JP2008047465A - 色覚障害者用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる色覚障害者用照明装置を提供する。
【解決手段】調整ボリューム１、誤差増幅器２、ＰＷＭ制御回路３、ＬＥＤ駆動回路４、電流検出回路５、青色ＬＥＤ部６、調整ボリューム７、誤差増幅器８、ＰＷＭ制御回路９、ＬＥＤ駆動回路１０、電流検出回路１１、赤色ＬＥＤ部１２などを備え、色覚障害者が調整ボリューム１、７のつまみを回すことにより、青色ＬＥＤ部６、赤色ＬＥＤ部１２それぞれに流れる電流を制御して各ＬＥＤの光の強度を個別に調整することができる。青色ＬＥＤ部６の青色ＬＥＤは、ドミナント波長が４６０ｎｍ〜４８０ｎｍであり、赤色ＬＥＤ部１２の赤色ＬＥＤのドミナント波長が６１０ｎｍ〜６３０ｎｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に光を照射して色覚障害者による対象物の色識別を支援する色覚障害者用照明装置に関する。

人間の目の視細胞は、その形態から杆体と錐体に分類され、錐体は、その異なる分光吸収特性により赤錐体、緑錐体、及び青錐体の３種類に分類されている。各錐体の分光吸収特性は、視物質の性質に依存し、赤錐体は赤視物質、緑錐体は緑視物質、青錐体は青視物質を発現しており、目に入った光がどのような波長成分を有するかに応じて、各視物質を介して各錐体が刺激され、色として知覚される。

赤視物質、緑視物質、青視物質のいずれかの機能が損なわれた状態を色覚障害という。色覚障害の大多数は、赤視物質の遺伝子に変異を生じた第１色覚障害（色覚障害全体の約２５％）か、緑視物質の遺伝子に変異を生じた第２色覚障害（色覚障害全体の約７５％）であり、赤視物質又は緑視物質のどちらの機能が失われても、緑〜赤の波長域で色の差を感じにくいという似た症状になるため、赤緑色覚障害と総称されている。一方、青視物質の遺伝子に変異を生じた第３色覚障害は、色覚障害全体の約０．０２％と少ない。

色覚障害のうち大多数を占める赤緑色覚障害（第１色覚障害、第２色覚障害）は、緑〜赤の波長域において、明度が類似した色を見分けること（対象物の色識別）が困難になっている。特に、光の波長域において、黄緑〜黄の波長域を中心に左右（短波長側と長波長側）の色がほぼ同一に見えており、「緑と赤」、「黄緑と黄」の差を区別して認識することが困難となっている。また、「紫と青」の差を区別して認識することも困難となっている。このような色覚障害者の色の見え方である色覚特性は、色覚障害者個々に応じて異なる。

そこで、色覚障害者が見分けることが困難な２つの色（赤、緑）のうちの一方の色を透過するフィルタを装着した矯正メガネを用いることにより、例えば、赤色フィルタで赤色のコントラストを明るく強調し、あるいは、緑色フィルタで緑色のコントラストを明るく強調して、色を見分ける方法が提案されている（非特許文献１参照）。
岡部正隆、他１名、"色覚の多様性と色覚バリアフリーなプレゼンテーション" 細胞工学 Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．９ ２００２年

しかしながら、非特許文献１の例にあっては、例えば、赤色フィルタを用いた場合には、赤の波長域は透過し、緑の波長域は吸収されるため、赤色は明るく見えるようになる。しかし、同じ色相でより明るい別の色が相対的に暗くなり、異なった色に見えるようになるため、赤色以外の別の色を識別することが困難な状態になるという問題があった。このため、色覚障害者が有する様々な色覚特性に合わせて色の差を容易に識別できることが望まれていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、青色光を発光する青色ＬＥＤと、赤色光を発光する赤色ＬＥＤとを備え、前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの光を出力するように構成することにより、色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる色覚障害者用照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、青色ＬＥＤは、波長４７０ｎｍ付近に発光ピークを有し、赤色ＬＥＤは、波長６３０ｎｍ付近に発光ピークを有することにより、色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる色覚障害者用照明装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ夫々の光の強度を調節する強度調節手段を備えることにより、色覚障害者個々の色覚特性に合わせて色の識別度合いを調整することができる色覚障害者用照明装置を提供することにある。

