JP6780876B1 - 光エネルギー時分割分配装置、植物工場、建築物及び光エネルギー時分割分配方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光エネルギーを３以上に時分割することが可能な光エネルギー時分割分配装置、植物工場、建築物及び光エネルギー時分割分配方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる光エネルギー時分割分配装置１００は、回転筒１０１および導光部１０２を備える。回転筒１０１は、外周面６に第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、第１入射方向とは異なる第２入射方向から、外周面６に入射する第２入射光を第３反射光と第４反射光とに時分割するものである。導光部１０２は、第１または第２反射光を受光して導光し、第２入射光として回転筒１０１に入射させる。【選択図】図１

Description

本発明は、光エネルギー時分割分配装置、植物工場、建築物及び光エネルギー時分割分配方法に関し、特に高速で入射光を分配する技術に関する。

地球温暖化問題等への対策として、再生可能エネルギーが注目されている。特に、太陽光は、太陽光発電パネル等を用いて発電に利用されるだけでなく、採光システムを用いて住宅またはオフィス等の建築物における照明にも利用されている。特許文献１は、光の点滅速度が十分に速いとき人の目は点滅に気づかないことを利用し、時分割した太陽光を２つの部屋に分配する技術を開示している。

また、植物工場において、強い光を必要とする陽性植物を栽培する場合には、陽性植物に対して、太陽光や高輝度ランプ等の光を照射する。省エネルギーを目的として、太陽光や高輝度ランプ等の光をパルス状に高速で点滅または時分割して配光する場合がある。

上述の様に、様々な分野で光エネルギーを時分割する機構が望まれている。特許文献１は、複数の反射面を備える回転筒を用いて、光エネルギーを分配する技術を開示している。回転筒の回転に伴って反射方向が切り替わることにより、入射光を２分割することが可能となる。

特開２０１７−１４７９７３号公報

植物工場研究所、パルス光が植物の光合成速度に与える影響、[online]、平成26年8月17日、[令和1年7月17日検索]、インターネット<URL:http://www.sasrc.jp/pulse.htm>

上記のように、特許文献１は、回転筒を用いて光エネルギーを分配する技術を開示している。しかし、特許文献１の技術を用いて、光エネルギーを分配する場合、２分割することはできるがそれ以上に分割することは困難であるという問題があった。

本開示は上記課題を解決するためにされたものであって、光エネルギーを３以上に時分割することが可能な光エネルギー時分割分配装置、植物工場、建築物及び光エネルギー時分割分配方法を提供することを目的とする。

本開示にかかる光エネルギー時分割装置は、回転筒および導光部を備える光エネルギー時分割分配装置であって、前記回転筒は、外周面に第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から、前記外周面に入射する第２入射光を第３反射光と第４反射光とに時分割するものであって、前記導光部は、前記第１または第２反射光を受光して導光し、前記第２入射光として前記回転筒に入射させる、ものである。

本開示にかかる光エネルギー時分割分配方法は、回転筒の外周面に、第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、前記第１または第２反射光を受光して導光し、前記回転筒に前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から第２入射光として入射し、第３反射光と第４反射光とに時分割する、ものである。

本開示によれば、光エネルギーを３以上に時分割することが可能な光エネルギー時分割分配装置、植物工場、建築物及び光エネルギー時分割分配方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる光エネルギー時分割分配装置の構成図である。 実施の形態１の動作を示すタイムチャートである。 実施の形態１の位置関係の例を示す図である。 光エネルギー時分割分配が行われない場合のタイムチャートである。 実施の形態１の位置関係の例を示す図である。 光エネルギー時分割分配が行われない場合のタイムチャートである。 実施の形態１の位置関係の例を示す図である。 実施の形態２にかかる光エネルギー時分割分配装置の構成図である。 実施の形態２の動作を示すタイムチャートである。 実施の形態３の概要を示す概略図である。 実施の形態３の動作を示すタイムチャートである。 実施の形態３の動作を示す流れ図である。 実施の形態４の概略を示す概要図である。 実施の形態４における高周波パルス光の周波数を示す表である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図面においては、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態にかかる光エネルギー時分割分配装置１００の構成例を示す図である。光エネルギー時分割分配装置１００は、回転筒１０１および導光部１０２を備える。導光部１０２は、受光機構４と放射機構３０とを備える。

回転筒１０１は、外周面６を有しており、回転軸を中心として回転する。回転筒１０１は、一定の回転速度で回転する。外周面６は、反射面５ａ〜５ｌを有している。反射面５ａ〜５ｌは、回転軸を中心とする周方向において５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌの順に配置されている。外周面６は、光を正反射する鏡面となっている。回転筒は、中実であってもよい。

