この放射量単位換算ツールは、紫外線および光計測における主要な計算をまとめたものです。放射照度をW/m²からmW/cm²へ、放射露光量（積算光量）をJ/m²からmJ/cm²へ換算するほか、波長から光子エネルギーおよび光子束を求め、分光データからPPFDを算出し、UV積算光量と照射時間、光学濃度と透過率、さらに逆二乗則による測光限界距離の計算も可能です。各カードはリアルタイムで計算を行い、例とともに計算式を説明します。
すべての計算はブラウザ内で完結し、登録やデータ送信は一切不要です。代表的な用途として、UV硬化・消毒プロセスの設計、光学濃度による保護フィルタの評価、園芸照明向けのエネルギー量と光子量の相互換算、作業距離を変更した場合の放射照度の推定などが挙げられます。
信頼できる結果は、常にOpsytec Dr. Gröbelが自社の校正機関で製造・校正した放射計または分光放射計による測定に基づきます。本計算ツールは、UVC消毒のための放射照度換算や積算光量計算から、植物育成用ライトの光子束密度に至るまで、UV実験室で日常的に行われる手計算による換算作業を代替するものであり、すべての定数はCODATA 2018に準拠しています。
個別計算ツールの詳細解説
これらの計算にはそれぞれ専用ページがあり、計算式、計算例、モデルの限界、よくある質問を掲載しています。
- UV積算光量を計算する – 放射照度と時間から積算光量を求める
- UV照射時間を計算する – 目標積算光量と放射照度から時間を求める
- ベルト速度とUV積算光量 – 連続処理における滞留時間と積算光量
- 透過率と光学濃度を計算する – OD、透過率、複数フィルタ
- 光子エネルギーと光子束 – 波長からジュールおよび電子ボルトへの変換
関連するもう一つのツールとして、UVスペクトルエクスプローラーでは、波長をスペクトル領域内に位置付け、一般的なUV波長を並べて比較できます。
12種類の計算ツールの計算式と例
どちらの単位も同じ物理量、すなわち放射照度E(単位面積あたりの電力)を表します。1 m² = 10,000 cm²、1 W = 1000 mWであることから:
換算式: 1 W/m² = 0.1 mW/cm² ・ 1 mW/cm² = 10 W/m²
例: UV放射計が50 mW/cm²を示した場合、これは500 W/m²に相当します。
放射露光量H(積算光量)は面積あたりのエネルギーです。換算係数は放射照度の場合と同じです。
計算式: 1 J/m² = 0.1 mJ/cm² ・ 1 mJ/cm² = 10 J/m²
例: 必要な消毒積算光量400 J/m²は40 mJ/cm²に相当します。
放射照度が一定の場合、積算光量は時間に比例して増加します。これはあらゆるUVプロセス設計(硬化、消毒、劣化試験)の基本です:
計算式: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
例: 50 mW/cm²を20 s照射すると、1000 mJ/cm² = 1 J/cm²になります。
積算光量の式の逆算です。必要な積算光量に達するには、どのくらいの時間照射すればよいでしょうか。
計算式： t = H / E
例： 1000 mJ/cm²を50 mW/cm²で照射する場合は20 sかかり、10 mW/cm²のみの場合は既に100 s（1:40分）かかります。
単一の光子のエネルギーは、プランク定数hと光速cから導かれます。波長が短いほど光子のエネルギーは大きくなります。これが、UV放射が可視光よりも化学的に活性が高い理由です。
式: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239.842 / λ[nm]
例: 365 nmの光子（UV-A）は5.44·10⁻¹⁹ J = 3.40 eVのエネルギーを持ちます。
放射パワーを光子1個のエネルギーで割ると、光源が1秒間に放出する光子の数が求まります。
計算式: N = P / E_Photon = P・λ / (h・c)
例: 365 nmで1000 mWは、1.84・10¹⁸ photons/s ≈ 3.05 µmol/sに相当します。
光合成光子束密度（PPFD）は、1平方メートルに1秒間に入射する400〜700 nmの光子数を計測します。これは分光放射照度E(λ)から積分によって計算されます（サンプルに対する台形則を使用し、400〜700 nmの範囲外の値は無視されます）。
計算式: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
例: 400〜700 nmにわたって1 W/(m²·nm)の平坦なスペクトル（300 W/m² PAR）は、約1379 µmol/(m²·s)となります。
光学濃度（吸光度）は透過率の負の常用対数です。OD値が1段階上がるごとに、光量は10分の1になります。
計算式： OD = −log₁₀(T)・Tは分率（10 % = 0.1）
例： 透過率10 % → OD 1；1 % → OD 2；0.1 % → OD 3。
逆に、光学濃度からフィルタや試料を通過する光の割合が求められます:
数式: T = 10^(−OD) · 100 %
例: 365 nmでOD 4のUV保護メガネは、放射線の0.01 %のみを透過します。
光が複数のフィルタ、窓、またはレンズを通過すると、透過率は掛け合わされ、光学濃度は加算されます。
計算式： T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
例： それぞれ90 %の窓2枚と50 %のフィルタ1枚の場合、0.9·0.9·0.5 = 全体透過率40.5 %となります。
測光限界距離とは、拡張光源を点光源とみなせる最小距離のことであり、この距離を超えて初めて逆二乗則（下記カード参照）が適用されます。光・UV測定の経験則として（DIN 5032-1参照）、最大発光寸法の10倍が用いられ、この場合、点光源近似の誤差は約1 %未満に収まります。簡易測定の場合は5倍で十分なことが多く（誤差は数パーセント程度）。
計算式： d ≥ 10 · D
例： 対角200 mmのLEDパネルは、d = 2000 mm = 2 mを超えた距離でのみ測光的に点光源とみなせます。
（近似的に）点状光源の場合、放射照度は距離の二乗に反比例して低下します。この近似は遠方界、すなわち測光限界距離（上記カード参照）を超えた領域で成立し、面発光体に近い場所では、Eの低下はより緩やかになります。
Formula: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Example: 100 mm で 100 mW/cm² の場合、200 mm では 25 mW/cm² となります（距離が2倍→4分の1）。
放射計測に関するよくある質問
1 m² = 10,000 cm²、1 W = 1000 mWであるため、1 W/m²は0.1 mW/cm²に相当します。したがって、500 W/m²という測定値は50 mW/cm²に相当します。上記の変換ツールは双方向に対応しており、同じ換算係数が積算光量（J/m² ↔ mJ/cm²）にも適用されます。
積算光量（放射露光量）は放射照度と照射時間の積です:H = E・t。50 mW/cm²で20 s照射すると1000 mJ/cm² = 1 J/cm²になります。逆に、目標の積算光量に必要な照射時間はt = H / Eから求められます。
放射照度はW/m²で表されるエネルギー量であり、PPFDは400〜700 nmの光子数をµmol/(m²·s)で数えたものです。光子のエネルギーは波長に依存するため、両者の換算にはスペクトルが必要です — PPFD計算ツールはこのために分光データを積分します。
光度測定限界距離を超えた場合に適用されます。目安として、ランプの最大発光寸法の10倍の距離です。その距離を超えて初めて光源を点光源として扱うことができ、点光源近似による誤差は約1 %未満に抑えられます。