JP3076375B2 - 蛍光ランプ - Google Patents
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Description
照明を行うための光源に関するものである。
が知られている。これは、一般に使用される人工光源の
中で最も発光効率が高く、ランプ電力が55Wのランプで
総合効率1091m/Wに達するものである。しかし、低圧ナ
トリウムランプからの発光のほとんどは、D線と呼ばれ
る589[nm]の輝線、すなわち橙黄色の単色光であり色
彩の区別が不可能である。
(B)に集中させることで高効率かつ、色彩を良好に再
現する光源として、3波長域発光形蛍光ランプが開発さ
れている。
2波長域発光形の発光スペクトルとすることで、3波長
域発光形の発光スペクトルを持つ光源よりも発光効率を
高めながら、ある程度の演色性を有する光源の可能性に
ついて、過去にシミュレーションが行なわれてきた。
ン検討に関しては、文献「イルミネイティング エンジ
ニアリング」(H.D.Einhorn and F.D.Einhorn,Inherent
Efficiency and Colour Rendering of White Light So
urces.,Illuminating Engineering,P154,March 1967.)
や、「ジャーナル オブ ザ オプティカル ソサイア
ティ オブ アメリカ」(H.F.Ivey,Color and Efficie
ncy of Fluorescent and Fluorescent−Mercury Lamp
s.,Journal of the Optical Society of America,Vol.6
2,No.6,P814,1972)などがある。
し、かつ、従来の平均演色評価数(GENERAL COLOUR REN
DERING INDEX)Ra、つまり、基準光源で照明された色票
の色の見えと、ある光源下で照明された色票の色の見え
とが、どれだけ色ズレ(COLOUR SHIFT)を起こすかを色
差(COLOUR DIFFERENCE)で評価する演色性の考え方で
2波長の最適化の数値シミュレーションを行なったもの
である。
形光源の最適化に関して、450[nm]近傍の青色スペク
トルと、580[nm]近傍の黄色スペクトルの混光による
ものが、最高効率を示す白色光源と考えられてきた。
(なお、旧来は、効率とRaのシミュレーション観点から
黄と青の2波長域発光形光源が望ましいと考えられてき
たが、今回、新たに視覚の反対色応答のシステムの観点
から、上記黄と青の2波長域発光形光源をY−B系2波
長域発光形光源と再定義し、これと、逆の反対色応答の
システムをもとにしたR−G系2波長域発光形光源を新
たに定義する。) しかし、実際の実用蛍光体の効率を見ても、黄,青に
対応した発光ピーク波長を持つ蛍光体には効率の高い蛍
光体が無いこと、さらに、蛍光体の分光分布をガウシア
ン分布で近似し、全ての波長範囲での量子効率を一定と
仮定したものでは、シミュレーション上はY−B系2波
長域発光形光源の理論上の効率は高くなっても、実際の
蛍光体や光源の発光では量子効率が一定でなかったり、
副発光波長が存在したりすることがあり、実際上の最高
効率はシミュレーションの通りには得にくいことなどか
ら、このようなY−B系2波長域発光形光源は、今のと
ころ実用に供されてはいない。
波長に集中させれば最も発光効率を高めることができ
る。ただしこの場合、発光スペクトルが単スペクトルの
ため、その照明下では色彩の識別は不可能である。従っ
て低圧ナトリウムランプのように非常に効率が高くとも
演色性が悪いランプは、道路照明やトンネル照明等の主
に効率が重視される場に利用されている。
役割を担っているが、道路、トンネルを走行する運転者
が得る視覚情報の中でも色彩の果たす役割は大きい。例
えば、トンネル内の路面と白色、黄色の路面標示の色の
識別が車線変更の可否の情報として非常に重要である。
ところが、低圧ナトリウムランプで照明された道路、ト
ンネルでは、道路上の白色と黄色の路面標示の色の識別
は困難であった。
緑・青・白・黒があげられるが、低圧ナトリウムランプ
で照明された道路、トンネルでは、これら標識の色彩の
識別が困難であった(このため、トンネル内で使用され
る交通標識には内照式のものが使用されている)。
なら、特に赤色は危険、禁止、停止、防火などの重要な
意味づけにコーディングされるもので、安全の観点から
の視環境の改善には重要なポイントであった。
導入しようとすると、600[nm]以上の波長のスペクト
ルの欠落から、危険の表示に使用される重要な色彩であ
る赤色の識別性が低下してしまうという課題がある。
効率を確保しながら、道路照明またはトンネル照明に使
用した場合には、黄色と白色の路面標示の識別と、標識
の色彩(特に赤色)を識別可能とする、また、その他の
適用に際しても、高い効率を確保しながら、最低限の色
識別を可能とする実用的な光源を提供することを目的と
する。
いては、主に平均演色評価数(Ra)で表現されるような
色彩の忠実再現を主目的に演色性の改良が行なわれてい
るのに対し、最低限度の色彩のカテゴリカルな認識を確
保しながら高効率を追究する光源を実現しようとするも
のである。
よび、600〜650[nm]の2つの波長帯域に集中した2波
長域発光形の蛍光ランプであって、ランプ光色の相関色
温度が1700〜6500[K]、DUVが0より大きく70以下で
あり、但し、JIS Z9112−1976の表およびJIS Z9112−19
83の表1に記載されている、限界の色度座標の範囲内を
除くことを特徴とし、少なくとも、被照明物の表面色の
