TWI459330B - 照明控制裝置和方法 - Google Patents

Description

照明控制裝置和方法

本發明係關於一種照明控制裝置，特別係關於可以喚醒使用者之照明控制裝置。

成人的睡眠週期約90-110分鐘，包含了五個階段。在一晚約八小時的睡眠時間裡，平均會經歷4-5個睡眠週期。睡眠週期的第一個階段是淺睡期；到了第二個階段，會慢慢的進入較深層的睡眠。第三和第四階段，稱為「Delta sleep」，是最熟睡的時候，這個時期不容易被喚醒。第五個階段，也被稱為快速動眼期REM(Rapid Eye Movement)，此時會有些明顯的物理變化，例如呼吸增快、大腦活動增加、快速眼動以及肌肉收縮等，大部分做夢都是在這個時期，也是這個時期最容易被喚醒。第1圖係顯示正常睡眠階段所呈現的腦波圖(electroencephalogram，EEG)。

一般鬧鐘無法感測使用者處於哪個睡眠階段(深層睡眠或接近清醒的淺層睡眠)，如果鬧鐘響鈴剛好是接近清醒的階段時，使用者會立刻清醒並感覺到精神飽滿、神采奕奕；但若鬧鈴響起剛好是屬於深層睡眠階段，使用者會繼續賴床或是不情願的起床，並且感覺到身體疲累、頭昏腦脹與四肢無力。

為了解決以上問題，本發明提供一種照明控制裝置和方法，可以在接近清醒的淺層睡眠生理階段，啟動包括複數個發光二極體(light emitting diode，LED)之照明燈具，以符合人類由受光喚醒的自然方式，令使用者被喚醒後具有良好的生理條件。

本發明提供一種照明控制裝置，適用於喚醒一使用者，包括：一照明燈具，包括複數發光二極體；一偵測裝置，包括：一生理感測器，感測該使用者之一睡眠狀態，以產生一感測信號；一處理器，處理該感測信號，以產生一數位信號；以及一發射器，傳送該數位信號；以及一控制電路，包括：一接收器，接收該數位信號；以及一驅動器，根據該數位信號，決定是否調整該等發光二極體以符合一發光條件，來喚醒該使用者。

另外，本發明提供一種照明控制方法，適用於喚醒一使用者，包括下列步驟：提供包括複數個發光二極體之一照明燈具、一偵測裝置，以及一控制電路；經由該偵測裝置，感測該使用者之一睡眠狀態，以傳送一數位信號給該控制電路；以及經由該控制電路，根據該數位信號，決定是否調整該等發光二極體以符合一發光條件，來喚醒該使用者。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置100和使用者UR之示意圖。如第2圖所示，照明控制裝置100適用於喚醒睡眠中的使用者UR，其包括：照明燈具120、控制電路140，以及偵測裝置160。照明燈具120可包括複數個發光二極體130-1、130-2、...、130-N，其中N為大於或等於1之正整數。偵測裝置160包括生理感測器162、處理器164，以及發射器166。生理感測器162可用以感測使用者UR之睡眠狀態，以產生一感測信號S1。處理器164可用以處理感測信號S1，以產生一數位信號S2。發射器166可以有線或無線的方式(例如：透過藍牙Bluetooth)傳送數位信號S2給控制電路140。控制電路140包括接收器142和驅動器144。接收器142可以有線或無線的方式(例如：透過藍牙Bluetooth)接收數位信號S2。在本發明較佳實施例中，發射器166為一無線發射器，而接收器142為一無線接收器。驅動器144係根據數位信號S2，決定是否調整複數個發光二極體130-1、130-2、…、130-N以符合一發光條件，來喚醒使用者UR。在另一實施例中，控制電路140可以更包括另一處理器，將接收器142接收之數位信號S2處理後，再傳送給驅動器144。在本發明較佳實施例中，偵測裝置160可以找出最接近設定之起床時間(例如：早上7點)的淺睡階段(例如：快速動眼期REM)，再通知控制電路140去調整該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N來喚醒使用者UR。

