BRPI0813314B1

BRPI0813314B1 - Sistema para emitir luz

Info

Publication number: BRPI0813314B1
Application number: BRPI0813314-0A
Authority: BR
Inventors: Ian Ashdown
Original assignee: Philips Lighting Holding B.V.
Priority date: 2007-03-31
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2019-10-01
Also published as: RU2491105C2; US20100174345A1; CN101678209A; RU2009149463A; US8506612B2; WO2008146219A1; BRPI0813314A2; KR20100027186A; JP2010527728A; EP2164568B1; EP2164568A1; BRPI0813314B8

Abstract

sistema para emitir luz, e, método para controlar luz para prover um estímulo fisiológico induzido por luz desejado e um estímulo luminoso desejado neste documento são divulgados métodos e sistemas para emitirem luz que pode prover um estímulo fisiológico induzido por luz desejado e um estímulo luminoso desejado. a luz pode ser controlada para variar o estímulo fisiológico dentro de uma primeira faixa predeterminada enquanto mantêm o estímulo luminoso dentro de uma segunda faixa predeterminada que é útil para uma gama de aplicações de autoiluminação e de espaço. por exemplo, um dispositivo pode incluir um controlador para controlar as correntes de acionamento fornecidas a uma pluralidade de elementos emissores de luz tendo diferentes características espectrais, caracterizado pelo fato de que a combinação de correntes é controlada de tal modo que a luz emitida mista é associada com os estímulos fisiológicos e luminosos desejados.

Description

DESCRIÇÃO

A invenção refere-se a sistemas de iluminação que empregam elementos emissores de luz e, mais particularmente, a sistemas de iluminação configurados para proverem iluminação, bem como estimularem um efeito fisiológico induzido por luz desejado.

Tradicionalmente, sistemas de iluminação têm sido empregados somente para iluminar, ou seja, prover luz artificial suficiente que possibilite reconhecer visualmente características do ambiente ou, em caso de sistemas de visão direta, do próprio sistema de iluminação. Pesquisa relativamente recente ilustra que luz também pode afetar certas funções fisiológicas de formas de vida e provocar uma variedade de efeitos fisiológicos, como descrito, por exemplo, em Figueiro Research Matters, Luzing Design and Application 36(5), 15-17, 2006; Figueiro et al. Demonstration of additivity failure in human circadian phototransduction, Neuroendocrinology Letters 26(5), 493-498, 2005; Figueiro et al. Orcadian effectiveness of two polychromatic luzs in suppressing human noctumal melatonin, Neuroscience Letters 406(3), 293-297, 2006 (coletivamente designadas, Publicações Figueiro), todas incorporadas neste documento por referência. Mostrou-se que a luz pode induzir variações em, por exemplo, metabolismo geral e ciclo de sono de uma variedade de formas de vida. Características de luz, tais como sua quantidade, composições espectrais particulares, bem como temporização e duração de exposição a luz, apresentam importantes indicações da intensidade de efeitos fisiológicos induzidos por luz. Estas características são designadas frequentemente como estímulos fisiológicos induzidos por luz. Observa-se, entretanto, que estímulos fisiológicos, em geral, podem incluir indicações diferentes do que

Petição 870190064826, de 10/07/2019, pág. 6/12 luz. Efeitos fisiológicos específicos que são relevantes ou indicativos de certos ciclos bioquímicos do metabolismo e seus efeitos em formas de vida durante todo o dia, por exemplo, ciclo de sono-vigília, ciclos de atividade orgânica e semelhante frequentemente são designados especificamente como estímulos circadianos.

Em geral, ritmos circadianos são oscilações fisiológicas e comportamentais que normalmente são sincronizadas com o ciclo de luz e sombra natural do dia. Distúrbios do ritmo circadiano são ritmos circadianos inapropriados ou indesejados. Estes distúrbios tipicamente são relacionadas a mudanças repentinas e/ou extremas na relação entre uma exposição de organismo a luz ambiente e sua atividade. Ruptura de ritmos a longo prazo acredita-se possa levar a consequências adversas significantes para saúde sobre órgãos periféricos fora do cérebro, particularmente, no desenvolvimento ou agravamento de doença cardiovascular. Temporização de tratamento médico em coordenação com o relógio corporal pode aumentar significativamente eficácia e reduzir toxidade de droga ou reações adversas. Por exemplo, tratamento regulado apropriadamente com inibidores da enzima conversora da angiotensina (em inglês, ACEi) pode reduzir pressão sanguínea noturna e também beneficiar o remodelamento (reverso) ventricular esquerdo.

Os distúrbios do ritmo circadiano são conhecidos como estando associados a mudança de local geográfico (jet lag) e atividade noturna (trabalhadores de último turno de horário de trabalho). Outro tipo comum de distúrbios do ritmo circadiano é o distúrbios afetivo sazonal (em inglês, SAD), que é caracterizado por sintomas, tais como depressão durante a estação de inverno, quando a duração de luz do dia é reduzida. Sabe-se há muito tempo que os ritmos circadianos em seres humanos e outros animais são afetados por exposição da retina à luz.

Consequentemente, várias técnicas têm sido desenvolvidas para tratar distúrbios do ritmo circadiano expondo os olhos ou tecido de um indivíduo à luz. Muitas dessas técnicas empregam fontes de iluminação configuradas para gerarem luz artificial que simulam intimamente a intensidade e espectro de luz natural e outras condições de luz dinâmicas. Por exemplo, um dispositivo convencional inclui um conjunto de fontes de luz de várias cores controlado por um computador. As qualidades espectrais da luz produzida pelas fontes de luz são medidas e providas ao computador que então ajusta as fontes de luz para gerarem as condições de luz desejadas.

Outro dispositivo conhecido emprega uma pluralidade de diodos emissores de luz (LEDs) a uma distância particular de e orientados para o indivíduo; uma fonte de energia portátil eletricamente conectada aos LEDs; e um controlador para alterar a operação do LEDs. O dispositivo é leve e compacto suficientemente para confortavelmente ser usado pelo indivíduo. Um ou mais destes dispositivos são usados para emitirem luz para as retinas de um indivíduo, para o tecido vascular do indivíduo, ou simultaneamente tanto para as retinas quanto para o tecido vascular. Para iluminação da retina, pequenos LEDs são integrados nas armações dos óculos e posicionados para dirigirem luz aos olhos do indivíduo. Para iluminação do tecido vascular, uma matriz de lente e LEDs é contida em um estojo que é preso contra a pele do indivíduo.

Também conhecidas são as fontes de luz configuradas para ajustarem ou modularem ritmos circadianos dos seres humanos e outros mecanismos corporais fotodependentes. Estas fontes de luz podem gerar luz, por exemplo, com componentes espectrais tendo comprimentos de onda distribuídos por todo o espectro visível, de modo a serem captados pelo olho humano como sendo substancialmente luz branca. A energia da luz emitida pela fonte dentro de uma banda de onda anômala em tomo de um comprimento de ondas de 460nm pode diferir significativamente da energia emitida em qualquer outra banda de onda de largura equivalente para aumentar ou suprimir a modulação de ritmos circadianos dos seres humanos.

É geralmente conhecido controlar a capacidade de manter o alerta de seres humanos expondo-os à radiação de luz adequada sem substancialmente influenciar a fase de um ciclo de melatonina. A melatonina é um hormônio do sono que pode ser usado para controlar a capacidade de manter o alerta de um ser humano. A radiação de luz adequada sendo especificada por uma fração de produção de radiação supressiva de melatonina (Melatonina Watt/Watt) e produção de luz (lúmen/Watt), a fração de produção e produção de luz sendo ajustadas para se obter o efeito desejado na fase de dito ciclo. Por exemplo, uma técnica convencional retrata uma tela de visão acoplada a um dispositivo limitador de cor. Um controlador programável altera sinais entre um dispositivo eletrônico e uma tela de visão para diminuir ou eliminar um sinal de uma cor específica na tela em tempos específicos. A eliminação ou diminuição da cor azul na tela permite produção normal de melatonina antes de intervalos de sono normais para permitir ciclos de sono normais.

Também é conhecido ajustar o ritmo circadiano de um indivíduo em um espaço produzindo um nível de intensidade de luz variável em um regime contínuo a partir de uma fonte de luz. A produção de luz a partir de uma fonte disponibilizada ao indivíduo no espaço é controlada em resposta a um sinal de controle que varia de uma maneira correspondente à altitude solar e lunar de um local geográfico pré-determinado e a passagem de tempo por um intervalo de tempo selecionado do dia em um local geográfico pré-determinado.

