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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beleuchten von Pflanzen.
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Es ist bekannt, Pflanzen in Gewächshäusern und privaten Wohnräumen künstlich zu beleuchten. Dabei werden zumeist sogenannte Tageslichtlampen verwendet, die Licht mit einer spektralen Zusammensetzung erzeugen, die der des Sonnenlichts gleicht. Die Lampen werden über den Pflanzen angeordnet, wobei das Licht mehr oder weniger gerichtet auf die Pflanzen gestrahlt wird.
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Dabei wird von dem Licht nicht nur der Teil der Pflanzen bestrahlt, der Licht für die Fotosynthese benötigt, sondern auch alle übrigen Pflanzenteile und die Umgebung der Pflanzen. Insbesondere der in die Umgebung der Pflanzen abgestrahlte Teil des Lichts geht ungenutzt verloren.
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Herkömmlich verwendete Lampen bestrahlen häufig einen großen Bereich, wobei alle sich in diesem Bereich befindlichen Pflanzen mit dem gleichen Licht versorgt werden. Eine Anpassung des Lichts an unterschiedliche in dem Bereich angeordneten Pflanzen, beispielsweise in Bezug auf Dauer der Bestrahlung oder Lichtfarbe, ist mit herkömmlichen Lampen nicht oder nur bedingt möglich.
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Aus
US 2010/0115830 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels eines Sensors Lichteinfall auf eine Pflanze sowie Lichtreflektion bzw. Lichtfluoreszenz von der Pflanze gemessen werden, um darauf auf biochemische Eigenschaften der Pflanze zu schließen. Mit Hilfe dieser Daten wird eine Lichtquelle zur Bestrahlung der Pflanze gesteuert.
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Aus
DE 39 06 215 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Klassifikation von Pflänzlingen bekannt, bei dem mittels Aufnahmen von Kameras die Pflanzen hinsichtlich geometrischer Formen, Farbe und Höhe vermessen und klassifiziert werden, wobei kein Verfahren zur Beleuchtung von Pflanzen beschrieben wird.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beleuchtung von Pflanzen zu schaffen, bei dem die Nachteile bei der Verwendung von herkömmlichen Lampen weitestgehend vermieden werden und mit dem eine effektive Beleuchtung ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren soll dabei auch eine Anpassung des Lichts an eine oder mehrere Pflanzen ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe dient ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beim Verfahren zur Beleuchtung von Pflanzen folgende Schritte durchgeführt werden:
- a) Aufnahme von Bilddaten einer Pflanze über eine Kamera,
- b) Erkennen einer Oberfläche der Pflanze,
- c) Bestimmen eines zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze,
- d) gezieltes Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze mit mindestens einer Lichtquelle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass eine zuvor erkannte und bestimmte Oberfläche der Pflanzen gezielt mit Licht bestrahlt wird. Auf diese Weise lässt sich eine effektive Beleuchtung von Pflanzen durchführen, da durch die gezielte Bestrahlung vermieden werden kann, dass Licht ungenutzt verloren geht, wobei darüber hinaus eine optimale Anpassung des Lichtes an die zu bestrahlende Pflanze erfolgen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Aufnahme von Bilddaten einer Pflanze über eine Kamera, dass auf eine einfache Art und Weise die Oberfläche der Pflanze erkannt werden kann. Dazu kann beispielsweise eine automatische Bilderkennung dienen. Auch die Bestimmung des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze kann über eine automatische Bilderkennung erfolgen.
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Durch das Vorsehen einer automatischen Bilderkennung kann das erfindungsgemäße Verfahren vollständig automatisiert durchgeführt werden, indem in dem Verfahrensschritt a) erzeugten Bilddaten in eine Recheneinheit gespeist werden, die die Verfahrensschritte b) und c) durchführt und eine an die Recheneinheit angeschlossene Lichtquelle die entsprechenden Befehle zum gezielten Bestrahlen ausgibt.
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Die Erkennung der Oberfläche der Pflanze bzw. die Bestimmung des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze kann dabei anhand von Formen und/oder Farben in den aufgenommenen Bildern erfolgen.
