JPWO2008069101A1 - 光源、光源システムおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

照明光の明るさや色味を良好に保ちながら、照明光による生体への影響度を調整可能にする光源および照明装置を提供する。光の波長による生体作用特性と視覚の等色特性との関係を示す換算作用度特性を導出し、この特性に基づいて、波長特性の異なる複数の発光体の発光強度の制御を行うことによって、光の明るさと色味を維持しながら生体影響度を調整する。

Description

本発明は、主に照明用途に用いられ、生体への影響度が制御可能な光源と、同光源を応用した光源システムおよび照明装置に関するものである。

人類は、古来より自然光である太陽光の下で主に生活し発達してきたため、昼夜といった光の明暗サイクルに対応するような生理的メカニズムがつくられてきたと考えられる。そうしたメカニズムの中で、主に光によって引き起こされる反応として、睡眠と覚醒のリズムがあり、これはおよそ１日周期のリズム（サーカディアンリズム）を持っている。この生体リズムは、実際には２４時間よりやや長い周期を持っているが、午前中に光を浴びることにより、生体リズム周期の位相を前進させてリセットを行い、環境光の昼夜サイクルに同調させている。

また、一般的に、夜間の入眠前から睡眠前半の時間帯に、脳にある松果体からメラトニンというホルモンが多く分泌される。このメラトニンの分泌は、体温低下や入眠促進の作用があるが、例えば、夜間に比較的強い光を浴びるとその分泌は抑制され、その後の睡眠に影響を及ぼし、逆に、日中に比較的強い光を浴びると、その後の夜間のメラトニン分泌量が増加することが明らかにされている。

このように、光は生体リズムの調整やメラトニン分泌の抑制などと深い関わりを持っており、明暗サイクルといった時間的変化を含めた、光の量的、そして質的な変化が、生理的メカニズム、特に生体リズムに大きな影響を与える。

現代社会においては、室内で過ごす時間が増加しているだけでなく、照明の発達により生活の夜型化が進んでおり、昼夜であまり明暗変化のない光環境となっている。このため、生体リズムが２４時間周期へ上手く同調されず、睡眠障害や不眠症といった、心身の健康を阻害される人を生むといったような社会問題をももたらしている。そうした社会的状況を背景に、居住空間における照明光の量的・質的な制御技術がその重要性を増している。

これに関連して、光の波長と、生体リズムに影響を与えるメラトニンの分泌の関係について、非特許文献１のような論文が発表されている。この文献では、夜間に受光する光の波長によって、分泌されるメラトニン量にどう影響を受けるのかをアクションスペクトラムという形で明らかにしている。すなわち、波長によるメラトニン分泌抑制の感度特性は、この文献によると図１のようになると報告されている。

上記の特性に従えば、感度のピークとなる４６４ｎｍ前後の波長域のエネルギー量が異なる、複数の光源を用意して切り替えて照射することにより、メラトニン分泌の抑制・非抑制を切り替えることが可能となる。このような考え方を応用した技術としては、例えば特許文献１がある。この特許文献１は、メラトニン分泌抑制の感度が高い４１０〜５０５ｎｍ波長域のエネルギー量が多い光源とそうでない光源を切り替えることにより、メラトニン分泌の抑制や生体リズムの調整を行う照明方法および照明装置である。
特開２００５−３１０６５４号公報 Ｇｅｏｒｇｅ Ｃ． Ｂｒａｉｎａｒｄ， ｅｔ ａｌ．： "Ａｃｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｆｏｒ Ｍｅｌａｔｏｎｉｎ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｕｍａｎｓ： Ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｃｉｒｃａｄｉａｎ Ｐｈｏｔｏｒｅｃｅｐｔｏｒ"， Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ， Ａｕｇｕｓｔ １５， ２００１， ２１（１６）， ｐｐ．６４０５−６４１２．

しかしながら、上記４１０〜５０５ｎｍの波長域は、メラトニン分泌の抑制効果、すなわち生体への影響度が高いと同時に、照明光としての明るさや色変化に与える影響も大きい。すなわち、上記波長域の光を単純に増やしたり減らしたりするだけでは、生体への影響度の変化に連動して明るさや物の色の見え方が変わってしまうため、日常的に使用する照明へ応用する場合、必ずしも十分な技術ではなかった。

