ルクス、ルーメン、フットキャンドル、ニット：光の異なる特性を測定する4つの単位

三つの量、ひとつではない

「どのくらい明るいのか」という質問には、三つの本質的に異なる物理量で答える必要があり、それぞれに独自の単位族があります。幾何学や表面材料に関する追加情報なしには、それらの間の変換はできません。これらを混同する（例えば、電球が「ルクス」でどのくらい光を出すのかを尋ねるなど）ことは、単位の誤りではなく、カテゴリーの誤りです。なぜなら、電球の出力は別の単位で測定することが適切だからです。

光束：光源が放出するもの

ルーメン（lm）は、あらゆる方向に光源から放出される総光出力を測定します。これは、何がどのくらい離れているか、または何に当たるかに依存しません。電球のパッケージにルーメン値が記載されているのは、それが電球自体だけを説明する唯一の数値であり、その電球が置かれる部屋を説明していないためです。

照度：表面に到達する光

ルクス（lx）は平方メートル当たりのルーメンです。放出された光のうち、実際にどのくらいが特定の領域に到達するかを測定し、これは光源の総出力、距離（距離の二乗で低下）、および入射角に依存します。帝国単位の等価物であるフットキャンドル（fc）は、平方フィート当たりのルーメンです。平方フィートは平方メートルより小さいため、同じ光がそれに広がるとより大きい数値として記録されます。正確には1 fc = 10.76391 lxであり、これは正確な関係1 ft² = 0.09290304 m²（1 ft = 0.3048 m正確）から導出されるため、1 fc = 1 lm/ft² = 1/0.09290304 lm/m² = 10.76391042… lxです。照度は照度計が測定するもので、建築基準法と園芸用照明ガイドが指定するものです。

輝度：表面から眼に到達する光

ニット（正式には平方メートル当たりのカンデラ（cd/m²）で、「ニット」は非公式ですが広くこの単位で呼ばれています）は、表面から放出または反射され、観察者に向かう光を測定します。これが、その表面がどのくらい明るく見えるかを実際に決定するものです。同じ照度の下にある二つの表面は、非常に異なる輝度を持つことができます。同じデスクランプの下にあるマット黒いカードのシートと白い紙のシートは、同じルクスを受けますが、白い紙はそれに当たる光をはるかに多く反射し、あなたの眼に戻し、そしてはるかに明るく見えます。ニットは、スクリーンが周囲光を反射していないため、ディスプレイの明るさに使用される単位です。画面は独自の光を発するため、照度ではなく輝度が関連する量です。

なぜ自由に変換できないのか

ルーメンからルクスへの変換には、光が広がっている領域が必要です。これは単位自体が答えられない幾何学的な質問です。ルクス（表面に到達する光）からニット（その表面から放出される光）への変換には、表面が受ける光の一部しか返すことができないため、表面の反射率が必要です。理想的なマット（「ランベルト型」）反射面の場合、関係は次のようになります。

L = E × ρ ÷ π

ここで、Lはcd/m²での輝度、Eはルクスでの照度、ρは表面の反射率（0～1）です。白い印刷用紙は、それに当たる光のおおよそ80%を反射します（ρ ≈ 0.8）。典型的なオフィス照明500 lxの下では、その紙の輝度は500 × 0.8 ÷ π ≈ 127 cd/m² — ノートパソコンの画面よりもはっきりと薄暗いです。その画面は250～400ニットで自ら光を放出していますが、「部屋」が500ルクスでのみ照らされているにもかかわらずです。照度は部屋を説明します。輝度は、その中の特定の表面からあなたの眼が実際に受ける光を説明し、この二つはしばしば複数の係数だけ異なります。

スケールのための一般的な照度レベル

間違った数値が広がった具体例

月光の照度は、もっともらしい数値がそれを支える測定よりも広がる可能性がある方法の実に有用な例です。「満月の月光は1ルクス」というきれいな数値は、照明設計リファレンスと写真露出ガイドに広く流通しています。しかし、慎重な光度学的作業は、実際の数値がおおよそ一桁低いことを示しています。生態学者トラビス・ロングコアの2017年のエッセイ「How bright the moon」は、この種の誤りの特定の文書化されたインスタンスが生態照明文献を通じてどのように伝播したかを追跡しています。1999年の論文は、満月でもなく四分月でもなく、75%照らされた凸月の測定された照度曲線を誤ってラベルしました。それは「四分月」照明として誤ってラベルされていたもので、その後少なくとも二つの論文が、元の光度学的データに戻らずに誤ってラベルされた数値を繰り返しました。ロングコアの独自の実用的な推定では、月の地平線上の高さと理想化されたオーバーヘッド値ではなく大気消衰を説明した後、典型的な地上レベルの満月照度は0.1ルクスに近いランディングです。これは、このサイトが上で使用している数値であり、二次資料で流通し続けている「1ルクス」の速記法ははるかに下にあり、元の測定を引用することはありません。

その機構は、それをどの特定の誤ったラベルで開始したかに関係なく同じです。一度数値が、元のデータが添付されていないレビュー記事またはテーブルで繰り返されると、その後の著者はレビューを引用し、何も再測定せず、誤っていた、または限定的な条件下でのみ正しかった数値は、不確定に生き続けます。それは正確には、このサイトが独自の数値に適用しようとする警告の、光度学固有のインスタンスです。もっともらしい丸い数値は、確認された数値と同じものではありません。

正しい単位を選択する

単位に手を伸ばす前に、実際に何を測定しているのかを尋ねてください。光源の総出力：ルーメン。表面に落ちる光：ルクスまたはフットキャンドル。表面または自己発光ディスプレイの明るさが眼に見えるもの：ニット。三つのいずれも、他の二つの代わりにはなりません。なぜなら、それぞれが異なる物理的な質問に答えているからです。