CN112020168A - 协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯，涉及视觉及照明领域，其目的是保证视野中，光是均匀、动态的；色温是可严格仿烛光的；其核心是直流调光白炽灯技术；而现夜间桌面照明，视野中的光多是不均匀且静态的，光品质也永不如直流白炽灯；这易导致眼睛调节懈怠，诱发轴性近视；本发明主要由两直流白炽灯台灯组成，一个照书本，一个照眼前的白墙，光强各自可调以保证视野中光的均匀性，使位于视网膜中央凹的视椎及周边的视杆细胞同时得到刺激；两灯又可按程序实现照度的同步调节，从而引导眼睛动态调焦，实现动态照明；动态还表现在依生物钟仿烛光的低色温哺乳照明及带40Hz深度频闪的防老年痴呆照明。

Description

协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯

技术领域

本发明涉及视觉及光健康照明领域，具体涉及协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯。

背景技术

动态照明通常指按人体生物钟，自动改变灯具的色温。在本申请中，虽也包含这层意思，但更多的是指，通过自动改变读写照度，引发眼睛重新精准调焦，从而迫使眼睛退出调节懈怠状态，达到抑制眼轴异常增长的目的。

人眼位于中央凹的视锥细胞负责精密成像及分辨颜色；位于视网膜周边的视杆细胞只能对视野进行黑白成像，虽分辨率低，但对动态的景物非常敏感。此外，视杆细胞还负责探测整个视野光线的强弱，进而决定瞳孔的大小；光学上，照度越低，瞳孔越大，后焦深范围越小；后焦深是指在保证“看清楚”的条件下，允许视网膜向脑后离焦的范围；此范围越大，眼轴越容易变长，从而越易诱导轴性近视，而当前青少年近视，绝大多数属轴性近视；低照度下，视网膜可向后移动的范围变小，故理论上，低照度并不会诱发眼轴异常增长，反而可促使眼睛找回精准聚焦点。这是本申请的重要理论出发点。由此也可解释，为何前人点蜡烛苦读，照度才4Lx，还没有现如今400Lx照度下这么多近视。因此，低照度并不是引发近视的直接原因；但人们在低照度下，眼睛的确会本能趋近书本，只是近视是否真的会发生，还要看后焦深范围是否允许，故申请人认为，高读写照度下的大焦深是近视发生的根本。令人不安的是，目前市面上所有的“护眼”台灯，还在向1000Lx的高照度进发；由于人类对光明的喜好，学校及家庭也普遍盲目追求高照度，因此，本申请显得尤为紧迫。

当人们户外活动时，整个视野(约124度)的亮度通常是较均匀的，故瞳孔及相关的眼睛调节位置是确定的；但夜间读书写字，如果只开一个台灯，那么，整个视野中的光并不均匀，此时，相关眼调节便无所适从；频繁的试探性调节最终导致视疲劳。为此，人们会不由自主地打开房间的吸顶灯，以尽可能使整个视野的光环境均匀。但这样做，通常又带来另外两个问题：其一是照度超标，其危害前段已述，过高的照度易放纵眼轴增长，导致近视；其二是，一般台灯的光品质及光健康都比吸顶灯好，也即吸顶灯的光线会污染台灯的光线，导致不必要的蓝光危害。因此，儿童房间照明，必须把台灯及吸顶灯或壁灯都协同控制起来，达到视野中光线均匀，亮度适中的基本要求，此为本发明所要解决的问题之一。

据光学分析，光线越强，瞳孔越小，后焦深越大，能看清景物的纵深细节越多，即人类会本能选择明亮光线；然而，读书做作业时，景物是平面的；光线过亮导致后焦深范围大，大脑便无法感知视网膜的精准位置，因此，必须想办法让青少年的视网膜能随时找回到正确的焦点位置。这就要通过照度的动态变化来让眼睛脱离调节懈怠状态，尤其要向低照度方向调节以获得精准焦点，此即本申请所指动态照明的主要特征之一。

据申请人调研，无论是眼视光界(眼界)，还是照明显示界(光界)，尚没有人指出问题出在读写照度过高这一症结上，LED护眼灯本身并没多大问题。要消除这一误区，就必须使用双光源，一个照书本，一个照白墙，以确保整个视野光强大致均匀。同时，为及时让眼睛退出调节懈怠状态，应不时按程序自动改变读写照度，迫使眼睛重新调焦，找回最精准的视网膜位置。这就需要两个台灯协调自动按规律变光。目前市面上有在一盏台灯上配两个光源乃至三个光源的设计，但通常是为了改变色温或增加一个小夜灯等，并不能协调改变读写照度及视野整个照度，尤其未涉及通过照度的改变迫使眼睛退出调节懈怠乃至调节痉挛状态。

