CN102804918A

CN102804918A - 光调温器

Info

Publication number: CN102804918A
Application number: CN2010800282760A
Authority: CN
Inventors: T.A.拉施纳; I.贝雷茨恩伊; L.J.M.施兰根; J.P.W.巴伊詹斯; S.H.M.波尔特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-11-28
Also published as: WO2010150191A1; EP2446709A1; KR20120039660A; CA2766344A1; JP2012531704A; US20120097749A1; RU2012102273A

Abstract

本发明的基本思想是，使用不同的光属性（例如，强度和色温）来影响正暴露在光中的脊椎动物（102）（例如，人）的生理温度调节参数。个体的至少一个特定的生理温度调节参数（例如，皮肤温度）被测量且提供给控制器（103），用于与测量参数的理想目标值进行比较。然后可以调整光属性，以调控正暴露在光中的个体的温度调节参数的实际值。因而，提供用于通过使用不同的光属性来影响个体的温度调节的动态设备（100）。

Description

光调温器

技术领域

本发明涉及用于影响脊椎动物的温度调节的照明控制设备和系统。本发明还涉及与所提及设备和系统相对应的气候控制系统和方法。

背景技术

对于控制室内环境，照明已知成为了重要因素。光促进感知，可以创立愉快的气氛以及为我们的生物钟提供有力刺激，由此支撑有益健康的活动-睡眠循环（activity-sleep cycle）。

人的昼夜（24hr）节律伴随有人体24小时的、几乎正弦波形的、核心体温（CBT）的变化。CBT变化的峰-到-峰值典型地是大约0.7摄氏度。CBT最小值通常出现在夜晚，大约在自然醒来前1-2小时。夜间的黑暗与荷尔蒙褪黑激素的分泌峰值相关联。褪黑激素增强了黑暗相关的行为，其对于人意味着睡眠。睡眠与较低的温度相关联，而活动与较高的温度相关联。远端皮肤（手、脚）和近端皮肤（大腿、胃）之间的温度差别可以促进开始入睡。对于快速的开始入睡，重要的是，通过使用远端皮肤区域来从核心身体向环境散失热量，身体可以放热，由此核心体温下降。这证明了：温度调节可以用作控制个体睡意的手段。暴露到夜光中抑制了夜间褪黑激素分泌，由此作为褪黑激素峰值影响温度调节通常与CBT中的最小值相关联。通过影响褪黑激素水平和相移生物节律，光对温度调节有间接的影响。

较少地众所周知的是：光还对人的温度调节有直接影响。亮光照射降低了核心体温，甚至在锻炼期间。光源的色温越高，该影响越强，可是在高水平时可能发生该影响的饱和状态。降低亮光照射影响的CBT可以在照射结束之后坚持几个小时。在白天超过几小时的亮光照射（bright light exposure）看起来减小了CBT阈值，超出该阈值，皮肤的血管舒张和前臂出汗发生在较低水平。

在白天亮光照射之后，在寒冷的下午或者晚上实验对象（subject）感到较少地寒冷。这些发现指出：由白天亮光照射的影响所引起的核心体温的减小的设定点。减小的CBT设定点还对皮肤血流量有影响。在寒冷的环境中，皮肤的血流量不得不增加，以促进热损失，从而使得CBT可以保持在较低水平。

不仅光强度已知去进行温度调节，而且光的色温可以用于温度调节。当比较3000、5000和7500K的照明时，在3000K的浴室照明下，仅在热浴（40C）之后直肠温度的增加最大，以及在沐浴后维持较高的值。这符合以下观察：较高色温的光导致了CBT的较低设定点。当沐浴时，皮肤血流量不得不低，以使得由于来自沐浴的热吸收而带来的CBT增加最小。当CBT设定点降低时，皮肤血流量进一步降低，以企图最小化对身体核心（body core）的加热。然而，当离开热水时，个体的皮肤血流量快速增高。这使得个体去除过量的热量，由此允许CBT降低到其设定点。较低的CBT设定点将增加沐浴之后的皮肤血流量，并且将减少离开水之后个体皮肤温度的下降。

