(57)【要約】【課題】比較的容易にメタマー刺激対を実現できるようにする。【解決手段】光出力装置が、分光分布の異なる複数の光源と、前記光源毎に、当該光源が発する光の強さを変化させる調整部と、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように前記調整部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
2019035731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光分布の異なる複数の光源と、
前記光源毎に、当該光源が発する光の強さを変化させる調整部と、
前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように前記調整部を制御する制御部と、
を備える光出力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数種類の光受容細胞の何れかを指定する指定を受けて、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、前記複数種類の光受容細胞のうち指定された種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように前記調整部を制御する、
請求項１に記載の光出力装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記分光分布の変化の大きさの指定を受けて、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、指定された大きさの変化となるように前記調整部を制御する、
請求項１又は請求項２に記載の光出力装置。
【請求項４】
複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように、各光源が発する光の強さを制御することを含む光出力制御方法。
【請求項５】
コンピュータに、複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように、各光源が発する光の強さを制御させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力装置、光出力制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の光受容細胞のうち特定の光受容細胞の光に対する反応を調べる方法の１つであるSilent-Substitution法では、メタマー刺激対と呼ばれる２種類以上の光刺激の混合比によって特定の光受容細胞の刺激値を制御する。メタマー刺激対とは、制御したい光受容細胞の応答（刺激値）のみが異なり、その他の光受容細胞の応答（刺激値）が一定である光刺激の組のことである。Silent-Substitution法によって、対象以外の光受容細胞の応答値を一定に保ちつつ、対象となる光受容細胞応答だけを増減することができる。
【０００３】
メタマー刺激対を実現する方法として、擬似スペクトル発生装置（特許文献１及び特許文献２参照）を用いる方法がある。擬似スペクトル発生装置では、光源からの光（一般に白色光）を波長毎の光（スペクトル）に分散させ、指定された分光分布に応じて波長毎に強度変調した後に集光することで、指定された分光分布の光を生成する。擬似スペクトル発生装置において、メタマー刺激対を構成する分光分布の各々を指定し、各分光分布を実現することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６７９４９号公報
【特許文献２】特開２０１１−０８１２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
擬似スペクトル発生装置を用いてメタマー刺激対を実現するためには、メタマー刺激対を構成する分光分布を取得しておく必要がある。ところが、メタマー刺激対の選定は容易ではない。一般的に、メタマー刺激対を構成する分光分布を発見的に選定する手法が広く用いられているが、メタマー刺激を選定する際の探索空間は巨大であり、必要となる分光分布を選定するには多大な労力と時間を要する。
【０００６】
本発明は、擬似スペクトル発生装置を用いなくてもメタマー刺激対を実現することができる光出力装置、光出力制御方法及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、光出力装置は、分光分布の異なる複数の光源と、前記光源毎に、当該光源が発する光の強さを変化させる調整部と、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように前記調整部を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
