СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ СВЕТОВЫХ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ РАЗДРАЖИТЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК A61N5/06 

Изобретение относится к осветительным системам, использующим светоизлучающие элементы, а, более конкретно, к осветительным системам, сконфигурированным, чтобы предоставлять освещение, а также стимулировать необходимый светоиндуцированный физиологический эффект.

Традиционно осветительные системы использовали исключительно для того, чтобы освещать, т.е. предоставлять достаточный искусственный свет, чтобы была возможность зрительно различать особенности окружающей обстановки или, в случае систем прямого видения, самой осветительной системы. Относительно недавнее исследование иллюстрирует, что свет может также воздействовать на определенные физиологические функции живых организмов и вызывать ряд физиологических эффектов, как описано, например, в Figueiro "Research Matters", Lighting Design and Application 36(5), 15-17, 2006; Figueiro et al. "Demonstration of additivity failure in human circadian phototransduction", Neuroendocrinology Letters 26(5), 493-498, 2005; Figueiro et al. "Circadian effectiveness of two polychromatic light in suppressing human nocturnal melatonin", Neuroscience Letters 406(3), 293-297, 2006 (collectively, "Figueiro Publications"), все включенные в настоящее описание посредством ссылки. Было показано, что свет может вызывать изменения, например, в общем метаболизме и цикле сна ряда живых организмов. Характеристики света, такие как его количество, определенные спектральные составы, а также распределение по времени и продолжительность воздействия света, представляют собой важные стимулы для силы светоиндуцированных физиологических эффектов. Подобные характеристики часто называют светоиндуцированными физиологическими раздражителями. Необходимо отметить, однако, что физиологические раздражители, в целом, могут включать другие стимулы, нежели свет. Определенные физиологические эффекты, которые имеют отношение или указывают на определенные биохимические циклы метаболизма и их эффекты в живых организмах в течение дня, например, циклы сна-бодрствования, циклы активности органов и т.п., часто специфически называют циркадными раздражителями.

Вообще циркадные ритмы представляют собой физиологические и поведенческие колебания, которые обычно синхронизированы с естественным суточным циклом света-темноты. Нарушения циркадных ритмов являются неадекватными или нежелательными циркадными ритмами. Такие нарушения обычно относятся к внезапным и/или критическим изменениям во взаимосвязи между воздействием на организм окружающего света и его активностью. Полагают, что нарушение ритмов в более долгосрочной перспективе имеет значительные неблагоприятные последствия для здоровья на периферические органы помимо головного мозга, особенно в развитии или обострении сердечнососудистого заболевания. Распределение по времени медицинского лечения в согласовании с биологическими часами могут значительно повысить эффективность и понизить лекарственную токсичность или отрицательные реакции. Например, соответствующим образом сихнронизированное лечение ингибиторами ангиотензин-превращающего фермента (ACEi) может понизить ночное артериальное давление, а также благоприятствовать левожелудочковому (обратному) ремоделированию.

Известно, что нарушения циркадных ритмов связаны с изменением географического положения (расстройство биоритмов в связи с перелетом через несколько часовых поясов) и ночной активности (рабочие ночных смен). Еще одним общим типом нарушения циркадных ритмов является сезонное аффективное расстройство (SAD), которое характеризуется такими симптомами, как депрессия во время зимних периодов, когда продолжительность дневного света уменьшается. Давно было известно, что на циркадные ритмы у людей и других млекопитающих оказывает влияние воздействие света на сетчатку.

Соответственно, были разработаны различные методики для лечения нарушений циркадных ритмов посредством воздействия света на глаза или ткани субъекта. Многие из данных методик используют источники света, сконфигурированные так, чтобы генерировать искусственный свет, который точно имитирует интенсивность и спектр естественного света и другие динамические условия освещения. Например, одно общепринятое устройство включает в себя набор источников света разных цветов, управляемых компьютером. Спектральные качества света, продуцируемого источниками света, измеряются и предоставляются в компьютер, который затем настраивает источники света так, чтобы генерировать необходимые условия освещения.

Еще одно известное устройство использует множество светоизлучающих диодов (LED) на определенном расстоянии от субъекта и ориентированных в его сторону, портативный источник питания, электрически соединенный с LED, и контроллер для изменения работы LED. Устройство достаточно легкое и компактное для комфортного ношения субъектом. Одно или более таких устройств используют, чтобы подавать свет на сетчатки субъекта, на сосудистую ткань субъекта или одновременно как на сетчатки, так и на сосудистую ткань. Для освещения сетчатки небольшие LED встраивают в оправы очков и располагают таким образом, чтобы направлять свет в глаза субъекта. Для освещения сосудистой ткани набор линз и LED помещают в футляр, который гарантирует безопасность коже субъекта.

Также известны источники света, сконфигурированные так, чтобы регулировать или модулировать циркадные ритмы человека и другие фотозависимые механизмы организма. Данные источники света могут генерировать свет, например, со спектральными составляющими, имеющими длины волн, распределенные по всему видимому спектру таким образом, чтобы восприниматься человеческим глазом, представляя собой, по существу, белый свет. Энергия света, излучаемого источником в пределах аномального диапазона волн вокруг длины волны, равной 460 нм, может значительно отличаться от энергии, излучаемой в любом другом диапазоне волн равной ширины, чтобы усилить или подавить модуляцию циркадных ритмов человека.

В целом известно, как управлять внимательностью субъектов-людей, подвергая их воздействию подходящего светового излучения, не оказывая, по существу, воздействия на фазу мелатонинового цикла. Мелатонин представляет собой гормон сна, который может быть использован, чтобы управлять внимательностью субъекта-человека. Подходящее световое излучение точно определено фракцией выхода подавляющего мелатонин излучения (Мелатонин Ватт/Ватт) и светового выхода (люмен/Ватт), причем фракция выхода и световой выход регулируют так, чтобы добиться необходимого воздействия на фазу указанного цикла. Например, одна общепринятая методика содержит отличительный признак в виде просмотрового экрана, соединенного с цветоограничивающим устройством. Программируемый контроллер изменяет сигналы между электронным устройством и просмотровым экраном, чтобы уменьшать или устранять на экране сигнал для определенного цвета в определенные моменты времени. Устранение или уменьшение синего цвета на экране делает возможным нормальное продуцирование мелатонина перед нормальными периодами сна, чтобы обеспечить возможность нормальных циклов сна.

Также известно, как регулировать циркадный ритм субъекта в пространстве посредством создания на постоянной основе изменяющегося уровня интенсивности света от источника света. Управление световым выходом от источника, предоставляемого субъекту в пространстве, происходит в ответ на сигнал управления, который изменяется способом, соответствующим высоте солнца и луны предварительно определенного географического местоположения и прошествию времени в течение выбранного промежутка времени суток в предварительно определенном географическом местоположении.

Многие из данных подходов, однако, фокусируются исключительно на индуцировании необходимого физиологического эффекта и, вследствие этого, слабо подходят для освещения. Например, Публикации Figueiro признают, что видимое коротковолновое излучение (т.е. "синий" свет) является главной причиной синхронизирования циркадных ритмов организма, и предлагают использование синего света, чтобы вызывать данный благотворный эффект. К сожалению, количество коротковолнового излучения, испускаемого обычными источниками белого света, является достаточно низким. Следовательно, синий свет сам по себе гораздо более эффективен в синхронизировании циркадных ритмов организма, чем белый свет, как показано в Таблице 1. Использование синего света, однако, имеет следствием освещение, которое не подходит для более наглядных задач.

Таблица 1
Фотопические и физиологические свойства обычного источника света (Публикации Figueiro) Источник света Фотопические люмены/Ватт Циркадные раздражители/Ватт Теплый белый флуоресцентный 100 74 Дневного света флуоресцентный (7500 К) 100 157 Лампа накаливания 12 12 Дневного света (6500 К) 70 133 Синий LED 15 418

Более того, общепринятые системы и способы не могут предоставить физиологический раздражитель в пределах необходимого диапазона, поддерживая, в то же время, также определенный световой раздражитель в пределах диапазона, который можно использовать в ряде вариантов применения само или пространственного освещения. Вследствие этого, существует необходимость в новом способе и системе для предоставления освещения и светоиндуцированного физиологического раздражителя, который разрешает вопросы, связанные с недостатками общепринятых подходов.

