CN109713088A - 一种光源和自然光谱的生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开一种光源和自然光谱的生成方法，涉及光电技术领域，能够从健康照明的角度出发，更全面的考虑合成光谱的光谱形状对人体健康的影响，提供一种健康光源。光源，包括：LED芯片用于发射第一峰值波长的光线；第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉在被第一峰值波长的光线激发时，分别产生第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线、第五峰值波长的光线；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种光源和自然光谱的生成方法。
背景技术
目前，LED光源的通用实现方式是通过蓝光芯片激发黄色荧光粉或者黄绿荧光粉来实现。
这样的实现方式存在着蓝光峰值过高，光谱明显残缺，直接导致蓝光危害较大，个别色板显色指数较差等问题。健康照明越来越被广泛认可，关于什么样的光源是健康照明的光源，有很多不同的说法。普遍的说法是，将全部15种色板的显色指数都做到90以上，就可以称之为全光谱。全光谱本身并不是从健康照明的角度出发的定义，其定义本身也是不全面的，只考虑到显色性，忽略了光谱的完整性对健康的影响。
其中，常规的通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉或者黄绿荧光粉实现白光的方案中，参与激发的荧光粉种类不会超过两种，芯片与荧光粉的配比只考虑色坐标、显色指数、光效等指标。由于常规方案只考虑色坐标、显色指数、光效等指标，不考虑光谱形状对人体健康的影响，例如光谱完整性以及低蓝光危害等，因此并不能实现健康光源。
发明内容
本发明的实施例提供一种光源和和自然光谱的生成方法，能够从健康照明的角度出发，更全面的考虑合成光谱的光谱形状对人体健康的影响，提供一种健康光源。
第一方面，提供一种光源，包括：LED芯片，所述LED芯片用于发射第一峰值波长的光线；四种荧光粉，其中第一荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第二峰值波长的光线；第二荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第三峰值波长的光线；第三荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第四峰值波长的光线；第四荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第五峰值波长的光线；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件，使得所述剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混光形成满足目标自然光谱的光线；其中，所述预定条件，由对所述剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成的合成光谱进行评价生成；对所述合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成所述照明参数对应的评分，其中所述照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；根据所述合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当所述合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定所述预定条件。
第二方面，一种基于第一方面所述的光源的自然光谱的生成方法，包括：将所述第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后的剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成合成光谱；对所述合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成所述照明参数对应的评分，其中所述照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；根据所述合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当所述合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定所述预定条件，以便于所述光源根据所述预定条件生成所述目标自然光谱。
