光のエネルギーと明るさ

1級

心理量と物理量
1級

光のエネルギーが眼に及ぼす刺激が大きいほど、その光を見たときに強い明るさを感じます。
このとき、光のエネルギーは物理量であり、明るさは心理量です。

物理量は外界の刺激を表し、心理量はその刺激に対する人間の知覚を表す量といえます。

また、心理量を物理的に測定し、数量化したものは心理物理量と呼ばれます。
たとえば、「明るさ」を数値化した指標である照度・光束・光度・輝度はすべて心理物理量です。

人間の眼が感じる光の明るさを定量的に測定することを測光といい、その結果得られた明るさを表す量を測光量といいます。

定量的とは、個人の感覚によらず、誰もが同じ基準をもって数値で表すことができるという意味です。
反対に、光の明るさを言葉などで感覚的に表すことは、定性的な表現になります。

一方、光のエネルギーを表す物理量は放射量と呼ばれ、単位はW（ワット）で表されます。
単位Wは、電磁波の全波長域において1秒間に放出されるエネルギー量を表すものです。

分光視感効率曲線からわかるように、同じエネルギー量をもつ光であっても、波長が異なれば、異なる明るさとして知覚されます。
そのため、光のエネルギー量である放射量だけでは、人間が感じる明るさを正確に表すことはできません。各波長に対する、人間の眼の明るさの感度を考慮する必要があります。

そこで、国際照明委員会（CIE）は、波長と人間が知覚する明るさとの関係を求めた実験結果を集計し、個人差をなくした平均的な人間の明るさの感度として、標準分光視感効率を定めました。

測光量は、放射量（光のエネルギー量）に、標準分光視感効率（人間がどれくらい光を感じ取れるか）を波長ごとにかけ合わせて求めることができます。
このように、物理量である光の刺激（エネルギー）と、人間の知覚を結び付けたものであるため、測光量は心理物理量の一つといえます。

以前は単位Wで表される消費電力によってランプの明るさを表していましたが、後に登場したLEDは、同じ消費電力でも明るさが異なります。
より少ない消費電力で得られる明るさが強いほど、効率が良く経済性に優れたランプといえます。

ランプの効率を評価するには、同じ消費電力でどれだけ多くの光を出せるか？を求める必要があります。
この値は光束を消費電力で割ることで求めることができ、ランプ効率と呼ばれます。
光束の単位がlm、消費電力の単位がWであるため、ランプ効率の単位はlm/Wとなります。