專利名稱：植物培育用照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用發(fā)光二極管等脈沖光或者有強(qiáng)有弱的連續(xù)光對植物進(jìn)行照射，促進(jìn)光合作用使之活性化的植物培育用照明裝置。
但是，高壓鈉燈等人工光源中，對光合作用非常重要的紅光(波長域640～690nm)和藍(lán)光(波長域420～470nm)的均衡較差，因此，為了植物健康地發(fā)育足夠高的輸出是必要的。而且，雖然低壓鈉燈的發(fā)光效率比高壓鈉燈高，但是存在輸出鈉D線的單一波長光的光質(zhì)問題，且難以提高輸出。
而且，如上所述的人工光源，因熱輻射量較大而提高空調(diào)負(fù)荷，同時(shí)，為了不受源自熱輻射的影響，植物和裝置之間需要保持一定距離，從而容易導(dǎo)致裝置大型化的問題。
考慮到上述問題，近年來相繼采用LED(發(fā)光二極管)或LD(半導(dǎo)體激光)等半導(dǎo)體光元件作為人工光源。半導(dǎo)體光元件可以采用不含熱輻射的發(fā)光波長域的元件使空調(diào)負(fù)荷減小，并且，可以緊密制作使照明效率提高，半導(dǎo)體光元件更具有壽命比高壓鈉燈高幾倍的優(yōu)點(diǎn)。并且，多個(gè)半導(dǎo)體光元件呈線狀或面狀排列，易形成適合被照明植物形狀的照明器，且易控制發(fā)光密度。
并且，使用LED或LD還具有其他優(yōu)點(diǎn)，通過間隙照明(脈沖照明)易得到自然界中的陽斑(從樹冠漏下的強(qiáng)光)效果。植物照射到陽斑的短時(shí)間內(nèi)，光能轉(zhuǎn)化為葉綠體類囊狀膜內(nèi)外的質(zhì)子濃度差儲蓄起來，之后逐漸利用把二氧化碳固定起來。由陽斑引起的二氧化碳的吸收量，比光強(qiáng)度相同的連續(xù)光源作用時(shí)由一般狀態(tài)下光合作用的速度推算出的二氧化碳吸收量(與光合作用速度×陽斑照射時(shí)間的值成比例)高很多，此差值因陽斑時(shí)間短暫而顯著呈現(xiàn)出來。也就是說，短時(shí)間陽斑照射下的光合作用效率比受到同等強(qiáng)度連續(xù)照射的場合高。
鑒于上述事實(shí)，本發(fā)明試圖解決問題的方法是在植物培育用照明裝置中加入一下幾點(diǎn)，間隙照射(脈沖照射)植物，或者照射有強(qiáng)有弱的連續(xù)光以得到與陽斑現(xiàn)象類似的效果，促成光合作用。
為了解決上述課題，本發(fā)明的發(fā)明者們利用給植物聽音樂等韻律(リスム)音可以促進(jìn)植物光合作用等銳意的研究結(jié)果，以達(dá)成本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明的植物培育用照明裝置，具有由半導(dǎo)體光元件構(gòu)成光源，利用人工制作的韻律信號或者從自然界中存在的聲音分離出的韻律信號對該光源發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，照射作為被照明體的植物。本發(fā)明如上述人工制作的韻律信號是從音樂中提取，這一點(diǎn)是具有實(shí)用性的。
而且，本發(fā)明的植物培育用照明裝置具有由半導(dǎo)體光元件組成的光源、生成該光源的亮燈時(shí)鐘信號的控制部、讀取輸入韻律信號的韻律信號檢出部、基于該韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號的時(shí)鐘信號調(diào)制部、基于從時(shí)鐘信號調(diào)制部輸出的被調(diào)制的亮燈時(shí)鐘信號對電力信號進(jìn)行脈沖調(diào)制后提供給上述光源的脈沖驅(qū)動(dòng)部，使光源的光量與上述輸入韻律信號同步變化，為作為被照明體的植物提供脈沖照明。
由此，把古典音樂或祈禱等的韻律變換成脈沖照明，照射作為被照明體的植物，使植物活性化并促進(jìn)植物生長成為可能。
更具體地說，較佳的是，上述時(shí)鐘信號調(diào)制部基于上述韻律信號檢出部的輸出信號使電力信號的脈沖幅度和脈沖周期發(fā)生變化來調(diào)制亮燈時(shí)鐘信號。
或者，具有基于上述韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制從上述脈沖驅(qū)動(dòng)部輸出提供給光源的電力信號的大小的脈沖振幅調(diào)制部，對從光源產(chǎn)生的脈沖光的脈沖振幅進(jìn)行調(diào)制也較佳。
