CN106658833A - 一种符合人眼舒适性的调光方法、装置及台灯 - Google Patents

Abstract

本发明属于照明技术，尤其涉及一种符合人眼舒适性的台灯调光方法、装置及台灯。本发明符合人眼舒适性的调光装置包括用于用户对期望的目标照度值进行调节输入模块、调光控制模块、光源模块。其中，调光控制模块用于输入模块输出调节量的采集，将调节量映射至用户期望目标照度后通过非线性校正、舒适调光曲线计算和混光计算得到调光电气参数并发送驱动信号给光源模块，在由光源模块混光后得到相应色温和照度的光线。另外，还提供包括符合人眼舒适性的调光装置的台灯。本发明调光时，色温和照度联动，同时通过照度非线性校正消除了调光过程的跳跃感，输出光线光色对人眼而言更加舒适健康，同时也简化了用户操作，提高了用户体验。

Description

一种符合人眼舒适性的调光方法、装置及台灯

技术领域

本发明属于照明技术，尤其涉及一种符合人眼舒适性的台灯调光方法、装置及台灯。

背景技术

视觉是人类感知世界的重要手段，照明质量的好坏会直接影响人们的生活质量和身心健康，随着社会的发展进步，人们对照明的需求从过去追求照度提升到注重包括光色、舒适性、光生物安全等光心理和光生理效应在内的综合性因素。

研究表明，光源的光色和照度被认为是影响人心理感受的重要因素，根据荷兰Kruithof教授的研究成果，人们在高照度时喜欢高色温的光源，而在低照度时则偏爱低色温的光源，色温影响人对环境的温冷感、明亮感、安定感、舒适感四项心理指标。

为了满足用户对照明的多样化需求，目前市场上开始出现可调照度/色温台灯，通常的做法是设置两个调光选项对照度和色温分别进行分段调节，为了调整到合适的光环境，用户需要根据自身主观感受反复调整两个调光参数。但是大多数用户对色温和照度如何搭配并无深入了解，因此复杂的调整过程会给用户带来不便，降低用户体验，且最终得到的光环境是否真正健康并不确定。此外分段调节的方式无法实现调光过程的平滑过渡，使眼睛产生跳跃感，同样会降低用户体验。

发明内容

本发明的目的是：利用照明心理学的研究成果，提供一种简化台灯光色调节且符合人眼舒适性的调光装置。

另外，还提供一种符合人眼舒适性的调光方法。

还提供一种包括所述的符合人眼舒适性的调光装置的台灯。

一种符合人眼舒适性的调光方法，其先基于Kruithof心理舒适度区域并参考照明标准确定满足人眼舒适性的照度-色温调光曲线，再利用调光电气参数、输出光色参数和光源色度学参数建立光源混光模型，并结合考虑人眼视觉的非线性特性，构成舒适调光模型，根据所述舒适调光模型，由用户设定照度参数值，解算出电气参数变化曲线，最终实现舒适调光。

考虑人眼视觉非线性特性时，通过非线性校正将目标照度值转化为实际输出目标照度值。

所述人眼视觉非线性特性用指数函数来描述，相应得到的非线性校正模型为：

L_real＝L^2.2

其中，L为用户期望目标照度值，L_real为实际目标照度值。

利用典型场景色温和照度的样本点，通过多项式拟合方法得到色温-照度舒适调光曲线，并根据样本点分布特性确定多项式拟合阶数。

光源混光模型构建时，以色度学中黑体轨迹等温线的色品坐标数据为样本点进行多项式拟合得到色温和色坐标关系模型，

根据上述模型得到所述实际输出光和光源的色坐标值，然后由混色原理得到目标亮度和色温下驱动冷暖光源所需要的占空比，即完成混光处理。

一种符合人眼舒适性的调光装置，其包括：

输入模块，用于用户对期望的目标照度值进行调节；

调光控制模块，用于输入模块输出调节量的采集，将调节量映射至用户期望目标照度后通过非线性校正、舒适调光曲线计算和混光计算得到调光电气参数并发送驱动信号给光源模块；

光源模块，用于接收调光控制模块输出的驱动信号使光源达到相应亮度，混光后得到相应色温和照度的光线。

所述输入模块包括按键、旋钮、滑动触摸条、触摸屏。

所述调光控制装置模块由顺次连接的量-照度调节单元、非线性校正单元、舒适调光单元、混光单元，其中，量-照度调节单元外接输入模块，混光单元连接光源模块。

所述舒适调光模型、光源混光模型分别固化在舒适调光单元和混光单元内，或舒适调光曲线以表格数据的形式存储在外接存储器中，实际工作时通过查表的方式从存储器中读取实际输出目标照度值对应的实际输出目标色温值。

一种台灯，其包括所述的符合人眼舒适性的调光装置。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例基于Kruithof心理舒适度区域确定了舒适调光曲线，并引入台灯的调光过程，使得色温和照度联动，输出光线光色对人眼而言更加舒适健康，同时也简化了用户操作，提高了用户体验。此外本发明实施例对用户根据自身的喜好设定的期望目标照度值做了非线性校正，用户在线性调节亮度时，台灯实际输出照度值按照指数规律调节，相对线性调节更加节省能源，同时台灯的光线调节更加平滑，消除了调节过程的跳跃感。

