LED广色域投影显示系统实时色域校准的研究

针对LED广色域投影显示系统中色域过大带来颜色失真的问题,在时序工作方式中,采用在一个基色光工作时,同时加入一定比例的其他基色光作为辅助光,将该基色光的色品坐标移到所需位置的色域校准方法。另外,为了避免LED一致性差异和环境温度变化及工作时间对LED主波长和色品坐标造成的影响,提出利用一组XYZ色度传感器实时测量并反馈三基色LED色品坐标的方法。该方法通过对色域校准算法编程实现实时色域校准,达到了正确显示颜色的目的。     

基于RGBW四色LED的混光研究

根据RGBW四色混光方程组,结合脉冲宽度调制法的特点推导出占空比与色品坐标的函数关系。借助Matlab软件对混合光的光效和一般显色指数进行多元约束条件下寻优,并通过实验验证。结果表明:RGBW光源模块可实现2703 K~7692 K色温范围的白光,优化目标为显色性能最佳时,混合光的一般显色指数高达95,在光效最大的优化目标下,混合光可以实现108 lm/W的高光效。为了使光源模块同时具有优良的光效和显色性能,提出对光效和一般显色指数同时进行寻优。模拟实验表明:适当降低光效可以显著提高显色性能;降低显色性能同样可以改善光效。通过平衡光效和显色性能,可以实现一般显色指数大于90且适用于多数场所的高光效白光。     

基于PWM调光的高显色性白光LED混光优化方法

提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)的红/绿/蓝/暖白(R/G/B/WW)四色发光二极管(LED)白光混合方法。该方法根据多基色混合白光光源相对光谱功率分布(SPD)符合线性叠加原理,采用1931 CIE-XYZ三刺激值建立混合光中各光源色坐标与贡献率的关系。在优化目标显色性能最佳时,建立混合光的光通量与占空比的函数关系,并采用R/G/B/WW四色LED进行实验验证。结果表明,R/G/B/WW LED模块可实现一般显色指数Ra在95以上、其最大相对误差为1.35%、相关色温在3 000～7 000 K、光通量为200～1 000 lm、发光效率在170～240 lm/W范围变化的白光调节。     

基于遗传算法的RGBW混光优化研究

根据RGBW四色混光原理,采用脉冲宽度调制(PWM)调光方式,建立目标色坐标与占空比的关系方程,采用遗传算法对混合光的光通量和一般显色指数进行多元约束下寻优,在3 571~11 082 K色温范围内选取13组目标色温,采用Matlab软件进行优化仿真,最后通过实验验证。结果表明:采用遗传算法对混合光进行光通量最大化寻优,能够使混合光的光通量最高可达166.062 lm;采用遗传算法对一般显色指数进行最大化寻优,能够使混合光的一般显色指数最高可达88.3。为了保证混合光光源同时兼具高光通量和高显色性能,采用遗传算法对光通量和一般显色指数同时寻优,并采用Matlab进行模拟实验,结果表明:通过同时优化光通量和一般显色指数,能够保证混合光的一般显色指数大于82时兼具适用于大多数照明场所的高光通量。     

基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究

彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.     

基于双复眼透镜的三基色激光合成均匀白光束

为获得高亮度均匀白光束,基于复眼透镜光束匀化原理,设计了一套以三基色半导体激光器为光源的双复眼透镜光束匀化合成光学系统。该系统包含两套复眼透镜模组,第一套模组将分立三基色激光束聚焦合成均匀白光斑,第二套模组将白光斑转换为空间均匀白光束。对系统进行仿真,并对空间不同位置处的光分布进行照度和色度均匀性分析,结果表明所得光束为均匀白光束,理论上验证了该光学系统的可行性。搭建了实验光路,分别在距离系统1、2、5 m处对合成白光束进行测量,结果表明合成光束照度均匀性均大于90%,色坐标标准差均小于0.0027。该光学系统合成的白光束具有亮度高、色坐标和强度分布均匀等优势,有望在医用光疗、显示、车用照明等领域得到广泛应用。     

