JP6777327B2 - 光子変調管理システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は、参照により全文が本願に援用される２０１３年３月５日に出願された米国仮出願第６１／７７２，８５６号の優先権と２０１４年１月２１日に出願された米国仮出願第６１／９２９，８７２号の優先権を主張する。

温室や組織培養研究所等の建物では、生物の成長を促進するため、例えば植物の成長を促進するため、人工光がしばしば使われる。建物や垂直農場の中で生物を成長させるには電気照明を使って成長に必要な光を供給する必要がある。これらの照明は多くの場合電気式であり、光合成等の生物学的過程に使われる光子を発する。種々光源または光子源の例は、メタルハライド灯、蛍光灯、高圧ナトリウム灯、白熱灯、及びＬＥＤ（発光ダイオード）を含み、ただしこれらに限定されない。

前述した従来技術とその限界の例は排他でなく例示を目的としており、ここで説明する発明の限界を示唆するものではない。明細書を読み図面を検討した当業者には、従来技術のその他の限界が明らかになるであろう。

例示的且つ例証的であり範囲を限定しないシステム、ツール、及び方法と併せて実施形態とその態様を説明し、例証する。

本発明の一実施形態は、生物の成長、破壊、または修復を促進するシステムを備え、該システムは光子放出変調制御器と通信する少なくとも１つの光子放出器を備え、前記少なくとも１つの光子放出器は少なくとも１つの第１の光子パルスを放出するよう構成され、前記少なくとも１つの第１の光子パルスは期間、強度、波長帯域、及びデューティサイクルを有し、前記少なくとも１つの光子放出器は少なくとも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つのさらなる光子パルスは期間、強度、波長帯域、及びデューティサイクルを有し、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記期間、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つの第１の光子パルスの前記期間、強度、波長帯域、及びデューティサイクルと異なり、前記光子放出変調制御器は前記光子放出器からの光子の放出を制御し、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は前記生物で所望の応答を誘発する。

本発明の別の実施形態は、生物で所望の応答を誘発する方法を備え得、前記方法は、少なくとも１つの光子放出器を設けることと、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器を設けることと、前記少なくとも１つの光子放出変調制御器から前記少なくとも１つの光子放出器へコマンドを伝達することと、期間、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に向けて放出することと、期間、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に向けて放出することとを備え、前記少なくとも１つのさらなる光子パルスの前記期間、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つの第１の光子パルスの前記期間、強度、波長帯域、及びデューティサイクルと異なる。

上述した実施形態に加え、図面を参照し、以降の説明を検討することにより、本発明の範囲内にあるさらなる態様及び実施形態が明らかとなるであろう。上記の概要は例示的実装を列挙するものであり、本発明の範囲を制限する文章ではない。

本書に編入され明細書の一部を成す添付の図面は、いくつかの例示的実施形態及び／または特徴を図解するものであって、唯一の、または排他的な、例示的実施形態及び／または特徴を図解するものではない。ここで開示される実施形態と図は制限ではなく例示とみなすべきものである。

図１は、光子変調生育システムの一例を示す図である。 図２は、それぞれ異なる特定波長帯域光を放出する個別色光子変調生育システムの一例を示す図である。 図３は、例示的ＬＥＤアレイを有する複数の光子放出器と通信する光子放出変調制御器を示す図である。 図４は、マスター／スレーブＬＥＤアレイによる光子放出変調を示す図である。 図５は、一連の光子放出器と通信し、且つ一連の光子放出器を制御する、マスターロジック制御器を示す図である。 図６は、一連の植物センサーと通信する光子放出生育システムを示す図である。 図７は、様々なＳＳＲ（ソリッドステートリレー）またはＦＥＴＳと通信する例示的ＬＥＤアレイを示す図である。 図８は、光子パルス変調サイクルのグラフである。 図９は、それぞれ異なるタイミングにそれぞれ異なる波長帯域を各々有する３つの個別光子パルスから成るサイクルの例示的グラフである。 図１０は、それぞれ異なるタイミングにそれぞれ異なる波長帯域を各々有する３つの個別光子パルスから成るサイクルの例示的グラフである。 図１１は、生物育成のため様々な波長帯域を放出する光子変調方法を示す流れ図である。 図１２は、植物センサーを使用する生物成長、修復、または破壊方法を示す流れ図である。

本開示の実施形態は、生物の成長、破壊、及び／または修復に必要な入力電力を最小限に抑える独特の頻度またはパターンを使用し、生物で所望の応答や光化学活性を促すにあたって十分な強度で個別色スペクトルの電磁波放出パルス（光子）を生成することによって生物で所望の作用を誘発し、その上さらにシステムの電力消費量やその他の変数も監視できる、システム、装置、及び方法を提供する。後ほど詳述するように、生物に対する光子放出のデューティサイクルと波長帯域と頻度を制御することにより、ヒトが生物の発芽、成長、及び繁殖率に働きかけることができるばかりでなく、青、黄、近赤、遠赤、赤外、及び紫外光子変調の循環により、生物の発芽、成長、繁殖率、修復、及び破壊を操作し、向上させることができる。

植物が効率よく成長するには、８〜１６時間の光とその後に続く８〜１６時間の暗闇が必要と長らく考えられてきた。この植物成長の基本的原理が本質的に誤りであるというのが、本開示の重要な実証済みの見解である。植物は明サイクル中に投与される一定量の光子を利用できないため、光子の過剰投与から自身を守るために多大なエネルギーを費やす。

本開示は、光子を利用する植物の能力に時限式照明システムによる植物への光子投与を同期させる。具体的に述べると、複数の光子波長を一定の混合率で混合することにより、生物における吸収作用を最適化でき、且つ操作できる。例えば、過度の熱やスーパーオキシド等の副作用に対抗するため植物が費やすエネルギーは減り、光子パルスのタイミングを電子伝達鎖による電子への光子エネルギー伝達や発色団吸収のタイミングに同期させることにより、植物の成長は最大限に促進される。この植物への光子投与は約数マイクロ秒行われ、その後ほぼ同じ長さの暗サイクルが続く。こうすることで植物はほぼ全てのエネルギーを成長と基本的生命機能に当てることができる。また、遅い「ホルモン様」調節機構と考えられていた特定の発色団が実際に速く応答でき、成長をさらに操作できる。

本開示の実施形態の多くが従来のグローライトシステムより成長が速く、丈夫で、多くの栄養を必要としない植物を作ることは、実験で立証されている。光の「レシピ（色周波数、変調サイクル、デューティサイクル、及び期間の組み合わせ）」は各種の生物に望まれる応答に合わせて最適化できる。

本開示の方法、システム、及び装置のさらなる主要利点は次の通りである。
ａ．発熱が少ない：ＬＥＤライトは本質的に従来のグローライトより発熱が少ない。ＬＥＤライトが投与に使われる場合、ＬＥＤライトのオン時間はオフ時間より短い。これはＬＥＤライトによる公称発熱環境を形成する。これは、システムから熱を逃がすためにエネルギーを使わずに済むという点で有利であるばかりでなく、植物は熱から自身を守るためにエネルギーを使わずに済み、そのエネルギーを成長に当てることができるため、植物にとっても有利である。
ｂ．蒸散が少ない（水消費量が少ない）−植物の蒸散率は温度と光量の増加にともない上昇する。これらの変数が増加すると、水を大気へ放出する開口部（気孔）を制御する植物細胞が開く。光子生育管理システムによって植物の熱ストレスと光ストレスは最小限に抑えられるため、気孔の開放も最小限に抑えられ、植物が蒸散で失う水は少なくなる。

照明は光子変調生育システムの主要部品であるが、単なる植物生育の基本的要素としてではなく植物活動を根本的に操作する手段として利用されるこのシステムは、従来の照明技術や最先端の照明技術と異なる。同様に、ＬＥＤ技術はこの新しいシステムにおける照明の核となるものであるが、これは他の技術と結び付いた独特のＬＥＤ技術応用であり、田畑であれ屋内であれ、商業規模であれ家庭消費者用であれ、野菜、観賞植物、薬剤等の既存商業生産に比べてコスト削減、産出量増大、操作性向上の可能性を劇的に拡大する。これまでに行われた実験から、この照明システムを使って発芽や開花等を含む多くの植物機能を操作できることが判明している。

本開示のシステム、装置、及び方法は単独の色スペクトルや色スペクトル範囲を含むエネルギーを一定の頻度と強度とデューティサイクルで供給する。システムで使われるエネルギーを最小限に抑えながら成長、破壊、及び／または修復を最大限に促進するため、頻度と強度とデューティサイクルは、対象となる生物に求められる最良の成長、破壊、及び／または修復特性に合わせて調整、監視、最適化できる。生物に対する変調光子エネルギーの効率と比率を制御することによって生物の光化学反応の様々な局面が最大限に促進され、最良の成長や望ましい応答（生物の修復、生物の破壊等）が可能となるほか、生物応答の操作も可能となる。

光子は電荷を持たない無質量素粒子である。光子は、分子及び核過程、光の量子、その他電磁放射等、様々なものから放出される。色素と呼ばれる分子は、例えば生命体に見られる発色団は、光子エネルギーを吸収し、電位に変換する。

励起された色素分子は不安定で、３通りの方法のいずれか１つでエネルギーを消散させなければならない。１．熱として消散、２．光として再放出、または３．本開示の焦点にあたる光化学反応への関与により利用。例えば植物で光を利用するには、初めに光を吸収しなければならない。光が吸収されると、吸収された光子のエネルギーが色素分子内の電子へ移される。光子は、そのエネルギー含量が電子のエネルギーをより高い許容エネルギー状態のいずれか１つまで上げるのに必要なエネルギーに一致する場合に限り、吸収できる。一致する場合、電子は非励起状態からより高い単一状態のいずれか１つまで上げられる。例えばクロロフィル色素は様々な電子を有し、それぞれの電子はエネルギーレベルと波長が異なる光子を吸収し得る。また、それぞれの電子は様々な励起状態で存在し得る。

通常の励起分子の寿命は非常に短く（約１ナノ秒）、その環境の中で他の分子との化学的相互作用がなければ、自身から余分なエネルギーを取り除き、基底（非励起）状態に戻らなければならない。この余分なエネルギーの消散は数通りの方法で達成されるが、本開示の主たる機序は三重項状態か準安定状態への変換である。励起電子は受容体分子か光酸化へ移される。このエネルギーはその後、フィトクロム分子の構造変化や光合成の一次光化学作用に使われる。

色素によって吸収される光子エネルギーのほとんどは、光化学過程で利用される状態に達しない。このため、光子投与を植物の吸収能力に同期させ、植物が利用できるものだけを与えることが理にかなっている。生理的過程に使わ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と情報内容を生物で利用できる形に加工する。この利用されるエネルギーは光合成（または二酸化炭素から炭水化物への還元）を推進するために使われる。反応では様々な量とエネルギースペクトル（または波長）が重要な役割を果たす。

