專利名稱：一種與夜視成像系統(tǒng)兼容的led光源及其照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特殊照明用光源和光學(xué)系統(tǒng)，尤其是一種利用合成光源代替濾色光源所得的夜視兼容光源及其照明系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種與夜視成像系統(tǒng)兼容的LED光源及其照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在大多數(shù)情況下，航空機(jī)載設(shè)備的光源、指示燈、顯示器均要求與夜視成像系統(tǒng)(NVIS)兼容，同時(shí)對(duì)光源和指示燈的光譜分布特性、亮度、色度輻亮度均有極其嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的與NVIS兼容的光源(或顯示器背光源)一般是通過特制的濾色片、涂層或鍍層來(lái)濾除一定波長(zhǎng)以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜，去除長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜的能量的方法來(lái)設(shè)計(jì)制造的。濾色片、涂層或鍍層是通過材料中的原子或分子本身對(duì)光譜中特殊的波長(zhǎng)吸收而濾除一定范圍內(nèi)的光譜，其制造復(fù)雜，成本高，最終效果往往不理想。
某些與NVIS兼容的光源對(duì)光譜的要求舉例如圖1所示；不同要求的夜視兼容光源如綠A標(biāo)準(zhǔn)光源，λ2大約為540--550nm，λ1大約為520--535nm，色坐標(biāo)在CIE 1976 UCS圖譜中為u’＝0.088，v’＝0.543，允差r＝0.037。對(duì)于與NVIS兼容的單色顯示器，亮度為1.713cd/m2時(shí)，輻亮度要求NRA≤1.7×10-10W/Sr·cm2；NRB≤1.6×10-10W/Sr·cm2；對(duì)于彩色顯示器的夜視白色光源，λ2大約為625--635nm，λ1大約為605--620nm，色坐標(biāo)在CIE 1976 UCS圖譜中為u’＝0.190，v’＝0.490，允差r＝0.04。對(duì)于與NVIS兼容彩色顯示器，亮度為1.713cd/m2時(shí)，輻亮度要求NRA≤2.3×10-9W/Sr·cm2，NRB≤2.2×10-9W/Sr·cm2。
NRA，NRB分別是A、B類NVIS設(shè)備對(duì)輻亮度的要求。
有關(guān)對(duì)夜視成像系統(tǒng)(NVIS)兼容的航空機(jī)載設(shè)備照明、指示及顯示光源詳細(xì)要求及技術(shù)說(shuō)明，NRA， NRB計(jì)算方法等均可參見GJB 1394-92《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機(jī)內(nèi)部照明》。
與此同時(shí)作為目前十分成熟的發(fā)光LED產(chǎn)品具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、批次產(chǎn)品波長(zhǎng)一致性好，主峰波長(zhǎng)誤差可以控制在±5nm以內(nèi)。便于保證夜視兼容光源的主波長(zhǎng)的一致性和準(zhǔn)確性。
2、光譜能量分布相對(duì)波長(zhǎng)集中，一般產(chǎn)品約99.9％的能量集中在主峰波長(zhǎng)的±20nm之內(nèi)。其能量分布下降曲線非常類似理想濾色片的截止曲線。如圖2；3、亮度、波長(zhǎng)對(duì)溫度穩(wěn)定性好，在-40℃-+80℃范圍內(nèi)，亮度相對(duì)常溫變化率≤-15％，波長(zhǎng)相對(duì)常溫變化量±5nm。便于保證夜視兼容光源的產(chǎn)品環(huán)境穩(wěn)定特性。
4、有較完整的產(chǎn)品系列可供設(shè)計(jì)選擇，從紫外到紅外，包括可見光范圍內(nèi)的LED產(chǎn)品在技術(shù)上已經(jīng)成熟，便于夜視兼容光源的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