Заявитель в данной работе признал и принял во внимание, что было бы предпочтительно обеспечить источник белого света, спектральное распределение энергии которого может быть модифицировано таким образом, чтобы увеличивать или уменьшать при необходимости его циркадный раздражитель на ватт электричества. Затем источник света должен быть регулируем таким образом, чтобы предоставлять энергоэкономичное пространство и/или самоосвещение в нормальном режиме, а, когда необходимо, быть в состоянии стимулировать необходимый светоиндуцированный физиологический эффект, например, предоставляя максимальное количество синего света, чтобы синхронизировать циркадные ритмы субъекта-человека.

Соответственно, одна цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ и систему для предоставления светового и физиологического раздражителя. В соответствии с аспектом изобретения, предоставлена система для излучения света, причем свет предоставляет необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель, причем система включает в себя: один или более первых светоизлучающих элементов, сконфигурированных таким образом, чтобы излучать свет первого диапазона длин волн, причем один или более первых светоизлучающих элементов реагируют на один или более первых сигналов управления; один или более вторых светоизлучающих элементов, сконфигурированных таким образом, чтобы излучать свет второго диапазона длин волн, причем один или более вторых светоизлучающих элементов реагируют на один или более вторых сигналов управления; и систему управления, функционально связанную с одним или более первыми светоизлучающими элементами и одним или более вторыми светоизлучающими элементами, причем система управления сконфигурирована таким образом, чтобы генерировать один или более первых сигналов управления и один или более вторых сигналов управления, на основании необходимого светоиндуцированного физиологического раздражителя, необходимого светового раздражителя, первого диапазона длин волн и второго диапазона длин волн. Варьирование физиологического раздражителя может включать изменение излучения света, имеющего частоты между приблизительно 420 нм и приблизительно 500 нм. В различных вариантах осуществления необходимые световые и физиологические раздражители не превышают предварительно определенные пределы или находятся в пределах предварительно определенного значения диапазона.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предоставлен способ управления светом, чтобы предоставлять необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель, причем способ включает в себя этапы, на которых: генерируют свет, имеющий первый диапазон длин волн с первой интенсивностью; генерируют свет, имеющий второй диапазон длин волн со второй интенсивностью; регулируют первую интенсивность и вторую интенсивность, чтобы генерировать смешанный свет, имеющий необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель.

На чертежах одинаковые номера позиций в целом ссылаются на одни и те же части на всех различных изображениях. Также нет необходимости представлять чертежи в определенном масштабе, вместо этого в целом упор сделан на иллюстрирование принципов изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует основные принципы функционирования колбочек по Штокману для цветового зрения.

Фиг.2 иллюстрирует графики типичных противоположных процессов для красно-зеленой и сине-желтой хроматической валентности, а также ахроматической чувствительности для стандартного наблюдателя-человека.

Фиг.3 иллюстрирует спектрально разделенный физиологический раздражитель по сравнению с кривой ахроматической фотопической эффективности V_λ человеческого глаза.

Фиг.4 иллюстрирует блок-схему архитектур системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.5 иллюстрирует общепринятые характерные фотопический и скотопический среднестатистические ахроматические ответы человеческого глаза как функцию длины волны.

Фиг.6 иллюстрирует участок диаграммы цветности CIE, показывающей комбинации различных комплектов светоизлучающих элементов, чтобы получить необходимую цветность.

Фиг.7 иллюстрирует систему для предоставления светового и физиологического раздражителя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Если не определено иное, все технические и научные термины, использованные в настоящем описании, имеют то же самое значение, которое обычно понятно каждому рядовому специалисту в данной области техники, к которой относится данное изобретение. Конкретно термин "светоизлучающий элемент" (LEE) использован, чтобы определить устройство, которое испускает излучение в области или сочетании областей спектра электромагнитных волн, например, видимой области, инфракрасной и/или ультрафиолетовой области, при приведении в действие, например, посредством приложения разницы потенциалов между его концами или пропуская через него ток. Вследствие этого светоизлучающий элемент может иметь монохроматические, квазимонохроматические, полихроматические или широкополосные спектральные эмиссионные характеристики. Примеры светоизлучающих элементов включают полупроводниковый прибор, органические или полимер/полимерные LED, светоизлучающие диоды с оптической накачкой с люминофорным покрытием, нанокристаллические светоизлучающие диоды с оптической накачкой или другие аналогичные устройства, как было бы нетрудно понять работнику, специализирующемуся в данной области техники. Кроме того, термин «светоизлучающий элемент» использован, чтобы определить конкретное устройство, которое испускает излучение, например головку, кристалл LED или другое подобное устройство, как будет нетрудно понять лицу компетентному в данной области техники, а может равным образом быть использован, чтобы определить состав конкретного устройства, которое испускает излучение, вместе с выделенной или общей основой, средством приведения в действие и/или оптического выхода конкретного устройства (устройств), или корпусом или коробом, внутри которого помещают конкретное устройство или устройства.

Термин "световой раздражитель" использован в настоящем описании для ссылки на один или более аспектов освещения, которое зрительно воспринимает наблюдатель-человек. Например, цвет, яркость, степень освещенности, интенсивность, световой поток, цветность, коррелированная цветовая температура (CCT) и т.п. могут рассматриваться световыми раздражителями, как должно быть понятно работникам, специализирующимся в данной области техники. Хотя свет может зрительно стимулировать разных наблюдателей различными способами, в установившейся практике используют стандартизированную систему показателей для оценки различных световых раздражителей. В данной области техники известен и стандартизирован для различных четко определенных условий наблюдения ряд световых раздражителей или их индикаторов, например, световая эффективность, степень освещенности, световой поток, интенсивность, коррелированная цветовая температура ("CCT"), индексы цветопередачи ("CRI") и цветность в фотопических, скотопических или мезопических условиях. Например, CCT обычно определяют как температуру излучателя Планка, чей воспринимаемый цвет имеет наиболее точное сходство с цветом заданного раздражителя при той же яркости и в конкретных условиях наблюдения.

Термин "светоиндуцированный физиологический раздражитель" или "физиологический раздражитель" использован в настоящем описании для ссылки на характеристику света, такую как количество, определенные спектральные составы, а также период и продолжительность воздействия, что может являться важным фактором для силы светоиндуцированных физиологических эффектов. Необходимо отметить, однако, что физиологические раздражители, в целом, могут включать в себя другие, отличные от света факторы. Конкретные физиологические эффекты, которые имеют отношение или указывают на определенные биохимические циклы метаболизма и их эффекты в живых организмах в течение дня, например, метаболизация мелатонина, циклы сна-бодрствования, циклы активности органов и т.п. часто специфически называют циркадными раздражителями.

В различных вариантах своего осуществления и исполнения изобретение относится к способам и системам для излучения света, предоставляющего необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель. Светом можно управлять, чтобы изменять физиологический раздражитель в пределах предварительного определенного первого диапазона, в то же время удерживая световой раздражитель в пределах предварительного определенного второго диапазона, что можно использовать в ряде областей применения само или пространственного освещения. Например, в некоторых вариантах осуществления предоставлен контроллер для управления токами возбуждения, подаваемыми к множеству светоизлучающих элементов, имеющих различные спектральные характеристики, при этом сочетанием токов управляют таким образом, чтобы излучаемый смешанный свет находился во взаимно однозначном соответствии с необходимыми физиологическими и световыми раздражителями.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения система для излучения света, которая предоставляет светоиндуцированный физиологический раздражитель и световой раздражитель, включает в себя один или более первых светоизлучающих элементов, один или более вторых светоизлучающих элементов и систему управления. Один или более первых светоизлучающих элементов сконфигурированы таким образом, чтобы излучать свет первого диапазона длин волн и реагируют на один или более первых сигналов управления. В дополнение, один или более вторых светоизлучающих элементов сконфигурированы таким образом, чтобы излучать свет второго диапазона длин волн и реагируют на один или более вторых сигналов управления. Система управления функционально связана с одним или более первыми светоизлучающими элементами и одним или более вторыми светоизлучающими элементами и сконфигурирована таким образом, чтобы генерировать как первые, так и вторые сигналы управления. Для генерирования этих сигналов управления система управления сконфигурирована таким образом, чтобы использовать информацию, отображающую необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель, вместе с информацией, указывающей на первый диапазон длин волн и второй диапазон длин волн. Сигналы управления, вычисляемые системой управления, могут быть использованы для управления первыми светоизлучающими элементами и вторыми светоизлучающими элементами с тем, чтобы мог быть сгенерирован свет, имеющий необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель в пределах первого диапазона и необходимый световой раздражитель в пределах второго диапазона.

