TW202107132A - 生物調光照明系統 - Google Patents

Abstract

揭示照明控制系統，其具有複數個電流感測器及一微處理器。該複數個電流感測器中之一第一電流感測器量測一第一LED通道之一第一電流，並且一第二電流感測器量測一第二LED通道之一第二電流。該微處理器經組配來：設定一設定點，該設定點定義一照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且根據該調光廓形來控制一生物光比率。該比率可為黑視素勒克斯與明視勒克斯之M/P比率或OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之OPN5/OPN4比率。該調光廓形使該比率與該最大電流之一百分比相關。

Description

生物調光照明系統

本申請案主張2019年8月16日提交並且標題為「生物調光照明系統(Bio-Dimming Lighting System)」之美國專利申請案第16/543,232號之優先權；該申請案為2019年1月25日提交之標題為「生物調光照明系統(Bio-Dimming Lighting System)」並且作為美國專利第10,420,184號發佈之美國專利申請案第16/257,970號的接續案；該等申請案以全文引用的方式併入本文中。

本發明係有關於生物調光照明系統。

發光二極體(LED)技術為一項日趨成熟之技術，其在效率、可定製性及降低成本方面持續表現出改良。LED技術正在許多行業及市場中迅速部署，包括用於家庭、辦公室及運輸之通用照明，諸如在LCD、航空、農業、醫療及其他應用領域中之固態顯示照明。與其他照明解決方案相比，LED技術之能源效率提高，加上LED本身之成本降低，使得LED應用之數量及在各個行業中之採用率正在增加。與其他照明技術相比，LED技術具有更高之可靠性、更長之使用壽命及更高之效率，而混合並獨立驅動不同色彩之LED以產生定製的且動態的光輸出之能力使LED技術及一般穩健平台中的固態照明(SSL)滿足各種市場需求，並為此等照明技術之許多新應用打開了大門。

黑視素為屬於被稱為視蛋白之較大光敏性視網膜蛋白家族的一種發光色素，並且存在於人類及其他哺乳動物之固有光敏性視網膜神經節細胞(ipRGC)中。黑視素在晝夜節律之光協同化以及潛在的許多其他生理功能中發揮重要的非成像作用。對含有黑視素之ipRGC的刺激促成大腦及身體對光之存在作出的各種反射性反應。黑視素感光體對一定範圍的波長敏感，並且在約480-500(或490)奈米(nm)之波長處達到峰值光吸收。黑視素光(亦即對應於黑視素作用光譜的光，尤其包括在480-500nm區域中之波長)對於包括生理效應及神經學效應(諸如瞳孔光反射及晝夜節律協同化及/或擾亂)之非視覺刺激為至關重要的。對於黑視素光的協調時曝露(包括過度曝露及曝露不足)可用於協同化並促進人類及其他哺乳動物體內之健康的晝夜節律。

與晝夜節律相關之感光體在視網膜之黃斑區域及周圍視覺區域中。與黑視素相關之感光體在視網膜之下半球中最敏感。藉由將照明(具體而言，黑視素光)朝向或遠離其中黑視素感光體最集中或最敏感或反應性最強之視網膜區域進行引導，有可能對此等感光體進行選擇性刺激。若希望最佳地刺激此等感光體，則將生物光(亦即黑視素光)引導至此區域上之光源將為良好的解決方案。等效黑視素勒克斯(EML)為用於量測光對人類之生物效應的度量。作為一種度量，EML涉及ipRGC對光之反應，並且反映光源之光譜刺激ipRGC並影響晝夜節律系統的程度。黑視素比率為給定光源之黑視素勒克斯與明視勒克斯的比率。

雖然眾所周知，曝露於自然光及人造光都可能影響一個人的晝夜節律，但研究亦表明，天空在曙暮(亦即在太陽靠近地平線時的黎明或黃昏前後的短暫時段)期間的自然光可能會對晝夜節律驅動力及/或睡眠壓力控制產生重大影響。儘管天空在曙暮期間呈現深藍色，但與中午期間之天空相比，它在黑視素區域(例如490 nm)中具有顯著較少之輻射能，而在420 nm區域中具有顯著較高之輻射能。

科學資料表明，視交叉上核包含感測到之光色彩的色彩表示。在太陽高懸的白天之絕大多數時間期間，天空之色溫介於5500 K與7000 K之間。此情況發生改變之唯一時間係在太陽低垂的曙暮時段期間。普遍之感知表明，在此等時間，天空會變得更紅。但是，事實並非如此，雖然當太陽的輻射穿過更多的地球大氣時，太陽看起來更紅，但實際上天空變得更藍(例如，在曙暮時，天空之色溫可能為8000-9000 K)。

有兩種獨特的且令人關注的晝夜節律現象與天空變藍之時間一致。首先，睡眠慣性(亦即人類保持睡著的趨勢)在睡眠期間發生。醒來後，由晝夜節律驅動的血液中皮質醇水準上升可藉由減輕睡眠慣性來幫助個人恢復精神。已經證明此皮質醇反應與光的存在協同發生。在一天的另一端，例如在日落時，晝夜節律週期之保持清醒區段部分已經被證實為高活動性及神經生物學活動性增強之時刻。假設此增強之活動性可能為一種進化生存反應，以確保個人有足夠的警覺及精力來完成任何任務並在黑暗降臨之前找到安全的地方。在一天中曙暮前後的時間(或晝夜光週期中之等效時刻)，與人體之晝夜節律有關的特定光提示(僅在曙暮時出現)可能會影響人的神經生理學。例如，一種效應可為開始睡眠控制過程，或者相反地，在未曝露於曙暮的情況下不存在或減少此控制。

在一些系統中，已經實現了諸如響應於環境提示或人的偏好在LED器具之調光期間控制光之晝夜光譜及色溫的能力。例如，已經揭示多種系統，其中使用者可以根據當天時間或基於諸如工作到很晚或時差之某些活動來控制晝夜節律刺激之量。現有系統通常包括單獨的控制器以諸如經由調光器來調整光之色溫及整體亮度。系統亦包括學習模式以瞭解使用者在白天的習慣或根據某些活動提示來學習行為。

在一些實施例中，一種照明控制系統包括複數個電流感測器及微處理器。複數個電流感測器包括第一電流感測器及第二電流感測器。第一電流感測器量測第一LED通道之第一電流，第二電流感測器量測第二LED通道之第二電流，並且穿過複數個電流感測器之電流之總和為總電流。微處理器經組配來：儲存總電流之複數個最小平均值，該等最小平均值中之每一者係根據藉由複數個電流感測器在複數個取樣時段內獲得之量測值計算出；基於複數個最小平均值中之最大者來設定一設定點，其中該設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流；並且根據調光廓形來控制黑視素與明視比率(M/P比率)。調光廓形使M/P比率與最大電流之百分比相關，並且M/P比率為黑視素勒克斯與明視勒克斯之比率。當總電流等於或大於設定點時，照明器具輸出最大M/P比率。

在一些實施例中，一種照明控制系統包括複數個電流感測器及微處理器。複數個電流感測器包括第一電流感測器及第二電流感測器。第一電流感測器量測第一LED通道之第一電流並且第二電流感測器量測第二LED通道之第二電流，其中穿過複數個電流感測器之電流之總和為總電流。微處理器經組配來：基於總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中該設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流；並且根據調光廓形來控制OPN5/OPN4比率。調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關，並且OPN5/OPN4比率為OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率。當總電流等於或大於設定點時，照明器具輸出最小OPN5/OPN4比率。

揭示了使用調光廓形及最大輸出來提供針對使用者偏好來定製之生物光的照明系統。在本發明中，最大輸出亦可被稱為最大設定點或設定點，其中設定點定義照明系統中之LED將會利用之最高電流。該系統根據使用者偏好、以容易使用且穩定的方式有益地調整設定點，從而允許經由單一調光器控制件來週期性地調整光，而不必無規律地改變設定點。藉由併入在晝夜節律協同化中發揮作用之多個波長並且藉由實現進一步增強晝夜節律反應之空間分佈，與習知系統相比，生物光亦得以改良。例如，本發明之照明系統可包括諸如以下中之一或多者的生物波長：靶向感光體OPN4之黑視素光(約490 nm)、皮下刺激光(例如，約660 nm及大於約700 nm(遠紅外))，及靶向感光體OPN5並且已在最近研究中發現在晝夜節律協同化中發揮作用之紫光(約380 nm)。在調光時，調光廓形諸如藉由改變黑視素光與明視光之比率及/或藉由改變OPN5靶向光與OPN4靶向光之比率來改變生物光之比例。另外，當光處於高輸出範圍中時，照明系統減少生物光而不損害可見光輸出(例如，流明輸出及/或色溫)。調光控制

