광원(光源) Light Source

 

광원(光源) Light Source

 

전기, 화학등의 에너지를 광에너지로 변환해 빛을 발생하는 것을 총칭해서 말한다. 태양, 불도 포함되지만 일반적으로 인공적으로 빛을 발생하는 것을 말한다. 주요 조명용 광원은 백열전구. 할로겐 전구, 형광램프, 형광 수은램프, 메탈할라이드 램프, 고압 나트륨 램프이다. 특수한 용도로 자동차용(실드빔, 소형전구), 영사용(할로겐 전구, 크세논 램프), 사진촬영용(크세논 플래시 램프, 섬광전구, 할로겐 전구), 표시용(소형전구, 발광 다이오드, 네온글로우 램프), 복사․인쇄․제판용(할로겐 전구, 형광램프, 수은램프, 크세논 램프, 발광 다이오드), 광화학 반응용(수은램프, 메탈할라이드 램프, 형광램프), 난방․건조용(적외 전구, 원적외 방사원), 의료용(적외선 전구, 특수한 형광램프), 식물 육성용(형광램프, 백열전구, 고압 나트륨, 메탈할라이드 램프)등이 사용되고 있다.

 

한편 전기에 의한 빛의 이용은 아크등(일본에서는 1878년 3월 25일 처음 점등되었고, 한국에서는 1887년 경복궁에서 처음 점등되었다), 탄소전구(1879년 10월 21일, 에디슨 실용 탄소전구 발명, 텅스텐전구(1910년), 수은램프(1931년경), 형광램프(1935년), 할로겐 전구(1959년), 메탈할라이드램프(1961년), 고압 나트륨 램프(1963년)로 발전했다.

점광원(點光源) Point Source

 

광원에서의 빛에 의한 측광량을 관측, 측정 또는 계산할 때 광원과 관측점 사이의 거리에 비해 관측방향에서 본 크기가 충분히 작다고 보는 광원을 말한다. 눈으로 광원을 보고 관측하는 경우에는 관측자가 본 광원의 크기가 명소시 조건에서 시각으로 2분 이내, 암소시 조건에서 10분 이내면 점광원으로 볼수 있다.

방사량에 대해 위와 같은 조건을 만족하는 경우에는 점방사원이라고 한다.

색온도(色溫度)(광원의 광색) Color Temperature

 

숯을 가열해 온도가 올라가면 빛을 발하게 된다. 이 때의 빛은 거의 숯의 표면온도에 의존하며 온도와 함께 밝기가 증가한다. 색깔도 빨강에서 점점 흰색이 늘어나 빨강→황적→흰색→파랑으로 변화한다. 이런 방사를 열 방사라고 한다. 열방사에 의한 빛의 색과 물체의 온도에 일정한 관계가 있어 물체의 온도를 빛의 색으로, 빛의 색을 물체의 온도로 표현할 수 있다. 일반적으로 방사는 물체의 표면상태에 따라 온도만으로 정해지지는 않지만 온도만에 의해 결정되는 방사를 내는 것으로는 흑체가 있다. 이 방사를 흑체 방사라고 부른다.

 

흑체는 온도에 따라 방사의 분광분포가 완전히 정해져 완전 방사체라고도 부른다. 흑체 방사의 분광분포는 플랑크의 방사법칙으로 계산할수 있으며 색도 궤적을 색도도 위에 그릴 수 있다. 이 궤적을 흑체 방사 궤적이라고 한다. 흑체 방사의 색도와 동일한 색도를 가진 광원이 있는 경우에 흑체 방사의 온도로 광원의 색도를 나타내는데 그 온도를 색온도라고 한다. 백열전구처럼 빨강이 강해 따뜻한 느낌의 빛을 색온도가 낮다고 하며, 형광램프처럼 파랑이 강해 시원한 느낌의 빛을 색 온도가 높다고 말하며, 조명되는 장소의 분위기를 결정하는 중요한 포인트가 된다. 색온도는 K(Kelvin)으로 나타내며, 일반적으로 색온도가 낮은 백열전구(2800K)는 붉은 색을 띤 따스한 느낌의 빛이 되고, 색온도가 높아져서 주광색 형광 램프 (6500K)에서는 대낮의 태양광과 같이 흰색을 띤 빛으로 된다. 푸른 하늘(12000K)은 푸른색을 띤 시원한 빛으로 된다.

