DE102014212657A1

DE102014212657A1 - System und Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen

Info

Publication number: DE102014212657A1
Application number: DE102014212657.6A
Authority: DE
Inventors: Rafael Jordan
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: DE102014212657B4

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzenvorgeschlagen, mit einer Lichtquellenanordnung zur Bestrahlung der Pflanzen, mindestens einem Detektor zur Erfassung der bei der Photosynthese abhängig von der zugeführten Beleuchtungsenergie entstehenden Fluoreszenz, einer Auswertevorrichtung zur Auswertung der von dem mindestens einem Detektor gelieferten Signalen und einer Steuer-/Regelvorrichtung zur Steuerung/Regelung der von der Lichtquellenanordnung abgegebenen Lichtmenge. Die Auswertevorrichtung ist eingerichtet, abhängig von dem Auftreten der Fluoreszenz und/oder der Intensität der Fluoreszenz, die ein Indikator für eine optische Sättigung der Pflanze ist, die Steuer-/Regelvorrichtung zu steuern/regeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen sowie ein Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen.
Um ein effizientes Wachstum von Pflanzen zu gewährleisten, werden nach dem derzeitigen Stand der Technik Pflanzen zusätzlich zu dem natürlichen Licht oder anstelle des natürlichen Lichts mit künstlichem Licht bestrahlt, wobei zur Erzeugung des künstlichen Lichts unterschiedliche Lichtquellen verwendbar sind, z. B. LEDs, aber auch Glühlampen, Leuchtstofflampen, Natriumdampflampen oder dergleichen, die in einem Wellenlängenbereich abstrahlen können, der das Wachstum der Pflanzen fördert. Dabei ist es bekannt, die auf die Pflanzen einer Sorte für ein optimales Wachstum benötigte einzustrahlende Menge an Licht in statistischen Untersuchungen zu ermitteln. Üblicherweise bewegt sich die tatsächlich eingestrahlte Lichtmenge meist über der ausreichenden, bzw. hinsichtlich wenigstens eines Kriteriums optimalen Menge an Licht und unter der destruktiven Menge an Licht, die die Pflanzen nachhaltig schädigt.
Tatsächlich werden nach dem derzeitigen Stand der Technik Pflanzen mit einem nichtschädlichen, aber unnötigen Überschuss an Licht beleuchtet. Überschüssiges Licht wird durch interne Schutzmechanismen in den Pflanzen abgebaut. Damit geht dieser pflanzenintern abgebaute Anteil an eingebrachter Beleuchtungsenergie als Wärme nutzlos verloren.
Bisherige Verfahren zur Erfassung von Stoffwechselreaktionen von Pflanzen, beruhen auf der Messung von physiologischen Veränderungen in Pflanzen, die meist erst nach Tagen möglich sind, bzw. wenn die Pflanze bereits unerwünschte Veränderungen zeigt. Hierzu gehören Blattfärbungen, die auf den Gehalt von Chlorophyll schließen lässt, Wachstumsraten, Blüten- und Fruchtbildung. Insbesondere bei der Beleuchtung werden dabei grobe Durchschnittswerte verwendet und die Beleuchtung gegebenenfalls nach dem Erhalt unerwünschter Ergebnisse angepasst.
Mit dem Einzug der LED-Technologie wurden Anpassungen bei der Lichtexposition von Pflanzen vorgenommen, indem nur noch das von den Pflanzen im roten und blauen Bereich absorbierte Licht zur Verfügung gestellt wird, wodurch energetische und damit auch finanzielle Einsparungen in der Pflanzenzucht möglich sind. Mit fortscheitendem Verständnis der Photosynthese wurde zwischenzeitlich erkannt, dass auch der blaue Wellenlängenbereich weggelassen werden kann, da das energiereiche blaue Licht ohnehin in den Pflanzen zunächst in energieärmere rote Photonen umgewandelt wird, bevor es der Photosynthese zur Verfügung gestellt wird.
Bei ausreichender Absorption von sichtbarem Licht durch die Pflanzen wird eine Fluoreszenzstrahlung erzeugt, wobei diese Chlorophyllfluoreszenz genutzt wird, um zerstörungsfrei die Photosyntheseaktivität zu messen. Beispielsweise ist aus der WO 00/25114 eine Fluoreszenzdetektionsanordnung zur Bestimmung relevanter Vegetationsparameter bekannt, bei der ein gepulster Anregungslaser für die Anregung der Chlorophyllfluoreszenz und ein Fluoreszenzdetektor verwendet werden, der die Chlorophyllfluoreszenz detektiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen zu schaffen und somit eine optimale Beleuchtung der Pflanzen zu erreichen. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Energie für die Beleuchtung der Pflanzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Erfindungsgemäß wird ein System zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen vorgeschlagen, das eine Lichtquellenanordnung zur Bestrahlung der Pflanzen, mindestens einen Detektor zur Erfassung der bei der Photosynthese abhängig von der zugeführten Beleuchtungsenergie entstehenden Fluoreszenz, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der von dem Detektor gelieferten Signalen und eine Steuer-/Regelvorrichtung zur Steuerung/Regelung der von der Lichtquellenanordnung abgegebenen Lichtmenge umfasst, wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, abhängig von dem Auftreten der Fluoreszenz und/oder der Intensität der Fluoreszenz, die ein Indikator für eine optische Sättigung der Pflanze ist, die Steuer-/Regelvorrichtung zu steuern/regeln.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht, die Schwelle der maximalen Produktivität einer Pflanze in Echtzeit zu bestimmen und darauf basierend die optimalen bedarfsgerechten Wachstumsbedingungen durch Steuerung der Beleuchtung in Form von Lichtfarbe und/oder Intensität vorzugeben. Da durch die Erfindung vermieden werden kann, dass Energie bei der künstlichen Beleuchtung unnötig zugeführt wird, können Energie für die künstliche Beleuchtung eingespart und damit die Kosten für eine künstliche Beleuchtung verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass der mindestens eine Detektor ausgebildet ist, die Fluoreszenz der ¹O₂-Löschung zu erfassen, da diese Detektion genauer realisiert werden kann als die der direkten Chlorophyllfluoreszenz.