在本發明較佳實施例中，使用者UR可以在睡眠之前，先設定兩個設定時刻TS1、TS2，其中設定時刻TS1代表預定的起床時間(例如：早上7點)，而設定時刻TS2代表最晚的起床時間(例如：早上7點半)。在生理感測器162感測使用者UR的睡眠狀態並產生感測信號S1之後，處理器164更包含根據感測信號S1執行一判斷程序，用以判斷一第一設定時刻是否於該睡眠中使用者之快速動眼期(Rapid Eye Movement，REM)之中(註：一般睡眠中會有多次快速動眼期)，若於快速動眼期期間，則控制驅動器144調整該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N以符合前述發光條件，來喚醒使用者UR。接著，當現在時刻等於設定時刻TS2時，處理器164透過發射器166傳送另一數位信號，驅動器144透過接收器142接收該數位信號，以控制照明燈具120產生一頻率之閃爍光，用以喚醒睡眠中使用者UR。在本發明一實施例中，該閃爍光之頻率大於13Hz。在本發明另一實施例中，當設定時刻TS2到期時，照明控制裝置100亦可用附設之鬧鈴(未繪示)產生正常鬧鐘的聲音以強制喚醒使用者UR起床。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之處理器執行之判斷程序之流程圖。首先開始，在步驟S310，接收使用者設定之第一設定時刻和第二設定時刻，其中第一設定時刻早於第二設定時刻。在步驟S320，接收來自生理感測器的感測信號。在步驟S330，根據感測信號，判斷現在時刻是否處於睡眠中使用者之快速動眼期之中？若否，回到步驟S320；若是，在步驟S340，判斷現在時刻是否介於第一設定時刻與第二設定時刻之間？若是，在步驟S360，傳送一數位信號；若否，在步驟S350，判斷現在時刻加上快速動眼期之平均週期是否晚於第二設定時刻。若否，回到步驟S320；若是，在步驟S360，傳送一數位信號，以調整照明燈具符合發光條件來喚醒使用者。

值得注意的是，除了以偵測裝置中的處理器執行前述判斷程序之外，在一些實施例當中，偵測裝置亦可僅將感測結果以無線方式傳送給控制電路，再由控制電路中的處理器(未圖示)執行前述判斷程序，找出最接近設定時刻之快速動眼期。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之驅動器144之示意圖。如第4圖所示，驅動器144亦可包括複數個子驅動器144-1、144-2、…、144-N，其中N為大於或等於1之正整數。複數個子驅動器144-1、144-2、…、144-N係分別用以控制和驅動複數個發光二極體130-1、130-2、…、130-N。如此一來，該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N可以具有不同的照度或頻譜。

第5A、5B圖係分別顯示根據本發明一實施例所述之光線條件之示意圖。如第4A圖所示，前述發光條件可包括：該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N產生對於使用者UR照度(單位：勒克斯lux)遞增之光線。在一實施例中，光線的照度可以由100lux上升到500lux或更高，模擬日出的情景以喚醒使用者。另外，如第4B圖所示，前述發光條件可包括該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N產生非視覺對明視覺之比例(c/p)遞增之光線，例如：藍光的頻譜(波長440nm~480nm)所佔光線成份之比例遞增。在另一實施例中，光線的非視覺對明視覺之比例可以由0.2增加到1.2或更高，模擬自然曙光的色溫變化以喚醒使用者起床。值得注意的是，該等發光二極體130-1、130-2、…、130-N亦可同時產生照度遞增，且非視覺對明視覺之比例亦遞增的光線以喚醒使用者。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置600和使用者UR之示意圖。如第6圖所示，照明控制裝置600包括照明燈具120、控制電路140，以及偵測裝置660。在本實施例中，偵測裝置660的生理感測器為位移感應器662。位移感應器662可包括三軸加速度規664，用以感測使用者UR之位移量X，再根據位移量X產生感測信號給處理器。在另一實施例中，三軸加速度規664亦可取代為二軸加速度規。位移感應器662可以藉由內部的三軸或二軸加速規來計算使用者的活動量，人在睡眠時期簡略可分淺睡期(活動量多)及深睡期(活動量極少)，因此根據活動量的紀錄可以分析與計算使用者處於睡眠的何種階段。在一實施例中，位移感應器可作成電子錶類型，方便使用者佩帶，該電子錶更可包括時鐘、顯示器等。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之生理感測器之示意圖。如第7圖所示，生理感測器可以是腦波感測器700，其包括腦部電極710、前端放大器720、隔離電路730、帶通濾波器740、增益放大器750，以及類比數位(analog-to-digital，A/D)轉換器760，並用以感測使用者之一腦波信號SEG。腦部電極710可以貼在使用者的頭部，用以接收腦波信號SEG。經過處理後，類比數位轉換器760再輸出感測信號S1給處理器。更詳細地說，前端放大器720之主要功能為將腦波信號以差模的方式進行放大；隔離電路730是為了避免電源之漏電造成使用者的電擊傷害；類比數位轉換電路760將前段處理過的腦波類比信號，轉換為處理器可讀取的數位的感測訊號。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置800和使用者UR之示意圖。如第8圖所示，照明控制裝置800包括照明燈具120、控制電路140，以及偵測裝置860。在本實施例中，偵測裝置860的生理感測器為影像記錄分析裝置862，用以感測使用者UR之一睡眠動作。影像記錄分析裝置862可以包括一CCD或CMOS電子元件，其紀錄使用者的睡眠動作，並產生感測信號給處理器。在其他實施例中，影像記錄分析裝置862亦可以記錄影像並直接分析判斷使用者最接近設定時刻的淺睡期，再產生感測信號給處理器。此方式無需使用者在睡眠時佩帶任何的感測器於身上，對使用者而言較為方便。

