CN102088840A - 用于照射园艺生长物的照射布置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于利用例如LED作为光源照射园艺生长物(100)的照射布置(1)。这些LED置于发光单元(10)。发光单元尤其可以具有将基本上所有来自光源(这里为LED)的光照向(温室中)园艺生长物的能力。另外，园艺生长物识别系统(50)可以在照射布置中实现，使得系统可以调整例如其光束(11)以适于园艺生长物的位置(如果植物生长或移动等)。

Description

用于照射园艺生长物的照射布置
技术领域
本发明涉及用于照射园艺生长物的照射布置。本发明进一步涉及包括根据本发明的照射布置的、用于种植园艺生长物的气候控制室(诸如，温室)。
背景技术
园艺生长物的人造光在本领域是已知的并且可以用于代替太阳光或在太阳光以外使用。
在植物领域，尤其正在对由光能的化学捕获驱动的过程进行研究。同时，对将电转换成特定波长光的新方法的研究已经使得某些工程师试图制造促进植物生长的人造光。例如，可以修改能量效率低的“白光”源来产生更多在以下波长的光，该波长已知能够促进植物生长和健康。此混合技术(其中这些增强的“植物生长光”的大部分光不能被植物有效使用)已经占领了市场四十年。
在US 6921182中发现12个红色660nm LED加6个橙色612nmLED和1个蓝色470nm LED的比例是最佳的。所述优选环形灯容纳两个这些最佳LED集，从而产生具有24个红色660nm LED、12个橙色612nm LED和2个蓝色470nm LED的设备。同样，在US 6921182中对使用包含用于增强波长混合的两类LED的混合LED串进行了描述。
对于660nm LED和612nmLED两者，等同比例地使用具有15°和30°的两种光束发散的LED。当LED光垂直地照在成熟的棉花植株叶片的上表面时，发现置于该叶片下面的量子光感测器记录了对于30°LED有10％的光透射，而对于15°LED有80％的光透射，并且主要用于光合作用的橙色/红色光谱的约50％透过上面叶冠，使得可用于支持位于下面的叶片中的光合作用。
发明内容
现有技术发光的缺陷为：调整光源以适于随时间变化和发展的园艺生长物可能相对困难。覆盖温室地面的总叶片面积随植物生长而变化。在现代温室发光系统中，许多光不照在植物叶片上，尤其当植物还小时。如果例如光束形状(诸如光束角度)可以依赖于叶片面积变化，则发光系统会变得更加高效。因此，在园艺生长物生长期间，可以调整光源以适于高效地照射园艺生长物。
由于光源的非最佳光束以及在温室中的反射，大量光污染可能与当前系统一起发生(诸如当使用放电灯时)。这可能具有以下缺陷：由于光子利用率低而能量成本高；光不是绿色开关验证(能量被浪费)；由于光污染在夜间温室区域不能产生吸引人的美学效果；以及光污染对植物、动物和人的生理周期存在负面影响。因此，高效发光是优选的。
另外，在某些温室中，将植物四处移动可以使得收获更早并且更加高效。现有技术系统不能轻易地避免多余的发光。
另外，现有发光系统不容易允许光谱(随时间)变化从而符合特定园艺生长物(随时间)的要求或者符合不同类型园艺生长物的要求。
本发明描述了利用例如LED作为光源的照射布置。这些LED被放置在发光单元中。发光单元尤其可以具有将基本上所有来自光源(这里为LED)的光照向(温室中的)园艺生长物的能力。另外，可以在照射布置中实现园艺生长物识别系统，使得系统可以调整例如其光束以适于园艺生长物的位置(如果植物生长或移动等)。
因此，本发明的一方面提供了替代的照射布置，其优选地进一步至少部分消除上文所述缺陷的一个或多个。本发明的另一方面提供了替代的气候控制室(诸如温室)，其优选地进一步至少部分消除上文所述缺陷的一个或多个。
因此，在一个实施方式中，本发明提供了用于照射园艺生长物的照射布置，其中该照射布置包括：(a)发光单元，布置用于生成光束并且响应于控制信号来控制光束的光学属性；(b)电磁波感测器，布置用于感测园艺生长物并且生成感测器信号；以及(c)控制单元，布置用于处理感测器信号来产生控制信号。
特别地，感测器布置用于感测(或监测)园艺生长物，并且控制单元从感测器的感测器信号获得信息来控制发光单元，该发光单元响应由控制单元生成的控制信号来控制光束的光学属性，该发光单元从而提供园艺生长物的照射。由于感测器、控制单元和光束的可控光学属性，可以调整光束到期望的光学属性(诸如，光束光谱、光束形状和光束通量)。特别地，基于感测器信号与可选的其他信号(如来自温度感测器的信号)之间的预定关系，来控制光束的光学属性。术语“光学属性”可以表示一个或多个光学属性。
因此，在特定实施方式中，控制单元布置用于通过：从感测器信号确定(获得)选自以下组的一个或多个特性，该组包括：园艺生长物类型、园艺生长物大小、园艺生长物生长速度、园艺生长物位置和园艺生长物外观(诸如，园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度的一个或多个)；以及计算(“处理”)对应的控制信号来借助于尤其选自以下组的光束的一个或多个光学属性来影响园艺生长物的生长，该组包括：光束通量(这里还被称为“光通量”)、光束形状(这里还被称为“形状”)和光束光谱(这里还被称为“光谱”)，来处理感测器信号以产生控制信号。
