JP5335721B2

JP5335721B2 - 植物育成用照明装置

Info

Publication number: JP5335721B2
Application number: JP2010073264A
Authority: JP
Inventors: 正紀石渡; 真山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011200204A

Description

本発明は、植物の育成を促進するために、植物に対して発光ダイオードを用いて光を照射する植物育成用照明装置に関する。

従来より、室内に設置される植物育成用照明装置の光源として、白色蛍光灯、高圧ナトリウム灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）等が一般的に用いられている。そして、一般家庭の室内で小規模に行なう場合、植物育成用の照明装置の光源として省電力化を図れる発光ダイオードが適している。

ところで、植物による光合成は４００〜７００ｎｍの範囲の光で行われるが、特に長波長側である赤色系でエネルギー変換効率が高いとされるため、光合成を促進する赤色波長である６６０ｎｍに発光のピークを有する赤色用発光ダイオードが植物育成用の照明装置の効率的な光源となる。

そして、省電力をより進めた発光ダイオードによって、簡易に、強さが十分な異なる波長の光を発光でき、さらに商用の植物の育成等の特殊な用途にも適した照明装置を用いる育成方法等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、発光ダイオードの光によって植物の偏りのない健全な育成が促進できる植物育成方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１２５００７号公報特開２００５−１９２５１７号公報

しかしながら、上記従来の単に白色光のみを用いた照明装置では植物の光合成の効率が低下し、植物を充分に生長させるために３０００から５０００ルクス程度の照度が必要となる。このため、過度のエネルギー浪費が発生するという問題がある。

また、植物の生長を優先するため赤色用発光ダイオードを多く用いる植物育成用の照明装置では、赤色用発光ダイオードからの赤色光が植物に照射されるため、人には植物の緑色が赤色または黒色っぽく変色して見えてしまい、植物の見栄え（色味）が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、人が観賞用や食材栽培を兼ねながら室内において植物を育成する時に、植物の見栄えに違和感を与えることなく、且つ効率的に植物の光合成を促進できる植物育成用照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の植物育成用照明装置は、植物の育成を促進するため植物に対して光を照射する照射手段と、当該照射手段が発する光の照射エネルギーを制御する制御手段とを備える植物育成用照明装置において、前記照射手段は、白色光を発光する白色用発光ダイオードと、赤色光を発光する赤色用発光ダイオードとを有し、前記制御手段は、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以下となるよう制御することを特徴とする。

また、この植物育成用照明装置は、人検知センサをさらに備え、前記制御手段は、前記人感知センサにおいて人が検知されないときには、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以上となるよう制御することを特徴とする。

また、この植物育成用照明装置は、タイマをさらに備え、前記制御手段は、前記タイマにおいて測定される予め定められた時間帯に、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以上となるよう制御することを特徴とする。

本発明に係る植物育成用照明装置においては、赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以下となるように制御するので、植物の見栄えに違和感を与えることなく、且つ白色光を用いる場合よりも、より効率的に植物の生長を促進することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態１に係る照明装置の外観図。同照明装置の機能ブロック図。（ａ）青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを組合せた場合の合成出力、（ｂ）青色発光ダイオードと緑色及び赤色蛍光体とを組合せた場合の合成出力、（ｃ）紫外線発光ダイオードと青色、緑色及び赤色蛍光体とを組合せた場合の合成出力を示す図。白色用発光ダイオードの分光特性、赤色用発光ダイオードの分光特性、及び人視感効率の曲線を示す図。白色用発光ダイオード及び赤色用発光ダイオードの放射エネルギーが等しい場合において、白色用発光ダイオード及び赤色用発光ダイオードからの出力と人視感効率とを掛け合わせた曲線を示す図。赤色用発光ダイオードからの放射エネルギーを白色用発光ダイオードからの放射エネルギーの約１／２とした場合において、白色用発光ダイオード及び赤色用発光ダイオードからの出力と人視感効率とを掛け合わせた曲線を示す図。本発明の実施の形態２に係る照明装置の外観図。同照明装置の機能ブロック図。同照明装置の動作手順を示すフローチャート。本発明の実施の形態３に係る照明装置の機能ブロック図。同照明装置の動作手順を示すフローチャート。

以下、本発明の各実施の形態に係る植物育成用照明装置（以下、照明装置という）について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る照明装置１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、対象となる植物を育成したり観賞する目的で発光ダイオードを用いた光照射によって植物の育成を行う装置である。そして、図１（ａ）及び（ｂ）に示す照明装置１は、白色用発光ダイオード２と赤色用発光ダイオード３とを有する照射部５を備えている。なお、図１（ａ）は植物棚６を用いた比較的大きなタイプの照明装置１、図１（ｂ）は比較的小さなスタンドタイプの照明装置１を示している。

