JP2011181484A - 間欠照射による、植物栽培用の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 植物の光合成用の光源として、ＬＥＤ電球を利用するためには、ＬＥＤ電球を一般的な照明に利用した場合の特性である▲１▼指向性の強いスポットライトに向く光を発光であること▲２▼発熱に弱い素子であること▲３▼点滅の応答性が早いこと▲４▼他の電球に比べて機械的な強度が強いこと以上の４点を活かし又克服して利用して、光合成を効率よく促進する特性のある光源と為すこと。
【解決の手段】 植物の光合成用の、明反応と暗反応の促進には早い周期の間欠の強い光を与えることで足りることに着目して、▲１▼ＬＥＤ電球１に間欠のパルス電力を供給して点滅させること、▲２▼ＬＥＤ電球１ｗを利用した照明ユニット５８を回転させた回転の光線を直接又は、▲３▼反射板（１４、１５）で反射させて、地表面１１を走査させて用いること以上▲１▼〜▲３▼の手法を組み合わせて、解決したものである。
【選択図】図８

Description

本発明は、植物栽培用のハウスにおいて、植物の光合成（以下、光合成と言う）に必要な光源を提供する照明設備に関するものである。

現在、食の安全（農薬の問題）、自然保護、農業人口の減少等により、農業の効率化、工業化が望ましいとされ、水耕栽培や植物工場化した植物栽培用のハウスによる、野菜や果物の栽培が行われている。
植物栽培の基本となる技術は、植物の持っている光合成の能力を充分に発揮させることである。
光合成は炭酸ガスと水と光を植物が吸収して、炭酸ガスと水から炭水化物を合成して、酸素を放出する反応であるが、光合成により作られた炭水化物により、植物が生長し、果実など、その成果を得ることとなる。
光合成の光源として、植物栽培用ハウスなどでは、自然な太陽光線に変えて蛍光灯やＬＥＤ電球（発光ダイオードを光源としたライトであって、蛍光灯のように光が拡散して、面的な広がりを持つ機能となすような、加工を施してないスポットライト的な電球であって、以下ＬＥＤ電球という）等の、人工の光源の使用も見られるが、その数は少ない。
特に、ＬＥＤ電球の使用に関しては、周辺技術の進歩にもかかわらず、その効果的な面から、満足な成果が無くその普及が進んでいないのが現状である。

本発明は、植物栽培において、光合成を促進するための光源を太陽光線に替えて、ＬＥＤ電球を効率的に活用するための方法に関するものである。
ＬＥＤ電球は、白熱電球や蛍光灯と比較して、光に転換するエネルギーの効率が高く、その発光色（光の波長）もＬＥＤチップに使用する半導体の素材により選択することが出来ること、明るさなどの制御も容易であるなどの利点がある。
しかし、ＬＥＤ電球の照明は指向性が強いため、スポットライト的な光の照射となり、広い面へ光をあてる光源としての適応性がないことが欠点となる。
植物栽培用の光源として、ＬＥＤ電球１を用いた場合のフローチャート図１に示すように、光線１２と光線１３で挟まれた中央部の範囲Ａは明るいが、範囲Ａの外側の領域Ｂ、領域Ｃは極端に暗くなる（照度が下がる）。
従って、ＬＥＤ電球１の配置の例を示すフローチャート図２に示すように、ＬＥＤ電球１の設置における、離隔距離Ｌ１、離隔距離Ｌ２共に短くして、設置する必要がある。
又、ＬＥＤ電球１の欠点としては、熱に弱い欠点がある、通常の作動可能な保証温度は８５℃といわれているが、保証温度の上限になると輝度が低下する。
従って安定的な性能で、４万時間程度の寿命で使用するには、作動中のＬＥＤの温度を５５℃以下程度とすることが必要であり、植物栽培用ハウスの内部はその位置、時間帯によっては気温を超える場所が多いことから、植物栽培用ハウスへのＬＥＤ電球１の導入時の課題となる。
他方、ＬＥＤ電球１の特徴は、▲１▼点滅が電力のＯＮ、ＯＦに瞬時に反応すること、▲２▼明るさの制御が容易であること、▲３▼蛍光灯や白熱電球に比べて、衝撃等の強度が強いことが上げられる。
本発明は、植物栽培用の光源としてＬＥＤ電球１を利用するにあたって、一般の照明のように、ＬＥＤよりの発光を、光透過性の高い板の片面で拡散反射して、面全体が発光して、広い面に均一へ照明が行き渡るように、改善した電球とすることではなく、ＬＥＤ電球の持っている本来特性をそのまま活かして、省エネルギーで省コスト、植物の光合成に最適な光であるとともに、作業性にも適応する照明装置となすことを課題としたものである。

