CN103531065A - 基于三基色led的色度学光源装置 - Google Patents

基于三基色led的色度学光源装置 Download PDF

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赵丽华
李秀云
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Abstract

一种基于三基色LED的色度学光源装置，包括开关电源(1)、LED光源控制器(2)、灯箱(3)、灯芯(4)、散热鳍片(5)、反光杯(6)和玻璃板(7)，其特征在于：220V交流电通过开关电源(1)转化为低压直流电输出至LED光源控制器(2)，LED光源控制器(2)控制输出3路独立可调电流接至灯芯(4)，灯芯(4)精确定焦粘接在反光杯(6)内，反光杯(6)通过支架固定在灯箱(3)底部，反光杯(6)底部装有散热鳍片(5)，反光杯(6)口部粘接一片玻璃板(7)，所用灯芯(4)为大功率三基色LED。与传统的色度学实验光源相比，LED光源环保节能，运用反光杯提高了出射光的利用率，红、绿、蓝三种颜色光可精细调节，光源及其电源成本低廉。从而使本光源具有寿命长、亮度高、光效高、装置简单、价格低廉的优点。

Description

基于三基色LED的色度学光源装置
技术领域
本发明涉及光学领域，具体涉及一种基于三基色LED的色度学光源装置。
背景技术
传统的色度学实验是以溴钨灯为光源，通过测量透射光谱，计算滤光片的透过率，以确定色坐标。加法混色实验是将光分成三路，或使用三个溴钨灯，分别透过红、绿、蓝三基色的滤光片，形成红、绿、蓝三路光，再经光阑及成像透镜会聚在一起。由于溴钨灯光谱的短波功率较低，因此经过蓝色滤光片后，蓝光较弱，使得混色时蓝光的可调范围小。并且实验中需要的光学元件多，实验光路较复杂。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是设计一种基于三基色LED的色度学光源装置。
解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于三基色LED的色度学光源装置，包括开关电源、LED光源控制器、灯箱、灯芯、散热鳍片、反光杯和玻璃板。220V交流电通过开关电源转化为低压直流电输出至LED光源控制器，LED光源控制器控制输出3路独立可调电流接至灯芯，灯芯精确定焦粘接在反光杯内，反光杯通过支架固定在灯箱底部，反光杯底部装有散热鳍片，反光杯口部粘接一片玻璃板。
所述的开关电源为隔离式直流开关电源，输入电压为100-240V，输出电压为24V，输出电流为0-3.2A。
所述的LED光源控制器包括增强型51单片机主控制芯片、数码管显示面板和按键阵列。
所述的灯箱采用优质铝型材制作，前后面板上分别设置光出射孔和散热孔。
所述的灯芯采用大功率三基色LED，发光角为120°、直径为30mm，功率为10W，管脚为6只；其中红光波长640nm，标准工作电流350mA，绿光波长525nm，标准工作电流200mA，蓝光波长440nm，标准工作电流300mA。
所述的反光杯内部镀有耐高温膜，对可见光具有高反射率。
所述的玻璃板两面都镀有耐高温透光膜，具有防爆、隔热功效，对可见光透过率大于99％。
本发明的有益效果是：与传统的色度学实验光源相比，用采用红、绿、蓝LED芯片封装在一起的三基色LED，简化了加法混色实验的光路，同时红、绿、蓝三种颜色光可精细调节，使实验结果更趋合理，并且引入混色白光后的相关色温，丰富了光谱和色度学实验的内容。另外运用反光杯提高了出射光的利用率，光源及其电源成本低廉，从而使本光源具有绿色环保，寿命长、亮度高、光效高、装置简单、价格低廉的优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明加法混色LED颜色分布图。
图3为本发明电路原理图。
图4为本发明光谱测量实验装置示意图。
具体实施方式
本发明下面结合实施例并参照附图作进一步详述：参见图1，本基于三基色LED的色度学光源装置，包括开关电源1、LED光源控制器2、灯箱3、灯芯4、散热鳍片5、反光杯6和玻璃板7。220V交流电通过开关电源1转化为低压直流电输出至LED光源控制器2，LED光源控制器2控制输出3路独立可调电流接至灯芯4，灯芯4精确定焦粘接在反光杯6内，反光杯6通过支架固定在灯箱3底部，反光杯6底部装有散热鳍片5，反光杯6口部粘接一片玻璃板7。
所述的开关电源1为隔离式直流开关电源，输入电压为100-240V，输出电压为24V，输出电流为0-3.2A。
所述的LED光源控制器2包括增强型51单片机主控制芯片、数码管显示面板和按键阵列。
所述的灯箱3采用优质铝型材制作，前后面板上分别设置光出射孔8和散热孔9。
所述的灯芯4采用大功率三基色LED，发光角为120°、直径为30mm，功率为10W，管脚为6只；其中红光波长640nm，标准工作电流350mA，绿光波长525nm，标准工作电流200mA，蓝光波长440nm，标准工作电流300mA。
所述的反光杯6内部镀有耐高温膜，对可见光具有高反射率。反光杯5的主要功能是将灯芯4放射的光经过反射、聚光处理使其变成近似平行光出射到光路系统，从而避免浪费近75％的出射光。
所述的玻璃板7两面都镀有耐高温透光膜，具有防爆、隔热功效，对可见光透过率大于99％。
图2为本实施例加法混色时的LED颜色分布，可作为加法混色的实验演示。三基色LED发出的光，经光源顶部的树脂透镜会聚以后以120°角度出射，并部分混合在一起，光屏上接收到红(R)、绿(R)、蓝(B)三种颜色及其混色光。
参见图3，本基于三基色LED的色度学光源装置电路采用了低压恒流源。220V交流电经开关电源1后输出24V直流电压，一路接至稳压电路10，另一路接至恒流驱动电路11。24V电压经R1降压，LM7805稳压后输出至光照控制电路12，为单片机IC2提供可靠的工作电压。恒流驱动电路11输出恒定电流至大功率三基色LED，可单独或同时点亮LED灯珠内的红光、绿光和蓝光芯片。IC3、IC4、IC5为恒流驱动芯片，采用目前应用广泛、廉价且性能比较稳定的PT4115。D1、D2、D3为续流二极管，由于工作在高频脉冲下，故采用肖特基二极管SS110。L1、L2、L3是整流电感，设计为50μH。R2、R3、R4为取样电阻，控制PT4115输出电流大小，一般用以下公式计算：R＝0.1／Iout。由于红光LED芯片额定工作电流为350mA，绿光LED芯片额定工作电流为200mA，蓝光LED芯片额定工作电流为300mA，故红光驱动电路中R2取0.286Ω，绿光驱动电路中R3取0.500Ω，蓝光驱动电路中R4取0.333Ω。PT4115的DIM端可外接PWM脉冲或直流电压调光，由于本设计采用PWM(脉冲宽度调制)技术调节光照强度，故DIM外接由光照控制电路12输出的PWM信号，频率设置为1000Hz。采用PWM技术调光的优点有：1)不会产生任何色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和零之间。2)可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易实现万分之一的精度。3)可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。4)即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件(升压比或降压比)，更不可能发生过热等问题。
参见图3，本基于三基色LED的色度学光源装置光照控制电路12采用增强型51单片机实现。24V电压经稳压电路10稳压后输出至光照控制电路12，为单片机IC2提供可靠的5V工作电压。IC1采用三端稳压器LM7805，IC2采用单片机STC89C52RC，内部下载控制程序，以实现红、绿、蓝光光强调节。单片机的INT0、1NT1和T0管脚输出分别接至IC3、IC4和IC5的DIM端。按键TB1-TB4为功能按键，可以实现红、绿、蓝光在显示屏上轮流显示光照强度，并可独立控制三种光的亮灭和光照强度，光强在0-100级范围内可任意调节。C5和R5构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C5可用10μF／25V电解电容，R5用1K精密电阻。C3、C4和CR1构成单片机振荡电路，提供时间基准，C3和C4可用22pF瓷片电容，CR1可用12MHz晶振。
参见图3，本基于三基色LED的色度学光源装置的数码管显示电路13由四位七段LED共阳数码管IC6和四只PNP型9012三极管组成。通过控制三极管通断来轮流扫描四位数码管实现动态扫描显示。字型码信息由单片机P2口输出，可实时显示红、绿、蓝光的亮度等级，以方便调节。
图4为本实施例将该光源应用于测量混合光谱的实验装置。灯芯4发出的光，经透镜14会聚，再经过光阑15，仅让混色光进入到光栅单色仪16中，计算机18控制步进电机19，进行波长扫描，同时光电倍增管17将接收到的光信号转化为电信号，传输到计算机18，最后由计算机18处理得到相对光谱功率分布。通过本实验可以验证颜色相加混合规律。

