CN103314646A - 光系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向房间提供光的方法（120），所述房间包括墙，所述方法（120）包括：在所述房间中布置具有光强度控制设备的光源（122），提供光强度模型（124），所述光强度模型模拟一天的第一时间段中的光条件，以及根据所述模型操作所述光强度控制设备从而将光提供到所述房间（126）。此外，本发明涉及一种用于在房间中提供光的系统，所述房间包括墙，所述系统包括：光源，其包括一个或多个独立光源，所述光源包括用于控制光的强度和/或方向和/或发出的光的颜色的光控制设备，以及控制器设备，其被配置为根据模拟一时间段内日光的变化的模拟程序来控制所述光控制设备。

Description

光系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于向房间提供光的光系统和方法。所述系统和方法还涉及一种用于向外部没有光进入或者有限的光进入的房间提供光的系统。所述方法和系统尤其适于在一段时间内模仿经过的一天来提供光。

背景技术

本发明解决了医院房间照明不足的问题，照明不足可能导致普遍的混乱和精神错乱。提出并描述了一种通过呈现模仿天窗的动态的照明场景来支持时间和空间定向（orientation）的系统。期望经历所提出的照明的患者就经过的时间和房间定向而言具有更好的定向。尽管该系统主要对在缺少足够窗户的空间中的患者有益，然而呈现类似阳光“欢乐”天的照明条件的可能性在黑暗的冬天和阴郁的雨天期间也将对更大范围的患者有益。

本发明的发明人已经意识到根据本发明用于向房间（尤其是特护病房）提供光的系统和方法将降低患者精神错乱的风险，据此设计出本发明。

精神错乱在病因学上是非特异性的有机脑部综合症，特征在于意识和注意力、知觉、思想、记忆、精神运动行为、情感和睡眠时间表的同时混乱。据报告，ICU患者中精神错乱的发生率尽管在统计上变动较大，但是仍然很高（20-80%）

可以在多个方面感受到ICU精神错乱的负面影响。在经济上，精神错乱由于较长的住院周期从而一直与较大的医疗保健支出有关。此外，由于显示精神错乱为ICU患者中长期认知障碍的良好预测指标，从而发展为精神错乱的患者更有可能在短期或中期死亡或得并发症。在社会领域中，由于当处理焦虑和不顺从的患者时经历降低的工作满意度，从而员工士气受到影响。

作为认知障碍的状态，对精神错乱的所有预防和干预措施具有重新定向患者的主要目标。对使用具有危险副作用的药物进行补充的非药物方法一般包括校正感知障碍（例如眼镜和助听器），以支持患者适应、最小化环境中的对象的知觉错误、以及周期性认知刺激和口头重新定向。

就这一点而言，已知照明条件大大影响人们的时间和空间定向。在一天中，天空颜色和太阳提供的照明的强度是变化的。影子一直移动，影子长度和方向改变。这种动态提供了人们据此测量经过的时间或定位基点的直觉方式。不幸地，这种信息在室内环境并且尤其是在患者不具有经由窗户的适当外部照明条件的益处的医院房间中大部分丢失。

在Keep等人进行的研究（Keep,P.,James,J.和Inman.M.于1980年3月在《Anaesthesia》的第35卷第257-262页发表的“Windows in the intensivetherapy unit”）中，作者观察到如果病房没有窗户，则在ICU中停留至少48小时而幸存下来的患者对他们停留的长度的记忆不太准确，并且在时间上定向不太好。此外，作者报告了在无窗病房中幻觉和错觉的发生率大于具有半透明但是不全透明窗户的类似病房的两倍。

发明内容

实现允许控制不可能观察到室外条件中的变化的房间（尤其是特护病房）或患者在延长时间段居住的任何其它康复病房中的光条件的系统将是有利的。总之，本发明优选寻求单独或以任意组合的方式减轻、缓和或消除上述缺点的一个或多个。具体而言，可以将提供解决现有技术的上述问题或其它问题的方法看作本发明的目的。

为了更好地解决这些关注点的一个或多个，在本发明的第一方面中，提供了一种用于向房间提供光的方法。所述房间包括一面墙或至少一面墙。所述方法包括在所述房间中布置具有光强度控制设备的光源的步骤。所述方法包括提供光强度模型的步骤，所述光强度模型模拟一天的第一时间段中的光条件。所述方法包括根据所述模型操作所述光强度控制设备使得将光提供到所述房间的步骤。

