JP2021118703A - 葉色模様の生成 - Google Patents

Abstract

【課題】植物の葉の生体色素の割合を変更するデバイス及び方法が提供される。【解決手段】該デバイス及び方法は概して、光源３０、及び細胞群に変更スペクトル３２を送達するように光源３０を向ける手段を含む。変更スペクトル３２は、細胞群１２，１４の生体色素含量を変更して、葉１０の上に所望の模様を作り出す対比的な色を生成する。葉１０の上の細胞群１２，１４の生体色素の割合を変更する方法は概して、葉１０の表面を光源３０と整合させる工程、光源３０を活性化して変更スペクトル３２を生成する工程、及び変更スペクトル３２を葉１０の方へ向けて模様を作り出す工程を含み、変更スペクトル３２に曝露された葉１０の細胞は所望の模様を示す。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年7月13日に出願され、出願番号62/361,568が付与された「Leaf Color Pattern Creation(葉色模様の生成)」という表題の仮特許出願の優先権の利益を主張する。前述の仮出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、所定の模様又は英数字記号を表示するための、植物の葉の生体色素の割合の変更に注目している。

園芸科学者は、光だけを使用して野菜の表現型を変化させる方法を規定するために、LED光のスペクトルの精度及び調節能力を使用してきた。成長の末期中に増加した青色光子数が、葉物野菜の赤色品種がより暗赤色の外観を有するのに役立つことを示してきた。従来技術は、意味のある模様/イメージを生成するための色のシフトを制御できていない。本開示は、従来技術の欠点/制限を克服しようとするものである。

本発明の目的は、葉の一部をより高濃度の青色光に、残りの区域をよりバランスのとれたスペクトルの光に曝露することによって、葉の表面上に模様を作り出すことである。より高濃度の青色光は、より多くのアントシアニンを生成する植物中の反応を誘発し、結果として得られる細胞はより暗赤色を有する。このより暗赤色の外観は、アントシアニン、赤色生体色素の増加に伴う生体色素の割合のシフトによって、引き起こされる。

1枚の葉が別の葉を陰にしたとき、赤色の模様が変化することが、AeroFarms(本出願の譲受人)内部の実験によって明らかにされた。これはいくつかの葉に赤色チップをもたらし、1枚の葉による別の葉の上の湾曲した影によって、影がないところは赤色区域、影が生じたところは緑色区域を有する葉を生み出す場所では、さらにスカラップ模様をもたらす。これは、幾何学模様及びさらに英数字記号を形成することを含めて、葉の上に赤色模様がどのように出現するか制御する方法の開発をもたらした。これらの模様は、緑色の葉の上に形成された赤色円を有する「ポジティブ」として、又は、そうでなければ赤くなる葉の中央に緑色円を有する「ネガティブ」として作ることができる。

いくつかの葉は、入射光のスペクトルの変化に基づく表現型の変化に、より貢献する。この良い例としては、赤色ロメイン、赤色オーク、赤色コマツナ、赤色ロシアケール、及び赤色パクチョイを含む、多くの「赤色」品種のレタス及びアブラナが挙げられる。ほとんどすべての植物はあるレベルでこの種の反応を有するが、これらは、強い反応を有する市場性のある葉物野菜の良い例である。

植物は、植物のほとんど一生の間、いくつかのスペクトルのいずれの下でも成長することができる。産業界にとって典型的なのは、白色光(例えば、太陽、蛍光灯、メタルハライド光、LED、D50デイライト、D65デイライトからのもの)、又は琥珀色光(例えば、高圧ナトリウムランプからのもの)、又は赤紫色光(例えば、主として赤色及び青色LEDから構成されたLED光)である。健全な成長及び典型的な緑色を生成する光のスペクトルを、この議論では「主要成長光」スペクトルと呼ぶ。

研究者(Lopez他)は、植物が、一週間以内に収穫できる葉を有し得る年齢に一旦達すると、スペクトルの変化が、葉の赤色を増加させることができることを示した。典型的には光子数で25%を超える強い青(すなわち、400〜480nm)にスペクトルが変化することが、植物の「赤色化」達成の鍵である。このスペクトルを、この議論では「変更スペクトル(altering spectrum)」と呼ぶ。

植物が、葉身の配置(geography)を横切って様々に異なる波長の光によって一度に照らされる場合、次に、細胞ごとの変化が生じる可能性がある。例えば、より高濃度の青色光が存在する細胞は、より多くのアントシアニンを生成し、より赤い色を有することがある。よりバランスのとれたスペクトルを有する細胞は、緑色色調を有し続けることがある。

変更スペクトルの光学分布を注意深く制御することによって、変更された生体色素を有する細胞の複雑な模様を葉で発現させることができる。これらの複雑な模様は、幾何学的形状、英数字文字、又はさらに商標登録された図形の形態であることができる。

