(57)【要約】【課題】収穫を多くするのに適した人口光を発生する植物育成用照明装置、あるいはそれを用いた植物育成装置あるいは植物育成方法を提供することである。【解決手段】  植物の側部から前記照射対象植物に向けて前記人口光を照射する植物育成用照明装置であって、前記植物育成用照明装置は、前記人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、前記ＬＥＤ回路に、電流値の大きい第１期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第２期間とを有して周期的に変化するＬＥＤ駆動電流を供給するＬＥＤ駆動回路と、を備え、周期的に電流値が変化する前記ＬＥＤ駆動電流に基づいて、強度が周期的に変化する前記人口光が前記照射対象植物に照射される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。【選択図】図１
2018167905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人口光の照射対象植物の側部から前記照射対象植物に向けて前記人口光を照射する植物育成用照明装置であって、
前記植物育成用照明装置は、前記人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、
前記ＬＥＤ回路に、電流値の大きい第１期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第２期間とを有して周期的に変化するＬＥＤ駆動電流を供給するＬＥＤ駆動回路と、を備え、
周期的に電流値が変化する前記ＬＥＤ駆動電流に基づいて、強度が周期的に変化する前記人口光が前記照射対象植物に照射される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物が植えつけられている畝に沿って前記ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子が配置されている、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物の茎に沿って前記ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子が配置されている、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の植物育成用照明装置において、
前記ＬＥＤ駆動回路は交流電流を受けて脈流電流を発生する整流回路を備え、前記整流回路の入力側に前記交流電流が供給され、前記整流回路の出力側の電流に基づいて前記ＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤ駆動回路に供給される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の植物育成用照明装置において、
前記整流回路の入力側に前記ＬＥＤ回路の前記複数個のＬＥＤ素子が直列に接続され、前記ＬＥＤ素子の直列接続の数により前記周期的に電流値が変化する前記ＬＥＤ駆動電流の前記第２期間が設定される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項６】
請求項１に記載の植物育成用照明装置において、
直流電源が更に設けられ、前記ＬＥＤ駆動回路には第１のコンデンサと第２のコンデンサとが設けられ、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサがそれぞれ前記直流電源から今日供給される直流電流により充電され、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが直列接続されることにより発生した電圧に基づいて前記ＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤ回路に供給される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の内の１に記載の植物育成用照明装置を備えたことを特徴とする植物育成装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は植物を育成するための光を発生する植物育成用光発生装置、あるいはそれを用いた植物育成装置および植物育成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
陸上あるいは水中に生育する植物は光を受けて成長する。例えば多くの植物は葉緑体を有し、光を吸収して葉緑体でデンプンを生成し、生成したデンプンをエネルギー源として成長すると共に種子などをつくる。太陽光はこれら生物を育成する上で、必要である。しかし色々な理由から太陽光に加えて人工的に発生した光（以下人口光と記す）を利用して植物を育成したり、あるいは人口光のみで植物を育成したりする場合がある。【０００４】
人口光により植物を育成する装置に関する技術は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。また植物に強度が周期的に変化する人口光を照射する技術が、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２１９８０号公報
【特許文献２】特開２０１６−５２２８０号公報
【特許文献３】特開２０１６−８１６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
植物を育成するために使用する従来の育成用照明装置は、植物を育成するための人口光を、太陽と同じく、育成対象である植物の上からのみ照射している。このように植物の上からのみ植物育成用人口光を照射すると、植物の背丈が伸びるが、茎が太くなりにくい問題がある。すなわち植物はそれぞれ他の植物より多くの光を受ける目的で、競って上へ伸びようとする性質を備えている。このため上からのみ光を照射すると植物の背丈が高くなる。【０００７】
植物は葉等で光合成によりデンプンを生成するが、必要とする成分を根からも吸収する。従って収穫を多くするためには、例えば茎を太くすることが好ましい。あるいは果実をつける新芽を増やすことが好ましい。【０００８】
本発明の目的は、収穫を多くするのに適した人口光を発生する植物育成用照明装置、あるいはそれを用いた植物育成装置あるいは植物育成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明の植物育成用照明装置は、人口光の照射対象植物の側部から前記照射対象植物に向けて前記人口光を照射する植物育成用照明装置であって、前記植物育成用照明装置は、前記人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、前記ＬＥＤ回路に、電流値の大きい第１期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第２期間とを有して周期的に変化するＬＥＤ駆動電流を供給するＬＥＤ駆動回路と、を備え、周期的に電流値が変化する前記ＬＥＤ駆動電流に基づいて、強度が周期的に変化する前記人口光が前記照射対象植物に照射されることを特徴とする。【００１０】
第２発明の植物育成用照明装置は、第１発明の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物が植えつけられている畝に沿って前記ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子が配置されている、ことを特徴とする。【００１１】
第３発明の植物育成用照明装置は、第１発明の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物の茎に沿って前記ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子が配置されている、ことを特徴とする。【００１２】
