☆訪問者からの声
過去帳 No.7
（2003.05.01まで）
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●訪問者の声（2002.04〜2003.04）
No.350【
No.339のルーメンと比視感度についてご質問のK大学A.S.さん
（2003.04.30）】
はじめまして。ちょくちょく、このページを拝見させていただいています。
忙しいところ申し訳ございません。
素人なもので、安易な質問です。
AnfoWorld訪問者の声Ｎｏ．３３９の先生のお答えを見て、
波長555nmの光は視感度が高いですから実際の白色光源は1ルーメン
当たり1/300Wになろうかと思います。（この値も白色の質によって
変わります。）
とあります。ルーメンと視感度には何か関係があるのですか？
波長の違いでエネルギーが変わるのは理解しているのですが、視感度がど
うルーメンをエネルギーに関わるのかがわからないので、素人の私にも理
解できるよう説明していただけないでしょうか？お願いします。
→【安藤回答2003.05.01】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ルーメンという単位は、可視光全体を量として定義づけたものです。
ルーメンの定義の根底には、欧州で使っていたロウソクの明るさと、
それを定量化するのに用いた黒体のエネルギー放射があります。光
の明るさを定義するときに黒体の温度を用いたのです。その量は、
人間の見える可視領域を前提としていて、黒体が放射する赤外や紫
外領域のエネルギーは考慮にいれていませんでした。
エネルギーは、W（ワット）、J（ジュール）で表されるものですが、
当時のルーメン（光束）やカンデラ（光度）にはその考慮がなかった
のです。
ルーメンやカンデラは人間の目が感じる明るさの全部をひっくるめて
量として決めたのです。
エネルギーの単位が確立してくるにつれ、光もエネルギーとして扱う
必要が生じ、光をエネルギー単位で表わされるようになりましたが、
従来から使われているカンデラ、ルーメンの単位とエネルギーの単
位を橋渡しする必要がでてきました。
そこで、カンデラという光がどのような波長分布を持って放射され、
それがどのようなエネルギー単位に換算されるかという試みが行わ
れ、1Wが683ルーメンの光に相当すると定義づけられました。光が、
太陽光であるとか、白熱電球のような白色光であればルーメンとワ
ットはそれなりの相関関係が成り立って都合が良いのですが、LEDと
かレーザのような単色光では、その光は単純にルーメンでは表せなく
なります。
緑の光は同じ1Wの光を放出していても、赤の1Wの光よりも明らかに
明るいのです。
それは、人間が緑と赤に対して感じる感度が違うからです。
それが、比視感度と呼ばれる感度特性で示されるような性質で、紫外
ではどれだけ強い光であっても人の眼には明るさとして感じないので
す。それで波長別にさらに詳しくルーメンとワットの関係を調べ、波
長555nmの緑の1Wの光の量を683ルーメンと定義しました。
この定義より、任意の波長に対しては、比視感度表から波長55nmを
1.0に対してどれだけの相対感度があるかを求めてその係数をかける
ことにより、任意の波長の発光に対してルーメンとワットの関係が成
立するようになりました。
ある光源があって、お手持ちに分光器があり任意の波長のエネルギー
量を求める装置があれば、光源を任意の波長にわたって放射エネルギ
ーをもとめてそれに比視感度係数をかけて積算すればその光源が放射
する光束を求めることが可能です。
以上ご参考までに。
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No.349【
点火プラグ回りの火炎撮影についてご質問の会社研究部門のT.S.さん
（2003.04.29）】
突然のメールですが、貴ホームページを拝見しました。
実は、仕事で、プラグ周りの火炎の広がりを、容器の中でシュリーレンで
何とか見れないかと、いま、考えています。
とはいっても、全く、シュリーレンとかやったことが無く、大学の先生か
業者にでもコンタクトをとろうかと思っていたところに、貴ホームページに
出会い、メールしている次第です。
→【安藤回答2003.05.01】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ご連絡遅れまして申し訳ありません。
> 実は、仕事で、プラグ周りの火炎の広がりを、容器の中でシュ
> リーレンで何とか見れないかと、いま、考えています
。
→
点火プラグ回りの着火現象と火炎の拡がりは、結構重要なテーマと
認識しています。直噴燃焼形式が主流になる中、希薄燃料とは別に、
プラグ回りには濃い燃料を吹かなければならない関係上、また燃料
の噴射スピードがプラグの着火に与える影響を観察必要があり、大
手自動車メーカーや石油研究所などでシュリーレンを用いた高速度
写真撮影が行われています。
点火プラグの火炎燃焼を観察するには、可視化のための定容積チャ
ンバ（可視化窓、高温度設定、スワール機構、点火装置）を別途設
計しなければなりません。
シュリーレン装置は、システムの組み方によって、また光源の選定
によって変わりますが、価格的には200万円から300万円程度します。
これに、高速度カメラを使わなければならないので、高速度カメラが
300万円から850万円ほどします（高速度カメラもいろいろな種類が
あるので）。他に、レンズや三脚、カメラ撮影画像の取り込み用コン
ピュータなどの付帯設備がいります。かなり高額なシステムになりま
す。安価なデジタルカメラの使用も考えられますが、高速現象解明に
は高速度カメラが最有力であると思います。（自動車メーカーはほと
んど高速度カメラを使っているので。）
以上今後とも宜しくお願いします。
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No.348【
発電機の結線ついてご質問の質問されて困っちゃったさん
（2003.04.25）】
発電機の結線はどうなっているのか教えてください。
また，その理由に関しても知っていたらお願いします。
→【安藤回答2003.04.25】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
簡単に言えば、モータ（電動機）の結線と同じです。モータの場合は、
結線した線に電機を流すことによって回転子（軸の部分）が回り、逆
に発電機は回転子を回すことにより結線した線から電気が取り出せま
す。両者とも構造は全く同じです。
結線の仕方は、直流発電機、三相誘導発電機、などいろいろあるので
一概には言えませんが、基本的にはコイルの巻いてある部分（それが
回転子の場合もあるし、固定子の場合もあります）に接続されて、そ
れが磁界を受けて電流が流れたり、逆に電流を流すことによって磁界
に作用して回転運動を得たりします。
もっとも簡単な発電機は、U字形をした磁石の中にコイルを巻いた棒
（コイルの両端から電線を出してフィラメントランプか検流計を接続
しておく）を速く通過させると電気が起きます。
これは、発電機の基本原理です。磁界と電界の作用により運動エネル
ギーが電気エネルギーに変わる基本原理でもあります。英国人マイケ
ル・ファラディーにより発見されました。
以上ご参考までに。
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No.347【
農薬散布の研究をされているH.I.さん
（2003.04.23）】
はじめまして、すばらしいHPにたどりつきました。
農薬散布の研究しております、H.Iと申します。
現在、高速度カメラによる撮影を検討しております。
以下、内容です。
撮影対象：農薬散布
撮影範囲：３ｍｘ３ｍ
被写体速度：４５ｍ／ｓ
以上、ご教示をお願いします。
→【安藤回答2003.04.25】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
飛行機による空からの農薬散布と想像します。撮影は地上から農薬
が散布される状況を撮影し、飛行機（ヘリコプタ）の巻き上げる風
が農作物の葉の裏側に回り込む状況などを見たいと想像します。
撮影エリア（3mx3m）と農薬の散布速度（45m/s）から、撮影速
度は1,000コマ／秒、露出時間1/5,000秒あれば十分に満足のいく
撮影結果が得られると思います。
ただ、問題は、農薬の粒子が細かかったり、液状のもので霧化され
て見えなくなってしまうと、散布状況の流れを追いかけられないよ
うな気がします。
流れの可視化の場合、相関法と呼ばれる画像処理手法を用いれば、
流れの流線やベクトルを自動的に求める事ができます。
以上ご参考までに。
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No.346【
電子機器会社を経営されているW.T.さん
（2003.04.22）】
拝啓、始めまして
私は、安藤さんと同じ世代です。（S30）
内容を拝見させて頂き、感動致しました。
私は、一応電子関係（東京）を卒業し、地元に戻り就職しました。
卒業後は、機械関係に就職し営業で東京勤め（２年）でしたが、地元で電
気関係へ転職し、その後独立し現在に至っています。
今、何かを求めて葛藤しています。
電子応用検査器等に携わってきた能力を（大した事はないが）少しでも人
の為に生かしたいと思うようになりました。まだまだ専門的な知識を身に
つけながら自分なりに頑張ってまいります。
今後も、内容を参考にさせて頂きます。
→【安藤回答2003.05.01】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ご連絡遅れまして申し訳ありません。
同じ世代で頑張っておられる様子うれしい限りです。
今後、いろいろな情報がありましたらご連絡下さい。
一緒にできる仕事があれば協力しあっていきたいと思います。
今後ともよろしくお願いします。
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No.345【
3次元解析装置についてメッセージをいただいたM.T.さん
（2003.04.11）】
安藤様
M.T.ともうします。
4/11にO県にモーションキャプチャシステムが導入されそのカメラの会社
がVICON社で、検索してみたらこちらにたどり着きました。
丁寧な解説で、「3次元計測装置」をじっくり読ませていただいております。
インターネットで探せないのは、具体的な製品の評価というのが探せないで
すね。N市にも3Dキャプチャが、K町にモーションカメラがありますが、
「本当に使えるものか?」が良くわからないです。
→【安藤回答2003.04.12】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
> VICON社で、検索してみたらこちらにたどり着きました。
> 丁寧な解説で、「3次元計測装置」をじっくり読ませていただ
> いております。
→
掲載している内容はちょっと古いもので申し訳なく思っています。
現在の製品はかなり新しくなっていて機能も充実しているようです。
VICONは英国の会社で日本の取扱業者がN社と聞いております。
Tさん（Eさん）が熱心にサポートされているようです。
> N市にも3Dキャプチャが、K町にモーションカメラがありますが、
> 「本当に使えるものか?」が良くわからないです。
→
高価なものですから、疑問のわくところです。
VICONはよくできたシステムでリハビリ関係ではかなりの信頼を得
ていて他の追随を許さないと聞いています。
映画関係にも進出しハリウッドでのモーションキャプチャでは良い
位置を築いていると聞いています。
十分に使いこなすにはシステムを取り巻く環境（コンピュータに詳
しい人や、三次元計測を使いこなせる人、応用、豊富な応用資料）
などが必要でしょうね。
コンピュータもすぐ古くなるし、装置も使っていないと使い方を忘
れてしまいがちになり使うのが億劫になります。
私の方のテリトリはCCDカメラなどの画像からの計測を主体として
仕事をしています。
今後ともなにかありましたらよろしくお願いします。
ご訪問ありがとうございました。
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No.344【
単位の記述、説明の仕方についてご意見の会社員O.Y.さん
（2003.04.10）】
貴ホームページ大変興味深く読ませて頂きました。特に年代的(時系列的)
裏付け、定量的裏付けのご努力に敬意を表します。
ところで、内容に少し気になるところがありますので、おついでの折にご
確認ください。
1. 電気は見えますか？ １-１ TTL 及び CMOSの説明に「電気信号
の約束事」とありますが少し乱暴な纏め方かと思います。
2. 単位にKWとかKgという表現が多くありますがSI単位ではｋW、ｋｇと
すべきとおもいます。（M以上が大文字、キロは小文字) たいしたことな
いように思いますが、単位の間違いは誤字脱字と同じで文章の「品位」にか
かわりますから。
3. 火力発電所では「原油」を焚いているとありますが、本当でしょうか?
