SI25985A - Spektralno nastavljivo svetilo, ki posnema dnevno svetlobo in upošteva starost uporabnika - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je spektralno nastavljivo svetilo, ki posnema dnevno svetlobo v danem trenutku in vzporedno lahko upošteva tudi starost uporabnika in sicer na način, da je spekter svetlobe, ki ga izseva svetilo, ustrezno korigiran v tistem delu spektra, ki je neposredno povezan s spektralno prepustnostjo očesne leče uporabnika, ki se s starostjo uporabnika spreminja. Spektralno nastavljivo svetilo z ustreznim krmiljenjem svetlečih diod (LED), prilagaja izhodni spekter, ki je mešanica spektrov, ki jihizsevajo posamezne svetleče diode, želenemu spektru, tako da se izhodni spekter čim bolj ujema z želenim spektrom. Želeni spekter se nanaša na spekter svetlobe, ki posnema spekter dnevne svetlobe v določenem delu dneva in je hkrati korigiran glede na starost uporabnika. Ujemanje izhodnega spektra z želenim spektrom je ovrednoteno z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov, in je izraženo z vrednostjo R2. Večja vrednost R2 pomeni večje ujemanje dveh spektrov. S svetilom po izumu je omogočeno, da se izhodnispekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R2 vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R2 vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.

Description

Spektralno nastavljivo svetilo, ki posnema dnevno svetlobo in upošteva starost uporabnika

Uvod / predmet izuma

Predmet izuma je spektralno nastavljivo svetilo, ki posnema dnevno svetlobo v danem trenutku in pri tem upošteva tudi starost uporabnika tako, da je spekter svetlobe, ki ga izseva svetilo, ustrezno korigiran v tistem delu spektra, ki je neposredno povezan s spektralno prepustnostjo očesne leče uporabnika, ki se s starostjo uporabnika spreminja. Spektralno nastavljivo svetilo z ustreznim krmiljenjem svetlečih diod (LED) prilagaja vsak določen izhodni spekter, ki je mešanica spektrov, ki jih izsevajo posamezne svetleče diode, tako, da se izhodni spekter čim bolj ujema z želenim spektrom. V kontekstu te prijave se izraz želeni spekter nanaša na spekter svetlobe, ki posnema spekter dnevne svetlobe v določenem delu dneva in je hkrati z izračunom stimulacije vseh petih fotoreceptorjev uporabnika korigiran glede na starost uporabnika. Na primer, s staranjem se namreč spektralna prepustnost leče uporabnika spreminja, in ta izračunana korekcija je upoštevana v želenem spektru, tako da je spekter obogaten v tistem delu, ki ga leča s staranjem odfiltrira. V kontekstu te prijave se izraz izhodni spekter nanaša na spekter svetlobe, ki ga v danem trenutku izseva svetilo. Zaželeno je, da se izhodni spekter čim bolj ujema z želenim spektrom. Ujemanje izhodnega spektra z želenim spektrom je ovrednoteno z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov in izraženo z vrednostjo R², ki je med 0,0 in 1,0. Večja vrednost R² pomeni večje ujemanje dveh spektrov. Oba spektra ponazorimo s krivuljo spektralne gostote sevalnega toka v odvisnosti od valovne dolžine.

Prikaz tehničnega problema, ki ga rešuje izum in za katerega se zahteva patentno varstvo

Svetleče diode (LED) omogočajo spreminjanje spektralne sestave izsevane svetlobe na dva načina. Svetlobo je mogoče modulirati s pomočjo filtrov, vendar se pri tem pojavi problem izgub določenih valovnih dolžin ali povečana raba energije. Svetlobo je mogoče modulirati tudi s kombiniranjem različnih virov, pri čemer se svetleče diode, ki izsevajo svetlobo različnih valovnih dolžin, večinoma kombinirajo z luminiforji. Slednji poskrbijo za širši razpon izsevane svetlobe po valovnih dolžinah, saj monokromna svetleča dioda običajno izseva svetlobo v okvirni spektralni širini od 10 nm do 20 nm. Problem spektralno nastavljivih svetil, ki so trenutno dostopna, je da se izsevano svetlobo vrednoti le z najpodobnejšo barvno temperaturo (CCT 2

Correlated Color Temperature). Slednja pa ni ustrezen način za podajanje razlik v spektralni sestavi izsevane svetlobe svetlobnih virov, saj imajo različni svetlobni virienako barvno temperaturo, v nadaljevanju CCT, a različno spektralno sestavo izsevane svetlobe. Na sliki 1 so prikazani štirje različni svetlobni viri, in sicer dnevna svetloba - D27, varčne sijalke - CFL, svetleče diode - LED in halogen vir, ki imajo primerljivo barvno temperaturo - CCT je približno 2700K, vendar je njihova spektralna sestava bistveno različna.

