適用于晝行性禽類和人類的光譜靈敏度的光源的制作方法
【專利說明】適用于晝行性禽類和人類的光譜靈敏度的光源
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年9月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/703，911號(hào)的優(yōu)先權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)通過引用以其全文結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]不同實(shí)施例大體上涉及方法和設(shè)備，涉及具有基于一種目標(biāo)禽類和人類的光吸收響應(yīng)而調(diào)適的光譜能量的光源。
[0004]背景
[0005]本發(fā)明涉及促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。更具體來說，本發(fā)明涉及使用藍(lán)色波長(zhǎng)光源來促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。
[0006]隨時(shí)間推移，動(dòng)物由于歸因于其環(huán)境的進(jìn)化和習(xí)得特性而已經(jīng)出現(xiàn)了對(duì)其環(huán)境中的條件的心理和生理反應(yīng)兩者。此類生理特性通常易于鑒別。它們包括變色以偽裝自身免于捕食者所害的變色龍；發(fā)射噴霧或氣味以針對(duì)捕食者防御自身的動(dòng)物，如臭鼬；等。心理反應(yīng)包括大多數(shù)物種的母親將如何通過隱藏蛋卵或打斗來保護(hù)其幼崽免于傷害。
[0007]雖然一些生理和心理變化和效應(yīng)是明顯的并且易于鑒別的，但其他則是更微妙的。舉例來說，研宄和測(cè)試已經(jīng)顯示，不同波長(zhǎng)光可以在不同動(dòng)物中具有不同生理和心理變化。色彩紅色和或閃光已經(jīng)顯示會(huì)在禽類之中導(dǎo)致打斗，然而綠色和藍(lán)色的照明已經(jīng)顯示可改善蛋卵的生長(zhǎng)。
[0008]與不暴露于恒定藍(lán)色波長(zhǎng)照明的禽類相比，低強(qiáng)度下的恒定藍(lán)色波長(zhǎng)照明還導(dǎo)致禽類在身材和產(chǎn)率兩方面都增加。具體來說，藍(lán)色照明或月亮照明傾向于形成一種心理反應(yīng)，其中鳥類在藍(lán)光中不走動(dòng)或不移動(dòng)。月光或藍(lán)光導(dǎo)致鳥類(如火雞)站住并且不移動(dòng)，因?yàn)椴妒痴咄ǔＴ谝归g巡邏。因此，心理上，鳥類在藍(lán)光中站住以使得不被此類捕食者發(fā)現(xiàn)。在雞、母雞以及火雞設(shè)施中，使得鳥類站住是有利的，以便防止鳥類打斗并且殺死彼此、因此降低產(chǎn)率。
[0009]藍(lán)光對(duì)禽類所具有的一種生理效應(yīng)是產(chǎn)生比波長(zhǎng)可見光的其他光譜以及甚至黑暗更大水平的褪黑激素。具體來說，月光而非完全黑暗導(dǎo)致褪黑激素的最優(yōu)產(chǎn)生。因此，在一個(gè)封閉的設(shè)施(如一個(gè)畜舍)中，提供藍(lán)光代替完全黑暗提供了更佳的褪黑激素輸出并且使鳥類更健康。
[0010]藍(lán)光對(duì)禽類所具有的另一個(gè)生理效應(yīng)是產(chǎn)生腎上腺素。具體來說，縱使藍(lán)光典型地是一種休眠狀態(tài)，但同時(shí)呈現(xiàn)一種生長(zhǎng)狀態(tài)。因此，與不在藍(lán)光影響下的鳥類相比，鳥類在藍(lán)光中顯示出顯著體重增加。
[0011]照明還可以是其他應(yīng)用(如牲畜生產(chǎn))中的一種重要考慮因素。舉例來說，可以接通和斷開白熾燈或熒光燈以模擬生活在室內(nèi)的飛禽的夜晚和白天。已經(jīng)提議所謂的“長(zhǎng)日照”照明實(shí)踐來促進(jìn)來自母牛的每天奶產(chǎn)量增加。一些研宄還表明，例如，家禽發(fā)育行為可以受照明強(qiáng)度、色彩或時(shí)間表影響。舉例來說，紅外照明可以促進(jìn)雞中的攻擊，而過于黑暗可以導(dǎo)致恐懼。
