(57)【要約】【課題】照明装置において、照明光の色温度を変化させて、メラトニン分泌の抑制効果を制御し、簡単な構成で効果的に光を拡散させて色ムラの少ない自然な光を出射できるようにする。【解決手段】照明装置１は、蛍光体２０を用いた放電灯２及び放電灯２を点灯駆動させる駆動回路４を備え、放電灯２の外周面２１の一部に発光ダイオードアレイ３が設けられている。照明装置１は、放電灯２及び発光ダイオードアレイ３の双方又は一方を点灯させて、メラトニン分泌を抑制する光の波長を増減させて、出射光の光色を任意に調整する。また、照明装置１は、蛍光体２０及び発光ダイオードアレイ３からの光を放電灯２内で混光して出射するので、拡散板等を設けることなく簡単な構成で効果的に光を拡散させて色ムラの少ない自然な光を出射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を用いた放電灯と、前記放電灯を点灯駆動させるための駆動回路と、を備えた照明装置において、
前記放電灯の外周面の一部に発光ダイオードアレイが設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードアレイが設けられる位置に対応する前記放電灯の内周面には、蛍光体が設けられておらず、
前記発光ダイオードアレイは、その発光面を前記放電灯に臨むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記蛍光体による放電灯からの主たる発光波長のピーク範囲が略５３０〜５８０ｎｍ及び略６００〜６５０ｎｍになり、前記発光ダイオードアレイによる発光波長のピーク範囲が略４００〜５１０ｎｍになるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記発光ダイオードアレイは、発光色の異なる２種類以上の発光ダイオード素子の組み合わせから成ることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光の光色を調整してメラトニン分泌抑制を防止する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、照明光の色温度は、人の生体リズムに影響を及ぼすことが知られている。例えば、就寝前の時間帯に、照明光の色温度を低くする、すなわち照明光を電球のような赤みを帯びた色光にすると、白色光や昼光色光と比べて脳に対する刺激が低減され、円滑な入眠を促すことができる。このような照明光の色温度が人の睡眠に与える影響は、脳の松果体から分泌されるメラトニンが深く関与していると考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
メラトニンは、生活リズム等の違いにより個人差があるが、一般的には入眠前から睡眠初期にかけて多く分泌され、体温の低下や円滑な入眠を促進すると考えられている。また、メラトニンは、夜間の受光によりその分泌が抑制されることが知られており、上記非特許文献１は、図４に示されるように、光の波長特性とメラトニン分泌抑制感度との相関について報告している。すなわち、メラトニン分泌抑制感度は、光の波長が４６４ｎｍ付近にあるときピークとなる。従って、この波長近辺の光成分を少なくすることにより、就寝時のメラトニン分泌の抑制を避けることができる。
【０００４】
しかし、波長４６４ｎｍ付近の光をカットされた光は、青色成分が失われているので、照明光としては不自然な光色になる。そこで、波長４８０〜５０５ｎｍの平均光透過率を略３０％以下に制限する光フィルタを備えることにより、メラトニン分泌抑制を防止しつつ、照明光を自然な色に保つことができる照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、居住空間における照明光の色温度を、時刻や人の生体リズムに合わせて光色を変化させる発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この発光装置は、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、発光ピーク波長が４７０ｎｍである青色ＬＥＤ１０５と、上記青色ＬＥＤ１０５よりもピーク波長が短波長である青色ＬＥＤ１０６を夫々複数有し、青色ＬＥＤ１０５と青色ＬＥＤ１０６とを状況に応じて適宜に切り替えることにより、メラトニン分泌の抑制効果を高めたり、低めたりすることができる。
【非特許文献１】G．C．Brainard et al．(2001):“Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans：Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor"，The Journal of Neuroscience,August15，2001，21(16)，pp6405−6412
