JP5937859B2

JP5937859B2 - 栽培植物観察用照明具

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Publication number: JP5937859B2
Application number: JP2012070712A
Authority: JP
Inventors: 安田　剛規; 剛規安田; 廣志鈴木; 博則荒
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2013201902A

Description

本発明は、栽培植物観察用照明具に関する。より詳しくは、人工光照射環境下で栽培される植物を観察するために用いる照明具に関する。

従来、植物栽培において、植物苗を人工光で照射して育苗を促す技術が取り入れられている。植物の生長を促進することで、栽培期間を短縮して、同一場所での収穫回数を増やすことができる。また、同じ栽培期間であっても、植物をより大きく生長させることができれば、収穫量を増やすことができる。

人工光の照射を利用した植物栽培方法として、例えば特許文献１には、植物を緑色光と白色光で交互に照射するように構成した植物の照明装置が開示されている。この照明装置は、波長５００〜５７０ｎｍの緑色光と３００〜８００ｎｍの白色光とで交互に照射することにより昼夜の変化を構成し、植物の転流作用を円滑にして植物の育成を図るものである。

また、例えば特許文献２には、青色光（４００〜４８０ｎｍ）を放射する発光ダイオードと赤色光（６２０〜７００ｎｍ）を放射する発光ダイオードを同時もしくは交互に点灯することにより、植物の培養、生育、栽培及び組織培養のための光エネルギーを照射する植物栽培用光源が開示されている。この植物栽培用光源は、葉緑素の光吸収ピーク（４５０ｎｍ付近及び６６０ｎｍ付近）に一致する波長の光のみを照射することによって、エネルギー効率良く植物を栽培しようとするものである。

特許文献２には、青色光と赤色光を同時に照射しても交互に照射してもよいことが規定されている（当該文献「請求項１」参照）。しかし、特許文献２は、青色光単独照射、赤色光単独照射、青色光及び赤色光の同時照射の比較において、同時照射下では日光下での栽培と同様の健全な生長（単独照射における徒長などの不健全な生長と比較して）が確認されたというものであり（当該文献段落「００１１」参照）、青色光と赤色光を交互に照射した場合の生長促進効果は確認していない。従って、特許文献２は、青色光と赤色光の交互照射による植物栽培方法を実質的開示するものとはなっていない。

特開平６−２７６８５８号公報特開平８−１０３１６７号公報

上述のように、生長を促進することを目的として植物を特定波長域の光で照射した場合、植物の生育状況を観察しづらい場合がある。例えば赤色光照射下では、白色光あるいは自然光による照射下と異なり、葉などが黒く見えてしまう。また、例えば青色光と赤色光とで同時に照射する場合、葉などの色が黒みがかって見えてしまうことに加えて、照射光がピンク色となるために観察者が目の疲れを感じたり、気分が悪くなったりする場合もあった。

そこで、本発明は、特定波長域の光の照射下で栽培される植物を、白色光の照射下と同様に観察するための照明具を提供することを主な目的とする。

上記課題解決のため、本発明は、発光波長域が異なる複数の光源を含む照明部と、発光する光源を切り換え可能な波長選択部と、を備え、所定波長域の照射光による照射環境下の植物に対して、前記光源のうち前記照射光の波長域と異なる発光波長域の光源を選択的に発光させられるように構成された栽培植物観察用照明具を提供する。
この栽培植物観察用照明具によれば、所定波長域の照射光による照射環境下の植物に対し、前記照射光と波長域が異なる光を補光して、白色光あるいは自然光による照射環境下と同様に前記植物の観察を行うことができる。この栽培植物観察用照明具において、前記照明部は、赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる赤色光照射環境用光源と、青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる青色光照射環境用光源と、を含むことが好ましい。この場合において、前記赤色光照射環境用光源は、発光中心波長５０５〜５１５ｎｍかつ半値幅１３０ｎｍ以上の青光源からなり、前記青色光照射環境用光源は、発光中心波長５１５〜５２５ｎｍかつ半値幅１３０ｎｍ以上の緑光源と、発光中心波長６１５〜６２５ｎｍかつ半値幅１１５ｎｍ以上の赤光源と、がピーク強度比１：１で合成された光源からなるものとできる。
この栽培植物観察用照明具は、前記光源の発光強度を調整するための強度調節部を有することが好ましい。また。前記照明部は、前記光源の光を平行光線として出射させる反射板を備えることが好適となる。
この栽培植物観察用照明具において、前記光源はＬＥＤとできる。

また、本発明は、所定波長域の照射光を植物に照射する植物照射装置と、発光波長域が異なる複数の光源を含む照明部と、発光する光源を切り換え可能な波長選択部と、を備え、前記植物照射装置による照射環境下の前記植物に対して、前記光源のうち前記照射光の波長域と異なる発光波長域の光源を選択的に発光させられるように構成された栽培植物観察用照明具と、を含む植物栽培システムをも提供する。
この植物照射装置は、赤色光及び青色光の光源を含む照射部と、該照射部を制御して赤色光及び青色光のいずれか一方を照射させる制御部と、を備える。
また、この栽培植物観察用照明具の前記照明部は、前記植物照射装置の前記赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる赤色光照射環境用光源と、前記植物照射装置の前記青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上の青色光照射環境用光源と、を含むものとされる。