外周面に入射する第１の入射光１２ａは、反射光８ａと反射光８ｂとに時分割される。図１は、反射面５ａ〜５ｌが対数螺旋曲線の形状を含む場合の例を示している。入射光１２ａが反射面５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇ、５ｉ、５ｋで反射された場合、反射光は第１の反射光８ａとなる。入射光１２ａが反射面５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈ、５ｊ、５ｌで反射された場合、反射光は第２の反射光８ｂとなる。したがって、回転筒１０１の回転に伴い、入射光１２ａは反射光８ａと反射光８ｂとに時分割される。この技術は、特許文献１に記載されている。第１の入射光は、例えば、太陽光、ＬＥＤ光源等である。

図１は、反射面が対数螺旋曲線を含む場合の例を示しているが、本実施の形態はこれに限られるものではない。回転筒１０１は、光の反射によって光のエネルギーを時分割できるような反射面を備えていれば良い。例えば、反射面５ａと反射面５ｂとがリトロリフレクタを構成している場合にも、反射光は反射面５ａで反射される場合と反射面５ｂで反射される場合とで二分割される。反射面が対数螺旋曲線を含む場合には、特許文献１に記載された様に、受光範囲が限定されるという利点がある。

導光部１０２は、受光機構４および放射機構３０を備えている。受光機構４の受光面は、外周面６に面している。放射機構３０の放射面は、外周面６に面している。受光機構４と放射機構３０は、周方向において異なる位置に配置されている。

導光部１０２は、受光機構４において、反射光８ａまたは反射光８ｂを受光する。図１において、導光部１０２は、反射光８ａを受光している。導光部１０２は、受光した反射光８ａまたは反射光８ｂを導光し、放射機構３０から、回転筒１０１の外周面に第２の入射光１２ｂとして再度入射させる。ここで、第２の入射光１２ｂと第１の入射光１２ａとは、外周面への入射角度が異なる。導光部１０２は、例えば、光ファイバーによって、反射光を導光する。つまり、光ファイバーの一端が受光機構４となり、他端が放射機構３０となる。

外周面に入射する第２の入射光１２ｂは、反射光８ｃと反射光８ｄとに分割される。入射光１２ｂが反射面５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇ、５ｉ、５ｋで反射された場合、反射光は第３の反射光８ｃとなる。入射光１２ｂが反射面５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈ、５ｊ、５ｌで反射された場合、反射光は第４の反射光８ｄとなる。したがって、回転筒１０１の回転に伴い、入射光１２ｂは反射光８ｃと反射光８ｄとに時分割される。

図２は、反射光８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの明暗の遷移の例を示す。反射光８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは点滅しており、光が存在する状態を「明」とし光が存在しない状態を「暗」としている。入射光１２ａは、連続光とする。入射光１２ａは、点滅しておらず「明」の状態であるとする。

入射光１２ａは、回転筒１０１の回転に伴い、反射光８ａと反射光８ｂとに時分割される。反射光８ａと反射光８ｂとは位相が１８０°異なっている。反射光８ａを、入射光１２ｂとして再び回転筒１０１に入射した場合、入射光１２ｂは反射光８ｃと反射光８ｄとに時分割される。したがって、入射光１２ａは、反射光８ｂと反射光８ｃと反射光８ｄとに３分割されることとなる。

なお、図２は、反射光８ｃと反射光８ｄが入射光１２ｂ（反射光８ａ）のエネルギーを二等分している例を示している。かかる場合、入射光１２ａと入射光１２ｂとの入射角度は所定の関係性を満たす必要がある。例えば、図３、図５は、放射機構３０の位置が図１と異なる。

図３に示す位置関係の場合、反射光８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの明暗の遷移は図４の様になる。入射光１２ｂは、全て反射光８ｃとなってしまうので光エネルギーの時分割が適切に行われない。また、図５に示す位置関係の場合、反射光８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの明暗の遷移は図６の様になる。入射光１２ｂは、全て反射光８ｄとなってしまうので光エネルギーの時分割が適切に行われない。一方、図７に示す様に、入射光１２ｂの入射角が図５と図６の間に位置する場合には、入射光１２ｂは、反射光８ｃと８ｄに時間分割される。特に、角度２０ａと角度２０ｂが等しいには、入射光１２ｂの光は、反射光８ｃと反射光８ｄとに二等分される。

本実施の形態によれば、光エネルギーを２つに時分割した反射光の一方を、再度時分割することができる。したがって、本実施の形態によれば、光エネルギーを３以上に時分割することが可能となる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態は、入射光エネルギーを２ⁿに時分割するものである。ｎは任意の整数であるが、ｎ＝４、すなわち１６分割の場合の例について説明する。

