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懲りずに書いてみたりする結果オーライな日記



200911月15

蛍光灯 vs LEDを考える

マリンアクアリウム エイジ 04:15
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水槽照明として視野に入ってきたLEDランプ。
光量(光束・照度)の問題はほぼ解決されつつあります。
しかし、いまいち決め手に欠ける点がありませんか?
そう。ランプから発せられる波長成分はどうなのよ?という部分です。
この波長の問題に関しては、まだまだ多くの方が抱えている不安でもあり、これが未だにLEDが受け入れられない要因である事は確かです。

以下、水槽照明にLEDはありか?の記事でも登場した一般蛍光灯ランプ(昼光色)とLEDランプ(白色)の分光スペクトル比較図です。(東芝サイトを元に描いたモノ)

一般型蛍光灯ランプと白色LEDの分光スペクトル比較

あくまでも分光分布比の観点から見れば、波長全域で効率よく光を取り出すことを考えると、実は蛍光灯よりもLED素子の方がムラ無く効率の良い特性曲線を持っていることが判ります。また、実は出力の問題も現在ではかなり改善され、ランプ効率(lm/W)で見ても既にLEDは蛍光灯に並んでいます(100lm/Wを超えるLED素子も多々あります)

しかしそれでも尚、まだ何かスッキリしないモヤモヤがありますよね。実は僕もそうです(汗)
そこで、何かこの胸焼けを解消してくれる薬は無いモノか?とネットを彷徨ってましたら、特効薬ではないモノの、ちょっとした予防薬にもなりそうなアイテムを見つけました。

それは分光器

早速、空き箱と回折格子を使って作ってみました。作り方はネットで検索してみてください。すぐに見つかりますし、制作もとても簡単です。

制作した分光器

ちなみに僕は回折格子など持ってなかったので、替わりにCD-Rのお得パックに入ってた無地の透明盤(但しピッチ処理があり、光にかざすと虹色に光るモノ)を2×2cm程度に切り取って代用し、ピッチとスリットが平行になるように配置します。また、箱の内部は黒く塗りつぶし、スリット面のみ裏側に黒の画用紙を貼りました(スペクトルが綺麗に映るように)。さらに箱の四隅なども光が入らないように黒のテープで塞いでます。
尚、不要CDを使った反射式にも挑戦しましたが、切断時にどうしても印刷面が剥離して綺麗に加工できなかったので、イライラして断念しました(笑)

さて、その分光器によるスペクトルの観察結果です。

簡易分光器による各ランプの波長分布

左から白熱灯、蛍光灯、LEDの順です。
尚、至近距離からでは点光源のLEDを綺麗な帯状に捉えることが出来ないため、全ての光源に対して分光器との間に分散用のフィルター(ダウンライト用)を噛ませました。

改めて上の一枚目に貼った蛍光灯とLEDのスペクトル図と比較すると判りますが、光の強弱は見事に一致してますね。
蛍光灯では各波長ごとにかなり強弱のムラがありますが、LEDでは水色の前後以外は綺麗に出ています。
もちろん、電球は見事に全域で綺麗に出てますね~。さすがに青は弱いけど。
尚、誤解の無いように、黒く見える部分は決して出ていない訳ではなく、他の波長部位のピークが大きすぎるため、撮影時に低レベル成分が感応しないためです。念のため。

しかし、今回は用意できませんでしたが、蛍光灯にも高演色ランプという製品があり、これを使えばもう少し綺麗な連続波長が確認できると思います。以下はパナソニックの高演色ランプの分光スペクトルの例です。

パナソニックFL40S・N-EDL分光スペクトル

とは言え、高演色ランプの価格や寿命、そして灯具代や電気代など考えると、LEDが無い時代ならともかく、今はLEDを差し置いてまで採用すべきかどうか怪しいところです(汗)

ではLEDに話を戻しますが、上の各ランプのスペクトル観察結果からも、LEDでは水色が足りていないことが判りました。LEDだって、まだまだダメじゃん?
でもご安心下さい。水色のLED素子があります♪

