[发明专利]基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法

说明书

本发明公开了一种基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法，包括如下步骤：第一步：对目标谱380‑780nm范围内等间隔d＝0.5～5nm离散取点构造目标光谱矩阵：第二步：构造LED单元矩阵Φ_i(λ)；第三步：构造LED光谱矩阵Φ_LED；第四步：构造系数矩阵K；第五步:利用最小二乘法求得不同LED种类需要的颗数。本发明的优点在于使用了一种新的单色LED光谱辐射模型来表征单色LED光谱分布特点，提高了仿真实验的准确度；通过使用最小二乘法给出了能快速确定对太阳光谱有最佳模拟效果的LED组合；并能够通过改变组合中LED种类达到对太阳光谱不同程度的再现，实现不同程度的类日光照明满足不同照明场景的要求。

技术领域

本发明涉及照明技术领域，更具体地说，涉及一种基于多颗LED实现类日光光源的方法。

背景技术

日光是人体长期适应的自然光，最适合于人眼视觉机能的需要，是公认的最健康的照明光源。随着生活质量的不断提高，单纯照亮生活环境的照明方式已经不能满足人们对心理和视觉舒适度的要求，自然健康的照明受到越来越多的关注。近年来，基于GaN的高亮度蓝色LED的出现，使LED的发展进入一个崭新时代。基于LED的固态照明已在显示、照明、装饰等领域得到广泛应用。基于光谱叠加原理，若将多个单色LED同时使用，通过调节组分比例便可以设计出所需要的目标光谱。依照此方法可实现基于LED模拟日光光谱的类日光照明，这不仅能满足人们对健康照明的需求，LED的绿色节能特点对能源节约和环境保护也具有重大促进意义。

目前，有学者以不同峰值波长的小功率LED作为发光模块并利用积分球进行匀光，通过调整LED的驱动电流来改变光源的输出光谱分布，但控制电路极其复杂，而且改变LED电流往往会引起主波长漂移、光谱半高全宽以及相对光谱功率分布的改变，增大光谱匹配误差；另一方面，在很多类似的研究中，研究者多选用高斯函数或洛伦兹函数作为单色LED的光谱辐射模型，但二者无法很好的拟合单色LED的光谱辐射谱线。

发明内容

本发明提出基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法。利用一种新的单色LED光谱辐射模型建立大功率单色LED数据库，结合最小二乘法与光谱叠加原理求出了拟合日光光谱所需的LED种类以及每种大功率LED所需要的颗数k_i，并采用相关指数R²作为评价拟合效果的参数。在此基础上，系统分析了不同LED种类及每种LED的颗数组合对日光光谱的拟合效果，确定了LED种类及每种LED所需颗数k_i的最佳组合。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法，包括如下步骤：

第一步：构造目标光谱矩阵

对在目标谱在380-780nm范围内等间隔d＝0.5～5nm(优选方式下d＝1nm)离散取点构造目标光谱矩阵：

Φ_s(t)＝[Φ_s1,Φ_s2,Φ_s3,...,Φ_st]；

其中，t为目标光谱离散取点个数，Φ_st为目标光谱在第t点处光辐射强度，t相应为1、2、3……；

第二步：构造LED单元矩阵Φ_i(t)

对每种LED光谱数据在380-780nm范围内等间隔d离散取点构造Φ_i(t)：

Φ_i(t)＝[Φ_i1,Φ_i2,Φ_i3,...,Φ_it]^T，(i＝1,2,3,…,n)