这里，在特定实施方式中，控制单元布置用于响应尤其选自以下组的光束的一个或多个光学属性与(a)可从感测器信号获得的一个或多个园艺生长物特性和(b)计时器信号、环境感测器信号以及信息感测器信号的可选的一个或多个之间的预定关系来处理感测器信号以产生控制信号，该组包括：光束通量、光束形状和光束光谱。
可从感测器信号获得的一个或多个特性可以选自以下组，该组包括：园艺生长物类型、园艺生长物大小、园艺生长物生长速度、园艺生长物位置和园艺生长物外观(诸如，园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度的一个或多个)。计时器信号、环境感测器信号和信息感测器信号可以分别由除了电磁波感测器的感测器(即，环境感测器和规格信息感测器)生成。计时器信号还可以由控制单元本身生成。
针对发光单元用于控制光束形状的控制信号在这里还被称为光束形状控制信号。针对发光单元用于控制光束光谱的控制信号还被称为光束光谱控制信号。针对发光单元用于控制光束通量的控制信号还被称作光束通量控制信号。控制信号可以用于控制这些属性的一个或多个。
如上文所述，在特定实施方式中，光学属性包括光束的形状，并且特别地控制单元和光束控制器布置用于控制光束来基本上只照射园艺生长物。以这种方式，对园艺生长物的发光可以是最佳的，同时多余发光基本上是最小的并且可以考虑园艺生长物外观(如生长)和/或移动(包括沿照明布置搬运)方面的变化。另外，在生长期间根据园艺生长物生长的变化的总叶片面积可以通过照射来进行高效的控制，这是因为照射布置可以依赖于园艺生长物的类型和/或客户要求随时间调节光束形状和/或光束通量和/或光束光谱。
在一个实施方式中，光束控制器包括选自以下组的一个或多个光学元件来控制光束的形状，该组包括：电润湿透镜、液晶态透镜、可控散射元件、可控衍射元件、折射元件和反射元件。这种光束控制器在本领域是已知的，并且例如在这里通过参考引入的WO2007/007220和WO2007/007235中进行了描述。
在另一实施方式中，光束控制器包括可调整的机械光束整形系统，诸如例如旋转(可旋转的)准直器。术语“光束控制器”还可以表示多个光束控制器。因此，发光单元可以包括上文所述光束控制器的一个或多个，特别地其可以在一个实施方式中串接布置。
例如可能期望鉴于生长速度、利用日-夜循环等来控制光通量。因此，在其他实施方式(可以用于提供日-夜循环)中，光学属性包括光束的光通量，控制信号包括光束通量控制信号，以及发光单元进一步布置用于响应于光束通量控制信号来控制光束的光通量，并且控制单元布置用于处理感测器信号来产生光束通量控制信号。因此，在一个实施方式中，控制单元和发光单元进一步布置用于提供预定的亮-暗循环。同样鉴于园艺生长物要求或客户要求，光束可以随时间变化。例如，当从感测器信号获得的信息指示园艺生长物的生长太慢时，可以增加光通量。
在特定实施方式中，发光单元包括多个光源，诸如多个LED，如2-1000个LED，诸如4-100个LED，尤其4-24个LED。术语“LED”指的是OLED和固态LED，但是尤其指的是后一类型的LED。当发光单元包括多个光源时，两个或更多光源可以具有相同或不同的光束光谱(即，由个体光源发射的光的波长范围)，例如RGB LED。
因此，在特定实施方式中，发光单元包括多个分别具有多个不同光谱的多个光源。使用多个光源(诸如LED)的两个或更多来生成不同波长的光，这种配置允许依赖于例如感测器信号来调整光束的光谱(即，光束的光的波长范围)。使用多个光源的另一优势可以是光源可以由控制单元单独处理，由此进一步支持将要调整的光束形状、光束通量和可选的光束光谱控制。
在其他实施方式中，光束包括具有可变光束光谱的光，并且发光单元布置用于响应于控制信号来控制光束的光束光谱。这种照射布置可以通过使用具有不同光谱的多个光源(如上文所述)来获得，可以备选或附加的，还可以通过使用滤色片获得。可以使用与时间有关的不同光谱的应用来最优化地符合园艺生长物的要求。然而，还可以使用光谱的可变性来最优化与照射下的园艺生长物有关的光谱。
因此，在其他实施方式中，控制信号包括光谱控制信号，发光单元进一步布置用于响应光谱控制信号来提供对应于所确定的园艺生长物的预定光束光谱，以及控制单元进一步布置用于从感测器信号来确定园艺生长物的多个预定类型中的一个并且产生光谱控制信号。控制单元可以包括园艺生长物的预定类型的库，园艺生长物的至少一种类型，优选两种或更多种类型，诸如园艺生长物的至少五种类型。控制单元从感测器信号获得园艺生长物的类型，继而控制单元基于控制单元(软件)中编写的预定关系来选择特定光束光谱，并且向发光单元提供对应的控制信号。因此，照射布置允许调整光束光谱以适于园艺生长物的类型。这里，光谱控制信号还可以称为“园艺生长物类型定义的光束光谱控制信号”。
可以控制尤其选自以下组的光束的光学属性，该组包括：光束通量、光束形状和光束光谱。更具体地，光束的光学属性为光束形状和可选自以下组的一个或多个，该组包括光束通量和光束光谱。
在一个实施方式中，根据本发明的照射布置的光束可以包括多个个体光束，其中发光单元进一步布置用于响应控制信号来控制个体光束的光学属性。响应控制信号来控制个体光束的光学属性可以通过(a)寻址个体光源(在个体光束源于个体光源的实施方式中)；(b)寻址针对个体光源的个体滤色片；以及(c)寻址个体光束控制器(在个体光束的光学属性由个体可寻址的光束控制器控制的实施方式中)的一个或多个来完成。注意，多个光束控制器的存在没必要包括多个光源。另外，注意多个个体光束可以由多个光源、多个光束控制器(控制单个光源或控制多个光束光源)和遮板结构(或对应结构)生成。