圖1為根據一些實施例之照明控制系統100之示意圖。照明控制系統100包括調光器控制件110，其與微處理器120相互作用以控制由照明器具130輸出之光之量。調光器控制件110由使用者調整並且在此實施例中被示出為滑件介面，但是可組配成其他形式，諸如但不限於旋鈕、樞轉桿或觸控螢幕，其中觸控螢幕可具有任何使用者介面設計。調光器控制件110可提供可連續調整之位置或可具有步進增量。在此實施例中，照明器具130被示出為多向器具，其具有直接吊燈130a及間接吊燈130b兩者以分別提供向下照明及向上照明。在其他實施例中，照明器具130可經組配來提供僅直接照明或僅間接照明，並且可採用任何形式(例如，內凹式、嵌入式、壁燈、吊燈)。照明器具130包括多個LED模組(未示出)以供給白光及具有生物學意義之各種波長，如稍後將在本發明中更詳細地描述。在一些實施例中，照明系統100亦可包括與微處理器120通信之控制器140，其中控制器140可為本端電腦硬體處理器或基於雲之處理系統。控制器140可充當建築物自動化系統並且可用於計算、處理且/或儲存來自照明器具之資料，諸如LED中之電流之量測值、變化率、發生變化之時間點及調光調整之持續時間。因此，在本發明中描述為由微處理器執行之功能亦可由控制器執行。在其他實施例中，資料之計算、處理及儲存可全部在本端由微處理器120執行。

圖2為展示調光器控制件110將總體亮度級之可調整性以及照明系統100之生物調光廓形整合至單一控制中之圖示。該照明系統獨特地將心理學(亦即，使用者偏好)與生物益處相結合以供給總體調光廓形，該總體調光廓形提供較亮的白天及較暗的夜晚，如同在自然日光週期中一樣。在圖2中示出之光譜分佈圖表115之實施例中，系統在白天供給處於峰值黑視素靈敏度範圍中之大量光並且在晚上減少黑視素光。例如，使用者可使用高調光器設定，諸如調光器控制件110之設定112，來供給圖表115之光譜分佈116。光譜分佈116含有大量黑視素光，如由點117指示之約490 nm處之峰值所指示。將調光器控制件110移動至較低設定114導致供給光譜分佈118，其中黑視素光之量極大地減少至點119。同時，調光器控制件110使得使用者能夠調整照明系統之最大總體光輸出。系統藉由監測使用者所利用之照明等級及持續時間來學習令使用者感到舒適的最高光等級。例如，若使用者經常將調光器保持在低於最高設定112之設定113處，則照明系統將定義具有對應於設定113之最大電流的設定點。因此，本發明之照明系統及方法有益地在單一調光介面中提供雙重功能：允許使用者調暗生物光之等級，以及自動適應使用者對最大亮度級之偏好。

圖3A示出圖表300，其表示可在本發明之照明系統中供給之含有生物光之光譜的例示性實施例。在圖3A中，y軸為瓦特，並且x軸為以奈米為單位之波長。圖表300示出總光譜輸出310(亦即，光譜功率分佈)，其為傳統白光光譜330與生物光320之組合。生物光320包括在490 nm(曲線322)及660 nm(曲線324)處之波長峰值，該等波長峰值可自本發明中將被稱為SKYBLUE®輔助物之LED模組(或晶片或通道)一起發射。在本發明中，照明系統正在輸出之光譜中之黑視素光的相對量將被稱為黑視素與明視(M/P)比率。M/P比率為每明視勒克斯之黑視素勒克斯，亦稱為等效黑視素勒克斯(EML)。具體而言，本發明中之M/P比率係使用諸如圖3B中示出之加權函數計算出，該等加權函數基於感光體靈敏度來提供加權。此等加權函數經正規化以便具有相等的曲線下面積，但是在此圖表中並未相對於彼此適當地縮放。曲線360為表示黑視素靈敏度之加權函數並且為以約490 nm為中心之波長分佈。曲線370為表示明視靈敏度之加權函數並且為以約555 nm為中心之波長分佈。黑視素勒克斯「M」被計算為總光譜輸出310與M加權函數(亦即曲線360)之點積，而明視勒克斯「P」被計算為總光譜輸出310與P加權函數(亦即曲線370)之點積。然後，M/P比率被計算為M除以P。曲線360及曲線370之加權函數不具有相等的靈敏度並且經正規化以使得若曲線360及曲線370為相等的能量譜，則M/P比率將為1。例如，在此實施例中，圖3B之y軸以任意單位示出，其針對明視曲線370具有683之權重(對應於555 nm處之每瓦特流明數)並且針對黑視素曲線360具有72,983之權重(其中對單位進行選擇以便使曲線360及370平衡，從而在相等的能量譜下具有為1之M/P比率)。

在其他實施例中，藉由控制OPN5靶向光與OPN4靶向光之比率來調整生物光，其中OPN5/OPN4比率為OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率。黑視素勒克斯如上所述被計算為總光譜輸出與M加權函數之點積，並且OPN5勒克斯類似地被計算為總光譜輸出與OPN5加權函數之點積。根據調光廓形來控制OPN5/OPN4比率，其中調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關。在某些實施例中，當總電流等於或大於設定點時，輸出最小OPN5/OPN4比率，以使得當電流減少時，OPN5/OPN4比率增加。亦即，在完全輸出下，系統供給少量OPN5，並且當系統調暗時，與總電流之去往發射OPN4靶向光(例如，黑視素480 nm至500 nm)之LED通道的比例相比，照明系統之總電流之供給至發射OPN5靶向光(例如，370 nm至410 nm)之LED通道的比例增加。

本發明之照明系統經由調光介面(諸如圖1之調光器控制件110)來調整生物光，諸如M/P比率或OPN5/OPN4比率。本發明之調光系統與所使用之調光介面之類型無關並且可與各種類型之調光器(諸如但不限於0-10V、數位可定址照明介面(DALI)、電子低電壓(ELV)或數位多工(DMX)類型)一起使用。調光可自動或手動進行，諸如根據當天時間來自動進行或在一天之過程中當使用者調暗光輸出時手動進行。在一些實施例中，系統可預設為根據當天時間來供給某些生物光比率(亦即，在早晨及午後為日亮度級輸出，並且根據該地理區域之日落時間，逐漸調暗至夜間等級)，同時允許使用者在一段時間內藉由手動調整調光等級來超控照明等級。例如，當使用者工作到很晚時，他們可暫時增加辦公空間中之照明等級，從而超控針對調光廓形將根據當天時間來供給之M/P(或OPN5/OPN4)比率及照明等級。

施加至LED之電流確定其亮度。習知地，灯具或照明器具時常在安裝時組配成太亮。因此，使用者所需之照明等級經常需要在現場確立，其中若等級太亮，則使用調光器來達成舒適的照明。在其中使用調光器來減少生物光之量的習知系統中，若使用者出於偏好將光調暗，則照明系統將提供比最初設計之生物光比率更低的生物光比率。相比之下，本發明之實施例利用獨特的機器學習演算法來形成對使用者所偏愛之最大照明等級(亦即設定點)之理解。藉由隨著時間的推移量測去往照明器具之電流(去往器具中之所有LED之總電流)來確定最大照明等級，演算法由此得出設定點。對應於設定點之電流為將在用於照明器具之調光廓形中使用之最大電流，其中調光廓形使生物光比率與最大電流之百分比相關。亦即，當使用者或系統在一天之中對亮度級進行調光時，調整M/P比率或OPN5/OPN4比率，其中比率之變化按對應於設定點之最大電流來縮放，而不是如同在習知系統中一樣由電流之絕對值來確定。當在特定時間所使用之電流等於或大於設定點時(例如，若使用者暫時將調光器增加至高於設定點)，最大生物光比率將被供給並且將不超過調光廓形之最大規定生物光比率。

在一些實施例中，調光廓形之每一百分比輸出(例如，最大電流之10%、20%、30%等)具有將要供給之對應生物光比率。若設定點發生改變，如藉由使用者手動調整以及由系統習得為實際所需變化，則百分比輸出將按該新設定點來縮放，並且將在設定點之彼等百分比輸出下供給對應生物光比率。例如，在使用M/P比率作為實例之一個情境中，照明系統可具有0.5A之總額定正向電流並且調光廓形被設計成以最大電流之30%(亦即，以0.15A)供給特定的夜間M/P比率。若系統確定使用者偏愛0.4A作為最大照明等級，則系統將以0.12A(新設定點(0.4A)之30%)供給特定的夜間M/P比率。系統根據使用者所偏愛之最大亮度級對調光廓形進行的重新縮放使得能夠藉由單一調光器控制件來控制系統之生物光及總體照明輸出兩者，從而與習知系統相比，改良易用性。

生物光及白光可具有不同效力。例如，圖3A中之生物光320之每電瓦特黑視素流明可不同於白光光譜330之每電瓦特明視流明。在一些實施例中，本發明之調光廓形獨特地考慮到此等效力差異。在一個例示性實施例中，每瓦特明視流明在白光中比在生物光中更高。因此，在首先移除了生物光之調光廓形中，明視流明保持相當恆定，因為生物光的效率比白光更低。換言之，本發明之系統及方法之實施例有益地考慮到特定光譜之效力，以使得例如可首先對藍光(例如，黑視素)之波長進行調光而不影響明視流明。

圖4A至圖4D示出例示性調光廓形，其中圖4A至圖4B示出2通道系統之實施例(例如，一個LED通道用於白光並且第二LED通道用於生物光)並且圖4C至圖4D示出3通道系統之實施例(例如，一個LED通道用於白光，第二LED通道用於黑視素分量並且第三通道用於生物光之遠紅外「曙暮」分量)。圖4A及圖4C示出隨著輸入電流而變化之光輸出，而圖4B及圖4D示出隨著輸入電流而變化之色溫。

