(57)【要約】【課題】遠赤色光を含む照明光を利用した植物栽培において、遠赤色光の所望の光強度を実現し、赤色光の設定自由度を高める。【解決手段】植物栽培システム（１０）は、ＬＥＤ素子と、当該ＬＥＤ素子から出射された励起光を受けて発光する蛍光体とを含み、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有する遠赤色光を含む混色光を出射するマゼンタＬＥＤ（２０ａ）と、赤色光を出射する赤色光源（２０ｂ）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物栽培用の照明光を出射する照明装置であって、
半導体発光素子と、当該半導体発光素子から出射された励起光を受けて発光する蛍光体とを含み、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有する遠赤色光を含む混色光を出射する主光源と、
６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色光を出射する赤色光源とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記半導体発光素子は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長を有する青色光を上記励起光として出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
上記赤色光源へ供給される電力を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
上記主光源から出射される混色光に含まれる赤色光のピーク波長と、上記赤色光源から出射される赤色光のピーク波長との差は、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
上記主光源から出射された混色光と、上記赤色光源から出射された赤色光とを導光して混合する導光部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工光を利用して植物を栽培するための照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
農業技術の高度化に伴い、植物工場へのニーズが高まっている。植物工場は天候などの影響を受けにくいため、植物の周年・計画生産が可能である。特に、レタス等の葉菜類は、栽培に必要な光量が低く、植物工場での栽培が進んでいる。
【０００３】
植物工場で現在利用されている人工光は、コスト、性能などの点で有利な蛍光管によるものが主流である。しかしながら、今後、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）の性能が向上し、さらなる低コスト化が達成されれば、人工光としてＬＥＤを用いて栽培を行うことが主流になることも考えられる。
【０００４】
ところで、植物の栽培に用いられる人工光は、必ずしも単色光である必要はなく、互いに波長の異なる複数の光であってもよい。互いに波長の異なる複数の光を利用する発明の一例が、下記の特許文献１に開示されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１には、赤色光を照射する第１の光源と、遠赤色光を照射する第２の光源と、これらの光源の照射動作を制御する制御部と、制御部に対してこれらの光源に照射動作させる時間帯を設定する時間設定部とを備え、日没付近の時間帯において赤色光と遠赤色光とを作物に対して連続的に照射する作物育成システムについて記載されている。
【０００６】
特許文献１に示される作物育成システムは、赤単色光を出射する赤色ＬＥＤと遠赤色単色光を出射する遠赤色ＬＥＤとを利用して植物を栽培する。上記作物育成システムのように、植物工場に利用するための単色ＬＥＤの光質に関する研究では、現在、赤色光、遠赤色光、および、青色光について広く検討されている。特に、波長６６０ｎｍ近傍にピーク波長を有する赤色光と、波長７３５ｎｍ近傍にピーク波長を有する遠赤色光とを用いることにより、開花制御、成長促進などが実現できることが明らかになりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−７０６４２号公報（２０１２年４月１２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、遠赤色ＬＥＤは光強度が小さいものが多いため、実用レベルには程遠い。このため、赤色ＬＥＤと遠赤色ＬＥＤとを栽培に利用する場合、栽培種によっては光強度が足りない可能性がある。また、遠赤色ＬＥＤは供給メーカーが少ないため、高価である。また、所望の光量を実現するために遠赤色ＬＥＤの個数を増加させた場合、さらなるコスト増大を招くことが考えられる。
【０００９】
以上のように、赤色ＬＥＤと遠赤色ＬＥＤとを植物工場に導入する場合、低コスト化が難しく、これらのＬＥＤを利用する植物工場の市場規模が大きくならない限り、収益を上げることは困難である。
【００１０】
さらに、上記作物育成システムでは、赤色ＬＥＤのみを用いて、作物に照射する光の赤色領域のスペクトルを決定しているため、赤色領域のスペクトルを制御するための自由度が低いという問題がある。