本発明において、「植物」には、葉菜類、果樹類及び穀類が少なくとも含まれ、コケ類なども広く包含されるものとする。

本発明により、特定波長域の光の照射下で栽培される植物を、白色光の照射下と同様に観察するための照明具が提供される。

本発明の第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具Ａの構成を説明する模式図である。栽培植物観察用照明具Ａの回路図である。本発明に係る植物照射装置の制御パターンの一例（第一の制御パターン）を説明する図である。本発明に係る植物照射装置の制御パターンの一例（第二の制御パターン）を説明する図である。本発明に係る植物照射装置の制御パターンの一例（第三の制御パターン）を説明する図である。赤色光環境下において好適な照明具光源のシミュレーション結果を示す図である（実施例１）。青色光環境下において好適な照明具光源のシミュレーション結果を示す図である（実施例２）。試験例１における発芽７日後の生育結果を示す図面代用写真である。試験例１における発芽１４日後の生育結果を示す図面代用写真である。試験例１における発芽２１日後の生育結果を示す図面代用写真である。

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。

１．第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具
（１）照明部
（２）波長選択部
（３）強度調節部
２．第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具の変形例
３．植物照射装置
（１）照射部
（２）制御部
（２−１）制御パターン
（２−２）波長
（２−３）光量
（２−４）照射時間
４．植物栽培システム
５．栽培植物
（１）葉菜類
（２）果樹類
（３）穀類
（４）コケ類など

１．第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具
（１）照明部
図１は本発明の第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具Ａ（以下、単に「照明具Ａ」ともいう）の構成を説明する模式図である。また、図２は、照明具Ａの回路図である。

照明具Ａは、電源２として電池を収容する本体１と、発光波長域が互いに異なる複数の光源４１，４２，４３が設けられた照明部３と、から構成されている。ここでは、光源４１が青緑光源、光源４２が赤光源、光源４３が緑光源であるものとして説明する。ただし、本発明に係る栽培植物観察用照明具において、光源は１色以上の光源が配されていればよく、目的とする効果が奏される限りにおいて配設される光源の色数は限定されない。また、各色の光源は、それぞれ２以上を配することも当然に可能である。

光源としては、従来公知の各種光源を用いることができるが、所望の発光波長域の光源の入手が容易であり、有効波長域の光エネルギーの占める割合が大きい光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの光半導体素子を用いることが好ましい。以下、光源４１，４２，４３を発光素子４１，４２，４３とも称するものとする。エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いる場合、ＥＬは有機であっても無機であってもよい。光半導体素子は、小型で寿命が長く、材料によって特定の波長域で発光して不要な熱放射がないためエネルギー効率が良く、植物に近接照射しても葉焼け等の障害が起こらない。

本発明者らは、人工光の照射による植物の生長促進効果について鋭意検討を行った結果、驚くべきことに、赤色光と青色光を交互に照射するという簡便な手法によって非常に顕著な効果が得られることを見出している（試験例参照）。赤色光のみで植物に照射する手順と、青色光のみで植物を照射する手順と、を一定期間内に別個独立に行うことによって植物の生長を促進するこの植物栽培方法を「執行メソッド（Shigyo Method）」と称する。

照明具Ａは、執行メソッドに特に好適に用いられるものあって、照明部３に赤色光照射環境用光源と青色光照射環境用光源とを備える。

赤色光照射環境用光源は、植物に照射される赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となるような一つの光源あるいは複数の光源の組み合わせによってなる。

赤色光照射環境用光源は、例えば、発光中心波長を５０５〜５１５ｎｍかつ半値幅を１３０ｎｍ以上とした青緑発光素子４１から構成することができる。

青色光照射環境用光源は、植物に照射される青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる一つの光源あるいは複数の光源の組み合わせによってなる。

青色光照射環境用光源は、例えば、発光中心波長５１５〜５２５ｎｍかつ半値幅１３０ｎｍ以上の緑発光素子４３と、発光中心波長６１５〜６２５ｎｍかつ半値幅１１５ｎｍ以上の赤発光素子４２とから構成することができる。青色光照射環境用光源は、赤発光素子４２と緑発光素子４３がピーク強度比１：１で合成された光源とされることが好ましい。

なお、赤色光照射環境用光源及び青色光照射環境用光源は、それぞれ一つの発光素子あるいは３以上の発光素子から構成することもできる（後述する変形例も参照）。

照明部３には、青緑発光素子４１、赤発光素子４２及び緑発光素子４３を保護し、これらの発光素子の光を透過させるレンズ５と、発光素子の光を平行光線として出射させる反射板６とが設けられている。反射板６は一般的な放物面であってよい。反射板６を設けることにより、栽培植物との間に距離がある場合にも、照明具Ａにより良好に栽培植物を照明して観察を行うことができる。

（２）波長選択部
本体１には、発光する光源を切り換え可能な切換スイッチ（波長選択部）７が設けられている。切換スイッチ７は、青緑発光素子４１、赤発光素子４２及び緑発光素子４３への給電を切り換えて、いずれか一以上の発光素子を発光させるために機能する。なお、図中、符号９は、主電源スイッチを示す。

切換スイッチ７の機能により、照明具Ａでは、所定波長域の照射光による照射環境下の栽培植物を、照射光の波長域と異なる発光波長域の光源を選択的に発光させて照明することが可能である。

例えば、赤色光照射環境下にある栽培植物に対しては、青緑発光素子４１から構成される赤色光照射環境用光源からの光を照明する。このように赤色光照射環境下の栽培植物に対し、照射光と波長域が異なる赤色光照射環境用光源からの光を補光することで、栽培植物を白色光の照射下と同様に観察することができる。