第４発明の植物育成用照明装置は、第１発明の植物育成用照明装置において、前記ＬＥＤ駆動回路は交流電流を受けて脈流電流を発生する整流回路を備え、前記整流回路の入力側に前記交流電流が供給され、前記整流回路の出力側の電流に基づいて前記ＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤ駆動回路に供給される、ことを特徴とする。【００１３】
第５発明の植物育成用照明装置は、第４発明の植物育成用照明装置において、前記整流回路の入力側に前記ＬＥＤ回路の前記複数個のＬＥＤ素子が直列に接続され、前記ＬＥＤ素子の直列接続の数により前記周期的に電流値が変化する前記ＬＥＤ駆動電流の前記第２期間が設定される、ことを特徴とする。【００１４】
第６発明の植物育成用照明装置は、第１発明の植物育成用照明装置において、直流電源が更に設けられ、前記ＬＥＤ駆動回路には第１のコンデンサと第２のコンデンサとが設けられ、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサがそれぞれ前記直流電源から今日供給される直流電流により充電され、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが直列接続されることにより発生した電圧に基づいて前記ＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤ回路に供給される、ことを特徴とする。【００１５】
第７発明の植物育成装置は、第１発明の植物育成用照明装置乃至第６発明の植物育成用照明装置の内の１発明の植物育成用照明装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、収穫を増やすことができる人口光を発生するのに適した植物育成用照明装置、あるいはそれを用いた植物育成装置あるいは植物育成方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態である、植物育成用照明装置を使用した農業用ハウスの説明図である。
【図２】太陽光の代わりに人工光を照射した実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態である植物育成用照明装置２００の概要を説明する説明図である。
【図４】図３に記載の植物育成用照明装置２００のＡ−Ａ断面図である。
【図５】照明装置１５０の概要を説明する説明図である。
【図６】図５に記載の発光装置１５２のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】植物育成用照明装置２００あるいは発光装置１５２の回路構成の一例を説明する説明図である。
【図８】ＬＥＤ電流制御回路４２０の出力電流を説明する説明図である。
【図９】ＬＥＤ電流制御回路４２０により生じるＬＥＤ電流４６０のパターンの説明図である。
【図１０】ＬＥＤ回路３５２を構成するＬＥＤ素子の直列接続数を変えた場合のＬＥＤ電流４６０のパターンを示すグラフである。
【図１１】本発明が適用された他の実施の形態を説明する説明図である。
【図１２】図１１に記載の回路におけるＬＥＤ電流の波形を示すグラフである。
【図１３】図７に示す回路において刺激度調整回路４３０のコンデンサ４３６の値をパラメータとしたＬＥＤ電流４６０のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】駆動回路３６２の他の実施の形態である駆動回路５００を説明する説明図である。
【図１５】駆動回路５００を使用した植物育成用照明装置２００あるいは照明装置１５０の構成を示す説明図である。
【図１６】駆動回路５００の動作モードを説明する説明図である。
【図１７】植物５０に対する植物育成用照明装置２００の配置を説明する説明図である。
【図１８】植物育成用照明装置２００の固定具を説明する説明図である。
【図１９】植物育成用照明装置２００の配置を説明する説明図である。
【図２０】太陽光に加え本発明を適用した植物育成用照明装置２００による人工光３１０を照射したブロッコリの生育状況を示す図である。
【図２１】太陽光のみで育てたブロッコリの生育状況を示す図である。
【図２２】太陽光に加えて脇から強度が変化する人工光３１０を照射した状態と上からいつ低強度の人口光を照射した場合のパクチの生育状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．はじめに
本発明の実施の形態では、太陽光を受けて栽培される農業用ハウスに本発明を適用した例を代表例として説明する。しかし、本発明の適用はこれに限るものではなく、太陽光を利用しないで全て人工光による植物の栽培にも適用できる。太陽光を利用した植物の栽培だけでなく、全て人工光による植物の栽培に適用した場合であっても、大きな効果が期待できる。
【００１９】
２．本発明の一実施形態である、植物育成用照明装置を備える植物栽培装置の説明
２．１  本発明の一実施形態である農業用ハウスの説明
図1は、本発明を適用した一実施形態である農業用ハウス１００の説明図である。農業用ハウス１００は、屋外に設けられ、その内部に植物５０を栽培するための畝１３０が作られている。１３０は植物栽培用土で作られており、植物５０が植えられている。屋根１１４からは植物５０を成長させるのに必要な太陽光が取り入れられている。
【００２０】
農業用ハウス１００は、植物５０を育成するための畝１３０を囲むようにして光透過材で作られた外壁１１２が設けられており、その上部を覆うようにして光透過材で作られた屋根１１４が設けられている。また外壁１１２を互いに固定するための梁１１６が設けられ、風などに対できる強度が保たれている。畝１３０には、植物５０が植えられており、植物５０は例えば野菜や草花等である。
【００２１】
植物５０の側部に本発明に係る植物育成用照明装置２００が、支持装置２４０により固定されている。植物育成用照明装置２００は、植物５０根元近傍を横から照らすように、人工光３１０を植物５０に対して照射する。例えば朝５時から夕方７時まで人工光３１０を植物５０に照射する。植物育成用照明装置２００を植物５０の両側に設けても両側から人工光３１０を照射しても良いし、片側だけに設けて片側からのみ人工光３１０を照射しても良い。また、本実施例では、植物５０を育成する畝１３０は、腐葉土などの土で作られているが、植物５０を水耕栽培する場合であっても同様に本発明が適用可能であり、植物育成用照明装置２００が水耕栽培される植物５０の根元近傍に人工光３１０を照射するように、植物育成用照明装置２００を設置してもよい。
【００２２】
屋根１１４を介して取り込まれる太陽光に加えて植物育成用照明装置２００が発生する人口光を植物５０に照射する理由は、植物５０の茎５２を太くして植物５０自身の生育を良くしたり、あるいは花芽を多くつけさせて、実の収穫を増やしたり、するためである。植物５０の上部から太陽光や人工光を照射することにより、植物５０は光合成によりデンプンを生成することができる。デンプンを多く生成することにより、植物５０が成長しまた果実の収穫を増やすことができるが、それだけでは不十分である。植物５０は根からも養分を吸収することが必要である。根の生育を良くすることで根から吸収する養分を増やすことができるが、さらに茎を太くすることが必要である。以下で説明するように植物育成用照明装置２００を側面から茎に照射することにより、植物５０の茎を通常の２倍以上に太くすることができた。またいちごの栽培において多数の花を長期間連続的に開花させることができた。さらにパクチの栽培において、同じ株から多くの新芽を連続してつけさせることができた。アイスプラントにおいても同様の結果が得られた。
【００２３】
図１に記載の農業用ハウス１００は太陽光と植物育成用照明装置２００が発する人工光の両方で植物を育成する構成であるが、太陽光の代わりに人工光を植物５０の上から照射し、植物育成用照明装置２００による人工光３１０を植物５０の横から照射するようにしても良い。