植物の成長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（リボフラビノイド等）、フラビノイド、ベタシアニンである。これらの光受容体は電気化学的エネルギーを電子伝達鎖へ送る。クロロフィル、テルペノイド、カロテノイド等の光子を吸収する光受容体は、光子を電位に変換できる発色団と呼ばれる共役分子である。発色団は、ヒトの視覚で色を感じる細胞や黒色細胞腫等、多くの生体機能に存在する。

この現象はヒトの視覚のオプシン発色団に見ることができる。光の光子の吸収によって１１−シスから全トランス構造に至る発色団の光異性化が起こる。光異性化はオプシン蛋白質の構造変化を誘発し、光情報伝達カスケードの起動を引き起こす。その結果、ロドプシンは全トランス発色団を含む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光に対し非感受性に保たれる。この変化の後にいくつかの急速なオプシン構造変化とオプシンに対する発色団の関係変化が続く。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−シスレチナールによる全トランスレチナールの置換によって再生される。この急速な可逆性化学サイクルがヒトにおける色の識別と受容を担当している。植物にも同様の生化学過程がある。フィトクロムとフェオフィチンは、様々な光波長の投与によって急速に調整されてシス構造とトランス構造を切り替えることができるという点において、オプシンによく似た挙動を示す。

昼夜の長さの変化に対する植物の応答は、視覚サイクルのそれによく似た光子吸収分子の変化をともなう。キクやカラチョクはその好例である。これらは秋が近づいて夜が長くなるにつれて開花する。実験的に夜を短くすると、これらの植物は開花しなくなる。これらの植物を近赤色光（６６０ｎｍ）に晒すと開花しなくなる。これらの植物を近赤色に晒した後に遠赤色（７３０ｎｍ）に晒すと開花する。小麦や大豆等の商品作物が明暗の長さがそれぞれ異なる特定の緯度に適していることは、あるいは特定の緯度で成長することは、よく知られている。近赤色素（シス）の吸収は、この色素を遠赤色吸収状態（トランス）に変換する。近赤色／遠赤色の化学的反転も種の発芽や成長のサイクルを操作する。植物にあるこれらの光吸収発色団はフィトクロムと名付けられている。フェオフィチン（Ｍｇ^２＋イオンを欠くクロロフィルａ、ｂ、及びｃ）が植物に自然に存在することも知られている。二重結合環を欠くフェオフィチンもシストランス構造変化を呈することができる。これらは成長サイクルと繁殖サイクルを誘発し制御する制御機構である。自然の光源や通常の人工光源に比べて、これらの制御誘因は、光子投与を調整して急速シストランス構造変化を引き起こすことによって変えることができる、及び／または操作できる。

フォトクロム分子はクロロフィル分子内の環に密接に関係した開放原子団から成る。これは特定の光パルスによって励起されたときにシス型からトランスに変化できる２つの側基を有するが、分子の水素原子の位置変化のほうが見込みが高い。閃光による励起後のフィトクロム分子の変化はロドプシンのそれに似ている。ロドプシンの蛋白質であるオプシンの形態に変化があるように、これらの中間段階はフィトクロムと結合した蛋白質の分子形態の変化をともなう。最終形態におけるフィトクロムは、フィトクロムの分子が蛋白質から解離されるのではなく蛋白質に結合された状態に保たれるという点において、ロドプシンと異なる。遠赤色光はこのプロセスを逆転させ、フィトクロムの最終形態を一連の中間分子形態を経て最初の赤色吸収形態に戻す。これらは、変調光パルス放出を制御することで生命体の成長、修復、及び破壊を操作／促進できることを示すほんの数例に過ぎない。

また、生物が様々な量の光に過度に晒されると、光合成の効率が低下し、電子伝達鎖の構成要素を損傷することすらある。例えばクロロフィルは過剰な光の存在下でその励起エネルギーを別の色素分子に速やかに移せなくなることがあるため、分子酸素と反応して反応性に富む有害な遊離基スーパーオキシドを生成する。そして植物は、本来ならば成長のために確保されるエネルギーを、余分なスーパーオキシドを吸収するカロテノイドやスーパーオキシドジスムターゼ等の防護分子を作るために費やさなければならない。生物に対する変調光子エネルギーの効率と比率を制御することにより、光化学反応の様々な局面を最大限に促進でき、その過程で使われる電力量を減らすことができる。

従来の光源や太陽光は生物におけるエネルギー伝達の点で障害をもたらす。例えばクロロフィルの発色団は光子を吸収し、電子伝達鎖と酸化還元反応によりエネルギーを糖に変換する。全５００のクロロフィル分子で、このエネルギーのため平均１つのシンクがクロロフィルの各ラメラ構造にある。これはエネルギー伝達の点で生物に障害が発生する一例である。植物により多くの光を与えても植物が余分な光を処理できるとは限らない。ごく簡単に説明すると、フィトクロム分子は種々生物の発芽、成長、及び繁殖率への非常にゆっくりとした（よりホルモンベースの）作用に関与しているばかりでなく、ラメラ内で非常に速い膜及びエネルギーシンク反応を遂行し、調整すると考えられている。したがって、自然のタイミングを制御、変更し、フォトクロミック応答に光子パルスを同期させることで、様々な生物の発芽、成長、及び繁殖率が達成されると想定できる。

本開示はまた、生物の成長、破壊、または修復過程に使われる電力量を監視し、且つ削減する方法及びシステムを提供する。供給されるエネルギーの量は、時間の経過にともなう電力のグラフで総面積を計算することによって決めることができる。本開示はさらに、生物の成長、破壊、または修復に使われる電力量の監視、報告、及び制御を可能にし、エンドユーザーやエネルギー供給業者がエネルギー使用の傾向を把握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、デジタル出力信号またはソリッドステートリレーを含み、ただしこれらに限定されない、光子放出変調制御器と通信する、発光ダイオード等の少なくとも１つの光子放出器を備える。光子放出器は光子パルスを放つよう変調され、それぞれのパルスは、少なくとも１つの色スペクトルまたは波長を有し、あるいは複数の色スペクトルまたは波長帯域を有する。それぞれの光子パルスは一定の期間にわたって、例えば２ミリ秒にわたって、生物に差し向けられ、光子パルスの合間には一定の遅延期間が、例えば２００ミリ秒〜２４時間が、設けられる。

本書で使われる「生物」は、生命の特性を呈するある程度安定した統一体として機能する分子の集合を含む。後ほど説明するように、生物は、単細胞及び多細胞生命体、ウイルス、動物（脊椎動物、（鳥類、哺乳類、爬虫類、魚類を含み、ただしこれらに限定されない）、軟体動物（二枚貝、カキ、タコ、イカ、カタツムリ）、節足動物（ヤスデ、ムカデ、昆虫、クモ、サソリ、カニ、ロブスター、エビ）、環形動物（ミミズ、ヒル）、海綿動物、クラゲ、微生物、藻類、バクテリア、菌類、裸子植物、被子植物、シダ植物、シアノバクテリア、または真核緑藻類を含み得、ただしこれらに限定されない。

本書で使われる「デューティサイクル」とは、装置がオン／オフサイクルを一通り通過するのにかかる時間の長さである。デューティサイクルは、或る実体が稼動状態に費やす時間の割合を合計時間の分数で表したものである。デューティサイクルという用語はスイッチング電源等の電気装置の関係で使われることが多々ある。電気装置における６０％デューティサイクルは、電力が時間の６０％オンで時間の４０％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は０％から９３％に及び得る。遠赤色光はこのプロセスを逆転させ、フィトクロムの最終形態を一連の中間分子形態を経て最初の赤色吸収形態に戻す。一説によると、これは細胞核で遺伝物質を操作することによって酵素の生成を調整する。別の説によると、分子の脂溶性により、分子は細胞内の膜に、例えば細胞壁や核の膜に、付着する。核への付着は膜の浸透性に影響を及ぼし、ひいては細胞の働きに影響を及ぼす。自然界で植物等の生物が可視スペクトル内の青／近赤及び遠赤波長に連続的に晒されると、遠赤色吸収形態のフィトクロム分子の活動が妨げられると考えられている。遠赤色光による励起により、細胞膜から遠赤色吸収分子が連続的に移動することがある。この種の連続励起は、例えば長い光期間中にモミの木（Ａｂｉｅｓ ｓｐ．）の生長に著しい影響を及ぼす。闇に１２時間、光に１２時間晒されるモミの木は休眠状態に保たれる。ただし日中の長さが増すとモミの木は継続的に成長する。これが本質的に正しければ、植物に対する色スペクトル投与を操作することで、自然の太陽光で成長する植物の自然なサイクルを妨げたり、操作したり、変えたりすることが可能である。例えば、植物に遠赤色光を投与した後に自然界より短い期間にわたって植物に近赤色光を投与すれば、より多くの近赤色光を受け付ける形に遠赤色吸収分子の移動を調整し、一部の植物の休眠サイクルに働きかけることができる。

本書で使われる「頻度」は単位時間当たりに反復する事象の回数であり、本開示のシステムではどのような頻度でも使用できる。頻度は時間周波数を指す場合もある。反復期間は反復する事象の１サイクルの長さであり、したがって期間は頻度の逆数である。

図１は光子変調生育システム１００の一例を示すブロック図である。藻類培養、組織培養、発芽及び栽培室、温室、水生生物、かかる施設等における補助的照明、または組織生産を含みた、ただしこれらに限定されない幅広い生育用途で生物に対する光子放出を変調するため、光子放出変調制御器１０４と通信する光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６が一定の期間にわたって図１に図示されている。１つ以上の頻度の光子パルスと、その後に１つ以上の別の頻度のパルスを、パルスの合間に遅延をはさみながら、一定の期間にわたって提供する、生物に対する変調光子投与により、光合成生物の気孔、クロロフィル色素、その他成長調整要素等、生物の生体要素に対する最大限の刺激と応答が可能となる。さらに、光子の変調は気孔や色素の過飽和をなくして光合成中の光子吸収の最適化を可能にする。後ほど説明するように、本開示のシステムによる総消費電力は６０ワットグローライト等の従来の生育システムと比べて９９％以上削減されるため、光子パルスの変調は現在の生育システムのエネルギー及び熱効率を向上させ、生物の成長に要する電力とコストを削減する。本開示のシステムによる省エネの可能性の一例において、システムは４９．２ワットの光子を２００マイクロ秒毎に２マイクロ秒間放出し、電力計にして０．４９ｗａｔｔ−ｈｒｓ／ｈｒの実効消費電力を、あるいは６０ワット標準白熱電球の電力の０．８２％を、達成する。また、光子放出器は連続的には光子を放出しないため、光子放出器から発生する熱の量は大幅に減り、照明によって増加する熱を打ち消すため施設を冷房するコストは大幅に削減される。特定の生物で、例えば特定の植物種で、最良の成長や破壊を促進するため、本開示のシステムでは、光子強度、パルスオン期間、パルスオフ（デューティサイクル）、白、近赤、黄、青、橙、遠赤、赤外、及び紫外を含み、ただしこれらに限定されないパルスの光スペクトルを、生物毎に異なる所要条件に応じて調整できる。

