面向亮室对比度测量应用的高精度可变环境照明条件控制系统设计

针对目前显示器的亮室对比度性能测试方法中照明条件设置难度大及可调整性差等问题,提出了一种采用积分球和大功率彩色LED的可变环境照明条件控制系统.大功率LED采用WRGB四种颜色,其中白光作为主光源提供照度,其他3种有色光源主要用来对模拟照明环境的相关色温进行修正,这4种LED通过一定比例混合,可在积分球内部形成指定照度和相关色温值的均匀漫反射光照条件,以此来模拟实际的环境照明条件.经过实验验证,本系统模拟光照条件照度的相对误差可控制在5％以内,相关色温的相列误差可控制在1％以内.     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

基于颜色传感器的LED色温检测

目前节能环保的LED照明逐步流行,色温是LED灯的重要指标之一,在生产老化过程中对LED灯色温的实时监测是迫切需要的。而采用传统的光谱仪或照度计测量色温具有设备体积大、不能网络化的缺点。针对传统色温检测方法的缺点,提出一种基于颜色传感器的色温检测新方法,并结合CAN总线实现了多路色温在线监测系统,在监测LED色温的同时,对色温超出容限的LED给出标注并报警,给出了相关硬件电路和测试结果。     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

LED扩展光源等光强的光学设计方法

LED是一种新型的光源,具有传统光源无法比拟的优点。目前,LED应用于路灯、汽车灯等许多地方,但是这些设计主要是针对照度分布的光学研究,对光强的设计涉及得较少,尤其是大功率LED扩展光源。文章提出了一种对于LED扩展光源等光强的自由曲面设计方法。首先根据二维光学扩展量守恒,计算出出射宽度L,然后根据光强与照度关系推导出三维补偿系数,弥补了二维设计下的用旋转轴对称的所产生的误差。用Matlab软件逐步计算设计,把生成点导入建模软件中得出实际模型,经光学软件经仿真后,观察目标面的结果,发现光强均匀性达到82%,效率也超过95%。     

高功率密度可调光LED光源技术

为解决LED光源对100W白炽灯的简单替换,同时更换后的系统能够满足与原照明系统具有相同的低色温、高显色性并方便调光的特点,开展了紧凑型、高功率密度、可调光LED光源的技术研究.通过对光源结构、热通道、光电参数、驱动及调光电路和可靠性的研究,利用空气动力学原理,合理设计了光源内部的气流方向,开发了可简单替换100W白炽灯的标准E27接口可调光LED光源,功率15 W,输入电压220 V,显色指数大于90,色温为2 700～3 000 K功率因素大于0.90,光效大于95 lm/W,3 000 h光通量衰减小于3％.采用该LED光源原位替代100W白炽灯,照度指标提高30％,功耗降低85％.     

中间视觉下LED道路照明光源显色性能研究

针对人眼中间视觉生理特征,研究了LED道路照明光源显色性评价方法.通过构建人眼中间视觉下的光视光效模型,获得了相应的光谱光视效率曲线和人眼敏感波长范围,给出了基于中间视觉的LED道路照明光源显色性评价及计算方法,建立了综合显色指数与光源主波长的函数关系式,并采用主观实验法和客观清晰度计算法进行了验证.计算与实验结果均表明,在满足道路照明亮度的条件下,当道路照明光源的主波长为548.5 nm时,光源的综合显色指数最大,显色性能最佳.     

实现白光LED阵列色温分布均匀化技术研究

本文通过优化白光LED阵列的结构,实现在目标面上产生均匀的色温分布。通过收集系统中每颗LED的色温坐标矩阵与照度矩阵,根据色温叠加公式,计算LED阵列在目标面上叠加后的色温分布,构建目标面上色温均匀度评价函数,评价函数反应目标面上色温分布的均匀性。通过优化阵列中LED的位置,使得评价函数的值最小,即目标面上色温均匀度最高。运用这种方法我们优化设计了两个实例:(1)相同规格的9颗白光LED方形阵列;(2)不同规格16颗圆形白光LED阵列,优化后色温均匀度均达到了95%以上。利用这种方法同样可以在目标面上同时实现均匀的色温分布与照度分布,设计9颗相同规格的白光LED以3×3方形阵列方式排布,优化后色温均匀度从78%提升到88.7%,照度的均匀度从42%提升到87.6%。分析实际加工制造过程产生的误差对色温均匀度的影响,随着制造误差的增大优化后色温均匀度下降,但均优于优化前色温分布均匀性。     

室内照明用白光LED光源照度对人眼视网膜的影响研究

针对白光LED光源对视功能影响进行医学实验研究,对不同照度下的各组大鼠视网膜电图进行检测,并比较不同光源照度对典型视网膜电图数据特征指标的影响.相对于正常对照组,300 lux照度的白光LED光源照射下,大鼠视网膜电图数据基本无异常,个别特征出现差异趋势;1 000 lux照度的白光LED光源照射下,鼠视网膜电图数据异常,个别特征出现明显差异,因此,可以初步确定白光LED光源的安全阈值照度为300 lux,LED光源照射下视网膜安全性的实验研究将为其进入室内照明应用提供理论基础.     

