本發(fā)明屬于照明技術(shù)，尤其涉及一種符合人眼舒適性的臺(tái)燈調(diào)光方法、裝置及臺(tái)燈。

背景技術(shù)：

視覺(jué)是人類(lèi)感知世界的重要手段，照明質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響人們的生活質(zhì)量和身心健康，隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)照明的需求從過(guò)去追求照度提升到注重包括光色、舒適性、光生物安全等光心理和光生理效應(yīng)在內(nèi)的綜合性因素。

研究表明，光源的光色和照度被認(rèn)為是影響人心理感受的重要因素，根據(jù)荷蘭Kruithof教授的研究成果，人們?cè)诟哒斩葧r(shí)喜歡高色溫的光源，而在低照度時(shí)則偏愛(ài)低色溫的光源，色溫影響人對(duì)環(huán)境的溫冷感、明亮感、安定感、舒適感四項(xiàng)心理指標(biāo)。

為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)照明的多樣化需求，目前市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)可調(diào)照度/色溫臺(tái)燈，通常的做法是設(shè)置兩個(gè)調(diào)光選項(xiàng)對(duì)照度和色溫分別進(jìn)行分段調(diào)節(jié)，為了調(diào)整到合適的光環(huán)境，用戶(hù)需要根據(jù)自身主觀(guān)感受反復(fù)調(diào)整兩個(gè)調(diào)光參數(shù)。但是大多數(shù)用戶(hù)對(duì)色溫和照度如何搭配并無(wú)深入了解，因此復(fù)雜的調(diào)整過(guò)程會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)不便，降低用戶(hù)體驗(yàn)，且最終得到的光環(huán)境是否真正健康并不確定。此外分段調(diào)節(jié)的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)光過(guò)程的平滑過(guò)渡，使眼睛產(chǎn)生跳躍感，同樣會(huì)降低用戶(hù)體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：利用照明心理學(xué)的研究成果，提供一種簡(jiǎn)化臺(tái)燈光色調(diào)節(jié)且符合人眼舒適性的調(diào)光裝置。

另外，還提供一種符合人眼舒適性的調(diào)光方法。

還提供一種包括所述的符合人眼舒適性的調(diào)光裝置的臺(tái)燈。

一種符合人眼舒適性的調(diào)光方法，其先基于Kruithof心理舒適度區(qū)域并參考照明標(biāo)準(zhǔn)確定滿(mǎn)足人眼舒適性的照度-色溫調(diào)光曲線(xiàn)，再利用調(diào)光電氣參數(shù)、輸出光色參數(shù)和光源色度學(xué)參數(shù)建立光源混光模型，并結(jié)合考慮人眼視覺(jué)的非線(xiàn)性特性，構(gòu)成舒適調(diào)光模型，根據(jù)所述舒適調(diào)光模型，由用戶(hù)設(shè)定照度參數(shù)值，解算出電氣參數(shù)變化曲線(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)舒適調(diào)光。

考慮人眼視覺(jué)非線(xiàn)性特性時(shí)，通過(guò)非線(xiàn)性校正將目標(biāo)照度值轉(zhuǎn)化為實(shí)際輸出目標(biāo)照度值。

所述人眼視覺(jué)非線(xiàn)性特性用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述，相應(yīng)得到的非線(xiàn)性校正模型為：

L_real＝L^2.2

其中，L為用戶(hù)期望目標(biāo)照度值，L_real為實(shí)際目標(biāo)照度值。

利用典型場(chǎng)景色溫和照度的樣本點(diǎn)，通過(guò)多項(xiàng)式擬合方法得到色溫-照度舒適調(diào)光曲線(xiàn)，并根據(jù)樣本點(diǎn)分布特性確定多項(xiàng)式擬合階數(shù)。

光源混光模型構(gòu)建時(shí)，以色度學(xué)中黑體軌跡等溫線(xiàn)的色品坐標(biāo)數(shù)據(jù)為樣本點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到色溫和色坐標(biāo)關(guān)系模型，

根據(jù)上述模型得到所述實(shí)際輸出光和光源的色坐標(biāo)值，然后由混色原理得到目標(biāo)亮度和色溫下驅(qū)動(dòng)冷暖光源所需要的占空比，即完成混光處理。

一種符合人眼舒適性的調(diào)光裝置，其包括：

輸入模塊，用于用戶(hù)對(duì)期望的目標(biāo)照度值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