得出结论：可以说，照明的强度和色温对于正暴露在照明中的脊椎动物的温度调节有直接影响。科学结果指出：核心体温的设定点随着强度和色温的增加而降低。

美国专利no.6,554,439公开了一种用于生成人造光的方法，所述人造光接近地模拟了自然光的强度和光谱以及其它动态光条件。该设备包括：由计算机控制的一批各种颜色的光源。附着到计算机上的是测量由光源所产生的光的光谱特性的传感器。传感器向调整光源以生成理想光条件的计算机发送该信息。然而，US6,554,439的设备仅仅测量、反馈和考虑由光源所发射的光的光谱特性，以便控制理想的光条件，并且因而未能考虑以上所讨论的、与温度调节相关的问题。

发明内容

本发明的目的是，解决或者至少减轻之前讨论的、与脊椎动物的温度调节相关的问题。

该目的通过由独立权利要求所限定的本发明来实现的。优选地实施例由从属权利要求来限定。

在本发明的第一方面，提供一种用于影响脊椎动物的温度调节的照明控制设备，所述设备包括：接收器，其被布置成：接收代表正暴露在至少一个光源中的脊椎动物的至少一个生理温度调节参数的测量值。此外，设备包括：控制器，其被布置成：响应于生理温度调节参数的测量值，根据生理温度调节参数的目标值生成用于控制从光源发射的光的属性的控制信号。照明控制设备还包括：发射器，其被布置成：向光源发射控制信号，其中，所控制的光属性使得脊椎动物的生理温度调节参数的实际值接近目标值。

在本发明的第二方面，提供一种影响脊椎动物的温度调节的方法，所述方法包括以下步骤：接收代表正暴露在至少一个光源中的脊椎动物的至少一个生理温度调节参数的测量值。此外，该方法包括以下步骤：响应于生理温度调节参数的测量值，根据生理温度调节参数的目标值，生成用于控制从光源发射的光的属性的控制信号。该方法还包括以下步骤：向光源发射控制信号，其中，所控制的光属性使得脊椎动物的生理温度调节参数的实际值接近目标值。

在本发明的第三方面，提供一种包括权利要求1的照明控制设备的照明控制系统，所述系统还包括：传感器，其附着在脊椎动物上，用于测量至少一个生理温度调节参数和向接收器发射代表生理温度调节参数的值。

在本发明的第四方面，提供一种包括权利要求1的照明控制设备的照明控制系统，所述系统还包括：至少一个光源。

此外，照明控制系统可以包括第三方面的传感器以及第四方面的光源。

在本发明的第五方面，提供一种气候控制系统，其可与权利要求1的照明控制设备连接，所述系统还包括：气候控制设备，其被布置成：响应由照明控制设备的控制器所生成的控制信号，其中，由气候控制设备所排出的流体的特征根据所控制的光属性来修改。

在本发明的第六方面，提供一种控制气候控制设备的方法，所述方法包括以下步骤：响应于控制信号，修改由气候控制设备排出的流体的特征，借此，所述特征根据所控制的光属性来修改。

本发明的基本思想是使用不同的光属性（例如强度和色温等）来影响正暴露在光中的脊椎动物（例如，人）的生理温度调节参数。个体的至少一个特定的生理温度调节参数（例如，皮肤温度）被测量且供给控制器，用于与测量参数的理想目标值进行比较。然后可以调整光属性，以调控正暴露在光中的个体的温度调节参数的实际值。因而，提供用于通过使用不同的光属性来影响个体温度调节的动态设备。

