JP3978334B2 - 照明装置および照明制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間に快適な照明環境を実現するために照明光の光量を周期的に変化させる照明装置、照明制御装置および照明制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、快適な照明環境を実現するための照明装置として、非周期的なゆらぎ（例えば、１／ｆゆらぎ特性）に着目した照明装置や、周期的なリズムに着目した照明装置が知られている。
【０００３】
周期的なリズムのうち、人間の生体リズムは、人間が正常な状態を維持するために重要な特性である。そのため、人間が感じる快適性と人間の生体リズムとは関係深いことが考えられる。人間の生体リズムには、呼吸リズム、心拍リズム、血拍リズム、α波、β波などの脳波のリズム、睡眠に関するサーカディアンリズムなどがある。
【０００４】
人間の生体リズムのうち、呼吸リズムは、人間が自らの意志によってある程度制御することが可能なリズムである。さらに、呼吸リズムは心身の状態に応じて大きく変化する。例えば、人間がストレスを感じているときには、呼吸は浅く、速くなる。逆に、人間が満ち足りた気分でリラックスしているときには、呼吸は深く、ゆっくりになる。
【０００５】
呼吸が浅いと、呼吸の効率が悪いばかりでなく、肺の一部にしか新鮮な空気が届かない。その結果、血中の二酸化炭素のレベルが多くなり、脳に送り込まれる酸素が不足することとなる。そのため、人間は緊張した状態になる。
【０００６】
呼吸が深いと、体内にエンドルフィンという鎮静作用のあるホルモンが分泌される。そのため、人間はリラックスした状態になる。
【０００７】
このように、人間の生体リズムのうち呼吸リズムを制御することは、人間がリラックスした状態になる上で有効な方法であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明者たちは、より快適な照明環境の実現をめざして、呼吸リズムに近い周波数で照明光の光量を変化させる照明装置および照明制御方法を研究してきた（特願平９−２５４５３９、特願平１１−１６７８９３参照）。この研究においては、当初、照明光の光量が正弦波形に沿って変化するように照明装置を制御していた。しかし、研究を進めるにつれて、照明光の光量を正弦波形に沿って変化させることが必ずしも最適ではないことがわかってきた。
【０００９】
従って、観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすく、かつ、観測者がリラックスしやすくするために、照明光の光量をどのように変化させるかが課題であった。
【００１０】
本発明は、人間の視覚特性の解析結果と人間の呼吸運動の特性の解析結果とに基づいて、この課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、照明光の光量の変化に合わせて観測者が呼吸のリズムを整えることを容易にするとともに、観測者がリラックスすることを容易にする照明装置および照明制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、光源と、前記光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する制御部とを備えた照明装置であって、前記制御部は、１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御する構成であり、前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬＢＡＳＥに一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬＢＡＳＥより大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬＢＡＳＥより小さくなる曲線であり、０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔＭＡＸを除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬＢＡＳＥとの差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬＢＡＳＥとの差の絶対値より大きく、ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、ＬＢＡＳＥは定数を示し、前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔＭＡＸにおいて最大輝度ＬＭＡＸと同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔＭＩＮにおいて最小輝度ＬＭＩＮと同一の輝度を有し、最大輝度ＬＭＡＸは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度ＬＭＩＮは１周期における輝度Ｌの最小値を示し、これにより、上記目的が達成される。
【００１３】
輝度Ｌは、０．１Ｈｚ以上０．４Ｈｚ以下の範囲で周期的に変化してもよい。
【００１４】
輝度Ｌは、ＬB×ｒB sin(t)以下、かつ、ＬC ／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））以上の範囲内で変化し、ＬB＝（ＬMAX×ＬMIN）1/2、ｒB＝（ＬMAX／ＬMIN）1/2、ＬC＝２×（ＬMAX×ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）、ｒC＝（ＬMAX−ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）であってもよい。
【００１５】
輝度Ｌは、ＬBASE×ｒsin(t)に従って変化し、ｒは定数を示してもよい。
【００１６】
輝度Ｌは、０ｃｄ／ｍ2より大きく５０００ｃｄ／ｍ2以下の範囲内で変化してもよい。
【００１７】
周期Ｔの長さは、時間が経過するにつれて変化してもよい。
【００１９】
本発明の照明制御方法は、光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する照明制御方法であって、１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御するステップを包含し、前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ に一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より小さくなる曲線であり、０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ を除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値より大きく、ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、Ｌ ＢＡＳＥ は定数を示し、前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ において最大輝度Ｌ ＭＡＸ と同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔ ＭＩＮ において最小輝度Ｌ ＭＩＮ と同一の輝度を有し、最大輝度Ｌ ＭＡＸ は１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度Ｌ ＭＩＮ は１周期における輝度Ｌの最小値を示し、これにより、上記目的が達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
１．照明装置の構成
図１は、本発明の実施の形態の照明装置１の構成を示す。
【００２２】
照明装置１は、光源１０と、光源１０の発光面の輝度が周期的に変化するように光源１０を制御する制御部２０とを含む。
【００２３】
制御部２０は、調光信号を生成する調光信号生成部２２と、調光信号に応じて光源１０の発光面の輝度を制御する調光点灯装置２４とを含む。調光信号生成部２２の機能は、例えば、コンピュータ（ＣＰＵ）によって実現され得る。
【００２４】
調光信号生成部２２は、時間の経過につれて変化する電圧信号（例えば、０〜５Ｖの電圧信号）を調光信号として調光点灯装置２４に出力する。調光点灯装置２４は、調光信号生成部２２から出力される電圧信号を電流に変換し、その電流を光源１０に出力する。光源１０は、調光点灯装置２４から出力される電流の大きさに応じて発光面の輝度を変化させる。
【００２５】
光源１０は、例えば、白熱電球である。しかし、光源１０はこれに限定されない。光源１０としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＥＬ（電界ルミネッセンス）、ＨＩＤ（高輝度放電ランプ）光源および蛍光灯等の任意のタイプの光源を使用することができる。
【００２６】
図２は、観測者３０が椅子４０に座りながら、照明装置１からの照明光５０を観測している様子を示す。ここで、照明光５０の光量は、光源１０の発光面の輝度が周期的に変化することに連動して、周期的に変化する。
【００２７】
ここで、観測者３０は、照明光５０の光量の変化に合わせて呼吸をするものとする。例えば、観測者３０は、照明光５０が最も暗いときから最も明るくなるまでの期間に呼吸を吸い、照明光５０が最も明るいときから最も暗くなるまでの期間に呼吸を吐くものとする。
【００２８】
このように、観測者３０は、照明光５０の光量の変化に合わせて呼吸をすることにより、呼吸のリズムを整えることができる。これにより、観測者３０のリラックスが向上される。ここで、本明細書では、「リラックス」という用語は、ストレス解消だけでなく、気持ちがよくなって眠ってしまうことをも包含することを意味する。したがって、本発明は入眠時に、より入眠を容易にするために用いることもできる。
【００２９】
なお、図２に示される例では、制御部２０（図１）は、照明装置１の台座１ａの内部に収納されている。あるいは、照明装置１の電源線１ｂの途中に設けられたケース（図示せず）内に制御部２０を収納するようにしてもよい。あるいは、パルックボール（商品名）のように、光源１０と制御部２０とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、図２に示される例では、照明装置１はフロアスタンドの形態であるが、照明装置１はこの形態のみに限らない。照明装置１は、デスクスタンドのような柄の短いスタンドであってもよいし、天井に取り付けるシーリングライトやペンダント型の全般照明用の照明装置、天井に取り付けるダウンライトのような部分照明用の照明装置等であってもよい。さらに、照明装置１は、ヘッドマウントディスプレイ、眼鏡および眼帯のように観測者３０の眼を覆う形状を有し、観測者３０の眼を照明するタイプの照明装置であってもよいことはいうまでもない。また、制御部２０と光源１０とは別々に構成されていてもよい。制御部２０と光源１０とが別々に構成されている場合には、制御部２０は、任意のタイプの光源１０とともに用いられ、光源１０を制御する照明制御装置として機能し得る。
