CN113348730A - 一般照明中的光生物调节（pbm） - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于提供可见光以及医学有益的另一个光谱中的辐射的照明装置。所述照明装置包括：光源，所述光源适于发射可见光；辐射源，所述辐射源适于发射预定光谱中的辐射；以及驱动器电路，所述驱动器电路适于提供第一驱动电流，所述第一驱动电流是脉冲式的并且具有不大于20％的占空比。所述预定光谱优选在760‑1400nm的范围内。所述照明装置适于向所述辐射源而不是向所述光源提供所述第一驱动电流。还提供了采用这种照明装置的对应方法和产品。

Description

一般照明中的光生物调节(PBM)
技术领域
本发明整体涉及照明，并且更具体地讲，涉及照明设备、照明系统，以及用于提供在不可见光谱中产生足以诱导光生物调节(PBM)响应的辐射的照明设备的方法。
背景技术
光生物调节(PBM)是指以特定能量/功率水平辐照生物体以诱导生物或生化响应。辐照可在可见光谱中(诸如红光)，或者在非可见光谱中(诸如红外(IR))。关于采用PBM疗法来治疗生理和心理症状的医学益处，已经有大量的研究。
然而，施用PBM辐射的装备的大部分是专门设备，只有数量非常有限的医疗设施才可提供该专门设备。此外，这些专门设备经常如此复杂，使得只有训练有素的医生、护士和技术员的团队才可使用它们。这些因素极大地限制了PBM的医疗益处在普通公众内的传播。
因此，需要克服当前可用装置和方法的上述缺点。
发明内容
期望提供一种易于使用、节能、成本效益高并且发射足以诱导PBM响应的辐射量的装置。
根据本公开的第一方面，提供了一种照明装置。照明装置可包括光源、辐射源和驱动器电路。光源可适于发射可见光。在一个实施例中，光源能够或适合于发射具有CIE XYZ颜色空间中的色点的可见光，该色点与所述颜色空间中的黑体线相距的距离小于10个颜色匹配标准偏差(SDCM)。辐射源可适于发射预定光谱中的辐射。在一个实施例中，预定光谱可在红外波段内或在约760-1400nm的范围内。预定光谱可包括不可见光谱。驱动器电路可适于提供第一驱动电流。第一驱动电流可以是脉冲式的并且可具有不大于20％的占空比。照明装置可适于向辐射源而不是向光源提供第一驱动电流。
传统光源已发射在可诱发人的PBM响应的波段内的某种辐射。例如，普通白炽灯泡的发射光谱包括少量红光和近红外光，这两个波段与诱导PBM响应的能力有关。
然而，医学研究表明，辐射需要在PBM诱导光光谱内达到特定最小量的功率密度(以单位面积光功率测量)和剂量(以单位面积能量测量)，之后辐射可在受试者中诱发PBM响应。
应当注意，在本公开中词语“光”的含义不限于可见光。本公开中的词语“光”可包括可见光光谱外的电磁辐射。同样，还应注意，诸如“光功率”的术语并不限于可见光的功率。
发明者注意到从PBM领域的研究文献分析中发现的令人惊讶的效应：光诱导的生物或生化反应可能取决于功率密度而异，尽管相同的能量密度或剂量(单位面积上的能量)被传送。换句话说，仅针对功率和时间(以及功率密度和时间)的乘积可能是不够的；功率(密度)和时间的适当组合是重要的。即使是在短周期内，也需要足够的功率密度来诱导PBM响应。随着时间推移以低于阈值的功率密度扩展辐射以获得相同量的能量可能不会诱导PBM响应或至多诱导有限的PBM响应。也就是说，不足的功率密度不太可能通过延长辐照时间来补救。
发明人认识到这样一个问题，即以可在特定距离处提供PBM诱导光光谱中的足够功率密度的水平驱动诸如白炽灯泡的传统光源将需要过量的电功率。这个问题至少产生于白炽灯泡通常总是亮着的事实。驱动白炽灯泡以提供PBM诱导光光谱中的足够功率密度将消耗比针对目前用于一般照明的源预期的电功率多至少一个数量级的电功率。
发明人认识到其他光源的最新进展(诸如固态照明(SSL)技术)可弥补白炽灯泡的不足。以发光二极管(LED)为例，来自SSL技术公司的照明设备具有较低的热辐射和较窄的发射带，从而有助于提高能源效率。SSL设备还允许更精确地控制发射频带，从而在所需发射频带中实现有效的功率分配。更重要的是，SSL设备能够对驱动和/或控制信号快速做出反应。换句话说，与其他类型的光源(诸如白炽灯或卤素灯泡，这些光源作为热发射器具有热惯性)相比，关于SSL设备的定时控制要精确得多。换句话说，SSL设备允许以可忽略的延迟对控制和/或驱动信号做出几乎即时的反应，从而使其适合于快速脉冲化。
然而，本发明人还认识到，仅目前的SSL设备仍然不能传送PBM诱导带内的必要量的功率密度和剂量。例如，假定长度为150cm并配有LED设备作为荧光灯管的替代品的T8或T5型线性灯具有180°内的均匀光分布。在与灯相距的距离r＝2m处，理论半圆柱体的表面积(其表示距离2m处的理论光分布)为A＝πrh＝～10m2。假定线性灯配备有LED设备，其在期望光光谱中以1W的总输出功率随时间推移发射基本上恒定的辐射，则与灯相距的平均距离2m处的平均功率密度约为10μW/cm2(0.1W/m2)，其比最近医学研究建议的所需最小功率密度(例如1-50mW/cm2)低若干数量级。应注意，由于差异是数量级的，所以保持LED设备随时间推移发射基本恒定的辐射并将总发射瓦特增加对应的数量级可能是不切实际的，而且在经济上很可能是不可接受的。
发明人认识到在当前SSL设备的物理能力内实现所需功率密度量的另一种可能性。通过用脉冲而不是连续波(可缩写为“CW”并暗示非脉冲)或近乎连续波信号驱动SSL设备(诸如LED)，在消耗相同电功率量的同时，可通过脉冲占空比的倒数的因子提升SSL设备发射的峰值功率。换言之，具有脉冲式发射的SSL设备与具有连续波(CW)发射的相同设备相比具有更高的峰值发射功率。换句话说，发明者认识到脉冲化以有效地利用有限的电功率以便以所需量(短期)的功率发出辐射的能力。换句话说，发明人认识到，虽然诸如SSL设备的窄带发射设备允许将有限量的功率集中到仅期望光谱中，但脉冲化这种窄带发射设备进一步允许将可用功率集中到短持续时间中以使此类设备能够发射通过提高的功率阈值的辐射。脉冲化的另一个优点是发射设备可在脉冲之间冷却。这可减轻发射设备的热预算，并且可允许例如更小的驱动器电路和使用更小且更便宜的SSL设备(即，具有更少的外延材料和/或更小的管芯表面)。节省成本可来自于使用更小和更便宜的SSL设备和/或在提供给定量的PBM诱导辐射的照明装置中使用更少数量的SSL设备。更宽松的热预算还可减小容纳排放设备的外壳的尺寸和任何相关联的冷却设备的尺寸。
例如，我们假定在与发射源相距2m处需要峰值波长为850nm的500W的光功率发射以便实现8mW/cm2的功率密度的光。与使用500W连续波发射器(即，随着时间推移以基本恒定的功率发射非脉冲波)不同，在与发射源相距的2m距离处，脉冲式500W发射器也可较低的电功耗实现8mW/cm2的目标功率密度。例如，如果以1Hz的脉冲频率和2ms的脉冲持续时间(即0.2％的占空比)对发射的辐射进行脉冲化(或如果驱动发射器以发射辐射)，则电功率消耗与连续波发射相比低500倍。脉冲式模式中的平均光功率现在将是1W而不是500W，因为辐射在1/500秒期间存在。由于在脉冲频率和脉冲持续时间中通过脉冲化的方式使平均光功率发射以因子500减小，因此电功率消耗也将以相同的因子500降低(假定与脉冲模式电子驱动器单元和发射器相比，连续波电子驱动器单元和发射器的效率相似)。
这里进一步阐述了脉冲化辐射源的节约成本益处。几种类型的辐射源(诸如发光二极管)的最大驱动电流受到热要求的限制：太多的驱动会使二极管过热并且减小辐射效率。如果照明装置需要输出超过辐射源的可允许驱动电流所能提供的PBM诱导辐射量，则需要更大数量的辐射源，或必须改变辐射源的类型。这两种选择都可能代价高昂。然而，如果辐射源是脉冲式的，则可允许驱动电流可进一步增加，因为辐射源可在脉冲之间冷却。换句话说，脉冲化允许给定辐射源推高或增强其可允许驱动电流的量。这允许在提供给定量的PBM诱发辐射的照明装置中使用更小和更便宜的辐射源和/或更少数量的辐射源。在一个实施例中，辐射源和驱动器单元适于通过增强的可允许驱动电流以驱动模式操作。
在本文的场景中，如果脉冲期间的驱动电流超过制造商规定的DC可允许驱动电流，则通过增强的可允许驱动电流来驱动辐射源。在辐射源是红外LED的示例中，制造商通常指定正向电流的最大额定值，如1ADC。DC下的最大额定值(在连续波驱动模式中)并不意味着永远不能超过该最大额定值；其意味着在不会对辐射源性能的至少一个方面(无论是电的、热的还是光学的)产生不利影响的情况下，在连续波驱动模式中不能超过这种最大额定值。制造商还可指定超过最大额定值的时间和超过其的差值。在红外LED的示例中，制造商可指定LED的“脉冲处理能力”，其说明超过DC中的最大额定值的正向电流量与这种正向电流下的可允许的脉冲时间长度和占空比之间的关系。
一旦一般照明设备适于发射足够量的功率以在可诱导PBM响应的特定距离处实现特定的功率密度，许多优点就会实现。一般照明设备(诸如灯或头顶照明)易于使用且通常方便，并且因此对医学专家管理PBM辐射的需要极大地减小，这相当于显著地节省PBM辐射的接受者的时间和财务资源。
应注意，可对任务照明设备或重点照明设备进行相同的适配。任务照明可被视为特殊形式的一般照明，因为两者都照明以帮助人类视觉，但任务照明可用于有特殊照明要求的地方，诸如运动场和街道(其需要大面积的高亮度)。重点照明可用于构建视觉重点并为观看者创建兴趣点；常见的应用包括强调室内植物、雕塑、绘画和其他装饰，以及强调建筑纹理或室外景观。可在本公开的实施例中使用的一般照明设备、任务照明设备或重点照明设备包括但不限于可安装在用于区域的照明器具或灯具中或作为其一部分的发光表面，诸如头顶照明、床头照明、厨房照明、运动照明、街道照明、医疗照明、公共照明、浴室照明、梳妆照明、轨道照明和镜子照明。可应用的照明设备还包括照明设备，该照明设备照亮空间、区域和表面并且由此使人和动物在其中度过时间的环境变亮。
除了上述优点之外，用户可长时间地自然地停留在一般照明或任务照明或重点照明设备的光中或自然地暴露于其光而不会中断其活动。这带来了提供剂量(以单位面积的能量来测量)的广泛范围的灵活性。回想一下，能量是功率乘以时间。这意味着不同量的剂量可很容易地通过打开一般照明或任务照明或重点照明设备来实现。按剂量分配的简单性是通过将平均每天剂量分散到许多小时来实现的，使得所施加的剂量永远不会超过推荐的剂量。通过本文中描述的脉冲方法，在长时间段内以有效用于诱导PBM响应的功率密度分散剂量。虽然超过30分钟的到专业治疗中心就诊通常会被认为是麻烦的，但在一般照明设备的光下停留或暴露于该光持续超过一个小时或甚至八个小时而人都没有感到麻烦是完全常见的。
例如，假定一般照明设备包括红外光发射器，该红外光发射器具有850nm的峰值发射并且以1Hz的脉冲频率和2ms的脉冲持续时间的脉冲模式发射。另外，假定红外光发射器具有500W的峰值光发射功率并且因此可将8mW/cm2发射到与发射器相距2m的位置。然后，光发射器可向该位置传送约0.23J/cm2(8mW/cm2乘以8*60*60秒)的八小时内累积的能量密度。
