一種光譜可調(diào)的led照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法
【專利摘要】本發(fā)明通過對所選取的每種LED進行測量得到其對應(yīng)的最大驅(qū)動電流下的光譜功率分布，進而得到每種LED的光譜特性；根據(jù)目標(biāo)光譜功率分布和每種LED的光譜特性，采用最小二乘法優(yōu)化得到LED照明系統(tǒng)的配方，即每種LED的電流驅(qū)動值；最后將優(yōu)化的配方輸入控制系統(tǒng)，輸出最終的目標(biāo)光譜功率分布。該發(fā)明應(yīng)用簡單、精度高、具有很高的實用價值。
【專利說明】—種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED照明系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是涉及一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二級管(LED, Light Emitting Diode)具有色彩鮮艷、光效高、節(jié)能經(jīng)濟、綠色環(huán)保、超長壽命和響應(yīng)速度快的優(yōu)點，是具有廣泛應(yīng)用前景的新一代光源，尤其是高亮度LED，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價值的新光源，將取代白熾燈和日光燈成為照明市場的主導(dǎo)。
[0003]光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)是通過計算機和控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)多個不同峰值波長的LED組合，從而實現(xiàn)任意色溫(CCT, Correlated Color Temperature)和光譜功率分布(SF1D,Spectral Power Distribution)的光源,實現(xiàn)可變光譜、可調(diào)光模擬環(huán)境實驗條件。這一研究不僅對新的光源評價的研究具有重要作用，而且可實現(xiàn)對任意光照環(huán)境的模擬，可以用于視覺和非視覺的科學(xué)實驗。例如通過混合光照環(huán)境的模擬，可以對各種色貌現(xiàn)象及視覺現(xiàn)象進行實驗，可以營造不同顏色氛圍的整體空間，來研究不同色彩氛圍對人的心理影響，或模擬隧道照明或高速公路照明等環(huán)境照明場景。
[0004]要實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的任一光譜可調(diào)，則對應(yīng)的配方優(yōu)化算法是至關(guān)重要的。好的配方優(yōu)化算法可以在短時間內(nèi)計算得到高精度的結(jié)果。目前，關(guān)于光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法方面的研究較少，沒有一種可以達(dá)到快速、準(zhǔn)確得到配方的算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決【背景技術(shù)】中所述的問題，公開了一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法，其具體步驟如下:
[0006]I)選取多種具有不同峰值波長的LED，基本覆蓋可見光光譜范圍；由于目前材料和工藝的限制，造成了 LED在525-555nm波段峰值波長的缺失，可適當(dāng)采用一些寬帶LED光源來達(dá)到這一波段的要求；另外，不同LED的發(fā)光強度的角分布不同，應(yīng)盡量選擇發(fā)散角較大的LED，以更好達(dá)到空間配光的均勻性；
[0007]2)用分光輻射度計測量每一個LED在最大驅(qū)動電流(均歸一化為I)條件下的光
譜功率分布SPD ;分別記為矩陣SPD2.....SPDn，假定共有η種不同峰值不同波長的
LED ;每一個LED光譜功率分布矩陣包含31個數(shù)據(jù)，即400到700nm以IOnm為間隔；
[0008]3)對于某一特定的目標(biāo)光譜功率分布矩陣SPDt，假設(shè)驅(qū)動電流矩陣I滿足下列式子:
[0009]SPDXI = SPDt
[0010]其中，SPD= [SPD1, SPD2,...，SPDn]，其大小為 31Xn ；I = [I1, I2，…，InL其大小為nX 1，驅(qū)動電流矩陣I中的每一個元素均代表對應(yīng)的LED的驅(qū)動電流；
[0011]4)采用最小二乘法計算得到最優(yōu)的每種LED的驅(qū)動電流以實現(xiàn)目標(biāo)光譜功率分布，其計算公式為[0012]I = (SPDT X SPDr1 X SPDt X SPDt
[0013]其中，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，上標(biāo)-1表示求取逆矩陣；
[0014]5)將求得的LED照明系統(tǒng)的最優(yōu)配方I輸入控制系統(tǒng)，輸出最終的目標(biāo)光譜功率分布。