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In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze ein fotosynthetisch aktiver Bereich der Pflanze ist. Auf diese Weise kann das Licht optimal für das Pflanzenwachstum genutzt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze aus einem fotosynthetisch aktiven Bereich und einem fotosynthetisch inaktiven Bereich der Pflanze besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit nicht nur eingesetzt werden, um ein optimales Wachstum der Pflanze zu gewährleisten, sondern durch das gezielte Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze können auch Beleuchtungseffekte bei Pflanzen, die für die Dekoration verwendet werden, hervorgerufen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass ausschließlich der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze bestrahlt wird. Dadurch ist eine besonders effektive Beleuchtung möglich, da kein Licht in die Umgebung verlorengeht.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das gezielte Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze über die Erzeugung von Lichtpixeln auf dem zu bestrahlenden Teil der Oberfläche der Pflanze erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine Projektionsvorrichtung verwendet werden, die ein Array aus Lichtpixeln erzeugt. Es kann beispielsweise ein herkömmlicher Bildprojektor sein. Auf diese Weise kann mit vorrichtungstechnisch geringem Aufwand und relativ einfacher Technik ein gezieltes Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze erfolgen, wobei nur die Lichtpixel, die sich auf dem zu bestrahlenden Teil der Oberfläche der Pflanze befinden, entsprechend erzeugt werden und der übrige Bereich des Arrays dunkel verbleibt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass das Licht der Lichtquelle über einen Flächenlichtmodulator mit einem Mikrospiegel-Array zum Erzeugen der Lichtpixel moduliert wird. Derartige Flächenlichtmodulatoren ermöglichen über das Mikrospiegel-Array in vorteilhafter Weise, dass nur der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze mit Licht bestrahlt wird, da nur die diesem Teil entsprechenden Spiegel des Mikrospiegel-Arrays Licht in Richtung der Pflanze reflektieren. Die übrigen Spiegel des Mikrospiegel-Arrays reflektieren das Licht in eine andere Richtung, so dass in dem Bereich der Pflanze diese Teile dunkel verbleiben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise einen Bildprojektor mit der sogenannten DLP-Technik (Digital Light Processing) verwenden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass ausschließlich Lichtstrahlen für die auf dem zu bestrahlenden Teil der Oberfläche der Pflanze zu erzeugenden Lichtpixel von dem Flächenlichtmodulator in Richtung der Pflanze reflektiert werden und das verbleibende Licht der Lichtquelle in den Lichtweg der Lichtquelle vor dem Flächenlichtmodulator zurückgeführt wird. Mit anderen Worten: Licht, das nicht in Richtung der Pflanze reflektiert wird, geht nicht, wie es bei herkömmlichen Projektoren der Fall ist, in Absorbern verloren, sondern das Licht kann durch ein entsprechendes Rückleitsystem, das beispielsweise aus Spiegeln und/oder Diffusoren besteht, genutzt werden und verstärkt das auf den Flächenlichtmodulator gestrahlte Licht. Auf diese Weise kann eine sehr effektive Beleuchtung geschaffen werden, da keine oder nur eine sehr geringe Lichtmenge ungenutzt verloren geht.
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In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Licht der Lichtquelle über einen Mikroscanner zum Erzeugen der Lichtpixel moduliert wird, wobei das Beleuchten des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze zeilenweise erfolgt. Derartige Mikroscanner bestehen aus einem einzelnen Mikrospiegel und basieren auf der sogenannten MOEMS-Technik (Micro-Optical Electromechanical Mirror System). Der Lichtstrahl wird von diesem Spiegel reflektiert und zur Erzeugung des gewünschten Lichtpixels abgelenkt. Das Beleuchten des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze erfolgt somit zeilenweise, indem Lichtpixel nebeneinander durch die entsprechende Ablenkung des Lichtes erzeugt werden. Da Pflanzen bei der Lichtwahrnehmung, d. h. bei der Fotosynthese, auch eine Trägheit aufweisen, ähnlich wie das menschliche Auge, nehmen die Pflanzen die zeilenweise aufgebaute Beleuchtung des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze als einheitliche Beleuchtung des zu bestrahlenden Teils wahr. Moderne auf der Mikroscanner-Technologie basierende Bildprojektoren können Bildwiederholungsraten von 60 Hz und höher erzeugen, so dass auch derartige Projektoren für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendbar sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist oder ein oder mehrere Leuchtdioden aufweist.
