輝度

輝度は、特定の方向に移動する光の単位面積あたりの光度を測定する測光法です。 ^[1]輝度は、特定の領域を通過する光、特定の領域から放射される光、または特定の領域から反射される光の量を表し、特定の立体角内に入ります。

分光放射輝度から輝度への変換手順はCIEとISOによって標準化されている。^[2]

明るさは、客観的な輝度測定基準の主観的な印象を表す用語です(このコントラストの重要性については、 「客観性 (科学) § 測定における客観性」を参照してください)。

輝度のSI 単位はカンデラ毎平方メートル(cd/m ² ) です。同じ単位の非 SI 単位系は nit です。SI単位系より前の単位であるセンチメートル・グラム・秒単位系 (CGS) の単位はスティルブで、これは 1 カンデラ毎平方センチメートルまたは 10 kcd/m ²に相当します。

輝度は、平らな拡散面からの放射や反射を特徴付けるためによく使用されます。輝度レベルは、特定の視野角から特定の表面を見たときに、人間の目が検出できる光のパワーの量を示します。したがって、輝度は表面がどれだけ明るく見えるかを示す指標です。この場合、対象となる立体角は、目の瞳孔によって囲まれる立体角です。

輝度はビデオ業界ではディスプレイの明るさを表すのに使われます。典型的なコンピュータディスプレイは、50～300 cd/m ²。太陽の輝度は約正午には1.6 × 10 ⁹  cd/m ^{2となる。 [3]}

幾何光学では輝度は不変である。^[4]これは理想的な光学系では出力輝度が入力輝度と同じであることを意味する。

実際の受動光学システムでは、出力輝度はせいぜい入力輝度に等しくなります。たとえば、レンズを使用して光源よりも小さい画像を形成する場合、光パワーはより小さな領域に集中するため、画像の照度は高くなります。ただし、画像面の光はより大きな立体角を満たすため、レンズで損失がないと仮定すると、輝度は同じになります。画像が光源よりも「明るく」なることはありません。

網膜損傷は、目が高輝度にさらされたときに起こる可能性があります。損傷は網膜の局所的な加熱によって起こる可能性があります。特に短波長では光化学効果によっても損傷が起こる可能性があります。^[5]

IEC 60825シリーズは、高輝度光源であるレーザーへの目の曝露に関する安全性に関するガイダンスを提供します。IEC 62471シリーズは、照明器具を含むランプおよびランプシステムの光生物学的安全性を評価するためのガイダンスを提供します。具体的には、波長範囲が100nmから150nmまでの、LEDを含むがレーザーを除くすべての電気的に駆動される非干渉性広帯域光放射源からの光生物学的ハザードの評価と制御のための曝露限界、基準測定技術、および分類スキームを指定します。200 nm通過3000 nm。この規格は、国際照明委員会によって規格 CIE S 009:2002 として作成されました。

輝度計は測光に使用される装置で、特定の方向と特定の立体角での輝度を測定できる。最も単純な装置は単一方向の輝度を測定するが、画像輝度計はデジタルカメラがカラー画像を記録するのと同様の方法で輝度を測定する。^[6]

指定された方向の光源の指定された点の輝度は、混合偏微分 によって定義されます 。 $${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Sigma \,\mathrm {d } \オメガ _{\シグマ }\cos \theta _{\シグマ }}}}$$

• L _{v は}輝度（ cd / m ²）です。
• d ² Φ _{v は}、立体角dΩ _Σの内側に含まれる任意の方向に領域dΣから出る光束（lm ）です。
• dΣは指定された点を含むソースの微小面積（m ² ）です。
• dΩ _Σは指定された方向を含む無限小立体角（sr）であり、
• θΣ_は表面dΣの_法線nΣと指定された方向との間の角度である^{。 [7]}

光が損失のない媒体を通過する場合、輝度は与えられた光線に沿って変化しない。光線が任意の表面Sを横切るとき、輝度は 次 のように与えられる。$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} S\,\mathrm {d} \オメガ_{S}\cos \シータ_{S}}}}$$

• d S は、立体角dΩ _{Σ の}内側の光源から見たSの微小領域です。
• dΩ _{S は}d Sから見たdΣによって囲まれる微小立体角であり、
• θ _{S は、} n _Sからd Sへの法線と光の方向との間の角度です。

より一般的には、光線に沿った輝度は 次の ように定義される。$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }=n^{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} G}}}$$

• d G は指定された光線を含む極小の狭いビームのエタンデュです。
• dΦ _{v は}このビームによって運ばれる光束であり、
• n は媒体の屈折率です。

反射面の輝度は、受ける照度と関係がある_。積分 は 放射の全方向をカバーするΩΣ、 $${\displaystyle \int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\text{v}}\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }=M_{\text{v}}=E_{\text{v}}R,}$$

• M _{v は}表面の光放射率です。
• E _{v は}受信照度であり、
• Rは反射率です。

完全拡散反射体（ランバート反射体とも呼ばれる）の場合、ランバートの余弦法則に従って輝度は等方性である。その場合、関係は単純に次のようになる。 $${\displaystyle L_{\text{v}}={\frac {E_{\text{v}}R}{\pi }}.}$$

輝度には、カンデラ/平方メートル以外にもさまざまな単位が使用されています。輝度は、天文学で使用される用語である表面輝度と本質的に同じです。これは、対数スケールの平方秒角あたりの明るさ (MPSAS) で測定されます。

• 相対輝度
• 桁数（輝度）
• 拡散反射
• エタンデュ
• 露出値 § 輝度と照度の尺度としてのEV
• ランバート反射率
• 明度（色）
• ルマ、ビデオモニターの輝度の表現
• ルーメン（単位）
• 放射輝度、輝度に類似した放射量
• 明るさ、明るさの主観的な印象
• グレア（視覚）

• カメラの露出計を使用して輝度と照度を推定するための Kodak ガイド。PDF 形式でもご利用いただけます。
• オートデスク デザイン アカデミー 光レベルの測定