CN114901355A - 具有光生物调节的普通照明 - Google Patents

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Abstract

一种用于普通照明的照明装置(1)，包括：第一光源(10)，其适于基本上仅在615nm至690nm的范围内的第一预定光谱中发射第一光(15)；一个或多个驱动器电路(12、13)，其适于向第一光源(10)提供第一脉冲驱动电流(21)以用于产生第一光(15)，该第一光以在第一预定光谱中的足以诱发人体中的光生物调节反应的第一峰值辐射功率来进行脉冲；第二光源(11)，其适于发射第二光(16)，第二光源(11)能够发射至少250流明，优选至少1000流明，更优选至少2000流明。第一光(15)的脉冲特性使得在照明装置(1)的稳态操作期间，人眼在来自第一光源和第二光源(10、11)的组合光中观察不到可见的闪烁或频闪效应，并且来自第一光源和第二光源(10、11)的组合光具有在CIE x,y色度空间中距黑体线的距离小于8个标准偏差颜色匹配的组合色点，并且在第一驱动电流(21)的脉冲期间，第一预定光谱中的第一光(15)的第一辐射功率是第二预定光谱中的第二光(16)的第二辐射功率的至少两倍。

Description

具有光生物调节的普通照明
技术领域
本发明一般涉及照明，并且更特别地涉及照明设备、照明装置以及用于提供普通照明设备的方法，该设备输送的可见光谱中的辐射足以诱发光生物调节(PBM)反应。
背景技术
光生物调节(PBM)涉及到以一定的能量/功率水平辐射生物体，以诱发生物或生化反应。辐射可以在可见光谱中，诸如红光，或在非可见光谱中，诸如近红外(NIR)。关于采用PBM疗法治疗生理和心理症状的医疗效益，已有大量的研究。
然而，管理PBM辐射的装备中的大多数是专门的装置，其只有非常有限的医疗机构才有。此外，这些专业装置往往非常复杂，只有训练有素的医生、护士和技术人员的团队才能使用它们。这些因素大大限制了PBM的医疗效益在大众中的传播。
因此，需要克服目前可用的设备和方法的上述缺点。
发明内容
期望提供一种易于使用、节能、成本效益高，并且还以有效诱发PBM反应的方式发射一定量辐射的设备。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于普通照明的照明装置，包括适于基本上只在615nm-690nm的范围内的第一预定光谱中发射第一光的第一光源、适于向第一光源提供第一脉冲驱动电流以用于产生第一光脉冲的一个或多个驱动器电路，该第一光以在第一预定光谱中的足以诱发人体的光生物调节反应的第一峰值辐射功率进行脉冲。照明装置进一步包括适于发射第二光的第二光源，该第二光源能够发射至少250流明，优选至少1000流明，更优选至少2000流明。第一光源的脉冲特性使得在照明装置的稳态操作期间，人眼在来自第一光源和第二光源的组合光中观察不到可见的闪动。来自第一光源和第二光源的组合光具有在CIE x,y色度空间中距黑体线的距离小于8个标准偏差色匹配的组合色点，并且在第一驱动电流的脉冲期间，第一预定光谱中第一光的第一辐射功率至少是第二预定光谱中第二光的第二辐射功率的两倍。
该照明装置被设计成平衡几个不同的考虑因素，旨在提供适合普通照明目的的白光，同时以足够的光功率密度提供脉冲红光，以引起用户的PBM反应，同时避免过量的可见闪烁并避免太高的能耗。该照明装置还被优选为减少过度暴露于红光的风险，并避免红光光谱中的光功率使来自第一光源和第二光源的组合光的色点移动太多。
传统光源已经在可诱发人类PBM反应的频段中发出了一些辐射。例如，传统白炽灯的发射光谱包括少量的红光和近红外光，这两个波段与诱发PBM反应的能力相关联。然而，医学研究表明，在辐射能够诱发受试者产生PBM反应之前，辐射需要在PBM诱导光谱内达到一定的最小功率密度(单位面积光功率)和剂量(单位面积能量)。本发明人对PBM领域的研究文献进行分析后发现，光诱发的生物或生化反应可以由足够的功率密度引发，即使只是短时期的。随时间推移内分散辐射以实现相同量的能量，而功率密度低于相关的阈值，可能不会诱发或最多是有限的PBM反应。也就是说，功率密度不足不太可能通过延长辐射时间来补救。
驱动白炽灯以在PBM-诱发光谱中提供足够的功率密度将需要过量的电力。新的固态照明(SSL)技术，诸如发光二极管(LED)，具有更低的热发射和更窄的发射带，有助于提高能量效率。光源还允许更精确地控制发射带，从而在所期望的发射带中实现有效的功率分配，并且更重要的是，能够对驱动和/或控制信号作出快速反应。换句话说，与其他类型的光源(诸如白炽灯或卤素灯)相比，通过SSL装置进行的定时控制要精确得多，因为白炽灯或卤素灯是热发射器，具有热惯性，而SSL装置允许对控制和/或驱动信号作出几乎即时的反应，延迟可以忽略不计，使其适用于快速脉冲的情况。
因此，通过用脉冲而不是恒定或几乎恒定的信号来驱动光源，诸如SSL装置或LED，有可能在消耗相同量的电力同时提高光源发射的峰值辐射功率。换句话说，具有脉冲发射的光源可以实现比具有连续波(CW)发射的同一装置高得多的峰值辐射功率。换句话说，本发明人认识到使光源进行脉冲能够更有效地利用可用的电能来发射所需的(短期)光功率量。换句话说，本发明人认识到，虽然窄带光源诸如SSL装置允许将有限的功率量集中到唯一期望的光谱中，但使此类窄带发射装置进行脉冲进一步允许将可用的功率集中到短持续时间内，使此类装置能够发射出超过升高的功率阈值的辐射。脉冲的另一个优点是，光源可以在脉冲之间冷却。这可能会减轻光源的热预算，并允许使用更小、成本更低的光源和驱动器电路。更宽松的热预算还可以减小容纳光源的壳体的尺寸以及任何相关冷却设备的尺寸。
脉冲光源，诸如LED，可用于普通照明的照明装置，诸如设计用于办公室或住宅或其他室内空间中的普通照明的灯。本申请人以前的专利申请EP 18212476.8和PCT/EP2019/074984(在此以引用的方式以其全部内容并入)公开了结合发射近红外光以实现PBM反应的脉冲光源的照明装置。然而，也可以使用发射可见光谱中的红光的脉冲光源来实现PBM响应，特别是在615nm-690nm的范围内，可选在600nm-700nm的范围内。
使用红光来生成PBM效具有的益处是，红光也有助于来自照明装置的可见光。对于被设计成为普通照明提供白光的照明装置来说，光谱的红色部分中的一些光对于构成白光是必要的。因此，白光的至少一部分红光组件可用于实现两个目的，即节省功率和提高减少照明布置组件数量的可能性，并简化其结构。
因此，此种照明装置可以包括第一光源，其提供615nm-690nm(或600nm-700nm)范围内的脉冲红光以实现PBM响应并提供白光的一部分，以及第二光源，其提供光以产生适合普通照明的组合白光。第一光源可以包括一个或多个红色LED，并且第二光源可以是传统白光光源，例如包括一个或多个LED、卤素灯、荧光灯管或白炽灯泡。这种类型的照明装置允许用户享受PBM反应所带来的健康益处，而不需要任何特殊的措施或治疗。
然而，应该控制第一光源的驱动，以平衡多个不同的考虑因素。这些考虑因素包括以足够的功率密度提供脉冲红光，以诱发PBM反应，同时减小可感知的闪烁，减小过高剂量的风险，并避免过度的能耗。该照明装置还优选避免第一光源导致组合光(来自第一光源和第二光源)的色点与所期望色点相差太大。
值得注意的是，在适当的持续时间和/或时期内，使第一光源进行脉冲以提供光来诱发PBM反应，即使用户在专科中心停留在普通照明设备附近的时间远长于30或60分钟的典型治疗时间，也可以大大减少过量(overdosage)的机会。例如，一些医学研究表明，有益的生物反应在约10J/cm2的剂量时达到峰值，并且如果剂量超过约35J/cm2，PBM反应可能就不再有益。因此，如果用户暴露在约8mW/cm2的功率密度水平下超过约60分钟，那么用户就难以获得最大益处。换句话说，足够短的脉冲持续时间和/或时期可以提供足够的功率密度来诱发PBM反应，并同时在例如6小时或更长时间内提供适当量的总能量密度(这是每单位面积的功率乘以时间)，而不会给用户过量。这样，用户可以将照明设备作为普通光源使用，而不需要担心何时将其关闭(以防止过量)，并仍然可以得到PBM-诱发辐射的益处。
在实施例中，照明装置的一个或多个驱动器电路适于向第二光源而不是向第一光源提供第二驱动电流，其中第二驱动电流是DC电流、AC电流、整流AC电流或脉冲频率为2kHz或更高的脉冲电流。
在实施例中，第一光的平均第一辐射功率是第一光的平均第一辐射功率和第二光的平均第二辐射功率之和的40％或更低。在实施例中，第一光源的峰值辐射功率在645nm至675nm的范围内，优选在660nm。
