專利名稱：用于創(chuàng)建生物效應(yīng)的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)、包括照明系統(tǒng)的消費設(shè)備以及驅(qū)動光源的方 法。本發(fā)明可以有利地用于調(diào)整人類生理節(jié)奏系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光通過刺激視覺系統(tǒng)影響人類的知覺。人眼除了包括用于觀看的感 受器之外，還包括位于視網(wǎng)膜內(nèi)的另一種感受器，該感受器基于感光黑
視素(melanopsm )。對于人類而言，包括這些感受器的傳感系統(tǒng)對于可
見光譜的藍色部分具有峰值波長靈敏度。撞擊到這些感受器上的光調(diào)整 了人類和其他哺乳動物的生理節(jié)奏系統(tǒng)。
WO02/20079公開了 一種控制人類對象的警惕性的方法和用在該方 法中的光源。該方法包括在基本上不影響褪黑激素周期(cycle)的相 (phase)的情況下在曝光時段期間使人類對象暴露于適當(dāng)?shù)墓廨椛洹Ｔ?適當(dāng)?shù)墓廨椛溆赏屎诩に匾种戚椛浜凸廨敵龅男〔糠州敵鲋付?。該方?可能涉及依賴于日時的從褪黑激素非抑制輻射到褪黑激素抑制輻射的 轉(zhuǎn)變，并且可用于在多時區(qū)旅行的情況下使生物時鐘再同步的應(yīng)用中。 當(dāng)人類對象經(jīng)受30分鐘的總曝光時間時，該方法得到有效的利用，在所 述曝光時間期間，曝光時段與(暗)間隔時段交替，其中燈大約30分鐘 不工作。該現(xiàn)有技術(shù)公開了適當(dāng)?shù)墓廨椛鋵ν屎诩に匾种频男Ч?。然而?該提出的方法并不具有最佳的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種照明系統(tǒng)，其發(fā)射的光具有改進的不同于 一見覺的生物效應(yīng)。
本發(fā)明的第一方面提供了一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括光源， 其產(chǎn)生具有變化的光譜的光；以及驅(qū)動器，其用于驅(qū)動光源。本發(fā)明的 第二方面提供了 一種如權(quán)利要求14所述的消費設(shè)備。本發(fā)明的第三方面 提供了一種如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動光源的方法。從屬權(quán)利要求中限定 了有利的實施例。
4產(chǎn)生具有變化的光譜的光的光源是已知的。例如，WO02/052902公 開了一種具有紅色、綠色和藍色LED的陣列的LED照明器。由該照明器 發(fā)射的光的顏色可以通過控制經(jīng)過不同顏色的LED的電流來改變。 EP0851462公開了一種燈組件，其包括兩個產(chǎn)生具有不同色溫的光的燈。 JP7282778公開了 一種單熒光燈，其能夠通過調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖的占空比來 改變藍色光發(fā)射到紅色光發(fā)射的量。然而可替換地，可以使用其顏色可 適當(dāng)調(diào)節(jié)的任何其他的燈或燈組件。
驅(qū)動器驅(qū)動光源，使得以下三種狀態(tài)以提到的順序在時間上連續(xù)地 發(fā)生。首先，在第一時間段期間產(chǎn)生第一光譜，其具有第一生物效應(yīng)或 者根本沒有生物效應(yīng)。必須指出的是，在下文中，生物效應(yīng)指的是光的 不同于視覺的效應(yīng)。光的非視覺生物效應(yīng)的實例是利用光巻吸(photic entrainment)的相移，誘導(dǎo)警惕性(反應(yīng)時間、警覺(vigilance )、 EEG 活性)，減少睡眠或疲勞，提高精力和表現(xiàn)，在早晨覺醒過程期間增強 皮質(zhì)醇，可能還有源于刺激該黑視素感受器的SAD治療益處，和/或褪黑 激素抑制。其次，在第二時間段期間將第一光譜改變成第二光譜。該第 二光譜具有比第一生物效應(yīng)更大的第二生物效應(yīng)。第三，在第三時間段 期間繼續(xù)第二光譜。第二時間段的持續(xù)時間在5秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選 擇。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在上述范圍內(nèi)選擇的時間段中在先第 一光譜逐漸地 改變成第二光譜，那么第二光譜關(guān)于生物效應(yīng)的效率是最大的。如果轉(zhuǎn) 變時段太長，那么在先第 一光語對第二光鐠的生物效應(yīng)的影響低得多。 太短的轉(zhuǎn)變感受起來是不愉快的并且因而是不希望的；在生物學(xué)上，這 種短的轉(zhuǎn)變可能有作用。例如，當(dāng)?shù)谝还庠?例如燈或LED)產(chǎn)生第一 光谞，第二光源產(chǎn)生第二光諳并且像通常那樣在打開第二光源的同時關(guān) 閉第 一光源以保持亮度(luminance )盡可能恒定時，那么出現(xiàn)非常短的 轉(zhuǎn)變時段。
