RU2575016C2 - Optical device, lighting device and system for lighting crown cover of plants - Google Patents
Optical device, lighting device and system for lighting crown cover of plants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575016C2 RU2575016C2 RU2012141895/07A RU2012141895A RU2575016C2 RU 2575016 C2 RU2575016 C2 RU 2575016C2 RU 2012141895/07 A RU2012141895/07 A RU 2012141895/07A RU 2012141895 A RU2012141895 A RU 2012141895A RU 2575016 C2 RU2575016 C2 RU 2575016C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- plants
- optical device
- lighting
- central axis
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 65
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 56
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 241000227653 Lycopersicon Species 0.000 description 3
- 235000007688 Lycopersicon esculentum Nutrition 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 240000008067 Cucumis sativus Species 0.000 description 2
- 235000009849 Cucumis sativus Nutrition 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к оптическому устройству, соответствующему осветительному устройству и к системе освещения межлистового полога растений, более конкретно к системе освещения межлистового полога растений, обеспечивающей равномерное вертикальное и горизонтальное распределение освещенности в заранее определенной целевой области растения.The present invention relates to an optical device, a corresponding lighting device, and to an illumination system of a leaf canopy of plants, and more particularly, to a lighting system of a leaf canopy of plants that provides uniform vertical and horizontal distribution of illumination in a predetermined target area of the plant.
Предшествующий уровеньPrior level
Для повышения урожайности в теплицах применяют поглощение дополнительного света наряду с естественным солнечным светом. В частности, применяют разрядные лампы высокой интенсивности (HID-лампы), такие как SON-T, с электрической мощностью 600-1000 Вт. В результате уровень освещенности в теплице повышается, что повышает урожайность на квадратный метр площади теплицы по сравнению с теплицами, работающими только на солнечном свете. Однако, такие растения как томаты или огурцы растут до высоты несколько метров. В таком случае верхние листья, расположенные ближе к источнику света, поглощают большую часть падающего света. Образованная таким образом зона тени приводит к менее эффективному фотосинтезу в нижних листьях и, следовательно, к меньшей продуктивности. Для дополнительного повышения урожайности на квадратный метр теплицы дополнительные источники света освещают растения в зоне тени. Такая концепция освещения известна как освещение межлистового полога (intercanopy lighting).To increase productivity in greenhouses, the absorption of additional light is used along with natural sunlight. In particular, high intensity discharge lamps (HID lamps), such as SON-T, with an electric power of 600-1000 W are used. As a result, the level of illumination in the greenhouse rises, which increases the yield per square meter of the area of the greenhouse compared with greenhouses that work only in sunlight. However, plants such as tomatoes or cucumbers grow to a height of several meters. In this case, the upper leaves, located closer to the light source, absorb most of the incident light. The shadow zone formed in this way leads to less efficient photosynthesis in the lower leaves and, consequently, to lower productivity. To further increase productivity per square meter of the greenhouse, additional light sources illuminate the plants in the shade area. This lighting concept is known as intercanopy lighting.
Эффективное освещение межлистового полога обычно реализуют, освещая растения в вертикальной зоне, которая начинается в самой нижней части растения, где развиваются листья, и заканчивается приблизительно на 0,5 м ниже вершины растения. Свет, достигающий частей растения вне этой вертикальной зоны, либо теряется в направлении грунта или потолка, либо достигает тех частей растения, которые уже достаточно освещены светильниками, расположенными над растением.Effective illumination of the canopy is usually realized by illuminating the plants in the vertical zone, which begins in the lowest part of the plant where the leaves develop and ends about 0.5 m below the top of the plant. The light reaching the parts of the plant outside this vertical zone is either lost in the direction of the ground or ceiling, or reaches those parts of the plant that are already adequately illuminated by lamps located above the plant.
Типично, освещение межлистового полога осуществляют, располагая HID-лампы между рядами растений, таких как томаты или огурцы, на заранее определенном расстоянии от ряда растений, типично составляющем от 04 до 1,0 м, а расстояние между соседними лампами составляет 1,9 м. Такие геометрические условия в комбинации с ламбертовским распределением света таких ламп дает сильно изменяющееся горизонтальное и вертикальное облучение поверхности растения. Далее размещение ламп между рядами растений для освещения межлистового полога блокирует рабочую зону, к которой должен иметься доступ для работников теплицы. Typically, inter-leaf canopy illumination is accomplished by placing HID lamps between rows of plants, such as tomatoes or cucumbers, at a predetermined distance from a row of plants, typically between 04 and 1.0 m, and the distance between adjacent lamps is 1.9 m. Such geometric conditions, in combination with the Lambertian light distribution of such lamps, give a highly variable horizontal and vertical irradiation of the plant surface. Further, the placement of lamps between rows of plants to illuminate the canopy blocks the working area, which should be accessible for greenhouse workers.
Известны выдвижные системы HID-ламп, в которых лампы временно отводятся для освобождения рабочей зоны для доступа рабочих. Следовательно, лампы необходимо вернуть на место для освещения межлистового полога растений. Retractable HID-lamp systems are known in which lamps are temporarily diverted to free the work area for workers to access. Therefore, the lamps must be returned to the place to illuminate the inter-leaf canopy of plants.
Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей настоящего изобретения является устранение проблем предшествующего уровня техники, как описано выше, и создание альтернативного и усовершенствованного оптического устройства, осветительного устройства и системы для освещения межлистового полога растений в теплице. Другой задачей настоящего изобретения является создание вертикального и горизонтального равномерного распределения освещения в заранее определенной целевой зоне, когда целевая зона освещается под углом.The present invention is to eliminate the problems of the prior art, as described above, and the creation of an alternative and improved optical device, a lighting device and a system for illuminating the leaf canopy of plants in a greenhouse. Another objective of the present invention is to create a vertical and horizontal uniform distribution of lighting in a predetermined target area when the target area is illuminated at an angle.
Согласно настоящему изобретению предлагаются оптическое устройство, осветительное устройство и система освещения межлистового полога растений, которая создает асимметричную картину освещения относительно вертикального и горизонтального направлений. The present invention provides an optical device, a lighting device, and an inter-leaf canopy lighting system that creates an asymmetric lighting pattern with respect to the vertical and horizontal directions.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения эти и другие задачи достигаются с помощью оптического устройства для освещения межлистового полога, содержащего область входа света для приема света от источника света, первую поверхность, имеющую первую кривую Безье, и вторую поверхность, имеющую вторую поверхность Безье. Первая и вторая кривые Безье выбраны независимо друг от друга и расположены так, что оптическое устройство не является осесимметричным относительно центральной оси. Принятый свет, который отражается первой поверхностью, отражается в направлении к центральной оси, а принятый свет, который отражается второй поверхностью, отражается в направлении от центральной оси, тем самым обеспечивая вертикальное и горизонтальное равномерное распределение освещения в заранее определенной области, которая освещается под углом. According to a first aspect of the present invention, these and other objectives are achieved by using an optical device for illuminating a canopy containing a light entrance region for receiving light from a light source, a first surface having a first Bezier curve, and a second surface having a second Bezier surface. The first and second Bezier curves are selected independently from each other and arranged so that the optical device is not axisymmetric with respect to the central axis. The received light, which is reflected by the first surface, is reflected in the direction to the central axis, and the received light, which is reflected by the second surface, is reflected in the direction from the central axis, thereby providing a vertical and horizontal uniform distribution of lighting in a predetermined area that is illuminated at an angle.
Таким образом, предлагается оптическое устройство для создания коллимации и асимметричного распределения света, которое дает преимущества и расположено так, чтобы создать асимметричное распределение интенсивности света в двух направлениях. Во-первых, оптическое устройство расположено так, чтобы ширина вертикального и горизонтального распределения света, выходящего из оптического устройства, была существенно разной. Вертикальное распределение интенсивности излучения можно выбрать так, чтобы оно было узким и, одновременно, горизонтальную интенсивность излучения можно выбрать так, чтобы она была широкой, что дает преимущества для освещения межлистового полога растений в требуемой и определенной зоне, заранее определенной области, которая именуется целевой зоной. В частности, целевая зона определяется общей шириной растения и частью его высоты, начиная от конкретного минимального расстояния от грунта. Во-вторых, и одновременно, вертикальное распределение интенсивности излучения является асимметричным, т.е. вниз можно направить больше света, чем вверх. Таким образом, преимущественно достигается горизонтальное равномерное распределение интенсивности излучения в заранее определенной целевой зоне при освещении под углом. Это дает преимущества при создании освещения, которое должно соответствовать критерию равномерности освещения растений. Thus, an optical device for creating collimation and asymmetric light distribution is proposed, which is advantageous and positioned to create an asymmetric light intensity distribution in two directions. Firstly, the optical device is positioned so that the width of the vertical and horizontal distribution of the light exiting the optical device is substantially different. The vertical distribution of the radiation intensity can be chosen so that it is narrow and, at the same time, the horizontal radiation intensity can be chosen so that it is wide, which provides advantages for illuminating the inter-leaf canopy of plants in the desired and specific area, a predetermined area, which is called the target area . In particular, the target zone is determined by the total width of the plant and part of its height, starting from a specific minimum distance from the ground. Secondly, and at the same time, the vertical distribution of the radiation intensity is asymmetric, i.e. more light can be directed down than up. In this way, a horizontal uniform distribution of the radiation intensity in a predetermined target area is achieved when illuminated at an angle. This gives advantages in creating lighting that must meet the criterion of uniformity of plant lighting.
Согласно варианту оптического устройства первая и вторая поверхности отражают свет путем полного внутреннего отражения. За счет этого оптическое устройство преимущественно является компактным.According to a variant of the optical device, the first and second surfaces reflect light by total internal reflection. Due to this, the optical device is mainly compact.
