結果 Oh! Life

懲りずに書いてみたりする結果オーライな日記



20158月04

ナイトライドUV 370nmスポットLEDヒストリー

この記事を含むタグの全記事リスト: LED LEDうんちく LEDスポット Nitride スペクトル 紫外線LED 自作関連 電気系

今回は、前回ご紹介した、

脅威のUV出力1000mWオーバーを誇るナイトライド370nm搭載3WスポットLED

の誕生秘話に迫ります!

ナイトライドUVA 370nmスポットLED

ナイトライド370nm 1000mWスポットLED 誕生ヒストリー

驚異の1000mWオーバーを誇る、ナイトライド NS365L-3SVR 365nm LED!
果たしてこれをどう使う?

ナイトライド NS365L-3SVR

注) NS365L-3SVRはメーカーサンプル供給が終了したため、
現在は同等製品のNS365-3SVG(660mW@500mA)か、
または上位モデルのNS365L-3SLG(1150mW@1000mA)となります。
いずれも石英ガラスレンズ採用の長寿命仕様です(但し出力は樹脂の15-20%ダウン)

当時の記事も参考にどうぞ。

このUV LEDを搭載させる筐体として真っ先に思い浮かんだのは、例のコレ↓

DX 3WスポットLED

そう、過去にもシアンスポットバイオレットスポットでお馴染みの3Wスポットです。
しかし、シアンやバイオレットなど可視光線で使う分には何の問題もなかったんですが、これを紫外線相手に使おうとすると、色々と問題が生じます。

まず第一の懸念アクリルのUV透過率です。
前回のIllumagicの記事でも触れましたが、ガラスと違ってアクリルはUVを通しません!
そう、この3Wスポットの純正レンズはアクリル製なんです。。。

これは、前回のIllumagicの記事で紹介したガラスとアクリルの実測透過率です。

アクリル/ガラス UV減衰率

アクリルでは390nm以下の紫外線がゴッソリ減衰しているのが判ると思います。
ここに、今回の目的の370nmのスペクトルを当てはめてみると、、、

アクリル/ガラス UV減衰率と370nmスペクトル

・・・全部もってかれるやん!爆

実際に、ガラス1mmとアクリル1mmを挟んで370nmのスペクトル強度を測定すると、

アクリル/アクリルプレズム/ガラスレンズの370nm波長強度

違いは歴然。。。汗
こりゃ、ガラスかシリコンのレンズ見つけるしかないな。。。

さて、これだけのUVエネルギーがロスしたと言う事は、そのUVは一体どこに消えたのか?
はい。実に90%以上ものUVエネルギーがアクリルに吸収・消費されたということです!
そりゃ~アクリルも焦げる訳だ。。。
それが第二の懸念アクリルのUV劣化です。

と言う訳で、色々と調達した素材がこちら。

アクリル/アクリルプリズム/ガラスレンズ、リフレクター

左から、

  • 元々の3Wスポットの純正アクリルレンズ
  • シアンスポットやバイオレットスポットで使用したアクリルプリズムレンズ
  • 今回ようやく見つけたガラスレンズ
  • 今回ようやく見つけたメタルリフレクター

まずは、これらの370nm減衰量を調べてみます。
測定にはオーシャンオプティクスの積分球FOIS-1を使用します。

積分球測定:各レンズ+リフレクター+370nm LED

形状の問題で全光線は取り込めませんが、各素材とも同条件での強度比較となります。

すると、、、意外な事実が判明!?

波長強度:各レンズ+リフレクター+370nm LED

3Wスポットの純正アクリルレンズが、一般的なアクリルより遙かに透過率高いやん!?
まさか、この3Wスポットに紫外線透過型アクリルレンズが使われていたとわ!?

