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光度効率関数または輝度関数は、人間の視覚における光の平均的な分光感度を表します。これは、異なる波長の光に対する相対的な感度を表すために、異なる色の光のうちどちらが明るいかを主観的に判断することに基づいています。これは特定の個人に対する絶対的な基準ではなく、理論上の人間の目の視覚感度を標準的な観察者によって表したものです。実験目的や測色において、基準値として有用です。異なる照明条件下では、異なる光度効率関数が適用されます。明るい照明条件下では明所視、暗い照明条件下では薄明視、暗所視となります。特に指定がない場合、光度効率関数は一般的に明所視光度効率関数を指します。
CIE 明所視感度関数y (λ)またはV (λ)は、国際照明委員会(CIE)によって確立され、ISO と共同で標準化された標準関数です[ 1 ]。放射エネルギーを光度 (つまり可視光) エネルギーに変換するために使用できます。また、 CIE 1931 色空間の中心的な色合わせ関数を形成します。
一般的に使用されている光度効率関数には2種類あります。日常的な光量レベルでは、明所視感度関数が人間の目の反応を最もよく近似します。低照度レベルでは、人間の目の反応が変化するため、暗所視感度曲線が適用されます。明所視感度曲線は、CIE 1931色空間で使用されるCIE標準曲線です。
光源の光束（または可視光）は、明所視感度関数によって定義されます（光源が明所視を活性化するのに十分な明るさであると仮定した場合）。光源の全光束は、次の式で計算されます。
どこ
形式的には、積分は輝度関数とスペクトルパワー分布の内積です。[ 2 ]実際には、積分は、光度効率関数の表形式の値が利用可能な離散波長にわたる和に置き換えられます。CIEは、380 nmから780 nmまで5 nm間隔で輝度関数の値が記載された標準表を配布しています。[ cie 1 ]
標準光度効率関数は、 555 nmでピーク値 1 に正規化されています(光度係数を参照)。積分の前の定数の値は通常、次のように丸められます。683 lm/W。わずかな超過分数値は、ルーメンの定義と輝度関数のピークとのわずかな不一致に起因します。ルーメンは、540 THzの周波数で1/683 Wの放射エネルギーに対して1と定義されますが、これは555.016 nmの標準空気波長に対応します。555 nmは、輝度曲線のピークです。y ( λ )の値は0.999 997555.016 nmなので、683/0.999 997 = 683.002 は乗法定数です。[ 3 ]
683という数字は、光度単位であるカンデラの現代（1979年）の定義に関連しています。[ cie 2 ]この任意の数字により、新しい定義はカンデラの古い定義から得られる数値と同等の数値を与えるようになりました。
CIE 1924 明所視V ( λ ) 輝度関数[ cie 3 ]は、CIE 1931 色合わせ関数にy ( λ ) 関数として含まれていますが、知覚される輝度に対するスペクトルの青色端の寄与を過小評価していることが長らく認識されてきました。標準関数を改善し、人間の視覚をよりよく表すようにするための試みが数多く行われてきました。1951 年に Judd [ 4 ]が改良し、 1978 年に Vos [ 5 ]が改良した結果、CIE V M ( λ )として知られる関数が生まれました[ 6 ] 。最近では、Sharpe、Stockman、Jagla & Jägle (2005) がStockman & Sharpe の錐体基本原理と一致する関数を開発しました[ 7 ]。彼らの曲線は上の図にプロットされています。
ストックマンとシャープはその後、2011年に昼光下での色順応 の影響を考慮した改良された関数を作成した。[ 8 ] 2008年の彼らの研究[ 9 ]は、「光度効率またはV(l)関数は色順応によって劇的に変化する」ことを明らかにした。[ 10 ]
ISO規格はISO/CIE FDIS 11664-1です。この規格は、CIE 1924関数の可視光域における各値のnm単位の増分表を提供します。[ 11 ] [ 12 ]
非常に低い強度レベル（暗所視）では、目の感度は錐体ではなく桿体によって媒介され、紫色の方向にシフトし、若い目では約507 nmでピークに達します。感度は1699 lm/W [ 13 ]またはこのピークでは1700 lm/W [ 14 ]である。標準暗所視効率関数、またはV ′ ( λ ) は、Wald (1945) および Crawford (1949) の測定に基づいて、1951 年に CIE によって採用された。[ 15 ]
