色光による不快グレアの定量的評価 Quantitative Assessment of Discomfort Glare Caused by Colored Lights 中村研究室 11M30316 日比野奈芙香（HIBINO,Nauka） Keywords：不快グレア,色光,輝度,色度 discomfort glare,colored lights,luminance,chromaticity 1. はじめにが、明るさ感の増加とともにグレア感も増加する可能性が高く 1.1 なると予測し、光色の違いがグレア感の評価と許容度に与える背景と目的日本の都市部では屋外広告物が乱立し、様々な光や色を発し影響について明らかにした。これにより、青色の光はグレア許ている。これらが街の活気を演出する一方、歩行者や運転者に容度が低く、緑色の光はグレア許容度の高い色であることなどとっては不快なまぶしさ（グレア）の要因となることがあり、が示されたが、各光色をグレア感の程度で順位付けするにとど問題視されている。適切な照明設計を行うためには不快グレアまり、定量的な考察はなされていない。の制御が重要な課題となるが、現在グレアの制御に用いられて 2. 研究概要 1）いる ISO 規格の UGR 評価式（式（1））には光色の違いが考慮されていない。 UGR = 8 log10 [ 本研究は、色光のグレア感を定量的に把握することを目的とする。刺激光源の色度値、光源の輝度、光源の大きさを変数と 0.25 𝐿𝑏 ∑ 𝐿2 ω 𝑝2 ] (1) Lb：背景輝度[cd/㎡] L：照明器具の発光面の輝度[cd/㎡] ω：照明器具の発光面の大きさ[sr] p：Guth のポジションインデックス光源の色の違いが人間の知覚に影響を与えることは以前より指摘されており、不快グレア評価においても同様に色の効果が存在することが報告されたが、定量的な考察を行った研究はするグレア評価実験を行い、グレア感と各パラメータとの関係性を明らかにする。また、UGR 式と色度値から色光のグレア感を予測できる回帰式の算出を行う。 3. 実験概要マグニチュード推定法による被験者実験を行った。被験者は未だなされていない。不快グレアの評価をより正確に行うため正常色覚を有する 20 代の男女 7 名とした。には、光色という因子を評価式に導入し、新たな不快グレア予 3.1 実験空間および実験装置測評価式を提案する必要がある。本研究では、グレア感に影響実験空間を図１に示す。実験は暗幕で遮光された暗室内にてを与える要因には輝度だけでなく色も関わっているとの観点行った。評価刺激となる LED 光源に、トレーシングペーパーとから、被験者実験によって色光のグレア感を定量的に測り、グカラーフィルタを挿入することで均一輝度の色光を作成し、こレア感と色との関係性を明らかにする。また、実空間に適用可れを点灯して行った。能なモデル式の提案を目指す。 3.2 1.2 既往研究提示刺激正円の提示刺激の変数は光色、光源輝度、光源の大きさとし前川２）は、色光の不快感について RGB 刺激値の対比の絶対た（表１）。光色は、u’v’色度図上での白色光を中心とした値・RGB 刺激値の絶対値・中心領域の大きさの３つで説明可能十字の軸を設定し（以下設定軸）、その軸上に沿うような黄色であることを明らかにし、輝度比が同じ場合有彩色は無彩色よ光（光色 Y）1 色・赤色光（光色 R）4 色・緑色光（光色 G）２り不快感が高くなる傾向にあることを示した。しかし、検討に色・青色光（光色 B）4 色を選定した（図 2）。また、回帰式の使用した刺激色が非常に限定的であるため十分な検討がなさ妥当性を検証するため軸外の領域から 2 色（光色 BR、光色 YG）れているとは言えない。を選定し、計 13 色の光色を提示光色とした。光源輝度は評価謝ら３）は、ヘルムホルツ＝コールラウシュ効果から光色と指標に対応した UGR 値をもとに光源サイズごとに算出し、決定いう因子を活かして明るさ感を向上させることは可能であるした。光源の大きさは UGR 式が適用される範囲内から 0.03[sr] と 0.003[sr]を採用した。背景輝度は 0.1[cd/㎡]とし、実験は全て中心視で行った。 3.3 評価方法不快グレア評価には、一般的に UGR 式から算出される UGR グレアインデックスを用いる。本研究では UGR グレアインデックスに対応した不快グレアの程度[2～8]をもとに、色光による影響を考慮した値[9]を含めた表 2 の評価指標を作成し用いた。 3.4 実験手順実験者が提示した刺激色光の不快グレア感が、同輝度の白色図１実験空間断面図光を基準としたときにどの程度であるかを被験者に数値で答表２グレア感申告値表１実験変数輝度値-UGR値-グレア評価値対応関係えさせた。実験は以下の手順で実施した。１）被験者を実験空間内に入れ、10 分間暗順応させた。光源の大きさ [sr] 光源の輝度 [cd/㎡] 4800 2700 1800 1200 650 450 240 150 1650 950 610 390 220 150 80 52 0.003 ２）基準光源となる白色光を点灯し、被験者に観察させた。３）評価刺激を点灯し、10 秒後に不快グレアの感覚を評価さ 0.03 せた。評価は基準光源をもとにした数値で答えさせた。