应注意，在光源能够或适合于发射具有与CIE XYZ颜色空间中的黑体线相距的距离小于10SDCM的色点的可见光的实施例中，这样的光源适合于在一般照明设备中使用。原因是从这种类型的可见光适合于提高空间的照明水平以辅助人类视觉和/或使人们在该空间中生活和/或工作更加方便的意义上来说，这种光源发射的可见光是相对白色的。在一些实施例中，光源能够或适合于发射具有与CIE XYZ颜色空间中的黑体线相距的距离小于10SDCM的色点的可见光。在一些实施例中，与CIE XYZ颜色空间中的黑体线相距的距离可小于8SDCM、7SDCM、6SDCM、5SDCM或3SDCM。
应注意，使辐射源脉冲化以便提供可以适当的持续时间和/或周期诱导PBM响应(例如，在NIR波段)的辐射可极大地减小过量的机会，即使用户在一般照明设备附近停留的时段比在专家中心的30或60分钟的典型治疗时段长得多。例如，某个医学研究表明，有益的生物反应随着增加的剂量而增加并且在约10J/cm2达到峰值。进一步增加剂量可减少有益的PBM响应，并且如果剂量超过约35J/cm2，则甚至可能停止为有益的。因此，如果用户暴露于约8mW/cm2的功率密度水平持续超过约20分钟，则用户将很难接收峰值益处。换句话说，足够短的脉冲持续时间和/或周期可提供足够的功率密度来诱导PBM响应并且同时在很宽的时间范围内，例如从几分钟到8小时或更长时间内(在不对用户过量的情况下)，提供有益量的总能量密度(即单位面积功率乘以时间)。这样，用户可使用照明设备，就像它是传统光源一样，而不需要担心何时关闭它(以防止过量)，但仍然可接收PBM诱导辐射的益处。
使辐射源脉冲化的另一个益处是通过减少由相关光谱中的这种辐射在用户眼睛角膜中诱导的热负荷而对用户眼睛有更好的安全性，这继而是由于足够低以符合相关的安全法规和安全限制的脉冲式辐射的平均功率密度。例如，通用国际标准IEC 62471要求旨在用于一般照明服务(GLS)的灯在灯产生500勒克斯的照度的距离处应使用户的眼睛暴露量(暴露于波长范围为780nm至3000nm的红外辐射，持续大于1000秒的时间)小于10mW/cm2(100W/m2)。例如，在照明装置产生500勒克斯的距离处，其红外辐射源产生20mW/cm2的功率密度的照明装置可通过根据本文中描述的方法以50％的占空比脉冲化红外辐射源来满足这个安全要求。作为另一个示例，IEC 62471要求脉冲式光源在200mm的距离处对于大于1000秒的时间应保持红外眼睛暴露量小于10mW/cm2。因此，只发射红外辐射并在2m处产生8mW/cm2的脉冲辐射源(相当于在0.2m处的800mW/cm2，假定辐射是全方向发射并均匀分布的)通过以1.25％的占空比脉冲化红外辐射源可变得顺性。因此，如本文所述的脉冲化辐射源(诸如红外源)的技术解决方案使得能够使用一般照明设备，其中可使用(红外)辐射源而无需将其与可见光发射器结合。例如，可在夜间诱导光生物刺激而不需要可见光干扰用户的睡眠。在上面提到的安全场景中，(红外)辐射源的脉冲也是使PBM应用在发射的光谱的可见分量被调光到较低照明水平时安全和符合IEC 62471的使能元件。
因此，根据本发明的第一方面背后的发明思想的照明装置能够引起某些局部和全身(整个身体)PBM效应。例如，存在各种各样的医学研究文献表明PBM可刺激、愈合、再生和保护已经受伤、退化或有死亡风险的人体组织。最重要的是，PBM可对人体及其系统诱导抗炎、抗氧化和/或线粒体增强和正常化作用。对人体的积极作用可进一步描述为生物刺激和抗过敏；进一步免疫调节、血管舒张以及对血液有抗缺氧作用。其他积极的影响可能包括刺激大脑再生，例如在遭受缺血性中风后，或增加健康受试者的认知功能。最近研究进一步表明，PBM可能对患有例如抑郁症、痴呆、阿尔茨海默病、帕金森病、ADHD、ADD、高血压、睾酮缺乏症和PTSD的患者的心理素质产生积极影响。此外，可实现皮肤回春和皮肤老化的减少，以及可被描述为整个人体的回春或老化减缓的某些全身效应。作为整体的皮肤或身体的进一步预适应，以为某些类型的压力做准备，例如在长时间日光浴之前，或作为预期的高水平压力之前的预适应，如广泛的运动、精神压力或与高水平活性氧物种有关的对人体的压力，或作为暴露于潜在有毒环境之前的预适应，或在可能区域与毒素直接接触的情况。此外，它可用于减少在暴露于广泛运动、精神压力、有害水平的辐射或毒素后的恢复时间。它还可能对视力和人眼的总体健康有积极的长期影响并且可能加速和改善头发的生长。此外，它可能有助于使人体内褪黑素水平正常化并且因此改善睡眠。它还可帮助处理时差或昼夜节律不平衡的其他情况。总而言之，由于对真核细胞的基本积极的PBM作用(诱导抗炎、抗氧化、稳态和/或线粒体增强和正常化作用)，在人体的任何部位中都可能实现积极的作用。所提到的一些益处也可能以类似的方式适用于动物，如宠物(例如，狗、猫)或农场动物(例如，狗牛、马、猪)；基本上所有由真核细胞组成的生物都可能从暴露在导致PBM效应的某种光线中受益。
根据本发明第一方面背后的发明思想的照明装置的另一优点是同时提供一般照明、任务照明或重点照明和PBM诱导辐射的能力。相同照明装置提供了这两种功能。
在一个实施例中，由辐射源发射的辐射的预定光谱可在800-1100nm的范围内。预定光谱可优选地在800-870nm的范围内。在一个实施例中，预定光谱可在800-1100nm的范围内，其中任选地峰值发射约为830、980和/或1060nm。在一个实施例中，预定光谱可在800-870nm的范围内，其中任选地峰值发射在820-850nm的范围内。已经有丰富的文献证明了在红外波段中的PBM的治疗价值，并且发明人认识到诸如800-1l00nm和800-870nm的范围可能特别有益和/或易于实现，这使得这些实施例特别有用。
在一个实施例中，预定光谱可排除可见光谱或不包括可见光谱。由于脉冲式发射不在可见光谱内，因此脉冲可具有非常高的峰值发射而不会对用户造成任何可察觉的烦恼。
在一个实施例中，照明装置可适于向所述光源提供不同于所述第一驱动电流的第二驱动电流。第二驱动电流可驱动光源。在一个实施例中，第二驱动电流可以是直流(DC)或交流(AC)或脉宽调制(PWM)电流。PWM电流可优选地具有20000Hz-300000Hz的范围内的脉冲频率。第二驱动电流可在驱动适于发射可见光的光源方面提供更大的灵活性。换句话说，可以不同于适于发射预定光谱中的辐射的辐射源的方式容易地驱动(可见)光源。用DC或AC驱动可见光源可进一步增加由光源发射的可见光的稳定性。例如，利用脉宽调制(PWM)信号驱动可见光源可用于实现亮度调光。此类驱动电流可很好地适用于广泛使用的光源，诸如白炽灯泡、荧光灯管和不同种类的LED。
在一个实施例中，驱动器电路可以是第一驱动器电路。照明装置还可包括适于提供第二驱动电流的第二驱动器电路。分离用于激励光源和辐射源的驱动器电路可有助于防止一个驱动器电路干扰该驱动器电路未激励的光源或辐射源。
在一个实施例中，第一驱动电流的脉冲持续时间可在约0.05-500ms的范围内。第一驱动电流的脉冲持续时间可任选地在约0.1-100ms、优选约0.5-20ms、最优选约4-10ms的范围内。脉冲持续时间的其他任选范围可包括1-40ms、4-40ms和8-30ms。根据研究文献，这些实施例可具有通过可用电子设备的实际具体实施的有利效果，并且对于某些范围具有特殊的益处。一方面，较长脉冲可能提供更好的PBM响应；另一方面，较短脉冲和/或较低占空比可增强辐射源的可允许驱动电流。
在一个实施例中，第一驱动电流的脉冲频率可在约0.01-10000Hz的范围内。第一驱动电流的脉冲频率可任选地在约0.1-2500Hz、优选约1-160Hz的范围内。根据研究文献，该实施例可具有通过可用电子设备的实际具体实施的有利效果，并且对于某些范围具有特殊的益处。
在一个实施例中，第一驱动电流可具有不大于10％、任选地不大于5％、任选地不大于1％的占空比。较低占空比可允许辐射源以相同量的消耗电功率生成较高的(峰值)发射功率。较低或更加微调的占空比也有助于减小使用户过量的机会。在一个实施例中，第一驱动电流可具有交替的占空比，诸如在预定周期期间为1％的第一占空比和在另一个预定周期期间为2％的第二占空比。多个占空比可增加编程在不同时间的PBM诱导辐射剂量的灵活性。
当然，脉冲持续时间和脉冲频率的不同范围的组合是可能的。还应注意，可通过改变脉冲持续时间、脉冲频率或两者来实现具有变化的消耗电功率量的来自辐射源的期望(峰值)发射功率。这种灵活性可允许不同形式的功率和/或剂量和/或电功率消耗控制，其可被调整以满足特定的需要。
在一个实施例中，选择脉冲持续时间、脉冲频率和占空比中的至少一者以使得第一驱动电流能够以增强的可允许驱动电流驱动辐射源。以增强的可允许驱动电流驱动辐射源可通过较低成本的辐射源(该辐射源可能具有较低的可允许DC驱动额定值)或较少数量的给定类型的辐射源(其可在较高的驱动条件下工作以获得相同的辐射输出)或两者来实现给定量的辐射功率密度和剂量。这可减小照明装置的成本。
在一个实施例中，一个脉冲可被分裂成多个“子”脉冲。例如，假定10ms的脉冲持续时间和100ms的脉冲周期(例如，10Hz的脉冲频率)。它可以是一个10ms的“主”脉冲分裂成具有80ns的脉冲持续时间和100ns的脉冲周期的子脉冲。在这种情况下，主脉冲包括100个子脉冲。应注意，子脉冲的脉冲持续时间没有特别限制，只要它短于主脉冲式的脉冲持续时间即可。以不同水平的脉冲持续时间和/或脉冲频率的脉冲化提供了在调整辐射模式以适应特定使用需要或适应相关电子器件中的特定要求时的进一步灵活性。
在一个实施例中，辐射源可适于生成可为脉冲式的预定光谱中的辐射。预定光谱(例如，能够诱导PBM响应的光谱)中的辐射被被脉冲化。脉冲化可允许辐射源的峰值发射功率在相同的电功率消耗量下通过期望因子“增强”。脉冲还可延长用户可暴露于PBM诱发辐射而不过量的时间。
在一个实施例中，由脉冲式第一驱动电流激励的辐射源所发射的辐射的峰值发射功率可以是至少25W、任选地至少100W、任选地至少200W、任选地至少500W。至少25W的峰值发射功率可使得在与具有半圆形的辐射模式的照明装置相距约0.6m处测量到至少1mW/cm2，并可确保在使用例如台灯中的这种照明装置的用户接收足够的功率密度。更高的峰值发射功率可使用户仍然暴露于足够的功率密度，即使用户更远离照明装置和/或辐射模式不同。例如，至少200W的峰值发射功率可使得在与具有例如半圆形的辐射模式的照明装置相距例如1.8m处测量到至少1mW/cm2。这可能适合一般照明设备的其他常见使用场景，例如在办公室设置中。
在一个实施例中，由接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源发射的辐射的峰值发射功率可足以在人体中诱导光生物调节(PBM)响应。这将提供超越只有传统光源的其他一般照明设备的附加价值。
在一个实施例中，接收脉冲式第一驱动电流的辐射源的峰值发射功率可使得能够在与辐射源相距约0.2m和约5m之间的公共平均距离处测量0.4-50mW/cm2、任选5-15mW/cm2的功率密度。公共平均距离可任选地与辐射源相距约0.5至约3m。公共平均距离可任选地为约2m。有利的影响包括研究证明的对人体有益的PBM响应，其中0.4mW/cm2可足以开始诱导通过眼睛的PBM响应。这种公共平均距离也可适用于许多使用场景。
