RU2648831C1 - Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом - Google Patents
Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648831C1 RU2648831C1 RU2016149785A RU2016149785A RU2648831C1 RU 2648831 C1 RU2648831 C1 RU 2648831C1 RU 2016149785 A RU2016149785 A RU 2016149785A RU 2016149785 A RU2016149785 A RU 2016149785A RU 2648831 C1 RU2648831 C1 RU 2648831C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- led
- light
- vision
- scotopic
- lighting
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 abstract description 12
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 abstract description 6
- 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 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 12
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 9
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 6
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 5
- 230000004296 scotopic vision Effects 0.000 description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 210000000964 retinal cone photoreceptor cell Anatomy 0.000 description 4
- 210000000880 retinal rod photoreceptor cell Anatomy 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000004310 photopic vision Effects 0.000 description 3
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 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)
Abstract
Изобретение относится к светотехнике и физиологии зрения человека, в частности к обеспечению наиболее энергоэффективного освещение помещений, территорий и пространств при условии скотопической адаптации глаза человека. Способ включает использование одного или нескольких светодиодных источников монохроматического света. Длина волны света составляет 507 (±10) нм, а уровень яркости освещаемых объектов до 10-2 (≤10-2) кд/м2. При этом способ обеспечивает скотопическую адаптацию глаза человека, при которой актины преимущественно палочковые фоторецепторы 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 энергоэффективен люминофорный светодиод белого света. Все созданные приборы освещения рассчитаны на фотопическую адаптацию глаза человека. Так же существуют способы освещения, использующие мезопическую адаптацию глаза человека, при которой 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. Энергоэффективных приборов освещения, рассчитанных на использование только скотопической адаптации глаза человека, на данный момент не существует. Известны патенты, где описаны способы энергоэффективного освещения для мезопического зрения. Заявка на патент США №20160327225 «MATERIALS AND PROCESS FOR SPATIAL S/P RATIO DISTRIBUTION» от 10 ноября 2016 года описывает светодиодные источники света для мезопического зрения. Данный способ не позволяет достигнуть наибольшей энергоэффективности освещения, т.к. в процессе восприятия излучения источника света участвуют колбочковые фоторецепторы сетчатки глаза человека, имеющие максимальную спектральную чувствительность 683 лм/Вт и палочковые фоторецепторы сетчатки глаза человека, имеющие максимальную спектральную чувствительность 1700 лм/Вт, что в результате не обеспечивает наибольшую энергоэффективность. Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом позволяет при использовании палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека, имеющих максимальную спектральную чувствительность 1700 лм/Вт, достигнуть наибольшей энергоэффективности при скотопической адаптации глаза человека. Следовательно, количество энергии для получения одинаковой зрительной реакции при скотопическом зрения требуется меньше, чем для получения такой же зрительной реакции при мезопическом зрении, что экономически выгодней.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является наиболее энергоэффективное освещение помещений, территорий и пространств. В условиях яркости освещаемых объектов в диапазонах до 10-2 (≤10-2) кд/м2 это достигается тем, что при освещении способом энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при длине волны λ=507 (±10) нм используется преимущество светочувствительности палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека по сравнению с колбочковыми фоторецепторами сетчатки глаза человека, поскольку максимальная спектральная чувствительность (световая эффективность) для монохроматического света при λ=507 нм, К'max = 1700 лм/Вт, а при фотопической адаптации глаза человека для светодиода белого света с цветовой температурой 3000 К, Кmax = 327,6 лм/Вт. (таблица световой эффективности излучения на фиг. 2.), т.е. световая эффективность при ночном зрении в 5,19 раза выше, чем при дневном зрении. Мы не сравниваем максимальные значения световой эффективности ночного и дневного зрения для светодиодных монохроматических источников света, поскольку светодиодов, излучающих на длине волны 555 нм с высокой световой эффективностью, на данный момент не создано. Вышеуказанный коэффициент 5,19 верен для идеальных светодиодных источников света. При существующем реальном уровне энергоэффективности светодиодов коэффициент может быть иным.
В качестве примера сравним два существующих светодиодных источника света.