在上述方案中，基于LED芯片生成的第一峰值波长的光线激发四种荧光粉生成不同峰值波长的光线，然后将第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混合形成合成光谱，并且第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件，由于，预定条件由对所述剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成的合成光谱进行评价生成；对合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成照明参数对应的评分，其中照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；根据合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定预定条件；因此使得剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混光形成满足目标自然光谱的光线；从而能够从健康照明的角度出发，更全面的考虑合成光谱的光谱形状对人体健康的影响，提供一种健康光源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的一种光源的自然光谱的生成方法的流程图；
图2为本发明的实施例提供的方案一的合成光谱的色坐标示意图；
图3为本发明的实施例提供的方案一的合成光谱的功率分布示意图；
图4为本发明的实施例提供的方案一的合成光谱的色度特性示意图；
图5为本发明的实施例提供的方案一的自然光光源的光谱色坐标示意图；
图6为本发明的实施例提供的方案一的自然光光源的光谱的功率分布示意图；
图7为本发明的实施例提供的方案一的自然光光源的光谱的色度特性示意图；
图8为本发明的实施例提供的方案二的合成光谱的色坐标示意图；
图9为本发明的实施例提供的方案二的合成光谱的功率分布示意图；
图10为本发明的实施例提供的方案二的合成光谱的色度特性示意图；
图11为本发明的实施例提供的方案三的合成光谱的色坐标示意图；
图12为本发明的实施例提供的方案三的合成光谱的功率分布示意图；
图13为本发明的实施例提供的方案三的合成光谱的色度特性示意图；
图14为本发明的实施例提供的方案四的合成光谱的色坐标示意图；
图15为本发明的实施例提供的方案四的合成光谱的功率分布示意图；
图16为本发明的实施例提供的方案四的合成光谱的色度特性示意图；
图17为本发明的实施例提供的方案五的合成光谱的色坐标示意图；
图18为本发明的实施例提供的方案五的合成光谱的功率分布示意图；
图19为本发明的实施例提供的方案五的合成光谱的色度特性示意图；
图20为本发明的实施例提供的方案五的自然光光源的光谱色坐标示意图；
图21为本发明的实施例提供的方案五的自然光光源的光谱的功率分布示意图；
图22为本发明的实施例提供的方案五的自然光光源的光谱的色度特性示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，LED光源的通用实现方式是通过蓝光芯片激发黄色荧光粉或者黄绿荧光粉来实现。
这样的实现方式存在着蓝光峰值过高，光谱明显残缺，直接导致蓝光危害较大，个别色板显色指数较差等问题。健康照明越来越被广泛认可，关于什么样的光源是健康照明的光源，有很多不同的说法。普遍的说法是，将全部15种色板的显色指数都做到90以上，就可以称之为全光谱。全光谱本身并不是从健康照明的角度出发的定义，其定义本身也是不全面的，只考虑到显色性，忽略了光谱的完整性对健康的影响。
人类千百年来一直保持这日出而作、日落而息的生活模式。长时间处在自然光的环境下，人的生理和心理都与太阳光谱相适应。从这个角度看，只有太阳光谱才是符合人的生理节律，对人最健康的光源。本发明以太阳光谱(自然光谱)为标准，通过荧光粉技术实现接近太阳光谱的光源，也称之为自然光。自然光技术通过人工模拟太阳光谱，能够与人体的生理节律相适应，低蓝光危害，高显色指数，是真正的健康照明光源，能够满足人对健康照明的需求。而常规的通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉或者黄绿荧光粉实现白光的方案中，参与激发的荧光粉种类不会超过两种，芯片与荧光粉的配比只考虑色坐标、显色指数、光效等指标。由于常规方案只考虑色坐标、显色指数、光效等指标，不考虑光谱形状对人体健康的影响，例如光谱完整性以及低蓝光危害等，因此并不能实现健康光源。
为解决上述问题，本申请的实施例提供一种光源，包括：LED芯片，所述LED芯片用于发射第一峰值波长的光线；四种荧光粉，其中第一荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第二峰值波长的光线；第二荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第三峰值波长的光线；第三荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第四峰值波长的光线；第四荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第五峰值波长的光线；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件，使得所述剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混光形成满足目标自然光谱的光线。
其中，预定条件基于如下方式生成，参照图1所示，包括如下步骤：
101、将第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后的剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成合成光谱。
