WO2018105055A1 - 生物育成用光発生装置 - Google Patents

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WO2018105055A1
WO2018105055A1 PCT/JP2016/086384 JP2016086384W WO2018105055A1 WO 2018105055 A1 WO2018105055 A1 WO 2018105055A1 JP 2016086384 W JP2016086384 W JP 2016086384W WO 2018105055 A1 WO2018105055 A1 WO 2018105055A1
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circuit
led
current
period
lighting device
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PCT/JP2016/086384
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩一 本田
秀治 ▲高▼橋
Original Assignee
有限会社リビング館ホンダ
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general

Definitions

  • the present invention relates to a biological breeding light generating apparatus that generates light for growing a living organism including a plant or a biological growing apparatus provided with a biological generating light generating apparatus.
  • Patent Document 3 discloses a technique related to an apparatus that generates artificial light.
  • JP 2013-21980 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-52280 JP 2016-81684 A
  • the biological growth lighting device used for growing organisms including plants generates artificial light suitable for biological growth. More preferably, it is to realize an organism generating light generating apparatus that generates artificial light suitable for growing an organism with a simpler configuration.
  • the structure of the conventional light generating device for biological growth is very complicated. For example, the light generating apparatus for biological growth described in Patent Document 3 is very complicated. For this reason, there has been a problem that the lighting apparatus for biological growth becomes very expensive. Further, having a complicated circuit configuration has a problem that it is easy to break down.
  • the present invention is to provide a lighting device for living organisms that generates artificial light suitable for growing organisms with a simple configuration, or a living organism growing device equipped with the lighting device for living organisms.
  • a lighting device for biological growth controls an LED circuit having a plurality of LED elements that generate artificial light to irradiate a living organism, and an LED current supplied to the LED circuit by receiving an alternating current from an alternating current power source.
  • a stimulus amount control circuit that controls the intensity of artificial light generated by the LED element, and a rectifier circuit that rectifies the output current of the stimulus amount control circuit, and provides an impedance between the AC power source and the rectifier circuit.
  • the output current is supplied from the circuit to the rectifier circuit, and periodically changes based on the first current that periodically changes according to the frequency of the AC power supply.
  • An ED current flows through the LED circuit, and the LED circuit has a plurality of LED elements connected in series, and is output via the circuit component that generates impedance of the stimulation amount control circuit.
  • the first current periodically changes according to the frequency of the AC power supply, and further, according to the number of the LED elements connected in series, a first period in which the current value is large and a current value is small or no current flows.
  • the LED current changes periodically with the first current, and changes with the first period and the second period, thereby changing the LED circuit.
  • the intensity of the artificial light irradiated to the organism from the period changes based on the periodicity of the LED current and the first period 1 and the second period 2 to give the organism a stimulus , Characterized in that.
  • a lighting device for biological growth according to the first aspect, wherein the lighting device includes a substrate, the LED circuit is disposed on one surface of the substrate, and the stimulation amount control is performed on the other surface of the substrate.
  • a circuit and the rectifier circuit are provided.
  • the lighting device for biological growth of the third invention is characterized in that, in the second invention, the stimulus amount control circuit has a capacitor as the circuit component for generating the impedance of the stimulus amount control circuit.
  • the lighting device for biological growth according to a fourth aspect of the present invention is the lighting device for biological cultivation according to the third aspect, wherein the capacitor of the stimulation amount control circuit and the rectifier circuit are connected in series to the AC power supply, A circuit is connected, the first current flows in the first period, the first current is interrupted in the second period, and the change in the first current having the first period and the second period is The intensity of the artificial light that is repeated based on the frequency of the AC power source and is radiated to the living body from the LED element included in the LED circuit changes based on the first period and the second period, The change is repeated based on the frequency of the AC power supply.
  • the lighting device for biological growth of the fifth invention is characterized in that, in the fourth invention, the rectifier circuit is a half-wave rectifier.
  • the lighting apparatus for biological growth according to a sixth aspect of the present invention is the lighting apparatus for biological growth according to the fourth aspect, wherein the rectifier circuit is a full-wave rectifier.
  • the lighting device for biological growth of the seventh invention is characterized in that, in the fifth or sixth invention, a stimulus control circuit is connected in parallel with the LED circuit.
  • a biological growth lighting device that generates artificial light with a simple configuration or a biological growth device including the biological growth lighting device.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of a circuit configuration of the lighting apparatus 300.
  • 6 is an explanatory diagram for explaining an output current of a stimulus amount control circuit 420.
  • FIG. It is explanatory drawing of the pattern of the LED electric current 460 produced by the stimulus amount control circuit 420.
  • FIG. It is a graph which shows the pattern of LED current 460 at the time of changing the number of LED elements connected in series. It is explanatory drawing explaining other embodiment with which this invention was applied. It is a graph which shows the waveform of LED current in the circuit of FIG. It is a graph which shows the simulation result of the LED electric current 460 which made the parameter the value of the capacitor
  • FIG. 1 is for agriculture which is an embodiment to which the present invention is applied. It is explanatory drawing of the house.
  • the agricultural house 110 has an outer wall 214 provided so as to surround the ridge 216 for growing plants, and a roof 212 provided so as to cover the upper part thereof. Further, a beam 218 for fixing the outer walls 214 to each other is provided. Plants such as vegetables and flowers (not shown) are planted in the basket 216. The plant grows by receiving sunlight inserted from the roof 212, but is also irradiated with artificial light generated by the lighting device for biological growth 300 in addition to sunlight.
  • the lighting device 300 for biological growth needs to be held at an appropriate distance from the plant (not shown) grown on the ridge 216, and is suspended from the beam 218 by the support device 222.
  • the adjustment device 224 adjusts the positional relationship between the biological growth lighting device 300 and the plant planted in the cocoon 216, that is, the distance between the biological growth lighting device 300 and the plant planted in the cocoon 216. Can do.
  • the agricultural house 110 described in FIG. 1 is configured to grow plants using both sunlight and artificial light emitted from the lighting apparatus 300 for growing animals. For example, after sunset or before sunrise, the plant is grown with artificial light from the lighting device 300, and when sunlight is insufficient due to the weather, artificial light is used.
  • the application of the present invention is not limited to this. It is also possible to grow a living organism such as a plant using only artificial light emitted from the lighting device 300 by completely blocking sunlight.
  • FIG. 2 is an example of a biological growing apparatus having a structure different from that shown in FIG. 1, and the lighting apparatus for biological growing according to the embodiment to which the present invention is applied.
  • This is a cultivation house 240 for growing an organism including a plant with 300.
  • the cultivation house 240 includes an outer pipe 242 and an inner pipe 244 that are frameworks for supporting the cultivation house 240, and a shelf 252, a shelf 254, and a shelf 256 supported by the outer pipe 242 and the inner pipe 244 are provided.
  • a growing container 200 for growing a living organism including a plant is arranged on each shelf.
  • the lighting device 300 is disposed on the back surface of the shelf 252 or the shelf 254.
  • the lighting device 300 is also provided on the ceiling of the cultivation house 240. As in the case described with reference to FIG. 1, plants grown in the growth container 200 may be grown only by artificial light emitted from the lighting device 300, or are grown by combining both sunlight and artificial light emitted by the lighting device 300. May be.
  • FIG. 3 Structure of light-emitting device 330 of lighting apparatus 300 for biological growth
  • An LED element described below is arranged inside a resin case 340, and artificial light 350 generated by the LED element is irradiated to the target organism through the case 340.
  • Fixing tools 320 for fixing the light emitting device 330 are provided at both ends of the case 340.
  • a power line 302 is provided so as to penetrate the fixing device 320, and power is supplied to the light emitting device 330 via the power line 302. With such a configuration, the installation of the lighting device 300 becomes very easy.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the lighting device 300, and the substrate 360 is fixed to the case 340 by the substrate support part 342 inside the case 340.
  • An LED circuit 450 and an LED circuit 452 for generating artificial light 350 are disposed on one surface of the substrate 360.
  • a driving circuit 410 and a driving circuit 412 for driving the LED circuit 450 and the LED circuit 452 are provided on the other surface of the substrate 360.
  • the substrate 360 includes two sets of LED circuits, an LED circuit 450 and an LED circuit 452. However, the LED circuit may be one set or more groups.
  • the amount of artificial light 350 can be increased by increasing the number of LED circuits.
  • the amount of light given to the organism to be grown can be increased by increasing the number of LED circuits.
  • the amount of light given to the growing organism can also be increased by reducing the distance between the growing organism and the LED circuit.
  • the amount of artificial light 350 can be increased by increasing the value of the current flowing through the LED circuit. Of course, when the current value flowing through the LED circuit is reduced, the amount of the artificial light 350 is reduced.
  • FIG. 6 shows an example of the substrate 360 inside the light emitting device 330 shown in FIG. 4 or FIG.
  • AC power is supplied from the power line 302 to the substrate 360A, and is transmitted from the substrate 360A to the substrates 360B, 360C, and 360D via a connector (not shown).
  • the number can be freely selected. Since the circuit for driving the LED circuit 450A and the LED circuit 452A provided on the substrate 360A is provided on the other surface of the substrate 360A, it is extremely easy to change the number of substrates to be used.
  • Each board 360 has a function of receiving power from one end and simply transmitting power from the other. Further, each substrate 360 has a function of supplying an LED current for light emission to an LED element provided on the substrate. As described above, since each substrate 360 has a function of supplying LED current and a function of transmitting power supply power, the number of substrates 360 included in the lighting device 300 can be easily changed according to needs. The number of LED elements generating 350 can be easily changed.
  • the LED circuit 450 or the LED circuit 452 is made up of an LED element that generates red light or an LED element that generates blue-violet light. It is preferable to configure.
  • a red LED element or a blue-violet LED element may be selected and arranged in units of the LED circuit 450 or the LED circuit 452.
  • a red LED element or a blue-violet LED element may be selected and arranged in units of substrates from the substrate 360A to the substrate 360D. By doing so, the productivity of the substrate 360 is improved. Further, by combining the substrate 360, various usage conditions can be accommodated. Management complexity is reduced.
  • the plastoquinone attached with, for example, hydrogen ions 68 by the artificial light 350 received by the first protein complex 66 is transferred to the inner side of the thylakoid film 52 and the thylakoid film 54. Release into thylakoids.
  • the plastoquinone attached with hydrogen ions 68 moves to cytochrome 72.
  • oxygen molecules and hydrogen ions are decomposed from water existing between the thylakoid film 52 and the thylakoid film 54, and hydrogen ions are released to the outside of the thylakoid film 54. The concentration of hydrogen ions outside the membrane 54 increases.
  • Hydrogen ions are indicated by numeral 70.
  • a molecular motor 86 which will be described later, rotates, and the starch production process is promoted.
  • the hydrogen ions 70 are also released from the cytochrome 72, and the hydrogen ions 70 released from the cytochrome 72 also act to increase the concentration of the hydrogen ions 70 outside the thylakoid film 54.