光合成に利用される光として、「植物が必要とする光」は「人間が物を見るために必要とする照明の光」とは異なる面がある。
本発明は植物が光合成に利用するために必要な光の性質、光合成反応の効率との関係から、ＬＥＤ電球の持っている「光合成用光源としての優れた特性を発見し、光合成に最適な光を提供するとともに、省エネルギーで省コストとなる植物栽培用の照明装置と為したものである。
光合成と光との関係は植物の種類頭により細かい違いはあるが、食料として栽培されている植物については、以下の特徴を備えている。
（１）光合成において、光合成の量的速度は、▲１▼光の強さ、▲２▼外気又は植物栽培用ハウス内の炭酸ガス濃度、▲３▼温度により影響を受ける。
（２）光の強さに限れば、光の強さが強いほど単位時間あたりの光合成量が増加する傾向があり、光飽和点は１０，０００ルックスにも達する植物は多い、これは室内照明と比べれば強い光であり、植物栽培の最適条件のためには居住用の室内照明と比べて強い光（照明）を必要とする。（因みに照明のＪＩＳ基準によれば勉強部屋の照度は上限１５０ルックス、読書用スポット照明は上限１，０００ルックスの照度と定めている。又太陽光の照度に関するデーターでは九州地区の測定値では曇天時の真昼時には年間を通して、地表面で２０，０００ルックス以上の照度があることが記録されている）
（３）しかし、植物の光合成のプロセスは、光を必要とする反応（以下明反応と言う）で始まり、その後、光エネルギーを必要としない反応（以下暗反応と言う）を行うことで、一つの周期が完結し、明反応と暗反応を繰り返しながら行われることから、植物の光合成用の光は、連続照射の必要がなく、特殊な植物を除き、明反応は光エネルギーの入力でスタートし、明反応の完結までに要する時間は短い。（強い光の、瞬時照射が明反応の最適条件）
（４）又、暗反応は、明反応の完結を待って行なわれるシステムであり、同じ強さの光であっても、早い周期で、間欠的に光を照射したほうが、連続的な光の照射の場合より光合成の効率が高い特徴がある。
（光合成において、明反応を進めるために必要な光の照射継続時間は１万分の１秒で充分であり、一つの単位の、暗反応の時間も短いことから、連続的な光の照射の場合は信号機の無い道路に、間欠的な照射の場合は信号機のある道路に例えられ、信号機のある道路のほうが、秩序よく車が流れるように、間欠的な照射の場合のほうが光合成の効率がよくなる。因みに、供給電力の種類を示すグラフ図５に示すような、プラス電圧５６ａ（パルス電圧）と無電圧５７とを６０Ｈｚの間欠電力としてＬＥＤ電球供給し、間欠の光として植物へ照射して光合成へ用いた場合は、プラス電圧５６ａと同じ電圧の電力を連続通電の場合に比べて、電力は１／２となり、光り合成の量は１．５倍程度の増量が可能である）
以上、上記の四項目の光合成の特徴、及び、人間の視力の生理的現象である、残像現象、及び残像が生じる短い時間の周期で明、暗を繰り返す光の明るさの度合いは、明、暗を通じた周期の平均的な（積分的）照度が影響すること。
従って瞬間的には、まぶしい光も早い周期の間欠の光であればあれば、作業用として適度な光となることから、早い周期の間欠的な光りを植物に照射する方法により、効率的な光合成のための光と、作業用にも適用できる植物栽培用の照明装置となしたものである。
以下本発明による植物栽培用の照明装置の仕組みを説明する。

第１番目の省エネルギーを目的とした方法は、植物栽培用の光源として、ＬＥＤ電球１を用いた場合の、フローチャート図１に示すような栽培設備において、「ＬＥＤ電球１へ、定電圧で、一定の周期のもとにＯＮとＯＦを繰り返す、間欠電力（供給電力の特性を示すグラフ図５に示すような電力であって、縦軸５４は電圧、横軸５５は時間、５６ａは供給電圧の大きさと供給時間、５７は無電圧の時間を示す）を供給して、ＬＥＤ電球１を一定の周期で、点滅させて用いること及び、制御装置を付加して、供給電力の電圧と供給時間５６ａ及び無電圧の時間５７の設定量を、夫々変更して用いる方法により、間欠の光を照射する植物栽培用照明装置」である。
本方法は、図２の例に示した、ＬＥＤ電球１の配置に応用した場合、ＬＥＤ電球１の設置数量の変更は無いが、光合成量の増産効果、省エネの効果が大きいものとなる。
図３、図４もＬＥＤ電球１への供給電力の特性を示したグラフである。
図３、図４は絶対値が同じで方向の違う電圧（＋）５６ａと電圧（−）５６ｂによる交流（交番）電力を示している。
図３、図４に示す、交番電力を、利用しても図５に示す電力の場合と同様の効果が生じるが、ＬＥＤ電球１へは交番電力が加えられることから、配線を示すフローチャート図６に表示すように、ＬＥＤ電球１の配線５３ａ、配線５３Ｂへの接続を２種類に分けて接続することにより、交互に点灯と消灯を繰り返すことが出来るように（図６はその事例を示す）配線する必要がある。
又、電力の種類を示すグラフ図３、図４、図５で示された電力と、その供給電力の大きさと供給時間５６ａ，５６ｂと無電圧の時間５７の、夫々の設定量の制御については、ＧＴＯ（単相方形波インバーター）、ＰＷＭ（パルス幅変調、制御）ＣＶＣＦ（定電圧、定周波数インバーター）の技術として、蛍光灯やステッピングモーターの電源制御装置として、既存の技術として存在することからその説明は省略する。
又、第１番の方法は、蛍光灯にも適用できるが、この場合には，残光をなくして、ちらつきを多くするように改善して適用することが必要となる。

