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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

太陽光LED:理想と現実

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そもそもの誤り。

これまで、造礁サンゴの飼育といえばメタハラであり、その恩恵はもはや疑う余地の無い確立された存在でした。そしてその一番の理由は、なんと言っても太陽光の代替として申し分ないスペクトル分布に他なりません。太陽を浴びて生活する生き物に太陽を与えるのは至極当然の模範解答であり、効果を見てもそこに克服しがたい問題点などおよそ見当たりません。そして時代は進み、比較的ハイパワーのLEDが登場したことで、ブルー光などの補色も手軽におこなえるようになりました。そう、あくまでもメタハラの補助に使う分には、LEDは非常に有用なアイテムだったのです。

しかし、ここ最近、状況は変わりつつあります。遂にLEDがメタハラに取って代わり、メイン照明としての地位を築き始めました。特に昨年からのLEDの進化には目を見張るものがあり、驚くほど目覚めしい進化を遂げました。アクア業界でも各社から次々とLED照明がリリースされ、既に多くのアクアリストもその可能性に挑戦し、効果を吟味し、結果も出してきました。

ところが一方で、思うように結果が出せないケースも多く、アクア照明としてのLEDに疑問の声がいくつも挙げられるようになりました。中にはメタハラに戻るユーザーも見受けられます。しかしそんな声をよそに、各社からは何事も無かったかのように黙々と製品が投入されてきます。疑問に応えるアナウンスも、成功のためのノウハウの提供もありません。この温度差はなんなのでしょうか?

まず、落ち着いて冷静に分析を進めてみます。すると、あることに気づきます。
どのLED製品も、メタハラに代わる効果を裏付けたスペックがまるで提示されていないのです。照度こそ今は公開が定着しましたが、なんと肝心なスペクトルの情報が一切公開されていません。ごく一部のメーカーでは公開されているものの、果たしてそれで光合成の要求が満たされてているのかどうか何も触れられていません。それどころか、開発の段階で本当に波長を考慮しているのかどうかすら怪しいのが現状です。そもそも光合成のための製品なのに、光合成の波長が精査されていないなんて。。。

まさか、ただ素子を混ぜてるだけなのか!?

日亜とCreeの白LEDのスペクトル

LED製品の白色光を構成しているのは白色LEDで、およそ上図のような特性です。メーカーや型番によって若干の違いはあっても、青チップと黄色蛍光体で擬似白色を作っている点では同じです。
ここへ青LEDを混ぜて色温度を高めたり、一部の製品では赤LEDを入れている場合もありますが、ちょっと考えてみれば、それをどんなに組み立てたところで、それが太陽光にはほど遠いスペクトルであることは容易に見当が付きます。

そう。あくまでも人間の目で見た光色のみで構成を決定しているのが明らかであり、光合成から見た要求波長を追求した形跡がまるで感じられません。なんてこった。。。それがアクアLEDの現状なのか。。。

いやぁ、前振りの長いこと(曝)
随所のチクチクは大目に見てください(汗)

と言う訳で、僕はちゃんと当初から真剣に取り組んできましたよ。
夜も寝ないで昼寝して。
そしてようやく形が見えてきました♪

オリジナルブレンド4号機のスペクトル

自信を持って公開します。これがオリジナルブレンドの4号機のスペクトルです!
シアンの下限を相対値で50%をキープ♪
アンバーも妥協無しで相対値60%オーバー♪
嘘はありません!(素子の公称スペクトルに嘘が無いことが前提ですが)
今回はベース照明としての白色を極めることを目的としたので、敢えてUVは除外しました。青やUVの補強はあくまでも補助ランプでおこなおうと言うスタイルです。そう、作るべきは、まさに白色のメタハラ♪

そしてもうひとつ、メイン照明にも新たに新LED素子を使ったデモ機を迎えましたが、実はスペクトル自体がまだ製造元から公開されていないため、詳細はもう少しあとになりますのでご了承ください。
とりあえずこちらで観測した分光器によるスペクトルのみ公開しておきます。

既製のアクアLEDと自作LEDのスペクトル比較

比較のための太陽光、日亜とCreeの白LED、そして今回のオリジナルブレンド4号機と新LEDデモ機のスペクトルと演色です。

日亜・Cree共にシアンは大きく欠落し、演色を見ても黄色と黄緑の区別がつかず、シアンも赤もドス黒いのが判ります。これが現状のLED照明もれなく全ての特性です、残念ながら。これでメタハラの代わりをさせようと言うのはあまりに無謀ですよね。

一方、今回の僕の新作は、共に青から赤までのおよそフラットなスペクトル分布を実現しました。太陽光には負けますが、まずは叩き台としては満足のスペックです。特にオリジナルブレンドは高い色温度にも関わらず鮮やかな赤が発色できるのがミソですかね。もちろん、シアンも超鮮やか♪