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Die Lichtquelle kann Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe erzeugen. Durch das Erzeugen von Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe können unterschiedliche Lichtfarben erzeugt werden, so dass das Lichtspektrum, mit dem die Pflanze bestrahlt wird, ausgewählt oder verändert werden kann.
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Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe können beispielsweise über eine Kombinier-Optik zu Licht einer anderen Farbe kombiniert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorsehen, dass die Lichtstrahlen zum Beleuchten des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze durch ein Farbrad mit Farbfiltern geleitet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei der Verwendung eines Flächenlichtmodulators bzw. einer weißen Lichtquelle Licht unterschiedlicher Farbe erzeugt werden, so dass eine Anpassung der Lichtfarben erfolgen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass das gezielte Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze mit einer an die Pflanze angepassten Lichtfarbe oder mit einem variablen Lichtspektrum erfolgt. Auf diese Weise können unterschiedliche Lichteffekte auf dem zu bestrahlenden Teil der Oberfläche der Pflanze erzeugt werden, der das Wachstum der Pflanze fördern kann und/oder dekorative Lichteffekte hervorrufen kann. Auch ist es möglich, durch das variable Lichtspektrum verschiedene Lichtszenarien, wie beispielsweise unterschiedliche Tageszeiten, zu simulieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass das gezielte Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze in Beleuchtungszyklen mit Bestrahlung und ohne Bestrahlung erfolgt. Mit anderen Worten: Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Pflanzen über einen vorgegebenen Zeitraum beleuchtet wird und über einen zweiten vorgegebenen Zeitraum ohne Beleuchtung verbleibt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungszyklen Makrozyklen mit einer mehrstündigen Dauer sind. Beispielsweise kann die Pflanze 12 Stunden mit Licht bestrahlt und über 12 Stunden abgedunkelt werden. Dadurch können besonders die Blühinduktion und die Fruchtreifung von Pflanzen beeinflusst werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Beleuchtungszyklus mit Bestrahlung Mikrozyklen mit Bestrahlung und ohne Bestrahlung mit einer Dauer von weniger als einer Sekunde umfasst. Mit anderen Worten: Während eines Beleuchtungszyklus, bei dem die Pflanze bestrahlt wird, muss die Bestrahlung nicht gleichmäßig sein. Die Bestrahlung kann somit beispielsweise Mikrozyklen aufweisen, die eine Beleuchtungsdauer von 5 ms mit anschließender Dunkelperiode von 10 ms aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass dadurch eine Verbesserung der Fotosynthese-Rate der Pflanze ermöglicht werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze ungleichmäßig zur Simulation von Schattenwurf und/oder mit sich veränderndem Licht zur Simulation von Sonnenauf-, Sonnenuntergang und/oder unterschiedlichen Wetterbedingungen bestrahlt wird. Auf diese Weise können natürliche Lebensbedingungen der Pflanzen simuliert werden. Bei in freier Natur dicht beieinander siedelnden Pflanzen kann beispielsweise der Schattenwurf von anderen Pflanzen simuliert werden.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Verfahrensschritt b) die Blattfarbe der Pflanze zur Bestimmung des Gesundheitszustands und/oder Verfärbungen der Oberfläche der Pflanze zur Erkennung von Schädlingen bestimmt werden. Neben einer effektiven Beleuchtung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit zusätzlich, dass auf eine einfache Art und Weise und frühzeitig ein Schädlingsbefall oder eine negative Veränderung des Gesundheitszustandes der Pflanze erkannt bzw. bestimmt werden kann. Dadurch können frühzeitig Gegenmaßnahmen erfolgen. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in Gewächshäusern, kann eine automatische Erkennung von Schädlingen erfolgen, so dass automatisch Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise das Besprühen der Pflanzen mit Schädlingsbekämpfungsmitteln, erfolgen können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass die Verfahrensschritte a) bis c) kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen, beispielsweise von maximal 1 Stunde, durchgeführt werden.
