JP5619583B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、照明装置に関し、覚醒水準を向上させる照明装置に関する。

従来、照明環境により快適性や作業性等を向上させる照明装置が提案されている。
例えば、特開２００７−３２９１００号公報においては、白色光を主体として照射する主光源と、単波長光を照射する単波長光光源とを設けて、通常の白色光の照明下において、作業者に単波長光を曝露することで作業者の覚醒水準を向上させる技術が開示されている。その際、単波長光の照度は、通常の白色光の照明下での作業に単波長光が邪魔にならない程度としている。

特開２００７−３２９１００号公報

しかしながら、特開２００７−３２９１００号公報においては、白色光と単波長光とが同時に点灯している構成であり、白色光と単波長光とが混ざり、覚醒水準の効果が薄れるという問題がある。

また、覚醒水準の効果を高めるために単波長光の照度を上げることも考えられるが、その場合には白色光の照明下での作業に単波長光が邪魔にならないようにするため白色光の照度も上げなければならず、非常に大きな点灯エネルギーが必要となり、眼疲労となる可能性もある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、効率的に覚醒水準を向上させることが可能な照明装置を提供することを目的とする。

本発明のある局面に従う照明装置は、白色系の光源に相当する主光源と、青色系の光源に相当し、覚醒作用を誘起する副光源と、主光源および副光源を制御する制御装置とを備え、制御装置は、主光源と副光源とを相補的に動作させるとともに、視覚上主光源が照射されているように間欠的に副光源を照射する。

好ましくは、主光源および副光源の分光放射照度は同じ値に設定される。

本発明のある局面に従う照明装置の制御装置は、主光源と副光源とを相補的に動作させるとともに、視覚上主光源が照射されているように間欠的に副光源を照射することにより、副光源の照射を意識させず、かつ、主光源の照度を維持しつつ副光源の照度を高くすることが可能であり、効率的に覚醒水準を向上させることが可能である。

本発明の実施の形態に従う照明装置１の外観構成図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置１の内部の構成を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置の方式を実験するための実験装置を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置の白色光、青色光の照射の方式を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う実験装置で実験する照射条件を説明するテーブル図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置の方式を実験する実験装置による各条件の瞳孔径変化量の統計結果を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置を用いた所定条件における脳波α波減衰係数変化量を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う照明装置の照射方式についてＶＡＳ（Visual analogue scale）法による主観的評価を説明する図である。 図８のＶＡＳ法に基づく各条件の主観的評価の統計結果を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を附してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う照明装置１の外観構成図である。
図１を参照して、本発明の実施の形態に従う照明装置１は、主光源として白色光を照射することが可能な白色光源２と、副光源として青色光を照射することが可能な青色光源３とを複数個含む。なお、本例においては、白色光源２および青色光源３を複数個設ける構成について説明しているが特にその数に限定されず１つずつの構成とすることも可能である。

白色光源２としては、高速にＯＮ／ＯＦＦ（点灯／消灯）が可能な白色ＬＥＤを用いることが可能である。また、青色光源３としては、高速にＯＮ／ＯＦＦ（点灯／消灯）が可能な青色ＬＥＤを用いることが可能である。これらの光源は交互に配置されており、どちらの点灯中にも発光ムラが少なくなるように設けられている。

図２は、本発明の実施の形態に従う照明装置１の内部の構成を説明する図である。
図２を参照して、本発明の実施の形態に従う照明装置１は、複数の発光素子で構成された発光部３００と、発光部を駆動する駆動回路１００と、照明装置１全体を制御するコントローラ２００とを含む。

発光部３００は、端子Ｐ１〜Ｐ５と、複数の青色光源（青色ＬＥＤ）３と、複数の白色光源（白色ＬＥＤ）２と、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２と、複数の抵抗素子Ｒ１，Ｒ２とを含む。

ノードＮ０は、端子Ｐ１を介して電圧Ｖ１と電気的に接続される。各組を構成する抵抗素子Ｒ１と白色光源２とは直列に接続されて、ノードＮ０とノードＮ１との間に接続される。また、複数個の抵抗素子Ｒ１と複数個の白色光源２とで構成される複数組の各々は、ノードＮ０とノードＮ１との間で互いに並列に接続される。ノードＮ１は、スイッチＳＷ１を介して接地電圧ＧＮＤと接続された端子Ｐ５と電気的に接続される。スイッチＳＷ１のゲートは、端子Ｐ２を介するパルス信号ＰＷＭ１の入力を受ける。