值得注意的是，本發明除了如第6、7、8圖所示的生理感測器外，還可以用其他方式判斷使用者的淺睡時期。其他可能的方法，包括感測使用者的心跳、血壓、皮膚阻抗、眼動圖、呼吸等，再據以產生感測信號給處理器作判斷。另外，生理感測器也可以是具有壓力感應的床墊，感測來自使用者的壓力，再據以產生感測信號。

前述之發光二極體130-1、130-2、…、130-N中，可以包括一或複數個白光發光二極體。第9A、9B、9C圖係分別顯示根據本發明一實施例所述之白光發光二極體之示意圖。如第9A圖所示，白光發光二極體1100可包括一藍光發光二極體1110和覆蓋在上面的黃光螢光粉1112。如第9B圖所示，白光發光二極體1200可包括一紫外光發光二極體(UV LED)1120、和覆蓋在上面的紅光螢光粉1122、綠光螢光粉1124，以及藍光螢光粉1126之混合物。如第9C圖所示，白光發光二極體1300可包括一紅光發光二極體1310、一綠光發光二極體1320，以及一藍光發光二極體1330。在其他的實施例中，發光二極體130-1、130-2、…、130-N亦可以包括白光、紅光、藍光、綠光之發光二極體(WRGB LED)。

第10圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制方法之流程圖。首先開始，在步驟S110，偵測睡眠中使用者之狀態，以產生一感測信號。在步驟S120，根據該感測信號，產生一數位信號。最後，在步驟S130，根據數位信號，於最接近第一設定時刻且不晚於第二設定時刻的快速動眼期產生一光源，用以喚醒睡眠中使用者，其中第一設定時刻早於第二設定時刻。其餘方法之細節和前述之照明控制裝置相似，在此不再重複說明。

本發明的照明控制裝置和方法，可以在使用者接近清醒的淺層睡眠生理階段中，啟動並調整包括複數個發光二極體之照明燈具來喚醒使用者。由於使用者在淺睡期(例如：快速動眼期)時被喚醒，起床後將能有良好的生理條件。本發明解決了傳統鬧鐘叫醒使用者時，起床容易頭昏腦脹的問題。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、600、800．．．照明控制裝置

120．．．照明燈具

130-1、130-2、…、130-N．．．發光二極體

140．．．控制電路

142．．．接收器

144．．．驅動器

144-1、144-2、…、144-N．．．子驅動器

160、660、860．．．偵測裝置

162．．．生理感測器

164．．．處理器

166．．．發射器

662．．．位移感應器

664．．．三軸加速度規

700．．．腦波感測器

710．．．腦部電極

720．．．前端放大器

730．．．隔離電路

740．．．帶通濾波器

750．．．增益放大器

760．．．類比數位轉換器

862．．．影像分析記錄裝置

1100、1200、1300．．．白光發光二極體

1112．．．黃光螢光粉

1122．．．紅光螢光粉

1124．．．綠光螢光粉

1126．．．藍光螢光粉

1310．．．紅光發光二極體

1320．．．綠光發光二極體

1330．．．藍光發光二極體

S1．．．感測信號

S2．．．數位信號

SEG．．．腦波信號

UR．．．使用者

X．．．位移量

第1圖係顯示正常睡眠階段所呈現的腦波圖；

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置和使用者之示意圖；

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之處理器執行之判斷程序之流程圖；

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之驅動器之示意圖；

第5A係顯示根據本發明一實施例所述之光線條件之示意圖；

第5B係顯示根據本發明另一實施例所述之光線條件之示意圖；

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置和使用者之示意圖；

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之生理感測器之示意圖；

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制裝置和使用者之示意圖；

第9A圖係顯示根據本發明一實施例所述之白光發光二極體之示意圖；

第9B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之白光發光二極體之示意圖；

第9C圖係顯示根據本發明再一實施例所述之白光發光二極體之示意圖；

第10圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明控制方法之流程圖。

100．．．照明控置裝置

120．．．照明燈具

140．．．控制電路

142．．．接收器

144．．．驅動器

160．．．偵測裝置

162．．．生理感測器

164．．．處理器

166．．．發射器

S1．．．感測信號

S2．．．數位信號

UR．．．使用者

130-1、130-2、…、130-N．．．發光二極體

Claims (25)