并且，較佳的上述光源應(yīng)有發(fā)光波長范圍不同的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件。例如，有多個(gè)對應(yīng)紅色、藍(lán)色、綠色等發(fā)光波長域的LED或LD半導(dǎo)體發(fā)光元件。其中紅色和藍(lán)色的發(fā)光波長域與光合作用的峰值(葉綠體的吸收峰值)大略一致。因此，從均衡匹配紅光和藍(lán)光使植物健全發(fā)育并促進(jìn)其成長的觀點(diǎn)看，較佳的紅色(R)和藍(lán)色(B)的光譜比(R/B比)應(yīng)設(shè)定在1～10的范圍之內(nèi)。
并且，較佳的是分別對如上所述的發(fā)光波長域不同的多個(gè)半導(dǎo)體光元件進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。具體地說，上述控制部分別為每個(gè)發(fā)光波長域不同的半導(dǎo)體光元件生成亮燈時(shí)鐘信號，并且上述時(shí)鐘信號調(diào)制部基于上述韻律信號檢出部的輸出信號分別為該半導(dǎo)體光元件調(diào)制亮燈時(shí)鐘信號，同時(shí)上述脈沖驅(qū)動(dòng)部基于該時(shí)鐘信號調(diào)制部的輸出信號分別對光源的該半導(dǎo)體光元件進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)即可。
或者，用白色發(fā)光二極管代替上述半導(dǎo)體光元件也是較佳的。
并且，具體地說，較佳的方法是在上述時(shí)鐘信號調(diào)制部，對上述韻律信號檢出部的輸出信號與上述控制部生成的亮燈時(shí)鐘信號做乘法運(yùn)算生成和韻律信號的振福同步的信號，該信號又與上述亮燈時(shí)鐘信號做加法運(yùn)算對上述亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行調(diào)制。
并且，本發(fā)明涉及的植物培育用照明裝置除上述構(gòu)成之外，配置監(jiān)視植物電位等植物狀態(tài)的傳感器，植物接受脈沖照明時(shí)，基于傳感器測定的數(shù)據(jù)，設(shè)定最適于植物活性化的生成上述亮燈時(shí)鐘信號的調(diào)光模式，或者將預(yù)先存儲的多個(gè)調(diào)光模式切換為最適于植物活性化的模式。
并且，本發(fā)明涉及的植物培育用照明裝置除上述構(gòu)成之外，如加入測定氣溫、二氧化碳濃度、水溫等植物周邊環(huán)境的各種傳感器，植物接受脈沖照明時(shí)，基于傳感器測定的數(shù)據(jù)，設(shè)定最適于植物活性化的生成上述亮燈時(shí)鐘信號的調(diào)光圖形，或者將預(yù)先存儲的多個(gè)調(diào)光模式切換為最適于植物活性化的模式。
圖2所示為本發(fā)明涉及的植物培育用照明裝置各部的處理內(nèi)容的流程圖。
圖3所示為本發(fā)明涉及的照明面板和脈沖驅(qū)動(dòng)部的一實(shí)施例中構(gòu)成的示意圖。
圖4所示為輸入韻律信號和亮燈時(shí)鐘信號的波形示意圖。
圖1所示為本發(fā)明涉及的植物培育用照明裝置的一實(shí)施方案的概略方框圖。本發(fā)明的植物培育用照明裝置具有由半導(dǎo)體光元件構(gòu)成的光源，利用人工制作的韻律信號或者從自然界中存在的聲音分離出的韻律信號對該光源生成的光進(jìn)行調(diào)制，照明作為被照明體的植物。光源可以使用脈沖光或者連續(xù)光。以下的實(shí)施方案主要以脈沖光作為光源為例進(jìn)行說明。
如
圖1所示，本實(shí)施方案的植物照明裝置是一種利用具有半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光體2、…、2對作為被照明體的植物1、…、1進(jìn)行脈沖照射(間隙照射)的裝置。它由生成該發(fā)光體2、…、2的亮燈時(shí)鐘信號的控制部3、輸出音樂信號等韻律信號的音源4、讀取上述音源4的輸出信號的韻律信號檢出部(信號調(diào)節(jié)器)6、基于韻律信號檢出部6的輸出信號對上述控制部3輸出的亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行調(diào)制的時(shí)鐘信號調(diào)制部7、基于從時(shí)鐘信號調(diào)制部7輸出的被調(diào)制的時(shí)鐘亮燈信號對發(fā)光體2、…、2進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)的脈沖驅(qū)動(dòng)部8等構(gòu)成。并且，本實(shí)施方案的時(shí)鐘信號調(diào)制部6由硬件構(gòu)成，本發(fā)明不僅限于此，也可以是與在上述控制部3處理的控制程序的組合。
