JPH08279304A - 光照射方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の照射による感光をより明るくするには、
所定時間におけるフォトンの総量を増やす以外に方法は
なかった従来の光照射装置において、所定時間内の光の
照射によるフォトンの総量を増やすことなく、光の照射
による感光をより明るくすることができる光照射装置を
提供することを目的とする。 【解決手段】 連続パルス光を照射する半導体レーザー
１０３と、その連続パルス光のパルス幅及びパルス間隔
を入力する入力装置１００と、そのパルス幅及びパルス
間隔を記憶する記憶装置１０１と、その記憶された値に
基づいて半導体レーザー１０３から連続パルス光を照射
させる制御装置１０２と、その照射された連続パルス光
を拡散する拡散板１０５と、本装置に電気エネルギーを
供給する電源回路１０４とで構成され、パルス幅は１０
マイクロ秒以下であり、パルス間隔からパルス幅を引い
た時間は１０マイクロ秒以上である光照射装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、一般照明
用光源、産業用照明用光源または表示デバイス等に用い
ることができる、光照射方法及びその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】現在、様々な照明装置が開発され、そし
て利用されている。人工光源の中でも大量に使用されて
いる蛍光灯では、蛍光体・電極・封入ガスなどの設計の
最適化で高効率・長寿命が実現されている。また、光源
の分光パワー分布と色の再現性に関する研究に基づき、
色彩をより鮮やかに見せる様々なランプも開発され利用
されている。

【０００３】そして、これら従来の照明は、使用状態に
おいては、定常的な光の照射を行うものである。また、
その光の照射においては、照明を明るくする場合、より
高出力の照明装置に変更するか、または、光源に供給す
る電力を大きくする等の方法が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、光の
照射による感光（光を視覚機能により感じること）をよ
り明るくするには、所定時間におけるフォトンの総量を
増やす以外に方法はなかった。

【０００５】本発明は、所定時間のフォトンの総量を増
やすことなく、光の照射による感光をより明るくするこ
とができる光照射方法及びその装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための請求項１記載の本発明は、視覚細胞に含まれる
色素が、光化学反応又は熱化学反応により中間生成物に
変成し、その中間生成物が、熱化学反応により前記色素
が分解した物質になる過程において、前記中間生成物か
ら前記色素へ戻る光化学反応を抑制するように光を照射
することを特徴とする光照射方法である。

【０００７】なお、前記光は、明るい時間Ｔ１及び暗い
時間Ｔ２に基づいて決定される明暗を有するとしてもよ
い。

【０００８】請求項３の本発明は、明るい時間Ｔ１及び
暗い時間Ｔ２により決定される明暗を有する光を照射す
る光照射方法であって、前記明るい時間Ｔ１及び暗い時
間Ｔ２は、視覚細胞に含まれる色素が光化学反応又は熱
化学反応により中間生成物に変成する時間と、前記中間
生成物が熱化学反応により前記色素が分解した物質にな
るまでの時間とに基づき決定されることを特徴とする光
照射方法である。

【０００９】請求項４の本発明は、明るい時間Ｔ１及び
暗い時間Ｔ２に基づいて決定される明暗を有する光を照
射する光照射方法であって、前記明るい時間Ｔ１は、視
覚細胞に含まれる色素が光化学反応又は熱化学反応によ
り中間生成物に変成するのに要する時間以下に相当し、
前記暗い時間Ｔ２は、前記中間生成物が熱化学反応によ
り前記色素が分解した物質になるのに要する時間以上に
相当することを特徴とする光照射方法である。

【００１０】請求項５の本発明は、１０マイクロ秒以下
の明るい時間Ｔ１と１０マイクロ秒以上の暗い時間Ｔ２
とに基づいて決定される明暗を有する光を照射すること
を特徴とする光照射方法である。

【００１１】請求項１０の本発明は、光を照射する光源
と、前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供
給するためのエネルギー供給手段と、前記光源から照射
される光の明暗を制御する制御手段と、前記明暗に関す
る明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記憶している記憶
手段とを備え、前記明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２
は、視覚細胞に含まれる色素が光化学反応又は熱化学反
応により中間生成物に変成する時間と、前記中間生成物
が熱化学反応により前記色素が分解した物質になるまで
の時間とに基づいて、前もって決定されたものであるこ
とを特徴とする光照射装置である。

【００１２】請求項１１の本発明は、光を照射する光源
と、前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供
給するためのエネルギー供給手段と、前記光源から照射
される光の明暗を制御する制御手段と、前記明暗に関す
る明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記憶している記憶
手段とを備え、前記明るい時間Ｔ１は、視覚細胞に含ま
れる色素が光化学反応又は熱化学反応により中間生成物
に変成するのに要する時間以下に相当し、前記暗い時間
Ｔ２は、前記中間生成物が熱化学反応により前記色素が
分解した物質になるのに要する時間以上に相当すること
を特徴とする光照射装置である。

【００１３】請求項１２の本発明は、光を照射する光源
と、前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供
給するためのエネルギー供給手段と、前記光源から照射
された光の明暗を制御する制御手段と、前記明暗に関す
る明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記憶している記憶
手段とを備え、前記明るい時間Ｔ１は１０マイクロ秒以
下であり、前記暗い時間Ｔ２は１０マイクロ秒以上であ
ることを特徴とする光照射装置である。