ガソリン等の軽油分を分留した後の「重油専焼」ではないかと思いますが？
原油に含まれる高価な軽油（ナフサ等)、潤滑油分も同時に燃やしてしまっ
ているとは考えにくいのですが・・・なお、大型タンカーとかコンテナ船の
エンジンは原油を分留し、最近では分留技術も発達しアルミ、シリカ等の触
媒を使用し絞れる限界まで絞った「残渣油」(アスファルトより粘度が高い)
に少し粘度を下げる為に「カッター剤」と称する軽油分をブレンドしたC重
油を１００℃以上に加熱して(粘度を下げて)使用しています。大型船のエン
ジンは比喩的に云えば殆ど廃油（残渣油）処理機です。
→【安藤回答2003.04.10】
AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
大変貴重なご意見をいただきありがたく思っています。
貴重な時間を割いてい、ご丁寧なご説明のメールをいただき恐縮い
たします。早速直せる箇所は訂正いたします。
単位のご指摘は直しておきました。他の関連サイトも同様の謝りが
あるので直しておきます。私自身、位取りの単位である「k」が小文
字であると知ったのは1年ほど前でした。単位の書物を読めば明記し
てあるのに、「M」とか「T」などの大きい単位は大文字と一人合点
していたのです。ご指摘ありがとうございます。
TTLとCMOSのくくり方も少し書き改めました。このサイトを書き始
めたとき、これほどこのサイトが深くなるとは想像だにしておらず、
中学生レベルの質を想定していて説明も大まかに書いてそのままにし
ていました。我々の世界（カメラを用いた高速現象撮影）では、TTL
という言葉自体の理解が稀薄で、TTL入力に5V電源をそのまま入れた
りする人達がいて機器を壊すことがよくあるので、なんとかこうした
トラブルを避けたいと思い、この項目を仕上げようと思案しています。
火力発電所の燃料に関しては、私自身も詳しいことはわかっておらず、
関西電力の研究者の方からメールで「ミナス油」（精製前のとれたまま
の石油）を使っていると教えてくれました。この燃料は、発熱量10,700
kcal/kgだそうです。これがご指摘の高価なナフサなどの成分が入ってい
るかどうかはわかりません。
火力発電所はかなりたくさんの燃料を使うので分留したものを再度発電
プラントに運んで燃やすより、石油タンカーからそのまま発電所燃料プ
ールに入れてそのまま使った方が燃料の確保とか、効率面で都合が良い
のかな、と思っていました。
わかりしだいアップしておきます。
火力発電もLPGや石炭などいろいろな燃料が使われていますから一つに
特定することは困難かもしれませんね。
大型船の燃料に「残渣油」が使われているという情報、大変興味深く受
け取りました。
大型船のエンジンもすごい技術が盛り込まれているのですね。
ガソリンエンジンもディーゼルエンジンも現在では環境に適応した燃やし
方を模索し高速度カメラで燃焼のメカニズムを探っています。
最近では高負荷で運転する建設用ディーゼルエンジン機関にも環境への対
応が迫られ研究機関ではその改善に余念がないと聞いています。
今後も、お気づきの点がありましたらご指摘下さいますようよろしくお願い
します。
皆様のおかげでわかりやすくて信頼のあるサイトにしていきたいと思ってい
ます。
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No.343【
ナトリウムランプで立ち寄られた会社役員Z.F.さん
（2003.03.28）】
はじめまして…
AnfoWorld拝見しましたが、すっごい情報量と、圧倒する
ような書き込みパワーですね〜
私はナトリウムランプの歴史を調べていて、貴サイトに
たどり着いたのですが、なんともすっごい情報量に圧倒
されて、どんな人が書いているのかと元へ元へとたどり
AnfoWorldにたどり着きました。
それにしても幅広い趣味というか、ウンチクがすごい
ですね。ついつい読んでしまいます。
私はA芸大出身ですので、足助の方も時々ツーリングで
行きましたので、懐かしく感じました。ブックマーク
しましたので、また寄せてもらいます。
→【安藤回答2003.03.29】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
東京生まれの方で愛知の大学に行かれたのですね。
足助を御存知だとは嬉しい限りです。
科学博物館の企画設計施工をされているようでとても興味深く貴社
ホームページを見させていただきました。
私の科学への興味を示したマイルストンの一つに、上野の科学博物
館があります。中学三年の時に修学旅行で初めて訪れ、一番の想い
出に残っています。正面玄関左にある大きなフーコーの振り子は今
でも思い出すたびにワクワクします。
高校の時、名古屋の私立科学博物館に友達と行きとても興奮したこ
とを覚えています。プラネタリウムの魅力に取り憑かれました。
1983年には、ボストンの科学博物館に行って新しいカルチャーショ
ックを受けました。
子ども達が小さい頃（1986年〜1990年）は、半年に一度ぐらいの割
合で上野の科学博物館に通いました。
博物館というのはとても面白くて興味の尽きない宝物のような所です。
そんな博物館を企画設計されているのですね。
今は、奈良の光の博物館の仕事に従事されているとか。
これからも面白いお仕事を続けて行かれることを期待しています。
今後ともよろしくお願いします。
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No.342【
ビデオカメラの感度についてご質問の会社員Y.M.さん
（2003.03.21）】
はじめまして。MP社のY.M.と申します。
インターネットで検索しておりましたらこちらのHPを見つけ、情報量の多
さに感嘆しております。
お忙しいところ申し訳ありませんが、下記の質問についてご回答いただけ
れば幸いです。
質問内容
ビデオカメラの性能で（最低）照度の記述があります。
カメラを人間の目に例えると撮影している部分の明るさによって最低映せ
る被写体が決まるとすれば、カメラ性能は反射係数を含めた輝度であらわ
す方が正しいような気がします。
カメラ性能が被写体の反射係数を考慮しない照度であらわすのはどうして
でしょうか？
それとも、この照度には一般的に反射係数を考慮した被写体の明るさから
割り戻されたような値となっているのでしょうか？
素人の質問で申し訳ありません。
宜しくお願い申し上げます。
→【安藤回答2003.03.21】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
カメラの露光条件を求める測定装置には、ご質問の輝度をもとにし
た輝度計（スポットメータ）と照度をもとにした露出計（照度計）
の2種類があります。
フィルムカメラではビデオカメラと違って事前に撮影具合を見るこ
とができないのでこうした測定装置を使って正確な露出条件を決め
ています。
今回の、なぜ照度表示になっているか？ というご質問に対しては、
カメラの性能を表すのに照度表示の方がわかりやすいから採用され
ているのだと思います。
照度は、光の単位でもっとも一般的で馴染みのあるものです。太陽光
が10万ルクスで、オフィス内が1000ルクス、家庭の居間が500ルク
スであるというのを経験的に知っています。こうした認識の中で、カ
メラの性能が200ルクスで撮影可能とあれば、一般の撮影が可能とい
う判断ができますし、2ルクスと記載されていれば夕闇の中でも写る
という判断が得られます。非常に簡単にカメラの性能がわかるのです。
輝度は一般に馴染みが薄いので表記には使われていないのだと思います。
また、照度で表しておけば、光に照らされた被写体で黒い物は黒く、
白い物は白く写りますから露出の補正がいりません。
フィルムカメラで使う露出計は、輝度計をもとにしたスポットメータと
照度計を元にした露出計の二種類がありますが、スポットメータでは、
輝度を測ってその輝度をもとに白く撮影するか黒く撮影するかの補正を
しなければなりません。照度計は被写体に降りそそぐ光をそのまま測定
すればよいので補正の必要がありません。スポットメータは、被写体が
自分で光っているものや、遠くに離れていて照度計を近くまで持ってい
けない場合に使います。また被写体の陰影が撮像素子のラチチュードに
入るかどうかをチェックする場合にもスポットメータ（輝度計）を使い
ます。
カメラの撮影条件を示す値としてカメラ感度を示す必要があります。
フィルムカメラの場合、フィルム感度（及びカメラレンズの明るさ、
露光時間）で撮影性能を表していました。テレビカメラの場合、フ
ィルム感度（ISO、ASA、DIN）の規格がないため、各社まちまちに
表示して利用者の理解を求めています。
私が経験したテレビカメラ（ビデオカメラ）の感度表示は、
1. 被写体照度で示す
2. 撮像面に入射する照度で示す
3. 撮像面に入射する光束で示す
4. 撮像面に入射するフォトン（光子）に対する受光電荷量（エ
レクトロン）で示す
5. 光の波長に対する分光感度表示で示す
でした。
1. は非常にわかりやすい表記です。
2. は光学系（対物レンズ）の明るさにとらわれず、撮像面に直接
入射する光の照度を示す表記です。ビデオカメラが出始めた初期は
この表記が多く見受けられました。撮影するユーザは、この値から
被写体の明るさを換算するのに随分苦労させられました。
3. も2.と同じものです。こうした表示は、カメラ開発メーカが自
分たちの実験室でデータを取っていたために、このような表記をし
ていたものと思います。さすがにこれらの表記はユーザにとっては
ありがたくないので、被写体照度に表記が変わっていったと考えて