前記制御部は、前記複数種類の光受容細胞の何れかを指定し、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、前記複数種類の光受容細胞のうち指定された種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように前記調整部を制御するようにしてもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記分光分布の変化の大きさの指定を受けて、前記複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、指定された大きさの変化となるように前記調整部を制御するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、光出力制御方法は、複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように、各光源が発する光の強さを制御することを含む。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、複数の光源からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である単位変化量分布に比例する変化となるように、各光源が発する光の強さを制御させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、擬似スペクトル発生装置を用いなくてもメタマー刺激対をLED等で実現し、任意の光受容細胞のみ刺激可能な照明装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る光出力装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】ヒトの５種類の光受容細胞の分光感度曲線を示す図である。
【図３】本実施形態に係る、Ｌ錐体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る、Ｍ錐体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る、Ｓ錐体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る、杆体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。
【図７】本実施形態に係る、ｉｐＲＧＣに対応する単位変化量分布の例を示す図である。
【図８】本実施形態に係る制御部の構成例である制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図９】本実施形態に係る光出力装置の構成例の機器構成例を示す概略構成図である。
【図１０】本実施形態に係る、Ｌ錐体の刺激値のみを１だけ増減させるために用いる光源ユニットの特性を示す図である。
【図１１】図１０に示すＬＥＤを用いた分光分布の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す分光分布による光受容細胞への刺激の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る光出力装置の機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、光出力装置１００は、複数の光源１１０と、調整部１２０と、制御部１３０とを備える。
【００１５】
光出力装置１００は、メタマー刺激対を構成する光の各々を出力する。
光源１１０の各々は、互いに分光分布が異なる光を出力する。
調整部１２０は、光源１１０毎に、当該光源１１０が発する光の強さを調整する。
制御部１３０は、光出力装置１００の出力光（複数の光源１１０からの光を合わせた光）の分光分布の変化が、単位変化量分布に比例する変化となるように調整部１２０を制御する。
【００１６】
ここでいう単位変化量分布は、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である変化量である。
また、ここでいう、分光分布の変化が単位変化量分布に比例する変化となるとは、変化後の分光分布における光の強さから変化前の分光分布における光の強さを波長毎に減算した差分が、単位変化量分布に比例していることである。
【００１７】
光出力装置１００の出力光の分光分布を、単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、特定の種類の光受容細胞に対する刺激量のみが変化し、他の種類の光受容細胞に対する刺激量は変化しない。従って、変化前後の出力光を用いて、特定の光受容細胞の光に対する反応を調べることができる。
なお、光受容細胞に対する刺激量を、光受容細胞の刺激値とも称する。
【００１８】
制御部１３０が、複数種類の光受容細胞の何れかを指定する指定を受けて、光出力装置１００の出力光の分光分布の変化が、指定された種類の光受容細胞に対応する単位変化量分布に比例する変化となるように調整部１２０を制御するようにしてもよい。
ここでいう指定された種類の光受容細胞に対応する単位変化量分布とは、複数種類の光受容細胞のうち指定された種類の光受容細胞の分光感度との内積が１であり、かつ、他の種類の光受容細胞の分光感度との内積が０である変化量である。
これにより、ユーザは、１つの光出力装置１００を用いて複数種類の光受容細胞それぞれの、光に対する反応を調べることができ、ユーザの利便性が高くなる。
【００１９】
制御部１３０が、分光分布の変化の大きさの指定を受けて、光出力装置１００の出力光の分光分布の変化が、指定された大きさの変化となるように調整部１２０を制御するようにしてもよい。
これにより、光出力装置１００によれば、調べる対象の光受容細胞に対する刺激を複数段階で切り替えることができ、ユーザは調べる対象の光受容細胞をより詳細に調べることができる。