赤、緑、青、黄、白の色彩のカテゴリカルな識別が可能
であることを特徴とする蛍光ランプである。
よび、600〜650[nm]の2つの波長帯域に集中した2波
長域発光形の蛍光ランプであって、ランプ光色の相関色
温度が3500〜4500[K]、DUVが10〜45であり、但し、J
IS Z9112−1976の表およびJIS Z9112−1983の表1に記
載されている、限界の色度座標の範囲内を除くことを特
徴とし、少なくとも、被照明物の表面色の赤、緑、青、
黄、白の色彩のカテゴリカルな識別が可能であることを
特徴とする蛍光ランプである。
分布 図6はLAPとYOXの光束比が93:7の蛍光ランプの分光分
布 図7はLAPとYOXの光束比が85:15の蛍光ランプの分光
分布 図8はLAPとYOXの光束比が76:24の蛍光ランプの分光
分布 図9はLAPとYOXの光束比が68:32の蛍光ランプの分光
分布 図10はLAPとYOXの光束比が43:57の蛍光ランプの分光
分布 図11はLAPとYOXの光束比が0:100の蛍光ランプの分光
分布 図12はカテゴリカルカラーレンダリングでの“良い”
と“許容できる”という評価の累積頻度 図13はカテゴリカルカラーレンダリングでの“良い”
という評価の累積頻度 図14はカテゴリカルカラーレンダリングでの“悪い”
という評価の累積頻度 図15は黒の色票がカテゴリカルカラーレンダリングで
“悪い”という評価を得た累積頻度 図16はLAPとYOXの光束比を変えた場合のRaの変化 図17は各種光源ごとのエレメンタルカラーネーミング
で得られた主観的Gaの値 図18はLAPとYOXの蛍光ランプの混光比率を変化させた
場合、色の見えが“良い”および“許容できる”との回
答の得られる確率 図19はLAPとYOXの蛍光ランプの混光比率を変化させた
場合、色の見えが“良い”との回答の得られる確率 図20は道路トンネル視環境としてのランプ光色の違和
感の評価実験の実験装置 図21は道路トンネル視環境としてのランプ光色の違和
感の評価実験の“色み”と“白み”の主観評価の割合 図22は道路トンネル視環境としてのランプ光色の違和
感の評価実験の光色(赤み、緑み、黄み、青み)の主観
評価の割合 図23は可視域の青の光を可視域の長波長側へ変換する
蛍光体を第一の実施例の蛍光ランプに付加した場合の一
実施例 図24は一般照明用光源として2波長域発光形光源を構
成した場合の分光放射の範囲の模式図 図25は第4、5、6、7{(27)〜(30)}の実施例
の比較図 (符号の説明) 1 本発明のランプ光色の範囲 2 黒体放射軌跡 3 LAPのみの場合のシミュレーション光源 4 LAPとYOXの光束比93:7のシミュレーション光源 5 LAPとYOXの光束比85:15のシミュレーション光源 6 LAPとYOXの光束比76:24のシミュレーション光源 7 LAPとYOXの光束比68:32のシミュレーション光源 8 LAPとYOXの光束比43:57のシミュレーション光源 9 YOXのみの場合のシミュレーション光源 10 相関色温度5576[K]、DUV72.3のシミュレーショ
ン光源 11 相関色温度5158[K]、DUV58.9のシミュレーショ
ン光源 12 相関色温度4467[K]、DUV42.3のシミュレーショ
ン光源 13 相関色温度4219[K]、DUV33.7のシミュレーショ
ン光源 14 相関色温度3866[K]、DUV26.4のシミュレーショ
ン光源 15 相関色温度3392[K]、DUV16.3のシミュレーショ
ン光源 16 相関色温度3045[K]、DUV8.5のシミュレーション
光源 17 相関色温度2538[K]、DUV−0.3のシミュレーショ
ン光源 18 道路トンネルの透視図パネル 19 発光部の輝度を与えるパネル後面に配された評価用
光源 20 視環境の順応輝度を与えるパネル前面の評価用光源 21 評価者 22 相関色温度5230[K]、DUV63の試作ランプ 23 相関色温度4820[K]、DUV51の試作ランプ 24 相関色温度4370[K]、DUV40の試作ランプ 25 相関色温度3670[K]、DUV23の試作ランプ 26 相関色温度3261[K]、DUV14の試作ランプ 27 第4の実施例の分光分布の模式図 28 第5の実施例の分光分布の模式図 29 第6の実施例の分光分布の模式図 30 第7の実施例の分光分布の模式図 発明を実施するための最良の形態 まず、具体的な実施例をする前に、本発明の概略を説
明する。
た2波長域発光形の発光スペクトルとすることで、3波
長域発光形の発光スペクトルを持つ光源よりも発光効率
を高めながら、必要最低限度の色彩の識別を可能とする
波長範囲を見いだした。
び、600〜650[nm]の2帯域であり、それによって得ら
れるランプ光色の相関色温度は1700〜6500[K]、DUV
が0〜70の範囲であった。
赤,緑,青,黄,白の色彩のカテゴリーの認識、つま
り、最小限度のカテゴリカル色知覚が得られる。また、
道路照明や、トンネル照明に使用した場合には黄色と白
色の路面標示を判別可能とすることができ、標識の色彩
を識別可能な光源を提供することができる。
を有するが、これと同時に色の概念を大きく分類しカテ
ゴリー的に認識する能力を持っている。例えば、すくん
だ赤も、鮮やかな赤も、赤は赤の代表的な色の概念とし
て抽象化して認識することが可能である。このような日
常的な色の認識にかかわる判断や、色覚の数々の研究か
ら、色彩のカテゴリカル色知覚は、小色差の弁別能力と
ともに人間の知覚の基本的な機能であることが分かって
きた。
に係わらず安定したカテゴリカル色知覚の存在が示され
ている(例えば、文献「カラー リサーチ アンド ア
プリケーション 第12巻」(Boynton,R.M.and Olson,C.