【特許文献１】特開２００６−２５９０７９号公報
【特許文献２】特願２００５−６３６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される照明装置のように、メラトニン分泌を抑制する波長を低減する光フィルタをグローブ等として設置すると、消灯時においてもグローブ等の表面が色味を帯びたように見えることがあり、室内に違和感を与えることがある。また、光フィルタを透過した光の光色が黄色味の強い光色となるため、通常の照明として使用された時に、物体の視認性を低下させたり、室内に違和感を与えることがあった。この問題を解決するために、例えば、メラトニン分泌を抑制する波長を低減するフィルタを付加した放電灯とフィルタを付加していない放電灯の、２種類の放電灯を照明装置内に設置することもできるが、２種類の放電灯を設置すると照明装置内におけるスペース効率が悪くなり、装置のデザインが限定される問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に示される照明装置では、多色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を個別に制御することができる高スペックの調光コントローラが必要となると、照明装置がコスト高となり、また、多色のＬＥＤを色ムラ無く混色するには、それらを拡散するための拡散板をＬＥＤの出射方向に設けることが必要であり、光の利用効率が低下する虞があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、照明光の色温度を変化させて、メラトニン分泌の抑制効果を高めたり、低めたりすることができ、かつ、光フィルタ等や拡散板等を設ける必要もなく、簡単な構成で効果的に光を拡散させて色ムラの少ない自然な照明光を出射できる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、蛍光体を用いた放電灯と、前記放電灯を点灯駆動させるための駆動回路と、を備えた照明装置において、前記放電灯の外周面の一部に発光ダイオードアレイが設けられているものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記発光ダイオードアレイが設けられる位置に対応する前記放電灯の内周面には、蛍光体が設けられておらず、前記発光ダイオードアレイは、その発光面を前記放電灯に臨むように設けられているものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、前記蛍光体による放電灯からの主たる発光波長のピーク範囲が略５３０〜５８０ｎｍ及び略６００〜６５０ｎｍになり、前記発光ダイオードアレイによる発光波長のピーク範囲が略４００〜５１０ｎｍになるように構成されているものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、前記発光ダイオードアレイは、発光色の異なる２種類以上の発光ダイオード素子の組み合わせから成るものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、放電灯及び発光ダイオードアレイの双方又は一方を点灯させることにより、メラトニン分泌を抑制する光の波長を低減したり、増加させたりして照明装置の出射面から照射される光色を任意に調整することができる。また、光の色温度を変化させるために、例えば特定の波長を透過させるフィルタ等を設ける必要がないので、照明装置の消灯時においても、室内空間に違和感を与えることがない。
【００１４】
請求項２の発明によれば、発光ダイオードアレイからの光は、放電灯内に入射した後に、放電灯内に塗布された蛍光体によって拡散されて放電灯外へ放射される。そのため、蛍光体及び発光ダイオードアレイで発光した光が放電灯内で混光され、放電灯からの出射光は色ムラの少ない自然な光色となる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、蛍光体を用いた放電灯からは、メラトニン分泌を抑制しない波長略５３０〜５８０ｎｍ及び略６００〜６５０ｎｍにピーク範囲を有する光が出射され、発光ダイオードアレイからは、メラトニン分泌を抑制する波長４００〜５１０ｎｍにピーク範囲を有する光が出射されるので、放電灯及び発光ダイオードアレイの双方又は一方を点灯させることにより、時刻や人の生体リズムに合わせて照明光の光色を変化させることができる。