광도계측: 무엇인가?

광도 측정은 빛의 밝기를 인간의 눈으로 인식되는 방식으로 측정하는 과학입니다. 이는 방사도 측정과는 다르며, 방사도 측정은 절대적인 전력으로 광에너지(빛 포함)를 측정합니다. 광도 측정은 인간의 눈을 자극할 수 있는 가시 범위의 파장(빛)만 고려합니다.

인간의 눈은 370 nm에서 780 nm 사이의 파장을 감지할 수 있습니다. 이 범위는 가시 스펙트럼 또는 간단히 말해 빛이라고 불립니다. 빛보다 짧은 파장을 가지는 복사는 자외선 복사라고 하며, 빛보다 긴 파장을 가지는 복사는 적외선 복사라고 합니다. 광도 측정은 자외선이나 적외선 복사를 포함하지 않습니다.

광도 측정은 눈이 파장에 따른 빛에 대한 반응을 기반으로 합니다. 눈은 모든 파장의 빛에 동일하게 민감하지 않습니다. 녹색 빛에 더 민감하고, 붉은색과 보라색 빛에는 덜 민감합니다. 또한 눈은 다양한 밝기 수준에 적응합니다. 두 가지 시각 모드가 있으며, 이는 광시각과 암시각입니다.

광시각은 낮이나 인공 조명 아래와 같은 밝은 조건에서 눈의 반응입니다. 광시각은 색상과 세부 사항을 구별할 수 있습니다. 암시각은 밤이나 별빛 아래와 같은 어두운 조건에서 눈의 반응입니다. 암시각은 색상을 구분할 수 없고 해상도가 낮습니다. 광시각과 암시각 사이에는 중간 시각이라는 전환 영역이 있습니다.

광도 측정은 각 파장과 밝기 수준에서 눈의 반응을 표준화한 모델을 사용합니다. 이러한 모델은 발광 함수라고 합니다. 발광 함수는 각 파장에서 눈이 얼마나 민감한지를 나타내는 요소로 복사력을 가중합니다. 가장 일반적으로 사용되는 발광 함수는 광시각 민감도 함수로, 광시각 조건에서 눈의 반응을 모델링합니다. 다른 발광 함수로는 암시각 민감도 함수와 중간 시각 민감도 함수가 있습니다.

광도 측정은 과학, 공학, 예술의 다양한 분야에서 많은 응용이 있습니다. 이를 통해 빛원, 재료, 물체의 밝기, 색상, 품질을 측정하고 특성화합니다. 또한 빛이 인간의 건강, 행동, 지각에 미치는 영향을 연구하는 데에도 사용됩니다.

이 글에서는 광도 측정의 유형, 원리, 응용, 작동 방식에 대해 좀 더 자세히 탐구하겠습니다. 또한 광도 측정에 사용되는 기기와 단위에 대해서도 논의하겠습니다.

섬유 광도 측정이란?

섬유 광도 측정은 신경과학에서 살아있는 동물의 신경 활동을 기록하는 기법입니다. 이 기법은 광섬유를 사용하여 형광 지표를 표현하는 뉴런에게 흥분 빛을 전달하고, 그들로부터 방출된 형광을 수집합니다.

형광 지표는 칼슘 농도, 전압, 신경 전달 물질 등 특정 생물학적 매개변수의 변화에 따라 형광 특성이 변하는 분자입니다. 유전자 부호화 형광 지표(GEFIs)를 사용하면 GCaMPs와 같은 것으로 특정 유형의 뉴런이나 뇌 영역을 대상으로 광학 기록이 가능합니다.

섬유 광도 측정은 시간에 따른 대규모 뉴런 집합의 평균 활동을 모니터링할 수 있습니다. 이는 자유롭게 움직이는 동물에서 신경 활동을 행동 이벤트나 자극과 상관시키는 데 사용될 수 있습니다. 섬유 광도 측정은 2-포톤 현미경이나 칼슘 이미징과 같은 다른 광학 기록 기법보다 단순성, 비용 효율성, 이동성, 확장성 면에서 장점이 있습니다.

그러나 섬유 광도 측정도 공간 해상도가 낮고, 배경 형광이나 움직임 아티팩트로 인한 신호 오염, 광섬유 삽입으로 인한 조직 손상이나 염증 등의 제약이 있습니다.

화염 광도 측정이란?

화염 광도 측정은 화학 분석을 위한 기법으로, 샘플 내 특정 금속 이온의 농도를 결정합니다. 이는 화염 발광 분광법 또는 화염 원자 발광 분광법으로도 알려져 있습니다.

