可視光線は電波やＸ線、γ線と同じ電磁波の仲間で、波長はおよそ0.77μｍ〜0.38μｍです。 　しかし、可視光線の限界（光が光として目で感じることができる限界）や色の境界は個人差があり、遺伝や生活環境、体調などによっても違いが出てきます。 　白人では日常的にサングラスをしている人が多いのは、目のメラニン色素が少なく光に対する感度が良すぎるためにサングラスがないと日本人が感じる以上に光が眩しく感じられるからだという話があります。もちろん理由はこれだけではなく、生活習慣や文化の違いもあるのでしょう。 　真夏の砂浜で見る太陽は、ほとんどの人が眩しいと感じます。では、ろうそくの炎は眩しいでしょうか？昼間の屋外で見るろうそくの炎が眩しいと感じる人はまずいないでしょう。しかし、暗闇の中にいたとき、突然目の前でろうそくの光を灯されたら一瞬目が眩みます。 　人の目がカメラの絞りのような明るさに対する感度を自動的に調節する機能を持っているからです。暗闇の中で明るさに対する感度を最高まで上げているときに突然光が現れると、それが微弱なものであっても目が露出オーバーの状態になってしまうのです。この自動調節機能は無意識のうちに機能してしまい人間の意志では自由に制御することができません。 　調節機能が自動的に働いてしまうということは、二つの光をならべて比較してどちらが明るいかを判別することはできても離れた場所にある光や時間をおいての比較が難しいことを意味します。現実には光は明るさだけではなくて色という情報も持っているので判別はさらに難しくなります。 　一定の面積が一定の時間に受ける、光の量の度合いのことを照度といいます。

照度計製作例　中央のＩＣソケットに乗るのがフォトダイオード

光を表わす単位

　光に関係する単位には、光度、光束、照度があります。このうち光度はＳＩ単位系（Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｕｎｉｔｓ：国際単位系）の基本単位として規定されており、光束と照度はＳＩ組立単位として規定されています。

• 理科年表１９９７年版より引用、抜粋

  量	単位	単位記号	ＳＩ単位による表わしかた
  光度	カンデラ(candela)	ｃｄ	−−−−−
  光束	ルーメン(lumen)	ｌｍ	ｃｄ・ｓｒ
  照度	ルックス(lux)	ｌｘ	ｌｍ・ｍ２

• 　ｃｄ：点光源のある方向の光度とは、単位時間にその方向に向けて単位立方体角中に放射される放射エネルギーを、国際的に定めた標準の比視感度分布で計った明るさの感覚を表わす量である。有限の大きさの光源はその大きさを無視し得るほど大きい観測距離においてこれを点光源と見なして上の定義を用いる。
• １ｌｍ＝等方性の光度１ｃｄの点光源から１ｓｒの立体角内に放射される光束。
• １ｌｘ＝１ｍ^２の面を、１ｌｍの光束で一様に照らしたときの照度。
• ｓｒ：立体角（ステラジアン）は球の中心を頂点とし、その球の半径を１辺とする正方形に等しい面積を球の表面上で切り取る立体角である。

光を測る素子

　先に述べたように、照度を人間の目で正確に測ることは困難です。そこで、照度を計るためには何らかの形で照度をルックスという単位に変換する必要があります。
　電子回路に接続して照度を計るためのセンサーとして使いやすそうなものは、照度の変化に応じて電流、電圧、抵抗値が変化するタイプのものが考えられます。
　電流、電圧が変化するタイプノセンサーにはフォトダイオード、フォトトランジスタなどがあり、太陽電池もこの仲間に入ります。抵抗値が変化するタイプのセンサーにはＣｄＳセル（光導伝セル）があります。

• フォトダイオード

  　フォトダイオードの利点は光量と出力電流が比例することと応答速度が早いことですが、出力電流が小さい欠点があります。

  　フォトダイオードは照度計や光量計の他、赤外線リモコンの受光素子や発光ダイオードと組み合わせてフォトカップラーや光スイッチ（フォトインタラプタ）として使われています。

  　太陽電池は、たくさんのフォトダイオードを直列に接続したような構造をしています。

• フォトトランジスタ

  　フォトトランジスタはフォトダイオードの出力電流の小ささを補うために、フォトダイオードと増幅用のトランジスタをひとつのパッケージの中に実装したもので、光を受けたフォトダイオードから流れ出す電流によってトランジスタをオン・オフ動作させています。

  　これもフォトダイオードと同じくフォトカップラーや光スイッチに使われていますが、基本的にオンとオフの状態しか出力できないので、アナログ出力の必要な照度計や光量計への応用には向きません。

• 光導伝セル

  　ＣｄＳセルは光量と電気抵抗値が両対数グラフ上で直線になる特性を持っています。しかし、応答性が悪く光量の高速な変化には追随できません。

  　ＣｄＳセルは比較的大きな電流を直接流すことができるので、小型リレーの直接稼動が可能です。周囲の明るさによって照明の明滅を制御する自動点滅灯のほとんどにはこのＣｄＳセルが使われています。

  　光導伝セルにはＣｄＳ（硫化カドミウム）セルの他にも、ＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）、ＣｄＳとＣｄＳｅとの結晶比を変えたＣｄ（Ｓ・Ｓｅ）（硫化セレン化カドミウム）などがあり、一般的にこれらを総称してＣｄＳセルと呼んでいます。

  　この他にも、光を受けると発熱する焦電センサーやビデオカメラなどに使われているＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）など、多くの受光センサーがあります。

照度計用センサ

　照度計に使われるセンサは、ほとんどがフォトダイオードを使用したものになっています。

　かつては光導伝セルが一般的に使われていたのですが、照度計として使おうとすると光導伝セル単体では１００ｌｘ程度までしか計測できず、広いレンジの照度を測定する場合には感度調節用のフィルターを使用しなければならない事と、セル抵抗値あるいは感度の製品によるばらつきが非常に大きく、特性の揃ったものを選定して使用しなければならなかった事から、現在ではフォトダイオードに取って代わられました。

　しかし、照度計の親戚である写真撮影用の露出計は、フォトダイオードに比べて分光感度特性を人間の目の比視感度に近似させたものが作れることから、現在も多くの製品が光導伝セルをセンサーに採用しています。

　今回製作する照度計も、フォトダイオードを使用します。

..end