一種模擬自然光變換的方法及其光源設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明專利提出一種模擬自然光變換的方法及其光源設備，可應用于空間基空間站，潛艇，地下和水下設施，大型客機，長期不見太陽光的地下室，無窗的生活、工作和娛樂場所，北方地區的冬季，解決這些特殊環境條件下人員缺光導致的各種心理和生理問題。也適用于生物節律退化的部分老年人和時差引起的生物鐘紊亂的人群，提高生活質量和工作效率。
【背景技術】
[0002]太陽光是人類賴以生存的必須條件，是重要的環境因素。人類在進化的過程中形成了許多適應光照的機制，光環境對人的生理和心理有著顯著的影響。光對人的生理作用是主要通過神經系統影響生理功能，例如生物節律、免疫力等。光也能直接影響人的心理，不同的光源、光色、和照度對人的心理影響不同。在缺光的特殊環境下，人們產生多種負面心理問題和生理疾病。人體的時鐘基因，在大腦中央的時鐘索上，負責調節人體的生物節律。人的生物節律，即生物鐘周期運轉是24小時零2分鐘。如早晨4-5點鐘人的體溫最低；早晨6點人的血壓開始迅速上升；上午10點人的警覺性最強；下午3點半人的反應最靈敏；18點血壓又開始上升；晚上19點體溫比早晨高出0. 5度；胰島素分泌和血糖的維持都在各個不同時間節點上表達清晰，所以有饑餓感和進食的需求；當自然光變暗了，體內開始分泌褪黑激素，褪黑激素經過2-3小時的分泌，人可以入睡了，這時如果有強烈的燈光刺激就會影響褪黑素分泌從而影響睡眠。
[0003]自然光調節人的生物節律是最好的。電燈對人體生物鐘改變是最大的，不良的照射對人體危害大。藍光可以抑制褪黑素的分泌，可以用于治療失眠，即在早晨7-9點用藍光照射2小時可以抑制褪黑素在白天分泌。對于上夜班的人早晨下班回家途中可以帶墨鏡回家，減少眼睛接觸自然光，可以促進褪黑素分泌，能夠回家盡快入睡。對于出國的人如果有1小時的時差的話，需要一天的倒時差才能適應，如果12小時的時差需要5天的調整期，如果出國向西走的話可以迎著太陽曬，抑制褪黑素分泌，可盡快倒好時差。接觸自然光線最佳運動時間是上午9-10點，下午16點。總之，自然光線對人體生物鐘，對人的飲食和糖代謝，預防腫瘤都有很重要的作用。
[0004]隨著照明產業的發展，LED光源具有節能、環保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，被稱為第四代光源，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。嵌入式LED燈光控制系統、可編程智能燈光控制器、物聯網LED智能照明控制系統等的應用和推廣，使得LED燈能實現多線程同步控制，應用更便捷，更加人性化。
[0005]LED面板燈具有高效節能、明亮勾光、超薄超輕、穩定耐用等優質特性，目前被廣泛應用在酒店、會議室、工廠或辦公室、商業用途、住宅或者公共設施、學校、醫院需要節能及高顯色性指數照明的地方。本發明設備的光源板模塊是基于LED面板燈的全光譜光源設
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[0006]本專利提出的可模擬自然光變換的方法及其光源設備，光譜波段隨一天不同時刻模擬自然光的變換，而紫外光譜段與紅外光譜段單獨控制。針對不同需求，分為普通模式、作業模式、老年模式、時差模式，目的是實現不同需求、不同人群對光環境的可控調節，提供一種更加科學優越的光源，對人體生理、心理及生物節律產生一定的影響，具有廣闊的應用價值。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是給出一種可模擬自然光變換的方法及其光源設備。根據不同時刻的自然光光譜特征，調控器程序能自動調控光源燈片，從而形成時鐘控制的可調光源。
