JP2010200746A - Ｌｅｄランプを用いた植物促成栽培方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤランプの速いＯＮ／ＯＦＦ特性と単色発光特性を用いて赤色ＬＥＤランプと青色ＬＥＤランプの混合割合を適切に調節し、光が照射される光量比を調節して、点灯時間と消灯時間を一定速度の範囲で繰り返す手段を介して栽培植物の成長を最大に促進させることができるようにした促成栽培方法とその装置を提供する。
【解決手段】６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとをその数量比が５：１の割合に混合し、赤色ＬＥＤ対青色ＬＥＤの光量割合が５：１乃至１０：１に調整されるようにして、点灯と消灯時間の割合が１：１または１：２になって点灯時間が１００マイクロ秒から１０秒の間で調整されるようにする方法でなるＬＥＤランプを用いた植物促成栽培方法及び装置である。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤランプの速いＯＮ／ＯＦＦ特性と単色発光特性とを用いて赤色ＬＥＤランプと青色ＬＥＤランプの混合割合を適切に調節し、光が照射される光量比を調節して点灯時間と消灯時間を一定速度の範囲で繰り返す手段を介して栽培植物の成長を最大に促進させることができるようにした促成栽培方法とその装置を提供するものである。
植物や植物性プランクトンに含有された葉緑体が日光の力で炭酸ガスと水から澱粉等の炭水化物を合成する作用を炭素同化作用と言い、生態系では栄養物生成及び空気と水中に酸素を供給する根源となっていて、緑色植物やその他の生物が光エネルギーを化学エネルギーに変える過程を光合成と言う。地球上の生物は空気中の酸素と地上の炭水化物のために生きていくことができるが、この二つ共に光合成から始まる。
したがって植物の光合成がより効率的に達成されるためには、特定領域の波長帯に属する光源を効果的に供給する方法を通じて達成され得る。
本発明は、このような原則に対応できるように特定波長帯に属するＬＥＤランプを用いて植物の成長を促進させる方法とその装置を提供するものである。
本発明は、６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとを選択して赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの組合の割合を５：１とし、その光量割合を５：１乃至１０：１に組み合わせながら点灯と消灯時間の割合を１：１または１：２に設定し、光を照射して最大の光合成効率を高めるものであり、このような方法を持続的に栽培植物に供給することができるＬＥＤランプ照明装置を通じて目的する高数率の成長促進を果たすものである。
このような本発明は、６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとを５：１の割合で組み合わせて、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの光量混合比を５：１乃至１０：１の割合に設定した後、点灯と消灯時間との割合を１：１または１：２に設定して供給し、点灯時間を１００マイクロ秒から１０秒の間に設定して供給することによって最大の光合成効率を得ることができ（図１〜図３参照）、特に、大部分の植物は６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤで良好な光合成がなされるが、赤色ＬＥＤランプと青色ＬＥＤランプとの光量比が５：１乃至１０：１の時、最も旺盛な光合成が達成されることが分かった。
また、光を連続的に照らす時より速い速度でＯＮ／ＯＦＦさせる際にその効果が増加することを確認し、点灯対消灯時間の割合は１：１または１：２にした時が最高の効率を現した。点灯時間は１００マイクロ秒から１０秒の間が最も適切であることが分かった。
さらに本発明は６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとの数量比を５：１割合で組み合わせて、青色ＬＥＤの強度を別に調整して赤色ＬＥＤ対青色ＬＥＤの光量割合を５：１乃至１０：１の割合で組み合わせることができるように構成し、点灯と消灯時間の割合を１：１または１：２に設定して点灯と消灯ができるようにコントローラーとスイッチ装置を構成して用いることによって、栽培植物の成長促進に必要な正確な波長帯の光量と調査時間とを調整して時間差を置いて供給することができるし、これを通じて最大の効率が得られる成果を奏しえる。