図８は、本実施の形態にかかる光エネルギー時分割分配装置１００の構成を示す構成図である。光エネルギー時分割分配装置１００は、回転筒１０１、導光部１０２ａ１、１０２ａ２、１０２ｂ１、１０２ｂ２、１０２ｂ３、１０２ｂ４、１０２ｃ１、１０２ｃ２、１０２ｃ３、１０２ｃ４、１０２ｃ５、１０２ｃ６、１０２ｃ７、１０２ｃ８、受光機構４ｄ１〜４ｄ１６、回転速度検出機構１１０を備える。

回転筒１０１は、１６の凸部（山）を持つ対数螺旋曲面を外周部とする回転筒である。
導光部１０２ａ１〜１０２ｃ８は、受光機構４ａ１〜４ｃ８および放射機構３０ａ１〜３０ｃ８を備える。導光部１０２ａ１〜１０２ｃ８は、受光機構４ａ１〜４ｃ８において反射光を受光し、導光し、放射機構３０ａ１〜３０ｃ８の位置から回転筒１０１上に再入射させる。
受光機構４ｄ１〜４ｄ１６は、反射光を受光する。
受光機構４ａ１〜４ｄ１６が受光する反射光を、それぞれ、反射光８ａ１〜８ｄ１６とする。

回転速度検出機構１１０は、回転筒１０１の回転速度を、光を用いて検出する。回転速度検出機構１１０は、入射部１１１および受光部ｔ１、ｔ２を備える。入射部１１１は、例えば、回転筒１０１にレーザー光を入射し、反射光を受光部ｔ１および受光部ｔ２を用いて受光する。
本実施の形態では、回転筒１０１が備える１６箇所の凸部のうち、光エネルギー時分割に用いるのは１５箇所であり１箇所余ることとなる。このような場合、余った１箇所の凸部は、回転速度の検出等の用途に使用することが可能である。

図８において、受光機構および導光路は、短くシンメトリックに配置されている。かかる配置方法により、効率的な部品の配置が可能となる。２つの反射光を入射光の入射方向を基準として対称位置に導光することにより、図８のように部品を効率的に配置することが可能となる。

図８および図９を用いて、本実施の形態の動作について説明する。図９は、反射光８ａ１〜８ｄ１６の点滅を示すタイムチャートである。図９のタイムスロットは、回転筒１０１の凸部（１山分）の周期を１６に分割したものである。１山分とは、図８のｔ１で示した領域である。すなわち、回転筒１０１が１回転する周期をＴとした場合、図９のタイムスロットは（１／１６）＊Ｔである。回転筒１０１の一周は、２５６のタイムスロットで表されることとなる。

まず、入射光の１次分配について説明する。
入射光１２ａは、図９に示すように反射光８ａ１と反射光８ａ２とに分割される。反射光８ａ１と反射光８ａ２とは、位相が１８０°異なっている。反射光８ａ１、８ａ２のＤｕｔｙ比は、５０％である。

次に、２次分配について説明する。
反射光８ａ１は、反射光８ｂ１および８ｂ２に分割される。反射光８ａ２は、反射光８ｂ３および反射光８ｂ４に分割される。したがって、入射光１２ａは、反射光８ｂ１、反射光８ｂ２、反射光８ｂ３、反射光８ｂ４に４分割されることとなる。反射光８ｂ１、８ｂ２、８ｂ３、８ｂ４のＤｕｔｙ比は、２５％である。
なお、反射光８ｂ１、８ｂ２、８ｂ３、８ｂ４のＤｕｔｙ比が２５％となるためには、実施の形態１と同様に、導光部１０２ａ１、ａ２における回転筒１０１への再入射が所定の角度で行われる必要がある。

次に、入射光の３次分配について説明する。
反射光８ｂ１は、反射光８ｃ１および８ｃ２に分割される。反射光８ｂ２は、反射光８ｃ３および８ｃ４に分割される。反射光８ｂ３は、反射光８ｃ５および８ｃ６に分割される。反射光８ｂ４は、反射光８ｃ７および８ｃ８に分割される。したがって、入射光１２ａは、反射光８ｃ１、反射光８ｃ２、反射光８ｃ３、反射光８ｃ４、反射光８ｃ５、反射光８ｃ６、反射光８ｃ７および反射光８ｃ８に８分割されることとなる。反射光８ｃ１、８ｃ２、８ｃ３、８ｃ４、８ｃ５、８ｃ６、８ｃ７、８ｃ８のＤｕｔｙ比は、１２．５％である。
なお、反射光８ｃ１〜８ｃ８のＤｕｔｙ比が１２．５％となるためには、実施の形態１と同様に、導光部１０２ｂ１〜ｂ４における回転筒１０１への再入射が所定の角度で行われる必要がある。