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Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren die Beleuchtung an eine Veränderung der Pflanze anpassen. Insbesondere bei schnellwachsenden Pflanzen kann somit gewährleistet sein, dass stets der optimale Bereich der Oberfläche der Pflanze bestrahlt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a ein herkömmliches Beleuchtungssystem für Pflanzen,
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1b Beleuchtungssystem von Pflanzen, das das erfindungsgemäße Verfahren verwendet,
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2 eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare erste Beleuchtungsvorrichtung,
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3 eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare zweite Beleuchtungsvorrichtung.
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In 1a ist eine herkömmliche Beleuchtung von Pflanzen 1 schematisch dargestellt. Dabei wird eine Beleuchtungsvorrichtung 200 verwendet, die, wie aus 1a hervorgeht, eine große Fläche beleuchtet. Dadurch wird ein großer Teil des Lichts an der Pflanze vorbeigestrahlt und ist dadurch ungenutzt. Mehrere Pflanzen 1 mit einer Beleuchtungsvorrichtung 200 beleuchtet werden, erhalten alle Pflanzen im Wesentlichen das gleiche Licht. Dadurch wird eine Anpassung an unterschiedliche Pflanzen somit mit einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung 200 nicht möglich.
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Daher sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass zunächst Bilddaten einer Pflanze über eine Kamera aufgenommen werden. Danach erfolgt eine Erkennung an der Oberfläche der Pflanze, was beispielsweise durch eine automatische Bilderkennung erfolgen kann. Anschließend wird ein zu bestrahlender Teil der Oberfläche der Pflanze bestimmt. Auch dieser Verfahrensschritt kann über eine automatische Bilderkennung erfolgen, indem beispielsweise die zu bestrahlenden Teile der Oberfläche der Pflanze anhand der Farbgebung der Oberfläche festgelegt werden.
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Anschließend erfolgt ein gezieltes Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze mit mindestens einer Lichtquelle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, dass kein oder nur eine geringe Lichtmenge bei der Bestrahlung der Pflanzen verlorengeht, da ein gezieltes Bestrahlen der zu bestrahlenden Oberfläche der Pflanze stattfindet. Das gezielte Bestrahlen kann darüber hinaus eine Anpassung des verwendeten Lichts an unterschiedliche Pflanzentypen erfolgen, so dass unterschiedliche Pflanzentypen auch dicht beieinander angepflanzt werden können, ohne dass dies aufgrund einer einheitlichen künstlichen Beleuchtung nachteilig ist. Der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze kann ein fotosynthetisch aktiver Bereich der Pflanze sein. Dies können beispielsweise die Blätter einer Pflanze sein. Es kann vorgesehen sein, dass ausschließlich der zu bestrahlende Teil der Oberfläche der Pflanze bestrahlt wird, so dass nahezu kein Licht, das in Richtung der Pflanze gestrahlt wird, ungenutzt verlorengeht.
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In 1b ist eine Beleuchtungsvorrichtung 2, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, schematisch dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 weist eine Lichtquelle 3 sowie eine Lichtmodulationseinheit 4 auf, die das Licht zum Bestrahlen der Pflanze 1 moduliert.
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Ferner ist eine Kamera 5 vorgesehen, die Bilddaten von der Pflanze 1 aufnimmt. Die Kamera ist mit einer Recheneinheit 6 verbunden, die die aufgenommenen Bilddaten verarbeitet. Über eine automatische Bilderkennung wird die Oberfläche der Pflanze 1 erkannt und bestimmte zu bestrahlende Teile der Fläche werden ausgewählt. Die Daten der entsprechend ausgewählten zu bestrahlenden Teile der Oberfläche der Pflanze werden an die Lichtquelle 3 und die Lichtmodulationseinheit 4 weitergegeben, so dass das Licht derart moduliert werden kann, dass die zu bestrahlenden Teile der Oberfläche der Pflanze 1 gezielt bestrahlt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das gezielte Bestrahlen der zu bestrahlenden Teile der Oberfläche der Pflanze 1 durch die Erzeugung von Lichtpixeln auf dem zu bestrahlenden Teil der Oberfläche der Pflanze 1 erfolgt.
