2019年05月アンディマンのテクノロジー(援技力)写真表現に関わる専門的な知識を補うために設けたブログです。新たらしい時代に相応しい技術情報を掲載していきます。普段疑問に思った問題の解決に繋げるテーマを醸成していきます。おける「量子」が、古典的な見方からすると、粒子的な性質と波動的な性質の両方を持つという性質のことである。光の正体は現在でも完璧なまでに解明されたとはいい切れないのである。Wikipediaによれば、光のような物理現象が示すこのような性質(二面性)への着目は、クリスティアーン・ホイヘンスとアイザック・ニュートンにより光の「本質」についての対立した理論(光の粒子説と光の波動説)が提出された1600年代に遡る。その後19世紀後半以降、アルベルト・アインシュタインやルイ・ド・ブロイらをはじめとする多くの研究によって、光や電子をはじめ、そういった現象を見せる全てのものは、古典的粒子のような性質も古典的波動のような性質も持つ、という「二重性」のある「量子」であると結論付けられた。この現象は、素粒子だけではなく、原子や分子といった複合粒子でも見られる。実際にはマクロサイズの粒子も波動性を持つが、干渉のような波動性に基づく現象を観測するのは、相当する波長の短さのために困難である。「粒子性」は、ここでは割愛して(別の専門書を参照されたい)、「波動性」について述べる。wave)は、空間の電場と磁場の変化によって形成される波(波動)である。)や電波は電磁波の一種である。radiation)とも呼ばれる。現代科学において電磁波は波と粒子の性質を持つとされ、波長の違いにより様々な呼称や性質を持つ。通信から医療に至るまで数多くの分野で用いられている。波長によって様々な性質を示す。このことは特に観測技術で利用されている。微視的には、電磁波は光子と呼ばれる量子力学的な粒子であり、物体が何らかの方法でエネルギーを失うと、それが光子として放出される。光子を吸収することで物体はエネルギーを得る。19世紀の終わりまでには、物質は原子と呼ばれるような基本的な粒子でできているとする原子論が確立していた。電流は当初流体だと考えられていたが、陰極線を用いたジョゼフ・ジョン・トムソンの研究によって、電子と呼ばれる粒子の流れであることがわかった。これらの事実によって、自然界の大部分は粒子からできていると考えられるようになっていた。波動については同じ頃までに、回折や干渉の現象を通じて、十分に理解が得られていた。ヤングの実験やフラウンホーファー回折の現象から、光は波動だと考えられていた。・ホイヘンスとニュートン最初期の光に関する総合的な理論は、まずホイヘンス、次いでニュートンにより、それぞれ対立するようなモデルが「本質」であるとして提唱された。ホイヘンスによる光の波動説は光の干渉等をよく説明したが、他の現象について説明できない点があった。続いてニュートンによって光の粒子説が唱えられた。粒子説では光の反射が容易に説明され、レンズによる屈折や、プリズムや虹などで見られる分光現象も説明できた。・ヤング、フレネルとマクスウェル1800年代初頭、ヤングとオーギュスタン・ジャン・フレネルによる二重スリット実験によってホイヘンスの波動説の証拠が得られた。二重スリット実験によって、格子を通った光は、水の流れが作るものと良く似た干渉縞を作る。光の波長もこの干渉縞のパターンから計算できた。光の波動説はすぐに粒子説に置き換わることはなかったが、粒子説では説明がつかない偏光等の性質も説明できることが分かり、1800年代中頃には光に対する主流な考え方になってきた。1800年代終わり、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、マクスウェルの方程式により光は電磁波の伝播であることを示した。この方程式は多くの実験によって検証され、ホイヘンスの考えは広く受け入れられていった。energy)は、電磁波の一種である光がもつエネルギーを指す。単位はジュール(J)。光エネルギーは光に含まれる光子の数と光子の周波数(波長)によって決まる。光子のエネルギーはその振動数によって決まり、以下のように表される。)、X線・γ線はすべて電磁波とよばれる同じもので、粒子と波の両方の性質を持つ。光子のエネルギー(E)と波長(λ)は前述した関係式で結び付けられる。このように波長はそのままエネルギーに変換されるが、一方では可視光線として色の変化を誘引する。分光スペクトルや虹の七色に見られるような色を創生する。ちなみに、可視光線はJISによれば380nm~780nmと定義されている。可視光線はプリズムによって可視スペクトル(分光スペクトル)として抽出されて、それぞれの色を醸し出している。function)とは、ヒトの目が光の波長ごとの明るさを感じる強さを数値で表したものである。して、他の波長の明るさを感じる度合いをその比となるよう、1以下の数で表したものである。明るい所では555nm(ナノメートル)付近の光を最も強く感じ、暗いところでは507nm付近の光を最も強く感じるとされる。標準比視感度とは、国際照明委員会(CIE)と国際度量衡総会では、ヒトの比視感度の平均から世界標準となる「標準比視感度」が規定された。断らない場合は、視感度といえば明るい環境でのヒトの目の感じ方である明所比視感度のことを指す。人間の目が波長ごとに光を感じ取る強さの度合を表すものであり、また、波長ごとに光を感じ取る強さが異なるという現象全体を指す。ヒトが光の波長によってその強度の感じ方が異なるということは、純物理量としての光の量、例えば光子の量とヒトが感じる明るさには波長によって差が生じる事を意味しており、例えば、明るいところで青色の450nmの波長の1,000個の光子を目に受けた時に感じる光の強さは、緑色の555nmの波長の38個の光子を目に受けた時に感じる光の強さに等しくなり、同様に赤色の700nmの波長の1,000個の光子を目に受けた時に感じる光の強さは、緑色の555nmの波長の4個の光子を目に受けた時に感じる光の強さに等しくなる。ヒトの目には主に明るい環境で機能する錐体細胞と主に暗い環境で機能する桿体細胞という2種類の視細胞があり、それぞれの視感度の特性は異なる。先に述べたように人間の感度は右図のようになっているが、それに測定器の分好感度を合わせてみるとほぼ人間の分好感度特性と同じになっていることが分かる。これの意味するところは、画像評価を行う場合に使用する測定器は人間が見た視覚情報(実測量)と遜色がないので、測定器で得た数値(測定値)は補正なしにそのまま使えるということである。暗所視は、光量が小さい状況での、目の単色の視覚のこと。錐体細胞は光量が小さい場合には機能しないことから、暗所での視覚は桿体細胞のみによって生じる。そのため、暗所では色覚は生じない。cd/m2のあいだで生じる。cd/m2)もので、暗所視と明所視が組み合わさったものである。薄明視では、視力や色弁別の能力は必ずしも正確ではない。cd/m2程度の通常の光量下では、錐体細胞による視覚がメインであり、これは明所視とよばれる。この場合は、視力や色弁別は良好である。lux)という語が使われることもある。lux)に対応するもので、照度を計算する際の視感度関数に、明所視感度関数ではなく暗所視感度関数を用いたものである。明所視は、光量が充分にある状況での、目の視覚のこと。ヒトや多くの動物では、明所視では色覚が可能であり、これは錐体細胞のはたらきによる。ヒトの目には3種類の錐体細胞があり、これらはそれぞれえ異なる波長の光に感度を持つ。錐体細胞の感度は互いに重なり合い、可視光スペクトルを形成している。人間の目は、暗所では暗所視を、中間の明るさでは薄明視を用いている。一部改変)目は眼球とそれに連なる視神経と眼球周囲の眼球付属器から成り立っている。