２．照明制御方法の原理
以下、本発明による照明制御方法の原理を説明する。本発明による照明制御方法は、人間の視覚特性と人間の呼吸運動の特性とを考慮して、照明光の周期的な変化を制御することを特徴とする。
【００３１】
本発明による照明制御方法においては、１周期において光量が最小となる時刻の近傍における光量の単位時間あたりの変化より、１周期において光量が最大となる時刻の近傍における光量の単位時間あたりの変化が大きくなるように、照明光が制御される。
【００３２】
このような照明光の制御は、例えば、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化より、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化が大きくなるように、光源１０（図１）の発光面の輝度Ｌを周期的に変化させることによって達成される。このように光源１０を制御するためには、例えば、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化より、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化が大きくなるように、調光信号生成部２２（図１）が、調光点灯装置２４（図１）に出力する電圧信号（調光信号）を変化させ、調光点灯装置２４が、その電圧信号を電流に変換し、その電流を光源１０に出力すればよい。
【００３３】
このように、照明光を制御することにより、観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすくなるとともに、観測者のリラックスを向上させることが可能になる。その理由を以下に詳しく説明する。
【００３４】
図３は、人間の視覚特性を説明するための図である。人間の視覚が光による刺激を受けると、その刺激は神経を伝わり、脳に伝達される。脳に伝わる刺激の大きさは輝度に比例せず、輝度の対数値に比例する。
【００３５】
図３は、輝度が正弦波形に沿って変化する照明光を人間が見た場合に、その人間がその照明光をどのように知覚するかを示す。人間の脳は、輝度が正弦波形の対数値に沿って変化するようにその照明光を知覚する。従って、人間の脳によって知覚される輝度曲線は、輝度が最小となる時刻の近傍の輝度の変化より輝度が最大となる時刻の近傍の輝度の変化が緩やかな曲線となる。実際、同じ量の輝度変化ならば、人間は、輝度の小さいところでの変化より輝度の大きいところでの変化を緩やかな変化に感じる。
【００３６】
このように、輝度が正弦波形に沿って変化する照明光を人間が見た場合には、その人間は、輝度が最小となる時刻の近傍の輝度の変化より輝度が最大となる時刻の近傍の輝度の変化が緩やかであると感じる。その結果、輝度が最大となる時刻を知覚しにくく、呼気を開始するタイミングをつかみづらいという欠点があった。照明光の光量の変化に呼吸を無理なく合わせるためには、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）と、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）とがわかりやすいことが必要である。特に、最大輝度時刻のわかりやすさは、最小輝度時刻のわかりやすさより重要である。
【００３７】
従って、最小輝度時刻の近傍の輝度の変化より最大輝度時刻の近傍の輝度の変化が大きくなるように光源１０（図１）の発光面の輝度Ｌを制御する必要がある。
【００３８】
図４は、人間の呼吸運動の特性を示す。図４において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は肺容積と呼ばれる肺内の空気量を示す。時間の経過につれて肺容積が減少する期間を「呼気期間」（観測者が息を吐く期間）といい、時間の経過につれて肺容積が増加する期間を「吸気期間」（観測者が息を吸う期間）という。
【００３９】
図４に示されるように、人間の呼吸運動では、一般に、呼気期間の終了から吸気期間の開始までに呼吸運動が停止する停止期間が発生する。この停止期間は、観測者のリラックスが向上するにつれて長くなる。この停止期間は、呼吸１周期の２０％から２５％を占めることもある。逆に、観測者がリラックスしていない時にはこの停止期間は短くなり、停止期間がほとんど消滅することもある。このように、呼吸運動において、呼気から吸気に移るまでの期間の長さは、観測者のリラックスの程度に依存する。このため、呼気から吸気に移るまでの期間に幅をもたせた方が観測者は呼吸を合わせやすい。
【００４０】
これに対し、人間はリラックスが向上しても、吸気期間の終了から呼気期間の開始までに呼吸運動が停止する停止期間はほとんど発生しない。このため、呼気を開始するタイミングは、観測者のリラックスの程度にかかわらず、吸気を終了した直後とする方が観測者は呼吸を合わせやすい。
【００４１】
このような人間の呼吸運動の特性を考慮すると、照明光の光量の変化に呼吸を無理なく合わせるためには、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化と同等であるか、あるいは大きい必要がある。あるいは、呼気から吸気に移るまでの期間に幅をもたせる（呼吸運動を一時的に停止させる）ために、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍で、輝度の変化を０にしても（すなわち、輝度を一定にしても）よい。この場合には、輝度が最小となる時刻は一点には定まらないが、本発明では、後述するように、この場合の「輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化」は０とみなす。従って、この場合には、常に、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化より大きくなる。
【００４２】
このように、人間の視覚特性の解析結果と人間の呼吸運動の特性の解析結果とによれば、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化より十分大きくなるように光源の発光面の輝度を制御することが好ましい。
【００４３】
なお、上述した説明では、観測者は目を開けて照明光を観測しているとしているが、観測者は必ずしも目を開けている必要はない。光源が発生する照明光の光量が十分に大きい場合には、目を閉じていても目蓋越しに照明光を知覚できることは、日常の経験からも明らかである。人間の目蓋は光量を減衰させるフィルターとして作用するが、目蓋を透過した照明光の光量の変化の相対的な形状は、目を開けて観測した場合と同じである。本発明は、上述したように、照明光の光量の変化の相対的な形状に特徴があり、その特徴によって、観測者のリラックスが容易になるという効果が得られる。従って、観測者が目を閉じて照明光を観測する場合にも、本発明の効果が得られる。これは、以下の説明においても同様に当てはまる。
【００４４】
３．輝度Ｌの好ましい制御の例
図５Ａは、本発明による照明制御方法に基づく、光源１０の発光面の輝度Ｌの好ましい制御の例を示す。図５Ａにおいて、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は光源１０の発光面の輝度Ｌを示す。
【００４５】
制御部２０は、光源１０の輝度Ｌが図５Ａに示される実線に沿って周期的に変化するように光源１０を制御する。このように、輝度Ｌを周期的に変化させる理由は、輝度Ｌを吸気呼気の強さに合わせるためである。呼吸運動が時間の経過につれて周期的に繰り返される運動であることから、輝度Ｌも時間の経過につれて周期的に変化するように制御される。
【００４６】
輝度Ｌは、０．１Ｈｚ以上０．４Ｈｚ以下の範囲で周期的に変化するように制御される。これは、呼吸運動の周波数が０．１Ｈｚから０．４Ｈｚ程度だからである。
【００４７】
吸気１回、呼気１回で１呼吸である。従って、輝度Ｌが最大輝度ＬMAXから最小輝度ＬMINに変化する場合には、輝度Ｌは単調に減少するように制御され、輝度Ｌが最小輝度ＬMINから最大輝度ＬMAXに変化する場合には、輝度Ｌは単調に増加するように制御される。ここで、最大輝度ＬMAXとは、１周期における輝度Ｌの最大値をいい、最小輝度ＬMINとは、１周期における輝度Ｌの最小値をいう。
【００４８】
輝度Ｌの変化の周期をＴとする。１周期の開始時刻をｔ＝０とすると、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬBASE（ＬBASEは定数）に一致し、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬBASEより大きく、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬBASEより小さくなるように輝度Ｌが制御される。すなわち、１周期のうち前半の半周期は輝度ＬがＬBASEより大きく、１周期のうち後半の半周期は輝度ＬがＬBASEより小さくなるように輝度Ｌが制御される。
【００４９】
ここで、Ｌ＞ＬBASEとなる半周期を「山の期間」といい、Ｌ＜ＬBASEとなる半周期を「谷の期間」という。
【００５０】
「山の期間」において、輝度Ｌは、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、基準正弦波形の輝度より小さくなるように制御される。最大輝度時刻ｔMAXとは、１周期において輝度Ｌが最大となる時刻（すなわち、Ｌ＝ＬMAXとなる時刻）をいう。
【００５１】
図５Ａにおいて、破線は、基準正弦波形を示す。基準正弦波形とは、輝度Ｌの変化の周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔMAXにおいて最大輝度ＬMAXと同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔMINにおいて最小輝度ＬMINと同一の輝度を有する正弦波形をいう。最小輝度時刻ｔMINとは、１周期において輝度Ｌが最小となる時刻（すなわち、Ｌ＝ＬMINとなる時刻）をいう。ただし、上述したように、時刻ｔMINにおいてのみでなく、時刻ｔMINの近傍においても輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなる場合もある。このような場合は、１周期において輝度Ｌが最小となる時刻は一点には定まらないので、輝度Ｌが最小輝度ＬMINになる期間の中央の時刻を最小輝度時刻ｔMINとみなす。なお、この場合には、輝度Ｌが最小となる時刻の近傍での輝度Ｌの変化は、時刻ｔMINの近傍での輝度Ｌの変化（すなわち、０）とみなす。
【００５２】