【００２０】
ここで、５つの種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞に対する刺激のみを変化させることが一般には困難であることについて説明し、特定の種類の光受容細胞に対する刺激のみを変化させるための単位変化量分布を導入する。
【００２１】
ヒトの網膜には、Ｌ錐体、Ｍ錐体、Ｓ錐体、杆体及びｉｐＲＧＣ（intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cell、内因性光感受性網膜神経節細胞）の５種類の光受容細胞が存在する。これら５種類の光受容細胞を識別番号１、２、３、４、５で区別することとし、光受容細胞ｎ（ｎは、１≦ｎ≦５の整数）の分光感度曲線をｐｌｎ（λ）とすると、分光分布Ｓ（λ）の光に対する光受容細胞ｎの応答値Ｐｎは、式（１）で計算される。
【００２２】
【数１】
2019035731.tif 000003
【００２３】
ここで、λは光の波長を示す。波長の単位はナノメートル（ｎｍ）としている。
式（１）に示されるようにヒトは、瞳への入射光の分光分布と各受容体の分光感度との内積で算出される感度で光を知覚する。各光受容細胞に対する刺激量が等しければ、ヒトは光源の分光分布の違いを区別できない。特定の光受容細胞の機能を調べるためには、あるいは、その機能を制御するためには、その光受容細胞に対する刺激値のみを増減させ、他の光受容細胞に対する刺激値を一定に保てばよい。
【００２４】
但し、各光受容細胞の分光感度曲線の重なりにより、単一の光受容細胞のみを選択的に応答させることは、一般的には困難である。この点について、図２を参照して説明する。
図２は、ヒトの５種類の光受容細胞の分光感度曲線を示す図である。図２のグラフの横軸は波長を示し、縦軸は分光感度を示す。分光感度は、最大値を１とした割合で示している。
【００２５】
線Ｌ１０１は、Ｓ錐体の分光感度曲線を示す。線Ｌ１０２は、ｉｐＲＧＣの分光感度曲線を示す。線Ｌ１０３は、杆体の分光感度曲線を示す。線Ｌ１０４は、Ｍ錐体の分光感度曲線を示す。線Ｌ１０５は、Ｌ錐体の分光感度曲線を示す。
図２に示すように、各光受容細胞の分光感度曲線は大きく重なっている。特に、図２に示す分光感度曲線の何れも、感度を有する波長が他の何れの分光感度曲線とも重なっている。このため、単色光であっても複数の光受容細胞が応答し、単一の光受容細胞のみを選択的に応答させることは困難である。
【００２６】
ここで、光受容細胞に対する刺激を変化させるための光源として、３色の光の組み合わせによる光源を用いる場合、５色の光の組み合わせによる光源を用いる場合、擬似スペクトル発生装置を用いる場合のそれぞれについて考える。以下では、３色の光の組み合わせによる光源を３色光源と称する。５色の光の組み合わせによる光源を５色光源と称する。
【００２７】
３色光源は、赤、緑、青の３種類の色光の出力輝度を制御することで、主にＬ錐体、Ｍ錐体、及び、Ｓ錐体の刺激量を変化させて、色の違いを再現する。但し、３色光源は３自由度しかないため、原理的に５種類の光受容細胞のうち２種類の刺激量については独立に制御できない。一方で、５色光源を用いれば、自由度の問題は解消され、５種類の光受容細胞それぞれに対する刺激を制御できる。
【００２８】
但し、上述したように、５種類の光受容細胞の分光感度曲線が重なっているため、単純に１色の光の強さを変化させたのでは、１種類の光受容細胞に対する刺激のみを変化させることはできず、計算あるいは探索的に解を求めても、変動量を大きくとることができない。
【００２９】
一方、所定の光源の分光分布を再現する擬似スペクトル発生装置を用いて所定の光源の分光分布を再現することで、所定の光源を用いた場合の５種類の光受容細胞の生理応答と同じ生理応答を得ることができる。擬似スペクトル発生装置を用いれば、原理的には物理的に可能な任意の分光分布を再現することができ、物理的に可能な任意の光受容細胞応答を得られる。
【００３０】
但し、擬似スペクトル発生装置で個別に光受容細胞の刺激量を増減させるためには、可能な無数の分光分布からメタマー刺激対の条件を満たす分光分布を探索する必要がある。しかし、この探索空間は非常に巨大であり、分光分布を定めるのに多くの時間とコストを要する。
また、実装される擬似スペクトル発生装置は一般的に光量が小さく、高輝度或いは高照度条件で上記の手法を使用することは困難である。
【００３１】
これに対し光出力装置１００では、５種類の光受容細胞のうち特定の光受容細胞の分光感度曲線との内積が１になり、その他の光受容細胞の分光感度曲線との内積が０になるような変化量成分をその光受容細胞に対応した操作単位として、この変化量成分に比例する変化となるように出力光のスペクトルを変化させる。
【００３２】
図３は、Ｌ錐体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。図３のグラフの横軸は波長を示す。縦軸は、光の強さの変化量の強さを示す。光の強さそのものはマイナスの値をとり得ないのに対し、図３の縦軸は、光の強さの変化量であるためマイナスの値を取り得る。
本願発明者は、光源からの光の強さを、図３に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｌ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しないことを見出した。ここでいう単位変化量分布に比例する変化には、単位変化量そのもの（すなわち、単位変化量分布を１倍した量）の分の変化が含まれるものとする。
