本發(fā)明涉及l(fā)ed智能調(diào)光領域，具體涉及一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)及其調(diào)光方法。

背景技術：

led照明由于其發(fā)光效率高、使用壽命長、安全可靠等優(yōu)勢，近年來已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)照明，在各個應用場合得到廣泛使用和推廣。改善其性能的各種研究也越來越深入。led照明系統(tǒng)的調(diào)光就是研究的一個重要方向，目前l(fā)ed照明的主要調(diào)光方式有脈沖寬度調(diào)節(jié)(pwm)和線性調(diào)節(jié)兩種方式。pwm通過控制高頻通斷電流的占空比來控制光亮度，該方法可以達到精確調(diào)節(jié)的目的，但是存在人眼不可察覺的閃爍問題，存在潛在的健康風險。線性調(diào)光直接改變通過led的電流大小來控制光亮度，該方法簡單且不會產(chǎn)生電磁干擾，但存在整個光亮調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的色度漂移大、色溫不恒定(色溫漂移)問題。led的色溫是人眼對led光源的感受，是集合物理學、生理學和心理學的一個錯綜復雜的感受，這種感受因人的喜好不同而不同，也可能對人的心情等感受產(chǎn)生積極或消極的影響。因此，led的色溫可調(diào)是led深入研究的另一重要方向。

發(fā)明專利zl201510031334.x公開了一種led燈的色溫補償方法，其利用led的色溫隨工作電流變化的規(guī)律，反向求解預期色溫和光通量下的工作電流，利用兩組不同色溫范圍的led進行混光，達到光通量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)色溫偏差較小的目的。

發(fā)明專利zl201510031334.x公開的色溫補償方法，直接建立電流與相對色溫之間的關系，而同一相對色溫對應色度圖上一系列的色度坐標點，其并不是唯一的，這一系列相同色溫的坐標點稱為“等溫線”，以色溫的差異來量化色度差并不準確。而且該專利描述的操作過程中選擇的擬合離散點極其有限，混合色溫的計算方法也極其粗糙，不精確，這一系列的近似的理論基礎和近似操作過程勢必造成理論預期和實際情況之間存在較大的偏差，使其無法達到精確的色溫補償目的。

另外，現(xiàn)有l(wèi)ed調(diào)光過程對于光強度的調(diào)節(jié)還沒有考慮到人眼對光強度的感知，即“明度”與測量設備測量的客觀亮度之間的關系，現(xiàn)有l(wèi)ed光強度的調(diào)節(jié)多以客觀亮度為依據(jù)進行調(diào)節(jié)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)及其調(diào)光方法，該系統(tǒng)利用兩組以上不同色溫的led進行混光，達到色溫可調(diào)以及l(fā)ed光強調(diào)節(jié)范圍內(nèi)色溫相對恒定的目的，同時光強的調(diào)節(jié)依據(jù)人眼對光強的感知(明度)劃分等級。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種色溫可調(diào)的led混光照明調(diào)光方法，包括以下步驟：

s1設定照明系統(tǒng)的色溫和明度等級，進入下一步；

s2微處理系統(tǒng)接收到設定信號后，根據(jù)查找表查找出各組led驅(qū)動的電流值，產(chǎn)生電流控制信號，進入下一步；

s3各組直流驅(qū)動器接收到電流控制信號后產(chǎn)生相應的驅(qū)動電流，驅(qū)動各組led發(fā)光，進入下一步；

s4各組led發(fā)光形成混光效果，達到相應的照明需求。

優(yōu)選地，s2包括：

s201分別測量各組led在不同工作電流下cie1931xyz色度系統(tǒng)三刺激值，并進入步驟s202，測試過程中只改變電流大小，其它測試條件確保一致，記錄下各組測量數(shù)據(jù)的i、x、y、z；

