CN103470973A - 一种提高照度均匀性的照明装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高照度均匀性的照明装置，包括至少两根呈平行设置的LED灯管，每根LED灯管包括一侧表面带有LED发光颗粒的条形灯板，所述的LED发光颗粒呈两端密、中间疏的形式分布在所述的条形灯板上。本发明还公开了一种提高照度均匀性的方法，初始时设置等功率、等间距排布的LED发光颗粒，通过迭代修正每个LED发光颗粒的功率得到不等功率、等间距排布的LED发光颗粒，最后将不等功率、等间距排布的LED发光颗粒等效为等功率、不等间距排布的LED发光颗粒，LED发光颗粒按照该排列方式分布的灯管，距离其一定距离可得到均匀性较高的照度分布。

Description

一种提高照度均匀性的照明装置及方法

技术领域

本发明涉及照明领域，具体涉及一种提高照度均匀性的照明装置及方法。

背景技术

半导体发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光，LED的优点非常明显，具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等优点。LED已开始被广泛应用于户外照明、景观亮化、农业照明等领域。

LED照明被认为是21世纪最具发展前景的领域之一，它在引发照明革命的同时，也将为推动节能减排、建立节约型社会做出重大贡献。半导体发光二极管(LED)照明正以不可阻挡的趋势取代传统照明行业，在《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》中提出，国家将重点特别支持拥有自主知识产权的产品。

现有技术中针对灯管实现均匀照明所采取的措施一般为改进灯管结构，具体包括以下几个方面的改进：一、在灯罩上设置具有光扩散特性的物质，当光束经过该灯罩（如：雾化灯罩）时通过散射、混光提高均匀度；二、改进灯罩（反射器或透镜）表面结构使不用方向、不同发光功率的光束通过配光后入射到光照接收面，通过光照接收面的照度迭代均匀实现均匀光照；三、优化光源和具有散射功能灯罩之间的距离，使光束入射至散射灯罩之前先混光，进一步提高光照均匀度。

上述几个方面的改进均涉及到灯罩结构的改进，然而灯罩一般为拉制件或压铸件，提高灯罩结构的复杂程度将直接导致制作成本的上升；且改变灯罩表面结构（改变曲率或表面处理）将增加光能经散射或吸收等途径的损失。

授权公告号为CN 202647278 U（申请号为201220230987.2）的中国实用新型专利公开了一种可均匀发光的LED灯具，其包含有：一灯管及一电路板，该电路板容设于该灯管内部，且该电路板上布设有复数个LED灯泡，且该LED灯泡与该电路板电性连接，该LED灯泡的形状为矩形且等间距倾斜排列设置。针对现有技术中采用矩形LED灯泡平行排列存在光线不均匀、存在暗区的问题，该技术方案通过将矩形LED灯泡等间距倾斜排列设置，使得发光时光线间产生相互加乘，从而使得整体的LED灯具均匀发亮，发光效果更好且更为美观。虽然通过矩形LED灯泡等间距倾斜排列设置一定程度上可提高光照的均匀性，但是，其效果仍不够理想，需要进一步提高。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题提供了一种提高照度均匀性的照明装置，能够提高光照的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高照度均匀性的照明装置，包括至少两根呈平行设置的LED灯管，每根LED灯管包括一侧表面带有LED发光颗粒的条形灯板，所述的LED发光颗粒对称分布在所述条形灯板上，所述的LED发光颗粒的密集程度从条形灯板中心向条形灯板两端由疏变密。即采用渐变的形式，LED发光颗粒呈两端密、中间疏的形式分布在条形灯板上。

理论上，条形灯板上的每个LED发光颗粒对光照接收面（一般为矩形）上任意一点的照度形成均有贡献。若条形灯板上的LED发光颗粒均匀排布，处于光照接收面中心的区域将接收到更多光能（光照接收面中心与各个LED发光颗粒的距离最近），达到较高照度；而矩形光照接收面的两端远离中心的四个边角区域的照度将会较小。为了提高光照接收面的照度，势必需要提高矩形光照接收面两端区域的照度或相对地减小中间区域的照度，本发明中，将LED发光颗粒的密集程度从条形灯板中心向条形灯板两端由疏变密，即采用两端密、中间疏的形式，能够提高矩形光照接收面两端区域的照度，并减小中间区域的照度，从而提高该照明装置在矩形光照接收面上的光照均匀性。本发明在提高光照均匀度的同时，还能够一定程度上提高对光能的利用率。

