專利名稱：一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種有 益于人體健康的照明燈，特別是適用于室內(nèi)辦公室、家庭等人居環(huán)境及飛機(jī)、潛艇照明等封閉環(huán)境的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈。
背景技術(shù)：
生活中，旅客在環(huán)球航行中的時差問題、晚班工人在換班中的不適應(yīng)、宇航員太空中的晝夜不分等等，都證明了人體缺少正常的自然光照射所引起的生理不適應(yīng)。采用LED光源用于照明存在諸多優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，比如其具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)快、耐開關(guān)沖擊、易配光等優(yōu)點(diǎn)，近來由于LED光源光效的提升和價格的迅速下降而加速滲透到室內(nèi)照明領(lǐng)域。然而，LED光源小而亮，且含有較強(qiáng)的藍(lán)光波譜，會造成一定的燈光污染。因此，LED光源對人身健康的利弊也越來越被重視。目前飛利浦公司推出了一款動態(tài)情景照明系統(tǒng)，可根據(jù)室內(nèi)光線的自然變化，調(diào)節(jié)多種不同色溫的白光，通過對燈光亮度和色溫的控制，提高人的舒適感。也有類似的采用LED仿太陽光的照明系統(tǒng)，用來模擬不同時間太陽光的色溫。但由于同樣的色溫可由多種光譜組成，且與司辰效應(yīng)曲線不具有直接對應(yīng)性。而本發(fā)明人發(fā)明的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，以調(diào)節(jié)人的生理參數(shù)相關(guān)的司辰效應(yīng)比值(C/P值)為基礎(chǔ)，并結(jié)合光的強(qiáng)度調(diào)節(jié)，和前述兩者不一樣，更符合人體健康的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決上述問題而提供一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，通過控制組合光源的各個分光源的光強(qiáng)度，來控制組合光源最終的C/P值和光的強(qiáng)度隨控制信號的變化而變化，達(dá)到模擬自然光的效果，并提升照明光源的有利作用，降低弊端，減少光污染，有利于身體的健康，提高光舒適度。本實用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，包括發(fā)光光源、與發(fā)光光源電連接的驅(qū)動電源，以及控制驅(qū)動電源的控制裝置，其特征在于還包括與控制裝置信號連接的控制信號發(fā)生器；所述的發(fā)光光源至少包括第一分光源和第二分光源，所述的第一分光源發(fā)射光的C/P值大于3. 0，第二分光源發(fā)射光的C/P值小于2. 5 ；所述的控制裝置內(nèi)存儲一組C/P值和光的強(qiáng)度信息數(shù)據(jù)，即模擬自然光信息；所述的控制信號發(fā)生器發(fā)送控制信息到控制裝置，所述的控制裝置根據(jù)輸入的控制信息輸出對應(yīng)于每一種分光源光的強(qiáng)度大小的控制信號到驅(qū)動電源，所述的驅(qū)動電源分別控制各個分光源發(fā)光的強(qiáng)度，使發(fā)光光源形成具有相應(yīng)C/P值和光的強(qiáng)度的光源。人體中存在的第三種感光細(xì)胞(司辰感光神經(jīng)細(xì)胞)的發(fā)現(xiàn)，正好可以幫助人類了解并解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。司辰感光神經(jīng)細(xì)胞是一種非視覺感光神經(jīng)細(xì)胞，其感光信號的傳輸通道有別于先前發(fā)現(xiàn)的第一條視覺神經(jīng)通道(它傳遞來自視椎神經(jīng)和視桿神經(jīng)的信號)。與第一條神經(jīng)傳遞通道并行的第二條神經(jīng)通道，將司辰細(xì)胞的感應(yīng)信號的一部分經(jīng)過視神經(jīng)交叉系統(tǒng)之后傳至松果體，調(diào)節(jié)褪黑素的分泌，起到管理時間的作用，協(xié)調(diào)和控制人在不同時間的活動節(jié)律。根據(jù)國際照明委員會發(fā)布的報告，司辰細(xì)胞的光譜光效率曲線的峰值在464nm左右。在白天工作時間，峰值波長為464nm左右的藍(lán)光通過眼睛刺激，能抑制人體褪黑素的分泌，使人精神振奮，有利于提高工作效率；而休息時間，特別是晚上，人體需要放松，應(yīng)該減少藍(lán)光的刺激。而太陽、火光等自然光源的變化恰恰與人的光生物學(xué)特性相一致，使人們在白天工作時間能精神振奮，休息時間又能很好的放松休息。據(jù)此本發(fā)明人發(fā)明一種光源，是由至少兩種分光源組成的一個光譜可變的發(fā)光光源。并以此為基礎(chǔ)設(shè)計成一種模擬自然光的、可隨使用需要自動變化C/P值和光的強(qiáng)度的照明燈，使人體能達(dá)到最佳的工作或休息狀態(tài)。其中，司辰效應(yīng)比值C/P值是指司辰效應(yīng)Circadian rhythm與明視覺效應(yīng)Photopic vision之比值,用來評價光源的非視覺生物效應(yīng)的強(qiáng)弱。計算公式如下3616f8V(/l)c(/lW/lC/P = ^: WV^
