Исследование фотометрических характеристик светильников с белыми и цветными светодиодами с регулируемыми параметрами

Гвоздев С.М., Карабин А.Б., ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова, г. Москва

В настоящее время все большее применение в светотехнической и оптической промышленности находят осветительные приборы на основе светодиодов. Твердотельные источники имеют высокий срок службы и малое энергопотребление. Важными эксплуатационными характеристиками светодиодных светильников являются параметры регулирования их яркости и цветности. Управление светоцветовой средой по заданным алгоритмам может задавать циркадный суточный ритм или биоритм человека, определять индивидуальные психофизиологические особенности. Распределения яркости и цветности может менять психофизиологическое состояние человека, и создавать новые возможности «умного» и комфортного освещения с использованием оздоровительного эффекта.

Исследованию влияния светоцветового пространства на психофизиологические факторы посвящено множество работ [1, 4-10]. Зрительная система получает информацию об освещенном пространстве исходя из распределения яркости и цветности в поле зрения. Фильтрация этой информации определяется структурой рецептивных полей, которые характеризуются той или иной спектральной чувствительностью. Поэтому объединение пространственно-частотной контрастной чувствительности с цветоразличительной способностью органа зрения может дать единый количественный критерий изменения чувствительности зрения человека и определить психофизиологическое состояние человека. Следует указать, что оценка изменений цветовой  контрастной чувствительности определяет достаточно точный количественный критерий определения психофизиологического состояния человека.

Известно, что экстремальные условия, усталость, болезнь и т.п. приводят к сокращению объема получаемой информации, так как снижается контрастная чувствительность в широкой области пространственных частот, что определяет потерю визуальной информации [2, 3]. Это хорошо видно на примере экспериментальных исследований в условиях гипербарии, где зависимости изменения контрастной чувствительности, определяемой пространственно-частотной характеристикой органа зрения (ПЧХ ОЗ), указывают на количественную зависимость в экстремальных условиях [3]. При ухудшении внешних факторов ПЧХ ОЗ сужается и пропускает меньшее количество информации, оставляя только информацию для ориентации человека в пространстве (низкие пространственные частоты). Иллюстрацией применения метода контроля на основе ПЧХ в медицине и действия фильтра пространственных частот при заболевании человека может служить серия автопортретов, созданных немецким живописцем А. Редершейдтом после кровоизлияния в теменную долю правого полушария мозга. Со временем пространственно-частотный фильтр восстанавливался, и после 9 месяцев произошло частичное восстановление зрения, художник видел себя практически так же, как до инсульта, о чем и свидетельствуют его работы [2].

По результатам экспериментальных исследований ПЧХ ОЗ в работе [6] были определены зоны изменения зависимостей контрастной чувствительности при дневном и сумеречном зрении в широком диапазоне пространственных частот, а также области комфортного восприятия зрительной информации (рис. 1). Эти характеристики дали количественную основу для расчета изменений восприятия зрительной информации в условиях монокулярного ахроматического зрения.


Для разработки «интеллектуального» освещения на основе светодиодов было проведено исследование электрических, фотометрических, колориметрических и спектральных характеристик светодиодных линеек с диодами белого цвета (разных цветовых температур: 3500 К и 7000 К), а также светодиодных RGB-модулей с возможностью регулировки яркости и цветности. Определяющим параметром для создания подобной системы было психофизиологическое состояние человека.

На основе экспериментальных данных была создана система светильников с регулируемыми параметрами. На основе светодиодов белого излучения с изменяемой цветовой температурой для увеличения предела регулирования и RGB-светодиодов, предназначенных для систем освещения с программным управлением и подстройкой яркости и цветности под индивидуальные психофизиологические характеристики операторов.