Обычно люди могут воспринимать смешанный свет от многоцветных источников света, демонстрирующих различные спектральные распределения энергии (SPD) как "белый" свет потому, что цветовые датчики или колбочки в нашей сетчатке чувствительны в пределах довольно широких и перекрывающихся областей видимого спектра. Например, график "Основных принципов функционирования колбочек по Штокману", проиллюстрированный на фиг.1, показывает спектральную чувствительность различных типов рецепторов колбочек глаза. То, что воспринимается как белый, по существу свет, может представлять собой крайне изменчивый спектральный состав. Например, определенные непрерывные широкополосные спектры, такие как спектр дневного света или даже спектры с отчетливыми спектральными пиками, такими как свет, излучаемый рядом узкополосных источников хроматического света, таких как красный, зеленый и синий LEE, могут восприниматься, как белый свет.

Светоиндуцированные физиологические раздражители могут коррелировать с количествами излучения, испускаемого в специфических синей и зеленой областях видимой части спектра электромагнитных волн, и часто являются независимыми от количества излучения в других спектральных областях. Как должны ясно понимать специалисты в данной области техники, человек и некоторые другие виды могут воспринимать цвет в значительной степени вследствие определенных возможностей чувствительности зрительной системы к разницам в силах излучения при определенных различных длинах волн. Данная чувствительность зрительной системы, как правило, упоминается под названием цветовой антагонизм и обсуждается Hurvich et al. в "An opponent-process theory of colour vision," Psychological Review 64: 384-404, 1957, включенной в настоящее описание посредством ссылки. Фиг.2 иллюстрирует графики типичных противоположных процессов для красно-зеленой и сине-желтой хроматической валентности, а также ахроматической чувствительности для стандартного наблюдателя-человека.

Необходимо отметить, что известен ряд физиологических эффектов, являющихся чувствительными к определенным циркадным раздражителям, и что различные раздражители могут вызывать различные физиологические эффекты. Физиологические эффекты могут включать различные уровни метаболизирования определенных видов гормонов, включая гормоны, которые могут воздействовать на сон или управлять им, клеточный метаболизм, иммунные реакции и т.п. На фиг.3 показана иллюстративная кривая эффективности физиологического раздражителя, которая в целом иллюстрирует чувствительность метаболизации мелатонина как функцию длины волны, как обсуждалось Rea в "A Second Kind of Light", Opto Photonic News, October 2006, pp. 35-39, включенном в настоящее описание посредством ссылки. Данная кривая достигает максимума при приблизительно 440 нм (синий) и имеет локальный минимум при приблизительно 570 нм.

Наблюдалось, что два SPD могут демонстрировать, по существу, аналогичные световые эффекты, но могут вызывать очень разные физиологические эффекты. Например, различные виды белого света могут демонстрировать одинаковую интенсивность и коррелированную цветовую температуру (CCT), действуя, в то же время, по существу, различно в качестве физиологических раздражителей. Например, в варианте осуществления изобретения осветительное устройство, основанное на RGB LEE, имеет два синих LEE с пиковыми длинами волн при приблизительно 440 нм и приблизительно 480 нм, соответственно. Каждый в отдельности, а также оба синих LEE могут быть использованы для того, чтобы генерировать белый свет широкого диапазона CCT, при использовании в сочетании с красным и зеленым LEE. Несмотря на то, что воспринимаемая фотометрическая интенсивность синего LEE с пиковой длиной волны 480 нм, однако, в шесть раз больше, чем воспринимаемая фотометрическая интенсивность синего LEE с пиковой длиной волны 440 нм, циркадный раздражитель, показанный на фиг.3, синего света при 480 нм составляет приблизительно 60% циркадного раздражителя синего света при 440 нм. В зависимости от соотношения синего света, равного 440 нм и 480 нм, благодаря системе источников света, основанной на многоцветных LEE, соответствующим циркадным раздражителем можно управлять более чем приблизительно на один порядок величины, обычно без какого-либо ощутимого изменения для световых раздражителей, таких как воспринимаемая интенсивность, световой поток или CCT, посредством изменения относительных интенсивностей синих LEE с пиковой длиной волны 440 нм и 480 нм. Необходимо отметить, что такой же принцип используют при сочетании таких синих LEE с LEE других цветов, таких как теплые белый, синий и зеленый.

В целом, смена света определенного первого спектра на свет определенного второго спектра может воздействовать на физиологические раздражители в большей степени, чем он воздействует, если воздействует на необходимый световой раздражитель. Например, в одном варианте осуществления настоящее изобретение может быть использовано для того, чтобы соответствующим образом поддерживать высококачественный белый свет, находящийся во взаимно однозначном соответствии с предварительно определенным световым раздражителем, например, предварительно определенной интенсивностью, CCT, CRI или цветностью, в то время как оно может также оказывать влияние на значительный физиологический эффект посредством варьирования соответствующего физиологического раздражителя.

Фиг.4 иллюстрирует архитектуру осветительной системы 100, основанной на LEE, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Осветительная система включает LEE 130 различных цветов в количестве N, контроллер 110 и оптическую систему 120. Во многих вариантах осуществления источник света включает в себя LEE 130, по меньшей мере, двух различных цветов. Любой из LEE 130 может излучать, например, красный, зеленый, синий, янтарный, пурпурный, желтый, голубой, белый свет или другой цветной свет или сочетание цветов. Оптическая система 120 сконструирована таким образом, чтобы эффективно улавливать и смешивать свет, излучаемый многоцветными LEE. Система 100 может включать в себя оптическую сенсорную систему 140 для оценки спектрального состава смешанного света. Необязательная оптическая сенсорная система 140 может быть функционально связана с соответствующим образом сконфигурированным контроллером, а комбинированное устройство использовано для управления светоизлучающими элементами способом оптической обратной связи. Осветительная система может также включать в себя пользовательский интерфейс 150 для предоставления определенных параметров, вводимых пользователем в процессе работы. Осветительная система 100 может быть использована для различных областей применения пространственного и/или само освещения общего назначения, таких как в фиксирующих приспособлениях/осветительных устройствах или в устройствах отображения, таких как экраны, панели, мониторы или проекторы.

Настоящее изобретение также фокусируется на способе управления осветительной системой, основанной на LEE, таким образом, чтобы она могла генерировать свет, имеющий как необходимые световые, так и физиологические раздражители, и/или таким образом, чтобы необходимые световые и физиологические раздражители не превышали предварительно определенных пределов или попадали в пределы предварительно определенного значения диапазона. Свет, генерируемый источником света, основанным на LEE, может предоставлять как световые, так и физиологические раздражители либо одновременно, либо поочередно. В последнем случае, например, источник света может предоставлять необходимые первые световые и физиологические раздражители в один момент времени, предоставляя, в то же время, либо световой, либо физиологический раздражитель в другой момент времени. Другими словами, источник света может быть сконфигурирован таким образом, чтобы предоставлять только необходимый физиологический раздражитель, который в целом не подходит для освещения и не предоставляет необходимый световой раздражитель, как определено выше. Источник света может также быть сконфигурирован таким образом, чтобы предоставлять изменяющиеся уровни или изменяющиеся типы световых и/или физиологических раздражителей. В некоторых вариантах осуществления изобретения данная изменчивость неощутима для наблюдателя.

Несмотря на то, что существуют некоторые показатели для воспроизводимого количественного выражения физиологических/циркадных раздражителей, в данной области техники разрабатываются усовершенствованные показатели для количественного выражения циркадных раздражителей. В настоящем изобретении могут быть использованы различные показатели через, например, реконфигурацию контроллера или выбор соответствующих LEE, как будет нетрудно понять работникам, специализирующимся в данной области техники. В данной области техники известен и стандартизирован для различных четко определенных условий наблюдения ряд световых раздражителей, например, степень освещенности, световой поток, интенсивность, CCT, CRI и цветность при любых условиях из фотопических, скотопических или мезопических. Световая эффективность, соотношение светового потока к потоку излучения также представляет собой аналогичным образом известный, стандартизированый и потенциально применимый индикатор световых раздражителей.