Razlike v spektrih, kljub enaki vrednosti CCT, so pomembne, ker vplivajo tako na slikovno kot za neslikovno zaznavo uporabnika. Človeško oko vsebuje pet vrst fotoreceptorjev, poleg paličic in treh vrst čepkov za slikovno oziroma vidno zaznavo, še svetlobno občutljive ganglijske celice (ipRGC - instrinsically photosensitive retinal ganglion celiš), za neslikovno zaznavo. Znano je, da so te celice bistvene za uravnavanje dnevno nočnega ritma ali cirkadialnega ritma. Motnje v delovanju cirkadialnega ritma neposredno vplivajo na pomankljivo/prekomerno tvorbo melatonina, in s tem na počutje posameznika in na nastanek in razvoj različnih patofizioloških stanj pri človeku (npr. asomnija in lahko celo različne oblike raka). Melatonin namreč deluje antioksidativno in antikancerogeno. Vplivi spreminjanja prepustnosti človeške leče z leti na neslikovno zaznavo so opisani v članku »High-performance lighting evaluated by photobiologicalparameters« avtorjev K. Malovrh Rebec in M. Klanjšek Gunde (Applied Optics, 10.8.2014, Vol 53, No. 23). Zaradi vpliva na tvorbo/ sproščanje melatonina je svetlobni spekter povezan tudi s produktivnostjo uporabnika pri opravljanju dejavnosti, na primer če je povečana jakost v modrem delu spektra, se produktivnost uporabnika poveča.

Pri podobnih CCT prihaja pri posameznih svetlobnih virih do razlik pri stimulaciji fotoreceptorjev. Čeprav fotoreceptorji za slikovno zaznavo kumulativno teh razlik skoraj ne zaznajo, občutljiv opazovalec razlike zazna, a za njih ne ve vzroka. Nasprotno pa zelo velike razlike nastanejo pri stimulaciji fotoreceptorja za neslikovno zaznavo.

Območja akcijskih krivulj fotoreceptorjev za slikovno oziroma vidno zaznavo se med seboj pokrivajo, zato so učinki zaradi razlik v spektralni porazdelitvi svetlobe pri stimulaciji teh fotoreceptorjev precej manj zaznavni kot pri stimulaciji fotoreceptorja za neslikovno zaznavo, ki je en sam. Vrh občutljivosti fotoreceptorja za neslikovno zaznavo na roženici je pri 480 nm, to je v modrem delu spektra vidne svetlobe.

Dodaten problem predstavlja spreminjanje prepustnosti človeške leče z leti. Ta je spektralno spremenljiva, natančneje prepustnost človeške leče se s starostjo v modrem delu spektra bistveno bolj zmanjša, kot v zelenem, rumenem in rdečem delu spektra. Zato je zaželeno, da se izsevani spekter svetila prilagodi starosti uporabnika, na primer za starejše uporabnike se izsevani spekter svetila ustrezno obogati v modrem delu spektra. Primer metodologije ustrezne prilagoditve spektra, torej za koliko je potrebno obogatiti modri del spektra v odvisnosti od starosti uporabnika, in s tem ustrezno korekcijo spektra dnevne svetlobe je opisan v »Optične lastnosti, fotobiološki in okoljski učinki svetilk s svetlečimi diodami: doktorska disertacija, [K. Malovrh Rebec], 2014 COBISS.SI-ID - 275459584.

Pri načrtovanju spektralno nastavljivih svetil je pomembno, da se upošteva tudi neslikovna zaznava človeškega očesa, spreminjanje prepustnosti človeške leče z leti in razlike v spektralni sestavi dnevne svetlobe glede na lokacijo, letni čas, onesnaženost ozračja itd.