在一个实施例中，接收脉冲式第一驱动电流的辐射源的峰值发射功率可使得能够在照明设备的照度为约500勒克斯(lx)的距离处测量0.4-50mW/cm2、任选5-15mW/cm2的功率密度。
在一个实施例中，辐射源可在8小时内在预定光谱中发射至少3,000焦耳。
在一个实施例中，接收脉冲式第一驱动电流的辐射源可被配置为传送足以在人体中诱导PBM响应的剂量(每单位面积的能量)。在一个实施例中，接收脉冲式第一驱动电流的辐射源可被配置为传送在与辐射源相距的公共平均距离处测量的0.01-5J/cm2的剂量，其中与辐射源相距的公共平均距离可能在约0.2m和约5m之间。与辐射源的公共平均距离可任选地在约0.5至约3m之间，优选在约2m处。有利的影响包括研究证明的对人体有益的PBM响应。这种公共平均距离也可适用于许多使用场景。
在一个实施例中，可通过修改第一驱动电流的振幅、脉冲持续时间、脉冲频率和占空比中的至少一者来调节剂量。优选地，在脉冲持续时间保持基本上相同的情况下修改脉冲频率。这可比改变脉冲持续时间更好，当由于辐射发射外延材料中增加的热负荷而增加脉冲长度时，改变脉冲持续时间可能加剧辐射源中的外延材料的下垂效应。修改脉冲频率也可比改变振幅更好，因为太低的振幅可能会降低脉冲期间传送的功率密度，以至于降低在用户中诱导PBM响应的功效。用于维持功效的示例性阈值是至少0.4mW/cm2的NIR光，例如在800-870nm之间，在照明装置的照度达到约500勒克斯的从用户到照明装置的距离处。
在一个实施例中，使用中的辐射源可消耗小于50W、任选地小于25W、任选地小于10W的均方根(RMS)电功率。这样的功率消耗水平可能非常适合日常使用，并且鉴于环保意识不断增强，这可能有助于照明装置满足各种不同的能源消耗法规。在一个实施例中，使用中的辐射源可消耗小于10W、任选地小于2W、任选地小于0.5W的每平方米有意辐照表面的均方根(RMS)电功率。每平方米的RMS电功率对于大面积被照明的某些照明应用来说可能是有用的度量，诸如运动场照明。
在一个实施例中，辐射源可包括固态设备。固态设备可以是LED，任选地是多于一个的LED。这些设备很容易获得并且种类繁多。在一个实施例中，固态设备可以是倒装LED，其可提供更好的热性能并因此提供增强的可允许驱动电流的更高能力。将倒装LED直接电粘结到安装板上也可让更多的电流流过，由此如果大的增强可允许驱动电流变得有用，则提供更高程度的增强的可允许驱动电流(即，更高的波峰因子)。
在一个实施例中，照明装置适于从具有光通量的光源生成可见光，其在所述光源使用时不具有大于40％的％闪烁，优选地不具有大于20％的％闪烁。光源的光通量的有限波动量可增加照明装置(或包含这种照明装置的一般照明设备)的用户的舒适度。在一个实施例中，照明装置可适于生成来自光源的可见光，而不会对人眼产生可察觉的闪烁。缺乏人眼可察觉的闪烁可增加用户对照明装置(或包含这种照明装置的一般照明设备)的满意度。
在一个实施例中，光源可发射至少250流明，任选地至少1000流明，任选地至少2000流明。在一个实施例中，光源的相关色温可在1700-6500K的范围内，任选地在2400-5500K的范围内。在一个实施例中，在约2700K的相关色温下，光源的显色指数可在80-99的范围内。这种光源满足用于一般照明目的的许多要求，诸如亮度、光色和显色性，使得本公开的实施例的照明装置对普通消费者特别方便和可接受。不用说，流明规格、CCT和CRI的许多合适组合可以是可能的。例如，光源可以是光暗灯槽，其是配合到模块化下降天花板网格(即600×600mm或300×1200mm)中的矩形灯具。暗灯槽灯具通常被设计为适应标准荧光灯(例如，T12、T8或T5)，但现在通常被设计为具有集成LED源。在本示例中，暗灯槽灯具在4000K色温下发射4000流明，CRI为80。
在一个实施例中，光源可消耗小于120W、优选小于80W、更优选小于30W的电功率。这种功率消耗可能特别适合于家庭和办公室使用。
在一个实施例中，光源可包括固态设备。固态设备可包括LED，任选地多于一个的LED。
在一个实施例中，当照明装置在使用时，由辐射源消耗的电功率与由光源消耗的电功率的比率可不大于50％、优选不大于25％、更优选不大于10％、进一步更优选不大于5％。在一个实施例中，由辐射源消耗的电功率可小于由光源消耗的电功率，优选小于由光源消耗的电功率的三分之二，更优选小于由光源消耗的电功率的五分之一，更优选在由光源消耗的电功率的约4-11％的范围内。由于辐射源比光源消耗更少的电功率，来自辐射源的附加能量成本可被限制。在一些实施例中，用户几乎不会注意到由辐射源消耗的附加电功率量引起的能量账单中的任何差异。
在一个实施例中，驱动器电路适于响应于对驱动器电路的输入而修改第一驱动电流。输入可来自感知传感器，该感知传感器耦接到驱动器电路并适于取决于感知传感器是否检测到用户在其附近的存在来接通或断开第一驱动电流。输入可来自距离传感器，该耦接到驱动器电路并适于取决于所检测的与用户相距的距离来接通或断开第一驱动电流。输入的另一来源可以是与一天中的时间、环境亮度、季节和/或天气有关的数据，该数据被远程提供给驱动器电路或控制驱动器电路的其他电路，该驱动器电路可修改第一驱动电流以控制传送到用户的辐射量。例如，脉冲频率和由此辐射剂量可在环境光较低的日子、夜间、冬季和/或用户暴露在较少阳光下的阴暗日子增加，并且在环境光较高的日子、夏季和/或晴朗的日子减少。可修改第一驱动电流的影响所传递的辐射剂量的量的任何方面，诸如脉冲振幅、脉冲周期、脉冲频率和占空比。输入的又一个来源可以是由例如用户的智能移动设备提供的用户数据，该智能移动设备可确定例如用户在室内停留的时间量并且然后相应地修改第一驱动电流以增加或减少所传送的辐射剂量。除了辐射剂量之外，也可修改功率密度。可降低功率密度，例如通过减少流过辐射源的外延材料的电流的量。目的可包括靶向某些特定的光生物效应而不刺激其他光生物效应。一个示例是靶向人眼的视网膜。视网膜对比人类皮肤更低的功率密度做出反应，因为与人类皮肤不同，人类眼睛的表面上没有实质上的光吸收层。修改功率密度的另一原因可能是照明装置经由定位系统或感知传感器等感知其与用户相距的潜在可变距离。此类定位系统或传感器可以是照明装置的一部分，或者存在于智能设备或位于用户身体处或附近的其他设备中。在照明装置和用户之间的可变距离下保持传送到用户身体的功率密度的基本恒定量的能力可帮助维持有效量的功率密度向用户身体表面的稳定传送。在有效量的功率密度的传送中改善的稳定性可有助于优化特定生物效应的光生物刺激。
根据本公开的另一个方面，提供了一种照明方法。照明方法可包括：提供光源，所述光源适于发射可见光；提供辐射源，所述辐射源可适于发射预定光谱中的辐射；以及向所述辐射源供应可为脉冲式的并且可具有不大于20％的占空比的第一驱动电流以便生成所述预定光谱中的辐射。光源可以能够发射具有CIE XYZ颜色空间中的色点的可见光，其中所述色点与所述颜色空间中的黑体线相距的距离小于10个颜色匹配标准偏差(SDCM)。预定光谱可在红外波段内。预定光谱可在约760-1400nm的范围内。第一驱动电流可不被供应给光源。占空比可不大于20％。通过对辐射源的精密脉冲化，可在合理的功率消耗量下提供适当和有益的预定光谱中的辐射量。将这种辐射源组合到一般照明设备中可极大地扩展其用途，并且可将其转变为易于使用的具有医疗益处的一般照明源。此外，该方法可具有类似实施例，其与上述照明装置的实施例具有类似效果和优点。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于一般照明的灯。用于一般照明的灯可包括以上讨论的照明装置中的一者。总之，这种用于一般照明的灯可提供双功能可见光源。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于一般照明的改装灯泡。改装灯泡可包括以上讨论的照明装置中的一者。总之，这样的改装灯泡可提供一般照明和医疗益处。改装灯泡可特别适合于与现有的灯具体一起工作。
根据本公开的另一方面，提供了一种改装灯管。改装灯管可包括以上讨论的照明装置中的一者。总之，这样的改装灯管可提供一般照明和医疗益处。改装灯管可特别适合于与现有的灯具体一起工作。
根据本公开的另一个方面，提供了一种照明器具。照明器具可包括以上讨论的照明装置中的一者。总之，这样的照明器具可提供一般照明和医疗益处。
在所附权利要求中给出了根据本公开的照明装置、照明方法、灯、改装灯泡、改装灯管和照明器具的其他实施例，其公开内容通过引用并入本文。
很明显，上面描述和解释的各种实施例彼此相互兼容，除非明确说明。因此，来自上述实施例的任何数量的特征的组合仍在本公开中。例如，示范性预定光谱、辐射源的示范性(峰值)发射功率电平和光源的示例性亮度的不同组合清楚地在本公开的范围内。另外，上述实施例中的特征可被取消或以其他方式省略。例如，预定光谱可在800-1100nm的示范性范围内具有不同的发射峰和谷。同样地，CCT可包括在诸如1700-6500K的特定示例性范围内的离散子域。此类变化仍然清楚地在本公开的范围内。
附图说明
现在将参考所附示意性附图仅以举例方式来描述实施例，其中对应附图标记指示对应部分，并且其中：
图1A示意性地示出了根据本公开的实施例的照明装置。
图1B示意性地示出了根据本公开的实施例的照明装置。
图1C示出了包括黑体线的一部分的CIE XYZ颜色空间的一部分。
图1D示出了在沿着黑体线的特定数量的色点周围具有MacAdam椭圆的黑体线的一部分。
图1E示出了对图1C所示的块进行分段。
图2A示出了根据本公开的实施例的灯泡。
图2B示出了根据本公开的实施例的灯管。
图2C示出了根据本公开的实施例的灯。
图2D示出了根据本公开的实施例的照明器具。
图3示出了根据本公开的实施例的照明装置的使用场景。
图4示出了根据本公开的实施例的照明装置中的驱动电流随时间推移的曲线图。
图5示出了根据本公开的实施例的来自照明装置的发射功率随时间推移的曲线图。
图6A示出了适合于在本公开的实施例中使用的辐射源的可允许脉冲处理能力。
图6B示出了根据本公开的实施例的驱动电流和对应辐射的测量结果。
图7A概念性地示出了根据本公开的实施例的线性灯。
图7B示意性地示出了根据本公开的实施例的可用于线性灯的照明装置。
图8提供了可结合本公开的实施例使用的暗灯槽的示例性图示。
图9A示出了可在本公开的实施例中使用的可见光源和辐射源的示例。
图9B示出了在本公开的实施例中使用的可见光光源的测量光谱，测量平均值超过4秒。
这些附图仅用于说明目的，并不用作对权利要求所规定的范围或保护的限制。
具体实施方式
以下是本发明的某些实施例的描述，仅作为示例并参考附图给出。
参考图1A，其示出了根据本公开的实施例的照明装置(其也可称为“照明组件”)1a。照明装置1a包括辐射源10、光源11和驱动器电路12。任选地，照明装置1a可包括耦接到驱动器电路12的传感器14。