一例として、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、高速でスイッチングすることが可能なＭＯＳトランジスタを用いるものとする。

ノードＮ２は、端子Ｐ３を介して電圧Ｖ２と電気的に接続される。各組を構成する抵抗素子Ｒ２と白色光源２とは直列に接続されて、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続される。また、複数個の抵抗素子Ｒ２と複数個の白色光源２とで構成される複数組の各々は、ノードＮ２とノードＮ３との間で互いに並列に接続される。ノードＮ３は、スイッチＳＷ２を介して接地電圧ＧＮＤと接続された端子Ｐ５と電気的に接続される。スイッチＳＷ２のゲートは、端子Ｐ４を介するパルス信号ＰＷＭ２の入力を受ける。

駆動回路１００は、コントローラ２００からの指示を受けてパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を出力する。パルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が相補的にオンオフする信号に設定される。具体的には、スイッチＳＷ１がオンしている間、スイッチＳＷ２はオフであり、スイッチＳＷ２がオンしている間、スイッチＳＷ１はオフである。

本例においては、白色光源２が主光源として用いられ、青色光源３が副光源として用いられる。

例えば、スイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンする、スイッチＳＷのオンオフにかかる時間は一例として、２００ｎｓというような非常に短い時間であるため、その切り替わりを人が認識することなく、時間差なく両者を交互に点灯させることができる。

発光期間における照度の設定は、白色光、青色光それぞれ独立に設定が可能で、電圧Ｖ１の電圧レベルによって白色光の照度を、また、電圧Ｖ２の電圧レベルによって青色光の照度を設定することが可能である。一例として、本例においては、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに５Ｖに設定している。

なお、本例における青色光源の波長は、４２０〜４８０ｎｍ程度のものを用いるものとする。

図３は、本発明の実施の形態に従う照明装置の方式を実験するための実験装置を説明する図である。

図３（Ａ）は、実験装置を上から見た図である。
被験者は、瞳孔計測用の装置である顎台に顎を乗せ、照明装置の光をスクリーンに投影したものを安静状態で被験者の瞳孔径を観測する。スクリーンは、円形（直径５００ｍｍ）のものを用意した。被験者から円形スクリーンまでの注視距離は５００ｍｍである。また、被験者の瞳孔径は顎台に設けられたカメラ（アイマークレコーダ（ナック製ＥＭＲ８））により測定した。

実験装置には、青色光源（青色ＬＥＤ）と、白色光源（白色ＬＥＤ）とで構成される図１に示すような照明装置１を被験者の後ろ側の一方および他方側にそれぞれ設け、円形スクリーンに照射する構成としている。ＬＥＤの間隔は１０００ｍｍとした。

また、ＬＥＤと円形スクリーンが設けられた壁までの直線距離は１０００ｍｍとした。なお、青色ＬＥＤおよび白色ＬＥＤは、円形スクリーンの中心に焦点を合わせるように傾けている。

また、ＬＥＤの間にハロゲンランプを設けた。ハロゲンランプは、基準光であり被験者の眼をリフレッシュするために用いた。

そして、当該実験装置を用いて、複数の被験者について後述する複数の条件で実験した。

図３（Ｂ）は、実験装置を横から見た図である。
図３（Ｂ）に示されるように、被験者から円形スクリーンまでの注視距離は５００ｍｍである。

円形スクリーンの直径は５００ｍｍに設けられ、視角５３．１ｄｅｇであった。
被験者は、おおよそ１０分間、後述する各条件光下での円形スクリーンを静視し、そのときの瞳孔径と脳波の変化を計測することで、覚醒作用の誘起と、青色光に対する生理反応の評価を実施した。

瞳孔径の変化と覚醒作用との相関関係については、「単波長の光曝露に対する生理反応（日本生理人類学界誌Vol.13,No.2,p75-83,2008-05-25）」に示されており、青色光において被験者の瞳孔径と脳波に有意な変化が見られ、変化に従って覚醒水準が向上することが示されている。

図４は、本発明の実施の形態に従う照明装置の白色光、青色光の照射の方式を説明する図である。

図４（Ａ）には、本発明の実施の形態に従う照明装置において、白色光、青色光を相補的に照射する方式が示されている。すなわち、白色光および青色光がともに照射される期間はなく、いずれか一方のみが照射される。具体的には、主光源である白色光を主に照射し、副光源である青色光が主光源の代わりに間欠的に照射する。なお、ここでは、相補的なパルス光として白色光および青色光を照射する場合が示されており、具体的には、白色光の期間９００μｓ、分光放射照度５０μＷ／ｃｍ²（約１５０Ｌｘ）、青色光の期間１００μｓ、分光放射照度５０μＷ／ｃｍ²（約３０Ｌｘ）で照射した場合が示されている。