調(diào)光控制模塊，用于輸入模塊輸出調(diào)節(jié)量的采集，將調(diào)節(jié)量映射至用戶(hù)期望目標(biāo)照度后通過(guò)非線(xiàn)性校正、舒適調(diào)光曲線(xiàn)計(jì)算和混光計(jì)算得到調(diào)光電氣參數(shù)并發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)給光源模塊；

光源模塊，用于接收調(diào)光控制模塊輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使光源達(dá)到相應(yīng)亮度，混光后得到相應(yīng)色溫和照度的光線(xiàn)。

所述輸入模塊包括按鍵、旋鈕、滑動(dòng)觸摸條、觸摸屏。

所述調(diào)光控制裝置模塊由順次連接的量-照度調(diào)節(jié)單元、非線(xiàn)性校正單元、舒適調(diào)光單元、混光單元，其中，量-照度調(diào)節(jié)單元外接輸入模塊，混光單元連接光源模塊。

所述舒適調(diào)光模型、光源混光模型分別固化在舒適調(diào)光單元和混光單元內(nèi)，或舒適調(diào)光曲線(xiàn)以表格數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在外接存儲(chǔ)器中，實(shí)際工作時(shí)通過(guò)查表的方式從存儲(chǔ)器中讀取實(shí)際輸出目標(biāo)照度值對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值。

一種臺(tái)燈，其包括所述的符合人眼舒適性的調(diào)光裝置。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例基于Kruithof心理舒適度區(qū)域確定了舒適調(diào)光曲線(xiàn)，并引入臺(tái)燈的調(diào)光過(guò)程，使得色溫和照度聯(lián)動(dòng)，輸出光線(xiàn)光色對(duì)人眼而言更加舒適健康，同時(shí)也簡(jiǎn)化了用戶(hù)操作，提高了用戶(hù)體驗(yàn)。此外本發(fā)明實(shí)施例對(duì)用戶(hù)根據(jù)自身的喜好設(shè)定的期望目標(biāo)照度值做了非線(xiàn)性校正，用戶(hù)在線(xiàn)性調(diào)節(jié)亮度時(shí)，臺(tái)燈實(shí)際輸出照度值按照指數(shù)規(guī)律調(diào)節(jié)，相對(duì)線(xiàn)性調(diào)節(jié)更加節(jié)省能源，同時(shí)臺(tái)燈的光線(xiàn)調(diào)節(jié)更加平滑，消除了調(diào)節(jié)過(guò)程的跳躍感。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種符合人眼舒適性調(diào)光方法和裝置的原理框圖；圖2是本發(fā)明的一種符合人眼舒適性調(diào)光方法的實(shí)施例的裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

本發(fā)明提出的臺(tái)燈調(diào)光方法基于Kruithof心理舒適度區(qū)域并參考民用建筑照明標(biāo)準(zhǔn)最終確定人眼舒適曲線(xiàn)，即照度-色溫調(diào)光曲線(xiàn)。通過(guò)建立調(diào)光電氣參數(shù)、臺(tái)燈輸出光色參數(shù)和LED光源色度學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系模型，并考慮人眼視覺(jué)的非線(xiàn)性特性，根據(jù)用戶(hù)設(shè)定參數(shù)值，解算出電氣參數(shù)變化曲線(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)舒適調(diào)光。

根據(jù)上述總體方案，本發(fā)明所述調(diào)光方法包括：

將照度作為調(diào)光控制參數(shù)，用戶(hù)為臺(tái)燈提供目標(biāo)照度值；

考慮人眼視覺(jué)非線(xiàn)性特性，通過(guò)非線(xiàn)性校正將目標(biāo)照度值轉(zhuǎn)化為臺(tái)燈實(shí)際輸出目標(biāo)照度值；

參考室內(nèi)照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究成果在Kruithof心理舒適度區(qū)域中選取四種臺(tái)燈典型應(yīng)用場(chǎng)景下的照度和色溫值，通過(guò)多項(xiàng)式擬合得到色溫-照度舒適調(diào)光曲線(xiàn)；

利用舒適調(diào)光曲線(xiàn)模型由實(shí)際輸出目標(biāo)照度值得到實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值；

根據(jù)光源混光模型由實(shí)際輸出目標(biāo)照度值和實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值得到調(diào)光電氣參數(shù)。