[0008]為了實現以上研究目的，設計前期測得春夏交替時節白天太陽光譜各項特征值，根據中華人民共和國國家標準《建筑照明設計標準》GB 50034-2013，按恰當比例，設計模擬自然光變換的照度變化曲線。本發明設備包括光源板模塊（1)和啟動控制模塊（2)。
[0009]所述光源板模塊（1)由邊框（3)、散光板（4)、LED貼片燈板（5)、集成電路板（6)、背板（7)、穿線孔（8)組成。邊框（3)起主要的支撐作用，同時充當主要散熱器。散光板（4)具有高透光度和優良的耐候性，可使LED燈散光均勻。LED貼片燈板（5)由燈罩（9)、可見光貼片燈珠（10)、紫外光貼片燈珠（11)、紅外光貼片燈珠（12)構成。LED貼片燈板（5)上燈片分布如圖4示，由8行18列LED燈珠單元組成整個照明板，所有燈片并聯連接，LED貼片燈片本身具有高亮度低熱量的優點，亮度可通過電流連續調節，或簡單PWM調節。如圖4示，三種燈珠環形分布，主體燈珠為可見光貼片燈珠（10)。各波段的光輻射分布均勻，行數1-100和列數1-100，行數和列數根據供電及具體使用情況確定。可見光貼片燈珠（10)發射光譜為太陽可見光全光譜，不同時刻的可見光各光譜波段照度值不同，整體變化規律遵循圖5、6、7所示規律。紫外光貼片燈珠（11)發射光譜波段為275?320nm的中波紫外光，中波紫外光對合成維生素D有促進作用，不同時刻的輻照度比例變化遵循圖8所示規律。紅外光貼片燈珠（12)發射光譜波段為740?llOOnm的近紅外光，起促進人體血液循環以及新陳代謝的光療作用，不同時刻的輻照度比例變化遵循圖9所示規律。由于紫外光和紅外光過量照射會對人體產生不良影響，本設計19點至6點之間紫外光貼片燈珠（11)和紅外光貼片燈珠（12)不工作，為斷路。集成電路板（6)包括燈珠控制電路、時鐘控制單元和主控芯片單元，時鐘控制單元受控制器時鐘控制模塊智能控制，主控芯片是核心元件，可根據控制程序發出正確“指令”。每一個燈珠均呈并聯，且紫外光貼片燈珠（11)電路、紅外光貼片燈珠（12)電路可單獨控制，具有一定的散熱性能。背板（7)，其主要作用就是密封LED面板燈，具有散熱作用。
[0010]所述的啟動控制模塊（2)設計為可觸摸顯示屏。非觸摸模式下如圖1顯示為純色液晶模式；觸摸模式下如圖4顯示，包括燈光調節模塊（13)、模擬日光模式模塊（14)。所有連接電線匯聚成電線束（31)通過穿線孔（8)與光源板模塊（1)相連，實現對光源光譜的調控。
[0011]燈光調節模塊（13)包括時間顯示模塊（15)、時間調節模塊（16)、紫外光源（17)、紅外光源（18)、可見光光源（19)、電源開關（20)。時間顯不模塊（15)顯不一天24小時時鐘刻度。時間調節模塊（16)可設置時間，而主控芯片可根據時間刻度智能調節燈光。紫外光源（17)，單獨調節中波紫外光。紅外光源（18)，單獨調節近紅外光譜。可見光光源（19)，調節控制可見光光譜。不同需求條件下可在開啟可見光光源（19)的條件下選擇模擬日光模式模塊（14)。模擬日光模式模塊（14)包括模式選擇模塊（21)和照度調節模塊（22)。本發明設計四種可見光光照模式，如圖4所示，包括普通生活模式（23)、作業模式（24)、老年模式（25)、時差調整模式（26)。根據圖5、6、7、8、9示，調控不同模式下各波段光譜，利用嵌入式技術或可編程智能燈光控制技術執行調控。如圖5所示，普通模式（23)下的可見光貼片燈珠（10)的照度曲線分為了強、中、弱三檔，5時至6時燈光照度設計抑制褪黑素分泌，起喚醒作用；8時至18時為正常白天模式，照度分布曲線根據實測太陽光譜按比例減小至適合值。其中強、中、弱三檔可根據季節、氣候、溫度等環境因素，按需求選擇；20時至22時照度減小，刺激褪黑素分泌，起催眠作用；