辐射源10适于以包括不可见光谱的预定光谱发射辐射100。辐射源10在接收到驱动信号或由驱动信号激励时发射辐射100。驱动信号可以是电信号。在一个实施例中，驱动信号是电流，诸如第一驱动电流101。
预定光谱不限于不可见光谱并且可任选地包括可见光谱的一部分。在一个实施例中，预定光谱包括红外(IR)光谱并且可任选地还包括红色(可见)光谱中的光。在一个实施例中，预定光谱在IR光谱内，任选地在近红外(NIR)光谱内。在一个实施例中，预定光谱可在760-1400nm的范围内。预定光谱可任选地在800-1100nm的范围内。另一个选择是800-870nm的范围。在一个实施例中，预定光谱不包括可见光谱。
医学研究的最近进展表明，通过以特定能量/功率水平的包括IR光谱和/或红光的辐射来辐照活有机体可诱导有益的生物或生化响应。这种辐照通常被称为光生物调节(PBM)。关于采用PBM疗法来治疗生理和心理症状的医疗益处的现有医学研究结果正在迅速增加。已经引起特别注意的一些波长包括606、627、630、632.8、640、660和670nm(在红色区域中)和785、800、804、808、810、820、830、850、904、980和1060nm(在NIR区域中)。已经引起特别注意的一些光谱包括650-680nm和800-870nm。
在一个实施例中，预定光谱在800-1100nm的范围内，其中任选峰值发射在830nm左右。其他任选峰值发射包括980和/或1060nm。在一个实施例中，预定光谱在800-870nm的范围内，其中任选峰值发射在820-850nm的范围内。
在一个实施例中，辐射源10可包括固态设备。在一个实施例中，辐射源10可包括发光二极管(LED)和任选地包括多于一个LED。在一个实施例中，辐射源10可包括在NIR区域中发射的LED。
辐射源10在使用时可能消耗电功率。对于辐射源10可消耗的电功率量没有特定的限制，只要它在辐射源10中使用的设备的物理能力的限制内即可。在一个实施例中，辐射源10消耗小于50瓦(W)的电功率。在一个实施例中，辐射源10可消耗小于40W、30W、25W、20W、15W、10W或5W的电功率。由辐射源10消耗的电功率量可在一定范围内，诸如5-50W、10-45W和具有上述端点的其他范围。
辐射源10可具有不同水平的发射功率，其可具有的单位为瓦(W)。取决于诸如辐射源10的辐射模式和与测量辐射100的功率密度的辐射源10相距的距离的因素，由辐射源10发射的辐射100可实现不同水平的功率密度(每单位面积的功率)。由辐射100实现的功率密度描述了分布在特定表面积上的(光学)功率的量，并且可具有诸如每米瓦特(W/m2)或每厘米瓦特(W/cm2)的单位。例如，假定辐射源发射10W并且是具有均匀球形分布图案的点源。则在离辐射源2米远的位置接收到的功率密度为10/(4π*2^2)＝约0.2(W/m2)。
辐射源10的发射功率可随时间推移而变化。因此，虽然辐射源10可能随着时间推移以基本上恒定的振幅(这意味着基本上恒定的发射功率)发射辐射100，但也可能辐射源10以其他时域特性发射辐射100。在一个实施例中，辐射源10发射脉冲化的辐射100。脉冲可具有脉冲持续时间和脉冲周期。脉冲持续时间是脉冲的持续时间。脉冲周期表示脉冲重复的频率(其也可被描述为“脉冲频率”，它是脉冲周期的倒数)。应注意，脉冲之间的辐射振幅或强度不一定为零。在脉冲之间，仍可能存在一定量的辐射(小于在脉冲期间)，诸如由瞬变诱导的辐射。在一个实施例中，限定脉冲的阈值振幅或强度是足以在诸如人体的生物体内诱导PBM效应的量。
脉冲的形状没有特别的限制。在一个实施例中，脉冲可具有矩形形状。其他形状也是可能的，诸如正弦形、三角形和锯齿形。具有不同形状的脉冲的组合也是可能的。在一个实施例中，脉冲的结束可定义为振幅下降到预定阈值以下的点。预定阈值可大约为零或非零。预定阈值可用相对术语定义，诸如峰值振幅的百分比，诸如0.001％、0.01％、0.1％、1％等。预定阈值也可用绝对值定义。一些脉冲形状可特别适合取决于辐射源的某些条件，例如与用作辐射源的材料(例如，半导体或荧光粉)有关的延迟或衰减效应。矩形脉冲形状可能是有利的，因为用于此类脉冲的可用发生器种类繁多，诸如集成电路。在需要分散辐射功率的情况下，正弦脉冲形状可能是有益的。
在一个实施例中，所发射的辐射100是脉冲式的，并且可具有约0.05-500ms的范围内的脉冲持续时间。在一个实施例中，脉冲持续时间可在约0.1-100ms或约0.5-20ms或约l-20ms或约4-10ms的范围内。脉冲持续时间的其他范围(诸如1-40ms、4-40ms和8-30ms)也是可能的。取决于期望诱导的PBM响应的类型，脉冲持续时间的其他值或范围也是可能的，诸如5ms、13.4ms、27.78ms；16ms、8ms和4ms，其各自具有50Hz、100Hz和200Hz的脉冲频率；8ms和40ms。这些值和范围可能特别适合于实现某些类型的医疗益处。
在一个实施例中，所发射的辐射100是脉冲式的，并且可具有约0.01-10000Hz的范围内的脉冲频率(脉冲周期的倒数)。在一个实施例中，脉冲频率可在约0.1-2500Hz或约1-160Hz的范围内。脉冲频率的其他范围也是可能的。
与脉冲持续时间和脉冲周期(频率)相关的参数是占空比。占空比描述了脉冲的周期和脉冲之间的周期之间的比率，通常被表示为百分比。占空比可定义为脉冲持续时间除以脉冲周期。在一个实施例中，辐射100具有不大于50％的占空比。其他最大占空比值也是可能的，诸如40％、30％、20％、10％、5％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％和0.01％。在一个实施例中，可使用多于一个占空比；它们也可交替使用。可变占空比直接允许不同时间内的不同剂量，特别是如果与可变频率相结合。对于其驱动强度与占空比有关的某些类型的辐射源(例如，由于热约束)，可变占空比可通过提供不同的冷却周期而附加地允许在不同时间内的不同功率密度。
脉冲式辐射100可具有峰值发射功率。在一个实施例中，由辐射源(通过例如脉冲式驱动电流)发射的辐射的峰值发射功率至少为25W。在一个实施例中，峰值发射功率可以是至少50W、75W、100W、150W、200W、300W、400W或500W。对峰值发射功率的约束包括可用的电功率和在辐射源10中使用的设备的数量和物理能力。在一个实施例中，由辐射源10发射的辐射100的峰值发射功率足以在人体中诱导有益的光生物调节(PBM)响应。
如果由辐射源10发射的辐射100是脉冲式的，则在远离辐射源10的一定距离处测量的辐射100的功率密度也可随时间推移而变化并且因此可具有峰值和谷值。换句话说，如果功率密度随时间测量并显示在例如示波器上，则可显示脉冲式信号。在一个实施例中，由辐射源10发射的辐射100实现的峰值功率密度为0.4-50mW/cm2和任选地为1-50mW/cm2以及任选地为5-15mW/cm2，尽管其他合适的范围也是可能的。取决于使用场景，可在与辐射源10相距约0.2m和约5m之间的公共平均距离处测量(峰值)功率密度。优选地，辐射源10可在与辐射源10相距约0.5m至3m的公共平均距离处实现上述功率密度范围。在另一个实施例中，可在照明装置1a的照度约为500勒克斯(lx)的距离处测量(峰值)功率密度。
众所周知，功率乘以时间产生能量。因此，辐射量也可以能量(例如，焦耳(J))或能量密度(例如，J/cm2)来表示。在一个实施例中，辐射源100在8小时内以预定光谱发射至少3,000焦耳(其他能量值和持续时间值(诸如1、2、4和6小时)也是可能的)。
在特定周期内的在给定的点处接收到的辐射能量的总量可以每单位面积能量来表示。这个量可被称为“注量”或简单地称为“用量”或“剂量”，其中J/cm2为示例性单位。
在一个实施例中，辐射源100可被配置为传送足以在人体中诱导PBM响应的剂量。可能需要不同的剂量，这取决于要诱导的PBM响应的类型。在一个实施例中，辐射源100可被配置为传送在与辐射源相距的公共平均距离处测量的0.01-5J/cm2的剂量。与辐射源相距的公共平均距离可能在约0.2m和约5m之间，这取决于使用场景。优选地，可在可介于约0.5m和3m之间的与辐射源相距的公共平均距离处测量剂量。在另一个实施例中，可在照明装置1a的照度约为500勒克斯(lx)的距离处测量所传送的剂量。
光源11适于发射可见光。光源11在接收驱动信号或由驱动信号激励时发射可见光110。驱动信号可以是电信号。在一个实施例中，驱动信号是电流，诸如第二驱动电流111。光源11可用于一般照明、任务照明和重点照明中的任何一种的目的。在一些实施例中，所发射的可见光110可具有与CIE XYZ颜色空间中的黑体线相距的距离小于10SDCM的色点。在一些实施例中，色点可与黑体线相距的距离在8SDCM、7SDCM、6SDCM、5SDCM或3SDCM内。这种类型的光对于一般照明、任务照明和重点照明的目的可能是有用的。
在本文的场景中，“一般照明”(其有时可称为“一般照明”)意味着它并非不只是辅助人类视觉的照明的特殊用途照明(例如，杀灭细菌、种植植物、探测裂缝、医疗、晒黑)。它意味着，当空间太暗而使人们无法在其中工作/生活，并且必须提高其照明水平时，本文的实施例可用于提高该空间的照明水平的目的，使得人们在该空间中方便地生活和工作。
在本文的场景中，“任务照明”是指具有更具体应用的形式的一般照明，诸如用于运动场、医院、开放街道和高速公路。与一般照明相比，任务照明可需要更高的输出以实现更高的亮度和/或覆盖更大的区域。在本文档的场景中，“重点照明”是指旨在产生视觉重点的形式的照明，其中常见的应用包括强调室内植物、雕塑、绘画和其他装饰，以及强调建筑纹理或室外景观。
光的颜色可描述为颜色空间(诸如CIE XYZ颜色空间)中的一点。用于一般照明目的的可见光110的颜色不限于严格的白光，白光在颜色空间中占据非常小的区域(如果不是单点的话)。可被认为适合于一般照明、任务照明或重点照明目的的示例性色点包括黑体线、黑体线的一部分，以及与黑体线(其一部分)相距的特定距离内的色点。
黑体线是由黑体在各种黑体温度下发射的电磁辐射的CIE颜色空间中的色点的集合。不同的黑体温度导致不同的色调。例如，白炽灯可在2700K下发射光，其显示出淡红或橙色色调，通常被称为“暖”白光。在较高温度(诸如4000K和6500K)下的色调较白并且有时被称为“较冷”。
适用于一般照明、任务照明或重点照明目的的色点不限于黑体线上的色点，并且可包括与黑体线相距的特定距离内的色点。对于非黑体辐射光源(诸如荧光灯和LED)可能是这种情况。
图1C示出了来自ANSI C78.377-2008标准的CIE XYZ颜色空间的一部分。所示的颜色空间包括黑体线的一部分，标记为“普朗克轨迹”。六个椭圆(被称为7步MacAdam椭圆)分别指示与黑体线上的对应于2700K、3000K、3500K、4000K、5000K和6000K的色点相距7SDCM内的区域的边界。本领域普通技术人员理解，SDCM具有与MacAdam椭圆相同的含义。具有与黑体线上的一点(优选地介于1700K至6500K之间的点)相距7SDCM内的色点的可见光可仍被肉眼认为是相对白色的，并且可适用于一般照明、任务照明或重点照明目的。
