Herewith can determine the annual dose in addition to the daily dose become.
- 7. Das Gerät besitzt einen zusätzlichen Speicher und speichert bei jeder stärkeren Strahlungsbelastung Strahlungsintensität, Zeitpunkt, und Dauer und kann diese Daten auf Abfrage anzeigen oder ausgeben.7. The device has an additional memory and saves every stronger one Radiation exposure, radiation intensity, time, and duration and these Display or output data on request.
- 8. Das Gerät verfügt über eine Schnittstelle, über die es mit einem anderen Gerät Daten (beispielsweise Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit) austau schen kann, die vorteilhafterweise elektrisch und/oder optisch aufgebaut ist. Der Detektor kann dabei auch als Sender und/oder Empfänger bei der opti schen Übertragung fungieren.8. The device has an interface through which it communicates with another device Exchange data (e.g. irradiation intensity and irradiation time) can, which is advantageously constructed electrically and / or optically. The detector can also act as a transmitter and / or receiver at opti act transmission.
- 9. Das Gerät verfügt über Stromsparfunktionen, die bei geringer Einstrahlung und dann, wenn längere Zeit keine Taste betätigt wurde, Anzeige und/oder Ana log/Digital-Wandler und/oder andere Funktionsteile abschalten. Die Effektivität der Stromsparfunktionen kann noch dadurch gesteigert werden, daß der Ana log/Digital-Wandler sowie die analoge Signalverarbeitung immer nur kurz zur Durchführung der Messung eingeschaltet und unmittelbar darauf wieder ausge schaltet werden. Wurde schon über mehrere Messungen festgestellt, daß die Strahlungsintensität nur sehr gering ist (zum Beispiel nachts oder im Schatten), kann die Meßrate abgesenkt werden (beispielsweise schrittweise auf 1 Mes sung pro Minute). Bei Feststellung einer höheren Strahlungsintensität oder Betätigung der Eingabevorrichtung wird die Meßrate wieder auf den ursprüngli chen Wert (beispielsweise 1 Messung pro Sekunde) erhöht.9. The device has power saving functions that with low irradiation and if no key has been pressed for a long time, display and / or Ana Switch off the log / digital converter and / or other functional parts. The effectiveness the power saving functions can be increased by the fact that the Ana log / digital converter and analog signal processing only ever for a short time The measurement is switched on and immediately switched off again be switched. Has it been found over several measurements that the Radiation intensity is very low (for example at night or in the shade), the measuring rate can be reduced (for example step by step to 1 meas solution per minute). If a higher radiation intensity is determined or Pressing the input device will return the measurement rate to the original Chen value (for example 1 measurement per second) increased.
- 10. Das Gerät verfügt über eine Einrichtung, die wichtige Betriebsparameter (Lichtschutzfaktor, Grenzwert der Strahlungsdosis (G), Hauttyp, bisherige Strahlungsdosis . . . ) in einem Speicher ablegt, in dem sie auch ohne Stromver sorgung erhalten bleiben (zum Beispiel EEPROM).10. The device has a facility that important operating parameters (Sun protection factor, limit value of the radiation dose (G), skin type, previous Radiation dose. . . ) stores in a memory in which they can be supply remain intact (e.g. EEPROM).
Das Strahlungsmeßgerät kann gestaltet sein als Scheckkarte (siehe Fig. 15), in Verbindung mit Uhr/Wecker, in Armbanduhr, Krawattennadel, Schmuckstück, ein gebaut in Schminkkästchen, eingebaut in Sonnenbrille, Kugelschreiber, Kühltasche, Skibrille, Skimütze, Golfsack, Deckel von Sonnenmilch, Gerät für Westentasche (Sensor schaut heraus, Gerät ist in Westentasche).The radiation measuring device can be designed as a check card (see FIG. 15), in connection with a clock / alarm clock, in a wristwatch, tie pin, piece of jewelry, built into a make-up box, built into sunglasses, pens, cooler bags, ski goggles, ski hat, golf bag, lid of sun milk , Device for vest pocket (sensor looks out, device is in vest pocket).
