KR20240055143A

KR20240055143A - 광생물변조(ｐｂｍ)를 유도하는 일반용 조명 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20240055143A
Application number: KR1020247012437A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 에듀아르트 호놀트; 마르타인 예로엔 덱커
Original assignee: 시버로우 라이프 사이언스 베.뷔.
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2024-04-26
Also published as: SG11202106284PA; HUE062149T2; CN113348730A; JP7282413B2; JP2022515605A; WO2020119965A1; US20220047887A1; FI3895504T3; KR102659002B1; DK3895504T3; EP3668276A1; CA3123130C; CA3123130A1; EP3895504A1; KR20210102923A; PL3895504T3; EP3895504B1

Abstract

가시광선 및 의학적으로 유익한 또 다른 스펙트럼의 방사선을 제공하기 위한 조명 장치가 제공된다. 조명 장치는, 가시광선을 방출하도록 적응되는 광원; 사전결정된 스펙트럼의 방사선을 방출하도록 적응되는 방사선원, 및 펄스화되고 20% 이하의 듀티 사이클을 갖는 제1 구동 전류를 제공하도록 적응되는 구동기 회로를 포함한다. 사전결정된 스펙트럼은 바람직하게는 760-1400㎚ 의 범위 내일 수 있다. 조명 장치는 광원이 아닌 방사선원에 제1 구동 전류를 제공하도록 적응된다. 이러한 조명 장치를 채용하는 대응 방법 및 제품들도 또한 제공된다.

Description

광생물변조(ＰＢＭ)를 유도하는 일반용 조명 장치 및 방법{PHOTOBIOMODULATION (PBM) IN GENERAL LIGHTING}

본 발명은 일반적으로 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 조명 장치, 조명 시스템, 및 광생물변조(PBM: PhotoBioModulation) 응답을 유도하기에 충분한 비가시 스펙트럼의 방사선을 전달하는 조명 장치를 제공하는 방법에 관한 것이다.

광생물변조(PBM)는 생물학적 또는 생화학적 응답을 유도하기 위해 특정 에너지/파워 수준들에서 살아있는 유기체에 방사선을 조사하는 것을 수반한다. 조사는 적색광과 같은 가시 스펙트럼 또는 적외선(IR)과 같은 비가시 스펙트럼으로 있을 수 있다. 신체적 및 심리적 증상들을 치료하기 위해 PBM 요법을 채용하는 것의 의학적 이점들에 대한 상당한 양의 연구가 있어 왔다.

하지만, PBM 방사선을 관리하는 대부분의 장비는 매우 제한된 수의 의료 시설들에서만 이용 가능한 특수 디바이스들이다. 더욱이, 이러한 특수 디바이스들은 종종 너무 복잡해서 잘 훈련된 의사들, 간호사들 및 기술자들의 팀만이 이것들을 사용할 수 있다. 이러한 요인들은 일반 대중에게 PBM의 의학적 이점들이 확산되는 것을 크게 제한한다.

그러므로, 현재 이용 가능한 장치들 및 방법들의 전술한 단점들을 극복할 필요가 있다.

사용하기 쉽고 에너지 효율적이며 비용 효과적이면서 PBM 응답을 유도하기에 충분한 양의 방사선을 방출하는 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 개시의 제 1 양태에 따르면, 조명 장치가 제공된다. 조명 장치는 광원, 방사선원 및 구동기 회로를 포함할 수 있다. 광원은 가시광선을 방출하도록 적응될 수 있다. 일 실시예에서, 광원은 CIE XYZ 색 공간(color space)에서 색점(color point)을 갖는 가시광선을 방출하는 것이 가능할 수 있거나 방출하기에 적합할 수 있으며, 이러한 색점은 상기 색 공간에서의 흑체 라인(black body line)까지 10 배색표준편차(SDCM: Standard Deviation Color Matching) 미만의 거리를 갖는다. 방사선원은 사전결정된 스펙트럼의 방사선을 방출하도록 적응될 수 있다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 적외선 대역 내일 수 있거나 또는 약 760-1400㎚ 의 범위 내일 수 있다. 사전결정된 스펙트럼은 비가시 스펙트럼을 포함할 수 있다. 구동기 회로는 제 1 구동 전류를 제공하도록 적응될 수 있다. 제 1 구동 전류는 펄스화될 수 있고 20% 이하의 듀티 사이클(duty cycle)을 가질 수 있다. 조명 장치는 광원이 아닌 방사선원에 제 1 구동 전류를 제공하도록 적응될 수 있다.

전통적인 광원들은 이미 인간에게 PBM 응답을 유도할 수 있는 대역의 일부 방사선을 방출한다. 예를 들어, 일반적인 백열 전구들의 방출 스펙트럼은, PBM 응답을 유도하기 위한 능력과 연관되어 있는 대역들 중 두 대역인, 적색광 및 근적외선광을 소량 포함한다.

하지만, 의학적 연구에 따르면, 방사선이 PBM 응답을 유도할 수 있기 전에, 방사선이 PBM 유도 광 스펙트럼 내에서 특정 최소 파워 밀도(단위 면적당 광 파워로 측정) 및 방사선량(dosage)(단위 면적당 에너지로 측정)을 달성할 필요가 있다.

본 개시에서 단독으로 쓰인 "광"이라는 단어의 의미는 가시광선에 국한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 개시에서 "광"이라는 단어는 가시광선 스펙트럼 외부의 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 마찬가지로, "광 파워(optical power)"와 같은 용어는 가시광선의 파워에 국한되지 않는다는 점에 또한 유의해야 한다.

본 발명자는 PBM 분야에서의 연구 문헌의 분석으로부터 밝혀진 놀라운 효과, 즉, 광 유도 생물학적 또는 생화학적 응답들은 동일한 에너지 밀도 또는 방사선량(단위 면적에 대한 에너지)이 전달됨에도 불구하고 파워 밀도들에 따라 변할 수 있다는 효과를 발견했다. 바꾸어 말하면, 파워와 시간(및 파워 밀도와 시간)의 곱만을 목표로 하는 것은 충분하지 않을 수 있으며, 파워 (밀도)와 시간의 적절한 조합들이 중요하다. PBM 응답을 유도하려면, 단주기(short period) 동안이더라도, 충분한 파워 밀도가 필요하다. 임계치보다 낮은 파워 밀도로 동일한 양의 에너지를 달성하기 위해 시간 경과에 따라 방사선을 확산하면, PBM 응답이 없거나 있더라도 제한적인 PBM 응답을 유도할 수 있다. 즉, 불충분한 파워 밀도는 방사선 조사 시간을 연장함으로써 해결할 가능성은 낮다.

본 발명자는 백열 전구들과 같은 전통적인 광원들을 PBM 유도 광 스펙트럼으로 특정 거리에서 충분한 파워 밀도를 제공할 수 있는 수준으로 구동하려면 과도한 양의 전력을 필요로 한다는 문제를 인식했다. 이 문제는 적어도 백열 전구가 일반적으로 항상 켜져 있다는 사실로부터 발생한다. PBM 유도 광 스펙트럼으로 충분한 파워 밀도를 제공하기 위해 백열 전구를 구동하면, 현재 일반 조명용 소스들에 대해 예상되는 전력보다 적어도 1배 더 많은 전력이 소비된다.

본 발명자는 고체 조명(SSL: Solid-State Lighting) 기술들과 같은 다른 광원들의 최근 발전들이 백열 전구들의 결함을 해결할 수 있음을 인식한다. 예를 들어 SSL 기술들로부터의 조명 디바이스들인 LED(Light-Emitting Diode)는, 열 방출이 더 적고 방출 대역이 더 좁아 에너지 효율을 높이는 데 기여한다. SSL 디바이스들은 또한 더 정밀하게 제어되는 방출 대역을 허용하여, 원하는 방출 대역들에서 효율적인 파워 할당을 가능하게 한다. 더 중요한 것은, SSL 디바이스들은 구동 및/또는 제어 신호들에 빠르게 반응할 수 있다는 것이다. 바꾸어 말하면, SSL 디바이스들을 이용하는 타이밍 제어는 열 방출기들인 백열 전구 또는 할로겐 전구와 같은 다른 유형들의 광원들에 비해 열 관성(thermal inertia)이 훨씬 더 정밀하다. 다르게 말하면, SSL 디바이스들은, 무시할 수 있는 지연으로 신호들을 제어 및/또는 구동하기 위한 거의 즉각적인 반응을 허용하여, 빠른 펄스화에 적합하다.

하지만, 본 발명자는 또한 현재의 SSL 바이스들만으로는 PBM 유도 대역 내에서 필요한 양의 파워 밀도와 방사선량을 여전히 전달하지 못한다는 것을 인식한다. 예를 들어, 길이가 150㎝이고 형광 튜브 대신 LED 디바이스들이 장착된, 예컨대, T8 또는 T5 유형의 선형 램프가 180°초과의 균일한 배광 분포를 갖는다고 가정한다. 램프로부터 거리 r = 2m 에서, 2m 의 거리에서의 이론적 배광을 나타내는 이론적 반원 기둥의 표면은 A = πrh = ~10㎡ 이다. 원하는 광 스펙트럼으로 총 1W의 출력 파워로 시간 경과에 따라 실질적으로 일정한 방사선을 방출하는 LED 디바이스들이 선형 램프에 장착되어 있다고 가정하면, 램프로부터 평균 2m 의 거리에서의 평균 파워 밀도는 약 10μW/㎠ (0.1W/㎡)이며, 이는 최근 의학적 연구에 의해 제안되는 필요한 최소 파워 밀도(예컨대, 1-50mW/㎠)보다 훨씬 낮은 수준이다. 그 차이는 몇 자릿수이기 때문에 LED 디바이스들이 시간 경과에 따라 실질적으로 일정한 방사선을 방출하도록 유지하고 총 방출 와트를 대응 자릿수만큼 증가시키는 것은 비실용적이며 경제적으로 받아들여지지 않을 가능성이 매우 높다는 점에 유의한다.

본 발명자는 현재 SSL 디바이스들의 물리적 능력들 내에서 필요한 파워 밀도의 양을 달성할 수 있는 또 다른 가능성을 인식한다. LED와 같은 SSL 디바이스를 연속파(continuous wave)("CW"로 약칭되고 비펄스화되는 것을 의미할 수 있음) 대신 펄스 또는 거의 연속적인 파동 신호로 구동함으로써, 동일한 양의 전력을 소비하면서 펄스의 듀티 사이클의 역배수에 의해 SSL 디바이스에 의해 방출되는 피크 파워를 높이는 것이 가능하다. 바꾸어 말하면, 펄스화된 방출을 이용하는 SSL 디바이스는 연속파(CW) 방출을 이용하는 동일한 디바이스보다 훨씬 높은 피크 방출 파워를 달성할 수 있다. 다르게 말하면, 본 발명자는 제한된 양의 전력을 효율적으로 활용하여 필요한 양의 (단기) 파워로 방사선을 방출하는 펄스의 능력을 인식했다. 바꾸어 말하면, 본 발명자는 SSL 디바이스들과 같은 협대역 방출 디바이스들이, 제한된 양의 파워를, 원하는 스펙트럼에만 집중시키는 것을 허용하지만, 이러한 협대역 방출 디바이스들을 펄스화하는 것은, 이용 가능한 파워를 짧은 지속 시간(duration)에 집중시키는 것을 더 허용하여, 이러한 디바이스들이 상승된 파워 임계치를 통과하는 방사선을 방출하는 것을 가능하게 한다는 점을 인식했다. 펄스의 또 다른 장점은 방출 디바이스가 펄스들 사이에서 냉각될 수 있다는 것이다. 이것은 방출 디바이스의 열 소모 비용(thermal budget)을 완화할 수 있고, 예컨대 더 작은 구동기 회로 및 더 작고 더 저렴한 SSL 디바이스(즉, 더 적은 에피택셜 재료들 및/또는 더 작은 다이 표면들을 가짐)의 사용을 허용할 수 있다. 비용 절감은 더 작고 더 저렴한 SSL 디바이스들을 사용함으로써 그리고/또는 주어진 양의 PBM-유도 방사선을 제공하는 조명 장치에서 더 적은 수의 SSL 디바이스들을 사용함으로써 발생할 수 있다. 더 완화된 열 소모 비용은 또한 방출 디바이스를 수용하는 하우징의 크기 및 임의의 연관된 냉각 디바이스의 크기를 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 방출원으로부터 2m 거리에 있는 광의 8mW/㎠ 의 파워 밀도를 가능하게 하기 위해 850㎚ 광의 피크 파장을 갖는 500W의 광 파워 방출이 필요하다고 가정한다. 500W 연속파 방출기(즉, 시간 경과에 따라 실질적으로 일정한 파워로 비펄스파들을 방출함)를 사용하는 대신에 방출원으로부터 2m 거리에서 8mW/㎠ 의 목표 파워 밀도는 더 낮은 전력 소비로 펄스형 500W 방출기에 의해 또한 달성될 수 있다. 예를 들어, 방출된 방사선이 1Hz의 펄스 주파수 및 2ms의 펄스 지속 시간(즉, 0.2%의 듀티 사이클)으로 펄스화된다면(또는, 방출기가 방사선을 방출하도록 구동된다면), 전력 소비는 연속파 방출에 비해 500배 더 낮을 것이다. 펄스 모드에서의 평균 광 파워는 이제 1/500초 동안 방사선이 존재하기 때문에 500W가 아닌 1W가 될 것이다. 펄스 주파수 및 펄스 지속 시간에서의 펄스화에 의해 평균 광 파워 방출을 500배 만큼 감소시키기 때문에, (펄스 모드 전자 구동기 유닛 및 방출기와 비교하여 연속파 전자 구동기 유닛 및 방출기의 유사한 효율을 가정하면) 전력 소비도 또한 동일한 배수 500만큼 저하될 것이다.

방사선원을 펄스화하는 비용 절감 이점은 여기에서 더 자세히 설명된다. 발광 다이오드들과 같은 몇몇 유형들의 방사선원들의 최대 구동 전류는, 너무 많이 구동하면 다이오드들이 과열되고 방사 효율이 감소할 것이라는, 열 요구 사항들에 의해 제약된다. 조명 장치가 방사선원의 허용 구동 전류에 의해 제공될 수 있는 양보다 많은 양의 PBM 유도 방사선을 출력할 필요가 있게 되면, 더 많은 양의 방사선원들이 필요하거나 방사선원의 유형이 변경되어야 한다. 양방 모두의 옵션들은 비용이 많이 들 수 있다. 하지만, 방사선원이 펄스화되면, 방사선원이 펄스들 사이에서 냉각될 수 있기 때문에 허용 구동 전류가 더 증가할 수 있다. 바꾸어 말하면, 펄스화는, 주어진 방사선원이 그것의 허용 구동 전류의 양을 올리거나 높이는 것을 허용한다. 이것은 주어진 양의 PBM 유도 방사선을 제공하는 조명 장치에서 더 작고 저렴한 방사선원 및/또는 더 적은 수의 방사선원들을 사용하는 것을 허용한다. 일 실시예에서, 방사선원 및 구동기 유닛은 높아진 허용 구동 전류로 구동 모드에서 동작하도록 적응된다.

이 문서의 맥락에서, 일 펄스 동안의 구동 전류가 제조업체에 의해 지정되는 DC에서의 허용 구동 전류를 초과하면, 방사선원이 높아진 허용 구동 전류로 구동된다. 방사선원이 적외선 LED인 예에서, 제조업체는 일반적으로 1A DC와 같은 순방향 전류에 대한 최대 정격을 지정한다. (연속파 구동 모드에서) DC에서의 최대 정격은, 이 최대 정격이 결코 초과될 수 없음을 의미하는 것은 아니며, 이는 전기적, 열적 또는 광학적이든 방사선원의 성능의 적어도 일 양태에 대해 부정적인 결과들을 나타내지 않으면서 연속파 구동 모드에서 이러한 최대 정격이 초과될 수 없음을 의미한다. 제조업체는 또한 최대 정격이 초과될 수 있는 기간과 그 양을 지정할 수 있다. 적외선 LED의 예에서, 제조업체는 LED의 "펄스 취급 능력"을 지정할 수 있는데, 이는 DC에서의 최대 정격을 초과하는 순방향 전류의 양과, 이러한 순방향 전류에서의 허용 펄스 시간 및 듀티 사이클의 길이 사이의 관계를 명시한다.

일단 일반 조명 장치가 PBM 응답들을 유도할 수 있는 특정 거리에서 특정 전력 밀도를 가능하게 하기 위한 충분한 양의 전력을 방출하도록 적응되면, 많은 장점들이 구체화된다. 램프 또는 천장 조명과 같은 일반 조명 장치는 사용하기 쉽고 일반적으로 이용 가능하므로, PBM 방사선을 관리하는 의료 전문가들의 필요성이 크게 감소하며, 이는 PBM 방사선을 받는 사람의 시간과 재정 자원들의 상당한 절약에 이르게 된다.

