JP2021176266A

JP2021176266A - 走光性を持つ虫を誘引させるための複合的高輝度ｌｅｄ灯火装置

Info

Publication number: JP2021176266A
Application number: JP2020081633A
Authority: JP
Inventors: 慎文赤松; Chikafumi Akamatsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2021-11-11

Abstract

【課題】虫を誘引する灯火において、紫外線を放出するものは数多くあるが、出力や可視光線の波長、現実的な運用について言及しているものは少ない。そこでより実用的で効率の良い高輝度な誘引灯を提供する。【解決手段】虫を誘引するために複数のＬＥＤ灯火、またはＬＥＤ素子を並べたものであり、それらの灯火のうち２つ以上が強いピーク波長を持つ先鋭化されたものであって、それらのピーク波長は３６０ｎｍ・４６０ｎｍ・５２５ｎｍ・５９０ｎｍのいずれかから長短２５ｎｍ以内にあり、上記の波長を持つ灯火を２種類以上組み合わせた、全てのＬＥＤ灯火発光部の合計消費電力が１０Ｗ以上のものを用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、誘虫装置に関わるものである。

誘引灯火とは虫の走光性を活かし、任意の虫の誘引を狙った装置である。走光性とは、街灯などの光を視認した虫が自らの意志と関係なく、その光に誘引される性質のことである。

光には３つの要素があり、波長によって決まる色、周波数とその点滅比によって決まる周波数、光の量によって決まる強さ。これら３つの要素によって、光を表すことが出来る。ヒトや虫はこの光を、目にある器官である受容体にて感知し、その信号を脳に送って知覚している。

そんな虫とヒトとの間には、視覚の乖離があり、虫の検知できる光の波長は２００ｎｍから６２０ｎｍとされる。その乖離にはヒトと虫の目の構造の違いに原因がある。ヒトの光の受容体には３種類あり、それぞれ赤緑青の光に強く反応する。虫の場合、種によって受容体は様々であり、多くの種が紫外線受容体を持つ。また走光性をもつ特定の虫の光受容体は、属する虫目の走光性を持つものによって類推する事も可能である。それは虫目によって複眼の構造が類似しており、その虫の視覚の決定要因の１つとなるためである。

またもう一つの要素として昼夜行動性の区別があるが、走光性を持つもので灯火にて誘引できるものは、夜行性に限られる。例外的にナミアゲハのように６種の光受容体を持つ種も存在するが、基本的に走光性を持つ多くの種類の虫が有している光受容体のパターンは３種類である。その事も、虫目によって光受容体の分光感度を類推する事の裏付けとなる。

また光の分光感度はヒトに比べ広くトビイロウンカやミカンキイロアザミウマの場合、ピーク波長から長短５０ｎｍでおおよそ半減となり、多くの虫の分光感度曲線もこれに当てはまる。

光受容体のピーク波長を推測する方法として、先鋭的な波長を持つ灯火を虫へ照射し、反応をみるというものがある。強く反応する場合は、その波長をピークとした光受容体を有していると見て問題ない。

このように、虫とヒトの視覚にも乖離があるように、虫の種類によっても光受容体に乖離が存在する。

また光の周波数応答性も虫の種類によって乖離があり、飛翔性昆虫は１００Ｈｚから１２０Ｈｚにて強く誘引され、反面歩行性昆虫にはフリッカフリーに強く反応する種も居る。虫の周波数応答特性は種類によって様々であり、適宜設定できる光源を用いるのが望ましい。

特開２０１７−１９５７８８広報特開２０１６−２０８９４４広報特開２００７−００００３１広報

本多健一郎、霜田政美、蟻川謙太郎、以下略著「光を利用した害虫防除のための手引き」（独）農業・食品産業技術総合研究機構中央農業総合研究センター２０１４年弘中満太郎、針山孝彦著「昆虫が光に集まる多様なメカニズム」浜松医科大学医学部日本応用動物昆虫学会誌２０１４年平間淳司、荒永誠、中出智己、以下略著「超高輝度型の発光ダイオード（ＬＥＤ）によるヤガ・カメムシ類の防除装置の開発」農業機械学会誌２００２年

