(57)【要約】  個々の植物に対して適合された色で光を提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）等の照明素子の回路網を有する照明アセンブリを提供することを含む、制御された環境において植物成長を刺激する方法。照明アセンブリは、生成された光が植物によって受け取られるように、植物に隣接して位置決めされる。照明アセンブリは、追加として、植物の継続的成長を刺激するために明暗の所定周期を制御可能に提供するよう、照明素子を変調する駆動装置を含む制御アセンブリを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物成長ステップを向上させる方法において、
少なくとも１つの照明素子により、植物の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である波長で光出力を生成するステップと、
生成された前記光出力が前記植物によって受け取られるように、前記植物に隣接して前記照明素子を位置決めするステップと、
前記植物の成長を向上させるために前記植物の前記所定色素に対する明暗の所定周期を生じるよう、前記光出力を変調するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、更に、
第２の照明素子により、植物の第２の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第２の波長で第２の光出力を生成するステップと、
前記植物の成長を向上させるために前記植物の前記第２の所定色素に対する明暗の所定周期を生じるよう、第１の光出力の変調と同時に、前記第２の光出力を変調するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記光出力は、６０Ｈｚ以下の周波数を有する交流入力を供給することによって変調されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記色素がクロロフィルＡであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記所定色素の前記ピーク吸収は、４１０ｎｍであることを特徴とする方法。
【請求項６】
植物における成長を向上させるための照明システムにおいて、
印加される電気刺激を提供するよう入力電圧を提供する入力と、
前記印加電気刺激に基づいて、負荷電流を受ける第１の回路網に配置される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、
前記第１の回路網内の前記複数のＬＥＤは、植物の第１の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第１の波長で第１の光出力を生成し、
前記印加電気刺激に基づいて、前記負荷電流を受ける第２の回路網に配置される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、
前記第２の回路網内の前記複数のＬＥＤは、前記植物の第２の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第２の波長で第２の光出力を生成し、
３０分未満の周期で明暗の間に前記第１及び第２の光出力を同時に変調するよう、前記入力に電気接続される制御モジュールと、
を備えることを特徴とする照明システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記制御モジュールは、前記交流入力の前記周波数を決定することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記制御モジュールは、減光装置であることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムにおいて、更に、
前記交流入力から前記入力電圧を受け取り、第１の入力電流を前記第１の回路網に供給し、第２の入力電流を前記第２の回路網に供給するよう、前記負荷電流を調整する駆動回路を備え、
動作中、前記第２の入力電流が前記第２の回路網に電流を供給しない場合に、前記第１の入力電流は、前記第１の回路網に電流を供給することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年４月１７日出願の米国仮特許出願第６１／９８０，８２９号明細書の優先権の利益を主張し、また、２０１４年４月２５日出願の米国仮特許出願第６１／９８４，４１７号明細書の優先権の利益を主張し、これら出願のそれぞれは、その全体を引用して本明細書中に組み込む。
【０００２】
本出願は、また、２０１３年７月９日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０４９７０８号明細書の米国国内移行段階出願としての２０１５年１月８日出願の米国特許出願第１４／４１３，４５１号明細書にも関連し、ここで、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０４９７０８号明細書は、２０１２年７月１０日出願の米国仮特許出願第６１／６６９，８２５号明細書に基づいており、また、その優先権を主張し、その全てを本明細書中に完全に組み込む。本出願は、また、２０１４年３月２８日出願の米国仮特許出願第６１／９７１，５８４号明細書に対する利益を主張し、それに基づく２０１５年３月２７日出願の米国特許出願第１４／６７０，６５３号明細書にも関連し、これら出願の両方は、その全てを引用して本明細書中に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、植物成長に関する。より詳細には、本発明は、光合成を向上させるよう植物に光を照射する方法及びアセンブリに関する。