작업 조명 장치 또는 액센트(accent) 조명 장치에 대해 동일한 적응이 이루어질 수 있음에 유의한다. 작업 조명은 인간의 시각을 돕기 위해 조명을 비추지만 (넓은 영역에 대해 높은 밝기가 필요한) 스포츠 경기장 및 길거리와 같은 특수 조명 요구 사항들을 갖는 장소들에서 사용될 수 있다는 점에서 특수한 형태의 일반 조명으로 볼 수 있다. 액센트 조명은 시각적인 액센트를 구축하도록 그리고 보는 사람에게 관심 지점을 생성하도록 의도될 수 있으며; 일반적인 응용 분야들은 관엽 식물들, 조각품들, 그림들 및 기타 장식들을 강조하는 것 그리고 건축 텍스처들 또는 야외 조경을 강조하는 것을 포함한다. 본 개시의 실시예들에서 사용될 수 있는 일반, 작업 또는 액센트 조명 장치들은, 천장 조명, 침대 헤드 조명, 주방 조명, 스포츠 조명, 가로 조명, 의료 조명, 공공 조명, 욕실 조명, 화장대 조명, 트랙 조명 및 거울 조명과 같은 영역에 대한 조명기구(luminaire) 또는 고정구에 설치되거나 그 일부가 될 수 있는 발광 표면을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 적용 가능한 조명 장치들은 또한 공간들, 영역들 및 표면들을 비추어 이에 의해 사람들과 동물들이 시간을 보내는 환경을 밝게 하는 조명 디바이스들을 포함한다.

전술한 장점들 이외에도 사용자는 그의 활동이 방해받지 않으면서 일반 조명 또는 작업 조명 또는 액센트 조명 장치의 광에 자연스럽게 머무르거나 자연스럽게 노출될 수 있다. 이것은 단위 면적당 에너지로 측정되는 광범위한 방사선량을 제공함에 있어서 유연성을 가져온다. 에너지는 힘에 시간을 곱한 것임을 상기한다. 이것은 일반 조명 또는 작업 조명 또는 액센트 조명 장치를 켜는 것만으로 상이한 양의 방사선량들이 용이하게 달성될 수 있음을 의미한다. 투사하는 것(dosing)의 단순성은 평균 일일 선량(dose)을 여러 시간에 걸쳐 확산시킴으로써 달성되어, 적용된 선량이 권장 선량을 결코 초과하지 않는다. PBM 응답들을 유도하는 데 효과적인 파워 밀도에서 장주기(long period)에 걸쳐 선량을 확산하는 것은 이 문서에 설명되는 펄스화 방법에 의해 달성된다. 전문 치료 센터를 30분 넘게 방문하는 것은 종종 성가신 일로 간주될 것이지만, 일반 조명 장치의 광 아래에 머 무르거나 1시간 넘게 또는 심지어 8시간 동안 사람이 전혀 신경쓰지 않은 채 노출되는 것은 전적으로 일반적이다.

예를 들어, 850㎚ 의 피크 방출을 가지며 1Hz 의 펄스 주파수 및 2ms 의 펄스 지속 시간에서의 펄스 모드로 방출하는 적외선 발광기를 포함하는 일반 조명 장치를 가정한다. 또한, 적외선 방출기가 500W의 최대 광 방출 파워를 가지고 있으므로, 방출기로부터 2m 떨어진 위치로 8mW/㎠ 를 전달할 수 있다고 가정한다. 다음으로, 발광기는 대략 0.23J/㎠ (8mW/㎠ 에 8 * 60 * 60초를 곱함)의 8시간에 걸쳐 축적된 에너지 밀도를 해당 위치로 전달할 수 있다.

광원이 CIE XYZ 색 공간에서의 흑체 라인까지 10 SDCM 미만의 거리를 갖는 색점을 갖는 가시광선을 방출할 수 있거나 방출하기에 적합한 실시예에서, 이러한 광원이 일반 조명 장치에서 사용되기에 적합하다는 점에 유의한다. 그 이유는 이러한 종류의 가시광선은 인간의 시각을 돕거나 사람들이 생활하기 더 편리하도록 그리고/또는 해당 공간에서 일하도록 공간의 조명 수준을 올리는 데 적합하다는 점에서 그러한 광원에 의해 방출되는 가시광선은 상대적으로 백색이기 때문이다. 일부 실시예들에서, 광원이 CIE XYZ 색 공간에서의 흑체 라인까지 10 SDCM 미만의 거리를 갖는 색점을 갖는 가시광선을 방출할 수 있거나 방출하기에 적합하다. 일부 실시예들에서, 거리는 CIE XYZ 색 공간에서의 흑체 라인까지 8 SDCM, 7 SDCM, 6 SDCM, 5 SDCM 또는 3 SDCM 미만일 수 있다.

적절한 지속 시간 및/또는 주기로 (예컨대, NIR 대역에서의) PBM 응답들을 유도할 수 있는 방사선을 제공하기 위해 방사선원들을 펄스화하면 사용자가 전문 센터에서 일반적인 치료 주기인 30분 또는 60분보다 훨씬 더 오랜 주기동안 일반 조명 장치에 가까이 머물러도 과다 투사(overdosing)의 가능성을 크게 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 의학적 연구는, 약 10J/㎠ 에서 방사선량과 피크들이 증가함에 따라 유익한 생물학적 응답이 증가하는 것을 제안한다. 더 증가된 방사선량은, 유익한 PBM 응답들을 감소시킬 수 있으며, 방사선량이 약 35J/㎠ 를 초과하면 심지어는 유익하지 않을 수도 있다. 따라서, 사용자가 약 20분 넘게 약 8mW/㎠ 의 파워 밀도 수준에 노출되면, 사용자가 최대 이점을 받기 어려울 것이다. 바꾸어 말하면, 충분히 짧은 펄스 지속 시간 및/또는 주기는 PBM 응답들을 유도하기에 충분한 파워 밀도를 제공할 수 있으며 동시에 광범위한 시간, 예컨대, 사용자에 과다 투사하지 않으면서 몇 분으로부터 최대 8시간 이상까지의 시간에 걸쳐 유익한 양의 총 에너지 밀도(단위 면적당 파워에 시간을 곱한 것)를 전달할 수 있다. 이렇게 하면 사용자는 (과다 투사를 방지하기 위해) 조명 장치를 꺼야할 때 걱정할 필요없이 종래의 광원처럼 조명 장치를 사용할 수 있지만 PBM 유도 방사선의 이점을 여전히 받을 수 있다.

방사선원들을 펄스화하는 또 다른 이점은 사용자의 눈들의 각막들에서의 관련 스펙트럼의 이러한 방사선에 의해 유도되는 열 부하 감소를 통해 사용자의 눈들에 더 나은 안전이며, 이는 관련 안전 규정들 및 안전 한계들을 준수하기에 충분히 낮은 펄스화된 방사선에 대한 평균 파워 밀도로부터 발생된다 예를 들어, 일반적인 국제 표준인 IEC 62471은, 일반 조명 서비스(GLS: General Lighting Service)용으로 의도되는 램프가 780㎚ 내지 3000㎚ 의 파장 범위에 걸친 적외 방사선에 대한 사용자의 안구 노출을 1000초보다 긴 시간 동안, 램프가 10mW/㎠ 미만(100W/㎡)으로 500럭스(lux)의 조도를 생성하는 거리에서, 계속 유지해야 하도록 요구한다. 적외 방사선원이 20mW/㎠ 의 파워 밀도를 생성하는 조명 장치는, 예를 들어, 조명 장치에 의해 500럭스가 생성되는 거리에서, 이 문서에 설명된 방법들에 따라 50%의 듀티 사이클로 적외 방사선원을 펄스화함으로써 이 안전 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 또 다른 예로서, IEC 62471은 펄스 램프 소스가 200㎜ 거리에서 1000초를 초과하는 시간 동안 적외선 안구 노출을 10mW/㎠ 미만으로 유지하도록 요구한다. 그러므로, 적외선만 방출하고, 2m에서 8mW/㎠ (방사선이 전방향으로(omni-directionally) 방출되고 균일하게 확산된다고 가정하면 0.2m에서 800mW/㎠ 에 해당)를 생성하는 펄스 방사선원은, 1.25%의 듀티 사이클에서 적외 방사선원을 펄스화함으로써 규정을 준수할 수 있다. 그러므로, 이 문서에 설명된 바와 같은 방사선원(이를테면, 적외선 소스)을 펄스화하는 기술적 해결책은, 가시광선 방출기들과 결합하지 않고도 (적외선) 방사선원이 사용될 수 있는 일반 조명 디바이스들을 사용하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 사용자의 수면을 방해하는 가시광선 없이 야간에 광 생물학적 자극이 유도될 수 있다. 전술한 안전 상황에서, (적외선) 방사선원의 펄스화는, 방출된 스펙트럼의 가시적 컴포넌트가 더 낮은 조명 수준으로 어두워지는 때에 PBM 애플리케이션을 안전하고 IEC 62471을 준수하도록 만드는 활성화 엘리먼트이기도 하다.

그러므로, 본 개시의 제 1 양태의 배후에 있는 창의적인 발상에 따른 조명 장치는 특정의 국부적 및 전신적(systemic)(바디 와이드(body wide)) PBM 효과들을 이끌어 낼 수 있다. 예를 들어, 손상되었거나 퇴화되거나 죽을 위험이 있는 인체 조직을 PBM이 자극, 치유, 재생 및 보호할 수 있음을 제안하는 다양한 의학적 연구 문헌이 있다. 가장 중요한 것은, PBM이 인체와 그 시스템들에 항 염증, 항산화 및/또는 미토콘드리아 부스팅 및 정상화 효과를 유도할 수 있다는 것이다. 인체에 대한 긍정적인 효과는 생체 자극 및 항알레르기성; 추가적으로 면역 조절, 혈관들의 혈관확장 및 혈액에 대한 항저산소성으로 더 설명될 수 있다. 다른 긍정적인 효과들은, 예를 들어 허혈성 뇌졸중을 겪은 후 또는 건강한 피험자의 인지 기능들을 증가시키기 위한, 뇌의 재생 자극을 포함할 수 있다. 또한, PBM이, 예컨대, 우울증, 치매, 알츠하이머, 파킨슨, ADHD, ADD, 고혈압, 테스토스테론 결핍 및 PTSD를 겪는 사람들의 정신 기질에 긍정적인 효과들을 유도할 수 있다는 것이 최근 연구에 의해 제안되었다. 또한, 피부 회춘 및 피부 노화 감소가 달성될 수 있으며, 인체 전체의 회춘 또는 노화 감소로 설명될 수 있는 특정의 전신 효과들이 달성될 수 있다. 예를 들어 장시간의 일광욕 전에 특정 종류의 스트레스에 대비하기 위한 피부 또는 신체 전체에 대해 추가적으로 사전 컨디셔닝하거나, 또는 높은 수준들의 활성 산소 종과 관련되는, 광범위한 스포츠, 정신적 스트레스 또는 인체에 대한 스트레스와 같은 높은 수준들의 예상된 스트레스 전에 사전 컨디셔닝하거나, 또는 잠재적인 독성 환경들 또는 독소들과의 직접적인 접촉이 예상될 수 있는 장소에 노출되기 전의 사전 컨디셔닝한다. 또한, 그것은, 광범위한 스포츠, 정신적 스트레스, 유해한 수준들의 방사선 또는 독소들에 노출된 후 회복 시간을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 그것은, 또한 눈의 시력과 인간 눈의 전반적인 건강에 장기적으로 긍정적인 영향들을 미칠 수 있으며 모발 성장을 가속화 및 개선할 수 있다. 또한, 그것은, 인체의 멜라토닌 수준들을 정상화하여 수면을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 그것은, 또한 시차증, 또는 일주기 리듬(circadian rhythm)이 불균형한 기타 환경들을 처리하는 데 도움이 될 수 있다. 요약하면, 진핵 세포들에 대한 근본적이고 긍정적인 PBM 효과들로 인해, 항염증, 항산화, 항상성 및/또는 미토콘드리아 부스팅 및 정상화 효과를 유도하여, 인체의 어느 부분에서나 긍정적인 효과들이 달성될 수 있다. 언급된 이점들 중 일부는 또한 애완 동물들(예컨대, 개, 고양이) 또는 농장 동물들(예컨대, 소, 말, 돼지)과 같은 동물에도 유사한 방식으로 적용될 수 있으며, 기본적으로 진핵 세포들로 이루어지는 모든 존재들은 PBM 효과들을 유발하는 특정 광에 노출되는 이점들을 가질 수 있다.

본 개시의 제 1 양태의 배후에 있는 창의적인 발상에 따른 조명 장치의 또 다른 장점은 일반, 작업 또는 액센트 조명 및 PBM 유도 방사선을 동시에 제공하는 능력이다. 동일한 조명 장치가 양방 모두의 기능들을 제공한다.

일 실시예에서, 방사선원에 의해 방출되는 방사선의 사전결정된 스펙트럼은 800-1100㎚ 의 범위 내일 수 있다. 사전결정된 스펙트럼은 바람직하게는 800-870㎚ 의 범위 내일 수 있다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 선택적으로 830, 980 및/또는 1060㎚ 부근의 피크 방출과 함께 800-1100㎚ 의 범위 내일 수 있다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 800-870㎚ 의 범위 내일 수 있으며, 선택적으로 820-850㎚ 의 범위 내의 피크 방출이 있을 수 있다. 적외선 대역에서 PBM의 치료적 가치를 실증하는 풍부한 문헌이 있었고, 본 발명자는 800-1100㎚ 및 800-870㎚ 와 같은 범위들이 특히 유익하고/하거나 구현하기 쉬울 수 있다는 것을 인식했으며, 이것은 이러한 실시예들을 특히 유용하게 만든다.

일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 가시 스펙트럼을 제외하거나 가시 스펙트럼을 포함하지 않을 수 있다. 펄스화된 방출은 가시 스펙트럼 내에 있지 않기 때문에, 펄스들은 사용자에게 지각할만한 어떠한 성가심도 일으키지 않으면서 매우 높은 피크 방출을 가질 수 있다.

일 실시예에서는, 조명 장치는 제 1 구동 전류와는 상이한 제 2 구동 전류를 광원에 제공하도록 적응될 수 있다. 제 2 구동 전류는 광원을 구동할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 구동 전류는 직류(DC) 또는 교류(AC) 또는 펄스 폭 변조(PWM) 전류일 수 있다. PWM 전류는 바람직하게는 20000 Hz-300000 Hz 범위 내의 펄스 주파수를 가질 수 있다. 제 2 구동 전류는 가시광선을 방출하도록 적응되는 광원을 구동함에 있어서 더 많은 유연성을 제공할 수 있다. 바꾸어 말하면, (가시)광원은 사전결정된 스펙트럼에서의 방사선을 방출하도록 적응되는 방사선원과는 상이한 방식으로 용이하게 구동될 수 있다. 가시광원을 DC 또는 AC로 구동하면 광원에 의해 방출되는 가시광선의 안정성을 더 증가시킬 수 있다. 펄스 폭 변조(PWM) 신호로 가시광원을 구동하는 것은 예를 들어 밝기 디밍(brightness dimming)을 달성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 구동 전류들은 백열 전구들, 형광 튜브들 및 상이한 종류의 LED들과 같이 널리 사용되는 광원들에 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 구동기 회로는 제 1 구동기 회로일 수 있다. 조명 장치는 제 2 구동 전류를 제공하도록 적응되는 제 2 구동기 회로를 더 포함할 수 있다. 광원과 방사선원에 에너지를 공급하기 위해 구동기 회로들을 분리하는 것은, 하나의 구동기 회로가 에너지를 공급하고 있지 않은 광원 또는 방사선원을 그 하나의 구동기 회로가 방해하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 구동 전류의 펄스 지속 시간은 약 0.05-500ms 의 범위 내일 수 있다. 제 1 구동 전류의 펄스 지속 시간은 선택적으로 약 0.1-100ms, 바람직하게는 약 0.5-20ms, 가장 바람직하게는 약 4-10ms의 범위 내일 수 있다. 펄스 지속 시간에 대한 다른 옵션 범위들은 1-40ms, 4-40ms 및 8-30ms 를 포함할 수 있다. 이들 실시예는들은 연구 문헌에 따라 특정 범위들에 대해 이용 가능한 전자 장치 및 특별한 이점들을 갖는 실제 구현예의 유리한 효과들을 가질 수 있다. 한편으로, 더 긴 펄스들은 더 나은 PBM 응답들을 제공할 수 있으며, 다른 한편으로 더 짧은 펄스 및/또는 더 낮은 듀티 사이클은 방사선원의 허용 구동 전류를 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 구동 전류의 펄스 주파수는 약 0.01-10000 Hz 의 범위 내일 수 있다. 제 1 구동 전류의 펄스 주파수는 선택적으로 약 0.1-2500 Hz, 바람직하게는 약 1-160 Hz 의 범위 내일 수 있다. 이러한 실시예는 연구 문헌에 따라 특정 범위들에 대해 이용 가능한 전자 장치들 및 특별한 이점들을 갖는 실제 구현예의 유리한 효과들을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 구동 전류는 10% 이하, 선택적으로 5% 이하, 선택적으로 1% 이하의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 더 낮은 듀티 사이클은 방사선원이 동일한 양의 소비된 전력으로 더 높은 (피크) 방출 파워를 생성하는 것을 허용할 수 있다. 더 낮거나 더 세밀하게 튜닝된 듀티 사이클은 또한 사용자로의 과다 투사의 가능성을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 구동 전류는 사전결정된 주기 동안 1%의 제 1 듀티 사이클 및 다른 사전결정된 주기 동안 2%의 제 2 듀티 사이클과 같이 교번하는 듀티 사이클들을 가질 수 있다. 복수의 듀티 사이클은 상이한 시간들에 PBM 유도 방사선의 선량을 프로그래밍함에 있어서 유연성을 증가시킬 수 있다.