この作用は、まだ成長中の植物に照明することによって最もよく達成される。これを達成するには、葉身上で照明を変化させるために、植物へのアクセスを容易にすることが必要である。気耕栽培システムでの成長は、すべての植物へ、その一生のすべての時点で容易にアクセスするので、これらの結果を達成するために特に役立つ。水耕栽培成長法は、一生のうちの中期段階での植物へのアクセスを妨げ、植え付け及び収穫段階でのアクセスだけが可能である。これは、通路から遠い深い池の水耕栽培で典型的に使用される、発泡スチレン(Styrofoam)の「ボート」(それらがその池の中央にある場合)に関係している。垂直の農場システムも、使用する照明の精密制御及び光と植物との間の典型的に短い距離が、より容易な光制御を意味するので、所望の結果を達成するのに有益である。

緑から赤までの色のシフトは、標準光源を使用したときに葉から反射する光の色座標(color coordinate)によって測定することができる。色を規定するために使用する単位は、ccx、ccy及びcczである。これら3つは合計して1となり、そのため典型的には、ccx及びccyだけが色を規定するために使用される。ccxは主として青の含量の測定値であり、ccyは主として赤の含量の測定値であり、cczは主として赤の含量の測定値である。それらの測定基準(metrics)を使用すると、ccz成分を0.002増加させた反射色のシフトは、より赤い細胞の色へのシフトを示す。

他の目的及び利点は、以下の記述及び図から明白になる。

本開示のより完全な理解及びその利点は、添付図面を考慮する以下の記述を参照することによって得ることができ、類似の参照番号は類似の特徴を示す。

本開示による、様々な光線に曝露された葉の分離した部分を示す図である。 本開示による、様々な光線に曝露された後の葉の分離した部分を示す図である。 本開示による、表面に着色した模様を有する葉を示す図である。 本開示による、表面に着色したイメージを有する葉を示す図である。 本開示による、表面に着色した文字を有する葉を示す図である。 本開示による、葉と接続して(interface)色模様を形成する光パネルを示す図である。 本開示による、表面に着色した模様を有する葉を示す図である。 本開示による、光パネルと背板との間にはさまれた葉の側面図である。 本開示による、両側から光に曝露された葉を示す図である。 本開示による、両側から光に曝露された葉を示す図である。 本開示による、模様を画定するために葉を取り囲むマスクポケットを示す図である。 図９Ａは本開示による、蛍光体を有するパネルを通して光に曝露された葉を示す図である。図９Ｂは本開示による、表面に着色した模様を有する葉を示す図である。 図１０Ａは本開示による、蛍光体を有するパネルを通して光に曝露された葉を示す図である。図１０Ｂは本開示による、未着色の模様、及び残りの着色した表面区域を有する葉を示す図である。 図１１Ａは本開示による、フィルタを通して光に曝露された葉を示す図である。図１１Ｂは本開示による、未着色の模様、及び残りの着色した表面区域を有する葉を示す図である。 本開示による、模様を付けたパネルを通して光に曝露された複数の植物を示す図である。 本開示による、模様に配置された複数のLEDに曝露された葉、及び光が変更された葉を示す図である。 本開示による、レーザーに曝露された葉を示す図である。 本開示による、レーザーに曝露された複数の植物、及び光が変更された葉を示す図である。 本開示による、1つの表面上で光に曝露された葉、及び反対の葉の表面上に光を反射する選択的反射物を示す図である。 図１７Ａは本発明による、光に曝露され、インクの下の葉の色を変化させるインクデザインを有する葉を示す図である。図１７Ｂは本開示による、表面に着色したデザインを有する葉を示す図である。

上で参照したように、図1は、光源30からの変更スペクトル32、及び主要成長光34に曝露された葉10を示す。農業の典型的なスペクトルによって葉10が一旦生育可能な成長(viable growth)に達すると、通常収穫前の残りの週の間、葉10は、入射光のスペクトルを変更することによって発現され得る表現型の変化に、より敏感である。具体的には、変更スペクトル32を供給することによって、色素割合を変更することができる。

変更スペクトル32は、左側の棒グラフによって説明される、主として青色光から構成され、青色光32は、葉10に植物細胞群12上で色素変化をもたらす。植物細胞群12の個々の円は、明確にするために拡大した個々の植物細胞であり、この図で植物細胞群12は緑である。主要成長光34は、右側の棒グラフによって説明される、主として赤色光から構成され、主要成長光34は、葉10が必要とするさらなる成長を植物細胞群14上にもたらす。植物細胞群12と同様、植物細胞群14の個々の円は、明確にするために拡大した個々の植物細胞であり、この図で植物細胞群14は緑である。主要成長光34は、当業者に明白なように、健全な成長及び典型的な葉物野菜の色を生成する、白色光、琥珀色光、赤紫色光、又は他の種類の光でもあり得る。「変更スペクトル」及び「青色光」という用語は同意語であり、本開示の範囲を変更せずに交換して使用することができる。