Muitas dessas abordagens, entretanto, concentram-se unicamente em induzir efeito fisiológico desejado e, portanto, são pouco adequadas para iluminação. Por exemplo, as Publicações Figueiro reconheceram que radiação visível com comprimento de onda curta (por exemplo, luz azul) é responsável principalmente por sincronizar os ritmos circadianos do corpo e sugeriram o uso de luz azul para induzir este efeito benéfico. Infelizmente, a quantidade de radiação com comprimento de onda curta emitida pelas fontes de luz branca comum é bastante baixa. Consequentemente, luz azul por si própria é muito mais eficaz na sincronização dos ritmos circadianos do corpo do que a luz branca, como mostrado na Tabela 1. Empregar luz azul, entretanto, resulta em iluminação inadequada para a maioria das tarefas visuais.

Fonte de Luz	Lumens fotópicos/Watt	Estímulo circadiano/Watt
Fluorescente branca quente	100	74
Fluorescente luz do dia	100	157
Incandescente	12	12
Luz do dia (6500 K)	70	133
LED azul	15	418

Tabela 1 - Propriedades Fotópicas e Fisiológicas de Fonte de Luz Comum (Publicações Figueiro)

Adicionalmente, sistemas e métodos convencionais não podem prover um estímulo fisiológico dentro de uma faixa desejada embora também mantenham um certo estímulo luminoso dentro de uma faixa que seja útil para uma gama de aplicações de autoiluminação ou de espaço. Portanto, existe uma necessidade de um novo método e sistema para prover iluminação e estímulo fisiológico induzido por luz que aborde os inconvenientes de enfoques convencionais.

O requerente deste documento reconheceu e observou que seria vantajoso prover uma fonte de luz branca cuja distribuição de potência espectral possa ser modificada para aumentar ou diminuir seu estímulo circadiano por watt elétrico, conforme necessário. A fonte de luz poderia então ser operada para prover espaço eficiente de energia e/ou autoiluminação de um modo normal, e, quando desejado, poder estimular um efeito fisiológico induzido por luz desejado, por exemplo, provendo a quantidade máxima de luz azul para sincronizar ritmos circadianos de um ser humano.

Consequentemente, um objeto da invenção é prover um método e sistema para prover iluminação e estímulo fisiológico. De acordo com um aspecto da invenção, é provido um sistema para emitir luz, a luz provendo um estímulo fisiológico induzido por luz desejado e um estímulo luminoso desejado, o sistema compreendendo: um primeiro ou mais elementos emissores de luz configurados para emitirem luz de uma primeira faixa de comprimento de onda, o dito primeiro ou mais elementos emissores de luz sensíveis a um primeiro ou mais sinais de controle, um segundo ou mais elementos emissores de luz configurados para emitirem uma segunda faixa de comprimento de onda, o dito segundo ou mais elementos emissores de luz sensíveis a um segundo ou mais sinais de controle, e um sistema de controle operativamente acoplado ao um primeiro ou mais elementos emissores de luz e o um segundo ou mais elementos emissores de luz, o sistema de controle configurado para gerar o um primeiro ou mais sinais de controle e o dito segundo ou mais sinais de controle baseado no estímulo fisiológico induzido por luz desejado, o estímulo luminoso desejado, a primeira faixa de comprimento de onda e a segunda faixa de comprimento de onda. A variação do estímulo fisiológico pode incluir emissão variada de luz tendo frequências entre cerca de 420 nm e cerca de 500 nm. Em várias modalidades, os estímulos luminosos e fisiológicos desejados não excedem limites predeterminados ou ficam dentro de faixas de valor predeterminadas.

De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um método de controle de luz para prover um estímulo fisiológico induzido por luz desejado e um estímulo luminoso desejado, o método compreendendo as etapas de: gerar luz tendo uma primeira faixa de comprimento de onda a uma primeira intensidade, gerar luz tendo uma segunda faixa de comprimento de onda a uma segunda intensidade, ajustando a primeira intensidade e a segunda intensidade para gerar luz mista tendo o estímulo fisiológico induzido por luz desejado e o estímulo luminoso desejado.

Nos desenhos, caracteres de referência semelhantes geralmente designam as mesmas partes por todas as vistas diferentes. Também, os desenhos não estão necessariamente em escala, ênfase, ao contrário, geralmente é dada ao se ilustrar os princípios da invenção.

A fig. 1 ilustra fundamentos de cone de Stockman para visão colorida.

A fig. 2 ilustra gráficos de processo oponentes típicos para valência cromática vermelho-verde e azul-amarelo, bem como a resposta acromática de um observador humano padrão.

A fig. 3 ilustra um estímulo fisiológico decomposto espectralmente em comparação com a curva de eficácia fotópica acromática VA do olho humano.

A fig. 4 ilustra um diagrama de bloco de arquiteturas de um sistema de acordo com uma modalidade da invenção.

A fig. 5 ilustra respostas acromáticas médias estatísticas fotópicas e escotópicas representativas comumente aceitas do olho humano em função do comprimento de onda.

A fig. 6 ilustra uma porção de um diagrama de cromaticidade CIE mostrando misturas de diferentes conjuntos de elementos emissores de luz para obter uma cromaticidade desejada.

A fig. 7 ilustra um sistema para prover iluminação e estímulo fisiológico de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado comumente conhecido por uma pessoa com conhecimento comum da técnica a qual esta invenção ser refere. Especificamente, o termo elemento emissor de luz (LEE) é usado para definir um dispositivo que emite radiação em uma região ou combinação de regiões do espectro eletromagnético, por exemplo, a região visível, região infravermelha e/ou ultravioleta, quando ativada aplicando uma diferença potencial através dela ou passando uma corrente através dela, por exemplo. Portanto, um elemento emissor de luz pode ter características de emissão espectral monocromáticas, quase monocromáticas, policromáticas ou de banda larga. Como exemplos de elementos emissores de luz incluem LEDs semicondutores, orgânicos ou polímero/poliméricos, diodos emissores de luz revestidos de fósforo bombeados oticamente, diodos emissores de luz de nanocristais bombeados oticamente ou outros dispositivos similares, como ficaria prontamente compreendido por um trabalhador versado na técnica. Adicionalmente, o termo elemento emissor de luz é usado para definir o dispositivo específico que emite a radiação, por exemplo, uma matriz de LED, chip ou outro dispositivo deste tipo como será prontamente compreendido pela pessoa com conhecimento da técnica, e pode ser usado igualmente para definir uma combinação do dispositivo específico que emite a radiação junto com um substrato exclusivo ou compartido, dirigindo e/ou meio de saída óptica do dispositivo específico(s), ou um alojamento ou pacote dentro do qual o dispositivo específico ou dispositivos são colocados.

O termo estímulo luminoso é usado neste documento para designar um ou mais aspectos de luz como visualmente captados por um observador humano. Por exemplo, cor, brilho, luminância, intensidade, fluxo luminoso, cromaticidade, temperatura de cor correlacionada (em inglês, CCT) e semelhante podem ser considerados estímulos luminosos, como seria compreendido por um trabalhador versado na técnica. Embora luz possa estimular visualmente diferentes observadores de diferentes formas, é prática comum usar métricas padronizadas para avaliarem vários estímulos luminosos. Uma gama de estímulos luminosos ou indicadores dos mesmos, por exemplo, eficácia luminosa, luminância, fluxo luminoso, intensidade, temperatura de cor correlacionada (CCT), índices de conversão de cor (em inglês, “CRI), e cromaticidade sob condições ou fotópicas, escotópicas ou mesópicas são conhecidas na técnica e padronizadas para várias condições de observação bem definidas. Por exemplo, CCT é tipicamente definida como a temperatura de um radiador de Planck cuja cor captada assemelha-se intimamente àquela de um dado estímulo no mesmo brilho e sob condições de visão especificadas.

O termo estímulo fisiológico induzido por luz ou estímulo fisiológico é usado neste documento para designar uma característica de luz, tal como quantidade, certas composições espectrais bem como tempo e duração de exposição, que podem ser importantes indicações para a intensidade dos efeitos fisiológicos induzidos por luz. Observa-se, entretanto, que os estímulos fisiológicos, em geral, podem incluir indicações diferentes de luz. Efeitos fisiológicos específicos que são relevantes ou indicativos de certos ciclos bioquímicos do metabolismo e seus efeitos em formas de vida durante todo o dia, por exemplo, metabolização de melatonina, ciclos de sono e vigília, ciclos de atividade orgânica e semelhante frequentemente são designados como estímulos circadianos.