물론, 상이한 범위들의 펄스 지속 시간과 펄스 주파수의 조합들이 가능하다. 또한, 펄스 지속 시간, 펄스 주파수 또는 양방 모두를 변경함으로써 다양한 소비 전력량을 갖는 방사선원으로부터 원하는 (피크) 방출 파워가 달성될 수 있다는 점에 유의한다. 이러한 유연성은 특정 필요성들을 충족하도록 조정될 수 있는 상이한 형태들의 파워 및/또는 방사선량 및/또는 전력 소비 제어를 허용할 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 구동 전류가, 향상된 허용 구동 전류로 방사선원을 구동하는 것을 가능하게 하도록, 펄스 지속 시간, 펄스 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나가 선택된다. 향상된 허용 구동 전류로 방사선원을 구동하는 것은, DC에서 허용 구동 정격들이 더 낮을 수 있는 더 저렴한 방사선원들을 이용하여, 또는 더 높은 구동 조건에서 동작하여 동일한 방사선 출력을 달성할 수 있는 더 적은 수의 주어진 유형의 방사선원을 이용하여, 또는 양방 모두를 이용하여, 주어진 양의 방사 파워 밀도 및 방사선량을 가능하게 할 수 있다. 이것은 조명 장치의 비용을 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 하나의 펄스는 복수의 "서브" 펄스들로 스플릿될 수 있다. 예를 들어, 펄스 지속 시간이 10ms이고 펄스 주기가 100ms(예컨대, 펄스 주파수 10Hz)라고 가정한다. 10ms의 하나의 "메인" 펄스가 80ns의 펄스 지속 시간과 100ns의 펄스 주기를 갖는 서브 펄스들로 스플릿될 수 있다. 이 경우, 메인 펄스는 100개의 서브 펄스들을 포함한다. 서브 펄스들의 펄스 지속 시간은, 메인 펄스의 펄스 지속 시간보다 짧기만 하다면, 특별히 제한되지 않는다는 점에 유의한다. 상이한 수준들의 펄스 지속 시간 및/또는 펄스 주파수에서의 펄스들이 사용하는 것은, 특정 사용 필요성에 적합하거나 또는 연관된 전자 장치에서의 특정 요구 사항에 적응하기 위해 방사 패턴을 조정할 때 추가적인 유연성을 제공한다.

일 실시예에서, 방사선원은 펄스화될 수 있는 사전결정된 스펙트럼의 방사선을 생성하도록 적응될 수 있다. 사전결정된 스펙트럼(예컨대, PBM 응답들을 유도할 수 있는 스펙트럼)의 방사선이 펄스화된다. 펄스화는 방사선원의 피크 방출 파워가 동일한 양의 전력 소비에서의 바람직한 배수만큼 "부스트(boost)"되도록 허용할 수 있다. 펄스화는 또한 사용자가 과다 투사되지 않고 PBM 유도 방사선에 노출될 수 있는 시간을 연장할 수 있다.

일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류에 의해 에너지가 공급되는 방사선원에 의해 방출되는 방사선의 피크 방출 파워는 적어도 25W, 선택적으로 적어도 100W, 선택적으로 적어도 200W, 선택적으로 적어도 500W 일 수 있다. 적어도 25W의 피크 방출 파워는, 반구의 방사 패턴을 갖는 조명 장치로부터 약 0.6m에서 적어도 1mW/㎠ 가 측정되는 것을 가능하게 할 수 있으며, 사용자가 충분한 파워 밀도를 받기 위해 예컨대 책상 램프에서 그러한 조명 장치를 사용하도록 보장할 수 있다. 더 높은 피크 방출 전력은, 사용자가 조명 장치로부터 더 멀리 떨어져 있더라도 그리고/또는 방사 패턴이 상이하더라도, 사용자로 하여금 충분한 파워 밀도에 여전히 노출되게 할 수 있다. 예를 들어, 적어도 200W의 피크 방출 전력은, 예컨대, 반구의 방사 패턴을 갖는 조명 장치로부터 1.8m에서 적어도 1mW/㎠ 가 측정되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이것은 사무실 환경에서와 같은 일반 조명 장치의 다른 일반적인 사용 시나리오에 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류를 수신하는 방사선원에 의해 방출되는 방사선의 피크 방출 파워는 인체에서 광생물변조(PBM) 응답을 유도하기에 충분할 수 있다. 이것은 단순히 전통적인 광원을 갖는 다른 일반 조명 장치에 비해 부가가치를 제공할 것이다.

일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류를 수신하는 방사선원의 피크 방출 파워는, 방사선원으로부터 약 0.2 내지 약 5m 의 공통 평균 거리에서 측정되는, 0.4-50mW/㎠, 선택적으로 5-15mW/㎠ 의 파워 밀도를 가능하게 할 수 있다. 공통 평균 거리는 선택적으로 방사선원으로부터 약 0.5 내지 약 3m 일 수 있다. 공통 평균 거리는 선택적으로 약 2m 일 수 있다. 유리한 효과들은, 연구에서 입증된, 인체에 유익한 PBM 응답들을 포함하며. 여기서 0.40.4mW/㎠ 는 눈들을 통해 PBM 응답들을 유도하기에 충분할 수 있다. 이러한 공통 평균 거리는 많은 사용 시나리오들에도 또한 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류를 수신하는 방사선원의 피크 방출 파워는, 조명 디바이스의 조도가 약 500럭스(lx)인 거리에서 측정되는, 0.4-50mW/㎠, 선택적으로 5-15mW/㎠ 의 파워 밀도를 가능하게 할 수 있다.

일 실시예에서, 방사선원은 8시간 내에 사전결정된 스펙트럼에서 적어도 3,000줄(Joule)을 방출할 수 있다.

일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류를 수신하는 방사선원은 인체에서 PBM 응답을 유도하기에 충분한 방사선량(단위 면적당 에너지)을 전달하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류를 수신하는 방사선원은, 방사선원으로부터의 공통 평균 거리에서 측정되는 0.01-5J/㎠ 의 방사선량을 전달하도록 구성될 수 있으며, 여기서 방사선원으로부터의 공통 평균 거리는 약 0.2 내지 약 5m 일 수 있다. 방사선원으로부터의 공통 평균 거리는 선택적으로 방사선원으로부터 약 0.5 내지 약 3m, 바람직하게는 약 2m 일 수 있다. 유리한 효과들은, 연구에서 입증된, 인체에 유익한 PBM 응답들을 포함한다. 이러한 공통 평균 거리는 많은 사용 시나리오들에도 또한 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 방사선량은 제 1 구동 전류의 진폭, 펄스 지속 시간, 펄스 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 수정함으로써 조절될 수 있다. 바람직하게는, 펄스 지속 시간이 실질적으로 동일하게 유지되는 동안 펄스 주파수가 수정된다. 이는 펄스 지속 시간을 변경하는 것보다 선호될 수 있으며, 이는 방사선 방출 에피택셜 재료들에서의 증가된 열 부하로 인해 펄스 길이들이 증가될 때 방사선원에서 에피택셜 재료들의 처짐 효과를 악화시킬 수 있다. 펄스 주파수를 수정하는 것이 진폭을 변경하는 것보다 또한 선호될 수 있는데, 왜냐하면 너무 낮은 진폭은 사용자에서의 PBM 응답들을 유도하는 효능을 감소시킬 만큼 펄스 동안 전달된 파워 밀도를 감소시킬 수 있기 때문이다. 효능을 유지하기 위한 예시적인 임계치는, 조명 장치의 조도가 약 500럭스에 도달하는, 사용자로부터 조명 장치까지의 거리에서, 예컨대 800-870㎚ 사이의 NIR 광의 적어도 0.4mW/㎠ 이다.

일 실시예에서, 사용중인 방사선원은 50W 미만, 선택적으로 25W 미만, 선택적으로 10W 미만의 RMS(Root Mean Square) 전력을 소비할 수 있다. 이러한 수준들의 파워 소비는 일반적인 일상 사용에 상당히 적합할 수 있으며 지속적으로 증가하는 환경 의식을 고려할 때 조명 장치가 상이한 에너지 소비 규정들을 충족하는 데 도움이 될 수 있다. 일 실시예에서, 사용중인 방사선원은 10W 미만, 선택적으로 2W 미만, 선택적으로 0.5W 미만의 의도적으로 조사되는 표면의 제곱미터 당 RMS(Root Mean Square) 전력을 소비할 수 있다. 제곱미터 당 RMS 전력은 스포츠 경기장 조명과 같이 넓은 영역들에 조명되는 특정 조명 응용 분야들에 유용한 메트릭(metric)이 될 수 있다.

일 실시예에서, 방사선원은 고체 디바이스를 포함할 수 있다. 고체 디바이스는 하나의 LED, 선택적으로 하나보다 많은 LED들일 수 있다. 이러한 디바이스들은 용이하게 이용 가능하며 매우 다양하다. 일 실시예에서, 고체 디바이스는 더 나은 열 성능을 제공할 수 있고 따라서 향상된 허용 구동 전류들의 더 높은 능력을 제공할 수 있는 플립 칩 LED일 수 있다. 플립 칩 LED를 탑재 보드에 직접 전기적으로 결합하는 것은 또한, 더 많은 전류가 흐르게 하여, 이에 의해 향상된 허용 구동 전류가 유용해지면 더 높은 정도의 향상된 허용 구동 전류들(즉, 더 높은 파고율(crest factor))을 제공한다.

일 실시예에서, 조명 장치는, 광원이 사용 중일 때, 40%를 초과하는 %-플리커(flicker)을 갖지 않는, 바람직하게는 20%를 초과하는 %-플리커를 갖지 않는 광속을 갖는 광원으로부터 가시광선을 생성하도록 적응될 수 있다. 광원의 광속에서의 제한된 양의 변동은 조명 장치(또는 이러한 조명 장치들을 통합한 일반 조명 장치들)의 사용자의 편안함을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 조명 장치는 인간의 눈에 인지될 수 있는 플리커 없이 광원으로부터 가시광선을 생성하도록 적응될 수 있다. 사람의 눈에 인지될 수 있는 플리커의 부족은 조명 장치(또는 이러한 조명 장치들을 통합한 일반 조명 장치들)에 대한 사용자 만족도를 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 광원은 적어도 250루멘(lumens), 선택적으로 적어도 1000루멘, 선택적으로 적어도 2000루멘을 방출할 수 있다. 일 실시예에서, 광원의 상관 색 온도(correlated color temperature)는 1700-6500K의 범위, 선택적으로 2400-5500K의 범위 내일 수 있다. 일 실시예에서, 광원의 연색 지수(color rendering index)는 약 2700K의 상관 색 온도에서 80-99의 범위 내일 수 있다. 이러한 광원들은 밝기, 밝은 색상 및 연색성(color rendition)과 같은 일반 조명 목적들을 위한 많은 요구 사항들을 만족시켜, 본 개시의 실시예의 조명 장치를 일반 소비자들에게 특히 편리하고 받아들여질 수 있다. 말할 필요도 없이, 루멘 사양, CCT 및 CRI의 많은 적합한 조합들이 가능할 수 있다. 예를 들어, 광원은 모듈식 드롭 천장 그리드(즉, 600x600㎜ 또는 300x1200㎜)에 맞는 직사각형 조명 고정구인 라이트 트로퍼(light troffer)일 수 있다. 트로퍼 고정구들은 일반적으로 표준 형광 램프들(예컨대, T12, T8 또는 T5)을 수용하도록 설계되었지만 이제는 종종 일체형 LED 소스들로 설계된다. 이 예에서, 트로퍼 고정구는 CRI가 80인 4000K의 색 온도에서 4000루멘을 방출한다.

일 실시예에서, 광원은 120W 미만, 바람직하게는 80W 미만, 더 바람직하게는 30W 미만의 전력을 소비할 수 있다. 이러한 전력 소비는 특히 가정 및 사무실 사용들에 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 광원은 고체 디바이스를 포함할 수 있다. 고체 디바이스는 하나의 LED, 선택적으로 하나보다 많은 LED들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 조명 장치가 사용 중일 때 광원에 의해 소비되는 전력에 대한 방사선원에 의해 소비되는 전력의 비율은 50% 이하, 바람직하게는 25% 이하, 더 바람직하게는 10% 이하, 더욱 더 바람직하게는 5% 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원에 의해 소비되는 전력은 광원에 의해 소비되는 전력보다 적을 수 있으며, 바람직하게는 광원에 의해 소비되는 전력의 2/3 미만, 더 바람직하게는 광원에 의해 소비되는 전력의 1/5 미만, 더욱 더 바람직하게는 광원에 의해 소비되는 전력의 약 4-11%의 범위 내일 수 있다. 방사선원은 광원보다 전력을 덜 소비하므로, 방사선원으로부터의 부가 에너지 비용이 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 방사선원에 의해 소비되는 부가 전력량에 기인하는 에너지 요금에 있어서의 어떠한 차이도 거의 알아 차리지 못할 수 있다.

일 실시예에서, 구동기 회로는 구동기 회로에 대한 입력에 응답하여 제 1 구동 전류를 수정하도록 적응된다. 입력은 구동기 회로에 커플링되는 인지 센서로부터의 것일 수 있는데, 인지 센서가 그 근방에서 사용자의 존재를 검출하는지 여부에 따라 제 1 구동 전류를 켜거나 끄도록 인지 센서가 적응된다. 입력은, 구동기 회로에 커플링되고 사용자로부터의 검출된 거리에 따라 제 1 구동 전류를 켜거나 끄도록 적응되는 거리 센서로부터의 것일 수 있다. 입력의 또 다른 소스는 하루 중 시간, 주변 밝기, 계절 및/또는 날씨와 관련된 데이터일 수 있으며, 구동기 회로 또는 제 1 구동 전류를 수정할 수 있는 구동기 회로를 제어하는 다른 회로에 원격으로 제공되어 사용자에게 전달되는 방사선의 양을 제어할 수 있다. 예를 들어, 펄스 주파수와 이에 따른 방사선량은, 주변 광이 낮은 날들에, 밤에, 겨울에 그리고/또는 사용자가 태양광에 덜 노출되는 흐릿한 구름이 뒤덮인 날들에는 증가할 수 있으며, 주변 광이 높은 날들에, 여름에 그리고/또는 밝고 화창한 날에는 감소할 수 있다. 펄스 진폭, 펄스 주기, 펄스 주파수 및 듀티 사이클과 같이 전달된 방사선량의 양에 영향을 미치는 제 1 구동 전류의 임의의 양태가 수정될 수 있다. 또 다른 입력 소스는, 예를 들어 사용자가 실내에 머무르는 시간의 양을 결정하고 나서 그에 따라 제 1 구동 전류를 수정하여 전달된 방사선량을 증가 또는 감소시킬 수 있는, 예컨대, 사용자의 스마트 모바일 디바이스에 의해 공급되는 사용자 데이터일 수 있다. 방사선량 이외에도 파워 밀도도 또한 수정될 수 있다. 파워 밀도는, 예를 들어 방사선원의 에피택셜 재료를 통해 흐르는 전류의 양을 감소시킴으로써 낮아질 수 있다. 목적들은 다른 광 생물학적 효과들을 자극하지 않으면서 특정의 지정된 광 생물학적 효과들을 목표로 하는 것을 포함할 수 있다. 일 예는 인간 눈의 망막을 목표로 하는 것이다. 인간의 피부와 달리 인간의 눈은 표면 상에 실질적으로 광을 흡수하는 층을 갖지 않기 때문에, 망막은 인간의 피부보다 낮은 파워 밀도들에 반응한다. 파워 밀도를 수정하는 또 다른 이유는, 조명 장치가 위치결정 시스템들 또는 인식 센서들 등을 통해 사용자로부터 그것의 잠재적으로 가변적인 거리들을 인식하기 때문일 수 있다. 이러한 위치결정 시스템들 또는 센서들은 조명 장치의 일부일 수 있으며, 스마트 디바이스들에 또는 사용자의 신체 근처에 위치되는 기타 디바이스들에 존재할 수 있다. 조명 장치와 사용자 사이의 가변 거리들에서 사용자의 신체에 전달되는 실질적으로 일정한 양의 파워 밀도를 유지하는 능력은, 사용자의 신체 표면에 대한 유효량의 파워 밀도의 안정적인 전달을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 유효량의 파워 밀도의 전달에 있어서의 개선된 안정성은 지정된 생물학적 효과들의 광 생물학적 자극을 최적화하는 데 도움이 될 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 조명 방법이 제공된다. 조명 방법은 가시광선을 방출하도록 적응될 수 있는 광원을 제공하는 것; 사전결정된 스펙트럼에서 방사선을 방출하도록 적응될 수 있는 방사선원을 제공하는 것; 및 펄스화될 수 있고 20% 이하의 듀티 사이클을 가질 수 있는 제 1 구동 전류를 방사선원에 공급하여 사전결정된 스펙트럼의 방사선을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 광원은 CIE XYZ 색 공간에서 색점을 갖는 가시광선을 방출하는 것이 가능할 수 있거나 방출할 수 있으며, 여기서, 색점은 상기 색 공간에서의 흑체 라인까지 10 배색표준편차(SDCM) 미만의 거리를 갖는다. 사전결정된 스펙트럼은 적외선 대역 내일 수 있다. 사전결정된 스펙트럼은 약 760-1400㎚ 의 범위 내일 수 있다. 제 1 구동 전류는 광원에 공급되지 않을 수 있다. 듀티 사이클은 20% 이하일 수 있다. 방사선원의 정교한 펄스화에 의해, 사전결정된 스펙트럼에서 적절하고 유익한 양의 방사선이 합리적인 양의 파워 소비로 제공될 수 있다. 이러한 방사선원을 일반 조명 장치에 조합하는 것은, 그것의 사용을 크게 확장할 수 있으며, 사용하기 쉬운 의학적 이점들을 갖는 일반 조명원으로 그것을 전환할 수 있다. 추가로, 방법은 전술한 조명 장치들의 실시예들과 유사한 효과들 및 장점들을 갖는 유사한 실시예들을 가질 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 일반 조명용 램프가 제공된다. 일반 조명용 램프는 전술한 조명 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 요약하면, 이러한 일반 조명용 램프는 이중 기능의 가시광원을 제공할 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 일반 조명용 개조형 전구가 제공된다. 개조형 전구는 전술한 조명 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 요약하면, 이러한 개조형 전구는 일반 조명 및 의학적 이점들을 제공할 수 있다. 개조형 전구는 기존의 고정구 본체들과 함께 작업하는 데 특히 적합할 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 개조형 조명 튜브가 제공된다. 개조형 조명 튜브는 전술한 조명 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 요약하면, 이러한 개조형 조명 튜브는 일반 조명 및 의학적 이점들을 제공할 수 있다. 개조형 조명 튜브는 기존의 고정구 본체들과 함께 작업하는 데 특히 적합할 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 조명기구가 제공된다. 조명기구는 전술한 조명 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 요약하면, 이러한 조명기구는 일반 조명 및 의학적 이점들을 제공할 수 있다.

