JP2014222581A

JP2014222581A - 照明装置

Info

Publication number: JP2014222581A
Application number: JP2013101335A
Authority: JP
Inventors: 容子松林; Yoko Matsubayashi
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: JP6210405B2; CN104159354A; CN104159354B

Abstract

【課題】照射光の照度及び色温度を調整することができる照明装置において、文字の読みやすさ感を向上するために照度を高くしても目の疲れを感じ難くして長時間の視作業を可能とし、且つ省エネルギ化を図る。
【解決手段】照明装置１は、所定の色温度の光を出射する第１の光源部２と、第１の光源部２とは異なる色温度の光を出射する第２の光源部３と、これら光源部２、３を個別に調光制御する制御部４と、を備える。制御部４は、照明装置１から照射される照射光の照度と色温度とが逆相関して変化するように光源部２、３の出力比を調整する。この構成によれば、照度を高くすると色温度が低くなるので、文字の読みやすさ感を向上するために照度を高くしても照射光の眩しさが抑えられ、目の疲れを感じ難くなって長時間の視作業が可能となる。また、照度を低くすると色温度が高くなるので、文字の読みやすさ感を維持したまま照度を低くして省エネルギ化を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、照射光の照度及び色温度を調整することができる照明装置に関する。

従来から、光源として蛍光灯だけでなく低電力で高輝度発光が可能なＬＥＤを備え、読書灯等として机上で用いられる照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された照明装置では、ＬＥＤが灯具の中央に配置され、環状の蛍光灯がＬＥＤを取り囲むように配置されている。ＬＥＤを点灯させればスポットライトのような照射光が得られ、蛍光灯を点灯させれば机上全体に照射される照射光が得られる。このようにＬＥＤと蛍光灯を個別に点灯制御することで、照射光の配光と照度を調整することができる。

また、上記のような２種の光源を備えた照明装置において、これら光源を互いに色温度の異なる光を出射するものにより構成し、該光源の出力比を制御することで照射光の照度及び色温度を調整できるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。このような照明装置は、照射光の照度が高くなると色温度も高くなるように光源を調光制御する。

特開２００６−１２７５５号公報特開２００５−２４３４０６号公報

上述したような特許文献１、２に記載された照明装置を、例えば、読書灯として用いた場合、一般的に、照射光の照度を高くすれば文字の読みやすさ感も向上する。しかしながら、照度を高くすると照射光が眩しくなるので、目の疲れを感じやすくなり長時間の視作業が難しくなる。また、むやみに照度を高くするとエネルギの無駄遣いにつながる。

本発明は、上記課題を解決するものであって、文字の読みやすさ感を向上するために照射光の照度を高くしても目の疲れを感じ難くして長時間の視作業を可能とし、且つ省エネルギ化を図ることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、所定の色温度の光を出射する第１の光源部と、この第１の光源部とは異なる色温度の光を出射する第２の光源部と、これら第１の光源部及び第２の光源部を個別に調光制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記照明装置から照射される照射光の照度と色温度とが逆相関して変化するように前記第１の光源部と第２の光源部の出力比を調整することを特徴とする。

前記第１の光源部は、色温度４５００〜５５００Ｋの白色光を出射する白色ＬＥＤを有し、前記第２の光源部は、青色光を出射する青色ＬＥＤを有することが好ましい。

前記制御部は、照射光の照度が３００〜１５００ｌｘで色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲において、低照度時には照度変化に応じて色温度を緩やかに変化させ、高照度時には照度変化に応じて色温度を急激に変化させることが好ましい。

前記制御部は、照射光の照度が５００〜１０００ｌｘで色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲において、低照度時には照度変化に応じて色温度を緩やかに変化させ、高照度時には照度変化に応じて色温度を急激に変化させることが好ましい。

上記照明装置は、前記第１の光源部及び第２の光源部を点灯してからの経過時間を計時する経過時間計時部を更に備え、前記制御部は、前記経過時間計時部により計時された経過時間が増すにつれて、照射光の照度を低くし且つ照射光の色温度を高くするように前記第１の光源部と第２の光源部との出力比を調整することが好ましい。

