ИСТОЧНИК СВЕТА С ИЗМЕНЕНИЕМ ЯРКОСТИ, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ЦВЕТА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЯРКОСТИ Российский патент 2017 года по МПК H05B37/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к области источников света с изменением яркости. Более конкретно, изобретение относится к источникам света, способным моделировать естественные сумерки или рассвет, таким как, например, лампы для пробуждения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Лампа для пробуждения является устройством, содержащим управляемый источник света, у которого интенсивность выходного света может варьироваться между почти нулевой и максимальной, причем максимум на практике может быть порядка 250-400 люксов на глазах пользователя и предполагается, что расстояние между источником света и глазами пользователя имеет фиксированное значение в соответствии с руководством для пользователя. Устройство обычно соединяется с будильником и предназначено будить людей удобным и естественным способом, моделируя восход солнца (или рассвет). Начиная с заданного заранее времени перед временем включения будильника (обычно приблизительно за 30 минут), источник света включается с низкой интенсивностью и его интенсивность постепенно увеличивается, пока в момент включения будильника не будет достигнута максимальная интенсивность. Лампы для пробуждения известны на практике, поэтому дополнительное объяснение не требуется.

В простом варианте осуществления увеличение интенсивности лампы для пробуждения достигается простым увеличением мощности, подаваемой на источник света. В зависимости от типа источника света, это может делаться, увеличивая напряжение питания (например, в случае лампы накаливания), или может быть необходимо использовать более сложную конструкцию запуска (например, в случае светодиодов). Однако увеличение интенсивности света является только одним из аспектов успешной лампы для пробуждения. Другим важным аспектом является цвет выходного света. В восприятии людей естественный восход солнца связывается с изменением цвета от глубокого красного цвета до желтовато-белого цвета по мере того, как интенсивность света увеличивается. Состояние техники ламп для пробуждения не демонстрирует такого изменения цвета и результат воспринимается как «неестественный».

Документ ЕР 1808199А2 раскрывает фототерапевтический источник света, имеющий режим моделирования рассвета, в котором источник света обеспечивает переменное освещение. Фототерапевтический источник света выполнен с возможностью изменения цвета упомянутого переменного освещения в упомянутом режиме моделирования рассвета, так что упомянутое освещение является более красным при пониженном уровне освещения по сравнению с более высоким уровнем освещения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в создании лампы для пробуждения, которая обеспечивает ее пользователю улучшенное восприятие естественности и комфорта.

На фиг.1 представлен график, показывающий известную диаграмму цветности CIE 1931 видимого спектра, то есть палитру человеческого зрения. Так как эта схема известна специалистам в данной области техники, ее описание будет сделано кратко. Каждая точка в пределах этой диаграммы будет указываться как цветовая точка. Монохроматические цветовые точки указываются вдоль выпуклой границы, другие точки указывают смешанные цвета. Линии 11 указывают цветовые точки с постоянно коррелированной цветовой температурой (далее такая коррелированная цветовая температура сокращенно называется «CCT»), определенной уравнением Планка в диапазоне, близком к линии абсолютно черного тела. Линия абсолютно черного тела указывается индексом 12: эта линия является собранием цветных точек, передаваемых излучателем идеального абсолютно черного тела как функция его температуры между нулем и бесконечностью.

Независимо от спектрального состава света, достигающего человеческого глаза, цветность воспринимаемого цвета может быть выражена только двумя координатами x и y. Третьей координатой, которая вместе с этими двумя координатами цветности определяет цветовое восприятие, является «яркость»; в случае источников света «яркость» связывается с «интенсивностью» источника света. Таким образом, трехмерное пространство может быть определено независимыми координатами цветности x, y и координатой L интенсивности.

Из вышесказанного следует, что световыход источника света всегда может быть представлен одной точкой в упомянутом трехмерном пространстве и что цветность этого световыхода всегда может быть представлена проекцией упомянутой точки на базовую плоскость xy, то есть соответствующей цветовой точкой.

Следует заметить, что когда световыходы двух источников света смешиваются, результирующий смешанный свет является цветовой точкой на прямой линии, соединяющей эти две цветовые точки, соответствующие двум индивидуальным источникам света, и точное местоположение на этой соединительной линии определяется относительными интенсивностями этих двух источников света.

Например, на Фиг.1 содержится точка C, указывающая возможную цветовую точку светодиода. Когда источник света в лампе для пробуждения является фиксированным цветным светодиодом (LED), изменение источника питания для источника света будет приводить только к соответствующему изменению интенсивности световыхода без изменения цветности. Другими словами, точка C остается неподвижной. Это не воспринимается как естественное явление.

Когда источником света в лампе для пробуждения является галогенная лампа или лампа накаливания, изменение источника питания для источника света будет приводить в результате не только к соответствующему изменению интенсивности световыхода, но будет также в результате вызывать смещение цветности. На Фиг.2 приведен график, совместимый с Фиг.1, иллюстрирующий цветность стандартной галогенной лампы 12 В 100 Вт типа GY6.355, у которой интенсивность световыхода изменяется между 0,1 люкс и 300 люкс. Путь, проходимый цветной точкой, обозначается сплошной линией 13 между точками A и B. Можно заметить, что этот путь 13 близко следует участку линии 12 абсолютно черного тела. При 0,1 люкса CCT составляет приблизительно 1500 K (точка B), а при 300 люксах CCT составляет приблизительно 2700 K (точка A). Хотя это уже лучше по сравнению с постоянной цветностью, эксперименты показали, что восприятие все еще не является достаточно естественным. Поэтому первая задача настоящего изобретения состоит в изменении к лучшему этого аспекта.

