JPH1022A

JPH1022A - 調光照明装置

Info

Publication number: JPH1022A
Application number: JP8175602A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Haniyu; 広道羽生; Susumu Senaba; 進瀬名波
Original assignee: Yokohama Kiko Co Ltd; Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Yokohama Kiko Co Ltd; Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光照射の各種パラメータを簡単に設定するこ
とができ、植物等の育成状況の調査を簡略化することが
できる調光照明装置を提供する。【解決手段】ケーシング１の内部に、複数の蛍光ラン
プ６ａ〜６ｅを配置し、蛍光ランプ６ａ〜６ｅのそれぞ
れの発光出力と発光時間とを設定する調光手段とを備え
た。蛍光ランプ６ａ〜６ｅのそれぞれは、可視光領域の
ほぼ全域を含む光の波長領域を少なくとも２つに分割し
た波長帯域のいずれかに光量が集中した光を発生する。
これにより、各波長帯域での発光出力を可変とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば植物に光
を照射して最適な生育環境を見い出すための植物育成実
験装置に適した調光照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、日照時間が少ない北欧などでは、
温室内に照明装置を配置して光合成を補う栽培が盛んに
行われている。また、我国においても、太陽光に近い光
質を持つランプや、太陽光中の足りない成分を有するラ
ンプを温室に配置し、ハウス栽培の果樹の着色、生育の
促進および品質の向上を効率的に行う技術が開発されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光環境が果
樹などの生物に及ぼす影響については、光の波長や強さ
および照射時間帯を適宜変更して育成状況を観察するこ
とにより調査され、その調査結果が上述したような温室
栽培に反映される。しかしながら、光の波長や強さなど
の各種パラメータを変更しながら行う育成状況の調査
は、大学などにおいてかなりの手間をかけて行われてい
た。特に、光の波長の設定に際してはその都度光源を取
り替える必要があり、煩雑を極めていた。したがって、
本発明は、光照射の各種パラメータを簡単に設定するこ
とができ、植物等の育成状況の調査を簡略化することが
できる調光照明装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の調光照明装置
は、内部に生物を収容するケーシングと、このケーシン
グの内部に収容された複数種の光源からなる照明手段
と、光源のそれぞれの発光出力と発光時間とを設定する
調光手段とを備え、光源のそれぞれは、可視光領域のほ
ぼ全域を２つ以上に分割した波長帯域のいずれかに光量
が集中した光を発生させることにより、各波長帯域での
発光出力を可変としたことを特徴としている。

【０００５】一般に、青色光や赤色光はクロロフィルを
合成したり、葉を健全に展開させたりするのに大切な働
きをする。したがって、これら光の成分を特定の植物に
対して適宜設定することにより、葉の色つやや形態を最
適な状態にすることができる。上記構成の調光照明装置
にあっては、可視光領域が２つ以上に分割されているの
で、照明手段が発生する光の青、赤といった成分の強度
と照射時間を任意に設定することができる。したがっ
て、調光手段を操作することにより、光照射の各種パラ
メータを簡単に設定することができ、植物等の育成状況
の調査を簡略化することができる。すなわち、植物の栽
培の専門家でなくても、植物育成のための最適条件を簡
単に見い出すことが可能となる。

【０００６】また、キクやトマトなどのある種の植物で
は、緑色光と黄色光を多く照射すると植物高が高くなる
という報告（社団法人照明学会編：光バイオインダスト
リー１４６頁）がなされている。よって、本発明では、
可視光領域のほぼ全域を３つ以上に分割した波長帯域の
いずれかに光源の光量が集中するように構成することも
でき、これにより、より多種多様の生物に本発明を適用
することができる。

