トップページ目次→水槽で使われる照明器具

照明器具について


   蛍光灯照明
   光の性質について
    光の単位
    色温度
    光の演色性



  蛍光灯照明 


普通、水槽で使う照明は蛍光灯だと思います。
60cm規格水槽セットでは、3波長形デイライト20w蛍光管が2本付いています。
私の場合は、この蛍光管の色合いが少し黄色味がかった色なのが気に入らないため、1本は植物育成灯に換えていました。
熱帯魚飼育の時には、20wの蛍光灯2本でそれほど光量不足という気持ちは無かったのですが、海水魚になってからはこれだけでは暗い気がしてさらに蛍光灯を増やしていきました。
海水魚のように色鮮やかな魚をきれいに見せるためには、ブルーがかった光にしたほうがいいと考え、デイライト色とカリビアンブルー色の2本にしてみました。
これにより黄色味がかった水の色が透き通って見え、ブルーの魚はきれいなブルーになってくれました。
これに加えて、電球型蛍光灯の100w形(消費電力は21w)デイライトを付けてみました。
海藻やサンゴのように、光合成する生物を育てるには明るい光が必要だと考えたからです。
これにより水槽内は明るくなり、さらにきれいに見えるようになりました。
海藻やサンゴも育ってくれているように見えました。
これは60cm水槽で飼育していたときの照明ですが、私にとってはちょうど良い明かり加減だと感じました。
魚を飼育するための照明は、魚がきれいに見えればいいだけです。
植物やサンゴのように光合成するものを育てるには、きれいに見えるだけではなく強い光が必要となります。
またデイライト(昼光色)の蛍光灯だけだと、水槽の中が黄色味がかってしまいます。
熱帯魚飼育のときは、植物育成灯との組み合わせでよかったのですが、海水魚のように色鮮やかな魚の場合は少し違和感を感じます。
海水魚飼育のときは、カリビアンブルーのようなカラー蛍光管を使って、自分の好みの色調整をすると良いと思います。
サンゴや好日性イソギンチャク、海草など光合成をする生き物を飼育するためには、強い光が必要となるので、できればメタルハライドランプの使用が望ましいと思います。
私の場合は金銭的に余裕がないもので、蛍光灯だけでこれらの飼育を敢行しているのですが、やはり蛍光灯だけで長期飼育は難しいと思います。
現在タマイタダキイソギンチャクとシライトイソギンチャクがいますが、過去の飼育経験から6ヶ月から1年以内くらいで、だんだんしぼんでいってその内死んでしまうと思います。
クマノミに共生相手をあげたくてイソギンチャクを入れていますが、どうしても光不足のようでイソギンチャクは長生きしてくれません。
20w直管型蛍光管を2本と電球型21w蛍光管を4本付けていたことがありましたが、この時でやっと海藻が育ってくれた程度でした。
水槽内をよりきれいに見せるためには強い光が必要ですが、蛍光灯の光は強い光ではないため数を増やしてもあまりきれいにはなりません。
そこへいくとメタルハライドランプは、光束が大きいため強い光となり、水槽内がきらきらした感じになります。 




