JP2008192507A - 機能性光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の一般的な照明光源である、蛍光灯、白熱電球、太陽光等を活用した簡易なシステム構成で、特定波長域の光を自在に増減制御可能とする。
【解決手段】機能性光学装置１０は、外部からの入射光に作用して特定波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタ部１１と、特定波長域の光を発光する光源部１５と有している。そして混光部１２は、光学フィルタ部１１からの出射光と光源部１５から出射した光とを混光して出射させる。これにより既存光源や太陽光等を活用した簡易なシステム構成で、生体等へ特定の影響を与える特定波長域の光を自在に増減制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、機能性光学装置に関し、より詳細には、特定波長域の光の強度を自在に増減できるようにした機能性光学装置に関する。

特定波長域の光、いわゆる色光が人体を初めとする生体へ及ぼす影響には様々なものが存在する。特定波長の色光は、光線治療、カラーテラピー、ライトパンクチャーといった特定疾患等の治療・治癒に適用される。またより身近なものとしては、色光を用いたカラーコーディネートが、自分自身だけでなく周囲へ及ぼす影響があることが知られていて、デザインやアミューズメントの分野だけでなく、ビジネスシーンを含めた様々な場面で色光が積極的に活用されている。

このような色光が及ぼす影響の手がかりとしては、光に対する筋肉組織の緊張度を現すライト・トーナス値というものがある。この数値は、大きいほど筋緊張度が高く、小さいほど筋緊張度が低いため、小さいほど人体へのストレスが少ないと考えられ、インテリアコーディネート等で活用されている。正常な状態でのライト・トーナス値は２３で、それに対して、青２４、緑２８、黄３０、橙３５、赤４２であり、原色だけで比較すれば波長が長くなるとライト・トーナス値が高くなる傾向があると言える。

同時に色光の人体への影響として、例えば赤色は循環・代謝機能に影響し、黄色は胃・すい臓・肝臓の機能に影響し、また紫色はリンパ系を刺激する等、人体の各部位に対する色光の影響が知られている。もちろん、太陽光に代表されるような光は可視光以外の波長域にもエネルギーを持っており、例えば、赤外光の皮膚への吸収による発熱・保温や、日焼けを含む紫外光の皮膚への悪影響などもよく知られているところである。

また従来から、特に夜間における光照射がメラトニン分泌抑制に影響を及ぼし、生体リズム調整を行うことができる技術が知られているが、これに関して、その波長成分との関係が非特許文献１等に報告されている。非特許文献１では、図１５に示すような波長特性を示すアクションスペクトラムが報告されている。ここではメラトニン分泌抑制感度は波長４６０ｎｍ付近で最も高くなっている。

さらに人体以外の生体への影響として知られているのは、例えば、爬虫類等が、紫外光、特にＵＶ−Ｂと呼ばれる波長域２９０〜３２０ｎｍの光を浴びると、体内にビタミンＤが合成されカルシウムの代謝や吸収効率を高めたり、さらに短波長のＵＶ−Ｃ（２６０〜２９０ｎｍ）は生体への悪影響が多く、殺菌灯に利用されたりしている点である。

また、昆虫には、走光性という外部からの光刺激に反応してその光の方向に沿った運動が認められるが、この行動様式に従って、昆虫の走光性視感度である３００〜６００ｎｍの光量を制御することによって昆虫の行動を制御することもできる。例えば、果樹園などでは、蛍光体やフィルタの光制御により５００〜５５０ｎｍ以下の波長光を遮断した黄色蛍光ランプが、吸蛾類であるアケビコノハ、オオエグリバ、アカエグリバ等や、難防除害虫類であるオオタバコガ、ハスモンヨトウ、シロイチモジヨトウ、アワノメイガ等の害虫防除に活用されている。

その他、生体への色光の影響としては、植物に関するものが知られており、一般的に、赤い光は光合成に適し、青い光はその植物形態の形成に適し、緑色の光は葉の色を濃くしたり丈夫にしたりするのに適していると言われている。このような特性を利用して、栽培段階では、植物の成長促進や成長抑制を効率良く行ったり、また、冷蔵庫等の保存段階で、特定栄養素を増加させたりする技術が実用化されている。

このような特定波長域の光による作用を活用した技術として、例えば特許文献１には、生体リズムに影響を与える波長の光を発する発光体を含む複数の発光体で構成され、その波長の光強度を制御することによって生体リズム調整を行う画像表示装置が開示されている。
また特許文献２には、発光波長の異なる複数の光源を用いて、その出力光量を制御することにより、所望の波長域の光エネルギーを増減させる擬似太陽光照射装置が開示されている。
さらに特許文献３には、４８０〜５０５ｎｍの波長域における分光成分を遮断するフィルタを備えることにより、メラトニンの分泌抑制を避け、入眠促進を妨げない照明装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術では、波長の異なる光源それぞれで強度制御を行うため、複雑な制御手段が必要な上、一般的な蛍光灯や太陽光等の外部光源を活用できる構造ではなかった。そのため、特定波長成分を遮断するフィルタを利用する特許文献３のように、光源に追加する光学部材技術が提案されている。
ＷＯ２００４／０８８６１６号公報 特開２００４−１６６５１１号公報 特開２００６−２５９０７９号公報 "Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans: Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor", Brainerd et al, 2001