1. 一種照明控制裝置，用以喚醒一睡眠中使用者，包括：一照明燈具，包括複數個發光二極體；一偵測裝置，包括：一生理感測器，感測該睡眠中使用者之狀態，以產生一感測信號；一處理器，處理該感測信號，以產生一第一數位信號；以及一發射器，傳送該第一數位信號；以及一控制電路，包括：一接收器，接收該第一數位信號；以及一驅動器，根據該第一數位信號，決定是否調整該照明燈具以符合一發光條件，用以喚醒該睡眠中使用者；其中該處理器更包含根據該感測信號執行一判斷程序；其中該判斷程序包括以下步驟：根據該感測信號，判斷一現在時刻是否於該睡眠中使用者之快速動眼期期間；若該現在時刻於該睡眠中使用者之快速動眼期期間，判斷該現在時刻是否介於一第一設定時刻與一第二設定時刻之間；以及若該現在時刻不介於該第一設定時刻與該第 二設定時刻之間，判斷該現在時刻加上該快速動眼期之一平均週期是否晚於該第二設定時刻。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該發射器為一無線發射器，且該接收器為一無線接收器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該驅動器包括複數個子驅動器，分別用以控制該等發光二極體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該發光條件包括產生照度遞增之光源。
5. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該發光條件包括產生非視覺對明視覺之一比例遞增之光源。
6. 如申請專利範圍第5項所述之照明控制裝置，其中該比例係由0.2增加至1.2。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，若該現在時刻未於該睡眠中使用者之快速動眼期期間，則該生理感測器繼續感測該睡眠中使用者之狀態。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，若該現在時刻於該睡眠中使用者之快速動眼期期間，且介於該第一設定時刻與該第二設定時刻之間，則該處理器產生該第一數位信號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，若該現在時刻加上該快速動眼期之平均週期晚於該第二設定時刻，則該處理器產生該第一數位信號。
10. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，若該現在時刻加上該快速動眼期之平均週期不晚於該第二設定時刻，則該生理感測器繼續感測該睡眠中使用者之狀態。
11. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，該判斷程序更包括判斷該現在時刻是否等於或接近該第二設定時刻。
12. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該驅動器控制該照明燈具產生一頻率之閃爍光，該頻率大於13Hz。
13. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該生理感測器為一位移感應器，該位移感應器包括一兩軸加速度規或一三軸加速度規，用以感測該睡眠中使用者之一位移量，以產生該感測訊號。
14. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該生理感測器為一腦波感測器，該腦波感測器包括一腦部電極、一前端放大器、一隔離電路、一帶通濾波器、一增益放大器，以及一類比數位轉換器，用以感測該睡眠中使用者之一腦波信號，以產生該感測訊號。
15. 如申請專利範圍第1項所述之照明控制裝置，其中該生理感測器為一影像記錄裝置，用以感測該睡眠中使用者之一睡眠動作，以產生該感測訊號。
16. 一種照明控制方法，用以喚醒一睡眠中使用者，包括下列步驟：偵測該睡眠中使用者之狀態，以產生一感測信號； 根據該感測信號，產生一第一數位信號；以及根據該第一數位信號，於最接近一第一設定時刻且不晚於一第二設定時刻之一快速動眼期產生一光源，用以喚醒該睡眠中使用者，其中該第一設定時刻早於一第二設定時刻。
17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該光源的照度隨時間而遞增。
18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該光源非視覺對明視覺之一比例隨時間而遞增。
19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該比例係由0.2增加至1.2。
20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中更包括：判斷一現在時刻是否處於該睡眠中使用者之該快速動眼期之中。
21. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中更包括：當一現在時刻等於該第二設定時刻，產生一第二數位信號；根據該第二數位信號以產生一頻率之閃爍光，以喚醒該睡眠中使用者。
22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該頻率大於13Hz。
23. 如申請專利範圍第20項所述之方法，若該現在時刻處於該睡眠中使用者之該快速動眼期，則判斷該現在時刻是否處於該第一設定時刻與該第二設定時刻之間，若是， 則產生該第一數位信號；若否，則判斷該現在時刻加上一平均快速動眼期週期是否晚於該第二設定時刻，若是，則產生該第一數位信號。
24. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中感測該睡眠中使用者之狀態包括：感測該睡眠中使用者之一位移量，以產生該第一數位信號。
25. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中感測該睡眠中使用者之狀態包括：感測該睡眠中使用者之一腦波信號，以產生該第一數位信號。