一种用于植物照明激光光源补光器的制作方法

1.本实用新型属于植物照明技术领域，一种用于植物照明激光光源补光器。


背景技术：

2.现有植物照明使用的光源，普遍是led光源，但是建设一所人工光型植物工厂，其led光源的安装量非常大，将会造成能源的大量消耗。现有实验结果表明使用激光光源较led光源进行植物照明效率有了巨大的提高，这就使得使用小功率补光器就能替代相当大量的led光源进行植物照明成为了可能。但是，激光灯源的照射结果一般是一个点，不能满足植物照明的使用需求。针对现有激光光源的植物照明系统，急需设计开发一款激光光源的补光器，以满足激光光源照射植物配光的需求。


技术实现要素：

3.为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种用于植物照明激光光源补光器。
4.所述的一种用于植物照明激光光源补光器，其特征在于包括补光器主体，所述补光器主体的端部固定设置有透镜座，所述透镜座中固定设置有波纹板透镜。
5.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述透镜座外侧设置有限位板，内侧设置有挡环，所述波纹板透镜限位在所述限位板与所述挡环之间。
6.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板透镜与所述挡环之间设置有垫圈；
7.所述透镜座中设置有螺纹部，通过螺纹部与所述补光器主体固定连接。
8.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板透镜包括第一透镜，所述第一透镜上设置有入射面和出射面，所述入射面和出射面至少一个为波纹面，所述波纹面上设置有n条波形相同且平行的波纹。
9.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹面为第一波纹面和第二波纹面，所述第一波纹面的波纹与所述第二波纹面的波纹之间设置有夹角α，所述的夹角α为0-90
°
。
10.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一波纹面与所述第二波纹面之间设置有中间平面层；
11.所述第一透镜上设置有第一安装部，所述第一安装部上设置有第一连接孔；
12.所述第一安装部设置有两组，且对角设置在所述第一透镜上。
13.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板组合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜上均设置有入射面和出射面，所述入射面或所述出射面为波纹面，所述波纹面上设置有n条波形相同且平行的波纹。
14.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一透镜与所述第二透镜通过连接件固定连接；
15.所述波纹面包括设置在第一透镜上的第一波纹面与设置在第二透镜的第三波纹
面。
16.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一波纹面的波纹与所述第三波纹面的波纹之间设置有夹角α，所述的夹角α为0-90
°
；
17.所述连接件可拆卸设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间，所述第三波纹面与所述第一波纹面的间距通过所述连接件调节。
18.所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一透镜上设置有第一安装部，所述第一安装部上设置有第一连接孔，所述第二透镜上设置有第二安装部，所述第二安装部上设置有第二连接孔，所述连接件两端分别与所述第一连接孔和所述第二连接孔连接；所述第一透镜上的第一安装部有两个，并且对角设置在第一透镜上，所述第二透镜的第二安装部有两个，并且对角设置在第二透镜上。
19.与现有技术相比，本实用新型有以下优点：
20.根据需求将该补光器应用在激光照明中，激光通过第一透镜后，将点光源展宽为长方形照射面或平行四边形照射面。不同的形状的照射面能够应用于多种植物照明应用场景中，在植物生长过程中给予一定的补光刺激。
21.将led光源替换成激光光源，能够大幅降低人工光型植物工厂能耗，降低运行成本，推动人工光型植物工厂的商业化应用与产业化推广。
附图说明
22.图1为本实用新型补光器结构示意图；
23.图2为本实用新型补光器透镜座结构示意图；
24.图3为本实用新型的第一透镜结构示意图；
25.图4为本实用新型的第一透镜侧视结构示意图；
26.图5为本实用新型另一实施例的结构示意图；
27.图6为本实用新型另一实施例的侧视结构示意图；
28.图7为本实用新型组合透镜的结构示意图；
29.图8：垂直入射的激光通过双透镜叠加后激光折射图；
30.图9：垂直入射的激光通过双透镜叠加后另一角度激光折射图；
31.图10透镜波纹面波纹结构示意图。
32.图中1第一透镜；11第一波纹面；12中间平面层；13第二波纹面；2第一安装部；21第一连接孔；3第二透镜；31第三波纹面；4第二安装部；41第二连接孔；5连接件；6透镜座；61限位板；62挡环；63垫圈；7补光器主体；8电源线。
具体实施方式
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。