因此，在特定实施方式中，光束控制器包括多个光束控制器，并且光束控制器布置用于响应于控制信号来控制个体光束的光学属性(尤其是光束形状和/或光束通量)。虽然单个光束仍可以较少优化光的使用，但多个个体可控光束可以进一步优化光的使用，并且可以进一步允许对照射下的特定园艺生长物进行光束整形。通过控制个体光束的光束通量和/或光束形状，光束(包括个体光束)的光束形状(还可选光束通量)可以由控制单元来控制。
在一个实施方式中，光学属性包括光束的形状，控制信号包括光束形状控制信号，发光单元布置用于响应于光束形状控制信号来控制光束的形状，以及控制单元布置用于从感测器信号确定园艺生长物的位置来产生光束形状控制信号。术语“位置”指的是空间中的点或范围。因此，术语“位置”可以表示园艺生长物的特定(临时)位置，然而术语“位置”还可以表示由园艺生长物占据的位置的总数，即，其范围(在特定时刻)。
在一个实施方式中，照射布置可以进一步包括尤其选自以下组的环境感测器，该组包括：湿度感测器、灌溉感测器、温度感测器、气体感测器、养分感测器或背景光感测器，其中环境感测器布置用于生成环境感测器信号，以及其中控制单元进一步布置用于处理环境感测器信号来产生控制信号。例如，控制单元可以使用关于园艺生长物周围环境的湿度、提供和/或接收的灌溉量、园艺生长物周围环境的温度、气体浓度或气体类型(诸如CO的浓度)、向园艺生长物提供的养分量和背景光的量的信息来调节光束的光学属性(诸如，光通量、光谱和形状)。由此，控制单元可以控制发光单元来可选地照射园艺生长物。
可选地，控制单元还布置用于控制一个或多个环境参数(诸如，尤其选自以下组的环境参数，该组包括湿度、灌溉、温度、气氛、养分和背景光)尤其作为可从感测器信号获得的信息与环境参数的一个或多个之间预定关系的函数。
在另一实施方式中，照射布置进一步包括选自以下组的规格信息感测器，该组包括RFID感测器，其中规格信息感测器布置用于生成规格信息感测器信号，以及其中控制单元进一步布置用于处理规格信息感测器信号来产生控制信号。例如，园艺生长物可以由RFID芯片通过选自以下组的规格信息进行标记，该组包括：期望的交货日期、园艺生长物类型、期望的园艺生长物大小、期望的园艺生长物成熟度等等。RFID感测器或另一规格信息感测器接收(RFID芯片)规格信息并且将该规格信息感测器信号耦合至控制单元，该控制单元可以布置用于使用该规格信息来调节光束的光学属性(诸如，光通量、光谱和形状)。由此，控制单元可以控制发光单元来可选地照射园艺生长物。
因此，可以获得的信息(包括园艺生长物特性)选自以下组，该组包括：(a)园艺生长物类型、园艺生长速度、园艺生长物位置和园艺生长物外观信号(诸如，园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度的一个或多个)的一个或多个，该信息可以从感测器信号获得；以及可选地(b)环境信息和规格信息(诸如，期望的交货日期、园艺生长物类型和期望的园艺生长物成熟度的一个或多个)的一个或多个，该信息可以分别从环境感测器和规格信息感测器获得。
电磁波感测器可以包括选自以下组的感测器，该组包括IR图像感测器和可见光图像感测器。这种感测器可以制作园艺生长物作物的(3D)图像，该(3D)图像用作控制单元可以从中获得期望信息的感测器信号。例如，感测器可以选自以下组，该组包括：CCD相机、CMOS相机或其他数字相机。这种相机可以布置用于测量IR光和/或可见光。
电磁波感测器还可以是雷达感测器，布置用于借助于雷达波提供(3D)图像。因此，在另一实施方式中，电磁波感测器包括雷达感测器。术语“感测器”还可以表示多个感测器(即，两个或更多感测器)。此外，术语“多个感测器”可以表示多个相同类型或不同类型的感测器，诸如多个VIS感测器和多个IR感测器。
在一个实施方式中，照射布置包括多个发光单元，该多个发光单元可以由控制单元(优选地单独)寻址。优选地，在照射布置包括多个发光单元的实施方式中，照射布置进一步包括多个光束控制器，其中光束控制器布置用于响应感测器信号来控制发光单元的光束的形状。
在其他方面，本发明提供了包括根据本发明(如这里描述和要求)的照射布置、用于种植园艺生长物的气候控制室。
术语“园艺生长物”在本领域是已知的并且这里可以表示任何植物、作物、矮树丛、树木，包括例如结果实或是果实的植被、蔬菜、蘑菇、浆果、坚果、花、树木、灌木、草皮等。这里的园艺生长物尤其表示室内园艺生长物，诸如尤其是生长用于人们或动物消耗或其他人用于(诸如，室内或室外)装饰等的任何植物、作物、矮树、树木。
附图说明
参考所附示意图仅通过示例的方式描述了本发明的实施方式，其中对应的参考符号指示对应的部分，其中：
图1示意性绘制了根据本发明的实施方式、布置在气候控制室中以及布置用于照射园艺生长物的照射布置；
图2更加详细地示意性绘制了根据本发明实施方式的园艺生长物的照射；
图3a-图3c示意性绘制了用于生成多个光束的发光单元的若干实施方式；以及
图4-图12示意性绘制了在根据本发明的照射布置实施方式中使用的若干光束控制器。