Wenn die Photosynthese eingesammeltes Licht nicht mehr vollständig zur Energiegewinnung umsetzen kann, wird die überschüssige Energie abgebaut, bevor die Pflanze Schaden nehmen kann. Es entsteht bei überschüssig aufgenommener photonischer Energie toxischer Singulett-Sauerstoff, der in Wechselwirkung mit Carotinoiden unter Emission eines langewelligen Photons wieder in energiearmen Triplett-Sauerstoff umgewandelt wird. Dieser Vorgang erzeugt somit eine charakteristische rote Fluoreszenz im Wellenlängenbereich von > 720 nm und genauer im Bereich von etwa 780 nm.
Die Chlorophyllfluoreszenz ist die Anregung und Relaxation eines Chlorophyllmoleküls und kann auch ohne jeden Stoffwechsel auftreten. Somit sind die Aussagen bei der Detektion von direkter Chlorophylfluoreszenz nicht immer genau. Änderungen der Chlorophyllfluoreszenz können sowohl durch Stoffwechseländerungen, aber z. B. auch durch ein sich im Abbau befindliches Photosystem hervorgerufen werden. Daher ist die Detektion der Fluoreszenz der ¹O₂-Löschung besonders vorteilhaft, da sie mit der optischen Sättigung der Pflanze eintritt. Diese Fluoreszenz liegt, wie ausgeführt, im Wellenlängenbereich von > 720 nm und typischerweise um 780 nm, während die direkte Chlorophyll-Fluoreszenz typischerweise um 670 nm liegt. Außerdem ist es möglich, die Fluoreszenz der ¹O₂-Löschung mit einfacheren Mittel vom Anregungslicht bzw. Wachstumslicht der Pflanzen zu trennen, das von der Lichtquellenanordnung geliefert wird. Hierdurch sind eine weitere Präzision der Aussage und eine Verringerung der potentiell einflussnehmenden Messlichtenergie möglich.
Erfindungsgemäß kann die Lichtquellenanordnung eine Grundbeleuchtung aus künstlichem und/oder natürlichem Licht und gegebenenfalls eine zusätzliche dynamische Wachstumslichtquelle und/oder eine Messlichtquelle umfassen, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, die Grundbeleuchtung und/oder die dynamische Wachstumslichtquelle zu steuern. Durch die verschiedenen Möglichkeiten bei der Auswahl der Lichtquellenanordnung lässt sich sowohl die Detektion der Fluoreszenz als auch die Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung an die gegebenen verschiedenen Bedingungen für die bedarfsgerechte Beleuchtung anpassen. So können autarke Systeme, die beispielsweise in Gewächshausleuchten integriert werden, ebenso wie Komponenten, die als Zusatz für bereits verfügbare Beleuchtungssysteme dienen können, realisiert werden. Davon abhängig können auch unterschiedliche Arten von Steuerungen/Regelungen vorgenommen werden, beispielsweise kann die Grundbeleuchtung und hier die künstliche Beleuchtung durch Steuerung/Regelung der Beleuchtungsintensität bzw. Lichtmenge und der Lichtfarbe mittels einer externen Steuer-/Regelvorrichtung und/oder der natürlichen Beleuchtung durch Steuerung/Regelung von Verschattungsanlagen vorgenommen werden, wobei eine solche externe Steuer-/Regelvorrichtung beispielsweise in einem komplexen EDV-geschützten Gewächshausmanagement integriert sein kann. Eine andere Möglichkeit ist das Vorsehen zusätzlicher, so genannter dynamischer Lichtquellen, die als Leuchtpunkte verteilt angeordnet werden können, wobei diese Leuchtpunkte abhängig von der Fluoreszenz gesteuert/geregelt werden und die Grundbeleuchtung zusätzlich vorhanden ist. Es sind jedoch auch Kombinationen der Steuerung/Regelung der unterschiedlichen Lichtquellen möglich. Für die Detektion der Fluoreszenz können ein oder mehrere Detektoren oder Sensoren je nach Aufgabenstellung verwendet werden, wobei die vorgesehene Auswertevorrichtung entsprechend angepasst ist.
Erfindungsgemäß wird für den mindestens einen Detektor ein den Wellenlängenbereich der Fluoreszenz erfassender Photodetektor oder ein Pixeldetektor verwendet, wobei vorzugsweise Kanten-, Interferenz-, und/oder Farbfilter den Detektoren zugeordnet werden. Wie ausgeführt, können je nach Detektionsaufgabe ein oder mehrere Detektoren vorgesehen werden, wobei vorwiegend für die Detektoren Photodioden mit Farb-, Kanten- oder Interferenzfilter eingesetzt werden. Es können aber auch Photovoltaikzellen, Photomultiplier, Avalanchedioden oder ähnliche Komponenten zur Detektion von Photonen eingesetzt werden. Insbesondere stellen auch Pixeldetektoren, z. B. in Form von CMOS-Kamerachips eine Alternative dar, die entweder bildgebend oder mit einem integrierten Auswertealgorithmus arbeiten. Die optischen Detektoren können schmalbandige Detektoren, die im relevanten Wellenlängenbereich sensitiv sind oder aber auch breitbandige Detektoren mit einer erhöhten Sensitivität im langwelligen Bereich sein. Bei Verwendung von mehr als einem Detektor unterscheiden sich die jeweiligen Wellenlängenbereiche für die Erfassung von unterschiedlicher Strahlung.