植物４は、例えば観賞用の植物のことである。観賞用植物としては主に花をつける鉢物や切り花が中心であるが、花を付けないハーブ類や観葉植物、トマト、キュウリ、茄子などの野菜や、スイカ、メロン、苺といった果物などの実をつける植物も対象としている。

照射部５は、小型で、光の指向性が高く、寿命が長く、放射熱がほとんど出ないため、また植物４の光合成反応や花芽形成反応を積極的に起こさせるため、白色用発光ダイオード２の中に多数の赤色用発光ダイオード３が混ぜ込まれて構成されている。また、照射部５は、人が家の中で植物４を普通に観賞できることが条件であるため、植物４が太陽光の下で見ているものと略同じ色に見えるように赤色用発光ダイオード３より白色用発光ダイオード２を多数実装して短波長から長波長までバランスよく発光させる。

なお、照射部５の背面には、放熱し易いようにアルミニウムやマグネシウム合金のような熱伝導率の高い金属が用いられることが望ましい。また、照射部５は、植物４の側方に設けられていても構わない。

次に、照明装置１の機能構成を説明する。本実施の形態１に係る照明装置１は、図２に示すように、ＡＣ/ＤＣ変換部２１と、制御部２２と、白色用発光ダイオード２と、赤色用発光ダイオード３とを備える。白色用発光ダイオード２及び赤色用発光ダイオード３は照射部５を構成している。

ＡＣ/ＤＣ変換部２１は、交流電源からの例えば１００Ｖの商用電源を定電圧の直流電圧に変換する回路である。

制御部２２は、例えば調光回路から成り、この調光回路により白色用発光ダイオード２及び赤色用発光ダイオード３から発する照射エネルギーの増減を制御する。例えば制御部２２は、放射エネルギーの制御内容に応じて電流を流す白色用発光ダイオード２及び赤色用発光ダイオード３の数の割合を制御する。なお、ここで「放射エネルギー」とは、光源である各発光ダイオード２及び３から空間に移動するエネルギーを意味し、単位にはジュール（Ｊ）等が用いられる。この制御部２２は、植物の光合成を促進しながら、白色に対して赤色が多すぎて白色系の花が赤っぽく、緑色の葉や茎が黒っぽく見えてしまう変色を防止するため、赤色用発光ダイオード３の発する光の放射エネルギーが白色用発光ダイオード２の発する光の放射エネルギーの１／２以下（より好ましくは約１／２）となるように制御する。

白色用発光ダイオード２は、例えば青色発光ダイオードと黄色蛍光体との組合せ、青色発光ダイオードと緑色及び赤色蛍光体との組合せ、又は紫外線発光ダイオードと青色、緑色及び赤色蛍光体との組合せ等があり、人が混色により白色を感じるものが適用可能である。

図３は、白色用発光ダイオード２を構成する発光ダイオードの相対分光パワーの合成出力を示している。図３（ａ）は、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを組合せた合成出力（相対分光パワー）の曲線、図３（ｂ）は、青色発光ダイオードと緑色及び赤色蛍光体とを組合せた合成出力の曲線、図３（ｃ）は、紫外線発光ダイオードと青色、緑色及び赤色蛍光体とを組合せた合成出力の曲線を示している。これらの複数の色の合成出力により人の目には白色が感ぜられることとなる。

赤色用発光ダイオード３は、発光のピーク波長が６００〜７００ｎｍの間にある発光用ダイオードである。この赤色用発光ダイオード３は、特に植物の花芽形成に大きな影響をもたらす光受容体（色素タンパク質）であるフィトクロム（赤色光吸収型）のピーク波長である６６０ｎｍにピーク波長を有するものである。

なお、照明装置１の照射部５から植物に照射される照度は、育成目的の場合は、植物の草冠部分や頂上部付近にある生長点付近で３０００ルクス以上となることが望ましい。ただし、植物を生長させずに単に枯れることを抑制して、植物の観賞期間を延ばすだけが目的の場合であれば、１０００ルクス程度でも良い。

次に、照明装置１を用いる場合の人の視覚に関して図４乃至図６を参照して説明する。人間の視覚（網膜上に存在する桿体などの視細胞に対する光の刺激）は、一般的に常用対数的な変化の感じ方をすることが知られている。例えば、物理的に照射部からの光の放射エネルギーの総和が１００倍に増えたとしても、人が感じるのは２倍程度の明るさに過ぎない。また、人は明るさ（桿体への放射エネルギーの入力）が１０分の１以下になって初めて暗くなったと感じることができる。

