一种采用宽光谱LED光源测量光谱光视效率的系统及方法

本发明涉及眼视光及视神经测量，具体涉及一种采用宽光谱led光源测量光谱光视效率的系统及方法。

背景技术：

1、光谱光视效率函数(v(λ))是描述不同波段光的作用于人眼光感强弱的生理物理量，一般用v(λ)来描述这种敏感度。1931年，国际照明委员会(cie)对v(λ)进行了统一。随后，人们通过实验不断修正v(λ)。

2、实践表明：cie1931推荐的v(λ)，在高色温led光度方面表现不佳。作为标准，这条v(λ)曲线参考了大量的光度数据，这些数据来源广泛，实验方法也多种多样，各项研究成果所得数据被平均化了，这条曲线大大低估了短波的光谱灵敏度。因此很有必要重新测量v(λ)。

3、目前，常见的v(λ)测定方法有逐级比较法、直接视亮度匹配法以及闪烁法等三种方法，这三种方法在光度色度书、国内外光度标准和相关文献中均有详细的介绍(《脉冲光度学》2019化学工业出版社，刘木清等；光度学，2010中国计量出版社,郝允祥,陈遐举,张保洲；2011辐射度光度与色度及其测量北京理工大学出版社，金伟其,胡威捷)。

4、本课题组曾经提出一种采用积分球和数字电路，通过外推和直接测量两种方法得到准确的v(λ)的方法(专利名：一种准确测量v(λ)的系统及方法，专利号202011439257.7)。但是，包括此方法在内的目前公开的方法，均需要将采用单波长光源。事实上，目前的单色led光源，光谱半高全宽为10～30nm，无法达到单波长的要求，依然是宽带光源。激光源可视为单波长光源，但是可见光范围内激光波长的种类有限，难以完成v(λ)测试实验。

5、采用宽带光源测量v(λ)，一般将光源等效为峰值波长的单波长光源，这就带来了误差，导致难以精准测量v(λ)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有的宽带光源测量v(λ)时,存在对应的特征波长无法精准获取的问题，设计了一种采用宽带led光源准确测量v(λ)的系统和方法，从而大大提高了对人眼光谱光视效率函数的测量精度。

2、为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明设计了一种采用宽带led光源测量人眼光谱光视效率的系统，其该系统包括：

4、直流电源，用于为方波信号发生器供电；

5、方波信号发生器，其电连接于所述直流电源上，用于交替输出发光信号0/1；其中，信号频率为25赫兹，0/1信号占空比是50％；

6、非门，其用于接收所述方波信号发生器输出的发光信号0或发光信号1；

7、mos管a，其连接于所述方波信号发生器上，且输出端连接电阻箱a；

8、mos管b，其连接于所述非门上，且输出端连接电阻箱b；

9、参考光源，其电连接于电阻箱a的输出端并由其控制发光强度；

10、待测光源，其电连接于电阻箱b的输出端并由其控制发光强度；

11、恒流电源，电连接于mos管a和mos管b，通过所述mos管a和所述mos管b控制所述恒压电源分别为所述参考光源和所述待测光源进行供电；

12、以及积分球，其内壁设置有反射层，其上还设置有光源孔、观察孔以及测量孔，所述参考光源和待测光源设置于所述光源孔中；

13、其中，所述的待测光源包括单颗led光源以及多颗led混合光源；

14、其中，在所述pwm信号发生器提供的发光信号为1时，触发mos管a为所述参考光源驱动发光；在所述方波信号发生器提供的发光信号为0时，通过所述非门触发mos管b为所述待测光源驱动发光。

15、具体的，本发明设计的这种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统其连接方式为：直流电源给方波信号发生器供电，方波信号发生器输出方波脉冲，其频率和占空比均可调，作用是提供交替发光信号0/1，即当信号为1时，触发mos管a给参考光源驱动发光，当信号为0时，通过非门触发mos管b给待测光源驱动发光。mos管a和mos管b控制恒压电源给参考光源和待测光源供电。mos管a和mos管b分别连接电阻箱a和电阻箱b，电阻箱a和电阻箱b的输出端分别连接参考光源和待测光源；通过调整电阻箱a和b，可以调整参考光源和待测光源的光输出(发光强度)。