Stanje tehnike

Obstajajo spektralno nastavljiva svetila, ki omogočajo nastavljanje spektralne sestave izsevane svetlobe glede na vrednost CCT, ki pa v praksi ne odraža dejanskega spektralnega ujemanja z želenim spektrom, kjer bi bile upoštevane tudi razlike zaradi različne stimulacije fotoreceptorjev uporabnika. Rešitve na trgu, ki oglašujejo posnemanje dnevne svetlobe, ne posnemajo krivulj spektralne porazdelitve dnevne svetlobe., ampak barvo svetlobe posnemajo navidezno, to je s kumulativnim učinkom na slikovno zaznavo, neslikovno pa so razlike lahko velike. Kot je opisano v prejšnjem poglavju, je lahko to velik problem predvsem za zdravje ljudi.

V patentu št. EP1046196 B2je opisana rešitev, kjer s sestavljanjem svetlobnih virov z različnimi spektri dobimo različne CCT. Sistem vključuje vsaj dve svetleči diodi, ki izsevata vidno svetlobo pri izbranih valovnih dolžinah. Sistem vključuje tudi luminiscenčni material, ki je občutljiv na svetlobo valovne dolžine od 400 nm do 500 nm oziroma od 500 nm do 560 nm. V eni prednostni izvedbi sistem vključuje modro svetlečo diodo in rdečo svetlečo diodo in luminiscenčni material, ki je občutljiv na svetlobo valovne dolžine od 400 nm do 500 nm in ki ga lahko vzbuja modra svetloba ter pretvori modro v zeleno svetlobo. V drugi prednostni izvedbi sistem vključuje modro svetlečo diodo in zeleno svetlečo diodo in luminiscenčni material, ki je občutljiv na svetlobo valovne dolžine od 500 nm do 560 nm in ki ga lahko vzbuja zelena svetloba ter pretvori zeleno svetlobo v rdečo svetlobo.

V patentu št. EP1610593 je opisano svetilo za generiranje bele svetlobe, pri čemer svetilo vsebuje: več sestavnih virov osvetlitve, ki obsegajo prvo komponento osvetlitvenega vira, ki vsebuje vsaj eno prvo belo LED s prvim spektrom in drugi sestavni vir osvetlitve, ki obsega vsaj eno sekundarno belo LED z drugim spektrom, pri čemer je prvi spekter drugačen od drugega spektra, podatkovno povezavo za sprejemanje podatkov iz zunanjega vira in procesor, pri čemer je procesor nadzorovan s pomočjo podatkov za nadzor množice komponent osvetlitvenih virov, pri čemer je procesor prilagojen za nadzor prve jakosti vsaj ene prve bele LED s prvim spektrom in druge jakosti najmanj ene druge bele LED z drugim spektrom, tako da se lahko nadzira barvno temperaturo bele svetlobe, ki jo ustvari svetilo.

V patentu št. EP 1887836 je opisana zaščita za krmiljenje spektralne sestave, ki je lahko podprta z zaznavo s senzorji. Z LED svetlečimi diodami, ki jih krmili procesor, v kombinaciji z difuznimi materiali se lahko ustvarijo številni ugodni učinki barvnih sprememb svetlobe za prikaz in osvetlitev. Tu opisani sistemi se lahko uporabljajo za avtonomno spreminjanje barve svetlobe in s tem barvnih učinkov na različne potrošniške izdelke in druge gospodinjske predmete. Sistem lahko vključuje tudi senzorje, tako da se spekter svetlobe, ki jo izsevajo LED diode spreminja glede na okoljske pogoje ali uporabnikov vnos. Poleg tega lahko sistem vključuje vmesnik za povezavo z omrežjem, tako da se spekter svetlobe, ki jo izsevajo LED diode, nadzoruje prek omrežja.

Svetilke, ki bi posnemala spektralno krivuljo izsevanih fotonov dnevne svetlobe in hkrati korigirala izhodni spekter glede na starost človeške leče, ni na trgu.