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  光の性質について


  光の単位


光の性質にはいろいろな種類があります。
点光源と面光源というものがあります。
点光源の場合は、一点から出た光が物体を照らすことになりますが、光を照らすとその裏側が影になります。
光が当たったところと当たらなかったところがはっきり違い、メリハリの利いた感じになります。
面光源の場合は、何ヶ所もの方向から光が当たったようになるため、影ができにくくのっぺりした感じになってしまいます。
電球は、電球内のフィラメントの部分が光を発していますので、点光源に近い光となり影が強く出ます。。
それに対し蛍光灯は、蛍光管全体が均一に光っているので、面光源に近くなり、影が薄くなってしまいます。
どちらが好みかはそれぞれだと思いますが、光源により表現できるものに違いができることは知っておいた方が良いと思います。
照明の明るさの単位はカンデラです。
あまり一般的ではありません。キャンドル
100wの電球の明るさが何カンデラか、20wの蛍光灯が何カンデラか、知っている人はあまりいないと思います。
カンデラという単位は、ロウソク(キャンドル)の一本の明るさを1カンデラとして決められたことからきたようで、ロウソク何本分の明るさということになるようです。
馬一頭分の力を一馬力と決めたのと同じです。
これは光源の明るさのことで光度といいます。
でも光度いくつの明るさとか普通言いませんよね。
60wの明るさとか100wの明るさとか、ワットで言っています。
ワットは電力の単位なので、明るさとは関係ありません。
そのため電球の30wと蛍光灯の30wでは、明るさがぜんぜん違います。
同じ150wでも、電球の150wとメタルハライドランプの150wでは明るさがまったく違います。
照明をw数だけで考えると、かなり違ったものになってしまいます。
光度というのは、照明の光源の明るさの単位ですが、それとは別にルクスという明るさの単位があります。
ルックスメーターこちらの方は光源の明るさのことではなく、光が当たった面の明るさのことで照度といいます。
実際に明るさが問題になるのは、照度のほうだと思います。
明るさを必要とする部分が明るいのか暗いのかが問題であって、光源にカンデラの高いものを使おうが低いものを使おうがどちらでもいいと思います。
強い光でも、遠くはなれたところではあまり明るくないですし、弱い光でも直ぐそばだと明るく照らします。
蛍光灯を使って水槽を照らすためには、なるべく水面の近くに設置しなくては明るく照らせません。
メタルハライドランプなら、水面から離れたところから照らしても、充分水槽内を明るく照らすことができます。
この点でもメタルハライドランプはいいです。
なるべく電気系統は、塩水から離れたところに設置したいですから。
光の単位にはこのほか、ルーメンという単位があるのですが、これは光束といい、これが大きいと遠くまで光が届きます。
ほかにもニドという単位もあり、輝度と呼ばれるもので、テレビやパソコンの画面の明るさなどで使われています。
これらはあまり一般的ではないと思いますし、違いも判りずらいと思います。
それなのに海水魚飼育では、さらに色温度というものも登場します。