16、具体的，本发明设计中这种测量系统中参考光源和待测光源均采用led作为光源。

17、进一步的，一种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统：所述积分球为钢质圆球，其直径为25至50厘米。

18、进一步的，一种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统：所述的反射层对380～780nm内所有波长光线的反射率高于95％。

19、进一步的，一种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统：所述的光源孔和所述观察孔设置为与所述积分球的球心在同一直线，所述测量孔设置于靠近所述观察孔处。

20、进一步的，一种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统：所述观察孔的前方还设置有挡光板，以用于阻挡光源发出的光线对于观察者的直射，让观察者所观测到的灯光都是均匀的，经过积分球内壁充分反射的。具体的，挡光板设置为圆形，其设置于观察孔前约1/5直径处。

21、进一步的，一种准确测量人眼光谱光视效率函数的系统：所述参考光源和所述待测光源紧靠设置且不接触，也不接触所述积分球的内壁。

22、本发明还提供了一种准确测量人眼光谱光视效率的方法，该方法包括如下具体步骤：

23、s1、利用所述直流电源为所述方波信号发生器供电，使其交替输出25hz的脉冲方波信号，即发光信号0/1；

24、s2、方波信号发生器输出为1时，触发mos管a为参考光源驱动发光，方波信号发生器输出为0时，通过非门触发mos管b为待测光源驱动发光，以使所述参考光源与待测光源发出光的光交替闪烁；

25、s4、观察者从所述观察孔处对所述积分球内的光线进行观察，并通过调节所述电阻箱b改变所述待测光源的发光强度，当调节待测光源的发光强度至某一值时，观察者感受到的待测光与参考光的闪烁感达到最小或者消失，此时认为所述参考光源与待测光源的发光强度相等，达到平衡；

26、s5、经测量孔，分别测量所述待测光源与参考光源单独发光时所述积分球测试孔处的光谱辐射通量φe(λ)；

27、s6、改用不同光谱的待测光源，可以得到不同待测光源对应的光谱辐射通量φe(λ)。待测光源不少于9种光谱分布，其对应的光谱辐射通量为φen(λ),(n＝1,2,3...)

28、本发明提供的这种测量人眼光谱光视效率函数系统及方法的测量原理是：光谱光视效率函数采用3个高斯函数描述，表示为公式(1)：

29、

30、式中，c1,c2,c3，λ1，λ2，λ3，δλ1，δλ2，δλ3是9个待定系数。则有：

31、

32、s7、根据方程组(2)，只要待测光源不少于8种，就可以得到9个待定系数的最佳值，进而得到光谱光视效率函数v(λ).式中，λ1大小在465至470nm,λ2大小在495至510nm,λ3大小在625至640nm,δλ1大小在22至28nm,δλ2大小在36至47nm,δλ3大小在23至28nm.

33、闪烁法是判断光度量相等的方法，在同一视野内把参考光和待测光迅速、交替地以特定的频率照到视场内，并通过调整待测光源的驱动电流，直到观测人员感觉到闪烁已经消除(或最小)时，认为参考光与待测光在视觉上的发光强度相等。该方法的基本原理是：当视觉区域中待测光源与参考光源的交互频率大于其关键闪光阈值时，人类仅能感受到亮度的闪烁，而不能感受到色彩闪烁。由闪烁法的基本理论可知，这种测量方法只包含了非色道的影响，在测定光谱光视效率函数的过程中，闪烁法的离散性较低，只有非色度道起了影响，使得该法测得的光谱光视效率函数符合亮度相加性。

34、本发明的有益效果：创造性采用宽光谱光源为待测光源和参考光源，减小了单色光源刺激不同视觉通道，导致无法观察到闪烁消除的现象。创造性解决了待测led测量得到的v(λ)对应的波长λ难以确定的问题。