【００１４】請求項１３の本発明は、光を照射する光源
と、その光源から照射される光の明暗を制御する制御手
段とを備え、視覚細胞に含まれる色素が、光化学反応又
は熱化学反応により中間生成物に変成し、その中間生成
物が、熱化学反応により前記色素が分解した物質になる
過程において、前記光は、前記中間生成物から前記色素
へ戻る光化学反応を抑制するように照射されることを特
徴とする光照射装置である。

【００１５】なお、前記視覚細胞とは、受光器細胞であ
るとしてもよい。

【００１６】また、前記光の明暗は、所定時間における
フォトンの総量に基づいて決定されるとしてもよい。

【００１７】また、前記色素とはロドプシンであり、前
記色素が分解した物質とは、メタロドプシンＩ又はメタ
ロドプシンＩＩであり、前記中間生成物とは、前記色素
と前記色素が分解した物質との中間の物質であるとして
もよい。

【００１８】更に、前記色素とはアイオドプシンであ
り、前記色素が分解した物質とは、メタアイオドプシン
Ｉ又はメタアイオドプシンＩＩであり、前記中間生成物
とは、前記色素と前記色素が分解した物質との中間の物
質であるとしてもよい。

【００１９】次に、本発明の作用について説明する。

【００２０】その前に、定常光の照射による感光につい
て説明する。図７は、人の視覚機能の概略を示した図で
ある。人は、眼球５でとらえた映像を網膜６に投影し、
そこで前記映像が神経系電気信号に変換される。そし
て、前記神経系電気信号が、視交叉７と外側膝状体８を
経て大脳視覚領９に伝達されると、人は前記映像を認識
することができる。

【００２１】網膜６の構造を更に詳しく図８に示す。網
膜６は、受光器細胞１、水平細胞１０、双極細胞１１、
アマクリン細胞１２と神経節細胞１３で構成されてい
る。受光器細胞１で行われるイオンチャンネル制御によ
り発生した明るさの信号は、水平細胞１０、双極細胞１
１、そして、アクマリン細胞１２を経て神経節細胞１３
に伝送される。そして、その明るさの信号は、その神経
節細胞１３から神経系電気信号として出力される。

【００２２】受光器細胞１で行われる、明るさの信号に
関するイオンチャネル制御に至る経緯の概略を図９に示
す。受光器細胞１は色素２を有している。その色素２
は、フェムトからナノ秒単位の順方向の化学反応によ
り、中間生成物３に変成する。そして、中間生成物３
は、ミリ秒単位の熱化学反応により、色素が分解した物
質４になる。この色素が分解した物質４が、イオンチャ
ンネル制御を行い、明るさの信号である神経系電気信号
を発生させる。

【００２３】ところが、定常光の場合、色素２が中間生
成物３に変成した後も光の照射が続いており、順方向の
化学反応により変成した中間生成物３のすべてが、色素
が分解した物質４にはならずに、中間生成物３の一部
が、ピコ秒単位の逆方向の光化学反応により、色素７に
戻ってしまう。この時、順方向の化学反応と逆方向の光
化学反応は平衡に達する。この逆方向の光化学反応によ
る中間生成物３の色素２への戻り分だけ、感光による明
るさの減少となる。ただし、前記定常光とは、少なくと
も色素２が中間生成物３に変成し、且つ、その中間生成
物３が色素が分解した物質４に変成するまでの時間、定
常的に光を照射するものをいう。この点、従来の光源に
よる光の照射は、定常光であると言える。

【００２４】受光器細胞１に含まれる色素２のより詳細
な変成のプロセスを図１０に示す。その前に、色素を含
む受光器細胞には、主として暗いところで機能する（内
節の形状が棒状の）桿状体細胞と、主として明るいとこ
ろで機能する（内節の形状が錐状の）錐状体細胞があ
る。さらに、錐状体細胞には分光感度特性の異なる３種
類の細胞がある。ここでは、化学反応メカニズムが、よ
り明確である桿状体細胞の色素であるロドプシンの変成
について説明する。錐状体細胞の色素であるアイオドプ
シンの化学反応メカニズムもこのロドプシンとほぼ同様
である。

【００２５】また、図９と図１０の対応関係についても
説明しておく。図９の色素２の成分が、図１０に示すロ
ドプシン１４である。図９の中間生成物３の成分が、図
１０に示すルミロドプシン１６である。そして、図９の
色素が分解した物質４の成分が、図１０に示すメタロド
プシンＩＩ‐１９である。

【００２６】ロドプシン１４は、ピコ秒単位の光化学反
応でバソロドプシン１５に変成し、また、バソロドプシ
ン１５の一部が、ピコ秒単位の光化学反応でロドプシン
１４に戻る。バソロドプシン１５は、ナノ秒単位の熱化
学反応により、ルミロドプシン１６に変成すると共に、
バソロドプシン１５の一部が、ピコ秒単位の光化学反応
でイソロドプシン１７に変成し、また、イソロドプシン
１７の一部が、ピコ秒単位の光化学反応でバソロドプシ
ン１５に戻る。ルミロドプシン１６は、マイクロ秒単位
の熱化学反応によって、メタロドプシンＩ‐１８に変成
するとともに、ルミロドプシン１６の一部が、ピコ秒単
位の光化学反応により、ロドプシン１４又はイソロドプ
シン１７に戻る。メタロドプシンＩ‐１８は、ミリ秒単
位の熱化学反応でメタロドプシンＩＩ‐１９に変成し、
また、メタロドプシンＩＩ‐１９の一部が、ミリ秒単位
の熱化学反応でメタロドプシンＩ‐１８に戻る。このメ
タロドプシンＩＩ‐１９が、イオンチャンネル制御を行
い、明るさの信号である神経系電気信号を発生させる。

