指向性照明にとって重要な性能仕様について解説
LED照明を選ぶ際、多くの方が「ルーメン」という明るさの指標に注目します。しかし、特に特定の方向へ光を集中させる指向性照明では、それだけでは最適な製品を選べないことがあります。本記事では、光がどれだけ効率的に狙った方向へ届くかを示す「中心軸上光度(CBCP:Center Beam Candle Power)」の重要性を深掘りします。このCBCPを理解することで、ルーメン値が同じでも、指向性照明としての性能が大きく異なる理由が明確になります。さらに、ビームの広がり方や、空間の色合いに影響を与える「演色性(CRI)」についても解説。適切なLED選定と、期待通りの光環境を実現するための専門的な知識を、わかりやすく解説した記事をご紹介いたします。
指向性照明にとって重要な性能仕様とは?
「優れた指向性照明製品」とはどういうことでしょうか?。単なる明るさを超えて、光源の設計や性能の様々な側面が、多様な指向性照明アプリケーションにおいて重要となります。高輝度指向性照明デバイス(HIDL)には複数の基準が考慮されており、これらによって設計者は最適な最終結果を達成できます。これらの基準には以下が含まれます。
輝度
高い輝度レベルは、特に懐中電灯や道路照明といった屋外での安全用途や、高度な作業を行うためのタスク照明において重要です。
ビーム特性
拡散照明アプリケーションとは異なり、指向性照明の設計は、光源から望む方向へ単一のビームを照射することです。ビームのサイズや広がり、到達距離、そしてビーム全体の相対的な明るさが、極めて重要な検討事項となります。
- 配光角/広がり:一部のアプリケーションでは、ユーザーは明るいスポット光、つまり高い軸上光度を求めます。これには、より狭い配光角・小さな広がりが必要です。
- 照射距離*: 一部のアプリケーションでは、光を光源から遠くまで届かせる必要があるため、長い照射距離(スローディスタンス、ルクス距離とも呼ばれる)も重要な基準となります。照度(lm/m2、別名ルクス)を最大化するLEDには、高い輝度と組み合わせた狭い配光角が必要です。例えば、狭いビームを持つ高性能な懐中電灯は、より広いビームを持つ懐中電灯よりも遠い距離で同等のルクスを提供します(図1参照)。
*照射距離(Throw distance):「スロー(Throw)」は、懐中電灯の分野で一般的に使われる言葉です。ANSI規格では、照射距離(スローディスタンス)は照度が0.25ルクスになる距離と定義されていますが、この資料では簡潔さのため、1ルクスの値を使用しています。詳細については、以下を参照してください。
図1 – 両懐中電灯の光束出力は同じですが、配光角が狭いほどルクスレベルと距離が増加します。距離Aでは、集光型懐中電灯(下)の光の強度は、広角ビーム懐中電灯(上)のそれよりもはるかに大きくなります。距離Bでは、集光型ビームの光の強度は、距離Aにおける広角ビームの光の強度と同様に見えます。
- ビームスポット品質:スポット光における高い輝度だけでなく、多くのアプリケーションでは高い光品質も求められます。これは、スポット光全体にわたって輝度と光色が均一であることを意味します。
- 中心軸上光度(CBCP):指向性照明において、光が目的のエリアに正確に均一な明るさで照射されることを保証するために、配光パターンは不可欠です。通常、狭い配光パターンは、HLDLアプリケーションに求められる強度、距離、そして高いルーメン出力を実現します。効果的な指向性照明デバイスの重要な測定基準の一つが中心軸上光度(CBCP:Center Beam Candle Power)です。中心ビーム強度または最大光度とも呼ばれるCBCPは、ビームの中心における絶対出力(光束強度)を測る指標です。