このように、LEDの場合、足りないものを他の素子で補う事が出来る分、蛍光灯よりも尚有利であると言えます。
もっと言えば、例えば東芝のLEDランプにも採用されていた日亜の1W素子(NS6*083シリーズ)には、以下のカラーバリエーションがあります。

日亜のLED素子の分光スペクトル比較

* 各スペクトルは分布比を同比率で並べただけなので、光束量は各色で異なります
* 背景のグラデーションは太陽光の分光スペクトルです

日亜LED素子 型番 光束量 出力
白色 NS6W083BT 100lm 0.99W (3.3V/300mA)
電球色 NS6L083T 52lm 1.14W (3.8V/300mA)
青色 NS6B083T 16lm 1.05W (3.5V/300mA)
青緑色 NS6E083T 40lm 1.14W (3.8V/300mA)
緑色 NS6G083T 55lm 1.05W (3.5V/300mA)
橙色 NS6A083BT 55lm 0.99W (3.3V/300mA)
赤色 NS6R083T 24lm 0.53W (2.2V/240mA)

* 各データとも日亜サイトより

ま、コスト的にも日亜の素子でアクア用ランプを作るのは無謀(笑)ですが、他のメーカーの素子でも同様のカラーバリエーションがありますので、今後はもっとこの辺も考慮して、最適な組み合わせで製品を実現できたら良いだろうなぁと考えています。
例えば、白LEDと水色LEDで波長全域をカバーしたランプなんてどうかしら?
いや、ここは敢えて電球色を用い、電球色×3+水色×3+青×1だったら、尚グッド?
夢は膨らみますね♪

ちなみに赤の補色は敢えて不要と考えています。なぜなら海中には赤はほとんど届いていないためです。普段浴びていない波長を与えることは、生体にとってストレスとなりうる可能性がありますから。ま、超浅場のスギノキ用を目的とした場合でさえも、白や電球色に含まれる赤成分で十分だろうと考えています。
と言う訳で、海洋生物向け照明を考える場合でも、PAR(光合成有効放射光線)を考えることは大切ですが、植物育成の世界で唱われるような赤の補色(R/FR)のような波長までは不要だろうと思います。スギノキの青系色素でさえ566~620nmの利用範囲だそうですから。(スギノキの波長については掲示板でのTetsuo氏のレスを参考にしました)

最後に、volxjapanのLeDio7パールホワイトと、前回作った超閃光アクアブルー(東芝LED電球改)の、分光器で見たスペクトル比較です。

LeDio7と東芝LED改のスペクトル分布

いずれも光源が7つのLEDであるため、ランプの角度一つでスペクトルがコロコロ変わって見えました(笑)が、なるべく平均的なところを撮影してみました。また、青くかぶっているのも分光器の精度の問題なのでご愛敬ということで(汗)。ま、あくまでも参考までに。
ちなみに、LeDio7の方は白×6+青×1であるため、少し青の波長帯が広くなっています。また、僕の作った東芝改の方は白×4+青×3であるため、かなり青が強く強調されているのが判ります。あとひとつ水色を換装すれば綺麗な連続波長になるのかなぁ~。。。
ま、いずれにしても青の素子が入っていることで、白の素子単体よりは波長分布がマシに見えますね。(青の素子が作る青帯が白の素子が作る青帯より若干水色寄りであるため。上の日亜の素子の分光スペクトル図を参照のこと)

さあ、LEDアクア革命が始まりますよ♪

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コメントとトラックバック

  1. 1. つっち 2009/11/15 18:37

    そうそう、LEDの波長に関しては、今でも疑問に思っています。
    さすがに蛍光灯に比べると良好なようですね(^^ゞ
    とは言え、やはりメタハラに比べると・・・個人的にはUV領域の波長が足りてない気がするんですが、いかがでしょ?

    それと各色複数のLEDを組み合わせるのもいいですが、ハイパワーLEDは発熱の問題で近接しての設置は難しいですよねぇ?
    そうなると・・・水槽へ設置した時のチカチカ感が否めなくなる気がします。
    それとも、大き目のレンズを使ってすべての光をまとめてしまう?

