CN102818133A - 一种预防眼睛疲劳的灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有预防眼睛疲劳的灯具，属于护眼灯具开发领域。为了降低LED对人的眼睛带来的疲劳和导致色弱的风险，改良现有技术光源的光谱，发明人开发出了一种更柔和更接近自然光的灯具。本发明的一种预防眼睛疲劳的灯具，它包括灯头，灯头由一组发光源组成，所述的发光源包括LED灯、远红外灯和荧光灯(或白炽灯)。该灯具发出的光线具有类似与天然光的全光谱特性，具有柔和性高，色彩还原度好，它能够改善眼部血管血流量，降低眼压，缓解眼睛疲劳的优点。
Description
技术领域
本发明属于护眼灯具开发领域，涉及一种灯具，具体涉及一种预防眼睛疲劳的灯具，特别涉及一种与自然光接近、并且能够预防眼睛疲劳的功能性护眼灯具。
背景技术
随着电脑、电视、手机等电子产品的普及，儿童及青少年近视是目前的一种趋势。据中国、美国和澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，我国人口近视发生率为33％，全国近视眼人数已近4亿，为世界平均水平的1.5倍。而处于近视高发群体得青少年人群近视发病率则高达50％～60％，我国近视眼人数居世界第一。近日在北京举行的“青少年眼保健研讨会”上，专家警告近视已经成为影响中国青少年身体健康的一个重要因素。专家认为，坐姿不正确、用光不科学和眼睛疲劳是导致近视的三大根源。现在青少年学习压力很大，电脑、电视、手机等电子产品又很普及，他们长期看近物，缺乏看远的环境和条件，造成睫状肌痉挛，令青少年近视人群越来越多。随着电灯技术的进步，台灯亟需技术改进，通过设计将新的电灯技术整合，创造出一种接近自然光的灯具，具有光生物安全和保健功能，可以解决现有台灯对眼睛造成的疲劳问题。
自然光一直是人类的追求，它具有全光谱、光照强度高和安全性高的优点，并且不伤害人的眼睛。人类一直以来，都在寻找自然光的替代品。自从电灯发明以来，台灯走过了四代历程。
第一代，白炽灯。以钨丝灯为代表，它是电流把灯丝加热到白炽状态而用来发光的灯。电灯泡外壳用玻璃制成，把灯丝保持在真空，或低压的惰性气体之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。它只有7％～8％的电能变成可见光，90％以上的电能转化成了热。所以，白炽灯的发光效率很低，光线暗淡，寿命也很短，一般为1000小时。优点是具有可见光的全光谱，光线柔和，而且显色性极佳(显色指数Ra＝100)。光源对物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色的逼真程度，显色性高的光源对颜色的再现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然原色。白炽灯因为灯丝的热惯性，电源切断时灯丝不会立刻冷却而不发光，只会稍暗一些，因此白炽灯对人眼的损害小得多。所以从它诞生至今的相当长时间时里，仍然是被人们广泛使用的照明光源。
第二代，荧光灯。即我们通常说的光管，利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光。荧光灯光线充足，亮度高，寿命比白炽灯长5～10倍，能耗大大减少。荧光灯的发光谱段狭窄、显色性差、光线刺眼，里面还含有对眼睛有伤害的紫外线辐射，如果长时间经受紫外线辐射会对眼睛晶状体和视网膜造成损害，导致视力下降。荧光灯最大的缺点来自荧光灯的严重频闪，常用的荧光灯是用220伏的交流电为电源的，它的频率是50赫兹，即每秒变化50次。气体放电在电压降低后就会停止，发光也随之停止，电压升高后又重新发光。长期生活在使用荧光灯的环境中，人们的眼睛会感到疲劳，并引起偏头疼，有时还会导致心动过速。来自医学界的实验表明，在这种闪烁的光源下工作，视觉系统需要不断调节，来保证视网膜上光照度的稳定性和呈像的清晰性，从而加重了视觉负荷，容易产生视疲劳。
第三代，高频荧光灯。护眼灯的基本工作原理就是把低频闪提高至高频闪，它使用了变频电子镇流器，加快闪烁速度，提高到每秒闪烁几千次甚至几万次，闪烁的速度超过了人眼的神经反应速度，因此在这种灯光下学习、办公，短时间内人们会觉得眼睛比较舒服。高频护眼灯为了克服荧光灯50hz的频闪而采用40000～55000hz频率，不可避免就会带来高频电源的电磁辐射。电磁辐射伤害是累积的，距离越近，体重越轻，受其伤害越大。发光谱段狭窄导致光线刺眼、显色性差，紫外线辐射的可能性伤害问题也仍然存在。