В одном варианте осуществления свет, излучаемый LEE, может взаимодействовать с составляющими осветительной системы. Он может преломляться и поглощаться в различных соотношениях, как определено соответствующими индексами преломления и поглощения при различных длинах волн. Оптическая система может быть сконструирована таким образом, чтобы использовать такие эффекты для соответствующего смешивания света от различных LEE в соответствующий однородный пучок излучения, который подходит для желательного применения освещения. Свет, предоставляемый оптической системой, представляя собой приблизительно сумму или наложение света, предоставляемого каждым LEE, может демонстрировать практически требующиеся, по возможности нежелательные признаки спектрального состава излучаемого света, благодаря поглощению, преломлению, дифракции, хроматической аберации и т.п. внутри системы источников света. В одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы компенсировать нежелательные спектральные признаки для того, чтобы поддерживать необходимые световые и физиологические раздражители в излучаемом свете безотносительно от того, используется ли для управления светом открытая или замкнутая оптическая петля. Например, контроллер может компенсировать относительно более высокие количества поглощения коротковолнового света системой источников света посредством увеличения интенсивности света, излучаемого теми LEE, которые непосредственно излучают или вызывают генерирование этого коротковолнового света.

Кроме LEE различных цветов в системе источников света могут быть использованы различные типы LEE. Например, система источников света может использовать LEE теплого белого света широкого спектра, т.е. низкой CCT, в сочетании с синими и зелеными LEE узкого спектра. В качестве дополнительного примера источник света может использовать только красные, зеленые и синие LEE. Соответствующим образом управляемые LEE разного цвета могут быть использованы, чтобы, в соответствии с необходимостью, изменять физиологические и световые раздражители, например, интенсивность, CCT или цветность смешанного света.

Светоизлучающие элементы могут быть быстро включены и выключены. Для широкого разнообразия областей применения освещения переходные процессы между рабочей и нерабочей частями цикла могут считаться практически мгновенными. Как известно, вследствие этого LEE можно эффективно управлять посредством ряда различных способов. Например, воспринимаемой яркостью света, излучаемого LEE, можно управлять посредством быстрого пульсирования тока возбуждения между включенным и выключенным состояниями LEE. Типичные примеры управления пульсирующим током возбуждения включают широтно-импульсную модуляцию (PWM) и импульсно-кодовую модуляцию (PCM). Соответствующая PWM может быть использована для точного управления яркостью в большом динамическом диапазоне. Обычно в способах PWM и PCM используют последовательности токов возбуждения либо с фиксированной частотой, либо длительностью импульса, и переключают токи возбуждения между нулем (выключено) и фиксированным конечным (включено) значением, в то же время изменяя либо рабочий цикл, либо плотность импульсной последовательности. Существует большое количество вариантов способов PWM и PCM, в которых можно изменять амплитуды или частоты токов возбуждения, или в которых может быть использован конечный, не равный нулю ток выключения. Как известно, мерцание света от достаточно быстро пульсирующих LEE обычно незначительно. Соответствующая нижняя граничная частота, также называемая критической частотой слияния мельканий, зависит от определенных состояний наблюдателя и может изменяться у индивидуумов и разных видов. Люди обычно не могут воспринимать яркостные флуктуации выше приблизительно 100 герц. Также известно, что зрительная система человека менее восприимчива к определенным изменениям в цвете/цветности, чем к яркостным флуктуациям. LEE также можно управлять посредством изменения амплитуды непрерывного тока возбуждения. Различные варианты осуществления изобретения могут использовать эти или другие виды управления током возбуждения.

В некоторых вариантах осуществления контроллер управляет токами возбуждения LEE для N различных цветов LEE в соответствии со способом тока возбуждения. Необходимо отметить, что на цвет может быть использован более чем один LEE. Что касается света, излучаемого каждым LEE, в одном варианте осуществления контроллер может представлять собой либо контроллер с прямой связью (разомкнутая оптическая петля), либо контроллер с обратной связью (замкнутая оптическая петля). Контроллер с оптической обратной связью обычно требует соответствующую оптическую сенсорную систему, чтобы была возможность для оценки, по меньшей мере, в известной степени спектрального состава излучаемого света. Более того, в одном варианте осуществления система источников света может включать в себя один или более температурных датчиков или датчиков прямого напряжения, чтобы предоставлять информацию, указывающую на рабочую температуру LEE или другие рабочие характеристики, например, а контроллер может быть сконфигурирован в качестве температурного контроллера с обратной связью, соответственно, безотносительно от того, применена ли разомкнутая или замкнутая оптическая петля. Прямое напряжение многих типов LEE может быть использовано для того, чтобы соответствующим образом точно оценивать температуру перехода LEE. Работникам, специализирующимся в данной области техники, должен быть известен ряд других видов температурных датчиков.

В одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован в соответствии с достаточно точной моделью составных элементов системы источников света, основанных на LEE, для того, чтобы была возможность в соответствии с необходимостью и точно управлять излучаемым смешанным светом, по меньшей мере, частично, способом разомкнутой оптической петли. Модель может включать параметры, такие как номинальная цветовая и спектральная ширина полосы частот каждого LEE, температурный дрейф и расширение спектра каждого LEE, температура переходов для каждого LEE и функции отклика светового потока каждого LEE на ток возбуждения и т.п. В вариантах осуществления с необязательным оптическим датчиком контроллер может быть необязательно сконфигурирован в соответствии с динамическими характеристиками, свойственными току возбуждения против функций отклика светового потока, чтобы оценивать динамическое управление током возбуждения со сниженными нежелательными побочными эффектами и в связи с этим осуществлять более быстрое и стабильное управление с обратной связью.

Контроллер может включать в себя ряд составных элементов, включая микропроцессоры, микроконтроллеры, ЦПУ, программируемые логические устройства, драйверы, источники постоянного тока, стабилизаторы напряжения и т.п. для того, чтобы обеспечивать соответствующий пульсирующий или непрерывный токи возбуждения для LEE. Контроллер также сконфигурирован таким образом, чтобы определять токи возбуждения на основании необходимых световых и циркадных или физиологических раздражителей, и его можно было предоставлять и переключать между различными способами действия, чтобы обеспечивать необходимые раздражители.

В одном варианте осуществления контроллер может быть функционально связан с запоминающим устройством. Например, запоминающее устройство может быть встроено в контроллер или это может быть запоминающее устройство, присоединенное к контроллеру посредством подходящего канала связи. В дополнительном варианте осуществления контроллер может сохранять требуемое напряжение и/или текущие величины предварительно определенных напряжений возбуждения и/или токов в запоминающем устройстве для последующего применения в процессе работы устройства. Запоминающее устройство может быть сконфигурировано в виде электронно-стираемой программируемой постоянной памяти (EEPROM), электронно-программируемой постоянной памяти (EPROM), энергонезависимого оперативного запоминающего устройства (NVRAM), постоянной памяти (ROM), программируемой постоянной памяти (PROM), флэш-памяти или любой другой энергонезависимой памяти для сохранения данных. Память может быть использована, чтобы сохранять данные и команды управления, например, программный код, программное обеспечение, микрокод или встроенную программу для текущего контроля или управления одним или более устройствами, которые присоединены к контроллеру, и которые могут быть предоставлены для выполнения или обработки ЦПУ, связанным с контроллером.

В вариантах осуществления настоящего изобретения контроллер может быть соответствующим образом сконфигурирован, чтобы определять токи возбуждения для каждого цвета LEE таким образом, чтобы смешанный свет предоставлял необходимые световые и физиологические раздражители, например циркадные раздражители, способом, как описано выше. Например, контроллер может включать в себя модуль управления раздражителем, сконфигурированный, чтобы определять, на основании, например, ввода пользователя или других команд, необходим ли физиологический раздражитель, а, если необходим, то необходимое количество и тип раздражителя, подлежащего индуцированию осветительной системой. Модуль управления раздражителем может дополнительно быть сконфигурирован таким образом, чтобы определять количества света от каждого типа, чтобы предоставлять физиологический раздражитель, удерживая в то же время один или более световых раздражителей в необходимом диапазоне, и чтобы оказывать влияние на токи возбуждения светоизлучающих элементов соответствующим образом.