X.:Locating basic colors in the OSA space,Color Re
s.Appl.,Vol.12 P94,1987)や、「ビジョン リサーチ
27」(Uchikawa,K.and Boynton,R.M.:Categorical co
lor perception of Japanese observers:Comparison wi
th that of Americans,Vision Res.,27,P1825,1987)な
ど)。
黒,灰であり、この11色はachromatic colour terms
(白,黒,灰)とchromatic colour terms(赤,緑,
黄,青,茶,橙,紫,桃)に分類される。また、chroma
tic colour termsはさらにprimary colour(赤,緑,
黄,青)とsecondary colour(茶,橙,紫,桃)に分類
される。
テゴリーは、有彩色カテゴリーに対しては視覚の反対色
応答成分でありprimary colourである赤,緑,黄,青で
ある。これは、その他のsecondary colourの色彩のカテ
ゴリーはprimary colourの複合により生じるカテゴリー
であることによる。
ある。なぜなら、白は照明光源の分光分布を直接的に最
も強く反映するからである。これに対して、黒は光を吸
収するため、光源の分光分布の変化に係わらず、カテゴ
リー判断が実用範囲内で一定である。このため無彩色カ
テゴリーの暗色は白に比べて相対的に重要度が低い。よ
って本発明は、赤,緑,黄,青,白を必要最低限度のカ
テゴリカル色知覚の対象とした。
ろっていなくとも2色の色刺激のみでほとんどの色再現
が可能とするランドの2色法(Land's work on two−pr
imary color projections)とよばれる考えがある。
ていなくとも、実際は2色の混光でかなりの色再現が可
能となる(存在しないスペクトルの色がインダクション
効果、物体が何であるかという認識に伴った記憶色、色
対比によって知覚されるとも考えられる)。
はそれぞれ、可視波長帯域の短波長(青)、中波長
(緑)、長波長(赤)に最大感度を持っている。これら
3つの視細胞の出力が、組み合わされ、“黄と青”“赤
と緑”の反対色応答として網膜で中間処理され、最終的
には大脳高次中枢でカテゴリカルな色彩の認識に至るの
である。
は、視覚の反対色応答系の黄と青を主に刺激するY−B
系2波長域発光形光源の考えの他に、今回新たに発明し
た視覚の反対色応答系の赤と緑を主に刺激するR−G系
2波長域発光形光源の考えも有り得るのである。
要最低限度のカテゴリカル色知覚を得るという見地か
ら、R−G系2波長域発光形光源の照明光として最適な
2波長に光のスペクトルを集中することで、最低限度の
色識別が可能な高効率光源を実現する可能性を見いだし
たものである。
緑,青,黄,白の色票の最低限度のカテゴリカルな色識
別が可能であった2波長の波長範囲は、前記の530〜580
[nm]および、600〜650[nm]の組合せであった。
に関しては、基準光源で照明された色票の色の見えと、
ある光源下で照明された色票の色の見えとが、どれだけ
色ズレを起こすかを色差で評価する演色性の考えで2波
長域発光形光源の最適化シミュレーションを行なったも
のであったが、今回のR−G系2波長域発光形光源の最
適化に関しては、実際の人間の色彩に対する主観的なカ
テゴリー判断に基づいた、カテゴリカル色知覚による最
適化の結果である。これは高効率で最低限度の色彩の識
別が要求される光源の実使用上の要求を評価するにあた
り、より実用的な観点であり、評価の手法自体が旧来の
技術とは異なるものである。
示する重要な色彩である赤を、色再現が不安定なインダ
クション効果に頼って再現しなければならないために実
際の照明応用には問題がある。
般に危険を表示する色彩である赤色を、600[nm]より
長波長にある発光スペクトルで知覚させ、Y−B系2波
長域発光形光源の場合のように赤色の再現を色再現が不
安定なインダクション効果に頼らないために実際の照明
応用には有利である。
持つ蛍光体より、相対的には、赤,緑に主波長を持つ蛍
光体の方が効率が高い傾向にある。
長範囲での量子効率を一定と仮定したものでは、シミュ
レーション的にはY−B系2波長域発光形光源の理論上
の効率は高くなっても、実際の蛍光体や光源の発光には
副発光などが存在し、実際上の最高効率はシミュレーシ
ョンのようには得にくい。さらに、今回発明したR−G
系2波長域発光形光源は、実用光源を得る際に、主に効
率を稼ぐことになる530〜580[nm]の発光の許容範囲
は、標準比視感度曲線から見て、555[nm]を1とした
場合、相対的に0.85以上と広く視感効率が高い範囲であ
り、実用光源を得る際の材料選択の幅が広い。
率が高くとも、実現性の面でR−G系2波長域発光形光
源の方が利点が多くなる。
00[K]、DUVが0〜70の範囲であることから、実用的
な相関色温度で黒体軌跡より緑側に光色の許容範囲が広
いために、結果的に視感効率の高い530〜580[nm]の発
光の比率を高めることができるという利点がある。
テゴリカル色知覚が得られなくなり、相関色温度が6500
[K]を上回るように相関色温度を設定すると、青みの
スペクトル成分の割合を増加させざるを得なくなり、実
用上高効率というメリットがなくなり、通常の3波長域
発光形光源との差異が少なくなる。
域発光形の発光スペクトルを持つ光源よりも発光効率を
高めながら、前記最低限度のカテゴリカルな色知覚を可
能とする波長範囲の発光スペクトルの組合せは、ランプ
としては、530〜580[nm]および、600〜650[nm]の2
帯域の発光スペクトルの組合せであり、ランプ光色の相
関色温度が1700〜6500[K]、DUVが0〜70の範囲とな
る。
B系2波長域発光形光源に対して、R−G系2波長域発
光形光源は総合的に実用性に富んでいるといえる。さら
に、本発明の光源の色度範囲の限定について、図面を参
照しながら説明する。
すものである。図中の1の実線で囲まれる範囲は、本発
明のランプ光色の範囲(x,y)=a:(0.228,0.351),b:
(0.358,0.551),c:(0.525,0.440)d:(0.453,0.44
0),e:(0.285,0.332)を示している。
色の赤と緑との色覚異常者の色覚異常混同線、cからe
は一般的な白色光源で用いられる色度範囲のDUVがプラ
ス側への限界である。
効率はランプ光色を2の黒体放射軌跡から上方のDUVが
プラス側に変移したほうが高くなることが知られている
が、あまりDUVをずらすとRaが低くなり忠実な色再現が
実現できなくなり実用的ではないとされていた。
の色識別が可能であれば十分なトンネル照明や道路照明
などの場合、安全色彩などが最低限度にカテゴリカルな
判断ができればよいというニーズもある。
ば、従来、常用光源として忠実な色再現をもとに考えら
れていた光源の色度範囲より離れた部分まで、光源光色
として許容することが可能となる。
色彩の判別がつくレベル以上に色彩の忠実演色のレベル
は高まるがランプ効率は低下する。そこで、黒体放射軌
跡に近い白色光源の制限範囲と、スペクトル軌跡に近い
有色光源の制限範囲を図2のCIEの信号色光の範囲から
設定した。(COMMISSION INTERNATIONAL DE L CLAIRAG
E:REVIEW OF THE OFFICAL RECOMMENDATIONS OF THE CIE
FOR THE COLOURS OF SIGNAL LIGHTS,CIE TECHNICAL RE
PORT CIE107−1994) 図2の信号色光の範囲に対し、本発明の光源の光色の
緑側への制限は、緑の白色側への制限ラインの延長線上
よりも白色側に本発明の光色を設定したことで、緑の安
全色光との分離を明確にしている。また、黄と赤の白色
側への制限ライン(A)、(B)の延長線上よりも白色
