CN106369293A - 例如用于温室照明的照明装置以及相应的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了例如用于温室照明的照明装置以及相应的使用方法。例如用于温室照明的照明装置(10)包括基板(12)，基板(12)具有电力驱动的光辐射源如功率型LED的阵列(14)。阵列(14)的源被布置在第一组(140)和第二组(142)中，以分别发射蓝光辐射和红光辐射。

Description

例如用于温室照明的照明装置以及相应的使用方法
技术领域
本说明书涉及照明装置。
一个或多个实施例可以涉及采用电力驱动的固态光辐射源如LED源的照明装置。
一个或多个实施例可以在温室照明中找到应用。
背景技术
用来增强植物的生长的灯如高压钠(HPS)灯可以表现出各种限制和缺点。
例如，植物仅能够吸收这样的灯的光谱的小部分。
此外，一些灯发出UV辐射，如果没有将UV辐射进行适当地滤波，则例如在温室里可能对植物和操作者均是有害的。
另外，一些灯可能包含对环境有害的金属，此外它们可能是脆弱的并且具有短暂的工作寿命。
LED源可能是用于取代这样的传统光源的有效的解决方案，例如归因于它们具有在适于促进植物生长的波长范围内的高强度的光发射。
此外，提供以下可能性：使用具有不同的光发射特征的LED，以便影响发射的辐射的整体光谱特征。
各个专利的目的在于：用于植物照明的LED光辐射源可以用于如园艺行业。
例如，专利KR 100879711描述了采用不同比率：9:1、8:2、7:3和6:4在640nm至675nm以及425nm至455nm的范围内对由LED所产生的辐射进行混合。
US 6921182B2描述了具有不同输出角度的橙色、红色和蓝色LED组的使用。
US 8944631B2描述了混合类型的LED照明单元，其采用具有红色LED和蓝色LED的各个单元。每个单元包括采用三角形的3个蓝色LED和采用4个组的形式的8个红色LED，其采用长方形配置来进行布置。
US 5660461A描述了一种模块和装置，其中，所述模块包括：一个或多个U形基板，一个基板充当散热装置；以及锥形反射器，其被对准使得LED位于锥体的中心，并且所述装置包括咬合在一起的多个模块化单元。
US 6042250A公开了一种具有多个凹槽的反射器，其适于对由布置在反射器的焦点处的光源发射的光进行反射，以便获得辐射的均匀分布。在不危害植物生长的区域中所需的照明水平或者均匀性的情况下，反射器适于与各种类型的源一起进行操作。
US 8174688B2公开了一种用于确定设置在具有不同RGB比率的照明装置中的不同光源的数目的方法。
发明内容
一个或多个实施例的目的在于提供改进的照明装置，其适于用于例如温室照明。
根据一个或多个实施例，由于具有在所附的权利要求书中所具体阐述的特征的照明装置，所以所述目的得以实现。
一个或多个实施例也可以涉及相应的使用方法。
权利要求是本文参考实施例所提供的技术教导的完整部分。
一个或多个实施例使得一个或多个以下优点得以实现：
-以下可能性：在植物所处的平面中获得一定程度的辐射度，同时确保蓝色辐射和红色辐射的辐射功率之间的某一比率；
-在可能考虑到辐射度的程度取决于照明装置的安装高度和被照明表面的面积(例如可以将植物布置在正方形表面上的从地面被抬升的桌子上)的情况下，提供以下可能性：使所发射的辐射束对应于平行四边形的形状(例如正方形或矩形形状)，进一步的选择是增加植物所处的区域内的辐照度，同时减少周围区域中的辐照度；以及
-以下可能性：根据需求，以具体的方式来调节不同的源(例如绿色和红色)之间的比率如1:24。
辐照度是国际系统的辐射度测量的量，并且它表示撞击在每单位表面积的正交表面上的通量；测量的单位是瓦特每平方米(W/m2)。
附图说明
现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述一个或多个实施例，在附图中：
图1是从前面观看的根据一个或多个实施例的照明装置的视图；
图2是以侧视图观看的图1中的装置的视图；以及
图3示出了根据一个或多个实施例的模块化的照明装置。
将意识到的是，为了说明的清晰，可以不将各个附图中的示图绘制到相同比例。
具体实施方式