Например, если модуль управления раздражителем определяет, что, по существу, физиологический раздражитель не требуется, контроллер может задействовать светоизлучающие элементы для предоставления освещения, имеющего необходимые световые раздражители, не придавая особого значения предоставлению физиологических раздражителей. Необходимые световые раздражители в одном варианте осуществления можно определить на основании ввода в контроллер, например благодаря вводу пользователя. Если модуль управления раздражителем определяет, что необходим конкретный физиологический раздражитель, контроллер может вызывать выбранное сочетание светоизлучающих элементов, которые предстоит задействовать, используя выбранные токи, чтобы предоставлять необходимый раздражитель. Светоизлучающие элементы и токи возбуждения могут быть выбраны модулем управления раздражителем во взаимодействии с контроллером таким образом, чтобы физиологический раздражитель и один или более необходимых световых раздражителей попадали в пределы предварительно определенного необходимого диапазона, если возможно. Если необходимый физиологический раздражитель и необходимые световые раздражители не могут быть предоставлены по причине ограничений осветительной системы, таких как диапазон света, излучаемого светоизлучающими элементами, то модуль управления раздражителем может регулировать один или более необходимых физиологических раздражителей и необходимых световых раздражителей предварительно определенным образом до тех пор, пока не будет найдено возможное освещение в пределах доступных диапазонов как для световых раздражителей, так и для физиологических раздражителей. Например, для того, чтобы сохранить освещение на необходимом уровне, может быть индуцирован уровень физиологических раздражителей, более низкий, чем необходимо.

В одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы посылать ток с необходимыми формами кривой непосредственно в светоизлучающие элементы, функционально связанные с ним, используя формирователи тока, встроенные в контроллер.

В еще одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы передавать сигналы управления в формирователи тока, причем сигналы управления сконфигурированы таким образом, чтобы заставлять формирователи тока передавать ток с необходимыми формами кривой в светоизлучающие элементы, функционально связанные с ним.

Физиологический раздражитель, предоставляемый светом заданного спектра, может быть вычислен точно также, как интенсивность или цветность, соответствующим образом трансформируя спектр света, излучаемого источником света, на основании модели физиологического раздражителя. На фиг.3 проиллюстрирована спектрально разделенная чувствительность примера физиологического раздражителя. Фиг.5 иллюстрирует общепринятые характерные фотопические и скотопические среднестатистические ответы человеческого глаза как функцию длины волны. Характеристики этих ответов могут быть использованы для определения световой эффективности света посредством взвешивания интересующего спектрального распределения света с соответствующим физиологическим, фотопическим, мезопическим или скотопическим ответом, и оценки средневзвешенных значений либо, например, интегрируя, или, аппроксимативно, складывая взвешенные значения на дискретных интервалах, либо другим способом, который должны ясно понимать специалисты в данной области техники.

Изобретение в целом использует преимущество одной или более эмпирических моделей физиологического раздражителя определенных физиологических эффектов, используя в каждой определенную спектральную функцию физиологического раздражителя. В одном варианте осуществления данные функции могут быть использованы для оценки ожидаемого физиологического эффекта посредством оценки средневзвешенной величины или другой функции спектрального распределения света, о котором идет речь. Необходимо отметить, что определение физиологического раздражителя может потребовать информацию о силе излучения в видимой, а также определенных ближних к видимой частях спектра смешанного света. Также необходимо отметить, что сила излучения в некоторых областях длины волн ближних к видимой может иметь небольшой или не иметь эффекта на световые раздражители, такие как интенсивность или цветность. Также необходимо отметить, что может быть необходимо сочетать мгновенный физиологический раздражитель с другой информацией, такой как периодичность, продолжительность и сила, чтобы была возможность точно определить величину потенциальных физиологических эффектов.

Спектральное распределение света, такое как спектральное распределение мощности излучения, может быть преобразовано, чтобы обеспечить измерение физиологического или светового раздражителя несколькими способами. Например, скалярная величина, отображающая раздражитель, такой как метаболизация мелатонина или световой поток, может быть математически выведена из спектрального распределения мощности излучения через интегрирование с взвешиванием, сложение с взвешиванием или другие операции, как должно быть понятно работникам, специализирующимся в данной области техники. В качестве еще одного примера векторнозначные функции, отображающие координаты стандартной системы цветовых измерений или координаты цветности, могут быть выведены таким же образом посредством соответствующей операции.

В одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован с моделью осветительной системы, а также соответствующими моделями для световых и физиологических раздражителей для каждого одного или более предварительно определенных рабочих режимов системы. Контроллер может осуществлять текущий контроль рабочих условий системы, например, температуру, изменение свойств устройства в результате старения, количество рассеянного света, и использовать их в виде параметров в данных моделях для оценки соответствующих токов возбуждения LEE, чтобы генерировать свет с необходимыми световыми и физиологическими раздражителями. Необходимые раздражители могут быть предварительно определены или, необязательно, предоставлены в реальном времени в процессе работы посредством пользовательского интерфейса.

Взаимосвязь между раздражителями, рабочими параметрами и токами возбуждения может демонстрировать существенно нелинейные характеристики, но может быть разделена приблизительными и удовлетворительными на практике путями с использованием ряда различных способов. Например, контроллер может использовать стандартные аналитические и неаналитические устройства для решения уравнений, модели нейронной сети с нечеткой логикой и т.п., а также устройства с ограничениями и без ограничений для решения системы уравнений, описывающей нелинейные характеристики отношений между раздражителями, параметрами и токами возбуждения.

Как упомянуто выше, источник света может в целом предоставить необходимые первые световые и физиологические раздражители в один момент времени, наряду с тем предоставляя либо световой, либо физиологический раздражитель в другой момент времени. Другими словами, источник света может быть сконфигурирован таким образом, чтобы предоставлять только необходимый физиологический раздражитель, который в целом не подходит для освещения, и не предоставлять необходимый световой раздражитель, как определено выше. Источник света может также быть сконфигурирован таким образом, чтобы предоставлять изменяющиеся уровни или изменяющиеся типы световых и/или физиологических раздражителей.

В одном варианте осуществления необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель может предоставляться непрерывно в одно и то же время наряду с необходимым световым раздражителем, таким как световой поток, интенсивность, цвет, цветность, CRI и/или CCT. В еще одном варианте осуществления контроллер сконфигурирован так, чтобы управлять LEE таким образом, чтобы спектральный состав регулировался дополнительными вспышками света соответствующего спектрального состава, чтобы улучшить физиологический раздражитель, в то же время минимально затрагивая необходимый усредненный по времени световой раздражитель. Переключение может быть выполнено различными способами посредством соответствующего подбора продолжительности и частоты вспышек. Необходимо отметить, что, в зависимости от яркости света, зрительная система человека в целом менее восприимчива к изменениям в цвете или цветности, чем она восприимчива к изменениям яркости. В одном варианте осуществления, вследствие этого, световые раздражители, указывающие на яркость, изменяются в пределах меньшего диапазона, чем световые раздражители, указывающие на цвет или цветность, в связи с этим обеспечивая более низкое ощутимое варьирование в освещении.

В одном варианте осуществления контроллер сконфигурирован таким образом, чтобы получать необходимый физиологический раздражитель, удерживая, в то же время, необходимый световой раздражитель на предварительно определенном уровне или в пределах предварительно определенного диапазона около предварительно определенного уровня. Если это невозможно, различные варианты осуществления контроллера могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы срабатывать по-разному. Например, контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы переопределять некоторые ограничения для необходимого светового раздражителя для того, чтобы получить необходимый физиологический раздражитель, или, альтернативно, он может подавлять физиологические раздражители, которые не могут быть получены без переопределения ограничений светового раздражителя. Возможны другие ответы, как будет нетрудно понять специалистам в данной области техники, например, переопределение ограничений другого раздражителя посредством другой величины на основании предварительно определенного приоритета или взвешивания приоритетов для того, чтобы определить возможное освещение с доступными уровнями каждого раздражителя.

Также необходимо отметить, что только свет определенной интенсивности в пределах конкретного спектрального диапазона может эффективно содействовать определенному физиологическому раздражителю. В одном варианте осуществления полоса частот спектральной чувствительности или взвешенные характеристики физиологического раздражителя могут быть важны при определении доминирующих длин волн и полос частот LEE, подлежащих использованию в осветительной системе.

