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专利名称：探测不同色温的荧光粉类led光源中间视觉照度值的方法及中间视觉照度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光度探测技术，特别是涉及一种探测不同色温的荧光粉类LED光 源的中间视觉照度值的方法及其中间视觉照度计。
背景技术：
人眼的视觉可对照明效果进行最直接的评价。人眼视网膜上有两种感光细胞锥 体细胞和杆体细胞。锥体细胞由三种不同光谱响应的细胞t，d，ρ组成，灵敏度低。在亮度 为3cd/m2以上光亮条件下起作用，能分辨颜色和物体的细节。光刺激通过视神经中枢的 传递后，对光刺激的光谱响应称为明视觉光谱光视效率函数V( λ)，其最大的响应在555nm 处。杆体细胞在亮度为10-3Cd/m2以下黑暗条件下起作用，它的感光灵敏度高，仅能分辨明 暗，不能分辨颜色和细节，对应的光谱响应称为暗视觉光谱光视效率函数V' (λ)，其最大 响应值在507nm处。暗视觉下的光视函数较明视觉下的光视函数向短波方向移动48nm，而 环境亮度介于10-3Cd/m2和3cd/m2之间称为中间视觉，对应的光谱响应称为中间视觉光谱光 视效率函数VmU)。此时，视网膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用。Vffl(A)随环境亮度而变，目前对中间视觉的研究没有一个可以确定的光谱响应曲 线，而现有电光源、灯具、发光器件、显示器件测试所用的光度计都是基于明视觉光谱光视 效率曲线的，这种光度计在明视觉条件下以及相关的照明工程设计是合适的，但是如果在 中间视觉环境下使用会产生较大的偏差。而目前很多照明领域，如道路照明、景观照明，或是低亮度的隧道照明都是在中间 视觉亮度条件下，特别是在道路照明的设计中，合理的选取照明光源是保证道路照明的安 全性和节能性的关键。如果在这些照明设计时采用中间视觉光谱光视效率曲线修正的照度 计所测得的数据作为设计依据，这样的照明设计和实施才与这些中间视觉环境下的人眼感 觉相符合，否则将造成很大的偏差。目前研究中间视觉下的光度值测量的方法主要是利用光谱仪和光度探头分别测 量被测光的相对光谱功率分布和明视觉或暗视觉光度量，通过二者计算出被测光的绝对光 谱功率分布，并进而根据中间视觉模型，进一步计算被测光的中间视觉光度值。但是这种方 法涉及光谱仪、明视觉或暗视觉光度计，价格昂贵，测量复杂，携带与测量都不方便。

发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术的不足而提供一种能精确测量不同色温的 荧光粉类LED光源在中间视觉环境下的中间视觉照度值的方法及其照度计。为了达到上述目的，本发明所设计的一种探测不同色温LED光源在中间视觉下的 照度值的方法，它包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理 单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器和和便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反 射率测量仪(5)。其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10_3cd/m2至3cd/m2不同背
3景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存 中。测量时，先测量明视觉照度值Ev，再采用便携式测量仪实测路面背景亮度值L ；或者采 用反射率仪测量路面反射率，得到路面照度所对应的背景亮度值L ；然后根据该背景亮度 值L，获得对应修正系数B，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式Emes = B X Ev，得到 对应中间视觉照度值Ε_。不同色温LED光源在不同亮度条件下的一簇中间视觉照度值的 修正系数B是根据以下公式推导得到的中间视觉照度测量模型M(x)Vm(A ) = xV(A ) + (l-x)V' (λ)，0 彡χ彡 1(1)式中νω(λ)为中间视觉光谱光视效率函数；χ为明视觉所占的比例，为0 1之 间的量，与环境亮度和光源色温有关，其值如附表1所示，对于其他色温和背景亮度的X值 可由计算其相对光谱功率分布，再由表中值的插值得到。不同色温的荧光粉类LED光源包括蓝光LED激发的YAG型(黄光)LED光源，也包 括蓝光LED激发的绿光加红光荧光粉类LED光源，也包括蓝光LED激发的YAG型(黄光) 加红色LED组成的光源，也包括紫光或紫外光LED激发的蓝光、绿光加红光荧光粉类LED光源。M(X)为χ下的Vm(X )的归一化常数。由式⑴得归一化后的中间视觉光谱光视效率函数ν_(λ)，同时获得的 峰值波长λ m，得中间视觉的效能Knres:Kffles = 683/V_(555)(分母是555nm处中间视觉光谱光视效率值)(2)见附表2所
示。则，中间视觉的照度 Emes = (x/683+ (I-X) (s/p/) 1699) KmesEv/M(χ) = B · Ev (5)其中，B= (x/683+(1-x) (s/p)/1699)Kffles/M(x)，s/p 是所测光源明视觉与暗视觉 照度比。B即为不同色温的荧光粉类LED光源在不同中间视觉亮度下的照度修正系数，其值 如附表3所示，其值与明视觉背景亮度、荧光粉类LED光源色温有关。测量时，先测量明视觉照度值，再采用亮度仪(4)直接测量背景亮度值，或者采用 反射率计(5)测量路面反射率P，通过照度与亮度转换关系L = Ε* P / π，得到该光源对应 的背景亮度值。根据此背景亮度L和所测LED光源色温查得储存在照度计的内存中的对应 修正系数B，由Emes = BXEv,即可测得相应荧光粉类LED光源在该中间视觉条件下的照度值
F
