CN102149237A

CN102149237A - 照明系统

Info

Publication number: CN102149237A
Application number: CN2010101196567A
Authority: CN
Inventors: 施士尘; 施立纬; 赵怡婷
Original assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Current assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明是一种照明系统。该照明系统包括一发光元件、一光感测元件以及一控制单元。发光元件适于提供一光束于一物体上。光感测元件感测被物体反射的光束而输出一第一信号。控制单元电性连接光感测元件并根据第一信号而送出一第二信号于发光元件以控制光束的亮度。本发明的照明系统通过适当地配置与使用发光元件、光感测元件及控制单元，便可达到随植物生长而改变发光元件的驱动电流使得照射于植物上的光量子数可维持固定的效果；随着植物的增高，可逐渐降低发光元件的出光量以减少电能的损耗，而达到节能的效果。

Description

照明系统

技术领域

本发明是关于一种照明系统，且特别是关于一种用于植物生长的照明系统。

背景技术

在植物生长的过程中，光照为不可缺少的条件。目前，一般业者常使用人工的照明系统，以提供植物充足及适当的光照，进而加速植物成长或改善植物的品质。详细来说，除了不同的植物所需的光照量不相同之外，即使同一植物在生长的不同阶段所需的光照量亦可能不相同。再者，当植物的高度增加时，人工发光元件即使产生相同的出光量，植物所能接收到的光照量亦不相同。因此，人工发光元件必须要能随时依据植物不同时期所需的光照量，而自动调整其相应的出光量。

为了达到上述的目的，现有技术可利用调整发光元件及植物的距离来控制到达植物表面的光照量。然而，在一般培养植物的环境中，是采用台车的方式将植物层层放置，以能在小空间中获取最大的栽种面积，因而台车中每层之间距通常设计为固定的。如必须改变发光元件及植物的距离才能调整植物表面的光照量，就必须更改整台台车的设计并且扩大栽种的空间，但如此作法必须消耗大量的成本，因而有实行上的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明系统，其可根据物体与发光元件之间的距离变化而提供适当的光照量。

本发明提出一种照明系统，其包括一发光元件、一光感测元件以及一控制单元。发光元件适于提供一光束于一物体上。光感测元件感测被物体反射的光束而输出一第一信号。控制单元电性连接光感测元件并根据第一信号而送出一第二信号于发光元件以控制光束的亮度。

在本发明的一实施例中，控制单元根据第一信号而计算出发光元件与物体之间的一距离，且控制单元根据此距离而送出第二信号于发光元件以控制光束的亮度。

在本发明的一实施例中，物体与发光元件之间的一距离会随时间流逝而逐渐变小，而控制单元根据光感测元件所感测的第一信号而判断出此距离并根据此距离而送出第二信号于发光元件以减弱光束的亮度。在本发明的一实施例中，当上述的距离于一固定时间内缩减X％，则光束的亮度亦同步减弱X％。

在本发明的一实施例中，物体与发光元件之间的一距离会随时间流逝而逐渐变小，而控制单元根据光感测元件所感测的第一信号而判断出此距离并根据此距离送出第二信号于发光元件，使照射于物体表面上的光量子数维持一定。

在本发明的一实施例中，照明系统还包括一基板，其中发光元件及光感测元件配置于基板上。在本发明的一实施例中，发光元件及光感测元件分别为一表面黏着元件(Surface Mount Device，SMD)。

在本发明的一实施例中，上述的第二信号为一脉宽调制信号(pulse widthmodulation，PWM)。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元为一微电脑控制器。

在本发明的一实施例中，上述的发光元件为一发光二极管。

在本发明的一实施例中，上述的物体为一植物。

本发明另提供一种照明系统，其适用于一植物照明。照明系统包括至少一第一发光元件、至少一第二发光元件、至少一光感测元件以及一控制单元。第一发光元件适于提供一可见光的光束于该植物。第二发光元件适于提供一不可见光的光束于该植物。光感测元件感测被该植物反射的不可见光的光束而输出一第一信号。控制单元电性连接至少一光感测元件并根据第一信号而送出一第二信号于至少一第一发光元件以控制可见光的光束照射于该植物的亮度。

