CN108702821A

CN108702821A - 包括照明系统的光源的强度配置

Info

Publication number: CN108702821A
Application number: CN201680081017.1A
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·贝林; 扬妮克·巴伊
Original assignee: Watt Lukesch
Current assignee: Watt Lukesch
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: FR3046215B1; US20190021146A1; JP6861221B2; WO2017109351A1; RU2018123968A3; US10560995B2; FR3046215A1; RU2018123968A; EP3395128A1; JP2019501509A; RU2765299C2; CA3009443A1; CN108702821B; CA3009443C

Abstract

本发明涉及一种配置照明系统的方法，该照明系统包括一组具有不同光谱(S_i(λ))的至少3个光源(L_i)，该方法包括通过使参考光谱(S_R(λ))与所述组中的每个光源(L_i)的光谱(S_i(λ))按强度(_i)加权的和所定义的合成光谱(S_S(λ))之间的距离最小化而自动定义所述组中的每个光源的所述强度(_i)的步骤。

Description

包括照明系统的光源的强度配置

技术领域

本发明涉及由多个不同光源组成的照明系统。更具体地，本发明涉及这些光源中的每一个的强度配置，以接近感知到的参考光谱。

背景技术

市面上现有的光源种类众多。每一种由光源和光谱表征，通常参考加热至1500K至10000K之间的黑体，按照该光源的色温来创建模型，从而提供类似于发光灯泡发射光谱的可见光范围内的发射光谱。

这些现有光源为用户提供了大量选择，但这些选择是不全面的，因为不能保证针对某一指定的参考光谱市面上都有可用的光源。另外，这些光源是静态的，并且不能配置为提供参考光谱。更不用说，根本无法考虑到周围的色度环境来对市面上可用的光源进行配置以获得所需的参考光谱。

例如，所需的参考光谱可能是太阳光谱。那么我们将显色指数(CRI)定义为当人眼认为对象被太阳光照亮时为最大值。光源能够实现高CRI值，但无法利用所有技术。因此，发光二极管(LED)在大多数情况下的CRI值只能达到65的级别，很少能超过85。

另外，如果存在第三光源，便无法对主要光源进行调整以获得具有足够高CRI的全局光谱。

因此，众多原因都表明需要尝试改进这种现状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配置至少在一定程度上缓解上述缺点的照明系统的方法。

为此，本发明公开了一种配置照明系统的方法，该照明系统包括一组具有不同光谱S_i(λ)的至少3个光源，该方法包括通过使参考光谱S_R(λ)与所述组中的每个光源的光谱S_i(λ)按强度加权的和所确定的合成光谱S_S(λ)之间的距离最小化而自动确定所述组中的每个光源的所述强度的步骤。

根据优选的实施方式，本发明包括以下特点中的一个或多个，这些特点可单独地或彼此部分组合或全部组合起来使用：

-在对应于所述参考光谱的感知P_R,j(λ)和对应于所述合成光谱的感知P_j(λ)之间计算距离，所述感知在指定观察者的一组检测器上考虑；

-参考光谱对应于太阳光谱；

-指定观察者是人眼；

-感知由所述光谱和与每个所述检测器相关联的灵敏度(σ_j(λ))的乘积确定。

-合成光谱的感知由以下等式提供：

-并且参考光谱的感知由以下等式提供：

其中，λ表示波长；

-利用最小二乘法最小化所述距离；

-光源是LED；

本发明的另一目的涉及一种照明系统，该系统包括一组具有不同光谱和强度的至少3个光源，该强度由上文定义的类似方法分别配置。

光源可组合在一个灯泡中。

因此，本发明能通过明确组合不同光源来控制光谱，在光源中，各个光谱的组合能够导致如观察系统看到的所需参考光谱或其等同光谱。

在参考附图阅读作为示例给出的本发明的优选实施方式的说明之后，将对本发明的其他特点和优势有更清晰的理解。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的照明系统的示例。

图2示出了根据本发明的另一实施方式的照明系统的另一示例。

图3示出了三种类型的检测器(人眼中的椎体)的光谱灵敏度。

图4示出了根据本发明的一个实施方式配置的照明系统的参考光谱和合成光谱之间的对比。

具体实施方式

根据本发明，将配置的照明系统包括一组具有不同光谱的至少3个光源。

本发明不涉及该组三个光源的确定，但旨在确定从指定的一组光源开始的最佳配置，换句话说，确定该组中的每个光源的功率或强度。

这些光源可被特别地选出用作特定的渲染，或者很简单地选择任何可用的光源。照明系统可以使用更多的光源，并且一些光源具有相同或非常相似的光谱，但重要的是这些光源中的至少3个具有足够不同的光谱，以便能获得更好的性能。

必须可以利用控制设备来控制光源，使得这些光源的强度可以被单独配置。正如之后将看到的，对每个光源强度的良好配置提供了使照明系统以最小余量接近参考光谱(或设定值)的方式。

照明系统可以通过不同的方式实现。

图1示出了第一实施方式，包括布置在空间中(例如在屋子里)分布的独立光源L1、L2、L3，其中，光束被定向以便形成重叠区Z，在重叠区内的光谱最接近参考光谱。

图2示出了第二实施方式，其中，照明系统由刚性或非刚性结构L组成，该结构将不同的光源L1、L2和L3相对于彼此固定。结构L将每个光源的光束定向以便形成尽可能大的重叠区Z，在重叠区内的光谱最接近参考光谱。

