基于量子度量光学反射镜的灯具的制作方法

本实用新型属于非成像光学领域，更具体地涉及一种基于量子度量光学反射镜的灯具。

背景技术：

随着植物生理学、光学技术、LED技术的急速发展以及中国设施农业尤其是温室和大棚数量的不断增加，大功率LED应用到植物光照也越来越多。由于植物大棚等实用场景的补光灯功率比较大，需要用微槽群散热来解决散热并减少灯具的重量。但是目前市面上的微槽群散热灯具受限于其技术本身的缺陷，不能直接解决其不能从下往上照的缺陷，而目前很多大楼、园林或者人行道树木的投光灯都需要从下往上照，因为此种照射方式具有安装方便、安全不会高空掉落、投射光美观等优点。

目前能够从下往上照的普通灯具，体积大、重量大，且采用透镜方式来提高均匀性，但是光线经过二次光学设计的透镜时，有两次界面折射，相比较一次界面反射的反射镜来说，光损失更大。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于以上问题，本实用新型提出一种基于量子度量的光学反射镜的灯具，用于解决以上技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种基于量子度量光学反射镜的灯具，该灯具满足均匀光子照度分布，包括：1、一种基于量子度量光学反射镜的灯具，所述基于量子度量光学反射镜的灯具满足非均匀光子照度分布，包括：LED灯具，所述LED灯具呈倒置状态，用于提供入射光；光学反射镜，连接于所述LED灯具的下方，所述光学反射镜为基于量子度量的自由曲面镜，用于将所述LED灯具提供的入射光转变为反射光反射至被照射面，其中，照射到所述被照射面的所述反射光满足预定的非均匀的光子照度分布需求。

在本实用新型的一些实施例中，上述LED灯具包括：LED光源，用于提供所述入射光；微槽群取热器，用于提取所述LED光源提供所述入射光时产生的热量，并传输至散热器；散热器，用于将所述微槽群取热器传输来的热量扩散至所述LED灯具外。

在本实用新型的一些实施例中，上述基于量子度量光学反射镜的灯具还包括：保护罩，罩于所述光学反射镜的表面，用于防水、防尘。

在本实用新型的一些实施例中，上述保护罩为透光材质，包括透明有机物和透明无机物的任意组合。

在本实用新型的一些实施例中，上述光学反射镜的反射率在可见光范围内不低于85％。

在本实用新型的一些实施例中，上述光学反射镜的材质包括：金属、玻璃、石英、塑料以及半导体中的一种或者几种。

在本实用新型的一些实施例中，上述二LED灯具和光学反射镜的连接包括：焊接、旋钮、夹持、捆绑、粘贴、铆钉以及一体化成型中的一种或者几种。

在本实用新型的一些实施例中，上述光学反射镜与所述LED灯具之间的距离与角度与所述预定的非均匀的光子照度分布需求相关。

在本实用新型的一些实施例中，上述光学反射镜与所述LED灯具之间的距离与角度与所述预定的非均匀的光子照度分布需求相关，包括：根据所述预定的非均匀的光子照度分布需求将被照射面划分成至少一个网格；将所述LED灯具提供的所述入射光划分成与被照射面相同数据量的网格，并与被照射面网格存在相对位置的一一对应关系，使得每个网格内光源出射的光子数满足相对应的被照射面的光子照度需求；根据光源划分的网格的节点、位置以及出射的光线方向与相对应的被照射面划分的网格的节点、位置以及所需的入射光线方向根据反射定律确定所述光学反射镜与所述LED灯具之间的距离与角度，其中，根据光源划分的网格的每个位置上出射的光线与相对应的根据被照射面划分的网格的位置的入射光线的交叉点在所述光学反射镜上。

(三)有益效果

基于上述技术方案可知，本实用新型提出的基于量子度量光学反射镜的灯具具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的灯具，由于采用光学反射镜，因此相比采用透镜(二次界面折射)的普通灯具，光损失更小；又由于本实用新型的灯具满足非均匀光子照度分布，因此相比辐射度量和光度量的二次光学设计在植物光照灯具应用的众多领域更加精确，使得植物光照灯具的使用面上的光子照度更加多元化，可以满足用户对于光子照度分布的需求；这是因为量子度量基于光子数守恒来计算，最终光子照度分布更加符合用户的需求，而采用光通量或能量守恒来计算，得到的是光照度和辐射照度分布，对于植物而言，同等光照度或辐照度下的不同颜色的混光得到的光照照度并不满足用户需求，所以对于植物而言，采用量子度量的方式来计算更加准确；

2、随着植物光照的不断发展，本实用新型提出的基于量子度量光学反射镜的灯具，未来具有广泛的应用前景，可以应用于温室、大棚补光灯、园艺设计、灯光设计或者植物工厂等领域。

附图说明

图1是本实用新型实施例提出的基于量子度量光学反射镜的灯具的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提出的基于量子度量光学反射镜的灯具中光学反射镜的设计流程图；