【０００７】また、遠赤外光は、ワサビの人工栽培や、
ヨーグルト、豆腐などの食品の鮮度維持に効果があると
の報告（裳華房：２１世紀のハイテク農業４１頁）がな
されている。よって、本発明では、発生する光の波長領
域については可視光領域に限らず、赤外光領域（近赤外
光または遠赤外光あるいはその両者）を含めることがで
きる。さらに、一般に紫外光は生物にとっては有害とさ
れているが、例えば好ましくない微生物の繁殖の抑制に
は効果的である。したがって、本発明では、発生する光
の波長領域を紫外光領域まで含めることもできる。

【０００８】光の波長領域を分割する例としては、たと
えば、可視光領域を２つの波長帯域に分割して、これに
赤外光領域（近赤外光または遠赤外光あるいはその両
者）を加えた３つの波長帯域を構成することができ、さ
らに紫外光領域を加えた４つの波長帯域を構成すること
ができる。また、可視光領域を３つの波長帯域に分割し
て、これに赤外光領域（近赤外光または遠赤外光あるい
はその両者）を加えた４つの波長帯域を構成することが
でき、さらに紫外光領域を加えた５つの波長帯域を構成
することができる。なお、５つの波長帯域を構成する場
合には、３００〜８００ｎｍの波長領域を５等分にする
ことができる。

【０００９】次に、光源として以下のものを使用するこ
とができる。紫外光源水素放電管（重水素ランプ）、殺菌ランプ、ブラックラ
イト、捕虫用ランプ、複写用ランプ、キセノンランプ、
健康線ランプなどを使用することができる。可視光源白熱電球、ハロゲン電球、高演色ランプ、カラーラン
プ、蛍光ランプ（低圧の水銀蒸気放電ランプ）などを使
用することができる。また、高圧水銀ランプ、メタルハ
ライドランプ、高圧ナトリウムランプなどのＨＩＤラン
プ（高輝度放電ランプ）や、低圧ナトリウムランプなど
を使用することができる。赤外光源赤外電球や赤外光ヒータ、農業用ランプ、可視部除去フ
ィルター付きのタングステンランプなどを用いることが
できる。

【００１０】上記した光源は、連続スペクトル成分が多
くて輝線が少なく、分割した波長帯域のいずれかに光量
が集中したものが適宜選定される。すなわち、光のスペ
クトルが波長領域の広範囲に渡って分散したものでは、
各波長帯域での光量の調節が困難ないし不可能になるか
らである。本発明者等の実験によれば、光源が発生する
光の全光量のうち６０％以上が特定の波長帯域に存在す
れば、各波長帯域での光量の調節が可能となることが判
った。したがって、光源は、いずれかの波長帯域に６０
％以上の光量が存在するものであることが望ましく、よ
り望ましくは７０％以上、さらに望ましくは８０％以上
が良い。また、波長バンドパスフィルターを設けた光源
を用いることにより、分割した波長帯域のいずれかに光
量を集中させることもできる。この場合には、所定の波
長帯域から外れた光がカットされる（つまり、ほぼ全光
量が当該波長帯域に集中する）ので、光の成分の調整が
極めて簡単となる。

【００１１】ケーシングは、開放されたものであっても
良いが、光源の光を効率良く生物に照射するためと、太
陽光などの外部の光の影響を極力受けないようにするた
めに、光を遮蔽するように密閉したものが望ましい。ま
た、ケーシングの内面に反射板を設けることにより、光
源が発生する光をより効率良くしかも均一に生物に照射
することができる。この場合、反射板は、ケーシングの
側面の全域さらには上面および下面に設けることができ
る。

【００１２】また、光源が蛍光灯の場合には、生物に対
向する側の内周面に反射面をコーティングし、発生する
光を生物側へのみ照射するように構成することができ
る。このように構成することにより、発生した光がケー
シングの内面（または反射面）で反射する回数が少なく
なり、光の減衰が少なく有効利用することができる。具
体的には、蛍光灯の内周にアルミニウム等をコーティン
グし、その後、蛍光灯の内周面全体に蛍光剤を塗布す
る。そして、なお、この場合に蛍光灯から照射する光の
口角度（広がり角度）は９０〜１００゜にするのが良
い。