683f3sQP(A)F(A)dA其中，P(A)為照明燈的光譜能量分布，C(A)為司辰效應(yīng)的光譜光效率曲線，V(A)為明視覺光譜光效函數(shù)。C/P值和光的強(qiáng)度之間存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系。其中，本實用新型中所述光的強(qiáng)度與光強(qiáng)度不是一個概念，光強(qiáng)度是光度的基本量，而光的強(qiáng)度僅是光的大小的一種參數(shù)，本實用新型中光的強(qiáng)度可以是光通量、光強(qiáng)度、光照度或亮度等。作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實用新型采用如下技術(shù)措施所述的控制裝置根據(jù)輸入的控制信號確定相應(yīng)的C/P值和光的強(qiáng)度，并通過脈寬調(diào)制方式，將C/P值和光的強(qiáng)度換算成分別對應(yīng)于各個分光源的電信號占空比值輸出；所述的驅(qū)動電源根據(jù)輸入的電信號占空比信號控制各個分光源的光的強(qiáng)度，進(jìn)而控制發(fā)光光源的總C/P值和光的強(qiáng)度。采用脈寬調(diào)制(PWM)方式控制各個分光源的光的強(qiáng)度，調(diào)制頻率為200Hz以上，避免了光源出現(xiàn)頻閃，也保證了光源使用的可靠性。脈寬調(diào)制方式克服了傳統(tǒng)電壓或電流幅度控制方式的不足，可實現(xiàn)光源C/P值和光的強(qiáng)度的分別控制。如兩個分光源信號占空比的比值一定，則發(fā)光光源的C/P值保持不變，但光的強(qiáng)度會隨著分光源電信號占空比的增大而變大、減小而變小；保持兩個分光源光的強(qiáng)度信號的占空比之和不變，但改變兩者的比值，則發(fā)光光源總光的強(qiáng)度保持不變，但C/P值可變化。所述發(fā)光光源由兩種白光LED分光源組合而成,其特征在于第一分光源發(fā)射光的C/P值大于4. 0，或第二分光源發(fā)射光的C/P值小于I. 5。前者高C/P值的照明燈能提高老年人的光刺激，有利老年人的健康，存儲器中的C/P信息可為專門的老年人適用C/P數(shù)據(jù)；后者低C/P值的照明燈更有利于夜間或兒童的使用。所述的發(fā)光光源包括紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED，其中，紅光LED的C/P值小于
I.0，綠光LED的C/P值小于2. 0，藍(lán)光LED的C/P值大于3. 0 ;所述的紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED，分別是單色帶狀光譜的光源，或者為可見區(qū)寬波段光譜的光源組成。在所述的第二分光源出射光前面增設(shè)具有藍(lán)光截止功能的光學(xué)器件，該光學(xué)器件的截止波長在480nm至560nm之間，阻止小于該截止波長的光出射，而大于該截止波長的光能夠從分光源中出射。光學(xué)器件的截止波長是指在短波長區(qū)，相對光譜透射比為50%值所對應(yīng)的波長。該光學(xué)器件可以是透射器件(如濾光片或濾光膜)，也可以是反射器件(如反光鏡或反射膜)。阻止短波長的透射器件可以是吸收短波長光或者反射短波長光的光學(xué)元件。所述的控制信號發(fā)生器為時間信號發(fā)生器，具有年、月、日、時、分、秒等時間信息，并將具體時間信號發(fā)送給控制裝置，所述的控制裝置可設(shè)置地域的經(jīng)緯度信息，并根據(jù)具體時間信號和地域的經(jīng)緯度信息計算輸出控制信號，控制各個分光源，達(dá)到所要求的C/P值和光的強(qiáng)度。所述的控制信號發(fā)生器可以是遙控裝置，遙控裝置與控制裝置之間通過無線電波或紅外光波連接；也可以是開關(guān)、碼盤或可調(diào)電阻器等機(jī)械或電子裝置，發(fā)送開關(guān)量、編碼值或電信號到控制裝置。所述的控制裝置包括微處理器、存儲器及I/O接口電路，所述的地域的經(jīng)緯度信 息存儲在存儲器上。微處理器根據(jù)控制信號發(fā)生器發(fā)送的控制信號，控制發(fā)光光源的C/P值和光的強(qiáng)度。為了進(jìn)一步改善模擬自然光的可調(diào)范圍，發(fā)光光源的第二分光源發(fā)射光的C/P值為零(特別是適用于夜間照明)。這里的零不是絕對值，可存在一定的偏差，只要能夠達(dá)到幾乎為零的效果即可。