あやしい水槽

海水魚 サンゴ 海藻  あやしい記事とピンボケ写真.そして誤字脱字...

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水槽と照明 その3 ガラス蓋と光損失 

花粉症で死にそうです.今,花粉のピークを迎えています.
なに言ってんの?って思われるでしょうが,雑草系やイネ系の花粉のピークなんです.
pic02_02_3[1]
こんな草見つけたら踏み潰すか,燃やしてください.m(_ _)m
最近これらのマイナーな花粉にアレルギー症状を発する方が増えてるようですよ.
今の時期くしゃみ連発されている方はもう仲間かもしれませんよ(^^

ほんとにもう,アレルギーでだるくてしょうがありません.
病院でもらう最近の薬は眠くはならないのですが,体が重たくボーっとする感じが
続いています.あと一ヶ月はこんな状態が続きます.鬱だ~



と,こんな感じですが,書きかけで放置していた光線ネタの続きです.

前回は光線追跡を行ったのですが,今回はさらにガラス蓋を装着した状態で
光線追跡をおこなってみました.
水槽のガラス蓋を使う/使わない理由がそれぞれあるかと思います.
自分はガラス蓋を着けています.その理由は,保温効果,水槽周辺への塩害の防止,
完全ではないですが魚の飛び出しの防止といったことです.
ガラス蓋を着けない理由としては,メタハラの光量をロスせずに照射したい,といった
事だと思います.あと見た目もフタがないほうがカッコいいですね.

そこで,ガラス蓋を装着した場合の光の損失を,光線追跡と
界面の反射,透過から見積もってみました.基本的な考え方は前回と
同様です.

ガラス蓋の材質ですが,色合いからみて窓ガラスに使われているような
青板ガラスだと思われます.これはソーダ石灰ガラスと呼ばれるもので
SiO2 - Na2CO3 - CaCO3 からなるものです.光学ガラスではないため
詳細な光学特性はあまり明らかにされていないのですが,顕微鏡に使われる
スライドガラスの屈折率特性を参照しました.
スライドガラスといえばこの会社でしょうか.
松浪硝子 スライドグラス
このカタログのうち,水板ガラスのデータを使って検討を進めます.
屈折率は緑色(546.1nm)で1.521です.透過率データを見ると透過率は
可視光でほぼ一定なことから,屈折率も可視光域では同様の屈折率とします.

1.ガラス蓋装着時の光の透過率特性
このガラスの屈折率をもとに,ガラス蓋で生じる反射率と透過率を
計算した結果です.
ガラスの裏表で,大気 - ガラス - 大気 と屈折率の界面が二面存在するので,
それぞれの界面のグラフを用意しました.
上のグラフは大気からガラスに入射するときの反射/透過率,
下のグラフはガラスから大気に出射するときの反射/透過率を表しています.
ガラス蓋反射率透過率a
ここで着目すべきはガラス裏側の界面で,屈折率が高いほうからの出射となるため,
全反射を生じる角度が存在します.
つまり,入射角が大きくなると光は海水方面へ透過することは出来ず,
反射して上方へ戻ってしまいます.
反射率(黄緑の線)は35%くらいから急激に上昇して,41°で全反射状態となり
海水側には到達できません.


2.海水への透過率
水槽に対する光線毎に反射率と透過率を算出して,最終的に海水中へ伝搬する
光の透過率を算出した結果です.
ガラス蓋光線追跡a
比較のため,ガラス蓋を装着していない場合の透過率を記載してあります.
入射角0°(垂直入射)の場合で10%ほど,水槽側面近傍に入射する光は20%近くも
ロスすることが分かりました.水槽の端を照らす光は2割も捨てることになります.
一番外側の光の入射角は60.8°です.この角度を超えると急激に反射率が増大して
しまいます.ガラス蓋を使う場合の光の入射角は60°以内にすることで,
損失を少なくすることが出来ます.

3.光源の設置高さ
以上の結果から,光源の設置高さを検討しました.
光の損失が少ない入射角60°から,水槽のサイズに対応して,光源の水面からの
設置高さを決めました.
光源設置高さc
水槽幅45cmの場合は13cm以上,60cmでは17.5cm以上,90cmでは26cm以上の
高さに光源を設置する必要があります.
120cmを超える場合には灯具を複数使うのでしょうから,上記のサイズを複数並べる
ことで検討されるとよいかと思います.
前回検討した水槽側面ガラスの反射も合わせて.照明を有効に利用する上で
光源の設置高さは重要ですね.
なお点光源で検討していますので,実際には光源のサイズを考慮する必要があります.
メタハラの場合には30cmくらいは水面より離しているので問題ないのでしょうが,
蛍光灯の場合には要注意ですね.