광원색(光源色) Light Source Colour

 

교통 신호등처럼 색을 일으키는 빛이 직접 광원에서 눈에 들어와 지각시키는 색을 "광원색"이라고 한다. 칼라TV의 CRT색은 미세한 발광체에 의한 가법혼색으로 다양한 색을 만들어내므로 기본적으로는 광원색이다. 하지만 CRT가 밝은 환경에 놓여져 일정한 관찰거리에서 사과와 같은 구상체를 보면, 광원색이라고 느껴지지 않는 경우가 있다. 이 경우에는 색이 물체의 표면에 속하는 것처럼 느껴진다. 이런 색을 의사 표면색이라고 한다.

광원의 효율(光源의 效率) Efficacy of Light Sources

 

광원의 루멘수를 입력된 와트수로 나눈(lm/w) 조명효율을 “광원의 효율”이라 한다.

광전효과 (Photoelectfic Effect)

 

물질이 빛을 흡수해서 자유전자(전도전자포함)를 만드는 현상을 “광전효과”라 하며, 전기 전도도의 증가나 기전력이 나타나는 내부 광전효과와, 고체 표면에서 광전자가 방출되는 외부 광전효과가 있다.

연색성(演色性)

 

자동차를 운전하여 나트륨등 으로 조명된 터널 속에 들어가면, 옆 사람의 얼굴색이 달라 보인다. 또한, 형광등 등의 조명 아래서 산 양복이 상점 밖으로 나오면 약간 색조가 다르다. 이와 같이 조명된 물체의 색이 변해 보이는 성질을 “연색성(演色性)”이라 한다.

 

이 연색성을 수치로 표시한 것을 연색 평가수(Ra)라 하며, Ra가 100이란 고광원의 연색성이 기준광과 동일하다는 것을 뜻한다. 백열전구나 할로겐 전구의 연색평가수 Ra는 100이고, 형광램프 백색은 Ra가 63, 주광색은 77정도이고, 메탈 할라이드 램프는 80~90정도이다.

 

<표> 주요 광원의 색온도와 연색성

 

램프의 종류	와트 수 (W)	색온도 (K)	연색평가수    (Ra)	효율      (lm/W)	정격수명  (h)
백열전구	100	2850	100	14.0	1000
소형할로겐전구	100	3000	100	16.0	1500
전구형 형광램프	13～21	2800	82	36.5	6000
형광램프(백색)	40	4200	63	75.0	8000
형광램프(주광색)	40	6500	77	65.0	8000
고압수은램프	400	5800	23	48.0	10000
형광수은램프	400	4100	41	52.0	10000
메탈 할라이드램프	400	5000	65	76.0	9000
고압 나트륨램프	360	2100	28	132.0	10000

분광분포(分光分包)

 

주광의 색온도는 6500K이고, 이 색을 모방한 주광색 형광 램프의 색온도도 6500K로 이 두 가지는 동일한 색광으로 눈에 느껴지지만, 이들 빛의 분광은 그 조성이 다르다. 즉, 이 두 빛의 파장별 에너지가 다르며, 이와 같이 파장별의 빛 에너지를 표시한 것을 분광분포라 한다.

연색성을 중요시 할 경우, 가시광선 380～760nm에 걸쳐서 균일한 빛의 에너지를 갖는 광원이 이상적 광원이라 한다. 태양에 의한 직사광이 이에 가깝다.

방사속(放射束)

 

전자파로 전달되는 에너지를 총칭하여 방사(放射)라고 하며, 단위 시간에 어떤 면을 통과하는 방사 에너지의 양을 “방사속(放射束)”이라 한다.

단위는 와트(W)이다.