Opis rešitve tehničnega problema

Izum bo opisan v nadaljevanju in predstavljen na slikah, ki prikazujejo:

Slika 1 prikazuje spektralno sestavo štirih različnih virov, ki imajo podobno CCT

Slika 2 prikazuje primerjavo med želenim spektrom in izhodnim spektrom za različno stare uporabnike za hladno belo rešitev

Slika 3 prikazuje primerjavo med želenim spektrom in izhodnim spektrom za različno stare uporabnike za toplo belo rešitev Slika 4 prikazuje izvedben primer blok sheme svetila po izumu

Slika 5 prikazuje izvedben primer 3D modela svetila

Slika 6 prikazuje izvedben primer enega osnovnega LED modula.

Spektralno nastavljivo svetilo po izumu kot primarna vira za posnemanje dnevne svetlobe uporablja toplo bele svetleče diode in hladno bele svetleče diode, v nadaljevanju primarni svetleči diodi, s katerima lahko oponašamo dnevno svetlobo tekom celega dne v smislu kumulativne stimulacije treh fotoreceptorjev za slikovno zaznavo. Toplo bele diode navidezno oponašajo dnevno svetlobo ob sončnem vzhodu ali zahodu, hladno bele diode pa dnevno svetlobo sredi dneva. Prilagajanje izhodnega spektra svetlobe, ki jo izsevajo te diode, vsakemu določenemu želenemu spektru, to je spektru svetlobe, ki posnema spekter dnevne svetlobe v določenem delu dneva in je hkrati korigiran glede na starost uporabnika, je omogočeno z dodatnimi monokromnimi svetlečimi diodami v modrem delu spektra, v nadaljevanju modre svetleče diode, in z monokromnimi svetlečimi diodami v rdečem delu spektra, v nadaljevanju rdeče svetleče diode. Prilagajanje izhodnega spektra želenemu spektru je omogočeno z ustreznim krmiljenjem svetlečih diod. Krmiljene svetlečih diod je izvedeno preko zunanje krmilne enote, ki preko več kanalnega napajalnika regulira intenziteto posameznega tipa svetlečih diod, tako da uravnava jakost napajalnega toka posamezne svetleče diode. Na ta način je omogočeno, da se izhodni spekter svetila čim bolj ujema z želenim spektrom. Spekter sončne (dnevne) svetlobe se čez dan spreminja. V kontekstu te prijave se topla bela rešitev nanaša na spekter sončne svetlobe ob sončnem vzhodu ali zahodu (po klasifikaciji CCT pri 2700 K), hladna bela rešitev se nanaša na spekter sončne svetlobe sredi dneva (po klasifikaciji CCT pri 6500 K).

Ujemanje vsakokratnega izhodnega spektra svetila z vsakokratnim želenim spektrom, pri čemer sta oba spektra ponazorjena s krivuljo spektralne gostote sevalnega toka v odvisnosti od valovne dolžine, je ovrednoteno z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov (»goodness of fit«), in je izraženo z vrednostjo R², ki je med 0,0 in 1,0. R²je koeficient determinacije, ki poda informacijo o tem, v kakšni meri se izhodni spekter ujema z želenim spektrom. Večja vrednost R² pomeni večje ujemanje dveh spektrov, pri čemer vrednost 1,0 pomeni popolno ujemanje. S svetilom po izumu je omogočeno, da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.

Spektralno nastavljivo svetilo po izumu, ki je predstavljeno na slikah 4 do 6, vključuje:

- najmanj eno toplo belo svetlečo diodo 34, najmanj eno hladno belo svetlečo diodo 33, najmanj eno modro svetlečo diodo 35, 37 in najmanj eno rdečo svetlečo diodo 36, 38;

- napajalnik 2 za napajanje svetlečih diod in

- krmilno enoto 4, ki vključuje vsaj krmilnik 41 za krmiljenje svetlečih diod preko napajalnika 2 in spominsko enoto 42, pri čemer spominska enota 42 vključuje več spominskih mest za shranjevanje podatkov o želenih spektrih, vključno s podatki o pripadajočih jakostih napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod 33-38 za doseganje želenih spektrov, pri čemer so pripadajoče jakosti napajalnih tokov v spominskih mestih bodisi predhodno določene glede na prednastavljene želene spektre ali v danem trenutku določene glede na prednastavljene želene spektre in dejansko svetlobo v prostoru, pri čemer krmilnik 41 glede na izbrani spekter na podlagi podatkov o želenih spektrih, ki so shranjeni v spominski enoti 42, in pripadajočih jakosti napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod 33-38, krmili napajalnik 2 za napajanje svetlečih diod 33-38, pri čemer je jakost napajalnega toka posamezne svetleče diode 33-38 določena tako, da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev, pri čemer je vrednost R² določena z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov.

