一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置

本发明涉及照明设备，尤其涉及一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置。

背景技术：

1、通常植物栽培采用在土壤内播种、施肥、浇水，并在阳光照射下使植物进行光合作用以产生有机物的方式，然而这种常规的利用自然光照的栽培方法，其生产量容易受到自然气候变化的影响，而且由于需要人工施肥、喷洒农药等，还常伴随经济费用及环境问题。

2、植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效设施农业系统，它由控制系统实现对作物的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素的自动控制，是一种不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。按光照来源划分，植物工厂分为全人工光型植物工厂和太阳光型植物工厂，其中，全人工光型植物工厂在完全密闭可控的环境内采用人工光源和营养液栽培技术实现植物周年生产，以及实现多层立体种植，并且其优势还包括植物种植培育过程不需要农药，植物表面洁净无异物，使得植物表面的菌落形成单位通常低于500(温室中的叶菜的菌落形成单位通常为1000或更高)，且全人工光型植物工厂所生产植物通常无需清洗；全人工光型植物工厂劳动者的劳动环境大幅提升；全人工光型植物工厂水培所消耗的水量比露天减少约95％等。

3、光环境是植物进行光合作用的能量源，也是调控植物形态建成和中间代谢产物的信号源，其中光合有效光子通量密度、光周期、直散射光比例、光质等均对植物生长产生重要影响。全人工光型植物工厂提供植物照明广阔的应用空间，而半导体照明技术led的发展，使得应用于植物的光源可以通过研宄植物对光的动态响应过程实现精准的光参数设置。基于植物光合作用对于各波长光线的响应结果，蓝光led和红光led在植物照明应用过程中被广泛使用，而通过调配比例和亮度，可以调制出不同的r/b应用于研究和生产。

4、cn109937734a公开了一种智能植物生长照明装置，包括框架、电动升降机构和灯架，框架的底部设置有种植盘，种植盘开设有多个蔬菜种植孔，灯架上安装有多颗led植物照明灯，led植物照明灯的发光面贴附有凸透镜，任意一个蔬菜种植孔外设置有参考框，蔬菜种植孔位于参考框内，灯架上在正对所述参考框的位置处设置有摄像头和测距传感器；照明装置还包括用于控制电动升降机构的mcu控制器，摄像头、测距传感器均与所述mcu控制器电连接，通过mcu对led植物照明灯高度的控制，调节光斑面积的大小，使调节后光斑面积与植物绿色部分面积相同。

5、cn113317057a公开了一种用于促进植物生长的照明装置，其特征在于，包括：支架，其包括固定部件和安装在固定部件上的高度调整机构；安装在高度调整机构上用于对植物进行照明的光源，其包括灯座、多个间隔设置在灯座内的灯头和通过角度调节机构可调节地安装在灯座内用于反射光线的反光板；以及控制模块，其包括光照强度传感器、距离传感器和微处理器；光照强度传感器、距离传感器、灯头、角度调节机构和高度调整机构与微处理器信号连接；距离传感器用于检测植物顶端与距离传感器之间的距离；光照强度传感器用于检测照射在植物上的光照强度；微处理器用于根据植物顶端与距离传感器之间的距离和照射在植物上的光照强度，向高度调整机构发送调整支架高度的第一调节指令、向角度调节机构发送调整反光板反射角度的第二调节指令和向灯头发送调整发光强度的第三调节指令。

6、然而对于现有的植物照明灯具，普遍问题在于：光源的配置形式单一，虽有部分植物培育系统额外提供辅助光源或是光谱涵盖范围较广的光源，但这容易增加关于光源部分的控制结构及控制流程的复杂程度，从而增加植物培育系统的构建及运行成本；其次，现有植物照明灯具容易造成照明光源的浪费，尤其是对部分固定光源而言，由其提供的部分光线可能会照射至其它非必要空间当中，而因此导致提供至植物表面的有效光通量减少，使得植物的生长发育速率受到显著影响，且同时增加了植物工厂过多的电力消耗，即便部分植物照明灯具配置有可驱动的移动组件以调节光源和植物间的距离，但通常具有较为复杂的结构，且同时涉及众多参数的监测及计算，由此带来的设计制造成本及相应的操作控制难度也是不容忽视的问题。因此，现有技术仍有亟待解决的至少一个或多个技术问题。

7、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明提供了一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置，包括：

3、聚光单元，配置为收集自然光线；

4、导光单元，配置为将聚光单元收集的自然光线导入培育系统；

5、第一照射单元，配置为输出导光单元导入的自然光线至待照射对象；以及

6、第二照射单元，包含若干led单元，并配置为依据第一照射单元的自然光线的输出调整led单元的光照输出；其中，第二照射单元具有由若干led单元形成的照射范围彼此各异的多个照射区域，且照射区域各自的照射范围沿第二照射单元中心向外围变化。本发明中，通过设置多种可改变照射角度的第二透射单元，使第二照射单元的照射范围及相应的光通量得到调整，尤其相比于配置具有相同透射角度的第二透射单元，整个第二照射单元的光线覆盖面积得到扩充，且根据光源的边际现象，种植区域边缘的植物通常所能接收的光线是十分稀少且强度有限的，故处于种植区域外围边缘的植物的生长形态常因此表现出不均匀性，通过第二透射单元减小相较处于外围的照射区域的照射范围，以避免有限的光照散射至种植区域之外的其它空间而造成光源浪费，同时相应增强了边缘区域的光照强度，使得处于边缘的植株能够接受光线能量或密度更趋近于中部区域的光照，同时也避免原本处于中部高光通量区域的植物因受光过强而导致生长发育明显受阻。