また、基準の背景光（本発明の場合は白色用発光ダイオード２からの光）に付加する刺激光（本発明における赤色用発光ダイオード３からの光）の認知実験を行った場合は、刺激光の網膜からの視感認識が背景光の１０分の１以下ならば、その刺激光を認識することはできない。逆に刺激光の視感認識が１０分の１よりも多い場合は認識ができるようになる。従って、本発明の照明装置１では、赤色用発光ダイオード３の視感認識を白色用発光ダイオード２の視感認識の１０分の１程度とし、うっすらと赤色に見える状況を想定している。

図４は、白色用発光ダイオード２、及び赤色用発光ダイオード３から発する光の放射エネルギー（相対エネルギーの和）が等しい場合において、白色用発光ダイオード２の波長と相対分光パワーとの関係を示す曲線４１、波長と人視感効率との関係を示す曲線４２、及び赤色用発光ダイオード３の波長と相対分光パワーとの関係を示す曲線４３を示している。

図４から分かるように、白色用発光ダイオード２からの相対分光パワーの曲線４１と人視感効率の曲線４２とが重複する領域は、赤色用発光ダイオード３からの相対分光パワーの曲線４３と人視感効率の曲線４２とが重複する領域より大きい。従って、赤色は人視感効率が低いことが分かる。

図５は、白色用発光ダイオード２から発する放射エネルギーと赤色用発光ダイオード３から発する放射エネルギーとが等しい場合において、白色用発光ダイオード２の相対分光パワーと人視感効率（Ｖλ）とを掛け合わせた曲線５１、赤色用発光ダイオード３の相対分光パワーと人視感効率（Ｖλ）とを掛け合わせた曲線５３、及びこれら曲線５１及び５３を足し合わせた曲線５２を示している。

本図に示す場合では、人が視感できる人視感効率に応じた白色光の対する曲線５１及び赤色光に対する曲線５３の積分比（面積比）は約５：１となり、この場合、観察者には赤色が強く感じられてしまう。

図６は、赤色用発光ダイオード３からの放射エネルギーの出力を白色用発光ダイオード２からの放射エネルギーの出力の約１／２とした場合において、白色用発光ダイオード２の相対分光パワーと人視感効率（Ｖλ）とを掛け合わせた曲線６１、及び赤色用発光ダイオード３の相対分光パワーと人視感効率（Ｖλ）とを掛け合わせた曲線６２を示している。

図６においては、人が視感できる人視感効率に応じた白色光の対する曲線６１及び赤色光に対する曲線６２の積分比（面積比）は約１０：１となり、人は赤色を感じないか、若しくはうっすらと感じるようになる。従って、人視感効率に対する白色光及び赤色光の面積比を約１０：１にするため、本願発明に係る照明装置１の制御部２２は、赤色用発光ダイオード３から発する放射エネルギーを白色用発光ダイオード２から発する放射エネルギーの１／２以下（より好ましくは約１／２）に制御するものである。

以上の説明のように、本実施の形態１に係る照明装置１は、制御部２２において白色用発光ダイオード２からの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオード３からの光の放射エネルギーは１／２以下に制御して植物４に光を照射する。このため、照明装置１では、人が赤みを感じることなく、且つ光合成や花芽形成に有効な赤色の光成分が十分多く残っているため、白色光の単独の状態よりは遥かに植物育成に有効な光照射が行える。

（実施の形態２）
以下、本発明に係る照明装置の実施の形態２について図７乃至図９を参照して説明する。本実施の形態２に係る照明装置７は、図７及び図８に示すように、上述した実施の形態１に係る照明装置１の構成に加えてさらに人検知センサ８を備えている。人検知センサ８には、人から発せられる赤外放射を受光部で感知して、電気信号を出力する赤外線センサやカメラからの入力画像を処理して人間を検出する画像センサ等が用いられる。

制御部２２は、図８に示すように、人検知センサ８から信号入力のない場合若しくは所定の電気信号が入力された場合、人が検知されてないと判断して、赤色用発光ダイオード３の放射エネルギーの出力を白色用発光ダイオード２の放射エネルギーの１／２以上とするよう制御する。

一方、制御部２２は、人検知センサ８から所定の電気信号が入力される場合、人が検知されていると判断して、赤色用発光ダイオード３の放射エネルギーの出力を白色用発光ダイオード２の放射エネルギーの１／２以下とするよう制御する。

