[发明专利]用于顶棚间照明的光学设备、照明设备和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于顶棚间照明的光学设备、对应照明设备和照明系统，并且更具体地涉及在植物的预定目标区中提供竖直和水平均匀照明分布的顶棚间照明。

背景技术

为了增加温室中的作物产量，除了自然太阳光之外还应用补充同化光。具体而言，应用具有电功率600-1000W的高强度放电灯(HID灯)(比如SON-T)。因此，温室中的光水平增加，从而造成当与仅用太阳光工作的温室相比时每平方米温室面积产生的作物产量更高。然而，比如番茄或者黄瓜这样的植物生长至数米高。在这种情况下，与光源最近的上方叶子吸收大部分的入射光。以这种方式形成的阴影区导致下方叶子对于光合作用的使用效率更低并且因此造成更少产出。为了进一步增加每平方米温室面积的作物产量，附加同化光源照射阴影区中的植物。这一照明概念称为顶棚间照明。

典型地通过照射如下竖直区中的植物来实现高效顶棚间照明，该区开始于植物的生长叶子的最低部分并且停止于植物的顶部以下近似0.5m。到达这一竖直区以外的植物部分的光或者朝着地板或天花板损失或者到达植物的已经由定位于植物上方的照明体充分照射的部分。

典型地，通过在成行植物(比如番茄或者黄瓜)之间布置HID灯而与植物行的预定距离通常在40cm与1.0m之间、与邻近灯的距离通常为1.9m来提供顶棚间照明。这些几何条件与这些灯的朗伯(lambertian)光分布组合在植物表面上造成强可变水平和竖直辐射。另外，通过在成行植物之间布置灯，顶棚间照明阻隔了温室的工人必须可达的工作区。已知可缩回HID灯系统，在这些灯系统中暂时缩回灯以清空工作区便于工人到达。随后必须重新定位灯以提供顶棚间照明。

发明内容

本发明的一个目的是克服如上文讨论的现有技术的问题并且提供一种用于温室中的植物的顶棚间照明的可替换的和改进的光学设备、照明设备和系统。本发明的又一目的是当在角度之下照射预定义目标区时在目标区中提供竖直和水平的均匀照明分布。

本发明提供一种关于竖直和水平方向产生不对称照射图案、用于植物的顶棚间照明的光学设备、照明设备和照明系统。

根据本发明的第一方面，这一和其它目的由一种用于顶棚间照明的光学设备实现，该光学设备包括：光输入区，用于从光源接收光；第一表面，具有第一贝赛尔曲线；以及第二表面，具有第二贝塞尔曲线。第一和第二贝塞尔曲线被相互独立选择，并且布置成使得光学设备关于它的中心轴旋转不对称。在朝着中心轴的方向上反射在第一表面中反射的接收光，并且在背离中心轴的方向上反射在第二表面中反射的接收光，由此在预定义区域中提供竖直和水平的均匀照明分布，该区域是在角度之下照射的。

因此，提供一种用于提供光的准直和不对称分布的光学设备，该光学设备是有利的并且布置成这样在两个意义上创建光的不对称强度分布。首先，布置光学设备使得射出光学设备的光的竖直和水平分布的宽度显著不同。可以选择竖直强度分布为窄，而又同时可以选择水平强度为宽，这有利于在期望和指定区(预定义区域(称为目标区))内提供用于植物的顶棚间照明。具体而言，目标区由植物的总宽度和高度的在从地面的指定最小距离开始的子部分定义。其次并且同时，竖直强度分布不对称(例如可以向下比向上引导更多光)。因此，有利地实现当在角度之下照射时的预定义目标区中的水平均匀照射分布。这在提供必须满足用于植物照明的均匀性标准的照明时有利。

根据光学设备的一个实施例，第一和第二表面借助全内反射(TIR)来反射光。因此，有利地提供紧凑光学设备。

根据光学设备的一个实施例，光学设备包括布置在光输入区的光学元件。光学元件是锥形截顶透镜，透镜的基部在光输入区。透镜的截顶为凹形。由此，布置光学元件使得准直进入光学元件并且沿着朝着光输出表面的方向行进的光，而同时在朝着光学元件侧部的方向上行进的光被引向第一和第二表面。由此随着经由光输入区进入的光被准直成以更高效地朝着光学设备的光输出面分布，光学设备的效率增加了。这保证没有光在透镜之后撞击第一和第二表面。由此，原本会在竖直方向上展开的光到达目标区。

根据光学设备的一个实施例，它包括布置于光输入区的光学元件，该光学元件被布置成通过布置成包括不对称自由形式成形部分、移位的圆柱形部分、椭圆形部分或者倾斜椭圆形部分之一来以不对称方式对接收光重定向。