一种光源显指调节方法及使用其的舞台灯与流程

1.本发明涉及光源显指调节技术领域，更具体地，涉及一种光源显指调节方法及使用其的舞台灯。


背景技术：

2.显色指数(cri)是指光源对物体还原阳光下给人的视觉感受能力的高低。显色性越高，显色指数值越接近100，对物体的色彩还原能力越强，人眼区分物体颜色越轻松。但是对于光源来说，通常显色指数越高，其亮度就会越低。舞台灯作为一种舞台照明灯具，需要兼顾显色指数与亮度，而目前的舞台灯光源通常无法调节显色指数，或者只能在显色指数高低模式间切换，而无法做到根据需要随意调节显色指数，尽可能的兼顾显色指数与亮度。


技术实现要素：

3.本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种光源显指调节方法，可以任意调节光源的显色指数至某一数值，在保障亮度的前提下，尽可能的提高显色指数。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光源显指调节方法，包括以下步骤：
5.s1、提供具有第一显指led芯片组与第二显指led芯片组的受控光源，其中所述第一显指led芯片组具有第一显色指数，所述第二显指led芯片组具有第二显色指数，获取第一显指led芯片组的色温与第二显指led芯片组的色温以及最大亮度时的相对光谱功率分布pa(λ)、pb(λ)，并将pa(λ)、pb(λ)归一化，归一化系数记为ka、kb；
6.s2、根据输入的目标显指以及目标色温，获得归一化的参考光源的相对光谱功率分布p
目
(λ)，将其作为目标光谱，并限定目标光谱的色品差的范围和目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差范围；
7.s3、反复调节第一显指led芯片组的光强控制参数k1与第二显指led芯片组的光强控制参数k2，其中0≤k1≤ka、0≤k2≤kb，根据k1、k2以及pa(λ)、pb(λ)计算受控光源合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)＝k
1 pa(λ)+k2pb(λ)，寻找使相对光谱功率分布p
合
(λ)落入目标光谱的色品差的范围和目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值；
8.s4、根据寻找到的k1、k2值，分别控制第一显指led芯片组与第二显指led芯片组发光。
9.所述光源显指调节方法提供包括第一显色指数的第一显指led芯片组、具有第二显色指数的第二显指led芯片组受的受控光源，根据参考光源在目标显指以及目标色温下的目标光谱p
目
(λ)，限定目标光谱的色品差范围和目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差范围，调节第一显指led芯片组与第二显指led芯片组的相对光谱功率分布pa(λ)、pb(λ)归一化系数ka、kb，计算受控光源合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)＝k
1 pa(λ)+k2pb(λ)，寻找使相对光谱功率分布p
合
(λ)落入目标光谱色品差范围和目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值，并根据需要选取合适的k1、k2值，从而可以实现对受控光源的显色指数
的调节。
10.进一步地，所述第一显指led芯片组与所述第二显指led芯片组色温相同，所述目标色温为所述第一显指led芯片组与所述第二显指led芯片组的色温。这样显色指数调节过程中不需考虑色温问题，便于计算所述第一显指led芯片组与所述第二显指led芯片组实现目标显指所需的k1、k2值。
11.进一步地，当受控光源色温大于5000k时选取标准照明体d作为参考光源，色温小于5000k时则选择黑体辐射光源作为参考光源。从而可以使参考光源与受控光源相似度更高，更好的根据参考光源来对受控光源进行模拟计算。
12.进一步地，所述第一显指led芯片组与所述第二显指led芯片组均为白光芯片。即所述第一显指led芯片组与所述第二显指led芯片组均发出白光，发光效率更高。
13.进一步地，s3步骤中，在寻找到首组使p
合
(λ)归一化与目标光谱相接近的k1、k2值后，在一定范围内修改k1、k2值，并根据修改后的k1、k2值计算合成光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)并对其进行归一化，寻找其它使p
合
(λ)归一化与目标光谱相接近的k1、k2值。由于符合条件的k1、k2值一般聚集在某一区域，在寻找到首组符合条件的k1、k2值后，在该值附近寻找其它符合条件的k1、k2值，从而可以实现快速寻找全部符合条件的k1、k2值，节省时间和算力。
14.进一步地，以插值法寻找首组使p
合
(λ)归一化后与目标光谱相接近的k1、k2值。插值法是快速求解时的常规做法，可以快速的寻找到k1、k2值，节省时间和算力。
15.进一步地，在一定范围内修改k1、k2值时，同样采用插值法，且此时的插值法数值量级，低于寻找首组k1、k2值时插值法数值的一个量级。提高运算速度，且尽量使k1、k2的查找过程更精准。
16.进一步地，当ka＝1且kb＝1时，在一定范围内是指k