图3是本实用新型实施例的将被照射面和光源划分网格并确定一一对应关系的示意图；

图4是本实用新型实施例的计算得出自由曲面控制网格的节点法向量的示意图；

图5为本实用新型实施例的通过分析自由曲面的节点法向量而形成曲面的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

根据本实用新型实施例提供的光学反射镜，在设计中满足光子数和/或光子通量守恒定律、边缘光线定理、光束扩展度守恒定理、几何光学原理。所述量子度量包括光子数、光子通量、光子照度、光子强度、光子亮度以及光子出射度。

光子数守恒定律是考虑从光源到被照射面，每条光线所走过的路线差与走过的路线长度相比可以忽略不计，所以假定每条光线损失的光子数目或者损失的光子数目差别忽略不计。

光子通量守恒定律是考虑从光源到被照射面，每条光线所走过的路线差与走过的路线长度相比可以忽略不计，所以假定单位时间内每条光线损失的光子数目或者损失的光子数目差别忽略不计。

边缘光线定理是考虑光源划分的网格与被照射面划分的网格存在相对位置的一一对应关系；即光源划分的网格的边缘网格对应照射面划分的网格的边缘网格，光源划分的网格的中心网格对应照射面划分的网格的中心网格。

光束扩展度守恒定理指的是，每条出射光的光束扩展度随着光线的延伸而不会发生变化。

几何光学原理指的是，光源的光经过反射镜到达被照平面要满足反射定律和光的独立传播定律和光的直线传播定律。

以下通过具体实施例对实用新型提出的基于量子度量光学反射镜的灯具进行详细说明。

图1是本实用新型实施例提出的基于量子度量光学反射镜的灯具的结构示意图。

如图1所示，本实施例提出一种基于量子度量光学反射镜的灯具，一种基于量子度量光学反射镜的灯具，该灯具满足非均匀光子照度分布，包括：LED灯具10、光学反射镜20、保护罩60以及连接关系70等。

LED灯具10，该LED灯具呈倒置状态，用于提供入射光30。根据本实用新型实施例，LED灯具10可以包括LED光源101，用于提供入射光30。LED灯具10也可以包括微槽群取热器102，用于提取LED光源101提供入射光30时产生的热量，并传输至散热器103。LED灯具10还可以包括散热器103，用于将微槽群取热器102传输来的热量扩散至LED灯具10外。

光学反射镜20，连接于LED灯具的下方，该光学反射镜为基于量子度量的自由曲面镜，用于将LED提供的入射光30转变为反射光40反射至被照射面50。根据本实用新型实施例，光学反射镜20的反射率在可见光范围内为85％。光学反射镜的材质可以包括金属、玻璃、石英、塑料以及半导体中的一种或者几种。

在本实用新型的实施例中，光学反射镜20与LED灯具10之间的距离与角度与预定的非均匀的光子照度分布需求相关。其中，预定的非均匀的光子照度分布需求根据用户要求的不同而不同。

例如，光学反射镜20与LED灯具10之间的距离与角度与预定的非均匀的光子照度分布需求相关可以是，根据预定的非均匀的光子照度分布需求将被照射面50划分成至少一个网格；将LED灯具10提供的入射光30划分成与被照射面50相同数据量的网格，并与被照射面50网格存在相对位置的一一对应关系，使得每个网格内光源出射的光子数满足相对应的被照射面50的光子照度需求；根据光源划分的网格的节点、位置以及出射的光线方向与相对应的被照射面50划分的网格的节点、位置以及所需的入射光线方向根据反射定律确定所述光学反射镜20与所述LED灯具10之间的距离与角度，其中，根据光源划分的网格的每个位置上出射的光线与相对应的根据被照射面划分的网格的位置的入射光线的交叉点在所述光学反射镜20上。

根据本实用新型实施例，所述光学反射镜20可以按照下述参考图2～图5描述的方法制成。在此不再赘述。

保护罩60，罩于光学反射镜20的表面，用于防水、防尘。根据本实用新型实施例，保护罩60为透光材质，包括透明有机物和透明无机物的任意组合。例如，可为玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)或透明陶瓷。根据本公开实施例，保护罩60可以紧贴于光学反射镜20的表面，也可以与光学反射镜20之间留有一定的空隙。

上述光学反射镜20和LED灯具10的连接70可以通过焊接、旋钮、夹持、捆绑、粘贴、铆钉以及一体化成型中的一种或者几种方法。例如，可以通过夹持加捆绑连接。

根据本实用新型的实施例，通过使用量子度量基于光子数守恒计算，实现被照射面的光子数分布满足预定的需求，对于植物而言，采用量子度量的方式来计算更加准确。并且，本使用新型提出的灯具采用反射镜，自下而上照射，减少光损失。并且在景观设计的场景下，本实用新型实施例提供的灯具可以自下而上为树值或者景观进行满足用户需求的非均匀性光照，可以增加景观设计的多元化。