第四代，LED。LED(Light Emitting Diode)，是一种固态的半导体部件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端是连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，空穴占主导地位；另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，即LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED是一种绿色光源：工作电压低，耗电量少，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，消耗能量较同光效的白炽灯减少80％；性能稳定，寿命长(一般为10万小时)；抗冲击，耐振动性强。LED照明产品能提供优质的光环境，提升照明系统的光效，没有红外和紫外的成分，显色性高并且具有很强的发光方向性；调光性能好，色温变化时不会产生视觉误差；冷光源发热量低，可以安全触摸；改善眩光，减少和消除光污染。零频闪，不会使眼睛产生疲劳现象。无电磁辐射，杜绝辐射污染保护大脑。
但是，LED光源存在如下不可克服的技术问题：首先，LED光源自身的特点使其强度过大，易造成人眼损伤。LED灯光是窄谱光，所以具有低能耗，高亮度的优点。但相对自然光的全光谱，缺乏了全光谱带来的对眼睛的护目特性，亮度会过高，没有自然光那么柔和，对眼睛有刺激性。其次，窄谱光显色性差，易导致色弱。窄谱光显色性差，不能还原真实颜色，虽然短时间内光线本身未使视觉感受发生变化，但实际上是对人眼的“欺骗”。LED的光谱不连续，波长单一，而且短波长的光谱能量很高，长期在一种波段的强光照射下，必然会降低对其他颜色的分辨能力，导致色弱的可能性会很高。最后，长时间使用易造成视觉疲劳。当下的各种灯具在光源方面提出了各种改良方案，却未考虑到近视物体，且长时间暴露于非自然光下的人眼疲劳。这与视网膜微循环短期障碍，血供障碍造成的眼睛干涩疲劳有密切关系。
总之，由于LED属于窄光谱光，与自然光的光谱有很大区别，LED光更窄谱，看起来较刺眼。LED的光谱不连续，波长单一，而且短波长的光谱能量很高，长期在一种波段的强光照射下，必然会降低对其他颜色的分辨能力，导致色弱的可能性会很高。
发明内容
从克服上述各种类型的灯具的缺陷出发，尤其是为了降低LED对人的眼睛带来的疲劳和导致色弱的风险，提高灯光全光谱的特性，发明人经过认真研究，结合各类发光体本身的特性，开发出了一种更柔和更接近自然光的灯具。本发明的一种预防眼睛疲劳的灯具，它包括灯头，灯头由一组发光源组成，所述的发光源包括
(1)LED灯；和
(2)远红外灯；和
(3)荧光灯或白炽灯。
作为本发明的一个优选实施例，本发明所述的一种预防眼睛疲劳的灯具中的灯头还包括灯盘，所述的发光源以固定或不固定的形式嵌入到灯盘中，所述的灯盘为规则或不规则的立体结构，优选规则的圆盘形或长方体形状。
该灯具发出的光线具有柔和性高，更容易被人眼所接受的特点，它能够改善人眼部血管血流量，降低人眼睛疲劳的优点。
本发明对灯头的发光源进行了巧妙的设计，主要从上述三种发光源的位置关系、每种发光源的个数和/或三种发光源的强度出发。应该值得说明的是，考虑上述因素的设计并不是仅仅限于单一因素的设计，本发明还关注多种因素的组合设计及其相应的匹配关系。
首先，本发明对三种发光源的位置关系进行了优选。作为本发明的一个优选实施例，本发明的灯头的中心是荧光灯或白炽灯，有且只有一盏；以灯头的中心为对称中心，对称分布2个～8个远红外光源，远红外灯源为640～940nm谱段的远红外光，这2个或4个远红外光源处于以灯头的中心为圆心的圆周上；以灯头的中心为对称中心，还对称分布了2～64个LED芯片光源，2～64个LED芯片光源处于以灯头的中心为圆心的圆周上。
进一步优选地，远红外光源与LED芯片光源不处于同一圆周上。再进一步优选地，远红外光源分布的圆周和LED芯片光源分布的圆周属于同心圆，并且远红外光源分布的圆周的直径小于LED芯片光源分布的圆周的直径。