第１発明に係る色覚障害者用照明装置は、対象物に光を照射して色覚障害者による該対象物の色識別を支援する色覚障害者用照明装置であって、青色光を発光する青色ＬＥＤと、赤色光を発光する赤色ＬＥＤとを備え、前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの光を出力するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る色覚障害者用照明装置は、第１発明において、前記青色ＬＥＤは、波長４７０ｎｍ付近に発光ピークを有し、前記赤色ＬＥＤは、波長６３０ｎｍ付近に発光ピークを有することを特徴とする。

第３発明に係る色覚障害者用照明装置は、第１発明又は第２発明において、前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ夫々の光の強度を調節する強度調節手段を備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、色覚障害者が見る対象物（例えば、印刷物）に赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの光を照射する。赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤから発せられた光が、対象物で反射されて色覚障害者の目に入射する。この場合、色覚障害者の目に入射される光の分光分布は、蛍光灯若しくは白熱灯などの一般照明環境下又は屋外環境下において対象物から反射される光の分光分布と赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの光が有する分光分布とが合成されたものとなる。赤緑色覚障害者のうち、特に、第２色覚障害者は、緑視物質の機能に障害があるため、赤錐体及び青錐体の２つの錐体の反応度合いの差を利用して色を識別しているが、赤錐体及び青錐体の反応度合いの比が同程度となる光の波長では、同じ色と認識してしまう。赤色ＬＥＤが発する光により、赤波長付近の分光分布を大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度を大きくし、赤錐体及び青錐体の反応度合いの差を大きくして緑〜赤の波長域において同じ色と混同する波長域を小さくする。

また、青色ＬＥＤが発する光により、青波長付近の分光分布を大きくする。これにより、青錐体の相対的な感度を大きくし、赤錐体及び青錐体の反応度合いの差を大きくして紫〜青の波長域において同じ色と混同する波長域を小さくすることができ、さらに色の識別性を向上させる。また、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを組合せることにより、赤色ＬＥＤだけの場合に比較して、色再現性が良くなり、色覚障害者の色識別を向上させることができるのみならず、健常者にとっても違和感なく対象物を認識することができる。

また、赤緑色覚障害者のうち、第１色覚障害者は、赤視物質の機能に障害があり、赤錐体の相対的な反応度合いが低下している場合には、赤色ＬＥＤが発する光により、赤波長付近の分光分布を大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度を大きくし、緑錐体及び青錐体に加えて赤錐体の反応度合いの差により色覚障害者の色識別を向上させることができる。

第２発明にあっては、青色ＬＥＤは、波長４７０ｎｍ付近に発光ピークを有し、赤色ＬＥＤは、波長６３０ｎｍ付近に発光ピークを有する。赤錐体の相対的な感度は、波長５５０ｎｍ付近でピークを有し、５５０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。一方、青錐体の相対的な感度は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。赤色ＬＥＤのドミナント波長を６３０ｎｍ付近とすることにより、赤錐体の相対的な感度が低下する波長域であって、青錐体の相対的な感度が保たれている波長域（例えば、６２０ｎｍ〜６４０ｎｍ）において、赤錐体に対する相対的な反応度合いを高める。また、青色ＬＥＤのドミナント波長を４７０ｎｍ付近とすることにより、青錐体の相対的な感度が低下する波長域（例えば、４６０ｎｍ〜４８０ｎｍ）において、青錐体に対する相対的な反応度合いを高める。

第３発明にあっては、強度調節手段は、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ夫々の光の強度を調節する。これにより、色覚障害者個々の異なる色覚特性に合わせて、赤色ＬＥＤ及び／又は青色ＬＥＤの光の強度を調節する。

第１発明にあっては、青色光を発光する青色ＬＥＤと、赤色光を発光する赤色ＬＥＤとを備え、前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの光を照射するように構成することにより、色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる。

第２発明にあっては、青色ＬＥＤは、波長４７０ｎｍ付近に発光ピークを有し、赤色ＬＥＤは、波長６３０ｎｍ付近に発光ピークを有することにより、色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる。