次に、入射光の４次分配について説明する。
反射光８ｃ１は、反射光８ｄ１および８ｄ２に分割される。反射光８ｃ２は、反射光８ｄ３および８ｄ４に分割される。反射光８ｃ３は、反射光８ｄ５および８ｄ６に分割される。反射光８ｃ４は、反射光８ｄ７および８ｄ８に分割される。反射光８ｃ５は、反射光８ｄ９および８ｄ１０に分割される。反射光８ｃ６は、反射光８ｄ１１および８ｄ１２に分割される。反射光８ｃ７は、反射光８ｄ１３および８ｄ１４に分割される。反射光８ｃ８は、反射光８ｄ１５および８ｄ１６に分割される。したがって、入射光１２ａは、反射光８ｄ１、反射光８ｄ２、反射光８ｄ３、反射光８ｄ４、反射光８ｄ５、反射光８ｄ６、反射光８ｄ７、反射光８ｄ８、反射光８ｄ９、反射光８ｄ１０、反射光８ｄ１１、反射光８ｄ１２、反射光８ｄ１３、反射光８ｄ１４、反射光８ｄ１５および反射光８ｄ１６に１６分割されることとなる。反射光８ｄ１、８ｄ２、８ｄ３、８ｄ４、８ｄ５、８ｄ６、８ｄ７、８ｄ８のＤｕｔｙ比は、６．２５％である。
なお、反射光８ｄ１〜８ｄ１６のＤｕｔｙ比が６．２５％となるためには、実施の形態１と同様に、導光部１０２ｃ１〜ｃ８における回転筒１０１への再入射が所定の角度で行われる必要がある。
本実施の形態では、２分配の分岐を４段繰り返して１６個の出力を得られる。

本実施の形態によれば、入射光のエネルギーを２^ｎに時分割することが可能となる。また、本実施の形態を建築物に適用すると、住宅、オフィスビル等の建築物において取り込んだ自然光を、２^ｎに時分割し、住宅内の複数の部屋に導光することが可能となる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態は、入射光エネルギーを２^ｎに時分割した反射光を合成し、高周波パルス光を生成するものである。ｎは任意の整数であるが、実施の形態２と同様に、ｎ＝４、すなわち１６分割の場合の例について説明する。

実施の形態２において説明したように、光エネルギー時分割分配装置１００は、入射光１２ａを反射光８ｄ１〜８ｄ１６に分割することができる。本実施の形態における分割方法は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
図１０は、本実施の形態の概略を示す概略図である。図１０において、丸で示した１〜１６は、図８の受光機構４ｄ１〜４ｄ１６に対応する。
本実施の形態では、８つの反射光８ｄ１、反射光８ｄ３、反射光８ｄ５、反射光８ｄ７、反射光８ｄ９、反射光８ｄ１１、反射光８ｄ１３および反射光８ｄ１５を結合し、高周波パルス光９ａを生成する。
本実施の形態では、８つの反射光８ｄ２、反射光８ｄ４、反射光８ｄ６、反射光８ｄ８、反射光８ｄ１０、反射光８ｄ１２、反射光８ｄ１４および反射光８ｄ１６を結合し、高周波パルス光９ｂを生成する。

本実施の形態の動作を、図１１を用いて説明する。図１１は、反射光８ｄ１〜８ｄ１６、高周波パルス光９ａおよび高周波パルス光９ｂのタイムチャートを示した図である。図９と同様、タイムスロットは回転筒１０１の一山分を１６分割したものである。反射光８ｄ１〜８ｄ１６は、入射光を１６分配したものであり、図９と同様である。

反射光８ｄ１〜８ｄ１６のうち、反射光８ｄ１、８ｄ３、８ｄ５、８ｄ７、８ｄ９、８ｄ１１、８ｄ１３、８ｄ１５を結合することにより、高周波パルス光９ａが得られる。反射光８ｄ１〜８ｄ１６のうち、反射光８ｄ２、８ｄ４、８ｄ６、８ｄ８、８ｄ１０、８ｄ１２、８ｄ１４、８ｄ１６を結合することにより、高周波パルス光９ｂが得られる。高周波パルス光９ａ、９ｂのＤｕｔｙ比は５０％である。