また、例えば、青色光照射環境下にある栽培植物に対しては、緑発光素子４３と赤発光素子４２とから構成される青色光照射環境用光源からの光を照明する。このように照射光と波長域が異なる青色光照射環境用光源からの光を補光することで、青色光照射環境下の栽培植物についても白色光の照射下と同様に観察することができる。

特に赤色光照射環境用光源は、植物に照射される赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となるようにされている。また、青色光照射環境用光源も、植物に照射される青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となるようにされている。このため、照明具Ａによれば、赤色光あるいは青色光の照射環境下にある栽培植物の葉などの色を白色光照射下と同様の自然な緑色として観察することができ、植物の生育状況や病害の有無などを的確に把握することが可能となる。また、観察者が目の疲れを感じたり、気分が悪くなったりすることも防止できる。

（３）強度調節部
照明具Ａには、各光源の発光強度を調整するための強度調節部を設けることが好ましい。強度調節部は、本体１に設けられた調節つまみと、回路に挿入された可変抵抗と、によって構成できる。ここでは、青緑発光素子４１、赤発光素子４２及び緑発光素子４３に対して、それぞれ調節つまみ８１，８２，８３と可変抵抗８１１，８２１，８３１を設けている。

回路に一定値の定格電流を流すときに、各発光素子の電圧が揃わない場合には、回路に制限抵抗を挿入する。図２では、赤発光素子４２に関し、可変抵抗８２１との間に制限抵抗８２２を挿入した例を示した。

２．第一実施形態に係る栽培植物観察用照明具の変形例
上述の照明具Ａでは、複数の発光素子４１，４２，４３の組み合わせにより、照射光の波長域を補光して、演色性に優れた合成光を得る例を説明した。実施例１において後述するように、例えば赤色照射光に対しては、スペクトル幅の広い緑色光を補色すれば、高い演色性を得ることができる。

従って、本発明に係る栽培植物観察用照明具において、赤色光照射環境用光源は、上述した青緑発光素子に替えて、スペクトル幅の広い緑色発光素子のみから構成することも可能な場合がある。

また、スペクトル幅の広い緑色光を得るため赤色光照射環境用光源としては、（イ）複数色の発光ダイオードの組み合わせ、（ロ）キセノンフラッシュランプ、（ハ）キセノンランプ、（ニ）ショートアーク型メタルハライドランプを用いることもできる。このうち、（イ）複数色の発光ダイオードの組み合わせは、昇圧電源が不要であり、照明具を小型化できることから好ましい。（ロ）キセノンフラッシュランプ及び（ハ）キセノンランプについては光学フィルタを用いて赤外光をカットして使用することが望ましい。

３．植物照射装置
（１）照射部
本発明に係る植物照射装置は、執行メソッドを実行可能なものである。この植物照射装置は、赤色光及び青色光を植物に照射する照射部と、照射部を制御して、赤色光のみで植物を照射するステップと、青色光のみで植物を照射するステップと、を一定期間内に別個独立に実行する制御部と、を備える。

照射部には、赤色光又は青色光を放射する光源が含まれる。赤色光は波長５７０〜７３０ｎｍの光をいい、６３５〜６６０ｎｍの波長を中心波長をとする光が好適に用いられる。また、青色光は、波長４００〜５１５ｎｍの光をいい、中心波長を４５０ｎｍとする光が好適に用いられる。赤色光及び青色光は、上記波長を中心波長として所定の波長域を有するものであってよい。波長域としては、例えば青色光であれば、４５０±３０ｎｍ、好ましくは４５０±２０ｎｍ、さらに好ましくは４５０±１０ｎｍとできる。

赤色光及び青色光の光源には、従来公知の光源を用いることができる。光源には、波長選択が容易で、有効波長域の光エネルギーの占める割合が大きい光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの光半導体素子を用いることが好ましい。エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いる場合、ＥＬは有機であっても無機であってもよい。

光半導体素子は、小型で寿命が長く、材料によって特定の波長で発光して不要な熱放射がないためエネルギー効率が良く、植物に近接照射しても葉焼け等の障害が起こらない。このため、光半導体素子を光源に用いることで、他の光源に比べて、より低電力コストで、より省スペースで栽培を行うことが可能となる。

光源には、１つの赤色光半導体素子と１つの青色光半導体素子を組み合わせて実装したＳＭＤ（2 Chips Surface Mount Device）を線状に配列したＳＭＤライン光源や、赤色光半導体素子あるいは青色光半導体素子のどちらか一方のみを線状あるいは面状に配列した単色ライン光源あるいは単色パネル光源などを使用できる。

半導体素子は、原理上、数メガヘルツ（ＭＨｚ）以上もの高い周波数で点滅駆動が可能である。このため、光半導体素子を光源に用いることで、赤色光のみで植物を照明するステップと、青色光のみで植物を照明するステップとの切り替えを極めて高速に行うことも可能となる。

上記波長域の光を放射するＬＥＤとしては、例えば赤色ＬＥＤには、昭和電工株式会社から製品番号ＨＲＰ−３５０Ｆとして販売されているアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン系発光ダイオード（ガリウム・リン系基板、赤色波長６６０ｎｍ）などがあり、青色ＬＥＤには同社製品番号ＧＭ２ＬＲ４５０Ｇの発光ダイオードなどがある。

発光ダイオード以外の光源としては、例えば直管形及びコンパクト形の蛍光ランプ及び電球形蛍光ランプ、高圧放電ランプ、メタルハライドランプ、レーザーダイオードなどが挙げられる。これらの光源に組み合わせて、上記波長域の光を選択的に利用するための光学フィルタを用いてもよい。