具体实施方式
图1示意性绘制了用于照射园艺生长物100的照射布置1。照射布置1布置在气候控制室200(诸如温室)中。通过示例的方式，绘制了布置在花盆210中的园艺生长物100。然而，本发明不限于温室中的照射布置1或布置在园艺生长物100上的照射布置1或者使用过程中的照射布置1。
照射布置1包括发光单元10，该发光单元10布置用于生成光束11。为此，发光单元10包括光源10a，该光源10a布置用于生成光11a。该光11a可以进一步通过(可变)准直器或(可变)其他光学器件形成光束。在图1(和图2)中，其他光学器件是反射器或准直器12(进一步指示为准直器)，但是备选或附加地，还可以应用其他光学器件。照射布置1(或者更具体地，发光单元10)进一步布置用于响应于控制信号来控制光束11的光学属性。该光学属性(诸如，光通量、光谱或光束宽度等)的控制可以由透镜、滤光片、个体光源10a的个体寻址等进行控制。
照射布置1进一步包括电磁波感测器50，该电磁波感测器50布置用于感测园艺生长物100并且生成感测器信号。电磁波感测器50可以包括选自以下组的感测器，该组包括：IR图像感测器和可见光图像感测器(诸如，CCD相机、CMOS相机或其他数字相机)。这种感测器可以布置用于测量IR光和/或可见光。电磁波感测器50还可以是雷达感测器，该雷达感测器布置用于借助于雷达波来提供(3D)图像。可以应用多个感测器50；通过示例的方式，绘制了多个光感测器50，这些感测器一起可以提供感测器信号。通过示例的方式，绘制了多个电磁波感测器50。
照射布置1进一步包括控制单元30，该控制单元30布置用于处理感测器信号来产生控制信号。感测器50尤其布置用于感测(或监测)园艺生长物100，并且控制单元30从感测器50的感测器信号获得信息(尤其是园艺生长物的特性)来控制发光单元10，该发光单元10响应由控制单元30生成的控制信号来控制光束11的光学属性。发光单元10(通过光束11)提供园艺生长物100的照射。
由于感测器50、控制单元30和光束11的可控光学属性，可以调整光束11以适于期望的光学属性(诸如，光束光谱、光束形状和光束通量)。例如，控制单元30可以布置用于通过从感测器信号确定选自以下组的一个或多个特性，该组包括：园艺生长物类型、园艺生长物大小、园艺生长物的生长速度、园艺生长物位置和园艺生长物外观(诸如，园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度的一个或多个)；以及计算(“处理”)对应的控制信号来通过尤其是选自以下组的光束11的一个或多个光学属性以影响园艺生长物100的生长，该组包括：光束通量、光束形状和光束光谱，来处理感测器信号以产生控制信号。
在优选的实施方式中，光学属性包括光束11的形状并且控制信号包括光束形状控制信号。在这种实施方式中，发光单元10(至少)布置用于响应于光束形状控制信号来控制光束11的形状，并且控制单元30布置用于从感测器信号来确定园艺生长物100的位置。通过这种方式，产生光束形状控制信号。为此，发光单元10可以尤其包括示意性绘制的光束控制器40，该光束控制器40在此附图(进一步参见下文)中进行了指示。
照射布置1可以进一步包括环境感测器60。这种感测器60可以是湿度感测器、灌溉感测器、温度感测器、气体感测器、养分感测器或背景光感测器。该可选的环境感测器60布置用于生成环境感测器信号。控制单元30可以进一步布置用于处理环境感测器信号来产生控制信号。通过示例的方式，绘制了多个环境感测器60，该多个环境感测器60例如可以分别感测背景光、温度和养分(浓度)。依赖于这种环境感测器信号，例如可以调整光通量(例如，在更多养分的情况下提供更高的光通量)。
在另一实施方式中，照射布置1进一步包括规格信息感测器70。这种规格信息感测器70尤其可以是RFID感测器。该可选的规格信息感测器70可以布置用于生成规格信息感测器信号。控制单元30可以进一步布置用于处理该规格信息感测器信号来产生控制信号。例如，园艺生长物100可以由RFID芯片(示意性由参考标记71指示)通过例如选自以下组的规格信息进行标记，该组包括：期望的交货日期、园艺生长物类型、期望的园艺生长物成熟度、期望的园艺生长物大小等。该RFID感测器或另一规格信息感测器70接收该规格信息并且将其作为规格信息感测器信号耦合至控制单元30，该控制单元30可以布置用于使用此规格信息来调节光束11的光学属性(诸如，光通量、光谱和形状)。由此，控制单元30可以控制发光单元10来最佳地(随时间)照射园艺生长物100。
因此，可以从一个或多个感测器信号获得选自以下组的信息，该组包括园艺生长物类型、园艺生长物的生长速度、园艺生长物位置、园艺生长物外观信号(诸如，园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度的一个或多个)的一个或多个。然而，信息(如湿度、温度、时间)还可以从其他感测器(诸如，环境感测器和规格信息感测器)获得。