側に本発明の光色を設定したことで、本発明の光色が、
黄・赤の色光との色覚異常(ANOMALOUS COLOUR VISIO
N)混同線の上に乗らなくなる。このことにより色覚異
常者にも赤・黄の重要な信号光色と本発明の光源の区別
が付きやすくなる。
囲内が、色光との混同が少なく、効率よく複数の基本色
名のカテゴリカルな識別が可能な範囲といえる。
して許容されていた白の光色の範囲よりDUVをプラス側
まで照明光として許容しても、安全色彩などの色のコー
ディングに用いられる高彩度な色彩は、カテゴリカルに
識別できるため、この範囲が従来の光源以上に高効率に
カテゴリカル色知覚が可能な光源を実現する範囲とな
る。
ての違和感とを勘案すれば、図3の発光色の色名の(う
すい:pale)黄、(うすい)黄緑、の範囲が好適であ
り、黄、黄緑、(緑みの)白、(うすい)緑、および、
黒体放射軌跡より上方の(黄みの:yellowish)白、白、
(うすい)黄赤、黄赤の範囲がこれにつづく。
形状を有している。
色度範囲の照明光源を実用に供しようとしていることが
わかる。
内から外れながらも、主たる発光波長の範囲を530〜580
[nm]とすることで視感効率を稼ぎながら、わずかなそ
の他の可視波長帯域の副発光で、複数の基本色のカテゴ
リカルな識別を最低限度に確保して高効率な照明光源を
実現することができる。ここで、530〜580[nm]以外の
発光を、さらに600〜650[nm]に集中することで、より
いっそう高効率に、赤を含む複数の基本色のカテゴリカ
ルな識別を可能とすることができる。
説明する。
なく、蛍光発光をコントロールし、放電ランプの場合、
封入物を選定することで放電による発光をコントロール
する。
光ランプである。
的な緑の実用蛍光体(以下LAPという)と、(化2)Y2O
3:Euで示される一般的な赤の実用蛍光体(以下YOXとい
う)で蛍光ランプを構成したもので、理論的には、40
[W]直管形で総合効率107[lm/w]であり、これを高
周波点灯用に管径を細形化し、高周波点灯する事で総合
効率128[lm/w]が可能である。
ランプ(LPS)55[W]形の総合効率109[lm/W]を凌駕
するものである。しかしLPSは単色光を発射する。従っ
て、単色の色のみがLPSの下では見える。最小限度のカ
テゴリカルな色の識別が可能な実用光源としては本発明
は画期的なものである。
赤,緑,黄,青,茶,橙,紫,桃,白,黒,灰である。
この内、最も基本となるカテゴリーは、有彩色成分に対
しては赤,緑,黄,青であり、無彩色成分としては白で
ある。これは白は照明光源の分光分布を直接的に反映す
るからである。これに対して、黒は光を吸収するため、
光源の分光分布の変化に係わらずカテゴリー判断が実用
範囲内で、光源の光色によらず一定であるため白に比較
して相対的に重要度が低い。よって本実施例では、赤,
緑,黄,青,白を最低限度のカテゴリカル知覚の対象と
した。
ねばならないが、本実施例では照明環境として最低限度
は判別できなければならない色票として安全色、特に交
通安全色を代表に選択した。
ように応用の場に際して適宜選択されても良い。この
他、特殊演色評価色R9(赤),R10(黄),R11(緑),R12
(青)を使用すること、または、それぞれのカテゴリー
の他の代表色を使用することで用途を一般化することが
考えられるが、これらの色は高彩度色であり色彩の識別
レベルが高いために今回の結果に大差は生じない。
められる照明応用の場の実態と照らして、前記交通安全
色票を、応用上のカテゴリカルな色知覚が確保されねば
ならないものの最低限度を規定する代表とした。
長域発光形の発光スペクトルで、前記最低限度のカテゴ
リカルな色知覚を可能とする波長範囲を見いだした。こ
の範囲は、白熱光源からの放射光を、半値幅が10[nm]
の多層干渉膜フィルター中を透過させることで、可視帯
域の各種スペクトル波長を抽出し、さらにその内の2組
の組合せを系統的に行い、赤,緑,青,黄,白の各色の
認識が可能なスペクトル波長の組合せを実験的に求めた
結果である。
table"を中位点におき、“良い:good"から“悪い:poor"
の尺度構成(SCALE CONSTRUCTION)の中で官能評価(SE
NSORY EVALUTION)させる系列範疇法(METHOD OF SUCCE
SSIVE CATEGORIES)を利用して行われた。この系列範疇
法は、平均演色評価数Raで表現されるような、基準の光
の下での色彩の見えとの色差をもとにした演色性の忠実
さを評価する基準とは目的を異にしており、その色がそ
の色の認識として“許容できるか”か否かの許容性:Acc
eptabilityを主観的に評価する演色性評価手法に基づい
て、色彩のカテゴリカルな再現性を評価したたものであ
る(例えば、このようなAcceptabilityを主観的に評価
する手法について述べたものには、文献「イルミネイテ
イング エンジニアリング」(W.G.Pracejus,Prelimini
ary Report on a New Approach to Color Acceptance S
tudies.Illuminating Engineering,Vol.62,P663,1967)
や、「カラー リサーチ アンド アプリケーション
第15巻」(R.M.Boynton,L.Fargo,B.L.Collins,Categori
cal Color Rendering of Four Common Light Sources.,
Color Research and Application,Vol.15,No.4,P222,19
90)などがある)。
光源の色の見えを評価しているのではなく、主に色の認
識の許容度をもとに、カテゴリカルな色彩認識の安定性
を評価するものである。
緑,青,黄,白の各色の色票の認識が可能で、カテゴリ
カルな色彩の認識を正しく行えた波長範囲の組み合せ
は、前記の530〜580[nm]および、600〜650[nm]の組
合せであった。
よりも発光効率が高く、しかも前記最低限度のカテゴリ
カルな色知覚を可能とする2波長域発光形の照明光は、
その発光スペクトルの組み合せが530〜580[nm]およ
び、600〜650[nm]の2帯域であり、ランプ光色の相関
色温度が1700〜6500[K]かつ、DUVが0〜70である。
り、実用的である。第1の実施例である、前記(化1)
(化2)などは一般的な3波長域発光形蛍光ランプの
緑、赤の発光成分である。
赤,緑,青,黄,白の色彩のカテゴリーの認識、つま
り、最小限度のカテゴリカル色知覚が可能な光源を実用
に供する事ができる。
は、黄色と白色の路面標示を判別可能とすることがで
き、かつ、標識の色彩を識別可能な光源を提供すること
ができる。なお前述のように、本実施例以外にも、適用
場所に応じて、評価対象となる色票を、最低限度の見え
が保証されるように、応用の場ごとに、適宜選択しても
良い。
図6、図7、図8、図9、図10、図11を用いて説明す
る。
ランプの混光比率を変えて蛍光ランプを構成した場合の
シミュレーションの分光分布である。また、本実験検討
におけるLAPおよびYOXは、530〜580[nm]および600〜6
50[nm]に発光ピークが存在する蛍光体の一例である。
11 9(図11)はYOXのみの場合であり、DUVは−25であ
る。
OXの混光照明で得て、このシミュレーション光源での色
彩の見えを評価した。この結果を、図12、図13、図14、
図15を用いて説明する。
緑,黄,青の色票と、路面標示に使用される路面黄の色
票が、色の見えとして“良い”、“許容できる”、“悪
い”の何れに当てはまるかを官能評価させたカテゴリカ
ルカラーレンダリングの評価結果であり、図12は“良
い”と“許容できる”、図13は“良い”、図14は“悪
い”、の色彩の評価の累積度数をヒストグラムに示した
ものである。
色彩(全国道路標識業協会編,建設省道路局警察庁交通
局監修,道路標識ハンドブック参照)の白:N9.3,黒:N1.
