RU2522656C2 - Luminaire - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention refers to agriculture, particularly to luminaries for seedling, vegetable or flower growing at home or on industrial scale, and can be used in other economy sectors requiring individual lighting, e.g. in breeding of various animals. Luminaire includes emitter and reflector. Luminaire features polariser at optic output or on the way of light stream from emitter. Polariser can be made in the form of dielectric grid or as a film applied on reflective surface of reflector etc. Polarising dielectric in the polariser has medium interfaces, e.g. air-glass. Polarisation surfaces at dielectric medium interfaces are positioned at an angle to falling rays of emitter and are determined by polarisation angle zone.

EFFECT: simplified device design, enhanced efficiency of active photosynthetic irradiation leading to increased vegetation and reduced period of plant growth, spared power, reduced cost of device.

3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании сельхозкультур, например, в оранжереях.The invention relates to agriculture and can be used in the cultivation of crops, for example, in greenhouses.

Известно устройство (патент РФ №2031572, МПК A01G 31/02, 009/24, 1981 г.), содержащее источник облучения и отражатель, который состоит из двух частей: один в виде цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта светоотражающим материалом, стационарная часть отражателя закреплена на стеллажах для выращивания растений, а поворотная часть шарнирно соединена с первой и выполнена телескопической. Вдоль оси отражателя размещен источник оптического излучения.A device is known (RF patent No. 2031572, IPC A01G 31/02, 009/24, 1981), containing an irradiation source and a reflector, which consists of two parts: one in the form of a cylinder, the inner surface of which is covered with reflective material, the stationary part of the reflector mounted on racks for growing plants, and the rotary part is pivotally connected to the first and made telescopic. A source of optical radiation is placed along the axis of the reflector.

По мнению автора это позволяет снизить удельную мощность устройства облучения и потери потока излучения.According to the author, this allows to reduce the specific power of the irradiation device and the loss of radiation flux.

Известно устройство, в котором отражатель выполнен в виде цилиндра, но в котором размещается надкорневая часть растений, а требуемый режим освещения создается посредством источника оптического излучения.A device is known in which the reflector is made in the form of a cylinder, but in which the root part of the plants is placed, and the required lighting mode is created by the optical radiation source.

Недостаток: низкая производительность предлагаемого устройства, большие потери электроэнергии (патент РФ №2056094, МПК A01G 001/02, 009/24, 031/02; F21V 007/12, 007/16, 1990 г.)Disadvantage: low productivity of the proposed device, large losses of electricity (RF patent No. 2056094, IPC A01G 001/02, 009/24, 031/02; F21V 007/12, 007/16, 1990)

Известно устройство (прототип), патент РФ №2369086, МПК A01G 009/20, 2006 г. Фитопрожектор выполнен в виде прямоугольной рамы, светодиоды расположены на платах, платы установлены в один ряд в прозрачных герметичных плафонах, плафоны установлены внутри корпуса с зазором относительно друг друга в несколько параллельных рядов так, что центральные оси световых потоков светодиодов направлены в одну сторону к лицевой поверхности корпуса и перпендикулярно его плоскости.A device (prototype) is known, RF patent No. 2369086, IPC A01G 009/20, 2006. The phytoprojector is made in the form of a rectangular frame, the LEDs are located on the boards, the boards are installed in a row in transparent sealed shades, the shades are installed inside the case with a gap relative to each other each other in several parallel rows so that the central axis of the light fluxes of the LEDs are directed in one direction to the front surface of the housing and perpendicular to its plane.

Фитопрожектор, управляемый от микропроцессорной установки, позволяет обеспечивать спектральный состав излучения, оптимальный для фотосинтетической активной радиации (ФАР) с учетом стадии развития и вида растений и позволяющий при необходимости изменять состав излучения и время экспозиции.A phytoprojector controlled from a microprocessor installation allows providing a spectral composition of radiation that is optimal for photosynthetic active radiation (PAR) taking into account the developmental stage and type of plants and allowing, if necessary, changing the composition of radiation and exposure time.

Недостатки: громоздкая и дорогостоящая конструкция, требующая сложной электронной схемы управления (программируемый контроллер с операционными стеками протоколов и т.д.), большое энергопотребление.Disadvantages: bulky and expensive design, requiring a complex electronic control circuit (programmable controller with operational protocol stacks, etc.), high power consumption.

