JP4663247B2

JP4663247B2 - 屋内用照明装置およびそれに用いる光源

Info

Publication number: JP4663247B2
Application number: JP2004041545A
Authority: JP
Inventors: 公喜野口; 直宏戸田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: JP2005230171A

Description

この発明は、屋内用照明装置およびそれに用いる光源に関するものである。

従来より、夜間のとくに就寝前の時間帯においては、居住空間における照明光の色温度を低色温度（電球のような赤っぽい色光）とすることで、白色光、昼光色光と比べて脳への刺激を低減し、円滑な入眠を促すことが知られており、時刻やヒトの生体リズムに合わせて光色を変化させる技術が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
特開２０００−２５２０８４号公報

上記に関連して、光の波長と生体リズム、睡眠との関係についての新たな知見が下記の論文にて報告されている。

Brainard et al．(2001):“Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans：Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor"，J．Neurosci.,21(16)，6405-6412
上記文献においては、夜間の受光によるメラトニン分泌抑制の波長特性が明らかにされている。メラトニンとは、脳にある松果体から分泌されるホルモンであり、夜間の入眠前から睡眠前半の時間帯にかけて（個人差や生活リズムによって差があるが、午後１０時ごろから深夜にかけて）多く分泌され、体温の低下や入眠促進をうながすと考えられている。

このメラトニンは、夜間の受光によりその分泌が抑制されることが明らかにされており、上記文献では図８のような波長特性が報告されている。図８によると、メラトニン分泌抑制感度がピークとなる波長は４６４ｎｍであり、ピーク波長４６４ｎｍにおける感度を1とした時、その感度が０．５以上となる範囲、すなわち４１０ｎｍから５０５ｎｍまでの範囲で、とくに分泌抑制感度が高くなることが分かる。

上述のように、メラトニンが夜間の体温低下や入眠促進を促すことからすると、夜間の就寝前における上記の波長範囲を含む光の受光は、上質の睡眠をとるためには極力避けるべきであり、照明装置や光源での対処も必要である。

先に述べたように、夜間の就寝前の時間帯においては、低色温度（電球色）の照明空間の構成が提案されているが、屋内の正面空間において一般的に用いられる光源、白熱ランプや電球色蛍光ランプなどにおいても、白色や昼光色蛍光灯に比べると上記波長成分は少なくなっているものの存在しており、メラトニン分泌抑制を引き起こすと考えられる。

理想的には、上記波長範囲における出力をゼロに近づけることが望ましいが、白熱ランプのフィラメントから出力される光には、上記波長帯域の出力が含まれており、蛍光ランプにおいては、蛍光体の選択により、出力波長構成をデザインすることができるものの、上記波長帯域に水銀の発光ピークが含まれるため、これらの光源レベルでの対応、すなわち上記波長帯域における光出力の低減には限界がある。

したがって、この発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、夜間の受光によるメラトニン分泌抑制によって睡眠を阻害せずに視覚情報の確保を実現する照明装置およびそれに用いる光源を提供することである。

請求項１記載の屋内用照明装置は、可視光を放射する第１の光源と、前記第１の光源の少なくとも一部を覆い前記可視光の４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域およびそれ以下の短波長成分を減衰もしくはカットするハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタに覆われないで４００ｎｍの波長の光を出力する第２の光源とを備え、前記第１の光源が、紫外線を出力するＬＥＤと、その紫外線により蛍光を発生する蛍光体とで構成した３波長型蛍光ランプである。

請求項２記載の屋内用照明装置は、請求項１記載の屋内用照明装置において、前記第２の光源は、青色を発光する蛍光体として、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いたものである。

請求項３記載の屋内用照明装置は、請求項１において、前記３波長型蛍光ランプの青色を発光する蛍光体として、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いたものである。

この発明の請求項１記載の屋内用照明装置によれば、波長４１０ｎｍから５０５ｎｍまでの波長域における分光成分を略有していないので、視角情報は供給しながら、その波長４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域の光により生じるメラトニン分泌抑制を緩和させるという効果がある。そのため、メラトニンが多く分泌され、体温低下や入眠を促すことができる。

また、フィルタが、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域およびそれ以下の短波長成分を減衰もしくはカットするハイパスフィルタであることにより、対象波長成分のカットもしくは減衰を安価に実現できる。

さらに略４００ｎｍ前後の波長光を出力する光源を付加したので、青色成分を補うことで色味の自然さを保ちながら、メラトニン分泌抑制を緩和させることができる。すなわち、４１０ｎｍから５０５ｎｍの範囲の波長光出力をカットまたは減衰させることにより、青色の分光成分が低下するため色味が不自然となるが、上記光源を付加することでメラトニン分泌抑制効率がそれほど高くなく、かつ青色に発光する成分を補うことができる。

請求項２では、請求項１の第２の光源として、略４００ｎｍ前後に発光ピークを持つ蛍光体である、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いることにより、青色成分を補うことで色味の自然さを保ちながら、メラトニン分泌抑制を緩和させることができる。