Эта задача решается новым путем цветности, предложенным настоящим изобретением. Ключевыми признаками этого пути цветности являются цветовая точка, связанная с минимальным значением интенсивности (Lmin), имеющая коррелированную цветовую температуру между 400 K и 1500 K, и цветовая точка, связанная с номинальным значением интенсивности (Lmax), имеющая цветовую температуру выше 2700 K.

Даже когда путь цветности определен, существуют различные способы, которыми такой путь может проходить в отношении яркости. Эксперименты показали, что пользователи имеют перцепционное ожидание зависимости между цветом (или CCT) и яркостью (то есть интенсивностью источника света). Хотя, конечно, существует некоторый допуск, отклонение от этого перцепционного ожидания будет быстро приводить к восприятию, что проявление цвета является неестественным. Поэтому вторая задача настоящего изобретения состоит в изменении к лучшему этого аспекта.

Эта задача решается новой зависимостью между коррелированной цветовой температурой и яркостью, предложенной настоящим изобретением. В этой новой зависимости изменение цвета является таким, что всегда, для каждого значения интенсивности световыхода, изменение интенсивности световыхода будет связано с изменением коррелированной цветовой температуры большим, чем изменение температуры могло бы быть для эталонного абсолютно черного излучателя, создающего такое же изменение интенсивности световыхода. В частности, каждая цветовая точка на пути цветности имеет связанную с ней цветовую температуру Т и максимальная цветовая температура Tmax связана с номинальным значением интенсивности (Lmax) и устройство управления выполнено так, чтобы при изменении интенсивности световыхода источника света по меньшей мере для значений интенсивности световыхода, более высоких, чем заданный пороговый уровень (Lth), одновременно изменять положение цветовой точки на пути цветности, так что производная dT/dL(L) цветовой температуры Т светового выхода больше, чем производная dT/dL(L) для излучателя абсолютно черного тела, имеющего при упомянутом номинальном значении интенсивности (Lmax) цветовую температуру, равную упомянутой максимальной цветовой температуре Tmax.

Дополнительные предпочтительные уточнения упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно объяснены в последующем описании одного или более предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одни и те же ссылочные позиции указывают одни и те же или подобные части и на которых:

Фиг.1 - диаграмма цветности CIE 1931 видимого спектра;

Фиг.2 - график, сопоставимый с Фиг.1, демонстрирующий цветность галогенной лампы;

Фиг.3A - блок-схема лампы для пробуждения, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг.3B - блок-схема системы освещения, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг.4 - график интенсивности световыхода источника света как функция времени лампы для пробуждения;

Фиг.5 - график, сопоставимый с Фиг.2, показывающий зону операции пробуждения, соответствующую настоящему изобретению;

Фиг.6 - график цветовой температуры как функции интенсивности световыхода, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг.7 - график максимальной цветовой температуры как функции максимальной интенсивности света;

Фиг.8 - график работы для конкретного варианта осуществления лампы для пробуждения, соответствующей настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее, признаки новизны лампы для пробуждения, соответствующей настоящему изобретению, будут объяснены более подробно. Эти признаки содержат путь прохождения через трехмерное цветовое пространство, то есть координаты цвета x, y и яркость. Заметим, что это можно описать, определяя x, y и яркость как отдельные функции времени. Однако в дальнейшем будет предпринят более удобный подход. Путь цветности будет определен в базовой плоскости xy. Положение на пути цветности будет определено с точки зрения CCT и будет определена зависимость между CCT и яркостью (то есть интенсивностью источника света). Таким образом, путь цветности определяется независимо от времени. Поведение во времени может быть представлено, описывая яркость как функцию времени.

На Фиг.3A представлена блок-схема, показывающая лампу 100 для пробуждения, соответствующую настоящему изобретению. Лампа 100 для пробуждения содержит источник 130 света, устройство 140 запуска источника света, устройство 110 управления для управления устройством запуска 140 источника света и часовое устройство 120. Устройство 110 управления может, например, содержать соответственно запрограммированный микропроцессор, контроллер и т.п.

Часовое устройство 120 является устройством, генерирующим тактовый сигнал, представляющий время суток и принимаемый устройством 110 управления; поскольку такие часовые устройства хорошо известны, его более подробное описание здесь не приводится. Устройство 110 управления дополнительно принимает сигнал Uta, представляющий установку пользователем времени срабатывания будильника, и сигнал Um, представляющий установку пользователем максимальной интенсивности, как будет объяснено позже.

Заметим, что устройство 140 запуска предназначено для фактического запуска источника 130 света, то есть является устройством для фактической генерации питания для источника 130 света в виде напряжения питания или тока питания. Поскольку такие устройства запуска широко известны, более подробное их описание здесь не приводится.

