JP6580378B2 - 照明装置及びディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、文字の可読性を低下させることなく照射光による眼疲労を低減する照明装置及び該照明装置をバックライトとするディスプレイ装置に関する。

従来、照明装置の開発は、被照明体の本来の色を忠実に再現することを目標に進められてきた。具体的には、種々の被照明体の色の見え方が標準光下での色の見え方に近いほど良いとされ、これは平均演色評価数Ｒａを用いて客観的に評価される。しかしながら、このような平均演色評価数Ｒａは、紙面に印字された文字の見え方（可読性）を評価する指標としては必ずしも十分ではないことがある。

可読性を評価する指標の一つとして、可読性と紙面の白さ感との相関関係より紙面の白さ感を定量的に求めたクロマ値が知られている。このようなクロマ値は、The CIE 1997 Interim Color Appearance Model（Simple Version）により規定され、クロマ値が２．７以下に制御され且つ相関色温度が５８００Ｋ〜６７００Ｋに調整された昼白色光を照射する照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、上述したような相関色温度が５８００Ｋ〜６７００Ｋの昼白色光は、書物等を鮮明に照明して高い可読性を与える一方、特に、視作業が長時間に亘った場合にはユーザが眩し過ぎると感じることがある。そこで、昼白色光を出射するＬＥＤモジュールと、電球色光を出射するＬＥＤモジュールと、を備え、これらＬＥＤモジュールの発光時間率を制御することで昼白色光〜電球色光を照射できるようにした照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このような照明装置は、照明装置の使用日時や設置場所に応じて照射光の相関色温度及び輝度を制御することで、照射光による眩しさを低減する。

特開２０１４−７５１８６号公報 特開２０１１−６５８２３号公報

しかしながら、上述したような特許文献２の照明装置では、照射光による眩しさを低減することはできたとしても、不適切な相関色温度及び輝度の制御によっては眼疲労を引き起こすことがある。このような眼疲労は、長時間の視作業による瞳孔径の収縮が要因と考えられ、瞳孔径の収縮は、一時的な視機能調節力の低下や遠方視力の低下を引き起こす。

本発明は、上記課題を解決するものであって、照射光による眼疲労を低減することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源部と、前記光源部の発光を制御する制御部と、を備えた照明装置に関し、前記光源部は、互いに異なる相関色温度の白色光を出射する複数種類の光源を有し、前記制御部は、前記光源部から出射される白色光の相関色温度が周期的に変化するように、前記複数種類の光源の発光を種類毎に制御し、前記光源部は、第１の相関色温度の白色光を出射する第１の発光パターンと、前記第１の相関色温度と該第１の相関色温度よりも低い第２の相関色温度との間で相関色温度が徐々に周期的に変化する白色光を出射する第２の発光パターンと、を交互に実行することを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、視作業中にユーザの瞳孔径が周期的に変化して瞳孔収縮率が小さくなるので、照射光による眼疲労を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の斜視図。 （ａ）は上記照明装置を構成する発光部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図。 （ａ）（ｂ）は、種々の相関色温度及び照度におけるユーザの平均瞳孔径を示す図。 （ａ）乃至（ｄ）は、照射光の照度又は相関色温度の変化様式を示す図。 照射光の照度又は相関色温度を変化させたときにユーザが感じる眼疲労の程度を示す図。 照射光の照度又は相関色温度を変化させたときにユーザが書き写した字数を示す図。 照射光の相関色温度の変化パターンを示す図。 時間と照射光のミレッドとの関係を示す図。 照射光のミレッド変化速度と瞳孔径との関係を示す図。 上記実施形態の第１変形例に係る照明装置から照射される光の相関色温度の変化パターンを示す図。 上記実施形態の第２変形例に係る照明装置から照射される光の相関色温度の変化パターンを示す図。 上記実施形態の第３変形例に係る照明装置から照射される光の相関色温度の変化パターンを示す図。 上記実施形態の第４変形例に係る照明装置から照射される光の相関色温度の変化パターンを示す図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について図１乃至図９を参照して説明する。図１に示すように、照明装置１は、例えば、机上等に置いて用いられるデスクスタンドライトとして構成され、円板状の灯具２と、灯具２を移動自在に保持するアーム３と、アーム３を軸支して机上等に載置されるベース４と、を備える。灯具２は、円板状の発光部５を有し、灯具２の一面（図例では下面）から光を照射する。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、発光部５は、円板状の配線基板６と、配線基板６の一面（下面）に実装された光源部７と、光源部７の発光を制御する制御部８と、を有する。光源部７は、互いに異なる相関色温度の白色光を出射する複数種類の光源９を有し、図例では、第１の光源９ａ（ドットで示す）及び第２の光源９ｂから成る２種類の光源９を有する。第１の光源９ａ及び第２の光源９ｂは、それぞれ複数設けられ、同一円上に交互に配置されている。第１の光源９ａ及び第２の光源９ｂは、例えば、ＬＥＤにより構成され、各々の光軸が配線基板６に直交するように配置されている。制御部８は、光源９の発光を種類毎に制御する。

