Optisten suureiden sanasto

Mitä aallonpituus on, miten spektri kuvataan ja mitkä tunnusluvut siitä saadaan.

Aallonpituus (λ) yksikössä nm

Aallonpituus on aallon kahden peräkkäisen samanvaiheisen kohdan välinen etäisyys, ja se ilmoitetaan nanometreinä. Se liittyy taajuuteen yhtälöllä λ = c/ν ja määrää, mitä säteily saa aikaan: noin 254 nm:n UV-C-aallonpituus inaktivoi mikro-organismeja, 365 nm virittää fluoresenssia ja 395 nm kovettaa pinnoitteita. Jako UV-C-, UV-B-, UV-A-, näkyvään ja infrapuna-alueeseen perustuu standardiin DIN/ISO 20473.

Ei pidä sekoittaa: Pelkkä aallonpituus ei kuvaa säteilylähdettä. "365 nm:n LED" säteilee noin 10 nm leveällä kaistalla; vain huippuaallonpituus, painopisteaallonpituus ja puoliarvoleveys yhdessä kuvaavat sen.

Määrittelevät standardit: DIN/ISO 20473 · DIN 5031-7

Optinen säteily kattaa UV-C:n, näkyvän valon ja infrapunan. Rajat 280, 315 ja 400 nm:ssä perustuvat standardiin DIN/ISO 20473.

Taajuus (ν) yksikössä Hz

Taajuus ilmoittaa, kuinka monta aallonjaksoa kulkee pisteen ohi sekunnissa. Tyhjiössä ν = c/λ, jossa c = 299 792 458 m/s. Näkyvä valo on noin 400–790 THz ja UV-C noin 1200 THz. Toisin kuin aallonpituus, taajuus ei muutu, kun säteily siirtyy toiseen aineeseen.

Ei pidä sekoittaa: Optisessa mittaustekniikassa ilmoitetaan lähes aina aallonpituus. Taajuutta käytetään siellä, missä tarvitaan fotonin energia: E = h·ν.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1

Aaltoluku (ṽ) yksikössä cm⁻¹

Aaltoluku on aallonpituuksien lukumäärä senttimetriä kohti: ṽ = 1/λ. 250 nm:n aallonpituus vastaa 40 000 cm⁻¹:tä. Koska aaltoluku on verrannollinen fotonin energiaan, värähtely- ja molekyylispektrit esitetään yksikössä cm⁻¹.

Ei pidä sekoittaa: Aaltoluvut ovat UV- ja valomittauksessa epätavallisia; ne tulevat vastaan, kun tietoja otetaan IR- ja Raman-spektroskopiasta.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1

Fotonin energia (E_p) yksikössä eV

Fotonin energia saadaan yhtälöstä E = h·ν = h·c/λ. Käytännössä E[eV] ≈ 1239,84 / λ[nm]. 254 nm:n fotoni kantaa 4,88 eV, 365 nm:n fotoni 3,40 eV ja 550 nm:n fotoni vain 2,25 eV. Koska tyypilliset C–C-sidokset ovat 3,6 eV:n ja C–H-sidokset 4,3 eV:n tasolla, UV-C vaikuttaa fotokemiallisesti siellä, missä näkyvä valo ei tee mitään.

Ei pidä sekoittaa: Fotonin energia kertoo, onko reaktio ylipäätään mahdollinen – ei sitä, kuinka nopeasti se tapahtuu. Se on fotonien lukumäärän eli fotonivuon asia.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1

Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä enemmän energiaa fotoni kantaa. Vain noin 290 nm:n alapuolella se riittää katkaisemaan C–H-sidoksia.

Spektrinen jakauma (S(λ)) yksikössä W/(m²·nm)

Spektrinen jakauma S(λ) ilmoittaa, miten säteilylähteen säteily jakautuu aallonpituuden mukaan. Se annetaan joko absoluuttisena, jolloin se on spektrinen irradianssi yksikössä W/(m²·nm), tai maksimiinsa normalisoituna suhteellisena. Jokainen johdettu suure saadaan S(λ):stä integroimalla ja painottamalla: irradianssi integroimalla, valaistusvoimakkuus painottamalla V(λ):llä, väriarvot painottamalla värinsovitusfunktioilla ja vaikuttava irradianssi painottamalla vaikutusspektrillä.

Ei pidä sekoittaa: Laajakaistainen radiometri antaa yhden luvun, spektroradiometri koko jakauman. Heti kun verrataan eri tekniikoilla toteutettuja lähteitä tai spektri siirtyy vanhenemisen myötä, S(λ):ää ei voi kiertää.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1 · CIE 015

Spektrinen jakauma on lähtökohta: integroituna se antaa irradianssin, V(λ):llä painotettuna valaistusvoimakkuuden, värinsovitusfunktioilla painotettuna väriarvot ja s(λ):llä painotettuna vaikuttavan irradianssin.

Spektrinen irradianssi (E_λ) yksikössä W/(m²·nm)

Spektrinen irradianssi on kapealla aallonpituusvälillä olevan irradianssin ja kyseisen välin leveyden osamäärä. Se on spektrisen jakauman absoluuttinen muoto. Integrointi aallonpituusalueen yli antaa kyseisen alueen irradianssin: E = ∫ E_λ dλ.

Ei pidä sekoittaa: Lukuarvo riippuu välin yksiköstä. 1 W/(m²·nm) on 1000 W/(m²·µm) – yleisin 1000-kertainen virhe, joka syntyy ulkopuolisten datalehtien tietoja käytettäessä.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1 · CIE 015

Spektrinen radianssi (L_λ) yksikössä W/(m²·sr·nm)

Spektrinen radianssi kuvaa, kuinka paljon tehoa pinta säteilee avaruuskulmaa ja aallonpituusväliä kohti. Se on suure, jossa integroivat pallot kalibroidaan radianssistandardeiksi, ja perusta laajojen lähteiden arvioinnille standardin IEC 62471 mukaan.

Ei pidä sekoittaa: Toisin kuin spektrinen irradianssi se on etäisyydestä riippumaton – se kuvaa lähdettä, ei vastaanottajaa.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1 · IEC 62471

Huippuaallonpituus (λ_p) yksikössä nm

Huippuaallonpituus on se aallonpituus, jolla spektrinen irradianssi on suurin. Se on helppo lukea ja siksi UV-LEDien tavanomainen tyyppimerkintä. Se siirtyy liitoslämpötilan ja käyttövirran mukaan: UV-LEDeillä 1–3 nm sallitulla lämpötila-alueella on tavallista.

Ei pidä sekoittaa: Epäsymmetrisissä tai monihuippuisissa spektreissä huippuaallonpituus kertoo vaikutuksesta vähän. Painopisteaallonpituus on silloin rehellisempi luku – ja värivaikutelman osalta vallitseva aallonpituus.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-1 · CIE 127

Saman vihreän LEDin huippu-, painopiste- ja vallitseva aallonpituus: kolme lukua, kolme eri arvoa. Puoliarvoleveys mittaa spektrin leveyden puolikorkeudella.

Painopisteaallonpituus (λ_c) yksikössä nm

Painopisteaallonpituus on spektrisellä irradianssilla painotettu keskimääräinen aallonpituus: λ_c = ∫λ·E_λdλ / ∫E_λdλ. UV-LEDeillä se on tyypillisesti joitakin nanometrejä huippuaallonpituuden yläpuolella, koska pitkäaaltoinen laita laskee hitaammin.

Ei pidä sekoittaa: Jos verrataan kahden laitteen lukemia, on tarkistettava, kumman näistä luvuista datalehti ilmoittaa – sekaannus selittää monet näennäiset poikkeamat.

Määrittelevät standardit: CIE 127

Puoliarvoleveys (Δλ) yksikössä nm

Puoliarvoleveys on niiden kahden aallonpituuden välinen etäisyys, joilla spektrinen irradianssi on laskenut puoleen maksimistaan. UV-LEDit ovat tyypillisesti 9–15 nm, laserit selvästi sen alle, keskipaine- ja ksenonlähteet selvästi sen yli.

Ei pidä sekoittaa: Lähteen puoliarvoleveyttä ei pidä sekoittaa laitteen spektriseen erotuskykyyn – laite leventää kapeat viivat omalla kaistanleveydellään.