【０００４】
光合成プロセス中、植物は、異なる周波数の光を吸収して光合成プロセスを促進させることは、当該技術において周知である。特に、光合成有効放射（ＰＡＲ）は、略４００ナノメートル（ｎｍ）から７００ｎｍまでのスペクトル領域内の放射である。また、最も豊富に存在する植物色素であり、植物代謝の原因となる色素であるクロロフィルが、赤色及び青色光を捕らえることに最も効率的であることは当該技術において公知である。
【０００５】
光合成中、植物中のクロロフィル色素は、代謝プロセスを促進させるために光子を吸収し、光子内部の余分なエネルギーを消散させる。同時に、赤色／遠赤色及び青色／ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ光検出器又は光受容器である他の色素は、化学的に反応して植物の行動及び発育を調節する。従って、赤色及び青色スペクトル光を供給することによって、植物は、増大した速度で成長することがわかった。
【０００６】
加えて、植物は、ターンオーバー、すなわち、暗所にいる時間が必要であることも当該技術において公知である。特に、色素が光子を受容している場合、エネルギーは、電子移動連鎖（ＥＴＣ）を介して移動され、この時間中、更なる光子エネルギーは、ＥＴＣを介して消散できず、代わりに、他の有害な酸化プロセスを介して消散されるよう利用可能であり、色素は、電荷を受容する。それにも関わらず、更なる光子が植物に衝突する場合、色素は、代謝する試みを継続させ、従って、植物に負担を掛け、疲労させる。従って、暗所時間は、色素が代謝プロセスを終了し、プロセスを再開することを可能にするために必要である。従って、ちょうど人間が睡眠を必要とするように、植物も同様に、代謝プロセスを最も効果的に行うよう、休止時間を必要とする。
【発明の概要】
【０００７】
従って、本発明の原則的な目的は、交流電源を使用して植物内の成長特性を向上させることにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、植物成長を向上させる費用効果の高い照明を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、多数の植物に対して用いられる照明アセンブリを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、直流電源の使用に対して、植物に提供される光を変調する代替方法を提供することにある。
【００１１】
これら及び他の目的、特徴、並びに利点は、明細書の残りから明らかとなろう。
【００１２】
花を含む植物の生育のための園芸用アセンブリ。アセンブリは、植物に隣接し、植物のスペクトル感度に適応させた交流電源の光源アセンブリを含んでいる。光エンジンアセンブリは、減光可能に設けられ、通過位相遮断は、光がアセンブリによって発せられない周期を提供するよう、電流がアセンブリ内のＬＥＤを通過することを止めることができる。更に、光エンジンアセンブリは、通過位相遮断した赤色及び青色発光が制御できるように、赤色及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の両方を直列に設けるチップ素子を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、植物生命体を生育するための制御された環境における照明アセンブリの側面斜視図である。
【図２】図２は、植物生命体を生育するための照明アセンブリのブロック図である。
【図３】図３は、植物生命体を生育するための照明アセンブリのトレイの平面図である。
【図４】図４は、植物生命体を生育するための照明アセンブリ用の回路の略図である。
【図５】図５は、波長の範囲より上の、クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、及びカロチノイドによって吸収される光量を示すグラフである。
【図６】図６は、植物生命体を生育するための照明アセンブリ用の回路の略図である。
【図７】図７は、図６の回路のための電圧及び入力電流に対する波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、園芸用アセンブリ１０は、屋外、温室内、屋内等を含むいずれの場所にも存在できる。アセンブリ１０は、通常、並列関係で植えられる植物１４が位置するコンテナつまり空間１２を含んでいる。一実施形態において、内部キャビティ２４を形成し、凹ませるよう、並行に離間された関係にある上壁及び底壁１８及び２０に固定される、また並行に離間された関係にある第１及び第２の側壁１５及び１６並びに後壁２２を有する、一実施形態において概して矩形の培養装置であるコンテナ１２が提供される。前壁又はドア（図示せず）は、コンテナ１２の内部キャビティ２４にアクセスできるよう、側壁１４又は１６にヒンジ接続で固定される。ドアは、透明素材からできていて内部キャビティ２４を見ることができるのが好ましいが、別の実施形態において、ドアは内部キャビティ２４を完全に囲む。