第３発明にあっては、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ夫々の光の強度を調節する強度調節手段を備えることにより、色覚障害者個々の色覚特性に合わせて色の識別度合いを調整することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る照明装置の要部構成を示すブロック図である。図中１は、調整ボリュームである。調整ボリューム１は、後述する青色ＬＥＤ部６が発する光の強度を調整するためのつまみを有し、色覚障害者がつまみを回すことにより、つまみの回動に応じた出力電圧を誤差増幅器２へ出力する。例えば、出力電圧が大きくなるようにつまみを回した場合、青色ＬＥＤ部６の光の強度は強くなり、出力電圧が小さくなるようにつまみを回した場合、青色ＬＥＤ部６の光の強度は弱くなる。

誤差増幅器２は、調整ボリューム１が出力した電圧と、後述する電流検出回路５が出力した電圧とを入力電圧として取得し、両入力電圧が等しくなるように出力電圧をＰＷＭ制御回路３へ出力する。これにより、誤差増幅器２は、調整ボリューム１から入力された電圧に応じて、青色ＬＥＤ部６に流れる電流を制御する。具体的には、誤差増幅器２は、調整ボリューム１から入力された電圧が大きい場合、青色ＬＥＤ部６に流れる電流を多くするように制御し、調整ボリューム１から入力された電圧が小さい場合、青色ＬＥＤ部６に流れる電流を少なくするように制御する。

ＰＷＭ制御回路３は、発振回路を備え、誤差増幅器２から入力された電圧に応じて、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）のパルス信号のデューティー比を変化させたＰＷＭ信号をＬＥＤ駆動回路４へ出力する。例えば、ＰＷＭ制御回路３は、誤差増幅器２から入力された電圧が小さい場合、デューティー比が２０％程度のＰＷＭ信号を出力し、誤差増幅器２から入力された電圧が大きい場合、デューティー比が８０％程度のＰＷＭ信号を出力するように構成してある。

ＬＥＤ駆動回路４は、トランジスタなどのスイッチング素子を備え、ＰＷＭ制御回路３から入力されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子をオン／オフして出力する電流（青色ＬＥＤ６部に流れる電流）を制御する。ＬＥＤ駆動回路４は、ＰＷＭ制御回路３から入力されたＰＷＭ信号のデューティー比が２０％の場合、出力電流を少なくし、ＰＷＭ信号のデューティー比が８０％の場合、出力電流を多くする。

電流検出回路５は、抵抗素子などで構成され、ＬＥＤ駆動回路４から青色ＬＥＤ部６に流れる電流を電圧に変換し、変換した電圧を誤差増幅器２の入力端へ出力する。電流検出回路５は、青色ＬＥＤ部６に流れる電流が多い場合、大きい電圧を誤差増幅器２の入力端へ出力し、青色ＬＥＤ部６に流れる電流が少ない場合、小さい電圧を誤差増幅器２の入力端へ出力するように構成してある。

青色ＬＥＤ部６は、複数の青色ＬＥＤを直列に接続したもの、あるいは、複数の青色ＬＥＤを直列に接続したものをさらに複数並列に接続したものであり、青色ＬＥＤを複数備えることにより、所要の照度が得られるように構成してある。

調整ボリューム７、誤差増幅器８、ＰＷＭ制御回路９、ＬＥＤ駆動回路１０、電流検出回路１１、赤色ＬＥＤ部１２の各構成、機能は、それぞれ調整ボリューム１、誤差増幅器２、ＰＷＭ制御回路３、ＬＥＤ駆動回路４、電流検出回路５、青色ＬＥＤ部６と同様であるので、説明は省略する。以上の構成により、色覚障害者が調整ボリューム１、７のつまみを回すことにより、青色ＬＥＤ部６、赤色ＬＥＤ部１２それぞれの光の強度を個別に調整することができる。

図２は青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの発光スペクトルを示す説明図である。図に示すように、青色ＬＥＤの発光ピークは、４７０ｎｍ付近（例えば、ドミナント波長が４６０ｎｍ〜４８０ｎｍ）にある。また、赤色ＬＥＤの発光ピークは、６３０ｎｍ付近（例えば、ドミナント波長が６１０ｎｍ〜６３０ｎｍ）にある。本発明に係る照明装置は、上述の構成を備えることにより、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤに流れる電流をＰＷＭ制御して、発光スペクトルを変化させることなく、光の強度を調整する。