附图说明

图1是本发明的一种符合人眼舒适性调光方法和装置的原理框图；图2是本发明的一种符合人眼舒适性调光方法的实施例的装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明提出的台灯调光方法基于Kruithof心理舒适度区域并参考民用建筑照明标准最终确定人眼舒适曲线，即照度-色温调光曲线。通过建立调光电气参数、台灯输出光色参数和LED光源色度学参数之间的关系模型，并考虑人眼视觉的非线性特性，根据用户设定参数值，解算出电气参数变化曲线，最终实现舒适调光。

根据上述总体方案，本发明所述调光方法包括：

将照度作为调光控制参数，用户为台灯提供目标照度值；

考虑人眼视觉非线性特性，通过非线性校正将目标照度值转化为台灯实际输出目标照度值；

参考室内照明相关标准及相关研究成果在Kruithof心理舒适度区域中选取四种台灯典型应用场景下的照度和色温值，通过多项式拟合得到色温-照度舒适调光曲线；

利用舒适调光曲线模型由实际输出目标照度值得到实际输出目标色温值；

根据光源混光模型由实际输出目标照度值和实际输出目标色温值得到调光电气参数。

所述人眼视觉非线性特性及非线性校正方法为：

人眼视觉非线性特性表现为当一个灯具输出光通量线性变化时，人眼的感受并不是线性的。即在灯光较暗时，很小的照度变化也会引起人眼感觉较大的照度变化；而在灯光较亮时，较大的照度变化引起人眼感受照度变化不大。这种特性可以近似用指数函数来描述：

F＝kL_real ^1/2.2 (1)

上式中，F为人眼对光线亮度的响应值，L_real为灯具输出照度值，k为与人眼特性相关的常数；

在控制环节增加非线性校正模块，校正模型如下：

L_real＝L^2.2 (2)

上式中，L为输入目标照度值，L_real为灯具输出照度值。将(2)代入(1)式，得到F＝kL，即完成非线性校正。

所述色温-照度舒适调光曲线拟合方法可以根据所选取典型场景的色温和照度分布特性，选取多项式拟合阶数。得到的色温照度关系可以由下式表示

CCT＝CCT(L_real) (3)

所述由实际输出目标照度值和实际输出目标色温值得到调光电气参数方法如下：

以色度学中黑体轨迹等温线的色品坐标数据为样本点进行多项式拟合得到色温和色坐标关系模型，得到模型如下：

以冷暖双色温光源为例。设CCTw和CCTc分别为暖色LED和冷色LED的色温值，根据上述模型即可得到所述实际输出光、暖色LED和冷色LED的色坐标值，分别用(x，y)、(x_w，y_w)和(x_c，y_c)表示。然后由混色原理得到目标亮度和色温下驱动冷暖光源所需要的占空比为：

其中，Lc和Lw分别为冷色LED和暖色LED输出光通量。

本发明另一方面还提供了一种符合人眼舒适性的调光装置，所述装置包括：

输入模块，用于用户对期望的目标照度值进行调节。

调光控制模块，用于采集由输入模块输出的调节量并根据上述调光方法计算得到光源控制参数，并向光源模块发送驱动控制信号。

光源模块，用于接收驱动信号使多路LED光源达到相应亮度，混光后得到相应色温和照度的光线。

所述输入模块可以是但不限于按键、旋钮、滑动触摸条、app等。

所述控制装置还用于将输入模块调节量映射至用户期望目标照度值，调节量根据输入模块具体形式而不同。按键的调节量为按键导通时间；旋钮调节量为电位器电压值；触摸条调节量是由N个单独触摸按键对应输出的离散量；app调节量为控制界面中控制元素的位置值。

本发明还提供了一种台灯，包括所述的符合人眼舒适性的调光装置，避免用户自行调光过程中得到不舒服的光色，使得光线对人眼而言更加舒适、健康，同时也简化了用户操作，提升了用户使用体验。

参见图1，图1是本发明的一种符合人眼舒适性的调光方法和装置的原理框图。所述装置包括输入模块1、调光控制模块2和光源模块3。输入模块1用于获取用户进行调光的调节量，调光控制模块2用于输入模块1输出调节量的采集，将调节量映射至用户期望目标照度后通过非线性校正、舒适调光曲线计算和混光计算得到调光电气参数并发送给光源模块3。光源模块3用于接收调光电气参数，并输出相应色温和照度的光线。

进一步地，一种应用符合人眼舒适性的调光方法及装置的实施例如图2所示。本实施例中，电位器22作为输入装置，微处理器25及外围A/D部分23、存储器24等配合作为调光控制模块，恒流驱动模块26和LED灯组模块27为光源模块。电源模块21为系统工作提供电能。完成的本实施例的具体方法包括如下步骤：