  • plastocyanin 74 having, for example, copper ions is transmitted from cytochrome 72 to second protein complex 80. Is done. The movement of plastocyanin 74 from the cytochrome 72 to the second protein complex 80 moves in the water 56 existing outside the thylakoid membrane 54 side inside the thylakoid. The second protein complex 80 that has received the plastocyanin 74 receives the artificial light 350 and creates a substance 82 having hydrogen ions. The substance 82 having hydrogen ions is used for starch synthesis, although the explanation is omitted.
  • ATP synthases 92 to make ATP94, an adenosine triphosphate used in starch synthesis.
  • the ATP synthase 92 is fixed to the thylakoid film 52 and the thylakoid film 54 by the stator 90, but the enzyme shaft 88 rotates at a high speed inside the ATP synthase 92.
  • a molecular motor 86 exists to rotate the enzyme shaft 88.
  • the molecular motor 86 rotates at a high speed, for example, 17 rotations per second, and this rotation is transmitted from the molecular motor 86 to the enzyme shaft 88.
  • friction energy is generated between the enzyme shaft 88 and the ATP synthase 92, and ATP 94 which is adenosine triphosphate is produced by the generated friction energy.
  • Rotational force that the molecular motor 86 rotates is generated by a difference in the concentration of hydrogen ions 70 due to the concentration of the hydrogen ions 70 on the outer side 58 of the thylakoid film 54 being higher than the hydrogen ion concentration on the outer side 59 of the thylakoid film 52. Due to the concentration difference of the hydrogen ions 70, a phenomenon occurs in which hydrogen ions move from the outer side 58 of the thylakoid film 54 toward the outer side 59 of the thylakoid film 52, and this phenomenon generates a rotational force in the molecular motor 86.
  • Starch is made by ATP 94 made by ATP synthase 92 or by substance 82 having hydrogen ions. A description of the process by which starch is made is omitted, but is known as the Calvin Benson circuit.
  • mushrooms that do not have the action of photosynthesis can promote growth by irradiating light of a specific wavelength.
  • a mushroom handle can be grown by irradiating light of a specific wavelength, or a mushroom umbrella can be grown.
  • a delicate action occurs, it is important that the irradiation with the artificial light 350 makes the action more active and does not hinder the delicate action as in the case of photosynthesis.
  • Body 66 and cytochrome 72 generate hydrogen ions 70
  • cytochrome 72 generates plastocyanin 74
  • second protein complex 80 generates a substance 82 having hydrogen ions
  • ATP synthase 92 causes ATP 94 to It is desirable that the action that occurs and the action that starch is made by the Calvin Benson circuit perform well.
  • the growth of the target organism is promoted by favorably performing at least one of the above actions. From this point of view, the illumination device 300 has various improvements. It is desirable to have at least one of these improvements. The improvements will be described in the following order.
  • the light detection protein 62 or the first protein complex 66, the cytochrome 72, the second protein complex 80, the molecular motor. 86 or ATP synthase 92 can be moderately stimulated. If a stimulus is applied at a high frequency with a short period, there is a risk of giving a large burden to the plant cells. Specifically, by applying stimulation at a frequency of 200 Hz or less, and further at a frequency of around 100 Hz or less, it is possible to reduce the burden on plant cells and provide effective stimulation. In the embodiment described in the present specification, the configuration and operation related to the application of a stimulus with less burden will be described below.
  • the light detection signal 64 generated by the light detection protein 62, or the hydrogen ions 68 and the plastocyanin 74 are electrons or ions.
  • the water 56 existing on the outer side 58 of the thylakoid film 54, the hydrogen ions 70 existing in the water 56, and the plastocyanin 74 moving inside the water 56 are easily affected by electromagnetic noise generated by the lighting device 300.
  • the rotation of the molecular motor 86 caused by the movement of the hydrogen ions 70 from the outer side 58 of the thylakoid film 54 to the outer side 59 of the thylakoid film 52 caused by the concentration difference of the hydrogen ions 70 is also easily affected by electromagnetic noise. Therefore, it is desirable to suppress the generation of electromagnetic noise as much as possible.
  • the configuration and operation related to suppression of generation of electromagnetic wave noise will be described below.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a circuit of the light emitting device 330 of the lighting device 300.
  • the LED circuit 450 and the LED circuit 452 are provided on one surface of the substrate 360, and the drive circuit 410 for driving the LED circuit 450 and the LED circuit are provided on the other surface of the substrate 360.
  • a drive circuit 412 for driving 452 is provided.
  • the drive circuit 410 and the drive circuit 412 are circuits having the same configuration, and the drive circuit 412 is the same as the drive circuit 410 in terms of operation and effect. The configuration, operation, and effect of the drive circuit 410 will be described on behalf of these.
  • the LED circuit 450 and the LED circuit 452 are arranged in parallel on the substrate 360. However, only one circuit may be used, and it is determined whether to form one row or two rows depending on the amount of light required. What should I do?
  • the driving circuit 410 and the driving circuit 412 Uses the commercial power supply frequency to periodically change the intensity of the LED current supplied to the LED circuit 450 and the LED circuit 452.
  • the commercial power supply frequency is 50 Hz or 60 Hz.
  • a pulsating flow of 50 Hz or 60 Hz can be obtained.
  • a pulsating flow of 100 Hz or 120 Hz can be obtained.
  • the light quantity of the artificial light 350 irradiated to the living body is changed at a low frequency using the commercial power supply frequency so as to reduce the burden on the living body cell and give an appropriate stimulus to the living body cell. ing.
  • the commercial power supply frequency in this way, it is possible to obtain a lighting apparatus for growing a living organism that can be operated inexpensively and has a very stable operation, and that works well with little burden on the cells of the living organism. .
  • the drive circuit 410 that supplies an LED current 460 for lighting the LED circuit 450 to the LED circuit 450 includes a stimulus amount control circuit 420 and a rectifier circuit 426, and further adjusts the degree of stimulation as necessary.
  • a degree adjustment circuit 430 is provided.
  • the stimulus amount control circuit 420 is a circuit that controls the current value of the LED current 460 supplied to the LED circuit 450, and has an impedance for controlling the current value.
  • Effective components for controlling the current value in this embodiment include a resistor and a capacitor. Since the resistor generates a large amount of heat, the preferred component is a capacitor. For this reason, in this embodiment, the LED current 460 is controlled by the capacitor 422, which can suppress the generation of heat in the stimulation amount control circuit 420 and is very efficient.
  • Resistor 424 forms a circuit for discharging the charge stored in capacitor 422.
  • a power switch (not shown) is provided between the commercial power supply 301 and the stimulus amount control circuit 420. With the power switch closed, an LED is connected from the stimulus amount control circuit 420 to the LED circuit 450 via the rectifier circuit 426. The current 460 is supplied and the LED circuit 450 is turned on.
  • the supply of the LED current 460 stops and the LED circuit 450 does not light up.
  • the accumulated charge of the capacitor 422 when the power switch (not shown) is switched to the open state is held by the capacitor 422. It is preferable to quickly discharge the accumulated charge of the capacitor 422.
  • the value of the resistor 424 is suitably 50 K ⁇ to 1 M ⁇ , and more preferably 100 K ⁇ or more.
  • the current value supplied to the LED circuit 450 via the resistor 424 increases without passing through the capacitor 422, and the amount of heat generated by the resistor 424 increases.
  • Increasing the amount of heat generated by the drive circuit 410 and the LED circuit 450 irradiates living things such as plants with heat as well as light, which is not preferable.
  • the current value supplied to the LED circuit 450 via the resistor 424 can be reduced to a very small value, and heat generation of the resistor 424 can be reduced. Since the capacitor 422 hardly generates heat, controlling the intensity of the artificial light 350 that is the irradiation light by the capacitor 422 can reduce the influence of heat on the organism irradiated with the artificial light 350.
  • Temperature is necessary for the growth of organisms, for example, the growth of plants. This temperature is preferably uniform with respect to the whole organism to be cultivated, and at least the upper part from the plant stem is preferably the same temperature.
  • the lighting apparatus 300 irradiates not only light but also heat, temperature unevenness occurs for a living organism. For example, the leaf tip on the side close to the plant lighting device 300 becomes hot. Such a condition is easy to induce disease, and various other undesirable things occur.
  • the graph shown in FIG. 9 is a simulation result analyzed using the simulation program QCS. It has been confirmed that the simulation results are almost the same as the prototype results.
  • the power supply voltage supplied from the commercial power supply 301 of FIG. 8 to the stimulus amount control circuit 420 via the power supply line 302 is shown by graph 1, and the current supplied from the stimulus amount control circuit 420 to the rectifier circuit 426. Is shown in Graph 2.
  • the current shown in the graph 2 represents the power supply current supplied from the commercial power supply 301 via the power supply line 302.
  • Graph 2 shows a case where the commercial power supply 301 is a 100 V, 50 Hz power supply, the capacitor 422 is 10 ⁇ F, the rectifier circuit 426 is a full-wave rectifier circuit, and the LED circuit 450 is a circuit in which 35 LED elements are connected in series.
  • the stimulation degree adjustment circuit 430 is not operated. That is, in this simulation, the stimulation degree adjustment circuit 430 is not provided.
  • the first period 1 in the graph 2 is a period in which current flows, and the second period 2 is a period in which no current flows.
  • the second period 2 increases by increasing the number of LED elements connected in series forming the LED circuit 450, and increases by using an LED element having a high terminal voltage.
  • the first period 1 decreases accordingly.
  • the peak value of the graph 2 can be changed by changing the size of the capacitor 422.
  • the capacitance of the capacitor 422 is increased, the peak value of the graph 2 increases. Conversely, when the capacitance of the capacitor 422 is decreased, the peak value of the graph 2 decreases.
  • the graph shown in FIG. 10 is the waveform of the LED current 460 supplied from the rectifier circuit 426 to the LED circuit 450. Based on the current of the graph 2 of FIG. 9, the current of the waveform shown in the graph 5 of FIG. 450.
  • the LED circuit 450 In the first period 1, the LED circuit 450 is lit, but in the second period 2, the LED circuit 450 is not lit. That is, the intensity period of the artificial light 350 generated by the LED circuit 450, that is, the pattern of the intensity of the artificial light 350 can be set by the first period 1 and the second period 2 of the LED current 460 illustrated in FIG.
  • the period of the intensity of the artificial light 350 generated by the LED circuit 450 can be set by the frequency of the commercial power supply 301. As described below, since the period of the intensity of the artificial light 350 generated by the lighting device 300 can be set very easily, a simple and stable lighting device 300 for growing a living organism can be obtained.
  • graph 5 is a case where the value of the capacitor 422 of the stimulus amount control circuit 420 is set to 10 ⁇ F
  • graph 6 is a stimulus amount control circuit 420.
  • the value of the capacitor 422 of the stimulation amount control circuit 420 is set to 6 ⁇ F
  • the value of the capacitor 422 of the stimulation amount control circuit 420 is set to 4 ⁇ F
  • the value of the capacitor 422 of the stimulation amount control circuit 420 is set to 1 ⁇ F. It is a result of simulation.
  • the frequency of the commercial power supply 301 is constant at 50 Hz, and the number of LED elements that configure the LED circuit 450 is constant at 35.
  • the circuit constant of the stimulus amount control circuit 420 is changed, the first period 1 during which the artificial light 350 from the lighting device 300 has a high output, and conversely, the light emission including stopping the emission of the artificial light 350 from the lighting device 300.
