CN108870301A - 一种仿超视区自然视环境教室照明系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿超视区自然视环境教室照明系统及其控制方法，包括：总控制系统，多光谱阵矩灯组以及光探测器；其中，所述多光谱阵矩灯组包括七种可见光与A紫外光灯源组合成的全光谱灯阵，用于产生及调控模拟自然光谱；所述光探测器将所探区域照度传递给总控制系统，所述总控制系统用于实现照度的调控以及实现光谱节律的调控。本发明是一种仿超视区自然视环境的系统，其以智能技术调控模拟超视区的自然照度、光谱、节律变化的照明及黑板、自然光视远的教室视环境系统，形成抑制近视发生的眼球发育窗口关键期(青春期)的健康视环境的教室。

Description

一种仿超视区自然视环境教室照明系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及视环境调节技术领域，特别涉及一种仿超视区自然视环境教室照明系统及其控制方法。

背景技术

流行病学调查表明，全世界近视的发生率仍在逐年上升，有资料显示目前全世界已有14亿人患近视，预计至2020年将增长至25亿，中国大陆近视人群比例达47％，与美国、日本、新加坡及中国港台地区同属全球近视率最高区域。近期美国、新加坡、澳大利亚、中国等多地区的流行病学调查研究发现，患有近视的儿童较正视眼儿童户外活动时间短，还发现每天2至3小时的室外活动并接触自然光可以提升眼部的多巴胺水平，产生阻止眼球拉长的效果，证实了室内外视环境的不同与近视发生的相关性。许多横断面研究报道了不同种族、不同地域、不同年龄青少年近视患病情况，发现城市青少年近视患病率明显高于农村，更发现牧区近视最少；我们对伊犁哈萨克族视力调查发现，牧区哈萨克视力明显好于其它区域的哈萨克；国际调查也发现游牧的马赛人(Maasa)极少见有近视，大部分裸眼视力超过2.5，且很多超过4.0；2015年8月2日，中央电视台“挑战不可能”节目组接待了Masai部落丹尼尔兄弟，他们在长城上从800米远认出人形，通过严格评判视力应超过6.0；2015年12月3日蒙古国“鹰眼”巴特夫妇PK丹尼尔兄弟，分辨千米之外的形体及数百米外的车牌，视力应超过7.0；2016年12月27日我国内蒙巴林右旗的青格乐与南迪兄弟俩挑战巴特尔夫妇，从350米处飞过来的无人机上辨认E字母方向，视力应超过8.0；如果把裸眼视力超过2.5称为超视力，而他们的生活区域则为超视力高发区(简称超视区)，其共同点都是内陆草原的牧区；如果视环境与近视发生之间存在必然联系，这些地方也应该算是相对“最健康的视环境”区域了。

我们认为，地球生物体的光感觉系统是根据自然光照的光谱及节律变化长期进化形成的。人工光源的出现，极大的改变了人类所处的自然光照环境及固有的正常昼夜生物节律。2006年我们通过动物实验证实，日光灯长时照射(光照明/暗为18h/6h)对大鼠视功能有一定影响。同期我们还对新疆伊犁哈萨克族人进行调查，结果显示城市哈萨克族人裸眼视力18％(50眼)视力1.0以上，而牧区人群59％(319眼)视力在1.0以上，牧区哈萨克族与城市哈萨克族光照环境时间、屈光正视状态有显著性差异，两者具有相关性。2012年我们研究中发现，除光照节律改变外，人工光源与自然光的光谱有较大差异，2014年我们实验观察了在自然白光LED光环境(实验采用瑞佳鸿自然白光LED，色温：4000-4500k，发光原理：蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光)、全光谱光环境(实验采用SOLUX卤素灯，色温：4700k)、自然光环境中幼兔眼轴发育、血清多巴胺及视网膜多巴胺含量变化等。结果发现：在相同光照时间下，自然白光LED光环境中幼兔眼轴较全光谱光环境及自然光环境幼兔眼轴明显延长，差异具有显著性(P＜0.05)，说明不同光谱的光环境会对眼球发育造成影响。在全光谱灯环境中，延长光照组兔眼轴较自然节律全光谱组有增长，且差异有统计学意义(P＜0.05)，说明光照节律对眼轴的延长有一定程度的影响。我们认为，目前人类已无法回归返璞归真的原始光环境，但可以通过模拟自然光环境(光谱变化、光照节律)，来抑制眼的近视化。人工光源光谱对健康的影响逐渐被认识，也出现了全光谱卤素灯以及“太阳光谱型LED护眼平板灯”灯，国际调查也发现Maasa人裸眼视力很多超过4.0，中央电视台也报道了Masai部落丹尼尔兄弟严格评判视力超过6.0，蒙古国巴特夫妇视力超过7.0，而我国巴林右旗的青格乐、南迪兄弟视力超过8.0。这些超常视力的共同点都是来自内陆草原。2006年我们通过对新疆伊犁哈萨克族人进行调查，发现伊犁城市和牧区哈萨克人饮食及民族习惯相同，小学教育课程、作业相同，城市哈萨克族人由于人工光源活动时间延长，71％(105例)人工光源照射超过6小时。牧区人群主要依自然界昼夜交替活动，87％(242例)人工光源照射仅为1-2小时。结果显示城市哈萨克族人裸眼视力18％(50眼)视力1.0以上，而牧区人群59％(319眼)视力在1.0以上，牧区哈萨克族与城市哈萨克族光照环境时间、屈光正视状态有显著性差异，两者具有相关性。