【００１５】
内部キャビティ２４内に配設されるのは、内部に実生３１を有する複数の土塊３０を受ける開口部２９を有する複数の回動自在の保持部材又はトレイ２８である。特に、土塊３０は、トレイ２８の開口部２９によって受けられ、保持されるサイズ及び形状である。トレイ２８は、様々な角度に回動又は傾斜して、土塊３０及び実生３１上に光の完全な適用範囲を確保する。
【００１６】
複数の照明素子３２は、各トレイ２８に固定され、互いに電気的に接続される。好ましい実施形態において、複数の照明素子３２は、交流入力を受け取る発光ダイオード素子である。特に、これらのアセンブリは、以下の特許出願：Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０１０１８８３号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０１０９２４４号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０２１０６７８号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０２２８５１５号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０２４１５５９号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願公開第２０１１／０２７３０９８号明細書、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願第１３／４５２３３２号明細書、及び／又はＧｒａｊｃａｒに対する米国仮特許出願第６１／５７０，５５２号明細書のうちのいずれか１つからの交流駆動型ＬＥＤ技術を組み込んでおり、それら全ての全体を引用して本明細書中に組み込む。
【００１７】
一実施形態において、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）光、紫外光及び近紫外光（３５０〜４５０ｎｍ）、赤色光（６２０〜７５０ｎｍ）又は電磁放射の放射をもたらす各照明素子３２が、利用される。特に、照明素子３２は、照明素子３２ａ及び３２ｂとして図３に示すような、同じトレイ２８上で組み合わされる電磁放射／紫外／青色波長照明素子及び赤色波長素子を有している。かかる青色及び赤色波長照明素子３２ａ及び３２ｂは、一実施形態において、異なる光継続期間を有している。そのため、一例として、第１の青色波長照明素子は３ｍｓの光継続期間を有している一方で、赤色波長照明素子は２秒間の光継続時間を有している。
【００１８】
代替として、照明素子３２ａ及び３２ｂは、少しだけずらした同じ時間を有している。この実施形態の一例として、第１の青色波長照明素子３２ａは、３ｍｓの明るい状態と３ｍｓの暗い状態の継続時間又は期間を有している。第２の赤色波長照明素子３２ｂも、トレイ上に設けられ、また、３ｍｓの明るい状態と３ｍｓの暗い状態の継続時間又は期間を有している。一実施形態において、第１及び第２の照明素子は、同じ時間に発光するか、一部重複を示す。別の実施形態において、第２の赤色波長照明素子は、第１の青色波長照明素子が発光している３ｍｓの間、暗くなっている。次いで、第２の赤色波長照明素子が３ｍｓ発光している場合、第１の青色照明素子は暗くなり、発光していない。
【００１９】
照明素子３２は、電源３３によって作動し、更に、光度を３ルーメン未満に低下させる減光装置３４を有している。従って、一定の低照度波長光が、コンテナ１２全体に放射される。光は、所望の正確な光の波長を向けるよう、狭い周波数又は単色であってもよい。加えて、低照度として説明したが、より高照度の光の波長が供給されてもよい。更に、ＬＥＤ照明素子の特性のためにＬＥＤ素子が利用される実施形態において、光は、長時間にわたって点灯させておくことができる。
【００２０】
光度を３ルーメン未満に低下させることができる一方で、光度は、同様に、８００ルーメン、１０００ルーメン、又はそれより多くを出力するよう増加することができる。同様に、光継続時間は数日、数週間、又は数ヶ月等の長時間にわたって可能である一方で、明暗期間の継続時間は、数時間、数分間、数秒間、そして数ミリ秒間でさえにも制御することができる。
【００２１】
加湿装置３６は、また、内部キャビティ２４とも関連しており、上壁１８と係合し、ドア２６が閉じられている場合に内部キャビティ２４内の湿度を増加できる管状要素を有するのが好ましい。このように、内部の湿度は、内部キャビティ２４との湿度が所定であるように、湿度０％から１００％までのいずれかの相対湿度を提供するよう制御することができる。湿度は、略５０〜８０％の間である。加熱装置３８は、また、図２に示すように電源３３に電気接続され、内部キャビティ内に所定の熱量を供給するよう内部キャビティ２４内に配設されている。
【００２２】
一実施形態において、磁気装置４０が培養装置１０と関連している。一実施形態において、磁気装置４０は、内部キャビティ内にあって、実生及び結果としての植物１４を通る所定の磁束を形成するか、それに影響を及ぼす。
【００２３】