Em suas várias modalidades e implementações, a invenção refere-se a métodos e sistemas para emitir luz provendo um estímulo fisiológico induzido por luz desejado e um estímulo luminoso desejado. A luz pode ser controlada para variar o estímulo fisiológico dentro de uma primeira faixa predeterminada enquanto mantém o estímulo luminoso dentro de uma segunda faixa predeterminada que seja útil para uma gama de aplicações de autoiluminação ou de espaço. Por exemplo, em algumas modalidades, um controlador é provido para controlar as correntes de acionamento aplicadas a uma pluralidade de elementos emissores de luz tendo diferentes características espectrais, caracterizado pelo fato de que a combinação de correntes é controlada de tal modo que a luz mista emitida é associada com os estímulos fisiológicos e luminosos desejados.

De acordo com modalidades da presente invenção, o sistema para emitir luz que provê estímulo fisiológico induzido por luz e estímulo luminoso inclui um primeiro ou mais elementos emissores de luz, um segundo ou mais elementos emissores de luz e um sistema de controle. O dito primeiro ou mais elementos emissores de luz são configurados para emitirem luz de uma primeira faixa de comprimento de onda e são sensíveis a um primeiro ou mais sinais de controle. Além disso, o dito segundo ou mais elementos emissores de luz são configurados para emitirem luz de uma segunda faixa de comprimento de onda e são sensíveis a um segundo ou mais sinais de controle. O sistema de controle é operativamente acoplado ao dito primeiro ou mais elementos emissores de luz e o dito segundo ou mais elementos emissores de luz, e é configurado para gerar tanto o primeiro como o segundo sinal de controle. Para a geração destes sinais de controle, o sistema de controle é configurado para usar informação representativa do estímulo fisiológico induzido por luz desejado e o estímulo luminoso desejado, juntamente com informação indicativa de uma primeira faixa de comprimento de onda e uma segunda faixa de comprimento de onda. Os sinais de controle avaliados pelo sistema de controle podem ser usados para controlarem o primeiro dos elementos emissores de luz e o segundo dos elementos emissores de luz, a fim de que luz tendo um estímulo fisiológico induzido por luz desejado dentro uma primeira faixa e um estímulo luminoso desejado dentro uma segunda faixa possa ser gerada.

Tipicamente, os seres humanos podem captar luz mista a partir de fontes de luz multicoloridas apresentando diferentes distribuições de potência espectral (em inglês, SPDs) como luz branca porque os sensores de cor, ou cones, em nossa retina são sensíveis dentro de regiões bem amplas e sobrepostas do espectro visível. Por exemplo, o gráfico de “fundamentos de cone de Stockman” ilustrado na fig. 1 mostra a sensibilidade espectral de diferentes tipos de receptores cone do olho. O que é captado como substancialmente luz branca pode ser uma composição espectral altamente variável. Por exemplo, certos espectros com banda larga contínuos, tais como aqueles de luz do dia ou mesmo aqueles com picos espectrais distintos, tais como a luz emitida por uma gama de fontes de luz cromática coma banda curta, tais como LEEs vermelho, verde e azul, podem ser captados como luz branca.

Os estímulos fisiológicos induzidos por luz podem correlacionar-se com as quantidades de radiação emitidas em regiões específicas de azul e verde da porção visível do espectro eletromagnético, e são frequentemente independentes da quantidade de radiação em outras regiões espectrais. Como técnicos qualificados prontamente observariam, os seres humanos e algumas outras espécies podem captar cor grandemente devido a certas sensibilidades do sistema visual a diferenças em intensidade de radiação em certos diferentes comprimentos de onda. Esta sensibilidade do sistema visual é tipicamente conhecida como oponência de cor e é abordada por Hurvich et al. Em An opponent-process theory of colour vision, Psychological Review 64: 384-404, 1957, incorporado neste documento por referência. A fig. 2 ilustra gráficos de processo oponentes típicos para valência cromática vermelho-verde e azul-amarelo, bem como a resposta acromática para um observador humano comum.

Observa-se que existe uma gama de efeitos fisiológicos conhecidos por serem sensíveis a certos estímulos circadianos, e que diferentes estímulos podem provocar diferentes efeitos fisiológicos. Os efeitos fisiológicos podem incluir diferentes níveis de metabolização de certos tipos de hormônios, incluindo hormônios que podem afetar ou controlar sono, metabolismo celular, reações imunes e semelhante. Uma curva de eficácia de estímulo fisiológico de exemplo é mostrada na fig. 3 que geralmente ilustra a sensibilidade de metabolização de melatonina em função do comprimento de onda, como discutida por Rea em A Second Kind of Luz, Opto Photonic News, outubro de 2006, pp. 35-39, incorporado neste documento por referência. Esta curva atinge um pico de cerca de 440 nm (azul) e tem um mínimo local de cerca de 570 nm.

Observou-se que duas SPDs podem apresentar efeitos luminosos substancialmente similares, mas podem fazer surgir muitos efeitos fisiológicos diferentes. Por exemplo, diferentes luzes brancas podem apresentar intensidade similar e temperatura de cor correlacionada (CCT), embora atuando substancialmente diferentemente como estímulos fisiológicos. Por exemplo, em uma modalidade da invenção uma luminária baseada em LEE RGB tem dois LEEs azuis com comprimentos de onda de pico de cerca de 440 nm e cerca de 480 nm, respectivamente. Cada um bem como ambos LEEs azuis podem ser usados para gerarem luz branca de uma ampla faixa de CCTs quando usados em combinação com LEEs vermelho e azul. Embora a intensidade fotométrica captada do LEE azul com comprimento de onda de pico de 480 nm, no entanto, seja seis vezes aquela do LEE azul com comprimento de onda de pico de 440 nm, o estímulo circadiano mostrado na fig. 3 de luz azul de 480 nm é de cerca de 60% daquele da luz azul de 440 nm. Dependendo da relação de luz azul de 440 nm e 480 nm, o estímulo circadiano correspondente, devido a um sistema de fonte de luz baseado em LEE multicolorido, pode ser controlado por cerca de uma ordem de magnitude sem tipicamente qualquer mudança perceptível em estímulos luminosos, tais como intensidade captada, fluxo luminoso ou CCT, variando as intensidades relativas dos LEEs azuis com comprimento de onda de pico de 440 nm e 480 nm. Observa-se que o mesmo princípio aplica-se quando se combina estes LEEs azuis com LEEs de outras cores, como branco quente, azul e verde.

Geralmente, mudando-se de luz de certos primeiros espectros para luz de certos segundos espectros pode-se afetar estímulos fisiológicos em uma maior medida do que se afeta, se de todo, um estímulo luminoso desejado. Por exemplo, em uma modalidade, a presente invenção pode ser usada para manter uma luz branca de qualidade adequadamente alta associada com um estímulo luminoso predeterminado, por exemplo, uma intensidade predeterminada, CCT, CRI, ou cromaticidade, embora isso também possa causar um efeito fisiológico significativo por meio de variação de um estímulo fisiológico respectivo.

A fig. 4 ilustra a arquitetura de um sistema de iluminação baseado em LEE 100 de acordo com várias modalidades da presente invenção. O sistema de iluminação inclui LEEs 130 de N cores diferentes, um controlador 110 e um sistema óptico 120. Em muitas modalidades, a fonte de luz inclui LEEs 130 de pelo menos duas cores diferentes. Qualquer um dos LEEs 130 pode emitir, por exemplo, luz vermelha, verde, azul, âmbar, magenta, amarela, ciano, branca ou outra luz colorida ou combinação de cores. O sistema óptico 120 é desenhado para eficientemente capturar e misturar luz emitida pelos LEEs multicor. O sistema 100 pode incluir um sistema de sensor óptico 140 para avaliar a composição espectral da luz mista. O sistema de sensor óptico opcional 140 pode ser acoplado operativamente a um controlador configurado adequadamente e a combinação usada para controlar os elementos emissores de luz de uma maneira de retroalimentação óptico. O sistema de iluminação também pode incluir uma interface de usuário 150 para prover certos parâmetros fornecidos por um usuário durante operação. O sistema de iluminação 100 pode ser usado para várias aplicações de iluminação de espaço e/ou autoiluminação de uso geral, tais como acessórios/luminárias ou em dispositivos de exibição, tais como telas, painéis, monitores ou projetores.