第２番目の方法として「ＬＥＤ電球（線状光線型）１ｗの回転光線を利用する方法」による本発明による植物栽培用照明装置を説明する。
図７は、本発明による照明装置の原理となる、ＬＥＤ電球（線状光線型）１ｗを用いた照明ユニット５８と照射面積の関係を示す図面である。
ＬＥＤ電球（線状光線型）１ｗは、地表面１１へ有効なの光の当たる部分の面の形状が長方形であり、長い方の辺と、短い方の辺の、長さの比が大きい細長い形となし、光の密度を上げた形のＬＥＤ電球である。（以下ＬＥＤ電球１ｗと言う）
図７に示すものは、円筒型のＬＥＤ電球１ｗの配線ユニット５９へ、ＬＥＤ電球１ｗ３個を、地表面１１に垂直な中心軸６０と地表面１１に平行な中心軸６１を基準として正しくあわせて、夫々セットした、照明器具５８による，照明の状況を示している。
第２番目の方法は、照明器具５８を垂直の中心線６０を中心として、地表面１１に平行な面で回転させること（６２）、あるいは中心線６１を中心として照明器具５８を地表面１１に垂直な面で回転させること（６３）によって、ＬＥＤ電球（線状光線型）１ｗに通電された照明を、照射面（地表面１１）へ走査挿せて、間欠した光の照射と同じ効果を得ると共に、以下の説明の通り、照明器具５８の照射可能な面積（照射斜面Ｓ１を照射斜面Ｓ２の面積、照射斜面Ｓ３の面積と為して）拡大して、光合成用照明装置としてより高い効率と為したものである。
照明器具５８に通電して、３個のＬＥＤ電球１ｗを点灯したときの、地表面１１へ有効なの光の当たる部分の面の形状を３種類に分類すると以下の通りとなる。
（但し、ＬＥＤ電球１ｗには規定の電圧を連続して供給した、連続した光を用いた照明とする）
（１）ＬＥＤ電球の配線ユニット５９を固定した場合の、地表面１１へ有効なの光の当たる部分の照射面はＳ１となる。
（２）ＬＥＤ電球の配線ユニット５９を、垂直の中心軸６０を中心として、６２で示すように地表面１１に平行な面で回転させるときには、地表面１１へ有効なの光の当たる部分は、サーチライトで円形の面を走査して探索するように、間欠の光の照射面Ｓ２で示すような円形となる。従ってこのような方法は、（１）の配線ユニット５９を固定した場合と比べて、照明に要する電力は同じであっても、照射面Ｓ２のほうが大きくなること（Ｓ２の面積＞Ｓ１の面積）、又、照射面Ｓ２は間欠照明となる。
（３）ＬＥＤ電球の配線ユニット５９を、水平の中心線６１を中心として、６３で示すように地表面１１に垂直な面で回転させるときには、地表面１１へ有効なの光の当たる部分の照射面Ｓ３は、線状の光を照射するサーチライトを地表面１１のうえで直線的に光を移動させて出来た走査面のような、照射面Ｓ３で示された長方形となる。
又、照射面Ｓ３の大きさは、ＬＥＤ電球１ｗの有効な回転角度を大きくすることで、長さＬ６を大きくし、照射面Ｓ３の面積を大きくすることが出来る。
（ＬＥＤ電球１ｗの有効な回転角度とは、配線ユニット５９を１回転させて得た回転光線（３６０度の走査角度）の中で、光合成用の光として利用できる明るさを持って、地表面１１へ照射されている光の走査角度を言う：当然のことながら地表面１１と反対方向の上空方向の光が照射しているときは利用されていないことから、有効な走査角度は最大でも１８０度を（３６０度−１８０度＝１８０度）超えることは無い）
ＬＥＤ電球１ｗの有効な回転角度は、光源として用いるＬＥＤ電球１ｗの、容量と照射角度αの大きさ等の特性で適宜定められるが、同一のＬＥＤ電球１ｗを用いた場合においても、照射面Ｓ３の面積を照射面Ｓ２の面積より大きく（Ｓ３の面積≧Ｓ２の面積）利用できることから、有効な方法である。
又、本方法の（３）に示した、水平の中心線６１を中心として、６３で示すように地表面１１に垂直な面で回転させるときには場合、照射角度も変化することから、照明ユニット５８を地表面１１の上空の空間において移動させることにより、従来の照明では直接照射を受けられなかった葉１１に対しても、外れた光（木漏れ日的な光り）の角度の変化が大きく、照明ユニット５８の光を満遍なく利用することが出来ることとなる。

