CN102997128B - 用于温室的发光二极管（led）照明器具和包含led照明器具的温室 - Google Patents

Abstract

本发明名称为：“用于温室的发光二极管（LED）照明器具和包含LED照明器具的温室”。温室照明器具包括发光二极管（LED）基底支承，该基底支承具有沿着LED基底支承的纵轴延伸的多个间隔开的LED。光学元件与LED基底支承联接并且具有光学特性，该光学特性导致LED所产生的光的至少50%从器具向侧方投射到相反地指向的旁侧区域中，该旁侧区域位于中心区域的侧面，在中心区域中光基本上被阻挡以免投射在所述器具之下。包括可包含一个或多个LED照明器具的温室。

Description

用于温室的发光二极管（LED）照明器具和包含LED照明器具的温室

技术领域

本发明的领域通常涉及温室照明器具（fixture），以及更具体地涉及一种改进的LED温室照明器具，以及利用一个或者多个LED照明器具的温室。

背景技术

温室通常使用人造辅助光来刺激或促进植物生长。温室照明系统的典型类型包括白炽灯、萤光灯以及多种高强度放电（HID）灯，其包括高压钠（HPS）灯、金属卤化物灯以及汞蒸气灯。虽然这些类型的灯的每个具有对植物生长的不同阶段有用的相应属性，但是最主要使用的辅助光的类型为HPS灯，主要是因为它们购买和操作不太贵，并且具有相对高的效率（将电力的大约25%转换成光能）。然而，HPS灯并不是没有缺点。

图1示出温室10，温室10利用一个或者多个HPS照明器具28来提供人造光给支撑在地面24之上的、在生长容器20中的多行植物14。如现有技术中已知的那样，温室10具有屋顶22，并且HPS照明器具28支撑在屋顶22附近的框架结构部件12上或由其支撑。HPS器具28相对大，并且估计这些器具28阻挡了温室的被照射底部的大约10%接收日光。器具28也相当重。单个HPS照明器具28可重大约40磅。因此，需要更坚固的温室框架结构12来支撑器具28。HPS照明器具28产生噪声并且灯泡具有短的寿命。此外，HPS灯产生大量的辐射热，这妨碍了将灯放置在植物附近。因为HPS照明器具28是以相对高的高度支撑在植物14之上，所以即使具有反射器30，所发射的光的重要一部分被引导到图1中描绘的区域“A”和区域“B”中的温室地面24，而不被植物吸收，这导致光的低效利用和对于植物生长的给定量度的增加的功率消耗。

提出了使用行内温室LED照明系统来作为这样的单元，该单元使特定波长的辅助光配合具体的目标植物生长阶段，而且增加被植物吸收的光量。LED灯产生相对少的辐射热，并且能够因此被放置在相对接近于植物的位置，并且多种行内系统将LED器具放置在植物的行之间。然而，即使借助于窄束模式LED，发射光的主要部分仍然不会被植物吸收。

因此，希望用改进的温室照明系统器具处理本系统的缺陷的至少一个，该系统的缺陷特别地为植物对产生的光的低效吸收。

发明内容

本发明的方面和优点将在下列描述中部分地陈述，或从描述中可以是显而易见的，或可以通过本发明的实践来学习。

本主题的一个或多个实施例提供了温室照明器具，这些器具相对轻、产生最低限度的热以及发出导致更大部分的发射光被植物吸收的光模式，并且因此，减少了每一生长性能量度的功率消耗。

在一个实施例中，温室照明器具包括具有多个间隔开的LED的发光二极管（LED）基底支承（basesupport），这些间隔开的LED沿着LED基底支承的纵轴延伸。光学元件与LED基底支承联接并且具有光学特性，该光学特性导致LED所产生光的至少50%从器具向侧方投射到相反地指向的旁侧区域中，该旁侧区域位于中心区域的侧面，在中心区域中光基本上被阻挡以免从在上面的器具向下投射以及从安装于地面的器具向上投射。例如，旁侧区域可限定角区段，该角区段通过LED基底支承的水平面之下延伸至大约60°。在一个实施例中，该角度区域可在水平面之下大约10°至大约45°之间延伸。

