用于增強非圖像形成響應(yīng)的照明設(shè)備和方法
【專利說明】用于増強非圖像形成響應(yīng)的照明設(shè)備和方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35U. S. C. § 119 (e)要求享有于2013年6月26日遞交的題 為 "LIGHTING SYSTEM WITH TEMPORAL DYNAMICS FOR STRONGER NON-MAGE FORMING RESPONSES"的美國臨時專利申請no. 61/839506的優(yōu)先權(quán)，通過引用將所述美國臨時專利 申請的內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及對視覺刺激的非圖像形成響應(yīng)，并且尤其涉及用于增強非圖像形成響 應(yīng)的照明設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在過去的十年中，人類光生物學(xué)的知識已經(jīng)大大增加，在這個意義上，應(yīng)清楚，通 過眼睛被施予人類對象的光輻射，除了視覺以外，在控制各種生物節(jié)律上是至關(guān)重要的。因 此，光輻射不僅對許多身體功能有影響，而且還對心理表現(xiàn)和情緒有影響。
[0005] 發(fā)現(xiàn)示出了褪黑激素抑制對于通過眼睛被施予的光輻射的敏感性。褪黑激素是示 出日循環(huán)的激素，并且被視為是生物節(jié)律的階段的標記物。在白天期間，褪黑激素水平相對 地低。褪黑激素水平在傍晚增加，并且在夜間達到最大值，之后其再次逐漸減小到在白天期 間（即在人一般為醒著時的時段中）的最小水平。褪黑激素通常被已知為睡眠激素，其影 響人類對象的警覺性。因此，當褪黑激素周期受控制時，因為缺少警覺性而犯錯的風(fēng)險被減 小。在自然日循環(huán)中能夠在生物節(jié)律的通常為"暗"的時間中抑制褪黑激素。通常在該時 段中僅人工照明可用。
[0006] 在24小時社會中，許多人不得不在夜間工作和開車并保持警惕以良好且安全地 執(zhí)行，并且在不正常的時間睡好。在這些條件下，許多人遭受增加的犯錯風(fēng)險，例如引起交 通事故，和/或可能受扭曲的睡眠行為的困擾。
[0007] 從表現(xiàn)和安全的角度看，睡眠慣性和警覺性下降是非期望的?？傮w而言，睡眠慣性 在清醒之后持續(xù)30分鐘。對于飛行員和軍事人員而言，睡眠慣性的該持續(xù)可能延遲或者甚 至危害操作。
[0008] WO 02/20079公開了一種控制人類對象的警覺性的方法和在該方法中使用的光 源。所述方法包括人類對象在暴露時段期間對合適的光輻射的暴露。實驗已經(jīng)示出，對在 420-460m的區(qū)域中，即在光譜的藍色部分中，的光具有尤其高的敏感度。
[0009] 然而，仍然存在對用于控制并增強對光的非圖像形成響應(yīng)的改進的設(shè)備和方法的 需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個實施例中，一種照明設(shè)備，包括：光單元，其被構(gòu)造為提供照明輸出；以及 控制器，其被構(gòu)造為控制所述光單元以第一強度提供所述照明輸出，并且等待第一時間段， 將所述照明輸出的強度增加到所述第一強度的至少一因子倍數(shù)，等待第二時間段，并且減 小所述照明輸出的強度，其中，所述因子為至少1. 25。
[0011] 在另一實施例中，一種提供照明方案方法，包括：控制光單元以第一強度提供照明 輸出；等待第一時間段；將所述照明輸出的強度增加到所述第一強度的至少一因子倍數(shù)； 等待第二時間段；并且減小所述照明輸出的強度，其中，所述因子為至少1. 25。
[0012] 在另一實施例中，一種存儲一個或多個程序的非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述程序 包括指令，所述指令當由計算機運行時，令所述計算機執(zhí)行控制光單元提供照明方案的方 法。所述方法包括：控制所述光單元以第一強度提供照明輸出；等待第一時間段；將所述照 明輸出的強度增加到所述第一強度的至少一因子倍數(shù)；等待第二時間段；并且減小所述照 明輸出的強度，其中，所述因子為至少1. 25。
[0013] 在參考附圖考慮以下描述和權(quán)利要求書后，本發(fā)明的這些和其他目的、特征及特 性，以及操作的方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)元件的功能以及各部分的組合及制造的經(jīng)濟性將變得更加 顯而易見，所有附圖形成了本說明書的部分，其中，類似的附圖標記在各個附圖中指代對應(yīng) 部分。然而，應(yīng)當明確理解，附圖僅是出于說明和描述的目的，而不旨在作為對本發(fā)明的限 制的定義。
【附圖說明】