います。この値は、カメラレンズを使わず撮像素子に直接光をいれ
て、撮像素子の直前にフォトセルを置いて入射光と感光出力（ビデ
オ出力ならば0V〜1.0V）を割り出していました。
対物レンズの性能や被写体の明暗関係なく性能を出せるのでハッキ
リしていると言えばはっきりしているのですがユーザからはピンと
こない値でした。
ついでに言いますと、1.の被写体照度でカメラ感度を表す場合には、
使用したレンズの明るさ（絞り、口径比）と撮影倍率、露出時間を
明記しないと正確な表記とはならないとことはいうまでもありませ
ん。F2.0のレンズとf5.6のレンズでは8倍も明るさが違います。
4. は、学術用に用いる非常に感度の高いカメラでの性能表記です。
フォトンカウンティングが要求される天体観測、生物発光、励起発
光、分光撮影をするカメラなどに表記されています。
5. も4.と同じ理由です。
以上、わかる範囲でご回答申し上げました。
ご参考になれば幸いです。
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No.341【
輝度と光度についてご質問のK.K.さん
（2003.03.05）】
はじめまして。
完全拡散面を検索していたら御サイトにたどり着きました。
電験取得を目指しているKKと言う者です。
照明工学に関して丁寧に書かれていて勉強になりましたが、ひとつ分から
ないことがあるので教えて下さい。
完全拡散面が球体でなく、有限に長い円筒状（蛍光灯）の完全拡散面であ
る場合についてです。
長手方向がＬ、半径Ｄとすると、蛍光灯長手方向面の輝度Ｂと光度Ｉの関
係はＢ＝Ｉ／（Ｌ×Ｄ）になると思います（透磁率等は考えないとして）。
しかし、輝度Ｂと光束発散度（照度）Ｍとの関係式Ｍ＝π×Ｂへ式を導く
ことができません。
Ｍ＝π×Ｂの式は完全拡散面が球体であってもなくても同じであると思う
のですが…。
ご多忙のところぶしつけな質問でお手数をおかけしますが、ご指南いただ
けると幸いです。
→【安藤回答2003.03.06】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
光度と輝度、それに完全拡散面は捕らえるのに一苦労しますね。
わたしもこの単位に関わって随分と振り回されてきました。
> 長手方向がＬ、半径Ｄとすると、蛍光灯長手方向面の輝度Ｂ
> と光度Ｉの関係はＢ＝Ｉ／（Ｌ×Ｄ）になると思います
> （透磁率等は考えないとして）。
→
私自身、この思い切りがどうしてもできません。
輝度は、光度を単純に面積で割り算して求めるものではないと思うの
です。
私の認識では、光度は点光源に必要なもので、面を持ったものは輝度
という解釈をします。液晶パネルを評価する均一な光源は、光度では
表さず、輝度でその明るさを示しています。
光度と輝度の換算が必要なのは点光源が面光源になるときの換算では
なかろうかと思います。（実際に、光度と輝度の換算を説明している
参考書はほとんどありません。）
KKさんは、どのような理由で光度と輝度の関係をお知りになりたいの
でしょうか？
少し前に、LED光を拡散板に照射した場合のケースで、LEDの光度か
ら拡散板で散乱する輝度の関係を数式で求められないかという問い合
わせを受けたことがあります。
この質問は、まさに光度と輝度の換算が必要な事例だと思います。
蛍光灯のような長手方向の発光体においてなぜ光度が必要なのでし
ょう？ 蛍光灯は、光度で表すことはまずないと思います。
ご質問の、蛍光灯状の発光体で、何故光度が必要なのか、今一度理
解ができないでいます。
さて、光度のもともとの定義は点光源です。
一点から放射さる光の強さが、それが1メートル離れた位置で1ルク
スあるときそれを1cdと定義します。（もう少し厳密に言うと単位
立体角に1ルーメンの光が放射されるものを1cdと呼んでいます。）
蛍光灯のような長い発光体を思い浮かべたとき、どうやって光度を求
めるか悩みます。
そのような発光体の場合には、光度の良くわかった点光源と球状の
積分球（完全拡散面）を使って校正した輝度計を使って蛍光面体の
発光面の輝度を求める意外に方法はないように思えるのですが、いか
がでしょうか。
> しかし、輝度Ｂと光束発散度（照度）Ｍとの関係式Ｍ＝π×Ｂ
> へ式を導くことができません。
→
私自身、輝度と照度は比較的理解しやすく受け取れます。
どちらも面状に明るくなっていてその明るさを示す単位が両者です。
ある面に光束が入射するとそれが照度になり、ある面から光束が射
出するとそれが輝度になります。
完全拡散面（それが球状でなくてもかまいません。単位面積［=非常
に小さな面積］で、その面をどこから見ても同じ明るさに光るよう
な面を完全拡散面といいます）は、πラジアンという立体角に光束
が拡がるので、完全拡散面への入射する光束と、射出する光束では
π分だけ補正する必要があるのです。
光度と輝度、照度の関係はなかなか捉えにくいと思いますが納得の行
く形で整理されると良いかと思います。
私もこの点は発展途上で、スマートに整理ができると良いなと思って
います。
今後ともご愛顧下さりご指摘いただければ幸いです。
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No.340【
白色と銀色について質問の画像処理に従事されている会社員T.S.さん
（2003.03.04）】
安藤幸司様
突然のメールで失礼します。
画像処理の仕事に従事しているT.S.と申します。
現在は、画像処理の仕事に従事しています。困った事がある度に
「AnfoWorld」を拝見させていただき役立たせていただいています。
今回、ご相談したい内容と言いますのは、白色（非金属）と
銀色（金属）との見分け方です。
照射方向・γ切替等を実験的に実施したのですが、良い効果は得られませ
んでした。 白色と銀色とを見分ける良い方法（金属成分等を利用・Ｐ偏光
・明暗撮像等）がございましたら教えてください。
尚、現在の光学仕様は、ＣＣＤカメラ（１３０万画素）・白色ＬＥＤリン
グ照明（φ１００）です。
現在、実験段階ですので、光学仕様が変更になるのは、何の問題もありません。
白色というのは可視光の範囲全てに対して感度（反射率）が高いと思います
が、ある資料で
「金属から反射される光は、紫外線でも感度が高い」
という内容が記載されていました。
もし、白色が可視光のみ感度が高いのならば見分ける事が可能になってくる
のですが・・・。
忙しい中、ご面倒なご相談とは存じますが、何卒宜しくお願い致します。
→【安藤回答2003.03.04】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
白色と銀色（金属）の見分け方の適切なアドバイスは、あまり詳し
くないので適切な回答になるか自信がありません。
可視光で同じように白く見えるものを識別しようというご質問でし
ょうか？
金属と非金属で可視領域に同じような波長反射特性を持つものであ
っても、それぞれに紫外領域や、赤外領域、X線透過などで違いが
ハッキリわかる波長があると思われますので、検査する物性の波長
吸収、反射特性を調べられて、違いのわかる光をあてそれに感じる
カメラを用いられたらいかがでしょうか。
植物の物性には赤外線反射が有効で800-900nmの赤外カメラが有
効に使われています。元気の良い葉ほど赤外線をよく反射し元気の
ない葉は赤外線を反射しません。
ガラスなどは、可視光には良好な透過特性を示しますが2um以上の
赤外は吸収しますので、透明体の検査では赤外カメラでチェックし
ています。
温度を加えると比熱の違いで温度に差ができ、3um帯域もしくは10
um帯域の赤外線カメラを使うと一目瞭然に温度差が識別できるので
温度差で観察する手法もあります。
最近では、製品外観チェック、特にキズなどの検査に可視光では識別
できないものを紫外線（水銀灯）を照射して紫外レンズ、紫外感度カ
メラで撮影してくっきり浮かび上がらせる手法が活発で各社、紫外カ
メラ、紫外レンズを販売し始めています。
皮膚の痣や偽造紙幣などは紫外線をあてて観察しています。可視光よ
り明瞭に識別できるためです。
X線を使えば内部の透過率の違いで両者の違いがはっきりわかります。
一口に金属といっても、金と銅、銀とアルミ、鉄ではその反射特性が
違いますし、表面の仕上がりの状態、酸化状態で反射する色はかなり
変化します。
チタニウムなどは酸化被膜の厚さによっていろいろな色が作れ顔料の
一つにもなっているそうです。
銀色は鏡面の一歩手前の表面であるために若干の指向性があるために
そのように見える気がします。
銀などはキレイに磨き上げるともはや銀色ではなく鏡そのものになっ
てしまいます。しばらくすると酸化して黒ずんでしまいます。
アルミもキレイに磨くと鏡になります（現在の鏡はほとんどアルミ
蒸着で、表面を薄く酸化シリコンで覆っています）。アルミは酸化す
ると鈍い光沢をもった白色になったり、黒くなったりします。
金も可視光をよく反射しますが、赤の反射が強いようです。
非鉄と金属では原子（分子）の回りを回る自由電子の束縛度が違うの
で光エネルギーを受けて自由電子の振る舞いをしらべ両者を識別する
手法もあるようですが、仕掛けが大がかりになり（チャンバーが必要
だったり電子プルーブが必要だったり）、簡便ではなかろうと考えます。
繰り返しになりますが、測りたいものの紫外から赤外にいたるまでの
反射分光特性を調べ違いがわかる波長に焦点を絞り、それにあった光
源、レンズ、カメラを選ばれることが肝要かと思います。
以上ご参考までに。
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No.339【輝度とフォトンについてご質問のw大学T.M.