Максимальное поглощение хлорофиллом хаотично вращающихся фотонов происходит при совпадении направлений пропускания световых векторов Е падающего света с векторами пропускания клеток хлорофилла и минимально - при полном (90°) расхождении этих направлений. Так как хлорофиллы поглощают свет избирательно, то в этом случае - очень низкий коэффициент полезного действия фотосинтетической активной радиации излучения (КПД ФАР) как в прототипе, так и в его аналогах.The maximum absorption of chaotically rotating photons by chlorophyll occurs when the transmittance directions of the light vectors E of the incident light coincide with the transmittance vectors of the chlorophyll cells and minimum when the directions (100 °) diverge completely. Since chlorophylls absorb light selectively, in this case there is a very low coefficient of efficiency of photosynthetic active radiation of radiation (PAF efficiency) both in the prototype and its analogs.

Цель изобретения - повышение КПД ФАР излучения и упрощение конструкции.The purpose of the invention is to increase the efficiency of phased array radiation and simplify the design.

На Фиг.1 изображена конструкция (основная) устройства, где: 1 - источник излучения; 2 - отражатель; 3 - световой поток; 4 - оптическая ось излучателя 1; 5 - поляризатор, расположен на оптическом выходе светильника. Рабочая часть поляризатора (поляризирующего диэлектрика) выполнена из диэлектрического материала 6. В качестве диэлектрика 6 может быть использовано, например, стекло или пленка, состоящая из М-го количества (где М - 1, 2, 3…, м) слоев диэлектрической, например, изотропной пленки с равными или различными показателями преломления - n. При большем числе слоев пленки, эффект поляризации возрастает до определенного предела. Если пленка располагается: на стеклянной (поляризирующей пластине) подложке 7, или на отражающей поверхности 2, или на поверхности 6, или на каких-либо их участках, положение поляризирующих поверхностей которых определяется зоной угла Брюстера, то угловому положению падающих в эту зону лучей в пучке должен соответствовать относительный коэффициент преломления N, равный отношению показателей преломления диэлектриков на границе раздела сред (например, n₁/n₀ или n₂/n₁, …, n₃/n₁ и т.д. где n_1,2,3…_, м - показатели преломления диэлектриков), и который, в свою очередь, соответствует углу Брюстера - θ_N, образованному падающим лучем и нормалью к поверхности в точке падения. Угловой разброс зоны угла Брюстера ±Δθ зависит от материала диэлектриков (их химических компонент) и примерно равен 6÷10 градусам. При этом поверхность границы раздела сред диэлектриков, включающих эти зоны, может быть перпендикулярна оптической оси 4 излучателя, параллельна или под некоторым углом к ней - в общем случае для всех разновидностей поляризаторов: поверхности поляризации на границах раздела сред диэлектриков расположены под углом к падающим лучам излучателя и определяются зоной угла Брюстера. При таких конструкциях устройства световой поток, падающий на поляризатор, может быть диффузионным.Figure 1 shows the design (main) of the device, where: 1 - radiation source; 2 - reflector; 3 - light flux; 4 - the optical axis of the emitter 1; 5 - polarizer, located on the optical output of the lamp. The working part of the polarizer (polarizing dielectric) is made of dielectric material 6. As a dielectric 6, for example, glass or a film consisting of an Mth quantity (where M is 1, 2, 3 ..., m) of dielectric layers, for example , isotropic film with equal or different refractive indices - n. With a larger number of film layers, the polarization effect increases to a certain limit. If the film is located: on a glass (polarizing plate) substrate 7, or on a reflecting surface 2, or on surface 6, or in some of their areas, the position of the polarizing surfaces of which is determined by the Brewster angle zone, then the angular position of the rays incident on this zone in the beam should correspond to a relative refractive index N equal to the ratio of the refractive indices of dielectrics at the interface (for example, n ₁ / n ₀ or n ₂ / n ₁ , ..., n ₃ / n ₁ , etc. where n _{1,2, 3} ... _, m are the refractive indices of dielectrics), and which , in turn, corresponds to the Brewster angle - θ _N , formed by the incident ray and the normal to the surface at the point of incidence. The angular spread of the Brewster angle zone ± Δθ depends on the material of the dielectrics (their chemical components) and is approximately equal to 6 ÷ 10 degrees. In this case, the interface surface of the dielectric medium including these zones can be perpendicular to the optical axis 4 of the emitter, parallel or at some angle to it — in the general case for all varieties of polarizers: the polarization surfaces at the interface of the dielectric medium are located at an angle to the incident rays of the emitter and are determined by the Brewster angle zone. With such device designs, the light flux incident on the polarizer can be diffusive.