    理想的には一つの素子に各色が一体化されている(フルカラーLEDみたいな)のがいいんですが、現状でいいのがあるんでしょうか?

    ですが、そろそろですね。
    やっと舞台が整ってきた気がしますw

  2. 2. Tetsuo 2009/11/15 20:21

    つっちさん。

    フルカラーLEDがあることはあるのですが、ようは色のバランスを整えているので多分、ご希望のものとは違います。結局無駄に電気くっているだけなので、照度的には低くなります。○○○の前のタイプは結局販売では結局シグナル変えているだけでしょうから。たしかにその方が安上がりに作れます。

    うちも散々アクア用以外も試しました。
    照度の問題がクリアーできれば、フルカラー系になるでしょうね。
    時間で色が変わるのはやはり楽しいです。

    一部のUV波長に関してはLEDもありますよ。値段高いですが。
    そちらはそちらで衝撃的な結果がありますが。苦笑。

  3. 3. Tetsuo 2009/11/15 20:35

    下記ですが、
    365ナノメートル前後の紫外線に強い殺菌力
    というの昔驚いた記憶あります。

    どうも普通の殺菌とは違うメカニズムのようです。

    h ttp://www.47news.jp/CN/200703/CN2007031901000331.html

    先月くらいの展示会にもUV関係のLEDはいろいろと出ていました。(英語)

    h ttp://www.taitronics.org/taipei/index.shtml

  4. 4. つっち 2009/11/15 21:02

    Tetsuoさん、こんばんわ
    実はフルカラーLEDも考えたことがあるんですが、仰るように照度の問題で現状は手出ししない方がいいと思いました(コントロールはワンチップマイコンで可能かと)
    もちろん、コストも頭を悩ませる問題ですw

    UV-LEDも考えたんですが、こちらも出力の問題で却下しました(普通の5mm砲弾型なら作りましたw)
    こちらも高価ですね・・・

  5. 5. Tetsuo 2009/11/15 21:49

    さすが市販に無い物を自作するつっちさん。

    私は機械関係はさっぱりなので、アクア以外の流用です。
    正直コスト高いです。笑。

    UVに至っては寿命も短いので…発熱以外のメリットないですよね。

    Vortechもコントローラを外部に出すそうなので、いろいろな奴が出てきますよ。これは楽しみです。どんなプログラムやどんなに使い易いの出るのか。あのメーカーは画期的ですよ。まさにアクア界の革命児です。

  6. 6. エイジ 2009/11/15 22:13

    つっちさん、
    フルカラーはそもそも視野に無かったので情報がありませんが、僕の知る限り現状では製品化に見合うだけの高出力のモノは無さそうです。既製のモノはあくまで装飾用途
    と言った感じでしょうか(笑)
    また、チカチカについては、今はまだ解決できないでしょうね。その辺は後回しです。僕もあまり気にならないし(^^;
    僕も去年までは全てのファイナルアンサーがメタハラでしたが、時代の流れや意識の変化から、いつまでも言ってられないなぁ、と言うのが本音です♪
    挑戦無くして発展はありませんからね。

    Tetsuoさん、
    365nmの出力が不明ですが、100%の殺菌力と言うのは困りますね(汗)
    ま、現状の製品化に見合う素子の選択肢にはまだその波長が無いので、まずは無難に紫1Wからの着手になりそうです。形状に拘らなければいくつかあるのですが。。。
    ちなみにボーテックもLED出してますのん?