본 개시에 따른 조명 장치들, 조명 방법들, 램프들, 개조형 전구들, 개조형 조명 튜브들 및 조명기구들의 다른 실시예들이 첨부된 청구항들에서 제공되며, 그것의 개시가 본원에 참조로 통합된다.

위에서 기술되고 설명된 다양한 실시예들은 명시적으로 언급되지 않는 한 서로 상호 호환된다는 것이 분명하다. 이와 같이, 상기 실시예들로부터의 임의의 수의 특징들의 조합은 여전히 본 개시 내에 있다. 예를 들어, 예시적인 사전결정된 스펙트럼들, 방사선원의 예시적인 (피크) 방출 전력 레벨들 및 광원의 예시적인 밝기의 상이한 조합들은 명백히 본 개시의 범위 내에 있다. 추가로, 상기 실시예들에서의 특징들은 부인되거나 그렇지 않으면 생략될 수 있다. 예를 들어, 사전결정된 스펙트럼은 예시적인 범위 800-1100㎚에서 상이한 방출 피크들 및 밸리들을 가질 수 있다. 마찬가지로, CCT는 1700-6500K와 같은 특정의 예시적인 범위 내의 개별 하위 범위들을 포함할 수 있다. 이러한 변형예들은 여전히 명백하게 본 개시의 범위 내에 있다.

이제, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 실시예들이 오직 예시적으로 설명될 것이다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 1c는 흑체 라인의 일부를 포함하는 CIE XYZ 색 공간의 일부를 도시한다.
도 1d는 흑체 라인을 따라 특정 수의 색점들 주위에 맥아담 타원(MacAdam ellipse)을 갖는 흑체 라인의 일부를 도시한다.
도 1e는 도 1c에 나타낸 빈들을 세그먼트화하는 것을 도시한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 전구를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 광 튜브를 도시한다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 따른 램프를 도시한다.
도 2d는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명기구를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치의 사용 시나리오를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치에서 시간 경과에 따른 구동 전류들의 그래프를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치로부터 시간 경과에 따른 방출 파워의 그래프를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 실시예들에서 사용되기에 적합한 방사선원의 허용 펄스 취급 능력을 도시한다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전류 및 대응 방사선의 측정 결과들을 나타낸다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 선형 램프를 개념적으로 도시한다.
도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 선형 램프에 사용될 수 있는 조명 장치를 개략적으로 제시한다.
도 8은 본 개시의 실시예와 함께 사용될 수 있는 트로퍼의 예시적인 도시를 제공한다.
도 9a는 본 개시의 실시예들에서 사용될 수 있는 가시광원 및 방사선원의 예들을 나타낸다.
도 9b는 본 개시의 일 실시예에서 사용되는 가시광원의 측정된 스펙트럼을 도시한 것으로, 측정치는 4초에 걸쳐 평균화되었다.
도면은 단지 예시 목적들을 위한 것이며 청구범위에 의해 규정되는 범위 또는 보호의 제약으로는 작용하지 않는다.

이하는 단지 예로서 그리고 도면들을 참조하여 주어진 본 발명의 특정 실시예들에 대한 설명이다.

본 개시의 실시예에 따른 조명 장치("조명 어셈블리"라고도 지칭될 수 있음)(1a)을 도시하는 도 1a를 참조한다. 조명 장치(1a)는 광원(10), 조명원(11) 및 구동기 회로(12)를 포함한다. 선택적으로, 조명 장치(1a)는 구동기 회로(12)에 커플링되는 센서(14)를 포함할 수 있다.

방사선원(10)은 비가시 스펙트럼을 포함하는 사전결정된 스펙트럼의 방사선(100)을 방출하도록 적응된다. 방사선원(10)은 구동 신호를 수신하거나 구동 신호에 의해 에너지가 공급될 때 방사선(100)을 방출한다. 구동 신호는 전기 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 구동 신호는 제 1 구동 전류(101)와 같은 전류이다.

사전결정된 스펙트럼은 비가시 스펙트럼에 제한되지 않으며 선택적으로 가시 스펙트럼의 일부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 적외선(IR) 스펙트럼을 포함하고, 선택적으로 적색 (가시) 스펙트럼의 광을 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 IR 스펙트럼, 선택적으로 근적외선 (NIR) 스펙트럼 내이다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 약 760-1400㎚ 의 범위 내일 수 있다. 사전결정된 스펙트럼은 선택적으로 800-1100㎚ 의 범위 내일 수 있다. 또 다른 옵션은 800-870㎚ 의 범위이다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 가시 스펙트럼을 포함하지 않는다.

의학적 연구에서의 최근 발전들은 특정 에너지/파워 수준들에서 IR 스펙트럼 및/또는 적색광을 포함하는 방사선을 살아있는 유기체에 조사하면 유익한 생물학적 또는 생화학적 응답들을 유도할 수 있음을 실증했다. 이러한 조사는 종종 광생물변조(PBM)라고 지칭된다. PBM 요법을 채용하여 신체적 및 심리적 증상들을 치료하는 의학적 이점들에 대한 이용 가능한 의학적 연구 결과들이 빠르게 증가하고 있다. 특히 주목을 끌었던 일부 파장들은, 606, 627, 630, 632.8, 640, 660 및 670㎚(적색 영역), 그리고 785, 800, 804, 808, 810, 820, 830, 850, 904, 980 및 1060㎚(NIR 영역)을 포함한다. 특히 주목을 끌었던 일부 스펙트럼들은 650-680 및 800-870㎚를 포함한다.

일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 800-1100㎚ 의 범위 내이며 선택적인 피크 방출은 약 830㎚이다. 다른 선택적 피크 방출들은 980 및/또는 1060㎚를 포함한다. 일 실시예에서, 사전결정된 스펙트럼은 800-870㎚ 의 범위 내이며 선택적인 피크 방출은 820-850㎚ 의 범위 내이다.

일 실시예에서, 방사선원(10)은 고체 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은 하나의 발광 다이오드(LED) 및 선택적으로 하나보다 많은 LED들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은 NIR 영역에서 방출하는 LED를 포함할 수 있다.

방사선원(10)은 사용시 전력을 소비할 수 있다. 방사선원(10)에서 사용되는 디바이스들의 물리적 능력들의 한계 내에 있는 한, 방사선원(10)이 소비할 수 있는 전력량에는 특별한 제한이 없다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은 50와트(W) 미만의 전력을 소비한다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은 40W, 30W, 25W, 20W, 15W, 10W 또는 5W 미만의 전력을 소비할 수 있다. 방사선원(10)에 의해 소비되는 전력의 양은 5-50W, 10-45W 및 전술한 종점(endpoint)들을 갖는 다른 범위들과 같은 범위 내일 수 있다.

방사선원(10)은 와트(W)의 단위를 가질 수 있는 상이한 수준들의 방출 파워를 가질 수 있다. 방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)은 방사선원(10)의 방사 패턴 및 방사선(100)의 파워 밀도가 측정되는 방사선원(10)으로부터의 거리와 같은 요인들에 따라 상이한 수준들의 파워 밀도(단위 면적당 파워)를 가능하게 할 수 있다. 방사선(100)에 의해 가능해진 파워 밀도는 특정 표면적에 걸쳐 분산되는 (광학) 파워의 양을 설명하고, 미터당 와트(W/㎡) 또는 센티미터 당 와트(W/㎠)와 같은 단위들을 가질 수 있다. 예를 들어, 방사선원이 10W를 방출하고 균일한 구형 분포 패턴을 갖는 점 광원이라고 가정한다. 다음으로, 방사선원으로부터 2m 떨어진 위치에서 수신되는 파워 밀도는 10 / (4p*2^2) = 약 0.2 (W/㎡)이다.

방사선원(10)의 방출된 파워는 시간 경과에 따라 변할 수 있다. 따라서, 방사선원(10)은 시간 경과에 따라 실질적으로 일정한 진폭(실질적으로 일정한 방출 파워를 의미함)을 갖는 방사선(100)을 방출하는 것이 가능하지만, 방사선원(10)이 다른 시간 도메인 특성들을 갖는 방사선(100)을 방출하는 것도 또한 가능하다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은 펄스화되는 방사선(100)을 방출한다. 펄스는 펄스 지속 시간과 펄스 주기를 가질 수 있다. 펄스 지속 시간은 펄스의 지속 시간이다. 펄스 주기는 펄스가 반복되는 빈도를 지정한다(이는 펄스 주기의 역인 "펄스 주파수"라고도 설명될 수 있음). 방사선 진폭 또는 강도가 펄스들 사이에서 반드시 0이 되는 것은 아니다. 펄스들 사이에는, 과도 현상에 의해 유도되는 방사선과 같은 일정량의 방사선(펄스 동안보다는 적음)이 여전히 있을 수 있다. 일 실시예에서, 펄스를 정의하는 임계 진폭 또는 강도는 인체와 같은 살아있는 유기체에서 PBM 효과들을 유도하기에 충분한 양이다.

펄스의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 펄스는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 정현파, 삼각형 및 톱니와 같은 다른 형상들도 또한 가능하다. 상이한 형상을 갖는 펄스들의 조합도 또한 가능하다. 일 실시예에서, 펄스의 단부는 진폭이 사전결정된 임계치 아래로 떨어지는 지점으로서 정의될 수 있다. 사전결정된 임계치는 약 0 또는 0이 아닐 수 있다. 사전결정된 임계치는 0.001%, 0.01%, 0.1%, 1% 등과 같은 피크 진폭의 백분율과 같은 상대적인 용어로 정의될 수 있다. 사전결정된 임계치는 또한 절대적인 용어로 정의될 수도 있다. 일부 펄스 형상들은 방사선원(예컨대, 반도체 또는 인광체)로 사용되는 재료들과 관련된 지연 또는 감쇠 효과들과 같이 방사선원에 의존하는 특정 조건들에 특히 적합할 수 있다. 직사각형 펄스 형상은 집적 회로들과 같은 이러한 펄스들에 대해 이용 가능한 다양한 제너레이터들로 인해 유리할 수 있다. 정현파 펄스 형상은 방사된 파워가 확산될 필요가 있는 경우에 유용할 수 있다.

일 실시예에서, 방출되는 방사선(100)이 펄스화되고 약 0.05-500ms 의 범위 내의 펄스 지속 시간을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 지속 시간은 약 0.1-100ms 또는 약 0.5-20ms 또는 약 1-20ms 또는 약 4-10ms의 범위들 내일 수 있다. 1-40ms, 4-40ms 및 8-30ms 와 같은 펄스 지속 시간에 대한 다른 범위들이 또한 가능하다. 유도되기를 원하는 PBM 응답들의 유형들에 따라, 5ms, 13.4ms, 27.78ms; 각각이 50Hz, 100Hz 및 200Hz의 펄스 주파수를 각각 갖는 16ms, 8ms 및 4ms; 그리고 8ms 및 40ms와 같은 다른 값들 또는 펄스 지속 시간의 범위들도 또한 가능하다. 이러한 값들 및 범위들은 특정 유형들의 의학적 이점들을 달성하는 데 특히 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 방출되는 방사선(100)이 펄스화되고 약 0.01-10000 Hz 의 범위 내의 펄스 주파수(펄스 주기의 역)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 주파수는 약 0.1-2500Hz 또는 약 1-160Hz의 범위 내일 수 있다. 펄스 주파수에 대한 다른 범위들도 또한 가능하다.

펄스 지속 시간 및 펄스 주기(주파수)와 관련된 파라미터는 듀티 사이클이다. 듀티 사이클은 펄스의 주기와 펄스들 사이의 주기 사이의 비율을 설명하며 통상적으로 백분율로 표현된다. 듀티 사이클은 펄스 지속 시간을 펄스 주기로 나눈 것으로서 정의될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선(100)은 50% 이하의 듀티 사이클을 갖는다. 40%, 30%, 20%, 10%, 5%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05% 및 0.01%와 같은 다른 최대 듀티 사이클 값들도 또한 가능하다. 일 실시예에서, 하나보다 많은 듀티 사이클들이 사용될 수 있으며; 또한 교대로 사용될 수도 있다. 가변 듀티 사이클들은 특히 가변 주파수들과 조합된 경우 상이한 시간들에 걸쳐 상이한 방사선량을 직접 허용한다. (예컨대, 열 제약들로 인해) 구동 강도가 듀티 사이클과 관련되는 특정 유형들의 방사선원들에 대해, 가변 듀티 사이클들은 상이한 냉각 주기들을 제공함으로써 상이한 시간에 걸쳐 상이한 전력 밀도들을 추가로 허용할 수 있다.

펄스화된 방사선(100)은 피크 방출 파워를 가질 수 있다. 일 실시예에서, (예컨대, 펄스화된 구동 전류를 통해) 방사선원에 의해 방출되는 방사선의 피크 방출 파워는 적어도 25W이다. 일 실시예에서, 피크 방출 파워는 적어도 50W, 75W, 100W, 150W, 200W, 300W, 400W 또는 500W일 수 있다. 피크 방출 파워에 대한 제약들은 가용 전력 및 방사선원(10)에서 사용되는 디바이스들의 수 및 물리적 능력들을 포함한다. 일 실시예에서, 방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)의 피크 방출 파워는 인체에서 유익한 광생물변조(PBM) 응답을 유도하기에 충분하다.

방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)이 펄스화되면, 방사선원(10)으로부터 떨어진 거리에서 측정되는 방사선(100)의 전력 밀도도 또한 시간 경과에 따라 변할 수 있고 따라서 피크들과 밸리들을 가질 수 있다. 바꾸어 말하면, 파워 밀도가 시간 경과에 따라 측정되고, 예컨대, 오실로스코프 상에 디스플레이되면, 펄스화된 신호가 디스플레이될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)에 의해 가능하게 되는 달성된 피크 파워 밀도는, 다른 적합한 범위도 또한 가능하기는 하지만, 0.4-50mW/㎠ 이며, 선택적으로 1-50mW/㎠ 이며, 선택적으로 5-15mW/㎠ 이다. (피크) 파워 밀도는 사용 시나리오에 따라 방사선원(10)으로부터 약 0.2 내지 약 5m 의 공통 평균 거리에서 측정될 수 있다. 바람직하게는, 방사선원(10)은 방사선원(10)으로부터 약 0.5 내지 3m 의 공통 평균 거리에서 전술한 파워 밀도의 범위를 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, (피크) 파워 밀도는 조명 장치(1a)의 조도가 약 500럭스(lx)인 거리에서 측정될 수 있다.

파워에 시간을 곱하면 에너지가 생성된다는 것은 잘 알려져 있다. 그러므로, 방사선의 양은 또한 에너지(예컨대, 줄(J)) 또는 에너지 밀도(예컨대, J/㎠)로 표현될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(100)은 8시간 내에 사전결정된 스펙트럼으로 적어도 3,000줄(다른 에너지 값들 및 1, 2, 4 및 6시간과 같은 지속 시간 값들도 또한 가능함)을 방출한다.

특정 주기에 걸쳐 주어진 지점에서 받은 방사선 에너지의 총량은 단위 면적당 에너지로 표현될 수 있다. 이 양은 "플루언스(fluence)" 또는 단순히 "선량" 또는 "방사선량"이라고 지칭될 수 있으며, J/㎠ 가 모범적인 단위이다.

일 실시예에서, 방사선원(100)은 인체에서 PBM 응답을 유도하기에 충분한 방사선량을 전달하도록 구성될 수 있다. 유도될 PBM 응답의 유형에 따라 상이한 방사선량들이 요구될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(100)은 방사선원으로부터 공통 평균 거리에서 측정되는 0.01-5J/㎠ 의 방사선량을 전달하도록 구성될 수 있다. 방사선원으로부터의 공통 평균 거리는 사용 시나리오에 따라 약 0.2 내지 약 5m 일 수 있다. 바람직하게는, 방사선원으로부터의 공통 평균 거리에서 측정될 수 있는 방사선량은 약 0.5 내지 3m 일 수 있다. 다른 실시예에서, 전달된 방사선량은 조명 장치(1a)의 조도가 약 500럭스(lx)인 거리에서 측정될 수 있다.