В варианте исполнения поляризатора 5, например, в виде диэлектрической решетки Фиг.1, на подложке 7 (стеклянной пластине - n₁), располагаются поляризирующие поверхности 6 различной формы, таким образом, что нормаль к каждой из них, как и при пленочном исполнении рабочей части поляриатора 6, образует с падающим соответствующим лучом (лучами) угол Брюстера (θ), в случае пучка - углы, близкие к углу Брюстера, равные: θ±Δθ (θ±Δθ - зона угла Брюстера). Между показателем преломления N и углом θ существует зависимость: tgθ=N - закон Брюстера. Фиг.1, вид по стрелке А - показан частичный вырез поляризирующей поверхности, (позиция 6 не обозначена), где: $${Ф}_1^1$$

- преломленный поляризированный луч (или лучи); $${Ф}_1^{11}$$

- отраженный от рабочей поверхности 6 луч или пучок поляризированных лучей, расхождение которых не более угловой величины 2Δθ (2Δθ - ширина зоны Брюстера).In the embodiment of the polarizer 5, for example, in the form of the dielectric grating of FIG. 1, on the substrate 7 (glass plate - n ₁ ), there are polarizing surfaces 6 of various shapes, so that the normal to each of them, as with the film version of the working part of the polarizer 6, forms the Brewster angle (θ) with the corresponding beam (s) incident, in the case of the beam, the angles close to the Brewster angle are equal to: θ ± Δθ (θ ± Δθ is the Brewster angle zone). There is a relationship between the refractive index N and the angle θ: tgθ = N - Brewster’s law. Figure 1, view along arrow A - shows a partial cut-out of the polarizing surface, (position 6 is not indicated), where: $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{one}}$$

- refracted polarized ray (or rays); $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{eleven}}$$

- a ray or a beam of polarized rays reflected from the working surface 6, the divergence of which is not more than an angular value of 2Δθ (2Δθ is the width of the Brewster zone).

В варианте решетчатого (рельефного) исполнения Фиг.1, поляризирующие поверхности диэлектрика 6, например, имеющие цилиндрические поверхности или дуговые, расположенные концентрически по кругу - симметрично оси 4, или по спирали и с шагом, позволяют части светового потока свободно проходить через диэлектрик 6.In the embodiment of the lattice (embossed) design of Fig. 1, the polarizing surfaces of the dielectric 6, for example, having cylindrical surfaces or arcs, arranged concentrically in a circle - symmetrically to axis 4, or in a spiral and in steps, allow part of the light flux to freely pass through dielectric 6.

Кольцевой дополнительный отражатель 8, расположенный на периферии поляризатора 5, частично уменьшает потери - рассеянную часть светового потока, возвращает в общий смешанный поток, т.е. общий световой поток на выходе поляризатора 5 будет состоять из двух составляющих $${Ф}_1^1$$

и $${Ф}_1^{11}$$

и оставшейся части неполяризированного потока Ф₂, если такой имеется, а незначительными потерями светового потока, рассеянного в слоях диэлектриков, в дальнейшем будем пренебрегать.An annular additional reflector 8, located on the periphery of the polarizer 5, partially reduces losses — the scattered part of the light flux returns to the general mixed flux, i.e. the total luminous flux at the output of the polarizer 5 will consist of two components $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{one}}$$

and $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{eleven}}$$

and the remaining part of the non-polarized flux Ф ₂ , if any, and negligible losses of the light flux scattered in the layers of dielectrics will be neglected.