5,赤:7.5R4/13.5,緑:5G4/8,黄:2.5Y8/12.5,青:7.5PB2.5
/7.5を使用し、路面黄については、警察庁指定の道路標
示黄色(社団法人全国道路標識標示業協会製作,道路標
識黄色色見本)5.5YR6.5/12によるものとした。
6、5は図6、7は図8、7は図9、8は図10、9は図
11の蛍光ランプでの評価結果である。
価用の蛍光ランプであり、NXは低圧ナトリウムランプ、
NHは高圧ナトリウムランプ、EX−Lは電球色3波長域発
光形蛍光ランプでの評価結果である。
見えが“良い”との回答が最多であり、低圧ナトリウム
ランプでは最少である。これとは逆に色の見えが“悪
い”との回答は、D65蛍光ランプで最少となり、低圧ナ
トリウムランプで最多となっている。
プを構成した場合(NO.3〜NO.9)において、その比率に
より評価は変化するが、DUVがプラス側の方がDUVがマイ
ナス側の方に比べて評価が高まっており、DUVがプラス
側で評価が極大化する傾向が見て取れる。この実験の場
合、色の見えが“良い”との回答の最多は6の比率であ
り、色の見えが“悪い”との回答の最少も6の比率であ
る。
が“良い”と“許容できる”の回答までを許容すると、
6の比率は、D65やEX−Lにならび、色の認識を許容レ
ベルで満足している。さらに、4、5、6、7の比率に
比べ、低圧ナトリウムランプや高圧ナトリウムランプの
色の見えは許容度合が低いことがわかる。
が、演色として“悪い”と評価した評価の累積度数を積
み上げグラフに示したものである。
う回答であったためで、この結果からも最低限の演色性
を規定するための無彩色色票の代表は白でよいことが分
かる。
して色票の演色の“許容度”を考えると、安全色彩とし
て見た場合、赤は一般に比較的“危険度”、“緊急度”
の高い表示にコーディングされ、青は比較的“危険
度”、“緊急度”の低い指示案内系統の表示にコーディ
ングされることから、赤に対して“許容できない”の評
価があるDUVがマイナス側のものに比べて、DUVのプラス
側の光源は安全色彩の色の見えの許容度が高いと言え
る。
いられる、低圧ナトリウムランプや高圧ナトリウムラン
プより良い結果であり、R−G系2波長域発光形光源の
優位性が現われている。
レーションした蛍光ランプの平均演色評価数Raを示す。
グラフは左がLAPの光束比100[%]の場合で、右がLAP
の光束比0[%]つまりYOXの光束比100[%]の場合で
あり、右にいくほどLAPの光束比が少なくなっている。
が最高値を示すことが判る。つまり、基準光源下での色
の見えからの色差をもとに演色性を評価するという旧来
のRaによる評価技術で、2波長域発光形光源を評価した
場合、DUVが0の点が最高の色の見えを示すポイントと
なり、ここが、光源の光色を最適化するポイントになっ
てしまう。
評価をさせた場合は、これとは異なりDUVがプラス側、
つまりLAPの光束比がWより大きい側に主観評価が向上
する点が生じる。このように本発明は旧来のRaで示され
ている評価とは別の事象の新たな作用効果の発明を論じ
ていることが判る。
論じる。
評価と同時に、エレメンタルカラーネーミング法による
主観評価実験を行なっている。
色票の色彩を見て、そこに感じる“色み:chromaticnes
s"と“白み:achromaticness"の量に持ち点を配分させる
第一の実験と、再び持ち点を10点とし今度はその色みを
“赤み”“緑み”“黄み”“青み”に内から1色または
2色選んで表現し持ち点を配分する第二の実験からな
る。
“緑み”、“青み”、“黄み”の評価点を掛け合わせる
ことで、被験者が感じた主観的な色を表現することがで
きる。
と、“青み”と“黄み”の反対色の軸の2軸の直交座標
上に表現できる。いまこれを主観的な色度座標と定義す
ると、各種光源下で評価された色票のそれぞれの主観的
な色度座標上の位置が決まり、さらにその位置で囲まれ
る面積が計算できる。
主観的Gamut area:Gaで表現すると、この値が大きい方
が、主観的に色彩が鮮やかに見える傾向を表す指標とな
る。
ーミングで得られた主観的Gaの値を図示する。図17にお
いて、左から順番に、3は図5、4は図6の蛍光ラン
プ、5は図7の蛍光ランプ、6は図8の蛍光ランプ、7
は図9の蛍光ランプ、8は図10の蛍光ランプ、9は図11
の蛍光ランプである。次の、D65は、合成昼光D65に分光
分布を近似させた色評価用の蛍光ランプ、NXは、低圧ナ
トリウムランプ、NHは、高圧ナトリウムランプ、EX−L
は、電球色の3波長域発光形蛍光ランプである。
t area:Gaの値は、前記色票が色の見えとして“良
い”、“許容できる”、“悪い”の何れに当てはまるか
を主観評価させたエレメンタルカラーレンダリングの評
価結果に同じく、6の比率の場合に最もポイントが高く
なっている。
プラス側にずれた点でカテゴリカルなカラーディスクリ
ミネーションが向上し、評価の向上が得られたと考えら
れる。つまり、本発明のような場合には、主観的な色彩
の鮮やかさの向上により、色票の忠実再現性の低下がカ
ラーセパレーションの向上という形で補われることで、
カテゴリカルな色の知覚の向上の効果が生じたというこ
とである。
的に評価しても、向上するポイントが共通するという事
実から、本検討の妥当性を相互検証する事ができる。
は、従来の評価方法で捉えられていない事象を捉えてい
ることが分かった。また、本発明では視感効率の高い53
0〜580[nm]の波長範囲に分光分布を集中するためラン
プの効率向上が望める。さらに、DUVがプラス側にはず
れる方が、前記波長範囲の分光分布の割合が増えランプ
の効率が高くなるという特徴を生む。
プラス側に許容する限界を決定することは、最低限の色
の見えを確保しながら効率を高めるランプ設計上の重要
なポイントとなる。
のLAP単体近くから17のDUV0近傍まで変化させた場合に