V prednostni izvedbi svetilo po izumu vključuje eno toplo belo svetlečo diodo 34 barvne temperature 2700 K in eno hladno belo svetlečo diodo 33 barvne temperature 5000 K. V prednostni izvedbi svetilo po izumu vključuje tudi dve modri svetleči diodi 35, 37, pri čemer ima prva modra svetleča dioda 35 izsevani vrh pri 430 nm, druga modra svetleča dioda 37 pri 480 nm, in dve rdeči svetleči diodi 36, 38, pri čemer ima prva rdeča svetleča dioda 36 izsevani vrh pri 650 nm, druga rdeča svetleča dioda 38 pa pri 730 nm.

Kot že omenjeno sta toplo bela svetleča dioda 34 in hladno bela svetleča dioda 33 primarni svetleči diodi in služita kot primarna vira za posnemanje dnevne svetlobe. Toplo bela svetleča dioda 34 je barvne temperature 2700 K, saj se s to svetlečo diodo lahko najbolje reproducira dnevna svetloba ob sončnem vzhodu ali zahodu, hladno bela svetleča dioda 33 je barvne temperature 5000 K, saj se s to svetlečo diodo lahko najbolje reproducira dnevna svetloba sredi dneva. Tako lahko z izbranima svetlečima diodama barvno reproduciramo dnevno svetlobo tekom celega dne.

Rdeče svetleče diode 35, 37 oddajajo svetlobo v rdečem delu spektra v območju med 650 nm do 730 nm, modre svetleče diode 36, 38 oddajajo svetlobo v modrem delu spektra v območju med 420 nm do 480 nm.

Z dodatnimi rdečimi 35, 37 in modrimi svetlečimi diodami 36, 38 je omogočeno dopolnjevanje spektrov obeh primarnih svetlečih diod 34 in 33, prvenstveno v tistem delu spektra, ki ga človeška leča s starostjo odfiltrira, tako da se izhodni spekter svetila vsakokrat čim bolj ujema z želenim spektrom. Kadar je uporabljenih več rdečih in modrih svetlečih diod, ima vsaka od teh svetlečih diod svoj izsevani vrh, izbran v zgoraj definiranih območjih rdečega oziroma modrega dela spektra, saj je na ta način možno še bolj natančno prilaganje izhodnega spektra vsakokratnemu želenemu spektru.

Izraz »dopolnjevanje« spektrov se nanaša na korekcijo tistega dela izhodnega spektra, ki ga je potrebno regulirati, saj je neposredno povezan s starostjo uporabnika.

Kot je bilo že omenjeno, je pri tem pomembna neslikovna zaznava, pri čemer je vrh občutljivosti fotoreceptorja za neslikovno zaznavo pri 480 nm, kar je približno v istem delu spektra kot je izsevani vrh modre svetleče diode. S starostjo uporabnika se prepustnost človeške leče v modrem delu spektra bistveno bolj zmanjšuje kot v zelenem, rumenem in rdečem, zato je potrebno spektra obeh primarnih svetlečih diod ustrezno korigirati tako, da je izhodni spekter svetila čim bolj prilagojen starosti uporabnika in ne samo dnevni svetlobi v danem trenutku. To pomeni, daje na primer za starejše uporabnike potrebno izhodni spekter svetila prilagoditi tako, da se doda del spektra modre svetlobe, to je da se obogati spekter izsevane svetlobe svetila v modem delu valovnih dolžin.

Krmiljene svetlečih diod je izvedeno preko zunanje krmilne enote 4, ki preko več kanalnega napajalnika 2 regulira intenziteto posamezne svetleče diode 33-38, tako da regulira jakost napajalnega toka posamezne svetleče diode 33-38. Kadar se na istem kanalu napaja več različnih svetlečih diod istega tipa, na primer več različnih modrih svetlečih diod, katerih vsaka ima svojo karakteristiko napajanja, in zahtevajo različne napajalne tokove, se za zagotavljanje pravilnega toka na posamezni svetleči diodi uporabi ustrezne tokovne omejevalce.

