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薄明視環境における不快グレアの視覚特性
髙尾 幸左 1. はじめに 近年、屋内外でLED 照明が普及してきている。屋外 では、建築の装飾用照明や街路照明に限らず、自動車 用照明としても導入され始めている。LED 光源は省エ ネ・長寿命といった利点を持つ一方で、指向性の強さ や従来光源との分光分布の違いからグレアを起こしや すいと言われている。また、夜間は目の順応状態から グレアを感じやすい。そのため、特に夜間の屋外照明 や自動車用照明としてLED 光源を用いる場合、よりグ レアに配慮する必要がある。 薄明視環境下での光源の分光分布と不快グレアにつ いて、Bullough ら1)は桿体の応答と不快グレアの間に 相関関係はなく、短波長側にピーク感度をもつS 錐体 の寄与を示唆し、Sivak ら2)、明石3)も支持している。 グレア光源の位置と不快グレアについて、Bullough らは分光分布に比べ不快グレアに及ぼす影響は小さい としたが、税田ら 4)は中心視に比べ周辺視の方がグレ ア感は高くなることを示している。 単色光を用いた実験では、Fekete ら5)がグレア光源 の位置によってグレアを感じにくくなる波長が異なる ことを示している。謝ら6)やFlannagan ら7)は光色の 違 い が グ レ ア 感 に 影 響 す る こ と を 示 し て い る 。 Flannagan らは、薄明視環境において黄色光が最もグ レアを感じにくく、青色光が最もグレアを感じやすい としている。 これらのことを踏まえ、本研究では税田らに倣い、 白色光から特定の波長をカットしたものをグレア光源 として取り扱うことにした。薄明視環境においてグレ ア光源の分光分布と呈示位置が不快グレアに及ぼす影 響を明らかにすることを目的とし、相関色温度を極端 に変えることなく、分光分布の異なるグレア光源を用 いた主観評価実験を行った。 2. 実験装置 実験は遮光した室内に実験装置を作成して行った。 図 1 に実験装置を示す。被験者と光源の間に各辺 600mm の箱を設置した。箱の中央には隔壁があり、隔 壁に観測用の覗き穴を設けた。実験装置内部には半径 250mm の半円状の枠を水平に設け、その枠に沿ってグ レア光源を設置した。実験装置内部の輝度については、 覗き穴からグレア光源を観測した際、視野に入らない 位置に白色LED 電球を設置し、間接的に照らすことで 調節した。 グレア光源にはキセノンファイバー光源を用いた。 遮光した箱の中でノッチフィルターまたはシャープカ ットフィルターを用いて分光分布を変化させ、光ファ イバーライトガイドを通して実験装置内に導入した。 グレア光源は直径10mm の円形で、覗き穴から見たグ レア光源の立体角は0.0013sr であった。グレア光源の 発光面にはトレーシングペーパーを貼り、発光面の輝 度が均一になるようにした。 3. 実験条件 薄明視環境とするため、実験装置内部の背景輝度は 0.02cd/m2に設定した。背景輝度は覗き穴の正面を25 点輝度計で測定したところ、均斉度は 0.70(最小値/平 均値)であった。 波長条件として、フィルターを用いて532(±13.3) nm をカット、514.5(±13.3) nm をカット、488(±13.3) nm をカット、440 nm 以下をカットする 4 条件を設定し た。（以後、順にnf-532、nf-514.5、nf-488、scf-440 とする。）また、対照条件としてフィルターを用いない NF を設定した。 各波長条件でのグレア光源の強度は、覗き穴の位置 で放射照度の強度を測定し、最小値を0.10 μW/cm2と した。最大放射照度を5.9μW/cm2とし、0.20 μW/cm2 間隔で調節した。表1 に各波長条件におけるグレア光 源の測光・測色データを示す。また、図2 に放射照度 が45.0 μW/cm2のときのグレア光源の分光分布、図3 にCIE1931 xy 色度図上でのグレア光源の色度を示す。 グレア光源の呈示位置は、水平10°、水平 5°、視 野中央0°の 3 通りとした（図 1）。呈示位置が 0°以 外のときは、覗き穴から視野中央 0°の位置に白色の 固視点を設けた。被験者には、実験装置内の固視点ま たはグレア光源を注視させたまま、グレア光源に対す る主観評価を行わせた。33-2 図1 実験装置とグレア光源呈示位置 表1 グレア光源の測光・測色データ 4. 実験手順 被験者は7 名(男性 6 名、女性 1 名：21～25 歳、コ ンタクト使用者を含む)であった。実験に先立ち、被験 者には色覚検査を行い、正常な色覚を持っていること を確認した。 図 4 に実験手順を示す。1 回の実験の被験者は最大 4 名である。