RU2648829C1 - Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека - Google Patents
Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648829C1 RU2648829C1 RU2017104157A RU2017104157A RU2648829C1 RU 2648829 C1 RU2648829 C1 RU 2648829C1 RU 2017104157 A RU2017104157 A RU 2017104157A RU 2017104157 A RU2017104157 A RU 2017104157A RU 2648829 C1 RU2648829 C1 RU 2648829C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lighting
- adaptation
- mesopic
- human eye
- light
- Prior art date
Links
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 7
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 abstract description 5
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 abstract description 3
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 210000000880 retinal rod photoreceptor cell Anatomy 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 210000000964 retinal cone photoreceptor cell Anatomy 0.000 description 3
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 101100512897 Caenorhabditis elegans mes-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100512899 Caenorhabditis elegans mes-3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100512901 Caenorhabditis elegans mes-4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100512902 Drosophila melanogaster Mes-4 gene Proteins 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100097991 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) rar1 gene Proteins 0.000 description 1
- 206010047531 Visual acuity reduced Diseases 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004296 scotopic vision Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к светотехнике и физиологии зрения человека, в частности к обеспечению наиболее энергоэффективного освещения помещений, территорий и пространств при условии мезопической адаптации глаза человека. Для этого способ включает использование одного или нескольких светодиодных источников монохроматического света. При этом освещение проводят с доминирующей длиной волны λ = 507 (+/-10) нм при яркостях освещаемых объектов в интервале от 5*10-3 до 5 кд/м2 (CIE 191:2010), соответствующих мезопической адаптации глаза человека. Способ обеспечивает включение механизма мезопического зрения человека, когда информация воспринимается как палочковыми, так и колбочковыми фоторецепторами сетчатки глаза. 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области светотехники
Уровень техники
Известны самые разнообразные способы освещения с использованием различных источников света. Одними из наиболее энергоэффективных источников света являются светодиоды. Наиболее распространен и энергоэффективен люминофорный светодиод белого света. Все приборы освещения созданы по нормам и рассчитаны на использование механизма дневного зрения человека. Также существуют способы освещения, использующие механизмы и дневного, и ночного зрения - механизм сумеречного зрения, или мезопического зрения, при котором используются и колбочковые, и палочковые фоторецепторы сетчатки глаза человека. Для мезопического зрения важен S/P фактор (Scotopic/Photopic), т.е. соотношение световой отдачи источника света в условиях ночного зрения к световой отдаче в условиях дневного зрения. В качестве ближайшего аналога рассмотрим патент США «US 8388174 В2, 05.03.2013» описывающий способ освещения с использованием набора комбинаций различных светодиодных, по существу монохроматических, источников света при мезопической адаптации глаза с соответствующим подбором длин волн, при котором значение S/P фактора составляет больше 2. Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза предлагает использование только одного или нескольких полупроводниковых монохроматических источников света с доминирующей длиной волны 507 (+/-10) нм. Отличием способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации от патента США «US 8388174 В2, 05.03.2013» является более высокий S/P фактор и более высокая энергоэффективность. Применение светодиодного источника/источников монохроматического света с доминирующей длиной волны 507 (+/-10) нм, совпадающего/совпадающих с максимумом значения спектральной чувствительности человеческого глаза, адаптированного к скотопическому зрению, позволяет достигнуть значения S/P фактора (S/P=5,6) для способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является энергоэффективное освещение помещений, территорий и пространств при условии мезопической адаптации глаза человека (от 5*10-3 до 5 кд/м2 (CIE 191:2010)). Это достигается тем, что при освещении способом энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека используется преимущество более высокой спектральной чувствительности палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека при λ=507 нм, К'max=1700 лм/Вт, по сравнению с колбочковыми фоторецепторами сетчатки глаза человека при λ=555 нм, Кmах=683 лм/Вт, при котором уровень S/P фактора достигает значения S/P=5,6 для способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека. В качестве примера сравним энергоэффективность монохроматического светодиодного источника света с λ=507 нм с энергоэффективностями различных комбинаций, по длинам волн, монохроматических светодиодных источников света, предложенных в патенте США «US 8388174 В2, 05.03.2013». В патенте США «US 8388174 В2, 05.03.2013» указаны комбинации монохроматических светодиодных источников света, принадлежащих следующим диапазонам длин волн: 1. 