JP2020518961A - Led光を用いて植物を栽培する方法およびそれを利用したled光システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、各々の内容が参照によってその全体が本願に組み込まれる、2017年5月2日に出願された米国仮特許出願第62/500,096号、および2017年11月15日に出願された米国仮特許出願第62/586,315号の利益を主張するものである。
(1)植物の光合成効率を決定する、照明パラメータのセットに関する値のセットに各々が対応する複数の照明状態を定義することと、
(2)(i)前状態変数Spを初期照明状態S0に、(ii)対応する前状態光合成効率Epをゼロに、(iii)グローバル時間変化パラメータTを初期値に、および(iv)現在状態変数Scを、蛍光が確立される期間継続している複数の照明状態のランダム状態Srに設定することと、
(3)決定されたクロロフィル蛍光測定値を用いて、現在状態Scにおける植物の現在状態光合成効率Ecを計算することと、
(4)現在状態光合成効率Ecを前状態光合成効率Epと比較することと、
現在状態光合成効率Ecが前状態光合成効率Ep以下である場合、(5)前状態Spを現在照明状態Scとして設定し、現在状態ScをScからランダム変化ΔSだけ近隣の状態へ更新し、ステップ(3)へループすることと、
現在状態光合成効率Ecが前状態光合成効率Epを上回る場合、(6)適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)を計算し、適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さいかを確認することと、
適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Emin以上である場合、(7)パラメータTを低減し、ステップ(5)へループすることと、
適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さい場合、(8)状態Scに対応する照明パラメータのセットとして、調整可能な照明パラメータのセットに関する値のセットを決定することと
を備える。
Claims (31)
- 植物の成長を促進するための照明システムであって、
スペクトルおよび調整可能な照明パラメータのセットを有する、前記植物によって吸収可能な第1の光を発光するための照明源と、
前記植物からの第2の光を検出するための少なくとも1つの光検出器と、
前記照明源および前記少なくとも1つの光検出器に結合された制御構造と
を備え、前記制御構造は、
前記少なくとも1つの光検出器から、前記検出された第2の光を示す信号を受信し、
前記受信信号に基づいて前記植物の成長状態を決定し、
前記決定された成長状態に基づいて、前記調整可能な照明パラメータのセットに関する値のセットを決定し、
前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御する
ために構成される、照明システム。 - 前記調整可能な照明パラメータのセットは、前記第1の光の前記スペクトル、および前記スペクトルにわたる前記第1の光の強度分布の少なくとも1つを備える、請求項1に記載の照明システム。
- 前記スペクトルは、紫外(UV)波長から可視波長範囲を経て赤外(IR)波長までにわたるスペクトルである、請求項2に記載の照明システム。
- 前記スペクトルは、赤色光波長範囲、緑色光波長範囲、および青色光波長範囲の組み合わせを備える、請求項2に記載の照明システム。
- 前記調整可能な照明パラメータのセットは、前記照明源と前記植物との間の距離および角度の少なくとも1つを更に備える、請求項2〜4のいずれか1項に記載の照明システム。
- 前記照明源に携わる少なくとも1つのモータを更に備え、
前記決定された成長状態に基づいて前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、前記照明源と前記植物との間の距離値および角度値の少なくとも1つを決定することを備え、
前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、前記距離値および前記角度値の前記少なくとも1つを用いて前記距離および前記角度の前記少なくとも1つを調整するように前記少なくとも1つのモータを制御することを備える、請求項5に記載の照明システム。 - 前記第2の光は、前記植物から反射した光である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明システム。
- 前記第2の光は、前記植物から発光されるクロロフィル蛍光であり、前記成長状態は、前記第1の光の下での前記植物の光合成効率である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明システム。
- 前記決定された成長状態に基づいて前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、
模擬アニーリング法または遺伝的アルゴリズムを用いて、前記光合成効率を最大化するために前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定すること
