照明设备的制作方法

专利名称：照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于照明对象的照明设备。
背景技术：
在园艺植物生产中，温室通常装配有人工光源以延长白天的长度 从而使得植物在 一年的延长的时间周期上生长。这使得生产者按要求 将植物带到市场。此外，人工光被用在温室中而没有超过日光，其中 植物通常在对光通量和用于生长的所有其他相关参数进行完全控制下 进行生长。由此，植物的生长不仅依赖于光量，而且依赖于光的光语 分布。众所周知，包括在植物的绿色叶子中的叶绿素执行光合作用， 吸收阳光中的选择性的蓝色和红色成分。因此，高效灯应当主要地形 成发射光谱，其与植物的最普通的色素的吸收光谱一致。
在JP10/178901中，描述了一种人工光源，其包括三波长范围荧 光灯和远红外光LED。不幸的是，荧光灯与植物的吸收光谱没有足够好 地匹配。而且，已知所描述的光源很昂责并且极其低效，并且因此不 适合用于温室中的园艺植物生产。
在GB2382014 A中，描述了广泛的一系列实验，其中用由LED阵 列产生的光照射植物。这里仅仅使用两种类型的LED,其具有在红色或 蓝色光谱内的峰值波长。然而，这些实验示出了用不包括广语的光照 明植物实现了植物的令人满意的生长。不幸的是，在这些人工照明条 件下，几乎不可能对植物生长进行人工检查。因此，本发明的目的在 于消除上述缺陷。具体地，本发明的目的是提供一种高效的照明设备， 而该照明设备允许对被照明对象进行人工检查。

发明内容
该目的可以通过如本发明的权利要求1所教导的用于照明对象的 照明设备来实现。在从属权利要求中限定了用于照明对象的照明设备 的有利实施例。
本发明的目的可以由用于照明对象的照明设备来实现，该照明设备具有照明元件和检查元件，其中照明元件包括至少一个第一发光装 置，其中第一发光装置发射具有第一光谱的光，其中该检查元件包括 至少一个第二发光装置，其中第二发光装置发射具有第二光谱的光， 其中第二光谱基本上与第一光谱分离，且具有仅仅操作照明元件的照 明模式，具有操作照明元件和检查元件的检查模式，并且第一和第二 发光装置的光的叠加产生结果光。
所描述的照明设备在不同光条件用于功能的和检查的目的的所有 应用中是有利的。在该照明模式中，仅仅照明元件可被操作，并且因 此仅仅第一发光装置发射第一光谱的光。该第一光谱应当被调整到被 照明对象的需要。然而，对于人或机器，在这些人工光条件下几乎不 可能对对象进行检查。为了克服该缺陷，照明设备包括检查模式。在 检查模式期间，照明元件以及检查元件可被操作。通过第一和第二发 光装置的光的叠加，实现结果光。
在优选实施例中，结果光是白色光并且/或者包括白色光谱。如从 日光或具有高色温的黑体辐射中可知，白色光是最为公知的类型的光， 其由环绕人的那些光源在其日常工作期间发射。因此，合适的是，在 检查模式中结果光包括白色光谱，这使得人们能够在已知条件下检查 对象。
在所述照明设备的优选实施例中，照明设备包括至少一个第三发 光装置，其中第三发光装置发射具有第三光谱的光，其中第三光谱基 本上与第一和第二光谱分离。众所周知，植物的纯粹生长主要依赖于
光量、拥有由叶绿素A或B吸收的波长。为了实现植物的丰富 (generous)生长，发光元件可以由至少两种类型的发光装置组成， 其发射不同波长的光。优选的是，第一光谱包括在600nm到700nm之 间的红色光谱内的峰值波长。第三发光装置的第三光谱应该包括400mn 至500mn之间的蓝光谱内的峰值波长。第一和第三发光装置的组合的 光通量一个方面使得植物能够适当地生长，而另一方面降低了用于照 明园艺应用的整体成本。所述优点通过绿色光谱内的光的缺失而实现， 所述绿色光谱内的光将被植物吸收并且在最好的情况下可以仅仅用于 加热温室。