而且，為了回避LD(半導(dǎo)體激光)嚴(yán)格的安全基準(zhǔn)，應(yīng)用LED做為發(fā)光體是較較佳的。在日本，LD的安全基準(zhǔn)根據(jù)對人體的影響，以JIS C6802(激光制品的輻射安全基準(zhǔn))為依據(jù)規(guī)定了各種安全級別(1、2、3A、3B、4)，日本以外也有嚴(yán)格的規(guī)定。例如，波長為680nm的LD可視性很低，肉眼幾乎感覺不到光亮，但裸視此波長的激光發(fā)射點(diǎn)會灼傷視網(wǎng)膜，是非常危險(xiǎn)的行為。
發(fā)光體2、…、2由半導(dǎo)體光元件構(gòu)成，即可全部為單一的發(fā)光波長域，也可是紅色、藍(lán)色、綠色、紫外線等多種發(fā)光波長域的半導(dǎo)體光元件的集合體。其中的紅光(波長域640～690nm)和藍(lán)光(波長域420～470nm)與光合作用的峰值(葉綠體的吸收峰值)大略一致，所以，兩者均衡匹配使植物活性化是較較佳的。并且，已知紫外線可以控制植物的成長速度，因?yàn)樽贤饩€照射量可以有效地控制植物的成長速度，所以在發(fā)光體2、…、2中也可以加入紫外線發(fā)光元件。并且，利用如上所述的發(fā)光體2、…、2進(jìn)行照明的時(shí)候也可以和自然光或紫外線燈等并用?；蛘撸褂冒咨l(fā)光二極管作為上述半導(dǎo)體光元件也較較佳。白色發(fā)光二極管是一種藍(lán)色光發(fā)光元件發(fā)出的部分藍(lán)光被熒光物質(zhì)吸收，原來的藍(lán)色光和從熒光物質(zhì)放射出的波長域很廣的光混合形成白色光的元器件。白色發(fā)光二極管與包含紅色、藍(lán)色、綠色、紫外線等各種波長域的半導(dǎo)體光元件組合使用也很好。
圖2所示為本發(fā)明涉及的植物培育用照明裝置各部處理內(nèi)容的流程圖。以下，參照圖2所示流程圖對
圖1中所示植物培育用照明裝置的各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
從生成韻律音的音源4輸出的韻律信號，作為如圖4所示的模擬波形輸入韻律信號檢出部6(ST1)。音源4可以使用已有的音樂放音設(shè)備。并且，本發(fā)明中的韻律是指具有一定節(jié)拍或規(guī)則的聲音的長短、或重音的高低以及強(qiáng)弱等。例如音樂或者祈禱時(shí)發(fā)出的聲音的模式，小鳥啼囀或江河流淌等自然界存在的聲音，特別指讓人的耳朵感覺舒適的聲音。
之后，韻律信號檢出部6對上述韻律信號增幅進(jìn)行A/D變換(ST2)，生成表示韻律信號強(qiáng)度的韻律變動(dòng)脈沖(ST3)，作為連續(xù)數(shù)據(jù)輸出到時(shí)鐘信號調(diào)制部7的乘法器91、92、…、9n。
另外，上述控制部3由CPU10、存儲控制程序的可擦寫ROM(EEPROM)11以及RAM12構(gòu)成，參照存儲在調(diào)光模式記憶部13的調(diào)光模式分別為下述脈沖驅(qū)動(dòng)部8的驅(qū)動(dòng)電路141、…、14n生成亮燈時(shí)鐘信號，各亮燈時(shí)鐘信號分別輸入到時(shí)鐘信號調(diào)制部7的各個(gè)乘法器151、152、…、15n之中(ST4)。