従来から一般的に用いられている、蛍光灯、白熱電球、太陽光等を活用して、人体に対する光の影響を制御することのできる技術としては、前記特許文献３のように、光源にフィルタを付加する光学部材技術が提案されている。しかしながら、このフィルタは、特定波長域の分光成分を一定量以下に減衰させる機能を持っているだけであるため、その特定波長域の光が人体に与える影響を低減または排除することは可能であるが、その光を積極的に利用する目的には必ずしも十分なものではなかった。

本発明は、上記問題点を考慮し、従来の一般的な照明光源である、蛍光灯、白熱電球、太陽光等を活用した簡易なシステム構成で、特定波長域の光を自在に増減制御可能とすることにより、その光が生体一般に与える影響を積極的に利用することも排除することも可能な機能性光学装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、外部からの入射光に作用して特定波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタと、特定波長域の光を発光する光源とを有し、光学フィルタからの出射光と光源から出射した光とを混光して出射させることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、光源から発する光を拡散する導光板を備え、導光板により、光学フィルタからの出射光と光源から出射した光とを混光することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、光源として特定波長域の光を発光するＬＥＤを使用し、ＬＥＤからの出射光を導光板の側方から導光板に入射させ、導光板の背面側から光学フィルタからの出射光を導光板に入射させ、ＬＥＤからの出射光と導光板を通過する光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２の技術手段において、光源として特定波長域の光を発光するＬＥＤを使用し、ＬＥＤを導光板の表面に配置して、導光板の背面側から光学フィルタからの出射光を導光板に入射させ、ＬＥＤからの出射光と、導光板を通過する光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１の技術手段において、光源として透明な面光源である透明平板発光素子を使用し、導光板の背面側から光学フィルタからの出射光を透明平板発光素子に入射させ、透明平板発光素子が発光した光と、導光板を通過する光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１の技術手段において、光源が、特定波長域を少なくとも含む波長域の光を出射する光源であって、光学フィルタとして、特定波長域の光を反射し、特定波長域を除く波長域の光を透過するダイクロイックミラーを有し、ダイクロイックミラーは、光源から出射した光のうち特定波長域の光を反射し、かつ外部からの入射光のうち特定波長域を除く波長域の光を透過させて、反射した光と透過した光とを混光して出射させることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１の技術手段において、光源が、特定波長域を少なくとも含む波長域の光を出射する光源であって、光学フィルタとして、特定波長域の光を反射し、特定波長域を除く波長域の光を透過するダイクロイックプリズムを有し、ダイクロイックプリズムは、光源から出射した光のうち特定波長域の光を反射し、かつ外部からの入射光のうち特定波長域を除く波長域の光を透過させて、反射した光と透過した光とを混光して出射させることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１ないし第７のいずれかの技術手段において、光源の発光強度を制御する制御部を有し、制御部の制御に応じて、機能性光学装置から出射させる特定波長域の光の出射光量を制御可能としたことを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第８の技術手段において、光学フィルタに作用させる外部からの入射光の光量を検出する光量検出部を備え、制御部は、光量検出部の検出結果に応じて光源の発光強度を制御することを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第８の技術手段において、現在の時刻情報を取得する時刻情報取得部を有し、制御部は、時刻情報取得部により取得した時刻情報に基づいて光源の発光強度を制御することを特徴としたものである。

第１１の技術手段は、第８の技術手段において、外部からの入射光が入射する側の雰囲気温度と、混光した光を出射させる側の雰囲気の温度とを測定する測温部を有し、制御部は、測温部が測定した温度情報に基づいて、光源の発光強度を制御することを特徴としたものである。

第１２の技術手段は、第１ないし第１１のいずれかの技術手段において、光学フィルタは、特定波長域を除く波長域の光の透過率が、特定波長域の光の透過率よりも大きいことを特徴としたものである。

本発明によれば、従来の一般的な照明光源である、蛍光灯、白熱電球、太陽光等を活用した簡易なシステム構成で、特定波長域の光を詳細に増減制御することによって、その光が生体一般に与える影響を積極的に利用することも排除することも可能とすることができる。

すなわち本発明によれば、特殊な光源や照明器具等をあらかじめ準備する必要なく、従来から一般的に用いられている蛍光灯、白熱電球、ＨＩＤランプ、発光ダイオード、蛍光表示管などの人工光源や、太陽や月等の自然光源を活用し、簡易なシステム構成で、それらの光源のうちの特に生体へ特定の影響を与える分光成分、すなわち特定波長域の光を増減制御可能とすることによって、その特定波長域の光が生体に与える影響を積極的に利用することも、排除もしくは低減させることも可能とすることができる。