上記のように構成された光源部７から照射される白色光の相関色温度及び照度を変化させたときに、ユーザ（被験者）の瞳孔径がどのように変化するのかを実験により検証した。本実験では、相関色温度３０００ＫでＤｕｖ−３の白色光を出射する白色ＬＥＤに、波長４８０ｎｍにピークを有する青色光を出射する青色ＬＥＤを組み合わせたものを光源とした。なお、ここでいうＤｕｖとは、ＪＩＳ Ｚ８７２５：１９９９「光源の分布温度及び色温度・相関色温度の測定方法」における「５．４ 相関色温度の適用範囲」の備考に記載されているものであり、ＩＳＯ等に記載されているものの１０００倍に相当する。

上述したような光源を用い、図３（ａ）（ｂ）に示すように、照射光の照度を３００ｌｘ、５００ｌｘ、７５０ｌｘ、１０００ｌｘ及び１５００ｌｘの５水準、そして相関色温度を３０００Ｋ、３５００Ｋ、４０００Ｋ、５０００Ｋ及び６２００Ｋの５水準に変化させ、被験者の瞳孔径を測定した。瞳孔径の測定は、２０代及び４０代の被験者２人に顎台に顎をのせてもらい、視距離４５ｃｍで直径４ｍｍの黒点を凝視してもらった状態で、ナックイメージテクノロジー社製のアイマークレコーダ（ＥＭＲ−９）の帽子タイプを用いて行った（試行回数３回）。

まず、照射光の照度を３００ｌｘに設定し、相関色温度３０００Ｋの光で３分間順応後、１５秒間瞳孔径を計測した。次いで、相関色温度３５００Ｋ、４０００Ｋ、５０００Ｋ、６２００Ｋの順で、１分間順応後に１５秒間瞳孔径を計測する動作を繰り返した。その後、照度３００ｌｘの場合と同様にして、照度５００ｌｘ、７５０ｌｘ、１０００ｌｘ、１５００ｌｘについても各相関色温度における瞳孔径を計測した。瞳孔径は、瞬き等の計測エラーを除外して前後１０点（計２１点）の移動中央値によりフィルタリングした後、計測開始時を０秒として５〜１０秒区間の平均値として算出した。

その結果、図３（ａ）に示したように、２０代の被験者及び４０代の被験者の両方において、ミレッド（＝相関色温度の逆数の１０^６倍）が高くなると（すなわち、相関色温度が低くなると）平均瞳孔径が大きくなる傾向が見られた。また、図３（ｂ）に示したように、２０代の被験者及び４０代の被験者の両方において、照度が高くなると平均瞳孔径が小さくなる傾向が見られた。これらの結果は、照射光のミレッド（相関色温度）又は照度を変化させることで、被験者の瞳孔径が変化することを示している。

次に、照射光の相関色温度又は照度を変化させたときに、被験者の眼疲労がどのような影響を受けるのかを実験により検証した。本実験では、種々の相関色温度及び照度において灰色（Ｎ７．５）の布を敷いた作業机でランダムなアルファベット及び数字の書き写しタスク作業を被験者に行ってもらい、そのときに感じた眼疲労を被験者に評価してもらった。眼疲労の評価は、産業疲労研究所が推奨している「自覚症状しらべ」を参考にして、５段階の主観評価により行った。

図４（ａ）に示すように、「照度低下」様式では、照射光の相関色温度を６２００Ｋに固定し、照度を７５０ｌｘから４００ｌｘまで低下させて再び７５０ｌｘまで上昇させる過程を４５０秒（７．５分）かけて行った。そして、この過程を２回（計１５分間）行う間に上述したタスク作業を被験者に行ってもらい、その後の１分間で上述した眼疲労の評価を行ってもらった。これら１５分間のタスク作業及び１分間の眼疲労評価を１セットとし、このセットを６回繰り返してもらった。