  • an output difference of the artificial light 350 generated by the light emitting device 330 is generated, and the living cells irradiated with the artificial light 350 are stimulated. Given this, the action and movement in the cell becomes more active by this stimulation.
  • the peak value of the LED current 460 increases and the stimulus given by the artificial light 350 can be increased.
  • Increasing the capacitance of capacitor 422 from 10 ⁇ F can therefore increase stimulation. If the capacitance of the capacitor 422 is 30 ⁇ F, the peak current in the first period 1 can be increased to 750 mA, and if the capacitance of the capacitor 422 is 50 ⁇ F, the peak current in the first period 1 can be increased to 1 A or more. By doing so, the stimulation of the artificial light 350 can be increased, and the total amount, that is, the intensity of the artificial light 350 can be increased.
  • the ratio of each period that is the relationship between the first period 1 and the second period 2 that is the stimulation pattern is maintained. Since the output difference of the artificial light 350 between the first period 1 and the second period 2 can be changed, it is very easy to set the stimulus amount suitable for the living thing, and the stimulus amount to be given is stabilized. Can be maintained. Further, since the period of the intensity pattern of the artificial light 350 is determined by the commercial power supply frequency, the operation is stable, and a low-frequency stimulus suitable for a living organism can be applied.
  • the present invention produces a very large effect on plants that carry out photosynthesis, but also has an effect on organisms that do not carry out photosynthesis, such as strawberries.
  • More mushrooms such as enoki mushrooms, bean mushrooms, and nameko can be cultivated more preferably by irradiating them with light for growth. Rather than simply giving light with a constant intensity, by changing the amount of light irradiation at a low frequency of 200 Hz or less, it is possible to stimulate the target mushrooms and the like, thereby further promoting growth. It is also effective against other microorganisms.
  • low-frequency stimulation that does not place an excessive burden on cells can be stably given, and good growth can be promoted.
  • the graph shown in FIG. 11 shows that the circuit constant of the stimulation amount control circuit 420 of the circuit shown in FIG. 8, for example, the value of the capacitor 422 is fixed to a predetermined value, for example, 10 ⁇ F, and the LED elements constituting the LED circuit 450 are connected in series. It is a graph which shows the result of having simulated the LED electric current 460 which flows through the LED circuit 450 when changing a number.
  • Graph 10 shows the waveform of the LED current 460 when the number of LED elements constituting the LED circuit 450 is 35
  • graph 11 shows the LED when the number of LED elements connected in series is 25.
  • Waveform of current 460 graph 12 shows the waveform of LED current 460 when the number of LED elements connected in series is 15, and graph 13 shows the LED current 460 when the number of LED elements connected in series is five.
  • the waveform 14 is a waveform of the LED current 460 when the number of the LED elements connected in series is one.
  • the LED current 460 is a pattern in which the first period 12 in which the LED current 460 is larger than the second period 22 is short and the second period 22 in which the LED current 460 does not flow or has a small value is long. Flowing. Since the LED element of the lighting device 300 generates light based on the current value of this pattern, the artificial light 350 based on this pattern is irradiated from the lighting device 300 onto the cells of the living organism to be irradiated. For example, the chloroplast of a plant receives the artificial light 350 having the pattern shown in FIG.
  • a graph 11 shows the LED current 460 in a state where the number of LED elements connected in series in the LED circuit 450 is reduced to 25.
  • the first period is longer than the first period 22 of the graph 10, and conversely, the second period is shorter than the second period of the graph 10.
  • the graph 12 in which the number of LED elements connected in series in the LED circuit 450 is reduced so that the number of LED elements connected in series is fifteen, the first period becomes longer, and conversely, the second period becomes shorter.
  • the graph 13 in which the number of LED elements in series is five, this tendency is further increased.
  • the lighting period of the LED elements indicated by the first period 14 becomes very long.
  • the first period of the LED current pattern is shortened and the second period is lengthened.
  • the current waveform is not shown, when the LED elements are connected in parallel, the length of the first period and the second period of the LED current pattern does not change.
  • the parallel connection of the LED elements is not shown, but the LED current pattern can be adjusted by adjusting the number of LED elements connected in series. By adjusting the LED current pattern, the light intensity pattern of the artificial light 350 generated by the lighting device 300 can be adjusted.
  • the number of LED elements of the LED circuit 450 in order to increase the light emission amount of the artificial light 350 generated by the lighting device 300 to a predetermined value or more.
  • 30 LED elements can be lit by providing two sets of 15 LED element series circuits. .
  • the waveform of the LED current 460 flowing through each set is the waveform shown in the graph 12.
  • the LED circuit 450 includes a plurality of parallel circuits.
  • the number of parallel circuits is preferably the same.
  • the amount of light emitted by one LED element depends on the current flowing through the LED element. Therefore, by adjusting the constant of the stimulus amount control circuit 420 with respect to the value of the current flowing through each LED element so that the same number of parallel circuits can be formed, a desired light amount and light emission pattern can be obtained. Since the terminal voltage of the LED element tends to increase as the flowing current increases, in the series circuit of a plurality of LED elements connected in parallel, the current is distributed to each series circuit with a tendency to equalize the current to each other. The Therefore, the risk of current being biased to one series circuit is avoided.
  • a lower frequency is often preferred when stimulating biological cells.
  • the rectifier circuit 426 of the circuit shown in FIG. 8 as a half-wave rectifier circuit, the frequency of the change in strength of the LED current 460 can be lowered.
  • An example embodiment is shown in FIG. A circuit 400 illustrated in FIG. 12 performs control to change the intensity of the artificial light 350 at the frequency of the commercial power supply 301.
  • the LED current 460 and the LED current 461 whose current values change at the frequency of the commercial power supply 301 are supplied from the drive circuit 410 to the LED circuit 450 and the LED circuit 451.
  • the LED current 460 is rectified from the commercial power source 301 by the stimulus amount control circuit 420 and the rectifier circuit 426. It is supplied to the LED circuit 450 via the element 427 and returns to the commercial power supply 301.
  • the LED current 461 from the commercial power supply 301 causes the LED circuit 451, the rectifier element 428 of the rectifier circuit 426, and the stimulus amount control circuit 420. Through the circuit returning to the commercial power supply 301.
  • the capacitor 422 of the stimulus amount control circuit 420 is charged in the reverse direction every half cycle of the alternating current of the commercial power supply 301. For this reason, the magnitudes of the LED current 460 and the LED current 461 are determined based on the value of the capacitor 422 of the stimulus amount control circuit 420.
  • the resistor 424 is a circuit for discharging the electric charge stored in the capacitor 422, and almost no LED current 460 or LED current 461 flows. For this reason, the resistor 424 hardly generates heat.
  • FIG. 13 shows a current waveform of the LED current 460 in the embodiment shown in FIG. Note that the LED current 461 is only delayed by a half cycle of the frequency of the commercial power supply 301 with respect to the LED current 460, and the waveform of the LED current 461 is the same as the LED current 460. Therefore, the LED current 460 and the LED current 461 will be representatively described using the waveform of the LED current 460.
  • Graph 21 is an AC voltage supplied from commercial power supply 301.
  • Graph 22 shows the waveform of the LED current 460 when the number of LED elements 450 connected in series is 15, and graph 23 shows the case where the number of LED elements 450 connected in series is reduced to five. This is a waveform of the LED current 461.
  • the first period 123 of the graph 23 is longer than the first period 122 of the graph 22, and conversely, the second period 223 of the graph 23 is shorter than the second period 222 of the graph 22.
  • the first period in which the current value is large is shortened and no current flows or the current value The second period with less becomes longer.
  • the frequency of the artificial light 350 generated by the lighting device 300 by the half-wave rectification is the same as the power supply frequency
  • the number of LED elements of the LED circuit 450 connected in series is changed to the pattern of the intensity of the artificial light 350. Can be adjusted and set. As described above, the above operation is the same for the LED current 461.
  • the circuits shown in FIGS. 12 and 8 do not require a switching circuit that repeats the switching operation with a short period of time, and therefore no electromagnetic noise is generated. For this reason, there is no possibility of adversely affecting the movement of ions and the rotation of the molecular motor 86 in the photosynthesis described with reference to FIG.
  • various ions move. Ions are charged with electricity and are susceptible to the influence of electric fields due to electromagnetic noise characteristics.
  • the chloroplast is irradiated with magnetic wave noise, an electric field vibration based on the electromagnetic wave frequency is generated, and there is a high possibility of adversely affecting ions such as hydrogen ions in photosynthesis.
  • the rectifier circuit 426 is used to convert an alternating current into a pulsating flow, and no switching circuit that generates an electromagnetic wave is used.
  • FIGS. 8 and 12 a stimulus level adjustment circuit 430 and a stimulus level adjustment circuit 431 are provided.
  • the waveforms of the LED current 460 and the LED current 461 in a state where the stimulation degree adjustment circuit 430 and the stimulation degree adjustment circuit 431 are not operating are described.
  • the current for operating the LED element does not flow in the second period. Therefore, the LED element is not lit in the second period.
  • a strong stimulus is given to the organism irradiated with the artificial light 350.
  • the stimulus may be too strong.
  • the state of photosynthesis is different between the state where the seed has just sprouted and the state where the seedling has grown greatly. For this reason, it may be preferable to adjust the intensity of stimulation of the artificial light 350 emitted from the lighting device 300.
  • FIG. 8 shows an example of the stimulation degree adjustment circuit 430.
  • the stimulation degree adjustment circuit 430 and the stimulation degree adjustment circuit 431 are basically the same circuit, perform the same operation, and produce the same effect.
  • the stimulation degree adjustment circuit 430 illustrated in FIG. 8 includes a capacitor 436, a resistor 434, and a resistor 438 in order to suppress a change in the LED current 460 flowing through the LED circuit 450.
  • the resistor 437 is a resistor for forming a discharge circuit that discharges the accumulated charge of the capacitor 436 with a predetermined time constant in order to prevent the charge accumulated in the capacitor 436 from being held for a long time.
  • the resistor 438 may be omitted, but by providing the resistor 438, the accumulated charge of the capacitor 436 can be increased, and the action of suppressing the stimulation is increased with respect to the capacitance of the same capacitor 436. In addition, it is effective in suppressing the inrush current that flows at the moment when the voltage of the commercial power supply 301 is applied to 400.
  • the resistor 434 functions to suppress an inrush current that flows into the capacitor 436 in a state where there is no accumulated charge in the capacitor 436 and sets the time constant of the current that the charge stored in the capacitor 436 is supplied to the LED circuit 450. To do.
  • FIG. 14 shows a simulation result of the LED current 460 when the number of the LED series is 35 and the capacitance of the capacitor 436 of the stimulation degree adjustment circuit 430 is changed.
  • a graph 31 shown in FIG. 14 is a waveform of the LED current 460 when the capacitance of the capacitor 436 is 1 ⁇ F
  • a graph 32 is a waveform of the LED current 460 when the capacitance of the capacitor 436 is 10 ⁇ F
  • a graph 33 is a capacitance of the capacitor 436 of 20 ⁇ F.
  • the graph 34 shows the waveform of the LED current 460 when the capacitance of the capacitor 436 is 30 ⁇ F.