選擇的時間范圍可能特別有效，因為它具有與哺乳動物的自然生境 的聯(lián)系。實際上，在黎明和黃昏期間，發(fā)生時間尺度為1直到10分鐘的 光鐠變化。哺乳動物的內(nèi)部生物時鐘在這些環(huán)境條件下進化發(fā)展。
覺生物效應(yīng)的發(fā)生。
在一個實施例中，第一光語沒有生物效應(yīng)。例如，第一光i普沒有藍200880017413.3
色波長。這允許創(chuàng)建其中照明沒有生物效應(yīng)的第 一時間段。
在一個實施例中，第一光譜在第二時間段期間不關(guān)閉，所述第二時 間段也稱為轉(zhuǎn)變時段。然而，其強度在第二時間段期間比在第一時間段 期間更低。
在一個實施例中，在轉(zhuǎn)變時段期間可以存在第三光譜，該第三光語 可以在第三時間段期間減弱或者不存在以便掩蓋轉(zhuǎn)變的可見性。
在一個實施例中，具有第一光鐠的光具有紅色并且具有第二光語的 光具有藍色。這具有光源相對簡單的優(yōu)點。在一個實施例中，第一光譜 根本沒有任何藍色波長，而第二光譜僅僅包含藍色波長。
在一個實施例中，將第 一光譜限制為600-760nm范圍內(nèi)的波長并且 將第二光譜限制為440-520nm范圍內(nèi)的波長。在另一個實施例中，第一 光語具有680nm波長的主分量并且第二光譜具有480nm波長的主分量。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在暴露于紅色光之后暴露于藍色光時，生物效應(yīng)對于藍色 光的靈敏度升高。靈敏度的增加對于680nm和480nm的相應(yīng)波長尤其高。
在一個實施例中，第一光譜為具有第一色溫的白色光，并且第二光 諳為具有第二色溫的白色光，所述第二色溫高于第一色溫。通過使用具 有不同色溫的白色光，顏色保真度是最佳的并且第一光譜到第二光諳的 轉(zhuǎn)變幾乎不能察覺。
在一個實施例中，驅(qū)動器以預(yù)定的次數(shù)重復(fù)第一時間段、笫二時間 段和第三時間段的序列?？雌饋淼谝还庹Z、具有10秒鐘-30分鐘的特定持 續(xù)時間的轉(zhuǎn)變以及第二光語的總序列的重復(fù)最大化了生物效應(yīng)。
在一個實施例中，在第一光譜、具有10秒鐘-30分鐘的特定持續(xù)時間 的轉(zhuǎn)變以及第二光i普的總序列之后，驅(qū)動器僅重復(fù)第 一光語和第二光鐠
述另外的;列沒有第一序列的所述特i轉(zhuǎn)變時段。
''"
在一個實施例中，在所述轉(zhuǎn)變期間驅(qū)動器逐漸地減小第 一光譜的強
度并且逐漸地增大第二光鐠的強度。對應(yīng)強度的這種逐漸的增大和減小
降低了所述轉(zhuǎn)變的可見性。
在一個實施例中，驅(qū)動器在轉(zhuǎn)變時段期間保持組合的第一光譜和第
二光譜的總亮度或總視亮度(brightness)不變以便使得該轉(zhuǎn)變進一步更
不可察覺。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實施例是清楚明白的，并且將參照這些實施例進行闡述。


在附圖中
圖1示意性地示出了照明系統(tǒng)的框圖，
性，以及
圖3示意性地示出了顯示設(shè)備。
應(yīng)當(dāng)指出的是，不同附圖中具有相同附圖標(biāo)記的項目具有相同的結(jié) 構(gòu)特征和相同的功能或者為相同的信號。如果解釋了這樣的項目的功能 和/或結(jié)構(gòu)，那么就沒有必要在詳細的說明中對其進行重復(fù)解釋。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了照明系統(tǒng)的框圖。該照明系統(tǒng)包括光源1和驅(qū)動
且向光源1提供電流和/或電壓D S 。驅(qū)動器2控制光源1以在時間上連續(xù)地 發(fā)射具有第一光i普Sl的光，從第一光譜S1改變成第二光譜S2的光，以 及具有第二光譜S2的光。第二光鐠S2具有比第一生物效應(yīng)更大的生物效 應(yīng)。從第 一光譜到第二光鐠的轉(zhuǎn)變的持續(xù)時間在10秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi) 選擇。這參照圖2進行了更詳細的闡述。