【００３３】
図３に示す単位変化量分布は、図２に示す分光感度のうちＬ錐体の分光感度（線Ｌ１０５）との内積は１となり、他の何れの分光感度とも内積は０となる。これにより、光源からの光の強さを図３に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｌ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しない。
図２に示す分光分布曲線に基づく場合、Ｌ錐体に対応する単位変化量分布（以後、この分布をｆＬ（λ）と表す。）の波形を図３に示す。また、図２に示す分光分布曲線、及び、Ｌ錐体の分光感度との内積が１という条件に基づく場合、Ｌ錐体に対するこの単位変化量分布の振幅は、図３に示す振幅に一意に定まる。
【００３４】
図４は、Ｍ錐体に対応する単位変化量分布の例を示す図である。図４のグラフの横軸は波長を示す。縦軸は、光の強さを示す。
本願発明者は、光源からの光の強さを、図４に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｍ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しないことを見出した。
【００３５】
図４に示す単位変化量分布（以後、この分布をｆＭ（λ）と表す。）は、図２に示す分光感度のうちＭ錐体の分光感度（線Ｌ１０４）との内積は１となり、他の何れの分光感度とも内積は０となる。これにより、光源からの光の強さを図４に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｍ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しない。
図２に示す分光分布曲線に基づく場合、Ｍ錐体に対応する単位変化量分布の波形は、図４に示す波形に一意に定まる。また、図２に示す分光分布曲線、及び、Ｍ錐体の分光感度との内積が１という条件に基づく場合、Ｍ錐体に対応する単位変化量分布の振幅は、図４に示す振幅に一意に定まる。
【００３６】
図５は、Ｓ錐体に対応する単位変化量分布（以後、この分布をｆＳ（λ）と表す。）の例を示す図である。図５のグラフの横軸は波長を示す。縦軸は、光の強さを示す。
本願発明者は、光源からの光の強さを、図５に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｓ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しないことを見出した。
【００３７】
図５に示す単位変化量分布は、図２に示す分光感度のうちＳ錐体の分光感度（線Ｌ１０１）との内積は１となり、他の何れの分光感度とも内積は０となる。これにより、光源からの光のエネルギーの強さを図５に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、Ｓ錐体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しない。
図２に示す分光分布曲線に基づく場合、Ｓ錐体に対応する単位変化量分布の波形は、図５に示す波形に一意に定まる。また、図２に示す分光分布曲線、及び、Ｓ錐体の分光感度との内積が１という条件に基づく場合、Ｓ錐体に対応する単位変化量分布の振幅は、図５に示す振幅に一意に定まる。
【００３８】
図６は、杆体に対応する単位変化量分布（以後、この分布をｆＲｏｄ（λ）と表す。）の例を示す図である。図６のグラフの横軸は波長を示す。縦軸は、光の強さを示す。
本願発明者は、光源からの光の強さを、図６に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、杆体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しないことを見出した。
【００３９】
図６に示す単位変化量分布は、図２に示す分光感度のうち杆体の分光感度（線Ｌ１０３）との内積は１となり、他の何れの分光感度とも内積は０となる。これにより、光源からの光の強さを図６に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、杆体が受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しない。
図２に示す分光分布曲線に基づく場合、杆体に対応する単位変化量分布の波形は、図６に示す波形に一意に定まる。また、図２に示す分光分布曲線、及び、杆体の分光感度との内積が１という条件に基づく場合、杆体に対応する単位変化量分布の振幅は、図６に示す振幅に一意に定まる。
【００４０】
図７は、ｉｐＲＧＣに対応する単位変化量分布（以後、この分布をｆｉｐＲＧＣ（λ）と表す。）の例を示す図である。図７のグラフの横軸は波長を示す。縦軸は、光の強さを示す。
本願発明者は、光源からの光の強さを、図７に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、ｉｐＲＧＣが受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しないことを見出した。
【００４１】
