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測光は、人間の目に知覚される明るさの観点から光を測定する光学の一分野です。[ 1 ]これは、物体またはシステムによって放出、反射、透過、または受信される光の量を定量化することに関係しています。
測光量（例えば、光束）は、人間の視覚系の分光感度をモデル化した標準化された光度効率関数を介して、放射量（例えば、放射束）と関連付けられます。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]通常、この波長依存の重み付け関数は明所感度関数ですが、暗所感度関数や他の関数も同様に適用できます。重み付けは、CIEとISOによって標準化されています。[ 5 ]
測光は放射測定の一分野である。放射測定量は光に限定されず（つまり、他の種類の光学的放射も対象とし、場合によっては他の種類の電磁放射にも拡張される）、スペクトル重み付けもされない。
人間の目は、可視光のすべての波長に対して均等に感度があるわけではありません。測光では、各波長で測定されたパワーに、その波長での目の感度を表す係数を重み付けすることで、このことを考慮しようとします。波長の関数としての光に対する目の反応の標準モデルは、輝度関数によって与えられます。目は、明るい条件（明所視）と暗い条件（暗所視）に順応しているとき、波長の関数として異なる反応を示します。測光は通常、目の明所視反応に基づいているため、月光や星光だけなど、色が識別できない薄暗い照明条件下では、測光測定値は光源の知覚される明るさを正確に示さない可能性があります。[ 1 ]明所視は、3カンデラ/平方メートルを超える輝度レベルでの目の反応の特徴です。暗所視は、2 × 10 −5 cd/m 2未満で発生します。薄明視はこれらの限界の間に発生し、スペクトル反応については十分に特徴付けられていません。[ 5 ] [ 1 ]
電磁放射線の影響の測定は、早くも18世紀末には研究分野となった。測定技術は研究対象の影響によって異なり、さまざまな命名法が生まれた。温度計で測定される赤外線の総加熱効果は、総エネルギーと電力の観点から放射測定単位の開発につながった。人間の目を検出器として使用すると、目の応答特性で重み付けされた測光単位が生まれた。紫外線の化学的影響の研究は、総線量または光子/秒で表されるアクチノメトリック単位による特性評価につながった。[ 1 ]
測光測定には、さまざまな測定単位が使用されます。「明るい」という形容詞は、高い光束（ルーメンで測定）を発する光源、光束を非常に狭いビーム（カンデラ）に集中させる光源、または暗い背景に対して見える光源を指す場合があります。光が三次元空間を伝播する方法（拡散したり、集中したり、光沢のある表面やマットな表面で反射したり）と、光がさまざまな波長から構成されていることから、根本的に異なる種類の光測定を行うことができ、それを表す量と単位の数も多くなります。
例えば、オフィスは通常、多数の埋め込み式蛍光灯を複数組み合わせることで、高い光束を実現し、明るく照らされています。一方、レーザーポインターは光束が非常に低い（部屋全体を照らすことはできない）ものの、特定の方向だけは眩しいほど明るく（その方向の光度が高い）、非常に明るい光を放ちます。
測光量と放射量と呼ばれる2つの並行した量のシステムがあります。一方のシステムのすべての量には、もう一方のシステムに類似の量があります。並行した量の例としては、次のものがあります。[ 1 ]
測光量では、各波長は人間の目の感度に応じて重み付けされますが、放射量では重み付けされていない絶対的なパワーが使用されます。たとえば、人間の目は赤色の光よりも緑色の光に強く反応するため、同じ放射束を持つ緑色の光源は、赤色の光源よりも光束が大きくなります。可視スペクトル外の放射エネルギーは測光量には全く寄与しないため、たとえば1000ワットの電気ヒーターは大量の放射束（実際には1000ワット）を放出しますが、光源としてはごくわずかなルーメンしか放出しません（エネルギーの大部分が赤外線領域にあるため、可視光領域にはかすかな赤い光しか残らないためです）。
ワットは放射束の単位であり、ルーメンは光束の単位である。ワットとルーメンを比較することで、放射測定単位と測光単位の違いが明確になる。
