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1. 白熱灯系
最も一般的なランプです。価格も大変経済的です。タングステンのフィラメントに電流が流れると、フィラメント自体の電気抵抗によって2千数百度に熱せられ、やや赤みを帯びた白色光を発します。中を真空にしてフィラメントの酸化(燃焼)を防ぎ、できるだけ長寿命を保つため不活性ガス(アルゴンと窒素の混合)が封入されています。懐中電灯用など小型のものにはクリプトンが封入されています。
ガラス球内面に反射率の高いアルミニウムを蒸着している為、効率がよく寿命末期まで初期の明るさを保つことができます。主に、屋内・屋外のアーム付きの投光器などに多く利用されています。
肉厚の外球で保護し、破損に対する安定性を高めています。前面レンズと特殊反射鏡により優れた集光性を実現したランプです。主に、商業施設の屋内空間の照明・ロビー・ホールでの華やかな明るさが魅力です。
管内にハロゲン元素(ヨウ素、臭素、塩素等)を封入した電球で、一般電球に比べて高効率・高色温度・長寿命を実現したコンパクトな光源です。小型ながら強力な光が得られますので、空港・公園などの大きな屋外空間から、店舗などの商業施設、スタジオ・舞台照明、そしてプロジェクターなどを始めとする光学器械などの専門機器等にも幅広く使われています。「ハロゲンサイクル」なるハロゲン元素の働きにより、蒸発したタングステンが電球内部に付着しないので、古くなっても黒ずまないのです。
2. 放電灯系
ランプ効率が高く、寿命の長い経済的なランプです。比較的手に入り易く、光色も豊富なので、極めて広い分野で大量に使用されています。熱の発生が少なく、消費電力も少ないのが特徴です。発光面積が大きく、影の少ない広がりのある光が得られるので、長い距離から物体を投光する(照らし出す)事には適していませんが、広い面を一様に照らすのに適しています。
構造は蛍光体が塗ってあるガラス管の中に水銀蒸気とアルゴンガスが封入してあり、電極に電流を流すと加熱され、フィラメントから熱電子が管内に放出された電子が水銀と衝突して発生した紫外線が蛍光体に当たって点灯するようになっています。その際に電極を数秒間予熱するために点灯管が使われ、点灯後の蛍光灯に流れる電圧・電流を所定の電流値に抑えるために安定器を入れます。
蛍光体にはハロりん酸カルシウムが主に使われます。その他の蛍光体として、緑の発光をする珪酸亜鉛、青の発光をするタングステン酸カルシウム、桃色の発光をするホウ酸カドミウム、青白発光をするタングステン酸マグネシウムがあります。これらの蛍光体の組み合わせにより、さまざまな波長や色温度に対応することができます。
- 蛍光灯のちらつきは、商用電源が交流であるため電気の流れる方向が周期的に変わる(50Hzまたは60Hz)からです。一般の使用では人間の目に感じることはありませんが、ビデオカメラや高速度カメラで撮影すると顕著にあらわれます。また気づかないうちに目を疲れさせることもあります。インバータ回路は蛍光灯に流れる電気の周波数を20〜50kHz程度に上げてちらつきを解消するために用いられています。
棒状で両端に電極がついている直管と環状で途中の一ケ所に電極がついている丸管とがあり、大きさも多種多様ありますが、それぞれ
直管：40W(長さ約1200mm)・32W(約830mm)・30W(630mm)・20W(約580mm)・10W(約330mm)
丸管：40W(直径約375mm)・32W(直径約300mm)・30W(直径約225mm)・20W(直径約205mm) といった種類が内照式サインに最もよく使われます。
また、最近は電球型に蛍光管を丸め込み、ランプ部分と点灯回路を一体化し電球と同じ口金をつけた電球形蛍光灯も作られ、家庭用に使われています。