在本发明的一实施例中，控制单元根据第一信号而计算出第一发光元件与一植物或植物群之间的一距离，且控制单元根据此距离而送出第二信号于第一发光元件以控制光束的亮度。

在本发明的一实施例中，植物群与第一发光元件之间的一距离会随植物群的生长而逐渐变小，而控制单元根据至少一光感测元件所感测的第一信号而判断出此距离并根据距离而送出第二信号于第一发光元件以减弱光束的亮度。

在本发明的一实施例中，照明系统还包括一基板，其中第一发光元件、第二发光元件及光感测元件配置于基板上。在本发明的一实施例中，第一发光元件、第二发光元件及光感测元件分别为一表面黏着元件。

在本发明的一实施例中，第一发光元件的数量为多个时，这些第一发光元件适于提供均匀的可见光的光束于植物群上。

在本发明的一实施例中，第二发光元件与光感测元件的数量皆为多个时，各光感测元件与各第二发光元件彼此对应。

本发明相较于现有技术的有益技术效果是：本发明的照明系统可通过适当地配置与使用发光元件、光感测元件及控制单元，便可达到随植物生长而改变发光元件的驱动电流使得照射于植物上的光量子数可维持固定的效果。如此，除不需再重新设计台车及增加栽种的空间外，亦不需再施加额外的电力去挪动台车各层的高度。此外，随着植物的增高，可逐渐降低发光元件的出光量以减少电能的损耗，而达到节能的效果。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下面将结合附图对本发明的较佳实施例作详细说明，其中：

图1为本发明一实施例的照明系统的方块示意图。

图2为图1的照明系统应用于植物生长照明时的局部示意图。

图3为本发明另一实施例的照明系统的方块示意图。

图4为图3的照明系统应用于植物生长照明时的局部示意图。

图5A为一种照明系统采用多个第一发光元件、第二发光元件与光感测元件的示意图。

图5B为图5A的区域A101的局部示意图。

图6为采用图5A的概念并应用于植物生长照明上的示意图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的照明系统的方块示意图，而图2为图1的照明系统应用于植物生长照明时的局部示意图。请同时参考图1与图2，本实施例的照明系统100包括一发光元件110、一光感测元件120及一控制单元130。发光元件110适于提供一光束112于一物体140上，如图2所示，其中物体140例如是一植物群或单一植物，而光束112例如是一可见光。在本实施例中，发光元件110例如是一发光二极管，其适于提供可供植物群(物体140)进行光合作用的光束112。在其它实施例中，发光元件110亦可为一日光灯或冷阴极荧光灯管等发光元件。

一般来说，若使照射于植物群上的光量子数维持一固定值，意即使光束112照射于植物群上的光强度值维持一定时，除了可确保植物生长的品质外，亦可维持植物稳定的生长周期。然而，由于植物群会随着时间而生长，因此植物群与发光元件110的相对距离H1便会缩短，如此，若不改变发光元件110的驱动电流时，则照射于植物群上的光量子数便会随着距离H1缩短而增加。换言之，照射于植物群上的光量子数便无法维持固定，如此便会影响到植物生长的品质及其周期。

因此，本实施例的照明系统100可通过使用光感测元件120与控制单元130，使发光元件110依植物群随时间生长的高度而调整其光束112的光强度，藉以使照射于植物群上的光量子数维持固定。详细而言，光感测元件120适于感测被物体140(即上述的植物群或单一植物)所反射的光束112而输出一第一信号S1，且电性连接光感测元件120的控制单元130则适于接收第一信号S1并处理第一信号S1以判断出植物群与发光元件110之间的相对距离H1的变化量，从而输出一第二信号S2于发光元件110藉以控制光束112的亮度。

在本实施例中，当上述的距离H1变化量于一固定时间内缩减为X％，则光束112的亮度亦可同步减弱X％。举例而言，由于植物群会随着时间而生长，因此，若植物群于6小时内成长至相对距离H1减少为10％时，则光束112的亮度亦可同步减弱10％，其中控制光束112的亮度变化的第二信号S2例如是一脉宽调制信号。在本实施例中，光感测元件120主要是通过感测光束112被物体140(即上述的植物群)所反射的光强度来获知发光元件110与植物群的相对距离H1的变化量，同时并根据此变化量来改变发光元件110所提供的光束的亮度，以使照射于植物群上的光量子数维持固定，从而可确保植物生长的品质以及维持植物稳定的生长周期。