所述房间是一种不具有或仅具有有限的允许光从外部进入房间的窗户的房间。如上文所解释的，缺少光对位于房间中的患者造成困扰，很有可能导致患者精神错乱。因此，本发明提供了一种自动控制房间中的照明条件的方法。优选地，诸如计算机的控制器设备用于模拟光条件中的变化，例如在黎明和黄昏光线较少，在中午光线明亮等。此外，能够模拟多云情况和阳光充足情况两者。

在第一时间段期间光被感知为自然光，并且光强度进行变化，从而房间中的人感知到时间在流逝。这帮助人们（例如整天躺在床上的ICU患者）有意识地或无意识地认为时间过去了。

在实施例中，所述方法包括在房间中布置多个光源，使得从两个或更多个角度对房间中的点进行照明。这预期到允许在一个时间段期间来自提供改进的光模拟的几个角度的照明发生改变。例如，一个光源可以模拟早晨的光并且一个光源可以模拟下午的光，因此光来自房间中的不同角度。通过提供布置在房间中的多个光源，可以模拟更多的照明条件，并且提供光条件的改变，这给人们时间过去的感觉。

在实施例中，所述方法包括提供显示屏和视频源，并且在所述显示屏上显示来自视频源的图像。这允许显示例如云彩、动物、颜色、移动动物和/或人和/或云彩和/或植物和/或树的轮廓，因此提高了来自外部的光和景象的错觉。

在实施例中，一个或多个光源包括：颜色调制设备，其控制所发出的光的颜色。这允许颜色调制和多个光条件的模拟。组合颜色和强度实现了更现实的光体验。例如，在模拟日出期间光可以变得更红，并且在模拟中午期间光可以变得更白。其它颜色也是可以的，例如用于模拟云彩经过。

在实施例中，一个或多个光源包括被配置为改变所发出的光的定向的定向设备。这是模拟太阳移动的一种方法。这增强了模拟时间经过的效果。具有控制器可以改变所发出的光的定向的光源允许模拟天空中太阳的位置变化。组合位置模拟和和颜色模拟和强度允许模拟例如从黎明到黄昏的一整天。此外，也可以模拟太阳没有在蓝天中发光的天。云彩和/或鸟和/或树木的存在还增强了模拟。

本发明的一个方面涉及一种用于在房间中提供照明的系统，所述房间包括墙。所述系统可以包括：光源，其包括一个或多个独立光源，所述光源包括用于控制光的强度和/或方向和/或发出的光的颜色的光控制设备。所述系统可以包括控制器设备，其被配置为根据模拟一时间段内日光的变化的模拟程序来控制所述光控制设备。

在实施例中，所述系统还包括：图像显示设备，其被配置为显示静止图片和/或视频；以及图像源，其连接至用于显示图像和/或视频的所述图像显示设备。由于视频和/或图像可以显示云彩、鸟、树木、景色、灌木、花等的图像，很有可能是随时间改变的多个元素的组合，以对观看者提供变化，从而预期图像和/或视频的显示提高了房间被自然光照亮的错觉。

在实施例中，光源是包括位于一条线上的多个光源的灯带。灯带是伸长的光源，预期灯带容易安装并且空间距离提供了模拟太阳移动的可能性。

在实施例中，光源包括以矩阵形式布置的大量独立光源。预期光源的矩阵容易安装并且光源之间的空间距离提供了模拟太阳移动的可能性。预期矩阵提高了来自太阳移动的光的模拟。

在实施例中，系统包括两个空间间隔开的光源。通过提供两个或更多个光源，例如两个灯带或两个光源矩阵或其任意组合，由于观看者从不同方向感受到光，从而可以增强模拟的效果。来自不同方向的光将提供太阳移动从而时间过去了的错觉。

在实施例中，房间包括两面相对的墙，并且每面墙包括多个空间间隔开的光源中的一个。通过提供相对墙处的光源，能够例如模拟日出和日落。如果光源能够进一步改变颜色和/或强度，可以提高模拟效果。

在实施例中，图像显示设备是LCD屏幕、等离子体屏幕或OLED屏幕。在实施例中显示单元的选择可以取决于几个因素，包括图像质量、功耗以及实用性。

在实施例中，一个或多个光源提供光谱与在地球上观察到的太阳发出的光的光谱类似的光。光源越类似于自然光源，模拟越可信。

在实施例中，系统进一步包括漫射器，其适于漫射一个或多个所述光源发出的光。漫射器帮助降低从光源发出的光是来自例如LED灯等小光源的感觉。小光源感觉不如漫射器后面的光源自然。