[0015]本發(fā)明通過對所選取的每種LED進行測量得到其對應(yīng)的最大驅(qū)動電流下的光譜功率分布，進而得到每種LED的光譜特性；根據(jù)目標(biāo)光譜功率分布和每種LED的光譜特性，采用最小二乘法優(yōu)化得到LED照明系統(tǒng)的配方，即每種LED的電流驅(qū)動值；最后將優(yōu)化的配方輸入控制系統(tǒng)，輸出最終的目標(biāo)光譜功率分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法流程圖；
[0017]圖2是實施例中所有所選用的LED的光譜功率分布；
[0018]圖3是實施例中的目標(biāo)光譜功率分布SPDt ；
[0019]圖4是實施例中最終的光譜功率分布與目標(biāo)光譜功率分布；
【具體實施方式】
[0020]以包含22種LED的照明系統(tǒng)為例，對上述一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法的【具體實施方式】進行闡述。如圖1所示，其具體步驟如下:
[0021]I)選取22種具有不同峰值波長的LED，基本覆蓋可見光光譜范圍；
[0022]2)用Konica Monlta公司的CS2000分光輻射度計測量每一個LED在最大驅(qū)動電
流(均歸一化為I)條件下的光譜功率分布SPD ;分別記為矩陣SHV SPD2.....Sro22，見圖
2 ;每一個LED光譜功率分布矩陣包含31個數(shù)據(jù)，即400到700nm以IOnm為間隔；
[0023]3)對于某一特定的目標(biāo)光譜功率分布矩陣SPDt，見圖3，假設(shè)驅(qū)動電流矩陣I滿足下列式子:
[0024]SPDXI = SPDt
[0025]其中，SPD= [SPD1, SPD2,...，SPD22],其大小為 31X22 ；I = [I1, I2, , I22L其大小為22 X 1，驅(qū)動電流矩陣I中的每一個元素均代表對應(yīng)的LED的驅(qū)動電流；
[0026]4)采用最小二乘法計算得到最優(yōu)的每種LED的驅(qū)動電流以實現(xiàn)目標(biāo)光譜功率分布，其計算公式為
[0027]I = (SPDT X SPDr1 X SPDt X SPDt
[0028]其中，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，上標(biāo)-1表示求取逆矩陣；
[0029]5)將求得的LED照明系統(tǒng)的最優(yōu)配方I輸入控制系統(tǒng)，輸出最終的復(fù)現(xiàn)目標(biāo)光譜功率分布，見圖4。
【權(quán)利要求】
1.一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法，其特征在于包括以下步驟: 1)選取多種具有不同峰值波長的LED，基本覆蓋可見光光譜范圍；由于目前材料和工藝的限制，造成了 LED在525-555nm波段峰值波長的缺失，可適當(dāng)采用一些寬帶LED光源來達(dá)到這一波段的要求；另外，不同LED的發(fā)光強度的角分布不同，應(yīng)盡量選擇發(fā)散角較大的LED,以更好達(dá)到空間配光的均勻性； 2)用分光輻射度計測量每一個LED在最大驅(qū)動電流(均歸一化為I)條件下的光譜功率分布SPD ;分別記為矩陣SPDpSro2.....SPDn，假定共有η種不同峰值不同波長的LED ;每一個LED光譜功率分布矩陣包含31個數(shù)據(jù)，即400到700nm以IOnm為間隔； 3)對于某一特定的目標(biāo)光譜功率分布矩陣SPDt，假設(shè)驅(qū)動電流矩陣I滿足下列式子:
SPDXI = SPDt 其中，SPD = [SPD1, SPD2,…，SPDn]，其大小為 31Xn ；I = [I1, 12，...，In]，其大小為nX 1，驅(qū)動電流矩陣I中的每一個元素均代表對應(yīng)的LED的驅(qū)動電流； 4)采用最小二乘法計算得到最優(yōu)的每種LED的驅(qū)動電流以實現(xiàn)目標(biāo)光譜功率分布，其計算公式為
I = (SPDT X SPDr1 X SPDt X SPDt 其中，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置,上標(biāo)-1表示求取逆矩陣； 5)將求得的LED照明`系統(tǒng)的最優(yōu)配方I輸入控制系統(tǒng)，輸出最終的目標(biāo)光譜功率分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法，其特征在于所述步驟2)中用分光輻射度計測量每個LED在最大驅(qū)動電流下的光譜功率分布；可根據(jù)實際需要，適當(dāng)拓展光譜范圍，如包含紫外和近紅外光部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光譜可調(diào)的LED照明系統(tǒng)的配方優(yōu)化算法，其特征在于所述步驟3)中對于某一特定的目標(biāo)光譜功率分布矩陣SPDt，驅(qū)動電流矩陣I滿足下列式子:srox I = SPDt ;也可根據(jù)目標(biāo)光譜功率分布，對Sro和SPDt進行加權(quán)，加權(quán)函數(shù)可采用符合人眼特性的CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者顏色匹配函數(shù)之和。
【文檔編號】G01J3/28GK103528686SQ201310445328
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】岑夏鳳 申請人:岑夏鳳