Пример линейной конструкции поляризатора 5 (в виде диэлектрической решетки) с одной диэлектрической секцией 6, расположенной симметрично оси 4 на подложке 7, которая дополнительно может защищать отражатель и излучатель от влаги и пыли, показан на Фиг.2. Поляризирующие поверхности диэлектрических пластин расположены параллельно между собой и осью 4. Размеры поляризирующих пластин, их шаг установки на подложке 7 рассматривается, например, с учетом пропускания через щели пластин 40-50% света от общего входного неполяризированного светового потока.An example of the linear design of the polarizer 5 (in the form of a dielectric grating) with one dielectric section 6 located symmetrically to the axis 4 on the substrate 7, which can additionally protect the reflector and emitter from moisture and dust, is shown in FIG. 2. The polarizing surfaces of the dielectric plates are parallel between themselves and the axis 4. The dimensions of the polarizing plates, their installation step on the substrate 7 is considered, for example, taking into account the transmission of 40-50% of the light from the total input non-polarized light flux through the slots of the plates.

Фиг.3 - двухсекционный поляризатор 5, состоит из неподвижной диэлектрической секции 6, Фиг.2, и такой же по конструктивному выполнению секции - 6а, но подвижной. Диэлектрик 6а может поворачиваться на угол ±φ (±90°). Обе секции могут быть сквозными или рельефными, их рабочие (поляризирующие) поверхности подчиняются требованиям соответствующих зон углов Брюстера.Figure 3 - two-section polarizer 5, consists of a fixed dielectric section 6, Figure 2, and the same structural embodiment of the section - 6A, but movable. The dielectric 6a can rotate an angle of ± φ (± 90 °). Both sections can be through or embossed, their working (polarizing) surfaces obey the requirements of the corresponding zones of Brewster angles.

Примеры покрытий отражающих поверхностей в поляризаторе 5 показаны на Фиг.4, Фиг.5. Фиг.4а - однослойный пленочный изотропный диэлектрик 6 располагается на прозрачной подложке 7 с показателем преломления n₁ (Фиг.1). Граница раздела сред - диэлектрик (n₁)/воздух (n₀) и (n₁/n₁). Однослойный поляризирующий диэлектрик 6, например, решетчатого типа в виде плоской спирали, толщина слоя и все размеры решетки больше длины волны красного спектра излучения (толстая пленка толщиной, например, 50÷100 мкм). Фиг.4б - многослойный пленочный диэлектрик, показатели преломления которого в слоях (на границах раздела) могут быть, например, такими: n₁≤n₂≤n₃…≤n_м, располагается на подложке 9 из диэлектрика (стекла) или металла.Examples of coatings of reflective surfaces in the polarizer 5 are shown in FIG. 4, FIG. 5. Figa - single-layer film isotropic dielectric 6 is located on a transparent substrate 7 with a refractive index n ₁ (Figure 1). The interface between the media is dielectric (n ₁ ) / air (n ₀ ) and (n ₁ / n ₁ ). A single-layer polarizing dielectric 6, for example, of a lattice type in the form of a flat spiral, the layer thickness and all lattice dimensions are greater than the wavelength of the red radiation spectrum (thick film, for example, 50–100 μm thick). Figb - multilayer film dielectric, the refractive indices of which in the layers (at the interfaces) can be, for example, such: n ₁ ≤n ₂ ≤n ₃ ... ≤n _m , is located on a substrate 9 of dielectric (glass) or metal.

Однослойный или многослойный пленочный поляризатор (с одинаковыми или разными показателями преломления n) может быть расположен и на пути светового потока излучателя 1, Фиг.5. Отражатель 2, например, имеет зеркальный слой, на поверхность которого наносится один или несколько слоев диэлектрической пленки (Фиг.4б), которая, например, работает на отражение в среде падения. Отражатель 2 может иметь форму, например, параболическую, полусферическую и т.д., отражающая поверхность которого удовлетворяет требованиям зоны угла Брюстера. Излучатель 1 и поляризирующий диэлектрик 6 Фиг.5 закрыты стеклом 7.A single-layer or multi-layer film polarizer (with the same or different refractive indices n) can be located in the path of the light flux of the emitter 1, Fig.5. Reflector 2, for example, has a mirror layer on the surface of which one or more layers of a dielectric film are applied (Fig. 4b), which, for example, works to reflect in a falling medium. The reflector 2 may be in the form of, for example, parabolic, hemispherical, etc., the reflective surface of which satisfies the requirements of the Brewster angle zone. The emitter 1 and the polarizing dielectric 6 of FIG. 5 are closed by glass 7.