本発明によれば、照射光の照度を高くすると色温度が低くなるので、文字の読みやすさ感を向上するために照射光の照度を高くしても照射光の眩しさが抑えられ、目の疲れを感じ難くなって長時間の視作業が可能となる。また、照射光の照度を低くすると色温度が高くなるので、文字の読みやすさ感を維持したまま照度を低くして省エネルギ化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る照明装置の斜視図。上記照明装置の構成を示すブロック図。種々の色温度における照度と文字の読みやすさ感との関係を示す図。ＬＥＤから出射される光の色温度と同ＬＥＤの発光効率比との関係を示す図。（ａ）は白色ＬＥＤと種々の青色ＬＥＤとを組み合わせた光源から照射される光の色度分布を示すｘｙ色度図、（ｂ）は（ａ）の二点鎖線で囲んだ領域の拡大図。（ａ）は上記照明装置を構成する第１の光源部の断面図、（ｂ）は第２の光源部の断面図、（ｃ）は（ｂ）とは別の例の第２の光源部の断面図。上記照明装置から照射される照射光の分光分布図。（ａ）（ｂ）は、上記照明装置から照射される照射光の照度と色温度との関係を示す図。上記実施形態の変形例に係る照明装置の構成を示すブロック図。

本発明の実施形態に係る照明装置について図１乃至図８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、デスクスタンドとして用いられ、長尺な灯具１１と、灯具１１を移動自在に保持するアーム１２と、アーム１２を軸支して机上に載置されるベース１３と、を備える。

灯具１１は、所定の色温度の光を出射する第１の光源部２と、第１の光源部２とは異なる色温度の光を出射する第２の光源部３と、を有する（図２も参照）。第１の光源部２及び第２の光源部３は、共にＬＥＤにより構成され、図例では、列状に並べられた総計１２個のＬＥＤのうち、一端から４番目及び９番目に配置されたＬＥＤ（ドットで示す）が第２の光源部３とされ、その他のＬＥＤが第１の光源部２とされている。

また、灯具１１は、第１の光源部２及び第２の光源部３を個別に調光制御する制御部４と、制御部４による調光制御様式を規定する調光調色カーブ（後述参照）を記憶したメモリ部５と、を有する。制御部４は、マイコンやスイッチ等を有し、商用電源から第１の光源部２及び第２の光源部３への給電を調整することで、これら第１の光源部２と第２の光源部３との出力比を調整する。

ベース１３は、自身に対して回動可能に取り付けられ灯具１１から照射される照射光の照度及び色温度を調整するのに用いられるダイヤル状の操作部６を有する。ユーザが操作部６を回動させると、その回動量に応じて照射光の照度及び色温度の変化量が調光調色カーブに基づいて決定され、その変化量分だけ照度及び色温度が変化するように制御部４が第１の光源部２及び第２の光源部３への給電を制御する。

照明装置１を読書灯として用いた場合に、照明装置１から照射される照射光の照度及び色温度と文字の読みやすさ感との関係を調べる実験を行った。本実験では、あらゆる波長の可視光を出射するキセノンランプに液晶フィルタを組み合わせ、液晶フィルタの透光性を制御することで種々の色温度の照射光を生成した。テストする色温度としては、ＪＩＳＺ９１１２の「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」に記載されている白色光の色温度範囲２７００〜７０００Ｋに基づいて、２７００Ｋ、５０００Ｋ、６０００Ｋ及び７０００Ｋの４水準を選択した。また、テストする照度としては、３００ｌｘ、５００ｌｘ、６００ｌｘ、７５０ｌｘ及び１０００ｌｘの５水準を選択した。

上記のようなテスト色温度及びテスト照度の照射光下において、テスト文字の読みやすさを被験者に評価してもらった。テスト文字は、無地用紙の中央に新聞紙の活字サイズである７ポイントで印刷された３０文字とし、それを視距離４０ｃｍで被験者に読み取ってもらった。被験者は２３〜６９歳の男女３０名とし、文字の読みやすさ感を「非常に読みやすい」、「かなり読みやすい」、「やや読みやすい」、「どちらでもない」、「やや読みにくい」、「かなり読みにくい」、「非常に読みにくい」の中から選択評価してもらった。そして、「非常に読みやすい」を３点、「かなり読みやすい」を２点、「やや読みやすい」を１点、「どちらでもない」を０点、「やや読みにくい」を−１点、「かなり読みにくい」を−２点、「非常に読みにくい」を−３点として、読みやすさ感を数値化した。