Согласно варианту оптического устройства оптическое устройство содержит оптический элемент, расположенный в области входа света. Этот оптический элемент является линзой в форме усеченного конуса, основание которого расположено в области входа света. Усеченная вершина этого конуса является вогнутой. Тем самым, оптический элемент расположен так, что свет, входящий в оптический элемент и движущийся в направлении к выходной поверхности, коллимируется, а свет, движущийся в направлении к сторонам оптического элемента, направляется к первой и второй поверхностям. За счет этого эффективность оптического устройства повышается, поскольку свет, входящий через область входа, коллимируется для более эффективного распределения в сторону выходной грани оптического устройства. Это гарантирует отсутствие попадания света на первую и вторую поверхность после линзы. Тем самым свет, который в ином случае был бы рассеян в вертикальном направлении, попадает в целевую зону.According to an embodiment of the optical device, the optical device comprises an optical element located in the light entrance region. This optical element is a lens in the form of a truncated cone, the base of which is located in the area of the entrance of light. The truncated apex of this cone is concave. Thus, the optical element is positioned so that the light entering the optical element and moving towards the output surface is collimated, and the light moving towards the sides of the optical element is directed to the first and second surfaces. Due to this, the efficiency of the optical device increases, since the light entering through the input region is collimated for more efficient distribution towards the output face of the optical device. This ensures that there is no light on the first and second surface after the lens. Thus, the light, which otherwise would be scattered in the vertical direction, enters the target zone.
Согласно варианту оптического устройства оно содержит оптический элемент, расположенный в зоне входа света и предназначенный для асимметричного перенаправления принятого света за счет того, что элемент содержит асимметричный участок свободной формы, или смещенный участок цилиндрической формы, или участок эллиптической формы, или наклоненный участок эллиптической формы. According to a variant of the optical device, it contains an optical element located in the light entry zone and designed to asymmetrically redirect the received light due to the fact that the element contains an asymmetric section of free shape, or a displaced section of a cylindrical shape, or a section of an elliptical shape, or an inclined section of an elliptical shape.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается осветительное устройство для освещения межлистового полога растений, содержащее по меньшей мере один источник света, расположенный на подложке, и оптическое устройство согласно настоящему изобретению. Оптическое устройство выполнено с возможностью принимать свет от по меньшей мере одного источника света. Заранее определенной областью является заранее определенная целевая зона растения. Тем самым обеспечивается вертикальное и горизонтальное равномерное распределение освещения в целевой зоне растения. Благодаря асимметричному распределению интенсивности света в двух направлениях, как описано выше для оптического устройства, первая и вторая поверхности могут быть выбраны так, что целевая зона получает равномерное освещение, даже при освещении под углом.According to a second aspect of the present invention, there is provided a lighting device for illuminating an inter-leaf canopy of plants, comprising at least one light source located on a substrate, and an optical device according to the present invention. The optical device is configured to receive light from at least one light source. A predefined area is a predetermined target area of the plant. This ensures a vertical and horizontal uniform distribution of lighting in the target area of the plant. Due to the asymmetric distribution of light intensity in two directions, as described above for the optical device, the first and second surfaces can be chosen so that the target area receives uniform illumination, even when illuminated at an angle.
Согласно варианту осветительного устройства высота заранее определенной целевой зоны для молодых растений выбирается так, чтобы покрыть 100% высоты растения. Для полностью выросших растений высоту заранее определенной целевой зоны выбирают так, чтобы она покрывала 10-50% высоты растения, что является предпочтительным для повышения урожайности.According to an embodiment of the lighting device, the height of a predetermined target area for young plants is selected to cover 100% of the plant height. For fully grown plants, the height of the predetermined target zone is chosen so that it covers 10-50% of the plant height, which is preferred to increase yield.
Согласно варианту осветительного устройства подложка выполнена зеркально отражающей. Это позволяет эффективно перенаправлять рециркулирующий свет обратно на растение.According to a variant of the lighting device, the substrate is made mirror-like. This allows you to efficiently redirect recycled light back to the plant.
Согласно варианту осветительного устройства подложка содержит отражающий слой металла, который повышает оптический кпд. Металлический слой может быть выполнен из любого подходящего металла, например алюминия, серебра и пр.According to a variant of the lighting device, the substrate contains a reflective layer of metal, which increases the optical efficiency. The metal layer can be made of any suitable metal, for example aluminum, silver, etc.
Согласно варианту осветительного устройства подложка имеет плоскую или параболическую или коническую форму, комбинированную плоскую форму с плоскими наклонными стенками, комбинированную плоскую форму с параболическими стенками или комбинированную плоскую форму с стенками в форме поверхности Безье. Придание соответствующей формы подложке повышает оптический кпд, что является преимуществом.According to an embodiment of the lighting device, the substrate has a flat or parabolic or conical shape, a combined flat shape with flat inclined walls, a combined flat shape with parabolic walls, or a combined flat shape with walls in the form of a Bezier surface. Giving the appropriate shape to the substrate increases the optical efficiency, which is an advantage.
Согласно варианту осветительного устройства источником света является светоизлучающий диод. Осветительное устройство преимущественно используют для ограничения света, излучаемого светоизлучающими диодами узкой зоной, которая именуется целевой зоной. Для создания света, пригодного для освещения межлистового полога растений, предпочтительно используют светоизлучающие диоды средней или высокой мощности. According to an embodiment of the lighting device, the light source is a light emitting diode. The lighting device is mainly used to limit the light emitted by light emitting diodes to a narrow zone, which is called the target zone. To create light suitable for illuminating the inter-leaf canopy of plants, light emitting diodes of medium or high power are preferably used.