だけど、これはあくまでも公開用のものです。
実はまだ本命の隠し玉があったりして♪

おっと、いけねぇ。今はここまでだぜ。

さて。ちょっと休憩ネタを。
下の画像は、分光器で見た肉眼での見え方と、いざ撮影した場合の比較です。

肉眼で見た分光スペクトルと撮影したスペクトルの違い

シアンも黄色もデジカメには写らなくていつも難議してます。
これまでの画像でも、緑と赤の境界には黄色があると思ってもらって差し支えありません。画像では欠落した谷のようにも見えますが、ちゃんと連続したスペクトルになってます。
また、シアンは多少は写るので、太陽光のスペクトル画像だと青と緑をうっすらと繋いでいる程度には認識できます。しかしそれが感じられないものは、やや谷になっていると捉えてもらえばOKです。
ちなみに、日亜やCreeのような一般の白LEDともなると、完全に青と緑が分断して黒いスペースが発生します。これがシアンの欠落です。そしてこれを補完するのは並大抵ではありません。。。

上記のオリジナルブレンド4号機の方は、LeDio 7をベースに素子の換装で製作可能です。もしご希望の方がいましたらメールください。ある程度のご要望がまとまれば、製作代行を承ります。但し、素子の調達に時間が掛かったり、素子が欠品になる場合もあるので予めご了承を。
ご希望・予約はこちらまで→ info@1023world.net

2010/11/10 14:00 追記
オリジナルブレンドのベースランプは、LeDio 7やLeDio 21あたりが可能で、お手持ちのものをお送りいただく形でも、こちらで新品を用意しての改造でもOKです(もちろんメーカー保証は無くなります)。また、それ以外のものでも可能な場合がありますので、必要であれば事前に前面カバーを外して、素子面の写真をお送りください。該当製品のメーカー名と型番もお願いします。それによって可能かどうか判定させていただきます。

2010/11/11 13:00追記
若干青っぽくとか、好みに応じて多少の色味の調整も可能ですが、僕的には基本光源として波長全域をカバーしたホンモノの白を強くお勧めします。その上で好みの補助ランプで色を補正すると良いでしょう。要するにメタハラと同じ使い方です。UVも含みませんので、レディオの400UV等で補完すると良いでしょう。

携帯からご依頼の方は、こちらからの返信に備えて、1023world.netドメインを受信可に設定しておいてください。メールがエラーで返ってきてしまいます(汗)

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LEDの問題点と現状での解決策、でもまだ問題が…

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昨日の投稿で「次回へ」と手抜きしたので、とりあえず続きです。

まずは、お約束のいつものグラフ。主な海洋性光合成色素の吸収スペクトルです。
要するに各色素がこの感度で光(波長)を利用していると言うことです。

海洋性光合成色素の吸収スペクトル

で、次に現在アクア向けに流通しているLED照明(システムもスポットも含め、もれなく全ての製品)で採用されている素子の種類と、その組み合わせ例です。実際のスペクトルデータは人気のCree社のものを用いました。

既製のLED製品の素子の組み合わせ

ちょっと判り辛いけど、白LEDの光源の青ピークとロイヤルブルーのピークが同一の帯域なので、スペクトル曲線が重なっていて見辛いですが、ご了承ください。

ご覧の通り、白LEDの特性は、光源の青と、それに励起された黄色蛍光体の発光スペクトルが合成された、2つの山で構成されています。これが一般的な青チップ+YAG蛍光体による白LEDの特性です。日亜特許の真骨頂です(笑)。
そして現在、アクア製品で採用されている白LEDの全てがこれに該当します。見ての通り、500nm前後のシアン領域と、650nm前後の赤領域の波長強度が極端に弱いことが判りますね。そしてもう一度最初の光合成色素の吸収スペクトル図を見ていただきたいのですが、シアンはカロテノイド系色素や一部のフィコビリンが利用していますし、赤はクロロフィルは勿論のこと、一部のフィコビリンも利用しています。そう、この白LEDの特性では、その比較的重要な帯域が欠落しているのです。

そして更にマリンアクアリウムでは、色温度を高くするために、白LEDに対して青系の素子をブレンドしているケースがほとんどです。パターンとしては、460~470nmの通称ブルーの素子を混合したり、あるいはより濃い450nmのロイヤルブルーを混合したりと、メーカーや製品によってまちまちです。

ただ、ここにもひとつの問題が見られます。
上の図の通り、どうせ混合するなら、やはり少しでも帯域を広くカバーするために、ロイヤルブルーではなく普通のブルーを混ぜるべきでしょう。それだけでも500nmのシアン帯域は若干の引き上げが得られますから。但し、白無しのブルーランプとするなら、ブルーとロイヤルブルーの混合は大変有意義だと思います。

さて、昨日も書きましたが、照度の確保によって何故うまくいき易くなるのか、判りやすく図で表すと、こんな感じです。

照度確保による成功例の種明かし

ただ、赤字の通り、どうしても副作用的な挙動が付きまとうのは避けられません。不足分の引き上げに伴って、どうしても青や黄色が強くなりすぎるのです。
そして、グラフの背景のグラデーションが太陽光のスペクトルなのですが、本来こうあるべきスペクトルに対して、このようなLEDのスペクトルなのですから、不具合があって当然なのかも知れません。