第３番目の方法として「ＬＥＤ電球１ｗを円周上に配置して広角度に照射する方法」の本発明による植物栽培用照明装置を説明する。
第２番目の方法として「ＬＥＤ電球１ｗの回転光線を利用する方法」において、ＬＥＤ電球１ｗを垂直面で回転さる方法を示したが、第３番目の方法は、ＬＥＤ電球１ｗを円弧状に多数配置して、ＬＥＤ電球１ｗの点滅による光を放射状に、地表面１１へ照射することによって、一箇所の照明ユニットで、広い面へ間欠照明を施す方法も提唱するものである。
この方法の実施に当たっては、垂直方向を照射するＬＥＤ電球１ｗは地表面１１（照射対象面）に近く垂直な角度で照射できるが、水平面に近い角度で照射するために設置された、ＬＥＤ電球１ｗは対象面までの距離が長くなり照射角度も傾斜することから、容量の大きなＬＥＤ電球１ｗとすることで、照射角度による照射対象面での明るさの格差を小さくすることが肝要である。
第３番目の方法による本発明の照明装置は、ＬＥＤ電球１の配置の例を示すフローチャート（図２）において示したソケット５０の設置数量が減少して、配線が簡素化する他、照射対象面の上空で移動させることで、満遍なく植物へ光を照射させることの効果は大きなものとなる。

第４番目の方法を図８によって説明する、第４番目の方法は「ＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の方向（回転の方向を示す矢印２４）で回転さて、反射板１４及び反射板１５に反射させて利用する方法」の本発明による植物栽培用照明装置である。
図８は、頂部が平面形状の反射板１４、両側面が湾曲した円弧形状の反射板１５で構成され、内部に反射面を施した、概略長方形の面を覆うような屋根型構造の、傘の下部の、空間の、中央部に、軸１７を設け、軸１７を中心として、ＬＥＤ電球１ｗが回転するような構造と為した、本発明による植物栽培用照明装置の構造を示す構造を示す図面である（反射板１４及び反射板１５は断面図）。
図８において、ＬＥＤ電球１ｗを点灯して軸１７を中心として回転させるときには、照射対象面（地表面１１）に水平に照射された光１９ａは反射板１５で反射された光１９ｂとして地表面１１へ照射される、又水平面から４５度の角度で上空に照射された光１８ａも反射板１４で反射されて光１８ｂとなって地表面１１へ照射されるように、水平面より上部に照射された光も利用できることとなる。
従って、通常の点灯では利用出来ない、範囲Ａの外側の光も、範囲Ａの光に加えて参加することが可能となる。
第４番目の方法による方法は、光源が間欠的（点滅）でなくとも、照射対象面では、間欠照射を受けることとなる。
又反射板１４、反射板１５による反射光の角度が多様であることから、広い面積へ，多様な照射角度での照射を可能とし、省エネルギーとハウス内の場所的格差の解消にも効果が大きい。
図８に示す「ＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の方向で回転さて、反射板１４及び反射板１５に反射させて利用する方法」の照明装置を地表面１１の上空の空間において移動させることにより、更に満遍なく光を行き渡らせる結果となり効果的な利用が可能となる。
図９はＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の方向で、回転させるための装置の一例を示す図面（断面図を含む）である。
以下図９によって説明する。
図９において、軸３０及びフランジ型カップリング３４ａを外部に付設し、内部に、配線ユニット３３を設けた円筒型のケーシング３１に、ＬＥＤ電球１ｗを３個付設して照明ユニット３２とする。
フランジ型カップリング３４ｂと円筒型の中空軸３９を外部に付設し、発電機４４と供給電力の制御盤４３、電力の供給用の電線ユニット３６、電線ユニット３７を内蔵した円筒型のケーシング３８より構成された電源ユニット３５する。
円筒型のケーシング３１と電源ユニット３５を、フランジ型カップリング３４ａとフランジ型カップリング３４ｂによって結合し、軸３０を軸受け２９で受け、円筒型の中空軸３９を軸受け４５で受ける構造と為したときに、軸３０のカップリング２８ｂとモーター２５の出力軸２６のカップリング２８ａを結合して、モーター２５の回転力を伝えるときには、円筒型のケーシング３１と円筒型のケーシング３８は一体となって回転する。
これにより、円筒型のケーシング３８の回転中心と発電機４４の、回転子の軸４０の芯が一致するようにセットされていることから、発電機４４は回転子の軸４０を中心として回転する、しかし回転子の軸４０は回転子の軸４０側のカップリング４１ａと固定軸側のカップリング４１ｂによって、固定軸４２に結合されていることから回転することが出来ない。
従って、発電機４４の固定子は回転するが、回転子は回転しないが、固定子は回転しているから、相対的な回転があれば、回転しても同じことなので通常の発電が行われることとなる。
発電機４４で発電された電力は、電線ユニット３７、制御盤４３、電線ユニット３６、電線ユニット３３を通じてＬＥＤ電球１ｗへ供給され、ＬＥＤ電球１ｗを点灯させるが、このときＬＥＤ電球１ｗは円筒型のケーシング３１と一体化して回転している事から、回転する光源となる。
尚、図８図において発電機４４に替えて、蓄電器を設置して、定期的に充電する方法も同様の機構が使用できる。