図1を考慮して図2を参照すると、前に変更スペクトル光32によって優先的に照らされた植物細胞群12として参照した植物細胞群16は、植物細胞群16によって示されるように、反射色を赤又は紫の方へシフトした、色素の異なる割合を生成した。一方、植物細胞群18は、前に植物細胞群14で参照したように、主要成長光34への暴露にもかかわらず緑色を維持した。植物が、葉身の配置を横切って様々に異なる波長の光によって一度に照らされる場合、細胞ごとの変化が生じる可能性がある。例えば、より高い濃度の青色光32が存在する細胞は、より多くのアントシアニンを生成し、より赤い色を有することがある。よりバランスのとれたスペクトル、すなわち主要成長光34を有する細胞は、緑色色調を有し続けることがある。

図3A〜3Cを参照すると、認識し得る模様と調和する細胞群を選択することによって、葉10は見る人にメッセージを届けることができる。変更スペクトル32の光学分布の注意深い制御によって、変更された生体色素を有する細胞の複雑な模様を葉10に発現させることができる。生体色素の部類としては、限定されるものではないが、フラボノイド、カロテノイド及びテルペノイドが挙げられる。これらの複雑な模様は、幾何学的形状20、英数字文字24又はさらに商標登録された図形22の形態であることができる。前に述べたように、この作用は、まだ成長中の植物に照明することによって最もよく達成される。認識し得る模様を作り出すように細胞を変更できることは、葉物野菜食品の受容性に対して極めて大きな価値を有することができる。例えば、漫画キャラクターのイメージを食品又は食品包装上に配置することが、子どもによるその食品の消費を増加させ得ることを、食品業界は繰り返し示してきた。漫画キャラクター又は別の認識し得るイメージを葉の上に配置することによって、子どもは葉物野菜食品をより食べるようになる可能性がある。これは、葉の生体色素の変更についての様々な用途の単なる一例である。

図4Aを参照すると、一実施形態では、パネル102(すなわち、光源)、この場合LED表示パネルを利用することによって、模様22を形成する方法が示されており、このパネルは、ほとんどの場所で白色光104を表示するが、2ヶ所で青色の星106として示される変更スペクトルを放出する。葉10をパネル102と密着させ、それによってアセンブリ100を作り出している。別の実施形態では、葉10はパネル102と直接接触していてもよい。葉10をパネル102に対して、取付具(すなわち、テープ、不透明な布地、接着剤、背板)という従来の手段を用いて、物理的に束縛することができる。白色光は、葉全体に対する継続的な成長を促進し、青色の区域は、それらによって照らされた区域で対比的な細胞の色の増加を促進する。図4Bに示すように、結果として得られた葉10は、葉10の細胞中に発現される、増加した赤色生体色素の区域、例えば赤色星模様22を有する。この実施形態では、青色光に曝露されなかった葉10の残りの表面は、緑である。図4A及び4Bで説明した星22は、葉の上に作り出すことができる多種多様な模様の1つである。

別の実施形態では、パネル102は白色光104を含まず、星106だけが光(すなわち、青色光)を放出する。葉10での生体色素の変更は、白色光104が存在しても、又はしなくても達成される。前に述べたように、白色光104は、生体色素のシフトが標的となる細胞で生じている間に、葉10全体が成長し続けるのを助ける。別の実施形態では、葉10が成長するにつれて変更スペクトルで放出されるイメージは経時的に移動し、生体色素の変更の標的となる細胞はそれとともに移動する。これは、葉の上の生体色素の「縞になる(streaking)」作用又は「汚れる(smearing)」作用を防ぐのを助け、それによって、確実に葉の上の模様が良好に画定され、英数字記号では読みやすくなる。変更スペクトルによって放出されるイメージが葉の成長を確実に追跡するために、パネルに組み込まれたセンサーは必要なフィードバックを提供して、成長モデルを生成し(populate)、且つ維持することができる。成長モデルは参照することができ、人間の相互作用の有無(すなわち、手動又は自動)にかかわらず、パネル上のイメージは調整することができる。

図4Aで示された技法を考慮して図5を参照すると、背板108はパネル104(すなわち、光源)と密着して葉10を保持し、アセンブリ100の別の実施形態を作り出すことができる。葉10に重量を提供することに加えて、背板108は、限定されるものではないが、光を放出又は反射する、及びヒートシンクとして作用することを含む、追加の機能を提供することができる。背板108は、葉10の反対側から光を入れるために、透明であり得る。背板108は、光源又は光変換デバイス(蛍光体を利用)でもあり得る。背板108は、ヒートシンクとして作用して、葉10を所望の温度に保ち、光源又は他の熱源によって引き起こされる過熱を防ぐことができる。所望の温度は植物の種類に応じて変えることができ、それらの植物のための農業上の仕様書を参照すべきである。背板108は、限定されるものではないが、ファン及び液体冷却を含む、追加の熱量低減技術を含むことができる。他の実施形態では、植物が農業上の仕様書に確実に従うために、背板108は葉10に追加の熱を提供することができる。別の実施形態では、背板108は模様及び変更スペクトルを放出する手段を含み、葉10の生体色素を前記模様に類似して変更することができる。葉10の生体色素の変更は、光源102及び背板108を介して、葉10の両方の表面上に生じることができる。