本實用新型具有的特點(diǎn)1、通過控制組合光源的各個分光源的光的強(qiáng)度，來控制組合光源最終的總C/P值和光的強(qiáng)度隨控制信號的變化而變化，達(dá)到模擬自然光的效果，提升照明光源的有利作用，降低弊端，減少光污染，有利于身體的健康，提高光舒適度。2、控制信號發(fā)生器為時間信號發(fā)生器時，具有年、月、日、時、分、秒等全面的時間信息，并結(jié)合設(shè)置在控制裝置中的地域參數(shù)，使該照明燈的組合光源C/P值和光的強(qiáng)度達(dá)到模擬實際的自然光效果。3、控制信號發(fā)生器可能是遙控裝置或開關(guān)、碼盤、可調(diào)電阻器等。4、采用脈寬調(diào)制(PWM)方式控制各個分光源的光的強(qiáng)度，可以使調(diào)制頻率為200Hz以上，避免了光源出現(xiàn)頻閃，也保證了光源使用的可靠性。5、本技術(shù)方案還適用于白熾燈、日光燈、熒光燈等光源，而不僅局限于LED光源。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型專利做進(jìn)一步的說明圖I是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型涉及的司辰細(xì)胞的光譜光效率曲線圖。圖3是本實用新型中第一分光源的C/P值為3. 92的光譜曲線圖。圖4是本實用新型中第二分光源的C/P值為I. 96的光譜曲線圖。圖5是本實用新型中組合光源的C/P值為2. 88的光譜曲線圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步的說明。實施例I :如圖I所不，一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，包括發(fā)光光源I、與發(fā)光光源I電連接的驅(qū)動電源2，以及控制驅(qū)動電源2的控制裝置3，與控制裝置3信號連接的控制信號發(fā)生器4。發(fā)光光源I為組合光源，包括第一分光源和第二分光源，且都為白光LED。第一分光源發(fā)射光的C/P值大于3. 0,第二分光源發(fā)射光的C/P值小于2. 5。為了達(dá)到組合光源仿自然光效果而要求的C/P值，則兩種分光源的C/P值必然一個比較高，在400nm至520nm的區(qū)間內(nèi)的相對光譜功率(強(qiáng)度)較高；另一個相對比較低(甚至為零)。如圖2所示的司辰效應(yīng)效率曲線，反映了不同光譜引起生物效應(yīng)的強(qiáng)弱程度，其峰值為464nm左右，即在該峰值處司辰效應(yīng)最明顯。因此，在白天工作時間，主要發(fā)射光功率在464nm左右的藍(lán)光通過眼睛刺激，使人精神振奮，有利于提高工作效率；而休息時間，特別是晚上，人體需要放松，應(yīng)減少藍(lán)光的刺激，增加長波長光的照射，在這種情況下，第二分光源發(fā)射光譜的C/P值可以是零，大大減少對人體內(nèi)分泌的影響?？刂蒲b置3內(nèi)存儲一組C/P值和光的強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息，即模擬自然光信息，達(dá)到接近自然光的效果；所述的控制信號發(fā)生器4發(fā)送控制信息到控制裝置3，所述的控制裝置3根據(jù)輸入的控制信息輸出對應(yīng)于每一種分光源光的強(qiáng)度大小的控制信號到驅(qū)動電源2，所述的驅(qū)動電源2分別控制各個分光源發(fā)光的強(qiáng)度，使發(fā)光光 源I形成具有相應(yīng)C/P值和光的強(qiáng)度的光源?？刂蒲b置3根據(jù)輸入的控制信號確定相應(yīng)的C/P值和光的強(qiáng)度，并通過脈寬調(diào)制(PWM)方式，將C/P值和光的強(qiáng)度換算成分別對應(yīng)于各個分光源的占空比值輸出；所述的驅(qū)動電源2根據(jù)輸入的占空比信號控制各個分光源的光強(qiáng)度，進(jìn)而控制發(fā)光光源I的總C/P值和光的強(qiáng)度。具體舉例來說，第一分光源的C/P值為3. 92，光通量為1201m，如圖3所示，驅(qū)動信號的占空比為0.3 ;第二分光源C/P值為I. 96，光通量為1351m，如圖4所示，驅(qū)動信號的占空比為0. 45 ;最后得到出射光C/P值為2. 88，光通量為2551m，如圖5所示?？刂菩盘柊l(fā)生器4是時間信號發(fā)生器時，將年、月、日、時、分、秒的具體時間信號發(fā)送給控制裝置3，所述的控制裝置3根據(jù)具體時間信號計算結(jié)合地域參數(shù)計算并輸出控制信號?？刂蒲b置3包括微處理器、存儲器及I/O接口電路，存儲器上設(shè)置地域參數(shù)，所述的微處理器根據(jù)控制信號發(fā)生器4發(fā)送出的具體時間信號、結(jié)合地域參數(shù)計算并輸出控制信號。為了防止數(shù)據(jù)的丟失，控制裝置3還包括斷電保護(hù)模塊。實施例2 : —種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其發(fā)光光源I包括紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED三種，其中，紅光LED的C/P值小于1.0，綠光LED的C/P值小于2. 