时间调制LED光源的幻影阵列现象研究

论文总字数：18693字

摘 要

随着照明需求的日益提高，LED发光源由于响应速度快、节能环保、发光效率高等优点被广泛应用于照明领域。尤其交流LED光源，转换效率高、体积小、使用寿命长，可直接用交流驱动等优点成为照明领域发展的趋势。交流LED光源可能引起幻影阵列现象，幻影阵列现象影响照明质量。因此本文对时间调制LED光源的幻影阵列现象进行研究。

论文首先介绍了幻影阵列效应及其研究现状。在此基础上设计了主观视觉感知实验来研究眼睛扫视角度，时间调制LED驱动波形的频率，以及眼睛扫视速度等因素与幻影阵列效应可见阈值的影响。实验通过改变波形的调制深度来产生不同的交流驱动波形，采用结合阶梯法的二选一迫选法来确定幻影阵列现象的可见阈值。

研究结果表明，扫视角度和驱动频率对幻影阵列现象的可见性均有显著影响。扫视角度越大，幻影阵列现象越明显；随驱动频率增大，幻影阵列现象越来越不明显。

关键词：时间调制LED光源，幻影阵列效应，幻影阵列效应可见阈值

A STUDY ON THE PHANTOM ARRAY PHENOMENON OF TEMPORALLY MODULATED LED LINGHTING

Abstract

As the needs of better quality of lighting, LED light source is widely used in lighting field, due to the fast response speed, energy conservation, environment protection and high luminous efficiency. AC LED light source which has high conversion efficiency, small volume and long service life, can be powered by AC and has become the development trend of lighting field. AC LED light source may cause the phantom array phenomenon, the phantom array phenomenon affects the quality of lighting. In this paper, the phantom array phenomenon of temporally modulated LED lighting was studied.

This paper firstly introduces the phantom array phenomenon. And then, the influence of saccade amplitude, frequencies and saccade velocity on the visibility threshold of phantom array was investigated. Driven waveforms were controlled by different modulation depth, and the methodology of staircase method together with 2-alternative-forced-choice method was adopted.

Results show that, both saccade amplitude and driven frequency have significant influence on the visibility of phantom array phenomenon. The phantom array phenomenon is more visible at higher saccade amplitude and lower frequencies.

KEY WORDS: temporal artifacts of LED lighting, phantom array phenomenon, visibility threshold of phantom array

目录

摘要I

AbstractI

第一章 绪论1

1.1LED照明技术1

1.2幻影阵列现象 2

1.3课题研究的目的及内容3

1.4论文的内容安排3

第二章 幻影阵列效应及研究现状4

2.1光源的闪烁和幻影阵列4

2.2国内外研究现状 4

2.3本章小结 6

第三章 实验设备及实验方法介绍7

3.1实验环境及实验设备7

3.2实验研究方法7

3.3本章小结8

第四章 扫视角度波形频率与幻影阵列效应的调制深度可见阈值关系9

4.1实验内容及步骤9

4.2实验结果与分析9

4.3本章小结13

第五章 固定点对眼睛扫视速度的影响15

5.1实验内容及步骤15

5.2实验结果与分析15

5.3本章小结16

第六章 总结与展望17

致谢18

参考文献（References）19

第一章 绪 论

人们生活离不开光，从火光照明，到白炽灯，再到如今LED灯照明。人们通过视觉来接受大量信息，光明保障了人类正常的生活。^【1】人们依赖于光，需要更好的照明方式，因此在照明领域一直发展与创新，为使用者有更好的明亮的环境

1.1LED照明技术

一百年前，蜡烛煤油灯一直被用作光源，照亮黑暗。之后电光源开始发展，白炽灯到荧光灯，再到如今的LED光源。发光效率不断提高，使用寿命也大大增长。LED不仅作为照明，在显示领域也显示出其作用。LED照明技术作为新的照明技术具有很大优势，节能环保，使用寿命长。LED已经进入人们的生活，逐渐取代传统的白炽灯及荧光灯作为光源。LED作为半导体光电器件，具有发光响应速度快，重量轻，体积小，亮度高等优点。近年来LED照明技术不断发展突破，应用范围越来越广。^【2】

LED全称是发光二极管，因为有些二极管在正向导通时会有发光现象，人们利用这种现象把LED作为光源。其原理是二极管中电子空穴的复合，然后以光子的形式释放能量。LED是一种直接把电能转化为光能的固态半导体器件，主要由支架、晶片、银胶、金线、环氧树脂五种材料所构成的。LED最关键的部分是半导体晶片，它是有两部分构成的。这两部分分别是以空穴为主导的P型半导体和以电子占主导地位的N型半导体。晶体连接电源的是正极，负极一端附着在支架上，最后真个半导体晶片都被环氧树脂封装起来了。两种半导体相互连接时会形成pn结。电流经过导线通过半导体晶片时，电子被推向p区并与p区中所存在的空穴相互复合，最终以光子的形式释放能量。发光二极管的亮度可以通过电流来调节，在一定范围内，发光二极管的亮度随着电流的增大而增强。光的波长是由pn结的材料来决定的，想要发出不同颜色的光必须挑选所对应的材质。^【3】

LED光效提高速度很快，生产量扩大经济效益更是惊人。LED不仅在普通照明领域有很大优势，经济效益比较高。在背光照明领域，如手机的液晶显示屏的背光源以及按键照明等，LED与传统的冷阴极灯管相比，更加小巧，灵活，省电且不会造成成汞污染，此外以LED作为背光源的大屏液晶显示设备，具有高显色性，以及高清晰画质。LED灯作为交通信号灯时，相对于传统白炽灯，能效提高了许多，交通信号灯功率下降。而且LED灯使用时间长，可以降低回收的成本，非常环保。LED灯也更容易被识别，受到夕阳光照的影响也不会造成没法识别灯的开关，使得交通更加顺畅安全。在道路交通领域，LED还因为使用寿命长，便于维护，体积小，节能等特点，用于隧道内指示灯，隧道导向灯，路灯，路线导向灯等领域。LED用于交通工具领域，由于LED灯的使用寿命长，响应时间很短，识别度高，能耗低等特点，在1987年首次被用于中心高位刹车灯光源安装在汽车上。LED刹车灯的响应时间在时速100km时比白炽短0.2s。由于LED灯体积小，省下了好多空间，且涉及变得更灵活。而且LED灯也开始作为轻轨电车的照明光源，因为薄型的LED灯安装在行李两侧，LED线型照明与轻轨顶的荧光灯相互配合，使得每个座位都能达到照明效果。新型光源LED已经在霓虹灯被改造中起到很大作用。LED被用来显示自己状态，现阶段，因为LED距离电源的距离不同导致文字发光零度和颜色不均匀。在显示屏领域，因为使用LED在白天也能显示饱和色。其他领域比如农业，太阳光的光辐射其中含有植物所不需要的波长的能量，通过LED灯产生特定波长的光，可以有利于植物的生长。而且LED灯没有热辐射，不会使得植物灼烧伤。在渔业方面，LED被研发作诱捕灯，因为LED很省电且高效LED技术开始是以普通照明为目的的，而现在来看LED技术不仅在普通照明领域有较大发展，在其他照明领域也越来越有作用。

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