申请人曾率先辨明，户外强光是用来看远的，古人傍晚回到山洞，微弱的光才是用来看近的。现代人类在选择读写照度时，不应该参照户外照度。因此，本申请将对桌面最高照度进行限制，这也是独树一帜。

上述是有关读写照度的技术背景，下面再谈一下，本申请涉及到光的非视觉效应及全光谱照明的技术背景：

所谓光的非视觉效应，是指光线中的蓝光最易通过动物眼睛，而非皮肤，抑制大脑松果体分泌褪黑素，而褪黑素是基本激素，在全身各器官均有受体，故说光线中的蓝光会通过眼睛影响全身激素分泌，这也包括性激素分泌。目前人们都知蓝光过多会导致黄斑变性，但这仅是对眼睛的伤害，而真正的蓝光危害，是影响全身激素分泌。通常，光的非视觉效应＝光源蓝光含量×照度×照射时间。蓝光含量若以烛光为参照，设其为1，则白炽灯的蓝光含量是烛光的1.4倍；荧光灯及中午日光是白炽灯的8.8倍；手机显示白色时，不管是国产还是进口，其蓝光含量竟是烛光的16倍。申请人曾由此率先指出，60 年来，国人经受的光的非视觉效应已骤增8.8万倍。其由来是，照度单位“Lx”的本意是指点一根蜡烛在一米远的照度，故60年前，妇女在离油灯5米远纺纱，照度仅0.04Lx，现桌面照度400Lx便是此值的10000倍；加上白色荧光灯的蓝光含量是烛光的8.8倍，故有骤变8.8万元倍之说。这一骤变已彻底改变了人类。

白炽灯的另一个让所有人工光源难以企及的优点是其属真正的全光谱。申请人曾数值估算得出，三基色稀土荧光灯(即节能灯)由于缺少波长大于 625nm的深红光及近红外光，所诱导的眼轴异常拉伸量和前面照度的影响不相上下，而照度的影响又和视距的影响在光学上不相上下(目前的近视防控措施，只重视了视距的影响，即只要求了小孩读写姿势做到“一尺，一拳，一寸”，几乎未涉及照度及光谱的影响)。若使用白炽灯照明，就不存在因光谱缺失导致的眼轴拉伸量，即不会因为光谱缺失导致近视。

阿尔茨海默症俗称“老年痴呆症”，麻省理工学院的神经学家、华人 Li-HueiTsai在2016年发现，用40Hz的LED光照能预防“老年痴呆症”，并随后获400万美元融资；白炽灯的另一个优点是其富含深红及近红外光，这部分光对照明没贡献，故人们认为白炽灯低光效，不节能，但最新科学研究表明，这部分光可深入头颅8cm保护神经元及大脑组织，可防老年痴呆等，因此，从健康考虑，这部分光不可或缺；且一个25W的灯泡点3小时，电费才5分钱，故说白炽灯不节能其实是个伪命题。后面在实施例会提到，儿童房间、月子中心及老年人看护应恢复用直流白炽灯这种最健康的照明，本申请将解决相关技术问题，重新挖掘白炽灯的优势。

申请人之前提出“一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法”，简单巧妙地利用新出现的高压电解电容技术，解决了传统白炽灯泡有频闪，短寿命的问题。本申请将在此基础上，进一步实现单片机控制下的自动调光，进而实现前述的读写动态照明。本申请虽也使用PWM(脉宽调制)调光，但利用了白炽灯的热惯性，故完全相当于直流调光，其效果和LED采用 PWM调光截然不同。现有交流白炽灯调光技术，虽便宜，但会引进频闪，且很难实现两光源同步精准控制，也无法让白炽灯短时超额定功率工作。

总之，现有照明技术及标准不仅在读写照度上普遍搞反方向，在光谱上普遍发生缺失，还在光的非视觉效应上普遍未意识到光会催熟小孩；目前亟需一种协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯来解决上述诸多问题。

发明内容

本发明目的是提供协同动态白炽灯光源，包括如下三种动态：

(1)照度动态，为青少年读写提供整个视野均匀、动态、直流无频闪、低蓝光、全光谱的白炽灯光源，并通过自动动态调光，让使用者及时找回焦点并脱离调节懈怠状态，从而避免眼轴异常增长；

(2)光谱及照度动态，为月子中心等提供光谱及照度动态变化的直流白炽灯光源；

(3)有频闪的动态，为防老年痴呆提供有深度频闪的白炽灯光源。

本发明目的是这样同时达到的：

以台灯形式为例但不限于台灯(同样适合全光谱LED灯)，为了让青少年读写时，其视野范围内的光照均匀，使用至少两个台灯光源，即灯A和灯B；这两个灯优先使用钨丝灯泡作为光源。

