CN103206662B - 一种模拟自然采光的窗景发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的一种模拟自然采光的窗景发光装置，解决了目前现代建筑中某些场所缺乏自然采光的缺点的技术问题。本发明它包括动态发光光源、彩色景象画和窗框，所述的彩色景象画安装在窗框上，所述的动态发光光源发出的光照射在所述的彩色景象画上，所述动态发光光源发光的照度和光谱随时间而变化，所述的彩色景象画呈现出随时间变化的与自然采光相对应的亮度和颜色。本发明模拟自然环境一天变化的景色，使生活在室内的人所观察到的景色及该发光窗景对人的生理节律周期系统的激励类似于自然景色；而且，人眼能直接观察该发光窗景，使人产生愉悦感;同时室内环境也在该窗景照明下，产生一天随时间变化的光环境。

Description

一种模拟自然采光的窗景发光装置

技术领域

本发明涉及室内采光及照明领域，尤其是一种模拟自然采光的窗景发光装置。

背景技术

在现代建筑中，由于空间的限制经常会出现一些室内没有窗户的场所或窗户与室内空间大小差距太大，缺乏自然采光或采光不足的情况。人们长时间在这种房间内生活和工作，不仅对心理情绪有影响，对健康也非常不利。因为自然光不仅能促进人体的新陈代谢和刺激视觉系统，还能调节人的生理节律。尽管绝大部分的现代建筑室内都安装了人工照明灯具，但是这些灯具发出的光在辐照度、亮度和色温方面始终恒定不变，不能随着大自然的生物学时间而变化，因此只能满足人的视觉照明需求，而忽略了更为重要的人体生理节律。

此外，当由于长时间工作而产生视觉疲劳时，能欣赏户外的自然风光是缓解疲劳的最佳方式，尤其是在天气晴朗，日光充裕的环境下效果会更佳。但是如果没有窗户或者窗外都是建筑物而没有绿色的山水风景的话，也达不到缓解疲劳的目的。

虽然目前已出现了一些能模拟自然太阳光变化的灯具，如飞利浦公司推出的动态情景照明系统，可根据自然光的特性模拟室内光线的变化，调节灯光的照度和色温。通过对灯光强度和色温的控制，一定程度上提高人的舒适感。然而，这些照明灯具都是以照明环境为目标，不适合直视观察。为了避免眩光，灯具通常安装在天花、墙上及适当隐蔽的位置。按照室内照明照度标准(300lx至500lx)，照明环境的亮度也不足以充分激励人的生理节律周期系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种模拟自然采光的窗景发光装置，在缺乏自然采光或采光不足的室内模拟自然采光，提供符合自然规律的光线，视觉愉悦感和生理激励效果好。

为了达到上述目的，本发明所设计的模拟自然采光的窗景发光装置，它包括动态发光光源、彩色景象画和窗框，所述的彩色景象画安装在窗框上，所述的动态发光光源发出的光照射在所述的彩色景象画上，所述动态发光光源发光的照度和光谱随时间而变化，所述的彩色景象画呈现出随时间变化的与自然采光相对应的亮度和颜色。这样，室内的人观看随时间变化的自然景色，类似于直接通过窗户观察户外的自然景色;而且彩色景象画可根据个人喜好选择自然景色悦人的场景拍摄制作，因此该模拟自然采光的窗景发光装置所产生的视觉愉悦感和生理激励效果比实际的普通建筑窗口观察的景色效果会更好。

作为上述结构的进一步完善和补充，本发明还包含以下附加技术特征或这些特征的任意组合：

所述的动态发光光源包括驱动控制装置和至少两种类型的LED光源，所述的LED光源包括至少一个低司辰效应比值C/P的光源和至少一个高司辰效应比值C/P值的光源。

司辰效应比值C/P是指光产生司辰效应(Circadian rhythm)与明视觉效应(Photopicvision)的当量之比值，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)为照明灯的相对光谱能量分布，C(λ)为司辰效应的光谱作用曲线，V(λ)为明视觉光谱光视效率函数。具体见国际照明委员会CIE发布的技术文件。人眼视神经节上的感光细胞感受到外部的光亮度和C/P变化，从而激励人体的生理节律周期，使人体的激素等内分泌与外部自然日夜同期一致，有利于人的生理和心理健康。

