今回は令和5年度上期 機械科目 A問題12を解説します。光束・照度・光度・光束発散度・輝度という測光量の基本量の定義とSI単位に関する空所補充問題です。
光束の単位はルーメン〔lm〕、照度はルクス〔lx〕、光度はカンデラ〔cd〕（I＝F/ω）、光束発散度はルーメン毎平方メートル〔lm/m2〕（M＝F/A）、輝度はカンデラ毎平方メートル〔cd/m2〕です。それぞれの定義式と単位の対応を整理して覚えることがポイントです。
令和5年度上期 機械科目 A問題12：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 機械科目 【照明】 令和5年度上期 A問題12
次の文章は，光の基本量に関する記述である．
光源の放射束のうち人の目に光として感じるエネルギーを光束といい単位には（ア）を用いる．
照度は，光を受ける面の明るさの程度を示し，1（イ）とは被照射面積1m2に光束1（ア）が入射しているときの，その面の照度である．
光源の各方向に出ている光の強さを示すものが光度である．光度I（ウ）は，立体角ω〔sr〕から出る光束をF（ア）とするとI＝F/ωで示される．
物体の単位面積から発散する光束の大きさを光束発散度Mといい，（エ）という．ある面から発散する光束をF，その面積をA〔m2〕とするとM＝F/Aで示される．
光源の発光面及び反射面の輝きの程度を示すのが輝度であり，単位には（オ）を用いる．
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ．
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア） （イ） （ウ） （エ） （オ） (1) 〔lx〕 〔lm〕 〔cd〕 〔lx/m2〕 〔lx/sr〕 (2) 〔lm〕 〔lx〕 〔lm/sr〕 〔lm/m2〕 〔cd〕 (3) 〔lm〕 〔lx〕 〔cd〕 〔lm/m2〕 〔cd/m2〕 (4) 〔cd〕 〔lx〕 〔lm〕 〔cd/m2〕 〔lm/m2〕 (5) 〔cd〕 〔lm〕 〔cd/sr〕 〔lm/m2〕 〔lx〕
出題のポイント：5つの測光量を定義と単位で区別する
測光量は、光の総量、方向ごとの強さ、面が受ける量、面から出る量、見た方向の輝きという役割で区別します。特に照度と光束発散度は次元が同じでも、光の向きと量の意味が異なります。
ポイント解説：光束・照度・光度・光束発散度・輝度の対応
光束〔lm〕・照度〔lx〕・光度〔cd〕・光束発散度〔lm/m²〕・輝度〔cd/m²〕の5つの測光量は、定義式とセットで覚えると混同しにくくなります。
光度I＝F/ω〔cd〕、光束発散度M＝F/A〔lm/m²〕という定義式が、それぞれの単位を決めています。
問題の解説：5つの空欄から正しい組合せを選ぶ
STEP1 （ア）（イ）光束と照度の単位を確認する
人の目に感じる光のエネルギー量が光束で、単位は〔lm〕（ア）。単位面積（1m²）当たりに入射する光束が照度で、単位は〔lx〕（イ）。
STEP2 （ウ）（エ）光度と光束発散度の定義式・単位を確認する
光度I＝F/ω〔cd〕（ウ）。物体の単位面積から発散する光束の大きさが光束発散度Mで、単位は〔lm/m²〕（エ）。M＝F/A。
STEP3 （オ）輝度の単位を確認し、組合せを選ぶ
光源の輝きの程度を示す輝度の単位は〔cd/m²〕（オ）。
以上より（ア）lm（イ）lx（ウ）cd（エ）lm/m²（オ）cd/m²の組合せである(3)が正解です。
答え：(3)
💡 覚え方
光束lm・照度lx・光度cd（I=F/ω）・光束発散度lm/m²（M=F/A）・輝度cd/m²。単位の並びをセットで暗記する。
⚠️ よくある間違い
光度の単位をlm/srやcd/srなど別の表現と混同しない（SI基本単位としてはcdそのものが単位）。光束発散度と照度の単位（どちらもlm/m²系とlxで紛らわしい）を取り違えない。
まとめ
| （ア）光束 | lm |
| （イ）照度 | lx |
| （ウ）光度 | cd |
| （エ）光束発散度 | lm/m² |
| （オ）輝度 | cd/m² |
| 答え | (3) |
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