【００２７】ここで、メタロドプシンＩＩ‐１９による
イオンチャンネル制御について説明する。図１１は、受
光器細胞１におけるイオンの動きを模式的に示した図で
あって、図１２は、そのイオンの動きをまとめて、更に
模式的に表した図である。受光器細胞１に光が照射され
ていない場合のイオンは、図１２の（ａ）に示す状態に
ある。第２のゲート２３のイオンＣａ²⁺とＮａ⁺が、明
るさの信号である神経系電気信号に相当するものである
が、受光器細胞１の内部に取り込まれ、明るさの信号と
して使用されない状態にある。

【００２８】このとき、図１２の（ｂ）に示すように、
受光器細胞１に光が照射されると、その細胞内の色素２
が、色素が分解した物質４に変成する。そして、色素が
分解した物質４が、第２のゲート２３を閉じる。第２の
ゲート２３が閉じられると、イオンＣａ²⁺とＮａ⁺が受
光器細胞１に流入できなくなり、その結果受光器細胞１
の細胞膜電位が変化する。この電位の変化の伝搬が神経
系信号である。これにより、受光器細胞１からの神経系
信号は、図８で示したように、水平細胞１０、双極細胞
１１、そして、アマクリン細胞１２を経由して神経節細
胞１３に達する。 その後の変成について、再度図１０
に戻って説明する。メタロドプシンＩＩ‐１９は、秒単
位の熱化学反応により、メタロドプシンＩＩＩ‐２０に
変成し、メタロドプシンＩＩＩ‐２０は、分単位の熱化
学反応によりオプシン＋Ａｌｌｔｒａｎｓ レチナール
デハイド‐２１に変成し、その後、新陳代謝により新し
くロドプシン１４が生成される。

【００２９】ところが、前記変成の過程において、受光
器細胞１に照射される光が定常光の場合、ルミロドプシ
ン１６が、ロドプシン１４に戻ってしまう。なお、定常
光の場合でも、下記の理由により、ルミロドプシン１６
からロドプシン１４に戻るルミロドプシンの量は、全部
ではなく一部に限られる。 ロドプシン１４がルミロドプシン１６に変成する順
方向の化学反応が、光化学反応だけでなく熱化学反応も
生じていること。 ルミロドプシン１６からロドプシン１４に戻る光化
学反応に要するピコ秒単位の時間は、フォトンが照射さ
れたルミロドプシンの個々の光化学反応に対する時間で
あること。（従って、ロドプシン１４が順方向の化学反
応により変性したルミロドプシン１６は、フォトンがル
ミロドプシンに照射される時刻とフォトンが照射される
ルミロドプシンの個数等に依存して、ロドプシン１４に
戻る逆方向の光化学反応が発生する。） すべてのフォトンが、ルミロドプシン１６からロド
プシン１４に戻る逆方向の光化学反応に寄与するわけで
はない（量子効率が１にはならない）こと。

【００３０】結果として、定常光の場合、ルミロドプシ
ン１６からロドプシン１４に戻るルミロドプシンが、感
光による明るさを低下させている。

【００３１】そこで、本発明では、図９に示すように、
中間生成物３から色素２に戻る逆方向の光化学反応に着
目し、所定時間のフォトンの総量を増やすことなく、そ
の逆方向の光化学反応を抑制することによって、光の照
射による感光をより明るくするものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３３】本発明の光照射方法及びその装置に係る第
１の実施の形態について、その光照射装置の構成図であ
る図１を参照しながら説明する。即ち、入力装置１００
は、本装置から照射される連続パルス光の波形条件を入
力するためのものである。その連続パルス光のパルス幅
は、０．１〜１マイクロ秒の範囲内で設定可能であっ
て、またそのパルス間隔は、１０〜１０００マイクロ秒
の範囲内で設定可能である。記憶装置１０１は、入力装
置１００で入力された連続パルス光の波形条件を記憶保
持するものである。制御回路１０２は、記憶装置１０１
で保持されているパルス幅とパルス間隔とに基づき、連
続パルス光の制御を行う回路である。半導体レーザー１
０３は、制御回路１０２により前記連続パルス光を照射
するものであり、その発振波長は６８０ｎｍである。電
源回路１０４は、本装置に電気エネルギーを供給するた
めのものである。拡散板１０５は、半導体レーザー１０
３から照射された光を一様に拡散させるためのものであ
る。

【００３４】次に、本実施の形態の動作を本発明の光照
射の方法とともに説明する。入力装置１００により、連
続パルス光の波形条件であるパルス幅及びパルス間隔が
入力される。前記パルス幅の選択範囲は、０．１〜１マ
イクロ秒であり、また、前記パルス間隔の選択範囲は、
１０〜１０００マイクロ秒である。そして、その波形条
件は、記憶装置１０１で記憶保持される。制御装置１０
２は、記憶装置１０１で記憶保持した波形条件に基づ
き、半導体レーザー１０３から連続パルス光を出力させ
る。半導体レーザー１０３から出力された連続パルス光
は、拡散板１０５で拡散される。