灯A的灯底座或控制盒上装有开关、触摸键、照度计；触摸键为一金属薄片，紧贴于灯座内表面的塑料绝缘部位，用于感受手指接近时，电容的变化；触摸键和支持触摸功能的单片机相连接；照度计用于测量并评估视野中光的照度及其均匀性，主要元件是硅光电池，通过同轴屏蔽线及常规的前置信号处理器，和单片机的A/D转换口相连接，且只是在需要测量时，才插入灯底座；照度测量结果或通过遥控器显示，或通过蓝牙传入手机显示；也不排除取消照度计而利用手机的光环镜探头替代；开关是电源总开关，其后和保险丝相连，能关断去往全波整流、带隔离的开关电源甲及带隔离的开关电源乙的市电；市电经全波整流后，再经高压电解电容滤波，便得到约310V的直流高压，用于为钨丝灯泡供电；钨丝灯泡的额定工作电压为220V，不能直接在310V下工作，故由单片机的脉宽调制(PWM)端口,输出一定占空比的脉冲，经光隔光电隔离后，驱动开关管使钨丝灯泡以高频脉冲形式工作；由于钨丝灯泡的热惯性，其发出的光无法象LED那样能跟随PWM的频率变化，故即便是PWM供电，钨丝灯泡发出的光也是连续的，等同直流电源下工作，不会有频闪；为达到光电隔离效果，光隔的输入输出端分别由两个独立的电源供电，一个是带隔离的开关电源甲，此电源和单片机共地，另一个是带隔离的开关电源乙，此电源和310V的直流高压电源共地；压敏管是可恢复型，用于过电压保护，保护高压电解电容。

单片机使用全时钟产生万年历，开关关断市电后，全时钟依然会计时，由时钟后备可充电电池供电；人灯交互模块使用遥控器及遥控接收管实现功能设定，如设定照度及照明模式等；除使用红外遥控外，使用“蓝牙+手机”设置更灵活；dip开关和单片机相连，用于设置台灯的工作模式，如硬件设置是读写用，还是月子中心用，还是产生频闪用等；硬件设置比通过遥控器或手机等软件设置更为简单直接。

本发明还提供一种无需遥控或蓝牙通讯的人灯交互协同的动态照明方案。，此方案同样能最低限度地实现灯A及灯B协调调光，这也是一个简单实用的优选模式：灯A及灯B一个照书本，一个照白墙提供环境光；其中台灯亮度分为5档，即用手快速按触摸键，可低次实现“1档开，1档关”；“2 档开，2档关”；“3档开，3档关”；“4档开，4档关”这样的循环；这时灯A及灯B各相当一个普通台灯，各自能单独操作设置合适照度；由于人对照度的感觉是对数关系，视野内照度均匀性通过目测就能足够好，若要更严格，须通过照度计来保证；单片机具备记忆功能，关灯后，只要关上10秒钟以上，再次开灯，便能读回原设置的亮度数据，保证两灯回到关灯前的亮度状态，从而无需每次调节亮度；当需要进入两灯协同工作时，只要在设定的档位长按触摸键2秒以上，则进入灯A与灯B协同工作状态；协同的依据是全时钟，灯A与灯B的时间起点是相同的，按万年历在出厂时就设置好了；另一种同步方式是灯A与灯B同时上电，在单片机初始化时实现时钟同步；变光周期是将一小时分为偶数等分，如分成4等份，即15分钟为一个变光周期；在这15分钟内，灯A及灯B会同步改变照度，比如，在一分钟之内(但不限于此)，照度降到设定值的1/10,然后在10秒内回到原设定亮度；在这 15分钟之内，同样也能设置出强光一闪而过的刺激模式；比如，在1秒内升到原设定照度的双倍，然后在0.5秒内降回到原设定值；这样做的目的就是达到通过变光来改变瞳孔大小，进而让眼睛重新回到精准调焦点，避免调节懈怠；由于灯A及灯B的时间基点一致，故它们能同步调光，与进入调光状态的先后次序及操作的快慢无关；若灯B设定照白墙，其照明角度及前后位置可调，再配合亮度设置，能保证视野内的光照均匀；申请人此处的光照均匀是这样来理解的，由于人眼对光强感觉是对数关系，即使视野内最大光强与最小光强相差2倍，人的感觉也只相差30％，故完全没必要对均匀性求全责备。

由上述描述可见，对于已装修好的儿童房间，采用两个台灯，通过对两灯照度实现同步动态变化，用于儿童防近视及防性早熟。

本申请的发明内容还涉及照度及色温(光谱)的动态变化(适用于儿童房间在新装修或改造时)；从光环境的均匀性来讲，青少年使用上述两台灯来读写并不理想。台灯往往主要用于做精细工作时的局部照明，且有限桌面挤两个台灯，占据大量空间，因此，对于还未装修的儿童房间，本申请提倡灯A作为吸顶类灯，灯B作为安装于白墙上的壁灯替换上述两个台灯，此时，两个灯的控制，由摇控器控制，台灯底座则演变成控制盒，由于元件少，控制盒完全可以做成常用的开关盒形式；两灯同步工作的方式及效果则类同上面叙述；替代遥控，更灵活的方式是使用蓝牙，即人灯交互模块包含蓝牙模块。