Määrittelevät standardit: CIE 127

Energeettisesti arvioitu säteily riippumatta siitä, näkeekö silmä sen vai ei – jokaisen UV-mittauksen perusta.

Säteilyteho (Φ_e) yksikössä W

Säteilyteho, jota kutsutaan myös säteilytehokkuudeksi, on kokonaisenergiamäärä, jonka lähde säteilee aikayksikköä kohti kaikkiin suuntiin. Se mitataan integroivalla pallolla. 60 watin hehkulamppu säteilee noin 57 W säteilytehoa, joka jakautuu näkyvän valon ja infrapunan spektrille.

Älkää sekoittako: Säteilyteho ei ole sähköinen ottoteho. Näiden välillä on sähköoptinen hyötysuhde, joka UV-LED-valoilla vaihtelee muutamasta prosentista muutamaan kymmeneen prosenttiin aallonpituudesta riippuen.

Määritelty: DIN 5031-1 · ISO 80000-7

Sama säteily, neljä viittausta: kokonaisuutena (Φ), avaruuskulmaa kohti (I), vastaanottopinta-alaa kohti (E) sekä avaruuskulmaa ja projisoitua lähdepinta-alaa kohti (L).

Säteilyintensiteetti (I_e) yksikössä W/sr

Säteilyintensiteetti on tiettyyn suuntaan lähetetyn säteilytehon ja avaruuskulmaelementin osamäärä. LED, jonka säteilyteho on 1 W ja joka säteilee 0,1 sr:n avaruuskulmaan, saavuttaa 10 W/sr. Säteilyintensiteetti kuvaa siten suuntajakaumaa, joka esitetään säteilykuviodiagrammeissa.

Älkää sekoittako: Irradianssi seuraa säteilyintensiteetistä vain käänteisen neliölain E = I/r² kautta – ja tämä pätee vain fotometrisen rajaetäisyyden ulkopuolella.

Määritelty: DIN 5031-1 · ISO 80000-7

Irradianssi (E_e) yksikössä W/m²

Irradianssi on pintaelementtiin osuvan säteilytehon ja kyseisen elementin koon osamäärä. Se on jokaisen UV-sovelluksen keskeinen prosessisuure, ja se mitataan radiometrillä. Kirkkaana päivänä aurinko saavuttaa maanpinnalla noin 1000 W/m².

Älkää sekoittako: Irradianssi on vastaanottajaan liittyvä suure ja riippuu etäisyydestä; radianssi on lähteeseen liittyvä suure eikä riipu siitä. Tietolehdet ilmoittavat usein irradianssin ilman etäisyyttä – ilman sitä luku on arvoton.

Määritelty: DIN 5031-1 · ISO 80000-7

Radianssi (L_e) yksikössä W/(m²·sr)

Radianssi on lähetetyn säteilytehon sekä pinta-alaelementin ja avaruuskulman tulon osamäärä. Se kuvaa, mitä lähde säteilee pinta-alaa ja avaruuskulmaa kohti, ja pysyy vakiona lähteestä etäännyttäessä. Laajojen lähteiden arvioinnissa standardin IEC 62471 mukaisesti se on ratkaiseva suure.

Älkää sekoittako: Prosessin vapauttamisessa merkitsee irradianssi vaikutuspisteessä; laajojen lähteiden riskinarvioinnissa merkitsee radianssi. Nämä kaksi suuretta vastaavat eri kysymyksiin.

Määritelty: DIN 5031-1 · IEC 62471

Säteilyaltistus (annos) (H_e) yksikössä J/m²

Säteilyaltistus on irradianssin aikaintegraali. Vakiona pysyvällä irradianssilla H = E · t. Se on suure, joka ratkaisee UV-prosessin onnistumisen: kovetus, desinfiointi ja vanheneminen ovat annosprosesseja. Irradianssi määrää vain sen, kuinka nopeasti annos saavutetaan.

Älkää sekoittako: Pelkkä aika ei ole todiste. Molemmat suureet – irradianssi ja annos – kuuluvat erikseen dokumentaatioon, sillä vanheneva lamppu tuottaa saman ajan pienemmällä annoksella.

Määritelty: DIN 5031-1 · ISO 80000-7

Annos on irradianssin ja ajan käyrän alle jäävä pinta-ala. Vanhentunut lamppu tarvitsee saman annoksen saavuttamiseen pidemmän ajan.

Säteilyenergia (Q_e) yksikössä J

Säteilyenergia on säteilytehon aikaintegraali: Q = ∫Φ dt. Se on perussuure, josta muut radiometriset suureet johdetaan viittaamalla aikaan, pinta-alaan ja avaruuskulmaan. Salamalampuille ja pulssitetuille järjestelmille se on luonnollinen luku pulssia kohti.

Älkää sekoittako: Säteilyenergia kuvaa lähdettä kokonaisuutena, kun taas säteilyaltistus kuvaa sitä, mikä saapuu tietylle pinnalle.

Määritelty: DIN 5031-1 · ISO 80000-7

Fluenssi ja fluenssinopeus (H₀, E₀) yksikössä J/m², W/m²

Fluenssinopeus on säteilyteho poikkileikkauspinta-alaa kohti viitattuna pieneen palloon; fluenssi on sen aikaintegraali. Toisin kuin säteilyaltistus, joka viittaa tasaiseen pintaan ja painottaa vinosti tulevaa säteilyä kosinilla, tässä säteily lasketaan täysimääräisesti kaikista suunnista. UV-desinfioinnissa fluenssi on fysikaalisesti oikea annossuure mikro-organismille vedessä.

Älkää sekoittako: Suunnatussa säteilykentässä fluenssi ja säteilyaltistus ovat yhtä suuret; diffuusissa kentässä fluenssi voi olla huomattavasti suurempi kuin tasolla mitattu altistus.

Määritelty: DVGW W 294 · DIN 19294

Tasainen pinta painottaa vinoa säteilyä kosinilla, pieni pallo vastaanottaa sen täysimääräisesti kaikista suunnista. Vesireaktorin diffuusissa kentässä fluenssi on siksi suurempi kuin säteilyaltistus.

Samat suureet painotettuna silmän valotehokkuusfunktiolla V(λ): lumen, luksi, kandela.

Valovirta (Φ_v), lm

Valovirta on säteilyteho painotettuna valotehokkuusfunktiolla V(λ), mitattuna lumeneina. Se kattaa kaikki suunnat ja on siten mitta valonlähteen kokonaiskirkkaudelle. 60 watin hehkulamppu tuottaa noin 900 lm; saman kirkkauden LED-lamppu tarvitsee noin 10 W.

Älkää sekoittako: UV-säteilylle valovirralla ei ole merkitystä: V(λ) on nolla alle 380 nm:n aallonpituuksilla. UV-lähteen valovirta on nolla lumenia tehosta riippumatta.

Määritelty: DIN 5031-3 · ISO 80000-7

Valovoima (I_v), cd

Valovoima on yhteen suuntaan säteillyn valovirran ja avaruuskulmaelementin osamäärä. Se mitataan kandeloina, fotometrian SI-perusyksikkönä. Tehokas taskulamppu saavuttaa 1000 cd säteen suunnassa.

Älkää sekoittako: Kandela kuvaa yhtä suuntaa, lumen koko lähdettä. Lampulla, jonka kandela-arvo on korkea, voi olla vähän lumeneita, jos valo on tarkasti kohdistettu.

Määritelty: DIN 5031-3 · ISO 80000-7

Valaistusvoimakkuus (E_v), lx

Valaistusvoimakkuus on saapuvan valovirran ja pinta-alan osamäärä, mitattuna luksina. Se on irradianssin fotometrinen vastine. Toimistoissa suositellaan noin 500 lx:ää; aurinkoisena päivänä ulkona saavutetaan 100 000 lx.

Älkää sekoittako: Luksia ei voi yleisesti muuntaa W/m²:ksi. Kerroin riippuu spektristä – muunnos on sallittu vain tunnetulle lähteelle, jonka spektrijakauma on mitattu.

Määritelty: DIN 5031-3 · DIN EN 12464-1

Luminanssi (L_v), cd/m²

Luminanssi on säteillyn valovirran ja pinta-alaelementin sekä avaruuskulman tulon osamäärä. Se on ainoa fotometrinen suure, joka vastaa suoraan kirkkausvaikutelmaa, ja se on riippumaton etäisyydestä. Tietokonenäytön luminanssi on tyypillisesti 300 cd/m².

