CN219478174U

CN219478174U - 调光调色全光谱教学灯具和照明系统

Info

Publication number: CN219478174U
Application number: CN202222787325.1U
Authority: CN
Inventors: 郑如萍; 代义
Original assignee: Xiamen Lidaxin Digital Education Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Lidaxin Digital Education Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2032-10-21

Abstract

本申请涉及调光调色全光谱教学灯具和照明系统，教学灯具包括至少一个发光组件和与所述发光组件电连接的驱动电路，所述发光组件至少包括第一白光光源和第二白光光源，所述第一白光光源的峰值波长范围为624nm～630nm，半波宽度为195nm～197nm，色温范围为1800K～4000K，所述第二白光光源的峰值波长范围为496nm～500nm，半波宽度为244nm～246nm，色温范围为4000K～6500K；所述驱动电路控制同一所述发光组件中的所述第一白光光源和所述第二白光光源发出不同色温和不同亮度的混合光。本申请采用两种不同色温的全光谱光源均匀混光，结合驱动电路，控制发出不同色温和亮度的混合光。

Description

调光调色全光谱教学灯具和照明系统

技术领域

本申请属于灯具技术领域，尤其涉及调光调色全光谱教学灯具和照明系统。

背景技术

在一天中不同的时间段，人类活动各不相同，对照明的需求也不尽相同，因此在正确的时间和活动中使用合适的光照就显得相当重要。尤其是在教学活动中，现有的教学灯具照明仅考虑满足学生的视觉需求，所以教学灯具照明的色温、亮度都是维持恒定不变的数值，而未考虑到在不同的时间段、不同的教学活动下学生不同的精神状态，无法帮助学生在精力旺盛时镇定下来，在无精打采时快速清醒过来，或者在挑战任务时更加集中精神。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种调光调色全光谱教学灯具和照明系统，以解决现有技术中教学灯具无法调整色温和亮度的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种调光调色全光谱教学灯具，包括至少一个发光组件和与所述发光组件电连接的驱动电路，所述发光组件至少包括第一白光光源和第二白光光源，所述第一白光光源的峰值波长范围为624nm～630nm，半波宽度为195nm～197nm，色温范围为1800K～4000K，所述第二白光光源的峰值波长范围为496nm～500nm，半波宽度为244nm～246nm，色温范围为4000K～6500K；所述驱动电路控制同一所述发光组件中的所述第一白光光源和所述第二白光光源发出不同色温和不同亮度的混合光。

在其中一个实施例中，所述第一白光光源中，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.007，波长范围为430nm～451nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.039，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.954。

在其中一个实施例中，所述第二白光光源中，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.014，波长范围为430nm～451nm之间的光谱功率占光谱总功率的比值为0.070，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.915。

在其中一个实施例中，所述第一白光光源与所述第二白光光源呈阵列排布，所述第一白光光源与所述第二白光光源的辐射功率比值为5.02±0.5：6.08±0.66。

在其中一个实施例中，所述第一白光光源和所述第二白光光源达到显指要求Ra＞95，R9＞90，R15＞95。

在其中一个实施例中，所述第一白光光源和所述第二白光光源均包括支架、设置于支架底部的电连接件、设置于所述支架上的至少一个峰值波长范围为442nm～447nm的第一蓝光芯片和至少一个峰值波长范围为457nm～460nm的第二蓝光芯片、设置在所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片出光侧的波长转换元件，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片通过所述电连接件与所述驱动电路连接。

在其中一个实施例中，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片串联连接。

在其中一个实施例中，所述波长转换元件为荧光粉与硅胶的混合体。

在其中一个实施例中，所述支架上还设有反射杯，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片设置于所述反射杯中，所述反射杯用于反射所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片发出的光线。