首先來看圖4A之調光廓形400，y軸示出正規化流明(0至1之標度上之相對輸出)以及M/P比率。x軸示出最大電流之百分比。在圖4A中，示出在調光廓形之過程中之流明(線402)、黑視素流明(線404，M流明)及M/P比率(線406，每明視勒克斯之黑視素勒克斯)的繪圖。在調光廓形400中，按照線404之黑視素勒克斯藉由調光介面來近似線性地減少，其中在調光至低於50%電流時，斜率略有增加。然而，視覺刺激(按照線402之流明)以分段方式減少，並且在調光介面之上部(輸入電流=50%至100%)，流明保持恆定，然後線性地減少。因此，按照線406之M/P比率亦為分段函數，具有線性響應，在較低亮度強度下，具有為零之值及零斜率，並且在較高強度下具有正斜率。圖4B示出所得色溫圖表410，其示出當輸入電流自100%減少至50%時，由於M/P比率減小，色溫自3500 K減少至3000 K。

圖4C之3通道調光廓形420示出流明(線422)、黑視素流明(線424，M流明)及M/P比率(線426，每明視勒克斯之黑視素勒克斯)之繪圖。類似於圖4A，視覺刺激(按照線422之流明)以分段方式減少，並且在調光介面之上部(輸入電流=50%至100%)，流明保持恆定，然後線性地減少。當電流大於50%時，線424之黑視素勒克斯具有與圖4A類似之斜率，但是在低於50%時，與圖4A中相比更快速地減少。與圖4A中相比，所得M/P比率以更慢之速率減小，但是隨著調光電流減少至0%，具有連續的減少，而非如同圖4A中一樣以分段方式減少。圖4D示出由調光廓形420產生之色溫圖表430，其示出與圖4B中相比，色溫具有大得多的下降，其中當輸入電流自100%調弱至50%時，色溫自約3500 K減少至3000 K，然後減少至0%電流下的1800 K。

在其他實施例中，可使用並非線性的調光廓形，諸如對數廓形。一般而言，調光廓形內M/P比率(或OPN5/OPN4比率)之減小可藉由改變總電流之去往照明器具中之各種LED通道之比例來實施。例如，當總電流處於設定點之高百分比範圍中時(例如當電流自最大電流之100%減少至50%時)，與總電流之去往在照明器具中產生白光之LED通道的比例相比，總電流之去往在照明器具中產生生物光之LED通道的比例可以更高的速率(例如，兩倍速率)減少。一般而言，在高輸出範圍中，黑視素光之減少對於亮度級具有較小的影響。因此，在一些實施例中，調光廓形藉由產生如下的光來獨特地利用此性質：其中在高輸出範圍中(例如，最大電流設定點之50%以上)，可減少黑視素貢獻而不會對總體光(例如，亮度及/或色溫)造成顯著的影響。

圖5為隨著時間而變化之LED電流之圖表500，其展示根據一些實施例之機器學習演算法之態樣。y軸之LED電流錶示去往照明器具中之所有LED模組之總電流，其由使用者來調整。演算法學習使用者之亮度級偏好並且隨著時間的推移連續地監測去往LED之電流，從而基於當天時間或按照使用者手動設定之亮度級來供給正確的生物光，其中在此實例中將使用M/P比率。圖5之區段A表示在特定時間(出於說明目的，在時間=0處開始)流過LED面板之電流，其中值可藉由系統之最初開機或現有設定點(先前由系統確立之最大電流)來確定，或者由使用者來調整。若區段A中之電流等於或高於設定點(例如，由使用者手動增加)，則供給調光廓形之最大M/P比率。在圖5之情境中，將假設區段A中之電流為現有設定點。在區段B中，M/P比率減小，因為使用者將電流調整成低於設定點。M/P比率逐漸地改變成新狀態，其中根據使M/P比率與百分比輸出(亦即，電流佔設定點之百分比)相關之調光廓形，新狀態應用M/P值。M/P比率之變化遵循調光廓形並且可例如在幾分鐘內，諸如在1、2或5分鐘內發生(注意，區段A與B之間的所說明斜率不一定按比例繪製)。

為了確定何時應響應於使用者之行為而改變設定點，機器學習獨特地使用對較高設定點(使用者「調高」亮度級)的反應比對較低設定點(「調低」)的反應更快之演算法。適應性地學習設定點之此方法防止設定點之無規律變化並且係基於如下使用模型：使用者在正常使用期間更可能調低亮度級，而不是增加亮度級。因此，使用者經由調光控制來輸入之增加被視為更可能係有意向改變，而不是發生了調低。為了監測調光等級，微處理器隨著時間的推移量測LED電流並且定期地記錄取樣時段內的平均電流，該等取樣時段為相對短的持續時間(例如10-20分鐘)。然後系統以有規律的間隔(該等間隔比取樣時段長，諸如每兩小時一次，如區段C所表示)將來自該間隔之所記錄取樣時段平均值之最小值保存在緩衝器中。保存在每一取樣時段中取平均值之最小(smallest/minimum)值係為了濾除週期性短持續時間的增加(亦即，調高亮度)以使得其不會影響正常設定點。裝置維持在滑動窗口內(諸如在最近24至28小時內、或在最近26小時內)的每兩小時一次之最小值之緩衝。

區段D展示保存來自該等間隔之最小平均值之例示性作用。在區段D中，使用者在短時間內將電流調整至較高位準。在第13小時至第15小時之間的2小時間隔「D1」中，每一取樣時段(例如，每15-20分鐘)之平均值由「X」表示。根據一些實施例，D2處之值將被保存為間隔D1之最小平均值，並且區段D中之峰值將被放棄。注意，在區段D中之暫時增加期間供給之M/P比率將為可在調光廓形中獲得之最大比率。即使當電流增加超出設定點(亦即，區段A之位準)時，亦不能超過最大M/P比率。

在所保存之最小平均值中，自緩衝器抽取滑動窗口(例如24至26小時滑動窗口)中之最大值並且將其與現有設定點進行比較。亦即，每當保存新的平均值(例如，每兩小時一次之最小平均值)時，系統回過頭來檢查滑動窗口。緩衝器可為例如先進先出(FIFO)緩衝器，以使得系統逆向地檢查最近使用趨勢以自已保存之局部最小值找到廣泛範圍最大值。使用對高值之長時段監測之此方法係為了濾除例行調光，因為調低亮度係預期使用模型之一部分。換言之，在一些實施例中，更長時段之調低亮度持續時間係被容許的並且耗費更長時間來強制對設定點進行向下調整。當發現最大平均值不同於現有設定點時，將設定點更新至新值。例如，若滑動窗口中之最大平均值高於現有設定點，則將設定點提高至新值。相反地，若滑動窗口中之最大平均值低於現有設定點，則將設定點降低至新值。

重要的是，在確立新設定點之前，系統要求新值維持一定時段，從而產生並非無規律的但是仍然對使用者進行之改變作出響應之穩定系統。例如，在提高設定點之前具有一定量之等待時間防止了暫時性活動(諸如清潔人員活動或維修工作)錯誤地影響設定點。在一些實施例中，與確立較高設定點相比，確立較低設定點所要求之等待時間間隔更長。換言之，微處理器可經組配來藉由以下方式來設定一設定點：在第一時間間隔內之複數個最小平均值中之最大者小於現有設定點時降低設定點，並且在第二時間間隔內之複數個最小平均值中之最大者大於現有設定點時提高設定點，其中第二時間間隔小於第一時間間隔。在一些實施例中，例如，降低設定點所要求之第一時間間隔可為4至26小時，諸如6小時或12小時或24小時，而提高設定點所要求之第二時間間隔可為1至4小時，諸如2小時。在確定了新設定點時，系統可即刻實施新設定點或可逐漸地實施新設定點，諸如每秒實施總變化之5-15%，諸如每秒10%。

在區段E中，系統關閉，諸如當使用者睡著或工作場所關閉時。在此時間期間，將緩衝資料及設定點保存在諸如微處理器之非揮發性記憶體中，以使得當重新啟動電源時，機器學習可利用先前歷史資料重新開始。在系統關閉時，電流之量測及最小平均值之記錄停止。因此，當在區段F處開啟系統時，在已經確立之設定點處供給LED之M/P比率。