В случае равенства показателей преломления, т.е. n₁=n₂=n₃…=n_м, диэлектрик 6 набирается в один (Фиг.4а) или несколько слоев, между которыми диэлектрики разделены тонким зазором (воздушным или связующим прозрачным диэлектриком), позволяющим возникновению эффекта Брюстера. Это разграничение между слоями показано на Фиг.4б. В этом случае пленочный поляризатор работает не только на отражение, но и на просвет.In the case of equality of refractive indices, i.e. n ₁ = n ₂ = n ₃ ... = n _{m, the} dielectric 6 is stacked in one (Figa) or several layers between which the dielectrics are separated by a thin gap (air or transparent transparent dielectric), which allows the Brewster effect to occur. This demarcation between the layers is shown in Fig. 4b. In this case, the film polarizer works not only for reflection, but also for lumen.

Рассмотрим работу устройства Фиг.1. На вход устройства подают электропитание - U_вх. Излучатель 1 преобразует электрический ток в оптическое излучение (0,4-0,7 мкм), которое частично уплотняется и формируется отражателем 2 в световой неполяризированный поток 3 требуемой апертуры (общий световой поток Ф), который подают вдоль оптической оси 4 к поляризатору 5, на его оптический вход.Consider the operation of the device of Figure 1. At the input of the device serves power - U _I. The emitter 1 converts the electric current into optical radiation (0.4-0.7 μm), which is partially densified and formed by the reflector 2 into the non-polarized light flux 3 of the required aperture (total light flux Ф), which is fed along the optical axis 4 to the polarizer 5, to its optical input.

Следует отметить, что в качестве излучателя 1 могут быть использованы любые источники света с требуемым спектром излучения: накальные, газоразрядные, электролюминесцентные и другие.It should be noted that any light sources with the required emission spectrum can be used as emitter 1: incandescent, gas-discharge, electroluminescent, and others.

Часть светового потока свободно проходит через диэлектрик 6, а другая его часть попадает на границу раздела сред - в зоны углов Брюстера. Рабочие поверхности диэлектрика 6 производят поляризацию световых лучей 3, падающих на них под углом Брюстера θ_N, в отраженном $${Ф}_1^{11}$$

и в преломленном $${Ф}_1^1$$

потоках. На выходе поляризатора 5 пучки света расходятся по отношению друг к другу на некоторый угол, причем отраженные пучки лучей идут под небольшим углом к оси 4, а преломленные - под некоторым углом отходят от оси 4. Поляризатор 5 ориентирует колебания световой волны Е в пространстве (в воздухе) и в веществе (диэлектрике 6), но в меньшей степени. В результате, плоскости поляризаций световых лучей на выходе поляризатора 5 располагаются по отношению друг к другу под различными углами - хаотично. Все световые пучки на выходе поляризатора 5 складываются в общий смешанный (диффузионный) световой поток, имеющий определенную апертуру, который и направляют на растения, где пигменты хлорофилла А и Б и каротиноиды хлорофиллы поглощают свет синего, красного диапазонов, а каротиноиды - только синего. Клетки хлорофилла, которые являются жидкими диэлектриками, поглощают фотоны только в том случае, если произойдет совпадение вектора Е фотона с разрешенным направлением пропускания квантов света в них (клетках).A part of the light flux freely passes through the dielectric 6, and another part of it enters the interface between the media - into the zones of Brewster angles. The working surfaces of the dielectric 6 polarize the light rays 3 incident on them at a Brewster angle θ _N in the reflected $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{eleven}}$$

and in the refracted $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{one}}$$

streams. At the output of the polarizer 5, the light beams diverge with respect to each other at a certain angle, and the reflected beam of rays go at a small angle to the axis 4, and the refracted beams at a certain angle depart from the axis 4. Polarizer 5 orientates the oscillations of the light wave E in space (in air) and in matter (dielectric 6), but to a lesser extent. As a result, the planes of polarization of light rays at the output of the polarizer 5 are located in relation to each other at different angles - randomly. All light beams at the output of the polarizer 5 are combined into a common mixed (diffusion) light stream having a certain aperture, which is directed to plants where chlorophyll pigments A and B and chlorophyll carotenoids absorb light in the blue and red ranges, and carotenoids only in blue. Chlorophyll cells, which are liquid dielectrics, absorb photons only if the vector E of the photon coincides with the allowed direction of transmission of light quanta in them (cells).

