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光的生物功能和动感照明 2012/3/16 9:26:34
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  长期以来,都以为在人们的视网膜上只有锥状和杆状两种感光细胞,它们分别在明视觉和暗视觉时起作用。这两种感光细胞对光的灵敏度都随波长而变。锥状细胞对波长为555nm的光最灵敏,而杆状细胞的最大灵敏度发生在507nm(见图1)。

  2002年,美国Brown大学的David Berson发现了一种新的感光细胞,它是视网膜上的神经结细胞。与锥状细胞和杆状细胞相似,这种视网膜神经结细胞对不同波长的光的灵敏度也是不同的。如图1中的Ae曲线是它的光谱灵敏度曲线,其峰值波长位于460nm的蓝光附近。但是与前两种感光细胞不同,第三种感光细胞与视觉并无关系。它不是连接到视觉的脑皮层,而是直接联系到下丘脑的松果体,即人体生物钟(见图2),从而影响人的生物功能。

  清晨,周围的光环境处于高色温的状态,蓝色光的成分比较丰富,刺激着视网膜上的神经结细胞,使人们体内皮质醇的浓度增高,并抑制褪黑色素的分泌(见图3)。这样一早起来,人们的身体就充满了活力,精力充沛地开始一天的工作。黄昏时,周围的光环境逐渐变为低色温的状态,蓝色光的成分很少,使体内皮质醇的分泌减少,褪黑色素的浓度增高,因而会渐渐感到疲劳,需要休息和睡眠。天然光就是这样通过视网膜上的神经结细胞来控制体内的生物钟,使生理活动适应昼夜和四季的节奏变化。

  现在,人工照明一般都是静态的,与天然采光相比,缺少了活力。由于在天然光的照射下,人会感到更为舒适,因而采用天然采光的商场人气更旺,采用天然采光的学校学生的成绩更好。显然在进行照明规划时,要尽量使用天然采光(这也是节能的需要)。然而除此之外,是否还有其它办法能将天然光带进室内,而动感照明就是一种行之有效的方法。

  所谓动感照明就是照明的强弱和色温的高低都可以进行智能控制的照明。图4就为这种动感照明方式:清晨时,照明系统提供高色温和高照度的照明,清新的冷色光使走进办公室的人精神十足地开始一天的工作;午餐时,降低的照度和暖色光有助于人们放松一下,短暂的休息可以使身体再充电;午饭后人们通常会感到困倦,这时照度又升高,且改为冷白色,以避免午饭后瞌睡;在下班前,转变成稍冷的白光,以使人们在回家的路上保持警觉,而对那些要工作得较迟的人,暖白色的光则产生一种愉快的家庭似气氛。动感照明有多种方式,除整体地改变整个房间的照度和色温外,还可以根据个人的喜好,调节照明的强弱和光色;可以选择特定的照度和色温,也可以采用软件通过预置的程序来控制光的变化。在功能照明的基础上,还可以通过室内发光天棚模拟的天空光的变化形成逼真的天然光环境,使我们感到更舒适,从而进一步提高工作效率。

  飞利浦公司已开发出多种用于动感照明的灯具和控制器件。其基本思想是在灯具中同时采用高低色温(如6500K和2700K)的两种高显色性的T5荧光灯,通过诸如DALI镇流器、红外探头、遥控器或调光镇流器、DALI集中控制模块等智能化的控制器件,调节高低色温的两种T5荧光灯的光输出,从而产生照度和色温变化的效果。分别发红光、绿光、和蓝光的彩色荧光灯也可以作为动感照明的光源。众所周知,对LED的发光进行控制更为方便。因此,随着LED光效的提高和成本的降低,LED在将来或会是进行动感照明更有前途的光源。

  参考文献

  1 周太明等.电气照明设计.上海:复旦大学出版社,2001

  2 Wout Van Bommel., "The third Photoreceptor in the Human Eye and Its Meaning for Lighting", Proceedings of Pal,2003,PP.1121-1132.

  3 Mark S. Rea., "From the Shoulders of Giants", LD+A, March 2005, pp.78-81

  4 周太明等.光源原理与设计(第二板).上海:复旦大学出版社,2006

  5 飞利浦公司有关动感照明的资料

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