JP5097925B2 - 人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法及び簡易測定システム - Google Patents

Description

本発明は、人間の眼の分光感度特性の簡易な推定方法及び測定システムに関するものである。

近年、高齢者や障害者にとっても使い易いユニバーサルデザインを住環境にも取り入れようとの考え方が浸透しつつある。
而して、加齢による水晶体の黄変に代表されるように、人間の眼の分光透過率は年齢により変化し、しかもその変化度合いは個人差が大きい。観察する人の眼の分光透過率が異なると、同じ輝度の色が表示されても、観察する人によって実際に認識する輝度、即ち実効上の輝度（実効輝度）が異なる。また、同じ輝度で前記と別の色が表示されても、観察する人によって実効輝度は異なる場合がある。

網膜上の実効輝度の違いは、観察する人の眼が認識できる配色や明るさを左右するため、視覚刺激に対する認知時間や反応時間に影響することが分かっている。
そのため、個人の眼の分光透過率を測定できれば、その分光低下率の程度に合わせて生活環境（例えば、室内の配色や照明）を調整したり、年齢の平均値より著しく悪かった場合には、その人の眼の疾病を推定したり、紫外線を浴びないように日常生活を注意したりすることでそれ以上悪化しないように予防することができる。

特開平１０−３２５３号公報 特開平１０−３２５１号公報

しかしながら、従来の人間の眼の分光透過率の測定方法は測定に時間を要し、被験者の精神的・肉体的負担が大きかった。しかも、測定システム自体も大掛かりで製造コストが嵩む上に設置場所も取り、手軽に利用できるものではなかった。
また、上記した特許文献は、各年代の平均的な人間の眼の分光透過率から、その年代の平均的な色覚特性を予測するものであり、個人の眼の分光透過率を直接測定するものではない。

本発明は、上記課題を解決するために、測定時間が短く、被験者の精神的・肉体的負担が小さい測定手法と、その測定手法を実施するための小型で可搬性がありしかも安価で製造できるシステムを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究の結果、分光視感度効率の変化は眼の分光透過率の変化の影響が大きいことに着目し、分光透過率を直接測定すること無く、分光視感度効率の変化の度合いから被験者の分光透過率を推定したり、更にはその分光透過率の変化に影響される個人の分光感度特性を推定したりする手法とその手法に利用する測定システムを提案するに至った。
以下の本明細書では、「分光感度特性」は分光透過率などの数値結果だけでなく、それらの数値結果から導出される眼年齢や疾病の種類や進行度などを含む意味で記載されている。
また、「眼年齢」は、実年齢とは別に、その人の眼の状態を示すために、同年齢平均値との比較から出された年齢を意味し、眼年齢からその人の眼の加齢度を推定することができる。

請求項１の発明は、人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、種別に対応して分類された平均的観察者の分光視感度効率に基づいて導出され、測定用の光源から照射される複数の異なる色光に対して同じ分類の平均的観察者が等輝度に感じられる色光間の光強度比を前記分類に対応付けた分類対応データと、異なる色光で光強度比を変化させた光を照射する光源とを備えた測定システムに、前記異なる色光で光強度比を変化させた光を被験者に呈示し、その被験者から等輝度と感じられるとの報告を受けると、そのときに発せられた色光の光強度比から前記分類対応データに基づいてその被験者を対応する分類に振り分けること、を実行させることを特徴とする簡易推定方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、測定用の光源から発される色光の分光分布データの所定間隔Δλ毎の波長λにおける分光放射輝度Ｐ（λ）[W／(sr・m³)]と、前記波長における年代別平均的観察者の分光視感度Ｄ（λ）を以下の式
を用いて積算したもの（Ｅ）を、その色光に対してその年代の平均的観察者が感じられる実効輝度とすることを特徴とする簡易推定方法である。ただし、K_mは最大視感度683[lm/W]である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、色光を時空間的に変化させながら、少なくとも２種類の色光を呈示し、被験者にそれらの色光を観察してもらい、等輝度と感じられるか否かを判定してもらうことを特徴とする簡易推定方法である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、刺激光として半導体光源を使用することを特徴とする簡易推定方法である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、推定された分光感度特性と、標準比視感度または年代別分光視感度効率または既知である平均的な年代別の眼光学系分光透過率とを比較することにより個人の眼光学系の分光透過率を推定する方法である。