先生
（2003.02.15）】
こんにちは。
初めて書き込みさせていただきます。大変素人じみた質問で申し訳ありませ
ん。
私は実験動物の網膜電位図(光刺激に対する網膜の電気反応)を取っているので
すが、最近この分野で定着化している光強度(cd s/mm2からphoton density
への換算)の換算に頭を痛めています。
このHPには１平方センチメートルあたり毎秒10の4乗個のフォトンがおよそ10
のマイナス4乗ルクスに相当するとかかれていますが、そうすると、1 cd s/mm
=1.7*100000 photon/micro square metersに相当すると思うのですが、如何
でしょうか？
また、そもそもcd/m2に単位時間のsをつけて考えるのは可能なのでしょうか？
また、この実験機械の製作会社にこの件について問い合わせてみるとInternational
Light, IncのHP（http://www.intl-light.com/index.html）を紹介され、そこには
なんと1 lux = 10のマイナス4乗 photと記載されており、これが上記と同一の換算
を意味しているのか不明なため、今回お尋ねさせていただいた次第です。
ご助言いただけますと幸いです。よろしくお願いいたします。
→【安藤回答2003.02.15】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
フォトン（光子）と旧来の光度の単位では、親密なつながりがないこ
とをまずご理解下さい。
フォトンは光の波長を極めて厳密に規定したエネルギー単位であり、
光度の単位は可視光全体に対して定義している値です。
フォトンの単位は、hνという単位で、hがプランクの定数、νが光
の周波数です。次元はジュールというエネルギー量になります。
このhνが1光子のエネルギー単位です。
この値はとても小さな単位なので微弱光を扱うときに『フォトンカウ
ンティング』という呼び名で使います。
そのフォトンがどのくらいの単位かよくわからないので日常的に使わ
れている光度や照度を便宜的にフォトン換算して示しているだけに過
ぎません。
ちなみに、緑色発光（それも555nmのみ）している発光体から受け
る1ルクス（満月の月明かりより若干明るい明るさ）でのフォトンを
計算すると、波長555nmの1ルーメンの光束は1/683Wに相当するの
で、これを555nmの光の量子エネルギー（1フォトン = 3.576E-17 J）
で割ってやると4.09E13個/秒という値になります。1ルクスというの
は1ルーメンの光束が1mx1mの面積に当たる値ですから、1mx1mの
面積に40兆フォトンが1秒間に降り注ぐ量になります。
波長555nmの光は視感度が高いですから実際の白色光源は1ルーメン
当たり1/300Wになろうかと思います。（この値も白色の質によって
変わります。）
そちらの分野では、光強度に、cd s/mm
2
という単位を使われているよ
うですね。輝度（cd/m
2
）を微小単位mm
2
に換算してこれに時間成
分を加味したもののようです。
輝度からフォトンへの変換は、まず使われている光源がどのような波
成分長をもっているかを調べることです。単色光であるのか白色光で
のかある知る必要があります。最終的に光の量をすべてエネルギー量
（ワット=W）に替えてしまわないとフォトンに変換できないからです。
次にこの光源が網膜にどれだけの量が与えられるかを算出します。輝
度だけではフォトン換算はできません。輝度は発光体の面積の情報を
ま持っていすから、発光体の大きさがわからないと発光体から放射さ
れる全体の光の量（光束）が特定できず、受光部にどれだけの光束が
届くかわからないのです。
最終的に光束（ルーメン）量がほしいのです。
得られた光束（ルーメン）から発光体の光の波長を考慮してエネル
ギー（ワット）換算し、フォトンを導きます。
光刺激には、光源にフィルターをかけて波長別に刺激の特徴を調べたり、
分光器で選別した光を生体に与えているようですが、このような手法を
お取りですか？
分光された光がどのようなエネルギーをもつのかをパワーメータで測れ
ばエネルギー量は比較的簡単に求まると思います。
以上ご参考までに。
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No.338【可視化手法についてご質問の大学生H.H.
さん
（2003.01.29）】
安藤様
はじめまして。
突然のメールで失礼します。
ホームページ拝見しました。
私は現在大学でシュリーレン法を使った超音波の可視化装置を作っている
学生です。
シュリーレン法以外で、代表的な可視化の手法がありましたら、その特徴
(長所短所など）を教えていただきたく思います。
おいそがしい所大変申し訳ありません。
→【安藤回答2003.01.29】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ご質問にお答えする内容が多岐に渡り広範囲に渡りそうなので正確
にはお答えしかねます。
参考図書に、「流れの可視化ハンドブック」という書物が朝倉書店か
ら販売されていますのでそれを参考にされると良いかと思います。
可視化という場言葉はすごく漠然としていて、肉眼で認識できない
ものを光学手法を使って見ることをすべて可視化と呼んでいます。
X線撮影にしても、高速度カメラ撮影にしても、顕微鏡撮影にしても、
シュリーレン、シャドウグラフ、マッハツェンダ、などすべて可視化
です。
お尋ねになりたい内容がもう少し具体的であるとこちらも回答しやす
いのですが。
以上ご参考までに。
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No.337【測定用カメラと非測定用カメラの違いについてご質問のS大学理工学研究科のT.Y.
さん
（2003.01.23）】
安藤幸司様
はじめてお便りさせていただきます，T.Y.と申します．
S大学理工学研究科で機械工学を専攻しています．
日頃からAnfoWorldを非常に有益に拝見させていただいてます．
件名にもある通り，カメラの種類に関してお伺いしたい点があったので，
今回メールを送らせていただいた次第です．
お伺いしたい点は以下の三点です．
１．写真測量などに用いられるカメラは
測定用カメラと非測定用カメラとに分類される，という話を耳にした
のですが，この分類はどのような基準を元になされるのでしょうか？
２．高速ビデオカメラは測定用カメラと非測定用カメラの
どちらに分類されるのでしょうか？
３．私の研究ではnac社の高速ビデオカメラMEMRECAM C3の
カラーカメラV-142を使用しております．
（安藤様もよくご存知のカメラだと思われます）
この高速ビデオカメラはどちらに分類されるのでしょうか？
年が明けて年度末に差し掛かり，安藤様もお忙しい状況と思いますが，
ご教示のほどお願い申し上げます．
これからもAnfoWorldの発展と，安藤様のご活躍をお祈りしております．
→【安藤回答2003.01.23】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
> １．写真測量などに用いられるカメラは
> 測定用カメラと非測定用カメラとに分類される，という話を
> 耳にしたのですが，この分類はどのような基準を元になされ
> でるのしょうか？
→
世の中に一般に知れ渡っている写真測量というのは地図を作成する際
の航空写真のことを指していると考えます。
我々の高速度カメラを中心とした画像を用いた計測分野では写真測量
と言わず、写真計測、映像計測、画像計測と呼んでいます。英語では、
Photo Instrumentation, Video Instrumentation, Image Analysisと
言っています。地図を作る写真測量はPhotogrametry と呼んでいます。
地図作成用や交通事故現場の3次元測定用カメラなどは精密な画像撮影
が必要でそのためのカメラとしての用件は、
1. 歪みのないレンズの採用
2. 撮影フィルム面がフラットであること
3. フィルム面にレゾ（歪み補正用のマーカ）が記録できること
4. 画像から精度良く位置情報が得られること
などが求められてます。
このような目的以外で、土地の起伏や建物の様子、工事の記録をスナ
ップ写真で記録するものは測定カメラとは言わずに区別しています。
高速度カメラは、時間分解能を高めたカメラで、れっきとした計測
用カメラです。高速度カメラは写真測量用の高精度カメラに比べる
と画質が落ちますが、時間を追って現象を把握できるため計測用装
置としてのジャンルに入ります。
高速度カメラから自動車の衝突などのような現象を撮影し変形の様
子を解析し、時間-変位などのデータを計測しています。
一般に、家庭用、娯楽大衆用に開発された映像機器は測定用カメラ
と呼ばず、特殊目的に開発されたものは測定用カメラとしてよいと
思います。
それがたとえ、安価なデジカメであっても、時間が正確に取れるス
トロボを組み合わせたり、事前に歪み補正をするチャートを写し込
み、補正画像を行えばリッパな測定カメラとなり得ます。計測にた
る履歴がとれたものであればそれは計測機器と呼んでよいと思いま
す。
> ２．高速ビデオカメラは測定用カメラと非測定用カメラの
> どちらに分類されるのでしょうか？
→
上記の説明の通りです。
> ３．私の研究ではn社の高速ビデオカメラを使用しております．
> （安藤様もよくご存知のカメラだと思われます）
> この高速ビデオカメラはどちらに分類されるのでしょうか？
→
メーカーは計測用にこのカメラを開発し販売しているハズです。
以上ご連絡申し上げます。
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No.336【Windowsで美しいフォントを使うを提供のTOVI
さん
（2003.01.19）】
初めまして。HPを楽しく拝見しています。
Macファンとして「可視性の優れたOsakaフォントをWinで使えないか」と
いうお気持ちは同感です。
私はネット上でOsakaフォントをWin（UNIX）に変換したファイルを見つけ、
WindowsXPにインストールしたところ各種ブラウザーやワープロでOsaka
フォントを使えるようになりとても楽になりました。
私はMacとWin両方でNetscape7.01を使用してますのでこれで操作も表示
も違和感がなくなりました。ご参考までに。
→【安藤回答2003.01.19】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
WindowsでもOsakaフォントで表示できるんですね。
知りませんでした。
情報ありがとうございます。
この間、WindowsXPでホームページを見たら、こちらのほうはフォ
ントがきれいになっていてマックに近づいた感じを受けました。
今後ともよろしくお願いします。
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No.335【LEDの光度と輝度について質問の自動車部品会社にお勤めのT.K.