Wie ausgeführt, kann das System einen modulartigen Aufbau haben, bei dem beispielsweise eine zusätzliche dynamische Wachstumslichtquelle, der eine oder die mehreren Detektoren und die Auswertevorrichtung mit Steuer-/Regelvorrichtung in einem Modul zusammengefasst sind, wobei diese Module dann üblicherweise zusätzlich zu der Grundbeleuchtung verteilt aber flächendeckend angeordnet werden können. Vorteilhafterweise kann zusätzlich zu dem Detektor zur Erfassung der Fluoreszenz, vorzugsweise Fluoreszenz aus der ¹O₂-Löschung, ein Referenzdetektor vorgesehen sein, der Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich als dem der Fluoreszenz erfasst, wodurch die Detektion der gewünschten Wellenlängenbereiche verbessert wird.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel bei der Verwendung von mehreren Detektoren besteht darin, dass die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, ein Differenzsignal zwischen den von den Photodetektoren im Wellenlängenbereich der Fluoreszenz und im anderen Wellenlängenbereich erfassten Signalen zu bilden und das Differenzsignal für eine Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung weiterzuverarbeiten, z. B. die Ableitung des Signals zu bilden, dieses zu Integrieren und zu verstärken.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquellenanordnung eine gepulste Messlichtquelle, die vorzugsweise in einem Absorptionsmaximum der lichtsammelnden Pigmente der Pflanze liegt, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, ein Differenzsignal zwischen den während der Pulse und in den Impulspausen erfassten Signalen zu bilden und das Differenzsignal für eine Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung weiterzuverarbeiten, z. B. wie zuvor erwähnt. Bei dieser Ausführungsform kann ein zweiter Detektor, d. h. der Referenzdetektor, entfallen. Das gepulste schmalbandige Messlicht stimuliert weiter effizient die Photosynthese und erhöht signifikant bei bereits grenzwertiger Sättigung die Fluoreszenz. Es ermöglicht eine selektive Detektion der Fluoreszenz, es wird mit derselben Wellenlänge referenziert, d. h. Messlicht ”aus” zu Messlicht ”an”, wodurch das System weniger sensibel auf Störlicht reagiert und auch keine Kalibrierung erfolgen muss. Es kann lediglich ein Detektor mit einem relativen kostengünstigen Kantenfilter verwendet werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen System sieht in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vor, den Detektor als Pixeldetektor auszubilden, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, eine Bildauswertung der von dem Pixeldetektor gelieferten Signale vorzunehmen und die auf die Photosynthese unterschiedlich reagierenden Bestandteile der Pflanzen zu erkennen und abhängig von der Helligkeit und/oder Farbe vorgegebener Bestandteile die Steuer-/Regelvorrichtung zu veranlassen, die Lichtquellenanordnung zu steuern/regeln. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt, anders als bei den diskreten Detektoren, der Schwerpunkt der Analyse in der Bildauswertung, d. h. die Auswertevorrichtung ist in der Lage, die photosyntheseaktiven Bestandteile der Pflanze, z. B. die Blätter, zu erkennen und abhängig von der Helligkeit bzw. Farbe der Blattadern die Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung vorzunehmen.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Detektor in gleicher Weise ein Pixeldetektor und es ist eine gepulste Messlichtquelle vorgesehen, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, eine Bildauswertung der von dem Pixeldetektor gelieferten Signale vorzunehmen und ein Differenzbild zwischen einem Bild mit Messlicht und einem in den Impulspausen der Messlichtquelle erfassten Bild zu bilden und abhängig von der Helligkeitsänderung der Differenzbilder die Steuer-/Regelvorrichtung zu veranlassen, die Lichtquellenanordnung zu steuern/regeln. Vorteilhafterweise und um die Erkennung der Fluoreszenz zu verbessern und Fehlinterpretationen auszuschließen, kann die Erkennung der photosyntheseaktiven Pflanzenteile zusätzlich vorgenommen werden.
Die von der Auswertevorrichtung an die Steuer-/Regelvorrichtung gelieferten Signale können analoge Signale sein, es kann jedoch auch beispielsweise in einer Logik eine digitale Auswertung vorgenommen werden, in der verschiedene Niveaus der Steuerung/Regelung vorgegeben werden.
Die zu den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen oben angeführten Merkmale können in weiteren Ausführungsbeispielen unterschiedlich in für den Fachmann sinnvoller Weise kombiniert werden.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen vor, bei dem die Pflanzen mit einer Lichtquellenanordnung bestrahlt werden und die bei der Photosynthese abhängig von der zugeführten Beleuchtungsenergie entstehende Fluoreszenz detektiert wird, wobei abhängig von dem Auftreten der Fluoreszenz die Lichtmenge, mit der die Pflanze bestrahlt wird, geregelt/gesteuert wird. Dabei ist vorteilhaft, dass die Fluoreszenz, mit der eine optische Sättigung des Photosyntheseprozesses in der Pflanze einsetzt, detektiert wird. Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei Auftreten und Zunahme der detektierten Fluoreszenz die Lichtmenge der Lichtquellenanordnung reduziert wird, bis keine Fluoreszenz mehr detektiert wird und, vorzugsweise nach einer gegebenen Pausenzeit, die Lichtmenge wieder erhöht wird. Dabei kann die Pausenzeit Sekunden bis Minuten betragen, um ständig im Maximum der Photosynthese-Aktivität zu verbleiben.