  色温度


色温度の単位はK(ケルビン)で、温度による光の色の違いのことなのです。
光は温度が低いと黒くて、だんだん赤っぽくなり、温度が高くなると白くなり、さらに高くなると青っぽくなるというのです。
ケルビンというのは、絶対温度のことで273Kが摂氏0度になるというあれです。
朝日や夕日の赤い太陽の光は、色温度で言うと2,000Kくらいで、昼間の太陽の光は5,000〜6,000Kくらいの色温度です。
赤い色は2,000Kと低い温度で、白い色は5,000Kという高い温度かというとそんなことはないと思います。
2,000Kは摂氏温度で言うと1,727度Cのことで充分高い温度です。
色温度というから暑いの寒いのという気持ちになってしまいますが、温度という文字を使っていますが温度とは関係ありません。
同じ白い紙を見たときでも、昼間の太陽の下で見た色と夕日の光を浴びてみたときでは違う色に見えます。
蛍光灯の光の部屋では、青っぽく見えると思います。
光源の色によって、同じものが赤っぽくなったり青っぽくなったりします。
私達の目は、日中の太陽の光で見た色を普通の色と感じている人が大部分です。
生まれてからずっと、太陽の光の中で生活してきている人がほとんどなので、脳がそのように判断しているのです。
日中でも、晴れている日は普通の色に見えている物も、曇ってきたり雨が降ってきたりすると色が違って見えてきます。
少し青づんだ色になってしまいます。
実際より赤っぽいとか青っぽいとかは、尺度がないとどれくらい赤っぽいのか青っぽいのか示すことができません。
尺度となる単位があれば、5m先とか10kgの重さとか絶対値を表すことができるのです。
赤っぽさとか青っぽさとかの尺度に利用したのが色温度です。
色温度図
黒い物体に熱をかけていくと、1,800ケルビンあたりから光りだすというのです。
初めは赤い色に光り、温度を上げていくと次に黄色っぽくなり、それが白になり、更に温度を上げていくと青っぽい光になるというのです。
そして温度により光る色が決まっています。
そのため光の色を温度で表せば、色の尺度として使えるとして色温度という名前で決めました。
だから1,800Kの赤の光といえばこの赤とか、2,000Kの赤の光といえばこの赤とか表すことができるようになっているのです。
日中の太陽の光の色温度は、5,500Kくらいです。
地上で生活している私達は、5,500Kくらいの光の中で生活しています。
海の中ではどうでしょうか。
水の中では地上より色温度が高く、青い色をしているのです。
私はダイビングをしたことがないので見たことは無いのですが、サンゴ礁は青い水の中で魚達が泳ぎ回っている世界だそうです。
そのため海水魚やサンゴを飼育している水槽には、青い光を当ててあげるときれいになるのです。
なぜ海の中は青いのでしょう。
これは光の性質によります。
地球に届いている光は、ほとんど全部が太陽の光です。
これ以外の光は、月や星の光、火山の噴火や山火事の光とかカミナリの光、ほたるの光、オーロラの光とかあまりありません。
地球上に人間が誕生してから人間がいろいろな光を作り出し、今では人間の作った光でいっぱいになってきていますが、太陽の光ほどではありません。
光というのは電磁波で、光は電磁波のごく一部です。
電磁波は一種の波で、波長があり、長い波長のものと短い波長のものがあります。電磁波の種類
電磁波というのは目に見える光の他に、電波とかエックス線だとかがあります。
その波長の長さによって呼び方が違っているだけで、同じものです。
左に波長の長さとその波長の電磁波の呼び方を示しておきましたが、μmというのはマイクロメートルと呼び 1メートルの1,000,000分の一の長さの単位です。
1μmは 1mmの 1/1,000 の長さなのでものすごく小さなものを測るときに使う単位で、以前はミクロンと呼んでいました。昔はものすごく小さなものを測るときに使われている単位の代名詞的存在でした。
そしてミクロの世界というと、私達の世界と比べると桁違いに小さなものの世界を表していました。
でも近年は μmもそれほど小さな世界ではなくなり、μmの 1/1000の単位の nm(ナノメートル)のものも扱われることが多くなってきています。
光の波長を表すとき赤の波長 0.77μmという代わりに 770nmと呼ぶことが多くなってきています。
光の波長はナノメートルの世界です。
メートル法では 1/1,000毎に単位が区切られていて小さくなる方は、ミリメートル(mm)、マイクロメートル(μm)、ナノメートル(nm)、ピコメートル(pm)、フェムトメートル(fm)、アトメートル(am)となっています。
参考までに逆に大きくなる方は、キロメートル(km)、メガメートル(Mm)、ギガメートル(Gm)、テラメートル(Tm)、ペタメートル(Pm)、エクサメートル(Em)となっていますが、メガメートルはミリメートルと紛らわしいので普通は使っていません。
電磁波は長さの長いものから順に並べていくと、
ラジオやテレビの放送に使われている
電波(極々超長波、極超長波、超長波、長波、中波、短波、超短波、極超短波、マイクロ波)→光(遠赤外線、赤外線、近赤外線、可視光線、長波長紫外線、中波長紫外線、短波長紫外線、真空紫外線)→X線→γ線→宇宙線 となっています。
この中で目に見えるのは7色の可視光線だけで、波長の長いものから
赤→オレンジ→黄色→黄緑→緑→青→紫 になっています。
太陽から届いた電磁波は、波長の短いものはオゾン層とか空気などに吸収されて無くなっていき、中波長紫外線より波長の長いものだけが地上に届いて来ています。
可視光線に当たる部分は、全部地上に届いていますので、私達は7色全部を感じることができています。
私達はどうして物の色が解るのかというと、物体に当たって反射してきた光を目で見て、その物体の色と感じているのです。
太陽とかロウソクの火とかは、自分が光を出しているので色そのものですが、ほとんどのものは光を出しているわけではありません。
ある物に光が当たったとき、その内の何かの色を反射して色と感じさせ、それ以外の色は全部吸収して無くしているのです。青空
太陽の7色の光は、全部まとまると白になります。
この白い光のうち、赤い色だけを反射して、他の6色を吸収する物体があるとその物は私達に赤く見えるのです。
もちろん、全部の光を反射したものは白く見えます。
反射するものが無い、空気のようなものは通り抜けて透明になります。
そして7色全部を吸収して、何も反射しない物があるとそれは黒にみえます。
空気は透明で光が通り抜けていってしまうのですが、空は青く見えます。
なぜ空は青いのでしょうか。
実は私達の目には何もないように見えますが、ミクロの世界よりもっと小さな世界では、空気も形があるのです。
空気は、窒素とか酸素とか二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムなどからできていますが、これらは小さな分子の形で点々と存在しています。
太陽の光というのは、電磁波という波ですので、太陽から地球に向かって直進してきますが、空気の分子はあまりにも小さいため通り抜けてしまいます。
でもその中でも小さな分子にぶつかるものもでてきます。
散乱の起き方光が分子に当たると散乱というものを起こします。
そしてこの散乱は波長の短い光ほど起こしやすいのです。
散乱を起こすと光は目に見えるようになります。
太陽の光は、地球の空気に出会うと空気の粒があまりにも小さいので、ぶつからずに粒をまたいでいってしまうように越えていってしまいます。(左図)
波長が短いと、小刻みに歩いているように小さな粒にも当たりやすくなります。
波長の短い紫、藍色、青、水色の順に当たりやすく、散乱を多く起こします。
この波長が短いものほど多く散乱する現象を、レイリー散乱と言います。
レイリー散乱によって現れた色も、最初に散乱しだした紫などの色は大気の上の方でできているので、地上からは見えにくくなります。
また人間の目は紫のような色は、他の色より感じにくくなっているため、残った青が空一面に見えているのです。
もし、大気の厚さがもっと厚かったとしたら、散乱は緑、黄色なども行われ違う空の色になりますが、地球の大気の厚さは、たまたま空が青く見える厚さなのです。
では雲はどうして白いのでしょう。
雲は水蒸気のかたまりです。
水蒸気は水の分子で作られていますが、空気の分子である窒素、酸素などの大きさと比べるとぜんぜん大きく、光の波の大きさと同じくらいです。
光が自分と同じくらいの大きさのものにぶつかると、レイリー散乱と違い全部の波長が散乱を起こします。この散乱の仕方をミー散乱と言います。
全部の波長が散乱すると、色としては白になります。
だから雲は白く見えるのです。
では、夕焼け朝焼けはどうして赤いのでしょう。
これは太陽の光の入射角の違いから来ています。
昼間の太陽の光は、直角に近い角度で地球に入ってきます。
そうすると光は、10kmくらいの厚さの大気の中を通過して地上にくることになります。
ところが、夕方など太陽が傾くと、地球の横から光が入ってくる感じになります。
横に光が通過していくと、数千キロメートルの距離の大気中を通過することになります。
光は空気に当たって、波長の短いものから散乱を起こして空気に色がつき、10km程度だと青が一番強く出ますが、数千キロメートルとなると青、紫などは散乱して消えてしまい、遅れて散乱し始める赤がほとんどになってしまうのです。
そのため夕焼けの空は赤く見えるのです。
そして太陽自体を見上げたとき、昼間は7色全部が私達の目に届くので白く見えるのですが、夕方は青とか紫とかの光は少なくなってしまい、赤がほとんどになって届くので、赤い太陽になるのです。