例えば、昼間には放電灯及び発光ダイオードアレイの双方を点灯させて、メラトニン分泌を抑制することにより、人の意識を覚醒させて眠気が生じるのを防止し、夜間には放電灯のみを点灯させて発光ダイオードアレイを消灯させて、メラトニン分泌を抑制しないことにより、人が円滑に入眠できるようになる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、発光色の異なる２種類以上の発光ダイオード素子を用いることにより、２種類以上の発光ダイオード素子を用いたときよりも、照明光の色温度を広範囲に調整することができるようになり、例えば、メラトニン抑制効果が高く、かつ演色性の高い光を出射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る照明装置について、図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の照明装置１は、蛍光体２０を用いた放電灯２と、複数の発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子３０）を有する発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ３）と、放電灯２及びＬＥＤアレイ３を点灯駆動させるための駆動回路４と、を備える。放電灯２の外周面２１の一部には、ＬＥＤアレイ３が、その発光面３３を放電灯２に臨むように設けられている。また、照明装置１は、放電灯２からの出射光を適宜の方向へ反射する反射板５を備える。なお、図１（ａ）では反射板５の図示を省略している。
【００１８】
放電灯２は、略円筒形状の放電灯バルブ２２及びその両端を封止して放電灯バルブ２２内を密閉状態とする口金部材２３を備え、放電灯バルブ２２内には封入ガス２４が充填される。放電灯バルブ２２の内周面２５には、ＬＥＤアレイ３が設けられる位置に対応する部分２５Ａを除き、蛍光体２０が塗布されている。また、口金部材２３は、放電灯バルブ２２内方に電極２６を、外方に放電灯端子２７を備える。放電灯端子２７は、放電灯ソケット２８を介して駆動回路４と接続される。放電灯ソケット２８は、駆動回路４、反射板５又は器具筐体（図示せず）等に固定され、放電灯２を取り外し自在に係止する。
【００１９】
ＬＥＤアレイ３は、複数の発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子３０）と、これらＬＥＤ素子３０を搭載する基盤３１から成る。基盤３１は、接続端子３２を介して駆動回路４と接続される。複数のＬＥＤ素子３０は、好ましくは２種類以上の発光ダイオード素子（例えばＬＥＤ素子３０ａ，３０ｂ）の組み合わせから成る。また、各ＬＥＤ素子３０の発光面３３には、透光性のシリコン樹脂６が設けられる。このシリコン樹脂６がＬＥＤアレイ３と放電灯２との接触性を向上させることにより、ＬＥＤ素子３０から出射した光は、放電灯バルブ２２の外周面２１で反射することなく放電灯バルブ２２内に入射する。ＬＥＤアレイ３は、放電灯２の外周面２１の一部に直接的に取り付けられてもよいが、通常、放電灯２の寿命はＬＥＤよりも短いので、放電灯２を容易に交換できるよう、放電灯２とは分離可能に構成されていることが好ましい。本実施形態において、交換頻度の少ないＬＥＤアレイ３は、例えば、基盤３１が反射板５に取り付けられることにより固定され、上記シリコン樹脂６を介して放電灯２と接触するように構成される。
【００２０】
駆動回路４は、放電灯２及びＬＥＤアレイ３を点灯駆動させるためのインバータ回路等の適宜の点灯回路、放電灯安定器及びＬＥＤ制御器等を含み、商用電源（図示せず）に接続されている。この駆動回路４は、放電灯２及びＬＥＤアレイ３の双方又は一方を点灯させたときの夫々の光束比を任意に調整できるように、上記点灯回路に対する調光信号の出力を制御する調光コントローラ７に接続される。
【００２１】
調光コントローラ７は、放電灯２及びＬＥＤアレイ３の点灯出力値とこれに対応する調光信号とを記憶すると共に、駆動回路４に対して調光信号を出力するマイコン（図示せず）等を備え、適宜に有線又は無線により適宜の操作信号を入力するための入力用デバイス（図示せず）が接続等される。また、調光コントローラ７における点灯出力の設定は、上記入力用デバイスを用いた手動による入力、又はマイコン制御による自動入力により行われ、調光コントローラ７はこれらの入力方法をスイッチ等により切り替えられるように構成される。更に、調光コントローラ７は、クロック機能を有するように構成され、上記のマイコン制御によって点灯出力の設定が自動的に行われるとき、上記放電灯２又はＬＥＤアレイ３の点灯を上記クロック機能に基づいて制御するタイマ点灯制御が行われる。なお、調光コントローラ７は、照明装置１の周囲の照度を検知する照度センサ８に接続され、照度センサ８が検知した照度情報に基づいてＬＥＤアレイ３等に対する調光出力を設定できるよう構成されてもよい。
【００２２】