    UVについては、実は裏で色々進めてます。早く案内したいです(笑)

    つっちさんもTetsuoさんも、また何かLEDの情報やアイデアがあったらアドバイスを宜しくお願いします。

    あ、つっちさん、
    5mmの砲弾UVはどんな具合でしたか? 個数とか波長とか出力とか。
    僕も3mmの392nmの砲弾×7で試しましたが、10cmで0.05mW/m2も出ませんでした(曝)
    出力が大きそうだったので期待してたのですが、せめて曇天分くらい欲しいなぁ。

  7. 7. つっち 2009/11/16 00:02

    Tetsuoさん>
    >さすが市販に無い物を自作するつっちさん。
    既に販売されてるアイテムなら、買ったほうが安いですw

    Vortechって、ポンプの方ですか?
    ポンプの直径が5cmくらいなら考えますw
    なにしろ60cmレギュラー水槽なもんですから、コラリアナノが限界のサイズなんですよ・・・(それでも大きいと感じてるくらい)

    エイジさん>
    フルカラーで1Wクラスのものは知っています。
    とは言え、水槽に照射した時は全出力が欲しくなるでしょうねぇ・・・(全部点けたら白色じゃんw)
    もっとも、1個単位で手に入るかどうかが問題なんだけど・・・

    >5mmの砲弾UVはどんな具合でしたか? 個数とか波長とか出力とか。
    確か、○月で購入したヤツだったかな?
    ホンモノのUVではなく、紫LEDってヤツです。
    さすがに暗いだろうと思い、ブルーLEDも一緒に基板に載せちゃったんです(^^ゞ
    それでも、暗かった・・・UV×8+Blue×2くらいだったかな?
    リフレクターとレンズで武装すれば、もう少しマシにはなると思いましたけど、そうこうしているうちにカ○ハタの3W単発ブルータイプみて作るの止めましたw

    余談ですけど、UV-LEDのハンディライト(ぱちもんだけどw)も持ってます。
    こちらの方がリフレクターがしっかりしてる分、明るかったです。
    蛍光色は面白いように映えますね。ただし、それ以外は真っ暗です(^^ゞ

    印象としてはSPSの色揚げは不可能って感じました。致命的な光量不足です。
    夜間の観賞用としては面白いかもしれません。逆に言えばその程度でした。

  8. 8. TAKA 2009/11/16 07:54

    ども。
    少しトピに関係ない気もしますが、「赤色の波長」ということで。
    私が使用しているT5蛍光灯の一つにKZ社のFiji Purpleってなのがあります。名前から推察できますように、紫色ぽい蛍光灯です。KZ社のページにも書いてありますが、他のアクアリストからも赤系のサンゴの色揚げによいとあります。で、この蛍光灯の分光分布を調べてみましたら、660~680nmぐらいにピークがあります。この蛍光灯に含まれる赤の波長の強さがよくわからないので何とも言えないのですが、これだけ見ると赤系の光も意図的に入れたほうが良い気もしますが、どうなんでしょうか?この辺りは経験から導き出されたのでしょうか?
    http://i677.photobucket.com/albums/vv138/taka-tech/giesemannfijipurple.jpg

    下のリンク先にどの波長の光がどの水深まで届くかと言う図があります。どこまで信憑性があるかわかりませんが、水深10mぐらいまでは赤の光が届いているように思います。
    http://i677.photobucket.com/albums/vv138/taka-tech/light.jpg

    Tetsuoさんが言われているVortechの件ですが、EcotechmarineがVortech(水流ポンプ)用に外部に開発キットを提供してVortechを他社のアクア用コントローラで制御可能にさせる、ということです。LEDは出してませんよ~。ある意味画期的なものが出そうなので、出して欲しい気もします。
    Ecotech marineの良い点は、ユーザーからのフィードバックを取り入れ、それを開発に反映しているところです。

  9. 9. エイジ 2009/11/16 15:24

    つっちさん、ども。
    もっとも手っ取り早く可能性の高い方法としては、既製の回路流用で素子のみの換装でいけるものをターゲットに探してみましたが、UVはあるけどフルカラーは無いんですよね(全波長出力固定で使う前提ですが)。固定じゃ面白くないか? 僕としては波長さえ出たら良いか的な要望しかありませんので(汗)
    UVに関しては、特殊なモノを除いてはほとんどが紫に近いですね。しかし当面はそれで良いと思います。まずは蛍光色の発光から斬り込みます。
    あとUVの出力に関しては、そもそも自然下でも、ましてや海中ではガンガン存在してないでしょうから、せめて曇天程度あれば水槽には十分かな、と考えてます。この場合、測定器だけが頼りです。UV自体はガンガン出ていても目に見えてるのは弱い紫成分だけですから(^^;

