本发明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：
基于以上问题，本发明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。
为了实现上述目的，本发明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：
led灯具，该led灯具呈倒置状态，用于提供入射光；
光学反射镜，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提供的入射光转变为反射光反射至被照射面。
在本发明的一些实施例中，上述反射光满足被照射面所需的均匀光子照度分布。
在本发明的一些实施例中，上述led灯具包括：
led光源，用于提供入射光；
微槽群取热器，用于提取led光源提供入射光时产生的热量，并传输至散热器；
散热器，用于将微槽群取热器传输来的热量扩散至led灯具外。
在本发明的一些实施例中，上述led光源与被照射面均划分有至少一个子单元，且led光源的每个子单元出射的光子数相同；led光源划分的子单元与被照射面划分的子单元存在相对位置的一一对应关系。
在本发明的一些实施例中，上述入射光和出射光单位时间内损失的光子数目忽略不计，且入射光和出射光损失的光子数目总量忽略不计。
在本发明的一些实施例中，上述入射光和出射光中的每一条单位时间内损失的光子数目的差别忽略不计，且入射光和出射光的每一条损失的光子数目总量的差别忽略不计。
在本发明的一些实施例中，上述光学反射镜的反射率在可见光范围内不低于85％。
在本发明的一些实施例中，上述光学反射镜的材质包括金属、玻璃、石英、塑料和半导体的任意组合。
在本发明的一些实施例中，上述led灯具和光学反射镜通过焊接方式、旋钮、夹具、捆绑、粘贴、铆钉连接。
在本发明的一些实施例中，上述基于量子度量光学反射镜的灯具还包括：
保护罩，罩于光学反射镜的表面，用于防水、防尘；
该保护罩为高透光材质，包括透明有机物和透明无机物的任意组合。
基于上述技术方案可知，本发明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、本发明提出的灯具，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；又由于本发明的灯具满足均匀光子照度分布，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均匀；这是因为量子度量基于光子数守恒来计算，最终光子照度更均匀，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更均匀，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均匀，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，本发明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、大棚补光灯或者植物工厂等领域。
附图说明
图1是本发明一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是本发明一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(a)～图3(c)是按图2所示的流程设计得到的光学反射镜的设计原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开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：
led灯具，该led灯具呈倒置状态，用于提供入射光；
光学反射镜，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提供的入射光转变为反射光反射至被照射面。
在本发明的一些实施例中，上述反射光满足被照射面所需的均匀光子照度分布。
在本发明的一些实施例中，上述led灯具包括：
led光源，用于提供入射光；
微槽群取热器，用于提取led光源提供入射光时产生的热量，并传输至散热器；
散热器，用于将微槽群取热器传输来的热量扩散至led灯具外。
在本发明的一些实施例中，上述led光源与被照射面均划分有至少一个子单元，且led光源的每个子单元出射的光子数相同；led光源划分的子单元与被照射面划分的子单元存在相对位置的一一对应关系。优选地，上述被照射面的子单元大小相等。上述一一对应关系符合边缘光线原理，即led光源划分得到的边缘的子单元对应被照射面划分得到的边缘的子单元，led光源划分得到的中心的子单元对应被照射面划分得到的中心的子单元。
在本发明的一些实施例中，上述入射光和出射光单位时间内损失的光子数目忽略不计，且入射光和出射光损失的光子数目总量忽略不计。
在本发明的一些实施例中，上述入射光和出射光中的每一条单位时间内损失的光子数目的差别忽略不计，且入射光和出射光的每一条损失的光子数目总量的差别忽略不计。
在本发明的一些实施例中，上述光学反射镜的反射率在可见光范围内不低于85％。
在本发明的一些实施例中，上述光学反射镜的材质包括金属、玻璃、石英、塑料和半导体的任意组合。
在本发明的一些实施例中，上述led灯具和光学反射镜通过焊接方式、旋钮、夹具、捆绑、粘贴、铆钉连接。
在本发明的一些实施例中，上述基于量子度量光学反射镜的灯具还包括：
保护罩，罩于光学反射镜的表面，用于防水、防尘；
该保护罩为高透光材质，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。
在本发明的一些实施例中，基于量子度量光学反射镜的灯具中，光学反射镜为根据led光源位置、入射光线的方向及相对应的被照射面的位置、出射光线的方向，根据反射定律计算得到的自由曲面。
在本发明的一些实施例中，基于量子度量光学反射镜的灯具中，光学反射镜的设计原理，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。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led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led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led光源划分得到的子单元与被照射面划分得到的子单元存在相对位置的一一对应关系；即led光源划分得到的边缘的子单元对应被照射面划分得到的边缘的子单元，led光源划分得到的中心的子单元对应被照射面划分得到的中心的子单元。