図6を参照すると、葉10は、パネル302から発散する変更スペクトル光32、及び光源308から発散する主要成長スペクトル光34により、両側から照明され得る。パネル302は模様306を含み、この実施形態では模様は1組の星であり、葉10上に変更スペクトル光32を放出する。いくつかの実施形態では、表面304は白色光を放出することができ、他の実施形態では、この実施形態の場合のように光を放出することができない。しかしながら、他の実施形態では、模様306は光及び白色光を放出することができず、逆に、表面304が変更スペクトル光32を放出し、それによって葉10の模様306を取り囲む生体色素を変更する。別の実施形態では、パネル302は、変更スペクトル光32を、色素変化を所望する領域にのみ反射だけするように、選択的に反射することができる。

図6をさらに考慮して図7を参照すると、アセンブリ400は、変更スペクトル光32を受ける細胞と主要成長光34を受ける細胞との間の対比的な色の増加を助けるために、両側から照明され得る葉10を含む。一実施形態では、葉10は2つの「マスク」に取り囲まれ、ポジティブなマスク406は実質的に不透明であり、ネガティブなマスク410は実質的に透明である。マスクの材料は、限定されるものではないが、紙、プラスチック、又はLCD表示装置であることができ、他の材料は当業者には明白であろう。ポジティブ及びネガティブなマスクは、同一材料から作られている必要はない。さらに、光が切り取られた区域を通過することのみを可能にするように模様408がポジティブなマスク406に切り込まれ、それによって「ポジティブな」特徴を作り出す。光源402は変更スペクトル光32を放出し、変更スペクトル光32は、ポジティブなマスク406に向けられる。ポジティブなマスク406は、切り取られた模様408以外のすべての区域で、葉10に光が達するのを制限し、それによって赤色生体色素の生成を促進する。

別の場合には、光源308は主要成長光34を放出し、主要成長光34は、ネガティブなマスク410に向けられる。ネガティブなマスク410によってすべての光は葉10に達することができ、模様が進行する区域412で光が遮断される。ポジティブ/ネガティブなマスクは、変更スペクトル光32(すなわち、青色光)が細胞に当たる相対量を増加させる作用があり、ある特定の生体色素の生成を増加させて、所望の生体色素の割合及び色をより速く達成することができる。一実施形態では、葉10は相当な量の主要成長光34を受け、例えば、葉10は250マイクロモル/sqm/sを超える主要成長光34を受けることができるが、当業者には明白であるように、葉10は250マイクロモル/sqm/s未満を受けることができる。別の実施形態では、ネガティブなマスク410は除去され、ポジティブなマスク406だけが使用される。ポジティブなマスク406だけを使用しても、それでも良好な結果をもたらすことができる。

図7を考慮して図8を参照すると、デバイス500は、模様504上に変更スペクトル光を集中させ、反対の模様508からの主要成長スペクトル光を遮断するためのより反復可能な方法を提供する。上で議論したポジティブ/ネガティブなマスクと同様に、デバイス500は「ポジティブな」側502及び「ネガティブな」側506を含む。両側は連結され、折り目510によって使用者は覆いを作り、葉を取り囲むことができる。デバイス500の材料は、限定されるものではないが、紙又はプラスチックであることができ、他の材料は当業者には明白であろう。ポジティブなマスクによく似て、ポジティブ側502は、光が模様504を通過することのみを可能にする。逆に、ネガティブ側506は、光が模様508を通過することを遮断するだけである。ポジティブ/ネガティブな側は、いずれの種類の光源とも交換可能である。

一実施形態では、ポジティブ側502は変更スペクトル光と葉との中間に在ることができ、青色光は模様504を通して葉に影響を及ぼすのみであり得る。この実施形態では、ネガティブ側506は、ポジティブ側と反対に、主要成長光と葉との中間に在り、葉は模様508を通して主要成長光を受け得ない。その結果、青色光(すなわち、模様504)に曝露された葉の部分は、緑である葉の残りの部分に対して赤みがかった色調を有する。

別の実施形態では、ポジティブ側502は主要成長光と葉との中間に在ることができ、主要成長光は模様504を通して葉に影響を及ぼすのみであり得る。この実施形態では、ネガティブ側506は、ポジティブ側と反対に、変更スペクトル光と葉との中間に在り、葉は模様508を除くすべての区域で青色光を受け得る。その結果、主要成長光(すなわち、模様504)に曝露された葉の部分を除いて、すべての葉は赤みがかった色調を有する。

