CN102573229A - 一种保护眼睛的led照明灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护眼睛的LED照明灯，包括LED发光体、与LED发光体电连接的驱动电源，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控制信号发生器；LED发光体为组合光源，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，第三分光源为红光光源，第三分光源的峰值发射波长为660nm-690nm的红光；控制装置内存储一组C/P值和光的强度信息数据；所述的驱动电源接收控制信息分别控制各个分光源发光。本发明具有的突出的实质性特点：增加红光及红外光照射能保护人眼视网膜的健康、可根据时间自动改变发光体的C/P值，仿自然光C/P值的变化，有利于身体健康，且能提高工作效率。

Description

一种保护眼睛的LED照明灯

技术领域

本发明涉及一种保护眼睛的LED照明灯。

背景技术

LED光源是半导体照明的核心器件，由于其为PN结发光，具有高亮度、高光效、长寿命、环保等诸多优点，在近几年得到广泛地推广应用。尤其在氮化镓(GaN)基蓝光LED光源研发成功后，基于蓝光芯片的LED技术和产业得到快速发展。

由于LED光源小且亮，并含有较强的蓝光光谱，对人眼睛的刺激比较大。而光对人身体健康的利弊影响也越来越受到重视，特别是在室内照明领域，现代生活对灯光的依赖性越来越大，长时间的室内照明又缺少自然光的照射，对人体的生理节律都产生了一定的影响。在一成不变的灯光照明下，人也容易产生疲倦感，且工作效率下降。

近期人体中的第三种感光细胞——司辰感光神经细胞的发现，正好可以帮助人类了解并解决以上问题。司辰感光神经细胞是一种非视觉感光神经细胞，一部分感光信号经过视神经交叉系统之后部分传至松果体，调节褪黑素的分泌，起到管理时间的作用，协调和控制人们在不同时段里的活动节律。根据上述研究结果，我们可以通过优化日常照明光源，来改善人的生理机能，保护人眼视网膜的健康。

根据国际照明委员会(CIE)发布的司辰细胞光谱光效率曲线报告，其峰值在464nm左右。因此，在白天工作时间，通过峰值波长为464nm左右蓝光照射的刺激，能抑制人体褪黑素的分泌，使人精神振奋，提高工作效率；而休息时间，特别是晚上，人体需要放松，须减少蓝光的刺激，增加红光的照射，提高视网膜细胞的代谢，有效地保护眼睛健康。在380nm-500nm之间的光谱，大量的高能短波蓝光能够穿透我们的晶状体和玻璃体，直抵视网膜最重要的黄斑区域。蓝光增大了它对视网膜色素上皮的损坏作用从而引起视网膜色素上皮的萎缩，引起光敏感细胞的凋亡。光敏感细胞的凋亡将会导致视力逐渐下降甚至完全丧失。紫外波段的光谱能量主要被晶状体吸收掉，而不同年龄段的人眼晶状体的光谱透射特性不同，特别是儿童的短波(近紫外和蓝光)透射比高，所以儿童用的照明灯尤其需注意近紫外和蓝光危害。

目前市场上有多种用于保护视力的LED光源：采用直流电源供电，能部分解决频闪问题和电磁辐射等危害，但LED光源由于光线投射过于集中，人眼长时间使用容易感到疲劳；有一种保护眼睛的LED照明灯通过调节光色及发光亮度等来缓解人的用眼疲劳，比如安装红、绿、蓝等多色灯管来取代单一白光的单调式照明。飞利浦公司有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。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。则这些照明灯对人眼健康的保护作用不明显，没有从光生物学角度考虑眼睛的健康。而本发明人发明的一种保护眼睛的LED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，更符合人体健康的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护眼睛的LED照明灯，通过控制组合光源的各个分光源的C/P值，来控制组合光源最终的总C/P值随控制信号变化而变化，尤其增加具有特定波长的红光光源，适应了人体生理周期的变化，能提高工作效率，且有效地提高视网膜细胞的代谢功能，保护视网膜健康。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种保护眼睛的LED照明灯，包括LED发光体、与LED发光体电连接的驱动电源，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控制信号发生器；