    TAKAさん、ども。
    赤の話題ありがとございます。ウェルカムです。
    僕も全然推測の域を出ませんが、まずそのKZ社のFiji Purpleと言うのは、植物向けランプではなく、サンゴ向けに専用に開発されたモノでしょうか?
    ピークからして、よくある植物向けランプのように感じました。その場合、一般的に青と赤にピークがあります。
    何故かというと、陸生植物の多くがグリーンのクロロフィルがメインであるため、利用波長が青と赤だからです。(各波長の用途は異なります)
    で、660nmの赤色光(F)と730nmの遠赤色光(FR)があればもっと理想的だそうです。
    が、これはあくまでも陸生植物がターゲットです。

    また、「赤系のサンゴの色揚げによい」というのは、その文句の通り、その対象は青の波長を指していると思われます。赤系のサンゴが利用している波長は主に青や緑だからです。
    以前の青の色揚げのスレッドが参考になると思います。
    http://www.1023world.net/bbs/question-1249548410

    さらに海洋の水深による波長の減衰は水槽の深さでは期待できませんから、与えた波長がそのまま全域(垂直方向に)に与えられます。なので、調整済みの波長分布を与えてやる必要があります。そうなるとまさにその画像の天地を返したような分布を与えてやることになり、それがLEDだと尚都合が良いと考えた訳です。

    僕は浅場~中層向けの製品へは、白LED(あるいは電球色)は必ず入れたいと考えていますし、上の考察はその考えがベースです。それは白LEDに存在する僅かな赤の波長帯に期待しているからです。しかし、わざわざ赤LEDを補色する事は不要かなと考えています。理由は上記の通りです。もし追加するとしても、かなりの広角で分散させると思います。どうもLEDの特性での赤の照射は問題がありそうなので。(実は某T氏、某Y氏の体験談にも影響を受けています(汗)
    但し、超スギノキランプを出すとしたら、橙を追加した製品開発はあるかも?

    尚、これらの考察はあくまでもこれからの提案のひとつの方向であって、経験に基づくような立派なものではありません。まずはプランAと言う奴です♪
    実績が出せたら良いなぁ~と思います。

  10. 10. エイジ 2009/11/16 15:36

    あ。書き忘れた。

    つっちさん、
    フルカラーの件ですが、実は現在の白LEDの特性って、黄色の蛍光体による部分が大きいので、フルカラーでRGBだけをそれぞれ出力させても、波長分布は3つ山になるだけなんじゃないかな? と考えてます。
    どうでしょ?

  11. 11. エイジ 2009/11/16 17:16

    TAKAさん、
    調べてみました。
    先のKZ社のFiji Purpleの分光分布は、以下の製品のスペクトルと一致します。

    東芝 プラントルクス
    http://saturn.tlt.co.jp/product/CommoditySpecData.do?search_typename=FL40SBRNA
    フィッシュルクスも大差ありませんでした。

    パナソニック 植物用蛍光灯
    http://panasonic.jp/lamp/pdf/141.pdf
    BR型(観賞用)

    OEMと言うか、決まったフォーマットがあるのでしょう。
    やはり植物向けランプを持ってきた、と言う感じかな?

    こんな製品もありました。

    NEC ビオルックス
    http://katteni.fool.jp/plant_factory/files/44.pdf

    その他オマケ。

    東芝LED電球にそっくり。
    http://www.everydaylighting.cn/docc/product-detail-57.html
    但しこの型での7Wが見つからない。。。あるらしいけど。

    エコゲリラ 400nm 7W 140°
    http://www.eco-guerrilla.com/SHOP/PAR30-140-U.html
    高いけど試してみたい。。。

  12. 12. エイジ 2009/11/16 17:36

    あ。また補足(汗)
    決して植物育成向けランプが悪いと言ってる訳ではなくて、複数のランプの中に混ぜることは良いスパイスになって非常に有用だと思います。
    上の考察はあくまでも1製品で実現する場合の分光分布としてのモノです。念のため。

  13. 13. つっち 2009/11/16 19:39

    いい素子があれば、回路を組むのも苦じゃないんだろうけど、不確定要素が大きいとなかなか重い腰(腹かw)を上げれません。

    紫外域のLED自体、出力を上げるのが難しいらしいですね。だから、紫LEDは暗いのかな?
    単に目の錯覚って思ってましたが、違います?