在实施例中，第一光和第二光的组合在CIE XYZ颜色空间或CIE x,y色度空间中的平均色点与所述颜色空间中的黑体线的距离小于8SDCM。这样，由第一光源和第二光源产生的组合光是适合普通照明目的的白光。
在实施例中，第二光源包括多磷光体系统，例如，包括绿色磷光体和红色磷光体的双磷光体系统。可替代地，第二光源可以包括单磷光体系统，例如包括绿色磷光体，红光主要由第一光源提供。
在实施例中，第一光源的峰值发射功率或峰值辐射功率使接收功率密度在0.4mW/cm2-50 mW/cm2的范围内，可选1mW/cm2-15 mW/cm2，在距第一光源约0.2m和约5m之间的共同平均距离上测量。共同平均距离可选在距第一光源约0.5m和约3m之间。共同平均距离可选为约2m。有利的效果包括研究证实的对人体有益的PBM反应。此类共同平均距离也可适用于许多使用场景。术语“共同平均距离”是指距相关光源的所有发光元件的平均距离，在照明装置被设计成提供峰值照明的方向上测量。例如，当第一光源包括多个LED时，距第一光源的共同平均距离是指在第一光源和第二光源被设计成提供峰值照明的方向上测量的距多个LED的平均距离。
在实施例中，第一光源的峰值发射功率使接收功率密度在0.4mW/cm2-50 mW/cm2，可选1mW/cm2-15 mW/cm2的范围内，在距照明装置的一定距离处测量，其中来自第一光源和第二光源的组合光的照度约为500Lux，其中该距离是在照明装置被设计成提供峰值照明的方向上测量。
在实施例中，第一光源在8小时内在第一预定光谱内发射至少3,000J。
在实施例中，第一光源适于输送每日剂量(每单位面积的能量)，例如在8小时内，该剂量足以在人体中诱发PBM反应，该剂量是在距照明装置0.2m和5m之间的共同平均距离上测量的，可选在距照明装置0.5m和3m之间。在实施例中，第一光源适于输送0.01J/cm2-5J/cm2的每日剂量，例如在8小时内，该剂量是在距照明装置的共同平均距离上测量的，其中距第一光源的共同平均距离在0.2m和5m之间，可选在距照明装置0.5m和3m之间。
在实施例中，第一光源适于提供足以在人体中诱发PBM反应的每日剂量，和/或0.01J/cm2-5 J/cm2或优选0.01J/cm2-10 J/cm2的每日剂量，其中该剂量是在距照明装置的距离上测量的，其中来自第一光源和第二光源的组合光的照度约为500Lux，其中该距离是在照明装置被设计成提供峰值照明的方向上测量。
在实施例中，照明装置适于从第一光源和第二光源生成可见光，这两个光源组合具有光通量，该光通量在稳态操作期间的闪烁百分比不超过40％，优选不超过20％。光源的光通量的有限波动量提高了照明装置的用户的舒适度。在实施例中，照明装置可被调整为在稳态操作期间生成没有人眼可感知的闪烁的可见光。这种缺乏可感知的闪烁会提高用户对照明装置的满意度。这可以表述为来自第一光源和第二光源的可见光在稳态操作期间组合具有小于1的PstLM的光通量。PstLM是IEC在IEC 61000-4-15中采取的衡量标准，以量化频率高达80Hz的闪烁的可感知性，其中1的值是阈值，高于该阈值时，大多数人认为闪烁是令人讨厌的。
在实施例中，照明装置适于从第一光源和第二光源生成可见光，这两个光源组合具有光通量，该光通量在稳定状态操作期间的频闪可见度(SVM)不超过1，优选不超过0.9，甚至更优选不超过0.4。SVM是IEC在CIE TN006:2016中采取的衡量标准，以量化80Hz至2000Hz频率下的频闪效应的可见度，其中1的值是阈值，高于该阈值时，大多数人可以感知频闪效应。在实施例中，照明装置适于在稳态操作期间从第一光源和第二光源生成可见光，这两个光源组合具有光通量，该光通量的闪烁指数小于0.1。闪烁指数是量化闪烁的可见性的措施，考虑到占空比和脉冲长度的基本要素，频率最高为80Hz，其中0.1的值是阈值，高于该阈值时，大多数人认为闪烁是令人讨厌的。
在实施例中，第一光的脉冲特性使得在照明装置的稳态操作期间，人眼无法在来自第一光源和第二光源的组合光中观察到频闪效应。
在实施例中，第二光源适于发射至少250流明，可选至少500流明，可选至少2000流明，或者第一光源和第二光源可以组合发射至少250流明，可选至少500流明，可选至少2000流明。在实施例中，来自照明装置的光的相关色温可以在1700K-6500K的范围内，可选在2400K-5500K的范围内。在实施例中，来自照明装置的光的显色指数在约2700K相关色温下在80-99的范围内。此种光满足了普通照明目的的要求，诸如亮度、光色和显色性，使照明装置对于普通照明特别方便和可接受。不用说，流明规格、CCT和CRI的许多合适组合都是可能的。在实施例中，该照明装置适用于工作照明，例如用作台灯或任务区域照明。
显然，上面描述和解释的各种实施例是相互兼容的，除非以其他方式明确指出。因此，来自实施例的任何数量的特征的组合仍在本公开内。例如，第一光源的示例性预定光谱、示例性(峰值)发射功率水平和第二光源的示例性亮度的不同组合无疑在本公开的范围内。
附图说明
现在将仅以示例的方式，参考附图描述实施例，其中相应的参考符号表示相应的部分，其中：
图1A是照明装置的实施例的简化示意图；
图1B是照明装置的另一个实施例的简化示意图；
图2A是根据本公开的实施例的灯泡的示意图；
图2B是根据本公开的实施例的灯管的示意图；
图2C是根据本公开的实施例的灯的示意图；
图2D是根据本公开的实施例的灯具的示意图；
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是根据本公开的实施例的照明装置中的驱动电流随时间变化的曲线图；
图5是根据本公开的实施例的照明装置的发射功率随时间变化的曲线图；
图6是可用于本公开的一些实施例的照明装置的示意图；
图7是包括双磷光体系统的照明装置的实施例的示意图；
图8A是根据图7的实施例的照明装置的光谱图；
图8B是包括双磷光体系统的传统照明装置的光谱图；
图9A是示出用于根据图7的实施例的照明装置的色点的CIE 1976图；
图9B是示出用于包括双磷光体系统的传统照明装置的色点的CIE 1976图；
图10是包括四磷光体系统的照明装置的实施例的示意图；
图11A是根据图10的实施例的照明装置的光谱的示意图；
图11B是包括四磷光体系统的传统照明装置的光谱图；
图12A是示出用于根据图10的实施例的照明装置的色点的CIE 1976图；
图12B是示出用于包括四磷光体系统的传统照明装置的色点的CIE1976图；
图13A是包括双磷光体系统的传统照明装置的光谱图；
图13B是根据图7的实施例的照明装置的光谱图，其中脉冲深红LED提供约20％的总光学瓦数；
图13C是根据图7的实施例的照明装置的光谱图，其中脉冲深红LED提供了约35％的总光学瓦数；
图14A是示出用于包括双磷光体系统的传统照明装置的色点的CIE1976图；
图14B是示出用于根据图7的实施例的照明装置的色点的CIE 1976图，其中脉冲深红LED提供了约20％的总光学瓦数；
图14C是示出用于根据图7的实施例的照明装置的色点的CIE1976图，其中脉冲深红LED提供了约35％的总光学瓦数；
图15A是根据图7的实施例的照明装置的光谱图，其中脉冲深红LED提供光谱的红色部分的基本上所有光；
图15B是包括双磷光体系统的传统照明装置的光谱图；
图16A是示出用于根据图7的实施例的照明装置的色点的CIE 1976图，其中脉冲深红LED提供光谱的红色部分的基本所有光；以及
图16B是示出用于包括双磷光体系统的传统照明装置的色点的CIE1976图。
附图仅用于说明目的，不限制权利要求中规定的范围或保护。
具体实施方式
以下是仅以举例的方式并参考附图的对本发明某些实施例的描述。
医学研究的最新进展表明，用包括IR光谱和/或红光的辐射以一定的能量/功率水平照射生物体，可诱发有益的生物或生物化学反应。此种辐射通常被称为光生物调节(PBM)。关于采用PBM疗法治疗生理和心理症状的医疗效益的现有医学研究结果正在迅速增加。一些引起特别关注的波长包括606、627、630、632.8、640、660和670nm(在红色区域)与785、800、804、808、810、820、830、850、904、980和1060nm(在近红外区域)。一些引起特别关注的光谱包括645nm-680nm和800nm-870nm。
图1A是照明装置1的实施例的简化框图，包括第一光源10、第二光源11和驱动器电路12。第一光源10可以包括一个或多个固态装置，诸如LED，适于发射第一光15，该第一光具有第一预定光谱中的第一辐射功率，优选在615nm至690nm的范围内，或在600nm至700nm的范围内，即在可见光光谱的红色部分中。第一光源10有可能另外发射出该范围以外的一些光。在一个实施例中，基本上所有的第一光15都落在650nm-680nm的范围内。第一光源10在接收到驱动信号20，例如电流，或被该驱动信号激励后发射光15。