ＬＥＤランプの波長帯による光合成の効率を示した図である。 ＬＥＤランプの色相組合による光合成の成長率を示した図である。 ＬＥＤランプの照明時間別光合成の速度を示した図である 本発明に係る照明装置構成図の一例である。 本発明に係るＬＥＤランプの回路図の一例である。 本発明に係るコントローラーの回路図の一例である 本発明に係る全体的な装置例示図である。 本発明に係るＭｏｎｏ１及びＭｏｎｏ２の信号の一例を示した図である。
本発明は６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとの数量を５：１に組み合わせ、青色ＬＥＤの明るさは別に調整して赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの光量の割合を５：１乃至１０：１の割合で組み合わせることができるように構成し、点灯と消灯時間の割合を１：１または１：２にし、点灯時間を１００マイクロ秒から１０秒の間に設定する方法によって赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの光量比と照明時間を調整することができるようにしたＬＥＤランプを用いた植物促成栽培方法である。
このために本発明は図４乃至図７に示したように絶縁材からなった照明板１に６６０ナノメートルの波長帯の赤色ＬＥＤ２と４５０ナノメートルの波長帯の青色ＬＥＤ３を赤色ＬＥＤ５列に青色ＬＥＤ１列を配置する手段によってＬＥＤを数量比が５：１に構成されるように配置した絶縁材照明板１を構成し、照明板１に配置される５列の赤色ＬＥＤ２を直列配置し、１列の青色ＬＥＤ２を直列配置して赤色ＬＥＤ２と青色ＬＥＤ３の一端子を共通端子で連結し、赤色ＬＥＤ２と青色ＬＥＤ３の+端子に赤色ＬＥＤドライブ電源と青色ＬＥＤドライブ電源を供給し、コントローラー回路には青色ＬＥＤ+電源供給電圧調整のための明るさ調整部４とＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦ制御用スィッチ調整部５とを備えてなる。
また、配置されたＬＥＤは複数個が直列になり、一方に電流制限用抵抗（ＲＬ）が直列に連結される。
また、赤色ＬＥＤ２と青色ＬＥＤ３の光量の割合が５：１になるようにするために、赤色ＬＥＤ２は５列、青色ＬＥＤ３は１列が基本的に装着されていて、青色ＬＥＤ列に供給される電源電圧だけは別にコントローラー６で分離調整が可能となるようにして、その光の量を加減するようにする。例えば、青色ＬＥＤは供給電圧を赤色ＬＥＤのようにすると赤色ＬＥＤ対青色ＬＥＤ光量の割合は５：１になるが（赤色ＬＥＤ５列、青色ＬＥＤ１列なので）、青色ＬＥＤに供給する電圧を低めて電流を半分に減らすと赤色ＬＥＤ対青色ＬＥＤの光量割合は１０：１になり、仮に電圧をさらに低めると青色ＬＥＤだけ消えるようになる。
一方、コントローラー６は、青色ＬＥＤの明るさ調整部４とＯＮ／ＯＦＦ時間調整部５で構成されている。
先ず、明るさ調整部４では青色ＬＥＤ供給電圧調整回路があり、ここでＶＲを回してＢ点の位置をＭからＮまで移動、青色ＬＥＤ供給電圧（Ｖｂ）を調整する。
ここでＺＤはツェナーダイオード（ZenerDiode）である。ＺＤの電圧はＮ点の電圧を一定に維持させる役目をするが、このＺＤの電圧は図５のＮ点、すなわちＶｄ点と等しい電圧用を用いる。
例えば、ＬＥＤが１列に２０個直列連結されていて、各ＬＥＤ両端の動作電圧が１．８Ｖとすると、Ｖｄ点の電圧は３６Ｖになるが（１．８Ｖ×２０個）、この際のＺＤ電圧も３６Ｖ用を用いると、Ｎ点の電圧も３６Ｖになり、ＶＲを回してＢをＮ点に移動させると（最小）Ｖｄ電圧も３６Ｖになり、この際青色ＬＥＤには電流が全然流れなくなる（消える）。
しかし、ＶＲを回してＢ点をＭ点に移動すると（最大）Ｖｂ電圧はＶｒ電圧と同様になって青色ＬＥＤも赤色ＬＥＤのような明るさになり（赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの割合５：１）、Ｂ点をＭとＮの中間地点におくとＶｂ電圧は４１Ｖ（３６Ｖと４６Ｖの中間）になって青色ＬＥＤ電流は赤色ＬＥＤの半分になり、青色ＬＥＤ明るさは赤色ＬＥＤが半分になるので、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの割合は１０：１となる。