102、对合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成照明参数对应的评分，其中照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度。
103、根据合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定预定条件，以便于光源根据预定条件生成目标自然光谱。
由于预定条件用来限定第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比，因此当合成光谱的各项照明参数对应的评分不符合目标自然光谱的要求时，则需要通过调整剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度后重新生成合成光谱，并执行步骤102-103的步骤，直至合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求。
其中，上述方案中可以通过荧光粉匹配技术实现将剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成合成光谱；具体的，可以采用坐标匹配，示例性的可以以色坐标优先进行光谱匹配；或者可以采用光谱匹配，示例性的遍历给定成分光的所有组合方式，确定最优解；或者可以采用遗传匹配，示例性的以光谱相似度优先进行光谱匹配。
这样在上述方案中基于LED芯片生成的第一峰值波长的光线激发四种荧光粉生成不同峰值波长的光线，然后将第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混合形成合成光谱，并且第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件，由于，预定条件由对所述剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成的合成光谱进行评价生成；对合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成照明参数对应的评分，其中照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；根据合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定预定条件；因此使得剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混光形成满足目标自然光谱的光线；从而能够从健康照明的角度出发，更全面的考虑合成光谱的光谱形状对人体健康的影响，提供一种健康光源。
对上述预定条件的生成方式的具体说明如下：
在步骤101中生成了合成光谱。其中，步骤101中可以通过光学传感器在特定位置对光源发出的合成光谱进行检测，以获取该合成光谱。
具体的步骤102包括如下步骤S1-S4：
S1、对合成光谱的色温准确性进行评价，生成合成光谱的色温准确性的评分。
具体的步骤S1包括：将合成光谱的色温与标准光谱的色温带入合成光谱色温准确性评分曲线计算合成光谱的色温准确性的评分，其中合成光谱色温准确性评分曲线用于表示合成光谱的色温与标准光谱的色温的差值与合成光谱的色温准确性的评分的对应关系。其中标准光谱采用自然光谱。
示例性的，合成光谱色温准确性评分曲线为：
PCCT＝(-a×10-10×TF 3+b×10-6×TF 2-c×10-2×TF-d)×|T-TF|+100；
其中，PCCT为合成光谱的色温准确性的评分，T为合成光谱的色温，TF为标准光谱的色温，a、b、c、d为常数。
具体的，其中合成光谱色温准确性评分曲线用于表示合成光谱的色温与标准光谱的色温的差值与合成光谱的色温准确性的评分的对应关系。合成光谱色温准确性评分曲线的获取方式如下：
计算合成光谱的色温T与标准光谱的色温TF的差值；理想状态下，合成光谱的色温T与标准光谱的色温TF相等，即将差值取值零时对应的第一评分取100分，合成光谱的色温T与标准光谱的色温TF的差值取值色温容差ΔT时，对应的第二评分取60分进行曲线拟合，生成合成光谱色温准确性评分曲线。其中，在美标规定中标准光谱的色温取值范围为TF±ΔT。
ΔT＝1.1900×10-8×TF 3-1.5434×10-4×TF 2+0.7168×TF-902.55。
其中，根据上述方式进行曲线拟合获得的一种合成光谱色温准确性评分曲线中的常数取值为：a＝-2.975，b＝3.858，c＝1.792，d＝22.56375。
当然，对于不同的国际标准，标准光谱的色温TF取值也通常不相同，如表1所示，提供一种欧标和美标的标准光谱的色温与色温类别的对应关系。
表1
S2、对合成光谱的显色性进行评价，生成合成光谱的显色性的评分。
具体的，使用CIE(commission internationale de L'Eclairage，国际照明委员会)推荐的试验色方法以显色指数CRI(color rendition index)来定量评价光源生成的合成光谱的显色性。采用CRI来评价颜色的还原性，光源的显色指数愈高，其显色性就愈好。见公式PCRI＝Ra，Ra为显色指数，PCRI为合成光谱的显色性的评分。