実験の手順としては、上記４水準のテスト色温度の中からランダムに選択された色温度の照射光下において、照度を３００ｌｘ、５００ｌｘ、６００ｌｘ、７５０ｌｘ、１０００ｌｘの順に上昇させて、各照度におけるテスト文字の読みやすさを評価してもらった。まず、照度３００ｌｘにおいてテスト文字が印刷されていない無地用紙で３分間の順応を行い、次いで、テスト文字の黙読を１０秒間行った後、テスト文字の読みやすさを主観評価してもらった。その後の照度５００ｌｘ以上の実験では、無地用紙での順応を１分間とし、照度１０００ｌｘでの主観評価後、色温度を変更して同様の実験を繰り返した。

その結果、図３に示すように、色温度が高い方が読みやすさ感も高い傾向にあり、また、色温度に関わらず照度が高くなると読みやすさ感も向上することが分かった。しかしながら、読みやすさ感の向上の仕方は色温度によって異なり、例えば、色温度２７００Ｋ（白抜き丸印で示す）では照度と読みやすさ感がほぼ比例するのに対し、他の色温度では照度が６００ｌｘを超えると読みやすさ感がほぼ頭打ちとなった。

上記実験では、種々の色温度における照射光照度と文字の読みやすさ感との関係を調べた。図４は、種々の色温度におけるＬＥＤの発光効率をプロットしたものである。なお、発光効率は、色温度５０００Ｋにおける発光効率で規格化した発光効率比で示されている。図４から明らかなように、発光効率比は、色温度５０００Ｋで最も高くなり、色温度が５０００Ｋから高くなっても低くなっても低下した。従って、発光効率の観点からは、ＬＥＤを色温度５０００Ｋで発光させることが好ましい。

図３に戻って、ＬＥＤの発光効率が最も高い色温度５０００Ｋ（白抜き逆三角で示す）において、照射光の照度が１５００ｌｘのとき（点Ｐで示す）、読みやすさ感は略１．４であった。ここで、この読みやすさ感を維持したまま照度を下げるには、図中の点線矢印で示すように、色温度を６０００Ｋに上昇させ（点Ｑで示す）、更には色温度を７０００Ｋ（点Ｒで示す）まで上昇させればよいことが分かる。

上記のように照射光の色温度を５０００Ｋから７０００Ｋまで上昇させるには、色温度５０００Ｋの白色光を出射する白色ＬＥＤと、白色光よりも色温度の高い青色光を出射する青色ＬＥＤと、を組み合わせ、これらＬＥＤの出力比を調整することが考えられる。そこで、図５（ａ）（ｂ）に示すように、白色ＬＥＤと、各々主波長の異なる青色光を出射する種々の青色ＬＥＤと、を組み合わせ、それぞれの組み合わせにおいてどのような色温度の光が得られるのかを調べた。テストした青色ＬＥＤは、それぞれ４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ及び４９０ｎｍに主波長を有する青色光を出射するものとした。図中、白抜き三角は、白色ＬＥＤと各々の青色ＬＥＤとを光束比９９：１で組み合わせた場合の色度点を示し、白抜き四角は、白色ＬＥＤと各々の青色ＬＥＤとを光束比９６：４で組み合わせた場合の色度点を示す。

その結果、白色ＬＥＤと主波長４８０ｎｍの青色光を出射する青色ＬＥＤとを組み合わせた場合に、デスクスタンドの照射光として好適に用いることができる昼光色区分（図５（ｂ）参照）の光が効率良く得られることが分かった。なお、図例では、青色光の主波長が４８０ｎｍであることを考慮して、波長域４７５〜４８５ｎｍの青色光と白色ＬＥＤからの白色光とを混色させることで得られる光の範囲をドットで示している。また、ここで言う昼光色区分とは、ＪＩＳＺ９１１２の「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」に記載された昼光色区分のことであり、Ｄｕｖの上限が１５で下限が−４であり、且つ色温度の上限が７１００Ｋで下限が５７００Ｋである区分を指す。