1-0.1至k1+0.1、k
2-0.1至k2+0.1。当ka＝1且kb＝1时，一般满足条件的k1、k2值各自分布在一个0.1区间的范围内，因此在寻找到首组k1、k2值后，在k1、k2对应数值上下浮动0.1，几乎可以找到全部符合条件的k1、k2值。
17.进一步地，s3步骤中，寻找多组符合条件的k1、k2值，并计算此时合光的功率与亮度的相对大小，s4步骤中，根据功率或亮度需求选择合适的一组k1、k2值分别控制第一显指led芯片组与第二显指led芯片组发光。从而可以在一定功率或亮度范围内，实现指定功率或亮度下，所述受控光源发出的具有目标显指的光。
18.进一步地，s4步骤中，根据输入的合光功率，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择与此合光功率对应的k1、k2值，这样在调节所述受控光源实现不同显指的过程中，所述受控光源的合光功率保持不变；或者s4步骤中，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择使合光功率最大的k1、k2值，这样在调节所述受控光源实现不同显指的过程中，所述受控光源对应每一显指，都使合光功率在该显指下达到最大；或者s4步骤中，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择使合光亮度最大的k1、k2值，这样在调节所述受控光源实现不同显指的过程中，所述受控光源对应每一显指，都使合光亮度在该显指下达到最大。
19.进一步地，s3步骤中，所述色品差满足cie1976 ucs图上的麦克亚当椭圆对应的不同颜色区间的颜色范围。不同的灯型可以选择不同的标准，但均需要符合麦克亚当椭圆对应的不同颜色区间的颜色范围，从而在合理的范围内筛选k1、k2值，避免干扰值过多，提高运
算速度。
20.进一步地，s3步骤中，寻找使目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值具体操作如下：
21.s31、根据某组k1、k2值对应的算出受控光源的色坐标(xk，yk)、三刺激值(xk，yk，zk)和cie1976 ucs色品坐标(uk，vk)，以及受控光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色i(i＝1、2、3...，14)的色坐标(x
k，i
，y
k，i
)、cie三刺激值(x
k，i
，y
k，i
，z
k，i
)和色品坐标(u
k，i
，v
k，i
)，其中
22.s32、根据参考光源的相对光谱功率分布p
目
(λ)，计算参考光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色i(i＝1、2、3...，14)的色品坐标(u
r，i
，v
r，i
)和cie1976 ucs色品坐标(ur，vr)；
23.s33、将受控光源色品坐标(uk，vk)修正为参考光源的色品坐标(ur，vr)，即令将受控光源的14块孟塞尔颜色样品的各颜色样品i的色品坐标(u
k，i
，v
k，i
)修正为参考光源的色品坐标(u
′
k，i
，v
′
k，i
)，具体如下：
24.由公式可以分别求得，
25.参考光源的色品坐标修正系数cr、dr：
26.受控光源的色品坐标修正系数ck、dk：
27.受控光源照明下的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标修正系数c
k，i
、d
k，i
：
[0028][0029]
根据参考光源的色品坐标修正系数cr、dr、受控光源的色品坐标修正系数ck、dk以及受控光源照明下的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标修正系数c
k，i
、d
k，i
，从而得出受控光源14块孟塞尔颜色样品的各颜色样品i的修正色品坐标u
′
k，iv′
k，i
：
[0030][0031]
s34、根据参考光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标(u
r，i
，v
r，i
)以及参考光源的色品坐标(ur，vr)，计算参考光源14块孟塞尔颜色样品各试验色在cie1964均匀颜色空间中的坐标值其中为参考光源的14块孟塞
尔颜色样品各试验色的三刺激值y的1/3根号系数，其中1≤y≤100；
[0032]
根据受控光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色的cie1976 ucs修正色品坐标u
′
k，iv′
k，i
、受控光源的修正色品坐标(u
′k，v
′k)，计算受控光源14块孟塞尔颜色样品各试验色在cie1964均匀颜色空间中的坐标值其中为受控光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色的三刺激值y的1/3根号系数，其中1≤y≤100；
[0033]
s35、用cie1964色差公式，求得受控光源和参考光源对应同一孟塞尔颜色样品试验色i的色差δei＝[(u
r，i*-u
k，i*
)2+(v
r，i*-v
k，i*
)2+(w
r，i*-w
k，i*
