JP3238452U - 光が人間の眼に与える影響を研究するための光源システム - Google Patents

Abstract

【目的】光が人間の眼に与える影響の研究に適用される光源システムを提供する。【解決手段】光源システムは、第１プロセッサ１１０、複数の光源モジュール１２０、測定モジュール１３０、および第２プロセッサ１４０を含む。第１プロセッサは、入力信号ＳＩＮに反応して、操作信号ＳＯ１～ＳＯ５を提供する。複数の光源モジュールは、それぞれ操作信号に反応して、異なる色温度および異なる中心波長を有する複数の光Ｌ１～Ｌ５を提供し、出力光ＬＯＵＴを共同で提供する。測定モジュールは、出力光がフィールドＦにおいて提供した照度および波長を測定し、測定結果を提供する。第２プロセッサは、測定結果に基づいて、フィールドにおける出力光の測定スペクトルＭＳを生成する。測定スペクトルは、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響に関する研究情報である。【選択図】図１

Description

本考案は、光源システムに関するものであり、特に、光が人間の眼に与える影響を研究するための光源システムに関するものである。

一般的に、概日照明は、概日リズムに関係する。さらに説明すると、概日照明のライトレシピ（light recipe）は、例えば、メラトニン（melatonin）の分泌に影響を与え、良好な概日照明は、哺乳類動物の日常生活のパフォーマンスに影響を与える。したがって、室内光源が人の眼に与える影響、さらには、哺乳類動物の日常生活のパフォーマンスを向上させる研究が、次第に重視されるようになった。

本考案は、光が人間の眼に与える影響の研究に適用される光源システムを提供する。

本考案の光源システムは、第１プロセッサ、複数の光源モジュール、測定モジュール、および第２プロセッサを含む。第１プロセッサは、入力信号に反応して、操作信号を提供する。前記複数の光源モジュールは、第１プロセッサに接続される。前記複数の光源モジュールは、それぞれ操作信号に反応して、異なる色温度および異なる中心波長を有する複数の光を提供し、出力光を共同で提供する。測定モジュールは、第１プロセッサと通信を行う。測定モジュールは、出力光がフィールドにおいて提供した照度および波長を測定し、測定結果を提供する。第１プロセッサは、測定結果に反応して、出力光を校正する。第２プロセッサは、測定モジュールに接続される。第２プロセッサは、測定結果に基づいて、フィールドにおける出力光の測定スペクトルを生成する。測定スペクトルは、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響に関する第１研究情報である。測定スペクトルは、光照射が複数の網膜光受容体を刺激した複数のスペクトル関数を含む。

本考案の１つの実施形態において、第２プロセッサは、ＣＩＥ Ｓ ０２６標準に基づいて、出力光の測定スペクトルを生成する。

本考案の１つの実施形態において、測定スペクトルは、光照射がメラノプシン（melanopsin）を刺激することで生成した第１スペクトル関数を含む。

本考案の１つの実施形態において、第１研究情報は、概日刺激（circadian stimulus）および概日照度のうちの少なくとも１つを含む。

本考案の１つの実施形態において、前記複数の光源モジュールのうちの第１光源モジュールは、第１白色光を提供する。前記複数の光源モジュールのうちの第２光源モジュールは、第２白色光を提供する。第２白色光の色温度は、第１白色光の色温度よりも低い。前記複数の光源モジュールのうちの第３光源モジュールは、第１カラー光を提供する。前記複数の光源モジュールのうちの第４光源モジュールは、第２カラー光を提供する。前記複数の光源モジュールのうちの第５光源モジュールは、第３カラー光を提供する。

本考案の１つの実施形態において、測定モジュールは、測定結果のスペクトルに基づいて、出力光が予測光であるかどうかを判断する。

本考案の１つの実施形態において、測定結果のスペクトルが予測光のスペクトルではないと判断された時、測定モジュールは、第１プロセッサに指示して、操作信号を調整する。

本考案の１つの実施形態において、出力光の青色光の中心波長は、４５０～４６０ｎｍの間である。

本考案の１つの実施形態において、測定モジュールは、測定距離に基づいて、出力光の照度を測定する。

本考案の１つの実施形態において、第２プロセッサは、フィールドにおける使用者の生理学的情報を受信する。測定スペクトルおよび生理学的情報は、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響に関する第２研究情報である。

