ブック概要
「The Science of Lighting」は、光と視覚、照明技術の基本原理を探求する総合ガイドです。Signify Lighting Academyの照明専門家であるWout van Bommel教授とAbdo Rouhanaが執筆し、技術的な照明製品と人間の照明環境への反応の間の隔たりを埋める一冊です。
Core Philosophy: Lighting science connects technical aspects with human factors, making it relevant across diverse professions including technical, artistic, commercial, and administrative roles in the lighting industry.
主なデータポイント
Key Insights Summary
Light as Electromagnetic Radiation
光は電磁波理論と量子理論の両方によって記述される。それは真空中を約30万km/sで伝わる横波から構成され、波長と周波数によって決定される特性を持つ。
ヒューマンビジョンの複雑性
人間の目には1億以上の光感受性神経終末（桿体と錐体）が含まれており、100万倍以上にも及ぶ膨大な照度範囲で視覚を可能にし、10万色もの色調を識別することができます。
Three Light Production Methods
人工光は、熱放射体（白熱灯）、ガス放電放射体（蛍光灯）、固体放射体（LED）によって生成され、それぞれが独自の効率、スペクトル、応用特性を有しています。
Photometric Quantities
照明工学では、光束（ルーメン）、光度（カンデラ）、照度（ルクス）、輝度（cd/m²）といった専門単位を用います。これらはエネルギー量と人間の眼の感度の両方を考慮したものです。
Non-Visual Biological Effects
光は、特殊な光受容細胞（ipRGCs）が生物時計に連結することで概日リズムに影響を与え、睡眠・覚醒サイクル、ホルモン分泌、そして全身の健康状態を調節します。
Comprehensive Lighting Quality
優れた照明設備は、視覚的パフォーマンス、快適性、ウェルビーイング、環境配慮を確保するため、照度レベル、空間分布、指向性、色彩特性のバランスを取ります。
コンテンツ概要
Book Contents
Chapter 1: 光と放射
Electromagnetic Wave Theory
光は、光源からあらゆる方向に伝わる横波から成る電磁放射である。音波とは異なり、光波は進行方向に対して垂直な電場と磁場の波動で構成され、真空中を伝播できる。
電磁スペクトル
電磁スペクトルは長波ラジオ送信（最大2,000メートル）から宇宙線（最小10⁻¹⁸メートル）まで及ぶ。可視光は380～780ナノメートルの波長域を占め、異なる波長が様々な色知覚を生み出す。
Quantum Theory
マックス・プランクの量子理論は、電磁エネルギーが量子（可視光の場合は光子）と呼ばれる離散的な単位で放出されることを実証した。エネルギー含有量は周波数に直接比例し、E = h・f = h・c/λ の関係式で表される。これにより、波長が短いほどエネルギーが高くなる現象が説明される。
Chapter 2: 光はどのように生成されるのか？
Thermal Radiators
温度上昇により電磁放射を放出する物体、例えば白熱灯や太陽など。色温度は知覚される色を特徴づけ、低温（2000-3000K）は暖かく見え、高温（5000K以上）は冷たく見える。
ガス放電ラジエーター
透明管内部のガス中を電子流が通過することで発光する方式。低圧放電灯（蛍光灯）と高圧放電灯（HIDランプ）を含み、高い効率（白熱灯の最大15倍）と長寿命（10,000～25,000時間）を実現。
Solid-State Radiators
LEDは、半導体材料のp-n接合を電子が移動することで発光します。現代のLEDは、ガス放電灯に匹敵する効率を実現し、白色光はRGBの組み合わせまたは蛍光体変換によって生成されます。
ランプの種類と特性
Different applications require specific lamp properties including efficacy, color temperature, color rendering, lifetime, dimmability, and physical characteristics. Lamp pedigree shows relationships between thermal, gas discharge, and solid-state lighting technologies.
Chapter 3: 光の誘導と選別の仕組み
リフレクション
Light direction control using surfaces with specific reflectance properties. Types include specular reflection (mirror-like), diffuse reflection (scattered in all directions), and mixed reflection. Total internal reflection in optical fibers enables efficient light transmission.