LED照明的光栅光调制器光学特性分析与实验

针对一种新型的光凋制器--光栅光调制器,研究用LED作为其照明光源时对光学调制特性的影响.以部分相干光理论为依据,结合MATLAB仿真,推导出用LED照明光栅光调制器时,光源带宽对成像对比度具有较大的影响,通过滤色片将光源带宽减小到13 nm时,像面上的对比度约为150,进一步减小带宽至10 nm,对比度将达到225.光源的尺寸在与光源到光栅光调制器之间的距离相比小于0.03时,对光栅光调制器的光学信息处理不会有影响,并通过实验加以证实,从而说明采用LED作为光栅光调制器照明光源的可行性.     

全色彩RGB灯电控光源设计研究

介绍星敏感器和星模拟器在航空器空间姿态确定中的作用和地位及其基本工作原理。依据色度学理论与公式,分析如何使用红、绿、蓝三原色合成各种颜色的光源,并推导三原色色品坐标和亮度与合成光源色品坐标之间的数学方程式。在理论研究的基础上,设计一种以全色彩RGB灯作为发光器件的静态多路星模拟器电控光源。在实验室条件下,对电控光源系统输出光功率和峰值波长的稳定性进行测试实验,并给出实验结果。实验结果表明:单个光源的短期稳定性均优于1/1 000。     

彩色PDP中荧光粉发光色坐标的测量方法研究

等离子体显示器已成为平板显示领域主要发展方向之一。在等离子体显示器上测得的色坐标包含了两部分：一部分是荧光粉在PDP器件中发光色的色坐标，一部分是PDP工作时气体放电的色坐标。在PDP屏的制作过程中，荧光粉经历了浆料制备、干燥、烧结以及老炼等工艺过程。因此，荧光粉在PDP屏上表现出的色坐标比起荧光粉体来说会产生一些变化。本文以测量PDP中荧光粉发光色坐标为目的，提出了一种用单色PDP屏色坐标、亮度和同结构下气体放电色坐标、亮度来获得荧光粉在PDP屏中色坐标和亮度的方法，设计制作了测试PDP屏三基色荧光粉发光色坐标所用的单色试验屏。用CRT ColorAnalyzer（CA－100）时PDP屏和PDP屏上气体放电产生的亮度和色坐标都进行了测量，根据合成颜色的在刺激值与二种已知颜色的在刺激值具有线性叠加关系，计算出了荧光粉在PDP器件中的色坐标和亮度。同时，用WGD－3型组合式多功能光栅光谱仪对PDP屏和气体放电的发光光谱进行了测量，用计算机将测得的发光光谱在同波长下相减，从而获得了荧光粉在PDP中的发光光谱。结果表明绿粉和蓝粉的色坐标变化较大，而红粉变化较小，使得PDP白场色温向较低的方向变化。绿粉和蓝粉的发光谱线的半峰宽与原粉比较都有减小，峰值发光强度也减小了，绿粉的峰值发光波长从526nm变至523．4nm。     

多基色混合白光LED显色性优化研究

为优化多基色混合白光LED的显色性,得到色彩生动的白光LED照明效果,以评价饱和红色的特殊显色指数R₉为研究对象,通过多基色光源混合白光LED的光谱功率分布的高斯数学模型,选取峰值波长λ_m、半波宽Δλ和幅值A为基色光源光谱功率分布的主要参量,并以“蓝光芯片+YAG黄色荧光粉”和“红、绿和蓝基色LED”为分析模型分别进行二基色和三基色混合白光LED显色性研究,讨论两种基色混合情况下三个参量对混色白光LED的显色性R₉贡献。结果表明：为使多基色混合白光LED的显色性更好,首先确定光源S1的峰值波长λ_m1、半波宽Δλ₁及幅值A₁;然后设定其他基色光源幅值A_i以求此条件下峰值波长λ_mi和半波长Δλ_i取值范围;最后在求得的峰值波长λ_mi和半波长Δλ_i取值范围,反求基色光源的最佳幅值A_iopt,从而使多基色混合白光LED的显色性达到最佳效果。该方法对分析基色混合白光LED的显色性具有理论参考价值。     