  • the amount of stimulation given to the organism irradiated with the artificial light 350 is reduced. If the capacitance of the capacitor 436 is further increased, for example, if the value of 436 is 50 ⁇ F, the peak current in the first period 1 is 130 mA, the minimum current in the second period 2 is 40 mA, and the first period 1 and the second period 2 is reduced. That is, the stimulus given is weakened.
  • the relationship between the first period 1 in which the LED current 460 has a high current value and the second period 2 in which the LED current 460 has a small current value does not change.
  • adjustment of the amount of stimulation is extremely easy in any of the embodiments.
  • the frequency of the stimulation can be set by the power frequency and the rectification method, and the relationship between the first period 1 where the stimulation is strong and the second period 2 where the stimulation is weak This can be set by the number of LED elements 454 connected in series.
  • the intensity of stimulation can be set by the stimulation degree adjustment circuit 430.
  • the elements related to the stimulus can be respectively set, it is very easy to adjust the stimulus given to the organism to be irradiated, particularly the plant.
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of the LED circuit 450 and the LED circuit 452 of the light emitting device 330.
  • the light emitting device 330 includes four substrates 360A to 360D.
  • each substrate 360 has two LED circuits, an LED circuit 450 and an LED circuit 452.
  • the LED circuit 450 and the LED circuit 452 are provided on one substrate 360, the light emission color can be changed between the LED circuit 450 and the LED circuit 452.
  • the lighting device 300 when the lighting device 300 includes at least two substrates 360A and 360B, an LED element that emits red light is disposed on one substrate 360A, and a blue system is disposed on the other substrate 360B. Alternatively, an LED element that emits white light is disposed. In this way, more effective artificial light 350 can be generated.
  • the lighting device 300 when the lighting device 300 includes four substrates 360 as shown in FIG. 6, LED elements that emit red light are arranged on the substrates 360A and 360C, and the other substrates 360B and 360D are blue-based. Alternatively, an LED element that emits white light is disposed. In this way, more effective artificial light 350 can be generated.
  • the board 360A and the board 360B, the board 360B and the board 360C, and the board 360C and the board 360D are connected by plug-in connectors, respectively, and an AC power supply is connected via the connector.
  • an AC power supply is connected via the connector.
  • the lighting device 300 may be configured with one substrate 360, and the number of substrates 360 to be used can be increased according to the irradiation target, so that it is easy to meet the needs.

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Abstract

【課題】簡単な構成で人口光を発生する生物育成用照明装置を提供すること。 【解決手段】生物に照射する人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、交流電源からの交流電流を受けて上記ＬＥＤ回路へ供給するＬＥＤ電流を制御して前記ＬＥＤ素子が発生する人工光の強度を制御する刺激量制御回路と前記刺激量制御回路の出力電流を整流する整流回路とを備え、　生物に照射する人工光の強度を直列接続されたＬＥＤ素子の数に従って第１期間と第２期間とに従って変化させ、更に上記変化を交流電源の周波数に基づいて変化させるようにした生物育成用照明装置。

Description

生物育成用光発生装置
　本発明は植物を含む生物を育成するための光を発生する生物育成用光発生装置あるいは生物育成用光発生装置を備える生物育成装置に関する。
　陸上あるいは海を含む水中に生育する生物の多くは光を受けて成長する。例えば多くの植物は葉緑体を有し、光を吸収して葉緑体でデンプンを生成していることは良く知られている。また葉緑体を有していない生物、例えばきのこ類であっても、特定の周波数の光を受けて成長することが知られている。太陽光はこれら生物を育成する上で、必要である。しかし色々な理由から太陽光に加えて人工的に発生した光（以下人口光と記す）を利用して植物を育成したり、あるいは人口光のみで植物を育成したりする場合がある。
　人口光により植物を育成する装置に関する技術は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。さらに人口光を発生する装置に関する技術は、例えば特許文献３に記載されている。
特開２０１３－２１９８０号公報 特開２０１６－５２２８０号公報 特開２０１６－８１６８４号公報
　植物を含む生物を育成するために使用する生物育成用照明装置に関して重要なことは、生物の育成に適した人口光を生物育成用照明装置が発生することである。さらに好ましくはより簡単な構成で生物の育成に適した人口光を発生する生物育成用光発生装置を実現することである。しかし従来の生物育成用光発生装置は構造がたいへん複雑である。たとえば特許文献３に記載の生物育成用光発生装置は非常に複雑である。このため生物育成用照明装置が大変高価なものになってしまう問題があった。さらに複雑な回路構成を備えることは、故障し易い問題を抱えることとなる。
　本発明は簡単な構成で生物の育成に適した人口光を発生する生物育成用照明装置、あるいは前記生物育成用照明装置を備えた生物育成装置を提供することである。
　第１発明の生物育成用照明装置は、生物に照射する人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、交流電源からの交流電流を受けて上記ＬＥＤ回路へ供給するＬＥＤ電流を制御して前記ＬＥＤ素子が発生する人工光の強度を制御する刺激量制御回路と前記刺激量制御回路の出力電流を整流する整流回路とを備え、前記交流電源と前記整流回路との間にインピーダンスを発生する回路部品を有する前記刺激量制御回路を接続し、前記整流回路の出力端に前記ＬＥＤ回路を接続することにより、前記交流電源の周波数に従って周期的に変化する第１電流が前記刺激量制御回路から前記出力電流として前記整流回路へ供給され、前記交流電源の前記周波数に従って周期的に変化する前記第１電流に基づいて、周期的に変化する前記ＬＥＤ電流が前記ＬＥＤ回路に流れ、前記ＬＥＤ回路は直列接続された複数個の前記ＬＥＤ素子を有しており、これにより前記刺激量制御回路のインピーダンスを発生する前記回路部品を介して出力される前記第１電流は、前記交流電源の周波数に従って周期的に変化すると共に、さらに前記直列接続された前記ＬＥＤ素子の数に従って、電流値の大きい第１期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第２期間とを有して変化し、前記第１電流の変化により、前記ＬＥＤ電流が前記周期的に変化すると共に前記第１期間と第２期間とを有して変化し、これにより前記ＬＥＤ回路から前記生物に対して照射される人工光の強度が前記ＬＥＤ電流の前記周期的および前記第１期間１と第２期間２とに基づいて変化して、前記生物に刺激を与える、ことを特徴とする。
　第２発明の生物育成用照明装置は、第１発明において、前記照明装置は基板を有し、前記基板の一方の面に前記ＬＥＤ回路を配置し、前記基板の他方の面に前記刺激量制御回路と前記整流回路とを設けた、ことを特徴とする。
　第３発明の生物育成用照明装置は、第２発明において、前記刺激量制御回路のインピーダンスを発生する前記回路部品としてコンデンサを前記刺激量制御回路が有している、ことを特徴とする。
　第４発明の生物育成用照明装置は、第３発明において、前記刺激量制御回路の前記コンデンサと前記整流回路とが前記交流電源に対して直列に接続され、前記整流回路の出力端に前記ＬＥＤ回路が接続され、前記第１期間では前記第１電流が流れ、また前記第２期間では前記第１電流が遮断され、前記第１期間と前記第２期間とを有する前記第１電流の変化が、前記交流電源の周波数に基づいて繰り返され、前記ＬＥＤ回路が有する前記ＬＥＤ素子から前記生物に照射される人工光の強度が、前記第１期間と前記第２期間とに基づいて変化すると共に、前記変化が前記交流電源の周波数に基づいて繰り返される、ことを特徴とする。
　第５発明の生物育成用照明装置は、第４発明において、前記整流回路が半波整流器である、ことを特徴とする。
　第６発明の生物育成用照明装置は、第４発明において、前記整流回路が全波整流器である、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
　第７発明の生物育成用照明装置は、第５発明あるいは第６発明において、前記ＬＥＤ回路と並列に刺激度制御回路が接続されている、ことを特徴とする。
　本発明によれば、簡単な構成で人口光を発生する生物育成用照明装置、あるいは該生物育成用照明装置を備えた生物育成装置を提供することができる。
