CN107896398B - 多路led几何混光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路LED几何混光方法，所述的方法包括以下步骤：步骤一、选定四路LED后，在CIE色度坐标系中画出外接最大三角形，连接中间第4点与其中一个顶点，形成一条连接线；步骤二、在所述连接线上取一定点；步骤三、在坐标系中，根据各坐标点之间线段长度计算各点之间的比例关系，最终得出在混合某目标光色点的各路LED的光辐射功率比例。本方法能够在多路LED混光中，精确的设计出各路LED的功率比例，能够准确实现黑体辐射或太阳光曲线所要求的任意光色，满足设计要求，提高LED灯具照明质量。

Description

多路LED几何混光方法
技术领域
本发明涉及LED灯具应用技术领域，具体涉及一种多路LED几何混光方法。
背景技术
随着LED灯具应用领域的持续扩展，对调光、调色LED灯具的需求越来越多。尤其在一些特殊场所，对LED灯具亮度、色温、显色性等光学参数提出了严格的要求。如，要求LED灯具能够模拟自然光光色的变化等。
在调光、调色LED灯具设计中，实现调光、调色的方式有多种。但大致原理相似，都采用多路不同色温的LED作为光源，按照不同比例进行混光，以使所混合出来的光色符合设计要求。原理虽然相似，但其配光设计却是关键。混合后的光色在色温符合设计要求的情况下，光谱功率分布千差万别，会导致最终显色性、光效不能满足要求。设计出来的光色偏离了CIE标准照明体，即偏离了黑体辐射曲线或者太阳光曲线。
现有的多路LED混光技术多是直接简单调节各路LED亮度，或是以经验比例进行设计。以往的多路LED混光设计是一种粗略的、模糊的设计，各路LED没有明确的相互关系。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种多路LED几何混光方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多路LED几何混光方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤一、选定四路LED后，在CIE色度坐标系中画出外接最大三角形，连接中间第4点与其中一个顶点，形成一条连接线；
步骤二、在所述连接线上取一定点；
步骤三、在坐标系中，根据各坐标点之间线段长度计算各点之间的比例关系，最终得出在混合某目标光色点的各路LED的光辐射功率比例。
更进一步的技术方案是所述的步骤一中顶点选择黑体曲线上方的顶点。
更进一步的技术方案是所述的步骤二中定点的位置选择由最终目标光色范围所决定。
更进一步的技术方案是所述的步骤一包括：设定红、绿、蓝、白四路LED坐标分别为R(xr，yr)、G(xg，yg)、B(xb，yb)、W(xw，yw)，以典型日光5500K为目标光色，即M(xm，ym)；设定参考点S，在点G和点W的连线上，即是由绿光和白光混合叠加而成的中间色，S点的位置由G、W占的比重决定，有关系式为：
Figure BDA0001462866450000021
式(1)中，
Figure BDA0001462866450000022
为混合成S光色时W、G的光辐射功率比值；
Figure BDA0001462866450000023
为W、G等光辐射功率时的光通量之比。
更进一步的技术方案是所述的步骤二包括：当W、G确定后，点S就是W和G的光辐射功率之比的函数，根据式(1)得出点S的ys坐标，再由W、G之间的斜率得出点S的xs坐标；
同理，求出点S的坐标后，连接点S与点M，并延长与R、B连线相交于T点；所述T点由两条直线的相交点直接得出。
更进一步的技术方案是所述的步骤三包括：根据得出的T点得出R、B的光辐射功率之比，再由S、T混合叠加成目标点M，S、T之间的比率由各自与点M的距离确定；通过数学转换，目标点M确定了R、G、B、W四路LED的光辐射功率比例关系。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：本方法能够在多路LED混光中，精确的设计出各路LED的功率比例，能够准确实现黑体辐射或太阳光曲线所要求的任意光色，满足设计要求，提高LED灯具照明质量。
附图说明
图1为本发明一个实施例中多路LED混光三角图。
图2为本发明一个实施例中几何求解后的设计光谱功率分布图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
在下面的详细描述中，出于解释的目的描述了许多具体描述以便能够彻底理解所公开的实施方案，然而，很明显一个或多个实施方式可以在不使用这些具体描述的情况下实施，在其他实例中，示意性地显示已知结构和装置，以便简化附图。
根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种多路LED光源的几何混光方法，基于CIE色度学，使用多路不同波长的LED光源，以纯几何学的方式得出各不同LED光源的功率比例，混合出目标光色。总结起来，本实施例方法就是在给定四路LED后，在1931CIE色度坐标系中画出外接最大三角形，连接中间第4点与其中一个顶点。为了计算工作更便捷，通常选择黑体曲线上方的顶点。然后在这条连线上取一定点，同样的，为了使计算更为简洁，该点的选择由最终目标光色范围所决定。即目标光色范围内的点与该点的连线延长线与黑体曲线下方三角形的底边总相交于三角形底边内。最后，在坐标系中，根据各坐标点之间线段长度可计算各点之间的比例关系，最终得出在混合某目标光色点的各路LED的光辐射功率比例。
具体的，如图1所示，本实施例多路LED光源的几何混光方法包括以下步骤：
首先选定多路LED光源，如图1中选定红、绿、蓝、白四路LED，坐标分别为R(xr，yr)、G(xg，yg)、B(xb，yb)、W(xw，yw)，以典型日光5500K为目标光色，即M(xm，ym)。通过CIE色度学可以知道，一旦选定这四路LED，由其光辐射功率与光通量的确定其比例关系，即各LED之间的光辐射功率之比有确定的比例关系。根据CIE色度学混光原理，这些比例关系可在CIE色度学坐标系中转化为几何线段的比例。
图1中，点S为参考点，在点G和点W的连线上，即是由绿光和白光混合叠加而成的中间色，S点的位置由G、W占的比重决定，有关系式为：
Figure BDA0001462866450000041
式(1)中，
Figure BDA0001462866450000051
为混合成S光色时W、G的光辐射功率比值；
Figure BDA0001462866450000052
为W、G等光辐射功率时的光通量之比，对于特定的W、G，这一比值可认为定值。
CIE色度学混光原理，混合光在两原色中间连线上，且两原色的比重与两线段相联系，但并未说明两线段的比率与两原色的光辐射功率之间究竟存在什么样的关系。因此，本方法的重点就在于中明确了CIE色度学坐标系中的几何线段比率与各原色的光辐射功率、等光辐射功率时的光通量以及在等光辐射功率时和明度相关的y坐标存在唯一确定的关系。
当W、G确定后，点S就是W和G的光辐射功率之比的函数，可以根据式(1)得出点S的ys坐标，再由W、G之间的斜率可得出点S的xs坐标。同理，求出点S的坐标后，连接点S与点M，并延长与R、B连线相交于T点。T点可由两条直线的相交点直接得出，根据得出的T点可得出R、B的光辐射功率之比，再由S、T混合叠加成目标点M，S、T之间的比率由各自与点M的距离确定。由此，通过简单的数学转换，目标点M确定了R、G、B、W四路LED的光辐射功率比例关系。
根据CIE色度学原理，由光谱功率分布函数和三刺激值函数、显指系数等相加权，可得出x、y色坐标、光通量、色温和显色性等光学指标。因而，可根据光谱功率分布函数等求解四路LED的混合比例关系。但这一个过程，计算量很大，且需要较高色度学专业知识，不易掌握。
而本实施例方法的整个过程采用几何学进行求解，给多路LED混光设计工作带来了极大便捷，不需要使用光谱功率分布以及X、Y、Z三刺激值的方法进行大量计算。在选定四路LED时，只需测定各自的光辐射功率和光通量作为基准，以确定各自在CIE色度学坐标系中的几何比例关系。将求解四路LED相互比例关系的过程转化为纯数学的三角几何解答过程。
该方法理论上，可在黑体辐射曲线和典型日光曲线上混合出极高显色性的任意色温点。
如图2所示，图2是根据该方法基于三种色温点所得出的某四路LED混合后的光谱功率分布。三种色温点分别为黑体辐射曲线上的3600K和典型日光曲线上的5500K、7000K色温。由CIE规定了黑体辐射和日光的显色指数为100。
本实施例的方法所求解的比例可精确的混合出所需要的光色，其误差可控制在5％以内。最终测试结果，色温分别为3607K、5501K、6990K，三种色温点的显色指数分别为91.4、95.3、90.0。
从设计结果与测试结果可以看出，该方法所求解出的四路LED光辐射功率比例，可以精确的混合出符合黑体辐射或者典型日光的高显色性光色，提高人工照明质量。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (2)