図１に見られるように、マスターロジック制御器（ＭＬＣ）１０２は、例えばデジタル出力制御方式のソリッドステート回路や中央演算処理装置（ＣＰＵ）等であり、通信信号１３４を用いて光子放出変調制御器１０４と通信する。ＭＬＣ １０２は、適切な命令やパラメータの入出力を、あるいは光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６からの光子を変調するための特殊機能を、本開示のシステムに提供する。

さらなる実施形態では、ホスト等の外部装置へＭＬＣ １０２を有線または無線接続でき、ホストからＭＬＣ １０２への外部アクセスが可能となる。この場合、ユーザーは遠隔アクセスによりＭＬＣ １０２の入出力を監視し、システムへ命令や制御を与えることができるほか、ＭＬＣ １０２の遠隔プログラミング及び監視も可能となる。

さらなる実施形態において、ＭＬＣ １０２には電力測定または電力消費量センサーを集積回路の形で組み込むことができ、本開示のシステムの電圧や電流引き込みに基づいてシステムの電力消費量を測定し、報告することが可能となる。その後、システムの電力消費量はＭＬＣから無線か有線でホストへ伝達できる。電力消費量を含むデータは、外部の受信器にも、例えばシステムへ接続されていないデータベースにも、送信できる。

光子放出変調制御器１０４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、及び頻度を含み、ただしこれらに限定されないコマンド及び命令を、ＭＬＣ １０２から受信する。光子放出変調制御器１０４は、量子を変調し、且つ光子放出器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、及び頻度に関する制御及びコマンドを提供する、何らかの装置であってよい。Ｍａｇｎａｃｒａｆｔ Ｉｎｃ．のＭａｇｎａｃｒａｆｔ ７０Ｓ２ ３Ｖソリッドステートリレー等のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、白熱（タングステンハロゲン及びキセノン）、蛍光（ＣＦＬ）、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）、太陽光、発光ダイオード、オプティカルチョッパー、及び光子パルスの変調を誘発する装置を含み、ただしこれらに限定されない様々な装置を、光子放出変調制御器１０４として使用できる。本発明の原理を理解した当業者によって理解されるように、光源または光子源のオン／オフを循環し、且つ異なる時、期間、及び強度で近赤、青、遠赤等の１つ以上の色またはスペクトルの光を循環し、或る１つのスペクトルから成る複数パルスの後に別のスペクトルを放出する別の方法を備える、他種光子放出変調制御器を有するシステムにも、この説明が当てはまることを理解されたい。

図１に見られるように、光子放出変調制御器１０４はＭＬＣ １０２からの命令に応じて光子放出器１０６または１１２へ光子放出制御信号１３６を送信する。光子放出器１０６または１１２へ送信される光子放出制御信号１３６がオンになると、光子放出器１０６または１１２は少なくとも１つの光子パルス１１８を放出し、放出された光子パルス１１８は生物１２２へ送られる。それぞれの光子パルスは、光の１つの色部分から成り、あるいは光の複数の色スペクトルから成る。ＭＬＣ １０２からの命令に基づき、光子放出器１０８、１１０、１１２、１１４または１１６へ送信される光子放出器制御信号１３６がオフになると、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へ光子は送られない。図１に見られるように、光子１１８の放出と植物１２２の成長が図１の左側から一定の期間１２０にわたって図示されている。図１の例では、光子放出器１０６から光子パルス１１８が二（２）ミリ秒間放出され、二百（２００）ミリ秒の遅延期間をはさみ、その後同じ光子放出器１１２から第２の光子パルス１１８が２ミリ秒間放出される（図１が時間の経過に沿って放出される光子パルスの説明的な例であることに注意されたい。図１は一定の縮尺で描かれておらず、図１におけるパルス間の生物の成長量は必ずしも正確ではない）。

当業者によって理解されるように、さらなる実施形態においては、図１のシステムを個々の光子放出器に完全に収容でき、この場合はそれぞれの光子放出器が自立型となり、外部制御またはロジック装置は不要となる。例示的自立型光子放出器は、照明ソケットへ接続され得る装置の形をとり得、あるいは１つ以上の生物の上に吊り下げられ電源へ接続され得る照明設備の形をとり得る。

図１に見られるシステムは、図４で説明するマスター／スレーブシステムの形をもとり得、例えばマスター光子放出器は、マスター光子放出器からの光子放出ばかりでなく、マスター光子放出器と通信する別の光子放出器からの光子放出に必要なあらゆるロジック及び制御機構を内蔵する。

本開示には様々な電源を使用でき、その多くは当業者にとって明白であろう。これらの電源は、バッテリー、回線電力、太陽光発電電力、及び／または風力発電電力の変換器を含み得、ただしこれらに限定されない。当業者によって理解されるように、光子パルスの強度は明確なオン／オフサイクルで固定され得、あるいは強度は光子パルスの量子の５％以上の変化であり得る。光子放出器からの光子パルスの強度は、電源から光源へ送られる電圧及び／または電流の変化で制御できる。光子放出器制御装置と光子放出器を含む、本開示のシステムに必要となる支援回路も当業者によって理解されるであろう。また、必要な部品と支援回路の構成、設置、操作が当技術で周知であることも理解されるであろう。ここで開示する操作を遂行するためプログラムコードが使われる場合、このプログラムコードは、本開示のシステムに使われる特定のプロセッサやプログラミング言語しだいで決まる。本開示からのプログラムコードの生成が当業者の技能の範囲内であることは理解されよう。

図２は光子変調生育システム２００の一例を示す第２のブロック図である。図１と同様、生物に対し、０．１ｎｍ〜１ｃｍ波長の白、近赤、青、黄、橙、遠赤、赤外、及び紫外色スペクトルを含み、ただしこれらに限定されない個別の色スペクトルから成る個別の光子パルスを変調するため、光子放出変調制御器１０４と通信する光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６が一定の期間にわたって図２に図示されている。当業者によって理解されるように、本開示は、０．１ｎｍ〜１．０ｃｍの特定の単独波長の色スペクトルを含み得、あるいは本書で「波長帯域」と呼ばれる幅が０．１〜２０ｎｍの波長範囲または帯域を含み得る。

特定の色スペクトルパルスをパルスの合間に遅延をはさみながら一定の期間にわたって提供する、生物に対する個別色スペクトル光子変調により、光合成生物の気孔、発色団、クロロフィル色素、屈光性、その他成長調整要素等、生物の生体要素に対する最大限の刺激と応答が可能となる。個別の色スペクトル、特定の色波長、または一定範囲の色波長を放出して生物の生体要素や応答を操作する例は、下記を含み得、ただし下記に限定されない。
ａ．特定の遠赤色波長（例えば７３０ｎｍ、例示的波長範囲は７１０〜８５０ｎｍを含み得る）のパルスを一定の期間にわたり投与し、その後青色光（例示的範囲は４５０〜４９５ｎｍを含み得る）と近赤色光（例えば６６０ｎｍ、例示的範囲は６２０〜７１０ｎｍを含み得る）のパルスを投与することにより、一部の高等植物で種子発芽を操作する。
ｂ．近赤色波長のパルスと青色波長及び遠赤色波長のパルスから成るサイクルで高等植物の成長を増進する。
ｃ．植物を短い青色光パルスに晒し、その後長い近赤色光パルスに晒して高等植物の種子を生産する。
ｄ．花の生産。種々高等植物を近赤色光と青色光のパルスに晒した後に、遠赤色光（７３０ｎｍ）のパルスに晒して開花が起こる場合。
ｅ．バクテリアやウイルス等の生物の破壊。２４３ｎｍ等の紫外線波長パルスに生物を晒す。紫外線のスペクトルは当業者によって理解されるであろう。例示的範囲は２００〜２７５ｎｍを含み得る。

特定の色スペクトルのパルスをパルスの合間に遅延をはさみながら一定の期間にわたり提供し、生物に対する光子の個別色スペクトル、特定の波長、及び一定範囲の波長を変調することにより、非光合成成長または応答を、例えば菌類等の生物の屈光性を、操作することも可能である。一例は１つのライトか多数のライトの組み合わせを使用し、ライトのオン／オフサイクルを循環して生物の伸長や成長を操作することを含み得、例えばキノコの柄の伸長成長やキノコの傘の成長を誘発させる。別の例は、植物の片側にある側面光源を反対側の側面光源より頻繁に使用して植物を照らされた側に向けて成長させ、その後反対側の側面光源をオンにして植物をその光に向けて成長させることを含み得る。これを繰り返すことで全体的な成長が高められる。

図１と同様、図２のマスターロジック制御器（ＭＬＣ）１０２は通信信号１３４を用いて光子放出変調制御器１０４と通信する。ＭＬＣ １０２は、適切な命令やパラメータの入出力を、あるいは光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６からの光子の個別色スペクトルを変調するための特殊機能を、本開示のシステムに提供する。

光子放出変調制御器１０４は、それぞれの特定色スペクトル光子パルス２０２及び２０４の、または光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６から出る特定色スペクトルから成る複数パルスの、強度、デューティサイクル、色スペクトル、及び頻度を含み、ただしこれらに限定されないコマンド及び命令を、ＭＬＣ １０２から受信する。光子放出変調制御器１０４は、それぞれの特定色スペクトル光子パルス２０２及び２０４の、または光子放出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、及び１１６から出る複数パルスの、強度、デューティサイクル、色スペクトル、及び頻度に関する制御及びコマンドを提供する。

図２に見られるように、光子放出変調制御器１０４はＭＬＣ １０２からの命令に応じて光子放出器１０６、１０８、１１２、または１１４へ光子放出制御信号１３６を送信する。光子放出器１０６、１０８、１１２、または１１４へ送信される光子放出制御信号１３６がオンになると、光子放出器１０６、１０８、１１２、または１１４は特定の色スペクトルから成る１つ以上の光子パルス２０２または２０４を放出し、放出された光子パルス２０２または２０４は生物１２２へ送られる。ＭＬＣ １０２からの命令に基づき、光子放出器１１０または１１６へ送信される光子放出器制御信号１３６がオフになると、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へ光子は送られない。図２に見られるように、特定の色スペクトルから成る光子２０２（近赤色）及び２０４（遠赤色）の放出と植物１２２の成長が図２の左側から一定の期間１２０にわたって図示されている。図２の例では、光子放出器１０６から近赤色スペクトルから成る１つまたは複数のパルス２０２が二（２）ミリ秒間放出され、その後遠赤色スペクトルから成る１つまたは複数のパルス２０４が二（２）ミリ秒間放出され、二百（２００）ミリ秒の遅延期間をはさみ、同じ光子放出器１１２から第２の１つまたは複数のパルス２０２が２ミリ秒間放出され、その後同じ光子放出器１１４から遠赤色スペクトルから成る第２の１つまたは複数のパルス２０４が２ミリ秒間放出される（図２が時間の経過に沿って放出される光子パルスの説明的な例であることに注意されたい。図２は一定の縮尺で描かれておらず、図２におけるパルス間の生物の成長量は必ずしも正確ではない）。