本発明の一実施の形態である、生物育成用照明装置を使用した植物育成用の農業用ハウスの説明図である。 本発明の一実施の形態である、生物育成用照明装置を使用した栽培用ハウスの説明図である。 本発明の一実施の形態である生物育成用照明装置の概要を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態である生物育成用照明装置３００の発光装置３３０の説明図である。 本発明の一実施の形態である生物育成用照明装置３００の断面図である。 発光装置３３０の基板３６０の配置を説明する説明図である。 葉緑体による光合成作用を説明する説明図である。 照明装置３００の回路構成の一例を説明する説明図である。 刺激量制御回路４２０の出力電流を説明する説明図である。 刺激量制御回路４２０により生じるＬＥＤ電流４６０のパターンの説明図である。 ＬＥＤ素子の直列接続数を変えた場合のＬＥＤ電流４６０のパターンを示すグラフである。 本発明が適用された他の実施の形態を説明する説明図である。 図１２に記載の回路におけるＬＥＤ電流の波形を示すグラフである。 図８に示す回路において刺激度調整回路４３０のコンデンサ４３６の値をパラメータとしたＬＥＤ電流４６０のシミュレーション結果を示すグラフである。
　１．はじめに
　以下で説明する本発明の実施の形態は、生物、特に、植物の育成用発光装置において優れた効果を生じるが、以下で説明する実施の形態は植物だけでなく、きのこやその他を含む、生物育成用照明装置として、優れた効果を生じる。
　２．生物育成用照明装置を備える生物育成装置の一実施形態である植物栽培装置の説明
　２．１　本発明を適用した農業用ハウスの説明
　図1は、本発明を適用した一実施形態である農業用ハウス１１０の説明図である。農業用ハウス１１０は、植物を育成するための畝２１６を囲むようにして設けられた外壁２１４とその上部を覆うようにして設けられた屋根２１２を有している。また外壁２１４を互いに固定するための梁２１８が設けられている。畝２１６には図示を省略している野菜や草花等の植物が植えられている。該植物は屋根２１２から差し込む太陽光を受けて育つが、それだけでなく生物育成用照明装置３００が発生する人口光が太陽光に加えて照射される。
　太陽光に加えて生物育成用照明装置３００が発生する人口光を理由にはいろいろあるが、理由の一つは例えば、日本においては秋から冬にかけて日照時間が短く、植物の生育において日光の照射時間が不足する。日光照射時間の不足を補うために複数の生物育成用照明装置３００が設けられ、上記不作を補うことができる。生物育成用照明装置３００は畝２１６で育てられている植物（図示省略）と適度の距離を保って保持されていることが必要であり、梁２１８から支持装置２２２によって吊り下げられており、位置調整装置２２４により生物育成用照明装置３００と畝２１６に植えられている植物との位置関係を、すなわち生物育成用照明装置３００と畝２１６に植えられている植物との間の距離を調整することができる。
　図１に記載の農業用ハウス１１０は太陽光と生物育成用照明装置３００が発する人工光の両方で植物を育成する構成である。例えは日没後あるいは日の出前は照明装置３００からの人工光で植物の育成を図り、また天候の関係で太陽光が不十分な状態が生じたときに、人工光を利用する構成である。しかし本発明の適用はこれに限るものではない。太陽光を完全に遮断して照明装置３００が発する人工光のみで植物などの生物を育成するようにしても良い。
　２．２　本発明を他の生物育成装置に適用した場合の説明
　図２は、図１とは異なる構造の生物育成装置の一例であり、本発明を適用した実施形態である生物育成用照明装置３００を備えた植物を含む生物を育成するための栽培用ハウス２４０である。栽培用ハウス２４０は、栽培用ハウス２４０を支える骨組みである外側パイプ２４２と内側パイプ２４４とを備え、外側パイプ２４２と内側パイプ２４４とによって支えられた棚２５２と棚２５４、棚２５６が設けられている。各棚に植物を含む生物を育成するための育成容器２００がそれぞれ配置されている。棚２５２や棚２５４の裏面には照明装置３００が配置されている。栽培用ハウス２４０の天井にも照明装置３００が設けられている。図１で説明した場合と同様、育成容器２００で育成する植物等を照明装置３００の発する人工光のみで育てても良いし、太陽光と照明装置３００の発する人工光の両方を組み合わせて育成しても良い。
　３．照明装置３００の概要
３．１　照明装置３００の概要
　一実施例である照明装置３００の概要を、図３を用いて説明する。反射板３１０に２組の発光装置３３０が設けられており、図１や図２の装置に反射板３１０を有する照明装置３００を固定する。発光装置３３０が発する人工光が発光装置３３０から直接植物に照射されるだけでなく、反射板３１０で反射した人工光も対象の植物に照射されるので、植物に照射される人工光がより強くなる効果がある。ただし反射板３１０は無くても良い。特に発光装置３３０に使用されるＬＥＤ素子が所定角度の範囲内に光を照射する構造の場合には、反射板３１０を設けてもあまり効果がない。
　３．２　生物育成用照明装置３００の発光装置３３０の構造
　図４に発光装置３３０の概要を示す。樹脂製のケース３４０の内部に以下で説明するＬＥＤ素子が配置されており、ＬＥＤ素子が発生した人工光３５０が、ケース３４０を介して対象の生物に照射される。ケース３４０の両端には発光装置３３０を固定するための固定器具３２０が設けられている。また例えば固定器具３２０を貫通するようにして電源線３０２が設けられ、電源線３０２を介して発光装置３３０に電力が供給される。このような構成により、照明装置３００の据え付けが非常に容易となる。
　図５は照明装置３００の断面図であり、ケース３４０の内側に基板３６０が基板支持部３４２によってケース３４０に固定されている。基板３６０の一方の面に人工光３５０を発生するためのＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２が配置されている。基板３６０の他方の面には、ＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２を駆動するための駆動回路４１０や駆動回路４１２が設けられている。なおこの基板３６０はＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２の２組のＬＥＤ回路を備えている。しかしＬＥＤ回路は一組であっても良いし、さらに多くの組を有していても良い。ＬＥＤ回路の数を増やすことによって人工光３５０の光量を増加させることができる。育成対象の生物に与える光量はＬＥＤ回路の数を増やすことによって増加することができる。また育成対象の生物とＬＥＤ回路との距離を縮めることによっても育成対象の生物に与える光量を増やすことができる。さらにＬＥＤ回路を流れる電流値を増やすことにより、人工光３５０の光量を増加させることができる。もちろんＬＥＤ回路を流れる電流値を減らすと人工光３５０の光量は減少する。
　３．３　基板およびＬＥＤ回路の配置
　図４や図５に記載の発光装置３３０の内部の基板３６０の一例を図６に示す。電源線３０２から交流電力が基板３６０Ａに供給され、図示しないコネクタを介して基板３６０Ａから基板３６０Ｂ、３６０Ｃ、基板３６０Ｄに伝えられる。基板３６０Ａから基板３６０Ｄの４枚の基板を有しているが、その数を自由に選択することができる。基板３６０Ａに設けられたＬＥＤ回路４５０ＡとＬＥＤ回路４５２Ａを駆動するための回路が基板３６０Ａの他方の面に設けられているので、使用する基板の数を変更することが極めて容易である。
　各基板３６０は一方の端から電源電力を受け、他方の単に電源電力を伝える機能を有している。さらに各基板３６０はその基盤に設けられたＬＥＤ素子に発光のためのＬＥＤ電流を供給する機能を有している。このように各基板３６０はＬＥＤ電流を供給する機能と電源電力を伝える機能とをそれぞれ有するので、ニーズに合わせて照明装置３００が有する基板３６０の数を簡単に変えることができ、これにより人工光３５０を発生するＬＥＤ素子の数を容易に変えることができる。
　植物の光合成には、クロロフィルによって吸収される赤色の光と青紫色の光が必要である。ＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２で赤色の光や青紫色の光を発生するためには、赤色の光を発生するＬＥＤ素子や青紫色の光を発生するＬＥＤ素子でＬＥＤ回路４５０あるいはＬＥＤ回路４５２を構成することが好ましい。図6において、ＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２を単位として赤色用ＬＥＤ素子や青紫色用ＬＥＤ素子を選択して配置するようにしても良い。また基板３６０Ａから基板３６０Ｄに対して、基板単位で赤色用ＬＥＤ素子や青紫色用ＬＥＤ素子を選択して配置するようにしても良い。このようにすることで基板３６０の生産性が向上する。また基板３６０を組み合わせることにより、いろいろな使用条件に対応できる。管理の煩雑さが低減される。
　４．本願発明が適用された照明装置３００が発生する人工光３５０と光合成作用
　４．１　光検知信号６４や水素イオン６８の伝達
　一例として光合成を行う植物と照明装置３００が発生する人工光３５０との作用との関係について説明する。上記植物は、細胞の中に多数の葉緑体を有していて、各葉緑体の中にチラコイドが多数存在する。図７の記載において、上記チラコイドには光を検知すると光検知信号６４を発生する光検知用タンパク質６２が多数存在する。照明装置３００が発生した人工光３５０が光検知用タンパク質６２に照射されると、光検知用タンパク質６２の内部に多数存在するクロロフィルの状態が上記人工光３５０によって変化し、これらの状態が変化したクロロフィルが、光検知信号６４として第１タンパク質複合体６６に伝達される。
　光検知信号６４が第１タンパク質複合体６６に到達すると、第１タンパク質複合体６６が受けた人工光３５０によって例えば水素イオン６８をくっつけたプラストキノンを、チラコイド膜５２とチラコイド膜５４との内側のチラコイド中に放出する。水素イオン６８をくっつけたプラストキノンは、シトクロム７２へ移動する。また第１タンパク質複合体６６において、チラコイド膜５２とチラコイド膜５４との間に存在する水から酸素分子と水素イオンとが分解されて作られ、水素イオンがチラコイド膜５４の外側に放出され、チラコイド膜５４の外側の水素イオンの濃度が上昇する。水素イオンを数字７０で示す。水素イオン７０の濃度を高めることにより、後述するデンプンの合成のためのエネルギーが得られ、後述する分子モータ８６が回転し、デンプンの生成工程が推進される。またシトクロム７２においても水素イオン７０が放出され、シトクロム７２から放出された水素イオン７０もチラコイド膜５４の外側の水素イオン７０の濃度を高める作用をする。
　４．２　デンプンの合成に必要なＡＴＰの製造
　水素イオン６８を受け取るシトクロム７２に人工光３５０が照射されることにより、シトクロム７２から例えば銅イオンを有するプラストシアニン７４が第２タンパク質複合体８０に伝達される。なおシトクロム７２から第２タンパク質複合体８０へのプラストシアニン７４の移動は、チラコイド内部のチラコイド膜５４側の外に存在する水５６の中を移動する。プラストシアニン７４を受け取った第２タンパク質複合体８０は、人工光３５０を受けて水素イオンを有する物質８２を作り出す。水素イオンを有する物質８２は、説明を省略するが、デンプンの合成に用いられる。
　デンプンの合成に用いられるアデノシン３リン酸であるＡＴＰ９４を作るために、多数のＡＴＰ合成酵素９２が存在する。ＡＴＰ合成酵素９２は固定子９０によってチラコイド膜５２やチラコイド膜５４に固定されているが、ＡＴＰ合成酵素９２の内部で酵素軸８８が速い速度で回転している。酵素軸８８を回転するために分子モータ８６が存在し、例えば１秒間に１７回転等の、速い速度で分子モータ８６が回転し、この回転が分子モータ８６から酵素軸８８に伝えられる。これにより、酵素軸８８とＡＴＰ合成酵素９２との間に摩擦エネルギーが発せし、発生した摩擦エネルギーによってアデノシン３リン酸であるＡＴＰ９４が作られる。
　分子モータ８６が回転する回転力は、チラコイド膜５４の外側５８の水素イオン７０の濃度がチラコイド膜５２の外側５９の水素イオン濃度より高いことによる、水素イオン７０の濃度差によって発生する。水素イオン７０の濃度差によってチラコイド膜５４の外側５８からチラコイド膜５２の外側５９に向かって水素イオンが移動する現象が起き、この現象により、分子モータ８６に回転力が生じる。ＡＴＰ合成酵素９２によって作られたＡＴＰ９４によって、あるいは水素イオンを有する物質８２によって、デンプンが作られる。デンプンが作られる工程の説明を省略するが、カルビンベンソン回路として知られている。