在特定实施方式中，如图1和图2中示意性绘制的，发光单元10进一步包括光束控制器40，该光束控制器40布置用于响应光束形状控制信号来控制光束11的形状。在这种实施方式中，光学属性包括光束11的形状，并且控制信号包括光束形状控制信号。控制单元30布置用于从感测器信号来确定园艺生长物100的位置以产生光束形状控制信号。以这种方式，由光束11对园艺生长物100的发光可以是最佳的，同时基本上最小化了多余发光并且可以考虑园艺生长物100的外观(如，生长)和/或移动方面的变化。因此，在其他特定实施方式中，控制单元30和光束控制器40布置用于控制光束11的形状，尤其用于基本上只照射园艺生长物100。光束控制器40可以可选地进一步布置用于控制光束11的光通量。因此，控制单元30和光束控制器40可以进一步布置用于控制光束11的光通量，例如依赖于园艺生长物100随时间对光的要求来高效地照射该园艺生长物100。
在图1和图2示意性绘制的实施方式中，通过可能的实施方式示例的方式，准直器12包括开口13，其中开口13布置用于允许光10a离开准直器12，并且其中开口13进一步包括光束控制器40。因此，在这些示意图中，光束控制器40布置在光源10a的下游并且布置用于控制光源10a的光11a，由此布置用于控制(光束控制器40的下游)光束11的光束形状。
如上文所述，控制单元30和光束控制器40可以布置用于控制光束11来基本上只照射园艺生长物100。这进一步在图2中示意性示出。图2示意性示出了光束11的截面15。此截面15是园艺生长物100的至少一部分的下游。在此配置中，“下游”涉及光束11的截面15相对于发光单元10的位置，该发光单元10产生所述截面15的光束11，并且该发光单元10是园艺生长物100的上游。术语“上游”和“下游”与光束11的传播方向有关，其中相对于光束11中的第一位置，光束中更靠近发光单元10的第二位置是上游，以及光束中远离发光单元10的第三位置是下游。
优选地，光束11的截面15在园艺生长物100的下游位置截取，即，其中基本上没有园艺生长物100(除了照射下园艺生长物的(地下的)根)，或者优选地至少没有果实、作物和叶片。注意，光束11没必要是垂直光束，而是可以朝向任何方向来照射园艺生长物100。
由于光束被园艺生长物100拦截，因此截面具有阴影区域14，并且可能具有非阴影区域16。尤其是，控制单元30布置用于最优化阴影区域15与非阴影区域16之间的比例，使得基本上所有光束11的光都被园艺生长物拦截，并且通过这种方式基本上没有光“丢失”。
因此，在此实施方式中，控制单元30和光束控制器40可以布置用于控制光束11来基本上只照射园艺生长物100。光束11尤其可以被定义为由FWHM(半峰全宽)所限定的。这由参考标记17指示，(在此FWHM“边界”17以外)强度比半最大强度弱，而在光束中(在此“边界”或FWHM 17以内)，强度与FWHM强度相等或比FWHM强度强。
在一个实施方式中，光束11包括多个个体光束(利用参考标记11’、11”，…等指示)。在图3a-图3c中示意性指示了包括多个光束11’、11”，…等的光束11的实施方式。这里，光束11包括多个光束11’、11”…的个体光束11’、11”…。
图3a示意性绘制了以下实施方式，其中发光单元10包括具有个体开141的遮板，开141布置在光源的下游(没有在图1a中绘制)，在照射布置1使用期间，个体开口141产生个体光束11’、11”…。
在图3a示意性绘制的实施方式中，照射布置1可以包括单个光束控制器40(控制所有光束11’、11”…)。
个体光束11’、11”…等可以由控制单元30以多种方式进行控制。响应于控制信号来控制个体光束11’、11”…的光学属性可以通过(a)寻址个体光源(在个体光束源于个体光源的实施方式中(参见下面图3c))；(b)寻址针对个体光源的个体颜色滤光片(未绘制)；以及(c)寻址个体光束控制器(在个体光束的光学属性由个体可寻址的光束控制器控制的实施方式中(参见下面图3b))的一个或多个来完成。以这种方式，发光单元(10)布置用于响应于控制信号来控制个体光束11’、11”…的光学属性。
在图3b中，光束控制器40包括多个光束控制器40’、40”…。该光束控制器40’、40”…尤其布置用于响应于控制信号来分别控制个体光束11’、11”…的光学属性(尤其是光束形状和/或光束通量)。虽然单个光束11仍可以较少优化光的使用，但多个个体可控光束11’、11”…(形成包括个体光束的光束11)可以进一步优化光的使用，并且可以进一步允许对与照射下的特定园艺生长物有关的光束11进行整形。注意，个体光束控制器40’、40”…的使用可以包括也可以不包括遮板的使用。
在另一实施方式中，发光单元10包括多个光源10a’、10a”…等，诸如多个LED，如2-1000个LED，诸如4-100个LED，尤其4-24个LED。图3c中示意性绘制了这种实施方式。光源10a’、10a”…可以具有相同或不同的光束光谱(即，分别由个体光源发射的光的波长范围)，例如RGB LED。使用多个光源10a’、10a”…(诸如LED)的两个或更多来生成不同波长的光，允许依赖于例如感测器信号来调整光束11的光谱(即，光束11的光的波长范围)。使用多个光源10a’、10a”…的另一优势可以是光源10a’、10a”…可以由控制单元30单独寻址，由此进一步允许光束形状、光束通量和可选的光束光谱控制。
注意，图3a、图3b和图3c中示意性绘制的实施方式可以组合。例如，发光单元10可以包括多个光源10a’、10a”…和多个光束控制器40’、40”…，该多个光束控制器40’、40”…布置用于控制个体10a’、10a”…的个体光束11’、11”…。
