照明のちらつきの不満を理解します

照明のちらつきの不満を理解します

照明市場におけるLEDの進化は必ずしもスムーズではなかったが、技術は初期の頃から長い道のりを歩んできました。 LED技術が成熟するにつれて、それぞれの世代は、より高いパフォーマンスとより柔軟な制御オプションを提供するために、ユーザーとメーカーを駆動する、バーを発生させます。 製造業者はまた、カラー品質、製品価格、寿命、効率、およびdimmabilityを改善することにより、顧客の懸念に対処するために続けています。それでも、照明のちらつきは、人間のための安全で快適なLEDベース照明を可能にする、ソリッドステート照明(SSL)および制御製品で、業界を完全に理解しなければならないという問題、およびアカウントとして残ります。 

新基準は、開発された製造プロセスが改善され、メーカーは製品の性能を向上させ、競争から身を差別化する方法を模索し続けています。 次の大きなパフォーマンスの議論は今ちらつきを中心にされています。 ちらつきに関する苦情は、照明業界に新しいものではありません。 しかし、LED照明の特定の特性は、いくつかのユニークな課題を提示します。 
フリッカの最も簡単な定義は、「光出力の変調」です。 この基本的な概念は、しかし、最終的に定量化するちらつきを困難にする複雑な特性の多くをあいまいにしています。 フリッカが照明に独特の雰囲気を追加することができます-特に有機光で-電気照明におけるフリッカは、一般的に望ましくないと考えている間に、状況があります。 例えば、ろうそくや水オフ太陽光の反射のちらつきを考えてみましょう。 この記事の目的のために、私たちは、電気照明によって作成されたフリッカの望ましくない側面に焦点を当てます。 

問題の定義

光出力のちょうど変調を超えて、それは照明のちらつきのいくつかの分類を区別することが重要です:


•可視フリッカー:光の変調、周期的または断続的かどうか、ほとんどのユーザーはあっても、静的な状況下で、光出力の変化として見ることができます 
•ストロボちらつき:使用されている電源の固有の特性に起因する光の周期的な変調、光源のみの移動やユーザの頭部が動く場合には知覚であります


苦情は、通常の可視ちらつきに対する反応と関連している一方で、二つは互いに排他的ではないことを考えてみましょう:ストロボフリッカが表示または非表示にすることができます。


通常動作と理想的な条件の下で、このような白熱灯のような従来の光源は、ストロボフリッカを呈します。 (北米で)60 Hzで動作する白熱灯がゼロ120回(2回のラインサイクル当たり)は、第2に達する電圧低下を経験-ランプのフィラメントは、光出力を低減し、冷却します。 電圧が再び上昇し始める前に、しかし、フィラメントの熱質量は8ミリ秒かそこらで多くを冷却するのを防ぐことができます。 慎重に測定した場合、このフリッカが検出されたが、ユーザーからの苦情(図1)のソースなることはほとんどありませんすることができます。 
 
イチジク。 AC電源ラインが0Vレベルを横切るように1であっても、従来の白熱電球は、測定可能なフリッカを呈します。 
磁気バラスト蛍光灯と白熱灯の比較。 この場合、ランプが消灯し、淡色表示時に毎秒120回の再燃します。 蛍光灯を冷却し、約ミリ秒(白熱灯よりもはるかに速く)でそれらの光を消すために必要な熱質量を持っていません。 磁気バラスト蛍光灯におけるフリッカは依然として顕著であり、それが直接見えない場合でも、頭痛、眼精疲労、不快感など、このストロボちらつき、より多くの微妙な効果を経験するために、このような光の下で働く人々を引き起こす可能性があります。 幸いなことに、40 kHzの周りに動作するほとんどが高周波電子安定器は、全てが、蛍光ランプ(図2)とストロボフリッカの問題を排除しました。 
 
イチジク。 2.高周波電子的バラスト蛍光灯は、本質的に、このような製品の問題としてちらつきを解消します。 
あなたは今で知覚かもしれませんが、ちらつきは、使用される光源のちょうど固有のプロパティではありません。 それは、このようなLEDの蛍光灯やドライバのためのバラストとして関連電子機器と組み合わせて、光源の特性です。 
さらに、現実の世界では一般的な電子ノイズの発生源に起因する非理想的なパワーの添加は、さらにフリッカーの観察量に貢献しています。 

どのようにLEDが異なっていますか?


