一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源

本公开涉及led照明，具体涉及一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源。

背景技术：

1、随着内源性光敏视网膜神经节细胞(iprgcs)这一生物学发现的深入探索，健康照明理念日益受到重视，全光谱光源更是凭借其能高度模拟自然光环境的特性，成为该领域的璀璨新星。全光谱光源不仅能够精准还原物体本色，更在促进人类身心健康方面展现出巨大潜力；它能够根据日夜更替自然调节色温，为长期身处非自然光环境的人群带来类似户外的光照体验，有效缓解因缺乏自然光照可能引发的季节性情感障碍(如季节性抑郁症)。因此，全光谱照明光源不仅是技术进步的象征，更是未来健康照明行业发展的必然趋势，引领着照明行业向更加人性化、健康化的方向迈进。

2、经检索可知，现有技术中，例如专利cn202110991154.1公开了一种可变色温全光谱led光源及灯具，全光谱led光源包括四至六种发光单元，分别用于发出一定强度的光，各种光混合后获得满足可变色温的具有全光谱特征的出射光；各发光单元可独立控制，发光强度可调；各发光单元光谱具有不同的光谱功率密度分布；发光单元包括单色光led，以及一定数量的pcled；pcled光源所采用的类型数量与所采用的总的发光单元类型数量有关。上述可变色温全光谱led光源及灯具在实际应用中还存在以下缺陷：

3、其一，其中四至六种发光单元，包括单色光led，以及一定数量的蓝光芯片加荧光粉激发实现的led光源，称为pcled。这种led光源通常由单色光加荧光粉实现的，然而这种光源会存在“青色间隙”，以及存在荧光粉量子转化效率低，发光热猝灭、耐水性、热稳定性等问题；

4、其二，其中目标色温范围包括低色温、中低色温、高色温，对应日间不同时段下的日然光光色，具体选择常用的4000k、5000k、6000k作为不同水平下的目标色温代表，其中，4000k色温接近日出后1-2小时的日然光色温，5000k接近下午3点左右的色温，6000k接近晴朗天气下中午时段的色温。这种色温可调的光源只在几个色温点间切换，如4000k,5000k，6000k，并且切换色温时不能够流畅切换，会带来视觉上的僵硬感；对于在色温以1k的调控切换，不能达到|duv|小于0.001的极低数值，以及不能保证高显色(特别是r9)和调节非视觉效应。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源。全光谱光源的连续可调节系统通过应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道led，能使得九通道led具有发光效率高和调节灵活的优点，减少了荧光粉量子转化效率低，发光热猝灭、耐水性、热稳定性等问题。

2、本公开所述的一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源，应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道led，包括输入模块、光源控制模块和输出模块，所述输入模块与所述光源控制模块的输入端连接，所述输出模块与所述光源控制模块的输出端连接；

3、所述输入模块用于对光源的时间、功能模式、色温和发光强度进行定义；

4、所述光源控制模块包括时间设置单元、光谱调配单元和强度调整单元，所述时间设置单元用于对输入的时间进行设定，所述光谱调配单元用于对光谱调配计算，所述强度调整单元用于调整发光强度参数；

5、所述输出模块用于输出对应于所述发光强度参数的光谱光源。

6、优选地，所述光源控制模块包括调节方法，所述调节方法包括以下步骤：

7、s1、所述时间设置单元根据所述输入模块定义的时间选择对应的功能模式，所述功能模式包括：舒缓模式、日常模式和激励模式；

8、s2、所述光谱调配单元根据选择的所述功能模式进行光谱调配计算；

9、s3、所述强度调整单元根据光谱调配计算结果调整发光强度参数。

10、优选地，所述步骤s2中，所述光谱调配计算包括以下步骤：

11、s201、根据高斯单色光和九通道led光谱调配技术，计算候选光谱的光谱功率分布s(λ)；

12、s202、计算色温cct、|duv|，采用色温切线法优化|duv|；

13、s203、计算显色指数cri、tm-30双指标rf和rg；

14、s204、计算光谱的蓝光危害blh；

15、s205、计算光谱的松果体素效能因子me l和生物昼夜周期因子ci rca。

16、优选地，所述步骤s201中，计算候选光谱的光谱功率分布包括以下步骤：

17、在[0，1]之间设置九个led能量比例，九个所述led能量比例分别为l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8和l9；