並列関係で植えられるとして説明したが、単一の植物１４、又は、互いに対してどのような関係でも植えられる複数の植物１４が検討され、本開示の範囲外ではない。照明素子３２は、一実施形態において、少なくとも１つの植物が照明素子３２によって発せられる放射を受けるように、植物１４の近傍に配置されるか、取り付けられる。
【００２４】
照明素子３２は減光可能であり、Ｇｒａｊｃａｒに対する米国特許出願第１２／８２４，２１５号明細書及び／又はＧｒａｊｃａｒに対する米国特許出願第１２／９１４，５７５号明細書で説明されているように構築され、その両方を引用して本明細書中に組み込む。一例としてのみの１つのかかるアセンブリは、周期的な励起電圧を受け取るよう成される一対の入力端子５０を有して、端子が、交流電流、又は、等しい大きさで、反対極性の電流を受け取ることができ、前記電流が、励起電圧に応じて流れて交流入力を供給するように、図４に示されている。交流電流は、次いで、任意選択的に、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）５４と、好ましい実施形態において、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）５６から形成されるブリッジ整流器である整流装置５５とを含む駆動回路５２によって調整される。
【００２５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）５６は、第１の回路網５８内に配置され、ここで、第１の回路網５８は、第１の回路網５８に関連する少なくとも順閾値電圧を超える励起電圧に応じて電流を伝えるよう配置される。任意選択的に、駆動回路５２に応じて、１つの抵抗器６０又は多数の抵抗器が、第１の回路網５８に到達する前に電流を調整するよう用いることができる。第１の回路網５８のＬＥＤ５６は、いずれかの種類又は色であってもよい。一実施形態において、第１の回路網５８のＬＥＤ５６は、略６００〜７５０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する光を生じる赤色ＬＥＤである。別の実施形態において、第１の回路網のＬＥＤは、略３５０〜５００ｎｍの波長を有する光を生じる青色ＬＥＤである。代替として、赤色及び青色ＬＥＤの両方は、共に設けることができるか、又は、緑等の他の色のＬＥＤが、本開示の適用範囲の外側に入ることなく、同様に用いられてもよい。
【００２６】
複数のＬＥＤ５６を有する第２の回路網６２は、第１の回路網５８と直列関係で追加的に設けられる。第２の回路網６２のＬＥＤ５６は、いずれかの種類又は色であってもよい。一実施形態において、第２の回路網６２のＬＥＤ５６は、略６００〜７５０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する光を生じる赤色ＬＥＤである。別の実施形態において、第２の回路網のＬＥＤは、略３５０〜５００ｎｍの波長を有する光を生じる青色ＬＥＤである。代替として、赤色及び青色ＬＥＤの両方は、共に設けることができるか、又は、緑等の他の色のＬＥＤが、本開示の適用範囲の外側に入ることなく、同様に用いられてもよい。
【００２７】
バイパス経路６４は、第１の回路網５８と直列関係にあり、第２の回路網６２と並列関係にある照明素子３２内に設けられる。また、バイパス経路６４内には、制御されたインピーダンスを提供する素子があり、それは、単なる一例として、一実施形態において空乏型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ６６だけであってもよい。追加のトランジスタ、抵抗器等は、全て、バイパス経路６４から第２の回路網６２への平滑で連続した移行を提供するよう電流を調整するバイパス経路６４内で使用することができる。
【００２８】
従って、入力励起波形の関数として転移する色温度は、ＬＥＤグループまたは回路網５８及び６２の適切な選択及び１つ以上の選択性電流分岐調整回路の配置に基づいて、選択したＬＥＤ回路網５８及び６２周辺のバイパス電流を変調するよう、実現されるか、又は計画されてもよいことは、本明細書中の開示から正しく理解される。各グループにおけるダイオードの数、励起電圧、位相制御範囲、ダイオードの色、及びピーク強度パラメータの選択は、照明用途の範囲のために向上した電気及び／又は光出力性能を生じるよう操作されてもよい。
【００２９】
照明素子３２は、直流電源を使用せずに減光装置３４を用いて変調させることが可能である。図示するような一実施形態において、減光装置３４は、立ち上がり及び立ち下がり位相遮断素子を使用している。単なる一例として、トライアック調光器は立ち上がりにおいて位相遮断を与える一方で、ＩＧＢＴ調光器は立ち下がりにおいてフェーズ遮断を与える。本実施形態において、立ち上がり及び立ち下がり位相遮断の両方を有する減光装置は、駆動回路５２と電気通信している。このように、減光装置３４において両方を使用することによって、電流の無い所定期間が提供される。従って、減光装置３４に関連する制御装置は、電流の無い期間、及び、従って、暗い期間を決定するよう用いることができる。
【００３０】