作为优选，所述的LED灯管为两根。两根LED灯管组合使用的场合较多，如照明用双灯管、植物组培室补光（一层一般布置两根灯管）。

进一步优选，两根LED灯管的长度均为1200±10mm、间距为290±5mm、光照接收面与所述LED灯管的距离均为300±10mm。LED灯管常用长度一般为1200mm，在组培补光用途中组培架单层层高（LED灯管与光照接收面的距离）一般为300mm。在上述应用场合下，两根LED灯管的间距在290mm时可得到较高的光照均匀度。

作为优选，所述的条形灯板按长度依次均匀分为3个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.44±10%：1：1.44±10%。即所述的条形灯板按长度依次均匀分为第一照明工作段、第二照明工作段和第三照明工作段，所述的第一照明工作段、第二照明工作段和第三照明工作段均包括多个LED发光颗粒，所述的第一照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第二照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第三照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.44±10%：1：1.44±10%。上述3个照明工作段设置，并限定了各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比，可以更好地提高光照的均匀性。

作为优选，所述的条形灯板按长度依次均匀分为4个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.52±10%:1:1:1.52±10%。即所述的条形灯板按长度依次均匀分为第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段和第四照明工作段，所述的第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段和第四照明工作段均包括多个LED发光颗粒，所述的第一照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第二照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第三照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第四照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.52±10%:1:1:1.52±10%。上述4个照明工作段设置，并限定了各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比，可以更好地提高光照的均匀性。

作为优选，所述的条形灯板按长度依次均匀分为5个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.73±10%:1.06±10%:1:1.06±10%:1.73±10%。即所述的条形灯板按长度依次均匀分为第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段、第四照明工作段和第五照明工作段，所述的第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段、第四照明工作段和第五照明工作段均包括多个LED发光颗粒，所述的第一照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第二照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第三照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第四照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第五照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.73±10%:1.06±10%:1:1.06±10%:1.73±10%。上述5个照明工作段设置，并限定了各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比，可以更好地提高光照的均匀性。

作为优选，所述的条形灯板按长度依次均匀分为6个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.88±10%:1.003±10%:1:1:1.003±10%:1.88±10%。即所述的条形灯板按长度依次均匀分为第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段、第四照明工作段、第五照明工作段和第六照明工作段，所述的第一照明工作段、第二照明工作段、第三照明工作段、第四照明工作段、第五照明工作段和第六照明工作段均包括多个LED发光颗粒，所述的第一照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第二照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第三照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第四照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第五照明工作段上LED发光颗粒的总功率、第六照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.88±10%:1.003±10%:1:1:1.003±10%:1.88±10%。上述6个照明工作段设置，并限定了各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比，可以更好地提高光照的均匀性。

本发明还提供了一种提高照度均匀性的方法，通过对平行LED灯管设置，从而提高光照的均匀性。

一种提高照度均匀性的方法，包括以下步骤：

1）将平行排列的LED灯管上的LED发光颗粒均匀排布、设定LED灯管初始间距和各个LED发光颗粒相同的初始功率；

2）将光照接收面划分为网格单元，并计算每个网格单元的照度值；判断整个光照接收面光照均匀度是否达到设定值；

3）若步骤2）中整个光照接收面光照均匀度未达到设定值，则循环修正每个LED发光颗粒的功率；全部LED发光颗粒的功率修正完成后再次执行步骤2）；

4）若步骤2）、步骤3）中所有循环结束后整个光照接收面光照均匀度仍未达到设定值，则改变LED灯管间距；LED灯管间距每改变一次，重复执行步骤2）、步骤3），直到整个光照接收面光照均匀度达到设定值；