【００３５】更にまた、本実施の形態の光照射装置から
出力された連続パルス光が、視覚細胞に照射された場
合、明るさの信号である神経系電気信号が発生するプロ
セスについて、図１０を用いて説明する。但し、連続パ
ルス光の波形は、図２に示すように、光を照射する明時
間Ｔ１が前記パルス幅となり、また、光を照射しない暗
時間Ｔ２が、前記パルス間隔から明時間Ｔ１を引いた時
間となっている。また、図９と図１０の対応関係につい
ては、作用の欄で説明した通りである。即ち、図９の色
素２の成分が、図１０に示すロドプシン１４である。図
９の中間生成物３の成分が、図１０に示すルミロドプシ
ン１６である。そして、図９の色素が分解した物質４の
成分が、図１０に示すメタロドプシンＩＩ‐１９であ
る。

【００３６】前記連続パルス光は、明時間Ｔ１の間、ロ
ドプシン１４に光を照射する。ロドプシン１４は、ピコ
秒単位の光化学反応及びナノ秒単位の熱化学反応である
順方向の化学反応により、バソロドプシン１５を経て、
ルミロドプシン１６に変成する性質を持つ。したがっ
て、０．１〜１マイクロ秒の時間だけ、光が照射された
ロドプシン１４は、順方向の化学反応により、ルミロド
プシン１６に変成する。（この間、バソロドプシン１５
からロドプシン１４に戻る光化学反応が生じている。）
その後、ルミロドプシン１６は、メタロドプシンＩ‐１
８を経て、ミリ秒単位の熱化学反応によって、メタロド
プシンＩＩ‐１９に変成する。このメタロドプシンＩＩ
‐１９が、イオンチャンネル制御により、明るさの信号
である神経系電気信号を発生させる。

【００３７】ところで、ロドプシン１４が、ルミロドプ
シン１６に変成した後も、光の照射は所定時間Ｔ３の時
間だけ続く。その時間Ｔ３は、「明時間Ｔ１」から「ロ
ドプシン１４が、順方向の化学反応により、ルミロドプ
シン１６に変成するのに要する時間」を引いた時間とな
る。その光の照射のため、ルミロドプシン１６からロド
プシン１４に戻る逆方向の光化学反応が発生する。これ
は、前記逆方向の光化学反応が、時間Ｔ３に依存するこ
とを意味する。したがって、ルミロドプシン１６からロ
ドプシン１４に戻る逆方向の光化学反応は、明時間Ｔ１
に依存することになる。

【００３８】また、明時間Ｔ１の光の照射の後、光を照
射しない暗時間Ｔ２が続く。ルミロドプシン１６が、メ
タロドプシンＩＩ‐１９に変成する途中で、暗時間Ｔ２
に切り替わったとしても、その変成は光化学反応ではな
く熱化学反応であるため、ルミロドプシン１６は、メタ
ロドプシンＩＩ‐１９に変成する。ところが、ルミロド
プシン１６がメタロドプシンＩ‐１８に変成するまで
に、暗時間Ｔ２が終了してしまい、そして、次の明時間
Ｔ１となった場合、ルミロドプシン１６がロドプシン１
４に戻る逆方向の光化学反応が発生する。従って、ルミ
ロドプシン１６がロドプシン１４に戻る逆方向の光化学
反応は、暗時間Ｔ２にも依存することになる。

【００３９】すなわち、本実施の形態による光照射装置
から出力される連続パルス光は、ルミロドプシン１６か
らロドプシン１４に戻る逆方向の光化学反応を、明時間
Ｔ１と暗時間Ｔ２に依存させながら抑制することができ
る。そして、逆方向の光化学反応を抑制されたルミロド
プシン１６が、メタロドプシンＩＩ‐１９に変成し、そ
の分が、前記神経系電気信号を大きくする。

【００４０】ここで、本発明の効果を検証する為に行っ
た測定結果について説明する。図３は、本実施の形態の
光照射装置における連続パルス光の感光による明るさ
を、交照法により測定する方法を示した図であり、図４
は、図３における観測光１０６について説明した図であ
る。図３に示す観測光１０６は、図４に示すように、強
度が一定である本実施の形態の連続パルス光と強度が可
変な直流光とが、１０〜２０Ｈｚの交代周波数により交
代した光である。測定は、図３に示すように、開口１０
７から出力される観測光１０６を、観測者が見てちらつ
きを感じるか否かに基づいて行われる。すなわち、ちら
つきが最小となった際のマッチングした直流光の輝度
（単位：ｃｄ／ｍ²）を、本実施の形態の連続パルス光
の明るさの輝度とみなす。

【００４１】図５は、本実施の形態による光照射装置か
ら照射された連続パルス光のパルス幅とパルス間隔の波
形条件が変化したとき、感光による明るさがどのように
変化するかを、前記交照法により測定したグラフであ
る。横軸は、連続パルス光のパルス間隔である。縦軸
は、マッチングしたときの連続パルス光の輝度の時間平
均に対する直流光の輝度の比である。ただし、半導体レ
ーザーの発振波長が６８０ｎｍである光で刺激される細
胞は、分光感度特性の異なる３種類の錐状体細胞のうち
長波長域に感度を持つ細胞であるため、このグラフは、
色素がアイオドプシンである錐状体細胞が機能している
場合の実験結果となる。