以下以圖4為例進(jìn)行說明，從控制部3輸出的亮燈時(shí)鐘信號向脈沖驅(qū)動(dòng)部8發(fā)出指令，產(chǎn)生如圖4(b-1)所示的電力信號(脈沖周期為T；脈沖寬度為tR)。發(fā)光體的發(fā)光量由脈沖周期、脈沖寬度以及振幅決定，較佳的設(shè)定是脈沖周期為2us～1ms、占空比為20～70％。該占空比定義為用百分?jǐn)?shù)表示的脈沖發(fā)生時(shí)間t相對于脈沖光的脈沖周期T的比值(t/T)。在脈沖發(fā)生期間tR(明期)，發(fā)光體發(fā)光使植物進(jìn)行光反應(yīng)，在這以外的期間(暗期)發(fā)光體熄滅，可以產(chǎn)生陽斑效果以提高植物光合作用的效率。如果發(fā)光體的脈沖周期和占空比如上所述設(shè)定可以得到充分的暗期，即使植物受到強(qiáng)光的照射也不會出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象，已經(jīng)確認(rèn)光合作用效率比接受連續(xù)光照射的場合高。并且，如上所述的現(xiàn)象，觀葉植物等喜陰植物比水稻等喜光植物更加明顯。因?yàn)橄碴幹参锏娜~綠體具有的特征為，接受陽斑照射的時(shí)候質(zhì)子進(jìn)入囊狀膜內(nèi)腔，變暗之后也可以進(jìn)行較長時(shí)間的ATP合成或固定二氧化碳。
接著，在時(shí)鐘信號調(diào)制部7的乘法器161、162、…、16n中，從上述CPU10輸出的亮燈時(shí)鐘信號與從上述韻律信號檢出部6輸出的韻律變動(dòng)脈沖做乘法運(yùn)算(ST5)，得到的調(diào)制后的脈沖輸入到加法器161、162、…、16n(ST6)。之后，加法器161、162、…、16n對上述調(diào)制脈沖和上述亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行加法運(yùn)算(ST7)，生成被調(diào)制的亮燈時(shí)鐘信號(ST8)。
以圖4為例進(jìn)行說明，如圖(a)所示的韻律信號波形時(shí)刻為t1時(shí)的振幅R，在韻律信號檢出部6被數(shù)字變換之后進(jìn)行正規(guī)變換，輸出用振幅R′表示的韻律變動(dòng)脈沖(ST3)。在乘法器91中韻律變動(dòng)脈沖和亮燈時(shí)鐘信號作乘法運(yùn)算，生成規(guī)定電力信號脈沖寬度的變動(dòng)幅度ΔtR(＝R′*tR)的調(diào)制脈沖(ST6)。之后，在加法器161中上述調(diào)制脈沖和亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行加法運(yùn)算(ST7)，如圖4(b-2)所示，生成指令電力信號的脈沖寬度為tR+ΔtR的調(diào)制后的亮燈時(shí)鐘信號(ST8)。
而且，如上所述的例中韻律信號的振幅R為正。當(dāng)韻律信號的振幅R為負(fù)時(shí)，ΔtR用負(fù)值表示，電力信號的脈沖寬度減小，該發(fā)光體的發(fā)光量隨之減少。
并且，本實(shí)施方案的時(shí)鐘信號調(diào)制部7中，電力信號的脈沖寬度基于韻律變動(dòng)脈沖變化對亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行調(diào)制，本發(fā)明不僅可以如此，電力信號的振幅或脈沖周期基于韻律變動(dòng)脈沖變化對亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行調(diào)制也可。調(diào)制從光源2發(fā)出的脈沖光的脈沖幅度時(shí)，較佳的方法是具有基于上述韻律信號檢出部6的輸出信號對從上述脈沖驅(qū)動(dòng)部8供給光源(發(fā)光體2)的電力信號的振幅進(jìn)行調(diào)制的韻律振幅調(diào)制部(未圖示)。
這樣，調(diào)制后的亮燈時(shí)鐘信號分別輸入脈沖驅(qū)動(dòng)部8的驅(qū)動(dòng)電路141、142、…、14n，各亮燈時(shí)鐘信號分別在脈沖寬度控制電路171、172、…、17n生成PWM信號(Pulse Width Modulator Signal)，之后接收到PWM信號的驅(qū)動(dòng)電路181、182、…、18n驅(qū)動(dòng)功率晶體管，供給發(fā)光體2、…、2脈沖周期、脈沖寬度以及振幅符合規(guī)定的電力信號，驅(qū)動(dòng)該發(fā)光體(ST9)使植物1、…、1受到脈沖照明(ST10)。
并且，決定發(fā)光體2的調(diào)光量(脈沖周期、脈沖寬度、振幅以及占空比等)的調(diào)光模式通過調(diào)光模式設(shè)定部19來設(shè)定。該調(diào)光值數(shù)據(jù)通過接口20輸出到CPU10，存儲到調(diào)光模式記憶部13的各個(gè)記憶單元中。并且，通過調(diào)光模式切換部21可以連續(xù)切換各種調(diào)光值。
