CN111189535B - 传感器用的led校准光源和灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体发光技术领域，具体涉及一种传感器用的LED校准光源和灯具。该LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；所述紫外光单元的光谱在380‑420nm范围内连续，所述可见光单元的光谱在420‑780nm范围内连续，所述红外光单元的光谱在780‑1000nm范围内连续，所述控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380‑1000nm范围内连续。该LED校准光源的光谱在380‑1000nm范围内和相同色温太阳光谱的光谱形状类似，能够替代现有传感器用卤素灯光源，在传感器中具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光技术领域，具体涉及一种传感器用的LED校准光源和灯具。
背景技术
环境光传感器是用人眼的方法来检测亮度，它们的系统无论在什么情况下都如同人眼一样适应环境光。环境光传感器等智能传感器可以对室内、室外环境光预测并做相应的反馈和修正，而要实现这些功能需要有一个智能的校准光源。校准光源对光谱范围、光谱形状和光功率都有一定的要求，光源最好在380-1000nm光谱连续平滑，且光谱形状和自然光尽可能相似。现有白光全光谱技术在400-700nm光谱范围内能够达到要求，但是在紫外和红外光区域很难实现。
目前传感器的光源通常采用卤素灯光源，该卤素灯光源成本比较贵且光谱不易调控，而采用LED光源替代卤素灯光源在红外光范围光谱较窄、连续性差且光谱一致性较差，不适宜产业化环境传感器校准。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种传感器用的LED校准光源和灯具，旨在解决现有传感器的LED光源在红外光范围光谱较窄、连续性差，与自然光光谱一致性较差，从而导致校准效果不理想的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种传感器用的LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续，所述可见光单元的光谱在420-780nm范围内连续，所述红外光单元的光谱在780-1000nm范围内连续，所述控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。
本发明提供一种应用于传感器的LED校准光源，该LED校准光源包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元，通过该控制单元控制光谱连续的紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，从而可以实现LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续且半波较宽；该LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内和相同色温太阳光谱的光谱形状类似，能够替代现有传感器用卤素灯光源，而且该LED校准光源的红外光范围宽、连续性好，与自然光光谱接近，适合产业化环境传感器校准，在传感器中具有很好的应用前景。
本发明另一方面提供一种灯具，所述灯具包括本发明所述的传感器用的LED校准光源。
本发明提供的灯具包括本发明特有的LED校准光源，该LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内和相同色温太阳光谱的光谱形状类似，能够替代现有传感器用卤素灯光源，而且该LED校准光源的红外光范围宽、连续性好，与自然光光谱接近，适合产业化环境传感器校准，在传感器中具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的LED校准光源调制的全光谱图；
图2为本发明实施例4的LED校准光源调制的全光谱图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”或“多种”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一方面，本发明实施例提供了一种传感器用的LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续，所述可见光单元的光谱在420-780nm范围内连续，所述红外光单元的光谱在780-1000nm范围内连续，所述控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。
本发明实施例提供一种应用于传感器的LED校准光源，该LED校准光源包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元，通过该控制单元控制光谱连续的紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，从而可以实现LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续且半波较宽；该LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内和相同色温太阳光谱的光谱形状类似，能够替代现有传感器用卤素灯光源，而且该LED校准光源的红外光范围宽、连续性好，与自然光光谱接近，适合产业化环境传感器校准，在传感器中具有很好的应用前景。
具体地，采用多种控制电路通过控制电流，分别控制紫外单元、可见光单元及红外发光单元的各个光源的光谱形状，从而能够变化不同的光谱适应不同环境，能达到LED光谱接近自然光谱，且连续可调。
在一个实施例中，所述LED校准光源包括多个所述控制单元，该多个控制单元独立或者组合调控所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内。具体地，LED校准光源包括多个连续的紫外光单元、可见光单元和红外光单元，多个控制单元独立或者组合能够调控LED校准光源在380-1000nm范围内连续。
在一个实施例中，所述紫外光单元包括：峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及峰值波长位于410-415nm的第三紫外光源；具体地，第一紫外光源为峰值波长位于390-395nm的LED芯片，第二紫外光源为峰值波长位于400-405nm的LED芯片，第三紫外光源为峰值波长位于410-415nm的LED芯片，该紫外光单元的三个光源均采用LED芯片封装，点白胶，无荧光粉。采用多个波段的紫外光源的光谱相互叠加从而能实现光谱的连续性和可调控性。
在一个实施例中，所述红外光单元包括蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的红外荧光粉。