2009年我们承担国家自然科学基金课题，应用日光灯照明(光照明/暗为18h/6h)与自然光对照，发现光照组大鼠与对照组比较表现为眼视觉电生理振幅降低，Max-R a,b波振幅显著下降，下降幅度分别为：54.26％、65.35％，Cone-R a,b波振幅下降，幅度分别为35.76％、38.46％，Ops OS值、30Hz Flicker N1-P1振幅下降。人工光照(日光灯，光照明/暗为18h/6h)对大鼠眼压的影响，表现为光照组眼压峰值提前，峰值出现于夜间23:30左右，而对照组峰值出现于夜间03:00左右，差异有统计学意义(P<0.05)。人工光源延时照射对大鼠视网膜影响表现为视网膜功能下降，视网膜细胞超微结构改变。视网膜生物钟基因Cry2受光照因素影响表达发生变化，而且适应周围环境照明变化。

2012年我们承担国家自然科学基金课题：将1月龄的幼兔分为光照组(人工光源照射，每天18小时)，对照组(每天自然光照射)。实验进行四个月，观察兔眼轴、眼压、视网膜褪黑素及视网膜钟基因水平。结果显示：光照组、对照组兔的眼轴长度分别为16.65±0.35mm，15.74±0.54mm，其中，光照组和对照组组间比较有统计学差异(P<0.05)；光照组眼压昼夜波动紊乱，无明显的峰谷；光照组视网膜褪黑素表达低于对照组，差异有统计学意义(p<0.05)；模型组Cry-2表达高于对照组表达(P<0.05)。2014年我们承担国家自然科学基金课题观察了在自然白光LED光环境(实验采用瑞佳鸿自然白光LED，色温：4000-4500k，发光原理：蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光)、

人工全光谱光环境(实验采用SOLUX卤素灯，色温：4700k)、自然光环境中幼兔眼轴发育、血清多巴胺及视网膜多巴胺含量变化等。实验所用自然白光LED灯光谱主要集中在360-700nm，峰值波长在450nm、550nm附近，全光谱灯光谱范围较宽，为380nm-760nm，峰值波长约在600nm附近，其光谱范围接近自然光光谱范围。结果发现：在相同光照时间下，自然白光LED光环境中幼兔眼轴较全光谱光环境及自然光环境幼兔眼轴明显延长，差异具有显著性(P＜0.05)，在自然白光LED光环境中生长的幼兔较全光谱光环境及自然光环境下生长的幼兔眼视网膜结构发生改变，视网膜及血清多巴胺分泌减少。全光谱卤素灯光环境中幼兔眼轴长度及视网膜多巴胺含量较自然光环境无明显统计学差异，说明不同于自然光光谱的光环境会对眼球发育造成影响。在全光谱灯环境中，延长光照组兔眼轴较自然节律全光谱组有增长，且差异有统计学意义(P＜0.05)，说明光照时间延长对眼轴的延长有一定程度的影响。

目前，我国教室照明基本淘汰了白炽灯，教室照明主要依赖日光灯与自然白LED灯。自然光光谱范围在380-760nm，峰值波长在490nm附近，且不同地区、晨昏、季节、纬度的变化都导致光谱的改变。

日光灯光谱主要集中在450nm～570nm，峰值波长在503nm附近，亮度变化明显，频闪大，稳定性差，、不仅在可见光区有一个主峰值波长，而且在紫外光区还有3个明显的次峰值波长，其中第一个次峰的峰值波长为313.641nm。第二个次峰的峰值波长为334.811nm。第三个次峰的峰值波长为365.029nm在紫外区有一定辐射。