图1D示出了在CIE XYZ颜色空间中的黑体线的一部分，其具有在对应于2700K、3000K、3500K、4000K、5000K和6000K的色点中的每一者周围的四个MacAdam椭圆。四个MacAdam椭圆分别指示与对应色温相距的7SDCM、5SDCM、3SDCM和1SDCM。具有任何示出的MacAdam椭圆内的色点的可见光可适用于一般照明、任务照明或重点照明的目的。
回到参考图1C。指示可适用于一般照明、任务照明或重点照明目的的色点的另一种方式是通过分块，诸如在图1C中指示为各种四边形的ANSI C78.377-2008分块标准。图1C所示的分块并不是详尽的。例如，图1E示出了可允许更精确规格的对图1C所示的块的分段。
在一个实施例中，光源11(或包括光源11的照明装置1a)可适于生成可见光110，其光通量在使用光源11时波动不超过20％或15％或10％或5％或3％。具有有限的光通量波动的可见光110具有较小的闪烁并且因此更适合于一般照明。在一个实施例中，光源11(或包括光源11的照明装置1a)可适于生成对人眼没有可感知闪烁的可见光，例如，非常少量的闪烁或仅处于太高而无法由人眼感知的频率的闪烁。
在一个实施例中，光源11可发射至少25流明，这相当于约两根蜡烛。这种光源可用于家庭装饰目的。在一个实施例中，光源11可发射至少100流明。在一个实施例中，光源11可发射至少300流明，这适用于家庭中的一般照明目的。其他量的光通量也可能适合例如办公室或工厂环境中的一般照明。
在一个实施例中，发射可见光110的光源11的相关色温(CCT)在约1700-6500K的范围内，任选地在约2400-5500K的范围内，任选地在约4000-5500K的范围内。在一个实施例中，在约2700K的相关色温下，发射可见光110的光源11的显色指数在80-99的范围内。对于一般照明目的，此类光源比例如单色R、G或B光源更容易被人类用户接受。不用说，流明规格、CCT和CRI的许多合适组合是可能的。
光源11可消耗电功率。在一个实施例中，光源11可消耗小于120W、任选地小于80W、任选地小于30W的电功率，这取决于照明装置1a的使用场景的功率要求。
用于一般照明的许多光源可用作光源11。在一个实施例中，光源11可包括白炽灯泡、卤素灯泡或荧光灯管。在一个实施例中，光源11可包括固态设备。在一个实施例中，光源11可包括发光二极管(LED)或者多于一个LED。LED的类型没有被特别地限制。
辐射源10和光源11可各自消耗电功率。在一个实施例中，当照明装置1a在使用中时，辐射源10可消耗光源11所消耗的电功率的一定分数。该分数可不大于50％，任选地不大于25％，任选地不大于10％，任选地不大于5％。较低分数意味着除了由光源11提供的一般照明的益处之外，照明装置1a的用户可以较低的边际功率消耗获得PBM诱导辐射的附加益处。辐射源10所消耗的电功率量也可用组合的辐射源10和光源11的总电功率消耗的分数来表示，例如，小于三分之二、小于五分之一或在约5％-10％的范围内。
驱动器电路12可提供驱动信号以驱动或激励辐射源10和光源11。在一个实施例中，驱动器电路12可向辐射源10提供第一驱动电流101并向光源11提供第二驱动电流111。第一驱动电流101和第二驱动电流111可彼此不同。在一个实施例中，驱动器电路12可向辐射源10而不向光源11提供第一驱动电流101；和/或驱动器电路12可向光源11而不向辐射源10提供第二驱动电流111。
在一个实施例中，第一驱动电流101可以是脉冲式的，并且具有小于20％、任选地小于10％、任选地小于5％的占空比。在一个实施例中，不将脉冲式的第一驱动电流101提供给光源11。
在一个实施例中，辐射源10可使得其几乎立即(即，没有延迟或可忽略的延迟量)对第一驱动电流101作出反应，在这种情况下，第一驱动电流101随时间推移而变化的方式以及由辐射源10发射的辐射100随时间推移而变化的方式彼此类似或基本上相同。例如，如果可对驱动电流快速反应的现代固态辐射设备(诸如LED)用作辐射源10并由脉冲式驱动电流101驱动，则由辐射源10发射的辐射100也以类似的脉冲参数(诸如峰值强度、脉冲持续时间、脉冲周期/频率、占空比等)进行脉冲化。
在一个实施例中，驱动光源11的第二驱动电流111也可以是脉冲式的。一个示例是使用脉宽调制来实现LED一般照明设备中的调光控制。在一个实施例中，第二驱动电流111可以是DC或AC，这可能是由特定光源要求的。在一个实施例中，第二驱动电流111可以连续波(CW)模式驱动光源11。
任选的传感器14可向驱动器电路12提供输入141。驱动器电路12可响应于输入141而修改第一驱动电流101。例如，传感器14可以是感知传感器或距离传感器，其取决于用户的存在和/或距离指示驱动器电路12接通或关断第一驱动电流101。在一些实施例中，耦接到驱动器电路12的不是严格意义上的“传感器”，而是可能存在或不存在于照明装置1a内的更一般的信息源。例如，输入141可以是来自用户的智能移动设备的天气或用户数据。
应注意的是，照明装置1a可包括图1A中未明确绘制的电路块/元件，诸如外部电源、开关、镇流器和接地引脚。在辐射源10和驱动器电路12之间和/或在光源11和驱动器电路12之间还可存在附加的电路块/元件以实现各种目的，诸如控制第一驱动电流101和第二驱动电流111。
图1B示出了根据本公开的实施例的照明装置1b。与照明装置1a相比，照明装置1b还包括驱动器电路13。驱动器电路13是任选的。驱动器电路13的添加可在驱动光源11方面提供更大的灵活性。例如，可以不同于辐射源10的方式容易地驱动光源11。此外，分离用于激励光源11和辐射源10的驱动器电路可有助于减小干扰和串扰。
图2A-2D示意性地示出了根据本公开的合并以上讨论的照明装置的不同实施例。
图2A示出了包括照明装置1a的灯泡2a。灯泡2a可以是普通消费者会发现熟悉和容易使用的改装灯泡。照明装置1a中的光源11可提供足够的可见光110以使灯泡2a适合于一般照明目的。可见光110可在数量(例如，足够的亮度)和质量(例如，无闪烁、舒适的颜色等)两方面都是足够的。在安装并打开灯泡2a之后，用户不仅接收用于照明的可见光110，而且还暴露于可在人体中诱导有益的PBM响应的辐射100。也就是说，根据本公开的实施例的灯泡2a实现两个功能，使其远比传统灯泡更加有用。
图2B示出了包括照明装置1a的灯管2b。灯管2b可以是普通消费者会发现熟悉且与传统荧光灯管一样容易使用的改装灯管。灯管2b可适于配合在标准荧光照明器具中。与灯泡2a类似，灯管2b可向其用户提供双重功能(一般照明和健康益处)。
图2C示出了包括照明装置1a的灯2c。灯2c可以是现成的灯，其适于容易地与现有标准配件配合。普通消费者可购买灯2c并使用它，而不需要打电话给电工以适配标准配件，同时向用户提供了与照明装置1a一样的巨大的通用性和益处。在一个实施例中，灯2c可被定制为与特定配件相配合。
图2D示出了包括照明装置1a的照明器具2d。照明器具2d可包括用于容纳照明装置1a的灯配件或包括照明装置1a的灯，并且可任选地包括装饰元件(诸如遮光罩、基部和/或外壳)。照明器具2d可用于例如家庭或办公环境中，并且可包括附加光源以满足附加照明要求。在一个实施例中，照明器具2d可作为现成产品提供，其中照明装置1a的所有元件已经安装在照明器具2d中。用户可购买这样的照明器具2d，为其提供电功率，并且直接享受一般照明和医疗益处的双重益处。
照明装置1a的一些元件可安装在照明器具2d的外部。例如，辐射源10和光源11可安装在照明器具2d内，而驱动器电路12放置在外部但连接到照明器具2d。如果辐射源10和光源11由两个驱动电路驱动，则驱动电路中的一者可安装在照明器具2d内并且另一者可放置在照明器具2d外。也可使用多于一个灯具，其中照明装置1a的一些元件安装在一个照明器具中，并且照明装置1a的其他元件安装在另一个照明器具中。例如，辐射源10和驱动器电路12可安装在一个照明器具上，并且光源11和驱动器电路13可安装在另一个照明器具上。还可将辐射源10安装在一个照明器具上并且将光源11安装在另一个照明器具上，并切使驱动器电路12安装在两个灯具的外部，但连接到这两个灯具。
尽管照明装置1a在图2A-2D中示出，但显然这不是限制性的。
图3示出了根据本公开的实施例的照明装置1a的使用场景。
在图3中，照明装置1a发射辐射100和可见光110。用户20与照明装置1a相距距离d。距离d可以是例如1米。可见光110照亮用户20的周围。用户20暴露于辐射100。由用户20暴露于的辐射100实现(或由辐射产生)的功率密度取决于诸如距离d和辐射模式的因素。
作为非限制性示例，假定辐射源10具有500W的光发射功率，光峰值波长为850nm，以便在与辐射源10相距2m处能够实现8mW/cm2的功率密度。如果辐射源10以CW模式工作(即，以500W的非脉冲式的、基本上恒定的发射)，则假定电光功率转换效率为50％的情况下，所需的电功率量为1000W。
在上述非限制性示例中，在2m距离处的用户20可暴露于足以诱导PBM响应的8mW/cm2的功率密度。用户20接收的剂量(能量密度)是8mW/cm2乘以暴露时间。
上述非限制性示例中的辐射源10可以提供附加益处的不同方式操作或驱动，如下文所述。
参见图4，其示出了根据本公开的实施例的照明装置中的各种驱动电流随时间推移的曲线图。曲线30表示第一驱动电流101，并且曲线31表示第二驱动电流111。如图所示，表示为曲线30的第一驱动电流101是脉冲式的，而表示为曲线31的第二驱动电流111不是脉冲式的。非脉冲式的第二驱动电流111可帮助光源11提供适合于一般照明的稳定可见光。然而，第二驱动电流111可具有不同的形状，一些示例由曲线31-33示出。例如，第二驱动电流111可以是稳定的DC电流，如曲线31所例示。作为另一个示例，第二驱动电流111可以是整流的AC电流，如曲线32所例示。整流的AC电流可具有例如100或120Hz的频率；这种驱动电流可适用于诸如白炽灯的可见光光源。作为另一个示例，第二驱动电流111可以是脉冲式的，如曲线33所例示。曲线33可表示脉宽调制(PWM)的驱动电流，其脉冲频率在约20000Hz-300000Hz，任选地约50000Hz-300000Hz的范围内。使光源11以适当频率脉冲化可提供调光控制，而不生成人眼可察觉的闪烁。明显的是，图4中的标度只是为了说明并且不精确。
如图4所示，第一驱动电流101具有脉冲持续时间Td和脉冲周期T。占空比为Td除以T。在脉冲期间，辐射源10以最大发射操作；在脉冲之间，辐射源10被关闭。
作为非限制性示例，假定脉冲持续时间Td为2ms并且脉冲周期为1s(即，1Hz的脉冲频率)，即0.2％的占空比。如此驱动的辐射源10在脉冲期间仍将在2m距离处传送8mW/cm2的功率密度，但因为辐射在0.2％的时间内存在，所以脉冲模式下的平均光功率变为1W，而不是500W。这也意味着以相同因子500的电功率消耗减小。
