CN102523658B - 一种仿自然光的可调照明灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿自然光的可调照明灯。它包括发光光源、与发光光源电连接的驱动电源，以及控制驱动电源的控制装置，以及与控制装置信号连接的时间信号发生器；发光光源至少包括第一分光源和第二分光源，第一分光源发射光的C/P值大于3.0，第二分光源发射光的C/P值小于2.5；控制装置内存储随时间变化的C/P值和光的强度信息；时间信号发生器发送时间信息到控制装置，控制装置根据输入的时间信息输出控制信号到驱动电源，驱动电源分别控制各个分光源发光的强度，使发光光源形成具有相应C/P值和光的强度的光源。本发明具有的突出的实质性特点：有益于人体健康，特别适用于室内办公室、家庭等人居环境及飞机、潜艇照明等封闭环境。

Description

一种仿自然光的可调照明灯

技术领域

本发明涉及一种有益于人体健康的照明灯，特别是适用于室内办公室、家庭等人居环境及飞机、潜艇照明等封闭环境的仿自然光的可调照明灯。

背景技术

生活中，旅客在环球航行中的时差问题、晚班工人在换班中的不适应、宇航员太空中的昼夜不分等等，都证明了人体缺少正常的自然光照射所引起的生理不适应。

采用LED光源用于照明存在诸多优点而备受青睐，比如其具有节能、环保、寿命长、响应快、耐开关冲击、易配光等优点，近来由于LED光源光效的提升和价格的迅速下降而加速渗透到室内照明领域。然而，LED光源小而亮，且含有较强的蓝光波谱，会造成一定的灯光污染。因此，LED光源对人身健康的利弊也越来越被重视。

目前飞利浦公司推出了一款动态情景照明系统，可根据室内光线的自然变化，调节多种不同色温的白光，通过对灯光亮度和色温的控制，提高人的舒适感。也有类似的采用LED仿太阳光的照明系统，用来模拟不同时间太阳光的色温。但由于同样的色温可由多种光谱组成，且与司辰效应曲线不具有直接对应性。而本发明人发明的一种可调照明灯，以调节人的生理参数相关的司辰效应比值(C/P值)为基础，并结合光的强度调节，和前两者不一样，更符合人体健康的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题而提供一种仿自然光的可调照明灯，通过控制组合光源的各个分光源的光强度，来控制组合光源最终的C/P值和光的强度随时间的变化而变化，达到仿自然光的效果，并提升照明光源的有利作用，降低弊端，减少光污染，有利于身体的健康，提高光舒适度。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种仿自然光的可调照明灯，包括发光光源、与发光光源电连接的驱动电源，以及控制驱动电源的控制装置，其特征在于：

还包括与控制装置信号连接的时间信号发生器；

所述的发光光源至少包括第一分光源和第二分光源，所述的第一分光源发射光的C/P值大于3.0，第二分光源发射光的C/P值小于2.5；

所述的控制装置内存储随时间变化的C/P值和光的强度信息，即模拟接近自然光信息；所述的时间信号发生器发送时间信息到控制装置，所述的控制装置根据输入的时间信息输出对应于每一种分光源光的强度大小的控制信号到驱动电源，所述的驱动电源分别控制各个分光源发光的强度，使发光光源形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

人体中存在的第三种感光细胞(司辰感光神经细胞)的发现，正好可以帮助人类了解并解决现有技术存在的问题。司辰感光神经细胞是一种非视觉感光神经细胞，其感光信号的传输通道有别于先前发现的第一条视觉神经通道(它传递来自视椎神经和视杆神经的信号)。与第一条神经传递通道并行的第二条神经通道，将司辰细胞的一部分感应信号经过视神经交叉系统之后传至松果体，调节褪黑素的分泌，起到管理时间的作用，协调和控制人在不同时间的活动节律。