このように、「山の期間」において、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、輝度Ｌが基準正弦波形の輝度より小さくなるように輝度Ｌを制御することより、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における基準正弦波形の輝度の単位時間あたりの変化に比べて大きくなる。これにより、観測者は、基準正弦波形に比べて、最大輝度時刻ｔMAXをより容易に認識することが可能になる。
【００５３】
次に、「谷の期間」において、輝度Ｌは、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬBASEとの差の絶対値ｄ1が、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬBASEとの差の絶対値ｄ2より大きくなるように制御される。ここで、ｓは、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意の数である。その結果、「谷の期間」において、輝度Ｌは、最小輝度時刻ｔMINを除いて、基準正弦波形の輝度より小さくなる。
【００５４】
このように、「谷の期間」において、ｄ1＞ｄ2を満たすように輝度Ｌを制御することにより、最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように輝度Ｌが制御される。これにより、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることが可能になる。
【００５５】
図５Ａに示される実線の曲線は、例えば、（数１）によって表され得る。
【００５６】
【数１】
Ｌ＝ＬBASE×ｒsin(t)
ここで、ＬBASE、ｒはそれぞれ定数を示す。
【００５７】
図５Ａに示されるように、（数１）によって表される曲線は、一周期中で常に変化し続ける。しかし、上述したように、光源１０の発光面の輝度Ｌは、時刻ｔMINの近傍で一定時間にわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように制御されてもよい。
【００５８】
図５Ｂは、時刻ｔMINの近傍の一定時間ＴＬMINにわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように、輝度Ｌを制御する例を示す。図４を用いて説明した呼吸運動の特徴から分かるように、時間ＴＬMINの長さを周期の２５％以下、すなわち、Ｔ／４以下にすれば、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることができるので、より好ましい。
【００５９】
以上説明したように輝度Ｌを変化させることにより、少なくとも基準正弦波形に比べて、観測者が最大輝度時刻ｔMAXをより容易に認識することができ、かつ、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることが可能になる。その結果、観測者は、照明光の光量の変化に無理なく呼吸を合わせることができ、リラックスを向上させることができる。
【００６０】
４．検証実験
上述した照明制御方法に基づく効果を検証するために、本願の発明者たちは検証実験を行った。その検証実験には、４とおりの曲線Ａ〜Ｄを用いた。
【００６１】
図６は、曲線Ａ〜Ｃの波形を示し、図７は、曲線Ｄの波形を示す。図６および図７において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は光源の発光面の輝度Ｌを示す。輝度Ｌは、曲線Ａ〜Ｄのそれぞれに沿って周期的に変化するように制御されるものとする。
【００６２】
検証実験では、最大輝度ＬMAXを１４００ｃｄ／ｍ2、最小輝度ＬMINを１５０ｃｄ／ｍ2とした。
【００６３】
図６に示される曲線Ａは、正弦波形である。曲線Ａは、（数２）によって表される。
【００６４】
【数２】
Ｌ＝ＬA＋ｒA×ｓｉｎ（ｔ）
ここで、ＬA、ｒAはそれぞれ定数を示す。
【００６５】
図６に示される曲線Ｂは、（数３）によって表される。
【００６６】
【数３】
Ｌ＝ＬB×ｒB sin(t)
ここで、ＬB＝（ＬMAX×ＬMIN）1/2、ｒB＝（ＬMAX／ＬMIN）1/2であり、
ＬMAXは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、ＬMINは１周期における輝度Ｌの最小値を示す。
【００６７】
図６に示される曲線Ｃは、（数４）によって表される。
【００６８】
【数４】
Ｌ＝ＬC／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））
ここで、ＬC＝２×（ＬMAX×ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）、ｒC＝（ＬMAX−ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）であり、
ＬMAXは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、ＬMINは１周期における輝度Ｌの最小値を示す。
【００６９】
図７に示される曲線Ｄは、最大輝度時刻ｔMAXにおける最大輝度ＬMAXと、最小輝度時刻ｔMINにおける最小輝度ＬMINとを直線でつないだ三角波形である。
【００７０】
図６に示されるように、最大輝度時刻ｔMAXの近傍においては、曲線Ｃに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、曲線Ｂに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化より大きく、最小輝度時刻ｔMINの近傍においては、曲線Ｃに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、曲線Ｂに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化より小さい。
【００７１】
また、図６から明らかなように、曲線Ｂと曲線Ｃとは、いずれも、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」という条件を満たす。
【００７２】
図８は、曲線Ａ’〜Ｃ’の波形を示す。曲線Ａ’〜Ｃ’は、それぞれ、図６に示される曲線Ａ〜Ｃの対数値を取ったものである。図６の縦軸が輝度Ｌを示すのに対し、図８の縦軸は輝度Ｌの対数値（ｌｏｇ（Ｌ））を示す。
【００７３】
図９は、曲線Ｄ’の波形を示す。曲線Ｄ’は、図７に示される曲線Ｄの対数値を取ったものである。図７の縦軸が輝度Ｌを示すのに対し、図９の縦軸は輝度Ｌの対数値（ｌｏｇ（Ｌ））を示す。
【００７４】
人間の視覚特性によって、曲線Ａに沿って変化する輝度Ｌは、あたかも曲線Ａ’に沿って変化するように人間に知覚される。従って、人間の視覚では、曲線Ａは、図８に示される曲線Ａ’の形で変化するように見える。曲線Ｂ〜Ｄについても同様である。
【００７５】
図８から、曲線Ｂ’は正弦波形であることが分かる。このことは、曲線Ｂは、人間の視覚では正弦波形として知覚されることを意味する。
【００７６】
さらに、図８から分かるように、曲線Ｃ’は、曲線Ａ’の上下を逆にした形になる。すなわち、曲線Ａ’の山の期間での変化量は曲線Ｃ’の谷の期間での変化量と同等であり、曲線Ｃ’の山の期間での変化量は曲線Ａ’の谷の期間での変化量と同等である。
【００７７】
また、曲線Ｃは、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」曲線Ｃ’として知覚されることが分かる。
【００７８】
複数名の観測者のそれぞれに、光源からの照明光を観察してもらい、「観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすいか否か」「照明光を見ている観測者がリラックスしやすいか否か」の２つの評価項目について主観評価をしてもらった。
【００７９】
「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目は、”非常に合わせやすい”、”かなり合わせやすい”、”合わせやすい”、”どちらでもない”、”合わせにくい”、”かなり合わせにくい”、”非常に合わせにくい”の７段階で評価するものとした。各評価に対して順に、＋３、＋２、＋１、０、−１、−２、−３の点数を与え、評価項目の点数は全観測者が評価した点数の平均値とした。
【００８０】
「リラックスのしやすさ」に関する評価項目は、”非常にリラックスできる”、”かなりリラックスできる”、”リラックスできる”、”どちらでもない”、”リラックスしにくい”、”かなりリラックスしにくい”、”非常にリラックスしにくい”の７段階で評価するものとした。各評価に対して順に、＋３、＋２、＋１、０、−１、−２、−３の点数を与え、評価項目の点数は全観測者が評価した点数の平均値とした。
【００８１】
従って、評価項目の＋の点数が大きいほど良い評価となり、評価項目の−の点数が大きいほど悪い評価となる。
【００８２】
図１０は、検証実験の結果を示す。図１０は、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｄのそれぞれに沿って変化させた場合における、「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目の点数（評価値）と、「リラックスのしやすさ」に関する評価項目の点数（評価値）とを示している。
【００８３】
「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目の点数は、曲線Ａに対して＋０．５、曲線Ｂに対して＋１．６、曲線Ｃに対して＋１．０、曲線Ｄに対して−１．１であった。
【００８４】
「リラックスのしやすさ」に関する評価項目の点数は、曲線Ａに対して＋０．５、曲線Ｂに対して＋１．４、曲線Ｃに対して＋０．９、曲線Ｄに対して−１．０であった。
【００８５】
図１０に示される実験結果から、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｃに沿って変化させた場合には観測者は輝度Ｌの変化に呼吸を合わせやすく、輝度Ｌを曲線Ｄに沿って変化させた場合には観測者は輝度Ｌの変化に呼吸を合わせにくいことが分かる。さらに、曲線Ｂ、Ｃ、Ａの順に、観測者が輝度Ｌの変化に呼吸が合わせやすいことが分かる。
【００８６】
「リラックスのしやすさ」についても「呼吸の合わせやすさ」と同様の結果が得られた。すなわち、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｃに沿って変化させた場合には観測者はリラックスしやすく、輝度Ｌを曲線Ｄに沿って変化させた場合には観測者はリラックスしにくい。さらに、曲線Ｂ、Ｃ、Ａの順に、観測者がリラックスしやすい。
【００８７】