自然白LED灯光谱主要集中在360-700nm，峰值波长在450nm、550nm附近，含有紫光、蓝光和光谱能量较高的中波长光绿光，相对缺乏短波长紫外光和长波长光红光。我们通过动物实验发现，日光灯与自然白LED灯均可造成部分动物视网膜损害，也可诱发近视形成。

现已有全光谱卤素灯(如SOLUX卤素灯，色温：4700k)，灯光谱范围较宽，为380nm-760nm，峰值波长约在600nm附近，包含短波长紫外光、紫光，能量较高的中波长黄光和绿光和长波长光线红光，但光谱峰值明显偏于红光范围；混合光的“太阳光谱型LED护眼平板灯”的光谱及照度不会变化，无法实现调节一日之中的光谱跟随自然光的变化。

目前，市面已出现了全光谱卤素灯、也有用led全光谱灯具、“太阳光谱型LED护眼平板灯”等，也有一种利用led模仿自然光的方法及系统的制作方法的最新专利，但均未有智能“健康光环境”模拟系统与具体制作方法；尤其在人类近视主要形成的青春期时段的教室、家庭作业用照明系统，仍处在造成近视可能的非健康状态。在我国，高中生近视高发已近80％以上，减少近视诱发因素是我们刻不容缓的责任。

发明内容

为了解决上述背景中的技术问题，本发明是一种仿超视区自然视环境的系统及其控制方法，其以智能技术调控模拟超视区的自然照度、光谱、节律变化的照明及黑板、自然光视远的教室视环境系统，形成抑制近视发生的眼球发育窗口关键期(青春期)的健康视环境的教室。

本发明的技术方案是这样实施的：

本发明提供一种仿超视区自然视环境教室照明系统，包括：自然光视远教室系统，其中，所述自然光视远教室系统包括总控制系统，多光谱阵矩灯组以及光探测器；

其中，所述多光谱阵矩灯组与所述总控制系统相连并设置于教室内，包括七种可见光与A紫外光灯源组合成的全光谱灯阵，用于产生及调控模拟自然光谱；

所述光探测器与所述总控制系统相连并设置于教室内以及教室外，将所探区域照度传递给总控制系统，所述总控制系统包括照度调节模块及光谱节律调控模块，所述照度调节模块用于启动、控制所述多光谱阵矩灯组实现照度的调控，所述光谱节律调控模块用于控制所述多光谱阵矩灯组实现光谱节律的调控。

优选地，所述多光谱阵矩灯组包括课桌区多光谱阵矩灯组及黑板区多光谱阵矩灯组，其中，所述课桌区多光谱阵矩灯组包括9～12组；黑板区多光谱阵矩灯组包括至少2组。

优选地，所述光探测器包括课桌区光探测器、黑板区光探测器以及室外自然光区光探测器，其中，所述课桌区光探测器为9～12只，黑板区光探测器为至少2只，室外光探测器为至少1只。

优选地，所述总控制系统还包括电源、保险开关及整流装置，其中，所述整流装置将交流电变为直流电，使电源频闪降至最低。

优选地，还包括远视距黑板系统，所述远视距黑板系统包括第一板书用黑板、第一凹型放大反光镜、第二板书用黑板及第二凹型放大反光镜；

所述第一板书用黑板正上方设置有智能照度调控探头，所述第一板书用黑板前方设置有第一板书用黑板摄像头；所述第一凹型放大反光镜正上方设置有智能调控投影仪、所述第一凹型放大反光镜前方设置有第一投影屏幕；

所述第二板书用黑板和所述第二凹型放大反光镜的前方设置有第二黑板增距反光镜。

优选地，还包括视远自然光反光镜系统，所述视远自然光反光镜系统包括设置在教室内的多个视远自然光反光镜，所述视远自然光反光镜角度可调节，保证视线范围为自然光引进窗，所述视远自然光反光镜为高抛光不锈钢板或表面镀层的塑板，避免了玻璃对部分自然光谱的吸收。

优选地，还包括自然光窗系统，所述自然光窗系统包括自然光引进窗、风幕机及自然光风幕窗，所述自然光风幕窗为采用低噪音风幕机形成的气幕窗。

本发明还提供一种仿超视区自然视环境教室照明系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：光探测器检测所在环境中的光信号并能够将其处理转化成对应的输出电压信号传递给总控制系统，用于判断室内以及室外的照度；