광원(11)은 가시광선을 방출하도록 적응된다. 광원(11)은 구동 신호를 수신하거나 구동 신호에 의해 에너지가 공급될 때 가시광선110)을 방출한다. 구동 신호는 전기 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 구동 신호는 제 2 구동 전류(111)와 같은 전류이다. 광원(11)은 일반 조명, 작업 조명 및 액센트 조명 목적들 중 임의의 목적으로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원이 CIE XYZ 색 공간에서의 흑체 라인까지 10 SDCM 미만의 거리를 갖는 색점을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 색점은 블랙 바디 라인으로부터 8 SDCM, 7 SDCM, 6 SDCM, 5 SDCM 또는 3 SDCM 이내의 거리를 가질 수 있다. 이러한 종류들의 조명은 일반 조명, 작업 조명 및 액센트 조명 목적들에 유용할 수 있다.

이 문서의 맥락에서 "일반 조명"(때때로 "전반 조명"이라고도 지칭됨)은 인간의 시각을 보조하는 조명 이외의 특수 목적 조명(예컨대, 박테리아 죽이기, 식물 재배, 균열 검출, 의학적 치료, 태닝(tanning))이 아님을 의미한다. 사람들이 일하거나 살기에는 공간이 너무 어둡고 그것의 조명 수준이 높여져야 할 때, 이 문서의 실시예들은 사람들이 그 공간에서 생활하고 일하는 것이 편리하도록 그 공간의 조명 수준을 높이는 목적으로 사용될 수 있음을 의미한다.

이 문서의 맥락에서 "작업 조명"은 스포츠 경기장, 병원, 개방된 거리 및 고속도로와 같이 더욱 지정된 응용 분야들을 갖는 일반 조명의 일 형태를 지칭한다. 일반 조명에 비해 작업 조명은 더 높은 밝기를 달성하거나 더 넓은 영역을 커버하기 위해 더 높은 출력을 필요로 할 수 있다. 이 문서의 맥락에서 "액센트 조명"은 실내용 화초들, 조각품들, 그림 및 기타 장식들을 강조하는 것, 그리고 건축 텍스처들 또는 야외 조경을 강조하는 것을 포함하는 공통 응용 분야들을 이용하여 시각적 액센트를 생성하도록 의도되는 형태 조명을 지칭한다.

광의 색은 CIE XYZ 색 공간과 같은 색 공간에서의 한 점으로 설명될 수 있다. 일반 조명 목적들을 위한 가시광선(110)의 색은 색 공간에서 단일 지점은 아니더라도 매우 작은 영역을 차지하는 엄격한 백색광으로 제한되지 않는다. 일반, 작업 또는 액센트 조명 목적들에 적합한 것으로 간주될 수 있는 예시적인 색점들은 흑체 라인, 흑체 라인의 일부 및 흑체 라인(의 일부)으로부터의 특정 거리들 내의 색점들을 포함한다.

흑체 라인은 다양한 흑체 온도들에서 흑체에 의해 방출되는 전자기 복사의 CIE 색 공간에 있는 색점들의 집합이다. 상이한 흑체 온도들은 상이한 색조들을 초래한다. 예를 들어, 백열 램프는 2700K에서 광을 방출할 수 있으며, 이는 종종 "온(warm)" 백색광이라고 불리는 밝은 적색 또는 주황색 색조를 실증한다. 4000K 및 6500K와 같은 더 높은 온도들에서의 색조는 더 희고 때때로 "더 차갑다"고 불린다.

일반, 작업 또는 액센트 조명 목적들에 적합한 색점들은 흑체 라인 상에 있는 것들에 제한되지 않으며 흑체 라인으로부터 특정 거리들 내에 있는 것들을 포함할 수 있다. 이것은 형광 램프들 및 LED들과 같은 비 흑체 방사선 광원들의 경우일 수 있다.

도 1c는 ANSI C78.377-2008 표준으로부터의 CIE XYZ 색 공간의 일부를 도시한다. 도시된 색 공간은 "플랑키안 궤적(Planckian locus)"이라고 라벨링되는 흑체 라인의 일부를 포함한다. 7단계 맥아담 타원들로 불리는 6개의 타원들은 각각 흑체 라인 상의 2700K, 3000K, 3500K, 4000K, 5000K 및 6000K에 대응하는 색점들로부터 7 SDCM 내의 영역들의 경계를 나타낸다. 통상의 기술자들은 SDCM이 맥아담 타원과 동일한 의미를 갖는다는 것을 이해한다. 흑체 라인 상의 한 지점으로부터, 바람직하게는 1700K 내지 6500K 의 지점으로부터 7 SDCM 이내의 색점을 갖는 가시광선은 육안으로 여전히 상대적으로 흰색으로 간주될 수 있으며, 일반, 작업 또는 액센트 조명 목적들에 적합할 수 있다.

도 1d는 2700K, 3000K, 3500K, 4000K, 5000K 및 6000K에 대응하는 색점들의 각각 주위에 4개의 맥아담 타원들을 갖는 CIE XYZ 색 공간에서의 흑체 라인의 일부를 도시한다. 4개의 맥아담 타원들은 각각 대응 색 온도로부터 7 SDCM, 5 SDCM, 3 SDCM 및 1 SDCM을 나타낸다. 도시된 맥아담 타원 중 어느 하나 내에 색점을 갖는 가시광선은 일반, 작업 또는 액센트 조명 목적들에 적합할 수 있다.

도 1c를 다시 참조한다. 일반, 작업 또는 액센트 조명 목적들에 적합할 수 있는 색점들을 나타내는 또 다른 방식은 도 1c에 다양한 사변형들로 나타낸 ANSI C78.377-2008 비닝 표준과 같은 비닝을 통하는 것이다. 도 1c에 나타낸 비닝은 완전하지 않다. 예를 들어, 그림 1e는 보다 정확한 사양을 허용할 수 있는 도 1c에 나타낸 빈(bin)들을 세그먼트화하는 것을 도시한다.

일 실시예에서, 광원(11)(또는 광원(11)을 포함하는 조명 장치(1a))은, 광원(11)이 사용 중일 때, 20% 또는 15% 또는 10% 또는 5% 또는 3% 넘게 변동하지 않는 광속을 갖는 가시광선(110)을 생성하도록 적응될 수 있다. 광속에 있어서 제한된 변동을 갖는 가시광선(110)은 더 적은 플리커를 가지며 따라서 일반 조명에 더 적합하다. 일 실시예에서, 광원(11)(또는 광원(11)을 포함하는 조명 장치(1a))는 인간의 눈에 인지될 수 있는 플리커를 갖지 않은 가시광선(예컨대, 매우 적은 양들의 플리커 또는 인간 눈이 인지하기에는 너무 높은 주파수들에서의 플리커만)을 생성하도록 적응될 수 있다.

일 실시예에서, 광원(11)은 약 2개의 양초들과 동등한 적어도 25루멘을 방출할 수 있다. 이러한 광원은 가정 장식 목적들로 유용할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 적어도 100루멘을 방출할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 가정의 일반 조명 목적들에 적합한 적어도 300루멘을 방출할 수 있다. 예컨대, 사무실 또는 공장 환경에서의 일반 조명에는 다른 양들의 광속이 또한 적합할 수 있다.

일 실시예에서, 가시광선(110)을 방출하는 광원(11)의 상관 색 온도(CCT: Correlated Color Temperature)는 약 1700-6500K의 범위 내에, 선택적으로 약 2400-5500K 의 범위 내에, 선택적으로 약 4000-5500K 의 범위 내이다. 일 실시예에서, 가시광선(110)을 방출하는 광원(11)의 연색 지수는 약 2700K의 상관 색 온도에서 80-99의 범위 내이다. 이러한 광원들은, 말하자면, 단일 색상 R, G 또는 B 광원보다 인간 사용자에 의해 일반 조명 목적들에 더 받아들여질 수 있다. 말할 필요도 없이, 루멘 사양, CCT 및 CRI의 많은 적합한 조합들이 가능하다.

광원(11)은 전력을 소비할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 조명 장치(1a)에 대한 사용 시나리오들의 파워 요구 사항들에 따라 120W 미만, 선택적으로 80W 미만, 선택적으로 30W 미만의 전력을 소비할 수 있다.

많은 일반 조명용 광원들이 광원(11)으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 백열 전구, 할로겐 전구 또는 형광 튜브를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 고체 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(11)은 하나의 발광 다이오드(LED) 또는 하나보다 많은 LED들을 포함할 수 있다. LED의 유형들은 특별히 제한되지 않는다.

방사선원(10) 및 광원(11)은 각각 전력을 소비할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선원(10)은, 조명 장치(1a)가 사용 중일 때, 광원(11)에 의해 소비되는 전력의 일부를 소비할 수 있다. 분율은 50% 이하, 선택적으로 25% 이하, 선택적으로 10% 이하, 선택적으로 5% 이하일 수 있다. 더 낮은 분율은 조명 장치(1a)의 사용자가 광원(11)에 의해 제공되는 일반 조명의 이점에 더하여 더 낮은 마진 파워 소비로 PBM 유도 방사선의 부가적인 이점을 얻을 수 있음을 의미한다. 방사선원(10)에 의해 소비되는 전력량은 또한 조합된 방사선원(10) 및 광원(11)의 총 전력 소비량의 분율의 관점에서,예를 들어 2/3 미만, 1/5 미만 또는 약 5%-10% 의 범위 내로 표현될 수 있다.

드라이브 회로(12)는 방사선원(10) 및 광원(11)을 구동하기 위한 그리고 이에 에너지를 공급하기 위한 구동 신호들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 드라이브 회로(12)는 제 1 구동 전류(101)를 방사선원(10)에 제공하고 제 2 구동 전류(111)를 광원(11)에 제공할 수 있다. 제 1 구동 전류(101)와 제 2 구동 전류(111)는 서로 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 구동기 회로(12)는 제 1 구동 전류(101)를 광원(11)이 아닌 방사선원(10)에 제공할 수 있으며; 그리고/또는 드라이브 회로(12)는 제 2 구동 전류(111)를 방사선원(10)이 아닌 광원(11)에 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 구동 전류(101)는 펄스화될 수 있고 20% 미만, 선택적으로 10% 미만, 선택적으로 5% 미만의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 펄스화된 제 1 구동 전류(101)는 광원(11)에 제공되지 않는다.

일 실시예에서, 방사선원(10)은 제 1 구동 전류(101)에 거의 즉각적으로 (즉, 지연이 없거나 무시할 수있는 양으로) 반응하도록 할 수 있으며, 이 경우 제 1 구동 전류(101)가 시간 경과에 따라 어떻게 변하는지, 그리고 방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)은 시간 경과에 따라 어떻게 변하는지는 서로 유사하거나 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 구동 전류에 빠르게 반응할 수 있는 현대의 고체 방사선 디바이스(들)(이를테면, LED)가 방사선원(10)으로서 사용되고 펄스 구동 전류(101)에 의해 구동된다면, 방사선원(10)에 의해 방출되는 방사선(100)은 또한 유사한 펄스 파라미터들(이를테면, 피크 강도, 펄스 지속 시간, 펄스주기/주파수, 듀티 사이클 등)로 펄스된다.

일 실시예에서, 광원(11)을 구동하는 제 2 구동 전류(111)도 또한 펄스화될 수 있다. 일 예시는, 펄스 폭 변조를 사용하여 LED 일반 조명 디바이스들에서 디밍 제어를 달성한다. 일 실시예에서, 제 2 구동 전류(111)는 특정 광원들에 의해 요구될 수있는 DC 또는 AC일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 구동 전류(111)는 연속파(CW) 모드에서 광원(11)을 구동할 수 있다.

선택적 센서(14)는 구동기 회로(12)에 입력(141)을 제공할 수 있다. 구동기 회로(12)는 입력(141)에 응답하여 제 1 구동 전류(101)를 수정할 수 있다. 예를 들어, 센서(14)는 사용자의 존재 및/또는 거리에 따라 제 1 구동 전류(101)를 온 또는 오프하도록 구동기 회로(12)에 명령하는 인식 센서 또는 거리 센서일 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동기 회로(12)에 커플링되는 것은 엄격한 의미에서 "센서"가 아니라 조명 장치(1a) 내에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있는 보다 포괄적인 정보 소스이다. 예를 들어, 입력(141)은, 날씨, 또는 사용자의 스마트 모바일 디바이스로부터 기원하는 사용자 데이터일 수 있다.

조명 장치(1a)는 외부 전원들, 스위치들, 안정기들 및 접지 핀들과 같이 도 1a에 명시적으로 도시되지 않은 회로 블록들/엘리먼트들을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제 1 구동 전류(101) 및 제 2 구동 전류(111)를 제어하는 것과 같은 다양한 목적들을 달성하기 위해 방사선원(10)과 드라이브 회로(12) 사이에 그리고/또는 광원(11)과 드라이브 회로(12) 사이에 부가 회로 블록들/엘리먼트들이 또한 있을 수 있다.

도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치(1b)를 도시한다. 조명 장치(1a)에 비해, 조명 장치(1b)는 부가적으로 구동기 회로(13)를 포함한다. 구동기 회로(13)는 선택적이다. 구동기 회로(13)의 부가는 광원(11)을 구동함에 있어서 더 많은 유연성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 광원(11)은 방사선원(10)과는 상이한 방식으로 용이하게 구동될 수 있다. 더욱이, 광원(11)과 방사선원(10)에 에너지를 공급하기 위한 구동기 회로들을 분리하는 것은 간섭 및 크로스토크를 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.

도 2a 내지 도2d는 본 개시에 따라 전술한 조명 장치들을 통합하는 상이한 실시예들을 개략적으로 제시한다.

도 2a는 조명 장치(1a)를 포함하는 전구(2a)를 도시한다. 전구(2a)는 일반 소비자가 친숙하고 사용하기 쉬운 개조형 전구일 수 있다. 조명 장치(1a)에서의 광원(11)은 전구(2a)가 일반 조명 목적에 적합하도록 하기 위해 충분한 가시광선(110)을 제공할 수 있다. 가시광선(110)은 양(예컨대, 충분한 밝기) 및 품질(예컨대, 플리커 없음, 편안한 색상 등) 양방 모두에서 충분할 수 있다. 전구(2a)를 설치하고 켠 후에, 사용자는 조명을 위한 가시광선(110)을 수신할뿐만 아니라 인체에 유익한 PBM 응답을 유도할 수 있는 방사선(100)에 노출된다. 즉, 본 개시의 일 실시예에 따른 전구(2a)는 2가지의 기능들을 달성하여, 그것을 기존의 전구보다 훨씬 더 유용하게 한다.

도 2b는 조명 장치(1a)를 포함하는 전구(2b)를 도시한다. 전구(2b)는 일반 소비자가 친숙하고 전통적인 형광 튜브와 같이 사용하기 쉬운 개조형 전구일 수 있다. 광 튜브(2b)는 표준 형광 조명기구에 맞도록 구성될 수 있다. 전구(2a)와 유사하게, 광 튜브(2b)는 그것의 사용자에게 이중 기능들(일반 조명 및 건강 상의 이점들)을 제공할 수 있다.

도 2c는 조명 장치(1a)를 포함하는 램프(2c)를 도시한다. 램프(2c)는 기존의 표준 피팅에 용이하게 맞도록 적응되는 기성품 램프일 수 있다. 일반 소비자는 램프(2c)를 구입하여 표준 피팅에 적응하기 위해 전기 기술자를 호출할 필요없이 그것을 사용할 수 있으며, 동시에 사용자에게 조명 장치(1a)와 같은 큰 다양성 및 이점들을 제공한다. 일 실시예에서, 램프(2c)는 지정된 피팅에 맞도록 맞춤화될 수 있다.

도 2d는 조명 장치(1a)를 포함하는 조명기국(2d)를 도시한다. 조명기구(2d)는 조명 장치(1a)를 수용하기 위한 전등 또는 조명 장치(1a)를 포함하는 램프를 포함할 수 있고, 선택적으로 차양, 베이스 및/또는 하우징과 같은 장식 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 조명기구(2d)는, 예컨대 가정 또는 사무실 환경에서 사용될 수 있고 부가 조명 요구 사항들을 만족시키기 위해 부가 광원들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명기구(2d)는 조명 장치(1a)의 모든 엘리먼트들이 조명기구(2d)에 이미 탑재된 기성 제품들로 이용 가능할 수 있다. 사용자는 이러한 조명기구(2d)를 구입하고, 그것에 전력을 제공하며, 일반 조명 및 의학적 이점들의 이중 이점들을 직접 누릴 수 있다.