２．２  太陽光の代わりに人工光を照射した実施の形態の説明
図２は太陽光の代わりに人工光を照射した実施の形態の説明図である。農業用ハウス１００は太陽光を利用できるメリットがあるが、農業用ハウス１００を光透過材で作る必要がある。また光透過材は熱を外部に漏らし易い傾向があり、外気温が低くなると農業用ハウス１００内部の温度を所定温度以上に維持するための暖房費が多く掛かる問題がある。太陽光の代わりに照明装置１５０が発生する人工光３２０を利用することにより、植物５０を屋内で栽培することが可能となる。
【００２４】
照明装置１５０はどのような構造でも良いが、一例を示すと反射板１７０を有する発光装置１５２により人工光３２０を発生させることができる。太陽光は通常３万ルーメンから１０万ルーメン程度の光強度を示すので、例えば発光装置１５２を複数個設けて光強度を増加させても良い。
【００２５】
発光装置１５２は、光を反射する反射板１７０に複数の発光装置１５２が固定装置１６０により固定されている。発光装置１５２は以下で述べるＬＥＤ素子をそれぞれ複数個有しており、人工光３２０を発生し、植物５０に対して照射している。なお反射板１７０は設けなくても良いが、植物５０に対する照射効率を向上するためには、ある方が望ましい。
【００２６】
照明装置１５０が発生する人工光３２０のみを植物５０に上から照射すると、５０が上へどんどん成長する傾向が見られるが、植物５０の茎５２が太くなる傾向が少ない。植物育成用照明装置２００からの人工光３１０を照射することにより、茎５２を太くすることができる。また葉物野菜などの新芽の発生を活発にすることができる。
【００２７】
３．照明装置２００の概要
３．１  植物育成用照明装置２００の概要
図３は植物育成用照明装置２００の概要を説明する説明図であり、図４は図３に記載の植物育成用照明装置２００のＡ−Ａ断面図である。なお、図面が複雑になるのを避けるために、図３ではケース３４０の図示を省略している。植物育成用照明装置２００は回路基板３５０の一方の面に設けられたＬＥＤ回路３５２とＬＥＤ回路３５４とを備えている。ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４に電流を供給する駆動回路３６２や駆動回路３６４は、それぞれ回路基板３５０の裏面に設けられている。電源コード３０２を介して、回路基板３５０の電源接続端子３０４と電源接続端子３０６に５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用電力が供給される。図４に記載のごとく、回路基板３５０やＬＥＤ回路３５２、ＬＥＤ回路３５４、駆動回路３６２、駆動回路３６４は、ケース３４０に内蔵され、ケース３４０は内部が防水剤３４２によって充填されている。防水剤３４２は光透過性樹脂であり、ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４が発生する光を外部に放出することができる。一方植物育成用照明装置２００はコネクタ部以外の本体部が防水機能を有し、例えば水中に入れても、水により電気的な絶縁が破壊することがない。
【００２８】
なお、図３に記載の回路基板３５０や以下の図５に記載の回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄは、各回路基板の長手方向の両側に電源接続端子３０４や電源接続端子３０６、あるいは電源接続端子３０４Ａから電源接続端子３０４Ｄまたは電源接続端子３０６Ａから電源接続端子３０６Ｄを有している。各回路基板の長手方向の両側の電源接続端子は、同じ符号同士が互いに電気的に接続されている。このためどちらか一方の電源接続端子に電力を供給すると、他方の電源接続端子にも、供給された電力が伝達される。従って一方の電源接続端子から電力を受け取り、他方の電源接続端子から他の回路基板へ電力を供給することができる。
【００２９】
図３や図４に示す実施の形態は、ＬＥＤ素子を直線的に配置した、基板のＬＥＤ素子が配置されている面が長方形の形状を為している。しかしこれに限るものではなく、基板のＬＥＤ素子が配置されている面が、円形に近い形状であっても良く、あるいは正方形に近い形状であっても良い。
【００３０】
図２において、植物育成用照明装置２００は、そのＬＥＤ素子を配置している回路基板３５０の面が、植物５０が植え付けられている畝の上面に対して垂直に近い関係となるように、固定されている。例えばＬＥＤ素子を配置している回路基板３５０の面が長方形の形状を為している場合には、回路基板３５０は畝１３０の長手方向に沿うようにして伸びており、ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４を構成する複数のＬＥＤ素子もまた畝１３０の面に沿うようにして配置されている。これにより畝１３０に植えられた複数の植物５０の根元を一個の植物育成用照明装置２００で照らすことができる。
【００３１】
３．２  ５０の上部に配置した照明装置１５０の発光装置１５２の構造
図２に記載の実施の形態では、植物５０の上部に照明装置１５０が設けられ、照明装置１５０から人工光３２０が５０に照射される。人工光３２０に加えて太陽光を照射しても良い。もちろん上述したように植物５０上部からは太陽光のみを照射し、照明装置１５０を用いないようにしても良い。
【００３２】
発光装置１５２の具体的な構造を図５と図６に示す。図５では図面が複雑になるのを避けるために、ケース３７０の記載を省略している。図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。光を透過する樹脂製のケース３７０の内部に、以下で説明するＬＥＤ回路３５２ＡからＬＥＤ回路３５２ＤおよびＬＥＤ回路３５４ＡからＬＥＤ回路３５４Ｄが配置されている回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄが配置されている。回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄの各基板の電源接続端子３０４Ａから電源接続端子３０４Ｄおよび電源接続端子３０６Ａから電源接続端子３０６Ｄに電源コード３０２から電力が供給されることにより、ＬＥＤ回路３５２ＡからＬＥＤ回路３５２ＤおよびＬＥＤ回路３５４ＡからＬＥＤ回路３５４Ｄに駆動電流が供給されることにより、これらＬＥＤ回路が有するＬＥＤ素子が人工光３２０を発生し、人工光３２０がケース３７０を介して対象植物５０に照射される。
【００３３】
図６は図５のＢ−Ｂ断面図であり、回路基板３５０Ａが、ケース３７０の基板支持部３７２と基板支持部３７４とによって、ケース３７０の内側に固定されている。この構造は回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄに関して同じである。また回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄは同じ構造であり、上述した図３や図４に記載の回路基板３５０とも同じ構造である。回路基板３５０や回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄは一例であり、これに限るものではない。また植物育成用照明装置２００の回路基板３５０と発光装置１５２の回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄとは異なる構造であっても良い。回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄを代表して回路基板３５０Ａで説明する。
【００３４】