次に、本実施形態の照明装置１の基本的な動作について説明をする。調光コントローラ７は、入力用デバイスで入力された操作信号等に基づいて、駆動回路４へ適宜の調光信号を出力する。駆動回路４は、調光コントローラ７から受信した調光信号に基づいて放電灯２又はＬＥＤアレイ３のＬＥＤ素子３０に対する給電のオンオフ等を行い、放電灯２又はＬＥＤ素子３０からの出射光が所定の光束値になるよう、これらを点灯させる。ＬＥＤ素子３０から出射した光は、図１（ｂ）の破線矢印で示されるように、放電灯バルブ２２の蛍光体２０が塗布されていない部分２５Ａから放電灯２内に入射し、再び放電灯バルブ２２を透過して、放電灯２外へ放射される。また、放電灯２が点灯状態にあるときは、図１（ｂ）の破線矢印で示される蛍光体２０で発光した光と、ＬＥＤ素子３０からの光とが放電灯バルブ２２内で混光されて放電灯２外へ放射される。すなわち、本実施形態の照明装置１は、ＬＥＤ素子３０からの光が、放電灯２内に入射された後に放電灯２外へ放射されるように構成される。これにより、ＬＥＤ素子３０からの光は、放電灯バルブ２２の内周面２５に塗布された蛍光体２０によって拡散されると共に、放電灯バルブ２２内の蛍光体２０で発光した光と混光されるので、放電灯２からの照射光は色ムラの少ない自然な光色となる。
【００２３】
次に、本実施形態の照明装置１のより具体的な構成について、上述の図１（ａ）（ｂ）に加えて、図２及び図３を参照すると共に、実施例１，２を挙げて説明する。これら実施例１，２で用いられる放電灯２は、その内周面２５に、２種類の蛍光材料を適宜に混合した蛍光体２０が塗布される。上記２種類の蛍光材料のうちの一方には、例えば、セリウム，テルビウム添加リン酸ランタン（ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ）から成る蛍光材料（以下、ＬＡＰ）が用いられる。このＬＡＰの発光波長のピーク範囲は５３０〜５８０ｎｍである。また、他方の蛍光材料には、例えば、ユーロピウム添加酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ）から成る蛍光材料（以下、ＹＯＸ）が用いられる。このＹＯＸの発光波長のピーク範囲は６００〜６５０ｎｍである。図２及び図３の●印はＬＡＰの、○印はＹＯＸの発光における色度値を示す。
【００２４】
上記ＬＡＰ及びＹＯＸを混合した蛍光体２０を塗布した放電灯２による照射光は、蛍光材料の混合比（重量比率）を変えることにより、図２の●印及び○印で示される色度値を結んだ線分上で、その色度値を任意に調整される。実施例１，２で用いられる放電灯２では、出射光の色度値が図２に示される黒体放射軌跡近傍の値になるように、蛍光材料の混合比が設定される。黒体放射軌跡は、色度図上における太陽光の軌跡に近く、この軌跡近傍の光は、自然光に近い光色になる。すなわち、黒体放射軌跡近傍の色度値になるようにＬＡＰ及びＹＯＸの混合比を設定した蛍光体２０を用いることにより、蛍光体２０による発光色を、自然光に近く、居住者に違和感を与えないような光色とすることができる。
【００２５】
具体的には、蛍光材料の混合比は、ＬＡＰ及びＹＯＸによる発光の光束比率が５５：４５となるように設定される。このときの出射光は、図２の△印で示されるように、色度値（０．４７９，０．４２１）を示し、黒体放射軌跡に近い光色となる。ここで、上記蛍光体２０を用いた放電灯２、放電灯２にＬＥＤアレイ３を設けた実施例１，２の照明装置における出射光の色度値、色温度、ＤＵＶ（黒体放射軌跡からのズレを示す値）、平均演色評価指数（基準光（黒体放射・合成昼光）下における色票の色の見えに対する各種光源の色再現の忠実性を示す指標）、メラトニン抑制効果を、下記の表１に示す。なお、メラトニン抑制効率は、本願出願人による先の特許出願特開２００６−２５９０７９に記載された算出方法に順じて測定された。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上述のように、ＬＡＰ及びＹＯＸによる発光の光束比率が５５：４５となるように、蛍光材料の混合比が設定された放電灯２において、その出射光は、色温度２５３０Ｋ、ＤＵＶ２．５７、演色評価指数Ｒａ８５、メラトニン抑制効率が０．２３２であった。汎用の電球色のメラトニン抑制効率が０．３４９程度であることから、上記の結果は、実施例１の照明装置で用いられる放電灯２が、汎用の電球よりもメラトニン抑制効率が低い、すなわち、人の円滑な入眠を促進する光を出射できることを示す。
【００２８】