第二光源11适于具有第二辐射功率的第二光16，该第二辐射功率在光谱的可见部分的300nm至700nm的第二预定范围内。第二光16优选是白光，并且优选在CIE XYZ色彩空间和CIE x,y色度空间(如本领域所知，CIE x,y色度空间是CIE XYZ色彩空间的变换，8个标准偏差色彩匹配(SDCM)值在两个空间都是相同的)中具有到黑体线的距离小于8个SDCM的色点。第二光源11在接收到驱动信号21，例如电流，或被该驱动信号激励后发射光16。
第二光源11适于提供适合普通照明的光16。本文使用的术语“普通照明”(也称为“普通照亮”)是指为了提高照亮水平以帮助人类在住宅、办公室、商业和工业建筑的室内位置以及人们生活或工作或活动的其他室内或室外位置的视觉而进行的照明。这意味着，当空间太暗，人们无法执行所期望的活动，并且期望提高该空间的照亮水平以实现此类活动时，本文所述的照明装置1可用于提供足够的光量，以实现该空间的照亮水平的期望提高。例如，用于普通照明的照明装置通常会发射至少250流明的白光，例如用于工作照明，诸如台灯，或者至少500流明或至少2000流明，用于照明较大的区域。
驱动器电路12可以提供驱动信号，从而以第一驱动电流20驱动或激励第一光源10，并以第二驱动电流21驱动或激励第二光源11。在实施例中，驱动器电路12向第一光源10提供第一驱动电流20而不向第二光源11提供，并向第二光源11提供第二驱动电流21而不向第一光源10提供。可替代地，可以使用两个驱动器电路12、13，每个驱动器电路单独向光源10、11中的一个提供驱动电流20、21中的一个，如图1B所示。提供单独的驱动器电路12、13可以提供更多的设计灵活性，并有助于减少干扰和串扰。
驱动器电路12可以被布置成驱动第一光源10以不同的光功率发射光，例如以瓦特(W)衡量，导致不同水平的功率密度(每单位面积的功率)，这取决于诸如光源的辐射模式和测量功率密度时距光源的距离等因素。功率密度描述了每单位表面积分布的(光)功率量，其单位可以是诸如瓦/平方米(W/m2)或毫瓦/平方厘米(mW/cm2)。例如，假设光源发射10W，并且是具有均匀球形分布模式的点光源，则在距光源两米的表面处收到的功率密度为10/(4π×22)，等于约0.2W/m2。
驱动器电路12被布置成驱动第一光源10，使得光15被脉冲化，该脉冲由脉冲持续时间(脉冲的长度)和脉冲周期(从脉冲开始到下一个脉冲开始的长度)以及脉冲频率(每秒重复脉冲的频率)表征。值得注意的是，第一光源10发射的光幅度或强度在脉冲之间不一定为零，但比脉冲期间要小，并优选明显要小，例如在光发射由瞬变引起的情况下。在实施例中，定义脉冲的阈值幅度或强度是足以在生物体，诸如人体中诱发PBM效应的量。
脉冲的形状没有特别限制。在实施例中，脉冲可以具有矩形的形状，但其他形状诸如正弦形、三角形和锯齿等等也是可能的，而且不同形状的脉冲的组合也是可能的。在实施例中，脉冲的结束可以定义为幅度下降到预定的阈值以下的点。预定的阈值可以是约为零的，或可以是非零的。预定的阈值可以用相对术语定义，诸如峰值幅度的百分比，诸如0.001％、0.01％、0.1％、1％、5％等。预定的阈值也可以用绝对项来定义。一些脉冲形状可能特别适合某些取决于光源的条件，诸如与光源所用材料(例如半导体结或磷光体)相关的延迟或衰减效应。矩形脉冲形状可能是有利的，因为此类脉冲的可用发生器种类繁多，诸如集成电路。在需要分散辐射光功率的情况下，正弦波脉冲形状可能是有利的。
在实施例中，来自第一光源10的光15可以具有0.02ms至0.5ms的范围内的脉冲持续时间，尽管其他范围是可能的，例如0.01ms-l ms。尽管较短的脉冲是优选的，但对于一些应用来说，可以使用长达10ms或更长的更长脉冲。
在实施例中，光15的脉冲频率可以在50Hz至1000Hz的范围内，尽管稍高的范围是可能的，例如1Hz-2.5kHz。
占空比描述了脉冲持续时间和脉冲之间的时期之间的比率，并且通常表达为百分比。占空比可以通过将脉冲持续时间乘以脉冲频率来计算。在实施例中，驱动器电路12适于用占空比不大于10％的电流20驱动第一光源10。其他最大占空比值也是可能的，诸如5％、1％、0.1％或0.01％，以及对于一些应用来说，20％或更高。
来自第一光源10的光15可以具有峰值发射功率。发射功率，也被称为辐射功率，通常以瓦(W)为单位表达，也就是每秒(s)的焦(J)。然而，在脉冲远短于1秒的这些应用中，峰值发射或峰值辐射功率通常以脉冲持续一整秒的方式表达。因此，矩形的0.1秒100W的峰值发射功率脉冲在单位时间内的能量流与矩形的1秒100W的峰值发射功率脉冲相同，但0.1秒脉冲中的总能量是十分之一。在实施例中，由光源(通过例如脉冲驱动电流)发射的光的峰值发射功率至少为25W。在实施例中，峰值发射功率可以是至少50W、75W、100W、150W、200W、300W、400W或500W或以上。对峰值发射功率的限制包括可用的电力和第一光源10中使用的装置的数量和物理能力。在实施例中，由第一光源10发射的光15的峰值发射功率足以在人体中诱发有益的光生物调节(PBM)反应。在第一驱动电流21的脉冲期间，第一光15在第一预定光谱中的辐射功率优选为第二光16在第二预定光谱中的辐射功率的至少两倍。
光的辐射功率也可以用流明来衡量，流明是以人眼对光的敏感度为标准的单位。注意到，第二光16和组合光15、16的辐射功率或流明值实际上是时间平均的功率值，即每秒的能量，而不是脉冲期间的瞬时峰值辐射功率。
如果第一光源10发射的光15是脉冲式的，那么在远离第一光源10的距离测量的光15的功率密度也可能随时间变化，并因此可能有峰值和谷值。换句话说，如果随时间推移测量功率密度并显示在例如示波器上，那么可以显示脉冲信号。峰值功率密度，就像峰值发射功率一样，是在脉冲期间测量的功率，通常表达为好像脉冲持续一整秒。换句话说，0.1秒的矩形脉冲的峰值功率密度可能是10mW/cm2，这导致脉冲中的总能量密度为1mJ/cm2。在实施例中，由第一光源10发射的光15实现的所达到的峰值功率密度是0.4mW/cm2-50 mW/cm2，并且可选为1mW/cm2-15 mW/cm2，尽管其他合适的范围也是可能的。取决于使用场景，(峰值)功率密度可以在距第一光源10的0.2m和5m之间的共同平均距离处测量。优选地，第一光源10可以在距第一光源10的0.5m和3m之间的共同平均距离处实现上述功率密度范围。
发射的光量也可以用能量(例如，焦耳(J))或能量密度(例如，J/cm2)表达。在实施例中，第一光源15在8小时内在预定光谱中发射至少3000焦(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)。
在某个时期内，在给定点处接收的辐射能量总量可以用每单位面积的能量来表达。该量可以被称为“通量”或简称为“剂量”或“用量”，其中J/cm2是示例性单位。在实施例中，照明装置1被配置为使得第一光源15输送的光剂量足以在人体中诱发PBM反应。根据要诱发的PBM反应的类型，可能需要不同的剂量。在实施例中，第一光源15可以被配置为输送在距第一光源的共同平均距离处测量的0.01J/cm2-10 J/cm2的每日剂量。距第一光源的共同平均距离可以在0.2m和5m之间，这取决于使用场景，，并且优选在0.5m和3m之间。在第一光源由多个LED或其他发光元件形成的情况下，距第一光源的共同平均距离是距与多个LED或其他发光元件中的每个的平均距离，在照明装置被设计成提供峰值照亮的方向上测量。
第一光源10可以包括主要在光谱的红色部分，优选在615nm至690nm，或600nm至700nm的范围内发光的一个或多个LED，例如基于(非唯一)砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGalnP)或磷化镓(GaP)。可替代地或另外，第一光源10可以包括一个或多个红色发射磷光体涂覆的LED，基于(非唯一)蓝色发射半导体如氮化铟镓(InGaN)和红色发光磷光体系统的组合，例如非有机磷光体如CASiN，或具有快速上升和下降时间的其他Eu2+掺杂系统。此外，也可以使用基于量子点的新磷光体系统，或包括有机和非有机磷光体的混合系统。可替代磷光体系统的促成因素是合适的(相对较快的)上升和下降时间，以使已转换的红光在激发和非激发后的脉冲具有可接受的延迟。
第二光源11适于发射可见光谱中的光16，优选在300-700nm的范围内，或主要在不包括光谱中红色部分的范围内，例如300nm-600nm。光16可以是白光，其色点与CIE XYZ色彩空间(CIE x,y色度空间)中的黑体线的距离小于8个标准偏差色彩匹配，或者光15和光16组合可以是白光，其色点与CIE XYZ色彩空间或CIE x,y色度空间中的黑色体线的距离小于8个标准偏差色彩匹配。组合光源10和11优选适于提供适合本文所述的普通照明目的的光。