本発明に係る照明装置は、例えば、商用電源に接続され、入力された交流電圧を整流回路で整流した後、直流に変換して各ＬＥＤに電流を流すような構成でもよく、また、バッテリーから入力される直流電圧に基づいて各ＬＥＤに電流を流すような構成でもよい。また、照明装置としては、卓上のスタンドライト、懐中電灯のようなハンディライト、天井、壁、通路などに設置される投光器タイプなどがある。さらに、蛍光灯照明器具又は白熱灯照明器具内に各ＬＥＤを補助光源として付加したものでもよく、各ＬＥＤのみを備えた照明装置でもよい。

図３は健常者の各錐体の相対的な感度を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は各錐体の相対的な感度（分光感度）をＬｏｇ換算で示している。青錐体の相対的な感度（受光スペクトル）は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。また、赤錐体の相対的な感度は、波長５５０ｎｍ付近でピークを有し、５５０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。また、緑錐体の相対的な感度は、５４０ｎｍ付近でピークを有し、広い波長域で赤錐体の相対的な感度と重複しているが、少しずれている。

健常者では、ある波長の光が目に入った場合、青錐体、緑錐体及び赤錐体の３つの各錐体がその波長での分光感度に応じて反応し、３種の反応度合いが異なることにより、光の色を弁別することができる。すなわち、健常者は、各錐体の反応度合いの違いにより、異なる色として知覚することができる。

図４は赤緑色覚障害者（第２色覚障害者）の各錐体の相対的な感度の一例を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は各錐体の相対的な感度（分光感度）をＬｏｇ換算で示している。第２色覚障害者のように緑錐体の機能が失われた場合、残る青錐体と赤錐体との２色型色覚となる。青錐体の相対的な感度（受光スペクトル）は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。また、赤錐体の相対的な感度は、波長５５０ｎｍ付近でピークを有し、５５０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。

２色型色覚の場合、３種類の錐体ではなく、２種類の錐体で色を知覚するため、例えば、赤錐体の反応度合いと青錐体の反応度合いとの比が同程度になるような波長Ａ１、Ａ２では、健常者であれば異なる色として知覚できるのに対して、赤緑色覚障害者は、同じ色として知覚してしまい色識別をすることができない。黄緑〜黄の波長域を中心に左右（短波長側・長波長側）の色がほぼ同一に見えており、「緑と赤」、「黄緑と黄」の差を区別して認識することが困難となっている。

色覚障害者が見る対象物（例えば、印刷物、展示物、案内表示など）に本発明に係る照明装置で光を照射した場合、赤色ＬＥＤが発する光により、対象物が反射する光の波長６３０ｎｍ付近の分光分布を大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度を大きくし、赤錐体及び青錐体の反応度合いの差を大きくして緑〜赤波長域において同じ色と混同する波長域を小さくする。本来の色で見ることができない場合であっても、色の識別を可能にすることができる。

また、青色ＬＥＤが発する光により、対象物が反射する光の波長４７０ｎｍ付近の分光分布を大きくする。これにより、青錐体の相対的な感度を大きくし、赤錐体及び青錐体の反応度合いの差を大きくして紫〜青の波長域において同じ色と混同する波長域を小さくする。赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを組合せることにより、さらに色の識別性を向上させることができ、赤色ＬＥＤだけの場合に比較して、色再現性が良くなり、色覚障害者の色識別を向上させることができるのみならず、健常者にとっても違和感なく対象物を認識することができる。

また、赤緑色覚障害者のうち、第１色覚障害者は、赤視物質の機能に障害があり、赤錐体の相対的な反応度合いが低下している場合には、赤色ＬＥＤが発する光により、対象物が反射する光の６３０ｎｍ付近の分光分布を大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度を大きくし、緑錐体及び青錐体に加えて赤錐体の反応度合いの差により色覚障害者の色識別を向上させることができる。

図５は蛍光灯照明環境下での対象物から反射される光の分光分布の一例を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は反射光の相対的強度を示す。なお、光の分光分布は、対象物に応じて異なることはいうまでもない。