[0012]一般來說，“家禽”可以指為了肉或蛋而飼養(yǎng)的家養(yǎng)的飛禽。家禽的典型實(shí)例可以包括雞、火雞、鴨、鵝、鴯鹋、鴕鳥或獵鳥。在一些情況下，家禽飼養(yǎng)于一個(gè)禽舍中。一個(gè)示例禽舍可以是40英尺寬并且600英尺長(zhǎng)，頂板是十一英尺高。對(duì)于所謂的“肉雞”，為了其肉而飼養(yǎng)的仔雞，一項(xiàng)研宄性學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于一種連續(xù)照明環(huán)境，一種間歇照明時(shí)程導(dǎo)致脂肪沉積減少以及飼料轉(zhuǎn)化效率改進(jìn)。(參看拉赫米G.(Rahmi, G.)等人，“間歇照明時(shí)程對(duì)肉雞性能的影響(The Effect of Intermittent Lighting Schedule on BroilerPerformance) ”,《國(guó)際家禽科學(xué)雜志》(Int，1.J.Poultry Sc1.)4(6): 396-398 (2005))。
[0013]不同類型的照明已經(jīng)用于牲畜生產(chǎn)設(shè)施中。已經(jīng)使用的牲畜照明系統(tǒng)包括白熾、熒光以及最近LED (發(fā)光二極管)。
[0014]一般來說，動(dòng)物對(duì)光的感知涉及感光細(xì)胞，這些感光細(xì)胞可以響應(yīng)于與光能相關(guān)的光子。感光器可以位于一個(gè)視網(wǎng)膜中。感光細(xì)胞可以具有一種視桿或視錐類型。一些視錐可以不如視桿細(xì)胞對(duì)光敏感，但視錐可以允許感知色彩。
[0015]因此，本發(fā)明的一個(gè)原則目標(biāo)是使用一個(gè)藍(lán)色波長(zhǎng)光源增加一種動(dòng)物的生長(zhǎng)；
[0016]本發(fā)明的又另一個(gè)目標(biāo)是提供一種照明組件，該照明組件發(fā)射光一段預(yù)定時(shí)間以增加多個(gè)動(dòng)物的產(chǎn)率；
[0017]這些和其他目標(biāo)、特征以及優(yōu)勢(shì)將由說明書的其余內(nèi)容而變得顯而易見。
[0018]概述
[0019]不同設(shè)備和相關(guān)方法涉及一種光源，該光源提供了與一種晝行性禽類的光譜靈敏度中的局部最大值實(shí)質(zhì)上相關(guān)的波長(zhǎng)下的光。在一個(gè)示意性實(shí)例中，該光源可以輸出主要在實(shí)質(zhì)上不被一種晝行性禽類的眼睛中的至少一種類型的視錐中的有色油滴和/或視色素吸收的波長(zhǎng)帶中的光。在一些實(shí)施例中，該光源可以包括一個(gè)發(fā)光二極管(LED)光源。示例性光源可以輸出光譜分量以用實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于這些晝行性禽類的一種光譜靈敏度視覺響應(yīng)特征的局部最大值的波長(zhǎng)下的局部最大強(qiáng)度照射晝行性禽類。
[0020]不同設(shè)備和相關(guān)方法可以進(jìn)一步涉及取決于電輸入激勵(lì)水平使用一種光源來調(diào)節(jié)在實(shí)質(zhì)上不同速率下的兩組波長(zhǎng)的強(qiáng)度，同時(shí)維持如由一名人類感知的一種實(shí)質(zhì)上白色外觀。在一個(gè)示意性實(shí)例中，隨著輸入激勵(lì)減小，該光源可以呈現(xiàn)一種人類光譜靈敏度特征以保持實(shí)質(zhì)上白色，色調(diào)稍稍偏移。隨著該輸入激勵(lì)減小，該光源可以同時(shí)呈現(xiàn)為顯著偏移色溫，因?yàn)樗梢杂梢环N晝行性禽類的該光譜靈敏度特征感知。
