JPH11503008A - 昆虫を制御する周波数エミッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 昆虫を制御する装置（５）と方法は、光ポンプ（６０）と振動子モータ（４０）を利用して、干渉性または準干渉性放射周波数を生成し、昆虫を制御したり引き付けたりする。光ポンプ（６０）と散乱面（２０）は、干渉性または準干渉性放射周波数を生成して昆虫を抑制したり引き付けたりする。

Description

【発明の詳細な説明】 昆虫を制御する周波数エミッタ 発明の背景 発明の適用分野 本発明は、昆虫を制御または誘引する装置ならびに方法に関し、具体的には、 散乱面を備え、電磁波を励磁して干渉性または準干渉性の電磁波周波数を生成し て昆虫を制御または誘引する装置ならびに方法に関する。 関連技術の説明 ノミ、蚊、蛾などの昆虫は望ましいものではない、というのは厄介で、資産を 壊し、その上しばしば健康に有害なためでである。昆虫を補足し、駆除し、処理 する装置と方法は当技術分野では周知である。こうした装置と方法には多くの形 態があり、たとえば、ハエ取り紙、昆虫を感電死させる電気昆虫駆除器、殺虫剤 などがある。従来の装置と方法には多くの欠点がある。たとえば、ハエ取り紙と 電気昆虫駆除器はどちらも昆虫を誘引するには有効ではないので、所定の範囲で 昆虫を駆除するのにはほとんど有効ではない（約５ないし１０％）。殺虫剤は、 概して人と環境のどちらにも危険である。その上、殺虫剤は、昆虫を誘引するの には有効ではない。 昆虫は、生殖誘引物質と寄主植物の特定の分子に引き付けられることは長い間 知られていた。たとえば、Philip S．Callahan博士（以後、出願者）は、夜行性 の蛾は発光に誘引されているのではなく、強度の低い光源からの発光により刺激 された空気中の植物の香りからでる赤外線散乱周波数に誘引されることを１９５ ７年に実証した。Callahan博士による「オオタバコガの幼虫の様々な光波長への 孵化反応」米国昆虫学会紀要、Vol.50，No.5，１９５７年９月（Callahan, "Oviposition Response to the Imago of the Corn Earworm Heliothis Zea(Bod die)，to Various Wave Lengths of Light"，Annals of the Entomological Soc iety of America，Vol.50，No.5，September 1957）参照。散乱放射線の要約は 、Fabelinskiiの光の分子散乱、ブラウン大学の物理学部の、Robert T.Beyerに よる翻訳、Plenum出版、ニューヨーク、１９６８（Fabelinskii，Molecular Sca ttering of Light，translated by Robert T．Beyer，Department of Physics， Brown University，Plenum Press，New York，1968）に示されている。 １９６０年代の中ごろの一連の論文で、出願者は、昆虫の触角は光共振空洞と して作用し赤外線周波数を収集し送信することを主張していた。以下の文献を参 照のこと。Callahanによる「夜行性の蛾（Saturnidae）の触覚上の高周波数誘電 体導波管」応用物理、第７巻、１４２５頁、１９６３年８月（Callahan，" A Hi gh Frequency Dielectric Waveguide on the Antenna of Night-Flying Moths(S aturnidae),"Applied Optics，Vol.7，page 1425，August 1963; Callahanによ る「夜行性の昆虫の中間および遠赤外線感知、パートII、モザイク状光電磁熱放 射計としてオオタバコガ、Heliothis zea、他の蛾の複合眼」米国昆虫学会の紀 要、第５８巻、第５号、第７４６ないし７５６頁、１９６５年９月(Callahan，" Intermediate and Far Infrared Sensing of Nocturnal Insects，Part II，The Compound Eye of the Corn Earworm，Heliothis Zea，and Other Moths as a M osaic Optic-electromagetic Thermal Radiometer"，Annals of the Entomologi ca Society of America，Volume 58，Number 5，pp.746-756，September 1965); Callahanによる「昆虫の分子生体電子工学：誘電性および熱伝導性特性に力点 を置いた管状導波管としての昆虫の感覚器の理論および実験面での研究」米国昆 虫学会の論文集、第５巻、第７号、３１５ないし３４７頁、１９６７年６月(Cal lahan,"Insect Molecular Bioelectronics: A Theoretical and Experimental Study of Insect Sensillae as Tubular Waveguides，with P articular Emphasis on Their Dielectric and Thermoelectric Properties",Mi scellaneous Publications of the Entomological Society of Americal，Volum e 5，Number 7，page 315-347，June 1967)． １９６８年には、出願者は、真暗な環境において近赤外線放射による人の蒸気 に蚊（Aedes aegypti）が引き付けられることを実証した。