DE202015004814U1

DE202015004814U1 - Demonstrator zur Simulation von Tageslicht

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Publication number: DE202015004814U1
Application number: DE202015004814.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2025-07-10
Also published as: EP3320758A1; WO2017005237A1; DE112016003101A5

Abstract

Demonstrator (1) zur Simulation von Tageslicht, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (3) mit wenigstens einer ersten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1), die Licht mit einer ersten Wellenlänge in einem ersten Spektralbereich abstrahlt, und mit wenigstens einer zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.2), die Licht mit einer zweiten Wellenlänge in einem zweiten Spektralbereich abstrahlt, wobei die erste Wellenlänge kürzer als die zweite Wellenlänge ist, und mit einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern der ersten und/oder zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1; 3.2) in Abhängigkeit einer tagesspezifischen Lichtfarbe und Lichtintensität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demonstrator zur Simulation von Tageslicht.
Eine solche Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik bisher nicht bekannt.
Der Mensch ist ein natürliches Wesen und in seiner Biologie stark an natürliche Lichtverhältnisse angepasst. Der Einfluss von Licht auf den circadianen Rhythmus ist sehr stark. So benötigt der Mensch in der Nacht Dunkelheit und am Tag unterschiedliche Lichtverhältnisse, die eine entsprechende Signalwirkung für seinen Körper bilden. Es ist bekannt, dass der blaue Lichtanteil am Morgen dem Körper das Signal vermittelt, dass der Tag und damit eine aktive, wache Phase beginnt, und der orange Lichtanteil am Abend dem Körper das Signal vermittelt, dass die aktive, wache Phase langsam zu Ende geht und eine Ruhephase eingeleitet werden soll.
Diese vorstehend beschriebenen natürlichen Verhältnisse werden durch den Sonnenstand, also das natürliche Licht, bestimmt. Der Mensch lebt heute aber unter sehr vielen künstlichen Einflüssen. So befinden sich in unserer heutigen Welt viele künstliche Lichtquellen, welche das tagesspezifische Profil von Lichtfarbe und Lichtintensität, wie es die Natur vorgibt, überprägt. Der Mensch ist heute bereits morgens künstlichen Lichtquellen mit hohem orangen Lichtanteil und noch abends künstlichen Lichtquellen mit hohem blauem Lichtanteil ausgesetzt. Das führt dazu, dass sich der Körper in seiner Reaktion auf die „falschen” Signale täuscht und Menschen morgens nicht richtig wach werden oder abends nicht richtig müde sind.
Das lange Arbeiten an elektronischen Geräten mit Displays, die eine hohe Lichtintensität haben, gibt dem Körper das „falsche” Signal zu mehr Aktivität. Es fällt daher einem solchen Menschen häufig schwer den Weg in den Schlaf zu finden. Auch eine helle Badezimmerbeleuchtung am Abend kann solche falschen Signale setzen. Morgens unterstützt diese hingegen das Wachwerden, wenn es draußen noch trübe und dunkel ist.
Die Überprägung der natürlichen Lichtverhältnisse durch künstliche Lichtquellen führt zu großen Irritationen und sogar Störungen im menschlichen Körper, die nicht selten auch schwerwiegende gesundheitliche Probleme zur Folge haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der natürliche Lichtverhältnisse auf künstlichem Wege simuliert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten Mehrzahl von Leuchtelementen, die Licht mit einer Wellenlänge im einem ersten Spektralbereich von 380 nm bis 540 nm abstrahlt und mit einer zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen, die Licht mit einer Wellenlänge in einem zweiten Spektralbereich von 540 nm bis 780 nm abstrahlt, und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der ersten und/oder zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen in Abhängigkeit einer tagesspezifischen Lichtfarbe und Lichtintensität.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, eine tageszeitabhängige Beleuchtung zu erzeugen, den circadianen Rhythmus nicht stört sondern unterstützt. Durch Zusatzsteuerungen sind weitere Funktionen, wie Behandlung von Winterdepression oder Vorbeugung/Verminderung von Jetlag denkbar. Die Vorrichtung kann mobil oder stationär ausgebildet sein.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Steuereinrichtung die erste und/oder zweite Mehrzahl von Leuchtelementen in Abhängigkeit von wenigstens einem tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsverlaufsprofil steuert. Damit ist es möglich Profile ganzer Tage und somit auch Profile eines Jahres an unterschiedlichen geografischen Orten zu erstellen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Steuereinrichtung mit einer Speichereinrichtung verbunden ist, in der wenigstens ein tagesspezifisches Lichtfarben- und Lichtintensitätsverlaufsprofil gespeichert ist, wobei die Steuereinrichtung die erste und zweite Mehrzahl von Leuchtelementen. in Abhängigkeit von jeweils einem der gespeicherten tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile steuert. Mit der Speicherung von unterschiedlichen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofilen kann die Vorrichtung stark automatisiert werden und zu sehr unterschiedlichen Zwecken an ganz unterschiedlichen geografischen Orten eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der erste Spektralbereich einen circadian wirksamen, blauen Kanal bildet und der zweite Spektralbereich einen nicht-circadian wirksamen, orangen Kanal bildet.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Funktionsschema eines Demonstrators gemäß vorliegender Erfindung;
2 ein Spektrum des Demonstrators aus 1.