特に建物の窓等の採光部分に本発明の機能性光学装置を設置することにより、太陽光や月光に含まれる特定波長域の光を制御可能となるため、単純な構成で安価かつエネルギー消費の少ない光制御システムを構築することができる。
また本発明の機能性光学装置を用いることにより、当然既存の光源をそのまま活用できるため、光源交換を行うことなく機能性光学装置を付加するだけで所望の機能が得られ、太陽光や月光はもちろん、交換することが困難な場所にある光源であっても、その光源により発光された特定波長域の光を活用することもできるようになる。

また、本発明による機能性光学装置は、特定波長域以外の光成分への影響が小さいため、必要に応じて複数の機能性光学装置を重ね合わせて利用することができる。この場合、複数の生体への光の影響を制御できるのみならず、元の光源の光がもつ分光分布を詳細に調整できるようになるため、光を浴びる生体種やその状態に応じて分光分布をデザインすることにより、様々な機能を実現することができ、また白色光の色温度調整や照明器具の演色性制御など、様々な光制御を容易に実現することができるようになる。

図１は、本発明による機能性光学装置の構成例を説明するためのブロック図である。
機能性光学装置１０は、ユーザによる手動操作もしくは遠隔操作が可能な操作部１３を備えている。そして操作部１３に対して特定波長域の光の増減を指示する操作情報が入力されると、制御部１４は、その操作情報を光量制御情報に変換する。光量制御情報は、光源部１５から発光される光の光量を所定の値に制御するための情報である。
そして光源部１５は、制御部１４からの光量制御情報に基づいて、特定波長域の光を所定光量に制御して発光し、混光部１２へ入射させる。

一方、外部の光源から入射する任意の分光スペクトルを有する入射光は、機能性光学装置１０へ入射すると、光学フィルタ部１１によりその特定波長域の光が減衰または遮断され、混光部１２へ入射する。
混光部１２は、導光板や空隙、あるいは波長域に応じて出射光路を制御するダイクロイックミラーやプリズム等によって構成され、光源部１５で発光された特定波長域の光と、光学フィルタ部１１を通過した光とを混光して略均一な光を作り、機能性光学装置１０の外部へ出射させる。

このような構成により、特定波長域の光を積極的に活用したい場合には、操作部１３に対して所定の操作入力を行うことにより、特定波長域の光のみを増加させることができる。また逆に特定波長域の光を減衰または遮断したい場合には、同様の操作でその光だけを減少させるかまたはゼロにすることが可能となる。

すなわち、上記のような構成の機能性光学装置１０を用いることで、被照物、特に生体に作用して各種機能を実現する特定波長域の光成分を増減制御することが可能となる。例えば、この機能性光学装置１０を窓ガラスに設置すれば、太陽光や月光等のスペクトルが制御可能となり、また既存のシーリングライト等の前に設置すれば必要に応じて、特定波長域の光成分を増減することが可能となる。

図２は、本発明による機能性光学装置の動作の一例を説明するためのフローチャートで、上記図１に示す構成の機能性光学装置１０における動作例を示すものである。ここでは図１の構成を参照しながら説明する。
まず操作部１３が、特定波長域の光の増減を指示する操作情報を取得した場合（ステップＳ１）、制御部１４はその操作情報を光源部１５の光量制御情報に変換する（ステップＳ２）。そして光源部１５は、制御部１４が生成した光量制御情報に基づいて、特定波長域の光を所定光量発する（ステップＳ３）。

一方、光学フィルタ部１１では、外部からの入射光のうち、特定波長域の光を減衰または遮断する（ステップＳ５）。そして混光部１２は、光学フィルタ部１１からの光と光源部１５からの光を略均一に混ぜて、機能性光学装置１０から出射させる（ステップＳ４）。

図３は、本発明による機能性光学装置の他の構成例を説明するためのブロック図である。本例の機能性光学装置１０は、図１の構成に加えて、外部からの入射光を測光する光量検出部である測光ユニット１６を備えている。測光ユニット１６は分光照度計等で構成され、外部からの入射光の分光スペクトル、特に制御したい特定波長域の光量（光強度）を測定し、得られた光量情報を制御部１４に入力させる。制御部１４では、その光量情報を光源部１５の光量制御情報に変換して、光源部１５の光量を外光の特定波長域の光量と略同一に調整する。これにより、外部からの入射光の分光スペクトルや色味、さらには生体への影響等を変化させないようにした光を機能性光学装置１０から出射させることができる。

すなわち、本例の機能性光学装置１０を用いることにより、光源部１５からの発光を制御することで所定波長域の光量を自在に制御することができ、また所定波長域の制御を行う必要がなく外部からの入射光と同じ特性の光を得たい場合には、測光ユニット１６で入射光の状態を測定して、その入射光の状態に合うように光源部１５の発光強度を制御する。これにより特定波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタ部１１を備えた構成であっても、必要に応じて外部からの入射光と同じ特性の光を利用することができるようになる。