Älkää sekoittako: Luminanssimittaukset riippuvat mittauskentän kulmasta: liian suuri mittapiste keskiarvoistaa taustan mukaan ja antaa liian alhaisen lukeman.

Määritelty: DIN 5031-3 · ISO 80000-7

Valotusarvo (H_v), lx·s

Valotusarvo on valaistusvoimakkuuden aikaintegraali ja siten säteilyaltistuksen fotometrinen vastine. Se esiintyy aina, kun valon aiheuttama muutos on kumulatiivinen: lääkkeiden fotostabiilisuustesteissä, museovalaistuksessa ja värien haalistumisessa.

Älkää sekoittako: ICH Q1B edellyttää lisäksi vähintään 200 W·h/m²:n UV-annosta lähi-UV-alueella – pelkät lx·h eivät riitä.

Määritelty: DIN 5031-3 · ICH Q1B

Valotehokkuus (η), lm/W

Valotehokkuus on valovirran ja sähköisen ottotehon osamäärä. Hehkulamput saavuttavat noin 15 lm/W, loistelamput 60–100 lm/W, valkoiset LED-lamput nykyään yli 150 lm/W. Teoreettinen yläraja on 683 lm/W monokromaattiselle säteilylle 555 nm:n aallonpituudella.

Älkää sekoittako: Lampun valotehokkuus viittaa sähkötehoon, säteilyn valotehokkuus säteilytehoon – kaksi eri lukua samalla yksiköllä.

Määritelty: DIN 5031-3

Valotehokkuusfunktio (V(λ))

V(λ) kuvaa silmän spektriherkkyyttä päivänäössä. Se saavuttaa huippunsa 555 nm:ssä, laskee lähes nollaan 380 ja 780 nm:ssä ja on ollut CIE:n määrittelemä vuodesta 1924. V′(λ) koskee hämäränäköä, jonka maksimi on 507 nm:ssä. Jokainen fotometrinen suure on radiometrisen vastineensa V(λ)-painotettu versio.

Älkää sekoittako: Sitä, kuinka tarkasti luksimittari toistaa V(λ):n, kuvaa spektrinen poikkeama f₁′. LED-valolla huono vastaavuus vaikuttaa voimakkaammin kuin hehkuvalolla.

Määritelty: CIE 018 · DIN 5031-3

Fotometriset suureet painottavat säteilyä silmän valotehokkuuden mukaan. Alle 380 nm:ssä V(λ) on nolla – UV-lähteellä ei siten ole käytännössä valovirtaa, eikä luksimittari mittaa UV-säteilyä.

Valotehokkuusvakio (K_m), lm/W

K_m = 683 lm/W on muuntokerroin säteilytehon ja valovirran välillä valotehokkuusfunktion huipussa 555 nm:ssä. Valovirta saadaan kaavasta Φ_v = K_m · ∫Φ_e,λ·V(λ)dλ. Vuoden 2019 SI-uudistuksen jälkeen kandela määritellään tämän lukuarvon kautta.

Älkää sekoittako: 683 lm/W pätee vain 555 nm:ssä. Todellisille lähteille muuntokerroin on aina pienempi, ja se riippuu spektristä.

Määritelty: SI-Einheitensystem · CIE 018

Fotometrinen rajaetäisyys (r_min), m

Fotometrinen rajaetäisyys on pienin etäisyys, jonka jälkeen käänteisen neliölain virhe pysyy määritellyn rajan alapuolella. Nyrkkisääntönä se on viisi–kymmenen kertaa suurin valonlähteen mitta; 1 %:n virherajalla se on kymmenkertainen. Sitä lähempänä lähdettä ei voida pitää pistelähteenä.

Älkää sekoittako: Rajaetäisyyden sisällä – suoraan UV-LED-ryhmän tai pinta-valaisimen alla – irradianssi vaimenee huomattavasti hitaammin kuin 1/r². Käänteisen neliölain soveltaminen siellä on merkittävästi virheellistä.

Määritelty: DIN 5032-1

Kromaattisuus, värilämpötila, värintoisto – mitä spektroradiometri kertoo valonlähteen värista.

Väriarvot (X, Y, Z)

Väriarvot syntyvät painottamalla spektrijakauma kolmella värivastaavuusfunktiolla x̄(λ), ȳ(λ) ja z̄(λ) ja integroimalla: X = k·∫S(λ)·x̄(λ)dλ, vastaavasti Y:lle ja Z:lle. Y on määritelty niin, että se vastaa kirkkautta – valonlähteillä Y on suoraan verrannollinen valaistusvoimakkuuteen. Kaikki muut kolorimetriset suureet johdetaan X:stä, Y:stä ja Z:sta.

Ei pidä sekoittaa: Kahdella spektrillä, joilla on samat väriarvot, näyttää olevan sama väri, vaikka ne poikkeavat fysikaalisesti – tätä kutsutaan metamerismiksi. Tämän takia kromaattisuus yksinään ei riitä valonlähteen arviointiin; värintoisto kuuluu siihen mukaan.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-2

Normaalihavaitsija (2° ja 10°) (CIE 1931 / CIE 1964)

2°:n normaalihavaitsija (CIE 1931) kuvaa värinäköä kahden asteen kentässä, kuten katsottaessa pientä aluetta normaalietäisyydeltä. 10°:n normaalihavaitsija (CIE 1964) koskee suurempia kenttiä ja kuvaa laajoja alueita paremmin. Molemmat antavat samalle spektrille hieman erilaiset kromaattisuudet; ero on suurin kapeakaistaisilla LED-spektreillä.

Ei pidä sekoittaa: Eri havaitsijoista saatuja kromaattisuuksia, värilämpötiloja ja värierotuksia ei saa verrata toisiinsa. Käytetty havaitsija on aina merkittävä mittauspöytäkirjaan.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-2 · ISO/CIE 11664-1

2°:n havaitsija (CIE 1931) soveltuu pienille kentille, 10°:n havaitsija (CIE 1964) suurille. Väriarvot ovat vertailukelpoisia vain, kun käytetty havaitsija on ilmoitettu.

Kromaattisuuskoordinaatit (x, y)

Kromaattisuuskoordinaatit saadaan normeeraamalla väriarvot niiden summaan: x = X/(X+Y+Z), y = Y/(X+Y+Z). Pari kuvaa kromaattisuutta riippumatta kirkkaudesta, ja se piirretään kengänkärjenmuotoiseen kromaattisuuskaavioon. Valkoiset pisteet sijaitsevat noin x = 0,33, y = 0,33.

Ei pidä sekoittaa: Kromaattisuuskaavio ei ole havaintotasainen: vihreällä alueella samat geometriset etäisyydet vastaavat paljon pienempää havaittua eroa kuin sinisellä. Etäisyysarvioinneissa kannattaa käyttää mieluummin u′v′- tai CIELAB-suureita.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-3

x, y -kromaattisuuskaavio ja u′, v′ -UCS-kaavio esittävät samat värit. u′, v′ -kaaviossa yhtä suuret etäisyydet vastaavat paremmin yhtä suuria havaittuja värieroja.

CIE 1960 UCS -kromaattisuus (u, v)

CIE 1960 UCS -kaavio saadaan muunnoksella u = 4X/(X+15Y+3Z) ja v = 6Y/(X+15Y+3Z). Se korvattiin u′v′-kaaviolla vuonna 1976, mutta se on edelleen tarpeen: korreloitu värilämpötila ja etäisyys Δuv Planckin käyrästä määritellään tänäkin päivänä tässä kaaviossa.

Ei pidä sekoittaa: u on identtinen molemmissa kaavioissa, v ei ole: v′ = 1,5·v. Arvojen sekoittaminen johtaa väärään värilämpötilaan.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-3

CIE 1976 UCS -kromaattisuus (u′, v′)

Kromaattisuus CIE 1976 UCS -kaaviossa saadaan yhtälöistä u′ = 4X/(X+15Y+3Z) ja v′ = 9Y/(X+15Y+3Z). Kaavio on huomattavasti tasaisempi kuin xy-kaavio: etäisyys Δu′v′ 0,0054 vastaa likimain erotuskynnystä kaikkialla. Se on tavanomainen mitta LED-erien hajonnalle ja valaisimien toleranssimäärittelylle.