申请人认为，目前桌面照度过高是导致高近视率的主因，故建议桌面照度控制在经常照度50Lx以下，最小照度可设到5Lx；5Lx即烛光照度；而最大桌面照度应控制在100Lx之内，远低于现在提倡的＞300Lx的照明标准；这是本申请的一个显著特征；考虑到白炽灯长时间亮度过高，会大大缩短使用寿命；由于白炽灯的寿命和色温相关，色温越高，灯丝寿命越短，故两灯在调到最高亮度时，色温应控制在3000K以下，且时间不要超过1秒，从而最大限度地保证钨丝灯泡的寿命；由于在本申请中，高压直流电源的电压为310V，远超钨丝灯泡的额定工作电压220V，采用PWM完全有可能让色温短时，比如 1秒达到3000K，高出钨丝灯泡的额定工作色温2700K，而不烧坏灯泡；但这一闪而过的白光，能让眼睛及大脑重新警觉，重新调焦；本发明通过控制钨丝灯泡的功率大幅限定读写照度，且显著低于民众对照度的心理预期，这也是本发明的特点；当然，本申请也能通过选择钨丝灯泡的额定功率来粗调房间照度，本申请虽限定桌面照度，但并不限定灯的亮度；若有人需要高照度，本申请通过换大功率灯泡，一样能达到目的。另外，虽然青少年房间的灯控制还可通过“蓝牙+手机”实现，但手机屏属近看强光，危害较大，为了尽量不让青少年有借口玩手机，优选摇控器控制方式。

本申请的发明内容还涉及照度及色温(光谱)随生物钟的动态变化，适用于为月子中心或其它光疗房间配置灯光，由可调光直流白炽灯组成的吸顶灯或壁灯或台灯构成的可严格模仿烛光的动态照明光环境：

申请人深知当前社会缺少可调直流白炽灯这样的优质光源，更缺少色温低至烛光的直流可调电光源；火光是夜间人类最适应的光，也即最健康的光；人类夜间在入睡前，最好在类似烛光的光环境下入睡；本方法在前两个的基础上，可实现按人类生理节律进行灯A及灯B的协同调光，比如，两灯的色温从额定的2700K变到烛光的1800K；夜间起来喂奶，也可在1800K下进行，从而最大限度地减少蓝光危害，不干扰母子的生理节律，也最大限度地不影响夜起后的睡眠；LED照明虽然也可做到这一点，但其光源不是直流白炽灯的真正全光谱，其光品质及光健康永远无法超越可调光直流白炽灯；另外，灯A 及灯B选用磨砂钨丝灯泡，设置到烛光亮度时，适当让婴儿直视光源，还能助长婴儿眼睛发育；婴儿眼睛会趋光，必须让其眼睛有调焦目标，但夜间健康光线应如同火光，亮度应禁止超出烛光亮度；此外，白炽灯富含深红及近红外光，这些波段的光对眼睛及大脑内的神经元发育及保护都有不可替代的作用，人类夜间本只应用火光照明。

色温的控制通过开关管采用PWM的形式完成，配合白炽灯的热惯性，完全不用担心有频闪，能100％模仿烛光；钨丝灯泡的灯丝工作在类似直流的平均小电流状态下，能大大地延长白炽灯的寿命；开关管优选MOS功率管，如常见的IRF840等。

本申请的发明内容还涉及可调光直流白炽灯产出深度频闪的方法，用于防老年痴呆，即如何做到绕开白炽灯的热惯性，反而产生100％的深度频闪；所谓频闪深度，反映同一位置测得的光强最高值与最低值之差，100％意味着最低光强是零，频闪深度是决定预防老年痴呆效果的重要指标。

由于白炽灯中的深红及近红外光在大脑内穿透深，甚至透过颅骨8cm后依然有保护神经元的功能，故采用白炽灯作保健光源会有更好的预防效果，然而，白炽灯的热惯性决定着使用交流电时，虽也有频闪，但频闪深度只有约 30％，甚至碘钨灯的频闪深度还小于10％；由于LED的频闪深度可轻易达到 100％，故人们不会想到用交流白炽灯来预防老年痴呆；灯A及灯B在单片机的控制下，采用双频PWM模式，即在频闪的波形上，再载波一个高频用于PWM 调节亮度；若灯A及灯B工作在20Hz，但它们的波型相位相差180度，即灯 A波形与灯B波形错开，两灯点亮后，得到合成波形，其频闪频率就是40Hz；从灯A波形及灯B波形可看到，灯丝冷却时间得到了加长，故可望不发光，从而使合成波形的频闪深度达到100％；若两灯合成还达不到100％的频闪深度，显然可以通过增加灯泡的个数来达到；