不快グレアの程度 UGRグレアイングレアの程度デックスの値 z 42 38 35 32 28 25 21 18 42 38 35 32 28 25 21 18 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 日本語訳さらにひど過ぎるひど過ぎるひど過ぎると感じ始める不快である不快を感じ始める気になる気になり始める感じられるさらにひど過ぎるひど過ぎるひど過ぎると感じ始める不快である不快を感じ始める気になる気になり始める感じられる４）刺激光源の条件を変えながら手順 2）3）を繰り返した。 3.5 B4 実験結果と考察 3.5.1 個人差について各光色における全被験者の回答値[不快グレアの程度]について、ばらつきの傾向を観察した。光色 Y,G,B においてはそれ YG G2 Y1 G1 B1 R1 R2 W(D65) B2 BR B3 ぞれ白色光と比較して正方向または負方向どちらかに評価値が分布する傾向が見られたが、光色 R については両方向に分散する傾向が見られた（図３）。光色 R は個人差が現れやすい色であると言える。また、光色 BR についても同様の傾向が認められた。これらをふまえた上で、本研究においては得られた評 B4 R3 R4 光色 W （D65) Y G1 G2 R1 R2 R3 R4 B1 B2 B3 B4 BR YG u'v'色度値 u' v' 0.196 0.496 0.198 0.543 0.175 0.487 0.105 0.496 0.291 0.488 0.343 0.494 0.392 0.500 0.453 0.496 0.176 0.455 0.274 0.399 0.166 0.253 0.205 0.189 0.274 0.399 0.121 0.563 図２使用した光色（色度値）価値の平均をとり、全体的な傾向を確認することとした。 3.5.2 光源の大きさと評価値の関係同一光色で光源サイズが異なる条件での被験者実験から得られた UGR グレアインデックスの値（以下 GI 値）について、有意差検定を行った。その結果、すべての光色において有意な差が認められなかった（p>0.05*）。これは、色光の不快感に関する既往研究と異なる結果であるが、既往研究で扱われた光源サイズが 3×10-6[sr]～1.0[sr]と非常に広い範囲であったために顕著な傾向が出たものと考えられる。本研究で扱った光源サイズの範囲内においては、光源の大きさによる影響はほとんどないものとし、２つの光源から得られ横軸：輝度レベル縦軸：不快グレアの程度光源サイズ=0.1[ar] 図３個人差について（光色 R）た GI 値を光源の大きさによる区別をせずに分析データとしてによって得られた GI 値を縦軸にとり、白色光と各色光の評価扱うこととした。値の関係を示した。白色光と比較して、光色 Y はグレアに感じ 3.5.3 にくく、光色 R1-4,G1,B1 はほぼ同じとなり、光色 G2,B2-B4 白色光と各色光の評価値の比較図 4 に不快グレアの程度に対応した輝度レベルを横軸、実験 p<0.01*）で有意な差が認められた。これにより、同輝度の無（p<0.01*）彩色光と有彩色光ではグレアの感じ方が異なる場合があることが示された。また、光色 G,B では色度図上の白色点から距離光色：Y が離れるにつれて評価値も離れていく傾向にあるため、u’成 GI 値分[負方向]と v’成分[負方向]では白色点からの距離がグレアの感覚に影響を及ぼす可能性があると言える。 4. モデル式の検討 Y P<0.05 有意差あり UGR 式に、色度値から表現される係数 k をかけることにより色光の UGR グレアインデックス値が算出されるモデル式を求輝度レベルめる。光色：R1-R4 GI 値色光の UGR GI 値 = k ∗ 8 log10 [ 0.25 𝐿𝑏 ∑ 𝐿2 ω 𝑝2 ] k：u’v’色度値で表される係数 Lb：背景輝度[cd/㎡] L：照明器具の発光面の輝度[cd/ ㎡] ω：照明器具の発光面の大きさ[sr] p：Guth のポジションインデックス 4.1 輝度レベルと係数の関係白色光の GI 値を基準とし、そのときの係数ｋは 1 であると考えると、各色光の係数ｋは[ｋ=（実験から得た各色光の GI 値）/（白色光の GI 値）]で表現される。白色光と有意な差が輝度レベル認められた光色において、図５に輝度レベルと係数の関係について示した。係数ｋは、輝度レベル 2 では高い値をとる傾向に光色：G1-G2 GI 値あり、光色 G、B2-B3 では輝度レベルが高くなると係数ｋが１に近づく傾向が見られた。その要因として、高輝度になるにつれて輝度の影響が強く表れ、色の判別が困難になることが考え G2 P<0.01 有意差ありられる。すべての光色で高輝度になるにつれて係数ｋが 1 に近づくことが予測できるが、輝度レベル 3～8 では値が前後した輝度レベルため傾向をつかむことはできなかった。このことから、係数ｋを輝度レベルで説明することはできないと結論付けた。光色：B1-B4 4.2 色度値と係数の関係 GI 値各光色の輝度レベルごとの係数ｋを算出し、設定軸の u’成分または v’成分を横軸、実験から得られた係数ｋを縦軸にと B2,B3,B4 P<0.01 有意差ありり、色度値の位置関係と係数ｋの関係を図 6 に示した。これにより、輝度の値によらない傾向が得られた。光色 R,G,Y と B 輝度レベルはそれぞれ色度値と係数ｋの間に相関関係が見られたため、散図 4 白色光と各光色の評価値の比較布図により相関係数を算出した。