Ei pidä sekoittaa: Tasainen ei tarkoita täsmällistä: myös u′v′ on vain likiarvo havainnolle. Kappaleiden väreille CIELAB on tarkempi valinta.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · ISO/CIE 11664-5

CIELAB-väriavaruus (L*, a*, b*)

CIELAB-väriavaruus kuvaa väriarvot kolmelle akselille kuutiojuurifunktion avulla: L* kirkkaudelle alueella 0–100, a* punaisen ja vihreän välillä, b* keltaisen ja sinisen välillä. Muunnos vaatii vertailuvalkoisen, tavallisesti standardivalaistuksen D65 tai D50. Kahden pisteen euklidinen etäisyys on värierotus ΔE*ab.

Ei pidä sekoittaa: CIELAB kuvaa kappaleiden väriä valaistuksen alaisena, ei valonlähdettä itseään. Valonlähteille sopivat suureet ovat kromaattisuus, värilämpötila ja värintoisto.

Määrittelevät standardit: ISO/CIE 11664-4 · DIN EN ISO 11664-4

a*b*-tasossa kroma C* on etäisyys origosta ja sävykulma h suunta. Värierotus ΔE*ab on kahden pisteen etäisyys L*a*b*-avaruudessa.

DIN99-väriavaruus (Lab99) (L99, a99, b99)

DIN 6176:n mukainen DIN99-väriavaruus vääristää CIELABia niin, että havaintotasaisuus saavutetaan ΔE00:n monimutkaisia painotusfunktioita tarvitsematta. Värierotus on silloin yksinkertaisesti euklidinen etäisyys ΔE99. Sitä käytetään erityisesti pinnoite-, tekstiili- ja autoteollisuudessa.

Ei pidä sekoittaa: Muunnelmia on useita (DIN99, DIN99b, DIN99c, DIN99d). Käytetty muunnelma on aina ilmoitettava, muuten luvut eivät ole vertailukelpoisia.

Määrittelevät standardit: DIN 6176

Värierotus (ΔE)

Värierotus on kahden kromaattisuuden välinen etäisyys havaintotasaisessa väriavaruudessa. ΔE*ab on euklidinen etäisyys CIELABissa, ΔE00 puolestaan kehittyneempi CIEDE2000-kaava, jossa on painotusfunktiot kirkkaudelle, kromalle ja sävylle. ΔE-arvoa 1 pidetään juuri havaittavana erona; teollisuuden käytännössä alle 3:n ΔE-arvoa pidetään yleensä riittävänä.

Ei pidä sekoittaa: Käytetty kaava on aina ilmoitettava: ΔE*ab, ΔE94, ΔE00 ja ΔE99 antavat samoille kahdelle värille erilaiset luvut.

Määrittelevät standardit: ISO/CIE 11664-4 · ISO/CIE 11664-6 · DIN 6176

Värilämpötila ja korreloitu värilämpötila (T, T_n), yksikkö K

Värilämpötila T on sen Planckin säteilijän lämpötila, jonka kromaattisuus vastaa lähteen kromaattisuutta. Koska tämä pätee todellisilla lampuilla harvoin täsmälleen, käytetään korreloitua värilämpötilaa T_n (CCT): Planckin säteilijän lämpötilaa lyhimmällä etäisyydellä CIE 1960 UCS -kaaviossa. Lämmin valkoinen sijoittuu noin 2700–3000 K:iin, neutraali valkoinen 4000 K:iin, päivänvalkoinen yli 5300 K:iin.

Ei pidä sekoittaa: Korreloitu värilämpötila on mielekäs vain, kun kromaattisuus on lähellä Planckin käyrää – tavanomainen kriteeri on |Δuv| ≤ 0,005. Kauempana kaksi lähdettä, joilla on sama CCT, kuvaavat silmin nähtävästi erilaisia värejä.

Määrittelevät standardit: DIN 5031-8 · CIE 015 · ANSI C78.377

Korreloitu värilämpötila luetaan isotermistä, Δuv kertoo etäisyyden Planckin käyrästä. Kaksi lähdettä samalla CCT-arvolla voi näyttää vihertävältä tai vaaleanpunertavalta.

Etäisyys Planckin käyrästä (Δuv)

Δuv on kromaattisuuden kohtisuora etäisyys Planckin käyrästä CIE 1960 UCS -kaaviossa, etumerkillisenä: positiiviset arvot ovat käyrän yläpuolella ja näyttävät vihertäviltä, negatiiviset alapuolella ja näyttävät vaaleanpunertavilta. ANSI C78.377 rajoittaa valkoisten LED-tuotteiden sallitun poikkeaman arvoon ±0,006.

Ei pidä sekoittaa: Kaksi samaa värilämpötilaa edustavaa lamppua voivat poiketa huomattavasti Δuv-arvoltaan ja näyttää silti silmin nähtävästi erilaisilta. CCT:n ilmoittaminen ilman Δuv-arvoa on puutteellista.

Määrittelevät standardit: ANSI C78.377 · DIN 5031-8

Yleinen värintoistoindeksi (R_a)

CIE 13.3:1995:n mukainen yleinen värintoistoindeksi vertaa kahdeksan standardoidun testivärin kromaattisuuksia testattavan lähteen alaisena samaan värilämpötilaan asetetun vertailulähteen alaisiin arvoihin – Planckin säteilijä alle 5000 K:ssa, päivänvalolähde sitä korkeammilla. Keskimääräisestä värierotuksesta seuraa R_a = 100 − 4,6·ΔE̅. Yli 90:n arvoja pidetään erittäin hyvinä, alle 80:n riittämättöminä sisätiloihin.

Ei pidä sekoittaa: R_a on keskiarvo kahdeksasta heikosti kylläisestä värista. LED voi saavuttaa R_a-arvon 85 ja toistaa silti kylläisen punaisen tylsänä – siihen R9 on tarkoitettu. Kapeakaistaisille lähteille TM-30 on informatiivisempi menetelmä.

Määrittelevät standardit: CIE 13.3:1995 · DIN 6169

Ra on erityisindeksien R1–R8 keskiarvo: kahdeksan kohtalaisen kylläistä testiväriä, kukin verrattuna vertailu- ja testivalon alaisena.

Erityiset värintoistoindeksit (R1–R15)

R1–R8 ovat kahdeksan heikosti kylläistä testiväriä, joista R_a lasketaan keskiarvona. R9–R15 ovat lisäindeksejä: R9 kylläinen punainen, R10 kylläinen keltainen, R11 kylläinen vihreä, R12 kylläinen sininen, R13 vaalea ihonväri, R14 lehtien vihreä, R15 aasialainen ihonväri. R9 on kriittinen arvo: valkoisilla LED-lampuilla, joissa punaisen osuus on heikko, se putoaa usein alle 20:n, vaikka R_a ei laske havaittavasti.

Ei pidä sekoittaa: Erityisindeksit voivat olla negatiivisia. Jos arvioidaan lihaa, tekstiileja tai ihoa, kannattaa pyytää R9-, R13- ja R15-arvot pelkän R_a:n sijaan.

Määrittelevät standardit: CIE 13.3:1995 · DIN 6169

Korkea Ra voi peittää heikon R9-arvon. Kylläinen punainen ei sisälly keskiarvoon lainkaan.

IES TM-30:n fidelity-indeksi (R_f)

IES TM-30-15:n mukainen R_f arvioi, kuinka tarkasti valonlähde toistaa värit verrattuna vertailulähteeseen. Toisin kuin R_a, indeksi perustuu 99 värinäytteeseen, jotka kattavat todellisia pintoja ja koko väriavaruuden tasaisesti, ja laskenta tehdään havaintotasaisessa CAM02-UCS-avaruudessa. Asteikko on 0–100.

Ei pidä sekoittaa: R_f ja R_a eivät ole sama luku, eikä niitä voi muuntaa toisikseen. R_f jää kapeakaistaisilla lähteillä usein hieman alemmaksi ja vastaa paremmin havaintoa.

Määrittelevät standardit: IES TM-30-15 · ANSI/IES TM-30-20 · CIE 224:2017

Rf arvioi värifidelityn 99 testivärin avulla, Rg saturaation. Värivektorigrafiikka näyttää, missä sävyluokissa lähde siirtää värejä.