Поэтому поляризованные фотоны из смешанного светового потока, произведенного вышеописанным устройством Фиг.1, легче улавливаются клетками хлорофилла и в большем количестве, по сравнению с известными устройствами (прототипом), что и приводит к увеличению процесса фотосинтеза в листьях растений.Therefore, polarized photons from the mixed light flux produced by the above-described device of FIG. 1 are more easily captured by chlorophyll cells and in larger quantities, compared to known devices (prototype), which leads to an increase in the process of photosynthesis in plant leaves.

Однако для разных видов растений требуется определенная оптимальная плотность поляризации светового потока. Для этого, очевидно, нужно использовать набор светильников с различными типами поляризаторов 5, дающих различные плотности поляризации потоков. Плотность поляризации можно незначительно изменить, если, например, поляризатор 5 в светильнике Фиг.1 развернуть на 180° (поляризатор такой конструкции обладает обратимостью). Однако такой подход к данной проблеме не всегда осуществим как с экономической, так и с технической точки зрения (не всегда в наборе могут быть необходимые светильники). Поэтому для расширения функциональных возможностей устройства на Фиг.3 (Фиг.2) представлен поляризатор с перестраиваемой плотностью поляризаций.However, for different types of plants, a certain optimal density of polarization of the light flux is required. To do this, obviously, you need to use a set of fixtures with different types of polarizers 5, giving different polarization densities of the flows. The polarization density can be slightly changed if, for example, the polarizer 5 in the luminaire of Figure 1 is rotated 180 ° (a polarizer of this design has reversibility). However, such an approach to this problem is not always feasible from both an economic and a technical point of view (the fixtures may not always be necessary in the kit). Therefore, to expand the functionality of the device, FIG. 3 (FIG. 2) shows a polarizer with a tunable polarization density.

Работа устройств Фиг.2 и Фиг.3 похожа в том случае, если в двух секторном поляризаторе 5 угол поворота сектора 6а по отношению к сектору 6 равен нулю (φ=0). В этом случае сектор 6а находится в тени сектора 6, поэтому рассмотрим работу устройства с поляризатором Фиг.3.The operation of the devices of FIG. 2 and FIG. 3 is similar if the rotation angle of sector 6a with respect to sector 6 is zero in two sector polarizer 5 (φ = 0). In this case, sector 6a is in the shadow of sector 6, therefore, we consider the operation of the device with the polarizer of Figure 3.

Пусть поляризатор Фиг.3 находится в устройстве Фиг.1, вместо поляризатора с круговой решеткой диэлектрика 6 (Фиг.1, вид А). Работа такого светильника похожа на описанное выше устройство - Фиг.1. Однако, если сделать разрез светового потока в дальней зоне, перпендикулярный оптической оси 4 (расстояние от светильника до поверхности высадки семян растений), то в сечении получим размытое чередование полос плотности поляризации от максимума до минимума, которые можно обнаружить с помощью оптических приборов (на Фиг.2, Фиг.3 это не показано). Однако этот недостаток (Фиг.2) компенсируется простотой изготовления такого устройства.Let the polarizer of Figure 3 is in the device of Figure 1, instead of a polarizer with a circular array of dielectric 6 (Figure 1, view A). The operation of such a lamp is similar to the device described above - Figure 1. However, if we make a section of the light flux in the far zone perpendicular to the optical axis 4 (distance from the lamp to the planting surface of plant seeds), then in the cross section we obtain a blurred alternation of polarization density bands from maximum to minimum, which can be detected using optical instruments (in Fig. .2, Fig. 3 is not shown). However, this disadvantage (Figure 2) is compensated by the ease of manufacture of such a device.