也就是说，通过脉冲化可获得相同量的发射功率(在源处)和功率密度(在与源相距一定距离处)，具有电功率消耗的对应减少，通常以较大因子。由于用于一般照明的装置通常对电功率消耗有限制，所以使辐射源10脉冲化可在更严格的电功率预算下维持PBM响应诱导的功率密度电平。使辐射源10脉冲化的另一个结果是，用户20在相同时间内接收的辐射剂量(与能量密度相关)将以对应因子减少。然而，较低的剂量实际上可能是益处，因为它减少了过量的风险。也就是说，用户20不会担心何时关闭照明装置1a并且简单地将其用作常规的一般照明源。
参见图5，其示出了根据本公开的实施例的照明装置的辐射源10和光源11的发射功率随时间推移的曲线图。曲线40表示辐射100，并且曲线41表示可见光110。如果辐射源10和光源11可立即对相应驱动信号作出反应，则辐射100/可见光110的形状将匹配相应驱动信号；如果没有，可能会出现延迟和瞬变。例如，由整流的AC电流驱动的热发射器(诸如白炽灯泡)所发射的光的强度会因为热惯性而比整流的AC电流更慢地改变。作为另一个示例，在适合于调光控制的足够高的频率范围内用PWM信号驱动LED可产生在人眼看来基本上恒定的光。然而，实施例后面的发明概念将保持基本上相同。
取决于所使用的辐射源的类型和所需的PBM诱导辐射量，第一驱动电流的大小、脉冲持续时间、脉冲周期和占空比可改变。
参见图6A，其示出了对于质心波长为850nm的常见类型的高功率SSL辐射源，在脉冲持续时间(沿水平轴)和占空比(由曲线族表示)的不同条件下可允许驱动电流的量(沿垂直轴)。
众所周知，几种类型的辐射源具有限制其可允许驱动电流的热约束。发光二极管是一个示例：过量的正向电流可使结温升高到如此之高，使得其减小辐射输出并从而减小效率。然而，脉冲化与选定量的占空比相结合允许辐射源在脉冲之间冷却，由此允许增强的可允许驱动电流。这可在图6A中看到，其涉及LED的脉冲化处理能力：如果辐射源不是脉冲式的(D＝1)，则驱动电流最多为1A；如果辐射源用20％(D＝0.2)的占空比和0.1ms的脉冲持续时间进行脉冲化，则驱动电流可超过3.5A。换句话说，脉冲化可使得增强的可允许驱动电流能够以可靠方式从相同(数量)的辐射源获取更多的辐射输出。
尽管图6A中的曲线图涉及特定类型的高功率SSL(固态照明)近红外辐射源，但使辐射源脉冲化以实现增强的可允许驱动电流通常适用于所有SSL辐射源，而不限于任何特定类型的SSL辐射源。
使辐射源脉冲化的效应得到了实验验证。图6B示出了不同于与图6A相关联的驱动电流的馈入发光二极管的驱动电流的测量结果以及在850nm下的对应辐射输出。图6B的顶部示出了平均在约2.5A且跨越约5ms的驱动电流。图6B的底部显示了测量的辐射强度，该辐射强度稳定持续约1ms吧并且然后下降约28％。这可用使用中的辐射源的脉冲处理能力来解释：如果占空比小于约20％(所测量的辐射强度在1ms开始热下降，其约为整个脉冲的20％)并且脉冲持续时间小于约1ms时，2.5A的驱动强度是可允许的。
脉冲允许以不同增强程度驱动辐射源的能力可用于减小供应特定量的PBM诱导辐射的照明装置的成本。这也可在图6A中看到：2％(D＝0.02)的占空比和5ms的脉冲持续时间可实现约2.2A的驱动强度，而相同占空比与10ms的较长脉冲持续时间可实现约1.7A的驱动强度。也就是说，该示例表明，与以较长脉冲持续时间操作辐射源相比，其辐射源以较短脉冲持续时间操作的照明装置可以更少数量(约20％)的辐射源实现相同量的辐射功率密度，由此减小照明装置的成本。这可被描述为使用脉冲来热“淬火”辐射源，否则该辐射源的过驱动是不可能的。通过允许使用例如具有较小管芯尺寸(更便宜但热更受限制)或热方面不太有利封装的发光二极管，过驱动还可减小照明装置的成本。另外地或替代地，脉冲化和特别是过驱动可打开通向辐射源的工程热和机械方面的大门(诸如使用倒装芯片或线接合和/或设计辐射源和电路板之间的热流)以便改善电气(驱动强度)和光学(辐射功率密度)方面。
简而言之，期望的PBM响应的类型确定期望的辐射功率密度并且有时也确定最小脉冲持续时间。期望的辐射功率密度确定所采用的辐射源的驱动强度。驱动强度可能会受到热考虑的限制，这可由更昂贵的辐射源克服。另选地，脉冲化和过驱动可改善驱动强度和成本之间的权衡。
以下示例示出了如何在一些类型的照明设备中应用上面讨论的实施例后面的发明概念。这些示例只是为了说明，不是详尽的，也不是限制性的。
示例——线性灯
图7A概念性地示出了根据本公开的实施例的线性灯7。
例如，线性灯7可以是T8或T5类型。线性灯7可配备有LED作为荧光技术的替代品。线性灯7可具有不同的长度，例如为标准荧光照明器具设计的60cm、120cm和150cm。
在本示例中，假定线性灯7为150cm，并且在180°内具有均匀的光分布。假定线性灯7包括NIR辐射源。在与光源相距的距离r＝2m处，理论半圆柱体的表面积(其表示距离2m处的理论光分布)为A＝πrh＝～10m2，或如果总平均NIR输出功率为1W，则1m2/0.1W。因此，如果用户20与线性灯7相距2米，则在用户20的皮肤表面处的NIR光谱中的平均功率密度为约10uW/cm2(0.1W/m2)。
还假定线性灯通常放置在网格中。因此，在与线性灯相距的2m平均距离处，用户皮肤上的累积平均功率密度估计平均高出约60％，这导致约16uW/cm2。这种增益可通过光束的重叠和漫射光的积累而达到，这些光束和漫射光来自放置在线性灯的特定公共网格中的相邻线性灯。60％值是基于实际办公室中安装的线性灯的实际经验来估计的，并且在现实中可取决于光束模式、线性灯之间的距离和其他因素(如相关表面的反射率)而变化。
医学研究表明，人体皮肤处的在1-50mW/cm2范围内的平均NIR功率密度可诱导有益的PBM响应。本发明人还认识到，在人体皮肤处的约5-15mW/cm2，更具体地说约8mW/cm2的平均NIR可诱导特别有益的PBM响应，因为在皮肤处的该功率密度范围可使在皮肤的特定目标层(真皮)中的功率密度为约0.4-1mW/cm2，发明人假定该功率密度与长期全身效应最相关。这比线性灯能够传送的16uW/cm2高500倍。500倍差转换为线性灯中的NIR辐射源所需的500W的总平均近红外输出功率。这个量的NIR输出功率意味着超过500W的电功率消耗(考虑到其他因素，诸如非理想效率)，尽管仍有可能实现，但其可能不适合某些使用场景(诸如用于家庭使用的一般照明灯)。
如果NIR辐射源以2ms的脉冲持续时间和1s的脉冲周期(等于0.2％的占空比)进行脉冲化，则NIR辐射源在脉冲期间仍然输出500W，但随着时间推移的平均电功率消耗以因子500减小(即，相当于1W连续波(CW))。
可能具体实施是使用分布在150cm上的200个NIR LED，其中每个NIR LED具有2.5W的峰值输出功率(仍然以2ms/s进行脉冲化)。给定上述光输出功率和脉冲参数，辐射源在8小时后发出的能量的量为约1(W)*8(小时)*60(分钟/小时)*60(秒/分钟)＝28800(J)。在8小时后传送到2米距离处的用户的皮肤的剂量为约16(uW/cm2)*8(小时)*60(分钟/小时)*60(秒/分钟)＝460800(uJ/cm2)＝0.4608(J/cm2)。该剂量可适用于诱导特定有益的PBM响应。
假定NIR LED的电光功率转换效率为50％，则NIR辐射源的这种具体实施平均消耗2W的电功率。
假定线性灯7还包括消耗30W电功率的用于一般照明的光源，这对于家庭使用来说并不罕见。然后，线性灯7将总共消耗32W电功率，其中30W专用于一般照明的可见光，并且2W专用于可诱导有益PBM响应的脉冲式NIR辐射。也就是说，线性灯7可向其用户20给予两个益处：一般照明和医疗益处。
图7B示意性地示出了可用于线性灯7中的照明装置lc。辐射源10可包括多个LED70，其数量和光特性可与所描述的内容类似。光源11可包括为一般照明提供可见光的多个LED 71。驱动器电路12可提供脉冲式驱动电流，使得辐射源10发射具有上述特性的NIR辐射。另一个驱动器电路13可提供非脉冲式驱动电流，使得光源11发射用于一般照明的可见光。
上述示例是非限制性的，如以下变体将展示的。
变体1
为了增加剂量(能量密度)，可增加脉冲持续时间或脉冲频率(即减少脉冲周期)。增加脉冲频率可能是有利的，因为一些医学研究结果表明，与较长脉冲相比，较短脉冲可使得能够实现更高的剂量响应(即离子通道的激发和弛豫)。然而，较高脉冲频率和相同脉冲持续时间需要较高电功率消耗。
作为一个示例，假定脉冲频率从1Hz增加到10Hz并且脉冲持续时间保持在2ms。对于用户的所得的8小时剂量将从0.46J/cm2增加到4.6J/cm2。电功率消耗也会以因子10增加，从2W电功率增加到20W电功率(假定NIR发射器的相同50％转换效率(WPE))。
变体2
在这种变体中，脉冲频率从1Hz增加到1.5Hz，从而产生0.6912J/cm2的8小时剂量，比0.4608J/cm2高50％。在这种变体中，功率消耗也将增加50％，从2W电功率增加到3W电功率(假定NIR发射器的50％WPE)。
变体3
在这种变体中，脉冲持续时间从2ms减小到1ms，并且脉冲频率从1Hz减小到0.5Hz(即每2秒释放1ms脉冲)。然后，功率消耗变为0.5W(以50％WPE)，并且每天剂量(8h暴露)以因子4减小到0.1152J/cm2。
假定30W电功率专用于发射可见光以进行一般照明的光源(白光LED为例)。因此，由NIR辐射源消耗的电功率(0.5W)为总30.5W的约1.64％。也就是说，提供PBM诱导NIR辐射的附加益处仅以不到2％的附加功率消耗为代价。用户几乎不会注意到他的能量账单的此类增加。
变体4
在这种变体中，脉冲长度为1ms(2ms的50％)并且脉冲频率为5Hz(1Hz的五倍)。所得的电消耗为5W(以50％WPE)，并且皮肤的每天剂量(8h暴露)变为1.152J/cm2。
假定30W电功率专用于发射可见光以进行一般照明的光源(白光LED为例)。然后由NIR辐射源消耗的功率(5W)为总功率35W的14.29％。
变体5
在这种变体中，脉冲长度为5ms(2ms的250％)并且脉冲频率为1Hz。所得的电消耗为5W(以50％WPE)，并且皮肤(在2m的相同平均距离处)的每天剂量(8h暴露)变为1.152J/cm2。
变体6
在该变体中，辐射源包括100件峰值发射在800nm的NIR LED(或激光LED，或其他固态照明(SSL)源)和100件峰值发射在850nm的NIR LED(或激光LED，或其他SSL源)，而不是200个相同的NIR LED。脉冲参数、光发射功率和电功率消耗保持不变。
在这种变体中，总光发射功率(强度)由具有不同波长的两种发射器实现。该变体表明，从灯发射的功率以及传送到用户皮肤的功率密度和能量密度也可由在NIR光光谱内具有不同发射光谱的多于一种的NIR发射设备累积。
变体7
在该变体中，辐射源包括100件峰值发射在850nm的NIR LED(或激光LED，或其他固态照明(SSL)源)和100件峰值发射在980nm的NIR LED(或激光LED，或其他SSL源)，而不是200个相同的NIR LED。脉冲参数、光发射功率和电功率消耗保持不变。