回路基板３５０Ａの一方の面に人工光３２０を発生するためのＬＥＤ回路３５２ＡやＬＥＤ回路３５４Ｂが配置されている。回路基板３５０Ａの他方の面には、ＬＥＤ回路３５２Ａを駆動するための駆動回路３６２ＡやＬＥＤ回路３５４Ａを駆動するための駆動回路３６４Ａが設けられている。なおこの回路基板３５０ＡはＬＥＤ回路３５２ＡとＬＥＤ回路３５４Ａの２組のＬＥＤ回路を備えている。しかしＬＥＤ回路は一組であっても良いし、さらに多くのＬＥＤ回路を有していても良い。ＬＥＤ回路の数を増やすことによって人工光３２０の光量を増加させることができる。育成対象の植物５０に与える光量はＬＥＤ回路の数を増やすことによって増加することができる。また育成対象の植物５０とＬＥＤ回路との距離を縮めることによっても育成対象の植物５０に与える光量を増やすことができる。さらにＬＥＤ回路を流れる電流値を増やすことにより、人工光３２０の光量を増加させることができる。もちろんＬＥＤ回路を流れる電流値を減らすとＬＥＤ回路が発生する人工光３２０の光量は減少し、ＬＥＤ回路を流れる電流値を大きくするとＬＥＤ回路が発生する人工光３２０の光量は増大する。これらのことは、上述の植物育成用照明装置２００に地位しても同様である。
【００３５】
３．３  回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄの配置構造
図５に、ケース３７０の内部に固定した回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄの配置状態を示す。回路基板３５０Ａの一方の電源接続端子３０４Ａおよび電源接続端子３０６Ａから電源コード３０２を介して電力が供給され、回路基板３５０Ａの駆動回路３６２Ａや駆動回路３６２Ｂが動作するとともに他方の電源接続端子３０４Ａおよび電源接続端子３０６Ａに電力が伝達される。回路基板３５０Ａの他方の電源接続端子３０４Ａおよび電源接続端子３０６Ａと回路基板３５０Ｂの一方の電源接続端子３０４Ｂおよび電源接続端子３０６Ｂを電気的に接続することにより、回路基板３５０Ｂに電力が供給される。以下同様にして、回路基板３５０Ｂから回路基板３５０Ｃへ電力が供給され、回路基板３５０Ｃから回路基板３５０Ｄへ電力が供給される。回路基板３５０や回路基板３５０Ａから回路基板３５０Ｄが長手方向の両端に電力を授受するための電源接続端子を有するので、植物育成用照明装置２００や発光装置１５２のために使用する回路基板の数を容易に選択することができ、大変便利である。使用する回路基板の数を選択することにより、植物育成用照明装置２００や発光装置１５２から照射される人工光の量、すなわち強さを簡単に設定あるいは変更することができる。
【００３６】
植物育成用照明装置２００や照明装置１５０から植物５０に照射される人工光３１０や人工光３２０は、植物５０において光合成や発芽作用、開花作用、などの作用を促進するのに使用される。特に植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０は、発芽作用や開花作用、などを促進する効果が大きい。これらのことから人工光３１０や人工光３２０には、赤色や青紫色の波長の光が含まれていることが望ましい。ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４、ＬＥＤ回路３５２ＡからＬＥＤ回路３５２ＤあるいはＬＥＤ回路３５４ＡからＬＥＤ回路３５４Ｄが、赤色や青紫色の波長の光を発生するＬＥＤ素子を有していることが必要である。
【００３７】
４．植物育成用照明装置２００や発光装置１５２の回路構成
４．１  植物育成用照明装置２００および発光装置１５２の回路構成の概要
図７は、植物育成用照明装置２００および発光装置１５２の回路の一例を説明する説明図である。植物育成用照明装置２００と発光装置１５２は、異なる回路であっても良いが、この実施例では基本的な構成や基本的な動作がほぼ同じである。植物育成用照明装置２００と発光装置１５２回路構成や動作に付いて、植物育成用照明装置２００を、植物育成用照明装置２００や発光装置１５２の代表例として以下説明する。
【００３８】
図４や図６で説明したごとく、回路基板３５０の一方の面にＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４が設けられており、回路基板３５０の他方の面に、ＬＥＤ回路３５２を駆動するための駆動回路３６２と、ＬＥＤ回路３５４を駆動するための駆動回路３６４、が設けられている。駆動回路３６２と駆動回路３６４とは同じ構成の回路であり、駆動回路３６２は作用や効果に関しても駆動回路３６４と同じである。これらを代表して駆動回路３６２について、構成および作用や効果を説明する。なお図３や図５の説明では、回路基板３５０にＬＥＤ回路３５２と３５４とが平行に配置されているが、１回路だけでも良く、必要とする光量によって１列にするか２列にするか、あるいはもっと多くするかを決めるようにすればよい。
【００３９】
光合成を行う植物に対して、植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０の光量即ち人工光３１０の強さを低周波例えば４００Ｈｚ以下の低周波数で変化させている。人工光３２０についても同様である。駆動回路３６２や駆動回路３６４は、商用電源の周波数を利用して、ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４のＬＥＤ素子に供給するＬＥＤ電流の強さを周期的に変化させている。日本では商用電源周波数は５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚである。商用電力を半波整流することにより、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの脈流電流を得ることができる。また商用電力を全波整流すれば１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚの脈流電流を得ることができる。
【００４０】
本実施形態では、植物５０の細胞に適度の刺激を与えるように、植物５０に照射する人工光３１０の光量を、商用電源周波数を利用して低周波で変化させている。このように商用電源周波数を利用することにより、安価でしかも非常に安定した動作が得られ、しかも植物５０の細胞に対して良好に作用する植物育成用照明装置２００を得ることが可能となる。上記作用と効果は、照明装置１５０の発光装置１５２についても同様である。
【００４１】
図７において、ＬＥＤ回路３５２を点灯するためのＬＥＤ電流４６０をＬＥＤ回路４５０に供給する駆動回路３６２は、ＬＥＤ電流制御回路４２０と整流回路４２６とを有しており、必要に応じてさらに刺激度を調整する刺激度調整回路４３０を有している。ＬＥＤ電流制御回路４２０はＬＥＤ回路４５０へ供給するＬＥＤ電流４６０の電流値を制御する回路であり、例えばコンデンサ４２２を有している。コンデンサ４２２でＬＥＤ電流４６０を制御することにより、ＬＥＤ電流制御回路４２０自身の発熱を抑制した状態でＬＥＤ電流４６０を制御でき、非常に効率的である。さらに植物に不要な熱の影響を与えるのを抑制できる。抵抗４２４はコンデンサ４２２に蓄えられている電荷を放電するための回路を形成する。図示していない電源スイッチが商用電源３０１とＬＥＤ電流制御回路４２０との間に設けられており、電源スイッチを閉じた状態で、ＬＥＤ電流制御回路４２０から整流回路４２６を介してＬＥＤ回路３５２にＬＥＤ電流４６０が供給されて、ＬＥＤ回路３５２が点灯する。
【００４２】
次に上記図示していない電源スイッチを閉じた状態から解放状態に切り替えるとＬＥＤ電流４６０の供給が停止し、ＬＥＤ回路３５２は点灯しなくなる。上記図示していない電源スイッチの開放状態への切り替え時のコンデンサ４２２の蓄積電化がコンデンサ４２２に保持されることになるが、このコンデンサ４２２の蓄積電荷を速やかに放電することが好ましい。抵抗４２４を設けることで、図示していない電源スイッチを開放いた場合にコンデンサ４２２の蓄積電荷を速やかに放電することが可能となる。抵抗４２４の値は５０ＫΩから１ＭΩが適当であり、１００ＫΩ以上がより好ましい。抵抗４２４の値を５０ＫΩ未満にするとコンデンサ４２２を介さないで、抵抗４２４を介してＬＥＤ回路４５０へ供給する電流値が増大し、抵抗４２４の発熱量が増大する。駆動回路４１０やＬＥＤ回路４５０の発熱量が増大すると植物などに光だけでなく熱を照射することとなり、好ましくない。抵抗４２４の値を５０ＫΩ以上、特に１００ＫΩ以上とすることで抵抗４２４を介してＬＥＤ回路４５０へ供給する電流値を非常に小さい値に低減でき、抵抗４２４の発熱を低減できる。