1. Светодиод C35L-CN-A производства фирмы SEMILEDS, имеющий следующие параметры: минимальная световая эффективность при температуре кристалла Tj = 25°C равна 87.4 лм/Вт для фотопического зрения. Эффективность для скотопического зрения для данного светодиода рассчитаем, используя значения V(λ) относительной спектральной световой чувствительности таблицы (Табл. 2 ГОСТа 8.332-78). Значение V(λ) = 0,4443 при λ = 507 нм. Световую отдачу для скотопического зрения η' рассчитаем по формуле: η'=[V'(λ)/V(λ)*К'max/Кmax]*η=489 лм/Вт, где η = 87,4 лм/Вт - световая отдача для фотопического зрения, взятая из «SEMILEDS PRODUCT DATASHEET C35L-XX-A High Power LED», V'(λ) - относительная скотопическая спектральная световая эффективность излучения для стандартного фотометрического наблюдателя МКО, V(λ) - относительная фотопическая спектральная световая эффективность излучения для стандартного фотометрического наблюдателя МКО, К'max = 1700 лм/Вт - максимальная скотопическая спектральная чувствительность, Кmax = 683 лм/Вт - максимальная фотопическая спектральная чувствительность.
2. Светодиод C35L-W0-A производства фирмы SEMILEDS, имеющий следующие параметры: минимальная световая эффективность при температуре кристалла Tj = 25°C равна 139 лм/Вт для фотопического зрения, взятая из «SEMILEDS PRODUCT DATASHEET C35L-XX-A High Power LED». Сравнивая светодиоды C35L-CN-A и C35L-W0-A, видно, что для создания освещенности в 1 лк светодиодом C35L-CN-A будет потребляться электроэнергии в η'/η = 489 лм/Вт/139 лм/Вт = 3.5 раза меньше. Т.е. в данном примере светодиодный источник монохромного света с длиной волны λ = 507 нм экономичнее люминофорного светодиодного источника света в 3,5 раза.
Осуществление изобретения
Задачей изобретения является наиболее энергоэффективное освещение помещений, территорий и пространств. В условиях скотопической адаптации глаза человека, при яркости освещаемых объектов в диапазоне до 10-2 (≤10-2) кд/м2 это достигается тем, что при освещении способом энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом с длиной волны λ = 507 (±10) нм при скотопической адаптации глаза человека используется преимущество светочувствительности палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека по сравнению с колбочковыми фоторецепторами сетчатки глаза человека в диапазоне до 10-2 (≤10-2) кд/м2, поскольку максимальная спектральная чувствительность (световая эффективность) для монохромного света при λ = 507 нм, К'max = 1700 лм/Вт, а при фотопической адаптации глаза человека для светодиода белого света с цветовой температурой 3000 К, Кmax = 327,6 лм/Вт (таблица световой эффективности излучения на фиг. 2.), т.е. световая эффективность при ночном зрении в 5,19 раза выше, чем при дневном зрении. Мы не сравниваем максимальные значения световой эффективности ночного и дневного зрения для светодиодных монохроматических источников света, поскольку светодиодов, излучающих на длине волны 555 нм с высокой световой эффективностью, на данный момент не создано.
Способ работает следующим образом. Предлагаемый способ использует преимущество светочувствительности палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека перед колбочковыми фоторецепторами сетчатки глаза человека. Существующие источники освещения не создают преимущественных условий для палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека. Существующие источники освещения используют различные непрерывные, в том числе и комбинированные диапазоны длин волн в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения, которые не позволяют наиболее энергоэффективно использовать свойства ночного зрения глаза человека. Скотопическое зрение осуществляется с помощью только палочковых фоторецепторов сетчатки глаза человека, при скотопической адаптации при яркости фона в пределах до 10-2 (≤10-2) кд/м2. Скотопическое зрение обладает наибольшей чувствительностью при светодиодном монохроматическом освещении с λ = 507 нм, при яркости фона в пределах до 10-2 (≤10-2) кд/м2, однако не способно передавать ощущение цветности.
Для реализации предлагаемого способа необходимо наличие следующих условий:
1. Яркость освещаемых объектов, создаваемая светодиодным источником либо источниками света, находится в пределах до 10-2 (≤10-2) кд/м2, что соответствует условиям скотопической адаптации глаза человека.