其次，本发明对远红外光源和LED芯片光源的个数进行了优选。一方面，对于远红外光源而言，优选地，本发明远红外光源的个数为2个～8个并且为偶数；进一步优选地，远红外光源的个数为2～4个；再进一步优选地，远红外光源的个数为2。另一方面对于LED芯片光源而言，优选地，上述LED芯片光源的个数为2～32个且为偶数个，进一步优选地，所述的LED芯片光源的个数为2～16个，再进一步优选为4～8个，最终优选为8个。
再次，本发明对远红外光源和LED芯片光源的个数的对应关系进行了优选。优选地，远红外光源和LED芯片光源的个数的比例为(1/32～4)∶1，进一步优选地，远红外光源和LED芯片光源的个数的比例为1∶4。
最后，本发明对三种光源的强度进行了优选。对于白炽灯或荧光灯而言，选择的功率范围为10w～60w；对于远红外光源而言，远红外光源的谱段为640～940nm谱段，进一步优选为640-820nm谱段；对于LED光源而言，选择高显性LED光源，可以提供红绿蓝三色窄谱光源，增加该光源的亮度和照度。
本发明还对灯具的灯罩的结构进行了优选，灯罩所有侧面曲线为规则的抛物线，并且抛物线的几何学方程式为y＝Ax2，并且A＝-0.001～-0.030，进一步优选地，A＝-0.002～-0.010；再进一步优选地，A＝-0.003。本发明灯罩的设计并不是孤立的研究，而是根据灯头的光源特性相匹配的设计，因此本发明对灯罩的结构的优选设计同样适用于三种发光源的位置关系、每种发光源的个数和/或三种发光源的变更后的适用关系。
本发明还通过进一步功能性研究表明，与远红外+LED双光源组、白炽灯+LED双光源组和白炽灯+远红外双光源组相比，具有如下显著性差异：(1)在影响白兔眼压的方面，本发明预防眼睛疲劳的灯具长期使用后在降低白兔眼压方面具有显著性差异。(2)对于白兔视神经乳头的血流量的影响方面，本发明的预防眼睛疲劳的灯具长期使用后具有显著改善白兔视神经乳头的血流量的功能，由此可见，本发明预防眼睛疲劳的灯具取得了预料不到的显著性差异的效果。
由此可见，本发明设计的预防眼睛疲劳的灯具具有改善眼部血管血流量和降低眼内压的作用，因此本发明的预防眼睛疲劳的灯具发出的光线具有柔和性高，更容易被人眼所接受的特点，取得了突出的预料不到的技术效果。
总之，本发明在原有的各种光源的优缺点上，我们聚合了白炽灯、LED光源和远红外光源的优势，发明了新一代的预防眼睛疲劳的灯具，本发明的预防眼睛疲劳的灯具与现有技术相比具有如下技术优势：
1、充分利用白炽灯黑体发光全光谱特性的特点，提供新型生物安全护目保健光源产品的全光谱特性。本发明预防眼睛疲劳的灯具对灯头的设计进行了改良，同时兼顾了白炽灯的全光谱和LED的高效节能的优点，使LED易造成色弱伤眼的缺点得以弥补，使光源的护眼功能充分发挥。
2、利用高显色性LED芯片光源，提供红绿蓝三色窄谱光源，增加该光源的亮度及照度。避免单色光光谱过窄对视觉造成损伤，三色光谱将与自然光更为接近，避免普通LED造成色弱的风险。
3、利用640～940nm谱段的远红外照射特性，增加视网膜微循环，改善视觉细胞线粒体功能，发挥对人眼视网膜的保护作用。人性化设计避免长时间使用的用眼疲劳，配合LED与白炽灯安装于灯头。
4、提高能源利用度。采用单颗0.1W大功率LED，一般的台灯都是用单颗0.065W小功率LED，相比之下大功率LED亮度和稳定性好，光衰小，比起0.5W或1W以上的LED芯片光源又显得柔和，不刺眼，能耗也要低很多。
5、经过生物工程设计的反光灯罩，保证照明光源均匀分布于书桌表面，有效的提高照明效率并对视力发挥保护功能。克服了LED灯柱较窄的缺点(每束LED射角为30°)，利用灯罩反射原理，避免小范围过强光损伤人眼。
6、优化的光线输出技术。采用侧导光板技术，LED一共分两排，分别均匀分布在灯头两个侧边，LED发出的光其实是水平的，然后再通过导光板转化为与灯头垂直的均匀光线，整个导光板变成了一个均匀的发光体，从而把LED强烈的点光源转化为了柔和、均匀的面光源。
附图说明
图1给出了本发明的预防眼睛疲劳的灯具的灯头的第一个实施例的结构示意图。在图1中，1为圆盘形状的灯盘，2为LED光源，3为远红外灯光源，4为白炽灯。
图2给出了本发明的预防眼睛疲劳的灯具的灯头的第二个实施例的结构示意图。在图1中，1为圆盘形状的灯盘，2为LED光源，3为远红外灯光源，4为白炽灯。