【００１１】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、遠赤色光を含む照明光を利用した植物栽培において、遠赤色光の所望の光強度を実現することが容易であり、植物に照射される赤色光のスペクトルの設定自由度が高い照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る照明装置は、植物栽培用の照明光を出射する照明装置であって、半導体発光素子と、当該半導体発光素子から出射された励起光を受けて発光する蛍光体とを含み、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有する遠赤色光を含む混色光を出射する主光源と、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色光を出射する赤色光源とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、植物栽培用の照明装置として実用的な光量の遠赤色光を植物体に対して照射することができるとともに、照明光に含まれる赤色光のスペクトルの設計自由度を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る植物栽培システムの概略構成を示す図である。
【図２】上記植物栽培システムが備える照明装置における、マゼンタＬＥＤと赤色ＬＥＤとを混合させて用いた光源ユニットの構成を示す図である。
【図３】上記マゼンタＬＥＤの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は上記マゼンタＬＥＤのスペクトルを示す図であり、（ｂ）は上記赤色ＬＥＤのスペクトルを示す図であり、（ｃ）は上記マゼンタＬＥＤのスペクトルと上記赤色ＬＥＤのスペクトルとを合成したスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は上記マゼンタＬＥＤのスペクトルを示す図であり、（ｂ）はピーク波長をずらした赤色ＬＥＤのスペクトルを示す図であり、（ｃ）は上記マゼンタＬＥＤのスペクトルと、ピーク波長をずらした赤色ＬＥＤのスペクトルとを合成したスペクトルを示す図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態を示す図であり、（ａ）は曲面導光板を備えた植物栽培システムを示す図であり、（ｂ）は平板導光板を備えた植物栽培システムを示す図である。
【図７】上記マゼンタＬＥＤおよび上記赤色ＬＥＤの下部に上記拡散板を設けた構成を示す図である。
【図８】上記導光板を備えた植物栽培システムにおける光源ユニットの構成を示す図である。
【図９】上記導光板の端部におけるマゼンタＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態の植物栽培システム（照明装置）１０は、例えば、閉鎖型の人工光利用型の植物工場で用いられる栽培システム（植物育成用栽培棚）である。
【００１６】
植物栽培システム１０は、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射されるマゼンタ光（混合光）および赤色ＬＥＤ（赤色光源）２０ｂから出射される赤色光を植物体５０に照射することにより、植物体５０を栽培するシステムである。以下の説明では、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射されるマゼンタ光と、赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される赤色光とを合わせた光を照明光と称する。
【００１７】
上記マゼンタ光には、遠赤色光が含まれており、植物体５０に遠赤色光を照射することができる。
【００１８】
また、植物栽培システム１０では、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を調節することにより、出射される赤色光の光強度を変化させることができる。このため、植物栽培システム１０では、植物に照射される赤色光と遠赤色光との比率を自在に調整することができる。
【００１９】
なお、本発明は、人工光を利用して植物を栽培する栽培施設において用いられる照明装置および栽培システムに関するものである。人工光を利用した栽培とは、栽培のための光の少なくとも一部に人工光が用いられている栽培を意味し、太陽光を全く用いない栽培を意味するわけではない。太陽光と人工光とを組み合わせて栽培する場合にも、本発明は適用可能である。
【００２０】
（植物栽培システム１０の構成）
図１は、植物栽培システム１０の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、植物栽培システム１０は、照明装置１、空調装置４、栽培容器５および制御装置（制御部）６を備えている。
【００２２】
照明装置１は、植物体５０を栽培するための光を出射する光源として、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂを基板上に備えた光源ユニット２を備えている。この光源ユニット２は、栽培容器５および植物体５０の上方に配置されている。光源ユニット２の詳細については後述する。
【００２３】
また、光源ユニット２の反対側（上側）には、冷却板３が配設されている。冷却板３は、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂが発した熱を放散させるための部材であり、金属（例えば、鉄、銅、アルミニウム）など、熱伝導性の高い物質からなるものである。なお、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂの放熱に問題がない場合、冷却板３は配設されていなくてもよい。
【００２４】
空調装置４は、栽培室７の内部の温度を調節するエアコンである。また、空調装置４は、栽培室７の内部の空気を循環させる送風機としても機能する。
【００２５】
栽培容器５は、培養土または栽培用の固形培地（ロックウール、ウレタン、スポンジなど）を入れるためのプランターであってもよいし、植物体５０を保持するとともに水耕栽培用の培養液を貯める水槽であってもよい。
【００２６】
制御装置６は、照明装置１の照度および空調装置４の空調温度および風量を制御する。また、制御装置６は、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を制御する。なお、照明装置１を制御する制御装置を、空調装置４を制御する制御装置とは別に、照明装置１の一部として設けてもよい。
【００２７】