조명 장치(1a)의 일부 엘리먼트들은 조명기구(2d)의 외부에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 방사선원(10) 및 광원(11)은 조명기구(2d) 내에 탑재될 수 있는 한편, 구동기 회로(12)는 외부에 배치되지만 조명기구(2d)에 연결된다. 방사선원(10) 및 광원(11)이 2개의 구동 회로들에 의해 구동되면, 구동 회로들 중 하나는 조명기구(2d) 내에 탑재될 수 있고 다른 하나는 조명기구(2d) 외부에 배치될 수 있다. 조명 장치(1a)의 일부 엘리먼트들이 하나의 조명기구에 탑재되고, 조명 장치(1a)의 다른 엘리먼트들이 다른 조명기구에 탑재되는 하나보다 많은 조명기구들을 사용하는 것도 또한 가능하다. 예를 들어, 방사선원(10) 및 구동기 회로(12)는 하나의 조명기구 상에 탑재될 수 있고, 광원(11) 및 구동기 회로(13)는 다른 조명기구 상에 탑재될 수 있다. 또한 하나의 조명기구 상에 방사선원(10)을 탑재하고 다른 조명기구 상에 광원(11)을 탑재하고 구동기 회로(12)가 외부에 탑재되지만 양방 모두의 조명기구들에 연결되도록 하는 것도 가능하다.

조명 장치(1a)가 도 2a 내지 도 2d에 도시되어 있지만, 이것이 제한적이지 않다는 것은 명백해야 한다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치(1a)의 사용 시나리오를 도시한다.

도 3에서, 조명 장치(1a)는 방사선(100) 및 가시광선(110)을 방출한다. 사용자(20)는 조명 장치(1a)로부터 거리 d 만큼 떨어져 있다. 거리 d는 예를 들어 1미터일 수 있다. 가시광선(110)은 사용자(20)의 주변을 조명한다. 사용자(20) 는 방사선(100)에 노출된다. 사용자(20)가 노출되는 방사선(100)에 의해 가능하게 되는 (또는 그로부터 발생하는) 전력 밀도는 거리 d 및 방사 패턴과 같은 요인들에 의존한다.

비제한적인 예로서, 방사선원(10)이 방사선원(10)로부터 2m 거리에서 8mW/㎠ 의 전력 밀도를 가능하게 하기 위해 850㎚ 광의 피크 파장을 갖는 500W의 광 방출 파워를 갖는다고 가정한다. 방사선원(10)이 CW 모드(즉, 500W에서 비펄스화된, 실질적으로 일정한 방출)에서 동작된다면, 필요한 전력량은 50%의 전기-대-광-파워-변환 효율을 가정할 때 1000W이다.

상기 비제한적인 예에서, 2m 거리에 있는 사용자(20)는 PBM 응답을 유도하기에 충분한 8mW/㎠ 의 전력 밀도에 노출될 수 있다. 사용자(20)가 받는 방사선량(에너지 밀도)은 8W/㎠ 에 노출 시간을 곱한 값이다.

상기 비제한적인 예에서 방사선원(10)은 아래에서 설명되는 바와 같이 부가적인 이점들을 제공하는 상이한 방식으로 동작되거나 구동될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치에서 시간 경과에 따른 각종 구동 전류들의 그래프를 도시하는 도 4를 참조한다. 곡선(30)은 제 1 구동 전류(101)를 나타내고, 곡선(31)은 제 2 구동 전류(111)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 커브(30)로 나타낸 제 1 구동 전류(101)는 펄스화되는 한편, 커브(31)로 나타낸 제 2 구동 전류(111)는 펄스화되지 않는다. 비펄스화된 제 2 구동 전류(111)는 광원(11)이 일반 조명에 적합한 안정된 가시광선을 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만, 제 2 구동 전류(111)는 상이한 형태들을 가질 수 있으며, 일부 예들은 곡선들(31-33)로 도시되어 있다. 예를 들어, 제 2 구동 전류(111)는 곡선(31)에 의해 예시된 바와 같이 정상 DC 전류일 수 있다. 다른 예로서, 제 2 구동 전류(111)는 곡선(32)에 의해 예시된 바와 같이 정류된 AC 전류일 수 있다. 정류된 AC 전류는, 예컨대 100 또는 120Hz의 주파수를 가질 수 있으며, 이러한 구동 전류는 백열 램프와 같은 가시광원들에 적합할 수 있다. 다른 예로서, 제 2 구동 전류(111)는 곡선(33)에 의해 예시된 바와 같이 펄스화될 수 있다. 곡선(33)은 약 20000Hz-300000Hz, 선택적으로 약 50000Hz-300000Hz 의 범위의 펄스 주파수를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 구동 전류를 나타낼 수 있다. 광원(11)을 적절한 주파수로 펄스화하는 것은 인간의 눈에 의해 인지될 수 있는 플리커를 생성하지 않으면서 디밍 제어를 제공할 수 있다. 도 4에서의 척도는 단지 예시를 위한 것이며 정확하지 않다는 것이 분명하다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 구동 전류(101)는 Td의 펄스 지속 시간 및 펄스 주기 T를 갖는다. 듀티 사이클은 Td를 T로 나눈 값이다. 펄스 동안, 방사선원(10)은 최대 방출로 동작되며, 펄스들 사이에서 방사선원(10)은 꺼진다.

비제한적인 예로서, Td의 펄스 지속 시간이 2ms 이고 펄스 주기가 1초(즉, 1Hz의 펄스 주파수), 즉, 듀티 사이클이 0.2% 라고 가정한다. 그렇게 구동된 방사선원(10)은 펄스 동안 2m 거리에서 8mW/㎠ 의 전력 밀도를 여전히 전달하지만, 펄스 모드에서의 평균 광 파워는 방사선이 시간의 0.2% 동안 존재하기 때문에 500W 대신 1W가 된다. 이것은 또한 전력 소비가 동일한 배수인 500배 만큼 감소한다는 것을 의미할 것이다.

즉, (소스에서의) 동일한 양의 방출 파워 및 (소스로부터의 일 거리에서의) 전력 밀도는 종종 큰 요인에 의해 대응 전력 소비의 감소와 함께 펄스화함으로써 달성될 수 있다. 일반 조명용 장치들은 일반적으로 전력 소비에 제한이 있으므로, 방사선원(10)을 펄스화하면 더 엄격한 전력 예산으로 PBM 응답 유도 수준의 전력 밀도를 유지할 수 있다. 방사선원(10)을 펄스화하는 또 다른 결과는 동일한 양의 시간 내에 사용자(20)에 의해 수신되는 방사선 선량(에너지 밀도와 관련됨)이 대응 배수만큼 감소될 것이라는 점이다. 하지만, 더 낮은 방사선량이 과다 방사선량의 위험을 감소시킴에 따라 실제로 이점이 될 수 있다. 즉, 사용자(20)는 조명 장치(1a)를 언제 꺼야할지에 대해 걱정하지 않고 이를 종래의 일반 광원으로 간단히 사용할 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치의 방사선원(10) 및 광원(11)의 시간 경과에 따른 방출 파워의 그래프를 도시하는 도 5를 참조한다. 곡선(40)은 방사선(100)을 나타내고 곡선(41)은 가시광선(110)을 나타낸다. 방사선원(10) 및 광원(11)이 각각의 구동 신호들에 즉각적으로 반응할 수 있다면, 방사선(100)/가시광선(110)의 형상은 각각의 구동 신호들과 일치할 것이며, 그렇지 않다면, 지연들 및 과도 현상들이 발생할 수 있다. 예를 들어, 정류된 AC 전류에 의해 구동되는 백열 전구와 같은 열 방출기에 의해 방출되는 광의 강도는, 열 관성으로 인해, 정류된 AC 전류보다 느리게 변경될 것이다. 또 다른 예로서, 디밍 제어에 적합한 충분히 높은 주파수 범위에서 PWM 신호로 LED를 구동하면, 사람의 눈에 실질적으로 일정하게 보이는 광을 생성할 수 있다. 하지만, 실시예들의 배후에 있는 창의적적 개념은 실질적으로 동일하게 유지될 것이다.

사용되는 방사선원들의 유형 및 필요한 PBM 유도 방사선의 양에 따라, 제 1 구동 전류의 규모, 펄스 지속 시간, 펄스 주기 및 듀티 사이클이 변경될 수 있다.

중심 파장이 850㎚ 인 공통 유형의 높은 파워 SSL 방사선원에 대해, (수평 축을 따르는) 펄스 지속 시간의 상이한 조건들 하에서 (수직 축을 따르는) 허용 구동 전류의 양 및 (곡선들의 군으로 나타낸) 듀티 사이클을 도시하는 도 6a를 참조한다.

여러 유형들의 방사선원들은 그들의 허용 구동 전류를 제한하는 열 제약들을 갖는 것으로 알려져 있다. 발광 다이오드가 일 예시인데, 과도한 양의 순방향 전류는 접합 온도를 너무 높게 상승시켜 방사선 출력과 그에 따른 효율성을 감소시킬 수 있다. 하지만, 선택된 양의 듀티 사이클과 조합되는 펄스화는 방사선원이 펄스들 사이에서 냉각되도록 허용하여 이에 의해 향상된 허용 구동 전류를 허용한다. 이것은 LED의 펄스화 처리 능력과 관련된 도 6a에서 볼 수 있는데, 방사선원이 펄스화되지 않으면(D = 1), 구동 전류는 최대 1A이고, 방사선원이 20%(D = 0.2)의 듀티 사이클과 0.1ms의 펄스 지속 시간으로 펄스화되면, 구동 전류는 3.5A를 초과할 수 있다. 바꾸어 말하면, 펄스화는, 허용 구동 전류를 향상시켜 동일한 (수)의 방사선원으로부터 더 많은 방사선 출력을 신뢰할 수 있는 방식으로 출력하도록 할 수 있다.

도 6a에서의 플롯은 지정된 유형의 높은 전력 SSL(고체 조명) 근적외 방사선원에 관련되지만, 향상된 허용 구동 전류를 가능하게 하기 위해 방사선원을 펄스화하는 것은 일반적으로 모든 SSL 방사선원들에 적용 가능하며 SSL 방사선원들의 임의의 지정된 유형에 제한되지 않는다.

방사선원을 펄스화하는 효과는 실험적으로 검증되었다. 도 6b는 도 6a와 연관된 것과는 상이한 발광 다이오드에 공급되는 구동 전류 및 850㎚에서 대응하는 방사선 출력의 측정 결과들을 나타낸다. 도 6b의 상단 부분은 약 2.5A에서 평균화되고 약 5ms에 걸쳐 이어지는 구동 전류를 나타낸다. 도 6b의 하단 부분은 약 1ms 동안 안정되고 나서 약 28% 만큼 떨어진, 측정된 방사선 강도를 나타낸다. 이는 사용중인 방사선원의 펄스 취급 능력으로 설명될 수 있는데, 듀티 사이클이 약 20% 미만이고(측정된 방사선 강도는 전체 펄스의 약 20%인 1ms에서 열적 처짐을 시작함) 펄스 지속 시간이 약 1ms 미만이라면, 2.5A의 구동 강도가 허용된다.

지정된 양의 PBM 유도 방사선을 공급하는 조명 장치의 비용을 감소시키기 위해 상이한 향상된 각도들에서 방사선원을 허용 가능하게 구동하기 위한 펄스화의 능력이 활용될 수 있다. 이것은 도 6a에서도 볼 수 있는데, 2% 의 듀티 사이클(D = 0.02) 및 5ms 의 펄스 지속 시간은 약 2.2A의 구동 강도를 가능하게 할 수 있는 반면, 10ms 의 더 긴 펄스 지속 시간을 갖는 동일한 듀티 사이클은 약 1.7A의 구동 강도를 가능하게 할 수 있다. 즉, 이 예시는 방사선원들이 더 짧은 펄스 지속 시간으로 동작하는 조명 장치가 더 긴 펄스 지속 시간으로 방사선원들을 동작하는 것보다 적은 수(약 20%)의 방사선원들을 이용하여 동일한 양의 방사선 파워 밀도를 달성하여 이에 의해 조명 장치의 비용을 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 이것은 펄스들을 사용할 때, 이와 달리 과잉 구동이 불가능하게 방사선원들을 열적으로 "급냉(quench)"하는 것으로 설명될 수 있다. 과잉 구동은 또한 예컨대 더 작은 다이(die) 크기들(저렴하지만 열적으로 더 제약됨) 또는 열적으로 덜 유리한 패키징을 갖는 발광 다이오드들의 사용을 허용함으로써 조명 장치의 비용을 감소시킬 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 펄스화 및 특히 과잉 구동은, 전기적 (구동 강도) 및 광학적 (방사선 파워 밀도) 양태들을 개선하기 위해, 방사선원들의 열적 및 기계적 양태들을 엔지니어링하기 위한(이를테면, 플립 칩 또는 와이어 본딩을 사용하기 위한 그리고/또는 방사선원들과 회로 기판 사이의 열류(thermal flow)를 엔지니어링하기 위한) 관문을 열 수 있다.

요컨대, 유도될 원하는 PBM 응답들의 유형들은, 원하는 방사선 파워 밀도 및 때로는 최소 펄스 지속 시간도 또한 결정한다. 원하는 방사선 파워 밀도는 채용된 방사선원의 구동 강도를 결정한다. 구동 강도는 열 고려 사항에 의해 제한될 수 있으며, 이는 더 비싼 방사선원들에 의해 극복될 수 있다. 대안적으로, 펄스화 및 과잉 구동은 주행 강도 및 비용 간의 트레이드오프를 개선할 수 있다.

다음의 예시들은 일부 유형들의 조명 장치들에서 전술한 실시예들의 배후에 있는 창의적인 개념들을 적용하는 방법을 나타낸다. 예시들은 설명을 위한 것으로, 비망라적이며 제한적이지 않다.

예시 - 선형 램프

도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 선형 램프를 개념적으로 도시한다.

선형 램프(7)는 예를 들어 T8 또는 T5 유형일 수 있다. 선형 램프(7)에는 형광 기술을 대체하기 위해 LED들이 장착될 수 있다. 선형 램프(7)는, 예컨대 표준 형광 조명기구용으로 설계되는 60㎝, 120㎝ 및 150㎝와 같은 상이한 길이들을 가질 수 있다.

이 예에서는 선형 램프(7)가 150㎝이고 180°초과의 균일한 배광을 갖는다고 가정한다. 선형 램프(7)가 NIR 방사선원들을 포함한다고 가정한다. 램프로부터 r = 2m 거리에서, 2m 의 거리에서의 이론적 배광을 나타내는 이론적 반원 기둥의 표면적은 A = πrh = ~10㎡ 이거나, 또는 총 평균 NIR 출력 파워가 1W이면, 0.1W 당 1㎡ 이다. 따라서, 사용자(20)가 선형 램프(7)로부터 2미터 떨어져 있다면, 사용자(20)의 피부의 표면에서 NIR 스펙트럼의 평균 파워 밀도는 약 10μW/㎠ (0.1W/㎡)이다.

또한, 선형 램프들이 일반적으로 그리드들에 배치된다고 가정한다. 따라서, 선형 램프들로부터 평균 2m 거리에 있는 사용자의 피부 상의 누적 평균 파워 밀도는 평균 약 60% 더 높은 것으로 추정되어, 이것은 약 16μW/㎠ 를 발생시킨다. 이러한 이득은 선형 램프들의 특정의 공통 그리드에 배치되는 인접 선형 램프들로부터 광 빔들의 중첩에 의해 그리고 확산 광의 축적에 의해 도달할 수 있다. 60% 값은 실제 사무실들에 설치된 선형 램프들의 실제 경험에 기초하여 추정되었으며, 빔 패턴, 선형 램프들 사이의 거리 그리고 관련된 표면들의 반사율과 같은 기타 요인들에 따라 실제적으로 변할 수 있다.

의학적 연구는, 인체의 피부에서의 약 1-50mW/㎠ 범위 내의 평균 NIR 파워 밀도가 유익한 PBM 응답들을 유도할 수 있다. 본 발명자는 또한, 피부에서의 이러한 파워 밀도 범위가, 본 발명자에 의해 장기적인 전신 효과들과 가장 관련이 있다고 가정되는, 피부의 지정된 목표 층(진피)에서 약 0.4-1mW/㎠ 의 전력 밀도를 가능하게 할 수 있기 때문에, 인체의 피부에서 특히 유익한 PBM 응답들을 유도할 수 있는 평균 NIR이 약 5-15mW/㎠, 보다 구체적으로 약 8mW/㎠ 를 인식한다. 이것은, 선형 램프가 전달할 수 있는 16μW/㎠ 보다 500배 더 높다. 500배 시간 차이는 선형 램프에서의 NIR 방사선원으로부터 필요한 총 평균 NIR 출력 파워인 500W로 전환된다. 이러한 NIR 출력 파워의 양은 (비이상적인 효율과 같은 다른 요인들을 고려한) 500W 초과의 전력 소비를 의미하는데, 이는 여전히 실현 가능하지만 가정용 일반 조명 램프와 같은 특정 사용 시나리오들에는 적합하지 않을 수 있다.

NIR 방사선원이 2ms 의 펄스 지속 시간과 0.2% 의 듀티 사이클에 해당하는 1초의 펄스 주기로 펄스화된다면, NIR 방사선원은 펄스들 동안에 500W를 여전히 출력하지만 시간 경과에 따른 평균 전력 소비는 (즉, 1W 연속파(CW)와 등가인) 500배만큼 감소한다.

가능한 구현예는 (2ms/s 로 여전히 펄스화되는) 2.5W 의 피크 출력 파워를 갖는 각 NIR LED와 함께 150㎝에 걸쳐 확산되는 200개의 NIR LED들을 사용하는 것이다. 상기 광 출력 파워 및 펄스화 파라미터들을 고려하면, 8시간 후 방사선원에 의해 방출되는 에너지의 양은 약 1(W) * 8(시간) * 60(분/시간) * 60(초/분) = 28800(J) 이다. 2미터 거리에 있는 사용자의 피부에 전달되는 8시간 후의 선량은 약 16(μW/㎠) * 8(시간) * 60(분/시간) * 60(초/분) = 460800(μJ/㎠) = 0.4608(J/㎠)이다. 이러한 선량은 특정 유익한 PBM 응답들을 유도하는 데 적합할 수 있다.