Согласно варианту осветительного устройства в устройстве применяется множество источников света. Источники света расположены так, чтобы излучать комбинацию красного и синего света или комбинацию красного и белого света. В зависимости от типа растений 5-20% оптической мощности, которая достигает растения, должна быть синей. В частности, источники света распределяются в осветительном устройстве так, что при достижении растения множество цветов полностью смешаны.According to an embodiment of a lighting device, a plurality of light sources are used in the device. The light sources are arranged to emit a combination of red and blue light or a combination of red and white light. Depending on the type of plants, 5-20% of the optical power that reaches the plant should be blue. In particular, the light sources are distributed in the lighting device so that upon reaching the plant, the plurality of colors are completely mixed.
Согласно третьему аспекту изобретения предлагается система для освещения межлистового полога растений. Система содержит множество осветительных устройств согласно настоящему изобретению, средство для установки осветительных устройств на определенной высоте h0 и на заранее определенном горизонтальном расстоянии d0 относительно заранее определенной целевой зоны растения так, чтобы осветительные устройства были расположены так, чтобы создавать равномерный и направленный луч для освещения заранее определенной целевой зоны растений.According to a third aspect of the invention, there is provided a system for illuminating an inter-leaf canopy of plants. The system comprises a plurality of lighting devices according to the present invention, means for installing lighting devices at a specific height h 0 and at a predetermined horizontal distance d 0 relative to a predetermined target area of the plant so that the lighting devices are arranged so as to create a uniform and directed beam for lighting a predetermined target zone of plants.
Согласно варианту системы высоту заранее определенной целевой зоны выбирают в диапазоне 10-50% от высоты полностью выросшего растения и 100% для молодых растений.According to a variant of the system, the height of a predetermined target zone is selected in the range of 10-50% of the height of a fully grown plant and 100% for young plants.
Согласно варианту системы горизонтальное расстояние d0 преимущественно выбирают в диапазоне 1,0-3,0 м, поскольку такое расстояние дает достаточную рабочую область для персонала теплицы. According to a variant of the system, the horizontal distance d 0 is advantageously chosen in the range of 1.0-3.0 m, since this distance provides a sufficient working area for the personnel of the greenhouse.
Согласно варианту системы система установлена подвижно так, чтобы ее высоту можно было менять.According to a variant of the system, the system is mounted movably so that its height can be changed.
Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, приведенным в формуле изобретения.It should be noted that the invention relates to all possible combinations of features given in the claims.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Эти и другие аспекты настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылками на приложенные чертежи, иллюстрирующие варианты изобретения, на которых:These and other aspects of the present invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, illustrating embodiments of the invention, in which:
Фиг.1 - схематическое изображение варианта оптического устройства в разрезе согласно изобретению;Figure 1 - schematic representation of a variant of the optical device in section according to the invention;
Фиг.2а - схематический вид сбоку в сечении варианта осветительного устройства согласно настоящему изобретению; Fig. 2a is a schematic cross-sectional side view of an embodiment of a lighting device according to the present invention;
Фиг.2b - схематический вид сверху в сечении варианта осветительного устройства по фиг.2а;Fig.2b is a schematic top view in section of a variant of the lighting device of Fig.2A;
Фиг.3а - схематический вид сбоку в сечении варианта осветительного устройства согласно настоящему изобретению; Figa is a schematic side view in section of a variant of the lighting device according to the present invention;
Фиг.3b - схематический вид сверху варианта осветительного устройства согласно настоящему изобретению;Fig. 3b is a schematic top view of an embodiment of a lighting device according to the present invention;
Фиг. 4а-4с - схематические виды сбоку, иллюстрирующие осветительную систему согласно настоящему изобретению.FIG. 4a-4c are schematic side views illustrating a lighting system according to the present invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Далее следует более полное описание вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показаны некоторые варианты изобретения. Изобретение, однако, может быть реализовано в множестве различных форм и не должно толковаться как ограниченное вариантами, описанными в настоящем документе. Эти варианты приведены в качестве примера для полноты и точности описания и полностью определяют для специалистов объем настоящего изобретения. На всех чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.The following is a more complete description of the variants of the present invention with reference to the attached drawings, which show some variants of the invention. The invention, however, can be implemented in many different forms and should not be construed as limited to the options described herein. These options are given as an example for completeness and accuracy of the description and fully define for specialists the scope of the present invention. In all the drawings, like elements are denoted by like reference numerals.
В нижеследующем описании оптический кпд определен как количество света, достигающее растения относительно количества света, излученного источником света, используемым для освещения целевой зоны растения. Шириной (т.е. горизонтальной протяженностью) целевой зоны является любая типичная ширина ряда растений в теплице, т.е. она может быть от 5 м до 70 м. Далее любой из источников света, упоминаемых ниже, представлен светоизлучающими диодами. Однако в рамках настоящего изобретения применим и любой другой из источников света.In the following description, optical efficiency is defined as the amount of light reaching the plant relative to the amount of light emitted by the light source used to illuminate the target area of the plant. The width (i.e. horizontal extent) of the target zone is any typical width of a number of plants in the greenhouse, i.e. it can be from 5 m to 70 m. Further, any of the light sources mentioned below is represented by light emitting diodes. However, within the scope of the present invention, any other light source is applicable.