Prednostno je napajalnik 2 štirikanalni, pri čemer je en kanal za napajanje toplo belih svetlečih diod 34, en kanal za napajanje hladno belih svetlečih diod 33, en kanal za napajanje modrih svetlečih diod 35, 37 in en kanal za napajane rdečih svetlečih diod 36, 38. S štiri kanalnim napajalnikom 2 se lahko intenziteto vsakega kanala in s tem jakost napajalnega toka posamezne svetleče diode spreminja neodvisno, s čimer je omogočeno zelo natančno nastavljanje izhodnega spektra svetila.

Povezava med svetlečimi diodami 33-38, tokovnimi omejevalci in preko priklopnih konektorjev 32 z napajalnikom 2 je lahko izvedena kot tiskano vezje 31.

Vsaj po ena dioda vsakega tipaje združena v osnovni LED modul 3, pri čemer svetilo po izumu vključuje vsaj en osnovni LED modul 3. En krmilnik 4 tako krmili ali en osnovni LED modul 3 ali, v primeru, ko svetilo vključuje več osnovnih LED modulov 3, en krmilnik 4 krmili vse osnovne LED module 3.

Na sliki 2 je prikazana primerjava med želenim spektrom in izhodnim spektrom za različno stare uporabnike za toplo belo rešitev, to je pri posnemanju sončnega spektra pri CCT 2700K, pri čemer prekinjena črta predstavlja želeni spekter, polna črta pa izhodni spekter svetila.

Na sliki 3 je prikazana primerjava med želenim spektrom in izhodnim spektrom za različno stare uporabnike za hladno belo rešitev, to je pri posnemanju sončnega spektra pri CCT 6500K, pri čemer prekinjena črta predstavlja želeni spekter, polna črta pa izhodni spekter svetila.

Ujemanje obeh spektrov (»goodness of fit«) je vrednoteno z vrednostjo R², ki je vrednost med 0,0 in 1,0 in nima enote. Večja vrednost R² pomeni večje ujemanje dveh krivulj (spektrov). S spektralno nastavljivim svetilom po izumu se izhodni spekter svetila po izumu z izbranim oziroma želenim spektrom ujema v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.

V eni od izvedb, kadar so pripadajoče jakosti napajalnih tokov v spominskih mestih predhodno določene glede na prednastavljene želene spektre, so v vsako spominsko mesto spominske enote vpisane vnaprej določene jakosti napajalnih tokov za vsako posamično diodo, ki so z metodo direktnega ujemanja med želenim spektrom in izsevanim spektrom določene tako, da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.

V eni od izvedb, kadar so pripadajoče jakosti napajalnih tokov v spominskih mestih v danem trenutku določene glede na prednastavljene želene spektre in dejansko svetlobo v prostoru, svetilo po izumu dodatno vključuje različne tipe senzorjev 5, ki so priključeni na krmilno enoto 4, na primer senzor za odčitavanje intenzitete svetlobe v prostoru, senzor za odčitavanje spektra svetlobe v in zunaj prostora, itd. Dejanski spekter svetlobe v prostoru, ki jo krmilni enoti 4 posreduje senzor 5, je rezultat seštevka svetlobe z izhodnim spektrom, ki jo izseva svetilo po izumu, ter svetlobe iz drugih svetlobnih virov, npr. druga svetila oziroma dnevna svetloba, ki prodre v prostor. V tem primeru krmilna enota 4 dodatno vključuje procesno enoto 43, pri čemer se na krmilni enoti 4 izvaja krmilni programski modul, ki z ustreznim algoritmom, ki vključuje metodo direktnega ujemanja med dejanskim spektrom svetlobe v prostoru in želenim spektrom, sproti določi jakosti napajalnih tokov posameznih svetlečih diod tako, da se dejanski spekter ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev. Tako lahko svetilo avtomatsko v prostoru vzdržuje svetlobo, ki v največji meri sledi želenemu spektru, ne glede na spreminjanje zunanjih svetlobnih razmer, ki so rezultat npr. drugih svetil oziroma dnevne svetlobe, ki prodre v prostor.