在优选实施例中，由第一和第三发光装置发射的光通量将被划分 为大约80%到90%红色光和10%到20%蓝色光。对人来说，如此获得的光通量不适合用于检查植物生长。因此，本发明使用检查元件，其包 括笫二发光装置。在优选实施例中，第二发光装置的第二光谱包括在
500nm到600mn之间的绿色光谱内的峰值波长。通过以检查模式操作照 明设备，绿色光被加入到已发射的红色和蓝色光通量。通过这三种不 同有色光通量的叠加，生成结果光或者说白色光。
有利地，第一、第二和/或第三发光装置中任意一个可以是LBD、 0LED、气体放电灯、高强度放电灯、白炽灯、荧光灯或高压钠灯。LED (发光二极管)具有这样的优点它们的光谱可以被设计成使得它确 切地满足植物的要求。同样适用的有机发光二极管(OLED)是特定类 型的发光二极管(LED)，其中发射层包括某些有机成分的薄膜。OLED 的优点在于，它是具有潜在的低成本和高效率的均匀的大面积光源， 并且因此OLED更好地适用于那些所有权的总成本重要的园艺应用。这 些OLED使用流过有机材料的薄膜的电流来生成光。正被发射的光的颜 色和从电流到光的能量转换的效率由有机薄膜材料的成分确定。
OLED包括作为载体层的村底材料，其可以由玻璃或有机材料制成 或者由例如金属箔的非透射材料制成。通常将透明氧化铟锡(IT0)的 薄层涂覆到该栽体层上，从而形成阳极。而且，有机发光二极管由至 少非常薄的层构成，其层厚度为有机物质的大约5-500mn。 0LED用铝 层常规地完成，形成阴极，而该铝层的特征为厚度为大约100nm并且 因此其厚度像IT0层一样。这种厚度的铝工作为反射镜，从而使得所 述发射仅仅通过透明IT0阳极和透明的衬底。如果阴极金属足够薄以 使得其部分透明，则部分光也可以通过该阴极发射。
众所周知，大量蓝色光的使用导致高的植物，而少量蓝色光的使 用导致小型和紧凑的植物。因此，可以通过使用称为LED、 0LED或气 体放电灯的适当的发光装置来容易地控制植物的生长的方法和方式。 特别地，LED和0LED已经表明具有优点，因为它们的发射光i普可以被 调谐为与叶绿素A或B的吸收光谱匹配。
在另一个实施例中，照明元件或检查元件包括与源连接的驱动器 装置。通过集成用于发光装置的电源的部分，在照明或检查元件中， 可以将电流和电压分别提供给每个发光装置。优选的是，集成在照明 元件中的第一和第三发光装置包括单独的驱动器。所以在不同种类的 植物生长的情况下，可以分别控制照明元件的照明，这是特别有利的，如果大量照明设备安装在多个不同植物生长的温室的不同部分中。所 以根据植物的类型，可以使用具有不同发射光谱并且因此对电源有不
同需求的0LED或LED。与该模块化设计相反，用于多个照明设备的仅 仅一个电源的使用具有高成本效率的优点。
所述驱动器装置可以包括电流放大电路和波生成和控制电路，其 输出期望的波形(例如方波、三角波、正弦波或脉冲)。而且，可 以由波形生成和控制电路调整波形振幅、频率和占空比。
特别地，对于温室中园艺应用，必须照明较大的面积。因此，合 适的是，使用产生所需的光通量的多个照明设备。而且，合适的是， 将多于一个第一或第二发光装置集成到照明元件中。由此， 一个照明 元件可以例如用于照明温室中的植物或种子的单个角色。因为LED是 如光源的点，所以需要大量LED以照明大尺寸的区域。与此相反，0LED 包括平明结构并且可以在理论上构建到4艮大扩展(expand)。然而， 生产具有较小尺寸(如30x30cm) OLED在技术上更容易生产并且在一 个OLED出现故障的情况下更容易地实现交换。因此，优选的是，照明 元件由多个OLED组成，该OLED可以单独地打开和关闭。因此，由发 光装置生成的光的量可以被调谐以满足植物的需要。如果阵列中的 OLED的数量不太高，则照明元件将均匀的光分布的优点与光输出的可 能的单独调整进行组合。在这些条件下，如果笫一和第三发光装置的 数量大于第二发光装置的数量，则它是有利的。最后一个所述装置将 仅仅以检查模式被激活。生长条件典型所需的亮度级高于检查所需的 亮度级。而且，第一、第二和第三发光装置的叠加光必定产生白色光。 因此第一和第三发光装置被调光以便匹配第二发光装置的输出水平。 优选地，照明设备包括分析元件，其检测照明元件的光输出并将该光 输出调整到检测元件的输出水平。该分析元件测量照明元件的光通量 并以这样的方式将第一和第三发光装置调光使得所有发光装置的叠 加光包括白色光谱。
