東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物・環境工学専攻

生物環境工学研究室

Bioenvironmental Engineering Lab
The University of Tokyo

研究テーマ

光植物学研究用LED人工太陽光光源システム

自然環境下での実用的な植物生産あるいは植物利用型の物質生産に応用可能な知見を得ようとすると、自然環境に近い分光分布の光を用いた研究が不可欠である。
そしてそのためには、種々の分光分布の光を作出可能で、しかも異なる分光分布の光を短い時間間隔で連続して作出可能な光源システムが必要となる。
そこで、光植物学研究で取り扱われる波長範囲について地表面における太陽光(以後、単に太陽光)の分光分布に近い光を作出可能であり、また異なる分光分布の光を短い時間間隔で連続して作出可能なLED人工光源システムの開発に2002年後半から着手した。

2013年には、直径30 mmの被照射面積に対してではあるが、380~940 nmの波長範囲について、快晴時の太陽光の放射照度(約750 W m-2)を実現可能で、かつ光源システムの操作性および制御性を備えた第2世代光源システムを開発するに至った。
第2世代光源システムは、苗などの小さな植物個体あるいは個葉を対象とすることに限定すれば、光植物学研究に十分利用可能な光源システムとなった。
2022年には、作出可能な最大放射照度が1.5 kW m-2)で、作出分光分布の高度な時間安定性を実現するなど、大幅な改良を施したシステムへとバージョンアップした。

主要な原著論文・講演要旨

富士原和宏, 澤多俊成 (2005) 波長組成制御可能な発光ダイオード擬似太陽光光源の開発, 農業環境工学関連7学会2005年合同大会講演要旨集, p.324. (第2号試作機)

Fujiwara, K. and T. Sawada (2006) Design and development of an LED-artificial sunlight source system prototype capable of controlling relative spectral power distribution. Journal of Light and Visual Environment 30(3): 170-176. (第3号試作機)

Fujiwara, K., T. Sawada, S. Goda, Y. Ando and A. Yano (2007) An LED-artificial sunlight source system available for light effects research in flower science. Acta Horticulturae 755: 373-380. (第4号試作機)

Fujiwara, K. and A. Yano (2011) Controllable spectrum artificial sunlight source system using LEDs with 32 different peak wavelengths of 385-910 nm. Bioelectromagnetics 32(3): 243-252. (第5号試作機)

Fujiwara, K., K. Eijima and A. Yano (2013) Second-generation LED-artificial sunlight source system available for light effects research in biological and agricultural sciences. Proc. 7th LuxPacifica, pp.140-145. (第6号試作機 = 第2世代システム)

Fujiwara, K., S. Kubo, K. Eijima, R. Matsuda and A. Yano (2022) Improved LED artificial sunlight source system available for sunlight-effect research in plant sciences. Journal of Agricultural Meteorology 78(3): in press. (第7号試作機)

資料データ

図 1 LED人工太陽光光源システムの全景 (A)、光源ユニット (B) およびLEDモジュール (C) (Fujiwara et al., 2022 )

図2 LED人工太陽光光源システム制御用PCの分光分布作出・制御ソフトウエア操作主画面 (Fujiwara et al., 2022 )

図3 全てのピーク波長LEDをそれぞれ標準順電圧を印加して点灯したときの光照射口における分光放射照度分布(SID) (全LED光積算SID),参照用としての地表面における基準太陽光(IEC60904-3 ed.2)のSIDを移動平均で平滑化したSID (基準太陽光SID),およびそれぞれのピーク波長LEDを標準順電圧で点灯したときのSID (LED別SID) (Fujiwara et al., 2022)

図4 東京都内9月快晴日の6,8,10,12,14,および16時の地表面における分光放射照度分布(SID)実測値(目標光SID),およびLED人工太陽光光源システムで作出したそれぞれの時刻のSIDに対する最良近似SID (作出光SID) (Fujiwara et al., 2022)

図7 種々の形状の分光放射照度分布(SID)(目標光SID) ,およびLED人工太陽光光源システムで作出したそれらのSIDに対する最良近似SID (作出光SID) (Fujiwara et al., 2022)