CN101915610B - 探测不同色温的荧光粉类led光源中间视觉照度值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉环境下的照度值的方法，它包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器和便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反射率测量仪(5)。其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10^-3cd/m²至3cd/m²的不同背景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中；测量时，先测量明视觉照度值E_v，再采用便携式背景亮度测量仪实测路面背景亮度值L；或者采用便携式反射率测量仪测量路面反射率，得到路面照度所对应的背景亮度值L，从而获得对应修正系数B，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式E_mes＝B×E_v，得到对应中间视觉照度值E_mes。按本发明所述得到的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下照度值的方法所获得的探测中间视觉照度值的照度计，能准确测量中间视觉环境下的照度值，反映了路灯在实际人眼观察到的中间视觉照度值，从而为保证道路照明的安全性与节能性提供测量依据。

Description

探测不同色温的荧光粉类LED光源中间视觉照度值的方法

技术领域

本发明涉及一种光度探测技术，特别是涉及一种探测不同色温的荧光粉类LED光源的中间视觉照度值的方法及其中间视觉照度计。 

背景技术

人眼的视觉可对照明效果进行最直接的评价。人眼视网膜上有两种感光细胞：锥体细胞和杆体细胞。锥体细胞由三种不同光谱响应的细胞t，d，p组成，灵敏度低。在亮度为3cd/m²以上光亮条件下起作用，能分辨颜色和物体的细节。光刺激通过视神经中枢的传递后，对光刺激的光谱响应称为明视觉光谱光视效率函数V(λ)，其最大的响应在555nm处。杆体细胞在亮度为10^-3cd/m²以下黑暗条件下起作用，它的感光灵敏度高，仅能分辨明暗，不能分辨颜色和细节，对应的光谱响应称为暗视觉光谱光视效率函数V′(λ)，其最大响应值在507nm处。暗视觉下的光视函数较明视觉下的光视函数向短波方向移动48nm，而环境亮度介于10^-3cd/m²和3cd/m²之间称为中间视觉，对应的光谱响应称为中间视觉光谱光视效率函数V_m(λ)。此时，视网膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用。 

V_m(λ)随环境亮度而变，目前对中间视觉的研究没有一个可以确定的光谱响应曲线，而现有电光源、灯具、发光器件、显示器件测试所用的光度计都是基于明视觉光谱光视效率曲线的，这种光度计在明视觉条件下以及相关的照明工程设计是合适的，但是如果在中间视觉环境下使用会产生较大的偏差。 

而目前很多照明领域，如道路照明、景观照明，或是低亮度的隧道照明都是在中间视觉亮度条件下，特别是在道路照明的设计中，合理的选取照明光源是保证道路照明的安全性和节能性的关键。如果在这些照明设计时采用中间视觉光谱光视效率曲线修正的照度计所测得的数据作为设计依据，这样的照明设计和实施才与这些中间视觉环境下的人眼感觉相符合，否则将造成很大的偏差。 

目前研究中间视觉下的光度值测量的方法主要是利用光谱仪和光度探头分别测量被测光的相对光谱功率分布和明视觉或暗视觉光度量，通过二者 计算出被测光的绝对光谱功率分布，并进而根据中间视觉模型，进一步计算被测光的中间视觉光度值。但是这种方法涉及光谱仪、明视觉或暗视觉光度计，价格昂贵，测量复杂，携带与测量都不方便。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术的不足而提供一种能精确测量不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉环境下的中间视觉照度值的方法及其照度计。 

为了达到上述目的，本发明所设计的一种探测不同色温LED光源在中间视觉下的照度值的方法，它包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器和和便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反射率测量仪(5)。其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10^-3cd/m²至3cd/m²不同背景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中。测量时，先测量明视觉照度值E_v，再采用便携式测量仪实测路面背景亮度值L；或者采用反射率仪测量路面反射率，得到路面照度所对应的背景亮度值L；然后根据该背景亮度值L，获得对应修正系数B，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式E_mes＝B×E_v，得到对应中间视觉照度值E_mes。不同色温LED光源在不同亮度条件下的一簇中间视觉照度值的修正系数B是根据以下公式推导得到的： 

中间视觉照度测量模型： 

M(x)V_m(λ)＝xV(λ)+(1-x)V′(λ)，0≤x≤1    (1) 

式中：V_m(λ)为中间视觉光谱光视效率函数；x为明视觉所占的比例，为0～1之间的量，与环境亮度和光源色温有关，其值如附表1所示，对于其他色温和背景亮度的x值可由计算其相对光谱功率分布，再由表中值的插值得到。 

不同色温的荧光粉类LED光源包括蓝光LED激发的YAG型(黄光)LED光源，也包括蓝光LED激发的绿光加红光荧光粉类LED光源，也包括蓝光LED激发的YAG型(黄光)加红色LED组成的光源，也包括紫光或紫外光LED激发的蓝光、绿光加红光荧光粉类LED光源。 

M(x)为x下的V_m(λ)的归一化常数。 

由式(1)得归一化后的中间视觉光谱光视效率函数V_mes(λ)，同时获得 V_mes(λ)的峰值波长λ_m，得中间视觉的效能K_mes： 

K_mes＝683/V_mes(555)(分母是555nm处中间视觉光谱光视效率值)    (2) 