（２）制御部
（２−１）制御パターン
制御部は、照射部から放射される赤色光及び青色光の光量（強度）、波長及び／又は照射時間を所定値に維持するか、あるいは所定のパターンで変化させる。

制御部は、汎用のコンピューターを用いて構成することができる。例えば光源としてＬＥＤを用いる場合、制御部は、メモリやハードディスクに予め保持、記憶された制御パターンに基づいて、ＬＥＤの駆動電流の大きさを調整し、赤色光及び青色光の光量及び照射時間を変化させる。また、制御部は、制御パターンに基づいて、異なる波長域の光を放射する複数のＬＥＤを切り替えて駆動し、照射される光の波長域を変化させる。

制御部の制御パターンについて詳しく説明する。制御部は、赤色光のみを植物に照射する手順（以下「赤色光照射ステップ」とも称する）と、青色光のみを植物に照射する手順（以下「青色光照射ステップ」とも称する）と、を一定期間内に別個独立に実行する。

ここで、「一定期間」とは、植物栽培中の任意時間長の期間を意味する。この期間は最長で栽培全期間である。また、最短の期間は、目的とする効果が奏される限りにおいて任意に設定できる。この期間は、例えば時間（hr）を時間長の単位とするものであってよく、さらにより長い時間長単位（例えば日（day））あるいはより短い時間長単位（例えば分（minutes））とするものであってもよい。

なお、執行メソッドは、種子が発芽した直後あるいは苗を植えた直後から収穫までの植物の栽培全期間において、任意のタイミングで開始あるいは終了され、任意時間長で適用され得るものである。

また、「別個独立」とは、上記期間内に、赤色光照射ステップと青色光照射ステップとが別々に存することを意味する。赤色光照射ステップと青色光照射ステップは、上記期間内に少なくとも一工程ずつ含まれていればよい。

赤色光照射ステップと青色光照射ステップは交互に連続して行ってもよく、両ステップの間に赤色光及び青色光を植物に同時照射する手順又は植物への光照射を休止する手順を挟んで不連続に繰り返して行ってもよい。ただし、植物生長効果を高めるためには交互に連続して行うことが好ましい。

図３は、第一の制御パターンを説明する図である。この実施形態は、赤色光照射ステップと青色光照射ステップを交互に連続して行うものである。

図中、符号Ｓ_１は赤色光照射ステップ、符号Ｓ_２は青色光照射ステップを示す。本実施形態では、赤色光照射ステップＳ_１と青色光照射ステップＳ_２が交互に連続して行われ、赤色光照射ステップＳ_１と青色光照射ステップＳ_２とからなる照射サイクルが繰り返し行われる。

このように、植物に対して赤色光と青色光を交互に照射することにより、生長を顕著に促進することができる（試験例参照）。また、徒長を抑制して、収穫量を向上させることも可能である。

ここでは、第１回目の照射サイクルＣ_１において赤色光照射ステップＳ_１から手順を開始する場合を例に説明したが、各照射サイクルにおいて赤色光照射ステップＳ_１及び青色光照射ステップＳ_２のいずれを先に行うかは任意である。

図４は、第二の制御パターンを説明する図である。この実施形態は、赤色光照射ステップと青色光照射ステップとを、両ステップの間に赤色光及び青色光を植物に同時照射する手順（以下「同時照射ステップ」とも称する）を挟んで不連続に繰り返して行うものである。

図中、符号Ｓ_３は、同時照射ステップを示す。本実施形態では、赤色光照射ステップＳ_１と青色光照射ステップＳ_２が、同時照射ステップＳ_３を挟んで不連続に行われ、赤色光照射ステップＳ_１、同時照射ステップＳ_３及び青色光照射ステップＳ_２とからなる照射サイクルが繰り返し行われる。

ここでは、第１回目の照射サイクルＣ_１において同時照射ステップＳ_３から手順を開始する場合を例に説明したが、各照射サイクルにおいて赤色光照射ステップＳ_１、同時照射ステップＳ_３及び青色光照射ステップＳ_２のいずれを先に行うかは任意である。

図５は、第三の制御パターンを説明する図である。この実施形態は、赤色光照射ステップと青色光照射ステップとを、両ステップの間に植物への光照射を休止する手順（以下「休止ステップ」とも称する）を挟んで不連続に繰り返して行うものである。

図中、符号Ｓ_４は、休止ステップを示す。本実施形態では、赤色光照射ステップＳ_１と青色光照射ステップＳ_２が、休止ステップＳ_４を挟んで不連続に行われ、赤色光照射ステップＳ_１、休止ステップＳ_４及び青色光照射ステップＳ_２とからなる照射サイクルが繰り返し行われる。

ここでは、第１回目の照射サイクルＣ_１において休止ステップＳ_４から手順を開始する場合を例に説明したが、各照射サイクルにおいて赤色光照射ステップＳ_１、休止ステップＳ_４及び青色光照射ステップＳ_２のいずれを先に行うかは任意である。

（２−２）波長
上述した各制御パターンにおいて、赤色光及び青色光の波長は上述した波長域の範囲内で変化させてもよく、例えば第Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の照射サイクルＣ_Ｎにおいて波長が変化してもよい。また、第Ｎ回目の照射サイクルＣ_Ｎと第Ｍ回目（ＭはＮと異なる１以上の整数）の照射サイクルＣ_Ｍとで波長が上記波長域の範囲内で異なっていてもよい。