另外，基于上述的原理，照明系统100亦可依据植物群在不同阶段的生长高度来调整成其特定阶段所需的出光量。举例而言，照明系统100作为植物生长的照明用途时，其可为一植物生长的人工发光元件照明系统，且照明系统100可直接设置于台车上并照射相对应设置的植物群，或者是照明系统100也可设置于温室中并做大面积的植物照明用。在本实施例中，照明系统100主要是以应用于植物生长作为举例说明；但在其它实施例中，照明系统100亦可应用于其它系统中，其中此系统的照明系统的光照量可随物体高度而改变。

在本实施例中，照明系统100可包括一基板150，其中发光元件110与光感测元件120配置于基板150上，如图2所示。在本实施例中，基板150可以是一印刷电路板，而发光元件110与光感测元件120分别可以是一种表面黏着元件(SurfaceMount Device，SMD)，如此发光元件110与光感测元件120便可直接打件于印刷电路板上。因此，便可制作出一种兼具发光及距离感测功能的基板150。另外，由于发光元件110与光感测元件120皆配置于基板150上，因此，发光元件110及光感测元件120距离植物群的高度大约相同。换言之，光感测元件120便可较为简易地通过感测被植物群反射的光束112而获知植物群与发光元件110之间的距离变化，从而可调整发光元件110的照光量。

在本实施例中，上述的控制单元130例如是一微电脑控制器。换言之，控制单元130可以包括有一中央处理单元(未绘示)与一电源供应单元(未绘示)，其中中央处理单元可对第一信号S1进行处理并产生第二信号S2，而电源供应单元适于提供照明系统100中的各构件的电源。

在一未绘示的实施例中，控制单元130亦可整合于上述的基板150(印刷电路板)上，如此便可将上述的照明系统100简化成一种可自动调光的感测基板，其可随物体与发光元件之间的距离变化而调整发光元件的照光量，并将此照明系统应用于植物照明时，可提升植物生长的品质并维持植物稳定的生长周期。

图3为本发明另一实施例的照明系统的方块示意图，而图4为图3的照明系统应用于植物生长照明时的局部示意图。请同时参考图3与图4，本实施例的照明系统200包括至少一第一发光元件210、至少一第二发光元件220、至少一光感测元件230、一控制单元240以及一植物群250，其中图4仅是绘示第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230的数量为单数个时的实施例，但不以此为限。第一发光元件210适于提供一可见光的光束212于植物群250上，如图4所示，其中植物群250例如是如图4所绘示单一植物，但不以此为限。在本实施例中，第一发光元件210例如是一发光二极管，其适于提供可供植物群250进行光合作用的光束212。在其它实施例中，第一发光元件210亦可为一日光灯或冷阴极荧光灯管等发光元件。

另外，第二发光元件220适于提供一不可见光的光束222于植物群250，而光感测元件230感测被植物群250反射的不可见光的光束222而输出一第一信号S1，如图4所示。在本实施例中，第二发光元件220可以是一光二极管(photo diode，PD)，其适于激发出上述不可见的光束222，而光感测元件230则可以是一光敏晶体管(photo transistor，PT)，其适于感测被植物群250反射的光束222并输出一第一信号S1。

在本实施例中，若可使照射于植物群上的光量子数维持一固定值，便可确保植物生长的品质并维持植物稳定的生长周期。因此，本实施例的照明系统200可将控制单元240电性连接光感测元件230并根据光感测元件所输出的第一信号S1而送出一第二信号S2于第一发光元件210以控制可见光的光束212照射于植物群250的亮度，进而使第一发光元件210可依植物群250随时间生长的高度而调整其光束212的光强度并使照射于植物群上的光量子数维持固定。相关的详细说明如下。

由于植物群250会随着时间经过而生长，从而使植物群250与第一发光元件210之间的相对距离H1缩短，其中第一发光元件210与第二发光元件220若是设置于同一基板260上，如图4所示，此时，第二发光元件220与植物群250之间的距离亦会同步缩短。因此，在不更动第二发光元件220的驱动电流的情况下，第二发光元件220与植物群250之间的距离随着植物群日益生长而越靠近时，光感测元件230所感测被植物群250所反射的光束222的光强度便会随之变大。换言之，可根据光感测元件230所感测被植物群250所反射的光束222的光强度而反推知植物群250与第一发光元件210之间的相对距离H1。