圖6為描繪根據一些實施例之微處理器之機器學習演算法之細節的流程圖600。流程圖600中所使用之術語與一個實施例之例示性值一起在以下列出： ●    CS = 電流設定點(具有最大生物光貢獻之位準) ●    AM =平均電流量測值(例如，16 kHz下之32次取樣) ●    LAM = 長時段平均電流量測值(例如，AM之32次取樣) ●    LMEAS = 局部(窗口化)電流(例如，每秒積累之LAM之1024次取樣，表示在1024秒時段內之平均電流) ●    LMAX = 滑動窗口間隔中之最大LMEAS值 ●    SWI = 滑動窗口間隔。LMAX值係以此速率保存(例如，可由奇數小時，諸如1-25小時組成，由此產生13個資料點) ●    SWA = 滑動窗口電流陣列。此係將以SWI進行測試以確定是否需要CS調整的LMAX點之陣列。 ●    UP_SLOPE=將CS調整至新的較高LAM設定點之速率(時間值，例如，秒) (例如，180秒) ●    DOWN_SLOPE=將CS調整至新的較低LAM設定點之速率(時間值，例如，秒) (例如，180秒) ●    dl/dt=在需要變化時對CS之增量變化，表示為量值/調整斜率的變化。 ●    LLS = 所保存之最後一個LMAX。此標誌指示LMAX被保存至SWA，其用於強制下一個LMEAS成為LMAX以確立陣列中之下一個高值(否則LMAX將永久存在)。 ●    ADJUST_UP=指示由於習得適應而逐漸地提高CS的過程標誌。 ●    ADJUST_DOWN=指示由於習得適應而逐漸地降低CS的過程標誌。

在步驟610處開始之流程為每秒調用之功能，其涉及以一定頻率對電流量測值進行自動取樣，該頻率較佳大於用於系統之電流驅動器之頻率。例如，在圖6之實施例中，可以16 kHz進行取樣。在一些實施例中，藉由獲得去往照明器具之總體LED面板之電流的單一量測值來進行總電流量測。在其他實施例中，藉由獲得個別LED通道之量測值並且將其加在一起來進行總電流量測，從而得出將在後續計算使用之總電流。根據取樣時段(諸如10至20分鐘之時段，諸如在示出之實施例中之17分鐘(1024秒))內之總電流之量測值來計算平均值(「LMEAS」)。根據複數個取樣時段內之總電流之量測值來計算複數個最小平均值。在示出之實施例中，藉由在步驟612處將LMEAS與滑動窗口時段中之最大值(LMAX)進行比較來計算滑動窗口時段中之總電流之每一最小平均值，並且若LMEAS小於LMAX，則更新LMAX。滑動窗口間隔可為例如兩小時(每兩小時一次)。

圖6之流程620為在示出之實施例中針對滑動窗口間隔(諸如每兩小時一次(例如，按照步驟622在奇數小時))執行之過程。流程620基於複數個最小平均值中之LMAX之最高值來設定一設定點(「CS」)，其中設定點定義將由調光廓形使用之最大電流(並且在該最大電流下將供給最大生物光)。若在步驟624處，LMAX之最高值大於設定點，則在步驟626中將CS向上調整。若在步驟624處，最高值LMAX小於設定點，則在步驟628中將CS向下調整。然後，微處理器根據調光廓形來控制M/P比率，其中調光廓形使M/P比率與最大電流之百分比相關。例如，對於具有發射包含白光之第一光譜之第一LED通道及發射包含生物定製光之第二光譜(例如，包括480-500 nm及650-670 nm)之第二LED通道的照明器具，M/P比率表示所輸出之黑視素光之相對量。當總電流等於或大於設定點時，微處理器命令LED模組輸出最大M/P比率。

在一些實施例中，可利用開環神經網路進一步改進照明等級設定點之適應。可跟蹤影響適應性反應之各種可量測值，給該等可量測值中之每一者指派一權重。將權重與可量測值組合成計算出的加權因子。諸如藉由對加權因子求和來計算加權因子可用於影響系統之學習行為。可量測值之實例包括但是不限於：調光器設定已經穩定的經過時間、照明器具已經通電之經過時間、總運作時間、最初供電時之設定(設定點)、自從電源開啟以來已經進行之調光調整之數目、在照明器具歷史中已經進行之調光調整之數目、使用者增加或減小調光控制之速率，及使用者增加或減小調光控制之量值。此等可量測值可用於改變例如如何實施等待時間間隔及新的已提高或降低之設定點之斜率。例如，可量測值可用於區分所測量電流之人實施值或機器實施值。在另一實例中，可量測值可用於考慮到不同照明器具之不同漸變速率能力。

圖7為可在圖1之照明系統100中使用之調光模組電路700之實施例的電路示意圖。電路700包括電流驅動器710、生物調光器控制器720及LED引擎730。生物調光器控制器720量測穿過照明器具(例如，圖1之照明器具130)之LED引擎730之電流。電路700獲得之量測值使得微處理器726(亦即，圖1之微處理器120)之機器學習演算法能夠確定提供給LED之最大電流，並且因此能夠確定將最大黑視素與明視比率應用於光譜之設定點。設定點確立用於M/P調光廓形之標度，其中設定點為標度之最大值。

LED引擎730包括第一LED通道735a、第二LED通道735b及視情況第三LED通道735c。第一LED通道735a可為例如白光LED。第二LED通道735b及第三LED通道735c分別可產生對應於生物光之波長，諸如OPN4感光體(黑視素)波長、皮下波長及/或OPN5感光體波長，稍後將在本發明中更詳細地描述該等波長。生物調光器控制器720包括電壓調節器722、執行驅動器電壓量測及脈波寬度調變(PWM)邊緣偵測之電路724、微處理器726、第一電流感測器728a、第二電流感測器728b及可選之第三電流感測器728c。電流感測器728a、728b及728c分別經由連接器740來量測LED通道735a、735b及735c之電流，並且將電流量測值提供至微處理器726。在其中存在第三LED通道735c之實施例中，連接器740可為4接腳連接。在其中不存在第三LED通道735c(亦即，LED系統為2通道組態)之實施例中，連接器740可為3接腳連接。

電路700之硬體併入即時電流量測值作為機器學習演算法之基礎—藉由基於電流及電流歷史操縱生物(例如，SKYBLUE)源與白色LED源之平衡來適應居住者之亮度級偏好。雖然在一些實施例中，穿過所有LED通道之總電流可被量測為單一數量，但是在電路700中示出之實施例中，在單獨地在每一LED通道中量測電流。量測個別通道之益處在於，識別並聯的白光通道與生物光通道之間的電流分佈(共用)並且對其進行補償以便提供可預測的M/P比率。當通道之正向電壓(V_f )特性存在差異時，電流共用係不平衡的。LED之正向電壓為可變的，易受例如製造變化性、正向電流(I_f )、溫度、老化及波長(頻帶隙能量)影響。LED電流隨著正向電壓增加而略微呈指數方式增加，因此並聯的LED之電壓特性之較小差異產生該等LED之間的電流流動之實質性差異。在本發明之實施例中，單獨地監測隨著切換通道(SKYBLUE)工作循環而變化的通道中之電流流動(例如，I_B =SKYBLUE，I_W =白色)的設計可將『正規化』I_B 計算為：

並且將通道之間之電流比計算為：

電流比可用於調整工作循環以使得可與二極體之電壓變化無關地供給可預測的電流分佈(及由此M/P流明)。注意，上述電流量測值亦可用於調整OPN5靶向生物光及OPN4靶向生物光之電流比。

圖5至圖7之調光器學習之各種實施例係可能的。在一些實施例中，照明系統具有使得使用者能夠調整去往照明器具之總電流的單一調光器控制件。微處理器經組配來獲得穿過第一LED通道(例如，發射包含白光之第一光譜)之第一電流及穿過第二LED通道(例如，發射具有650 nm至670 nm及480 nm至500 nm之波長峰值之第二光譜生物照明)之第二電流的量測值，其中第一電流及第二電流之總和為總電流。微處理器亦經組配來儲存總電流之複數個最小平均值，基於複數個最小平均值中之最大者來設定一設定點並且根據調光廓形來控制黑視素與明視比率(M/P比率)。最小平均值中之每一者係根據複數個取樣時段內之電流量測值來計算出。設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流。調光廓形使M/P比率與最大電流之百分比相關，其中M/P比率為黑視素勒克斯與明視勒克斯之比率。當照明器具中所使用之總電流等於或大於設定點時，輸出最大M/P比率。

在一些實施例中，藉由調整總電流之去往第一LED通道之第一比例及總電流之去往第二LED通道之第二比例來改變M/P比率。在一些實施例中，微處理器經組配來藉由以下方式來設定該設定點：在第一時間間隔內之複數個最小平均值中之最大者小於現有設定點時降低設定點，並且在第二時間間隔內之複數個最小平均值中之最大者大於現有設定點時提高設定點，其中第二時間間隔小於第一時間間隔。例如，第一時間間隔可為24至26小時並且第二時間間隔為1至4小時。在一些實施例中，當總電流處於設定點之50%至100%之間時，與總電流之去往第一LED通道之第一比例相比，總電流之去往第二LED通道之第二比例以比更高之速率減少。例如，第二比例可以第一比例之速率之兩倍來減少。在一些實施例中，將複數個最小平均值及設定點保存在非揮發性記憶體中。