所述人眼視覺(jué)非線(xiàn)性特性及非線(xiàn)性校正方法為：

人眼視覺(jué)非線(xiàn)性特性表現(xiàn)為當(dāng)一個(gè)燈具輸出光通量線(xiàn)性變化時(shí)，人眼的感受并不是線(xiàn)性的。即在燈光較暗時(shí)，很小的照度變化也會(huì)引起人眼感覺(jué)較大的照度變化；而在燈光較亮?xí)r，較大的照度變化引起人眼感受照度變化不大。這種特性可以近似用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述：

F＝kL_real^1/2.2 (1)

上式中，F(xiàn)為人眼對(duì)光線(xiàn)亮度的響應(yīng)值，L_real為燈具輸出照度值，k為與人眼特性相關(guān)的常數(shù)；

在控制環(huán)節(jié)增加非線(xiàn)性校正模塊，校正模型如下：

L_real＝L^2.2 (2)

上式中，L為輸入目標(biāo)照度值，L_real為燈具輸出照度值。將(2)代入(1)式，得到F＝kL，即完成非線(xiàn)性校正。

所述色溫-照度舒適調(diào)光曲線(xiàn)擬合方法可以根據(jù)所選取典型場(chǎng)景的色溫和照度分布特性，選取多項(xiàng)式擬合階數(shù)。得到的色溫照度關(guān)系可以由下式表示

CCT＝CCT(L_real) (3)

所述由實(shí)際輸出目標(biāo)照度值和實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值得到調(diào)光電氣參數(shù)方法如下：

以色度學(xué)中黑體軌跡等溫線(xiàn)的色品坐標(biāo)數(shù)據(jù)為樣本點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到色溫和色坐標(biāo)關(guān)系模型，得到模型如下：

以冷暖雙色溫光源為例。設(shè)CCTw和CCTc分別為暖色LED和冷色LED的色溫值，根據(jù)上述模型即可得到所述實(shí)際輸出光、暖色LED和冷色LED的色坐標(biāo)值，分別用(x，y)、(x_w，y_w)和(x_c，y_c)表示。然后由混色原理得到目標(biāo)亮度和色溫下驅(qū)動(dòng)冷暖光源所需要的占空比為：

其中，Lc和Lw分別為冷色LED和暖色LED輸出光通量。

本發(fā)明另一方面還提供了一種符合人眼舒適性的調(diào)光裝置，所述裝置包括：

輸入模塊，用于用戶(hù)對(duì)期望的目標(biāo)照度值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

調(diào)光控制模塊，用于采集由輸入模塊輸出的調(diào)節(jié)量并根據(jù)上述調(diào)光方法計(jì)算得到光源控制參數(shù)，并向光源模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

光源模塊，用于接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)使多路LED光源達(dá)到相應(yīng)亮度，混光后得到相應(yīng)色溫和照度的光線(xiàn)。

所述輸入模塊可以是但不限于按鍵、旋鈕、滑動(dòng)觸摸條、app等。

所述控制裝置還用于將輸入模塊調(diào)節(jié)量映射至用戶(hù)期望目標(biāo)照度值，調(diào)節(jié)量根據(jù)輸入模塊具體形式而不同。按鍵的調(diào)節(jié)量為按鍵導(dǎo)通時(shí)間；旋鈕調(diào)節(jié)量為電位器電壓值；觸摸條調(diào)節(jié)量是由N個(gè)單獨(dú)觸摸按鍵對(duì)應(yīng)輸出的離散量；app調(diào)節(jié)量為控制界面中控制元素的位置值。

本發(fā)明還提供了一種臺(tái)燈，包括所述的符合人眼舒適性的調(diào)光裝置，避免用戶(hù)自行調(diào)光過(guò)程中得到不舒服的光色，使得光線(xiàn)對(duì)人眼而言更加舒適、健康，同時(shí)也簡(jiǎn)化了用戶(hù)操作，提升了用戶(hù)使用體驗(yàn)。