IES TM-30:n gamut-indeksi (R_g)

R_g vertaa 99 testivärin väriavaruudessa kattamaa pinta-alaa testi- ja vertailulähteen alaisena. Yli 100:n arvot tarkoittavat, että värit näyttävät kylläisemmiltä, alle 100:n arvot, että ne näyttävät vaaleammilta. Tyypillisesti R_g on 60–140.

Ei pidä sekoittaa: R_g yksinään ei ole laadun mittari: korkea arvo voi johtua ylikylläisestä punaisesta, joka kiinnittää huomion mutta ei ole uskollinen. Vain R_f ja R_g yhdessä värivektorigrafiikan kanssa antavat kokonaiskuvan.

Määrittelevät standardit: IES TM-30-15 · ANSI/IES TM-30-20

Saturaatio ja kroma (S, C*)

Kroma C* on värin etäisyys neutraalista akselista: C*ab = √(a*² + b*²) CIELABissa. Saturaatio S suhteuttaa tämän kroman kirkkauteen, S = C*/L*, ja kuvaa siten väriaistimusta riippumatta värin kirkkaudesta. Yhdessä sävykulman h kanssa se muodostaa CIELAB-avaruuden napakoordinaattiesityksen.

Ei pidä sekoittaa: Kromaa ja saturaatiota käsitellään arkikielessä samana asiana, mutta ne eivät ole: kaksi eri kirkkaudella yhtä saturoitunutta aluetta voivat poiketa kromaltaan.

Määrittelevät standardit: ISO/CIE 11664-4 · DIN 5033-1

Sävykulma (h), yksikkö °

Sävykulma on värin napakulma CIELABin a*b*-tasossa: h_ab = arctan(b*/a*), ilmoitettuna 0–360 asteen alueella. Se erottaa sävyn kirkkaudesta ja kromasta, ja on siksi suure, jota ihmiset tarkoittavat puhuessaan väristä: "vähän keltaisempi" tarkoittaa suurempaa sävykulmaa.

Ei pidä sekoittaa: Lähellä neutraalia akselia sävykulma muuttuu määrittämättömäksi: erittäin pienellä kromalla se vaihtelee voimakkaasti, vaikka väriaistimus ei muutu.

Määrittelevät standardit: ISO/CIE 11664-4 · DIN 5033-1

Dominoiva aallonpituus (λ_d), yksikkö nm

Dominoiva aallonpituus saadaan geometrisesti: valkoisesta pisteestä piirretään suora lähteen kromaattisuuden läpi ja jatketaan kromaattisuuskaavion spektrikäyrään. Leikkauspisteen aallonpituus on λ_d. Se kuvaa havaittua sävyä ja on siksi ratkaiseva luokittelusuure värillisille LEDeille.

Ei pidä sekoittaa: Huippuaallonpituus ja dominoiva aallonpituus eivät ole samat, ja ne voivat poiketa LEDillä useita nanometrejä: λ_p tulee spektrin fysiikasta, λ_d havainnosta. Purppuraväreille ei ole leikkauspistettä; sen sijaan ilmoitetaan komplementtiaallonpituus.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-3

Valkoisesta pisteestä kromaattisuuden läpi kulkeva viiva kohtaa spektrikäyrän dominoivassa aallonpituudessa. Se, kuinka kaukana kromaattisuus sijaitsee tällä viivalla, on kolorimetrinen puhtaus.

Värin puhtaus (p_e), yksikkö %

Värin puhtaus on suhde valkoisen pisteen ja kromaattisuuden välisen etäisyyden ja valkoisen pisteen ja spektrikäyrän välisen etäisyyden välillä, samalla viivalla, joka antaa dominoivan aallonpituuden. Valkoisella arvo on 0 %, puhtaalla spektriväriillä 100 %. Yhdessä λ_d:n kanssa se kuvaa väriaistimuksen täydellisesti, kirkkautta lukuun ottamatta.

Ei pidä sekoittaa: Määritelmiä on kaksi: eksitaatiopuhtaus kromaattisuuskaavion avulla ja kolorimetrinen puhtaus väriarvojen avulla. Numeeriset arvot poikkeavat toisistaan.

Määrittelevät standardit: CIE 015 · DIN 5033-3

MacAdamin ellipsi (SDCM), yksikkö Stufen

MacAdamin ellipsit kuvaavat kromaattisuuskaavion alueita, joiden sisällä kahta kromaattisuutta ei voida erottaa toisistaan. Yksi askel (1 SDCM, standard deviation of colour matching) on tämän erotuskynnyksen ellipsi. Valaisimet toimitetaan tyypillisesti 3- tai 5-askeleen toleranssilla; vaativat sovellukset edellyttävät 3 askelta tai vähemmän.

Ei pidä sekoittaa: Askelmäärä koskee kromaattisuutta, ei värintoistoa. Kaksi LEDia samassa 3-askeleen luokassa voivat poiketa huomattavasti R9-arvoltaan.

Määrittelevät standardit: ANSI C78.377 · IEC 60081

1-askeleen ellipsin sisällä värierot ovat tuskin havaittavissa. LED-tietolomakkeissa luokittelutoleranssi ilmoitetaan usein 3 tai 5 askeleena.

Ei energiaa vaan hiukkasmäärä – näin asiaa tarkastellaan fotokemiassa ja kasvivalaistuksessa.

Fotonivuo (Φ_p) yksikössä µmol/s

Fotonivuo laskee valon kvantit, ei niiden energiaa. Se johdetaan säteilyvuosta kaavalla Φ_p = Φ_e·λ/(h·c·N_A). Aina kun reaktio etenee absorboitunutta fotonia kohti – fotokemiassa, fotopolymeroinnissa ja fotosynteesissä – fotonimäärä on oikea vertailusuure, ei watti.

Ei pidä sekoittaa: Watin ja µmolin välinen muunnos riippuu aallonpituudesta: 660 nm:n fotonilla on vain puolet 330 nm:n fotonin energiasta. Ilman tunnettua spektriä muunnos ei ole yksiselitteinen.

Määrittää: DIN 5031-1

Fotosynteettinen fotonivuon tiheys (PPFD) (PPFD) yksikössä µmol/(m²·s)

Fotosynteettinen fotonivuon tiheys kertoo, kuinka monta fotonia aallonpituusalueella 400–700 nm osuu neliömetriin sekunnissa. Se on irradianssin vastine fotonilaskennassa, ja se mitataan kvanttisensorilla. Auringonvalo saavuttaa keskipäivällä jopa 2000 µmol/(m²·s); kasvihuonevalaistuksessa tyypillinen arvo on 200–800.

Ei pidä sekoittaa: PPFD:n muuntaminen luksiksi ei ole sallittua: luksi painottaa silmän herkkyyden mukaan, joka ei juuri huomioi punaista ja sinistä – juuri niitä alueita, joilla kasvit toimivat.

Määrittää: ASABE S640

Yksi watti punaista valoa sisältää enemmän fotoneita kuin yksi watti sinistä. Kasveille fotonimäärä on merkitsevä, joten PPFD mitataan yksikössä µmol/(m²·s) eikä W/m².

Fotosynteettisesti aktiivinen säteily (PAR) (PAR)

PAR tarkoittaa spektrialuetta 400–700 nm, jolla klorofylli käyttää fotoneja fotosynteesiin. PAR ei siis ole mittausarvo, vaan alue, johon PPFD, PPF ja DLI viittaavat. Laajennetut määritelmät käyttävät ePAR-arvoa aina 750 nm:iin asti Emersonin ilmiön huomioimiseksi kauko-punaisella alueella.

Ei pidä sekoittaa: "PAR-watit" on epäselvä suure: se tarkoittaa yleensä irradianssia PAR-alueella, ei fotonivuon tiheyttä. Valaisimia vertailtaessa kannattaa tarkistaa, kumpaa niistä tarkoitetaan.

Määrittää: ASABE S640

Tuottava fotonivuo (YPF) (YPF) yksikössä µmol/s

YPF painottaa jokaista fotonia McCreen suhteellisen kvanttisaantokäyrän mukaan, joka huipussaan on punaisella alueella noin 620 nm:ssä ja laskee vihreällä alueella. Se kuvaa fotosynteesin tehokkuutta tarkemmin kuin painottamaton PPF, mutta sitä ilmoitetaan harvemmin, koska käyrä johdettiin yksittäisten lajien lyhytaikaisista lehtimittauksista.