但據(jù)申請(qǐng)人所知目前將上述LED的優(yōu)良性能和公知的配色原理設(shè)計(jì)配置的用于與夜視成像系統(tǒng)兼容的兼容光源的技術(shù)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前與夜視成像系統(tǒng)兼容的光源均為一般光源加上濾色片或?yàn)V膜制造而成所存在的研制過程復(fù)雜，成本高，最終效果往往不理想的問題，發(fā)明一種利用彩色LED配置而得到的成本低、結(jié)構(gòu)配置簡(jiǎn)單方便的與夜視成像系統(tǒng)兼容的光源，同時(shí)結(jié)合該光源的特點(diǎn)制造出相應(yīng)的照明系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種與夜視成像系統(tǒng)兼容的光源，其特征是它由以下方法配置形成a、至少選取兩種波峰波長(zhǎng)不同，且均小于夜視成像系統(tǒng)特征波長(zhǎng)λ1的彩色LED發(fā)光二極管；b、根據(jù)CIE 1976 UCS圖譜顏色分布和配色一般規(guī)則以及夜視成像系統(tǒng)的要求選擇彩色LED發(fā)光二極管的顏色；c、使所選擇的不同顏色的彩色LED發(fā)光管與驅(qū)動(dòng)電路相連，使其中的每種顏色的發(fā)光二極管的亮度可調(diào)；
d、分別調(diào)整各種顏色的LED發(fā)光二極管的亮度及其比例，以使各顏色LED發(fā)光二極管混色后的亮度、色坐標(biāo)和輻亮度均滿足夜視成像系統(tǒng)的要求，即得本發(fā)明的夜視兼容光源。
一種利用前述所得的LED夜視兼容光源制造的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在導(dǎo)光板(1)的側(cè)邊上安裝有若干組由彩色LED發(fā)光二極管發(fā)光組(2)組成的兼容光源，每組兼容光源距導(dǎo)向板(1)側(cè)邊的距離L1應(yīng)保證混色充分，所述的兼容光源LED發(fā)光二極管發(fā)光組(2)的數(shù)量由要求的導(dǎo)光板(1)總亮度、每個(gè)夜視兼容光源中的彩色LED發(fā)光組(2)的單組發(fā)光亮度決定。(見圖5)。
在導(dǎo)光板(1)的其他一側(cè)或二側(cè)上安裝有白色LED，它構(gòu)成了本發(fā)明的單色或彩色液晶顯示器用的能與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要(見圖6)。
在導(dǎo)光板(1)底面布置有高亮度白色LED或CCFL燈管，它也構(gòu)成了本發(fā)明的單色或彩色液晶顯示器用的能與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要(見圖7)。
一種利用前述的IED夜視兼容光源制造的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在發(fā)光區(qū)域的底面上安裝有夜視兼容光源和白色LED，它同樣構(gòu)成了本發(fā)明的單色或彩色液晶顯示器用的能與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要(見圖8)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明具有低成本、設(shè)計(jì)周期短、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，可用于制造與夜視成像系統(tǒng)(NVIS)兼容的航空機(jī)載、車載、船載或手持設(shè)備照明、指示及顯示光源。
本發(fā)明還具有壽命長(zhǎng)，安裝維修方便的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是與NVIS兼容的光源對(duì)光譜的相對(duì)分布要求，λ1為夜視兼容光源特征光譜波峰波長(zhǎng)，λ2為相對(duì)主能量比為1×10-3的能量波長(zhǎng)。
圖2是典型LED光譜分布圖，約99.9％的能量集中在主峰波長(zhǎng)的±20nm之內(nèi)。λ3為L(zhǎng)ED能量光譜波峰波長(zhǎng)，λ4為相對(duì)主峰能量比為1×10-3的能量波長(zhǎng)。
