Question 1

白熱電球に関する記述として、誤っているものは。

Accepted Answer

同じ光束の蛍光ランプより効率が高い。【詳細解説】白熱電球はフィラメントを電流で高温にして光を出す温度放射の光源で、発光効率はおおむね10〜15lm/W程度にとどまります。蛍光ランプは同じ消費電力で数倍の光束が得られるため、白熱電球の効率が高いという記述は誤りです。一方、点灯と同時に全光束が得られること、演色評価数がほぼ100で物の色が自然に見えること、電源電圧が変わると光束が大きく変動することは、いずれも白熱電球の正しい特徴です。白熱電球は「効率は低いが、演色性がよく即時点灯できる」と整理して覚えます。効率の低さから住宅照明の主流はLEDへ置き換わりました。【他の選択肢が不適切な理由】残る三つはいずれも白熱電球の正しい特徴であり、誤りを選ぶ本問の答えにはなりません。フィラメントを直接高温にして光るため点灯と同時にほぼ全光束が得られ、放電灯のような立ち上がりの時間がありません。光の成分が連続しているので演色評価数はほぼ100となり、物の色が自然に見えます。発熱による発光なので、電源電圧が少し変わるだけで光束も大きく上下します。

Question 2

ハロゲン電球の特徴として、正しいものは。

Accepted Answer

蒸発したタングステンがフィラメントに戻る。【詳細解説】ハロゲン電球はバルブ内に微量のハロゲンガスを封入した白熱電球です。フィラメントから蒸発したタングステンがハロゲンと化合し、対流で高温のフィラメント付近に戻って再び付着します。この循環をハロゲンサイクルといい、バルブの黒化が抑えられて光束の低下が小さくなります。水銀蒸気の放電で光るのは高圧水銀ランプの原理で、ハロゲン電球はフィラメントの温度放射です。バルブ内は真空ではなくハロゲンを含むガスが封入されています。安定器や点灯管が必要なのは放電灯であり、ハロゲン電球は電源に直結して点灯できます。小型で高輝度、演色性がよいため店舗のスポット照明に使われます。【他の選択肢が不適切な理由】水銀蒸気の放電で光るという記述は高圧水銀ランプの原理で、この光源はフィラメントの温度放射です。バルブ内が真空という記述も、微量のハロゲンガスを封入しているという構造と合わず、真空では黒化を抑える循環そのものが起こりません。安定器と点灯管が必要なのは放電灯であり、この電球は電源に直結して点灯できます。

Question 3

蛍光ランプの回路に用いる安定器の主な役割として、正しいものは。

Accepted Answer

始動時の高電圧供給と電流の制限。【詳細解説】放電灯は、放電が始まると電流が増えるほど管の電圧が下がる負性抵抗の性質をもつため、そのまま電源につなぐと電流が際限なく増えてランプが壊れます。安定器は、始動時に放電を開始させる高い電圧を与え、点灯後は放電電流を適正値に制限する役割を担います。力率を1に保つのは進相コンデンサなど力率改善の役割で、安定器そのものはむしろ遅れ力率の原因になります。放電電流を増加させ続けるのは安定器の働きと正反対です。紫外線を可視光線に変えるのはガラス管内面に塗られた蛍光体の働きで、安定器の役割ではありません。「始動させて、あとは電流を抑える」が安定器の要点です。【他の選択肢が不適切な理由】力率を1に保つのは進相コンデンサなどの役目で、コイルを用いる安定器はむしろ遅れ力率の原因になります。放電電流を増加させ続けるという記述は、放電灯が電流の増加とともに管の電圧が下がる性質を持ち、放置すれば電流が際限なく増えて壊れることと正反対です。紫外線を可視光線に変えるのはガラス管の内面に塗られた蛍光体の働きで、回路の部品が担うものではありません。