光学元件可为向导或引导从LED发射的光的光学部件的任意一个或其组合。例如，光学元件可为反射器结构的任意配置，该反射器结构相对于LED布置成反射发射光到旁侧区域中并且远离中心区域。在一个实施例中，反射器结构可以是从LED之下的LED基底支承悬吊下来的反向的、大体上V形的反射器，使得反射器的侧面引导来自LED的发射光进入旁侧区域，而将阻挡的中心区域限定在反射器之下。

光学中性盖可附连至LED基底支承并且封闭LED和光学元件。例如，光学元件可配置在盖的内表面上，或可从盖分开并且通过LED基底支承来支撑。

在另一个实施例中，光学元件可为线性折射透镜，线性折射透镜相对于LED布置成使得从透镜的出射面发射的光引导到旁侧区域中并且远离中心区域。可使用多种合适的透镜或透镜组合，包括线性准直透镜、会聚透镜、线性全内反射（TIR）透镜等等。

在照明器具的一些实施例中，LED基底支承水平地取向，使得LED向下取向（沿着大体垂直轴来投射光），其中光学元件布置在LED之下。

在其它实施例中，LED基底支承垂直地取向，并且可包括多个沿着LED基底支承的相反侧而侧方取向的LED（沿着大体水平轴来投射光）。利用这个“侧方”实施例，例如，光学元件可以是侧方取向的反射器结构，该反射器结构沿着LED基底支承的各个相反侧延伸，以引导发射光到旁侧区域中，而中心区域限定在相反地取向的反射器结构之下。光学元件可为跨过LED基底支承的各相反侧而布置的线性折射透镜（诸如线性准直透镜），使得从透镜出射面发射的光引导到旁侧区域中。

除了温室照明器具的多种实施例之外，本发明也包含任意方式的温室，该温室包含一个或者多个根据本公开的独特的LED照明器具。

参照下列描述和附加权利要求，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解。包括在这个说明书中的并且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同这些描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

在说明书中陈述了面向本领域中的普通技术人员的、本发明的完整并且能够实现的公开，包括最佳模式，说明书参考了附图，在附图中：

图1为具有传统的照明器具的温室的绘图；

图2为具有LED照明器具的实施例的温室的绘图；

图3为具有多个LED照明器具的温室的顶平面视图；

图4为LED照明器具的实施例的侧视图；

图5为LED照明器具的不同实施例的侧视图；

图6为又另一类型的LED照明器具的侧视图；

图7为LED照明器具的备选实施例的侧视图；

图8为又另一类型的LED照明器具的侧视图；

图9为LED照明器具的再另一实施例的侧视图；以及

图10为在某一温室条件之下植物吸收的光作为光的角方向的函数的图表。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施例，在附图中示出了本发明的一个或多个示例。各示例以解释的方式并不是限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，能够在本发明中做多种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征能与另一个实施例一起使用，以产生更进一步的实施例。因此，本发明意于覆盖处于所附权利要求及其等效体的范围内的这些修改和变化。

图2示出任一传统构造的温室10。温室10包括屋顶22和框架结构12。依照本说明书的多种实施例的多个温室LED照明器具32通过任何传统的悬挂元件26（诸如链条、线缆、升起系统等）从框架结构部件12悬吊下来。还应该理解的是，在被本发明所包含的其它实施例中，照明器具32可为“内照明”系统的一部分，在该系统中，在温室中的植物之间，器具32通过地面结构以一高度来支撑。利用这种类型的系统，照明器具和屋顶22投射了少得多的阴影，并且框架结构不需要设计成支撑器具32的重量。在示出的实施例中，照明器具32可以相对于屋顶22或框架结构12在高度上是可调节的，使得照明器具32能够在植物的多个生长阶段期间调整成适应植物42的增加的高度，在某些实施例中将器具布置在植物的叶区域之内。在这个具体的实施例中，在支撑于温室10的地板24之上的容器20中生长植物14。应当意识到的是，温室10不限于任何具体的框架结构、构造等等，并且植物14可生长于温室10内的任何合适的生长系统。