本発明は植物の光合成用に必要な人工の光として、ＬＥＤ電球を光源とした間欠の光りのを照射し、利用する有効な四種類の方法を示したが、その効果及び特徴は以下のとおりである。
第１番目の方法（［０００５］に記述した）「ＬＥＤ電球１へ、定電圧で、一定の周期でＯＮとＯＦを繰り返す間欠電力を供給して、ＬＥＤ電球１を一定の周期で、点滅させて用いること及び、制御装置を付加して、供給電力の電圧（大きさ）と供給時間（時間帯）５６ａ、及び無電圧の時間（時間帯）５７の設定量を夫々変更して用いる方法により、間欠の光を照射する植物栽培用照明装置」は、本発明の基本となる方法であって、光合成は植物の種類の他に、温度，炭酸ガスの濃度等の外的条件にも影響を受ける事から、この効果を記述する前提条件として、▲１▼対象となる植物としては、温室で栽培されている野菜類（きゅうり、ピーマン、トマト，メロン等）、果物（柿、みかん等）とする▲２▼温室内の炭酸ガス濃度は外気より少し高めの４００ｐｐｍとする▲３▼栽培方法は従来の通りするとする▲４▼照射する光の、間欠の周期としては６０Ｈｚとし、間欠の比率は一対一（１／１）する（６０Ｈｚの交流電源、２極のモーターを回転させたときの回転数に合わせたこと、人間の目の残像現象を利用出来ること）。
以上の、４項目の条件のもとでの、従来の照明に替えて本発明の照明を利用した場合の効果は次の通りである。
（１）同じ照度の連続した光の照射に比べて、光合成の量が４０％以上の増加が見込まれる、従って以下の省エネ効果がある。
▲１▼間欠の電力供給による、電力消費の低減に加えて、光合成の量の増加がみこめる。
▲２▼光合成の量を一定に保った比較では、光合成の量の増加に見合うだけの電力の削減が可能である（供給電圧を下げて、１パルスの照度を落とす）
（２）電力の削減に伴い、ＬＥＤ電球１又はＬＥＤ電球１ｗの発熱による温度の上昇が抑えられること。
（３）間欠照明は効率の良い光合成のために開発されたものではあるが、▲１▼６０Ｈｚでの早い周期での光の照射であることから、光合成に最適な光と照明に最適な光を（利用目的の異なる光を）、同時に一つのＬＥＤ電球で提供することが出来ること。
（▲１▼目の残像効果が活かせる早い周期での間欠光線あることから、連続照射と同様の識別が可能な照明となること▲２▼光合成には一般照明用の光と異なり強い照度のパルス的照射の光が必要であるが、間欠照射による光を照明に用いるときには、投射した光の量を、時間的に平均した値の大きさを照度として、明るさを感じることから、（図５に示す供給電力の、電圧の大きさと幅（時間帯）５６ａ及び無電圧の幅（時間帯）５７を調整することによって、光合成に最適な光と照明に最適な光との互換性のある範囲で、一致させるこが可能となる）
（４）ＰＷＭ制御で加工した形の電力（図４、図６）は蛍光灯にも適用できるが、蛍光灯の場合、一般の照明用となすため、残光効果を施している事から、光合成用の光（間欠の照射の出来る照明）としての効果がＬＥＤ電球に比べて減少する事となる。
本発明は、ＬＥＤ電球を用いて、目的の異なる２種類の光り（植物の種類や栽培条件違いに応じた光合成用の光り、作業用の照明用の光り）を互換性の範囲内で一致させ、双方の使用目的にマッチした光を、一つのＬＥＤ電球の光源で提供出来るように為したことも特徴とした、栽培用の照明装置である。
本発明は、光合成の効率化を目的としたものであるが、炭酸ガス栽培をはじめとして、増収、高品質に至る栽培技術は、光合成をいかにスムースに進捗させる事から始まり、更なる栽培技術の進歩に貢献できるものである）