Mangumその他による 「Aedes aegyptiへの近赤外線放射の誘引力」経済昆虫学ジャーナル、第６１巻 、第１号、第３６ないし３７頁、１９６８年２月（Mangum et al.，"Attractanc e of Near-Infrared Radiation to Aedes aegypti"，Journal of Economic Ento mology，Volume 61，Number 1，pp.36-37，February 1968）を参照のこと。昆虫 の触角の働きは以下の文献に詳細に記載されている。Callahanによる「香りの検 出メカニズムと感覚器の進化の点からの昆虫の触覚（Callahan，"Insect Anterm a with Special Reference to the Mechanism of Scent Detection and the Evo lution of the Sensilla"Int.J．Insect Morphol.& Embryol，4(5):381-430(197 5)）。 １９７７年には、出願者は、ロウソクに夜行性の蛾が引き付けられるのは、昆 虫の眼やロウソクの光によるものではなく、昆虫のもつ誘電性の触覚と、昆虫の 触角に適応したロウソクの水蒸気の赤外線放射によるものであることを実証した 。以下の文献を参照のこと。Philip S．Callahanによる「蛾とロウソク：蛾の生 殖時の香り（フェロモン）から出る暗号化された赤外線の波長に擬態したロウソ クの炎」応用物理学、第１６巻、第３０８９頁、１９７７年１２月（Philip S． Callahan，"Moth and candle: the candle flame as a sexual mimic of the co ded infrared wavelengths from a moth sex scent(pheromone)”，Applied Opt ics，Vol.16，page3089，December 1977）ならびにPhilip S．Callahanによる「 コナガのフェロモン（生殖の香り）からの遠赤外線（１７μｍ領域）放射の 補足変調」応用物理学、第１６巻、第３０９８頁、１９７７年１２月（Philip S ．Callahan，"Trapping modulation of the far infrared（17-micromillimeter region）emission from the cabbage looper moth pheromne(sex cent)" Appli ed Optics，Vol 16，page 3098，December 1977）。 昆虫の中には、特定の誘引物質（昆虫自体がつくる揮発性複合体である「フェ ロモン」など）が化学的に識別し合成するものがいる。生殖と寄主植物の誘引分 子の分離が過去数十年にわたって着実に進展してきた。誘引物質は様々な従来の 補足に利用されてきたが結果は良好なものではなかった。というのはこうした補 足は空気中にそれらの香り（フェロモン）がすべて放散して、ほんの数日で使用 できなくなってしまう。 参照のため本明細書に統合してあるCallahanによる米国特許第3997785号では 、出願者により、昆虫を抑制するために、封鎖室に密封してある分子化された香 りの蒸気中に、金が被覆された針を振動させ、赤外線発信窓から狭帯域メーザー 増幅状のエネルギを刺激放射するシステムが説明されている。他の従来の解決法 よりも有益であったが、本システムも効果がない場合が多かった。というのは、 抑制中の昆虫による周波数に極めて近いメーザー増幅状の周波数をつくりだすの に失敗したからである。 したがって、特定の領域内で昆虫を誘引および／または制御可能で、人に無害 で比較的安価で操作が容易な装置ならびに方法が必要である。 発明の要約 本発明は、昆虫を制御または誘引するために、固有の（模倣）散乱面、固有の 振動変調周波数、および関連する励起放射を利用して干渉性または準干渉性放射 周波数を生成することにより従来の解決法を用いて上記の問題を克服する。した がって、本発明は、自然界のすべての昆虫の制御に適用される。こうした制御は 、昆虫用の誘引物質（たとえば、補足用）または周波数抑制（すなわち、妨害） 放 射として動作する。 本発明は、天然の、ミリメーターレベル赤外線の目に見えるＵＶ（紫外線）ま たはＵＶ−Ｘ線周波数を発振して昆虫を制御する方法と装置を提供する。制御に は昆虫の誘引や排除も含まれる。誘引は、制御する昆虫の誘引周波数を発して達 成される。反撥は、昆虫の光子通信システムに応じて調節された抑制（または妨 害）周波数を発したり、または昆虫の分子通信システムに干渉する位相のずれた 周波数を発することで達成される。 上記の多くの機能や周波数は、特定の昆虫の固有情報化学物質と特定の昆虫の 誘電体散乱面を利用して、日々の生殖や餌を探す動作において生物体により利用 された暗号化波長を模倣する特定の周波数（波長）エミッタを使用して実現され る。 情報化学的（semiochemical）物質または他の行動分子が密封室に密封されて いる。この密封質は、干渉性または準干渉性のメーザー増幅状放射周波数が放射 可能な窓を備えている。その室の中心には、昆虫の触覚、胸部、羽根または脚部 をコピーした食刻散乱面をもつプレートが置かれている。散乱面をもつプレート は、室の内部の窓の端部に垂直に装着されている。メーザー増幅状放射周波数を 焦点に集めて窓を通して放射するために調整可能な格子も備えてある。調整可能 な格子には所定数の穴が備えられており、適切な昆虫の触角（誘電体導波管共振 器）の寸法に一致する。散乱面は調整可能な格子に直角であり、振動ロッドに装 着され、散乱面が極端に低い周波数の範囲（すなわち、昆虫によるが１Ｈｚから ８００Ｈｚの間）で振動可能に制御される。情報化学物質は振動散乱面上で循環 している。この振動散乱面は、窓を介して環境に放射される干渉性または準干渉 性の狭帯域高強度のメーザー増幅状放射をつくりだす。