NIR LED들의 전기-대-광 파워 변환 효율이 50% 라고 가정하면, 이 NIR 방사선원의 구현예는 평균 2W의 전력을 소비한다.

선형 램프(7)는 또한 가정용으로 드물지 않은 30W의 전력을 소비하는 일반 조명용 광원을 포함한다고 가정한다. 다음으로, 선형 램프(7)는 총 32W의 전력을 소비할 것이며, 여기서 30W는 일반 조명용 가시광선에 전용되고 2W는 유익한 PBM 응답들을 유도할 수 있는 펄스화된 NIR 방사선에 전용된다. 즉, 선형 램프(7)는 그것의 사용자(20)에게 일반 조명 및 의학적 이점들이라는 두 가지 이점들을 부여할 수 있다.

도 7b는 선형 램프(7)에서 사용될 수 있는 조명 장치(1c)를 개략적으로 제시한다. 방사선원(10)은 복수의 LED들(70)을 포함할 수 있으며, 그들의 수 및 광 특성들은 설명되었던 것과 유사할 수 있다. 광원(11)은 일반 조명용 가시광선을 제공하는 복수의 LED들(71)을 포함할 수 있다. 구동기 회로(12)는 방사선원(10)이 전술한 특성들을 갖는 NIR 방사선을 방출하도록 펄스화된 구동 전류를 제공할 수 있다. 또 다른 구동 회로(13)는 광원(11)이 일반 조명용 가시광선을 방출하도록 비펄스화된 구동 전류를 제공할 수 있다.

상기 예시들은, 다음의 변형예들이 실증할 것이므로, 제한적이지 않다.

변형예 1

방사선량(에너지 밀도)을 증가시키기 위해, 펄스 지속 시간 또는 펄스 주파수를 증가(즉, 펄스 주기를 감소)시킬 수 있다. 일부 의학적 연구 결과에 따르면 더 짧은 펄스들이 더 긴 펄스들(즉, 이온 채널들의 여기 및 이완)에 비해 더 높은 선량 응답을 가능하게 할 수 있기 때문에, 펄스 주파수를 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 하지만, 더 높은 펄스 주파수 및 동일한 펄스 지속 시간은 더 높은 전력 소비를 필요로 한다.

일 예로서, 펄스 주파수가 1Hz로부터 10Hz로 증가되고 펄스 지속 시간이 2ms 로 유지된다고 가정한다. 결과적인 사용자로의 8시간의 선량은 0.46J/㎠ 로부터 4.6J/㎠ 까지 증가할 것이다. 전력 소비는 또한, (NIR 방출기와 동일한 50% 벽면 플러그 효율(WPE: Wall-Plug Efficiency)을 가정하면) 전기 2W 로부터 전기 20W 로 10배 증가할 것이다.

변형예 2

이 변형예에서 펄스 주파수는 1Hz 로부터 1.5Hz 로 증가하여, 0.4608J/㎠ 보다 50% 더 높은 0.6912J/㎠ 의 8시간 방사선량을 발생시킨다. 이 변형예에서 파워 소비는 또한, (NIR 방출기의 50% WPE 를 가정하면) 전기 2W 로부터 전기 3W 로 50% 만큼 증가할 것이다.

변형예 3

이 변형예에서 펄스 지속 시간은 2ms 로부터 1ms 로 감소하고, 펄스 주파수는 1Hz 로부터 0.5Hz 로 감소한다(즉, 2초마다 1ms 펄스가 방출됨). 다음으로, 파워 소비가 (50% WPE에서) 0.5W가 되고 일일 선량(8시간 노출)이 4배만큼 0.1152J/㎠ 로 감소된다.

30W 전력이 일반 조명용 가시광선을 방출하는 광원들(예를 들어, 백색광 LED들)에 전용이라고 가정한다. 다음으로, NIR 방사선원(0.5W)에 의해 소비되는 전력은 총 30.5W의 약 1.64% 이다. 즉, PBM 유도 NIR 방사선을 제공하는 부가적인 이점은 2% 미만의 부가적인 전력 소비의 비용으로만 제공된다. 사용자는 에너지 요금들에서의 이러한 증가를 거의 알아 차리지 못할 것이다.

변형예 4

이 변형예에서, 펄스 길이는 1ms(2ms의 50%)이고 펄스 주파수는 5Hz(1Hz의 5배)이다. 그 결과로 발생하는 전기 소비는 (50% WPE에서) 5W이고 피부에 대한 일일 선량(8시간 노출)은 1.152J/㎠ 가 된다.

30W 전력이 일반 조명용 가시광선을 방출하는 광원들(예를 들어, 백색광 LED들)에 전용이라고 가정한다. 다음으로, NIR 방사선원(5W)에 의해 소비되는 전력은 총 35W의 14.29% 이다.

변형예 5

이 변형예에서, 펄스 길이는 5ms(2ms의 250%)이고 펄스 주파수는 1Hz 이다. 그 결과로 발생하는 전기 소비는 (50% WPE에서) 5W이고 피부에 대한 일일 선량(8시간 노출)은 (2m 의 동일한 평균 거리에서) 1.152J/㎠ 가 된다.

변형예 6

이 변형예에서, 방사선원은 800㎚에서 피크 방출을 갖는 100개의 NIR LED들(또는 레이저 LED들 또는 기타 고체 조명(SSL)원들), 그리고 200개의 동일한 NIR LED들 대신 850㎚에서 피크 방출을 갖는100개의 NIR LED들(또는 레이저 LED들 또는 기타 SSL 소스들)을 포함한다. 펄스 파라미터들, 광 방출 파워 및 전력 소비의 양은 동일하게 유지된다.

이 변형예에서, 총 광 방출 파워(강도)는 상이한 파장들을 갖는 두 종류들의 방출기들에 의해 가능해진다. 이러한 변형예는, 램프로부터 방출되는 파워와 또한 사용자의 피부에 전달되는 파워 밀도 및 에너지 밀도가, NIR 광 스펙트럼 내에서 상이한 방출 스펙트럼들을 갖는, 한 종류보다 많은 NIR 방출 디바이스들에 의해 또한 축적될 수 있음을 실증한다.

변형예 7

이 변형예에서, 방사선원은 850㎚에서 피크 방출을 갖는 100개의 NIR LED들(또는 레이저 LED들 또는 기타 고체 조명(SSL)원들), 그리고 200개의 동일한 NIR LED들 대신 980㎚에서 피크 방출을 갖는100개의 NIR LED들(또는 레이저 LED들 또는 기타 SSL 소스들)을 포함한다. 펄스 파라미터들, 광 방출 파워 및 전력 소비의 양은 동일하게 유지된다.

이 변형예는, 사용자의 피부에 전달되는 파워 밀도와 에너지 밀도가 NIR 광 스펙트럼 내에 다른 스펙트럼들을 포함할 수 있음을 다시 실증한다.

변형예 8

이 변형예에서 200개의 NIR LED들(또는 레이저 LED 또는 기타 SSL 소스들)은 모두 980㎚에서 피크 방출을 갖는다.

통상적으로, 인간의 눈은 760-780㎚까지의 광을 볼 수 있지만 일부 인간들은 최대 약 1000㎚까지 연장된 시야를 갖는다. 이 변형예는 NIR에 대한 시야가 연장된 사람들에게 유용할 수 있다. 다른 적합한 피크 방출 위치들은 1060㎚ 를 포함한다.

변형예 9

이 변형예에서 선형 램프에서의 방사선원은 850㎚ 에서 피크 방출을 갖는 150개의 NIR LED들(또는 레이저 LED들 또는 기타 SSL 소스들)을 포함하며, 각 NIR LED는 2.5W 대신 3.33W의 피크 방출을 갖는다. 누적된 총 피크 강도는 여전히 500W 이다. 그러므로, 다른 관련 파라미터들은 동일하게 유지된다.

이 변형예는, 개별 방사선 디바이스들의 피크 방출 수준과 그것의 수 중 하나가 다른 방사선 디바이스들에서의 변화들을 수용하도록 변할 수 있는 한편, 동일한 총 피크 방출이 달성됨을 실증한다.

변형예 10

이 변형예에서, 목표 피크 파워 밀도는 피부에서 850㎚의 NIR 방사선의 약 32mW/㎠ 이다. (이 개시에서의 앞부분에서 논의된 1-50mW/㎠ 의 범위의 상단에서의) 이러한 강도들은 방사선의 더 깊은 침투가 특히 유용한 인체의 지정된 위치들에서 유익할 수 있다.

연구는, 주요 우울증 장애, 알츠하이머 병 및 치매와 같은 특정 질병들을 치료하기 위한 목표가 인간의 뇌라면, 이러한 파워 밀도들이 유익하다는 사실을 보여왔다. 그러므로, 이러한 높은 강도들은 노인이나 정신과 기관들의 가정에서 유익할 수 있다.

연구는 또한, 이러한 강도들에서 800-1100㎚ 사이의 NIR 광이, 또한 이 변형예에서 설명된 유사한 파워 밀도들로 뇌를 목표로 삼음으로써, 건강한 피험자들의 집중력 및/또는 초점을 증가시키는 데 유익하다는 것을 실증했다. 그러므로, 향상된 인지 기능들에 대한 요구를 갖는 환경들에서 약간 더 높은 파워 밀도들에서 파워 밀도들을 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 그것의 이점들은 전력 소비에 있어서의 마진 증가를 정당화하는 것 이상이다. 인지 향상 속성들을 갖는 이러한 변형예의 램프들은 학교들, 대학들, 사무실들, 회의실들, 무대들 또는 유사한 요구 사항들을 갖는 기타 위치들에 유용할 수 있다.

180°이상의 균일한 배광을 갖는 150㎝ 선형 램프를 가정한다. 램프로부터 거리 r = 2m 에서, 2m 의 거리에서의 이론적 배광을 나타내는 이론적 반원 기둥의 표면은 A = πrh = 약 10㎡ 이다. 그 결과, 연속파 NIR 출력 파워가 2W 라면, 0.2W 당 1㎡ 가 된다.

또한, 선형 램프들이 일반적으로 그리드들에 배치된다고 가정한다. 따라서, 선형 램프들로부터 평균 2m 거리에 있는 사용자의 피부 상의 누적 평균 파워 밀도는 평균 60% 더 높은 것으로 추정되어, 이것은 약 32μW/㎠ 를 발생시킨다. 이것은 원하는 목표인 32mW/㎠ 보다 1000배 낮으며, 방사선원에서 (피크) NIR 출력 파워가 2W의 1000배, 즉 2000W 이어야 함을 나타낸다.

NIR 방사선원이 1ms 의 펄스 지속 시간과 0.1% 의 듀티 사이클에 해당하는 1초의 펄스 주기로 펄스화된다면, NIR 방사선원은 펄스들 동안에 2000W의 피크 방출 파워를 여전히 달성하지만 시간 경과에 따른 평균 전력 소비는 (즉, 2W 연속파(CW)와 등가인) 1000배만큼 감소한다.

1.5m 길이가 200개의 NIR LED들을 분산하여 수용할 수 있으며, 이것은 원하는 단일 LED 피크 강도를 (1ms/s 펄스들에서) 10W 로 낮춘다고 가정한다. 이것은, 예를 들어 수명 동안 더 짧고 더 강한 펄스들을 견딜 수 있는 레이저 LED들에 의해 구현될 수 있다.

2미터 거리에 있는 사용자로의 8시간 후의 결과적인 방사선량은 약 32(μW/㎠) * 8(시간) * 60(분/시간) * 60(초/분) = 921600(μJ/㎠) = 0.9216(J/㎠)이다.

NIR 방사선원은 4W의 전력을 소비할 것이다. 램프가 30W를 소비하는 일반 조명용 가시광원들을 포함한다면, 이 변형예의 램프의 총 전기 소비는 34W 일 것이다.

예시 - "회춘 거울(Rejuvenation Mirror)"

PBM 유도 방사선은 거울에 부가될 수 있다. 예를 들어, 아침 루틴에 PBM을 부가할 수 있다.

반구에서 균일한 배광을 갖는 NIR LED를 가정한다(아래에 설명된 계산 방법은 집중형 패턴 또는 램버시안 패턴과 같은 다른 분포 패턴들에 적응될 수 있음). 램프로부터의 거리 r 에서, 반구의 표면적은 A = 2πr² 이다. 예를 들어, 평균 거리 r 이 0.66m 이면, A는 약 27370㎠ 이다.

피부 상에 800-870㎚ 에 걸쳐 약 8mW/㎠ 의 NIR 파워 밀도가 요청된다고 가정한다. 다음으로, 방사선원은 약 8mW/㎠ * 27370 (㎠) = 약 219W 의 광 파워로 800-870㎚ 에 걸쳐 NIR 방출을 방출해야 한다. (유용한 NIR 방출 측면에서, 이것은 반사경을 갖는 거울 주위에 탑재되는 100W 백열 전구 20개와 대략 등가이다.)

방사 패턴들을 조정하는 기법들(이를테면, 유리한 램버시안 방출 또는 광학적으로 집중된 LED 방출)은 방사선원에서 필요한 방출 파워를 219W 로부터 100W 로 낮출 수 있다. 이것은, 예를 들어, 각각 30㎚ FWHM으로 850㎚ 에서 1W 피크 방출을 갖는 100개의 NIR LED들에 의해 구현될 수 있다.

100개의 NIR LED들은 10ms 의 펄스 지속 시간과 10Hz 의 펄스 주파수로 펄스화될 수 있다(즉, LED들은 매 0.1초마다 10ms 로 켜지며, 이는 총 온-타임 100ms/s 와 등가임). NIR 광원의 WPE가 50%라고 가정하면, 결과적인 전력 소비는 20W일 것이다. 거리 r 에서 피부의 표면에 전달되는 방사선량은 분당 48mJ/㎠ 일 것이다. 사용자가 하루에 20분씩 거울을 사용한다고 가정한다. 다음으로, 거울은, 하루에 약 1J/㎠ 의 평균 에너지 밀도(또는 선량, 플루언스)를, 전술한 거리 r 에 있는 노출된 피부에 전달하고 있을 것이다.

부가적인 특징으로서, 거울의 NIR 방사선원은 인식 센서(들) 또는 모션 센서(들)에 의해 켜질 수 있다.

변형예 - 입원 환자 조명

동일한 개념이 또한 병원들에서의 입원 환자 조명(이를테면, 환자 침대들의 말단 벽에서의 HCL(Human centric lighting) 엘리먼트들)에 대해서도 적용될 수 있다.

전술한 회춘 거울 예시와 유사한 설정을 가정하는데, 여기서 동일한 조명 특성들을 갖는 100개의 NIR LED들이 환자의 얼굴로부터 0.66m 의 평균 거리에 위치된다. 이 디바이스는 20-100분 동안 하루에 1-2회 자동으로 켜지도록 설계되어 매번 1-5J/㎠ 를 전달할 수 있다.

예시 - 사무실 조명 트로퍼

트로퍼는 모듈식 드롭 천장 그리드에 맞는 직사각형 조명 고정구이다(즉, 600x600㎜ 또는 300x1200㎜). 트로퍼 고정구들은 표준 형광 램프들(예컨대, T12, T8 또는 T5)을 수용하도록 또는 일체형 LED 소스들을 갖도록 설계될 수 있다. 트로퍼들은 천장 그리드 위에 있는 오목한 자리일 수 있거나 또는 표면 탑재 '박스들'에서 이용 가능할 수 있다.

이 예에서는 Trilux 회사의 "Belvision Cl 600 CDP LED3900nw 01"이라는 인기있는 트로퍼가 사용된다. 트로퍼는 5x4x3m 크기를 갖는 방에 탑재되어 있다고 가정한다. 바닥에서 75㎝ 위의 가정된 작업 표면 상에서 >500lux의 표준 조도를 달성하기 위해, 70(천장)/50(벽)/20(바닥)% 의 표면 반사율 및 0.8의 보수율(maintenance factor)인 3개(정확히 2,93개로부터 반올림)의 고정구들이 필요하다. 도 8은 이러한 실내에서의 트로퍼 및 그것의 사용의 예시적인 도시를 제공한다.

트로퍼들의 각각은 27W이며 3개의 고정구들 모두에 대해 총 81W의 에너지 소비를 갖는다. 그 결과, ㎡ 작업 표면 당 약 4W의 전기 에너지 소비가 발생하거나, 또는 50%의 벽면 플러그 효율(WPE)을 가정하면 ㎡ 당 약 2W의 광학 에너지가 발생한다.

전술한 방사 패턴 및 실내의 표면 반사율로, 작업 표면에서 500lx가 달성되며, 이는 500루멘/㎡ 로도 또한 설명될 수 있다. 이용 가능한 총 루멘은 12000 lm(고정구 당 4000 lm)이며, 이는 손실없이 이용 가능한 루멘들이 600 lm/㎡ 임을 의미하며, 이는, 천장, 벽들 및 바닥으로부터의 반사 및 흡수 손실로 인해, ㎡ 당 100 lm 이 손실된다는 것을 나타낸다. 그러므로, 이 설정에서는 고정구들에 의해 방출되는 초기 이용 가능 루멘들의 20%가 손실된다.