図１及び２で説明する本開示のシステムは、異なる時、期間、及び強度で近赤、青、遠赤等の１つ以上の光の色またはスペクトルを循環し、或る１つのスペクトルから成る１つまたは複数のパルスの後に別のスペクトルを放出することで、生物による様々な応答を操作できる。個別の色スペクトルを一斉に、または別々に、パルスの合間に遅延をはさみながら一定の期間にわたって放出することで、発芽の促進により種子から収穫／終了までの速度と効率を向上できるほか、或る１つの植物成長段階から次の植物成長段階へ至る経過を操作でき、例えば成長から開花、種子生産へ至る経過を操作できる。ここで説明するシステムは、植物を或る特定の成長段階に維持する能力を提供する。

一例として、特定の色スペクトルから成るパルスを植物に使用することで、複数のグループから成る豆植物の種まきと発芽を同じ日に行い、「最初の開花」まで同等に管理できることが研究で証明されている。この時点で或る１つのグループで手順を変更し、果実生産までのさらなる発育を促進できる。また、別のグループの手順を変更し、完全に開花した状態に「維持」することもできる。数日以内に最初のグループは豆を収穫できる状態になり、別のグループは引き続き開花段階にあった。

光子を供給するため様々な光子放出器を使用できるが、その多くは当技術で周知である。ただし、ここでの説明に適した光子放出器の一例は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、発光ダイオードは、望ましい光子スペクトルを生成するよう設計されたＬＥＤアレイにまとめることができる。この例ではＬＥＤを説明するが、メタルハライド灯、蛍光灯、高圧ナトリウム灯、白熱灯、及びＬＥＤ（発光ダイオード）を含み、ただしこれらに限定されない様々な光源を光子の放出に使用できることは当業者によって理解されるであろう。尚、ここで説明する方法、システム、及び装置にメタルハライド灯、蛍光灯、高圧ナトリウム灯、白熱灯を使用する場合、これらの光子放出器を適切に使用するには、光を変調してから光をフィルタし、どの波長をどれくらいの期間にわたって通すかを操作するべきである。

本開示の実施形態は、特定の色スペクトル及び強度の光子の放出期間を含む、様々な光子放出期間を有するＬＥＤに応用できる。特定の色スペクトルによるパルス状光子放出は、対象となる生物と、生物の年齢と、生物成長の生化学的過程の促進に放出をどのように役立てるかによって、長くすることも短くすることもできる。

レタスの成長やトマトの成長等、特定の生物の成長にとって最適な１つ以上のスペクトルから成る光子パルスを提供するため、ＬＥＤアレイの運用は操作できる。ユーザーは或る種の生物に対し光子パルスの強度、色スペクトル、頻度、及びデューティサイクルを選ぶだけで、植物の光合成過程をはじめとする生物応答を効率よく促進できる。ＬＥＤパッケージはそれぞれの生物に特有の所要条件に合わせて特化できる。パルス状光子放出方式が特化されたパッケージ型ＬＥＤアレイをここで説明する実施形態に使用し、光を制御することにより、対象となる生物でビタミン、塩、酸、抗酸化物質、フラボノイド、カロテノイド、水、葉緑体、及び補助色素と吸収レベルを変えることができる。

図３は、ＬＥＤアレイを有する複数の光子放出器１０６、１０８、１１０、及び１１２の一例３００の図である。図３に見られるように、光子放出変調制御器１０４は複数の光子放出器制御信号１３６を用いて複数の光子放出器１０６、１０８、１１０、及び１１２（図１に図示された光子放出器と同じ）と通信する。さらに図３に見られるように、それぞれの光子放出器１０６、１０８、１１０、及び１１２はＬＥＤアレイ３０２、３０４、３０６、及び３０８を備えている。それぞれのＬＥＤアレイ３０２、３０４、３０６、及び３０８と、ＬＥＤアレイが光子放出変調制御器１０４と通信するための回路は、ＬＥＤアレイ筐体３１０、３１２、３１４、及び３１６に内蔵されている。

図３に見られるように、ＬＥＤアレイは円形だが、当業者によって理解されるように、植物等の生物のニーズと、光子パルスを受け取る植物等の生物の体積と、様々なその他条件に応じて、アレイは様々な形状をとり得る。アレイの形状は、円形、正方形、長方形、三角形、八角形、五角形、及び様々なその他形状を含み得、ただしこれらに限定されない。

光子放出器１０６、１０８、１１０、及び１１２のＬＥＤアレイ筐体３１０、３１２、３１４、及び３１６は、プラスチック、サーモプラスチック、及び他種高分子材料を含み、ただしこれらに限定されない適当な種々材料で作ることができる。複合材料や他の加工材料を使用することもできる。いくつかの実施形態において、筐体はプラスチック射出成形製造工程で作ることができる。いくつかの実施形態において、筐体は透明または半透明であってよく、どんな色であってもよい。

図４は、マスター光子放出器が１つ以上のスレーブ光子放出器と通信し、且つ１つ以上のスレーブ光子放出器を制御する、複数光子放出器の一例４００の図である。図４に見られるように、マスター光子放出器４０２は光子制御信号１３６を用いて一連のスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８と通信する。マスター光子放出器４０２は、ＭＬＣ（図１及び２の１０２）等の制御器と光子放出変調制御器（図１及び２で１０４として図示）とを内蔵しており、光子放出変調制御器は、マスター光子放出器４０２内に収容されたＬＥＤアレイから出る特定色スペクトル光子パルスの強度、デューティサイクル、及び頻度を制御するほか、マスター光子放出器がそれぞれのスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８から出る特定色スペクトル光子パルスの強度、デューティサイクル、及び頻度を制御できるようにする。

一方、それぞれのスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８は、マスター光子放出器４０２からコマンド信号１３６を受信するための回路と、それぞれのスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８に収容されたＬＥＤアレイから特定のスペクトル（近赤、遠赤、青、または黄）から成るパルスを放出するのに必要な回路とを、内蔵している。分かりやすくするため、スレーブ光子放出器はＭＬＣ等の制御器を内蔵しておらず、またスレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８は光子放出変調制御器を内蔵していない。スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８向けのコマンド及び制御は全てマスター光子放出器４０２から届く。このマスター／スレーブシステムは単一の電源及びマイクロコントローラの共有を可能にする。マスターは電源を有し、その電力はスレーブにも送られる。マスター／スレーブシステムを利用し、植物の応答や他生物における光周性や光栄養応答を刺激するパターンで光子を放出することもできる。

マスター光子放出器４０２による各スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８の詳しい制御を可能にするため、マスター光子放出器４０２のＭＬＣに、または各スレーブ光子放出器４０４、４０６、及び４０８に、バスシステムを含めることができる。例えば、マスター光子放出器４０２は特定のスレーブ光子放出器４０４へ信号１３６を送信し、このスレーブ光子放出器４０４に遠赤色パルスを一定の期間にわたって放出することを命令でき、それと同時にマスター光子放出器４０２は、近赤色パルスを一定の期間にわたって放出するコマンド信号１３６を第２のスレーブ光子放出器４０６へ送信できる。本発明の原理を理解した当業者によって理解されるように、この説明的な例ではマスター光子放出器４０２と通信する３つのスレーブ光子放出器４０4、４０6、及び４０8から成る配列または連鎖を説明しているが、マスター光子放出器と通信し且つマスター光子放出器によって制御されるいくつものスレーブ光子放出器を含むシステムにも、この説明が当てはまることを理解されたい。

さらなる実施形態では、ホストからマスター光子放出器４０２への外部アクセスを可能にするため、マスター光子放出器４０２を有線または無線接続できる。これにより、遠隔アクセスでマスター光子放出器４０２の入出力を監視することが可能となるばかりでなく、マスター光子放出器の遠隔プログラミングも可能となる。

図５は、１つ以上の光子放出器と通信し、且つ１つ以上の光子放出器を制御する、マスターロジック制御器の一例５００の図である。図５に見られるように、マスターロジック制御器１０２は、光子放出制御信号１３６を用いて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と通信する。この例において、マスターロジック制御器すなわちＭＬＣ １０２（図１、２、及び３で説明）は光子放出変調制御器１０４（図１、２、及び３で説明）をも内蔵しており、光子放出変調制御器１０４は、ＭＬＣ １０２がそれぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６に収容されたＬＥＤアレイから出る特定色スペクトル光子パルスの強度、デューティサイクル、及び頻度を制御できるようにする。

ＭＬＣ １０２は光子放出変調制御器１０４を通じて、それぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６から出る特定色スペクトル光子パルス５０８及び５１０の強度、デューティサイクル、及び頻度を含み、ただしこれらに限定されないコマンド及び命令を、それぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６へ伝達する。ＭＬＣ １０２はまた、システムへの電力供給を管理し、且つそれぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６への送電を制御する。

図５に見られるように、光子放出変調制御器１０４はＭＬＣ １０２からの命令に応じてそれぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６へ光子放出制御信号１３６を送信する。それぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６へ送信される具体的命令に応じ、光子放出器１０６または５０６は生物５１２、５１４、５１６、または５１８へ１つ以上の特定色スペクトル５０８及び５１０を放出できる（例えば、様々な期間５１０にわたり遠赤色及び近赤色パルス５０８を放出、または様々な期間５１０にわたり遠赤色、近赤色、及び青色パルスを放出）。さらに図５に見られるように、ＭＬＣ １０２からの命令に応じ、他の光子放出器５０２または５０４は一定の期間にわたり生物１２２へ光子パルスを放出できない。

それぞれの光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６から出力すなわち放出される光子を制御するＭＬＣ １０２の能力により、本開示のシステムは、生物に特有のニーズや所要条件に合わせて生物への光子放出を調整できる。図２で説明したように、一例では、一部の高等植物で種子の発芽を操作するため、一定期間に及ぶ遠赤色光パルスの後に青色光及び近赤色光パルスに変調する信号を特定の放出器へ送出するようＭＬＣをプログラムでき、あるいはＭＬＣは、特定の植物の成長を増進するため、近赤色光パルスと青色光及び遠赤色パルスを循環するコマンドを特定の光子放出器へ送出できる。別の例において、ＭＬＣは、植物に種をつけさせるため、近赤色光パルスに繰り返し晒した後に青色光パルスを放出する信号を特定の光子放出器へ送出でき、あるいはＭＬＣは、植物を開花させるため、近赤色光パルスに繰り返し晒した後に遠赤色光パルスを放出する信号を特定の光子放出器へ送信できる。

