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» 2013年10月04日 11時00分 UPDATE

【一人メーカーことはじめ】LEDフロアスタンドを作ろう(2):一人メーカー流お買いもの! LEDや電源を選ぼう (1/2)

今回は、自作LEDフロアスタンドの部品選定と買い物の仕方。Digikeyや秋月電子など部品ネット通販は“一人メーカー”にとって強い味方だ。

[佐久間茂/キテラス,MONOist]

>>前回

 LEDが一般的になる前の照明器具ではその光源は電球や蛍光灯が一般的でした。施設用の照明では放電灯も使われていました。これらの光源は今でも広く使われています。

 部品の調達環境を眺めて見ますと、LEDが出現してから大きく変わってきました。電球程度であれば、特に電源装置は必要なく、ソケットと電球だけを買ってくれば点灯できましたが、蛍光灯の場合は「電源=安定器」が必要となりますが、この安定器の調達は一般的ではなく、照明器具メーカーにしか販売してもらえず、趣味として蛍光灯器具を作るには少々面倒でした。

 LEDの普及に伴い、ネット通販(特に海外勢が充実しています)が発展してきて、LEDそのものや電源の調達がとても簡単になってきました。

 今回は、照明器具の部品の選び方と、こうした環境を使いながら部品を調達する方法を紹介して行きます。

部品の選び方

 この連載で作ろうとしているものはLEDフロアスタンドです。

yk_ledmakers2_01.jpg LEDフロアスタンド

 前回書きましたが、照明器具の仕様で最も大事な指標は明るさです。この明るさを決めてそれからさかのぼって部品の選定をして行きましょう。

 まずは、手元を照らすための照明から考えていきます。先の図で枝分かれをしている方のものです。

 照明ですから光源がないと始まらないので、手始めに光源を仮決めします。読書をしたり時には写真集を眺めたりもするのに使う光ですから演色性の高い光源を選びたいと思います。

 昨今では主なLEDメーカーから演色性の高いものが出てきています。今回は入手性の良いものをから選びまして、Cree社の「XP-E2」という素子を想定します。仕様書によりますと700mA(ミリアンペア)で駆動させた時に161lm(ルーメン)の光束を出すようです。

* 照明の明るさに関する単位については、前回をご覧ください。

 次にレンズを選びます。読書するときに推奨される照度は、500lx(ルクス)以上です。今回の照明器具の場合0.7m先で500lx以上の照度が出れば良いかと思います。照明器具からの放たれる光はほとんどの場合その中心部分が最も明るく周辺に行くに従いその明るさは落ちてきます。実際に本などを読む場合にはある程度の範囲を照らさなければならないので0.7m先で直径0.3mの範囲を500lx以上に照らせることを目指します。照度角(注1)としては24°となります。

注1「照度角」:照明器具の光軸から見てどれだけ角度で光が拡がっているのかを表す指標です。中心の明るさと比較して2分の1となるところまでの角度=2分の1照度角を用いる場合が一般的です。

 どこまでも生真面目にモノづくりをするのであれば、光学設計から始めないといけませんが、今は便利な世の中で必要となる光学部品を作っているメーカーが部品の選定に必要な資料の多くを提供しています。今回はCalcro社のものから選んでみます。これもLED同様に少量での入手性を考えての選択です。

 照度角が24°に近いものを探します。ここでは「10108」というレンズを選びました。チェックするのはこの部分です。

yk_ledmakers2_02.jpg 「10108」を選ぶ

 このレンズとXP-Eを組み合わせたときの「2分の1照度角」は「20.3°」。結構狙いに近いですね。

 もう1つの数値は光束当たりの光度(注2)と言うものでして、この組み合わせにて得られる中心光度を示しています。

注2「光度」:光源からどのくらい強い光が出ているかを表す量です。単位としてはカンデラ(cd)がというもので、1cdは光源を中心とする1立体角内に1lmの光束があると状態を示します。

 今回の例ではLEDの光束を161lmとしていますので、中心光度はレンズのデータより、

  4.4(cd/lm)×161(lm)=708.4(cd)

と計算できます。

 この光度からある距離での照度を求めるには、「光度(cd)/距離(m)2」で求められます。今検討している距離は0.7mですので、

  708.4/0.72=1445.71(lx)

となります。これが今検討しているLEDを700mAで駆動させ、レンズ通した組み合わせた照明での70cm先での中心照度はとなります。2分の1照度角が20.3°ですので、φ0.25mの周辺部でも722.86lxは出るはずです。当初に狙った仕様は十分に満足できそうなことが分かります。

 ここまでの計算を図示したものを以下に示します。

yk_ledmakers2_03.jpg 計算結果

 また、参考までに照明の計算に必要な各単位の換算式のまとめを次に示します。

yk_ledmakers2_04.jpg 単位換算について:一般社団法人照明学会編(1997)『照明工学』pp.8より引用
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