总之，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和结合。参考如下描述的实施例，本发明的这些和其它方面、特征和/或优点将是显而易见的，并且参考如下描述的实施例对其进行说明。

附图说明

将仅以示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示意性示出了根据本发明的系统的实施例，

图2示意性示出了LED条，

图3-图8示意性示出了包括多个发光元件的不同房间，

图9示意性示出了包括光漫射元件的LED条，以及

图10示意性示出了根据本发明的方法的步骤。

具体实施方式

医院房间并且尤其ICU环境是必须留意负责医务人员的需求（例如照明、工作空间、放置设备等）并在可能的延长时间段容纳康复患者的功能空间。对于从缺少意识到遗留建筑的理由，很多这种环境朝着员工优化而以患者为代价。缺少足够的窗户和恒“冷”照明是剥夺患者有助于时间和空间定向的环境提示的特征的通用例子，所述环境提示对精神错乱具有潜在的影响。

本发明解决了医院病房中照明不足的问题，照明不足可能导致普遍的混乱和精神错乱。提出并描述了一种通过呈现模仿天窗的动态的照明场景来支持时间和空间定向的系统。期望经历所提出的照明的患者就经过的时间和房间定向而言具有更好的定向。尽管该系统主要对在缺少足够窗户的空间中的患者有益，然而呈现类似阳光“欢乐”天的照明条件的可能性在黑暗的冬天和阴郁的雨天期间也将对更大范围的患者有益。

图1示意性示出了根据本发明的系统10的当前优选实施例。该系统包括视频源12以及在这里实施于计算机中的用户接口（UI）14。视频源12和用户接口14提供场景内容至系统以及诸如开始、结束的基本视频命令。视频源/管理器12和14将视频数据以适于在局域网16中分配的格式转换成照明控制命令。局域网（LAN）16在系统10中的不同设备中分配命令和数据。数据启用器18和20并且单元（tile）控制器22控制光源和呈现来自视频源14的场景。这里示出了两种光源，即LED单元24，LED单元24是能够基于视频图像和由计算机单元12控制的例如光强、颜色等的其它光信息来呈现照明场景的LED的矩阵。另一光源是LED条26和28，LED条26和28是根据一天中的时间以不同角度发光的光源。

通常，用于根据本发明提供房间中的照明的系统包括：光源，包括一个或多个单独光源，所述光源包括用于控制光的强度和/或方向和/或发出的光的颜色的光控制设备；以及控制器设备，其被配置为根据模拟一段时间内日光的变化的模拟程序来控制所述光控制设备。

优选地，通过在例如计算机12的控制设备上执行的软件来控制该系统。在软件实施时，该系统优选按照如下方式工作：

向用户供应具有三个选择的菜单：

-场景：该选择将用户指引到场景控制板。

-选项：该选择将用户指引到选项菜单。在这里用户可以选择将多少房间连接至系统。

-退出：退出系统。

在软件实施的场景控制屏处，用户可以选择：

-开始和结束场景。将根据系统日期和时间来开始呈现场景。日期和时间在一天中保持动态场景变化。

-根据患者的愿望限制场景的光强。

-限制工作区照明的光强，以对员工提供适当的工作环境。

-根据患者的愿望打开或关闭额外特征件。额外选项包括诸如移动云彩、飞鸟或树木等的轮廓的自然元素。

图2示意性示出了LED灯带30的实施例。LED灯带30包括若干个光源，在这里为28个LED灯，每个LED灯具有若干个LED发光元件。灯带30包括位于一条线上的多个光源。在这里灯带包括两行或两列LED灯。28个LED灯提供了适于LED灯带30发出的光的可能性。可以控制LED灯，以改变诸如颜色和/或强度的光参数。此外，可能能够单独地对LED灯进行定向，使得可以模拟控制哪些灯以给定强度和颜色照亮给定光场景，例如日出、中午或日落，或者其间的任意时间。可以预想到LED光源之外的其它光源，而不脱离本发明的范围。

图3示意性示出了在一面墙42上具有七个用44表示的LED灯带的房间40。七个LED灯带允许模拟通过房间中的一个或多个窗户的太阳光。房间实际上不具有任何窗户，但是LED灯带44模拟具有窗户的房间中的情况。在其它实施例中，根据诸如房间大小和/或期望的最大强度的因素，LED灯带44的数量可以不同于七个。

图4示意性示出了具有两个LED面板52和54的房间50，所述两个LED面板52和54处于包括大量LED光源的两个方形LED矩阵的形式。与上述实施例一样，可以控制LED光源的强度、颜色以及方向，以提供经过的时间的模拟。