図５に見られる例で、光子放出器１０６、５０２、５０４、及び５０６向けのコマンド及び制御は全てＭＬＣ １０２から届く。ただし当業者によって理解されるように、ＭＬＣ １０２のロジック及びハードウェアと光子放出変調制御器１０４を個々の光子放出器に収容することもでき、この場合はそれぞれの光子放出器が自立型となり、外部制御またはロジック装置は不要となる。

さらなる実施形態では、ＭＬＣ １０２を有線または無線接続でき、ユーザーによるＭＬＣ １０２への外部アクセスが可能となる。こうすることで、ユーザーが遠隔アクセスでＭＬＣ １０２の入出力を監視できるばかりでなく、ＭＬＣの遠隔プログラミングも可能となる。

図６は、さらなる実施形態の一例を提示するものであり、１つ以上のセンサーを用いて生物の環境条件と生物の応答を監視する本開示の光子変調システム６００を示している。図６に見られるように、植物６１８、６２０、６２２、及び６２４に関わる様々な条件を監視するため、それぞれの植物６１８、６２０、６２２、及び６２４には１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６、及び６０８が対応している。監視し得る植物すなわち生物に関わる条件は、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、植物内の樹液流動を含み、ただしこれらに限定されない。当業者によって理解されるように、センサーは、茎直径センサー、果実直径センサー、葉温センサー、樹液相対速度センサー、赤外線センサー、ガス、光呼吸センサー、呼吸センサー、カメラ、近赤外線センサー、またはｐＨセンサーを含み、ただしこれらに限定されない。

センサー６０２、６０４、６０６、及び６０８は植物すなわち生物６１８、６２０、６２２、及び６２４に関わる１つ以上の条件を監視し、そのデータ６１０、６１２、６１４、または６１６をＭＬＣ １０２へ送信する。１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６、及び６０８からＭＬＣ １０２へ至るデータ伝送は、無線または有線により数通りの方法で達成できる。当業者によって理解されるように、植物６１８、６２０、６２２、及び６２４からＭＬＣ １０２へ至るセンサー由来情報の送達には様々な通信システムを使用できる。

１つ以上のセンサー６０２、６０４、６０６、及び６０８からのデータはＭＬＣ １０２によって解析される。ＭＬＣ １０２は、センサーからの情報に基づき、光子放出変調制御器１０４を通じてそれぞれの光子放出器１０６、６０２、６０４、及び６０６の特定色スペクトル光子パルス６０８及び６１０の強度、デューティサイクル、及び頻度を調整でき、あるいは特定のセンサー６０２、６０４、６０６、及び６０８に対応する個々の植物６１８、６２０、６２２、及び６２４のニーズに基づき、または植物全体のニーズに基づき、一群の光子放出器の強度、デューティサイクル、及び頻度を調整できる。一例は、様々な期間に青色及び近赤色となるようパルス６０８を調整することを、または遠赤色、近赤色、及び青色パルス６１０の期間を調整することを、含み得る。

さらなる実施形態において、本開示のシステムは、ＭＬＣ １０２または独立したロジック制御器と通信し、且つＭＬＣ １０２または独立したロジック制御器によって制御される、水やりシステム、施肥システム、及び／または養液栽培システム（図７に図示せず）をも含み得る。ＭＬＣ １０２は、それぞれの植物すなわち生物に対応するセンサー６０２、６０４、６０６、及び６０８からの情報に基づき、注水システム、栄養システム、栄養源、または養液栽培システムと通信し、植物すなわち生物に対する注水、施肥、または養液供給イベントを開始及び停止できるほか、植物すなわち生物に対する水やり、施肥、または養液供給イベントのタイミングや濃度を調整できる。電力を含むデータは、外部の受信器へ、例えばシステムへ接続されていないデータベースへ、送信できる。

注水システムの例は、ドリップ注水、架空噴霧、またはフォグシステムを含み得る。栄養システムまたは栄養源の例は、栄養注入、栄養フィルム、栄養ドリップ、または養液供給（肥料と注水の組み合わせ）を含み得、栄養源は、生物へ栄養を誘導することによって生物に栄養イベントを提供する。

図７は、一連のソリッドステートリレーすなわちＳＳＲと通信するＬＥＤアレイの一実施形態の一例７００である。図１と同様、図７のＭＬＣ １０２は通信信号１３４を用いて光子放出変調制御器１０４と通信する。この例の光子放出変調制御器１０４は３つのソリッドステートリレーを内蔵している。ＭＬＣ １０２はＳＳＲを制御する信号を出力する。第１のソリッドステートリレー７０２は近赤色ＬＥＤアレイを制御し、第２のソリッドステートリレー７０４は遠赤色ＬＥＤアレイを制御し、第３のソリッドステートリレー７０６は青色ＬＥＤアレイを制御する。それぞれのソリッドステートリレー７０２、７０４、及び７０６は光子放出信号１３６を用いてＬＥＤアレイ７１４、７１６、及び７１８と通信する。図７に見られるように、近赤色ソリッドステートリレー７０２は、近赤色ＬＥＤ ７１４の光子パルスを起動するため、近赤色電圧７０８を有する光子放出信号１３６を近赤色ＬＥＤアレイ７１４へ送信する。その後、近赤色電圧７０８は近赤色ＬＥＤアレイ７１４から一連の抵抗器７２０、７４２、７３８へ、例えば６８オーム抵抗器へ、伝送される。それぞれの抵抗器７２０、７４２、及び７３８はアース７４４へ接続されている。

さらに図７に見られるように、遠赤色ソリッドステートリレー７０４は、遠赤色ＬＥＤの光子パルスを起動するため、遠赤色電圧７１０を有する光子放出信号１３６を赤色ＬＥＤアレイ７１８へ送信する。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へ、例えば３９０オーム抵抗器へ、伝送される。それぞれの抵抗器７２４、７２８、７３２、及び７３４はアース７４４へ接続されている。図８には、青色ＬＥＤの光子パルスを起動するため、青色電圧７１２を有する光子放出信号１３６を青色ＬＥＤアレイ７１６へ送信する青色ソリッドステートリレー７０６も見られる。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へ、例えば１５０オーム抵抗器へ、伝送される。それぞれの抵抗器７２２、７２６、７３０、７３６、及び７４０はアース７４４へ接続されている。

本開示のシステムは、様々な藻類、バクテリア、菌類、裸子植物、被子植物、及びシダ植物、シアノバクテリア、または真核緑藻類を含み得、ただしこれらに限定されない様々な生物に良好に使用できる。この生物のリストは、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 ｓｐ．、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｂｒａｕｎｉｉ、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐｐ．、Ｇｅｌｉｄｉｕｍ ｓｐｐ．、Ｇｒａｃｉｌａｒｉａ ｓｐｐ．、Ｈａｎｔｓｃｉａ ｓｐｐ．、Ｈｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐｐ．、Ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ ｓｐｐ．、Ｌａｍｉｎａｒｉａ ｓｐｐ．、Ｎａｖｉｃｕｌａ ｓｐｐ．、Ｐｌｅｕｒｏｃｈｒｙｓｉｓ ｓｐｐ．及びＳａｒｇａｓｓｕｍ ｓｐｐ、カンキツ類、テーブルグレープ、ワイン用ブドウ、バナナ、パパイヤ、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、アーティチョーク、及びアーモンド、アーティチョーク、アスパラガス、豆、ビート、ブロッコリー、メキャベツ、ハクサイ、ヘッドキャベツ、マスタードキャベツ、カンタロープ、ニンジン、カリフラワー、セロリ、チコリ、コラードグリーン、キュウリ、ダイコン、ナスビ、エンダイブ、ニンニク、ハーブ、ハネデューメロン、ケール、レタス（ヘッド、リーフレタス、ロメイン）、カラシナ、オクラ、タマネギ（ドライ、グリーン）、パセリ、エンドウ（シュガー、スノー、グリーン、ササゲ、クローダー等）、カラシ（ベル、チリ）、ピメント、カボチャ、ラディッシュ、ダイオウ、ホウレンソウ、スクオッシュ、スイートコーン、トマト、カブ、カブラ菜、オランダガラシ、及びスイカ等の野菜、Ａｇｅｒａｔｕｍ、Ａｌｙｓｓｕｍ、Ｂｅｇｏｎｉａ、Ｃｅｌｏｓｉａ、Ｃｏｌｅｕｓ、ダスティーミラー、Ｆｕｃｈｓｉａ、Ｇａｚａｎｉａ、ゼラニウム、ガーベラデイジー、インパチェンス、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、及び百日草を含み、ただし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、ダッフォディル／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、サクラソウ、リーガルペラルゴニウム、バラ、チューリップ、Ｚｙｇｏｃａｃｔｕｓ／Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａを含み、ただし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（ツタ）、Ｍａｒａｎｔａ／Ｃａｌａｔｈｅａ、ヤシ、Ｐｈｉｌｏｄｅｎｄｒｏｎ、Ｓｃｈｅｆｆｌｅｒａ、Ｓｐａｔｈｉｐｈｙｌｌｕｍ、及びＳｙｎｇｏｎｉｕｍを含み、ただし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、ダッフォディル／スイセン、デイジー、ヒエンソウ、フリージア、ガーベラデイジー、ジンジャー、グラジオラス、ゴデチア、カスミソウ、ヘザー、アイリス、レプトスペルマム、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、チューリップを含み、ただしこれらに限定されない切り花、プルモーサス、ツリーファーン、ツゲ、ソニフェラスグリーン、コルディリネ、ユーカリ、ヘデラ／ツタ、ホーリー、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、ピットスポルム、マキを含み、ただしこれらに限定されないカット栽培葉、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、ヤナギを含み、ただしこれらに限定されない落葉性緑陰樹、アメランキエル、カレリーピー、クラブアップル、サルスベリ、ハナミズキ、開花するサクラ、開花するプラム、ゴールデンレイン、サンザシ、モクレン、アメリカハナズオウを含み、ただしこれらに限定されない落葉性開花樹、ツツジ、コトネアステル、ニシキギ、ホーリー、モクレン、ピエリス、イボタノキ、シャクナゲ、及びビバーナムを含み、ただしこれらに限定されない広葉常緑樹、アーボビテ、シーダー、サイプレス、モミ、アメリカツガ、ジュニパー、マツ、トウヒ、イチイを含み、ただし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、バイバーナム、Ｗｅｉｇｅｌａ、被覆植物、ブーゲンビリア、クレマチス及び他のつる植物、及びランドスケープパームを含み、ただしこれらに限定されない落葉性灌木及び他の観賞植物、カンキツ類及び亜熱帯果樹、落葉性果樹及び堅果樹、ブドウの木、イチゴ植物、他の小型果実植物、他の果樹及び堅果樹、カットフレッシュ、イチゴ、野草、商業生産用トランスプラント、及び水生植物を含み、ただしこれらに限定されない果実及び堅果植物、シダを含み、ただしこれらに限定されないシダ植物、及び担子菌、子嚢菌、酵母菌を含み、ただしこれらに限定されない菌類をさらに含み得、ただしこれらに限定されない。本開示のシステムはＣ３及びＣ４光化学系と「ＣＡＭ」植物（ベンケイソウ型有機酸代謝）のための光子パルスを提供する。

