カンデラ

カンデラ（記号：cd）は、光度のSI単位です。^{[ 5 ] [ 6 ]}これは、特定の方向に放射される単位立体角あたりの光度を測定します。一般的なワックスキャンドルの光度は約1cdです。

カンデラという言葉はラテン語でろうそくを意味します。古い名称「candle」は今でも時々使われており、フットキャンドルや現代のキャンドルパワーの定義などに使われています。^{[ 7 ]}

第26回国際度量衡総会（CGPM）は2018年にカンデラを再定義した。^{[ 8 ] [ 9 ]} 2019年5月20日に発効した新しい定義は以下のとおりである。

カンデラ[...]は、周波数の単色放射の光度効率の固定数値を取ることによって定義される。540 × 10 ¹²  Hz、^{[ a ]} K _{cd は} 、単位 lm W ⁻¹で表すと 683 となり、これはcd sr W ⁻¹またはcd sr kg ⁻¹ m ⁻² s ³に等しく、ここでキログラム、メートル、秒はh、c、およびΔ ν _Csで定義されます。^{[ 10 ]}

説明

選択された周波数は、可視スペクトルの緑色付近、波長約555 ナノメートルに相当する。明るい環境に順応した人間の目は、この周波数付近で最も感度が高くなる。このような条件下では、明所視が暗所視よりも視覚において優位となる。他の周波数では、人間の目の周波数応答に応じて、同じ光度を得るためにはより高い放射強度が必要となる。特定の波長λの光の光度は、次​​式で与えられる 。$${\displaystyle I_{\mathrm {v} }(\lambda )=683.002\ \mathrm {lm/W} \cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} }(\lambda ),}$$ ここで、I _v ( λ )は光度、I _e ( λ )は放射強度であり、${\textstyle \textstyle {\overline {y}}(\lambda )}$は明所視感度関数です。複数の波長が存在する場合（通常はそうですが）、全光度を求めるには波長のスペクトル全体にわたって積分する必要があります。

光度は放射強度に似ていますが、光源のスペクトル内のすべての波長の光の寄与を単純に合計するのではなく、各波長の寄与は、CIE およびISOによって標準化された、さまざまな波長に対する人間の目の感度のモデルである光度効率関数によって重み付けされます。^{[ 11 ] [ 4 ] [ 12 ]}

1948年以前は、多くの国でさまざまな光度基準が使用されていました。これらは通常、組成が定められた「標準ろうそく」の炎の明るさ、または特定の設計の白熱フィラメントの明るさに基づいていました。これらのうち最もよく知られているものの1つは、イギリスの標準であるカンデラパワーでした。1カンデラパワーは、重さ6分の1ポンドで1時間に120グレインの燃焼率の純粋な鯨蝋ろうそくが生み出す光でした。ドイツ、オーストリア、スカンジナビアでは、ヘフナーランプの出力に基づく単位であるヘフナーケルツェが使用されていました。^{[ 13 ]} 

光度に関するより良い基準が必要とされた。1884年、ジュール・ヴィオールは、^白金の 融点（または凝固点）における1cm²の光から放出される光に基づいた基準を提案した。その結果得られた光度の単位は「ヴィオール」と呼ばれ、約60英国カンデラに相当する。白金は、融点が十分に高く、酸化しにくく、純粋な形で得られるため、この目的に都合が良かった。^{[ 14 ]}ヴィオールは、純粋な白金から放出される光度は厳密にその温度に依存することを示したため、白金の融点における光度は一定であるはずである。

実際には、ヴィオールの提案に基づく標準を実現することは予想以上に困難であることが判明した。^{[ 14 ]}白金の表面の不純物は放射率に直接影響を与える可能性があり、さらに不純物は融点を変化させることで光度にも影響を与える可能性がある。次の半世紀にわたり、さまざまな科学者が白熱白金に基づく実用的な強度標準を作ろうと試みた。成功したアプローチは、小さな穴が開いた二酸化トリウムの中空シェルを溶融白金の浴槽に吊るすことであった。シェル（空洞）は黒体として機能し、温度に依存し、装置の構造の詳細に影響されない黒体放射を生成する。

1937年、国際照明委員会（CIME）と国際度量衡委員会（CIPM）は、この概念に基づいた「新しいカンデラ」を提案し、その値は以前の単位カンデラに類似するように選ばれた。この決定は1946年にCIPMによって公布された。

新しいキャンドルの値は、プラチナの凝固温度における完全なラジエーターの明るさが1平方センチメートル あたり60新しいキャンドルであるような値である。^{[ 15 ]}

 その後、1948年に第9回CGPM ^{[ 16 ]}で承認され、この単位にカンデラという新しい名称が採用されました。1967年、第13回CGPMは「新キャンドル」という用語を削除し、カンデラの定義を修正し、凝固中の白金に加わる大気圧を指定しました。

カンデラは、1平方メートルあたり101,325ニュートンの圧力下で、白金の凝固温度にある黒体の1/600,000平方メートルの表面の垂直方向の光度である。^{[ 17 ]}   

1979年、高温でのプランク放射器の実現の難しさと放射測定によってもたらされた新たな可能性のため、第16回 CGPMはカンデラの新しい定義を採用しました。^{[ 18 ] [ 19 ]}

カンデラは、周波数の単色光を放射する光源の、特定の方向における光度を表す単位である。540 × 10 ¹²ヘルツ であり、その方向の放射強度は1 / 683ワット/ステラジアンです。 

この定義では、（定義上）1カンデラを放射する光源を生成する方法が説明されていますが、他の周波数での放射を重み付けするための光度効率関数は指定されていません。このような光源は、指定された光度効率関数を基準として光度を測定するように設計された機器を校正するために使用できます。SIパンフレット^{[ 20 ]}の付録では、光度効率関数は一意に指定されているわけではなく、カンデラを完全に定義するために選択する必要があることが明確にされています。

任意項 (1/683) は、新しい定義が古い定義と正確に一致するように選択されました。カンデラは現在、秒( SI 基本単位) とワット (SI 誘導単位) で定義されていますが、定義上、カンデラは SI 系の基本単位のままです。^{[ 21 ]}

第26回CGPMは、2019年のSI単位系改訂の一環として、2018年にカンデラの現代的な定義を承認した。この改訂では、SI基本単位が基本的な物理定数に基づいて再定義された。

他のSI単位と同様に、カンデラも10のべき乗を掛けるメートル法の接頭辞を付けることにより変更できます。たとえば、10⁻³カンデラはミリカンデラ（mcd）と呼ばれ^ます。