しかしながら、これらの虫の感覚の違いによる特性を生かした、特定の虫に強く反応するＬＥＤ灯火による誘引装置は開発が進んでいない。多くの灯火は紫外線灯としての誘引装置であり、特定の虫目や虫の光受容体について言及したものは未だ未発達と言って良い状況にある。また単一の種類の受容体しか対象としない紫外線灯では、紫外線受容体だけが飽和状態に至り、ある一定度以上の誘引効果を見込むことはできない。

ＬＥＤ誘引灯の出力についても、言及されている特許は少ない。特に高輝度なＬＥＤ誘引灯についての特許は更に少ない状況にある。さらに高輝度な灯火を扱う場合の配慮もなされてはいない。

またＬＥＤ誘引灯については、発展途上であり、特に高輝度及び複数灯火の電気的制御については進化の余地がある。そして虫の走光性についてもまだ研究の余地のある分野であり、こちらにも発展の余地がある。

従来の一体型灯火装置では、複数灯火間での連携もできず、研究が進んだ新たな特性の灯火へ更新する際は、灯火の本体ごと交換する必要があった。

本発明は走光性を持つ虫の光受容体に着目し、より高効率にそれらを誘引する装置を提供することを目的としている。またそれにあわせてＬＥＤ灯火の高輝度化に応じた、より実用的で具体的かつ柔軟に運用可能なＬＥＤ誘引灯の提供も目的とした。

特定の虫を誘引させるための方法として、その虫の光受容体のピーク波長を知る必要がある。ここではこのピーク波長を虫波長と定義する。その虫の虫波長が不明な場合は、多くの種が持つ３６０ｎｍの紫外線受容体を対象として、その波長の先鋭的なピーク波長を持つＬＥＤ灯火を用意する。この波長は一般的な照明用ＬＥＤには含まれていない。紫外線以外を用いる場合はその虫の属する虫目の走光性を持つものの分光感度曲線、または強く反応する光波長の情報を虫波長として参照してもよい。対象となる虫の虫波長が判明している場合は、少なくともその波長の長短２５ｎｍ以内のピーク波長を持つＬＥＤ灯火を用意する。

その波長の根拠として用いる虫の光受容体は、虫目によって数パターンの組み合わせに分けられる。その構成要素は、紫外線波長３６０ｎｍ、緑青色波長４６０ｎｍ、緑色波長５２５ｎｍ、黄色波長５９０ｎｍの以上４つであることが多い。また、虫の光受容体が反応する波長の帯域幅はヒトと比べると非常に広域であり、長短２５ｎｍまでの減衰は緩やかで、長短５０ｎｍにておおよそ半減となる。何かしらの意図があって上記４つの波長から著しく外れた特性のＬＥＤ灯火にて誘引する場合においても、その波長の長短２５ｎｍ以内にとどめておくことが望ましい。

複数のＬＥＤ灯火を用意する場合は、その種の持つ虫波長に合わせたピークを持つものを複数種類用意する。そうすればより効率よく誘引可能となる。それによって対象となる虫の光受容体のアンバランスな飽和を避け、バランス良く刺激することが可能となるからである。

その際のＬＥＤ灯火の発色は、単体でも混色されていても先鋭化された波長で白色以外のものとなる。それはヒトと虫との光の見え方の違いによるものであり、虫波長ではヒトの光受容体をアンバランスにしか刺激できないためである。