5）将步骤4）结束后得到的等间距、不等功率的LED发光颗粒排布等效为等功率、不等间距的LED发光颗粒排布。

作为优选，步骤3）中的对每个LED发光颗粒功率的修正采用以下方法：通过比较整个光照接收面最大照度值与每个LED发光颗粒正下方对应的网格单元照度值，并将两者的比值作为该LED发光颗粒的修正系数，该LED发光颗粒修正后的功率即为上述修正系数与原功率的乘积。

作为优选，步骤5）中，将等间距、不等功率的LED发光颗粒排布等效为等功率、不等间距的LED发光颗粒排布，等效过程具体为：LED发光颗粒从条形灯板的中心开始向两端进行功率相加，当功率相加总和大于设定的等效功率值时，将参与功率相加的LED发光颗粒等效为一颗LED发光颗粒；当等效过程完成后将得到最终的光照均匀度大于某一设定值的LED发光颗粒分布。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提高照度均匀性的照明装置，LED发光颗粒呈两端密、中间疏的形式分布在条形灯板上，通过对LED灯管上的LED发光颗粒的排布密度实现对光照接收面照度均匀性的提高，具有结构简单成本低廉等优点，有利于市场化推广应用。

本发明提高照度均匀性的方法，初始时设置等功率、等间距排布的LED发光颗粒，通过迭代修正每个LED发光颗粒的功率得到不等功率、等间距排布的LED发光颗粒，最后将不等功率、等间距排布的LED发光颗粒等效为等功率、不等间距排布的LED发光颗粒，LED发光颗粒按照该排列方式分布的灯管，距离其一定距离可得到均匀性较高的照度分布。通过优化在LED灯管上LED发光颗粒的排布密度，实现对光照接收面照度均匀性的提高，具有结构简单、加工方便、成本低廉的优点，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的一种提高照度均匀性的照明装置的总体结构示意图；

图2为本发明实施例的一种提高照度均匀性的照明装置的单根灯管部分结构示意图；

图3为本发明实施例的一种提高照度均匀性的照明装置的LED发光颗粒功率按LED灯管长度方向的分布示意图；

图4为本发明实施例的一种提高照度均匀性的照明装置相对LED发光颗粒均匀排列的照度分布对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例的一种提高照度均匀性的照明装置的总体结构示意图，图2为单根灯管的结构示意图。

一种提高照度均匀性的照明装置，包括两根呈平行设置的相同的LED灯管1（部分省略），每根LED灯管1包括一侧表面带有LED发光颗粒2的条形灯板3，LED发光颗粒2呈对称分布在条形灯板3上，且两端密、中间疏，即LED发光颗粒2对称分布在条形灯板3上，LED发光颗粒2的密集程度从条形灯板3中心向条形灯板3两端由疏变密。每根LED灯管1的长度为1200mm，两根LED灯管1之间的间距为291.67mm，光照接收面4尺寸为1200mm×500mm，网格化后分为12×100的网格单元，光照接收面4与两根LED灯管1所在平面的距离为300mm，位于两根LED灯管1正下方的光照接收面4为长1200mm、宽500mm的矩形。

当单根LED灯管1按长度等分为三段时，每段上的LED发光颗粒2发光功率比为1.44:1:1.44，图3为单根LED灯管1长度方向上的LED发光颗粒2功率分布示意图。图4为两根灯管情况下优化前后的照度分布对比，优化前每根灯管内的LED发光颗粒均匀分布（颗粒间间隔为27.9mm），优化前后光照均匀度从0.48提升到0.78。

本发明还包括一种提高照度均匀性的方法，包括以下步骤：

1）采用两根LED灯管，对平行排列的两根LED灯管上的LED发光颗粒均匀排布、设定的LED灯管初始间距和各个LED发光颗粒相同的初始功率；

2）将光照接收面划分为网格单元，并计算每个LED发光颗粒在每个网格单元上的照度，叠加得到每个网格单元的照度值；判断整个光照接收面光照均匀度是否达到设定值；

3）若步骤2)中整个光照接收面光照均匀度未达到设定值，通过比较每个LED发光颗粒正下方对应的网格单元照度值与整个光照接收面最大照度值来修正该LED发光颗粒的功率，循环修正每个LED发光颗粒的功率；全部LED发光颗粒的功率修正完成后再次执行步骤2)；