はじめに、被験者全員に実験概要と主観評 価に関する説明を行い、20 分間の暗順応後、最初の被 験者に観測用の窓から実験装置内部を覗かせた。グレ ア光源の呈示位置が水平10°、水平 5°の場合は固視 点を、0°の場合はグレア光源を注視させた状態で光源 を3 秒間呈示し、不快グレアの程度をその場で回答さ せた。評価後、次の被験者に交代し、再び暗順応を行わ せた。3 分間の暗順応後、1 つ前から条件を変えた光源 を3 秒間呈示し、これを繰り返した。 不快グレアの評価尺度には、de Boer のグレア評価 尺度の数値を逆にしたものを用い8)、被験者には1、3、 5、7、9 の数値で回答させた。図 5 に実験に用いたグ レア評価尺度を示す。 実験を始める最初の 2 回の評価までは実験練習とし、 解析からは除外した。また、順序効果を避けるため、グ レア光源の強度はランダムに設定した。１つの条件に 対して一人当たり3 回評価させた。 図2 グレア光源の分光分布(放射照度 45.0 μW/cm2) 図3 グレア光源の色度(CIE1931 xy 色度図) 図5 実験に用いた評価尺度 5. 実験結果 各条件において、不快グレアの主観評価値と放射照 度との関係を求めた。図6 に結果の一例を示す。実験 結果より、各放射照度に対する主観評価値の平均値と 放射照度の対数との関係について回帰分析を行った。 各波長条件における回帰直線の傾きを比較したところ、 有意差はなかった。 分光分布の違いが不快グレアに及ぼす影響を検討す るために、BCD(boarder line between comfort and discomfort)放射照度を求めた。BCD 放射照度は、実験 結果を被験者ごとに回帰分析し、評価値が5(許容でき る限界)となるときの放射照度レベルとした。図 7 に各 波長条件でのBCD 放射照度の比較を示す。図 7 の縦 軸はBCD 放射照度の対数値を表す。縦軸の値が高い条 件はグレア感が低いことを意味する。BCD 放射照度に 対し、波長条件と被験者を因子とした二元配置分散分 NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 ｘ 0.331 0.351 0.353 0.356 0.364 ｙ 0.355 0.309 0.326 0.367 0.410 Tcp[K] 5559 4477 4555 4691 4633 ⊿uv 0.007 -0.026 -0.017 0.003 0.020 u' 0.201 0.234 0.227 0.213 0.203 v' 0.484 0.463 0.473 0.493 0.513 S/P比 2.25 2.26 1.97 1.80 2.06 Ra 94 80 88 84 84 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 360 410 460 510 560 610 660 710 760 放射照度 [W /㎡ /n m] 波長[nm] NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 y x NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 主波長 黒体軌跡 図4 実験手順
33-3 析を行ったところ、1%有意水準で波長条件、被験者の 主効果はそれぞれ有意であったが、波長条件と被験者 の間に交互作用はなかった。そこで、波長条件を対象 とした多重比較(Tukey の HSD 検定)を行い、各波長条 件間に有意差があるか確認した。多重比較の結果、0° ではNF と nf-532、NF と scf-440、nf-532 と nf-488、 nf-488 と scf-440 の間に有意差があった(p<0.05)。水 平5°では NF と nf-514.5 の間にのみ有意差があった (p<0.05)。水平 10°では NF と 514.5、532 と nf-514.5、nf-514.5 と nf-488、nf-514.5 と scf-440 の間に 有意差があった(p<0.05)。 次に、呈示位置の違いが不快グレアに及ぼす影響を 検討した。図 8 に各呈示位置における BCD 放射照度 の比較を示す。BCD 放射照度に対し、呈示位置と被験 者を因子とした二元配置分析を行った。1%有意水準で 呈示位置、被験者の主効果、呈示位置と被験者の交互 作用はすべての波長条件で有意であった。単純主効果 の検定により、呈示位置の単純主効果はすべて有意で あった(p<0.01)。そこで、呈示位置を対象とした多重比 較を行い、各呈示位置間に有意差があるか確認した。 多重比較の結果、NF、nf-532、nf-488 において 0°と 水平10°の間に有意差があった(p<0.01)。