CN108495398A - 多色led发光强度优化方法、优化装置、照明系统 - Google Patents

多色led发光强度优化方法、优化装置、照明系统 Download PDF

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CN108495398A CN201810131190.9A CN201810131190A CN108495398A CN 108495398 A CN108495398 A CN 108495398A CN 201810131190 A CN201810131190 A CN 201810131190A CN 108495398 A CN108495398 A CN 108495398A
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刘定青
刘岸青
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本发明提供的多色LED发光强度计算方法及系统，采用混色发光的机制，可以用数字电路精准调节光源发光光谱，结合智能算法既可以很大程度上弥补消除蓝光之后视觉上和能量效率上的弊端，又可以很好地解决产品差异问题，提供高度一致的批量产品。此外，本发明还提供了多色LED混光照明系统。

Description

多色LED发光强度优化方法、优化装置、照明系统
技术领域
本发明涉及一种照明器件，尤其涉及一种多色LED发光强度优化方法、优化装置、照明系统及照明方法。
背景技术
发光二极管(LED)的出现以及应用带来了十倍于传统光源的能量效率。普通白光LED每消耗一瓦的能量能产生约100流明的光通量，即光效为100lm/W，远大于白炽灯和荧光灯。这种高能效的白光LED都是基于蓝光发光机制：在蓝光LED的表面覆盖黄色的荧光粉，一部分蓝光激发荧光粉产生黄光，另一部分蓝光直接透过荧光粉，继续发蓝光。其结果是蓝光与黄光混合，产生出白光。因此白光LED光谱中，不可避免地含有大量的蓝色成分。
而人体生物钟很大程度上受蓝光影响：人眼中的光感细胞ipRGC将光信号传递到人体生物钟系统，调节人体褪黑素等激素的分泌，从而进一步调节人体体温，警觉，睡眠，免疫等生物钟功能。可以说，ipRGC是人体生物钟调节的光学入口。而它们主要吸收440nm到500nm的蓝光，吸收峰位于480nm左右。这些蓝光信号抑制人体褪黑素的分泌，提高人的体温，并且使人清醒，警觉。但在夜间摄入过量蓝色光会带来各种负面影响：干扰人的睡眠，降低免疫力等等。各种研究表明，长久地暴露在夜晚蓝光下，会导致人体生物钟紊乱，产生各类心理生理疾病。
因此，白光LED在节能的同时，过量的蓝光也为人体健康带来了危害。这种危害在夜间尤为明显。
现有的解决方案分两种。第一种方案，是在灯具上使用特别的滤光片滤除蓝光，第二种方案，是在LED制备过程中，使用过量的荧光粉，使得大部分蓝光转换为黄光，从而减少蓝光输出。以上两种方法的主要缺点是，以上两种方法在常规LED制备方法之上加入了新的工序，如在灯具上加滤光膜，或在蓝色LED上涂制过量的特殊荧光粉。相比常规LED制备方法，这些额外的材料特性和用料多少上的不一致性导致同一批次或不同批次的滤光膜和荧光粉的滤光特性差异较大，最终导致光源产品的一致性受到影响，这在照明应用中使得视觉效果大打折扣。
发明内容
有鉴如此，有必要提供一种多色LED发光强度优化方法，旨在解决现有技术中光源产品的一致性较差的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
一方面，本发明提供的多色LED发光强度优化方法，包括下述步骤：
步骤S111：提取各色LED的规格信息参数；所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数及褪黑素刺激照度，所述光色彩学指标参数，包括光源色坐标、色温、光通量、色坐标差异及显色指数；
步骤S112：根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布；
步骤S113：根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数；
步骤S114：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
步骤S115：根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；及
步骤S116：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值，若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值，并返回步骤S112。
在一些较佳实施例中，在步骤S112中，根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布，具体包括：
通过下述公式计算各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布:
其中：ɑi为第i种颜色LED发光的光强系数，最小为0，对应不发光，最大为1，对应最大发光，Si(λ)第i种颜色LED的光谱功率分布。
在一些较佳实施例中，在步骤S113中，根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数，具体包括：