A presente invenção também enfoca um método para controlar um sistema de iluminação baseado em LEE, tal como aquele que pode gerar luz tendo tanto estímulos luminosos como fisiológicos desejados e/ou de tal modo que os estímulos luminosos e fisiológicos desejados não excedam limites predeterminados ou caiam dentro de faixas de valor predeterminadas. A luz gerada pela fonte de luz baseada em LEE pode prover tanto estímulos luminosos quanto fisiológicos, seja simultaneamente ou altemativamente. No último caso mencionado, por exemplo, a fonte de luz pode prover primeiros estímulos luminosos e fisiológicos desejados de uma só vez enquanto provê ou o estímulo luminoso ou o fisiológico em um outro momento. Em outras palavras, a fonte de luz pode ser configurada para prover somente o estímulo fisiológico desejado, que é geralmente inadequado para iluminação e não provê o estímulo luminoso desejado, como definido acima. A fonte de luz também pode ser configurada para prover níveis variáveis ou tipos variáveis de estímulos luminosos e/ou fisiológicos. Em algumas modalidades da invenção, esta variabilidade é imperceptível ao observador.

Embora algumas métricas para quantificar reprodutivamente estímulos fisiológicos/circadiano existam, métricas refinadas para quantificar estímulos circadianos estão sendo desenvolvidas na técnica. Diferentes métricas podem ser empregadas na presente invenção através, por exemplo, de reconfiguração do controlador ou seleção de LEEs adequados, como ficaria prontamente compreendido por um trabalhador versado na técnica. Uma gama de estímulos luminosos, por exemplo, luminância, fluxo luminoso, intensidade, CCT, CRI e cromaticidade sob condições ou fotópicas, escotópicas ou mesópicas são conhecidas na técnica e padronizadas para condições de observação muito bem definidas. A eficácia luminosa, a razão de fluxo luminoso em relação ao fluxo radiante, também é um indicador similarmente conhecido, padronizado e potencialmente útil de estímulos luminosos.

Em uma modalidade, a luz emitida pelos LEEs pode interagir com os componentes do sistema de iluminação. Ela pode ser refratada e absorvida a diferentes taxas conforme determinado pelos índices de refração e absorção a diferentes comprimentos de onda. O sistema óptico pode ser desenhado para explorar estes efeitos, de modo a propriamente misturar a luz proveniente dos diferentes LEEs em um feixe de radiação homogêneo e adequado, que seja adequado para a aplicação de iluminação desejada. A luz provida pelo sistema óptico, embora sendo aproximadamente uma soma ou superposição da luz provida por cada LEE, pode apresentar características indesejadas e praticamente irrelevantes, características possivelmente indesejadas da composição espectral da luz emitida devido à absorção, refração, diffação, aberração cromática e semelhante dentro do sistema de fonte de luz. Em uma modalidade, o controlador pode ser configurado para compensar características espectrais indesejadas, a fim de manter os estímulos luminosos e fisiológicos desejados na luz emitida independente de se um ciclo óptico aberto ou fechado é empregado para controlar a luz. Por exemplo, o controlador pode compensar quantidades relativamente mais altas de absorção de luz com comprimento de onda curta pelo sistema de fonte de luz aumentando a intensidade de luz emitida por esses LEEs que emitem diretamente ou provocam geração dessa luz com comprimento de onda curta.

Além de LEEs de diferentes cores, diferentes tipos de LEEs podem ser empregados no sistema de fonte de luz. Por exemplo, o sistema de fonte de luz pode empregar luz branca quente com espectro longo, por exemplo, CCT baixo, LEEs em combinação com LEEs azul e verde com espectro curto. Como um outro exemplo, a fonte de luz pode empregar somente LEEs vermelhos, verdes e azuis. Adequadamente controlados, LEEs de diferente cor podem ser usados para variarem desejavelmente estímulos fisiológicos e luminosos, por exemplo, intensidade, CCT ou cromaticidade da luz mista.

Os elementos emissores de luz podem ser ligados e desligados rapidamente. Para uma ampla variedade de aplicações de iluminação, os transientes entre ciclos de liga-desliga podem ser considerados praticamente instantaneamente. Como é conhecido, os LEEs, por conseguinte, podem ser controlados efetivamente por uma variedade de diferentes maneiras. Por exemplo, o brilho percebido de luz emitida por LEE pode ser controlado pulsando rapidamente a corrente de acionamento entre estados de liga-desliga do LEE. Exemplos típicos de controle de corrente de acionamento pulsada incluem modulação por largura de pulso (em inglês, PWM) e modulação por código de pulso (em inglês, PCM). Uma PWM adequada pode ser usada para controle de brilho preciso por uma grande faixa dinâmica. Tipicamente, métodos de PWM e PCM utilizam trens de corrente de acionamento com ou uma frequência fixa ou duração de pulso e correntes de acionamento de comutação entre zero (DESLIGADO) e um valor finito fixo (LIGADO), enquanto variam ou o ciclo de serviço ou a densidade de trem de pulso. Existem uma imensa gama de variações de métodos de PWM e PCM em que amplitudes ou frequências de corrente de acionamento podem ser variadas, ou em que uma corrente finita diferente de zero DESLIGADO pode ser utilizada. Como é conhecido, cintilação de luz proveniente de LEEs pulsados suficientemente rapidamente é tipicamente imperceptível. O limite de baixa frequência respectivo, também chamado a frequência de fusão crítica, é sujeito a certas condições do observador e pode variar entre indivíduos e espécies diferentes. Os seres humanos normalmente não conseguem perceber flutuações de brilho acima de cerca de 100 Hertz. Como também é conhecido, o sistema visual humano é menos suscetível a certas variações de cor/cromaticidade do que a flutuações de brilho. Os LEEs também podem ser controlados variando a amplitude de uma corrente de acionamento contínua. Diferentes modalidades da invenção podem empregar estas e outras formas de controle de corrente de acionamento.

Em algumas modalidades, o controlador controla as correntes de acionamento de LEE para N diferentes cores de LEEs de acordo com um método de corrente de acionamento. Observa-se que mais do que um LEE pode ser empregado por cor. Em uma modalidade, com respeito à luz emitida por cada LEE, o controlador pode ser ou um controlador “alimentação posterior” (ciclo óptico aberto) ou uma “retroalimentação” (ciclo óptico fechado). Um controlador retroalimentação óptico tipicamente requer um sistema adequado de sensor óptico que seja capaz de avaliar, pelo menos a uma certa medida, a composição espectral da luz emitida. Adicionalmente, em uma modalidade, o sistema de fonte de luz pode compreender um ou mais sensores de temperatura ou de tensão direta para proverem informações indicativas da temperatura operacional dos LEEs ou outras características operacionais, por exemplo, e o controlador pode ser configurado como um controlador retroalimentação de temperatura conformemente, independente do uso de um ciclo óptico aberto ou fechado. A tensão direta de muitos tipos de LEEs pode ser usada para adequadamente avaliar com exatidão temperatura de junção de LEE. Uma gama de outras formas de sensores de temperatura poderia ser conhecida por um trabalhador versado na técnica.

Em uma modalidade, o controlador pode ser configurado de acordo com um modelo adequadamente preciso dos componentes da fonte de luz baseada em sistema de LEE para poder controlar desejavelmente e com precisão a luz mista emitida, pelo menos em parte, de uma maneira de ciclo óptico aberto. O modelo pode incluir parâmetros tais como cor nominal e faixa de banda espectral de cada LEE, desvio de temperatura e alargamento espectral de cada LEE, temperaturas da junção para cada LEE, e funções de resposta de fluxo luminoso de corrente de acionamento de cada LEE, e semelhante. Em modalidades com um sensor óptico opcional, o controlador pode ser configurado opcionalmente de acordo com características dinâmicas inerentes nas funções de resposta de corrente de acionamento vs. fluxo luminoso para avaliar controle de corrente de acionamento dinâmica com reduzidos efeitos colaterais indesejados e, dessa maneira, realizar controle retroalimentação mais rápido e estável.

O controlador pode incluir uma gama de componentes incluindo microprocessadores, microcontroladores, CPUs, dispositivos lógicos programáveis, drivers, fontes de corrente direta, estabilizadores de tensão, e semelhante, a fim de proverem correntes de acionamento pulsadas ou diretas para os LEEs. O controlador também é configurado para determinar correntes de acionamento baseadas nos estímulos luminosos e circadianos ou fisiológicos, e ele talvez possa prover e comutar entre diferentes métodos de operação para criar os estímulos desejados.