7、优选地，本发明提供了一种满足动植物照明需求的宽范围发光装置，包括：

8、用于收集自然光线的聚光单元；

9、用于将自然光线导入培育系统的导光单元；

10、用于将导光单元导入的自然光线输出至待照射对象的第一照射单元；

11、以及第二照射单元，其包含若干led单元，并可依据第一照射单元的自然光线的输出来动态调整led单元的光照输出；其中，第二照射单元具有多个照射范围彼此相同或相异的照射区域，照射区域包含的若干led单元具有沿第二照射单元中心向外围变化的配置间隙，且照射区域的照射范围关联于配置间隙。本发明中，通过改变相邻照射区域内led单元的配置间隙，使第二照射单元的照射范围及相应的光通量得到调整，即在保证第二照射单元的有效光线照射面积的同时，使第二照射单元提供至种植区域外围部分的重合光通量显著增加，这对于改善区域边界处植物的生长形态具有显著意义，并且避免部分光照散射至种植区域之外而造成光源浪费，同时也避免中部高光通量区域的植物因接收过强的光线照射而产生例如蒸腾作用加剧等现象，从而影响植物的光合作用及其生长发育。

12、优选地，照射区域各自的照射范围沿第二照射单元中心向外围呈逐渐缩减的形式。

13、优选地，照射区域各自包含的若干led单元的配置间隙沿第二照射单元中心向外围呈逐渐缩减的形式。

14、优选地，本发明的宽范围发光装置还包括：

15、光照测量单元，配置为测量第一照射单元输出的自然光的光照参数；

16、生长状态监测单元，配置为获取培育系统中待照射对象的生长状态参数；

17、控制单元，配置为基于光照测量单元输入的光照参数和/或生长状态监测单元输入的生长状态参数调整第二照射单元的光照输出。

18、优选地，控制单元对第二照射单元的光照输出的调整包括：

19、根据生长状态监测单元获取的生长状态参数确定待照射对象的生长阶段；响应于待照射对象的生长阶段控制组成第二照射单元的多个照射区域中的至少两个提供光照输出以提供对应于待照射对象不同生长阶段的光合色素组成的至少一种照射光谱，并基于多个照射区域中的至少两个的光照输出使提供至待照射对象的照射光谱具有不同于多个照射区域中的任意一个的照射范围；和/或响应于待照射对象的生长阶段控制多个照射区域中任意一个或多个所包含的led单元的输出功率以提供对应于待照射对象不同生长阶段的光合色素组成的光谱功率输出。由于植物不同生长阶段光合色素的形成累积是不同的，因此对于不同发射波长光线的需求也是各异的，本发明中，控制单元可根据植物不同生长阶段的光合色素占比将不同照射区域进行相互组合以提供彼此不同的照射模式，以及调整各led单元的输出，以为不同种类及不同生长阶段的植物提供对应于其生长阶段不同光合色素占比所需生长光谱的人工照明光源，由此能够提高植物的生长效率，尤其是能够促进有关植物光合作用的光合色素形成与累积，促使植物均衡生长，同时相比于常规的led光源设置方式，通过具有不同照射范围的照射区域间的相互组合，能够提供更为致密均匀的光线至植株，尤其是显著改善直下式光源强度分布不均的问题，避免植物生长状态差异过大，且降低了例如部分横向出射光线的浪费，将有限的光照集中并均匀分布至种植面上，提高整体种植效率。

20、优选地，本发明的第二照射单元还包括与led单元相对设置的第二透射单元，第二透射单元配置为调整led单元的出射光线的照射角度以调整第二照射单元的照射范围或光照密度。

21、优选地，本发明的聚光单元包括用于会聚自然光线至导光单元的第一透射单元，和以调整第一透射单元和导光单元间距的方式控制输入至导光单元的自然光光量的调节单元，其中，控制单元根据自然光的光照参数驱动调节单元运行以控制自然光光量。

22、优选地，本发明的导光单元包括与第一透射单元相对设置的光线导入件，和围绕在光线导入件周侧的包覆层，其中，光线导入件和包覆层沿导光单元长度方向延伸以将聚光单元输入的自然光线导入培育系统。

23、优选地，本发明的宽范围发光装置还包括用于控制自然光输入量的遮蔽单元，遮蔽单元包括用于阻挡出射光线的遮蔽部和用于移动遮蔽部的驱动器，其中，遮蔽单元处于第一透射单元入射一侧、第一透射单元出射一侧以及导光单元与第一照射单元之间中的任意一个位置。