図４（Ｂ）には、比較例である従来の照明装置における照射方式の一例が示されている。従来は、白色光を照射しつつ、青色光も照射する方式である。具体的には、白色光の分光放射照度４５μＷ／ｃｍ²、青色光の分光放射照度５μＷ／ｃｍ²で照射した場合が示されている。

図５は、本発明の実施の形態に従う実験装置で実験する照射条件を説明するテーブル図である。

図５を参照して、ここでは、条件名「Ｆ１０」、「Ｐ０」、「Ｐ１」、「Ｐ１０」、「Ｐ１００」の５つの条件が示されている。

具体的には、条件「Ｐ１００」は、連続光として青色光のみ照射し、青色光の分光放射照度５０μＷ／ｃｍ²で照射する場合である。

条件「Ｐ１０」は、パルス光として１ｍｓの周期（周波数１０００Ｈｚ）として青色光のデューティ比「１０％」（パルス幅１００μｓ）、白色光のデューティ比「９０％」（パルス幅９００μｓ）に設定して照射する場合である。分光放射照度は、青色光および白色光ともに５０μＷ／ｃｍ²で照射する。

条件「Ｐ１」は、パルス光として１０ｍｓの周期（周波数１００Ｈｚ）として青色光のデューティ比「１％」（パルス幅１００μｓ）、白色光のデューティ比「９９％」（パルス幅９９００μｓ）に設定して照射する場合である。分光放射照度は、青色光および白色光ともに５０μＷ／ｃｍ²で照射する。

条件「Ｐ０」は、連続光として白色光のみ照射し、白色光の分光放射照度５０μＷ／ｃｍ²で照射する場合である。

条件「Ｆ１０」は、条件「Ｐ１０」と同等のエネルギーである比較例の従来の方式として連続光として白色光の分光放射照度４５μＷ／ｃｍ²、青色光の分光放射照度５μＷ／ｃｍ²で照射する場合である。

図６は、本発明の実施の形態に従う照明装置の方式を実験する実験装置による各条件の瞳孔径変化量の統計結果を説明する図である。

図６を参照して、複数の被験者について、各条件と瞳孔径の変化量の統計結果が示されている。

具体的には、条件「Ｐ０」、「Ｐ１」、「Ｐ１０」、「Ｐ１００」、「Ｆ１０」の瞳孔径の変化量の統計結果が示されている。なお、ここでは、一例として３分〜６分間それぞれの各条件で曝露した場合の統計結果が示されている。

図６に示されるように、条件「Ｐ０」、「Ｐ１」、「Ｐ１０」、「Ｐ１００」と、青色光の照射の割合が増加する程に瞳孔径の変化が大きくなる場合が示されている。

すなわち、青色光の照射の割合が増加するほど瞳孔径の変化が大きく、青色光の影響を受けていることを確認した。

また、図６に示されるように例えば、条件「Ｐ１０」と「Ｆ１０」とを比較した場合、条件「Ｐ１０」の方が瞳孔径の変化量が大きく青色光の影響を受けていることを確認した。

なお、当該統計結果について、ホルム法（Holm）によるいわゆる危険率であるＰ値を求めた。条件「Ｐ１００」と「Ｐ０」、「Ｐ１」、「Ｐ１０」、「Ｆ１０」それぞれのＰ値は「Ｐ＜０．０１」であった。また、条件「Ｐ０」と「Ｐ１０」とのＰ値は「Ｐ＜０．０５」であった。また、ダネット法（Dunnett）によるいわゆる危険率であるＰ値を求めた。条件「Ｐ０」と「Ｐ１０」のＰ値は「Ｐ＜０．０５」であった。また、条件「Ｐ０」と「Ｐ１００」のＰ値は「Ｐ＜０．１」であった。したがって、危険率が小さく有意なデータであることを確認した。

図７は、本発明の実施の形態に従う照明装置を用いた所定条件における脳波α波減衰係数変化量を説明する図である。

図７を参照して、ここでは、条件「Ｐ１０」と「Ｆ１０」との比較における脳波α波減衰係数（ＡＡＣ（Alpha Attenuation Coefficient））変化量が示されている。ここでは、一例として、９分間それぞれの各条件で曝露した場合において、ハロゲンランプ照射時（リセット時すなわち条件光曝露前）における脳波α波減衰係数（ＡＡＣ）と、条件光９分曝露後の脳波α波減衰係数（ＡＡＣ）の変化量を測定した。