請求項６の発明は、種別に対応して分類された平均的観察者の分光視感度効率に基づいて導出され、測定用の光源から照射される複数の異なる色光に対して同じ分類の平均的観察者が等輝度に感じられる色光間の光強度比を前記分類に対応付けた分類対応データと、パルス駆動可能な光源と、前記光源に可変デューティー比でパルス電流を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御して色の異なるテスト光と参照光を前記光源から時空間的に変化しながら、しかも前記テスト光のデューティー比を変化させて輝度を変えながら発せさせる制御部と、被験者から前記テスト光と参照光とを等輝度と感じられるとの報告を受けとると、その時点で発せられていた前記テスト光の光強度を参照光の光強度と関連付けて光強度比として記録する記憶部と、前記記憶された光強度比から前記分類対応データに基づいてその被験者を対応する分類に振り分ける振分け部と、を有することを特徴とする、人間の眼の分光感度特性の簡易測定システムである。

本発明の簡易推定方法によれば、測定時間が短く、被験者の精神的・肉体的負担が小さい。
また、本発明の簡易測定システムは、小型で可搬性がありしかも安価で製造できる。

本発明の実施の形態に係る簡易推定方法及び簡易測定システムを利用して、被験者の分光感度特性のうち特に眼年齢を簡易に推定するケースについて説明する。
先ず、図１（４）に示すような分類対応データ（表）を作成する。
簡易測定システムの光源、すなわち被験者の測定に使用する光源を決定する。この実施の形態では、パルス駆動される光源として典型的なＬＥＤ光源のうち、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色発光型高輝度ＬＥＤのものを使用し、刺激光として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を照射することとする。
使用する光源を決定すると、その特定の光源から発する色光毎に分光分布デー

タ（曲線）を取得する。
具体的な分光分布データ（曲線）は図１（１）のようなものであり、横軸が波長、縦軸が分光放射輝度Ｐ（λ）になっている。

図１（１）の分光分布データは光強度（デューティー比）が１００％のものであり、この分光分布データをテンプレートとして使用する。
先ず、赤（Ｒ）の色光について、４０９６段階で０〜１００％の範囲内の光強度（デューティー比）を変化させることとして、図１（２）に示す使用光源のデューティー比−輝度特性のグラフから、各デューティー比に対する輝度（相対値）を取得する。
そして、その輝度（相対値）を、図１（１）に示す赤（Ｒ）の色光のテンプレート（デューティー比＝１００％）の分光分布データに掛け合わせて圧縮することで、４０９６個のデューティー比に対応する４０９６個分の補正分光分布データを作成する。
同様にして、緑（Ｇ）と青（Ｂ）の色光についても、それぞれ４０９６個分の補正分光分布データを作成する。

次に、年代別に分類された平均的観察者の分光視感度効率データ（曲線）を取得する。この種の分光視感度データは既に多数報告されており、簡単に入手できる。
具体的な分光視感度効率データは図1（３）のようなものであり、横軸が波長、縦軸が分光視感度Ｄ（λ）になっている。

そして、年代別に、先ずは１０代の平均的観察者の分光視感度効率データを使用して、赤（Ｒ）の色光の補正分光分布データの所定間隔Δλ毎の波長 λにおける分光放射輝度Ｐ（λ）と、前記波長における平均的観察者の分光視感度Ｄ（λ）を以下の式

を用いて積算する。

光源から発される色光のある補正分光分布データ（即ち、強度補正されている分光分布データ）の波長分布領域と、年代毎の分光視感度効率データの波長分布領域を所定間隔毎に分割した後、分光視感度Ｄを所謂重み付け係数として利用し、その分割された波長範囲λ１、λ２、λ３、λ４、λ５‥‥毎に、その波長範囲の分光放射輝度Ｐ（λ１）、Ｐ（λ２）、Ｐ（λ３）、Ｐ（λ４）、Ｐ（λ５）‥‥に同じ波長範囲の分光視感度Ｄ（λ１）、Ｄ（λ２）、Ｄ（λ３）、Ｄ（λ４）、Ｄ（λ５）‥‥を掛け合わせて合算し、KmΔλを乗じる。
そして、得られた積算値（Ｅ）を、当該光源からその色光が当該補正分光分布データに従って発せられたときに、１０代の平均的観察者が感じられる輝度、即ち実効輝度とする。
上記実効輝度値（Ｅ）を求める作業を、４０９６個の補正分光分布データについて行う。

同じように、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光についても行い、それぞれ、４０９６個の補正分光分布データについて２０代の平均的観察者が感じられる実効輝度値（Ｅ）を算出する。
上記した実効輝度値（Ｅ）の算出作業を、残りの２０代から８０代についてもそれぞれの年代の平均的観察者の分光視感度効率データを使って行う。

次に、同じ年代で色光別の実効輝度値（Ｅ）のデータを比較し、２つの異なる色光の間で同じ明るさとなる、即ち実効輝度値（Ｅ）がなるべく近いものを抽出する。
この実施の形態では、測定システムの能力を考慮して、青（Ｂ）−緑（Ｇ）比較では緑（Ｇ）を参照光とし、基準デューティー比を１０％に設定し、青（Ｂ）−赤（Ｒ）比較では赤（Ｒ）を参照光とし、基準デューティー比を２２％に設定していることから、参照光はその基準デューティー比で照射し、相方のテスト光はその参照光の実効輝度値（Ｅ）となるべく近い実効輝度値（Ｅ）を有するもの