上記のように、色温度５０００Ｋの白色光を出射する白色ＬＥＤと波長域４７５〜４８５ｎｍに主波長を持つ青色光を出射する青色ＬＥＤとを組み合わせれば、昼光色区分の光を効率良く得ることができる。そこで、本実施形態においては、第１の光源部２を色温度５０００Ｋの白色光を出射する白色ＬＥＤを有するものとし、第２の光源部３を波長域４７５〜４８５ｎｍに主波長を持つ青色光を出射する青色ＬＥＤを有するものとした。ここで、第１の光源部２から出射される白色光の色温度は、厳密に５０００Ｋである必要は無く、４５００〜５５００Ｋの範囲であればよい。

図６（ａ）に示すように、第１の光源部２は、ＬＥＤチップ２１と、ＬＥＤチップ２１を収容する基台２２と、ＬＥＤチップ２１を封止する封止材２３と、封止材２３に分散されＬＥＤチップ２１からの光を波長変換して出射する蛍光体２４と、を有する。ＬＥＤチップ２１は、主波長４５０ｎｍの青色光を出射する窒化ガリウム系青色ＬＥＤチップにより構成される。基台２２は、その中央に底面へ向かうにつれて内径が小さくなる凹部２２ａを有し、凹部２２ａの底面にＬＥＤチップ２１が配置されている。凹部２２ａの内周面には、高い光反射率を有する材料、例えば、銀やアルミニウムにより構成された薄膜が形成されている。封止材２３は、ＬＥＤチップ２１からの光を透過する透光性材料、例えば、透明シリコーン樹脂により構成され、好ましくは光を拡散する拡散材を含む。蛍光体２４は、ＬＥＤチップ２１からの青色光により励起されて主波長５８０ｎｍの黄色光（後述する図７参照）を出射する黄色系蛍光体、例えば、ＹＡＧ蛍光体により構成される。第１の光源部２は、ＬＥＤチップ２１からの青色光と蛍光体２４からの黄色光とを互いに混色させることで白色光を出射する。

図６（ｂ）に示すように、第２の光源部３は、図６（ａ）に示した第１の光源部２を基に、ＬＥＤチップ２１をＬＥＤチップ３１に置換し、また、蛍光体２４を蛍光体３４に置換したものである。ＬＥＤチップ３１は、波長域２９０〜３８０ｎｍに主波長を持つ近紫外光を出射する近紫外ＬＥＤチップにより構成される。蛍光体３４は、ＬＥＤチップ３１から出射された近紫外光を、波長域４７５〜４８５ｎｍに主波長を持つ青色光に波長変換する蛍光体により構成される。なお、図６（ｃ）に示すように、第２の光源部３は、蛍光体を有さず、波長域４７５〜４８５ｎｍに主波長を持つ青色光を直接に出射するＬＥＤチップ３２を有する構成とされてもよい。

図７は、第１の光源部２（白色ＬＥＤ）から照射される白色光の分光分布（白抜きダイヤと破線で示す）と、第１の光源部２と第２の光源部３（青色ＬＥＤ）を光束比１５００：３００で組み合わせたときの照射光の分光分布（白抜き丸と実線で示す）と、を示す。この光束比で第１の光源部２と第２の光源部３を組み合わせた場合、照射光の色温度は７０００Ｋとなる。従って、第１の光源部２と第２の光源部３の光束比を１５００：０〜３００の範囲で調整することにより、照射光の色温度を５０００Ｋ〜７０００Ｋの範囲で変化させることができる。