优选地，所述红外光单元中的红外荧光粉包括峰值波长位于710-730nm的第一红外粉、峰值波长位于820-850nm的第二红外粉和峰值波长位于900-950nm的第三红外粉。该三个红外粉的半峰宽较宽，且三个红外粉协同能够使得该LED校准光源在红外部分连续可调，波长范围广。具体地，所述第一红外粉是峰值波长为710nm的Lu3Al5O12:Cr3+,Ce3+，所述第二红外粉是峰值波长为820nm的(Y,Zn)3(Al,Ga,Ge)5O12:Cr3+,Ce3+，所述第三红外粉是峰值波长为900-950nm的YVO4:Bi3+,Yb3+。以上三种红外粉分别采用不同的化学结构和化学式，其结构稳定性较好且发光效率高。
所述红外光单元还可以是包括一种或多种LED灯珠光谱叠加实现。在一个实施例中，所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱叠加而成。具体地，峰值波长位于710-730nm第一红外光谱由蓝光芯片激发的峰值波长为710nm的Lu3Al5O12:Cr3+,Ce3+的第一红外荧光粉形成，峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱由蓝光芯片激发峰值波长为820nm的(Y,Zn)3(Al,Ga,Ge)5O12:Cr3+,Ce3+的第二红外荧光粉形成，峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱由蓝光芯片激发峰值波长为900-950nm的YVO4:Bi3+,Yb3+的第三红外荧光粉形成。
在一个实施例中，所述可见光单元包括多个耦合的宽带连续光谱灯珠，实现光谱在420-780nm范围内连续。具体包括：(1)峰值波长位于350-390nm的紫外芯片激发蓝色荧光粉实现单色光蓝光(该单色光蓝光峰值波长位于440-470nm)或者直接是峰值波长位于440-470nm的蓝光芯片，(2)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发绿色荧光粉实现单色光绿光(该单色光绿光峰值波长位于500-530nm)，(3)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发橙色荧光粉实现单色光橙光(该单色光橙光峰值波长位于580-610nm)，(4)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发红色荧光粉实现单色光红光(该单色光红光峰值波长位于640-660nm)。进一步地，上述(1)中的所述蓝色荧光粉、上述(2)中的绿色荧光粉、上述(3)中的橙色荧光粉和上述(4)中的红色荧光粉的种类分别为：Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、Lu3(Al,Ga)5O12:Ce3+、SrAlSiN3:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+。
可见光单元包括上述(1)单色光蓝光、(2)单色光绿光、(3)单色光橙光、(4)单色光红光，即四个耦合的宽带连续光谱灯珠，实现光谱在420-780nm范围内连续。
在另一个实施例中，所述可见光单元包括蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的绿色荧光粉和红色荧光粉，以实现光谱在420-780nm范围内连续。具体地，所述可见光单元中，蓝光芯片为是峰值波长为440-460nm的蓝光芯片，该蓝光芯片激发的绿色荧光粉为Lu3(Al,Ga)5O12:Ce3+，红色荧光粉为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+。
另一方面，本发明实施例还提供了一种灯具，所述灯具包括本发明实施例上述所述的传感器用的LED校准光源。
本发明实施例提供的灯具包括本发明实施例特有的LED校准光源，该LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内和相同色温太阳光谱的光谱形状类似，能够替代现有传感器用卤素灯光源，而且该LED校准光源的红外光范围宽、连续性好，与自然光光谱接近，适合产业化环境传感器校准，在传感器中具有很好的应用前景。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种传感器用的LED校准光源。该LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；
所述紫外光单元包括峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及410-415nm的第三紫外光源；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续可调；
所述可见光单元的包括450nm蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的绿色荧光粉和红色荧光粉，以实现可见光全光谱在420-780nm范围内连续；
所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱(蓝光芯片激发的峰值波长为710nm的Lu3Al5O12:Cr3+,Ce3+形成)、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为820nm的(Y,Zn)3(Al,Ga,Ge)5O12:Cr3+,Ce3+形成)和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为900nm的YVO4:Bi3+,Yb3+的第三红外荧光粉形成)叠加而成，在780-1000nm范围内连续。
该LED校准光源还包括7个控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。图1为该LED校准光源调控的光源全光谱。
实施例2
一种传感器用的LED校准光源。该LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；
所述紫外光单元包括峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及410-415nm的第三紫外光源；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续可调；
所述可见光单元的包括450nm蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的绿色荧光粉和红色荧光粉，以实现可见光全光谱在420-780nm范围内连续；
所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱(蓝光芯片激发的峰值波长为730nm的第一红外荧光粉形成)、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为850nm的第二红外荧光粉形成)和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为950nm的第三红外荧光粉形成)叠加而成，在780-1000nm范围内连续。
该LED校准光源还包括5个控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。
实施例3