下表一为本实施例的一实验数据，值得注意的是，表一中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可应用本发明的原则对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。

(表一)

距离	电流	脉冲宽度调制
			H1	1X	100％
0.9H1	0.9X	90％
			0.8H1	0.8X	80％
0.7H1	0.7X	70％
			0.6H1	0.6X	60％
0.5H1	0.5X	50％
			0.4H1	0.4X	40％
0.3H1	0.3X	30％
			0.2H1	0.2X	20％
0.1H1	0.1X	10％

在本实施例中，设定为植物群250表面所需的光照量不随植物生长的高度而改变。表一中的距离H1系指第一发光元件210与植物群250之间的距离，其中H1为本实验的初始高度，其后调整的距离为H1的倍数。电流是指第一发光元件210的驱动电流，此电流会依据距离H1的改变而改变。而控制电流的方式为控制单元240送出第二信号S2于第一发光元件210，其中第二信号S2为一脉冲宽度调制信号。由表一中得知，当距离为初始距离(H1)的一半(0.5H1)时，植物接收到的光照量(或光量子数)会变为原来的两倍。因此，可将脉冲宽度调制为50％，以使初始电流(X)缩减为原来的一半(0.5X)，进而维持植物群250表面所吸收的光照量。由上表可知，当上述的距离H1变化量缩减为X％，则光束212的亮度亦同步减弱X％。

由上述可知，光感测元件230主要是通过感测光束222被植物群250所反射的光强度来获知第一发光元件210与植物群250之间的相对距离H1的变化量，同时并根据此变化量来改变第一发光元件210所提供的光束212的亮度，以使照射于植物群上的光量子数维持固定，从而可确保植物生长的品质以及维持植物稳定的生长周期。

同样地，照明系统200亦可依据植物群在不同阶段的生长高度来调整成其特定阶段所需的出光量。举例而言，照明系统200作为植物生长的照明用途时，其可为一植物生长的人工发光元件照明系统，且照明系统200可直接设置于台车上并照射相对应设置的植物群，或者是照明系统200也可设置于温室中并做大面积的植物照明用。

另外，上述的基板260可以是一印刷电路板，而第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230分别可以是一种表面黏着元件(Surface Mount Device，SMD)，如此，第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230便可直接装设于印刷电路板上，从而可制作出一种兼具发光及距离感测功能的基板260。另外，由于第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230皆配置于基板260上，因此，第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230距离植物群250的高度大约相同。换言之，光感测元件230便可较为简易地通过感测被植物群反射的光束212而获知植物群250与第一发光元件210之间的距离变化，从而可调整第一发光元件210的照光量。

在本实施例中，控制单元240例如是采用上述的控制单元130，其中相关的描述可参考上述的说明，在此不再赘述。在一未绘示的实施例中，控制单元240亦可整合于上述的基板260(印刷电路板)上，如此便可将上述的照明系统200简化成一种可自动调光的感测基板，其可随物体与发光元件之间的距离变化而调整发光元件的照光量，并将此照明系统应用于植物照明时，可提升植物生长的品质并维持植物稳定的生长周期。

图5A为一种照明系统采用多个第一发光元件、第二发光元件与光感测元件的示意图，图5B为图5A的区域A101的局部示意图，而图6为采用图5A的概念并应用于植物生长照明上的示意图。请同时参考图5A、图5B与图6，本实施例是以上述照明系统200整合于一灯管300上，其中灯管300包含上述照明系统200的构件，且灯管300内的第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230的数量是以多数个为举例。在图6中，是以四根灯管300为例来说明，但不限于此。

在本实施例中，各灯管300包含有多数个第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230，且这些第一发光元件210、第二发光元件220与光感测元件230是配置于前述的基板260上，如图5A与图5B所示。另外，各灯管300间距D1可以是规则或不规则，其配置方式主要是根据植物群250的分布状况以及可均匀提供光束212于植物群250而定。在本实施例中，各灯管300完全点亮时需消耗电流800毫安，且此时植物群210若与灯管300(或发光元件210)的距离H1为30厘米。之后，当植物生长了10厘米便会使灯管300(或发光元件210)与植物群250的距离变为原来的0.77倍时，此时便可将脉冲宽度调制为原来的77％，以使驱动灯管300上的发光元件210的驱动电流变为616毫安，从而可维持照射于植物群250上的光照量。再者，若植物群250再成长5厘米，便使灯管300(或发光元件210)与植物群250的距离H1变为原来的0.5倍时，此时便可将脉冲宽度调制为原来50％，以使驱动灯管300上的发光元件210的驱动电流变为616毫安，从而持续维持照射于植物群250上的光照量。