【００１３】さらに、ケーシング内の温度を外気温と同
等にするために、吸気口および排気口と、吸気口から流
入した空気を排気口から排出する換気手段を設けること
が望ましい。この場合、吸気口および排気口には、光の
漏洩を防ぐためにラビリンス状の遮蔽板を設けることが
できる。加えて、調光手段にコンピュータを備え、設定
した光源の発光時間と発光出力をコンピュータに記憶さ
せて光源を制御するようにしても良い。この場合におい
て、ケーシング内に光の強度を測定するセンサを配置し
て発光出力をフィードバック制御することもできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図１ないし図４を参照して
本発明の実施の形態を説明する。（１）第１の実施の形態Ａ．「調光照明装置の構成」図１および図２は実施の形態の動植物の育成実験用の調
光照明装置を示す図である。図１において符号１はケー
シングである。ケーシング１は矩形の密閉された箱であ
り、その前面には開閉自在な扉２が取り付けられてい
る。ケーシング１の両側面には、吸気口３が取り付けら
れている。吸気口３の内部には遮光板（図示略）がラビ
リンス状に取り付けられている。また、ケーシング１の
上面には穴（排気口）１ａが形成され、この穴１ａを覆
うように換気扇（換気手段）４が取り付けられている。
換気扇４の四方は開放され、そこからケーシング１内の
空気が排出されるようになっている。また、換気扇４の
内部には、遮光板４ａ，…がラビリンス状に取り付けら
れている。

【００１５】ケーシング１の内面の全域には、反射板
（反射部）１ｂ，…が取り付けられている。また、扉２
の内面にも反射板（反射部）２ｂが取り付けられてい
る。反射板１ｂ，２ｂには、例えばアルミニウムの板材
の一面を鏡面仕上げしたものが用いられている。また、
ケーシング１の底には、栽培ベッド５が載置されてい
る。栽培ベッド５は、上面が開放された箱状のもので、
その内部には、スポンジなどの含水材５ａあるいは砂や
土が収容されている。そして、ケーシング１の上部に
は、栽培ベッド５の上で栽培する植物に光を照射する複
数の蛍光ランプ（光源）６ａ〜６ｅが配列されている。
以下、各蛍光ランプ６ａ〜６ｅについて説明する。

【００１６】蛍光ランプ６ａは、主として紫外光を発
生する光源であり、この実施の形態ではＢａＳｉ₂Ｏ₅：
Ｐｂを発光剤とするブラックライトが用いられている。
図３（Ａ）は蛍光ランプ６ａのスペクトル分布を示すも
のであり、この蛍光ランプ６ａでは、３５１ｎｍに強度
のピークを有し、３００〜４００ｎｍの波長帯域に出力
の８８％が集中している。蛍光ランプ６ｂは、主として青色光を発生する光源で
あり、この実施の形態では３Ｓｒ₃（ＰＯ₄）₂・ＣａＣ
ｌ₂：Ｅｕ²⁺を発光剤とする高演色ランプが用いられて
いる。図３（Ｂ）は蛍光ランプ６ｂのスペクトル分布を
示すものであり、この蛍光ランプ６ｂでは、４３５ｎｍ
に強度のピークを有し、４００〜５００ｎｍの波長帯域
に出力の８５％が集中する。蛍光ランプ６ｃは、主として緑色光を発生する光源で
あり、この実施の形態ではＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎを発光剤
とする高演色ランプまたはカラーランプが用いられてい
る。図３（Ｃ）は蛍光ランプ６ｃのスペクトル分布を示
すものであり、この蛍光ランプ６ｃでは、５２５ｎｍに
強度のピークを有し、５００〜６００ｎｍの波長帯域に
出力の７８％が集中する。蛍光ランプ６ｄは、主として赤色光を発生する光源で
あり、この実施の形態では３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ
₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ⁴⁺を発光剤とする高演色ランプまたは
カラーランプが用いられている。図４（Ｄ）は蛍光ラン
プ６ｄのスペクトル分布を示すものであり、この蛍光ラ
ンプ６ｄでは、６５７ｎｍに強度のピークを有し、６０
０〜７００ｎｍの波長帯域に出力の８７％が集中する。蛍光ランプ６ｅは、主として近赤外光を発生する光源
であり、この実施の形態ではＬｉＡｌＯ₂：Ｆｅを発光
剤とする農業用ランプが用いられている。図４（Ｅ）は
蛍光ランプ６ｅのスペクトル分布を示すものであり、こ
の蛍光ランプ６ｅでは、７４５ｎｍに強度のピークを有
し、７００〜８００ｎｍの波長帯域に出力の７３％が集
中する。