干渉性または準干渉性の メーザー増幅状放射は、昆虫の固有周波数を制御したり、引き付けたり、妨害し たりする。 他に、本発明は、希望通りに昆虫を引き付けたり離したりする固有波を模倣す る光子波を発する方法と装置を提供する。この模倣は、電源と、ガス放射管と、 適切な誘引物質に浸された散乱面とを使用して実行される。ガス放射管は電源に より励起され、ガス発光する。散乱面は、ガス管放出によるエネルギが散乱面に 向けられるようにガス管に隣接して装着される。これは、円筒形の散乱面をガス 管の上方に装着することで実現される。散乱面上（またはその近くに）付着した 誘引物質の分子が放射エネルギにより励起され、振動し始める。放射エネルギが 十分に吸収されると、振動により光子波（または発光）が発生される。光子波は 、昆虫の誘電性導波管（すなわち、昆虫の触角）により受け取られる。放射エネ ルギ、散乱面および／または触覚を変化させることで、本発明は、広範囲の昆虫 に対する効果的な性能を達成するよう「調整」される。 ガス放出管からのエネルギは、様々な方法の内の任意の方法で変えることがで きる。管を充填するのに使用するガスは、望ましいスペクトル範囲のエネルギ出 力が達成できるように変えることができる。電源によりもたらされたエネルギは 、ガス管の放出に使用され、周波数（すなわち、充電率）および／または振幅の 点から変えることができる。さらに、ガス管の表面は、放射発光を望ましいスペ クトル範囲に制限するように調整できる。 散乱面を変える方法も多々ある。第１に、散乱面の物理形状を変えて本発明の 構成を一層容易にすることである。次に、ガス管と散乱面の空間上の関係を変え ることで、望ましい方向に光子波の方向を定めることもできる。吸収された誘引 分子に応じて、様々の物質を使用して、散乱面を構成すれば、誘引物質の吸収度 および／または振動の余裕度を調整できる。 図面の簡単な説明 本発明の上記および他の特色や利点は、添付図面に図示されているように本発 明の好適実施の形態の以下の一層具体的な説明から明らかになるであろう。 図１は、本発明に応じて構成された、干渉性の散乱および群波ソリトン導波管 をもつ表面強化エミッタの好ましい実施の形態の図である。 図２Ａないし図２Ｆは、昆虫の触角、胸部および脚部上に見いだされた様々な 散乱面の例を示す写真である。 図３は、コナガ(Trichoplusia ni)の触覚の散乱面の例を示す図である。 図４は、コナガ(Trichoplusia ni)のフェロモンのスペクトルを示す図である 。 図５は、分光光度計の光が種の外表の平坦面に当たるように向けられた面を備 えた小型容器におけるオート麦、米およびエンドウの表面から散乱したスペクト ルを示す図である。 図６は、３６００オングストロームの暗光ＵＶバルブ上に流れるホルムアルデ ヒドのスペクトルを示す図である。 図７は、周知の１４．９μｍのＣＯ₂回転線のスペクトルを示す図である。 図８は、群ソリトン大気性ＥＬＦ波のスペクトルを示す図である。 図９は、本発明に応じて構成された干渉性の散乱導波管の好ましい実施の形態 の図である。 図１０は、本発明の好ましい実施の形態において散乱面として利用される繊維 性の厚紙における増殖性配列の顕微鏡写真を示す図である。 図１１は、本発明に応じた干渉性の散乱導波管の好ましい実施の形態の図であ る。 図１２は、本発明に応じて構成された干渉性の散乱導波管の好ましい実施 の形態の図である。 図１３は、本発明に応じて構成された干渉性の散乱導波管の好ましい実施の形 態の図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 １．第１の実施の形態の動作概略 図１は、本発明の好ましい実施の形態を示す。本発明は周波数エミッタ５から 構成される。このエミッタ５は、干渉性散乱および群ソリトン導波管をもつ表面 強化エミッタであり、昆虫を制御する。これは、誘引周波数を発するかまたは該 当する昆虫の光子通信システムに調整された抑制（妨害）周波数を逆に発するこ とで実行される。これらの機能は、周波数エミッタ５により実行される。このエ ミッタ５は、特定の昆虫の固有の情報化学物質と昆虫固有の誘電性散乱面を利用 して、日々の生殖や餌を探す行動において昆虫により利用される暗号化波長を模 する。 本明細書において、用語「情報化学物質（semiochemicals）」は、通信光子を 固有に発する昆虫の任意の分子を意味する。用語「制御（control）」は、（た とえば電気死または殺虫剤により）駆除する密封領域への昆虫の誘引または特性 の領域から昆虫を離すことを意味する。 周波数エミッタ５は、室１０、散乱面２０、調整式格子３０、振動子／回転子 のモータ４０、空気ポンプ５０、光ポンプ６０、ならびに赤外線窓７０から構成 される。こうした構成要素の機能および動作上の説明を以下に示す。要約すると 、周波数エミッタ５は、室１０内の情報化学物質からの狭帯域高強度のメーザー 増幅状の光を生成する。この情報化学物質は、散乱面２０上を室を通って循環す る。ポンプの流量（すなわち、情報化学物質が散乱面２０上で（閉鎖システム中 を）循環する率）は、昆虫を刺激して情報化学物質を探しそれに反応する風の速 度に一致するように設定されている。散乱面２０は、適切な変調周波数（通常は 極端に低い周波数範囲）で振動する。振動中の散乱面２０上を情報化学物質を循 環させることで、昆虫により生成される固有の周波数を模すメーザー増幅状の光 が生成でき、窓７０を介して外の環境に出る。 Ａ． 本発明の構造の説明 図１を再び参照すると、室１０は、立方体、球体、またはパラボラ状の構造な ど任意の形状をとれる。しかし、好ましい実施の形態は、約４ｃｍｘ１０ｃｍｘ １５ｃｍの直方体である。この実施の形態では、室１０は金属、プラスチックま たはガラスから構成される。しかし、任意の個体材料を使用して室１０を構成す ることもできる。