図８は、光子パルス期間と光子パルス間の遅延期間の一例を示すグラフ８００である。図１〜７で既に説明したように、図８に見られる本開示の光子パルスの一例では、光子放出器から光子パルスが二（２）ミリ秒間放出され、二百（２００）ミリ秒の遅延期間をはさみ、その後第２の光子パルスが２ミリ秒間放出される。図８に見られるように、第２の２ミリ秒光子パルスの後には、再び二百（２００）ミリ秒の遅延期間をはさみ、第３の光子パルスが放出される。この二（２）ミリ秒光子パルスと２００ミリ秒の光子パルス間遅延から成るサイクルは無限に繰り返すことができ、あるいは光子パルスを受け取り光子パルスのもとで成長する生物が所望のサイズか成熟度に達するまで、または破壊されるまで、または修復されるまで、繰り返すことができる。この説明的な例では光子パルスが２ミリ秒で光子パルス間隔が２００ミリ秒だが、米国の６０Ｈｚとヨーロッパの５０Ｈｚの標準アナログ周波数照明放射規格を除き、一定の期間にわたって別の光子パルス放出を行うシステムにもこの説明が当てはまることを理解されたい。光子パルス期間の例は、０．０１マイクロ秒から５０００ミリ秒までとその間の全整数を含み得、ただしこれらに限定されない。本開示のシステムでは、１マイクロ秒から２４時間（自然の暗サイクルを模擬）までとその間の全整数を含み、ただしこれらに限定されない、別の光子パルス間隔も可能である。長時間暗サイクル等のイベントに対応するため、本開示のシステムは、光子放出に変化をつけたり光子放出遅延に変化をつけるようプログラムできる。

図９は、光子パルス期間と３つの色スペクトルから成る光子パルス間の遅延期間の一例を示すグラフ９００である。このグラフの時間尺度は一定の縮尺で描かれていないが、例１〜７でオプション１０及び１１として提示される、生物の成長または破壊に利用できる色スペクトル、頻度、及びデューティサイクルのバリエーションを示す例示的実施形態として役立つ。図１〜７で既に説明したように、図９には、本開示の様々な色スペクトルから成る光子パルスを循環する別の例が提示されており、ここでは３つの色スペクトルから成る光子パルスが光子放出器から放出されている。グラフに見られるように、まずは遠赤色スペクトルが放出され、その後に遅延をはさみ、近赤色スペクトルと青色スペクトルから成る二重パルスが投与され、その後に遅延が続くことで、第１の光子パルスセットが形成される。次に、近赤色スペクトルと青色スペクトルから成る第２の二重パルスセットが再び放出され、その後に遅延が続く。遅延の後には近赤色スペクトルと青色スペクトルが再び放出され、その後に長い遅延が続く。このサイクルは無限に繰り返すことができ、あるいは光子パルスを受け取り光子パルスのもとで成長する生物が所望のサイズか成熟度に達するまで繰り返すことができ、あるいは新たな成長期や破壊のために変化が望まれる場合は、破壊されるまで、または修復されるまで、繰り返すことができる。この説明的な例では光子パルスセットが１つの色スペクトルと２つの色スペクトルの離隔放出から成るが、米国の６０Ｈｚとヨーロッパの５０Ｈｚの標準アナログ周波数照明放射規格を除き、近赤、遠赤、赤外、青、黄、橙、及び紫外を含み、ただしこれらに限定されない色スペクトルを様々に組み合わせた光子パルスを一定の期間にわたって放出するシステムにもこの説明が当てはまることを理解されたい。単一の色スペクトルから成る、または複数色スペクトルの組み合わせから成る、パルスの光子パルス期間の例は、０．０１マイクロ秒から５０００ミリ秒までとその間の全整数を含み得、ただしこれらに限定されない。本開示のシステムでは、単一の色スペクトルから成る、または複数色スペクトルの組み合わせから成るパルスの、別のパルス間隔も可能であり、これは０．１マイクロ秒から２４時間までとその間の全整数を含み、ただしこれらに限定されない。長時間暗サイクル等のイベントに対応するため、本開示のシステムは、光子放出に変化をつけたり光子放出遅延に変化をつけるようプログラムできる。

図１０は、光子パルス期間と３つの色スペクトルから成る光子パルス間の遅延期間の一例を示すグラフ１０００である。このグラフの時間尺度は一定の縮尺で描かれていながい、生物の成長または破壊に利用できる色スペクトル、頻度、及びデューティサイクルのバリエーションを示す例示的実施形態として役立つ。図１〜７で既に説明したように、図１０には、本開示の様々な色スペクトルから成る光子パルスを循環する別の例が提示されており、ここでは３つの色スペクトルから成る光子パルスが光子放出器から放出されている。グラフに見られるように、遠赤色スペクトルは青色スペクトルパルスと同時に放出される。遠赤色スペクトルが放出される時間は青色スペクトルの２倍である。その後に短い遅延をはさんで近赤色スペクトルのパルスが投与され、その後に遅延が続くことで、第１の光子パルスセットが形成される。次に、遠赤色スペクトル、近赤色スペクトル、青色スペクトルの順から成る第２のパルスセットが再び立て続けに放出され、その後に遅延が続く。遅延の後には、近赤色スペクトルと青色スペクトルが再び放出され、その後に長い遅延が続く。このサイクルは無限に繰り返すことができ、あるいは光子パルスを受け取り光子パルスのもとで成長する生物が所望のサイズか成熟度に達するまで繰り返すことができ、あるいは新たな成長期や破壊のために変化が望まれる場合は、破壊されるまで、または修復されるまで、繰り返すことができる。上述したように、この例は様々な植物で種子の発芽率を高めるのに役立てることもできる。この説明的な例では光子パルスセットが１つの色スペクトルと２つの色スペクトルの離隔放出から成るが、米国の６０Ｈｚとヨーロッパの５０Ｈｚの標準アナログ周波数照明放射規格を除き、近赤、遠赤、赤外、青、黄、橙、及び紫外を含み、ただしこれらに限定されない色スペクトルパルスを様々に組み合わせた光子パルスを一定の期間にわたって放出するシステムにもこの説明が当てはまることを理解されたい。単一の色スペクトルから成る、または複数色スペクトルの組み合わせから成る、パルスの光子パルス期間の例は、０．０１マイクロ秒から５０００ミリ秒までとその間の全整数を含み得、ただしこれらに限定されない。本開示のシステムでは、単一の色スペクトルから成る、または複数色スペクトルの組み合わせから成るパルスの、別のパルス間隔も可能であり、これは０．１マイクロ秒から２４時間までとその間の全整数を含み、ただしこれらに限定されない。長時間暗サイクル等のイベントに対応するため、本開示のシステムは、光子放出に変化をつけたり光子放出遅延に変化をつけるようプログラムできる。

図１１は、生物育成のため放出される個別色スペクトルを変調する方法１１００を示す流れ図である。図１１に見られるように、ステップ１１０２では、マスターロジック制御器が、放出すべきそれぞれの個別色スペクトルと、それぞれの色スペクトルから成るそれぞれのパルスの期間と、放出すべき色の組み合わせと、それぞれの色スペクトルパルス間の遅延期間とに関する命令を受信する。スターロジック制御器へ送信される命令と情報は、放出すべき各色の光子パルス期間、光子パルス遅延、強度、頻度、デューティサイクル、生物の種類、生物の成熟状態、ならびに芽及び花形成、種子形成、変異、菌類子実体、及び菌糸形成等の誘発させるべき成長、破壊、または修復の種類に関係し得る。ステップ１１０４では、マスターロジック制御器が、放出すべきそれぞれの色スペクトルと、それぞれの色スペクトルから成るそれぞれのパルスの期間と、放出すべき色の組み合わせと、種々色スペクトル間の遅延とに関する命令を、光子放出変調制御器へ送信する。ステップ１１０６では、光子放出変調制御器が、生物に向けて１つ以上の個別色スペクトルを放出できる１つ以上の光子放出器へ、例えば近赤色ＬＥＤ、遠赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び黄色ＬＥＤへ、少なくとも１つの信号を送信する。ステップ１１０８では、１つ以上の光子放出器が個別の色スペクトルから成る１つ以上の光子パルスを生物に向けて放出する。

図１２は、本開示のさらなる実施形態１２００を提示するものであり、植物センサーからの情報に基づく生物の成長、修復、または破壊の流れ図を示している。ステップ１２０２では、植物センサーが生物の生育環境に関わる１つ以上の条件を監視する。監視される条件は、植物すなわち生物に関わる気温または土壌温度、土壌水分、湿度、土壌ｐＨ、果実の直径、茎の直径、葉のサイズ、葉の形、または葉の温度を含み、ただしこれらに限定されない。ステップ１２０４では、植物センサーが生物の生育状態に関するデータをＭＬＣへ送信する。その後ＭＬＣは植物センサーから送信されたデータを解析する。解析はシステムから離れたサードパーティソフトウェアプログラムによって行われる場合もある。ステップ１２０６では、ＭＬＣが植物センサーからの情報に基づき、注水イベントのタイミング及び／または期間に関する命令を、注水システムへ、例えばドリップまたはフォグシステムへ、送信する。ステップ１２０８では、注水システムが、植物センサーからのデータの解析に基づき、１つ以上の生物に対し注水イベントを開始する。当業者によって理解されるように、注水イベントの調整は小規模であってよく、例えば或る１つの特定生物に対する注水の調整であってよく、あるいは調整は大規模であってよく、例えば栽培室または栽培作業全体に対する注水の調整であってよい。ステップ１２１０では、ＭＬＣが植物センサーからの情報に基づき、栄養イベントのときに生物へ分配される栄養のタイミング及び／または濃度に関する命令を、栄養システムまたは栄養源へ、例えばドリップ、栄養フィルム、または栄養注入システムへ、送信する。ステップ１２１２では、栄養システムが栄養イベントを開始する。栄養は植物センサーからのデータの解析に基づいて生物へ誘導される。当業者によって理解されるように、栄養イベントの調整は小規模であってよく、例えば或る１つの特定生物に対する栄養の調整であってよく、あるいは調整は大規模であってよく、例えば栽培室または栽培作業全体に対する栄養の調整であってよい。ステップ１２１４では、ＭＬＣが、植物センサーからのデータの解析に基づき、特定の生物に対する、または複数生物から成る集団に対する、種々色スペクトルから成る各光子パルスの期間、強度、色スペクトル、及び／またはデューティサイクルを調整する命令を、光子放出変調制御器へ送信する。ステップ１２１６では、光子放出変調制御器が、特定の生物に対する、または複数生物から成る集団に対する、種々色スペクトルから成る各光子パルスの期間、強度、色スペクトル、及び／またはデューティサイクルを調整する信号を、１つ以上の光子放出器へ送信する。ステップ１２１８では、１つ以上の光子放出器が、光子放出変調制御器から受信した信号に基づき、１つの生物に向けて、または複数生物から成る集団に向けて、個別色スペクトルから成る１つ以上の光子パルスを放出する。

