分光放射計か広帯域放射計か ― 選択の指針

紫外放射の測定には2つの機器系統があり、その選択は次の一点に帰着します。積算値だけで十分か、それともスペクトルそのものが必要か。

広帯域放射計は、内蔵された分光応答度の範囲内で放射を積算し、単一の測定値を出力します。分光放射計は放射を分光し、各波長を個別に測定します。あらゆる積算値や作用関数による重み付け値は、その測定結果から算出されます。本ページでは、この2つの方式を評価基準ごとに対比し、測定課題から適切な機器クラスへと導きます。

広帯域放射計は、固定された波長帯域内の放射照度を、また時間積分によりUV積算光量を出力します。測定値を左右するのはセンサの分光応答度であり、放射のどの部分が測定に入るかはこれによって決まります。

分光放射計は放射を分光し、各波長を個別に測定します。すべての積分値や作用関数による重み付け値はこれから算出され、スペクトルが得られているため、任意の重み付け関数を後から適用できます。

拡散板、フィルタ、フォトダイオード、校正がどのように相互作用し、測定不確かさがどこで生じるかについては、UVセンサの構造と誤差要因で説明しています。

この表は優劣を示すものではなく、対称的な関係を表しています。一方の方式が主たる誤差要因を抱える箇所では、他方は構造上まったく問題になりません。広帯域放射計はスペクトルミスマッチに弱く、ある特定のスペクトルに対して校正されているため、それ以外のスペクトルでは誤った値を示します。分光放射計は迷光に弱く、強い波長成分の一部が本来存在しない位置に現れます。これはUV-C領域で特に重大です。

まさにそのため、データシートだけで選定できることはほとんどありません。選定は測定課題から導かれ、とりわけ光源のスペクトルが既知であり一定に保たれるかどうかによって決まります。両者の影響が装置内部でどのように生じ、どれほど大きくなり得るかについては、スペクトルミスマッチと迷光の詳細で説明しています。

広帯域放射計が適しているのは、次のような場合です：

• ランプの種類が既知で、常に一定である
• 連続測定、または工程に付随した測定を行う
• 広いダイナミックレンジまたは短い応答時間が必要である
• センサが過酷な周囲環境にさらされる
• 複数の測定点に設置する必要がある

分光測定に要する手間が大きくても、光源そのものが未知である場合には、その労力は十分に報われます。

次のような場合には、分光放射計が適切な選択となります。

• ランプの種類が変わる場合、または不明な場合
• 作用スペクトルを評価する必要がある場合 – 例えばDIN EN 62471に基づく場合やUV消毒の場合
• ランプの劣化を分光的に追跡する必要がある場合
• 放射計の校正または検証を行う必要がある場合
• 分光的な証拠を文書化する必要がある場合

多くの設備では、組み合わせが最適な解決策となります。分光放射計は定期的な検証とランプスペクトルの特性評価を担い、広帯域放射計は連続的なプロセス監視を担当します。これにより、分光的な根拠とフィルタ式放射測定の堅牢性および経済性を両立できます。

測定器クラスが決まれば、該当する製品カテゴリから機器にたどり着けます。固定の分光範囲における放射照度とUV積算光量にはUV計と放射計、波長分解測定にはUV分光放射計と光学分光器をご利用ください。

広帯域放射計と分光放射計の違いは何ですか。
広帯域放射計は、固定された波長範囲について、センサの分光感度で重み付けされた単一の測定値を出力します。分光放射計は放射を波長ごとに分解して測定し、そこから任意の積分値や作用関数で重み付けした値を求めます。

どちらの測定器がより高精度ですか。
原理的にはどちらとも言えません。それぞれに支配的な誤差要因が一つだけあり、両者は相互に補完的です。広帯域放射計ではスペクトルミスマッチ、分光放射計では迷光です。光源が既知かつ一定であれば、適切に校正された広帯域放射計の方が測定不確かさは小さくなります。

分光放射計は広帯域放射計を完全に置き換えられますか。
技術的には可能ですが、経済性および運用面では通常そうはなりません。ダイナミックレンジ、応答時間、堅牢性、コストのいずれの点でも、連続的なプロセス監視には広帯域放射計が適しています。一般的な構成は、定期的な分光測定による検証と、連続的な広帯域測定との組み合わせです。

広帯域放射計が光源を誤って評価していることは、どのように判断できますか。
同じ光源を同じ位置で分光測定し、比較することで判断できます。積分値が系統的に偏差を示す場合は、スペクトルミスマッチが原因です。つまり、測定対象とは異なるスペクトルに対して校正された測定器を使用していることになります。