S3、对合成光谱的色容差进行评价，生成合成光谱的色容差的评分。
步骤S3具体包括：将合成光谱的色容差带入合成光谱色容差评分曲线计算合成光谱的色容差的评分；合成光谱色容差评分曲线为：
PSDCM＝-α×SDCM+100，PSDCM为合成光谱的色容差的评分，SDCM(standarddeviation of coloe matching，标准配色差)为合成光谱的色容差，α为常数。
其中色容差用于评价合成光谱的色点与标准光谱的色点之间的色品差异，因此，根据合成光谱的中心色坐标与标准光谱的中心色坐标可以计算合成光谱的色容差；具体公式由IEC 60081给出：
g11Δx2+2g12ΔxΔy+g22Δy2＝K2，Δx、Δy表示合成光谱的中心色坐标与标准光谱的的中心色坐标的误差，g11、g12、g22表示由各目标坐标值决定的系数，K为色容差。
其中，欧标以及美标各色温的中心色坐标参照表2、3所示，其中表2为符合固体照明(SSL)产品规范的各色温的中心色坐标以及该中心色坐标的容差四边形的顶点色坐标。表3示出了色温类别与色温以及中心色坐标的对应关系，其中F表示取值与IEC60081的附录D，P表示取值接近普朗克轨迹(planckian curve)。其中，Center point指中心色坐标，Tolerance Quadrangle指中心色坐标的容差四边形的顶点。Colour marking指颜色类别，CCT(Tc)指色温，Chromaticity coordinates指色坐标(色度坐标)。
表2
表3
其中，美标中色度规范由ANSI编制，定义的容差四边形与7步MacAdam椭圆(符合当前能源之星照明标准)重叠，并因此有与能源之星荧光灯具相同的标称CCT。欧标则使用5SDCM麦克亚当椭圆的方式评价颜色准确性。我国国家标准GB/T 24823对于色品容差的规定则使用7SDCM麦克亚当椭圆的评判标准。因此，理想情况合成光谱的色容差为0时设为得分100，色容差为7SDCM的情况设为得分60，进行线性拟合，可得到合成光谱色容差评价分为：PSDCM＝-5.714×SDCM+100。在计算SDCM时需要区分欧标与美标。
S4、对合成光谱的光谱相似度进行评价，生成合成光谱的光谱相似度的评分。
光谱相似度用来衡量在整个测量的波长范围内光谱的相似程度，可以用相关系数(光谱相似度)进行测度。因此步骤105具体为：
采用公式计算合成光谱与标准光谱的光谱相似度，其中：x为合成光谱的光谱值，y为标准光谱的光谱值，xi为i波段的合成光谱的光谱值，yi为i波段的标准光谱的光谱值，为合成光谱的平均光谱值，为标准光谱的平均光谱值，δxy为合成光谱的光谱值与标准光谱的光谱值协方差，δxx为合成光谱的光谱值的标准差，δyy为标准光谱的光谱值的标准差.
根据光谱相似度计算合成光谱的光谱相似度的评分。具体为Ps＝γxy×100，其中PS为合成光谱的光谱相似度的评分，γxy为光谱相似度。
当然本申请的实施例并不对步骤S1-S4限定执行的顺序，即本发明中可以以任一顺序执行步骤S1-S4，并且对于合成光谱的照明参数本发明并不限定于色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度，即在拓展至五个或五个以上的其他照明参数时，也是可以实现的。
最后在步骤103中根据合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定预定条件，以便于光源根据预定条件生成目标自然光谱。由于预定条件用来限定第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比，因此当合成光谱的各项照明参数对应的评分不符合目标自然光谱的要求时，则需要通过调整剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度后重新生成合成光谱，并执行步骤102-103的步骤，直至合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求。
在一种示例性的方案中，步骤103的实现方式为：当确定合成光谱的各项照明参数对应的评分均大于某第三阈值得分(如75分)时，确定合成光谱符合目标自然光谱要求。例如，当确定根据合成光谱的色温准确性的评分PCCT、显色性的评分PCRI、色容差的评分PSDCM以及光谱相似度的评分PS均大于75分时，确定合成光谱符合目标自然光谱要求。当然为提高评价准确性，在另一种示例性的方案中，步骤103的实现方式为：首先，根据合成光谱的各项照明参数的重要性为各项照明参数对应的评分配置综合权重；然后根据合成光谱的各项照明参数以及各项照明参数对应的评分配置的综合权重计算合成光谱的综合得分；当确定综合得分大于或等于某第一阈值得分(例如82分)时，确定合成光谱符合目标自然光谱要求。
具体的以下示例中，以四项照明参数色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度为例进行说明：根据合成光谱的色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度中各项指标的重要性为各项指标对应的评分配置综合权重；然后，根据合成光谱的色温准确性的评分、显色性的评分、色容差的评分、光谱相似度的评分以及各项指标对应的综合权重计算合成光谱的综合得分；当确定综合得分大于或等于第一阈值得分时，确定合成光谱符合目标自然光谱要求。