В одном варианте осуществления дрейф доминантной длины волны LEE и расширение полосы частот LEE при изменении рабочих условий может потребовать использования групп определенных хроматических LEE с аналогичными, но отличающимися номинальными доминантными длинами волн для того, чтобы расширить спектр света, излучаемого группой. Данная конфигурация может обеспечить, что изменения интенсивности в спектре света, излучаемого всей группой, могут, тем не менее, вызывать значительные изменения в физиологическом раздражителе, даже если спектр одного или более LEE группы более не перекрывается соответствующей спектральной функцией физиологического ответа. Например, достаточно большие количества соответствующим образом отсортированных хроматических LEE могут предоставлять соответствующую номинальную доминирующую длину волны, распространяющуюся необходимо широко по спектру.

Примеры 1, 2 и 3 подробно излагают пример конфигураций LEE, которые могут быть встроены в осветительную систему в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Осветительная система должна включать необходимые составляющие элементы, программное обеспечение, аппаратные средства, встроенную программу и т.п. для того, чтобы соответствующим образом управлять данным примером конфигураций LEE.

Одна иллюстративная система источников света, основанная на LEE, использует красные, зеленые и синие LEE, которые могут излучать свет, который предоставляет более высокий физиологический раздражитель, чем широкополосной источник белого света, излучающий свет, по существу, того же фотопического светового потока. Например, фотопический световой поток источника света может быть выражен посредством взвешивания потока излучения источника света на каждой видимой длине волны посредством световой эффективности (как проиллюстрировано на фиг.3 и 5) на такой длине волны, и суммируя или интегрируя результаты по предварительно определенному диапазону видимых длин волн.

По причине того, что световой поток определяют посредством суммирования или интегрирования вкладов по диапазону длин волн, два источника света, например, источник света, основанный на LEE, содержащий красные, зеленые и синие LEE, и широкополосный источник белого света, могут иметь, по существу, одинаковый общий световой поток но, по существу, различные спектральные распределения. Подобным образом физиологический раздражитель может быть выражен взвешиванием потока излучения источника света на каждой видимой длине волны посредством функции физиологического ответа (например, метаболизации мелатонина, как проиллюстрировано на фиг.3) и суммируя или интегрируя результаты по предварительно определенному диапазону длин волн. Вследствие этого, поскольку функции влияния для светового потока или эффективности и физиологического ответа (например, метаболизации мелатонина) могут, по существу, отличаться, можно сконфигурировать различные спектральные распределения энергии двух источников света таким образом, чтобы физиологические раздражители, по существу, отличались, в то время как световой поток оставался, по существу, таким же.

Другая иллюстративная система источников света, основанных на LEE, использует синие LEE с двумя или более различными номинальными доминантными длинами волн и один или более зеленых и один или более белых LEE и сконфигурирована таким образом, чтобы физиологический раздражитель излучаемого света мог изменяться без изменения световой эффективности или цветности. Как описано выше, выбранный первый синий LEE может передавать более высокую часть своего выхода с длинами волн, вызывающими зрительный раздражитель, чем выбранный второй синий LEE, тогда как зеленые и белые LEE могут передавать сравнительно небольшую часть своего выхода при длинах волн, вызывающих зрительный раздражитель. Изменяя относительные количества света, излучаемого первыми и вторыми синими LEE, можно, таким образом, изменять количество зрительного раздражителя.

По существу, в одно и то же время количества света, излучаемого зелеными и белыми LEE, можно, соответственно, отрегулировать таким образом, чтобы сохранить, по существу, ту же самую световую эффективность или цветность. Например, чтобы поддерживать световую эффективность, если относительные количества синего света отрегулированы таким образом, чтобы световая эффективность объединенного синего света уменьшалась, то количества зеленого и белого света можно отрегулировать таким образом, чтобы передавать соответствующую прибавку световой эффективности объединенного зеленого и белого света. Увеличение и уменьшение световой эффективности может быть сконфигурировано таким образом, чтобы, по существу, взаимно погашаться, сохраняя, в связи с этим, по существу, постоянную общую световую эффективность.

В качестве еще одного примера фиг.6 иллюстрирует участок диаграммы цветности CIE, где свет от белого LEE, зеленого LEE и двух синих LEE объединен, чтобы производить результирующий свет. Цветности белого, зеленого, первого синего и второго синего LEE расположены в вершинах 610, 620, 630 и 640, соответственно. Если результирующую цветность можно точно выразить как выпуклую комбинацию цветностей отдельных LEE, то цветность в точке 650 можно получить, используя только один из синих LEE, как изложено ниже. Если использован только первый LEE, имеющий цветность 630, то (интенсивность) пропорция синего света к белому может представлять собой a/b, а пропорция объединенного синего и белого света к зеленому свету может представлять собой c/d. Если использован только второй синий LEE, имеющий цветность 640, то (интенсивность) пропорция синего света к белому может представлять собой x/y, а пропорция объединенного синего и белого света к зеленому свету может представлять собой c/z. Если использованы оба синих LEE, цветность в точке 650 можно получить подобным образом, принимая во внимание равнозначный синий LEE, имеющий цветность вдоль линейного сегмента 660, причем цветность определяют посредством выпуклой комбинации цветностей 630 и 640, взвешенных в соответствии с относительными интенсивностями двух синих LEE.

В зависимости от необходимых световых и физиологических раздражителей, осветительная система может использовать многие различные сочетания цветов LEE, как обсуждается подробно ниже.

Еще одна иллюстративная осветительная система, основанная на LEE, включает зеленые LEE с двумя или более различными номинальными доминантными длинами волн и один или более синих и один или более белых LEE и сконфигурирована таким образом, что физиологический раздражитель излучаемого света можно изменять без изменения одного или более световых раздражителей. Например, относительные интенсивности одного или более LEE можно изменять, как в Примере 2, чтобы изменять физиологический раздражитель, тогда как в компенсацию можно изменять оставшиеся LEE, чтобы сохранить световую эффективность или цветность, по существу, неизменной.

Еще одна иллюстративная осветительная система, основанная на LEE, включает красный, зеленый, синий и янтарный LEE или красный, зеленый, синий и белый LEE и сконфигурирована таким образом, что физиологический раздражитель излучаемого света можно изменять без изменения одного или более световых раздражителей. Например, относительные интенсивности одного или более LEE можно изменять, как в Примере 2, чтобы изменять физиологический раздражитель, тогда как в компенсацию можно изменять оставшиеся LEE, чтобы сохранить световую эффективность или цветность, по существу, неизменной.

Осветительная система, основанная на LEE, может также использовать зеленый, синий и теплый белый LEE и сконфигурирована таким образом, что физиологический раздражитель излучаемого света можно изменять без изменения одного или более световых раздражителей. Например, относительные интенсивности одного или более LEE можно изменять, как в Примере 2, чтобы изменить физиологический раздражитель, тогда как в компенсацию можно изменять оставшиеся LEE, чтобы сохранить световую эффективность или цветность, по существу, неизменной.

В различных вариантах осуществления изобретения световой поток можно сохранить, по существу, фиксированным, изменяя, в то же время, физиологический раздражитель, как обсуждалось в связи с Примерами 2-3. Например, фиг.3 иллюстрирует, что стимулирование метаболизации мелатонина можно увеличить, увеличивая силу излучения света между приблизительно 400 нм и приблизительно 525 нм. Однако, чтобы поддерживать, по существу, постоянный световой поток, сила излучения света между приблизительно 525 нм и 650 нм должна быть увеличена так, чтобы световой поток, например, как отображено общей интегрированной спектральной плотностью мощности, взвешенной посредством функции спектральной световой эффективности V_λ, оставался, по существу, постоянным. Другими словами, увеличение интенсивности света при более низких длинах волн может быть компенсировано соответствующим уменьшением интенсивности света при более высоких длинах волн, для того чтобы поддерживать, по существу, постоянный световой поток. Более того, необходимо отметить, что, касательно метаболизации мелатонина на фиг.3, оба действия (повышение интенсивности при более низких длинах волн и уменьшение интенсивности при более высоких длинах волн) могут увеличивать данный физиологический раздражитель, благодаря отрицательному (подавление) ответу метаболизирования мелатонина при более высоких длинах волн.

