一种模拟自然光变换的方法及其光源设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利提出一种模拟自然光变换的方法及其光源设备，可应用于空间基空间站，潜艇，地下和水下设施，大型客机，长期不见太阳光的地下室，无窗的生活、工作和娱乐场所，北方地区的冬季，解决这些特殊环境条件下人员缺光导致的各种心理和生理问题。也适用于生物节律退化的部分老年人和时差引起的生物钟紊乱的人群，提高生活质量和工作效率。
【背景技术】
[0002]太阳光是人类赖以生存的必须条件，是重要的环境因素。人类在进化的过程中形成了许多适应光照的机制，光环境对人的生理和心理有着显著的影响。光对人的生理作用是主要通过神经系统影响生理功能，例如生物节律、免疫力等。光也能直接影响人的心理，不同的光源、光色、和照度对人的心理影响不同。在缺光的特殊环境下，人们产生多种负面心理问题和生理疾病。人体的时钟基因，在大脑中央的时钟索上，负责调节人体的生物节律。人的生物节律，即生物钟周期运转是24小时零2分钟。如早晨4-5点钟人的体温最低；早晨6点人的血压开始迅速上升；上午10点人的警觉性最强；下午3点半人的反应最灵敏；18点血压又开始上升；晚上19点体温比早晨高出0. 5度；胰岛素分泌和血糖的维持都在各个不同时间节点上表达清晰，所以有饥饿感和进食的需求；当自然光变暗了，体内开始分泌褪黑激素，褪黑激素经过2-3小时的分泌，人可以入睡了，这时如果有强烈的灯光刺激就会影响褪黑素分泌从而影响睡眠。
[0003]自然光调节人的生物节律是最好的。电灯对人体生物钟改变是最大的，不良的照射对人体危害大。蓝光可以抑制褪黑素的分泌，可以用于治疗失眠，即在早晨7-9点用蓝光照射2小时可以抑制褪黑素在白天分泌。对于上夜班的人早晨下班回家途中可以带墨镜回家，减少眼睛接触自然光，可以促进褪黑素分泌，能够回家尽快入睡。对于出国的人如果有1小时的时差的话，需要一天的倒时差才能适应，如果12小时的时差需要5天的调整期，如果出国向西走的话可以迎着太阳晒，抑制褪黑素分泌，可尽快倒好时差。接触自然光线最佳运动时间是上午9-10点，下午16点。总之，自然光线对人体生物钟，对人的饮食和糖代谢，预防肿瘤都有很重要的作用。
[0004]随着照明产业的发展，LED光源具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，被称为第四代光源，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。嵌入式LED灯光控制系统、可编程智能灯光控制器、物联网LED智能照明控制系统等的应用和推广，使得LED灯能实现多线程同步控制，应用更便捷，更加人性化。
[0005]LED面板灯具有高效节能、明亮勾光、超薄超轻、稳定耐用等优质特性，目前被广泛应用在酒店、会议室、工厂或办公室、商业用途、住宅或者公共设施、学校、医院需要节能及高显色性指数照明的地方。本发明设备的光源板模块是基于LED面板灯的全光谱光源设
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[0006]本专利提出的可模拟自然光变换的方法及其光源设备，光谱波段随一天不同时刻模拟自然光的变换，而紫外光谱段与红外光谱段单独控制。针对不同需求，分为普通模式、作业模式、老年模式、时差模式，目的是实现不同需求、不同人群对光环境的可控调节，提供一种更加科学优越的光源，对人体生理、心理及生物节律产生一定的影响，具有广阔的应用价值。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是给出一种可模拟自然光变换的方法及其光源设备。根据不同时刻的自然光光谱特征，调控器程序能自动调控光源灯片，从而形成时钟控制的可调光源。