若灯A和灯B共同用一片单片机控制，就要使用双路光隔，对于新装修的照明，这种模式是可行的；此模式显然能允许钨丝灯泡的个数多于两个,通过摇控器实现所有钨丝灯泡的分别控制，并达到动态照明的效果，这其中也包括产生100％深度的频闪，即让各个钨丝灯泡轮流发光，使每根灯丝得到充分冷却。此法能绕开白炽灯的热惯性，原则上在保证频闪深度为100％时，频闪频率容易做到40-120Hz(频率在此范围可治老年痴呆)，也即防老年痴呆的频闪频率是可调的，甚至可动态改变。

本发明的有益效果在于：

①首次实现单个白炽灯直流调光，包括照度，色温，频闪的调节及按生物钟的调节。

②首次实现两个白炽灯的同步动态调节，得到最贴合人类需求的全视野光环境，从而为光健康应用提供无限可能，尤其是青少年防近视，防性早熟照明。

④为月子中心提供婴儿可直视的仿烛光哺乳光环境。

⑤充分挖掘了白炽灯在预防老年痴呆上的潜力，通过动态移相配合，使白炽灯的频闪深度达到100％。

附图说明

图1为本发明双台灯示意图。

图2为本发明的电源图。

图3为单片机控制原理图。

图4为控制波形图。

图5为共用单片机控制原理图。

附图标记：1_视野；2_开关；3_钨丝灯泡；4_灯A；5_灯B；6_白墙；7_ 照度计；8_灯底座；9_摇控接收管；10_触摸键；11_摇控器；12_全波整流； 13_高压电解电容；14_压敏管；15_带隔离的开关电源甲；16_带隔离的开关电源乙；17_时钟后备电池；18_全时钟；19_人灯交互模块；20_单片机；21_ 光隔；22_开关管；23_保险丝；24_双频PWM模式；25_灯A波形；26_灯B波形；27_两灯合成波形；28_dip开关；29_双路光隔。

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做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。

实施例一：由至少两个可调光直流白炽灯台灯构成的协同动态照明方法，参见图1-3，为了让青少年读写时，其视野1范围内的光照均匀，使用至少两个台灯光源，即灯A4和灯B5；此时，灯底座8即所谓控制盒；这两个灯在本实施例中，优先使用钨丝灯泡3，但本实施例所谓的动态照明思路同样适合使用全可见光谱LED灯。

灯A4的灯底座8上装有开关2、触摸键10、照度计7；触摸键10实际是一金属薄片，紧贴于灯底座8内表面的塑料绝缘部位，用于感受手指接近时电容的变化；触摸键10和支持触摸功能的单片机20相连接；照度计7用于测量并评估视野1中光的照度及其均匀性，照度计7主要元件是硅光电池，通过同轴屏蔽线及常规的前置信号处理器，和单片机20的A/D转换口相连接，且只是在需要测量时，才插入灯底座8；照度测量结果通过蓝牙传入手机显示；照度计7不排除和遥控器11相连接的测量与显示方式，或和手机直接相连接的测量显示方式，或者利用手机光环镜探头(含光谱仪)检测本实施例的光环境；开关2是电源总开关，其后和保险丝23相连，能关断去往全波整流12、带隔离的开关电源甲15及带隔离的开关电源乙16的市电；市电经全波整流 12后，再经高压电解电容13滤波，便得到约310V的直流高压，用于为钨丝灯泡3供电；钨丝灯泡3的额定工作电压是220V，不能直接在310V下直流工作，故由单片机20的脉宽调制(PWM)端口,输出一定占空比的脉冲，经光隔21 光电隔离后，驱动开关管22使钨丝灯泡3以高频脉冲形式工作；由于钨丝灯泡3的热惯性，其发出的光无法像LED那样能跟随PWM的频率变化，故即便是PWM供电，钨丝灯泡3发出的光仍是连续的，如同直流下工作，不会有频闪，此即本申请所谓直流调光；为达到光电隔离效果，光隔21的输入输出端分别由两个独立的电源供电，一个是带隔离的开关电源甲15，此电源和单片机20共地，另一个是带隔离的开关电源乙16，此电源和310V的直流高压电源共地；压敏管14是可恢复型，用于过电压保护，保护高压电解电容13。单片机20连接全时钟18产生万年历，交流电断开后，全时钟18依然会计时，由时钟后备可充电电池17供电；人灯交互模块19使用遥控器11及遥控接收管9实现功能设定，如设定照度，设定照明模式；除使用红外遥控外，使用蓝牙技术会更灵活。