s202通過數(shù)據(jù)擬合分別建立y與x、z和電流i之間的數(shù)值關系，進入步驟s203；

s203建立歸一化的亮度y與明度l之間的函數(shù)關系，并進入步驟s204；

s204通過數(shù)據(jù)擬合建立黑體輻射軌跡坐標u0’v0’與色溫的關系，并進入步驟s205；

s205利用遍歷法尋找對應色溫和明度等級下，各組led的控制電流大小，建立查找表關系。

優(yōu)選地，s202中以兩組led為例，建立公式(1)和公式(2)的數(shù)據(jù)關系：

優(yōu)選地，s203中亮度y和明度l之間存在非線性關系，具體的數(shù)值計算用公式(3)表達。

優(yōu)選地，s204通過數(shù)據(jù)擬合建立黑體輻射軌跡坐標u0’v0’與色溫tc的關系如式(4)：

優(yōu)選地，s201中用公式(5)表示基本的三刺激值混光原理，混合光的xyz三刺激值分別等于參與混合的各組led對應光三刺激值之和，

其中，接收的設定信號為明度等級l，用歸一化的百分數(shù)表示，以及色溫用tc表示，根據(jù)公式(3)獲得對應明度等級l下照明系統(tǒng)整體的歸一化亮度y，選取各組led最大亮度中的最小值為系統(tǒng)的最大亮度，該最大亮度與設定的歸一化亮度y相乘，即可獲得該明度等級下實際的混光亮度ym；

在確?；旃饬炼葃m的前提下，假設其中的一個亮度組合為ya和yb，據(jù)此可以分別根據(jù)公式(1)和公式(2)計算出xa、za、ia、xb、zb、ib。再根據(jù)公式(5)計算出xm、zm。

優(yōu)選地，獲得混光的三刺激值，即可根據(jù)公式(6)計算出混合光cieluv色彩空間的色坐標u’m和v’m。

優(yōu)選地，接收的設定色溫為tc，據(jù)此計算出其對應的黑體輻射軌跡坐標u’0和v’0。對于每個給定的色溫下，調(diào)光所需的查找表獲取方法是首先計算明度等級l為100％的情況下，最佳的led亮度組合，采用公式(7)定義的色差最小值，即與給定色溫下黑體輻射軌跡坐標最近的坐標點；

在后續(xù)計算非100％各明度等級下的最佳值時，為保證led照明系統(tǒng)自身的色差最小和色溫恒定，后續(xù)的最佳色度坐標不再以對應色溫下黑體輻射軌跡坐標為依據(jù)，而是以明度等級l為100％的情況下，計算出的最佳色度坐標為依據(jù)，即公式(7)中的u’0和v’0分別賦新值

依據(jù)以上方法和步驟，可以計算出各個明度等級l、色溫tc下最佳的各組led驅(qū)動電流組合ia和ib，最終建立對應的查找表，如式(8)所示：

一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)，其包括：

led調(diào)光控制器，所述led調(diào)光控制器用于輸入調(diào)光信號，所述調(diào)光信號包括色溫設定信號和明度等級設定信號；

微處理系統(tǒng)，所述微處理系統(tǒng)接收所述led調(diào)光控制器輸入的調(diào)光信號，所述微處理系統(tǒng)對調(diào)光信號進行處理后獲得各個led組的電流控制信號；

直流驅(qū)動器組，所述直流驅(qū)動器組接收來自所述微處理系統(tǒng)的各個led組的電流控制信號，產(chǎn)生各個led組的直流電流信號，所述直流驅(qū)動器組直接驅(qū)動各組led；

多組led，多組led受所述直流驅(qū)動器組驅(qū)動發(fā)光，混合產(chǎn)生特定色溫和明度等級的照明效果。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明建立了一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)由兩組以上不同色溫的led組成，各組led的調(diào)光均采用電流大小控制的線性調(diào)光，避免pwm調(diào)光的閃爍可能造成的健康危害。

本照明系統(tǒng)色溫和光強度可調(diào)，同時調(diào)光方法采用混光的方式有效避免了單色led在線性調(diào)光時存在的較大色差(色溫漂移)。本發(fā)明理清了色度漂移和色溫漂移之間的關系，依據(jù)最基礎的光疊加原理，設計獲得最佳的混色led電流配比，使色差最小，最終確保照明系統(tǒng)特定色溫下光強度調(diào)節(jié)過程中的色溫相對恒定。

