放射源の輝度は、その放射出力を上げる、放射源の発光領域を小さくする、放射を小さな立体角へ放出することによって上昇します。 厳密に言えば、放射輝度は発光面の各点で、位置の関数として、また観測角の関数として定義されます。 多くの場合、上記の例のように、光源の放射輝度とは、有限の大きさのアパーチャーとある立体角で平均化された放射輝度を意味するように使われます。
放射輝度は光学系で保存される量であり、検出器に入射する単位立体角あたりの単位面積あたりのワット数として測定される放射輝度が、放射体における放射輝度を超えることはない。 実際には、エミッタから検出器へ向かう光線の束は、途中で吸収されたり、検出器に到達する光線の束の立体角の外で散乱したりする光によって、検出器で見られる放射輝度は減少する。
例を考えてみよう。 35Wのキセノン（Xe）ショートアークランプと、60Wの直管蛍光灯を、同じように数メートルの距離で目で観察したとする。 (背景として、35Wのアークランプは60Wの蛍光灯よりも可視光線の出力が著しく小さいことが挙げられる) どちらの光源が明るく感じられるか、つまりラジオメトリックの用語でいうところの放射輝度が高いか？ 35Wのアークランプは60Wの蛍光灯よりも発光量が少ないのですが、Xeショートアークランプはより明るく感じられます。 これは、蛍光灯の非常に大きな発光面積に比べ、ショートアークランプの発光面積（A）がはるかに小さいためで、目と光源との距離が同じであれば、目は多かれ少なかれ同じ立体角（Ω）で放射を受け取っています。 目のレンズは網膜の非常に小さな領域にXeアークの明るい像を形成し、目は心地よさを感じない。 大面積の蛍光灯は、網膜上のかなり広い範囲に像を結ぶので、眼はより快適に耐えることができます。
さらなる例として、Xeランプと蛍光灯を使って、直径200μmの光ファイバーの端のような小さな領域を照らすことを想像してみてください。 光源の放射照度が高いため、35WのXeアークランプからの放射は、より効率的にファイバーに集められ、集光されます。 これに対して、低輝度の60W蛍光ランプは、どのような集光光学系を使用しても、その放射エネルギーをファイバーに結合するのに有効ではありません。
Energetiqのレーザー駆動光源は、小さな発光エリア（～100μm径）から超高輝度の放射を発生します。 このような高輝度・小発光面積の光源からの放射は、上記の直径200μmの光ファイバにさらに効率よく結合させることができます。 このことは、開口部が小さく、受光立体角が制限される他の光学系、例えばモノクロメーターの狭いスリットのような「エタンデュー」の小さい光学系にも言えることである。 (エタンデューの詳細については、アプリケーションノート#002-2-14-2011「エタンデューと光スループットの計算」を参照)
放射照度
放射照度は、表面上に入射する電磁放射の単位面積あたりのパワーを表す放射測定用語であり、その値は1/100です。 放射照度のSI単位はワット毎平方メートル、またはミリワット毎平方ミリメートルです（放射照度は強度と呼ばれることもありますが、この使い方はもう一つの標準的な、しかしあまり使われない放射照度の単位、ワット毎ステラジアンと混乱を引き起こします）。)
点状の放射線源がすべての方向に一様に放射し、吸収がない場合、総電力は一定で、放射線源からの距離の二乗に応じて増加する面積に広がるため、放射照度は放射線源からの距離の二乗に比例して下がります。 異なる線源の放射照度を比較するためには、線源からの距離を考慮する必要があります。
放射照度は、広い面積に電力を供給しなければならない用途に有用な尺度である。 たとえば、教室やサッカー場を照らすには、主に1平方メートルあたり一定のワット数を供給することが必要です。 これは、単一の高出力ソースを使用することで達成できる。 しかし、放射照度は立体角には依存しないので、複数の光源を組み合わせて、異なる角度から壁やフィールドを照らすことができます。
光源の放射照度は、光源から放射を収集し、次に放射を光学機器に供給する効率的な光結合システムを設計するときに最も役立つ尺度ではありません。 そのような光学機器は、限られた入射開口と限られた受入立体角を持つことになる。 2971>
放射束
放射束は単位時間あたりの放射エネルギーで、放射電力とも呼ばれます。 放射束は、放射線源の放射パワー出力や、光学機器で受信した放射パワーを表すのによく使われます。 放射束の例としては、ピンホールを通過する放射パワー、ファイバー結合レーザーの光ファイバーから出る放射パワー、電力検出器で受信する放射パワーなどがあります。
放射束の単位には面積や立体角が含まれていないため、特定の放射束の光源が光学機器への電力供給で有用かどうかを判断するには役立ちません。 先の例では、60Wの蛍光管は35WのXeアーク灯よりも大きな放射束（パワー）を放射しています。 しかし、適切な集光光学系を用いれば、直径200μmの光ファイバーにアーク灯の方が高い放射束を供給することができます。 Energetiq社のEQ-99のようなレーザー駆動光源は、35Wアークランプよりも放射束が低いかもしれませんが、その高い放射輝度により、35Wアークランプよりもさらに高い放射束を直径200μmの光ファイバーに供給することができます。
分光放射輝度、分光放射照度、分光放射束
上で述べた3つの用語は、ある波長帯（UV、VIS、IR）内の放射を特徴付けるために使用される量です。 また、スペクトルの単位波長（nmあたり）に対してそれらの値を考えるのが一般的である。 単位波長あたりの放射パワーについては、スペクトル放射束を SI 単位のワット/メートル、より一般的にはミリワット/ナノメート ルで使用します。 表面に入射する放射については、分光放射照度という用語が使用され、SI単位は、 、またはより一般的な単位を持っています。 単位発光領域および単位波長から単位立体角内の放射パワーについては、用語は、分光放射照度で、最も一般的には.2971>
アプリケーション用のソースを選択すると重要な尺度である分光放射照度は、. 一般に、ほとんどの放射線源は、その放射スペクトルの全域で分光放射輝度の変化を示す。 図3では、30W重水素ランプ（D2）、75W高輝度Xeアークランプ、Energetiqのレーザー駆動光源EQ-99とEQ-1500の2つのバージョンの分光放射輝度が示されています。
図3：EQ-99X LDLS、EQ-77 LDLS、EQ-400、LDLS、75WショートアークXeランプ、
タングステンランプおよびD2ランプの分光放射照度。
先ほどの200μmの光ファイバを照明する例で、図3の4つの光源がファイバに200nmの波長の光を照射した場合を比較するとします。 重要なパラメータは、200nmにおける光源の分光放射輝度なので、図3から、Xeランプの分光放射輝度はD2ランプよりも約1桁高く（「明るく」）、LDLS光源はXeランプよりもさらに1桁高いことが分かります。 各光源からの光を 200μm ファイバに結合するために同じ集光光学系を使用した場合、ファイバに送られる放射束は同様に同じ桁数で変化します。
結論
光学機器の設計において、光源を選択する科学者やエンジニアは、さまざまな光源仕様やラジオメトリック用語に触れることになります。 仕様の性質を理解し、適切な設計判断を可能にするラジオメトリック用語でそれらを表現することが重要である。 一般に、分光やイメージングなどの典型的な光学機器用途では、最も理解する必要があるのは光源の放射輝度と分光放射輝度である。 開口部や立体角が制限されている装置では、装置を通過する放射量を決定するのは光源の放射輝度である。 < 技術論文一覧へ戻る
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