図４は、本発明による機能性光学装置の動作の他の例を説明するためのフローチャートで、上記図３に示す構成の機能性光学装置における動作例を示すものである。ここでは図３の構成を参照しながら説明する。
まず操作部１３が、特定波長域の光の増減を指示する操作情報を取得した場合（ステップＳ１１）、制御部１４は、その操作情報が外部入射光の特性を再現する指示情報であるかどうかを判別する（ステップＳ１２）。そして外部入射光の特性を再現する指示情報であれば、測光ユニット１６は、外部入射光のうち、特定波長域の光量情報を取得し（ステップＳ１３）、制御部１４は、測光ユニット１６からの光量情報を光源部１５の光量制御情報に変換する（ステップＳ１４）。

そして光源部１５は、光量制御情報に基づいて特定波長域の光を所定光量発する（ステップＳ１５）。一方、光学フィルタ部１１では、外部からの入射光のうち、特定波長域の光を減衰または遮断する（ステップＳ１８）。そして混光部１２は、光学フィルタ部１１からの光と光源部１５からの光とを略均一に混ぜて、機能性光学装置１０から出射させる（ステップＳ１６）。

一方上記ステップＳ１２で、操作情報が外部入射光の特性を再現する指示でなければ、制御部１４は、操作情報を光源部１５の光量制御情報に変換し（ステップＳ１７）、ステップＳ１５で光源部１５が特定波長域の光を所定光量発光する。

次に本発明に関わる機能性光学装置のさらに具体的な構成例を説明する。
機能性光学装置１０の光学フィルタ部１１には、屈折率の異なる複数の薄膜を積層して光の干渉効果により特定波長域の光成分の透過光量を減衰させるかまたは遮断するノッチフィルタやダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムなどを適用することができ、あるいは屈折率が連続的に変化する酸化膜層を用いたルーゲート・ノッチフィルタ等を用いることができる。

また光源部１５としては、半導体材料で構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の微小な点光源を用いることができ、あるいは有機半導体材料や酸化物等を活用した有機ＥＬ、無機ＥＬ、薄膜ＥＬのような面光源を用いることもできる。さらには光源部１５として、光学フィルタ部１１で減衰または遮断する特定波長域の光成分を含むような蛍光灯や白熱灯、ＨＩＤランプ（高圧放電灯）等を用いることもできる。この場合には、ダイクロイックミラーやプリズム等を組み合わせて光源部１５の光照射方向を制御することにより、上記点光源や面光源と同様の機能をもつ光源部を構成することができる。

図５は、本発明による機能性光学装置の一実施形態を説明するための図で、図中、１０１はＬＥＤ光源、１０２は導光板、１０３はノッチフィルタである。
本実施形態では、光源部１５としてＬＥＤ光源１０１を使用する。この場合、ＬＥＤ光源１０１としては特定波長域の光を発光するものを選択する。この場合、ＬＥＤ光源１０１は、基本的には特定波長域の光のみを発光するものを使用するが、特定波長域以外の光が含まれている場合であっても特定波長域を制御するという目的は達成することができ、機能性光学装置の用途や要求特性等に応じて適宜適用することができる。

そして本実施形態においては、導光板１０２のエッジ側から、ＬＥＤ光源１０１から発光した光を入射させ、ノッチフィルタ１０３とは反対側の面に拡散させて矢印方向に出射させる。導光板１０２には、拡散機能を有する部材を好適に適用することができる。例えば乳白の樹脂基板を単独で用いることができ、あるいは透明基板に対して拡散板もしくは拡散膜を付与したものを用いることができる。拡散板もしくは拡散膜は、透明基板のＬＥＤ光源１０１側の側面と、ノッチフィルタ１０３側の背面とに設けることが好適である。このような構成により、導光板１０２に入射したＬＥＤ光源１０１からの光のうちのある程度の量を前面側に出射させることができる。

一方ノッチフィルタ１０３の背面側からは、ノッチフィルタ１０３に対して外部からの光を入射させる。ノッチフィルタ１０３では、外部からの入射光の特定波長域を減衰または遮断し、透明基板または導光板１０２を通過させる。透明基板または導光板１０２は、ＬＥＤ光源１０１からの光と、ノッチフィルタ１０３を出射した外部からの入射光とを混光し、矢印方向に出射させる。
つまり本実施形態においては、ＬＥＤ光源１０１が図１の光源部１５に該当し、ノッチフィルタ１０３が光学フィルタ部１１に該当し、導光板１０２が混光部１２に該当することになる。

図６は、本発明による機能性光学装置の他の実施形態を説明するための図である。図６の例では、上記図５と同様に光源部としてＬＥＤ光源１０１を使用しているが、図５の構成と異なり、導光板１０２の前面側（ノッチフィルタ１０３とは反対側）にＬＥＤ光源１０１を配置し、前面側の矢印方向に向かってＬＥＤ光源１０１から光が出射するように構成している。ＬＥＤ光源１０１は、図５の例と同様に基本的に特定波長域の光を出射させるものとするが、用途等に応じて特定波長域以外の光が含まれるものも用いることができる。また導光板１０２としては、乳白の樹脂基板や、背面側に拡散板や拡散膜を配した透明基板などを適用することができる。