このことから、曲線Ｄに沿って輝度Ｌを変化させること（すなわち、図７に示されるように輝度Ｌを直線に沿って変化させること）は、観測者が輝度Ｌの変化に呼吸を合わせるのには不適切であり、輝度Ｌは曲線に沿って変化させる必要があることが確かめられた。
【００８８】
また、上述したように、曲線Ｂと曲線Ｃとは、いずれも、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」という条件を満たす。この条件を満たすことにより、正弦波形である曲線Ａに比べて、観測者が輝度の変化に呼吸を合わせやすく、かつ、観測者がリラックスしやすいことが確かめられた。
【００８９】
次に、「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」を検証する検証実験を行った。この検証実験には、図６に示される曲線Ａ〜Ｃを用いた。
【００９０】
複数名の観測者のそれぞれに、輝度Ｌが最大であると感じたときにボタンを押すように依頼し、観測者がボタンを押した時刻ＴＳを記録した。また、輝度Ｌが実際に最大となった時刻ＴＬを計測し、差ΔＴ＝｜ＴＳ−ＴＬ｜を計算した。
【００９１】
図１１は、検証実験の結果を示す。図１１において、縦軸は、上述したようにして計算された差ΔＴの平均値を示す。差ΔＴの平均値は、曲線Ａに対して０．３５秒、曲線Ｂに対して０．２３秒、曲線Ｃに対して０．１９秒であった。
【００９２】
図１１から、曲線Ａに比べて、曲線Ｂ、曲線Ｃでは、「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」が大きく向上していることが分かる。
【００９３】
このように、「山の期間」において、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、輝度Ｌが基準正弦曲線の輝度より小さくなるように輝度Ｌを制御することにより、基準正弦波形に比べて、最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさが向上することが確かめられた。
【００９４】
上述したように、４つの曲線Ａ〜Ｄのうち、曲線Ｂおよび曲線Ｃは、「呼吸の合わせやすさ」「リラックスのしやすさ」および「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」の点で、正弦波形である曲線Ａよりも評価が高い。
【００９５】
図１２は、図６に示される曲線Ｂと曲線Ｃとに挟まれた領域をハッチングで示したものである。このハッチングされた領域を通過する曲線に沿って輝度Ｌを変化させる場合にも、曲線Ｂおよび曲線Ｃと同様の高い評価が得られる。
【００９６】
図１２において、ハッチングされた領域は、（数５）によって表される。
【００９７】
【数５】
ＬC ／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））≦Ｌ≦ＬB×ｒB sin(t)
ここで、ＬB、ｒBはそれぞれ（数３）に示される定数と同一であり、ＬC 、ｒCはそれぞれ（数４）に示される定数と同一である。
【００９８】
上述したように、４つの曲線Ａ〜Ｄのうち、曲線Ｂは、「呼吸の合わせやすさ」および「リラックスのしやすさ」の点で、最も評価が高い。
【００９９】
曲線Ｂの評価が高い理由は、「山の期間」における曲線Ｂ’の変化と「谷の期間」における曲線Ｂ’の変化とが対称的であること（図８参照）に起因している。従って、「「山の期間」における曲線Ｘ’の変化と「谷の期間」における曲線Ｘ’の変化とが対称的である」という条件を満たす任意の曲線Ｘに対しても、曲線Ｂと同様の高い評価が得られる。ここで、曲線Ｘ’は、曲線Ｘの対数値を取ったものである。
【０１００】
なお、上述した実施の形態では、（数３）および（数４）に従って輝度Ｌを変化させる照明制御方法を説明した。しかし、輝度Ｌの変化が厳密に（数３）および（数４）に従っている必要はない。例えば、（数３）および（数４）に示される輝度Ｌと実際の輝度との差が実際の輝度の±１０％以内に収まるような輝度変化は、人間の目には、（数３）および（数４）に従った輝度変化とほとんど同等に見える。よって、このような輝度変化も本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【０１０１】
さらに、上述した実施の形態では、１周期において輝度Ｌが増加する期間の長さと１周期において輝度Ｌが減少する期間の長さとは同一であった。しかし、これらの期間の長さが必ずしも同一である必要はない。
【０１０２】
例えば、１周期において輝度が増加する期間の長さをＴ1、１周期において輝度Ｌが減少する期間の長さをＴ2とするとき、輝度Ｌを（数６）に従って変化させるようにしてもよい。
【０１０３】
【数６】
Ｌ＝ＬB×ｒB sin(x)
ここで、
０≦ｔ≦Ｔ1／２のとき、ｘ＝（２π／２Ｔ1）ｔ、
Ｔ1／２≦ｔ≦Ｔ1／２＋Ｔ2のとき、ｘ＝（２π／２Ｔ2）（ｔ−Ｔ1／２）＋π／２、
Ｔ1／２＋Ｔ2≦ｔ≦Ｔのとき、ｘ＝（２π／２Ｔ1）（ｔ−Ｔ1／２−Ｔ2）＋３π／２。
【０１０４】
なお、（数６）において、ＬB、ｒBは、それぞれ、（数３）に示される定数と同一であり、ｔは時刻を示す。
【０１０５】
一般に、その輝度を越えると人間が眩しく感じるがために人間に不快感を与える限界輝度が存在する。この限界輝度は色温度が低いほど大きくなる。例えば、ろうそくの色温度２０００Ｋにおける限界輝度は、５０００ｃｄ／ｍ2である。従って、最大輝度ＬMAXは、限界輝度５０００ｃｄ／ｍ2以下であることが望ましい。また、輝度Ｌが小さくなり消灯状態になると、不連続な光として観測者に知覚される。このため、輝度Ｌが０ｃｄ／ｍ2になると観測者に不快感を与える。従って、最小輝度ＬMINは、０ｃｄ／ｍ2より大きいことが望ましい。
【０１０６】
以上の理由から、輝度Ｌは、０ｃｄ／ｍ2より大きく、５０００ｃｄ／ｍ2以下の範囲で変化することが望ましい。
【０１０７】
なお、上述した実施の形態では、輝度Ｌの変化の周期Ｔは一定であった。しかし、輝度Ｌの変化の周期Ｔが必ずしも一定である必要はない。時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期Ｔの長さを変化させるようにしてもよい。
【０１０８】
図１３は、時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期を徐々に伸ばす例を示している。このような輝度Ｌの制御は、例えば、呼吸運動の周期を徐々に長い周期に導く用途に適している。
【０１０９】
なお、本発明では、人間の視覚特性を考慮して、輝度を変化させる照明制御方法を説明した。人間の視覚以外の感覚も、視覚と同様に物理量をその対数値で知覚する性質を備えている。従って、視覚以外の感覚に訴える場合にも、本発明と同様の方法で物理量を変化させることにより、本発明と同等の効果を得ることができる。
【０１１０】
例えば、ある種の音を発生させ、その音量の変化に呼吸を合わせる場合、あるいは空調機器によって空気の流れを生じさせ、その空気の流れの変化に呼吸を合わせる場合、あるいはマッサージ機などで触覚刺激を使う場合などにも、本発明における輝度変化の考え方を応用することができる。
【０１１１】
さらに、本発明の照明制御方法によれば、観測者に不快感を与えることなく観測者を心地よい状態（リラックス状態）に導くことができる。従って、観測者が輝度の変化に呼吸を意識的に合わせない場合でも、本発明の照明制御方法が有効であることは言うまでもない。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、照明光の光量の変化に合わせて観測者が呼吸のリズムを整えることを容易にするとともに、観測者がリラックスすることを容易にする照明装置および照明制御方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の照明装置１の構成を示す図
【図２】観測者３０が椅子４０に座りながら、照明装置１からの照明光５０を観測している様子を示す図
【図３】人間の視覚特性を説明するための図
【図４】人間の呼吸運動の特性を示す図
【図５Ａ】光源１０の発光面の輝度Ｌの好ましい制御の例を示す図
【図５Ｂ】時刻ｔMINの近傍で一定時間ＴＬMINにわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように、輝度Ｌを制御する例を示す図
【図６】検証実験に使用した曲線Ａ〜Ｃの波形を示す図
【図７】検証実験に使用した曲線Ｄの波形を示す図
【図８】曲線Ａ’〜Ｃ’の波形を示す図
【図９】曲線Ｄ’の波形を示す図
【図１０】検証実験の結果を示す図
【図１１】検証実験の結果を示す図
【図１２】図６に示される曲線Ｂと曲線Ｃとに挟まれた領域を示す図
【図１３】時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期を徐々に伸ばす例を示す図
【符号の説明】
１ 照明装置
１ａ 台座
１ｂ 電源線
１０ 光源
２０ 制御部
２２ 調光信号生成部
２４ 調光点灯装置
３０ 観測者
４０ 椅子
５０ 照明光
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間に快適な照明環境を実現するために照明光の光量を周期的に変化させる照明装置、照明制御装置および照明制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、快適な照明環境を実現するための照明装置として、非周期的なゆらぎ（例えば、１／ｆゆらぎ特性）に着目した照明装置や、周期的なリズムに着目した照明装置が知られている。
【０００３】
周期的なリズムのうち、人間の生体リズムは、人間が正常な状態を維持するために重要な特性である。そのため、人間が感じる快適性と人間の生体リズムとは関係深いことが考えられる。人間の生体リズムには、呼吸リズム、心拍リズム、血拍リズム、α波、β波などの脳波のリズム、睡眠に関するサーカディアンリズムなどがある。
【０００４】
人間の生体リズムのうち、呼吸リズムは、人間が自らの意志によってある程度制御することが可能なリズムである。さらに、呼吸リズムは心身の状態に応じて大きく変化する。例えば、人間がストレスを感じているときには、呼吸は浅く、速くなる。逆に、人間が満ち足りた気分でリラックスしているときには、呼吸は深く、ゆっくりになる。
【０００５】
呼吸が浅いと、呼吸の効率が悪いばかりでなく、肺の一部にしか新鮮な空気が届かない。その結果、血中の二酸化炭素のレベルが多くなり、脳に送り込まれる酸素が不足することとなる。そのため、人間は緊張した状態になる。
【０００６】
呼吸が深いと、体内にエンドルフィンという鎮静作用のあるホルモンが分泌される。そのため、人間はリラックスした状態になる。
【０００７】