さん
（2003.01.14）】
安藤幸司様
T.Kという者です。
自動車用のディスプレイの開発をしています。
困った時にはいつも、「光と光の記録」を参考にさせていただいております。
専門書とは違い、懇切丁寧な説明にはいつも助けていただいております。
今後ともよろしくお願いいたします。
さて、LEDの光度・輝度について、ご質問させていただきます。
LEDをアレイ状に並べて、液晶ディスプレイ(LCD)のバックライトに利用す
ることを検討しています。
その際、特に問題となるのは、輝度と均一性です。
このために、様々な指向性と光度のLEDを、これも様々な拡散板と組み合
わせて実験をしています。
しかし、トライ＆エラーで実験しているため、一体どのようにすれば最高
の特性が得られるかよく分かりません。
そこで、以下の質問についてお答えいただけないでしょうか。
ある光度と指向性をもつLEDをアレイ状に並べてバックライトとし、
所定の距離離した位置に拡散板を置いて、その前にLCDを置いた時の、
LCDの正面輝度を見積もりたいとします。
例えば、光度1.0cd、指向性80°(=2θ(1/2)：相対光度の半値幅)、φ5
mmのLEDを縦3個、横4個の格子状に5mm間隔で、計12個並べたアレイ
をバックライトにします。
このバックライトから50mm離したところに、透過率90％、拡散角30°
(=2θ(1/2)：相対輝度の半値幅)の拡散板を置き、その前面に透過率5％の
LCDを置いた時の輝度を見積もりたいのです。
また、LEDの光度や指向性、バックライトから拡散板の距離、拡散板の仕様
を変えたときに、
LCDの輝度がどのように変わるかも見積もれないでしょうか？
LEDの光度と指向性というパラメータを、輝度に変換する方法(考え方)がよく
分かりません。
以上、大変恐縮ではありますが、ご返事お待ちしております。
→【安藤回答2003.01.16】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
輝度測定をするには、輝度計を用いるのがもっともてっとり早い方法
だと思います。（計算式のみでは大まかな法則しかわからず、今回の
ような研究ではいろいろな要素がからんで、複数のパラメータを体系
づけるのは難しいと考えます。）
LEDの輝度を直接輝度計で計って、その後、拡散板を入れてその輝度
値を測るという具合です。
拡散板には当然拡散ムラが出てきますので、輝度計をトラバース（XY
Z微動架台）につけて拡散板をスキャンして輝度ムラのマップを作ると
いうやり方です。
最近では、スポット計測に変えてラインセンサーを用いたラインスキ
ャン方法や、計測用CCDカメラを用いたエリアスキャン方法が増えて
きています。
私は、エリアスキャン方法が得意なのでその手法を簡単に説明します。
エリアスキャンカメラはCCDカメラで、計測用のものを使います。
計測用CCDカメラは、1000x1000画素10ビット〜2000x2000画素
10ビットが一般的です。4000x4000画素カメラもありますが高価で
す。
計測用カメラは一般的な安価なメガピクセルカメラと違い一画素一画
素の濃度特性がよく、高価な（製造の歩留まりの悪い）CCD素子を使
います。従ってカメラも高価です。
このカメラとは別に、輝度が一定な検定用の標準輝度箱を用意します。
CCDカメラは濃度が微妙に変化するので、必要に応じて標準輝度箱を
使って濃度校正を取る必要があるのです。
被写体の輝度ムラは計測用CCDカメラによってデジタル化され、コン
ピュータに取り込まれ画像ファイルとして保存されます。
撮影された画像ファイルを読み出して、画像処理ソフトウェアを使っ
て拡散板の輝度ムラを濃度プロファイルとして表示させたり、標準輝
度箱からの濃度校正によって画像濃度を輝度値に変換して画像濃度を
輝度値として表示します。
計測用CCDカメラを使うと1000x1000（百万ポイント）が瞬時に計
測でき、輝度ムラをパターンとして認識できるので便利です。画像を
並べて比較研究もできます。
この手法では、LEDの輝度が拡散板の種類と距離によってどういう分
布になるのか一目瞭然にわかるので便利です。
システムの構成としては、
1. 計測用CCDカメラ
2. 計測用カメラレンズ
3. 標準輝度箱
4. スポットメータ（輝度計）
5. カメラXYZステージ
6. 画像キャプチャボード及びコンピュータ
7. 画像処理ソフトウェア
8. 被写体（LEDアレイ・拡散板）固定治具
となります。
以上ご参考までに。
→【T.K.
さんからのメール
（2003.01.14）】
安藤様
t.k.です。
早速のご返答ありがとうございます。
ご返答の中でさらに詳細にお聞きしたい点を記します。
> 輝度測定をするには、輝度計を用いるのがもっともてっとり早い
> 方法だと思います 。
確かにその通りだと思います。
実際に私もLEDや拡散板を色々と組み合わせて、その都度に輝度計
で測定しています。
しかし、とても手間がかかるのと、出たとこ勝負みたいなところが
難点です。
> （計算式のみでは大まかな法則しかわからず、今回のような研究
> ではいろいろな要素がからんで、複数のパラメータを体系ずける
> のは難しいと考えます。）
実は、この部分について最も知りたいと思っています。
安藤さんのおっしゃる「大まかな法則」や「複数のパラメータを体
系づけるのは難しい」
というのは、もう少し具体的にするとどのようなことでしょうか？
例えば、LEDのデータシートは「光度(cd)」がありますが、最終的
には拡散板やLCDを透過した後の「輝度(cd/m2)」を測定してい
ます。この、「光度(cd)」から「輝度(cd/m2)」に変換される時の、
考え方や計算式はどのようになるのでしょうか？
拡散板を無しにすれば簡単になるのでしょうか？
> 計測用CCDカメラを用いたエリアスキャン方法が増えてきています。
私のところでも、約1,500×1,000ドットの解像度をもつCCDカメラ
を使った市販の輝度計を持っています。
しかし、これを用いた輝度むらのデータを測定しても、
LEDと拡散板の距離を実験的に最適化できるだけであって、
理論的にどの程度にすればいいか？という点についてはあやふやです。
このように、輝度や輝度むらを測定できる環境は揃っていますし、
LEDなどの光源や拡散板なども、いくつかの種類を持っています。
ですので、実験的にはいくらでも評価できます。
しかし、理論的な考えに乏しい状況にあるので、
何かの条件(LEDの発散角や拡散板の仕様)が異なると、一から測定し
となおし、いうことになってしまいます。
以上、私の困っている点をぶつけてばかりで恐縮ですが、よろしくお
願いいたします。
→【安藤回答2003.01.20】
安藤@AnfoWorldです。
> 安藤さんのおっしゃる「大まかな法則」や「複数のパラメータを
> 体系づけるのは難しい」
> というのは、もう少し具体的にするとどのようなことでしょうか？
→
まず、光度を求めるのが難しいです。
光度を自分で求めるには光度測定装置（積分球と光度計）を設備しな
ければなりません。したがって、こうした設備を持たないユーザは、
LEDメーカからのデータを信用するしかありません。
LEDの光度はある指向性をもっています。与えられたデータを信用す
るしかありません。
次に、光度と輝度ですが、どの局面で光度を用い、どの応用で輝度を
用いるのが適当か頭を悩まします。一般に発光体の大きさよりも10倍
以上離れた距離から発光体を測る場合は光度を採用しているようです。
蛍光灯などのように面発光をするものに関しては輝度を用いるようで
す。
光度は入射光束を求める際に（照度とか反射輝度、これはスクリーン
の輝度を求める際に）、光源の光度という形で使います。光度がわか
れば、距離から照度が求まるからです。しかし現実は、光度よりも光
束（ルーメン）を用いる方が一般的になっています。光束がわかって
いれば、スクリーンの面積で割ってやればスクリーン照度が求まるか
らです。
> この、「光度(cd)」から「輝度(cd/m2)」に変換される時の、
> 考え方や計算式はどのようになるのでしょうか？
→
私もこの関係について随分思い悩んで来ました。
今現在も、確たる確信は持てないでいます。
どの参考書をみても他の書き写しではないかと思われるほど同じ内
容のことしか記述してないのです。
光度は面積を持たない明るさです。
一点から放射状に光を放ち、その光束は1cdで4πルーメンと定義さ
れます。
輝度は、ある発光面から放射される単位面積当たりの光束です
（光度ではありません）。
光度が立体角を前提としているのに対し、輝度は単位面積と立体角
を前提としています。
（輝度を光度から求める場合、輝度を求める発光面の放射角度も考
慮に入れなければなりません。）
輝度は、単位がcd/m
2
となっていますが、定義の拠り所は輝度面か
ら放射される光束で定義されます。
もう少し詳しく輝度の定義を述べると、
「面光源からある特定の方向に放射する光束の、その方向に垂直に
とった単位面積当たり、及び単位立体角あたりの値と定義され、
その単位は、lumen／ｍ
2
・sr」
となります。
光度と輝度の関係は、完全拡散面という理想の拡散面が必要です。
（完全拡散面というのはその面をどの方向からみても明るさが一様
に見える面で、酸化マグネシウム、良質の乳白色ガラス、澄みきっ
た青空、一様に曇った空が近似するそうです。）
この拡散面では以下の関係式が成り立ちます。
L = （ρ・F）/（π・A） ・・・（1）
L： 輝度 lumen／ｍ
2
・sr
ρ： 拡散面の透過率、反射率（0〜1.0）
F： 入射光束 lumen
π： 円周率 3.14159 sr
A： 単位面積 m
2
ここでF/Aは、入射光束が点光源から入るものと仮定すると、光度
I（cd）で発光している点光源をr（m）の距離から単位面積Aで受け
ることになり、点光源は、4πI（ルーメン）の光束を放出し、受光面
の全体は球形で4πr
2
の面積で受けることになりますから、
F/A = 4πI/4πr
2
= I / r
2
・・・（2）
となります。
（2）式を（1）式にあてはめて、
L = （ρ・I）/（π・r
2
） ・・・（3）
を得ます。
（3）式の結果から、完全拡散面の輝度は点光源の光度Iを拡散面の置
かれた距離の二乗で割り、かつπで除した値ということができます。
（点光源を中心に置き、球状に覆った受光面の球の断面積で割った値
ということもできる。）
この式は、おもしろい関係を教えてくれます。
通常、我々は、輝度（dc/m
2
）を測定して、それが一様であれば、
測定した面積をかければ光度（cd）が求まると合点してしまいがちで
すが、実際はそうではないことです。
また、輝度は発光体の光度の距離の二乗に逆比例しています。
以上、ご連絡致します。
参考になれば幸いです。
--------------------------------------------------------
No.334【太陽について資料提供のM.K.