有利地，照明设备包括颜色传感器元件，其检测从以照明模式或 检查模式照明的对象的反射光谱。所述颜色传感器元件可以例如是CCD 设备，其测量反射光的光语。特别地，在园艺应用中，颜色传感器元 件可以通过检查反射光而获得关于植物的多种信息。例如，颜色传感 器元件可以自动检测在园艺应用中生长的水果是否成熟。优选地，将该信息发送到中央控制系统，该中央控制系统还驱动和/或控制照明设 备。这使得一方面能够通知温室的所有者收获水果，而另一方面能够 改变由发光装置发射的光的光谱分布。
在另一个优选实施例中，颜色传感器元件与照明元件通信，其中 该颜色传感器元件将控制信息发送到照明元件以用于调整具有第一光 谱和第三光谱的光的输出水平。在检查模式中，颜色传感器元件不仅 可以确定从对象反射的光的光谱，而且可以确定发射到对象上的光的 光谱分布。因此，颜色传感器元件可以包括处理器，其将测量的光谱 与目标光谱相比较并且控制照明元件中的发光装置。如果发射的光分 布中出现误差，则所述控制信息使得照明元件能够重新自我调整。在 该实施例中，检查元件的第二光谱可以用作标准，从而使得颜色传感 器能够分别检测第一和第三光谱的偏差。
根据有利实施例，检查元件是手电筒(torchlight)。所以检查 元件将是可移动的并且检查员可以仅仅照明那些他认为感兴趣的对 象。将不需要由照明元件和检查元件照明整个地方。此外，可以将手 电筒与颜色传感器元件结合在一起。颜色传感器元件可以确定仅仅来 自小目标范围的当前光谱；处理器可以将该光谱与目标光谱进行比较 并且控制相关的照明元件以使得该照明元件产生对开始测量的光谱的 光谱补偿，从而使得可以在目标范围获得目标光谱。
根据所描述的实例中的任意一个，本发明的目的也可以通过具有 照明设备的温室来实现，其中根据叶绿素吸收曲线来调节第一和第三 发光装置。
照明设备和所强调的原理可以用于为了功能的和检查目的而使用 不同照明条件的所有应用中。所以照明设备可以用于动物育种，而某 个光谱可以被期望用于动物安慰(comfort)并且结果或白色检查光可 以被期望用于检查动物的健康或其他生物参数。例如，冷血动物通常 被限制为由红外发射灯产生的浅红色光。所描述的照明设备的另一个 应用是生产线或装配线。存在专用光用于为自动检查设置条件。然而， 为了使得人们可以可视地检查生产线或装配线，可能需要利用所描述 的照明设备获得的白色光。
照明设备以及要求保护的组件和在所描述的实施例中根据本发明 使用的組件不会出现针对作为技术概念的尺寸、形状、材料的选择的任何特定的异常，从而使得选择标准是相关领域中公知的并且可以没 有限制地使用。在从属权利要求和下面的各个附图的描述中公开了本 发明的目的的附加的细节、特征和优点，下面的附图的描述仅仅是示 范性的，并示出了根据本发明的照明设备的三个优选实施例。


这些附图是
图l示出具有照明元件和检查元件的照明设备的示意图， 图2示出根据本发明的第二实施例的具有检查元件(其为手电筒) 的照明设备的示意图，以及
图3示出根据第三实施例的照明设备。
具体实施例方式