請求項３では、請求項１において、第１の光源の青色成分を出力する蛍光体として、略４００ｎｍ前後に発光ピークを持つ蛍光体である、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いたので、光源の分光特性そのものにおいて、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域に対応する出力を減らし、青色成分を補うことで色味の自然さを保ちながら、メラトニン分泌抑制を緩和させることができる。また請求項１の作用効果を有する。

この発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態により限定的に解釈されるものではない。図１は、本発明の実施形態における、フィルタを用いた照明装置構成の概念図を示している。

図１（Ａ）に示すように、本照明装置は光源１、フィルタ２、反射板３、制御部および電源４などで構成され、光源１を挟み反射板３の略反対側の出光面にフィルタ２を設定している。または、図１（Ｂ）に示すように、反射板を有さず光源１の周囲を取り囲む出光面にフィルタ２を設定する。フィルタ２は平面もしくは曲面に形成される。

本実施形態で用いる光フィルタ２は、図２（Ａ）に示すような分光特性を有する透光性材料により構成されている。このフィルタ２は、光源からの出力に対応した分光成分のうちの少なくとも光によるメラトニン分泌抑制効率のよい４１０ｎｍから５０５ｎｍまでの波長光を取り除く、もしくは減衰させるためのものである。その波長領域の透過率はゼロに近い方が望ましいが、メラトニン分泌抑制、生体リズムへの光の作用の大きさは、受光強度×受光時間の積分値により決まると考えられているため、図２（Ｂ）に示すように、透過率を少しでも低下させることができれば有意義であると考えられる。

その材料には、ハロゲン化物などを添加することによって、各波長における透過率を調整した硼珪酸系あるいはりん酸系などの透過性ガラス、もしくは、アクリル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリカーボネイト（ＰＣ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ＰＳ樹脂とＰＥ樹脂からなるＰＳ／ＰＥアロイ等の透光性合成樹脂などに、染料や顔料を添加したものから構成される。ただし、本発明は、フィルタの材料を上記のものに限定する趣旨のものではなく、上記のように各波長における光のカット率および透過率を調整できるのであれば、どのような材料を用いても良い。

後者の染料や顔料を添加したカラーフィルタによる例を示す。図３は、一般的な黄色のゼラチンフィルタの分光透過率を示している。図３において、Ｎ−４０，４１，４４，４５，４６は黄色フィルタの種類であり、縦軸は透過率１００％を１としたときの透過率、横軸は波長を示している。これらのフィルタを用いることにより、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域およびそれ以下の短波長成分を減衰もしくはカットするハイパスフィルタとすることで、安価に装置を構成することができる。

しかし、これらのフィルタにより４１０ｎｍから５０５ｎｍの範囲の波長光出力をカットまたは減衰させることにより、青色の分光成分が低下するため、ＲＧＢ三原色光でバランスよく構成される一般的な白色蛍光ランプや白熱ランプと比較すると、色味が不自然となり、居住空間を構成する照明としては、その点が問題となる。

そこで、メラトニン分泌抑制効率がそれほど高くなく、かつ青色に発光する波長が略４００ｎｍ以下の光を付加することで、その間題を解決することができる。具体的には、３９４ｎｍに発光ピークを有するりん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺、４０８ｎｍに発光ピークを有するＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺などを用いて、蛍光ランプやＬＥＤを構成し、略４００ｎｍ以下の光を付加する。

図４に示すように、多層干渉膜などを用いて、略４１０ｎｍから５０５ｎｍの範囲のみをカットもしくは減衰させる例では、上記のような、３９４ｎｍに発光ピークを有するりん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺、４０８ｎｍに発光ピークを有するＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺などを用いることで、フィルタによるカットもしくは減衰範囲外の可視青色光波長領域で青色成分を出力することができる。

図５に示すように、染料や顔料を添加したカラーフィルタを用いて安価に構成する例では、略４００ｎｍ前後の波長域の透過率が、４００ｎｍ台中盤と比べてやや高い特性のフィルタを用いることで、略４１０ｎｍから５０５ｎｍの範囲の透過を低減しつつ、効果的に４００ｎｍ前後の青色成分を出力することができる。この場合、破線で挟まれた範囲（３８０ｎｍ〜４１０ｎｍ）の可視青色光を付加している。図５において、縦軸は透過率１００％を１としたときの透過率を示している。

図６は、本発明の実施形態の具体的な照明装置の構成例を示している。図６（Ａ）は天井付け照明装置の例であり、反射板３が天井に取り付けられ、光源１を覆うカバーがフィルタ機能を有する素材により構成されたフィルタ２となっている。図６（Ｂ−１）は天井吊り照明装置の例であり、反射板３が天井から吊り下げられ、光源１を覆うカバーがフィルタ機能を有する素材により構成されたフィルタ２となっている。図６（Ｂ−２）も同様に天井吊り照明装置の例であり、出光面にフィルタ２が設定されている。図６（Ｃ）はデスクスタンドの例であり、スタンドのアームにより支持された反射板３で光源１を覆い、その出光面にフィルタ２が設定されている。