またこの灯火を点滅させる場合は、虫の適正に合わせて６０Ｈｚから１８０Ｈｚをもちいるとよい。周波数の根拠としては、一般的に飛翔性の虫が強く反応するとされる周波数は１００Ｈｚから１２０Ｈｚである。歩行性の虫は、今回の誘引装置では対象外とした。そして走光性と飛翔性をあわせを持つ代表な虫の最大周波数応答能力はハスモンヨトウが約４５Ｈｚ、オオタバコガが約５０Ｈｚ、チャバネアオカメムシが約３２Ｈｚであり、強く反応する数値と相当の乖離が見られる。これをヒトの目に置き換えた場合、ヒトの目は一般的に６０Ｈｚ程度の最大周波数応答能力がある。そして、テレビなどを視聴する際６０Ｈｚのものよりは１２０Ｈｚや１８０Ｈｚのもののほうがよりなめらかに、より鮮明に目に映る。これは液晶画面の特性もあるが、目の残像効果も影響しており、前の映像の残像が残っている間に次の映像が投影されれば、次の映像がより鮮明に網膜に描写されるという仕組みである。光を目標とする走光性昆虫にも同じ現象が起きていると思われる。虫の場合は飛翔時、身体と同時に激しく複眼部が動くため、ある一定度の周波数で点滅させなければ目標と出来る連続光と認識しないと思われる。なぜなら虫の光受容体とヒトの光受容体は感知プロセスが類似しており、ヒトと同じ現象が虫にも起こると考えうるからである。またあまりに高い周波数で点滅させた場合、虫の光受容体を強く刺激する前に灯火が点滅してしまう。それに加えＬＥＤの立ち上がり時間や、スイッチングデバイスの損失などの不利益が大きい。それらのことからも灯火の点滅頻度は、対象とする虫の２倍から３倍程度にするのが最も望ましい。今回は走光性を持つ飛翔性の虫が持つ最大周波数応答能力を、個体差も加味して３０Ｈｚから６０Ｈｚとした。そしてそれらの２倍から３倍の間より選択するとし、６０Ｈｚから１８０Ｈｚで設定するものが最も効率的と判断した。

この灯火を点滅させる際、点滅させる周波数は３Ｈｚから５０Ｈｚの間だけは紫外線であれ必ず避けなくてはならない。なぜなら、光過敏性てんかんを引き起こす周波数だからである。これは光の周波数に依存しており、３Ｈｚ以上の点滅より発症の可能性があり、２０Ｈｚでピークを迎え、５０Ｈｚまでは高いリスクが有る。たとえ紫外線であったとしても高輝度の灯火を扱う場合、その影響を無視できないからである。

また、点灯消灯の割合を適宜設定することにより、高輝度な灯火を連続点灯より少ない消費電力で扱うことができる。割合の設定については、今現在は点滅比が５対５から８対２が望ましい。なぜならＬＥＤ素子の特性として、発熱による素子の能率変化があるからである。多く発熱する連続点灯よりも、適切な点滅比にて最大効率となるＬＥＤ素子が多い。

灯火の出力に付いては、合計消費電力が１０Ｗ以上でなければ、有効な効果を得ることは出来ないと考察できる。なぜなら誘引に必要な光、照度については月光が関係してくるからである。澄み切った満月の照度は約０．２５ルクスなのだが、この光は非常に強く、ある一定度以上の強さを持った光源でなければ、超えることは出来ない。少なくとも月齢１０がの時以上の照度でなければ、一ヶ月のうち十日以上の間で使えない無駄な照明となってしまう。弱い灯火を照射しても、虫は灯火ではなく月光を目標としてしまうからである。月齢１０のときの満月に対する照度比は約０．４７であるので、０．２５×０．４７≒０．１１ルクスとなる。これに普遍的な１０Ｗの３６０ｎｍにピークを持つＬＥＤモジュールを当てはめる。このモジュールの最大光束は４０ルーメンである。これを照射角６０度で照射すると仮定して当てはめた場合、光度は以下の式によって求められる。Ｌ（光束：ルーメン）＝２π（１−ｃｏｓθ（照射角）／２）×Ｃ（光度：カンデラ）この場合の光度は４７．５２カンデラとなる。照度はＥ（照度：ルクス）＝Ｃ（光度：カンデラ）／Ｄ（距離：メートル）の二乗によって求められる。これに距離２０ｍを当てはめた場合、照度は０．１２ルクス程度となり、ある程度の距離においても月光を超えて誘引効果が見込める。これ以下の場合、３６０ｎｍを放射する一般的なＬＥＤモジュールの光束は５Ｗで６ルーメンから１０ルーメン程度となる。ゆえに１０Ｗより低い消費電力の場合、屋外での誘引灯としての有効な日数は、非常に限定的なものとなってしまう。

