電気電子工学特別講義「グリーン・エレクトロニクスの現状と動向」～道路および移動体用光源～
電気エネルギー変換工学本村英樹

2011年6月6日（月）電気電子工学特別講義

1光の単位（測光量）について

2011年6月6日（月）電気電子工学特別講義

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光の強度
「光」はエネルギーの一形態
J（ジュール）～エネルギーの単位
1 J= 1 N（約100 gの重さ）のものを1 m引き上げるのに必要なエネルギー
食品: 1 kcal=4190 J
基礎代謝量（青年）: 1秒当たり58~72 J (1200~1500 kcal/日)
電力量: 1 kWh=3,600,000 J （約20円）
W（ワット）: 1秒当たりのエネルギー
1 W=1秒間に1J（例）１か月の電力消費が500 kWh（18億J）
18億J÷（60×60×24×30秒）＝700 W
光のエネルギー（例）
蛍光灯（30型）: 約8 W
LED電球（60型、消費電力7.5 W）: 1～2 W程度
教室で、A4資料1ページを照らす光: 約0.1 W*
2011年6月6日（月）* 照度600 lx、平均視感度360 lm/Wとして計算
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3放射量と測光量
色（波長）によって光の見えやすさが異なる

1 Wの光
紫外光: 0 lm
青色:62 lm (470 nm)
緑色: 683 lm (555 nm)
橙色: 517 lm (590 nm)
赤色: 181 lm (630 nm)
赤外光: 0 lm

標準視感度 (lm/W)lm（ルーメン）: 見えやすさを勘案した光の強さの単位

600
400
200
0400

500

600

700

800

波長 (nm)2011年6月6日（月）電気電子工学特別講義

4主な測光量測光量 記号単位

対応する
放射量単位

光束

Φlm（ルーメン）

放射束照度Elx（ルクス）

放射照度 W/m2（ワット毎平米）

光度Icd（カンデラ）

放射強度 W/sr（ワット毎ステラジアン）

輝度Lcd/m2
放射輝度 W/(sr⋅m2)（カンデラ毎平米）（ワット毎ステラジアン毎平米）

W
（ワット）

測光量と放射量で同じ記号必要に応じて添え字で区別する（例）Ev: 照度、Ee: 放射照度（v: visible, e: energetic）
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光束と照度エリアSに入射する光束=Φ (lm)
1秒間に入射する光エネルギー× 目の感度

エリアSの面積=S (m2)

机の天板面の位置Sでの照度=S

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ΦS(lx)

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光度Ω
Ω

Φ2
斜め向き:Φ
I2 = 2ΩΦ1
下向き: I1 =＜立体角＞錐体の頂点から見た広がりを表す量のこと。
錐体の頂点を中心とする半径1の球の球面を切り取ったときの面積で表す。
面積ΩΦ1(cd)Ω立体角Ω (sr)光源を中心とする微小錐体: 立体角Ω
微小錐体に含まれる光束: Φ
その方向の光度 I =2011年6月6日（月）

半径1の球

Φ
(cd)
Ω
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光の向き（配光特性）
配光曲線例「理想的な」場合
点光源（東芝ライテックホームページより）

面光源

1 cd
1 cd

1 cd
1 cd

1 cd

面積S

θ

見かけの面積Scosθ

0.5 cd0.77 cd

1 cd

1 cd
1 cd

全部で4π lm

1 cd

0.93 cd

全部でπ lm

光源が見かけ上小さくなる（cos θ倍）→ 「明るさ」（光度）も小さくなる（cos θ倍）

2011年6月6日（月）ランベルトの余弦則
均等拡散面
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輝度
光源

均等拡散面の場合

Ω

点Pを含む
微小面積S

0.5 cd

θ点P

0.77 cd
1 cd

Ｓから出射し、微小錐体に含まれる光束Φ

θ方向の光度L(θ ) =

この方向から見た点Pの輝度

L=ΦΩS cos θ=

IS cos θ

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cosθ倍I (θ ) I cos θ I==
S (θ ) S cos θ S

θ方向の見かけの面積

光度を光源の見かけの面積で割ったもの
2011年6月6日（月）0.93 cdcosθ倍輝度は、真正面から見ても斜めから見ても同じ
9道路照明について

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10道路照明の目的
道路照明の目的• 夜間やトンネルのように明るさの急変する場所で、視覚環境を良好にし、道路交通の安全・円滑を図る。
• 商業活動を盛んにする。
• 住宅地区の防犯のため。

必要な視覚情報• 道路上に障害物や歩行者などが存在するかどうか。
• 道路の幅や形状• 道路上の特殊箇所（交差点、分岐点、屈曲点等）• 走行車線の路面の状態• 他の自動車などの存否、種類、速度、移動方向

照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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11道路照明の要件
路面輝度
ある一定の明るさが必要
0.5～1.0 cd/m2
均斉度
路面輝度にむらがあると、- 暗い部分での視認性が悪くなる。
- 運転者に不快感を与える。
グレア
不快グレアと視覚低下グレア
光源のまぶしさをカットする必要がある。
誘導性
道路の線形、勾配、構造が認識しやすい照明設計が必要。
照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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輝度基準

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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輝度分布と障害物の見え方

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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灯具配光の選定

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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15照明方式の比較

照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/411/

誘導性の例

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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灯具配置の種類

照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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分合流点での照明

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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19トンネル照明について

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20トンネル照明の構成
入口部照明
基本照明
出口部照明
停電時用照明岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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入口部照明昼間にトンネル内が暗黒の穴に見える詳細を識別できるようにする必要がある
トンネル内の輝度に順応する時間が必要過渡的な照明が必要

照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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基本照明

道路照明よりも高い輝度基準

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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出口部照明昼間時、次の条件を満たす場合に設ける。
1.トンネルの設計速度が80 km/h以上
2.トンネル出口部の野外の輝度が6000 cd/m2以上
3.トンネル延長が400 m以上
昼間時の路面照度は出口部の野外輝度の数値の1/10の値とし、照明区間は80mとする。

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照明方式

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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照明方式

岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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照明方式

2011年6月6日（月）岩崎電気（株）ライティング講座、http://www.iwasaki.co.jp/kouza/index/

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順応

明順応: 1分以内
暗順応: 30分以上

月明かり0.1 lx～直射日光100 klx（ダイナミックレンジ106)
 錐体と桿体の切り替え

錐体: L, M, Sの3種類色の識別
桿体: 高感度、色は識別できない
照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 1編3章

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道路・トンネル照明用光源

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29道路照明で使用する光源

照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 6編3章

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ナトリウムランプ

NaのD線による発光（590 nm）
高効率（~130 lm/W）
オレンジ色の発光
照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 3編2章

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メタルハライドランプ

金属のヨウ化物を封入
演色性改善照明ハンドブック、第2版、オーム社（2003） 3編2章

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32蛍光水銀ランプ
Phosphor layer
Glass bulb

強度StemPin
Filament electrode

Feed throughCap

300 400 500 600 700 800 900

低圧・低輝度・低温
MHランプ: 100 Mcd/m2, 数気圧以上, 数千K
蛍光ランプ: 10 kcd/m2, 1/100気圧以下, 数10℃

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波長 (nm)33