專利名稱：Led照明提高船員工作效率和睡眠質量的方法及燈具的制作方法
技術領域：
本發明屬于照明領域，具體地是一種利用LED光源照明來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的方法及燈具。
背景技術：
常規的艦船燈具只考慮燈具的發光效率、照度、色溫、顯色指數、可靠性等，沒有考慮艦船燈具所產生的對人體的生物學效應，包括提高工作效率、促進睡眠等。對于艦船，包括軍艦、航運船只，照明系統是其至關重要的一部分。由于海洋中艦船航行和作業時間長，且大量在夜間進行，甚至在水下進行，因此將對艦船的安全性、船員的舒適性、船員的心理和生理產生重大影響。艦船的船員50%以上的時間在作業區，環境嘈雜、濕熱，或長時間處在精密儀表盤或儀器前進行操作，或在海圖室識別海圖色標等信息，容易產生視覺疲勞、倦怠，影響船員的睡眠質量及身體、心理健康、工作效率，易產生事故等，從而影響船上工作的 正常進行。所以對于艦船照明環境，不但要考慮照明的發光效率、照度、色溫、顯色指數、可靠性，更應該考慮其生物學效應。

發明內容
本發明正是針對以上現有技術中存在的照明問題，提供了一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的方法及燈具，包括燈體、燈體驅動器、開關選擇器和燈具透明罩四部分，其中所述燈體是由三種LED燈組成波長為425 495nm的藍光LED燈，波長為425 495nm的第二藍光LED激發YAG熒光粉的白光LED燈(12)和波長625 655nm的紅光LED燈(13)，白光LED燈(12)的色溫為4000K 5000K或2700K 3300K，所述藍光LED、紅光LED、白光LED通過所述開關選擇器和燈體驅動器的組合使用，選擇不同線路，實現三種LED燈單獨照明、組合照明等多種照明方式。進一步的，在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，夜間工作時段初始照明選擇色溫400(T5000K的所述白光LED，每隔4小時，點亮所述藍光LED，以抑制褪黑色素的產生，
減緩疲勞、提高工作效率。進一步的，根據褪黑素產生所需要的能量比，所述藍光LED的數量與白光LED的比例為1:4 1:3。進一步的，第二藍光LED的峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm，并且與所述藍光LED的峰值波長不同，兩者的峰值波長相差4(T55nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提高光源的顯色指數。進一步的，臥室照明采用色溫為2700IT3300K的所述白光LED，降低照明燈具中的藍光部分，以促進褪黑色素的產生，提高睡眠質量。進一步的，機艙間及走道采用4000IT5000K的所述白光LED，并點亮所述紅光LED，以縮短暗適應時間，幫助船員迅速適應黑暗環境，提高工作效率。進一步的，根據視紫紅素恢復所需要的能量比，所述紅光LED與所述白光LED的數量比為1:2 1:3。
進一步的，通過所述藍光LED、紅光LED、白光LED、開關選擇器和燈體驅動器的組合使用，選擇不同線路，實現了不同LED光源的選擇。本發明還提供了一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，包括
在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，夜間工作時段初始照明選擇色溫400(T5000K的白光LED，每隔約4小時，點亮峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm的藍光LED，所述藍光LED的數量與白光LED的比例為1:4 1:3 ;所述色溫4000IT5000K的白光LED由第二藍光LED激發熒光粉構成，顯色指數為75 80 ;所述第二藍光LED的峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm，并且與所述藍光LED的峰值波長不同，兩者的峰值波長相差4(T55nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提高光源的顯色指數。進一步的，還包括臥室照明采用色溫為2700IT3300K的所述白光LED，降低照明燈具中的藍光部分，以促進褪黑色素的產生，提高睡眠質量；機艙間及走道采用4000K 5000K的所述白光LED，點亮峰值波長625 655nm、帶寬16 25nm的紅光LED，所述紅 光LED與白光LED的數量比為1:2 1: 3，以縮短暗適應時間。該發明有效結合照明環境影響人體的生物學效應，根據艦船內部不同功能廳對于船員狀態的不同要求，設置不同色溫、不同波段的照明燈具，充分發揮照明燈具對船員狀態的有益影響，使艦船船員工作效率以及睡眠質量得到有效提升。