根据色彩学通用公式计算得到光色彩学指标参数；
根据下述公式计算生物钟调节指数；其中：
所述等效褪黑素亮度指数计算如下：
所述褪黑素抑制比例指数计算如下：
其中，L为等效褪黑素亮度，rM为褪黑素刺激比例，S(λ)为光源整体的光谱功率分布，C(λ)为人体褪黑素光敏曲线，v(λ)为人眼视觉光敏曲线，积分上下限380nm到780nm为可见光波长范围。
在一些较佳实施例中，在步骤S115中，根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值，具体包括：
根据下述计算公式计算目标函数的值：
其中，△Ci与△Mi分别表示光色彩学指标差值与光生物学指标差值，ɑi与βi分别表示对各个差值的权重。
在一些较佳实施例中，在步骤S116中，通过各类梯度下降算法、共轭下降算法或随机搜索算法分析差值表的特征，并决定合适的各色LED的光强度值。
另一方面，本发明还提了一种多色LED发光强度优化装置，包括：
参数提取模块：用于提取各色LED的规格信息参数；所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数及褪黑素刺激照度，所述光色彩学指标参数，包括光源色坐标、色温、光通量、色坐标差异及显色指数；
第一计算模块：用于根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布；
第二计算模块：用于根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数；
比较模块：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
第三计算模块：用于根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；
判断模块：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值；若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值。
此外，本发明还提供了一种多色LED混光照明系统，包括所述的多色LED发光强度优化装置、驱动单元及光学单元：其中：
所述的多色LED发光强度优化装置，用于计算出各色LED的发光强度，所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数及褪黑素刺激照度，所述光色彩学指标参数，包括光源色坐标、色温、光通量、色坐标差异及显色指数；
驱动单元：用于获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致；及
光学单元：用于将各色LED的光均匀混合出光。
在一些较佳实施例中，所述光学单元包括混光灯体及设置于所述混光灯体出光面的混光材料，所述混光灯体可使各色LED的光在内部经反射及折射混合后由所述混光材料出射，所述混光材料包括透明亚克力板、乳白色亚克力板、透明或不透明PC塑料板。
本发明采用上述技术方案，能够实现下述有益效果：
本发明提供的多色LED发光强度优化方法及系统，采用混色发光的机制，可以用数字电路精准调节光源发光光谱，结合智能算法既可以很大程度上弥补消除蓝光之后视觉上和能量效率上的弊端，又可以很好地解决产品差异问题，提供高度一致的批量产品。
此外，本发明还提供了多色LED混光照明系统及方法，通过LED发光强度优化装置计算出各色LED的发光强度，通过驱动单元驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致，在通过光学单元将各色LED的光均匀混合出光，本发明提供的多色LED混光照明系统，采用非蓝光发光机理，用多种有色LED混合发出白光，由于有色LED的光谱范围可以选择，可以更彻底的消除有害蓝光。
同时，本发明提供的多色LED混光照明系统，适用于夜间的家庭夜间照明，商用夜间照明，和需要夜间工作的公共机构，在提供高视觉质量，高能量效率以及高一致性的照明地同时，不干扰人体褪黑素分泌，提高人体睡眠质量，增强免疫力，提高整体健康水平。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的多色LED发光强度优化方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例2中提供的多色LED发光强度优化装置的结构示意图。
图3为本发明实施例3提供的多色LED混光照明系统的结构示意图30
图4为本发明实施例3提供的驱动单元的结构示意图。。
图5为本发明实施例4提供的多色LED混光照明方法的步骤流程图。
图6为本发明实施例4提供的获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致的步骤流程图。
图7为普通白光LED、加滤光片白光LED和本发明上述实施例提供的LED的光谱对比示意图。
图8为本发明实施例提供的各种LED的光色彩学指标和光生物学指标对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，为本发明提供的多色LED发光强度优化方法的步骤流程图10，
所述多色LED发光强度优化方法包括下述步骤：
步骤S111：提取各色LED的规格信息参数。