Фиг.7 иллюстрирует систему в соответствии с особым вариантом осуществления настоящего изобретения, имеющую модуль 710 управления раздражителем, направленный на управление током возбуждения для того, чтобы создать необходимый физиологический раздражитель, поддерживая, в то же время, необходимые световые раздражители. Модуль 710 управления раздражителем функционально связан с контроллером 720, причем модуль управления предоставляет токи возбуждения к N светоизлучающим элементам 730. Контроллер 720 принимает входные данные от пользовательского интерфейса 735 или другого источника информации, а также необязательной обратной связи 738 от одного или более датчиков, присоединенных к светоизлучающим элементам непосредственно или через оптическую систему (не показано). Входные данные от пользовательского интерфейса 735 и обратной связи 738 предоставляются в модуль 710 управления раздражителем в виде необходимых физиологических раздражителей 711, необходимых световых раздражителей 712 и рабочих параметров 714. Входные данные в модуль 710 управления раздражителем могут описывать переменные параметры в осветительной системе, такие как необходимые характеристики освещения и текущие возможности светоизлучающих элементов, благодаря устройству нагревания, износа, общего освещения и т.п.

Необходимые раздражители 711 и 712 и рабочие параметры 714 предоставляются в виде входных данных в процессор 716, который определяет информацию 718 возбуждения соответствующего LEE, например, для управления формой тока возбуждения, который может индуцировать один или более факторов освещения на основании необходимых раздражителей 711 и 712 и с учетом рабочих параметров 714. Например, если возможно предоставить свет в соответствии со всеми необходимыми раздражителями 711 и 712, информация 718 возбуждения LEE может иметь следствием управление формой тока возбуждения, имея следствием указанный свет, при условии, что рабочие параметры остаются соответствующими такому действию. Если, по меньшей мере, один раздражитель не возможен, процессор 716 может определить альтернативную информацию 718 возбуждения LEE, признанную доступной посредством предварительно определенного показателя. Например, процессор 716 может определять решение для информации 718 возбуждения LEE, которая имеет следствием выбранные раздражители, являющиеся, по существу, рядом с или в пределах своих необходимых рабочих областей, тогда как другие выбранные раздражители могут быть, по существу, оставлены без внимания или более отдаленными от своих необходимых рабочих областей. В качестве еще одного примера возможное решение для информации 718 возбуждения LEE, рабочие параметры 714 заданного тока, могут быть вычислены посредством присвоения одного или более значений одному или более выбранных раздражителей и расчета информации 718 возбуждения LEE, которая, по существу, минимизирует расстояние, или иначе попадает в пределы предварительно определенного возможного расстояния от значений до необходимой рабочей области для раздражителей в векторном пространстве, таким образом, чтобы решение попадало в пределы возможной области, ограниченной рабочими параметрами тока.

Например, если модуль 710 управления раздражителем определяет, благодаря, например, входным данным от пользовательского интерфейса 735, что физиологический раздражитель (такой как индуцирование метаболизации мелатонина) необходим на точно определенном уровне, где физиологический раздражитель А требует предоставления света в частотном диапазоне около приблизительно 450 нм, то модуль управления раздражителем может рассчитать информацию 718 возбуждения LEE, что имеет следствием увеличение света, излучаемого синими LEE, производящими свет в данном частотном диапазоне, причем увеличение в соответствии с точно определенным уровнем раздражителя A. Если дополнительно точно определено, что световой поток и цветность должны оставаться в пределах точно определенного предварительно диапазона, то модуль управления раздражителем может рассчитать информацию 718 возбуждения LEE, которая повышает LEE, производящие свет, в другие частотные диапазоны, чтобы компенсировать изменение в синем свете, при условии, что может быть найдено возможное компенсационное решение. Если возможное решение не может быть найдено, например если повышение LEE в другие частотные диапазоны имело бы следствием превышение рабочих ограничений LEE, то могут быть отрегулированы точно определенные предварительно рабочие условия, например уровень раздражителя или световой поток или диапазоны цветности, и найдено новое возможное решение.

Процессор 716 может включать в себя микропроцессор или микроконтроллер, или для выделенного применения модулем 710 управления раздражителем или общего с контроллером. Микропроцессор или микроконтроллер может включать в себя составляющие элементы, как должно быть понятно работникам, специализирующимся в данной области техники, включая ЦПУ, память, устройства ввода, устройства вывода, управление прерываниями, часы и т.п.

Несмотря на то, что в настоящем описании были описаны и проиллюстрированы различные варианты осуществления изобретения, рядовые специалисты в данной области техники ясно представят себе множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов, и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящем описании, и каждый из таких вариантов и/или модификаций считается находящимся в пределах объема правовых притязаний вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем описании. В более общем смысле квалифицированные специалисты в данной области техники ясно поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, приведенные в данном описании, предназначаются в качестве иллюстративных и что реальные параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или областей применения, для которого/которых используются идеи изобретения. Квалифицированные специалисты в данной области техники признают, или будут способны выяснить, используя не более чем стандартные эксперименты, многие эквиваленты для конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем описании. Вследствие этого, необходимо понять, что вышеизложенные варианты осуществления представлены исключительно для примера и что, в пределах объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения и эквивалентов к ней, варианты осуществления изобретения могут быть осуществлены на практике иначе, чем специфически описано и заявлено. Варианты осуществления изобретения настоящего раскрытия направлены на каждый отдельный признак, систему, продукт, материал, набор и/или способ, представленные в данном описании. В дополнение, любое сочетание двух или более таких признаков, систем, продукта, материалов, наборов и/или способов, если такие признаки, системы, продукты, материалы, наборы и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включено в пределы объема правовых притязаний изобретения настоящего раскрытия.

Все определения, как определено и использовано в настоящем описании, необходимо понимать таким образом, чтобы проверять по словарным определениям, определения в документах, включенных посредством ссылки, и/или обычные значения определяющих терминов.

Как использовано в настоящем описании, термин "приблизительно" относится к +/-10% отклонения от номинального значения. Необходимо понимать, что такое отклонение всегда включается в любое заданное значение, предоставленное в настоящем описании, оговорено это конкретно или нет.

Существительные в единственном числе, использованные в описании и в формуле изобретения, если не оговорено иное, необходимо понимать для обозначения "по меньшей мере, один". Фразу "и/или", как использовано в настоящем описании и в формуле изобретения, необходимо понимать для обозначения "каждого или обоих" элементов, сочетаемых таким образом, т.е. элементов, которые представляют вместе в некоторых случаях и представляют порознь в других случаях. Многочисленные элементы, напечатанные с "и/или" необходимо истолковывать таким образом, т.е. "один или более" элементов сочетаемых таким образом. Другие элементы могут, необязательно, быть представлены иначе, чем элементы, определенно идентифицированные посредством оговорки "и/или", независимо от того идентифицированы ли определенно относительно или безотносительно данных элементов. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера, ссылка на "A и/или B", при использовании во взаимодействии с незамкнутым выражением, таким как "содержащий", может ссылаться, в одном варианте осуществления, исключительно на А (необязательно, включая элементы, отличные от B); в еще одном варианте осуществления исключительно на B (необязательно, включая элементы, отличные от A); в еще одном варианте осуществления как на А, так и на B (необязательно, включая другие элементы); и т.д. Как использовано в описании и в формуле изобретения, "или" необходимо понимать в смысле наличия того же самого значения, как "и/или", как определено выше. Например, при отделении пунктов в списке, "или" или "и/или" необходимо интерпретировать, как включительное, т.е. включение, по меньшей мере, одного, но также включая более чем один, из ряда или списка элементов, и, необязательно, дополнительных не включенных в список пунктов. Только термины, ясно обозначающие противоположное, такие как "только один из" или "точно один из" или, при использовании в формуле изобретения, "состоящий из" будут ссылаться на включение точно одного элемента из ряда или списка элементов. В целом, термин "или", как использовано в настоящем описании, будет интерпретироваться только как указывающий на исключающие альтернативы (т.е. "один или другой, но не оба"), когда его предвосхищают термины исключительности, такие как "либо," "один из," "только один из", либо "точно один их". "Состоящий, по существу, из", при использовании в формуле изобретения, будет иметь свое обычное значение, как используется в области патентного законодательства.