さらに、上述の赤色光照射ステップＳ_１、同時照射ステップＳ_３及び青色光照射ステップＳ_２において、赤色光及び青色光に加えて、他の波長域の光を組み合わせて複数の波長域の光によって照射を行ってもよい。

（２−３）光量
赤色光照射ステップＳ_１、青色光照射ステップＳ_２及び同時照射ステップＳ_３における赤色光及び青色光の光量（強度）は、特に限定されないが、例えば光合成光量子束密度（Photosynthetic Photon Flux Density：ＰＰＦＤ）でそれぞれ１〜１０００μｍｏｌ／ｍ^２ｓ、好ましくは１０〜５００μｍｏｌ／ｍ^２ｓ、特に好ましくは５０〜２５０μｍｏｌ／ｍ^２ｓ程度とされる。

また、上記各ステップにおける赤色光及び青色光の光量（強度）比は、例えば「赤：青」あるいは「青：赤」で１：１、２：１、４：１、１０：１、２０：１などのように任意に設定され得る。

また、赤色光及び青色光の光量は上記範囲内で変化させてもよく、例えば第Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の照射サイクルＣ_Ｎにおいて光量が変化してもよい。また、第Ｎ回目の照射サイクルＣ_Ｎと第Ｍ回目（ＭはＮと異なる１以上の整数）の照射サイクルＣ_Ｍとで光量を上記範囲内で変化させてもよい。

（２−４）照射時間
上述した各制御パターンにおいて、一つの照射サイクルの時間は、最長で栽培全期間である。また、最短の時間は、本発明の効果が奏される限りにおいて任意に設定できる。一つの照射サイクルは、例えば時間（hr）を時間長の単位とするものであってよく、さらにより長い時間長単位（例えば日（day））あるいはより短い時間長単位（例えば分（minutes））とするものであってもよい。

例えば、赤色光照射ステップＳ_１と青色光照射ステップＳ_２を交互に連続して行う第一の制御パターンにおいて、一つの照射サイクルを一日とする場合、赤色光照射ステップＳ_１を１２時間、青色光照射ステップＳ_２を１２時間とすることができる。また、例えば、一日に照射サイクルを４回繰り返す場合、一つの照射サイクルは６時間となり、赤色光照射ステップＳ_１を３時間、青色光照射ステップＳ_２を３時間とすることができる。

一つの照射サイクルの時間は、第Ｎ回目の照射サイクルＣ_Ｎと第Ｍ回目（ＭはＮと異なる１以上の整数）の照射サイクルＣ_Ｍとで変化させてもよい。例えば、照射サイクルＣ_Ｎを１２時間とし、続く照射サイクルＣ_Ｎ＋１を６時間とすることもできる。

また、一つの照射サイクル内における赤色光照射ステップＳ_１、青色光照射ステップＳ_２、同時照射ステップＳ_３及び休止ステップＳ_４の時間比は、任意であってよい。例えば、上述の第一の制御パターンにおいて、一つの照射サイクルを一日とする場合、「赤色光照射ステップＳ_１・青色光照射ステップＳ_２」を「１２時間・１２時間（１：１）」、「１６時間・８時間（２：１）」、「２１時間・３時間（７：１）」などのように任意に設定し得る。

４．植物栽培システム
本発明に係る植物栽培システムは、上記の栽培植物観察用照明具と植物照射装置とを含む。

この植物栽培システムでは、植物照射装置によって所定の波長域の照射光で照射される栽培植物に対して、栽培植物観察用照明具を用いて照射光と波長域が異なる光を補光し、栽培植物の状態を観察することができる。

例えば、植物照射装置が赤色光照射ステップを実行する間には、照明具Ａによって青緑発光素子４１から構成される赤色光照射環境用光源からの光を栽培植物に対して補光する。このように赤色光照射環境下の栽培植物に対し、照射光と波長域が異なる赤色光照射環境用光源からの光を補光することで、栽培植物を白色光の照射下と同様に観察することができる。

また、例えば、植物照射装置が青色光照射ステップを実行する間には、照明具Ａによって緑発光素子４３と赤発光素子４２とから構成される青色光照射環境用光源からの光を栽培植物に対して補光する。このように照射光と波長域が異なる青色光照射環境用光源からの光を補光することで、青色光照射環境下の栽培植物についても白色光の照射下と同様に観察することができる。

特に照明具Ａの赤色光照射環境用光源は、植物に照射される赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となるようにされている。また、青色光照射環境用光源も、植物に照射される青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となるようにされている。このため、照明具Ａによれば、赤色光あるいは青色光の照射ステップ実行中も栽培植物の葉などの色も白色光照射下と同様の自然な緑色として観察することが可能となる。

５．栽培植物
本発明が対象とする栽培植物は、特に限定されることなく、野菜類、いも類、きのこ類、果実類、豆類、穀物類、種実類、藻類、観賞用植物類、コケ類などとできる。また、これらの植物の栽培形態も、特に限定されることなく、水耕栽培、土耕栽培などであってよい。

（１）葉菜類
葉菜類としては、レタス類、ネギ、ミズナ、サラダナ、シュンギク、パセリ、ミツバ、コマツナ、カラシミズナ、カラシナ、ワサビナ、クレソン、ハクサイ、ツケナ類、チンゲンサイ、キャベツ、カリフラワー、ブロッコリー、メキャベツ、タマネギ、ニンニク、ラッキョウ、ニラ、アスパラガス、セルリー、ホウレンソウ、セリ、ウド、ミョウガ、フキ、シソ、各種ハーブ等が挙げられる。また、いわゆる「ベービーリーフ」と称され、主として若葉で食されるデトロイト、ロロロッサ、ルッコラ、ピノグリーン、レッドロメイン、チコリー等の葉菜類も挙げられる。
レタス類には、結球性レタス、非結球レタス及び半結球レタスなどが含まれ、例えば、リーフレタス、フリルレタス、ロメイン、グリーンウェーブ、グリーンリーフ、レッドリーフ、フリルアイス（登録商標）、リバーグリーン（登録商標）、フリルリーフ、フリンジグリーン、ノーチップ、モコレタス、サンチュ、チマ・サンチュが挙げられる。
各種ハーブには、例えば、バジル、イタリアンパセリなどが含まれる。