In 1 ist ein Funktionsschema eines Demonstrators 1 gemäß vorliegender Erfindung in einer einfachen Ausführungsform dargestellt. In anderen Ausführungsformen können weitere elektrische und/oder elektronische Zubehörteile vorhanden sein, die den praktischen Einsatzbereich des Demonstrators 1 vergrößern.
Der Demonstrator 1 simuliert im weitesten Sinne natürliche Lichtverhältnisse. Solche natürlichen Lichtverhältnisse sind von der Tageszeit und der Jahreszeit abhängig.
Der Demonstrator 1 wird über eine nicht dargestellte Quelle mit elektrischen Strom versorgt und umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 3. Die Beleuchtungseinrichtung 3 weist wiederum wenigstens eine erste Mehrzahl von Leuchtelementen 3.1 und wenigstens eine zweite Mehrzahl von Leuchtelementen 3.2 auf, die in einem beliebig zu gestaltenden Leuchtbereich (nicht dargestellt) der Beleuchtungseinrichtung 3 angeordnet sind. Ein solcher Leuchtbereich kann zweidimensional flächig in einer Ebene, flächig konkav oder konvex, mit einer runden oder unrunden Kontur oder auch dreidimensional ausgebildet sein.
Die erste Mehrzahl von Leuchtelementen 3.1 ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit der zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen 3.2 vermischt, d. h., die Leuchtelemente 3.1 und 3.2 wechseln sich in wenigstens einer Dimension einzeln oder in Gruppen ab.
Die wenigstens eine erste Mehrzahl von Leuchtelementen 3.1 strahlt Licht mit einer Wellenlänge in einem Spektralbereich von 380 nm bis 540 nm ab. Dieser Spektralbereich umfasst im weitesten Sinne „blaue” Lichtanteile. Die Bereichsangabe stellt den sinnvoll abgegrenzten „blauen” Spektralbereich dar. Die Grenzen sind aber nicht scharf, so dass auch noch angrenzende Wellenlängen diesem „blauen” Spektralbereich zuzurechnen sind.
Die wenigstens eine zweite Mehrzahl von Leuchtelementen 3.1 strahlt Licht mit einer Wellenlänge in einem Spektralbereich von 540 nm bis 780 nm ab. Dieser Spektralbereich umfasst im weitesten Sinne „orange” Lichtanteile. Die Bereichsangabe stellt den sinnvoll abgegrenzten „orangen” Spektralbereich dar. Die Grenzen sind aber auch hier nicht scharf, so dass auch noch angrenzende Wellenlängen diesem „orangen” Spektralbereich zuzurechnen sind. In der vorliegenden Ausführungsform haben der erste Spektralbereich und der zweite Spektralbereich jeweils ein kontinuierliches Spektrum. In anderen Ausführungsformen können aber auch einer der Spektralbereiche oder beide Spektralbereiche nicht kontinuierlich sein.