Равномерность в настоящей заявке определяется следующим образом. В целевой зоне можно найти минимальную освещенность Emin и максимальную освещенность Emax как для вертикального сечения, так и для горизонтального сечения. Для обоих сечений равномерность соответствует отношению (Emin/Emax)_v, h≥0,7 (v - по вертикали, h - по горизонтали).The uniformity in this application is defined as follows. In the target zone, you can find the minimum illumination E min and maximum illumination E max for both the vertical section and the horizontal section. For both sections, the uniformity corresponds to the ratio (E min / E max ) _v, h≥0.7 (v - vertical, h - horizontal).
На фиг.1 показано оптическое устройство 100 с областью 109 входа света и областью 111 выхода света. Оптическое устройство 100 сцентрировано вдоль оптической оси о.а. Оптическое устройство 100 имеет первую поверхность 120, проходящую от области 109 входа света до области 111 выхода света. Первая поверхность 120 имеет форму, определенную первой кривой Безье. Оптическое устройство 100 имеет вторую поверхность 110, проходящую от области 109 входа света до области 111 выхода света. Вторая поверхность 110 определена второй кривой Безье. Первая и вторая кривые Безье выбраны независимо друг от друга. Первая поверхность 120 и вторая поверхность 110 являются поверхностями, которые описаны рациональными квадратичными кривыми Безье. Это значит, что каждая кривая описывается начальной точкой Р0, конечной точкой Р2 и управляющей меткой-манипулятором Р1, которая лежит не на прямой, соединяющей точки Р0 и Р2. Для оптического устройства 100 Р0 определяет начальный радиус, а Р2 - конечный радиус. Точка Р1 определяет кривизну. Кроме того, в используемой рациональной кривой Безье применяются два весовых параметра, которые лежат в диапазоне от 0 до 1. Таким образом, возникает большая свобода выбора возможной кривизны. Первая поверхность 120 и вторая поверхность 110 расположены так, что оптическое устройство 100 не является осесимметричным относительно центральной оси.1 shows an
Область 109 входа света расположена для приема света от источника света, который предпочтительно расположен рядом с областью входа света. Как показано световым пучком В на фиг.1, кривая Безье первой поверхности 120 выбрана так, чтобы принятый свет, отражаемый первой поверхностью 120, отражался в направлении центральной оси. Далее кривая Безье второй поверхности 110 выбрана так, чтобы принятый свет отражался второй поверхностью 110 в направлении от центральной оси, как показано на фиг. 1 световым пучком А.The light entrance region 109 is arranged to receive light from a light source, which is preferably located adjacent to the light entrance region. As shown by the light beam B in FIG. 1, the Bezier curve of the
На фиг. 2а и 2b показано осветительное устройство 200, имеющее небольшой источник света, например светоизлучающий диод 101, который установлен на подложке 103 и расположен рядом с областью 109 входа света оптического устройства 100'. Светоизлучающий диод 101 излучает расходящийся пучок света в направлении области 109 входа света и свет, полученный в оптическом устройстве 100', коллимируется оптическим элементом, который установлен в оптическом устройстве. Оптическим элементом является коллиматор 102, расположенный в области 109 входа света. Коллиматор 102 расположен как линза в форме усеченного конуса, основание которой расположено в области 109 входа света или, альтернативно, является областью входа света. Усеченная вершина линзы выполнена вогнутой.In FIG. 2a and 2b, a
Первая часть света, выходящая из коллиматора 1-2 на стороне конуса, падает на первую поверхность 120 (ср. с пучком А на фиг.1) и отражается за счет полного внутреннего отражения в направлении от центральной оси, и после этого выходит через область 111 выхода света. Свет, движущийся в переднем направлении, по существу вдоль оптической оси устройства, то есть к области 111 выхода света или к выходной грани устройства, коллимируется коллиматором 102. Свет, выходящий в сторону первой поверхности 110 и второй поверхности 120, не коллимируется. Поэтому в итоге коллиматор 102 уменьшает угловое расхождение света, направленного вперед, который не отражается первой и второй поверхностями 110, 120 и который, в противном случае, был бы не коллимирован, тогда как он на влияет на угловое расхождение вбок.The first part of the light emerging from the collimator 1-2 on the side of the cone falls on the first surface 120 (cf. beam A in FIG. 1) and is reflected due to total internal reflection in the direction from the central axis, and then leaves through
Первый световой пучок и второй световой пучок имеют разное распределение интенсивности света (ср. с А и В на фиг. 1) и общее распределение интенсивности света, выходящего из области 111 выхода света, является наложением первой и второй части света (и, кроме того, любого света, выходящего из оптического устройства 100' не отразившись от первой или второй поверхности). Свет выводится в форме равномерного и направленного пучка, который может, например, покрывать заранее определенную целевую зону растений. Полученное распределение интенсивности излучения (лм/ср) в вертикальном направлении существенно отличается от распределения интенсивности излучения в горизонтальном направлении. Дополнительно такая конструкция позволяет создать такое распределение интенсивности излучения по вертикали, которое само по себе является асимметричным в том смысле, что на нижнюю часть целевой зоны направляется больше света, чем на верхнюю часть, или наоборот, в зависимости от выбранной ориентации оптического устройства.The first light beam and the second light beam have different light intensity distributions (cf. A and B in Fig. 1) and the total intensity distribution of the light exiting the
В альтернативных вариантах оптический элемент расположен для асимметричного перенаправления света от источника света. Это можно сделать с помощью асферической линзы (не показана) в усеченной части коллиматора.In alternative embodiments, the optical element is arranged to asymmetrically redirect the light from the light source. This can be done using an aspherical lens (not shown) in the truncated part of the collimator.