在图3和图4中示出的实施例中，并且对于在本文中示出的剩下的实施例来说，系统包括至少两个空间间隔开的光源。空间间隔开的光源提供了太阳的运动的和由此导致的房间内光条件的变化的增强模拟。

在图3和图4中示出的实施例中，房间包括两面相对的墙，并且每面墙包括所述空间间隔开的光源中的一个。因为例如LED条和/或LED矩阵的光源能够模拟更长时间段的运动，例如日出和中午或从日出到日落，所述光源的定位提供了增强的模拟效果。

在实施例中，将具有如下优点：一个或多个光源提供其光谱与在地球上观察到的太阳发出的光的光谱类似的光。从光源发出的光越与太阳发出的光类似，模拟的逼真度越高。在实施例中，可以控制并修改从一个或多个光源发出的光的光谱分布，以增强模拟效果。黎明时的光的颜色与中午时光的颜色不同。

图5示意性地示出了具有方形LED矩阵形式的六个LED面板62、64、66、68、70以及72的房间60，每个LED面板包括多个LED光源。面板63和64位于墙上。面板66、68、70以及72位于天花板上。与上述实施例一样，可以控制LED光源的强度、颜色以及方向，以提供经过的时间的模拟。光源的不同的空间间隔开的位置提供了增强的模拟效果。

图6示意性地示出了具有长方形LED条形式的七个LED面板的房间80，位于墙上的每个LED面板包括多个LED光源。此外，九个长方形LED条位于天花板上，每个LED条包括多个LED光源。与上述实施例一样，可以控制LED光源的强度、颜色以及方向，以提供经过的时间的模拟。光源的不同的空间间隔开的位置提供了增强的模拟效果。

图7示意性地示出了具有方形LED矩阵形式的四个LED面板92、94、96以及98的房间90，每个LED面板包括多个LED光源。面板92和94位于墙上。面板96和98位于相邻墙上。与上述实施例一样，可以控制LED光源的强度、颜色以及方向，以提供经过的时间的模拟。光源的不同的空间间隔开的位置提供了增强的模拟效果。

图8示意性地示出了具有长方形LED条形式的七个LED面板的房间100，位于墙上的每个LED面板包括多个LED光源。此外，九个长方形LED条位于天花板上，每个LED条包括多个LED光源。与上述实施例一样，可以控制LED光源的强度、颜色以及方向，以提供经过的时间的模拟。光源的不同的空间间隔开的位置提供了增强的模拟效果。

在实施例中，上述系统的任意系统可以进一步包括：图像显示设备，其被配置为显示静止图片和/或视频；以及图像源，其被连接到用于显示图像和/或视频的图像显示设备，例如图1中示出的图像显示设备和视频源。

在本申请中描述的任意图像显示设备可以是LED屏幕、等离子体屏幕或OLED屏幕，或者可以提供多个图像显示设备。多个图像显示设备则可以是相同类型，或者可以是不同类型图像显示设备的混合。

图9示意性示出了进一步包括适于漫射一个或多个光源发出的光的漫射器112的LED条110的实施例。漫射器112可以是半透明的或者包括半透明部分。漫射器112可以包括反射和半透明部分的组合。漫射器112可以包括半透明部分和透明部分。漫射器112在这里被示出为通过元件114与LED条110的表面以一定距离安装的面板。

图10示意性示出了用于将光提供到房间的方法的步骤120，其中房间包括墙。该方法包括在房间中布置具有光强度控制设备的光源的步骤122。该方法还包括提供提供光强度模型的步骤124，所述光强度模型模拟一天的第一时间段中的光条件。该方法还包括根据该模型操作光强度控制设备从而将光提供到房间的步骤126。

第一时间段期间的光被感知为自然光，并且执行光强度的变化，从而房间中的人感知到时间在流逝。这帮助人们（例如整天躺在床上的ICU患者）有意识地或无意识地认为时间过去了。第一时间段可以是一小时。该周期可以循环，从而比24小时短的周期可以被限定并用于模拟。模拟可以基于表示太阳的位置或至少倾角的数学公式。一种确定光的参数的方法可以基于对实际时间的计算。可以提供限定作为时间的函数的所有相关参数的表格，从而不需要每次执行计算。模拟可以基于关于一年中的给定时间（例如夏天、春天、秋天或冬天）的典型值。此外，该系统提供了允许人们（例如护士或其它员工）手动控制诸如光强度的参数的可能性，以满足患者的特定患者需求和/或房间中的患者的主治医生的各种需求。

