測光

光学における測光の基本

測光（Photometry）は、人間の目が感じる光の明るさ（輝度）を基準に光を測定する学問分野です。この点が、光の絶対的なエネルギー量を測る放射測定（Radiometry）とは大きく異なります。測光では、光の波長ごとに人間の目の感度を考慮した「分光視感効率」という関数で重み付けを行います。

測光と人間の視覚

人間の目は、可視光の全ての波長に対して均一な感度を持つわけではありません。測光では、この視覚感度の違いを補正するため、測定した放射エネルギーに波長ごとの視感度係数を掛け合わせます。この係数は、明所視（明るい場所での視覚）と暗所視（暗い場所での視覚）で異なり、測光は通常、明所視に基づいています。そのため、月明かりの下など暗い環境下では、測光の結果が実際の明るさの感じ方と異なる場合があります。

測光の単位と量の多様性

18世紀末に電磁波の放射効果が研究対象となり、測定技術が発展しました。その中で、熱効果を測るための単位や、人間の目の感度を考慮した測光単位が生まれました。測光では、光の様々な特性を測定するために多くの異なる単位が用いられます。例えば、光の強さを示す光度（カンデラ）や、光源から放出される光の量を示す光束（ルーメン）などがあります。これは、「明るい」という言葉が、強い光束を持つ光源と、狭い範囲に光を集中させる光源の両方を指すように、光には様々な側面があるためです。

測光量と放射量の関係

光に関する量には、「測光量」と「放射量」という二つの体系が存在します。測光量は人間の目の感度を考慮して重み付けされた光の量であり、放射量は光の絶対的なエネルギー量を表します。例えば、同じ放射強度を持つ光源でも、人間の目がより敏感な緑色の光は、赤色の光よりも測光量では大きく評価されます。また、紫外線や赤外線など、人間の目に見えない光は、放射量としては存在していても、測光量としてはゼロとなります。

ワットとルーメンの違い

ワット（W）は放射束（光のエネルギー量）の単位であり、ルーメン（lm）は光束（人間の目が感じる光の量）の単位です。ワットは電球などの消費電力を表しますが、放出される光の量とは必ずしも一致しません。白熱電球は多くの電力を消費しますが、そのほとんどは熱として放出され、可視光として利用される部分はわずかです。一方、ルーメンは、人間の視覚感度を考慮した光の量を表します。例えば、60Wの白熱電球と15Wの電球型蛍光灯は、どちらも約900ルーメンの明るさを持ちます。これは、電球型蛍光灯の方がエネルギー効率が良いことを示しています。ルーメンは、1カンデラの点光源が1ステラジアンの範囲に放射する光の量として定義され、カンデラは、540THz（555nmの緑色光）の光を1/683W/srの放射強度で放射する光源として定義されます。この定義から、1Wの555nmの緑色光が683ルーメンの光を放つことがわかります。

測光の技術

測光は、光検出器を用いて行います。光検出器は、光を受けると電気信号を発生する装置で、光度計や自動点灯装置などに用いられます。照明器具の光の特性を測定する際には、球面光度計（積分球）やゴニオフォトメーターなどのより複雑な装置が用いられます。球面光度計は、照明器具を全方向から覆って光の指向性を測定し、ゴニオフォトメーターは、照明器具を様々な角度から測定して光の強度分布を調べます。これらの測定データは、照明設計などに利用されます。

非SI単位での測光の単位

測光には、SI単位の他に、ランバート（輝度の単位）、スチルブ（輝度の単位）、フットキャンドル（照度の単位）、フォト（照度の単位）などの非SI単位も用いられます。これらの単位は、特定の分野で慣用的に使用されています。

まとめ

測光は、人間の視覚を基準とした光の測定であり、照明設計、視覚研究、画像処理など、幅広い分野で活用されています。光の測定には、測光量と放射量という二つの異なる体系があり、それぞれ異なる単位が用いられています。測光を理解することで、光の性質をより深く理解し、様々な応用分野でより効果的に光を活用することができます。

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