本实施例还包含如下控制方法，能最低限度地实现灯A4及灯B5协同调光，这也是一个简单实用的优选模式：灯A4及灯B5一个照书本，一个照白墙6以提供环境光；台灯亮度分为5档，即用手快速轻点触摸键10，可低次实现“1档开，1档关”；“2档开，2档关”；“3档开，3档关”；“4档开，4档关”这样的循环；这时灯A4及灯B4各相当一个普通台灯，各自能单独操作设置合适照度；由于人对照度的感觉是对数关系，视野内照度均匀性通常通过目测就能足够好，若更严格，须通过照度计7来保证；关灯后，只要等待10秒钟以上，再次开灯，单片机20便能读回原设置的亮度数据，保证两灯回到关灯前的亮度状态，从而无需每次调节亮度；当需要两灯协同工作时，只要在设定的某档状态下长按触摸键10两秒以上，则进入灯A4与灯B5协同工作状态；协同的依据是全时钟18，灯A4与灯B5的时间起点是相同的，按万年历在出厂时就设置好了；另一种同步方式是灯A4与灯B5同时上电，在单片机20初始化时实现时钟同步；本实施例的一个特点是将一小时分为偶数等分，如分成4等份，即15分钟为一个变光周期，在这15分钟内，灯A4及灯A5会同步改变照度，比如，但不限于，在一分钟之内，照度降到设定值的1/10,然后在10秒内回到原设定亮度；在这15分钟之内，同样也能设置强光一闪而过的刺激模式，比如，在1秒内升到原设定照度的双倍，然后在0.5秒内降回到原设定值；这样做的目的就是达到通过变光强来改变瞳孔大小，进而让眼睛重新回到精准调焦点，避免调节懈怠；由于灯A4及灯B5 的时间基点一致，故它们能同步调光，和进入调光状态的先后次序及操作的快慢无关；若灯B5设定照白墙6，其照明角度及前后位置显然是可调的，再配合亮度调节，能保证视野1内的光照均匀；这里所谓均匀是这样来理解的，由于人眼对光强感觉是对数关系，即便视野1内最大光强与最小光强相差2 倍，人的感觉只相差30％，故完全没必要对均匀性求全责备。

实施例二：由可调光直流白炽灯组成的吸顶灯及壁灯构成的协同动态照明方法。

从光环境的均匀性来讲，青少年使用上面两台灯来读写并不十分科学，且易导致桌面照度过高；其实，台灯往往主要用于局部做精细工作时的照明，青少年读写并不是什么精细工作，最好不要使用台灯，且有限桌面挤个台灯，占据大量空间，因此，本实施例提倡灯A4作为吸顶类，灯B5作为安装于白墙6上的壁灯；此时，两个灯的控制，由摇控器11控制，同步的方式则类同实施例一；灯底座8演变成壁灯及吸顶灯的控制盒；更灵活的控制方式是使用蓝牙，即人灯交互模块19含有蓝牙模块，由手机操控。

申请人研究认为，目前桌面照度过高是导致高近视率的主因，故本实施例将经常使用的桌面照度控制在50Lx以下，最小照度则设置到5Lx，这也是从前点蜡烛苦读的常规照度；最大桌面照度也控制在100Lx之内；考虑到白炽灯不可长时间亮度过高，否则大大缩短寿命；由于色温反映灯丝的温度，色温越高，灯丝寿命越短，故本实施例在调到最高亮度时，色温控制在3000K 以下，且时间控制在1秒之内，从而保证钨丝灯泡3的寿命；最大照度还通过选购合适额定功率的钨丝灯泡3来达到目的；本发明设置照度的上限值，且显著低于民众对照度的心理预期，这也算是本发明的特点。

本实施例虽然也可通过蓝牙，实现手机操控，但手机屏属近看光，为了尽可能不让青少年找借口玩手机，本实施例优选采用摇控器方式。其它类似实施例一，不再赘述。

实施例三：由可调光直流白炽灯组成的吸顶灯或壁灯或台灯构成的月子中心或其它光疗房间的协同动态照明方法；

申请人一直在研究“光·性早熟·生育·低欲望社会”，深知当前社会缺少可调直流白炽灯这样的优质光源，更缺少色温低至烛光的直流可调电光源；火光是夜间人类最适应的光，也即最健康的光；人类夜间在入睡前，最好在类似烛光的光环境下入睡；本实施例在前两个实施例的基础上，可实现按人类生理节律进行灯A4及灯B5的协同调光，比如，但不限于，两灯的色温从额定的2700K变到烛光的1800K；夜间起来喂奶，也可在1800K进行，从而最大限度地减少蓝光危害，不干扰母子的生理节律，也不影响夜起后的睡眠； LED照明虽然也可做到这一点，但其光源不是直流白炽灯，其光品质及光健康永远无法超越可调光直流白炽灯；另外，灯A4及灯B5选用磨砂钨丝灯泡3，设置到烛光照度时，由于磨砂后发光面积大，灯光比烛光还柔和，适当让婴儿追视光源，还能助长婴儿眼睛发育；此外，白炽灯富含深红及近红外光，这些波段对婴儿大脑及眼睛的神经元保护等都有不可替代的作用。