その結果、光色 R は相関係数光色：G2 0.13 でほとんど相関が無く、光色 G は-0.42 で中程度の相関が光色：Y Y G2 1.4 1.4 1.3 1.3 1.2 あり、光色 Y と B は-0.70 となり高い相関があることが示され 1.2 グレアの程度ｋ 1.1 G2 (S) Y (L) 1 G2 (L) 1 0.9 0.8 横軸：輝度レベルグレアの程度ｋ 1.1 Y (S) ♦白色光 0.9 2 3 4 5 6 7 8 0.8 9 2 3 4 輝度レベル 5 6 7 8 輝度レベル光色：B2 光色：B3 B2 光色：B4 B3 1.4 1.4 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 グレアの程度 1 0.9 0.8 3 4 5 6 輝度レベル 7 8 9 4.3 モデル式の算出 1.2 グレアの程度ｋ 1.1 グレアの程度ｋ 1.1 B2 (S) B3 (S) B4 (S) B2 (L) B3 (L) B3 (L) 1 0.9 2 が対応していることが明らかとなった。 B4 1.4 ｋ 1.1 0.8 た。このことから、光色 R のグレア感は色度値によらず一定であるが、光色 G,Y,B においては色度値の変化とグレア感の変化 9 1 光色 G、光色 Y と B において係数ｋと色度値が相関関係にあ 0.9 2 3 4 5 6 7 8 9 0.8 輝度レベル図５輝度レベルと係数ｋの関係 2 3 4 5 6 輝度レベル 7 8 9 ることが示されたため、これらの色光と白色光について u’v’ 色度図上の白色点からの距離を説明変数、すべての輝度レベルにおける係数ｋを被説明変数として回帰分析を行い、回帰式を 1.3 算出した。得られた回帰式での予測値の残差から外れ値を求め、これを除外して再度回帰分析を行った。白色点からの距離を色 1.25 レベル9 1.2 レベル8 1.15 度値に変換し、以下の回帰式を得た。レベル7 1.1 係数ｋレベル6 係数 k = −0.461(u′ − 0.196) − 0.457(v ′ − 0.496) + 0.983 1.05 レベル5 1 このとき、重相関係数 R=0.658,重決定係数 R2=0.433 であっ 0.95 レベル4 0.9 レベル3 た。残差による検討から、推定に問題があるか、ほかに有力 0.85 レベル2 0.8 な説明変数があることが予想されるため、色度値のみで係数 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 u'成分ｋを精度よく算出することは難しいことが明らかとなった。平均平均 1.3 よって本研究では得られたモデル式を全体の傾向を把握す 1.25 レベル9 1.2 るツールとして用いることとした。精度については今後の検レベル8 1.15 レベル7 案する。 1.1 係数ｋ討課題とし、今回得られたモデル式を色光の UGR 式として提レベル6 1.05 レベル5 1 レベル4 0.95 y = [−0.461(𝑥1 − 0.196) − 0.457(𝑥2 − 0.496) + 0.983] ∗ 8 log10 [ 0.25 𝐿2 ω ∑ 2] 𝐿𝑏 𝑝 レベル3 0.9 レベル2 0.85 平均 0.8 x1: u‘色度値ｘ2 ：ｖ‘色度値 Lb：背景輝度[cd/㎡] L：照明器具の発光面の輝度[cd/㎡] ω：照明器具の発光面の大きさ[sr] p： Guth のポジションインデックス -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 v'成分表２回帰式の妥当性の確認 ※ただし、x1>0.196 のときはつねに x1 =0.196 とする図６色度値と係数ｋの関係 4.3 モデル式の妥当性の確認得られたモデル式に設定軸外の色度値を当てはめ、GI 値を算出し、実験から得られた GI 値との相対誤差について比較を行った。その結果、光色 BR の相対誤差は最大で 19.9％、光色 YG は 18.3％となり、最小は光色 BR で-0.64％、光色 YG で -0.17％であった。現在の UGR 式から得られる GI 値と実験から得られた GI 値の相対誤差を算出したところ、光色 BR では予測値が UGR 式より少ない誤差となったのは全体の半数に満たず、光色 YG では全体の４分の 1 のみとなり、UGR 式の方がモデル式よりも誤差が小さくなる結果となった。モデル式を全体的な傾向を把握するものとしたため、比較的基準白色光に近い色光光色BR 輝度レベル 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 光色YG 輝度レベル 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 光源サイズ[sr] ｋ（計算値） UGR式G値 41.90035 37.90231 35.08485 32.26739 0.003 28.007104 25.45189 21.08387 17.81795 1.0269488 41.941226 37.930789 35.113329 32.285935 0.03 28.014169 25.440548 21.012365 17.806608 予測GI値 43.02952 38.92373 36.03035 