假定例如测量的生理温度调节参数是皮肤温度，并且皮肤温度的目标值设定为36℃。如果个体的皮肤温度的测量值是，比方说，40℃，个体暴露在其中的光的强度和/或色温可以增加，这通常降低了个体的皮肤温度。通过连续地测量生理温度调节参数以及因此调整光属性，参数的实际值将接近目标值。

存在很多生理温度调节参数，所述参数可以被测量并反馈到本发明的照明控制设备，所有的参数也可以通过暴露到光中来被影响；这些生理温度调节参数包括皮肤温度、核心体温、脑电图（EEG）信号、皮肤血流量、皮肤阻抗、心率、呼吸量和/或频率、皮肤湿度、所产生的瓦数（例如，通过例如自行车等的健身设备来测量）、身体活动、等等。

此外，存在可以被调整的许多光属性，所有的光属性也影响正暴露在光中的个体的生理温度调节参数的实际值；这些光属性包括强度、色温、光谱组成、亮度、发射的持续时间、色调、饱和状态、等等。

给出提高的周围温度的感觉的色彩是色调环上红色和黄色之间的色彩（例如，红色、橙色、黄色-橙色、纯黄色）；即，在主波长λ_d方面，具有576nm＜λ_d＜700nm的色彩。给出降低的周围温度的感觉的色彩是色调（hue）环上绿色和蓝色之间的色彩（例如，绿色、青色、蓝色）；即，在主波长λ_d方面，具有460nm＜λ_d＜520nm的颜色。

此外，为了获得增加的或者减小的所感知周围温度，色彩必须具有足够水平的饱和程度。这些水平典型地由CIE1931 色度图来限定，这对于本领域技术人员是已知的。而且，对于某个色调的饱和水平也通过选择参考白点来确定。6500K（白天）时在色彩系统中选择白点是普遍的选择，其适于暖色和冷色。这也用于室内空间中存在的周围白色照明。然而，经历“暖”和“冷”色调可以通过也调整周围白光的色温来增强。

本发明因而有助于脊椎动物更容易地适应周围温度条件。本发明实现了非常宽领域的应用，并且是用于增加感觉人的良好状态或者成就水平的有力工具。

此外，本发明的巨大优点在于：可以降低例如空调等的气候和/或加热控制系统的能耗，因为人暴露在具有某些特性（例如，低色温）的光中时他感知周围温度较高或者较低。因而，通过将个体暴露在具有低色温的光中，可以降低周围温度并且仍然使个体感知周围温度与它实际降低之前一样。此外，通过将个体暴露在具有高色温的光中，个体将感知周围温度较冷，由此降低对空调系统的需求。因此，对于加热和气候系统可以是大大节能的。

还要指出的是，世界人口的年龄正逐步增加。与较年轻的人相比，较年长的人的温度舒适区域更小，这需要更广泛使用空调系统。通常，年长的比年轻人更焦虑热或者冷，这部分地是由于他们减少的出汗能力，以及与年龄相关联的其它生理改变使他们与环境的热交换更低效。本发明促进年长的人的更好的温度调节，这将改善他们在温暖或者炎热的条件下的生活质量。

此外，提供一种照明控制系统，其并入了上述的照明控制设备并且还包括传感器，其附着在脊椎动物上，用于测量生理温度调节参数和向照明控制设备的接收器发射代表参数的值，以用于进一步地控制光属性。从个体的观点来看，该照明控制系统促进了用于影响个体温度调节的光属性的自动控制。

在另一个实施例中，传感器被布置成向接收器发射所述生理温度调节参数的目标值，并且在又一个实施例中，传感器提供有用户接口，经由该用户接口，个体可以选择性地输入待发射到照明控制设备接收器的一个或者更多个目标值。在另一个实施例中，待测量的特定生理温度调节参数可以由个体经由用户接口输入。

