一種基于配光原理的led最佳照明效果算法模塊的制作方法
【專利摘要】一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法，是一種將道路照明中間視覺亮度同人眼視覺理想波長相結(jié)合且綜合考慮LED光譜波長的具體分布以及周圍環(huán)境光照而得出最佳照明效果的算法，有效地利用了環(huán)境中的自然光，將此算法應(yīng)用于LED固體光源，可以做到在節(jié)約電力資源的前提下創(chuàng)造出最好的照明效果。有效地避免了當(dāng)今普遍使用的金鹵燈以及高壓鈉燈對電力資源的浪費(fèi)。并且本發(fā)明可以對影響照明效果的綠色光進(jìn)行因人而異的調(diào)節(jié)，使得該發(fā)明更加人性化，該模塊可以廣泛應(yīng)用于車燈，臺燈，室內(nèi)燈等非公共場合的照明。
【專利說明】—種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于三基色配光原理的LED最佳照明效果的算法模塊，具體涉及一種將道路照明中間視覺亮度同人眼視覺理想波長相結(jié)合且綜合考慮LED光譜波長的具體分布而得出最佳照明效果的算法，屬于光學(xué)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今照明用電已經(jīng)成為電量消耗的一大組成部分，我國的照明現(xiàn)狀是采用高壓鈉燈和金鹵燈，高壓鈉燈有啟動慢，頻閃強(qiáng)，耗電量大，升溫快，噪聲大等缺點(diǎn)，而金鹵燈壽命短，耗電大，由此可見在節(jié)約能源上高壓鈉燈和金鹵燈均不是最佳選擇，并且據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，人眼最敏感的色光為綠色光含量較多時的混合色光，而高壓鈉燈和金鹵燈的光色成分中含藍(lán)色光和綠色光的成分較少且不在人眼視覺狀態(tài)下的最佳敏感區(qū)域，故傳統(tǒng)的照明光不能達(dá)到最佳的照明效果。作為新型和高效的固體光源LED發(fā)光二極管，在21世紀(jì)具有廣闊的發(fā)展前景，在很多照明領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。本發(fā)明提出一種將道路照明中間視覺同人眼的視覺理想波長相結(jié)合并且可以根據(jù)外界變化調(diào)節(jié)各色光的組成百分比，從而匹配出最佳的照明效果的一種算法，將此算法應(yīng)用于LED固體光源，因而可以做到在節(jié)約電力資源的前提下創(chuàng)造出最好的照明效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種將道路照明中間視覺同人眼的視覺理想波長相結(jié)合并且可以根據(jù)外界變化調(diào)節(jié)各色光的組成百分比，從而匹配出最佳的照明效果的一種算法，將此算法應(yīng)用于LED固體光源，即可做到在節(jié)約電力資源的前提下創(chuàng)造出最好的照明效果。
[0004]首先對道路照明中的人眼視覺結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析:亮度水平在大于3cd/m2的明視覺時是人眼的錐狀細(xì)胞在工作，亮度水平在約為0.001cd/m2或者更低的暗視覺時，是人眼的桿狀細(xì)胞在工作，介于0.001cd/m2到3cd/m2的亮度水平時是桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞交替工作，能有效的緩解眼睛疲勞，故為降低交通事故的發(fā)生亮度水平應(yīng)該為中間視覺，研究證明人眼在中間視覺范圍內(nèi)最佳光譜光視效能是在波長507nm到555nm范圍內(nèi)，這時最有利于人眼對周邊物體的辨別。其次考慮我國的道路照明標(biāo)準(zhǔn)，我國和CIE規(guī)定機(jī)動車道道路照明的最高水平的路面亮度是2.0cd/m2，最低道路照明水平是0.5cd/m2，綜合人眼的視覺結(jié)構(gòu)和最佳光譜光視效能得出亮度水平在0.5cd/m2到2cd/m2并且波長在507nm到555nm能夠達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)且令人眼舒適的照明效果。
[0005]為了達(dá)到上述效果本發(fā)明采用的方案如下:
[0006]本發(fā)明裝置包括環(huán)境色光探測器、中樞控制系統(tǒng)、LED色光補(bǔ)充器；所述的環(huán)境色光探測器包括自然光透射板、紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板、光照度傳感器、色光隔板；所述的中樞控制系統(tǒng)是將有環(huán)境色光探測器獲得的信號進(jìn)行處理提供給LED色光補(bǔ)充器，從而獲得最佳色光調(diào)配；所述的LED色光補(bǔ)充器包括色光調(diào)和器、紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器、綠色光調(diào)節(jié)旋鈕、出光孔；
[0007]所述的紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板由兩塊色光隔板隔開，使得相互之間不受影響；