別の実施形態において、減光装置３４は、少なくとも１つのＳＣＲシリコン制御整流器）を含み、一実施形態において、所定時間、供給される電流を遮断するために使用される第１及び第２のＳＣＲを含んでいる。遮断は、ゼロ位相角又は、代替として、１つの角度で生じてもよい。従って、ＳＣＲを使用することによって、減光装置３４は、再度、照明素子３２の制御可能なオン／オフスイッチとして機能する。特に、一実施形態において、調整ノブ等の制御装置は、明暗の所定周期が０〜３０分のいずれかの所定時間周期に設定できるように、第１及び第２のＳＣＲと接続している。
【００３１】
図６は、異なる照明素子３２ａ及び３２ｂの千鳥状配置を可能にする代替の実施形態を示している。本実施形態は、一実施形態において、赤色スペクトル出力を提供する第１の複数の照明素子３２ａにおいて入力を供給するよう、ブリッジ整流器７２の半分を含む駆動回路６９に交流電流を供給する交流入力７０を有する回路６８を示している。次いで、並列に、第２の複数の照明素子３２ｂは、ツェナーダイオード等のダイオード７４を介して交流入力から入力を受け取る。照明素子３２ａ及び３２ｂの各グループは、また、本実施形態において、制御抵抗器を有するトランジスタとして設けられる追加の電流調整素子も有している。
【００３２】
従って、第１及び第２の照明素子３２ａ及び３２ｂに入力される電流は、図７に示すように調整される。図７は、回路６８から生じる、照明素子３２ａ及び３２ｂへの電圧入力８０並びに電流入力８２及び８４を示している。第１の電流入力８２は、正電圧が回路に印加された場合に最大電流入力８６を供給し、電圧入力８０がゼロ未満に降下した場合は電流を供給しない８８。その一方、第２の電流入力８４は、電圧が負、又はゼロ未満の場合に最大電流入力９０を供給する一方で、電圧がゼロより上か、又は正である場合は電流を与えない９２。
【００３３】
その結果、単一の電圧源により、照明素子３２ａ及び３２ｂの各セットに対する電流周波数は、何の電流も第１の照明素子３２ａに流れておらず、第１の照明素子３２ａが暗い原因となっている期間中、電流は第２の照明素子３２ｂに流れており、第２の照明素子３２ｂによって供給される光の原因となり、逆の場合も同様であるように、相殺される。このように、人は連続光を認識するが、異なるクロロフィルＡ及びＢは、それが吸収する光の波長の周期と、次いで、それが吸収しない光の周期を受け、従って、個々の色素は明暗周期を感知する。
【００３４】
運用において、ある者は、成長率、生産高等の植物の特徴を最も効果的にする、植物のための所定の光波長又は色と共に、特定の植物に対する所定の明暗周期を検討し、決定できる。次いで、照明素子３２は、所定の光波長を与えるよう製造され、減光装置３４は、最適な成長のための最適な所定の明暗周期を与えるよう調整することができる。
【００３５】
特に、ほとんどの植物は、クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、又はカロチノイド、若しくは、３つのうちのいくつかの組み合わせを持っている。特に、クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、又はカロチノイドは、植物内での光合成に関与する色素である。図５は、曲線１０５（クロロフィルＡ）、１１０（クロロフィルＢ）、及び１１５（カロチノイド）で示すような波長の関数として、クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、及びカロチノイドによって吸収される光の例示的なグラフ１００を示している。
【００３６】
図５において、曲線１０５は、クロロフィルＡ受容、つまり光の異なる波長の吸収の例示的な表現を提供している。吸収は、３８０及び７８０ｎｍ間の波長において明らかなピークと共に現れている。この例において、クロロフィルＡの第１のピーク１２０は、約３９０〜３９５ｎｍで発生し、第２のピーク１２５は約４１０〜４１５ｎｍで発生し、第３のピーク１３０は約６９０〜６９５ｎｍで発生している。これらの例は、実例となるものであり、制限するものではない。
【００３７】
クロロフィルＢ吸収曲線１１０に対しては、第１のピーク１３５は約４２０〜４２５ｎｍで発生する。第２のピーク１４０は約４７０〜４８０ｎｍで発生すると共に、最終ピーク１４５は約６６５〜６７０ｎｍで発生する。再度、これらの例は、実例となるものであり、制限するものではない。
【００３８】
カロチノイド吸収曲線１１５に対しては、第１のピーク１５０は約４１５〜４２０ｎｍで発生する。第２のピーク１５５は約４６５〜４７０ｎｍで発生し、第３のピーク１６０は約４９０〜５００ｎｍで発生する。再度、これらの例は、実例となるものであり、制限するものではない。
【００３９】
従って、園芸用アセンブリを製造することにおける選択プロセスの間、成長させるべき植物の種類が、光合成を促進するために特定の植物に存在するクロロフィルＡ、クロロフィルＢ、及び／又はカロチノイドの濃度を決定するよう解析される。次いで、植物内の色素（クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、又はカロチノイド）のピーク１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、又は１６０に関係する狭い波長帯域を有する第１の照明素子又は第１の複数の照明素子が選択される。従って、一実施形態において、クロロフィルＡが植物内で見つかった場合、約４１０〜４１５ｎｍのピーク１２５を与える照明素子３２ａが選択される。従って、４００ｎｍから４２５ｎｍまでの範囲にある波長を有する光素子３２ａが選択される。