- 蛍光灯には低力率と高力率のものがあります(力率＝実際に消費される電力÷入力電力)。JISでは力率85%以上のものを高力率型、それ以下のものを低力率型と定めています。
低力率型は実際に消費される以上の無効電流が流れるため、多数使うとスイッチなどの容量が大きくなり配線も太くなってしまいます。この無効電流を少なくするためにコンデンサーを内蔵した蛍光灯が高力率型です。無効電流は電力会社のメータで計測されないので、それによって電気料金が変化することはないですが、低圧電力の場合は力率85%を基準としてそれより力率の良いところは基本料金を割引、力率の悪いところは割増されます。
- 蛍光灯の光色バリエーションには以下のものがあります。
白色蛍光灯は少し黄色みがかった白色(色温度約4200K)で暖かみのある雰囲気を演出します。
昼光色蛍光灯は少し青みがかった白色(色温度約6500K)で涼しげな雰囲気を演出します。同じワット数なら白色蛍光灯より明るく感じます。
昼白色蛍光灯は白色と昼光色の中間色(色温度約5000K)で自然光に近い白を演出します。
電球色蛍光灯は白熱電球に近いオレンジがかった色(色温度約3000K)で白熱電球の暖かさを演出します。
三波長型蛍光灯は光の三原色である赤・青・緑を合成して発光することにより演色性・くっきり感が向上します。従来型に対して明るさも30%程度UPします。三波長型にも白色・昼光色・昼白色・電球色があります。
従来は看板サインでは昼光色、一般照明は白色と決まっていましたが、最近では一般家庭でも、その雰囲気にあわせて昼光色・白色・昼白色・電球色を自由に選ぶようになり季節にあわせて変更する家庭もあるようです。サインでも同様に、雰囲気にあわせてその発色にこだわる傾向がみられます。
- 蛍光灯をつけるためには電極を数秒間予熱する必要があり、そのために点灯管(グローランプ、グロースタータとも)が使われています。グロースタート形蛍光灯はこの点灯管が必要な蛍光灯です。
それに対してラピッドスタート形蛍光灯は点灯管が不要で、安定器やトランスの作用を利用して予熱することによって電源を入れると即時に点灯することができます。蛍光灯器具が多数設置されるビル、工場、学校などの施設用に用いられています。点灯方式に違いがあるため、それぞれの器具にあった蛍光管を取り付けないと点灯しません。
- 相対湿度90%以上の湿気中(家庭内でいえば浴室、バスルームなど)で使用する場合は、防湿型の表記のある製品を使用して下さい。
特色のある蛍光灯としてブラックライトがあります。近紫外線(300〜400nm)を主に放射する蛍光体を使った蛍光灯で、捕虫・殺菌・ジアゾ式複写機・光化学反応などに使われています。
- その他にも、水銀が放出する紫外線を直接透過する特殊なガラス管を使用した殺菌灯、光合成に適した波長の光を多く照射する熱帯魚鑑賞・植物育成用蛍光灯、昼白色のうち魚・野菜・精肉などの演出に特化した生鮮食料品用・精肉用蛍光灯、半導体工業で用いられる純黄色蛍光灯などがあります。
- 冷陰極管は蛍光灯の一種で、発光原理も同じですが、フィラメントを熱して電子を放出させる(熱電子放出)のではなく、簡単な構造の電極から電子を放出するために冷陰極管と呼ばれます。封入するガスにはアルゴンやネオンなどの希ガスと水銀が使われています。
ニッケル・タンタル・ジルコニウムなどを使用した陰極に高電圧を掛けて電子を放出させるために、寿命が非常に長く、またヒーターで加熱することがないので熱の発生が少なく、管径を細くできる利点があります。その利点を活かし、液晶バックライト・スキャナやコピー機の光源・薄型看板等のサインディスプレー関係・装飾照明に用いられています。
- 高輝度放電灯はHID(High Intensity Discharge)ランプとも呼ばれ、ナトリウムランプ、メタルハライドランプ(マルチハロゲン灯)、水銀灯などを総称したものです。