[0008]所述的光照度探測器有三個，分別位于紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板的正下方，能夠準(zhǔn)確的獲取環(huán)境自然光中的紅光，綠光，藍(lán)光的照度值；
[0009]所述的三個光照度探測器由信號線同中樞控制系統(tǒng)相連接，再由中樞控制系統(tǒng)將處理的結(jié)果通過信號線傳輸給LED色光補(bǔ)充器；
[0010]所述的LED色光補(bǔ)充器上順序排列著紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器，在綠色光發(fā)射器前端是綠色光調(diào)節(jié)旋鈕，用于根據(jù)不同人的適應(yīng)性在白光的基礎(chǔ)上手動調(diào)節(jié)對照明清晰度影響最大的綠色光含量，從而達(dá)到不同的照明效果；
[0011]所述的色光調(diào)和器位于紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器的正上方，對三種色光進(jìn)行充分的調(diào)節(jié)，最終的光通過出光孔發(fā)射出來；
[0012]將由上述分析所得出的結(jié)論最佳光譜光視效能得出亮度水平在0.5cd/m2到2cd/m2并且波長在507nm到555nm設(shè)置在中樞控制系統(tǒng)中，從而綜合控制整個模塊；
[0013]本發(fā)明是將道路照明中間視覺亮度同人眼視覺理想波長相結(jié)合且綜合考慮LED光譜波長的具體分布以及周圍環(huán)境光照而得出最佳照明效果的算法將此算法應(yīng)用于LED固體光源，可以做到在節(jié)約電力資源的前提下創(chuàng)造出最好的照明效果。其中可以對影響照明效果的綠色光進(jìn)行因人而異的調(diào)節(jié)，使得該發(fā)明更加人性化，并且有效地避免了當(dāng)今普遍使用的金鹵燈以及高壓鈉燈對電力資源的浪費(fèi)
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)現(xiàn)有的照明光源多為高壓鈉燈和金鹵燈頻閃強(qiáng)，耗電量大，升溫快，噪聲大等缺點(diǎn)，而金鹵燈壽命短，耗電大，本發(fā)明裝置應(yīng)用在LED固體光源上能都有效的解決上述缺占.
[0016](2)現(xiàn)有的LED燈沒有考慮環(huán)境中的色光，發(fā)光亮度是固定不變的，而本發(fā)明有效地綜合了環(huán)境中的光，從而可以做到在節(jié)約電力資源的前提下創(chuàng)造出最好的照明效果；
[0017](3)研究表明對光照射物體的清晰度中影響最大的是綠色光，本發(fā)明裝置的綠色光調(diào)節(jié)旋鈕可以因人而異的調(diào)節(jié)綠色光的百分比，從而使得照明裝置更加人性化，可以應(yīng)用于車燈，臺燈，室內(nèi)燈等非公共場合的照明；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0019]附圖標(biāo)記說明:
[0020]1-太陽光，2-自然光透射板，3-色光隔板，4-紅色光透射板，5綠色光透射板，6-藍(lán)色光透射板，7-光照度傳感器，8-信號線，9-中樞控制系統(tǒng)，10-LED色光補(bǔ)充器，
11-紅色光發(fā)射器，12-綠色光發(fā)射器，13-藍(lán)色光發(fā)射器，14-綠色光調(diào)節(jié)旋鈕，15-出光孔，16-色光調(diào)和器，17-環(huán)境色光探測器

【具體實(shí)施方式】
[0021]為了更清楚地介紹本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0022]如圖1所示:太陽光經(jīng)過自然光透射板后照射到紅色光透射板，綠色光透射板以及藍(lán)色光透射板上，自然光透射板的作用就是將等量的自然光照射過來，從而可以做到準(zhǔn)確的定量分析；紅色光透射板，綠色光透射板，藍(lán)色光透射板的作用就是吸收其他色光，讓指定色光通過，從而準(zhǔn)確的獲得環(huán)境光照中紅綠藍(lán)三種色光的準(zhǔn)確百分比；指定色光透過對應(yīng)的色光透射板后照射在光照度傳感器上，光照度傳感器將信號通過信號線傳輸給中樞控制系統(tǒng)；再由中樞控制系統(tǒng)結(jié)合最佳的白光組成百分比發(fā)出指令，指令通過信號線傳輸給LED色光補(bǔ)充器，控制LED色光補(bǔ)充器中的紅色光發(fā)射器，綠色光發(fā)射器，藍(lán)色光發(fā)射器發(fā)射出準(zhǔn)確百分比的色光，進(jìn)而在色光調(diào)和器中進(jìn)行均勻調(diào)和，再由出光孔發(fā)射出完美白光，在綠色光發(fā)射器前端有一個綠色光調(diào)節(jié)旋鈕，其作用就是根據(jù)不同人對清晰度的不同需要在完美白光的基礎(chǔ)上自動調(diào)節(jié)綠色光的百分比，從而獲得適合自己清晰度的光照；
[0023]如圖1所示:LED色光補(bǔ)充器的工作原理應(yīng)用的就是顏色的配色方程
[0024](C) = R (R1) +G (G1) +B (B1)..................(I)
[0025]其中(C)為待配色光顏色，(R1)、(G1)、(B1)分別表示紅、綠、藍(lán)三基色，R、G、B分別表示三原色的數(shù)量即刺激值，“=”表示視覺上相等，所以紅色光發(fā)射器，綠色光發(fā)射器，藍(lán)色光發(fā)射器可以根據(jù)不同百分比調(diào)配處不同的色光，即可以根據(jù)中樞控制系統(tǒng)的控制調(diào)配得到最完美的白光；