在实施例中，包括第二光源11的照明装置1可以适于生成具有光通量的可见光16，该光通量在光源11使用时的波动不超过20％或15％或10％或5％或3％。具有有限的光通量波动的可见光16具有较少的闪烁，并因此更适于普通照明。在实施例中，照明装置1可以适于生成没有人眼可感知的闪烁的可见光，例如，非常低的闪烁量或仅在人眼无法感知的过高频率下的闪烁。
在实施例中，第二光源11能够发射至少25流明，这相当于约两支蜡烛。此种光源对于家庭装饰目的来说可能是有用的。在实施例中，第二光源11可以发射至少150流明，并且优选至少300流明，这适用于住宅中的普通照明目的。其他量的光通量也是可能的，以适应例如办公室或工厂环境或户外中的普通照明。
在实施例中，发射可见光16的第二光源11的相关色温(CCT)在1700K-6500K的范围内，可选在2200K-5500K的范围内，可选在2700K-4000K的范围内。在实施例中，第二光源11的显色指数在2700K-3000K的相关色温下在80-99的范围内。此类光源对于普通照明目的来说通常更容易接受。不用说，流明规格、CCT和CRI的许多合适组合都是可能的。
在实施例中，第二光源11可以消耗小于120W，可选地小于80W，可选地小于30W的电力，这取决于照明装置1的使用场景的电力要求。
用于普通照明的许多类型的光源可以被用作第二光源11。例如，第二光源11可以包括一个或多个白炽灯泡、卤素灯泡、荧光灯管或固态装置，诸如一个或多个LED。在一个实施例中，第二光源11包括其中CCT在2200K-6500K范围内的标准白光系统，例如，磷光体转换的白光LED(pcLED)，包括与一个或多个磷光体组合的蓝色或紫色的泵浦LED，该磷光体覆盖泵浦LED的发光表面，或被布置成使得来自LED的光进入磷光体。例如，磷光体可以包括主要在光谱的绿色部分中发光的磷光体(诸如YAG磷光体)和/或主要在光谱的红色部分中发光的磷光体(诸如CASiN磷光体)。可替代地，第二光源11可以包括一个或多个LED，其具有或不具有主要在光谱的绿色和蓝色部分中发光，并且在光谱的红色部分中显著减少或不发光的一个或多个磷光体。
白光系统优选以连续波(CW)模式或脉宽调制(PWM)模式驱动，其可感知的闪烁小于10％的闪烁百分比，或小于0.1的闪烁指数，或小于1的PstLM。人眼在光谱的红色部分(600nm-700nm)中的光感是由绿色和/或红色磷光体(例如YAG和CASiN磷光体)发射的光功率与脉冲红光15的光功率的积分值组合定义的。脉冲红光15诱发的闪烁感将非常低，特别是考虑到人眼在约670nm(峰值发射)的敏感性。
优选在照明装置1使用时，第一光源10消耗第二光源11所消耗的电力的一小部分。该部分可以是25％或更少，10％或更少，或优选5％或更少。较低的部分意味着照明装置1的用户除了获得第二光源11提供的普通照明的益处外，还可以以较低的边际电力消耗获得PBM-诱发辐射的额外益处。第一光源10所消耗的电力量也可以用第一光源10和第二光源11的总电力消耗的分数来表示，例如，小于三分之二，小于五分之一，或在约5％-10％的范围内。
第一光源10优选是对第一驱动电流20几乎即时反应的装置，即延迟量可忽略不计，使得第一驱动电流20和第一光源10发射的光15以彼此类似或基本相同的方式随时间变化。例如，如果可以对驱动电流快速反应的(多个)现代固态装置诸如LED用作第一光源10，并由脉冲驱动电流20驱动，那么由第一光源10发射的光15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。
在实施例中，驱动光源11的第二驱动电流21适于避免光16中出现大量的可见闪烁。由驱动电路12生成的第二驱动电流21可以是通常用于驱动普通照明光源的任何类型的驱动电流，例如，取决于光的类型，可以是DC电流、AC电流、整流AC电流或脉冲电流，诸如用于实现LED普通照明装置中的调光控制的脉宽调制电流。当第二驱动是脉冲电流时，脉冲频率优选足够高，以避免光16中出现大量的可见闪烁，例如，频率为5kHz或更高。在实施例中，第二驱动电流21可以以连续波(CW)模式或准CW模式驱动光源11。在光学物理学和工程学中，“连续波”或“CW”是指光源(诸如SSL装置)，其产生连续输出光束，而不是脉冲输出光束。
应该注意的是，照明装置1可以包括图1A或图1B中没有明确绘制的电路块/元件，诸如外部电源、开关、镇流器和接地脚。在第一光源10和驱动器电路12之间和/或第二光源11和驱动器电路12之间也可能有额外的电路块/元件，以实现各种目的，诸如控制第一驱动电流20和第二驱动电流21。
图2A至图2D示意性地呈现了结合上述照明装置1的照明装置的不同实施例。
图2A示出包括照明装置1的灯泡2a。灯泡2a可以是普通消费者会觉得熟悉和容易使用的改装灯泡，例如，被设计用于在为白炽灯泡设计的传统配件或插座中操作的LED灯。照明装置1中的第一光源11可以提供足够的可见白光16以使灯泡2a适用于普通照明目的。可见光16可以在数量(例如，足够的亮度)和质量(例如，足够低的闪烁，舒适的颜色等)两者方面都是足够的。在安装和打开灯泡2a后，用户不仅接收到用于普通照明的可见光16，而且还暴露于可能在人体中诱发有益的PBM反应的光线15。
图2B示出包括照明装置1的灯管2b。灯管2b可以是普通消费者会觉得熟悉和容易使用的改装灯管，例如LED灯，其被配置为适于在传统荧光灯具中操作的灯管。与灯泡2a类似，灯管2b提供双重功能，即普通照亮和有益的PBM反应。
图2C示出包括照明装置1的紧凑型灯2c。灯2c可以是现成的灯，其适于容易地与现有的标准配件适配。普通消费者可以购买灯2c并使用它，而不需要叫电工来调整标准配件，同时向用户提供作为照明装置1的巨大多功能性和益处。在实施例中，灯2c可以被定制以适配特定配件。
图2D示出包括照明装置1的灯具2d。灯具2d可以包括容纳照明装置1的灯具或包括照明装置1的灯泡，并且可以可选地包括装饰性元件，诸如灯罩、底座和/或外壳。灯具2d可用于例如家庭或办公环境，并可包括额外的光源以满足额外的照明要求。在实施例中，灯具2d可以作为现成的产品提供，其中照明装置1的所有元件都已经安装在灯具2d中。用户可以购买此种灯具2d，为其提供电力，并直接享受普通照亮和医疗益处的双重益处。
照明装置1的一些元件可以安装在灯泡2a、灯管2b、灯2c或灯具2d的外部。例如，第一光源10和第二光源11可以安装在灯泡2a、灯管2b、灯2c或灯具2d内，而驱动器电路12放在外面，但连接到灯泡2a、灯管2b、灯2c或灯具2d。如果第一光源10和光源11由两个驱动电路驱动，其中一个驱动电路可以安装在灯泡2a、灯管2b、灯2c或灯具2d内，并且另一个可以放在灯泡2a、灯管2b、灯2c或灯具2d外。也可以使用一个以上的灯具，其中照明装置1的一些元件安装在一个灯具中，并且照明装置1的其他元件安装在另一个灯具中。例如，第一光源10和驱动器电路12可以安装在一个灯具中，并且光源11和驱动器电路13可以安装在另一个灯具中。尽管在图2A至图2D中示出照明装置1的具体实施例，但应该很明显，这不是限制性的并且许多其他布置是可能的。
图6示意性地呈现了可用于灯管2b(或其他合适的实施例中的任一个中)的照明装置1。第一光源10可以包括多个LED 18，其数量和光性质可以类似于本文所描述的内容。第二光源11可以包括提供可见光的多个LED19，使得组合光源10和11提供适合普通照明的白光。驱动器电路12可以提供脉冲驱动电流，使得第一光源10发射具有本文所述性质的脉冲红光。另一个驱动器电路13可以提供驱动电流，使得光源11发光，这使得来自第一光源10和第二光源11的组合光提供适合普通照明的白光，而没有大量可感知的闪烁。
图3示出根据本公开的实施例的照明装置1的使用场景。在图3中，照明装置1发射脉冲红光15和全光谱白光16。用户25距照明装置1有一段距离d。该距离d可以是例如1米。全光谱白光16照亮了用户25的周围环境。用户25也被暴露于脉冲红光15。用户25暴露于的红光15所引起的(或产生的)功率密度取决于距离d和辐射模式等因素。
作为非限制性示例，假设第一光源10的光发射功率为500W，峰值波长为660nm的光，以便在距第一光源10的2m距离处使功率密度达到8mW/cm2。如果第一光源10在CW模式下操作(即500W的恒定光发射)，那么假设电到光-功率-转换效率为50％，所需的电功率量为1000W。在该示例中，距照明装置1的2m距离处的用户25可以暴露于8mW/cm2的功率密度，足以诱发PBM反应。用户25接收到的剂量(能量密度)是8mW/cm2乘以暴露时间。
上述非限制性示例中的第一光源10可以以提供额外益处的不同方式操作或驱动，如下文所述。