図１２は、本実施の形態の動作を示す流れ図である。図１２において、Ｔは、図９のタイムスロットを表す。
まず、入射光は、１≦Ｔ≦８において明となる反射光と、９≦Ｔ≦１６において明となる反射光とに分割され、回転筒１０１上への再放射が行われる（Ａ１、Ａ２）。図１２において、「反射〜放射」は、反射波を受光機構で受光し、導光路で導光し、放射機構で放射が行われるプロセスが行われることを示す。
次に２次分配として、１≦Ｔ≦４において明となる反射光と、５≦Ｔ≦８において明となる反射光と、９≦Ｔ≦１２において明となる反射光と、１３≦Ｔ≦１６において明となる反射光とに分割され、回転筒１０１上への再放射が行われる（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）。

次に３次分配として、１≦Ｔ≦２において明となる反射光と、３≦Ｔ≦４において明となる反射光と、５≦Ｔ≦６において明となる反射光と、７≦Ｔ≦８において明となる反射光と、９≦Ｔ≦１０において明となる反射光と、１１≦Ｔ≦１２において明となる反射光と、１３≦Ｔ≦１４において明となる反射光と、１５≦Ｔ≦１６において明となる反射光とに分割され、回転筒１０１上への再放射が行われる（Ｃ１〜Ｃ８）。

次に４次分配が行われ、１６分割された光はそれぞれ受光され、導光される（Ｄ１〜Ｄ１６）。Ｔが奇数の時点において、明となる光を結合し（Ｅ１）、高周波パルス光９ａが生成される。Ｔが偶数の時点において、明となる光を結合し（Ｅ２）、高周波パルス光９ｂが生成される。

高周波パルス光９ａ、９ｂの周波数Ｆは、式（１）で表される。

ｎは、段数である。入射光エネルギーの分配数は、２^ｎとなる。なお、本実施の形態では４段の分配を行っている。Ｐは、回転筒１０１の凸部（山）の数である。Ｎは、回転筒１０１の回転数である。本実施の形態では、ｎ＝４、Ｐ＝１６としているため、Ｆ＝１２８Ｎとなる。特許文献１に記載の技術によると、周波数Ｐ＊Ｎの高周波パルス光を生成できるが、本実施の形態によると２^ｎ−１＊Ｐ＊Ｎの高周波パルス光を生成することができる。

したがって、本実施の形態によると、ｎ（段数）を増やすことにより回転筒１０１の回転速度を抑えつつ、小型の単一の回転筒１０１により、連続光を２分配し、高周波パルス光を生成することが可能となる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態は、回転筒の軸方向を利用し、１つの山で複数回の光エネルギー時分割を行うものである。実施の形態３においては、凸部（山）が１６箇所の回転筒を用いて、光エネルギーを１６分配し高周波パルス光を生成したが、本実施の形態によると凸部（山）の数がそれよりも少ない回転筒を用いて、光エネルギーを１６分配し高周波パルス光を生成することが可能となる。例えば、凸部（山）が８個の回転筒を用いて、反射から再放射までの機構を筒の軸方向を使って２ブロックの構成とすることにより、光エネルギーを１６分配することが可能となる。例えば、図１２において、Ａ１、Ａ２、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ８までの３次分配において必要となる７回の分割をブロック１において実施し、Ｄ１〜Ｄ１６において必要となる８回の分割をブロック２において実施することが考えられる。

図１３は、本実施の形態の概略を示す概略構成図である。本実施の形態にかかる光エネルギー時分割分配装置１００は、回転筒１０１、導光部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、受光機構４ａ１〜４ｃ４、および放射機構３０ａ１〜３０ｃ２を備える。なお、図１３は、概略図であり、導光部１０２等を一部省略している。
本実施の形態では、回転筒１０１を、回転軸方向の位置が異なる複数のブロックに分割する。

図１３において、受光機構４ａ１〜４ａ６および放射機構３０ａ１〜３０ａ３は、ブロック１に配置されている。受光機構４ｂ１〜４ｂ４および放射機構３０ｂ１、３０ｂ２は、ブロック２に配置されている。受光機構４ｃ１〜４ｃ４および放射機構３０ｃ１、３０ｃ２は、ブロック３に配置されている。
導光部１０２ａは、ブロック１の受光機構４ａ１で受光した反射光を導光し、ブロック１の放射機構３０ａ３から放射する。導光部１０２ｂは、ブロック１の受光機構４ａ５で受光した反射光を導光し、ブロック２の放射機構３０ｂ１から放射する。導光部１０２ｃは、ブロック２の受光機構４ｂ１で受光した反射光を導光し、ブロック３の放射機構３０ｃ１から放射する。
本実施の形態では、上記の様に複数のブロックにおいて、光エネルギーの時分割を行い、実施の形態３と同様に高周波パルス光９ａ、９ｂを生成する。