第２番目の方法（［０００６］に記述した）「ＬＥＤ電球１ｗの回転光線を利用する方法」の場合は、第一番目に示した方法の効果に加えて、以下の６点の特徴がある。
（１）ＬＥＤ電球１ｗの１個あたりの照射可能な面積が数倍に増加する、従ってＬＥＤ電球１ｗの設置個数及び消費電力も、１個あたりの照射可能な面積の増加に反比例した大幅な減少がすること。（強い光を広範囲に利用できる）
（２）回転方向を示す矢印６３で示すように地表面１１に垂直な面で回転させる方法方法の場合、照射角度も変化することから、照明ユニット５８を地表面１１の上空の空間において移動させることにより、葉への直接照射の角度や葉から外れた光（木漏れ日的な光り）の活用が出来る事から、照明ユニット５８の光を満遍なく利用することが出来ること。
（柿のハウス栽培などにおいては、地表面１１へアルミホイルを敷き詰めて、太陽光線を乱反射させる方法にて、光利用の効率化やハウス間の生育の均一化を図っている）
（３）ＬＥＤ電球１ｗを回転させて利用することから、ＬＥＤ電球１ｗから、大気への熱の放散を助ける。
（４）ＬＥＤ電球１ｗは蛍光灯や白熱電球に比べて、破壊等の物理的強度が大きく軽いため、回転体としての設計が容易である。
（但し、［０００６］で示した方法のうち、照明ユニット５８を、回転方向を示す矢印６２で示すように、地表面１１に平行な面で回転させる方法は、回転半径が小さな小型のスポット的な照明ユニットに適するものである。
又、回転方向を示す矢印６３で示すように地表面１１に平行な面で回転させる方法は照明の大きさにかかわらず、回転半径を一定とすることが出来ることから大型の照明ユニット５８に適する）
（５）光源としてはＬＥＤ電球１ｗの他、太陽光線なども、光りファイバーなどで取り込み加工して、線状の光として回転することで利用することが可能である。
（６）基本的にＬＥＤ電球１ｗの光は点滅しない連続した光りとして、ＬＥＤ電球１ｗを回転させて地表面１１の上を走査させるようにして，間欠光と為す方法である事から、その光の間欠の周期は回転速度と一致する。
又、一つの周期（回転角３６０度）おける照射対象面（地表面１１）における明（有効な明るさが照射される時間帯）と暗（光の照射を受けない時間帯）の比率（明暗比率）もＬＥＤ電球１ｗの照射角度α（光線１２Ｖと光線１３Ｖで、挟まれた角度）により定まる。
従って、照明の強さはＬＥＤ電球１ｗへの供給電圧の大きさを調整して行い、一つの周期内での明暗比率の調整は以下の２点の調整で行なう。
▲１▼一つの周期内での、特定の回転角の区間内だけ暗とする場合には、供給電源の周期とＬＥＤ電球１ｗの回転の周期をあわせて、特定の回転角の区間内だけ電源の電圧を０とした（図５の５７に示す区間）電力をＬＥＤ電球１ｗへ供給することで行なう。（照射の必要が無い上空の方向の光に当たる部分はカットする場合等の時に調整する方法である）
▲２▼回転角の位置にかかわらず、全角度において均等な割合で、光の量を減らすときには、供給電源の周期を、ＬＥＤ電球１ｗの、回転の周期と少しずらした周期と為して、その周期のなかの、一部分の定位置に、０電圧の部分を組み込んだパターンの電力のとして、ＬＥＤ電球１ｗへ供給することで足りる。

第３番目の方法（［０００７］に記述した）「ＬＥＤ電球１ｗを円周上に配置して広角度に照射する方法」による本発明による植物栽培用照明装置に付いての特徴は、第２番目の方法とは設備や方法は異なるが、栽培用照明の効果としては、第２番目の方法と同様の効果がある。