正如可以看出的，本发明的照明控制设备和照明控制系统的另一个优点包括个性化、自动运行以及可选择的用户偏好。毋庸置疑地，在利用本发明的智能温度调节系统将获得的大量优点中最有价值的优点将是：（a）在温暖的日子时增加的舒适度，（b）在训练时更好的热量损失，以及（c）通过扩展个体的温度舒适区域来降低空调能耗，正如充分的光照射的结果。

还提供了一种气候控制系统，其可以与之前描述的本发明的照明控制设备连接，并且还包括用于智能气候控制的气候控制设备。因而，本发明的照明控制设备与也称为气候控制设备的HVAC（加热、通风以及空气调节）设备相结合。在本发明的气候控制系统中，HVAC设备的输出响应于所控制的光属性。例如，假定照明系统的光源的色彩朝向色阶的红-黄区域调整，气候控制系统的输出温度可以被降低，因为光的“较暖和”的颜色将导致个体更高的感知周围温度。不同于温度的气候控制系统的参数（例如，湿度、空气流量、纯度、等等）可以可替代地响应于所控制的光属性来调整。因而，气候控制设备被布置成响应于由照明控制设备的控制器所生成的控制信号，其中，由气候控制设备所排出的流体的特征根据所控制的光属性来修改。

大多数商业上可得到的HVAC系统在节能方面是最优的并且执行地非常好。然而，它们的主要缺点在于：它们被设计成响应于完全的物理参数（例如，温度和/或湿度）来运行。它们的弱点在于，它们不能利用人们对光的感知，以便于在节能方面变得更加有效。利用该特定的气候控制系统，考虑人对光的感知来控制HVAC设备输出，这接下来允许更大的能量效率。

要指出的是，所使用的光源可以是LED、白炽的、卤素的、荧光的或者金属卤化物、等等中任何一个。当然，超过一个光源可以用在本发明的照明控制系统中。

在其中可以有益地应用本发明的环境包括：

办公室环境，其具有使用加热和冷却系统的气候控制。对于冷却功能的要求减少，因为人们较少地由热来引起烦恼（例如，当暴露在高强度或者温度色彩的光中），这可以用来减少热天中的能耗。

保健机构&老人的起居范围。老人的比较小的温度舒适区域增加，这减小了体温过高（由于夏天热）或者体温低（由于冬天冷）的危险。

健康机构；用于较高的性能以及较少的轻度中暑；保健；可以影响许多方面，沐浴/桑拿浴使用期间控制温度梯度，由增加的皮肤血流量来减小血压，影响消化，等等；家；促进入睡以使得醒来和起床有较少地热不舒适的晚上/床边照明。

要指出的是，本发明涉及权利要求中所叙述的特征的所有可能结合。当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到：本发明的不同特征可以相结合，以创建不同于以下所描述的那些的实施例。

附图说明

参考示出本发明实施例的附图，现在将更详细地来描述本发明的这些和其他方面。

图1示出了根据本发明实施例的照明控制设备。

图2示出了根据本发明实施例的照明控制系统，所述照明控制系统包括图1中所图示的照明控制设备。

图3示出了根据本发明实施例的气候控制系统，所述气候控制系统包括图1中所图示的照明控制设备。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的照明控制设备100的实施例。个体102暴露在来自发射具有某些特征的光的大量光源101的光发射中。照明控制设备100进一步地包括接收器103，其布置成接收代表个体的至少一个生理温度调节参数的测量值。在以下给出的实例中，个体的测量生理温度调节参数是皮肤温度。皮肤温度的瞬间测量值在该特定的实例中是40℃。

照明控制设备100进一步地包括控制器104，其用于借助于所生成的控制信号并根据参数目标值，响应生理温度调节参数的测量值，来控制从光源101发射的光的属性。控制信号由并入照明控制设备的发射器105经由导线106发射，以使得皮肤温度的实际值接近目标值，所述目标值在该特定实例中设定到36℃。因而，控制器104调整个体所暴露其中的光源的例如强度和/或色温。当光的强度和/或色温增加时，皮肤温度降低。通过连续地测量个体皮肤温度的瞬时值并且响应于此来调整光属性，皮肤温度的实际值将接近36℃的目标值。在该特定的实施例中，个体可以来测量本身的生理温度调节参数，例如，利用温度计，并且给接收器提供瞬时值，例如，经由与接收器103连接的键盘（未示出）。要指出的是，图1功能性地图示了本发明的实施例。例如，接收器203和发射器205可以结合成一个单个的收发器单元。

