本发明专利技术涉及一种动植物发光装置及其透镜。发光装置包括光源和沿光源出光方向依次设置的第一透镜，第二透镜和第三透镜。发光装置通过第一透镜生成矩形照明区域，并经第二透镜和第三透镜的连续折射实现发散角度的改变。变光透镜组通过沿光源的光轴方向靠近或远离第一透镜改变动植物发光装置的光照发散角度，从而改变发光装置照射至置物台上的光强，使得发光装置可以根据被照射物的形态和/或光照强度需求改变发光装置在被照射面上的光照面积及光照强度，避免出现传统照明设备在进行照明时，因发散角度大而使得被照射的动植物位于照明区域外的情况以及在照射面上光强分布不均匀的情况。的情况。的情况。
【技术实现步骤摘要】
一种动植物发光装置及其透镜
[0001]本专利技术涉及动植物照明
，尤其涉及一种动植物发光装置及其透镜。
技术介绍
[0002]光照强弱与植物或者动物的生长密切相关。以植物举例说明，光照的均匀度不同，必然会导致植物的产量、收获期不同。基于生长空间内的植物的空间位置、生长阶段特征和/或生长元素特征来选择光源络中与植物的光需求位置对应的光源和照明控制方案，使得发光装置的光照与植物的生长需求匹配。植物的生长受多种植物激素调节，其中生长素等与植物的形态建成有重要作用。生长素一般指吲哚乙酸，其普遍存在于各种植物组织之中，在低浓度时能促进植物生长，特别是细胞的伸长。生长素均匀产生于植物顶端分生组织，并且在光照的作用下能产生横向运输，运输方向为从向光侧到背光侧，使之不均匀分布。分布不均匀的生长素作用于植物伸长区，使背光侧细胞加速伸长，植物发生向光性生长。这种光照影响植物生长发育的现象称为植物的光形态建成，而植物不同的生长阶段需要的光照强度不同，为在植物不同的生长阶段向其提供特定光照强度的光，相应地出现了可调光强的动植物照明装置。
[0003]本专利技术的动植物发光装置通过透镜聚集光线，提高有效栽培区域光强度，提高光源电能利用效率。
[0004]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专利技术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，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0005]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种动植物发光装置。所述发光装置包括光源和沿光源出光方向依次设置的第一透镜，第二透镜和第三透镜。所述第一透镜以自由曲面为基础进行设计，能够使得所述光源光斑呈矩形。所述第二透镜和所述第三透镜组成变光透镜组。优选地，所述光源出射的光线经所述第二透镜和所述第三透镜的连续折射实现发散角度的改变。所述变光透镜组通过沿所述光源的光轴方向靠近或远离所述第一透镜改变所述动植物发光装置的光照发散角度，从而改变所述发光装置照射至置物台上的光强。
[0006]对于植物工厂的蔬菜种植而言，幼苗植株在达到成菜前要经过2～3次移栽，每次移栽都会使得植株的种植密度降低。有的植物工厂受人力成本和生产规模制约，只进行1～2次移栽，甚至不移栽。无论是否进行移栽，定植或移栽后的植株其周围均保留有大量空间以满足植物未来一段时间的生长，这部分空间在没有植物覆盖的时候，仍然接受了持续的光照，不利于光能利用率的提高。
[0007]优选地，本发光装置通过光源进行配光设计，通过改变第二透镜和第三透镜组成的变光透镜组与第一透镜的距离，从而改变发光装置的发散角，使得发光装置可以根据被
照射物的形态和/或光照强度需求改变发光装置在被照射面上的光照面积及光照强度。
[0008]优选地，本发光装置通过改变变光透镜组与第一透镜的距离使得发光装置的照明范围恰好覆盖植株的光吸收部位，从而提高光能利用率，实现光照面积随植株叶片面积的增大而增大。
[0009]优选地，在被照明动植物所需光强发生改变的情况下，发光装置通过调节变光透镜组与第一透镜的距离，从而调节置物台上被照明动植物接收到的光强。
[0010]优选地，发光装置通过第一透镜生成矩形照明区域，若干发光装置通过矩形照明区域边线重合的方式设置在安装板上，形成更大的均匀照明区域，能够消除照明盲区，从而避免出现传统照明设备在进行近距离照明时，因发散角度大而使得被照射的动植物位于照明区域外的情况以及在照射面上光强分布不均匀的情况。
[0011]根据一种优选实施方式，所述第一透镜包括入射自由曲面、全反射曲面和出射自由曲面。所述光源发出的光线经过所述入射自由曲面透射和/或所述全反射曲面反射后从所述出射自由曲面射出形成矩形的光斑。所述出射自由曲面满足：F＝A*sin2α，α∈(0，β)；其中，F为入射自由曲面的光通量，α为出射自由曲面出射光线对应的入射角，β为入射自由曲面与全反射曲面分配角度的临界值，A为系数。优选地，A取值为2.5～4。优选地，β＝arctan(d/(h
‑
l))；其中，d为第一透镜的厚度，h为光源到第一透镜的距离，l为光源芯片的发光面长度。优选地，本专利技术中采用的光源均为多芯片LED光源。