紫外線を透過するアクリルは、例えばアクリペットで言うとVH000みたいな奴です。

アクリペットの透過率

この図の青線がUVを通すVH000、赤線がUVを通さない一般のアクリルVH001です。

そうか。集光で使う場合なら3Wスポットのレンズこのまま使えるな。良いこと知った(笑)

続いて、リフレクター+各レンズでどんなビームになるか見てみましょう。
元の370nm+リフレクターのみだとこんな感じです。

ビーム角:NS365L-3SVR/+リフレクター

そこへ各レンズを載せたモノはこちらです。

ビーム角:各レンズ+リフレクター

うーん。。。
左は3Wスポットの純正アクリルレンズですが、UV透過型とは言え、レンズでの激しい吸収(笑)が見られますね。この分がロスと言うことです。てことは、さっきのスペクトル強度は集光レンズによって光が多めに積分球に入ってた可能性も疑われます(汗)
中央のアクリルプリズムレンズは、吸収すら見られないので、まともにレンズに入射すらしてない感じ?苦笑(裏面がポコポコしたプリズム形状なので)
右のガラスレンズは、吸収もなく全光線が前方に照射されています♪ さすがです!
注:写真に写ってる光はあくまで可視域に近い波長部分のみ(+周囲の蛍光反応)であり、見えていないUVA域すべての強度を目視で計り知ることは出来ません。念のため。

次に、実際に3Wスポットにレンズとリフレクターを組み込んでUV照度を比較します。
まずはリフレクター無しのレンズのみ。

各照射範囲&ビーム角 (リフレクターなし)

ちなみにビーム角の計算はこんな感じ。

ビーム角の計算

続いて、各レンズ+リフレクターあり。

各照射範囲&ビーム角 (リフレクターあり)

UVA測定

やはりリフレクターを入れると、ハウジング内でくすぶってた分も全て取り出すことができるようになり、ものによってはUV照度が2倍にまで引き上げることができました。アクリルプリズムは論外として(汗)、ガラス45°レンズのように、比較的ビーム角の広いレンズほどその差は顕著になるようです。一方アクリル30°の方は、そもそも狭角すぎてリフレクターの恩恵をほとんど受けないようです。それはレンズ面の写真を見れば理解できますが、ケントデリカット現象(笑)によって、リフレクターの反射面が見えない=前方への光量に影響しない、ということのようです。

上記のUV照度をスペクトル強度で表すと以下のようになります。

波長強度(UV計):各スポットリフレクターなし→あり

これは、元々の純正アクリルレンズを100%として、増減の変化を示してたグラフです。
やはりガラスレンズ+リフレクターのUV照度増加率が著しいです!
一方、純正アクリルレンズとアクリルプリズムレンズは、リフレクター効果がほとんど現れていませんね。

ちなみにこれらはあくまでUV照度であり、光源が持つUV量を示したモノではありません。
UV照度とは、特定の面をどれだけ強いUV放射量で照らすかの度合いであり、すべてはビーム角が作り出すトリックです。小さなUV量でもビームを鋭く絞れば面は強く照らされ、逆に大きなUV量でも広いビーム角で照らせば面は弱く照らされます。

そこを誤解しないように、一応積分球でもUV量を直接測定してみましょう。

積分球測定:各スポット

それぞれリフレクターのありなしでUV量の増加率を計算してみました。

波長強度:各スポットリフレクターなし→あり

UV照度の測定結果と違って、やはりスポットから発せられるUV量自体は、純正アクリルレンズよりもガラスレンズが上回っていることが読み取れますね。
やっぱり、ガラスレンズは良いことずくめ! 45°とリフレクターの相性もバッチリ♪
ただ、純正アクリルレンズもロスが少なくて使い物にはなるので、検査用の20°ビーム品としてなら価値がありそうです。

ちなみに当初は、プリズムレンズ+365nmで試作品を作って蛍光チェック用や蛍光促進用に試してましたが、今思えばまともなテストになってませんでしたね(汗)
だって、このスペクトル強度でガラスレンズと比較したら、積分値で5.5倍差ですぜ?笑
しかもガラスレンズ+リフレクターと比較したら、積分値で16.6倍差ですぜ?爆
UV照度で比較するとリフレクター無しで8.9倍差、リフレクターありで17.6倍差(曝)
あ…あ…あ… 曝

ね? 測定器によるデータの検証って、メッチャ大事でしょ?