他の光源とは異なり、LEDは、電流の流れが停止すると、光を作成するために継続する固有の能力を持っていない-彼らは何の永続性を持っていません。 LEDに流れる電流がゼロになると、その光出力がゼロになる-典型的には単なるマイクロ秒。 例えば、LEDは、しばしば、この特定の特徴の高速光ファイバ通信に使用されます。 フリッカーは、光源と関連した電子機器の安定性の関数です。 したがって、LEDへの電源の任意の変動は、光出力やちらつきの瞬時変動になる可能性があります。


どのくらいのちらつきに降りてくることができます疑問が許容され、そしてどのくらいには問題がありますか? でも理想的な状況下では、所与のアプリケーションにおいて観察ちらつきの量は、多くの異なる変数に基づいて変更することができます。


•それは、定期的(ストロボ)かそうでないフリッカの周波数、およびかどうか 
•ちらつきの波状 
•観察者の年齢と視力 
•全体的な光レベル 
•位置、強度、およびその他の光源の可能な同期 
•オブザーバー、光源、および/ または近くの物体の相対的な動き


これらの要因はすべて、それが質問に1正しい、普遍的に受け入れ、定量化可能な応答を思い付くのは難しい理由を説明し始める:光源のちらつきをしていますか?


ミックスに調光追加すると、さらに別の変数を追加します。 だけでなく、調光器フリッカーがより容易に明らかである環境を作成する、光のレベルを低減しない、それは不安定の別の潜在的なソースを追加します。 調光器アナログの安定性のわずかな変動は、位相制御または0-10Vかどうか、LEDドライバにちらつきを生成することができます。 低品質LEDドライバ、または信頼できる調光器の互換性を提供するように設計され、テストされていないドライバは、LEDのちらつきの原因となるに特に傾向があります。 特別に設計され厳密に調光可能なLEDをを使用することを前提にテスト調光器を使用すると、多くの場合、運転者による最大限の許容にちらつきをパフォーマンスを調光向上させ、最小化または排除することができます。 

既存の作業


多くの土台はすでにフリッカ測定の領域に敷設されています。 ほとんどフリッカー測定は、高速測定が可能な光検出器で始まり、それは密接に人間の目の分光感度に一致します。 光検出器は、毎秒数千のサンプルを収集する例えば高速で得られる電気信号を捕捉し、記録し、オシロスコープまたは他の機器に接続されています。 得られた波形は次いでIESハンドブックで定義されている「フリッカ指数」および「パーセントフリッカー」である現在最も一般的なものは、フリッカー・メトリックを作成するために、いくつかの異なるアルゴリズムで処理することができます。


図を考えてみましょう。 3次式に基づいているメトリックを理解します:


フリッカー指数=(エリア1)/(エリア1 +エリア2)


パーセントフリッカー= 100%×(最大値-最小値)/(最大値+最小値)


これらの値の両方を測定し、計算するのが比較的容易であるが、それらはいくつかの欠点を有します。 まず、値は周波数に依存して計算されます。 よく人間の視覚の視力を超えて万ヘルツ、で点滅光源は、10Hzで点滅し、すべてのことではっきりと見える光源と同じ値を持っています。 さらに、これらのメトリックは、断続的または一時的ちらつきを捕捉しようとするには不向きであるが、代わりに最高の同一の周波数で周期的な波形を有する光源を比較するために使用されます。 米国エネルギー省による研究は、このトピックに関するより多くの情報を得られます。


