[发明专利]用于以恒定的感知亮度和颜色提供可调谐昼夜节律照明的设备、方法和系统

说明书

新发现的视网膜神经节细胞光受体黑视素不存在于眼睛的中央凹中，但分布于人的其余视网膜主体中，其提供诱发昼夜节律夹带的非视觉生物/生理输入，以及影响感知亮度的视觉输入；这种感知亮度不是通常与中央视图中对象的照度和感知颜色相关联的对象亮度，而是对整个空间或任务背景的亮度感知。讨论了基于黑视素刺激对昼夜节律照明系统的改进，从而可以根据期望的昼夜节律周期，并以净光输出在整个时间调谐内为恒定感知亮度和颜色的方式，在预定色温范围上在时间上调谐环境和/或装置背景照明，该范围从具有更高黑视素含量的第一照明子集到具有更低黑视素含量的第二照明子集，或者反之亦然。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2016年6月3日的美国临时申请No.62/345,559在35U.S.C.119和/或120下的权益和优先权，该申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明总体涉及根据期望的昼夜节律刺激调节照明源输出以向用户提供生物/生理的益处。更具体而言，本发明涉及所谓昼夜节律照明(也称为“生物照明”或“光生物学”或“光治疗”)中的改善，使得产生所述生物/生理益处的光源输出中操作变量的偏移—即，光的黑视素含量(melanopiccontent)中的动态偏移影响警觉性等，并且还(i)不会导致操作过程中对环境或背景光可感知不同的颜色，并(ii)未必会维持恒定的亮度或照度，而是可能维持恒定的感知环境或背景亮度。

在过去几十年中，已经做出了大量工作以试图理解本文将称为人对照明的响应。人对照明的响应可以是即刻且物理的——像存在产生眩光的光源时的斜视——或更慢地演变并更多出于本能——像长期暴露于适当光治疗而减轻由于季节性情感障碍(SAD)的效果。研究已经得出被广泛接受的真相：照明确实不仅仅是照明，眼镜确实不仅仅是用于观看。更具体而言，照明不仅仅是方便观看——它对观看者具有生物/生理影响。

为了量化昼夜节律效应，已经采取过若干种方法。已经在受检者体内测量过褪黑激素，一种活性且有因果关系的荷尔蒙，并将其与昼夜节律行为相关，在其他条件下这又被相关到警觉性等。试验调节强度和暴露至光，以产生一种或多种生物/生理益处(例如，感知或测量的警觉性)；例如，参见美国专利No.8,028,706和8,506,612，两者都通过引用全文并入本文。试验经由选择彩色光源，例如LED而调节光谱功率分布(SPD)，以鼓励褪黑激素生成/新陈代谢或以其它方式调节昼夜节律(再次参见美国专利No.8,506,612)。试验曾根据预期昼夜节律通过对所述LED进行定时功率或占空比调节，来调节由多个彩色LED构成的光源的SPD。这些工作能够产生有益的昼夜节律照明产品，但它们的问题是有几个缺陷。

商用昼夜节律照明系统在白天期间产生“更冷”的带蓝色的光，以开始更大的昼夜节律刺激，在夜间产生“更暖”的略带红色的光，以消除所述刺激。众所周知的是，在抑制褪黑激素方面，带蓝色的光(即，一般与更高相关色温(CCT)相关联的更冷的光)更有效。不过，这些商用的照明系统在白天期间感知更蓝，在夜间感知更红，从而存在显著且可觉察的色移，以及在工作时间期间总的感知亮度偏移。这可能是为何很多商用昼夜节律照明系统被作为个体单元销售的原因之一，这样它们就可以根据需要被独立开关，以产生期望的生物/生理益处，更像夜间如何仅打开夜灯那样。显著的色移使得现有昼夜节律照明系统不太适合一般目的的照明，其需要针对其下方执行的任务有良好的颜色呈现；此外，它可能由于可见的色移而恼人或令人厌烦，尤其是对于计算机监视器和其他个人电子装置而言，其中视觉任务周围的背景照明很突出。因此，任何昼夜节律照明系统常常必须与一般照明配对，或者必须工作于“任一/或者”模式中，使其工作于一般目的照明或提供生物/生理益处的特殊模式中(再次参见美国专利No.8,506,612)。这样可能很麻烦且恼人，并且对于用户而言没有成本效率。