基本原理は蛍光灯と同じで、発光管内の放電によって発光します。1灯あたりの光束(ランプからでる光の量)が大きく、白熱灯に比べ高効率、長寿命で経済的にすぐれた光源として、公共施設・産業施設・商業施設・スポーツ施設オフィス・ライトアップなど、大規模空間の大きな明るさが求められる場所で広く使われます。点灯するためには、蛍光灯と同様に安定器が別途必要です。また、点灯してから明るさが安定するまで時間(始動時間)がかかります。最近は安定器の改良やインバータ装置などにより小型のHIDランプが自動車の前照灯に用いられています。
ナトリウムランプはナトリウムを封入した高輝度放電灯で、黄色味がかった光を発します。水銀灯に比べランプ効率が約1.8〜2.4倍高く、 工場や屋外の作業場、店舗の全般・重点照明用などの照明に使われます。
マルチハロゲン灯はヨウ化ナトリウム・ヨウ化タリウム・ヨウ化インジウムなど多くの金属ハロゲン化物を封入した高輝度放電灯で、白色光を放ちます。水銀灯に比べランプ効率が約1.4〜1.9倍と高く、演色性にもすぐれています。
水銀灯は水銀を封入した高輝度放電灯で、青白い光を発します。白熱灯の約4倍の発光率で同じ明るさを得るのに約1/4の灯数・電力で済みます。効率よく明るいので道路、高天井、広場などの照明に使われます。
- ガラス管の中にネオンガスやアルゴンガスを封入した放電灯で、赤色（ネオン）と青色（アルゴン）をベースとし て、蛍光管と着色管などの組み合わせにより様々な色・デザインに対応します。屋外・室内・大型・小型を問わず、直線・曲線・平面・立体と自由な形に製作できるため、文字型のサインにはネオンが使われています。また、点灯・点滅・調光・フラッシュ等を制御することもできます。照明というよりは、自ら発光する発光サインの代表です。
4. エレクトロルミネセンス
発光ダイオードは、白熱電球などの真空管光源と比較して高輝度・熱を発しない・小型・長寿命・省電力などの利点をもち、照明装置としてよりも屋外での表示灯や大型ディスプレー装置など各種の表示装置に使用されています。近年青色の発光ダイオードが実用化されたことによって、それまで主だった赤色・緑色とあわせて自然色を表現できるようになりました。
半導体ダイオードに使われる半導体の種類によっては電子の流れるエネルギーが光として放出される(励起発光)性質があり、これを利用して発明されたのが発光ダイオードです。さらに用いる半導体によって光の波長(色)が変わり、ガリウム砒素(GaAs)で赤外〜赤色、ガリウムリン(GaP)で黄色〜緑色、窒化ガリウム(GaN)で青色を発光します。さらに混ぜる不純物の割合により、波長を変えています。
- EL素子は電圧をかけると発光する物質で、様々な利点から表示装置として使われはじめています。物質の組成から無機ELと有機ELに分けられます。
無機ELの発光体は白色顔料の一種である硫化亜鉛(ZnS)にマンガン(Mn)を添加したもので、厚さ1/1000mmほどの薄い発光体を絶縁層で挟み100〜200Vの交流電圧をかけて発光させます。時計などのバックライト用として利用された小型のものしかありませんでしたが、大型化高輝度化がすすみディスプレイ装置にも使われるようになりました。ディスプレイ装置では白色の無機ELと青赤緑の3原色のカラーフィルタを併用することによってフルカラーを実現していますが、高輝度の青色発色体が未発見であることから本格的なフルカラーは難しいとされてきました。
有機ELの発光体はジアミン類などの有機発光物質で、薄い発光体を複雑に積層して5〜10Vの直流電圧をかけて発光させます。電子を物質にぶつけることにより発光する無機ELと異なり、電子の流れるエネルギーにより発光する励起発光であり、LEDに近い発光メカニズムをもつため有機LEDと呼ばれる場合もあります。低い直流電圧駆動で高輝度発光が得られることから一気に研究が進み、青赤緑の3原色を発光する有機発光物質が得られたことで、液晶に代わるフラットディスプレイとして注目されています。