圖3是兩種LED混合后的光譜分布圖。λ5為影響輻亮度指標(biāo)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的LED能量光譜波峰波長(zhǎng)，λ6為相對(duì)主峰能量比為1×10-3的能量波長(zhǎng)。
圖4是三種LED混合后的光譜分布圖，三色為R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))；圖5是導(dǎo)光面板的混色光路示意圖。
圖6是側(cè)背光方式單色或彩色液晶顯示器背光的夜視兼容混色光路示意圖。
圖7是底背光和側(cè)背光混合的方式單色或彩色液晶顯示器夜視兼容背光光路示意圖。
圖8是底背光方式全LED發(fā)光方式單色或彩色液晶顯示器背光的夜視兼容混色光路示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)構(gòu)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖2-8所示。
一種與夜視成像系統(tǒng)兼容的LED光源，它由以下方法配置形成a、至少選取兩種波峰波長(zhǎng)不同，且均小于夜視成像系統(tǒng)特征波長(zhǎng)λ1的彩色LED發(fā)光二極管；b、根據(jù)CIE 1976 UCS圖譜顏色分布和配色一般規(guī)則以及夜視成像系統(tǒng)的要求選擇彩色LED發(fā)光二極管的顏色；c、使所選擇的不同顏色的彩色LED發(fā)光管與驅(qū)動(dòng)電路相連，使其中的每種顏色的發(fā)光二極管的亮度可調(diào)；d、分別調(diào)整各種顏色的LED發(fā)光二極管的亮度及其比例，以使各顏色LED發(fā)光二極管混色后的亮度、色坐標(biāo)和輻亮度均滿足夜視成像系統(tǒng)的要求，即得本發(fā)明的夜視兼容光源。
一種利用前述所得的夜視兼容光源制造的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，在導(dǎo)光板(1)的一側(cè)上安裝有若干組由彩色LED發(fā)光二極管(2)發(fā)光組組成的兼容光源，每組兼容光源距導(dǎo)向板(1)側(cè)邊的距離L1應(yīng)保證混色充分，所述的兼容光源的數(shù)量由導(dǎo)光板(1)的邊長(zhǎng)、每個(gè)兼容光源中的彩色LED發(fā)光二極管(2)發(fā)光組之間的間距L2及其發(fā)射角R決定，見圖5，圖中L1是混光區(qū)距離(一般取值范圍為5-10mm)，太小會(huì)混色不充分，顏色均勻性差。1為導(dǎo)光面板的導(dǎo)光板，將混色后的光線傳導(dǎo)到需要發(fā)光的部位。2為兩個(gè)或兩個(gè)不同顏色的LED組成的發(fā)光組，相互距離要盡可能的小。L3為兩組混光LED距離，根據(jù)L1和LED發(fā)射角R計(jì)算出最大L3，L3盡可能小，以保證顯示或照明的顏色均勻性和亮度。
為了使單色或彩色液晶顯示器用的光源能與夜視成像系統(tǒng)兼容，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要可采用圖6所示的結(jié)構(gòu)，即在導(dǎo)光板2的另一側(cè)或二側(cè)上安裝有白色LED，圖6中在導(dǎo)光板1的某一個(gè)側(cè)面布置LED夜視兼容光源，在另一側(cè)面或一個(gè)以上的側(cè)面布置白色LED就形成了能兼顧白天和晚上使用的顯示器背光的混色光路。2為兩個(gè)或兩個(gè)不同顏色的LED組成的發(fā)光組，3為白色LED。
同樣可在導(dǎo)光板1底面布置有高亮度白色LED或CCFL燈管，它也構(gòu)成了本發(fā)明的單色或彩色液晶顯示器用的能與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要，見圖7，圖7中在導(dǎo)光板1的一個(gè)側(cè)面布置LED夜視兼容光源，在底面布置高亮度白色LED或CCFL燈管就形成了能兼顧白天高亮度和晚上使用的機(jī)載液晶顯示器背光。1為導(dǎo)光板，2為兩個(gè)或兩個(gè)不同顏色的LED組成的發(fā)光組，3為白色LED，4為CCFL燈管(相對(duì)白色LED的另一種設(shè)計(jì)方案)，5為反射膜及燈腔組件，6為燈腔及反射膜組件，7為光學(xué)膜組件為反射膜及燈腔組件。
