减少生理性神经压缩的照明系统及相关方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于提供减少生理性神经压缩的光的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 光源发射的光的总量，或辐射通量，从未被观察者完全感知，导致所发射的光的实 际亮度和被感知的亮度之间存在差异。被感知的亮度的减少是由多个因素造成的。首先， 人眼具有不同程度的敏感性，这取决于被感知的光的波长。然而，被感知的亮度减少的另一 个原因是一种被称为生理性神经压缩（physioneural compression)的生物现象。
[0003] 观察者的眼睛包括数千个感光细胞，感光细胞包括棒细胞和锥细胞。此外，锥细胞 有三种类型，即长锥细胞、中锥细胞和短锥细胞。每种类型的锥细胞对不同范围的波长的光 更敏感。长锥细胞的峰值响应大约在564-580纳米，中锥细胞大约在534-545纳米，短锥细 胞大约在420-440纳米。生理性神经压缩在光照射到锥细胞，且包括两个或更多波长的光 在两个或更多类型的锥细胞中产生反应时发生。生理性神经压缩发生时，与锥细胞相通信 的神经细胞被迫将视觉信息整合成一个信号，传送到大脑的视觉皮层，大脑继而进一步解 释视觉信息，使观察者有一个连贯的视觉信息的理解。当神经细胞每次从超过一种类型的 锥细胞解释信息，它就减少了对视觉信息的总和的感知亮度的接收。
[0004] 例如，若长锥细胞提供具有一个单位的正常亮度的视觉信息，同时短锥细胞也提 供具有一个单位的正常亮度的视觉信息，则神经细胞将少于一个单位亮度的视觉信息传送 到视觉皮层。这就是目前的照明设备的操作方式。基于此，有必要提供一种照明设备来避 免生理性神经压缩，从而增加光亮度。
[0005] 本背景信息披露了申请人认为可能与本发明有关联的信息。不应该认为上述内容 构成本申请的现有技术。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的实施例涉及减少生理性神经压缩的系统。该系统可包括第一 光源，可操作地发射在第一波长范围内的光，第一波长对应第一颜色；第二光源，可操作地 发射在第二波长范围内的光，第二波长对应第二颜色。该系统还可包括控制器，功能性地与 每个第一光源和第二光源相连。第一颜色可以是第二颜色的互补色。此外，控制器可用于 轮流操作第一光源和第二光源之一。另外，控制器可用于在小于观察者的视觉皮层的响应 时间而大于观察者的生理性神经细胞的响应时间的工作周期内轮流操作每个第一和第二 光源。生理性神经细胞可能是任何以任何方式相关或有利于感知、传输或转换感光细胞物 质和大脑视觉皮层之间的视觉信息生理元素。此外，光源的发射顺序可被改变，以改变光的 可感知亮度。
[0007] 本发明的另一个实施例涉及一种用于产生能减少生理性神经压缩的光的系统，包 括：第一光源，用于发射在长锥细胞中产生响应的光；第二光源，用于发射在中锥细胞中产 生响应的光；和第三光源，用于发射在短锥细胞中产生响应的光。该系统还可包括控制器， 功能性地与每个第一光源、第二光源和第三光源相连。控制器可用于在小于观察者的视觉 皮层的响应时间而大于观察者的生理性神经细胞的响应时间的工作周期内轮流操作第一 光源、第二光源和第三光源中的至少两个光源。
[0008] 本发明的另一个实施例公开了一种利用照明系统产生能减少生理性神经压缩的 光的方法，该照明系统包括第一光源，用于发射在长锥细胞中产生响应的光；第二光源，用 于发射在中锥细胞中产生响应的光；第三光源，用于发射在短锥细胞中产生响应的光；及 控制器，功能性地与每个第一光源、第二光源和第三光源相连。该方法包括以下步骤：在第 一时段操作第一光源、第二光源和第三光源之一；继而在第二时段操作第一光源、第二光源 和第三光源中与第一时段操作的光源呈互补色的一个光源。第一时段和第二时段所经过的 时间的总和小于视觉皮层的响应时间。此外，每个第一时段和第二时段所经过的时间大于 生理性神经细胞的响应时间。
【附图说明】
[0009] 图1示出了人类的锥细胞的正常响应光谱；
[0010] 图2为本发明的一个实施例的立体图；
[0011] 图3示出了传统照明系统的亮度与可感知亮度；
[0012] 图4为图2所示的灯泡的立体分解图；
[0013] 图5示出了本发明的一个实施例的可操作时段范围；
[0014] 图7为本发明的一个实施例的发射降低生理性神经压缩的光的方法的流程图；
[0015] 图8为图7所示实施例的进一步包括延迟时段的发光方法的流程图；
[0016] 图9为本发明的另一个实施例的发射降低生理性神经压缩的光的方法的流程图； 和
