(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉空間を形成する育成容器内に設けられた保水性を有する支持体を用いて、植物を栽培する植物栽培装置であって、
上記育成容器の閉空間内の湿度を検出する湿度検出手段と、
上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内における上記支持体の含水率を検出する含水率検出手段と、
上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内の換気が可能な換気手段と、
上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内における上記支持体に水分を供給可能な給水手段と、
上記育成容器の外部に配置され上記湿度検出手段および上記含水率検出手段の検出結果に基づいて、上記換気手段および上記給水手段を制御する制御手段と、
を備えてなることを特徴とする植物栽培装置。
【請求項２】
上記育成容器の閉空間の外部から内部に向かって、植物育成用の光を照射する発光ダイオードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
上記育成容器の外部に配置され上記育成容器の閉空間内を撮影可能な監視カメラを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
上記含水率検出手段は、上記支持体に向けて赤外線を照射し、当該支持体から上記育成容器の外部に反射される赤外線の反射強度に基づいて上記支持体の含水率を検出する赤外線式水分計であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項５】
閉空間を形成する育成容器内に設けられた保水性を有する支持体を用いて、植物を栽培する植物栽培方法であって、
上記育成容器の閉空間内の湿度を検出すると共に、上記育成容器の閉空間内における上記支持体の含水率を上記育成容器の外部から検出し、それらの検出結果に基づいて、上記育成容器の外部に配置された換気手段による上記閉空間内の換気動作、および上記育成容器の外部に配置された給水手段による上記閉空間内における上記支持体への水分の供給動作を、上記育成容器の外部に配置された制御手段によって制御することを特徴とする植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に人工環境において、閉空間を形成する育成容器内に設けられた保水性を有する支持体によって植物を栽培する際に用いて好適な植物栽培装置および栽培方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、実験室等において栽培される研究用植物は、恒温恒湿槽などの内部に配置された透明プラスチック製の蓋付き容器を用い、その容器の内部にて栽培されていた。この場合、閉じられた容器内のガスは自然対流により循環され、植物への給水は容器の蓋を外してから人手により実施されるとともに、植物の育成状況の観察は、恒温恒湿槽などの扉を開けてから作業者によって直接的に実施され、また植物育成用の光は蛍光燈から供給されている。このように、植物への給水や観察等の作業は、全て作業者の手作業によって実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように作業者の手作業による植物の栽培は、特に、長期育成試験の場合に、多大の手間を要するとともに、作業がきわめて煩雑になるという問題点があった。また、特に宇宙船内等の狭い作業空間を強いられる人工環境において植物の育成試験を行なう場合には、恒温高湿槽が大型となるために、不適当であるという問題点があった。
【０００４】
さらに、閉じられた容器内のガスの循環が自然対流にまかされているだけであるため、発生ガスが容器内に蓄積する懸念があった。また、給水のために容器の蓋を外したときに、空気中の藻胞子などの侵入による汚染の危険性があった。加えて、植物育成用の光を発生する蛍光燈の熱線によって、容器内の温度が上昇する危険性もあった。この現象は、特に無重力で自然対流のない宇宙環境において顕著である。
【０００５】
本発明は、上記従来の植物栽培装置が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、人工環境下の閉空間内において、作業者に負担をかけることなく、均一な雰囲気下において植物を育成することができる植物栽培装置および栽培方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係る植物栽培装置は、閉空間を形成する育成容器内に設けられた保水性を有する支持体を用いて、植物を栽培する植物栽培装置であって、上記育成容器の閉空間内の湿度を検出する湿度検出手段と、上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内における上記支持体の含水率を検出する含水率検出手段と、上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内の換気が可能な換気手段と、上記育成容器の外部に配置され上記閉空間内における上記支持体に水分を供給可能な給水手段と、上記育成容器の外部に配置され上記湿度検出手段および上記含水率検出手段の検出結果に基づいて、上記換気手段および上記給水手段を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明が、さらに上記育成容器の閉空間の外部から内部に向かって、植物育成用の光を照射する発光ダイオードを備えていることを特徴とするものである。