图2示出了根据本发明实施例的照明控制系统，所述照明控制系统包括图1中所图示的照明控制设备。传感器206与照明控制设备200通信，所述传感器附着在个体202上并且被包括，用于测量生理温度调节参数以及用于向接收器203无线发射测量值。还可能的是，利用测量的瞬时值来发射理想目标值。控制器204根据测量的瞬时值和目标值来控制从光源201发射的光的属性。该属性可以经由导线来控制，如图1中所示出的，或者通过发射器205经由无线传输来控制。图2中的传感器206可以实施为腕套，其可以与例如脉率计的训练设备相结合。

图3示出了根据本发明实施例的气候控制系统，所述气候控制系统可与图1中所图示的照明控制设备连接。在图3中所图示的气候控制系统中，图1和2中所图示的照明控制设备与气候控制设备相结合。在第一替代方案中，本发明的照明控制设备与已经商业上可得到的现存的气候控制设备互相连接（可能在较小的改变之后）。在第二替代方案中，气候控制设备包括在图1和2的照明控制系统中。以下所提出的功能性描述对于两个替代方案都有效。照明控制设备300与发射具有某些特征的光的大量光源301通信，个体302暴露在所述光源中。照明控制设备的接收器303被布置成从传感器306，接收代表个体的生理温度调节参数的测量值。正如在之前的实例中一样，个体的测量生理温度调节参数是皮肤温度。皮肤温度的瞬时测量值在该特定的实例中是36℃。

照明控制设备300还包括：控制器304，其用于根据参数目标值，响应生理温度调节参数的测量值，来控制从光源301发射的光的属性。光源借助于通过发射器305经由无线通信的控制信号来控制，以使得皮肤温度的实际值接近目标值。假定该特定实例中的目标值是36℃，即，与测量值相同，其实际上不必调整照明属性来使得测量值接近目标值。然而，出于节能的目的，色彩属性可以借助于向光源发射照明属性控制信号来控制。正如之前所描述的，给出提高的周围温度的感觉的色彩是红色和黄色之间的颜色，即，具有576nm＜λ_d＜700nm的色彩。通过使得光源301发射红色/橙色/黄色光，可以降低由气候控制设备307所输出的空气温度，并且还使个体302感知到周围温度为恒定。因而，发射器305向气候控制设备307无线传播控制信号，以降低排出空气的温度。在气候控制设备307包括在照明控制设备300中的情况下，控制信号通常不经由无线接口传播，因为在该情况中气候控制设备307典型地包括在与照明控制设备300相同的壳体中。

气候控制设备可以包括用户接口，经由该用户接口，用户可以为理想的气候参数（例如，20℃的理想设定温度）编程。此外，气候控制设备可以包括控制算法，其用于通过在发生加热时自动地降低排出空气的设定温度或者在用空调冷却时增加排出空气的设定温度来控制由用户所设定的温度的偏差，同时通过使控制器调节光属性来补偿偏差。

所图示的照明控制设备/系统和气候控制系统典型地包括一个或者多个微处理器或者具有计算能力的一些其它设备，例如，特定用途集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）、等等，以便于控制光源属性和气候控制设备输出，同时执行存储在适当存储区域（例如，RAM、闪存或者硬盘）中的合适可下载软件。为了使双向通信成为可能，提供无线通信接口。