光にはこのような性質があるのですが、海の中ではどのようになるのでしょう。
光は水の中ではレイリー散乱もミー散乱も起こさないのです。
水の中では、光の吸収という現象を起こします。海の青さ
水の中に入ると光は、波長の長い順に吸収されて無くなっていくのです。
深い海を眺めてみると黒い色をしているのは、全ての色が吸収されてしまっているからなのです。
海の中では波長の長い赤から初めに吸収されて無くなっていき、青い光は深いところまで届いていきます。
赤い色の光は水の中を10m進むと50%くらいに減ってしまい、せいぜい30mくらいの深さまでしか届かず、それより深いところは赤の無くなった光になります。
青い光は1,000mくらいの深さまで届きますので、海の中では青い光でものを見るようになるわけです。
このように海の中では、陸上で見るのと違う色に見えてしまうため、光の色温度を参考に水槽の中を演出してみるときれいにすることができると思います。
また光合成をする海藻とかサンゴなどを育てている水槽では、光合成に必要な波長の光を当てることが必要になります。
植物が光合成をするときは、400nmくらいの波長の青い光と、800nmくらいの赤い光を吸収して、葉緑素を使って糖質や炭水化物を作り出しています。
そのため光が植物に当たると、青色と赤色が植物に吸収されて消えてしまい、残った緑色が反射して植物の葉は緑色に見えるのです。