步骤2：当检测到室内的照度小于等于预设室内照度标准时，启动照度调整模块，所述照度调整模块根据室外自然光变化，自动调节照度；

步骤3：当检测到室外小于等于预设室外照度标准时，启动光谱节律调控模块，所述光谱节律调控模块根据预设的自然光谱规律，通过对所述多光谱阵矩灯组的七色及A紫外的不同发光源进行调控，实现室内小环境高度模仿超视区自然光的效果。

优选地，所述预设室内照度标准包括预设黑板区照度标准以及预设课桌区照度标准，其中，所述预设黑板区照度标准为500Lx，所述预设课桌区照度标准为180Lx；所述预设室外照度标准为300Lx。

优选地，所述步骤3中，预设自然光谱变化规律时，根据高纬度夏时自然光照变化节律设定，将已采集的超视力高发区的春分、夏至、秋分、冬至期的日间各时段室内外自然光光谱进行分析，找出共有特征，并与同期长江下游城市光谱比进行对比，结合高纬度夏季昼夜节律，制定动态调控程序，设定光谱变化规律预案，实现高度接近超视力高发区的模拟光环境。

实施本发明的有益效果主要有：

1、用多光源组合的阵矩方法产生模拟自然光谱，通过相关控制模块软件对七色及A紫外的不同发光源实现自动调控，根据模拟内陆草原(目前视力较好，超视力集中的地方)自然光谱变化，并用直流电减少光源频闪，实现教室内小环境高度模仿超视区自然光的效果，由于将室内小环境高度模仿为超视力集中的内陆草原光照环境，符合人眼进化时期的光照环境，应该对视觉系统发育，预防近视均有较好的支撑，属于“健康照明光源”。实现了教室照明系统的光谱、节律、照度的智能统一调控；实现了儿童眼球近视趋化期(青春期)，室内照明高度模仿超视区自然光的人工照明光源系统；实现了超视力高发区光环境特性的资料收集与实际高度模仿照明装置工艺设计。

2、实现了教室内所有学生对黑板的视远状态及教室内学生坐位时，自然光视远状态，可在上课时进行交替、追逐视。

3、利用投影及反射原理的建立全体学生黑板5米视距离系统；利用镜反射、风幕系统，使学生在教室内可方便的看到无玻璃窗外场景，实现教室内交替(视远、近，追逐视)、视远环境视环境，从而达到的预防与抑制近视的效果。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中，仿超视区自然视环境教室照明系统图；

图2为一个实施例中，仿超视区自然视环境教室照明系统原理图；

图3为一个实施例中，仿超视区自然视环境教室照明系统图；

图4为一个实施例中，远视距黑板系统图；

图5为一个实施例中，远视距黑板系统图；

图6为一个实施例中，远视距黑板系统图；

图7为一个实施例中，某长江下游城市与超视力高发区短波蓝光对比图。

其中，11-课桌区多光谱阵矩灯组、12-黑板区多光谱阵矩灯组、21-课桌区光探测器、22-黑板区光探测器、23-室外自然光区光探测器、3-支撑架、4-课桌、51-窗户区视远自然光反光镜、52-黑板区视远自然光反光镜、6-自然光引进窗、7-黑板、71-第一板书用黑板、711-智能照度调控探头、72-第一凹型放大反光镜，73-第二板书用黑板、74-第二凹型放大反光镜、77-黑板区摄像头、78-智能调控投影仪、791-投影屏幕、792-黑板增距反光镜、8-总控制系统、9-气幕窗。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前我国小学、初中(青春期学生)教室一般取6.3×9.0M，6.6×9.0M，6.9×9.0M，按照相关规定，黑板7到最后一排不大于8.5M，最边视角不小于30度，第一排到黑板7不小于2M，因此一半以上学生与黑板7的视距小于5米(人类眼睛400倍焦距，即无限远焦距视距)；大部分学生坐位时，无法方便看到窗外，不便于交替(视远、近，追逐视)视；教室眼睛所接触的光为玻璃滤过后光，有别于室外散射自然光。

地球生物体的光感觉系统是根据自然光照的光谱及节律变化长期进化形成的。人工光源的出现，极大的改变了人类所处的自然光照环境及固有的正常昼夜生物节律。人工光源的应用，促进了人类的室内活动的开展，电光源的出现在推动了城市化进程的同时，也促使人类将更广泛活动由室外转入室内，完全改变了人类进化过程中视觉系统的所处的自然视环境，而目前最接近自然视环境的是内陆草原牧区的“超视区”；如果把目前城市室内的视环境与“超视区”室外视环境比较，可以发现的主要不同为：