Gemäß der Erfindung ermöglicht die exakte Bestimmung des Arbeitspunktes der Photosynthese bei nahezu 100% des möglichen Stoffwechsels einer Pflanze ohne überschüssiges Licht in Wärme oder emittiertes langwelliges Licht umzuwandeln, eine hocheffiziente Beleuchtung von Pflanzen. Da das beschriebene Verfahren bzw. das System in den gleichen kurzen Zeitdimensionen arbeitet, in denen der Stoffwechsel der Pflanze auf die Umgebung reagiert, kann der Zustand optimaler Beleuchtung permanent gehalten bzw. nachgeführt werden, auch wenn externes Licht sich ändert oder der Stoffwechsel der Pflanze sich im Laufe des täglichen Biorhythmus oder in Abhängigkeit des Alters der Pflanze ändert. Weiterhin ermöglicht die Kenntnis über die Bedingungen des maximalen effizienten Arbeitspunktes die gezielte Beleuchtung mit Bruchteilen dieses Wertes, um statistisch bekannte Einflüsse auf unterschiedliche Wachstumsprozesse der Pflanze auszunutzen. Das erfindungsgemäße System bzw. das erfindungsgemäße Verfahren dient vorwiegend zur Optimierung der Beleuchtung in Gewächshäusern, kann aber auch zur Konstitutionsbestimmung von Pflanzen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems.
Das in den Figuren dargestellte System zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen wird beispielsweise für die Installation in Gewächshäusern bzw. zur Vervollständigung von in Gewächshäusern vorgesehener Beleuchtung von Pflanzen vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist schematisch eine Grundbeleuchtung dargestellt, die aus einer Leuchtenanordnung 9 für künstliches Licht und aus natürlichem Licht 8 besteht. Die Grundbeleuchtung 13 wird repräsentiert durch ein Diagramm der Summe der Leistung der Leuchtenanordnung 9 und des natürlichen Lichts 8, über die Zeit t dargestellt. Dabei kann die Leuchtenanordnung 9 so gewählt werden, dass sie die Pflanzen 7 zum Wachstum anregen, beispielsweise in einem Spektralbereich abstrahlen, der kleiner als 700 nm ist. Beispielsweise können für die Leuchtenanordnung 9 Leuchtstofflampen oder LEDs verwendet werden.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der Grundbeleuchtung eine zeitlich dynamisch steuerbare Lichtquelle, die als Wachstumslichtquelle 5 bezeichnet wird, vorgesehen, bei der vorzugsweise rote LEDs zur wachstumsfördernden Beleuchtung der Pflanzen 7 verwendet werden. Der Wellenlängenbereich der Wachstumslichtquelle 5 bewegt sich typischerweise zwischen 620 nm und maximal 680 nm, da darüber keine Anregung des Photosystems II mehr erfolgt. Die Gesamtleistung der vorzusehen LEDs der Wachstumslichtquelle 5 richtet sich danach, ob und wie die Grundbeleuchtung 13 ausgebildet ist, ob die Wachstumslichtquelle als alleinige Lichtquelle dient oder lediglich für den dynamisch steuerbaren Bereich oberhalb einer Grundbeleuchtung ausgelegt ist. Das Diagramm 12 für die Leistung der Wachstumslichtquelle 5 deutet an, dass diese steuer-/regelbar ist, wobei gegebenenfalls eine Anpassung an die sich ändernde Grundbeleuchtung berücksichtigt wird.
Der Wachstumslichtquelle 5 sind zwei Detektoren, im vorliegenden Fall Photodioden 1, 2 zugeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel mit jeweils einem Interferenzfilter 3, 4 versehen sind, wobei das Interferenzfilter 3 einen Durchlassbereich um 700 nm und das Interferenzfilter 4 einen Durchlassbereich um 780 nm aufweist. Dabei detektiert der kurzwelligere Detektor 1 in einem Bereich, in dem weder eine signifikante Absorption durch Chlorophylle erfolgt, noch eine Fluoreszenz zu erwarten ist, da die Chlorophyll-Fluoreszenz typischerweise um 670 nm liegt und die durch ¹O₂-Löschung typischerweise um 780 nm. Der Detektor 1 dient als Referenz, wohingegen der zweite Detektor 2 im Maximum der Fluoreszenz der ¹O₂-Löschung liegt. Die Diagramme des Photostroms des jeweiligen Detektors 1, 2 sind mit 10, 11 bezeichnet und sie zeigen den Photostrom über die Zeit.
Weiterhin ist eine Auswertevorrichtung 35 vorgesehen, die einen Differenzbildner zur Bildung eines durch ein Diagramm 14 repräsentierten Differenzsignals, eine Einheit zur Bildung der ersten Ableitung 36, einen Inverter 37 und einen Integrator 38 umfasst. Die Auswertevorrichtung 35 kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Sie ist mit einer Steuer-/Regelvorrichtung 39 verbunden, die einen Verstärker 40 und die eigentliche Steuer-/Regeleinheit 41 umfasst. Die Steuer-/Regelvorrichtung 39 kann zusammen mit der Auswertevorrichtung 35 in dem Mikrocontroller implementiert sein.