18、对于色温为2700k～5000k，且中心波长为555nm、610nm、626nm和705nm通道光源对应的权重分别扩大2倍、2倍、4倍和8倍，其余通道光源的权重均设为1；

19、对于色温为5000k～6500k所有通道光源的权重均设为1；

20、根据l1～l9按照如下公式计算候选光谱的光谱功率分布s(λ)：

21、

22、其中，sn(λ)表示第n个led光源的光谱功率。

23、优选地，所述步骤s202具体包括：

24、根据视觉指标优化光谱，在黑体辐射曲线上，将色温2700k-6500k以10k的间隔分组，对色温点进行编号，编号记为m；

25、黑体辐射曲线的色温点tm，色坐标为(um,vm)，待测光源色温点为tk，色坐标为(uk,vk)；

26、在分组内寻找与待测光源色温最近的黑体辐射色温点，过所述黑体辐射色温点色坐标(um,vm)作黑体辐射曲线的切线，并计算待测光源色温点tk的色坐标(uk,vk)到该切线的距离duv，并筛选出|duv|小于0.001的待测光源色点；

27、duv按照如下公式计算：

28、

29、其中，k表示待测光源色温点tk和黑体辐射曲线的色温点tm两点连线线段的斜率。

30、优选地，所述步骤s203具体包括：

31、根据待测光源色温点tk、光谱的光谱功率分布s(λ)、待测点色坐标(xk,yk)计算显色指数cri、以及tm-30双指标rf和rg，并判断是否满足：显色指数cri(ra，r1-r15≥90)，保真度指数rf≥90，色域指数90≤rg≤110；

32、若满足，则记录对应数据并继续进行后续计算；

33、若不满足，则停止后续计算，重新回到所述步骤s201，设置新的九个led能量比例并重新进行所述光谱调配计算。

34、优选地，所述步骤s204中，计算光谱的蓝光危害blh包括：

35、根据光谱的光谱功率分布s(λ)、人眼介质随年龄变化的光谱透射率t(λ，ns)、蓝光危害加权函数bw(λ)和明视觉函数v(λ)计算光谱的蓝光危害blh，并满足：blh≤blh(ns,s(λ))；

36、所述蓝光危害blh按照如下公式计算：

37、

38、其中，ns表示年龄；km表示光视效能；

39、若满足blh≤blh(ns,s(λ))，则记录对应数据并继续进行后续计算；

40、若不满足blh≤blh(ns,s(λ))，则停止后续计算，重新回到所述步骤s201，设置新的九个led能量比例并重新进行所述光谱调配计算。

41、优选地，所述步骤s205具体包括：

42、据光谱的光谱功率分布s(λ)、松果体素敏感曲线sme l(λ)、生物昼夜周期因子敏感曲线c(λ)、明视觉函数v(λ)，计算光谱的松果体素效能因子me l和生物昼夜周期因子circa，并判断是否满足对应功能模式下的范围值；

43、按照如下公式计算松果体素效能因子me l和生物昼夜周期因子ci rca：

44、

45、若满足对应功能模式下的范围值，则记录对应数据并继续进行后续工作；

46、若不满足对应功能模式下的范围值，则停止后续计算，重新回到所述步骤s201，设置新的九个led能量比例并重新进行所述光谱调配计算；

47、所述功能模式的范围值如下：

48、若为舒缓模式，则松果体素效能因子me l为：0.6mw/lm～0.82mw/lm，生物昼夜周期因子ci rca为：0.424b lm/lm～0.628b lm/lm；

49、若为日常模式，则松果体素效能因子me l为：0.67mw/lm～1.05mw/lm，生物昼夜周期因子ci rca为：0.489b lm/lm～0.858b lm/lm；

50、若为激励模式，则松果体素效能因子me l为：0.829mw/lm～1.14mw/lm，生物昼夜周期因子ci rca为：0.659b lm/lm～0.960b lm/lm。

51、优选地，所述步骤s3具体包括：

52、所述强度调整模块根据计算得到的所述松果体素效能因子me l和所述生物昼夜周期因子ci rca，结合选择的功能模式调整最终的发光强度参数。

53、一种全光谱光源，包括如上所述的全光谱光源的连续可调节系统，九通道led的光源色温为2700k～6500k，所述九通道led的光源包括425nm的紫光、450nm的靛光、480nm的蓝光、518nm的绿光、537nm的第一黄绿光、555nm的第二黄绿光、610nm的橙光、655nm的第一红光和705nm的第二红光。