さん
（2003.01.10）】
はじめまして。光関係のデバイス開発をやっているM.K.といいます。
光の定量については単位が多く、自分でもわからなくなるので表にまと
めて使っていましたが、こちらのページはよくまとまっていますね。
さて、「太陽」の項目で、気がついたことがありますので、
メッセージを送らせていただきました。
・発光効率： 93.7 lm/W
とあります。これは
・光束： 3.57 x 10^28 lm
を
・放射束： 3.81 x 10^26 W
で割り算したものだと思います。
単位もあっていますけれど、
通常、lm/Wで表示する発光効率は、人工光の光源で
投入電力に対するアウトプットの光量の割合を示すものです。
ですから、太陽光の場合には、太陽が燃えた量としてたとえば
「毎秒失われる太陽の質量」をエネルギーに換算した値を
分母に入れて計算すると発光効率になるのではないでしょうか。
分子は光束です。
（計算した結果が実際どんな数値になるかはわかりません）
一方、光束／放射束 という計算がどういう意味合いに
なるかというと、これは発光のスペクトル分布の指標になる（？）
もので、視感度ピークに近い波長の光が多いほど大きな数字になる
はずです。
太陽の場合はいろいろな光が含まれるので、555nm単色光の
683lm/wより小さくなっているのだと思います。
ご参考まで。
これからも頑張ってください。
→【安藤回答2003.01.10】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
太陽光の放射光について詳しい情報ありがとうございました。
折りをみてアップデートしたいと思います。
今後ともよろしくお願いします。
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No.333【APEXの値についてご質問のK.Y.
さん
（2003.01.03）】
安藤幸司様、
はじめてお便りさせていただきます、K.Y.と申します。
あわせて、明けましておめでとうございます。
AnfoWorldを楽しく、しかも有益に拝見させていただいております。
ここは、初心者にとって大変役に立ちまして、ますますご活躍されるこ
とを願っています。
さて、件名にも書かせていただきましたが、追加トピックスでお書きに
なられた内容に関しまして質問があります。大変お忙しいかと思いますが
どうぞご一読いただければ幸いです。
1. 定数NKについて
輝度B[ft-lambert]が "1" のとき、表からAPEX値が "0" になっています
ので、輝度を[cd/m2]に直しますと、3.426[cd/m2]になりますから、
BrightnessValue Bvの定義式log2(B/NK)より、単純に定数NxKを3.426
としてよいのでしょうか。
また、NとKの意味合いはどのような書物から学習すればよいでしょうか。
（紀伊国屋書店などにいっても、なかなかこの関係を詳しく書いた書物が
見つかりません。）
2. 輝度Bについて
Ev=Av+Tv=Sv+Bvの関係式で表されるEv値から、F値とシャッタスピード
の組み合わせが決まることは理解いたしました。その他の情報をいろいろ
と検索していますと、この関係式の中で「グレースケールの１８％のとこ
ろが輝度B」ように書かれておりますが、正しいでしょうか。その結果、
輝度Bを持つその部分がプリントやフィルムの濃度として18%（濃度0.7）
になるような、F値とシャッタスピードの組み合わせをEvの関係式が示し
てくれると考えてよろしいでしょうか。
まだまだ、初心者であり、質問の内容も分かりにくいかと思いますが、
どうかよろしくご指導いただければと思っています。
では、よいご返事をお待ちしております。
→【安藤回答2003.01.04】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
>1. 定数NKについて
私自身、この概念を知ったのが最近のことなので確たる回答はでき
かねるのですが、本件のご質問はご推察の通りでよいかと思います。
NとKの常数がそれぞれ何を意味するのかは私自身もわかっていませ
ん。APEXについては参考図書があまり出回ってなくて、ユーザーよ
りもカメラ製造メーカーが関わる概念のような気がします。
私が拠り所にしたAPEXの参考図書はUSAのサイトとJEIDA（日本
電子工業振興協会）のデジタルカメラの画像フォーマット規格のExif
の解説書です。
他には、あまり詳しい説明もなくJIS規格の光学の所にもまだ規格さ
れていないような感じでした。JIS規格にはEV値はあります。スポ
ットメータ（露出計）もEV値は掲載されていますが、SvとBv値は載
っていません。
>2. 輝度Bについて
ここのところもかなり頭を悩ませる所です。
基本に立ち返ってみますと、入射露出計（照度計のようなもの）は、
測定する光量で指定されたEV値をそのまま露光条件に使って良く、反
射露出計（輝度計のようなもの）は、グレーチャート（18%灰色）を
用いてそれで測光値を求めて露出を決めるという約束になっています。
従って、反射式露出計（スポットメータ）で測光するかぎり標準の輝
度値は18%グレーチャートを用いて行う。被写体の一番明るい所を測
光してそれをEV値として露出を決めますと、一番明るい所が18%反
射のグレー部として換算されますので暗い画像となってしまいます。
（現実には18％グレーチャートの持ち合わせが無い場合が多いの
で、木の葉の緑や人肌を擬似的な18%反射と見立てたり、一番明る
い部位と暗い部位を測光してその中間値を18%部位としたりして適
正露光を決めています。）
以上、当方の知りうる限りをご連絡致します。
APEXシステムに関してなにか良い情報をお持ちでしたらお知らせ下さい。
今後ともよろしくお願いします。
--------------------------------------------------------
No.332【電気回路の変調についてご質問の高校生K.Y.
さん
（2002.12.22）】
毎回とても面白い事を書いてくれてこのHPをみるのが楽しみな今日このご
ろです。
今回は学校での課題について聞きたいのですが、変復調回路で、DAM-1の
入出力特性と周波数特性についての関係について教えていただけませんか？
そして、それはなぜそうなるのかをご指導いただけると幸いです。
今、私は友達の家でパソコンを借りてやっていますが、私はコーヒー店で
バイトをやっています。最初はコーヒーが飲めなかったのですが、最近飲め
るようになって来ました。
これからも頑張ってください
→【安藤回答2002.12.22】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
DAM-1というのは学校の理科教材のようですが、私自身見たことも
触ったこともないのでどう説明して良いかわかりません。
おそらく、送受信機の学習をする上での実験機だと思います。
音声信号を発信（送信）できる周波数と重畳させて送信し、それを
またもとに戻して音声信号を取り出すものだと思います。
ラジオの原理を学ぶのに使うものなのでしょうね。
それ以上はよくわかりません。
装置の取扱説明書を良く読んで、書かれている内容を十分に把握し
て装置と馴染まれることが大事かと思います。
装置の中で、内容がわからない項目は、おそらくキーワード（変調
とか復調とか検波とか）が自分の言葉になっていないからだと思わ
れますのでそこから紐解いていかれることを望みます。
一つ一つ、何がわからないか、どこまでわかったかを絶えず把握し
ていくことだと考えます。
そうすれば、漠然とした質問は出てこないと思います。
頑張ってお励み下さい。
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No.331【
ルーメンのエネルギ換算について質問の電機メーカPaxさん
（2002.12.05）】
安藤様
はじめまして。電機メーカーに勤めているものです。
「光と光の記録」を参考に勉強させてもらっています。
HPの内容の充実さ、それ以上にまめに更新されていらっしゃる
ので、すばらしいページだと思います。
少々細かい点なのですが、質問させていただきたいと思います。
エネルギーと光度を表す関係式が、多くの書物で、1W(555nm)=683lm
となっていますが、
一部の書物では680lmとあります。安藤様の連載記事において
も、680lmと表記されている部分もありました。
どちらが正しいのでしょうか？
680lmという表現の真意は何なのでしょうか？単なる有効数字
の問題？
つまらぬ質問ですが、以前から気になっていたもので。
お忙しい中、恐れ入りますが、よろしくお願いします。
→【安藤回答2002.12.05】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ご指摘の件、私自身は、683 lumennが正しい値であると思います。
私のホームページはこの値を680ルーメンから683ルーメンにすべて
書き直しました。
683ルーメンが正しい値であるとする理由は、国際度量衡学会で光度
の単位が以下のように決められていているためです。
-----------
1979年10月11日パリで開かれた第16回度量衡総会では光度の単位
を以下のように取り決めた。
『1cd（カンデラ）は、光の周波数 540 x 1012 Hz において問題と
する方向の放射強度が1/683 W/ステラジアンである光源の特定方向
への放射強度とする』
1Wを680ルーメンとしているのは簡単にするためだと思います。
もっともこの点は私自身もあまり自信がなく、680ルーメンとした拠
り所が他にもあるのかも知れません。しかし度量衡の定義には683ル
ーメンとなっているためこちらの方が揺るぎないものだと思います。
わかり次第ホームページにアップしておきます。
（おそらく、我々の想像しているように、数値を簡単に扱って1Wを
680ルーメンにしたのだろうと思います。）
ご指摘ありがとうございました。
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No.330【
ダイオードの特性についてご質問の大学生taさん
（2002.11.26）】
初めて書き込みをさせていただきます。
私は電子工学を学んでいる大学生です。
大変このページには感心させられます。いろいろと聞きたいことや山のよ
うにあるのですが、お仕事の方もあると思うので、時間がある時にでも返
答してくれたらうれしいです。早速なんですが、今回は１つ疑問があるの
ですが、ダイオードのＩ−Ｖ特性のことなのですが、どんどん電圧を上げ
ていくと、どのような特性が取れるのでしょうか。いくつか本を見てみた
のですが、書いてあるのが無く、ちょっと疑問に思っています。分かる範
囲でいいので意見を聞かせてもらえたらうれしいです。