Der Demonstrator 1 umfasst auch eine Steuereinrichtung 5. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 5 ein Mikrocontroller. Die Bauweise und Funktion eines Mikrocontrollers ist allgemein bekannt und wird hier daher nicht näher beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 5 aber auch andere elektrische und/oder elektronische Bauteile zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 3 aufweisen. Die vorliegenden Erfindung ist ausdrücklich nicht auf einen Mikrocontroller beschränkt.
Die Steuereinrichtung 5 ist mit der Beleuchtungseinrichtung 3 über eine Leitung 9 elektrisch verbunden. Die Leitung 9 umfasst eine ersten Kanal 9.1 zu der wenigstens einen ersten Mehrzahl von Leuchtelementen 3.1 und eine zweite Kanal 9.2 zu der wenigstens einen zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen 3.2. Die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 3 erfolgt durch die Steuereinrichtung in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise über eine Pulsweitenmodulation (Stromdimmung) einem Glättungskondensator (nicht dargstellt) in jedem der Kanäle 9.1 und 9.2. Auch die Pulsweitenmodulation (PWM) ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Das mit Hilfe der Pulsweitenmodulation erzeugte Signal kann, wie ein digitales Signal, zwei diskrete Werte annehmen, ist aber anders als ein digitales Signal in seinem Tastgrad stufenlos verstellbar.
Wenn das Licht in mehr als zwei Spektralbereiche unterteilt werden soll, dann liegen entsprechend auch mehr als zwei Kanäle vor, die von der Steuereinrichtung jeweils unabhängig angesteuert werden können.
Auf die Steuereinrichtung 5 kann in beliebiger Weise zugegriffen werden. In 1 ist ein Zugriff über diverse Schnittstellen 7 möglich, z. B. Bluetooth^® 7.1, WiFi^® (WLAN) 7.2 und DALI 7.3 (Digital Addressable Lighting Interface). Die Erfindung ist aber nicht auf diese Schnittstellen beschränkt. Dennoch kann der Demonstrator 1 vorzugsweise über WLAN 7.2 in ein bestehendes Netzwerk eingebunden werden und per Webinterface oder App gesteuert werden.
Über die Schnittstellen kann eine tagesspezifische Lichtfarbe und/oder Lichtintensität für jeden Kanal 9.1 und 9.2 vorgegeben werden, in deren Abhängigkeit die Beleuchtungseinrichtung 3 durch die Steuereinrichtung 5 steuerbar ist. Vorzugsweise kann eine Folge von tagesspezifischen Lichtfarben und/oder Lichtintensitäten vorgegeben werden, in deren Abhängigkeit die Beleuchtungseinrichtung 3 durch die Steuereinrichtung 5 steuerbar ist In der dargestellten Ausführungsform kann auch eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Diese kann in den Mikrocontroller integriert sein oder extern im Netzwerk vorhanden sein. In dieser kann wenigstens ein tagespezifisches Lichtfarben- und/oder Lichtintensitätsprofil gespeichert werden. So kann die Speichereinrichtung die natürlichen Lichtverhältnisse eines ganzen Jahreszyklus an wenigstens einem bestimmten geografischen Ort speichern. Es können dadurch die natürlichen Lichtverhältnisse jedes beliebigen geografischen Ortes an jedem anderen geografischen Ort simuliert werden.
Der erste Kanal 9.1 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein circadian wirksamer blauer Kanal und der zweite Kanal 9.2 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein nicht-circadian wirksamer oranger Kanal.
Die Steuereinrichtung 5 regelt die Lichtfarbe- und Lichtintensität der beiden Kanäle 9.1 und 9.2 unabhängig voneinander derart, dass Farbtemperaturen im Bereich von größer 1300 K, insbesondere von 1.300 K bis 100.000 K und vorzugsweise auch von größer 100.000 K erreicht werden können.
Mit dem Demonstrator 1 ist es möglich, das Blau eines frühen Morgens auf dem Berg (die blaue Stunde) oder das Blauweiß des Mittagshimmels, das Warmweiß des Nachmittagshimmels und das Goldgelb der Stunde vor Sonnenuntergang (goldene Stunde) zu simulieren. Dabei ist die circadiane Wirkung des Lichts ähnlich der des natürlichen Lichts. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass die Linse des menschlichen Auges mit zunehmendem Alter weniger lichtdurchlässig wird. Das kann mit dem Demonstrator 1 kompensiert werden, indem Helligkeit und Blauanteil dem Alter entsprechend erhöht bzw. angepasst werden.