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Um Lichtpixel zu erzeugen, kann die Lichtmodulationseinheit 4 einen Mikrospiegel-Aktor aufweisen, der als Flächenlichtmodulator 8 oder Mikroscanner ausgebildet sein kann. Flächenlichtmodulatoren 8 sind beispielsweise als Mikrospiegel-Arrays aufgebaut und beispielsweise als sogenannte DMD-Chips (Digital Micro-Mirror Device) verfügbar.
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In 2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung 2 schematisch dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 weist eine Lichtquelle 3 in Form einer LED auf, die Licht erzeugt und auf einen Lichtmodulator 4 strahlt. Der Lichtmodulator 4 weist einen Flächenlichtmodulator 8 auf, der in 2 schematisch nur mit einem Spiegel dargestellt ist. Das Licht trifft von der Lichtquelle 3 auf den Spiegel des Flächenlichtmodulators 8 und wird in Richtung der Pflanze 1 abgelenkt. Ein Farbrad 9 ist in dem Lichtweg zwischen dem Flächenlichtmodulator 8 und der Pflanze angeordnet, um die Lichtfarbe des Lichtstrahls zu verändern. In dem Lichtweg kann ferner eine Optik 10 vorgesehen sein, die beispielsweise eine Fokussierung des Lichtes auf der Pflanze 1 bewirkt.
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Die einzelnen Pixel werden durch eine Vielzahl von Spiegeln des Mikrospiegel-Arrays des Flächenlichtmodulators 8 erzeugt.
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Die einzelnen Spiegel des Mikrospiegel-Arrays sind kippbar, so dass einzelne Lichtstrahlen anstelle auf die Pflanze 1 in Richtung eines Absorbers 12 reflektiert werden können. Die entsprechenden Pixel im Bereich der Pflanze 1 bleiben somit dunkel, da das Licht von dem entsprechenden Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays nicht in Richtung der Pflanze 1 reflektiert wird.
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Die in der 2 dargestellte Vorrichtung entspricht im Wesentlichen einem auf der DLP-Technologie basierenden Projektor.
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Über das Farbrad 9 können unterschiedlichste Lichtfarben erzeugt werden, indem unterschiedlich gefärbte Lichtstrahlen auf einem Pixel nacheinander überblendet werden. Da die lichtempfindlichen Bereiche der Pflanze, ähnlich wie das menschliche Auge, eine Trägheit aufweisen, empfinden die lichtempfindlichen Bereiche der Pflanze das so erzeugte Licht mit der durch die Überblendung der einzelnen Lichtstrahlen erzeugten Lichtfarbe.
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Der in den Absorber 12 reflektierte Teil des von der Lichtquelle 3 erzeugten Lichts ist im Wesentlichen ungenutzt.
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Die Lichtquelle 3 kann auch gleichzeitig Licht unterschiedlicher Farbe erzeugen, beispielsweise rot, grün und blau. Der Flächenlichtmodulator 8 besteht dabei dann nicht aus einem einzigen Chip, sondern aus drei Chips, für jede Lichtfarbe einen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann dann auf das Farbrad 9 verzichtet werden, da die unterschiedlichen Lichtfarben durch eine Übereinanderblendung der von den drei Mikrospiegel-Arrays reflektierten farbigen Lichtstrahlen erzeugt werden können.