图4示出根据本公开的实施例的照明装置1中各种驱动电流随时期t变化的曲线图。曲线30代表第一驱动电流20，并且曲线31、32和33代表第二驱动电流21的各种可能性。如图所示，表示为曲线30的第一驱动电流20是脉冲式的，具有脉冲持续时间Td、脉冲周期T和脉冲振幅Imax。
第二驱动电流21适于驱动第二光源11以提供全光谱白光，其具有适合普通照明目的的稳定的基本无闪烁的光强度。第二驱动电流21可以采取各种形式，诸如稳定DC电流(曲线31)、整流AC电流(曲线32)或高频脉冲电流(曲线33)。例如，整流AC电流(曲线32)可以具有适合驱动光源诸如低压卤素灯的频率，例如100Hz或120Hz。作为另一个示例，脉冲电流(曲线33)可以是脉宽调制(PWM)驱动电流，其脉冲频率在约20kHz-300kHz的范围内，可选50kHz-300kHz。以这些频率使第二光源11进行脉冲可以提供调光控制，而不生成人眼可感知的闪烁。显然图4中的刻度仅用于说明并且不精确。
根据该实施例，第一光源10由第一驱动电流20以脉冲方式驱动，以便产生相对较高光强度的红光15的短脉冲，而第二光源11由第二驱动电流21驱动，以便产生具有适合普通照明目的的稳定的基本无闪烁的光强度的光16。
通过以高强度的短脉冲生成红光15，可以实现诱发PBM反应所需的高光功率密度。为了在人体内诱发PBM反应，需要红光15的一定能量密度，例如在615nm-690nm之间。文献建议将光谱的红光部分中的光功率密度范围定在1mW/cm2-20 mW/cm2，以实现大剂量反应，从而在人体中引起各种有益的系统效应。
常规的普通照明无法在普通的日常使用中实现对PBM有用的光功率密度，除非用户离光源非常近。例如，标准的100W白炽灯在整个红色和NIR光谱上对PBM的有效光功率约为10W(整个白炽灯光谱是对PBM有用的光谱的约10倍)，导致在距光源2m的距离，有效功率密度约为0.04mW/cm2，这比刺激显著生物效应所需的阈值强度低至少一个数量级。
用于PBM的足够的光功率密度可以通过使光源进行脉冲来实现。尽管有可能使传统光源进行脉冲以实现PBM效应，但这将具有缺点，即产生人眼可感知的闪烁，除非脉冲是在非常高的频率下的非常短的脉冲，例如，在约1kHz的频率下脉宽约为0.1ms，假设与在稳态CW或准CW模式下驱动光源相比需要增加十倍的强度。注意到，传统光源诸如白色LED或荧光灯管具有少量的红光和NIR发射，而白炽灯泡具有较高的红光和NIR发射，但不能以这样的高频率进行脉冲。
照明装置1具有被脉冲的红光光源10和被驱动发射稳态光的全光谱白光源11(例如，不被脉冲或以足够高的频率被脉冲以使得闪烁基本上不被感知)，该照明装置的优点是，如果只对光谱的部分进行脉冲，人眼的闪烁感知就会降低，特别是如果脉冲光在光谱的红色部分中，并且甚至在光谱的640nm-690nm之间的深红部分中更是如此。脉冲红光的此种较低的闪烁感知是由于闪烁感知(至少部分)取决于所有波长上的一般化强度感知(取决于在所有波长上的平均的在一定波长下的眼睛灵敏度)。因此，在组合了稳态白光16和脉冲红光15的照明装置1中，人眼只注意到少量的闪烁，因为眼睛以加法方式考虑了非脉冲的宽频白光，导致平均闪烁感知度低。这种现象被称为“色度闪烁”。
如果光的闪烁部分位于光眼敏感度的边缘，则白光光谱的有限部分中的光闪烁(色度闪烁)的感知就会特别下降。深红的光位于眼睛敏感度曲线的边缘，使得由于眼睛敏感度见底，闪烁感知会进一步降低。这使得可以使用脉冲(深)红光15，该光在相对较低的频率下被100％调制，但当脉冲红光15与恒定的宽带白光16组合时，人眼就无法感知闪烁。此外，稳态白光16中包含的红光的光瓦数越多，脉冲红光15的闪烁就越不可见。
返回图4，第一驱动电流20的脉冲持续时间为Td并且脉冲周期为T，占空比为Td除以T，在脉冲期间，第一光源10以最大发射量操作；在脉冲之间，第一光源10被关闭。
作为非限制性示例，假设Td的脉冲持续时间为0.1ms并且脉冲周期为5ms(即脉冲频率为200Hz)，即占空比为2％。如果第一光源10在脉冲期间在2m的距离处输送8mW/cm2的功率密度，足以诱发PBM反应，则第一光源的平均功率仅为第一光源未被脉冲的情况下所需功率的2％。使第一光源10进行脉冲可以在低得多的电功率下产生诱发PBM反应的功率密度水平。
使第一光源10进行脉冲的另一个结果是，用户在一定时间段内接收到的辐射剂量(与能量密度相关)按对应的占空比减少。该较低剂量减少了过量的风险，使得用户能够长时期保持暴露于照明装置1，比在专科中心的30至60分钟的典型治疗时期长得多。例如，一些医学研究表明，有益的生物反应在约10J/cm2的剂量时达到峰值，并且如果剂量超过约35J/cm2，PBM反应可能就不再有益。因此，如果用户暴露于约8mW/cm2的光功率密度水平超过约60分钟，那么用户就难以获得最大益处。换句话说，足够短的脉冲持续时间和/或时期可以提供足够的功率密度来诱发PBM反应，并同时在例如6小时或更长时间内输送适当数量的总能量密度(即每单位面积的功率乘以时间)，而不会给用户过量。这样，用户可以像使用传统光源一样使用照明设备，而不需要担心何时关闭它(以防止过量)，而且仍然可以得到PBM-诱发辐射的益处。
脉冲红光15加入到光16引起组合光的感知到的积分光学值发生色移。如果加入更多的脉冲红光15，则积分测量的色点可能会转移到红色，远离黑体曲线。在实施例中，来自第一光源10的脉冲红光15的加入不会使组合光(15和16)的色点从黑体线显著移动。在实施例中，可能缺乏红色光谱中的显著光的光16可以被红光15校正，使得组合光15和16的色点接近黑体线。将脉冲红光15加入到光16产生的组合色点优选通过积分测量来确定，即在足够长的时间段内测量平均色点，使得可以测量脉冲红光与白光组合的平均值。
在实施例中，来自第一光源10的红光15和来自第二光源11的光16的组合具有在CIE x,y色度空间中的平均色点，其与颜色空间中的黑体线的距离小于8SDCM。
脉冲红光15在实现该目标时可增加的光功率的量取决于光16的色温。下表示出了可能存在的脉冲红光15的量，表示为组合光所需色温下组合光(来自第一和第二光源10、11两者)总光功率的百分比。右栏示出组合光中存在的最大红光：
期望的色温 最大值
2700K 40％
3000K 35％
4000K 20％
5000K 6％
在较低的色温(如2700K)下，可使用调节添加的脉冲红光15的量，使光谱向较低的色温(如2500K或更低)变暗，因为当红光光功率的积分值增加时，积分色点将主要沿平行于黑体线移动到红色区域。
图5示出根据本公开的实施例的照明装置的第一光源10和第二光源11的光功率随时间变化的曲线图。曲线40代表脉冲红光15，并且曲线41代表全光谱白光16。如果第一光源10和光源11可以对相应的驱动信号20、21做出基本上即时的反应，那么脉冲红光15和可见光16的形状将与相应的驱动信号匹配；如果不是这样，可能会出现延迟和瞬态。例如，由于热惯性，由整流AC电驱动的热发射器诸如白炽灯泡发射的光的强度会比驱动整流AC电变化得更慢。另一个示例，在适合调光控制的足够高的频率范围内使用PWM信号驱动LED可能会产生人眼看起来基本恒定的光。然而，实施例背后的发明构思将保持基本相同。
以下示例展示了如何在一些类型的照明设备中应用上述实施例背后的发明概念。这些示例仅用于说明，并非详尽无遗，也不具有限制性。
具有(多个)脉冲深红LED的双磷光体系统
在当今的照明市场上，使用发射蓝光的LED作为主发射器(被称为“泵浦”)与两个或更多个磷光体组合产生白光的LED磷光体系统非常普遍。磷光体可以应用到蓝光泵浦LED上，以覆盖其发光表面，或者在蓝光泵浦LED的远处布置，使得来自LED的光进入磷光体。
通常使用的磷光体是YAG:Ce磷光体，其主波长在光谱的绿色部分(例如YAG2.7，发射峰值在约560nm)中，与CASN磷光体组合，其主波长在光谱的红色部分(例如CASN615，发射峰值在约615nm)中，该磷光体转换来自蓝色LED源的蓝光的部分。将蓝色LED与绿色和红色磷光体组合的LED的光谱通常具有75和85之间的显色指数(CRI)，这适合于普通照明中的大多数应用。在没有红色磷光体的情况下，CRI值不会超过70，这被认为对普通照明应用来说太低。
在一些实施例中，白色LED的(多个)红色磷光体可以全部或部分地被脉冲LED取代，该LED在光谱的深红部分中发光，以提供或促进可见光谱的红色部分以获得合适的CRI值，同时还提供光生物刺激。此种深红发光LED在市场上常见于各种LED供应商，通常被称为“深红(deep-red)”或“光红(photo-red)”LED。
