JP2017528130A - 光子変調管理システム - Google Patents

Abstract

本明細書に記載の各実施形態は、生物１２２に対する１つ以上の光子パルスの一連の流れ（ｔｒａｉｎ）２０２と１つ以上の異なる光子パルスの一連の流れ２０４及びデューティサイクルの光子変調を介して、生物に対する光子バースト２０２及び２０４のデューティサイクル、波長帯域及び頻度を制御することにより、生物にに所望の応答を誘導するためのシステム２００を提供し、かかる光子変調及びデューティサイクルは、生物の特定のニーズに基づいたものである。生物に対する１つ以上の光子パルスの一連の流れと１つ以上の異なる光子パルスの一連の流れの光子変調を介して、生物における所望の応答、例えば生育、破壊または修復を誘導するためのデバイスも提供される。さらに、色別スペクトルの光子の高頻度変調を使用することにより、生物の生育、破壊または修復を最適化するための方法を提供する。【選択図】図２

Description

人工光は、温室や組織培養試験室のような建物内で、植物の生育といった生物の生育を促進するために使用されることが多い。建物や垂直農場での生物育成には、生育に不可欠な光を提供するために電気照明を使用する必要がある。こうした光は電気によるものが多く、光合成のような生物学的プロセスに利用される光子を放出する。多様な光源または光子供給源の例には、メタルハライド光、蛍光、高圧ナトリウム光、白熱光及びＬＥＤ（発光ダイオード）が含まれるが、これらに限定されない。

関連技術についての上述例及びそれらに関連する制約は例示的かつ非限定的なものであって、本明細書に記載の本発明に対するいかなる制約も含意するものではない。関連技術の他の制約については、本明細書を読み図面を研究すると当業者には明らかとなるであろう。

以下の実施形態及びその態様は、システム、ツール及び方法と併せて記載及び例示されているが、それらは事例を示す例示的なものであり、範囲を制限するものではない。

本発明の実施形態は、少なくとも１つの光子放出変調制御装置と通信する少なくとも１つの光子放出器を含む、生物において生育、破壊または修復を高めるためのシステムを含み、これにおいて、前記少なくとも１つの光子放出器は、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成され、ここで、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、前記第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の一定放出が０．０１％〜９０％であり、また、前記少なくとも１つの光子放出器は、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを放出するよう構成され、ここで、前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置は、前記光子放出器からの前記光子放出を制御し、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の一定放出が０．０１％〜９０％であり、かつ、前記少なくとも１つの第１の光子パルス及び前記少なくとも１つのさらなる光子パルスは、前記生物に応答を誘導する。

本発明の別の実施形態は、生物に応答を誘導する方法を含んでよく、これにおいて、前記方法は、少なくとも１つの光子放出器を提供することと、前記少なくとも１つの光子放出器と通信する少なくとも１つの光子放出変調制御装置を提供することと、前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置から前記少なくとも１つの光子放出器にコマンドを通信することと、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させること、ただし、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、前記第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の一定放出が０．０１％〜９０％であることと、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させること、ただし、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、前記さらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の一定放出が０．０１％〜９０％であることとを含む。

本発明の実施形態は、少なくとも１つの光子放出変調制御装置と通信する少なくとも１つの光子放出器を含む、生物において生育、破壊または修復を高めるためのシステムを含み、これにおいて、前記少なくとも１つの光子放出器は、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成され、ここで、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜五（５）分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、また、前記少なくとも１つの光子放出器は、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを放出するよう構成され、ここで、前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置は、前記光子放出器からの前記光子放出を制御し、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、かつ、前記少なくとも１つの第１の光子パルス及び前記少なくとも１つのさらなる光子パルスは、前記生物に応答を誘導する。

本発明の別の実施形態は、生物に応答を誘導する方法を含んでよく、これにおいて、前記方法は、少なくとも１つの光子放出器を提供することと、前記少なくとも１つの光子放出器と通信する少なくとも１つの光子放出変調制御装置を提供することと、前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置から前記少なくとも１つの光子放出器にコマンドを通信することと、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを放出させること、ただし、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であることと、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを放出させること、ただし、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であることとを含む。

上記実施形態のほかに、さらなる態様及び実施形態が、図面の参照及び以下の説明の研究により明らかとなるであろうが、そのいずれかまたはすべては本発明の範囲内である。上述の概要は実施態様例を挙げたものであり、本発明の範囲の記載を限定するものではない。

本明細書に組み込まれ本明細書の一部をなす添付図面は、一部の、ただし、唯一的でも排他的でもない実施形態例及び／または特徴例を例示している。本明細書に開示する実施形態及び図は、限定的ではなく例示的であるとみなされることが意図される。

光子変調育成システムの例を示す図である。 異なる特定波長帯域の光のパルスを発する、色個々の光子変調育成システムの例を示す図である。 サンプルＬＥＤアレイを備えた複数の光子放出器と通信する光子放出変調制御装置を示す図である。 マスター／スレーブＬＥＤアレイを介した光子放出変調を示す図である。 一連の光子放出器と通信し、それらを制御するマスター論理制御装置を示す図である。 一連の植物センサーと通信する光子放出育成システムを示す図である。 さまざまなＳＳＲ（ソリッドステートリレー）またはＦＥＴＳと通信するサンプルＬＥＤアレイを示す図である。 光子パルスの変調周期のグラフである。 各々が異なるタイミングで異なる波長帯域を含む３つの光子パルス個々の循環のグラフ例である。 各々が異なるタイミングで異なる波長帯域を含む３つの光子パルス個々の循環のグラフ例である。 さまざまな波長帯域のパルスを発することによる、生物を育成させる光子変調方法を示すフローチャートである。 生物の生育、修復または破壊を、植物センサーを使用して行う方法を示すフローチャートである。

本開示の実施形態は、生物の生育、破壊及びまたは修復を生じさせるために必要な必要入力電力を最小限にする特有の頻度またはパターンを使用して、生物に光化学的な活性化または応答を引き起こすに足る強度で色別スペクトルの電磁波放射パルス（光子）を生成させることにより、生物に所望の作用を誘導し、かつ、システムの電力消費及び他の変数の監視も可能にする、システム、装置及び方法を提供する。後に詳述されるように、生物に対する光子バーストのデューティサイクル、波長帯域及び頻度を制御することにより、人が生物の発芽、生育、及び生殖率に働きかけることができるだけではなく、青色、黄色、近赤、遠赤、赤外及び紫外の光子変調を循環させることで、生物の発芽、生育及び生殖率、修復ならびに破壊を制御し、高めることができる。

植物が効率よく生育するためには８〜１６時間の明期に続き、８〜１６時間の暗期が必要であると長年理解されてきた。植物の生育についてのこの基本的根本概念それ自体が本質的に誤りであるということが、本開示の証明されている主要概念である。植物は、明周期中に絶えず投入される光子を利用することができないため、過剰な光子から身を守ろうと途方もない量のエネルギーを費やす。

本開示は、植物が光子を利用する能力と植物に対する光子投入とを時限式照明システムを介して同調させる。具体的には、複数の波長の光子を特定の組み合わせ率で組み合わせることにより、生物における吸収化学物質（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）が最適化され、また制御され得る。例えば、植物は、より少ないエネルギー消費でスーパーオキシドのような有害反応や過度の高温に対抗し、また、発色団が電子伝達鎖を介して光子エネルギーの吸収及び電子への移行を行うタイミングと光子パルスのタイミングとを同調させることで生育を最大限にさせる。植物に対するこの光子投入は約数マイクロ秒で行われ、その後、同程度の暗周期が続く。これにより、植物はほぼすべてのエネルギーを生育及び基礎的生命機能に充てることができる。さらに、緩徐な「ホルモン様」制御機構であると考えられていた特定の発色団は、実際に速やかに応答してさらに生育を制御することができる。

実験により、本開示の多数の実施形態では、従来の育成灯システムよりも生育が早く、強健で、栄養集中の少ない植物が創出されることが証明された。各光の「レシピ（色の頻度、変調周期、デューティサイクル、及び持続時間の組み合わせ）」は、生物の種のそれぞれに合わせて所望の応答ごとに最適化が可能である。

以下は、本開示の方法、システム及び装置のさらなる主要利点である。ａ．発熱がより少ない：ＬＥＤ照明は本質的に従来の育成灯よりも発熱が少ない。ＬＥＤ光を投光用途に使用した場合、点灯時間は消灯時間より短い。このため、ＬＥＤ光からの発熱は公称値の熱である環境が作られる。このことは、システムの排熱にエネルギーを使用しなくて済むという点で有益であるばかりではなく、植物は熱から身を保護するためにエネルギーを使う必要がなく、その分のエネルギーを生育に充てることができるため植物にとっても有益である。ｂ．蒸散がより少ない（水の消費がより少ない）−温度及び光強度が増加すると植物の蒸散速度は上昇する。これらの変数が上昇すると、水を大気に放出する開口部（気孔）を制御する植物細胞が開く。光子生育管理システムで植物の熱ストレス及び光ストレスは最小限に抑えられるので、気孔の開口も最小限に抑えられ、そのため植物が蒸散で失う水は少なくなる。

光は、光子変調育成システムの主要構成成分であるが、このシステムは、植物育成の単なる基本要素としてではなく植物の活動を根本的に制御する装置として使用されることから、他の従来照明技術、さらには最先端の照明技術とも異なっている。同様に、ＬＥＤ技術は、この新システムで照明の核となる構成成分であるが、ＬＥＤ技術に他の工業技術を併せた独特の応用により、屋外でも屋内でも、また商業規模でも民生用でも、野菜、観賞植物、及び薬用植物などの既存の商業生産よりもコストを削減し、生産量を増大させ、かつ制御を向上させる可能性が大幅に拡大する。これまでに行われた実験を通して、同照明システムを使用して発芽、開花など植物の多くの機能を制御できることが見出された。

本開示のシステム、装置及び方法により、色別スペクトルまたは色スペクトルの範囲を含めたエネルギーが、ある頻度、強度及びデューティサイクルにて提供されるが、これらの頻度、強度及びデューティサイクルは、生育、破壊及び／または修復を最大限にしつつもシステムに使用されるエネルギーを最小限に抑えることを目的として、対象生物の特定かつ最適な必要とされる生育、破壊及び／または修復の特性について、カスタマイズ、監視及び最適化が可能である。生物への変調光子エネルギーの量及び効率に対する制御を供給することにより、生物の光化学反応のさまざまな部分が最大限になり、最適な生育または所望の応答（根、組織もしくは菌糸の生育、栄養生長、花もしくは子実体の形成、果実、胞子もしくは種子の形成、生育停止、植物の特定部分の伸長、生物の修復または該生物の破壊など）を可能にし、かつ、生物応答の制御も可能にする。

光子は、電荷を持たない無質量の素粒子である。光子は、さまざまな源、たとえば、分子過程及び核過程、光の量子ならびに他のあらゆる形態の電磁放射から放出される。光子エネルギーは、生きた生物体内に見られる発色団のような、色素と呼ばれる分子により吸収され得、電位に変換される。

それにより励起された色素分子は不安定であり、そのエネルギーの散逸を、３通りある可能な方法のうち１つの方法で行う必要がある。１．熱として放散する、２．光として再放出する、または３．本開示の焦点である光化学反応への関与を介して利用する。例えば、光が植物に利用されるためには、まず吸収される必要がある。光が吸収されると、吸収された光子のエネルギーは色素分子の電子へと移動する。光子のエネルギー含量と、電子のエネルギーをより高い、許容エネルギー状態の１つまで高めるのに必要なエネルギーとが一致しないと、光子は吸収され得ない。一致していれば、電子は励起されていない状態から、より高い単一状態の１つへと高められる。例えばクロロフィル色素の場合、多数の異なる電子を有し、その各々が、エネルギーレベルの異なる光子を吸収し得るので、結果として、異なる波長を吸収し得る。さらに、それぞれの電子はさまざまな励起状態で存在し得る。

通常の励起分子は非常に寿命が短く（約１ナノ秒）、その環境内の他の分子との化学的相互作用が何も存在しない場合、励起分子は過剰なエネルギーを自身からすべて取り除いて基底（非励起）状態に戻らなければいけない。過剰なエネルギーのこうした散逸はいくつかの方法で達成されるが、三重項状態または準安定状態への変換が本開示の主要な機構である。励起電子は受容体分子に移動し、すなわち光酸化が起こる。その後、このエネルギーは、フィトクロム分子の場合のように、光合成または立体構造変化の主な光化学作用として利用される。

色素により吸収された光子エネルギーのほとんどが光化学過程で利用される状態に達するということは決してない。このため、光子の投入を、植物の吸収能力に合わせ、利用できる分だけ与えることは理に適っている。生理的過程で最終的に使用される光を吸収する色素は光受容体と呼ばれる。これらの分子は、光子のエネルギー及び情報内容を処理して生物が利用できる形態にする。利用されるこのエネルギーは、光合成（すなわち、二酸化炭素から炭水化物への還元）を駆動するために使用される。さまざまな量及びエネルギースペクトル（または波長）が反応において重要な役割を果たす。

植物の生育に利用される最も一般的な色素は、クロロフィルａ、ｂ、ｃ、及びｄ、フィコビリン、テルペノイド、カロテノイド、クリプトクロム、ＵＶ−Ｂ受容体（リボフラビノイド（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎｏｉｄｓ）など）、フラビノイド（ｆｌａｖｉｎｏｉｄ）、ならびにベータシアニンである。これらの光受容体は、その電気化学エネルギーを電子伝達鎖へ移動させる。クロロフィル、テルペノイド、カロテノイド等のような光子吸収光受容体は、実際、光子を電位に変換できる発色団として知られる共役分子である。発色団は、ヒトの視覚で色を知覚する細胞及び黒色細胞腫など、植物のほかにも多くの他の生物学的機能に存在する。

この現象は、ヒトの視覚オプシン発色団に見ることができる。光の近赤光子が吸収されることで、発色団が１１−シス型から全トランス型の立体構造へと光異性化する。光異性化により、オプシンタンパク質の立体構造変化が誘導され、光情報伝達カスケードの活性化を引き起こす。その結果、ロドプシンは、全トランス型発色団を持つプレルミロドプシンに変換される。オプシンはトランス型では光に対し非感受性に保たれる。かかる変化の後、オプシンの構造に急速なシフトがいくつか起こり、発色団とオプシンとの関係にも変化が起こる。これは、網膜上皮細胞から提供される新たに合成された１１−シス−レチナールで全トランスレチナールを置換することにより再生される。この可逆的かつ急速な化学サイクルが、ヒトにおける色の識別及び受容を担っている。同様の生化学プロセスは植物にも存在する。フィトクロム及びフェオフィチンは、光の波長を変えて投光することにより速やかに調節されてシス型構成とトランス型構成の切り替えができる点で、挙動がオプシンに非常に類似している。しかしながら、遠赤光がオプシンのトランス形態を促進するのであれば、それによって天然の光情報伝達鎖のステップを飛ばして、はるかに速く１１−シス型に戻ることができる。