Krmiljene spektralno nastavljivega svetila po izumu je lahko ročno, na primer preko stikal, ustreznega zaslona ali pa preko ustrezne aplikacije nameščene na mobilni napravi, kar zagotavlja veliko fleksibilnost in uporabnost takega sistema. Krmiljene spektralno nastavljivega svetila po izumu je lahko avtomatsko, na primer, da je izhodni spekter določen v odvisnosti od časa in prednastavljenega programa, da sledi spektru naravne dnevne svetlobe glede na starost uporabnika. Krmiljenje spektralno nastavljivega svetila pa je lahko tudi kombinacija ročnega in avtomatskega, kar omogoča uporabniku da ročno izbere izhodni spekter ne glede na prednastavljeni program.

Izvedbeni primer

Spektralno nastavljivo svetilo je sestavljeno iz ohišja 10, ki ga na eni strani zaključuje difuzor svetlobe 12, v ohišju 10 pa se nahaja napajalnik 2 za svetleče diode, LED parabola 11 in štirje osnovni LED moduli 3, pri čemer vsak od modulov 3 vključuje tiskano vezje 31, na katerem se nahajajo svetleče diode 33 - 38 in priklopni konektorji 32 za povezavo z napajalnikom 2. Zunaj ohišja se nahaja krmilna enota 4, ki vključuje krmilnik 41 za krmiljenje svetlečih diod 33-38 preko napajalnika 2, in spominsko enoto 42. Prednostno je krmilnik 41 DALI krmilnik.

En osnovni LED modul 3 vključuje šest svetlečih diod, in sicer eno toplo belo svetlečo diodo 34 z barvno temperaturo 2700 K, eno hladno belo svetlečo diodo 33 z barvno temperaturo pri 5000 K, dve modri svetleči diodi 35, 37, pri čemer ima prva morda svetleča dioda 35 izsevani vrh pri 430 nm, druga morda svetleča dioda 37 pa pri 480 nm in dve rdeči svetleči diodi 36, 38, pri čemer ima prva rdeča svetleča dioda 36 izsevani vrh pri 650 nm, druga rdeča svetleča dioda 38 pa pri 730 nm.

Napajalnik 2 je štirikanalni, pri čemer je en kanal za napajanje tople bele svetleče diode 34, en kanal za napajanje hladne bele svetleče diode 33, en kanal za napajanje modrih svetlečih diod 35, 37 in en kanal za napajanje rdečih svetlečih diod 36, 38. Ker se na istem kanalu napajata dve različni modri svetleči diodi oziroma dve rdeči svetleči diodi, ki imata vsaka svojo karakteristiko napajanja in zahtevata različna napajalna tokova, se za zagotavljanje pravilnega toka na posamezni svetleči diodi uporabi ustrezne tokovne omejevalce, ki se jih vgradi v tiskano vezje 31.

V spominski enoti 42 so na spominskih mestih shranjeni podatki o želenih spektrih ter pripadajoče jakosti napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod 33 - 38 za doseganje izhodnih spektrov, ki so čim bolj podobni želenim spektrom. Jakosti napajalnih tokov v spominskih mestih so predhodno določene glede na prednastavljene želene spektre, tako da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev, pri čemer je vrednost R² določena z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov.

Uporabnik preko zaslona izbere želeni spekter, na primer uporabnik želi posnemanje dnevne svetlobe za določeno starostno skupino.

Krmilnik 41 nato glede na izbrani želeni spekter na podlagi podatkov o pripadajočih jakosti napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod 33 - 38, ki so shranjeni v spominski enoti 42, krmili napajalnik 2 za napajanje svetlečih diod 33 - 38 tako, da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.