上文所述实施方式可以提供照射布置1，其中控制单元30布置用于响应于尤其选自以下组的光束11的一个或多个光学属性(该组包括：光束通量、光束形状和光束光谱)与(a)可从选自以下组的感测器信号获得的信息(该组包括：园艺生长速度、园艺生长物位置和园艺生长物外观(园艺生长物颜色、园艺生长物果实成分、园艺生长物果实密度)；(b)计时器信号；以及(c)从环境感测器60和信息感测器70获得的信息之间的预定关系，来处理感测器信号以产生控制信号。环境感测器信号、信息感测器信号和计时器信号可以分别由除了电磁波感测器50的感测器(即，环境感测器60、信息感测器70和控制单元30本身或外部计时器)生成。
环境感测器信号可以包含选自以下组的信息，该组包括：(气氛)湿度、灌溉、(气氛)温度感测器、(气氛)气体感测器、养分和背景光。规格信息感测器信号可以包含选自以下组的信息，该组包括：期望的交货日期、园艺生长物类型、期望的园艺生长物成熟度等。
光束形状可以通过若干方式进行控制。在一个实施方式中，光束控制器40包括可调整的机械光束整形系统，例如，具有通过机械移动准直器部分控制的可变准直的准直器。在另一实施方式中，光束控制器40包括选自以下组的一个或多个光学元件来控制光束11的形状，该组包括：电润湿透镜、液晶态透镜、可控散射元件、可控衍射元件、折射元件和反射元件。
图4-图12示意性绘制了光束控制器40的若干实施方式，其中入射光(即，来自光源10a的光11a)用参考标记11a指示，以及其中出射光(即，光束11或个体光束11’、11”…等)用参考标记11指示。这些光束控制器40尤其可以控制光束形状以及可选的还可以控制光束通量。
光束控制器40例如可以包括图4中所示的流体聚焦透镜(阵列)80。例如，通过经由导体81和导体82将具有可调振幅的交流电压施加到流体聚焦透镜(阵列)80的极性液体86，在极性液体86与无极性液体87的交界面形成弯月面(meniscus)。该弯月面具有三种不同模式83-85，其中包括可以具有可调振幅的凸面模式和/或凹面模式。通过这种方式，可以根据入射光11a的锥角调整光束11的锥角。
光束控制器40例如可以包括如图5和图6中所示的各种液晶材料。在图5中示出了没有任何电压时散射光的材料91。换句话说，当0伏信号施加到存在于基板190和191上的透明电极90和92时，入射光11a被散射，而在右手边的附图中，当施加足够高的电压时，材料91变为透明。在图6中示出了没有施加任何电压时透明的另一材料。当跨越存在于基板193和195上透明电极93和95的电压为0时，材料94是透明的，而在右手边的附图中，当在电极上施加足够高的电压时，入射光11a变为散射。
光束控制器40包括一个或多个元件来控制光束的形状，并且例如可以包括图7中所示的液晶材料元件。从上至下呈现了：玻璃基板100、透明电极101、取向层102、液晶材料103、各向同性层104、透明电极105和玻璃基板106。通过施加0伏信号或非0伏信号，入射光11a发生折射或由于在电场的作用下液晶体分子取向改变并且光束可以通过而不发生折射的事实而不发生折射。如果需要对两个偏振方向都产生作用，则需要在以下配置中使用两个这种元件，其中元件中液晶分子的取向彼此正交。然而，分子的取向方向可以保持相同，在这种情况下必须在元件之间插入半波片。
例如，光束控制器40可以包括如图8中所示的所谓的手性液晶材料。在0电压状态下，液晶体112反射环形偏振光11(1)带并且通过反向环形偏振光11(2)带。跨越置于玻璃基板110和114顶部的透明电极111和113的电压从液晶体112去除了螺旋结构并且使得该元件透明。为了反射两个偏振方向，可以使用双元件配置。在此配置中，可能性之一是使用包含反射左和右偏振方向的环形偏振光的手性材料的元件。另一可能性是使用相同手性材料，该相同手性材料包含元件之间存在半波片的元件。
如图9中所示，光束控制器40可以是液晶态透镜。在该元件中，存在弯曲结构125。如果该结构125由具有这样的折射率的各向同性材料制成，该折射率与液晶体在0电压状态下的折射率的几乎相同，则该结构125起透镜的作用。当跨越置于玻璃基板120和127顶部的透明电极121和126施加电压时，液晶分子123重新取向并且透镜的作用消失。透明电极121由取向层122覆盖并且结构125由取向层124覆盖。如果该结构125由具有这样的折射率的各向异性材料制成，该折射率与液晶体在0电压状态下的折射率的几乎相同，则不存在透镜作用。当跨越置于玻璃基板120和127顶部的透明电极121和126施加电压时，液晶分子123重新取向并且透镜作用出现。单个元件只能对一个线性偏振方向起作用，由此需要两个元件来影响两个偏振方向。虽然这个是针对单个透镜的示例，但还可能使用这种结构制作透镜阵列。如图10中所示，光束控制器40可以是液晶态梯度折射率(GRIN)透镜或阵列。这种元件包括图案化电极。当元件的两个表面都包含图案化电极时，表面彼此对齐使得图案显示几乎完美重叠。在此情况下，电势在电极之间最高。在电极外部，元件外场线泄漏导致非均匀场线。结果，在不包含电极的区域中形成梯度折射率。如果透明电极包含圆孔，则形成球形透镜，而在周期间隔使用线电极可以引起圆柱形透镜。电极的几何形状还可以具有其他形式，图10中示出了其中示例。图9示出了包含液晶体(133)的玻璃基板(132、135)上具有图案化电极(131、136)的元件。液晶分子的宏观取向通过由经摩擦的聚合物层制成的取向层(132、135)引起。图案化电极可以具有任何结构并且图11中示出了各种示例。当跨越电极(131、136)施加的电压为0时，如图10的顶部图中所示，液晶分子单向取向并且元件中不存在透镜作用并且光束11a通过元件而没有被改变。如图10的底部图中所示，元件上施加的电场导致在电极之间的区域中引起反射率梯度，并且光束11的路径被改变。