在一些實施例中，照明器具包括：第一LED通道，其發射包含白光之第一光譜；第二LED通道，其發射具有650 nm至670 nm及480 nm至500 nm之波長峰值的包含生物定製光之第二光譜；及第三LED通道，其發射具有370 nm至410 nm之波長峰值的第三光譜。單一調光器控制件使得使用者能夠調整去往照明器具之總電流。照明控制系統之微處理器經組配來獲得電流之量測值，基於總電流之複數個平均值來設定一設定點，並且根據調光廓形來控制OPN5/OPN4比率(OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率)。藉由量測穿過第一LED通道之第一電流、穿過第二LED通道之第二電流及穿過第三LED通道之第三電流來獲得電流量測值，其中第一電流及第二電流及第三電流之總和為總電流。設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流。在一些實施例中，微處理器經組配來：儲存複數個平均值，該等平均值中之每一者為取樣時段內之最小平均值；並且基於時間間隔內之複數個平均值中之最大者來設定該設定點。在一些實施例中，微處理器經組配來藉由以下方式來設定該設定點：當第一時間間隔內之複數個平均值低於現有設定點時降低設定點，並且當第二時間間隔內之總電流之複數個平均值大於現有設定點時提高設定點，其中第二時間間隔小於第一時間間隔。調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關。當總電流等於或大於設定點時，輸出最小OPN5/OPN4比率。生物光

取決於應用(諸如辦公空間或住宅環境，或僅白天使用對比白天及黑夜使用)，本發明之實施例之照明系統可使用各種生物光譜分佈。在一些實施例中，亦將空間考慮因素併入調光廓形中，其中可針對具有向上照明及/或向下照明之器具實施不同光譜之色彩分離。

本發明之實施例之照明系統利用包括具有生物學意義之多個波長的生物光。下丘腦中之視交叉上核使用來自視網膜中之神經節細胞之輸入來調節晝夜節律。神經節細胞含有被稱為視蛋白之蛋白質，其中黑視素(OPN4)對490 nm之波長作出響應。本發明之實施例之照明廓形包括與光學輸入有關之此黑視素光譜分量。

此外，在Ota等人之最近研究「OPN4缺陷型小鼠中之受損生理節律光協同化(Impaired Circadian Photoentrainment in OPN4-Null Mice),」(iScience ，第299-305頁，2018年8月31日)中，發現在380 nm處具有峰值吸收之OPN5亦在光協同化中發揮作用。在一些實施例中，照明光譜亦可獨特地包括約380 nm之峰值波長。因為一些塑膠，諸如通常用於器具之聚碳酸酯及聚(甲基丙烯酸甲酯)，會削弱低於400 nm之光，所以針對OPN5之一些實施例可利用高達410 nm之波長。例如，生物光譜之實施例包括480 nm至500 nm及/或370 nm至410 nm之波長峰值，其中當照明輸出處於其調光廓形之最大等級時，存在此等峰值。亦即，在調光廓形之最大電流下，存在有生物學意義的波長。根據特定調光廓形，有生物學意義的波長可隨著電流減少而減小或增加。

在眼睛中，視桿、視錐及黑視素之間的相互作用為微妙的。在強光(白天)條件下，藉由接收來自視錐之一些細微輸入，黑視素在晝夜節律調節中發揮較大作用。因此，黑視素勒克斯係白天使用之正確量度。在低光(夜間)條件下，黑視素影響受到限制，並且藉由來自視桿之貢獻，視錐成為晝夜節律調節之較大貢獻者。因此，咸信明視勒克斯係夜間使用之正確量度。另外，光之空間分佈在光對眼睛感光體之影響中發揮重要作用。亦即，與來自地平線以下(在向上方向上接收)之光相比，來自地平線以上(並且在向下方向上被眼睛接收)之光對黑視素相關感光體具有強得多的影響。在一些實施例中，本發明之照明系統使用經由照明系統之空間分佈及/或空間調變(在本發明中亦可被稱為色彩分離)進行之照明，諸如藉由產生在一天中之不同時間照亮不同表面的光層(例如，在生物白天期間之較高垂直照明，及在生物夜間期間之較低垂直照明)，來有益地針對且優化生物效應。

照明廓形亦包括與皮膚之光學窗口及皮下細胞刺激相關之增強的光譜分量(例如，深紅及/或紅外)。當考量色彩分離時，本發明之實施例獨特地認識到視覺刺激並非唯一重要的領域。遠紅外波長具有更深的皮膚穿透，從而允許輔助途徑來增強晝夜節律信號。一種驅動此反應之機制為經由線粒體，其含有發色團細胞色素C氧化酶。在細胞色素C氧化酶受到輻射後，ATP密度增加，從而提供細胞間信號傳遞並且增加白天警覺等級。另外，此等遠紅外波長提供核心體溫之增加，從而進一步有助於晝夜節律協同化。在一些實施例中，最大強度光譜包括被設計來輔助提供額外白天信號之額外遠紅外波長。遠紅外波長可在630 nm至1100 nm範圍內，諸如700 nm至800 nm，諸如具有約660 nm或720 nm之峰值，一些實施例獨特地利用包括用於光學刺激之490 nm及用於皮下細胞刺激之660 nm兩者的照明光譜。例如，一些實施例包括650 nm至670 nm及/或480 nm至500 nm及/或370 nm至410 nm之波長峰值，其中當照明輸出處於其調光廓形之最大等級時，存在此等峰值。一些實施例包括大於約700 nm之波長峰值及/或480 nm至500 nm及/或370 nm至410 nm之波長峰值，其中當照明輸出處於其調光廓形之最大等級時，存在此等峰值

圖8為示出第一生物照明光譜(在本發明中將被稱為「生物調光」光譜)之圖表800之實施例。圖表800表示其中光譜之輸出等級隨著輸入電流減少(諸如由使用者手動調整或由照明控制系統自動調整)而改變之調光廓形。經設計用於辦公室或僅白天空間的此調光廓形允許有可能在深夜時間藉由將高生物輸出減少至低生物輸出來移除黑視素(490 nm)生物效力。圖表800針對輸出之不同百分比來示出隨著而波長變化的y軸上之相對輸出(亦即，按照0至1之標度來正規化之輸出)。例如，100%輸出曲線810表示供給等於或高於設定點之電流量時，其中設定點由機器學習演算法來確定。後續曲線表示當電流處於設定點之遞減百分比時將供給之光譜分佈。在完全輸出曲線810(調光廓形之最大電流)下，顯著波長峰值表示與480 nm至500 nm範圍內之黑視素光(例如，490 nm)及650 nm至670 nm範圍內之皮下刺激光(例如，660 nm)組合之白光，其中歸因於與白光組合，660 nm峰值表現為600 nm至660 nm範圍內之寬峰值。460 nm附近之峰值亦歸因於白光。與習知白光光譜相比，完全輸出曲線810亦包括更大量之遠紅外波長(例如，660 nm及以上或720 nm及以上)，從而經由皮膚穿透來提供額外的晝夜節律協同化。

當圖表800之光譜自完全輸出曲線810調光至低輸出曲線820(在此實施例中示出為最大電流之6.25%)時，480-500 nm範圍內之生物光逐漸地得以移除(例如，在一些實施例中隨著最大電流之百分比而線性地變化)。當調光廓形減少時，皮下(深紅)分量亦得以移除。在一個實施例中，圖表800之生物調光光譜可藉由2通道LED設計來實施，其中一個LED晶片(亦即，LED通道)產生白光並且另一個LED晶片產生生物光(黑視素及皮下)。例如，白光可具有2700 K至4000 K(例如，約3000 K或3500 K)之相關色溫(CCT)，並且生物光可由如先前所描述之SKYBLUE輔助LED產生。當去往照明器具之總電流被調弱時，兩個晶片之間的光之比例經調整以達成圖8中之曲線所示出之各種M/P比率。用於實施生物調光光譜之LED通道之其他實施例(諸如關於圖4C至圖4D所描述之3通道LED實施例)係可能的。

M/P比率與電流之百分比減少之間的相關性可不同於圖8中示出之廓形，諸如使用如關於圖4A至圖4D所描述之線性相關性、對數相關性或分段相關性。在一些實施例中，與白光相比，調光廓形獨特地在高輸出等級(例如，設定點之50%-100%)下以更快的速率移除生物光，而不影響總可見光。因為與白光相比，480-500 nm波長範圍對可見光具有更少的影響，所以發生對可見光(例如，亮度、色溫及/或顯色指數「CRI」)之此最小影響。例如，480-500 nm峰值減少50%可能僅使視覺亮度(流明)減少10%。在圖8中藉由針對大於約50%之輸出，與600 nm範圍內之曲線之更緊密空間相比，490 nm峰值附近之百分比輸出曲線之間的更寬間隔來展示生物光之此更高移除速率。在一個實施例中，調光廓形有益地產生自完全輸出至完全調光輸出之僅500 K偏移，諸如自完全輸出(設定點)時之具有CRI=86、發紺觀測指數(COI)=3.0及M/P=0.95之4000 K白天光譜偏移至在完全調光設定下之具有CRI=83及M/P 0.55之3500 K夜間光譜。