本照明系統(tǒng)的光強度調(diào)節(jié)考慮到人眼對光強度的感知，即主觀光強度：“明度”與測量設備測量的客觀光強度:“亮度”之間的關系，照明系統(tǒng)的光強度調(diào)節(jié)以明度為依據(jù)劃分等級進行調(diào)節(jié)，更加合理和人性化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)圖；

圖2是本發(fā)明的流程圖；

圖3是圖2中第二步的流程圖；

圖4亮度y(客觀光強度)和明度l(主觀光強度)之間非線性關系圖；

圖5～8是具體實施例的效果展示圖；

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，本實施例中公開了一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)，其包括：led調(diào)光控制器1，微處理系統(tǒng)2，直流驅(qū)動器組3，多組led4，所述led調(diào)光控制器1用于輸入調(diào)光信號，所述調(diào)光信號包括色溫設定信號和明度等級設定信號；所述微處理系統(tǒng)2接收所述led調(diào)光控制器輸入的調(diào)光信號，所述微處理系統(tǒng)2對調(diào)光信號進行處理后獲得各個led組的電流控制信號；所述直流驅(qū)動器組3接收來自所述微處理系統(tǒng)2的各個led組的電流控制信號，產(chǎn)生各個led組的直流電流信號，所述直流驅(qū)動器組直接驅(qū)動各組led4；多組led4受所述直流驅(qū)動器組驅(qū)動發(fā)光，混合產(chǎn)生特定色溫和明度等級的照明效果。

實施例2

如圖2所示，實施例2中公開了一種調(diào)光方法，包括以下步驟：

s1設定照明系統(tǒng)的色溫和明度等級，進入下一步；

s2微處理系統(tǒng)接收到設定信號后，根據(jù)查找表查找出各組led驅(qū)動的電流值，產(chǎn)生電流控制信號，進入下一步；

s3各組直流驅(qū)動器接收到電流控制信號后產(chǎn)生相應的驅(qū)動電流，驅(qū)動各組led發(fā)光，進入下一步；

s4各組led發(fā)光形成混光效果，達到相應的照明需求。

在本實施例中，具體的，

如圖3所示，圖2流程圖中的步驟s2涉及的查找表獲取的流程如下，步驟包括：

s201分別測量各組led在不同工作電流下cie1931xyz色度系統(tǒng)三刺激值，并進入步驟s202；測量條件為照明系統(tǒng)已經(jīng)是最終產(chǎn)品的設計，主要包括各組led已經(jīng)交叉排布，測量時led已經(jīng)使用的最終產(chǎn)品的燈罩等，測試過程中只改變電流大小，其它測試條件確保一致。測量在暗室進行，最終記錄下各組測量數(shù)據(jù)的i、x、y、z。盡可能多地測試多組數(shù)據(jù)。

s202通過數(shù)據(jù)擬合分別建立y與x、z和電流i之間的數(shù)值關系，進入步驟s203；以兩組led為例，建立公式1和2的數(shù)據(jù)關系。

s203建立歸一化的亮度y與明度l之間的函數(shù)關系，并進入步驟s204；如圖4所示，亮度y(客觀光強度)和明度l(主觀光強度)之間存在非線性關系，具體的數(shù)值計算可用公式3表達。

通過數(shù)據(jù)擬合建立黑體輻射軌跡坐標u0’v0’與色溫tc的關系，并進入步驟s205；

s205利用遍歷法尋找對應色溫和明度等級下，各組led的控制電流大小，建立查找表關系。

圖2中，步驟202接收的設定信號為明度等級l，用歸一化的百分數(shù)表示，以及色溫用tc表示。

根據(jù)公式3可以獲得對應明度等級l下照明系統(tǒng)整體的歸一化亮度y，選取各組led最大亮度中的最小值為系統(tǒng)的最大亮度，該最大亮度與歸一化亮度y相乘，即可獲得該明度等級下實際的混光亮度ym。公式5表示了基本的三刺激值混光原理，混合光的xyz三刺激值分別等于參與混合的各組led對應光三刺激值之和。因此在混光亮度確定的前提下，采用各組led亮度組合遍歷的方法尋找色差最小為值，即為最佳值。

