照明の測定量と単位

発表者：Shinyo-tec    発表時間：2014/5/31 17:12:29

                          照明の測定量と単位

   照明の明るさを評価する指数は5つの測光量を用いています。

　光源からたくさんの光が出ているので明るい、ということは「光束が多い」を用いて表します。

　光源のある方向への光が強いので明るい、ということは「光度が大きい」を用いて表します。

　ある面に光がたくさん降り注いでいるので明るい、ということは「照度が高い」を用いて表します。

　ある面で光がたくさん反射しているので明るい、ということは「光束発散度が高い」を用いて表します。

　光源が輝いているので明るい、ということは「輝度が高い」を用いて表します。

   このように、照明を評価するには、「光束」、「光度」、「照度」、「光束発散度」、「輝度」という5つの測光量を利用します。

　それぞれの意味、記号と単位などについて、以下のようにまとめます。
　 

　光束とは

　光束とは、光源から出てくる光の量のことです。

　光束の量記号はΦ（ファイ）で、単位はlm（ルーメン）です。

　一般的には、光束が多ければ多いほど、すなわち光源のルーメンの値が高ければ高いほど、光源が明るいです。図１はそのイメージです。

　照明器具の明るさを比較するにはルーメンを用います。

図１　光束とは

    配光曲線

　光源の各方向に対する光度の大きさをベクトルで示して、そのベクトルの先端を結んだ曲線を配光曲線と言います。照明器具の特性を表す時に良く利用されています。

図2　配光曲線図

　光度とは
　 
　光源から出る光が方向により感じている光の強さが異なることは、その光源は各方向へでていく光束の量が異なるためです。

　光源からある方向へでていく単位立体角当たりの光束の量は光度といいます。

　光度の量記号はIで、単位はcd（カンデラ）です。

図3　光度とは

　

    図３を用いて、光度の意味及び光束との関係を見てみます。

　光源から光束が出ています。ある方向の立体角度はωとします。その立体角度ωに当たる面積に照らす光は光束Φとします。

　光度I（cd）　＝　光束Φ（lm）　÷　立体角度ω（sr）

　光度は上記の計算式を利用して、光束と立体角度から求めます。　

 　照度とは
　 
　照度とは、光源から出ている光がある面対して、どの位降り注いているかを表すもので、単位面積あたりに照射する光束で定義しています。

　照度の量記号はEで、単位はlx（ルクス）です。

図4　照度とは

　図４のように、光源からの光が照射される物体の面に当たります。その面の面積はA（m2）とします。その面に当たる光束は光束Φ（lm）とします。

　照度というのは、単位面積に入射する光束なので、次の式で求めます。

　照度E（lx）　＝　光束Φ（lm）　÷　面積A（m2）

　さらに、図５を用いて、照度の大きさを比較します。

　①、②のように、光源が近ければ、照度が高くなり、明るく感じます。

　③、④のように、光源の入射角度が垂直でなく斜めになれば、照度が低くなり、暗く感じます。

　⑤、⑥のように、光源の数が多ければ、照度が高くなり、明るく感じます。

　　　　　　　　　

図5　照度の比較

　

    光束発散度とは
　 
　単位面積から発散する光束は光束発散度と言います。

　光束発散度の量記号はMで、単位はlm/m2（ルーメン毎平方メートル）です。

　ある面に対して、光源から降り注いている光束が同じであっても、即ち照度が同じであっても、白っぽい面なら、明るく見えますが、黒っぽい面が暗く見えます。これは、同じ光束が照らしても、その面から反射する光束の量が異なるためです。図６をご参考ください。

図６　材質による明るさの違い

　なぜこのように、材質の違いによって、見える明るさが変わるか、図７を参照しながら、半透明のガラスを例にして、見てみましょう。

　光が半透明のガラスに当たる時に、一部は反射して、反射光束といいます。もう一部は半透明のガラスの中でに入ります。中に入った光は、さらに一部はガラスの中でエネルギーとして消耗され消えて、吸収光束といいます。残りの一部は半透明のガラスを通過して、外に出て、透過光束といいます。

図７　光束の反射と吸収と透過

　反射する光束はどのくらいあるかが、光束発散度で表します。図８を用いて、説明します。

　光源からの光が照射される物体の面に当たります。その面の面積はA（m2）とします。その面に当たる光束は光束Φ（lm）とします。

　光束発散度というは、単位面積当たりから発散する光束なので、次の式で求めます。

　光束発散度M（lm/m2）　＝　発散光束Φ（lm）　÷　面積A（m2）

図8　光束発散度とは

  

　輝度とは

　 
　輝度は光源が輝いている程度を表すために使われています。ある方向に対して、光源からの光度をその方向からの光源の見かけ面積で割った値は輝度といいます。

　輝度の量記号はLで、単位はcd/m2（カンデラ毎平方メートル）です。

　図９に輝度のイメージを示しています。光源への見かけ面積はA（m2）とします。光源からの光度はI（cd）とします。

　輝度は次の式で求めます。

　輝度L（cd/m2）　＝　光度I（cd）　÷　面積A（m2）

　輝度は光源面だけではなく、光が照らしている壁などの面に対しても使われています。

　輝度の分布を表現するには、輝度分布図を用いてます。図１０は交通信号の輝度分布図とパソコン液晶画面の輝度分布図の一例です。

図10　交通信号とパソコン液晶画面の輝度分布図

　 測定量単位一覧
　 
　これまでは、照明を測定するときに用いる主な測定量を紹介しました。ここでは、それぞれの測定量を表す記号及び単位と単位の記号を下記の表にまとめます。