在另一实施方式中，GRIN透镜可以使用以下元件制作，其中只在一个表面上提供电极图案而另一表面不包含任何图案。在又一实施方式中，图案化电极由具有非常高表面电阻(百万Ohm/方块范围)的层覆盖。
上文所述GRIN透镜还示出了偏振依赖性。如果需要对两个偏振方向都产生作用，则需要在以下配置中使用两个这种元件，其中元件中液晶分子的取向彼此正交。然而，在两个元件中，分子的取向方向可以保持相同，在这种情况下必须在元件之间插入半波片。
所以，光束控制器40可以置于准直光源的前面，该光束控制器40可以改变光分布和/或其形状。然而，用于准直和整形光的光束控制器40还可以置于光源与一个无源光束整形元件之间，或者在不止一个无源光束整形元件的情况下，置于无源光束整形元件之间。例如，当发光二极管用作光源10a时，可以使用具有特定形状的反射器140和/或141，以便获得具有特定分布的光形状。因此如图11中所示，光束控制器40可以置于无源光束整形元件140与141之间。无源光束整形元件还可以包括若干区段，并且光束控制器可以置于沿无源光束整形元件140和141的任意位置。例如，在透明状态下，可控散射元件可以透射光束，使得当使用缩放功能时，其主要照射经缩放的对象。如果位于更近距离的对象将要被拍照，则光束可以使用例如可控散射元件来变得范围更大。以同样方式，可以通过调整光束图案来突出显示对象的特定部分。例如，根据使用相机的人的决定，照射一个区域可以比一个或多个其他区域更多，从而突出显示该区域。然而，可控散射元件可能以宽光束发送光，该宽光束不能由相机透镜完全获得，这可能导致丢失；因此，将光束控制器40置于两个无源光束整形元件之间或光源2与无源光束整形元件140和141之间来使光束控制器40成为上文所述准直光学器件的一部分是有优势的。备选地，可以使用可调整透镜或透镜阵列。以与上文所述相同的方式，元件可以置于无源光束整形元件的前面或可以并入无源光束整形元件结构。
在又一实施方式中，光束控制器40包括旋转准直器。术语“光束控制器”可以表示多个光束控制器。
因此，发光单元可以包括上文所述光束控制器40的一个或多个，所述光束控制器40尤其可以通过串接布置(即，一个是另一个的上游(或下游))。
在上述实施方式中，光束11包括具有光束光谱的光。可选地，在变体中，光束包括具有可变光束光谱的光，即，光束11的光的颜色/颜色点是可变的。在这种变体中，发光单元10布置用于响应于控制信号来控制光束11的光束光谱。这种照射布置1可以通过使用具有不同光谱的多个光源10a’、10a”…(如上文所述)来获得，可以备选或附加的，还可以通过使用滤色片获得。
控制单元30可以进一步布置用于从感测器信号确定多个预定的园艺生长物100类型中的一个并且产生光谱控制信号。控制单元30可以包括园艺生长物100的预定类型的库，园艺生长物100的至少一种类型，优选两种或更多种类型，诸如园艺生长物100的至少5种类型。控制单元30从感测器信号获得园艺生长物100的类型，继而控制单元30基于控制单元30(软件)中编写的预定关系来选择特定光束光谱，并且向发光单元30提供对应的控制信号。因此，照射布置允许调整光束光谱以适于园艺生长物100的类型。
本发明提供了包括根据本发明(如这里描述和要求保护的，还参见图1)的照射布置1的、用于种植园艺生长物100的气候控制室200。
术语“蓝光”或“蓝光发射”尤其是指具有大约410-490nm范围波长的光。术语“绿光”尤其是指具有大约500-570nm范围波长的光。术语“红光”尤其是指具有大约590-650nm范围波长的光。术语“黄光”尤其是指具有大约560-590nm范围波长的光。这里使用的术语“光”(诸如，术语“光束”)尤其是指可见光。术语“可见光”尤其是指其辐射具有选自大约400-700nm范围波长的光。
这里使用的术语“基本上”(诸如，“基本上所有发光”或“基本上包括”)应当被本领域技术人员理解。术语“基本上”还可以包括利用“整个”、“完全”、“所有”等的实施方式。因此，在实施方式中还可以去除副词“基本上”。其中适合的，术语“基本上”还可以指90％或更高，诸如95％或更高，尤其99％或更高，甚至尤其99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括以下实施方式，其中术语“包括”表示“组成”。
这里提及的设备在操作期间所述其他设备之间。本领域技术人员应当理解，本发明不限于操作的方法或操作中的设备。
应当注意，上文所述实施方式用于说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员能够设计许多备选的实施方式而不脱离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号之间的任何参考标记不应当认为是限制本权利要求。动词“包括”及其结合的使用不排除权利要求中列举以外元素或步骤的存在。元素前面的冠词“一个”不排除多个这种元素的出现。本发明可以通过包括若干不同元素的硬件，以及通过适当编程的计算机来实现。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由同一项硬件实施。起码的事实为相互不同的从属权利要求中列举的某些措施不用于指示这些措施的组合不能加以利用。