)2]，判断各孟塞尔颜色样品试验色i的色差δei是否在目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差的范围内，是则保留此组k1、k2值，否则验证下组k1、k2值。从而获取使受控光源合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)，符合目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围的k1、k2值。
[0034]
本发明还公开一种舞台灯，使用上述任一种所述的光源显指调节方法调节灯头内的受控光源显指。
附图说明
[0035]
图1是本发明受控光源第一实施例的结构示意图。
[0036]
图2是本发明受控光源第二实施例的结构示意图。
[0037]
图3是本发明光源显指调节方法的流程示意图。
[0038]
图4是本发明寻找使p
合
(λ)落入目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内k1、k2值的流程示意图。
[0039]
图5是本发明舞台灯的整体结构示意图。
[0040]
图6是本发明受控光源的聚光结构示意图。
[0041]
图中：
[0042]
100、受控光源；110、第一显指led芯片组；120、第二显指led芯片组；130、电路板；140、第一收光透镜；150、第二收光透镜；160、第一混光透镜；170、第二混光透镜；180、收光镜；200、灯头；210、调焦镜；220、放大镜；230、固定镜；300、支撑臂；400、机箱。
具体实施方式
[0043]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0044]
如图1、图3，本发明提供一种光源显指调节方法，包括以下步骤：
[0045]
s1、提供具有第一显指led芯片组110与第二显指led芯片组120的受控光源100，其中所述第一显指led芯片组110具有第一显色指数，所述第二显指led芯片组120具有第二显色指数，获取第一显指led芯片组110的色温与第二显指led芯片组120的色温以及最大亮度时的相对光谱功率分布pa(λ)、pb(λ)，并将pa(λ)、pb(λ)归一化，归一化系数记为ka、kb；
[0046]
s2、根据输入的目标显指以及目标色温(目标色温为所述第一显指led芯片组110的色温与所述第二显指led芯片组120的色温之间的某一数值)，获得归一化的参考光源的相对光谱功率分布p
目
(λ)，将其作为目标光谱，并限定目标光谱的色品差的范围和目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差范围；
[0047]
s3、反复调节第一显指led芯片组110的光强控制参数k1与第二显指led芯片组120的光强控制参数k2，其中0≤k1≤ka、0≤k2≤kb，根据k1、k2以及pa(λ)、pb(λ)计算受控光源100合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)＝k
1 pa(λ)+k2pb(λ)，寻找使相对光谱功率分布p
合
(λ)落入目标光谱的色品差的范围和目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值；
[0048]
s4、根据寻找到的k1、k2值，分别控制第一显指led芯片组110与第二显指led芯片组120发光。
[0049]
所述光源显指调节方法提供包括第一显色指数的第一显指led芯片组110、具有第二显色指数的第二显指led芯片组120受的受控光源100，根据参考光源在目标显指以及目标色温下的目标光谱p
目
(λ)，限定目标光谱的色品差范围和目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差范围，调节第一显指led芯片组110与第二显指led芯片组120的相对光谱功率分布pa(λ)、pb(λ)归一化系数ka、kb，计算受控光源100合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)＝k
1 pa(λ)+k2pb(λ)，寻找使相对光谱功率分布p
合
(λ)落入目标光谱色品差范围和目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值，并根据需要选取合适的k1、k2值，从而可以实现对受控光源100的显色指数的调节。
[0050]
优选地，s2步骤中，根据输入的目标显指以及目标色温，可以通过查表的方式获得归一化的参考光源的相对光谱功率分布p
目
(λ)，例如d65标准光源(色温6500k、波长380nm-780nm)，在已知其显指和色温的前提下，很容易根据d65标准光源的相关规格书，或者在网上查询到其归一化的相对光谱功率分布。
[0051]
优选地，所述第一显色指数为65，所述第二显色指数为95，所述目标显指为介于65-95之间的某一数值。
[0052]
如图1，优选地，所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120分别形成多排，且两者排与排之间交错设置，便于混光和控制，也便于布线。
[0053]