そもそも、人間が光の明るさや物の色を知覚できるのは、光の三原色に対応したセンサが目に備わっているためであると考えられている。図２に、人間の目に対応する分光感度を示す。これを等色関数と呼び、赤、緑、青の波長域にそれぞれ大きな感度を持つ、ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）の関数で表される。ここで、関数ｚ（λ）の曲線に注目すると、約４４０〜４５０ｎｍの青色光の波長に感度のピークがあり、同じ青色系の光であっても例えば４２０ｎｍ付近や４８０ｎｍ付近の波長光に対しては、感度がピークである波長と比べると半分を下回る程度の感度しか持っていないことが分かる。逆に言うと、例えば４２０ｎｍの光が４５０ｎｍの光と同程度の強さの感覚を人間の目に与えるためには、約２倍の光の強さが必要であると言える。すなわち、４５０ｎｍの光と４２０ｎｍの光の強さを変えることは、明るさや色の感じ方に与える影響が大きく異なるため、特許文献１に示されるような４１０〜５０５ｎｍの同じ波長域に含まれる光であっても、同列に扱うことは適当でない。

さらに、照明光による生体への影響度には、個人差や体調等によっても差があるため、特許文献１に示されるような生体影響度の強い光とそうでない光を使い分ける、といった程度の制御では、照明利用者の性質や体調によっては、効果が不充分であったり過度になりすぎたりという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑み、特に照明光の特性として重要である明るさや色味を良好に保ちながら、生体影響の制御が可能な光源および照明装置を提供することを目的としている。

上記の通り、人間の目は波長に対して感度が異なるため、これを考慮して使用する波長域を選択することで、人が感じる明るさや色味を良好に保ちながら、照明による生体影響を制御することが可能になる。

本発明では、前記の課題を解決するために、光の波長による生体作用特性と視覚の等色特性との関係を示す換算作用度特性α（λ）を導出し、この特性に基づいた強度制御を行うことによって、光の明るさと色味を維持しながら生体影響度を可変することを可能とした。

前記換算作用度特性α（λ）は、図１に示すメラトニン分泌抑制のアクションスペクトラムＭ（λ）と、図２に示す青色光に関する等色関数ｚ（λ）とから、波長ごとにα（λ）＝Ｍ（λ）／ｚ（λ）として導出した。ここに得られる特性α（λ）の意味するところは、光の波長ごとの、メラトニン分泌抑制に対して寄与する影響度と視覚上の色感覚に対して寄与する影響度の大きさに関する傾向である。すなわち、α（λ）の値が大きい波長ほどメラトニン分泌抑制に対する影響度が高く、α（λ）の値が小さい波長ほど色感覚に対する影響度が高くなる。α（λ）の値は、図３に示すように、アクションスペクトラムＭ（λ）と等色関数ｚ（λ）両方のピーク値が共に１になるように正規化した上で算出した。図４に換算作用度特性α（λ）を示す。この特性によれば、波長４３０〜４４０ｎｍ付近に色感覚に対する影響度が最も高い波長があり、その波長から離れるに従って、短波長側も長波長側もメラトニン分泌抑制に対する影響度が増大していくことが分かる。

上記特性α（λ）を考慮した上で光のスペクトルを変えることにより、光の明るさや色味の変化を極力抑えながら、メラトニン分泌抑制の程度すなわち生体影響度を制御することの可能な光源または照明装置を提供することができる。

以上のような特徴を備える、本発明による光源の構成として、第一の構成は、互いに異なる波長特性を有する少なくとも２種類の異なる発光体ＡおよびＢで構成される光源であって、前記発光体Ａと発光体Ｂは、その受光によって生体の覚醒度もしくはホルモン分泌に影響を与える生体作用性質を備えるとともに、発光体Ａは発光体Ｂと比較して同一の発光強度での受光による生体作用度が高く、発光体Ｂは発光体Ａと比較して同一の発光強度での受光による生体作用度が低い、という特徴を備える光源である。