1、城市室内照明光源的光谱及照度是不会变化的，并且室内自然采光不同位置及时段差别极大，而自然光是变化的，光谱与自然光谱不尽相同；

2、从以户外活动，人眼处于视远、交替调节、追逐视为主的状态，改变为以室内人造光源下的视近、固定调节、平面注视为主的状态；

3、改变了地球自转形成的日照、地球公转形成二十四节气的年照、月球公转的月照等光照时相规律固有的正常生物节律；

4、造成了所处的自然光照中晨昏、季节、纬度的变化环境形成的光谱变化规律的改变。

城市环境与超视区的视环境相比，从光照强度、周期节律、频率及光波长、交替性视远等属性特征均存在较大差异。偏离人眼接受的自然最佳视环境则能引起眼球发育异常。目前人类城市家庭从傍晚至午夜，多以人工光源照明，前期动物实验表明延长光照时间可导致幼兔眼轴延长，最常见以日光灯及自然白光LED灯为主，其光谱与自然光差异极大，此外自然光均是变化的，晨昏、季节、纬度的变化都会导致光谱的改变，其光谱并不能跟随自然光的变化而相应变化，即使实验中使用的全光谱卤素灯的光谱范围也只是接近某个时段的自然光，光谱及照度是不会变化的，故城市光环境可能从光谱及照明节律、交替性视远方面影响眼球发育，这也是近视发生的主要原因。

如图1～3所示，本实施例提供一种仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于，包括：自然光视远教室系统，其中，所述自然光视远教室系统包括总控制系统8，多光谱阵矩灯组以及光探测器；

其中，所述多光谱阵矩灯组与所述总控制系统8相连并设置于教室内，包括七种可见光与A紫外光灯源组合成的全光谱灯阵，用于产生及调控模拟自然光谱。

如图2所示，多光谱阵矩灯组由七种可见光与A紫外光灯源(本次采用不同led光源)组合成阵矩，形成全光谱灯阵，由于实现了各光谱段作为独立光源并可调控，也就实现了整个灯阵光谱、节律、照度的调控。其中，所述七种可见光为七种颜色不一的光组成，即红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫。颜色不同，波长也不同：波长最长的是红色光，接下来是橙、黄、绿、靛、蓝、紫。也就是说紫色光波长最短。紫外光被划分为A射线、B射线和C射线(简称UVA、UVB和UVC)，波长范围分别为400～315nm，315～280nm，280～190nm。所述A紫外光为A射线紫外光。

所述光探测器与所述总控制系统8相连并设置于教室内以及教室外，将所探区域照度传递给总控制系统8，所述总控制系统8包括照度调整模块及光谱节律调控模块，所述照度调节模块用于启动、控制所述多光谱阵矩灯组实现照度的调控，所述光谱节律调控模块用于控制所述多光谱阵矩灯组实现光谱节律的调控。

教室自然采光不同位置差别极大，故本实施例中设11～14个多光谱阵矩灯组，对应每个多光谱阵矩灯组的每组照明范围及室外，置12～15个光探测器。其它实施例中，根据可以根据教室的具体大小，以及采光情况，设定合适的多光谱阵矩灯组及传感器数量。

其中，所述多光谱阵矩灯组包括课桌区多光谱阵矩灯组11及黑板区多光谱阵矩灯组12，其中，所述课桌区多光谱阵矩灯组11包括9～12组；黑板区多光谱阵矩灯组12包括至少2组。具体的，如图1所示，教室内包括四排课桌4，对应每排课桌4的上方设置四排课桌区多光谱阵矩灯组11，每排课桌区多光谱阵矩灯组11包括三组课桌区多光谱阵矩灯组11。黑板7前方的上方对称设置两组黑板区多光谱阵矩灯组12。

其中，所述光探测器包括课桌区光探测器21、黑板区光探测器22以及室外自然光区光探测器23，其中，所述课桌区光探测器21为9～12只，黑板区光探测器22为至少2只，室外自然光区光探测器23为至少1只。所述光探测器为检测所在环境中的光信号并将其处理转化成对应的输出电压信号的环境光传感器。所述光探测器将所探区域照度随时传递给总控制系统8，总控制系统8根据探测结果自动启动照度调整模块。具体的，如图1所示，教室内包括四排课桌4形成三排课桌间距，对应每排课桌间距的上方设置三排课桌区光探测器21，每排课桌区光探测器21包括三只光探测器。黑板7前方的上方对称设置两只黑板区光探测器22。所述光探测器对应每个多光谱阵矩灯组的每组照明范围。室外自然光区光探测器23设置在无走廊侧的自然光引进窗6外侧。