図9Aを参照すると、アセンブリ600は光源402を含み、光源402は変更スペクトル光32を放出する。光源402と葉10との間はパネル602であり、その中に埋め込まれた蛍光体を有する。蛍光体は、裏に接着剤の付いた膜を蛍光体の模様上に配置することによって、リンの塗料を塗布することによって、又は当業者には明白であり得るような他の方法を介して、パネル602上に堆積することができる。パネル602はプラスチックから作ることができるが、パネル602の性能に影響を及ぼし得ない他の材料を利用することができる。一実施形態では、変更スペクトルの光源402が使用する唯一の光源である。スペクトルシフトの手段では、典型的には変更スペクトル32の一部を異なる色へ幾何学的、選択的にシフトする蛍光体が用いられ、よりバランスのとれた色をもたらす。さらに、パネル602は、光を光合成的に活性な領域内の他の場所のスペクトル(すなわち、400〜700nm)にシフトするように、青色光32を黄色及び赤色の光606にシフトする蛍光体を含有する。模様604はパネル602に切り込まれて、青色の供給源光32をいくつかの区域で通過して光らせる(shine through)。孔のない区域では、青色光32は蛍光体と相互作用し、最後には、青色、黄色及び赤色の光606を含有し、一般に白色の色調を有するバランスのとれたスペクトルを放出する。

葉10はパネル602に至近距離で保持され、実質的に白色である光606は緑色の細胞着色を促進し、模様604を通過する変更スペクトル32によって照らされた細胞は、最後に赤色に着色する。図9Bに表示するように、模様604を通過した青色光32の結果、赤みがかった模様22が作り出される。青色光32を成長提供光606へ変換する蛍光体の結果、葉10の残りの表面608は緑である。

この実施形態は、変更スペクトル光32が、バランスのとれた園芸スペクトルを構成する他の光子より高いエネルギー準位であるという事実によって可能になる。青色光子は、生成した光子数での効率をあまり失うことなく、黄色及び赤色の光子に下方変換することができる。ストークスシフト損失(Stokes shift loss)からの熱が、植物で吸収されて局所的に葉を熱するのではなく、プラスチックパネルに取り込まれるので、照射パワーの低下は実際に植物にとって有益になり得る。

図10Aを参照すると、アセンブリ700は、接着剤(すなわち、ステッカー)、又は他の取付手段を介して葉10に取り付けられている膜702を含み、膜702は、光のスペクトルを変更スペクトル32から主要成長スペクトル606へ局所的に変化させる。この実施形態では、プラスチック膜702は蛍光体を含有するそれの部分を有し、蛍光体は所望の模様704を画定している。膜702の材料はプラスチックに限定されないが、他の材料は当業者には明白であろう。蛍光体を最初別のプラスチック中に埋め込んでおいて、切り取り、プラスチック膜702に取り付けることができる。蛍光体をプラスチック膜702上に、描く又は印刷することもできる。図9Aと同様に、変更スペクトル32が蛍光体模様704と混合されるので、放出される色は、黄色、緑色、及び/又は赤色の組合せである。一実施形態では、放出される色は赤紫色であることができ、赤紫色は、5〜25%の青色光である光合成的に活性な領域(PAR)内の光と、PAR内の実質的にすべての残りの赤色光である光とから構成される。さらに図10Bに表示されるように、変更スペクトル光32に曝露された、葉10の大部分の表面708は、赤みがかっており、一方模様706は、主要成長スペクトル光606への変換の結果、緑である。

図11Aを参照すると、アセンブリ800は、光源802を含み、光源802は、主要成長スペクトル光804を出力し、主要成長スペクトル光804は、フィルタ806と接続する。フィルタ806は光源802と葉10との間に配置され、変更スペクトル以外の光(すなわち、典型的には赤色及び緑色の光)を選択的に除去する。フィルタ806は、限定されるものではないが、吸収ゲル、高性能薄膜又は修正ホットミラー(modified hot-mirror)であり得る。ホットミラーは、450〜600nmの範囲のカットオフを有する薄膜コーティングのスタックから構成され得る。薄膜コーティングは金属酸化物であり得る。この実施形態では、フィルタ806は、模様808を取り囲む表面で、主要成長光802を変更スペクトル光32に変換する。図11Bに表示されるように、葉10上の模様812を取り囲む表面810は赤みがかっており、模様812は緑のままである。

別の実施形態では、光通過の役割を逆にすることができ、フィルタ802の表面は、すべての主要成長光802を通過させることができ、模様808を通過する光はフィルタリングされて変更スペクトル光32だけを可能にし得る。その結果、葉の上の模様を取り囲む表面は緑で、模様は赤みがかった色調となる。