В типичном блоке лампы для пробуждения часовое устройство 120, устройство 110 управления, устройство 140 запуска и источник 130 света будут интегрированы вместе в одном устройстве, помещенном в общем корпусе. Однако, также возможно, что устройство 140 запуска и источник 130 света располагаются в осветительном устройстве, а устройство 110 управления является отдельным, причем устройство 110 управления и устройство 140 запуска выполняются с возможностью осуществления беспроводной связи. При необходимости устройство 140 запуска может быть связано с локальным контроллером и в этом случае устройство 110 управления может с помощью беспроводных технологий связываться с локальным контроллером. Беспроводное устройство управления может быть осуществлено как специализированное устройство, имеющее единственной целью управление источником 130 света, то есть как устройство 140 запуска. Однако, также возможно, что беспроводное устройство управления реализуется, например, в программном обеспечении, в карманном устройстве другого назначения с беспроводным средством связи, таком как, например, PDA, смартфон, телевизионное устройство дистанционного управления. Аналогично, часовое устройство 120 может быть смонтировано вместе с устройством 110 управления, но также возможно, что часовое устройство 120 является отдельным и связывается с устройством 110 управления с помощью беспроводных технологий.

С помощью устройства беспроводного управления также возможно иметь вариант осуществления, в котором устройство управления управляет двумя или более источниками света.

На Фиг.3B представлена блок-схема, схематично показывающая систему 1000 освещения, соответствующую настоящему изобретению. Система 1000 содержит множество осветительных источников 1130 света для формирования общего освещения в помещении 1001. Помещение может быть спальней, по меньшей мере с одной кроватью 1001. Каждый источник 1130 света может быть связан со своим собственным устройством запуска или два или более источников света могут совместно использовать общее устройство запуска; в любом случае, для простоты, устройства запуска на чертеже не показаны. Система 1000 дополнительно содержит устройство 1110 беспроводного управления, способное с помощью беспроводных технологий управлять источниками 1130 света. Устройство 1110 управления может быть подобно устройству 110 управлению, обсуждавшемуся выше, и может аналогично принимать сигнал часов. Устройство 1110 управления может иметь на выходе один сигнал управления, который должен приниматься всеми источниками света, но также возможно, что устройство 1110 управления имеет на выходе два или больше сигналов управления для индивидуального управления источниками 1130 света.

Основной порядок работы лампы 100 для пробуждения будет объяснен со ссылкой на Фиг.4, заметим, что такое же объяснение применяется к системе 1000. Фиг.4 представляет график, показывающий интенсивность световыхода источника 130 света (по вертикали) как функцию времени (по горизонтали). Lmax указывает номинальную или максимальную интенсивность световыхода источника 130 света. Предпочтительно Lmax равно 200 люкс или больше, более предпочтительно, 250 люкс или больше, еще более предпочтительно, 300 люкс или больше, и более всего предпочтительно такое высокое значение Lmax, как 400 люкс.

В этом отношении, заметим, что интенсивность в люксах зависит от расстояния между источником света и точкой измерения. В контексте лампы для пробуждения, где назначением лампы должно быть, прежде всего, достижение определенного физиологического воздействия на пользователя, интересующим местом воздействия является местоположение глаз пользователя: они, как ожидается, должны находиться на определенном заданном расстоянии от лампы, таком расстоянии, которое может быть определено в руководстве для пользователя и может обычно составлять приблизительно 50 см. Когда в контексте настоящего изобретения указывается интенсивность источника света, она будет указываться как измеренная в таком интересующем месте, то есть ожидаемым местом являются глаза пользователя, и такое местоположение может быть обозначено как «местоположение глаз». Соответствующая интенсивность света может быть обозначена как «интенсивность для глаз», но ради простоты в тексте будет просто упоминаться как «интенсивность».

Дополнительно заметим, что интенсивность интегрируется по всем длинам волн видимого спектра (для человека), учитывая спектральную чувствительность человеческого глаза, выражаемую весовой функцией фотопической чувствительности.

На Фиг.4 указано время tA срабатывания будильника, установленное пользователем. Первоначально источник 130 света выключен. Когда часовой сигнал указывает, что время ts запуска достигнуто, обычно приблизительно за 30 минут до tA, устройство 110 управления включает источник 130 света с минимальной интенсивностью Lmin, близкой к нулю. Практический пример минимальной интенсивности Lmin составляет 0,001 люкса.

В возможном варианте осуществления пользователю разрешается установить более высокое значение минимальной интенсивности, но это не показано. Во временном промежутке между ts и tA, устройство 110 управления постепенно увеличивает интенсивность световыхода источника 130 света, пока во время tA срабатывания будильника не будет достигнуто определяемое пользователем максимальное значение Lmu, которое равно или ниже максимальной интенсивности световыхода Lmax источника 130 света, в зависимости от вкуса пользователя.

На чертеже показана экспоненциальная зависимость между интенсивностью и временем. Однако, не говоря о том, что интенсивность растет непрерывно, точная зависимость между интенсивностью и временем не важна и настоящее изобретение может быть осуществлено с любой зависимостью от времени и может быть понято без знания зависимости от времени.

Однако, предпочтительно, чтобы зависимость от времени масштабировались с учетом выбранного пользователем значения Lmu. При изменении Lmu период времени от ts до tA предпочтительно должен оставаться одним и тем же, в то время как все значения интенсивности масштабируются с одним и тем же коэффициентом. Это может быть выражено формулой следующим образом. Предположим, что когда Lmu=Lmax, зависимость от времени интенсивности световыхода L(t) во временном интервале от ts до tA определяется функцией f следующим образом:

L(t)[ts:tA]=Lmin + f(t)

где f(ts) = 0 и f(tA) = Lmax-Lmin.