昼夜の長さの変化に対する植物の応答には光子吸収分子の変化が関与しており、これは視覚サイクルでの場合と非常によく似ている。キク及びカラコア（ｋａｌａｃｈｏａ）はその好例である。これらの植物は、秋が近づき夜の長さが長くなってくると、それに応答して開花する。実験的に夜を短くすると、これらの植物は開花しないであろう。それらの植物を近赤（６６０ｎｍ）光に曝露すると、開花しないであろう。それらの植物を近赤に曝露してから遠赤（７３０ｎｍ）に曝露した場合は、開花するであろう。小麦、大豆などの商品作物は、明期・暗期の異なる特定緯度に最も適している、または育成されることは周知である。近赤の色素（シス）の吸収により、その色素は遠赤色吸収状態（トランス）に変換される。近赤／遠赤の化学的な可逆性も種子の発芽及び生長周期を制御する。植物において光を吸収するこれらの発色団はフィトクロムと命名された。また、植物ではフェオフィチン（クロロフィルａ、ｂ、及びｃからＭｇ^２＋イオンが欠失したもの）も天然に存在することも理解されている。二重結合環のないフェオフィチンもまた、シス／トラン（ｔｒａｎ）の立体配置変化を示す。立体配置変化は、生長周期及び生殖周期の両方を誘発及び制御する制御機構である。これらの制御誘発は、光子の投入を修正して、自然光源または通常の人工光源よりも急速にシス／トランス立体配置変化を生じさせることにより、改変及び／または制御が可能である。

フォトクロム（ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｅ）分子は、クロロフィル分子と密接に関連した開環原子団で構成されている。この分子は、特定の光パルスで励起されたときにシス型からトランス型に変化できる２つの側基を有するが、分子の水素原子の位置がシフトする可能性が高い。閃光による励起後のフィトクロム分子における変化はロドプシンの場合と同様である。これらの中間段階には、ロドプシンのタンパク質であるオプシンの形態に変化があるように、フィトクロムと会合しているタンパク質の分子形態の変化も関与している。その最終形態では、フィトクロムは、その分子がタンパク質から解離されるのではなくタンパク質に結合したままであるという点でロドプシンとは異なる。遠赤光により、プロセスは逆行し、フィトクロムの最終形態は変換されて最初の赤色吸収形態に戻されることになる。ただし、一連の異なる中間的な分子形態が関与している。繰り返すが、これらは、光のパルス変調を制御することにより生物の生育、修復及び破壊を制御／増強できることを示すほんの数例に過ぎない。

さらに、生物が光量の変化、時として過剰の量を受けると、光合成の有効性が低下し、電子伝達鎖の構成要素が損傷されることさえあり得る。例えば過剰な光の存在下では、クロロフィルはその励起エネルギーを別の色素分子に速やかに移動させられないことがあり、そのために分子の酸素と反応して、高反応性の有害なフリーラジカルのスーパーオキシドを生成させることになる。そうなると植物は、本来ならば生育のために貯蔵されるエネルギーを、カロテノイドなどの保護分子、及び過剰のスーパーオキシドを吸収するスーパーオキシドジスムターゼを作るために費やさなければいけない。生物への変調光子エネルギーの量及び効率に対する制御を供給することにより、光化学反応のさまざまな部分を最大限にできるとともに、そのプロセスで使用される電力量を削減できる。

従来の光源ならびに太陽光は、生物におけるエネルギー移動に関する限りでは障害を生じさせる。例えばクロロフィルの発色団は、プロトンを吸収し、電子伝達鎖及び酸化還元反応を介してエネルギーを糖に変換する。クロロフィルの各ラメラ構造には、このエネルギーに対するシンクはクロロフィル分子５００個につき平均１個である。これがエネルギー移動という点に関して生物において生じる障害の１例である。植物に与える光を多くすることが、すなわち植物が余分な光を処理できなくなるということではない。ごく簡単に説明すると、フィトクロム分子はさまざまな生物の発芽、生育、及び生殖率への非常に緩徐な（ホルモンを利用する方が多い）作用に関与しているだけではなく、ラメラ構造内での膜とエネルギーのシンクとの非常に速い反応を行い、かつ調節も行うと考えられる。したがって、自然のタイミングを制御して改変し、光子パルスをフォトクロミック応答に同調させることで、さまざまな生物の発芽、生育、及び生殖率がもたらされるであろう。

本開示は、生物の生育、破壊または修復の過程に使用される電力量を監視し削減する方法及びシステムも提供し、そこでは、経時的電力グラフの下面積の合計を計算することにより供給エネルギー量を決めることができる。本開示はさらに、生物を育成、破壊または修復するために使用される電力量の監視、報告及び制御を可能にし、最終利用者またはエネルギー供給業者がエネルギー使用における傾向を確認できるようにする方法及びシステムを提供する。

本開示のシステムの一実施形態は、デジタル出力パルス幅変調信号（すなわち、電流レベル及びオン・オフをサイクルで行うあらゆる電気信号）またはソリッドステートリレーを含むがこれらに限定されない光子放出変調制御装置と通信する、少なくとも１つの光子放出器、例えば発光ダイオードを含む。光子放出器は光子パルスを送るよう変調され、個々のパルスそれぞれが、少なくとも１つの色スペクトルもしくは波長または複数の色スペクトルまたは１つの波長帯域を含む。各光子パルスはある持続時間、例えば２マイクロ秒間生物に対して向けられ、各光子パルスの間にはある持続時間、例えば２００マイクロ秒または最高２４時間の遅延が設けられる。

本明細書で使用する場合、「生物（ｏｒｇａｎｉｓｍ）」には、生命の特性を示すおおよそ安定な統一体として機能する分子の集合体が含まれる。後に詳述するように、生物には、単細胞生命体及び多細胞生命体、ウイルス、動物（以下を含むが、それらに限定されない：脊椎動物（鳥類、哺乳類、両生類、爬虫類、魚類）；軟体動物（二枚貝、カキ、タコ、イカ、巻貝）；節足動物（ヤスデ、ムカデ、昆虫、クモ、サソリ、カニ、ロブスター、小エビ）；環形動物（ミミズ、ヒル）；海綿動物、かつクラゲ、微生物、藻類、細菌、真菌、裸子植物、被子植物及びシダ植物、シアノバクテリアまたは真核生物の緑藻が含まれ得るが、これらに限定されない。

本明細書で使用する場合、「デューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）」とは、デバイスが完全なオン・オフ周期を終えるためにかかる時間の長さである。デューティサイクルは、ある実体が稼働状態で費やす時間を、検討する合計時間で割った割合である。デューティサイクルという用語は、スイッチング電源など電気装置に関連して使用されることが多い。電気装置において、デューティサイクル６０％とは、その時間の６０％が電源オン、その時間の４０％が電源オフであることを意味する。本開示のデューティサイクル例は、０．０１％〜９０％の範囲であってよく、その間のあらゆる実数が含まれる。遠赤光により、プロセスは逆行し、フィトクロムの最終形態は変換されて最初の赤色吸収形態に戻されることになる。ただし、一連の異なる中間的な分子形態が関与している。それが細胞核内の遺伝物質を制御して酵素産生を調節しているというのが一つの見解である。もう一つの見解は、分子の脂溶性のために、分子が細胞内の膜、例えば細胞壁及び細胞核膜に付着するというものである。核に付着すれば、膜の透過性が影響され、ひいては細胞の機能も影響されるであろう。自然界では、植物などの生物が可視スペクトルの青色／近赤及び遠赤波長に連続曝露されると、フィトクロム分子の遠赤色吸収形態の作用が妨害されると考えられている。遠赤光による励起が、遠赤色吸収分子を細胞膜から絶えず移動させているということがあり得る。この種の連続励起は例えば長い明期に起こり、これはモミの木（Ａｂｉｅｓ ｓｐ．）の生育に著しく影響する。モミの木を１２時間の暗期及び１２時間の明期に曝露すると休眠状態にとどまる。しかし、日長が増すと継続的に生育する。これが本質的に真実であるとすれば、植物に対する色スペクトルの投光を操作することにより、自然の太陽光で生育する植物の自然の周期を妨害すること、制御すること、または変化させることもできる。例えば、植物に遠赤光を与えた後、自然界での持続時間より短い時間で植物に近赤を投光すると、遠赤色吸収分子の移動を、より多くの近赤光を受け入れるように変更させ、一部の植物の休眠周期に影響を与えることができる。

本明細書で使用する場合、「頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」とは、単位時間あたりに繰り返し事象が発生する回数であり、本開示のシステムではどの頻度を使用しても良い。また、頻度は時間的発生頻度のことも意味する。繰り返される期間はある繰り返し事象で１つの周期が持続する時間であるので、期間は頻度の逆数となる。

本開示の一実施形態において、下記に詳述されるように、本明細書に記載する育成システムから、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルで２つ以上の光子パルスを放出させると、１より大きい利得効率（利得＝出力振幅／入力振幅）が誘導される。

図１は、光子変調育成システム１００の一例を示すブロック図である。図１に示すように、生物に対する光子の放出を変調するための光子放出変調制御装置１０４と通信する、ある期間にわたる光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６が図示されており、その広範な育成用途には藻類培養、組織培養、発芽及び生育用チャンバー、温室、水生植物、このような施設等での補光または組織生産が挙げられるが、これらに限定されない。生物に対し、１つ以上の頻度の光子パルスの後、他の１つ以上の頻度のパルスを、パルスとパルスの間に遅延を設けてある持続時間与えることで変調した光子を当てると、生物の生体成分及び応答、例えば光合成生物の気孔またはクロロフィル色素及び生長制御の他の面を最大に刺激することができる。さらに、光子の変調により、気孔または色素が過飽和になることなく光合成中の光子吸収を最適化できる。以下に記載のように、光子パルスを変調させると、本開示のシステムによる総消費電力が、従来の育成システムと比較した場合の光子供給源、例えば６０ワット育成灯より９９％以上削減されて、本生育システムのエネルギー効率及び熱効率が向上するため、生物育成に使用される電力量及びコストが削減される。本開示のシステムの省エネルギーの可能性の一例では、システムは４９．２ワットの光子パルスを２００マイクロ秒毎に２マイクロ秒間発し、電気料金メーター上で０．４９ワット時の有効消費電力または６０ワット標準白熱球の電力の０．８２％を生じさせる。その上、光子放出器は光子を継続的には放出しないので、光子放出器から発生する熱量は有意に減少することになり、これにより、照明による熱上昇を補償するための施設冷房費が大幅に削減される。本開示のシステムを、生物に特定の要件に基づいて、光子強度、パルス・オンの持続時間、パルス・オフ（またはデューティサイクル）、パルスの光スペクトル、例えば、限定するわけではないが白色、近赤、黄色及び青色、橙色、遠赤、赤外、及び紫外などについてカスタマイズし、選択した生物、例えば特定の植物種の最適な生育または破壊を促進して良い。

図１に示すように、マスター論理制御装置（ＭＬＣ）１０２、例えばデジタル出力制御を用いたソリッドステート回路、パルス幅変調信号（すなわち、電流レベル及びオン・オフをサイクルで行うあらゆる電気信号）または中央処理装置（ＣＰＵ）は、通信信号１３４により光子放出変調制御装置１０４と通信する。ＭＬＣ１０２は、光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６からの光子を変調するためのパラメータ及び適切な指示または特殊機能の入力／出力を本開示のシステムに提供する。

さらなる実施形態では、ＭＬＣ１０２を、外部供給源、例えばホストに有線接続または無線接続して、ホストが外部からＭＬＣ１０２にアクセスできるようにして良い。これにより、使用者は遠隔アクセスをしてＭＬＣ１０２の入出力を監視し、システムに指示または制御を与えることが可能になり、またＭＬＣ１０２の遠隔プログラミング及び監視も可能になる。

さらなる実施形態では、電力測定または電力消費センサーを、ＭＬＣ１０２に集積回路の形態で組み込むかまたは内蔵し、本開示のシステムの電圧及び電力消費に基づいてシステムの電力消費を測定及び報告できるようにして良い。その後、ＭＬＣからホストへ無線または有線接続によりシステムの電力消費が通信され得る。電力消費を含めたデータは、システムには接続されていないデータベース駆動型ソフトウェアプラットフォームのような外部受信器に送られて良い。

光子放出変調制御装置１０４は、ＭＬＣ１０２からコマンド及び指示を受け取り、これらには、光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６からの光子パルス１１８の強度、デューティサイクル、波長帯域及び頻度が含まれるが、これらに限定されない。光子放出変調制御装置１０４は、量子を変調し、光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６からの光子パルスの強度、デューティサイクル、波長帯域及び頻度について制御及びコマンドを提供するデバイスであれば、どのようなデバイスであっても良い。多種多様なデバイスを光子放出変調制御装置１０４として使用して良く、これには、Ｍａｇｎａｃｒａｆｔ社製Ｍａｇｎａｃｒａｆｔ７０Ｓ２ ３Ｖソリッドステートリレーなどのソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、発光ダイオード、ならびに、色フィルターをかけた白熱（タングステン−ハロゲン及びキセノン）、色フィルターをかけた蛍光（ＣＦＬの）、色フィルターをかけた高輝度放電（メタルハライド、高圧ナトリウム、低圧ナトリウム、水銀蒸気）、色フィルターをかけた太陽光、発光ダイオードオプティカル（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｏｐｔｉｃａｌ）チョッパー及び光子パルスの変調を誘導するデバイス（いずれも、色フィルターがかけられている）が挙げられるが、これらに限定されない。本記載は、本発明の原則を理解してしまえば当業者に理解されるように、このようなシステムに他の種類の光子放出変調制御装置を用いたものでも、光源または光子供給源のオンとオフとをサイクルで行い、近赤、青色及び遠赤など１つ以上の色またはスペクトルの光を異なる時点、持続時間及び強度で循環させて、あるスペクトルの複数のパルスの後に別のスペクトルのパルスの発生を可能にする他の方法を備えたものであれば、いかなるシステムにも適用可能であることを理解されるべきである。

図１に示すように、ＭＬＣ１０２からの指示に基づき、光子放出変調制御装置１０４は光子放出器１０６または１１２に対し光子放出制御信号１３６を送る。光子放出器１０６または１１２に対して送られる光子放出制御信号１３６がオンで送られると、光子放出器１０６または１１２は、光の１色部分または複数色スペクトルを各々に含む少なくとも１つの光子パルス１１８を放出し、これが生物１２２に対して発信される。その後、ＭＬＣ１０２からの指示に基づいて、光子放出器１０８、１１０、１１２、１１４または１１６に対して送られる光子放出器制御信号１３６がオフで送られると、光子放出器１０８、１１０、１１２、１１４、または１１６は光子パルスを放出しないため、生物１２２に対して光子はまったく発信されない。図１に示すように、図１の左側から開始される、光子１１８の放出及び植物１２２の生育が、期間１２０にわたり示されている。図１の例では、光子放出器１０６から放出される光子パルス１１８を表しており、該光子パルスが二（２）マイクロ秒放出され、二百（２００）マイクロ秒の遅延持続時間の後、同一の光子放出器１１２から第２の光子パルス１１８が２マイクロ秒間放出されることを表している（図１は経時的に放出される光子パルスの説明的な例であることに留意していただきたい。図１は、ある縮尺で描かれたものではなく、図１中のパルス間の生物生育量は必ずしも正確ではない）。