步骤1：首先对电位器22进行电压采样，采样电压作为用户进行调光的调节量。设电位器满量程电压值为5V，采样电压为Vs。

步骤2：采样电压Vs经过A/D模块23转换为数字量然后被微处理器25采集得到，并进行调节量-照度映射。选取照度值作为调光控制量，设照度调节范围为(L_min，L_max)，L为用户期望目标照度值。则调节量-照度映射关系表示如下

步骤3：微处理器25对用户期望目标照度值进行非线性校正，以修正人眼对照度变化的非线性特性，消除调光时的跳跃感，使得调光过程更加流畅，所述非线性校正模型12为

L_real＝L^2.2

L_real为实际输出目标照度值。

步骤4：建立舒适调光曲线模型。首先选取三个台灯应用的典型场景，并在Kruithof心理舒适度区域中确定三个典型场景下的色温和照度组合，分别为：卧室(50lx/2700K)、娱乐(300lx/3500K)、工作学习(500lx/4000K，1000lx/5500K)，以这四个色温和照度组合为样本点进行拟合，根据四个点的分布特性，拟合阶数选为2，得到的模型为：

CCT＝-2.437×10^-5*L_real ²+2.951*L_real+2568.4

步骤5：由得到的实际输出目标照度值，根据舒适调光曲线模型，得到实际输出目标色温值。所述舒适调光曲线模型可以固化在调光算法程序中，另一方面，也可以将舒适调光曲线以表格数据的形式存储在存储器24中，微控制器25通过查表的方式从存储器24中读取实际输出目标照度值对应的实际输出目标色温值。

步骤6：根据光源混光模型由实际输出目标照度和目标色温计算得到调光电气参数。与步骤5类似的，所述光源混光模型可以固化在调光算法程序中，同样也可以将混光模型数据以表格的形式存在存储器24中，微控制器25通过查表的方式从存储器24中读取实际输出目标照度值和目标色温对应的调光电气参数，即冷暖色温LED的驱动PWM信号占空比。恒流驱动模块26接收到PWM信号后驱动光源模块27点亮，得到所需色温和照度的光线。

Claims (10)

1.一种符合人眼舒适性的调光方法，其特征在于，先基于Kruithof心理舒适度区域并参考照明标准确定满足人眼舒适性的照度-色温调光曲线，再利用调光电气参数、输出光色参数和光源色度学参数建立光源混光模型，并结合考虑人眼视觉的非线性特性，构成舒适调光模型，根据所述舒适调光模型，由用户设定照度参数值，解算出电气参数变化曲线，最终实现舒适调光。

2.根据权利要求1所述的符合人眼舒适性的调光方法，其特征在于，考虑人眼视觉非线性特性时，通过非线性校正将目标照度值转化为实际输出目标照度值。

3.根据权利要求2所述的符合人眼舒适性的调光方法，其特征在于，所述人眼视觉非线性特性用指数函数来描述，相应得到的非线性校正模型为：

L_real＝L^2.2

其中，L为用户期望目标照度值，L_real为实际目标照度值。

4.根据权利要求1所述的符合人眼舒适性的调光方法，其特征在于，利用典型场景色温和照度的样本点，通过多项式拟合方法得到色温-照度舒适调光曲线，并根据样本点分布特性确定多项式拟合阶数。

5.根据权利要求1所述的符合人眼舒适性的调光方法，其特征在于，光源混光模型构建时，以色度学中黑体轨迹等温线的色品坐标数据为样本点进行多项式拟合得到色温和色坐标关系模型，

根据上述模型得到所述实际输出光和光源的色坐标值，然后由混色原理得到目标亮度和色温下驱动冷暖光源所需要的占空比，即完成混光处理。

6.一种符合人眼舒适性的调光装置，其特征在于，包括：

输入模块，用于用户对期望的目标照度值进行调节；

调光控制模块，用于输入模块输出调节量的采集，将调节量映射至用户期望目标照度后通过非线性校正、舒适调光曲线计算和混光计算得到调光电气参数并发送驱动信号给光源模块；

光源模块，用于接收调光控制模块输出的驱动信号使光源达到相应亮度，混光后得到相应色温和照度的光线。

7.根据权利要求6所述的符合人眼舒适性的调光装置，其特征在于，所述输入模块包括按键、旋钮、滑动触摸条、触摸屏。

8.根据权利要求6所述的符合人眼舒适性的调光装置，其特征在于，所述调光控制装置模块由顺次连接的量-照度调节单元、非线性校正单元、舒适调光单元、混光单元，其中，量-照度调节单元外接输入模块，混光单元连接光源模块。

9.根据权利要求8所述的符合人眼舒适性的调光装置，其特征在于，所述舒适调光模型、光源混光模型分别固化在舒适调光单元和混光单元内，或舒适调光曲线以表格数据的形式存储在外接存储器中，实际工作时通过查表的方式从存储器中读取实际输出目标照度值对应的实际输出目标色温值。

10.一种台灯，其特征在于，包括权利要求6至9中任一项所述的符合人眼舒适性的调光装置。