【００４０】
照明素子３２ａが、所定の色素の吸収曲線１０５、１１０、又は１１５のピーク吸収に対応するよう選択されると、次のステップは、供給されるべき光の線量又は継続時間を受けた後、色素が光合成の化学反応を完了するために必要な時間を決定することである。そのため、クロロフィルＡが存在する実施形態において、期間は３．５ｍｓであると決定されてもよい。代替として、交流電源からの入力を受け取る照明素子３２が用いられる場合、一実施形態における期間は、ヘルツ量、つまり交流入力の周波数によって制御される。
【００４１】
特に、交流入力は、入力電圧がゼロボルトと動作電圧との間で常に変動している正弦波を示す。ゼロボルトにおいて、電流はＬＥＤに流れることを止め、何の光も与えられない完全な暗闇の期間が与えられる。しかし、正弦波の周波数が増加された場合、光と完全な暗闇との間の期間は、行われた検討によって、人間がもはや略１００Ｈｚの周波数において暗闇の周期を認識できない点まで減少される。従って、個々に対して、光は一定に現れる。しかし、４０又は５０Ｈｚ等のより低い周波数において、人間は、可視明滅として暗闇の周期を認識する。従って、期間は、交流入力電圧がＬＥＤに供給される周波数によって直接制御することができる。
【００４２】
代替の実施形態において、減光装置３４は、ＬＥＤの光と完全な暗闇との期間を制御するよう用いられる。特に、光素子３２は、照明素子３２に供給される調整された電流の変調によって所定の継続時間の位相を与えるよう構築される。好ましい実施形態において、位相は２４ｍｓである。位相遮断の結果としてのこの位相の間、トライアック又は他のコンポーネントによる立ち上がり及び／又はＩＧＢＴ等のようなトランジスタによる立ち下がりであろうとなかろうと、電流は、所定の時間又は期間、好ましくは、３．５から１４．５ｍｓの暗闇又はターンオーバー期間を生じるための各２４ｍｓの間の３．５から１４．５ｍｓの間、ＬＥＤに供給されない。この３．５から１４．５ｍｓの間、植物１４は、光合成プロセスを最も効果的に行うためにターンオーバー時間を経験する。
【００４３】
このように提供されるのは、植物の継続的成長を刺激する明暗の所定周期である。本出願の文脈において用いる場合、明暗の所定周期は、たとえ明暗が人間によって感知できなくても、植物１４によって感知されることができ、何の光も照明素子３２によって発せられていない場合の周期を示すものによって測定され、決定される。従って、明滅及び人間によって感知されない非感知明滅呈示が、本開示の文脈内で明暗の所定周期を提供するよう考えられる。
【００４４】
減光装置３４が継続時間を制御するために用いられる代替の実施形態において、第１及び第２のＳＣＲが使用され、ＳＣＲは、照明素子３２の制御可能なオン／オフスイッチとして機能する。かかる機能は、光の所定周期及び暗闇の所定周期を可能にする。一実施形態において、明暗両方の所定周期は略３０分である。特に、減光装置３４は、明暗の所定時間周期が０〜３０分のいずれかに所定時間に設定できるように、第１及び第２のＳＣＲと接続している。交流入力が供給されるため、提供される暗闇は、直流ベースの明滅とは異なり、電流が全く供給されない結果として、光子が全く生成されない完全な暗闇である。このように、ある者は、特定の植物の最適必要量に適合するよう、明暗の所定の継続時間を制御できる。
【００４５】
照明素子３２ａの所定の波長が選択され、明暗の継続時間が決定されると、継続時間が達成される方法も選択される。この時、植物は、再度、植物内の追加色素の濃度を決定するよう解析される。従って、一実施形態において、クロロフィルＢの濃度は、第２の照明素子又は複数の照明素子を選択するよう決定される。第１の照明素子と同様に、植物内の色素（クロロフィルＡ、クロロフィルＢ、又はカロチノイド）のピーク１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、又は１６０に関係する狭い波長帯域を有する第２の照明素子３２ｂが選択される。従って、クロロフィルＢが植物内で見つかった第２の色素である実施形態において、約６６５〜６７０ｎｍのピーク１４５を与える一実施形態における照明素子３２ｂが選択される。従って、６５５ｎｍから６８０ｎｍまでの範囲にある波長を有する第２の光素子が選択される。代替として、第２の照明素子３２ｂは、６９０ｎｍ〜６９５ｎｍの間の波長である、第３のピーク１３０等のクロロフィルＡの追加のピークを提供するよう選択される。
【００４６】
次いで、第１の選択された照明素子３２ａと同様に、光合成の化学反応を完了するために必要な光の線量又は量に対する継続時間が決定される。この時点で、上で説明したような明暗の必要な継続時間を提供する方法が、第２の照明素子３２ｂのために提供される。このように、第１及び第２の照明素子３２ａ及び３２ｂの両方は、色素が植物内で必要とし、従って、植物の生育を最も効果的に行うように、正確な光の波長及び明暗の継続時間を提供する。この方法は、カロチノイド色素に関して、同様に用いることができる。
【００４７】
加えて、別の考慮は、各照明素子の照度である。特に、植物１４又は実生３１上の照度又はルーメン／ｍ２又はルクスが増加するにつれて、植物１４又は実生３１に供給されるエネルギー量が増加し、従って、適切な線量を供給するために必要な時間、又は光化学反応、又は光合成を生じるために必要なエネルギーを低下させる。