また、灯火を制御装置を介して制御する形とすることによって、新たな灯火への交換及び、誘引する虫の対象を変更することを可能とする。制御装置は灯火の筐体の中にあっても外にあっても、有線接続でも無線接続でも構わない。さらに言及するならばスマートフォン等の端末にて、無線デバイスとしてＬＥＤ誘引灯の制御を行ってもよい。この様な形を取ることによって、複数の灯火を柔軟に運用し、また新たな特性であったりより高性能な灯火や制御装置への更新を、より低いコストにて可能とする。

本発明に関しては、大きな利点が多く存在する。
（１）虫波長によって虫の受容体に直接働きかけるため、消費電力に対する誘引性能が非常に良い。
（２）虫の単一の光受容体以外も対象とするため、単一の光受容体の飽和を避け、更なる誘引性能の向上が望める。
（３）十分に大きな光量とするため、月光の影響下でも一定の誘引効果が見込める。
（４）適切な灯火点滅により、誘引性能の向上のみならず、消費電力の低下も図れる。
（５）交換および更新可能な灯火装置によって、将来に渡り継続的で柔軟な運用が可能となる。

図１は灯火誘引装置の実施方法を示した説明図である。（実施例１）

以上のことを踏まえて、本発明について詳細に説明する。以下の例は１つの方法であり、本発明はこれに限定するものではない。図１は本誘引灯の設置例である。この例では、１つの制御装置に接続された３基のＬＥＤ灯火にて構成されている。この例の場合、使用する灯火はＬＥＤ−Ａは波長３６０ｎｍ消費電力５０Ｗ、ＬＥＤ−Ｂは波長４６０ｎｍ消費電力２０Ｗ、ＬＥＤ−Ｃは波長５２５ｎｍ消費電力２０Ｗを用いている。これらを制御装置と有線接続とし、制御装置を介して電源装置より電力を供給している。この例では全てが別構成となっているが、一体となっていても構わない。

この例の場合、コウチュウ目の誘引を主としたため、点滅周波数は８０Ｈｚにし、点滅割合は５対５と、３基全てに設定した。

これを山中にてコウチュウ目を対象として照射したが、想定以上の効果が得られた。

１ＬＥＤ−Ａ
２ＬＥＤ−Ｂ
３ＬＥＤ−Ｃ
４ＬＥＤ制御装置
５電源装置

Claims

虫を誘引するために複数のＬＥＤ灯火、またはＬＥＤ素子を並べたものであり、それらの灯火のうち２つ以上が強いピーク波長を持つ先鋭化されたものであって、それらのピーク波長は３６０ｎｍ・４６０ｎｍ・５２５ｎｍ・５９０ｎｍのいずれかから長短２５ｎｍ以内にあり、上記の波長を持つ灯火を２種類以上組み合わせた、全てのＬＥＤ灯火発光部の合計消費電力が１０Ｗ以上のもの。
特定の虫目以下への高い誘引効果を持つことが特徴の１項記載のＬＥＤ灯火。この場合、特定の虫目以下への効果を謳うまたは実績を紹介するなどをした場合も、その特徴を持つものとする。
点滅及び輝度の明暗を６０Ｈｚから１８０Ｈｚ以内、その割合を点灯消灯それぞれ５対５から８対２までに制御可能な１項２項記載の装置。
点滅及び輝度の明暗を３Ｈｚから５０Ｈｚの間に設定できない３項記載の装置。
ＬＥＤ灯火とその制御装置が有線無線に関わらず接続され、それらの交換及び変更が容易に可能な１項から４項記載の装置。