所述的LED发光体为组合光源，至少包括第一分光源、第二分光源和第三分光源，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，第三分光源为红光光源，所述第三分光源的峰值发射波长为660nm-690nm的红光；

所述的控制装置内存储一组C/P值和光的强度信息数据，即模拟接近自然光信息；所述的控制信号发生器发送控制信息到控制装置，所述的控制装置根据输入的控制信息输出对应于每一种分光源光的强度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光的强度，使发光体形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

本发明所述的一种保护眼睛的LED照明灯，则是在对氮化镓(GaN)基蓝光LED的发射光谱处于人眼视网膜光化学损伤的敏感作用光谱位置研究的基础上，结合人体第三种感光细胞的特性设计而成的，使人体能达到最佳的工作或休息状态。

据此本发明人发明一种LED照明灯，其发光体至少由三种分光源组成，并以此为基础设计成一种仿自然照明、可随控制需求自动变化C/P值和光的强度的照明灯，且自然渐变，使人不易察觉环境光线的变化。该照明灯可随时间自动变化或者根据使用者使用习惯或需求手动调节C/P值和光的强度。尤其有效地增加了红光的照射，不仅能使人体能达到最佳的工作或休息状态，且有效地提高视网膜细胞的代谢功能，保护视网膜健康。可广泛应用于学校、家庭及工厂生产线等照明。其中，司辰效应值C/P指司辰效应Circadian rhythm与明视觉Photopic vision效应之比值，用来评价光源的非视觉生物效应的强弱。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，所述的控制装置根据输入的控制信号确定相应的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占空比信号控制各个分光源的光的强度，进而控制发光体的总C/P值和光的强度。

采用脉宽调制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值和光的强度的分别控制。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。

所述的控制信号发生器可以是时间信号发生器，产生每天24小时为周期的时间信号，并发送到控制装置。所述的控制装置根据输入的时间信号输出对应于每一种分光源光的强度的控制信号到驱动电源，以24小时为一个周期控制发光体的发光。所述的驱动电源分别控制各个分光源光的强度，使发光体形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

更进一步地，时间信号发生器中设有年、月、日、时、分、秒的具体时间信号，所述的控制装置中设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出的控制信号。则本发明所述照明灯可随时间变化模拟自然光的C/P值和光的强度的变化，符合人体生理需求。

所述控制信号发生器还可以是开关、码盘或可调电阻器等机械或电子装置，并对应的发送开关量、编码值或电信号到控制装置；或者控制信号发生器为遥控装置，遥控装置产生的控制信号连接到控制装置，遥控装置与控制装置之间通过无线电波或红外光波连接。多种通讯方式，有利于不同使用环境的需求。

所述的控制装置内至少存储对应于三种C/P值的控制模式，所述的三种C/P值分别为：C/P值大于3.0、C/P值为1.0至2.0以及C/P值为零，通过控制信号发生器输出控制信号到控制装置，达到所需要的C/P值和光的强度。三种控制模式分别用于工作状态、放松状态和睡眠状态下的照明，符合人体不同情况下对照明灯C/P值和光的强度的不同要求。可通过开关、码盘、可调电阻器或遥控输出控制信号到控制装置，控制装置根据控制开关输入的控制信号，换算成脉宽调制信号输出到驱动电源，由此调整三种分光源的光的强度，进而控制发光体的总C/P值和光的强度。手动调节控制开关的模式至少可选择工作模式、休息(放松)模式、睡眠模式：工作模式下需要适当的蓝光照射，其发光体的C/P值控制在4.5；在休息模式下，应减少蓝光的照射，其发光体的C/P值控制在1.5；晚间睡眠需要用灯时，可选择睡眠模式，发光体需要截止480nm以下的蓝光光谱，仅由第三分光源的红光LED发射特定红光光谱。

根据自动控制或手动控制，使第三分光源分别与第一分光源和/或第二分光源组合使用；第三分光源也可以单独使用。

在所述的第二分光源前加设蓝光截止光学器件，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)。

所述第三分光源的封装基座反射600nm以上波长的红光及红外光，并增加到发光体的有效出射光中，使所述的第三分光源为以获得以长波红光为主的分光源。优点是将LED内部芯片发热产生的红外辐射一起出射，既有助于散热，同时有利于红光改善人体微循环及细胞代谢功能。