一种传感器用的LED校准光源。该LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；
所述紫外光单元包括峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及410-415nm的第三紫外光源；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续可调；
所述可见光单元的包括450nm蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的绿色荧光粉和红色荧光粉，以实现可见光全光谱在420-780nm范围内连续；
所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱(蓝光芯片激发的峰值波长为720nm的第一红外荧光粉形成)、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为835nm的第二红外荧光粉形成)和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为925nm的第三红外荧光粉形成)叠加而成，在780-1000nm范围内连续。
该LED校准光源还包括3个控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。
实施例4
一种传感器用的LED校准光源。该LED校准光源，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；
所述紫外光单元包括峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及410-415nm的第三紫外光源；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续可调；
所述可见光单元的包括：(1)峰值波长位于350-390nm的紫外芯片激发蓝色荧光粉实现单色光蓝光，(2)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发绿色荧光粉实现单色光绿光，(3)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发橙色荧光粉实现单色光橙光，(4)峰值波长位于440-460nm的蓝光芯片激发红色荧光粉实现单色光红光；该四个耦合的宽带连续光谱以实现可见光全光谱在420-780nm范围内连续；
所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱(蓝光芯片激发的峰值波长为720nm的第一红外荧光粉形成)、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为835nm的第二红外荧光粉形成)和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱(蓝光芯片激发峰值波长为925nm的第三红外荧光粉形成)叠加而成，在780-1000nm范围内连续。
该LED校准光源还包括7个控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续。该LED校准光源的光谱如图2所示。
对比例1
一种传感器用的卤素灯光源。其具体功率及其它光电参数同实施例一样。
对比例2
一种传感器用的LED校准光源：包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；具体的所述紫外光单元、可见光单元和红外单元分别直接采用紫外芯片、蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片和红外芯片耦合制成。所述的每一个单元分别采用多个控制单元来控制。
对比例3
传感器用的LED校准光源：包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；具体地所述紫外单元和可见光单元与实施例1相同，所述红外光单元分别采用740nm、780nm、820nm、860nm、900nm、940nm、980nm芯片耦合而成，分别采用多个单元来控制。
性能测试
上述实施例和对比例的LED校准光源测试数据如下表1所示：
表1
| 实例 | 光谱连续性 | 光谱调控性 | 成本 |
| 实施例1 | 好 | 非常好 | 低 |
| 实施例2 | 好 | 好 | 低 |
| 实施例3 | 好 | 中 | 低 |
| 实施例4 | 好 | 非常好 | 低 |
| 对比例1 | 好 | 差 | 非常高 |
| 对比例2 | 差 | 差 | 高 |
| 对比例3 | 中 | 中 | 高 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种传感器用的LED校准光源，其特征在于，包括紫外光单元、可见光单元、红外光单元和控制单元；所述紫外光单元的光谱在380-420nm范围内连续，所述可见光单元的光谱在420-780nm范围内连续，所述红外光单元的光谱在780-1000nm范围内连续，所述控制单元控制所述紫外光单元、可见光单元和红外光单元发光，使所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内连续；
所述紫外光单元包括：峰值波长位于390-395nm的第一紫外光源、峰值波长位于400-405nm的第二紫外光源以及峰值波长位于410-415nm的第三紫外光源；
所述可见光单元包括蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的绿色荧光粉和红色荧光粉，以实现光谱在420-780nm范围内连续；
所述红外光单元包括蓝光芯片和被所述蓝光芯片激发的红外荧光粉，所述红外光单元的光谱由峰值波长位于710-730nm第一红外光谱、峰值波长位于820-850nm的第二红外光谱和峰值波长位于900-950nm的第三红外光谱叠加而成；
所述LED校准光源用于环境光传感器校准。
2.如权利要求1所述的传感器用的LED校准光源，其特征在于，所述LED校准光源包括多个所述控制单元，该多个控制单元独立或者组合调控所述LED校准光源的光谱在380-1000nm范围内。
3.如权利要求1所述的传感器用的LED校准光源，其特征在于，所述红外光单元中的红外荧光粉包括峰值波长位于710-730nm的第一红外粉、峰值波长位于820-850nm的第二红外粉和峰值波长位于900-950nm的第三红外粉。
4.如权利要求3所述的传感器用的LED校准光源，其特征在于，所述第一红外粉是峰值波长为710nm的Lu3Al5O12:Cr3+,Ce3+，所述第二红外粉是峰值波长为820nm的(Y,Zn)3(Al,Ga,Ge)5O12:Cr3+,Ce3+，所述第三红外粉是峰值波长为900-950nm的YVO4:Bi3+,Yb3+。
5.如权利要求1所述的传感器用的LED校准光源，其特征在于，所述可见光单元包括多个耦合的宽带连续光谱灯珠。
6.一种灯具，其特征在于，所述灯具包括权利要求1-5任一项所述的传感器用的LED校准光源。
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