以上のように、測定モジュールは、出力光がフィールドにおいて提供する照度および波長を測定し、測定結果を提供する。第１プロセッサは、測定結果に反応して、出力光を校正する。したがって、出力光を安定させることができる。また、第２プロセッサは、測定結果に基づいて、出力光の測定スペクトルを生成する。測定スペクトルは、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響に関する第１研究情報である。測定スペクトルは、光照射が複数の網膜光受容体を刺激した複数のスペクトル関数を含む。このようにして、第１研究情報は、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響の研究の参考情報として使用することができる。

本考案の第１実施形態に係る光源システム概略図である。 測定スペクトルの生成概略図である。 本考案に係るスペクトル概略図である。 本考案の第２実施形態に係る光源システムの概略図である。

本考案の一部の実施例について、添付の図面を組み合わせながら、詳しく説明する。以下の記載が構成要素符号を引用する場合、異なる図面における同一の構成要素符号は、同じ、または類似する構成要素とみなす。これらの実施例は、本考案の一部に過ぎず、本考案の全ての実施可能な方法を開示するものではない。より正確に説明すると、これらの実施例は、本考案の特許請求の範囲における範例に過ぎない。

図１を参照すると、図１は、本考案の第１実施形態に係る光源システム概略図である。本実施形態において、光源システムは、第１プロセッサ１１０、光源モジュール１２０＿１～１２０＿５、測定モジュール１３０、および第２プロセッサ１４０を含む。第１プロセッサ１１０は、入力信号ＳＩＮに反応して、操作信号ＳＯ１～ＳＯ５を提供する。光源モジュール１２０＿１～１２０＿５は、第１プロセッサ１１０に接続される。光源モジュール１２０＿１～１２０＿５は、それぞれ操作信号ＳＯ１～ＳＯ５に反応して、異なる色温度および異なる中心波長を有する光Ｌ＿１～Ｌ＿５を提供し、出力光ＬＯＵＴを共同で提供する。本実施形態を例に挙げると、光源モジュール１２０＿１が提供する光Ｌ＿１は、第１白色光である。光源モジュール１２０＿２が提供する光Ｌ＿２は、第２白色光である。光Ｌ＿２の色温度は、光Ｌ＿１の色温度よりも低い。例を挙げて説明すると、光Ｌ＿２は、色温度が２１００Ｋよりも低い暖白色光である（本考案はこれに限定されない）。光Ｌ＿１は、色温度が３６００Ｋよりも高い冷白色光である（本考案はこれに限定されない）。光源モジュール１２０＿３が提供する光Ｌ＿３は、第１カラー光である（例えば、赤色光であるが、本考案はこれに限定されない）。光源モジュール１２０＿４が提供する光Ｌ＿４は、第２カラー光である（例えば、緑色光であるが、本考案はこれに限定されない）。光源モジュール１２０＿５が提供する光Ｌ＿５は、第３カラー光である（例えば、青色光であるが、本考案はこれに限定されない）。光源モジュール１２０＿１は、操作信号ＳＯ１に反応して、光Ｌ＿１の輝度を調整する。光源モジュール１２０＿２は、操作信号ＳＯ２に反応して、光Ｌ＿２の輝度を調整する。以下、同様である。本実施形態において、出力光ＬＯＵＴは、光Ｌ＿１～Ｌ＿５の光混合結果である。本実施形態において、光源システムは、光拡散層、ランプの笠、光学機構等の光混合素子を利用して、光Ｌ＿１～Ｌ＿５の光混合効果を強化することにより、均一な出力光ＬＯＵＴを生成することができる。光源システムは、光源モジュール１２０＿１、１２０＿２が提供した光Ｌ＿１、Ｌ＿２の輝度を利用して、出力光ＬＯＵＴの色温度を調整することができるとともに、光源モジュール１２０＿３～１２０＿５が提供した光Ｌ＿３～Ｌ＿５の輝度を利用して、出力光ＬＯＵＴのスペクトルの形状を修飾することができる。このようにして、光源システムは、精細な出力光ＬＯＵＴスペクトル調節メカニズムを提供することができる。本実施形態において、光源モジュール１２０＿１～１２０＿５は、光拡散層、ランプの笠、光学機構等の光混合素子と統合されたランプ、例えば、電気スタンド、あるいは、天井に設置された、または天井に埋め込まれたランプであってもよい。