（光源ユニット２の構成）
光源ユニット２の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、図１に示す光源ユニット２の詳細な構成の一例を示す図である。図２に示すように、光源ユニット２は、複数のマゼンタＬＥＤ（主光源）２０ａと複数の赤色ＬＥＤ（赤色光源）２０ｂとを混合させて基板上に備えている。
【００２８】
具体的には、図２に示す例では、光源ユニット２の基板上に、マゼンタＬＥＤ２０ａの列と赤色ＬＥＤ２０ｂの列とが１列ずつ交互に複数列形成されている。マゼンタＬＥＤ２０ａの列は３列形成されており、赤色ＬＥＤ２０ｂの列は２列形成されている。マゼンタＬＥＤ２０ａの列はそれぞれ、マゼンタＬＥＤ２０ａを４個含んでいる。一方、赤色ＬＥＤ２０ｂの列はそれぞれ、赤色ＬＥＤ２０ｂを２個含んでいる。したがって、図２に示す光源ユニット２は、マゼンタＬＥＤ２０ａを１２個含み、赤色ＬＥＤ２０ｂを４個含んでいる。
【００２９】
なお、光源ユニット２の基板上のＬＥＤの配置は、図２に示す配置に限定されない。例えば、光源ユニット２は、図２に示すような列を形成せず、マゼンタＬＥＤ２０ａと赤色ＬＥＤ２０ｂとが市松模様を形成するように構成されていてもよい。ただし、ＬＥＤの配置に偏りがある場合、植物体５０に照射される光質の分布にも偏りが生じるため、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂは、可能な限り、前後および左右に対称に配置することが望ましい。
【００３０】
また、光源ユニット２が備えるマゼンタＬＥＤ２０ａと赤色ＬＥＤ２０ｂとの個数の比率も、図２に示す比率に限定されない。植物体５０に対して所望の比率の赤色光と遠赤色光とを照射するために、マゼンタＬＥＤ２０ａと赤色ＬＥＤ２０ｂとの個数の比率を適宜変更すればよい。
【００３１】
ただし、植物栽培システム１０では、マゼンタＬＥＤ２０ａを栽培のための主要な光源として用い、赤色ＬＥＤ２０ｂをマゼンタＬＥＤ２０ａの補光として用いるため、マゼンタＬＥＤ２０ａの個数は赤色ＬＥＤ２０ｂの個数よりも多い方が望ましい。
【００３２】
また、図２では、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂとして小銭型のＬＥＤを示しているが、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂは、表面実装型のＬＥＤ、砲弾型のＬＥＤなどであってもよい。
【００３３】
なお、光源ユニット２が備える赤色光源は赤色ＬＥＤ２０ｂのみに限定されるものではなく、光源ユニット２は、例えば、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、キセノンランプ、ＥＬ（Electro-Luminescence）素子などを赤色光源として含んでいてもよい。
【００３４】
（マゼンタＬＥＤ２０ａの構成）
マゼンタＬＥＤ２０ａの構成について、図３に基づいて説明する。図３は、図２に示すマゼンタＬＥＤ２０ａの詳細な構成を示す断面図である。
【００３５】
図３に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａは、ＬＥＤ素子（半導体発光素子、ＬＥＤチップ）９１を備え、ＬＥＤ素子９１の周囲に蛍光体粒子（蛍光体）９０が散在されている。ＬＥＤ素子９１および蛍光体粒子９０は、封止材９２によって封止されている。なお、便宜上、ＬＥＤ素子９１、蛍光体粒子９０、および封止材９２を１つの部材として見なし、発光部９３と称することにする。
【００３６】
ＬＥＤ素子９１は、例えば、励起光としての青色光（波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を出射する。
【００３７】
蛍光体粒子９０は、上記青色光によって励起され、赤色の波長にピークを有する蛍光を発する。蛍光体粒子９０として、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系の成分を有する赤蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系の成分を有する赤蛍光体などを使用することができる。ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系の成分を有する赤蛍光体は、６５０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の波長範囲に発光ピークを有する光を出射する。（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系の成分を有する赤蛍光体は、６２０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長範囲に発光ピークを有する光を出射する。
【００３８】
そして、ＬＥＤ素子９１から出射した励起光が蛍光体粒子９０に照射されることによって蛍光が発生し、当該励起光および蛍光が発光部９３から出射される。したがって、マゼンタＬＥＤ２０ａは、青色光、赤色光、および遠赤色光の混合光であるマゼンタ光を出射する。当該マゼンタ光における、波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光の光合成光量子束と、波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光の光合成光量子束との比率は、１：０．５〜１：１０であることが好ましい。
【００３９】
以上のように、マゼンタＬＥＤ２０ａは、青色光を出射するＬＥＤ素子９１と、当該ＬＥＤ素子９１から出射された青色光を受けて発光する蛍光体粒子９０とを含んだ複合ＬＥＤである。青色光を出射するＬＥＤ素子９１は、遠赤色光を単色光として出射するＬＥＤ素子よりも強度の高い光を出射することができる。
【００４０】