Подложка 103 в вариантах осветительного устройства 200 изготовлена путем нанесения на подложку зеркально отражающего материала или отражающего слоя, например слоя металла. Таким образом, свет, который в противном случае был бы потерян, например, в результате рассеяния назад, отражается подложкой и вновь используется, поскольку перенаправляется к поверхности растения, когда осветительное устройство используется для освещения межлистового полога растения. Расчеты показывают, что используя алюминиевый (Al) слой с 85% отражением можно получить оптический кпд 90% для системы, описанной ниже со ссылками на фиг. 4а-4с. Далее форма подложки преимущественно такова, чтобы повысить оптический кпд. На фиг.3а показано осветительное устройство 300, имеющее подложку параболической формы 104, которая в некоторой степени осуществляет коллимацию. Расчеты показывают, что при использовании такой подложки 104 с небольшой коллимацией оптический кпд может превысить 90% для системы, описанной ниже со ссылками на фиг. 4а-4с. На фиг.3b показано другое осветительное устройство 400, в котором подложка имеет плоское основание 105 с плоскими наклонными стенками 106, предназначенными для отражения света к целевой зоне. Другими возможными формами подложки могут быть коническая форма в комбинации с параболическими стенками и плоская форма в комбинации со стенками, имеющими форму кривой Безье (не показаны).The
Одно или более осветительных устройств согласно настоящему изобретению могут быть объединены в осветительный прибор (не показан). Можно использовать источники света разных цветов, что является предпочтительным для освещения межлистового полога растений. Типично используют красные и синие или красные и белые светоизлучающие диоды. Осветительные устройства расширяют поток света в горизонтальном направлении так, чтобы свет, излучаемый синими и красными или белыми и красными светоизлучающими диодами, распределенными по подложке, смешивался на растении. Типично, от 5% до 20% излучаемого на растение света должно быть синим. One or more lighting devices according to the present invention can be combined into a lighting device (not shown). You can use light sources of different colors, which is preferred for illuminating the inter-leaf canopy of plants. Typically, red and blue or red and white light emitting diodes are used. Lighting devices expand the light flux in the horizontal direction so that the light emitted by blue and red or white and red light-emitting diodes distributed over the substrate is mixed on the plant. Typically, 5% to 20% of the light emitted from the plant should be blue.
В теплице происходит управляемая культивация или защита растений. Как показано на фиг.4а, в теплице традиционно имеется два источника освещения, солнечное и верхнее освещение 60, которое обычно представлено установленными на потолке HID-лампами. Далее для иллюстрации концепции настоящего изобретения на фиг. 4а-4с показан общий принцип варианта системы для освещения межлистового полога растений с возможными положениями осветительного устройства (или осветительного прибора, как описано выше) в теплице. Система типично содержит множество осветительных устройств или осветительных приборов 600, которые расположены в положении, обусловленном заранее определенной высотой h0, для освещения целевой зоны растений 50, которые типично расположены рядами на грядках 20. Здесь один осветительный прибор 600 содержит множество осветительных устройств, в каждом из которых имеется один светоизлучающий диод приемлемого цвета, обычно так, чтобы на поверхности растения получить смесь красного и синего или белого и красного цвета. Заранее определенную высоту h0 рассчитывают по направлению света от осветительного устройства. На фиг.4а осветительный прибор 600 распределяет свет приблизительно под углом 28 градусов вниз, что обусловливает необходимость установить осветительное устройство выше целевой зоны, которая определяется нижним пределом h2 высоты и верхним пределом h1 высоты. Здесь угол освещения выбран как 28 градусов вниз, однако выбранный угол освещения типично основан на конкретном виде растений и стадии роста растения. Высоту целевой зоны, т.е. h1-h2 обычно выбирают в диапазоне 10-50% от высоты полностью выросшего растения и 100% для молодых растений. В первом случае заранее определенная высота составляет h0>h1.In the greenhouse, controlled cultivation or plant protection occurs. As shown in FIG. 4 a, a greenhouse traditionally has two lighting sources, solar and
Осветительное устройство расположено на горизонтальном расстоянии d0 от целевой зоны, которое выбирается так, чтобы осветительный прибор 600 был расположен вне рабочей зоны WA для персонала теплицы. Из-за асимметричной формы осветительных устройств в осветительном приборе 600 свет эффективно направляется на целевую зону, начинающуюся с высоты h1 над землей и заканчивающуюся на высоте h2. Таким образом, целевая зона растения облучается под вертикальным углом, который в данном случае составляет около 28 градусов вниз. Другой пример показан на фиг. 4b, где целевая зона облучается под вертикальным углом около 45 градусов вверх. Вертикальный угол сможет быть равен или превышать 0 градусов (0 градусов означает, что направление облучения параллельно нормали к целевой зоне, как показано на фиг.4с).The lighting device is located at a horizontal distance d 0 from the target area, which is selected so that the
В случае томатов h1 составляет порядка 1,5-2,9 м, а h2 составляет около 1 м, вследствие этого целевая зона в вертикальном направлении имеет размер 0,5-1,0 м. В этих условиях система, в которой используются осветительные устройства, не имеющие отражающей подложки и расположенные как показано на фиг.4, может освещать целевую зону с оптическим кпд около 70%. Как описано выше, кпд освещения целевой зоны можно существенно повысить, используя отражающую подложку, которой факультативно может быть придана соответствующая форма. In the case of tomatoes, h 1 is about 1.5-2.9 m, and h 2 is about 1 m, as a result, the target zone in the vertical direction has a size of 0.5-1.0 m. Under these conditions, the system in which Lighting devices that do not have a reflective substrate and are located as shown in FIG. 4 can illuminate the target area with an optical efficiency of about 70%. As described above, the illumination efficiency of the target zone can be significantly increased using a reflective substrate, which optionally can be given the appropriate shape.