CCD光电参数测试系统的研制

研制了一套CCD光电参数测试系统,可实现对CCD的无效像元、相对光谱响应、响应度、等效噪声照度、动态范围、面响应度不均匀性等光电参数的全自动测试。CCD的相对光谱响应测试基于单光路直接比较法实现,而其他CCD光电参数的测试则基于特制的积分球光源。四个可独立开关的溴钨灯分别安置于四个次积分球内,经高精度电动光阑与主积分球级联,主积分球壁上的照度计经标定后可实时测试积分球光源出口照度值。该光源色温不变,可在大动态范围内以较高精度实现连续调节,满足CCD光电参数测试的需求。利用上述装置对E2V公司科学级CCD47-10B进行了实际测试,并分析了测量的不确定度。结果表明:相对光谱响应测试覆盖光谱范围400~1 000 nm,不确定度为4.37%。光电转换参数测试装置距离光源出口23 mm处照度覆盖动态范围0~235 lx,80 mm范围内照度均匀性达到99%,测试不确定度为4.9%。该系统可用于航天级CCD的光电参数测试及芯片甄选。     

Luminous efficacy of white LED in the mesopic vision state

The traditional eye sensitivity function based on photopic vision is not applicable in the mesopic vision state. The mesopic vision is studied by using the photopic and scotopic vision state sensitivity functions. And the model which links the mesopic sensitivity with the photopic and scotopic states is built. Based on the model, the luminous efficacy of mesopic vision is calculated and applied to the spectrum distribution of LED light sources. The results show that the luminous efficacy of a commercial YAG phosphor converted white LED is up to 172.7 lm/W at mesopic vision, which is 67.2 % higher than that of photopic vision state. We also conclude that the optimal spectral power distribution of the LED will greatly increase the mesopic luminous efficacy.     

不同防蓝光眼镜对屏幕显示效果的影响比较

为了定量分析不同防蓝光眼镜的使用对屏幕显示画面彩色三要素的影响,分别采集6 500K和5 000K色温下的OLED屏幕与LED背光的LCD的光谱分布,以及当前销量较大的5种不同材质防蓝光眼镜透射率数据,通过OriginPro拟合、色度软件分析、Matlab计算,定量比较5种防蓝光眼镜对不同色温下两种屏幕1931CIE XYZ色坐标、主波长、饱和度及光通量的影响,结合人眼分辨率对计算结果进行分析。结果表明,5种眼镜对屏幕色坐标Z值降低效果相差最大值高达1 881倍,相同色温同一眼镜对LED背光的LCD屏的防蓝光效果略强于OLED屏;5种防蓝光眼镜对色温为5 000K的LED背光的LCD屏幕主波长影响不大;能过滤掉色温6 500K的OLED屏幕99.626%蓝光的眼镜,可使其饱和度增加22.7倍。能过滤掉色温6 500K的LED背光LCD屏幕99.59%蓝光的眼镜,可使其色温下降为原来的0.322倍,均严重影响屏幕的显示效果。该研究方法与结论可为相关产品的使用和研发提供借鉴。     

荧光粉配比对大功率白光LED发光特性的影响

利用黄色、红色和黄绿色3种荧光粉混合的方法制备了一系列大功率平面发光LED光源,深入研究了黄色、红色和黄绿色3种荧光粉分别对大功率白光LED光源的发光效率、显色指数以及色温的影响规律。研究结果表明,随着黄色荧光粉含量的增加,其发光效率明显提高,最高可达140 lm/W,而显色指数和色温略有下降。随着红色荧光粉含量的增加,其显色指数明显提高,最高可达85,而发光效率和色温明显降低。随着黄绿色荧光粉含量的增加,其发光效率、显色指数以及色温均不同程度地略有下降,但是其对大功率白光LED的色容差起到很好的调节作用。     

多色温多星等星光光源模拟技术研究

星模拟器是为模拟真实的恒星物理特性而设计的,由于不同恒星的色温和星等不同,为了更真实地模拟恒星,需要星光光源模拟系统能够实现色温和星等大范围高精度可调。该系统由积分球、光源模块、控制模块以及光纤光谱仪构成闭环光源模拟系统。为保证出射光的均匀度,采用了溴钨灯和多种单色LED混光作为光源,用恒流驱动方式控制LED的输出亮度。引入量子行为粒子群算法作为光谱匹配算法,求解LED系数a_i。随着迭代次数的增加,适应度函数的值达到最小,则色温和星等的模拟误差变小。经实验验证:实现了色温3 000、4 300、5 500、6 500、7 600、20 000 K的模拟,色温匹配误差优于±10%;模拟星等+2~+8.5 Mi可调,星等匹配误差优于±6%。     