またノッチフィルタ１０３は、上記図５の例と同様に機能し、外部からの入射光の特定波長域を減衰または遮断し、導光板１０２を通過させる。導光板１０２は、ＬＥＤ光源１０１からの光と、ノッチフィルタ１０３を出射した外部からの入射光とを混光し、矢印方向に出射させる。

図７は、本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図で、図中、１０４は透明平板発光素子である。本実施形態では、光源部として、有機半導体材料や酸化物等を活用した有機ＥＬ、無機ＥＬ、薄膜ＥＬのような面光源の透明平板発光素子１０４を用いている。透明平板発光素子１０４は、上記図５及び図６の例のＬＥＤ光源１０１０と同様に、基本的に特定波長域の光を出射させるものとするが、用途等に応じて特定波長域以外の光が含まれるものも用いることができる。

またノッチフィルタ１０３は、上記図５及び図６の例と同様に機能し、外部からの入射光の特定波長域を減衰または遮断し、透明平板発光素子１０４を通過させる。透明平板発光素子１０４は、透明平板発光素子１０４自身が発光した光と、ノッチフィルタ１０３を出射した外部からの入射光とを混光し、矢印方向に出射させる。

図８は、本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図で、図中、１０５は光源、１０６はダイクロイックミラーである。本実施形態では、蛍光灯や白熱灯、ＨＩＤランプなどの特定波長域を含む光を発光できる光源１０５を使用する。
またダイクロイックミラー１０６は、特定波長域の光を反射し、他の波長域の光を透過するように形成されている。そして光源１０５から出射した光源光は、ダイクロイックミラー１０６に入射し、特定波長域の光のみが前方（矢印方向）に反射し、他の波長域の光が後方に向けて透過する。

また外部からの入射光は、ノッチフィルタ１０３で特定波長域の光が減衰または遮断され、ダイクロイックミラー１０５に背面から入射し、特定波長域を除く光が透過して前方に出射される。
つまり本実施形態では、ノッチフィルタ１０３が図２の光学フィルタ部１１に該当し、ダイクロイックミラー１０６が混光部１２に該当し、光源１０５とダイクロイックミラー１０６が、特定波長域の光を発する光源部１５に該当する。このような構成により、特定波長域の光を減衰または遮断した外部からの入射光と、光源１０５で発光した特定波長域の光とを混光して出射させることができる。そして光源１０５による光量を制御することにより、ダイクロイックミラー１０６から出射させる特定波長域の光の光量を制御することができる。

図９は、本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図で、図中、１０７はダイクロイックプリズム、１０８は透明基板である。光源１０５には、上記の各実施形態と同様に蛍光灯や白熱灯、ＨＩＤランプなどの特定波長域を含む光を発光できる光源を使用する。そして光源１０５から出射した光源光は、その表面にダイクロイックプリズム１０７を形成した透明基板１０８に入射する。ダイクロイックプリズム１０７は、特定波長域の光を反射し、特定波長域以外の波長の光を透過する面１０７ａを備えている。従って、光源１０５から出射した光のうち、特定波長域の光は、ダイクロイックプリズム１０７の面１０７ａで反射して透明基板１０８の前方（矢印方向）に出射し、特定波長域以外の波長光は、ダイクロイックプリズム１０７を透過して透明基板１０８の後方に抜ける。

一方外部からの入射光は、ノッチフィルタ１０３で特定波長域の光が減衰または遮断され、透明基板１０８に背面から入射し、特定波長域以外の光がダイクロイックプリズム１０７を透過して前方に出射する。
つまり本実施形態では、ノッチフィルタ１０３が図１の光学フィルタ部１１に該当し、ダイクロイックプリズム１０７を形成した透明基板１０８が混光部１２に該当し、光源１０５とダイクロイックプリズム１０７とが、特定波長域の光を発光する光源部１５に該当する。このような構成により、特定波長域の光を減衰または遮断した外部からの入射光と、特定波長域の光源光とを混光して出射させることができる。そして光源１０５による光量を制御することにより、ダイクロイックプリズム１０７から出射させる特定波長域の光の光量を制御することができる。

図１０は、本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図で、図中１０９は透明基板、１０９ａは透明基板に組み込まれたダイクロイックミラーである。光源１０５には、上記の各実施形態と同様に蛍光灯や白熱灯、ＨＩＤランプなどの特定波長域を含む光を発光できる光源を使用する。そして光源１０５から出射した光源光は、ダイクロイックミラー１０９ａが連続的に配列して組み込まれている透明基板１０９に入射する。