Die Steuer-/Regelvorrichtung 39 zur Regelung der Beleuchtungsintensität der Wachstumslichtquelle 5, beispielhaft basierend auf dem Mikrocontroller mit Speicher, regelt die Lichtstärke der Wachstumslichtquelle 5 soweit hoch, dass der langwelligere Detektor 2 relativ zum kurzwelligen Detektor 1 überproportional viele Photonen detektiert, was auf das Einsetzen der Fluoreszenz aufgrund der Löschung von Singulett-Sauerstoff hinweist. Eine solche Feststellung basiert auf der Bildung des Differenzsignals 14 aus den beiden Signalen 10, 11 der Detektoren 1, 2. Um möglichst schnell auf die Änderung der Fluoreszenz reagieren zu können, wird von diesem Differenzsignal 14 die erste Ableitung gebildet, das abgeleitete Signal invertiert und in dem Integrator 38 aufsummiert. Daraus resultiert unmittelbar ein Signal, das verstärkt über die Regeleinheit 41 zur Leistungssteuerung 12 der integrierten Wachstumslichtquelle 5 verwendet wird.
Selbstverständlich gibt es für die Auswertung sehr viele andere mögliche Vorgehensweisen. Je nach Rechenkapazität kann auch eine aufwendigere Aufarbeitung des Differenzsignals 14 erfolgen. So kann die Änderung selbst über die Zeit beobachtet und extrapoliert werden, damit kann beispielsweise entsprechend einer Fuzzy-Logik vorausschauend Einfluss auf das Anregungslicht genommen werden. Wenn z. B. eine Wolke aufzieht, kann die Beleuchtung erheblich erhöht werden und sollte es aus nicht vorhergesehenen Gründen zu einem starken Oszillieren der dynamischen Beleuchtung kommen, kann diesem gleich Einhalt geboten werden.
Sobald eine Zunahme der Fluoreszenz detektiert wird, wird die Beleuchtungsintensität 12 reduziert bis keine Fluoreszenz mehr detektiert wird. Dann beginnt eine Regelschleife mit einer definierten Dämpfung von einigen Sekunden zwischen erneuter Erhöhung und Absenkung, um stetig im Maximum der Photosynthese-Aktivität zu verbleiben.
Im dargestellten Beispiel werden der Offset und Amplitude des Referenzsignals 10 und des Fluoreszenzlichtsignals 11 durch Kalibrierung aufeinander abgestimmt. Diese Kalibrierung kann immer vorgenommen werden, wenn der Referenzsensor eindeutig so wenig Licht detektiert, dass keine Fluoreszenz entstehen kann und muss zwischengespeichert werden, bis erneut die Bedingungen für eine Kalibrierung gegeben sind.
Als alternative Regelung kann nach dem Herunterregeln und detektierten Ausbleiben der Fluoreszenz eine definierte Zeit von Sekunden bis Minuten verharrt werden, um dann schnell einen erneuten Erhöhungs- und Absenkungszyklus zu fahren. Während der Wartezeit wird permanent kontrolliert, ob die Fluoreszenz durch äußeren Einfluss wieder einsetzt, beispielsweise durch Zunahme von Sonnenlicht, um entsprechend abzusenken und den Wartezyklus erneut zu starten. Dies ist eine ständige Regelung, die eine Absenkung des dynamischen Wachstumslichtes bei Überangebot an Licht vornimmt. Es wird dabei die Energie für die Detektion notwendige leichte Überdosierung gespart. Dieser Algorithmus reduziert den Regelaufwand und spart bei der Beleuchtung maximale Energie, bewegt sich aber leicht unter der maximalen Effizienz der Pflanze. Weiterhin soll ein definierter Bruchteil der maximalen effizienten Beleuchtung vorgegeben werden können, da sich hiermit potentielle unterschiedliche Wachstumsprozesse der Pflanze ansteuern lassen.
Wenn die Grundbeleuchtung 13 zusätzlich zur dynamisch steuerbaren Wachstumslichtquelle 5 vorgesehen ist, könnte zusätzlich über einen externen Steuerkanal die Leuchtenanordnung 9 gesteuert werden, wenn die Wachstumslichtquelle 5 an ihre Leistungsgrenze kommt, wobei diese dann auf eine Intensität für einen optimalen Stoffwechsel in der Pflanze 7 herunter geregelt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Wachstumslichtquelle 5 bei ausreichendem Tageslicht deaktiviert wird und abhängig vom Pflanzenstoffwechsel in der Dämmerung wieder hochgeregelt wird.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems dargestellt, wobei im Folgenden im Wesentlichen die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel 1 dargelegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Steuerung/Regelung von der im ersten Ausführungsbeispiel. Abweichend zu dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Detektion der aus der ¹O₂-Löschung resultierenden Fluoreszenz nicht mit Hilfe des Wachstumslichts 5, sondern mit einem zusätzlichen Messlicht, das gepulst emittiert wird, d. h. es ist eine zusätzliche Messlichtquelle 6 vorgesehen, die ein Lichtsignal entsprechend dem Diagramm 16 abgibt. Die Messlichtquelle 6 strahlt hierbei in einem der Absorptionsmaxima der lichtsammelnden Pigmente der Pflanzen 7 ab und liegt in einem Wellenlängenbereich von 420 nm bis 450 nm oder 630 nm bis 670 nm. Auf der Detektorseite kann damit auf einen der zwei Detektoren verzichtet werden, d. h. es ist lediglich der Detektor 2 vorhanden, dem ein Kantenfilter 17 mit Durchlassbereich ≥ 720 nm zugeordnet ist. Dieses vermeidet einen direkten Einfluss durch das Messlicht oder die Chlorophyllfluoreszenz. Das gepulste Messlicht 16 wird über einen längeren Zeitraum hinweg eingestrahlt und wenn ein signifikanter Anstieg des detektierten Lichts während des Messlichtpulses im Gegensatz zur Dunkelzeit beobachtet wird, wird ebenfalls von einer Übersättigung der effektiven Photosynthese ausgegangen und es kann, wie zuvor beschrieben, geregelt werden. Das detektierte Licht schlägt sich in dem Photodetektorsignal 11 nieder, das Peaks entsprechend dem gepulsten Lichtsignal 16 aufweist. Es werden sehr kurze Pulse mit einem geringen Tastverhältnis 16 verwendet. Das Fluoreszenzsignal kann somit auf der Detektorseite durch das Licht des gepulsten Lichtsignals mit Hilfe eines Hochpassfilters 14' ausgefiltert werden, das Bestandteil der Auswertevorrichtung 35 ist. Dieses Pulssignal des Hochpasses 14 wird durch einen Tiefpass 15 geglättet, dessen Signal entsprechend Ausführungsbeispiel 1 weiterverarbeitet wird. in entsprechender Weise wird die Steuer-/Regelvorrichtung 39 angesteuert. Wie zuvor erwähnt, sind andere Auswertemöglichkeiten anwendbar.