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  光の演色性


太陽の光は7色が充分そろった光で、物をきれいに見せるのに理想的な光です。光のスペクトルの違い
白色蛍光灯だと、赤の光が少ないため、植物が育つ光が不足します。
白熱電球だと、青の光が少なく、植物が育つ光が不足します。
両方充分あるのが太陽の光です。(左図を参考)
植物が光合成するのに必要なのは、青と赤の光ですから、この光を重点に作られた照明が植物育成灯です。
ある種のコケ類が育ちやすい波長は600nmくらいの黄色の光ですので、そのコケを生やしたくない場合は太陽の光より、植物育成灯のほうが良いといえます。
スペクトルの違いを見ると解るとおり、照明によって発生している色が違います。
光の持っている色が違うので、使う照明によって違った色に見えてしまいます。
私達は太陽の光で見た色が一番自然に見えますので、太陽の光と同じに見える照明かどうかという問題が出てきます。
これを演色性といい、太陽の光と同じに見える光を演色評価数100として Ra100で表し、Ra80以上の照明を演色性がよい照明としています。
普通形の蛍光灯は Ra60〜74、三波長形蛍光灯は Ra88、メタルハライドランプは Ra70〜96、白熱電球 Ra100、ハロゲンランプ Ra100 などとなっています。
きれいに見せるためには、この演色評価数と色温度を合わせて考えます。
色温度は、蛍光灯昼光色(デイライト)で5,700〜7,100K、昼白色(ナチュラル)4,600〜5,400K、白色(ホワイト)3,900〜4,500K、電球色2,600〜3,150K、メタルハライドランプ4,000K〜、白熱電球2,800K、ハロゲンランプ3,000K〜などとなっています。
演色性の良い照明というのは、太陽の色温度が 5,500Kくらいなので、色温度が 5,000K近辺で演色性が Ra80以上のものということになります。
海の中は青い色をしているということは、色温度でいうと太陽より高い 6,000〜10,000Kくらいではないかと思います。
タイマーを使えば確実に昼と夜が作れます。メタルハライドランプを使えば、色温度も演色性も満足できる光が得られます。
私の場合は、メタルハライドランプを使わずにきれいに見せようといろいろ試みてみたのですが、どうしてもメタハラには及びませんでした。
ハロゲンランプなども明るそうなので使えるかなと試してみましたが、色温度が低すぎて水槽には適していないと感じました。
そのため現在の照明は、三波長蛍光灯だけで行っていますが、色温度の高いカリビアンブルーの蛍光管の数を増やしたり減らしたりして好みの青さを作っています。

行開け
行開け
クリップ式の24Wメタハラ 150Wのメタハラ クリップ式20Wのメタハラ クリップ式の150Wメタハラ ファンネル クリップ式の150Wメタハラ

水槽内をきれいに見せるためには、そしてサンゴや海藻など光合成する生物を飼育するためには、メタハラの使用が最適だと思います。
水槽によっては主照明の他にも補助照明を設置した方が良いものもあります。
補助照明はメイン照明だけでは明るさが足りないときに使いますが、特定のサンゴを際立たせたいときスポットとして違う色の照明をあてたりする場合があります。
2灯式LEDライトスポットを当てることにより一段と美しく光る種類のサンゴがいろいろあります。
でも補助照明を増やすということは電気使用量を増やすことになりますし、水温を上昇させることになります。
LED照明はメタハラと違い電力使用はほとんどなく、水温もほとんど上昇させません。
LEDの特性として広い範囲の照明にはあまり適しませんが、スポットの照明としては向いている照明です。
消費電力が低く寿命が長い照明なのでサブ照明としては適している照明だと思います。
現在メタハラに対抗できるくらいのLED照明を求めるとメタハラかそれ以上の価格になってしまいますが、エコ政策が進められて世の中がLED照明への切り替えが進められています。
今後より優れたLEDが開発されるでしょうし、量産効果で価格はどんどん下がっていくことが予想されます。


LED照明の一例です。

ハイパーアクアムーン 小さなLEDスポットライト 10.5WのLEDランプ 1.2W高輝度LEDを7個使用したLEDランプ ニューアズーロブルー




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