见附表2所示。则，中间视觉的照度E_mes： 

$E_{\mathrm{mes}}=K_{\mathrm{mes}}{\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)V_{\mathrm{mes}}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

$E_{\mathrm{mes}}({\mathrm{xK}}_{\mathrm{mes}}/M\left(x\right)){\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}+((1-x)K_{\mathrm{mes}}/M\left(x\right)){\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)V^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(4\right)$

E_mes＝(x/683+(1-x)(s/p)/1699)K_mesE_v/M(x)＝B·E_v    (5) 

其中，B＝(x/683+(1-x)(s/p)/1699)K_mes/M(x)，s/p是所测光源明视觉与暗视觉照度比。B即为不同色温的荧光粉类LED光源在不同中间视觉亮度下的照度修正系数，其值如附表3所示，其值与明视觉背景亮度、荧光粉类LED光源色温有关。 

测量时，先测量明视觉照度值，再采用亮度仪(4)直接测量背景亮度值，或者采用反射率计(5)测量路面反射率ρ，通过照度与亮度转换关系L＝E_v*ρ/π，得到该光源对应的背景亮度值。根据此背景亮度L和所测LED光源色温查得储存在照度计的内存中的对应修正系数B，由E_mes＝B×E_v，即可测得相应荧光粉类LED光源在该中间视觉条件下的照度值E_mes。 

按本发明所述得到的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下照度值的方法所获得的探测中间视觉照度值的照度计，能准确测量中间视觉环境下的照度值，反映了路灯在实际人眼观察到的中间视觉照度值，从而为保证道路照明的安全性与节能性提供测量依据。 

附图说明

附图1本发明实施例的中间视觉照度计结构图 

附图2用亮度计测量路面背景亮度值示意图 

附图3用便携式反射率计测量路面反射率示意图 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述。 

实施例一： 

LED路灯A，功率120W，该路灯是蓝光激发的YAG荧光粉组成的白光光源，色温为3300K。将该光源安装在9m高的灯杆上，见附图2(6)所示，其照在路面(7)上，用照度计测得该被照面的明视觉平均照度为15.7lx。亮度计的探测方向与路面夹角45°。路灯(6)发出的光经路面(7)漫反射后进入到亮度计的探头，用亮度计(4)直接测得的路面亮度为1cd/m²。则 光源1的修正系数B为1.049，实际的中间视觉照度值为16.45lx。 

实施例二： 

LED路灯B，功率120W，该路灯是蓝光激发的YAG荧光粉组成的白光光源，色温为6000K。将该光源安装在9m高的灯杆上，见附图2(6)所示，其照在路面(7)上，用照度计测得该被照面的明视觉平均照度为15.7lx。用便携式反射率计(5)测得路面的漫反射系数为0.2，如附图3。反射率计自带光源(8)、探头(9)，以及数据处理单元(10)、显示单元(11)。自带光源(8)发出的光垂直路面入射，经路面(7)漫反射后，在45°方向测得光信号，通过与标准白板(12)漫反射的光信号比值即为漫反射率系数ρ；通过照度亮度转换公式得亮度为1cd/m²；查得修正系数B为1.109，则实际的中间视觉照度值为17.41lx。 

表1.常用路灯不同亮度下的中间视觉比例系数X值 

表2.常用路灯不同亮度下的中间视觉光谱光视效能 

表3.常用路灯不同亮度下的中间视觉照度与明视觉照度的修正系数B 

Claims (3)

1.一种探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下的照度值的方法，其采用的中间视觉照度计包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器，便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反射率测量仪(5)；其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10^-3cd/m²至3cd/m²的不同背景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中；测量时，先测量明视觉照度值E_v，再采用便携式背景亮度测量仪实测路面背景亮度值L；或者采用便携式反射率测量仪测量路面反射率ρ，通过照度和亮度的转换关系：

$L=\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\π}}{E}_v$

得到所测中间视觉照度对应的背景亮度值L；然后根据该背景亮度值L，获得对应修正系数B＝(x/683+(1-x)(s/p)/1699)K_mes/M(x)，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式E_mes＝B×E_v，得到对应中间视觉照度值E_mes；

其中，s/p是所测光源明视觉与暗视觉照度比；K_mes＝683/V_mes(555)为中间视觉光谱光视效能；M(x)为x下的中间视觉光谱光视效率函数V_mes(λ)的归一化常数；归一化后的中间视觉光谱光视效率函数为V_mes(λ)；V_mes(555)为555nm处x值下的中间视觉光谱光视效率值；x为明视觉所占的比例，为与背景亮度和光源色温有关的参量，其值为0～1之间。

2.根据权利要求1所述的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下的照度值的方法，其特征是不同色温的荧光粉类LED光源包括蓝光LED激发YAG黄光荧光粉的LED光源，也包括蓝光LED激发绿光加红光荧光粉的LED光源，也包括蓝光LED激发YAG黄光荧光粉加红光LED组成的LED光源，也包括紫光或紫外光LED激发蓝光、绿光加红光荧光粉的LED光源。

3.根据权利要求1所述的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下的照度值的方法，其特征是通过便携式背景亮度测量仪(4)直接得到所测中间视觉照度对应的背景亮度值。

Images