    確かにフルカラーLEDって3本の輝線が出てるだけな気がしますね(^^ゞ
    時間帯で色味を変えられれば面白いと思ったんだけど、単に色を変えるだけの結果に終わっちゃうのかな?

    そうそう、こんなの見つけました。
    http://jp.rs-online.com/web/home.html
    やすぅ~~~♪
    しばらくは時間が作れないんだけど、ちょいとやる気が出てきましたw

  14. 14. エイジ 2009/11/16 20:33

    > 単に目の錯覚って思ってましたが、違います?

    単に被視感度の問題じゃない?
    UVはもちろんだけど、400~450nmあたりでも人間の目の感度はメッチャ悪いよ。
    ただでさえ最近老眼が。。。(笑)

    > やすぅ~~~♪

    あ。欲しいタイプの素子が勢揃いなのに、UVが無い。。。

  15. 15. TAKA 2009/11/17 03:59

    エイジさん、
    KZのFiji Purpleはサンゴ飼育のために作られたT5蛍光灯です。KZ社は、ZEOvitシステムを販売しているドイツの会社になります。
    本当に植物用の分光分布と近いですね!T5蛍光灯の多くは、450nmあたりにピークをもってきています。そこから考えるとKZ Fiji Purpleのように660nmあたりにピークを作る蛍光灯を販売する意図が分からないです。企業戦略として実際の効果を無視した製品なら別ですが。
    KZ社のページによるとFiji Purple:10000K=1:2の割りありで使用することを勧めています。これも何か意味があるように思えます。もしかすると、観賞用の色あいだけの推奨かもしれませんが。
    赤色を意図的に入れるのが良いのかどうかは、もう少し私には経験が必要かもしれませんね。あ、因みにLedio7のMystery purpleをカクオオトゲに照射していますが、良い感じの色になっています。赤のサンゴに赤色を当てているからかもしれませんが、良い感じの赤になっています。

    直接関係無いかもしれませんが、赤(660nm)と青(450nm)の波長が褐虫藻(Euphyllia glabrescensから抽出)に与える影響について書かれた記事があります。赤の波長を受けた褐虫藻は、褐虫藻自体が成長する割合が多いようです。それに対して青の波長を受けた褐虫藻は、染色体を複製して分裂に備える活動が増えます。この結果は、1日の照射時間が11時間のときです。因みに735nmの光を与えたときの結果もあり、そのときは、ほぼ100%褐虫藻は成長しかしません。当然?、赤と青と735nmの光を混ぜた結果は、バランスよく成長・分裂を行っています。

  16. 16. エイジ 2009/11/17 05:17

    TAKAさん、

    蛍光灯については、メーカーがそう唱ってるなら議論の余地もないですね(汗)
    ただ、生物学的にも同一種に同定されるレベルで酷似している(笑)と言うことと、専用に開発したのに1:2とか、ホントはまだ言い足りませんが・・・(汗)

    ハナサンゴの結果は面白いですね。その挙動はまさに陸生植物のそれに近いです。
    どちらの波長も光合成・生理に有効ですが、特に青は形態、赤は成長、さらにFRでのエマーソン効果も赤の促進に繋がるそうです。
    ま、植物と同じ(近い)クロロフィルを持つためでしょう。
    ハナサンゴ検索したら見たら確かにグリーンですね。
    但し、対象のサンゴはある程度の水深に分布するので、弱い赤の波長帯に対して感度がとても良いようですね。クロロフィル以外の色素による連携もあるでしょうし。

    と言うことはやはり白のLEDで足りるかな?

    もし青や赤の色素を持つ褐虫藻の実験データもあったら教えてください。

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