该变体再次证明传送到用户皮肤的功率密度和能量密度可包括NIR光光谱内的不同光谱。
变体8
在这个变体中，200件NIR LED(或激光LED，或其他SSL源)全部具有在980nm的峰值发射。
通常，人眼能够看到760-780nm的光，但有些人的视力延伸到约1000nm。这种变化对于具有进入NIR的延伸视力人可能是有用的。其他合适峰值发射位置包括1060nm。
变体9
在该变体中，线性灯中的辐射源包括150件峰值发射在850nm的NIR LED(或激光LED，或其他SSL源)，每个NIR LED的峰值发射为3.33W而不是2.5W。累积的总峰值强度仍为500W。因此，其他相关参数保持不变。
这种变体表明，单独辐射设备的峰值发射水平及其数目中的一者可变化以适应另一者的变化，同时实现相同的总峰值发射。
变体10
在这种变体中，目标峰值功率密度约为32mW/cm2，皮肤处的NIR辐射为850nm。此类强度(在本公开中较早讨论的1-50mW/cm2范围的上端)在人体的特定位置处可能是有益的，其中辐射的更深穿透特别有用。
研究表明，如果以人脑为目标治疗某些疾病(诸如重性抑郁症、阿尔茨海默病和痴呆症)，则此类功率密度是有益的。因此，此类较高强度可能对养老院或精神病院有益。
研究还表明，在此类强度下的800-1100nm之间的NIR光有益于增加健康受试者的集中和/或焦点，这也是通过以该变体中描述的类似功率密度靶向大脑来实现的。因此，在需要增强认知功能的环境中，使用处于稍高功率密度的功率密度可能是有益的，其益处将超过电功率消耗的边际增加。具有认知增强特性的这种变体的灯可能适用于学校、大学、办公室、会议室、舞台或具有类似要求的其他地方。
假定在180°上具有均匀光分布的150cm线性灯。在与光源相距的距离r＝2m处，理论半圆柱体的表面积(其表示距离2m处的理论光分布)为A＝πrh＝约10m2。如果连续波NIR输出功率为2W，则这会产生1m2/0.2W。
还假定线性灯通常放置在网格中。因此，在与线性灯相距的2m平均距离处，用户皮肤上的累积平均功率密度估计平均高出60％，这导致约32uW/cm2。这比32mW/cm2的预期目标低1000倍并且指示在辐射源处的(峰值)NIR输出功率应为2W的1000倍，即2000W。
如果NIR辐射源以1ms的脉冲持续时间和1s的脉冲周期(等于0.1％的占空比)进行脉冲化，则NIR辐射源在脉冲过程期间仍然达到2000W的峰值发射功率，但随着时间推移的平均电功率消耗以因子1000减小(即，相当于2W连续波(CW))。
假定1.5m的长度可容纳200个散开的NIR LED，这将使期望的单个LED峰值强度降低到10W(以lms/s脉冲)。这可通过例如激光LED来实现，该激光LED可在整个生命周期内承受更短和更强的脉冲。
在8小时后到2米距离处的用户的所得剂量为约32(uW/cm2)*8(小时)*60(分钟/小时)*60(秒/分钟)＝921600(uJ/cm2)＝0.9216(J/cm2)。
NIR辐射源将消耗4W的电功率。如果灯包括消耗30W的用于一般照明的可见光光源，则该变体的灯的总电消耗将为34W。
示例——“回春镜”
PBM诱导辐射可添加到镜子。例如，这可将PBM添加到早上的例行程序中。
假定NIR LED在半圆球中具有均匀的光分布(下面解释的计算方法可适用于其他分布模式，诸如聚焦模式或朗伯模式)。在与灯相距距离r处，半圆球的表面积为A＝2πr2。例如，如果平均距离r是0.66m，则A为约27370cm2。
假定在皮肤上期望800-870nm内的约8mW/cm2的NIR功率密度。然后，辐射源应发射800-870nm内的NIR辐射，光功率为约8mW/cm2*27370(cm2)＝约219W。(就有用的NIR发射而言，这约相当于安装在具有反射器的镜子周围的20件100瓦白炽灯泡。)
调整辐射模式(诸如有利的朗伯发射或光学聚焦LED发射)的技术可使辐射源处所需的发射功率从219W降低到100W。这可例如通过100个NIR LED来实现，每个NIR LED在850nm处具有1W峰值发射，FWHM为30nm。
100个NIR LED可以10ms的脉冲持续时间和10Hz的脉冲频率进行脉冲化(即LED每0.1s接通10ms，相当于100ms/s的总接通时间)。假定NIR光源的WPE为50％时，所得的电消耗将为20W。传送到距离r处的皮肤表面的剂量为48mJ/cm2/分钟。假定用户每天使用镜子达20分钟。然后，在上述距离r处，镜子将每天向暴露的皮肤传送约1J/cm2的平均能量密度(或剂量、注量)。
作为附加特征，反射镜的NIR辐射源可由感知传感器或运动传感器接通。
变体——住院照明
同样的概念也可应用于医院中的住院照明(诸如病人病床端壁处的HCL(以人类为中心的照明)元件)。
假定类似于上述回春镜示例的设置，其中具有相同光特性的100个NIR LED位于与患者面部相距0.66m的平均距离处。设备可被设计成每天自动打开1-2次，持续20-100分钟，从而每次传送1-5J/cm2。
示例——办公室照明暗灯槽
暗灯槽是矩形照明灯具，其配合到模块化下降天花板网格(即600×600mm或300×1200mm)中。暗灯槽灯具可被设计为适应标准荧光灯(例如，T12、T8或T5)或具有集成LED光源。暗灯槽可凹陷在天花板格栅上方，或也可在表面安装“盒”中使用。
在本例中，使用了来自Trilux公司的名为“Belvision Cl 600 CDP LED3900nw01”的流行暗灯槽。假定暗灯槽安装在尺寸为5×4×3米的房间中。为了在地面以上75cm的假定工作表面上实现＞500勒克斯的标准照度，我们需要3个(从严格的2,93中取整)灯具，表面反射率为70(天花板)/50(墙壁)/20(地板)％并且维护因子为0.8。图8提供了暗灯槽及其在这种房间中的使用的示例性图示。
每个暗灯槽的能耗为27W，所有3个灯具的总能耗为81W。这导致每m2工作表面的约4W电能消耗，或假定转换效率(WPE)为50％时，每m2的约2W光能消耗。
在房间的上述辐射模式和表面反射率下，我们在工作表面处实现500lx，其也可描述为500流明/m2。总可用流明为12000lm(每灯具4000lm)，这意味着在没有损失的情况下，可用流明为600lm/m2，这表明由于天花板、墙壁和地板的反射和吸收损失，我们每m2损失100lm。因此，在这种设置中，由灯具发射的初始可用流明的20％丢失。
下一步是计算出每灯具的NIR光谱中的光瓦量，假定集成NIR灯具有类似的维护和反射损耗以及类似的辐射模式。
假定与工作表面相比距离地面的类似距离(即地面以上75cm)处，NIR辐射的目标功率密度为8mW/cm2，峰值波长为850nm。考虑到与光源处的初始可用光功率相比的上述损失20％，我们假定需要辐射工作表面的10mW/cm2，即100W/m2，或对于20m2(5×4m)的整个横截面积为2000W。
因此，我们需要2000W/3灯具＝约667W的在850nm的峰值发射/灯具。该峰值发射可由每灯具的200个单个NIR LED实现，每个NIR LED具有3.335W光功率的脉冲式峰值发射。
假定NIR光发射具有1Hz的脉冲频率和1ms的脉冲持续时间(矩形波形，100％调制)。在此脉冲参数下，在850nm的平均发射光瓦为0.667W，或50％WPE下每灯具的1.333W电功率，或每个房间的总共4W电功率(对所有3个灯具)。
另外，我们假定人在所述光中暴露持续8h或28800s，并且在此时间期间，所述人的皮肤表面与工作表面相比平均与光源相距类似距离。因此，所述人的皮肤表面每天(8h暴露)达到的剂量(或能量密度)平均为8(mW/cm2)*28800(s)*(1/1000)＝约0.23(J/cm2)。
变体1
在这个变体中，我们假定NIR辐射发射具有2Hz的脉冲频率和2ms的脉冲持续时间(矩形波形，100％调制)。在此占空比和频率下，在850nm的平均发射光瓦比上述示例高4倍，其结果是2.667W，或50％WPE下每灯具的5.334W电功率，或每个房间的总共约16W电功率(对所有3个灯具)。另外，我们假定人在所述光中暴露持续8h或28800s，并且在此时间期间，所述人的皮肤表面与工作表面相比平均与光源相距类似距离。因此，所述人的皮肤表面每天(8h暴露)达到的剂量(或能量密度)约为0.92J/cm2(8mW*28800s*(0.002/0.5))。
变体2
在这个变体中，我们假定NIR辐射具有3Hz的脉冲频率和3ms的脉冲持续时间(矩形波形，100％调制)。在此占空比和频率下，在850nm的平均发射光瓦比示例高9倍，其结果是6W光瓦，或50％WPE下每灯具的12W电功率，或每个房间的总共36W电功率(对所有3个灯具)。另外，我们假定人在所述辐射中暴露持续8h或28800s，并且在此时间期间，所述人的皮肤表面与工作表面相比平均与光源相距类似距离。因此，所述人的皮肤表面每天(8h暴露)达到的剂量(或能量密度)约为2.07J/cm2(8mW*28800s*0.003*3)。
变体3
在这个变体中，我们假定NIR辐射具有1.5Hz的脉冲频率和10ms的脉冲持续时间(矩形波形，100％调制)。在此占空比和频率下，在850nm的平均发射光瓦比示例高15倍，其结果是10W光瓦，或50％WPE下每灯具的20W电功率，或每个房间的总共60W电功率(对所有3个灯具)。另外，我们假定人在所述光中暴露持续8h或28800s，并且在此时间期间，所述人的皮肤表面与工作表面相比平均与光源相距类似距离。因此，所述人的皮肤表面每天(8h暴露)达到的剂量(或能量密度)约为3.46J/cm2(8mW*28800s*0.010*1.5)。
变体4
在这个变体中，我们假定NIR辐射具有0.1Hz的脉冲频率和5ms的脉冲持续时间(矩形波形，100％调制)。在此占空比和频率下，在850nm的平均发射光瓦比示例低2倍，其结果是0.333W光瓦，或50％WPE下每灯具的0.667W电功率，或每个房间的总共2W电功率(对所有3个灯具)。另外，我们假定人在所述光中暴露持续8h或28800s，并且在此时间期间，所述人的皮肤表面与工作表面相比平均与光源相距类似距离。因此，所述人的皮肤表面每天(8h暴露)达到的剂量(或能量密度)约为0.115J/cm2(8mW*28800s*0.005*0.1)。
示例——照明暗灯槽
下面提供了照明暗灯槽的另一个示例及其具体实施细节。
图9A示出了本示例中使用的可见光源和辐射源。图9A的顶部示出了具有以下规格的SYLVANIASTART PANEL 600 4000K G4”(EAN 5410288477794)。596×65×596毫米面板配备有LED以便以4000K的色温和4200lm的光通量产生可见光。面板以230伏操作并且消耗30W的电功率。存在约1.5mm厚的PMMA/PVA扩散器。
照明暗灯槽还配备有来自Vishay的发射红外辐射的100个LED(类型VSMY98545)。图9A的底部示出了一个这样的LED的图片。包装形式为具有透镜的高功率SMD。尺寸为3.85×3.85×2.24(L×W×H，单位为mm)。峰波长为λp＝850nm。半强度角为φ＝45°。