为了方便操作、适用于多种安装条件：所述的控制装置包括微处理器、存储器及I/O接口电路，所述的存储器上设置地域参数，所述的微处理器根据控制信号发生器发送出的具体控制信号控制发光体的C/P值和光的强度。为了防止数据的丢失，所述的控制装置还包括断电保护模块。

本发明具有的突出的实质性特点：1、增加红光及红外光照射能保护人眼视网膜的健康，并促进视网膜细胞的代谢功能；2、可根据时间自动改变发光体的C/P值，仿自然光C/P值的变化，符合人体生理周期的变化，有利于身体健康，且能提高工作效率；3、可通过手动调节选择工作模式、休息/放松模式、睡眠模式等，更符合特定情况对光的需求；4、通过蓝光截止光学器件避免了短波蓝光对人眼的伤害。

附图说明

图1是本发明的系统组成结构图。

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1：一种保护眼睛的LED照明灯，如图1所示，它包括LED发光体1、与LED发光体1电连接的驱动电源2、控制驱动电源2的控制装置3、与控制装置3信号连接的控制信号发生器4。

LED发光体1为组合光源，至少包括第一分光源、第二分光源和第三分光源，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，第三分光源为红光光源。其中较优的方案：第三分光源的峰值发射波长为660nm-690nm的红光，其中较优方案670nm。为了达到组合光源仿自然光效果而要求的C/P值，则第一和第二两种分光源的C/P值必然一个比较高，即在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)。

控制装置3内存储一组C/P值和光的强度信息数据，即模拟接近自然光信息；所述的控制信号发生器4发送控制信息到控制装置3，控制装置3根据输入的控制信息输出对应于每一种分光源光的强度的控制信号到驱动电源2，驱动电源2分别控制各个分光源光的强度，使发光体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根据输入的控制信号确定相应的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，进而控制发光体1的总C/P值和光的强度。

所述的控制信号发生器(4)为时间信号发生器，产生每天24小时为周期的时间信号，发送到控制装置(3)；所述的控制装置(3)根据时间信号发生器输入的时间信息，控制各个分光源光的强度。时间信号发生器中设有年、月、日、时、分、秒的具体时间信号，所述的控制装置(3)中设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出的控制信号。为了方便操作、适用于多种安装条件：控制装置可以包括微处理器、存储器及I/O接口电路，所述的存储器上设置地域、季节参数，所述的微处理器根据时间信号发生器发送出的具体时间信号、结合地域、季节参数输出控制信号。

实施例2：一种保护眼睛的LED照明灯，在第二分光源前加设蓝光截止光学器件，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，而大于该波长的光能够从分光源中出射。其余结构同实施例1。

具体举例说明：晚间睡眠需要用灯时，可选择睡眠模式，发光体需要截止480nm以下的蓝光光谱，仅由第三分光源的红光LED发射特定红光光源，其C/P值为零。

实施例3：一种保护眼睛的LED照明灯，还包括与控制装置3信号连接的开关、码盘或可调电阻器等机械或电子控制开关，控制装置3根据控制开关输入的开关量、编码值或电信号，换算成脉宽调制信号输出到驱动电源2，由此调整三种分光源的光的强度，进而控制发光体1的总C/P值和光的强度。其余结构同实施例1或2。

对应实施例1和实施例3做具体说明：控制装置3主要有两种工作方式：一种是自动运行模式，由时间信号发生器计时并发送具体的时间信号到控制装置3，控制装置3按照模拟自然光的C/P值变化规律，根据输入的时间信号换算成不同的脉宽调制信号输出；第二种是通过控制开关手动调节模式，来选择相应使用环境的发光体1的C/P值，有工作模式、休息/放松模式、睡眠模式等，控制装置3根据控制开关输入的控制信号，换算成不同的脉宽调制信号输出到驱动电源2。由此调整三种分光源的光的强度，以获得期望C/P值和光的强度的发光体1。