在以下描述中，给出了大量具体细节，以提供对示例性实施例的透彻理解。在没有一个或几个具体细节的情况下，或者在其它方法、部件、材料等的情况下，可以对一个或多个实施例进行实践。在其它情况下，没有详细地示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免混淆实施例的各个方面。贯穿本说明书的提及“一个实施例”或“实施例”意指：结合实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在贯穿本发明书的各处可能出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必全都指的是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可以采用任何适当的方式来对特定的特征、结构或特性进行组合。
本文所提供的标题仅为了方便起见，并且因此不对实施例的范围或保护程度进行解释。
在附图中，附图标记10表示照明装置，其包括安装有电力驱动的光辐射源14的阵列的一个(单个)支撑板12(例如类似于印刷电路板(PCB))。
在一个或多个实施例中，这些源是LED光辐射源14如高功率LED。这些LED可以是以下类型的LED：由公司(属于与申请人的公司相同的公司)以商标Square来进行销售的LED。
在一个或多个实施例中，LED光辐射源可以构成方形封装。这种形状使得光辐射源采用密集的集群阵列进行并排布置成为可能。
在一个或多个实施例中，可以将板(PCB)12布置在具有散热功能的支撑构件16上，支撑构件16适于消散在操作中由源14所产生的热量，例如，以便LED结温保持在根据规格的峰值以内。
在一个或多个实施例中，例如在高电流驱动的情况下，这样的组件可以表现出低的热阻，使实现高效率成为可能。
在如本文例示的一个或多个实施例中，将光辐射源14布置在矩阵阵列如方形阵列中。通过示例的方式，附图描述了正方形的5x5的矩阵。
在一个或多个实施例中，阵列中的LED 14可以具有相同的封装，但是具有不同的发射特征。
例如，在一个或多个实施例中，阵列14可以包括分别发射蓝色辐射和红色辐射的第一组LED和第二组LED。
在一个或多个实施例中，蓝色辐射的发射可以具有中心位于444nm的光谱(具有相当窄的峰)，而红色辐射的发射可以具有中心位于660nm的光谱(也具有相当窄的峰)。
在一个或多个实施例中，蓝色辐射功率和红色辐射功率之间的比率可以是约0.05，而偏向于红色辐射。
在一个或多个实施例中，可以通过使用以比率为1:24的蓝色源和红色源来实现这样的结果。
例如，在如图1所例示的布置下，可以通过以下来实现这样的结果：将蓝色LED 140布置在阵列(在目前所考虑的示例中为正方形的5x5矩阵)中心处，并且用多个红色LED 142来围绕蓝色LED。
在一个或多个实施例中，为了考虑到以下：与周围的LED相比，被布置在阵列中心处的LED(例如图1中的蓝色LED 140)可能会经历更高的热负荷，可以采用如1mm的间距(而不是理论上可能的更小间距如0.5mm)，以便有利于阵列14的热管理。
在一个或多个实施例(参见如图2)中，可以将源的阵列14耦接到具有如截头四棱锥形状的反射器18。
在一个或多个实施例中，反射器18可以朝向前面的发射区来将相对于阵列14的光轴(显示为点划线)最倾斜的射线进行反射，同时引导它们朝向照明区(例如植物所处的地方)。
在一个或多个实施例中，反射器18(其具有截头四棱锥形状)可以具有正方形的横截面，以便产生正方形的光束，其对应于桌子(在当前园艺应用中通常放置植物的地方)上植物的布置。
在一个或多个实施例中，反射器18可以在位于离装置10约3m远的10m2的区域上产生正方形照明分布。这导致在该区域上获得均匀的辐照度剖面，并且因此获得目前所考虑的应用所需的照明的均匀性。
在一个或多个实施例中，反射器18的高度(亦即反射器18的输出面与输入面之间的距离)与所述输入面(假设其为正方形)的边的比率可以大约为3.5。
在一个或多个实施例中，在反射器18的输出面处可以设置由塑料材料或玻璃制成的盖20如平盖板，其对于由源14所发射的辐射是可渗透的。
然而，之前列出的对尺寸的选择不是强制性的。
类似地，在一个或多个实施例中，反射器18可以具有除了截头四棱锥以外的形状，具有例如不同的发散(“扩口”)形状如圆锥形或抛物线形或者甚至更复杂的形状。
在一个或多个实施例中，反射器18可以具有以凹面或凸面方式的刻面表面。此外，给出以下可能性：将所发射的辐射的形状适于各种照明需求。
在一个或多个实施例中，盖20可以如图所示的那样是平的，和/或可以具有枕头的微观结构、表面雕刻有如圆柱形元素或有纹理的表面。
在一个或多个实施例中，反射器18可以具有用渗铝涂层进行处理的内壁，以便它们获取反射属性。