根据国际照明委员会发布的报告，司辰细胞的光谱光效率曲线的峰值在464nm左右。在白天工作时间，峰值波长为464nm左右的蓝光通过眼睛刺激，能抑制人体褪黑素的分泌，使人精神振奋，有利于提高工作效率；而休息时间，特别是晚上，人体需要放松，应该减少蓝光的刺激。而太阳、火光等自然光源的变化恰恰与人的光生物学特性相一致，使人们在白天工作时间能精神振奋，休息时间又能很好的放松休息。

据此本发明人发明一种光源，是由至少两种分光源组成的一个光谱可变的发光光源。并以此为基础设计成一种仿自然照明的、可随时间自动变化C/P值和光的强度的照明灯，使人体能达到最佳的工作或休息状态。其中，司辰效应比值C/P值是指司辰效应Circadian rhythm与明视觉效应Photopic vision之比值，用来评价光源的非视觉生物效应的强弱。计算公式如下：

$C/P=\frac{{3616\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)C\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{683\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

其中，P(λ)为照明灯的光谱能量分布，C(λ)为司辰效应的光谱光效率曲线，V(λ)为明视觉光谱光效函数。

C/P值和光的强度之间存在一定的关联关系。其中，本发明中所述光的强度与光强度不是一个概念，光强度是光度的基本量，而光的强度仅是光的大小的一种参数，本发明中光的强度可以是光通量、光强度、光照度或亮度等。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述的控制装置根据输入的时间信号确定相应的C/P值和光的强度，并通过脉宽调制方式，将C/P值和光的强度换算成分别对应于各个分光源的电信号占空比值输出；所述的驱动电源根据输入的电信号占空比信号控制各个分光源的光的强度，进而控制发光光源的总C/P值和光的强度。采用脉宽调制(PWM)方式控制各个分光源的光的强度，调制频率为200Hz以上，避免了光源出现频闪，也保证了光源使用的可靠性。脉宽调制方式克服了传统电压或电流幅度控制方式的不足，可实现光源C/P值和光强度值的分别调制。如两个分光源信号占空比的比值一定，则发光光源的C/P值保持不变，但光的强度会随着分光源电信号占空比的增大而变大、减小而变小；保持两个分光源光的强度信号的占空比之和不变，但改变两者的比值，则发光光源总光的强度保持不变，但C/P值可变化。

所述的第一分光源发射光的C/P值为3.5至4.5，第二分光源发射光的C/P值为1.5至2.0。

所述发光光源的第一分光源和第二分光源都为白光LED，所述的第一分光源发射光的C/P值大于4.0，或者所述的第二分光源发射光的C/P值小于1.5。前者高C/P值能提高老年人的光刺激，有利老年人的健康，存储器中的C/P信息可为专门的老年人适用C/P数据；后者低C/P值更有利于夜间或儿童的使用。

所述的发光光源包括红光LED、绿光LED、蓝光LED，其中，红光LED的C/P值小于1.0，绿光LED的C/P值小于2.0，蓝光LED的C/P值大于3.0；所述的红光LED、绿光LED、蓝光LED，分别由单色带状光谱的光源组成，或者由可见区宽波段光谱的光源组成。

在所述的第二分光源出射光前面增设具有蓝光截止功能的光学器件，该光学器件的截止波长在480nm至560nm之间，阻止小于该截止波长的光出射，而大于该截止波长的光能够从分光源中出射。光学器件的截止波长是指在短波长区，相对光谱透射比为50％值所对应的波长。该光学器件可以是透射器件(如滤光片或滤光膜)，也可以是反射器件(如反光镜或反射膜)。阻止短波长的透射器件可以是吸收短波长或者反射短波长光的光学器件。

所述的时间信号发生器中具有年、月、日、时、分、秒的具体时间信号，所述的控制装置中具有地域的经纬度信息，所述的控制装置输出的控制信号为：控制装置接收时间信号并结合地域的经纬度信息而计算得到的控制信号。