nf-514.5 で は水平5°と水平 10°、scf-440 では 0°と水平 10°、 水平5°と水平 10°の間に有意差があった(p<0.01)。 (a) 波長条件：フィルター無し NF (b) 波長条件：nf-514.5 図6 光源呈示位置水平 10°の実験結果 (a) グレア光源呈示位置：0° (c) 波長条件：nf-514.5 (d) 波長条件：scf-440 図8 波長条件ごとの BCD 放射照度の比較 0.0992 0.1527 0.2462 0.1554 0.1506 0.00 0.25 0.50 0.75 NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 lo g B C D 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 0.1971 0.2657 0.3691 0.2497 0.3097 0.00 0.25 0.50 0.75 NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 lo g B C D 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 0.2640 0.3797 0.3222 0.3074 0.3758 0.00 0.25 0.50 0.75 NF nf-532 nf-514.5 nf-488 scf-440 lo g B C D 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 1 3 5 7 9 0.01 0.10 1.00 10.00 評価値 放射照度[ W/㎠] 回帰 実測値 全体平均 μ 0.2640 0.1971 0.0992 0.00 0.25 0.50 0.75 0° 5° 10° lo g B CD 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 0.3797 0.2657 0.1527 0.00 0.25 0.50 0.75 0° 5° 10° lo g B CD 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 0.3222 0.3691 0.2462 0.00 0.25 0.50 0.75 0° 5° 10° lo g B CD 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 0.3758 0.3097 0.1506 0.00 0.25 0.50 0.75 0° 5° 10° lo g B CD 放射照度 [μW /㎠ ] 平均値 1 3 5 7 9 0.01 0.10 1.00 10.00 評価値 放射照度[ W/㎠] 回帰 実測値 全体平均 μ (a) 波長条件：フィルター無しNF (b) 波長条件：nf-532 (b) グレア光源呈示位置：水平5° (c) グレア光源呈示位置：水平10° 図7 光源呈示位置ごとの BCD 放射照度の比較
33-4 6. 考察 実験結果より、薄明視環境において中心視と周辺視 では異なる波長域が不快グレアに影響を及ぼしている ことがわかった。これは視細胞の分布が関係している と考える。視細胞のうち、錐体の分布は中心窩に集中 しており、視角10°までの間に急速に減少する。また、 桿体は中心窩にはほとんど分布せず、視角が大きくな るにつれて増加し、視角約20°以降は緩やかに減少す る。中心視では scf-440 のグレア感が低下しているこ とから、短波長側にピーク感度を持つS 錐体の応答が 関係していると考える。これは既往研究の知見と一致 している。また、税田らが示した結果と同様にnf-532 におけるグレア感が低下しており、S 錐体だけでなく M 錐体の寄与も大きい可能性を示している。 一方、周辺視ではnf-514.5 のグレア感が最も低下し ており、桿体の応答が関係していることが要因と考え る。水平10°でのグレア感の低下に比べ、水平 5°で のグレア感が著しく低下していることは、M 錐体の寄 与の可能性もあるが、他の呈示位置に比べ、実測値の ばらつきが大きいため、グレア光源に視線を向けてし まったということもあり得る。 周辺視に関して、scf-440 に対する BCD 放射照度が 水平5°と水平 10°の間で有意差があることから、水 平5°までは S 錐体もグレア感に寄与していると考え る。S 錐体は中心窩周辺に分布していることから、水平 5°においてもグレア感の低下に寄与し、グレアを感じ にくい傾向になったと考える。 グレア光源の呈示位置については nf-514.5 を除き、 グレア光源の位置が視線から遠ざかる程グレア感は上 昇し、税田らが示した結果と同様となった。