Em uma modalidade, o controlador pode ser acoplado operativamente a um dispositivo de memória. Por exemplo, o dispositivo de memória pode ser integrado no controlador, ou ele pode ser um dispositivo de memória conectado ao controlador por meio de uma ligação de comunicação adequada. Em uma outra modalidade, o controlador pode armazenar as magnitudes de tensão e/ou corrente de tensões de acionamento e/ou correntes previamente determinadas no dispositivo de memória, para uso subsequente durante operação dos equipamentos. O dispositivo de memória pode ser configurado como uma memória somente de leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), memória somente de leitura programável e apagável (EPROM), memória de acesso aleatório não volátil (NVRAM), memória somente de leitura (ROM), memória somente de leitura programável (PROM), memória flash ou qualquer outra memória não volátil de armazenamento de dados. A memória pode ser usada para armazenar dados e controlar instruções, por exemplo, código de programa, software, microcódigo ou firmware, para monitorar ou controlar ou um ou mais dispositivos que são acoplados ao controlador e que podem ser providos para executarem ou processarem pela CPU associada com o controlador.

Em modalidades da presente invenção, o controlador pode ser configurado adequadamente para determinar correntes de acionamento para cada cor de LEE, de tal modo que a luz mista provê estímulos luminosos e fisiológicos desejados, por exemplo, estímulos circadianos, nas formas descritas acima. Por exemplo, o controlador pode incluir um módulo de controle de estímulo configurado para determinar, baseado, por exemplo, em entrada de usuário ou outras instruções, se um estímulo fisiológico é desejado ou não e, se for, uma quantidade e tipo desejados de estímulo a ser induzido pelo sistema de iluminação. O módulo de controle de estímulo pode ser configurado ainda para determinar quantidades de luz de cada tipo para prover o estímulo fisiológico, enquanto mantêm um ou mais estímulos luminosos em uma faixa desejada, e influenciar apropriadamente as correntes de acionamento dos elementos emissores de luz.

Por exemplo, se o módulo de controle de estímulo determinar que substancialmente nenhum estímulo fisiológico é desejado, o controlador pode fazer com que os elementos emissores de luz sejam acionados para proverem iluminação tendo estímulos luminosos desejados, sem consideração particular em prover estímulos fisiológicos. Os estímulos luminosos desejados, em uma modalidade, podem ser determinados baseados em sinal de entrada para o controlador, por exemplo, proveniente de entrada de usuário. Se o módulo de controle de estímulo determinar que um estímulo fisiológico particular é desejado, o controlador pode fazer com que uma combinação selecionada de elementos emissores de luz seja acionada usando correntes selecionadas para proverem o estímulo desejado. Os elementos emissores de luz e correntes de acionamento podem ser selecionados pelo módulo de controle de estímulo em conjunto com o controlador, de tal modo que o estímulo fisiológico e um ou mais estímulos luminosos desejados fiquem dentro de uma faixa predeterminada desejada, se possível, se o estímulo fisiológico desejado e os estímulos luminosos desejados não puderem ser providos devido à limitações do sistema de iluminação, tal como a gama de luz emitida pelos elementos emissores de luz, então o módulo de controle de estímulo pode ajustar um ou mais dos estímulos fisiológicos desejados e dos estímulos luminosos desejados de uma maneira predeterminada até que uma iluminação viável dentro de faixas aceitáveis para ambos os estímulos luminosos e os estímulos fisiológicos possa ser encontrada. Por exemplo, um nível mais baixo do que o desejado de estímulos fisiológicos pode ser induzido para preservar iluminação em um nível desejado.

Em uma modalidade, o controlador pode ser configurado para emitir as formas de onda de corrente desejadas diretamente aos elementos emissores de luz operativamente acoplados ao mesmo usando acionadores de corrente integrados no controlador.

Em outra modalidade, o controlador pode ser configurado para emitir sinais de controle aos acionadores de corrente, os sinais de controle configurados para induzirem os acionadores de corrente a emitirem as formas de onda de corrente desejadas aos elementos emissores de luz operativamente acoplados ao mesmo.

Um estímulo fisiológico provido por luz de um dado espectro pode ser avaliado similarmente à intensidade ou cromaticidade, transformando adequadamente o espectro da luz emitida pela fonte de luz baseada em um modelo de estímulo fisiológico. A sensibilidade decomposta espectralmente de um exemplo de estímulo fisiológico é ilustrada na fig. 3. A fig. 5 ilustra respostas médias estatísticas fotópicas e escotópicas representativas comumente aceitas do olho humano em função do comprimento de onda. Estas características de resposta podem ser usadas para determinar a eficácia luminosa de luz ponderando a distribuição espectral da luz de interesse com a resposta fisiológica, fotópica, mesópica ou escotópica respectiva e avaliando os valores ponderada médios, ou por, por exemplo, integração ou, aproximadamente, por totalização dos valores ponderados a intervalos discretos ou outro método, como técnicos qualificados prontamente observariam.

A invenção geralmente tira vantagem de um ou mais modelos de estímulo fisiológico empíricos de certos efeitos fisiológicos, cada um usando uma certa função de estímulo fisiológico espectral. Em uma modalidade, estas funções podem ser usadas para avaliarem um efeito fisiológico esperado, avaliando a média ponderada ou outra função da distribuição espectral da luz em questão. Observa-se que determinar um estímulo fisiológico pode requerer informações sobre a intensidade de uma radiação nas regiões visíveis bem como certas quase visíveis do espectro da luz mista, Também se observa que a intensidade de radiação em algumas regiões de comprimento de onda quase visível pode ter pouco ou nenhum efeito sobre estímulos luminosos, tais como intensidade ou cromaticidade. Também se observa que um estímulo fisiológico instantâneo talvez precise ser combinado com outras informações, tais como temporização, duração e intensidade, para poder acessar com precisão os efeitos fisiológicos potenciais.

Uma distribuição espectral de luz, tal como uma distribuição espectral radiante de potência, pode ser transformada para prover uma medição de estímulo fisiológico ou luminoso de diversas formas. Por exemplo, um valor escalar representando um estímulo, tal como metabolização de melatonina ou fluxo luminoso pode ser derivada matematicamente de uma distribuição espectral radiante de potência através da integração ponderada, totalização ponderada, ou outra operação, como ficaria compreendido por um técnico versado na técnica. Como outro exemplo, funções de valor de vetor representando valores triestímulos ou de cromaticidade podem ser derivadas similarmente mediante uma operação apropriada.

Em uma modalidade, o controlador pode ser configurado com um modelo do sistema de iluminação bem como modelos respectivos para estímulos luminosos e fisiológicos para cada um ou mais dos modos operacionais predeterminados do sistema. O controlador pode monitorar condições operacionais do sistema, por exemplo, temperatura, vida útil de dispositivo, quantidade de luz ambiente, e uso das mesmas na forma de parâmetros nestes modelos para avaliar correntes de acionamento de LEE adequadas para gerarem luz com estímulos luminosos e fisiológicos desejados. Os estímulos desejados podem ser predeterminados ou, opcionalmente, providos em tempo real durante operação por meio de uma interface de usuário.

A relação entre estímulos, parâmetros operacionais e correntes de acionamento pode apresentar características altamente não lineares, mas pode ser resolvida de formas aproximadas e praticamente suficientes usando uma gama de diferentes métodos. Por exemplo, o controlador pode empregar solucionadores de equação padrão analíticos e não analíticos, bem como dependentes e livres, lógica difusa, modelos de rede neural, e semelhante para resolver o sistema de equações que descreve as características não lineares de relações entre estímulos, parâmetros e correntes de acionamento.

Como mencionado acima, a fonte de luz pode prover geralmente primeiros estímulos luminosos e fisiológicos desejados em um momento, enquanto provê ou o estímulo luminoso ou fisiológico em outro momento. Em outras palavras, a fonte de luz pode ser configurada para prover somente o estímulo fisiológico desejado, que é geralmente inadequado para iluminação, e não provê o estímulo luminoso desejado, como definido acima. A fonte de luz também pode ser configurada para provê níveis variados ou tipos variados de estímulos luminosos e/ou fisiológicos.