4）若步骤2)、步骤3)中所有循环结束后整个光照接收面光照均匀度仍未达到设定值，则扩大LED灯管间距；LED灯管间距每扩大一次，重复执行步骤2)、步骤3)，直到整个光照接收面光照均匀度达到设定值；

5）将步骤4)结束后得到的等间距、不等功率的LED发光颗粒排布等效为等功率、不等间距的LED发光颗粒排布。LED发光颗粒从灯板中心开始向两端进行功率相加，当功率相加总和大于设定的等效功率值时，将参与功率相加的LED发光颗粒等效为一颗LED发光颗粒；当等效过程完成后将得到最终的光照均匀度大于某一设定值的LED发光颗粒分布。

最终可得到上述的提高照度均匀性的照明装置。

通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技艺的人士应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种提高照度均匀性的照明装置，包括至少两根呈平行设置的LED灯管，每根LED灯管包括一侧表面带有LED发光颗粒的条形灯板，其特征在于，所述的LED发光颗粒对称分布在所述条形灯板上，所述的LED发光颗粒的密集程度从条形灯板中心向条形灯板两端由疏变密。

2.根据权利要求1所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，所述的LED灯管为两根。

3.根据权利要求2所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，两根LED灯管的长度均为1200±10mm、间距为290±5mm、光照接收面与所述LED灯管的距离均为300±10mm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，所述的条形灯板按长度依次均匀分为3个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.44±10%：1：1.44±10%。

5.根据权利要求1～3任一项所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，所述的条形灯板按长度依次均匀分为4个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.52±10%:1:1:1.52±10%。

6.根据权利要求1～3任一项所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，所述的条形灯板按长度依次均匀分为5个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.73±10%:1.06±10%:1:1.06±10%:1.73±10%。

7.根据权利要求1～3任一项所述的提高照度均匀性的照明装置，其特征在于，所述的条形灯板按长度依次均匀分为6个照明工作段，每个照明工作段均包括多个LED发光颗粒，各个照明工作段上LED发光颗粒的总功率之比为1.88±10%:1.003±10%:1:1:1.003±10%:1.88±10%。

8.一种提高照度均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将平行排列的LED灯管上的LED发光颗粒均匀排布、设定LED灯管初始间距和各个LED发光颗粒相同的初始功率；

2）将光照接收面划分为网格单元，并计算每个网格单元的照度值；判断整个光照接收面光照均匀度是否达到设定值；

3）若步骤2）中整个光照接收面光照均匀度未达到设定值，则循环修正每个LED发光颗粒的功率；全部LED发光颗粒的功率修正完成后再次执行步骤2）；

4）若步骤2）、步骤3）中所有循环结束后整个光照接收面光照均匀度仍未达到设定值，则改变LED灯管间距；LED灯管间距每改变一次，重复执行步骤2）、步骤3），直到整个光照接收面光照均匀度达到设定值；

5）将步骤4）结束后得到的等间距、不等功率的LED发光颗粒排布等效为等功率、不等间距的LED发光颗粒排布。

9.根据权利要求8所述的提高照度均匀性的方法，其特征在于，步骤3）中，对每个LED发光颗粒功率的修正采用以下方法：通过比较整个光照接收面最大照度值与每个LED发光颗粒正下方对应的网格单元照度值，并将两者的比值作为该LED发光颗粒的修正系数，该LED发光颗粒修正后的功率即为上述修正系数与原功率的乘积。

10.根据权利要求8所述的提高照度均匀性的方法，其特征在于，步骤3）中，步骤5）中，等效过程具体为：LED发光颗粒从条形灯板的中心开始向两端进行功率相加，当功率相加总和大于设定的等效功率值时，将参与功率相加的LED发光颗粒等效为一颗LED发光颗粒；当等效过程完成后将得到最终的光照均匀度大于某一设定值的LED发光颗粒分布。

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