Тогда, в целом, интенсивность световыхода может быть выражена как:

L(t)[ts:tA] = Lmin + f(t)Lmu/Lmax

ПУТЬ ЦВЕТНОСТИ

В соответствии с важным аспектом настоящего изобретения, цветовая точка световыхода лампы 100 для пробуждения следует по конкретному заданному пути цветности, который лежит вблизи или немного ниже, чем линия абсолютно черного тела, как будет объяснено со ссылкой на Фиг.5.

На Фиг.5 представлен график, сопоставимый с Фиг.2, показывающий линию 12 абсолютно черного тела и участок 50 прямой линии, который пересекает линию 12 абсолютно черного тела в точке 4000 K (точка H). Для удобства и по причинам, которые станут ясны позже, упомянутый участок 50 прямой линии будет называться «нижней границей». Нижний конец упомянутой нижней границы 50 лежит на фиолетовой линии (то есть на линии, соединяющей моноцветный синий цвет с длиной волны 380 нм и моноцветный красный цвет с длиной волны 700 нм), вблизи красной точки 700 нм: расстояние по х между нижним концом - уровнем упомянутой линии 50 нижней границы и моноцветной красной точкой 700 нм меньше, чем 0,1, предпочтительно, меньше чем 0,05. В идеале, нижний конец упомянутой нижней границы 50 совпадает с моноцветной красной точкой 700 нм.

Линия 12 абсолютно черного тела и нижняя граница 50 формируют границы зоны 59 операции пробуждения. Как видно на Фиг.5, линия 50 является нижней границей упомянутой зоны 59, в то время как участок линии 12 абсолютно черного тела, то есть участок справа от точки H пересечения, является верхней границей упомянутой зоны 59. Если нижний конец упомянутой нижней границы 50 не совпадает с монохроматической красной точкой 700 нм, как показано, небольшой участок фиолетовой линии также является линией границы зоны 59. Упомянутая зона 59 операции пробуждения определяется как область, ограниченная упомянутыми линиями границ, с границами, содержащимися в зоне 59 операции пробуждения.

На чертеже также показаны несколько прямых точечных линий. Каждая такая точечная линия соответствует постоянной CCT, близкой к линии абсолютно черного тела, и хотя CCT может определяться уникальным способом только вблизи линии абсолютно черного тела, такая точечная линия проходит до пересечения с упомянутой нижней границей 50. Для простоты, эти точечные линии называют «линиями постоянной CCT» или линиями CCCT. Эти линии CCCT делят зону 59 операции пробуждения на различные участки. Первый участок 51 находится ниже линии CCCT 1500 K; то есть этот первый участок 51 содержит все цветовые точки зоны 59 операции пробуждения, имеющие CCT ниже 1500 K. Второй участок 52 находится ниже линии CCCT 1100 K. Третий участок 53 находится выше линии CCCT 2700 K. Четвертый участок 54 находится выше линии CCCT 3000 K.

В соответствии с настоящим изобретением, поведение лампы для пробуждения воспринимается как более естественное, если диапазон CCT больше, чем диапазон CCT притушенной галогенной лампы. Таким образом, начальная точка предпочтительного пути цветности, соответствующая самым низким интенсивностям света, располагается при CCT между 400 K и 1500 K, а конечная точка пути цветности, соответствующая самым высоким интенсивностям, располагается при CCT выше 2700 K. Что касается определенных выше участков зоны 59 операции пробуждения, то начальная точка пути цветности располагается в пределах первого участка 51, а конечная точка пути цветности располагается в пределах третьего участка 53.

Что касается начальной точки пути цветности, то более предпочтительно, когда она располагается в диапазоне CCT между 800 K и 1100 K, то есть на втором участке 52. Наиболее предпочтительно, когда начальная точка пути цветности располагается при CCT 900 K или в пределах 50 K от этого значения.

В отношении конечной точки пути цветности, более предпочтительно, когда она располагается в диапазоне CCT между 3000 K и 4000 K, то есть на четвертом участке 54.

Определив таким образом прохождение пути цветности с точки зрения его начальной точки и конечной точки, существуют несколько способов реализовать путь цветности в рамках контекста настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления путь цветности совпадает или близко следует верхней границе зоны 59 операции, то есть линии 12 абсолютно черного тела; этот путь цветности указывается как сплошная черная линия на диаграмме цветности, показанной на Фиг.5. На этой линии обозначены несколько точек.

Точки A и B идентичны точкам A и В, упомянутым выше, соответствуя диапазону CCT притушенной галогенной лампы.

Точка E указывает CCT 1100 K, которая для излучателя абсолютно черного тела близко соответствует монохроматическому свету с длиной волны 603 нм.

Точка D указывает CCT 455 K, которая для излучателя абсолютно черного тела близко соответствует монохроматическому свету с длиной волны 700 нм.

Точка I указывает CCT 810 K, которая для излучателя абсолютно черного тела близко соответствует монохромному свету с длиной волны 615 нм.

Точка G указывает CCT 3000 K.