を抽出することになる。

その抽出されたテスト光の対応する等輝デューティー比（即ち、等輝光強度）から、平均的観察者が等輝度と感じられる参照光（基準デューティー比）：テスト光（等輝デューティー比）の光強度比を導出する。
上記導出された光強度比を、分類の年代別に対応付ければ、分類対応データとなる。

図１（４）に示す一例の分類対応データ（表）では、青（Ｂ）−緑（Ｇ）比較では、参照光の緑（Ｇ）（基準デューティー比＝１０％）に対して、１０代では、テスト光の青（Ｂ）は等輝デューティー比＝３８．２％で等輝度になっており、２０代では、テスト光の青（Ｂ）は等輝デューティー比＝４４．２％で等輝度になっている。
以上で、分類対応データの作成作業を終了する。この作業の一部または全部を、コンピュータを利用して行うことも可能である。

次に、被験者の測定作業を説明する。
図２中、符号１は全体の測定システムを示す。符号３はＬＥＤ光源を示し、このＬＥＤ光源３からの照射光は、積分球５内で拡散されて光が空間的に均一化され、被験者は刺激提示窓７からその放射光を観察する。ＬＥＤ光源３はPARALIGHT社製のEP204K-35RGB（最大順電流35ｍA）であり、ＬＥＤ光源３の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各端子に定電流駆動回路９から駆動電流を印加してＬＥＤの各色発光素子を発光させる。
ＬＥＤ光源３に引加する駆動電流は、図３に示すような矩形パルス波形であり、周波数は１．５６ＭＨｚであり、そのデューティー比は上記したように０〜１００％の範囲内で４０９６段階にわたって変化可能である。
ＬＥＤ光源３は室温に自然空冷されている。

符号１１は測定システム全体を制御する主な制御部としてのパーソナルコンピ

ュータ、略してパソコンを示し、このパソコン１１は記憶部を内蔵している。
このパソコン１１からマイコンボード１３に信号を送り、マイコンボード１３からＰＷＭ信号を送ることで、駆動回路９を駆動させる構成になっている。
符号１５はスイッチを示し、このスイッチ１５はマイコンボード１３に接続されている。スイッチ１５は、押上げ、押下げできるようになっており、その操作によりテスト光のデューティー比が変化して、被験者が観察する実効輝度が変化する。押上げするとテスト光の輝度が上がり、押下げするとテスト光の輝度が下げる。

以下に、被験者の測定作業を説明する。
被験者にスイッチ１５を手に持ってもらい、スイッチ１５の押上げ、押下げによりテスト光の輝度を自分で調整してもらい、チラツキを感じなくなった時点（即ち、フリッカー最小時）でスイッチ１５から指を離してもらうように指示しておく。
そして、光の照射を開始する。この測定システム１では交照法を採用しているので、参照光を基準デューティー比に固定し、被験者のスイッチ操作により相方のテスト光の輝度を変化させながら、テスト光と参照光を交互に照射する。
被験者がスイッチ１５の押上げ・押下げを止めると、マイコンボード１３を介してパソコン１１が被験者から参照光とテスト光の実効輝度が等しいと感じられるとの報告信号を受けとり、その時点で発せられていたテスト光のデューティー比を等輝度デューティー比として参照光の基準デューティー比と関連付けて、光強度比としてパソコン１１の記憶部に記録する。

次に、得られた光強度比を、図１（４）の分類対応データに当てはめてその被験者を対応する年代に振り分け、その振り分けられた年代をその被験者の眼年齢と推定する。
図４は、ある被験者（３９歳、色覚正常者）の測定結果と年代別の平均的観察者の等輝度デューティー比を表示したものであるが、この図から、この被験者の等輝度デューティー比は青（Ｂ）−緑（Ｇ）比較と青（Ｂ）−赤（Ｒ）比較では

６０歳代の等輝度デューティー比に近いことがわかる。
青（Ｂ）−緑（Ｇ）比較結果から、その被験者の眼年齢はおおよそ６２歳に相当し、青（Ｂ）−赤（Ｒ）比較結果からその被験者の眼年齢はおおよそ５６歳に相当すると推定される。両方の比較結果に基づいて、その被験者の眼年齢はおおよそ５９歳と推定した。