当每区的光探测器探测到该区的照度低于预设照度标准时，根据要求光源自动启动照度调节模块，所述照度调节模块随着室外自然光变化自动调节照度。其中，每组课桌区多光谱阵矩灯组11在所管照明范围区域低于预设照度(桌面照度≦180Lx)时，无频闪全光谱光源自动启动；每组黑板区多光谱阵矩灯组12在所管照明范围区域低于预设照度(黑板照度≦500Lx)时，无频闪全光谱光源自动启动。启动后，随室外自然光的变化，照度调整模块与光谱节律调控模块自动调节。

当光探测器探测到室外的照度低于预设照度标准时(≦300Lx)，光谱节律调控模块按高纬度夏时自然光照节律变化设定。具体的，光谱节律调控模块对灯管的强弱进行程序化调控，按预设的自然光谱规律，自动对七种可见光及A紫外的不同发光源实现调控，实现室内小环境高度模仿自然光的效果。本实施例，根据事先采集的超视力高发区的春分、夏至、秋分、冬至期的日间各时段室内外自然光光谱进行分析，找出共有特征，并与同期长江下游城市光谱比进行对比，结合高纬度夏季昼夜节律，制定动态调控程序，设定自然光谱变化规律，实现光谱高度接近超视力高发区(近视率极低、超视力集中的地域)的高度模拟光环境。

其中，所述总控制系统8还包括电源、保险开关及整流装置。具体的，所述整流装置主要是将交流电变为直流电，并尽可能加大电容器及其它滤波电器，使电源频闪降至最低，实现无频闪全光谱光源自动启动。

本实施例，智能高仿超视力高发区光环境教室照明系统：利用人工智能调控教室不同位置及不同时段照明光源，采用多光谱LED阵列，通过相关控制模块软件对七色及A紫外紫外线能调控的高仿超视力高发区光光谱及节律，实现室内高度接近超视力高发区(近视率极低、超视力集中的地域)光谱构成比例，并模拟各光谱日间变化规律。创造适合儿童青春期眼球健康发育的教室“健康视环境”，达到的预防与抑制近视的效果。

如图3～图6所示，本实施例还包括远视距黑板系统，所述远视距黑板系统包括第一板书用黑板71以及第一凹型放大反光镜72、第二板书用黑板73以及第二凹型放大反光镜74、智能照度调控探头711、智能调控投影仪78、黑板区摄像头77、投影屏幕791以及黑板增距反光镜792。本实施例中的远视距黑板系统，利用投影及反射原理的建立全体学生黑板5米视距离系统。

具体的，远视距黑板系统包括智能可调型黑板装置以及简易型黑板装置，所述智能可调型黑板装置用于预防近视，所述简易型黑板装置用于远视为主。所述智能可调型黑板装置包括第一板书用黑板71以及第一凹型放大反光镜72，所述第一板书用黑板71约占黑板7的四分之一面积并设置在黑板的最左侧，所述第一凹型放大反光镜72约占黑板7的四分之一面积并紧挨着设置在所述第一板书用黑板71的右侧。所述第一板书用黑板71上方墙面设置有智能照度调控探头711，所述第一板书用黑板71前方设置有黑板区摄像头77；所述第一凹型放大反光镜72上方设置有智能调控投影仪78、所述第一凹型放大反光镜72前方设置有第一投影屏幕791。其中，所述黑板区摄像头77用于拍摄获取第一板书用黑板71上的板书内容，所述智能调控投影仪78用于将拍摄获取的板书内容投影到所述第一投影屏幕791上，所述第一凹型放大反光镜72用于重新呈现所述第一板书用黑板71上的板书内容，所述智能照度调控探头711用于调整照度，保证拍摄效果。

所述简易型黑板装置包括第二板书用黑板73以及第二凹型放大反光镜74，所述第二板书用黑板73约占黑板7的四分之一面积并设置在黑板的最右侧，所述第二凹型放大反光镜74约占黑板7的四分之一面积并紧挨着设置在所述第二板书用黑板73的左侧，紧挨着设置在所述第一凹型放大反光镜72的右侧。所述第二板书用黑板73和所述第二凹型放大反光镜74的前方设置有第二黑板增距反光镜792。所述投影屏幕791以及黑板增距反光镜792通过支撑架3固定在教室的顶部，所述投影屏幕791以及黑板增距反光镜792的角度和高度均可调。其中，所述黑板增距反光镜792用于将所述第二板书用黑板73上的板书内容反射到所述第二凹型放大反光镜74，所述第二凹型放大反光镜74用于重新呈现所述第二板书用黑板73的板书内容。