500-525 нм и 600-625 нм; 2. 500-525 нм и 600-640 нм; 3. 500-525 нм, 600-625 нм и 460-490 нм; 4. 500-525 нм, 600-640 нм и 460-490 нм. В каждом диапазоне, для упрощения сравнения, возьмем длину волны, имеющую усредненное значение соответствующего диапазона. Для диапазона 500-525 нм возьмем значение 515 нм, для диапазона 600-625 нм возьмем значение 615 нм, для диапазона 600-640 нм возьмем значение 620 нм, для диапазона 460-490 нм возьмем значение 475 нм. Рассчитаем среднюю энергоэффективность для светодиода с λ=507 нм во всем диапазоне мезопической адаптации при значении коэффициента адаптации 0≤m≤1 с шагом m=0,1. Qmes=((m*Qp)+(1-m)*Qs*(683/1700))/(((m+(1-m))*(683/1700))(CIE 191:2010). Среднее значение Qmes(507)=816,3 лм/Вт. Рассчитаем среднюю энергоэффективность для комбинаций светодиодов: 1. λ=515 нм и λ=615 нм; 2. λ=515 нм и λ=620 нм; 3. λ=515 нм, λ=615 нм и λ=475 нм; 4. λ=515 нм, λ=620 нм и λ=475 нм. Для комбинации 1. Qmes1=(Qmes(515)+Qmes(615))/2=534,5 лм/Вт; 2. Qmes2=(Qmes(515)+Qmes(620))/2=520,4 лм/Вт; 3. Qmes3=(Qmes(515)+Qmes(615)+Qmes(475))/3=525,3 лм/Вт; 4. Qmes4=(Qmes(515)+Qmes(620)+Qmes(475))/3=515,9 лм/Вт. Из расчетов видно, что более высокой энергоэффективностью в мезопическом диапазоне адаптации глаза (более чем в 1,5 раза) обладает способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза перед способом, предложенным в патенте США «US 8388174 В2, 05.03.2013». Посчитаем S/P фактор для светодиода с λ=507 нм. Для светодиода с λ=507 нм. S/P фактор = Фs/Фр, где , , где Ре(λ) - функция спектральной плотности мощности, излучаемой источником [Вт/нм]. , т.к. значение функции спектральной плотности мощности излучаемой источником Ре(λ), при длине волны 507 нм равно 1, для монохроматического света с максимальной световой энергоэффективностью при 1700 лм/Вт, V'(λ) при λ=507 нм равно 1 (табличное значение МКО1951).
, т.к. значение функции спектральной плотности мощности, излучаемой источником Ре(λ), при длине волны 507 нм равно 1, V(λ) при λ=507 нм равно 0,4443 (табличное значение МКО1951). S/P фактор = Фs/Фр = 1700/303,46 = 5,6. Для монохромного светодиодного источника с доминирующей длиной волны 507 нм S/P фактор имеет значение 5,6.
Осуществление изобретения
Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза предлагает использовать при освещении монохромный светодиодный источник или источники света с доминирующей длиной волны λ=507(+/-10) нм, при яркости фона в пределах от 5*10-3 до 5 кд/м2. Данные условия соответствуют мезопическому зрению человека (CIE 191:2010). При мезопической адаптации зрения человека и использовании светодиодного монохроматического источника света с доминирующей длиной волны 507(+/-10) нм происходит существенное увеличение световой эффективности вследствие работы палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека (в пределе до 1700 лм/Вт (МКО 1951)) по сравнению с условиями работы колбочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека (в пределе до 683 лм/Вт (МКО 1924)). При мезопической адаптации глаза человека, при использовании палочек и колбочек, большое значение имеет так называемый S/P фактор, который имеет высокое численное значение при λ=507 нм для способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека. Предлагаемый способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза использует преимущество светочувствительности палочковых фоторецепторов глаза человека, перед светочувствительностью колбочковых фоторецепторов глаза человека. Существующие источники освещения не создают преимущественных условий для использования палочковых фоторецепторов глаза человека. Существующие искусственные источники света, применяемые при освещении, используют различные непрерывные, в том числе и комбинированные диапазоны длин волн в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения, которые не позволяют наиболее энергоэффективно использовать свойства палочковых фоторецепторов человеческого глаза. Сумеречное (мезопическое) зрение осуществляется с помощью палочкового и колбочкового зрительного аппарата глаза, при мезопической адаптации глаза человека к яркости фона, находящейся в пределах от 5*10-3 до 5 кд/м2 (CIE 191:2010). Для реализации способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза необходимо наличие двух условий: 1. Яркость освещаемых объектов, создаваемая светодиодным источником монохромного света, должна быть в пределах мезопической адаптации глаза человека, от 5*10-3 до 5 кд/м2 (CIE 191:2010). 2. Доминирующая длина волны светодиодного монохромного источника света должна соответствовать следующему значению - λ=507(+/-10) нм.