室１０には２つの穴５４、５５が対抗側端部に形成されており 、それぞれ空気の流入および流出穴である。 室１０には、フェロモンまたは寄主植物の分子など情報化学分子または他の行 動分子が充填されている。室１０は、情報化学物質（すなわち、誘引または抑制 ）分子または他の行動（すなわち、香り）分子が散乱面２０上を継続的に循環で きるように密封されている。言い換えれば、周波数エミッタ５は閉鎖システムで ある。 室１０の中心に置かれているのは、散乱面２０が食刻されたプレート１５であ る。プレート１５は金属またはプラスチックからつくられる。マイクロメータ傾 斜機構８５は、散乱面２０の位置を調整するために備えてあり、狭帯域高強度の メーザー増幅状の光（固有散乱面上を固有情報化学物質を循環させることでつく られる）を一点にあわせたり、細かく調整して、窓７０を通過させる。本実施の 形態では、散乱面２０はあらゆる方向に（たとえば、垂直、水平、回転式、枢軸 式）調整可能である。 散乱面は、たとえば、あらゆる種類の昆虫にみられる触角、胸部、羽根または 脚部の散乱面を模倣して形成されている。 今日の食刻技術は、マイクロメータレベルの誘電性または金属被覆部が、スペ クトルのミリメータ、マイクロ波、赤外線（ＩＲ）、可視および紫外線（ＵＶ） 領域の短波電磁波用の散乱面および増幅器として製造可能なレベルに到達してい る。こうした微細開放共振器型誘電性増幅器または表面増強散乱構成は、現在、 作成されており、以下の文献に記載されている。Jewellその他による「マイクロ レーザ」サイエンティフィック・アメリカ １９９１年９月 （Jewell et al. ，"Microlasers"，Scientific America，November 1991）、Schereその他による 「サブミクロ高域垂直空隙マイクロレーザのレーザ照射」光学および光通信学ニ ュース、１９９１年１２月（Schere et al.，"Lasing in Submicron Wide Verti cal Cavity Microlasers"，Optics and Photonics News，December 1991）、Gro ssmanその他による「短波長用の平版らせん状アンテナ」応用物理学会紀要、第 ５９巻、第２５号、１９９１年１２月（Grossman et al.，"Lithographic spira l antenna at short wavelengths"，Appl．Phy．Lett.，Vol 59，No.25，Decemb er 1991）、ならびにJohnによる「限定集光」今日の物理学、１９９１年５月（J ohn，"Localization of Light" Physics Today，May 1991）。これらの文献はす べて参考のため完全に本明細書に組み込まれている。 現代の固体物理学は、「ドット」の配列を利用して周波数の感度と増幅度を増 大させ始めている。こうしたドットは、ホログラフィー印刷をトランジスタの表 面に食刻して製造された微細な散乱３次元アンテナ配列である。こうした食刻は 、周波数を「補足し」増幅する３次元構造を残す。Heitmannその他による「量子 配列の分光学」今日の物理学、１９９３年６月（Heitman et al.，"The Spectro scopy of Quantum Arrays"，Physics Today，June 1993）を参照のこと。たとえ ば、昆虫は、数百年にわたって周波数の増幅にこうした３次元の表面を使用して きた。 原子プローブイオン顕微鏡技術では、表面の原子の上方や突出部のガスの原子 の映像が生物体の散乱面に類似していることが示されている。こうした表面は、 おおくの細かい突起または吸引穴をもつ粗い組織でできている。しかし、粗い組 織は原子のエネルギを「集める」ために（昆虫のような）特殊な端部や溝をもつ ように設計されてないと、映像化には不適切である。昆虫の表面は粗いのではな く、表面の分離部を振動させることで周波数を上げるよう設計されている。電界 イオン顕微鏡により取られたイオンの写真では、ヘリウムのようなガスのソリト ンターゲット波が示してある。こうしたソリトンターゲット波は、大気からの低 エネルギでは共通である。Tien Tsongによる「原子プローブ電界イオン顕微鏡技 術」今日の物理学、１９９３年５月（Tien Tsong、"A tom-Probe Field Ion Mic roscopy"，Physics Today，May 1993）。ソリトン波とは、他の波に乗っている 変動波である。 昆虫の散乱面の代表的な例が表１に載っている。図２Ａないし図２Ｆは、表１ の散乱面のいくつかの例を示す写真である。 図２Ａはあみ状面（表１のＮｏ．１参照）を示す。図２Ｂは溝状またはうね状 （波形）面（表１のＮｏ．２参照）を示す。図２Ｃは、コナガにみられるような 畝のある円すい形状面を示す（表１のＮｏ．４参照）。図２Ｄは、葉状スパイク 形状面（表１のＮｏ．１０参照）を示す。図２Ｅは、トウモロコシの雌穂状面（ 、表１のＮｏ．１２参照）を示す。図２Ｆは、板ぶき屋根状面（表１のＮｏ．２ ０参照）を示す。こうした面はすべて、現在のマイクロ食刻技術によりプレート ２０に食刻可能である。 気密室１０には、ミリメータレベルの、赤外線、可視光線、紫外線、またはＸ 線の特殊な窓７０が形成されている。窓７０は、情報化学物質を散乱面２０と格 子３０（以下に記載）上に循環させることで生成された散乱干渉放射（たとえば 、メーザー増幅状発光）に使用される。好ましい実施の形態では、窓７０はKrs ５の赤外線用窓である。 調整可能格子３０は、制御中の生体の誘電性散乱触覚または感覚子（とげ）の 固有寸法に全体的に一致するように、適切な数の溝を用いて構成される。調整可 能格子３０は、光のスペクトルの可視および赤外線領域での反射率を高めるため に金メッキをすべきである。