ちなみに赤はなんとかなります。あくまでも白LEDはそのまま増やさずに、代わりに電球色を追加することで、相対的に赤みが増し、良い具合に赤が補完されます。
しかし、シアンはどうにもなりません。現状、シアンを補完する方法は提供されていないのがほとんどです。確かmax-sのオプションではシアンLEDがラインナップされていた気がしますが、実際には売ってるのを見たことがありません。
また、これは僕の経験ですが、シアンの素子を試してみて、まともにシアンであった試しがありません(曝)。ランクの問題だと思いますが、どう見ても緑な場合が多いのです。確かにシアンの範囲は490~520nmあたりとされているようですが、520nmと言えば立派な緑です。もしかしたら、シアンの505nmって作るの難しいのかしら?
そのため、よほどしっかりとランクを管理して販売しないと、クレームの元になりそうです。最近の各社のラインナップにシアンがなくなってきたのはそのせいか?(単に需要の問題かも知れんが)

と言う訳で、LEDの現状での解決策の答え合わせは以上です。
ま、ほとんどは僕が勝手に言ってるだけなので、間違いがあったらご指摘ください。

次回、白LEDの根本的な波長問題の解決策として新たに開始したLED実験第3弾のスペックについて触れていきたいと思います。

追伸:
今気づいたけど、太陽光スペクトルのグラデーションの色がだいぶずれてますね(汗)
次の機会に描き直します。。。

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LEDのチカチカは脳の混乱

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どうも。
LED脳科学クリエーターのエイジです。
うそです。

前回の記事で、「LEDで目がチカチカすんのはエグザイルのせいちゃうのん?」と言う推測に至りましたが、今回はもう少し掘り下げてみたいと思います。

そのために本日は特別ゲストをお招きしております。
日本国民なら誰もが憧れる、あの有名人です♪
では、どうぞ~。

諭吉さんで目の錯覚テスト

この中に、ひとりだけ目がチカチカする諭吉さんが混じっています。
お判りでしょうか?

そう。答えはBの諭吉さんです。
決して神々しくて目が合わせられない訳ではありません。
では何故、チカチカするのでしょうか?

それは、脳の混乱です。
特に人物の顔だと発生しやすいようですが、これはどこでも条件さえ揃えば引き起こされるようです。
その条件とは、目から捉えた像に対して、脳が焦点距離・ピント補正の必要性を感じた際に、これを無意識に修正しようとして引き起こされます。

上の例では、Aは普段見慣れている(僕は見慣れてないけど)像ですから、脳の認識に問題は発生しません。
また、一見Cは見慣れてはいませんが、普段の認識から著しく掛け離れた像であるため、脳はそういう像だと認識せざるを得ませんから、それ以上の混乱は発生しません。

しかしBの場合、とても惜しいのです。普段見慣れた像であり、あともう少しピントを補正すれば正しい像が得られるのです。・・・と、脳が思い込んでしまうのです。そのため脳はせっせとサーボを働かせますが、あれれ、どうしたことかピントが合いません。そりゃそうです。ピントは既に合ってますから(曝)
その結果、Bを見た時に、違和感を覚えたり、目が変になった感覚に襲われるのです。

ちなみにこの現象の解説はどこかで見た受け売りで、記憶を頼りに適当に書いてますから、誤りがあったらごめんです(汗)。でも確かこんな感じです。

さ、本題のLEDのチカチカについて考えます。
前回の記事の結果から、LEDでもこれと同様の現象が起こっているのではないか?と考えました。そしてその原因は、複数の素子を搭載したLEDランプによって引き起こされる、影の多重化ではないか?と。

上の諭吉さん同様、普段我々は日常的に影というものに触れています。
外でも室内でも、クッキリの影やボンヤリな影まで、これを見ない日はありません。
しかし、よく考えてみると、影は通常ひとつです。よほど特殊な環境で無い限り、複数の影が発生したり、それらが均等な強度で発生することは稀です。しかも多素子のLEDのように、ほぼ同じ地点から同じ強度で微妙にズレて促される影なんて、まずありませんよね。

そこで、前回の記事を思い出してみましょう。
拡散60°レンズではあまり問題になりませんでしたが、特にレンズ無しのLEDでは、素子の数だけ影が強烈にエグザイルでした。

レンズ無しの影と、拡散60°レンズによる影の比較

果たしてこの影を脳はどう処理するでしょうか?
あれれ? 見慣れた影だけどピントがちょっとズレてらぁ、よいしょ、よいしょ、あり?
こんなことがあなたの脳で発生していませんか?

皆まで言うな。
本日私はこれを「エグザイル・シンドローム」と命名し、学会に発表しようと思う。
うそです。

ところで、びっくりしたんだけれども。
諭吉さんて、スキャナがちゃんと拒否るようになってるんですね!?
スキャンしようとしたら、「お札はコピーしちゃいかーん!」て怒られました(汗)
すげぇ。。。どーなってんの?
で、まぁ、無視したんだけれども。。。
逮捕されないよね?(汗)

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