EL素子は様々な利点をもっています。自ら発光しなおかつ均一的な面発光であるため、発光ムラがなく、他の光源のような反射・拡散等の装置が不要です。視認性にすぐれ、高速に応答するので残像がなく、斜めからでも遠くからでもよく見えるなど、ディスプレイ装置としても多くの利点があります。光源としても、軽量で省電力、発熱しないので省スペースで済み、高輝度であるなど多くの利点があります。
4. 照明の単位
- 電流の強さを示す単位。例えば家庭用電源の場合、100Wの電球を100Vで点灯した場合の電流が1Aです。サインの配線工事は通常10Aで1回路となされています。1回路なら40Wの蛍光灯が、低力率型で約11本、高力率型で約18本という計算になります。フランスの物理学者A.M.アンぺールにちなんで名付けられました。
- 電流の強さを示す単位。例えば家庭用電源の場合、100Wの電球を100Vで点灯した場合の電流が1Aです。サインの配線工事は通常10Aで1回路となされています。1回路なら40Wの蛍光灯が、低力率型で約11本、高力率型で約18本という計算になります。フランスの物理学者A.M.アンぺールにちなんで名付けられました。
- 1秒間に同じ位相の状態が生起する間隔。家庭用・商用電源などの交流では電気の流れる方向が周期的に変わる回数を指します。現在では主に東日本(東京電力・東北電力・北海道電力)が50Hz、西日本が60Hzなので、サインによっては事前確認が必要です。蛍光灯などの放電灯のちらつきも電気の流れる方向が周期的に変わるせいで、インバータ回路によって高い周波数に変えてちらつきを目立たなくすることもあります。ドイツの物理学者H.ヘルツの名にちなんで名付けられました。
- 仕事量の単位。電気の場合の仕事量が電力です。1Vの電圧で1Aの電流が流れた時の電力が1Wとなります。ランプの定格消費電力はランプに表示、またはカタログなどで公表されています。蒸気機関を改良したJ.ワットにちなんで名付けられました。
- VAで示される消費電力は機器に投入される電気エネルギーの量で、それに対してWは実際に使われたエネルギーを示します。電球のような単純な機器ならVAとWは同じになりますが、モーターなどコイルを使う機器では、そのロスのためにVAとWは一致しなくなります。 インバーターエアコンなど家庭製品の一部は、起動時やフル回転時に大きなVAを必要とするが、運転が安定すると低下するので、カタログにはこの状態のWが表記される場合が多いです。
- 定格寿命として公表されている数値は、ランプ自体の寿命ではなく、多数のランプで測定試験を行い、その結果半分数のランプが切れて半分数のランプが点灯している状態(残存率50％)になるまでの時間です。多数のランプを使っている場合の交換時期の基準になります。ランプの種類によって定格寿命の設定基準・測定方法が異なります。
定格寿命はランプ寿命のひとつの目安であり、周囲の環境や設置条件など実際の使用条件によって寿命が短くなる場合もあるため、あくまでも目安とお考えください。種類 設定基準 測定方法 白熱電球・ハロゲン電球 フィラメントが切れるか、ランプ光束が基準値(85%)以下になるまでの点灯時間の短い方の平均値 連続点灯試験 蛍光灯 点灯しなくなるか、ランプ光束が基準値(70%、コンパクト形蛍光灯の場合60%)以下になるまでの点灯時間の短い方の平均値 2.75時間点灯・0.25時間消灯の連続点灯試験 HIDランプ 点灯しなくなるか、ランプ光束が基準値以下になるまでの点灯時間の短い方の平均値 5.5時間点灯・0.5時間消灯の連続点灯試験
- 光源からある方向の単位立体角内にどれだけの光が出ているかを表します。光源から垂直に1mはなれた面を1ルクスで照らせる光度が1カンデラです。光源でも照明器具でもそこから出る光度は方向によって異なりますが、その光度分布を示す曲線を配光曲線といいます。「獣脂蝋燭」という意味のラテン語から来ています。