在一些實施例中，在調光廓形中之光譜中使用之白光包括對於10度觀測者之補償，而非如同習知系統中一樣對於2度觀測者之補償。例如，來自發光設備之光之光譜可經工程化(或定製)成具有所需色度坐標(例如，在使用1964 10°輔助標準觀測者之CIE 1931色彩空間圖中)。例如，LED可具有在480 nm至500 nm範圍內具有強峰值之發射光譜，並且LED之光譜可經定製以使得當LED與傳統白色LED(例如，具有圖3中示出之光譜330)組合時，組合光表現為白色(例如，在CIE 1931色彩空間圖中具有在ANSI 4000 K區間內之色度坐標)。在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之LED經設計成在CIE 1931色彩空間圖中具有其色度坐標在負X及正Y方向上自CIE 1931 2度標準觀測者(亦即，2度觀測者)至CIE 1964 10度標準觀測者(亦即，10度觀測者)之向量偏移。此與傳統白光LED形成對比，該等傳統白光LED在自2度觀測者移動至10度觀測者時具有在正X及負Y方向上的向量偏移。在一些實施例中，對於具有黑視素發射光譜之LED而言，色度坐標在2度觀測者至10度觀測者之間的較大偏移要求在定製此等LED之色度坐標時使用10度觀測者。例如，在使用2度觀測者之習知方法被用來定製來自具有黑視素發射光譜之LED之光及來自白色LED之光的色度坐標，以使得組合光具有在CIE1931色彩空間圖之應呈現白色之區域內之色度坐標時，則組合光將具有對於典型觀測者而言可能不呈現白色之色彩。組合光可事實上呈現略帶綠色，對於意欲用於照明應用之白光源而言，此通常被視為不合需要之光色彩。在一些實施例中，10度觀測者色彩匹配功能為個體之實際感知色彩之更好的預測因子。當10度觀測者被用來定製來自如上所述之LED組合之光的色度坐標時，則組合光對於典型觀測者而言可呈現白色，並且與習知晝夜節律LED系統相比，具有改良之視覺美學品質。

圖9為示出可在本發明之調光廓形中使用之另一生物照明光譜之實施例的圖表900，其中圖表900之光譜在本發明中將被稱為「天空調光」。此天空調光光譜模擬地平線以上之自然光，包括在曙暮時發生的約380 nm附近之波長峰值。圖9中示出之天空調光光譜分佈之實施例包括與480 nm至500 nm範圍內之黑視素光、650 nm至670 nm範圍內(例如，660 nm)及/或700+ nm之皮下刺激光、及370 nm至410 nm範圍內之曙暮(亦即，OPN-5靶向光)組合的白光。約600 nm至660 nm範圍中及460 nm附近之峰值歸因於白光。在一些實施例中，黑視素光具有在465 nm至495 nm之間的峰值波長，以及450 nm至500 nm之全寬半最大值。在一些實施例中，天空調光廓形可藉由以下各項之3通道組態來實施：1)定製晶片(例如，CCT在8000 K至20,000 K範圍內，諸如約17,000 K之冷白光光譜，具有420 nm、465 nm及660 nm處之發射峰值；並且具有約460-470 nm，諸如465 nm之最大峰值)，2)黑視素LED通道(例如，480-500 nm)，及3) OPN5 LED通道(例如，370-410 nm、或405 nm、或380 nm)。在一些實施例中，黑視素LED通道可包括針對10度觀測者之白光補償。在一些實施例中，天空調光廓形可藉由其中省略了黑視素LED之2通道組態(諸如如上所述之定製晶片及OPN5LED通道之2通道組態) 來實施。

如在圖9中可看出，在自100%輸出曲線910直至最低設定曲線920(10%為在此圖表中示出之最低輸出)之所有調光廓形設定中，圖表900之天空調光廓形維持在曙暮範圍中之峰值(370 nm至410 nm)，從而當按照調光廓形發生調光時，將OPN5/OPN4比率自最小值增加至較高值。在一些實施例中，天空調光廓形900可僅使用圖9中示出之曲線之一部分。例如，100%最大電流之完全輸出可實施曲線940(完全圖表900之40%等級)，並且當電流減少時，將光譜自曲線940調整成曲線920。

圖表900之天空調光光譜提供在一天開始及結束時之曙暮波長的重要貢獻。另外，圖表900之天空調光廓形呈現波長峰值之偏移。具有380 nm附近之峰值靈敏度的OPN5促成白天與夜晚之分界，從而提供後續曝光量之增大(使得白天更亮或夜晚更暗)。考慮到人們在室內在太暗而不能視為白天並且太亮而不能視為夜晚之電氣照明下度過其大部分時間，上述情況為至關重要的。在曙暮期間，隨著太陽落下，更多大氣處於太陽與觀測者之間，從而導致羅利散射位能增加。此導致強度之組合減小及OPN5之峰值靈敏度附近的短波長之相對比例增加。因此，在將完全輸出曲線910朝向低輸出曲線920調暗之操作期間，圖表900之天空調光廓形實施相對於其他波長來增加OPN5波長之比率的曙暮序列。當光調暗時370 nm至410 nm(例如，380 nm)波長之相對量之此增加有益地提供比習知照明系統更自然的曙暮情境。在其他實施例中，天空調光光譜可用來提供光之空間分佈。例如，天空調光光譜可用來照亮天花板(亦即，向上照明)，或可為獨立器具(例如，內凹照明)，或可在上照/下照燈之向上部分中使用。

圖10示出圖表1000，其示出在本發明中將被稱為「曙暮調光」之光譜之實施例，該光譜將圖表800之生物調光光譜與圖表900之天空調光光譜組合成單一光譜。因此，圖表1000之曙暮調光光譜為在一天結束時提供不同的黑視素及皮下量以及370-410 nm(例如，380 nm) OPN5波長的調光廓形。具體而言，當電流減少時，OPN5靶向光之比例增加。亦即，調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關，其中OPN5/OPN4比率為OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率，並且當總電流等於或大於設定點時，輸出最小OPN5/OPN4比率。圖表1000之曙暮調光光譜可在作為下照燈或作為上照燈的單一器具中使用。在完全輸出1010時，黑視素波長(480 nm至500 nm)及皮下分量(660 nm，其在與白光的組合中表現為約630 nm之峰值)為曙暮調光之顯著分量，而在極大地調暗之等級(例如，在此實例中表示10%輸出之低輸出曲線1020)下，曙暮波長(370 nm至410 nm)變成主要峰值。

圖11示出利用色彩分離來實施之生物照明系統之實例，其中黑視素(例如，490 nm)及曙暮(例如，380 nm)分量為空間定向的。在此實例中，照明器具為吊形器具1100，其具有在向上方向(亦即，遠離地面向上)及向下方向(亦即，朝向地面向下)兩者上之照明分量。在一個實施例中，圖9之天空調光廓形可用於上照燈1110並且圖8之生物調光廓形可在下照燈1120中使用。在另一實施例中，圖10之曙暮調光廓形可用於上照燈1110並且圖8之生物調光廓形可在下照燈1120中使用。當調暗亮度級時，下照燈1120中之生物調光廓形減少黑視素及皮下分量，而上照燈1110中之天空調光減少黑視素及皮下分量但是維持曙暮(OPN5)分量。因此，曙暮380 nm效應係自「地平線」以上發出，以模擬自然日光並且更有效地刺激光學感光體。

本發明之實施例包括本文所述之生物照明廓形及空間組態的各種組合。在一些實施例中，照明器具包括：第一LED通道，其發射包含白光之第一光譜；及第二LED通道，其發射包含生物定製光之第二光譜。生物定製光具有650 nm至670 nm範圍內之第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍內之第二波長峰值。在一些實施例中，在調光廓形之最大電流下，存在第二光譜中之第一波長峰值及第二波長峰值(在650 nm至670 nm及480 nm至500 nm範圍中)。照明器具進一步可進一步包括第三LED通道，其發射具有370 nm至410 nm範圍中之第三波長峰值之第三光譜。在一些實施例中，第一光譜、第二光譜及第三光譜(若存在)均在朝向地面之向下方向上發射。在一些實施例中，調光廓形具有完全調光設定，其中在370 nm至410 nm範圍中之第三波長峰值為照明器具所發射之最大波長峰值。在一些實施例中，當總電流減少時，調光廓形增加總電流之供給至由第三LED通道發射之在370至410 nm範圍中之第三波長峰值的比例。

在一些實施例中，照明器具包括：第一LED通道，其發射包含白光之第一光譜；第二LED通道，其發射包含生物定製光之第二光譜，该生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之第二波長峰值；及第三LED通道，其發射具有370 nm至410 nm範圍中之第三波長峰值之第三光譜。微處理器經組配來獲得穿過第一LED通道之第一電流、穿過第二LED通道之第二電流及穿過第三LED通道之第三電流之量測值，其中第一電流及第二電流及第三電流之總和為總電流。微處理器亦經組配來基於總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流。微處理器亦經組配來根據調光廓形來控制OPN5/OPN4比率。調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關，其中OPN5/OPN4比率為OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率，並且當總電流等於或大於設定點時，輸出最小OPN5/OPN4比率。在一些實施例中，白光具有8000 K至20,000 K，或2700 K至4000 K範圍中之相關色溫。在一些實施例中，當將調光廓形之最大電流供給至照明器具時，存在第二光譜之第一波長峰值及第二波長峰值(在650 nm至670 nm及480 nm至500 nm範圍中)。在一些實施例中，第一光譜、第二光譜及第三光譜均在向下方向上發射。在一些實施例中，第一光譜、第二光譜及第三光譜均在遠離地面之向上方向上發射，其中其他實施例可包括在朝向地面之向下方向上發射光之第二照明器具，第二照明器具包括：i)第四LED通道，其發射包含白光之第四光譜，及ii)第五LED通道，其發射包含生物定製光之第五光譜，该生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之第四波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之第五波長峰值。在一些實施例中，調光廓形根據當天時間來實施完全調光設定。在一些實施例中，在最大電流下，來自第一光譜、第二光譜及第三光譜之組合光譜經定製製成具有對於國際照明委員會(CIE) 1964 10度標準觀測者而言在ANSI 3000 K至6500 K區間內之色度坐標。