[0026]通用LED白光主要色光為紅、綠、藍(lán)三種色光，并且根據(jù)研究表明理想的白光中LED紅、綠、藍(lán)三種色光的百分比分別是21%，69%，10%，分別用BK，Bg, Bb，表示；環(huán)境中的紅、綠、藍(lán)三種色光的光照度分別為EK1，Egi, Ebi，三個數(shù)值可以由環(huán)境色光探測器中的三個光照度傳感器獲得，三種色光的總照度為Eai ;將該信息通過信號線傳輸給中樞控制系統(tǒng)，中樞控制系統(tǒng)通過設(shè)置的程序，有信號線發(fā)出命令通過信號線傳輸給LED色光補(bǔ)充器，LED色光補(bǔ)充器發(fā)射出的紅、綠、藍(lán)三種色光的光照度分別為EK2，Eg2, Eb2，補(bǔ)充的三種色光的總照度為Ea2，總照度Ea2可以由電壓的大小來控制，由此分析可以得出:
[0027]Eai = ER1+EG1+EB1.........................(2)
[0028]Ea2 = ER2+EG2+EB2........................(3)
Br = E^Eni = 2m

【權(quán)利要求】
1.一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊包括環(huán)境色光探測器、中樞控制系統(tǒng)、LED色光補(bǔ)充器；所述的環(huán)境色光探測器包括自然光透射板、紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板、光照度傳感器、色光隔板；所述的中樞控制系統(tǒng)是將有環(huán)境色光探測器獲得的信號進(jìn)行處理提供給LED色光補(bǔ)充器，從而獲得最佳色光調(diào)配；所述的LED色光補(bǔ)充器包括色光調(diào)和器、紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器、綠色光調(diào)節(jié)旋鈕、出光孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板由兩塊色光隔板隔開，使得相互之間不受影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的光照度探測器有三個，分別位于紅色光透射板、綠色光透射板、藍(lán)色光透射板的正下方，能夠準(zhǔn)確的獲取環(huán)境自然光中的紅光，綠光，藍(lán)光的照度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的三個光照度探測器由信號線同中樞控制系統(tǒng)相連接，再由中樞控制系統(tǒng)將處理的結(jié)果通過信號線傳輸給LED色光補(bǔ)充器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的LED色光補(bǔ)充器上順序排列著紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器，在綠色光發(fā)射器前端是綠色光調(diào)節(jié)旋鈕，用于根據(jù)不同人的適應(yīng)性在白光的基礎(chǔ)上手動調(diào)節(jié)對照明清晰度影響最大的綠色光含量，從而達(dá)到不同的照明效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的色光調(diào)和器位于紅色光發(fā)射器、綠色光發(fā)射器、藍(lán)色光發(fā)射器的正上方，對三種色光進(jìn)行充分的調(diào)節(jié)，最終的光通過出光孔發(fā)射出來。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的LED色光補(bǔ)充器的工作原理應(yīng)用的就是顏色的配色方程 (C) E R(R1)+G (G1)+B (B1)..................(I) 其中(C)為待配顏色色光，(R1)、(G1)、(B1)分別表示紅綠藍(lán)三基色，R、G、B分別表示三原色的數(shù)量即刺激值，表示視覺上相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于配光原理的LED最佳照明效果算法模塊，其特征在于所述的LED色光補(bǔ)充器所補(bǔ)充的對應(yīng)的色光照度值根據(jù)公式:
可以求得
式⑷(5)中的BK，Bg, Bb，為理想的白光中LED紅、綠、藍(lán)三種色光的百分比，其為固定值，分別為21 %，69 %，10 % ;EK1，Eei，Ebi，為環(huán)境中的紅、綠、藍(lán)三種色光的光照度，可以由光照度傳感器獲得；ΕΚ2，Eg2, Eb2為LED色光補(bǔ)充器發(fā)射出的紅、綠、藍(lán)三種色光的光照度，補(bǔ)充的三種色光的總照度為ΕΑ2，總照度Ea2可以由電壓的大小來控制。
【文檔編號】G06F19/00GK104200094SQ201410431772
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】陳亮, 沈洋, 張淑靜, 金尚忠, 張淑琴, 周占春, 蘇玲愛, 徐珍寶, 董艷燕 申請人:中國計量學(xué)院