本実施形態において、光源モジュール１２０＿１～１２０＿５は、それぞれ少なくとも１つの発光素子を含む。発光素子は、発光ダイオードであってもよい。本考案の光源システムは、３種類またはそれより多い光源モジュールを含むことができるが、本実施形態はこれに限定されない。

本実施形態において、測定モジュール１３０は、第１プロセッサ１１０と有線通信または無線通信を行う。測定モジュール１３０は、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて提供した照度および波長を測定し、それにより、測定結果ＭＲを提供する。第１プロセッサ１１０は、測定結果ＭＲに反応して、出力光ＬＯＵＴを校正する。したがって、出力光ＬＯＵＴの照度および波長を安定させることができる。本実施形態において、フィールドＦは、外部の光（例えば、日光、街路灯、看板照明）を進入させる室内空間であってもよく、あるいは、外部の環境光を進入させない室内空間であってもよい。測定モジュール１３０は、例えば、ＣＬ５００照度計、ＣＬ－２１０照度計、装着型照度計、またはその他の類似する機能を有する照度計であってもよい。

本実施形態において、第２プロセッサ１４０は、測定モジュール１３０に接続される。第２プロセッサ１４０は、測定結果ＭＲに基づいて、フィールドＦにおける出力光ＬＯＵＴの測定スペクトルＭＳを生成する。注意すべきこととして、測定スペクトルＭＳは、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて人の眼に与える影響に関する第１研究情報である。測定スペクトルＭＳは、光照射が複数の網膜光受容体を刺激した複数のスペクトル関数を含む。したがって、研究者は、測定スペクトルＭＳを受信して、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて人の眼に与える影響を便利に知ることができる。第１プロセッサ１１０、第２プロセッサ１４０は、それぞれ、例えば、中央処理装置（central processing unit, CPU）、または他のプログラマブル汎用または専用マイクロプロセッサ（microprocessor）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、プログラマブル論理デバイス（programmable logic device, PLD）、または他の類似デバイス、あるいはこれらのデバイスの組み合わせであり、コンピュータプログラムを読み込んで、実行することができる。

図１および図２を同時に参照しながら、詳しく説明すると、図２は、測定スペクトルの生成概略図である。図２は、出力光ＬＯＵＴのフィールドＦにおける測定結果ＭＲ、５種類のα－視神経網膜光受容体（opic）の作用スペクトログラムおよび測定結果ＭＲを示したものである。ＣＩＥ Ｓ ０２６標準に基づくと、作用スペクトログラムは、規格化されたスペクトル関数Ｃ１～Ｃ５を含む。スペクトル関数Ｃ１は、Ｓ錐体視細胞の感度曲線を示す。スペクトル関数Ｃ２は、メラノプシン（melanopsin）の感度曲線を示す。スペクトル関数Ｃ３は、桿体細胞の感度曲線を示す。スペクトル関数Ｃ４は、Ｍ錐体視細胞の感度曲線を示す。スペクトル関数Ｃ５は、Ｌ錐体視細胞の感度曲線を示す。本実施形態において、スペクトル関数Ｃ１のピークは、約４１９ｎｍである。スペクトル関数Ｃ２のピークは、約４８０ｎｍである。スペクトル関数Ｃ３のピークは、約４９６．３ｎｍである。スペクトル関数Ｃ４のピークは、約５３０．８ｎｍである。スペクトル関数Ｃ５のピークは、約５５８．４ｎｍである。