不同类型的LED光源分别连接所述驱动控制装置的不同驱动控制输出端，分别控制不同的LED光源发光，使窗景发光装置模拟一天中不同时间的自然景色的亮度和C/P值。

所述的LED光源由多只LED器件和导热的散热板组成，LED器件安装在导热的散热板上，所述的散热板为整块或多块拼装而成且位于彩色景象画的后面，所述的散热板与彩色景象画两者空隙配合，所述的彩色景象画为彩色透光膜制成。这样结构既有利于LED光源散热，许多LED器件直接位于彩色景象画背后，可形成均匀照明，而且光能利用率高。

所述的LED光源由红色LED、蓝色LED、色温3500K以下的暖白色LED和色温为6000K以上的冷白色LED四种类型的光源组成，分别连接到四路输出的驱动控制装置，所述的驱动控制装置输出信号是脉宽调制信号PWM且通过改变脉冲的信号的占空比来控制每一路LED光源的发光强度，使四路LED光源混合光的亮度及C/P值可在较大范围动态变化。

所述的驱动控制装置包括调光驱动模块和信号控制模块;所述的信号控制模块上集成有计时单元并储存有24小时灯光调节的数据表，使彩色景象画的颜色或C/P类似于彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，亮度相接近或类似于日光随时间动态变化。

所述的信号控制装置中储存24小时灯光调节的数据表是由光谱辐射亮度测试仪测量彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，所述的参数包括随时间动态变化的颜色、C/P值和亮度参数。

所述的动态发光光源包括导光板、LED光源和驱动控制装置，所述的导光板位于彩色景象画的背后，所述的LED光源由至少两种类型发光光谱的LED器件组成并位于导光板的侧面，所述LED光源的发光通过导光板均匀照亮彩色景象画。这样的结构使所用的LED器件数量少，LED器件产生的热量通过窗框散热，效果好;经过导光板散射的光照明彩色景象画，均匀性好;整个窗景发光装置的厚度薄，便于安装在墙壁上。

所述的窗框为垂直安置。整个发光装置紧贴或嵌入室内建筑墙体，或者安装在独立的直立支架上。这样，使室内人员方便直视模拟自然采光的窗景，形成较强的生理节律周期激励;并对室内形成模拟日光的动态照明。

所述彩色景象画为某一场所拍摄的风景图制作而成。所述信号控制装置为可输出根据时间变化的控制信号，可以是带有自动计时电路的控制装置、带有微处理器的控制装置或外接计算机控制装置。

本发明得到的一种模拟自然采光的窗景发光装置，特别适用于缺乏自然采光或采光不足的室内，模拟自然环境一天变化的景色，使生活在室内的人所观察到的景色及该发光窗景对人的生理节律周期系统的激励类似于自然景色；而且，人造窗户安装在墙上，而不是天花板或其它隐蔽的位置，人眼能直接观察该发光窗景，使人产生愉悦感;同时室内环境也在该窗景照明下，产生一天随时间变化的光环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的流程示意图。

图中：1-LED器件、2-彩色景象画、3-窗框、4-散热板。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-2所示，本实施例描述的一种模拟自然采光的窗景发光装置，它包括动态发光光源、彩色景象画2和窗框3，所述的彩色景象画2安装在窗框3上，所述的动态发光光源发出的光照射在所述的彩色景象画2上，所述动态发光光源发光的照度和光谱随时间而变化，所述的彩色景象画2呈现出随时间变化的与自然采光相对应的亮度和颜色。所述的动态发光光源包括驱动控制装置和至少两种类型的LED光源，所述的LED光源包括至少一个低司辰效应比值C/P的光源和至少一个高司辰效应比值C/P值的光源。不同类型的LED光源分别连接所述驱动控制装置的不同驱动控制输出端。

所述的LED光源由多只LED器件1和导热的散热板4组成，LED器件1安装在导热的散热板4上，所述的散热板4为整块或多块拼装而成且位于彩色景象画的后面，所述的散热板4与彩色景象画2两者空隙配合，所述的彩色景象画2为彩色透光膜制成。所述的LED光源由红色LED、蓝色LED、色温3500K以下的暖白色LED和色温为6000K以上的冷白色LED四种类型的光源组成，分别连接到四路输出的驱动控制装置，所述的驱动控制装置输出信号是脉宽调制信号PWM且通过改变脉冲的信号的占空比来控制每一路LED光源的发光强度。所述的驱动控制装置包括调光驱动模块和信号控制模块;所述的信号控制模块上集成有计时单元并储存有24小时灯光调节的数据表，使彩色景象画的颜色或C/P类似于彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，亮度相接近或类似于日光随时间动态变化。所述的信号控制模块中储存24小时灯光调节的数据表是由光谱辐射亮度测试仪测量彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，所述的参数包括随时间动态变化的颜色、C/P值和亮度参数。所述的动态发光光源包括导光板、LED光源和驱动控制装置，所述的导光板位于彩色景象画的背后，所述的LED光源由至少两种类型发光光谱的LED器件组成并位于导光板的侧面，所述LED光源的发光通过导光板均匀照亮彩色景象画。所述的窗框3为垂直安置。