また、図４（ｂ）に示すように、「照度上昇」様式では、照射光の相関色温度を６２００Ｋに固定し、照度を７５０ｌｘから１４００ｌｘまで上昇させて再び７５０ｌｘまで低下させた。更に、図４（ｃ）に示すように、「相関色温度変化」様式では、照射光の照度を７５０ｌｘに固定し、相関色温度を６２００Ｋから４０００Ｋまで低下させて再び６２００Ｋまで上昇させた。そして、図４（ｄ）に示すように、参考例として採用した「定常」様式では、照射光の相関色温度を６２００Ｋ、照度を７５０ｌｘに固定した。これら「照度上昇」様式、「相関色温度変化」様式及び「定常」様式についても、上述した「照度低下」様式の場合と同様にして、タスク作業及び眼疲労評価を被験者に行ってもらった。

その結果、図５に示すように、「定常」様式（○印で示す）では、眼疲労が時間経過と共に徐々に蓄積していくことが分かった。これに対して「相関色温度変化」様式（×印で示す）では、眼疲労が実験開始後略４５分でほぼ頭打ちとなり、略８０分以降においては「定常」様式よりも眼疲労が小さくなった。一方、「照度低下」様式（△印で示す）及び「照度上昇」様式（□印で示す）では、「相関色温度変化」様式に比べて眼疲労が高くなる傾向が見られた。

また、図６は、合計６回のタスク作業の各回において被験者が書き写したアルファベット及び数字の字数を示している。「相関色温度変化」様式における書き写し字数は、「定常」様式における書き写し字数と大差なく、相関色温度を変化させてもタスク作業効率は低下しなかった。

上述のように、「相関色温度変化」様式を採用することで、タスク作業効率を低下させることなく、タスク作業が長時間（８０分以上）に亘る場合には眼疲労を低減することができる。そこで、第１の光源９ａが相関色温度５０００Ｋ以上７１００Ｋ以下の白色光を出射し、第２の光源９ｂが相関色温度２６００Ｋ以上５０００Ｋ未満の白色光を出射するように構成し、これら第１の光源９ａ及び第２の光源９ｂの出力比を制御することで光源部７から出射される白色光の相関色温度を変化させ、これにより、眼疲労の低減を図ることが考えられる。このとき、第１の光源９ａ及び第２の光源９ｂは、互いにほぼ同じ照度を与える白色光又は互いに同じ輝度を有する白色光を出射するように制御される。

図７に示すように、上記のような相関色温度の変化は、例えば、第１の相関色温度の白色光を出射する第１の発光パターンと、第１の相関色温度と第１の相関色温度よりも低い第２の相関色温度との間で相関色温度が周期的に変化する白色光を出射する第２の発光パターンと、を組み合わせることで成される。第２の発光パターンは、照射光の相関色温度を第１の相関色温度から第２の相関色温度を経て再び第１の相関色温度まで戻す過程を１周期として、図例では３周期の相関色温度変化を含んでいるが、１回以上の相関色温度変化を含んでいればよい。第１の相関色温度及び第２の相関色温度は、例えば、それぞれ６２００Ｋ及び４０００Ｋに設定される。第１の発光パターンが実行される第１の期間Ｔ１は、第２の発光パターンが実行される第２の期間Ｔ２よりも長い。第１の期間Ｔ１は、例えば、略１２分に設定される。第２の期間Ｔ２は、例えば、１周期を略１分として計略３分に設定される。

時間Ｔ_ｓにおいて照明装置１を点灯させると、まず、第１の相関色温度の白色光を照射する第１の発光パターンが、時間Ｔ_ｓ〜Ｔ_Ｇ１の期間（第１の期間Ｔ１）実行される。次いで、時間Ｔ_Ｇ１〜時間Ｔ_Ｆ１の期間（第２の期間Ｔ２）に、照射光の相関色温度が第１の相関色温度と第２の相関色温度との間で周期的に変化する第２の発光パターンが実行される。その後、照明装置１が消灯される時間Ｔ_Ｅまで第１の発光パターンと第２の発光パターンとが交互に繰り返され、光源部７から出射される白色光の相関色温度が周期的に変化する。

上述したように、第１の発光パターンにおいて文字を読み易い相関色温度６２００Ｋの光が照射され、第２の発光パターンにおいて照射光の相関色温度が変化する。そのため、文字の可読性を低下させることなく、ユーザの瞳孔径を周期的に変化させて瞳孔収縮率を小さくすることができる。これにより、一時的な視機能調節力の低下や遠方視力の低下を抑制して、照射光による眼疲労を低減することができる。また、第１の光源９ａ及び第２の光源９ｂが互いにほぼ同じ照度を与える白色光又は互いに同じ輝度を有する白色光を出射するように制御されるので、第１の発光パターンと第２の発光パターンとを切り替えたときにユーザに違和感を与え難い。