【００４８】
加えて、１日の継続時間の間、又は、光が光化学反応をもたらすために供給される周期の間、化学反応をもたらすために必要なエネルギーの線量は増加する。特に、光合成をもたらすために必要な線量は動的である。従って、光化学反応又は光合成をもたらすよう十分なエネルギーを供給するために必要な時間は、照明周期の開始において、最適な線量が、３．５ｍｓ等の第１の所定時間、供給され、１２時間等の時間の後、１４．５ｍｓの光等の第２の所定時間が要求されるように、１日の間又は経時的に実際に増加できる。
【００４９】
従って、光周期を制御するコントローラ２００を用いることによって、十二（１２）時間、二十四（２４）時間、四十八（４８）時間以上等の所定時間周期全体を通して、照明素子３２の周波数又は光周期を特に適合させるか、又は、動的に変化させる各植物１４又は実生３１のためのアルゴリズムを提供することができる。化学反応又は光合成が生じるための動的変化要件と一致するよう光周期を動的に増加させることによって、光合成効率が向上し、植物１４又は実生３１の生育が最も効果的に行われる。
【００５０】
同様に、光の照度は、電圧、及び従って、光出力強度を増減させることによるか、又は、照明素子３２を植物１４又は実生３１の近くに運ぶか、又は、それから更に離間させるようトレイ２８を機械的に上昇又は下降させるトレイアクチュエータ３９にコントローラ２００を電気接続することによるかのどちらか一方によって、コントローラ２００によって動的に変化させることができる。加えて、センサ４１は、植物１４の高さを決定し、正しい照度が常に植物に供給されることを確実にするようトレイ２８を植物１４から離間して自動的及び動的に移動させるよう、コントローラ２００に電気接続することができる。
【００５１】
このように与えられるのは、複数の植物１４に照光するための方法及びアセンブリ１０である。アセンブリ１０は、植物のための所定量の暗闇又はターンオーバー時間を含む照明サイクル又は位相を提供する照明素子３２を含んでいる。結果として、植物１４は、代謝プロセスの完了中に植物のストレス及び緊張を緩和するために必要な休息を得る。この時点で、植物１４は、次いで、光合成プロセスにおいて代謝を継続するよう、より多くの光を吸収する準備が整っている。
【００５２】
一方で、光の波長を、各植物内部の色素によるかかる光の吸収率に基づいて選択することによって、代謝及び光合成の効果が最大となる。特に、ＬＥＤは、植物１４によって受け取られる光を、その特定の植物１４に対する理想ＰＡＲによって最も効果的にするために、間欠性紫外線、近紫外線、青色光、及び／又は赤色光を生じるようＬＥＤの異なる回路網５８及び６２を備えることができる。結果として、２４時間の一定の光成長サイクルを得るだけでなく、最大となる植物の成長率も更に得ることができる。この結果、植物のより早い熟成及びより大きい産出量となる。
【００５３】
加えて、交流入力の周波数を制御することによって、又は、減光装置３４を用いることによって、個人は、特定の植物１４に対して光の変調又は光周期を制御することが可能となる。従って、３．５ｍｓの光及び３．５ｍｓの暗闇の周期の最適な生育条件が提供できれば、制御アセンブリ３４は、この変調を提供するよう調整することができる。代わりに３０分の周期が最大の植物生育及び光合成の向上のために必要とされる場合、制御装置３４は調整することができ、アセンブリ１０は要求される変調を提供できる。このように、アセンブリ１０は、異なるアセンブリを製造し、従って、最先端技術を改良する必要なく、多種多様な植物１４に対して用いることができる。
【００５４】
更に、下の植物に下向きの光を提供する各トレイ上の照明素子３２と並列に離間された関係で提供されるトレイ２８を与えるアセンブリ１０は、また、二次的な機能も提供する。特に、駆動回路５２は、駆動回路５２が実装されるトレイ２８に直接熱を放射する。従って、熱は、トレイ２８からトレイ２８内の開口部２９を介して配設される土塊３０に直接伝達される。これは、土塊３０のために追加の加熱を提供して、より最適な生育環境を提供する。
【００５５】
植物１４及び実生３１の生育を向上することに加えて、照明素子３２は、同様に、土塊３０内の肥料及び養分内における化学反応の向上をもたらすことができる。特に、線量を最適化して、植物１４及び実生３１と同様に、バクテリア内のミトコンドリアを刺激するよう化学変化を向上させることにより、変換に関与するバクテリアをより効率的にすることによって、単純タンパク質への硝酸及びリン酸の変換を促進することができる。このように、光線処理されない実生と比べて、実生３１内外の成長が向上する。
【００５６】
加えて、アセンブリ１０は、容易に製造され、それらを取り付けるか、配置することによって、そうでなければ、植物１４に隣接して、新規および既存の園芸用アセンブリに組み込まれる。最後に、交流入力が使用され、パルス幅変調が除去されることにより電流が調整されるため、照明素子３２に関連するコストは、大幅に削減される。従って、最低限でも、記載した目的の全てが満たされている。
【００５７】
