太阳光の光そのものを人间が作り出すことはできませんが、似たものは作り出しています。
夜间の照明としてもっとも普及している白热灯や蛍光灯がそれです。
光を放つ“みなもと”を、光源といいます。
光源には、太阳や星、稲光、生物発光などの「自然光源」と、白热灯、蛍光灯、ナトリウム灯などの「人工光源」に分けられます。また光源には、一定时间内に放射する光量が変化しない「定常光源」(太阳や白热灯など)と、変化する光源があります。蛍光灯は、一见すると定常光源ですが、実际には人间の目に感知されないだけで、电気の周波数で変化しています。ここでは人工光源のいろいろを见ていきましょう。
白热灯の明かりは、蛍光灯の明かりと比べて黄色みがかった色に见えます。これは、白热灯は、热から光を得ているランプだからです。热せられているのは、「フィラメント」という芯の部分。フィラメントは、金属のタングステンを材料に作られ、二重コイルのかたちになっています。タングステンは电気抵抗が大きく、电流を流すと白热します。电気抵抗が大きいと热をもつのは、中を流れる电子と物质による摩擦があるからです。摩擦热を発し、高温になると光が発生します。白热灯のフィラメントにタングステンが使用されているのは、タングステンが高温でも溶けにくい性质をもっているためです。また、电球の中にはガスが注入されていて酸素がないので、燃えることはありません。
この白热灯は、1879年にエジソンによって発明されました。当时はフィラメントに日本の京都产の竹を蒸し焼きにした炭素线を使ったそうですが、现在はさまざまな工夫がされた电球が作られています。电球内面に光の透过、拡散性に优れたシリカ粒子を静电涂装したシリカ球、一般に使われているアルゴンガスより原子量の大きいクリプトンガスを封入してより明るいクリプトン球、内面に反射率の高いアルミニウムを使ったレフランプなど多种类あり、用途别に使われています。
もっとも普及している照明器具である蛍光灯は、白热灯よりももっと复雑な発光メカニズムです。蛍光灯の内部では紫外线が作られ、それが目に见える可视光に変换されているのですが、これには放电现象と、电子の「励起状态」「基底状态」が関係しています。まずは、蛍光灯の基本构造から见てみましょう。蛍光灯は、内面に蛍光物质が涂布された细长いガラス管です。内部には水银蒸気が封入され、管両端には放电电极が取り付けられています。电极に电流が流れて电圧がかかると、両端のフィラメントが加热され、电子が放出されます。
次に、点灯管(グローランプ)がオフになると、フィラメントから放出された电子は电极のプラス方向に流れ、放电します。このとき、紫外线が放出されるのです。
蛍光灯で紫外线が発生する仕组みをもう少し详しく见てみましょう。フィラメントから放出された电子は、ガラス内の水银蒸気、つまり水银原子と衝突します。すると、水银原子は、「原子や分子の最も外侧の轨道を回る电子がエネルギーを得てより高い轨道へ飞び上がった状态」である励起状态となります。励起状态の水银原子は不安定ですので、もとの最低エネルギー「基底状态」に戻ろうとします。
そのとき、ふたつの轨道のエネルギー差を光、紫外线として放出するのです。人间の目に见えない紫外线のままでは照明として利用できませんから、蛍光物质に照射して、可视光线に変换します。蛍光灯が白いのは、内面に変换するための蛍光物质を涂布しているからです。この蛍光灯も、直管型だけでなく、リング型、球型などが登场しています。点灯管を不要にして、管の外侧の金属ラインで点灯する方式(ラピッドスターター型)など、工夫がこらされています。
照明に使われる尝贰顿(発光ダイオード)は、太阳光と类似の白い色の光です。光は「光の叁原色」といって、搁骋叠(赤?緑?青)3种类の光があれば、白色光を作り出せます。最初は赤色と緑色しかなかった尝贰顿は、青色尝贰顿が开発されて、照明用の白色尝贰顿が开発されるようになりました。
白色尝贰顿を作る方法は2つあって、叁原色の3种类の尝贰顿を组み合わせて作る「マルチチップ法」と、青色尝贰顿に蛍光体を组み合わせて作る「ワンチップ法」があります。3色を使うマルチチップ法は、均一な光を得るために各色の発光や配色のバランスを取る必要があり、3色のチップごとに电源回路を付けなくてはなりません。そのため、1つの青色尝贰顿で黄色の蛍光体を発光させて白色に近い色(疑似白色)を作るワンチップ法が开発されました。人间の眼には青い光と黄色い光が混ざると白色に近い色に见えるからです。
ワンチップ法では、青色尝贰顿で、黄色+赤色蛍光体または緑色+赤色蛍光体を発光させる白色尝贰顿が开発され、より自然な尝贰顿の白色光が得られるようになりました。また最近は、近紫外光を発光する尝贰顿(近紫外尝贰顿:波长380~420苍尘で発光)が开発され、これを励起光源として、蛍光灯のように可视光全域を発光できる白色尝贰顿もできています。
「お店の蛍光灯の下で见た洋服の色が、外の太阳光の下ではまったく违った」「同じ料理でも、蛍光灯より白热灯のほうがおいしそうに见える」ということは、日常生活でよく経験することです。この违いは何なのでしょう。人间の目に色が见えるのは、その物体にあたった光の反射光を见るからです。つまり色の见え方は、それを照射する光の波长成分の违いで変わってくるので、洋服や料理も违った色合いに见えるのです。
この色合いの违いは、「色温度」で表されます。これは色度を表す数値で、光源の温度を表す数値ではありません。どんな物体でも、非常に高温に热するとその物体が光を放つようになりますが、色温度は、光を一切反射しない物体「黒体」を基準に、その温度を何度まで上げれば何色を示すようになるかを示す値となっています。単位は碍(ケルビン)を用います。物体の色は、物体の温度が低いときは赤、高くなると青みが强まります。下表のように、赤っぽい色は色温度が低く、青っぽい色は色温度が高くなります。この色温度は、ディスプレイの色设定などで使われています。
色温度摆碍闭 | 光源 |
---|---|
10,000 | 晴天 |
9,000 | もやの多い空 |
8,000 | |
7,000 | 曇り空 |
6,000 | フラッシュランプ |
4,500 | 白色蛍光ランプ |
4,000 | |
3,500 | 500奥のタングステンランプ |
3,000 | 日の出、日の入 |
2,500 | 100奥电球 |
2,000 | |
1,000 | ローソクの明かり |