并且，對植物進(jìn)行脈沖照明時(shí)，如
圖1所示的傳感器22測定該植物的電位等數(shù)據(jù)，測定的數(shù)據(jù)通過接口23傳輸?shù)紺PU10進(jìn)行識別，以監(jiān)視該植物的狀態(tài)(ST11)，即可在調(diào)光模式設(shè)定部19設(shè)定調(diào)光模式(ST12)，又可在調(diào)光模式切換部21切換調(diào)光模式(ST13)。
并且，較佳的是配置測定該植物的周邊環(huán)境(氣溫、二氧化碳濃度、水溫等)的傳感器，將該植物活性化最適合的周邊環(huán)境以及植物的狀態(tài)(電位等)對應(yīng)的調(diào)光模式預(yù)先存儲在調(diào)光模式記憶部13的數(shù)據(jù)庫中，基于從各種傳感器傳輸來的測定數(shù)據(jù)，CPU10參照上述數(shù)據(jù)庫選擇出對該植物的活性化最為有利的調(diào)光模式，產(chǎn)生連續(xù)的亮燈時(shí)鐘信號對發(fā)光體進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。
并且，如上所述的脈沖驅(qū)動(dòng)部8中有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路141、142、…、14n，控制部3對各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路生成亮燈時(shí)鐘信號。發(fā)光體2、…、2多個(gè)形成一組構(gòu)成段，驅(qū)動(dòng)電路對應(yīng)各段分別提供脈沖化的電力信號。例如，把多個(gè)配置發(fā)光體的基板立體地組裝起來，對應(yīng)每個(gè)基板分別配置驅(qū)動(dòng)電路，由各基板構(gòu)成段也可。如此則即可分階段地對植物的光照角度或照射量進(jìn)行切換，也可進(jìn)行調(diào)整。而且，也可以根據(jù)發(fā)光波長域或中心發(fā)光波長對發(fā)光體進(jìn)行分組，再由各組分別構(gòu)成段。
按照發(fā)光波長域?qū)l(fā)光體分組并構(gòu)成段的情況以圖3為例詳細(xì)說明。圖3是由發(fā)光波長域不同的紅色、綠色、藍(lán)色發(fā)光體構(gòu)成的照明面板30和驅(qū)動(dòng)電路141、142、143的構(gòu)成示意圖。對應(yīng)紅色、綠色、藍(lán)色這3種發(fā)光體分別配置驅(qū)動(dòng)電路141、142、143。
照明面板20是由紅色發(fā)光體1R、…、1R和綠色發(fā)光體1G、…、1G以及藍(lán)色發(fā)光體1B、…、1B分別呈線狀排列組成且串聯(lián)連接并交互并列的線狀照明部21R、21G、21B構(gòu)成。而且，紅色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路141、綠色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路142和藍(lán)色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路143分別驅(qū)動(dòng)由紅色發(fā)光體組成的線狀照明部21R、由綠色發(fā)光體組成的線狀照明部21G和由藍(lán)色發(fā)光體組成的線狀照明部21B。并且，本實(shí)施方案中線狀照明部21R、21G、21B等比排列，除此之外，也可增加線狀照明部21R的數(shù)量以增加紅光成分。
即，控制部10對應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路141、142、143分別生成如圖4中圖(b-1)、圖(c-1)、圖(d-1)所示脈沖周期為T的電力信號(R)、(G)、(B)的亮燈時(shí)鐘信號并輸出到時(shí)鐘信號調(diào)制部7。其中，對應(yīng)紅色發(fā)光體的電力信號(R)的脈沖寬度為tR，對應(yīng)綠色發(fā)光體的電力信號(G)的脈沖寬度為tG，對應(yīng)藍(lán)色發(fā)光體的電力信號(B)的脈沖寬度為tB。為了植物健全發(fā)育，限定脈沖寬度tR和tB，使脈沖照明中紅光(R)和藍(lán)光(B)的光譜比(R/B)設(shè)定為1～10之內(nèi)，特別為10左右。