図７に示す単位変化量分布は、図２に示す分光感度のうちｉｐＲＧＣの分光感度（線Ｌ１０２）との内積は１となり、他の何れの分光感度とも内積は０となる。これにより、光源からの光の強さを図７に示す単位変化量分布に比例する変化となるように変化させると、ｉｐＲＧＣが受ける刺激の大きさが変化するが、他の光受容細胞が受ける刺激の大きさは変化しない。
図２に示す分光分布曲線に基づく場合、ｉｐＲＧＣに対応する単位変化量分布の波形は、図７に示す波形に一意に定まる。また、図２に示す分光分布曲線、及び、ｉｐＲＧＣの分光感度との内積が１という条件に基づく場合、ｉｐＲＧＣに対応する単位変化量分布の振幅は、図７に示す振幅に一意に定まる。
【００４２】
図３〜図７に示す単位変化量分布は、それぞれメタマー刺激対の差分に相当する。任意の分光分布の光と、その光に対して単位変化量分布に比例する変化量分布の分の光を増減した光との組み合わせは、メタマー刺激対を構成する。例えば、５種類の光受容細胞のうちＬ錐体に対する刺激の大きさのみを変化させたい場合、任意の分光分布の光と、その光に対して図３に示す単位変化量分布に比例する変化量分布の分の光を増減した光との組み合わせを、メタマー刺激対として用いることができる。
【００４３】
図３〜図７に示す単位変化量分布は、図２に示す５つの分光感度曲線が張るベクトル空間の正規直交基底から求めることができる。
ここで、上記のように光受容細胞ｎ（ｎは、１≦ｎ≦５の整数）の分光感度曲線をｐｌｎ（λ）とする。また、光受容細胞ｎに対応する単位変化量分布をｐ＊ｎ（λ）とする。ｉ及びｊを、１≦ｉ，ｊ≦５の整数とする。分光感度曲線ｐｌｎ（λ）と、単位変化量分布ｐ＊ｎ（λ）との内積には、式（２）に示される関係が成立する。
【００４４】
【数２】
2019035731.tif 000004
【００４５】
ここで、δｉｊは、クロネッカーのδ関数である。
ｐｌｎ（λ）、ｐ＊ｎ（λ）をサンプリング数Ｎ（Ｎは、正整数）で離散化した要素数Ｎの一次元ベクトルをそれぞれｐｌｎ、ｐ＊ｎと表記すると、式（２）から式（３）を得られる。
【００４６】
【数３】
2019035731.tif 000005
【００４７】
ここで、Ｔは行列又はベクトルの転置を示す。
式（３）を式（４）のようにも表記する。
【００４８】
【数４】
2019035731.tif 000006
【００４９】
ここで、Ｍは、離散化された５種類の分光感度曲線を行毎に並べた５行Ｎ列の行列である。Ｍを分光感度行列と称する。
Ｍ＊は、離散化された５種類の単位変化量分布を行毎に並べた５行Ｎ列の行列である。
行列Ｍ＊の要素によって示される単位変化量分布ｐ＊ｎを求める問題は、式（４）より、分光感度行列Ｍの擬似逆行列を求める問題に帰着する。
分光感度行列Ｍを特異値分解すると、式（５）のように、分光感度曲線の正規直交基底ｖｊ（ｊは、１≦ｊ≦５の整数）を得られる。
【００５０】
【数５】
2019035731.tif 000007
【００５１】
ここで、Ｕは、５行５列のユニタリ行列である。Σは、対角行列をＷとし、零行列をＯとして［ＷＯ］で示される行列である。Ｖは、Ｎ行Ｎ列のユニタリ行列の複素共役行列である。
また、ｋ１〜ｋ５は、それぞれスカラの実数定数による係数である。
正規直交基底ｖｊを用いて、単位変化量分布ｐ＊ｎを式（６）のようにおく。
【００５２】
【数６】
2019035731.tif 000008
【００５３】
すると、正規直交基底の性質から、式（４）を式（７）のように変形できる。
【００５４】
【数７】
2019035731.tif 000009
【００５５】
ここでＡは、光受容細胞ｉの単位分光分布におけるｊ番目の主成分項の係数αｉｊを（ｉ，ｊ）成分とする５行５列の正方行列である。式（７）から、単位変化量分布の係数行列Ａは、式（８）のように求められる。
このように、単位変化量分布を算出することができる。
【００５６】
【数８】
2019035731.tif 000010
【００５７】
また、図３〜図７に示す単位変化量分布は、いずれも値がマイナスになる部分がある。これに対し、マイナスの強さの光を出力することはできないので、光出力装置１００は、ベースとなる分光分布から単位変化量分布に比例する変化量分布だけ分光分布を変化させる。これにより、単位変化量分布におけるマイナスの部分を、光の強さの減少として実現することができる。
【００５８】
次に、図８及び図９を参照して、光出力装置１００の構成例について説明する。
図８は、制御部１３０の構成例である制御装置２００の機能構成を示す概略ブロック図である。図８に示すように、制御装置２００は、操作入力部２１０と、制御信号出力部２２０と、記憶部２８０と、処理部２９０とを備える。
【００５９】
制御装置２００は、光出力装置１００の出力光（複数の光源１１０からの光を合わせた光）の分光分布の変化が、単位変化量分布に比例する変化となるように調整部１２０を制御する。制御装置２００は、例えばパソコン（Personal Computer；ＰＣ）又はマイコン（Micro Computer）などのコンピュータを用いて構成される。
操作入力部２１０は、例えばキーボード及びマウス又は押釦類等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。
【００６０】
制御信号出力部２２０は、制御装置２００と調整部１２０とのインタフェースとして機能する。特に、制御信号出力部２２０は、制御装置２００が生成した制御信号を調整部１２０へ出力する。