在本实施例中，所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED。
可以理解，由于人眼中的光感细胞ipRGC将光信号传递到人体生物钟系统，调节人体褪黑素等激素的分泌，从而进一步调节人体体温，警觉，睡眠，免疫等生物钟功能，可以说，ipRGC是人体生物钟调节的光学入口，而它们主要吸收440nm到500nm的蓝光，吸收峰位于480nm左右，这些蓝光信号抑制人体褪黑素的分泌，提高人的体温，并且使人清醒，警觉，但在夜间摄入过量蓝色光会带来各种负面影响：干扰人的睡眠，降低免疫力等，因此本申请提供的各色LED包括的紫光波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED。优选地，本发明提供的多色LED发光强度优化方法中，使用的LED包括但不限于波峰为660nm的红光LED，波峰为640nm的红光LED，波峰为620nm的红光LED，波峰为600nm的琥珀色LED，波峰为550nm的黄绿光LED，波峰为540nm的绿光LED，波峰为520nm的绿光LED，波峰为420nm的紫光LED，波峰为410nm的紫光LED。
在本实施例中，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数(Equivalent Melanopic Luminance,EML)、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数(Circadian Stimulus,CS)及褪黑素刺激照度(Melanopic illuminance)，所述光色彩学指标参数包括光源色坐标(CIE-x,y)、色温(CCT)、光通量(lm)、色坐标差异(Duv)及显色指数(Ra)。
步骤S112：根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布。
在一些较佳实施例中，通过下述公式计算各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布:
其中：ɑi为第i种颜色LED发光的光强系数，最小为0，对应不发光，最大为1，对应最大发光，Si(λ)第i种颜色LED的光谱功率分布。
步骤S113：根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数。
在一些较佳的实施例中，在步骤S113中，根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数，具体包括：
根据色彩学通用公式计算得到光色彩学指标参数；
根据下述公式计算生物钟调节指数；其中：
所述等效褪黑素亮度指数计算如下：
所述褪黑素抑制比例指数计算如下：
其中，L为等效褪黑素亮度，rM为褪黑素刺激比例，S(λ)为光源整体的光谱功率分布，C(λ)为人体褪黑素光敏曲线，v(λ)为人眼视觉光敏曲线，积分上下限380nm到780nm为可见光波长范围。
步骤S114：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
可以理解，目标指标的设定根据光源的使用场景决定。如家用照明采用低色温CCT＝3000K，一般显色指数Ra＝70，高褪黑素亮度指数EML＝6.5uW/cm2；办公室照明采用高色温CCT＝6000K,较高显色指数Ra＝80,低褪黑素亮度指数EML＝13.2uW/cm2等。
步骤S115：根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；
在一些较佳的实施例中，根据下述计算公式计算目标函数的值：
其中，△Ci与△Mi分别表示光色彩学指标差值与光生物学指标差值，ɑi与βi分别表示对各个差值的权重，可以理解，权重值越大，表示该项差值对系统性能的影响越大，即，对该项差值最小化的要求更高。
步骤S116：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值；若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值,并返回步骤S112。
可以理解，所述目标函数的值小于设定值，则认为符合应用场景的要求，并将当前设定的各色LED的亮度值输出；如果目标函数值大于某个设定值，则认为不符合应用场景的要求，并将现有的差值表△Ci与△Mi输出，通过分析差值表的特征，决定新一轮的各色LED的光强度值。
在一些较佳的实施例中，通过各类梯度下降算法、共轭下降算法或随机搜索算法分析差值表的特征，并决定合适的各色LED的光强度值。
可以理解，本发明实施例1中提供的计算出各色LED的发光强度的算法，既可以很大程度上弥补消除蓝光之后视觉上和能量效率上的弊端，又可以很好地解决产品差异问题，提供高度一致的批量产品。
实施例2
去参阅图2，为本发明实施例2中提供的多色LED发光强度优化装置的结构示意图，包括：
参数提取模块211：用于提取各色LED的规格信息参数。在本实施例中，所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED。
优选地，本发明提供的多色LED发光强度优化方法中，使用的LED包括但不限于波峰为660nm的红光LED，波峰为640nm的红光LED，波峰为620nm的红光LED，波峰为600nm的琥珀色LED，波峰为550nm的黄绿光LED，波峰为540nm的绿光LED，波峰为520nm的绿光LED，波峰为420nm的紫光LED，波峰为410nm的紫光LED。