參見(jiàn)圖1，圖1是本發(fā)明的一種符合人眼舒適性的調(diào)光方法和裝置的原理框圖。所述裝置包括輸入模塊1、調(diào)光控制模塊2和光源模塊3。輸入模塊1用于獲取用戶(hù)進(jìn)行調(diào)光的調(diào)節(jié)量，調(diào)光控制模塊2用于輸入模塊1輸出調(diào)節(jié)量的采集，將調(diào)節(jié)量映射至用戶(hù)期望目標(biāo)照度后通過(guò)非線(xiàn)性校正、舒適調(diào)光曲線(xiàn)計(jì)算和混光計(jì)算得到調(diào)光電氣參數(shù)并發(fā)送給光源模塊3。光源模塊3用于接收調(diào)光電氣參數(shù)，并輸出相應(yīng)色溫和照度的光線(xiàn)。

進(jìn)一步地，一種應(yīng)用符合人眼舒適性的調(diào)光方法及裝置的實(shí)施例如圖2所示。本實(shí)施例中，電位器22作為輸入裝置，微處理器25及外圍A/D部分23、存儲(chǔ)器24等配合作為調(diào)光控制模塊，恒流驅(qū)動(dòng)模塊26和LED燈組模塊27為光源模塊。電源模塊21為系統(tǒng)工作提供電能。完成的本實(shí)施例的具體方法包括如下步驟：

步驟1：首先對(duì)電位器22進(jìn)行電壓采樣，采樣電壓作為用戶(hù)進(jìn)行調(diào)光的調(diào)節(jié)量。設(shè)電位器滿(mǎn)量程電壓值為5V，采樣電壓為Vs。

步驟2：采樣電壓Vs經(jīng)過(guò)A/D模塊23轉(zhuǎn)換為數(shù)字量然后被微處理器25采集得到，并進(jìn)行調(diào)節(jié)量-照度映射。選取照度值作為調(diào)光控制量，設(shè)照度調(diào)節(jié)范圍為(L_min，L_max)，L為用戶(hù)期望目標(biāo)照度值。則調(diào)節(jié)量-照度映射關(guān)系表示如下

步驟3：微處理器25對(duì)用戶(hù)期望目標(biāo)照度值進(jìn)行非線(xiàn)性校正，以修正人眼對(duì)照度變化的非線(xiàn)性特性，消除調(diào)光時(shí)的跳躍感，使得調(diào)光過(guò)程更加流暢，所述非線(xiàn)性校正模型12為

L_real＝L^2.2

L_real為實(shí)際輸出目標(biāo)照度值。

步驟4：建立舒適調(diào)光曲線(xiàn)模型。首先選取三個(gè)臺(tái)燈應(yīng)用的典型場(chǎng)景，并在Kruithof心理舒適度區(qū)域中確定三個(gè)典型場(chǎng)景下的色溫和照度組合，分別為：臥室(50lx/2700K)、娛樂(lè)(300lx/3500K)、工作學(xué)習(xí)(500lx/4000K，1000lx/5500K)，以這四個(gè)色溫和照度組合為樣本點(diǎn)進(jìn)行擬合，根據(jù)四個(gè)點(diǎn)的分布特性，擬合階數(shù)選為2，得到的模型為：

CCT＝-2.437×10^-5*L_real²+2.951*L_real+2568.4

步驟5：由得到的實(shí)際輸出目標(biāo)照度值，根據(jù)舒適調(diào)光曲線(xiàn)模型，得到實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值。所述舒適調(diào)光曲線(xiàn)模型可以固化在調(diào)光算法程序中，另一方面，也可以將舒適調(diào)光曲線(xiàn)以表格數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器24中，微控制器25通過(guò)查表的方式從存儲(chǔ)器24中讀取實(shí)際輸出目標(biāo)照度值對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸出目標(biāo)色溫值。

步驟6：根據(jù)光源混光模型由實(shí)際輸出目標(biāo)照度和目標(biāo)色溫計(jì)算得到調(diào)光電氣參數(shù)。與步驟5類(lèi)似的，所述光源混光模型可以固化在調(diào)光算法程序中，同樣也可以將混光模型數(shù)據(jù)以表格的形式存在存儲(chǔ)器24中，微控制器25通過(guò)查表的方式從存儲(chǔ)器24中讀取實(shí)際輸出目標(biāo)照度值和目標(biāo)色溫對(duì)應(yīng)的調(diào)光電氣參數(shù)，即冷暖色溫LED的驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)占空比。恒流驅(qū)動(dòng)模塊26接收到PWM信號(hào)后驅(qū)動(dòng)光源模塊27點(diǎn)亮，得到所需色溫和照度的光線(xiàn)。