Claims (7)

1.一种基于三基色LED的色度学光源装置，包括开关电源(1)、LED光源控制器(2)、灯箱(3)、灯芯(4)、散热鳍片(5)、反光杯(6)和玻璃板(7)，其特征在于：220V交流电通过开关电源(1)转化为低压直流电输出至LED光源控制器(2)，LED光源控制器(2)控制输出3路独立可调电流接至灯芯(4)，灯芯(4)精确定焦粘接在反光杯(6)内，反光杯(6)通过支架固定在灯箱(3)底部，反光杯(6)底部装有散热鳍片(5)，反光杯(6)口部粘接一片玻璃板(7)。
2.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的开关电源(1)为隔离式直流开关电源，输入电压为100-240V，输出电压为24V，输出电流为0-3.2A。
3.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的LED光源控制器(2)包括增强型51单片机主控制芯片、数码管显示面板和按键阵列。
4.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的灯箱(3)采用优质铝型材制作，前后面板上分别设置光出射孔(8)和散热孔(9)。
5.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的灯芯(4)采用大功率三基色LED，发光角为120°、直径为30mm，功率为10W，管脚为6只；其中红光波长640nm，标准工作电流350mA，绿光波长525nm，标准工作电流200mA，蓝光波长440nm，标准工作电流300mA。
6.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的反光杯(6)内部镀有耐高温膜，对可见光具有高反射率。
7.如权利要求1所述的一种基于三基色LED的色度学光源装置，其特征是所述的玻璃板(7)两面都镀有耐高温透光膜，具有防爆、隔热功效，对可见光透过率大于99％。
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