第４番目の方法（［０００８］に記述した）「ＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の方向で回転さて、反射板１４及び反射板１５に反射させて利用する方法」の場合の効果は、第２番目の方法の効果に比べて、更に以下の利点がある。
（１）ＬＥＤ電球１ｗの回転する光を３６０度利用できることから、光の照射回数が増加すること。
（２）植物への照射角の変化が大きい事から、強い光を満遍なく利用することが出来ること。
（強い光を満遍なく利用することは、植物において遊んでいる日陰の葉も有効に活用されることから、光り合成量の増加に大きく貢献できる。アルミシートを栽培面に敷いて光を利用する従来の方法に比べてその効果は大きく、これからの栽培技術の向上に寄与する照明となる）
以上が、本発明による効果であるが、光合成に付いては、間欠光線の周期は１５０Ｈｚ超える範囲までは、充分に周期に追従して効率が上昇すること、又通常光の当たらない場所の葉っぱにも強い光が当たること、高濃度の炭酸ガス栽培と相乗効果などを考慮したときには更に大きな効果が発揮できる。
又四通りの方法は栽培用ハウスの規模や栽培方法によって、選択利用する、例えば、▲１▼小規模のポット栽培倍には簡便な設備である図７に示す照明ユニット５８を用い、回転方向を示す矢印６２のように水平面で回転させる方法を採用し、ポット（植木鉢のことを言う）とポットの間に設置する等で実施する▲２▼樹木になる果実等の栽培で、木漏れ日的な光りを必要とする場合は、［０００８］において、図８によって説明した、第４番目の方法を採用する等、栽培技術にあわせた選択がベストではあるが、いずれの方法を採用しても大きな効果がうまれることとなる。

図１は、植物栽培用の光源として、ＬＥＤ電球１を用いた場合のフローチャートである。 図２は、ＬＥＤ電球１の配置の例を示すフローチャートである。 図３は、供給電力の特性を示すグラフである。 図４は供給電力の特性を示すグラフである。 図５は、供給電力の特性を示すグラフである。 図６は、ＬＥＤ電球１へ交番電力（図３，図４に示す）を供給した場合の、配線を示すフローチャートである。 図７は、本発明による照明装置の原理となる、ＬＥＤ電球１ｗを用いた照明器具５８と照射面積の関係を示す図面である。 図８は、本発明による照明装置の構造図であって、ＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の、方向に回転させて用い、平面形状の反射板１４及び円弧形状の反射板１５に反射させた場合の光の方向を示す図面である。 図９は、本発明による照明装置の断面構造図であって、ＬＥＤ電球１ｗを照射対象の面に、垂直な面の方向に回転させる装置の１例を示す図面である。

１．ＬＥＤ電球
１ａ．ＬＥＤ電球１又はＬＥＤ電球１ｗの直射部の頂部
１ｗ．ＬＥＤ電球（線状光線型）
２．電池
３．抵抗（電流制限抵抗）
４ａ．電線（陽極側）
４ｂ．電線（陰極側）
４ｃ．電線（陽極側幹線）
４ｄ．電線（陰極側幹線）
５．陽極（アノード）
６．陰極（カソード）
７．植物
８．葉
９．茎
１０．根
１１．地表面
１２．ＬＥＤ電球１の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１２ｗ．ＬＥＤ電球１ｗの長手方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１２ｖ．ＬＥＤ電球１ｗの短い方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１３．ＬＥＤ電球１の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１３ｗ．ＬＥＤ電球１ｗの長手方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１３ｖ．ＬＥＤ電球１ｗの短い方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の光線
１４．平面形状の反射板
１５．円弧形状の反射板
１６．回転のバランスをとるための錘
１７．軸
１８ａ．ＬＥＤ電球１ｗより照射された光線方向を示す矢印
１８ｂ．光線１８ａが平面形状の反射板１４で反射された光の進行方向を示す矢印
１９ａ．ＬＥＤ電球１ｗより照射された光線方向を示す矢印
１９ｂ．光線１９ａが円弧形状の反射板１５で反射された光の進行方向を示す矢印
２０．円弧形状の反射板１５の、円弧の湾曲の中心点
２１．中心線
２２．矢印１８ａで示す光の反射点の、反射の中心線
２３．矢印１９ａで示す光の反射点の、反射の中心線
２４．回転の方向を示す矢印（いずれの回転でも可能を示す）
２５．モーター
２６．モーターの出力軸
２７．モーターのベース
２８ａ．カップリング（モーターの軸２６側）
２８ｂ．カップリング（軸３０側）
２９．軸受け
３０．軸
３１．円筒型ケーシング
３２．照明ユニット
３３．電線ユニット
３４ａ．カップリング（円筒型ケーシング３１に付設）
３４ｂ．カップリング（円筒型ケーシング３８に付設）
３５．電源ユニット
３６．電線ユニット
３７．電線ユニット
３８．円筒型ケーシング
３９．円筒型の軸
４０．発電機のローターの回転軸
４１ａ．カップリング（発電機のローターの回転軸側）
４１ｂ．カップリング（固定軸４２側）
４２．固定軸
４３．制御盤
４４．発電機
４５．軸受け
４６．共通ベース
４７．フレーム
４８．共通ベース
４９．柱
５０．ソケット（ＬＥＤ電球１のセット用）
５１．制御盤（ＰＷＭ制御盤）
５２ａ．制御盤よりの、電力の出力用接点
５２ｂ．制御盤よりの、電力の出力用接点
５３ａ．電線（負荷側への幹線）
５３ｂ．電線（負荷側への幹線）
５４．縦軸（電圧の大きさを示す）
５５．横軸（時間の経過を示す）
５６ａ．プラスの電圧
５６ｂ．マイナスの電圧
５７．無電圧状態（ＯＦの状態）
５８．照明ユニット
５９．電球配線ユニット（ＬＥＤ電球１ｗ用）
６０．中心線（照明ユニット５８の正面の中心）
６１．中心線（ＬＥＤ電球１ｗ用電球配線ユニット５９の中心）
６２．回転方向を示す矢印
６３．回転方向を示す矢印
６４．中心線（照明ユニット５８の側面）
Ａ．範囲（ＬＥＤ電球の照明で、有効な明るさのある範囲）
Ｂ．領域（範囲Ａより照度が低い（暗い）範囲）
Ｃ．領域（領域Ｂより更に照度が低い範囲）
ＡＣ．交流電源（商用電力等）を示す
Ｌ１．距離（碁盤の目上にセットされたソケット５０の相互離隔距離）
Ｌ２．距離（碁盤の目上にセットされたソケット５０の相互離隔距離）
Ｌ３．距離（照明ユニット５８から地表面１１に照射された照射面Ｓ１（長方形）の長手方向の幅を示す）
Ｌ４．距離（照明ユニット５８から地表面１１に照射された照射面Ｓ１（長方形）の短い方向の幅を示す）
Ｌ５．距離（照射面Ｓ２の直径）
Ｌ６．距離（照明ユニット５８からの光で走査された、地表面１１上の距離のなかで有効な明るさのある部分の距離）
Ｓ１．照射面（照明ユニット５８の中心（中心線６０，中心線６４で示す）を地表面１１に向け垂直に固定した状態で、照明ユニット５８から、地表面１１に照射された光の当たる面であって、必要とする照度（明るさ）以上の光が当たる有効な面を示す）
Ｓ２．照射面（中心線６１と地表面１１との平行を保ち、中心線６０を中心として回転方向６２に示すように回転させるとき、照明ユニット５８から、地表面１１に照射された光の当たる面であって、必要とする照度（明るさ）以上の光の当たる有効な面を示す）
Ｓ３．照射面（中心線６１と地表面１１との平行を保ち、中心線６１を中心として回転方向６３に示すように回転させるとき、照明ユニット５８から、地表面１１に照射された光の当たる面であって、必要とする照度（明るさ）以上の光の当たる有効な面を示す）
α．照射角度（光線１２Ｖと光線１３Ｖで挟まれた角度を示す）