另外，如圖4(a)所示的韻律信號輸入到韻律信號檢出部6時(shí)，韻律信號經(jīng)A/D變換、正規(guī)變換后輸出到時(shí)鐘信號調(diào)制部7。然后，如上所述變頻后的亮燈時(shí)鐘信號命令驅(qū)動(dòng)部8生成如圖4中(b-2)、(c-2)、(d-2)所示的調(diào)制后的電力信號。即調(diào)制后的各亮燈時(shí)鐘信號分別輸出到紅色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路141、綠色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路142和藍(lán)色發(fā)光體驅(qū)動(dòng)電路143，或者在時(shí)間軸與韻律信號的振幅同步，電力信號(R)的脈沖寬度隨tR+□tR、電力信號(G)的脈沖寬度隨tG+tG、電力信號(B)的脈沖寬度隨tB+□tB變化。如此則脈沖寬度的變動(dòng)幅度□tR、□tG、□tB隨韻律信號的變化而變化，使對植物進(jìn)行與韻律信號同步的脈沖照射成為可能。
并且，如上所述，發(fā)光體也可以在每個(gè)中心發(fā)光波長域分組并構(gòu)成段來代替在每個(gè)該發(fā)光波長域分組。例如，紅色半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長域約為640～690nm，此發(fā)光波長域存在峰值(中心發(fā)光波長)，半導(dǎo)體光元件構(gòu)成的微小不同使其峰值位置也不同。因此，準(zhǔn)備多個(gè)中心發(fā)光波長不同的發(fā)光體，植物光合作用的峰值隨周邊環(huán)境而變化時(shí)，可以選擇具有適合光合作用峰值變化之后位置的中心發(fā)光波長的發(fā)光體并對其進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。
較佳的方法是利用傳感器檢出該植物的周邊環(huán)境或植物的電位等，調(diào)節(jié)隨周邊環(huán)境或植物電位的變化而變化的光合作用峰值，對適合該光合作用峰值的發(fā)光體進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)即可。并且，在上述調(diào)光模式記憶部13中，預(yù)先存儲與周邊環(huán)境或植物電位等條件相對應(yīng)的光合作用峰值的數(shù)據(jù)庫，檢測到傳感器22測定值的控制部10，參照上述數(shù)據(jù)庫找出該條件下最適合的調(diào)光模式，自動(dòng)生成亮燈時(shí)鐘信號。
并且，半導(dǎo)體光元件的特性隨溫度等變化而變化使得中心發(fā)光波長從光合成作用峰值發(fā)生偏移的場合，也可以由控制部3通過傳感器檢測出中心發(fā)光波長的偏移，返回到以前的光譜分布，參照存儲在調(diào)光模式記憶部13的數(shù)據(jù)庫生成亮燈時(shí)鐘信號，選擇具有適合該光合作用峰值的中心發(fā)光波長的其他發(fā)光體進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。
并且，連續(xù)光作為光源的場合，使用正弦波成分與偏壓的直流成分相重疊而形成的有強(qiáng)有弱的連續(xù)光，利用韻律信號對正弦波成分的頻率和振幅進(jìn)行調(diào)制。
以下對使用本發(fā)明的植物培育裝置實(shí)際培育植物的實(shí)施案例進(jìn)行說明。選擇非洲紫苣苔作為植物，使用白色LED作為半導(dǎo)體發(fā)光元件。其中，植物的成長率用試驗(yàn)后葉面的總面積相對試驗(yàn)前葉面的總面積之比的百分?jǐn)?shù)來表示。(比較例)以24小時(shí)(1日)為1個(gè)周期，求14個(gè)周期(2周)后的非洲紫苣苔的成長率。其中1個(gè)周期是指頻率為40KHz、占空比為50％，未經(jīng)過調(diào)制的白色LED脈沖光照射8小時(shí)，之后16小時(shí)為沒有光照射的暗期。該情況下非洲紫苣苔的成長率為164.6％。(實(shí)施例)以24小時(shí)(1日)為1個(gè)周期，求14個(gè)周期(2周)后的非洲紫苣苔的成長率。其中1個(gè)周期是指頻率為40KHz、占空比為50％，利用音樂生成的韻律信號調(diào)制亮燈時(shí)鐘信號的白色LED脈沖光照射8個(gè)小時(shí)，之后16小時(shí)為沒有光照射的暗期。并且，本實(shí)施方案中使用的音樂為巴赫作曲的G大調(diào)的音域。并且，比較例與實(shí)施例的平均光量相同。該狀況下非洲紫苣苔的成長率為193.8％。