本申请实施例的第二方面提供了一种调光调色全光谱照明系统，包括调光调色全光谱教学灯具、Zigbee主控模组和智能控制设备，所述智能控制设备通过所述Zigbee主控模组与所述调光调色全光谱教学灯具连接，所述智能控制设备基于Zigbee通讯协议向所述Zigbee主控模组发出控制命令，所述Zigbee主控模组接收到控制命令后，输出PWM信号至所述驱动电路，通过调节驱动电路的驱动电流对所述第一白光光源和第二白光光源进行不同色温和亮度的混合控制。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例一种调光调色全光谱教学灯具和照明系统，采用两种不同色温的全光谱光源均匀混光，结合驱动电路控制，形成满足照度、均匀度和眩光度要求的全光谱光照，并且通过控制发出不同色温和亮度的混合光，可以满足在不同的教学活动中对应调整照明环境，帮助学生在精力旺盛时镇定下来，在无精打采时快速清醒过来，或者在挑战学习任务时更加集中精神，高效地完成学习内容。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种调光调色全光谱教学灯具的示意图；

图2是本申请实施例提供的第一白光光源的光谱示意图；

图3是本申请实施例提供的第二白光光源的光谱示意图；

图4是本申请实施例提供的混合光的光谱示意图；

图5是本申请实施例提供的第一白光光源和第二白光光源的排布示意图；

图6是本申请实施例提供的第一白光光源或第二白光光源的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种调光调色全光谱照明系统的示意图。

附图标记：

100、第一白光光源；200、第二白光光源；300、支架；301、第一蓝光芯片；302、第二蓝光芯片；303、电连接件；304、波长转换元件；305、反射杯。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在现有的教室灯、黑板灯或者台灯等与教学活动有关的照明灯具中，主要考虑的是满足学生的视觉需求，满足标准的光照要求，因此色温和亮度是维持恒定不变的数值，无法考虑到在不同的时间段或者在不同的教学活动中学生的精神状态有所不同，比如在早上时段学生处于无精打采的状态、中午时段学生处于精力旺盛的状态、考试时段学生需要集中精神等，无法根据不同的时段或不同的教学活动及时调整色温和亮度，调节学生的精神状态，导致学习效率大大降低。

为了解决这一问题，本申请实施例提供一种调光调色全光谱教学灯具和照明系统，采用两种不同色温的全光谱光源均匀混光，结合驱动电路控制，形成满足照度、均匀度和眩光度要求的全光谱光照，并且通过控制发出不同色温和亮度的混合光，可以满足在不同的教学活动中及时调整照明环境的色温和亮度，帮助学生在精力旺盛时镇定下来，在无精打采时快速清醒过来，或者在挑战学习任务时更加集中精神，高效地完成学习内容。

请参阅图1，本申请实施例的第一方面提供了一种调光调色全光谱教学灯具，应用于教室、黑板、台灯等多种教学活动有关的灯具中，旨在调整学生的精神状态，可以理解的是，本申请同样适用于其他非教学应用领域，用来调整人们的精神状态，本申请以教室灯进行示例性说明，如图1为教室灯的侧面结构灯型，通过两根垂直吊杆将教室灯安装在天花板上。

调光调色全光谱教学灯具包括至少一个发光组件和与发光组件连接的驱动电路，其中，发光组件至少包括第一白光光源100和第二白光光源200，第一白光光源100的峰值波长范围为624nm～630nm，半波宽度为195nm～197nm，色温范围为1800K～4000K，本申请实施例优选光源色温为3300K；第二白光光源200的峰值波长范围为496nm～500nm，半波宽度为244nm～246nm，色温范围为4000K～6500K，本申请实施例优选光源色温为5000K；驱动电路控制同一发光组件中的第一白光光源100和第二白光光源200发出不同色温和不同亮度的混合光，混合光的色温范围为3300K～5000K，亮度范围为0％～100％。驱动电路通过驱动电流分段控制方式或者同时控制方式控制第一白光光源100和第二白光光源200。

请参阅图2、图3和图4，本申请实施例所采用的第一白光光源100的峰值波长范围为624nm～630nm，半波宽度为195nm～197nm，其中，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.007，波长范围为430nm～451nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.039，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.954。由上述可知，第一白光光源满足全光谱的需求。

本申请实施例所采用的第二白光光源200的峰值波长范围为496nm～500nm，半波宽度为244nm～246nm，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.014，其中，波长范围为430nm～451nm之间的光谱功率占光谱总功率的比值为0.070，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.915。由上述可知，第二白光光源满足全光谱的需求。结合第一白光光源和第二白光光源均满足全光谱光源，因此，对第一白光光源和第二白光光源进行混合调光调色后，混合光的光谱也满足全光谱需求。