如图1和图3所示，本实施例中，还包括视远自然光反光镜系统，所述视远自然光反光镜系统包括设置在教室内的黑板区视远自然光反光镜52及窗户区视远自然光反光镜51，所述视远自然光反光镜为高抛光不锈钢板或表面镀层的塑板，所述视远自然光反光镜角度可调节。本实施例中，自然光反光镜系统，利用镜反射、风幕系统，使学生在教室内可方便的看到无玻璃窗外场景，实现教室内交替(视远、近，追逐视)、视远环境视环境，从而达到的预防与抑制近视的效果。

具体的，所述黑板区视远自然光反光镜52设置在黑板7左右两侧的下方，窗户区视远自然光反光镜51设置在自然光引进窗6的下方以及自然光引进窗6的侧面下方，安装具体位置以保证视线范围为自然光引进窗6为准。

其中，所述视远自然光反光镜的镜片装在万向框架上，用于角度可调，保证视线范围为自然光引进窗6。具体的，所述视远自然光反光镜为了尽量全反射自然光，镜片避免玻璃等吸收部分波长光谱的现象，应用高抛光不锈钢板或表面镀层的塑板。镜片装在万向框架上，可以调节角度，保证视线范围为自然光引进窗6。优选地，所述反光镜的大小为20×60cm型反光镜与20×30cm型反光镜，其中，20×30cm型有较大的水平变角。进一步，所述反光镜可以为带内框20×60cm型反光镜，20×60cm型中框，20×60cm型外框，20×60cm型外壳正侧面，20×60cm型前饰板，20×60cm型完成内组装，完成全组装20×60cm型，完成内组装20×30cm型，完成全组装20×30cm型，20×60cm型水平变角与垂直变角。

其中，还包括自然光窗系统，所述自然光窗包括自然光引进窗6、风幕机及自然光风幕窗，所述自然光风幕窗为采用低噪音风幕机形成的气幕窗9。具体的，为了引入完全的自然光，上课后，打开自然光引进窗6。冬、夏季，为保温或隔热，采用低噪音风幕机形成气幕窗9。

本实施例还提供一种仿超视区自然视环境教室照明系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：光探测器检测所在环境中的光信号并能够将其处理转化成对应的输出电压信号传递给总控制系统，用于判断室内以及室外的照度；

步骤2：当检测到室内的照度小于等于预设室内照度标准时，启动照度调整模块，所述照度调整模块根据室外自然光变化，控制所述多光谱阵矩灯组自动调节照度；

步骤3：当检测到室外小于等于预设室外照度标准时，启动光谱节律调控模块，所述光谱节律调控模块根据预设的自然光谱变化规律，自动对所述多光谱阵矩灯组的七色及A紫外的不同发光源进行调控，实现室内小环境高度模仿自然光的效果。

其中，所述预设室内照度标准包括预设黑板区照度标准以及预设课桌区照度标准。所述预设黑板区照度标准为500Lx，所述预设课桌区照度标准为180Lx；所述预设室外照度标准为300Lx。

其中，预设自然光谱变化规律时，将将已采集的超视力高发区的春分、夏至、秋分、冬至期的日间各时段室内外自然光光谱进行分析，找出共有特征，并与同期长江下游城市光谱比进行对比，制定动态调控程序，设定自然光谱变化规律预案，实现光谱高度接近超视力高发区(近视率极低、超视力集中的地域)的高度模拟光环境。对室外照度低于300Lx和晚自习教室，结合高纬度夏季昼夜节律(黄昏室外21:00照度仍大于300Lx)设置。其中，所述高纬度是指地球表面南北纬度60度到南北极之间的区域。

如图7所示，本实施例对长江下游某地区教室、一般室内、外的光照与同期超视力高发区的室内、外光照进行了对比之后，发现了之间的差异，为高仿自然光环境提供了参考数据。

根据统计结果，发现两地区晴朗天气下室外光谱中，在8:00短波长蓝光，9:00短波长和长波长蓝光，10:00短波长和长波长蓝光，11:00短波长蓝光，12:00短波长蓝光，13:00短波长蓝光，14:00短波长蓝光，15:00短波长蓝光，17:00短波长和长波长蓝光相对光谱比较有统计学意义，可以作为本实施例中，自然光谱变化的调整依据。具体实施时，不同地区根据当地的具体统计情况设定自然光谱变化规律。