所述的控制装置包括微处理器、存储器及I/O接口电路，所述的地域的经纬度信息存储在存储器上，所述的微处理器计算并输出控制信号。

为了方便操作所述的I/O接口电路与无线遥控、红外遥控或码盘通讯连接，实现多种安装条件下的照明灯可调。

所述的发光光源的第二分光源发射光的C/P值为零。这里的零不是绝对值，接近零就能达到要求。

本发明具有的突出的实质性特点：1、通过控制组合光源的各个分光源的光的强度，来控制组合光源最终的总C/P值和光的强度随时间的变化而变化，达到仿自然光的效果，提升照明光源的有利作用，降低弊端，减少光污染，有利于身体的健康，提高光舒适度。2、时间信号发生器具有年、月、日、时、分、秒等全面的时间信息，并结合设置在控制装置中的地域参数，使该照明灯的组合光源C/P值和光的强度达到仿照实际的自然光效果。3、采用脉宽调制(PWM)方式控制各个分光源的光的强度，可以使调制频率为200Hz以上，避免了光源出现频闪，也保证了光源使用的可靠性。4、本技术方案还适用于白炽灯、日光灯、荧光灯等光源，而不仅局限于LED光源。

附图说明

下面结合附图对本发明专利做进一步的说明：

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明涉及的司辰细胞的光谱光效率曲线图。

图3是本发明中第一分光源的C/P值为3.92的光谱曲线图。

图4是本发明中第二分光源的C/P值为1.96的光谱曲线图。

图5是本发明中组合光源的C/P值为2.88的光谱曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1所示，一种仿自然光的可调照明灯，包括发光光源1、与发光光源1电连接的驱动电源2，以及控制驱动电源2的控制装置3，与控制装置3信号连接的时间信号发生器4。

发光光源1为组合光源，包括第一分光源和第二分光源，且都为白光LED。第一分光源发射光的C/P值大于3.0，第二分光源发射光的C/P值小于2.5。

为了达到组合光源仿自然光效果而要求的C/P值，则两种分光源的C/P值必然一个比较高，在400nm至520nm的区间内的相对光谱功率(强度)较高；另一个相对比较低(甚至为零)。如图2所示的司辰效应(Circadian rhythm)效率曲线，反映了不同光谱引起生物效应的强弱程度，其峰值为464nm左右，即在该峰值处司辰效应最明显。因此，在白天工作时间，主要发射光功率在464nm左右的蓝光通过眼睛刺激，能抑制人体褪黑素的分泌，使人精神振奋，有利于提高工作效率；而休息时间，特别是晚上，人体需要放松，应减少蓝光的刺激，增加长波长光谱的照射，在这种情况下，第二分光源发射光的C/P值可以是零，大大减少对人体内分泌的影响。

控制装置3内存储随时间变化的C/P值和光的强度信息，即模拟接近自然光信息，达到接近自然光的效果；时间信号发生器4发送时间信息到控制装置3，控制装置3根据输入的时间信息输出对应于每一种分光源光的强度大小的控制信号到驱动电源2，所述的驱动电源2分别控制各个分光源发光的强度，使发光光源1形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

具体来说，控制装置3根据输入的时间信号确定相应的C/P值和光的强度，并通过脉宽调制方式，将C/P值和光的强度换算成分别对应于各个分光源的占空比值输出；所述的驱动电源2根据输入的占空比信号控制各个分光源的光强度，进而控制发光光源1的总C/P值和光的强度。具体举例来说，第一分光源的C/P值为3.92，光通量为120lm，如图3所示，驱动信号的占空比为0.3；第二分光源C/P值为1.96，光通量为135lm，如图4所示，驱动信号的占空比为0.45；最后得到出射光C/P值为2.88，光通量为255lm，如图5所示。

时间信号发生器4将年、月、日、时、分、秒的具体时间信号发送给控制装置3，所述的控制装置3根据具体时间信号计算结合地域参数计算并输出控制信号。

控制装置3包括微处理器、存储器及I/O接口电路，存储器上设置地域参数，所述的微处理器根据时间信号发生器4发送出的具体时间信号、结合地域参数计算并输出控制信号。为了方便操作，设置的I/O接口电路可用于与外部通讯连接，如无线、红外遥控或手动控制等，实现多种安装条件下的照明灯可调。为了防止数据的丢失，控制装置3还包括断电保护模块。