[0021]不同實(shí)施例可以獲得一個(gè)或多個(gè)優(yōu)勢(shì)。舉例來說，一些實(shí)施例可以通過用根據(jù)禽類的自然生理學(xué)而調(diào)整的所選波長(zhǎng)刺激來改進(jìn)禽類的健康和/或生命發(fā)育。一些實(shí)現(xiàn)方式可以進(jìn)一步提供足夠的由可以在被照亮的區(qū)域中工作的人類感知的照明。在家禽照明應(yīng)用中，舉例來說，可以將LED源在實(shí)質(zhì)上高的激勵(lì)下驅(qū)動(dòng)以促進(jìn)鳥類發(fā)育的早期的健康生長(zhǎng)，并且隨著鳥類的生命而逐漸調(diào)暗并且色移以促進(jìn)所選行為。在一些實(shí)例中，一種禽類可以感知紅色的一個(gè)快速減少以及綠色或藍(lán)色的一個(gè)比例上小的減少，如例如對(duì)于肉雞可以是令人希望的。在一些實(shí)例中，一種禽類可以感知藍(lán)色的一個(gè)快速減少以及綠色或紅色的一個(gè)比例上更小的減少，如例如對(duì)于種雞生產(chǎn)可以是令人希望的。可以通過選擇波長(zhǎng)以減少在不被禽類吸收或所用的波長(zhǎng)下供應(yīng)的能量來增加能效。不同實(shí)施例可以有利地允許平穩(wěn)的時(shí)間控制的接通/斷開和增量強(qiáng)度調(diào)節(jié)，這可以例如最小化應(yīng)力或模擬日光的自然轉(zhuǎn)變。
[0022]不同實(shí)施例的細(xì)節(jié)闡述于附圖和以下說明中。其他特征和優(yōu)勢(shì)將從說明和繪圖以及從權(quán)利要求書顯而易見。
[0023]附圖簡(jiǎn)要說明
[0024]圖1示出了用于晝行性禽類的一個(gè)設(shè)施中的一個(gè)示例性照明安裝。
[0025]圖2A示出了取決于波長(zhǎng)的對(duì)于人類和雞的光譜靈敏度的示例性圖。
[0026]圖2B展示了一些晝行性禽類感光細(xì)胞中所見的四種類型的油滴的光譜吸光度的示例性圖。
[0027]圖3-5對(duì)應(yīng)地描繪了示例性白熾、熒光以及發(fā)光二極管(LED)源的光譜含量。
[0028]圖6描繪了一個(gè)示例性復(fù)合光源的一種特征，該復(fù)合光源經(jīng)調(diào)適以提供與一只雞的光譜靈敏度中的峰值實(shí)質(zhì)上相關(guān)的波長(zhǎng)下的光能。
[0029]圖7描繪了用以形成一個(gè)復(fù)合光源的光源的示例性實(shí)現(xiàn)方式，該復(fù)合光源經(jīng)調(diào)適以提供在與一種晝行性禽類的光譜靈敏度中的峰值實(shí)質(zhì)上相關(guān)的波長(zhǎng)下的光能。
[0030]圖8示出了用于由不同光源實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)合光源的示例性架構(gòu)。
[0031]圖9描繪了經(jīng)調(diào)適以實(shí)質(zhì)上匹配晝行性禽類的光譜靈敏度特征的至少部分的一個(gè)示例性光源裝置。
[0032]圖10是用以提供一個(gè)復(fù)合光源的一種示例性方法的一個(gè)流程圖，該復(fù)合光源經(jīng)調(diào)適以提供與一種晝行性禽類的光譜靈敏度中的峰值實(shí)質(zhì)上相關(guān)的波長(zhǎng)下的光能。
[0033]圖11示出了用于一種LED光引擎的示例性調(diào)理電路的示意圖，具有選擇性電流分流以在AC輸入激勵(lì)低于一個(gè)預(yù)定水平時(shí)繞過一組LED，光譜輸出實(shí)質(zhì)上匹配一種晝行性禽類的約三個(gè)光譜靈敏度峰值并且對(duì)于人類視覺呈現(xiàn)為實(shí)質(zhì)上白色。
[0034]圖12示出了可以由參考圖11 (a，b)描述的光引擎提供的人類和雞光譜靈敏度的相對(duì)圖。
[0035]圖13展示了來自RUN和BYPASS LED的光輸出以及其在輸入電壓激勵(lì)范圍內(nèi)組合的總輸出的示例性圖。
[0036]圖14示出了用于一種LED光引擎的一種示例性調(diào)理電路的一個(gè)示意圖，該光引擎中選擇性電流分流以在AC輸入激勵(lì)低于一個(gè)預(yù)定水平時(shí)繞過一組LED。
[0037]不同繪圖中的類似參考符號(hào)表示類似元件。
[0038]示意性實(shí)施例的詳細(xì)說明