出願人は、上記の開示に略述した原理のいくつかに基づいて、多数の実験を行ってきた。特に、２つの培養装置に、赤色及び青色照明素子を装備させた。第１の培養装置において、トレイは４列のＬＥＤを備えており、最初の２列はロイヤルブルー又は略４５０ｎｍであり、第３及び第４列は深紅又は略６５５ｎｍであった。第２の培養装置は、同一の照明を有する同一のトレイと共に作成された。第１の培養装置において、ＬＥＤは、１５０ｍＡの電流並びに１８時間オン及び６時間オフの照明スケジュール又は継続時間で、１００％直流入力によって電力供給された。第２の培養装置は、ほんの５０Ｈｚの周波数を与えることによって調節された持続期間と共に、５０％で２００ｍＡの交流入力によって電力供給された。これは、１秒未満の周期ではあるが、１日２４時間、電源がオンにされた明滅を与え、従って、人間にとって２４時間の感知される照明が提供された。
【００５８】
スイスチャードが植えられ、暗闇で３日間、発芽／成長させた。各培養装置の培養設定は、９０°Ｆ、相対湿度７０％であった。次いで、照明プログラムが７日間用いられた。７日後、５０Ｈｚの調光を２４時間受けた植物は、１８時間の一定直流光及び６時間の暗闇の下で生育させたものよりも、顕著に緑色の葉、より大きく、より強い根元構造、及び顕著に大きい植物を示した。従って、２４時間の照明プログラムは、最良の植物を実際に生産した。２つの試験を行った後、向上した成長率は、１つの実験において３０％高い成長率であり、第２の実験において６０％高い成長率であった。
【００５９】
別の実験がトウモロコシに関して行われた。再度、実生３１は、１つの培養装置内で１６時間の直流ＬＥＤ光及び８時間の暗闇を提供され、２４時間のパルス光に曝露された。両培養装置に供給された波長は、スイスチャードによる試験と同一であった。温度、湿度、及び給水は、再度、両システムによって供給されるクーロンと共に一定に保持された。３日間の生育後、発芽は、直流ＬＥＤ１６時間処理では検出できなかった一方で、２４時間パルス光では成長が見られた。４日後、直流ＬＥＤ実生は、いくつかの植物成長と共に発芽したが、２４時間パルス光は、直流ＬＥＤ光と比べて、大きさ、葉状、及び色において大幅な向上が見られた。従って、再度、システムは向上した成長率が見られた。
【００６０】
従って、記載した目的の全てが満たされ、問題が克服された。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月16日(2016.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物成長を向上させる方法において、
少なくとも１つの照明素子により、植物の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である波長で光出力を生成するステップと、
生成された前記光出力が前記植物によって受け取られるように、前記植物に隣接して前記照明素子を位置決めするステップと、 
前記植物の成長を向上させるために前記植物の前記所定色素に対する明暗の所定周期を生じるよう、前記光出力を変調するステップと、
第２の照明素子により、植物の第２の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第２の波長で第２の光出力を生成するステップと、
前記植物の成長を向上させるために前記植物の前記第２の所定色素に対する明暗の所定周期を生じるよう、第１の光出力の変調と同時に、前記第２の光出力を変調するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記光出力は、６０Ｈｚ以下の周波数を有する交流入力を供給することによって変調されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記色素がクロロフィルＡであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記所定色素の前記ピーク吸収は、４１０ｎｍであることを特徴とする方法。
【請求項５】
植物における成長を向上させるための照明システムにおいて、
印加される電気刺激を提供するよう入力電圧を提供する入力と、
前記印加電気刺激に基づいて、負荷電流を受ける第１の回路網に配置される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、
前記第１の回路網内の前記複数のＬＥＤは、植物の第１の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第１の波長で第１の光出力を生成し、
前記印加電気刺激に基づいて、前記負荷電流を受ける第２の回路網に配置される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、
前記第２の回路網内の前記複数のＬＥＤは、前記植物の第２の所定色素のピーク吸収の２０ｎｍ内である第２の波長で第２の光出力を生成し、
第１の光持続周期を有する前記第１の光出力を変調し、前記第１の光持続周期とは異なる第２の光持続周期を有する第２の光出力を変調するよう、前記入力に電気接続される制御モジュールと、
を備えることを特徴とする照明システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記制御モジュールは、前記交流入力の前記周波数を決定することを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
2017511149.tif 000010