ここに、前記発光体Ａおよび発光体Ｂは、発光体Ａの発光強度を上げて発光体Ｂの発光強度を下げた際に受光による生体作用が弱まり、発光体Ａの発光強度を下げて発光体Ｂの発光強度を上げた際に受光による生体作用が強まる、という特徴を備える。

そして、前記発光体Ａの発光強度を上げる場合には発光体Ｂの発光強度を下げ、発光体Ａの発光強度を下げる場合には発光体Ｂの発光強度を上げることによって、受光による生体作用度を可変させる。

ここで、前記発光体Ａと発光体Ｂの発光強度を制御する際には、光の生体作用に関するアクションスペクトラム特性と青色光に関する等色関数とから算出される換算作用度に基づいて、両発光体による合成光の色度の青色成分が、ほぼ一定もしくは所定範囲内の値となるように制御するものである。

さらに詳細には、前記発光体Ａは、波長略４２０〜４４０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有し、前記発光体Ｂは、波長略４４０〜５１０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有する、という特徴を備えるものである。

あるいは、前記発光体Ａは、波長略４４０〜４７０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有し、前記発光体Ｂは、波長略４７０〜５１０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有する、という特徴を備えるものである。

本発明による光源の構成として、第二の構成は、所定の波長範囲内で発光波長のピーク値を変化させることが可能な光源であって、その受光によって生体の覚醒度もしくはホルモン分泌に影響を与える生体作用性質を備え、発光波長のピーク値を変化させることにより前記生体作用を可変する、という特徴を備える光源である。

より詳細には、前記所定の波長範囲が、少なくとも４２０〜４４０ｎｍの範囲と４４０〜５１０ｎｍの範囲にあり、両範囲の間で切り替え可能である、という特徴を備えるものである。

あるいは、前記所定の波長範囲が、少なくとも４４０〜４７０ｎｍの範囲と４７０〜５１０ｎｍの範囲にあり、両範囲の間で切り替え可能である、という特徴を備えるものである。

上記のような発光波長のピーク値を変化させることが可能な光源としては、例えば垂直共振器面発光レーザを用いる。
さらに別の発明として、第一・第二の構成として記したような光源を利用して、生体作用性質を備えながら、上記光源とは異なる色の光を照射することが可能な光源システムを提供する。

その第一の構成は、前記いずれかの光源と、該光源の波長特性とは異なる波長特性を有する発光体とを含んで構成する光源システムである。

第二の構成としては、前記いずれかの光源と、該光源と共に使用して白色光を得る少なくとも一つの発光体とを含んで構成する光源システムである。
さらに別の発明として、前記いずれかの光源システムを利用した照明装置を提供する。
すなわち、前記いずれかの光源システムを利用する照明装置であって、得られる照明光による平均演色評価数が所定の数値以上を保ちながら、前記光源システムに含まれる各光源もしくは発光体の発光強度を制御して生体作用度を可変する、という特徴を備える照明装置である。

以上のような構成によって、本発明は以下の効果を奏する。即ち、本発明の光源によれば、光源の発する光によって知覚される明るさと色味を略同一に維持しながら、その受光によって生じる生体への影響度を調整することができる。

また、上記光源を含む光源システムによれば、上記と同様に生体への影響度を調整しながら、上記光源単体とは異なる色の光に関して、その明るさと色味を略同一に維持することができる。

さらに、上記光源システムを利用して白色光を得られるように構成した照明装置は、照明光の明るさと色味すなわち色温度だけでなく、演色性も所定の水準を維持しながら、その受光によって生じる生体への影響度を調整することができるものである。

人間のメラトニン分泌の抑制感度に関する光の波長特性（アクションスペクトラム）を示すグラフである。 人間の目に対応する分光感度（等色関数）を示す図である。 メラトニン分泌の抑制感度の特性Ｍ（λ）と等色関数ｚ（λ）の関係を示す図である。 メラトニン分泌の抑制感度の特性と等色関数の比で表される換算作用度α（λ）の波長特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態である光源および光源システムの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態である光源システムによる照射光の分光分布の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態である光源システムによる照射光の分光分布の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態である光源および光源システムの構成例を示す図である。 本発明の第４の実施形態である照明装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１００…光源システム、１０１〜１０４…発光体、１１０…光源、２００…光源システム、２０１、２０２…光源、２０３、２０４…発光体、３００…照明装置、３０１…光源システム、３０２…光源制御部、３０３…光特性分析部、３０４…条件設定部。