そして、本実施の形態２に係る照明装置７の動作手順を説明すると、図９に示すように、最初に、人検知センサ８は、検知エリアに人が検知されるか否かを判定する（Ｓ１）。次に、人検知センサ８において人が検知されないときには（Ｓ１でＮｏ）、制御部２２は、白色用発光ダイオード２からの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオード３からの光の放射エネルギーは１／２以上とする（Ｓ２）。

一方、人検知センサ８において人が検知されるときには（Ｓ１でＹｅｓ）、制御部２２は、白色用発光ダイオード２からの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオード３からの光の放射エネルギーを１／２以下（より好ましくは約１／２）とする（Ｓ３）。

従って、本実施の形態２に係る照明装置７では、人検知センサ８で人を検知しない場合は、出来るだけ多くの赤色光を積極的に植物に照射できるため、植物育成の観点からは適している。一方、人検知センサ８で人が検知される場合には、白色用発光ダイオードからの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオードからの光の放射エネルギーは１／２以下、若しくは白色用発光ダイオードのみを用いるので、植物の色目を損傷することがない。

また、人検知センサ８により、照明装置７の近傍に居る人の存否を確認し、人が近傍に居る間と居ない間で異なる照射の制御を自動で行うため、使用者がわざわざスイッチ等を操作する手間を省くことができる。

（実施の形態３）
以下、本発明の照明装置の実施の形態３について図１０及び図１１を参照して説明する。本実施の形態３に係る照明装置９は、図１０に示すように、実施の形態１に係る照明装置１の構成に加えてさらにタイマ１０を備えている。

タイマ１０は、基本的に時計機能を有し、決まった時刻や経過時間に応じて、ＯＮ信号やＯＦＦ信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、タイマ１０からの信号入力に応じて、白色用発光ダイオード２又は赤色用発光ダイオード３への電流出力を制御する。なお、タイマ１０は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等の伝送線を介して制御部２２に時刻情報を送信する。

そして、本実施の形態３に係る照明装置９の動作手順を説明すると、図１１に示すように、最初に、タイマ１０において予め定められた夜間時間帯か否かの判定が行われる（Ｓ１１）。ここで、夜間時間帯はユーザが設定でき、例えば深夜１２時から翌朝７時である。次に、タイマ１０において夜間時間帯に該当する場合には（Ｓ１１でＹｅｓ）、タイマ１０からの入力信号を受けて、制御部２２は、白色用発光ダイオード２からの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオード３からの光の放射エネルギーを１／２以上とする（Ｓ１２）。

一方、タイマ１０において夜間時間帯でないとされる場合には（Ｓ１１でＮｏ）、制御部２２は、白色用発光ダイオード２からの光の放射エネルギーに対し、赤色用発光ダイオード３からの光の放射エネルギーを１／２以下（より好ましくは約１／２）とする（Ｓ１３）。

このように、本実施の形態３に係る照明装置９は、人が観賞することの無い夜間時間帯に効率良く赤色光照射をするため、人の観賞時に植物の見た目の色を悪くすることなく、且つ安定的に植物育成や観賞期間の延長効果をもたらすことが可能となる。また、照明装置９では、上述した実施の形態２に係る照明装置７が備える人検知センサ８を用いるよりも回路構成に単純化でき、安定的に効率のよい赤色光を決まった時間に照射できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の照明装置１の特徴的な構成手段をステップとする植物育成方法としたり、それらのステップを全て含むプログラムとして実現することもできる。また、本発明に係る照明装置１は、単に植物の育成目的ではなく、植物の観賞期間を延長する目的にも用いることができる。

１，７，９照明装置
２白色用発光ダイオード
３赤色用発光ダイオード
４植物
５照射部
８人検知センサ
１０タイマ
２１ＡＣ／ＤＣ変換部
２２制御部

Claims

植物の育成を促進するため植物に対して光を照射する照射手段と、当該照射手段が発する光の照射エネルギーを制御する制御手段とを備える植物育成用照明装置において、
前記照射手段は、白色光を発光する白色用発光ダイオードと、赤色光を発光する赤色用発光ダイオードとを有し、
前記制御手段は、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以下となるよう制御することを特徴とする植物育成用照明装置。
人検知センサをさらに備え、
前記制御手段は、前記人感知センサにおいて人が検知されないときには、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以上となるよう制御することを特徴とする請求項１記載の植物育成用照明装置。
タイマをさらに備え、
前記制御手段は、前記タイマにおいて測定される予め定められた時間帯に、前記赤色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーが、前記白色用発光ダイオードから発する光の放射エネルギーの１／２以上となるよう制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の植物育成用照明装置。