図12を参照すると、アセンブリ900は光源902を含み、光源902は、パネル904を通して複数の植物10上に光を放出する。この実施形態では、光源902は変更スペクトル光32を放出し、変更スペクトル光32は、(パネル904中に)切り込まれた多くの模様906を有するパネル904を通過する。別の実施形態では、光源902は主要成長スペクトル光を放出することができ、パネル904は変更スペクトル光をフィルタリングし、上述のように模様を作り出すことができる。円として示したが、模様906は任意の形状(すなわち、多角形又は英数字形状)であり得る。パネル904は多くの植物10の上に位置し、結果は、下にある植物群10上に多くの卵形スポットの光が投影される。これらのスポットは、時には1枚の葉上に完全に含有され、時には1枚の葉上の一部及び別の葉上の一部に含有される。卵形の形状は、パネル904中の孔906を通過する光線32に対する葉身の角度に依存し得る。植物10上に入射する形状の鮮明度を改善し、変更された生体色素を有する細胞と有さない細胞との間の色の対比を増加させるために、パネル906は、植物群落(plant canopy)10の最上部に至近距離で保持することができる。この実施形態では、パネル904は、複数の模様窓906を除いて変更スペクトル光32に対して実質的に不透明である。

図13を参照すると、アセンブリ1000は、模様に配置された複数のLED 1004から構成される光源1002、及びパネル1002へ動力(power)を送るのに必要な必須のエレクトロニクス1010を含む。一実施形態では、エレクトロニクス1010は、LED群1004につながる銀線を有するカプトンから作られた可撓性回路であり得る。LED 1004は、一般に植物10上に求められる所望の模様に調和する模様に配置される。光源1002は、葉10の至近距離で保持することができ、生体色素の変化が所望される細胞群を照らす。示した実施形態では、光源1002は、変更スペクトル光を放出し、1枚の葉10の大きさと調和する大きさに作られる。別の実施形態では、光源1002は主要成長光を放出する複数のLED 1004から構成され得る。別の実施形態では、光源1002は1枚の葉10より大きく、複数の葉の上に示される模様を作り出すことができる。

図13をさらに参照すると、葉10がLED 1004からの変更スペクトル光に曝露されるとき、LED 1004に接する葉10の細胞は変更され、LEDの模様1006に類似する赤みがかった色調を発現させる。葉10の残りの表面区域1008は変更されず、緑がかった色を維持する。別の実施形態では、葉10が光源1002に曝露されたとき、葉10の上の変更されない緑がかった区域が所望の模様であり、残りの表面区域が赤みがかった色調を有するように、LED 1004を所望の模様のまわりに配置することができる。別の実施形態では、複数の葉を同時に変更するように、光源1002は複数のLED模様を含むことができる。

図14を参照すると、アセンブリ1100は、光源1102を含み、光源1102は、葉10の上に青色レーザー光線1104を向ける。これまでのところ、青色レーザーは変更スペクトルと最もよく整合する(align)が、当業者には明白であり得るように、追加のレーザーを使用することができる。青色レーザーは、単色の変更スペクトルを与え、それは影響を受けた細胞中の赤色生体色素の青色生体色素に対する割合をさらに増加させることができる。光源1102及び続いて青色レーザー1104は、レーザー光学に典型的な光学ステアリング及び回折プレートを使用して向けることができる。別の実施形態では、模様を、コンピュータプログラムで作り出し、レーザー1102により参照して、葉10の上に模様を作り出すことができる。

好ましい実施形態では、レーザー1102は葉10の表面に沿って形状を描く。レーザーは、葉10に沿って移動するにつれて、並はずれた量の青色光を受けて、その後大量の赤色生体色素を生成している細胞を残す。レーザー1102は再三この経路を辿りなおして、細胞中に青色光の必要な線量を到達させ、所望の色変化を達成することができる。その結果、葉10は使用者が所望する形状で赤みがかった模様1106を含み、残りの表面1108は、変更がなく色は緑がかっている。別の実施形態では、細胞がまだ所望の色を達成していない領域(又は、さらに個々の細胞)を画像システムが感知する場所に、フィードバックループを設けることができる。そうすることで、レーザー1102は、所望の結果が達成されるまで、青色光子1104の追加線量でそれらを標的とすることができる。

別の実施形態では、図15を参照すると、レーザー光線1104はレーザー1102によって、多くの葉1110の一面に模様を一度に描くことができるように向けられる。好ましい実施形態では、葉1110は十分間隔を置いて配置されて、レーザー光線1104に関して互いに確実に陰にならないようにする。次に、レーザー1102は、必要に応じて何度でも、多くの葉1110の上に所望の模様を一度に描くことができる。しかしながら、レーザー光線1104が互いに陰になっている葉1110の上で光っている場合、模様1106の一部だけが葉10に当たったとしても魅力的な外観を有し得るように、ある特定の模様がより望ましい可能性がある。この良い例は、葉10上のわずかなドットが許容可能である、スポット又は水玉模様である。レーザー光線1104に接する細胞は変更されて、所望の模様1106の形状で赤みがかった色調を有する。葉10の残りの表面区域1108は変更されずに、葉10の元の色(すなわち、緑)を有する。