图2是本实用新型实施例提出的基于量子度量光学反射镜的灯具中光学反射镜的设计流程图。

如图2所示，如图所示，在步骤S1，划分被照射面网格。根据本实用新型实施例，将被照射面按照光子照度需求划分成至少一个网格，所述光子照度需求为非均匀光子照度。在本实用新型实施例中，所述将被照射面按照光子照度需求划分成至少一个网格包括按照光子照度需求将被照射面划分成形状大小各异的网格。例如可以是多角形的网格，可以是梯形分布的网格，本实用新型不限制网格的形状和大小以及分布。例如，如图3所示，包括光源8(例如可以是参照图1描述的灯具中的LED光源101)、被照射面7(例如可以是参照图1描述的灯具中被照射面50)以及一一对应关系6。将被照射面7划分成5x5的25个网格711，按照光子照度需求，最外圈的16个网格所需光子数相同，中间一圈的8个网格712所需光子数相同，但是最外圈与中间一圈以及最中心的一个网格之间所需的光子数不相同。

在步骤S2，划分光源网格。根据本实用新型实施例，将光源划分成与被照射面相同数量的网格，并与被照射面网格存在相对位置的一一对应关系，使得每个网格内光源出射的光子数满足相对应的被照射面的光子照度需求。所述一一对应关系符合边缘光线原理，即光源划分的网格的边缘网格对应照射面划分的网格的边缘网格，光源划分的网格的中心网格对应照射面划分的网格的中心网格。在本实用新型实施例中，将一次封装后的光源8近似一条含特定特小立体角出射与被照射面7的某一特定区域设定一一对应关系。满足光子数守恒定律和边缘光线原理。例如，如图3所示，包括光源8、被照射面7以及一一对应关系6。将光源8划分为与被照射面7数量相同的25个网格，光源8划分的网格的边缘网格16个即最外圈圆环中的网格811，对应被照射面7划分的网格的边缘网格16个即矩形最外圈的网格711，光源8划分的网格的中间圈网格8个即中间圈圆环中的网格812，对应被照射面7划分的网格的中间网格8个即矩形中间圈的网格712，如图3中对应关系6所示；光源8划分的网格的中心网格1个即最内圈圆表示的网格，对应被照射面7划分的网格的中心网格1个即矩形最中心1x1表示的网格，如图3中对应关系6所示。如图3所示，光源最外圈与中间一圈以及中心圆的网格出射的光子数不同，用不同的填充线表示。

在步骤S3，计算得到自由曲面。根据本实用新型实施例，根据光源划分的网格的节点、位置以及出射的光线方向与相对应的被照射面划分的网格的节点、位置以及所需照射的光线方向根据反射定律计算得到自由曲面。所述计算得到自由曲面包括：根据光源划分的网格的节点、位置以及出射的光线方向与相对应的被照射面划分的网格的节点、位置以及所需照射的光线方向根据反射定律得到控制网格；计算得到控制网格节点的法向量；根据控制网格节点的法向量计算出网格节点的切向量；根据网格节点的切向量连接形成自由曲面。例如，如图4所示，包括被照射面7、光源8、控制网格9、入射光线10、出射光线11以及控制网格法向量12。根据光源8的各个网格的出射光线11以及被照射面7的相对应的各个网格入射光线12的交接点以及反射定律确定控制网格9。结合反射定律确定出射光线11到入射光线12需要的反射角度，以此确定控制网络9的法向量12。如图5所示，包括控制网格法向量12、控制网格切向量13。将控制网格法向量12转化为控制网格切向量13，并连接控制网格切向量13形成自由曲面。

在步骤S4，填充自由曲面形成光学反射镜。根据本实用新型实施例，将自由曲面填充反射镜形成光学反射镜或光学反射镜模型。

在步骤S5，建造模型，判断被照射面是否达到非均匀光子照度分布需求。根据本实用新型实施例，利用tracepro、lighttools等光学模拟软件根据上述所得到的反射镜模型建模并结合光源特性进行模拟计算，如果计算被照射面非均匀光子照度分布不能满足要求，则进行步骤S6，否则结束。

在步骤S6，调整网格密度。根据本实用新型实施例，若被照射面非均匀光子照度分布不满足需求，则重新调整网格参数，包括调整网格密度和网格形状等，重复步骤S1至S5。例如，如果被照射面的非均匀光子照度分布距离所需的非均匀光子照度分布较远，则增加划分网格的密度。所述网格形状不限定为正方形，还可以是多边形，不规则图形等。

在本实用新型的一些实施例中，基于量子度量光学反射镜的灯具的使用方式为：

根据不同被照射面对光子照度分布的不同要求，通过调节光学反射镜的形状和反射率来满足要求。光学反射镜的形状根据照射高度和被照射面面积的要求，会得到不同的光学反射镜的形状。一般而言，高度越高，需要的光学反射镜的弧度会越大，面积也会越大；面积越大，需要的光学反射镜的弧度越平滑且面积会越大。一般而言，光学反射镜的材料的反射率越小，需要的光学反射镜的弧度会越大且面积会越大。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。