たとえば、調整可能格子３０は、ゴキブリには２０ 溝／ｍｍ、ダニやコナジラミには３００ないし６００溝／ｍｍで構成される。様 々な昆虫用の代表的な格子の寸法のリストを表２に示してある。 調整可能な格子３０は、窓７０の反対の室１０の側部に配置されている。マイ クロメータ傾斜機構９０が、格子３０の位置を調整するために備えてあり、狭帯 域高強度のメーザー増幅状の光を一点に集めたり微調整して、窓７０を通過する 。 本発明の好ましい実施の形態では、散乱面２０と格子３０の位置は、自然のメ ーザー増幅状の光を誘導放出（および／または一点に集める）されるように配置 調整可能である（たとえば、水平方向および垂直方向）。メーザー増幅状の光は 散乱面２０から格子３０に反射される。メーザー増幅状の光は次いで反射され、 窓７０を通過する。こうした干渉性または準干渉性のメーザー増幅状の光は、周 波数エミッタ５の外の環境で特定の種類の昆虫を制御するのに使用される。 好ましい実施の形態においては、特定の昆虫（たとえば、コナガ）に対応する ように散乱面２０と格子３０にたいしてマイクロメータが調整されることに注意 すべきである。こうした調整は永続的に固定可能である。したがって、（たとえ ば、コナガ用のＺ−７−ドデセン−１−ｏｌアセテートフェロモン(Z-7-dodecen e-1-ol acetate pheromon)）に含まれている情報化学物質を備えた周波数エミッ タ５は適切に配置できる。さらに調整する必要はない。 食刻散乱面２０は、窓７０の端部に垂直で格子３０に直角に振動ロッド８０に 装着されている。振動ロッド８０は振動子／回転子モータ４０に接続されている 。振動ロッド８０は、散乱面傾斜ロッド８５は前方に回転してプレート１５に圧 接するように配置可能に位置づけられている。この構成では、わずかな角度だけ 変化させれば格子３０に関して散乱面２０が面整合できる。再び、格子３０はマ イクロメータ傾斜機構９０を用いて調整することもできる。 振動子／回転子モータ５０は２つの構成要素から成る。低周波数発振器と回転 子モータ（以下に記載）である。低周波数発振器は、（制御中の昆虫に応じて） １Ｈｚから８００Ｈｚの範囲でロッド８０を振動させるよう制御できる。表３は 、特定の昆虫群を制御するために使用できる周波数範囲のリストを示す。 空気循環ポンプ５０は、情報化学物質または他の誘引物質または抑制分子が振 動散乱面上で循環できるように備えてある。空気循環ポンプ５０にスイッチを入 れる前に、最初に、室１０に情報化学物質または他の誘引物質または抑制分子を 充填することに注意すべきである。空気流は、昆虫が反応する空気流を模倣する ように調整される。すなわち、空気中に複数の速度で吹き入れられる情報化学物 質は、昆虫を刺激して、化学物質を探しそれに反応する。したがって、情報化学 物質の分子流は、昆虫を刺激する大気中の分子の自然の空気流に一致するように 調整される。好ましい実施の形態では、空気は、散乱面２０の頂端部から空気ポ ンプ５０に開口５５を介して流れ、開口５４を介して室１０に戻る。 光ポンプ６０は散乱面２０の真上に装着されている。光ポンプ６０は、赤外線 光、青光、紫外線光、ＵＶ−Ｘ線光の光源である。好ましい実施の形態では、紫 外線（３６００オングストローム）の光源が使用される。光ポンプ６０により、 低強度ポンピング放射（ＤＣ）が散乱面２０を横切るように向けられる。光ポン プ６０は様々な方法で構成できる。たとえば、（１）フィルタの後ろに置かれた ＤＣフィラメント源（たとえば、カラーフィルタ、赤外線フィルタ、ＵＶフィル タなど）（２）固有周波数の発光ダイオード（たとえば、ミリメータレベルの赤 外線、光、ＵＶまたはＵＶ−Ｘ線）（３）散乱面２０が光ポンプ６０のフリッカ と同期するように調整できる場合にはフリッカ光源（１ないし８００以上Ｈｚ） または（４）散乱面２０上にその表面から一定の周波数を反射する食刻格子光源 等である。 本発明が庭、野原などの広い範囲で昆虫を制御するのに使用される場合、周波 数エミッタ５は、振動子／回転子モータ４０を用いて垂直軸の周りに３６０度回 転できる。したがって、周波数エミッタ５は広い範囲にまたがって窓７０からの 放射を吹き飛ばすことができる。回転は、振動と同時に実行される。この構成で は、本発明は、たとえば穀物倉庫で使用されるように適用できる。周波数エミッ タ５は回転子モータなしでも正確に動作することに注意すべきである。正確に動 作させるには、低周波数発振器が必要なだけである。 Ｂ．周波数エミッタ５の回転 特定の昆虫（たとえば、コナガ）用の周波数エミッタ５の回転にかかわる物理 化学パラメータをいくつか以下に記載する。周波数エミッタ５の効果的な動作に は１つまたは複数のこうしたパラメータが関わっている。たとえば、情報化学物 質の温度や濃度が誤っていれば発光が「調整レベル」から外れて、本発明の利点 が低下する。 温度は、周波数エミッタ５からのメーザー増幅状の光の波長に影響を及ぼす。 したがって、周波数エミッタ５内で温度を変化させると、本発明の性能を向上さ せたり低下させたりできる。一般に、周波数エミッタは３０ないし１２０Ｆの間 で動作する。温度が上昇すると、メーザー増幅状の光の波長は長くなり、温度が 低下すると、波長が短くなる。 情報化学物質の濃度が高くなると、メーザー増幅状の光の波長は長くなり、そ の濃度が低くなると、波長は短くなる。 様々な周波数で散乱面を調整すると、メーザー増幅状の光の高調波が変わる。 変調周波数が高くなると、高調波が離れてくる。変調周波数が低くなると、高調 波は接近してくる。 野原での実験では、空気中を様々な速度でとんでいる情報化学物質が昆虫を刺 激して、昆虫が化学物質を探しそれに反応することが実証された。速度（時間当 たりのマイル数（ＭＰＨ）で測定）が遅すぎたり速すぎたりする場合には、分子 が昆虫散乱面に衝突することもなく、昆虫が自然界で反応する周波数でその散乱 面で振動することもない。