上記した測定作業は、測定時間が短く、被験者の負担が少ない。また、測定システムはパソコンやＬＥＤ光源で構成されており、コストは比較的廉価で済みしかもコンパクトで可搬性がある。また、パソコンを用いずに、マイコンのみを用いてさらにコンパクトにすることも可能である。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、被験者に照射する色光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）という単色光になっているが、複数の光を合成して白色光のような複合光としてもよい。なお、合成した場合には、実効輝度値（Ｅ）は、複合色を構成する色光の輝度値（Ｅ）の総和となるので、白色光の場合には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの輝度値（Ｅ）の総和となる。

また、上記の実施の形態では、測定誤差を低くするために、青（Ｂ）−緑（Ｇ）比較、青（Ｂ）−赤（Ｒ）比較の２種類の比較をしているが、より簡易に推定する場合にはそのうちのいずれか１種類の比較でもよい。逆に、より精度高く推定する場合には、赤（Ｒ）−緑（Ｇ）比較を加えてもよい。
なお、各ＬＥＤの単色の比較に限定されるわけではなく、ＲＧＢの２つや３つのＬＥＤを同時に点灯してできる刺激光をテスト光や参照光として採用してもよい。

さらに、上記の実施の形態で記載したシステムは、交照法に基づいて一つの空

間内に異なる色光を交互に、即ち照射時間を変えながら照射して被験者にチラツキの見え方の変化を観察してもらっているが、ＭＤＢ（Minimally Distinct Border）法に基づいて異なる色光を同時に一つの空間内で隣り合うように照射して被験者にその境界の見え方の変化を観察してもらってもよい。

本発明の推定方法は、加齢の他にも、病状の進行度など分光視感度効率に変化が出るものであれば、それらの推定にも活用できる。

本発明の実施の形態に係る眼の分光感度特性の簡易推定方法の原理説明図である。 本発明の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 ＬＥＤ光源へ供給する駆動電流の波形図である。 ある被験者の測定結果と年代別の平均的観察者の比較図である。

符号の説明

１‥‥測定システム
３‥‥ＬＥＤ光源 ５‥‥積分球
７‥‥刺激提示窓 ９‥‥駆動回路
１１‥‥パソコン １３‥‥マイコンボード
１５‥‥スイッチ

Claims (6)

1. 人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、
   種別に対応して分類された平均的観察者の分光視感度効率に基づいて導出され、測定用の光源から照射される複数の異なる色光に対して同じ分類の平均的観察者が等輝度に感じられる色光間の光強度比を前記分類に対応付けた分類対応データと、異なる色光で光強度比を変化させた光を照射する光源とを備えた測定システムに、
   前記異なる色光で光強度比を変化させた光を被験者に呈示し、
   その被験者から等輝度と感じられるとの報告を受けると、そのときに発せられた色光の光強度比から前記分類対応データに基づいてその被験者を対応する分類に振り分けること、
   を実行させることを特徴とする簡易推定方法。
2. 請求項１に記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、
   測定用の光源から発される色光の分光分布データの所定間隔Δλ毎の波長λにおける分光放射輝度Ｐ（λ）[W／(sr・m ³ )]と、前記波長における年代別平均的観察者の分光視感度Ｄ（λ）を以下の式
   を用いて積算したもの（Ｅ）を、その色光に対してその年代の平均的観察者が実際に感じられる実効輝度とすることを特徴とする簡易推定方法。ただし、K _m は最大視感度683[lm/W]。
3. 請求項１または２に記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、
   色光を時空間的に変化させながら、少なくとも２種類の色光を呈示し、被験者にそれらの色光を観察してもらい、等輝度と感じられるか否かを判定してもらうことを特徴とする簡易推定方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、
   刺激光として半導体光源を使用することを特徴とする簡易推定方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した人間の眼の分光感度特性の簡易推定方法において、
   推定された分光感度特性と、標準比視感度または年代別分光視感度効率または既知である平均的な年代別の眼光学系分光透過率とを比較することにより個人の眼光学系の分光透過率を推定する方法。
6. 種別に対応して分類された平均的観察者の分光視感度効率に基づいて導出され、測定用の光源から照射される複数の異なる色光に対して同じ分類の平均的観察者が等輝度に感じられる色光間の光強度比を前記分類に対応付けた分類対応データと、
   パルス駆動可能な光源と、
   前記光源に可変デューティー比でパルス電流を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路を制御して色の異なるテスト光と参照光を前記光源から時空間的に変化しながら、しかも前記テスト光のデューティー比を変化させて輝度を変えながら発せさせる制御部と、
   被験者から前記テスト光と参照光とを等輝度と感じられるとの報告を受けとると、その時点で発せられていた前記テスト光の光強度を参照光の光強度と関連付けて光強度比として記録する記憶部と、
   前記記憶された光強度比から前記分類対応データに基づいてその被験者を対応する分類に振り分ける振分け部と、
   を有することを特徴とする、人間の眼の分光感度特性の簡易測定システム。