“LEDコンシェルジュ・エイジは、
LEDで明るい未来をアクアリウムにお届けします♪”

~完~

※注意事項
各スペクトルグラフの縦軸の数字に単位のないものは、
1) 最大値が1(1.1)のもの:相対グラフ
2) その他1000~10000のもの:スペクトロメーターのカウンタ量
であり、視覚的な相対比較を目的としており、光学量を示したモノではありません

あ、コンシェルジュと言えば、今晩22時のホテルコンシェルジュをお見逃しなくぅ~笑

ホテルコンシェルジュ

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20157月29

ナイトライドUV 370nmスポットLED試作

この記事を含むタグの全記事リスト: LED LEDうんちく LEDスポット Nitride スペクトル 紫外線LED 自作関連 電気系

あの最強日亜を破ったナイトライドの超絶UV LEDを、是非ともアクアに活用したい!
でも、あのパワーを受け止めるには、砲台にもそれなりの耐久性能が求められる!
とは言え、その要件を満たす素材がなかなか現れない。。。
いつしか野望は断念かと思われた。。。

ついにオージーサンゴにUVA 370nmの波長を試す時が来た!?

しかーし! ここにきて急展開!
遂に試作品が完成したった~♪

脅威のUV出力1000mWオーバー!
1.023worldスペシャルエディション!
ナイトライド370nm搭載3WスポットLED!

ナイトライドUVA 370nmスポットLED

“使えるUV照度”を実現した初の370nmスポットLED!

強力な紫外線による経年劣化を受けることのないガラスレンズを採用!
さらに、LED素子が発する光を漏れなくレンズに伝搬するメタルリフレクターを搭載!
広すぎず狭すぎずビーム角45°の照射角で目的のサンゴをピンポイントに狙い撃ち!

ナイトライドUVA 370nmスポットLED:ビーム角

波長はブラックライトと同じ約370nm!

ナイトライドUVA 370nmスポットLED:スペクトル

一例として、8万円の365nmフラッシュライトでも半分以下の450mWですが、、、

タセト DT-365C 365nm/450mW/15°

この1.023world特別仕様では、600mAドライブで余裕の1000mWクラス!

NS365L-3SVR 電流光量特性

ドライブ電流実測値

どぉですかぁ~皆さぁ~ん!笑

これを目的のサンゴに当てることで、従来フルスペ等で確保されてきたワイドバンドブルーに新たに370nm帯域が加算され、そのサンゴの周りにはリアルバンドブルーが降り注ぐことになります♪

リアルリーフバンドブルー

このスポットLED×1灯による実際の370nm補完スペクトル強度はこんな感じです。

KR93SP-12S + 370nm 補完スペクトル強度

注) ワイドバンドブルー帯域強度が確保された環境でサンゴへ照射してください
370nm単独照射厳禁! 必ず370nm<ブルーの強度関係で照射のこと

拝啓、LEDユーザー様。
最後のピースが、ついに揃いました。
メタハラユーザー様にも、宜しくお伝えください。

このナイトライド370nm 1000mWスポットLEDに関するお問い合わせはこちらまで。
一応、DXの3Wスポットを送って頂ければ、バッチリ改造してご返送いたします。
3Wスポットの購入が面倒な方には、僕が代理購入することも可能です。
用途に応じて、サンゴ用45°ビーム仕様の他に、検査用20°ビーム仕様も可能です。

ナイトライド370nmスポットLED UV照度@30cm (実測値)
サンゴ用45°ビーム仕様 1268 uW/cm2
検査用20°ビーム仕様 2450 uW/cm2

尚、ナイトライドNS365L-3SVRはメーカーサンプル供給が終了したため、次回製作分からは同等製品NS365L-3SVGまたは上位モデルのNS365L-3SLGにて製作する予定です。但し、いずれも石英ガラスレンズ採用品なので、樹脂レンズだったNS365L-3SVRよりも出力はやや劣りますが、その分高耐性で長寿命となります。また、価格が非常に高価であるため、総改造費は1~1.2万円程度かかりますのでご了承ください。