【００４２】そこで、パルス幅が０．１マイクロ秒で、
パルス間隔が１００マイクロ秒である時の連続パルス光
の｛（マッチングした直流光の輝度）／（連続パルス光
の輝度）｝の値である約１．０４について説明する。例
えば、ある明るさのために、パルス幅が０．１マイクロ
秒で、パルス間隔が１００マイクロ秒である連続パルス
光を用いた場合、そのフォトンの総量が１００個必要で
あったとする。このとき、その明るさを直流光を用いて
実現する場合、フォトンの総量が約１０４個必要にな
る。これが、前記約１．０４の意味するところであり、
また、これは、前記連続パルス光が、図９の中間生成物
３から色素２に戻る逆方向の光化学反応を抑制している
ことを示している。同様に、パルス間隔が１００マイク
ロ秒で、パルス幅が０．５又は１マイクロ秒である連続
パルス光と、パルス間隔が５００マイクロ秒で、パルス
幅が１マイクロ秒である連続パルス光も、図９の中間生
成物３から色素２に戻る逆方向の光化学反応を抑制して
いることが分かる。

【００４３】なお、図１０に示すように、ロドプシン１
４（図９の色素２）がバソロドプシン１５に変成してし
まうと、たとえ光が照射されなくなっても、バソロドプ
シン１５は、熱化学反応によりルミロドプシン１６に変
成する。従って、本実施の形態では、図９に示す中間生
成物３は、図１０に示すルミロドプシン１６であるとし
たが、バソロドプシン１５であるとしてもよい。

【００４４】また、本実施の形態の明時間Ｔ１は、０．
１〜１マイクロ秒の範囲の時間であるとしたが、図１０
に示すように、ロドプシン１４（図９の色素２）が、光
化学反応によって、バソロドプシン１５に変成するのに
要する時間以下であるとしてもよく、また、ロドプシン
１４（図９の色素２）が、順方向の化学反応により、ル
ミロドプシン１６（図９の中間生成物３）に変成するの
に要する時間以下であるとしてもよい。要するに、明時
間Ｔ１は、バソロドプシン１５からロドプシン１４（図
９の色素２）に戻る逆方向の光化学反応、及び／又は、
ルミロドプシン１６（図９の中間生成物３）からロドプ
シン１４（図９の色素２）に戻る逆方向の光化学反応を
抑制することができる範囲の時間であれば良い。パルス
幅が１マイクロ秒以下における本発明の効果について
は、図５に示すとおり、実験的に確認済みであり、また
パルス幅が１００マイクロ秒以上では本発明の効果が得
られないことも別の実験により確認済みである。ロドプ
シン１４の光分解に関する科学的知見（例えば、エルン
ストとケムプによって１９７９年にビジョン・リサーチ
誌の第１９巻３６３〜３６５頁に発表された内容）を参
考にして、これらの実験結果を考慮すれば、数マイクロ
秒以下のフラッシュ光により、本発明の効果が得られる
ことが推考される。これにより、本発明の効果は、１０
マイクロ秒以下のパルス幅により得られることが分か
る。

【００４５】また、本実施の形態では、明時間Ｔ１と暗
時間Ｔ２の交代によって、断続する明時間Ｔ１は、一定
であるとしたが、必ずしも一定でなくても良い。

【００４６】また、本実施の形態の明時間Ｔ１内のパル
スの強度は、一定であるとしたが、必ずしも一定でなく
てもよい。要するに、明時間Ｔ１内に、必要とされる所
定のフォトンの総量があれば良い。

【００４７】また、図１０に示すように、ルミロドプシ
ン１６（図９の中間生成物３）が、メタロドプシンＩ‐
１８に変成してしまうと、たとえ光が照射されたとして
も、メタロドプシンＩ‐１８からロドプシン１４（図９
の色素２）に戻ることはなくなる。したがって、本実施
の形態では、図９に示す色素が分解した物質４は、図１
０に示すメタロドプシンＩＩ‐１９であるとしたが、メ
タロドプシンＩ‐１８であるとしても良い。

【００４８】また、本実施の形態の暗時間Ｔ２は、１０
〜１０００マイクロ秒の範囲のパルス間隔の時間から明
時間Ｔ１を引いた時間であるとしたが、図１０に示す如
く、バソロドプシン１５が、熱化学反応により、メタロ
ドプシンＩ‐１８またはメタロドプシンＩＩ‐１９（図
９の色素が分解した物質４）に変成するのに要する時間
以上であるとしてもよく、また、ルミロドプシン１６
（図９の中間生成物３）が、熱化学反応により、メタロ
ドプシンＩ‐１８又はメタロドプシンＩＩ‐１９（図９
の色素が分解した物質４）に変成するのに要する時間以
上であるとしてもよい。要するに、暗時間Ｔ２は、バソ
ロドプシン１５からロドプシン１４（図９の色素２）に
戻る逆方向の光化学反応、及び／又は、ルミロドプシン
１６（図９の中間生成物３）からロドプシン１４（図９
の色素２）に戻る逆方向の光化学反応を抑制することが
できる範囲の時間であれば良い。本発明の効果は１０マ
イクロ秒以上からの暗時間Ｔ２（＝パルス間隔−パルス
幅）により得られることが、図５に示すとおり、実験的
に確認された。このようにして得た連続パルス光に対し
て、フリッカを知覚しないようにするためには、パルス
周期（明時間Ｔ１＋暗時間Ｔ２）を１０ミリ秒以下にす
ればよい。