ダイクロイックミラー１０９ａは、特定波長域の光を反射し、特定波長域以外の波長の光を透過するように形成されている。従って、光源１０５から出射した光のうち、特定波長域の光は、ダイクロイックミラー１０６で反射して前方（矢印方向）に出射し、特定波長域以外の光が透明基板１０９の後方に向けて透過する。

また外部からの入射光は、ノッチフィルタ１０３で特定波長域の光が減衰または遮断され、透明基板１０９に背面から入射し、特定波長域以外の波長の光が透過して前方に出射する。
つまり本実施形態では、ノッチフィルタ１０３が図１の光学フィルタ部１１に該当し、ダイクロイックミラー１０９ａを備えた透明基板１０９が混光部１２に該当し、光源１０５とダイクロイックミラー１０９ａが、特定波長域の光を発光する光源部１５に該当する。このような構成により、特定波長域の光を減衰または遮断した外部からの入射光と、特定波長域の光源光とを混光して出射させることができる。そして光源１０５による光量を制御することにより、透明基板１０９から出射させる特定波長域の光の光量を制御することができる。

次に、生体への影響が知られている特定波長域の光の制御例を説明する。
例えば、波長４６０ｎｍ付近の青色成分を減衰または遮断する光学フィルタ部１１と、少なくともその波長成分の光を発する光源部１５とを組み合わせて機能性光学装置１０を構成すると、利用者の覚醒度に及ぼす影響を調整することが可能となる。

そもそも人は、およそ１日周期の生体リズム（サーカディアンリズム）を持っていて、これにより日中の覚醒と夜間の睡眠を繰り返している。この生体リズムは、実際には２４時間よりもわずかに長いことが知られているが、午前中に光を浴びることによって生体リズムの周期の位相を前進させてリセットを行い、実際の生活環境に同調させている。つまり、生体リズムの調整には光が重要である。

このような光による生体リズムの調整に大きな関わりを持っているのが、メラトニンというホルモンの一種である。これは脳の松果体から分泌されるもので、日中には分泌されず、およそ日没前後から日の出前にかけて分泌される。このメラトニンの分泌が体温の低下や入眠を促していると考えられている。

メラトニンの分泌には光が影響を及ぼすことが分かっており、メラトニンが分泌される夜間に比較的強い光を浴びることで、その分泌が抑制され、逆に日中に比較的強い光を浴びることで、夜間のメラトニン分泌量が増加する。ここでは図１５に示したように、光の中でも波長４６０ｎｍ付近の青色波長域の光が人のメラトニンの分泌抑制に最も影響を及ぼすことが分かっている。

従って、上記のような波長域のエネルギー量が多い光を発する光源部１５と、その波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタ部１１とで構成された機能性光学装置１０を用いることで、上記の波長域の光量を制御することができるため、これにより人のメラトニン分泌を制御できるようになり、その人の覚醒度を調整することが可能となる。

また一般的には、日中は覚醒度を高く保つことが望ましく、夜間は必要以上に覚醒度を高める必要がない。従って図１１に示すように、時計や電波受信等による時刻情報取得部１７を機能性光学装置１０に付加し、光制御を行う時刻を設定して記憶できるようにしておく。そして時刻情報取得部１７では、設定された時刻に応じて操作部１３へ特定波長域の光を増減させる指示情報を入力できるように構成しておく。

これにより、特定波長域の光の増減を指示する操作情報を利用者がその都度操作部１３に入力しなくても、例えば日中には、波長４６０ｎｍ付近の波長域の出射光量を高く保ち、夜間には逆にその波長域の出射光量を低くし、もしくは出射しないように自動制御を行うことができる。このような機能を付加することにより、利用者の生活リズムを整えることが可能となるだけでなく、時差ボケの軽減や、シフト労働者、夜間労働者等の生活リズムの制御、さらには季節うつ病の治療等への応用も可能となる。

次に生体への影響が知られている特定波長域の光の他の制御例として、例えば、波長５００〜５５０ｎｍ付近以下の青色波長域の光を原減衰または遮断する光学フィルタ部１１と、少なくともその波長域の光を発する光源部１５とを組み合わせて、本発明の機能性光学装置１０を構成することで、例えば、夜間、光に集まる昆虫の挙動を制御することが可能となる。

現在、広く一般的に使用されている照明器具として蛍光灯があるが、蛍光灯は人の可視領域である波長およそ３８０〜７８０ｎｍの光だけではなく、紫外光も発している。
図１２は、各種昆虫の走光性視感度曲線を示す図で、“季刊誌「ＴＥＳＲＡ（建設電気技術）」、Ｖｏｌ．１４８，２００５、社団法人建設電気技術協会”に記載されたものである。人は紫外光を明るさとして目で感じることはできないが、図１２に示すように昆虫は青色波長成分から紫外成分にかけての光を感じ取ることがわかっている。またさらに、昆虫によっては、夜間照明光の青色から紫外にかけての波長域の光を感じ取ると、それに誘導された走光性を示す。