Пусть угол φ≠0, секция 6а поляризатора 5 стала поворачиваться и выходить из тени секции 6. На Фиг.3 показан (условно) поворот секции 6а на угол φ=45°. При этом положении секций плотность поляризации, например, стала иметь равномерное распределение в сечении дальней зоны светового потока - перепады плотности поляризации исчезли, так как суммарная площадь поляризирующей поверхности увеличилась соответственно, а свободное прохождение неполяризированного света через решетку диэлектрика 6 уменьшилось примерно на половину. И при дальнейшем повороте секции 6а (от φ=45° к φ=90°) значение плотности поляризации в потоке возрастает до максимального значения, так как входной световой поток Ф уже полностью попадает на рабочие поляризирующие поверхности диэлектриков 6 и 6а. Далее световые потоки $${Ф}_1^1$$

и $${Ф}_1^{11}$$

на выходе устройства суммируются и направляются на растения.Let the angle φ ≠ 0, the section 6a of the polarizer 5 began to rotate and leave the shadow of section 6. Figure 3 shows (conditionally) the rotation of section 6a by an angle φ = 45 °. At this position of the sections, the polarization density, for example, began to have a uniform distribution in the cross section of the far zone of the light flux - the drops in polarization density disappeared, since the total area of the polarizing surface increased accordingly, and the free passage of unpolarized light through the grating of dielectric 6 decreased by about half. And with a further rotation of section 6a (from φ = 45 ° to φ = 90 °), the value of the polarization density in the flux increases to the maximum value, since the input light flux Ф already completely falls on the working polarizing surfaces of the dielectrics 6 and 6a. Further light streams $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{one}}$$

and $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{eleven}}$$

at the output of the device are summed up and sent to plants.

С помощью данной конструкции Фиг.3 можно в широких пределах устанавливать необходимое (оптимальное) значение плотности поляризации для определенных видов растений, что и расширяет функциональные возможности таких поляризаторов.Using this design of FIG. 3, it is possible to broadly establish the necessary (optimal) value of the polarization density for certain types of plants, which extends the functionality of such polarizers.

Рассмотрим работу пленочного однослойного поляризатора Фиг.4а. Пусть сформированный отражателем 2 (поляризатор Фиг.4а работает в системе Фиг.1) световой поток Ф падает на оптический вход поляризатора - прозрачную подложку 7. Если часть лучей Ф₀₁ из потока Ф попадает в зоны угла Брюстра, то возникший на границе раздела n₁/n₀ преломленный поляризированный поток $${Ф}_{01}^1$$

проходит через диэлектрик 7 и на границе раздела сред n₁/n₁ происходит увеличение плотности поляризация в потоке $${Ф}_{01}^1$$

(поляризатор 5 для потока $${Ф}_{01}^1$$

работает на просвет), а другая часть светового потока Ф₀₂, свободно (без преломления) пройдя через диэлектрик 7, на границе раздела сред n₁/n₀ (пленка/воздух) поляризуется в отраженном $${Ф}_2^{11}$$

и преломленном $${Ф}_2^1$$

потоках, и поступает на выход поляризатора 5. Плоскости поляризации световых лучей в этих потоках находятся под различными углами друг к другу - хаотично. Суммарный световой поток ( $$2{Ф}_1^1+{Ф}_2^1+{Ф}_2^{11}$$

) далее падает на растения.Consider the operation of a film single-layer polarizer Figa. Let the light flux Φ formed by the reflector 2 (the polarizer of Fig. 4a operates in the system of Fig. 1) be incident on the optical input of the polarizer — a transparent substrate 7. If a part of the rays Φ ₀₁ from the flux Φ falls into the zones of the Brewster angle, then n ₁ formed at the interface / n ₀ refracted polarized flux $$F_{01}^{\mathrm{one}}$$

passes through dielectric 7 and at the interface n ₁ / n ₁ there is an increase in the polarization density in the flow $$F_{01}^{\mathrm{one}}$$

(polarizer 5 for flow $$F_{01}^{\mathrm{one}}$$

works by light), and the other part of the light flux Ф ₀₂ , freely (without refraction) passing through the dielectric 7, at the media interface n ₁ / n ₀ (film / air) is polarized in the reflected $${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout>}}_2^{\mathrm{eleven}}$$

and refracted $${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout>}}_2^{\mathrm{one}}$$

flows, and arrives at the output of the polarizer 5. The plane of polarization of light rays in these flows are at different angles to each other - randomly. Total luminous flux ( $$2F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout>}}_2^{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout>}}_2^{\mathrm{eleven}}$$

) then falls on the plants.