仍然参照图2，LED照明器具32的每个包括多个沿器具32的纵轴延伸的间隔开的LED。本发明不限于任何具体类型的LED，并且LED36可为例如高输出LED、低功率LED、相同或不同波长的多个LED的组合等等。LED36可以以LED光带、LED管光或任意其它已知的LED配置的形式来设置，其中多个LED设置成具有大体上间隔开且对齐的配置。本文通常使用术语“LED基底支承”来包括这些配置。

器具32和LED36可操作地配置有光学元件42。盖54可封闭光学元件42和LED36。光学元件42可在本发明的范围和精神之内广泛地变化，如以下在更多细节上所讨论的那样。光学元件42具有光学特性，该光学特性导致通过LED36产生的光的至少大约50%从器具32大体上向侧方投射到相反地指向的旁侧区域44（由图2中的角度区域“C”来指示）中。旁侧区域44位于中心区域46（由图2中的角度区域“D”来指示）的侧面，在中心区域46中，来自LED的光基本上被阻挡以免投射在器具32之下。应当意识到的是，来自LED36的光不可能完全地从中心区域46阻挡开，并且一定程度的光会不可避免地照射至中心区域46。然而，意图在于从LED36最初发射的光的至少50%引导至旁侧区域44。光的剩余部分将会以不同方式投射并且散射在温室10之内。应该易于意识到的是，与图1的现有技术配置相比，相对于中心区域46，实质上更大量的光投射至旁侧区域44。在现有技术配置中，来自器具28（例如，HPS器具）的大多数光投射至基本上对应于图2中的阻挡的中心区域46的区域A和区域B。

图10为表示计算机模拟的、植物从温室LED器具所吸收的光（以所有光的百分率为单位）作为光的角投射的函数的图表。针对典型的温室植物配置来生成图表，温室植物例如番茄植物，叶片高度大约为1.2m，邻近的植物行之间的距离大约为70cm，且以距植物的顶部大约20cm的高度在植物行之间悬吊LED器具。图表示出了上面讨论的概念。在光的水平投射处，几乎100%的光被植物吸收。当角取向朝着温室天花板变化时，吸收百分率显著地下降，使得在大约20°的向上角处，吸收百分率下降至接近0%。在其它方向上，吸收曲线的斜率更平缓。从大约40°的向下角至水平，大约90%或更多的光被植物吸收。在大约80°的向下角处，大约50%光被吸收，等等。

旁侧区域44的范围可根据许多因素来变化，这些因素包括生长的植物类型、植物高度、植物生命周期中的时期等等。在某些实施例中，已经发现的是，旁侧区域44的所希望的角区段为从相对于LED36的水平面至小于水平之下大约60°，例如水平面之下大约45°角度，包括在这个范围之内的任意子角区段。例如，在一个实施例中，旁侧区域44的角区段可在水平之下大约5°角度至水平之下大约35°角度之间延伸。

参照图3，在顶平面视图中示出了温室结构10。植物行16生长在结构之内，并且多个LED照明器具32布置在植物行16之间，并且从任意方式的合适的框架结构12悬吊下来。在本实施例中，照明器具32的每个可包括具有在LED板40之上的多个纵向间隔开的LED36的LED基底支承34，该LED板40可以为可操作地安装LED36的任意合适的结构。以一定的数量和模式提供照明器具32，以便对多个植物行16提供充足的光覆盖。

图4描绘了照明器具32的具体实施例，其中LED基底支承34通过任意方式的合适的悬挂元件26来悬吊。LED基底支承34的操作和构造可在本发明的范围和精神之内广泛地改变。在某些实施例中，LED基底支承可简单的为伸长的支撑部件，诸如棒、横杆等。在示出的实施例中，LED基底支承34配置为散热器部件38，LED板40联接到散热器部件38。LED36在沿着LED板40的纵向长度以间隔开的模式布置。在这个具体的实施例中，为了反射从LED36发射的光到如通过图4中的虚线所描绘的旁侧区域中，通过反射器结构48的任意配置来限定光学元件42。在本实施例中，反射器结构48通过具有成角度的侧面52的反向的、大体上V形的反射器50来限定。本文一般使用的术语“V形”通常包括任意具有侧面的、端部开口的形状，诸如U形、C形等等。使侧面52处于适当的位置以及相对于LED36的角取向，使得否则会导向中心区域46（图2）的光由侧面52反射至旁侧区域44（图2）。侧面52可通过任意方式的合适的支撑结构53悬吊在LED36之下。例如，支撑结构53可为纵向延伸的板状部件，该板状部件还附连至具有限定于其中的断续凹口的LED板40，以适应LED36。