请参阅图5，发光组件包括多个第一白光光源100和第二白光光源200时，优选地，本申请实施例中采用相同数量的第一白光光源100和第二白光光源200，且第一白光光源100和第二白光光源200的排布呈两个相同方向平行的阵列分布，为了满足混合光谱色温需求，第一白光光源100和第二白光光源200需要按照一定的辐射功率比值进行均匀混合，具体地，第一白光光源与第二白光光源的辐射功率比值为5.02±0.5：6.08±0.66，其中，这里的±0.5是指5.02可以在±0.5的误差范围内波动，±0.66是指6.08可以在±0.66的误差范围内波动。

根据格拉斯曼颜色混合定律，由色坐标与三刺激值的关系推导出色温和亮度的计算公式，计算出第一白光光源和第二白光光源的占空比，使得驱动电路通过控制第一白光光源100和第二白光光源200的占空比实现对灯具进行亮度调节和色温调节。具体地，色温和亮度的计算公式为：

D₁*₁+₂*₂＝

其中，x₁、y₁是第一白光光源的色坐标，Y₁是第一白光光源的光通量，D₁是第一白光光源的占空比；x₂、y₂是第二白光光源的色坐标，Y₂是第二白光光源的光通量，D₂是第二白光光源的占空比；x、y是混合光源的目标色坐标，x、y值在(x₁，y₁)和(x₁，y₁)的连线上变化，即y＝ax+b，x的取值范围为x₂≤x≤x₁；Y是混合光源的目标光通量，Y的取值范围为0≤Y≤Y₁+Y₂。

通过上述第一白光光源与第二白光光源的辐射功率比值，可以得到第一白光光源与第二白光光源的亮度比值也为5.02±0.5：6.08±0.66，根据不同教学活动下所需的目标色温和目标亮度，即可对应求出第一白光光源和第二白光光源的占空比，从而实现控制第一白光光源和第二白光光源进行混合调光调色，实现教室灯多种教学活动的光照调节和切换。

示例性地，比如在板书、自习的情景下，设定混合光的目标色温为4000K，目标亮度为100％；或者在投影的情景下，设定混合光的目标色温4000K，目标亮度为90％；或者在考试的情景下，设定混合光的目标色温为5000K，目标亮度为100％；或者在活动的情景下，设定混合光的目标色温为5000K，目标亮度为90％；或者在课间的情景下，设定混合光的目标色温为3300K，亮度65％，通过设定不同情景下调节学生状态所需的目标色温和目标亮度，计算出对应的第一白光光源和第二白光光源的占空比，通过驱动电路控制对应的占空比，即可实现多种教学活动所需的不同色温和亮度的切换。可以理解的是，不同情景下的目标色温和目标亮度不是一一对应固定的，可以根据实际需求进行调整。

上述实施例具体列举的是两个不同色温的光源的占空比计算方式，如果存在三个或三个以上的光源时，可以进行分段调光，比如对色温分别为3500K、4000K、5000K的三个光源进行调光计算，可以分成3500K～4000K、4000K～5000K两段分别代入到计算公式中进行计算调光。

更进一步地，请参阅图6，第一白光光源100和第二白光光源200的结构为：包括支架300、电连接件303、第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302、波长转换元件304，在本申请实施例中，电连接件303设置在支架300的底部，具体为金属电极。

第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302设置在支架上，第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302的数量可以为多个，为了便于描述，在此具体采用一个第一蓝光芯片301和一个第二蓝光芯片302进行说明，第一蓝光芯片301的峰值波长范围为442nm～447nm，第二蓝光芯片302的峰值波长为457～460nm，第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302可以采用串联或并联的方式连接，优选采用串联连接的方式，并且第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302通过电连接件303与驱动电路连接。