Ei pidä sekoittaa: YPF ja PPFD eivät ole verrattavissa toisiinsa. Valaisimia vertailevan on käytettävä samaa suuretta.

Määrittää: ASABE S640

Päivittäinen valointegraali (DLI) (DLI) yksikössä mol/(m²·d)

Päivittäinen valointegraali on PPFD:n aikaintegraali 24 tunnin ajalta, ilmoitettuna moolina fotoneja neliömetriä ja päivää kohti. Tasaisessa valaistuksessa DLI = PPFD · t / 10⁶, missä t on sekunteina. Salaatti selviää 12–17 mol/(m²·d) arvolla, tomaatit vaativat yli 20.

Ei pidä sekoittaa: DLI suhtautuu PPFD:hen kuten annos irradianssiin: samaan päivittäiseen määrään voidaan päästä paljolla valolla lyhyessä ajassa tai vähäisellä valolla pitkän ajan kuluessa – biologisesti tämä ei aina ole samaa asiaa.

Määrittää: ASABE S640

Päivittäinen valointegraali on PPFD:n käyrän alle jäävä pinta-ala 24 tunnin ajalta, yksikössä mol/(m²·d).

Kvanttisaanto (Φ)

Kvanttisaanto on muuntuneiden molekyylien määrän suhde absorboituneiden fotonien määrään. Arvot alle yhden ovat sääntö; ketjureaktioissa, kuten radikaalisessa fotopolymeroinnissa, se voi olla huomattavasti suurempi. Se yhdistää mitatun annoksen kemialliseen konversioon ja selittää, miksi kaksi formulaatiota kovettuu eri asteisesti samalla annoksella.

Ei pidä sekoittaa: Kvanttisaanto on fotoinitiaattorin, matriisin ja aallonpituuden muodostaman järjestelmän ominaisuus – sitä ei voi lukea suoraan mittalaitteesta, eikä sitä voi siirtää sovelluksesta toiseen.

Määrittää: IUPAC Gold Book

Vaikutusspektrillä painotettu säteily: erytemaattisesti vaikuttava, germisidinen, aktiininen.

Vaikutusspektri (s(λ))

Vaikutusspektri painottaa aallonpituuksia niiden biologisen tai kemiallisen vaikuttavuuden mukaan, normalisoituna spektrin maksimiin. Tunnettuja esimerkkejä ovat erytemavaikutusspektri, germisidinen vaikutusspektri, IEC 62471:n aktiininen vaarafunktio ja valotehokkuusfunktio V(λ) – myös se on vaikutusspektri, nimittäin näkemisen vaikutusspektri.

Ei pidä sekoittaa: Tunnusta S(λ) käytetään kahdessa merkityksessä: IEC 62471:ssä se on aktiininen vaarafunktio, radiometriassa lähteen spektrinen jakauma. Asiayhteydestä on käytävä ilmi, kumpaa tarkoitetaan.

Perustana: IEC 62471 · ISO/CIE 17166 · CIE 015

Vaikuttava irradianssi syntyy kertomalla lähteen spektri vaikutusspektrillä aallonpituus aallonpituudelta. Jäljelle jää vain se osa, jossa nämä kaksi menevät päällekkäin.

Vaikuttava irradianssi (E_eff) yksikössä W/m²

Vaikuttava irradianssi syntyy painottamalla spektrinen irradianssi vaikutusspektrillä ja integroimalla: E_eff = ∫E_λ·s(λ)dλ. Vain näin voidaan verrata eri spektrin omaavia lähteitä jonkin vaikutuksen suhteen. Lähes kaikki työperäisen altistuksen raja-arvot ja UV-desinfioinnin annosvaatimukset viittaavat tällaiseen painotettuun suureeseen; poikkeuksena on painottamaton UV-A-raja-arvo.

Ei pidä sekoittaa: Vaikuttava irradianssi ilman vaikutusspektrin ilmoittamista on merkityksetön. Samalla lampulla on kolme eri arvoa erytemaattisesti, germisidisesti ja aktiinisesti.

Perustana: IEC 62471 · DIN EN 14255-1 · OStrV

Erytemaattisesti vaikuttava irradianssi ja UV-indeksi (E_er, UVI) yksikössä W/m²

Erytemaattisesti vaikuttava irradianssi painottaa säteilyn ISO/CIE 17166:n erytemavaikutusspektrillä, jonka huippu on UV-B-alueella ja joka laskee UV-A-alueella useita kertaluokkia. UV-indeksi on arvo suhteutettuna 25 mW/m²:iin: UVI = E_er[W/m²] · 40. UV-indeksi 8 vastaa 0,2 W/m² erytemaattisesti vaikuttavaa irradianssia.

Ei pidä sekoittaa: UV-indeksi koskee aurinkoa ulkona. Se ei sovellu työpaikan keinotekoisiin UV-lähteisiin – niihin sovelletaan Saksan OStrV:n altistuksen raja-arvoja.

Perustana: ISO/CIE 17166 · DIN EN 14255-1

Erytemavaikutusspektri laskee UV-B-alueelta UV-A-alueelle kolmesta neljään kertaluokkaa. UV-indeksi seuraa erytemaattisesti painotetusta irradianssista.

Germisidisesti vaikuttava altistus (H_germ) yksikössä J/m²

Germisidisesti vaikuttava altistus on germisidisellä vaikutusspektrillä painotettu annos, jonka maksimi on lähellä DNA:n absorptiohuippua noin 260 nm:ssä. DVGW-ohje W 294 ja DIN 19294 vaativat juomaveden desinfiointiin vähintään 400 J/m² (40 mJ/cm²) fluenssia, biodosimetrisesti osoitettuna.

Ei pidä sekoittaa: UV-C-LEDeillä 265 tai 275 nm:ssä painotus on ratkaiseva: 254 nm:ssä kalibroitu mittaus näyttää liian pientä arvoa 275 nm:n LEDille, jos spektripoikkeamaa ei oteta huomioon.

Perustana: DVGW W 294 · DIN 19294 · ÖNORM M 5873

Germisidinen vaikutus seuraa DNA:n absorptiota, jonka maksimi on 265 nm:ssä. Hg-linja 254 nm:ssä ja UV-C-LED 275 nm:ssä ovat molemmat lähellä maksimia.

Sinisen valon painotettu radianssi (L_B) yksikössä W/(m²·sr)

L_B painottaa spektrisen radianssin funktiolla B(λ), jonka huippu on välillä 400–500 nm, ja arvioi näin verkkokalvon fotokemiallista vaaraa. L_B:stä ja sallitusta altistusajasta seuraa lampun luokitus vapautettuun ryhmään tai riskiryhmiin 1–3.

Ei pidä sekoittaa: Pienillä lähteillä ja lyhyillä katseluajoilla radianssin sijasta käytetään sinisen valon painotettua irradianssia E_B. Kumpi suure pätee, riippuu lähteen kulmakoosta.

Perustana: IEC 62471 · DIN EN 62471

Aktiininen UV-vaara (E_S) yksikössä W/m²

Aktiininen UV-vaara painottaa irradianssin IEC 62471:n ja ICNIRP:n funktiolla S(λ), joka yhdistää fotokeratiitin ja ihon punoituksen. Se on suure, johon verrataan 30 J/m² työpäivää kohti olevaa altistuksen raja-arvoa, ja tavanomainen lähtökohta jokaisessa UV-laitteiden riskinarvioinnissa.

Ei pidä sekoittaa: Aktiininen arviointi kattaa UV-A-alueen vain osittain. UV-A:lle pätee lisäksi erillinen, painottamaton raja-arvo.

Perustana: IEC 62471 · ICNIRP · TROS IOS

UV-A-irradianssi (E_UVA) yksikössä W/m²

E_UVA on painottamattomasti alueelta 315–400 nm integroitu irradianssi. Altistuksen raja-arvo silmälle on 10 000 J/m² työpäivää kohti; 10 W/m²:n kohdalla tästä seuraa noin 17 minuutin sallittu kesto. Fluoresenssi- ja tunkeumanestetarkastuksessa tämä arvo on rajoittava, ei aktiininen arviointi.

Ei pidä sekoittaa: Alueen rajat vaihtelevat standardin mukaan: DIN 5031-7 ja CIE määrittävät UV-A:n välille 315–400 nm, DIN/ISO 20473 välille 315–380 nm, yhdysvaltalaiset lähteet 320 nm:stä alkaen. Mittausarvoja verrattaessa on aina ilmoitettava niiden yhteydessä käytetty raja.

