基于光生物学的LED动态照明评价及关键技术研究

【摘要】健康已经成为现今社会最为关注的话题之一。人体本身具有的生物钟,有调节人体生活作息规律以及相关激素的形成与分泌的功能,在人工光源出现之前,太阳光在人体生物钟的形成过程中具有决定性作用。随着生理学研究的不断进展,人们发现人眼中不仅只有视杆细胞和视锥细胞,确实存在着第三类非感光细胞——视网膜特化感光神经节细胞(ipRGC),这类细胞在调节人体生物钟,激素分泌等方面有着突出的贡献。本课题着重进行了基于第三类非感光细胞的人体非视觉生物效应的LED动态照明关键技术的研究。首先对非视觉生物效应进行了基本的阐述,并研究其与光谱之间的关系,其次,依据传统的光度量和和光生物安全性以及非视觉光生物效应提出对于LED动态照明品质的新的评价因素；再次,基于第三类非感光细胞的人体非视觉生物效应进行动态照明设计,利用PWM调制技术,对两种不同色温白光LED进行调制,配比产生不同光谱的组合。最后,对LED动态照明结果进行测量,并使用合理的数学模型对非视觉光生物效应的影响进行结果评估,课题的最后,对测试数据进行分析,意在找寻传统光度量和非视觉光生物效应之间的函数关系,并依据此给出LED动态照明调节的基本建议。全文共分为六章。第一章为绪论,主要对本课题研究的LED动态照明和非视觉光生物效应进行简介,并介绍了国内外在这两方面研究的现状和存在的不足。第二章主要介绍有关光源的基本理论知识和进行光谱测量时所需要的理论基础。第三章主要介绍了人体非视觉光生物效应的理论知识,其中包含两种光生物效应：光对人体损伤的安全性以及影响人体生理节律的非视觉光生物效应。对这两种光生物效应作用的机理和测试方法进行了探究。第四章主要对半导体动态照明技术进行了介绍和研究,并设计一款LED动态照明灯具。依据前文叙述的理论对LED动态照明的品质提出新的评价方式和因子。第五章主要是对设计出来的LED动态照明光源进行测试,设计系统对LED动态照明的光生物安全性进行评价,同时测试LED动态照明的光谱、光通量和色温。使用Michaelis-Menten法则建立的模型,对LED动态照明光源的非视觉光生物效应影响因子进行计算,最后通过数据分析找寻传统光度量光通量色温与非视觉光生物效应影响因子MS之间的关系,给出动态照明的调节方式。第六章对本课题研究的内容进行了总结并指出本课题研究过程中的不足,对未来要继续的工作进行展望。
【作者】罗勇军；
【导师】牟同升；
【作者基本信息】浙江大学，测试计量技术及仪器，2013，硕士
【关键词】非视觉生物效应；视网膜特化感光神经节细胞；动态照明；脉宽调制；

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