記憶部２８０は、各種情報を記憶する。記憶部２８０は、制御装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。
処理部２９０は、制御装置２００の各部を制御して各種処理を実行する。処理部２９０は、制御装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Ｕｎｉｔ、中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
【００６１】
図９は、光出力装置１００の構成例である光出力装置３００の機器構成例を示す概略構成図である。図９に示すように、光出力装置３００は、制御装置２００と、ＬＥＤ３１０と、パルス幅変調（pulse width modulation、ＰＷＭ）装置３２１と、ＬＥＤ用電源３３０とを備える。
ＬＥＤ３１０の各々は、互いに分光分布が異なる光を出力する。ＬＥＤ３１０は、光源１１０の例に該当する。
【００６２】
ＬＥＤ用電源３３０は、ＬＥＤ３１０を発光させるための電力を供給する。
パルス幅変調装置３２１は、ＬＥＤ３１０毎に設けられ、当該ＬＥＤ３１０が発する光の強さを変化させる。具体的には、パルス幅変調装置３２１は、ＬＥＤ用電源３３０が出力する電力に対するパルス幅変調を行う。
パルス幅変調装置３２１の組合せである調整部３２０は、調整部１２０の例に該当する。
【００６３】
制御装置２００は、パルス幅変調装置３２１によるパルス幅変調を制御する。具体的には制御装置２００は、パルス幅変調装におけるパルス幅を指定するパラメータ値をパルス幅変調装置３２１に対して設定する。
例えば、制御装置２００は、光受容細胞の種類を指定して刺激値を指示するユーザ操作を操作入力部２１０が受けると、要求された変化を実現するためにＬＥＤ３１０の各々に供給すべき電力の大きさをＰＷＭ制御のパルス幅にて算出する。そして、制御装置２００は、算出したパルス幅を指示する制御信号をパルス幅変調装置３２１の各々に出力する。
制御装置２００は、ＬＥＤ３１０の各々に供給すべき電力の大きさを、式（９）に基づいて算出する。
【００６４】
【数９】
2019035731.tif 000011
【００６５】
ここで、ｉは１≦ｉ≦Ｌの整数であり、ＬＥＤ３１０を識別する識別番号を示す。Ｌは、ＬＥＤ３１０の個数を示す。ｙｉは、ｉ番目のＬＥＤ３１０に供給すべき電力の大きさをパルス幅で示す。ｂｉは、ｉ番目のＬＥＤに設定されているベースの光の強さをパルス幅で示す。
【００６６】
ｘ１〜ｘ５の各々は、ユーザ操作にて指示された光受容細胞の種類毎の刺激値を示す。選択されていない光受容細胞に対応する変数の値は、０となる。ｘ１〜ｘ５の各々が示す刺激値は、ベースの光による刺激値からの変化量であり、ｘ１〜ｘ５の各々は、マイナスの値を取り得る。
ａ１，ｉ〜ａ５，ｉは、ｘ１〜ｘ５に乗算される係数である。これらの係数は、ＬＥＤ３１０の各々の分光分布と、各種類の光受容細胞の単位変化量分布とに基づいて予め算出される。
【００６７】
上記のように、単位変化量分布には、値がマイナスになる部分がある。従って、単位変化量分布に比例する変化量分布をそのまま光として出力することはできない。これに対し光出力装置３００は、光出力装置１００の場合と同様、ベースとなる光からレベルを下げることで、値がマイナスの変化（すなわち、光の強さの減少）を実現する。
式（９）では、ｂｉが、ベースとなる光の強さに対応する。また、ａ１，ｉｘ１・・・ａ５，ｉｘ５のいずれかの値がマイナスになることが、値がマイナスの変化に対応する。
【００６８】
次に、図１０〜図１２を参照して、光出力装置１００のシミュレーションについて説明する。
図２〜図７に示す単位変化量分布のいずれも、ゼロレベルから正の方向に３個および負の方向に２個、あるいは、正の方向に２個および負の方向に３個、計５個のピーク波長を有している。このシミュレーションでは、単位変化量分布の５つのピークを分光分布が異なる５つのＬＥＤの組み合わせで表現する。すべての光源の出カが最大出力の５０％となる状態を基準として、３種類の光源を５０％から増やす方向に、残りの２種類の光源を５０％から減らす方向に、１自由度で操作する。あるいは、３種類の光源を５０％から減らす方向に、残りの２種類の光源を５０％から増やす方向に、１自由度で操作する。このとき、特定の光受容細胞の刺激値のみを変化させ、他の光受容細胞の刺激値を変化させないように各光源の最大出力、半値幅、ピーク波長の組み合わせを定めることができる。
【００６９】
このシミュレーションでは、例としてｉｐＲＧＣの刺激値を変化させる。
図１０は、ｉｐＲＧＣの刺激値のみを１だけ増減させるために用いる光源ユニットの特性を示す図である。ここでいう光源ユニットは、光出力装置１００が備える全ての光源１１０の集合である。
図１０のグラフの横軸は波長を示し、縦軸は光の強さを示す。線Ｌ２０１〜Ｌ２０５の各々は、それぞれＬＥＤ１〜ＬＥＤ５の分光分布を示す。ＬＥＤ１〜ＬＥＤ５のうち、ＬＥＤ２、ＬＥＤ４が基準光（ベース）から増やす方向の光源の分光分布として用いられる。ＬＥＤ１、ＬＥＤ３、ＬＥＤ５は、基準光から減らす方向の光源の分光分布として用いられる。
【００７０】
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６全ての出力を５０％とした状態の光を基準光とする。これにより、基準光からの増、減の何れも可能となる。