Claims (5)

1. ＬＥＤ電球へ、定電圧で一定の周期でＯＮとＯＦを繰り返す間欠電力（電力の種類を示すグラフ図５に示すような電力であって、縦軸５４は電圧、横軸５５は時間、５６ａは供給電圧の大きさと供給時間、５７は無電圧の時間を示す）を供給して、ＬＥＤ電球１を一定の早い周期で点滅させて用いることで、植物の光合成を効率よく促進させるための間欠した光を発生させる本発明による植物栽培用照明装置。
2. ［請求項１］の植物栽培用照明装置において、ＬＥＤ電球へ供給する間欠電力（電力の種類を示すグラフ図５に示すような電力であって、縦軸５４は電圧、横軸５５は時間、５６ａは供給電圧の大きさと供給時間、５７は無電圧の時間を示す）の電圧の大きさと供給時間５６ａ及び、無電圧の時間５７設定を夫々変更して、調整する機能を持つ制御装置を付加し、植物の光合成を効率よく促進させるための間欠した光と、作業用照明に適した光との互換範囲にある光をＬＥＤ電球へ発光させる機能を持つ本発明による植物栽培用照明装置
3. 図７に示す、照明ユニット５８を、▲１▼中心線６０を中心として、地表面１１（照射対象面）に対して水平な面で（回転方向６２）のように回転させることによって、照明ユニット５８より照射した光で、地表面１１（照射対象面）を走査する方法により、間欠した照明を行なう本発明によるされた植物栽培用照明装置
4. 図７に示す、照明ユニット５８を、▲１▼中心線６１を中心として、地表面１１（照射対象面）に対して垂直な面で（回転方向６３）のように回転させることによって、照明ユニット５８より照射した光で、地表面１１（照射対象面）を走査する方法により、間欠した照明を行なう本発明によるされた植物栽培用照明装置
5. 図８において、ＬＥＤ電球１ｗの照射する光を、照射対象の面に垂直な面の方向（回転の方向２４）に回転さて、地表面１１（照射対象面）の方向となる光は、地表面１１（照射対象面）を走査して間欠した照明を行なうと共に、地表面１１（照射対象面）の平行となる角度より上部の方向となった光（１９ａ、１８ａ）も、反射板１４及び反射板１５に反射させて（１８ｂ、１９ｂとして）地表面１１（照射対象面）へ戻して利用する方法の本発明による植物栽培用照明装置

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