Zur Energieeinsparung bei der Messlichtquelle 6 kann ebenfalls nach dem Einstellen der optimalen Beleuchtung eine Pause von Sekunden bis Minuten vor der nächsten Pegelanpassung des Lichts erfolgen. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann aber bei externen Lichtquellen, meist Sonnenlicht, ein Anstieg der Gesamtlichtleistung zu einer unnötigen Bestrahlung mit künstlichem Licht führen, die zwar nicht schädigend wirken wird, aber dem Energiespargedanken des Systems entgegensteht
In den 1 und 2 bzw. dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, sowie in den folgenden Ausführungsbeispielen soll der die verschiedenen Elemente umrahmende Kasten darstellen, dass diese Elemente in einem Sensormodul zusammengefasst werden können. Dabei sind die verschiedenen Bauelemente in einem Gehäuse aufgenommen und können auf einem Substratmaterial aufgebaut sein. Das Gehäuse kann nicht hermetisch, quasihermetisch oder hermetisch abgeschlossen sein.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt und es werden wiederum im Wesentlichen die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist keine Wachstumslichtquelle in Form einer zusätzlichen dynamischen Lichtquelle vorhanden, sondern es werden die Leuchtenanordnung 9 in ihrer Intensität (siehe Diagramm 21) und/oder die natürliche Lichtquelle 8 durch Abschattungen 22 gesteuert. Auf der Detektorseite sind der Referenzdetektor 1 und der Fluoreszenzdetektor 2 vorgesehen, die, wie im Ausführungsbeispiel 1, bei zwei verschiedenen Wellenlängen arbeiten, die die Differenzierung des Fluoreszenzlichts aus der ¹O₂-Löschung von dem Restlicht zulassen. Weiterhin ist eine externe Steuerung/Regelung 18 vorgesehen und die Auswertevorrichtung 39 umfasst neben den Elementen des ersten Ausführungsbeispiels eine Logikeinheit 42, die aus dem analogen Signal des Integrators 38 durch Schwellenwertvergleiche digitale Signale 19 ausgibt. Beispielsweise können die digitalen Signale angegeben sein mit 0 = ”Sättigung nicht erreicht”, 1 = ”Sättigung im Rahmen der Messgenauigkeit erreicht”, 2 = ”Sättigung signifikant überschritten”, 3 = ”Sättigung kritisch überschritten”. Aufgrund dieser Angaben kann die externe Steuer-/Regelvorrichtung 8 die Leistung 21 der externen Leuchtenanordnung 9 oder die Verschattung 22 des natürlichen Lichts 8 bzw. Sonnenlicht bei Erreichen des Pegels 3 ermöglichen. Dabei dient die Verschattung 22 nicht effizienten Beleuchten, sondern dem Schutz der Pflanze.
In diesem Ausführungsbeispiel können sowohl die dynamische Wachstumsquelle 5 als auch die Messlichtquelle 6, die häufig Hochleistungs-LEDs sind, entfallen. Da die Detektoren 1 und 2 selbst sparsam arbeiten, wäre ein batteriebetriebener Funkbetrieb möglich.
Da ebenso wie im Ausführungsbeispiel 1 bei dieser Fluoreszenzdetektion, bei der das Wachstumslicht gleichzeitig das Anregungslicht ist, gibt es keine Kenntnis darüber, ob der zusätzliche Lichtanteil im langwelligen Bereich ausschließlich aus der Fluoreszenz stammt oder, wenn auch unwahrscheinlich, auf unregelmäßige Störlichtquellen zurückzuführen ist, die ausschließlich oder überwiegend in diesem Bereich emittieren. Daher muss darauf geachtet werden, dass keine Störlichtquellen vorhanden sind.
