Конфигурация интенсивности источников света, составляющих систему освещения

Изобретение относится к способу конфигурирования системы освещения, содержащей набор по меньшей мере из трех источников (L_i) света, имеющих различные спектры (S_i(λ)). Техническим результатом является обеспечение возможности получать общий спектр с высоким индексом CRI в системе освещения, содержащей набор по меньшей мере из трех источников света, имеющих различные спектры. Результат достигается тем, что автоматически определяют интенсивности (ϕ_i) каждого из источников света указанного набора посредством минимизации расстояния между эталонным спектром (S_R(λ)) и синтетическим спектром (S_s(λ)), определяемым как сумма спектров (S_i(λ)) каждого источника (L_i) указанного набора, взвешенных по указанным интенсивностям (ϕ_i). 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе освещения, состоящей из различных источников света. В частности, оно относится к конфигурации интенсивности каждого из этих источников для того, чтобы приближаться к воспринимаемому эталонному спектру.

Уровень техники

В продаже доступно много источников света. Каждый характеризуется источником света и спектром света, очень часто моделируемым его цветовой температурой относительно черного тела, нагретого до 1500-10000K, что обеспечило бы спектр излучения в диапазоне видимого света, аналогичный спектру электрической лампочки.

Эти существующие источники предлагают пользователям большой выбор, который однако является неполным, поскольку нет гарантии, что на рынке доступен источник света для заданного эталонного спектра. Кроме того, эти источники света являются статическими и не могут быть сконфигурированы с обеспечением эталонного спектра. Кроме того, невозможно учитывать окружающий колориметрический контекст для конфигурации доступных на рынке источников света для того, чтобы получать требуемый эталонный спектр.

Например, требуемый эталонный спектр может представлять собой солнечный спектр. Затем мы задаем индекс цветопередачи CRI (colour rendering index), как максимальный, когда человеческий глаз воспринимает объект как освещенный солнечным светом. Источники света могут достигать высоких значений индекса CRI, но при этом не используя все технологии. Таким образом, светодиоды (светоизлучающие диоды) обычно достигают значений индекса CRI порядка 65 для большинства наиболее широко распространенных светодиодов и редко превышают 85.

Кроме того, в случае наличия третьего источника света становится невозможно адаптировать главный источник для того, чтобы получать общий спектр с достаточно высоким индексом CRI.

Следовательно, существует много причин для того, чтобы пытаться улучшить такую ситуацию.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа конфигурирования системы освещения, который по меньшей мере частично уменьшает упомянутые выше недостатки.

Для достижения этого настоящее изобретение раскрывает способ конфигурирования системы освещения, содержащей набор по меньшей мере из трех источников света, имеющих различные спектры S_i(λ), включающий этап, на котором автоматически определяют интенсивности ϕ_i каждого из источников света указанного набора посредством минимизации расстояния между эталонным спектром S_R(λ) и синтетическим спектром S_s(λ), определяемым как сумма спектров S_i(λ) каждого источника указанного набора, взвешенных по указанным интенсивностям ϕ_i.

В зависимости от предпочтительного варианта осуществления настоящее изобретение содержит одну или несколько из следующих характеристик, которые могут быть использованы отдельно или частично в комбинации друг с другом или все в комбинации друг с другом:

- расстояние вычисляют между восприятием P_R,j(λ), соответствующим указанному эталонному спектру, и восприятием P_j(λ), соответствующим указанному синтетическому спектру, причем эти восприятия учитываются набором детекторов заданного наблюдателя;

- эталонный спектр соответствует солнечному спектру;

- заданный наблюдатель представляет собой человеческий глаз;

- восприятия определяют посредством указанных спектров и чувствительностей σ_j (λ), связанных с каждым из указанных детекторов;

- восприятие синтетического спектра обеспечивают посредством следующего равенства:

- и восприятие эталонного спектра обеспечивают посредством следующего равенства:

в котором λ представляет собой длину волны;

- указанное расстояние минимизируют с использованием метода наименьших квадратов;

- источники света представляют собой светодиоды.

Другая задача настоящего изобретения относится к системе освещения, содержащей один набор по меньшей мере из трех источников света с различными спектрами и интенсивностями, сконфигурированными индивидуально при помощи способа, подобного определенному выше.

Указанные источники света могут быть объединены в одной колбе.

Таким образом, настоящее изобретение делает возможным управление световым спектром посредством рационального объединения различных источников, в которых объединение индивидуальных спектров может приводить к требуемому эталонному спектру или его эквиваленту, воспринимаемому системой наблюдения.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут ясными после прочтения описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, данного в качестве примера, со ссылкой на сопутствующие чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показан пример системы освещения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 схематично показан другой пример системы освещения в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 схематично показана спектральная чувствительность трех типов детекторов, колбочек в человеческом глазу;

на фиг. 4 схематично показано сравнение между эталонным спектром и синтетическим спектром системы освещения, сконфигурированной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением система освещения, подлежащая конфигурации, содержит набор по меньшей мере из трех источников света с различными спектрами.