- ある方向から見た物の輝きを表します。光源の明るさのむらを見分けたりできるのは、目に入って来る光束の量が違っている為です。このように見た時に感じる明るさに対応した量として輝度が使われます。
蛍光灯など輝度の低い光源は、まぶしくないのでソフトな照明を作りやすいですが、ある方向に強い光を出したり、 遠方を照明したりするのには適しません。電球や透明水銀灯など輝度の高い光源は、露出して使うとまぶしいですが、反射鏡などで集光させて強い光を出し、 遠方を照明したり、局部的に明るくするのに向いています。
- カンデラ／平方メートルに同じ。国際単位系(SI)での輝度の単位。「輝度」という意味のラテン語から来ています。
- 空間に放射される光の量の単位で、1カンデラの光度を持つ光が、単位立体角内に放出される大きさを表します。1ルーメンは1/4πカンデラになります。つまり、空間全体に1カンデラの光源が放出する光の量は全部で4πルーメンとなります。この量によってたくさんの光がでているかどうかの目安としたり、光源の性能を表す目安としたり、輝度や照度などを計算する場合の大切な単位になっています。「窓」または「光」を意味するラテン語から来ています。
- ランプの全光束をその消費電力(ランプ電力)で割った数値。すなわち1ワットの電力で、どれだけの光束(ルーメン)を発生させることができるかを示すものです。 ランプ効率が大きい光源ほど、効率の良い(明るく経済的な)光源となります。
- 照らされる場所の明るさを表します。1m²当たり1ルーメンの光束が平均に照射しているときが1ルクスになります。場所・作業時間等により日本工業規格(JIS)で照度基準が制定されています。ラテン語の「光」から来ています。
JIS Z 9110. 室内照度に関する基準（抜粋） この照度は主として視作業面（特に指定されていない場合は床上85cm、座業のときは床上40cm、廊下・屋外などは床面または地面）における水平面照度を示します。 単位：lx 商店・百貨店 陳列の最重点・飾窓の重点 3,000〜1,500 重点陳列・店内陳列・レジスタ・包装台 1,500〜750 エレベーターホール・エスカレータ・店頭 750〜500 店内全般 750〜300 商談室・接室コーナー 500〜300 応接室 300〜200 便所・階段・廊下 200〜150 休憩室・店内全般最低 100〜75 飲食店 サンプルケース 1,500〜750 食卓・レジスタ・荷物受渡台・調理室 750〜300 玄関・待合室・客室・便所 300〜150 廊下・階段 150〜75 美容室 結髪・セット・メーキャップ 1,500〜750 調整・顔そり・着付・洗髪 750〜300 店内・便所 300〜150 旅館・ホテル フロント・帳場 1,500〜750 車寄せ・会計事務所・客室机・洗面鏡 750〜300 宴会場 500〜200 広間・食堂・調理室 300〜150 ロビー・便所 200〜100 娯楽室・客室(全般)・廊下・階段・浴室 150〜75 庭の重点 100〜50 非常階段 75〜30 防犯 5〜2 事務所 設計・製図・タイプ・計算・キーパンチ 2,000〜750 事務室a・営業室・設計室・玄関ホール(昼間) 1,500〜750 事務室b・役員室・会議室・電子計算室 750〜300 応接室・食堂・玄関ホール(夜間) 500〜200 書庫・電気室・機械室・講堂・エレベータ 300〜150 湯沸室・廊下・階段・便所 200〜100 喫茶室・休養室・更衣室・倉庫・車寄せ 150〜75 屋内非常階段 75〜30 地上通路 アーケード商店街(繁華)(注) 200〜750 アーケード商店街(一般)(注) 100〜300 商店街(繁華) 30〜100 商店街(一般) 10〜50 市街地 5〜30 住宅地 1〜10 (注)深夜1/10〜1/20の照度の残置灯を設置します。 