基于PWM的三基色LED的调光调色方法

提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)的三基色发光二极管(LED)调光调色计算模型,建立了混合光的色品坐标与占空比、相关色温与占空比、最大光通量与色品坐标的函数关系。采用红绿蓝(RGB)三基色LED进行实验验证,实验结果表明:计算模型能较好的指导LED光色调节,混合光色品坐标的理论值和测量值之间的误差小于2.5%,模拟太阳光的色温变化误差仅为50 K。该计算模型可应用于各种三通道LED的调光调色,其高精度的优点能更精确地实现智能照明,极具实用价值。     

高显色指数白光LED光源的研究

根据光源混合原理和模拟黑体轨迹的Chebyshev法,推导了三通道脉冲宽度调制(PWM)占空比与色坐标、光通量、相对色温之间的关系式,同时确定调光约束条件。在上述推导公式基础上,设计出一种智能调光控制系统,该系统通过手机客户端分别控制暖白/绿/蓝3种LED光源模组,实现高显色指数R_a下混合白光的调光调色。实验结果表明:设置光源色温为3 600 K时,光通量在600 lm之内,设定值与测试值最大误差为0.74%;当光源光通量设定为300 lm时,色温在[3 200, 7 600]之间连续可调,其最大误差为1.82%,且光通量波动小于4%;混合光源具有较高的显色指数,在调光范围内,一般Ra在90以上,最大可达95.3。     

颜色混合和三刺激计算综合设计实验

颜色混合相加定律是所有颜色配色的基础，而物体色会随着光源的不同产生色差是光源色度学的重要知识点。通过三基色激光器混合出等能白色，并通过改变其中任一激光器的光通量，发现其混合色也随着改变，从而验证了格拉斯曼色彩混合定律。同时设计了同一物体在不同光源照射下，其三刺激和色度坐标的变化，验证了物体色跟光源色之间的关系。     

多基色LED的照明通信光源显色性研究

可见光无线通信(visible light communication,VLC)是将LED照明技术和光通信技术相结合的一种新兴技术。针对目前LED照明通信光源显色性差、光效低且色温不可调等问题,依据多基色LED白光通信原理进行了相关研究,以Yoshi等提出的高斯分布形式作为基色LED的光谱模型,利用国际照明委员会(CIE)推荐的一般显色指数(R_a)和美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)推荐的一般色质指数(Q_a)评价光源的显色性。采用遗传算法,在2 700~6 500 K色温范围内优化出单个色温以及色温可调光源满足显色性最优的光谱组合,并基于R_a和Q_a大于80的原则优化出色温可调光源光视效能(luminous efficacy of radiation,LER)最优化的光谱组合。最后根据实验结果分析了光源的显色性、光视效能和色温可调性三者之间的关系。结果表明：三基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为613 nm/541 nm/464 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为81.2和81,可以满足一般条件下的照明通信需求;四基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为620 nm/562 nm/505 nm/449 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为96.7和92.2。在特殊照明场所或要求较高的通信速率时,应采用四基色白光LED作为照明通信光源。仿真得到了三基色和四基色白光LED的最佳光谱组合,为宽通道可见光通信光源的设计提供了参考依据。     

LED白光源用Pr~(3+),Ce~(3+):YAG光纤制备与特性

采用激光加热基座法制备LED白光源用Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料,对所制备材料的荧光光学特性进行了实验分析结果表明,在Pr3+和Ce3+共掺发光过程中,Pr3+离子的发光可以通过Ce3+敏化作用使得其610 nm谱线荧光强度得到有效增强;利用所制备Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED合成产生高效LED光纤白光源,光源的色坐标为(x＝0.322,y＝0.335),显色指数84.3,表明光源品质良好,有望用于未来高效大功率光纤白光源.     