以下では、回転筒の凸部（山）の数とブロック数との関係式を導出する。ブロック数をＸとすると、式（２）が成立する。

式（２）において、左辺第１括弧内の式は、所要の分岐数を表す。分岐数とは回転筒上で光分割を行っている箇所の数であり、例えば、実施の形態２の１６分配の場合の分岐数は１５である。（左辺第１括弧内の式）＝２^ｎ−１を、式（２）に代入すると、式（３）が得られる。

上記の計算を行った結果として、Ｘが整数とならない場合がある。ブロック数は、Ｘ以上の整数でなければならないため、下記の例１〜３の様に、Ｘは小数点を切り上げたものとなる。かかる場合、各ブロックの内容・構造（分岐数など）は、異なったものとなる。
例１：ｎ＝４、Ｐ＝１６の場合、Ｘ≒０．９３となるので、１ブロックでよい。
例２：ｎ＝４、Ｐ＝８の場合、Ｘ≒１．８７となるので、２ブロック必要となる。
例３：ｎ＝４、Ｐ＝４の場合、Ｘ≒３．７５となるので、４ブロック必要である。

式（３）を式（１）に代入すると、式（４）が得られる。

式（４）によると、高周波パルス光９ａ、９ｂの周波数を上げるためには、以下のいずれか１つを満たせばよいことがわかる。
・ｎ（段数）を大きくする。
・Ｎ（回転数）を大きくする。
なお、例１〜３の場合は、凸部（山）が１箇所余るため、どの凸部（山）を使用するかは任意である。かかる場合、導光路を短くするなど、配置がシンプルになるような基準に基づいて、使用する凸部（山）を選んでも良い。

図１４は、本実施の形態を用いた場合の、ｎ（段数）、Ｐ（回転筒の凸部（山）の数）、Ｘ（ブロック数）と、高周波パルス光９ａ、９ｂの周波数Ｆの関係を示す。なお、比較例１〜３は、特許文献１に記載の技術を用いた場合である。実施例１、２、３、５においてはＸ＜１であるためブロック数は１でよいが、他の実施例では複数ブロックが必要となる。
実施例４を用いて、図１４について説明する。ｎ＝４、Ｐ＝８とすると、式（３）よりＸ（真値）＝（１６−１）／８＝１．８７５となる。Ｘは整数でなければならないため、Ｘ＝２となる。なお、ｎ＝４、Ｐ＝８を式（１）に代入することにより、高周波パルス光の周波数は６４Ｎとなることがわかる。

したがって、本実施の形態によると、回転筒１０１の軸方向を使用することにより、回転筒の凸部（山）の数が少ない場合でも、連続光を２分配し、高周波パルス光を生成することが可能となる。

特許文献１が開示する技術を用いて、より高周波のパルス光を生成しようとする場合、回転筒１０１を高速回転させるか、回転筒を大きくするか、回転筒を複数使用しなければならなかった。したがって、コスト、消費エネルギー、複雑化（複数の回転筒の同期など）、騒音、耐久性といった問題が生じていた。

非特許文献１は、サラダ菜の栽培について、時間幅４００マイクロ秒前後の短い間隔の明暗周期で光を間欠照射した際、光合成速度が高くなることを示している。しかし、特許文献１に記載の技術を用いた場合（ｎ＝１、Ｐ＝１６、Ｘ＝１）、Ｎ＝６４０ｒｐｓ（３８４００ｒｐｍ）が必要となり、高性能モーターが必要となる。
なお、間欠照明により光合成の効率が上がる理由は、光合成は常に光を必要とする訳ではなく、必要なタイミングだけ植物に光が当たるためである。

一方、本実施の形態によると、ｎ＝５、Ｐ＝１６、Ｘ＝２とすると、Ｎ＝１０ｒｐｓ（６００ｒｐｍ）であればよい。したがって、市販のモーターを用いても、必要なパルス光を生成することが可能となる。本実施の形態を植物工場に適用すると、比較的低速度回転でかつ小型の回転筒を用いて、効率良く植物の光合成を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
回転筒および導光部を備える光エネルギー時分割分配装置であって、
前記回転筒は、
外周面に第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、
前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から、前記外周面に入射する第２入射光を第３反射光と第４反射光とに時分割するものであって、
前記導光部は、前記第１または第２反射光を受光して導光し、前記第２入射光として前記回転筒に入射させる、
光エネルギー時分割分配装置。