波长转换元件304具体为荧光粉与硅胶的混合体，采用离心工艺，均匀涂覆在第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302的表面，第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302均匀激发荧光粉后发出全光谱的第一白光光源100和第二白光光源200，达到显指要求Ra＞95，R9＞90，R15＞95。值得说明的是，对于第一白光光源和第二白光光源来说，光源结构相同，区别在于两者的荧光粉比例不同，形成的色温范围不同，具体地，第一白光光源和第二白光光源的荧光粉采用高显绿粉、高亮度黄绿粉和高波段红粉按一定配比形成色温为3300K和色温为5000K。上述荧光粉的种类均可在市场上购得，或者从厂家获得。

光源结构还包括设置在支架300上的反射杯305，第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302设置在反射杯305内，反射杯305内壁镀银，第一蓝光芯片301和第二蓝光芯片302发出的光线经反射杯305内壁反射，增加出射光线，提高光线的出光率。

请参阅图7，本申请实施例的第二方面提供了一种调光调色全光谱照明系统，包括调光调色全光谱教学灯具、Zigbee主控模组和智能控制设备，调光调色全光谱教学灯具包括发光组件和驱动电路，其中，智能控制设备通过Zigbee主控模组与调光调色全光谱教学灯具的驱动电路连接。

智能控制设备可以是智能网关、智能控制面板、APP、电脑PC等多种设备，来实现对照明系统的智能化控制，并且本申请实施例基于Zigbee无线通信协议，满足短距离的通信要求、能耗低，实现教室内多种不同情景的照明控制。

照明系统的控制过程为：智能控制设备基于Zigbee通讯协议向Zigbee主控模组发出控制命令，Zigbee主控模组接收到控制命令后，输出PWM信号至驱动电路，通过调节驱动电路的驱动电流对所述第一白光光源和第二白光光源进行不同色温和亮度的光源混合，实现多种教学场景下教室灯具的调光调色。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，包括至少一个发光组件和与所述发光组件电连接的驱动电路，所述发光组件至少包括第一白光光源和第二白光光源，所述第一白光光源的峰值波长范围为624nm～630nm，半波宽度为195nm～197nm，色温范围为1800K～4000K，所述第二白光光源的峰值波长范围为496nm～500nm，半波宽度为244nm～246nm，色温范围为4000K～6500K；所述驱动电路控制同一所述发光组件中的所述第一白光光源和所述第二白光光源发出不同色温和不同亮度的混合光。

2.根据权利要求1所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第一白光光源中，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.007，波长范围为430nm～451nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.039，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.954。

3.根据权利要求1所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第二白光光源中，波长范围为380nm～430nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.014，波长范围为430nm～451nm之间的光谱功率占光谱总功率的比值为0.070，波长范围为451nm～780nm的光谱功率占光谱总功率的比值为0.915。

4.根据权利要求1所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第一白光光源与所述第二白光光源呈阵列排布，所述第一白光光源与所述第二白光光源的辐射功率比值为5.02±0.5：6.08±0.66。

5.根据权利要求1所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第一白光光源和所述第二白光光源达到显指要求Ra＞95，R9＞90，R15＞95。

6.根据权利要求1所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第一白光光源和所述第二白光光源均包括支架、设置于支架底部的电连接件、设置于所述支架上的至少一个峰值波长范围为442nm～447nm的第一蓝光芯片和至少一个峰值波长范围为457nm～460nm的第二蓝光芯片、设置在所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片出光侧的波长转换元件，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片通过所述电连接件与所述驱动电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片串联连接。

8.根据权利要求6所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述波长转换元件为荧光粉与硅胶的混合体。

9.根据权利要求6所述的一种调光调色全光谱教学灯具，其特征在于，所述支架上还设有反射杯，所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片设置于所述反射杯中，所述反射杯用于反射所述第一蓝光芯片和所述第二蓝光芯片发出的光线。

10.一种调光调色全光谱照明系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的调光调色全光谱教学灯具、Zigbee主控模组和智能控制设备，所述智能控制设备通过所述Zigbee主控模组与所述调光调色全光谱教学灯具连接，

所述智能控制设备基于Zigbee通讯协议向所述Zigbee主控模组发出控制命令，所述Zigbee主控模组接收到控制命令后，输出PWM信号至所述驱动电路，通过调节所述驱动电路的驱动电流对所述第一白光光源和第二白光光源进行不同色温和亮度的混合控制。