実施例１の照明装置は、上記放電灯２に、４８５ｎｍのピーク波長を有するＬＥＤ４８５（色度値を図２の◇印に示す）から成るＬＥＤアレイ３を付加することにより作成される。この実施例１の照明装置は、蛍光体２０及びＬＥＤ素子３０の夫々の光を混光して、放電灯２及びＬＥＤアレイ３の点灯出力を適宜に調整することにより、図２の△印（０．４７９、０．４２１）と◇印（０．０８４、０．２３４）とを結んだ線分上にある色度値を示す光を出射することができる。すなわち、黒体放射軌跡近傍において、高い色温度の光色を実現することができる。また、実施例１の照明装置において、放電灯２及びＬＥＤアレイ３の光束比が７８：２２となるように駆動回路４が夫々の点灯出力を制御したとき、その出射光は、色温度（０．３４６、０．３５９）、色温度４９８２Ｋ、ＤＵＶが−２．９７、演色評価指数Ｒａ５６、メラトニン抑制効率が０．９４８であった。つまり、実施例１の照明装置は、放電灯２及びＬＥＤアレイ３を上記の光束比で点灯させることにより、メラトニン抑制効率の高い光を出射して、人の意識を覚醒させることができる。また、放電灯２のみを点灯させることにより、メラトニン抑制効率の低い光を出射することにより、人の円滑な入眠を促進することができる。
【００２９】
上述のように、１種類のＬＥＤ素子３０を用いた実施例１の照明装置では、黒体放射軌跡近傍において高い色温度の光色の光を出射できるが、物体の色の見え方、いわゆる演色性が低くなる。平均演色評価指数は、通常の屋内照明分野においては、Ｒａ８０以上が推奨されている。しかし、実施例１の照明装置において、Ｒａ５６であり、照明光として推奨される平均演色評価指数を得られていない。
【００３０】
実施例２の照明装置は、上記放電灯２に、４６５ｎｍのピーク波長を有するＬＥＤ４６５（色度値を図３の■印に示す）及び５２０ｎｍのピーク波長を有するＬＥＤ５２０（色度値を図３の□印に示す）から成るＬＥＤアレイ３を付加することにより作成される。上記ＬＥＤ４６５及びＬＥＤ５２０を組み合わせたＬＥＤアレイ３は、各ＬＥＤ素子の点灯出力を調整することにより、図３の■印と□印とを結んだ線分上にある色度値を示す光を出射することができ、例えば、上記ＬＥＤ４６５及びＬＥＤ５２０の光束比が８０．８：１９．２で混色するように組み合わされたＬＥＤアレイ３は、図３の▲印（０．１３２、０．２３９）で示される色度値の光を出射することができる。また、このＬＥＤアレイ３に上記放電灯２（色度値を図３の△印で示す）を組み合わせることにより、図３の▲印と△印とを結んだ線分上にある色度値を示す光を出射することができる。
【００３１】
この実施例２の照明装置において、放電灯２、ＬＥＤ４６５及びＬＥＤ５２０の光束比が７４：５：２１となるように、駆動回路４が夫々の点灯出力を制御したとき、その出射光は、色温度（０．３４６、０．３５２）、色温度４９５３Ｋ、ＤＵＶが−０．５６、演色評価指数Ｒａ８４、メラトニン抑制効率が０．７２１であった。この実施例２の照明装置は、放電灯２及びＬＥＤアレイ３を上記の光束比で点灯させることにより、メラトニン抑制効率の高く、かつ、演色性の高い光色の光を出射することができる。また、上記実施例１の照明装置と同様に、放電灯２のみを点灯させることにより、メラトニン抑制効率の低い光を出射することができる。
【００３２】
上述した実施例１，２の照明装置は、調光コントローラ７に備えられたクロック機能により、例えば、朝方には、放電灯２とＬＥＤアレイ３の双方を点灯させて、メラトニン抑制効果の高い高色温度照明として用いられることにより、人の意識を覚醒させて良好な目覚めを提供することができる。また、睡眠時には、放電灯２のみを点灯させて、メラトニン抑制効果の低い低色温度照明として用いられることにより、人が円滑に入眠できるようにすることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、照度センサ８を用いて、放電灯２のみが点灯している時の照度を測定し、それに合わせてＬＥＤアレイ３の点灯出力を適宜に調整できるように構成されてもよい。また、調光コントローラ７のクロック機能は、一般的な放電灯２の寿命時を知らせ、ユーザにその交換時期を推奨するように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る照明装置の側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図２】同照明装置の実施例１における出射光の色度値を示す図。
【図３】同照明装置の実施例２における出射光の色度値を示す図。
【図４】光の波長特性とメラトニン分泌抑制感度との相関を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１    照明装置
２    放電灯
２０    蛍光体
２１    放電灯の外周面
２２    放電灯バルブ
３    ＬＥＤアレイ
３０    ＬＥＤ素子
４    駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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