图3给出了本发明的预防眼睛疲劳的灯具的灯头的第二个实施例的结构示意图。在图1中，5为长方体形状的灯盘，2为LED光源，3为远红外灯光源，4为白炽灯。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明不仅仅限于以下实施例。在本发明的范围内或者在不脱离本发明的内容、精神和范围内，对本发明所述的预防眼睛疲劳的灯具进行成比例缩小或扩大、适当改进、替换组成部件的结构和/或组成部件之间的连接关系，对于本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明范围之内。
第一部分 本发明的预防眼睛疲劳的灯具
实施例1 一种本发明的预防眼睛疲劳的灯具
图1给出了本发明的预防眼睛疲劳的灯具的灯头的第一个实施例的结构示意图。在图1中，1为灯盘，2为LED光源，3为远红外灯光源，4为白炽灯。LED光源2、远红外灯光源3和白炽灯光源4都固定与灯盘的内部，灯盘1呈圆盘形状，灯盘1的高度以能够容纳LED光源2、远红外灯光源3和白炽灯光源3为准。该实施例的灯头由一个白炽灯1、两个远红外光源、八个LED光源组成。
远红外光源3分布的圆周和LED芯片光源2分布的圆周属于同心圆，并且远红外光源3分布的圆周的直径小于LED芯片光源2分布的圆周的直径。
该实施例的灯头中，白炽灯为20w，远红外光源的谱段为640～940nm谱段，并且，LED光源选择高显性单颗0.1W大功率LED光源。
实施例1中的灯头与所有侧面曲线为规则的抛物线的灯罩组合成预防疲劳的本发明的灯具的一个实施例，并且再该实施例中抛物线的几何学方程式为y＝-0.003x2。
实施例2 一种本发明的预防眼睛疲劳的灯具
图2给出了本发明的预防眼睛疲劳的灯具的灯头的第二个实施例的结构示意图。在图2中，1为灯盘，2为LED光源，3为远红外灯光源，4为白炽灯。LED光源2、远红外灯光源3和白炽灯光源4都固定与灯盘的内部，灯盘1呈圆盘形状，灯盘1的高度以能够容纳LED光源2、远红外灯光源3和白炽灯光源3为准。该实施例的灯头由一个白炽灯1、四个远红外光源、十六个LED光源组成。
远红外光源3分布的圆周和LED芯片光源2分布的圆周属于同心圆，并且远红外光源3分布的圆周的直径小于LED芯片光源2分布的圆周的直径。
该实施例的灯头中，白炽灯为15w，远红外光源的谱段为640～820nm谱段，并且，LED光源选择高显性单颗0.1W大功率LED光源。
实施例2中的灯头与所有侧面曲线为规则的抛物线的灯罩组合成预防疲劳的本发明的灯具的一个实施例，并且再该实施例中抛物线的几何学方程式为y＝-0.010x2。
实施例3 一种本发明的预防眼睛疲劳的灯具
本实例与实施例1的不同之处在于：第一，将使用荧光灯代替实施例1中的白炽灯；第二，将使用长方体形状的灯盘替代实施例1中的圆盘形状的灯盘。其他方面与实施例1中的结构大体一致。
对照实施例1
对照实施例1与实施例1的区别在于灯头的中间不在设置有白炽灯。其他部分与实施例1完全一致。
对照实施例2
对照实施例2与实施例1的区别在于灯头上不设置远红外光源，其他部分与实施例1完全一致。
对照实施例3
对照实施例3与实施例1的区别在于灯头上不设置LED光源，其他部分与实施例1完全一致。
第二部分 本发明的预防眼睛疲劳的灯具的功能性研究
试验例一 本发明的预防眼睛疲劳的灯具的对试验正常白兔眼压和视神经乳头血流量的影响
1、试验方法：
使用中山大学动物中心提供的体重为2kg的试验用白兔40只，平均分为四组，每组10只，具体分组如下：
远红外+LED双光源组：采用本发明对照实施例1的灯具照射，控制房间外的光线干扰；
白炽灯+LED双光源组：采用本发明对照实施例2的灯具照射，控制房间外的光线干扰；
白炽灯+远红外双光源组：采用本发明对照实施例3的灯具照射，控制房间外的光线干扰；
本发明试验组：采用本发明实施例1的灯具照射，控制房间外的光线干扰。
这些白兔在温度设定为25±3℃、湿度设定为55±10％的洁净动物房间进行饲养，每天限制喂养100g的固定饲料，自由饮水。在试验开始的前两天，每天将白兔装入固定盒中5小时驯化，然后通过眼压计选择眼压稳定的家兔测量；另外在第4个小时末使用激光散斑末梢循环解析仪测定视神经乳头的血流量。
2、数据记录与处理