实施例2：发光光源1包括红光LED、绿光LED、蓝光LED，其中，红光LED的C/P值小于1.0，绿光LED的C/P值小于2.0，蓝光LED的C/P值大于3.0。所述的红光LED、绿光LED、蓝光LED，分别由单色带状光谱的光源组成，或者由可见区宽波段光谱的光源组成。其他方面同实施例1。具体举例来说，红光LED的C/P值为0.5，绿光LED的C/P值为2.0，蓝光LED的C/P值为3.5。通过控制装置3输出到驱动电源2的占空比不同，以获得0.5至3.5之间不同C/P值，获得仿自然光光源。

实施例3：在第二分光源出射光的前面加有蓝光截止光学器件，该光学器件的截止波长在480nm至560nm之间，阻止小于该截止波长的光出射，而大于该截止波长的光能够从分光源中出射。该光学器件可以是透射器件(如滤光片或滤光膜)，也可以是反射器件(如反光镜或反射膜)。其他方面同实施例1或实施例2。

Claims (10)

1.一种仿自然光的可调照明灯，包括发光光源（1）、与发光光源（1）电连接的驱动电源（2），以及控制驱动电源（2）的控制装置（3），其特征在于：

还包括与控制装置（3）信号连接的时间信号发生器（4）；

所述的发光光源（1）为组合光源，至少包括第一分光源和第二分光源，所述的第一分光源发射光的C/P值大于3.0，第二分光源发射光的C/P值小于2.5；

所述的控制装置（3）内存储随时间变化的C/P值和光的强度信息，即模拟接近自然光信息；所述的时间信号发生器（4）发送时间信息到控制装置（3），所述的控制装置（3）根据输入的时间信息输出对应于每一种分光源光的强度大小的控制信号到驱动电源（2），所述的驱动电源（2）分别控制各个分光源光的强度，使发光光源（1）形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

2.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的控制装置（3）根据输入的时间信号确定相应的C/P值和光的强度，并通过脉宽调制方式、调制频率为200Hz以上，将C/P值和光的强度换算成分别对应于各个分光源的电信号占空比值输出；所述的驱动电源（2）根据输入的占空比信号控制各个分光源的光的强度，进而控制发光光源（1）的总C/P值和光的强度。

3.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的第一分光源和第二分光源都为白光LED，所述的第一分光源发射光的C/P值大于4.0。

4.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的第一分光源和第二分光源都为白光LED，所述的第二分光源发射光的C/P值小于1.5。

5.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的发光光源（1）包括红光LED、绿光LED、蓝光LED，其中，红光LED的C/P值小于1.0，绿光LED的C/P值小于2.0，蓝光LED的C/P值大于3.0；所述的红光LED、绿光LED、蓝光LED，分别由单色带状光谱的光源组成，或者由可见区宽波段光谱的光源组成。

6.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于在所述的第二分光源出射光前面加有蓝光截止光学器件，该光学器件的截止波长在480nm至560nm之间，阻止小于该截止波长的光出射，而大于该截止波长的光能够从分光源中出射。

7.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的时间信号发生器（4）中具有年、月、日、时、分、秒的具体时间信号，所述的控制装置（3）中具有地域的经纬度信息，所述的控制装置（3）输出的控制信号为：控制装置（3）接收时间信号并结合地域的经纬度信息而计算输出的控制信号。

8.根据权利要求7所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的控制装置（3）包括微处理器、存储器及I/O接口电路，所述的地域的经纬度信息存储在存储器上，所述的微处理器计算并发送控制信号。

9.根据权利要求1所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的发光光源（1）的第二分光源发射光的C/P值为零。

10.根据权利要求8所述的一种仿自然光的可调照明灯，其特征在于所述的I/O接口电路与无线遥控、红外遥控或码盘通讯连接。

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