表 植物培育的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
注實(shí)施例和比較例皆為2個(gè)樣本的平均值從該比較例和實(shí)施例可以看出，脈沖調(diào)制后進(jìn)行照射的場合與不調(diào)制白色LED脈沖光的亮燈時(shí)鐘進(jìn)行照射的場合相比，非洲紫苣苔的成長率約增加18％，可以確認(rèn)本發(fā)明的效果。并且，通過其它實(shí)驗(yàn)已經(jīng)確認(rèn)，與熒光燈照射相比白色LED連續(xù)光的植物的成長率較高，與白色LED連續(xù)光相比頻率在1～500KHz(7周期為2us～1ms)、占空比在20～70％范圍之內(nèi)時(shí)的白色LED脈沖光的植物的成長率較高。
產(chǎn)業(yè)利用的可能性與本發(fā)明相關(guān)的植物培育用照明裝置，具有由半導(dǎo)體光元件構(gòu)成的光源，利用人工生成的韻律信號或者從自然界存在的聲音提煉的韻律信號對從該光源發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，照明作為被照明體的植物，并能促進(jìn)植物的成長。
特別是，本植物培育用照明裝置，由半導(dǎo)體光元件組成的光源、生成該光源的亮燈時(shí)鐘信號的控制部、讀取輸入韻律信號的韻律信號檢出部、基于該韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號的時(shí)鐘信號調(diào)制部、基于從時(shí)鐘信號調(diào)制部輸出的被調(diào)制的亮燈時(shí)鐘信號對電力信號進(jìn)行脈沖調(diào)制后提供給上述光源的脈沖驅(qū)動(dòng)部等構(gòu)成，光源的光量隨上述輸入韻律信號同步變化為作為被照明體的植物提供脈沖照明，因此，可以由各種音樂或祈禱等韻律信號變換成脈沖照明提供給植物，使植物活性化并促進(jìn)其成長，且效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種植物培育用照明裝置，其特征在于具有半導(dǎo)體光元件構(gòu)成的光源，利用人工制作的韻律信號或者從自然界存在的聲音中提取的韻律信號調(diào)制從上述光源發(fā)生的光，照明作為被照明體的植物。
2.如權(quán)利要求1所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述人工制作的韻律信號是從音樂中提煉的韻律信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的植物培育用照明裝置，其特征在于具有半導(dǎo)體光元件組成的光源、生成該光源的亮燈時(shí)鐘信號的控制部、讀取輸入韻律信號的韻律信號檢出部、基于該韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號的時(shí)鐘信號調(diào)制部、基于從時(shí)鐘信號調(diào)制部輸出的調(diào)制后的亮燈時(shí)鐘信號脈沖調(diào)制電力信號、提供給上述光源的脈沖驅(qū)動(dòng)部，使光源的光量隨上述輸入韻律信號同步變化，向作為被照明體的植物進(jìn)行脈沖照明。
4.如權(quán)利要求3所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述時(shí)鐘信號調(diào)制部，基于上述韻律信號檢出部的輸出信號，使電力信號的脈沖寬度和脈沖周期發(fā)生變化，來對亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求3所述的植物培育用照明裝置，其特征在于具有基于上述韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制上述從脈沖驅(qū)動(dòng)部供給光源的電力信號的振幅的脈沖振幅調(diào)制部，調(diào)制對從光源發(fā)出的脈沖光的脈沖振幅。