そのため、マゼンタＬＥＤ２０ａは、遠赤色光を単色光として出射するＬＥＤ素子よりも光強度の高い遠赤色光を出射することができ、植物栽培において実用的な光強度を有する遠赤色光を照射することが可能となる。
【００４１】
また、マゼンタＬＥＤ２０ａは、単体で赤色光、青色光、遠赤色光の３波長を出射できる低価格で効率的な照明デバイスである。
【００４２】
（マゼンタＬＥＤ２０ａのスペクトル特性）
次に、マゼンタＬＥＤ２０ａのスペクトル特性について、図４の（ａ）に基づいて説明する。図４の（ａ）は、マゼンタＬＥＤ２０ａが出射する光のスペクトルを示すグラフである。図４の（ａ）の横軸は波長を示し、縦軸は光合成光量子束密度（ＰＰＦ：Photosynthetic Photon Flux density）を示す。
【００４３】
図４の（ａ）に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａは、互いに異なるピーク波長を有する複数種類の光を出射する光源である。具体的には、マゼンタＬＥＤ２０ａは、波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光、波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光、および、波長７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の遠赤色光を出射する。本実施形態では、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長は６６０ｎｍである。また、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射される赤色光、青色光、および、遠赤色光の光量の比率は、一例としては、１：１：０．２７である。なお、マゼンタＬＥＤ２０ａの遠赤色光の波長領域は、任意の波長においてピークを有していてもよいし、特にピークを有していなくてもよい。
【００４４】
図４の（ａ）に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａが出射する赤色光は波長領域が広く、赤色領域のスペクトルの裾野として、７００ｎｍ以上の遠赤色光の波長領域まで含む。この点が、通常の赤色光のみを出射する赤色ＬＥＤ２０ｂとは異なる点である。
【００４５】
（赤色ＬＥＤ２０ｂのスペクトル特性）
次に、赤色ＬＥＤ２０ｂのスペクトル特性について、図４の（ｂ）に基づいて説明する。図４の（ｂ）は、赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する光のスペクトルを示すグラフである。横軸は波長、縦軸はＰＰＦを示す。図４の（ｂ）に示すように、赤色ＬＥＤ２０ｂは、波長６００〜７００ｎｍにピークを有する赤単色光を出射する。本実施形態では、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長は６６０ｎｍである。
【００４６】
以上のように、本実施形態は、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長と、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長とが、いずれも６６０ｎｍで同値であることを特徴としている。上記のようにピーク波長は同値であることが望ましいが、±１０ｎｍ程度の範囲内であれば、互いにピーク波長がずれていてもよい。
【００４７】
（赤色光と遠赤色光の比率の制御）
以上のように、光源ユニット２は、光源としてマゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂを基板上に備えている。それゆえ、植物体５０に対して照射される光は、マゼンタＬＥＤ２０ａが出射する光と、赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する光とが合成されたものとなる。
【００４８】
上述のように、制御装置６は、赤色ＬＥＤ２０ｂに供給する電力を調節するように構成されている。ここで、マゼンタＬＥＤ２０ａと赤色ＬＥＤ２０ｂとは、それぞれ別系統で駆動される。そして、制御装置６は、マゼンタＬＥＤ２０ａへ一定の電力を供給する一方で、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を調節することにより、赤色ＬＥＤ２０ｂの光強度を調整する。この構成により、照明光に含まれる赤色光と遠赤色光との光量の比率（以下、Ｒ／ＦＲと称する）を調整できる。
【００４９】
なお、制御装置６は、赤色ＬＥＤ２０ｂへ一定の電力を供給する一方で、マゼンタＬＥＤ２０ａへ供給する電力を調節することにより、Ｒ／ＦＲを調整してもよい。また、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力およびマゼンタＬＥＤ２０ａへ供給する電力の両方を調節することにより、Ｒ／ＦＲを調整してもよい。
【００５０】
ただし、マゼンタＬＥＤ２０ａは赤色光および遠赤色光を混合光として出射するため、制御装置６がマゼンタＬＥＤ２０ａへ供給する電力を変化させた場合、赤色光の波長領域と遠赤色光の波長領域とが同時に変化してしまい、Ｒ／ＦＲを適切なものに調整することが困難となる。したがって、制御装置６は、マゼンタＬＥＤ２０ａへ一定の電力を供給する一方で、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を調節することにより、Ｒ／ＦＲを調整する方が望ましい。
【００５１】
なお、光源ユニット２に搭載するマゼンタＬＥＤ２０ａと赤色ＬＥＤ２０ｂの個数の比率を調節することによりＲ／ＦＲを調整してもよい。また、スペクトル調整シートを用いてＲ／ＦＲを調整してもよい。
【００５２】
（合成された光のスペクトル）
以上のように、植物体５０に対して照射される照明光は、マゼンタＬＥＤ２０ａが出射する光と、赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する光とが合成されたものである。
