一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法和照明系统技术方案

本发明专利技术提供一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法和照明系统，该方法依据色品坐标，调整主光源控制通道、波长补充控制通道、色温调整控制通道的亮度使混合后的色品坐标达到所需模拟的CIE标准照明体的色品坐标；该方法通过分组优化减少LED控制通道，并使用滤镜这种被多通道LED摒弃的技术，形成了大幅度降低控制通道数量并使多通道LED模拟标准照明体的光源的控制可以通过单一色度控制而非必须通过分光光谱转换的色度控制的质的转变。使一种分析性能低的纯色度技术在多通道LED模拟CIE标准照明体过程中超越了或达到了分析性能更高的分光类色度技术达到的光源性能。

A method and lighting system of multi-channel led simulating CIE standard illuminator

【技术实现步骤摘要】
一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法和照明系统
本专利技术属于色度学用光源领域，特别涉及一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法和照明系统。
技术介绍
最初色度学领域标准照明体包括A、B、C、D、E五种。由于B、C照明体光源滤镜使用不便，不包含紫外光谱能量，已于第三次更新的2004年国际照明委员会(CIE)015技术报告手册中列入历史建议现行废除状态。E照明体是等能白光，属于人为认定的一个一致的白点参考，没有应用于色度学用照明领域。A照明体是色温2856K近似平滑连续的光谱能量分布，其在许多光源都具备此类光谱分布，如被CIE推荐为标准光源的符合A照明体的2856K色温的钨丝灯。常用高显指LED如需达到A照明体标准则需要方法进行模拟。还有应用最为广泛的D照明体，CIE至今都没有给出建议光源，因此是业内模拟照明体的重要课题。在色彩主观评价、色彩测量、摄影、高级图像采集分析等色度学领域往往需要高质量的CIE标准照明体光源，尤其是D照明体光源。由于CIE至今没有给出适合D照明体的光源建议，长期以来这些领域所需的照明体D低依赖三种技术实现，A光源加滤色器形成的光源、标准日光灯管光源、多通道基于光谱控制LED混合光源。由于A光源加滤色器形成的光源即便有着很好的性能指标，但其能耗问题、寿命问题以及这两个问题结合产生的成本问题，导致了其只能应用于一些仪器上，如比色灯箱、分光光度仪测量等环节，应用量极大的工业出于无奈则使用光源性能较差但能耗成本低的标准日光灯管光源。性能出色的基于多通道光谱控制LED混合光源由于其成本更高则更不具备广泛应用的可能。随着高显指LED这种廉价节能技术在多种照明领域的大规模应用，这些色度学视觉应用领域的人们渴望用此类LED技术逐渐替代传统的有着如下弊端的标准日光灯管光源：1.传统标准日光灯管色温固定无法调节，这些领域往往需要多种色温标准光源进行参考，如色度学相关印刷领域的色彩主观评测环节的iso3664国际标准规定使用的D50照明体，而我国相关标准更注重实际效果，推荐了D50与D65两个照明体。2.传统标准日光灯管在不同厂商间的产品色品坐标偏差过大，以至于一些相关的iso国际标准把光源色品坐标u'v’容差定到了0.005的过大范围，导致不同厂商甚至批次间光源下比色时色差明显。3.传统标准日光灯管寿命短，如果想达到这些领域的标准，传统标准日光灯管的寿命往往在这些领域里只能使用2000-2500小时就不得不更换。4.由于传统标准日光灯管亮度无法调节造成的能耗问题，比如色彩评价环节中印刷生产的应用下，标准观测环境ISO3664:2009中明确规定了两种照度的环境，一种为2000lux的高照度用于严格评测条件P1，另一种为500lux照度的印刷品实际评测条件P2，ISO3664:2009的4.3.1中明确指出“经验表明，P1的高照度水平会在图像的阶调复制和颜色方面给人错误的感觉，而这些图像最终要在低照度水平的情况下被消费者应用。在很高的照度下能够让人非常乐于接受的图像在常规的照度水平时不见得让人满意。”在实际印刷的整个过程中大约只有10％-20％的时间需要P1条件的照明，其余的80％-90％时间本应使用P2条件辅助P1条件让工作者可以同时兼顾印刷品实际效果的同时节约这部分能源，但是这在传统标准日光灯管下是无法实现的。5.传统标准日光灯管光谱等级差，同色异谱指数通常只能达到CD级别，即可见光同色异谱指数<1.0的C级别,紫外同色异谱指数<1.5的D级别，个别厂商的高端产品同色异谱指数勉强可以达到CC级，而ISO3664中推荐使用BC等级，CD等级被定义为不推荐但可以使用的最低指标。6.传统标准日光灯管光谱的显色指数低，一般显色指数Ra>90％、特殊显色指数Ri>80,显色指数是个重要的指数，从其计算公式100-4.6ΔE可以看出这个指数直接与被观测物体在该光源下与标准光源下的色差大小，如果80的显色指数所代表的饱和色转换成色差就是4.35左右，这个色差是这些领域无法接受但又不得不接受的。7.在色度学应用领域传统标准日光灯管下看到的颜色与仪器测量值不匹配，经常会出现不一致的情况，明明测量的正确但视觉上却是错误的。8.传统标准日光灯管光谱无法校正，灯管是360度发光需要使用束光反射镜，为了减少灰尘对光的影响通常照明装置上还会有一层透光板，而反射镜和透光板都会进一步影响到本来性能就不高的光源质量，这种影响需要校正才能改善。标准光源灯管除了技术上性能上的缺点外更为重要的缺陷则是其属于荧光灯，寿命短用量大，由于其含汞，所以属危险废弃物，目前国内也没有回收的相关组织，应用量巨大的印刷业的绿色印刷认证中也没有提及此类危害，每年有大量的标准光源灯管被未经处理的废弃，造成了环境污染。于2017年8月16日生效的《关于汞的水俣公约》提到“从2021年起，中国将淘汰《关于汞的水俣公约》要求的含汞电池、荧光灯产品的生产和使用。到2032年，要关停所有原生汞矿的开采。”目前普通照明领域基本已经被LED替代，唯有本专利技术涉及领域的专业照明无法被替代或替代需要付出高额的成本，如果想替代则必须通过行政强制，而这些成本对于相关工业应用是不愿承受的。因此迫于环保问题人们渴望一个环保的、与标准光源灯管使用成本更接近或更低的产品去替代标准光源灯管。虽然标准光源灯管有着这些弊端，高显指LED具有很好的显色性能且等效,全寿命成本远低于标准光源灯管，但人们依然无法找到合适的方法使高显指LED广泛应用于这些色度学相关领域。高显指LED在显色指数、环保、能耗、寿命、稳定性及全寿命成本上都优于传统标准日光灯管，但其色品坐标、色温偏离D照明体，而且多数高显指LED可见光同色异谱指数只能达到<1.5的d级，由于其不包含紫外光谱能量所以其紫外光同色异谱指数>2。LED属于点状光源，经排列后往往容易形成炫目光，通常需要用透镜匀光后才可以用于视觉照明，而透镜会影响LED本来的技术性能。综合分析就是这些因素阻碍了这种高性能低能耗低成本的光源在这些专业领域的应用，相关
人员至今未能将高显指LED在此类领域应用。为了增加高显指LED的应用范围，现有技术公开了一些多通道LED混合技术，其可以部分达到这些领域的标准光源要求，如：以US8592748B2、2016100298255及201810812579.X为代表的现有技术。其中，专利权人为标准光源业界巨头justNormlicht申请的US8592748B2专利中公开了5个不同波长单色LED与2个不同色温白光LED通道依靠光谱曲线拟合实现2700k-10000k可调色温的标准照明体光源，尤其是D照明体的模拟。随后2016年有着CIE颜色与视觉部(ColourandVision)主席为首席科学家的常州千明公司申请的2016100298255专利中公开了使用14个不同波长的LED芯片依靠光谱曲线多点逼近目标光谱实现了2700k-10000k可调色温的标准照明体光源，该专利将多通道LED模拟标准照明体性能推向了极致，尤其是D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n在所需模拟的CIE标准照明体色温范围内按照色温调整方向选择一种高显指LED作为主光源组成主光源控制通道；/n通过选择的主光源的LED光谱波长覆盖范围与所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围对比，选择用于补充所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围的n种波长LED，组成波长补充控制通道，n≥1；/n根据所需模拟的CIE标准照明体色温模拟范围及色温调整方向选择LED作为色温调整控制通道的光源与滤镜组成色温调整控制通道；/n依据色品坐标，调整主光源控制通道、波长补充控制通道、色温调整控制通道的亮度使混合后的色品坐标达到所需模拟的CIE标准照明体的色品坐标。/n