在本实施例中，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数(Equivalent Melanopic Luminance,EML)、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数(Circadian Stimulus,CS)及褪黑素刺激照度(Melanopic illuminance)，所述光色彩学指标参数包括光源色坐标(CIE-x,y)、色温(CCT)、光通量(lm)、色坐标差异(Duv)及显色指数(Ra)。
第一计算模块212：用于根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布。
在一些较佳实施例中，第一计算模块212通过下述公式计算各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布:
其中：ɑi为第i种颜色LED发光的光强系数，最小为0，对应不发光，最大为1，对应最大发光，Si(λ)第i种颜色LED的光谱功率分布。
第二计算模块213：用于根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数。
在一些较佳的实施例中，第二计算模块213可根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数，具体包括：
根据色彩学通用公式计算得到光色彩学指标参数；
根据下述公式计算生物钟调节指数；其中：
所述等效褪黑素亮度指数计算如下：
所述褪黑素抑制比例指数计算如下：
其中，L为等效褪黑素亮度，rM为褪黑素刺激比例，S(λ)为光源整体的光谱功率分布，C(λ)为人体褪黑素光敏曲线，v(λ)为人眼视觉光敏曲线，积分上下限380nm到780nm为可见光波长范围。褪黑素抑制比例表征了光谱中对人体褪黑素分泌有抑制作用的成分占光谱光通量的比例。
比较模块214：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
可以理解，目标指标的设定根据光源的使用场景决定。如家用照明采用低色温CCT＝3000K，一般显色指数Ra＝70，高褪黑素亮度指数EML＝6.5uW/cm2；办公室照明采用高色温CCT＝6000K,较高显色指数Ra＝80,低褪黑素亮度指数EML＝13.2uW/cm2等。
第三计算模块215：用于根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；
在一些较佳的实施例中，第三计算模块215可根据下述计算公式计算目标函数的值：
其中，△Ci与△Mi分别表示光色彩学指标差值与光生物学指标差值，ɑi与βi分别表示对各个差值的权重。可以理解，权重值越大，表示该项差值对系统性能的影响越大，即，对该项差值最小化的要求更高。
判断模块216：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值；若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值。
可以理解，所述目标函数的值小于设定值，则认为符合应用场景的要求，并将当前设定的各色LED的亮度值输出至驱动单元220；如果目标函数值大于某个设定值，则认为不符合应用场景的要求，并将现有的差值表ΔCi和ΔMi输出，通过分析差值表的特征，决定新一轮的各色LED的光强度值。
在一些较佳的实施例中，通过各类梯度下降算法、共轭下降算法或随机搜索算法分析差值表的特征，并决定合适的各色LED的光强度值。
可以理解，本发明实施例2中提供的计算单元210计算出各色LED的发光强度的算法，既可以很大程度上弥补消除蓝光之后视觉上和能量效率上的弊端，又可以很好地解决产品差异问题，提供高度一致的批量产品。
实施例3
请参阅图3，为本发明提供的多色LED混光照明系统的结构示意图30，包括：多色LED发光强度优化装置210、驱动单元220及光学单元230。其中：
多色LED发光强度优化装置210的详细工作原理参见实施例1及实施例2中说明，这里不再赘述。
驱动单元220，驱动单元220用于获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致。
在一些较佳的实施例中，驱动单元220采用线性恒流的调制方式，该调制方式可通过改变DC值控制各色LED通道电流大小，从而改变各色LED的光强。
请参阅图4，为本发明实施例3提供的驱动单元220的结构示意图，包括：
驱动电流计算模块221，用于根据各色LED的发光强度计算各色LED每个通道所需的驱动电流；
在一些较佳的实施例中，驱动电流计算模块221根据LED的光强-电流曲线计算各色LED每个通道所需的驱动电流。
DC值计算模块222，用于根据各色LED每个通道所需的驱动电流，计算出各色LED每个通道对应的DC值；
可以理解，各色LED每个通道所需的驱动电流，可计算出每个通道对应的DC值。
驱动模块223：通过获取DC值后输出相应的电流，并驱动各色LED发光；
光强测量单元224：测量各色LED的发光强度，并判断测量得到的各色LED的发光强度是否等于计算出的各色LED的发光强度，若是，将各色LED的光均匀混合出光；若否，调整所述DC值，并返回至驱动模块223，直至判断测量得到的各色LED的发光强度等于所述计算单元计算出的各色LED的发光强度。