以下、本発明による光源、光源システムおよび照明装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図５に、本発明の第１の実施形態である光源および光源システムの構成例を示す。光源システム１００は、第一の発光体１０１と第二の発光体１０２とから構成される光源１１０、および第三の発光体１０３と第四の発光体１０４とを含んで構成される。光源１１０には、図示しない制御部が接続され、制御部は発光体１０１と発光体１０２それぞれの発光強度を制御する。

発光体１０１と発光体１０２は、互いに異なる波長特性を有し、それぞれの発光エネルギーピークは、発光体１０１は波長約４３０ｎｍ、発光体１０２は波長約４９０ｎｍである。一方、発光体１０３と発光体１０４は、それぞれのピーク波長が５４０ｎｍ、６４６ｎｍであって、これら４つの発光体を同時に発光させることにより白色の光が得られるような波長特性の組み合わせで構成される。また、４つの発光体による光が混合されて最終的に得られる照射光が、発光体からの光を効率良く利用し、また均一に照射されるように、光源システム１００に、光の拡散板１０５や反射板１０６を配置しても良い。

４つの発光体の内、発光体１０１と発光体１０２は、図３で示されるように、Ｍ（λ）の値が約０．７と約０．８と、いずれもメラトニン分泌の抑制作用すなわち生体作用度の高い波長に発光のピークがあり、これらの発光強度を制御することにより、生体作用度を大きく可変させることができる。

一方で、発光体１０１と発光体１０２の間には、等色関数上では大きな違いがあり、人間の目に対する感度については差が大きいことが分かる。すなわち、発光体１０１は、その発光ピーク波長が４３０ｎｍのため、ｚ（λ）のピークを１としたときの相対感度は約０．８と高いが、発光体１０２の方は、その発光ピーク波長が４９０ｎｍであるため、ｚ（λ）に関する相対感度は０．２５前後と低い値を示す。従って、両者の発光強度を変えることによって生体作用度を調整する場合、単に発光体ごとの生体作用への影響度に注目して発光強度を変えるだけでは、生体作用度の調整前後で光の明るさや色が大幅に変化してしまう可能性がある。本実施形態においては、生体作用度の調整前後で光の明るさや色をほぼ一定に保つために、各発光体の生体影響度と共に、それぞれの等色関数ｚ（λ）で表される相対感度比を考慮して、各発光体の発光強度を制御する。

ここで、上記４つの発光体の発光強度を定めるアルゴリズムとして、最適化問題の解法を使用する。未知数が複数あるパターンに適用できる解法としてニュートン法を用い、特定の条件の下で生体作用度が最大および最小になるような各発光体の発光強度を算出した。その算出結果を表１に示す。解を求める際の条件としては、ＸＹＺ表色系における色度座標値ｘ＝０．３１±０．００５、ｙ＝０．３２±０．００５、平均演色評価数８０．０（ＣＩＥ標準光Ｄ６５基準）の他、放射強度を一定とした。すなわち、照射光の色がいわゆる白色光の範囲内であり、物体の色の見え方の正確性が高い水準を保ち、照射光の輝度すなわち明るさが保たれることを条件とするものである。

表１記載の生体作用度の数値は、標準光Ｄ６５の生体作用度を１とした際の比率である。また、各発光体の発光強度を示す数値は相対値であり特定の単位を持たない。生体作用度を調整する際の各発光体の制御の傾向として、生体作用度を上げる場合には第１の発光体の発光強度を下げる一方で第２の発光体の発光強度を上げ、生体作用度を下げる場合には、逆に第１の発光体の発光強度を上げて第２の発光体の発光強度を下げるという特徴がある。表１には例として、本実施形態の光源システムで得られる生体作用度の、最大値と最小値に対応する各発光体の発光強度を示したが、上記の手順で解を求める際の条件として、上記最大と最小の範囲内で生体作用度の指標値を追加指定することによって、指定した生体作用度に対応する、各発光体の発光強度を算出することができる。