用发射深红光的一个或多个脉冲LED发射的光取代原先由红色磷光体发射的一些量或全部光，其益处是可以组合光生物调节(PBM)的健康益处实现类似的光学刺激。此外，可以减少磷光体的数量，例如，如果光谱的所有(或基本上所有)红色部分由脉冲LED供应，而不是由红色磷光体供应，则可能只需要一个磷光体，这可能引起制造和成本优势。为了实现显著的PBM效应，深红LED以特定的频率和脉宽进行脉冲，其光功率足以在人类细胞中生成足够的生物刺激。
在一些实施例中，这是在不改变所取得的光谱色点的情况下实现的(例如在CIE1976图中)。
图7是与图1B的实施例类似的照明装置1的一个实施例的示意图，其中第二光源11包括一个或两个磷光体系统，该系统包括一个泵浦LED 50，其发射的光基本上处于光谱的紫色或蓝色或紫色部分，例如在380nm至490nm的范围内，与一个或两个磷光体51、52(示意图所示)结合。该系统可以包括一个绿色磷光体51和一个可选的红色磷光体52。第一光源10包括一个脉冲深红LED 53，诸如先前的实施例。该照明装置1可以例如从第一光源10和第二光源11产生色温为2700K的组合光。
示例实施例1：具有(多个)脉冲深红LED的双磷光体系统
在图7的双磷光体实施例的示例实施例1中，泵浦LED 50的发射峰值约在450nm，绿色磷光体51包括YAG 2.7磷光体，红色磷光体52包括CASN615磷光体，并且脉冲深红LED的发射峰值约在650nm。对于该示例实施例，与典型的传统双磷光体系统(该系统包括相同部件50-52(除了脉冲深红LED 53))的光学分数相比，这些部件的近似光学分数示出在下面的表1中。
Figure BDA0003720021930000211
Figure BDA0003720021930000221
表1
在示例实施例1中，与传统系统相比，红色磷光体52的光功率有所降低，以允许通过脉冲深红LED增加光功率，同时与传统系统相比，保持类似的色点和相关色温(CCT)。
示例实施例1和上述传统双磷光体系统的光谱图在图8A和图8B中分别示出。x轴是发射光的波长，并且y轴指示每个部件的贡献的相对量值作为波长的函数，它们组合以产生总的所得光谱。
示例实施例1和传统系统的CIE 1976图中的所得色点在图9A和图9B中分别示出。可以看出，这两个系统的色点几乎相同。
示例实施例1的相关色温(CCT)和显色性数值示出在下面表2的两个左列中，并且传统系统的相关色温和显色值示出在表2的两个右列中：
CCT 2713 CCT 2704
R1 90.8 R1 78.1
R2 88.7 R2 85.0
R3 79.7 R3 88.7
R4 89.3 R4 76.4
R5 87.2 R5 74.8
R6 78.3 R6 76.2
R7 90.2 R7 87.0
R8 93.5 R8 67.6
R9 97.5 R9 25.8
R10 69.9 R10 62.8
R11 85.3 R11 69.7
R12 56.2 R12 49.1
R13 89.2 R13 78.7
R14 87.2 R14 92.7
Ra 87.2 Ra 79.2
表2
从表2中可以看出，这两个系统的CCT值非常类似，指示这两个系统的光在视觉上难以彼此区分。然而，与传统系统相比，具有脉冲深红LED的照明装置的光谱具有显著更优的显色性，特别是在R9值上，使得与传统系统相比，对颜色的光学感知大大改善。
在上述示例实施例1中，第一光源10(脉冲深红LED 53)贡献了来自照明装置的总平均光功率的约19％的相对光学分数。为了将来自第一光源10的可见闪烁减少到可接受的水平(例如，没有显著的可见闪烁)，第一光源10的驱动电流20的脉冲频率和脉宽应设置在输送所需光功率的值，从而以足够短的脉冲诱发PBM效应，以避免显著的可见闪烁。
对于示例实施例1，用于驱动第一光源10的适当布置的示例示出在下面的表3中。对于每个驱动布置，第一光源10的脉冲驱动电流20以指示的脉冲频率、占空比和脉宽提供，并适于在距照明装置的发光窗口的一定距离处在电流脉冲期间输送指示的近似峰值功率密度，其中测量总计500lux。
Figure BDA0003720021930000231
表3
请注意，上面示出的示例B不太可取，因为脉宽很短，并且可能不足以引起显著的PBM效应。然而，进一步提高频率确实可以改善SVM结果。
第一光源10的脉宽的增加以及光强度的增加是有限的，以避免显著的可见闪烁。此外，脉宽的增加将增加红光与总光谱相比的相对光学分数，从而移动来自照明装置的组合光的色点。
上述程序也可以以类似的方式应用于使用红色磷光体的其他磷光体系统上，例如使用具有另一主波长的红色CASiN磷光体的LED中的磷光体系统，例如“CASN 645”，其主波长进一步在光谱的645nm处的红色部分中。上述驱动布置也可以以类似的方式应用于其他磷光体系统上。
具有(多个)脉冲深红LED的多磷光体系统
市场上的一些LED光源使用多个磷光体，以试图产生类似于可见光区域的自然阳光的光谱。含有此类光谱组成的LED的示例是首尔半导体公司(Seoul Semiconductor)的“SunLike”LED产品和日亚公司(Nichia Corporation)的“Optisolis”LED产品，它们产生的光谱与太阳和白炽灯两者的可见光谱密切接近。
此类产品的光谱通常具有接近100的高CRI值，这意味着用该光谱照亮的物体的颜色在人眼看来是自然的，与白天期间自然阳光下的视觉感受(诸如在5000K色温下)可比，或与白炽灯或晚上的阳光(例如在2700K色温下)相比也是如此。
除了改善眼睛的光学刺激，使其能够以自然的方式感知被照亮物体的颜色外，由于自然发生的颜色，还具有进一步的人类心理益处，这被认为改善长期暴露于该光谱的人的幸福感。
发射该类型“自然”光谱的LED的复杂光谱组成通常是使用紫色泵浦LED与各种不同的磷光体组合而产生的。例如，“Optisolis”LED使用主波长为420nm的泵浦LED与五个不同的磷光体组合。
图10是与图1B的实施例类似的照明装置1的一个实施例的框图，其中照明装置被设计成产生与自然阳光密切匹配的光线。在该实施例中，第二光源11包括四磷光体系统，其包括泵浦LED 60，该泵浦LED 60与四个磷光体61-64(示意性地示出)组合，基本上在光谱的紫色部分，例如在380nm至450nm的范围内发射光。第一光源10包括脉冲深红LED 66，与先前实施例中相同。照明装置1可以例如从第一光源10和第二光源11产生色温为2700K的组合光。
示例实施例2：具有(多个)脉冲深红LED的多磷光体系统
在示例实施例2中，泵浦LED 60的发射峰值约在420nm，并且四个磷光体包括例如BAM磷光体61、硅酸盐Eu2+磷光体62、LuAG磷光体63和CASN615磷光体64，与峰值发射约在650nm的脉冲深红LED 66组合。这些部件的近似光学分数示出在下面的表4中，与Optisolis五磷光体系统的光学分数比较，该系统包括相同的部件60-64，其中增加了MGF磷光体65(并且不包括脉冲深红LED 66)。
Figure BDA0003720021930000251
表4
在传统Optisolis五磷光体系统中，MGF磷光体65的主波长在光谱的约650nm的深红部分中。在示例实施例2中，该磷光体被脉冲深红LED 66取代，以提供所需的红光部件以实现与自然阳光密切匹配的期望光线，并额外提供光生物刺激。
在示例实施例2中，与传统系统中MGF磷光体65的相对光学分数相比，脉冲深红LED66的相对光学分数(占总数的％)减少了，实现了所产生的总光谱的类似光学特性(例如色温和Ra)。因此，对总光谱有贡献的其余发光体的相对光学分数有轻微增加。
示例实施例2和上述传统五磷光体系统的光谱图在图11A和图11B中分别示出。x轴是发射光的波长，并且y轴指示每个部件的贡献的相对量值作为波长的函数，它们组合以产生总的所得光谱。
示例实施例2和传统五磷光体系统的CIE 1976图中的所得色点分别示出在图12A和图12B中。可以看出，这两个系统的色点几乎是相同的。
示例实施例2的相关色温(CCT)和显色值示出在下面表5的两个左列中，并且传统五磷光体系统的相关色温和显色值示出在表5的两个右列中：
Figure BDA0003720021930000252
Figure BDA0003720021930000261
表5
从表5中可以看出，这两个系统的CCT和显色值非常类似，指示来自这两个系统的光在视觉上将难以彼此区分，例如，由这两个系统照亮的物体的颜色将看起来具有类似的颜色。
在示例实施例2中，第一光源10(脉冲深红LED 66)可以贡献从照明装置1发射的总光的约6.59％的相对光学分数，同时避免显著的可见闪烁。与前述实施例一样，第一光源10的驱动电流20的脉冲频率和脉宽应设置在输送所需光功率的值，从而以足够短的脉冲诱发PBM效应以避免显著的可见闪烁。