Em uma modalidade, um estímulo fisiológico induzido por luz desejado pode ser provido continuamente ao mesmo tempo juntamente com um estímulo luminoso desejado, tal como fluxo luminoso, intensidade, cor, cromaticidade, CRI, e/ou CCT. Em outra modalidade o controlador é configurado para controlar os LEEs de tal modo que a composição espectral é modulada com rajadas adicionais de luz de composição espectral adequada para melhorar estímulo fisiológico embora minimamente afetando o estímulo luminoso médio desejado no tempo. A comutação pode ser realizada de diferentes formas selecionando adequadamente duração e frequência das rajadas. Observa-se que, dependendo do brilho da luz, o sistema visual humano geralmente é menos perceptivo a variações de cor ou cromaticidade do que ele é à variação de brilho. Em uma modalidade, por conseguinte, estímulos luminosos indicativos de brilho variam dentro de uma faixa menor do que estímulos luminosos indicativos de cor ou cromaticidade, possibilitando, desta maneira, variação perceptível menor em iluminação.

Em uma modalidade, o controlador é configurado para atingir um estímulo fisiológico desejado enquanto mantêm o estímulo luminoso desejado em um nível predeterminado ou dentro de uma faixa predeterminada próxima em um nível predeterminado. Se isto não for possível, diferentes modalidades do controlador podem ser configuradas para responderem diferentemente. Por exemplo, o controlador pode ser configurado para ultrapassar certos limites de estímulo luminoso desejado a fim de atingir um estímulo fisiológico desejado, ou, altemativamente, ele pode inibir estímulos fisiológicos que não podem ser atingidos sem ultrapassar limites de estímulo luminoso. Outras respostas são possíveis, como ficariam prontamente compreendidas por técnicos qualificados, por exemplo ultrapassar limites de diferente estímulo por diferente quantidade baseado em uma prioridade predeterminada de ponderação de prioridades, a fim de determinar uma iluminação viável com níveis aceitáveis de cada estímulo.

Também se observa que somente luz de certa intensidade dentro de uma faixa espectral específica pode efetivamente contribuir para um certo estímulo fisiológico. Em uma modalidade, a largura de banda da sensibilidade espectral ou características de ponderação de um estímulo fisiológico pode ser importante quando se determina os comprimentos de onda e faixas de banda dominantes dos LEEs a serem empregados no sistema de iluminação.

Em uma modalidade, desvio do comprimento de onda dominante dos LEEs e o alargamento da faixa de banda dos LEEs sob condições operacionais variáveis podem requerer emprego de grupos de certos LEEs cromáticos com comprimentos de onda dominantes similares mas diferentes, a fim de ampliar o espectro da luz emitida por um grupo. Esta configuração pode assegurar que variações de intensidade no espectro da luz emitida por todo o grupo podem provocar ainda variações significantes no estímulo fisiológico, mesmo se o espectro de um ou mais LEEs do grupo não se sobrepor mais com a função de resposta fisiológica espectral respectiva. Por exemplo, números suficientemente grandes de LEEs cromáticos adequadamente armazenados provêm uma dispersão de comprimento de onda dominante nominal adequada para ampliar desejavelmente o espectro.

Os exemplos 1, 2 e 3 especificam configurações de exemplo de LEEs que podem ser integrados em um sistema de iluminação de acordo com modalidades da presente invenção. Um sistema de iluminação incluiría os componentes necessários, software, hardware, firmware e semelhante, a fim de controlar apropriadamente estas configurações de exemplo de LEEs.

Uma fonte de luz de exemplo baseada em sistema de LEE emprega LEEs vermelho, verde e azul que podem emitir luz que provê uma estímulo fisiológico mais alto do que uma fonte de luz branca de banda larga emitindo luz de substancialmente o mesmo fluxo luminoso fotópico. Por exemplo, o fluxo luminoso fotópico de uma fonte de luz pode ser expressa ponderando o fluxo radiante da fonte de luz em cada comprimento de onda visível pela eficácia luminosa (como ilustrado nas figs. 3 e 5) naquele comprimento de onda, e totalizando ou integrando os resultados por uma faixa predeterminada de comprimentos de onda visíveis.

Devido a que o fluxo luminoso é determinado totalizando ou integrando contribuições por uma faixa de comprimentos de onda, duas fontes de luz, por exemplo, uma fonte de luz baseada em LEE compreendendo LEEs vermelho, verde e azul, e uma fonte de luz branca de banda larga, podem ter substancialmente o mesmo fluxo luminoso total, mas distribuições espectrais substancialmente diferentes. Similarmente, estímulo fisiológico pode ser expresso ponderando o fluxo radiante de uma fonte de luz em cada comprimento de onda visível por uma função de resposta fisiológica (por exemplo, metabolização de melatonina, como ilustrado na fig. 3) e totalizando ou integrando os resultados por uma faixa predeterminada de comprimentos de onda. Por conseguinte, uma vez que as funções de ponderação para fluxo luminoso ou eficácia e resposta fisiológica (por exemplo, metabolização de melatonina) podem diferir substancialmente, é possível configurar as diferentes distribuições espectrais de potência das duas fontes de luz de tal modo que os estímulos fisiológicos diferem substancialmente enquanto o fluxo luminoso permanece substancialmente o mesmo.

Outra fonte de luz de exemplo baseada em sistema de LEE emprega LEEs azuis com dois ou mais diferentes comprimentos de onda dominantes nominais e um ou mais LEEs verde e um ou mais branco, e é configurada de tal modo que o estímulo fisiológico da luz emitida pode ser alterado sem variar a eficácia luminosa ou cromaticidade. Como descrito acima, um primeiro LEE azul selecionado pode emitir uma proporção maior de sua produção em comprimentos de onda fazendo surgir um estímulo visual do que um segundo LEE azul selecionado, enquanto que os LEEs verde e branco podem emitir comparativamente pouco da produção dos mesmos em comprimentos de onda fazendo surgir o estímulo visual. Variando as quantidades relativas de luz emitida para os primeiro e segundo LEEs azuis, a quantidade de estímulo visual, desse modo, pode ser alterada.

Substancialmente ao mesmo tempo, as quantidades de luz emitida para os LEEs verde e branco podem ser ajustadas para reterem substancialmente a mesma eficácia luminosa ou cromaticidade. Por exemplo, para manter eficácia luminosa, se as quantidades relativas de luz azul são ajustadas de tal modo que a eficácia luminosa da luz azul combinada diminua, então as quantidades de luz verde e branca podem ser ajustadas para emitir um aumento correspondente de eficácia luminosa da luz verde e branca combinada. O aumento e redução em eficácia luminosa podem ser configurados para substancialmente neutralizarem-se, mantendo, desta maneira, uma eficácia luminosa substancialmente constante.

Como outro exemplo, a fig. 6 ilustra uma porção de um diagrama de cromaticidade CIE, caracterizado pelo fato de que luz proveniente de um LEE branco, um LEE verde, e dois LEEs azuis é combinada para gerar uma luz resultante. As cromaticidades dos LEEs branco, verde, primeiro azul e segundo azul estão em vértices de 610, 620, 630 e 640, respectivamente. Se a cromaticidade resultante puder ser expressada com precisão como uma combinação convexa de cromaticidades dos LEEs individuais, então a cromaticidade em ponto 650 podem ser atingidas usando somente um dos LEEs azuis, como a seguir. Se somente o primeiro LEE tendo cromaticidade 630 for usado, então a proporção de (intensidade) de azul em relação à luz branca pode ser a/b, e a proporção luz azul e branca combinada pode ser c/d. Se somente o segundo LEE azul tendo cromaticidade 640 for usado, então a proporção de (intensidade) de azul em relação à luz branca pode ser x/y, e a proporção da luz azul e branca combinada em relação à luz verde pode ser c/z. Se ambos LEEs azuis forem usados, a cromaticidade em ponto 650 pode ser atingida similarmente considerando um LEE azul equivalente tendo uma cromaticidade ao longo do segmento de linha 660, a cromaticidade determinada por uma combinação convexa de cromaticidades 630 e 640, ponderada de acordo com intensidades relativas dos dois LEEs azuis.

Dependendo dos estímulos luminosos e fisiológicos desejados, o sistema de iluminação pode empregar muitas diferentes combinações de cores de LEE, como discutido em detalhe abaixo.