在一些實施例中，照明控制系統包括照明器具、單一調光器控制件及微處理器。照明器具包括：第一LED通道，其發射包含白光之第一光譜；及第二LED通道，其發射包含370 nm至410 nm範圍中之波長峰值之第二光譜。單一調光器控制件使得使用者能夠調整去往照明器具之總電流。微處理器經組配來：a)獲得穿過第一LED通道之第一電流及穿過第二LED通道之第二電流之量測值，其中第一電流及第二電流之總和為總電流；b)基於總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中設定點定義照明器具之調光廓形之最大電流；並且c)根據調光廓形來控制OPN5/OPN4比率。調光廓形使OPN5/OPN4比率與最大電流之百分比相關，其中OPN5/OPN4比率為OPN5勒克斯與黑視素勒克斯之比率，並且當總電流等於或大於設定點時，輸出最小OPN5/OPN4比率。在一些實施例中，藉由調整總電流之去往第一LED通道之第一比例及總電流之去往第二LED通道之第二比例來根據調光廓形改變黑視素與明視比率(M/P比率)。在一些實施例中，微處理器經組配來藉由以下方式來設定一設定點：在第一時間間隔內之複數個平均值中之最大者小於現有設定點時降低設定點，並且在第二時間間隔內之複數個平均值中之最大者大於現有設定點時提高設定點，其中第二時間間隔小於第一時間間隔。例如，第一時間間隔可為24至26小時並且第二時間間隔可為1至4小時。在一些實施例中，第一光譜及第二光譜均在遠離地面之向上方向上發射。

已經參考所揭示之本發明之實施例。作為對本發明之技術之解釋而非作為對本發明之技術之限制，提供了每一實例。事實上，雖然已參照本發明之具體實施例來詳細描述本說明書，但是應瞭解，熟習此項技術者在理解前述內容後，可容易地構想出此等實施例之變更、變化及均等物。例如，作為一個實施例之一部分來說明或描述之特徵可與另一個實施例一起使用以便產生更進一步的實施例。因此，本發明之標的物意欲涵蓋在隨附申請專利範圍及其均等物之範疇內之所有此等修改及變化。本發明之此等及其他修改及變化可由一般熟習此項技術者實踐，而不脫離在隨附申請專利範圍中更具體地闡明之本發明之範疇。此外，一般熟習此項技術者將瞭解，前述描述僅作為實例，而不意欲限制本發明。

100:照明控制系統 110:調光器控制件 112:設定 113:設定 114:較低設定 115:光譜分佈圖表 116:光譜分佈 117:點 118:光譜分佈 119:點 120:微處理器 130:照明器具 130a:直接吊燈 130b:間接吊燈 140:控制器 300:圖表 310:總光譜輸出 320:生物光 322:曲線 324:曲線 330:傳統白光光譜 360:曲線 370:曲線 400:調光廓形 402:線 404:線 406:線 410:色溫圖表 420:3通道調光廓形 422:線 424:線 426:線 430:色溫圖表 500:圖表 600:流程圖 610:步驟 620:流程 622:步驟 624:步驟 626:步驟 628:步驟 700:調光模組電路 710:電流驅動器 720:生物調光器控制器 722:電壓調節器 724:電路 726:微處理器 728a:第一電流感測器 728b:第二電流感測器 728c:第三電流感測器 730:LED引擎 735a:第一LED通道 735b:第二LED通道 735c:第三LED通道 740:連接器 800:圖表 810:100%輸出曲線 820:低輸出曲線 900圖表 910:100%輸出曲線 920:最低設定曲線 940:曲線 1000:圖表 1010:完全輸出 1020:低輸出曲線 1100:吊形器具 1110:上照燈 1120:下照燈 A:區段 B:區段 C:區段 D:區段 D1:間隔 D2:值 E:區段 F:區段 V_f :正向電壓 I_f :正向電流

圖1為根據一些實施例之照明控制系統之示意圖。

圖2示出根據一些實施例之調光器控制件及相關調光廓形。

圖3A為根據一些實施例之含有生物光之光譜之圖表。

圖3B為根據一些實施例之用於計算黑視素與明視比率之黑視素及明視加權函數之圖表。

圖4A至圖4D為表示根據一些實施例之隨著輸入電流而變化之調光廓形的圖表。

圖5為說明根據一些實施例之機器學習演算法之操作的圖表。

圖6為根據一些實施例之機器學習演算法之流程圖。

圖7為根據一些實施例之生物調光電路之示意圖。

圖8示出根據一些實施例之生物照明光譜及調光廓形之圖表。

圖9示出根據一些實施例之另一生物照明光譜及調光廓形之圖表。

圖10示出根據一些實施例之另一生物照明光譜及調光廓形之圖表。

圖11為根據一些實施例之具有色彩分離之生物照明系統之示意圖。

110:調光器控制件

112:設定

113:設定

114:較低設定

115:光譜分佈圖表

116:光譜分佈

117:點

118:光譜分佈

119:點

Claims (46)