[0017] 图10为图9所示实施例的进一步包括延迟时段的发光方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实 施例。但是，本发明可许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提 供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的元素。
[0019] 尽管已描述了所披露的主题事项的实施例示例，然而本领域内技术人员很容易理 解可代替地使用实现所披露主题事项的许多其它方法。在前面的描述中已记载了所披露主 题事项的多个方面。为了便于说明，给出具体的数目、系统和配置以提供对主题事项的透彻 理解。然而，本领域内技术人员可从实践本公开明确主题事项得益而无需具体细节。在其 它情形下，将公知的特征、组件或模块省去、简化、组合或分割以不混淆所披露的主题事项。
[0020] 贯穿本说明和权利要求，用语"包括"、"包含"等应以包含性的意义来解释而不是 排他性或穷尽性的意义，即，其含义为"包括，但不限于"。在本详细描述部分中，使用单数或 复数的用语也分别包括复数或单数。此外，在用于本申请中时，用语"在此"、"以上"、"以下" 及类似意义的用语指的是作为整体的本申请而不是本申请任何特定部分。
[0021] 此外，本领域技术人员应该理解，涉及照明系统，如"照射器"、"光源"、"灯泡"和其 他类似的术语是用于方便读者参考附图。产生光的任何系统均包括在本发明的范围内。
[0022] 本发明的一个实施例，如图片和相关文字所示，提供了一种通过发射能减少观察 者的生理性神经细胞的生理性神经压缩的光以降低亮度的照明系统。该照明系统通过轮流 发射具有对应于感光细胞响应的波长范围的光来减少生理性神经压缩。具体地，该照明系 统可轮流发射具有对应锥细胞，例如长锥细胞、中锥细胞和短锥细胞的响应波长范围的波 长的光。在某些实施例中，该照明系统可用于发射具有对应其他感光细胞，如视杆细胞，以 及其他涉及感光的生理元素，包括黑视蛋白的响应波长范围的波长的光。此外，某些特例可 具有四种类型的锥细胞，因此具有四色的视觉。该照明系统可配置为在一个波长范围内发 射光，在该波长范围内任何上述生理元件以及任何未来发现的生理元件均能响应。此外，该 照明系统可在小于视觉皮层的响应时间而大于生理性神经细胞的响应时间的波长范围的 工作周期内发射光。
[0023] 参考图1，图1示出了光的波长的近似感光度图。图中可见，S锥细胞，或短锥细 胞，具有约420纳米的感光峰值，对应于蓝色光。M锥细胞，或中锥细胞，具有约534纳米的 感光峰值，对应于绿色光。L锥细胞，或长锥细胞，具有约564纳米的感光峰值，对应于红色 光。如前所述，生理性神经压缩在观察者眼睛视网膜的生理性神经细胞（PCs)的两种或两 种以上类型的锥细胞反应和吸收光时发生。当PC从两种或两种以上类型的锥细胞接收光 信息的时候，PC同时解释锥细胞的视觉信息以确定感知的颜色，并压缩每个单独类型的锥 细胞感知的光的亮度。亮度压缩使PC将视觉信息的感知颜色和感知亮度传递到大脑视觉 皮层，可感知亮度小于每种类型的锥细胞个体的可感知亮度总和。
[0024] 如图3所示，多色灯的感知亮度，同时包括主要是由两种或两种以上的锥细胞吸 收的波长的光，可近似地由线310的方程表示为：
[0025] B = L ? 6，
[0026] 相对地，本发明的照明系统的可感知亮度可近似地由线320的方程表示为：
[0027]
[0028] 线320的可感知亮度表现了本发明的照明系统如何利用显著较低的亮度达到与 线310所示的传统照明系统相同的可感知亮度，这将降低照明系统的发光元件的功耗。此 外，这种可感知亮度的增强允许照明系统包括较少的发光元件，减少制造这样的照明系统 的材料成本。另外，在系统中，发光元件的效率降低了温度的增加，根据本发明的照明系统 比传统的照明系统发热更少，进一步提高了系统的电效率。此外，降低照明系统的发光元件 的温度，可延长发光元件的使用寿命。
[0029] 基于此，根据本发明的照明系统可包括一个或多个用于发光的光源，通常被配置 为只被单一类型的锥细胞吸，收而不被其他类型的锥细胞吸收，或被其他类型的锥细胞仅 在非常低的速率吸收。此外，照明系统可配置为发射瞬时光，包括与单一类型的锥细胞相关 联的吸收范围内的光的波长范围内的光。照明系统还可配置为发射瞬时光序列，其中每一 个瞬时光在该序列中对应于一个单一类型的锥细胞的吸收范围内的波长范围，但锥细胞的 类型与瞬时光的之间的变化相关。此外，瞬时光的持续时间可被PC感知，即持续时间大于 PC的响应时间。另外，瞬间的光的持续时间可不被视觉皮层感知，从而在视觉皮层中混合连 续的瞬时光序列的颜色。这是说，持续时间小于视觉皮层的响应时间。
[0030] 参考图2，图