本领域技术人员认识到：本发明决不限于以上所述的优选实施例。相反，许多修改和变化可以包括在所附权利要求的范围中。例如，温度调节照明系统可以以许多不同的方式来实施，例如，实施为独立的照明设备、在个人的帽子中、在车用遮阳板中、在一副眼镜中、在PC监视器的框架中、或者在通常的照明系统中，等等。另一个实施可以基于温度调节照明系统与作为液晶显示器部分的背光源的结合。

Claims

1.一种用于影响脊椎动物的温度调节的照明控制设备（100），所述设备包括：

接收器（104），其被布置成：接收代表正暴露在至少一个光源（101）中的脊椎动物（102）的至少一个生理温度调节参数的测量值；

控制器（103），其被布置成：响应于生理温度调节参数的所述测量值，根据所述生理温度调节参数的目标值生成用于控制从所述至少一个光源发射的光的属性的控制信号；以及

发射器（105），其被布置成：向所述至少一个光源发射所述控制信号，其中，所控制的光属性使得脊椎动物的生理温度调节参数的实际值接近所述目标值。

2.如权利要求1的照明控制设备（100），其中，生理温度调节参数是以下参数中任何一个：

皮肤温度、核心体温、EEG、皮肤血流量、皮肤阻抗、心率、呼吸量和/或频率、皮肤湿度、所产生的瓦数、身体活动。

3.如权利要求1的照明控制设备（100），其中，所控制的光属性是以下属性中任何一个：

强度、色温、光谱组成、亮度、发射的持续时间、色调、饱和状态。

4.一种包括权利要求1的照明控制设备（200）的照明控制系统，所述系统还包括：

所述至少一个光源（201）。

5.一种包括权利要求1的照明控制设备（200）的照明控制系统，所述系统还包括：

传感器（206），其附着在脊椎动物（202）上，用于测量所述至少一个生理温度调节参数和向接收器发射代表生理温度调节参数的值。

6.如权利要求5的照明控制系统，其中，传感器（206）还被布置成：向接收器发射所述生理温度调节参数的目标值。

7.如权利要求6的照明控制系统，其中，传感器（206）还被布置具有用户接口，经由所述用户接口可以将所述目标值提供给传感器。

8.如权利要求5至7中任何一个的照明控制系统，其中，传感器（206）还布置具有用户接口，经由所述用户接口可以输入待测量的特定生理温度调节参数。

9.如权利要求5至7中任何一个的照明控制系统，其中，

所述接收器（204）还被布置成：接收代表周围温度的测量值；以及

所述控制器（203）还被布置成：当控制所述光属性时考虑测量的周围温度。

10.一种气候控制系统，其被布置成可与权利要求1的照明控制设备（300）连接，所述系统还包括：

气候控制设备（307），其被布置成：响应由照明控制设备的控制器（303）所生成的控制信号，其中，由气候控制设备所排出的流体的特征根据所控制的光属性来修改。

11.一种影响脊椎动物温度调节的方法，所述方法包括以下步骤：

接收代表正暴露在至少一个光源中的脊椎动物的至少一个生理温度调节参数的测量值；

响应于所述生理温度调节参数的测量值，根据所述生理温度调节参数的目标值，生成用于控制从所述至少一个光源发射的光的属性的控制信号；以及

向所述至少一个光源发射所述控制信号，其中，所控制的光属性使得脊椎动物的生理温度调节参数的实际值接近所述目标值。

12.如权利要求11的方法，其中，接收测量值的步骤还包括以下步骤：

测量代表正暴露在至少一个光源中的脊椎动物的至少一个生理温度调节参数的值。

13.如权利要求11和12中任何一个的方法，还包括以下步骤：

响应于所述控制信号，修改由气候控制设备排出的流体的特征，其中，所述特征根据所控制的光属性来修改。

14.一种包括计算机可执行成分的计算机程序产品，其用于：当计算机可执行成分在包括在设备中的处理单元上运行时，使得设备执行权利要求11至13中任何一个中所叙述的步骤。