【００４３】
コンデンサ４２２はほとんど発熱しないので、コンデンサ４２２で照射光である人工光３１０の強さを制御することにより、人工光３１０が照射される植物への熱の影響を低減できる。
【００４４】
図８に示すグラフは、シミュレーションプログラムＱＵＣＳを使用して解析したシミュレーション結果である。なお、シミュレーション結果が実際の試作品における電流値とほぼ一致していることを確認している。図８では、図７の商用電源３０１から電源コード３０２を介してＬＥＤ電流制御回路４２０へ供給される電源電圧をグラフ１で示しており、ＬＥＤ電流制御回路４２０から整流回路４２６へ供給される電流をグラフ２で示す。図７に記載の回路ではグラフ２に示す電流は、商用電源３０１から電源コード３０２を介して供給される、電源電流を表している。
【００４５】
グラフ２は、商用電源３０１が１００Ｖ、５０Ｈｚ電源であり、コンデンサ４２２が１０μＦ、整流回路４２６が全波整流回路、ＬＥＤ回路４５０が、ＬＥＤ素子を３５個直列に接続した回路で構成されている場合のシミュレーション結果である。なおこのグラフに示すシミュレーションでは、刺激度調整回路４３０を動作させていない。即ちこのシミュレーションでは、刺激度調整回路４３０を設けていない。グラフ２の第１期間１が、電流が流れている期間であり、また第２期間２が、電流が流れていない期間である。第２期間２はＬＥＤ回路４５０を形成するＬＥＤ素子の直列接続の数を増やすことにより増大し、また端子電圧の高いＬＥＤ素子を使用することにより、第２期間２は増大する。第２期間２が増大するとその分第１期間１が減少する。またコンデンサ４２２の容量の大きさを変えることでグラフ２のピーク値を変えることができる。コンデンサ４２２の容量を大きくするとグラフ２のピーク値が増大し、逆にコンデンサ４２２の容量を小さくするとグラフ２のピーク値が減少する。
【００４６】
図９に示すグラフは、整流回路４２６からＬＥＤ回路３５２へ供給されるＬＥＤ電流４６０の波形であり、図８のグラフ２の電流に基づいて、図９のグラフ５に示す波形の電流がＬＥＤ回路３５２へ供給される。第１期間１ではＬＥＤ回路３５２が点灯するが、第２期間２ではＬＥＤ回路３５２が点灯しない。即ちＬＥＤ回路３５２によって発生した人工光３１０の強弱の期間すなわち人工光３１０の強弱のパターンを、図９に記載のＬＥＤ電流４６０の第１期間１と第２期間２とによって設定することができる。またＬＥＤ回路３５２によって発生した人工光３１０の強弱の周期は、商用電源３０１の周波数に基づいて設定される。以下で述べるがこのように植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０の強弱の期間を非常に簡単に設定できるので、シンプルで安定した植物育成用照明装置２００を得ることができる。
【００４７】
４．２  ＬＥＤ電流制御回路４２０による生物への刺激量の制御
図９に記載のグラフ５はＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を１０μＦに設定した場合であり、グラフ６はＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を６μＦ、グラフ７はＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を４μＦ、グラフ８はＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を１μＦ、にそれぞれ設定した場合のＬＥＤ電流４６０のシミュレーションの結果である。グラフ５やグラフ６、グラフ７、グラフ８では、商用電源３０１の周波数は５０Ｈｚで、一定であり、またＬＥＤ回路３５２を構成するＬＥＤ素子の直列の数は３５個で、一定である。
【００４８】
ＬＥＤ電流制御回路４２０の回路定数を変えた場合に、植物育成用照明装置２００からの人工光３１０が高出力である第１期間１と、逆に植物育成用照明装置２００からの人工光３１０の発光の停止も含む発光の低出力の期間である第２期間２との関係、言い換えると第１期間１と第２期間２との関係がほとんど変化せず、ＬＥＤ電流４６０の値、特にピーク値、が変化する。第１期間１と第２期間２とのＬＥＤ電流４６０の値の差に基づいて、植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０の出力差が生じ、人工光３１０が照射される植物の細胞に刺激を与え、この刺激により細胞の作用や動作がより活発となる。
【００４９】
図９に記載のグラフでは、コンデンサ４２２の値を大きくするとＬＥＤ電流４６０のピーク値が増大して人工光３１０が植物５０に与える刺激を大きくできることを上述した。コンデンサ４２２の容量を１０μＦから更に大きくするとそれに従って刺激を増大できる。コンデンサ４２２の容量を３０μＦとすると第１期間１のピーク電流を７５０ｍアンペア程度に上げることができ、コンデンサ４２２の容量を５０μＦとすると第１期間１のピーク電流を１アンペア以上に上げることができる。このようにすることにより、人工光３１０の刺激を増大できると共に、人工光３１０の総量即ち強さを増大できる。
【００５０】
この実施の形態では、ＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を変えることにより、刺激のパターンである第１期間１と第２期間２との関係である各期間の割合、を維持して、第１期間１と第２期間２との人工光３１０の出力差を変えることができる。これにより植物５０に適した刺激量を与えるための設定が非常に容易であり、また与える刺激量を安定して維持することができる。また人工光３１０の強さのパターンの周期が、商用電源周波数で定まるので、動作が安定しており、しかも植物に適した低周波の刺激を与えることができる。
【００５１】
本実施例では、植物５０の側面から人工光３１０を照射するので、光合成を行う植物に対して非常に大きな効果を生じる。通常の太陽光のみの照射による植物５０の生育状態に対して、株が大きくなったり、根元の方の茎が太くなったり、また根元の方で新芽が多く作られたりする。その結果として収穫の増大につながる。本実施例では、単に一定強度の光を５０の側面から与えるのではなく、３００Ｈｚ以下の低い周波数で光の照射量を変化させることにより、対象の植物５０に刺激を与えることができ、より成長を促進することができる。
【００５２】
上述のように本実施例では、ＬＥＤ電流制御回路４２０の回路定数であるコンデンサ４２２の容量値を変えることで、植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０のピーク値を簡単に変えることができる。さらにこの場合に、人工光３１０の光量の強い期間である第１期間１と、人工光３１０の光量が無いまたは弱い期間である第２期間２との期間の関係、第１期間１と第２期間２との割合を一定に維持したままで、上記人工光３１０のピーク値を変えることができる。このように本実施の形態によれば、照射対象の植物５０に対する人工光３１０の光強度のパターン即ち刺激のパターンを安定して維持できる。この作用効果は照明装置１５０においても同じである。
【００５３】
４．３  植物育成用照明装置２００あるいは人工光３１０の発光パターンの設定１