1.一种多路LED几何混光方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
步骤一、选定四路LED后，在CIE色度坐标系中画出外接最大三角形，连接中间第4点与其中一个顶点，形成一条连接线，具体包括：设定红、绿、蓝、白四路LED坐标分别为R(xr，yr)、G(xg，yg)、B(xb，yb)、W(xw，yw)，以典型日光5500K为目标光色，即M(xm，ym)；设定定点S，在点G和点W的连线上，即是由绿光和白光混合叠加而成的中间色，有关系式为：
Figure FDA0002231412360000011
式(1)中，
Figure FDA0002231412360000012
为混合成S光色时W、G的光辐射功率比值；
Figure FDA0002231412360000013
为W、G等光辐射功率时的光通量之比；
步骤二、在所述连接线上取一定点，定点的位置选择由最终目标光色范围所决定，具体包括：包括：当W、G确定后，点S就是W和G的光辐射功率之比的函数，根据式(1)得出点S的ys坐标，再由W、G之间的斜率得出点S的xs坐标；
同理，求出点S的坐标后，连接点S与点M，并延长与R、B连线相交于T点；所述T点由两条直线的相交点直接得出;
步骤三、在坐标系中，根据各坐标点之间线段长度计算各点之间的比例关系，最终得出在混合某目标光色点的各路LED的光辐射功率比例，具体包括：根据得出的T点得出R、B的光辐射功率之比，再由S、T混合叠加成目标点M，S、T之间的比率由各自与点M的距离确定；通过数学转换，目标点M确定了R、G、B、W四路LED的光辐射功率比例关系。
2.根据权利要求1所述的多路LED几何混光方法，其特征在于所述的步骤一中顶点选择黑体曲线上方的顶点。
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