33.13696 28.76186 26.13779 21.65206 18.29812 43.07149 38.95298 36.05959 33.156 28.76912 26.12614 21.57862 18.28648 実測GI値 40.96071 38.67614 37.3 30.94906 28.02789 23.159 22.223 22.847 42.1834 38.62121 38.45681 32.1606 29.31896 24.585 20.72517 20.29754 予測値-実測値　相対誤差 UGR式－実測値相対誤差 -5.050697205 -2.29399227 -0.640164561 2.000800665 3.403897116 5.93873944 -7.069340218 -4.259662735 -2.618739081 0.07414723 -12.86234023 -9.900644793 2.569158453 5.125905708 19.91017013 22.01186041 -2.269203785 0.414510138 -1.461566761 1.200953424 5.652515704 8.128350538 -2.14229974 0.53808401 2.176848139 4.743890269 -5.917505079 -3.138053665 -4.100588088 -1.368815596 9.788442878 12.15574411 光源サイズ[sr] ｋ（計算値） UGR式G値 41.90035 37.90231 35.08485 32.26739 0.003 28.007104 25.45189 21.08387 17.81795 0.9867153 41.941226 37.930789 35.113329 32.285935 0.03 28.014169 25.440548 21.012365 17.806608 予測GI値 41.34371 37.39879 34.61876 31.83873 27.63504 25.11377 20.80378 17.58124 41.38405 37.42689 34.64686 31.85702 27.64201 25.10258 20.73322 17.57005 実測GI値 41.81743 38.39057 37.90375 30.64476 30.94906 25.655 22.847 20.82024 40.81333 37.68796 37.02833 31.30811 29.60312 25.521 23.2122 21.465 予測値-実測値　相対誤差 UGR式－実測値相対誤差 1.112643545 -0.198293718 2.563528608 1.271825547 8.648036033 7.436994522 -3.917357832 -5.294977191 10.68978822 9.505813957 2.089681047 0.791696248 8.924494864 7.717118333 15.53974425 14.42006525 -1.74266264 -3.091452338 0.17792997 -1.145398673 6.080558488 4.83548025 -1.009058548 -2.348122949 6.955525187 5.722046273 1.982017055 0.682604967 10.90162192 9.720455909 18.27546008 17.19204812 である光色 BR,YG の傾向を精度よくつかむことは出来なかった。そのため、モデル式の妥当性を証明することは出来なかった。参考文献 1）社団法人照明学会：CIE グレア評価法 UGR の研究調査委員会報告書；1993 年 3 5. まとめ本研究は光色の違いがグレア感評価に与える影響について月 15 日 2）前川弘樹：大面積の色光が及ぼす不快感；東京工業大学大学院修士論文,2007 3）謝明燁、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分析し、色度値から色光の不快グレア感を定量的に評価するこ響に関する研究；照明学会誌第 8 巻第 11 号,2005 とを目指したが、大まかな傾向を把握するにとどまった。 5）笹部和代：小光源の輝きの予測評価法に関する研究；東京工業大学大学院修士論今後は、まず色度値がどのような形で UGR 式と関わっている 4）橋本健史：明るさ画像を用いたグレア評価；東京工業大学大学院修士論文,2006 文,2011 6）明石行生, 村松隆雄, 金谷末子: UGR と不快グレアの評価との関係：照明学会かについて詳細な検討を行い、被験者数を増やすことで色光の誌 78(10), p516-526, 1994-10 特性をより明確にする必要がある。今回扱っていない背景輝度 77(6), p296-303, 1993 や光源位置、光源数、光源サイズについても検討の余地がある。 7）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 8）金源雨, 原昌康，古賀靖子：グレア光源の大きさによる位置指数への影響について都市・建築学研究九州大学大学院人間環境学研究院紀要第 5 号,2004 年 1 月