図１０に記載のグラフは、図７に記載のＬＥＤ電流制御回路４２０の回路定数例えばコンデンサ４２２の値を所定値、例えば１０μＦに固定して、ＬＥＤ回路３５２を構成するＬＥＤ素子の直列接続の数を変えた場合に、ＬＥＤ回路３５２を流れるＬＥＤ電流４６０をシミュレーションした結果を示すグラフである。グラフ１０はＬＥＤ回路３５２を構成するＬＥＤ素子の直列接続の数を３５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ１１は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を２５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１２は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を１５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１３は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１４は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を１個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、である。
【００５４】
グラフ１０では、ＬＥＤ電流４６０の電流値が第２期間２２より大きい値を示す第１期間１２が短く、逆にＬＥＤ電流４６０が流れないかあるいは小さい値を示す第２期間２２が長い電流波形、すなわち電流パターン、でＬＥＤ電流４６０が流れる。このパターンの電流値に基づいて照明装置３００のＬＥＤ素子が光を発生するので、ＬＥＤ素子の直列接続の数を３５個にした場合には、このパターンに基づく人工光３１０が植物育成用照明装置２００から照射対象の植物５０に照射される。例えば植物の葉緑体においては、図１０に記載のパターンを有する人工光３１０や人工光３２０を受けて、光合成作用が行われる。また植物５０が、図１０に記載のパターンを有する人工光３１０や人工光３２０を受けて発芽や開花を促す植物ホルモンを生成する。
【００５５】
ＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の数を減らして２５個にした状態のＬＥＤ電流４６０をグラフ１１として示す。グラフ１１では、第１期間がグラフ１０の第１期間２２より長くなり、逆に第２期間がグラフ１０の第２期間より短くなる。さらにＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の数を減らして、ＬＥＤ素子の直列の数を１５個にしたグラフ１２では、第１期間がさらに長くなり、逆に第２期間がさらに短くなる。ＬＥＤ素子の直列の数を５個にしたグラフ１３ではこの傾向がさらに強くなる。ＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の数を、最小値である１個にした場合には、グラフ１４で示す如く、第１期間１４で示すＬＥＤ素子の点灯期間が非常に長くなり、逆に第２期間２４で示す、ＬＥＤ素子の消灯あるいは発光量の少ない期間である第２期間が非常に短くなる。
【００５６】
図１０のグラフからわかるように、ＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の数を増やすことにより、上記ＬＥＤ電流パターンの第１期間が短くなり、第２期間が長くなる。電流波形は示していないが、ＬＥＤ素子を並列接続にした場合には上記ＬＥＤ電流パターンの第１期間と第２期間の長さの変化が生じない。図７に示す回路ではＬＥＤ素子の並列接続の図示を省略しているが、ＬＥＤ素子の直列接続の数を調整することにより、上記ＬＥＤ電流４６０の電流パターンを調整することができる。このＬＥＤ電流４６０の電流パターンの調整により、植物育成用照明装置２００や照明装置１５０が発生する人工光３１０や人工光３２０の光強度のパターンを調整し制御することができる。
【００５７】
植物育成用照明装置２００や照明装置１５０が発生する人工光３１０や人工光３２０の発光量を所定値以上にするためにはＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の数を確保することが必要となる。例えばＬＥＤ素子の数を３０個使用してグラフ１２に示すパターンを発生させたい場合には、１５個のＬＥＤ素子の直列回路を２組設けることで、３０個のＬＥＤ素子を点灯することができる。各組を流れるＬＥＤ電流４６０の波形がグラフ１２に示す波形となる。このようにＬＥＤ素子の直列回路と並列回路とを組み合わせることにより、希望かるＬＥＤ電流４６０のパターンを得ることができ、好みのパターンの人工光３５０を対象の植物５０に照射することが可能となる。
【００５８】
図７に示すＬＥＤ回路３５２には並列回路を記載していないが、ＬＥＤ回路３５２が複数の並列回路を備えていても問題ない。並列回路は互いに同数であることが好ましい。１個のＬＥＤ素子が発する光量は、そのＬＥＤ素子を流れる電流に依存する。従って互いに同数の並列回路が作れるように、各ＬＥＤ素子を流れる電流値をＬＥＤ電流制御回路４２０の定数を調整することにより、望ましい光量と発光パターンが得られる。ＬＥＤ素子の端子電圧は流れる電流が増加することに基づき増加する傾向を示すので、並列接続された複数のＬＥＤ素子の直列回路において、互いに電流が均等化する傾向で各直列回路に電流が分配される。従って一つの直列回路に電流が偏る危険性が避けられる。
【００５９】
４．４  植物育成用照明装置２００や発光装置１５２が発生する発光パターンの設定２
図７に記載の回路では、整流回路４２６として全波整流器を使用している。従って図１０に記載のＬＥＤ電流４６０は、電源周波数の倍の周波数で変化する。電源周波数が５０Ｈｚの場合は図１０に記載のＬＥＤ電流４６０は１００Ｈｚで強弱の変化を繰り返す。また。電源周波数が６０Ｈｚの場合には、図１０に記載のＬＥＤ電流４６０のグラフは１２０Ｈｚで強弱の変化を繰り返す。
【００６０】
植物５０に刺激を与える場合にさらに低い周波数の方が好ましい場合が多い。その場合には、図７に記載の整流回路４２６を半波整流回路とすることにより、ＬＥＤ電流４６０の強弱の変化の周波数を下げることができる。その一例である実施形態を図１１に示す。図１１に記載の回路４００は、商用電源３０１の周波数で人工光３１０の発光量の強弱を変化させる制御を行う。駆動回路３６２から商用電源３０１の周波数で電流値が変化するＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１がＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４へ供給される。
【００６１】
商用電源３０１から供給される電圧の半サイクルで、ＬＥＤ電流制御回路４２０に正の電圧が印加される場合に、ＬＥＤ電流４６０が商用電源３０１から、ＬＥＤ電流制御回路４２０および整流回路４２６の整流素子４２７を介して、ＬＥＤ回路３５２へ供給され、商用電源３０１に戻る。また商用電源３０１のＬＥＤ電流制御回路４２０の側が負の電圧となる他の半サイクルでは、商用電源３０１からＬＥＤ電流４６１が、ＬＥＤ回路４５１および整流回路４２６の整流素子４２８、ＬＥＤ電流制御回路４２０を介して、商用電源３０１に戻る回路を流れる。ＬＥＤ電流制御回路４２０のコンデンサ４２２は商用電源３０１の交流電流の半サイクル毎に逆方向に充電される。このためＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の大きさは、刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値に基づいて定まる。なお抵抗４２４は、コンデンサ４２２に蓄えられた電荷を放電させるための回路であり、ＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の電流はほとんど流れない。このため抵抗４２４はほとんど発熱しない。
【００６２】
図１１に記載の実施形態におけるＬＥＤ電流４６０の電流波形を図１２に示す。なおＬＥＤ電流４６１はＬＥＤ電流４６０に対して商用電源３０１の周波数の半サイクル遅れているだけで、ＬＥＤ電流４６１の波形はＬＥＤ電流４６０と同じである。従ってＬＥＤ電流４６０とＬＥＤ電流４６１とを代表してＬＥＤ電流４６０の波形を用いて説明する。
