A napi életritmus és a LED világítás N. Vidovszky Ágnes – Schanda János
1
Vázlat 1.Bevezetés 2.Vizsgálandó feladat 3.Számítások menete 4.Eredmények 5.Következtetések 2
Az optikai sugárzás nem vizuális hatásai 1. Blue Light and retunal Burn hazard 120.000 100.000
rel. sensitivity
•Kék fény hatás (BLH) •Retina károsodások •Baktericid hatás stb.
80.000 B(l)
60.000
R(l)
40.000 20.000 0.000 300
500
700
900
1100
1300
1500
wavelength, nm
3
Az optikai sugárzás hatásai 2. • Az IR rövidebb hullámhosszait használják terápiás kezeléseknél, pl. reuma • Szürkehályog kialakulásában van szerepe, de hatásfüggvényét még nem ismerjük • Photokeratitis (cornea gyulladása) • Fehérje kicsapódás (Photocoagulatio) • Kornea sebezhetősége lézerek?
Photokeratitis hatás fv-e 4
A látható sugárzás nem vizuális hatásai
-- -Direkt pigmentképző hatás __ bilirubin hatás
5
Vizsgálandó feladat A fény hatása a napi életritmusra
6
Melatonin kiválasztás elnyomásának színképi hatásfüggvénye Bizonyos retinális ganglion sejtek fényérzékeny melanopsint tatalmaznak, s ezek a látható színképtartomány rövidhullámú részén történő ingerlésre a suprachiasmatic nucleus (SCN) közvetítésével a toboz-mirigyben a melatonin kiválasztást 7 szabályozzák.
Kérdések •Változtassuk-e a • mesterséges fény intenzitását, • egyenletességét, •színhőmérsékletét, hogy természetesebbnek hasson? •Okoz-e problémát, ha a fáradtságot a fehér fény összetételének változtatásával elnyomjuk? •Az új fényforrásnál - a LED-nél - milyen színképre törekedjünk? 8
Megvilágítás és színhőmérséklet harmonikus kapcsolata
9
http://www.lamptech.co.uk/Images/Illustrations/FL%20Kruithof%20Diagram.jpg
A vizsgált LED-ek színképe Cold White
1,2
Warm white 457 (white?) 450
1
460 470 490
rel.sp. eloszlás
0,8
503 509 515
0,6
525 530 556
0,4
567 586 593
0,2
611 622 630
0 350
400
450
500
550
600
hullámhossz, nm
650
700
750
800
640 651 659
10
Számítások menete, kiindulás 1.Kiindulásként minden LED kombinációban 2860 K –re törekedtünk. 2.Belső terekről lévén szó csak Ra> 50 variációkat választottuk ki. 3.Ezt követően két feltételt igyekeztünk optimálni, • a reggeli kék tónushoz nagy C/Φ értékre törekedtünk • az esti pihenéshez (melatonin kiáramlás) kis C/Φ értéket igyekeztünk elérni 11
2860 K-s korrelált színhőmérsékletet állítottunk elő, a Gall féle Cirkadian hatás függvény alapján határoztuk meg a C/Φ értéket 1.2
rel. hatás, C ;
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 380
400
420
440
460
480
500
hullámhossz; nm
520
540
560
580 12
Cirkadian számítás (circadian light)
[(
) (
) ]
CL = a1 ∫ Pλ M λ dλ - b1 + a2 ∫ Pλ S λ dλ − k ∫ PλV10 λ dλ − b2 P V ' dλ ∫ λ λ − rodSat − a3 1 − e
13
-
Számítások menete • LED színességi koordináták meghatározása a színinger megfeleltető fv-kel x (λ ), y (λ ), z (λ )
5.0 4.5 4.0 rel. sp. distr.
• Eredő színképi teljesítmény eloszlás meghatározása addícióval, az ehhez szükséges paraméterek optimalizálása az Excel Solver moduljával, úgy hogy a színességi koordináták eltérését minimalizáltuk.
test_source Reference
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
350
400
450
500
550
600
650
700
w avelength, nm
14
750
Eredmények: Ra változása 1.B LED függvényében R,G LED azonos színhőmérséklet, különböző színvisszaadás 120.00 100.00 Izzó
Ra
80.00
G556;R611 G556;R622
60.00
G567;R651 G567;R659
40.00
G567;R630 20.00 0.00 440
450
460
470
480
hullámhossz; nm
490
500 15
2. A cirkadian hatékonyságot a kék LED hullámhossza befolyásolja: C/Φ kombinációk 9.00 8.00
Cirkadian/Fényáram
7.00
Izzó
6.00
G556;R611
5.00
G556;R622
4.00
G567;R651
3.00
G567;R659 G567;R630
2.00 1.00 0.00 440
450
460
470
480
hullámhossz; nm
490
500 16
A kétféle számítás eredménye LED kombináció
Ra
C/FI
CL/FI
(C/FI)/(CL/FI)
450;567;659
50,69
3,54
4,92
0,72
470;556;622
87,51
4,85
7,81
0,62
490;567;630
67,79
7,87
13,86
0,56
A fényforrás
100
5,49
1,82
3,02 17
Cirkadian
Cirkadian számítás 16 14 12 10 8 6 4 2 0 440
C/Fi - Gall CL/FI - Rea gall/Rea "A" ff Gall/Rea
450
460
470
480
490
500
Lambda
18
Következtetések 1. • RGB LED-k esetén 470 nm kék összetevővel az izzólámpa cirkadian hatékonysága elérhető. • A kék LED hullámhosszúságát csökkentve a melatonin elnyomás is csökken, de a színhőmérséklet azonosság mellett a színvisszaadás is csökken. • A kék LED hullámhosszát növelve a melatonin elnyomás nő, de a színvisszaadás csökken. 19
Következtetések 2. • B470nm; G556nm és R 622nm RGB LED az izzólámpánál kedvezőbb cirkadian hatást mutat esti használatra • A B490nm; G556nm és R 622nm RGB LED az izzólámpánál kedvezőbb cirkadian hatást mutat reggeli használatra,de Ra éppen csak eléri a minimumot • A vizsgálatokat érdemes folytatni, 4-5 különböző színképű LED variációkkal, jobb Ra index reményében. • Ugyanakkor bizonyos non additivitásokat is figyelembe kell majd venni. 20
Következtetések 3. • Vizsgálataink azt mutatták, hogy viszonylag nagy C/Φ érték érhető el a 2860 K színhőmérséklet esetén is, tehát nem szükséges az extra nagy színhőmérséklet, ami kellemetlenül hideg környezetet eredményezne. • Nem hagyható figyelmen kívül az a hipotézis sem, hogy a melatonin elnyomás a rák fejlődésének kedvez. Erre irányulóan vizsgálatokat kell végezni. 21
Köszönjük megtisztelő figyelmüket
22