在一些较佳的实施例中，光强测量单元224通过下述公式判断测量得到的各色LED的发光强度是否等于计算出的各色LED的发光强度，
其中，x为实测光强值，μ为算法输出的光强值，δ为绝对误差。
可以理解，若上述绝对误差处于允许范围，则无需校准；若在允许范围之外，则需要进行校准，若正向偏大，则相应调小DC值，若反向偏大，则相应调大DC值。
请再参阅图3，所述多色LED混光照明系统还包括光学单元230，光学单元230用于将各色LED的光均匀混合出光。
在一些较佳实施例中，所述光学单元230包括混光灯体及设置于所述混光灯体出光面的混光材料，所述混光灯体可使各色LED的光在内部经反射及折射混合后由所述混光材料出射，所述混光材料包括透明亚克力板、乳白色亚克力板、透明或不透明PC塑料板。
本发明实施例3提供的多色LED混光照明系统，通过多色LED发光强度优化装置210计算出各色LED的发光强度，通过驱动单元220驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致，在通过光学单元230将各色LED的光均匀混合出光，本发明提供的多色LED混光照明系统，采用非蓝光发光机理，用多种有色LED混合发出白光，由于有色LED的光谱范围可以选择，可以更彻底的消除有害蓝光。
实施例4
请参阅图5，为本发明提供的多色LED混光照明方法的步骤流程图40，包括：
步骤S110：计算出各色LED的发光强度；其详细工作原理参见实施例1及实施例2中说明，这里不再赘述。
步骤S120：获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致；
请参阅图6，获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S121：根据各色LED的发光强度计算各色LED每个通道所需的驱动电流；
在一些较佳的实施例中，根据LED的光强-电流曲线计算各色LED每个通道所需的驱动电流。
步骤S122：根据各色LED每个通道所需的驱动电流，计算出各色LED每个通道对应的DC值；
可以理解，各色LED每个通道所需的驱动电流，可计算出每个通道对应的DC值。
步骤S123：获取DC值后输出相应的电流，并驱动各色LED发光；
步骤S124：测量各色LED的发光强度，并判断测量得到的各色LED的发光强度是否等于计算出的各色LED的发光强度，若是，将各色LED的光均匀混合出光；若否，调整所述DC值，并返回至步骤S123，直至判断测量得到的各色LED的发光强度等于计算出的各色LED的发光强度。
在一些较佳的实施例中，通过下述公式判断测量得到的各色LED的发光强度是否等于计算出的各色LED的发光强度，
其中，x为实测光强值，μ为算法输出的光强值，δ为绝对误差。
可以理解，若上述绝对误差处于允许范围，则无需校准；若在允许范围之外，则需要进行校准，若正向偏大，则相应调小DC值，若反向偏大，则相应调大DC值。
步骤S130：将各色LED的光均匀混合出光。
步骤S130：将各色LED的光均匀混合出光。
本发明实施例4提供的多色LED混光照明方法，计算出各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致，将各色LED的光均匀混合出光，本发明提供的多色LED混光照明方法及系统，采用非蓝光发光机理，用多种有色LED混合发出白光，由于有色LED的光谱范围可以选择，可以更彻底的消除有害蓝光。
对比实施例
请参阅图7，为普通白光LED，加滤光片白光LED和本发明上述实施例提供的多色LED混光照明系统的LED的光谱对比。
从图6中可以看出，普通白光LED使用445nm左右的蓝光LED激发白光，因此在生物钟刺激的蓝光波段440nm到500nm区间内有大量的能量分布。在使用滤光片后，在这个区间的蓝光能量减少，但是并不能完全去除，仍有较多的蓝光分布在这一区间。在夜间使用此两种照明，都会抑制人体褪黑素正常分泌，干扰睡眠，导致各类生理心理疾病。而本发明所述的多色混光LED在生物钟刺激的蓝光波段440nm到500nm区间内只有极少量的能量分布，大部分光谱能量分布在500nm以上的波段，提供主要照明效果，少部分能量分布在400到440nm波段，提供视觉质量的弥补。
下表总结了本发明实施例提供的所述多色混光LED，两种不同色温的普通LED和加滤光片的LED在视觉效果，光色保真度，褪黑素抑制程度，能量效率等方面的指标，以作比较。
表I 各种LED的光色彩学指标和光生物学指标比较
请参阅图8提供了各种LED的光色彩学指标和光生物学指标对比图。
结合上表和图8可以看出本发明提供的多色LED混光照明系统，首先在褪黑素刺激比例上，比普通LED和加滤光片的普通LED都要低，由于本发明提供的多色发光强度优化方法与系统，不依赖440nm到500nm蓝光发光机制，所选取的LED在该波段内几乎没有能量分布，从而使得夜间褪黑素正常分泌不会被抑制；而在视觉效果上，本发明的显色指数为85，达到并超过普通照明标准，其原因是本发明采用多色LED混光，光谱在红，黄，绿，蓝绿波段有丰富的能量分布，和自然光接近，而蓝光波段能量的缺失，影响了本发明的视觉保真度(即显色指数Ra)。这部分缺失的波段由紫色波段的能量分布提供补偿，使得整体显色指数高于普通蓝光发光机制的LED。