对于示例实施例2，用于驱动第一光源10的合适布置的示例示出在下面的表6中。对于每个驱动布置，第一光源10的脉冲驱动电流20以指示的脉冲频率、占空比和脉宽提供，并适于在距照明装置的发光窗口的一定距离处在电流脉冲期间输送指示的近似峰值功率密度，其中测量总计500lux。
Figure BDA0003720021930000262
表6
注意到，上面所示的示例B不太可取，因为脉宽很短并且可能不足以诱发显著的PBM效应。第一光源10的脉宽的增加，以及光强度的增加是有限的，以避免显著的可见闪烁。此外，脉宽的增加将增加红光与总光谱相比的相对光学分数，使来自照明装置的组合光的色点移动。然而，进一步提高频率确实会改善SVM的结果。
增加脉冲深红光的光学瓦数，而不改变所产生的总光谱离黑体曲线(普朗克轨迹)太远的一种方式是通过调整图10的照明装置1的其他部件。例如，通过进一步减小在光谱的红色部分中发射的(多个)磷光体的相对光学分数，例如，在示例实施例2中，CASN615磷光体64的主波长为615nm。这样，脉冲深红LED 66所贡献的总光学分数可以达到10％以上。然而，就所实现的显色值而言，所产生的总光谱将具有稍次优光学值。
上述驱动布置也可以以类似方式应用于其他磷光体系统上。
(多个)脉冲深红LED和红色色移
在图7所示的实施例中，双磷光体系统51、52与脉冲深红LED 53组合。如前所述，增加光谱的深红部分中的光(来自脉冲深红LED 53)将改变照明装置发射的总体光的所得色点(例如，在CIE 1976图中)，可能将色点移入或移向光谱的红色部分。脉冲深红LED 53增加的光瓦数通常被限制在总光瓦数的约10％以下，除非与传统双磷光体系统相比，减少红色磷光体52(例如CASiN)的贡献，以避免将色点移到红色太远而导致较低的显色值。
然而，在一些实施例中，其中照明装置1产生的光的色温在3000K或以下，特别是在2700K或以下，可以通过脉冲深红LED 53产生更高的光瓦数，同时接受所得的总光谱色移到红色。此类低色温的该红移是可以接受的，因为CIE图中的色点主要与黑体曲线平行移位。在较低色温下的该红移只导致远离黑体曲线的非常小的移位，而不像在3000K以上的较高色温下观察到的较大的移位(由于黑体曲线在CIE u,v图中的取向)。
由于色点相对于黑体曲线的位置较近，由此所得的红移光谱仍会显得自然。这种红移被称为“色温减弱”。
示例实施例3和4：(多个)脉冲深红LED和红色色移
在示例实施例3中，照明装置1发射暖白光(例如，初始色温约为2700K)，并且脉冲深红LED 53提供总光瓦数的约20％。在示例实施例4中，脉冲深红LED 53提供了总光瓦数的约35％。与示例实施例3和4相比，传统双磷光体系统的部件的近似光学分数示出在表7中。
Figure BDA0003720021930000281
表7
在表7中的示例实施例3和4中，与传统双磷光体系统相比，绿色磷光体71和红色磷光体72的光功率保持不变，同时增加脉冲深红LED产生的光瓦数，以分别达到组合光谱的总光瓦数的5％和10％的光分数。
传统双磷光体系统、示例实施例3和示例实施例4的光谱图在图13A、图13B和图13C中分别示出。x轴是发射光的波长，并且y轴指示每个部件的贡献的相对量值作为波长的函数，它们组合以产生总的所得光谱。
上述传统双磷光体系统、示例实施例3和示例实施例4的CIE 1976图中的所得色点在图14A、图14B和图14C中分别示出。可以看出，示例实施例3和4的色点向右移到光谱的红色部分，这是因为该部分中的光瓦数较高。由于CIE u,v图中的黑体曲线的取向，因此CIEu,v图中相关颜色点的右移主要与黑体曲线平行，表现出“色温调光”。
这意味着所得的红移光谱仍将显得自然，因为相关色点相对于黑体曲线的位置很近。因此，所得的光谱仍然适用于通常照明应用，同时在深红光谱中含有大量的光瓦数，其对人体组织的生物刺激是有用的。
传统双磷光体系统的相关色温(CCT)和显色值示出在下面表8的两个左列中，示例实施例3示出在表8的两个中间列中，以及示例实施例4示出在表8的两个右列中：
CCT 2704 CCT 2603 CCT 2500
R1 78.1 R1 82.2 R1 86.5
R2 85.0 R2 87.1 R2 89.4
R3 88.7 R3 87.9 R3 86.9
R4 76.4 R4 80.0 R4 83.9
R5 74.8 R5 78.9 R5 83.3
R6 76.2 R6 78.6 R6 81.2
R7 87.0 R7 89.5 R7 91.7
R8 67.6 R8 76.6 R8 85.6
R9 25.8 R9 47.6 R9 69.1
R10 62.8 R10 67.3 R10 72.2
R11 69.7 R11 74.1 R11 78.8
R12 49.1 R12 54.6 R12 60.8
R13 78.7 R13 82.4 R13 86.3
R14 92.7 R14 92.0 R14 91.3
Ra 79.2 Ra 82.6 Ra 86.1
表8
从表8中可以看出，与传统系统相比，示例实施例3和4的CCT值具有降低的色温。在示例实施例3中，其中由脉冲深红LED 53产生5％的光分数，色温移位约100开至2603K。在示例实施例4中，其中由脉冲深红LED 53产生10％的光学分数，色温移位约200开至2500K。这些降低的CCT值是常见的值，在调控色温以实现更温暖的白光颜色时使用，例如创造舒适的环境照明，被称为“色温调光(colour temperature dimming)”或“暖调光(warmdimming)”。
在一些情况下，这种色温向光谱的红色部分的移位也可以用作在治疗背景下的PBM应用期间的安慰剂增强的期望效果，在这种情况下，暴露的人应该在视觉上注意到增加的PBM(经由脉冲深红光)的量已增强。
此外，与传统双磷光体系统相比，示例实施例3和4具有显著更优的显色R9值，同时显色值Ra也得到了全面改善。这意味着与传统双磷光体系统相比，在示例实施例3和4中，颜色的光学感知得到了显著改善。
在上述示例实施例3中，第一光源10(脉冲深红LED 53)贡献了来自照明装置的总的相对光学分数的约5％。为了将来自第一光源10的可见闪烁减少到可接受的水平(例如，没有显著的可见闪烁)，第一光源10的驱动电流20的脉冲频率和脉宽应该设置在输送所需的光功率密度的值，从而以足够短的脉冲诱发PBM效应，以避免显著的可见闪烁。
对于示例实施例3，用于驱动第一光源10的合适布置的示例示出在下面的表9中。对于每个驱动布置，第一光源10的脉冲驱动电流20以指示的脉冲频率、占空比和脉宽提供，并适于在距照明装置的发光窗口的一定距离处在电流脉冲期间输送指示的近似峰值功率密度，其中测量总计500lux。
Figure BDA0003720021930000301
表9
对于示例实施例4，用于驱动第一光源10的合适布置的示例示出在下面的表10中。
Figure BDA0003720021930000302
表10
请注意，上述表9和表10中的实施例B和C的驱动布置不太可取，因为脉宽很短，并且可能不足以诱发显著的PBM效应。另一方面，实施例4示例C中较高的峰值功率密度有利于诱发PBM效应，并且较低的SVM更优选防止频闪效应。
脉宽和光强度通常受到诱发的闪烁感知的限制，但在这些驱动示例中，有可能进一步增强脉冲深红光的所实现功率密度，至少达到8mW/cm2，并且可能更高，但这将导致进一步的红移光谱，并可能导致对闪烁具有较高敏感性的人可感知的闪烁，特别是对于100Hz示例。
实施例5：具有(多个)脉冲深红LED的单磷光体系统
在图7的示例实施例5中，泵浦LED 50的发射峰值在约450nm，绿色磷光体51包括YAG 2.7磷光体，并且红色磷光体52完全没有，光谱的红色部分由脉冲深红LED供应，发射峰值在约650nm。对于该示例实施例，与包括相同部件50-52(除了脉冲深红LED 53)的典型的传统双磷光体系统的光学分数进行比较，这些部件的近似光学分数示出在下面的表11中。
Figure BDA0003720021930000311
表11
在示例实施例5中，与传统系统相比，红色磷光体52的光功率被消除，以允许通过脉冲深红LED增加红色光谱中的光瓦数，同时与传统系统相比保持类似的色点和相关色温(CCT)。此种系统在两个方面可以是有益的：1)它允许使用更简单的LED，只有一个绿色磷光体51，这带来了制造和成本方面的益处，以及2)它允许来自脉冲深红LED的光学分数显著增加，这允许更高的每日剂量，同时保持与传统双磷光体系统类似的色点和CCT。
示例实施例5和上述传统双磷光体系统的光谱图分别在图15A和图15B中示出。x轴是发射光的波长，并且y轴指示每个部件的贡献的相对量值作为波长的函数，它们组合以产生总的所得光谱。
示例实施例5和传统系统的CIE 1976图中的所得色点分别示出在图16A和图16B中。可以看出，这两个系统的色点几乎相同。