請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の育成容器の外部に配置され閉空間内を撮影可能な監視カメラを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の含水率検出手段は、上記支持体に向けて赤外線を照射し、当該支持体から上記育成容器の外部に反射される赤外線の反射強度に基づいて上記支持体の含水率を検出する赤外線式水分計であることを特徴とするものである。
【０００９】
次いで、請求項５に記載の本発明に係る植物栽培方法は、閉空間を形成する育成容器内に設けられた保水性を有する支持体を用いて植物を栽培する植物栽培方法であって、上記育成容器の閉空間内の湿度を検出すると共に、上記育成容器の閉空間内における上記支持体の含水率を上記育成容器の外部から検出し、それらの検出結果に基づいて、上記育成容器の外部に配置された換気手段による上記閉空間内の換気動作、および上記育成容器の外部に配置された給水手段による上記閉空間内における上記支持体への水分の供給動作を上記育成容器の外部に配置された制御手段によって制御することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の植物栽培装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図中符号Ａは、植物栽培実験部である。この植物栽培実験部Ａ内には、閉空間を形成する透光性の育成容器１が備えられており、この育成容器１内に収容された保水性を有する支持体２を用いて、植物Ｐが育成される。
【００１１】
この支持体２としては、土壌の他、ロックウールやオアシス（商品名：日本曹達株式会社製）などの繊維状体を用いることができる。また、符号３は、閉空間を形成したままの育成容器１内の温度と湿度を検出する温湿度センサであり、この温湿度センサ３によって検出された温度および湿度の検出信号は、制御用コンピュータ（制御手段）Ｂに接続された回路基板４に入力される。この温湿度センサ３において、育成容器１内の湿度を検出する機能部分は、湿度検出手段を構成する。さらに符号５は、育成容器１の内部と外部との間の換気路中に備えられた換気ポンプであり、閉空間を形成したままの育成容器１内を換気可能な換気手段を構成している。
【００１２】
この換気ポンプ５は、育成容器１の外部に配置されており、回路基板４から出力される制御信号に基づいて制御される。また、符号６は、育成容器１内の支持体２と水槽７との間の給水路中に備えられた給水ポンプであり、閉空間を形成したままの育成容器１内の支持体２に対して給水が可能な給水手段を構成している。この給水ポンプ６は、育成容器１の外部に配置されており、回路基板４から出力される制御信号に基づいて制御される。水槽７内には、水の他、栄養液が入っていてもよい。
【００１３】
そして、育成容器１の側部には、含水率検出手段としての赤外線式水分計８が育成容器１の外部に配設され、閉空間を形成したままの育成容器１内の支持体２に向けて赤外線を照射し、支持体２から反射された赤外線を育成容器１の外部にて検出して、その検出結果に基づいて支持体２の含水率を検出する。上記支持体２は、その含水量の増大に伴なって赤外線の吸収量が増大するため、赤外線式水分計８は、支持体２における赤外線の反射強度から、支持体２の含水量を検出する。例えば、赤外線式水分計８に、支持体２における赤外線の反射強度に応じた電圧を出力する受光素子を用いることにより、その出力電圧を支持体２の含水率の検出信号とすることができる。そして、含水率の検出信号は回路基板４に入力される。
【００１４】
さらに、育成容器１の上方には、育成容器１の外部に隔離された育成用ＬＥＤ照明ユニット９が設けられており、この育成用ＬＥＤ照明ユニット９には、熱線を発生することなく植物育成用の光を発する育成用発光ダイオード（ＬＥＤ）が備えられている。この育成用ＬＥＤ照明ユニット９から発せられる育成用の光は、閉空間を形成したままの育成容器１を透過して、その内部に供給されるようになっている。ここで、育成用発光ダイオードは、回路基板４から出力される制御信号に基づいて制御される。
【００１５】