具体地，开关管22优选MOS功率管，如常见的IRF840，其它类似实施例一及实施例二，不再赘述。

实施例四：由可调光直流白炽灯产生深度频闪的方法，用于防老年痴呆，参见图1到图5。

阿尔茨海默症俗称“老年痴呆症”，麻省理工学院的神经学家、华人 Li-HueiTsai在2016年发现，优选用40Hz的LED光照能预防“老年痴呆症”，并随后获400万美元融资；本实施例描述为防老年痴呆的发明内容，即如何做到绕开白炽灯的热惯性，反而产生100％的深度频闪；采用同样的白炽灯，前面的实施例禁止频闪，此处却要设法产生100％深度的频闪；这里所谓频闪深度，反映同一位置测得的光强最高值与最低值之差，100％意味着最低光强是零，频闪深度是决定预防老年痴呆效果的重要指标。

由于白炽灯中的深红及近红外光在大脑内穿透深，甚至透过颅骨8cm后依然有保护神经元的功能，故预计用白炽灯作保健光源应该有更好的预防效果，然而，白炽灯的热惯性决定着使用交流电时，虽也有频闪，但频闪深度只有约30％，甚至碘钨灯的频闪深度还小于10％；由于LED的频闪深度可轻易达到 100％，故人们不会想到用交流白炽灯来预防老年痴呆；在本实施例中，灯A4 及灯B5在单片机20的控制下，采用双频PWM模式24，即在频闪的波形上，再载波一个高频用于PWM调节亮度；若灯A4及灯B5工作在20Hz，但它们的波型相位相差180度，即灯A波形25与灯B波形26错开；两灯点亮后，得到合成波形27，其频闪频率就变成40Hz；从灯A波形25及灯B波形26可看到，灯丝冷却时间得到了加长，故可望不发光，从而使合成波形27的频闪深度达到100％；若两灯合成达还达不到100％的频闪深度，显然可以通过增加灯泡的个数来实现。

若灯A4和灯B5共同用一片单片机控制，就要使用双路光隔29，对于新装修的照明，这种模式是可行的；此模式显然能允许钨丝灯泡3的个数多于两个,通过摇控器11实现所有钨丝灯泡3的分别设置，并达到动态照明的效果，这其中也包括产生100％深度的频闪，即让各个钨丝灯泡3轮流发光，使每根灯丝都得到充分冷却。此法能绕开白炽灯的热惯性，让频闪频率在 40-140Hz可调，频闪深度保证100％，从而得到理想的防老年痴呆动态光源。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯，其特征在于包括：用两个或两个以上直流可调光白炽灯组成的动态照明灯具，两灯协同按程序自动调光，以实现动态照明，调光包括调节照度或色温或频闪或它们的组合；灯A和灯B采用钨丝灯泡作为光源；灯A及灯B的灯座或控制盒上装有开关、触摸键、照度计；触摸键是一金属薄片，紧贴于灯座或控制盒内表面的塑料绝缘处，用于感受手指接近时，电容的变化；触摸键和支持触摸功能的单片机相连接；开关为电源总开关，其后和保险丝相连，能关断去往全波整流、带隔离的开关电源甲及带隔离的开关电源乙的市电；市电经全波整流后，再经高压电解电容滤波，得到约310V的直流高压，用于为钨丝灯泡供电；钨丝灯泡的额定工作电压是220V，不能直接在310V下工作，故由单片机的脉宽调制(PWM)端口,输出一定占空比的脉冲，经光隔光电隔离后，驱动开关管使钨丝灯泡以高频脉冲形式工作；光隔的输入输出端分别由两个独立的电源供电，一个是带隔离的开关电源甲，此电源和单片机共地，另一个是带隔离的开关电源乙，和310V的直流高压电源共地；压敏管用于过电压保护高压电解电容；单片机使用全时钟产生万年历，开关关断市电后，全时钟依然会计时，由时钟后备可充电电池供电；人灯交互模块使用遥控器及遥控接收管实现功能设定；dip开关与单片机电连接，用于硬件设置灯的工作模式；由于人对照度的感觉是对数关系，视野内照度均匀性通过目测或照度计来保证；进入两灯协同工作通常由遥控器完成，但无遥控器也能协同，只要在设定的某档状态下长按触摸键2秒以上，则进入灯A4与灯B5协同工作状态；协同的依据是全时钟，灯A与灯B的时间起点是相同的，按万年历在出厂时设置好即可，或灯A与灯B同时上电，在单片机初始化时实现时钟同步；通过变光来改变瞳孔大小，进而让眼睛重新回到精准调焦点，避免调节懈怠。