此人工窗户安装在墙壁上。所述LED光源由蓝光(80W，色坐标x=0,1392,y=0,0751)、红光（60W，色坐标x=0,6709,y=0,3120）、冷白(100W，色坐标x=0,3782,y=0,4151)和暖白(100W，色坐标x=0,2566,y=0,3166)4种LED灯条组成；这些LED灯条按蓝、红、冷白、暖白的固定顺序重复排列，平行地分布在一铝质散热板上。所述信号控制装置为由DMX512控制器、红外遥控器和一台计算机组成。彩色景象画是通过照相机拍摄的杭州西湖风景图，制成彩色透光膜，并贴在透明平板玻璃板上，再安装在该窗框上。所述四种LED光源安装在铝散热板后，装在彩色景象画后并离开100mm。

本技术方案采用光谱辐射亮度测试仪记录当日从早上6:00到傍晚18:00所拍摄上述风景画上的光谱亮度分布、色坐标、亮度等参数。而C/P值根据如下公式计算：

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

其中，P(λ)为风景现场所测的光谱辐亮度分布，C(λ)为司辰效应的光谱作用函数曲线，V(λ)为明视觉光谱光效函数。上述记录的一天变化的数据储存至信号控制装置中。信号控制装置在计算机软件控制下，通过DMX512控制器根据当时的时间所对应的数据信息，将驱动控制码发送至调光驱动模块，调光驱动模块驱动控制LED光源发光，不同的控制码分别控制四种LED灯条的强度，使彩色景象画产生相应的亮度、色坐标及C/P值。例如，在下午3点时打开开关，控制装置将会在下午3点时的曲线数据传输到调光驱动模块，调光驱动模块再根据这组数据调节LED灯条发光。

Claims (7)

1.一种模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是它包括动态发光光源（1）、彩色景象画（2）和窗框（3），所述的彩色景象画（2）安装在窗框（3）上，所述的动态发光光源（1）发出的光照射在所述的彩色景象画（2）上，所述的动态发光光源（1）发光的照度和光谱随时间而变化，所述的彩色景象画（2）呈现出随时间变化的与自然采光相对应的亮度和颜色；

所述的动态发光光源（1）包括驱动控制装置和至少两种类型的LED光源，所述的LED光源包括至少一个低司辰效应比值C/P值的光源和至少一个高司辰效应比值C/P值的光源；

驱动控制装置包括调光驱动模块和信号控制模块；所述的信号控制模块上集成有计时单元并储存有24小时灯光调节的数据表，使彩色景象画的颜色或C/P值类似于彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，亮度相接近或类似于日光随时间动态变化。

2.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是不同类型的LED光源分别连接所述驱动控制装置的不同驱动控制输出端，所述驱动控制装置的不同驱动控制输出端分别控制不同的LED光源发光，使窗景发光装置模拟一天中不同时间的自然景色的亮度和C/P值。

3.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是所述的LED光源由多只LED器件（1）和导热的散热板（4）组成，LED器件（1）安装在导热的散热板（4）上，所述的散热板（4）为整块或多块拼装而成且位于彩色景象画的后面，所述的散热板（4）与彩色景象画（2）两者空隙配合，所述的彩色景象画（2）为彩色透光膜制成。

4.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是所述的LED光源由红色LED、蓝色LED、色温3500K以下的暖白色LED和色温为6000K以上的冷白色LED四种类型的光源组成，分别连接到四路输出的驱动控制装置，所述的驱动控制装置输出信号是脉宽调制信号PWM且通过改变脉冲的信号的占空比来控制每一路LED光源的发光强度。

5.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是所述的信号控制模块中储存24小时灯光调节的数据表是由光谱辐射亮度测试仪测量彩色景象画的实际场景在自然光下的实际参数，所述的参数包括随时间动态变化的颜色、C/P值和亮度参数。

6.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是所述的动态发光光源包括导光板、LED光源和驱动控制装置，所述的导光板位于彩色景象画的背后，所述的LED光源由至少两种类型发光光谱的LED器件组成并位于导光板的侧面，所述LED光源的发光通过导光板均匀照亮彩色景象画。

7.根据权利要求1所述模拟自然采光的窗景发光装置，其特征是所述的窗框（3）为垂直安置。