当業者には理解されることになるように、さらなる一実施形態では、システムを、図１に記載のように個別光子放出器に完全に収容して、個別光子放出器それぞれが自立し、外部に制御ユニットまたは論理ユニットを持たなくてすむようにして良い。自立型の光子放出器の例は、照明用ソケットに接続され得るユニットの形態、または１つ以上の生物の上に吊るし、電源に接続され得る照明器具の形態であって良い。

システムは、図１に示すように、図４で考察されるマスター／スレーブシステムの形態をとっても良く、そこでは、例によると、マスター光子放出器には、マスター光子放出器、ならびに該マスター光子放出器と通信する任意のさらなる光子放出器からの光子放出に対するあらゆる論理及び制御が含まれている。

本開示では多種多様な電源を使用して良く、その多くは当業者には明らかであろう。これらの電力供給源には、回線電力、太陽光及び／または風力発電用の変換器、バッテリーが含まれるが、これらに限定されない。当業者には理解されるように、光子パルスの強度は、静的な、オンかオフかの周期で区別するか、または強度は、光子パルスの量子の１％以上の変化であって良い。光子放出器からの光子パルスの強度は、電源からの電圧及び／または電流と光源に送られた電圧及び／または電流との変化により制御可能である。本開示のシステムに必要となるであろう支持回路について、光子放出器制御ユニット及び光子放出器が含まれることを当業者は認識するであろう。さらに、必要な構成要素及び支持回路の構成、設置及び操作は当技術分野において周知であることが認識されよう。本明細書に開示する操作実行用のプログラムコードを利用する場合、そのプログラムコードは、本開示のシステムで使用される特定のプロセッサ及びプログラミング言語に依存することになる。したがって、ここに記載の開示から作成されるプログラムコードは、当業者の技能の範囲内であることは認識されよう。

図２は、光子変調育成システム２００の一例を示す第２のブロック図を表す。図１と同様、図２には、生物に対する色別スペクトルを含む個々の光子パルスを変調するために、光子放出変調制御装置１０４と通信する、ある期間にわたる光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６が示されており、かかる色別スペクトルには波長０．１ｎｍ〜１ｃｍの白色、近赤、青色、黄色橙色、遠赤、赤外、及び紫外の色スペクトルが含まれるが、これらに限定されない。当業者には理解されるように、本開示には、特定の、０．１ｎｍ〜１．０ｃｍの個々の波長の色スペクトルが含まれ得るか、または、本明細書で「波長帯域」という、幅０．１〜２００ｎｍの波長の範囲または帯域が含まれ得る。

生物に対する光子の色別スペクトルの変調を、特定の色スペクトルのパルスをある持続時間与えて、パルスとパルスの間に遅延を設けることによって行うと、光合成生物の気孔、発色団、クロロフィル色素、光屈性及び生長制御の他の面といった、生物の生体成分及び応答を最大に刺激することができる。色別スペクトル、特定の色波長またはある範囲の色波長のパルスを発生させることにより、生物の生体成分または応答に関する特定面を制御できる例として以下が挙げられるが、これらに限定されない。
ａ． 特定の遠赤波長（例えば７３０ｎｍであり、例示的な波長範囲は７１０〜８５０ｎｍを含んで良い）のパルスをある期間発生させ、その後、青色光（例示的な範囲は４５０〜４９５ｎｍの範囲を含んで良い）と近赤光（例えば６６０ｎｍであり、例示的な範囲は、６２０〜７１０ｎｍの範囲を含んで良い）とを組み合わせたパルスを発生させる変調を介して一部の高等植物の種子の発芽を制御する、
ｂ． 近赤波長のパルスと、青色波長及び遠赤波長のパルスとを循環させることにより高等植物の生育を増強させる、
ｃ． 植物を短くした青色光パルスに曝露し、その後、長くした近赤光及び遠赤光パルスに曝露することにより高等植物に種子を生成させる、
ｄ． さまざまな種類の高等植物を近赤光及び青色光のパルスに曝露した後に多様なタイミングで遠赤光（７３０ｎｍ〜８５０ｎｍ）パルスに曝露させると植物の開花が誘導される、花の生産、かつ
ｅ． 生物を２４３ｎｍなどの紫外波長のパルスに曝露して、細菌またはウイルスなどの生物を破壊すること。紫外スペクトルは、当業者に理解されることであり、例示的な一範囲は２００〜２７５ｎｍの範囲を含んで良い。

生物に対する色別スペクトル、特定波長及び光子波長範囲の変調を、特定の色スペクトルのパルスをある持続時間与え、パルスとパルスの間に遅延を設けることにより行うと、真菌類または他の生物における光屈性のような光合成によらない生育または応答を制御することもできる。一例は、照明１個または多数の光を組み合わせて含み、光のオンとオフを循環させ、生物の伸長及び生育、例えばキノコの柄の伸長またはキノコの傘の広がりなどを誘導して良い。別の例では、植物の片側の側面光源をもう一方の側面光源よりも頻繁に使用して、植物を照明側に向かって生長するよう誘導し、次いで、別の側の照明をオンにして植物をその光に向けて生長させることを含んで良い。これを繰り返すことにより、全体的な生長増加がもたらされることになる

図１同様、図２に示されるように、マスター論理制御装置（ＭＬＣ）１０２は通信信号１３４により光子放出変調制御装置１０４と通信する。ＭＬＣ１０２は、光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６からの光子の特定の色別スペクトルを変調するためのパラメータ及び適切な指示または特殊機能の入力／出力を本開示のシステムに提供する。

光子放出変調制御装置１０４は、ＭＬＣ１０２からコマンド及び指示を受け取り、それらのコマンド及び指示には、特定の色スペクトルごとの光子パルス２０２及び２０４または光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６から放出される特定の色スペクトルの複数のパルスの、強度、デューティサイクル、色スペクトル及び頻度が含まれるが、これらに限定されない。光子放出変調制御装置１０４は、特定の色スペクトルごとの光子パルス２０２及び２０４または光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６から放出される複数のパルスの、強度、デューティサイクル、色スペクトル及び頻度についての制御及びコマンドを提供する。

図２に示すように、ＭＬＣ１０２からの指示に基づき、光子放出変調制御装置１０４は光子放出制御信号１３６を光子放出器１０６、１０８、１１２または１１４に送る。光子放出器１０６、１０８、１１２または１１４に対して送られる光子放出制御信号１３６がオンで送られると、光子放出器１０６、１０８、１１２または１１４は特定の色スペクトル２０２または２０４の１つ以上の光子パルスを放出させ、それが生物１２２に対して発信される。その後、ＭＬＣ１０２からの指示に基づいて、光子放出器１１０または１１６に対して送られる光子放出器制御信号１３６がオフで送られると、光子放出器１１０または１１６は光子パルスを放出しないため、生物１２２に対して光子はまったく発信されない。図２に示すように、図２の左側から開始される、特定の色スペクトル２０２（近赤）及び２０４（遠赤）の光子の放出及び植物１２２の生育が、期間１２０にわたり示されている。図２の例では、光子放出器１０６から近赤色スペクトル２０２の一光子パルスまたは複数のパルスが二（２）マイクロ秒間放出され、その後、遠赤色スペクトル２０４の一光子パルスまたは複数のパルスが二（２）マイクロ秒間持続し、パルスごとに持続時間二百（２００）マイクロ秒の遅延を置いた後、同一の光子放出器１１２から第２の一光子パルスまたは複数のパルス２０２が２マイクロ秒間放出され、次いで、同一の光子放出器１１４から第２の一光子パルスまたは複数のパルスの遠赤色スペクトル２０４が２マイクロ秒間持続することが表されている（図２は経時的に放出される光子パルスの説明的な例であることに留意していただきたい。図２は、ある縮尺で描かれたものではなく、図２中のパルス間の生物生育量は縮尺で表されているわけではない）。

図１及び２に記載の本開示のシステムは、近赤、青色及び遠赤など光の１つ以上の色またはスペクトルを異なる時点、持続時間及び強度で循環させ、あるスペクトルの単一パルスまたは複数パルスの後に、別のスペクトルのパルスが発せられるようにすることで、生物によるさまざまな応答の操作及び制御を可能にする。色別スペクトルのパルスを、ある持続時間で一斉または別々に発生させ、パルス間に遅延を設けることにより、優れた発芽と、植物のある生長段階から次の段階までの経過の制御、例えば生育から開花、そして種子生成までの経過の制御とを介して、播種から収穫／終了までの効率及び速度を向上させることができる。本明細書に記載のシステムでは、ある制御された期間、植物を特定の生長段階に維持することが可能である。

一例として、植物に対して特定の色スペクトルのパルスを使用して、マメ植物の複数の群を播種して同日に発芽させ、「第１の開花」までまったく同一に管理され得ることが、研究により示されている。この時点で、１つの群に対するプロトコルを変更して、さらに発達を促進させて果実を生成させて良い。他の群のプロトコルは、満開時で「とどまる」ように変更して良い。数日以内で、第１の群には収穫できるマメがつき、他の群は開花段階のままであった。

光子提供には多種多様な光子放出器を使用して良く、その多くは当技術分野で公知である。しかしながら、本願記述の適切な光子放出器の一例は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、これを、光子の所望のスペクトルを生成するよう設計されたＬＥＤアレイ内にパッケージングして良い。この例でＬＥＤが示されているが、メタルハライド光、蛍光、高圧ナトリウム光、白熱光及びＬＥＤ（発光ダイオード）など、これらに限定されない多種多様な供給源を光子放出用に使用して良いことは、当業者には理解されるであろう。本明細書に記載する方法、システム及び装置でメタルハライド光、蛍光、太陽光、高圧ナトリウム光、白熱光を使用する場合、これらの形態の光子放出器の適切な使い方は、変調を行い、その後、光をフィルターにかけて、どの波長をどの持続時間で通過させるかを制御することと思われることに留意していただきたい。

本開示の実施形態は、特定の色のスペクトル及び強度の光子放出の持続時間など、光子放出の持続時間が多様であるＬＥＤに適用可能である。特定の色スペクトルの光子パルス放出は、対象生物、生物の年齢、及び、生物が生長するための生化学プロセスを促進させる際にどのように放出を使用するかに応じ、長くしても短くしても良い。

ＬＥＤアレイの使用を、特定の生物の育成、例えばレタスの育成、またはトマトの育成用に１つ以上の色スペクトルの最適光子パルスが提供されるよう制御して良い。使用者は、特定の種類の生物について、光子パルスの強度、色スペクトル、頻度及びデューティサイクルを選択するだけで、効率的な生物学的応答、例えば植物の光合成過程を促進させることができる。ＬＥＤパッケージは、各生物の特定の要件を満たすようにカスタマイズ可能である。上述のように、パッケージングされたＬＥＤアレイをカスタマイズした光子パルス放出と共に使用することにより、本明細書に記載する実施形態を使用して、光を制御し、対象生物内のビタミン、塩、酸、抗酸化物質、フラボノイド、カロテノイド、水、葉緑体及び補助色素の各レベルならびに吸収レベルを改変して良い。

図３は、ＬＥＤアレイ３００を備えた複数の光子放出器１０６、１０８、１１０及び１１２の一例を表す図である。図３に示すように、光子放出変調制御装置１０４は、複数の光子放出器１０６、１０８、１１０及び１１２（図１に示される光子放出器と同一である）と、複数の光子放出器制御信号１３６により通信している。図３に詳しく示されているように、光子放出器１０６、１０８、１１０及び１１２の各々はＬＥＤアレイ３０２、３０４、３０６及び３０８を含む。ＬＥＤアレイ３０２、３０４、３０６及び３０８の各々ならびに該ＬＥＤアレイが光子放出変調制御装置１０４と通信できるようにする回路は、ＬＥＤアレイハウジング３１０、３１２、３１４及び３１６内に収納されている。

図３に示すように、ＬＥＤアレイの形状は円形であるが、当業者に理解されるように、かかるアレイの形状は、植物など生物に必要なもの、光子パルスを受け取る植物など生物の量及び他のさまざまな条件によって、多種多様な形態を取り得る。アレイの形状として、円形、正方形、長方形、三角形、八角形、五角形及び他の多様な形状を含んで良いが、これらに限定されない。

光子放出器１０６、１０８、１１０及び１１２の各々に対するＬＥＤアレイハウジング３１０、３１２、３１４及び３１６は、可塑性材料、熱可塑性材料、及び他の種類の高分子材料を含むがこれらに限定されない多種多様な好適な材料で作製されて良い。複合材料または他の人工材料を使用しても良い。いくつかの実施形態では、ハウジングを、プラスチック射出成形製造方法、アルミニウム押出成形、鋼及び他の方法により作製して良い。いくつかの実施形態では、ハウジングは、透明でも半透明でも良く、またどの色でも良い。

図４は、１つ以上のスレーブ光子放出器との通信及び制御を行うマスター光子放出器を用いる複数の光子放出器の一例４００を表す図である。図４に示すように、マスター光子放出器４０２は、一連のスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８と、光子制御信号１３６によって通信している。マスター光子放出器４０２は、ＭＬＣ（図１及び２の１０２）、ならびに光子放出変調制御装置（図１及び２に１０４として図示）のような制御装置を収容しており、マスター光子放出器４０２内に収納されたＬＥＤアレイから送られる特定の色スペクトルの光子パルスそれぞれにつき、強度、デューティサイクル及び頻度を制御し、また、かかるマスター光子放出器が、スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８各々から送られる特定の色スペクトルの光子パルスそれぞれにつき、強度、デューティサイクル及び頻度を制御できるようにする。

逆に、スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８各々には、マスター光子放出器４０２からのコマンド信号１３６を受信するための回路、ならびにスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８各々に収納されたＬＥＤのアレイから特定スペクトルのパルス（近赤、遠赤、青色または黄色など）を放出するために必要な回路が収容されている。見やすくするために、各スレーブ光子放出器にはＭＬＣのような制御装置は含まれておらず、また、スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８にも光子放出変調制御装置は含まれていない。スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８に対するコマンド及び制御はすべてマスター光子放出器４０２から受信する。このマスター／スレーブシステムにより、単一の電源及びマイクロコントローラを共有できるようになる。マスターには電源があり、その電力がスレーブにも送られる。その上、マスター／スレーブシステムを利用して光子パルスをパターン発生させ、植物における他の生物応答の光周性または光合成応答への刺激を促進することができる。