したがって、周波数エミッタ５の効率は、情報化学物 質が室１０内で循環する流量を変えれば高めることができる。実験によれば、０ ．１から０．８ＭＰＨに流量を変えることで効率が高まることが判明した。 昆虫は、昼夜なんども翔ぶ。環境放射（ポンピング放射）はくもりやかすみな どのためにしばしば変わるので、光の色と強度は良好から劣化へまたはその逆に 変化する。ポンピング放射（すなわち、光ポンプ６０の種類を変える）の波長を 変えることで、メーザー増幅状の光の振幅を、特定の昆虫に相当するよう変える こともできる。 振動する散乱面２０で確実に干渉性の発光を保持するためには循環する分子の 自由度が適切で（すなわち、接近しすぎず離れすぎず）なければならない。発光 は、格子３０に対して直角に向けられ、反射して、窓７０から出る。窒素を分子 情報化学物質に追加することで、分子用のキャリアを供給し、希釈蒸気中の正確 な程度の自由度を保持できる（実験による）。 上記からわかるように、周波数エミッタ５の微調整は、昆虫の天然の環境内の 実験を含む意欲的な過程である。上記の技術によると、表４は、本発明の動作時 に考慮する他の多くの要因を示す。 本発明の教示は、食刻された散乱面をもつ格子導波管統合ダイオード回路にも 当てはめることができる。ダイオードは、昆虫を制御するために使用できる、と いうのは今日の技術では、この全体散乱生物制御室を単一発光ダイオードに縮小 することが可能である。 Ｃ． 例 図３ないし図１３に示すように、昆虫の情報化学物質（フェロモン、植物の種 、ホルムアルデヒド、ＣＯ２）からの放射物が刺激されて、自然の散乱面状にそ うした物質を吹き出すことにより狭帯域メーザー増幅状サイン周波数が発行され る。こうした情報化学物質は、表３に示すように、昆虫がその触覚を振動させる のと同じ周波数で調整される。本発明で制御可能な昆虫の例の２、３の例が以下 に示される。 １． Trichoplusia ni 図３は、コナガ（Trichoplusia ni）の触覚の散乱面の例を示す。感覚子（フ ェロモン・センサ）誘電性導波刺は、散乱面の隆起円すい部間に突き出ている。 誘電性の導波感覚子（刺）自体の散乱面は波状である。コナガを制御するために は、散乱面２０をこの面を模して形成する。 図４は、コナガのフェロモンＺ−７−ドデセニル−１−ｏｌアセテート（pher omone Z-7-dodecene-1-ol acetate）のスペクトルを示す。室１０には情報化学 分子が充填され、光ポンプ６０を介して青光により汲み出される。５５Ｈｚはコ ナガの触覚の振動周波数なので、室１０内の散乱面２０はこの周波数で振動する 。１７μｍの水蒸気の微小窓が使用される。水蒸気（たとえば、２Ａ、３Ｂ、４ Ａ、５Ｃなど）とフェロモン放出線４１０と４２０が指定されている。室１０を 慎重に加熱すると（すなわち、温度調整）、フェロモン放出４１０と４２０の周 波数 は５７０μｍないし５６５μｍに１５分間にわたって変化する。濃度の調整は、 フェロモンの量を変えることでも可能である。 ２．Plodia interpunctella イシメマダラメイガ（Plodia interpunctella）は、世界中で毎年数百万ドル に相当する貯蔵穀物を破壊している。通常、穀物にはオート麦、米、エンドウが 含まれる。図５は、小型容器内のオート麦、米、エンドウの種の表面から散乱し たスペクトルを示す。種の表面は、分光光度計の光が種の外表面の平坦面に当た るように向けられている。植物の種のそれぞれのグループの表面から出る香りは 、１群の狭帯域暗号化放射（バーコード状）を示している。これらの非線形メー ザー増幅状放射は、放射した植物の香りからの音響ストロークのブリルアン（Br illouin）およびラマン（Raman）散乱を表す。イシメマダラメイガを制御するた めには、室１０は図５に示す情報化学物質の１つが充填されている。 散乱面２０は（図２Ｆに示す）イシメマダラメイガの触覚の表面を模倣して形 成し、３０Ｈｚで変調して（すなわち、イシメマダラメイガの触覚の変調周波数 ）、狭帯域メーザー増幅状の光を作成する。窓７０を通して放射された光は、イ シメマダラメイガを制御する（その結果所与の範囲内で駆除する）のに使用され る。 ３．Plecice nearctia 図６は、３６００オングストロームの暗光ＵＶバルブ上を流れるホルムアルデ ヒドのスペクトルを示す。ホルムアルデヒドはケバエ（Plecice nearctia）の強 力な誘引物質である。ケバエは、廃棄煙中のアルデヒドが高速道路に引き付ける 迷惑な昆虫である。 スペクトルＡは、１３０Ｈｚ（すなわち、ケバエの触覚の振動周波数）で変調 されたホルムアルデヒの分布である。スペクトルＢは、１３０Ｈｚで変調された ホルムアルデヒドであるが、干渉計の赤外線光上に高速（１０ｍｐｈ）で蒸気を 吹き付けたものである。ポンピング放射は依然３６００オングストロームＵＶで ある。３８０ｃｍ-1の狭帯域（メーザー増幅状）であるレイリー散乱線が、高風 速での正規分配の群波となる。こうした群波は、生体情報化学物質通信システム を増幅したり抑制したりするのに利用できる。 ４．蚊 図７は、１４．９μｍの周知のＣＯ２回転線のスペクトルである。この線は、 それを２１０Ｈｚで変調することで、刺激されて、蚊、馬小屋や馬のハエの多く の種の振動周波数を強力に放射する。放射は、軽微な窒素パージ、微風ならびに ２１０Ｈｚの変調周波数により刺激される。乳酸をわずか追加すると、その領域 でやや放射が増幅され、信号が増える。動物を攻撃する昆虫の多くはＣＯ２−乳 酸に引き付けられる。ポンピング放射は１および２μｍ領域では赤外線に近い。 Ｄ． 周波数エミッタ５の放射の検出 周波数エミッタ５から放射された周波数および／または高調波は、高解像度フ ーリエ分析干渉および分光計（図示せず）により検出可能である。好ましい実施 の形態では、メーザー増幅状発光は、９３年４月１９日に出願された米国特許出 願番号08/047486に記載されている。