【００１７】上記のような蛍光ランプ６ａ〜６ｅは、こ
の実施の形態ではケーシング１の両側面に８本づつ、天
井に２０本配置されている。そして、各波長帯域の蛍光
ランプ６ａ〜６ｅは、それぞれ５本〜９本用意され、図
示のように、同一波長帯域のものが一箇所に偏らないよ
うに分散して配置されている。そして、図４（Ｆ）に示
すように、蛍光ランプ６ａ〜６ｅ全体のスペクトル分布
は、紫外光（ＢＬ）、青色光（ＥＢ）、緑色光（Ｅ
Ｇ）、赤色光（Ｒ）および近赤外光（ＦＲ）に分かれた
ものとなる。

【００１８】なお、蛍光ランプ６ａ〜６ｅの電気出力は
１本当たり１０〜６０ワットとされ、好ましくは２０〜
４０ワットとされるが、この実施の形態では、光の強度
が最高で７０μｍｏｌ／ｍ²／sec（横河インスツルメン
ト社製デジタル照度計使用）となるように電気出力が設
定されている。また、蛍光ランプ６ａ，の管径は２０ｍ
ｍ以下とされ、これにより、配置本数を増やして光の成
分がより均一となるようになされている。また、図示は
省略するが、ケーシング１の外面にはスイッチパネル
（調光手段）が取り付けられている。スイッチパネルに
は、メインスイッチ、各蛍光ランプ６ａ〜６ｅの出力を
設定するツマミなどが設けられている。

【００１９】Ｂ．「調光照明装置の使用例」実施の形態の調光照明装置を２つ用意し、蛍光ランプ６
ａ〜６ｅの出力を変えてえんどう豆を栽培した。調光照
明装置における各波長帯域の光の強度を表１に示す。な
お、蛍光ランプ６ａ〜６ｅの出力は、前述した最高出力
に対する割合で示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】Ｃ．「調光照明装置の効果」栽培に際しては、朝の定刻にメインスイッチをオンにし
て蛍光ランプ６ａ〜６ｅを点灯し、夕方の定刻にメイン
スイッチをオフにすることを２週間繰り返した。その結
果、調光照明装置Ａでは、インゲン豆の蔓の先端が１０
０ｃｍ伸びたのに対し、調光照明装置Ｂでは７０ｃｍで
あった。このように、上記構成の調光照明装置にあって
は、各波長帯域の出力設定を適宜変更することにより、
インゲン豆等の植物の生育状態の差を知ることができ
る。そして、各波長帯域の出力設定と植物の成長量など
を記録していくことにより、最適な生育環境を把握する
ことができる。

【００２２】特に、上記実施の形態では、ケーシング１
が密閉されているため、太陽光の変化の影響を受けるこ
とがない。また、換気扇４によりケーシング１の内部が
換気されるため、ケーシング１内の気温が上昇すること
もない。よって、光以外の条件をどの直物についてもほ
ぼ一定にすることができ、植物の育成実験の信頼性を高
めることができる。さらに、ケーシング１の内面に反射
板１ｂ，２ｂを取り付けているので、光を効率良くしか
も均一に植物に照射することができる。