Работа пленочного поляризатора Фиг.5 мало чем отличается от работы вышеизложенных устройств. Отличие состоит в том, что одна часть (Ф₀₁) светового потока попадает на совмещенный с отражателем 2 поляризатор 5 (Фиг.4б), поляризуется и отражается под различными углами к оптической оси 4, смешивается с другой неполяризированной частью Ф₀₂ светового потока ( $${Ф}_1^{11}+{Ф}_2^{11}+\dots +{Ф}_{м}^{11}+{Ф}_{02}$$

) и направляется на растения, (где $${Ф}_{\mathrm{1,2}\dots ,м}^{11}$$

- части поляризированного светового потока, отраженные от соответствующих границ раздела сред многослойного поляризатора, Фиг.4б).The operation of the film polarizer of Figure 5 is not much different from the work of the above devices. The difference is that one part (Ф ₀₁ ) of the light flux enters the polarizer 5 combined with the reflector 2 (Fig. 4b), is polarized and reflected at different angles to the optical axis 4, and is mixed with the other non-polarized part Ф _{02 of the} light flux ( $$F_{\mathrm{one}}^{\mathrm{eleven}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout>}}_2^{\mathrm{eleven}}+...+F_m^{\mathrm{eleven}}+F_{02}$$

) and sent to the plants, (where $${\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="F"\; filenames="00000015.png,00000019.png"\; state="\{\{state\}\}"><figure-callout\; id="2"\; label="F"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">F</figure-callout></figure-callout>}}_{\mathrm{1,2}...,m}^{\mathrm{eleven}}$$

- parts of the polarized light flux reflected from the respective media interfaces of the multilayer polarizer, Fig.4b).

Таким образом, в результате применения в светильнике поляризатора существенно увеличивается КПД ФАР электромагнитного светового потока, что приводит к ускорению фотосинтеза растений, сокращению сроков их вегетации, экономии электроэнергии, соответствующему упрощению конструкции светильника.Thus, as a result of the use of a polarizer in the luminaire, the efficiency of the PAR of the electromagnetic light flux increases, which leads to an acceleration of photosynthesis of plants, a reduction in the time of their vegetation, and energy saving, which simplifies the design of the luminaire.

Claims (3)

1. Светильник, содержащий излучатель с отражателем, отличающийся тем, что светильник снабжен поляризатором, расположенным на его оптическом выходе или на пути светового потока излучателя, причем поляризатор выполнен, например, в виде диэлектрической решетки или пленочным, нанесенным, например, на отражающую поверхность отражателя излучателя, при этом поляризирующий диэлектрик поляризатора имеет границы раздела сред, например, воздух-стекло, причем поверхности поляризации на границах раздела сред диэлектриков расположены под углом к падающим лучам излучателя и определяются зоной угла Брюстера.1. The lamp containing the emitter with a reflector, characterized in that the lamp is equipped with a polarizer located on its optical output or in the path of the light flux of the emitter, and the polarizer is made, for example, in the form of a dielectric grating or film, deposited, for example, on the reflective surface of the reflector a radiator, wherein the polarizing dielectric of the polarizer has media interfaces, for example, air-glass, and the polarization surfaces at the media’s interfaces are located at an angle to the emitting rays of the emitter and are determined by the zone of the Brewster angle. 2. Светильник по п.1, отличающийся тем, что в светильник с поляризатором в виде диэлектрической решетки введена подвижная секция поляризатора, например, совпадающая по конструкции с основной секцией поляризатора и подсоединенная параллельно к ней.2. The lamp according to claim 1, characterized in that a movable section of the polarizer is introduced into the lamp with a polarizer in the form of a dielectric grating, for example, coinciding in design with the main section of the polarizer and connected in parallel to it. 3. Светильник по п.1, отличающийся тем, что пленочный диэлектрический поляризатор выполнен однослойным или многослойным. 3. The lamp according to claim 1, characterized in that the film dielectric polarizer is made single-layer or multi-layer.

Images