用于增强非图像形成响应的照明设备和方法
【专利说明】用于増强非图像形成响应的照明设备和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U. S. C. § 119 (e)要求享有于2013年6月26日递交的题 为 "LIGHTING SYSTEM WITH TEMPORAL DYNAMICS FOR STRONGER NON-MAGE FORMING RESPONSES"的美国临时专利申请no. 61/839506的优先权，通过引用将所述美国临时专利 申请的内容并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及对视觉刺激的非图像形成响应，并且尤其涉及用于增强非图像形成响 应的照明设备和方法。
【背景技术】
[0004] 在过去的十年中，人类光生物学的知识已经大大增加，在这个意义上，应清楚，通 过眼睛被施予人类对象的光辐射，除了视觉以外，在控制各种生物节律上是至关重要的。因 此，光辐射不仅对许多身体功能有影响，而且还对心理表现和情绪有影响。
[0005] 发现示出了褪黑激素抑制对于通过眼睛被施予的光辐射的敏感性。褪黑激素是示 出日循环的激素，并且被视为是生物节律的阶段的标记物。在白天期间，褪黑激素水平相对 地低。褪黑激素水平在傍晚增加，并且在夜间达到最大值，之后其再次逐渐减小到在白天期 间（即在人一般为醒着时的时段中）的最小水平。褪黑激素通常被已知为睡眠激素，其影 响人类对象的警觉性。因此，当褪黑激素周期受控制时，因为缺少警觉性而犯错的风险被减 小。在自然日循环中能够在生物节律的通常为"暗"的时间中抑制褪黑激素。通常在该时 段中仅人工照明可用。
[0006] 在24小时社会中，许多人不得不在夜间工作和开车并保持警惕以良好且安全地 执行，并且在不正常的时间睡好。在这些条件下，许多人遭受增加的犯错风险，例如引起交 通事故，和/或可能受扭曲的睡眠行为的困扰。
[0007] 从表现和安全的角度看，睡眠惯性和警觉性下降是非期望的。总体而言，睡眠惯性 在清醒之后持续30分钟。对于飞行员和军事人员而言，睡眠惯性的该持续可能延迟或者甚 至危害操作。
[0008] WO 02/20079公开了一种控制人类对象的警觉性的方法和在该方法中使用的光 源。所述方法包括人类对象在暴露时段期间对合适的光辐射的暴露。实验已经示出，对在 420-460m的区域中，即在光谱的蓝色部分中，的光具有尤其高的敏感度。
[0009] 然而，仍然存在对用于控制并增强对光的非图像形成响应的改进的设备和方法的 需要。
【发明内容】
[0010] 在一个实施例中，一种照明设备，包括：光单元，其被构造为提供照明输出；以及 控制器，其被构造为控制所述光单元以第一强度提供所述照明输出，并且等待第一时间段， 将所述照明输出的强度增加到所述第一强度的至少一因子倍数，等待第二时间段，并且减 小所述照明输出的强度，其中，所述因子为至少1. 25。
[0011] 在另一实施例中，一种提供照明方案方法，包括：控制光单元以第一强度提供照明 输出；等待第一时间段；将所述照明输出的强度增加到所述第一强度的至少一因子倍数； 等待第二时间段；并且减小所述照明输出的强度，其中，所述因子为至少1. 25。
[0012] 在另一实施例中，一种存储一个或多个程序的非暂态计算机可读介质，所述程序 包括指令，所述指令当由计算机运行时，令所述计算机执行控制光单元提供照明方案的方 法。所述方法包括：控制所述光单元以第一强度提供照明输出；等待第一时间段；将所述照 明输出的强度增加到所述第一强度的至少一因子倍数；等待第二时间段；并且减小所述照 明输出的强度，其中，所述因子为至少1. 25。
[0013] 在参考附图考虑以下描述和权利要求书后，本发明的这些和其他目的、特征及特 性，以及操作的方法和相关结构元件的功能以及各部分的组合及制造的经济性将变得更加 显而易见，所有附图形成了本说明书的部分，其中，类似的附图标记在各个附图中指代对应 部分。然而，应当明确理解，附图仅是出于说明和描述的目的，而不旨在作为对本发明的限 制的定义。