（付記２）
前記外周面は、前記第１および第２入射方向とは異なる第３入射方向から、前記外周面に入射する第３入射光を第５反射光と第６反射光とに時分割するものであって、
前記導光部は、前記第１反射光を受光して導光し前記第２入射光として前記回転筒に入射し、前記第２反射光を受光して導光し前記第３入射光として前記回転筒に入射させる、
付記１に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記３）
回転筒および導光部を備え、光エネルギーを２^ｎ個（ｎは２以上の整数）に分割する光エネルギー時分割分配装置であって、
前記回転筒は、外周面に入射する第Ｎ入射光（１≦Ｎ≦２^ｎ−１）を、第（２Ｎ−１）反射光と第（２Ｎ）反射光とに時分割するものであり、第Ｎ入射光は第Ｍ入射光（１≦Ｍ≦２^ｎ−１、Ｍ≠Ｎ）と入射方向が異なるものであって、
前記導光部は、
前記第（２Ｎ−１）反射光を受光して導光し第（２Ｎ）入射光として前記回転筒に入射し、前記第（２Ｎ）反射光を受光して導光し第（２Ｎ＋１）入射光として前記回転筒に入射する、
光エネルギー時分割分配装置。

（付記４）
前記（２^ｎ）個の反射光のうち、（２^ｎ−１）個の反射光を合成することにより、高周波パルス光を生成する合成部をさらに備える、
付記３に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記５）
前記導光部は、前記第（２Ｎ−１）反射光と前記第（２Ｎ）反射光とを、前記第Ｎ入射光の入射方向を基準として、対称位置に導光する、付記３または４のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記６）
前記第１〜第（２^ｎ−１）（ｎは２以上の整数）入射光のうち少なくとも１つは、他の入射光と前記回転筒の軸方向の異なる位置に入射する、付記３から５のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記７）
前記回転筒の回転軸に直交した断面形状は、前記回転軸を中心とした対数螺旋曲線の所定の一部を含む、付記１から６のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記８）
前記回転筒の回転速度を光を用いて検出する回転速度検出機構を更に備える、付記１から７のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。

（付記９）
付記１〜８のいずれか一項に記載の前記光エネルギー時分割分配装置を用いた植物工
場。

（付記１０）
付記１〜８のいずれか一項に記載の前記光エネルギー時分割分配装置を用いた建築物。

（付記１１）
回転筒の外周面に、第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、
前記第１または第２反射光を受光して導光し、
前記回転筒に前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から第２入射光として入射し、第３反射光と第４反射光とに時分割する、
光エネルギー時分割分配方法。

（付記１２）
前記第１反射光を受光して導光し前記第２入射光として前記回転筒に入射し、
前記第２反射光を受光して導光し前記第１および第２入射方向とは異なる第３入射方向から第３入射光として前記回転筒に入射し、第５反射光と第６反射光とに時分割する
付記１１に記載の光エネルギー時分割分配方法。

（付記１３）
回転筒の外周面に入射する第Ｎ入射光（１≦Ｎ≦２^ｎ−１）を、第（２Ｎ−１）反射光と第（２Ｎ）反射光とに時分割し、第Ｎ入射光は第Ｍ入射光（１≦Ｍ≦２^ｎ−１、Ｍ≠Ｎ）と入射方向が異なるものであって、
前記第（２Ｎ−１）反射光を受光して導光し第（２Ｎ）入射光として前記回転筒に入射し、前記第（２Ｎ）反射光を受光して導光し第（２Ｎ＋１）入射光として前記回転筒に入射し、
光エネルギーを２^ｎ個（ｎは２以上の整数）に分割する、
光エネルギー時分割分配方法。

（付記１４）
前記（２^ｎ）個の反射光のうち、（２^ｎ−１）個の反射光を合成することにより、高周波パルス光を生成する、
付記１３に記載の光エネルギー時分割分配方法。

（付記１５）
前記第（２Ｎ−１）反射光と前記第（２Ｎ）反射光とを、前記第Ｎ入射光の入射方向を基準として、対称位置に導光する、付記１３または１４のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配方法。

（付記１６）
前記第１〜第（２^ｎ−１）（ｎは２以上の整数）入射光のうち少なくとも１つは、他の入射光と前記回転筒の回転軸方向の異なる位置に入射する、付記１３から１５のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配方法。

（付記１７）
前記回転筒の回転軸に直交した断面形状は、前記回転軸を中心とした対数螺旋曲線の所定の一部を含む、付記１１から１６のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配方法。

（付記１８）
前記回転筒の回転速度を光を用いて検出する、付記１１から１７のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配方法。