Как использовано в настоящем описании и в формуле изобретения, фраза "по меньшей мере, один" в ссылке на список из одного или более элементов, необходимо понимать для обозначения, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из любого одного или более элементов в списке элементов, но необязательно включая, по меньшей мере, один из всех до единого элементов, конкретно включенных в список элементов, и не исключая любые сочетания элементов в списке элементов. Данное определение также обеспечивает возможность, чтобы элементы могли необязательно быть представлены, за исключением элементов, конкретно определенных в списке элементов, к которым относится фраза "по меньшей мере, один", независимо от того, идентифицированы ли определенно относительно или безотносительно данных элементов. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера "по меньшей мере, один из А и B" (или, равнозначно, "по меньшей мере, один из А или B," или, равнозначно, "по меньшей мере один из А и/или B") может ссылаться, в одном варианте осуществления, на, по меньшей мере, один, необязательно включая более чем один A, с отсутствием B (и, необязательно, включая элементы, отличные от B); в еще одном варианте осуществления на, по меньшей мере, один, необязательно, включая более чем один, B, при отсутствии А (и, необязательно, включая элементы, отличные от A), в еще одном варианте осуществления на, по меньшей мере, один, необязательно, включая более чем один, A, и, по меньшей мере один, необязательно, включая более чем один, B (и, необязательно, включая другие элементы), и т.д.

Также необходимо понимать, что если ясно не указано противоположное, в любых способах, заявленных в настоящем описании, которые включают более чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа нет необходимости ограничивать порядком, в котором перечислены этапы или действия способа. В формуле изобретения, а также в описании выше, все переходные фразы, такие как "содержащий", "включающий", "несущий", "имеющий", "заключающий", "включающий", "удерживающий", "составленный из" и т.п., необходимо понимать как открытые, т.е. для обозначения, включая, но не ограничиваясь. Только переходные фразы "состоящий из" и "состоящий, по существу, из" будут представлять собой закрытые или полузакрытые переходные фразы, соответственно.

Лицам, специализирующимся в данной области техники, будет понятно, что вышеизложенные варианты осуществления изобретения представляют собой примеры и могут быть изменены многими способами. Такие настоящие или будущие изменения не рассматриваются, как выходящие из сущности и объема правовых притязаний изобретения, и все такие модификации, как должно быть ясно каждому, специализирующемуся в данной области техники, предназначаются для включения в пределы объема правовых притязаний следующей формулы изобретения.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к осветительным системам, сконфигурированным таким образом, чтобы предоставлять необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель, и к способу управления светом для предоставления раздражителей. Система для излучения света включает в себя множество первых светоизлучающих элементов для излучения света первого диапазона длин волн, причем множество первых светоизлучающих элементов способны реагировать на множество первых сигналов управления. Данное множество содержит первый комплект синих светодиодов (LED) и второй комплект синих LED, причем первый комплект синих LED имеет первую пиковую длину волны приблизительно 440 нм, а второй комплект синих LED имеет вторую пиковую длину волны приблизительно 480 нм. Также система включает один или более вторых светоизлучающих элементов, сконфигурированных, чтобы излучать свет второго диапазона длин волн и реагировать на один или более вторых сигналов управления. Система управления функционально связана с множеством первых светоизлучающих элементов и одним или более вторыми светоизлучающими элементами и сконфигурирована таким образом, чтобы генерировать упомянутое множество первых сигналов управления и один или более вторых сигналов управления на основании необходимого светоиндуцированного физиологического раздражителя, необходимого светового раздражителя, первого диапазона длин волн и второго диапазона длин волн. Система управления дополнительно выполнена с возможностью поддержания излучаемого системой света в соответствии с необходимым световым раздражителем, независимо изменяя при этом интенсивность первого комплекта синих LED, интенсивность второго комплекта синих LED и интенсивность одного или более вторых светоизлучающих элементов. Способ управления светом заключается в том, что генерируют свет, имеющий первый диапазон длин волн с первой интенсивностью первым комплектом синих LED и вторым комплектом синих LED. При этом первый комплект синих LED излучает свет с длиной волны приблизительно 440 нм, а второй комплект синих LED - с длиной волны приблизительно 480 нм. Далее, генерируют свет, имеющий второй диапазон длин волн со второй интенсивностью. Регулируют первую и вторую интенсивности для генерации смешанного света, имеющего необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель. Управление интенсивностью комплектов синих LED осуществляется независимо, поддерживая необходимый световой раздражитель. Использование группы изобретений позволит обеспечить изменяемый раздражитель для синхронизации циркаидных ритмов человека. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

1. Система для излучения света, причем свет предоставляет необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель, причем система включает в себя:
множество первых светоизлучающих элементов, сконфигурированных, чтобы излучать свет первого диапазона длин волн, причем множество первых светоизлучающих элементов способны реагировать на множество первых сигналов управления;
причем множество первых светоизлучающих элементов содержит первый комплект синих светодиодов (LED) и второй комплект синих LED, причем первый комплект синих LED имеет первую пиковую длину волны, а второй комплект синих LED имеет вторую пиковую длину волны, причем первая пиковая длина волны составляет приблизительно 440 нм, а вторая пиковая длина волны составляет приблизительно 480 нм;
один или более вторых светоизлучающих элементов, сконфигурированных, чтобы излучать свет второго диапазона длин волн, причем один или более вторых светоизлучающих элементов способны реагировать на один или более вторых сигналов управления; и
систему управления, функционально связанную с упомянутым множеством первых светоизлучающих элементов и одним или более вторыми светоизлучающими элементами,
причем система управления сконфигурирована, чтобы генерировать упомянутое множество первых сигналов управления и один или более вторых сигналов управления на основании необходимого светоиндуцированного физиологического раздражителя, необходимого светового раздражителя, первого диапазона длин волн и второго диапазона длин волн; и
система управления дополнительно выполнена с возможностью поддержания излучаемого системой света в соответствии с необходимым световым раздражителем, независимо изменяя при этом интенсивность первого комплекта синих LED, интенсивность второго комплекта синих LED и интенсивность одного или более вторых светоизлучающих элементов.

2. Система по п.1, в которой физиологический раздражитель имеет один или более физиологических эффектов, выбранных из группы, состоящей из: гормональной метаболизации, управления сном, циркадных эффектов, активности органов, клеточной метаболизации и ответа иммунной системы.

3. Система по п.1, в которой световой раздражитель выбран из группы, состоящей из: цвета, яркости, степени освещенности, светового потока, интенсивности, коррелирующей с цветом цветовой температуры и цветности.

4. Система по п.1, в которой варьирование физиологического раздражителя включает изменение излучения света, имеющего длины волн между приблизительно 420 нм и приблизительно 500 нм.

5. Система по п.1, дополнительно включающая в себя один или более датчиков, сконфигурированных, чтобы предоставлять один или более сигналов обратной связи в контроллер, при этом один или более датчиков выбраны из группы, состоящей из: температурных датчиков, датчиков напряжения и оптических датчиков.

6. Способ управления светом для предоставления необходимого светоиндуцированного физиологического раздражителя и необходимого светового раздражителя, причем способ включает в себя этапы, на которых:
генерируют свет, имеющий первый диапазон длин волн с первой интенсивностью, причем первый диапазон длин волн включает длины волн 440 нм и 480 нм, этот свет излучается первым комплектом синих LED и вторым комплектом синих LED, первый комплект синих LED излучает этот свет с длиной волны приблизительно 440 нм, а второй комплект синих LED излучает этот свет с длиной волны приблизительно 480 нм;
генерируют свет, имеющий второй диапазон длин волн со второй интенсивностью;
регулируют первую интенсивность и вторую интенсивность, чтобы генерировать смешанный свет, имеющий необходимый светоиндуцированный физиологический раздражитель и необходимый световой раздражитель;
управление интенсивностью первого комплекта синих LED и второго комплекта синих LED осуществляется независимо;
поддерживают, по существу, необходимый световой раздражитель, при этом независимо регулируя интенсивность первого комплекта синих LED, второго комплекта синих LED.

7. Способ по п.6, в котором физиологический раздражитель изменяют по отношению к одному или более из периода времени, продолжительности и силы, чтобы получить необходимый эффект.

8. Способ по п.6, в котором физиологический раздражитель и световой раздражитель предоставляют, по существу, одновременно.

9. Способ по п.6, в котором физиологический раздражитель и световой раздражитель предоставляют, по существу, поочередно в период времени посредством обеспечения, по существу, неощутимого варьирования света.

10. Способ по п.6, в котором физиологический раздражитель имеет один или более физиологических эффектов, выбранных из группы, состоящей из: гормональной метаболизизации, управления сном, циркадных эффектов, активности органов, клеточной метаболизации и ответа иммунной системы.

11. Способ по п.6, в котором световой раздражитель выбран из группы, состоящей из: цвета, яркости, степени освещенности, светового потока, интенсивности, коррелирующей с цветом цветовой температуры, индекса визуализации цвета и цветности.