Хотя, как упомянуто, путь цветности может следовать линии абсолютно черного тела, на практике может быть трудно реализовать такую изогнутую линию. Тогда, как альтернатива, путь цветности может быть реализован как последовательность участков прямой линии, которые не обязательно должны иметь взаимно одинаковую ориентацию, при которой каждый индивидуальный участок линии может быть реализован двумя источниками света (LED), имеющими цветовые точки, соответствующие определенным конечным точкам такого участка линии. Например, с одним красным LED с длиной волны 700 нм и одним LED с длиной волны 603 нм, к линии абсолютно черного тела между точками D и E может приблизиться посредством участка прямой линии, в то время как с упомянутым LED с длиной волны 603 нм и одним белым LED с 4000 K участок линии между точками E и H может быть реализован. В этом случае, путь цветности в целом имеет участок, по существу, совпадающий с линией абсолютно черного тела и участком, лежащим ниже линии абсолютно черного тела.

В одном предпочтительном варианте осуществления путь цветности содержит по меньшей мере один участок пути, лежащий ниже линии абсолютно черного тела.

В более предпочтительном варианте осуществления путь цветности лежит полностью ниже линии абсолютно черного тела, начальная точка и конечная точка исключаются. Опять же, путь может быть изогнутым или угловатым, но в простом варианте осуществления путь цветности осуществляется как прямая линия, например, ломаная прямая линия, проходящая от точки D к точке H. Преимущество такого варианта осуществления состоит в том, что он может, в принципе, быть реализован только с двумя LED, одним красным LED с длиной волны 700 нм и одним белым LED с 4000 K. Для реализации пути, более близкого к линии абсолютно черного тела, может быть добавлен третий (или даже четвертый, пятый и т.д.) источник света, такой как галогенная лампа или LED.

Для определения пути, по которому проходит путь цветности, можно определить отдельные функции x(L) и y(L), которые описывают соответствующие цветовые координаты как функцию интенсивности. Однако, это требует двух параметров. Когда путь цветности определен, можно определить положение на этом пути одним единственным параметром и соответствующим параметром является коррелированная цветовая температура T. Поэтому далее положения на пути цветности будут определяться, указывая коррелированную цветовую температуру T такого положения, и работа лампы для пробуждения, соответствующей настоящему изобретению, будет определяться, указывая коррелированную цветовую температуру T как функцию интенсивности световыхода L. Повторим, что зависимость от времени может быть определена, определяя интенсивность световыхода L как функцию времени, но это не существенно для осуществления настоящего изобретения.

В соответствии с важным аспектом настоящего изобретения, устройство 110 управления выполнено с возможностью управления коррелированной цветовой температурой T световыхода источника 130 света как функции интенсивности световыхода L. Это будет объяснено со ссылкой на Фиг.6, который является графиком, показывающим цветовую температуру T (вертикальная ось) как функцию интенсивности световыхода L (горизонтальная ось). Заметим, что горизонтальная ось имеет логарифмическую шкалу. Кривая 61 представляет зависимость между цветовой температурой T и интенсивностью L световыхода для излучателя абсолютно черного тела, достигающего цветовой температуры 2800 K при освещенности 300 люкс, измеренной в местоположении глаз: можно видеть, что эта кривая в значительной степени вогнута, с вогнутой стороной, направленной вверх. Ломаные линии 62 и 63 соответствуют излучателям абсолютно черного тела с температурой 2600 K и 3000 K, соответственно, при 300 люксах.

Кривые 65 представляют предпочтительную зависимость между цветовой температурой T и интенсивностью L световыхода лампы 100 для пробуждения, соответствующей настоящему изобретению, для различных значений Lmu. Эти кривые будут указываться как «рассветные кривые».

Эти рассветные кривые 65 имеют различные признаки изобретения, как указано далее.

МИНИМАЛЬНАЯ ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА

При самой низкой интенсивности Lmin, то есть во время ts, коррелированная цветовая температура всегда ниже, чем цветовая температура абсолютно черного тела при той же самой интенсивности Lmin. Предпочтительно, чтобы коррелированная цветовая температура при Lmin находилась в пределах диапазона 800 K и 1100 K. Предпочтительно, чтобы эта самая низкая цветовая температура была постоянной, независимо от Lmin. Наиболее предпочтительно, чтобы эта самая низкая цветовая температура приблизительно равнялась 900 K, как показано на Фиг.6.

МАКСИМАЛЬНАЯ ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Максимальная цветовая температура зависит от Lmu. Для более высоких значений Lmu соответствующая максимальная цветовая температура увеличивается. На Фиг.7 приведен график, показывающий максимальную цветовую температуру Tmax (вертикальная ось) как функцию максимальной интенсивности Lmu световыхода (горизонтальная ось). Заметим, что горизонтальная ось имеет логарифмическую шкалу. Линия 71 является линией, содержащей все точки максимального световыхода Lmu и соответствующие максимальные цветовые температуры Tmax, которые являются конечными точками рассветных кривых 65, показанных на Фиг.6. Эта линия 71 предпочтительно является прямой линией, как показано на чертеже. Для сравнения, рассветная линия 72 абсолютно черного тела, подобная линии 61 на Фиг.6, показана здесь для ссылки (в этом случае, ссылочная рассветная линия 72 соответствует излучателю абсолютно черного тела с температурой 2700 K при 300 люкс). В любом случае, для низких значений Lmu соответствующая максимальная цветовая температура ниже, чем температура абсолютно черного тела при той же интенсивности света. Линия 71 более крутая, чем рассветная линия 72 абсолютно черного тела, пересекающая рассветную линию 72 абсолютно черного тела при значении температуры между 1900 K и 2100 K, предпочтительно при значении температуры приблизительно 2000 К. Для значений Lmu выше упомянутой точки пересечения соответствующая максимальная цветовая температура выше, чем температура абсолютно черного тела при той же интенсивности света.