Ainda outro sistema de iluminação de exemplo baseado em LEE inclui LEEs verdes com dois ou mais diferentes comprimentos de onda dominantes nominais e um ou mais LEEs azuis e um ou mais branco, e é configurado de tal modo que o estímulo fisiológico da luz emitida pode ser alterado sem variar um ou mais estímulos luminosos. Por exemplo, as intensidades relativas de um ou mais LEEs podem ser alteradas como no Exemplo 2 para variarem um estímulo fisiológico, embora os LEEs restantes possam ser alterados em compensação para manterem a eficácia luminosa ou cromaticidade substancialmente invariante.

Mais outro sistema de iluminação de exemplo baseado em LEE inclui LEEs vermelho, verde, azul e âmbar ou LEES vermelho, verde azul e branco, e é configurado de tal modo que o estímulo fisiológico da luz emitida pode ser alterado sem variar um ou mais estímulos luminosos. Por exemplo, as intensidades relativas de um ou mais LEEs podem ser alteradas como no Exemplo 2 para variarem um estímulo fisiológico, embora os LEEs restantes possam ser alterados em compensação para manterem a eficácia luminosa ou cromaticidade substancialmente invariante.

O sistema de iluminação baseado em LEE também pode empregar LEEs verde, azul e branco quente, e é configurado de tal modo que o estímulo fisiológico da luz emitida pode ser alterado sem variar um ou mais estímulos luminosos. Por exemplo, as intensidades relativas de um ou mais LEEs podem ser alteradas como no Exemplo 2 para variarem um estímulo fisiológico, embora os LEEs restantes possam ser alterados em compensação para manterem a eficácia luminosa ou cromaticidade substancialmente invariante.

Em várias modalidades da invenção, o fluxo luminoso pode ser mantido substancialmente fixo, embora variando o estímulo fisiológico como discutido em relação com os Exemplos 2-3. Por exemplo, a fig. 3 ilustra que estimulação de metabolização de melatonina pode ser aumentada aumentando-se a intensidade de luz radiante entre cerca de 400 nm e cerca de 525 nm. Entretanto, para manter um fluxo luminoso substancialmente constante, a intensidade de luz radiante entre cerca de 525 nm e 650 nm precisa ser aumentada de tal modo que o fluxo luminoso, por exemplo, como representado pela densidade espectral de potência integrada total ponderada pela função de luminosidade Υ_λ, permaneça substancialmente constante, em outras palavras, um aumento de intensidade de luz em comprimentos de onda mais baixo pode ser balanceado por uma redução correspondente de intensidade de luz com comprimentos de onda mais alto, a fim de manter fluxo luminoso substancialmente constante. Adicionalmente, observa-se que, com respeito à metabolização de melatonina da fig. 3, ambas ações (intensidade crescente com comprimentos de onda mais baixo e intensidade decrescente com comprimentos de onda mais altos) podem aumentar este estímulo fisiológico, devido à resposta negativa (inibição) de metabolização de melatonina com comprimento de onda mais altos.

A fig. 7 ilustra um sistema de acordo com uma modalidade particular da presente invenção, tendo um módulo de controle de estímulo 710 dirigido para controlar a corrente de acionamento para produzir um estímulo fisiológico desejado enquanto mantêm estímulos luminosos desejados. O módulo de controle de estímulo 710 é operativamente acoplado a um controlador 720, o módulo de controle provendo correntes de acionamento a N elementos emissores de luz 730. O controlador 720 aceita sinal de entrada de uma interface de usuário 735 ou de outra fonte de informações, bem como retroalimentação óptico 738 proveniente de um ou mais sensores acoplados aos elementos emissores de luz diretamente ou através de um sistema óptico (não mostrado). Sinal de entrada proveniente da interface de usuário 735 e de retroalimentação 738 é provido ao módulo de controle de estímulo 710 na forma de estímulos fisiológicos desejados 711, estímulos luminosos desejados 712, e parâmetros operacionais 714. Os sinais de entrada para o módulo de controle de estímulo 710 podem caracterizar variáveis no sistema de sistema de iluminação, tais como características da iluminação desejadas e capacidade correntes dos elementos emissores de luz, devido a aquecimento de dispositivo, envelhecimento, iluminação ambiente, e semelhante.

Os estímulos desejados 711 e 712 e parâmetros operacionais 714 são providos como sinais de entrada para um processador 716, que determina informação de acionamento de LEE apropriada 718, por exemplo, controle de forma de onda de corrente de acionamento, que pode induzir um ou mais aspectos de iluminação baseados nos estímulos desejados 711 e712e em luz de parâmetros operacionais 714. Por exemplo, se for viável prover luz de acordo com todos os estímulos desejados 711 e 712, a informação de acionamento de LEE 718 pode resultar em controle de forma de onda de corrente de acionamento resultando em dita luz, contanto que os parâmetros operacionais permaneçam receptível a esta atividade. Se pelo menos um estímulo não for viável, o processador 716 pode determinar que a informação de acionamento de LEE alternativa 718 seja considerada aceitável por uma métrica predeterminada. Por exemplo, o processador 716 pode determinar uma solução para informação de acionamento de LEE 718 que resulte em estímulos selecionados estando substancialmente próximos a ou dentro de suas regiões operacionais desejadas, enquanto que outros estímulos selecionados podem ser substancialmente negligenciados ou afastados de suas regiões operacionais desejadas. Como outro exemplo, uma solução viável, para informação de acionamento de LEE 718, considerando que parâmetros operacionais correntes 714, pode ser computada designando um ou mais valores a um ou mais estímulos selecionados e calculando informação de acionamento de LEE 718 que substancialmente minimiza a distância, ou de outro modo que fica dentro de uma distância viável predeterminada, dos valores a uma região operacional desejada para os estímulos em um espaço de vetor, de tal modo que a solução fica dentro de uma região viável definida pelos parâmetros operacionais correntes.

Por exemplo, se o módulo de controle de estímulo 710 determinar, devido, por exemplo, ao sinal de entrada proveniente da interface de usuário 735, que um estímulo fisiológico A (tal como metabolização de melatonina indutora) é desejado em um nível específico, em que o estímulo fisiológico A requer emissão de luz em uma banda de frequência em tomo de cerca de 450 nm, então o módulo de controle de estímulo pode computar informação de acionamento de LEE 718 que resulta em um aumento de luz emitida por LEEs azuis produzindo luz nesta banda de frequência, o aumento de acordo com o nível específico do estímulo A. Se for ainda especificado que o fluxo luminoso e cromaticidade devem ser manter dentro de uma faixa préespecificada, então o módulo de controle de estímulo pode computar informação de acionamento de LEE 718 que intensifica os LEEs produzindo luz em outras faixas de frequência para compensar pela mudança em luz azul, contanto que uma solução de compensação viável possa ser encontrada. Se uma solução viável não puder ser encontrada, por exemplo, se intensificar LEEs em outras faixas de frequência resultasse em ultrapassar limites operacionais dos LEEs, então as condições operacionais pré-especificadas, por exemplo o nível de estímulo A ou o fluxo luminoso ou faixas de cromaticidade, podem ser ajustadas e uma nova solução viável é buscada.

O processador 716 pode incluir um microprocessador ou microcontrolador, ou para uso exclusivo pelo módulo de controle de estímulo 710 ou compartido com o controlador. O microprocessador ou microcontrolador pode incluir componentes como seria compreendido por um trabalhador versado na técnica, incluindo CPU, memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída, controle de interrupção, relógio, e semelhante.

Embora várias modalidades inventivas tenham sido descritas e ilustradas neste documento, aqueles que possuem conhecimento comum na técnica prontamente vislumbrarão uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realizar a função e/ou obtenção dos resultados e/ou uma ou mais das vantagens descritas neste documento, e cada uma destas variações e/ou modificações é considerada como estando dentro do escopo das modalidades inventivas descritas neste documento. Mais genericamente, aqueles que são versados na técnica prontamente observarão que todos os parâmetros, dimensões, materiais e configurações descritos neste documento são considerados como exemplo, e que os parâmetros, dimensões, materiais e/ou configurações reais dependerão da aplicação ou aplicações específicas para que os ensinamentos inventivos seja/sejam usados. Aqueles que são versados na técnica reconhecerão, ou poderão determinar, usando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes para as modalidades inventivas específicas descritas neste documento. É importante, portanto, ficar compreendido que as modalidades precedentes são apresentadas somente por meio de exemplo e que, com o escopo das reivindicações apensas e equivalentes das mesmas, as modalidades inventivas podem ser reproduzidas de outro modo que como especificamente descritas e reivindicadas. As modalidades inventivas da presente divulgação são dirigidas a cada característica, sistema, artigo, material, jogo, e/ou método individual descritos neste documento. Além disto, qualquer combinação de dois ou mais características, sistemas, artigos, materiais, jogos e/ou métodos, se estas características, sistemas, artigos, materiais, jogos e/ou métodos não forem mutuamente inconsistentes, é incluída dentro do escopo inventivo da presente invenção.