54、本公开所述的一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源，其优点在于：

55、1、本公开的一种全光谱光源的连续可调节系统应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道led，包括输入模块、光源控制模块和输出模块，输入模块与光源控制模块的输入端连接，输出模块与光源控制模块的输出端连接；输入模块用于对光源的时间、功能模式、色温和发光强度进行定义；光源控制模块包括时间设置单元、光谱调配单元和强度调整单元，时间设置单元用于对输入的时间进行设定，所述光谱调配单元用于对光谱调配计算，强度调整单元用于调整发光强度参数；输出模块用于输出对应于发光强度参数的光谱光源。通过将连续可调节系统应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道led，能使得九通道led具有发光效率高和调节灵活的优点，减少了荧光粉量子转化效率低，发光热猝灭、耐水性、热稳定性等问题。

56、2、本公开的一种全光谱光源的连续可调节系统具有光源控制模块，光源控制模块包括调节方法。该调节方法在[0，1]之间设置九个led能量比例，另外对特定波长的led能量比例进行倍数放大处理，既保证了计算结果的准确度和精细度，也极大地减少了计算量；配合时间设置单元，便可以模仿太阳光从早到晚的真实的光线变化，从而实现光源色温在2700k～6500k之间以1k间隔高精度连续可调；并且采用“色温切线法”优化|duv|，以实现|duv|小于0.001的光源。

57、3、本公开的一种全光谱光源包括如上所述的全光谱光源的连续可调节系统，九通道led的光源色温为2700k～6500k，九通道led的光源包括425nm的紫光、450nm的靛光、480nm的蓝光、518nm的绿光、537nm的第一黄绿光、555nm的第二黄绿光、610nm的橙光、655nm的第一红光和705nm的第二红光。全光谱光源涵盖了从紫光到红光的多个波长，实现了对自然光的广泛模拟，有助于提升视觉体验，减少色彩失真，通过全光谱光源的连续可调节系统可以更好地模仿太阳光从早到晚的真实的光线变化，使得全光谱光源能够适应不同的应用场景和光照需求。

技术特征：

1.一种全光谱光源的连续可调节系统，应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道led，其特征在于，包括输入模块、光源控制模块和输出模块，所述输入模块与所述光源控制模块的输入端连接，所述输出模块与所述光源控制模块的输出端连接；

2.根据权利要求1所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述光源控制模块包括调节方法，所述调节方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s2中，所述光谱调配计算包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s201中，计算候选光谱的光谱功率分布包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s202具体包括：

6.根据权利要求5所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s203具体包括：

7.根据权利要求4所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s204中，计算光谱的蓝光危害blh包括：

8.根据权利要求4所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s205具体包括：

9.根据权利要求8所述全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，所述步骤s3具体包括：

10.一种全光谱光源，包括如权利要求1-9所述的全光谱光源的连续可调节系统，其特征在于，九通道led的光源色温为2700k～6500k，所述九通道led的光源包括425nm的紫光、450nm的靛光、480nm的蓝光、518nm的绿光、537nm的第一黄绿光、555nm的第二黄绿光、610nm的橙光、655nm的第一红光和705nm的第二红光。

技术总结
本公开涉及一种全光谱光源的连续可调节系统及全光谱光源，连续可调节系统应用于由九通道芯片组合成全光谱光源的九通道LED，包括输入模块、光源控制模块和输出模块，输入模块与光源控制模块的输入端连接，输出模块与光源控制模块的输出端连接；输入模块用于对光源的时间、功能模式、色温和发光强度进行定义；光源控制模块包括时间设置单元、光谱调配单元和强度调整单元，时间设置单元用于对输入的时间进行设定，所述光谱调配单元用于对光谱调配计算，强度调整单元用于调整发光强度参数；输出模块用于输出对应于发光强度参数的光谱光源。本公开通过将连续可调节系统应用于九通道LED，能使得九通道LED具有发光效率高和调节灵活的优点。

技术研发人员：曹辉,梁晶晶,王金博,徐东华,黄飞江,肖景
受保护的技术使用者：广州航海学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5