本実施形態において、第２プロセッサ１４０は、ＣＩＥ Ｓ ０２６標準に基づいて、測定結果ＭＲを生成する。第２プロセッサ１４０は、測定結果ＭＲを受信し、且つスペクトル関数Ｃ１～Ｃ５を利用して、測定結果ＭＲを修飾することにより、測定結果ＭＲを生成する。ＣＩＥ Ｓ ０２６は、α－ｏｐｉｃツールボックス（toolbox）のオープンソースを提供している。第２プロセッサ１４０は、ＣＩＥ Ｓ ０２６が提供するα－ｏｐｉｃツールボックスを利用して、測定結果ＭＲを測定スペクトルＭＳに変換することができる。したがって、スペクトル関数Ｃ１～Ｃ５は、フィルタ関数とみなしてもよい。測定スペクトルＭＳは、スペクトル関数Ｃ１’～Ｃ５’を含む。スペクトル関数Ｃ１’は、スペクトル関数Ｃ１に対応する。スペクトル関数Ｃ２’は、スペクトル関数Ｃ２に対応する。以下、同様である。

スペクトル関数Ｃ２’は、メラノプシンが生成する関数である。近年の研究に基づくと、メラノプシンは、概日リズムを調節し、瞳孔の持続的な光反射を調節し、メラトニンの抑制を調節することができる。このことからわかるように、スペクトル関数Ｃ２’の強度または面積は、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて人の眼に与える影響に関連する。本実施形態において、第２プロセッサ１４０は、測定結果ＭＲを生成することができる。測定結果ＭＲは、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて人の眼に与える影響の関連研究資料を含む。したがって、使用者または研究者は、測定スペクトルＭＳに基づいて、フィールドＦにおける出力光ＬＯＵＴを調整することができる。例を挙げて説明すると、使用者または研究者が測定スペクトルＭＳに基づいて１日の複数の期間において複数のライトレシピを提供することにより、フィールドＦにいる人は、１日の活動期間においてより高い活動力または集中力を発揮することができ、および／または１日の休憩期間においてより良質な休憩をとることができる。

図１および図３を同時に参照すると、図３は、本考案に係るスペクトル概略図である。図３は、２種類のスペクトルＦ１、Ｆ２を例に挙げている。スペクトルＦ１の色温度は、１９００±２００Ｋであり、スペクトルＦ２の色温度は、３８００±２００Ｋである。スペクトルＦ１、Ｆ２は、概日リズムの一部の光パラメータを改善するために使用することができる。スペクトルＦ１、Ｆ２は、フィールドＦにおける物体（例えば、机や壁の表面）を照射しまたは媒質（例えば、空気またはランプの笠）を透過して生成されたスペクトルである。測定モジュール１３０は、測定距離に基づいて、出力光ＬＯＵＴの照度を測定する。したがって、測定モジュール１３０が受信する測定結果ＭＲは、出力光ＬＯＵＴが物体を照射しまたは媒質を透過して生成されたスペクトルであってもよい。スペクトルＦ１を例に挙げると、測定モジュール１３０は、スペクトルＦ１を予測光のスペクトルとする。測定モジュール１３０は、測定結果ＭＲのスペクトルに基づいて、出力光ＬＯＵＴが予測光であるかどうかを判断する。測定結果ＭＲのスペクトルが予測光のスペクトルではないと判断された時、出力光ＬＯＵＴと予測光の間に差が発生したことを示す。つまり、出力光ＬＯＵＴは、予測光に等しくない。したがって、測定モジュール１３０は、第１プロセッサ１１０に指示して、操作信号ＳＯ１～ＳＯ５を調整する。一方、測定結果ＭＲのスペクトルが予測光のスペクトルにおよそ等しいと判断された時、出力光ＬＯＵＴが予測光におよそ等しいことを示す。したがって、第１プロセッサ１１０は、操作信号ＳＯ１～ＳＯ５を調整する必要がない。