本发明提供的多色LED混光照明系统，适用于夜间的家庭夜间照明，商用夜间照明，和需要夜间工作的公共机构(如医院、学校及工厂)，在提供高视觉质量，高能量效率以及高一致性的照明地同时，不干扰人体褪黑素分泌，提高人体睡眠质量，增强免疫力，提高整体健康水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多色LED发光强度优化方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S111：提取各色LED的规格信息参数；所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数及褪黑素刺激照度，所述光色彩学指标参数，包括光源色坐标、色温、光通量、色坐标差异及显色指数；
步骤S112：根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布；
步骤S113：根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数；
步骤S114：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
步骤S115：根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；及
步骤S116：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值，若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值，并返回步骤S112。
2.根据权利要求1所述的多色LED发光强度优化方法，其特征在于，在步骤S112中，根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布，具体包括：
通过下述公式计算各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布:
其中：ɑi为第i种颜色LED发光的光强系数，最小为0，对应不发光，最大为1，对应最大发光，Si(λ)第i种颜色LED的光谱功率分布。
3.根据权利要求1所述的多色LED发光强度优化方法，其特征在于，在步骤S113中，根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数，具体包括：
根据色彩学通用公式计算得到光色彩学指标参数；
根据下述公式计算生物钟调节指数；其中：
所述等效褪黑素亮度指数计算如下：
所述褪黑素抑制比例指数计算如下：
其中，L为等效褪黑素亮度，rM为褪黑素刺激比例，S(λ)为光源整体的光谱功率分布，C(λ)为人体褪黑素光敏曲线，v(λ)为人眼视觉光敏曲线，积分上下限380nm到780nm为可见光波长范围。
4.根据权利要求1所述的多色LED发光强度优化方法，其特征在于，在步骤S115中，根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值，具体包括：
根据下述计算公式计算目标函数的值：
其中，△Ci与△Mi分别表示光色彩学指标差值与光生物学指标差值，ɑi与βi分别表示对各个差值的权重。
5.根据权利要求1所述的多色LED发光强度优化方法，其特征在于，在步骤S116中，通过各类梯度下降算法、共轭下降算法或随机搜索算法分析差值表的特征，并决定合适的各色LED的光强度值。
6.一种多色LED发光强度优化装置，其特征在于，包括：
参数提取模块：用于提取各色LED的规格信息参数；所述各色LED至少包括3种有色LED，并包括至少1种紫光，所述紫光的波峰范围在410到420nm之间，并不包括波峰在440nm到480nm之间的蓝光LED及不包括蓝光激发发光机制的白色LED，所述规格信息参数包括LED的发光光谱、伏安特性曲线及光通量，所述生物钟调节指数包括等效褪黑素亮度指数、褪黑素抑制比例指数、生物钟刺激指数及褪黑素刺激照度，所述光色彩学指标参数，包括光源色坐标、色温、光通量、色坐标差异及显色指数；
第一计算模块：用于根据各色LED的光强度值计算出各色LED混合发光后的光源整体的光谱功率分布；
第二计算模块：用于根据所述光率功率分布，计算生物钟调节指数和光色彩学指标参数；
比较模块：分别将所述生物钟调节指数和光色彩学指标参数与对应的目标指标比较，并获取光色彩学指标差值与光生物学指标差值；
第三计算模块：用于根据所述光色彩学指标差值与光生物学指标差值，计算目标函数的值；
判断模块：判断所述目标函数的值是否小于当前设定的各色LED的亮度值；若所述目标函数的值小于当前设定的各色LED的亮度值，则认为符合应用场景的要求；若所述目标函数值大于设定值，则认为不符合应用场景的要求，并通过分析差值表的特征，决定合适的各色LED的光强度值。
7.一种多色LED混光照明系统，其特征在于，包括权利要求8所述的多色LED发光强度优化装置、驱动单元及光学单元：其中：
驱动单元：用于获取计算出的各色LED的发光强度，并驱动各色LED，使各色LED的亮度值和计算出的各色LED的发光强度一致；及
光学单元：用于将各色LED的光均匀混合出光。
8.根据权利要求7所述的多色LED混光照明系统，其特征在于，所述光学单元包括混光灯体及设置于所述混光灯体出光面的混光材料，所述混光灯体可使各色LED的光在内部经反射及折射混合后由所述混光材料出射，所述混光材料包括透明亚克力板、乳白色亚克力板、透明或不透明PC塑料板。
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