図８（ａ）に示すように、照明装置１から照射される照射光は、照度と色温度とが逆相関して変化するように規定した調光調色カーブに基づいて制御される。調光調色カーブは、照度が３００ｌｘのときに色温度が７０００Ｋで、照度が１５００ｌｘのときに色温度が５０００Ｋとなり、且つ低照度時には照度変化に応じて色温度が緩やかに変化し、高照度時には照度変化に応じて色温度が急激に変化するように規定する。このように照度に対して色温度を対数制御することで、照度に対して色温度を線形制御する場合（点線で示す）に比べて、ユーザが違和感を感じにくい自然な照射光を実現することができる。なお、図８（ｂ）に示すように、調光調色カーブは、より好ましくは、照度が５００〜１０００ｌｘの範囲において色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲で対数制御されるように規定する。

上記のように構成された照明装置１によれば、照射光の照度を高くすると色温度が低くなるので、文字の読みやすさ感を向上するために照射光の照度を高くしても照射光の眩しさが抑えられ、目の疲れを感じ難くなって長時間の視作業が可能となる。また、照射光の照度を低くすると色温度が高くなるので、文字の読みやすさ感を維持したまま照度を低くして省エネルギ化を図ることができる。更に、照射光を高照度としたときに色温度がＬＥＤ発光効率の最も高い５０００Ｋに近づくように制御されているので、これによっても省エネルギ化を図ることができる。

次に、上記実施形態の変形例に係る照明装置について図９を参照して説明する。照明装置１ａは、上記の照明装置１を基に、第１の光源部２及び第２の光源部３を点灯してからの経過時間を計時する経過時間計時部７を更に備えたものである。制御部４は、経過時間計時部７により計時された経過時間が増すにつれて、照射光の照度を低くし且つ照射光の色温度を高くするように第１の光源部２と第２の光源部３との出力比を調整する。

一般に、文字を読む等の視作業を開始した直後では、ユーザは、照射光の色温度よりも照度の影響による明るさ感を感じやすい。そのため、照明装置１ａでは、視作業の開始直後には最もＬＥＤ発光効率の高い色温度５０００Ｋの照射光（図４参照）を高照度、例えば、１５００ｌｘで照射する（図３における点Ｐの条件）。そして、第１の光源部２及び第２の光源部３を点灯してからの経過時間が増すにつれて、点Ｐから点Ｑ、更には点Ｒへと遷移するようにして、照射光の照度を低くしつつ色温度を高くする。これにより、読みやす感を維持したまま照度を低くすることができるので、点Ｐの条件で第１の光源部２及び第２の光源部３を点灯し続ける場合に比べて、省エネルギ化を図ることができる。

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、第１の光源部及び第２の光源部は、必ずしもＬＥＤにより構成される必要は無く、蛍光灯や有機ＥＬ発光素子により構成されてもよい。また、第１の光源部及び第２の光源部の各々から照射される光は、それぞれ白色光及び青色光に限定されず、例えば、昼光色の光及び電球色の光とされてもよい。

１照明装置
２第１の光源部
３第２の光源部
４制御部
７経過時間計時部

Claims

所定の色温度の光を出射する第１の光源部と、この第１の光源部とは異なる色温度の光を出射する第２の光源部と、これら第１の光源部及び第２の光源部を個別に調光制御する制御部と、を備えた照明装置であって、
前記制御部は、前記照明装置から照射される照射光の照度と色温度とが逆相関して変化するように前記第１の光源部と第２の光源部の出力比を調整することを特徴とする照明装置。
前記第１の光源部は、色温度４５００〜５５００Ｋの白色光を出射する白色ＬＥＤを有し、前記第２の光源部は、青色光を出射する青色ＬＥＤを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記制御部は、照射光の照度が３００〜１５００ｌｘで色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲において、低照度時には照度変化に応じて色温度を緩やかに変化させ、高照度時には照度変化に応じて色温度を急激に変化させることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記制御部は、照射光の照度が５００〜１０００ｌｘで色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲において、低照度時には照度変化に応じて色温度を緩やかに変化させ、高照度時には照度変化に応じて色温度を急激に変化させることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記第１の光源部及び第２の光源部を点灯してからの経過時間を計時する経過時間計時部を更に備え、
前記制御部は、前記経過時間計時部により計時された経過時間が増すにつれて、照射光の照度を低くし且つ照射光の色温度を高くするように前記第１の光源部と第２の光源部との出力比を調整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。