34.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
35.如图1所示，一种用于植物照明激光光源补光器，包括补光器主体7，补光器主体7的一端设置有电源线8，另一端通过透镜座6固定设置有波纹板透镜。透镜座6的外边缘设置有用于限位的限位板61，波纹板透镜通过所述限位板61 卡接在透镜座6中。透镜座6的下方设置有螺纹部，通过螺纹部与补光器主体7 连接。波纹板透镜的下方设置有垫圈63，垫圈63的底部还设置有支撑波纹板透镜的挡环62。
36.实施例1
37.结合图2至图4，波纹板透镜包括第一透镜1，第一透镜1上设置有入射面与出射面，入射面或出射面为第一波纹面11。第一波纹面11上设置有若干条波形相同且平行的波纹。第一透镜1上设置有第一安装部2，第一安装部2设置有两个，对角设置在第一透镜1上。
38.第一安装部2中设置有第一连接孔21。
39.使用时，激光照射从波纹板透镜照射后展宽的照射面为长条形结构，如图5 所示。
40.实施例2
41.结合图5至图6，第一透镜1上设置有入射面与出射面，其中入射面与出射面上都设置有波纹面，波纹面包括第一波纹面11和第二波纹面13。第一波纹面 11和第二波纹面13上分别设置有若干条形状相同且平行的波纹。
42.第一波纹面11和第二波纹面13的波纹方向不同，第一波纹面11上的一条波纹的波峰直线记为n，第二波纹面13的上的一条波纹的波峰直线记为m，直线n 与直线m之间为异面直线关系。将直线n与直线m平移至同一个平面后，直线n 与直线m相交，设置有夹角α，通过改变夹角大小α，可以调整照射面的形状，将夹角α记为第一波纹面11与第二波纹面13的夹角。
43.第一透镜1上设置有第一安装部2，第一安装部2设置有两个，对角设置在第一透镜1上。
44.第一安装部2中设置有第一连接孔21。
45.通过该波纹板透镜，可以将激光光源展宽为四边形照射面，如图8所示。第一波纹面11与第二波纹面13之间还设置有中间平面层12，调节中间平面层12 的厚度，还可以改变照射面四边形的长宽比。
46.四边形的长宽比与两个波纹面的距离相关，第一波纹面11与第二波纹面13 的间距越大，照射面的四边形长宽比越大。四边形的夹角与波纹面波纹的夹角α相关，第一波纹面11与第二波纹面13的夹角α越大，照射面的四边形的夹角越大。所述的夹角α为0-90
°
。
47.实施例3
48.结合图7，波纹板透镜包括组合透镜，组合透镜包括第一透镜1和第二透镜3，第一透镜1和第二透镜3之间通过连接件5固定连接。第一透镜1和第二透镜3 上分别设置有入射面和出射面，其中入射面或出射面为波纹面，波纹面上设置有n条波纹，波纹的形状相同且平行。波纹面包括第一波纹面11和第三波纹面31。
49.第一波纹面11和第三波纹面31的波纹方向不同，第一波纹面11上的一条波纹的波峰直线记为n，第三波纹面31的上的一条波纹的波峰直线记为m，直线n 与直线m之间为异面直线关系。将直线n与直线m平移至同一个平面后，直线n 与直线m相交，设置有夹角α，通过改变夹角大小α，可以调整照射面的形状，将夹角α记为第一波纹面11与第三波纹面31的夹角。所述的夹角α为0-90
°
。
50.第一透镜1上设置有第一安装部2，第一安装部2上设置有第一安装孔21。第二透镜2上设置有第二安装部4，设置有第二安装孔41，连接件5的两端分别插接在第一安装孔21和第二安装孔41中，将第一透镜1和第二透镜3连接。
51.第一安装部2有两个，并且对角设置在第一透镜1上，第二透镜3的第二安装部4有两个，并且对角设置在第二透镜3上。
52.激光从平面入射或从波纹面入射，其照射面光斑形状相同。
53.将组合透镜安装在补光器中，激光照射在组合透镜上后，照射面如图10所示，呈四边形结构。四边形的长宽比与两个波纹面的距离，第一波纹面11与第三波纹面31的间距越大，照射面的四边形长宽比越大。四边形的夹角与波纹面波纹的夹角α相关，第一波纹面11与第三波纹面31的夹角α越大，照射面的四边形的夹角越大。当夹角α为90
°
时，照射面的光斑为长方形。
54.结合图8与图9可知，单一透镜只对一个方向产生角度展开。
55.如图10所示，是波纹板透镜波纹面波纹的波形结构的设计方法。
56.将照射在单个单元波纹面的光源平均分成n等份，由于光源光强分布均匀，n 等份的光能量也是相同的；同时，将该波纹单元需要照射的线段也分成n等份，将等分的光分配到等分的线段上，这样整条线段上的光也是均匀的。
57.经过上述的光线分配，获取n条光路的情况，根据光路的情况计算波纹面的面型。首先选取波纹面中心点定义该点为波纹面最高点，该点的光学特点是垂直入射的光线不发生偏折直接出射，该点为第n/2点，这样可以计算得到该点波纹面的切线方向，结合光源出射光的方向向量和目标点n/2-1点的位置可以得到出射光的方向向量，再跟据折射定律的向量形式可以算出该点处的切线方向，如此下去可以将曲面上各点逐一计算得到，由于波纹边有轴对称也就能得到中心点另一侧各点位置。将这些点拟合后就可以得到该波纹面。
58.曲面上各点通过以下公式进行计算：
[0059][0060]
其中n为相对折射率，向量i为入射光线单位矢量，向量o为出射光线单位矢量，向量n为法向量。
[0061]
整波纹线需要重复使用该向量方程迭代多次计算多个点得到的。一般计算了 n个点后，再将n个点进行拟合得到的一条波纹线。然后再将这一条波纹线复制若干个后得到形成最后的波纹面，波纹面的波形即为该条计算后拟合出的波纹线。
[0062]