このように、人間の生体リズムのうち呼吸リズムを制御することは、人間がリラックスした状態になる上で有効な方法であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明者たちは、より快適な照明環境の実現をめざして、呼吸リズムに近い周波数で照明光の光量を変化させる照明装置および照明制御方法を研究してきた（特願平９−２５４５３９、特願平１１−１６７８９３参照）。この研究においては、当初、照明光の光量が正弦波形に沿って変化するように照明装置を制御していた。しかし、研究を進めるにつれて、照明光の光量を正弦波形に沿って変化させることが必ずしも最適ではないことがわかってきた。
【０００９】
従って、観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすく、かつ、観測者がリラックスしやすくするために、照明光の光量をどのように変化させるかが課題であった。
【００１０】
本発明は、人間の視覚特性の解析結果と人間の呼吸運動の特性の解析結果とに基づいて、この課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、照明光の光量の変化に合わせて観測者が呼吸のリズムを整えることを容易にするとともに、観測者がリラックスすることを容易にする照明装置および照明制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、光源と、前記光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する制御部とを備えた照明装置であって、前記制御部は、１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御する構成であり、前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬＢＡＳＥに一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬＢＡＳＥより大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬＢＡＳＥより小さくなる曲線であり、０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔＭＡＸを除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬＢＡＳＥとの差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬＢＡＳＥとの差の絶対値より大きく、ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、ＬＢＡＳＥは定数を示し、前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔＭＡＸにおいて最大輝度ＬＭＡＸと同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔＭＩＮにおいて最小輝度ＬＭＩＮと同一の輝度を有し、最大輝度ＬＭＡＸは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度ＬＭＩＮは１周期における輝度Ｌの最小値を示し、これにより、上記目的が達成される。
【００１３】
輝度Ｌは、０．１Ｈｚ以上０．４Ｈｚ以下の範囲で周期的に変化してもよい。
【００１４】
輝度Ｌは、ＬB×ｒB sin(t)以下、かつ、ＬC ／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））以上の範囲内で変化し、ＬB＝（ＬMAX×ＬMIN）1/2、ｒB＝（ＬMAX／ＬMIN）1/2、ＬC＝２×（ＬMAX×ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）、ｒC＝（ＬMAX−ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）であってもよい。
【００１５】
輝度Ｌは、ＬBASE×ｒsin(t)に従って変化し、ｒは定数を示してもよい。
【００１６】
輝度Ｌは、０ｃｄ／ｍ2より大きく５０００ｃｄ／ｍ2以下の範囲内で変化してもよい。
【００１７】
周期Ｔの長さは、時間が経過するにつれて変化してもよい。
【００１９】
本発明の照明制御方法は、光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する照明制御方法であって、１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御するステップを包含し、前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ に一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より小さくなる曲線であり、０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ を除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値より大きく、ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、Ｌ ＢＡＳＥ は定数を示し、前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ において最大輝度Ｌ ＭＡＸ と同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔ ＭＩＮ において最小輝度Ｌ ＭＩＮ と同一の輝度を有し、最大輝度Ｌ ＭＡＸ は１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度Ｌ ＭＩＮ は１周期における輝度Ｌの最小値を示し、これにより、上記目的が達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
１．照明装置の構成
図１は、本発明の実施の形態の照明装置１の構成を示す。
【００２２】
照明装置１は、光源１０と、光源１０の発光面の輝度が周期的に変化するように光源１０を制御する制御部２０とを含む。
【００２３】
制御部２０は、調光信号を生成する調光信号生成部２２と、調光信号に応じて光源１０の発光面の輝度を制御する調光点灯装置２４とを含む。調光信号生成部２２の機能は、例えば、コンピュータ（ＣＰＵ）によって実現され得る。
【００２４】
調光信号生成部２２は、時間の経過につれて変化する電圧信号（例えば、０〜５Ｖの電圧信号）を調光信号として調光点灯装置２４に出力する。調光点灯装置２４は、調光信号生成部２２から出力される電圧信号を電流に変換し、その電流を光源１０に出力する。光源１０は、調光点灯装置２４から出力される電流の大きさに応じて発光面の輝度を変化させる。
【００２５】
光源１０は、例えば、白熱電球である。しかし、光源１０はこれに限定されない。光源１０としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＥＬ（電界ルミネッセンス）、ＨＩＤ（高輝度放電ランプ）光源および蛍光灯等の任意のタイプの光源を使用することができる。
【００２６】
図２は、観測者３０が椅子４０に座りながら、照明装置１からの照明光５０を観測している様子を示す。ここで、照明光５０の光量は、光源１０の発光面の輝度が周期的に変化することに連動して、周期的に変化する。
【００２７】
ここで、観測者３０は、照明光５０の光量の変化に合わせて呼吸をするものとする。例えば、観測者３０は、照明光５０が最も暗いときから最も明るくなるまでの期間に呼吸を吸い、照明光５０が最も明るいときから最も暗くなるまでの期間に呼吸を吐くものとする。
【００２８】
このように、観測者３０は、照明光５０の光量の変化に合わせて呼吸をすることにより、呼吸のリズムを整えることができる。これにより、観測者３０のリラックスが向上される。ここで、本明細書では、「リラックス」という用語は、ストレス解消だけでなく、気持ちがよくなって眠ってしまうことをも包含することを意味する。したがって、本発明は入眠時に、より入眠を容易にするために用いることもできる。
【００２９】
なお、図２に示される例では、制御部２０（図１）は、照明装置１の台座１ａの内部に収納されている。あるいは、照明装置１の電源線１ｂの途中に設けられたケース（図示せず）内に制御部２０を収納するようにしてもよい。あるいは、パルックボール（商品名）のように、光源１０と制御部２０とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、図２に示される例では、照明装置１はフロアスタンドの形態であるが、照明装置１はこの形態のみに限らない。照明装置１は、デスクスタンドのような柄の短いスタンドであってもよいし、天井に取り付けるシーリングライトやペンダント型の全般照明用の照明装置、天井に取り付けるダウンライトのような部分照明用の照明装置等であってもよい。さらに、照明装置１は、ヘッドマウントディスプレイ、眼鏡および眼帯のように観測者３０の眼を覆う形状を有し、観測者３０の眼を照明するタイプの照明装置であってもよいことはいうまでもない。また、制御部２０と光源１０とは別々に構成されていてもよい。制御部２０と光源１０とが別々に構成されている場合には、制御部２０は、任意のタイプの光源１０とともに用いられ、光源１０を制御する照明制御装置として機能し得る。
２．照明制御方法の原理
以下、本発明による照明制御方法の原理を説明する。本発明による照明制御方法は、人間の視覚特性と人間の呼吸運動の特性とを考慮して、照明光の周期的な変化を制御することを特徴とする。
【００３１】
本発明による照明制御方法においては、１周期において光量が最小となる時刻の近傍における光量の単位時間あたりの変化より、１周期において光量が最大となる時刻の近傍における光量の単位時間あたりの変化が大きくなるように、照明光が制御される。
【００３２】
このような照明光の制御は、例えば、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化より、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化が大きくなるように、光源１０（図１）の発光面の輝度Ｌを周期的に変化させることによって達成される。このように光源１０を制御するためには、例えば、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化より、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）の近傍における輝度の単位時間あたりの変化が大きくなるように、調光信号生成部２２（図１）が、調光点灯装置２４（図１）に出力する電圧信号（調光信号）を変化させ、調光点灯装置２４が、その電圧信号を電流に変換し、その電流を光源１０に出力すればよい。
【００３３】
このように、照明光を制御することにより、観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすくなるとともに、観測者のリラックスを向上させることが可能になる。その理由を以下に詳しく説明する。