В режиме начала работы устройство 110 управления позволяет пользователю вручную изменять интенсивность световыхода и устройство 110 управления будет всегда устанавливать коррелированную цветовую температуру в соответствии с линией 71. Таким образом, пользователь, можно сказать, путешествует по линии 71, чтобы выбрать конечную точку на его рассветной кривой.

ФОРМА

Формы кривых схожи, за исключением масштабного коэффициента. Точные формы кривых не существенны. Важным является то, что при тех установках, при которых максимальный световыход Lmu является таким, что соответствующая максимальная цветовая температура выше цветовой температуры абсолютно черного тела при той же самой интенсивности Lmu, цветовая температура, тем не менее, ниже, чем соответствующая цветовая температура абсолютно черного тела по меньшей мере для 90% диапазона между Lmin и Lmu, то есть по меньшей мере для всех значений интенсивности между Lmin и Lmin+0,9(Lmu-Lmin).

Дополнительно следует заметить, что рассветная линия, связанная с более высоким значение Lmu, всегда находится выше, чем рассветная линия, связанная с нижним значением Lmu, кроме, возможно, очень низких значений интенсивности световыхода (левая сторона на Фиг.6), где CCT может быть почти независимой от Lmu.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН

При изменении от Lmin до Lmu изменения коррелированной цветовой температуры в большем диапазоне, чем у излучателя абсолютно черного тела, должны иметь место при изменении от Lmin до Lmu.

ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА

Предположим, что световыход лампы 100 для пробуждения имеет определенную интенсивность L световыхода и определенную коррелированную цветовую температуру Тw. При той же интенсивности L излучатель абсолютно черного тела должен иметь коррелированную цветовую температуру Tb. Предположим, что устройство 110 управления меняет интенсивность световыхода до L+ΔL. Это приводит к изменению цветовой температуры от Тw до Tw+ΔTw в соответствии с применяемой рассветной линией 65. Для упомянутого излучателя абсолютно черного тела, если бы интенсивность световыхода могла измениться до L+ΔL, коррелированная цветовая температура изменилась бы до Tb+ΔTb. Всегда ΔTw больше, чем ΔTb. Другими словами, dT/dL(w) для предлагаемой изобретением лампы 100 для пробуждения всегда больше, чем dT/dL(b) для излучателя абсолютно черного тела при той же самой интенсивности L световыхода. Эксперименты показали, что потребители воспринимают такое поведение как более естественное по сравнению с излучателем абсолютно черного тела.

Однако это восприятие потребителем является менее критичным при более низких уровнях интенсивности световыхода. В этом отношении, ссылка делается на Фиг.6, где можно видеть, что для низких уровней интенсивности световыхода цветовая температура едва изменяется как функция интенсивности световыхода в любом случае. Поскольку такие малые температурные изменения при таких малых значениях интенсивности едва заметны, приемлемо, когда в этих диапазонах идеальная рассветная линия 65 аппроксимируется горизонтальной линией. Другими словами, в таком варианте осуществления существует пороговый уровень интенсивности Lth, который выбирается низким: например, Lth равен 1 люксу или ниже; в котором dT/dL(w)=0 для L<Lth и dT/dL(w)>dT/dL(b) для L>Lth.

В варианте осуществления источник 130 света содержит три индивидуально управляемых элемента источников света, имеющие взаимно различные цветовые точки. В конкретном примере, источник света 130 содержит одиночный красный LED средней мощности с номинальным током 40 мА, одиночный янтарный LED большой мощности с номинальным током 700 мА и матрицу из трех LED белого цвета большой мощности с номинальным током 700 мА каждый. На Фиг.8 приведен график, схематично поясняющий работу этого варианта осуществления, на котором горизонтальная ось представляет время и вертикальная ось представляет интенсивность световыхода, которая приблизительно пропорциональна току LED.

Перед моментом времени Ts все LED выключены. В момент времени ts устройство 110 управления запускает красный LED при минимальной установке мощности для этого LED. Со временем питание для этого LED увеличивается, причем увеличение может быть постепенным или ступенчатым. Линия 81 указывает интенсивность световыхода этого красного LED как функцию времени. Можно видеть, что интенсивность световыхода увеличивается, но станет ясно, что CCT остается постоянной.

В определенный первый момент времени t1, когда интенсивность световыхода красного LED достигла значения Lth, устройство 110 управления запускает янтарный LED с минимальной установкой мощности для этого LED. Со временем мощность питания на этот LED увеличивается, причем увеличение может быть постепенным или ступенчатым. Линия 82 указывает интенсивность световыхода этого янтарного LED как функцию времени. CCT, а также интенсивность световыхода всего выходного света сделает небольшое изменение скачок в момент времени t1, но оно маскируется выходным светом от красного LED. Можно видеть, что интенсивность световыхода янтарного LED растет быстрее, чем интенсивность световыхода красного LED, так что цветовая точка всего выходного света смещается от чисто красного цвета к янтарному, то есть CCT, связанная с цветовой точкой общего выходного света, возрастает.