[0012]优选地，所述第一透镜通过折反射将所述光源的出射光线在被照射面上形成光照强度分布均匀的矩形照明光斑，便于多个发光装置将矩形照明区域边线重合，以形成更大的均匀照明区域，能够消除照明盲区，从而避免出现传统照明设备在进行近距离照明时，因发散角度大而使得被照射的动植物位于照明区域外的情况以及在照射面上光强分布不均匀的情况。
[0013]根据一种优选实施方式，所述第二透镜和所述第三透镜采用弯月透镜。所述第二透镜和所述第三透镜按照光轴对齐的方式装配在镜筒内，以构成变光透镜组。优选地，所述第二透镜和所述第三透镜按照曲率由小到大依次排列。
[0014]根据一种优选实施方式，所述发光装置还包括安装座和传动机构。所述光源设置在所述安装座的一侧，至少两个所述传动机构在所述安装座绕所述光源设置。至少两个所述传动机构通过配置的滑块与所述镜筒连接，使得所述变光透镜组能够沿光轴方向靠近或远离所述光源，从而改变发光装置产生光束的发散角度。
[0015]优选地，所述变光透镜组通过靠近或远离所述第一透镜改变所述发光装置在被照射面上的矩形光斑的大小以及光照强度。优选地，针对单棵植株而言，所述发光装置可以通过调整所述变光透镜组与所述第一透镜的距离，从而改变发光装置对单棵植株的照射面积，以适配植株在生长期中不同的光吸收面积。对于设置在置物台上的多棵植株而言，所述发光装置调整所述变光透镜组与所述第一透镜的距离后，尤其是在所述发光装置通过调整所述变光透镜组与所述第一透镜的距离使得多个发光装置的照明范围出现重叠时，设置在置物台上的植株能够接收到多角度的照射光线，从而促进植物的生长。
[0016]根据一种优选实施方式，所述传动机构还包括传动轴和支座。所述支座的一端连接所述安装座，另一端连接贯穿所述滑块的所述传动轴。
[0017]根据一种优选实施方式，至少一个所述传动机构设置有电机。所述电机连接所述
传动轴，使得设置在所述传动轴上的所述滑块能够带动所述镜筒沿所述动植物发光装置的出光方向移动，从而改变所述变光透镜组与所述光源的距离。
[0018]根据一种优选实施方式，所述动植物发光装置通过改变所述变光透镜组与所述第一透镜距离的方式改变所述动植物发光装置在被照射面上的矩形光斑的大小。所述变光透镜组与所述第一透镜的距离L满足：L＝(L1
‑
L2)*A*arctan(B/2
‑
E)+(L1+L2)/2；其中，L1为所述变光透镜组与所述第一透镜的最大距离，L2为所述变光透镜组与所述第一透镜的最小距离，B为所述变光透镜组与所述第一透镜处于最大距离时某一照射面上的光照强度，E为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动植物发光装置，用于照射置物台(300)，其特征在于，所述发光装置包括光源(102)和沿光源(102)出光方向依次设置的第一透镜(103)，第二透镜(105)和第三透镜(106)；所述第一透镜(103)以自由曲面为基础，能够使得所述光源(102)光斑呈矩形；所述第二透镜(105)和所述第三透镜(106)组成变光透镜组，通过沿所述光源(102)的光轴方向靠近或远离所述第一透镜(103)改变所述动植物发光装置的光照发散角度，从而改变所述发光装置照射至置物台(300)上的光强。2.根据权利要求1所述的动植物发光装置，其特征在于，所述第一透镜(103)包括入射自由曲面(112)、全反射曲面(113)和出射自由曲面(114)；所述光源(102)发出的光线经过所述入射自由曲面(112)透射和/或所述全反射曲面反射(113)后从所述出射自由曲面(114)射出形成矩形的光斑；所述出射自由曲面(114)满足：F＝A*sin2α，α∈(0，β)；其中，F为入射自由曲面(112)的光通量，α为出射自由曲面(114)出射光线对应的入射角，β为入射自由曲面(112)与全反射曲面(113)分配角度的临界值，A为系数。3.根据权利要求1或2所述的动植物发光装置，其特征在于，所述第二透镜(105)和所述第三透镜(106)采用弯月透镜，并且所述第二透镜(105)和所述第三透镜(106)按照光轴对齐的方式装配在镜筒(107)内，以构成变光透镜组；其中，所述第二透镜(105)和所述第三透镜(106)按照曲率由小到大依次排列。4.根据权利要求1～3任一项所述的动植物发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括安装座(101)和传动机构；所述光源(102)设置在所述安装座(101)的一侧，至少两个所述传动机构在所述安装座(101)绕所述光源(102)设置；至少两个所述传动机构通过配置的滑块(108)与所述镜筒(107)连接，使得所述变光透镜组能够沿光轴方向靠近或远离所述光源(102)，从而改变发光装置产生光束的发散角度。5.根据权利要求1～4任一项所述的动植物发光装置，其特征在于，所述传动机构还包括传动轴(109)和支座(111)；所述支座(111)的一端连接所述安装座(101)，另一端连接贯穿所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王森，杨其长，李宗耕，周成波，
申请(专利权)人：中国农业科学院都市农业研究所，
类型：发明
国别省市：
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