Vor einer Fernreise kann der Demonstrator 1 eingesetzt werden, um einem Jetlag vorzubeugen. Nach dem Flug kann mit dem Demonstrator 1 ein Jetlag durch spezielle Lichtprogramme reduziert werden.
In den Wintermonaten kann das Farbverlaufsprofil angepasst werden, um dem jahreszeitbedingten Lichtmangel entgegenzuwirken.
In 2 sind die beiden Spektralbereiche gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Demonstrator
3: Beleuchtungseinrichtung
3.1: erste Leuchtelemente
3.2: zweite Leuchtelemente
5: Steuereinrichtung
7: Schnittstellen
7.1: Bluetooth^®
7.2: WiFi^®, WLAN
7.3: DALI
9: Leitung
9.1: erster Kanal
9.2: zweiter Kanal

Claims

Demonstrator (1) zur Simulation von Tageslicht, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (3) mit wenigstens einer ersten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1), die Licht mit einer ersten Wellenlänge in einem ersten Spektralbereich abstrahlt, und mit wenigstens einer zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.2), die Licht mit einer zweiten Wellenlänge in einem zweiten Spektralbereich abstrahlt, wobei die erste Wellenlänge kürzer als die zweite Wellenlänge ist, und mit einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern der ersten und/oder zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1; 3.2) in Abhängigkeit einer tagesspezifischen Lichtfarbe und Lichtintensität.
Demonstrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge in einem Spektralbereich von 380 nm bis 540 nm liegt und die zweite Wellenlänge in einem Spektralbereich von 540 nm bis 780 nm liegt.
Demonstrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) die wenigstens erste und/oder zweite Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1; 3.2) in Abhängigkeit von wenigstens einem tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsverlaufsprofil steuert.
Demonstrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) mit einer Speichereinrichtung verbunden ist, in der wenigstens ein tagesspezifisches Lichtfarben- und Lichtintensitätsverlaufsprofil gespeichert ist, wobei die Steuereinrichtung (5) die erste und zweite Mehrzahl von Leuchtelementen (3.2; 3.2) in Abhängigkeit von jeweils einem der gespeicherten tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile steuert.
Demonstrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.1) eine erste Mehrzahl von gespeicherten tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofilen zugeordnet ist und dass der zweiten Mehrzahl von Leuchtelementen (3.2) eine zweite Mehrzahl von gespeicherten tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofilen zugeordnet ist.
Demonstrator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spektralbereich ein kontinuierliches Spektrum hat.
Demonstrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spektralbereich ein kontinuierliches Spektrum hat.
Demonstrator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Spektralbereich einen circadian wirksamen, blauen Kanal (9.1) bildet und der wenigstens eine zweite Spektralbereich einen nicht-circadian wirksamen, orangen Kanal (9.3) bildet.
Demonstrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) die Lichtfarbe- und Lichtintensität der beiden Kanäle (9.1; 9.2) unabhängig voneinander derart regelt, dass Farbtemperaturen im Bereich von größer 1300 K, insbesondere von 1.300 K bis 100.000 K und vorzugsweise auch von größer 100.000 K erreicht werden können.
Demonstrator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) eine Dimmer-Einrichtung zur unabhängigen Regelung der Intensität beider Kanäle (9.1; 9.2) umfasst.
Demonstrator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) ein Mikrocontroller ist.
Demonstrator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) eine Steuerung in Abhängigkeit von einer Pulsweitenmodulation (PWM) durchführt.
Demonstrator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) die blaue Stunde simuliert.
Demonstrator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) die goldene Stunde simuliert.
Demonstrator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tagesspezifischen Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile ausgewählt sind aus einer Gruppe Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile zur Kompensation eines jahreszeitbedingten Lichtmangels, Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile mit erhöhter Helligkeit und erhöhtem Blauanteil zur Kompensation altersbedingter Sehschwächen, Lichtfarben- und Lichtintensitätsprofile zur Vorbeugung und Kompensation von Jetlags.