화염 광도 측정은 일부 금속 이온이 화염에서 가열되면 특유의 파장의 빛을 방출한다는 원리를 바탕으로 작동합니다. 방출된 빛의 강도는 샘플 내 금속 이온의 농도와 비례합니다.

화염 광도 측정은 주로 알칼리 금속(1족)과 알칼리 토금속(2족), 즉 나트륨, 칼륨, 칼슘, 리튬 등을 측정하는 데 사용됩니다. 이러한 금속은 낮은 이온화 에너지를 가지고 있어 화염의 열 에너지로 쉽게 흥분됩니다.

화염 광도 측정을 수행하기 위해서는 금속 이온을 포함하는 샘플 용액을 화염(보통 공기-아세틸렌 화염)에 분무합니다. 화염은 샘플을 구성 요소로 증발 및 원자화합니다. 이러한 일부 원자들은 화염의 열 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 상태로 흥분됩니다. 이러한 흥분된 원자들은 결국 특정 파장의 광자를 방출하며 기본 상태로 돌아갑니다. 이 광자의 파장은 에너지 전이에 해당합니다.

방출된 빛은 렌즈 시스템으로 수집되어 단색기(특정 범위의 파장을 선택하는 장치)를 통과합니다. 단색기는 관심 있는 금속 이온에 해당하는 원하는 파장의 빛만 검출기(보통 광전자배승관이나 광다이오드)에 도달하도록 합니다. 검출기는 빛 신호를 전기 신호로 변환하여 계측기나 레코더로 측정할 수 있도록 합니다.

샘플 내 금속 이온의 농도는 방출된 빛의 강도를 동일한 금속 이온의 알려진 농도에서 얻은 기준 곡선과 비교하여 계산할 수 있습니다.

반사 광도 측정이란?

반사 광도 측정은 표면이나 물체의 색상이나 반사율 특성을 측정하는 기법입니다. 이는 서로 다른 표면이 물리적 및 화학적 특성에 따라 서로 다른 양과 파장의 빛을 반사한다는 원리를 기반으로 작동합니다.

반사 광도 측정은 (보통 백색 빛) 빛원을 특정 각도로 표면이나 물체를 조명합니다. 표면이나 물체에서 반사된 빛은 다른 각도에서 검출기(보통 분광광도계나 색도계)로 측정됩니다.

검출기는 반사된 빛의 스펙트럼이나 파장별 강도를 분석하고, 이를 참조 표준(보통 흰색 표면)과 비교합니다. 표면이나 물체의 색상이나 반사율 특성은 다양한 매개변수, 즉 색상(우세 파장), 포화도(순도), 밝기(휘도), 색도 좌표(x, y, z), 색상 지수(CIE Lab*) 등으로 표현할 수 있습니다.

반사 광도 측정은 품질 관리, 색상 일치, 색상 식별, 색상 커뮤니케이션 등 다양한 목적으로 사용될 수 있습니다. 이는 페인트, 직물, 플라스틱, 금속, 세라믹과 같은 다양한 재료와 물체에 적용될 수 있습니다.

광도량과 단위는 무엇인가요?

광도량은 복사량에 루미노시티 함수를 가중 요소로 적용하여 유도됩니다. 루미노시티 함수는 인간의 눈이 서로 다른 파장의 빛에 대한 상대적인 반응을 나타냅니다. 가장 일반적으로 사용되는 루미노시티 함수는 밝은 조건에서 눈의 반응을 모델링하는 광시각 민감도 함수입니다. 다른 루미노시티 함수로는 어두운 조건에서 눈의 반응을 모델링하는 암시각 민감도 함수와 중간 조건에서 눈의 반응을 모델링하는 중간 시각 민감도 함수가 있습니다.

광도 측정 기기와 방법은 무엇인가요?

광도 측정 기기는 다양한 방법과 원칙을 사용하여 광도량을 측정하는 장치입니다. 몇 가지 일반적인 광도 측정 기기와 방법은 다음과 같습니다:

• 광도계: 광도계는 참조 표준과 비교하여 빛원이나 물체의 상대적인 밝기를 측정하는 장치입니다. 광도계는 설계와 응용에 따라 시각 광도계, 광전기 광도계, 필터 광도계, 분광광도계 등으로 분류할 수 있습니다.

• 색도계: 색도계는 빛원이나 물체의 색상을 분광 구성 분석하여 측정하는 장치입니다. 색도계는 설계와 응용에 따라 3색 색도계, 색차계, 분광복사계 등으로 분류할 수 있습니다.

• 적분 구: 적분 구는 빛원이나 물체를 고반사 내부 표면을 가진 구형 캅에 담아 총 발광 플럭스를 측정하는 장치입니다. 적분 구는 빛원의 교정, 재료의 반사율 또는 투과율 측정, 빛원의 각도 분포 측