0，藍(lán)光LED的C/P值大于3. O。所述的紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED，分別由單色帶狀光譜的光源組成，或由可見區(qū)寬波段光譜的光源組成。其他方面同實施例I。具體舉例來說，紅光LED的C/P值為0. 5，綠光LED的C/P值為2. 0，藍(lán)光LED的C/P值為3. 5。通過控制裝置3輸出到驅(qū)動電源2的占空比不同，以獲得0. 5至3. 5之間不同C/P值，獲得仿自然光光源。實施例3 :—種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，在第二分光源出射光的前面加有藍(lán)光截止光學(xué)器件，該光學(xué)器件的截止波長在480nm至560nm之間，阻止小于該截止波長的光出射，而大于該截止波長的光能夠從分光源中出射。該光學(xué)器件可以是透射器件(如濾光片或濾光膜)，也可以是反射器件(如反光鏡或反射膜)。阻止短波長的透射器件可以是吸收短波長光或者反射短波長光的光學(xué)元件。其他方面同實施例I或?qū)嵤├?。
權(quán)利要求1.一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，包括發(fā)光光源(I)、與發(fā)光光源(I)電連接的驅(qū)動電源(2)，以及控制驅(qū)動電源(2)的控制裝置(3)，其特征在于 還包括與控制裝置(3)信號連接的控制信號發(fā)生器(4)； 所述的發(fā)光光源(I)為組合光源，至少包括第一分光源和第二分光源，所述的第一分光源發(fā)射光的C/P值大于3. 0,第二分光源發(fā)射光的C/P值小于2. 5 ； 所述的驅(qū)動電源(2)分別控制各個分光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的第一分光源和第二分光源都為白光LED,其中第一分光源發(fā)射光的C/P值大于4. 0,或第二分光源發(fā)射光的C/P值小于I. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的發(fā)光光源(I)包括所述的第一、第二和第三分光源，所述的第一分光源為紅光LED,第二分光源為藍(lán)光LED，第三分光源為綠光LED，其中，紅光LED的C/P值小于I. 0，綠光LED的C/P值小于2. 0，藍(lán)光LED的C/P值大于3. 0 ;所述的紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED，分別由單色帶狀光譜的光源，或者由可見區(qū)寬波段光譜的光源組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于在所述的第二分光源出射光前面加有藍(lán)光截止光學(xué)器件，該光學(xué)器件的截止波長在480nm至560nm之間，阻止小于該截止波長的光出射，而大于該截止波長的光能夠從分光源中出射。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的控制信號發(fā)生器(4)為時間信號發(fā)生器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的控制信號發(fā)生器(4)為遙控裝置，遙控裝置與控制裝置(3)之間通過無線電波或紅外光波連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的控制信號發(fā)生器(4)為開關(guān)、碼盤或可調(diào)電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的控制裝置(3)包括微處理器、存儲器及I/O接口電路，所述的存儲器上設(shè)置地域參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，其特征在于所述的發(fā)光光源(I)的第二分光源發(fā)射光的C/P值為零。
專利摘要本實用新型涉及一種模擬自然光生物效應(yīng)的照明燈，它包括發(fā)光光源、與發(fā)光光源電連接的驅(qū)動電源，控制驅(qū)動電源的控制裝置，以及與控制裝置信號連接的控制信號發(fā)生器；發(fā)光光源至少包括第一分光源和第二分光源，第一分光源發(fā)射光的C/P值大于3.0，第二分光源發(fā)射光的C/P值小于2.5；驅(qū)動電源分別控制各個分光源發(fā)光的強(qiáng)度。本實用新型具有的特點(diǎn)有益于人體健康的照明燈，特別是適用于室內(nèi)辦公室、家庭等人居環(huán)境及飛機(jī)、潛艇照明等封閉環(huán)境。
文檔編號H05B37/02GK202475836SQ20112055620
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者牟同升, 王建平 申請人:杭州浙大三色儀器有限公司