Question 4

高圧水銀ランプに関する記述として、正しいものは。

Accepted Answer

安定するまで数分程度を要する。【詳細解説】高圧水銀ランプは、発光管内の水銀が蒸発して蒸気圧が上がるにつれて明るくなるため、点灯してから光束が安定するまでに数分程度かかります。したがって点灯直後から全光束が得られるという記述は誤りです。また、消灯直後は発光管内の蒸気圧が高く、通常の始動電圧では再点灯できません。管が冷えるまで数分待つ必要があり、直ちに再始動できるという記述も誤りです。放電灯なので安定器は必ず必要で、不要とする記述も誤りです。停電の直後に工場の高天井照明がすぐ戻らないのは、この再始動時間があるためです。非常時に備えて即時点灯できる光源を併設する設計が行われます。【他の選択肢が不適切な理由】点灯直後から全光束が得られるという記述は、発光管内の水銀が蒸発して蒸気圧が上がるにつれて明るくなるという性質と合いません。安定器を必要としないという記述も、放電灯は電流を制限しなければ壊れるという点で成り立ちません。消灯後すぐ再始動できるという記述は、管内の蒸気圧が高いままでは通常の始動電圧で放電を開始できないことと矛盾します。

Question 5

屋外の広場や道路の照明に用いられ、橙白色の光を放ち、ランプ効率は高いが演色性は低い高輝度放電灯（HIDランプ）は。

Accepted Answer

高圧ナトリウムランプ。【詳細解説】高圧ナトリウムランプは、発光管内でナトリウム蒸気を高圧で放電させる高輝度放電灯です。効率が高く寿命も長い反面、橙白色に偏った光のため物の色の見え方（演色性）はよくありません。道路照明や工場の高天井照明など、色の識別より明るさと経済性が求められる場所に使われます。高圧水銀ランプは青白い光で効率は高圧ナトリウムより低く、メタルハライドランプは金属ハロゲン化物を加えて演色性を高めた光源なので、演色性が低いという条件に合いません。低圧ナトリウムランプは黄色の単色光で効率は最高ですが、高圧放電ではなく高輝度放電灯には分類されません。【他の選択肢が不適切な理由】高圧水銀ランプは青白い光で、効率も本問の条件にあたる光源より低くなります。メタルハライドランプは金属のハロゲン化物を加えて演色性を高めた光源なので、演色性が低いという条件に合いません。低圧ナトリウムランプは効率こそ最も高いものの、黄色の単色光であり、高圧の放電を利用する高輝度放電灯には分類されません。橙白色という色の記述が決め手になります。

Question 6

メタルハライドランプに関する記述として、正しいものは。

Accepted Answer

水銀に金属のハロゲン化物を加える。【詳細解説】メタルハライドランプは、高圧水銀ランプの発光管にスカンジウムやナトリウムなどの金属のハロゲン化物（メタルハライド）を封入した放電灯です。金属固有の光が加わることで、高圧水銀ランプより発光効率と演色性がともに向上します。希ガスだけで放電するという記述は、始動用の希ガスは入っていても発光の主体は金属蒸気なので誤りです。白熱電球と同じ原理という記述は、温度放射と放電発光を取り違えたものです。蛍光体の塗布が不可欠なのは蛍光ランプの構造で、メタルハライドランプは発光管内の放電そのものが可視光を出します。競技場やアトリウムなど、明るさと色の再現の両方が要る場所で使われます。【他の選択肢が不適切な理由】希ガスだけで放電するという記述は、始動用の希ガスは入っていても発光の主体が金属の蒸気であることと合いません。白熱電球と同じ原理という記述は、フィラメントの温度放射と放電による発光を取り違えたものです。蛍光体の塗布が不可欠なのは紫外線を可視光に変える蛍光ランプの構造で、この光源は発光管内の放電そのものが可視光を出します。

Question 7

LED照明の発光原理と特徴として、正しいものは。

Accepted Answer

pn接合に順方向の電流を流して光る。【詳細解説】LED（発光ダイオード）は半導体のpn接合に順方向の電流を流したとき、電子と正孔が結合する際のエネルギーが光として放出される現象を利用しています。直流で点灯するため、照明器具には交流を直流に変換して電流を一定に保つ電源回路が内蔵されています。アーク放電で光るのは水銀ランプなどの放電灯の原理です。安定器と点灯管が要るのは蛍光ランプの旧来の点灯方式で、LEDには不要です。LEDが出す光は可視光が中心で、赤外線や紫外線がきわめて少ないことが特徴です。このため展示物の退色や虫の飛来が少ないという利点があります。【他の選択肢が不適切な理由】アーク放電で光るという記述は水銀ランプなどの放電灯の原理です。安定器と点灯管が要るという記述は蛍光ランプの旧来の点灯方式で、この光源は直流で点灯するため、器具には交流を直流に変えて電流を一定に保つ電源回路が組み込まれます。赤外線と紫外線を多量に放射するという記述も、可視光が中心で紫外線がきわめて少ないという特徴と正反対で、展示物の退色が少ない利点はここから生まれます。