なお、フィルタは、出光面全体をカバーする必要はなく、対象者の位置などに対応して、一部のみに設定してもよい。また、生体リズムやメラトニン分泌への影響は、受光者の生体リズムにより変化するため、それに応じてフィルタリングの有無を変更することも有意義である。

図７は、本発明の実施形態のデスクスタンドにおける例であり、光源１の出光部に配置されたフィルタ２を反射板３内部へ収納することができる。すなわち、アーム１１にて支持された反射板３にフィルタ２を収納可能なフィルタ収納部１０が形成されている。フィルタ２の移動は手動もしくは、対象者の生体リズムに対応して自動で行われる。また、同様に、フロアスタンドやダウンライト、ブラケットなどにおいても、フィルタ機能を有するカバーで光源を被う、もしくは出光面にフィルタを設定することで、上記と同等の効果を得ることができる。

次に本発明の他の実施形態における屋内用照明装置に用いる光源について説明する。すなわち、上記のように、フィルタを用いて光源から出力される光の分光特性を操作するのではなく、光源の分光特性そのものにおいて、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域に対応する出力を減らすことにより対応することもできる。

例えば、屋内照明において広く利用されている3波長型蛍光ランプにおいては、４５２ｎｍにピーク波長を有するアルミン酸塩蛍光体ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²⁺など、４００ｎｍ台中〜後半にピーク波長を有する蛍光体により、青色を発色している。そこで、それらの蛍光体に代えて、３９４ｎｍに発光ピークを有するりん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺、４０８ｎｍに発光ピークを有するＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺などを用いることで、４１０ｎｍから５０５ｎｍの範囲に対応する波長光の出力を低減することができ、光色も3原色の含まれた自然なものとすることができる。

ただし、蛍光ランプの場合には、なお問題が残っている。蛍光ランプでは、ランプ内部の水銀が紫外線を発光し、それにより蛍光体が励起されるが、水銀が紫外線のみならず、例えば４３６ｎｍをピーク波長とする光をも発光するため、蛍光ランプにおいてはその出力をゼロにすることはできない。

そこで、光源として、ＵＶの出力において水銀の発光に依存しない、ＬＥＤを用いることで、上記問題を解決することができる。具体的には、ＵＶを出力するＬＥＤをベースに、3波長型蛍光ランプで一般的に用いられている蛍光体に加え、青色を発色する蛍光体として、３９４ｎｍに発光ピークを有するりん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺、４０８ｎｍに発光ピークを有するＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺などを用い、出力されるＵＶでそれらを励起するＬＥＤ光源を構成することで、水銀の発光ピークが４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域に対応する出力をより効果的に減少させた光源とすることができる。

本発明の実施形態のフィルタを用いた照明装置の概念図である。本発明の実施形態において、多層干渉膜などにより、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域のみをカットもしくは減衰させるときの、フィルタの分光透過率の特性図である。本発明の実施形態において、カラーフィルタを用いて、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域を含む領域をカットもしくは減衰させるときの、フィルタの分光透過率の特性図である。本発明の実施形態において、多層干渉膜などにより、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域のみをカットもしくは減衰させ、略４００ｎｍ以下の光源により、青色成分の付加を行なう説明図である。本発明の実施形態において、カラーフィルタを用いて、４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域を含む領域をカットもしくは減衰させ、略４００ｎｍ以下の光源により、青色成分の付加を行なう説明図である。本発明の実施形態の具体的な照明装置の例を示す概念図である。本発明の実施形態におけるデスクスタンドのフィルタ収納例を示す説明図である。 Brainardらの報告した、光によるメラトニン分泌抑制の波長特性図である。

符号の説明

１光源
２フィルタ
３反射板

Claims

可視光を放射する第１の光源と、前記第１の光源の少なくとも一部を覆い前記可視光の４１０ｎｍから５０５ｎｍの波長域およびそれ以下の短波長成分を減衰もしくはカットするハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタに覆われないで４００ｎｍの波長の光を出力する第２の光源とを備え、前記第１の光源が、紫外線を出力するＬＥＤと、その紫外線により蛍光を発生する蛍光体とで構成した３波長型蛍光ランプである屋内用照明装置。
前記第２の光源は、青色を発光する蛍光体として、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いた請求項１記載の屋内用照明装置。
前記３波長型蛍光ランプの青色を発光する蛍光体として、りん酸塩蛍光体ＳｒＭｇＰ₂Ｏ₇：Ｅｕ²⁺（発光ピーク３９４ｎｍ）およびＳｒ₃（ＰＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺（発光ピーク４０８ｎｍ）のいずれか一方または両方を用いた請求項１記載の屋内用照明装置。