具體實(shí)施時(shí)還可直接在發(fā)光區(qū)域的底面上安裝有夜視兼容光源和白色LED，它同樣構(gòu)成了本發(fā)明的單色或彩色液晶顯示器用的能與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，既能滿足夜視需要，也能滿足白天使用需要，見圖8，圖8中直接在導(dǎo)光板的底面的PCB板上布置LED夜視兼容光源和白色LED，形成能兼顧白天高亮度和晚上使用的液晶顯示器背光。2為混色LED夜視兼容光源發(fā)光組，7為光學(xué)膜組件，6為反射膜及燈腔組件，3為高亮度白色LED。
綜上所述通過對(duì)不同要求的夜視兼容光源進(jìn)行光譜分析，利用LED波長(zhǎng)極窄的光譜分布特性、波長(zhǎng)穩(wěn)定性及其亮度調(diào)節(jié)控制特性，采用兩種或兩種以上不同波長(zhǎng)的LED發(fā)光管進(jìn)行混合、調(diào)節(jié)亮度大小(混色比例)，從而得到需求的各種夜視兼容光源。
這些特殊光源不僅對(duì)色度提出要求，而且對(duì)發(fā)光亮度、光譜輻亮度提出了嚴(yán)格的量化要求。由于NVIS對(duì)其工作光譜范圍內(nèi)一定波長(zhǎng)范圍的光譜敏感度極高，與NVIS兼容的光源(或顯示器)不能包含這些波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜，對(duì)應(yīng)的這些光譜的能量。
如圖3、圖4采用本方法有選擇的用兩種或三種LED混合成設(shè)備指示燈、報(bào)警燈或顯示器需要的背光源光譜，并且不包含NVIS敏感的光譜，能得到很好的夜視兼容光源光譜特性，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法和產(chǎn)品研制周期。本發(fā)明也可用于其它對(duì)光源光譜特性、輻亮度及亮度、電磁兼容性能有準(zhǔn)確嚴(yán)格要求的光源的設(shè)計(jì)和制造，如夜航指示照明燈、報(bào)警燈、各類單色或彩色顯示器背光源、導(dǎo)光面板等。
基本設(shè)計(jì)方法1、LED選擇，單色LED能量光譜相對(duì)分布一般如圖2所示，對(duì)幾種不同的常用LED光譜分布線結(jié)合GJB 1394-92 《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機(jī)內(nèi)部照明》上的計(jì)算方法建立相應(yīng)的亮度、NRA或NRB輻亮度EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)，分析需設(shè)計(jì)的夜視兼容光源，亮度要求，色坐標(biāo)要求，輻亮度要求，選擇特定波長(zhǎng)的兩種或三種LED進(jìn)行混合光譜數(shù)據(jù)計(jì)算分析，如果NRA或NRB輻亮度超標(biāo)，利用相鄰波長(zhǎng)同色LED光譜特性相似的原理，調(diào)整有關(guān)LED主峰波長(zhǎng)，修正特征數(shù)據(jù)模擬計(jì)算。最終計(jì)算出滿足設(shè)計(jì)要求的LED波長(zhǎng)及其對(duì)應(yīng)亮度比例。對(duì)本發(fā)明而言，最關(guān)鍵的是較長(zhǎng)波長(zhǎng)的LED選擇，它對(duì)NRA或NRB輻亮度計(jì)算結(jié)果的影響極大，另外一個(gè)或兩個(gè)波長(zhǎng)的LED主要是配合長(zhǎng)波長(zhǎng)LED混色形成所需要的光源色度(色坐標(biāo))。對(duì)滿足夜視兼容要求的彩色顯示器，其夜視白色光源必須有紅、綠、藍(lán)三色LED。對(duì)滿足綠A標(biāo)準(zhǔn)夜視兼容要求的單色顯示器，其夜視綠光源必須有綠、藍(lán)兩色LED。NRA或NRB積分計(jì)算方法參見GJB 1394-92《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機(jī)內(nèi)部照明》。
2、配色基本方法依據(jù)CIE 1976 UCS圖譜顏色分布和配色一般規(guī)則，兩原色可配顏色范圍較小，配制光源色彩在該兩色LED波長(zhǎng)的相關(guān)線上；三原色或四原色法可配制NTSC范圍內(nèi)70％以上的顏色光源。