改造内訳 費用目安
3WスポットLED本体 (DXで$6.84)
※但し希に故障品/低出力品あり (当方で修理対応可)
1,000円
改造費用 ・ナイトライド365nm LED
・メタルリフレクター
・ガラスレンズ45°
・工賃(各光学測定含む)
チップサイズ:45mil
NS365L-3SVG採用
10,000円
チップサイズ:60mil 55mil
NS365L-3SLG採用
12,000円

次回、ナイトライド370nmスポットLED完成までの道のりを解説します。

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20157月04

最新LEDシステムライト総括2015

この記事を含むタグの全記事リスト: LED LEDうんちく LEDライト スペクトル

すみません。アップするの忘れてました(汗)

2015最新システムLEDライト特集のまとめです。

■今年の夏こそ!システムLEDライト特集♪ 目次

今回は、あくまでもサンゴ育成性能に重点を置いたため、操作方法や機能紹介を期待された方には物足りなかったかも知れません。その際はご期待に添えずすみませんでした。
足りない情報はユーザーさんブログや販売元サイトを参考にして下さい。

そして、今回各最新製品をお貸し下さったLSSBHに心よりお礼申し上げます。

以下、今回のレビュー全製品の分析データ比較です。

【実測値分析】 ビーム角/ブレンド/分布

ビーム角比較

* 右側のビームは判り易くコントラストを高めています

■レンズ特性評価

製品 公称値 表面処理 ブレンド 均一分布
Prime 80° フレネル
KR90DR 60°+70° プリズム
Hydra 80° フレネル
Radion G3 Pro 80° クリア
KR93SP 55°+75° プリズム+クリア

ビーム角、光の混ざり、光の均一な分布など、いずれの製品も問題はありませんでした。 ビームに関しては昔ほど意識する必要はなさそうですね。

【実測値分析】 スペクトル強度@45cm (84×60cm2 平均)

各製品の平均PAR@45cm(84×60cm2)を縦軸としたスペクトルグラフです。
判りやすく言うと、製品の45cm下の84×60cm2の面積に対して平均的にどれくらいのPAR強度のスペクトルが降り注いでいるか?、と言うことです。判りやすいかな?汗

●AI Prime

スペクトル Prime

PAR積分値 : 54.6 umol/m2/s

●eco-lamps KR90DR

スペクトル KR90DR

PAR積分値 : 73.0 umol/m2/s

●AI Hydra

スペクトル Hydra

PAR積分値 (Hydra 26) : 125.4 umol/m2/s
PAR積分値 (Hydra 52) : 210.9 umol/m2/s

●EcotechMarine Radion G3 Pro

スペクトル Radion G3 Pro

PAR積分値 : 249.9 umol/m2/s

●eco-lamps KR93SP

スペクトル KR93SP

PAR積分値 (KR93SP-24S) : 194.5 umol/m2/s
PAR積分値 (KR93SP-30S) : 217.3 umol/m2/s

●全製品スペクトルPAR強度比較

スペクトル強度(PAR)比較

PAR積分値 (= 平均PAR @45cm @84×60cm2)
Prime KR90DR-24S Hydra 26
Hydra 52
Radion G3 Pro KR93SP-24S
KR93SP-30S
54.6 73.0 125.4
210.9
249.9 194.5
217.3

* 単位:umol/m2/s

サンゴ照明のスペクトルについて

光合成の効率や色揚げは置いといて、「飼育が可能かどうか」だけで見れば、単純な青と白のLEDを足しただけの青白スペクトルでも結構な範囲のサンゴは飼育可能です。さらに深場のLPSあたりは青LEDだけでも多くは飼育が可能です。しかし、サンゴの持つ色素や蛍光などを維持しようと考えたり、さらなる色揚げを狙うには、それらに必要な波長と強度を有した製品を求めなければなりません。
しかし現状では、各社の製品のスペクトルには各社固有の特徴や傾向が見られます。そしてそれは、多くはサンゴの要求を満たすことを研究し尽くした集大成であるはずですが、実際は必ずしもそれだけで100%成り立っているわけではありません。むしろ一般的には、コストと妥協の折り合いから行き着いた形である場合の方が多いかも知れません。
例えば、一通りの波長のLED素子を搭載しつつも、しかしそれぞれの素子には電気的な制約(定格)があるため、5W駆動が可能な素子は5Wで回し、3Wが限界のモノは安全圏の2.5Wで回す、等の仕様を持っている場合、それは果たしてサンゴのため? コストの都合? と疑問に思うことでしょう。しかし、だからといってそれがコストだけを優先してサンゴの要求を蔑ろにしたという訳ではなく、ある程度の範囲のサンゴを対象に「必要最小限」を満たす仕様を確保した上でのコストとの折り合いであり、その許容範囲や条件をどこで線引きしたかの判断が各社で異なった故の結果だろうと僕は考えています。従って、もしコストに糸目を付けず、売価も無視して良いなら、恐らく各社のスペクトルはきっと似たところに落ち着くのでは?と思います。しかし、現実問題としてそれは非常に難しいでしょう。