地下通路 商店街(繁華) 1,000〜300 商店街(一般) 500〜150 駅連絡通路(交通量大) 500〜150 連絡通路(一般) 75〜200 交通関係・広場 駅前広場空港広場(交通量大) 10〜75 駅前広場空港広場(一般) 2〜30 公園 主な場所 5〜30 その他の場所 1〜10 美術館・博物館 彫刻(石、金属)・造形物・模型 1500〜750 彫刻(プラスタ、木、紙)・洋画、研究室・調査室・売店・入口ホール 750〜300 絵画(ガラスカバー付き)・日本画・工芸品・一般陳列品、洗面所・便所・小集会室・教室 300〜150 はくせい品・標本・ギャラリー全般・食堂・喫茶室・廊下・階段 150〜75 収納庫 75〜30 映像・光利用の展示部 30〜5
天然の照度 単位：lx 晴天の日向 100000 晴天の日影 10000 屋内北窓 1000〜2000 屋内中心 100〜200 室の隅 20 満月の夜 0.24 月のない夜 0.0003
- 光源の光の色合いを表します。人間の間隔に左右される光の色を、客観的な物理的尺度で表わしたものが色温度で、熱の単位であるケルビン(0℃=273.15K)を利用しています。
一般的に色温度が低い(3300K以下)と赤味がかった光色になり、色温度が高い(5300K以上)と青っぽい光色になります。人間心理的に、色温度が低いほうが落ち着きを感じ、色温度が高くなると爽快な気分になるといわれています。
各種光源の色温度例 単位：K 太陽(地表で測定) 6500 満月(地表で測定) 4125 青空 11000〜20000 曇り空 6500 白色電球 2700〜2900 白色蛍光灯 4200 昼光蛍光灯 6500 水銀灯 4600〜5600
- 演色性とは光源で物体を照明したときの色の見え方の性質をいい、 平均演色評価数は自然光(基準光源)を100とした場合の演色性を数値で示したもので、80を越え100に近いほど優れていると評価されます。平均演色評価数の測定は基準光源と試科光源とで規定された8色の試験色票の色が、どれだけ再現されているかの評価の平均値から計算されます。一般に白熱ランプは100、水銀灯は40〜55、ナトリウムランプは25〜30、普通形蛍光灯は60〜75、メタルハライドランプは60〜90です。
人間が色を認識するのは、物体に当たった光のエネルギーが波長ごとに反射・吸収されることによります。自然光は紫から赤までの連続した波長をもっている(フルスペクトル)ため、物体のどんな色も正しく再現することができますが、蛍光灯や水銀灯の光は足りない波長があるために自然光下との色のズレが出るのです。よく、スーパーの食品売り場で、陳列された商品がカゴにいれた時、違った色に見えたりしますがこれもランプの演色性があらわれた一例です。
ただし、平均演色評価数は色の再現の忠実度を表わした指数で、主観的な色の見え方の好ましさとは異なり、Raの数値が低くても好ましく見える場合もあります。
- 普段私たちが「光」として認識している電磁波を可視光線と言い、波長が380〜770nmの範囲にあります。太陽光をプリズムに通して見える虹の7色が、この可視光線であり、555nmに位置する黄緑が一番明るく感じると言われています。通常光の三原色として、赤(700nm)、緑(546nm)、青(436nm)の単色光を用いています。波長の長い赤と波長の短い紫の間である赤紫は赤と紫の単色光を混ぜ合わせることによって作られているのです。
- 色を特定する方法として、米国の画家A.H.マンセルが1905年に考案し、1930年代にアメリカ光学学会によって採用され世界に広まった方式。波長で示されるスペクトル色である色相、白色を加える度合いである彩度、そして明るさである明度を数字で表します。2.5R 4/10とある場合、赤(R)の色相2.5、明度4、彩度10という意味です。色を持たない黒〜灰色〜白の場合はN7と明度だけ表します。