具体实施方案如：下午3点打开本发明所述的LED照明灯，在自动运行模式下，发光体1的三种分光源中，第一分光源白光LED的C/P值取3.92，光通量为120lm；第二分光源白光LED的C/P值取1.96，光通量为135lm；第三分光源红光LED的波长为670nm左右(即C/P＝O)，光通量50lm，则此时的发光体1的C/P值为2.88。其中，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，截止短波长的光谱，而长波长的光谱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)。第三分光源主要用于晚上时间或者在放松状态下的照明，可组合第一、第二分光源或单独选择660nm-690nm波长的红光光源照射。三种发光单元组合成为发光模组，由单个或多个发光模组组成为照明灯发光体1。

使用时，打开照明灯开关，触发控制装置3，控制装置3开启自动模式，根据接收到的时间信号控制当时发光体1的C/P值，发光体1的C/P值可随时间自然渐变，不会让人眼感觉到突变或不适。此外，也可以选择手动调节模式开启该LED照明灯，根据使用环境的需要通过控制开关来选择三值控制模式。其中，工作模式需要适当的蓝光照射，以保持人体兴奋的状态，提高工作效率，其发光体1的C/P值控制在4.5；在看电视等放松状态下，可选择休息模式，减少蓝光的照射，其发光体1的C/P值控制在1.5；晚间睡眠需要用灯时，可选择睡眠模式，此时发射光谱需要截止480nm以下的蓝光光谱，发光体1的C/P值为零，仅由第三分光源的LED发射红光，保证晚间开灯不会影响人体褪黑素的分泌，有助于睡眠。

实施例4：一种保护眼睛的LED照明灯，所述第三分光源的封装基座反射600nm以上波长的红光及红外光，并增加到发光体1的有效出射光中，使第三分光源为以获得以红光为主的分光源。其余结构同实施例1或2或3。

Claims (10)

1.一种保护眼睛的LED照明灯，包括LED发光体(1)、与LED发光体(1)电连接的驱动电源(2)，以及控制驱动电源的控制装置(3)，其特征在于：

还包括与控制装置(3)信号连接的控制信号发生器(4)；

所述的LED发光体(1)为组合光源，至少包括第一分光源、第二分光源和第三分光源，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，第三分光源为红光光源，所述第三分光源的峰值发射波长为660nm-690nm的红光；

所述的控制装置(3)内存储一组C/P值和光的强度信息数据，即模拟接近自然光信息；所述的控制信号发生器(4)发送控制信息到控制装置(3)，所述的控制装置(3)根据输入的控制信息输出对应于每一种分光源光的强度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，使发光体(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所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的控制装置(3)根据输入的控制信号确定相应的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，进而控制发光体(1)的总C/P值和光的强度。

3.根据权利要求1所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的控制信号发生器(4)为时间信号发生器，产生每天24小时为周期的时间信号，并发送到控制装置(3)，所述控制装置(3)以24小时为一个周期控制发光体(1)的发光。

4.根据权利要求1所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的控制信号发生器(4)为开关、码盘或可调电阻器，并对应的发送开关量、编码值或电信号到控制装置(3)。

5.根据权利要求1所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的控制信号发生器(4)为遥控装置，遥控装置产生的控制信号连接到控制装置(3)，遥控装置与控制装置(3)之间通过无线电波或红外光波连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于在所述的第二分光源前加设蓝光截止光学器件，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所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述第三分光源的封装基座反射600nm以上波长的红光及红外光，并增加到发光体(1)的有效出射光中，使所述的第三分光源为以获得以长波红光为主的分光源。

8.根据权利要求1所述的一种保护眼睛的LED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，所述的存储器上设置地域参数，所述的微处理器根据控制信号发生器(4)发送出的具体控制信号控制发光体(1)的C/P值和光的强度。

9.根据权利要求3所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的时间信号发生器中设有年、月、日、时、分、秒的具体时间信号，所述的控制装置(3)中设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出的控制信号。

10.根据权利要求1所述的一种保护眼睛的LED照明灯，其特征在于所述的控制装置(3)内至少存储对应于三种C/P值的控制模式，所述的三种C/P值分别为：C/P值大于3.0、C/P值为1.0至2.0以及C/P值为零，通过控制信号发生器(4)输出控制信号到控制装置(3)，达到所需要的C/P值和光的强度。

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