【００６３】
グラフ２１は、商用電源３０１から供給される交流電圧である。グラフ２２はＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の個数を１５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ２３はＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の個数を５個にした場合のＬＥＤ電流４６１の波形である。グラフ２２の第１期間１２２よりグラフ２３の第１期間１２３が長く、逆にグラフ２２の第２期間２２２よりグラフ２３の第２期間２２３が短くなっている。上記実施形態で説明した全波整流の場合と同様に、ＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の個数を増やすことにより、電流値の大きい第１期間が短くなり、電流が流れないあるいは電流値の少ない第２期間を長くすることができる。従って半波整流により植物育成用照明装置２００や照明装置１５０が発生する人工光の周波数を電源周波数と同じにした場合であっても、人工光３１０や人工光３２０の光量の強弱のパターンをＬＥＤ回路３５２のＬＥＤ素子の直列接続の個数により調整し、設定することができる。上述したように上記動作はＬＥＤ電流４６１に関しても同じである。
【００６４】
４．５  電磁波ノイズの発生抑制作用
上記図１１や図７に記載の回路は、短い周期でスイッチング動作を繰り返すスイッチング回路を必要としないので、電磁波ノイズが発生しない。このため光合成作用におけるイオンの移動や分子モータの回転に悪影響を与える恐れがない。光合成作用では色々なイオンの移動が行われる。イオンは電気を帯びており、電磁波ノイズ特による電界の影響を受けやすい。磁波ノイズが葉緑体に照射されると電磁波周波数に基づく電界の振動が発生し、光合成作用における水素イオンなどのイオンに悪影響を及ぼす可能性が高い。電磁波ノイズは、デンプンを合成するカルビン回路に悪影響を与える恐れがある。上記実施の形態では、整流回路４２６を使用して交流電流を脈流に変換しており、電磁波を発生するスイッチング回路を使用していないので、このような恐れがない。
【００６５】
４．６  刺激度調整回路４３０の作用
図７や図１１には、刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１が設けられている。図８や図９、図１０、図１２に記載の回路では、刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１が動作していない状態のＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の波形を記載している。これらの波形では、第２期間においてはＬＥＤ素子を動作させる電流が流れていない。従って第２期間ではＬＥＤ素子が点灯していない。その結果人工光３１０が照射される植物５０に対して強い刺激が与えられることになる。照射される植物５０の種類によっては刺激が強すぎる可能性がある。また同じ種類の植物５０、例えば同じ種類の植物の葉であっても、種から芽が出たばかりの状態と苗が大きく育った状態では、光合成の作用の状態が異なる。このようなことから、植物育成用照明装置２００や照明装置１５０から照射される人工光３１０や人工光３２０の刺激の強度を調整することが好ましい場合がある。
【００６６】
図７に刺激度調整回路４３０の一例を記載する。刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１は基本的には同じ回路であり、同じ作用を為し、同じ効果を奏する。一例として図７に記載する刺激度調整回路４３０は、ＬＥＤ回路３５２を流れるＬＥＤ電流４６０の変化を抑制するために、コンデンサ４３６と抵抗４３４や抵抗４３８を有している。なお、抵抗４３７はコンデンサ４３６に蓄積された電荷が長時間保持されるのを防ぐために、所定の時定数でコンデンサ４３６の蓄積電荷を放電する放電回路を形成するための抵抗である。
【００６７】
抵抗４３８はなくても良いが、抵抗４３８を設けることにより、コンデンサ４３６の蓄積電荷を増やすことができ、同じコンデンサ４３６の容量に対して刺激抑制作用を増大させる作用をする。また商用電源３０１の電圧を４００に加えた瞬間に流れる突入電流の抑制にも効果を発揮する。抵抗４３４はコンデンサ４３６の蓄積電荷が無い状態でコンデンサ４３６に流れ込む突入電流を抑制する作用をするとともに、コンデンサ４３６に蓄えされた電荷がＬＥＤ回路４５０に供給される電流の時定数を設定する働きをする。
【００６８】
図７の回路において、商用電源３０１の電源電圧が１００Ｖ５０Ｈｚ、コンデンサ４２２が１０μＦであり、刺激度調整回路４３０を構成する抵抗４３４が１０Ωまた抵抗４３８が１０Ωとし、さらにＬＥＤ回路３５２が有するＬＥＤ素子の直列個数を３５個とし、刺激度調整回路４３０のコンデンサ４３６の容量を変化させたときのＬＥＤ電流４６０のシミュレーション結果を、図１３に記載する。
【００６９】
図１３に記載のグラフ３１はコンデンサ４３６の容量が１μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ３２はコンデンサ４３６の容量が１０μＦのＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ３３はコンデンサ４３６の容量が２０μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ３４はコンデンサ４３６の容量が３０μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形である。コンデンサ４３６の容量を増加させることにより、第１期間１と第２期間２との電流値の差が小さくなり、この結果植物育成用照明装置２００が発生する人工光３１０の光量の変動差が減少する。従って人工光３１０が照射される植物５０に与える刺激量が減少する。さらにコンデンサ４３６の容量を大きくし、例えば４３６の値を５０μＦとすると、第１期間１のピーク電流が１３０ｍアンペア、第２期間２の最低電流が４０ｍアンペアとなり、さらに第１期間１と第２期間２との間の人工光３１０の光量差が減少する。即ち与える刺激が弱くなる。
【００７０】
代表して図７に記載の刺激度調整回路４３０の作用と効果を説類したが、図１１に記載の刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１も構成と作用および効果は同じである。
【００７１】
図７や図１１に記載の回路において、ＬＥＤ電流４６０の電流値の高い第１期間１とＬＥＤ電流４６０の電流値の小さい第２期間２との期間の関係が変化しないので、本明細書に記載の実施形態では、いずれの実施形態でも刺激量の調整が極めて容易である。言い換えると照射対象の植物５０に与える刺激の要素の内、刺激の周波数は電源周波数と整流方式で設定でき、刺激が強い第１期間１と刺激の弱い第２期間２との関係をＬＥＤ素子４５４の直列接続の数で設定できる。さらに刺激の強さを刺激度調整回路４３０で設定できる。このように本実施形態を含むいずれの実施形態においても、刺激に関係する要素をそれぞれ設定できるので、照射対象の生物、特に植物、に与える刺激の調整が極めて容易である。
【００７２】
５．駆動回路３６２や駆動回路３６４に代わる他の実施の形態
他の実施形態による植物育成用照明装置２００の構成について、図１４および図１５、図１６を用いて説明する。駆動回路３６２は、商用電源３０１からの電力に基づいて周期的に変化する電流を出力する。一方図１４に記載する駆動回路５００は、２次電池などの直流電源５１０からの直流電力を受けて周期的に変化する電流を出力する。一般に２次電池などは出力電圧が低い傾向にあり、ＬＥＤ回路３５２やＬＥＤ回路３５４を駆動するためには、昇圧することが望ましい。インダクタンスを用いた昇圧回路は効率が悪い問題があり、駆動回路５００は周期的に変化する電流を出力すると共に効率の良い昇圧機能を有している。以下具体的に動作を説明する。