→【安藤回答2002.11.14】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
ダイオードは整流作用のある半導体素子で電気を一方向に流す弁作
用を持つものです。ダイオードは逆流防止のためにpn接合というシ
リコン（昔はゲルマニウムのものもあった）の結晶構造の違う2種の
シリコン結晶を成長させて作ります。このpn接合のシリコンは、電
気をpからnへ流す働きを持ちますが、pからnに流れるとき電圧のし
きい値を超えなければ流れません。これがシリコンでは0.6Vかかり
ます。0.6V以上の正方向の電圧がかかると電気は一気に流れます。
このタイプのダイオードには理論的には固有抵抗値はありませんから
しきい値を超えた電気は回路に抵抗が無い限り電源の続く限り流れま
す。
ダイオードは言って見れば一方向に電気を流すスイッチ素子みたいな
ものなのです。したがって抵抗をつけずに電圧を加えますと電流が流
れすぎてダイオードを焼損させてしまいます。
ダイオードを使った回路に抵抗が入っていて、ある限られた電流が流
れるとき、ダイオードにもその電流が通過し、そこでしきい値分の0.6
Vの電圧と流れる電流でダイオードに損失が出ます。その損失ががダ
イオードの定格以下になるように適切なダイオードを選択する必要が
あります。
従って、ダイオードには電圧を上げていくとそれに応じて電流を制
御するという機能はありません。ちなみにトランジスタは増幅素子
の一つですがトランジスタも電圧によって電流を増幅する機能はな
く、ベース電流によってコレクタ - エミッタ間に流れる電流を増幅
する素子で、電流増幅をする素子です。
以上ご参考までに。
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No.329【
光と光の記録で立ち寄られたフィルムメーカ勤務のKaさん
（2002.11.14）】
安藤様 はじめてメールいたします。
「何気なく立ち寄られた方」に属するものでKaと申します。
某カメラメーカーをへて某ＦＩＬＭメーカーに勤務しています。
「光と光の記録」大変おもしろく拝見させていただきました。
数年前不本意のまま「光」関係の仕事から離れて久しいのですが、
久しぶりにサーチしていたところ安藤様のＨＰに行き当たり、思わず読み
込んでしまいました。
その知識の広さと深さに敬服いたします。
追伸
私は生まれてからずっと板橋区ですが安藤さんは北区王子にお住まいとの
こと。父の実家が飛鳥山の裏側にあり親近感を持ちました。
あと途中ブランクがあるとはいえ中学時代から自転車が好きでそんな面で
も同上です。
只私の場合、
古くはランドナーでツーリングおよびレーサー（今風に言えばロードバイク）
で快速走行、今所有するのはレーサー１台のみで、アメリカ生まれのＭＴＢ
はどうもと云うところですが・・・
ほんとうにとりとめもないメールで恐縮ですが、また楽しみに拝見させてい
ただきます。
→【安藤回答2002.11.14】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
うれしくメールを拝読しました。
ほそぼそと自分の五感で見知ったことを、できるだけ身近に感じて
もらえるようにつとめて運営しています。
今後ともアドバイスをいただければ幸いです。
> 只私の場合、
> 古くはランドナーでツーリングおよびレーサー（今風に言え
> ばロードバイク）で快速走行、今所有するのはレーサー１台の
> アみで、メリカ生まれのＭＴＢはどうもと云うところですが・・・
→
ロードバイクはとても軽くて速く走れるようですね。
タイヤが細いのでバンクが多いと聞いて、それと町中や郊外を走る
と意外と路面の凹凸が多くて、あまりスピードの出ないMTBの方が
自分に合っているのかな、と思った次第です。
最近は都内でも休日など、趣味の自転車を乗っているかたを多く見
かけるようになりました。
勿論足としてのチャリンコも多いですけど。
モラルを守って楽しく乗りたいものだと思っています。
今後ともよろしくお願いします。
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No.328【
YAGレーザについてご質問のK.T.さん
（2002.11.05）】
はじめまして。
私は、某メーカーでレーザーのメンテナンスをしている者です。
ネットでいろいろ検索してやっとこのHPにたどり着きました。
本題ですが、YAGレーザーでよくカタログデータとかでパルス幅とか（パ
ルス）安定性とか書かれていますが、どういう計算式を使用しているので
すか？またその計算式はどのメーカーほぼ共通なのでしょうか？
また、同一発振器、同一周波数でパルス幅は変わってもパルス形状の面積は
変わらないので出力（ｗ）は変わらないと聞いたのですが、本当でしょうか？
仕事柄実務専門なので、理論的に突っ込まれると弱いのでひょっとしたらし
ょうもないことかもしれませんが、よろしくお願いします
→【安藤回答2002.11.05】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
> 本題ですが、YAGレーザーでよくカタログデータとかでパルス
> 幅とか（パルス）安定性とか書かれていますが、どういう計算
> 式を使用しているのですか？またその計算式はどのメーカーほ
> ぼ共通なのでしょうか？
→
パルスモードでの発振の質問と解釈いたします。
パルスレーザの場合、Qスイッチという光の反転操作を行って強いパ
ルス状のレーザを発振します。Qスイッチを行うのはミラーを用いた
り音響素子を用いたりといろいろで、この操作に発振回路からの電気
パルスを受けて操作を行いますが必ずしも電気パルス巾に対応した光
パルスが出るわけではありません。パルス巾はレーザ装置の光学設計
によるQ-スイッチで決まります。Q-スイッチ機構巧妙に作ると数ナノ
秒の発光が得られ、安価なものは数百ナノ秒となります。
この値はメーカの装置によって変わるので一概に言えません。
YAGレーザでは100-200ナノ秒が一般的だと思います。
> また、同一発振器、同一周波数でパルス幅は変わってもパルス
> 形状の面積は変わらないので出力（ｗ）は変わらないと聞いた
> のですが、本当でしょうか？
→
上に述べたような理由から、YAGレーザのパルス発光の場合、一発あ
たりの発光量が決まっていますから、発振器のパルス巾を変えてもレ
ーザ発光エネルギーは変わりません。
発振器からのトリガパルスは、パルス巾よりもパルスの立ち上がり信
号（もしくは立ち下がり信号）を検出してレーザを発振します。
以上ご参考までに
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No.327【
安価な高速度カメラについてご質問のM大学生Y.I.さん
（2002.11.04）】
安藤様、
初めまして、突然のメールで失礼します。
私、M大学の学生のY.I.といいます。
高速度カメラを知りたくて、検索からとんできましたら、
安藤様のページに行きました。
で、質問があるのですが、
高速度カメラで、６０／秒程度のカメラがあるそうなんですが、
知ってますでしょうか？
２、３年前くらいには確実に売っていたらしく、
そんなに高くないらしいんですが、、、
多分、普通の家庭用ビデオカメラに近い位置づけのもので、
多分、日本のメーカーから１機種だけ出てて、、
そのへんのカメラ屋さんに聞けばわかると言われたんですが、、
しかし、当方、東京に住んでまして、じゃあ、中野にあるFE
という、業務用カメラを扱うお店にて、聞いたんですが、わからないとのこと
でした。
もし、この程度の情報で、なにかわかることがありましたら、
御返信願いたいのですが、、、、
一応、しばらく色々と検索してるのですが、出てこない物で、、、
出来れば、S-VHS/VHS/DVC辺りでの保存形式の
高速度カメラを探しているのですが、、
なにか、もっと手軽（？）な感じの高速度撮影が出来るカメラって
ないのでしょうか？
ちなみに、私が探してているのは、高速度カメラといっても、６０〜１２０／
秒程度のカメラならば全然良いのですが、、、、
出来れば記録形式はS-VHS/VHS/DVC辺りですが、、、
もし、なにかわかるようでしたら、御返信いただけましたら、嬉しいです。
突然のメールで失礼しました。それでは。
→【安藤回答2002.11.04】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
> 高速度カメラで、６０／秒程度のカメラがあるそうなんですが、
> 知ってますでしょうか？
→
正確には、60コマ／秒は我々の世界では高速度カメラと言いませ
ん(;^_^。 おそらく、日本ビクターが発売していた120コマ／秒の
ものだと思います。また、おそらく、あまり売れないことと昨今はモ
デルチェンジが激しいので製造中止になったものと考えます。
60コマ／秒での撮影速度でよければ、通常のビデオカメラで記録した
ものをフィールド再生のできるVTRで再生させれば擬似的に60コマ／
秒の画像が抜き出せると考えます。
我々の高速度カメラ業界は、NTSCというビデオ規格から離れつつあ
ります。NTSC規格は現在ではあまりにも古い規格となってしまい、
それに現在ではデジタルで簡単にコンピュータ保存、再生できること
からNTSC信号を扱わない高速度カメラが増えつつあるのです。
昨今の高速度カメラの業界は、1280x1024画素、10ビットで500コ
マ／秒から1,000コマ／秒が標準でこの画質はとてもNTSCが保存で
きる規格では無くなっています。
来年早々には、1500x1000画素、1,000コマ／秒。部分読み出しで
100,000コマ／秒というカメラが登場しますのでますますNTSC規格
から遠ざかってしまいます。
現在の安価な高速度カメラシステムは、カメラを専用の画像ボード
（PCIバス）に接続してコンピュータから操作してハードディスクに
AVIで保存するというものです。
このタイプですとコンピュータ抜きで100万円から550万円であり
ます。100万円の安価なものは640x480画素、白黒で120コマ／秒
の撮影ができます。もちろん60コマ／秒、125コマ／秒の撮影もで
きます。このタイプではカラーのもの、8,000コマ／秒まで撮影でき
るタイプがあり300万円です。
1280x1024画素のメガピクセルタイプのカメラは白黒、1,000コマ／
秒で350万円、カラー、10,000コマ／秒タイプで550万円です。
同じタイプでコンピュータを用いず小型モニタ内蔵のものもありま
す。この機種には、ビデオ出力がついていて市販のVTRに接続して
撮影した画像を30コマ／秒でスロー再生してNTSC信号で録画します。
こちらも200万円から300万円です。
デジカメのようなタイプの高速度カメラもあり、これにはNTSCのビ
デオ出力がついています。（逆にこれにはデジタル出力がありません。）