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Um eine möglichst hohe Lichtausbeute zu bekommen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass beispielsweise bei einem herkömmlichen Projektor in den Absorber 12 reflektierte Licht zu nutzen, indem dieses in den Lichtweg zurückgekoppelt wird. Eine derartige Vorrichtung, die in 3 dargestellt ist, kann in vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine derartige Beleuchtungsvorrichtung für andere Zwecke einzusetzen, beispielsweise für Dekorationszwecke. Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere geeignet für Einsatzzwecke, bei denen ein großer Bereich der theoretisch mit der Beleuchtungsvorrichtung zu bestrahlenden Fläche dunkel verbleiben soll und somit nicht bestrahlt wird.
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Wie bei der in 2 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung weist die in 3 dargestellte Beleuchtungsvorrichtung ebenfalls eine Lichtquelle 3 und eine Lichtmodulationseinheit 4 mit einem Flächenlichtmodulator 8 auf.
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Bei der in 3 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung ist die Lichtquelle 3 als RGB-UV-Leuchtdiode ausgebildet. Eine derartige Leuchtdiode zeichnet sich dadurch aus, dass Licht unterschiedlicher Farbe erzeugt werden kann. Das Licht der Lichtquelle 3 trifft auf den Mikrospiegel-Array des Flächenlichtmodulators 8 und die entsprechend eingestellten Spiegel reflektieren das Licht durch eine Optik 10 in Richtung der Pflanze 1. Die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays der Pixel, die dunkel verbleiben sollen, werden in Richtung eines Rückleitspiegels 14 reflektiert, der das Licht reflektiert und in Richtung eines Diffusors 16 leitet. Über einen halbdurchlässigen Spiegel 18 oder – ein – Winkelprisma mit hohem Wirkungsgrad wird das den Diffusor 16 verlassende Licht in den ursprünglichen Lichtweg des von der Lichtquelle 3 erzeugten Lichts reflektiert. Das von der Lichtquelle 3 erzeugte Licht durchquert bei dem Weg in Richtung des Flächenlichtmodulators 8 den halbdurchlässigen Spiegel 18 oder das Winkelprisma von der rückwärtigen Seite.
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Bei der in 3 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung werden unterschiedliche Lichtfarben durch Überblendung von nacheinander erzeugten unterschiedlich farbigen Pixeln erzeugt. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Lichtquelle 3 wird Licht unterschiedlicher Farbe nacheinander erzeugt.
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Die Lichtquelle 3 besteht dabei beispielsweise aus einem Array von verschiedenfarbigen Hochleistungsdioden. Diese können als Gesamtbereich der sichtbaren und die Randzonen des unsichtbaren Lichts in Richtung Ultraviolett und Infrarot erzeugen.
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Beispielsweise durch Sensoren, die die Qualität und die Quantität des auf die Pflanze gestrahlten Lichts erkennen, kann die Leistung der Dioden ideal gesteuert werden. Beispielsweise kann durch Einsatz einer zweiten Modulation im Betrieb der Dioden die Lichtausbeute der Lichtquelle 3 vergrößert werden. Der halbdurchlässige Spiegel 18 kann beispielsweise steuerbar sein, um die eingekoppelte Lichtmenge zu bestimmen.
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Die in 3 dargestellte Lichtquelle hat somit den Vorteil, dass das Licht, das von den Mikrospiegeln des Flächenlichtmodulators 8 reflektiert werden, die den dunkel verbleibenden Pixeln entsprechen, nicht ungenutzt bleibt, sondern weiter verwendet werden kann. Dadurch ist eine Energieeinsparung möglich.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass anstelle eines Flächenlichtmodulators ein Mikroscanner verwendet wird. Ein derartiger Mikroscanner weist lediglich einen Spiegel auf und wird mit Licht unterschiedlicher Farbe bestrahlt. Die zu beleuchtende Fläche wird dabei pixelweise angestrahlt, wobei die gesamte beleuchtete Fläche zeilenweise ausgeleuchtet wird. Derartige Mikroscanner weisen eine derartig hohe Geschwindigkeit auf, dass eine komplett zu beleuchtende Fläche mit einer Frequenz von beispielsweise 60 Hz beleuchtet wird. Dies bedeutet, dass jedes Pixel der zu beleuchtenden Fläche, die pixel- bzw. zeilenweise beleuchtet wird, mit einer Frequenz von 60 Hz oder mehr erneut beleuchtet wird. Aufgrund der Trägheit der lichtverarbeitenden Bereiche der Pflanze, nimmt die Pflanze dadurch den gesamten beleuchteten Bereich als gleichzeitig beleuchtet wahr.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass das gezielte Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze mit einer an die Pflanze angepassten Lichtfarbe oder mit einem variablen Lichtspektrum erfolgt.