このように、本発明の光源システムを用いることにより、照射光としての明るさ、色度あるいは色温度、演色性をほぼ一定に保ちながら、生体作用度を標準光の約９８％〜１１４％の範囲で可変させることができる。

図６に、上記表１に示した発光強度の構成で得られる照射光の分光分布の例を示す。図６（ａ）は生体作用度が最大の例、図６（ｂ）は生体作用度が最小の例である。

なお、上記の生体作用度の調整幅は、算出する過程で与える条件を緩和させることによって制御することが可能である。例えば、色度座標値（ｘ，ｙ）の条件をそれぞれ、０．３０≦ｘ≦０．３２、０．３０≦ｙ≦０．３５の範囲まで許容すると、調整可能な生体作用度の範囲は、表１の結果よりも広い約８６％〜１１９％の範囲にすることができる。色度座標値の条件をさらに緩めれば、より広い範囲で生体作用度の調整が可能になる。平均演色評価数に関しても同様で、上記８０．０よりも低い値を許容すれば、生体作用度の調整範囲をより広げることが可能である。このような調整は、本光源システムの用途や目的に応じて適宜行えば良い。

なお、本実施形態では、上記４つの発光体それぞれ独立に発光強度の制御が可能な構成とするために、発光体としてＬＥＤ（発光ダイオード）を使用する。もちろん、特定の波長にピークを有する性質を持つ発光体であれば、ＬＥＤの代わりに半導体レーザ、ＥＬ素子等の各種発光体を用いて良い。

一方、第三の発光体，第四の発光体としては、ＬＥＤのような自発光の発光体の代わりに蛍光体を用いても良い。その場合、蛍光体は、前記第一、第二の発光体からの光を受けて発光し（励起発光）、上記に示した例と同様の波長特性の得られるものを用いる。蛍光体を用いる場合の、光源システム１００の構成例を図５（ｂ）に示す。

蛍光体を用いる場合、基本的にその励起光源と独立に発光強度を制御できるわけではないが、最終的に得たい照射光となるように蛍光体の量や密度を適切な大きさに設定することによって、生体作用度の可変幅や演色性の維持度は多少劣るものの、表２に示す通り、色度や演色性などの条件を大きく変えること無しに、生体作用度を調整することが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態である光源および光源システムについて説明する。光源システムの基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、図５に示したものと同様に４つの発光体で構成されるが、第一の発光体と第二の発光体の各ピーク波長が第１の実施形態の構成とは異なる。

第２の実施形態においては、発光体１０１と発光体１０２それぞれの発光エネルギーピークは、発光体１０１は波長約４５５ｎｍ、発光体１０２は波長約４９０ｎｍである。一方、発光体１０３と発光体１０４は、第１の実施形態と同様にそれぞれ５４０ｎｍ、６４６ｎｍのピーク波長を有する。

第１の実施形態と比べると、第１の発光体１０１のピーク波長が、図３から分かる通りメラトニン分泌抑制に関しても視覚上の色感覚に関しても両方の感度が高い点が、一つの特徴である。

この光源システムにおいて、照射光の生体影響度を調整するために、第１の実施形態と同様に所定の条件を満たす範囲で４つの発光体の発光強度の制御範囲を算出すると、表３に示す通りになる。

表３に示される通り、第１の実施形態の光源システムと比較すると、生体作用度の制御可能範囲が、作用度の小さい方向へ拡大していることが分かる。生体作用度を調整する際の各発光体の制御の傾向としては第１の実施形態と同様に、生体作用度を上げる場合には第１の発光体の発光強度を下げる一方で第２の発光体の発光強度を上げ、生体作用度を下げる場合には、逆に第１の発光体の発光強度を上げて第２の発光体の発光強度を下げるという特徴がある。