バスシステムを、マスター光子放出器４０２のＭＬＣ内または各スレーブ光子放出器４０４、４０６及び４０８の中に含めて、マスター光子放出器４０２がスレーブ光子放出器４０４、４０６及び４０８の一つ一つに対して特定制御を行えるようにして良い。一例として、マスター光子放出器４０２は、特定のスレーブ光子放出器４０４に対して信号１３６を送り、そのスレーブ光子放出器４０４が遠赤パルスを特定の持続時間放出するようコマンドを出し、それと同時に、マスター光子放出器４０２は、第２のスレーブ光子放出器４０６に対し、近赤パルスを特定の持続時間放出するようコマンド信号１３６を送る。この説明例では、マスター光子放出器４０２と通信する３台のスレーブ光子放出器４０４、４０６及び４０８の配列、台数または連鎖が示されているが、本記載は、本発明の原則を理解してしまえば当業者に理解されるように、このようなシステムであって、マスター光子放出器と通信し、その制御下にあるスレーブ光子放出器を備えた任意のシステムに適用可能であることを理解されるべきである。

さらなる実施形態では、マスター光子放出器４０２を有線接続または無線接続してホストがマスター光子放出器４０２に外部からアクセスできるようにし、マスター光子放出器４０２の入出力を監視するための遠隔アクセスを可能にするとともに、マスター光子放出器の遠隔プログラミングも可能にして良い。

図５は、１つ以上の光子放出器との通信及び制御を行うマスター論理制御装置の一例５００を表す図である。図５に示すように、マスター論理制御装置１０２は、４つの植物５１２、５１４、５１６または５１８の上に配置された一連の光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６と光子放出制御信号１３６により通信している。この実施例では、マスター論理制御装置、つまりＭＬＣ１０２（先に、図１、２及び３で記述）は、光子放出変調制御装置１０４（図１、２及び３で示した記述）も収容しており、これにより、ＭＬＣ１０２が、光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６各々に収納されたＬＥＤアレイから送られる特定の色スペクトルの光子パルスそれぞれの強度、デューティサイクル及び頻度を制御できるようにしている。

光子放出変調制御装置１０４を介して、ＭＬＣ１０２は光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６各々に対してコマンド及び指示を通信し、それらには、光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６各々から送られる特定の色スペクトルの光子パルス５０８及び５１０それぞれの強度、デューティサイクル及び頻度が含まれるが、これらに限定されない。ＭＬＣ１０２はまた、システムへの電力供給の制御を維持し、個別光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６それぞれへの送電を制御する。

図５に示すように、ＭＬＣ１０２からの指示に基づき、光子放出変調制御装置１０４は、個別光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６それぞれに対して光子放出制御信号１３６を送る。光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６各々に送られる特定の指示に基づき、個別光子放出器１０６または５０６は、生物５１２、５１４、５１６または５１８に対して、１つ以上の特定の色スペクトル５０８及び５１０のパルスを発して良い（例えば、遠赤及び近赤の両方でなるパルス５０８をさまざまな持続時間で、または遠赤、近赤及び青色でなるパルスをさまざまな持続時間で５１０）。図５に詳しく示されているように、ＭＬＣ１０２からの指示に基づき、他の個別光子放出器５０２または５０４は、生物１２２に対し、ある持続時間光子パルスを放出しなくて良い。

ＭＬＣ１０２は、個別光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６それぞれから出力または放出される光子を制御できるため、本開示のシステムは、ある生物にとっての特定のニーズまたは要件を基にして生物に対する光子放出を変更できる。図２と関連して記述されているように、一例として、一部の高等植物の種子の発芽を制御するために、ある期間の遠赤光パルス、それに続く、青色光と近赤光とを組み合わせたパルスの変調を行う信号を、特定の放出器またはストリング（ｓｔｒｉｎｇ）または放出器に対して出すようＭＬＣをプログラムして良く、またはＭＬＣは、特定の植物の生育を高めるために近赤光パルスと、青色光及び遠赤光のパルスとを循環させるコマンドを、特定の光子放出器または放出器の列に対して出して良い。別の例では、ＭＬＣは、植物に種子生成を誘導するために、近赤光パルスの曝露の後、青色光のパルスを発生させ、これを繰り返す信号を、特定の光子放出器または放出器の列に対して出して良く、またはＭＬＣは、植物に開花を誘導するために、近赤光パルスへの曝露の後に遠赤光パルスを発し、これを繰り返す信号を、特定の光子放出器に対して送って良い。

図５に示す例では、光子放出器１０６、５０２、５０４及び５０６各々に対するコマンド及び制御はすべて、外部のＭＬＣ１０２から受信する。ただし、当業者に理解されるように、ＭＬＣ１０２及び光子放出変調制御装置１０４に関連した論理部及びハードウェアを個別光子放出器それぞれの内部に収納して、個別光子放出器それぞれが自立し、外部に制御ユニットまたは論理ユニットを持たなくてすむようにして良い。

さらなる実施形態では、ＭＬＣ１０２を、有線接続または無線接続して、使用者がＭＬＣ１０２に外部からアクセスできるようにして良い。これにより、使用者は遠隔アクセスをしてＭＬＣ１０２の入出力を監視できると同時に、ＭＬＣを遠隔プログラミングすることもできる。

図６は、１つ以上のセンサーを用いて生物の環境条件ならびに生物の応答を監視する本開示の光子変調システム６００を示す、さらなる実施形態の一例を表す。図６に示すように、植物６１８、６２０、６２２、及び６２４に関連したさまざまな条件を監視するために、１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６及び６０８を、植物６１８、６２０、６２２、及び６２４それぞれと関連させている。監視され得る、植物または生物に関連した条件には、土壌水分、気温、葉温、ｐＨ、茎または果実の直径、ガス、光呼吸、生物の呼吸または植物内部の茎液流（ｓａｐ ｆｌｏｗ）が含まれるが、これらに限定されない。当業者には理解されるように、センサーには、茎径センサー、果実径センサー、葉温センサー、相対茎液流センサー（ｒｅｌａｔｉｖｅ−ｒａｔｅ ｓａｐ ｓｅｎｓｏｒ）、赤外センサー、ガス、光呼吸センサー、呼吸センサー、カメラ、近赤外センサーまたはｐＨセンサーが含まれるが、これらに限定されない。

センサー６０２、６０４、６０６及び６０８は、植物または生物６１８、６２０、６２２、及び６２４に関連する１つ以上の条件を監視し、その後、データ６１０、６１２、６１４または６１６をＭＬＣ１０２に発信する。１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６及び６０８からＭＬＣ１０２へのデータ転送は、無線接続でも有線接続でも、多数の方法で達成可能である。当業者には理解されることになるように、植物６１８、６２０、６２２、及び６２４からのセンサー由来の情報をＭＬＣ１０２に送達するために、さまざまな通信システムを使用して良い。

１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６及び６０８からのデータはＭＬＣ１０２により分析される。センサーからの情報に基づき、ＭＬＣ１０２は、光子放出変調制御装置１０４を介し、個別光子放出器１０６、６０２、６０４及び６０６それぞれの特定の色スペクトルの光子パルス６０８及び６１０それぞれについての強度、デューティサイクル及び頻度を調整すること、または特定のセンサー６０２、６０４、６０６及び６０８に関連した個々の植物６１８、６２０、６２２、及び６２４のニーズもしくは植物全体としてのニーズに基づき、一群の光子放出器の強度、デューティサイクル及び頻度を調整することができる。一例として、青色及び近赤両方６０８をさまざまな持続時間で含むようパルスを調節すること、または遠赤、近赤及び青色６１０のパルスの持続時間を調節することが挙げられる。

さらなる実施形態では、本開示のシステムに、ＭＬＣ１０２もしくは別個の論理制御装置と通信してその制御下にある、給水システム、施肥システム及び／またはかん水同時施肥システム（図７では図示せず）が含まれてよい。植物または生物それぞれと関連させたセンサー６０２、６０４、６０６及び６０８からの情報に基づいて、ＭＬＣ１０２は、植物または生物に対するかん水、施肥またはかん水同時施肥を行う事象を停止及び開始させるために、かん水システム、栄養システム、栄養供給源またはかん水同時施肥システムと通信すること、ならびに植物または生物に送られる給水、施肥またはかん水同時施肥を行う事象のタイミングまたは濃度を調整することができる。電力を含め、データを、システムには接続されていないデータベースなど外部受信器に送ることができる。

かん水システムの例としては、点滴かん水、頭上噴霧、または細霧発生システム（ｆｏｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）を含めて良い。栄養システムまたは栄養供給源の例には、栄養供給源が、栄養を生物に向けて送ることにより生物に対して栄養事象を提供するよう誘導されるか、またはかかる栄養事象の提供を行うことができる、栄養注入、養液薄膜（ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｆｉｌｍ）、栄養点滴、底面給水（ｅｂｂ ａｎｄ ｆｌｏｗ）、またはかん水同時施肥（施肥とかん水の組み合わせ）が含まれて良い。

図７は、一連のソリッドステートリレーまたはＳＳＲ７００と通信するＬＥＤアレイについての一実施形態例である。図１と同様、図７には、ＭＬＣ１０２が光子放出変調制御装置１０４と通信信号１３４により通信する図が示されている。この例の光子放出変調制御装置１０４には３つのソリッドステートリレーが収容されている。ＭＬＣ１０２は信号を出力してＳＳＲを制御する。第１のソリッドステートリレーは近赤ＬＥＤアレイを制御し（７０２）、第２のソリッドステートリレーは遠赤ＬＥＤアレイを制御し（７０４）、第３のソリッドステートリレーは青色ＬＥＤアレイを制御する（７０６）。各ソリッドステートリレー７０２、７０４及び７０６は、ＬＥＤアレイ７１４、７１６及び７１８と光子放出信号１３６により通信する。図７に示すように、近赤ソリッドステートリレー７０２は、近赤ＬＥＤの光子パルス７１４を開始させる、近赤電圧７０８を含む光子放出信号１３６を、近赤ＬＥＤアレイ７１４に送る。その後、近赤電圧７０８は、近赤ＬＥＤアレイ７１４から一連の抵抗器７２０、７４２、７３８、例えば６８オーム抵抗器に発信され、抵抗器７２０、７４２及び７３８はそれぞれアース７４４に接続されている。

図７に詳しく示されているように、遠赤ソリッドステートリレー７０４は、遠赤ＬＥＤの光子パルスを開始させる、遠赤電圧７１０を含む光子放出信号１３６を赤色ＬＥＤアレイ７１８に送る。その後、赤色電圧７１０は、赤色ＬＥＤアレイ７１８から一連の抵抗器７２４、７２８、７３２及び７３４、例えば３９０オーム抵抗器に発信され、抵抗器７２４、７２８、７３２及び７３４はそれぞれアース７４４に接続されている。図８はまた、青色ＬＥＤの光子パルスを開始させる、青色電圧７１２を含む光子放出信号１３６を青色ＬＥＤアレイ７１６に送る、青色ソリッドステートリレー７０６を示す。その後、青色電圧７１２は、青色ＬＥＤアレイ７１６から一連の抵抗器７２２、７２６、７３０、７３６及び７４０、例えば１５０オーム抵抗器に発信され、抵抗器７２２、７２６、７３０、７３６及び７４０はそれぞれアース７４４に接続されている。