[0039]圖1示出了用于晝行性禽類的一個(gè)農(nóng)業(yè)設(shè)施中的一個(gè)示例性照明安裝。在此實(shí)例中，圖1描繪了一種示例性家禽設(shè)施，其中照明可以提供與家禽的光譜靈敏度中的峰值實(shí)質(zhì)上相關(guān)的波長(zhǎng)下的光能。不同實(shí)施例可以通過提供主要在實(shí)質(zhì)上不被家禽的眼睛中的至少一種類型的視錐中的有色油滴和/或視色素吸收的波長(zhǎng)帶中的能量而有利地實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的能量節(jié)約。
[0040]在圖1中所描繪的實(shí)例中，一個(gè)設(shè)施100包括一個(gè)斷路器面板105、一個(gè)控制器110、一個(gè)配電系統(tǒng)115以及多個(gè)LED燈組件120。一對(duì)導(dǎo)體125從一個(gè)公用傳輸系統(tǒng)向設(shè)施提供單相AC電力(例如，120-240VAC，在50-60HZ下)。在進(jìn)入設(shè)施100后，AC電力被引導(dǎo)通過斷路器面板105到控制器110?？刂破?10可以經(jīng)操作(例如，在一個(gè)程序化的處理器或手動(dòng)輸入的控制下)以提供AC激勵(lì)的控制的減少以便經(jīng)由配電系統(tǒng)115傳輸?shù)絃ED燈組件。LED燈組件120位于設(shè)施100內(nèi)以人工照射居住于一個(gè)牲畜區(qū)中的牲畜。
[0041]所描繪的LED燈組件120由電線從設(shè)施的配電系統(tǒng)115的一個(gè)提高的部分懸掛。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，LED燈組件120可以按夾具形式安裝到基礎(chǔ)設(shè)施或支撐物形式安裝在設(shè)施100內(nèi)。LED燈組件120可以位于設(shè)施內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)隆起處例如以提供高頂棚和/或低頂棚照明。
[0042]如將參考圖7-10更詳細(xì)描述，照明系統(tǒng)可以包括一種或多種類型的光源，具有中間光輸出信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)選擇性轉(zhuǎn)換處理以提供光輸出信號(hào)，這些光輸出信號(hào)具有主要在可以由禽類視錐的有色油滴和色素沉著濾波器傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)中的能量。
[0043]控制器110可以可控制地減弱供應(yīng)到LED燈組件120的AC激勵(lì)電壓和/或電流。借助于實(shí)例而非限制，控制器110可以充當(dāng)例如一個(gè)具有前沿和/或后沿切相的相控調(diào)光器、脈沖寬度調(diào)制或幅度調(diào)制。用于調(diào)制AC激勵(lì)的示例性方法例如至少參考由Z.格拉卡(Z.Grajcar)在2009年10月28日提交的名稱為“用于高功率因數(shù)和低諧波失真LED照明的架構(gòu)(Architecture for High Power Factor and Low Harmonic Distort1n LEDLighting) ”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/255，491號(hào)的圖1更詳細(xì)描述，該臨時(shí)專利申請(qǐng)通過引用以其全文結(jié)合在此?？刂瓶梢允鞘謩?dòng)的或自動(dòng)地受控制例如以提供光照和黑暗循環(huán)的一個(gè)所需定時(shí)和持續(xù)時(shí)間(具有通過LED燈電路引擎的實(shí)例操作提供的相對(duì)應(yīng)的色移)。結(jié)合用于牲畜發(fā)育的色移的燈系統(tǒng)的實(shí)例例如至少參考由Z.格拉卡(Z.Grajcar)在2009年10月29日提交的名稱為“用于牲畜發(fā)育的LED照明(LED Lighting for LivestockDevelopment) ”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/255，855號(hào)的圖1和6C更詳細(xì)地描述，該臨時(shí)專利申請(qǐng)通過引用以其全文結(jié)合在此。
[0044]在不同實(shí)例中，控制器110可以包