を備える、請求項8に記載の照明システム。 - 前記受信信号に基づいて前記植物の前記成長状態を決定することは、前記受信信号に基づいてクロロフィル蛍光測定値を決定することを備え、
模擬アニーリング法または遺伝的アルゴリズムを用いて、前記光合成効率を最大化するために前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、
(1)前記植物の前記光合成効率を決定する、前記照明パラメータのセットに関する値のセットに各々が対応する複数の照明状態を定義することと、
(2)(i)前状態変数Spを初期照明状態S0に、(ii)対応する前状態光合成効率Epをゼロに、(iii)グローバル時間変化パラメータTを初期値に、および(iv)現在状態変数Scを、蛍光が確立される期間継続している前記複数の照明状態のランダム状態Srに設定することと、
(3)前記決定されたクロロフィル蛍光測定値を用いて、前記現在状態Scにおける前記植物の現在状態光合成効率Ecを計算することと、
(4)前記現在状態光合成効率Ecを前記前状態光合成効率Epと比較することと、
前記現在状態光合成効率Ecが前記前状態光合成効率Ep以下である場合、(5)前記前状態Spを前記現在照明状態Scとして設定し、前記現在状態ScをScからランダム変化ΔSだけ近隣の状態へ更新し、ステップ(3)へループすることと、
前記現在状態光合成効率Ecが前記前状態光合成効率Epを上回る場合、(6)適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)を計算し、前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さいかを確認することと、
前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Emin以上である場合、(7)前記パラメータTを低減し、ステップ(5)へループすることと、
前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さい場合、(8)前記状態Scに対応する前記照明パラメータのセットとして、前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することと
を備える、請求項9に記載の照明システム。 - 前記照明源は、前記第1の光を発光するための複数のLEDセットを備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の照明システム。
- 前記複数のLEDセットは、1または複数の量子ドットLEDを備える、請求項11に記載の照明システム。
- 前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、
前記植物に対する各LEDセットの距離および角度の少なくとも1つを調整すること
を備える、請求項11または12に記載の照明システム。 - 各LEDセットは、
各々が、前記第1の光の前記スペクトルのサブセットを有する前記第1の光の一部である色光を発光するために構成された、1または複数のLEDサブセットと、
各々が1つのLEDサブセットのオン/オフを制御する1または複数の切換え部品と
を備える、請求項11〜13のいずれか1項に記載の照明システム。 - 各切換え部品は、前記第1の光の前記一部としてパルス光を発光するために前記対応するLEDサブセットを制御するために構成される、請求項11〜14のいずれか1項に記載の照明システム。
- 前記第1の光はパルス幅変調光である、請求項15に記載の照明システム。
- 前記決定された成長状態に基づいて前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、前記決定された成長状態に基づいて各切換え部品の前記オン/オフ設定を決定することを備え、
前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、前記第1の光の前記スペクトルおよび前記スペクトルにわたる前記第1の光の前記強度の少なくとも1つを調整するために、前記決定されたオン/オフ設定に基づいて前記切換え部品を制御することを備える、請求項15または16に記載の照明システム。 - 少なくとも1つの照明および感知デバイスを更に備え、各照明および感知デバイスは、
ハウジングと、
前記ハウジング内に受容された前記少なくとも1つの光検出器の1つと、
前記ハウジングと前記光学センサとの間の環状部に配置された前記LEDのグループと
を備える、請求項11〜17のいずれか1項に記載の照明システム。 - 前記少なくとも1つの光検出器は、レンズ、光フィルタ、および光感知部品を少なくとも備える、請求項1〜18のいずれか1項に記載の照明システム。
- 植物の成長を促進するための方法であって、
前記植物によって吸収可能なスペクトルおよび調整可能な照明パラメータのセットを有する第1の光を照明源から前記植物に向かって発光することと、
前記植物からの第2の光を検出することと、
前記検出された第2の光に基づいて、前記植物の成長状態を決定することと、
前記決定された成長状態に基づいて、前記調整可能な照明パラメータのセットに関する値のセットを決定することと、
前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することと