Absorption and Transmission
反射されない光は、吸収される（熱に変換）か、あるいは材料を透過する。透過率は材料特性と波長によって変化し、カラーフィルターは特定のスペクトル成分を選択的に透過させる。
Refraction
光が異なる密度の媒質間を通過する際に屈折する現象は、スネルの法則：sinα₁/sinα₂ = n₁/n₂ によって記述される。屈折率は波長によって変化するため、プリズムやレンズでは色分散が生じる。
Interference
光の波動性は干渉効果を生み出し、これは二色性コーティング、反射防止表面、カラーフィルターに応用されています。薄膜干渉は放射成分を分離し、クールビームハロゲンランプのような技術を実現しています。
Chapter 4: 量と単位
Photometric Quantities
特殊照明ユニットは、放射エネルギーと人間の眼の感度（V(λ）曲線）の両方を考慮します。主要な測定量には、光束（ルーメン）、光度（カンデラ）、照度（ルクス）、輝度（cd/m²）が含まれます。
Practical Relationships
基本的な関係式には、逆二乗法則（E = I/d²）、傾斜面に対する余弦法則、および拡散反射面における照度と輝度を関連付ける式（L = ρ・E/π）が含まれる。
Measurement Techniques
測光器はフォトセルを用いて照度を測定し、光束発散度（ゴニオフォトメーター）、光束（ウルブリヒト球）、輝度（輝度計）には専用の計測器が存在する。
Chapter 5: 光と視覚
視覚プロセスと眼の構造
人間の目はカメラと同様の仕組みで機能し、角膜、水晶体、虹彩、網膜が視覚情報を処理します。環境情報の80%以上が視覚を通じて認識されています。
Rod and Cone Vision
桿体は暗所視（低照度、単色、周辺視）を可能にし、507nmで感度がピークに達する。錐体は明所視（高照度、色彩、詳細視）を可能にし、555nmで感度がピークに達する。薄明視は中間の照度レベルで両システムが関与する。
目の調整メカニズム
調節（焦点合わせ）、順応（感度調整）、および輻輳（両眼協調）により、様々な状況や距離において最適な視覚が可能となる。
視覚パフォーマンスと快適性
Contrast detection, visual acuity, and glare management determine visual performance. Factors include adaptation state, object size, observation time, and age-related vision changes.
Psychological and Emotional Aspects
照明は感情状態、空間知覚、雰囲気に影響を与える。Kruthof's curveは照度レベルと色温度の間の好ましい関係を説明する。
Chapter 6: 光と色
Color Mixing
加法混色（RGB光の組み合わせ）は明るい結果を生み出し、減法混色（絵具、フィルター）は暗い結果を生み出します。加法混色システムでは原色（赤、緑、青）が組み合わさることで白色光を形成します。
カラートライアングルと温度
CIE chromaticity diagram quantifies color perception using x-y coordinates. Color temperature characterizes thermal radiators, while correlated color temperature describes gas discharge and solid-state sources.
Chromatic Adaptation
眼と脳のシステムは照明環境に適応し、周囲の状況と適応状態に応じて異なるホワイトバランスを「白」として知覚します。
Color Rendering
一般演色評価数（Rₐ）は、基準光源と比較して物体色を光源がどれだけ忠実に再現するかを数値化したものです。数値はマイナス値（低品質）から100（高品質）までの範囲で表されます。
Chapter 7: 光と健康
概日リズム
光-暗周期は、睡眠-覚醒サイクル、体温、ホルモン分泌（コルチゾール、メラトニン）を含む24時間の生物リズムを調節する。朝の光は体内時計を同調させる。
Non-Visual Biological Effects
内在光感受性網膜神経節細胞（ipRGCs）は脳の生物時計（SCN）に接続し、視覚認識とは独立した生理的プロセスに影響を与えます。
Spectral Sensitivity Differences
生物学的感度は青色スペクトル領域（約460-480nm）でピークに達するが、視覚感度は黄緑色（555nm）でピークとなる点で異なる。
Lighting Therapy
制御された照明は、睡眠障害、季節性感情障害（SAD）、摂食障害、そして時差ぼけやシフト勤務による概日リズムの乱れを治療することができる。
Chapter 8: 照明の質
Lighting Level Requirements
適切な照度レベルは0.25ルクス（月光）から100,000ルクス（直射日光）までの範囲にあり、作業の難易度と使用者の年齢に基づいて、各種用途別の具体的な推奨値が設定されています。
Spatial Distribution
均斉比、輝度分布、眩しさ制限は、バランスの取れた視環境を保証します。推奨反射率範囲：天井（60-90%）、壁（30-80%）、作業面（20-60%）、床（10-50%）。
Directionality of Light
Directional light creates modeling and shadows, diffuse light minimizes shadows, and indirect light provides soft illumination. Luminaire light distribution determines lighting effects and potential glare.
カラーに関する考慮事項
演色評価数（Rₐ）と色温度の選択は、用途要件に依存します。動的照明は両パラメータを調整可能であり、一日を通した生体的ニーズに対応します。
Economics and Environment
総所有コスト分析は、投資コストと運用コスト（エネルギー、メンテナンス）を比較衡量する。照明は世界の電力消費の19%を占めており、エネルギー効率と環境責任の重要性を浮き彫りにしている。
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