また、トマト、メロン、キュウリ、イチゴ、カボチャ、スイカ、ナス、ピーマン、オクラ、サヤインゲン、ソラマメ、エンドウ、エダマメ、トウモロコシ等の果菜類、ダイコン、カブ、ゴボウ、ニンジン、ジャガイモ、サトイモ、サツマイモ、ヤマイモ、ショウガ、ワサビ、レンコン等の根菜類なども栽培対象とできる。

（２）果樹類
果樹類としては、マンゴー、パイナップル、イチジク、ブルーベリー、ラズベリー、ブラックベリー、ボイセンベリー、ブドウ、ユスラウメ、クランベリー、ハスカップ、スグリ、フサスグリ、パパイア、パッションフルーツ、ドラゴンフルーツ等が挙げられる。

（３）穀類
穀類としては、アマランサス、アワ、エンバク、オオムギ、キビ、コムギ、コメ、モチゴメ、ソバ、トウモロコシ、ハトムギ、ヒエ、ライムギが例示できる。

（４）コケ類など
コケ類としては、マゴケ綱に属するコケ類が含まれる。例えば、エゾスナゴケ（Racomitrium japonicum）等、いわゆる砂苔と称される、キボウシゴケ目（Grimmiales）ギボウシゴケ科シモフリゴケ属のコケ類が挙げられる。

また、観賞用植物類としては、バラ、ミニバラ、リンドウなどに加えて、種々の観葉植物が栽培対象とできる。

＜実施例１＞
本実施例では、赤色光環境下において高い演色性を示し得る照明具光源を検討した。

赤色照射光の光源には、昭和電工株式会社製品番号ＨＲＰ−３５０Ｆアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン系発光ダイオード（ピーク波長662nm、半値幅16.5nm、色温度7841K、色度座標（0.72, 0.28）、平均演色評価数-81）を想定した。

上記照射光光源に対して合成光の演色性が９０以上となる照明具光源をシミュレーションした。結果を図６に示す。図（Ａ）は照射光光源のスペクトル、（Ｂ）は照明具光源のスペクトル、（Ｃ）は合成光のスペクトルを示す。

ピーク波長510nm、ガウシアンデルタ55nm、半値幅130nm、色温度8004K、色度座標（0.28, 0.36）、平均演色評価数72の光源（（Ｂ）参照）と照射光光源との合成光は、色温度6523K、色度座標（0.31, 0.36）、平均演色評価数92となった（（Ｃ）参照）。

シミュレーションの結果、スペクトル幅の広い緑色光源が、赤色照射光との合成光の演色性に優れ、赤色光環境下における照明具光源として適切であることが分かった。

＜実施例２＞
本実施例では、青色光環境下において高い演色性を示し得る照明具光源を検討した。

青色照射光の光源には、昭和電工株式会社製品番号ＧＭ２ＬＲ４５０Ｇの発光ダイオード（ピーク波長448nm、半値幅21.0nm、色温度1745K、色度座標（0.16, 0.02）、平均演色評価数-69）を想定した。

上記照射光光源に対して合成光の演色性が９０以上となる照明具光源をシミュレーションした。結果を図７に示す。図（Ａ）は照射光光源のスペクトル、（Ｂ）は照明具光源のスペクトル、（Ｃ）は合成光のスペクトルを示す。

ピーク波長520nm、ガウシアンデルタ55nm、半値幅130nmの光源と、ピーク波長620nm、ガウシアンデルタ50nm、半値幅118nmの光源と、のピーク強度比１：１の混合光源であって、色温度4009K、色度座標（0.40, 0.45）、平均演色評価数85の光源（（Ｂ）参照）と照射光光源との合成光は、色温度6195K、色度座標（0.32, 0.31）、平均演色評価数91となった（（Ｃ）参照）。

シミュレーションの結果、スペクトル幅の広い緑色光源と橙色光源との混合光源が、青色照射光との合成光の演色性に優れ、青色光環境下における照明具光源となり得ることが分かった。

＜試験例１＞
本発明に関連して、生育時の光環境の異なる試験群１〜８を用意し、これらを比較することによって、人工光の照射パターンと植物への生長促進効果との相関を検証した。

Ａ．材料と方法
（材料）
本試験例では、生育状態の観察対象としてリーフレタス（品種：サマーサージ）を用いた。まず、リーフレタスの種子を６粒、育成ピートバンに等間隔に播種し、蛍光灯下（１２時間日長）において発芽させた。播種から発芽までの３日間は、何れの試験群においても、同一の光環境下に置いた。
発芽後、レタスは、光環境の異なる各々の人工気象器内に置き、２１日間生育させた。人工気象器の環境は、光照射条件以外、全て同一として、気温２５〜２７℃、湿度５０％とした。