例如，结合实际经验与生产产品的要求，对于单个照明参数之间的重要性有所权衡，可采用层次分析模型方法进行对单个照明参数的权重进行调整。在既要尽量减少主观随意性、提高权重的客观性和准确性,又要具有灵活性和可操作性的原则下，首先采用层次分析法对合成光谱与标准光谱的偏差评估模型进行层次划分，如图2所示。其中目标层为合成光谱与标准光谱的偏差评估，准则层包含色温准确性、显色性、色容差、光谱相似度四个照明参数，措施层包含不同的光学配方1-n。依据各项照明参数的重要性构造矩阵如表4所示：
| 色温准确性 | 显色性 | 色容差 | 光谱相似度 | Wi | |
| 色温准确性 | 1 | 1/6 | 1/3 | 1/9 | 0.0466 |
| 显色性 | 6 | 1 | 3 | 1/3 | 0.2571 |
| 色容差 | 3 | 1/3 | 1 | 1/6 | 0.1052 |
| 光谱相似度 | 9 | 3 | 6 | 1 | 0.5912 |
表4
其中，Wi表示各指标的权重，各指标对应的标度含义如表5所示：
表5
具体的，Wi计算方式如下：对矩阵每一列进行求和,并对每一列进行归一化处理,得到一个新矩阵，如表6所示：
表6
对表6所示矩阵每一行求和，并归一化处理得到表7所示的矩阵：
表7
考虑，进一步提高算法的效率，在步骤103之前，还包括在为确定合成光谱的各项照明参数对应的评分均大于某第二阈值得分(75分)，然后再通过为各个照明参数配置权重，计算合成光谱的综合得分，否则直接认为合成光谱不符合目标自然光谱要求，这样降低了计算量。
由此，对于某一合成光谱，在计算并输入物理参数(相对光谱功率分布)后，可输出四维的评估模型，来描述该合成光谱各方面的质量。模型的综合得分为各项评价得分的加权平均。
POverall＝a1PCCT+a2PCRI+α3PSDCM+a4PS+bK
其中，PCCT为色温准确性的评价得分；PCRI为合成光谱的显色质量评价得分；PSDCM为色容差评价得分；PS为光谱相似度评价得分；ai(i＝1,2,3,4)为权重；bK作为拓展项，K为由其它未尽照明参数引起的评价得分，b为K的权重，各项照明参数的权重之和为1。这里可以默认各项照明参数的权重相等，但考虑用户的实际经验与对产品的具体要求，可通过层次分析模型调整各项照明参数的权重，得到更加适用的综合评分。默认情况下，由四项照明参数的算术平均得到综合评价得分POverall，称为“自然光谱综合评价得分”。
其中，在一些示例中，LED芯片为紫光芯片，第一峰值波长属于区间[412.5nm-417.5nm]；第二峰值波长为460nm；第三峰值波长为540nm；第四峰值波长为640nm；第五峰值波长为670nm。这样，第一荧光粉可以为SSLRAD460，第二荧光粉可以为NVU540，第三荧光粉可以为NUV640，第四荧光粉可以为YGR670L。示例性的第一荧光粉可以采用SSLRAD460硅酸盐、第二荧光粉可以为NVU540铝酸盐、第三荧光粉可以为NUV640氮化物、第四荧光粉可以为YGR670L氮化物。
本发明开发的自然光谱LED参照典型自然光谱，发光颜色参照照明光源颜色标准，共计开发出2700K、3000K、3500K、4000K、4500K色温自然光谱，其匹配方案及结果如下：
方案一：目标自然光谱的色温为2700K；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，
0：3.36:68.45:34.18:21.8。
其中针对方案一：第二峰值波长、第三峰值波长、第四峰值波长、第五峰值波长的光线的色坐标依次为：(0.1322,0.0783)、(0.3760，0.5658)、(0.5674,0.4256)、(0.6793,0.3205)；第一峰值波长的光线的色坐标为：(0.1552,0.0236)；以上述方案一示出的预定条件进行光谱匹配生成的合成光谱的色坐标为x＝0.4579，y＝0.4093，其中在CIE1931色品图中，如图2所示。其中，合成光谱的功率分布如图3所示，其中图3中示出了合成光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，合成光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，合成光谱的色度特性(参照图4所示)包括R1＝90、R2＝94、R3＝97、R4＝91、R5＝91、R6＝91、R7＝95、R8＝89、R9＝80、R10＝90、R11＝88、R12＝84、R13＝90、R14＝97、R15＝91，确定CRI为91；合成光谱的色容差0.5；SCF(光谱相似度γxy)为0.65；生理节律刺激参数(CS，circadian stimulus，也叫昼夜节律刺激)为0.53；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为-0.0003。
则基于上述参数通过上述的步骤102对合成光谱打分得到如下表8所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 88.6 | 98.7 | 91 | 80.9 | 98.8 |
表8