ワットは電力の単位です。私たちは電球の電力をワット単位で考えることに慣れています。この電力は光出力の量を表すものではなく、電球が消費するエネルギー量を示しています。一般用途向けに販売されている白熱電球はどれも特性がかなり似ているため（スペクトル分布が同じ）、消費電力は白熱電球の光出力の目安となります。
ワットは出力の直接的な尺度にもなり得ます。放射測定の観点から見ると、白熱電球の効率は約80%です。エネルギーの20%は（例えばランプベースを通る伝導によって）失われます。残りは放射として放出され、そのほとんどは赤外線です。したがって、60ワットの電球は合計で約45ワットの放射束を放出します。白熱電球は実際には（ひよこ孵卵器のように）熱源として使用されることもありますが、通常は照明を提供する目的で使用されます。そのため、放出される放射エネルギーのほとんどが目に見えない赤外線であるため、非常に非効率的です。コンパクト蛍光灯は、わずか15ワットの電力消費で、60ワットの白熱電球に匹敵する明るさを提供できます。
ルーメンは光出力の測光単位です。多くの消費者は依然として電球の消費電力で光量を判断しますが、米国では数十年前から電球のパッケージにルーメン単位での出力値を表示することが取引上の義務となっています。60ワットの白熱電球のパッケージには約900ルーメンと表示されており、15ワットのコンパクト蛍光灯のパッケージにも同様の記載があります。
ルーメンは、1カンデラの点光源が1ステラジアンに与える光量として定義されます。一方、SI基本単位であるカンデラは、周波数540テラヘルツの単色放射光源の光度として定義され、放射強度は1ステラジアンあたり1/683ワットです。（540テラヘルツは約555ナノメートルに相当し、これは緑色の光で、人間の目が最も敏感に反応する波長です。1/683という数値は、カンデラが取って代わった単位である標準ろうそくとほぼ等しくなるように選ばれました。）
これらの定義を組み合わせると、555ナノメートルの緑色の光の1/683ワットが1ルーメンに相当することがわかります。
ワットとルーメンの関係は、単なる比例関係ではありません。60ワットの白熱電球と15ワットのコンパクト蛍光灯はどちらも900ルーメンの明るさを提供できることから、このことは既に分かっています。
定義によれば、1ワットの純粋な緑色の555 nmの光は683ルーメンの「価値」があります。他の波長については何も述べていません。ルーメンは測光単位であるため、ワットとの関係は波長の可視性に応じて変化します。たとえば、赤外線や紫外線は目に見えないため、計算には含まれません。1ワットの赤外線（白熱電球からの放射の大部分はこの波長帯に属します）は0ルーメンの価値があります。可視スペクトル内では、光の波長は「明所視分光効率」と呼ばれる関数に従って重み付けされます。この関数によれば、700 nmの赤色光は555 nmの緑色光に比べて約0.4%しか効率がありません 。したがって、1ワットの700 nmの赤色光はわずか2.7ルーメンの「価値」しかありません。
この重み付けには電磁スペクトルの可視光領域の総和が含まれているため、「ルーメン」という単位は色を識別できません。つまり、ルーメンがどのような色に見えるかを判断する方法がないのです。これは、食料品を袋の数で評価するのと似ています。具体的な内容に関する情報はなく、単に加重された総量を表す数値があるだけです。
測光測定は、光にさらされると電気信号を生成する光検出器（いくつかの種類がある）に基づいています。この技術の簡単な応用例としては、周囲の光の状況に基づいて照明器具をオン/オフしたり、ある点に入射する光の総量を測定するために使用される照度計などがあります。
照明業界では、より複雑な測光測定法が頻繁に用いられています。球面光度計は、ランプから発せられる指向性光束を測定するために使用され、中心にランプが取り付けられた大口径の球体で構成されています。光電セルがランプの周囲を3軸で回転し、あらゆる方向からランプの出力を測定します。
ランプや照明器具は、ゴニオフォトメーターと回転ミラーフォトメーターを用いて測定されます。これらの測定器は、光電セルを十分な距離に固定し、照明器具を点光源とみなせるようにします。回転ミラーフォトメーターは、電動ミラーシステムを用いて、照明器具から発せられる光をあらゆる方向に反射させ、遠くにある光電セルに集めます。一方、ゴニオフォトメーターは、回転する2軸テーブルを用いて、光電セルに対する照明器具の向きを変えます。いずれの場合も、このデータから光度を算出し、照明設計に活用します。