このように、本発明による第２の実施形態の光源システムを用いることにより、照射光としての明るさ、色度あるいは色温度、演色性をほぼ一定に保ちながら、生体作用度を標準光の約７８％〜１０８％の範囲で可変させることができる。

図７に、上記表３に示した発光強度の構成で得られる照射光の分光分布の例を示す。図７（ａ）は生体作用度が最大の例、図７（ｂ）は生体作用度が最小の例である。

なお、上記の生体作用度の調整幅は、第１の実施形態と同様に、照射光として得たい光の色度等の条件を緩和させることによって制御することが可能である。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、上記４つの発光体それぞれ独立に発光強度の制御が可能な構成とするために、発光体としてＬＥＤ（発光ダイオード）を使用する。もちろん、特定の波長にピークを有する性質を持つ発光体であれば、ＬＥＤの代わりに半導体レーザ、ＥＬ素子等の各種発光体を用いて良い。

また、第三の発光体，第四の発光体としては、ＬＥＤのような自発光の発光体の代わりに蛍光体を用いても良い。その場合、蛍光体は、前記第一、第二の発光体からの光を受けて発光し（励起発光）、上記に示した例と同様の波長特性の得られるものを用いる。

ところで、第１、第２の実施形態共に、光源システムを構成する発光体の種類は４つより多くても良い。その場合、ピークとなる波長を増やすことになるため、必要な波長特性に対する条件が緩和され、発光体が４種類で構成される上記実施例と比較して、色度や平均演色評価数などが同一条件の場合、より生体作用度の調整範囲を広くすることができ、また、生体作用度の調整範囲が同程度であれば、発光体が４種類の場合と比べて演色評価数をさらに高い値で実現することも可能である。

なお、第１、第２の実施形態共に、第１の発光体と第２の発光体とから構成される光源を単体で使用することも可能である。その場合、上記実施例に示す光源の構成では、照射光は青色成分が主体になり、室内全体を照らすような照明用途には不向きであるが、上記と同様の考え方に基づいて制御を行うことにより、照射光の色をほぼ一定に保ちながら、生体作用度を調整することの可能な照明機器として、利用することができる。

次に、本発明の第３の実施形態である光源および光源システムについて説明する。図８に本実施形態の光源および光源システムの構成例を示す。

光源システム２００は、第一の光源２０１と第二の光源２０２、および発光体２０３、２０４とを含んで構成される。光源２０１および光源２０２には、図示しない制御部が接続され、制御部は光源２０１と光源２０２それぞれの発光強度を制御する。

前記二つの光源は、所定の波長範囲内で発光波長のピーク値を変化させることが可能な光源であって、例えば、特表２００４−５２９５０１号公報で開示されている波長可変垂直共振器面発光レーザを使用して構成する。この波長可変垂直共振器面発光レーザは、電流の注入によって光を放出する光発生層と、位置依存電気光学効果により光の波長を変調する位相制御要素とを含んで構成され、位相制御要素を波長の変調方向の異なる二段構成にすることで、波長を長い方向にも短い方向にも偏移させることのできる光源である。

この光源を用いて、４２０〜４４０ｎｍの少なくとも一部の範囲内と４４０〜５１０ｎｍの少なくとも一部の範囲内で波長を可変できるように構成したものを、光源２０１および光源２０２として用いる。

発光体２０３、２０４は、それぞれの発光ピーク波長が５４０ｎｍ、６４６ｎｍであって、前記２つの光源と共に発光させることにより白色の光が得られるような波長特性の組み合わせで構成される。発光体２０３、２０４は、ＬＥＤのような自発光の発光体でも良いし、光源２０１、２０２の光を受けて上記のような波長特性の得られる蛍光体を用いても良い。蛍光体を用いる場合の、光源システム２００の構成例を図８（ｂ）に示す。この場合、２つの光源２０１、２０２からの光を効率良く利用し、また最終的に混合されて得られる照射光が均一に照射されるように、光源システム２００に、光の拡散板２０５を配置しても良い。