従って、少なくともこの波長５００〜５５０ｎｍ付近以下の波長域の光を発する光源部１５と、この波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタ部１１とを組み合わせた構成の機能性光学装置１０により、虫の誘導効果を低く抑えたり、高く保ったりすることが可能となる。
そして図１３に示すように、時刻情報取得部１７による自動制御機構を付加することにより、虫が誘導される夕方から夜間においては虫の誘導効果を低く抑えるかもしくは遮断する。そして日中においては、通常の太陽光等の外部照明を活用し、かつその外部照明の分光スペクトルを再現するように機能性光学装置を制御する。

時刻情報取得部１７は、上記図１１で説明したように、時計や電波受信等を用いて時刻情報を取得し、また光制御を行う時刻を設定して記憶できるようにしておくものである。そして時刻情報取得部１７では、設定された時刻に応じて操作部１３へ特定波長域の光の増減を指示する操作情報を入力することができる。

そして太陽光等の外部照明の分光スペクトルを再現する制御を行う場合には、測光ユニット１６を用いることができる。つまり測光ユニット１６は、太陽光等の外部から入射光の光量を測定し、得られた光量情報を制御部１４に入力し、制御部１４ではその光量情報を光源部１５の光量制御情報に変換して、光源部１５の光量を外光の特定波長域の光量と略同一に調整する。
これにより、人に不快感や危害を及ぼしたり、植物に害を与えたりするような害虫が集まってくることを効率よく防ぎながら、日中の人の行動や植物の活動には悪影響を与えないような光制御が可能となる。

次に生体への影響が知られている特定波長域の光の更に他の制御例として、例えば波長７８０ｎｍ以上の赤外波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタ部１１と、少なくともその波長域の光を発する光源部１５とを組み合わせて機能性光学装置１０を構成することにより、室内の温度制御を可能とすることができる。
波長約７８０ｎｍ以上の赤外線は熱線とも呼ばれ、調理や暖房に活用されている。この赤外波長域の光を制御するような機能性光学装置１０を作成し、例えば窓等の採光部や屋内照明部等に設置することにより、室内の温度制御を行うことが可能となる。

この場合、上記のような時刻情報取得部１７により取得した時刻情報を用いて自動制御を行うことにより、例えば、昼間は屋内への赤外線の入射量を低く保つかまたは遮断し、夜間は赤外線の入射光量を高く保つことで、一日周期の屋内温度調節が可能となる。
さらに、上記の時刻情報取得部１７に日付設定を行う機能を付加することで、例えば、一年周期で、暑い夏季には屋内への赤外線入射を低く保つかまたは遮断し、寒い冬季には赤外線を多く入射させて、屋内環境を快適な温度に保つことが可能となる。

また図１４に示すように、本発明に関わる機能性光学装置１０に測温ユニット１８を付加することができる。測温ユニット１８は、機能性光学装置１０において外部からの入射光が入射する側の雰囲気温度と、混光した光を出射させる側の雰囲気の温度とを測定する測温部として機能する。
そしてこの場合には、例えば測温ユニット１８で測温した温度情報に従って、操作部１３で外気と連動した制御を指示したり、屋内を略一定温度に保つ制御を指示したりすることによって、自動的に屋内温度の制御を行うことができるようになる。
こうした機能をもつ機能性光学装置１０により、屋内の温度制御を行っているエアーコンディショナー（エアコン）の補助的な温度制御の役割を果たすことができ、エアコンだけで温度制御を行う場合に比べて消費電力を削減できる効果が得られる。

また波長約３８０ｎｍ以下の紫外線には、一般的に人体に悪影響があることがよく知られているが、例えば波長域２９０〜３２０ｎｍのＵＶ−Ｂと呼ばれる紫外線は、爬虫類等が体内でビタミンＤを合成するために必要な光である。そこで、この波長２９０〜３２０ｎｍの光制御を行う機能性光学装置１０は、爬虫類をペットとして屋内で飼育する場合等に活用することができる。

さらに例えば気候や住宅事情によって洗濯物を屋内で乾燥することが増えてきているが、この場合には、上記のような赤外線制御を行う機能性光学装置と、紫外性制御を行う機能性光学装置とを重ねて使用することが効果的である。このような構成とすることにより、衣類等の乾燥を行う部屋の温度を高く保ち、かつ人体に悪影響を及ぼさない程度の紫外線による殺菌を行うことが可能となるため、乾燥時間を短縮でき、かつ屋外乾燥と同等もしくはそれ以上の殺菌効果を得ることができる。

本発明による機能性光学装置の構成例を説明するためのブロック図である。 本発明による機能性光学装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明による機能性光学装置の他の構成例を説明するためのブロック図である。 本発明による機能性光学装置の動作の他の例を説明するためのフローチャートである。 本発明による機能性光学装置の一実施形態を説明するための図である。 本発明による機能性光学装置の他の実施形態を説明するための図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図で、 本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の実施形態を説明するための図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の構成例を説明するためのブロック図である。 各種昆虫の走光性視感度曲線を示す図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の構成例を説明するためのブロック図である。 本発明による機能性光学装置の更に他の構成例を説明するためのブロック図である。 特許文献１に記載されたメラトニン分泌抑制感度と波長との関係を示す図である。