これは白黒のみで480x420画素、500コマ／秒が約80万円で、
1,000コマ／秒が約100万円です。
カラーのデジタルカメラでは、60コマ／秒、640x480画素（VGA）
の撮影ができるカメラもあります。
これは最近話題のCameraLinkというデジタル転送規格のカメラで
画質はかなり良好です。
PCIボードと操作ソフトウェアとCameraLinkケーブルを接続して
使います。
価格はコンピュータ抜きでPCIボード、ソフト含め約95万円です。
以上ご参考までに。
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No.326【
発電所の発電電圧についてご質問のY.S.さん
（2002.10.28）】
電気に関して非常にわかりやすく書いておられ、いつも感心して拝見さ
せて頂いています。
ところで、一つどうしても分からないことがあります。
発電所は、同じ電力会社の中でもたくさんありますが、なぜ電気は均等に
うまく流れていくのでしょうか？
また、最近個別分散発電の話が良く出てきますが、この場合なぜ電力会社
の方に電気が流れないのでしょうか？
周囲の人に聞くと、「電圧の差だ」と言いますが、そうすると、電力会社
の方に流れないようにする為には、電力会社の電圧より下げなければなり
ません。そうなると、需要家の方に流れて行かないような気がします。そ
のあたりお教えいただければ幸いです。
よろしくお願いいたします。
→【安藤回答2002.10.30】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
発電所から発電する電力が各発電所バラバラなのに均等に流れてい
のは、電力会社の変電所がこうした電圧の調整を行っているからで
す。
考えてみれば、発電所では発電能力に応じた電力を発生させます
が、消費地に送るために送電ロスを考え変電設備で100KVから300
KVに上げて送電します。消費地の近くまで送られてきた電力は再び
変電所で77KV、66KV、33KV、11KVに目的に応じて電圧を落と
し電柱の電線や地下ケーブルで工場や各家庭まで送られ屋外の変電
トランスで6,600Vまで下げられます。そして屋内に入る際に100V
と200Vに下げて建屋内に入るという仕組みになっています。
ですから電力は、変電所ですべて電圧調整を行って消費地まで送
電しているわけです。
個別分散発電の場合には、電力会社がその電力を買い取らない限
り、プライベートで発電した電力は逆流しないように逆流防止装置
（ダイオード）を電線内に架設します。個別分散発電においても規
格の交流電源電圧を得るために変電装置が設けられています。
交流送電では、変電所に送られてくる電力の交流の位相を合わせる
作業もしなければなりません。別の発電所からの50Hzの交流電圧と
また別の発電所の50Hzの電圧では電圧の山と谷が一致していません。
その位相を合わせることも変電所で行わなければなりません。
変電所では、電圧、周波数の調整もさることながら、電圧と電流のズ
レも調整しなければなりません。
また、東の電力を西に送るときに50Hzと60Hzの周波数変換も行わな
ければなりません。
電力送電は高圧を扱う関係上、また送電設備に多少の漏れ（漏電）
が発生する関係上漏れ出た電力が人体や可燃性物質などに害をあたえ
ないように大地に漏れた電流を速やかに流す「アース（接地）」と呼
ばれる設備が施されています。しっかりしたアースは地中深くに厚い
鉄板を打ち込んだアース電極に接続するようにしています。これが電
力の電位の絶対「0」となりますが、全世界共通の「0」ではありませ
ん。
北海道と鹿児島では大地間に抵抗が生じその抵抗を伝って流れる電流
で電位差が生じるからです。実際にアース間の抵抗によって鉄道のレ
ールに電流が流れて腐食が起きた事例もあります。
従ってアース（接地）と言えども許容される抵抗を持った『0』レベル
であると考えなければなりません。
以上ご参考までに。
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No.325【
シャドウグラフ法撮影ついてご質問のW大学学生N.T.さん
（2002.10.12）】
はじめまして，突然のメールで失礼いたします．
W大学理工学部4年のN.T.と申します．
シャドウグラフ法についてお尋ねしたいことがありmailさせて頂きました．
現在研究で衝撃波の撮影実験を行っているのですが，いくつかの問題を抱
えています．光学系は添付ファイルのように組んでいるのですが，実際に
写真を撮影してみると，添付ファイルの写真のように妙な模様が写ってし
まいます．
私なりに調べたところ，「流れの可視化ハンドブック」に，レンズは凹面
鏡に比べて光の吸収率が高く，球面収差，色収差が出やすいという欠点を
持つと書かれていましたので，凹面鏡の代わりに凸レンズを用いたことが
原因ではないかと考えております．
昨年度同様の実験を凹面鏡を用いて行った際には，前述の模様は写ってい
ませんでした．しかし，凹面鏡を用いると，凹面鏡からカメラのレンズに
集光するのが難しく，視野が半分程度になってしまいました．
現在うまく撮れない原因が特定できず，どの要素が悪く，修正すべきなの
か悩んでおります．そこで安藤さんがお気付きの修正点がございましたら，
御助言願えませんでしょうか．また，平行光を収束させる際に，凹面鏡を
用いる場合とレンズを用いる場合でのそれぞれの注意点を教えて頂けない
でしょうか．
どうかよろしくお願いいたします．
→【安藤回答2002.10.13】
安藤幸司といいます。AnfoWorldご訪問ありがとうございます。
添付ファイルを見させていただいて私なりに感じたことを述べさせ
ていただきます。
実際の機器は見ていないので見立てが間違っているかも知れません
が参考にしていただければと思います。
A. 添付ファイルの画像は、ピントボケの画像と判断します。
シャドウグラフは本来撮影対象と光学系経路に乱れがなければ濃度
的に均一な背景画像が表れますが、ムラのある画像がある場合は、
1. ピンホールによる光源にムラがある
2. コリメータレンズ（凸レンズ）に汚れ
3. 高圧官管ガラスに汚れ
4. 高圧管内に密度差がある。
が原因であると思います。
B. 二番目の凸レンズ（f300mm）
カメラの前に配置された二番目のコリメータレンズ（凸レンズ、
f300mm）はカメラレンズと共用されているのですね？ レイアウ
トではカメラレンズが描かれていないのでそう解釈しました。
5. カメラと凸レンズの位置130mmの不思議。
二番目のコリメータレンズの焦点距離がf300mmであるの
で、平行光束はレンズ後方300mmよりも遠い位置に集光し
なければならないのに、図では130mmの位置に集光してい
ます。これは点光源からの平行光束が正しく作られていない
ことを示してします。
6. カメラ撮像面のピント位置
カメラと二番目のコリメータレンズ（凸レンズf300mm）
までの距離が130mmなので、ピントが合う高圧管までの
距離を逆算すると計算が合いません。レンズの結像と言う
のは、レンズ焦点距離よりも遠くの位置に像面ができるの
で焦点距離f300mmのレンズの場合は、少なくとも300mm
以上の位置にカメラを持ってくる必要があります。
7. 本レイアウトは、点光源の大きさがカメラにちょうど合うよ
うに決めたため高圧管の被写体のピントを無視してレイアウ
トをしたように見受けられます。
C. ピンホール（点光源）
点光源はピンホールをある程度小さくしないと精度の良いシャドウグ
ラフ光源は作れません。
8. ピンホールの大きさがどの程度がわかりませんが、回折限界
を考えφ1mm程度である必要があります。またφ1mmは比
較的大きな孔であるのでピンホールレンズは収差のよくとれ
た精度の高いレンズが必要です。そうしないとピンホールに
光がきれいに集光せず正しい点光源になりません。ピンホー
ルプレートは光源側をテーパーにしておく必要があります。
9. ピンホールレンズの一番目のレンズf30mmと光源からの距
離はどのくらいですか。添付の図からみると明記されおらず
二番目のレンズ（f30mm）までの距離が30mmと書かれて
います。記入間違いでしょうか。
10. ピンホールから一番目の凸レンズ（f150mm）までの距離
一番目の凸レンズの焦点距離がf150mmであるのに、ピン
ホールからそのレンズまでの位置が230mmになっています。
これだと平行光束が作られず先スボミ（光束がだんだん小さ
くなっていく）の光束になります。これは意図したものでし
ょうか？（シャドウグラフでは必ずしも平行光束を作る必要
はありません、必要なのはきれいな光束です。）
D. 従来の凹面鏡と今回の凸レンズの違い
従来の凹面鏡がどのようなものをお使いになっていたのかわから
ないので正確なことは申し上げられませんが一般的に以下のような
ことが言えます。
11. 凹面鏡の方がピントが合いやすい。
カメラ側の凹面鏡の焦点距離内に高圧管を配置すれば凹面
鏡によってできる高圧管の像は虚像となりカメラで撮影す
る場合にとても楽です。凸レンズを同じようにおくとカメ
ラ後方に実像を作るのでレイアウトが厄介です。
（今回の問題はこの部分が大きな原因だと思います。）。
12. 凹面鏡の方が大口径のものが安価に作りやすい。。
13. 凹面鏡は入射光束の角度によって縦・横倍率がかわり楕円
像になりやすい。。
14. 凸レンズはレンズ部品メーカから安易に購入するのでなく、
クロマート（もしくはアポクロマート）の収差を補正した
レンズを購入すべき。そうしないと希望するきれいな画像
が得られません。
E. レイアウト
貴研究室の実験スペースがよくわかりませんが、今回の添付ファイ
ルを見てただすべき設置をご指定いたします。
15. 光源の凸レンズの配置を正しくする。第一焦点距離f30mm
の位置は光源から30mmの位置。第2の凸レンズからピン
ホールまでは40mm。
16. ピンホールから第一コリメータレンズ（凸レンズf150mm）
までの距離を150mとする。
17. 高圧管の位置は第2コリメータレンズ（凸レンズf300mm）
の手前300mm。
18. 第2コリメータレンズ（凸レンズf300mm）からカメラまで
の距離は300mm以上。
19. カメラにはカメラレンズを装着する。できればズームレンズ
を用いる。ズームレンズは使用するカメラによって変わりま
すが通常のCCDカメラでf20mm-f100mmです。
F. そのほか大事なこと
20. 現行のレイアウトで、高圧管の見たい部位にピントが合って
いるかのチェックを行います。高圧管の被写体位置にピント
合わせのためのチャート（透明な物差し）をおいて、点光源
を消して高圧管の被写体に電球で照射して散乱光でピント合
わせをします。
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