（光源）
本試験例の光環境のための光源には、赤色ＬＥＤ（中心波長：６６０ｎｍ、昭和電工製ＨＲＰ−３５０Ｆ）、赤色ＬＥＤ（中心波長：６３５ｎｍ、昭和電工製ＨＯＤ−３５０Ｆ）青色ＬＥＤ（中心波長：４５０ｎｍ、昭和電工製ＧＭ２ＬＲ４５０Ｇ）、白色ＬＥＤ（近紫外４０５ｎｍ励起、京セラ製ＴＯＰ−Ｖ５０００Ｋ）の、３種類のＬＥＤ及び蛍光灯を用いた。各ＬＥＤの１セットの実装数は、赤色ＬＥＤが６６０ｎｍ、６３５ｎｍ共に各２４０個、青色ＬＥＤが２４０個、白色ＬＥＤが１２８個である。

各光源を用いて、表１に示す試験群１〜１０の光環境を作った。光源の光量は、光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ、μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１）で、育成ピートバンの中心部において約１４０μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１（試験群８のみ約８０μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１）になるように調節した。複数の波長の光を同時に照射、又は交互に照射する場合は、各照射光のＰＰＦＤの合計が約１４０μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１になるように調整した。試験群１〜１０の光環境における光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ、μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１）は、育成ピートバンに入った土壌表面付近の高さにおける、５点の平均値により示した。また、各試験群の光環境、照射光及び照射パターンの詳細については、以下に説明する。

（試験群１）
本試験群では、レタスに、赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）を１２時間ずつ交互に照射した。本試験群においては、何れの光も照射しない時間は設けていない。

本試験群における光環境は、赤色光（６６０ｎｍ）についてはＰＰＦＤが平均８０．７μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。青色光（４５０ｎｍ）については、ＰＰＦＤが平均５６．４μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。

（試験群２）
本試験群では、レタスに、赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）を１２時間同時に照射し、その後１２時間は、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

（試験群３）
本試験群では、レタスに、赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）を２４時間同時に照射した。本試験群においては、何れの光も照射しない時間は設けていない。

本試験群における光環境は、赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）との合計で、ＰＰＦＤが平均１４５．３μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。なお、試験群２についても同様である。

（試験群４）
本試験群では、レタスに、赤色光（６３５ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）を１２時間ずつ交互に照射した。本試験群においては、何れの光も照射しない時間は設けていない。

（試験群５）
本試験群では、レタスに、赤色光（６３５ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）を１２時間同時に照射し、その後１２時間は、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

（試験群６）
本試験群では、レタスに、赤色光（６６０ｎｍ）のみを１２時間照射し、その後１２時間、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

本試験群における光環境は、ＰＰＦＤが平均１３９．３μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。

（試験群７）
本試験群では、レタスに、赤色光（６３５ｎｍ）のみを１２時間照射し、その後１２時間、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

本試験群における赤色光（６３５ｎｍ）のＰＰＦＤは、試験群６と同程度である。

（試験群８）
本試験群では、レタスに、青色光（４５０ｎｍ）のみを１２時間照射し、その後１２時間、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

本試験群における光環境は、ＰＰＦＤが平均８４．１μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１、であった。

（試験群９）
本試験群では、レタスに、白色光（４０５ｎｍ励起）のみを１２時間照射し、その後１２時間、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

本試験群における光環境は、ＰＰＦＤが平均１４２．０μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。

（試験群１０）
本試験群では、レタスに、蛍光灯のみを１２時間照射し、その後１２時間、何れの光も照射しない時間を設け、これを繰り返した。

本試験群における光環境は、ＰＰＦＤが平均１３９．８μｍｏｌｍ^‐２ｓ^‐１であった。

Ｂ．結果
上述の試験群１〜１０は、発芽後、異なる光環境下で生育を開始し、７日後（種子の播種１０日後）、１４日後（播種１７日後）、２１日後（播種２４日後）の各々の時点で、生育状態を観察、測定し、試験群間の比較を行った。

（生育７日後）
図８は、異なる光環境下で生育を開始してから７日後の各々の試験群の生育状態を写真で示す。また、表２には、同時点の、各試験群における、茎長（ｍｍ）、第１葉長（ｃｍ）、本葉数（枚）、葉幅長（ｃｍ）の測定結果を示す。各項目の測定値は、同一の育成ピートバン内に播種された、６サンプルの「平均値」又は「最小値−最大値」を記載している。

図８及び表２に示されるように、生育７日後において、試験群１の赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）の交互照射下のレタスは、他の試験群に比べ、第１葉長と葉幅長が長いことが示された。

（生育１４日後）
図９は、異なる光環境下で生育を開始してから１４日後の各々の試験群の生育状態を写真で示す。なお、各写真において、育成ピートバンの大きさは同一である。また、表３には、同時点の、各試験群における、茎長（ｍｍ）、第１葉長（ｃｍ）、本葉数（枚）、葉幅長（ｃｍ）の測定結果を示す。各項目の測定値は、表２と同様、６サンプルの「平均値」又は「最小値−最大値」を記載している。

図９及び表３から、生育１４日後において、試験群１の赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）の交互照射下のレタスは、他の試験群と比較して、第１葉長が長いという特徴が見られた。また、試験群１の本葉数は、他の試験群と比べ、１、２枚程度多かった。

（生育２１日後）
図１０は、異なる光環境下で生育を開始してから２１日後の各々の試験群の生育状態を写真で示す。なお、各写真において、育成ピートバンの大きさは同一である。また、表４は、同時点の各試験群における、地上部新鮮重（ｇ）、地上部乾燥重（ｇ）、本葉数（枚）、茎長（ｃｍ）、葉身長（ｃｍ）、葉幅長（ｃｍ）、葉柄長（ｃｍ）について、試験群１０（蛍光灯下）の生育結果を１００％とした、比較結果を示す。各項目の測定値は、表２と同様、６サンプルの「平均値」を記載している。