6.如權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述光源中有多個(gè)發(fā)光波長域不同的半導(dǎo)體光元件。
7.如權(quán)利要求6所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述控制部對于每個(gè)發(fā)光波長域不同的半導(dǎo)體光元件分別生成亮燈時(shí)鐘信號，上述時(shí)鐘信號調(diào)制部基于上述韻律信號檢出部的輸出信號，對每個(gè)該半導(dǎo)體光元件分別調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號，同時(shí)上述脈沖驅(qū)動(dòng)部基于該時(shí)鐘信號調(diào)制部的輸出信號分別對光源的該半導(dǎo)體光元件進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的植物培育用照明裝置，其特征在于使用紅色以及藍(lán)色的發(fā)光體作為上述發(fā)光波長域不同的半導(dǎo)體光元件。
9.如權(quán)利要求8所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述半導(dǎo)體光元件的發(fā)光色中的紅色(R)和藍(lán)色(B)的光譜比(R/B)沒定在1～10的范圍之內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的植物培育用照明裝置，其特征在于使用白色發(fā)光LED作為上述半導(dǎo)體光元件。
11.如權(quán)利要求1～10的任一項(xiàng)所述的植物培育用照明裝置，其特征在于上述時(shí)鐘信號調(diào)制部，對上述韻律信號檢出部的輸出信號和上述控制部生成的亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，生成與韻律信號的振幅同步的信號，該信號和上述亮燈時(shí)鐘信號進(jìn)行加法運(yùn)算，調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號。
12.如權(quán)利要求1～11的任一項(xiàng)所述的植物培育用照明裝置，其特征在于配置監(jiān)控植物的電位等植物狀態(tài)的傳感器，對植物進(jìn)行脈沖照明時(shí)，基于傳感器測定的數(shù)據(jù)，設(shè)定最適合植物活性化的生成上述亮燈時(shí)鐘信號的調(diào)光模式，或者將預(yù)先存儲的多個(gè)調(diào)光模式切換為適合植物活性化。
13.如權(quán)利要求1～11的任一項(xiàng)所述的植物培育用照明裝置，其特征在于配置測定氣溫、二氧化碳濃度、水溫等植物周邊環(huán)境的各種傳感器，對植物進(jìn)行脈沖照明時(shí)，基于傳感器測定的數(shù)據(jù)，設(shè)定最適合植物活性化的生成上述亮燈時(shí)鐘信號的調(diào)光模式，或者將預(yù)先存儲的多個(gè)調(diào)光模式切換為適合植物活性化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種植物培育用照明裝置，間隙照射(脈沖照射)或者連續(xù)照射植物，得到與陽斑現(xiàn)象類似的效果，促成光合作用。植物培育用照明裝置具有半導(dǎo)體光元件構(gòu)成的光源，利用人工制作的韻律信號或者從自然界存在的聲音中提取的韻律信號調(diào)制從上述光源發(fā)生的光，照明作為被照明體的植物。具有半導(dǎo)體光元件組成的光源、輸出光源的亮燈時(shí)鐘信號的控制部、對輸入韻律信號進(jìn)行A/D變換的的韻律信號檢出部、基于該韻律信號檢出部的輸出信號調(diào)制上述亮燈時(shí)鐘信號的時(shí)鐘信號調(diào)制部、基于從時(shí)鐘信號調(diào)制部輸出的調(diào)制后的亮燈時(shí)鐘信號脈沖調(diào)制電力信號、提供給上述光源的脈沖驅(qū)動(dòng)部。
文檔編號A01G7/04GK1400863SQ01805152
公開日2003年3月5日 申請日期2001年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月22日
發(fā)明者米田賢治, 高畑實(shí), 林孝洋 申請人:Ccs股份有限公司