【００４９】また、本実施の形態では、明時間Ｔ１と暗
時間Ｔ２の交代によって、断続する暗時間Ｔ２は、一定
であるとしたが、必ずしも一定でなくても良い。

【００５０】また、本実施の形態の暗時間Ｔ２の間に照
射されるフォトンの総量は、０個であるとしたが、必ず
しも０個でなくても良い。要するに、暗時間Ｔ２の間に
照射されるフォトンの総量は、図１０に示すように、時
間Ｔ２の間に発生するバソロドプシン１５からロドプシ
ン１４（図９の色素２）に戻る逆方向の光化学反応、お
よび／または、ルミロドプシン１６（図９の中間生成物
３）からロドプシン１４（図９の色素２）に戻る逆方向
の光化学反応を完全に又は一部だけ抑えることができる
フォトンの個数であれば良い。

【００５１】また、本実施の形態では、明時間Ｔ１は、
０．１〜１マイクロ秒の範囲の時間であるとし、また暗
時間Ｔ２は、１０〜１０００マイクロ秒の範囲のパルス
間隔の時間から明時間Ｔ１を引いた時間であるとした
が、図１０に示すように、明時間Ｔ１は、ロドプシン１
４（図９の色素２）が、順方向の化学反応により、ルミ
ロドプシン１６（図９の中間生成物３）に変成するのに
要する時間であるとし、且つ暗時間Ｔ２は、ルミロドプ
シン１６（図９の中間生成物３）が、熱化学反応によ
り、メタロドプシンＩ‐１８またはメタロドプシンＩＩ
‐１９（図９の色素が分解した物質４）に変成するのに
要する時間であるとしてもよい。この時、ロドプシン１
４（図９の色素２）が、ルミロドプシン１６（図９の中
間生成物３）に変成した段階で明時間Ｔ１が終了し、ル
ミロドプシン１６（図９の中間生成物３）が、メタロド
プシンＩ‐１８またはメタロドプシンＩＩ‐１９（図９
の色素が分解した物質４）に変成するまで暗時間Ｔ２が
続く。従って、図６に示すように、中間生成物３（図１
０のルミロドプシン１６）から色素２（図１０のロドプ
シン１４）へ戻る逆方向の光化学反応を見かけ上除去す
ることができる。

【００５２】また、本実施の形態の視覚細胞は、人の視
覚細胞であるとしたが、人以外の動物の視覚細胞である
としてもよい。

【００５３】更に、本実施の形態における図１の光照射
装置は、図１０におけるルミロドプシン１６に対して、
逆方向の光化学反応を抑制するように連続パルス光を照
射するものとしたが、本発明の光照射装置は、ロドプシ
ン１４とメタロドプシンＩＩ‐１９の間の何れかの一部
又は全部の物質に対して、逆方向の光化学反応を抑制す
るように光を照射するとしてもよい。

【００５４】本発明の光照射方法及びその装置に係る第
２の実施の形態について、色素２がアイオドプシンであ
る場合の変成のプロセスを示す図である図１３を参照し
ながら説明する。即ち、本実施の形態における受光器細
胞１は、第１の実施の形態における色素２の成分がロド
プシン１４である（内節の形状が棒状の）桿状体細胞で
はなく、色素２の成分がアイオドプシンである（内節の
形状が錐状の）錐状体細胞である。

【００５５】まず、アイオドプシンの変成のプロセスに
ついて説明する。アイオドプシン３０は、光の照射によ
り１０^-15 秒程度で励起状態３１となる。これと同様
に、イソアイオドプシン３２も励起状態３１となる。励
起状態３１となったアイオドプシン３０又はイソアイオ
ドプシン３２は、熱化学反応により１０^-13 程度でフォ
トアイオドプシン３３に変成する。

【００５６】フォトアイオドプシン３３は、熱化学反応
により１０^-12 秒程度でバソアイオドプシン３４に変成
する。この時、光が照射されていれば、フォトアイオド
プシン３３の一部が、逆方向の光化学反応によりアイオ
ドプシン３０又はイソアイオドプシン３２に戻る。

【００５７】バソアイオドプシン３４は、熱化学反応に
より１０^-9秒程度でＢＬアイオドプシン３５に変成す
る。この時、光が照射されていれば、バソアイオドプシ
ン３４の一部が、逆方向の光化学反応によりアイオドプ
シン３０又はイソアイオドプシン３２に戻る。

【００５８】ＢＬアイオドプシン３５は、熱化学反応に
より１０^-7秒程度でルミアイオドプシン３６に変成す
る。この時、光が照射されていれば、ＢＬアイオドプシ
ン３５の一部が、逆方向の光化学反応によりアイオドプ
シン３０又はイソアイオドプシン３２に戻る。

【００５９】ルミアイオドプシン３６は、熱化学反応に
より１０^-4秒程度でメタアイオドプシンＩ‐３７に変成
する。この時、光が照射されていれば、ルミアイオドプ
シン３６の一部が、逆方向の光化学反応によりアイオド
プシン３０又はイソアイオドプシン３２に戻る。

【００６０】メタアイオドプシンＩ‐３７は、熱化学反
応により１０^-3秒程度でメタアイオドプシンＩＩ‐３８
に変成する。この時、光が照射されていれば、メタアイ
オドプシンＩ‐３７の一部が、逆方向の光化学反応によ
りアイオドプシン３０又はイソアイオドプシン３２に戻
る。