【００５３】
図４の（ｃ）は、図４の（ａ）に示すマゼンタＬＥＤ２０ａが出射する光と、図４の（ｂ）に示す赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する光とが合成された光のスペクトルを示すグラフである。
【００５４】
図４の（ａ）に示すマゼンタＬＥＤ２０ａのスペクトルは、赤色領域になだらかな傾斜を有する。このスペクトルに対し、図４の（ｂ）に示す赤色ＬＥＤ２０ｂの赤単色光のスペクトルを合成することにより、図４の（ｃ）に示すように、波長６６０ｎｍに大きくピークの立ったスペクトルを得ることができる。
【００５５】
したがって、本実施形態では、赤色領域に大きくピークの立った光が植物体５０に対して照射される。
【００５６】
（栽培方法の概要）
次に、植物栽培システム１０を用いた植物栽培方法の概要について、図１に基づいて説明する。
【００５７】
当該植物栽培方法では、人工光を利用する植物栽培用の空間である栽培室７において、光合成に必要な波長範囲の光として、光源ユニット２から出射される赤色光、青色光、および、遠赤色光を定植後の植物体５０に照射する。
【００５８】
具体的には、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射される赤色光、青色光、および、遠赤色光、ならびに、赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される赤色光を植物体５０に照射する。すなわち、植物体５０に対して照射される光は、マゼンタＬＥＤ２０ａの光質と赤色ＬＥＤ２０ｂの光質との二種の光質が合成されたものとなる。
【００５９】
植物体５０に対して照射される光のＲ／ＦＲは、制御装置６により赤色ＬＥＤ２０ｂに供給する電力を調節し、それにより赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される赤色光の光強度を変化させることにより調整する。
【００６０】
昼夜のサイクルは、植物体５０の種類によって適宜設定する。例えば、植物体５０が短日植物の場合は、短日条件の光環境を実現するように制御装置６によって光源ユニット２を制御し、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂの光量を調節する。昼夜のサイクルは、例えば、明期１２時間、暗期１２時間であるが、これに限定されない。
【００６１】
昼夜のサイクルに伴って、栽培室７の内部の温度も調節する。この温度調節は、制御装置６の制御下において空調装置４が行う。栽培室７の内部の温度は、例えば、明期２５℃、暗期１０℃に設定する。
【００６２】
その他の栽培条件（培養土の組成、給肥条件など）については、公知の条件を用いればよい。
【００６３】
（効果）
以上のように、植物栽培システム１０は、光源としてマゼンタＬＥＤ２０ａを備えている。ここで、マゼンタＬＥＤ２０ａは、赤色光、青色光、および、遠赤色光を混色光として出射する低価格かつ効率的なデバイスである。したがって、赤単色光を出射する赤色ＬＥＤと、遠赤色単色光を出射する遠赤色ＬＥＤとを組み合わせて用いる場合に比べ、赤色光および遠赤色光の光強度（特に、遠赤色光の光強度）を高いレベルに維持することが容易になる。また、マゼンタＬＥＤ２０ａは、遠赤色ＬＥＤよりも低価格なデバイスであるため、低コストな栽培が可能となる。
【００６４】
ここで、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射される光は遠赤色光を含むため、マゼンタＬＥＤ２０ａのみを用いて植物を栽培する場合、栽培種によっては赤色光に対する遠赤色光の光量の比率が過剰となり、徒長してしまうという問題が考えられる。
【００６５】
仮に、マゼンタＬＥＤ２０ａに供給する電力を変化させたとしても、スペクトル全体が上下してしまい、Ｒ／ＦＲは大きく変化しない。したがって、マゼンタＬＥＤ２０ａのみを用いた場合、植物体５０に対して照射される光のＲ／ＦＲを調整することは困難である。
【００６６】
そこで、植物栽培システム１０では、マゼンタＬＥＤ２０ａに加えて赤色ＬＥＤ２０ｂを光源として設けている。そして、制御装置６は、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を調節することにより、赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される赤色光の光強度を変化させる。
【００６７】
上記の構成によれば、照明光のＲ／ＦＲを容易に調整することができ、照明光のスペクトルに含まれる赤色光のピークの形状を変化させることができる。植物体５０の栽培種によっては、栽培のために最適なＲ／ＦＲがある。このような場合に、最適なＲ／ＦＲを有する照明光を照射することが可能となる。
【００６８】
また、赤色領域を調整するためには、制御装置６が赤色ＬＥＤ２０ｂに供給する電力を調節するのみで十分であるため、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂの両方を制御する構成と比較して、制御装置６の構成を簡素にすることができる。
【００６９】
そして、本実施形態では、特に、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長（６６０ｎｍ）が、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長（６６０ｎｍ）と等しい。このため、２種の光が合成された光のスペクトルは、波長６６０ｎｍに大きくピークの立ったスペクトルとなる。植物の栽培においては、このように大きくピークの立ったスペクトルを有する光の方が、赤色領域においてなだらかな傾斜を有するスペクトルを有する光よりも適している可能性がある。
【００７０】