Todas as definições, como definidas e usadas neste documento, devem ser compreendidas como suplantando as definições de dicionário, definições em documentos incorporados por referência, e/ou significados comuns dos termos definidos.

Como usado neste documento, o termo cerca de refere-se a uma variação de +/- 10% do valor nominal. É importante compreender que este tipo de variação está sempre incluído em qualquer dado valor provido neste documento, esteja ele ou não especificamente referido.

Os artigos indefinidos um e um, como usados neste documento no relatório e nas reivindicações, a menos que do contrário claramente indicado, deve ser compreendido significando pelo menos um. A expressão e/ou, como usada neste documento, no relatório e nas reivindicações, deve ser compreendida significando um ou outro ou ambos dos elementos assim conjugados, ou seja, elementos que estão presentes conjuntivamente em alguns caso e disjuntivamente presentes em outros casos. Múltiplos elementos listados com “e/ou devem ser interpretados da mesma maneira, ou seja, um ou mais dos elementos assim conjugados. Outros elementos podem estar presentes opcionalmente diferentes daqueles elementos especificamente identificados pela expressão e/ou, independente de estarem relacionados ou não relacionados àqueles elementos especificamente identificados. Desse modo, como um exemplo não limitativo, uma referência a A e/ou B, quando usada em conjunto com linguagem não limitada, tal como compreendendo pode referir-se, em uma modalidade, a apenas A (opcionalmente incluindo elementos diferentes de B); em outra modalidade, a apenas B (opcionalmente incluindo elementos diferentes de A); em mais outra modalidade, a ambos A e B (opcionalmente incluindo outros elementos); etc. Como usado neste documento no relatório e nas reivindicações, ou deve ser compreendido como tendo o mesmo sentido de e/ou como definido acima. Por exemplo, ao separar itens em uma lista, ou ou e/ou deve ser interpretado como sendo inclusivo, ou seja, a inclusão de pelo menos um, mas também incluindo mais que um, de uma variedade ou lista de elementos, e, opcionalmente, itens não listados adicionais. Apenas termos claramente indicados do contrário, tais como apenas um de ou exatamente um de, ou, quando usados nas reivindicações, consistindo de, se referirão à inclusão de exatamente um elemento de uma variedade ou lista de elementos. Em geral, o termo ou como usado neste documento será interpretado somente como indicando alternativas exclusivas (ou seja, um ou outro, mas não ambos) quando precedido por termos de exclusividade, tais como um ou outro, um de, apenas um de, ou exatamente um de consistindo essencialmente de, quando usado nas reivindicações, terá seu significado comum como usado no campo de lei patentária.

Como usado neste documento no relatório e nas reivindicações, a expressão pelo menos um, em referência a uma lista de um ou mais elementos, deve ser compreendida como significando pelo menos um elemento selecionado de qualquer um ou mais dos elementos constantes na lista de elementos, mas não necessariamente incluindo pelo menos um de cada e cada elemento especificamente listado dentro da lista de elementos e não excluindo quaisquer combinações de elementos constantes na lista de elementos. Esta definição permite também que possam estar presentes opcionalmente elementos diferentes dos elementos especificamente identificados dentro da lista de elementos a qual a expressão “pelo menos um se refere, esteja relacionado ou não relacionado àqueles elementos especificamente identificados. Desse modo, como um exemplo não limitativo, pelo menos um de A e B (ou, equivalentemente, pelo menos um de A ou B, ou, equivalentemente pelo menos um de A e/ou B) pode referir-se, em uma modalidade, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, A, com nenhum B presente (e opcionalmente incluindo elementos diferentes de B), em outra modalidade, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, B, com nenhum A presente (e opcionalmente incluindo elementos diferentes de A), em mais outra modalidade, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, A, e pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, B (e opcionalmente incluindo outros elementos), etc.

E importante também compreender que, a menos que do contrário claramente indicado, em quaisquer métodos reivindicados neste documento que incluam mais do que uma etapa ou ato, a ordem das etapas ou atos do método não fica necessariamente limitada à ordem em que as etapas e atos do método são listados nas reivindicações, bem como no relatório acima, todas as expressões de transição, tais como “compreendendo, incluindo, carregando, tendo, contendo, envolvendo, mantendo, composto de, e semelhante devem ser compreendidas como não limitativas, ou seja, significar incluindo, mas não estando limitado a. Apenas as expressões de transição consistindo de e consistindo essencialmente de devem ser 5 consideradas expressões com sentido fechado ou semifechados, respectivamente.

A pessoa com conhecimento na técnica compreenderá que as modalidades precedentes da invenção são exemplos e podem variar de muitas formas. Estas variações presentes ou futuras não devem ser consideradas 10 como um distanciamento do espírito e escopo da invenção, e todas estas modificações como seriam aparentes para uma pessoa versada na técnica são destinadas a serem incluídas dentro do escopo da seguintes reivindicações

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA (100) PARA EMITIR LUZ, a luz provendo um estímulo fisiológico induzido por luz (711) predeterminado e um estímulo luminoso predeterminado, o sistema caracterizado por compreender:

(a) um primeiro ou mais elementos emissores de luz (130, 730) configurados para emitirem luz de uma primeira faixa de comprimento de onda, o dito primeiro ou mais elementos emissores de luz (130, 730) sensíveis a um primeiro ou mais sinais de controle, um ou mais primeiros elementos emissores de luz compreendendo um primeiro conjunto de elementos emissores de luz azul e um segundo conjunto de elementos emissores de luz azul, o dito primeiro conjunto de elementos emissores de luz azul tendo um primeiro comprimento de onda de pico e o dito segundo conjunto de elementos emissores de luz azul tendo um segundo comprimento de onda de pico, o dito primeiro comprimento de onda de pico e o dito segundo comprimento de onda de pico sendo diferentes;

(b) um segundo ou mais elementos emissores de luz (130, 730) compreendendo pelo menos um elemento emissor de luz verde e pelo menos um elemento emissor de luz branca, o dito segundo ou mais elementos emissores de luz (130, 730) sensíveis a um ou mais segundos sinais de controle; e (c) um sistema de controle (110, 710) operativamente acoplado ao primeiro ou mais elementos emissores de luz (130, 730) e ao segundo ou mais elementos emissores de luz (130, 730), o sistema de controle (110, 710) sendo configurado para variar o estímulo fisiológico da luz emitida sem alterar a eficácia luminosa ou a cromaticidade, variando as quantidades relativas de luz emitida pelo primeiro conjunto de elementos emissores de luz azul e o segundo conjunto de elementos emissores de luz azul, e variando, ao mesmo tempo, as quantidades de luz emitida pelo, pelo menos, um elemento emissor de luz verde e pelo, pelo menos, um elemento emissor de luz branca,

Petição 870190064826, de 10/07/2019, pág. 7/12 de modo a manter a mesma eficácia luminosa ou cromaticidade.
2. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo estímulo fisiológico ter um ou mais efeitos fisiológicos selecionados do grupo consistindo de: metabolização hormonal, controle de sono, efeitos circadianos, atividade orgânica, metabolização celular e resposta de sistema imune.
3. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo estímulo luminoso (712) ser selecionado do grupo consistindo de: cor, brilho, luminância, fluxo luminoso, intensidade, cor, temperatura de cor correlacionada e cromaticidade.
4. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo estímulo fisiológico (711) incluir variar emissão de luz tendo comprimento de ondas entre 420 nm e 500 nm.
5. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um ou mais sensores (140) configurados para proverem um ou mais sinais de retroalimentação para o controlador (110, 710), em que o dito um ou mais sensores (140) são selecionados do grupo consistindo de: sensores de temperatura, sensores de tensão e sensores ópticos.
6. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por configurar para variar o estímulo fisiológico (711) em relação a um ou mais de tempo, duração e força para alcançar um efeito predeterminado.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para avaliar o estímulo fisiológico (711) da luz de acordo com um ou mais modelos de estímulo fisiológico empíricos.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela avaliação envolver a medição de uma distribuição espectral de média ponderada da luzpor uma faixa predeterminada de comprimentos de onda.