この光源ユニットにおいてｉｐＲＧＣの刺激値を最大にするには、ＬＥＤ２、ＬＥＤ４の出力輝度を最大にし、ＬＥＤ１、ＬＥＤ３、ＬＥＤ５の出力輝度を０にする。ｉｐＲＧＣの刺激値を最小にするには、上記と逆に、ＬＥＤ１、ＬＥＤ３、ＬＥＤ５の出力輝度を最大にし、ＬＥＤ２、ＬＥＤ４の出力輝度を０にする。
【００７１】
図１１は、図１０に示すＬＥＤを用いた分光分布の例を示す図である。図１１のグラフの横軸は波長を示し、縦軸は光の強さを示す。線Ｌ３０１は、基準光の分光分布を示す。線Ｌ３０２は、基準光の場合からｉｐＲＧＣの刺激値を１だけ増加させたときの分光分布を示す。線Ｌ３０３は、基準光の場合からｉｐＲＧＣの刺激値を１だけ減少させたときの分光分布を示す。
【００７２】
線Ｌ３０２の分光分布は、線Ｌ３０１の分光分布から図３に示すｉｐＲＧＣの単位変化量分布の分を増加させた分光分布となっている。即ち、線Ｌ３０１の分布をｆ３０１（λ）、線Ｌ３０２の分布をｆ３０２（λ）とすると、ｆ３０２（λ）＝ｆ３０１（λ）＋１×ｆＬ（λ）である。線Ｌ３０３の分光分布は、線Ｌ３０１の分光分布から図３に示すＬ錐体の単位変化量分布の分を減少させた分光分布となっている。即ち、同様に、ｆ３０３（λ）＝ｆ３０１（λ）−１×ｆＬ（λ）である。（以下、Ｍ錐体、Ｓ錐体、杆体、ｉｐＲＧＣについての単位変化量分布の分を増加又は減少させた分光分布も、それぞれ対応する分布ｆＭ（λ）、ｆＳ（λ）、ｆＲｏｄ（λ）、ｆｉｐＲＧＣ（λ）を用いて同様に求めることができる。）
【００７３】
図１２は、図１１に示す分光分布による光受容細胞への刺激の例を示す図である。図１２のグラフの縦軸は、刺激値を示す。
バーＢ３１１は、線Ｌ３０１の分光分布の場合のＬ錐体の刺激値を示す。バーＢ３１２は、線Ｌ３０２の分光分布の場合のＬ錐体の刺激値を示す。バーＢ３１３は、線Ｌ３０３の分光分布の場合のＬ錐体の刺激値を示す。
【００７４】
バーＢ３２１は、線Ｌ３０１の分光分布の場合のＭ錐体の刺激値を示す。バーＢ３２２は、線Ｌ３０２の分光分布の場合のＭ錐体の刺激値を示す。バーＢ３２３は、線Ｌ３０３の分光分布の場合のＭ錐体の刺激値を示す。
バーＢ３３１は、線Ｌ３０１の分光分布の場合のＳ錐体の刺激値を示す。バーＢ３３２は、線Ｌ３０２の分光分布の場合のＳ錐体の刺激値を示す。バーＢ３３３は、線Ｌ３０３の分光分布の場合のＳ錐体の刺激値を示す。
【００７５】
バーＢ３４１は、線Ｌ３０１の分光分布の場合のｉｐＲＧＣの刺激値を示す。バーＢ３４２は、線Ｌ３０２の分光分布の場合のｉｐＲＧＣの刺激値を示す。バーＢ３４３は、線Ｌ３０３の分光分布の場合のｉｐＲＧＣの刺激値を示す。
バーＢ３５１は、線Ｌ３０１の分光分布の場合の杆体の刺激値を示す。バーＢ３５２は、線Ｌ３０２の分光分布の場合の杆体の刺激値を示す。バーＢ３５３は、線Ｌ３０３の分光分布の場合の杆体の刺激値を示す。
【００７６】
図１２に示されるように、線Ｌ３０２の分光分布の場合、線Ｌ３０１の分光分布の場合からＬ錐体の刺激値が１大きくなり、他の光受容細胞の刺激値は線Ｌ３０１の分光分布の場合と同じである。線Ｌ３０３の分光分布の場合、線Ｌ３０１の分光分布の場合からＬ錐体の刺激値が１小さくなり、他の光受容細胞の刺激値は線Ｌ３０１の分光分布の場合と同じである。
【００７７】
このように、Ｌ錐体の刺激値のみを選択的に増減させることができる。
５種類の光受容細胞の各々の刺激のみを選択的に増減させる場合、高々３０個のＬＥＤを用いて、各単位変化量分布における６個ずつのピークを表現する。これにより、上記のＬ錐体の場合と同様に、特定の種類の光受容細胞の各々の刺激のみを選択的に増減させることができる。
【００７８】
以上のように、光源１１０は、分光分布の異なる複数の光源として構成される。調整部１２０は、光源１１０毎に、当該光源１１０が発する光の強さを変化させる。制御部１３０は、複数の光源１１０からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち特定の種類の光受容細胞の単位変化量分布に比例する変化となるように調整部１２０を制御する。
これにより、光出力装置１００は、特定の光受容細胞の刺激値を選択的に変化させることができ、メタマー刺激対を実現できる。その際、光出力装置１００では単位変化量分布に基づいて分光分布を変化させればよく、分光分布を発見的に探索する必要がない。この点で、光出力装置１００によれば、比較的容易にメタマー刺激対を実現することができる。
【００７９】
また、制御部１３０は、複数種類の光受容細胞の何れかを指定する指定を受けて、複数の光源１１０からの光を合わせた光の分光分布の変化が、複数種類の光受容細胞のうち指定された種類の光受容細胞の単位変化量分布に比例する変化となるように調整部１２０を制御する。
これにより、ユーザは、１つの光出力装置１００を用いて複数種類の光受容細胞それぞれの、光に対する反応を調べることができ、この点でユーザの利便性が高い。
【００８０】
また、制御部１３０は、分光分布の変化の大きさの指定を受けて、複数の光源１１０からの光を合わせた光の分光分布の変化が、指定された大きさの変化となるように調整部１２０を制御する。
これにより、光出力装置１００によれば、調べる対象の光受容細胞に対する刺激を複数段階で切り替えることができ、ユーザは、調べる対象の光受容細胞をより詳細に調べられる。
【００８１】
また、光出力装置１００では、単位分光分布の振幅を制御単位とし、基準となる分光分布に単位分光分布の線形和を加えることで光源の分光分布を調節する。これにより、光出力装置１００では、光受容細胞の刺激値そのものを制御量として、可能な任意の光受容細胞刺激値を与える分光分布を持つ光を、単純な計算で容易にかつ高速に合成することができる。