【００６１】メタアイオドプシンＩＩ‐３８は、熱化学
反応により１０² 秒程度でレチナール＋オプシン３９に
変成する。この時、光が照射されていれば、メタアイオ
ドプシンＩＩ‐３８の一部が、逆方向の光化学反応によ
りアイオドプシン３０又はイソアイオドプシン３２に戻
る。また、メタアイオドプシンＩＩ‐３８の一部は、逆
方向の熱化学反応によりメタアイオドプシンＩ‐３７に
戻る。

【００６２】レチナール＋オプシン３９は、新陳代謝に
より１０³ 秒程度でアイオドプシン３０に戻る。

【００６３】次に、図１の光照射装置による連続パルス
光が、アイオドプシン３０に照射された場合について説
明する。アイオドプシン３０は、上述の光化学反応及び
熱化学反応により、バソアイオドプシン３４等を経て、
ルミアイオドプシン３６に変成する性質を持つ。したが
って、０．１〜１マイクロ秒の時間だけ、光が照射され
たアイオドプシン３０は、順方向の化学反応により、ル
ミアイオドプシン３６に変成する。（この間、バソアイ
オドプシン３４等からアイオドプシン３０に戻る光化学
反応が生じている。） その後、ルミアイオドプシン３６は、メタアイオドプシ
ンＩ‐３７を経て、ミリ秒単位の熱化学反応によって、
メタアイオドプシンＩＩ‐３８に変成する。このメタア
イオドプシンＩＩ‐３８が、イオンチャンネル制御によ
り、明るさの信号である神経系電気信号を発生させる。

【００６４】ところで、アイオドプシン３０が、ルミア
イオドプシン３６に変成した後も、光の照射は所定時間
Ｔ３の時間だけ続く。その時間Ｔ３は、「明時間Ｔ１」
から「アイオドプシン３０が、順方向の化学反応によ
り、ルミアイオドプシン３６に変成するのに要する時
間」を引いた時間となる。その光の照射のため、ルミア
イオドプシン３６からアイオドプシン３０に戻る逆方向
の光化学反応が発生する。これは、ルミアイオドプシン
３６からアイオドプシン３０に戻る逆方向の光化学反応
が、時間Ｔ３に依存することを意味する。したがって、
ルミアイオドプシン３６からアイオドプシン３０に戻る
逆方向の光化学反応は、明時間Ｔ１に依存することにな
る。

【００６５】また、明時間Ｔ１の光の照射の後、光を照
射しない暗時間Ｔ２が続く。ルミアイオドプシン３６
が、メタアイオドプシンＩＩ‐３８に変成する途中で、
暗時間Ｔ２に切り替わったとしても、その変成は光化学
反応ではなく熱化学反応であるため、ルミアイオドプシ
ン３６は、メタアイオドプシンＩＩ‐３８に変成する。
ところが、ルミアイオドプシン３６がメタアイオドプシ
ンＩ‐３７に変成するまでに、暗時間Ｔ２が終了してし
まい、そして、次の明時間Ｔ１となった場合、ルミアイ
オドプシン３６がアイオドプシン３０に戻る逆方向の光
化学反応が発生する。従って、ルミアイオドプシン１６
がアイオドプシン１４に戻る逆方向の光化学反応は、暗
時間Ｔ２にも依存することになる。

【００６６】すなわち、図１の光照射装置から照射され
る連続パルス光は、ルミアイオドプシン３６からアイオ
ドプシン３０に戻る逆方向の光化学反応を、明時間Ｔ１
と暗時間Ｔ２に依存させながら抑制することができる。
そして、逆方向の光化学反応を抑制されたルミアイオド
プシン３６が、メタアイオドプシンＩＩ‐３８に変成
し、その分が、前記神経系電気信号を大きくする。この
実験結果が、前述の図５に示されている。

【００６７】なお、本実施の形態における図１の光照射
装置は、図１３におけるルミアイオドプシン３６に対し
て、逆方向の光化学反応を抑制するように連続パルス光
を照射するものとしたが、本発明の光照射装置は、アイ
オドプシン３０とメタアイオドプシンＩＩ‐３８の間の
何れかの一部又は全部の物質に対して、逆方向の光化学
反応を抑制するように光を照射するとしてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明は、所定時間内の光の照射によるフォトンの総量
を増やすことなく、光の照射による感光をより明るくす
ることができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光照射装置にかかる一実施の形態の構
成図

【図２】本実施の形態の光照射装置から出力される連続
パルス光の波形を示す図

【図３】本実施の形態の光照射装置に関する交照法によ
る明るさの測定方法を示した図

【図４】図３における観測光１０６について説明した図

【図５】本実施の形態の光照射装置から照射された連続
パルス光のパルス幅とパルス間隔の波形条件が変化した
とき、感光による明るさがどのように変化するかを、交
照法により測定したグラフ

【図６】色素２が順方向の化学反応により中間生成物３
に変成するのに要する時間を明時間Ｔ１とし、且つ、中
間生成物３が熱化学反応により色素が分解した物質４に
なるのに要する時間を暗時間Ｔ２とした場合の、色素２
の変成のプロセスの概略を示す図