図６は本発明に係る照明装置の照明環境下での対象物から反射される光の分光分布の一例を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は反射光の相対的強度を示す。図６は、図５で示される蛍光灯照明に加えて、本発明に係る照明装置を付加して、従来の蛍光灯照明に赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの照明を加えた場合における対象物から反射される光の分光分布を示す。図に示すように、分光分布は、赤色ＬＥＤにより波長６３０ｎｍ付近の分光分布が大きくなり、また、青色ＬＥＤにより波長４７０ｎｍ付近の分光分布が大きくなる。

これにより、従来のフィルタを用いた矯正メガネによる場合の如く、同じ色相でより明るい別の色が相対的に暗くなることがなく、特定の色以外の色が却って見えにくくなるということも防止することができ、色覚障害者が有する様々な色覚特性に合わせて色の差を容易に識別することができる。

次に、本発明に係る照明装置を用いて、石原色覚検査表（国際版３８表）の判読正誤率を測定した結果について説明する。被検者は、石原色覚検査表（国際版３８表）によるタイプ判定を行い、赤緑色覚障害者（第２色覚障害者（強））である。実験方法は、石原色覚検査表（国際版３８表）で赤緑色覚障害者（第２色覚障害者）が判読できない表のみを用いて、蛍光灯による照明環境下、及び蛍光灯と本発明に係る照明装置とによる照明環境下における正誤率（正解数／回答数）を比較した。

実験結果は、蛍光灯による照明環境下では、正誤率は０％（正解数が０）であったのに対し、蛍光灯と本発明に係る照明装置とによる照明環境下では、正誤率は７０％であった。特に、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの光強度を同等にした場合には、正誤率は７０％を超えた。また、蛍光灯の照度を５００Ｌｘとし、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤそれぞれの照度を２００Ｌｘとした場合、正誤率が７０％となった。さらに、蛍光灯の照度と、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤによるＬＥＤ照度との比が、１：１程度の場合、正誤率が７０％を超えた。

以上説明したように、本発明にあっては、色覚障害者による対象物の色識別を向上させることができる。また、色覚障害者個々の色覚特性に合わせて色の識別度合いを調整することができる。

上述の実施の形態では、ＰＷＭ制御によりＬＥＤに流れる電流を制御する構成であったが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤの発光スペクトルを変化させることなくＬＥＤに流れる電流を可変できるものであれば、どのような構成であってもよい。例えば、ＬＥＤに印加する電圧を変化させるような構成でもよい。

上述の実施の形態においては、各ＬＥＤの光の強度を調整するのに調整ボリュームを用いる構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、調節用のタッチパネル、スライド式など、いずれの構成であってもよい。

上述の実施の形態では、複数の青色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを用いる構成であったが、照明装置内にどのように各ＬＥＤを配置するかは、照明装置の大きさ、形状などに応じて適宜決定することができる。また、使用するＬＥＤの数も適宜設定することができる。

本発明に係る照明装置の要部構成を示すブロック図である。 青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの発光スペクトルを示す説明図である。 健常者の各錐体の相対的な感度を示す説明図である。 赤緑色覚障害者（第２色覚障害者）の各錐体の相対的な感度の一例を示す説明図である。 蛍光灯照明環境下での対象物から反射される光の分光分布の一例を示す説明図である。 本発明に係る照明装置の照明環境下での対象物から反射される光の分光分布の一例を示す説明図である。

符号の説明

１、７ 調整ボリューム
２、８ 誤差増幅器
３、９ ＰＷＭ制御回路
４、１０ ＬＥＤ駆動回路
５、１１ 電流検出回路
６ 青色ＬＥＤ部
１２ 赤色ＬＥＤ部

Claims (3)

1. 対象物に光を照射して色覚障害者による該対象物の色識別を支援する色覚障害者用照明装置であって、
   青色光を発光する青色ＬＥＤと、
   赤色光を発光する赤色ＬＥＤと
   を備え、
   前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの光を出力するように構成してあることを特徴とする色覚障害者用照明装置。
2. 前記青色ＬＥＤは、
   波長４７０ｎｍ付近に発光ピークを有し、
   前記赤色ＬＥＤは、
   波長６３０ｎｍ付近に発光ピークを有することを特徴とする請求項１に記載の色覚障害者用照明装置。
3. 前記青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ夫々の光の強度を調節する強度調節手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の色覚障害者用照明装置。

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