利用上述方式制作的满足预定条件的自然光光源的光谱色坐标为(0.4536,0.4095)，其中在CIE1931色品图中(如图5所示)。其中，自然光光源的光谱的功率分布如图6所示，其中图6中示出了自然光光源的光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，自然光光源的光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，自然光光源的光谱的色度特性(参照图7所示)包括R1＝93、R2＝97、R3＝93、R4＝95、R5＝98、R6＝92、R7＝90、R8＝86、R9＝73、R10＝93、R11＝98、R12＝87、R13＝99、R14＝96、R15＝93，确定CRI为92；自然光光源的光谱的色容差2.5；SCF(光谱相似度γxy)为0.59；CS为0.53；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为0.0002。
则基于上述参数通过上述的步骤102对自然光光源的光谱打分得到如下表9所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 86.3 | 92.5 | 93 | 76.6 | 89.4 |
表9
在方案一中，可以看出合成光谱的POverall＝88.6，基于上述预设条件制作的满足预定条件的自然光光源的光谱的POverall＝86.3，满足自然光谱的要求，此外CS也相同。
方案二：所述目标自然光谱的色温为3000K；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，
0：4:73.26:20.01:20.4。
其中针对方案二：第二峰值波长、第三峰值波长、第四峰值波长、第五峰值波长的光线的色坐标依次为：(0.1322,0.0783)、(0.3760，0.5658)、(0.5674,0.4256)、(0.6793,0.3205)；第一峰值波长的光线的色坐标为：(0.1552,0.0236)；以上述方案二示出的预定条件进行光谱匹配生成的合成光谱的色坐标为x＝0.4304，y＝0.4040，其中在CIE1931色品图中(如图8所示)。其中，合成光谱的功率分布如图9所示，其中图9中示出了合成光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，合成光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，合成光谱的色度特性(参照图10所示)包括R1＝90、R2＝93、R3＝99、R4＝92、R5＝91、R6＝91、R7＝94、R8＝87、R9＝73、R10＝88、R11＝90、R12＝83、R13＝90、R14＝98、R15＝90，确定CRI为90；合成光谱的色容差2.4；SCF(光谱相似度γxy)为0.67；CS为0.55；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为0.0009。
则基于上述参数通过上述的步骤102对合成光谱打分得到如下表10所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 87.4 | 92.8 | 90.4 | 81.9 | 90.7 |
表10
方案三：所述目标自然光谱的色温为3500K；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，
0：4.24:61.33:19.64:13。
其中针对方案三：第二峰值波长、第三峰值波长、第四峰值波长、第五峰值波长的光线的色坐标依次为：(0.1322,0.0783)、(0.3760，0.5658)、(0.5674,0.4256)、(0.6793,0.3205)；第一峰值波长的光线的色坐标为：(0.1552,0.0236)；以上述方案三示出的预定条件进行光谱匹配生成的合成光谱的色坐标为x＝0.4078，y＝0.3940，其中在CIE1931色品图中(如图11所示)。其中，合成光谱的功率分布如图12所示，其中图12中示出了合成光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，合成光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，合成光谱的色度特性(参照图13所示)包括R1＝91、R2＝95、R3＝97、R4＝92、R5＝92、R6＝94、R7＝92、R8＝86、R9＝75、R10＝92、R11＝93、R12＝78、R13＝92、R14＝97、R15＝89，确定CRI为90；合成光谱的色容差0.5；SCF(光谱相似度γxy)为0.68；CS为0.57；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为0.0009。
则基于上述参数通过上述的步骤102对合成光谱打分得到如下表11所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 89.2 | 98.6 | 90.9 | 82.7 | 97.4 |
表11
方案四：所述目标自然光谱的色温为4000K；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0.03：5:72.56:6.23:16。