第２の期間Ｔ２において光源部７から出射される白色光のミレッドは、図８に示すように、時間に対して直線的に変化する。このとき、図９に示すように、ミレッド変化速度を１．３Ｍ／ｓより小さくすることで、定常点灯時（相関色温度が変化しない場合）に比べて、最大瞳孔径と最小瞳孔径との差を大きくすることができる。最大瞳孔径と最小瞳孔径との差は、ミレッド変化速度が略０．７５Ｍ／ｓのときに最も大きくなり、このようなミレッド変化速度を採用することでユーザの瞳孔径を大きく変化させて効率良く眼疲労を低減することができる。

次に、上記実施形態の第１変形例に係る照明装置から照射される光について、図１０を参照して説明する。本変形例では、第２の期間Ｔ２が時間経過と共に徐々に長くなり、後の第２の期間Ｔ２に行くほど相関色温度の変動回数が多くなっている。このようにすることで、眼疲労の蓄積しやすいタスク作業後半において瞳孔径変化の頻度を多くして、効率良く眼疲労を低減することができる。

次に、上記実施形態の第２変形例に係る照明装置から照射される光について、図１１を参照して説明する。本変形例では、第１の期間Ｔ１が時間経過と共に徐々に短くなる。このようにすることで第１の期間Ｔ１に対する第２の期間Ｔ２の割合が徐々に増え、上述した第１変形例の場合と同様に、眼疲労の蓄積しやすいタスク作業後半においてユーザの瞳孔径変化の頻度を多くして、効率良く眼疲労を低減することができる。なお、第１の期間Ｔ１は、タスク作業後半でも第２の期間Ｔ２よりも長くなるように設定され、例えば、必ず５分以上となるように設定される。

次に、上記実施形態の第３変形例に係る照明装置から照射される光について、図１２を参照して説明する。本変形例では、各々の第２の期間Ｔ２において、相関色温度の変動幅が時間経過と共に徐々に大きくなる。このようにすることで、各々の第２の期間Ｔ２においてユーザの瞳孔径変化が徐々に大きくなるので、ユーザに違和感を与えることなく効率良く眼疲労を低減することができる。

次に、上記実施形態の第４変形例に係る照明装置から照射される光について、図１３を参照して説明する。本変形例では、第２の期間Ｔ２における相関色温度の変動幅が、後の第２の期間Ｔ２に行くほど大きくなる。このようにすることで、眼疲労の蓄積しやすいタスク作業後半においてユーザの瞳孔径変化を大きくし、効率良く眼疲労を低減することができる。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、本照明装置は、デスクスタンドライトに限定されず、ベッドサイドに配置されるベッドサイドランプとして構成されてもよい。また、第１の光源及び第２の光源は、ＬＥＤに限定されず、例えば、有機ＥＬ素子や蛍光灯により構成されてもよい。また、光源部を構成する光源の種類は２種類に限定されず、例えば、赤色光、緑色光及び青色光の各光を出射する３種類の光源を設け、これら３種類の光源からの光を互いに混色させることで白色光を出射する構成としてもよい。また、このような３種類の光源により照明装置を構成した場合には、照明装置をバックライトとするディスプレイ装置を構成することもできる。更に、照射光の相関色温度の変化パターンは、図７及び図１０乃至図１３に示したものに限定されず、これら図７及び図１０乃至図１３に示したものを任意に組み合わせたものであってもよい。

１ 照明装置
７ 光源部
８ 制御部
９ 光源
９ａ 第１の光源（光源）
９ｂ 第２の光源（光源）
Ｔ１ 第１の期間
Ｔ２ 第２の期間

Claims (6)

1. 光源部と、前記光源部の発光を制御する制御部と、を備えた照明装置であって、
   前記光源部は、互いに異なる相関色温度の白色光を出射する複数種類の光源を有し、
   前記制御部は、前記光源部から出射される白色光の相関色温度が周期的に変化するように、前記複数種類の光源の発光を種類毎に制御し、
   前記光源部は、第１の相関色温度の白色光を出射する第１の発光パターンと、前記第１の相関色温度と該第１の相関色温度よりも低い第２の相関色温度との間で相関色温度が徐々に周期的に変化する白色光を出射する第２の発光パターンと、を交互に実行することを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の発光パターンが実行される第１の期間は、前記第２の発光パターンが実行される第２の期間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２の期間は、時間経過と共に長くなることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第２の期間において、前記光源部から出射される白色光のミレッドは、時間に対して直線的に変化することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明装置。
5. 前記複数種類の光源は、相関色温度が５０００Ｋ以上７１００Ｋ以下の白色光を出射する第１の光源と、相関色温度が２６００Ｋ以上５０００Ｋ未満の白色光を出射する第２の光源と、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された照明装置をバックライトとするディスプレイ装置。