在確保混光亮度ym的前提下，假設其中的一個亮度組合為ya和yb，據(jù)此可以分別根據(jù)公式1和公式2計算出xa、za、ia、xb、zb、ib。再根據(jù)公式5可以計算出xm、zm。有了混光的三刺激值，即可根據(jù)公式6計算出混合光cieluv色彩空間的色坐標u’m和v’m。

圖2中，步驟s202接收的設定色溫為tc，可以據(jù)此計算出其對應的黑體輻射軌跡坐標u’0和v’0。對于每個給定的色溫下，本照明系統(tǒng)的調(diào)光所需的查找表獲取方法是首先計算明度等級l為100％的情況下，最佳的led亮度組合，采用公式7定義的色差最小值，即與給定色溫下黑體輻射軌跡坐標最近的坐標點。

在后續(xù)計算非100％各明度等級下的最佳值時，為保證led照明系統(tǒng)自身的色差最小和色溫盡可能恒定，后續(xù)的最佳色度坐標不再以對應色溫下黑體輻射軌跡坐標為依據(jù)，而是以明度等級l為100％的情況下，計算出的最佳色度坐標為依據(jù)。即公式7中的u’0和v’0分別賦新值(明度等級l為100％的情況下，計算出的最佳色度坐標)。

依據(jù)以上方法和步驟，可以計算出各個明度等級l、色溫tc下最佳的各組led驅(qū)動電流組合ia和ib，最終建立對應的查找表(如式8所示)。

為更加明確，以上計算和表述過程采用兩組led(a組和b組)為例，但本專利的保護范圍不限于兩組led的混光。

圖5是各組led在不同明度等級下的色度坐標(測試值)，每幅圖中對應的10個離散點是10％到100％明度范圍內(nèi)每隔10％對應的色度坐標，圖中的圓形是以100％明度的色坐標作為原點，其與其余9點中距離最遠的點之間的距離作為半徑。

圓的大小可以作為整個光強度(明度)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)色差的大小的量化指標，圓半徑越大色差越大。圖5a是2700k暖色調(diào)，圖5b是6400k冷色調(diào)。

依據(jù)圖5示例的兩組led，可以通過本專利描述的方法設計相關色溫tcc在2700k至6400k之間的混光效果。圖6所示a～f的6幅分別對應的相關色溫為3000k、3400k、3900k、4400k、5000k、5600k的混光色度。

為了更加直觀地比較單色led和混色色差效果，圖7將8個圓放在同一色度圖中。根據(jù)cie定義，n階u’v’圓半徑是0.0011的n倍，據(jù)此，圖中2700k暖色調(diào)色差為3階，6400k冷色調(diào)為2階，混色色差均為1階及以下。因此，本專利的方法降低了線性調(diào)光led照明系統(tǒng)的色差，可以確保在整個光強度(明度)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)色差不可察覺。解決了單色led線性調(diào)光過程中可察覺的色漂移問題。

圖8從相關色溫的角度同樣比較了單色led和混色照明系統(tǒng)。圖中2700k暖色調(diào)相關色溫差最大值為112k，6400k冷色調(diào)相關色溫差最大值為54k，混色相關色溫差最大值為26k及以下。本實施例可以確保在整個光強度(明度)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)色溫基本恒定。

上述實施例中建立了一種色溫可調(diào)的led混光照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)由兩組以上不同色溫的led組成，各組led的調(diào)光均采用電流大小控制的線性調(diào)光，避免的pwm調(diào)光的閃爍可能造成的健康危害。

本照明系統(tǒng)色溫和光強度可調(diào)，同時調(diào)光方法采用混光的方式有效避免了單色led在線性調(diào)光時存在的較大色差(色溫漂移)。本發(fā)明理清了色度漂移和色溫漂移之間的關系，依據(jù)最基礎的光疊加原理，設計獲得最佳的混色led電流配比，使色差最小，最終確保照明系統(tǒng)特定色溫下光強度調(diào)節(jié)過程中的色溫相對恒定。

本照明系統(tǒng)的光強度調(diào)節(jié)考慮到人眼對光強度的感知，即主觀光強度：“明度”與測量設備測量的客觀光強度:“亮度”之間的關系，照明系統(tǒng)的光強度調(diào)節(jié)以明度為依據(jù)劃分等級進行調(diào)節(jié)，更加合理和人性化。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。