僕はスペクトルに関して、現状のフルスペの特性がもっともサンゴに最適だと考えています。それは4年前から変わりません。また、僕はアクアリスト兼ダイバーでもあったため、あくまでも海中での発色と、自然下での健康な生育のための光環境の再現にはこだわりましたが、観賞向けに演色性を高める(赤光を当てて赤い色素を綺麗に魅せる)、と言う設計は適用しませんでした。なぜなら、生息域の海中と異なる光環境を与えれば、生理的な影響から少なからず色彩の維持にも悪影響を与え兼ねないからです。
従って、強いて挙げれば、製品選びの分岐点はそこにあるかも知れません。観賞性・演色性にこだわる(赤い色素を綺麗に見たい)なら、フルスペは向きません。ちなみにこの場合の演色性とは、純粋な色の発色に対しての話です。トゲサンゴの赤色を綺麗に見たいならその赤を発色させるための赤の波長が入った製品の方が当然赤く見えますよ、と言うものです(トゲの赤の色素の維持についてはまた別の話)。もちろん、蛍光タンパクの発色であればフルスペやDRがオールマイティな蛍光励起に向いてます。波長強度が特定の範囲に集中した製品だと、蛍光発色も偏りがちになりますからね。
ちなみに、同じ赤でも蛍光レッドにはブルー~シアン系の波長が必要ですので、赤を当てる演色とは切り離して考えてください。

そして最後にもっとも注意して欲しいのは、サンゴ照明は波長か?演色か?の単純な二択ではないと言うことです。この条件がもたらす結果をよく想定してください。

波長OK/演色OK : 蛍光タンパク形成OK、色素タンパク形成OK、観賞OK
波長OK/演色NG : 蛍光タンパク形成OK、色素タンパク形成OK、観賞NG
波長NG/演色OK : 初めは観賞OK、但し各色素が維持できずいずれ衰退

そう、演色性を満たす照明を選ぼうが選ばなかろうが、いずれにしても波長性能が伴っていないと意味がない、ということなのです。
また、赤を入れるにも限度があります。入れすぎは白化や褐色化(蛍光褪色)の元です。そして、一般赤630nmではなく深赤660nm入りを選んでください。サンゴは630nmはほとんど吸収しません(反射している)が、660nmはよく吸収します(クロロフィルのため)
もし、サンゴの蛍光レッドが褪せていく場合は、これらの赤を弱めてください(蛍光レッドの必然性を妨げない)。そのためにも赤には独立した調光機能が必須です。

結局、サンゴ水槽に何を求めるか? それ次第です。
●海中の光環境も含め、切り取った海を再現したいのか? (海の中での発色を再現)
●サンゴの潜在色を楽しみたいのか?(自然下での発色ではなく陸上で見た色を再現)
但し、後者はサンゴの生息域の光環境ではないため、色彩変化の覚悟は必要です。

【実測値分析】 PAR関連データ

■PAR/Watt & スペクトル グラフ

無断転載禁止 / Unauthorized reproduction prohibited.
Gebrauchen die Bilder ohne Genehmigung verboten.