LED白光源用Pr3+,Ce3+:YAG光纤制备与特性

采用激光加热基座法制备LED白光源用Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料,对所制备材料的荧光光学特性进行了实验分析结果表明,在Pr3+和Ce3+共掺发光过程中,Pr3+离子的发光可以通过Ce3+敏化作用使得其610 nm谱线荧光强度得到有效增强|利用所制备Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED合成产生高效LED光纤白光源,光源的色坐标为(x＝0.322,y＝0.335),显色指数84.3,表明光源品质良好,有望用于未来高效大功率光纤白光源.     

基于RGB三基色半导体激光的高功率白激光光源

基于红绿蓝(RGB)三基色直接半导体激光器合成的白激光光源具有转换效率高、显色指数好、输出功率高等优点,是新一代的理想照明光源和显示光源之一。基于RGB三基色半导体激光器件,通过空间合束、波长合束等,三基色光耦合进单光纤,光纤输出合束光功率超过100 W。根据色度学原理进行颜色功率配比,获得了功率达63 W、色温为5 710 K的白光输出,与标准白光D_(65)相比色温偏差小于12.2%。在此基础上,调整红色激光输出功率,获得了功率达58.4 W、色温为6 480 K的白光输出,与标准白光D_(65)相比色温偏差小于3.08%。基于该光源,通过调整激光功率配比,可实现不同色温的合束激光输出。     

多色、多频光谱角色散匀滑技术的参数优化

针对多色、多频光谱角色散束匀滑方案,数值模拟和分析了多色波长差、多频波长差、带宽和色循环数等主要参数对远场光场均匀性的影响,进而对相关参数进行了优化。结果表明,随着多色波长差的增加,远场焦斑均匀性呈先变好后降低的趋势,即存在最佳波长差;当多频波长差和带宽增加时,远场光场均匀性均得到改善,但考虑高效三倍频的影响,多频波长差和带宽均不宜取太大。当光栅色散系数不变时,远场光强对比度随色循环数的增大呈先减小后增大的趋势,即存在最佳色循环数的选择问题,但最佳色循环数并不为1,而是随着光源参数和光栅参数的变化而有所变化。     

中性色温下两基色、三基色荧光粉转换白光LED的光谱优化

针对中性色温4 870 K,考虑斯托克斯损失,研究了两基色、三基色的白光LED的光谱优化。结果表明:InGaN/GaN基蓝光LED激发YAG荧光粉合成的白光光视效能可高达483.5 lm/W,但显色性较差,计算的斯托克斯效率为83.9%。加入窄带红色荧光粉或红光LED,优化后的光视效能降低为343 lm/W,但显色指数升至94.7,同时计算得到该LED的斯托克斯效率为84.4%。对该优化的三基色LED光谱进行可调色温白光的特性分析,发现较高色温 (＞4 000 K)对应的显色指数普遍高于低色温(＜4 000 K)的显色指数。     

利用吸收光谱确定叶绿素a和b的颜色

叶绿素a和b在植物生长过程中起着至关重要的作用,精确测定其含量,可为农作物生长状况、植物病理诊断等提供科学依据,是实施精准农业的关键所在。文章将前人已经给出的叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱实验数据,转换为透过光谱。用人眼观察其透过光谱,显然就形成叶绿素a和b的颜色。于是,根据色度学的三基色原理,选择具有确定光谱功率分布的标准光源作为照明光源,确定了它们在CIE1931-色品图中的色度坐标：叶绿素a为(0.198 1,0.334 1), 落在蓝绿色区域内;叶绿素b为(0.270 4,0.566 3),落在黄绿色区域内。上述处理的要点是：将叶绿素a和叶绿素b的光谱曲线压缩成色度图上的坐标点,其结果将为发展植物单叶或群体的非接触式、远距离、无损伤测定植物色素含量的新技术提供必要的理论支持。