다음 단계는, 통합된 NIR 광에 대해 유사한 유지 보수 및 반사 손실들과 유사한 방사 패턴들을 가정하여, 고정구 당 NIR 스펙트럼의 광학 와트의 양을 파악하는 것이다.

바닥에서 75㎝ 위의 작업 표면과 비교하여 지면으로부터 유사한 거리에서 850㎚ 의 피크 파장을 갖는 NIR 방사선의 8mW/㎠ 의 목표 파워 밀도를 가정한다. 소스에서 초기 이용 가능 광 출력과 비교하여, 전술한 20%의 손실을 고려하면, 작업 표면의 ㎠ 당 10mW가 방사될 필요가 있으며, 이는 100W/㎡, 또는 전체 단면적 20㎡ (5x4m)에 대해 2000W 라고 가정된다.

그러므로, 2000W / 3개의 고정구들 = 고정구 당 850㎚ 에서 약 667W 피크 방출이 필요하다. 이 피크 방출은, 각각 3.335W 광 파워의 펄스 피크 방출을 갖는, 고정구 당 200개의 단일 NIR LED들에 의해 가능해질 수 있다.

NIR 발광은 1Hz 의 펄스 주파수 및 1ms 의 펄스 지속 시간을 갖는다(직사각형 파형, 100% 변조)고 가정한다. 이러한 펄스화 파라미터에서, 850㎚ 에서의 평균 방출 광 와트는 0.667W 이거나, 또는 50% WPE에서 고정구 당 1.333W 전력 또는 실내 당 (3개의 고정구들 모두에 대해) 총 4W 전력이다.

또한, 사람이 상기 광에 8시간 또는 28800초 동안 노출되고 상기 사람의 피부 표면이 이 시간 동안 작업 표면과 비교하여 광원들과 평균적으로 유사한 거리에 있다고 가정한다. 그러므로, 상기 사람의 피부의 표면 상에서 (8시간 노출의) 하루 당 달성된 선량(또는 에너지 밀도)은 평균 8(mW/㎠) * 28800초 * (1/1000) = 약 0.23(J/㎠) 이다.

변형예 1

이 변형예에서, NIR 방사선 방출은 2Hz 의 펄스 주파수 및 2ms 의 펄스 지속 시간을 갖는다(직사각형 파형, 100% 변조)고 가정한다. 이러한 듀티 사이클 및 주파수에서, 850㎚ 에서의 평균 방출 광 와트는 전술한 예시에 비해 4배 더 높으며, 그 결과 2.667W 가 발생하거나, 또는 50% WPE에서 고정구 당 5.334W 전력이 발생하거나, 또는 실내 당 (3개의 고정구들 모두에 대해) 총 16W 전력이 발생한다. 또한, 사람이 상기 광에 8시간 또는 28800초 동안 노출되고 상기 사람의 피부 표면이 이 시간 동안 작업 표면과 비교하여 광원들과 평균적으로 유사한 거리에 있다고 가정한다. 그러므로, 상기 사람의 피부의 표면 상에서 하루(8시간 노출) 당 달성된 선량(또는 에너지 밀도)은 약 0.92J/㎠ (8mW * 28800초 * (0.002/0.5)) 이다.

변형예 2

이 변형예에서, NIR 방사선은 3 Hz 의 펄스 주파수 및 3ms 의 펄스 지속 시간을 갖는다(직사각형 파형, 100% 변조)고 가정한다. 이러한 듀티 사이클 및 주파수에서, 850㎚ 에서의 평균 방출 광 와트는 예시에 비해 9배 더 높으며, 그 결과 6W 광 파워가 발생하거나, 또는 50% WPE에서 고정구 당 12W 전력이 발생하거나, 또는 실내 당 (3개의 고정구들 모두에 대해) 총 36W 전력이 발생한다. 또한, 사람이 상기 방사선에 8시간 또는 28800초 동안 노출되고 상기 사람의 피부 표면이 이 시간 동안 작업 표면과 비교하여 광원들과 평균적으로 유사한 거리에 있다고 가정한다. 그러므로, 상기 사람의 피부의 표면 상에서 하루(8시간 노출) 당 달성된 선량(또는 에너지 밀도)은 약 2.07J/㎠ (8mW * 28800초 * 0.003 * 3) 이다.

변형예 3

이 변형예에서, NIR 방사선은 1.5 Hz 의 펄스 주파수 및 10ms 의 펄스 지속 시간을 갖는다(직사각형 파형, 100% 변조)고 가정한다. 이러한 듀티 사이클 및 주파수에서, 850㎚ 에서의 평균 방출 광 와트는 예시에 비해 15배 더 높으며, 그 결과 10W 광 파워가 발생하거나, 또는 50% WPE에서 고정구 당 20 W 전력이 발생하거나, 또는 실내 당 (3개의 고정구들 모두에 대해) 총 60W 전력이 발생한다. 또한, 사람이 상기 광에 8시간 또는 28800초 동안 노출되고 상기 사람의 피부 표면이 이 시간 동안 작업 표면과 비교하여 광원들과 평균적으로 유사한 거리에 있다고 가정한다. 그러므로, 상기 사람의 피부의 표면 상에서 하루(8시간 노출) 당 달성된 선량(또는 에너지 밀도)은 약 3.46 J/㎠ (8mW * 28800초 * 0.010 * 1.5) 이다.

변형예 4

이 변형예에서, NIR 방사선은 0.1 Hz 의 펄스 주파수 및 5ms 의 펄스 지속 시간을 갖는다(직사각형 파형, 100% 변조)고 가정한다. 이러한 듀티 사이클 및 주파수에서, 850㎚ 에서의 평균 방출 광 와트는 예시에 비해 2배 더 낮으며, 그 결과 0.333W 광 파워가 발생하거나, 또는 50% WPE에서 고정구 당 0.667W 전력이 발생하거나, 또는 실내 당 (3개의 고정구들 모두에 대해) 총 2W 전력이 발생한다.

또한, 사람이 상기 광에 8시간 또는 28800초 동안 노출되고 상기 사람의 피부 표면이 이 시간 동안 작업 표면과 비교하여 광원들과 평균적으로 유사한 거리에 있다고 가정한다. 그러므로, 상기 사람의 피부의 표면 상에서 하루(8시간 노출) 당 달성된 선량(또는 에너지 밀도)은 약 0.115 J/㎠ (8mW * 28800초 * 0.005 * 0.1) 이다.

예시 - 조명 트로퍼

구현 세부 사항들을 갖는 조명 트로퍼의 또 다른 예가 아래에 제공된다.

도 9a는 이 예에서 사용되는 가시광원 및 방사선원을 나타낸다. 도 9a의 상단 부분은 다음 사양들의 SYLVANIA START PANEL 600 4000K G4"(EAN 5410288477794)를 나타낸다. 596 x 65 x 596㎜ 패널에는 4000K의 색온도와 4200 lm의 광속의 가시광선을 생성하는 LED들이 장착된다. 패널은 230V에서 동작하며 30W의 전력을 소비한다. 약 1.5㎜ 두께인 PMMA/PVA의 디퓨저가 있다.

조명 트로퍼에는 또한 Vishay(유형 VSMY98545)로부터 적외 방사선을 방출하는 100개의 LED들이 장착된다. 도 9a의 하단 부분은 그러한 LED 중 하나의 사진을 나타낸다. 패키지 형태는 렌즈를 갖는 높은 파워의 SMD이다. 치수는 3.85 x 3.85 x 2.24(L x W x H ㎜)이다. 피크 파장은 λp = 850㎚ 이다. 반치각(angle of half intensity)은 φ = 45°이다.

설계 목표는, 45°의 반치각이 고려되어, 약 2m 의 거리에서 원하는 스펙트럼 NIR-A의 8mW/㎠ 파워 밀도를 실현하기 위해 850㎚ 피크에서 적어도 160W의 광 파워이다.

VSMY98545의 데이터시트(https://www.vishay.com/doc?81223에서 찾을 수 있음)에 따르면, 각 LED는 순방향 전류 1A에서 약 800mW의 광 파워를 출력하거나 또는 순방향 전류 2.5A에서 그리고 듀티 사이클 1%로 5ms로 펄스화되는 의 약 1.89W(데이터시트로부터 도출되는, 약 236%에 800mW를 곱한 값)를 출력한다. 따라서, 가시 조명 패널(그것의 디퓨저 뒤)에 배치되는 100개의 이러한 LED들은 총 189W를 출력하여, 이에 의해 설계 목표를 충족시킬 수 있다.

도 9b는 발광 방향의 중심에서 본 예시의 조명 트로퍼로부터 1미터에서 측정되는 스펙트럼을 도시한다. 측정은 어두운 실험실에서 수행되었으며 배경 노이즈는 별도로 측정되었고 측정된 스펙트럼으로부터 차감되었다. 측정은 충분히 큰 수의 펄스 주기들이 포함되도록 보장하기 위해 그리고 전체 스펙트럼의 펄스화된 부분에서 평균적인 광학적 강도를 측정하기 위해, 측정된 스펙트럼이 평균화되어 4초에 걸쳐 수행되었다. 760-900㎚ 사이의 근적외선 부분의 적분 파워는 가시 스펙트럼의 광학 파워의 대략 10%이다. 백분율은 적외선 LED들에 공급되는 전력이 가시광 패널의 전력의 약 15%라는 사실과, 적외선 LED들은 가시광 패널의 약 60%의 전기 효율에 비해 약 40%의 전기 효율을 갖는다는 사실에 일치한다. 적외선 LED들에 공급되는 전력 대 가시광 패널에 공급되는 전력의 비율은 2.0(데이터시트의 도 3으로부터의 VF) * 2.5(A) * 1%(듀티 사이클) * 100개(LED들의 수)/30(W)로 계산되는데, 이는 16.66%이고 15%에 가깝다.

이 예시는, 160W의 광 출력(디퓨저 손실로 인해 189W 미만임)이 조명 트로퍼로부터 2m 떨어진 45°의 3차원 원뿔의 구형 표면 영역에 대해 분할되었다고 가정하면, 760 내지 900㎚ 의 스펙트럼의 8시간 당 4.6J/㎠ 의 평균 방사선량(플루언스)으로 2m 거리에서 그것의 사용자의 표면을 조사한다.

전술한 예시들 및 변형예들은 제한적이지 않는다는 점에 유의해야 한다.

요약하면, 본 개시는 적어도 일반 조명용 조명 장치, 조명 방법 및 램프, 일반 조명용 개조형 전구, 일반 조명용 개조형 광 튜브 및 일반 조명용 조명기구를 제공한다. 방사선원의 정교한 펄스화에 의해, 사전결정된 스펙트럼에서 적절하고 유익한 양의 방사선이 합리적인 양의 파워 소비로 제공될 수 있다. 이러한 방사선원을 일반 조명 장치에 조합하는 것은, 그것의 사용을 크게 확장할 수 있으며, 사용하기 쉬운 의학적 이점들을 갖는 일반 조명원으로 그것을 전환할 수 있다. 방사선원을 펄스화하는 것은 또한, 사용자가, 이를테면, 20분 넘게 장주기 동안 사전결정된 스펙트럼의 방사선에 노출된다면 과다 투사를 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

위의 설명은 제한이 아닌 설명을 위해 의도되는 것이다. 본 발명의 대안적 및 균등한 실시예들이 아래에 설명된 청구항들의 범위를 벗어나지 않으면서, 실행하기 위해 구상되고 축소될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

1a: 조명 장치
1b: 조명 장치
1c: 조명 장치
10: 방사선원
11: 광원
12: 구동기 회로
13: 구동기 회로
14: 센서
100: 방사선
101: 제 1 구동 전류(110) 가시광선
111: 제 2 구동 전류(141) 입력
20: 사용자
2a: (개조형) 전구
2b: (개조형) 광 튜브
2c: 램프
2d: 조명기구
30: 곡선
31: 곡선
32: 곡선
33: 곡선
40: 곡선
41: 곡선
7: 선형 램프
70: LED
71: LED

Claims

일반 조명용 조명 장치에 있어서,
일반 조명에 적합한 가시광선을 방출하는 광원으로서, 여기서 상기 가시광선은 백색광인, 광원;
사전결정된 스펙트럼의 방사선을 방출하는 방사선원으로서, 여기서 상기 사전결정된 스펙트럼은 760 - 1400㎚의 범위 내인, 방사선원; 및
펄스화되는 제1 구동 전류를 제공하는 구동기 회로를 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 광원이 아닌 상기 방사선원에 상기 제1 구동 전류를 제공하도록 구성되며,
사용 시, 상기 광원은 250 루멘 이상을 방출하도록 구성된, 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원은 CIE XYZ 색 공간에서 색점을 갖는 백색광을 방출할 수 있으며, 상기 색점은 상기 색 공간에서의 흑체 라인(black body line)까지 10 배색표준편차(Standard Deviation Color Matching) 미만의 거리를 갖는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조명 장치는 상기 제1 구동 전류와는 상이한 제2 구동 전류를 상기 광원에 제공하도록 구성되고, 상기 제2 구동 전류는 직류 전류, 교류 전류, 또는 20,000Hz - 300,000Hz 범위 내의 펄스 주파수를 갖는 펄스폭 변조된 전류인, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동기 회로는 제1 구동기 회로이며, 상기 조명 장치는 제2 구동 전류를 제공하는 제2 구동기 회로를 더 포함하는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 구동 전류는 20% 이하의 듀티 사이클(duty cycle)을 가지는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 방사선원은 향상된 허용 구동 전류에서 동작하도록 구성되거나; 또는
상기 펄스 지속시간, 펄스 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나는, 상기 제1 구동 전류가 향상된 허용 구동 전류에서 상기 방사선원을 구동할 수 있도록 선택되는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 방사선원의 상기 사전결정된 스펙트럼은 가시 스펙트럼을 포함하지 않는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 방사선원의 상기 사전결정된 스펙트럼은 800 - 1100㎚ 범위 내인, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류에 의해 에너지가 공급되는 상기 방사선원에 의해 방출되는 상기 방사선의 피크 방출 파워는 25W 이상인, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 상기 방사선원으로부터 0.2 내지 5m 사이의 공통 평균 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 상기 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은, 상기 방사선원으로부터의 공통 평균 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성되며, 상기 방사선원으로부터의 상기 공통 평균 거리는 0.2 내지 5m 사이인, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은 상기 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성된, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
사용 중인 상기 방사선원은 50 W RMS 미만의 전력을 소비하거나; 또는
사용 중인 상기 방사선원은 10 W RMS 미만의 조사된 표면의 제곱미터 당 전력을 소비하는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조명 장치는, 상기 광원이 사용 중일 때 40%를 초과하는 %-플리커(flicker)을 갖지 않는 광속을 갖는 상기 광원으로부터 가시광선을 생성하도록 구성된, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조명 장치가 사용 중일 때 상기 광원에 의해 소비되는 전력에 대한 상기 방사선원에 의해 소비되는 전력의 비율은 50%보다 크지 않은, 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조명 장치는 램프, 개조형 전구(retrofit light bulb), 및 개조형 조명 튜브(retrofit light tube) 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
제1항 또는 제2항의 조명 장치를 포함하는 일반 조명용 조명 기구.
조명 방법에 있어서,
일반 조명에 적합한 가시광선을 방출하는 광원을 제공하는 단계로서, 여기서 상기 가시광선은 백색광인, 단계;
사전결정된 스펙트럼의 방사선을 방출하는 방사선원을 제공하는 단계로서, 여기서 상기 사전결정된 스펙트럼은 760-1400㎚ 범위 내인, 단계; 및
펄스화되는 제1 구동 전류를 상기 방사선원에 공급하여 상기 사전결정된 스펙트럼의 방사선을 생성하는 단계를 포함하며,
상기 제1 구동 전류는 상기 광원에 공급되지 않으며,
사용 시, 상기 광원은 250 루멘 이상을 방출하도록 구성된, 조명 방법.
제19항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 상기 방사선원으로부터 0.2 내지 5m 사이의 공통 평균 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은, 상기 방사선원으로부터의 공통 평균 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성되며, 상기 방사선원으로부터의 상기 공통 평균 거리는 0.2 내지 5m 사이인, 조명 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성된, 조명 방법.
조명 장치에 있어서,
백색광인 가시광선을 방출하는 광원;
사전결정된 스펙트럼의 방사선을 방출하는 방사선원으로서, 여기서 상기 사전결정된 스펙트럼은 760 - 1400㎚의 범위 내인, 방사선원; 및
펄스화되는 제1 구동 전류를 제공하는 구동기 회로를 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 광원이 아닌 상기 방사선원에 상기 제1 구동 전류를 제공하도록 구성되며,
사용 시, 상기 광원은 250 루멘 이상을 방출하도록 구성된, 조명 장치.
제24항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 상기 방사선원으로부터 0.2 내지 5m 사이의 공통 평균 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 장치.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원의 피크 방출 파워는, 상기 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된, 0.4 - 50 mW/㎠의 파워 밀도를 가능하게 하는, 조명 장치.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은, 상기 방사선원으로부터의 공통 평균 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성되며, 상기 방사선원으로부터의 상기 공통 평균 거리는 0.2 내지 5m 사이인, 조명 장치.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 펄스화된 제1 구동 전류를 수신하는 상기 방사선원은 상기 조명 장치의 조도가 500 럭스인 거리에서 측정된 0.01 - 5 J/㎠의 방사선량을 전달하도록 구성된, 조명 장치.