设计目标为在850nm峰值的光功率为至少160W以便在约2m的距离处实现期望光谱NIR-A中的8mW/cm2功率密度，考虑到半强度角为45°。
根据VSMY98545的数据表(其可见于https://www.vishay.com/doc？81223)，每个LED在1A正向电流下输出约800mW光功率，或在2.5A正向电流下输出约1.89W光功率，并以5ms脉冲化，其中占空比为1％(800mW乘以约236％，从数据表中导出)。因此，放置在可见光照明面板(其扩散器后面)中的100个这样LED总共可输出189W，从而达到设计目标。
图9B示出了在光发射方向的中心的与本示例的照明暗灯槽相距1米处测量的光谱。测量是在黑暗实验室中进行的，其中单独测量背景噪声并且从测量的光谱中减去背景噪声。在4秒内执行测量，其中对测量的光谱进行平均以确保包括足够大数量的脉冲周期并测量总光谱的脉冲式部分的平均光强度。在760-900nm之间的近红外部分中的积分功率约为可见光光谱的光功率的10％。该百分比与以下事实相匹配：馈送到红外LED的电功率约为可见光面板的电功率的15％，并且与可见光面板的约60％的电效率相比，红外LED具有约40％的电效率。馈送到红外LED的电功率与亏送到可见光面板的电功率的比率被计算为2.0(VF来自数据表的图3)*2.5(A)*1％(占空比)*100(LED数)/30(W)，即16.66％，接近15％。
本示例以760至900nm的光谱每8小时以4.6J/cm2的平均剂量(注量)辐照2米距离处的其用户表面，假定160W的光输出(由于扩散器损耗而低于189W)在与照明暗灯槽相距2m处的45°3维圆锥体的球形表面积上分配。
应当注意，上述示例和变体不是限制性的。
总之，本公开至少提供了用于一般照明的照明装置、照明方法和灯、用于一般照明的改装灯泡、用于一般照明的改装灯管和用于一般照明的照明器具。通过对辐射源的精密脉冲化，可在合理的功率消耗量下提供适当和有益的预定光谱中的辐射量。将这种辐射源组合到一般照明设备中可极大地扩展其用途，并且可将其转变为易于使用的具有医疗益处的一般照明源。如果用户暴露于预定光谱中的辐射持续延长的周期时间(诸如超过20分钟)，则使辐射源脉冲化也可有助于防止过量剂量。
以上描述旨在为说明性的而不是限制性的。对本领域技术人员来说显而易见的是，可构思并简化本发明的替代和等同的实施例以进行实践而不偏离下面所述的权利要求的范围。
参考标记列表
la 照明装置
1b 照明装置
lc 照明装置
10 辐射源
11 光源
12 驱动器电路
13 驱动器电路
14 传感器
100 辐射
101 第一驱动电流
110 可见光
111 第二驱动电流
141 输入
20 用户
2a (改装)灯泡
2b (改装)灯管
2c 灯
2d 照明器具
30 曲线
31 曲线
32 曲线
33 曲线
40 曲线
41 曲线
7 线性灯
70 LED
71 LED

Claims (26)

1.一种照明装置，包括：
光源，所述光源适于发射可见光，其中所述光源适于发射具有CIE XYZ颜色空间中的色点的可见光，其中所述色点与所述颜色空间中的黑体线相距的距离小于10个颜色匹配标准偏差；
辐射源，所述辐射源适于发射预定光谱中的辐射，其中所述预定光谱在760-1400nm的范围内；以及
驱动器电路，所述驱动器电路适于提供第一驱动电流，所述第一驱动电流是脉冲式的并且具有不大于20％的占空比；
其中所述照明装置适于向所述辐射源而不是向所述光源提供所述第一驱动电流。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述照明装置适于向所述光源提供不同于所述第一驱动电流的第二驱动电流，其中所述第二驱动电流是直流电流、或交流电流、或脉宽调制电流，所述脉宽调制电流的脉冲频率优选在20,000Hz至300,000Hz的范围内。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其中所述驱动器电路是第一驱动器电路，其中所述照明装置还包括适于提供所述第二驱动电流的第二驱动器电路。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一驱动电流的脉冲的脉冲持续时间在0.05-500ms、优选1-100ms、更优选1-20ms的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一驱动电流的脉冲频率在0.01-10000Hz、优选约0.1-2500Hz、更优选约1-160Hz的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一驱动电流的占空比不大于10％，优选不大于5％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述辐射源适于在增强的可允许驱动电流下操作；或者其中选择所述脉冲持续时间、所述脉冲频率和所述占空比中的至少一者以使得所述第一驱动电流能够以增强的可允许驱动电流驱动所述辐射源。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述预定光谱不包括可见光谱。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述预定光谱在800-1100nm的范围内，优选在800-870nm的范围内；或者其中所述预定光谱在800-1100nm的范围内，峰值发射约为830、980和/或1060nm；或者其中所述预定光谱在800-870nm的范围内，峰值发射在820-850nm的范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中由脉冲式第一驱动电流激励的所述辐射源所发射的辐射的峰值发射功率为至少25W、优选至少100W、更优选至少200W、进一步更优选至少500W。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中由接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源发射的辐射的峰值发射功率足以在人体中诱导光生物调节响应。
12.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源的峰值发射功率使得能够在与所述辐射源相距0.2至5米的公共平均距离处测量，优选在与所述辐射源相距0.5至3米的公共平均距离处测量，更优选在约2米的公共平均距离处测量0.4-50mW/cm2、优选5-15mW/cm2的功率密度；或者其中接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源的峰值发射功率使得能够在所述照明装置的照度为约500勒克斯的距离处测量0.4-50mW/cm2、优选5-15mW/cm2的功率密度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源被配置为传送以每单位面积的能量测量的剂量，所述剂量足以在人体中诱导光生物调节响应。
14.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源被配置为传送在与所述辐射源相距的公共平均距离处测量的0.01-5J/cm2的剂量，其中与所述辐射源相距的公共平均距离优选介于0.2m和5m之间，优选在与所述辐射源相距的介于0.5m和3m之间的公共平均距离，更优选在约2m的公共平均距离；或者其中接收脉冲式第一驱动电流的所述辐射源被配置为传送在所述照明装置的照度为约500勒克斯的距离处测量的0.01-5J/cm2的剂量。
15.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中使用中的所述辐射源消耗小于50W RMS、优选小于25W RMS、更优选小于10W RMS的电功率；或者其中使用中的所述辐射源在每平方米的辐照表面消耗小于10W RMS、任选地小于2W RMS、任选地小于0.5W RMS的电功率。
16.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述辐射源包括固态设备，优选LED、更优选多于一个LED；或者其中所述光源包括固态设备，优选LED、更优选倒装LED。
17.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述照明装置适于从具有光通量的所述光源生成可见光，所述可见光在所述光源使用时不具有大于40％的％闪烁，优选地在所述光源使用时不具有大于20％的％闪烁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述光源发射至少250流明、优选至少1000流明、更优选至少2000流明；或者其中所述光源的相关色温在1700-6500K的范围内，优选在2400-5500K的范围内；或者其中所述光源消耗小于120W、优选小于80W、更优选小于30W的电功率。
19.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中当所述照明装置在使用时，由所述辐射源消耗的电功率与由所述光源消耗的电功率的比率不大于50％、优选不大于25％、更优选不大于10％、进一步更优选不大于5％。
20.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述色点与所述颜色空间中的黑体线相距的距离小于8个颜色匹配标准偏差、优选小于7个颜色匹配标准偏差、更优选小于6个颜色匹配标准偏差、进一步更优选小于5个颜色匹配标准偏差。
21.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述驱动器电路适于响应于对所述驱动器电路的输入而修改所述第一驱动电流。
22.一种照明方法，包括：
提供光源，所述光源适于发射可见光，其中所述光源能够发射具有CIE XYZ颜色空间中的色点的可见光，其中所述色点与所述颜色空间中的黑体线相距的距离小于10个颜色匹配标准偏差；
提供辐射源，所述辐射源适于发射预定光谱中的辐射，其中所述预定光谱在760-1400nm的范围内；
向所述辐射源供应脉冲式的并且具有不大于20％的占空比的第一驱动电流以便生成所述预定光谱中的辐射；
其中不将所述第一驱动电流供应到所述光源。
23.一种用于一般照明的灯，包括根据权利要求1至21中任一项所述的照明装置。
24.一种用于一般照明的改装灯泡，包括根据权利要求1至21中任一项所述的照明装置。
25.一种用于一般照明的改装灯管，包括根据权利要求1至21中任一项所述的照明装置。
26.一种用于一般照明的照明器具，包括根据权利要求1至21中任一项所述的照明装置。
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