Perustana: TROS IOS · ICNIRP · DIN/ISO 20473

Altistuksen raja-arvo (H_eff) yksikössä J/m²

Altistuksen raja-arvo rajoittaa työntekijöiden altistusta kahdeksan tunnin työpäivän aikana. Epäkoherentille UV-säteilylle pätee H_eff = 30 J/m² aktiinisesti painotettuna sekä lisäksi 10 000 J/m² UV-A:lle. Mitatusta E_eff-arvosta seuraa sallittu oleskeluaika t = H_eff/E_eff – 1 W/m²:n aktiinisella arvolla se on 30 sekuntia.

Ei pidä sekoittaa: Raja-arvo ei ole tavoite vaan yläraja. Se koskee kaikkien altistusten päivittäistä summaa, ei yksittäistä tapahtumaa.

Perustana: OStrV · TROS IOS · RL 2006/25/EG · ICNIRP

Raja-arvo 30 J/m² (aktiinisesti painotettu) jaettuna vaikuttavalla irradianssilla antaa sallitun altistusajan työpäivää kohti.

Kovetusannos (H_UV) yksikössä mJ/cm²

Kovetusannos on täydelliseen ristisilloittumiseen vaadittava säteilyaltistus, suhteutettuna käytetyn fotoinitiaattorin absorptioalueeseen. Tyypilliset arvot ovat välillä 200–2000 mJ/cm². Koska fotoinitiaattorit absorboivat kapeilla kaistoilla, annosarvon yhteydessä on aina ilmoitettava mittauksen aallonpituusalue.

Ei pidä sekoittaa: Annosarvo ilman kaistan ilmoittamista on arvoton: 500 mJ/cm² UV-A ja 500 mJ/cm² UV-C kuvaavat täysin eri prosesseja. Siksi kuljetinradiometrit mittaavat erillisillä kanavilla.

Perustana: DIN EN 13523-25

Mitä matkalla lähteestä kohteeseen menetetään: transmittanssi, heijastuminen, absorptio.

Transmittanssi (τ)

Transmittanssi on läpäisseen ja tulevan säteilytehon suhde, τ = Φ_t/Φ₀. Se riippuu aallonpituudesta: kvartsilasi läpäisee UV-C-säteilyä, borosilikaattilasi tuskin lainkaan, tavallinen ikkunalasi ei ollenkaan. UV-prosessissa suojaputken tai ikkunan transmittanssi määrää suoraan irradianssin vaikutuskohdassa.

Ei pidä sekoittaa: Mitattu transmittanssi sisältää molempien pintojen heijastushäviöt. Puhdas materiaaliosuus – sisäinen transmittanssi – on korkeampi.

Standardit: DIN 5036-3 · DIN EN 410

Lambert-Beerin lain mukaan transmittanssi laskee eksponentiaalisesti matkan pituuden kasvaessa. Jokainen optisen tiheyden yksikkö pienentää sen kymmenesosaan.

Heijastussuhde (ρ)

Heijastussuhde on heijastuneen ja tulevan säteilytehon suhde. UV-alueella materiaalit eroavat suuresti: PTFE ja bariumsulfaatti saavuttavat yli 95 %:n diffuusin heijastuksen jopa alle 250 nm:ssä, anodisoitu alumiini huomattavasti vähemmän, tavalliset valkoiset maalit menettävät tehonsa UV-alueella. Säteilytyskammioissa heijastus vaikuttaa merkittävästi irradianssiin.

Ei pidä sekoittaa: Suora ja diffuusi heijastus on erotettava toisistaan: peili heittää säteilyn takaisin suunnattuna, PTFE-pinta tasaisesti puolipalloon. Vain diffuusi heijastus on käyttökelpoinen integroivissa palloissa.

Standardit: DIN 5036-3 · CIE 130

Absorptanssi (α)

Absorptanssi on absorboituneen ja tulevan säteilytehon suhde. Yhdessä transmission ja heijastuksen kanssa pätee energiatase τ + ρ + α = 1. Absorboitunut säteily on ainoa säteily, jolla voi olla fotokemiallinen vaikutus – läpäissyt tai heijastunut säteily ei vaikuta mitenkään.

Ei pidä sekoittaa: Absorptanssi on dimensioton ja suhteutettu tulevaan tehoon; absorptiokerroin sen sijaan kuvaa, kuinka nopeasti säteily vaimenee materiaalissa, ja sen yksikkö on 1/m.

Standardit: DIN 5036-3

Optinen tiheys (OD)

Optinen tiheys on transmittanssin negatiivinen kymmenkantainen logaritmi: OD = −log₁₀τ. OD 1 läpäisee 10 %, OD 2 yhden prosentin, OD 3 yhden tuhannesosan. Koska sarjaan kytkettyjen suodattimien optiset tiheydet summautuvat, se on käytännöllinen suure suodatinpakkoja ja suojalaseja tarkasteltaessa.

Ei pidä sekoittaa: Analytiikassa samaa suuretta kutsutaan ekstinktioksi tai absorbanssiksi A. Suojalaseissa suojaustaso ilmoitetaan aallonpituusalueittain – yksittäinen OD-arvo ei siinä riitä.

Standardit: DIN EN 170 · DIN 5036-3

Absorptiokerroin (a), 1/m

Lambert-Beerin lain mukaan irradianssi vaimenee eksponentiaalisesti homogeenisessa väliaineessa: E(d) = E₀·e^−a·d. Absorptiokerroin a on materiaalikohtainen vaimenemisvakio matkan pituutta kohti. Vedenkäsittelyssä siitä seuraa tunkeumasyvyys: kun a = 10 1/m, säteilystä on jäljellä vain kolmasosa 10 cm:n jälkeen.

Ei pidä sekoittaa: On olemassa luonnollinen (kantaluku e) ja kymmenkantainen (kantaluku 10) muoto; ne eroavat kertoimella ln 10 = 2,303. Arvoja käytettäessä kantaluku on tarkistettava.

Standardit: DIN 38404-3

Spektrinen absorptiokerroin 254 nm:ssä (SAK₂₅₄), 1/m

SAK₂₅₄ on veden kymmenkantainen absorptiokerroin 254 nm:ssä, mitattuna DIN 38404-3:n mukaisesti. Juomavedessä arvo on tyypillisesti 1–5 1/m, jätevedessä huomattavasti korkeampi. Se ilmoitetaan usein UV-transmittanssina 1 cm:n matkalla: SAK 5 1/m vastaa noin 89 %:n UVT-arvoa.

Ei pidä sekoittaa: SAK₂₅₄ kuvaa absorptiota, ei sameutta. Hiukkaset sirottavat säteilyä lisäksi ja voivat suojata mikro-organismeja muuttamatta SAK-arvoa merkittävästi.

Standardit: DIN 38404-3 · DVGW W 294

Avaruuskulma, käänteisen neliön laki, kosinivirhe, epävarmuus – miksi kaksi mittalaitetta näyttävät eri arvoja.

Avaruuskulma (Ω), yksikkö sr

Avaruuskulma on kartion pallon pinnasta leikkaaman pinta-alan ja pallon säteen neliön osamäärä: Ω = A/r². Koko pallolla on 4π ≈ 12,57 sr, puolipallolla 2π sr. 10 asteen säteilykulmaa vastaa noin 0,024 sr.

Ei pidä sekoittaa: Puolikulma ja täysi säteilykulma sekoitetaan usein toisiinsa. Steradiaaneiksi muunnettuna se johtaa nelinkertaiseen kertoimeen.

Määritelty: ISO 80000-3

Avaruuskulma on leikatun pallonpinnan ja säteen neliön osamäärä. Koko pallolla on 4π sr.

Käänteisen neliön laki (E ~ 1/r²)

Pistelähteelle E = I/r²: irradianssi pienenee etäisyyden neliön suhteessa, koska sama teho leviää neliöllisesti kasvavalle pinta-alalle. Laki on kaikkien järjestelmäsuunnittelun etäisyysmuunnosten perusta.

Ei pidä sekoittaa: Laki pätee vain fotometrisen rajaetäisyyden ulkopuolella. LED-ryhmän alla, putkilampun alla tai säteilytyskammiossa se johtaa suuriin virheisiin – siinä auttaa vain simulaatio tai mittaus.