　このように葉緑体の中でデンプンが合成される過程では、光検知用タンパク質６２による光検知信号６４の発生に始まり、水素イオン６８の移動やプラストシアニン７４の移動、分子モータ８６の回転など、非常に繊細な動作が行われている。人工光３５０を照射することにより、これらの動作をより活発にすることが重要であり、さらにイオンの繊細な動きを阻害しないことが重要となる。
　上記説明では葉緑体による光合成の作用を中心に説明したが、例えば光合成の作用を有していないきのこ類においても、特定波長の光を照射することにより成長を促すことができる。例えば特定波長の光の照射によりきのこの柄を成長させたり、またきのこの傘を成長させたりすることができる。これらの成長過程においても、繊細な作用が生じているので、人工光３５０の照射において、光合成の場合と同様、作用をより活発にするとともに繊細な作用の障害とならないことが重要である。
　４．３　光合成を良好に行うための照明装置３００の改良点
　光検知用タンパク質６２によって人工光３５０を検知して発生する光検知信号６４の発生作用や、人工光３５０を受けて第１タンパク質複合体６６やシトクロム７２が水素イオン７０を発生する作用、シトクロム７２によってプラストシアニン７４を発生する作用、第２タンパク質複合体８０によって水素イオンを有する物質８２が発生する作用、ＡＴＰ合成酵素９２によってＡＴＰ９４が発生する作用、またカルビンベンソン回路によってデンプンが作られる作用、等が良好に行われることが望ましい。上記作用の内少なくとも１つの作用が良好に行われることにより、対象生物の成長が促進される。このような観点から照明装置３００は色々な改良点を備えている。これらの改良点の少なくとも１つを備えることが望ましい。改良点について以下順に説明する。
　４．３．１　本明細書に記載の実施の形態の改良点１
　上述したように光検知用タンパク質６２から多くの光検知信号６４が発生するように、あるいは第１タンパク質複合体６６あるいはシトクロム７２あるいは第２タンパク質複合体８０の少なくとも一つが良好に動作するように、本明細書に記載の実施の形態では、照明装置３００が発生する人工光３５０の強度を変化させている。しかも本明細書の実施の形態では、これらの変化を非常に低周波数で行っている。本明細書に記載の実施の形態では、具体的には２００Ｈｚ以下の周波数で人工光３５０の強度を変化させている。この具体的な回路構成は以下で説明する。
　このように人工光３５０の強度を非常に低い周波数で、言い換えると長周期で変化させることにより、光検知用タンパク質６２あるいは第１タンパク質複合体６６、シトクロム７２、第２タンパク質複合体８０、分子モータ８６あるいはＡＴＰ合成酵素９２の少なくとも一つに、適度の刺激を与えることができる。短周期である高い周波数で刺激を与えると植物の細胞に大きな負担を与える恐れがある。具体的には２００Ｈｚ以下の周波数で、更には１００Ｈｚ前後あるいはそれ以下の周波数で刺激を与えることにより、植物の細胞への負担を和らげかつ効果的な刺激を与えることができる。本明細書に記載の実施の形態において、負担の少ない刺激の付与に関する構成および作用は、以下で説明する。
　４．３．２　本明細書に記載の実施の形態の改良点２
　本明細書に記載の実施の形態の他の改良点の一つは、電磁波ノイズの発生を抑制している点である。光検知用タンパク質６２が発生する光検知信号６４、あるいは水素イオン６８、プラストシアニン７４は、電子やイオンである。チラコイド膜５４の外側５８に存在する水５６、あるいは水５６に存在する水素イオン７０、また水５６の内部を移動するプラストシアニン７４は、照明装置３００が発生する電磁波ノイズの影響を受け易い。さらに水素イオン７０の濃度差により生じるチラコイド膜５４の外側５８からチラコイド膜５２の外側５９への水素イオン７０の移動により生じる分子モータ８６の回転も電磁波ノイズの影響を受け易い。従って電磁波ノイズの発生を極力抑制することが望ましい。本明細書に記載の実施の形態において、電磁波ノイズの発生の抑制に関する構成および作用は、以下で説明する。
　４．３．４　照明装置３００が発生する人工光３５０を照射した葉物野菜の育成結果
　２００Ｈｚ以下の低周波数による人工光３５０の強度の変化および電磁波ノイズの発生を極力抑制した照明装置３００を使用した葉物野菜の育成と、他の照明装置における育成との比較を行った。具体的には、他のメーカが販売している植物育成用ＬＥＤ照明装置によるレタスの生育状態と照明装置３００が発生する人工光３５０を照射したレタスの生育状態とを、人工光３５０の照射以外の条件を同じ条件として、比較した。その結果、照明装置３００が発生する人工光３５０を使用することにより、極めて良好な成育結果が得られた。光量を略同じくし、温度や肥料の状態、光照射時間を同じくして、レタスの葉の成長を比較した。３週間で、本発明を適用した照明装置３００を使用した場合に、他メーカの製品を使用した場合に比較して、葉の大きさが約２割大きくなる結果が得られた。照明装置３００による人工光３５０を照射した方が葉の厚さにおいても良好であった。また苺の栽培において、同様の比較試験を行った。その結果極めて良好な試験結果が得られた。
　５．照明装置３００の回路構成
　５．１　照明装置３００の回路構成の概要
　図８は、照明装置３００の発光装置３３０の回路の一例を説明する説明図である。図５で説明のごとく、基板３６０の一方の面にＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２が設けられており、基板３６０の他方の面に、ＬＥＤ回路４５０を駆動するための駆動回路４１０と、ＬＥＤ回路４５２を駆動するための駆動回路４１２、が設けられている。駆動回路４１０と駆動回路４１２は同じ構成の回路であり、駆動回路４１２は作用や効果に関しても駆動回路４１０と同じである。これらを代表して駆動回路４１０について、構成および作用や効果を説明する。なお図５の説明では、基板３６０にＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２とが平行に配置されているが、１回路だけでも良く、必要とする光量によって１列にするか２列にするかを決めるようにすればよい。
　生物、特に光合成を行う植物に対して、照明装置３００が発光する人工光３５０の光量即ち人工光３５０の強さを低周波例えば２００Ｈｚ以下の周波数で変化させるために、駆動回路４１０や駆動回路４１２は、商用電源周波数を利用して、ＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５２に供給するＬＥＤ電流の強さを周期的に変化させている。日本では商用電源周波数は５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚである。半波整流して供給する場合は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの脈流を得ることができる。また全波整流すれば１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚの脈流を得ることができる。本実施形態では、生物の細胞に負担を少なくしてしかも生物の細胞に適度の刺激を与えるように、生物に照射する人工光３５０の光量を、商用電源周波数を利用して低周波で変化させている。このように商用電源周波数を利用することにより、安価でしかも非常に安定した動作が得られ、しかも生物の細胞に対して負担が少ない良好に作用する生物育成用照明装置を得ることが可能となる。
　ＬＥＤ回路４５０を点灯するためのＬＥＤ電流４６０をＬＥＤ回路４５０に供給する駆動回路４１０は、刺激量制御回路４２０と整流回路４２６とを有しており、必要に応じてさらに刺激度を調整する刺激度調整回路４３０を有している。刺激量制御回路４２０はＬＥＤ回路４５０へ供給するＬＥＤ電流４６０の電流値を制御する回路であり、電流値を制御するためのインピーダンスを備えている。この実施形態で電流値を制御するうえで有効な部品として、抵抗とコンデンサがあげられる。抵抗は発熱が大きいので好ましい部品はコンデンサである。このことから本実施形態では、コンデンサ４２２でＬＥＤ電流４６０を制御しており、このことにより、刺激量制御回路４２０の熱の発生を抑制でき、非常に効率的である。さらに生物、例えば植物に不要な熱の影響を与えるのを抑制できる。抵抗４２４はコンデンサ４２２に蓄えられている電荷を放電するための回路を形成する。図示していない電源スイッチが商用電源３０１と刺激量制御回路４２０との間に設けられており、電源スイッチを閉じた状態で、刺激量制御回路４２０から整流回路４２６を介してＬＥＤ回路４５０にＬＥＤ電流４６０が供給されて、ＬＥＤ回路４５０が点灯する。
　次に上記図示していない電源スイッチを閉じた状態から解放状態に切り替えるとＬＥＤ電流４６０の供給が停止し、ＬＥＤ回路４５０は点灯しなくなる。上記図示していない電源スイッチを開放状態への切り替え時のコンデンサ４２２の蓄積電化がコンデンサ４２２に保持されることになるが、このコンデンサ４２２の蓄積電荷を速やかに放電することが好ましい。抵抗４２４を設けることで、図示していない電源スイッチを開放いた場合にコンデンサ４２２の蓄積電荷を速やかに放電することが可能である。抵抗４２４の値は５０ＫΩから１ＭΩが適当であり、１００ＫΩ以上がより好ましい。抵抗４２４の値を５０ＫΩ未満にするとコンデンサ４２２を介さないで、抵抗４２４を介してＬＥＤ回路４５０へ供給する電流値が増大し、抵抗４２４の発熱量が増大する。駆動回路４１０やＬＥＤ回路４５０の発熱量が増大すると植物などの生物に光だけでなく熱を照射することとなり、好ましくない。抵抗４２４の値を５０ＫΩ以上、特に１００ＫΩ以上とすることで抵抗４２４を介してＬＥＤ回路４５０へ供給する電流値を非常に小さい値に低減でき、抵抗４２４の発熱を低減できる。コンデンサ４２２はほとんど発熱しないので、コンデンサ４２２で照射光である人工光３５０の強さを制御することにより、人工光３５０が照射される生物への熱の影響を低減できる。
　生物の育成、例えば植物の育成には温度が必要である。この温度は育成される生物全体に対して均一であることが好ましい、少なくとも植物の茎から上全体が同じ温度であることが好ましい。照明装置３００が光だけでなく熱も照射すると育成される生物に対して温度むらが生じる。例えば植物の照明装置３００に近い側の葉先が高温となる。このような状態は病気を誘発しやすく、その他いろいろ好ましくないことが生じる。
　図９に示すグラフは、シミュレーションプログラムＱＵＣＳを使用して解析したシミュレーション結果である。なお、シミュレーション結果が試作結果とほぼ一致していることを確認している。図９では、図８の商用電源３０１から電源線３０２を介して刺激量制御回路４２０へ供給される電源電圧をグラフ１で示しており、刺激量制御回路４２０から整流回路４２６へ供給される電流をグラフ２で示す。図８に記載の回路ではグラフ２に示す電流は、商用電源３０１から電源線３０２を介して供給される、電源電流を表している。
　グラフ２は、商用電源３０１が１００Ｖ、５０Ｈｚ電源であり、コンデンサ４２２が１０μＦ、整流回路４２６が全波整流回路、ＬＥＤ回路４５０が、ＬＥＤ素子を３５個直列に接続した回路で構成されている場合のシミュレーション結果である。なおこのグラフに示すシミュレーションでは、刺激度調整回路４３０を動作させていない。即ちこのシミュレーションでは、刺激度調整回路４３０を設けていない。グラフ２の第１期間１が、電流が流れている期間であり、また第２期間２が、電流が流れていない期間である。第２期間２はＬＥＤ回路４５０を形成するＬＥＤ素子の直列接続の数を増やすことにより増大し、また端子電圧の高いＬＥＤ素子を使用することにより、増大する。第２期間２が増大するとその分第１期間１が減少する。またコンデンサ４２２の容量の大きさを変えることでグラフ２のピーク値を変えることができる。コンデンサ４２２の容量を大きくするとグラフ２のピーク値が増大し、逆にコンデンサ４２２の容量を小さくするとグラフ２のピーク値が減少する。
　図１０に示すグラフは、整流回路４２６からＬＥＤ回路４５０へ供給されるＬＥＤ電流４６０の波形であり、図９のグラフ２の電流に基づいて、図１０のグラフ５に示す波形の電流がＬＥＤ回路４５０に供給される。第１期間１ではＬＥＤ回路４５０が点灯するが、第２期間２ではＬＥＤ回路４５０が点灯しない。即ちＬＥＤ回路４５０によって発生した人工光３５０の強弱の期間すなわち人工光３５０の強弱のパターンを、図１０に記載のＬＥＤ電流４６０の第１期間１と第２期間２とによって設定することができる。またＬＥＤ回路４５０によって発生した人工光３５０の強弱の周期は、商用電源３０１の周波数で設定することができる。以下で述べるがこのように照明装置３００が発生する人工光３５０の強弱の期間を非常に簡単に設定できるので、シンプルで安定した生物育成用の照明装置３００を得ることができる。
　５．２　刺激量制御回路４２０による生物への刺激量の制御