图l示出具有照明元件20和检查元件30的照明设备10的示意图。 对象15被布置在照明设备10的下面，该对象15在所示的情况下是用 于植物17被嵌入其中的土壤或衬底的栽体元件18。照明元件20包括 多个发光装置21和第三发光装置23。如由不同类型的线所示，第一发 光装置21和第三发光装置23发射具有不同光谱22、 24的光。在如图 1所示的园艺应用中，合适的是发射在蓝色吸收区域和红色吸收区域的 光，因为只有这两个光区域被叶绿素A和B吸收。因此，蓝色和红色 光的合成光对于植物17的生长是足够的。该光谱的缺陷在于检查员不 能确定植物17的健康条件。因此，将需要结果光或优选的白色光。为 了实现这个目的，可以在检查模式下操作该照明设备，其中与照明模 式相反，照明元件以及检查元件都被操作。
为了产生白色光，照明设备IO包括至少一个笫二发光装置31，其 中第二发光装置31发射具有第二光谱32的光，其基本上与第一光镨 22和第三光谱24分离。该第二光谱32加入了光谱的缺失的成分以获 得白色光。在假设的园艺应用中，缺失的光谱是绿色光谱。
利用术语光谱，来描述由三个发光装置之一发射的光的波长的分 布。因此，红色光谱包括具有在600nm到700纳米之间的红色光谱内 的峰值波长的波长分布。如果对于发光装置之一使用LED或OLED，则 光谱分布是部分高斯分布。根据图1，发光元件20和检查元件30被一起安装在一个支架16 上。元件20、 30二者都连接到驱动器80和源81。该80、 81 二者是电 源的一部分以用于驱动发光装置21、 23、 31。照明元件20和/或检查 元件30可以包括被布置在阵列内的多个LED或OLED。由于OLED是大 面积光源，其可以具有例如30x30cm或更大的尺寸，所以其可以轻易 地覆盖甚至更大的照明设备10。由于在检查模式中仅仅需要第二发光 装置31，所以有用的是，第一 21和第三发光装置23的数量大于第二 发光装置31的数量。
与照明设备10的所述一个部件的实现相反，图2示出了本发明的 两个部件的实施例。在这种情况下，检查元件30是手电筒。该实施例 具有下列优点使用检查元件30的光仅仅照亮较小的目标区域，并且 不需要改变由照明元件20照射的整个区域的照明条件。对象15恒定 地暴露在第一 21和第三发光装置23的叠加的光通量之下。在检查模 式期间，植物17仅仅部分地暴露于白色光之下，因为便携式检查元件 30仅仅照射较小的区域。
图3示出具有照明元件20的照明设备10，该照明元件20连同分 析元件40位于一个支架16中。该支架16位于被照明的对象15的上 方。分析元件40检测照明元件20的光输出和该光的波长。在这两个 信息的帮助下，可以计算照明元件20的全部的光输出。无论照明元件 30与支架16中的照明元件20集成或者检查元件30是手电筒，在这两 种情况下第二发光装置31的数量都可以小于第一和第三发光装置21、 23的数量。因此，照明元件20的整体光通量将大于由检查元件30所 发射的整体光通量。为了获得白色光，需要在所有波长区间(interval ) 中的稳定光通量。因此，可以将照明元件20的光输出调整到检查元件 30的输出水平。通过使用由分析元件40测量的信息结合检查元件30 的已知的光通量，可以建立迭代控制循环以调整照明元件20的光输出 从而在检查模式中获得白色光。
在图3中，还示出了颜色传感器元件50。该颜色传感器元件50检 测来自对象15的反射光谱51，该对象在照明模式或检查模式中被照 明。使得进入颜色传感器元件50的具有光谱51的反射光入射到散射 的光学元件上，该散射光学元件可以是棱镜、衍射光栅、全息光学元 件或任何其他合适的元件。随后，使得被散射光学元件散射的反射光入射到线性检测器阵列上，该线性检测器阵列可以是CCD阵列。
与由颜色传感器元件50测量的反射光的光谱分别有关的信息可以 作为控制信息而被发送到照明设备10或在温室中控制光条件的中心计 算机系统。根据控制信息，可以调整第一光谱22和/或第二光谱24的 光的输出水平。而且，颜色传感器元件50可以包括处理器，其将测量 的光谱与目标光谱进行比较以确定可能的偏差。颜色传感器元件50可 以是独立的元件或者是检查元件30的一部分。在后一种指定的情况下， 如果检查元件30是手电筒，则它是有利的，从而使得颜色传感器元件 50可以分析目标区域内的反射光，该目标区域由检查元件30照明。