ただし、各ピーク波長を互いにずらしたＬＥＤを栽培のための光源として用いることも可能である。以下の実施形態２では、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長と、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長とを互いにずらした場合の例について説明する。
【００７１】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
本実施形態がその構成において実施形態１と異なる点は、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長が６２０ｎｍである点である。すなわち、本実施形態では、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射されるマゼンタ光に含まれる赤色光のピーク波長と、赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される赤色光のピーク波長とが互いに異なっている。なお、制御装置６が、赤色ＬＥＤ２０ｂへ供給する電力を調節することにより、合成後の光のＲ／ＦＲを調整する点については、実施形態１と同様である。
【００７３】
図５の（ａ）は、マゼンタＬＥＤ２０ａが出射するマゼンタ光のスペクトルを示すグラフである。本実施形態におけるマゼンタＬＥＤ２０ａは、実施形態１におけるマゼンタＬＥＤ２０ａと同じものあり、マゼンタＬＥＤ２０ａから出射されるマゼンタ光に含まれる赤色光のピーク波長は６６０ｎｍである。
【００７４】
一方、図５の（ｂ）は、本実施形態における赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する光のスペクトルを示すグラフである。図５の（ｂ）に示すように、本実施形態では、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長が６２０ｎｍであり、実施形態１における赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長である６６０ｎｍとは異なる。
【００７５】
図５の（ｃ）は、図５の（ａ）に示すマゼンタＬＥＤ２０ａが出射するマゼンタ光と、図５の（ｂ）に示す赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する赤色光とが合成された光のスペクトルを示すグラフである。図５の（ｃ）に示すように、合成後の光の赤色領域のスペクトルは、６２０ｎｍのピークと６６０ｎｍとのピークの２つのピークを有する。実施形態１では照明光に含まれる赤色光のピーク波長の差は１０ｎｍ以内であったが、本実施形態では４０ｎｍの差となっている。
【００７６】
このように、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長を用途に応じて適切なものに変更すれば、照明光が有するスペクトルの赤色領域の形状を容易に変化させることができる。例えば、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長を変更することにより、出射される赤色光の波長領域の裾野を広げたり、ピークの形状を変化させたり、ピークを２つ持たせたりすることができる。一方、ピーク波長をずらさなければ、実施形態１の図４の（ｃ）に示すように、よりピーキーなピーク形状とすることができる。
【００７７】
そして、制御装置６が赤色ＬＥＤ２０ｂの光強度を調整するため、さらに多様なスペクトル形状を有する光が得られる。例えば、図５の（ｃ）に示す合成後の光のスペクトルでは、マゼンタＬＥＤ２０ａが元々有している６６０ｎｍのピーク波長に由来するピークが残存している。この状態において、赤色ＬＥＤ２０ｂの光強度を強めることにより、合成後の光において、赤色ＬＥＤ２０ｂが出射する赤色光のスペクトルの裾野が、マゼンタＬＥＤ２０ａの６６０ｎｍのピークを覆うようにすることができる。このように、栽培種、用途などに応じて赤色ＬＥＤ２０ｂの光強度を調整することにより、多様なスペクトル形状を得ることが可能となる。
【００７８】
なお、上述の説明では、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長を６６０ｎｍとし、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長を６２０ｎｍとしているが、ピーク波長は互いに逆の値であってもよい。すなわち、マゼンタＬＥＤ２０ａの赤色領域のピーク波長を６２０ｎｍとし、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長を６６０ｎｍとしてもよい。
【００７９】
また、マゼンタＬＥＤ２０ａのピーク波長と、赤色ＬＥＤ２０ｂのピーク波長との組み合わせは、６６０ｎｍと６２０ｎｍの組み合わせに限定されず、異なる値の組み合わせであってもよい。
【００８０】
本発明は、実施形態１および本実施形態のようなＬＥＤ直下型の栽培方式に対しても適用可能である一方で、導光板方式の栽培方式に対しても適用可能である。本発明は、マゼンタＬＥＤ２０ａの光と赤色ＬＥＤ２０ｂの光とを合成して植物体５０に照射するため、導光板方式の栽培方式に対して適用する方が本発明により適していると考えられる。
【００８１】
そこで、以下の実施形態３では、上記植物栽培システム１０が導光板を備えた場合の例について説明する。
【００８２】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について図６〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、上述した各実施形態と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の植物栽培システム１００・１０１がその構成において上述した各実施形態と異なる点は、導光板（導光部材）６０（６０ａ・６０ｂ）が配置されている点である。また、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂを含む光源ユニット７０は、自身が出射する光を導光板６０に入光させるため、当該導光板６０の両端面にそれぞれ配置されている。このため、本実施形態では、光源ユニット７０から植物体５０へ直接的に光を照射して栽培するのではなく、導光板６０を介し、当該導光板６０の面発光による光を照射することにより植物体５０を栽培する。