在另一实施方式中，光源在单个灯泡中组合。因此，不同光源的重叠区非常大。

可使用不同的技术来实现这些光源。具体地，可以使用发光二极管(LED)。

每个光源L_i可以由强度和光谱S_i(λ)来表征，其中，λ表示波长。

因此，由n个光源L₁，L₂，L₃，...L_i，...L_n组成的照明系统的合成光谱S_S(λ)可写作这些光源中的每一个的光谱S_i(λ)按其强度加权的和。因此我们可以写作：

观察者的灵敏度曲线σ_j(λ)作为波长λ的函数也被定义。观察者通常由定义一组通道的一组检测器组成。因此，被视为观察者的人眼具有一组检测器的分组j，每个分组具有其自身的灵敏度曲线σ_j(λ)。

对数字传感器而言尤为如此。

因此，观察者的通道j上的感知P_j可被定义为：

本发明旨在最小化参考光谱S_R(λ)与合成光谱S_S(λ)之间的距离。最小化该距离d(λ)＝d(S_R(λ),S_S(λ))包括确定强度的最佳组合，其中i∈[l,n]，并且n是光源的数量。

根据一个实施方式，该距离是对应于参考光谱的感知P_R,j和对应于针对指定观察者的合成光谱的感知P_j之间的距离。

然后可以全局地考虑该距离，也就是说针对所有通道j考虑。该距离可以是参数空间中的欧几里德距离。在这种情况下，问题包括搜索一组强度

换句话说，目标是最小化函数

可以使用不同的技术来解决这一优化问题，并且本发明不依赖任何特定方法。例如，可以使用最小二乘法。

参考光谱可以是太阳光谱。观察者可以是人眼。在这种情况下，本发明可最大化显色指数(CRI)。

图3示出给出颜色感的三种类型的检测器(人眼中的椎体)的光谱灵敏度。这些检测器对应三个通道R、V、B，分别表示红色、绿色和蓝色，并且与给出图中的三条曲线的三个灵敏度σ_R(λ)、σ_V(λ)、σ_B(λ)相关脸。图中的比例是对数形式的。

需注意的是，最初的红色和绿色椎体、并且然后的蓝色椎体的光谱范围非常不同。蓝色椎体的光谱范围中的差异对显色的影响要小得多。根据本发明的一个实施方式，此信息因此可用于确定全局感知P_S(λ)。

在图4所示的示例中，已选择了三个光源L₁、L₂、L₃，这些光源的光谱分别由色温10000K、4500K和3000K表征。

根据本发明所述的方法可以用于通过确定相对强度来配置由这些光源组成的系统。

点云表示参考光谱(例如太阳光谱)的测量值，并且曲线C表示考虑人眼的灵敏度由根据本发明的方法的强度配置的光源L₁、L₂、L₃的组合。

可以看出，人眼的特点、并且具体地蓝色检测器的较低灵敏度已被考虑在内，如图3所示。将探测通道的灵敏度考虑在内对于旨在确保良好CRI的应用情况至关重要。

下表示出了根据本发明的一个实施方式获得的实验结果。

这些结果示出，即使在与系统轴线成40°的角度的情况下，结果仍很稳定。

这4个测试照明系统的平均CRI为96.70，与现有技术中已知的解决方案相比，这个结果相当出色。

另外，与现有技术中在单个LED中组合3个有色LED的“白色”LED不同，根据本发明的照明系统组合多个光源，这些光源中的角度开口可以单独调节。因此，由光源中的每一个照亮的区域的空间重叠可以得到优化(尽管现有技术中已知的白色LED必需进行折衷)。

根据本发明的方法可以这样确切地由基本光源的最佳组合定义，以模拟与参考光源的渲染等同的渲染。针对CRI优化，该原理通过使用根据普朗克定律定义的三个光源得到了理论验证。转换到LED的情况下，CRI的测量值高于96证明了该方法的相关性。显然，本文使用3个LED验证的原理可以推广到更多数量的光源。

显然，本发明并不限于本文描述和呈现的示例和实施方式，而是可以采用本领域的技术人员可获得的许多变形。

Claims

1.一种照明系统的配置方法，所述照明系统包括一组具有不同光谱(S_i(λ))的至少3个光源，所述配置方法包括通过使参考光谱(S_R(λ))与所述组中的每个光源的光谱(S_i(λ))按强度加权的和所确定的合成光谱(S_S(λ))之间的距离最小化而自动确定所述组中的每个光源的所述强度的步骤，其中，所述距离在对应于所述参考光谱的感知(P_R,j(λ))和对应于所述合成光谱的感知(P_j(λ))之间计算，所述感知在指定观察者的一组检测器(j)上考虑。

2.根据前述权利要求所述的配置方法，其中，所述参考光谱是太阳光谱。

3.根据权利要求1或2所述的配置方法，其中，所述指定观察者是人眼。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的配置方法，其中，所述感知由所述光谱和与每个所述检测器相关联的灵敏度(σ_j(λ))的乘积确定。

5.根据前一权利要求所述的配置方法，其中，所述合成光谱的所述感知由以下等式提供：

-并且所述参考光谱的所述感知由以下等式提供：

并且其中，λ表示波长。

6.根据前述权利要求中任一项所述的配置方法，其中，所述距离由最小二乘法来最小化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的配置方法，其中，所述光源是LED。

8.一种照明系统，包括一组具有不同的光谱(S_i(λ))和强度的至少3个光源(L_i)，所述强度利用根据前述权利要求中任一项所述的方法单独配置。

9.一种照明系统，其中，所述光源组合在单个灯泡内。