综上所述，本发明的照明系统至少具有下列优点。首先，可通过适当地配置与使用发光元件、光感测元件及控制单元，便可达到随植物生长而改变发光元件的驱动电流使得照射于植物上的光量子数可维持固定的效果。如此，除不需再重新设计台车及增加栽种的空间外，亦不需再施加额外的电力去挪动台车各层的高度。

另外，随着植物随时间的生长，可逐渐降低发光元件的出光量以减少电能的损耗，而达到节能的效果。再者，将发光元件及光感测元件直接打件于印刷电路板上，更能简化照明系统的结构并降低制造成本。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出种种等同的改变或替换，故本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims

1.一种照明系统，其特征在于，包括：

一发光元件，适于提供一光束于一物体上；

一光感测元件，感测被该物体反射的该光束而输出一第一信号；以及

一控制单元，电性连接该光感测元件并根据该第一信号而送出一第二信号于该发光元件以控制该光束的亮度。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该控制单元根据该第一信号而计算出该发光元件与该物体之间的一距离，且该控制单元根据该距离而送出该第二信号于该发光元件以控制该光束的亮度。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该物体与该发光元件之间的一距离会随时间流逝而逐渐变小，而该控制单元根据该光感测元件所感测的该第一信号而判断出该距离并根据该距离而送出该第二信号于该发光元件以减弱该光束的亮度。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，当该距离于一固定时间内缩减X％，则该光束的亮度亦同步减弱X％。

5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该物体与该发光元件之间的一距离会随时间流逝而逐渐变小，而该控制单元根据该光感测元件所感测的该第一信号而判断出该距离并根据该距离送出该第二信号于该发光元件，使照射于该物体表面上的光量子数维持一定。

6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，还包括一基板，其中该发光元件及该光感测元件配置于该基板上。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其特征在于，该发光元件及该光感测元件分别为一表面黏着元件。

8.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该第二信号为一脉宽调制信号。

9.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该控制单元为一微电脑控制器。

10.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该发光元件为一发光二极管。

11.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该物体为一植物。

12.一种照明系统，适用于对一植物的照明，其特征在于，该照明系统包括：

至少一第一发光元件，适于分别提供一可见光的光束于该植物；

至少一第二发光元件，适于分别提供一不可见光的光束于该植物；

至少一光感测元件，感测被该植物反射的该不可见光的光束而输出一第一信号；以及

一控制单元，电性连接该至少一光感测元件并根据该第一信号而送出一第二信号于该至少一第一发光元件以控制该可见光的光束照射于该植物的亮度。

13.根据权利要求12所述的照明系统，其特征在于，该控制单元根据该第一信号而计算出该至少一第一发光元件与该植物之间的一距离，且该控制单元根据该距离而送出该第二信号于该至少一第一发光元件以控制该光束的亮度。

14.根据权利要求12所述的照明系统，其特征在于，该植物与该至少一第一发光元件之间的一距离会随该植物的生长而逐渐变小，而该控制单元根据该至少一光感测元件所感测的该第一信号而判断出该距离并根据该距离而送出该第二信号于该至少一第一发光元件以减弱该光束的亮度。

15.根据权利要求12所述的照明系统，其特征在于，还包括一基板，其中该至少一第一发光元件、该至少一第二发光元件及该至少一光感测元件配置于该基板上。

16.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，该至少一第一发光元件、该至少一第二发光元件及该至少一光感测元件分别为一表面黏着元件。

17.根据权利要求12所述的植物生长系统，其特征在于，该第二信号为一脉宽调制信号。

18.根据权利要求12所述的植物生长系统，其特征在于，该至少一第一发光元件的数量为多个时，这些第一发光元件适于提供均匀的该可见光的光束于该植物上。

19.根据权利要求12所述的植物生长系统，其特征在于，该至少一第二发光元件与该至少一光感测元件的数量皆为多个时，各这些光感测元件与各这些第二发光元件彼此对应。