また、育成容器１の外部には、隔離された位置に観察用白色ＬＥＤユニット１０が配設されており、この観察用白色ＬＥＤユニット１０には、熱線を発生することなく観察用の照明光を発する観察用発光ダイオード（ＬＥＤ）が備えられている。その観察用の照明光は、閉空間を形成したままの育成容器１を透過して、その内部に照射される。また、観察用発光ダイオードは、回路基板４から出力される制御信号に基づいて制御される。なお、符号１１は、閉空間を形成したままの育成容器１の内部を撮影可能なＣＣＤカメラ（監視カメラ）であり、その動作は、回路基板４から出力される制御信号に基づいて制御され、得られた映像信号は観察用テレビモニタＣに入力される。ＣＣＤカメラ１１は、育成容器１の外部に配置されている。
【００１６】
次に、以上の構成からなる植物栽培装置を用いた本発明の植物栽培方法の一実施形態について説明する。
先ず、コンピュータＢは、テレビモニタＣによる育成容器１内の観察時に、観察用白色ＬＥＤユニット１０を制御して観察用の照明光を育成容器１内に照射させるとともに、温湿度センサ３および水分計８の検出信号に基づいて、育成容器１を閉じたまま、換気ポンプ５、給水ポンプ６、および育成用ＬＥＤ照明ユニット９を関連的に制御する。
【００１７】
すなわち、温湿度センサ３によって検出された育成容器１内の湿度に基づいて、換気ポンプ５を運転制御する。この結果、育成容器１内の湿度を一定に保つように換気することができる。その換気の際には、育成容器１内のガスが強制的に交換されるため、育成容器１内における発生ガスの蓄積が防止される。また、このような換気によって育成容器１内の湿度を制御する時には、フィルター等を用いて、育成容器１の外部から内部への藻胞子等の吸い込みを防止する。
【００１８】
さらに、水分計８によって検出された支持体２の含水率に基づいて、給水ポンプ６を運転制御する。この結果、支持体２の含水率を一定に保つように給水することができる。また、育成容器１を開放することなく給水できるため、給水時に育成容器１を開放した場合の問題、つまり育成容器１の内部が外気との接触により汚染されて、藻胞子等が侵入するという問題を回避することができる。
【００１９】
また、育成用ＬＥＤ照明ユニット９は、育成容器１から隔離された位置において、熱線を発生することなく育成用の光を発するため、育成容器１内の温度を上昇させることなく育成用の光を供給することになる。同様に、観察用白色ＬＥＤユニット１０は、育成容器１から隔離された位置において、熱線を発生することなく観察用の照明光を発するため、育成容器１内の温度を上昇させることなく観察用の照明光を供給する。
【００２０】
このように、育成容器１を開放することなく、それを閉じたまま、植物Ｐの育成環境を自動制御することができる。また、その植物Ｐの映像をテレビモニタＣに表示することにより、植物Ｐの育成環境を乱すことなく、その植物Ｐを観察することができる。また、コンピュータＢには、このように植物Ｐの育成環境を制御するための最適なパラメータとして、植物栽培実験部Ａの運転パラメータが入力される。また、コンピュータＢは、育成容器１内の環境の検出データ、および育成容器１の運転データなどを記録してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４のいずれかに記載の本発明に係る植物栽培装置および請求項５に記載の栽培方法によれば、閉空間を形成する生育容器内に設けられた保水性を有する支持体を用いて植物を栽培する際に、育成容器内の湿度と支持体の含水率の検出結果に基づいて、育成容器内の換気動作および支持体への水分の供給動作をすることにより、作業者に負担を掛けることなく、育成容器内の湿度および支持体の含水率を一定に保つように育成環境を自動制御することができる。また、育成容器を閉じたまま育成環境を自動制御することにより、育成容器の内部が外気に触れることによる汚染を防止することができ、しかも育成容器内の換気動作により、育成容器内における発生ガスの蓄積を防止することができる。
【００２２】
また、植物育成用の光を供給するために発光ダイオードを用いることにより、育成容器内の温度を上昇させることなく育成用の光を供給して、育成環境をより安定化させることができるとともに、育成容器の閉空間内を撮影可能な監視カメラを備えることにより、育成容器を閉じたまま、その内部を観察することができる。さらに、支持体の含水率を検出するために、支持体から育成用の外部に反射される赤外線の反射強度を検出する赤外線式水分計を用いることにより、育成容器を閉じたまま、支持体の含水率を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１  育成容器
２  支持体
３  温湿度センサ
４  回路基板
５  換気ポンプ
６  給水ポンプ
７  水槽
８  赤外線式水分計
９  育成用ＬＥＤ照明ユニット
１０  観察用白色ＬＥＤユニット
１１  ＣＣＤカメラ（監視カメラ）
Ａ  植物栽培実験部
Ｂ  制御用コンピュータ（制御手段）
Ｃ  観察用テレビモニタ
Ｐ  植物
【図１】
0003650789.tif 000002