水平10° の実験結果より、nf-514.5 のグレア感が低下している ことから、桿体がグレア感に大きく寄与していると考 える。既往研究では背景輝度を0.1cd/m2にしたものが 多いが、今回の実験では0.02cd/m2に設定したことで、 より桿体の影響が大きくなったことが要因と考える。 光色について、相関色温度がほぼ等しい条件間にお いてもグレア感に有意差があった。これは矢野ら 9)の 相関色温度が等しいとき分光分布はグレア感に影響し ないという主張とは異なり、分光分布の影響を否定で きない結果となった。 今回はグレア光源の呈示位置を水平方向に配置し、 薄明視における不快グレアの視覚特性を調べた。不快 グレアに対する短波長側の影響がみられたことは既往 研究と一致している。しかし、中心視に比べ周辺視の 方がグレア感は高く、光源の位置が視線から遠ざかる 程グレア感は減少するという現行の屋外環境における グレア評価式10) 11)の考え方とは異なる結果となった。 また、鉛直方向にグレア光源を配置した税田らの結果 と比較すると、異なる波長条件でグレア感の低下があ った。これは視野の鉛直方向と水平方向で不快グレア の視覚特性が異なることを示している。今後、呈示位 置の範囲を広げ、視野全体を対象として薄明視におけ る不快グレアの視覚特性を求めていく必要がある。 7. まとめ 薄明視環境では、M 錐体もしくは桿体のピーク感度 に近い波長が少ない光源を利用することでグレア感を 低減できる可能性を示した。今後、全視野における不 快グレアの視覚特性を明らかにすることで、必要とさ れる相関色温度や演色性を実現しつつ、不快グレアを 低減する屋外照明の可能性に期待できる。 謝辞 本研究は、科学研究費補助金・基盤研究(B)(課題番号 24360237) によった。記して謝意を表する。 参考文献
1) Bullough,J.,Fu,Z.,and J.Van Derlofske.：Discomfort and disability glare from halogen and HID headlamp systems, Advanced Lighting Technology for Vehicles, pp.1-5, (SAE paper 2002-01-0010)
2) Michael Sivak, Brandon Schottle, Takako Minoda, Michael J. Flannagan：Short-Wavelength Content of LED Headlamps and Discomfort Glare, The Illuminating Engineering Society of North America, Vol.2, No.2, pp.145-154 (2005) 3) 明石行生：LED の不快グレア軽減のための機構モデルの構 築 、 日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集(関東 )、 pp.521-524(2011) 4) 税田直尭、古賀靖子：薄明視環境において光源の分光分布が 不快グレアに及ぼす影響、日本建築学会研究報告. 九州支部. 2、環境系(54)、pp.5-8 (2015)
5) Judit Fekete, Cecilia Sik-Lanyi, Janos Schanda：Spectral discomfort glare sensitivity investigations, Ophthalmic and Physiological Optics, Volume30, pp.182-187 (2010) 6) 謝明、宗方淳、平手小太郎：光色の違いがグレア感の評価と
許容度に与える影響に関する研究、照明学会誌 89(11)、 pp.788-793 (2005)
7) Michael J. Flannagan, Michael Sivak, Eric C. Traube： Discomfort Glare and Brightness as Functions of Wavelength, UMTRI-94-29 (1994)
8) Andrew W. Gellatly, Daniel J. Weintraub ： User Reconfigurations of The de Boer Rating Scale for Discomfort Glare, UMTRI-90-20 (1990)
9) 矢野正、金谷末子、市川一夫：高齢者の不快グレア－光色と の関係－、照明学会誌 77(6)、pp.296-303 (1993)
10) JIS Z 9110：照明基準総則 (2010) 11) JIS Z 9111：道路照明基準 (1988)