また、光出力装置１００で光源１１０として高輝度ＬＥＤ光源を用いれば、擬似スペクトル発生装置を用いる場合に問題となる、出力輝度が小さい点を解決できる
【００８２】
また、ＬＭＳ錐体の分光感度からではなくＸＹＺ等色関数から単位変化量分布を求め、得られた単位変化量分布に基づいて光源のユニット群を設計し生成するようにしてもよい。これにより、色度を合わせながら杆体及びｉｐＲＧＣ刺激量を操作することができ、逆に、杆体及びｉｐＲＧＣ刺激量を固定しながら色度を変化させることもできる。
なお、ＣＩＥ２０１５ＸＹＺ等色関数はＬＭＳ錐体の分光感度の線形変換として定義される。このため、ＬＭＳ錐体の単位変化量分布の線形変換によってＸもＹＺ等色関数の単位分光分布を求めることができる。
【００８３】
光出力装置１００は、例えば色覚特性に関する研究、及び、光受容細胞の機能を制御する照明装置に用いることができるが、これらに限定されない。
光出力装置１００を色覚特性の研究に用いる例として、ｉｐＲＧＣの機能に関する研究が挙げられる。光出力装置１００を用いれば、ｉｐＲＧＣの刺激値を選択的に変化させることができる。また、光受容細胞の刺激値をリアルタイムに変更する必要がある実験にも光出力装置１００を用いることができる。
【００８４】
また、光出力装置１００を光受容細胞の機能を制御する照明装置に用いる例として、光出力装置１００を、ｉｐＲＧＣの刺激値を制御する照明装置として用いることが挙げられる。ｉｐＲＧＣは概日リズム（体内時計）や瞳孔反射に関係するとされており、色の知覚には大きく影響しないと言われている。そこで、光出力装置１００を用いてｉｐＲＧＣ刺激量のみを時間的に大きく変化させることで、太陽光の届かない室内でも概日リズムを自然と整えることができ、かつ、光源色が変化しない照明として光出力装置１００を用いることができる。一方、ヒトの体質によってはｉｐＲＧＣの刺激値が大きいと偏頭痛が生じる場合がある。この場合、光出力装置１００を用いて光源色を変化させずにｉｐＲＧＣの刺激値を選択的に低下させることができる。
【００８５】
図３〜図７に示した、Ｌ錐体、Ｍ錐体、Ｓ錐体、杆体、ｉｐＲＧＣの各々に対応する単位変化量分布を数値でも示す。表１〜表８は、Ｌ錐体、Ｍ錐体、Ｓ錐体、杆体、ｉｐＲＧＣの各々に対応する単位変化量分布を示す表である。
各表の各行の「ｎｍ」欄に波長を示す。「Ｌ」欄には、Ｌ錐体に対応する単位変化量分布（ｆＬ（λ））の、当該「Ｌ」欄と同じ行の「ｎｍ」欄に示す波長における振幅（光の強さの変化量）を示す。
「Ｍ」欄には、Ｍ錐体に対応する単位変化量分布（ｆＭ（λ））の、当該「Ｍ」欄と同じ行の「ｎｍ」欄に示す波長における振幅（光の強さの変化量）を示す。
「Ｓ」欄には、Ｓ錐体に対応する単位変化量分布（ｆＳ（λ））の、当該「Ｓ」欄と同じ行の「ｎｍ」欄に示す波長における振幅（光の強さの変化量）を示す。
「Ｒｏｄ」欄には、杆体に対応する単位変化量分布（ｆＲｏｄ（λ））の、当該「Ｒｏｄ」欄と同じ行の「ｎｍ」欄に示す波長における振幅（光の強さの変化量）を示す。
「ｉｐＲＧＣ」欄には、ｉｐＲＧＣに対応する単位変化量分布（ｆｉｐＲＧＣ（λ））の、当該「ｉｐＲＧＣ」欄と同じ行の「ｎｍ」欄に示す波長における振幅（光の強さの変化量）を示す。
【００８６】
【表１】
2019035731.tif 000012
【００８７】
【表２】
2019035731.tif 000013
【００８８】
【表３】
2019035731.tif 000014
【００８９】
【表４】
2019035731.tif 000015
【００９０】
【表５】
2019035731.tif 000016
【００９１】
【表６】
2019035731.tif 000017
【００９２】
【表７】
2019035731.tif 000018
【００９３】
【表８】
2019035731.tif 000019
【００９４】
なお、光出力装置１００を制御するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、光出力装置１００を制御するためのプログラムとコンピュータを併せて電子回路化することも可能である。
【００９５】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００９６】
１００、３００  光出力装置
１１０  光源
１２０  調整部
１３０  制御部
２００  制御装置
２１０  操作入力部
２２０  制御信号出力部
２８０  記憶部
２９０  処理部
３１０  ＬＥＤ
３２０  調整部
３２１  パルス幅変調装置
３３０  ＬＥＤ用電源
【図１】
2019035731.tif 000020
【図２】
2019035731.tif 000021
【図３】
2019035731.tif 000022
【図４】
2019035731.tif 000023
【図５】
2019035731.tif 000024
【図６】
2019035731.tif 000025
【図７】
2019035731.tif 000026
【図８】
2019035731.tif 000027
【図９】
2019035731.tif 000028
【図１０】
2019035731.tif 000029
【図１１】
2019035731.tif 000030
【図１２】
2019035731.tif 000031