この特許の名称は、発明者Philip S．Calla hanによる「群波の光子イオンコード検出器（Photonic Ionic Cord Detector of Group Waves）」である。この特許出願は参照のため完全に本明細書に組み込ん である。 図８は、分子散乱放射の変調に有益であり、樹木や人の皮膚の表面で出願者に より発見された群ソリトン大気ＥＬＦ波のオシロスコープの記録を示す。こうし た群ソリトン波は昆虫情報化学物質の誘引物質（たとえば、図６）からの刺激放 射としても観察され、生物体のこうした放射を調整する構成の一部に相当する。 すなわち、群ソリトン波は、昆虫を制御するのに使用できる普遍的な周波数であ る。実験によれば他の周波数は特定の昆虫には一層適切であることが示されてい るが、群ソリトン波は、出願者による実験では、広範囲の昆虫を制御するのに有 用であった。 逆に、周波数エミッタ５は、ガウス分布された散乱群波を放射して誘引物質ま たは望ましくない周波数を抑制（妨害）するのに利用できる。 ＩＩ． 他の実施の形態の動作概略 図９は、本発明の他の実施の形態である。この実施の形態では、本発明は、放 出ガス管９１０、ストロボ回路９２０、コンデンサ９３０、管遮蔽物９４０、散 乱面９５０、および支持部９６０から構成される。ガス管９１０からの放出はポ ンピング放射であり、散乱面９５０に向けられる。ガス管９１０は、望ましいス ペクトルの範囲（すなわち、制御する昆虫が自然界で感知する環境放射スペクト ルの一部）をカバーする放出出力を生み出すことができる放射源または光源であ る。ガス管９１０は、ラジオ・シャック・キセノン・ストロボ・パート第６１− ２５０６（Radio Shack Xenon Strobe Part No.61-2506）が望ましい。したがっ て、ガス管９１０内のガスは、制御する昆虫に固有のポンピング周波数が確実に 生成されるよう選択される。ストロボ回路９２０とコンデンサ９３０は、ガス管 ９１０を励起するとともに各ストロボの持続時間とストロボ間の時間間隔を調整 するのに必要なエネルギを供給する。管遮蔽物９４０は衝撃からガス管９１０を 保護し、ガス管９１０の放出時に選択された周波数（スペクトルエネルギ）だけ が送信されるよう制限する。 散乱面９５０は、情報化学物質または任意の適切な誘引物質または抑制分子（ 以後、「誘引物質」）にさらされ、誘引物質を励起する媒体を備えている。散乱 面９５０は誘引物質に浸すのが好ましいので、粘着性および／または凝着性接着 力により誘引物質の分子を保持する。散乱面９５０の材料および／または構成を 変えることで、本発明は、様々な昆虫に適用できるよう調整できる。支持部９６ ０はガス管９１０の上方に散乱面９５０を支持して、放出発光により散乱面９５ ０上（またはその付近）の誘引物質の分子を励起することが可能になる。ス トロボ回路９２０の電力は、ストロボ回路９２０内のＤＣ（直流）バッテリ、外 部ＤＣ（直流）源（図示せず）または外部ＡＣ（交流）源（図示せず）などの任 意の適切な電源から誘導される。 Ａ． ポンピング機構 上記のように、本発明は、様々な昆虫に関連する固有周波数で誘引物質の分子 を励起することで昆虫を制御する。励起された分子は、（情報化学物質、誘引物 質または抑制物質が使用されるかどうかに応じて）近くの昆虫により感知され、 誘引または反撥効果をもつメーザー増幅状光子波を放射する。したがって、本発 明の効果は、上記のメーザー増幅状の光子放射の結合力および／または強度から 直接導かれる。本発明の様々なパラメータを変えることで、光子放射は、本発明 の性能を最適化するように調整可能である。 上記の目的に向けて、いくつかの可変パラメータを以下に詳細に説明する。第 １に、放出ガス管９１０を考える。図９に示すように、ガス管９１０は、誘引物 質の分子を直接励起するのに使用する励起エネルギを供給する。ガス管９１０の スペクトル出力を調整することで、任意の望ましいスペクトル領域内において、 誘引物質の分子の励起を増大できる。これを実行するために好ましいいくつかの 方法がある。 まず、ガス管９１０のガスは、特定のスペクトル範囲内の放出エネルギを供給 するよう選択できる。たとえば、キセノンガスは、蚊を引き付けるのに理想的な ガスである、というのはこのガスは蚊が特に感知する周波数範囲（近赤外線）内 で強力な放出発光を行えるからである。さらに、管遮蔽物９４０は、ガス管９１ ０の放出による発光を特定のスペクトル範囲に制限するように処置されている。 たとえば、赤外線通過フィルタを管遮蔽物９４０に被覆することで、望ましい赤 外線エネルギ帯域における分子励起の相対強度が増加する。さらに、人に煩わし い閃光や輝きを除去できる。 次に、ガス管９１０の放出の強度および／またはパルス率をかえることによっ てもガス放射励起エネルギを変化させることが可能である。ストロボ回路９２０ から供給されコンデンサ９３０に蓄積されたエネルギがガスを励起させるのに十 分になればガス管９１０の放出が始まる。コンデンサ９３０の大きさを変えれば 、蓄積エネルギ（ガス管９１０の「ストロボ」により最終的には分散される）が 変化する。さらに、「ストロボ」間の時間間隔は、ストロボ回路９２０の充電率 を変えることで調整できる。実験によると、ストロボバースト間の遅延間隔が約 １秒ないし３０秒の範囲の場合には結果は良好になることが判明している。当業 者には即座に理解できることであるが、コンデンサ９３０の大きさとストロボ回 路９２０の充電率を変えて、ガス管９１０のストロボ発光を調整することができ る。 Ｂ．散乱面 スペクトル以外に、本発明の効果は、メーザー増幅状光子波の生成を支持する のに使用される散乱面の構成にも直接依存している。図９を再び参照すると、散 乱面９５０はガス管９１０の上方に支持されているように示してある。本発明の 構成部品の便宜的な配置であるが、他の構成も可能である。