大功率集成LED光转换光源的研制

介绍了一种应用远程激发技术的大功率集成LED光转换光源,通过使用固晶区无绝缘层的镜面铝基板进行集成封装蓝光LED光源,即COB光源。所制蓝光光源与远程激发荧光粉模块结合制成LED光转换光源。利用镜面铝基板的高导热系数,解决多种LED封装形式下芯片点亮温度过高、光源衰减快的问题。采用LED荧光高分子模块与蓝光芯片分离结合的远程激发技术制成白光光源,解决荧光粉分布不均、热老化、色偏移问题。通过与传统粉胶封装方式制得的大功率集成LED器件比较测试,该种光源具有防眩光、光色均匀度高、长寿命、节能和环保的优点,从而具有更广泛的用途。     

基于LED光色动态可调的隧道照明控制系统研究

亮度调节是目前隧道照明控制系统兼顾安全性与节能性的主要应用方式。针对隧道照明控制系统光源调节方式单一、难以满足人眼视觉效应需求的问题,设计了一套基于LED光色动态可调的隧道照明控制系统。首先以暖白光、绿光、冷白光为三基色,推导出三通道PWM调光的光色动态调节模型;其次根据系统总体架构,对硬件电路进行具体设计与选型,同时完成上位机控制平台和下位机色温调节程序的开发;最后搭建控制系统实验平台对LED光色动态调节效果进行模拟验证。实验结果表明:上位机能准确输出控制指令控制LED光源实现隧道不同路段光色动态调节。     

三芯片集成高显色指数白光LED的研究

运用基于蒙特卡罗的光线追迹方法,对采用"光转换"兼"多色混合"技术的白光LED的显色指数、相关色温、光通量、光辐射功率、荧光粉颗粒密度和色坐标进行了仿真计算和优化选择。通过改变红、绿、蓝三种LED芯片的组合方式和红、绿、黄三种荧光粉的混合方式及各色荧光粉的密度,在保证有合理的光通量输出的条件下,得到了不同色温区的高显色指数白光LED。从显色指数角度看,冷白、正白和暖白光应分别选择BBB芯片+绿、红色荧光粉、BBB芯片+黄、红色荧光粉和RBB芯片+黄色荧光粉组合。实验上测试了采用这几种组合方式的白光LED光谱、显色指数、色温、光通量和色坐标,实验数据与仿真结果基本吻合。     

荧光粉浓度和电流强度对白光LED特性的影响

讨论了荧光粉浓度及驱动电流强度对白光LED特性的影响。采用软件模拟实验和实际封装测试相结合的研究方法进行分析研究。对荧光粉浓度变化对白光LED光通量和相关色温(CCT)的影响进行了三维光线追迹模拟,并且进行了实际的封装验证。另外对白光LED的节温和显色性也做了深入细致的研究。研究结果表明:CCT随着荧光粉浓度的增大而减小,光通量则先上升后下降。同时由荧光粉浓度和驱动电流强度变化所引起的节温升高会降低荧光粉的转换效率。对显色性而言,采用高浓度荧光粉封装的白光LED有相对低的显色指数;并且显色指数随着驱动电流强度的增加而升高,最终趋于稳定。     

电子束辐射对LED发光性能的影响

研究了低能电子束辐照对发光二极管(Light emitting diode,LED)发光性能的影响。利用实验室加速器提供的电子束模拟空间电子辐射,分别对发不同颜色的光的LED进行不同剂量的辐照,并对比辐照前后的LED的电学性质及光学性质的变化。在电子束辐照下,LED的发光强度提高,同时在统计了大量LED后,发现这些LED的发光强度的离散性变好。对经电子束辐照后的LED进行电流加速老化实验,发现电子束辐照后的LED的发光强度下降趋势相比未经辐照的LED更为明显。同时利用电子束辐照机理对实验结果进行分析和讨论。     

多芯片集成大功率白光LED照明光源

通过对自行设计的集成功率型1W白光LED进行测试，发现当持续点亮900h时，其光通量衰减只有12％，比传统支架型封装的白光LED明显慢，而色温飘移也不明显。1W白光LED的色温可以覆盖2700～13000K，并且显色指数均可做到80以上，完全能够满足普通照明对光性能指标的要求。通过对多颗小功率芯片(60mW)进行不同的串并联组合，可以实现不同的额定电压与电流，可以更好地匹配驱动器的设计，提高整体发光效能，降低成本，并满足不同场合的需求。最后给出了3个典型LED驱动设计实例。