ついて、2つの発光ピークの変化に伴うDUVの変化と、
色の見えが“良い”および“許容できる”との回答の得
られる確率と、色の見えが“良い”との回答の得られる
確率との関係を図18と図19に示す(この場合DUVが主に
プラス側についてより詳細に検討した)。この時、DUV
が約0の17の蛍光ランプはLAPとYOXのピーク強度比が約
1:2であり、DUVが約72の10の蛍光ランプはLAPとYOXのピ
ーク強度比が約10:1である。
る”との回答の得られる確率について述べる。
下するのは、DUVが70より高い場合であり、DUV70以下で
必要な色の見えが保証されるものと考えると、DUV0近傍
から70近傍、つまり、LAPとYOXの発光ピークの発光強度
の比率が1:2から10:1の範囲はカテゴリカルな色の見え
が保証されている範囲と言える。また、この実験でもDU
Vが0ではなく0を越え70以下で評価が高い。
変えることによる評価の変化の差が見えにくくなってい
るが、この差は実験の評価刺激の提示方法の差にある。
の変化の様相を検討するため、LAPとYOXの混光比率の変
化に沿って評価刺激を順次提示したものであり、評価の
変化の様相を抽出するための実験である。
う評価の出現率を求めるために、LAPとYOXの混光比率の
変化によらず、評価刺激をランダム提示し、繰り返し回
数を増加させたものであり、評価が得られる確率の絶対
値を抽出するための評価の実験である。
を評価し、最低限度のカテゴリカルな色の見えを確保す
る限界を求めるのであれば、従来とは異なり、DUVがプ
ラス側にはずれたDUVが0〜70の範囲をとることが可能
となる。
でも人間の視覚はその照明光に順応することで、視環境
内の同じ物体に対する色知覚は大きく変化しないという
性質、すなわち視覚の色恒常性が、DUV70程度まで機能
しており、色順応によってカテゴリカルな色の知覚を得
ることができるためと考えられる。
る”との回答の得られる確率について述べる。
ンダム提示のような実験手法をとった場合、許容できる
以上の評価であれば、DUVが70近くまでかなりの色の見
えが許容され、評価の違いが現われにくいが、ここでさ
らにシビアに“良い”という評価の得られる確率でその
評価の違いを高感度に抽出すれば、特に重要な色彩であ
る赤の見えについて好適な範囲は、DUVが約10から45程
度であることが分かる。また、実験手法の変化にも関わ
らずやはりDUVが0ではなく、0より大きく70以下に評
価が高まる範囲が存在することが見て取れる。
ンプを試作し、図20のごとき実験装置で道路トンネル視
環境を作成し、ランプ光色の違和感の評価実験を行なっ
た。
その透視図パネル18の光源にあたる部分をくり抜き、パ
ネル後面に配された評価用光源19から光を照射すること
によって、光源の輝度を与え、またパネル18前面の評価
用光源20から、視環境の順応輝度を与えるようになって
いる。このようにして暗室内で視環境のシミュレーショ
ン場面を生成した。
た評価用光源19の発光のみが見え、透視図パネル18前面
に設定された評価用光源20は見えないようになってい
る。つまり、パネル18前面に設定された評価用光源20は
パネル18は照明するが、評価用光源20自身は評価者21に
は見えない。この様に視環境の順応輝度と光源自身の輝
度が独立に与えられることで、視環境の実験条件が光源
ごとに一定に調整される。
境を実現し、照明視環境としての本発明の光源の評価を
行った。評価方法はエレメンタル カラー ネーミング
法である。
ランプ、EX−Lは比較対象とした電球色3波長域発光形
蛍光ランプである。
験者に持ち点を10点とし、提示された光源の発光色を見
て、そこに感じる“色み”と“白み”の量に持ち点を配
分させる第一の実験と、再び持ち点を10点とし今度はそ
の色みを“赤み”、“緑み”、“黄み”、“青み”に内
から1色または2色選んで表現し持ち点を配分する第二
の実験からなる。
は63、試作ランプ23は相関色温度が4820[K]でありDU
Vは51、試作ランプ24は相関色温度が4370[K]でありD
UVは40、試作ランプ25は相関色温度が3670[K]であり
DUVは23、試作ランプ26は相関色温度が3261[K]であ
りDUVは14である。
ると、試作ランプ24で光源の“色み”と“白み”が均衡
し、これ以上LAPの割合が高いと光源の“色み”が強く
なることが分かる。また、試作ランプ25,26で、一般的
な光源である電球色蛍光ランプのEX−Lと同等の光源の
“色み”の強さとなっていることが分かる。
プ24,25の間で“緑み”の強さと“黄み”の強さが反転
し、光源色の見えの印象が“緑みの黄”から“黄みの
緑”へと反転することが分かる。さらに、26までLAPの
割合を減少させると“緑み”の印象が消え、一般的な光
源である電球色蛍光ランプと同様、“赤み”と“黄み”
が主な印象になる。
が、相関色温度が低い場合に赤黄に色づいているためで
ある。
度が3500〜4500[K]であり、DUVが10〜45近傍が、光
色的にも、視環境として違和感の無い好適な範囲である
と言える。
蛍光体を、第一の実施例の蛍光ランプに付加した場合の
一実施例である。
436[nm],546[nm],578[nm]にも発光スペクトルを
有している。これらの内、405[nm],436[nm]の青色
発光は約1[lm/W]の発光効率を有している。
の光を可視域の長波長側の緑へ変換する蛍光体を、R−
G系2波長域発光形蛍光ランプに使用することでランプ
効率の約5[lm/W]以上の改善が可能となる。
光放電ランプの蛍光体に、青色発光を吸収して、より長
波長の発光に変換する蛍光体を加えることでも、同様の
ランプ効率改善が見込める。
としては、ガーネットシステムの母体材料にセリウムで
付活したもの{(化3)Y3Al5O12:Ce}、ほうりん酸ス