Типичное расстояние между осветительным устройством и целевой зоной составляет 0,5-1,5 м (в горизонтальном направлении). Типичная высота установки осветительного устройства составляет около 2,0 м, однако могут использоваться и другие положения установки осветительных устройств для получения разных вертикальных углов облучения осветительными устройствами/приборами, как описано выше. Во избежание потерь света в других частях растения в вертикальном направлении требуется сильная коллимация. С учетом приведенных параметров для вышеописанной системы типичная целевая зона соответствует ширине пучка в вертикальном направлении от осветительного устройства/прибора, равной около 20 градусов.The typical distance between the lighting device and the target area is 0.5-1.5 m (in the horizontal direction). A typical installation height of a lighting device is about 2.0 m, however, other installation positions of lighting devices can be used to obtain different vertical angles of illumination of lighting devices / appliances, as described above. In order to avoid light loss in other parts of the plant in the vertical direction, strong collimation is required. Given the above parameters for the above system, a typical target area corresponds to a beam width in the vertical direction from the lighting device / device, equal to about 20 degrees.
Выше были описаны варианты оптического устройства, осветительного устройства и системы по настоящему изобретению, определенные в приложенной формуле изобретения, которые являются лишь неограничивающими примерами. Специалистам понятно, что в объем изобретения входят различные изменения и альтернативные варианты. Variants of an optical device, a lighting device, and a system of the present invention, as defined in the appended claims, which are merely non-limiting examples, have been described above. Those skilled in the art will appreciate that various changes and alternatives are within the scope of the invention.
Следует отметить, что для целей настоящей заявки и, в частности, приложенной формулы, слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множественного числа, как очевидно специалистам.It should be noted that for the purposes of this application and, in particular, the attached formula, the word “comprising” does not exclude the presence of other elements or steps, and the singular form does not exclude the plural, as is obvious to those skilled in the art.
Claims (15)
область (109) входа света для приема света от источника света,
первую поверхность (120), описанную первой рациональной квадратичной кривой Безье, и
вторую поверхность (110), описанную второй рациональной квадратичной кривой Безье,
при этом первая и вторая рациональные квадратичные кривые Безье выбраны независимо друг от друга, а указанные поверхности расположены так, что оптическое устройство является асимметричным относительно его центральной оси вращения, при этом
принятый свет, отражаемый в первой плоскости, отражается в направлении к центральной оси, а принятый свет, отражаемый во второй плоскости, отражается в направлении от центральной оси, тем самым обеспечивая асимметричное вертикальное распределение интенсивности на выходе из оптического устройства, так что в предварительно заданной области, которая освещается под углом, обеспечивается вертикальное и горизонтальное равномерное распределение освещенности.1. An optical device (100) for illuminating a canopy of plants containing
a light entrance region (109) for receiving light from a light source,
the first surface (120) described by the first rational quadratic Bezier curve, and
the second surface (110) described by the second rational quadratic Bezier curve,
the first and second rational quadratic Bezier curves are selected independently from each other, and these surfaces are arranged so that the optical device is asymmetric with respect to its central axis of rotation, while
the received light reflected in the first plane is reflected towards the central axis, and the received light reflected in the second plane is reflected towards the central axis, thereby providing an asymmetric vertical intensity distribution at the exit of the optical device, so that in a predetermined region , which is illuminated at an angle, provides a vertical and horizontal uniform distribution of illumination.