【００２３】（２）第２の実施の形態次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。なお、図５において図１と同等の構成要素
には、同符号を付してその説明を省略する。この実施の
形態では、前述の第１の実施の形態のものと同等に構成
されたケーシング１内の温度や湿度などの生育条件をセ
ンサによって検出し、パーソナルコンピュータ（以下、
パソコンと略称する）などの制御手段によって予め設定
した生育条件となるようにフィードバック制御するよう
になっている。以下、第２の実施の形態の調光照明装置
について説明する。

【００２４】図中符号１０はケーシング１内の気温を調
整する空調機、１１はケーシング１内の湿度を調整する
加湿器、１２はケーシング１内に光合成のための二酸化
炭素を供給するガスボンベである。また、１３は、エチ
レンガスなどの所定のガスが充填されたガスボンベであ
り、特殊なガス雰囲気で育成実験を行うときに使用す
る。１４はケーシング１内に風を生じさせるためのファ
ン、１５は栽培ベッド５内の含水材５ａに水を供給する
水配管に設けられた電磁弁である。また、符号１６はセ
ンサ群であり、ケーシング１内の温度、湿度、二酸化炭
素濃度、光の強度、風速および栽培ベッド５内の水位を
測定する測定装置１７の各プローブからなっている。そ
して、測定装置１７によって測定された上述した生育条
件は、Ａ／Ｄ変換器１８によってデジタルデータに変換
され、入力インターフェース１９により適切なデータに
変換されてパソコン２０に入力される。

【００２５】パソコン２０には、上述した各種生育条件
が予め記憶されており、記憶したデータと入力されたデ
ータとを比較して各種制御データを発生し、これを出力
インターフェース２１を介して空調機１０等の育成条件
調整装置に出力する。符号２２ａおよび２２ｂは、出力
インターフェース２１から出力された制御データをアナ
ログ電流に変換するＤ／Ａ変換器である。Ｄ／Ａ変換器
２２ａから出力された励磁電流により、ガスボンベ１
２，１３に接続された電磁弁２３が開閉される。また、
Ｄ／Ａ変換器２２ａから出力された制御電流により、空
調機１０と加湿機１１がオン／オフ制御、または比例制
御される。また、Ｄ／Ａ変換器２２ｂから出力された制
御電流は調光制御装置２５に入力され、調光制御装置２
５は、入力した制御電流に応じた電流を各蛍光ランプ６
ａ〜６ｅに供給し、それらの光の強度を設定する。

【００２６】また、出力インターフェース２１から出力
された制御データはモータドライバ２７に入力され、モ
ータドライバ２７は、制御データに対応する駆動電流を
ファン１４に供給する。これにより、ケーシング１内の
植物Ｐを抜けて流れる風の風速が設定値に調整される。
さらに、出力インターフェース２１から出力された制御
データは、Ｄ／Ａ変換器２９で励磁電流に変換され、水
位調整用の電磁弁１５を開閉する。さらに、パソコン２
０に予め入力した各種育成条件は、プリンタ３０により
印刷することができる。また、センサ群１６により測定
した各種育成条件の実測値も時間経過とともにパソコン
２０に記憶され、いつでもプリンタ３０により印刷する
ことができる。