このように、ＶｂはＶｄとＶｒ間（例示では３６Ｖから４６Ｖの間）において、ＶＲによって任意可変され得るので容易に赤色ＬＥＤに対する青色ＬＥＤの倍率を容易に任意調節することができる。（ＶｂがＶｒである時に最大、５：１、ＶｂがＶｄである時に消える、ＶｂがＶｒとＶｄの中問地点である時に赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの割合１０：１）
さらに、コントローラー６ではＬＥＤランプをＯＮ／ＯＦＦさせるための時間調整部５がある。
ここでトランジスタ、ＦＥＴまたはＩＧＢＴのような半導体素子からなった高速ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（Ｓ１）をＬＥＤランプに供給される電源の一側（共通端子）に直列で連結しておいた後、このＳ１をＯＮ／ＯＦＦさせながらＬＥＤを点灯、または消灯させる。ＯＮ／ＯＦＦ時間は図８のようであって、Ｓ１はｂ点がＨになるとＯＮ、ＬになるとＯＦＦされるが、この信号は二つの単安定回路（Ｍｏｎｏ１とＭｏｎｏ２）をフィードバック結合して発振回路を構成した結果発生し、ここでＭｏｎｏ２はＯＮ時間を、Ｍｏｎｏ１はＯＦＦ時間を設定する。
前記図面のようにＭｏｎｏ１の出力点ａ点の下降信号がＭｏｎｏ２をトリガーさせ、Ｍｏｎｏ２の出力点ｂ点はまたＭｏｎｏ１にフィードバックされてＭｏｎｏ１をトリガーさせて無限のＯＮ／ＯＦＦ動作をし、Ｍｏｎｏ２の出力信号は、ｂがＳ１をＯＮさせてＬＥＤを点灯させる。
ここでＭｏｎｏ１のＣ１、Ｒ１を可変して、消灯時間（ＯＦＦＴＩＭＥ）を調節し、Ｍｏｎｏ２のＣ２、Ｒ２を可変して、点灯時間（ＯＮＴＩＭＥ）を調節するが、ＯＮ、ＯＦＦＴＩＭＥはそれぞれ大略１００マイクロ秒から１０秒までである。
仮にすべてのＬＥＤ連続点灯させようとする時は、Ｓ２をＯＮさせると良い。
１：照明板 ２：赤色ＬＥＤ ３：青色ＬＥＤ ４：明るさ調整部 ５：時間調整部 ６：コントローラー

Claims (3)

  1. ６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤと４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤとをその数量比が５：１の割合に混合し、赤色ＬＥＤ対青色ＬＥＤの光量割合が５：１乃至１０：１に調整されるようにして、点灯と消灯時間の割合が１：１または１：２になって点灯時間が１００マイクロ秒から１０秒の間で調整されるようにする方法でなされるＬＥＤランプを用いた植物促成栽培方法。
  2. 絶縁材照明板１に６６０ナノメートル波長帯の赤色ＬＥＤ２と４５０ナノメートル波長帯の青色ＬＥＤ３とをその数量比が５：１の割合になるように配置し、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの光量割合を５：１乃至１０：１で調整することができるように配置したＬＥＤ電光部と、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤにドライブ電源を供給し、明るさ調整部４とＬＥＤ ＯＮ／ＯＦＦ制御用スイッチ調整部５とを備えたコントローラー６とを備えてなるＬＥＤランプを用いた植物促成栽培装置。
  3. ＬＥＤドライブ電源は青色ＬＥＤドライブ電源にのみ電圧調整が可能な機能を与え、青色ＬＥＤの光量が赤色ＬＥＤの５分の１から１０分の１まで、また青色ＬＥＤが消えるように調整することができる機能を有し、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤ供給共通線に直列に連結された半導体スイッチ（Ｓ１）を置き、これを１００マイクロ秒から１０秒の間でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことができるように時間制御が可能となるように構成したコントローラーを備えてなる請求項２に記載のＬＥＤランプを用いた植物促成栽培装置。
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