通常，驅(qū)動器2接收AC電網(wǎng)電壓Vm并且具有用于控制經(jīng)過光源l的 電流或者光源l兩端的電壓的電子電路。如果光源l具有不同的燈或 LED ，那么可以容易地通過改變流經(jīng)燈或LED的電流或者燈或LED兩端 的電壓之比以公知的方式改變組合光的光鐠。通常，LED是電流驅(qū)動的。 可替換地，例如通過改變流經(jīng)單個燈的電流或者單個燈兩端的電壓的頻 率或占空比來改變該單個燈的光譜的電路也是公知的。
驅(qū)動器2可以包括用于產(chǎn)生啟動時刻和/或設(shè)置上面提到的不同相的 持續(xù)時間的定時器。該驅(qū)動器可以包括用于接收指示應(yīng)當(dāng)啟動相的循環(huán) 的命令的輸入端。該命令可以是用戶命令。
性。在該曲線圖中，水平軸繪出了時lu,豎直軸繪出了由光源l發(fā)射的
光的強度。在時刻tl,驅(qū)動器2控制光源1以啟動具有第一光譜S1的光的發(fā)射。在所示的實施例中，強度在從時刻tl持續(xù)到時刻t2的時間段期間
從零逐漸增加到最大水平。第一光語S1在滿強度下產(chǎn)生，直到時刻t3, 并且逐漸下降到時刻t5處的零。光源l在時刻t3開始發(fā)射強度為零的第二 光譜S2。第二光語S2的強度逐漸增大，直到在時刻t5達到最大值。第二 光譜S2的強度在從時刻t5 —直持續(xù)到時刻t6的時間間隔期間保持在其最 大值，并且在從時刻t6持續(xù)到t7的時間間隔期間逐漸降低到零。第二光 譜S2具有比第一光i普Sl更大的生物效應(yīng)。第一光譜S1可以根本沒有生物 效應(yīng)。
在從時刻tl持續(xù)到時刻t3的時間段Tl期間，僅發(fā)射第一光鐠S1。在 從時刻t5持續(xù)到t7的時間段T3期間，僅發(fā)射第二光譜S2。在轉(zhuǎn)變時段T2 期間，第一光語S1逐漸改變?yōu)榈诙庹ZS2。轉(zhuǎn)變時段T2被選擇成持續(xù)最 小10秒鐘和最大30分鐘。從時刻tl持續(xù)到t2的啟動時段以及從時刻t6持續(xù) 到t7的關(guān)閉時段也可以具有在10秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選擇的持續(xù)時間。 第 一光語S 1和第二光鐠S2的曝光持續(xù)時間可以被選擇成大約數(shù)分鐘。
許多可替換的實施例是可能的。例如，光源l可以在時刻tl以滿強度 打開，和/或光源2可以在滿強度下繼續(xù)，直到時刻t7并且然后立即關(guān)閉。 第 一光語S 1和第二光語S2的最大強度可以不同，例如以便獲得相同的視 亮度而不是相同的亮度。盡管示出了線性變化的強度，但是也可以實現(xiàn) 強度的任何其他逐漸或逐步的變化。例如，轉(zhuǎn)變時段期間變化的強度可 以是正弦波或高斯形狀。第 一和第二光i脊的總強度可以比時刻t4處的最 大值更低。
光譜S1和S2的序列可以重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在這樣的重復(fù)序列中，所述 另外的序列可以包括與時間段T1、 T2、 T3相應(yīng)的所有三個相，或者所述
時段T2，或;^括其任意i合。重復(fù)的光譜與光譜S1和S2相同不是本發(fā) 明所必需的。例如，第一曝光包括具有非常低的生物效應(yīng)的暖(微紅的) 白色光，并且第二曝光包括具有高的生物效應(yīng)的冷(微藍的)白色光。 該第 一和第二曝光之間的轉(zhuǎn)變的持續(xù)時間在10秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選 擇。包括所述三個相的該完整的子序列可以重復(fù)若干次。可替換地，可 以僅僅重復(fù)第一和第二曝光，其中居間的轉(zhuǎn)變相短于10秒鐘?？商鎿Q地， 重復(fù)序列可以包括第三曝光，其可以包括具有例如4000-5000K范圍內(nèi) 的中間色溫的光；以及第四曝光，其包括與第二曝光期間發(fā)射的光相同的光。
最后，在一個實施例中，本發(fā)明使用了具有第一光語的特殊第一曝 光以便最大化具有第二光譜的接續(xù)的第二曝光的非視覺效應(yīng)，該笫二光 鐠具有比第一光語更高的非視覺效應(yīng)。例如，第一光語是富含紅色的光 并且第二光語是富含藍色的光。此外，其中第一光譜改變?yōu)榈诙庾V的
轉(zhuǎn)變時段具有在10秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選擇的持續(xù)時間。轉(zhuǎn)變時段的這 樣的持續(xù)時間最大化了對于受照射哺乳動物的非視覺生物效應(yīng)。例如， 該非視覺生物效應(yīng)為覺醒/睡眠節(jié)律的相移，誘導(dǎo)警惕性，減少睡眠或 疲勞，提高精力和表現(xiàn)。在一個實施例中，所述轉(zhuǎn)變被實現(xiàn)，使得它對 于觀察者最低程度可見。