図16を参照すると、アセンブリ1200は、葉10の上に主要成長光804(すなわち、白色光)を放出する光源802を含む。選択的反射物1202(すなわち、鏡)は、選択的反射物1202に至近距離で保持され得る、葉10の上に、青色光32を直接反射して戻す。白色光804を使用して葉10を照らすことができ、葉10の継続的な成長を促進し、葉10を通過する青色光32を選択的に反射して葉10へ戻すことによって、強化された青の含量を達成することができる。好ましい実施形態では、選択的反射物1202は、葉の上に求められる所望の模様の一般的な形状と調和するように模様を付けた、ガラス反射物である。その結果、選択的反射物は、青色光32を、色素シフトが所望される領域(すなわち、模様)に正確に反射することができる。別の実施形態では、選択的反射物1202は、反射する光のスペクトルにおいても選択的であり、青色光を反射し、赤色及び緑色の光を通過することができる。波長によるこの選択性は、限定されるものではないが、金属の選択、吸収金型(absorbing die)、紙/ラミネートの選択によって、又は異なるインデックス(indices)の薄膜材料の交互層を使用して、コールドミラー(cold mirror)を組み立てることによって、成し遂げることができるが、当業者には明白であり得るように、追加の選択性を利用することができる。一実施形態では、400〜480nmの領域において、高い反射性(すなわち、35%より高い反射性)であり、かつ高い鏡面性(specular)(すなわち、50%より大きい反射)であり、並びに480〜700nmの領域において、20%未満の反射性であるラミネートを、選択的反射物1202として使用することができる。しかしながら、反射性及び鏡面性の追加の組合せは、当業者には明白であろう。

図16をさらに参照すると、光源802(すなわち、赤色、青色、及び緑色の光)を離れる線804の厚みは、光線の経路中の異なる点でのその色に残っているパワーの量を示す。葉10は、すべての色の光の大部分を吸収する。鏡1202は、葉10を透過する青色光32を戻す。葉10を透過する赤色及び緑色の光は、反射物1202をさらに透過する(しかし、それらは反射物によって吸収される又は散乱されることもあり得る)。その結果、反射物1202を通過する光は、本来光源802によって放出されたものより実質的に少なく、したがって、線1204は線804より薄い。葉10は、それぞれのスペクトル含量の一部をそれぞれが通過するところにおいて反射する。

別の実施形態では、図17Aを参照すると、青色光32に対して非常に反射性であるが他の光の色を吸収する、青色のインク、塗料、又は染料を使用して、選択的反射物1302を塗布することができる。所望の模様1302を作り出すためにインク塗布用具1303を使用し、葉10の表面1304に直接、又は葉10の至近距離にその後取り付けられる又は保持される第2の反射物に、塗布することができる。光源802は、葉10の上に主要成長光804を放出する。そうすることで、青色インク1302(すなわち、所望の模様)は青色光32を葉10の上に反射し、赤色及び緑色の光を透過し得る。結果は上述のものと同様であり、図17Bを参照すると、青色インク1306に接する区域は赤みがかった色調を有し得、残りの表面区域は変更がなく、葉10の元の色(すなわち、緑)であり得る。葉10自体にマークする場合、顧客が使用する前に、使用するインクは洗い流される又は分解するに違いない。例えば、食品グレードインクの使用には、柑橘果実のマークに使用される種類が好ましい。

本開示は例示的な実施形態及びその実施を参照して記述してきたが、本開示はこうした例示的な実施形態/実施によって又はそれらに限定されない。むしろ、本明細書で開示するデバイス、システム及び方法は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、修正、強化及び/又は改善され得る。具体的には、本開示で述べたいくつかの実施形態は、1枚の葉を示すだけあるが、それらの実施形態は1枚の葉だけに限定されることなく、複数の葉及び植物が上述の技術を利用することができる。

Claims (38)