В определенный второй момент t2 устройство 110 управления запускает белые LED при минимальной установке мощности для этих LED. Со временем мощность питания для этих LED увеличивается, причем увеличение может быть постепенным или ступенчатым. Линия 83 указывает интенсивность световыхода этих белых LED как функцию времени. CCT, а также интенсивность световыхода общего выходного света делает небольшой скачок в момент времени t2 (который показан преувеличенно большим на Фиг.8), но он маскируется выходным светом от янтарного LED. Можно видеть, что интенсивность световыхода белых LED растет быстрее, чем интенсивность световыхода янтарного LED, так что цветовая точка общего выходного света смещается от янтарного цвета к белому цвету, то есть CCT, связанная с цветовой точкой общего выходного света дополнительно увеличивается.

На Фиг.8 все LED достигают своей максимальной интенсивности световыхода в момент времени tA. В альтернативном варианте осуществления возможно, что красный LED достигнет своей максимальной интенсивности световыхода раньше, например, уже в момент времени t1. После этого, то есть в промежутке между t1 и tA, интенсивность световыхода красного LED может поддерживаться постоянной или может даже уменьшиться обратно до нуля. Аналогично, чтобы приблизить CCT ближе к белому цвету, интенсивность световыхода янтарного LED может снижаться с определенного времени, даже до такой степени, что во время tA эта интенсивность световыхода достигнет нуля.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что такие иллюстрирование и описание должны считаться иллюстративными или примерными и не создающими ограничений. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления; скорее возможны несколько изменений и модификаций в рамках объема защиты изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Например, когда описание объясняет, что лампа для пробуждения содержит источник света, имеющий определенную цветовую точку, например LED, такой источник света может фактически состоять из двух или более элементов источника света для увеличенного световыхода.

Выше работа лампы для пробуждения описывается для режима пробуждения. Однако, устройство может также работать в обратном режиме, в котором световыход медленно тускнеет, чтобы использоваться для перехода ко сну. В таком обратном режиме световыход начинается с максимума и рассветная кривая, описанная выше, движется в противоположном направлении, но, кроме возвращения времени, все объяснения остаются теми же самыми.

Дополнительно, устройство может быть способно работать в ручном режиме, в котором устройство 110 управления позволяет пользователю вручную устанавливать или варьировать интенсивность световыхода и в котором устройство 110 управления будет устанавливать управление источником света так, что цветовая точка световыхода устанавливается на заданном пути цветности с коррелированной цветовой температурой в соответствии с функцией интенсивности световыхода, как показывает соответствующая рассветная линия 65.

Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут стать понятны и реализованы специалистами в данной области техники при практической реализации настоящего изобретения на основе изучения чертежей, раскрытия и добавленной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множественное число. Единый процессор или другой блок могут выполнить функции нескольких позиций, приведенных в формуле изобретения. Простой факт, что определенные критерии повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничение объема изобретения.

Выше настоящее изобретение было объяснено со ссылкой на блок-схемы, поясняющие функциональные блоки устройства, соответствующего настоящему изобретению. Следует понимать, что один или более из этих функциональных блоков могут быть осуществлены техническими средствами, в которых функция такого функционального блока выполняется индивидуальными аппаратными компонентами, но также возможно, что один или более этих функциональных блоков осуществляется в программном обеспечении, так что функция такого функционального блока выполняется одной или более программными линиями компьютерной программы или программируемого устройства, такого как микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор и т.д.

Изобретение относится к источникам света. Система (100; 1000) лампы для пробуждения содержит источник (130) света, имеющий номинальную интенсивность световыхода (Lmax), и устройство (110) управления для управления источником света, причем устройство управления принимает сигнал часов от часового устройства (120). Устройство управления при работе в режиме пробуждения управляет источником света так, что его интенсивность световыхода постепенно увеличивается с минимального значения интенсивности (Lmin) до максимального значения интенсивности (Lmu) и так, что цветовая точка световыхода постепенно изменяется, проходя по заданному пути цветности, с положением цветовой точки на упомянутом пути цветности, устанавливаемым как функция интенсивности световыхода. Упомянутый путь цветности имеет начальную точку, имеющую цветовую температуру между 400 K и 1500 K, связанную с минимальной интенсивностью, и конечную точку, имеющую цветовую температуру выше 2700 K, связанную с номинальной интенсивностью. Технический результат - улучшенное восприятие освещения при пробуждении. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система (100; 1000) лампы для пробуждения, содержащая:

источник (130) света для создания световыхода с интенсивностью световыхода и цветовой точкой на xy-диаграмме цветности CIE 1931, причем источник (130) света имеет номинальную интенсивность световыхода (Lmax);

часовое устройство (120), формирующее сигнал часов;

и устройство (110) управления для управления источником (130) света, причем устройство (110) управления осуществляет связь, чтобы принимать упомянутый сигнал часов от часового устройства;

причем устройство (110) управления выполнено с возможностью работы в режиме пробуждения;