其中针对方案四：第二峰值波长、第三峰值波长、第四峰值波长、第五峰值波长的光线的色坐标依次为：(0.1322,0.0783)、(0.3760，0.5658)、(0.5674,0.4256)、(0.6793,0.3205)；第一峰值波长的光线的色坐标为：(0.1552,0.0236)；以上述方案四示出的预定条件进行光谱匹配生成的合成光谱的色坐标为x＝0.3817，y＝0.3825，其中在CIE1931色品图中(如图14所示)。其中，合成光谱的功率分布如图15所示，其中图15中示出了合成光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，合成光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，合成光谱的色度特性(参照图16所示)包括R1＝89、R2＝94、R3＝95、R4＝91、R5＝91、R6＝95、R7＝90、R8＝79、R9＝56、R10＝91、R11＝92、R12＝82、R13＝90、R14＝96、R15＝85，确定CRI为88；合成光谱的色容差1.4；SCF(光谱相似度γxy)为0.83；CS为0.49；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为0.0023。
则基于上述参数通过上述的步骤102对合成光谱打分得到如下表12所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 91 | 95.8 | 88.2 | 91.1 | 97.8 |
表12
利用上述方式制作的满足预定条件的自然光光源的光谱色坐标为(0.3813,0.3763)，其中在CIE1931色品图中(如图17所示)。其中，自然光光源的光谱的功率分布如图18所示，其中图18中示出了自然光光源的光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，自然光光源的光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，自然光光源的光谱的色度特性(参照图19所示)包括R1＝98、R2＝96、R3＝94、R4＝91、R5＝95、R6＝94、R7＝92、R8＝93、R9＝89、R10＝92、R11＝93、R12＝83、R13＝98、R14＝97、R15＝96，确定CRI为93；自然光光源的光谱的色容差1.5；SCF(光谱相似度γxy)为0.79；CS为0.50；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为-0.0005。
则基于上述参数通过上述的步骤102对自然光光源的光谱打分得到如下表13所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 92.5 | 93.8 | 93.8 | 89 | 99.8 |
表13
在方案四中，可以看出合成光谱的POverall＝91，基于上述预设条件制作的满足预定条件的自然光光源的光谱的POverall＝92.5，满足自然光谱的要求。
方案五：所述目标自然光谱的色温为4500K；第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，
0.02：6.56:74.36:9.15:12.9。
其中针对方案五：第二峰值波长、第三峰值波长、第四峰值波长、第五峰值波长的光线的色坐标依次为：(0.1322,0.0783)、(0.3760，0.5658)、(0.5674,0.4256)、(0.6793,0.3205)；第一峰值波长的光线的色坐标为：(0.1552,0.0236)；以上述方案五示出的预定条件进行光谱匹配生成的合成光谱的色坐标为x＝0.3592，y＝0.3680，其中在CIE1931色品图中(如图20所示)。其中，合成光谱的功率分布如图21所示，其中图21中示出了合成光谱的功率分布曲线，以及待匹配的自然光谱的功率分布曲线，其中可以看出在波长380-780nm区间，合成光谱与待匹配的自然光谱的分布曲线接近，此外，合成光谱的色度特性(参照图22所示)包括R1＝93、R2＝94、R3＝98、R4＝92、R5＝94、R6＝95、R7＝91、R8＝86、R9＝74、R10＝90、R11＝96、R12＝76、R13＝92、R14＝98、R15＝88，确定CRI为90；合成光谱的色容差1.8；SCF(光谱相似度γxy)为0.85；CS为0.53；Duv(合成光谱偏离黑体曲线的距离)为0.0027。
则基于上述参数通过上述的步骤102对合成光谱打分得到如下表14所示。
| P<sub>Overall</sub> | P<sub>SDCM</sub> | P<sub>CRI</sub> | P<sub>S</sub> | P<sub>CCT</sub> |
| 92.1 | 94.7 | 90.9 | 92 | 94.8 |
表14
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，例如上述方案中仅仅是针对提供2700K、3000K、3500K、4000K、4500K色温自然光谱的光源进行的说明，当然在通过上述的方案也可以制作提供其他色温的自然光谱的光源，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种光源，其特征在于，包括：