Claims (7)

1. Patentni zahtevki

   1 . Spektralno nastavljivo svetilo, ki posnema dnevno svetlobo in upošteva starost uporabnika označeno s tem, da vključuje:

   - najmanj eno toplo belo svetlečo diodo (34), najmanj eno hladno belo svetlečo diodo (33), najmanj eno modro svetlečo diodo (35, 37) in najmanj eno rdečo svetlečo diodo (36, 38);

   - napajalnik (2) za napajanje svetlečih diod (33-38) in

   - krmilno enoto (4), ki vključuje vsaj krmilnik (41) za krmiljenje svetlečih diod (33-38) preko napajalnika (2) in spominsko enoto (42), pri čemer spominska enota (42) vključuje več spominskih mest za shranjevanje podatkov o želenih spektrih, vključno s pripadajočimi jakostmi napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod (33-38) za doseganje želenih spektrov, pri čemer so pripadajoče jakosti napajalnih tokov v spominskih mestih bodisi predhodno določene glede na prednastavljene želene spektre ali v danem trenutku določene glede na prednastavljene želene spektre in dejansko svetlobo v prostoru, pri čemer krmilnik (41) glede na izbrani spekter na podlagi podatkov o želenih spektrih, ki so shranjeni v spominski enoti (42), in pripadajočih jakosti napajalnih tokov za krmiljenje posamičnih svetlečih diod (33-38), krmili napajalnik (2) za napajanje svetlečih diod (33-38), pri čemer je jakost napajalnega toka posamezne svetleče diode (33-38) določena tako, da se izhodni spekter svetila ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev, pri čemer je vrednost R² določena z metodo direktnega ujemanja obeh spektrov in pri čemer želeni spekter svetlobe posnema spekter dnevne svetlobe v določenem delu dneva in je hkrati korigiran glede na starost uporabnika.
2. 2. Spektralno nastavljivo svetilo po zahtevku 1, označeno s tem, da je toplo bela svetleča dioda (34) barvne temperature 2700 K in hladno bela svetleča dioda (33) barvne temperature 5000 K.
3. 3. Spektralno nastavljivo svetilo po zahtevkih 1 in 2, označeno s tem, da rdeče svetleče diode (36, 38) oddajajo svetlobo v rdečem delu spektra v območju med 650 nm do 730 nm, modre svetleče diode (35, 37) oddajajo svetlobo v modrem delu spektra v območju med 420 nm do 480 nm.
4. 4. Spektralno nastavljivo svetilo po predhodnih zahtevkih, označeno s tem, da vključuje eno toplo belo svetlečo diodo (34) barvne temperature 2700 K, eno hladno belo svetlečo diodo (33) barvne temperature 5000 K, dve modri svetleči diodi (35, 37), pri čemer ima ena morda svetleča dioda izsevani vrh pri 420 nm, druga pri 480 nm in dve rdeči svetleči diodi (36, 38), pri čemer ima ena rdeča svetleča dioda izsevani vrh pri 650 nm, druga pri 730nm.
5. 5. Spektralno nastavljivo svetilo po predhodnih zahtevkih, označeno s tem, da je napajalnik (2) štirikanalni, pri čemer je en kanal za napajanje toplo bele svetleče diode (34), en kanal za napajanje hladno bele svetleče diode (33), en kanal za napajanje modrih svetlečih diod (35, 37) in en kanal za napajane rdečih svetlečih diod (36, 38).
6. 6. Spektralno nastavljivo svetilo po zahtevku 6, označeno s tem, da kadar se na istem kanalu napaja več različnih svetlečih diod istega tipa, se za zagotavljanje pravilnega toka na posamezni svetleči diodi uporabi tokovne omejevalce.
7. 7. Spektralno nastavljivo svetilo po predhodnih zahtevkih, označeno s tem, da krmilna enota (4) dodatno vključuje procesno enoto (43), pri čemer se na krmilni enoti (4) izvaja krmilni programski modul, in je na krmilno enoto (4) priključen vsaj en senzor (5) za zaznavanje dejanskega spektra trenutne svetlobe v prostoru, pri čemer je dejanski spekter svetlobe v prostoru rezultat seštevka svetlobe z izhodnim spektrom, ki jo izseva svetilo, ter svetlobe iz drugih svetlobnih virov ali dnevne svetlobe, ki prodre v prostor, pri čemer krmilni programski modul z ustreznim algoritmom, ki vključuje metodo direktnega ujemanja med dejanskim spektrom svetlobe v prostoru in želenim spektrom, sproti določi jakosti napajalnih tokov posameznih svetlečih diod (33-38) tako, da se dejanski spekter ujema z želenim spektrom v vrednosti R² vsaj 0,7 za toplo belo rešitev in v vrednosti R² vsaj 0,5 za hladno belo rešitev.