Question 8

光源の演色評価数（Ra）が表しているものとして、正しいものは。

Accepted Answer

基準光源との色の見え方の近さ。【詳細解説】演色評価数Raは、その光源で物を照らしたときの色の見え方が、基準となる光源で照らしたときとどれだけ近いかを数値化したものです。最大値は100で、値が大きいほど自然な色に見えます。色温度の高さを表すのはK（ケルビン）で表す色温度そのもので、Raとは別の指標です。1Wあたりの光束はランプ効率〔lm/W〕であり、明るさの経済性を示す量です。寿命の長さは定格寿命〔h〕で表され、Raとは無関係です。白熱電球やハロゲン電球はRaがほぼ100、高圧ナトリウムランプは大きく低下します。売場や美術館など色の見え方が重要な場所ではRaの高い光源を選びます。【他の選択肢が不適切な理由】色温度の高さはケルビンで表す別の指標で、光の色みを示すだけで色の再現の良さは表しません。1Wあたりの光束はランプ効率で、単位はlm毎Wとなり明るさの経済性を示す量です。寿命の長さは定格寿命として時間で表され、色の見え方とは無関係です。三つとも光源の性能を表す値ではありますが、基準となる光源と比べた色の近さを示すものではありません。

Question 9

光源の色温度に関する記述として、正しいものは。

Accepted Answer

色温度が高い光源ほど青みを帯びる。【詳細解説】色温度は、黒体（すべての光を吸収する理想的な物体）を加熱したときに放つ光の色と一致する温度をケルビン〔K〕で表したものです。温度が上がるほど光は赤→白→青白へ変化するため、色温度が高い光源ほど青みを帯びた光になります。色温度が高いほど赤みを帯びるという記述は、変化の向きが逆です。色温度は光の色を表す量にすぎず、発光効率や寿命とは直接の関係がありません。効率はlm/W、寿命は定格寿命〔h〕という別の指標で評価します。電球色はおよそ2800K、昼白色は約5000K、昼光色は約6500Kです。落ち着いた空間には低い色温度、事務作業には高い色温度が選ばれます。【他の選択肢が不適切な理由】色温度が高いほど赤みを帯びるという記述は、黒体を加熱していくと光が赤から白、青白へと移るという関係と向きが逆です。効率が上がる、寿命が延びるという記述も、色温度が光の色だけを表す量であることと合いません。効率はlm毎W、寿命は時間という別の指標で評価するもので、電球色より昼光色のほうが必ず効率がよい、といったことは成り立ちません。

Question 10

次のうち、一般に単位電力あたりの光束（ランプ効率）がもっとも高い光源は。

Accepted Answer

低圧ナトリウムランプ。【詳細解説】低圧ナトリウムランプは波長589nm付近の黄色い単色光だけを出す放電灯で、人の目の感度が高い波長に発光が集中しているため、発光効率は実用光源の中で最高の部類に入ります。高圧水銀ランプの効率はこれより低く、白熱電球とハロゲン電球はフィラメントの温度放射なのでエネルギーの多くが赤外線として失われ、効率はさらに低くなります。ただし低圧ナトリウムランプは単色光のため色の識別がまったくできず、用途は自動車専用道路やトンネルなど、明るさだけが求められる場所に限られます。効率のおおよその順は、低圧ナトリウム、高圧ナトリウムやLED、メタルハライド、蛍光ランプ、水銀ランプ、白熱電球の順です。【他の選択肢が不適切な理由】白熱電球とハロゲン電球はどちらもフィラメントの温度放射で、エネルギーの多くが赤外線として逃げるため、効率はおおむね十数lm毎Wにとどまります。高圧水銀ランプは放電灯なのでこれより高いものの、発光が広い波長へ散らばるぶん、目の感度が高い波長に発光が集中する光源にはおよびません。効率の高さと色の再現性は両立しにくいという関係もあわせて押さえたいところです。

光源の種類と特性の一問一答