从开灯时开始记录时间，从第1个小时末和第4个小时末测定白兔的眼压和视神经乳头的血流量数据，数据以均数±标准差(x±s)表示，采用SPSS15.0软件进行方差分析。
3、试验结果
3.1本发明预防眼睛疲劳的灯具对于白兔眼压的影响
试验结果表明：
本发明的预防眼睛疲劳的灯具与对照实施例1、对照实施例2和对照实施例3的灯具相比在长期使用后在降低白兔眼压方面具有显著性差异。具体试验结果参见表1。
3.2本发明预防眼睛疲劳的灯具对于白兔视神经乳头的血流量的影响
试验结果表明：
本发明的预防眼睛疲劳的灯具与对照实施例1、对照实施例2和对照实施例3的灯具相比在长期使用后在改善白兔视神经乳头的血流量取得了预料不到的显著性差异的效果。具体试验结果参见表1。
由此可见，本发明设计的预防眼睛疲劳的灯具具有改善眼部血管血流量和降低眼内压的作用，因此本发明的预防眼睛疲劳的灯具发出的光线具有柔和性高，更容易被人眼所接受的特点。
表1 本发明预防眼睛疲劳的灯具对于白兔眼压和视神经乳头的血流量的影响
注：▲与远红外+LED双光源组比较，p＜0.05；
★与白炽灯+LED双光源组比较，p＜0.05；
■与白炽灯+远红外双光源组比较，p＜0.05。
Claims (13)
1.一种预防眼睛疲劳的灯具，它包括灯头，灯头包括一组发光源，所述的发光源包括
(1)LED芯片光源；和
(2)远红外光源；和
(3)荧光灯或白炽灯。
2.如权利要求1所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的灯头还包括灯盘，所述的发光源以固定或不固定的形式嵌入到灯盘中，所述的灯盘为圆盘形或长方体形状。
3.如权利要求1所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，远红外光源和LED芯片光源数量比例为(1/32～4)∶1。
4.如权利要求3所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，远红外光源和LED芯片光源数量比例为1∶4。
5.如权利要求1所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的灯头的中心设置有一盏荧光灯或白炽灯，所述的荧光灯或白炽灯功率范围为10w～60w。
6.如权利要求1-4任一所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的远红外光源的个数为2～8，并且所述的远红外光源均匀分布在以灯头的中心为圆心的圆周上。
7.如权利要求6所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的远红外光源为640～940nm谱段的远红外光。
8.如权利要求1-4任一所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的LED芯片光源的个数为2～64个，芯片光源均匀分布在以灯头的中心为圆心的圆周上。
9.如权利要求8所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的LED芯片光源的个数为2～16个。
10.如权利要求1所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的远红外光源与LED芯片光源不处于同一圆周上，并且远红外光源分布的圆周和LED芯片光源分布的圆周属于同心圆，远红外光源分布的圆周的直径小于LED芯片光源分布的圆周的直径。
11.如权利要求1所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的LED芯片光源为高显性LED光源。
12.如权利要求1-11任一所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，它还包括灯罩，所述的灯罩所有侧面曲线为规则的抛物线，并且抛物线的几何学方程式为y＝Ax2，并且A＝-0.001～-0.030。
13.如权利要求12所述的一种预防眼睛疲劳的灯具，其特征在于，所述的A＝-0.003。
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