【附图说明】
[0014] 图IA-图4是根据所公开的原理的一些示范性实施例的照明方案的时间图；
[0015] 图5是根据所公开的原理的示范性实施例的照明设备的示意图；以及
[0016] 图6-图9是根据所公开的原理的一些示范性实施例的提供照明方案的方法的流 程图。
【具体实施方式】
[0017] 如在本文中所使用的，单数形式的"一"、"一个"和"该"包括多个指代，除非在上 下文中清楚地另有指定。如在本文中所使用的，两个或更多部分或部件被"耦合"的表述应 意指所述部分被直接或间接地（即，通过一个或多个中间部分或部件）结合在一起或一起 运行，只要发生链接。如在本文所使用的，"直接耦合"意指两个元件直接彼此接触。如在本 文所使用的，"固定地耦合"或"固定的"意指两个部件被耦合从而作为一体移动，同时维持 相对于彼此的恒定取向。
[0018] 如在本文中所使用的，词语"单式"意指将部件创建为单件或单元。即，包括单独 创建并之后耦合在一起作为单元的多个件的部件不是"单式"部件或体。如在本文中所采 用的，两个或更多个部分或部件彼此"接合"的表述应当意指所述部分直接地或通过一个或 多个中间部分或部件而对彼此施力。如在本文中所采用的，术语"数量"应意指一或大于一 的整数（即，多个）。
[0019] 本文中所使用的方向性用语，例如而非限制性的，顶部、底部、左、右、上、下、前、后 以及它们的衍生词，涉及附图中示出的元件的取向，而非限制权利要求，除非其中明确记 载。
[0020] 在人类视觉系统中，光是由眼睛中的光感受器感测的。光感受器包括杆状体和锥 状体以及内在光敏性视网膜神经节细胞（ipRGC)。ipRGC包括黑视蛋白并且固有地对光敏 感。亦即，甚至在缺乏杆状体和锥状体时，ipRGC也将响应于光。光感受器的响应通过视神 经被发送到脑部以供处理。
[0021] 对视觉刺激的响应通常被划分为两种类型，图像形成响应和非图像形成（NIF)响 应。图像形成响应通常是指将视觉刺激转换为视觉知觉。NIF响应，也被称为生物响应，是 对光的非视觉响应。NIF响应包括，例如，昼夜节律的调节（entrainment)、瞳孔光反射，以 及光致警觉性。
[0022] 光是用于同步内部生物节律和身体时钟的最重要的外部线索。生物钟（或昼夜节 律钟）的中央起搏器在于脑部的被指代为视交叉上核（SCN)的小的区中。生物钟帮助对一 天中的睡眠模式、警觉性、情绪、体力、血压以及其他更多进行定时。
[0023] 尽管ipRGC在生成NIF响应中扮演重要角色，但杆状体和锥状体也对NIF响应有 贡献。能够通过操纵光暴露的动力学，来影响ipRGC、杆状体和锥状体对NIF响应的贡献，并 且因此，能够创建引起最优NIF响应的光暴露。
[0024] 例如，当眼睛初始暴露于光时，杆状体首先提供"开灯（light on)"响应。杆状体 在整个光脉冲期间继续相关。锥状体对于较高强度的光也能够在针对NIF响应以信号指明 辐照度中起作用。ipRGC对初始光暴露具有迟钝的响应，但显著贡献于NIF响应。
[0025] 在诸如日出的自然光条件下，光被"开启"并保持开启。在这些条件下，锥状体在 针对NIF响应以信号指明辐照度中的作用快速由ipRGC取代。ipRGC然后在针对NIF响应 以信号指明辐照度中扮演主要角色。然而，通过人工地调制光，锥状体在针对NIF响应以信 号指明辐照度中起的作用能够增加，因此产生增强的NIF响应。
[0026] 已经示出，当在稳定背景照明中包括短暂的光闪烁时，SCN示出增强的活性。根据 基础生理学，可以预期ipRGC能够检测辐照度的逐渐改变，而锥状体对辐照度的突然改变 响应更灵敏。由于这两种类型的光感受器具有不同的光谱敏感性，因此能够通过人工地调 制光来诱出来自它们两者的最优响应。
[0027] 图IA为根据所公开的原理的示范性实施例的照明方案的图。在图IA中，垂直轴 表示照明的强度并且水平轴表示时间。参考图1A，对于第一时间段Tl以第一强度Il提供 光。在第一时间段Tl期间提供的光为背景照明，并且可以是，而不限于，白