光束扩展度守恒定理指的是，每条入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，led光源提供的入射光经过光学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。
在本发明的一些实施例中，基于量子度量光学反射镜的灯具中，光学反射镜的设计步骤详细为：
步骤s1、将被照射面划分成若干个子单元。即将被照射面按照光子照度需求划分成至少一个子单元，其中光子照度需求为均匀光子照度。具体为按照光子照度需求将被照射面划分成形状大小各异的子单元，例如可以是多角形的子单元，可以是梯形分布的子单元，本发明不限制被照射面划分成的若干个子单元的形状和大小以及分布；
步骤s2、将led光源划分成若干个子单元。即将led光源划分成与被照射面相同数量的子单元，并与被照射面的子单元存在相对位置的一一对应关系，使得led光源的每个子单元提供的光子数满足相对应的被照射面的光子照度需求；其中一一对应关系符合边缘光线原理，即led光源划分得到的边缘的子单元对应被照射面划分得到的边缘的子单元，led光源划分得到的中心的子单元对应被照射面划分得到的中心的子单元；
步骤s3、计算得到自由曲面。即根据led光源划分成的若干个子单元的节点、位置以及入射光的方向与相对应的被照射面划分成的若干个子单元的节点、位置以及出射光的方向根据反射定律得到控制网格；然后计算得到控制网格节点的法向量，根据该控制网格节点的法向量计算出控制网格节点的切向量，最后根据控制网格节点的切向量连接形成自由曲面；
步骤s4、填充自由曲面形成二次光学反射镜，即将自由曲面填充反射镜材料形成二次光学反射镜或二次光学反射镜模型；
步骤s5、建造模型，判断被照射面是否达到均匀光子照度的分布需求；即利用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led光源特性进行模拟计算，如果计算得到的结果为被照射面均匀光子照度的分布不能满足要求，则进行步骤s6，否则进行步骤s7；
步骤s6、调整网格参数；即重新调整网格密度，重复步骤s1至s5，例如，如果被照射面的均匀光子照度分布距离所需的均匀光子照度分布较远，则调整划分网格的参数。
步骤s7、完成光学反射镜的设计。
在本发明的一些实施例中，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均匀度的不同要求，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。
以下通过具体实施例对发明提出的基于量子度量光学反射镜的灯具进行详细说明。
实施例
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，该灯具满足均匀光子照度分布，包括：
led灯具10，该led灯具呈倒置状态，用于提供入射光30；
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。
保护罩60，罩于光学反射镜20的表面，用于防水、防尘；
该保护罩60为高透光材质，为聚二甲基硅氧烷(pdms)。
上述led灯具10包括：
led光源101，用于提供入射光30；
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；
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。
上述光学反射镜20的反射率在可见光范围内为95％，其为根据led光源101的位置、入射光30的方向及相对应的被照射面50的位置、出射光40的方向，根据反射定律计算得到的自由曲面。
上述光学反射镜20和led灯具10通过旋钮70连接。
其中，光学反射镜20的设计流程如图2所示，具体为：
步骤s1、将被照射面50划分成若干个子单元；
即将被照射面50按照光子照度需求划分成至少一个子单元，其中光子照度需求为均匀光子照度。具体为按照光子照度需求将被照射面划分成形状大小各异的子单元，例如可以是以矩形块形式存在的子单元；如图3(a)所示，本实施例中，将被照射面50划分成5x5的25个矩形子单元，按照光子照度需求，最外圈的16个矩形子单元所需光子数相同，中间一圈的8个矩形子单元所需光子数相同，但是最外圈、中间一圈以及最中心的矩形子单元之间所需的光子数均不相等；
步骤s2、将led光源101划分成若干个子单元。
即将led光源101划分成与被照射面相同数量的子单元，并与被照射面的子单元存在相对位置的一一对应关系，使得led光源101的每个子单元提供的光子数满足相对应的被照射面的光子照度需求；，其中一一对应关系符合边缘光线原理，即led光源划分得到的边缘的子单元对应被照射面划分得到的边缘的子单元，led光源划分得到的中心的子单元对应被照射面划分得到的中心的子单元；本实施例中，如图3(a)所示，将led光源101划分为与被照射面50数量相等的25个子单元，led光源101划分得到的子单元中，边缘的16个子单元(即最外圈圆环中的子单元)，对应被照射面50划分的矩形子单元中最外圈的16个矩形子单元；led光源101划分得到的子单元中，中间的8个子单元(即中间圈圆环中的子单元)，对应被照射面50划分的矩形子单元中中间圈的8个矩形子单元；led光源101划分得到的子单元中，中心的1个子单元(即最内圈圆的子单元)，对应被照射面50划分的矩形子单元中最中心的矩形子单元；
步骤s3、计算得到自由曲面。如图3(b)所示，根据led光源101划分成的25个子单元的节点、位置以及入射光30的方向与相对应的被照射面50划分成的25个矩形子单元的节点、位置以及出射光40的方向根据反射定律得到控制网格80，计算得到控制网格节点的法向量8]；然后如图3(c)所示，根据该控制网格80节点的法向量计算出控制网格80节点的切向量82，最后根据控制网格80节点的切向量连接形成自由曲面；
步骤s4、填充自由曲面形成光学反射镜，即将自由曲面填充反射镜材料形成光学反射镜或光学反射镜模型；
步骤s5、建造模型，判断被照射面是否达到均匀光子照度的分布需求；即利用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led光源101的特性进行模拟计算，如果计算得到的结果为被照射面均匀光子照度的分布不能满足要求，则进行步骤s6，否则进行步骤s7；
步骤s6、调整控制网格参数；即重新调整控制网格80密度，重复步骤s1至s5，例如，如果被照射面的均匀光子照度分布距离所需的均匀光子照度分布较远，则调整led光源101和被照射面50划分的子单元的参数。
步骤s7、完成光学反射镜的设计。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。