[0014] 圖IA-圖4是根據(jù)所公開的原理的一些示范性實施例的照明方案的時間圖；
[0015] 圖5是根據(jù)所公開的原理的示范性實施例的照明設(shè)備的示意圖；以及
[0016] 圖6-圖9是根據(jù)所公開的原理的一些示范性實施例的提供照明方案的方法的流 程圖。
【具體實施方式】
[0017] 如在本文中所使用的，單數(shù)形式的"一"、"一個"和"該"包括多個指代，除非在上 下文中清楚地另有指定。如在本文中所使用的，兩個或更多部分或部件被"耦合"的表述應(yīng) 意指所述部分被直接或間接地（即，通過一個或多個中間部分或部件）結(jié)合在一起或一起 運行，只要發(fā)生鏈接。如在本文所使用的，"直接耦合"意指兩個元件直接彼此接觸。如在本 文所使用的，"固定地耦合"或"固定的"意指兩個部件被耦合從而作為一體移動，同時維持 相對于彼此的恒定取向。
[0018] 如在本文中所使用的，詞語"單式"意指將部件創(chuàng)建為單件或單元。即，包括單獨 創(chuàng)建并之后耦合在一起作為單元的多個件的部件不是"單式"部件或體。如在本文中所采 用的，兩個或更多個部分或部件彼此"接合"的表述應(yīng)當意指所述部分直接地或通過一個或 多個中間部分或部件而對彼此施力。如在本文中所采用的，術(shù)語"數(shù)量"應(yīng)意指一或大于一 的整數(shù)（即，多個）。
[0019] 本文中所使用的方向性用語，例如而非限制性的，頂部、底部、左、右、上、下、前、后 以及它們的衍生詞，涉及附圖中示出的元件的取向，而非限制權(quán)利要求，除非其中明確記 載。
[0020] 在人類視覺系統(tǒng)中，光是由眼睛中的光感受器感測的。光感受器包括桿狀體和錐 狀體以及內(nèi)在光敏性視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（ipRGC)。ipRGC包括黑視蛋白并且固有地對光敏 感。亦即，甚至在缺乏桿狀體和錐狀體時，ipRGC也將響應(yīng)于光。光感受器的響應(yīng)通過視神 經(jīng)被發(fā)送到腦部以供處理。
[0021] 對視覺刺激的響應(yīng)通常被劃分為兩種類型，圖像形成響應(yīng)和非圖像形成（NIF)響 應(yīng)。圖像形成響應(yīng)通常是指將視覺刺激轉(zhuǎn)換為視覺知覺。NIF響應(yīng)，也被稱為生物響應(yīng)，是 對光的非視覺響應(yīng)。NIF響應(yīng)包括，例如，晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)（entrainment)、瞳孔光反射，以 及光致警覺性。
[0022] 光是用于同步內(nèi)部生物節(jié)律和身體時鐘的最重要的外部線索。生物鐘（或晝夜節(jié) 律鐘）的中央起搏器在于腦部的被指代為視交叉上核（SCN)的小的區(qū)中。生物鐘幫助對一 天中的睡眠模式、警覺性、情緒、體力、血壓以及其他更多進行定時。
[0023] 盡管ipRGC在生成NIF響應(yīng)中扮演重要角色，但桿狀體和錐狀體也對NIF響應(yīng)有 貢獻。能夠通過操縱光暴露的動力學(xué)，來影響ipRGC、桿狀體和錐狀體對NIF響應(yīng)的貢獻，并 且因此，能夠創(chuàng)建引起最優(yōu)NIF響應(yīng)的光暴露。
[0024] 例如，當眼睛初始暴露于光時，桿狀體首先提供"開燈（light on)"響應(yīng)。桿狀體 在整個光脈沖期間繼續(xù)相關(guān)。錐狀體對于較高強度的光也能夠在針對NIF響應(yīng)以信號指明 輻照度中起作用。ipRGC對初始光暴露具有遲鈍的響應(yīng)，但顯著貢獻于NIF響應(yīng)。
[0025] 在諸如日出的自然光條件下，光被"開啟"并保持開啟。在這些條件下，錐狀體在 針對NIF響應(yīng)以信號指明輻照度中的作用快速由ipRGC取代。ipRGC然后在針對NIF響應(yīng) 以信號指明輻照度中扮演主要角色。然而，通過人工地調(diào)制光，錐狀體在針對NIF響應(yīng)以信 號指明輻照度中起的作用能夠增加，因此產(chǎn)生增強的NIF響應(yīng)。
[0026] 已經(jīng)示出，當在穩(wěn)定背景照明中包括短暫的光閃爍時，SCN示出增強的活性。根據(jù) 基礎(chǔ)生理學(xué)，可以預(yù)期ipRGC能夠檢測輻照度的逐漸改變，而錐狀體對輻照度的突然改變 響應(yīng)更靈敏。由于這兩種類型的光感受器具有不同的光譜敏感性，因此能夠通過人工地調(diào) 制光來誘出來自它們兩者的最優(yōu)響應(yīng)。
[0027] 圖IA為根據(jù)所公開的原理的示范性實施例的照明方案的圖。在圖IA中，垂直軸 表示照明的強度并且水平軸表示時間。參考圖1A，對于第一時間段Tl以第一強度Il提供 光。在第一時間段Tl期間提供的光為背景照明，并且可以是，而不限于，白