【００３４】
図３は、人間の視覚特性を説明するための図である。人間の視覚が光による刺激を受けると、その刺激は神経を伝わり、脳に伝達される。脳に伝わる刺激の大きさは輝度に比例せず、輝度の対数値に比例する。
【００３５】
図３は、輝度が正弦波形に沿って変化する照明光を人間が見た場合に、その人間がその照明光をどのように知覚するかを示す。人間の脳は、輝度が正弦波形の対数値に沿って変化するようにその照明光を知覚する。従って、人間の脳によって知覚される輝度曲線は、輝度が最小となる時刻の近傍の輝度の変化より輝度が最大となる時刻の近傍の輝度の変化が緩やかな曲線となる。実際、同じ量の輝度変化ならば、人間は、輝度の小さいところでの変化より輝度の大きいところでの変化を緩やかな変化に感じる。
【００３６】
このように、輝度が正弦波形に沿って変化する照明光を人間が見た場合には、その人間は、輝度が最小となる時刻の近傍の輝度の変化より輝度が最大となる時刻の近傍の輝度の変化が緩やかであると感じる。その結果、輝度が最大となる時刻を知覚しにくく、呼気を開始するタイミングをつかみづらいという欠点があった。照明光の光量の変化に呼吸を無理なく合わせるためには、１周期において輝度が最大となる時刻（最大輝度時刻）と、１周期において輝度が最小となる時刻（最小輝度時刻）とがわかりやすいことが必要である。特に、最大輝度時刻のわかりやすさは、最小輝度時刻のわかりやすさより重要である。
【００３７】
従って、最小輝度時刻の近傍の輝度の変化より最大輝度時刻の近傍の輝度の変化が大きくなるように光源１０（図１）の発光面の輝度Ｌを制御する必要がある。
【００３８】
図４は、人間の呼吸運動の特性を示す。図４において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は肺容積と呼ばれる肺内の空気量を示す。時間の経過につれて肺容積が減少する期間を「呼気期間」（観測者が息を吐く期間）といい、時間の経過につれて肺容積が増加する期間を「吸気期間」（観測者が息を吸う期間）という。
【００３９】
図４に示されるように、人間の呼吸運動では、一般に、呼気期間の終了から吸気期間の開始までに呼吸運動が停止する停止期間が発生する。この停止期間は、観測者のリラックスが向上するにつれて長くなる。この停止期間は、呼吸１周期の２０％から２５％を占めることもある。逆に、観測者がリラックスしていない時にはこの停止期間は短くなり、停止期間がほとんど消滅することもある。このように、呼吸運動において、呼気から吸気に移るまでの期間の長さは、観測者のリラックスの程度に依存する。このため、呼気から吸気に移るまでの期間に幅をもたせた方が観測者は呼吸を合わせやすい。
【００４０】
これに対し、人間はリラックスが向上しても、吸気期間の終了から呼気期間の開始までに呼吸運動が停止する停止期間はほとんど発生しない。このため、呼気を開始するタイミングは、観測者のリラックスの程度にかかわらず、吸気を終了した直後とする方が観測者は呼吸を合わせやすい。
【００４１】
このような人間の呼吸運動の特性を考慮すると、照明光の光量の変化に呼吸を無理なく合わせるためには、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化と同等であるか、あるいは大きい必要がある。あるいは、呼気から吸気に移るまでの期間に幅をもたせる（呼吸運動を一時的に停止させる）ために、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍で、輝度の変化を０にしても（すなわち、輝度を一定にしても）よい。この場合には、輝度が最小となる時刻は一点には定まらないが、本発明では、後述するように、この場合の「輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化」は０とみなす。従って、この場合には、常に、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が、１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化より大きくなる。
【００４２】
このように、人間の視覚特性の解析結果と人間の呼吸運動の特性の解析結果とによれば、１周期において輝度が最大となる時刻の近傍での輝度の変化が１周期において輝度が最小となる時刻の近傍での輝度の変化より十分大きくなるように光源の発光面の輝度を制御することが好ましい。
【００４３】
なお、上述した説明では、観測者は目を開けて照明光を観測しているとしているが、観測者は必ずしも目を開けている必要はない。光源が発生する照明光の光量が十分に大きい場合には、目を閉じていても目蓋越しに照明光を知覚できることは、日常の経験からも明らかである。人間の目蓋は光量を減衰させるフィルターとして作用するが、目蓋を透過した照明光の光量の変化の相対的な形状は、目を開けて観測した場合と同じである。本発明は、上述したように、照明光の光量の変化の相対的な形状に特徴があり、その特徴によって、観測者のリラックスが容易になるという効果が得られる。従って、観測者が目を閉じて照明光を観測する場合にも、本発明の効果が得られる。これは、以下の説明においても同様に当てはまる。
【００４４】
３．輝度Ｌの好ましい制御の例
図５Ａは、本発明による照明制御方法に基づく、光源１０の発光面の輝度Ｌの好ましい制御の例を示す。図５Ａにおいて、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は光源１０の発光面の輝度Ｌを示す。
【００４５】
制御部２０は、光源１０の輝度Ｌが図５Ａに示される実線に沿って周期的に変化するように光源１０を制御する。このように、輝度Ｌを周期的に変化させる理由は、輝度Ｌを吸気呼気の強さに合わせるためである。呼吸運動が時間の経過につれて周期的に繰り返される運動であることから、輝度Ｌも時間の経過につれて周期的に変化するように制御される。
【００４６】
輝度Ｌは、０．１Ｈｚ以上０．４Ｈｚ以下の範囲で周期的に変化するように制御される。これは、呼吸運動の周波数が０．１Ｈｚから０．４Ｈｚ程度だからである。
【００４７】
吸気１回、呼気１回で１呼吸である。従って、輝度Ｌが最大輝度ＬMAXから最小輝度ＬMINに変化する場合には、輝度Ｌは単調に減少するように制御され、輝度Ｌが最小輝度ＬMINから最大輝度ＬMAXに変化する場合には、輝度Ｌは単調に増加するように制御される。ここで、最大輝度ＬMAXとは、１周期における輝度Ｌの最大値をいい、最小輝度ＬMINとは、１周期における輝度Ｌの最小値をいう。
【００４８】
輝度Ｌの変化の周期をＴとする。１周期の開始時刻をｔ＝０とすると、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬBASE（ＬBASEは定数）に一致し、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬBASEより大きく、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬBASEより小さくなるように輝度Ｌが制御される。すなわち、１周期のうち前半の半周期は輝度ＬがＬBASEより大きく、１周期のうち後半の半周期は輝度ＬがＬBASEより小さくなるように輝度Ｌが制御される。
【００４９】
ここで、Ｌ＞ＬBASEとなる半周期を「山の期間」といい、Ｌ＜ＬBASEとなる半周期を「谷の期間」という。
【００５０】
「山の期間」において、輝度Ｌは、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、基準正弦波形の輝度より小さくなるように制御される。最大輝度時刻ｔMAXとは、１周期において輝度Ｌが最大となる時刻（すなわち、Ｌ＝ＬMAXとなる時刻）をいう。
【００５１】
図５Ａにおいて、破線は、基準正弦波形を示す。基準正弦波形とは、輝度Ｌの変化の周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔMAXにおいて最大輝度ＬMAXと同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔMINにおいて最小輝度ＬMINと同一の輝度を有する正弦波形をいう。最小輝度時刻ｔMINとは、１周期において輝度Ｌが最小となる時刻（すなわち、Ｌ＝ＬMINとなる時刻）をいう。ただし、上述したように、時刻ｔMINにおいてのみでなく、時刻ｔMINの近傍においても輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなる場合もある。このような場合は、１周期において輝度Ｌが最小となる時刻は一点には定まらないので、輝度Ｌが最小輝度ＬMINになる期間の中央の時刻を最小輝度時刻ｔMINとみなす。なお、この場合には、輝度Ｌが最小となる時刻の近傍での輝度Ｌの変化は、時刻ｔMINの近傍での輝度Ｌの変化（すなわち、０）とみなす。
【００５２】
このように、「山の期間」において、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、輝度Ｌが基準正弦波形の輝度より小さくなるように輝度Ｌを制御することより、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における基準正弦波形の輝度の単位時間あたりの変化に比べて大きくなる。これにより、観測者は、基準正弦波形に比べて、最大輝度時刻ｔMAXをより容易に認識することが可能になる。
【００５３】
次に、「谷の期間」において、輝度Ｌは、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬBASEとの差の絶対値ｄ1が、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬBASEとの差の絶対値ｄ2より大きくなるように制御される。ここで、ｓは、０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意の数である。その結果、「谷の期間」において、輝度Ｌは、最小輝度時刻ｔMINを除いて、基準正弦波形の輝度より小さくなる。
【００５４】
このように、「谷の期間」において、ｄ1＞ｄ2を満たすように輝度Ｌを制御することにより、最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように輝度Ｌが制御される。これにより、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることが可能になる。
【００５５】
図５Ａに示される実線の曲線は、例えば、（数１）によって表され得る。
【００５６】
【数１】
Ｌ＝ＬBASE×ｒsin(t)
ここで、ＬBASE、ｒはそれぞれ定数を示す。
【００５７】