在一个或多个实施例中，例如在白色材料的情况下，反射器18可以具有朗伯散射特征。一个或多个实施例可以设想具有扩散属性的粗糙表面。实际上，表面粗糙化处理可以取决于材料和粗糙度值来产生漫反射，即光漫射相对于取决于表面和材料的属性的镜面反射方向。粗糙表面可以散射相对于镜面方向成5°、10°、20°的光。朗伯散射遵循余弦定理，并且典型为白色材料、块体和微观结构漫射体。仅通过示例的方式，参考一个或多个实施例，在具有朗伯表面(其具有80％的反射率)的反射器的情况下，可以获得平均辐照度值，其比可以采用镜面反射表面来实现的平均辐照度值小40％。
在一个或多个实施例中，反射器18的不同区域可以具有相同的或不同的光学属性，例如反射器表面可以在一些区域具有镜面反射属性，而在其它区域具有漫反射属性。
在一个或多个实施例中，反射器18可以是TIR(全内反射)准直器，其中，在全内反射的条件下，撞击准直器的侧壁上的射线被反射。
在一个或多个实施例中，这样的准直器的输出表面可以具有毫米级或微米级的结构(例如隆起、所谓的枕头或以下不同形状的棱镜：正方形、六角形、凹面、凸面等)，或者可以具有粗糙表面。
在一个或多个实施例中，如图1所示，可以将蓝色LED 140布置在阵列14的中心。
在一个或多个实施例中，如以下参考图3的模块化结构所更加详述的，布置可以是偏心的，例如其中蓝色LED 140(在下文中，尽管以下条件不是严格强制性的，但是为了简单起见，假设在阵列中仅存在一个蓝色源)被布置在四个“四等分”(可以将阵列如图1的正方形阵列分成四个“四等分”)中的一个的中间。
在这种情况下，情况可能相继发生，其中由蓝色LED 140产生的辐照图相对于成组的红色LED 142所产生的辐照图是不均匀的。
在中心位置(图1)的情况下，可以在布置的中间处检测到辐照度值的减小。
如果将蓝色LED放置在正方形阵列的四等分中的一个的中间，则辐照度的最低值(即“洞”)相对于整体辐照图是偏心的。
在一个或多个实施例中，可以修改如图3所示的这样的不对称性，图3例示了实现包括多个模块的模块化结构的可能性，其中每个模块具有如图1所示的结构。
仅通过示例的方式，图3涉及包括相互对准的四个模块的模块化结构。
当然，这样的选择怎样都不是强制性的。例如，可以实现包括相当高的数目的模块如在6x6的正方形阵列中或在3x12的矩形阵列中布置的36个模块(即包括每行12个模块的三行模块)的照明装置：用于直接的参考，图3中所示的装配对应于1x4的矩阵，即包含四个模块的一行。
这样的多个模块(其可以具有共同的盖20)的系统的使用导致了在植物所处的平面上获得更高的辐照度水平的可能性。
另一个优点可以源自以下事实：由于模块可以在平面上获得正方形的照明图形，所以可以通过并排布置两个或更多个模块来获得正方形照明图形的叠加，从而增加整体辐照度均匀性。
此外，模块化系统可以通过以下来来替换同样在功率方面使用HPS灯的当前系统：使用适当数目的LED，或者更加一般地，调整阵列中LED的整体数目。以这样的方式，例如，可以替换现有照明系统，而无需改变安装条件如在温室内。
此外，如图3所示，可以从模块到模块地将偏移量的方向从偏心的LED 140阵列的中心进行旋转，以便可以实现辐照图的整体均匀性。
例如，参考图3的角度，蓝色LED 140(在目前所考虑的实施例中针对每个阵列为一个)被示出位于相应地旋转90°的位置，其在图3中从左到右前进时可以大致被确定为西南、西北、东北和东南位置。
在一个或多个实施例中，可以因此将光辐射源140、142布置在多个阵列中(例如图3的四个阵列)，在阵列中：
-多个阵列中的每一个阵列包括第一组的至少一个光辐射源(例如蓝色LED 140)，其被偏心地布置在从阵列的中心的各个方向(D1、D2、D3、D4，一直参考图3)上；以及
-采用各个方向D1、D2、D3、D4的不同定向如采用相互旋转90°的定向来布置多个阵列的阵列。
一个或多个实施例可以容许实现方式中的各种修改。
例如，一个或多个实施例可以设想不同于1:24的蓝色源与红色源的比率。
此外，在如图3所示的模块化系统中，不同的模块可以都具有相同的蓝色源与红色源的比率，或者可以具有不同的比率。这种方法提供了“微调”如蓝色光的辐照度水平，或者根据应用需求来修改辐照度均匀性的可能性。
在一个或多个实施例中，在如图所示的25个源的5x5的阵列中，可以设想存在更高数目的蓝色源，例如以便获得2:23的比率。在这种情况下，如之前参考图3所例示的那样，可以再次通过安装位置的旋转(例如90°)来使得蓝色源的位置满足镜面对称或旋转对称条件。
例如，当根据特定应用需求而期望单色照明(例如仅红色照明)时，可以采用具有旋转对称特征的布置。在这种情况下，关掉蓝色源不会引起辐射中的均匀性的缺乏。
上述考虑导致以下实现：不考虑第一组140中光源的数目与第二组142中光源的数目的给定比率(例如1:24)，可以实现光辐射源的第一组的辐射功率与第二组的辐射功率的一定比率(例如约0.05的比率)。
