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第 8 回　 照明

第 8 回　 照明 mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp. 第 8 回　 照明. 第 8 回　 照明 mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp. 　照明の満たすべき要件. 自然に見える　～　太陽光照明下と同等 エネルギー変換効率が高い（電気→光） 寿命が長い 制御し易い. 第 8 回　 照明 mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp. 　照明の種類. 白熱系光源 放電現象利用 - 蛍光ランプ - ＨＩＤランプ 固体発光体 - ＬＥＤ - EL

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第 8 回　 照明

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Presentation Transcript

  1. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 第8回　 照明

  2. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 　照明の満たすべき要件 • 自然に見える　～　太陽光照明下と同等 • エネルギー変換効率が高い（電気→光） • 寿命が長い • 制御し易い

  3. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 　照明の種類 • 白熱系光源 • 放電現象利用- 蛍光ランプ- ＨＩＤランプ • 固体発光体 - ＬＥＤ- EL • レーザ光源～照明に利用されることは少ない：コヒーレント光の特性（指向性が鋭く，広がらずに空間を伝播）を利用

  4. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 白熱系光源～松明，ロウソク，ガス灯，・・ • 加熱による発光 • 連続スペクトル分布 • タングステン＋不活性ガス/窒素ガス • 光源の効率：　光出力/電気供給量温度高→　効率大，寿命短 • 制御し易い～発光面が小さい割に光束が多い→　レンズや反射鏡と併用

  5. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 白熱電球の模式図

  6. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 　タングステン灯の特性 ３０００度Kが限界～タングステン融点

  7. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 蛍光ランプ • 水銀放電 　・水銀の蒸気圧により発光スペクトルを変化させる． 　・水銀蒸気圧は容器温度により制御 • 紫外線を可視光に変換する蛍光体をガラス容器の内面に塗布 • 電極間距離が大，放電開始電圧 大　→　民生用には工夫が必要

  8. 蛍光ランプ模式図 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp

  9. 蛍光ランプ点灯回路 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp （グロースターター型） チョークコイル：アークの負性抵抗補償，誘導電圧を放電開始に利用 ・ラビットスタート型：点灯管を使用せず、 スイッチを入れると 速やかに点灯するよう 改良されたもの

  10. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp HIDランプ High Intensity Discharge lamp（高圧放電ランプ） • 水銀，ナトリウム，スカンジウム，ジスプロシウムなどの金属蒸気中で，放電して発するスペクトル光を利用 • 放電容器の温度を高く保つ必要あり→　石英，透光性セラミックなどの耐熱容器を利用　 • 最大出力まで時間が要　 • 光出力　大 • 冷却に時間がかかるため，再点灯は困難

  11. HIDランプ模式図 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp

  12. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp HIDランプ（放電灯）の特性

  13. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 固体発光：ELランプ Electro-Luminance lamp • ２つの電極間に蛍光体を挟み電圧を印加すると，蛍光体中の電子が励起されて発光 • 光出力　小 • 電流　小 • 加工が容易～薄くできる

  14. 固体発光：ＬＥＤ（LightEmittingDiode) 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 。 GaPなどの半導体に順方向電圧を印加すると ｐｎ接合部で発光

  15. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp ＬＥＤの性質 • 構造が単純で機械的強度が強い • 寿命が長い • 赤，緑　ＯＫ　 • 青（GaN)：　中村修二博士(1954-) （カリフォルニア大学サンタバーバラ校教授）ｖｓ．日亜化学

  16. ＬＥＤと電球の特性比較 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 応答時間 消費電力 寿命

  17. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp レーザ用光源 コヒーレント← 干渉・回折， 平行度， 集光， 単一スペクトル レーザ：　半導体，ガス，色素，化学，・・

  18. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 照明用語と単位 -1 • 立体角Ω（sr：　ステラジアン)：一点より見た面積を距離の２乗で割ったもの～空間的広がり度合 • 放射束(W：　ワット):単位時間に面を通過する放射エネルギー • 光束(Lm：　ルーメン):放射束を眼の輝度に対する感度で補正 波長555nm: 1Lm=1/683 W

  19. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 照明用語と単位 -2 • 光度（cd：　カンデラ)：求める方向の光束をそれが含まれる立体角で割る • 輝度（cd/m2 ，nt：　ニット)：求める方向の光度をその方向に直角な面積で割る • 照度（Lm/m2 ，Lx：　ルクス)：入射する光に直角な単位面積あたりの光束

  20. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 照明用語と単位 -3 完全拡散反射面（ランバート表面, Lambertian）：全ての方向に対する輝度が等しい表面 • ランバートの余弦法則：IΘ = IcosΘI：均等拡散面の法線方向の光度， IΘ ：均等拡散面のΘ方向の光度 • 距離の逆２乗法則：光線に直角な面の照度　E = I/r2I：光度，E:照度，ｒ：距離

  21. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 平均照度 平均照度＝（ランプ個数ｘランプ光束ｘ照明率ｘ保守率）/床面積 ・照明率＝作業面に入射する光束/全ランプ光束作業面に入射する光束：照明器具から放射された光の中で，壁や天井などで相互反射された後，作業面に入射する光束　←　照明率表 ・保守率＝1 /照度の低下率

  22. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 　カラーキャリブレーション • 光源色の計測、画質の評価、色の再現 標準光源(CIE)～色温度・相対分光分布を規定 A: 白熱電球：　色温度２８５４Ｋ（タングステン） Ｂ：太陽光の直射（正午）：　色温度４８７０Ｋ（Ａ光源に２重液層フィルタを付与） Ｃ：昼光（平均太陽光）：　色温度６７４０Ｋ（Ａ光源にフィルタを付与） Ｄ６５：色温度が約６５０４Ｋの昼光 その他，Ｄ5５　Ｄ7５もあり←太陽光の分光分布より合成

  23. 　光源ＡとＤ６５の相対分光分布 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 色温度（K：　ケルビン)：　 色度（～光の分光分布） が最も近い黒体輻射の 温度例）白色光：5000K， 　ロウソク光： 1800-1900K白熱電球：3200K， 太陽光：５８００K

  24. 第8回　 照明mutty@ics.kagoshima-u.ac.jp 理想的な照明環境 照明光方向が明確，局部的変化無し 陰影も必要 • 小さく輝度の高い照明＋大きな放物反射鏡 • 広い平面状の均等拡散光源で１方向から照明

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