圖I是暗視覺、明視覺以及生理晝夜節律對光譜的敏感度曲線 圖2是艦船用照明燈具結構示意 圖3是藍光LED光譜曲線 圖4是白光LED光譜曲線 圖5是白光LED與單獨藍光LED組合光源的光譜曲線 圖6是組合光源顯色指數與色溫的關系 圖7是紅光LED光譜曲線圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明作進一步說明。如圖I所示是暗視覺、明視覺以及生理晝夜節律對光譜的敏感度曲線圖。人眼視網膜上的感光細胞除了視錐和視桿細胞以外，還有第三種光感受器感光神經節細胞。這種光感受器與人腦內的生物鐘相關，由大腦松果體分泌褪黑激素所致。正常人的生物節律正是與晝夜交替的24小時相吻合，隨著晝夜交替，褪黑激素大量分泌和被抑制，從而使人們白天工作，夜間睡覺休息。人體內的褪黑激素達到一定量時，人會感到疲勞而昏昏欲睡。而人眼接受的光會抑制松果體分泌褪黑激素，這一種與人的生物節律息息相關的感光神經節細胞對不同波長的敏感度如附圖I所示，在波長為465nm的藍光處具有最大的敏感度，在425 495nm具有較佳的敏感度。因此在工作狀態下，適當的增加藍光或藍綠光的照明，可以使感光神經節細胞有效吸收的光能量增加，從而抑制人體內褪黑素的分泌，減少人體內褪黑素的含量，有效緩解人的疲勞感，在正常作業時減緩睡眠，提高工作效率。同時在睡覺前，降低藍光照明，使感光神經節細胞吸收的藍光減少，從而增加人體內褪黑素的分泌，促進人的睡眠速度,提高睡眠質量。其次，人眼從光亮的環境轉移到黑暗處時，會有一個視覺感受逐步遞增的暗適應過程。暗適應的主要原因之一是視桿細胞的作用，視桿細胞的感光物質包含視紫紅素，視紫紅素在受到明亮光線的刺激后被"漂白"，暗環境視覺功能被抑制，當進入黑暗的環境中，視紫紅素又重新合成恢復其紫紅色，逐步看清暗環境下的物體。視覺的暗適應程度是與視紫紅素重新合成的程度相應的。在黑暗停留初期，暗適應進行得較快，而在后期，暗適應進行得較慢。通常需要經過30分鐘左右時間完全實現暗適應。這對于作業的船員來說，由光亮環境進入黑暗環境的適應速度過于緩慢，不利于工作的順利開展和工作效率的提高。而波長為625飛55nm的紅光對視桿細胞的視紫紅素不起作用，即視桿細胞的視紫紅素不為紅光所漂白，因此可降低視覺功能被抑制的程度，縮短暗適應時間。在進入暗環境前的照明燈具中添加紅光部分，從而幫助作業船員快速適應黑暗環境，提高工作效率。綜上，在艦船作業區的人工照明環境下，應選用藍光425 495nm成分較多的光源進行照明，締造一個減緩疲勞、提高工作效率的工作環境。尤其是夜間工作時段，需要增加 藍光照明，以時刻保證船員有較低的疲勞困倦感。而對于睡眠休息的照明，為了盡快入睡，燈具設計成不含過多藍光成分的燈具。在明環境進入暗環境的明暗變化的工作環境，使用較多紅光625飛55nm的照明燈具，以快速適應暗視覺。如附圖2所示，本發明的利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，主要包括燈體I、燈體驅動器2、開關選擇器3和燈具透明罩4四部分，其中燈體I是由三種LED燈組成峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm的藍光LED燈11、藍光LED激發YAG熒光粉的白光LED燈12和峰值波長625 655nm、帶寬16 25nm的紅光LED燈13。LED燈焊接到金屬芯PCB上，再通過散熱器實現散熱。白光LED的色溫為4000IT5000K或色溫為2700IT3300K的白光LED燈。藍光LED、紅光LED、白光LED通過開關選擇器3和燈體驅動器2的組合使用，可以選擇不同線路，實現藍光LED燈11、白光LED燈12、紅光LED燈13的單獨照明、組合照明等多種照明方式，以滿足不同的照明生物學效應的要求。為了適于在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，尤其是夜間工作時段初始照明選擇色溫400(T5000K的白光LED。根據人腦生物鐘每隔約4小時會產生視覺疲勞現象，在該時，點亮峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm的藍光LED，藍光LED的數量與白光LED的比例為1:4 1:3。藍光LED和白光LED的光譜如附圖3、4所示，以抑制褪黑色素的產生。色溫4000K 5000K的白光LED由藍光LED激發熒光粉構成，顯色指數為75 80。白光LED中激發用的藍光LED的峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm，并且與單獨藍光LED的峰值波長不同，兩者的峰值波長相差4(T55nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提高光源的顯色指數。