第一光譜可以包括主要包含長波范圍內(nèi)的能量的光，例如具有 2700-4000K范圍內(nèi)的色溫的暖白色光。第二光譜可以包括主要包含短波 范圍內(nèi)的能量的光，例如具有5000-17000K范圍內(nèi)的色溫的冷白色光。
圖3示意性地示出了顯示設(shè)備。該顯示設(shè)備3包括背光單元BL、像素 化顯示器件DD和控制器CO。控制器CO接收代表圖像的輸入信號IS并且 向顯示器件DD提供數(shù)據(jù)和控制信號DA、向背光單元BL提供控制信號 CB。圖像可以是自然場景(照片、視頻)或者可以是計算機生成的?？?制信號CB控制背光單元BL中的光源1的光譜?？刂破鰿O可以包括控制 不同光譜S1和S2的序列的不同相的定時的定時器。背光單元BL可以包括 驅(qū)動器2 (參見圖l)，其向光源l提供電流/電壓以便獲得用于照射顯示 器件DD的光L。例如，顯示器件DD為LCD或者DMD。例如，背光單元 可以包括熒光管和/或LED。
本發(fā)明可以在若干應(yīng)用中實現(xiàn)，所述應(yīng)用例如 -辦公照明，例如以便提高早晨的活力并且降低午后的疲勞， 國醫(yī)院照明，例如以便降低醫(yī)務(wù)人員夜間醒來時的睡眠慣性， 畫護理家居照明，例如以便減少上年紀的人的日間小睡以提高夜間 睡眠持續(xù)時間和睡眠質(zhì)量，
-控制室，例如以便在24小時工作以及夜班工作期間獲得持續(xù)的警 惕性，以及
-汽車照明，例如交替的車內(nèi)暴露于低強度紅色和藍色LED以便提 高司機的警惕性。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上述實施例說明了而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)
9域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下應(yīng)當(dāng)能夠設(shè)計出 許多可替換的實施例。
例如，光源可以包括全光譜發(fā)光器件和(可切換)濾波器以便產(chǎn)生 不同的光譜。這樣的濾波器可以包括包含(二向色)染料或者基于電潤
濕的電致變色(electrochrome )、電泳、液晶單元。
本發(fā)明可以與現(xiàn)有的動態(tài)照明系統(tǒng)相結(jié)合。例如，在早晨添加子序 列的序列以便進一步提高對象的警惕性。該序列的笫 一子序列具有三個 相，而接續(xù)的子序列具有三個或兩個相。這樣的現(xiàn)有動態(tài)照明系統(tǒng)在一 天之內(nèi)改變光源的色溫和強度。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)照明系統(tǒng)并不提供 所述三個相的序列并且在一個小時或更長的轉(zhuǎn)變時段期間非常緩慢地 改變發(fā)射的光的色溫。
在權(quán)利要求書中，置于括號之間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為對 權(quán)利要求的限制。動詞"包括"及其變體的使用并沒有排除存在權(quán)利要 求中未列出的元件或步驟。元件之前的冠詞"一"并沒有排除存在多個 這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于 經(jīng)過適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中， 這些裝置中的一些可以由同 一硬件項實施。在相互不同的從屬權(quán)利要求 中陳述了某些技術(shù)措施這一事實并不意味著這些技術(shù)措施的組合不可 以加以利用。
權(quán)利要求
1.一種用于創(chuàng)建由光誘導(dǎo)的生物效應(yīng)的照明系統(tǒng)，所述生物效應(yīng)為不同于視覺的效應(yīng)，并且該照明系統(tǒng)包括-至少一個光源(1)，其用于產(chǎn)生具有變化的光譜的光，以及-至少一個驅(qū)動器(2)，其用于驅(qū)動所述照明系統(tǒng)(1)以便在時間上連續(xù)地-在第一時間段(T1)期間產(chǎn)生第一光譜(S1)，-在第二時間段(T2)期間將第一光譜(S1)改變?yōu)榈诙庾V(S2)，該第二光譜(S2)具有所述生物效應(yīng)，并且-在第三時間段(T3)期間繼續(xù)第二光譜(S2)，其中第二時間段(T2)的持續(xù)時間在5秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選擇。
2. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中第一光語(Sl )具有另外的 生物效應(yīng)，該另外的生物效應(yīng)小于第二光譜(S2)的生物效應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中第一光諳(Sl)沒有生物效應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中第二光譜(S2)包括一定強 度的第一光譜(Sl),該強度低于該第一光譜(Sl)在第一時間段(Tl) 期間的強度。
5. 如權(quán)利要求l所迷的照明系統(tǒng)，還包括第三光譜，該第三光譜被 選擇用于在至少一部分第二時間段(T2)期間掩蓋從第一光譜(Sl )到 第二光譜(S2)的轉(zhuǎn)變。
6. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中具有第一光語(Sl)的光具 有紅色并且具有第二光譜(S2)的光具有藍色。
7. 如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中將第一光譜(S1)限制為 600-760nm范圍內(nèi)的波長并且將第二光語(S2 )限制為440-520nm范圍內(nèi) 的波長。
8. 如權(quán)利要求1或7所述的照明系統(tǒng)，其中第一光鐠(Sl )具有680nm 波長的主分量并且第二光譜(S2)具有480nm波長的主分量。
9. 如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中第一光譜(Sl)為具有第一 色溫的白色光，并且第二光語(S2)為具有第二色溫的白色光，所述第 二色溫高于所述第一色溫。
10. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(2)被構(gòu)造用于以預(yù)定的次數(shù)進一步重復(fù)第一時間段(Tl)、第二時間段(T2)和第三時 間段(T3)的序列。
11. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(2)被構(gòu)造用于進 一步重復(fù)第一時間段(Tl)和第三時間段(T3)的序列。
12. 如權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(2)被構(gòu)造用于逐 漸地減小第一光譜(Sl)的強度(IN)并且逐漸地增大第二光語(S2) 的強度(IN)。
13. 如權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(2)被構(gòu)造用于 在第二時間段(T2)期間保持第一光譜(Sl )和第二光語(S2)的總亮 度或總視亮度不變。
14. 一種消費設(shè)備(3),包括如權(quán)利要求1所迷的照明系統(tǒng)。
15. —種驅(qū)動光源(1)的方法，該方法連續(xù)包括以下步驟 -在第一時間段(Tl )期間產(chǎn)生(1， 2)第一光鐠(Sl ),-在第二時間段(T2)期間將第一光譜(Sl )改變(1, 2)為第二 光譜(S2),該第二光譜(S2)具有由光源(1)產(chǎn)生的光誘導(dǎo)的生物 效應(yīng)，該生物效應(yīng)是不同于—見覺的效應(yīng)，以及-在第三時間段(T3)期間繼續(xù)(1, 2)第二光語(S2)，其中第二時間段(T2 )的持續(xù)時間在5秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選擇。
全文摘要
一種用于創(chuàng)建由光誘導(dǎo)的生物效應(yīng)的照明系統(tǒng)。所述生物效應(yīng)為不同于視覺的效應(yīng)。該照明系統(tǒng)包括產(chǎn)生具有變化的光譜的光的光源(1)以及驅(qū)動器(2)，該驅(qū)動器驅(qū)動所述光源(1)以便在時間上連續(xù)地(i)在第一時間段(T1)期間產(chǎn)生第一光譜(S1)，(ii)在第二時間段(T2)期間將第一光譜(S1)改變?yōu)榈诙庾V(S2)，其中該第二光譜(S2)具有所述生物效應(yīng)，并且(iii)在第三時間段(T3)期間維持第二光譜(S2)。第二時間段(T2)的持續(xù)時間在5秒鐘-30分鐘的范圍內(nèi)選擇。第一光譜(S1)可以沒有生物效應(yīng)或者可以具有比第二光譜(S2)更小程度的生物效應(yīng)。
文檔編號A61M21/00GK101678208SQ200880017413
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者G·W·M·科克, L·J·M·施蘭根 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司