以降の実施例は様々な応用を詳しく説明するためのものであり、添付の請求項に記載された限界を越えて本発明を限定するものではない。
実施例１

表１は２組の植物の成長率を時間の経過に沿って示すものである（豆、Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）。１組の植物は本発明の生育システムのもとで生育され、１組の植物は従来の植物用グローライトシステム（６０ワット白熱グローライト）のもとで生育された。植物の成長は各植物の高さをミリメートル単位で測定することによって測定した。植物は自動化されたシステムのもとで生育され、本発明の光子変調システムでは、２ミリ秒の近赤色、青色、及び黄色光子パルスと２００ミリ秒のパルス間遅延期間で植物の生育が行われた。その後、１００ミリ秒ずらして２ミリ秒の遠赤色光子パルスと２００ミリ秒のパルス間遅延期間を続けた。このサイクルを２４時間／日無期限に繰り返した。この光子パルス率と光子パルス遅延により、エネルギー使用量は従来のグローライトで使用されるエネルギーの１％未満になると推定される。従来のグローライトのもとで生育された植物は従来のグローライトの光に毎日１２時間晒された。植物は底部に排水のための小さな穴がある九（９）オンスのプラスチックカップで生育された。種は混合土（ＭｉｒａｃｌｅＧｒｏ Ｍｏｉｓｔｕｒｅコントロールポッティングミックス）に植えた。

手動水やりシステムが植物に十分な水分を供給した。植物の容器は蓋が付いた黒い箱の中に入れた。蓋を外さない限り、光は蓋で遮られるようになっていた。ＬＥＤアレイを備える光子放出器と６０ワットグローライトをそれぞれの黒箱の上部に取り付けた。ＬＥＤは、赤色ＬＥＤ（６４０ｎｍ及び７００ｎｍ）のアレイと、円い黄色ＬＥＤ（５９０ｎｍ）のアレイと、丸い青色ＬＥＤ（４５０ｎｍ）のアレイで構成されていた。光子放出器とソリッドステートリレーの通信を可能にするため、Ｍａｇｎａｃｒａｆｔ ７０Ｓ２ ３Ｖソリッドステートリレーに光子放出器を配線した。ソリッドステートリレーと通信する中央演算処理装置によってソリッドステートリレーへ入出力命令を与えた。中央演算処理装置は、光子放出器に対する信号を変調して２００ミリ秒毎に２ミリ秒の光子パルスを生成することをソリッドステートリレーに命じるようプログラムした。

表１に見られるように、列１には使用した生育システムの種類が記載されている。列２には植物の種類と各植物の植物番号が記載されている。列３〜８には最初の種まきからの植物測定日が記載されている。表１に見られるように、光子変調生育システムを使用した場合、豆１、豆２、及び豆３は種まきから８日以内に７７ｍｍ〜１３６ｍｍの高さまで成長した。豆１、豆２、及び豆３は光子変調生育システムのもとで１４日目までに２００ｍｍ〜２２０の高さまで成長した。これと比べて、従来の６０ワットグローライトのもとでは８日目までに豆１及び豆２が１５５ｍｍ〜１８５ｍｍ成長し、１４日目までには豆１、豆２、及び豆３が１６０ｍｍ〜２２０ｍｍ成長した。このデータから、光子変調生育システムが従来の生育システムの１％未満のエネルギー使用量で、豆植物を従来の生育システムと同等に、あるいは従来の生育システムより良好に、生育できることが分かる。

実施例２

表２は２組の植物の葉の寸法を時間の経過に沿って示すものである（豆、Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）。１組の植物は本発明の光子変調生育システムのもとで生育され、１組の植物は従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）のもとで生育された。それぞれの植物の葉の寸法はミリメートル単位で測定した。実施例１と同様、表２にはミリメートル単位による葉の寸法の測定値が記載されており、列１には使用した生育システムの種類が記載されている。列２には植物の種類と植物の番号が記載されている。列３〜８には最初の種まきの日からの葉測定日が記載されている。表２に見られるように、光子変調生育システムを使用した場合、豆１、豆２、及び豆３の葉の寸法は種まきから８日以内に５０ｍｍ×４７ｍｍ〜５９ｍｍ×５５ｍｍになり、豆１、豆２、及び豆３の葉の寸法は１４日目までに５５×５２ｍｍ〜６４ｍｍ×５８ｍｍになった。これと比べて、従来の６０ワットグローライトのもとでは８日目までに豆１及び豆３の葉の寸法が２６ｍｍ×２２ｍｍ〜５７ｍｍ×５０ｍｍになり、１４日目までには豆１及び豆３の葉の寸法が３３ｍｍ×３０ｍｍ〜６２ｍｍ×５５ｍｍになった。このデータから、光子変調生育システムが従来の生育システムの１％未満のエネルギー使用量で、豆を従来の生育システムと同等に、あるいは従来の生育システムより良好に、生育できることが分かる。

実施例３

下表３は第１葉節までの豆（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）の高さをミリメートル単位で示すものである。表３に見られるように、箱１はオプション１１の色スペクトル光子放出のもとで生育された豆を示している。オプション１１は図９に図示された例示的光子放出に基づいているが、近赤色パルスの期間は延長されており、全３つのパルス（遠赤色、近赤色、及び青色）の頻度は一定の縮尺で描かれていない。箱２と箱３はオプション１０の色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。オプション１０は図９に図示された例示的光子放出に基づいているが、遠赤色パルスの期間は延長されており、オプション１０の全３つのパルス（遠赤色、近赤色、及び青色）のデューティサイクルは一定の縮尺で描かれていない、及びオプション１０a。箱４は対照系の色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。これらは個別色スペクトルパルスの変調を行わない従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）で生育された植物から成る。

表３に見られるように、第１葉節までの測定値に関するデータは種まきの６日後に始まった。対照系とオプション１１のもとで生育された植物は１６日にわたり着実に成長し、高さは最大２００ｍｍに達した。しかし、オプション１０とオプション１０ａのもとで生育された植物は全測定期間にわたって第１葉節までの高さが一貫して短く、最初の高さは５０ｍｍに満たなく、最大の高さは１００ｍｍに満たない。

表３のデータは、植物に対する個別色スペクトルパルスの変調によって植物の成長を操作する本開示のシステムの能力を証明している。

実施例４

表４は、対照系、オプション１０、及びオプション１１の色スペクトル光子放出のもとで生育されたトウモロコシ（Ｚｅａ ｍａｙｓ）の高さをミリメートル単位で示すものである。既に述べたように、オプション１０とオプション１１はいずれも図９に図示された例示的光子放出に基づいている。箱２と箱３はオプション１０の色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。箱１の植物はオプション１１の色スペクトル光子放出で生育された。箱２と箱３の植物はオプション１０の色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。箱４の植物は対照系の色スペクトル放出で生育されたものであり、個別色スペクトルパルスの変調を行わない従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）で生育された植物から成る。

表４に見られるように、全４つの箱で生育された植物は植えつけの５日後に著しい成長を見せた。オプション１０とオプション１１で生育された植物は着実に成長し、１３日後には対照系で生育された植物を凌ぐ著しい成長の伸びを見せた。オプション１０とオプション１１で生育された植物の最大高さは４５０ｍｍを上回り、低い最大高さでも４００ｍｍを僅かに下回る程度であった。逆に、対照系のもとで生育された植物の最大高さは３００ｍｍを下回った。

表４のデータは、植物に対する個別色スペクトルパルスの変調によって植物の成長を増進する本開示のシステムの能力を証明している。

実施例５

下表５は豆（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）の第１節の寸法をミリメートル単位で示すものである。表５に見られるように、箱１はオプション１１の色スペクトル光子放出のもとで生育された豆を示している。既に述べたように、オプション１０とオプション１１はいずれも図９に図示された例示的光子放出に基づいている。箱２と箱３はオプション１０とオプション１０ａの色スペクトル光子放出のもとで生育された豆を示している。箱４は対照系の色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。これらは個別色スペクトルパルスの変調を行わない従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）で生育された植物から成る。

表５に見られるように、第１葉節寸法の測定値に関するデータは種まきの約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のもとで生育された植物は１６日にわたって第１節が着実に成長し、第１節の寸法は最大１００００ｍｍに達した。しかし、対照系のもとで生育された植物の第１節の寸法は大幅に小さく、第１節の寸法は４０００ｍｍ以下だった。

表５のデータは、植物に対する個別色スペクトルパルスの変調によって良質な植物の成長を増進する本開示のシステムの能力を証明している。

実施例６

表６はカラシ（赤唐辛子）の第１葉節の寸法をミリメートル単位で示すものである。表６に見られるように、箱１はオプション１１の色スペクトル光子放出のもとで生育されたカラシを示している。既に述べたように、オプション１０とオプション１１はいずれも図９に図示された例示的光子放出に基づいている。箱２と箱３はオプション１０とオプション１０ａの色スペクトル放出のもとで生育されたカラシを示している。箱４は対照系の色スペクトル放出で生育されたカラシを示している。これらは個別色スペクトルパルスの変調を行わない従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）で生育された植物から成る。

表６に見られるように、第１葉節寸法の測定値に関するデータは種まきの約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のもとで生育された植物は１６日にわたって第１節が着実に成長し、第１葉節の寸法は最大３００ｍｍに達した。しかし、対照系のもとで生育された植物の第１節の寸法は大幅に小さく、第１節の寸法は250ｍｍ以下だった。

表６のデータは、植物に対する個別色スペクトルパルスの変調によって良質な植物の成長を増進する本開示のシステムの能力を証明している。

実施例７

下表７は、豆（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ ｖａｒ． ｎａｎｕｓ）の第２葉節までの高さをミリメートル単位で示すものである。表７に見られるように、箱１はオプション１１の色スペクトル光子放出のもとで生育された豆を示している。既に述べたように、オプション１０とオプション１１はいずれも図９に図示された例示的光子放出に基づいている。箱２と箱３はオプション１０とオプション１０ａの色スペクトル放出のもとで生育された豆を示している。箱４は対照系の色スペクトル放出で生育された豆を示している。これらは個別色スペクトルパルスの変調を行わない従来のグローライト（６０ワット白熱グローライト）で生育された植物から成る。