安装使用时，根据需求将该波纹板透镜安装在补光器中，激光通过波纹板透镜或波纹板组合透镜后，将点光源展宽为长条形、长方形照射面或平行四边形照射面。
[0063]
当单个波纹面使用时候只在一个方向进行展宽，即将激光照射圆点往一个方向拉长，照射面的光斑为长条形。当使用两个波纹面或组合透镜时，且波纹成90 度角时，这个时候在两个相互垂直的方向进行了展宽，照射面的光斑为长方形。当使用两个波纹面或组合透镜时，且波纹面成0-90
°
间的特定角度时，照射面的光斑为平行四边形，其平行四边形的锐角与波纹面的夹角相同。
[0064]
不同的形状的照射面能够应用于多种植物照明应用场景中，在植物生长过程中给予一定的补光刺激。
[0065]
将led光源替换成激光光源，能够大幅降低人工光型植物工厂能耗，降低运行成本，推动人工光型植物工厂的商业化应用与产业化推广。
[0066]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于植物照明激光光源补光器，其特征在于包括补光器主体(7)，所述补光器主体(7)的端部固定设置有透镜座(6)，所述透镜座(6)中固定设置有波纹板透镜或波纹板组合透镜。2.根据权利要求1所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述透镜座(6)外侧设置有限位板(61)，内侧设置有挡环(62)，所述波纹板透镜或波纹板组合透镜限位在所述限位板(61)与所述挡环(62)之间。3.根据权利要求2所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板透镜或波纹板组合透镜与所述挡环(62)之间设置有垫圈(63)；所述透镜座(6)中设置有螺纹部，通过螺纹部与所述补光器主体(7)固定连接。4.根据权利要求1所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板透镜包括第一透镜(1)，所述第一透镜(1)上设置有入射面和出射面，所述入射面和出射面至少一个为波纹面，所述波纹面上设置有n条波形相同且平行的波纹。5.根据权利要求4所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹面为第一波纹面(11)和/或第二波纹面(13)，所述第一波纹面(11)的波纹与所述第二波纹面(13)的波纹之间设置有夹角α，所述的夹角α为0-90
°
。6.根据权利要求5所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一波纹面(11)与所述第二波纹面(13)之间设置有中间平面层(12)；所述第一透镜(1)上设置有第一安装部(2)，所述第一安装部(2)上设置有第一连接孔(21)；所述第一安装部(2)设置有两组，且对角设置在所述第一透镜(1)上。7.根据权利要求1所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述波纹板组合透镜包括第一透镜(1)和第二透镜(3)，所述第一透镜(1)和第二透镜(3)上均设置有入射面和出射面，所述入射面或所述出射面上设置有一个波纹面，所述波纹面上设置有n条波形相同且平行的波纹。8.根据权利要求7所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一透镜(1)与所述第二透镜(3)通过连接件(5)固定连接；所述波纹面包括设置在第一透镜(1)上的第一波纹面(11)与设置在第二透镜(3)的第三波纹面(31)。9.根据权利要求8所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一波纹面(11)的波纹与所述第三波纹面(31)的波纹之间设置有夹角α，所述的夹角α为0-90
°
；所述连接件(5)可拆卸设置在所述第一透镜(1)与所述第二透镜(3)之间，所述第三波纹面(31)与所述第一波纹面(11)的间距通过所述连接件(5)调节。10.根据权利要求8或9所述的用于植物照明激光光源补光器，其特征在于所述第一透镜(1)上设置有第一安装部(2)，所述第一安装部(2)上设置有第一连接孔(21)，所述第二透镜(3)上设置有第二安装部(4)，所述第二安装部(4)上设置有第二连接孔(41)，所述连接件(5)两端分别与所述第一连接孔(21)和所述第二连接孔(41)连接；所述第一透镜(1)上的第一安装部(2)有两个，并且对角设置在第一透镜(1)上，所述第二透镜(3)的第二安装部(4)有两个，并且对角设置在第二透镜(3)上。

技术总结
本实用新型属于一种用于植物照明激光光源补光器，其特征在于包括补光器主体，所述补光器主体的端部固定设置有透镜座，所述透镜座中固定设置有波纹板透镜。安装使用时，根据需求将该波纹板透镜安装在补光器中，激光通过波纹板透镜或波纹板组合透镜后，将点光源展宽为长条形或长方形照射面或平行四边形照射面。不同的形状的照射面能够应用于多种植物照明应用场景中，在植物生长过程中给予一定的补光刺激。将LED光源替换成激光光源，能够大幅降低人工光型植物工厂能耗，降低运行成本，推动人工光型植物工厂的商业化应用与产业化推广。光型植物工厂的商业化应用与产业化推广。光型植物工厂的商业化应用与产业化推广。


技术研发人员：喻玺 章琳军 吴登富
受保护的技术使用者：杭州照相机械研究所有限公司
技术研发日：2020.12.15
技术公布日：2022/3/8