图5描绘了LED照明器具32的另一个实施例，其中LED基底支承34配置成有LED板40与其联接的散热器38。在这个实施例中，代替如在图4的实施例中那样的单行LED36，在LED板40上布置了多个LED行36。出于多种设计考虑，可选择LED36的多行。例如，多个LED36可具有相同或不同波长特性来增加/降低植物的特殊生长特性。根据整体控制计划，可使LED36同时全部通电，或可使选择的LED36的行或组单独地通电。

在图5的实施例中，光学元件42描绘为透镜58（具体地，线性折射透镜）的任意合适的组合。也可使用单个透镜58。透镜58具有入射面60和出射面62，并且相对于LED36来布置和成角度地取向，使得否则会直接照射到中心区域46（图2）中的来自LED的光改变方向，并且离开透镜58的面62而照射到旁侧区域44中（图2）。应该容易意识到的是，在这点上，可利用大量的以及多种不同类型的透镜58，并且光学元件42不限于透镜58和/或反射器结构48（图4）的任何具体的组合、类型或风格。

图5也描绘了可联接至散热器38（或器具32的其它结构）的盖54。盖54可为用作封闭LED36和光学元件42的光学中性元件。在图5的实施例中，光学元件42实际上联接至盖54或与其合并。在其它实施例中，光学元件42可以与盖54分开并且由散热器38支撑或悬吊，如在图4的实施例中那样。

图6的实施例描绘了具有LED基底支承34的照明器具32，LED基底支承34配置为有LED板40与其联接的散热器38。在这个具体的实施例中，光学元件42为具有内反射表面68的TIR（全内反射）透镜，内反射表面68取向成使得否则会直接照射到LED36之下的区域的、通过入射面60进入透镜58的光从表面68内部地反射至旁侧区域，如以上所讨论的那样。也可在本实施例中使用盖54。

图9描绘了具有LED基底支承34的照明器具32的实施例，LED基底支承34配置为有LED板40与其联接的散热器38。这个具体的实施例中的光学元件42为TIR（全内反射）透镜66和侧折射透镜58的组合。TIR透镜66通常布置在LED36之下，并且包括内反射表面，该内反射表面将某些入射角度的光反射到透镜66的相反面，对相反面的入射角度允许光穿过各自的相反面进入旁侧区域，如在图9中描述的那样。侧折射透镜58直接向旁侧区域引导入射光。

在图4至图6的实施例中，LED板40大体上水平地取向，使得LED36向下取向，并且光学元件42通常布置在LED36的之下。图7描绘了备选的实施例，其中LED照明器具32包括LED基底支承34，有LED板40与LED基底支承34的相反的两侧联接。基底支承34联接至散热器38。在本实施例中，LED36因此沿着基底支承34的相反侧70而侧方取向，使得从LED36发射的光沿着大体上水平轴引导到相反的方向。光学元件42可为例如任意方式的反射器结构，诸如可操作地配置于每个LED板40的侧方取向的反射器72。可设计和使反射器结构72取向，使得从LED36发射的光引导到相应的旁侧区域44中（图2）。在LED基底支承34之下的区域对应于中心区域46（图2），并且反射器72阻挡了来自LED36的光进入这个区域。同样地，反射器72也使从LED36向上发射的光改变方向，向下返回至旁侧区域，如通过图7中的虚线描绘的那样。

图8描述了LED照明器具32的另一个实施例，LED照明器具32具有相对于散热器38大体上垂直取向的光板34，如在图7的实施例中的那样。LED板40和相关联的LED36设置在板34的相反侧上。在本实施例中，与每个板40相关联的光学元件42为具有使从LED36发射的光改变方向至旁侧区域的光学特性的透镜。在这个具体的配置中，透镜可以为会聚透镜，诸如菲涅耳线性准直透镜64。