1. 一種照明控制系統，其包含： 一照明器具，該照明器具包含： 一第一LED通道，該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜；及 一第二LED通道，該第二LED通道發射包含生物定製光之一第二光譜，該生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之一第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之一第二波長峰值； 一單一調光器控制件，該單一調光器控制件使得一使用者能夠調整去往該照明器具之一總電流；及 一微處理器，該微處理器經組配來： 獲得穿過該第一LED通道之一第一電流及穿過該第二LED通道之一第二電流之量測值，其中該第一電流及該第二電流之一總和為該總電流； 儲存該總電流之複數個最小平均值，該等最小平均值中之每一者係根據複數個取樣時段內之該等量測值計算出； 基於該複數個最小平均值中之一最大者來設定一設定點，其中該設定點定義該照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且 根據該調光廓形來控制一黑視素與明視比率(M/P比率)，其中該調光廓形使該M/P比率與該最大電流之一百分比相關，並且其中該M/P比率為一黑視素勒克斯與一明視勒克斯之一比率； 其中當該總電流等於或大於該設定點時，輸出一最大M/P比率。
2. 如請求項1之照明控制系統，其中藉由調整該總電流之去往該第一LED通道之一第一比例及該總電流之去往該第二LED通道之一第二比例來改變該M/P比率。
3. 如請求項1之照明控制系統，其中該微處理器經組配來藉由以下方式來設定該設定點： 當一第一時間間隔內之該複數個最小平均值中之該最大者小於一現有設定點時，降低該設定點；並且 當一第二時間間隔內之該複數個最小平均值中之該最大者大於該現有設定點時，提高該設定點； 其中該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
4. 如請求項3之照明控制系統，其中該第一時間間隔為24至26小時並且該第二時間間隔為1至4小時。
5. 如請求項1之照明控制系統，其中該照明器具進一步包含一第三LED通道，該第三LED通道發射具有370 nm至410 nm範圍中之一第三波長峰值之一第三光譜。
6. 如請求項5之照明控制系統，其中該第一光譜、該第二光譜及該第三光譜均在朝向地面之一向下方向上發射。
7. 如請求項5之照明控制系統，其中該調光廓形具有一完全調光設定，在該完全調光設定中該第三波長峰值為該照明器具所發射之一最大波長峰值。
8. 如請求項5之照明控制系統，其中當該總電流減少時，該調光廓形增加該總電流之供給至該第三波長峰值的一比例。
9. 如請求項1之照明控制系統，其中當該總電流處於該設定點之50%至100%之間時，與該總電流之去往該第一LED通道之一第一比例相比，該總電流之去往該第二LED通道之一第二比例以一更高之速率來減少。
10. 如請求項9之照明控制系統，其中該第二比例以該第一比例之一速率之兩倍來減少。
11. 如請求項1之照明控制系統，其中該複數個最小平均值及該設定點保存在一非揮發性記憶體中。
12. 如請求項1之照明控制系統，其中在該調光廓形之該最大電流下，存在該第二光譜之該第一波長峰值及該第二波長峰值。
13. 一種照明控制系統，其包含： 一照明器具，該照明器具包含： 一第一LED通道，該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜； 一第二LED通道，該第二LED通道發射包含生物定製光之一第二光譜，該生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之一第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之一第二波長峰值；及 一第三LED通道，該第三LED通道發射具有370 nm至410 nm範圍中之一第三波長峰值之一第三光譜； 一單一調光器控制件，該單一調光器控制件使得一使用者能夠調整去往該照明器具之一總電流；及 一微處理器，該微處理器經組配來： 獲得穿過該第一LED通道之一第一電流、穿過該第二LED通道之一第二電流及穿過該第三LED通道之一第三電流之量測值，其中該第一電流及該第二電流及該第三電流之一總和為該總電流； 基於該總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中該設定點定義該照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且 根據該調光廓形來控制一OPN5/OPN4比率，其中該調光廓形使該OPN5/OPN4比率與該最大電流之一百分比相關，並且其中該OPN5/OPN4比率為一OPN5勒克斯與一黑視素勒克斯之一比率； 其中當該總電流等於或大於該設定點時，輸出一最小OPN5/OPN4比率。
14. 如請求項13之照明控制系統，其中該白光具有8000 K至20,000 K範圍中之一相關色溫。
15. 如請求項13之照明控制系統，其中該白光具有2700 K至4000 K範圍中之一相關色溫。
16. 如請求項13之照明控制系統，其中該第一光譜、該第二光譜及該第三光譜均在朝向地面之一向下方向上發射。
17. 如請求項13之照明控制系統，其中該第一光譜、該第二光譜及該第三光譜均在遠離地面之一向上方向上發射。
18. 如請求項17之照明控制系統，其進一步包含在朝向地面之一向下方向上發射光之一第二照明器具，該第二照明器具包含： 一第四LED通道，該第四LED通道發射包含白光之一第四光譜；及 一第五LED通道，該第五LED通道發射包含650 nm至670 nm範圍中之一第四波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之一第五波長峰值之一第五光譜。
19. 如請求項13之照明控制系統，其中該調光廓形根據一當天時間來實施該完全調光設定。
20. 如請求項13之照明控制系統，其中在該最大電流下，來自該第一光譜、該第二光譜及該第三光譜之一組合光譜經定製製成具有對於一國際照明委員會(CIE) 1964 10度標準觀測者而言在一ANSI 3000 K至6500 K區間內之色度坐標。
21. 如請求項13之照明控制系統，其中該微處理器進一步經組配來： 儲存該複數個平均值，該等平均值中之每一者為一取樣時段內之一最小平均值；并且 藉由以下方式來設定該設定點：i)基於一時間間隔內之該複數個平均值中之一最大者，ii)當一第一時間間隔內之該複數個平均值低於一現有設定點時，降低該設定點，並且iii)當一第二時間間隔內之該總電流之該複數個平均值大於該現有設定點時，提高該設定點； 其中該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
22. 一種照明控制系統，其包含： 一照明器具，該照明器具包含： 一第一LED通道，該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜；及 一第二LED通道，該第二LED通道發射包含370 nm至410 nm範圍中之一波長峰值之一第二光譜； 一單一調光器控制件，該單一調光器控制件使得一使用者能夠調整去往該照明器具之一總電流；及 一微處理器，該微處理器經組配來： 獲得穿過該第一LED通道之一第一電流及穿過該第二LED通道之一第二電流之量測值，其中該第一電流及該第二電流之一總和為該總電流； 基於該總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中該設定點定義該照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且 根據該調光廓形來控制一OPN5/OPN4比率，其中該調光廓形使該OPN5/OPN4比率與該最大電流之一百分比相關，並且其中該OPN5/OPN4比率為一OPN5勒克斯與一黑視素勒克斯之一比率； 其中當該總電流等於或大於該設定點時，輸出一最小OPN5/OPN4比率。
23. 如請求項22之照明控制系統，其中藉由調整該總電流之去往該第一LED通道之一第一比例及該總電流之去往該第二LED通道之一第二比例來根據該調光廓形改變一黑視素與明視比率(M/P比率)。
24. 如請求項22之照明控制系統，其中該微處理器經組配來藉由以下方式來設定該設定點： 當一第一時間間隔內之該複數個平均值中之一最大者小於一現有設定點時，降低該設定點；並且 當一第二時間間隔內之該複數個平均值中之該最大者大於該現有設定點時，提高該設定點； 其中該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
25. 如請求項24之照明控制系統，其中該第一時間間隔為24至26小時並且該第二時間間隔為1至4小時。
26. 如請求項22之照明控制系統，其中該第一光譜及該第二光譜均在遠離地面之一向上方向上發射。
27. 一種照明控制系統，其包含： 複數個電流感測器，該複數個電流感測器包括一第一電流感測器及一第二電流感測器，其中該第一電流感測器量測一第一LED通道之一第一電流，該第二電流感測器量測一第二LED通道之一第二電流，並且穿過該複數個電流感測器之電流之一總和為一總電流；及 一微處理器，該微處理器經組配來： 儲存該總電流之複數個最小平均值，該等最小平均值中之每一者係根據藉由該複數個電流感測器在複數個取樣時段內獲得之量測值計算出； 基於該複數個最小平均值中之一最大者來設定一設定點，其中該設定點定義一照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且 根據該調光廓形來控制一黑視素與明視比率(M/P比率)，其中該調光廓形使該M/P比率與該最大電流之一百分比相關，並且其中該M/P比率為一黑視素勒克斯與一明視勒克斯之一比率； 其中當該總電流等於或大於該設定點時，該照明器具輸出一最大M/P比率。
28. 如請求項27之照明控制系統，其進一步包含單一調光器控制件，該單一調光器控制件使得一使用者能夠調整去往該照明器具之該總電流。
29. 如請求項27之照明控制系統，其進一步包含一調光介面，該調光介面基於來自一使用者之輸入來自動調整去往該照明器具之該總電流。
30. 如請求項27之照明控制系統，其中該調光廓形根據一當天時間來實施一完全調光設定。
31. 如請求項27之照明控制系統，其中： 該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜；並且 該第二LED通道發射包含生物定製光之一第二光譜，該生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之一第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之一第二波長峰值。
32. 如請求項27之照明控制系統，其中該微處理器藉由調整該總電流之去往該第一LED通道之一第一比例及該總電流之去往該第二LED通道之一第二比例來控制該M/P比率。
33. 如請求項32之照明控制系統，其中： 該總電流係連續地即時量測的；並且 該第一LED通道或該第二LED通道之一電流比率隨著該即時總電流而變化。
34. 如請求項27之照明控制系統，其中該微處理器藉由以下方式來設定該設定點： 當一第一時間間隔內之該複數個最小平均值中之該最大者小於一現有設定點時，降低該設定點；並且 當一第二時間間隔內之該複數個最小平均值中之該最大者大於該現有設定點時，提高該設定點； 其中該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
35. 如請求項34之照明控制系統，其中該第一時間間隔為24至26小時並且該第二時間間隔為1至4小時。
36. 如請求項27之照明控制系統，其中當該總電流處於該設定點之50%至100%之間時，與該總電流之去往該第一LED通道之一第一比例相比，該總電流之去往該第二LED通道之一第二比例以一更高之速率來減少。
37. 如請求項36之照明控制系統，其中該第二比例以該第一比例之一速率之兩倍來減少。
38. 如請求項27之照明控制系統，其中該微處理器進一步包含一非揮發性記憶體，該非揮發性記憶體儲存該複數個最小平均值及該設定點。
39. 一種照明控制系統，其包含： 複數個電流感測器，該複數個電流感測器包括一第一電流感測器及第二電流感測器，其中該第一電流感測器量測一第一LED通道之一第一電流並且該第二電流感測器量測一第二LED通道之一第二電流，其中穿過該複數個電流感測器之電流之一總和為一總電流；及 一微處理器，該微處理器經組配來： 基於該總電流之複數個平均值來設定一設定點，其中該設定點定義一照明器具之一調光廓形之一最大電流；並且 根據該調光廓形來控制一OPN5/OPN4比率，其中該調光廓形使該OPN5/OPN4比率與該最大電流之一百分比相關，並且其中該OPN5/OPN4比率為一OPN5勒克斯與一黑視素勒克斯之一比率； 其中當該總電流等於或大於該設定點時，該照明器具輸出一最小OPN5/OPN4比率。
40. 如請求項39之照明控制系統，其進一步包含單一調光器控制件，該單一調光器控制件使得一使用者能夠調整去往該照明器具之該總電流。
41. 如請求項39之照明控制系統，其進一步包含一調光介面，該調光介面基於來自一使用者之輸入來自動調整去往該照明器具之該總電流。
42. 如請求項39之照明控制系統，其中： 該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜；並且 該第二LED通道發射包含生物定製光之一第二光譜，該生物定製光具有650 nm至670 nm範圍中之一第一波長峰值及480 nm至500 nm範圍中之一第二波長峰值。
43. 如請求項42之照明控制系統，其進一步包含一第三電流感測器，該第三電流感測器量測一第三LED通道之一第三電流，其中該第三LED通道發射具有370 nm至410 nm範圍中之一第三波長峰值之一第三光譜。
44. 如請求項39之照明控制系統，其中： 該第一LED通道發射包含白光之一第一光譜；並且 該第二LED通道發射包含370 nm至410 nm範圍中之一波長峰值的一第二光譜。
45. 如請求項39之照明控制系統，其中該微處理器進一步經組配來： 儲存該複數個平均值，該等平均值中之每一者為一取樣時段內之一最小平均值；並且 藉由以下方式來設定該設定點：i)基於一時間間隔內之該複數個平均值中之一最大者，ii)當一第一時間間隔內之該複數個平均值低於一現有設定點時，降低該設定點，並且iii)當一第二時間間隔內之該總電流之該複數個平均值大於該現有設定點時，提高該設定點； 其中該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
46. 如請求項39之照明控制系統，其中該調光廓形根據一當天時間來實施完全調光設定。

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