トロンチウムの母体材料にユーロピウムで付活したもの
{(化4)2SrO・(1−n)P2O5・nB2O3:Eu}、マンガ
ン付活マグネシウムフルオロジャーマネート{(化5)
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn}、などがあり、とくに(化
3)の変換効率は80%に達する。
として2波長域発光形光源を構成した場合の分光放射の
範囲を模式化して示す。19の実線は波長範囲530〜580
[nm]の分光放射の範囲を模式化して示したもの、20の
実線は波長範囲600〜650[nm]の分光放射の範囲を模式
化して示したものである。21の破線は可視波長帯域のそ
の他の波長の分光放射の割合を模式化したもので、22の
一点鎖線は可視波長帯域の530[nm]以下の青の波長の
分光放射の割合を模式化したものである。
の分光放射を集中することが理想であるが、実際は21で
示すごとく可視波長帯域のその他の波長においても分光
放射は生じる。21の割合が増加するほど、Raで表わされ
る忠実演色という意味での演色性は、向上するが効率の
低下を招く。
温度に設計する場合は、22の範囲の発光を増加させれば
よい。
せながら相関色温度を4000[K]以上に設定しようとす
ると、19および20の範囲の分光放射の総光束に対し、22
の範囲の分光放射の総光束が約5%以上必要となる。
Mg2Al16O27:Eu、(化12)(Sr,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:E
u、(化13)Sr2Al14O25:Eu等の青色蛍光体をわずかに混
入すること、HIDランプにおいては、青色発光物質を封
入することが出来る。
の範囲と主に放射する光源、20の実線の波長範囲600〜6
50[nm]の分光放射の範囲と主に放射する光源をそれぞ
れ独立に構成し、それらを混光照明することでも同様の
効果が得られる。
5、6、7の実施例を示す。
ピークを持つ蛍光体および、600〜650[nm]に発光ピー
クを持つ蛍光体の組合せで、蛍光ランプを構成した場合
の分光分布の模式図であり、何れの蛍光体も半値幅が広
い場合である。
ピークを持つ蛍光体が半値幅が広く、また600〜650[n
m]に発光ピークを持つ蛍光体が半値幅が狭い場合の組
合せで、蛍光ランプを構成した場合の分光分布の模式図
である。
ピークを持つ蛍光体が半値幅が狭く、また600〜650[n
m]に発光ピークを持つ蛍光体が半値幅が広い場合の組
合せで、蛍光ランプを構成した場合の分光分布の模式図
である。
ピークを持つ蛍光体および、600〜650[nm]に発光ピー
クを持つ蛍光体の組合せで、蛍光ランプを構成した場合
の分光分布の模式図であり、何れの蛍光体も半値幅が狭
い場合である。
が、蛍光体の量子効率も高く、高効率なランプが実現で
きるが、希土類蛍光体は高価なため、自己付活型蛍光
体、s2電子配置イオン付活型の蛍光体、Mn付活型の蛍光
体などの組合せで、本発明の蛍光ランプを実現した場
合、また希土類蛍光体においても半値幅の広い蛍光体同
士の組合せで、本発明の蛍光ランプを実現した場合が、
第4の実施例である。ただし、この場合、効率は相対的
に低下する。
活型蛍光体、s2電子配置イオン付活型の蛍光体、Mn付活
型の蛍光体、あるいは半値幅の広い希土類蛍光体を使用
し、600〜650[nm]に発光ピークを持つ蛍光体に、半値
幅が狭い希土類蛍光体を使用して、組合せて蛍光ランプ
を構成した場合が、第5の実施例である。この場合、主
に効率を高める530〜580[nm]の発光の範囲は広く、視
感効率が高い範囲であるため、ブロードな分光分布を持
っていても効率の低下は少ないため実用光源を得る際の
材料選択の範囲が広くなる。
光体に、自己付活型蛍光体、s2電子配置イオン付活型の
蛍光体、Mn付活型の蛍光体、あるいは半値幅の広い希土
類蛍光体を使用し、530〜580[nm]に発光ピークを持つ
蛍光体に、半値幅が狭い希土類蛍光体を使用して、組合
せて蛍光ランプを構成した場合が、第6の実施例であ
る。この場合、実用光源を得るため利用する、600〜650
[nm]の発光の範囲に関する材料選択の範囲が広くな
る。なお、半値幅が狭い緑色発光の希土類蛍光体 (化6)(Ce,Gd,Tb3+)(Mg,Mn)B5O10 と半値幅の広い赤色発光の希土類蛍光体 (化7)(Ce,Gd)(Mg,Mn2+)B5O10 を用いた場合、それぞれを混合したものよりも、それぞ
れをマンガンとテルビウムで付活した一つの蛍光体とし
たほうがより高い量子効率が得られる。また、この場合
は一つの蛍光体で、R−G系の2波長域発光形光源が実
現できるので生産工程の簡素化に寄与できる。
の狭い半値幅の蛍光体同士の組合せで、本発明の蛍光ラ
ンプを実現した場合が、第7の実施例である。
率の高いものが多く、本発明の実現上最も効率の高い組
合せが可能となる。
実施例として、発光ピーク波長が530〜580[nm]に存在
する、テルビウム、または、テルビウム・セリウム、ま
たは、テルビウム・ガドリニウム・セリウムを付活した
蛍光体があり、また発光ピーク波長が600〜650[nm]に
存在する、マンガン、または、ユーロピウム、または、
サマリウム、または、プラセオジウムを付活した蛍光体
がある。
の組合せ、(化6)(化2)の組合せがある。また、発
光ピーク波長が530[nm]〜580[nm]に存在する蛍光体
を複数使用する組合せ、また、発光ピーク波長が600[n
m]〜650[nm]に存在する蛍光体を複数使用する組合せ
も可能である。
視域の長波長側へ変換する蛍光体を組み合わせた場合、
405[nm],436[nm]の水銀輝度の青色発光を可視域の
長波長側へ変換することで効率の向上が可能となる。
土類蛍光体と、発光ピーク波長が600〜650[nm]に存在
する希土類蛍光体と、可視波長域に広い発光帯域を有す