Технический результат изобретения
При использовании способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом с λ=507(+/-10) нм при мезопической адаптации глаза человека достигаются более высокие значения энергоэффективности и S/P фактора, чем при способе, указанном в патенте США «US 8388174 В2, 05.03.2013». Таким образом, электроэнергии для получения одинаковой зрительной реакции при энергоэффективном освещении светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации требуется меньше, чем при освещении способом, указанным патентом США «US 8388174 В2, 05.03.2013».
Определение понятий
Дневное (фотопическое) зрение - механизм восприятия света зрительной системой человека, действующий в условиях относительно высокой освещенности. Осуществляется с помощью колбочек при яркости фона, превышающей 5 кд/м2, что соответствует дневным условиям освещения. Палочки в этих условиях не функционируют.
Ночное (скотопическое) зрение - механизм восприятия света зрительной системой человека, действующий в условиях относительно низкой освещенности. Осуществляется с помощью палочек при яркости фона менее 5*10-3 кд/м2, что соответствует ночным условиям освещения. Колбочки в этих условиях не функционируют, поскольку для их возбуждения требуется более высокая интенсивность света.
Сумеречное (мезопическое) зрение - механизм восприятия света зрительной системой человека, действующий в условиях освещенности, промежуточной по отношению к тем, при которых действуют ночное и дневное зрение. Осуществляется с помощью функционирующих одновременно палочек и колбочек при значениях яркости фона, лежащих в диапазоне между 5*10-3 и 5 кд/м2.
S/P фактор - соотношение световой отдачи источника света в условиях ночного зрения к световой отдаче в условиях дневного зрения - S/P фактор = Фs/Фр, где , , где Ре(λ), (CIE 191:2010) - функция спектральной плотности мощности, излучаемой источником [Вт/нм].
Световая эффективность излучения - физическая величина, равная отношению светового потока к соответствующему потоку излучения: K=Фv/Фе. Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): [лм/Вт].
Спектральная чувствительность зрения - стандартная кривая МКО 1924 и 1951 гг. относительной спектральной чувствительности K(λ), изображенной на Фиг. 2, определяющей световую эффективность, измеряемую в люменах на ватт.
Монохроматический свет, излучение - электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале - одной частотой (длиной волны).
Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешенный электронный переход из возбужденного в основное состояние.
Энергоэффективный источник света - источник света, обладающий наибольшей световой эффективностью излучения из всех известных источников света.
Световая отдача источника света - отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в люменах на ватт [лм/Вт]. Является показателем эффективности и экономичности источников света. Выражение для световой отдачи имеет вид: η=Фv/Р, где Фv - световой поток, излучаемый источником, а P - потребляемая им мощность.
Описание графиков и таблиц
На Фиг. 1 представлена зависимость Vmes(λ) от m, где 0≤m≤1.
На Фиг. 2 представлена спектральная чувствительность человеческого глаза V(λ) для дневного и V'(λ) ночного зрения в абсолютных единицах МКО 1924 и МКО 1951.