2. Длина волны монохромного светодиодного источника, либо источников света, должна соответствовать длине волны λ = 507 (±10) нм, при которой функция относительной спектральной эффективности монохроматического излучения для стандартного фотометрического наблюдателя МКО V'(λ) достигает своего максимального значения. Максимальная спектральная чувствительность (световая эффективность) К'max = 1700 лм/Вт (Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга, 3-е изд. перераб. и доп. 2006 г., табл. 1.2). Основным преимуществом способа энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом с длиной волны λ = 507 нм является более низкое энергопотребление, в 5,19 раза меньше, чем у люминофорных светодиодных источников белого света. Данный коэффициент верен для идеальных источников света.
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 0,5*10-2(≤0,5*10-2) кд/м2 (CIE 191:2010), 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 яркостях фона, лежащих в диапазоне между 0,5*10-2 и 5 кд/м2 (CIE 191:2010).
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 1931 и 1951 гг. относительной спектральной чувствительности V(λ), изображенной на фиг. 1, определяющей световую эффективность, измеряемую в лм/Вт.
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 существующих 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 Р - потребляемая им мощность.
Описание графика и таблицы:
На фиг. 1 представлена спектральная чувствительность V(λ) для дневного и V'(λ) для ночного зрения в абсолютных единицах. На фиг. 2 представлена таблица световой эффективности излучения.
Claims (1)
- Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом в условиях скотопической адаптации глаза человека, включающий использование одного или нескольких светодиодных источников монохроматического света с длиной волны 507 (±10) нм, при уровнях яркости освещаемых объектов до 10-2 (≤10-2) кд/м2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149785A RU2648831C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149785A RU2648831C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648831C1 true RU2648831C1 (ru) | 2018-03-28 |
Family
ID=61867024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149785A RU2648831C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648831C1 (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 |
-
2016
- 2016-12-19 RU RU2016149785A patent/RU2648831C1/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 (3)
| Title |
|---|
| 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. * |
| Исследование световой и темновой адаптации глаза (адаптометрия), 24.07 2015 http://helpiks.org/4-30197.html. * |
| 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 |
|---|---|---|
| EP2246611B1 (en) | Sustainable outdoor lighting system | |
| JP5927557B2 (ja) | 照明装置 | |
| CN117308052A (zh) | 采用混合光谱的多通道照明器系统和方法 | |
| JP5923734B2 (ja) | 照明装置 | |
| EP2055151A1 (en) | Bi-chromatic illumination apparatus | |
| CN105723146B (zh) | 用于更好的视觉敏锐度的光谱增强的白光 | |
| CN102523658B (zh) | 一种仿自然光的可调照明灯 | |
| CN112255785A (zh) | 光健康的白光led混色设计方法及其照明系统 | |
| WO2013010717A1 (en) | Illumination device and illumination method for adapting light to characteristic of target object | |
| Hecht | The early-adopter blues | |
| Kusznier et al. | Spectral properties of smart LED lamps | |
| RU2648831C1 (ru) | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом | |
| CN102573229A (zh) | 一种保护眼睛的led照明灯 | |
| JP2012155906A (ja) | 照明装置 | |
| KR101520377B1 (ko) | 서카디언 조도계 | |
| Hecht | Led streetlights are giving neighborhoods the blues | |
| Jin et al. | Luminous efficacy of white LED in the mesopic vision state | |
| RU2648829C1 (ru) | Способ энергоэффективного освещения светодиодным монохроматическим светом при мезопической адаптации глаза человека | |
| CN202475836U (zh) | 一种模拟自然光生物效应的照明灯 | |
| Žák et al. | The influence of spectral properties of light in street lighting on visual perception | |
| Kusznier | Changes in the Spectral Power Distribution of Light Sources for Smart Lighting | |
| US11071187B1 (en) | Circadian rhythms entrainment enhancement device | |
| Rea | New benefit metrics for more valuable lighting | |
| US20200288548A1 (en) | Lights composed of narrow band light emitting diodes with variable intensity | |
| CN113056191B (zh) | 用于控制照明元件的控制器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181220 |