光源２０１、２０２は、実施形態１や２の発光体１０１、１０２と同様に、メラトニン分泌の抑制作用すなわち生体作用度の高い波長に発光のピークがあり、これらの発光強度を制御することにより、生体作用度を大きく可変させることができる。同時に、人間の目に対する色感度については差が大きいため、実施形態１や２と同様に、その感度比を考慮して各光源の発光強度を制御する。

本実施形態の光源システムによれば、実施形態１や２と比べると、光源２０１、２０２に関して照射光の波長制御が可能であるため、一種類のみの光源の制御で生体作用度の調整範囲をより広くできるという利点がある。また、現行のＬＥＤでは実現できないような波長特性を得ることも可能であり、生体作用度の調整範囲を広くできると共に、平均演色評価数がより高い値の得られる光源システムを構成することも可能である。

なお、上記波長可変垂直共振器面発光レーザを利用した光源２０１、２０２の波長可変範囲としては、上記の例の他に、４４０〜４７０ｎｍの少なくとも一部の範囲内と４７０〜５１０ｎｍの少なくとも一部の範囲内を対象とするように、光源２０１、２０２を構成しても良い。その場合、前記実施形態１と実施形態２の関係と同様に、照射光による生体作用度の調整範囲を変えることができる。このような変更は、本光源システムの用途や目的に応じて適宜行えば良い。

次に、本発明の第４の実施形態である照明装置について説明する。図９に本実施形態の照明装置の構成例を示す。照明装置３００は、光源システム３０１、光源制御部３０２、光特性分析部３０３、条件設定部３０４を含んで構成される。

光源システム３０１は、実施例１〜３で示したような、その照射光の受光によって生体の覚醒度もしくはホルモン分泌に影響を与える生体作用性質を備える光源を含んで構成され、光源システムとしての照射光がいわゆる白色光になるよう、蛍光体を含み得る他の発光体と共に構成される。

光源制御部３０２は、光源システムの照射光から得たい生体作用度に応じて、光源システムに含まれる各光源あるいは発光体の強度を制御する。その際には、実施例１で示したような最適化問題の解法を用いて、各光源あるいは発光体の強度バランスを決定する。各光源や発光体の強度を変える際には、各光源や発光体の特性を図示しない記憶手段に予め記憶しておき、その特性に従って与える電圧や電流を変化させることによって行えば良いが、各光源や発光体の実際の特性は、使用環境や経年変化等に依存して変化し得るため、後述する光特性分析部３０３から通知される実際の照射光の分析結果に従って、随時フィードバック制御を行うような構成としても良い。また、最適化問題に与える条件としては、後述する条件設定部３０４から通知される。

光特性分析部３０３は、光の受光部とその特性の分析手段を含んで構成されるものであって、前記光源システムからの照射光を受光し、その強度や波長特性等を分析する。分析結果は、前記光源制御部３０２へ通知する。通知される判定結果は、照射光に含まれる所定の波長間隔ごとの放射束など、光のエネルギー量を示す情報を少なくとも含み、さらに、照射光の色度座標上の位置（ベクトル値）および、照射光の色温度に対応する標準光（Ｄ６５など）を基準とした平均演色評価数の値を含んでも良い。

条件設定部３０４は、光源システムによる照射光の特性パラメータを規定するものであって、ユーザが操作する操作部を含んで構成されても良い。規定する照射光の特性パラメータとしては、光の輝度もしくは所定位置における照度、および光の色温度もしくは色度、および平均演色評価数、および生体作用度の指標値を含む。これらの特性パラメータは、図示しない記憶手段に予め記憶しておいても良いし、ユーザが操作部を介して指定しても良い。記憶または指定された特性パラメータは、光源制御部３０２へ通知する。光源制御部３０２は、通知された特性パラメータを条件として、前記最適化問題の解を算出して各光源あるいは発光体の強度バランスを決定する。

上記特性パラメータは、次のような考え方に基づいて定めれば良い。例えば、ユーザが集中して仕事や読書などの作業をしたい場合や朝方すっきり目覚めたいような場合には、覚醒度を上げることを狙って生体作用度の高い特性パラメータを指定もしくは選択し、ユーザがリラックスして時間を過ごしたい場合や安眠できるような体の状態にしたい場合には、逆に生体作用度の低い特性パラメータを指定もしくは選択すると良い。特性パラメータの指定・選択は、ユーザが操作部を介して行っても良いし、時刻に応じて予め設定されたパラメータが自動的に呼び出されるような構成にしても良い。