[0008]为了实现以上研究目的，设计前期测得春夏交替时节白天太阳光谱各项特征值，根据中华人民共和国国家标准《建筑照明设计标准》GB 50034-2013，按恰当比例，设计模拟自然光变换的照度变化曲线。本发明设备包括光源板模块（1)和启动控制模块（2)。
[0009]所述光源板模块（1)由边框（3)、散光板（4)、LED贴片灯板（5)、集成电路板（6)、背板（7)、穿线孔（8)组成。边框（3)起主要的支撑作用，同时充当主要散热器。散光板（4)具有高透光度和优良的耐候性，可使LED灯散光均匀。LED贴片灯板（5)由灯罩（9)、可见光贴片灯珠（10)、紫外光贴片灯珠（11)、红外光贴片灯珠（12)构成。LED贴片灯板（5)上灯片分布如图4示，由8行18列LED灯珠单元组成整个照明板，所有灯片并联连接，LED贴片灯片本身具有高亮度低热量的优点，亮度可通过电流连续调节，或简单PWM调节。如图4示，三种灯珠环形分布，主体灯珠为可见光贴片灯珠（10)。各波段的光辐射分布均匀，行数1-100和列数1-100，行数和列数根据供电及具体使用情况确定。可见光贴片灯珠（10)发射光谱为太阳可见光全光谱，不同时刻的可见光各光谱波段照度值不同，整体变化规律遵循图5、6、7所示规律。紫外光贴片灯珠（11)发射光谱波段为275?320nm的中波紫外光，中波紫外光对合成维生素D有促进作用，不同时刻的辐照度比例变化遵循图8所示规律。红外光贴片灯珠（12)发射光谱波段为740?llOOnm的近红外光，起促进人体血液循环以及新陈代谢的光疗作用，不同时刻的辐照度比例变化遵循图9所示规律。由于紫外光和红外光过量照射会对人体产生不良影响，本设计19点至6点之间紫外光贴片灯珠（11)和红外光贴片灯珠（12)不工作，为断路。集成电路板（6)包括灯珠控制电路、时钟控制单元和主控芯片单元，时钟控制单元受控制器时钟控制模块智能控制，主控芯片是核心元件，可根据控制程序发出正确“指令”。每一个灯珠均呈并联，且紫外光贴片灯珠（11)电路、红外光贴片灯珠（12)电路可单独控制，具有一定的散热性能。背板（7)，其主要作用就是密封LED面板灯，具有散热作用。
[0010]所述的启动控制模块（2)设计为可触摸显示屏。非触摸模式下如图1显示为纯色液晶模式；触摸模式下如图4显示，包括灯光调节模块（13)、模拟日光模式模块（14)。所有连接电线汇聚成电线束（31)通过穿线孔（8)与光源板模块（1)相连，实现对光源光谱的调控。
[0011]灯光调节模块（13)包括时间显示模块（15)、时间调节模块（16)、紫外光源（17)、红外光源（18)、可见光光源（19)、电源开关（20)。时间显不模块（15)显不一天24小时时钟刻度。时间调节模块（16)可设置时间，而主控芯片可根据时间刻度智能调节灯光。紫外光源（17)，单独调节中波紫外光。红外光源（18)，单独调节近红外光谱。可见光光源（19)，调节控制可见光光谱。不同需求条件下可在开启可见光光源（19)的条件下选择模拟日光模式模块（14)。模拟日光模式模块（14)包括模式选择模块（21)和照度调节模块（22)。本发明设计四种可见光光照模式，如图4所示，包括普通生活模式（23)、作业模式（24)、老年模式（25)、时差调整模式（26)。根据图5、6、7、8、9示，调控不同模式下各波段光谱，利用嵌入式技术或可编程智能灯光控制技术执行调控。如图5所示，普通模式（23)下的可见光贴片灯珠（10)的照度曲线分为了强、中、弱三档，5时至6时灯光照度设计抑制褪黑素分泌，起唤醒作用；8时至18时为正常白天模式，照度分布曲线根据实测太阳光谱按比例减小至适合值。其中强、中、弱三档可根据季节、气候、温度等环境因素，按需求选择；20时至22时照度减小，刺激褪黑素分泌，起催眠作用；