　図１０で、グラフ５は刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を１０μＦに設定した場合であり、グラフ６は刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を６μＦ、グラフ７は刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を４μＦ、グラフ８は刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を１μＦ、にそれぞれ設定した場合のＬＥＤ電流４６０のシミュレーションの結果である。グラフ５やグラフ６、グラフ７、グラフ８では、商用電源３０１の周波数は５０Ｈｚで、一定であり、またＬＥＤ回路４５０を構成するＬＥＤ素子の直列の数は３５個で、一定である。刺激量制御回路４２０の回路定数を変えた場合に、照明装置３００からの人工光３５０が高出力である第１期間１と、逆に照明装置３００からの人工光３５０の発光の停止も含む発光の低出力の期間である第２期間２との関係、言い換えると第１期間１と第２期間２との関係がほとんど変化せず、ＬＥＤ電流４６０の値、特にピーク値、が変化する。第１期間１と第２期間２とのＬＥＤ電流４６０の値の差に基づいて、発光装置３３０が発生する人工光３５０の出力差が生じ、人工光３５０が照射される生物の細胞に刺激を与え、この刺激により細胞内の作用や動作がより活発となる。
　図１０のグラフでは、コンデンサ４２２の値を大きくするとＬＥＤ電流４６０のピーク値が増大して人工光３５０が与える刺激を大きくできることを上述した。コンデンサ４２２の容量を１０μＦから更に大きくすると従って刺激を増大できる。コンデンサ４２２の容量を３０μＦとすると第１期間１のピーク電流を７５０ｍアンペアに上げることができ、コンデンサ４２２の容量を５０μＦとすると第１期間１のピーク電流を１アンペア以上に上げることができる。このようにすることにより、人工光３５０の刺激を増大できると共に、人工光３５０の総量即ち強さを増大できる。
　この実施の形態では、刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値を変えることにより、刺激のパターンである第１期間１と第２期間２との関係である各期間の割合、を維持して、第１期間１と第２期間２との人工光３５０の出力差を変えることができるので、生物に適した刺激量を与えるための設定が非常に容易であり、また与える刺激量を安定して維持することができる。また人工光３５０の強さのパターンの周期が、商用電源周波数で定まるので、動作が安定しており、しかも生物に適した低周波の刺激を与えることができる。
　本発明は光合成を行う植物に対して非常に大きな効果を生じるが、例えば茸などの光合成をおこなわない生物に対しても効果を生じる。茸、例えばえのきだけやぶなしめじ、なめこ、などのきのこは、生育させるための光を照射して栽培することにより、より好ましい栽培を行うことができる。単に一定強度の光を与えるのではなく、２００Ｈｚ以下の低い周波数で光の照射量を変化させることにより、対象のきのこ等に刺激を与えることができ、より成長を促進することができる。その他の微生物に対しても効果がある。上記実施形態あるいは以下で説明する実施形態では、細胞に過度の負担を与えることの少ない低周波の刺激を安定して与えることができ、良好な成長を促すことができる。
　また、上述のように刺激量制御回路４２０の回路定数を変えることで、人工光３５０の強い光量の期間である第１期間１と、光量が無いまたは弱い期間である第２期間２との期間の関係を維持したままで、照明装置３００が発生する人工光３５０のピーク値を簡単に変えることができる。このように本実施形態によれば、照射対象の生物に対する人工光３５０の発光パターンおよび刺激の程度を安定して、さらに容易に設定することができる。
　５．３　照明装置３００が発生する人工光３５０の発光パターンの設定１
　図１１に記載のグラフは、図８に示す回路の刺激量制御回路４２０の回路定数例えばコンデンサ４２２の値を所定値、例えば１０μＦに固定して、ＬＥＤ回路４５０を構成するＬＥＤ素子の直列接続の数を変えた場合に、ＬＥＤ回路４５０を流れるＬＥＤ電流４６０をシミュレーションした結果を示すグラフである。グラフ１０はＬＥＤ回路４５０を構成するＬＥＤ素子の直列接続の数を３５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ１１は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を２５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１２は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を１５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１３は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ１４は上記ＬＥＤ素子の直列接続の数を１個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形、である。
　グラフ１０では、ＬＥＤ電流４６０が第２期間２２より大きい値を示す第１期間１２が短く、逆にＬＥＤ電流４６０が流れないかあるいは小さい値を示す第２期間２２が長いパターンでＬＥＤ電流４６０が流れる。このパターンの電流値に基づいて照明装置３００のＬＥＤ素子が光を発生するので、このパターンに基づく人工光３５０が照明装置３００から照射対象の生物の細胞に照射される。例えば植物の葉緑体においては、図１１に記載のパターンを有する人工光３５０を受けて、図７で説明した作用が行われる。
　ＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の数を減らして２５個にした状態のＬＥＤ電流４６０をグラフ１１として示す。グラフ１１では、第１期間がグラフ１０の第１期間２２より長くなり、逆に第２期間がグラフ１０の第２期間より短くなる。さらにＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の数を減らして、ＬＥＤ素子の直列の数を１５個にしたグラフ１２では、第１期間がさらに長くなり、逆に第２期間がさらに短くなる。ＬＥＤ素子の直列の数を５個にしたグラフ１３ではこの傾向がさらに強くなる。ＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の数を、最小値である１個にした場合には、グラフ１４で示す如く、第１期間１４で示すＬＥＤ素子の点灯期間が非常に長くなり、逆に第２期間２４で示す、ＬＥＤ素子の点灯あるいは発光量の少ない期間である第２期間が非常に短くなる。図１１のグラフからわかるように、ＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の数を増やすことにより、上記ＬＥＤ電流パターンの第１期間が短くなり、第２期間が長くなる。電流波形は示していないが、ＬＥＤ素子を並列接続にした場合には上記ＬＥＤ電流パターンの第１期間と第２期間の長さの変化が生じない。図７に示す回路ではＬＥＤ素子の並列接続の図示を省略しているが、ＬＥＤ素子の直列接続の数を調整することにより、上記ＬＥＤ電流パターンを調整することができる。このＬＥＤ電流パターンの調整により、照明装置３００が発生する人工光３５０の光強度のパターンを調整することができる。
　照明装置３００が発生する人工光３５０の発光量を所定値以上にするためにはＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の数を確保することが必要となる。例えばＬＥＤ素子の数を３０個使用してグラフ１２に示すパターンを発生させたい場合には、１５個のＬＥＤ素子の直列回路を２組設けることで、３０個のＬＥＤ素子を点灯することができる。各組を流れるＬＥＤ電流４６０の波形がグラフ１２に示す波形となる。このようにＬＥＤ素子の直列回路と並列回路とを組み合わせることにより、希望かるＬＥＤ電流４６０のパターンを得ることができ、好みのパターンの人工光３５０を対象の生物に照射することが可能となる。
　図８に示すＬＥＤ回路４５０には並列回路を記載していないが、ＬＥＤ回路４５０が複数の並列回路を備えていても問題ない。並列回路は互いに同数であることが好ましい。１個のＬＥＤ素子が発する光量は、そのＬＥＤ素子を流れる電流に依存する。従って互いに同数の並列回路が作れるように、各ＬＥＤ素子を流れる電流値を刺激量制御回路４２０の定数を調整することにより、望ましい光量と発光パターンが得られる。ＬＥＤ素子の端子電圧は流れる電流が増加することに基づき増加する傾向を示すので、並列接続された複数のＬＥＤ素子の直列回路において、互いに電流が均等化する傾向で各直列回路に電流が分配される。従って一つの直列回路に電流が偏る危険性が避けられる。
　５．４　照明装置３００が発生する人工光３５０の発光パターンの設定２
　図８に記載の回路では、整流回路４２６として全波整流器を使用している。従って図１１に記載のＬＥＤ電流４６０は、電源周波数の倍の周波数で変化する。電源周波数が５０Ｈｚの場合は図１１に記載のＬＥＤ電流４６０は１００Ｈｚで強弱の変化を繰り返す。また。電源周波数が６０Ｈｚの場合には、図１１に記載のＬＥＤ電流４６０のグラフは１２０Ｈｚで強弱の変化を繰り返す。
　生物の細胞に刺激を与える場合にさらに低い周波数の方が好ましい場合が多い。その場合には、図８に記載の回路の整流回路４２６を半波整流回路とすることにより、ＬＥＤ電流４６０の強弱の変化の周波数を下げることができる。その一例である実施形態を図１２に示す。図１２に記載の回路４００は、商用電源３０１の周波数で人工光３５０の発光量の強弱を変化させる制御を行う。駆動回路４１０から商用電源３０１の周波数で電流値が変化するＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１がＬＥＤ回路４５０やＬＥＤ回路４５１へ供給される。
　商用電源３０１から供給される電圧の半サイクルで、刺激量制御回路４２０側に正の電圧が印加される場合に、ＬＥＤ電流４６０が商用電源３０１から、刺激量制御回路４２０および整流回路４２６の整流素子４２７を介して、ＬＥＤ回路４５０に供給され、商用電源３０１に戻る。また商用電源３０１の刺激量制御回路４２０の側が負の電圧となる他の半サイクルでは、商用電源３０１からＬＥＤ電流４６１が、ＬＥＤ回路４５１および整流回路４２６の整流素子４２８、刺激量制御回路４２０を介して、商用電源３０１に戻る回路を流れる。刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２は商用電源３０１の交流電流の半サイクル毎に逆方向に充電される。このためＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の大きさは、刺激量制御回路４２０のコンデンサ４２２の値に基づいて定まる。なお抵抗４２４は、コンデンサ４２２に蓄えられた電荷を放電させるための回路であり、ＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の電流はほとんど流れない。このため抵抗４２４はほとんど発熱しない。
　図１２に記載の実施形態におけるＬＥＤ電流４６０の電流波形を図１３に示す。なおＬＥＤ電流４６１はＬＥＤ電流４６０に対して商用電源３０１の周波数の半サイクル遅れているだけで、ＬＥＤ電流４６１の波形はＬＥＤ電流４６０と同じである。従ってＬＥＤ電流４６０とＬＥＤ電流４６１とを代表してＬＥＤ電流４６０の波形を用いて説明する。
　グラフ２１は、商用電源３０１から供給される交流電圧である。グラフ２２はＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の個数を１５個にした場合のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ２３はＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の個数を５個に減らした場合のＬＥＤ電流４６１の波形である。グラフ２２の第１期間１２２よりグラフ２３の第１期間１２３が長く、逆にグラフ２２の第２期間２２２よりグラフ２３の第２期間２２３が短くなっている。上記実施形態で説明した全波整流の場合と同様に、ＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子４５４の直列接続の個数を増やすことにより、電流値の大きい第１期間が短くなり、電流が流れないあるいは電流値の少ない第２期間が長くなる。従って半波整流により照明装置３００が発生する人工光３５０の周波数を電源周波数と同じにした場合であっても、人工光３５０の光量の強弱のパターンをＬＥＤ回路４５０のＬＥＤ素子の直列接続の個数により調整し設定することができる。上述したように上記動作はＬＥＤ電流４６１に関しても同じである。