そのためこれらの欠陥により、ちらつきのための最もテストは主観的観察を介して行われます:良い視力を有することが知られているオブザーバーを、訓練された、制御された条件下での光源を観察します。 驚くことではないが、これは頻繁に質問への回答が異なることになる」それがちらつくのか?」 答えは、典型的には、特にハード異なる試験場所の間で結果を再現することができ、観察者に依存します。 別の潜在的な懸念は、非視覚的な不快感に寄与し得る可視周波数の範囲を超えてストロボフリッカは、特にこれらの試験法を用いて測定されていないことです。 これらの欠点にもかかわらず、主観的な観察 は、まだ最高の分野で顧客の行動と期待を反映している現在利用可能な方法です。 
 
イチジク。 LED照明用に定義された3フリッカ指数とパーセントフリッカーメトリックは、部分的にしかSSLでフリッカの潜在的な問題に対処します。 
新しいフリッカ測定技術は、目視法の実用性と有用性を照合しながら、フリッカー指数およびパーセントフリッカー方法の欠点を克服してみてください。 これらのより高度なアルゴリズムは同じ波形測定を使用していますが、周波数固有の測定値を考慮する傾向があります。 彼らはしばしば、個々の周波数の和として、周期的ではない分析する場合であっても、複雑な波形を可能にする信号のFFT(高速フーリエ変換)、服用含みます。 この方法論は、これらのアルゴリズムは、関心の周波数に特定の重み、または重要性を、適 用することができます-例えば、より多くの可能性が高い周波数が見えるように、またはそれが頭痛や不快感の原因となります。 理論的には、測定値は、研究者がストロボちらつきや過渡ちらつきの両方を考慮することを可能にし、アプリケーションに基づいて異なるしきい値を可能にすることができる-街路照明対高性能建築照明、例えば。


最新の研究


レンセラー工科大学の照明研究センター(LRC)は、ちらつきを引き起こす原因となる基本周波数を解析の初期の提唱者でした。 彼らは、光源フリッカ(2015年1月)の直接知覚を評価するためのメトリックを推奨このアプローチを利用しており、典型的な観測者によって検出されるか否かのフリッカの確率でその値を関連付けます。 
ちらつきの分野で最も最近の開発は、IEEE 1789年から2015年の出版物だった、IEEEは、ビューアへのリスク問題を緩和健康のための高輝度LEDで電流変調のためのプラクティスを推奨しました。 この包括的な、そして予期せぬ論争の、文書は測量やフリッカー(前のLEDマガジンカバレッジを参照)に多くの以前の研究からの結果を組み合わせ、数年かけて開発されました。 LRCの作業と同様に、IEEE勧告はまた、フリッカ周波数の影響を認めます。 その勧告は「低リスク」と「効果なし」の場合のための周波数依存の制限を与え、いくつかのアプリケーション固有のガイダンスを提供します。 
これまでの多くの業界が見えるちらつきに主に焦点を当て、フリッカに動作しますが、IEEEの仕事の範囲は、潜在的な健康リスクを強調しています。 この微妙だが重要な違いは、それらの製品は健康への悪影響に関連していた場合には反発を恐れている可能性があり、メーカーの細心の注意を引き付けました。 すぐにIEEE 1789公表後、国立電子工業会(NEMA)は、一時的なライトアーティファクト(TLA)上のポジションペーパーを発表しました。 TLAのポジションペーパー」は、過度に厳格」としてIEEE仕事を訓戒し、また、エネルギースターのような他の規格は、このようなフリッカ指標として不十分なフリッカーの指標に依存している方法を挙げています。 NEMAは、アプリケーション中心のお薦めやLED照明に特有の試験手順を提供するNEMA TLAワーキンググループによって開発されている今後の標準を記述することで結論を述べます。 

次のステップ


新しい問題ではないが、照明業界における最近の発展は、多くのデザイナーやメーカーのために最前線にちらつきの問題をもたらしています。 同時に、現在と新生の業界標準は、適切に測定し、定量的にLED光源かどうかを判断する方法については説明しません(とドライバや調光器など、その関連エレクトロニクス、)ちらつきが発生します。 先進的なメーカーや規制機関は、にコミットし、積極的に改善し、反復可能な測定基準を開発するための強烈な努力に関与しています。 今後数ヶ月では、このエキサイティングな仕事の結果をお楽しみに。