表４において、試験群１の赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）の交互照射下のレタスは、地上部新鮮重が、試験群１０（蛍光灯下）に比べ２倍以上重くなった。また、試験群４の赤色光（６３５ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）の交互照射下のレタスも、地上部新鮮重が試験群１０と比べ、２倍程度であった。一方、試験群２及び５の赤色光と青色光の同時照射のレタスは、地上部新鮮重が試験群１０に比べて重いものの、交互照射を行った試験群１や試験群４には及ばなかった。また、試験群３の赤色光（６６０ｎｍ）と青色光（４５０ｎｍ）２４時間同時に照射したレタスの地上部新鮮重は、照射時間が半分である試験群２の重量と同程度であった。この結果から、赤色光と青色光の交互照射は、植物の生長を促進することが示された。

試験群１の本葉数は、生育１４日後と異なり、２１日後の時点では、試験群２や試験群１０と同程度であった。これは、試験群１における葉数を増やす生長が、生育１４日後から２１日後の間で停滞状態に達したためであると考えられる。
試験群１及び試験群４では、葉身長と葉幅長が試験群１０に比べ長かった。この傾向は試験群２、３及び５の赤色光と青色光との同時照射条件でのレタスでは認められなかった。一方、試験群２及び試験群５においては、茎長が試験群１０に比べ長かった。この結果から、赤色光と青色光の交互照射では、同時照射に比して、茎の徒長を抑止しつつ葉の生長のみを促進できることが示された。

表５は、異なる光環境下で生育を開始してから２１日後の各々の試験群の、地上部新鮮重（ｇ）及び地上部乾燥重（ｇ）における同化器官（ｇ）及び非同化器官（ｇ）の各々全重量における割合（％）と、乾燥重（ｇ）の新鮮重（ｇ）に対する割合（％）と、を示している。

試験群１における地上部新鮮重及び地上部乾燥重は、試験群２群に比べ、同化器官の割合が高い結果となった。また、試験群４は、試験群５に比べ、同化器官の割合が、地上部新鮮重において高かった。この結果は、表４に示した、試験群１及び試験群４における葉部分の生長促進の結果及び図１０における生育状態の観察結果と一致する。

Ｃ．まとめ
本試験例の結果から、赤色光と青色光の交互照射は、植物の生長を促進することが示された。また、前記交互照射は葉の生長を促進する一方、茎の徒長は促進しないことが示された。この効果は、赤色光と青色光の同時照射や、いずれか一方の単独照射下においては再現されず、赤色光と青色光の交互照射によってのみ得られることが明らかとなった。

本発明に係る植物栽培システムによれば、簡便な手法によって植物の生長を促進し、単位時間あたりの収穫回数及び収穫量などを増加させることができる。また、特定波長域の光の照射下で栽培される植物を、白色光の照射下と同様に観察することができる。このため、本発明に係る植物栽培システム等は、葉菜類、果実及び穀類などの人工栽培に好適に用いられ得る。

Ａ：栽培植物観察用照明具、１：本体、２：電源、３：照明部、４１：青緑発光素子、４２：赤発光素子、４３：緑発光素子、５：レンズ、６：反射板、７：切換スイッチ、８１，８２，８３：調節つまみ、８１１，８２１，８３１：可変抵抗、８２２：制限抵抗、Ｓ_１：赤色光照射ステップ、Ｓ_２：青色光照射ステップ、Ｓ_３：同時照射ステップ、Ｓ_４：休止ステップ、Ｃ_１、Ｃ_２：サイクル

Claims

発光波長域が異なる複数の光源を含む照明部と、
発光する光源を切り換え可能な波長選択部と、を備え、
所定波長域の照射光による照射環境下の植物に対して、前記光源のうち前記照射光の波長域と異なる発光波長域の光源を選択的に発光させられるように構成された栽培植物観察用照明具、及び
赤色光照射ステップと青色光照射ステップとを一定期間内に別個独立に交互に連続して実行する植物照射装置
を含む植物栽培システムであって、
前記栽培植物観察用照明具は、
前記発光波長域が異なる複数の光源が、発光中心波長５０５〜５１５ｎｍかつ半値幅１３０ｎｍ以上の青緑光源、及び発光中心波長５１５〜５２５ｎｍかつ半値幅１３０ｎｍ以上の緑光源と発光中心波長６１５〜６２５ｎｍかつ半値幅１１５ｎｍ以上の赤光源とがピーク強度比１：１で合成された光源からなり、
前記所定波長域の照射光が赤色光のときに、前記波長選択部により前記青緑光源に切り換え、
前記所定波長域の照明光が青色光のときに、前記波長選択部により前記緑光源と赤光源とが合成された光源に切り換え可能である、
前記植物栽培システム。
前記照明部は、赤色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる赤色光照射環境用光源と、青色光との合成光が色温度５０００〜７０００Ｋかつ平均演色評価数９０以上となる青色光照射環境用光源と、を含む請求項１記載の植物栽培システム。
前記光源の発光強度を調整するための強度調節部を有する請求項１又は２に記載の植物栽培システム。
前記照明部は、前記光源の光を平行光線として出射させる反射板を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の植物栽培システム。
前記光源は、ＬＥＤである請求項１〜４のいずれか一項に記載の植物栽培システム。