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Die Beleuchtung kann dabei in Beleuchtungszyklen erfolgen. Diese können beispielsweise in Makrozyklen erfolgen, wobei beispielsweise 12 Stunden die Pflanze beleuchtet wird und 12 Stunden keine Beleuchtung stattfindet. Dadurch kann besonders die Blühinduktion und die Fruchtreifung von Pflanzen beeinflusst werden. Während der Beleuchtungszeit muss die Beleuchtung nicht notwendigerweise gleichmäßig erfolgen. Es können auch sogenannte Mikrozyklen der Beleuchtung erfolgen, die im Bereich von Millisekunden liegen. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass eine Beleuchtungsdauer von 5 ms mit anschließender Dunkelperiode von 10 ms während der Beleuchtung eine Verbesserung der Fotosynthese-Rate hervorruft.
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Darüber hinaus kann durch geeignete Mikrozyklen eine Steigerung der Lichtausbeute der LEDs erreicht werden, da diese dann mit höheren Strömen betrieben werden können.
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Die Erkennung an der Oberfläche der Pflanzen und/oder des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanzen kann beispielsweise über die Randerkennung der Blätter erfolgen. Bei der Bildverarbeitung kann auch die Farbe der Oberseite der Blätter festgestellt werden. Wenn die Pflanze beispielsweise durch Schädlinge befallen ist oder einen verschlechterten Gesundheitszustand hat, verändert sich zumeist die Farbe der Blätter. Über die Bilderkennung können somit auch auf den Gesundheitszustand der Pflanze und auf einen möglichen Schädlingsbefall geschlossen werden. Dadurch können frühzeitig und vor allem automatisch Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorsehen, dass eine mobile Datenverbindung, beispielsweise zu einem Smartphone oder einer zentralen Steuereinheit, besteht, so dass im Falle eines Schädlingsbefalls oder eines verschlechterten Gesundheitszustands der Pflanzen die Informationen weitervermittelt werden können, so dass eine frühzeitige Warnung erfolgt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch unterschiedliche Beleuchtungsprogramme durchgeführt werden, so dass Beleuchtungsszenarien simuliert werden können. Dabei kann beispielsweise ein Schattenwurf anderer imaginärer Pflanzen auf der Blattoberfläche der zu beleuchtenden Pflanze simuliert werden, so dass der Eindruck entsteht, dass diese Pflanze in ihrer natürlichen Umgebung, beispielsweise in einem Wald, steht. Auch können beispielsweise Sonnenauf- und -untergänge simuliert werden und es können verschiedene Wetterstimmungen auf den Pflanzen erzeugt werden.
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Durch die Aufnahme der Bilddaten der Pflanze kann darüber hinaus eine Veränderung der Pflanze durch Wachstum registriert werden und die Beleuchtung kann an die entsprechend gewachsene Pflanzenoberfläche angepasst werden. Dabei können die Aufnahme der Bilddaten, das Erkennen der Oberfläche der Pflanzen und das Bestimmen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze kontinuierlich erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass diese Verfahrensschritte in vorgegebenen Zeitabständen, beispielsweise stündlich, täglich oder wöchentlich durchgeführt werden.
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Die Aufnahme der Bilddaten der Pflanze und das Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Pflanze geschieht idealerweise von oberhalb der Pflanze. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ Bilddaten der Pflanze von der Seite aufgenommen werden und/oder dass auch ein seitliches Bestrahlen des zu bestrahlenden Teils der Oberfläche der Pflanze erfolgt. Dazu müssten idealerweise zusätzliche Lichtquellen vorgesehen sein.