組合照明的光譜分布如圖5所示，顯色指數達到8216，顯色指數與色溫的關系如圖6所示，可以根據組合光源的顯色指數的要求確定色溫。臥室照明采用色溫為2700IT3300K的白光LED，降低照明燈具中的藍光部分，以促進褪黑色素的產生，提高睡眠質量。機艙間及走道采用4000IT5000K的白光LED，添加峰值波長625 655nm、帶寬16 25nm的紅光LED，紅光LED與白光LED的數量比為1:2 1:3，以縮短暗適應時間。紅光LED的光譜如圖7所示。利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的方法是增加藍光LED照明來抑制人體褪黑素的分泌來緩解疲勞，減少藍光LED照明來促進人體褪黑素的分泌來促進睡眠；使用紅光LED照明增加人眼的暗適應效果；以提高艦船船員德工作效率和睡眠質量。(I)為了適于在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，尤其是夜間工作時段，常規照明選擇色溫5000K的白光LED。白光LED由峰值波長450nm、帶寬25nm的藍光LED激發YAG熒光粉構成，顯色指數為78。根據人腦生物鐘每隔約4小時會產生視覺疲勞現象，在該時，點亮峰值波長495nm、帶寬25nm的單獨藍光LED，形成組合照明；單獨藍光LED的峰值波長與激發熒光粉的LED的峰值波長相差45nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提高光源的顯色指數，組合照明燈具的顯色指數達到83。顯色指數與色溫的關系如圖6所示。單獨藍光LED的數量與白光LED的比例為1:4 1:3，使感光神經節細胞有效吸收的光能量增加，從而抑制人體內褪黑素的分泌，減少人體內褪黑素的含量，有效緩解人的疲勞感，在正常作業時減緩睡眠，提高工作效率。(2)臥室照明采用色溫為3000K的白光LED，降低照明燈具中的藍光部分，使感光神經節細胞吸收的藍光減少，從而增加人體內褪黑素的分泌，促進人的睡眠速度，提高睡眠 質量。(3)機艙間及走道采用色溫為5000K的白光LED，添加645nm的紅光LED，紅光LED與白光LED的數量比為1:2 1:3，以縮短暗適應時間。該利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具的操作方法如下
I.按下開關選擇器3中的W按鈕，燈體驅動器2選擇白光LED 12進行單線驅動，實現白光LED單獨照明。2.按下開關選擇器3中的B按鈕，燈體驅動器2選擇藍光LED 11進行單線驅動，實現藍光LED 11的單獨照明。3.按下開關選擇器3中的R按鈕，燈體驅動器2選擇紅光LED 13進行單線驅動，實現紅光LED 13的單獨照明。4.同時按下開關選擇器3的W、B按鈕，燈體驅動器2同時選擇白光LED 12和藍光LED 11進行雙線驅動，實現白光LED 12和藍光LED 11的組合照明。5.同時按下開關選擇器3的W、R按鈕,燈體驅動器2同時選擇白光LED 12和紅光LED 13進行雙線驅動，實現白光LED 12和紅光LED 13的組合照明。以下為采用本發明所述方法及燈具對人在夜間工作時段和睡眠時段進行照明的試驗記錄
試驗一、夜間工作時段藍光LED照明試驗
I、實驗對象選擇年齡段在20-30歲的經常從事夜間工作人員20名男性員工為實驗對象。2、實驗步驟
I)將20名實驗對象分別進行A、B兩組實驗，安排兩個夜晚在兩個工作室進行正常夜間工作，A組實驗采用本發明照明方法，第一天，在常規5000K色溫LED白光照明下，進入夜間工作3小時后點亮藍光LED進行藍光補光照明，B組實驗為第二天夜間一直使用普通白光LED照明。2)分別觀察記錄A、B兩組實驗時實驗對象的精神狀態、倦怠感和疲勞感。3、按照此方式進行實驗觀察，整理實驗記錄數據，制成如下表格表I :A組實驗時實驗對象出現疲勞感的時間記錄
權利要求
1.一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，包括燈體(I)、燈體驅動器(2)、開關選擇器(3)和燈具透明罩(4)四部分，其特征在于其中所述燈體(I)是由三種LED燈組成波長為425 495nm的藍光LED燈(11 )，波長為425 495nm的第二藍光LED激發YAG熒光粉的白光LED燈(12)和波長625飛55nm的紅光LED燈(13)，白光LED燈(12)的色溫為4000K 5000K或2700K 3300K，所述藍光LED (11)、紅光LED (13)、白光LED (12)通過所述開關選擇器(3)和燈體驅動器(2)的組合使用，選擇不同線路，實現三種LED燈單獨照明、組合照明等多種照明方式。