在执行上述方法的步骤之前，可以执行如下步骤，即在房间中布置多个光源，从而从两个或更多个角度对房间中的一个点进行照明。这允许在一个时间段期间从提供改进的光模拟的几个角度的照明发生改变。例如，一个光源可以模拟早晨的光并且一个光源可以模拟下午的光。通过提供布置在房间中的多个光源，可以模拟更多的照明条件，并且提供光情况的改变，这给人们时间过去的感觉。

该方法可以进一步包括提供显示屏和视频源，并且在显示屏上显示来自视频源的图像。图像可以包括云彩、动物、颜色、移动动物和/或人和/或云彩和/或植物和/或树的轮廓。想到了移动的图像增加了时间的感知，由此增加了模拟的效果。

如同在其它地方描述的，一个或多个光源可以包括：颜色调制设备，控制所发出的光的颜色，颜色调制实现了多个不同光条件的模拟。组合颜色和强度实现了更现实的光体验。

一个或多个光源可以包括被配置为改变所发出的光的定向的定向设备。改变可以是动态的，即可以在模拟期间改变方向。替代地，定向设备可以是永久改变所发出的光的方向的设备，即，重新引导来自光源的光导。这可以具有如下优点：由于产品需求，如果光源位于特定方向，并且关于模拟该方向效率较低，因此定向设备提供了将光源以高效方式安装并且仍然实现最佳模拟结果的可能性。具有控制器可以修改所发出的光的定向的光源允许模拟天空中的太阳的改变位置。组合位置模拟和颜色模拟和强度允许模拟例如从黎明到黄昏的一整天。此外，也可以模拟太阳没有在蓝天发光中的天。云彩和/或鸟和/或树木的存在进一步增强了模拟。

虽然在附图和前述说明中详细地示出并描述了本发明，然而这种说明和描述应该被理解为是示意性的或示例性的而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域技术人员可以理解并实现所公开的实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中记载的多项功能。在相互不同的从属权利要求中描述了某些措施这一纯粹的事实不表示不能受益于这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适当介质上，例如一起供应其它硬件或用作其它硬件的一部分的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如通过因特网或其它有线或无线远距离通信系统。权利要求中的任意附图标记不应构成为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于向房间（40,60,80,90,100）提供光的方法（120），所述房间（40,60,80,90,100）包括墙（42），所述方法包括：

在所述房间（40,60,80,90,100）中布置具有光强度控制设备的光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110），

提供光强度模型，所述光强度模型模拟一天的第一时间段中的光条件，以及

根据所述模型来操作所述光强度控制设备，使得将光提供至所述房间（40,60,80,90,100）。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述房间（40,60,80,90,100）中布置多个光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110），使得从两个或更多个角度对所述房间（40,60,80,90,100）中的点进行照明。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

提供显示屏和视频源（12），

在所述显示屏上显示来自所述视频源（12）的图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述图像包括云彩、动物、颜色、移动动物和/或人和/或云彩和/或植物和/或树的轮廓。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个所述光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110）包括控制所发出的光的颜色的颜色调制设备。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个所述光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110）包括被配置为改变所发出的光的定向的定向设备。

7.一种用于在房间（40,60,80,90,100）中提供照明的系统，所述房间（40,60,80,90,100）包括墙（42），所述系统包括：

光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110），其包括一个或多个独立光源，所述光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110）包括用于控制光的强度和/或方向和/或发出的光的颜色的光控制设备，以及

控制器设备，其被配置为根据模拟一时间段内日光的变化的模拟程序来控制所述光控制设备。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括：

图像显示设备，其被配置为显示静止图片和/或视频，

图像源（12），其连接至用于显示图像和/或视频的所述图像显示设备。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述光源是包括位于一条线上的多个光源的灯带（26,28,30,44,110）。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述光源（24,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98）包括以矩阵形式布置的大量独立光源。

11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述系统包括两个空间间隔开的光源。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述房间包括两面相对的墙，并且每面墙包括所述空间间隔开的光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110）中的一个。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像显示设备是LCD屏幕、等离子体屏幕或OLED屏幕。

14.根据权利要求7所述的系统，其中，一个或多个所述光源（24,26,28,30,44,50,52,62,64,66,68,70,72,92,94,96,98,110）提供光谱与在地球上观察到的太阳发出的光的光谱类似的光。

15.根据权利要求7所述的系统，进一步包括漫射器，其适于漫射一个或多个所述光源发出的光。

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