を備える方法。 - 前記調整可能な照明パラメータのセットは、前記第1の光の前記スペクトル、および前記スペクトルにわたる前記第1の光の強度分布の少なくとも1つを備える、請求項20に記載の方法。
- 前記スペクトルは、紫外(UV)波長から可視波長範囲を経て赤外(IR)波長までにわたるスペクトルである、請求項21に記載の方法。
- 前記スペクトルは、赤色光波長範囲、緑色光波長範囲、および青色光波長範囲の組み合わせを備える、請求項21に記載の方法。
- 前記調整可能な照明パラメータのセットは、前記照明源と前記植物との間の距離および角度の少なくとも1つを更に備える、請求項21〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定された成長状態に基づいて前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、前記照明源と前記植物との間の距離値および角度値の少なくとも1つを決定することを備え、
前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、前記距離値および前記角度値の前記少なくとも1つを用いて前記距離および前記角度の前記少なくとも1つを調整することを備える、請求項24に記載の方法。 - 前記第2の光は、前記植物から反射した光である、請求項20〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の光は、前記植物から発光されるクロロフィル蛍光であり、前記成長状態は、前記第1の光の下での前記植物の光合成効率である、請求項20〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記決定された成長状態に基づいて前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、
模擬アニーリング法または遺伝的アルゴリズムを用いて、前記光合成効率を最大化するために前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定すること
を備える、請求項27に記載の方法。 - 前記受信信号に基づいて前記植物の前記成長状態を決定することは、前記受信信号に基づいてクロロフィル蛍光測定値を決定することを備え、
模擬アニーリング法または遺伝的アルゴリズムを用いて、前記光合成効率を最大化するために前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することは、
(1)前記植物の前記光合成効率を決定する、前記照明パラメータのセットに関する値のセットに各々が対応する複数の照明状態を定義することと、
(2)(i)前状態変数Spを初期照明状態S0に、(ii)対応する前状態光合成効率Epをゼロに、(iii)グローバル時間変化パラメータTを初期値に、および(iv)現在状態変数Scを、蛍光が確立される期間継続している前記複数の照明状態のランダム状態Srに設定することと、
(3)前記決定されたクロロフィル蛍光測定値を用いて、前記現在状態Scにおける前記植物の現在状態光合成効率Ecを計算することと、
(4)前記現在状態光合成効率Ecを前記前状態光合成効率Epと比較することと、
前記現在状態光合成効率Ecが前記前状態光合成効率Ep以下である場合、(5)前記前状態Spを前記現在照明状態Scとして設定し、前記現在状態ScをScからランダム変化ΔSだけ近隣の状態へ更新し、ステップ(3)へループすることと、
前記現在状態光合成効率Ecが前記前状態光合成効率Epを上回る場合、(6)適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)を計算し、前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さいかを確認することと、
前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Emin以上である場合、(7)前記パラメータTを低減し、ステップ(5)へループすることと、
前記適合確率関数exp(−(Ec−Ep)/T)が既定の閾値Eminよりも小さい場合、(8)前記状態Scに対応する前記照明パラメータのセットとして、前記調整可能な照明パラメータのセットに関する前記値のセットを決定することと
を備える、請求項28に記載の方法。 - 前記照明源は、前記第1の光を発光するための複数のLEDセットを備え、各LEDセットは、各々が、前記第1の光の前記スペクトルのサブセットを有する前記第1の光の一部である色光を発光するために構成された、1または複数のLEDサブセットを備え、
前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、
前記第1の光の前記スペクトルおよび前記スペクトルにわたる前記第1の光の前記強度の少なくとも1つを調整するために、各LEDサブセットの前記オン/オフ設定を制御することを備える、請求項20〜29のいずれか1項に記載の方法。 - 前記植物の前記成長を促進するために、前記決定された値のセットを用いて前記調整可能な照明パラメータのセットを調整するように前記照明源を制御することは、
前記植物に対する各LEDセットの距離および角度の少なくとも1つを調整すること
を備える、請求項30に記載の方法。
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