换言之，可以通过除了1:24以外的源的数目的比率来实现等于0.05的辐射功率的比率。
例如，当在一个或多个实施例中可以通过可选的调光功能来维持LED的辐射功率不变的同时，在一个或多个实施例中可以通过选择的调光动作来选择性地改变蓝色LED和红色LED的辐射功率，例如以使蓝色与红色的辐射功率比率平衡。
这可以在不改变两组中的源的数目的比率的情况下实现。
在一个或多个实施例中，例如，可以使用调光功能来模拟在自然环境中发生的植物的昼夜节律。
例如，在早晨或晚上期间，红色光可能更加强烈，从而模拟太阳光，其在早晨和晚上离地平线更近，并且因此太阳光线必须通过大部分的大气并且受到瑞利散射(与因子(1/λ)4成正比，其中λ是辐射的波长)。与早晨或晚上相比，白天期间蓝色光更加强烈；因此调光功能可以模拟温室中蓝色和红色光成分沿着24h的变化。
当然，在不违背基本原则的情况下，实现细节和实施例可以在不脱离保护的范围的情况下相对于本文中已经仅通过非限制性示例的方式所描述的而发生变化，甚至明显地发生变化。
保护的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种照明装置(10)，包括：
基板(12)，其具有电力驱动的光辐射源的阵列(14)，其中，所述阵列(14)中的源被布置在第一组(140)和第二组(142)中，以分别发射蓝光辐射和红光辐射。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述蓝光辐射和所述红光辐射分别位于约444nm和660nm。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，所述光辐射源(140，142)被并排布置，以形成密集的集群阵列(14)，所述光辐射源(140，142)优选地具有正方形封装。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其中：
光辐射源的所述第一组(140)的辐射功率与所述第二组(142)的辐射功率的比率是约0.05；以及/或者
所述第一组(140)中的光辐射源与所述第二组(142)中的光辐射源的数目的比率是约1:24。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中，所述光辐射源(140，142)被布置成至少一个平行四边形矩阵，所述平行四边形矩阵优选地是正方形矩阵。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中，所述阵列(14)包括所述第一组(140)中的在所述阵列(14)的中心位置中的至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源由所述第二组(142)中的多个光辐射源所包围。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中，所述光辐射源(140，142)被布置成多个阵列，其中：
所述多个阵列中的每一个阵列包括所述第一组(140)中的至少一个光辐射源，其被偏心地布置在相对于所述阵列的中心的各个方向(D1，D2，D3，D4)上；以及
所述多个阵列(14)中的阵列被布置在具有不同定向的所述各个方向(D1，D2，D3，D4)上。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其中：
所述多个阵列包括四个阵列(14)；以及
采用具有相互旋转90°的定向的所述相应方向(D1，D2，D3，D4)来布置所述四个阵列(14)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，包括：
反射器(18)，其是喇叭形的，优选地是截头锥体形的，以将光辐射从所述光辐射源(140，142)朝向照明区引导，所述照明区优选为平行四边形形状。
10.根据权利要求9所述的照明装置，包括在所述反射器(18)的输出处的盖(20)，所述盖由对于所述光辐射源的辐射可渗透的材料制成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置，其中，所述光辐射源(140，142)包括LED源。
12.一种使用根据权利要求1至11中任一项所述的照明装置的方法，其优选地用于植物照明，所述方法包括：改变光辐射源的由所述第一组(140)所发射的辐射的辐射功率与由所述第二组(142)所发射的辐射的辐射功率之间的比率，所述改变优选地是循环地改变。
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