記号と単位で表す放射測定量

放射測定量は、目の感度とは無関係に電磁放射をエネルギー的な観点で表すもので、技術的な用途では主にUVおよびIR放射に用いられます。4つの基本量は、ワット単位の放射束Φ、W/m²またはmW/cm²単位の放射照度E、放射輝度L、放射強度Iです。この分野は放射測定と呼ばれ、目の感度で重み付けした対応量は測光量です。

放射測定量は、電磁放射全体を対象とする測定量です。技術的な用途では、これはUV放射またはIR放射として利用されます。この分野は放射測定と呼ばれます。放射は波長に応じて分類されます。

以下の図は、4つの放射測定量を示しています。表には、各量について視覚的な表現、数学的定義、単位、簡単な説明が記載されています。

1. 放射束Φ
2. 放射照度E
3. 放射輝度L
4. 放射強度I

ダウンロード用テーブル： 放射量と単位（XLSX） – DIN/ISO 20473に準拠した換算係数とスペクトル範囲付き。目の感度で重み付けした対応値は測光量に、色に関する値は測色量に、帯域の境界はスペクトル範囲と規格に記載されています。記号、単位、対応する計算ツールを含むすべての量は光学量の用語集にまとめられています。

放射束

放射束（放射パワーとも呼ばれる）は、放射源が単位時間当たりに全方向に放出するエネルギーの総量です。放射束の単位はワット（W）です。

• 記号：Φ
• 単位：W
• 定義：放出される放射パワーの総量。

例：

消費電力60 Wの標準的な白熱ランプは、約57 Wを放射束として放出し、残りは熱として失われます。これらの57 Wは可視光線と赤外線のスペクトルにわたって分布しています。

放射束は積分球で測定されます。

放射照度

放射照度は、表面に入射する放射のパワー密度を表す物理量です。表面要素に入射する放射パワーをその面積で割ったものとして定義されます。放射照度の単位はワット毎平方メートル（W/m²）またはミリワット毎平方センチメートル（mW/cm²）です。放射照度の測定にはUVメータが適しています。

• 記号：E
• 単位：W/m²、mW/cm²
• 定義：表面要素に入射する放射パワーを、その面積を基準として表したもの。

放射照度は、単位時間当たりにある表面にどれだけのエネルギーが放射の形で入射するかを示します。斜めに入射する放射は入射角の余弦で計算されます。そのため測定ヘッドはコサイン補正されています。
ヒント：W/m²をmW/cm²に変換する

例：

晴天時の地表における太陽の平均放射照度は約1000 W/m²です。これは、地表の1平方メートルごとに1000 Wの放射を受けることを意味します。

放射照度は放射計で測定されます。

放射輝度

放射輝度は、放射源が単位面積および単位立体角当たりに放出する放射パワーを表す物理量です。単位はワット毎平方メートル毎ステラジアン（W/(m²・sr)）です。

• 記号：L
• 単位：W/(sr m²)
• 定義：放射される放射束を、面積要素と立体角の積で割った値。

放射輝度は、放射源の面積と放射が放出される立体角の両方を考慮します。

例：

太陽は比較的小さな面積から宇宙空間へ大量の放射エネルギーを放出するため、高い放射輝度を持ちます。

放射強度

放射強度は、特定の方向における単位立体角当たりの放射の流れを表す物理量です。特定方向における放射の強さを示すために用いられます。放射強度の単位はワット毎ステラジアン（W/sr）です。

• 記号：I
• 単位：W/sr
• 定義：定義された方向に放射される放射束を立体角要素で割った値。

放射強度は、放射源が特定の立体角内の特定方向に放出するエネルギー量を表します。これは放射パワーの方向依存性を示す指標です。

例：

放射束1 WのLEDが0.1 srの立体角で光を放出する場合、その放射強度は10 W/srとなります。これは、放出されるエネルギーが小さな立体角に強く集中していることを意味します。

放射照度と積算光量の違いは何ですか?
放射照度 E(W/m² または mW/cm²)は単位面積あたりの瞬時の出力であり、放射露光量(通俗的には積算光量)はその時間積分値 H(J/m² または mJ/cm²)です。放射照度が一定であれば、H = E・t となります。放射照度は積算光量に到達する速さを決定しますが、意図した効果が生じるかどうかは通常、積算光量によって決まります。したがって両方の量を文書に個別に記録する必要があり、時間だけでは証拠になりません。

フルエンスと積算光量は何が異なりますか?
放射露光量は固定された平坦な受光面を基準とし、斜めに入射する放射を入射角のコサインで重み付けします。一方フルエンスは、反応器内の微生物やダクト内の空気など、あらゆる方向から放射を受け得る対象を基準とします。指向性のある放射場では両者は一致しますが、拡散した放射場では、フルエンスが平面上で測定された放射露光量よりもかなり大きくなることがあります。この違いがプロセスを左右する事例はUV消毒で示されています。

なぜ電気的なランプ出力は測定量にならないのですか?
消費される電力とプロセス箇所での効果との間には、電気光学効率、光源の分光分布、距離や入射角、窓や保護スリーブの透過率、さらに汚染や経年劣化が介在します。これらはいずれも使用期間中一定ではありません。したがって定格出力は光源の動作状態を表すにすぎず、ワークピースや生物、試料における結果を表すものではありません。これが設備において信頼できるプロセス承認へとどのように結びつくかについては、オートメーションとプロセス統合で解説しています。

放射照度と放射輝度は何が異なりますか?
放射照度は受光側の量であり、方向を問わず面に到達するものを表します。放射輝度は光源側の量であり、光源が単位面積・単位立体角あたりに放出するものを表します。プロセスの承認は作用点における放射照度に依存しますが、IEC 62471に基づく拡張光源の評価は、放射輝度に依存します。詳しくは労働安全と光生物学的安全性をご覧ください。

ブロードバンド測定で十分な場合と、分光測定が必要な場合はどう区別しますか?
光源が既知であり分光的に安定していて、センサがまさにその光源に対して校正されている場合は、ブロードバンド測定で十分です。異なる光源技術を比較する場合、経年変化や調光によってスペクトルが変化する場合、作用スペクトルを適用する必要がある場合、または複数の分光帯域を個別に評価する必要がある場合には、分光測定が必要になります。その背景にある誤差についてはスペクトルミスマッチを参照してください。