【００２７】上記構成の調光照明装置にあっては、パソ
コン２０で各蛍光ランプ６ａ〜６ｅの光の強度を設定し
記憶させることができるので、一日の時間帯によって光
の強度を変えたり、日にちの経過により照射時間（日
長）や強度を変化させることができる。したがって、蛍
光ランプ６ａ〜６ｅの複雑な制御を簡単に行うことがで
きるのは勿論のこと、植物に花芽形成の契機となる光周
性を与えることができ、育成実験の自由度および応用範
囲が格段に広がる。しかも、植物Ｐに実際に照射される
光が設定値に調整されるので、光の条件を各植物につい
て同等にすることができ、実験結果の信頼性を大幅に向
上させることができる。さらに、植物Ｐの周囲の温度や
湿度などの各種育成条件もパソコン２０に記憶され、そ
れらデータに基づいてフィードバック制御されるので、
光以外の条件も各植物について同等となり、実験結果の
信頼性をさらに向上させることができる。加えて、パソ
コン２０が各種育成条件を記憶するから、植物工場にお
いて最適な育成条件を正確に再現することができる。

【００２８】（３）変更例本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではな
く、以下のように種々の変更が可能である。植物工場として使用することができる。植物のみならず、昆虫や微生物などの育成実験、ある
いは、成長を抑制する実験に用いることができる。たと
えば、人体や動植物にとって好ましくない害虫や細菌、
カビなどの繁殖を抑制する実験に適用することができ
る。納豆、チーズ、ヨーグルト、味噌、醤油、ソース、酒
などの発酵食品の生産実験に適用することができる。紫外光などの動植物に対する悪影響を調べるための実
験に用いることができる。近赤外光に代えてあるいはこれに加えて遠赤外光を用
いることができる。光の波長領域の３００〜８００ｎｍを５分割にした
が、３５０〜８５０ｎｍを５分割にしても良い。また、
光の波長領域は４分割あるいは５分割以上にして波長帯
域を設定することができる。蛍光ランプ６ａ〜６ｅをケーシング１の上部に配置し
たが、側部だけあるいは底面だけに配置することもでき
る。ケーシングの形状は任意であり、円筒状、球状など種
々の形状にすることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、調光
手段を操作することにより、光照射の各種パラメータを
簡単に設定することができ、植物等の育成状況の調査を
簡略化することができる（請求項１）。また、光の波長
領域が紫外光領域から遠赤外光領域までとされているの
で、種々の生物への光の影響を調査することができ、発
生する光の全光量のうち７０％以上が特定の波長帯域に
存在するものとされているから、各波長帯域の光の強度
を容易に設定することができる等の効果が得られる（請
求項２）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の調光照明装置を示
す斜視図である。

【図２】実施の形態の調光照明装置の断面図である。

【図３】紫外光、青色光および緑色光のスペクトル分
布を示す線図である。

【図４】（Ｄ）および（Ｅ）は赤色光および近赤外光
のスペクトル分布を示す線図であり、（Ｆ）は蛍光ラン
プ全体のスペクトル分布を示す線図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の調光照明装置を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１…ケーシング、１ａ…穴（排気口）、３…吸気口、４
…換気扇（換気手段）、６ａ〜６ｅ…蛍光ランプ（光
源）、２０…パソコン（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に生物を収容するケーシングと、こ
のケーシングの内部に収容された複数種の光源からなる
照明手段と、上記光源のそれぞれの発光出力と発光時間
とを設定する調光手段とを備え、上記光源のそれぞれは、可視光領域のほぼ全域を２つ以
上に分割した波長帯域のいずれかに光量が集中した光を
発生させることにより、各波長帯域での発光出力を可変
としたことを特徴とする調光照明装置。
【請求項２】前記所定の光の波長領域は、紫外光領域
から近赤外光領域までとされるとともに、少なくとも５
つの波長帯域に分割され、前記光源は、発生する光の全光量のうち７０％以上が特
定の波長帯域に存在するものとされ、前記ケーシングは、光を遮蔽するように密閉した構造と
されるとともに、その内部の少なくとも側面全域に反射
部が設けられ、さらに、吸気口および排気口と、吸気口
から流入した空気を排気口から排出する換気手段を備
え、前記調光手段は、記憶したデータに基づいて光源の発光
時間と発光出力を制御する制御手段を備えていることを
特徴とする請求項１に記載の調光照明装置。