2.根據權利要求I所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，夜間工作時段初始照明選擇色溫400(Γ5000Κ的所述白光LED (12)，每隔4小時，點亮所述 藍光LED (11)，以抑制褪黑色素的產生，減緩疲勞、提高工作效率。
3.根據權利要求2所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于根據褪黑素產生所需要的能量比，所述藍光LED (11)的數量與白光LED(12)的比例為1:4 1:3。
4.根據權利要求I或2所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于第二藍光LED的峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm，并且與所述藍光LED (11)的峰值波長不同，兩者的峰值波長相差4(T55nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提聞光源的顯色指數。
5.根據權利要求I所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于臥室照明采用色溫為2700ΙΓ3300Κ的所述白光LED (12)，降低照明燈具中的藍光部分，以促進褪黑色素的產生，提高睡眠質量。
6.根據權利要求I所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于機艙間及走道采用4000ΙΓ5000Κ的所述白光LED (12)，并點亮所述紅光LED (13)，以縮短暗適應時間，幫助船員迅速適應黑暗環境，提高工作效率。
7.根據權利要求I或6所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于根據視紫紅素恢復所需要的能量比，所述紅光LED (13)與所述白光LED (12)的數量比為1:2 1:3。
8.根據權利要求I所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于通過所述藍光LED (11)、紅光LED (13)、白光LED (12)、開關選擇器(3)和燈體驅動器(2)的組合使用，選擇不同線路，實現了不同LED光源的選擇。
9.一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，包括 在駕駛室和海圖室等長時間視覺作業區，夜間工作時段初始照明選擇色溫400(Γ5000Κ的白光LED (12)，每隔約4小時，點亮峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm的藍光LED(11)，所述藍光LED (11)的數量與白光LED的比例為1:4 1:3 ;所述色溫4000ΙΓ5000Κ的白光LED由第二藍光LED激發熒光粉構成，顯色指數為75 80 ;所述第二藍光LED的峰值波長為425 495nm、帶寬2(T30nm，并且與所述藍光LED (11)的峰值波長不同，兩者的峰值波長相差4(T55nm，以增寬整個組合光源的帶寬，提高光源的顯色指數。
10.根據權利要求9所述的一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，其特征在于還包括臥室照明采用色溫為2700ΙΓ3300Κ的所述白光LED (12)，降低照明燈具中的藍光部分，以促進褪黑色素的產生，提高睡眠質量；機艙間及走道采用4000K 5000K的所述白光LED (12)，點亮峰值波長625 655nm、帶寬16 25nm的紅光LED(13)，所述紅光LED (13)與 白光LED (12)的數量比為1:2 1: 3，以縮短暗適應時間。
全文摘要
本發明提供了一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的燈具，包括燈體(1)、燈體驅動器(2)、開關選擇器(3)和燈具透明罩(4)四部分，其特征在于其中所述燈體(1)是由三種LED燈組成波長為425~495nm的藍光LED燈(11)，波長為425~495nm的第二藍光LED激發YAG熒光粉的白光LED燈(12)和波長625~655nm的紅光LED燈(13)，白光LED燈(12)的色溫為4000K~5000K或2700K~3300K；本發明還提供了一種利用LED光源來提高艦船船員工作效率和睡眠質量的方法。
文檔編號F21V23/04GK102966899SQ20121051551
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者金尚忠, 曾珊珊 申請人:中國計量學院