脳波α波減衰係数（ＡＡＣ）は、開眼時と閉眼時とのα波強度を比較するものであり、次式により算出される。

脳波α波減衰係数＝閉眼時α波強度／開眼時α波強度
図７に示されるように、条件「Ｐ１０」と「Ｆ１０」とを比較した場合、条件「Ｐ１０」の方が脳波α波減衰係数（ＡＡＣ）変化量が大きく覚醒水準が向上することを確認した。なお、当該統計結果について、いわゆるｔ検定による危険率Ｐ値を求めた。条件「Ｐ１０」と「Ｆ１０」のＰ値は「Ｐ＜０．０１」であった。したがって、危険率が小さく有意なデータであることを確認した。

したがって、本発明の実施の形態に従う照明装置の照射方式である、白色光、青色光を相補的に照射することにより、比較例である従来の照明装置の照射方式である連続光として白色光および青色光を照射するよりも覚醒水準が向上する。

図８は、本発明の実施の形態に従う照明装置の照射方式についてＶＡＳ（Visual analogue scale）法による主観的評価を説明する図である。

図８を参照して、ここでは、「赤み」、「青み」、「ちらつき」、「違和感」に関して、「０〜１００」のスケールで主観的評価が可能である場合が示されている。

当該ＶＡＳ法により、各条件について主観的評価の統計を得ることが可能である。
図９は、図８のＶＡＳ法に基づく各条件の主観的評価の統計結果を説明する図である。

図９を参照して、「赤み」、「青み」、「ちらつき」、「違和感」のそれぞれについて、各条件の統計結果が示されている。各条件として、条件「Ｐ０」、「Ｐ１」「Ｐ１０」、「Ｐ１００」のそれぞれの場合が示されている。

図９（Ａ）には、「赤み」の各条件についての主観的評価の統計結果が示されている。
図９（Ｂ）には、「青み」の各条件についての主観的評価の統計結果が示されている。

図９（Ｃ）には、「ちらつき」の各条件についての主観的評価の統計結果が示されている。

図９（Ｄ）には、「違和感」の各条件についての主観的評価の統計結果が示されている。

ここで示されるように、条件「Ｐ１００」の場合には、他の条件と大きく値が異なる場合もあるが、条件「Ｐ１」、「Ｐ１０」は条件「Ｐ０」と同じ程度である。

特に違和感は、条件「Ｐ１」、「Ｐ１０」は、「Ｐ０」とともに低い値であり、主観的には、通常の条件「Ｐ０」の時と特段の変化がない、視覚上白色光源が照射されているように把握されていることが分かる。すなわち、被験者は、例えば、条件「Ｐ１０」を用いた照明装置による照明方式を実行した場合に違和感を感じないことを確認した。

したがって、例えば、本発明の実施の形態に従う照明装置１について、コントローラ２００からの指示に従って駆動回路１００からのパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２により条件「Ｐ１０」に従う照射方式を実行することにより、覚醒水準を向上させることが可能となる。特に、本例においては、上述したように、白色光、青色光を相補的に照射する方式であり、従来例の如く、青色光の照度を上げるために白色光の照度を上げる必要がなく、人に違和感を与えることなく、かつ、白色光の分光放射照度が低い状態を維持しつつ、同程度の照度の青色光を照射することが可能であるため効率的に覚醒水準を向上させることが可能となる。

なお、条件「Ｐ１０」は、一例であり、条件「Ｐ１００」に近づけるほど覚醒水準の効果を期待することができるが、条件「Ｐ１００」に近づくほど人に違和感を生じさせることになるため、人に違和感を生じさせない程度に適切な値に設定することが可能である。

なお、上記においては、ＬＥＤを光源として用いる場合について説明したが、特にＬＥＤに限られず、例えば有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いて同様の方式に従って照射する構成とすることも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 照明装置、２ 白色光源、３ 青色光源、１００ 駆動回路、２００ コントローラ。

Claims (2)

1. 白色系の光源に相当する主光源と、
   青色系の光源に相当し、覚醒作用を誘起する副光源と、
   前記主光源および副光源を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記主光源と前記副光源とを相補的に動作させるとともに、視覚上主光源が照射されているように間欠的に前記副光源を照射する、照明装置。
2. 前記主光源および前記副光源の分光放射照度は同じ値に設定される、請求項１に記載の照明装置。

Images