本開示のシステムは、多種多様な藻類、細菌、真菌類、裸子植物、被子植物及びシダ植物、シアノバクテリアまたは真核生物の緑藻など、これらに限定されない多種多様な生物で首尾良く利用することができる。この生物の一覧にはさらに以下が含まれるが、それらに限定されない。Ａｒｔｈｒｏｓｐｉｒａ ｓｐｐ．、 Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｓｐｐ．、 Ｃａｌｏｔｈｒｉｘ ｓｐｐ．、 Ａｎａｂａｅｎａ ｆｌｏｓ−ａｑｕａｅ， Ａｐｈａｎｉｚｏｍｅｎｏｎ ｓｐｐ．、 Ａｎａｄａｅｎａ ｓｐｐ．、 Ｇｌｅｏｔｒｉｃｈｉａ ｓｐｐ．、 Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ ｓｐｐ．、 Ｎｏｓｔｏｃ ｓｐｐ．、 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｅｌｏｎｇａｔｕｓ， Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐｐ．、 Ｓｙｎｅｃｈｏｓｙｓｔｉｓ ｓｐｐ．ＰＣＣ ６８０３， Ｓｙｎｅｃｈｏｓｙｓｔｉｓ ｓｐｐ．、 Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｐｌａｎｔｅｎｓｉｓ， Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ ｓｐｐ．、 Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｒｅｉｎｈａｒｄｉｉ， Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｓｐｐ．、 Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｖｕｌｇａｒｉｓ， Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐｐ．、 Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ ｓｐｐ．、 Ｄｉｄｙｍｏｓｐｈｅｎｉａ ｓｐｐ．、 Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ ｔｅｒｔｉｏｌｅｃｔａ， Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ ｓｐｐ．、 Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｂｒａｕｎｉｉ， Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐｐ．、 Ｇｅｌｉｄｉｕｍ ｓｐｐ．、 Ｇｒａｃｉｌａｒｉａ ｓｐｐ．、 Ｈａｎｔｓｃｉａ ｓｐｐ．、 Ｈｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐｐ．、 Ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ ｓｐｐ．、 Ｌａｍｉｎａｒｉａ ｓｐｐ．、 Ｎａｖｉｃｕｌａ ｓｐｐ．、 Ｐｌｅｕｒｏｃｈｒｙｓｉｓ ｓｐｐ．及びＳａｒｇａｓｓｕｍ ｓｐｐ；柑橘類、食用ブドウ、ワイン用ブドウ、バナナ、パパイア、Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓｐ．、コーヒー、ゴジベリー、イチジク、アボカド、グアバ、パイナップル、ラズベリー、ブルーベリー、オリーブ、ピスタチオ、ザクロ、チョウセンアザミ及びアーモンド；チョウセンアザミ、アスパラガス、マメ、ビート、ブロッコリー、メキャベツ、ハクサイ、キャベツ（ｈｅａｄ ｃａｂｂａｇｅ）、マスタードキャベツ（ｍｕｓｔａｒｄ ｃａｂｂａｇｅ）、カンタロープ、ニンジン、カリフラワー、セロリ、チコリー、コラードグリーン、キュウリ、ダイコン、ナス、エンダイブ、ニンニク、ハーブ、ハニーデューメロン、ケール、レタス（玉レタス、リーフレタス、ロメインレタス）、カラシナ、オクラ、タマネギ（ドライ＆グリーン）、パセリ、マメ（シュガーピース、サヤエンドウ、グリーンピース、ササゲ（ｂｌａｃｋ−ｅｙｅｄ，ｃｒｏｗｄｅｒ）等）、カラシ（パプリカ、チリペパー）、ピーマン、カボチャ、ダイコン、ルバーブ、ホウレンソウ、スカッシュ、スイートコーン、トマト、カブ、カブラナ、オランダガラシ、及びスイカなどの野菜；Ａｇｅｒａｔｕｍ、Ａｌｙｓｓｕｍ、Ｂｅｇｏｎｉａ、Ｃｅｌｏｓｉａ、Ｃｏｌｅｕｓ、シロタエギク、Ｆｕｃｈｓｉａ、Ｇａｚａｎｉａ、ゼラニウム、ガーベラデイジー、ツリフネソウ、マリーゴールド、Ｎｉｃｏｔｉａｎａ、パンジー／Ｖｉｏｌａ、Ｐｅｔｕｎｉａ、Ｐｏｒｔｕｌａｃａ、Ｓａｌｖｉａ、キンギョソウ、バーベナ、Ｖｉｎｃａ、及びヒャクニチソウを含むがこれらに限定されない花壇用開花植物；アフリカスミレ、Ａｌｓｔｒｏｅｍｅｒｉａ、Ａｎｔｈｕｒｉｕｍ、Ａｚａｌｅａ、Ｂｅｇｏｎｉａ、Ｂｒｏｍｅｌｉａｄ、Ｃｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｕｍ、Ｃｉｎｅｒａｒｉａ、Ｃｙｃｌａｍｅｎ、ラッパスイセン／スイセン、エキザカム、クチナシ、グロキシニア、ハイビスカス、ヒヤシンス、アジサイ、カランコエ、ユリ、ラン、ポインセチア、プリムラ、リーガルペラルゴニウム、バラ、チューリップ、Ｚｙｇｏｃａｃｔｕｓ／Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａを含むがこれらに限定されない鉢植用開花植物；Ａｇｌａｏｎｅｍａ、Ａｎｔｈｕｒｉｕｍ、Ｂｒｏｍｅｌｉａｄ、Ｏｐｕｎｔｉａ、サボテン及び多肉植物、クロトン、Ｄｉｅｆｆｅｎｂａｃｈｉａ、Ｄｒａｃａｅｎａ、Ｅｐｉｐｒｅｍｎｕｍ、シダ、イチジク、ヘデラ（アイビー）、Ｍａｒａｎｔａ／Ｃａｌａｔｈｅａ、ヤシ、Ｐｈｉｌｏｄｅｎｄｒｏｎ、Ｓｃｈｅｆｆｌｅｒａ、Ｓｐａｔｈｉｐｈｙｌｌｕｍ、及びＳｙｎｇｏｎｉｕｍを含むがこれらに限定されない観葉植物。Ａｌｓｔｒｏｅｍｅｒｉａ、Ａｎｔｈｕｒｉｕｍ、アスター、ゴクラクチョウカ／ストレリチア、カラーリリー、カーネーション、Ｃｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｕｍ、ラッパスイセン／スイセン、ヒナギク、デルフィニウム、フリージア、ガーベラデイジー、ショウガ、グラジオラス、ゴデチア、カスミソウ、ヘザー、アヤメ、ギョリュウバイ、リアトリス、ユリ、リモニウム、リシアンサス、ラン、プロテア、バラ、スターチス、シタキソウ、ストック、ヒマワリ、チューリップを含むが、これらに限定されない切花；プルモーサス、木生シダ、ツゲ、ソニフェラスグリーン（ｓｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｇｒｅｅｎ）、コルディリネ、ユーカリ、ヘデラ／アイビー、セイヨウヒイラギ、レザーリーフファーン、リリオペ／リリーターフ、ギンバイカ、トベラ、マキを含むが、これらに限定されないカット用栽培葉物；セイヨウトネリコ、カバノキ、アメリカサイカチ、シナノキ、カエデ、オーク、ポプラ、モミジバフウ、及びヤナギを含むが、これらに限定されない落葉性緑陰樹；ザイフリボク、マメナシ、クラブアップル、サルスベリ、ハナミズキ、顕花サクラ、顕花スモモ、モクゲンジ、サンザシ、モクレン、及びアメリカハナズオウを含むが、これらに限定されない落葉性花木；ツツジ、コトネアスター、ニシキギ、セイヨウヒイラギ、モクレン、アセビ、イボタノキ、シャクナゲ、及びガマズミを含むが、これらに限定されない広葉常緑樹；クロベ、ヒマラヤスギ、イトスギ、モミ、ツガ、セイヨウネズ、マツ、トウヒ、イチイを含むが、これらに限定されない針葉常緑樹；フジウツギ、ハイビスカス、ライラック、Ｓｐｉｒｅａ、ガマズミ、Ｗｅｉｇｅｌａ、地被植物、ブーゲンビリア、クレマチス及び他のつる植物、及び造園用ヤシ（ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｌｍ）を含むが、これらに限定されない落葉性灌木及び他の観賞植物；柑橘類及び亜熱帯果樹、落葉性果樹及び堅果樹、ブドウの木、イチゴ植物、他の小果実植物、他の果樹及び堅果樹を含むが、これらに限定されない果実植物及び種実植物；商業生産用の生鮮青果（ｃｕｔ ｆｒｅｓｈ）、イチゴ、野草、移植植物、及び水生植物；シダならびに担子菌、子嚢菌、及び酵母菌など、これらに限定されない真菌類などの、これらに限定されないシダ植物。本開示のシステムは、Ｃ３型及びＣ４型光化学系ならびに「ＣＡＭ」植物（ベンケイソウ型有機酸代謝）の両方についての光子パルスを提供する。

図８は、光子パルスの持続時間と各光子パルス間の遅延持続時間との対比の一例を示すグラフ８００である。図８には、先の図１〜７に記載されたように、本開示の光子パルスの一例が示されており、そこでは、光子パルスは光子放出器から二（２）マイクロ秒間放出され、二百（２００）マイクロ秒の遅延持続時間の後、第２の光子パルスが２マイクロ秒間放出される。図８に示すように、２回目の２マイクロ秒の光子パルスの後に再び二百（２００）マイクロ秒の持続時間をおいてから第３の光子パルスが放出される。二（２）マイクロ秒の光子パルスと各光子パルス間の２００マイクロ秒の遅延とからなるこの周期を、無制限に、または光子パルスの下で該光子パルスを受けて生育する生物が、その所望のサイズもしくは成熟度に達するか、または破壊もしくは修復されるまで繰り返して良い。この説明的例では、光子パルスは２マイクロ秒及び各光子パルス間の持続時間は２００マイクロ秒であるが、本記載は、米国（６０Ｈｚ）及び欧州（５０Ｈｚ）の標準アナログ周波数照明用規格を除き、ある期間にわたる他の光子パルス放出を備える任意のこのようなシステムに適用可能であることを理解されるべきである。光子パルス持続時間の例には、０．０１マイクロ秒〜５分まで、この間のすべての実数を含んで良いが、これらに限定されない。本開示のシステムにより、光子パルス間の他の持続時間は、１マイクロ秒〜２４時間（自然の暗周期）及びその間のすべての実数を含むが、これに限定されない時間も可能になる。本開示のシステムは、光子放出をさまざまに変え、また、光子放出遅延をさまざまに変えて、暗周期の延長のような事象が可能になるようプログラムされ得る。

図９は、３色の各スペクトルについて、光子パルスの持続時間と光子パルス間の遅延持続時間との対比の一例を示すグラフ９００である。このチャートの時間の尺度は正確に縮尺されたものではないが、実施例１〜７にオプション１０及び１１として示されるように、生物の生育または破壊に利用され得る各種の色スペクトル、頻度及びデューティサイクルを示す一実施形態例として役立つ。図９には、先の図１〜７に記載されたように、本開示のさまざまな色スペクトルの光子パルスを循環させる別の例が示されており、ここでは、３色の各スペクトルの光子パルスが光子放出器から放出される。グラフに示されるように、最初に遠赤スペクトルのパルスを発生させた後に遅延があり、その後、近赤スペクトルと青色スペクトルを合わせた二重パルスを投入した後、ある遅延を置き、光子パルスの第１のセットとする。次に、第２のセットとして、近赤スペクトルと青色スペクトルとを含む二重パルスを合わせて再び発生させ、その後、遅延を設ける。かかる遅延の後、もう一度近赤スペクトルと青色スペクトルとを合わせてパルスを発生させ、その後、さらに長い遅延を設ける。この周期は、無制限に、または光子パルスの下で該光子パルスを受けて生育する生物が、その所望のサイズ、成熟度に達するか、または破壊もしくは修復されるか、または生育もしくは破壊の新たな段階のために変化が所望されるまで繰り返して良い。上述のように、この例を使用してさまざまな種類の植物で種子発芽率を高めても良い。この説明的例では、光子パルスセットは、１つの色スペクトルと２つの色スペクトルとをずらしてパルスを発生させるが、本記載は、米国（６０Ｈｚ）及び欧州（５０Ｈｚ）の標準アナログ周波数照明用規格を除き、近赤、遠赤、近赤外、青色、黄色、橙色及び紫外を含むがこれらに限定されない色スペクトルのパルスをさまざまに組み合わせた、ある期間にわたる他の光子パルス放出を備える任意のこのようなシステムに適用可能であることを理解されるべきである。各色別スペクトルの各パルス間または組み合わせ色スペクトルの各パルス間の光子パルス持続時間例には、０．０１マイクロ秒〜五（５）分まで、この間のすべての実数を含んで良いが、これらに限定されない。本開示のシステムにより、各色別スペクトルの各パルス間または組み合わせ色スペクトルの各パルス間の持続時間が他にも可能となり、０．１マイクロ秒〜２４時間、及びその間のすべての実数が含まれるが、これらに限定されない。本開示のシステムは、光子放出をさまざまに変え、また、光子放出遅延をさまざまに変えて、暗周期の延長のような事象が可能になるようプログラムされ得る。

図１０は、３色の各スペクトルについて、光子パルスの持続時間と光子パルス間の遅延持続時間との対比の一例を示すグラフ１０００である。このチャートの時間の尺度は正確に縮尺されたものではないが、生物の生育または破壊に利用され得る各種の色スペクトル、頻度及びデューティサイクルを示す一実施形態例として役立つ。図１０には、先の図１〜７に記載されたように、本開示のさまざまな色スペクトルの光子パルスを循環させる別例が示されており、ここでは、３色の各スペクトルの光子パルスが光子放出器から放出される。グラフに示されるように、遠赤スペクトルのパルスは青色スペクトルのパルスと同時に放出される。遠赤スペクトルのパルスは青色スペクトルの２倍の時間発せられる。次いで、わずかな遅延の後、近赤スペクトルのパルスが投入され、その後、ある遅延を置いて、光子パルスの第１のセットとする。次に、第２のセットとして、最初に遠赤スペクトル、次いで近赤スペクトル、その後、青色スペクトルを含むパルスを短時間で順次発生させた後、やはり遅延を設ける。かかる遅延の後、もう一度近赤スペクトルパルスと青色スペクトルパルスとを合わせて発生させ、その後、さらに長い遅延を設ける。この周期は、無制限に、または光子パルスの下で該光子パルスを受けて生育する生物が、その所望のサイズもしくは成熟度に達するか、または破壊もしくは修復されるか、または生育もしくは破壊の新たな段階のために変化が所望されるまで繰り返して良い。上述のように、この例を使用してさまざまな種類の植物で種子発芽率を高めても良い。この説明的例では、光子パルスセットは、１つの色スペクトルと２つの色スペクトルとをずらしてパルスを発生させるが、本記載は、米国（６０Ｈｚ）及び欧州（５０Ｈｚ）の標準アナログ周波数照明用規格を除き、近赤、遠赤、近赤外、青色、黄色、橙色及び紫外を含むがこれらに限定されない色スペクトルのパルスをさまざまに組み合わせた、ある期間にわたる他の光子パルス放出を備える任意のこのようなシステムに適用可能であることを理解されるべきである。各色別スペクトルの各パルス間または組み合わせ色スペクトルの各パルス間の光子パルス持続時間例は、０．０１マイクロ秒〜５分まで、この間のすべての実数を含んで良いが、これらに限定されない。本開示のシステムにより、各色別スペクトルの各パルス間または組み合わせ色スペクトルの各パルス間の持続時間が他にも可能となり、０．１マイクロ秒〜２４時間、及びその間のすべての実数が含まれるがこれに限定されない。本開示のシステムは、光子放出をさまざまに変え、また、光子放出遅延をさまざまに変えて、暗周期延長のような事象が可能になるようプログラムされ得る。

図１１は、生物育成用にパルスを発生させる色別スペクトルの変調方法を示すフローチャート１１００である。図１１に示すように、ステップ１１０２では、マスター論理制御装置は、パルスを発生させるべき各色別スペクトル、各色スペクトルの各パルス持続時間、パルスを発生させるべき色の組み合わせ及び各色スペクトルのパルス間の遅延持続時間に関する指示を受け取る。マスター論理制御装置に送られた指示及び情報は、パルスを発生させるべき各色の光子パルス持続時間、光子パルス遅延、強度、頻度、デューティサイクル、生物種、生物の成熟状態ならびに誘導が所望される生育、破壊または修復の種類、例えば、芽及び花の形成、種子形成、運動（ｓｐｏｒｔｉｎｇ）、真菌の子実体、及び菌糸形成に関連し得る。ステップ１１０４では、マスター論理制御装置は、光子放出変調制御装置に対して、パルスを発生させるべき各色スペクトル、各色スペクトルの各パルス持続時間、色の組み合わせパルス及び異なる色スペクトル間の遅延持続時間に関する指示を送る。ステップ１１０６では、光子放出変調制御装置は、近赤ＬＥＤ、遠赤ＬＥＤ、青色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤなど、１つ以上の色別スペクトルのパルスを生物に向けて放出できる１つ以上の光子放出器に対して、少なくとも１つの信号を送る。ステップ１１０８では、１つ以上の光子放出器は、生物に向かう色別スペクトルの光子パルスを１つ以上放出する。