Määritelty: DIN 5032-1

Käänteisen neliön laki pätee vain rajaetäisyyden ulkopuolella, jossa lähdettä voidaan käsitellä pistelähteenä.

Kosinivirhe (f₂), yksikkö %

Ihanteellinen irradianssin vastaanotin painottaa kulmassa ε saapuvaa säteilyä tekijällä cos ε. Suure f₂ kuvaa poikkeamaa tästä. DIN 5032-7:n mukaan f₂ saa olla enintään 1,5 % luokassa L ja 3 % luokassa A. Diffuusissa säteilytyksessä tai laajapinta-alaisilla lähteillä heikko kosinivaste siirtyy suoraan mittaustulokseen.

Ei pidä sekoittaa: Kohtisuoraan tulevalla säteilyllä pitkältä etäisyydeltä kosinivirhe näkyy tuskin lainkaan. Juuri siksi laboratorio- ja tehdasmittaukset ovat usein ristiriidassa.

Määritelty: DIN 5032-7 · DIN EN 13032-1

Ihanteellinen vastaanotin painottaa vinosti tulevaa säteilyä tekijällä cos θ. Poikkeama siitä on kosinivirhe.

Spektrinen yhteensopimattomuus (f₁′), yksikkö %

f₁′ mittaa laitteen suhteellisen spektriherkkyyden poikkeamaa tavoitekäyrästä, esimerkiksi V(λ):stä luksimittareilla tai vaikutusspektristä UV-radiometreillä. Anturi, jolla on pieni f₁′, näyttää oikein myös tuntemattomille spektreille; suurella f₁′:llä kalibrointikerroin pätee ainoastaan lähteelle, jota vastaan se kalibroitiin.

Ei pidä sekoittaa: Siksi kysymys "mitä lamppua vastaan se kalibroitiin?" on ratkaiseva kaikille laajakaistaisille radiometreille. Jos vaihtaa säteilylähteen teknologiaa – esimerkiksi elohopeahöyrystä UV-LED:iin – tarvitaan uusi kalibrointi tai spektroradiometri.

Määritelty: DIN 5032-7 · CIE 220

Jos mitattavan lampun spektri poikkeaa kalibrointispektristä, radiometri näyttää väärin – sitä enemmän, mitä huonommin herkkyys seuraa tavoitekäyrää.

Lineaarisuus (f₃), yksikkö %

Suure f₃ kuvaa poikkeamaa irradianssin ja lukeman lineaarisesta suhteesta. Se tarkistetaan useassa mittausalueen pisteessä. Korkeilla irradiansseilla, kuten UV-LED-ryhmien alla tai kovetusjärjestelmissä esiintyy, se on rajoittava ominaisuus – anturit saturoituvat siellä.

Ei pidä sekoittaa: Laite, joka näyttää oikein 10 mW/cm² kohdalla, voi olla prosenttien verran pielessä 2 W/cm² kohdalla. Mittausalue kuuluu siksi anturin valintaan ja kalibrointitodistukseen.

Määritelty: DIN 5032-7

Mittauskentän kulma (α), yksikkö °

Mittauskentän kulma määrittää, minkä osan lähteestä säteily- tai luminanssimittari tallentaa. Yleisiä arvoja ovat yksi aste tai viidesosa asteesta. IEC 62471:n mukaisissa arvioinneissa se on määrätty, koska riskiryhmä riippuu kulmasta, jonka yli keskiarvo lasketaan.

Ei pidä sekoittaa: Jos mittauskenttä on suurempi kuin lähde, mukaan keskiarvoon tulee pimeää taustaa ja luminanssi näyttää liian pieneltä. Jos se on pienempi, mitataan paikallinen huippu.

Määritelty: IEC 62471 · DIN 5032-7

Spektrinen resoluutio (Δλ_FWHM), yksikkö nm

Spektrinen resoluutio on laitefunktion puoliarvonleveys, eli leveys, jolle laite levittää äärettömän kapean viivan. Se määräytyy rakosleveyden, hilan ja ilmaisimen pikselien perusteella. Viivaemittereiden, kuten elohopeahöyrylamppujen, arvioimiseksi sen on oltava huomattavasti pienempi kuin viivojen väli.

Ei pidä sekoittaa: Datapisteiden askelväli ei ole resoluutio. Laite voi antaa tuloksia 0,5 nm:n välein ja erottaa kuitenkin vain 5 nm.

Määritelty: CIE 214 · DIN 5032-1

Rakosleveys, hila ja ilmaisin määräävät spektroradiometrin spektrisen resoluution.

Mittausepävarmuus (U), yksikkö %

Laajennettu mittausepävarmuus U lasketaan yksittäisistä osatekijöistä GUM-ohjeen mukaisesti ja ilmoitetaan kattavuuskertoimella k = 2, joka vastaa noin 95 %:n kattavuustodennäköisyyttä. UV-radiometriassa akkreditoidut kalibroinnit ovat tyypillisesti kahden ja kuuden prosentin välillä riippuen aallonpituudesta ja suureesta; mittauksen epävarmuus tehtaalla on säännönmukaisesti suurempi.

Ei pidä sekoittaa: Kalibrointitodistuksen epävarmuus pätee laboratorio-olosuhteissa. Prosessissa kosinivirhe, spektrinen yhteensopimattomuus, likaantuminen ja lämpötila lisääntyvät päälle.

Määritelty: GUM / JCGM 100 · DIN EN ISO/IEC 17025

Metrologinen jäljitettävyys

Jäljitettävyys tarkoittaa, että mittaustulos on yhdistetty kansalliseen tai kansainväliseen standardiin dokumentoidulla, katkeamattomalla vertailuketjulla, jonka kunkin vaiheen epävarmuus on ilmoitettu – Saksassa PTB:hen. Akkreditoitu kalibrointilaboratorio DIN EN ISO/IEC 17025:n mukaisesti osoittaa tämän ketjun ISO 17025 -kalibrointitodistuksella.

Ei pidä sekoittaa: Tehdastodistus ei ole jäljitettävä kalibrointi. Prosessihyväksynnöissä, auditoinneissa ja riskinarvioinneissa vaaditaan tavallisesti akkreditoitu todistus.

Määritelty: DIN EN ISO/IEC 17025 · VIM / JCGM 200

Mittaus on jäljitettävä, kun katkeamaton kalibrointiketju ilmoitetulla epävarmuudella johtaa kansalliseen standardiin.

Radiometriset suureet arvioivat säteilyä energeettisesti koko spektrialueella riippumatta silmästä. Fotometriset suureet ovat samoja suureita painotettuna näkyvyysfunktiolla V(λ) — ja siksi ne on määritelty vain näkyvällä alueella 380–780 nm. UV-lähteen luumenarvo on siis nolla, oli sen teho mikä tahansa. Luksi voidaan muuntaa yksikköön W/m² vain, kun spektri tunnetaan.

Ra on kahdeksan heikosti kylläisen testivärin keskiarvo standardin CIE 13.3:1995 mukaisesti. LED voi saavuttaa arvon Ra 85 ja toistaa kylläisen punaisen väriä silti himmeänä — vain erikoisindeksi R9 paljastaa tämän. IES TM-30-15 perustuu sen sijaan 99 värinäytteeseen ja erottaa toisistaan värintoiston uskollisuuden (Rf) ja värialueen (Rg); kapeakaistaisille LED-spektreille tämä on informatiivisempi arviointitapa.

Laajakaistainen radiometri riittää, kunhan säteilylähde on tunnettu ja spektrisesti vakaa ja anturi on kalibroitu juuri tätä lähdettä vastaan. Heti kun lähdeteknologioita verrataan keskenään, spektri siirtyy vanhenemisen myötä, toimintospektri on sovellettava tai kromaattisuus määritettävä, spektrijakaumaa S(λ) ei voida kiertää. Tätä taustalla olevaa virhettä kutsutaan spektriseksi epäsuhdaksi (spectral mismatch).

Yleensä annos, eli säteilyaltistus H yksikössä J/m² tai mJ/cm², mitattuna vaikutuksen aallonpituusalueella. Irradianssi E määrittää vain sen, kuinka nopeasti annos saavutetaan. Molemmat arvot kuuluvat erikseen dokumentaatioon, sillä vanheneva lamppu tuottaa saman ajan kuluttua pienemmän annoksen.