Claims (15)

1.一种用于照射园艺生长物(100)的照射布置(1)，包括：
发光单元(10)，布置用于生成光束(11)并且响应于控制信号来控制所述光束(11)的光学属性；
电磁波感测器(50)，布置用于感测所述园艺生长物(100)并且生成感测器信号；以及
控制单元(30)，布置用于处理所述感测器信号来产生所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的照射布置(1)，其中所述光学属性包括所述光束(11)的形状，其中所述控制信号包括光束形状控制信号，其中所述发光单元(10)进一步包括光束控制器(40)，所述光束控制器(40)布置用于响应于所述光束形状控制信号来控制所述光束(11)的形状，以及其中所述控制单元(30)布置用于从所述感测器信号确定所述园艺生长物(100)的位置来产生所述光束形状控制信号。
3.根据权利要求2所述的照射布置(1)，其中所述控制单元(30)和所述光束控制器(40)布置用于控制所述光束(11)来基本上只照射所述园艺生长物(100)。
4.根据权利要求2或3所述的照射布置(1)，其中所述光束控制器(40)包括可调整的机械光束整形系统。
5.根据权利要求2至4的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述光束控制器(40)包括选自以下组的一个或多个光学元件用于控制所述光束(11)的形状，所述组包括电润湿透镜、液晶态透镜、可控散射元件、可控衍射元件、折射元件和反射元件。
6.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述发光单元(10)包括多个光源(10a’、10”…)。
7.根据权利要求6所述的照射布置(1)，其中所述发光单元(10)包括分别具有多个不同光谱的多个光源(10a’、10a”…)。
8.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述光束(11)包括具有可变光束光谱的光，并且其中所述发光单元(10)布置用于响应于所述控制信号来控制所述光束(11)的光束光谱，其中所述控制信号包括光谱控制信号，其中所述发光单元(10)进一步布置用于响应于所述光谱控制信号来提供对应于所确定的园艺生长物(100)类型的预定光束光谱，以及其中所述控制单元(30)进一步布置用于从所述感测器信号确定多个预定的园艺生长物(100)类型中的一个并且产生所述光谱控制信号。
9.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述光束(11)包括多个个体光束(11’、11”…)，其中所述发光单元(10)布置用于响应于所述控制信号来控制所述个体光束(11’、11”…)的光学属性。
10.根据权利要求9所述的照射布置(1)，其中所述光束控制器(40)包括多个光束控制器(40’、40”…)，以及其中所述光束控制器(40’、40”…)布置用于响应于所述控制信号来分别控制所述个体光束(11’、11”…)的光学属性。
11.根据权利要求6至10的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述光学属性包括所述光束(11)的形状，其中所述控制信号包括光束形状控制信号，其中所述发光单元(10)布置用于响应于所述光束形状控制信号来控制所述光束(11)的形状，以及其中所述控制单元(30)布置用于从所述感测器信号确定所述园艺生长物(100)的位置来产生所述光束形状控制信号。
12.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，进一步包括选自以下组的环境感测器(60)，所述组包括：湿度感测器、灌溉感测器、温度感测器、气体感测器、养分感测器或背景光感测器，其中所述环境感测器(60)布置用于生成环境感测器信号，以及其中所述控制单元(30)进一步布置用于处理所述环境感测器信号来产生所述控制信号。
13.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，进一步包括选自以下组的规格信息感测器(70)，所述组包括RFID感测器，其中所述规格信息感测器(70)布置用于生成规格信息感测器信号，以及其中所述控制单元(30)进一步布置用于处理所述规格信息感测器信号来产生所述控制信号。
14.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述电磁波感测器(50)包括选自以下组的感测器，所述组包括IR图像感测器和可见光图像感测器。
15.根据前述权利要求的任意一项所述的照射布置(1)，其中所述电磁波感测器(50)包括雷达感测器。
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