权利要求
1.一种用于照明对象(15)的照明设备(10)，具有照明元件(20)和检查元件(30)，其中所述照明元件(20)包括至少一个第一发光装置(21)，其中所述第一发光装置(21)发射具有第一光谱(22)的光，其中所述检查元件(30)包括至少一个第二发光装置(31)，其中第二发光装置(31)发射具有第二光谱(32)的光，其中所述第二光谱(32)基本上与所述第一光谱(22)分离，具有照明模式，其仅操作所述照明元件(20)，具有检查模式，其操作所述照明元件(20)和所述检查元件(30)，并且所述第一(21)和第二发光装置(31)的光的叠加产生结果光。
2. 根据权利要求1的照明设备(10)， 其特征在于结果光是白色光。
3. 根据权利要求1或2的照明设备(10),其特征在于，所述照明元件(20)包括至少一个第三发光装置(23 )， 其中所述第三发光装置(23)发射具有第三光谱(24)的光，其中所 述第三光谱(24)基本上与所述第一 (")和第二光谱(32)分离。
4. 根据权利要求3的照明设备(10)，其特征在于，所迷第一 (21)、第二 (31)和第三发光装置(23) 是LED、 OLED或气体放电灯。
5. 根据前述任意权利要求的照明设备(10),其特征在于，所迷笫一光诿(22)包括在红色光谱内的峰值波长， 所述第三光谱(24)包括在蓝色光谱内的峰值波长，以及所述第二光 谞(32)包括在绿色光谱内的峰值波长。
6. 根据前迷任意权利要求的照明设备(10)，其特征在于，所迷第一 (21)和第三发光装置(2S)的数量大于 所述第二发光装置(31)的数量。
7. 根提前述任意权利要求的照明设备(10),其特征在于，所迷照明设备(10)包括分析元件(40),其检测 所述照明元件(20)的光输出并且将该光输出调整到所迷检查元件(30) 的输出水平。
8. 根据前述任意权利要求的照明设备U0)，其特征在于，所述照明设备(10)包括颜色传感器元件(50)， 其检测来自以照明模式或检查模式被照明的对象U5)的反射光谱 (51)。
9. 根据权利要求8的照明设备(10)，其特征在于，所述颜色传感器元件(so)与所述照明元件(20)通信，其中所述颜色传感器元件(50)将控制信息发送到所述照明元 件(20)以调整具有所述第一光谱(22)和所迷第三光谱(24)的光的输出水平。
10. 根据前述任意权利要求的照明设备(10)， 其特征在于，检查元件(30)是手电筒。
11. 一种具有根据前述任意权利要求的照明设备(10)的温室，其 中根据所述叶绿素吸收曲线来调节所述第一 (21)和所述第三发光装 置(23)。
全文摘要
本发明涉及一种用于照明对象的照明设备(10)，其具有照明元件(20)和检查元件(30)，其中照明元件(20)包括至少一个第一发光装置(21)，其中第一发光装置(21)发射具有第一光谱(22)的光，其中检查元件(30)包括至少一个第二发光装置(31)，其中第二发光装置(31)发射具有第二光谱(32)的光，其中第二光谱(32)基本上与第一光谱(31)分离，且具有仅仅操作照明元件(20)的照明模式，具有操作照明元件(20)和检查元件的检查模式，并且第一(21)和第二发光装置(31)的光的叠加产生结果光。
文档编号F21S8/00GK101578477SQ200780047477
公开日2009年11月11日 申请日期2007年12月17日 优先权日2006年12月20日
发明者H·-P·洛布尔, J·H·A·M·雅各布斯, W·O·巴德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司