基于单色LED的日光光谱拟合

在照明领域中,LED已被证明是一种很有前途的人造光源,其光谱可以用来合成日光光谱。目前通过不同种类的LED合成日光光谱的关键问题是如何从LED数据库中选择LED型号和确定各型号LED的工作参数。针对这一问题,科学家们提出了通过各种数学模型来表示LED的光谱功率分布,如高斯函数、洛伦兹函数、logistic功率峰函数等。这些数学模型可以准确地反映出LED的非线性光谱特征,包括峰值波长、半高宽、红移等。但是通过数学光谱模型模拟的LED光谱与真实的LED光谱并不完全相同,通过数学光谱模型模拟的LED光谱曲线都是轴对称的。然而,真实的蓝色和绿色LED光谱曲线在短波长的一面更陡,在长波长的一面更缓,红色LED光谱曲线则相反。基于现有的多个LED的基础上提出了一个新的模拟日光光谱的方法。通过设计一个滤光片和调节各个现有的LED光源的辐射量权重(LED光源的辐射量权重为当前LED光源的辐射量与该LED的最大辐射量的百分比)来进行仿真实验,以此模拟出一个新的光源,使其光谱与日光光谱相接近。即将一个滤光片放置在多个LED的混合光源下,通过滤光片的光谱透射率和各个LED光源的辐射量权重来限制光源的光谱,使得修正后的多个LED混合光源的光谱尽可能的接近日光光源光谱。因工业要求需要对滤光片的光谱透射率曲线进行平滑约束。最后通过优化后的滤光片的光谱透射率求出各个LED光源的辐射量权重的最小二乘解,从而得到各个最优的LED光源的辐射量权重。通过仿真实验,最后该方法得到的模拟日光光源的相关色温(CCT)为6492 K,目标光源的相关色温为6503 K。模拟日光光源光谱与日光光谱的拟合优度(R 2)为0.9926。该方法对基于LED的日光光谱拟合的研究有重要的参考价值。

基于白光LED的日光光谱拟合及混光设计

通过优化算法得到白光LED和31种单色LED的最优组合,用于模拟日光在380~780nm可见光范围内的光谱,并对最优组合进行混光设计。利用混光原理计算出最优组合中各种LED使用的颗数,合理设计LED位置及排列方式,借助光学模拟仿真软件进行类日光光源的光学仿真。仿真结果表明,模拟日光光源色度学参数为色温5 665K,色坐标(0.328 7,0.342 0),显色指数95.3,设计的光源达到类日光光源效果。