如图2，优选地，所述第一显指led芯片组110中的发光芯片与所述第二显指led芯片组120的发光芯片颗与颗之间间隔设置，从而使所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120发出的光可以混合的更均匀，提高光束的均匀性。
[0054]
在其它实施例中，也可以每个所述第一显指led芯片组110、所述第二显指led芯片组120、所述第三显指led芯片组中出一个一起组成点光源(未图示)。
[0055]
优选地，所述第一显指led芯片组110和/或所述第二显指led芯片组120整体受控，即整体的升高或者降低第一显指led芯片组110和/或第二显指led芯片组120的亮度，而不是单独的控制第一显指led芯片组110和/或第二显指led芯片组120中的单独几颗或者几组亮度发生改变。
[0056]
优选地，第一显指led芯片组110与第二显指led芯片组120发出的光波长范围在380nm-780nm，即肉眼可见光范围。
[0057]
优选地，还可以包括与所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120的显色指数不同的第三显指led芯片组，利用所述第一显指led芯片组110、所述第二显指
led芯片组120及所述第三显指led芯片组共同混出目标显指，可以有更多的组合。
[0058]
在本发明优选地实施例中，所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120色温相同，所述目标色温为所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120的色温。这样显色指数调节过程中不需考虑色温问题，便于计算所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120实现目标显指所需的k1、k2值。
[0059]
优选地，本技术采用此方案，共同色温为6500
±
500k，选取标准照明体d作为参考光源。
[0060]
在本发明优选地实施例中，当受控光源100色温大于5000k时选取标准照明体d作为参考光源，色温小于5000k时则选择黑体辐射光源作为参考光源。从而可以使参考光源与受控光源100相似度更高，更好的根据参考光源来对受控光源100进行模拟计算。
[0061]
在本发明优选地实施例中，所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120均为白光芯片。即所述第一显指led芯片组110与所述第二显指led芯片组120均发出白光，发光效率更高。
[0062]
在本发明优选地实施例中，s3步骤中，在寻找到首组使p
合
(λ)归一化与目标光谱相接近的k1、k2值后，在一定范围内修改k1、k2值，并根据修改后的k1、k2值计算合成光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)并对其进行归一化，寻找其它使p
合
(λ)归一化与目标光谱相接近的k1、k2值。由于符合条件的k1、k2值一般聚集在某一区域，在寻找到首组符合条件的k1、k2值后，在该值附近寻找其它符合条件的k1、k2值，从而可以实现快速寻找全部符合条件的k1、k2值，节省时间和算力。
[0063]
在本发明优选地实施例中，以插值法寻找首组使p
合
(λ)归一化后与目标光谱相接近的k1、k2值。插值法是快速求解时的常规做法，可以快速的寻找到k1、k2值，节省时间和算力。
[0064]
优选地，在本实施例中，插值法的调整单位为0.1。
[0065]
在本发明优选地实施例中，在一定范围内修改k1、k2值时，同样采用插值法，且此时的插值法数值量级，低于寻找首组k1、k2值时插值法数值的一个量级。提高运算速度，且尽量使k1、k2的查找过程更精准。
[0066]
优选地，在本实施例中，插值法的调整单位为0.01。
[0067]
在本发明优选地实施例中，当ka＝1且kb＝1时，在一定范围内是指k
1-0.1至k1+0.1、k
2-0.1至k2+0.1。当ka＝1且kb＝1时，一般满足条件的k1、k2值各自分布在一个0.1区间的范围内，因此在寻找到首组k1、k2值后，在k1、k2对应数值上下浮动0.1，几乎可以找到全部符合条件的k1、k2值。
[0068]
在本发明优选地实施例中，s3步骤中，寻找多组符合条件的k1、k2值，并计算此时合光的功率与亮度的相对大小，s4步骤中，根据功率或亮度需求选择合适的一组k1、k2值分别控制第一显指led芯片组110与第二显指led芯片组120发光。从而可以在一定功率或亮度范围内，实现指定功率或亮度下，所述受控光源100发出的具有目标显指的光。
[0069]
在本发明优选地实施例中，s4步骤中，根据输入的合光功率，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择与此合光功率对应的k1、k2值，这样在调节所述受控光源100实现不同显指的过程中，所述受控光源100的合光功率保持不变；或者s4步骤中，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择使合光功率最大的k1、k2值，这样在调节所述受控光源100实现不同显指