図１１、図１２およ び図１３は、他の好ましい構成を表している。こうした構成は以下に詳細に説明 される。こうした好ましい構成に共通の必要条件は、ガス管９１０からの放出エ ネルギは誘引物質および／また散乱面のに影響を及ぼすことである。 図９では、散乱面９５０は１／８インチの厚さのボール紙のロールで直径約４ ｃｍで高さ約８ｃｍが好ましい。ボール紙のロールは、ガス管１０からの放出放 射にさらされる前に誘引物質に浸されている。図１０は、散乱面９５０の高倍率 接写であり、ボール紙の材料により形成された増殖性配列１０１０を示す。誘引 物質に浸され放出放射にさらされると、増殖性配列１０１０上（および付近に懸 架された）誘引物質の分子が励起され、メーザー増幅状光子波を放射する。こう した波の強度と結合性は、放出放射に部分的に依存しているし、散乱面の幾何学 的構成によっても影響をうける。接着した誘引物質分子が振動でき材料は有孔性 （すなわち、誘引物質の分子を多数保持している）なのでボール紙は効果的であ る。 上記のように、他の散乱面の構成は、放射されたメーザー増幅状光子波の結合 性および／または強度を変えるのに利用される。選択された表面がある程度の振 動の余裕をもって誘引物質の分子を支持できることを要件として、散乱面構成の 大部分が利用できる。たとえば、図１１では、ガス管放出源９１０がほぼ散乱面 １１１０により囲まれているように示されている。この構成では、散乱面１１１ ０の有孔性は、ガス管９１０からの放出エネルギが散乱面１１１０上の誘引物質 の分子を励起できなければならない。同様に、図１２は、ガス管９１０をほぼ覆 っている散乱面１２１０を示す。散乱面１１１０のように、散乱面１２１０では 、ガス管９１０からの放出エネルギにより接着した誘引物質分子が励起しなけれ ばならない。支持部１２２０は、上記に詳述したように、ガス管９１０の近くに 散乱面１２１０を配置するように使用される。図１３には、光子の結合性を変え るのにふさわしい構成が示されている。散乱面１３１０は、ガス管９１０を部分 的に囲むように曲げられ、望ましい方向に放射光子波を集める。支持部１３３０ は、任意の望ましい方向に散乱面１３１０を配置するように使用される。さらに 、散乱面１３１０の放射面１３２０はベルクロ（velcro）または同様の材料で被 覆される。ベルクロの「フック」または「輪」により望ましい誘引物質の保持や 、誘引物質の分子の分子振動を整合するような振動の余裕が得られる。したがっ て、焦点効果が実現され、放射メーザー増幅状光子波の強度や結合性が増大する 。 Ｃ． 誘引物質 上記のように、本発明の散乱面は、適切な情報化学物質、誘引物質または抑制 物質に浸されたり（またはそうした物質で処理される）。使用された溶液は制御 の対称となる昆虫により異なる。たとえば、蚊を誘引する実験では、ほぼ人の汗 に相当する塩類の水溶液（saline solution）が誘引物質として使用されると良 好な結果が導かれた。この塩水の好ましい構成が表５（以下に示す）に示されて いる。 ＩＩＩ． 結論 昆虫を制御または引き付ける干渉性または準干渉性放射周波数を生成する装置 を開示してきた。本発明は好ましい実施の形態を参照に図示および開示されてき たが、当業者により容易に理解できるように、本発明の精神や範囲から逸脱しな いかぎり上記および他の形状や細部を変えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 昆虫を制御するための光子放射を生成する干渉性散乱導波管であって、 （ａ）散乱面と、 （ｂ）制御対象の前記昆虫に応じて選択された、前記散乱面に配置された誘引 物質と、 （ｃ）ストロボ回路と、 （ｄ）前記ストロボ回路に接続され、ポンピング放射を前記誘引物質の分子に 向けることで、前記誘引物質の前記分子を励起し、さらに前記昆虫を制御するの に使用される光子波を放射するように配置されたポンピング放射源と、 を備えていることを特徴とする干渉性散乱導波管。 ２． 前記散乱面はさらに、増殖性繊維質配列をさらに含む請求項１に記載の 干渉性散乱導波管。 ３． 前記増殖性繊維質配列がボール紙である請求項２に記載の干渉性散乱導 波管。 ４． 前記散乱面はさらに、放射光子波を望ましい方向に集中するよう位置づ けられた半円形の面を含む請求項１に記載の干渉性散乱導波管。 ５． 前記散乱面はさらに、前記放射された光子波を半径方向分布するよう均 一に分散するように位置づけられた球面を含む請求項１に記載の干渉性散乱導波 管。 ６． 前記散乱面はさらに、前記放射された光子波を望ましい方向に向けるよ うに支持された複数の隆起部をもつ材料から構成される請求項１に記載の干渉性 散乱導波管。 ７． 前記誘引物質が塩類の水溶液である請求項１に記載の干渉性散乱導波管 。 ８． 前記ストロボ回路はさらに、その出力と前記ポンピング放射源の入力の 間に平行に電気的に接続されたコンデンサを含む請求項１に記載の干渉性散乱導 波管。 ９． 前記ポンピング放射源がガス放出管である請求項１に記載の干渉性散乱 導波管。 １０． 前記ガス放出管にはキセノンが充填されている請求項９に記載の干渉 性散乱導波管。 １１． 前記ガス放出管には赤外線通過フィルタが処理されて、前記管の出力 を望ましい周波数に制限する請求項９に記載のガス放出管。 １２． 光子波の放射により昆虫を制御する方法であって、 （ａ）昆虫の固有周波数をカバーするポンピング放射を生成する工程と、 （ｂ）散乱面上の誘引物質を前記ポンピング放射にさらし、前記誘引物質の分 子が振動して、前記昆虫により受け入れられ前記昆虫を引き付けたり離したりす る光子波を放射する工程と、 を備えていることを特徴とする方法。 １３． ポンピング放射を生成する工程はさらに、選択的エネルギ範囲内でポ ンピング放射の生成を含み、前記エネルギ範囲は制御対象の前記昆虫の感覚範囲 に対応する請求項１２に記載の方法。