【００８４】
なお、本実施形態で光源として用いる赤色ＬＥＤ２０ｂは、上述した各実施形態のいずれのピーク波長を有するものであってもよい。
【００８５】
図６の（ａ）は、導光板６０の一例として曲面導光板６０ａを備えた植物栽培システム１００を示す図である。図６の（ａ）に示すように、植物栽培システム１００では、栽培容器５および植物体５０を上方から覆うように曲面導光板６０ａが配されている。また、曲面導光板６０ａの端面には、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂを含む光源ユニット７０が配置されている。
【００８６】
一方、図６の（ｂ）は、導光板６０の別の例として平板導光板６０ｂを備えた植物栽培システム１０１を示す図である。図６の（ｂ）に示すように、植物栽培システム１０１では、栽培容器５および植物体５０の上方に平板導光板６０ｂが配置されている。また、平板導光板６０ｂの端面（側面）には、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂを含む光源ユニット７０が配置されている。
【００８７】
なお、導光板６０の形状は、上記曲面導光板６０ａまたは上記平板導光板６０ｂの形状のいずれかに限定されるわけではなく、光を自身に入光させ、面発光させる光学部材であれば、他の形状を有するものであってもよい。
【００８８】
導光板６０としては、光を導光させるものであればよいが、特に透明な素材を用いることが好ましい。例えば、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）等の（メタ）アクリル系樹脂、「ゼオノア」（登録商標、日本ゼオン株式会社製）等のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）、及びポリカーボネート等の透明樹脂を用いることができる。
【００８９】
上記の説明では、端面に光源が配置された導光板６０を備える場合について説明した。一方、図７に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂの下部に拡散板（拡散部材）６１を備える構成であってもよい。拡散板６１は、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される光を拡散させることにより、照射対象を均一な明るさで照らすための光学部材である。
【００９０】
拡散板６１が光源（マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂ）の下部に配置されていることにより、当該光源から出射される光を拡散させることができ、その結果、各々の植物体５０に均一な光を照射することができる。また、拡散板６１などの光学部材を光源の下部に備えることにより、光源（ＬＥＤ）を保護することができる。
【００９１】
上記拡散板６１の厚みは数ミリ程度である。拡散板６１は、例えば、基材としての透明樹脂と、この透明樹脂の中に分散された光散乱剤とから構成されている。
【００９２】
上記透明樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。
【００９３】
また、上記光散乱剤としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタニアなどの酸化物からなる微粒子、または、炭酸カルシウムおよび硫酸バリウムなどの微粒子を使用することができる。また、上記光散乱剤として、アクリル樹脂、スチレン樹脂などの樹脂からなる粒子を用いてもよい。
【００９４】
（光源ユニット７０の構成）
図８は、本実施形態に係る光源ユニット７０の構成を示す図である。マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂは、光源ユニット７０の基板７１上に、図８に示す配置で備えられている。具体的には、基板７１の長軸方向に沿ってＬＥＤの列が１列形成されており、当該列の中心に赤色ＬＥＤ２０ｂが配置されている。ここで、当該列は、マゼンタＬＥＤ２０ａを４個、赤色ＬＥＤ２０ｂを１個含んでいる。光源ユニット７０は、基板７１の長軸方向が、導光板６０の端面の長軸方向に一致するように配置される。
【００９５】
本実施形態においても、上述した各実施形態と同様に、マゼンタＬＥＤ２０ａを栽培のための主要な光源として用い、赤色ＬＥＤ２０ｂをマゼンタＬＥＤ２０ａの補光として用いる。このため、図８に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａの個数は、赤色ＬＥＤ２０ｂの個数よりも多い方が望ましい。
【００９６】
図９は、導光板６０の端部におけるマゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂの配置を示す図である。図９に示すように、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂから出射された２種の光は、導光板６０に入光し、導光板６０の内部で混合される。ここで、導光板６０の外側の面には、光の出射を妨げるための図示しない加工処理が施されているため、導光板６０の内側の面（植物体５０に対向する面）が光を出射する光出射面になっている。したがって、導光板６０の内部で混合された光は、光出射面から出射され、被照射体として導光板６０の下部に配されている植物体５０に対して多方向から照射される。
【００９７】
（効果）