本发明也包含任意类型的温室10（图2），该温室10结合本文描述的一个或者多个LED照明器具32的实施例。

本书面说明书使用示例来揭示本发明，包括最佳模式，并且还能使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它示例。如果这些其它示例不具有不同于权利要求的字面语言的结构性元件、或者如果它们包括非实质区别于权利要求的字面语言的等效结构性元件，则它们意于处于权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种温室照明器具，包括：

发光二极管(LED)基底支承，所述LED基底支承包括沿着所述LED基底支承的纵轴延伸的多个间隔开的LED；以及

与所述LED基底支承联接的光学元件，所述光学元件具有以下的光学特性：导致所述LED所产生的光的至少50％从所述器具向侧方投射到相反地指向的旁侧区域，所述旁侧区域位于中心区域的侧面，在所述中心区域中光基本上被阻挡以免投射在所述器具之下。

2.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述旁侧区域限定从相对于所述LED基底支承的水平至小于水平之下大约45°的范围内的角区段。

3.如权利要求2所述的温室照明器具，其中，所述角区段在水平之下大约5°至水平之下大约35°之间延伸。

4.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述光学元件包括反射器结构，所述反射器结构相对于所述LED布置成反射发射光到所述旁侧区域中并且远离所述中心区域。

5.如权利要求4所述的温室照明器具，其中，所述反射器结构包括垂直布置在所述LED之下的反向的、大体上V形的反射器，使得所述反射器的侧面引导所述发射光到所述旁侧区域中，所述中心区域限定在所述反射器之下。

6.如权利要求1所述的温室照明器具，还包括附连至所述LED基底支承并且封闭所述LED的光学中性盖，所述光学元件配置在所述盖的内表面上。

7.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述光学元件从所述LED基底支承悬吊下来，并且还包括附连至所述LED基底支承并且封闭所述LED和所述光学元件的光学中性盖。

8.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述光学元件包括线性折射透镜，所述线性折射透镜相对于所述LED布置成使得从所述透镜的出射面发射的光引导到所述旁侧区域中。

9.如权利要求8所述的温室照明器具，其中，所述透镜为会聚透镜。

10.如权利要求8所述的温室照明器具，其中，所述透镜为线性全内反射(TIR)透镜。

11.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述LED基底支承为水平地取向，使得所述LED向下取向，所述光学元件布置在所述LED之下。

12.如权利要求1所述的温室照明器具，其中，所述LED基底支承垂直地取向，并且还包括沿着所述LED基底支承的相反侧向侧方取向的多个所述LED。

13.如权利要求12所述的温室照明器具，其中，所述光学元件包括向侧方取向的反射器结构，该反射器结构沿着所述LED基底支承的各相反侧延伸来引导发射光至所述旁侧区域，所述中心区域限定在所述反射器结构之下。

14.如权利要求12所述的温室照明器具，其中，所述光学元件包括跨过所述LED基底支承的各相反侧而布置的线性折射透镜，使得从所述透镜的出射面发射的光引导到所述旁侧区域中。

15.如权利要求14所述的温室照明器具，其中，所述透镜为会聚透镜。

16.一种温室，包括：

发光二极管(LED)照明器具，所述LED照明器具还包括：

LED基底支承，该LED基底支承具有沿着所述LED基底支承的纵轴延伸的多个间隔开的LED；以及

配置于所述LED基底支承的光学元件，所述光学元件具有如下的光学特性：导致所述LED所产生的光的至少50％从所述器具向侧方投射到相反地指向的旁侧区域，该旁侧区域位于中心区域的侧面，在所述中心区域中光被阻挡以免投射在所述器具之下；

其中，所述旁侧区域限定在相对于所述LED基底支承的水平至小于水平之下大约60°的范围内的角区段。

17.如权利要求16所述的温室，其中，所述光学元件包括反射器结构，所述反射器结构相对于所述LED布置成反射发射的光到所述旁侧区域中并且远离所述中心区域。

18.如权利要求16所述的温室，其中，所述光学元件包括线性折射透镜，所述线性折射透镜相对于所述LED布置成使得从所述透镜的出射面发射的光引导到所述旁侧区域中。

19.如权利要求18所述的温室，其中，所述透镜为会聚透镜。

20.如权利要求18所述的温室，其中，所述透镜为与所述LED相反布置的线性全内反射(TIR)透镜与相反地取向的侧折射透镜的组合。