符号の説明

１０…機能性光学装置、１１…光学フィルタ部、１２…混光部、１３…操作部、１４…制御部、１５…光源部、１６…測光ユニット、１７…時刻情報取得部、１８…測温ユニット、１０１…ＬＥＤ光源、１０２…導光板、１０３…ノッチフィルタ、１０４…透明平板発光素子、１０５…光源、１０６…ダイクロイックミラー、１０７…ダイクロイックプリズム、１０７ａ…面、１０８…透明基板、１０９…透明基板、１０９ａ…ダイクロイックミラー。

Claims (12)

1. 外部からの入射光に作用して特定波長域の光を減衰または遮断する光学フィルタと、
   前記特定波長域の光を発光する光源とを有し、
   前記光学フィルタからの出射光と前記光源から出射した光とを混光して出射させることを特徴とする機能性光学装置。
2. 請求項１に記載の機能性光学装置において、前記光源から発する光を拡散する導光板を備え、該導光板により、前記光学フィルタからの出射光と前記光源から出射した光とを混光することを特徴とする機能性光学装置。
3. 請求項２に記載の機能性光学装置において、前記光源として前記特定波長域の光を発光するＬＥＤを使用し、前記ＬＥＤからの出射光を前記導光板の側方から該導光板に入射させ、前記導光板の背面側から前記光学フィルタからの出射光を前記導光板に入射させ、前記ＬＥＤからの出射光と前記導光板を通過する前記光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴とする機能性光学装置。
4. 請求項２に記載の機能性光学装置において、前記光源として前記特定波長域の光を発光するＬＥＤを使用し、前記ＬＥＤを前記導光板の表面に配置して、前記導光板の背面側から前記光学フィルタからの出射光を前記導光板に入射させ、前記ＬＥＤからの出射光と、前記導光板を通過する前記光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴とする機能性光学装置。
5. 請求項１に記載の機能性光学装置において、前記光源として透明な面光源である透明平板発光素子を使用し、前記導光板の背面側から前記光学フィルタからの出射光を前記透明平板発光素子に入射させ、前記透明平板発光素子が発光した光と、前記導光板を通過する前記光学フィルタからの出射光とを混光することを特徴とする機能性光学装置。
6. 請求項１に記載の機能性光学装置において、前記光源は、前記特定波長域を少なくとも含む波長域の光を出射する光源であって、
   前記光学フィルタとして、前記特定波長域の光を反射し、該特定波長域を除く波長域の光を透過するダイクロイックミラーを有し、
   該ダイクロイックミラーは、前記光源から出射した光のうち前記特定波長域の光を反射し、かつ前記外部からの入射光のうち特定波長域を除く波長域の光を透過させて、前記反射した光と前記透過した光とを混光して出射させることを特徴とする機能性光学装置。
7. 請求項１に記載の機能性光学装置において、前記光源は、前記特定波長域を少なくとも含む波長域の光を出射する光源であって、
   前記光学フィルタとして、前記特定波長域の光を反射し、該特定波長域を除く波長域の光を透過するダイクロイックプリズムを有し、
   該ダイクロイックプリズムは、前記光源から出射した光のうち前記特定波長域の光を反射し、かつ前記外部からの入射光のうち特定波長域を除く波長域の光を透過させて、前記反射した光と前記透過した光とを混光して出射させることを特徴とする機能性光学装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１に記載の機能性光学装置において、前記光源の発光強度を制御する制御部を有し、
   該制御部の制御に応じて、前記機能性光学装置から出射させる前記特定波長域の光の出射光量を制御可能としたことを特徴とする機能性光学装置。
9. 請求項８に記載の機能性光学装置において、前記光学フィルタに作用させる前記外部からの入射光の光量を検出する光量検出部を備え、
   前記制御部は、該光量検出部の検出結果に応じて前記光源の発光強度を制御することを特徴とする機能性光学装置。
10. 請求項８に記載の機能性光学装置において、現在の時刻情報を取得する時刻情報取得部を有し、
    前記制御部は、前記時刻情報取得部により取得した時刻情報に基づいて前記光源の発光強度を制御することを特徴とする機能性光学装置。
11. 請求項８に記載の機能性光学装置において、前記外部からの入射光が入射する側の雰囲気温度と、前記混光した光を出射させる側の雰囲気の温度とを測定する測温部を有し、
    前記制御部は、前記測温部が測定した温度情報に基づいて、前記光源の発光強度を制御することを特徴とする機能性光学装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１に記載の機能性光学装置において、
    前記光学フィルタは、前記特定波長域を除く波長域の光の透過率が、該特定波長域の光の透過率よりも大きいことを特徴とする機能性光学装置。

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