CBCP(中心軸上光度)は、単に光束(ルーメン)の数だけで判断するよりも、HLDL(高輝度指向性照明)の性能を決定づける上で優れた指標です。光束は、光源からあらゆる角度に放出される光の総量を測定するものです。しかし、スポットライトやダウンライトのような指向性照明では、周辺の拡散光はほとんど重要ではなく、ビームの狭い角度内にある光のみが関係します。実際、2つの異なるLEDが同じ光束を持っていても、中心光度は異なる場合があります。このような指向性アプリケーションには、中心軸上光度が高いLEDが適切な選択肢となります。
例えば、Luminus社のPico COB LEDは、極めて狭い配光角内で非常に高い中心軸上光度を発揮し、優れたHLDL性能を提供します(図2参照)。さらに、発光面(LES)がより小さい(4mm)製品では、6mmの発光面を持つ製品の2倍の中心軸上光度が得られます。
12W PAR20、直径62mmレンズ、および同一ドライバーを使用した場合
図2 – Luminus社 Pico COB CXMシリーズLEDによるスポット光
光源サイズが小さい(CXM-4、4mm)ほど、配光角は狭くなり、中心軸上光度(CBCP)は高くなります(スポット光の中心が明るくなります)。
これらのチップの相対的なCBCPは、重要な概念を示しています。光から高いCBCP(または長い照射距離)を必要とする顧客は、COBからより高い光束(ルーメン)が必要だと考えるかもしれません。しかし実際には、図2が示すように、光束とCBCPの間には反比例の関係が存在する可能性があります。光束が最も高い光源(CXM-9)は、CBCPが最も低いのです。HLDL(高輝度指向性照明)には、Pico COB CXM-4のような発光サイズが小さいLEDがより効果的なソリューションとなります。
加えて、HLDL(高輝度指向性照明)デバイスの様々な側面を最適化し、多様なアプリケーションの目標を達成するために、LEDの多様な光学特性を活用できます。考慮すべき光学特性には、LEDプロファイル、エネルギー効率、寿命性能と信頼性、そしてエミッター形状が含まれます。これらのトピックに関する詳細は、ヘルプセンターの記事「指向性照明に最適なLEDの光学特性とは?」で解説しています。
色
HLDL(高輝度指向性照明)の用途が異なれば、求められる色の特性も多岐にわたります。例えば、手術室の照明は人体の組織を可能な限り正確に照らし出す必要があります。一方、街灯は、人や動物の概日リズム(サーカディアンリズム)を妨げないよう、青色波長の量を制限する必要があります。演色評価数(CRI)は、重要な指標の一つです。様々なHLDLの用途で推奨されるCRIについては、下記の表2をご覧ください。
色の再現性、演色評価数(CRI)、色温度(CCT)の測定、TM-30、その他照明色のあらゆる側面を特徴づけるために用いられるシステム、そしてこれらのシステムをさまざまなアプリケーションに効果的に適用する方法について、より詳しく知りたい方は、ホワイトペーパー「LEDで最適な色の再現性を実現する方法」をご参照ください。
最高のHLDL性能を実現するための照明デバイスの設計とコンポーネントの最適化方法について、高輝度指向性照明アプリケーション向けLEDホワイトペーパー「指向性照明アプリケーションに最適な高輝度LED」で、詳しく解説しています。
HLDLアプリケーションに最適なLEDの選定に関するガイダンスは、ヘルプセンターの記事「指向性照明製品に最適なLEDの選定方法」でご確認いただけます。
まとめ
指向性照明にとって重要な性能仕様とは?
指向性照明の性能を最大限に引き出すためには、いくつかの重要な仕様を理解することが不可欠です。特に、光源の輝度は、遠くまで光を届かせるために重要な要素となります。また、ビームの特性、つまり光の広がり(ビーム角)、照射距離、そして均一性も考慮すべき点です。中心軸上光度(CBCP)は、ビーム中心の光の強さを示す重要な指標であり、指向性照明の性能を評価する上で、全光束(ルーメン)よりも適切な場合があります。これらの要素を総合的に評価し、用途に合った最適な光源を選択することが、優れた指向性照明の実現に繋がります。