る蛍光体として安価で一般的な (化8)Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb3+,Mn2+ のハロリン酸カルシウム蛍光体とを混合することで、本
発明の色度範囲内での光色を持つ蛍光ランプを、高価な
希土類蛍光体の混合比が少ない状態で、実現することも
可能である。
割合、一般化して言うなら、主たる発光波長の範囲、53
0〜580[nm]、および、600〜650[nm]以外の発光波長
の割合が増加するにしたがいランプの発光効率は低下す
る。
の蛍光放電ランプの場合も、放電ガスの輝線を除いた蛍
光体の構成要件は、同様に、主たる発光波長の範囲を53
0〜580[nm]、および、600〜650[nm]とする。しか
し、この範囲に既に強い放電輝線が存在している場合
は、それを活用し、本発明の色度範囲になるように蛍光
体の添加を調整することも可能である。
ドランプの場合、主たる発光波長の範囲を530〜580[n
m]、および、600〜650[nm]にもつハロゲン化金属
(メタルハライド)の組合せで本発明が実施可能であ
る。これは無電極放電ランプの場合も同様である。
ライドランプにタリウム系のハロゲン化金属(メタルハ
ライド)封入物の添加量を増加させることで本発明が実
現できる。
(緑発光)−Na(黄・赤発光)系のランプが多く用いら
れているが、これらのInの封入量を減じ青発光を成分を
減少させた、タリウムとナトリウムのハロゲン化金属
(一例としてタリウムとナトリウムの沃化金属)の封入
物の組合せで本発明を実現することが可能である。
(化10)CaI2・AlCl3と、タリウムのハロゲン化金属
(一例としてタリウムの沃化金属)の封入物との組合せ
で、本発明を実現することも可能である。
−Na−(Th)系が存在するが、これと、タリウムのハロ
ゲン化金属(一例としてタリウムの沃化金属)の封入物
との組合せで本発明を実現することも可能である。
沃化物)のSmの封入量を減じて青発光を減少させたもの
と、これにタリウムのハロゲン化金属(一例としてタリ
ウムの沃化金属)の封入物と、の組合せで本発明を実現
することも可能である。
とされないが、省エネや経済効率が優先される交通照
明、街路照明、保安灯、自動化工場の工場照明、人通り
が少ない場の公共照明、屋外照明などがある。
緑,青,黄,白の複数の基本色のカテゴリカルな識別を
最低限度に確保しながら、高効率な照明光源を実現する
ことができるという効果を有する。
型の方が少なくなるためランプ製造の簡素化にもつなが
る。
Claims (10)
- 【請求項1】530〜580[nm]および、600〜650[nm]の
2つの波長帯域に集中した2波長域発光形の蛍光ランプ
であって、ランプ光色の相関色温度が1700〜6500
[K]、DUVが0より大きく70以下であり、但し、JIS Z
9112−1976の表およびJIS Z9112−1983の表1に記載さ
れている、限界の色度座標の範囲内を除くことを特徴と
し、少なくとも、被照明物の表面色の赤、緑、青、黄、
白の色彩のカテゴリカルな識別が可能であることを特徴
とする蛍光ランプ。 - 【請求項2】530〜580[nm]および、600〜650[nm]の
2つの波長帯域に集中した2波長域発光形の蛍光ランプ
であって、ランプ光色の相関色温度が3500〜4500
[K]、DUVが10〜45であり、但し、JIS Z9112−1976の
表およびJIS Z9112−1983の表1に記載されている、限
界の色度座標の範囲内を除くことを特徴とし、少なくと
も、被照明物の表面色の赤、緑、青、黄、白の色彩のカ
テゴリカルな識別が可能であることを特徴とする蛍光ラ
ンプ。 - 【請求項3】用途が道路照明用もしくは屋外照明用であ
ることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光ランプ。 - 【請求項4】発光ピーク波長が530〜580[nm]に存在す
る蛍光体は、半値幅が30[nm]以下の希土類蛍光体であ
ることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光ランプ。 - 【請求項5】発光ピーク波長が600〜650[nm]に存在す
る蛍光体は、半値幅が30[nm]以下の希土類蛍光体であ
ることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光ランプ。 - 【請求項6】発光ピーク波長が530〜580[nm]に存在す
る蛍光体、及び、発光ピーク波長が600〜650[nm]に存
在する蛍光体が、ともに半値幅が30[nm]以下の希土類
蛍光体であることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍
光ランプ。 - 【請求項7】530〜580[nm]の発光ピーク波長と600〜6
50[nm]の発光ピーク波長の発光強度比が1:2から10:1
であることを特徴とする請求項6記載の蛍光ランプ。 - 【請求項8】発光ピーク波長が530〜580[nm]に存在す
る蛍光体は、テルビウム、またはテルビウム・セリウ
ム、または、テルビウム・ガドリニウム・セリウムを付
活した蛍光体であることを特徴とする請求項4、6又は
7記載の蛍光ランプ。 - 【請求項9】発光ピーク波長が600〜650[nm]に存在す
る蛍光体は、マンガン、または、ユーロピウム、また
は、サマリウム、または、プラセオジウムを付活した蛍
光体であることを特徴とする請求項5、6又は7記載の
蛍光ランプ。 - 【請求項10】青色発光を吸収して、より長波長の発光
に変換する蛍光体を加えたことを特徴とする請求項1〜
9のいずれかに記載の蛍光ランプ。
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