【図７】人の視覚機能の概略を示した図

【図８】図７の網膜６の構造を更に詳しく示した図

【図９】受光器細胞１で行われる明るさの信号に関する
イオンチャネル制御に至る経緯の概略を示す図

【図１０】色素２のより詳細な変成のプロセスを示す図

【図１１】受光器細胞１におけるイオンの動きを模式的
に示した図

【図１２】図１１のイオンの動きをまとめて、更に模式
的に表した図

【図１３】色素２がアイオドプシンである場合の変成の
プロセスを示す図

【符号の説明】

１００ 入力装置 １０１ 記憶装置 １０２ 制御装置 １０３ 半導体レーザー １０４ 電源回路 １０５ 拡散板

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視覚細胞に含まれる色素が、光化学反応
   又は熱化学反応により中間生成物に変成し、その中間生
   成物が、熱化学反応により前記色素が分解した物質にな
   る過程において、前記中間生成物から前記色素へ戻る光
   化学反応を抑制するように光を照射することを特徴とす
   る光照射方法。
2. 【請求項２】 前記光は、明るい時間Ｔ１及び暗い時間
   Ｔ２に基づいて決定される明暗を有することを特徴とす
   る請求項１記載の光照射方法。
3. 【請求項３】 明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２により
   決定される明暗を有する光を照射する光照射方法であっ
   て、 前記明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２は、視覚細胞に含
   まれる色素が光化学反応又は熱化学反応により中間生成
   物に変成する時間と、前記中間生成物が熱化学反応によ
   り前記色素が分解した物質になるまでの時間とに基づき
   決定されることを特徴とする光照射方法。
4. 【請求項４】 明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２に基づ
   いて決定される明暗を有する光を照射する光照射方法で
   あって、 前記明るい時間Ｔ１は、視覚細胞に含まれる色素が光化
   学反応又は熱化学反応により中間生成物に変成するのに
   要する時間以下に相当し、 前記暗い時間Ｔ２は、前記中間生成物が熱化学反応によ
   り前記色素が分解した物質になるのに要する時間以上に
   相当することを特徴とする光照射方法。
5. 【請求項５】 １０マイクロ秒以下の明るい時間Ｔ１と
   １０マイクロ秒以上の暗い時間Ｔ２とに基づいて決定さ
   れる明暗を有する光を照射することを特徴とする光照射
   方法。
6. 【請求項６】 前記視覚細胞とは、受光器細胞であるこ
   とを特徴とする請求項１、３又は４記載の光照射方法。
7. 【請求項７】 前記光の明暗は、所定時間におけるフォ
   トンの総量に基づいて決定されることを特徴とする請求
   項１、３、４又は５記載の光照射方法。
8. 【請求項８】 前記色素とはロドプシンであり、 前記色素が分解した物質とは、メタロドプシンＩ又はメ
   タロドプシンＩＩであり、 前記中間生成物とは、前記色素と前記色素が分解した物
   質との中間の物質であることを特徴とする請求項１、３
   又は４記載の光照射方法。
9. 【請求項９】 前記色素とはアイオドプシンであり、 前記色素が分解した物質とは、メタアイオドプシンＩ又
   はメタアイオドプシンＩＩであり、 前記中間生成物とは、前記色素と前記色素が分解した物
   質との中間の物質であることを特徴とする請求項１、３
   又は４記載の光照射方法。
10. 【請求項１０】 光を照射する光源と、 前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供給す
    るためのエネルギー供給手段と、 前記光源から照射される光の明暗を制御する制御手段
    と、 前記明暗に関する明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記
    憶している記憶手段とを備え、 前記明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２は、視覚細胞に含
    まれる色素が光化学反応又は熱化学反応により中間生成
    物に変成する時間と、前記中間生成物が熱化学反応によ
    り前記色素が分解した物質になるまでの時間とに基づい
    て、前もって決定されたものであることを特徴とする光
    照射装置。
11. 【請求項１１】 光を照射する光源と、 前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供給す
    るためのエネルギー供給手段と、 前記光源から照射される光の明暗を制御する制御手段
    と、 前記明暗に関する明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記
    憶している記憶手段とを備え、 前記明るい時間Ｔ１は、視覚細胞に含まれる色素が光化
    学反応又は熱化学反応により中間生成物に変成するのに
    要する時間以下に相当し、 前記暗い時間Ｔ２は、前記中間生成物が熱化学反応によ
    り前記色素が分解した物質になるのに要する時間以上に
    相当することを特徴とする光照射装置。
12. 【請求項１２】 光を照射する光源と、 前記光を照射するためのエネルギーを前記光源に供給す
    るためのエネルギー供給手段と、 前記光源から照射された光の明暗を制御する制御手段
    と、 前記明暗に関する明るい時間Ｔ１及び暗い時間Ｔ２を記
    憶している記憶手段とを備え、 前記明るい時間Ｔ１は１０マイクロ秒以下であり、 前記暗い時間Ｔ２は１０マイクロ秒以上であることを特
    徴とする光照射装置。
13. 【請求項１３】 光を照射する光源と、 その光源から照射される光の明暗を制御する制御手段と
    を備え、 視覚細胞に含まれる色素が、光化学反応又は熱化学反応
    により中間生成物に変成し、その中間生成物が、熱化学
    反応により前記色素が分解した物質になる過程におい
    て、前記光は、前記中間生成物から前記色素へ戻る光化
    学反応を抑制するように照射されることを特徴とする光
    照射装置。
14. 【請求項１４】 前記光の明暗は、所定時間におけるフ
    ォトンの総量に基づいて決定されることを特徴とする請
    求項１０、１１又は１２記載の光照射装置。