本实施例将教室内小环境高度模仿为超视区的视环境，符合人眼进化时期的视环境要素，对视觉系统发育，预防近视均有较好的支撑。通过设计智能高度模拟超视力高发区的自然光环境(光谱变化、光照节律)及建立教室视远系统来抑制眼的近视化。进化过程中的“原生态”是人类适应的最健康的环境，人类近视发生发展最关键的年龄段是青春期，也是城市儿童尤其我国目前学习任务较重的年龄段，让城市青春期学生“返璞归真”或弃城归牧已无可能，但可以利用科技进步，通过高度模拟自然光环境(包括光谱变化、光照节律)与视远、交替调节、追逐视为主的视状态，创造孩子们青春期(人类近视发生、发展的关键期)的高仿超视区视环境，从而抑制眼的近视化趋势。

在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文实施例提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。

最后需要指出的是，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于，包括：自然光视远教室系统，其中，所述自然光视远教室系统包括总控制系统，多光谱阵矩灯组以及光探测器；

其中，所述多光谱阵矩灯组与所述总控制系统相连并设置于教室内，包括七种可见光与A紫外光灯源组合成的全光谱灯阵，用于产生及调控模拟自然光谱；

所述光探测器与所述总控制系统相连并设置于教室内以及教室外，将所探区域照度传递给总控制系统，所述总控制系统包括照度调节模块及光谱节律调控模块，所述照度调节模块用于启动、控制所述多光谱阵矩灯组实现照度的调控，所述光谱节律调控模块用于控制所述多光谱阵矩灯组实现光谱节律的调控。

2.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：所述多光谱阵矩灯组包括课桌区多光谱阵矩灯组及黑板区多光谱阵矩灯组，其中，所述课桌区多光谱阵矩灯组包括9～12组；黑板区多光谱阵矩灯组包括至少2组。

3.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：所述光探测器包括课桌区光探测器、黑板区光探测器以及室外自然光区光探测器，其中，所述课桌区光探测器为9～12只，黑板区光探测器为至少2只，室外光探测器为至少1只。

4.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：所述总控制系统还包括电源、保险开关及整流装置，其中，所述整流装置将交流电变为直流电，使电源频闪降至最低。

5.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：还包括远视距黑板系统，所述远视距黑板系统包括第一板书用黑板、第一凹型放大反光镜、第二板书用黑板及第二凹型放大反光镜；

所述第一板书用黑板正上方设置有智能照度调控探头，所述第一板书用黑板前方设置有第一板书用黑板摄像头；所述第一凹型放大反光镜正上方设置有智能调控投影仪、所述第一凹型放大反光镜前方设置有第一投影屏幕；

所述第二板书用黑板和所述第二凹型放大反光镜的前方设置有第二黑板增距反光镜。

6.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：还包括视远自然光反光镜系统，所述视远自然光反光镜系统包括设置在教室内的多个视远自然光反光镜，所述视远自然光反光镜角度可调节，保证视线范围为自然光引进窗，所述视远自然光反光镜为高抛光不锈钢板或表面镀层的塑板。

7.根据权利要求1所述的仿超视区自然视环境教室照明系统，其特征在于：还包括自然光窗系统，所述自然光窗系统包括自然光引进窗、风幕机及自然光风幕窗，所述自然光风幕窗为采用低噪音风幕机形成的气幕窗。

8.一种仿超视区自然视环境教室照明系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：光探测器检测所在环境中的光信号并能够将其处理转化成对应的输出电压信号传递给总控制系统，用于判断室内以及室外的照度；

步骤2：当检测到室内的照度小于等于预设室内照度标准时，启动照度调整模块，所述照度调整模块根据室外自然光变化，自动调节照度；

步骤3：当检测到室外小于等于预设室外照度标准时，启动光谱节律调控模块，所述光谱节律调控模块根据根据预设的自然光谱规律，通过对所述多光谱阵矩灯组的七色及A紫外的不同发光源进行调控，实现室内小环境高度模仿自然光的效果。

9.根据权利要求8所述的仿超视区自然视环境教室照明系统的控制方法，其特征在于：

所述预设室内照度标准包括预设黑板区照度标准以及预设课桌区照度标准，其中，所述预设黑板区照度标准为500Lx，所述预设课桌区照度标准为180Lx；所述预设室外照度标准为300Lx。

10.根据权利要求8所述的仿超视区自然视环境教室照明系统的控制方法，其特征在于：

所述步骤3中，预设自然光谱变化规律时，根据高纬度夏时自然光照变化节律设定，将已采集的超视力高发区的春分、夏至、秋分、冬至期的日间各时段室内外自然光光谱进行分析，找出共有特征，并与同期长江下游城市光谱比进行对比，结合高纬度夏季昼夜节律，制定动态调控程序，设定光谱变化规律预案，实现高度接近超视力高发区的模拟光环境。