以上のように、本実施形態では、マゼンタＬＥＤ２０ａおよび赤色ＬＥＤ２０ｂから出射される２種の光を導光板６０の内部で一旦混合し、混合した光を植物体５０に対して照射する。
【００９８】
それゆえ、植物の栽培において異なる波長範囲の光を出射する複数のＬＥＤを組み合わせて利用する場合に、通常生じる植物への照射ムラを解消することができる。
【００９９】
（まとめ）
本発明の一態様に係る照明装置（植物栽培システム１０）は、植物栽培用の照明光を出射する照明装置であって、
半導体発光素子（ＬＥＤ素子９１）と、当該半導体発光素子から出射された励起光を受けて発光する蛍光体（蛍光体粒子９０）とを含み、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有する遠赤色光を含む混色光を出射する主光源（マゼンタＬＥＤ２０ａ）と、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色光を出射する赤色光源（赤色ＬＥＤ２０ｂ）とを備える。
【０１００】
上記の構成によれば、主光源から７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有する遠赤色光を含む混色光が出射される。この主光源は、半導体発光素子と、当該半導体発光素子から出射された励起光を受けて発光する蛍光体とを含んでおり、単色光として遠赤色光を出射するＬＥＤよりも光強度の高い遠赤色光を出射することができる。そのため、植物栽培用の照明装置として実用的な光量の遠赤色光を植物体に対して照射することができる。
【０１０１】
また、赤色光源からは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色光が出射される。
【０１０２】
それゆえ、赤色光源の個数の変更、または赤色光源から出射される光の量の調整、もしくはその両方により、照明光全体における赤色光の割合を変更することができる。また、用途に応じて、適切なピーク波長の光を出射する赤色光源を選定することにより、照明光（特に赤色光）のスペクトルを所望のものに規定することができ、照明光のスペクトルの設計自由度を高めることができる。
【０１０３】
なお、主光源から出射された混色光と赤色光源から出射された赤色光とを含む光を照明光と称することにする。
【０１０４】
さらに、本発明の一態様に係る照明装置において、上記半導体発光素子は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長を有する青色光を上記励起光として出射してもよい。
【０１０５】
上記の構成により、青色光を含む混色光を照明光の一部として植物体に照射することができる。青色光（特に、波長４２０〜５００ｎｍ）を植物に照射することにより、光形態形成を促進できる。
【０１０６】
さらに、本発明の一態様に係る照明装置は、上記赤色光源へ供給される電力を制御する制御部（制御装置６）を備えていてもよい。
【０１０７】
上記の構成によれば、制御部が赤色光源へ供給される電力を制御することにより、赤色光源の光量を調節することができる。それゆえ、植物に対して照射される照明光に含まれる赤色光と遠赤色光との比率を容易に調整することができる。
【０１０８】
さらに、本発明の一態様に係る照明装置において、上記主光源から出射される混色光に含まれる赤色光のピーク波長と、上記赤色光源から出射される赤色光のピーク波長との差は、１０ｎｍ以下であってもよい。
【０１０９】
上記の構成によれば、主光源から出射される混色光に含まれる赤色光のピーク波長と、赤色光源から出射される赤色光のピーク波長とはほぼ等しい値である。
【０１１０】
よって、主光源から出射された混色光に含まれる赤色光のピークと、赤色光源から出射された赤色光のピークとを重なることにより、赤色光のピークを一方のみの場合よりも大きくすることができる。植物の栽培においては、このように顕著なピークの立った赤色光の方が、赤色領域においてなだらかなピークを有する赤色光よりも適している可能性がある。
【０１１１】
さらに、本発明の一態様に係る照明装置において、上記主光源から出射される混色光に含まれる赤色光のピーク波長と、上記赤色光源から出射される赤色光のピーク波長との差は、１０ｎｍよりも大きくてもよい。
【０１１２】
上記の構成によれば、主光源から出射される混色光に含まれる赤色光のピーク波長と、赤色光源から出射される赤色光のピーク波長との差が１０ｎｍよりも大きく、赤色領域に２つのピークを有する照明光を実現できる。
【０１１３】
さらに、本発明の一態様に係る照明装置は、上記主光源から出射された混色光と、上記赤色光源から出射された赤色光とを導光して混合する導光部材（導光板６０）を備えていてもよい。
【０１１４】
上記の構成によれば、主光源から出射された混色光と、赤色光源から出射された赤色光とが導光部材によって導光されることにより混ぜ合わせられる。
【０１１５】
したがって、異なる波長を有する光源を複数組み合わせて利用する場合に通常生じる、照射対象である植物への照射ムラを解消することができる。
【０１１６】
（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、植物工場など、人工照明光により植物を栽培するときに用いる照明装置として利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
６    制御装置（制御部）
１０    植物栽培システム（照明装置）
２０ａ  マゼンタＬＥＤ（主光源）
２０ｂ  赤色ＬＥＤ（赤色光源）
６０    導光板（導光部材）
６０ａ  曲面導光板（導光部材）
６０ｂ  平板導光板（導光部材）
９０    蛍光体粒子（蛍光体）
９１    ＬＥＤ素子（半導体発光素子）
１００    植物栽培システム（照明装置）
１０１    植物栽培システム（照明装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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