図５Ａに示されるように、（数１）によって表される曲線は、一周期中で常に変化し続ける。しかし、上述したように、光源１０の発光面の輝度Ｌは、時刻ｔMINの近傍で一定時間にわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように制御されてもよい。
【００５８】
図５Ｂは、時刻ｔMINの近傍の一定時間ＴＬMINにわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように、輝度Ｌを制御する例を示す。図４を用いて説明した呼吸運動の特徴から分かるように、時間ＴＬMINの長さを周期の２５％以下、すなわち、Ｔ／４以下にすれば、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることができるので、より好ましい。
【００５９】
以上説明したように輝度Ｌを変化させることにより、少なくとも基準正弦波形に比べて、観測者が最大輝度時刻ｔMAXをより容易に認識することができ、かつ、輝度Ｌの変化を呼吸運動のリズムにより近づけることが可能になる。その結果、観測者は、照明光の光量の変化に無理なく呼吸を合わせることができ、リラックスを向上させることができる。
【００６０】
４．検証実験
上述した照明制御方法に基づく効果を検証するために、本願の発明者たちは検証実験を行った。その検証実験には、４とおりの曲線Ａ〜Ｄを用いた。
【００６１】
図６は、曲線Ａ〜Ｃの波形を示し、図７は、曲線Ｄの波形を示す。図６および図７において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は光源の発光面の輝度Ｌを示す。輝度Ｌは、曲線Ａ〜Ｄのそれぞれに沿って周期的に変化するように制御されるものとする。
【００６２】
検証実験では、最大輝度ＬMAXを１４００ｃｄ／ｍ2、最小輝度ＬMINを１５０ｃｄ／ｍ2とした。
【００６３】
図６に示される曲線Ａは、正弦波形である。曲線Ａは、（数２）によって表される。
【００６４】
【数２】
Ｌ＝ＬA＋ｒA×ｓｉｎ（ｔ）
ここで、ＬA、ｒAはそれぞれ定数を示す。
【００６５】
図６に示される曲線Ｂは、（数３）によって表される。
【００６６】
【数３】
Ｌ＝ＬB×ｒB sin(t)
ここで、ＬB＝（ＬMAX×ＬMIN）1/2、ｒB＝（ＬMAX／ＬMIN）1/2であり、
ＬMAXは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、ＬMINは１周期における輝度Ｌの最小値を示す。
【００６７】
図６に示される曲線Ｃは、（数４）によって表される。
【００６８】
【数４】
Ｌ＝ＬC／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））
ここで、ＬC＝２×（ＬMAX×ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）、ｒC＝（ＬMAX−ＬMIN）／（ＬMAX＋ＬMIN）であり、
ＬMAXは１周期における輝度Ｌの最大値を示し、ＬMINは１周期における輝度Ｌの最小値を示す。
【００６９】
図７に示される曲線Ｄは、最大輝度時刻ｔMAXにおける最大輝度ＬMAXと、最小輝度時刻ｔMINにおける最小輝度ＬMINとを直線でつないだ三角波形である。
【００７０】
図６に示されるように、最大輝度時刻ｔMAXの近傍においては、曲線Ｃに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、曲線Ｂに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化より大きく、最小輝度時刻ｔMINの近傍においては、曲線Ｃに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化は、曲線Ｂに沿って変化する輝度Ｌの単位時間あたりの変化より小さい。
【００７１】
また、図６から明らかなように、曲線Ｂと曲線Ｃとは、いずれも、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」という条件を満たす。
【００７２】
図８は、曲線Ａ’〜Ｃ’の波形を示す。曲線Ａ’〜Ｃ’は、それぞれ、図６に示される曲線Ａ〜Ｃの対数値を取ったものである。図６の縦軸が輝度Ｌを示すのに対し、図８の縦軸は輝度Ｌの対数値（ｌｏｇ（Ｌ））を示す。
【００７３】
図９は、曲線Ｄ’の波形を示す。曲線Ｄ’は、図７に示される曲線Ｄの対数値を取ったものである。図７の縦軸が輝度Ｌを示すのに対し、図９の縦軸は輝度Ｌの対数値（ｌｏｇ（Ｌ））を示す。
【００７４】
人間の視覚特性によって、曲線Ａに沿って変化する輝度Ｌは、あたかも曲線Ａ’に沿って変化するように人間に知覚される。従って、人間の視覚では、曲線Ａは、図８に示される曲線Ａ’の形で変化するように見える。曲線Ｂ〜Ｄについても同様である。
【００７５】
図８から、曲線Ｂ’は正弦波形であることが分かる。このことは、曲線Ｂは、人間の視覚では正弦波形として知覚されることを意味する。
【００７６】
さらに、図８から分かるように、曲線Ｃ’は、曲線Ａ’の上下を逆にした形になる。すなわち、曲線Ａ’の山の期間での変化量は曲線Ｃ’の谷の期間での変化量と同等であり、曲線Ｃ’の山の期間での変化量は曲線Ａ’の谷の期間での変化量と同等である。
【００７７】
また、曲線Ｃは、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」曲線Ｃ’として知覚されることが分かる。
【００７８】
複数名の観測者のそれぞれに、光源からの照明光を観察してもらい、「観測者が照明光の光量の変化に呼吸を合わせやすいか否か」「照明光を見ている観測者がリラックスしやすいか否か」の２つの評価項目について主観評価をしてもらった。
【００７９】
「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目は、”非常に合わせやすい”、”かなり合わせやすい”、”合わせやすい”、”どちらでもない”、”合わせにくい”、”かなり合わせにくい”、”非常に合わせにくい”の７段階で評価するものとした。各評価に対して順に、＋３、＋２、＋１、０、−１、−２、−３の点数を与え、評価項目の点数は全観測者が評価した点数の平均値とした。
【００８０】
「リラックスのしやすさ」に関する評価項目は、”非常にリラックスできる”、”かなりリラックスできる”、”リラックスできる”、”どちらでもない”、”リラックスしにくい”、”かなりリラックスしにくい”、”非常にリラックスしにくい”の７段階で評価するものとした。各評価に対して順に、＋３、＋２、＋１、０、−１、−２、−３の点数を与え、評価項目の点数は全観測者が評価した点数の平均値とした。
【００８１】
従って、評価項目の＋の点数が大きいほど良い評価となり、評価項目の−の点数が大きいほど悪い評価となる。
【００８２】
図１０は、検証実験の結果を示す。図１０は、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｄのそれぞれに沿って変化させた場合における、「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目の点数（評価値）と、「リラックスのしやすさ」に関する評価項目の点数（評価値）とを示している。
【００８３】
「呼吸の合わせやすさ」に関する評価項目の点数は、曲線Ａに対して＋０．５、曲線Ｂに対して＋１．６、曲線Ｃに対して＋１．０、曲線Ｄに対して−１．１であった。
【００８４】
「リラックスのしやすさ」に関する評価項目の点数は、曲線Ａに対して＋０．５、曲線Ｂに対して＋１．４、曲線Ｃに対して＋０．９、曲線Ｄに対して−１．０であった。
【００８５】
図１０に示される実験結果から、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｃに沿って変化させた場合には観測者は輝度Ｌの変化に呼吸を合わせやすく、輝度Ｌを曲線Ｄに沿って変化させた場合には観測者は輝度Ｌの変化に呼吸を合わせにくいことが分かる。さらに、曲線Ｂ、Ｃ、Ａの順に、観測者が輝度Ｌの変化に呼吸が合わせやすいことが分かる。
【００８６】
「リラックスのしやすさ」についても「呼吸の合わせやすさ」と同様の結果が得られた。すなわち、輝度Ｌを曲線Ａ〜Ｃに沿って変化させた場合には観測者はリラックスしやすく、輝度Ｌを曲線Ｄに沿って変化させた場合には観測者はリラックスしにくい。さらに、曲線Ｂ、Ｃ、Ａの順に、観測者がリラックスしやすい。
【００８７】
このことから、曲線Ｄに沿って輝度Ｌを変化させること（すなわち、図７に示されるように輝度Ｌを直線に沿って変化させること）は、観測者が輝度Ｌの変化に呼吸を合わせるのには不適切であり、輝度Ｌは曲線に沿って変化させる必要があることが確かめられた。
【００８８】
また、上述したように、曲線Ｂと曲線Ｃとは、いずれも、「最小輝度時刻ｔMINの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、最大輝度時刻ｔMAXの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きい」という条件を満たす。この条件を満たすことにより、正弦波形である曲線Ａに比べて、観測者が輝度の変化に呼吸を合わせやすく、かつ、観測者がリラックスしやすいことが確かめられた。
【００８９】
次に、「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」を検証する検証実験を行った。この検証実験には、図６に示される曲線Ａ〜Ｃを用いた。
【００９０】
複数名の観測者のそれぞれに、輝度Ｌが最大であると感じたときにボタンを押すように依頼し、観測者がボタンを押した時刻ＴＳを記録した。また、輝度Ｌが実際に最大となった時刻ＴＬを計測し、差ΔＴ＝｜ＴＳ−ＴＬ｜を計算した。
【００９１】
図１１は、検証実験の結果を示す。図１１において、縦軸は、上述したようにして計算された差ΔＴの平均値を示す。差ΔＴの平均値は、曲線Ａに対して０．３５秒、曲線Ｂに対して０．２３秒、曲線Ｃに対して０．１９秒であった。
【００９２】
図１１から、曲線Ａに比べて、曲線Ｂ、曲線Ｃでは、「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」が大きく向上していることが分かる。
【００９３】
このように、「山の期間」において、最大輝度時刻ｔMAXを除いて、輝度Ｌが基準正弦曲線の輝度より小さくなるように輝度Ｌを制御することにより、基準正弦波形に比べて、最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさが向上することが確かめられた。
【００９４】
上述したように、４つの曲線Ａ〜Ｄのうち、曲線Ｂおよび曲線Ｃは、「呼吸の合わせやすさ」「リラックスのしやすさ」および「最大輝度時刻ｔMAXのわかりやすさ」の点で、正弦波形である曲線Ａよりも評価が高い。
【００９５】
図１２は、図６に示される曲線Ｂと曲線Ｃとに挟まれた領域をハッチングで示したものである。このハッチングされた領域を通過する曲線に沿って輝度Ｌを変化させる場合にも、曲線Ｂおよび曲線Ｃと同様の高い評価が得られる。