図１２は、本開示のさらなる実施形態を表し、植物センサーからの情報を基にした、生物の生育、修復または破壊のフローチャート１２００が示されている。ステップ１２０２に示すように、植物センサーは、生物の生育環境に関連する１つ以上の条件を監視する。監視対象条件には、植物もしくは生物と関連する気温もしくは土壌温度、土壌水分、湿度、土壌ｐＨ、果実径、茎径、葉サイズ、葉の形状、または葉温が含まれるが、これらに限定されない。ステップ１２０４では、植物センサーは、生物の生育状態に関するデータをＭＬＣに送る。その後、ＭＬＣは植物センサーから送られたデータを分析するが、かかる分析を、システムから遠隔したサードパーティのソフトウェアプログラムで行っても良い。ステップ１２０６では、ＭＬＣは、植物センサーからの情報に基づき、点滴、底面給水（ｅｂｂ ａｎｄ ｆｌｏｗ）、または細霧発生システム（ｆｏｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）のようなかん水システムに対して、タイミング及び／またはかん水事象の持続時間に関する指示を送る。ステップ１２０８では、かん水システムは、植物センサーからのデータの分析に基づき１つ以上の生物に対するかん水事象を開始する。当業者には理解されるように、かん水事象の調節は、特定の生物１つに対するかん水の調節といった微視的レベルの調節を行うことも、生育用チャンバーまたは生育操作全体といった巨視的レベルでの調節を行うことも可能である。ステップ１２１０では、ＭＬＣは、植物センサーからの情報に基づき、栄養事象中に生物に配分すべき栄養のタイミング及び／または濃度に関する指示を、栄養システムまたは栄養供給源、例えば点滴、養液薄膜（ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｆｉｌｍ）もしくは栄養注入システムに対して送る。ステップ１２１２では、栄養システムは、植物センサーからのデータの分析に基づいて生物に栄養を送る栄養事象を開始する。当業者には理解されるように、栄養事象の調節は、特定の生物１つに対する栄養の調節といった微視的レベルの調節を行うことも、生育用チャンバーまたは生育操作全体といった巨視的レベルでの調節を行うことも可能である。ステップ１２１４では、ＭＬＣは、植物センサーからのデータの分析に基づき、種々の色スペクトルのパルス間で各光子パルスの持続時間、強度、色スペクトル及び／またはデューティサイクルを特定の一生物または一群の生物に合わせて調節する指示を光子放出変調制御装置に対して送る。ステップ１２１６では、光子放出変調制御装置は、種々の色スペクトルのパルス間で各光子パルスの持続時間、強度、色スペクトル及び／またはデューティサイクルを特定の一生物または一群の生物に合わせて調節する信号を１つ以上の光子放出器に送る。ステップ１２１８では、１つ以上の光子放出器は、光子放出変調制御装置から受信した信号に基づいて、一生物または一群の生物に向けて色別スペクトルの光子パルスを１つ以上放出する。

以下の実施例は、さまざまな用途をさらに例示するために提供されるものであり、添付の請求の範囲に記載の制限を超えて本発明を限定することは意図していない。

実施例１
表１は、２つの植物セットの経時的生長速度を示す（マメ、Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）。１つの植物セットは本発明の育成システム下で生育させ、１つの植物セットは従来の植物育成灯システム（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた。各植物の丈をミリメートル単位で測り植物の生育を測定した。植物を自動化システム下で生育させ、そこでは、本発明の光子変調システム下で生育させる植物は、近赤、青色、及び黄色の光子パルスを２ミリ秒、及び各パルス間の遅延持続時間を２００ミリ秒に設定した。その後、これを繰り返し、２ミリ秒の遠赤光子パルスを１００ミリ秒ずらして用い、各パルス間の遅延持続時間を２００ミリ秒設けた。その後、この周期を２４時間／日で無制限に繰り返した。この比率の光子パルス及び光子パルス遅延では、エネルギー使用は従来の育成灯によるエネルギー使用の１％未満であると推定される。従来の育成灯下で生育させる植物を、従来の育成灯の光に１日につき１２時間曝露した。底部に排水用の小さな穴が複数ある九（９）オンスのプラスチック製カップ内で植物を生育させた。種子を混合土壌（ＭｉｒａｃｌｅＧｒｏ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｔｔｉｎｇ ｍｉｘ）に植えた。

手動給水システムで適量の水分を植物に与えた。植物の容器は、蓋を取らない限り光が入らない蓋付きの黒色容器または黒色箱の中に置いた。ＬＥＤアレイまたは６０ワット育成灯を備える光子放出器を黒色容器それぞれの上部に取り付けた。ＬＥＤは、赤色ＬＥＤアレイ（６４０ｎｍ及び７００ｎｍ）、黄色丸型ＬＥＤアレイ（５９０ｎｍ）及び青色丸型ＬＥＤアレイ（４５０ｎｍ）を含んでいた。光子放出器を、Ｍａｇｎａｃｒａｆｔ７０Ｓ２ ３Ｖソリッドステートリレーを含むソリッドステートリレーに有線接続し、光子放出器とソリッドステートリレーとが通信できるようにした。ソリッドステートリレーは中央処理装置と通信し、入出力の指示をソリッドステートリレーに提供した。中央処理装置は、２００ミリ秒毎に２ミリ秒の光子パルスを生成させるために、光子放出器への信号を変調するようソリッドステートリレーに対して指示を出すようプログラムされた。

表１に示すように、列１には使用した育成システムの種類が記載されている。列２には、植物の種類及び植物ごとに個別植物番号が記載されている。列３〜８には、種子を植えた日からの植物測定日が記載されている。表１に示すように、光子変調育成システムを使用すると、植えてから８日目以内にマメ１、マメ２及びマメ３は草丈７７ｍｍ〜１３６ｍｍまで生長した。１４日目までには、光子変調育成システム下で生育させたマメ１、マメ２及びマメ３は草丈２００ｍｍ〜２２０ｍｍまで生長した。一方、従来の６０ワット育成灯下の場合は、８日目までに、マメ１及びマメ２は、１５５ｍｍ〜１８５ｍｍに生長し、１４日目までにはマメ１、マメ２及びマメ３は、１６０ｍｍ〜２２０ｍｍに生長した。このデータから、光子変調育成システムは、従来の育成システムの１％未満のエネルギー使用で、従来の育成システムと同等またはそれより良好にマメ植物を育成できることがわかる。

実施例２
表２は、２つの植物セットの各植物の葉サイズをミリメートル単位で測定した経時的な葉サイズを示し（マメ、Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）、１つの植物セットは本発明の光子変調育成システム下で生育させ、１つの植物セットは従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた。実施例１を繰り返し、表２に示すように、ミリメートル単位での葉サイズ測定値が記載されており、列１は使用した育成システムの種類を表す。列２には、植物の種類及び個々の植物番号が記載されている。列３〜８には、最初に種子を植えた日からの葉の測定日が記載されている。表２に示すように、光子変調育成システムを使用すると、植えてから８日目以内にマメ１、マメ２及びマメ３は葉サイズが５０ｍｍ×４７ｍｍ〜５９ｍｍ×５５ｍｍであり、１４日目までにはマメ１、マメ２及びマメ３は葉サイズが５５×５２ｍｍ〜６４ｍｍ×５８ｍｍになっていた。一方、従来の６０ワット育成灯下の場合は、８日目までにはマメ１及びマメ３は葉サイズが２６ｍｍ×２２ｍｍ〜５７ｍｍ×５０ｍｍであり、１４日目までにはマメ１及びマメ３は葉サイズが３３ｍｍ×３０ｍｍ〜６２ｍｍ×５５ｍｍになっていた。このデータから、光子変調育成システム下で生育させたマメの葉サイズは、従来の育成システムの１％未満のエネルギー使用で、従来の育成システムと同等またはそれより良好にマメを育成できることがわかる。

実施例３
下記表３は、第１葉節までのマメ（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）の草丈をミリメートル単位で示している。表３に示すように、箱１は、オプション１１の色スペクトル光子放出下で生育させたマメを示し、ここで、オプション１１は、図９に示す光子放出例に基づいているが、近赤パルスの持続時間は延長されており、３パルス（遠赤、近赤及び青色）のいずれの頻度も、ある縮尺で描かれたものではない。箱２及び箱３は、オプション１０及びオプション１０ａの色スペクトル放出下で生育させたマメを示し、ここで、オプション１０は、図９に示す光子放出例に基づいているが、遠赤パルスの持続時間は延長されており、全３パルス（遠赤、近赤及び青色）のオプション１０のデューティサイクルは、ある縮尺で描かれたものではない。箱４は、対照の色スペクトル放出下で生育させたマメを示し、色別スペクトルのパルス変調をしない従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた植物を含む。

表３に示すように、第１葉節までの測定値に関するデータは、種子を植えてから６日後に始まった。対照下で生育させた植物及びオプション１１の植物はいずれも１６日にわたり着実に生育し、草丈は最高２００ｍｍであった。しかしながら、オプション１０及びオプション１０ａ下で生育させた植物は、第１葉節までの草丈が測定期間全体を通して常に短く、最初の草丈は５０ｍｍ未満、また最高草丈は１００ｍｍ未満であった。

表３のデータは、植物に対する色別スペクトルのパルスを変調することによって植物の生育を制御する本開示のシステムの能力を示す。

実施例４
表４は、オプション１１、オプション１０及び対照の色スペクトル光子放出下で生育させたトウモロコシ（Ｚｅａ ｍａｙｓ）の平均草丈をミリメートル単位で示している。先に記述があるように、オプション１０及びオプション１１はいずれも図９に示す光子放出例に基づく。箱２及び箱３は、オプション１０の色スペクトル放出下で生育させたマメを示す。箱１で生育させた植物は、オプション１１の色スペクトル光子放出で生育させた。箱２及び箱３で生育させた植物は、オプション１０の色スペクトル放出下で生育させたマメを示す。箱４で生育させた植物は、対照の色スペクトル放出下で育成され、色別スペクトルのパルス変調をしない従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた植物を含む。

表４に示すように、４箱いずれの生育植物も、植えてから５日後に測定可能な生育を示した。オプション１０及びオプション１１下で生育させた植物は着実な生育を示し、対照下で生育させた植物に対し、１３日後には測定可能な生育増大が見られた。オプション１０及びオプション１１下で生育させた植物は、最高草丈が４５０ｍｍ超、より低い最高草丈でも４００ｍｍをわずかに下回っただけであった。逆に、対照下で生育させた植物は最高草丈が３００ｍｍを下回っていた。

表４のデータは、植物に対する色別スペクトルのパルスを変調することによって植物の生育を高め、かつ改善する、本開示のシステムの能力を示す。

実施例５
下記表５は、マメ（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）の第１節の大きさをミリメートル単位で示している。表５に示すように、箱１は、オプション１１の色スペクトル光子放出下で生育させたマメを示す。先に記述があるように、オプション１０及びオプション１１はいずれも図９に示す光子放出例に基づく。箱２及び箱３は、オプション１０及びオプション１０ａの色スペクトル放出下で生育させたマメを示す。箱４は、対照の色スペクトル放出下で生育させたマメを示し、色別スペクトルのパルス変調をしない従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた植物を含む。

表５に示すように、第１葉節の大きさの測定値に関するデータは、種子を植えてから約６日後に始まった。オプション１０、オプション１０ａ及びオプション１１下で生育させた植物はいずれも１６日にわたり生育及び第１節の大きさが着実に伸び、第１節の大きさは最大で１００００ｍｍであった。しかしながら、対照下で生育させた植物では第１節の大きさは著しく小さく、第１節の大きさは４０００ｍｍ以下であった。

表５のデータは、植物に対する色別スペクトルのパルスを変調することによって植物の優良な生育を改善する本開示のシステムの能力を示す。

実施例６
下記表６は、カラシ（カイエンペッパー）の第１葉節の大きさをミリメートル単位で示している。表６に示すように、箱１は、オプション１１の色スペクトル光子放出下で生育させたカラシを示す。先に記述があるように、オプション１０及びオプション１１はいずれも図９に示す光子放出例に基づく。箱２及び箱３は、オプション１０及びオプション１０ａの色スペクトル放出下で生育させたカラシを示す。箱４は、対照の色スペクトル放出下で生育させたカラシを示し、色別スペクトルのパルス変調をしない従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた植物を含む。

表６に示すように、第１葉節の大きさの測定値に関するデータは、種子を植えてから約１０日後に始まった。オプション１０、オプション１０ａ及びオプション１１下で生育させた植物はいずれも１６日にわたり生育及び第１節の大きさが着実に伸び、第１葉節の大きさは最大で３００ｍｍであった。しかしながら、対照下で生育させた植物では第１節の大きさは著しく小さく、第１節の大きさは２５０ｍｍ以下であった。

表６のデータは、植物に対する色別スペクトルのパルスを変調することによって植物の優良な生育を改善する本開示のシステムの能力を示す。

実施例７
下記表７は、マメ（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）の第２葉節までの草丈をミリメートル単位で示している。表７に示すように、箱１は、オプション１１の色スペクトル光子放出下で生育させたマメを示す。先に記述があるように、オプション１０及びオプション１１はいずれも図９に示す光子放出例に基づく。箱２及び箱３は、オプション１０及びオプション１０ａの色スペクトル放出下で生育させたマメを示す。箱４は、対照の色スペクトル放出下で生育させたマメを示し、色別スペクトルのパルス変調をしない従来の育成灯（育成用６０ワット白熱灯）下で生育させた植物を含む。

表７に示すように、第２葉節までの測定値に関するデータは、種子を植えてから約１０日後に始まった。対照下で生育させた植物及びオプション１１の植物はいずれも２５日にわたり着実に生育し、草丈は最高２５０ｍｍであった。しかしながら、オプション１０及びオプション１０ａ下で生育させた植物は、第２葉節までの草丈が測定期間全体を通して常に短く、平均草丈は５０ｍｍ〜１００ｍｍであった。

表７のデータは、植物に対する色別スペクトルのパルスを変調することによって植物の生育を制御する本開示のシステムの能力を示す。

実施例８〜２１については、５％〜８５％の範囲のデューティサイクルを生じさせるために、４７０ｎｍ、５０５ｎｍ、６１７ｎｍ、及び７４０ｎｍの波長からなる４色ＬＥＤアレイを、オン周期のマイクロ秒（μｓ）数の変更、それに続くオフ周期の調整（μｓ）をループで繰り返して変調した。すべての波長を同時に開始させた。実験での各手順について、さまざまなオン周期（パルス幅）を使用した。これらのパルス幅を、フル・オン（オフ周期なし）、２５，０００（μｓ）オン周期、５，０００（μｓ）オン周期、２，５００（μｓ）オン周期、１，２５０（μｓ）オン周期、６２５（μｓ）オン周期、３１２（μｓ）オン周期、１５６（μｓ）オン周期、及び７８（μｓ）オン周期という順で試験した。それぞれの個別サイクル比率に与えられた、上記のオン周期のそれぞれに対する対応オフ周期は、上記のループのオン周期に続くそれぞれのオフ周期を変えることにより達成した。

表８〜２１に示すように、実験から、光を極めて短い間隔で変調することにより（すなわち７８（μｓ）−２５，０００（μｓ））、光を変調しない場合の電源入力に対して、光合成速度の大幅な利得が得られることがわかった。

光合成速度（「ＰＳＲ」）を、

ａ．式中、Ａ＝純同化率、μｍｏｌ ＣＯ_２ｍ^−２ ｓ^−１、
ｂ．式中、Ｆ＝リーフチャンバー内に流入する空気のモル流量、μｍｏｌ ｓ^−１ ｇ、
ｃ．式中、Ｃ_ｓ＝サンプルＩＲＧＡ中のＣＯ_２のモル量、μｍｏｌ ＣＯ２ｍｏｌ^−１空気、
ｄ．式中、Ｃ_ｒ＝リファレンスＩＲＧＡ中のＣＯ_２のモル量、μｍｏｌ ＣＯ２ｍｏｌ^−１空気、
ｅ．式中、Ｗ_ｓ＝サンプルＩＲＧＡの水蒸気のモル量、ｍｍｏｌ Ｈ_２Ｏ ｍｏｌ 空気^−１、
ｆ．Ｗ_ｒ＝リファレンスＩＲＧＡの水蒸気のモル量、ｍｍｏｌ Ｈ_２Ｏ ｍｏｌ 空気−^１、
ｇ．Ｓ＝葉面積、ｃｍ^２
として測定した。