2.权利要求1所述的用于实现可调光直流白炽灯的脉宽调制方法，是让额定电压为220V的白炽灯能工作在310V的直流电压下，并实现直流调光，其特征在于：310V的直流电压由市电经全波整流得到，经高压电解电容滤波贮能后，变成直流；压敏管用来保护高压电解电容；单片机输出PWM脉冲，经光隔后，控制开关管，实现钨丝灯泡按单片机设定的PWM占空比工作；占空比越高，亮度越高，但为了不让额定电压为220V的钨丝灯泡烧毁，须限定占空比，以保证钨丝灯泡的平均功率低于其额定功率；310V的直流高压也为瞬间，比如0.5秒产生色温高于额定色温2700K的光线提供可能，从而刺激眼睛重新调焦；由于钨丝灯泡的热惯性，尽管其工作在PWM的脉冲下，只要PWM的调制频率大于1000Hz，就能让钨丝灯泡光强的最大值与最小值之差小于最大光强的1％，且PWM的调制频率越高，此差值越小，即无限接近直流调光；此处1000Hz的出处是依据脑电图，当频闪深度为100％时，对脑电图有影响的最高频率约1000Hz；当频闪深度没有达到100％时，相应最高频率会小于1000Hz。

3.权利要求1所述的一种至少由两个直流可调白炽灯构成的协同动态照明方法，就是实现视野中光环境均匀、照度及色温可调；通过白炽灯照度或色温的动态变化，诱导眼睛重新找回焦点，其特征是：使用的是直流可调光白炽灯，关注的是整个视野的光环境，通过照度的动态改变，唤起眼睛重新精准调焦，具体包含如下步骤：

S1：安装至少两个直流可调光白炽灯光源；一个灯负责读写或视椎细胞照明，一个灯负责视杆细胞照明，即负责视野中，光的均匀性补光照明；本质上是让视网膜视锥及视杆细胞，都得到均匀的光刺激；

S2：光源间实现协同调光，协同措施包括时基上的事先约定、摇控器摇控及蓝牙通讯；保证使用者视野的光环境按程序变化，-诱导眼睛重新找回焦点，使眼睛退出调节懈怠状态，避免眼轴异常增长；

S3：视野光环境的色温通过脉宽调制从经常使用的2700K调到烛光1800K或通常钨丝灯泡难承受的3000K；3000K下只是工作小于1秒的极短时间；色温的这种动态变化特征是让大脑及眼睛重新对变化的光环境兴奋，并找回精准调焦点；

S4：视野光环境的照度使用脉宽调制从经常使用的低于50Lx，到偶尔使用的小于5Lx，再到短时使用的大于100Lx，照度的这种动态变化特征是让大脑及眼睛重新对变化的光环境兴奋，并找回精准调焦点。

4.权利要求1所述的利用动态照明，由两个或两个以上白炽灯协同工作产生深度频闪的方法，其特征在于：通过至少两个直流可调光白炽灯，轮流脉冲工作，让白炽灯灯丝得到充分冷却，使其不发光；从而得到频闪深度接近100％的白炽灯光源，具体包括如下步骤：

S1:根据所需要的频闪频率，确认所需要的直流可调光白炽灯光源个数；设所需频闪频率为f,通常两个光源就能工作，即A光源和B光源；

S2：让A、B两光源工作在f/2的频率下，但它们反相，即当A工作时，B的灯丝冷却，当B工作时，A的灯丝冷却；

S3：使用者所得到总的照度是A、B两光源相加后，在一个变动周期内的平均照度，但得到的光环境的频闪频率即为f,且频闪深度能接近100％。

5.根据权利要求1所述的协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯，其特征在于：灯A及灯B以台灯或吸顶灯或壁灯的混合形式出现时，采用遥控器或蓝牙实现协同调光及动态照明。

6.根据权利要求1所述的协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯，作为单独使用，其特征在于：各灯允许单独开关、单独选择照度及色温；色温设置在烛光的色温，且钨丝灯泡选用有磨砂效果的玻璃外壳，距其1米远的照度设置低于1Lx，形成可供婴儿直视钨丝灯泡的严仿烛光、绝无频闪的光源。

7.根据权利要求1或4所述的协同动态照明方法及其可调光直流白炽灯，其特征在于，采用大于等于两个直流可调光白炽灯合成产生深度频闪的动态照明；灯具包括灯A及灯B，在单片机的控制下，采用双频PWM模式，即在频闪的波形上，再载波一个高频用于PWM调节亮度；若灯A及灯B工作频率是f，但它们的波型相位相差180度，即灯A波形与灯B波形错开，两灯点亮后，得到合成波形，合成光的频闪频率就是2f；类推，若是3个光源，合成光的频闪频率便是3f。

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