　５．５　電磁波ノイズの発生抑制作用
　上記図１２や図８に記載の回路は、短い周期手でスイッチング動作を繰り返すスイッチング回路を必要としないので、電磁波ノイズが発生しない。このため図７を用いて説明した光合成作用におけるイオンの移動や分子モータ８６の回転に悪影響を与える恐れがない。光合成作用では色々なイオンの移動が行われる。イオンは電気を帯びており、電磁波ノイズ特による電界の影響を受けやすい。磁波ノイズが葉緑体に照射されると電磁波周波数に基づく電界の振動が発生し、光合成作用における水素イオンなどのイオンに悪影響を及ぼす可能性が高い。また図７を用いた説明では省略したが、カルビン回路にも悪影響を与える恐れがある。上記実施の形態では、整流回路４２６を使用して交流電流を脈流に変換しており、電磁波を発生するスイッチング回路を使用していないので、このような恐れがない。
　５．６　刺激度調整回路４３０の作用
　図８や図１２には、刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１が設けられている。図９や図１０、図１１、図１３に記載の回路では、刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１が動作していない状態のＬＥＤ電流４６０やＬＥＤ電流４６１の波形を記載している。これらの波形では、第２期間においてはＬＥＤ素子を動作させる電流が流れていない。従って第２期間ではＬＥＤ素子が点灯していない。その結果人工光３５０が照射される生物に対して強い刺激が与えられることになる。照射される生物の種類によっては刺激が強すぎる可能性がある。また同じ種類の生物、例えば植物の葉であっても、種から芽が出たばかりの状態と苗が大きく育った状態では、光合成の作用の状態が異なる。このようなことから、照明装置３００から照射される人工光３５０の刺激の強度を調整することが好ましい場合がある。
　図８に刺激度調整回路４３０の一例を記載する。刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１は基本的には同じ回路であり、同じ作用を為し、同じ効果を奏する。一例として図8に記載する刺激度調整回路４３０は、ＬＥＤ回路４５０を流れるＬＥＤ電流４６０の変化を抑制するために、コンデンサ４３６と抵抗４３４や抵抗４３８を有している。なお、抵抗４３７はコンデンサ４３６に蓄積された電荷が長時間保持されるのを防ぐために、所定の時定数でコンデンサ４３６の蓄積電荷を放電する放電回路を形成するための抵抗である。
　抵抗４３８はなくても良いが、抵抗４３８を設けることにより、コンデンサ４３６の蓄積電荷を増やすことができ、同じコンデンサ４３６の容量に対して刺激抑制作用を増大させる作用をする。また商用電源３０１の電圧を４００に加えた瞬間に流れる突入電流の抑制にも効果を発揮する。抵抗４３４はコンデンサ４３６の蓄積電荷が無い状態でコンデンサ４３６に流れ込む突入電流を抑制する作用をするとともに、コンデンサ４３６に蓄えされた電荷がＬＥＤ回路４５０に供給される電流の時定数を設定する働きをする。
　図８の回路において、商用電源３０１の電源電圧が１００Ｖ５０Ｈｚ、コンデンサ４２２が１０μＦであり、刺激度調整回路４３０を構成する抵抗４３４が１０Ωまた抵抗４３８が１０Ωとし、さらにＬＥＤ回路４５０が有するＬＥＤ素子４５４の直列個数を３５個とし、刺激度調整回路４３０のコンデンサ４３６の容量を変化させたときのＬＥＤ電流４６０のシミュレーション結果を、図１４に記載する。
　図１４に記載のグラフ３１はコンデンサ４３６の容量が１μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形であり、グラフ３２はコンデンサ４３６の容量が１０μＦのＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ３３はコンデンサ４３６の容量が２０μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形、グラフ３４はコンデンサ４３６の容量が３０μＦの状態のＬＥＤ電流４６０の波形である。コンデンサ４３６の容量を増加させることにより、第１期間１と第２期間２との電流値の差が小さくなり、この結果発光装置３３０が発生する人工光３５０の光量の変動差が減少する。従って人工光３５０が照射される生物に与える刺激量が減少する。さらにコンデンサ４３６の容量を大きくし、例えば４３６の値を５０μＦとすると、第１期間１のピーク電流が１３０ｍアンペア、第２期間２の最低電流が４０ｍアンペアとなり、さらに第１期間１と第２期間２との間の人工光３５０の光量差が減少する。即ち与える刺激が弱くなる。
　代表して図８に記載の刺激度調整回路４３０の作用と効果を説類したが、図１２に記載の刺激度調整回路４３０や刺激度調整回路４３１も構成と作用および効果は同じである。
　図８や図１２に記載の回路において、ＬＥＤ電流４６０の電流値の高い第１期間１とＬＥＤ電流４６０の電流値の小さい第２期間２との期間の関係が変化しないので、本明細書に記載の実施形態では、いずれの実施形態でも刺激量の調整が極めて容易である。言い換えると照射対象の生物、特に植物、に与える刺激の要素の内、刺激の周波数は電源周波数と整流方式で設定でき、刺激が強い第１期間１と刺激の弱い第２期間２との関係をＬＥＤ素子４５４の直列接続の数で設定できる。さらに刺激の強さを刺激度調整回路４３０で設定できる。このように本実施形態を含むいずれの実施形態においても、刺激に関係する要素をそれぞれ設定できるので、照射対象の生物、特に植物、に与える刺激の調整が極めて容易である。
　６．発光装置３３０の発光色の構成について
　図６に発光装置３３０のＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２の配列の一例を示す。図６に示す実施例では発光装置３３０が４枚の基板３６０Ａから基板３６０Ｄを備えている。またこの実施例では各基板３６０はＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２の２つのＬＥＤ回路を有している。このように１枚の基板３６０にＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２の２つのＬＥＤ回路を有する場合にＬＥＤ回路４５０とＬＥＤ回路４５２とで発光色を変えることができる。
　具体的に例示すると照明装置３００が少なくとも基板３６０Ａと基板３６０Ｂの２つの基板を有する場合に、一方である基板３６０Ａに赤系の光を発するＬＥＤ素子を配置し、他方である基板３６０Ｂに青系あるいは白系の光を発するＬＥＤ素子を配置する。このようにすることでより効果的な人工光３５０を発生することができる。また図６のように４枚の基板３６０を照明装置３００が有する場合に、基板３６０Ａと基板３６０Ｃとに赤系の光を発するＬＥＤ素子を配置し、他方である基板３６０Ｂと基板３６０Ｄに青系あるいは白系の光を発するＬＥＤ素子を配置する。このようにすることでより効果的な人工光３５０を発生することができる。なお、基板３６０Ａと基板３６０Ｂとの間、基板３６０Ｂと基板３６０Ｃと間、基板３６０Ｃと基板３６０Ｄとの間をそれぞれ差し込み構造のコネクタで接続するように構成して、このコネクタを介して交流電源を供給することにより、発光色の異なるＬＥＤ素子を組み合わせて照明装置３００を構成することが非常に容易となる。また照射対象が小さい場合は、照明装置３００を１個の基板３６０で構成すればよく、照射対象に合わせて使用する基板３６０を増やすことが可能となるので、ニーズへの対応が容易である。
５２・・・チラコイド膜、５４・・・チラコイド膜、５８・・・チラコイド膜５４の外側、５９・・・チラコイド膜５２の外側、６２・・・光検知用タンパク質、６４・・・光検知信号、６６・・・第１タンパク質複合体、６８・・・水素イオン、７０・・・水素イオン、８６・・・分子モータ、８８・・・酵素軸、９０・・・固定子、９２・・・ＡＴＰ合成酵素、９４・・・ＡＴＰ、１１０・・・農業用ハウス、２００・・・育成容器、２１２・・・屋根、２１４・・・外壁、２１６・・・畝、２４０・・・栽培用ハウス、２５２・・・棚、２５４・・・棚、２５６・・・棚、３００・・・照明装置、３０１・・・商用電源、３０２・・・電源線、３２０・・・固定器具、３３０・・・発光装置、３４０・・・ケース、３４２・・・基板支持部、３５０・・・人工光、３６０・・・基板、４００・・・回路、４０２・・・回路、４１０・・・駆動回路、４１２・・・駆動回路、刺激量制御回路４２０・・・刺激量制御回路、４２２・・・コンデンサ、４２４・・・抵抗、４２６・・・整流回路、４３０・・・刺激度調整回路、４３６・・・コンデンサ、４５０・・・ＬＥＤ回路、４５２・・・ＬＥＤ回路、４５４・・・ＬＥＤ素子。

Claims (7)

  1. 　生物に照射する人工光を発生する複数個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路と、交流電源からの交流電流を受けて上記ＬＥＤ回路へ供給するＬＥＤ電流を制御して前記ＬＥＤ素子が発生する人工光の強度を制御する刺激量制御回路と前記刺激量制御回路の出力電流を整流する整流回路とを備え、
    　前記交流電源と前記整流回路との間にインピーダンスを発生する回路部品を有する前記刺激量制御回路を接続し、前記整流回路の出力端に前記ＬＥＤ回路を接続することにより、前記交流電源の周波数に従って周期的に変化する第１電流が前記刺激量制御回路から前記出力電流として前記整流回路へ供給され、前記交流電源の前記周波数に従って周期的に変化する前記第１電流に基づいて、周期的に変化する前記ＬＥＤ電流が前記ＬＥＤ回路に流れ、
    　前記ＬＥＤ回路は直列接続された複数個の前記ＬＥＤ素子を有しており、これにより前記刺激量制御回路のインピーダンスを発生する前記回路部品を介して出力される前記第１電流は、前記交流電源の周波数に従って周期的に変化すると共に、さらに前記直列接続された前記ＬＥＤ素子の数に従って、電流値の大きい第１期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第２期間とを有して変化し、
    　前記第１電流の変化により、前記ＬＥＤ電流が前記周期的に変化すると共に前記第１期間と第２期間とを有して変化し、これにより前記ＬＥＤ回路から前記生物に対して照射される人工光の強度が前記ＬＥＤ電流の前記周期的および前記第１期間１と第２期間２とに基づいて変化して、前記生物に刺激を与える、ことを特徴とする、生物育成用照明装置。
  2. 　請求項１に記載の生物育成用照明装置において、前記照明装置は基板を有し、前記基板の一方の面に前記ＬＥＤ回路を配置し、前記基板の他方の面に前記刺激量制御回路と前記整流回路とを設けた、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
  3. 　請求項２に記載の生物育成用照明装置において、前記刺激量制御回路のインピーダンスを発生する前記回路部品としてコンデンサを前記刺激量制御回路が有している、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
  4. 　請求項３に記載の生物育成用照明装置において、
    　前記刺激量制御回路の前記コンデンサと前記整流回路とが前記交流電源に対して直列に接続され、前記整流回路の出力端に前記ＬＥＤ回路が接続され、
    　前記第１期間では前記第１電流が流れ、また前記第２期間では前記第１電流が遮断され、
    　前記第１期間と前記第２期間とを有する前記第１電流の変化が、前記交流電源の周波数に基づいて繰り返され、
    　前記ＬＥＤ回路が有する前記ＬＥＤ素子から前記生物に照射される人工光の強度が、前記第１期間と前記第２期間とに基づいて変化すると共に、前記変化が前記交流電源の周波数に基づいて繰り返される、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
  5. 　請求項４に記載の生物育成用照明装置において、
    　前記整流回路が半波整流器である、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
  6. 　請求項４に記載の生物育成用照明装置において、
    　前記整流回路が全波整流器である、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
  7. 　請求項５あるいは請求項６に記載の生物育成用照明装置において、前記ＬＥＤ回路と並列に刺激度制御回路が接続されている、ことを特徴とする生物育成用照明装置。
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