1. 植物の葉の生体色素の割合を変更するデバイスであって、
   a.光源、及び
   b.細胞群に変更スペクトルを送達するように光源を向ける手段
   を含み、
   変更スペクトルが細胞群の生体色素含量を変更して、葉の上に所望の模様を作り出す対比的な色を生成する、デバイス。
2. 所望の模様が、少なくとも1つの幾何学的形状、少なくとも1つの英数字記号、少なくとも1つの商標登録されたイメージ又は記号、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
3. 所望の模様が、1枚を超える葉の上で繰り返され、葉間の幾何学的変化にもかかわらず実質的に同一に保たれ得る、請求項1に記載のデバイス。
4. 生体色素の割合が、細胞群における生体色素の相対量を増加させることによって変更される、請求項1に記載のデバイス。
5. 生体色素が、少なくとも1種のフラボノイド、少なくとも1種のカロテノイド又はこれらの組合せを含む、請求項4に記載の生体色素。
6. 生体色素の割合が、標準光源によって照らされたときの典型的な葉の細胞と比較して、cczを少なくとも0.002増加させることによって変更される、請求項1に記載のデバイス。
7. 変更スペクトルが、400〜480nmの領域に光子の少なくとも25%を含有する、請求項1に記載のデバイス。
8. 光源が葉と直接接触している、請求項1に記載のデバイス。
9. 光源が画定された模様を形成し、画定された模様からだけ変更スペクトル光を放出する、請求項1に記載のデバイス。
10. 光源が画定された模様を形成し、画定された模様以外のあらゆる場所から変更スペクトル光を放出する、請求項1に記載のデバイス。
11. 光源が、LED、LCD及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
12. 光源が葉の動きを追跡する、請求項1に記載のデバイス。
13. 葉が成長するにつれて、光源が移動する、請求項12に記載のデバイス。
14. 背板をさらに含み、葉が背板によって所定位置に保持される、請求項1に記載のデバイス。
15. 背板が、光を反射する、光を放出する、ヒートシンクを提供する、又はこれらの組合せの機能を含む、請求項14に記載のデバイス。
16. 背板が模様を含む、請求項14に記載のデバイス。
17. 背板がスペクトル変更デバイスを含む、請求項14に記載のデバイス。
18. スペクトル変更デバイスが蛍光体である、請求項17に記載のデバイス。
19. 第2の光源をさらに含み、第2の光源が主要成長スペクトルを放出する、請求項1に記載のデバイス。
20. マスクをさらに含み、マスクが光源と葉との間に位置付けられ、マスクが、葉に向けられた光の一部を遮断する、請求項1に記載のデバイス。
21. 光源を葉から分離するパネルをさらに含む、請求項1に記載のデバイス。
22. パネルが、変更スペクトルの一部を光合成的に活性な領域内の他の場所のスペクトルに変換する蛍光体部分を含む、請求項21に記載のデバイス。
23. 蛍光体が、塗料、接着剤及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項22に記載のデバイス。
24. 光源と葉との間に位置付けられたフィルタパネルをさらに含む、請求項1に記載のデバイス。
25. フィルタパネルが、変更スペクトル以外の光を除去するように構成されている、請求項24に記載のデバイス。
26. フィルタパネルが模様を含む、請求項24に記載のデバイス。
27. フィルタパネルが、色付けされたプラスチックゲル及びホットミラーからなる群から選択される、請求項24に記載のデバイス。
28. フィルタパネルが、450〜600nmの範囲のカットオフを提供するホットミラーである、請求項27に記載のデバイス。
29. フィルタパネルが、薄膜コーティングのスタックから構成されたホットミラーである、請求項27に記載のデバイス。
30. 薄膜コーティングが金属酸化物を含む、請求項29に記載のデバイス。
31. 光源がレーザーである、請求項1に記載のデバイス。
32. レーザーが、葉の上に少なくとも1つの模様を描くように向けられる、請求項31に記載のデバイス。
33. センサーをさらに含み、センサーが、標的となる細胞の色を検知して、標的となる生体色素の割合に適合するために光源からさらに照射が必要かどうか決定することを容易にする、請求項31に記載のレーザー。
34. レーザーが、葉の上に高強度及び低強度の光の模様を作り出すために、回折レンズを使用する、請求項31に記載のデバイス。
35. 選択的反射物をさらに含み、選択的反射物が変更スペクトル光を反射して葉に戻す、請求項1に記載のデバイス。
36. 選択的反射物が、400〜480nmの領域において35パーセントを超える反射性及び50パーセントを超える鏡面性を有し、480〜700nmの領域において20パーセント未満の反射性を有するラミネートである、請求項35に記載のデバイス。
37. 植物の葉の生体色素の割合を変更するデバイスであって、
    a.主要成長スペクトルを放出する第1の光源、
    b.変更スペクトルを放出する第2の光源、及び
    c.細胞群に第1及び第2の光源を向ける手段
    を含み、
    変更スペクトルが細胞群の生体色素含量を変更して、葉の上に所望の模様を作り出す、デバイス。
38. 葉の上の細胞群の生体色素の割合を変更する方法であって、
    a.葉の表面を光源と整合させる工程、
    b.光源を活性化して変更スペクトルを生成する工程、及び
    c.変更スペクトルを葉に向けて模様を作り出す工程
    を含み、
    変更スペクトルに曝露された葉の細胞が所望の模様を示す、方法。

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