本実施形態において、スペクトルＦ１、Ｆ２において、青色光の強度を抑制することによって、青色光の人の眼への傷害を減らす。いくつかの実施形態において、出力光ＬＯＵＴの青色光の中心波長をさらに４５０～４６０ｎｍの間にずらしてもよい。このようにして、出力光ＬＯＵＴは、人の眼への害をさらに減らすことができる。

図１に実施形態に戻ると、本実施形態において、第２プロセッサ１４０は、測定スペクトルＭＳのスペクトルを分析して、概日刺激（circadian stimulus, CS）および概日照度（CLA）のうちの少なくとも１つを分析する。つまり、第１研究情報は、概日刺激および概日照度のうちの少なくとも１つを含む。したがって、使用者または研究者は、概日刺激、概日照度および概日パフォーマンスを分析することができる。概日パフォーマンスは、例えば、フィールドＦにおける被験者の行動パフォーマンスおよび／または図２に示したスペクトル関数Ｃ１’～Ｃ５’の結果であってもよい。

本実施形態において、概日照度の計算方法は、２０２０年にAna Sanchez-CanoおよびJustiniano Aporta等によって「applied sciences」に公開された文献（「Optimization of Lighting Projects Including Photopic and Circadian Criteria: A Simplified Action Protocol」、「Appl. Sci. 2020, 10, 8068」）、２０１８年にMS ReaおよびMG Figueiro等によって「Lighting Res. Technol」に公開された文献（「Light as a circadian stimulus for architectural lighting」、「Lighting Res. Technol. 2018; 50: 497-510」）、あるいはその他の既存の概日刺激および概日照度コンピューティングツールにより得ることができる。また、概日照度を取得した後、概日照度に基づいて、概日刺激を得ることができる。本実施形態において、概日刺激は、式（１）に基づいて得ることができる。

［式１］

ＣＳは、概日刺激を示すために使用される。ＣＬＡは、概日照度を示すために使用される。

図４を参照すると、図４は、本考案の第２実施形態に係る光源システムの概略図である。本実施形態において、光源システムは、第１プロセッサ１１０、光源モジュール１２０＿１～１２０＿５、測定モジュール１３０、および第２プロセッサ２４０を含む。第１実施形態と異なる点は、本実施形態の第２プロセッサ２４０が、さらに、フィールドＦにおける被験者の生理学的情報ＰＩを受信することである。生理学的情報ＰＩは、年齢、生理学的指標、および／または疾患であってもよい。上述した生理学的指標は、メラトニンの抑制状況、鬱病評価尺度分析、睡眠品質等であってもよい。上述した疾患は、脳または心理的な疾患に関するものであってもよく、例えば、脳卒中、アルツハイマー病（Alzheimer's disease, AD）、パーキンソン病（Parkinson's disease, PD）、鬱病、躁鬱病等である。したがって、測定スペクトルＭＳおよび生理学的情報ＰＩは、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて人の眼に与える影響に関する第２研究情報である。

本実施形態において、第２プロセッサ２４０は、測定スペクトルＭＳおよび生理学的情報ＰＩを収集して整理することができ、それにより、被験者の生理学的情報ＰＩおよび測定スペクトルＭＳを含む第２研究情報を提供することができる。このようにして、使用者または研究者は、第２研究情報を分析することにより、出力光ＬＯＵＴがフィールドＦにおいて異なる被験者グループに与える影響を得ることを試みることができる。いくつかの実施形態において、被験者グループは、例えば、脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病、鬱病、躁鬱病等を罹患している異なるグループである。いくつかの実施形態において、被験者グループは、例えば、異なるメラトニンの抑制状況区間または異なる睡眠品質を有するグループである。

以上のように、本考案は、光が人の眼に与える影響の研究に適用される光源システムを提供する。測定モジュールは、出力光がフィールドにおいて提供する照度および波長を測定し、測定結果を提供する。第１プロセッサは、測定結果に反応して、出力光を校正する。このようにして、出力光の照度および波長を安定させることができる。また、第２プロセッサは、測定結果に基づいて、出力光がフィールドにおいて提供した測定スペクトルを生成する。測定スペクトルは、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響に関する研究情報である。測定スペクトルは、光照射が複数の網膜光受容体を刺激した複数のスペクトル関数を含む。このようにして、研究情報は、出力光がフィールドにおいて人の眼に与える影響の研究の参考情報として使用することができる。