LED芯片，所述LED芯片用于发射第一峰值波长的光线；
四种荧光粉，其中第一荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第二峰值波长的光线；
第二荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第三峰值波长的光线；
第三荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第四峰值波长的光线；
第四荧光粉在被所述第一峰值波长的光线激发时，产生第五峰值波长的光线；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足预定条件，使得所述剩余光线、第二峰值波长的光线、第三峰值波长的光线、第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线混光形成满足目标自然光谱的光线；
其中，所述预定条件，由对所述剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成的合成光谱进行评价生成；对所述合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成所述照明参数对应的评分，其中所述照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；根据所述合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当所述合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定所述预定条件。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述第一峰值波长属于区间[412.5nm-417.5nm]；
第二峰值波长为460nm；
第三峰值波长为540nm；
第四峰值波长为640nm；
第五峰值波长为670nm。
3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述目标自然光谱的色温为2700K；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0：3.36:68.45:34.18:21.8。
4.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述目标自然光谱的色温为3000K；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0：4:73.26:20.01:20.4。
5.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述目标自然光谱的色温为3500K；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0：4.24:61.33:19.64:13。
6.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述目标自然光谱的色温为4000K；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0.03：5:72.56:6.23:16。
7.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述目标自然光谱的色温为4500K；
第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉以及第三荧光粉吸收后剩余光线的强度，第二峰值波长的光线的强度，第三峰值波长的光线的强度，第四峰值波长的光线的强度以及第五峰值波长的光线的强度之比满足如下预定条件，0.02：6.56:74.36:9.15:12.9。
8.根据权利要求1-7任一项所述的光源，其特征在于，
第一荧光粉为SSLRAD460，第二荧光粉为NVU540，第三荧光粉为NUV640，第四荧光粉为YGR670L。
9.一种基于如权利要求1-8任一项所述的光源的自然光谱的生成方法，其特征在于，
将所述第一峰值波长的光线被第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉以及第四荧光粉吸收后的剩余光线，第二峰值波长的光线，第三峰值波长的光线，第四峰值波长的光线以及第五峰值波长的光线进行混合形成合成光谱；
对所述合成光谱的至少四个照明参数中的一项或多项进行评价，生成所述照明参数对应的评分，其中所述照明参数至少包括色温准确性、显色性、色容差以及光谱相似度；
根据所述合成光谱的各项照明参数对应的评分与目标自然光谱相匹配，当所述合成光谱的各项照明参数对应的评分符合目标自然光谱的要求时，确定所述预定条件，以便于所述光源根据所述预定条件生成所述目标自然光谱。
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