【００９６】
図１２において、ハッチングされた領域は、（数５）によって表される。
【００９７】
【数５】
ＬC ／（１−ｒC×ｓｉｎ（ｔ））≦Ｌ≦ＬB×ｒB sin(t)
ここで、ＬB、ｒBはそれぞれ（数３）に示される定数と同一であり、ＬC 、ｒCはそれぞれ（数４）に示される定数と同一である。
【００９８】
上述したように、４つの曲線Ａ〜Ｄのうち、曲線Ｂは、「呼吸の合わせやすさ」および「リラックスのしやすさ」の点で、最も評価が高い。
【００９９】
曲線Ｂの評価が高い理由は、「山の期間」における曲線Ｂ’の変化と「谷の期間」における曲線Ｂ’の変化とが対称的であること（図８参照）に起因している。従って、「「山の期間」における曲線Ｘ’の変化と「谷の期間」における曲線Ｘ’の変化とが対称的である」という条件を満たす任意の曲線Ｘに対しても、曲線Ｂと同様の高い評価が得られる。ここで、曲線Ｘ’は、曲線Ｘの対数値を取ったものである。
【０１００】
なお、上述した実施の形態では、（数３）および（数４）に従って輝度Ｌを変化させる照明制御方法を説明した。しかし、輝度Ｌの変化が厳密に（数３）および（数４）に従っている必要はない。例えば、（数３）および（数４）に示される輝度Ｌと実際の輝度との差が実際の輝度の±１０％以内に収まるような輝度変化は、人間の目には、（数３）および（数４）に従った輝度変化とほとんど同等に見える。よって、このような輝度変化も本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【０１０１】
さらに、上述した実施の形態では、１周期において輝度Ｌが増加する期間の長さと１周期において輝度Ｌが減少する期間の長さとは同一であった。しかし、これらの期間の長さが必ずしも同一である必要はない。
【０１０２】
例えば、１周期において輝度が増加する期間の長さをＴ1、１周期において輝度Ｌが減少する期間の長さをＴ2とするとき、輝度Ｌを（数６）に従って変化させるようにしてもよい。
【０１０３】
【数６】
Ｌ＝ＬB×ｒB sin(x)
ここで、
０≦ｔ≦Ｔ1／２のとき、ｘ＝（２π／２Ｔ1）ｔ、
Ｔ1／２≦ｔ≦Ｔ1／２＋Ｔ2のとき、ｘ＝（２π／２Ｔ2）（ｔ−Ｔ1／２）＋π／２、
Ｔ1／２＋Ｔ2≦ｔ≦Ｔのとき、ｘ＝（２π／２Ｔ1）（ｔ−Ｔ1／２−Ｔ2）＋３π／２。
【０１０４】
なお、（数６）において、ＬB、ｒBは、それぞれ、（数３）に示される定数と同一であり、ｔは時刻を示す。
【０１０５】
一般に、その輝度を越えると人間が眩しく感じるがために人間に不快感を与える限界輝度が存在する。この限界輝度は色温度が低いほど大きくなる。例えば、ろうそくの色温度２０００Ｋにおける限界輝度は、５０００ｃｄ／ｍ2である。従って、最大輝度ＬMAXは、限界輝度５０００ｃｄ／ｍ2以下であることが望ましい。また、輝度Ｌが小さくなり消灯状態になると、不連続な光として観測者に知覚される。このため、輝度Ｌが０ｃｄ／ｍ2になると観測者に不快感を与える。従って、最小輝度ＬMINは、０ｃｄ／ｍ2より大きいことが望ましい。
【０１０６】
以上の理由から、輝度Ｌは、０ｃｄ／ｍ2より大きく、５０００ｃｄ／ｍ2以下の範囲で変化することが望ましい。
【０１０７】
なお、上述した実施の形態では、輝度Ｌの変化の周期Ｔは一定であった。しかし、輝度Ｌの変化の周期Ｔが必ずしも一定である必要はない。時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期Ｔの長さを変化させるようにしてもよい。
【０１０８】
図１３は、時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期を徐々に伸ばす例を示している。このような輝度Ｌの制御は、例えば、呼吸運動の周期を徐々に長い周期に導く用途に適している。
【０１０９】
なお、本発明では、人間の視覚特性を考慮して、輝度を変化させる照明制御方法を説明した。人間の視覚以外の感覚も、視覚と同様に物理量をその対数値で知覚する性質を備えている。従って、視覚以外の感覚に訴える場合にも、本発明と同様の方法で物理量を変化させることにより、本発明と同等の効果を得ることができる。
【０１１０】
例えば、ある種の音を発生させ、その音量の変化に呼吸を合わせる場合、あるいは空調機器によって空気の流れを生じさせ、その空気の流れの変化に呼吸を合わせる場合、あるいはマッサージ機などで触覚刺激を使う場合などにも、本発明における輝度変化の考え方を応用することができる。
【０１１１】
さらに、本発明の照明制御方法によれば、観測者に不快感を与えることなく観測者を心地よい状態（リラックス状態）に導くことができる。従って、観測者が輝度の変化に呼吸を意識的に合わせない場合でも、本発明の照明制御方法が有効であることは言うまでもない。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、照明光の光量の変化に合わせて観測者が呼吸のリズムを整えることを容易にするとともに、観測者がリラックスすることを容易にする照明装置および照明制御方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の照明装置１の構成を示す図
【図２】観測者３０が椅子４０に座りながら、照明装置１からの照明光５０を観測している様子を示す図
【図３】人間の視覚特性を説明するための図
【図４】人間の呼吸運動の特性を示す図
【図５Ａ】光源１０の発光面の輝度Ｌの好ましい制御の例を示す図
【図５Ｂ】時刻ｔMINの近傍で一定時間ＴＬMINにわたって輝度Ｌが最小輝度ＬMINとなるように、輝度Ｌを制御する例を示す図
【図６】検証実験に使用した曲線Ａ〜Ｃの波形を示す図
【図７】検証実験に使用した曲線Ｄの波形を示す図
【図８】曲線Ａ’〜Ｃ’の波形を示す図
【図９】曲線Ｄ’の波形を示す図
【図１０】検証実験の結果を示す図
【図１１】検証実験の結果を示す図
【図１２】図６に示される曲線Ｂと曲線Ｃとに挟まれた領域を示す図
【図１３】時間の経過につれて、輝度Ｌの変化の周期を徐々に伸ばす例を示す図
【符号の説明】
１ 照明装置
１ａ 台座
１ｂ 電源線
１０ 光源
２０ 制御部
２２ 調光信号生成部
２４ 調光点灯装置
３０ 観測者
４０ 椅子
５０ 照明光
Claims (6)
- 光源と、
前記光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する制御部と
を備えた照明装置であって、
前記制御部は、１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御する構成であり、
前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ に一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より小さくなる曲線であり、
０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ を除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、
０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値より大きく、
ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、Ｌ ＢＡＳＥ は定数を示し、
前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ において最大輝度Ｌ ＭＡＸ と同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔ ＭＩＮ において最小輝度Ｌ ＭＩＮ と同一の輝度を有し、
最大輝度Ｌ ＭＡＸ は１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度Ｌ ＭＩＮ は１周期における輝度Ｌの最小値を示す、照明装置。 - 輝度Ｌは、０．１Ｈｚ以上０．４Ｈｚ以下の範囲で周期的に変化する、請求項１に記載の照明装置。
- 輝度Ｌは、ＬＢ×ｒＢ ｓｉｎ（ｔ）以下、かつ、ＬＣ／（１−ｒＣ×ｓｉｎ（ｔ））以上の範囲内で変化し、
ＬＢ＝（ＬＭＡＸ×ＬＭＩＮ）１／２、
ｒＢ＝（ＬＭＡＸ／ＬＭＩＮ）１／２、
ＬＣ＝２×（ＬＭＡＸ×ＬＭＩＮ）／（ＬＭＡＸ＋ＬＭＩＮ）、
ｒC＝（ＬＭＡＸ−ＬＭＩＮ）／（ＬＭＡＸ＋ＬＭＩＮ）である、請求項１に記載の照明装置。 - 輝度Ｌは、ＬＢＡＳＥ×ｒｓｉｎ（ｔ）に従って変化し、ｒは定数を示す、請求項１に記載の照明装置。
- 輝度Ｌは、０ｃｄ／ｍ2より大きく５０００ｃｄ／ｍ2以下の範囲内で変化する、請求項１に記載の照明装置。
- 光源の発光面の輝度Ｌが周期的に変化するように前記光源を制御する照明制御方法であって、
１周期において輝度Ｌが最小となる最小輝度時刻ｔＭＩＮの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化より、１周期において輝度Ｌが最大となる最大輝度時刻ｔＭＡＸの近傍における輝度Ｌの単位時間あたりの変化が大きくなるように、かつ、以下の条件を満足する曲線に沿って輝度Ｌが変化するように、前記光源を制御するステップを包含し、
前記曲線は、ｔ＝０、ｔ＝Ｔ／２、ｔ＝Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ に一致し、かつ、０＜ｔ＜Ｔ／２において輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より大きく、かつ、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔにおいて輝度ＬがＬ ＢＡＳＥ より小さくなる曲線であり、
０＜ｔ＜Ｔ／２において、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ を除いて、前記曲線に沿って変化する輝度Ｌは基準正弦波形の輝度より小さく、
０＜ｓ＜Ｔ／２を満たす任意のｓに対して、ｔ＝Ｔ／２−ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値は、ｔ＝Ｔ／２＋ｓにおける輝度ＬとＬ ＢＡＳＥ との差の絶対値より大きく、
ｔは時刻を示し、Ｔは輝度Ｌの変化の周期を示し、Ｌ ＢＡＳＥ は定数を示し、
前記基準正弦波形は、周期Ｔと同一の周期を有し、かつ、最大輝度時刻ｔ ＭＡＸ において最大輝度Ｌ ＭＡＸ と同一の輝度を有し、かつ、最小輝度時刻ｔ ＭＩＮ において最小輝度Ｌ ＭＩＮ と同一の輝度を有し、
最大輝度Ｌ ＭＡＸ は１周期における輝度Ｌの最大値を示し、最小輝度Ｌ ＭＩＮ は１周期における輝度Ｌの最小値を示す、照明制御方法。
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2001
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