表７に見られるように、第２葉節までの測定値に関するデータは種まきの約１０日後に始まった。対照系とオプション１１のもとで生育された植物は２５日にわたり着実に成長し、高さは最大２５０ｍｍに達した。しかし、オプション１０とオプション１０ａのもとで生育された植物は全測定期間にわたって第２葉節までの高さが一貫して短く、高さの平均は５０ｍｍ〜１００ｍｍだった。

表７のデータは、植物に対する個別色スペクトルパルスの変調によって植物の成長を操作する本開示のシステムの能力を証明している。

本発明の上記説明は例証と説明の目的で提示されている。これは網羅的でなく、本発明を開示された通りの形態に限定するものでもなく、上記の教示を踏まえれば別の修正やバリエーションも可能である。本発明の原理とその実用的応用を十分に説明し、当業者が目的とする特定の用途に応じて様々な実施形態と様々な修正で本発明を十分に利用できるようにするため、実施形態を選び、説明した。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ものとして解釈すべきものである。

１０２…マスターロジック制御器、１０４…光子放出変調制御器、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６…光子放出器、１２２…生物、１３６…光子放出制御信号、２０２、２０４…光子放出。

Claims (26)

1. 生物における応答を誘発するシステムであって、該システムは、
   前記生物に対して繰り返しの光子信号を生成するよう構成される少なくとも１つの光子放出器と、
   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器と、
   を備え、
   前記光子信号は、２つ以上の独立要素を有し、前記２つ以上の独立要素は、
   繰り返しの第１の変調光子パルス群を有する第１の独立要素であって、前記第１の変調光子パルス群は、１つ以上の強度を有する０．０１マイクロ秒〜５０００ミリ秒の１つ以上の光子パルスオン期間、０．１マイクロ秒〜２４時間の１つ以上の光子パルスオフ期間、及び、波長色を有し、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上の光子パルスオン期間は、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上の光子パルスオフ期間とは異なる、第１の独立要素と、
   繰り返しの第２の変調光子パルス群を有する第２の独立要素であって、前記第２の変調光子パルス群は、１つ以上の強度を有する０．０１マイクロ秒〜５０００ミリ秒の１つ以上の光子パルスオン期間、０．１マイクロ秒〜２４時間の１つ以上の第２の光子パルスオフ期間、及び、波長色を有し、前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上の光子パルスオン期間は、前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上の第２の光子パルスオフ期間と異なる、第２の独立要素と、
   を備え、
   前記第１の独立要素及び前記第２の独立要素は、前記信号内に独立して同時に生成され、
   前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間、１つ以上の強度及び１つ以上のオフ期間のうちの少なくとも１つは、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間、１つ以上の強度及び１つ以上のオフ期間のうちの少なくとも１つと異なり、
   前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間は、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間とずれており、
   前記第１の変調光子パルス群の前記波長色は、前記第２の変調光子パルス群の前記波長色と異なり、
   前記信号は、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物に向かって放出され、前記信号の第１の変調光子パルス群及び前記第２の変調光子パルス群の効果の組み合わせによって、前記生物からの応答が生成され、
   前記生物からの前記応答は、光合成応答、屈光性応答、光周応答、成長、修復及び破壊から選ばれ、
   前記生物は、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、真核緑藻類、及びこれらの組織を含むグループから選ばれる、システム。
2. 繰り返しの第３の又はそれ以上の変調光子パルス群を有する第３の又はそれ以上の独立要素をさらに備え、
   前記第３の又はそれ以上の変調光子パルス群は、２つ以上の強度を有する０．０１マイクロ秒〜５０００ミリ秒の２つ以上の光子パルスオン期間、０．１マイクロ秒〜２４時間の２つ以上の光子パルスオフ期間、及び、波長色を有し、
   前記第３の又はそれ以上の独立要素、前記第１の独立要素及び前記第２の独立要素は、前記信号内に同時に生成され、
   前記繰り返しの第３の又はそれ以上の変調光子パルス群は、前記第２の変調光子パルス群及び前記第１の変調光子パルス群と異なり、
   前記信号は、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物に向かって放出され、前記信号の前記繰り返しの第３の又はそれ以上の変調光子パルス群、前記第１の変調光子パルス群及び前記第２の変調光子パルス群の効果の組み合わせによって、前記生物から応答が生成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御器と通信するマスターロジック制御器をさらに備え、前記マスターロジック制御器は、前記少なくとも１つの光子放出器からの前記第１の独立要素と前記第２の独立要素の前記変調光子パルス群を制御するコマンドを、前記少なくとも１つの光子放出変調制御器へ送信する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの光子放出器は、白熱（タングステンハロゲン及びキセノン）、蛍光（ＣＦＬ）、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）、太陽光、及び発光ダイオードから成るグループから選ばれる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御器は、ソリッドステートリレー、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、電界効果トランジスタ、ツェナーダイオード、オプティカルチョッパー、及び前記第１の変調光子パルス群及び前記第２の変調光子パルス群の変調を誘発する装置を含むグループから選ばれる、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の変調光子パルス群の前記波長色は、近赤、遠赤、青、赤外、黄、橙、及び紫外を含むグループから選ばれる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第２の変調光子パルス群の前記波長色は、近赤、遠赤、青、赤外、黄、橙、及び紫外を含むグループから選ばれる、請求項１に記載のシステム。
8. 前記第１の変調光子パルス群の前記波長色は、０．１ｎｍ〜１ｃｍの波長を有する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記第２の変調光子パルス群の前記波長色は、０．１ｎｍ〜１ｃｍの波長を有する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記生物に関わる少なくとも１つの条件を監視することが可能な少なくとも１つのセンサーをさらに備え、前記生物に関わる前記少なくとも１つの条件は前記生物に関わる環境条件、または前記生物に関わる生理的条件であり、
    前記少なくとも１つのセンサーは第１の通信装置へ実働的にリンクされ、前記第１の通信装置は前記少なくとも１つのセンサーから前記マスターロジック制御器へデータを送信する、請求項３に記載のシステム。
11. 前記マスターロジック制御器は、第２の変調光子パルス群及び前記第１の変調光子パルス群の前記要素を、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１０に記載のシステム。
12. 注水源と通信する前記マスターロジック制御器をさらに備え、前記注水源は前記生物へ注水イベントを提供する、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記マスターロジック制御器は前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて前記生物に対する注水イベントのタイミング及び期間を調整することができる、請求項１２に記載のシステム。
14. 栄養源と通信する前記マスターロジック制御器をさらに備え、前記栄養源は前記生物へ栄養イベントを提供することができる、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記マスターロジック制御器は前記少なくとも１つのセンサーからの前記データに基づいて前記生物に対する栄養イベントのタイミング及び期間を調整することができる、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記少なくとも１つのセンサーは、茎直径センサー、果実直径センサー、葉温センサー、樹液相対速度センサー、赤外線センサー、ガス、光呼吸センサー、呼吸センサー、近赤外線センサー、カメラ、ｐＨセンサー、及びこれらの組み合わせを含むグループから選ばれる、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記第１の変調光子パルス群は少なくとも５％の光量子変化を有する、請求項１に記載のシステム。
18. 前記第２の変調光子パルス群は少なくとも５％の光量子変化を有する、請求項１に記載のシステム。
19. 前記第１の変調光子パルス群及び第２の変調光子パルス群の前記デューティサイクルは０．１％から９３％の範囲に及ぶ、請求項１に記載のシステム。
20. 前記第３の又はそれ以上の変調光子パルス群の前記デューティサイクルは０．１％から９３％の範囲に及ぶ、請求項２に記載のシステム。
21. 前記マスターロジック制御器は前記少なくとも１つの光子放出器の電力使用量を監視する電力消費量センサーと通信し、前記電力消費量センサーは前記マスターロジック制御器の外部にあるホストと通信する、請求項３に記載のシステム。
22. ６０ワットグローライトを使用したシステムと比較して、生物における応答を誘発するために少なくとも５０％の節電を実現する、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つの光子放出変調制御器と通信するマスターロジック制御器をさらに備え、前記マスターロジック制御器は、前記少なくとも１つの光子放出器からの前記第１の独立要素、前記第２の独立要素、及び前記第３の又はそれ以上の独立要素の前記変調光子パルス群を制御するコマンドを、前記少なくとも１つの光子放出変調制御器へ送信する、請求項２に記載のシステム。
24. 前記マスターロジック制御器は、前記第３の又はそれ以上の変調光子パルス群の前記要素を制御するコマンドを、前記少なくとも１つの光子放出変調制御器へ送信することができる、請求項２に従属する場合の請求項３に記載のシステム。
25. 前記第３の又はそれ以上の変調光子パルス群の各前記さらなる波長色は、０．１ｎｍ〜１ｃｍの波長を有する、請求項２に記載のシステム。
26. 生物における応答を誘発するシステムであって、該システムは、
    前記生物に対して光子信号を生成するよう構成される少なくとも１つの光子放出器と、
    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器と、
    を備え、
    前記光子信号は、２つ以上の独立要素を有し、前記２つ以上の独立要素は、
    繰り返しの第１の変調光子パルス群を有する第１の独立要素であって、前記第１の変調光子パルス群は、１つ以上の強度を有する０．０１マイクロ秒〜５０００ミリ秒の１つ以上の光子パルスオン期間、０．１マイクロ秒〜２４時間の１つ以上の光子パルスオフ期間、及び、波長色を有する、第１の独立要素と、
    繰り返しの第２の変調光子パルス群を有する第２の独立要素であって、前記第２の変調光子パルス群は、１つ以上の強度を有する０．０１マイクロ秒〜５０００ミリ秒の１つ以上の光子パルスオン期間、０．１マイクロ秒〜２４時間の１つ以上の第２の光子パルスオフ期間、及び、波長色を有する、第２の独立要素と、
    を備え、
    前記第１の独立要素及び前記第２の独立要素は、前記信号内に同時に生成され、
    前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間、１つ以上の強度、及び１つ以上のオフ期間は、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間、１つ以上の強度、及び１つ以上のオフ期間と同一であり、
    前記第２の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間は、前記第１の変調光子パルス群の前記１つ以上のオン期間とずれており、
    前記第１の変調光子パルス群の前記波長色は、前記第２の変調光子パルス群の前記波長色と異なり、
    前記信号は、前記少なくとも１つの光子放出器から前記生物に向かって放出され、前記信号の第１の変調光子パルス群及び前記第２の変調光子パルス群の効果の組み合わせによって、前記生物からの応答が生成され、
    前記生物からの前記応答は、光合成応答、屈光性応答、光周応答、成長、修復及び破壊から選ばれ、
    前記生物は、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、真核緑藻類、及びこれらの組織を含むグループから選ばれる、システム。