Claims (1)
- Способ энергоэффективного освещения в условиях мезопической адаптации глаза человека, включающий использование одного или нескольких светодиодных источников монохроматического света, отличающийся тем, что освещение проводят с доминирующей длиной волны λ = 507 (+/-10) нм при яркостях освещаемых объектов в интервале от 5*10-3 до 5 кд/м2 (CIE 191:2010), соответствующих мезопической адаптации глаза человека.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017104157A RU2648829C1 (ru) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017104157A RU2648829C1 (ru) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2648829C1 true RU2648829C1 (ru) | 2018-03-28 |
Family
ID=61866989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017104157A RU2648829C1 (ru) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2648829C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1494263A2 (en) * | 2003-06-18 | 2005-01-05 | General Electric Company | Light sources for improving visual perceptions under mesopic lighting conditions |
RU2401051C1 (ru) * | 2009-02-20 | 2010-10-10 | Альберт Баудинович Тырин | Способ и устройство для измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора (визоконтрастометрии) в скотопических, мезопических и фотопических условиях освещенности |
US8388174B2 (en) * | 2007-07-26 | 2013-03-05 | Lemnis Lighting Patent Holding B.V. | Lighting arrangement |
RU2533048C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2014-11-20 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Амурская Государственная Медицинская Академия" Министерства Здравоохранения Российской Федерации | Способ повышения зрительных функций при рефракционной амблиопии высокой степени |
-
2017
- 2017-02-08 RU RU2017104157A patent/RU2648829C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1494263A2 (en) * | 2003-06-18 | 2005-01-05 | General Electric Company | Light sources for improving visual perceptions under mesopic lighting conditions |
US8388174B2 (en) * | 2007-07-26 | 2013-03-05 | Lemnis Lighting Patent Holding B.V. | Lighting arrangement |
RU2401051C1 (ru) * | 2009-02-20 | 2010-10-10 | Альберт Баудинович Тырин | Способ и устройство для измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора (визоконтрастометрии) в скотопических, мезопических и фотопических условиях освещенности |
RU2533048C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2014-11-20 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Амурская Государственная Медицинская Академия" Министерства Здравоохранения Российской Федерации | Способ повышения зрительных функций при рефракционной амблиопии высокой степени |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Исследование световой и темновой адаптации глаза (адаптометрия), 24.07 2015 http://helpiks.org/4-30197.html. YANG Y et al. Influence of lighting sources spectra on the human visual brightness identification under the mesopic vision Guang Pu Xue Yu Guang Pu Fen Xi. 2012 Oct;32(10):2628-31. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luginbuhl et al. | The impact of light source spectral power distribution on sky glow | |
JP5927557B2 (ja) | 照明装置 | |
JP5923734B2 (ja) | 照明装置 | |
CN105723146B (zh) | 用于更好的视觉敏锐度的光谱增强的白光 | |
CN117308052A (zh) | 采用混合光谱的多通道照明器系统和方法 | |
AU2018220952A1 (en) | Led lamp consisting of light emitting diodes (led) with circadian adjustable mode of radiated light providing for its health safety | |
Aladov et al. | Concerning Biological Equivalent of Radiation of Light-Emitting Diode and Lamp Light Sources with Correlated Colour Temperature of 1800 K-10000 K | |
CN102573229B (zh) | 一种保护眼睛的led照明灯 | |
RU2648829C1 (ru) | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека | |
JP2012155906A (ja) | 照明装置 | |
CN117395827A (zh) | 光谱拟定方法、设备、led光源及道路照明方法 | |
JP2016096055A (ja) | 照明装置 | |
Hessling et al. | LED Illumination–A Hazard to the Eye? The increasing application of LEDs for lighting fosters fear of health consequences, which can be well assessed by comparing light sources | |
RU2648831C1 (ru) | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом | |
KR101520377B1 (ko) | 서카디언 조도계 | |
Murphy | Maximum Efficiency of White Light | |
Kudryashov et al. | Pulse width modulated LED light control and vision adaptation | |
JP2016095998A (ja) | 照明装置 | |
WO2021105029A1 (en) | Lighting device with near-metameric device flicking | |
Rea | New benefit metrics for more valuable lighting | |
Habel et al. | Determination of luminous flux in conditions of mesopic vision | |
JP2020119746A (ja) | 光源装置および照明装置 | |
KR101715872B1 (ko) | 스펙트럼 제어 가능 조명 장치 및 방법 | |
Habel et al. | The future of public lighting | |
Kalustova et al. | Space of visual and circadian parameters of RGBW lighting systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190209 |