In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Steuerung/-Regelung gemäß 3 und eine Messlicht- und Detektoranordnung nach 2 umfasst. Das System arbeitet somit mit einem Detektor 2 mit Kantenfilter 17 und einer gepulsten Messlichtquelle 6 zur Bestimmung des Fluoreszenzlichts aus der ¹O₂-Löschung. Die Auswertung unterscheidet sich zu der nach 3 wiederum dadurch, dass ein Hochpass 14' und ein Tiefpass 15 anstelle des Differenzbildners 14 vorgesehen ist. Das gepulste schmalbandige Messlicht 16 ermöglicht wiederum die selektive Detektion der Fluoreszenz und da mit derselben Wellenlänge referenziert wird, reagiert das System weniger auf Störlicht.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem das normale Wachstumslicht durch die Grundbeleuchtung aus Leuchtanordnung 9 und natürlichem Licht 8 zur Anregung der Fluoreszenz verwendet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensorik als eigenständiger Sensor, wie in 3 dargestellt, die Sensorik kann jedoch auch Teil eines integrierten Beleuchtungssystems entsprechend 1 und 2 sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel nach 5 ist ein Pixeldetektor 23, der als Kamerachip ausgebildet sein kann, in Anwendung, wobei dieser Pixeldetektor 23 eine ausreichende Sensitivität im Bereich um 780 nm haben muss. Zur Kontrastverstärkung kann ein Kantenfilter 17 für Wellenlängen ≥ 720 nm vor dem Detektor 23 verwendet werden. Die Auswertevorrichtung 43, die sich von den vorhergehenden unterscheidet, beruht auf einer Bildauswertung, wobei die Bildverarbeitung in der Lage ist, die photosyntheseaktiven Bestandteile der Pflanze 7, beispielsweise die Blätter, zu erkennen. Wenn sich ein klares Bild 24 der Blattadern abzeichnet, das heller als das restliche Blattgewebe erscheint, ist noch keine Sättigung der Photosynthese eingetreten, da zur Photosynthese Licht teilweise im Blattgewebe absorbiert wird; dieser Effekt ist an den Blattadern stark reduziert. Zeichnen sich die Adern dunkler als das Blattgewebe ab, wie in den Bildern 26 und 27, liegt Fluoreszenz aus der ¹O₂-Löschung vor, da dann kurzwelligeres Licht durch Fluoreszenz in den langwelligen Bereich verschoben wird und das Blattgewebe Licht emittiert. Gemäß den Ausführungsbeispielen nach 3 bzw. 4 kann eine digitale Bewertung des Bildes vorgenommen werden, die als digitales Steuer-/Regelsignal an die externe Steuer-/Regelvorrichtung 18 gegeben werden.
Die Auswertevorrichtung 43 ist im Ausführungsbeispiel 5 als Bestandteil eines Sensormoduls bezeichnet, selbstverständlich kann die Auswerteeinheit 43 auch in einem externen System vorgesehen sein, das die Signale des Pixeldetektors 23 empfängt und auch die Steuer-/Regelvorrichtung 18 ansteuert.
Schließlich ist in 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine gepulste Messlichtquelle 6 entsprechend dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel zur Anregung der Fluoreszenz verwendet wird. Anders bei diesen Ausführungsbeispielen besteht die Pulsfolge nicht aus kurzen Pulsen mit relativ langen Pausen, sondern aus etwa gleichlangen Ein- und Aus-Phasen 28. Dabei kann die Sensorik, wie dargestellt, als eigenständiger Sensor arbeiten, oder entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel Teil eines integriertes Beleuchtungssystems sein.
Wie im vorigen Ausführungsbeispiel muss der Pixeldetektor 23 eine ausreichende Sensitivität im Bereich um 780 nm haben. Damit es keinen unerwünschten Einfluss durch direkt einfallendes Messlicht oder durch die Chlorophyllfluoreszenz gibt, wird der Pixeldetektor 23 mit einem Kantenfilter 17 für Wellenlängen ≥ 720 nm geschützt. Wie im vorigen Ausführungsbeispiel übernimmt die Auswertevorrichtung 43 eine Bildverarbeitung, wobei zuerst ein Differenzbild aus einem Bild 29 mit und einem Bild 30 ohne Messlicht gebildet wird. Dann wird die Helligkeit des Differenzbildes bewertet, wobei in erster Näherung bereits eine Zunahme der Gesamthelligkeit auf die Fluoreszenz aus der ¹O₂-Löschung hinweist. Das heißt, wie in dem vorigen Ausführungsbeispiel wird aufgrund der Helligkeitsunterschiede jeweils ein digitales Signal, beispielsweise zwischen 0 und 3 ausgegeben, das ein Maß für das Auftreten der Fluoreszenz ist. Allerdings kann, um Fehlinterpretationen weiter auszuschließen, wie im vorigen Ausführungsbeispiel, eine Erkennung der photosyntheseaktiven Pflanzenteile durchgeführt werden und diese Teile dahingehend verglichen werden, ob die auf dem Differenzbild heileren Bereichen mit denen der Photosynthese aktiven Pflanzenteile übereinstimmen. Das resultierende Ergebnis aus der Darstellung nach 31 bis 34 kann zur Steuerung/Regelung der Leuchtenanordnung 9 oder zur Steuerung/Regelung der Verschattung 22 verwendet werden. Die Pflanzenteile können nicht nur hinsichtlich der Helligkeit sondern auch hinsichtlich ihrer Farbe bewertet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Vielzahl von Merkmalen verwendet, wobei diese Merkmale nicht nur den jeweiligen Ausführungsbeispielen zugeordnet sind, sondern es können Merkmale, die zu einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, jeweils auch in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, solange sich für den Fachmann sinnvolle Kombinationen ergeben.