ちょっとおかしいことに気が付いたので修正しますm(_ _)m
蛍光灯設置高さa
例えば蛍光灯で考えると,蛍光灯の高さが変わっても,
水面に対する入射角は変わらないので,損失も変わりません.
ただし,設置高さによって光が広がり照射する面積が変わります.
設置高さが低いほうが単位面積あたりの光のエネルギーは大きくなります.
照明の単位を使って説明すると,設置高さが50mmと150mmを比べると
50mmでは150mmの時より,ルックス(照度)は2倍になります.

つまり設置高さによって,ある箇所を集中して照らしたいか,全体を照らしたいか
コントロールできるということですね(^^;




ということで,ガラス蓋の光の損失はそこそこ大きいものだと分かりました.
メタハラ多灯する場合には10%の損失でも,その損失量はかなりのものに
なりますね.

これより詳細に検討するには,配光特性を照らし合わせシミュレーションが必要です.
なので,実際の灯具の配光特性,光波長スペクトルを考慮しながら検討しようかと
思いますが,その前に,照射される側の観点で,生体の要求する照明について
調べてみようかと思っています.


これまでの記事です.一応シリーズになっているのでご参考まで.
水槽と照明 その1 海水の光の吸収
水槽と照明 その2 光線追跡

※ガラス内部の多重反射,光学干渉,ガラス自体の光の吸収は簡単のため無視しています.
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テーマ:海水魚

ジャンル:ペット

この記事に対するコメント

花粉症ってその原因の植物しだいでは1年中ありますね。
今はイネ科植物花粉の季節ですか。お大事に。
そういえばこんな草、近所の空き地にいっぱい生えてるような?
僕はスギ・ヒノキだけなので今はもう落ち着いていますが、毎年春は花が詰まって大変です。

グラフすごいですね!
光の損失とか今まで考えたことありませんでした。
【2009/06/06 21:13】
URL | かめとと #HtLkDJ7k *編集*

これまた凄い記事ですね。参考になります。
以前の記事から想像するに蓋した場合は水槽隅の光はもっとロスするのかと思っていました。2割とは思ったより少なくて一安心です。
我が家はオール蛍光灯(長いヤツ)なのであまり端っこのことは考えなくていいのかな?
【2009/06/06 23:06】
URL | しかぱっち #- *編集*

かめととさん

そうなんですよ.こんな雑草そこらじゅうに生えていて,
もう,全部燃やして焼け野原にしてやりたいです.(笑)
かなりの重症なんで,薬が切れると窒息死してしまうかもしれないです.

照明は,強力なメタハラを使った場合には損失も大きくなるので
気にされたほうが良いかも知れませんね.
合計1000Wのライトだと100W以上は捨ててることになりますからね.
【2009/06/07 22:20】
URL | ハナアレジー #- *編集*

しかぱっちさん

蛍光灯の軸方向(水槽の側面からみる蛍光灯)で
考えると,蛍光灯の円周から全方向に光を発しているので
この軸方向で考えたほうがよいでしょうね.
蛍光灯ですと通常設置高さが低いと思うのですが,
すると,蛍光灯の円周の下側の1/3は捨てることになるし,
円周の上側の光は反射板に依存した話になりますね.
↑この説明,文章じゃ判りにくいですね(^^
【2009/06/07 22:31】
URL | ハナアレジー #- *編集*

またまたご無沙汰しておりました。

「水槽と照明」シリーズが存続されていて,ほっと一安心(?)しました。
また勉強させていただきマース。
【2009/06/08 11:15】
URL | ひろぽん #- *編集*

ひろぽんさん

お久しぶりですねぇ~お元気でしたか?(^^
懲りもせず続けてます.もう自己満足ですよ

おかげでアクセス数も減少の一途です(^^;
【2009/06/08 21:03】
URL | ハナアレジー #- *編集*

効率を考えると蓋はしない方が良いですね!

我が家は、メタハラ直下だけは蓋してません。
【2009/06/09 00:01】
URL | ヒゲオヤジ #- *編集*

ヒゲオヤジさん

レス遅くなりました(^^;
>>我が家は、メタハラ直下だけは蓋してません。
これ,なかなか斬新ですね.

家は蓋する派です.保温と塩害防止のためですね(^^
【2009/06/10 20:56】
URL | ハナアレジー #- *編集*

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