причем устройство (110) управления, работая в режиме пробуждения, управляет источником (130) света таким образом, что интенсивность световыхода постепенно увеличивается с минимального значения интенсивности (Lmin) до максимального значения интенсивности (Lmu), и таким образом, что цветовая точка световыхода проходит заданный путь цветности на упомянутой диаграмме цветности, причем упомянутый путь цветности имеет начальную точку с минимальным значением интенсивности (Lmin) и конечную точку с номинальным значением интенсивности (Lmax), и устройство (110) управления выполнено с возможностью установления положения цветовой точки на упомянутом пути цветности как функции интенсивности световыхода;

причем упомянутая начальная точка имеет цветовую температуру между 400 K и 1500 K и упомянутая конечная точка имеет цветовую температуру выше 2700 K;

причем каждая цветовая точка на упомянутом пути цветности имеет связанную с ней цветовую температуру Т с максимальной цветовой температурой Tmax, связанной с номинальным значением интенсивности (Lmax), и в которой устройство управления выполнено так, чтобы при изменении интенсивности световыхода источника (130) света по меньшей мере для значений интенсивности световыхода более высоких, чем заданный пороговый уровень (Lth), одновременно изменять положение цветовой точки на упомянутом пути цветности, так что производная dT/dL(L) цветовой температуры Т светового выхода больше, чем производная dT/dL(L) для излучателя абсолютно черного тела, имеющего при упомянутом номинальном значении интенсивности (Lmax) цветовую температуру, равную упомянутой максимальной цветовой температуре Tmax.

2. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой упомянутая начальная точка имеет цветовую температуру между 800 K и 1100 K, причем предпочтительно упомянутая начальная точка имеет цветовую температуру в диапазоне 850-950 K.

3. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой упомянутая конечная точка имеет цветовую температуру между 2700 K и 4000 K, причем предпочтительно упомянутая конечная точка имеет цветовую температуру в диапазоне 2750-3200 K.

4. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой упомянутый заданный путь цветности находится в зоне (59) цветности на упомянутой диаграмме цветности, причем упомянутая зона (59) цветности имеет верхнюю границу, сформированную участком линии (12) абсолютно черного тела, линия абсолютно черного тела определяется как набор цветовых точек, управляемых идеальным излучателем абсолютно черного тела на упомянутой диаграмме цветности как функцией его температуры между нулем и бесконечностью, и упомянутая зона (59) цветности имеет нижнюю границу (50), сформированную прямой линией (50) между точками цветности [x, y=0,38,0,38] и [x, y=0,68,0,24], и упомянутые границы содержатся в упомянутой зоне (59) цветности.

5. Система лампы для пробуждения по п. 4, в которой по меньшей мере участок упомянутого заданного пути цветности и предпочтительно весь путь цветности совпадают с частью линии (12) абсолютно черного тела.

6. Система лампы для пробуждения по п. 4, в которой по меньшей мере участок упомянутого заданного пути цветности и предпочтительно весь путь цветности за исключением начальной точки и конечной точки лежат в упомянутой зоне (59) цветности ниже упомянутой верхней границы.

7. Система лампы для пробуждения по п. 4, в которой упомянутый заданный путь цветности содержит по меньшей мере один участок прямой линии и в то же время предпочтительно весь путь цветности является прямой линией.

8. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой каждая цветовая точка на упомянутом пути цветности имеет связанную с ней цветовую температуру T, причем максимальная цветовая температура Tmax связана с номинальным значением интенсивности (Lmax), и в которой по меньшей мере для 90% диапазона интенсивностей световыхода между минимальным значением интенсивности (Lmin) и максимальным значением интенсивности (Lmu) цветовая температура T(L) световыхода лампы (100) для пробуждения ниже, чем цветовая температура T(L) излучателя абсолютно черного тела, имеющего при упомянутом номинальном значении интенсивности (Lmax) цветовую температуру, равную упомянутой максимальной цветовой температуре Тmax.

9. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой минимальное значение интенсивности (Lmin) равно 1 люксу или менее, предпочтительно 0,001 люкса или менее.

10. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой номинальная интенсивность световыхода (Lmax) равна 150 люкс или выше, более предпочтительно 250-400 люкс и наиболее предпочтительно между 300 и 350 люкс.

11. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой источник (130) света содержит по меньшей мере один красный светодиод (LED), имеющий цветовую точку, равную начальной точке пути цветности, и в которой источник (130) света дополнительно содержит:

по меньшей мере один белый LED, имеющий цветовую точку, равную конечной точке пути цветности;

или

по меньшей мере одну PL-лампу или галогенную лампу;

или

по меньшей мере один излучатель абсолютно черного тела и при необходимости по меньшей мере один белый LED, имеющий цветовую точку, равную конечной точке пути цветности.

12. Система лампы для пробуждения по п. 1, в которой

источник (130) света содержит по меньшей мере один элемент источника красного света, имеющий цветовую точку, равную начальной точке пути цветности, по меньшей мере один элемент источника янтарного света и по меньшей мере один элемент источника белого света;

причем устройство (110) управления выполнено с возможностью:

увеличения на первом этапе между моментом времени ts и моментом времени t1 интенсивности световыхода элемента источника красного света, сохраняя другие элементы источников света выключенными;

увеличения на втором этапе между моментом времени t1 и моментом времени t2 интенсивности световыхода элемента источника янтарного света, сохраняя элемент белого источника света выключенным;

увеличения на втором этапе между моментом времени t2 и моментом времени tA, интенсивности световыхода элемента источника белого света.