In obigen Ausführungsbeispielen wurde die Fluoreszenz aus der ¹O₂ Löschung beschrieben. Wenn die direkte Chlorophyllfluoreszenz detektiert werden soll, müssten die Interferenzfilter 4 vor dem Detektor 2 gegen die Wellenlänge 670 ausgetauscht werden oder zum jetzigen System ein weiterer Detektor hinzugefügt werden, der dieses Interferenzfilter trägt. Hiermit wäre sogar eine differenzierte Betrachtung und weitergehende Bewertung des Signals möglich. Bei den Beispielen 2 und 4 muss das Kantenfilter bereits ab ~650 nm öffnen. Die Anregung muss zwingend im Blauen sein oder es wird der aktuellen Anordnung ein weiterer Detektor mit einem Kantenfilter ab ~650 nm hinzugefügt, auch hier ist nur Anregung im Blauen vorzusehen. Bei den Kamerachips wird ein duales System zu kostenintensiv, daher wird vorzugsweise der Austausch des Kantenfilters gegen ein Filter vorgenommen, das ab ~650 nm öffnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 00/25114 [0006]

Claims

System zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen mit einer Lichtquellenanordnung zur Bestrahlung der Pflanzen, mindestens einem Detektor (2, 23) zur Erfassung der bei der Photosynthese abhängig von der zugeführten Beleuchtungsenergie entstehenden Fluoreszenz, einer Auswertevorrichtung (35) zur Auswertung der von dem mindestens einem Detektor gelieferten Signalen und einer Steuer-/Regelvorrichtung (18, 39) zur Steuerung/Regelung der von der Lichtquellenanordnung abgegebenen Lichtmenge, wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, abhängig von dem Auftreten der Fluoreszenz und/oder der Intensität der Fluoreszenz, die ein Indikator für eine optische Sättigung der Pflanze ist, die Steuer-/Regelvorrichtung zu steuern/regeln.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Detektor (2, 23) ausgebildet ist, die Fluoreszenz der ¹O₂-Löschung zu erfassen.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenanordnung eine Grundbeleuchtung aus künstlichem (8) und/oder natürlichem Licht (9) und gegebenenfalls eine zusätzliche Wachstumslichtquelle (5) und/oder eine Messlichtquelle (6) umfasst, wobei die Steuer-/Regelvorrichtung (39, 18) ausgebildet ist, die Grundbeleuchtung und/oder die Wachstumslichtquelle zu steuern
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Detektor ein den Wellenlängenbereich der Fluoreszenz erfassender Photodetektor (2) oder ein Pixeldetektor (23) ist, wobei vorzugsweise Kanten-, Interferenz-, und/oder Farbfilter den Detektoren zugeordnet sind.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein als Photodetektor ausgebildeter Referenzdetektor (1) umfasst ist, der Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich als dem der Fluoreszenz erfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (35) ausgebildet ist, ein Differenzsignal zwischen den von den Photodetektoren (1, 2) im Wellenlängenbereich der Fluoreszenz und im anderen Wellenlängenbereich erfassten Signalen zu bilden und das Differenzsignal für eine Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung weiterzuverarbeiten.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenanordnung eine gepulste Messlichtquelle (6) umfasst, die vorzugsweise in einem Absorptionsmaximum der lichtsammelnden Pigmente der Pflanzen liegt, wobei die Auswerteeinrichtung (35) ausgebildet ist, ein Differenzsignal zwischen den während der Pulse und in den Pulspausen erfassten Signalen zu bilden und das Differenzsignal für eine Steuerung/Regelung der Lichtquellenanordnung weiterzuverarbeiten.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Pixeldetektor (23) ist und die Auswertevorrichtung (43) ausgebildet ist, eine Bildauswertung der von dem Pixeldetektor (23) gelieferten Signale vorzunehmen und die auf die Photosynthese unterschiedlich reagierenden Bestandteile der Pflanzen zu erkennen und abhängig von der Helligkeit und/oder Farbe vorgegebener Bestandteile die Steuer-/Regelvorrichtung (18) zu veranlassen, die Lichtquellenanordnung zu steuern/regeln.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Pixeldetektor (23) ist und eine gepulste Messlichtquelle (6) umfasst ist und die Auswertevorrichtung (43) ausgebildet ist, eine Bildauswertung der von dem Pixeldetektor gelieferten Signale vorzunehmen und ein Differenzbild zwischen einem Bild mit Messlicht und einem in den Impulspausen der Messlichtquelle erfassten Bild zu bilden und abhängig von der Helligkeitsänderung der Differenzbilder die Steuer-/Regelvorrichtung (18) zu veranlassen, die Lichtquellenanordnung zu steuern/regeln.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Auswertevorrichtung (43) weiterhin ausgebildet ist, in den Differenzbildern die auf die Photosynthese unterschiedlich reagierenden Bestandteile der Pflanzen zu erkennen und abhängig von der Helligkeit und/oder Farbe vorgegebener Bestandteile und abhängig von der Helligkeitsänderung der Differenzbilder die Steuer-Regelvorrichtung (18) zu veranlassen, die Lichtquellenanordnung zu steuern/regeln.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Detektor (2) für eine Erfassung von Strahlung im Wellenlängenbereich größer als 720 nm, vorzugsweise bei etwa 780 nm ausgebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstumslichtquelle (5) im Wellenlängenbereich von 620 nm bis 680 nm abstrahlt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlichtquelle (6) im Wellenlängenbereich von 420 nm bis 450 nm oder 630 nm bis 670 nm abstrahlt.
Verfahren zur bedarfsgerechten Zuführung von Beleuchtungsenergie an Pflanzen, bei dem die Pflanzen mit einer Lichtquellenanordnung bestrahlt werden und die bei der Photosynthese abhängig von der zugeführten Beleuchtungsenergie entstehende Fluoreszenz detektiert wird, wobei abhängig von dem Auftreten der Fluoreszenz die Lichtmenge, mit der die Pflanze bestrahlt wird, geregelt/gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenz, mit der eine optische Sättigung des Photosynthesprozesses in der Pflanze einsetzt, detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten und Zunahme der detektierten Fluoreszenz die Lichtmenge der Lichtquellenanordnung reduziert wird, bis keine Fluoreszenz mehr detektiert wird und, vorzugsweise nach einer vorgegebenen Pausenzeit, die Lichtmenge wieder erhöht wird.