４、４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４、４ａ５、４ａ６、４ｂ１、４ｂ２、４ｂ３、４ｂ４、４ｃ１、４ｃ２、４ｃ３、４ｃ４、４ｃ５、４ｃ６、４ｃ７、４ｃ８、４ｄ１、４ｄ２、４ｄ３、４ｄ４、４ｄ５、４ｄ６、４ｄ７、４ｄ８、４ｄ９、４ｄ１０、４ｄ１１、４ｄ１２、４ｄ１３、４ｄ１４、４ｄ１５、４ｄ１６ 受光機構
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ 反射面
６ 外周面
８、８ａ、８ａ１、８ａ２、８ｂ、８ｂ１、８ｂ２、８ｂ３、８ｂ４、８ｃ、８ｃ１、８ｃ２、８ｃ３、８ｃ４、８ｃ５、８ｃ６、８ｃ７、８ｃ８、８ｄ、８ｄ１、８ｄ２、８ｄ３、８ｄ４、８ｄ５、８ｄ６、８ｄ７、８ｄ８、８ｄ９、８ｄ１０、８ｄ１１、８ｄ１２、８ｄ１３、８ｄ１４、８ｄ１５、８ｄ１６ 反射光
１２、１２ａ、１２ｂ 入射光
２０ａ、２０ｂ 角度
３０、３０ａ１、３０ａ２、３０ａ３、３０ｂ１、３０ｂ２、３０ｂ３、３０ｂ４、３０ｃ１、３０ｃ２、３０ｃ３、３０ｃ４、３０ｃ５、３０ｃ６、３０ｃ７、３０ｃ８ 放射機構
１００ 光エネルギー時分割分配装置
１０１ 回転筒
１０２、１０２ａ、１０２ａ１、１０２ａ２、１０２ｂ、１０２ｂ１、１０２ｂ２、１０２ｂ３、１０２ｂ４、１０２ｃ、１０２ｃ１、１０２ｃ２、１０２ｃ３、１０２ｃ４、１０２ｃ５、１０２ｃ６、１０２ｃ７、１０２ｃ８ 導光部
１１０ 回転速度検出機構
１１１ 入射部

Claims (10)

1. 回転筒および導光部を備える光エネルギー時分割分配装置であって、
   前記回転筒は、
   外周面に第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、
   前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から、前記外周面に入射する第２入射光を第３反射光と第４反射光とに時分割するものであって、
   前記導光部は、前記第１または第２反射光を受光して導光し、前記第２入射光として前記回転筒に入射させる、
   光エネルギー時分割分配装置。
2. 前記外周面は、前記第１および第２入射方向とは異なる第３入射方向から、前記外周面に入射する第３入射光を第５反射光と第６反射光とに時分割するものであって、
   前記導光部は、前記第１反射光を受光して導光し前記第２入射光として前記回転筒に入射し、前記第２反射光を受光して導光し前記第３入射光として前記回転筒に入射させる、
   請求項１に記載の光エネルギー時分割分配装置。
3. 回転筒および導光部を備え、光エネルギーを２^ｎ個（ｎは２以上の整数）に分割する光エネルギー時分割分配装置であって、
   前記回転筒は、外周面に入射する第Ｎ入射光（１≦Ｎ≦２^ｎ−１）を、第（２Ｎ−１）反射光と第（２Ｎ）反射光とに時分割するものであり、第Ｎ入射光は第Ｍ入射光（１≦Ｍ≦２^ｎ−１、Ｍ≠Ｎ）と入射方向が異なるものであって、
   前記導光部は、
   前記第（２Ｎ−１）反射光を受光して導光し第（２Ｎ）入射光として前記回転筒に入射し、前記第（２Ｎ）反射光を受光して導光し第（２Ｎ＋１）入射光として前記回転筒に入射する、
   光エネルギー時分割分配装置。
4. 前記２^ｎ個の反射光のうち、（２^ｎ−１）個の反射光を合成することにより、高周波パルス光を生成する合成部をさらに備える、
   請求項３に記載の光エネルギー時分割分配装置。
5. 前記導光部は、前記第（２Ｎ−１）反射光と前記第（２Ｎ）反射光とを、前記第Ｎ入射光の入射方向を基準として、対称位置に導光する、請求項３または４のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。
6. 前記第１〜第（２^ｎ−１）（ｎは２以上の整数）入射光のうち少なくとも１つは、他の入射光と前記回転筒の軸方向の異なる位置に入射する、請求項３から５のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。
7. 前記回転筒の回転軸に直交した断面形状は、前記回転軸を中心とした対数螺旋曲線の所定の一部を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の光エネルギー時分割分配装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の前記光エネルギー時分割分配装置を用いた植物工
   場。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の前記光エネルギー時分割分配装置を用いた建築物。
10. 回転筒の外周面に、第１入射方向から入射する第１入射光を、第１反射光と第２反射光とに時分割し、
    前記第１または第２反射光を受光して導光し、
    前記回転筒に前記第１入射方向とは異なる第２入射方向から第２入射光として入射し、第３反射光と第４反射光とに時分割する、
    光エネルギー時分割分配方法。

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