薄明視の輝度は、暗所視と明所視の間の広い移行帯であり、標準化が不十分である。この輝度効率は、暗所視と薄明視の輝度の加重平均として表すことができるというのが共通認識であるが、異なる組織が異なる加重係数を提供している。[ 16 ]
色覚異常は、波長に応じて目の感度を変化させます。第一色覚異常の人では、目の反応のピークがスペクトルの短波長側（約540 nm）にシフトしますが、第二色覚異常 の人では、スペクトルのピークがわずかにシフトして約560 nmになります。[ 17 ]第一色覚異常の人は、670 nmを超える波長の光に対して実質的に感度がありません。
正常な色覚を持つ高齢者の場合、白内障により水晶体がわずかに黄色くなり、感度の最大値がスペクトルの赤色部分に移動し、知覚できる波長の範囲が狭まります。[ 18 ]年齢に応じて人間の水晶体の透過率を推定する方法は、CIE 203:2012として標準化されていますが、[ 19 ]さらなる改善が提案されています。[ 20 ]その他の水晶体透過関数については、Lucas (2014) Irradiance Toolboxを参照してください。[ 21 ]
光の波長依存性効果は、視覚だけでなく、（ヒトでは）メラノプシンを介した概日リズムにも見られます。光がヒトの概日リズムに及ぼす影響を報告するために、メラノプシンに特有の発光効率関数を用いて定義されるメラノピック照度と呼ばれる値が用いられます。単位はルクス（lx）で、SI 規格に準拠していません。CIE S 026:2018 により、このシステムは SI 規格に準拠するようになり、メラノピック等価昼光照度（M-EDI、単位lx ）はメラノピック放射照度（単位 W/m 2 ）から導出されます。100 lx の M-EDI の光にさらされたヒトは、100 lx の昼光にさらされた場合と同様の概日リズムの変化を示すはずです。[ 22 ]
Lucas (2014) と後の CIE S 026 も、他の 4 つの人間のオプシンに特有の光効率関数を定義しています。Lucas は SI に準拠していない lux を使用していますが、CIE は SI に準拠した EDI lux を使用しています。[ 22 ] CIE 規格は有料ですが、関連するツールボックスとそのユーザーガイドは無料で利用できます。[ 23 ] Roomyou1 などの最新のセンサーの中には、他の室内環境パラメータとともにメラノピック等価昼光照度 (M-EDI) を測定するように設計されているものもあります。
ほとんどの非霊長類哺乳類は、赤色盲の人と同様の光効率関数を持っています。長波長の赤色光に対する感受性が低いため、動物の夜行性生活を研究する際にそのような照明を使用することが可能です。[ 24 ]
齧歯類については、Lucas (2014) の意味でのメラノピック照度とオプシン特異的照度の定義が利用可能です。齧歯類の目は網膜の前でヒトの目とは異なる方法で光を濾過するため、短波長 ( < 420 nm) では大きな違いがあります。 [ 22 ] Lucas のグループと国際的な研究者による 2024 年の論文では、光関連実験の再現性を向上させ、動物福祉を向上させるために、これらの種調整照度測定値を使用して動物実験で使用される光レベルのより良い標準化を求めています。この論文には、マウス、ドブネズミ、マカク、ネコ、イヌのαオプティック データが含まれています。この論文は、スペクトルパワー分布から種特異的 EDI を計算するツールボックスと、特定の光子ルクス量と既知のスペクトルの光源に対する種特異的 EDI を推定するツールボックスの 2 つの別々のツールボックスにリンクしています。[ 25 ]
ミツバチやガに対する波長依存的な誘引効果は、「誘引」という相対的な任意単位で定量化されている。これらのデータは、夜間の節足動物の誘引性が低い白色LED光源の設計に使用されている。[ 26 ]
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所 (リンク)このユーザー ガイドは、CIE Division 6 が発行した
α
-opic Toolbox v1.049a に関連しています。ツールボックス (DOI 10.25039/S026.2018.TB) およびユーザー ガイド (DOI 10.25039/S026.2018.UG) は、CIE Division Reportership (DR) 6-45 の下で管理されています。