3、對(duì)選定的LED設(shè)計(jì)有關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，控制其亮度比例。一般有恒壓限流法、升壓IC恒流驅(qū)動(dòng)法；光源的總亮度可以用PWM或可調(diào)電流源調(diào)節(jié)方法予以調(diào)節(jié)，但混色LED相互的亮度比一經(jīng)確定必須保證不變，否則不僅配色顏色有變化，而且NRA或NRB光譜輻亮度的結(jié)果會(huì)有變化，甚至超標(biāo)。有關(guān)LED驅(qū)動(dòng)電路本發(fā)明不予詳述。
4、設(shè)計(jì)有關(guān)光路滿足不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，如圖5、圖6、圖7圖8。
本發(fā)明未詳述部分可參照相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)加以確定。
權(quán)利要求
1.一種與夜視成像系統(tǒng)兼容的LED光源，其特征是它由以下方法配置形成a、至少選取兩種波峰波長(zhǎng)不同，且均小于夜視成像系統(tǒng)特征波長(zhǎng)λ1的彩色LED發(fā)光二極管；b、根據(jù)CIE 1976 UCS圖譜顏色分布和配色一般規(guī)則以及夜視成像系統(tǒng)的要求選擇彩色LED發(fā)光二極管的顏色；c、使所選擇的不同顏色的彩色LED發(fā)光管與驅(qū)動(dòng)電路相連，使其中的每種顏色的發(fā)光二極管的亮度可調(diào)；d、分別調(diào)整各種顏色的LED發(fā)光二極管的亮度及其比例，以使各顏色LED發(fā)光二極管混色后的亮度、色坐標(biāo)和輻亮度均滿足夜視成像系統(tǒng)的要求，即得本發(fā)明的夜視兼容光源。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的夜視兼容光源制造的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在導(dǎo)光板(1)的側(cè)邊上安裝有若干組由彩色LED發(fā)光二極管發(fā)光組(2)組成的夜視兼容光源，每組夜視兼容光源距導(dǎo)向板(1)側(cè)邊的距離L1應(yīng)保證混色充分，所述的兼容光源LED發(fā)光二極管發(fā)光組(2)的數(shù)量由要求的導(dǎo)光板(1)總亮度、每個(gè)夜視兼容光源中的彩色LED發(fā)光組(2)的單組發(fā)光亮度決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在導(dǎo)光板(1)的其他一側(cè)或二側(cè)上安裝有白色LED。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在導(dǎo)光板(1)底面布置有高亮度白色LED或CCFL燈管。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的兼容光源制造的與夜視成像系統(tǒng)兼容的照明系統(tǒng)，其特征是在導(dǎo)光板(1)的底面上安裝有LED夜視兼容光源和白色LED。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)目前與夜視成像系統(tǒng)兼容的光源均為一般普通光源加上濾色片或?yàn)V膜制造而成所存在的研制過程復(fù)雜，成本高，最終效果往往不理想的問題，發(fā)明一種直接利用彩色LED配置而得到的成本低、配置方便的與夜視成像系統(tǒng)兼容的光源，同時(shí)結(jié)合該光源的特點(diǎn)制造出相應(yīng)的照明系統(tǒng)，它通過采用兩種或兩種以上設(shè)計(jì)選定的不同波長(zhǎng)的LED發(fā)光管進(jìn)行混合、調(diào)節(jié)亮度比例，從而得到需求的各種夜視兼容光源。充分利用現(xiàn)有的成熟LED技術(shù)及其產(chǎn)品，以較低的成本設(shè)計(jì)制造出了以往需要很高成本、甚至需要特制的濾色片或涂層來(lái)產(chǎn)生的滿足夜視成像系統(tǒng)兼容標(biāo)準(zhǔn)的特殊光源。
文檔編號(hào)F21V17/00GK1936416SQ200610096640
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者吳金華, 方俊, 余雷 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所