【技术特征摘要】
20190201 CN 20191010279301.一种多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在所需模拟的CIE标准照明体色温范围内按照色温调整方向选择一种高显指LED作为主光源组成主光源控制通道；
通过选择的主光源的LED光谱波长覆盖范围与所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围对比，选择用于补充所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围的n种波长LED，组成波长补充控制通道，n≥1；
根据所需模拟的CIE标准照明体色温模拟范围及色温调整方向选择LED作为色温调整控制通道的光源与滤镜组成色温调整控制通道；
依据色品坐标，调整主光源控制通道、波长补充控制通道、色温调整控制通道的亮度使混合后的色品坐标达到所需模拟的CIE标准照明体的色品坐标。


2.如权利要求1所述的多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在所需模拟的CIE标准照明体色温范围内按照色温调整方向选择一种高显指LED作为主光源；
小于等于1种含有色料的主光源控制通道色品坐标纠偏滤镜置于主光源上方组成主光源控制通道；
通过选择的主光源的LED光谱波长覆盖范围与所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围对比，选择用于补充所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围的n种波长LED，作为波长补充控制通道光源；
通过所需模拟的CIE标准照明体光谱波长覆盖范围中波长补充控制通道的n种波长LED所在标准照明体内波长的相对辐射度与n种波长LED中每种波长LED所在波长的辐射度确定n种波长LED中每种波长LED的数量，将相应数量的n种波长LED组成波长补充控制通道；
根据所需模拟的CIE标准照明体色温模拟范围及色温调整方向选择LED作为色温调整控制通道的光源与滤镜组成色温调整控制通道；
依据色度测量的色品坐标，调整主光源控制通道、波长补充控制通道、色温调整控制通道的亮度使混合后的色品坐标达到所需模拟的CIE标准照明体的色品坐标。


3.如权利要求2所述的多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，依据色度测量的色品坐标，调整主光源控制通道、波长补充控制通道、色温调整控制通道的亮度使混合后的色品坐标达到所需模拟的CIE标准照明体的色品坐标步骤之前还进行如下步骤：
按照防炫目匀光透镜与LED垂直距离及排列距离建议比排列主光源控制通道、波长补充控制通道和色温调整控制通道的LED使其形成一个按距离紧密排列的组，复制这些组，使之达到所需最大照度。


4.如权利要求3所述的多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
增加关键点色温的第二主光源控制通道。


5.如权利要求4所述的多通道LED模拟CIE标准照明体的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
微电脑处理器与色度测量形成闭环反馈系统。


6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳鹏，
申请(专利权)人：靳鹏，
类型：发明
国别省市：北京;11