[发明专利]一种光环境模拟装置的光源子系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光生物学实验仪器技术领域，特别是一种光环境模拟装置的光源子系统的设计方法。

背景技术

随着计算机技术和虚拟现实技术的发展，人工模拟的光环境被越来越多地应用于各种实验研究中，特别是对自然光环境的模拟，在建筑学、物理学、医学等众多学科均有广泛的应用。并且，在众多信号模拟技术中，光信号的模拟最为复杂，难度远远超过声音模拟、温度模拟、电信号模拟以及力模拟，其难度主要在于如何保证模拟光环境照度的均匀度，这也是众多科研机构一直致力解决的问题。

为了提升模拟光环境照度的均匀度，目前一般使用LED单芯片光源，但单芯片光源的单体光通量较低，如果大量光源阵列排列，其配套的电气部件成本很高，不适于模拟较大空间的光环境，且光照强度的变化范围较小。因此，现有技术如中国专利CN201066112Y公开了一种用于手术无影灯的集成LED单元,由灯罩、LED单元和电源控制器组成，灯罩上规则排满若干灯泡，利用各个灯泡的配光保证光环境照度的均匀度。这样的设计，使用灯罩加LED替代单独的LED单芯片光源，灯罩数量与光环境模拟空间的面积成正比，空间越大，则上述系统需要的灯罩数量越多，因此该系统的设备成本仍旧很高。

为了进一步降低光环境模拟系统的成本，中国专利CN201636710U公开了一种吊灯，包括灯体及安装在灯体上的光源，灯体由第一装饰圈和第二装饰圈组成，其中，第一装饰圈和第二装饰圈是由若干个装饰单元构成，相邻两装饰单元的端部铰接，且第一装饰圈的装饰单元的中部与对应的第二装饰圈的装饰单元的中部设在一起。这样的双圈光源设计，虽然设备成本大幅降低，但光环境照度的均匀度较差，特别是装饰圈圆心位置的投影区域，由于其周围光源数量较多，照射至该区域的光线也较多，此时二次配光现象会导致该区域的照度很高，从而影响整个空间的照度均匀度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的光环境模拟系统照度均匀度差，或者设备成本较高，进而提供了一种成本较低，且照度均匀度较高的光环境模拟装置的光源排布方式的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种光环境模拟装置的光源子系统的设计方法，用于设计一种在模拟平面区域内模拟光环境的光环境模拟装置的光源子系统，其特征在于，包括以下步骤：

①选择光源排布方式，利用若干光源模组依次排列组成圆形的内光源圈和外光源圈，所述内光源圈和所述外光源圈同心设置；所述内光源圈上的所述光源模组的光轴沿所述内光源圈的径向方向向外偏转，所述光源模组包括光源以及灯罩，所述灯罩为中空圆台形；

②根据所述模拟平面区域面积计算所述外光源圈的直径；

③由所述模拟平面区域内模拟的光环境的照度均匀度高低，通过所述光环境模拟装置与所述模拟平面区域的距离、所述外光源圈的直径，获得所述内光源圈的直径、所述内光源圈上的所述光源模组的光轴偏转角度以及所述灯罩的尺寸。

上述设计方法中，所述第③步的具体步骤如下：

a.选取某一尺寸的所述灯罩，计算不同所述内光源圈直径、不同所述内光源圈上所述光源模组光轴偏转角度下，所述模拟平面区域内模拟的光环境的照度均匀度，挑选出照度均匀度最高时，所述内光源圈的直径和所述内光源圈上所述光源模组的光轴偏转角度； b.改变所述灯罩的尺寸，重复步骤a，得到所述光源模组在不同尺寸时的最高照度均匀度以及相应的所述内光源圈的直径和所述内光源圈上所述光源模组的光轴偏转角度；

c.在全部最高照度均匀度中选取照度均匀度最高时的一组参数作为所述内光源圈的直径、所述内光源圈上的所述光源模组的光轴偏转角度以及所述灯罩的尺寸。

上述设计方法中，在所述第①步之后还包括选取所述光源模组类型的步骤X，在所述步骤X中，选取寿命长、光衰小、二次配光能力强的大功率LED光源作为所述光源模组的所述光源。

上述设计方法中，在所述步骤X之后还包括计算所述光源模组数量的步骤。

上述设计方法中，在所述第③步之后还包括通过照度传感器测量所述光模拟系统在所述模拟平面区域内模拟的光环境照度值，从而验证所述光模拟系统各项参数的步骤④。

上述设计方法中，在所述第④步之前还包括选取照度传感器的步骤。

上述设计方法中，所述选取所述照度传感器的具体步骤如下：

A.通过单个所述光源模组的光通量、所述光源模组的数量、系统照明设计效率、反光膜反射率以及保护玻璃透过率计算所述模拟平面区域内的照度范围。