なお、光源システム３０１は、その照射光を照明光として用いる目的上、光源および発光体の周囲もしくは前面に拡散板を設け、その照射光が均一に照射されるように構成しても良く、また、レンズを配置して照射光を集光させ、スポットライトのような使い方に適した構成としても良い。

Claims (14)

1. 互いに異なる波長特性を有する少なくとも２種類の異なる発光体ＡおよびＢで構成される光源であって、前記発光体Ａと発光体Ｂは、その受光によって生体の覚醒度もしくはホルモン分泌に影響を与える生体作用性質を備えるとともに、発光体Ａは発光体Ｂと比較して同一の発光強度での受光による生体作用度が高く、発光体Ｂは発光体Ａと比較して同一の発光強度での受光による生体作用度が低いことを特徴とする光源。
2. 前記発光体Ａおよび発光体Ｂは、発光体Ａの発光強度を上げて発光体Ｂの発光強度を下げた際に受光による生体作用が弱まり、発光体Ａの発光強度を下げて発光体Ｂの発光強度を上げた際に受光による生体作用が強まることを特徴とする請求項１に記載の光源。
3. 前記発光体Ａの発光強度を上げる場合には発光体Ｂの発光強度を下げ、発光体Ａの発光強度を下げる場合には発光体Ｂの発光強度を上げることによって、受光による生体作用度を可変させることを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
4. 前記発光体Ａと発光体Ｂの発光強度を、光の生体作用に関するアクションスペクトラム特性と青色光に関する等色関数とから算出される換算作用度に基づいて、両発光体による合成光の色度の青色成分が略一定となるように制御することにより、受光による生体作用度を可変させることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の光源。
5. 前記発光体Ａと発光体Ｂの発光強度を、光の生体作用に関するアクションスペクトラム特性と青色光に関する等色関数とから算出される換算作用度に基づいて、両発光体による合成光の色度の青色成分が所定範囲内の値となるように制御することにより、受光による生体作用度を可変させることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の光源。
6. 前記発光体Ａは、波長略４２０〜４４０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有し、前記発光体Ｂは、波長略４４０〜５１０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有することを特徴とする、請求項１から５いずれか一項に記載の光源。
7. 前記発光体Ａは、波長略４４０〜４７０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有し、前記発光体Ｂは、波長略４７０〜５１０ｎｍの範囲に発光エネルギーピークを有することを特徴とする、請求項１から５いずれか一項に記載の光源。
8. 所定の波長範囲内で発光波長のピーク値を変化させることが可能な光源であって、その受光によって生体の覚醒度もしくはホルモン分泌に影響を与える生体作用性質を備え、発光波長のピーク値を変化させることにより前記生体作用を可変することを特徴とする光源。
9. 前記所定の波長範囲が、少なくとも４２０〜４４０ｎｍの範囲と４４０〜５１０ｎｍの範囲にあり、両範囲の間で切り替え可能なことを特徴とする請求項８記載の光源。
10. 前記所定の波長範囲が、少なくとも４４０〜４７０ｎｍの範囲と４７０〜５１０ｎｍの範囲にあり、両範囲の間で切り替え可能なことを特徴とする請求項８記載の光源。
11. 前記光源が、垂直共振器面発光レーザであることを特徴とする請求項８から１０いずれか一項に記載の光源。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の光源と、該光源の波長特性とは異なる波長特性を有する発光体とを含んで構成されることを特徴とする光源システム。
13. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の光源と、該光源と共に使用して白色光を得る少なくとも一つの発光体とを含んで構成されることを特徴とする光源システム。
14. 請求項１２または１３記載の光源システムを利用する照明装置であって、得られる照明光による平均演色評価数が所定の数値以上を保ちながら、前記光源システムに含まれる各光源もしくは発光体の発光強度を制御して生体作用度を可変することを特徴とする照明装置。

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