以上のように、この考案を実施形態により開示したが、この考案を限定するために用いるものではなく、当業者であれば、この考案の精神および範囲から逸脱しなければ、いくつかの変更ならびに修正が可能であるため、この考案の保護範囲は、添付の特許請求の範囲を基準として定めなければならない。

１１０ 第１プロセッサ
１２０＿１～１２０＿５ 光源モジュール
１３０ 測定モジュール
１４０、２４０ 第２プロセッサ
Ｃ１～Ｃ５ スペクトル関数
Ｃ１’～Ｃ５’ 測定スペクトルのスペクトル関数
Ｆ フィールド
Ｆ１、Ｆ２ スペクトル
Ｌ＿１～Ｌ＿５ 光
ＬＯＵＴ 出力光
ＭＲ 測定結果
ＭＳ 測定スペクトル
ＳＯ１～ＳＯ５ 操作信号

Claims (10)

1. 入力信号に反応して、操作信号を提供するために配置された第１プロセッサと、
   前記第１プロセッサに接続され、それぞれ前記操作信号に反応して、異なる色温度および異なる中心波長を有する複数の光を提供し、出力光を共同で提供する複数の光源モジュールと、
   前記第１プロセッサと通信を行い、前記出力光がフィールドにおいて提供した照度および波長を測定して、測定結果を提供するために配置された測定モジュールであって、前記第１プロセッサが前記測定結果に応じて前記出力光を校正する測定モジュールと、
   前記測定モジュールに接続され、前記測定結果に基づいて、前記フィールドにおける前記出力光の測定スペクトルを生成するために配置された第２プロセッサと、
   を含み、前記測定スペクトルが、前記出力光が前記フィールドにおいて人の眼に与える影響に関する第１研究情報であり、
   前記測定スペクトルが、光照射が複数の網膜光受容体を刺激した複数のスペクトル関数を含む光源システム。
2. 前記第２プロセッサが、ＣＩＥ Ｓ ０２６標準に基づいて、前記出力光の測定スペクトルを生成する請求項１に記載の光源システム。
3. 前記測定スペクトルが、光照射がメラノプシンを刺激することで生成した第１スペクトル関数を含む請求項１に記載の光源システム。
4. 前記第１研究情報が、概日刺激および概日照度のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の光源システム。
5. 前記複数の光源モジュールのうちの第１光源モジュールが、第１白色光を提供し、
   前記複数の光源モジュールのうちの第２光源モジュールが、第２白色光を提供し、
   前記第２白色光の色温度が、前記第１白色光の色温度よりも低く、
   前記複数の光源モジュールのうちの第３光源モジュールが、第１カラー光を提供し、
   前記複数の光源モジュールのうちの第４光源モジュールが、第２カラー光を提供し、
   前記複数の光源モジュールのうちの第５光源モジュールが、第３カラー光を提供する請求項１に記載の光源システム。
6. 前記測定モジュールが、前記測定結果のスペクトルに基づいて、前記出力光が予測光であるかどうかを判断する請求項１に記載の光源システム。
7. 前記測定結果のスペクトルが前記予測光のスペクトルではないと判断された時、前記測定モジュールが、前記第１プロセッサに指示して、前記操作信号を調整する請求項６に記載の光源システム。
8. 前記出力光の青色光の中心波長が、４５０～４６０ｎｍの間である請求項１に記載の光源システム。
9. 前記測定モジュールが、測定距離に基づいて、前記出力光の照度を測定する請求項１に記載の光源システム。
10. 前記第２プロセッサが、前記フィールドにおける使用者の生理学的情報を受信し、
    前記測定スペクトルおよび前記生理学的情報が、前記出力光が前記フィールドにおいて人の眼に与える影響に関する第２研究情報である請求項１に記載の光源システム。

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