по меньшей мере один источник света, расположенный на подложке, и
оптическое устройство, имеющее первую поверхность, описанную первой рациональной квадратичной кривой Безье, и вторую поверхность, описанную второй рациональной квадратичной кривой Безье, причем первая и вторая рациональные квадратичные кривые Безье выбраны независимо друг от друга, а поверхности расположены так, что оптическое устройство является асимметричным относительно его центральной оси вращения, при этом принятый свет, отражаемый в первой плоскости, отражается в направлении к центральной оси, а принятый свет, отражаемый во второй плоскости, отражается в направлении от центральной оси, тем самым обеспечивая асимметричное вертикальное распределение интенсивности света, выходящего из оптического устройства, так что в предварительно заданной обрасти, которая освещается по углом, обеспечивается вертикальное и горизонтальное равномерное распределение освещения,
при этом оптическое устройство расположено так, чтобы принимать свет от указанного по меньшей мере одного источника света, а предварительно заданной областью является предварительно заданная целевая зона растения.5. A lighting device for illuminating an inter-leaf canopy of plants, comprising:
at least one light source located on a substrate, and
an optical device having a first surface described by a first rational quadratic Bezier curve and a second surface described by a second rational quadratic Bezier curve, the first and second rational quadratic Bezier curves being selected independently from each other, and the surfaces are arranged so that the optical device is asymmetric with respect to its central axis of rotation, while the received light reflected in the first plane is reflected towards the central axis, and the received light reflected in the second a swarm of the plane is reflected in the direction from the central axis, thereby providing an asymmetric vertical distribution of the intensity of the light exiting from the optical device, so that in a predetermined area that is illuminated at an angle, a vertical and horizontal uniform distribution of illumination is provided,
wherein the optical device is positioned to receive light from said at least one light source, and the predetermined area is the predetermined target area of the plant.
множество осветительных устройств по любому из пп. 5-11,
средство для установки этих осветительных устройств на предварительно заданной высоте h0 и на предварительно заданном расстоянии d0 относительно предварительно заданной целевой зоны растений, так что
осветительные устройства обеспечивают создание равномерного и направленного пучка света вблизи предварительно заданной целевой зоны растений.12. A system for illuminating an inter-leaf canopy of plants, comprising:
many lighting devices according to any one of paragraphs. 5-11,
means for installing these lighting devices at a predetermined height h 0 and at a predetermined distance d 0 relative to a predetermined target area of the plants, so that
Lighting devices provide a uniform and directed beam of light near a predetermined target zone of plants.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP10155114 | 2010-03-02 | ||
EP10155114.1 | 2010-03-02 | ||
PCT/IB2011/050748 WO2011107901A1 (en) | 2010-03-02 | 2011-02-23 | Optical device, lighting device and system for intercanopy lighting |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012141895A RU2012141895A (en) | 2014-04-10 |
RU2575016C2 true RU2575016C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808008C1 (en) * | 2023-05-23 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Unmanned aerial vehicle for applying pesticides in fruit farming and nursery farming |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008103300A (en) * | 2006-09-21 | 2008-05-01 | Toshiba Lighting & Technology Corp | Led module, and luminaire |
RU2332006C1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-08-27 | Валерий Николаевич Марков | "green wave" conveyor method of plant production |
WO2009024918A1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Window blind with illuminated lamellae |
WO2009053533A1 (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Assimilight Oy Ltd | Method and arrangement for illuminating greenhouse plants |
RU2364904C1 (en) * | 2008-03-14 | 2009-08-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Backlighting device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008103300A (en) * | 2006-09-21 | 2008-05-01 | Toshiba Lighting & Technology Corp | Led module, and luminaire |
RU2332006C1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-08-27 | Валерий Николаевич Марков | "green wave" conveyor method of plant production |
WO2009024918A1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Window blind with illuminated lamellae |
WO2009053533A1 (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Assimilight Oy Ltd | Method and arrangement for illuminating greenhouse plants |
RU2364904C1 (en) * | 2008-03-14 | 2009-08-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Backlighting device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808008C1 (en) * | 2023-05-23 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Unmanned aerial vehicle for applying pesticides in fruit farming and nursery farming |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8939607B2 (en) | Optical device, lighting device and system for intercanopy lighting | |
US8714774B2 (en) | Light emitting diode (LED) light fixture for a greenhouse and a greenhouse incorporating a LED light fixture | |
US11873974B2 (en) | Plant growth lighting systems | |
JP6033458B2 (en) | Lighting device for illuminating plants | |
US8869419B2 (en) | Efficient irradiation system using curved reflective surfaces | |
US10314243B2 (en) | Horticultural light module assembly | |
US20240032482A1 (en) | Optical system for facilitating plant growth | |
EP3273144B1 (en) | Led spotlight | |
CN104976555A (en) | Lighting device and method for plants | |
US20240057528A1 (en) | Optical system for facilitating plant growth having non-uniform light density distribution | |
RU2575016C2 (en) | Optical device, lighting device and system for lighting crown cover of plants | |
JP2009117194A (en) | Light cover and light apparatus | |
McCluney et al. | Tracking Solar Lighting System for Core Building Spaces and Underground Ones | |
US20200292148A1 (en) | Systems and Methods to Produce a Linear Batwing Profile for LED Luminaires | |
CN111867361B (en) | Plant lighting device and plant lighting device | |
JP2015019654A (en) | Plant cultivation device |