Lmes0按本发明所述得到的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下照度值的 方法所获得的探测中间视觉照度值的照度计，能准确测量中间视觉环境下的照度值，反映 了路灯在实际人眼观察到的中间视觉照度值，从而为保证道路照明的安全性与节能性提供 测量依据。


附图1本发明实施例的中间视觉照度计结构图附图2用亮度计测量路面背景亮度值示意图附图3用便携式反射率计测量路面反射率示意图
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进一步描述。实施例一LED路灯A，功率120W，该路灯是蓝光激发的YAG荧光粉组成的白光光源，色温为 3300K。将该光源安装在9m高的灯杆上，见附图2 (6)所示，其照在路面(7)上，用照度计测 得该被照面的明视觉平均照度为15. 71x。亮度计的探测方向与路面夹角45°。路灯(6) 发出的光经路面(7)漫反射后进入到亮度计的探头，用亮度计(4)直接测得的路面亮度为 lcd/m2。则光源1的修正系数B为1. 049，实际的中间视觉照度值为16. 451x。实施例二 LED路灯B，功率120W，该路灯是蓝光激发的YAG荧光粉组成的白光光源，色温为 6000K。将该光源安装在9m高的灯杆上，见附图2 (6)所示，其照在路面(7)上，用照度计测 得该被照面的明视觉平均照度为15. 71x。用便携式反射率计(5)测得路面的漫反射系数为 0.2，如附图3。反射率计自带光源(8)、探头(9)，以及数据处理单元(10)、显示单元(11)。 自带光源⑶发出的光垂直路面入射，经路面⑵漫反射后，在45°方向测得光信号，通过 与标准白板(12)漫反射的光信号比值即为漫反射率系数P ；通过照度亮度转换公式得亮 度为lcd/m2 ；查得修正系数B为1. 109，则实际的中间视觉照度值为17. 411x。表1.常用路灯不同亮度下的中间视觉比例系数X值
5 表2.常用路灯不同亮度下的中间视觉光谱光视效能
权利要求
一种探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下的照度值的方法，它包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器和便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反射率测量仪(5)；其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10 3cd/m2至3cd/m2不同背景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中；测量时，先测量明视觉照度值Ev，再采用便携式亮度测量仪实测路面背景亮度值L；或者采用反射率仪测量路面反射率，得到路面照度所对应的背景亮度值L；然后根据该背景亮度值L，获得对应修正系数B，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式Emes＝B×Ev，得到对应中间视觉照度值Emes。
2.根据权利要求1所述的测量中间视觉照度值的方法和中间视觉照度计，其特征在于 修正系数=B = (χ/683+(1-χ) (s/p)/1699) Kmes/M (χ)，s/p是所测光源明视觉与暗视觉照度比；Kmes = 683/Vmes(555)为中间视觉光谱光视效 能；Vmes(555)为555nm处χ值下的中间视觉光谱光视效率值；M (χ)为χ下的VmU)的归一 化常数；χ为明视觉所占的比例，为0 1之间的量，其与环境亮度和光源色温有关。
3.根据权利要求1所述的测量中间视觉照度值的方法和中间视觉照度计，其特征是对 不同色温的荧光粉类LED光源在10_3cd/m2至3cd/m2不同背景亮度条件L下的中间视觉照 度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中。
4.根据权利要求1所述的测量中间视觉照度值的方法和中间视觉照度计，其特征是不 同色温的荧光粉类LED光源包括蓝光LED激发的YAG型(黄光)LED光源，也包括蓝光LED 激发的绿光加红光荧光粉类LED光源，也包括蓝光LED激发的YAG型(黄光)加红色LED 组成的光源，也包括紫光或紫外光LED激发的蓝光、绿光加红光荧光粉类LED光源。
5.根据权利要求1所述的测量中间视觉照度值的方法，其特征是通过亮度仪(4)直接 得到所测中间视觉照度对应的背景亮度值。
6.根据权利要求1所述的测量中间视觉照度值的方法，其特征是通过一种便携式反射 率计(5)，测量所测路面的反射率P，通过照度和亮度的转换关系L = ^E π得到所测中间视觉照度对应的背景亮度值。
全文摘要
本发明公开了一种探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉环境下的照度值的方法，它包括采用明视觉光谱光视效率函数修正的照度计探头(1)，以及数据处理单元(2)、显示单元(3)组成的照度测量仪器和便携式背景亮度测量仪(4)或便携式反射率测量仪(5)。其特征是对不同色温的荧光粉类LED光源在10-3cd/m2至3cd/m2不同背景亮度条件L下的中间视觉照度值进行修正，得到一组修正系数B，并存入该照度计的内存中；测量时，先测量明视觉照度值Ev，再采用便携式亮度测量仪实测路面背景亮度值L；或者采用反射率仪测量路面反射率，得到路面照度所对应的背景亮度值L，从而获得对应修正系数B，由中间视觉照度与明视觉照度转换关系公式Emes＝B×Ev，得到对应中间视觉照度值Emes。按本发明所述得到的探测不同色温的荧光粉类LED光源在中间视觉下照度值的方法所获得的探测中间视觉照度值的照度计，能准确测量中间视觉环境下的照度值，反映了路灯在实际人眼观察到的中间视觉照度值，从而为保证道路照明的安全性与节能性提供测量依据。
文档编号G01J1/38GK101915610SQ20101022580
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者曹宇杰, 李亮, 李璇, 赵学历, 金尚忠 申请人:中国计量学院