ＰＳＲを、年齢６〜８か月のマメ植物（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）の一枚の葉で測定した。植物を個別に４つの光チャネル（近赤、遠赤、青色及び緑）で構成される光子パルスに曝露させ、マイクロ秒（μｓ）単位の特定の光持続時間、かつ１００％放出のデューティサイクル、及び８５％、７５％、６５％、５５％、４５％、３３％、２０％、１５％、１０％及び５％から選ばれるデューティサイクルで行った。光合成速度を、Ｌｉ−Ｃｏｒ社（ネブラスカ州リンカーン）から入手可能なＬＩ−６４００ＸＴ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍを用いて測定した。

ＬＩ−６４００ＸＴ Ｔｅｓｔ Ｃｈａｍｂｅｒを、ＣＯ_２含有量を定量７００ｐｐｍに、また相対湿度は５０％超に維持し、箱内に流入する空気流量を３００ｍｏｌ／秒に制御した。

実施例８
下記表８は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル８５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表８に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル８５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、８５％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、８５％でのＰＳＲ速度に１．１８を掛けて標準化した、８５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表８に示すように、１００％一定放出と比較した、８５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物光合成速度より平均増大率が１１１．２７％大きく、最大増大率は１１５．６３％であった。表８はまた、８５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間１２５０μｓにおいて最大ＰＳＲが１２．６２であったことを示している。

実施例９
下記表９は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル７５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表９に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル７５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、７５％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、７５％でのＰＳＲ速度に１．３３を掛けて標準化した、７５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表９に示すように、１００％一定放出と比較した、７５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物光合成速度より平均増大率が１２８．５４％大きく、最大増大率は１３０．７９％であった。表９はまた、７５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが１２．８８であったことを示している。

実施例１０
下記表１０は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル６５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１０に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル６５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、６５％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、６５％でのＰＳＲ速度に１．５４を掛けて標準化した、６５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１０に示すように、１００％一定放出と比較した、６５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物光合成速度より平均増大率が１４３．２７％大きく、最大増大率は１４６．９８％であった。表１０はまた、６５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが１２．８５であったことを示している。

実施例１１
下記表１１は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル５５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１１に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル５５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、５５％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、５５％でのＰＳＲ速度に１．８２を掛けて標準化した、５５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１１に示すように、１００％一定放出と比較した、電力５５％のデューティサイクルに曝露したした場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物の光合成速度より、平均増大率が１７０．０２％より大きく、最大増大率は１７４．２１％であった。表１１はまた、５５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが１３．０５であったことを示している。

実施例１２
下記表１２は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル４５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１２に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル４５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、４５％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、４５％でのＰＳＲ速度に２．２２を掛けて標準化した、４５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１２に示すように、１００％一定放出と比較した、４５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物光合成速度より平均増大率が２０１．７７％大きく、最大増大率は２０７．１０％であった。表１２はまた、４５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが１２．８７であったことを示している。

実施例１３
下記表１３は、一定放出（１００％）及び３３％のデューティサイクルに曝露して測定した、マメ植物のＰＳＲを示す。表１３に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル３３％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、３３％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、３３％でのＰＳＲ速度に３を掛けて標準化した、３３％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１３に示すように、１００％一定放出と比較した、３３％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲでは、１００％の光で測定した植物の光合成速度より、平均で２５０．１５％大きいことが観察された。表１３はまた、３３％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間１５６μｓにおいて最大ＰＳＲ９．３５が観察されたことを示している。

実施例１４
下記表１４は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル２０％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１４に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル２０％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％の光での植物のＰＳＲと比較した、２０％での植物ＰＳＲパーセントである。列５は、２０％デューティサイクルでのＰＳＲ速度に５を掛けて標準化した、２０％での植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１４に示すように、１００％一定放出と比較した、２０％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲでは、１００％一定放出で測定した植物の光合成速度より、平均増大率が４００．４６％大きいことが観察された。表１４はまた、２０％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが５．８２であったことを示している。

実施例１５
下記表１５は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル１５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１５に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル１５％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％の光での植物のＰＳＲと比較した、１５％での植物ＰＳＲパーセントである。列５は、１５％でのＰＳＲ速度に６．６７を掛けて標準化した、１５％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１５に示すように、１００％一定放出と比較した、電力１５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲでは、１００％一定放出下で測定した植物の光合成速度より、平均ＰＳＲが４７８．２１％大きいことが観察された。表１５はまた、１５％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが６．０５であったことを示している。

実施例１６
下記表１６は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル１０％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１６に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、デューティサイクル１０％で光子パルスに曝露させた場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％一定放出での植物のＰＳＲと比較した、１０％での植物のＰＳＲパーセントである。列５は、１０％でのＰＳＲ速度に１０を掛けて標準化した、１０％デューティサイクルでの植物のＰＳＲと、１００％一定放出でのＰＳＲ速度との補正パーセンテージ比較である。

表１６に示すように、１００％一定放出と比較した、１０％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％一定放出下で測定した植物光合成速度より平均増大率が６２７．３０％大きく、最大増大率は７４５．１０％であった。表１６はまた、１０％でのＰＳＲは光持続時間の減少とともに増大し、光持続時間３１２μｓにおいて最大ＰＳＲが５．３２であったことを示している。

実施例１７
下記表１７は、一定放出（１００％）及びデューティサイクル５％に曝露させて測定したマメ植物のＰＳＲを示す。表１７に示すように、列１は、光のフルスペクトルの光子パルス持続時間をマイクロ秒（μｓ）単位で示している。列２は、一定放出（１００％）に曝露させた場合のマメ植物のＰＳＲを示す。列３は、列１の光持続時間、電力５％での光子パルスに曝露した場合の被験植物のＰＳＲを示す。列４は、１００％の光での植物のＰＳＲと比較した、５％での植物ＰＳＲパーセントである。列５は、１００％でのＰＳＲ速度に対する５％での植物の相対ＰＳＲであり、５％でのＰＳＲ速度に２０を掛けて該ＰＳＲの標準化を行った。

表１７に示すように、１００％の光と比較した、５％のデューティサイクルに曝露した場合の植物のＰＳＲは、１００％光下で測定した植物の光合成速度より、平均増大率が８２７．１２％大きく、３１２μｓにおいて最大増大率が１０９０．０６％であることが観察された。表１７はまた、５％でのＰＳＲは、光持続時間の減少とともに増大し、３１２μｓの光持続時間において最大ＰＳＲ３．５１が観察されたことを示している。

実施例１８
下記表１８には、各マメ植物（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ．ｎａｎｕｓ）の光合成速度がまとめて示されており、一定放出（１００％デューティサイクル）、８５％、７５％、６５％、５５％、４５％、３３％、２０％、１５％、１０％及び５％のデューティサイクルに曝露した場合観察されたものである。

表１８に示すように、測定された植物の光合成速度は、電力デューティサイクルの減少とともに有意に増大し、ＰＳＲの増大は、８５％デューティサイクルで１１１．２７％、７５％デューティサイクルで１２８．５４、６５％デューティサイクルで１４３．２７、５５％デューティサイクルで１７０．０２％、４５％デューティサイクルで２０１．７７％、３３％デューティサイクルで２５０．１５％が観察され、２０％デューティサイクルで４００％のＰＳＲ増大が観察され、１５％デューティサイクルで４７８％のＰＳＲ増大が観察され、１０％デューティサイクルで７４５％の光合成速度も観察され、５％デューティサイクルではＰＳＲ８２７．１２％、３１２μｓにおいて最大１０９０％が観察された。

実施例１９
下記表１９は、一定放出下もしくは光の全放出下（１００％デューティサイクル）、ならびに８５％、７５％、６５％、５５％、４５％、３３％、２０％、１５％、１０％及び５％のデューティサイクル下で、特定の光持続時間における、植物のＰＳＲの割合としてマイクロ秒単位で測定したサイクルＰＳＲ（ｃｙｃｌｅ ＰＲＳ）を示す。

表１９に示すように、被験植物のＰＳＲ速度は、デューティサイクルに関連した電力のパーセンテージの減少とともに有意に増大し、ＰＳＲは、特定の光持続時間での６５％、５５％、４５％、３３％、２０％、１５％、１０％及び５％のデューティサイクルの光持続時間３１２マイクロ秒で常に最大となった。

実施例２０
表２０〜２５は、遠赤波長をシフトさせて、ルドベキア植物（Ｒｕｄｂｅｃｋｉａ ｆｕｌｇｉｄａ）で測定した光合成速度を示す。４７０ｎｍ、５０５ｎｍ、６１７ｎｍ、及び７４０ｎｍの波長からなる４色ＬＥＤアレイを、３１２μｓのオン周期に続く２８１２μｓのオフ周期をループで繰り返すことにより（９．０１％デューティサイクル）変調した。最初はすべての波長を同時に開始した。実験での各手順で、遠赤（７４０ｎｍ）波長の開始を１００μｓの遅延でシフトさせた。（すなわち０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、３００μｓなど）。７４０ｎｍ波長をシフトさせるごとにＰＳＲ（光合成速度）を安定させてから値をプロットした。光合成速度を、Ｌｉ−Ｃｏｒ社（ネブラスカ州リンカーン）から入手可能なＬＩ−６４００ＸＴ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍを用いて測定した。

表２０〜２５に示すように、ＰＳＲは、マイクロ秒単位での７４０ｎｍ（遠赤）のシフトの増加とともに増大した。表２０〜２４中の列２は０となっており、遠赤シフトは測定されなかったことに留意していただきたい。表２１及び表２５に示すように、ＰＳＲは７４０ｎｍ（遠赤）のシフト１５００マイクロ秒において最大となり、以降は減少し始めた。

下記表２６及び２７は、底面給水（ｅｂｂ ｆｌｏｗ）式給水システムを用いて土壌ＭＩＲＡＣＬＥ ＧＲＯ（登録商標）で生育させた九（９）週齢Ｋａｌａｎｃｈｏａ ｓｐ．で測定した、７４０ｎｍの波長シフト（１．５^＊期間）と、１０％デューティサイクルで信号持続時間を変えた場合の平均光合成速度との関係を示す。４７０ｎｍ、５０５ｎｍ、６１７ｎｍ、及び７４０ｎｍの波長からなる４色ＬＥＤアレイを強度１００％、１０％デューティサイクルで変調した。

平均光合成速度は約２５０ｍｓの間隔を置いた１５０回の測定から得る。流量を２００μｍｏｌとし、二酸化炭素はＣＯ２＿Ｒ ７００μｍｏｌ；葉温：Ｔ＿Ｌｅａｆ２１℃；乾燥剤：ＲＨ＿Ｓ＝６０％±１％になるまでノブ調整、及びソーダライム：完全除去（Ｆｕｌｌ Ｓｃｒｕｂ）とした。

表２６に表されている試験では、７４０ｎｍの波長を除き、個々の波長それぞれのパルスを同一パルス幅、同一信号持続時間で発生させ、かつ同時に開始した。７４０ｎｍの波長を、他の波長クラスターから離して１．５期間シフトさせる（すなわちパルス幅の１．５倍オフ）。光レシピ構成、光合成速度及びリファレンスＣＯ^２に変更を行う毎に、新たな照明に合わせて順応するための適切な時間を与える。これは、光合成速度及び平均リファレンスＣＯ２が長期間にわたり比較的横ばいになることから判断する。この実験の場合、最大で±０．０５の光合成速度フラクシュエーション（ｆｌｕｘｕａｔｉｏｎ）を、許容される安定性であるとした。

表２７では、個々の波長それぞれのパルスを同一パルス幅、同一信号持続時間で発生させ、かつ同時に開始した。

両試験では、言及植物について同一の植物及び葉を使用したことに留意していただきたい。

表２８に示すように、被験Ｋａｌａｎｃｈｏａ植物のＰＳＲ速度は、信号持続時間の減少とともに有意に増大し、全色を一斉に照射した場合に光合成活性が増大した。１０％のデューティサイクルについて、７５０μｓ及び５００μｓでＰＳＲの大きな落ち込みが観察されたが、４００μｓでＰＳＲ速度は再び上昇した。

下記表２９及び３０は、底面給水（ｅｂｂ ｆｌｏｗ）式給水システムを用いて土壌ＭＩＲＡＣＬＥ ＧＲＯ（登録商標）で生育させた九（９）週齢Ｋａｌａｎｃｈｏａ ｓｐで測定した、７４０ｎｍの波長シフト（０．５^＊期間）と、１０％デューティサイクルで信号持続時間を変えた場合の平均光合成速度との関係を示す。４７０ｎｍ、５０５ｎｍ、６１７ｎｍ、及び７４０ｎｍの波長からなる４色ＬＥＤアレイを強度１００％、１０％デューティサイクルで変調した。

平均光合成速度は約２５０ｍｓの間隔を置いた１５０回の測定から得る。流量を２００μｍｏｌとし、二酸化炭素はＣＯ２＿Ｒ ７００μｍｏｌ；葉温：Ｔ＿Ｌｅａｆ２１℃；乾燥剤：ＲＨ＿Ｓ＝６０％±１％になるまでノブ調整、及びソーダライム：完全除去（Ｆｕｌｌ Ｓｃｒｕｂ）とした。光レシピ構成、光合成速度及びリファレンスＣＯ^２に変更を行う毎に、新たな照明に合わせて順応するための適切な時間を与える。これは、光合成速度及び平均リファレンスＣＯ２が長期間にわたり比較的横ばいになることから判断する。この実験の場合、最大で±０．０５の光合成速度の変化量を、許容される安定性であるとした。

表２９に表されている試験では、７４０ｎｍの波長を除き、個々の波長それぞれのパルスを同一パルス幅、同一信号持続時間で発生させ、かつ同時に開始した。７４０ｎｍの波長を、他の波長から２分の１の期間、つまりパルス幅の０．５倍オフに等しい期間シフトさせる。

表３０では、個々の波長それぞれのパルスを同一パルス幅、同一信号持続時間で発生させ、かつ同時に開始した。

両試験では、言及植物について同一の植物及び葉を使用したことに留意していただきたい。

表３１に示すように、被験Ｋａｌａｎｃｈｏａ植物のＰＳＲ速度は、信号持続時間の減少とともに有意に増大し、全色を一斉に照射した場合に光合成活性が増大した。１０％のデューティサイクルについて、７５０μｓ及び５００μｓでＰＳＲの大きな落ち込みが観察されたが、４００μｓでＰＳＲ速度は再び上昇した。

上述の本発明の記載は例示及び説明を目的として提示されている。網羅することも、また開示される正確な形式に本発明を限定することも意図するものではなく、上記の教示に鑑みて他の変更及び変形が可能であり得る。実施形態は、本発明の原則及びその実際の応用を十分に説明し、それにより他の当業者らが本発明をさまざまな実施形態で、意図される特定の使用に適したさまざまな変更を行って十分に利用できるようにすることを目的として選ばれ、また記載されたものである。従来技術によって制限される場合を除き、添付の請求項は本発明の他の代替実施形態を含むという解釈が意図される。