BezugszeichenlisteReference list
1 Sensor zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung
2 Linse beziehungsweise Linsensystem
3 Detektor beziehungsweise Photodetektor beziehungsweise UV-Detektor
4 Linsenachse (optische Achse)
5 strahlungsempfindliche Bereiche des Detektors beziehungsweise Photodetek
tors
6 strahlungsunempfindliche Bereiche des Detektors beziehungsweise Photode
tektors
7 einfallende Strahlung
8 Eingabeeinrichtung
9 Signalverarbeitung
10 Ausgabeeinrichtung
11 Linsenrand
12 konvexe Linsenfläche
13 konkave Linsenfläche
α Einfallswinkel: Winkel zwischen einfallenden Strahlen und Achse der Linse
I Strahlungsintensität = Intensität der Lichtquelle
Ierf erfaßte Strahlungsintensität = Strahlungsintensität die der Photodetektor erfaßt
Ieff effektive Strahlungsintensität = Strahlungsintensität geteilt durch Lichtschutz
faktor
D Strahlungsdosis = Integral der effektiven Strahlungsintensität über der Zeit
Deff effektive Strahlungsdosis = Strahlungsdosis unter Berücksichtigung der Regene
ration
G Grenzwert der Strahlungsdosis = Grenzwert der Strahlungsdosis oder der effekti
ven Strahlungsdosis, bei dessen Überschreiten Alarm ausgelöst wird 1 sensor for detecting electromagnetic radiation
2 lens or lens system
3 detector or photodetector or UV detector
4 lens axis (optical axis)
5 radiation-sensitive areas of the detector or photodetector
6 radiation-insensitive areas of the detector or photodetector
7 incident radiation
8 input device
9 Signal processing
10 dispenser
11 lens rim
12 convex lens surface
13 concave lens surface
α angle of incidence: angle between incident rays and axis of the lens
I Radiation intensity = intensity of the light source
I detected radiation intensity = radiation intensity which the photodetector detects
I eff effective radiation intensity = radiation intensity divided by light protection factor
D Radiation dose = integral of the effective radiation intensity over time
D eff effective radiation dose = radiation dose taking the regeneration into account
G Limit value of the radiation dose = limit value of the radiation dose or the effective radiation dose, above which an alarm is triggered
Claims (14)
einer Eingabeeinrichtung (8) zur externen Eingabe von Parametern,
einer Signalverarbeitung (9), welche eine erste Einrichtung aufweist, welche die erfaßte Strahlungsintensität unter Berücksichtigung der Eingabeparameter be wertet, und welche eine zweite Einrichtung aufweist, welche ein erstes Signal entsprechend der Bewertung erzeugt,
einer Ausgabeeinrichtung (10) zur optischen und/oder akustischen Anzeige des ersten Signals,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Photodetektor (3) einen Halbleiter mit einem Bandabstand von über 2,25 eV umfaßt,
im Strahlengang vor dem Photodetektor eine Linse oder ein Linsensystem (2) mit positiver Brennweite vorhanden ist
die Linse oder das Linsensystem im Strahlengang vor dem Detektor (3) ange ordnet ist,
der Detektor (3) im Strahlengang vor dem Brennpunkt angeordnet ist, der sich bei im Randbereich (11) der Linse oder des Linsensystems (2) unter dem Ein fallswinkel von α = 0° einfallender Strahlung ergibt,
Anordnung und/oder Empfindlichkeitsbereiche des Detektors so gewählt sind, daß bei Strahlungseinfall unter einem Einfallswinkel von α = 0° nur ein Teil der durch die Linse oder das Linsensystem einfallenden Strahlung erfaßt wird.1. radiation measuring device for protection against high UV radiation exposure with a photodetector ( 3 ) for detecting the radiation intensity,
an input device ( 8 ) for external input of parameters,
signal processing ( 9 ) which has a first device which evaluates the detected radiation intensity taking into account the input parameters, and which has a second device which generates a first signal in accordance with the evaluation,
an output device ( 10 ) for optical and / or acoustic display of the first signal,
characterized in that
the photodetector ( 3 ) comprises a semiconductor with a band gap of over 2.25 eV,
a lens or lens system ( 2 ) with a positive focal length is present in the beam path in front of the photodetector
the lens or lens system is arranged in the beam path in front of the detector ( 3 ),
the detector ( 3 ) is arranged in the beam path in front of the focal point which results in radiation incident in the edge region ( 11 ) of the lens or lens system ( 2 ) under the incident angle of α = 0 °,
The arrangement and / or sensitivity ranges of the detector are selected such that only a part of the radiation incident through the lens or the lens system is detected in the event of radiation incident at an angle of incidence of α = 0 °.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4329666A DE4329666C1 (en) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | Radiation meter for protection from high UV radiation loading |
| AU74898/94A AU7489894A (en) | 1993-09-02 | 1994-08-25 | Radiation measuring device for protection from high u/v radiation |
| PCT/DE1994/000983 WO1995006860A1 (en) | 1993-09-02 | 1994-08-25 | Radiation measuring device for protection from high u/v radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4329666A DE4329666C1 (en) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | Radiation meter for protection from high UV radiation loading |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4329666C1 true DE4329666C1 (en) | 1995-01-05 |
Family
ID=6496688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Legal Events
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| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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