これらのグラフは、コピーライト表記を消して無断転載していた人がいたので、目障りですが上記のように赤文字で注意書きを入れておきます。

■PAR分布 - ブルーバンド (380-500nm)

平均PAR
@45cm
(84×60cm2)
380
|
400
nm
400
|
420
nm
420
|
440
nm
440
|
460
nm
460
|
480
nm
480
|
500
nm
Prime 0.56 3.33 6.95 9.91 9.20 4.19
KR90DR-24S 0.16 4.07 14.83 16.54 16.14 10.66
Hydra 26 0.37 4.20 19.72 53.94 15.97 3.25
Hydra 52 0.69 10.84 26.97 80.70 28.22 5.69
Radion G3 Pro 3.26 16.48 40.44 71.84 35.48 13.81
KR93SP-24S 9.40 20.17 27.87 30.49 30.14 21.46
KR93SP-30S 10.87 25.70 35.92 36.14 30.18 21.37

* 1位 / 2位 (単位:umol/m2/s/nm)

■PAR分布 - 中域以降 (500-700nm)

平均PAR
@45cm
(84×60cm2)
500
|
550
nm
550
|
600
nm
600
|
650
nm
650
|
700
nm
380
|
700
nm
Prime 6.95 5.33 3.46 4.44 54.32
KR90DR-24S 6.87 2.03 1.06 0.36 72.72
Hydra 26 9.45 8.03 5.08 4.89 124.9
Hydra 52 17.20 15.39 10.84 13.10 209.64
Radion G3 Pro 24.34 18.26 12.06 12.92 248.89
KR93SP-24S 26.48 15.53 9.28 3.06 193.88
KR93SP-30S 27.08 16.39 9.56 3.10 216.31

* 1位 / 2位 (単位:umol/m2/s/nm)

各波長毎に見ると製品毎にPAR分布は個性がありますが、380-700nmのトータルPAR強度で見るとおよそ消費電力順になっています。ま、今回の製品はいずれもビーム角が大差ないので当然ですけど。
単純にPAR強度で選ぶならRadion G3 Proってことになります。
演色性(赤が綺麗に見える)で選ぶならPrime/Hydra/Radionです。
UV域の帯域と強度で選ぶなら断然フルスペです。
LPSならDRが最適ですが、中にはフルスペを白少なめ青多めで使われてる方も♪

■PAR効率/PAR総量

PARデータ
(84×60cm2)
Watt PAR/Watt効率 PAR総量
[umol/m2/s]
@84×60cm2
30cm 45cm 60cm 30cm 45cm 60cm
Prime 47W 231.9 191.8 149.4 10901 9013 7020
KR90DR-24S 45W 296.6 267.6 231.1 13347 12041 10398
Hydra 26 78W 310.1 265.3 199.2 24190 20695 15735
Hydra 52 125W 320.6 276.2 215.0 40394 34802 26877
Radion G3 Pro 163W 283.9 253.0 209.6 46554 41238 34170
KR93SP-24S 132W 272.7 243.5 203.7 36267 32137 26882
KR93SP-30S 152W 280.1 234.3 198.8 42862 35853 30221

* 1位 / 2位

PAR総量で見ると、やはり単純に消費電力順になっちゃいますね。
それにしてもHydraは効率良いなぁ。。。

■中心直下光量

中心直下光量 中心直下PAR
[umol/m2/s]
中心直下LUX(JIS)
[lx]
30cm 45cm 60cm 30cm 45cm 60cm
Prime 516 221 121 16608 7420 4066
KR90DR-24S 348 230 164 5946 4034 2942
Hydra 26 745 342 187 15964 7276 4018
Hydra 52 1064 519 297 26440 12342 6980
Radion G3 Pro 1114 622 408 28600 15820 10502
KR93SP-24S 810 505 324 24280 14594 9784
KR93SP-30S 778 504 357 21970 13732 9382

* 1位 / 2位

中心直下のPAR強度は、HydraやRadionのようなLED素子が密集したユニットを使った製品は一点に光エネルギーが集中するため当然大きくなり、フルスペのような筐体全体に等間隔でLED素子が配置された製品はさほど大きくはなりません。
照度は人に明るく見えるかどうかの指標なので、あまり意識する必要はありません。

以上、最新LEDシステムライト特集2015でした。
各製品とも、良いところも悪いところもバッチリ理解した上で、皆さんが目的に合った良いお買い物ができたら良いなぁ~と願っております!

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