Настоящее изобретение не относится к определению набора из трех источников света, но направлено на определение наилучшей конфигурации, начиная с заданного набора источников света, другими словами, мощности или интенсивности каждого из источников в указанном наборе.

Источники света могут быть выбраны специально для конкретной визуализации, или просто любые доступные. Система освещения может использовать больше источников света, и некоторые могут иметь идентичные или очень похожие спектры, но важным является то, что по меньшей мере три из указанных источников имеют достаточно различные спектры таким образом, что могут быть получены лучшие характеристики.

Должна быть обеспечена возможность управлять источниками света с использованием управляющего устройства таким образом, что их интенсивность можно конфигурировать индивидуально. Как будет видно позже, хорошая конфигурация интенсивностей каждого из этих источников обеспечивает средства для приближения системы освещения к эталонному спектру (или заданным значениям) с минимальным допустимым отклонением.

Система освещения может быть реализована различными способами.

На фиг. 1 показан первый вариант осуществления, который состоит из расположения независимых источников L1, L2, L3 света, распределенных в пространстве (например, в помещении), в котором лучи ориентированы таким образом, чтобы создавать зону Z перекрытия, в пределах которой световой спектр наиболее близок к эталонному спектру.

На фиг. 2 показан второй вариант осуществления, в котором система освещения состоит из жесткой или нежесткой конструкции L, которая фиксирует различные источники L1, L2, L3 света относительно друг друга. Конструкция L ориентирует лучи света каждого источника таким образом, чтобы создавать наибольшую возможную зону Z перекрытия, в пределах которой световой спектр наиболее близок к эталонному спектру.

В другом варианте осуществления изобретения источники света объединены в одной колбе. Тогда зона перекрытия различных источников является очень большой.

Для реализации источников света могут быть использованы различные технологии. В частности, могут быть использованы светоизлучающие диоды (светодиоды).

Каждый источник L_i света может характеризоваться интенсивностью ϕ_i и спектром S_i(λ), в котором λ, представляет собой длину волны.

Таким образом, синтетический спектр S_s(λ) системы освещения, состоящей из источников L₁, L₂, L₃, … L_i, … L_n, света, может быть записан в виде суммы спектров S_i(λ) каждого из этих источников, взвешенных по их интенсивностям ϕ_i. Следовательно, мы можем записать:

Также определяют кривые σ_j(λ) чувствительности наблюдателя как функцию длины волны λ. Указанный наблюдатель обычно состоит из набора детекторов, определяющих набор каналов. Таким образом, человеческий глаз, рассматриваемый в качестве наблюдателя, имеет набор групп j детекторов, причем каждая группа имеет свою кривую σ_j(λ) чувствительности.

Это особенно относится к цифровым датчикам.

Таким образом, восприятие P_j на канале j наблюдателя может быть определено следующим образом:

Настоящее изобретение направлено на минимизацию расстояния между эталонным спектром S_R(λ) и синтетическим спектром S_s(λ). Минимизация расстояния d(λ)=d(S_R(λ), S_s(λ)) состоит из определения наилучшей комбинации интенсивностей ϕ_i, где i ∈ [l, n], а n представляет собой количество источников света.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, указанное расстояние представляет собой расстояние между восприятием P_R,j, соответствующим эталонному спектру, и восприятием P_j, соответствующим синтетическому спектру для заданного наблюдателя.

Затем это расстояние может рассматриваться глобально, другими словами, для всех каналов j. Расстояние может быть евклидовым расстоянием в пространстве параметров ϕ_i. В этом случае проблема состоит в поиске набора интенсивностей {ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ …}.

Другими словами, цель состоит в минимизации функции

Для решения такой проблемы оптимизации могут быть использованы различные технологии, и настоящее изобретение не зависит от любого конкретного способа. Например, могут использовать метод наименьших квадратов.

Эталонный спектр может быть солнечным спектром. Наблюдатель может быть человеческим глазом. В этом случае, настоящее изобретение может максимально увеличивать индекс CRI (colour rendering index, индекс цветопередачи).

На фиг. 3 показана спектральная чувствительность трех типов детекторов, колбочек в человеческом глазу, которые обеспечивают восприятие цвета. Эти детекторы соответствуют трем каналам R, V, В для красного, зеленого и синего цветов, соответственно, и связаны с тремя чувствительностями σ_R(λ), G_V(λ), σ_B(λ), дающими три кривые на чертеже. Масштаб чертежа является логарифмическим.