Claims (111)

1. 生物において生育、破壊または修復を高めるためのシステムであって、
   少なくとも１つの光子放出変調制御装置と通信する少なくとも１つの光子放出器を含み、
   ここで、前記少なくとも１つの光子放出器は、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成されており、
   前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、
   前記第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の０．０１％〜９０％の一定放出であり、
   前記少なくとも１つの光子放出器は、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを放出するよう構成され、
   前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置は、前記光子放出器からの前記光子放出を制御し、
   前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、
   前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の０．０１％〜９０％の一定放出であり、かつ
   前記少なくとも１つの第１の光子パルス及び前記少なくとも１つのさらなる光子パルスは、ある応答または所望の応答を前記生物に誘導すること
   を含む、前記システム。
2. 前記少なくとも１つの光子放出器は、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルの、複数の少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成されており、かつ
   前記複数の前記第１の光子パルスの放出後に、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する前記少なくとも１つのさらなる光子パルスが放出される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの光子放出器は、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの放出後、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルの、少なくとも１つのさらなる複数の前記少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成され、かつ
   前記少なくとも１つのさらなる複数の前記第１の光子パルスの放出後、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる前記少なくとも１つのさらなる光子パルスが放出される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置と通信するマスター論理制御装置をさらに含み、ここで、前記マスター論理制御装置は、前記少なくとも１つの光子放出器からの前記少なくとも１つの第１の光子パルスと前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを制御する、前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置に対してコマンドを送る、請求項１に記載のシステム。
5. 前記システムは、複数の光子放出器を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記光子放出器が、発光ダイオード、色フィルターをかけた白熱（タングステン−ハロゲン及びキセノン）、色フィルターをかけた蛍光（ＣＦＬ）、色フィルターをかけた高輝度放電（メタルハライド、高圧ナトリウム、低圧ナトリウム、水銀蒸気）及び色フィルターをかけた太陽光の群から選択される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記マスター論理制御装置は、前記少なくとも１つの光子放出器の電力使用を監視する電力消費センサーと通信し、ここで、前記電力消費センサーは、前記マスター論理制御装置の外部であるホストと通信する、請求項４に記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置が、ソリッドステートリレー、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、ｏｐアンプ（演算増幅器）、信号の強度と持続時間とを制御する手段 電界効果トランジスタ、ツェナーダイオード、光チョッパー、及び光子パルスの変調を誘導するデバイスを含む群から選択される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記波長帯域は、近赤、遠赤、青色、近赤外、黄色、橙色、及び紫外を含む群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記波長帯域は、近赤、遠赤、青色、近赤外、黄色、橙色及び紫外を含む群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
11. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記波長帯域は０．１ｎｍ〜１ｃｍである、請求項１に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記波長帯域は、波長０．１ｎｍ〜１ｃｍを有する、請求項１に記載のシステム。
13. 前記生物に関連した環境条件または前記生物に関連した生理的条件である、前記生物に関連した少なくとも１つの条件を監視する少なくとも１つのセンサーをさらに含み、ここで、前記少なくとも１つのセンサーは、前記少なくとも１つのセンサーからのデータを前記マスター論理制御装置に送る第１の通信デバイスに機能的に連結されている、請求項４に記載のシステム。
14. 前記マスター論理制御装置は、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクル、ならびに前記少なくとも１つのさらなる光子パルスからの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調整する、請求項４に記載のシステム。
15. 前記生物に対しかん水事象を提供するかん水供給源と通信する前記マスター論理制御装置をさらに含む、前記かん水供給源は、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記マスター論理制御装置は、前記生物に対するかん水事象のタイミングを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調整する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記マスター論理制御装置は、前記生物に対するかん水事象の持続時間を、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調整する、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記生物に対して栄養事象を提供する栄養供給源と通信する前記マスター論理制御装置をさらに含む、前記栄養供給源は、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記マスター論理制御装置は、前記生物に対する栄養事象のタイミングを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調整する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記マスター論理制御装置は、前記生物に対する栄養事象の持続時間を、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調整する、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記少なくとも１つのセンサーは、茎径センサー、果実径センサー、葉温センサー、相対茎液流センサー（ｒｅｌａｔｉｖｅ−ｒａｔｅ ｓａｐ ｓｅｎｓｏｒ）、赤外センサー、ガス、光呼吸センサー、呼吸センサー、近赤外センサー、カメラ、ｐＨセンサー及びその組み合わせを含む群から選択される、請求項１４に記載のシステム。
22. 前記生物は、細菌、シアノバクテリア、担子菌、子嚢菌、酵母菌、被子植物、シダ植物、裸子植物、シアノバクテリア、珪藻、光合成単細胞、真核生物の緑藻、動物界の生物及びそれらの組織を含む群から選択される、請求項１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスは、少なくとも０．１％の光量子変化を有する、請求項１に記載のシステム。
24. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスは、少なくとも０．１％の光量子変化を有する、請求項１に記載のシステム。
25. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、０．０１％〜１０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
26. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、０．１％〜１０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
27. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、１０．０１％〜１５％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
28. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、１０．１％〜１５％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
29. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、１５．０１％〜２０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
30. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、１５．０１％〜２０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
31. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、２０．０１％〜３０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
32. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、２０．１％〜３０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
33. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、３０．０１％〜４０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
34. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、３０．１％〜４０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
35. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、４０．０１％〜８０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
36. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、４０．１％〜８０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
37. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、５０．１％〜９０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。
38. ある応答または所望の応答を生物に誘導する方法であって、
    少なくとも１つの光子放出器を提供し、
    前記少なくとも１つの光子放出器と通信する少なくとも１つの光子放出変調制御装置を提供し、
    前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置から前記少なくとも１つの光子放出器に対してコマンドを通信し、
    ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスを、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させ、
    前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、
    前記第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の０．０１％〜９０％の一定放出であり、かつ
    前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させ、
    前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間は０．０１マイクロ秒〜５分であるとともに、前記光子パルス間の遅延持続時間が０．１マイクロ秒〜２４時間であり、
    前記さらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、前記少なくとも１つの光子放出器の０．０１％〜９０％の一定放出であること
    を含む、前記方法。
39. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの放出後に、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の光子パルスをさらに少なくとも１つ、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させ、かつ
    前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する前記少なくとも１つのさらなる光子パルスをさらに少なくとも１つ、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物へ向けて放出させることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
40. ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する複数の前記第１の光子パルスを前記少なくとも１つの光子放出器から放出させ、かつ
    前記複数の前記第１の光子パルスの放出後、前記複数の前記第１の光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる光子パルスを放出させることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
41. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの放出後に、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する少なくとも１つのさらなる複数の前記第１の光子パルスを前記少なくとも１つの光子放出器から放出させ、かつ
    前記第２の複数の前記第１の光子パルスを放出した後、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとは異なった、ある持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを有する前記少なくとも１つのさらなる光子パルスを少なくとも１つさらに放出させることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
42. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置と通信するマスター論理制御装置を提供し、ここで、前記マスター論理制御装置は、前記少なくとも１つの光子放出器から送られる前記少なくとも１つの第１の光子パルスと前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルを制御する前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置に対してコマンドを送ることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
43. 前記少なくとも１つの光子放出器は、発光ダイオード、色フィルターをかけた白熱（タングステン−ハロゲン及びキセノン）、色フィルターをかけた蛍光（ＣＦＬ）、色フィルターをかけた高輝度放電（メタルハライド、高圧ナトリウム、低圧ナトリウム、水銀蒸気）及び色フィルターをかけた太陽光の群からなる群から選択される、請求項３８に記載の方法。
44. 前記マスター論理制御装置と通信する電力消費センサーを提供し、
    前記少なくとも１つの光子放出器の電力使用を監視し、
    前記電力消費を、前記電力消費センサーからマスター論理制御装置の外部のホストに通信することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
45. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御装置は、ソリッドステートリレー、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、電界効果トランジスタ、ｏｐアンプ（演算増幅器）及び信号の強度と持続時間とを制御する他の任意の手段、ツェナーダイオード、光チョッパーならびに光子パルスの変調を誘導するデバイスからなる群から選択される、請求項３８に記載の方法。
46. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記波長帯域は、近赤、遠赤、青色、近赤外、黄色、橙色、及び紫外からなる群から選ばれる、請求項３８に記載の方法。
47. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記波長帯域は、近赤、遠赤、青色、近赤外、黄色、橙色及び紫外からなる群から選ばれる、請求項３８に記載の方法。
48. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記波長帯域は、波長０．１ｎｍ〜１ｃｍを有する、請求項３８に記載の方法。
49. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記波長帯域は、波長０．１ｎｍ〜１ｃｍを有する、請求項３８に記載の方法。
50. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルは、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルと同一である、請求項３８に記載の方法。
51. 少なくとも１つのセンサーを提供し、
    前記生物に関連した環境条件または前記生物に関連した生理的条件である、前記生物に関連した少なくとも１つの条件を監視し、かつ
    前記条件に関するデータを前記少なくとも１つのセンサーから前記マスター論理制御装置に対して通信することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
52. 前記少なくとも１つの光子放出器から送られる、前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルと、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスからの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルとを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて調節することをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記生物に対しかん水事象を提供する、前記マスター論理制御装置と通信するかん水供給源を提供することをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
54. 前記かん水供給源から前記生物に対するかん水事象を、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データを基に基づいて開始することをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
55. 前記マスター論理制御装置は、前記かん水事象のタイミングを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて決定する、請求項５４に記載の方法。
56. 前記マスター論理制御装置は、前記かん水事象の持続時間を、少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて決定する、請求項５５に記載の方法。
57. 前記生物に対し栄養事象を提供する、前記マスター論理制御装置と通信する栄養供給源を提供することをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
58. 前記栄養供給源から前記生物に対する栄養事象を、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データを基に基づいて開始することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
59. 前記マスター論理制御装置は、前記栄養事象のタイミングを、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて決定する、請求項５８に記載の方法。
60. 前記マスター論理制御装置は、前記栄養事象中に前記生物に向かって送られる栄養の量を、前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて決定する、請求項５８に記載の方法。
61. 前記少なくとも１つのセンサーは、茎径センサー、果実径センサー、温度センサー、相対茎液流センサー（ｒｅｌａｔｉｖｅ−ｒａｔｅ ｓａｐ ｓｅｎｓｏｒ）、赤外センサー、ガス、光呼吸センサー、呼吸センサー、近赤外センサー、カメラ、ｐＨセンサー及びその組み合わせからなる群から選択される、請求項５１に記載の方法。
62. 前記生物は、細菌、シアノバクテリア、担子菌、子嚢菌、酵母菌、被子植物、シダ植物、裸子植物、シアノバクテリア、珪藻、光合成単細胞、真核生物の緑藻、動物界の生物、及びそれらの組織を含む群から選択される、請求項３８に記載の方法。
63. 前記生物からあらゆる外部光を遮断する、請求項３８に記載の方法。
64. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記放出及び前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記放出は、光子の補助的供給源である、請求項３８に記載の方法。
65. 前記生物からの前記所望の応答は光合成応答である、請求項３８に記載の方法。
66. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスは、少なくとも０．１％の光量子変化を有する、請求項３８に記載の方法。
67. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスは、少なくとも０．１％の光量子変化を有する、請求項３８に記載の方法。
68. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、０．０１％〜１０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
69. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、０．１％〜１０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
70. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、１０．０１％〜１５％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
71. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、１０．１％〜１５％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
72. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、１５．０１％〜２０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
73. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、１５．０１％〜２０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
74. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、２０．０１％〜３０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
75. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、２０．１％〜３０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
76. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、３０．０１％〜４０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
77. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、３０．１％〜４０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
78. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記デューティサイクルは、４０．０１％〜８０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
79. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記デューティサイクルは、４０．１％〜９０％の範囲である、請求項３８に記載の方法。
80. 前記応答は、自然の刺激によらない応答である、請求項３８に記載の方法。
81. 前記少なくとも１つの第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルは、前記生物の所望の応答に合わせて特別に調節される、請求項３８に記載の方法。
82. 前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルは、前記生物の所望の応答に合わせて特別に調節される、請求項３８に記載の方法。
83. 前記方法は、少なくとも１％の電力節減が得られる、請求項３８に記載の方法。
84. 前記第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルならびに前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルにより、１より大きい利得効率が誘導される、請求項１に記載のシステム。
85. 前記第１の光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルならびに前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記持続時間、強度、波長帯域及びデューティサイクルにより、１より大きい利得効率が誘導される、請求項３８に記載の方法。
86. １００％サイクル比率に対する、光合成のための送達電力パーセンテージが１％以上である、請求項１に記載のシステム。
87. 前記生物の前記所望の応答は光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
88. 前記生物の前記所望の応答は、０．５以上の光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
89. 前記生物の前記所望の応答は、０．５〜５．０の光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
90. 前記生物の前記所望の応答は、５．１〜１０．０の光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
91. 前記生物の前記所望の応答は、１０．１〜２０．０の光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
92. 前記生物の前記所望の応答は、２０．１以上の光合成速度の増大である、請求項１に記載のシステム。
93. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが０．１％〜９９．９％である、請求項１に記載のシステム。
94. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが０．１％〜５０％である、請求項１に記載のシステム。
95. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが５０．１％〜７５％である、請求項１に記載のシステム。
96. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが７５．１％〜９０％である、請求項１に記載のシステム。
97. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが９０．１％〜９９．９％である、請求項１に記載のシステム。
98. １００％サイクル比率に対する、光合成のための送達電力パーセンテージが１％以上である、請求項３８に記載の方法。
99. 前記生物の前記所望の応答は、光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
100. 前記生物の前記所望の応答は、０．５以上の光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
101. 前記生物の前記所望の応答は、０．５〜５．０の光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
102. 前記生物の前記所望の応答は、５．１〜１０．０の光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
103. 前記生物の前記所望の応答は、１０．１〜２０．０の光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
104. 前記生物の前記所望の応答は、２０．１以上の光合成速度の増大である、請求項３８に記載の方法。
105. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが０．１％〜９９．９％である、請求項３８に記載の方法。
106. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが０．１％〜５０％である、請求項３８に記載の方法。
107. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが５０．１％〜７５％である、請求項３８に記載の方法。
108. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが７５．１％〜９０％である、請求項３８に記載の方法。
109. 前記生物の前記所望の応答は、一定放出する１００％デューティサイクルと比較した光合成速度のパーセンテージが９０．１％〜９９．９％である、請求項３８に記載の方法。
110. 前記マスター論理制御装置は、前記光子放出器から前記光子を放出するためのすべての論理及び制御を収容している、請求項４に記載のシステム。
111. 前記マスター論理制御装置は、前記光子放出器から前記光子を放出するためのすべての論理及び制御を収容している、請求項４２に記載の方法。