的过程中，所述受控光源100对应每一显指，都使合光功率在该显指下达到最大；或者s4步骤中，从目标显指对应的多组k1、k2值中，选择使合光亮度最大的k1、k2值，这样在调节所述受控光源100实现不同显指的过程中，所述受控光源100对应每一显指，都使合光亮度在该显指下达到最大。
[0070]
在本发明优选地实施例中，s3步骤中，所述色品差满足cie1976 ucs图上的麦克亚当椭圆对应的不同颜色区间的颜色范围。不同的灯型可以选择不同的标准，但均需要符合麦克亚当椭圆对应的不同颜色区间的颜色范围，从而在合理的范围内筛选k1、k2值，避免干扰值过多，提高运算速度。
[0071]
优选地，所述色品差满足cie1976 ucs图上的麦克亚当椭圆对应的不同颜色区间的5阶颜色范围。适应目前的工艺技术，且符合常规的灯具颜色差异要求。
[0072]
如图4，在本发明优选地实施例中，s3步骤中，寻找使目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围内的k1、k2值具体操作如下：
[0073]
s31、根据某组k1、k2值对应的算出受控光源100的色坐标(xk，yk)、三刺激值(xk，yk，zk)和cie1976 ucs色品坐标(uk，vk)，以及受控光源100的14块孟塞尔颜色样品各试验色i(i＝1、2、3...，14)的色坐标(x
k，i
，y
k，i
)、cie三刺激值(x
k，i
，y
k，i
，z
k，i
)和色品坐标(u
k，i
，v
k，i
)，其中
[0074]
s32、根据参考光源的相对光谱功率分布p
目
(λ)，计算参考光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色i(i＝1、2、3...，14)的色品坐标(u
r，i
，v
r，i
)和cie1976 ucs色品坐标(ur，vr)；
[0075]
s33、将受控光源100色品坐标(uk，vk)修正为参考光源的色品坐标(ur，vr)，即令将受控光源100的14块孟塞尔颜色样品的各颜色样品i的色品坐标(u
k，i
，v
k，i
)修正为参考光源的色品坐标(u
′
k，i
，v
′
k，i
)，具体如下：
[0076]
由公式可以分别求得，
[0077]
参考光源的色品坐标修正系数cr、dr：
[0078]
受控光源100的色品坐标修正系数ck、dk：
[0079]
受控光源100照明下的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标修正系数c
k，i
、d
k，i
：
[0080][0081]
根据参考光源的色品坐标修正系数cr、dr、受控光源100的色品坐标修正系数ck、dk以及受控光源100照明下的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标修正系数c
k，i
、d
k，i
，从而得出受控光源100的14块孟塞尔颜色样品的各颜色样品i的修正色品坐标u
′
k，iv′
k，i
：
[0082][0083]
s34、根据参考光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色的色品坐标(u
r，i
，v
r，i
)以及参考光源的色品坐标(ur，vr)，计算参考光源14块孟塞尔颜色样品各试验色在cie1964均匀颜色空间中的坐标值其中为参考光源的14块孟塞尔颜色样品各试验色的三刺激值y的1/3根号系数，其中1≤y≤100；
[0084]
根据受控光源100的14块孟塞尔颜色样品各试验色的cie1976 ucs修正色品坐标u
′
k，iv′
k，i
、受控光源100的修正色品坐标(u
′k，v
′k)，计算受控光源100的14块孟塞尔颜色样品各试验色在cie1964均匀颜色空间中的坐标值
[0085]
其中为受控光源100的14块孟塞尔颜色样品各试验色的三刺激值y的1/3根号系数，其中1≤y≤100；
[0086]
s35、用cie1964色差公式，求得受控光源100和参考光源对应同一孟塞尔颜色样品试验色i的色差δei＝[(u
r，i*-u
k，i*
)2+(v
r，i*-v
k，i*
)2+(w
r，i*-w
k，i*
)2]，判断各孟塞尔颜色样品试验色i的色差δei是否在目标光谱的14块孟塞尔颜色样品的色差的范围内，是则保留此组k1、k2值，否则验证下组k1、k2值。从而获取使受控光源100合成光光谱的相对光谱功率分布p
合
(λ)，符合目标光谱14块孟塞尔颜色样品色差范围的k1、k2值。
[0087]
如图5，本发明还提供一种舞台灯，使用上述任一种所述的光源显指调节方法调节灯头200内的受控光源100显指。
[0088]
舞台灯一般包括灯头200、支撑臂300、机箱400，所述机箱400支撑所述支撑臂300旋转，所述支撑臂300支撑所述灯头200旋转，所述受控光源100位于所述灯头200内。所述受控光源100发出的光依次经过调焦镜210、放大镜220和固定镜230后射出。
[0089]
如图6，所述受控光源100包括设置有发光芯片(包括所述第一显指led芯片组110、所述第二显指led芯片组120)的电路板130，还包括沿所述发光芯片的出光方向依次设置的第一收光透镜140、第二收光透镜150、第一混光透镜160、第二混光透镜170与收光镜180。
[0090]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。