示例实施例1的相关色温(CCT)和显色值示出在下面表2的两个左列中，并且传统系统的相关色温(CCT)和显色值示出在表12的两个右列中：
Figure BDA0003720021930000312
Figure BDA0003720021930000321
表12
在表12中可以看出，这两个系统的CCT值非常类似，指示来自这两个系统的光在视觉上将难以彼此区分。然而，与传统系统相比，具有脉冲深红LED的照明装置的光谱具有稍好的显色性，使得与传统系统相比，颜色的光学感知得到了改善。
在上述示例实施例5中，第一光源10(脉冲深红LED 53)贡献了来自照明装置的总的、平均的光功率的约38％的相对光学分数。为了将来自第一光源10的可见闪烁减少到可接受的水平(例如，没有显著的可见闪烁)，第一光源10的驱动电流20的脉冲频率和脉宽应设置在输送所需的光功率的值，从而以足够短的脉冲诱发PBM效应，以避免显著的可见闪烁。
对于示例实施例5，用于驱动第一光源10的合适布置的示例示出在下面的表13中。对于每个驱动布置，第一光源10的脉冲驱动电流20以指示的脉冲频率、占空比和脉宽提供，并适于在距照明装置的发光窗口的一定距离处在电流脉冲期间输送指示的近似峰值功率密度，其中测量总计500lux。
Figure BDA0003720021930000322
表13
注意到，上面示出的示例B不太可取，因为脉宽很短，并且可能不足以引起显著的PBM效应。然而，进一步提高频率确实改善SVM结果。第一光源10的脉宽的增加，以及光强度的增加是有限的，以避免显著的可见闪烁。此外，脉宽的增加将增加红光与总光谱相比的相对光学分数，移动来自照明装置的组合光的色点。
上述驱动布置也可以以类似的方式应用于其他磷光体系统。
总之，本公开至少提供了照明装置、照明方法以及用于普通照明的灯、用于普通照明的改造灯泡、用于普通照明的改造灯管和用于普通照明的灯具。通过红光光源的精密脉冲，可以在合理的功耗量下提供预定光谱中适当和有益的辐射量。将此种脉冲红光光源组合到普通照明设备中可以大大扩展其用途，并可以将其变成易于使用的具有健康益处的普通照明源。如果用户长时间段暴露于预定光谱中的辐射，诸如超过60分钟，使红光光源进行辐射还可有助于防止过量。
上述描述旨在是说明性的并且不是限制性的。对本领域技术人员来说，显而易见，本发明的可替代和等效的实施例可以被构思并付诸实施，而不偏离所附权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种用于普通照明的照明装置(1)，包括：
第一光源(10)，其适于基本上仅在从615nm至690nm的范围内的第一预定光谱中发射第一光(15)；
一个或多个驱动器电路(12、13)，其适于向所述第一光源(10)提供第一脉冲驱动电流(21)以用于产生所述第一光(15)，所述第一光以在所述第一预定光谱中的足以诱发人体中的光生物调节反应的第一峰值辐射功率来进行脉冲；以及
第二光源(11)，其适于发射第二光(16)，所述第二光源(11)能够发射至少250流明，优选至少1000流明，更优选至少2000流明；
其中所述第一光(15)的脉冲特性使得在所述照明装置(1)的稳态操作期间，人眼在来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的组合光中观察不到可见闪烁，
其中来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合光具有在CIE x,y色度空间中距黑体线的距离小于8个标准偏差颜色匹配的组合色点，以及
其中在所述第一驱动电流(21)的所述脉冲期间，所述第一预定光谱中的所述第一光(15)的第一辐射功率是所述第二预定光谱中的所述第二光(16)的第二辐射功率的至少两倍。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述一个或多个驱动器电路(12、13)适于将第二驱动电流(21)提供给所述第二光源(11)但不提供给所述第一光源(10)，其中所述第二驱动电流(21)为DC电流、AC电流、整流AC电流或脉冲频率为2kHz或更高的脉冲电流。
3.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光(15)的所述平均第一辐射功率是所述第一光(15)的所述平均第一辐射功率和所述第二光(16)的所述平均第二辐射功率之和的40％或更低。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光源(10)具有在645nm至675nm的范围内，优选在660nm的峰值辐射功率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第二光源(11)包括多磷光体系统。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光源(10)的峰值发射功率使得接收的功率密度能够在0.4mW/cm-50mW/cm，可选1mW/cm-15mW/cm的范围内，其中所述峰值发射功率在距所述照明装置0.2m和5m之间，可选在距所述照明装置0.5m和3m之间的共同平均距离处测量，或者在距所述照明装置的一定距离处测量，其中来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合光的照度约为500Lux。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光源(10)在8小时内在所述第一预定光谱中发射至少3,000J。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光源(10)适于输送足以在人体中诱发PBM反应的每日剂量(每单位面积的能量)，其中所述剂量在距所述照明装置0.2m和5m之间，可选距所述照明装置0.5m和3m之间的共同平均距离处测量，或者在距所述照明装置的一定距离处测量，其中来自所述第一光源和所述第二光源的所述组合光的所述照度约为500Lux。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光源(10)适于输送0.01J/cm-5J/cm，优选0.01J/cm-10J/cm的每日剂量，其中所述每日剂量在距所述照明装置0.2m和5m之间，可选距所述照明装置0.5m和3m之间的共同平均距离处测量；或者在一定距离处测量30，其中来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合光的所述照度约为500Lux。
10.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中由所述第一光源和所述第二光源(10、11)一起生成的所述组合可见光具有在所述照明装置的稳态操作期间具有不大于40％，优选不大于20％的闪烁百分比的光通量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中由所述第一光源和所述第二光源(10、11)一起生成的所述组合可见光具有在所述照明装置的稳态操作期间具有不大于1，优选不大于0.5的PstLM的光通量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中由所述第一光源和所述第二光源(10、11)一起生成的所述组合可见光在所述照明装置的稳态操作期间具有不大于1，优选不大于0.9，更优选不大于0.4的频闪可见度测量值。
13.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中所述第一光(15)的所述脉冲特性使得在所述照明装置(1)的稳态操作期间，所述人眼在来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合光中观察不到频闪效应。
14.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合光的相关色温在1700K-6500K的范围内，优选在2400K-5500K的范围内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中来自所述第一光源和所述第二光源(10、11)的所述组合可见光的所述光的显色指数在约2700K的相关色温下在80-100的范围内。
16.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用于工作照明。
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