【００７３】
駆動回路５００は、図１６に示す、動作モード５５０と動作モード５６０の２つの基本的な動作モードを有していて、動作モード５５０と動作モード５６０とを繰り返すことにより、電圧を昇圧すると共に周期的に電流値が変化する駆動電流を出力する。
【００７４】
動作モード５５０では、図１４に示すスイッチＳ１とスイッチＳ２、スイッチＳ３、スイッチＳ４、スイッチＳ６、スイッチＳ７が閉状態となるように制御され、スイッチＳ５とスイッチ８、スイッチ９が開状態となるように制御される。この結果直流電源５１０の正極端子５１２と負極端子５１４との間にコンデンサ５０２とコンデンサ５０４とが、それぞれ並列に接続される。コンデンサ５０２とコンデンサ５０４は直流電源５１０により充電される。この状態は、駆動回路５００の出力端子５２０と出力端子５２２からの電流の供給が停止される。
【００７５】
次の動作モード５６０で、スイッチＳ１とスイッチＳ２、スイッチＳ３、スイッチＳ７が、開状態となるように制御され、スイッチＳ４とスイッチＳ５、スイッチＳ６、スイッチ８、スイッチ９が閉状態となるように制御される。この結果出力端子５２０と出力端子５２２に対してコンデンサ５０２とコンデンサ５０４が直列に接続される。このためコンデンサ５０２とコンデンサ５０４との直列接続に伴う電圧に基づいて出力端子５２０と出力端子５２２とから電流が供給される。
【００７６】
図１５は、上述した駆動回路５００を使用した植物育成用照明装置２００あるいは照明装置１５０の回路構成を示す。図７と同様、駆動回路５００の出力端子５２０と出力端子５２２とからは周期的に遮断する電流が出力される。抵抗５３０は保護抵抗である。刺激度調整回路４３０は既に上述した回路であり、詳細は図７に示すとおりである。刺激度調整回路４３０の内部のコンデンサ４３６の容量が非常に小さいと駆動回路５００の出力電流はＬＥＤ電流４６０としてＬＥＤ回路３５２に流れる。コンデンサ４３６の容量を大きくすると、５００からの電流の変化が抑制され、ＬＥＤ電流４６０の変化幅が抑制される。これは既に上述したとおりである。図１４から図１６を用いて説明した他の実施例の構成を使用すると、直流電源５１０を使用して植物育成用照明装置２００や照明装置１５０を点灯することができる。太陽光発電装置を利用して直流電源５１０に電力を蓄電し、蓄電した電力を使用して植物育成用照明装置２００や照明装置１５０を動作させることにより、環境にやさしい植物の栽培が可能となる。
【００７７】
６．植物育成用照明装置２００の配置について
図１７は植物育成用照明装置２００の配置の具体例を説明する説明図である。上記説明では、植物５０は畝１３０に植えられているとして説明した。一般に１３０は、植物栽培用の土で構成されているが、本発明は水耕栽培など、土の代わりに他の材料を使用して栽培する植物の栽培装置や栽培用照明装置としても非常に有効である。従って畝１３０は土に限るものではなく、栽培用溶液を含む、植物栽培装置と考えてもらえばよい。畝１３０の長手方向に沿うようにして植物５０が植えられている場合に、植物育成用照明装置２００の人工光３１０を照射する照射面が長方形の形状を為す場合に、前記長方形の長手方向が畝１３０の長手方向に沿うようにして、植物５０の脇に植物育成用照明装置２００を配置する。植物５０先端部より植物育成用照明装置２００を低く配置することにより、植物５０の根元に人工光３１０を照射することができ、植物５０の茎や株を太くすることができる。この結果、収穫量が増大する。
【００７８】
図１８は植物育成用照明装置２００の固定方法の具体例を示す。支持装置２４０に相当する固定具２０４で植物育成用照明装置２００を固定する例である。固定具２０４は、畝１３０に突き刺すための挿入部２０６と植物育成用照明装置２００を挟み込んで支持する支持部２０５を有しており、植物育成用照明装置２００を畝１３０に沿って配置し、固定具２０４の挿入部２０６を畝１３０に挿入しながら植物育成用照明装置２００を支持部２０５で固定することができ、作業性が向上する。
【００７９】
図１９は、背丈の伸びる植物、例えばトマトや、えんどう等のつるものに対する植物育成用照明装置２００の設定方法を示す。植物育成用照明装置２００の人工光３１０を照射する照射面が長方形の形状を為す場合に、前記長方形の長手方向が植物５０の茎５２に沿う方向に、あるいは蔓の伸びる方向に沿うように配置する。このようにすることで、植物５０の茎５２あるいは蔓に植物育成用照明装置２００の人工光３１０を照射することができる。我々の実験では、周期的に強さの変わる人工光３１０を茎５２や蔓に照射することで、茎５２や蔓が太くなる結果を得ている。
【００８０】
７．生育状況の比較
図２０は、太陽光の照射に加えて植物育成用照明装置２００からブロッコリの根元に人工光３１０を照射した状態のブロッコリの生育状況を示す。図２１は太陽光の照射のみによるブロッコリの生育状況を示す。土として、共に同一の市販の野菜栽培用土を使用している。また気温を同一としている。太陽光の強さは植物の葉の部分で、２万ルックスから１０万ルックスであり、天候状態で変化する。植物育成用照明装置２００からの人工光３１０は植物の茎の部分で約１万ルックスであり、１００Ｈｚで明るさが周期的に変化している。
【００８１】
図２０と図２１のブロッコリは、非常に小さい苗を植えて約１ヵ月経過の状態であり、植物育成用照明装置２００からの人工光３１０を照射している図２０に示す方は、茎が非常に太くなっている。茎が非常に太くなることにより、養分の吸い上げが活発になり、収穫量の増大につながると考えられる。
【００８２】
図２２において、左側はパクチ６００であり、パクチに対して上からの太陽光に加え、強度が１００Ｈｚで変化する人工光３１０を植物育成用照明装置２００からパクチの根元に照射するようにして育てた、パクチの生育状態を示す。
【００８３】
一方右側は同日に植えたパクチ６０２であり、パクチに対して上からの太陽光に加え、上から強さが一定の人口光を照射して育てたパクチの生育状態を示す。
【００８４】
左側のパクチの方が明らかに生育状態において勝っている。またパクチ６００とパクチ６０２とをプログラムの料理人に食べ比べてもらったところ、パクチ６００の方が非常においしいとの評価を得た。その他、アイスプラントなどに付いても同様の結果が得られた。またイチゴの栽培において、イチゴの根元に人工光３１０を照射したところ温度がイチゴの栽培に対して低いにも係らず、８株の内７株のイチゴに花芽ができ、開花に至った。上から強度が変化しない人口光を加えた場合に、葉が大きく育つが花芽の付が悪いことが実験で明らかになった。なお、植物育成用照明装置２００は発熱が少なく、８株の内７株のイチゴに花芽ができたのは、熱放射の影響ではなく人工光３１０の効果と考えられる。
【符号の説明】
【００８５】
５０・・・植物、５２・・・茎、１００・・・農業用ハウス、１１２・・・外壁、１１４・・・屋根、１１６・・・梁、１３０・・・畝、１５０・・・照明装置、１５２・・・発光装置、２００・・・植物育成用照明装置、２４０・・・支持装置、３０１・・・商用電源、３０２・・・電源コード、３０４・・・電源接続端子、３０６・・・電源接続端子、３１０・・・人工光、３２０・・・人工光、３４０・・・ケース、３４２・・・防水剤、３５０・・・回路基板、３５２・・・ＬＥＤ回路、３５４・・・ＬＥＤ回路、３６２・・・駆動回路、３６４・・・駆動回路、３７０・・・ケース、３７２・・・基板支持部、３７４・・・基板支持部、４２０・・・ＬＥＤ電流制御回路、４３０・・・刺激度調整回路、５００・・・駆動回路、５２０・・・出力端子、５２２・・・出力端子。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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