Следует отметить, что спектральный диапазон прежде всего красных и зеленых колбочек и, во-вторых, синих колбочек, является довольно различным. Различие в спектральном диапазоне синих колбочек оказывает намного меньшее влияние на цветопередачу. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения эта информация затем может быть использована для определения общего восприятия P_s(λ).

В примере, показанном на фиг. 4, были выбраны три источника L₁, L₂, L₃ света со спектрами, характеризующимся цветовыми температурами 10000K, 4500K и 3000K, соответственно.

Для конфигурирования системы, состоящей из этих источников, может быть использован способ в соответствии с настоящим изобретением при помощи определения относительных интенсивностей.

Облако точек представляет собой измерения эталонного спектра, например, солнечного спектра, а кривая С представляет собой комбинацию источников L₁, L₂, L₃ света, сконфигурированных по интенсивности при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением с учетом чувствительности глаза.

Можно видеть, что были учтены характеристики человеческого глаза и, в частности, более низкая чувствительность синих детекторов, как видно на фиг. 3. Учет чувствительности каналов обнаружения является важным в случае, когда применение направлено на обеспечение хорошего индекса CRI.

Следующая таблица показывает экспериментальные результаты, полученные в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Эти результаты показывают, что они остаются стабильными даже при угле 40° от оси системы.

Среднее значение индекса CRI для этих 4 тестовых систем освещения равен 96,70, что является превосходным результатом по сравнению с решениями, известными из уровня техники.

Кроме того, в отличие от «белого» светодиода в соответствии с уровнем техники, который объединяет 3 цветных светодиода в одном светодиоде, система освещения в соответствии с настоящим изобретением объединяет несколько источников, для которых угол раствора можно регулировать индивидуально. Таким образом, может быть оптимизировано пространственное перекрытие областей, освещенных каждым из источников света (хотя для белых светодиодов, известных из уровня техники, необходим компромисс).

Способ в соответствии с настоящим изобретением может это детерминировано определять при помощи наилучшей комбинации элементарных источников света для имитации визуализации, эквивалентной эталонному спектру. Этот принцип был подтвержден в теории с использованием трех источников, заданных в соответствии с законом Планка для оптимизации индекса CRI. Транспонированное для случая светодиодов, измерение индекса CRI больше, чем 96, демонстрирует релевантность этого подхода. Очевидно, что основной принцип, утвержденный в настоящем документе с 3 светодиодами, может быть обобщен на большее количество источников света.

Очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается примерами и описанным представленным в настоящем документе вариантом осуществления, но может быть принято множество вариантов, доступных специалистам в данной области техники.

1. Способ конфигурирования системы освещения, содержащей набор по меньшей мере из трех источников (L_i) света с различными спектрами (S_i(λ)), включающий этап, на котором автоматически определяют интенсивности (ϕ_i) каждого из источников света указанного набора посредством минимизации расстояния между эталонным спектром (S_i(λ)) и синтетическим спектром (S_S(λ)), определяемым как сумма спектров (S_i(λ)) каждого источника (L_i) указанного набора, взвешенных по указанным интенсивностям (ϕ₁), в котором указанное расстояние вычисляют между восприятием (P_Rj(λ)), соответствующим указанному эталонному спектру, и восприятием (P_j(λ)), соответствующим указанному синтетическому спектру, причем эти восприятия учитывают набором детекторов (j) заданного наблюдателя.

2. Способ конфигурирования по предыдущему пункту, в котором эталонный спектр представляет собой солнечный спектр.

3. Способ конфигурирования по п. 1, в котором заданный наблюдатель представляет собой человеческий глаз.

4. Способ конфигурирования по п. 1, в котором указанные восприятия определяют посредством указанных спектров и чувствительностей (σ_j(λ)), связанных с каждым из указанных детекторов.

5. Способ конфигурирования по предыдущему пункту, в котором восприятие синтетического спектра обеспечивают посредством следующего равенства:

и восприятие эталонного спектра обеспечивают посредством следующего равенства:

,

в котором λ представляет собой длину волны.

6. Способ конфигурирования по п. 1, в котором указанное расстояние минимизируют посредством метода наименьших квадратов.

7. Способ конфигурирования по п. 1, в котором источники света представляют собой светодиоды.

8. Система освещения, содержащая набор по меньшей мере из трех источников (L_i) света с различными спектрами и интенсивностями, сконфигурированными индивидуально с использованием способа по одному из приведенных выше пунктов.

9. Система освещения по п. 8, в которой указанные источники света объединены в одной колбе.