(57)【要約】      （修正有）【課題】植物の葉面に適切な光量を照射できるようにした植物栽培装置を提供する。【解決手段】植物１が植え込まれる植込部４と、植込部４へ第一方向から光を照射する光照射部３と、前記第一方向から視た場合において植込部４が植物１に覆われずに露出する露出率が低くなるほど、光照射部３の照射強度の設定値を高くする強度設定部３１と、を備える。【選択図】図１
2019198256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物が植え込まれる植込部と、
前記植込部へ第一方向から光を照射する光照射部と、
前記第一方向から視た場合において前記植込部が前記植物に覆われずに露出する露出率Ｐｘが低くなるほど、前記光照射部の照射強度の設定値ＩＳｘを高くする強度設定部と、を備える
植物栽培装置。
【請求項２】
前記光照射部の照射強度が前記設定値ＩＳｘとなるように、前記光照射部の出力を調整する照明調整部をさらに備える
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記強度設定部は、
前記植物の一部であって前記光照射部と前記植込部との間の栽培空間に配置される栽培対象部の背丈ｈｘが高くなるほど、前記設定値ＩＳｘを低くする
請求項１又は２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記第一方向から前記植込部を撮像する第一撮像部と、
前記第一方向と交差する第二方向から、前記栽培空間を撮像する第二撮像部と、をさらに備え、
前記強度設定部は、
前記第一撮像部の撮像情報に基づいて、前記植込部が前記植物に覆われずに露出している露出部の面積である露出面積を求め、前記露出面積と、前記第一撮像部の撮像範囲の面積である撮像面積と、の比を、前記露出率Ｐｘとして取得し、
前記第二撮像部の撮像情報に基づいて前記背丈ｈｘを取得する
請求項３に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
前記第一方向から前記植込部を撮像する第一撮像部をさらに備え、
前記強度設定部は、
前記露出率Ｐｘと前記背丈ｈｘとの相関関係を記憶し、
前記第一撮像部の撮像情報に基づいて、前記植込部が前記植物に覆われずに露出している露出部の面積である露出面積を求め、前記露出面積と、前記第一撮像部の撮像範囲の面積である撮像面積と、の比を、前記露出率Ｐｘとして取得し、
前記相関関係にしたがって、前記露出率Ｐｘから前記前記背丈ｈｘを取得する
請求項３に記載の植物栽培装置。
【請求項６】
前記第一方向と交差する第二方向から、前記栽培空間を撮像する第二撮像部をさらに備え、
前記強度設定部は、
前記露出率Ｐｘと前記背丈ｈｘとの相関関係を記憶し、
前記第二撮像部の撮像情報に基づいて前記背丈ｈｘを取得し、
前記相関関係にしたがって、前記背丈ｈｘから前記露出率Ｐｘを取得する
請求項３に記載の植物栽培装置。
【請求項７】
前記強度設定部は、前記背丈ｈｘと前記露出率Ｐｘとに加え、それぞれ予め記憶した距離Ｈ、基準露出率Ｐａ、基準高さｈａ、目標光量Ｉａ、基準照射強度Ｌａ、及び、基準光量Ｉｆとを使用して、前記設定値ＩＳｘを下式（１）より設定する
請求項３〜６の何れか一項に記載の植物栽培装置。
【数１】
2019198256.tif 000008
ここで、前記距離Ｈは前記光照射部と前記植込部との距離であり、前記基準露出率Ｐａは基準時間Ｔａでの前記露出率Ｐｘであり、前記基準高さｈａは前記基準時間Ｔａでの前記背丈ｈｘであり、前記目標光量Ｉａは、前記栽培空間における前記基準時間Ｔａ且つ前記基準高さｈａでの光量Ｉｘであり、前記基準照射強度Ｌａは前記基準時間Ｔａでの前記照射強度であり、前記基準光量Ｉｆは前記露出率Ｐｘが零となる時点での前記光量Ｉｘであり、前記基準時間Ｔａは、前記植物の栽培を開始してから前記露出率Ｐｘが零になるまでの時間内において選択された時点である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場等の室内において人工光源が発した光を植物に照射することによって植物を栽培する植物栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
栽培に必要な光として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの人工光源を使用して発生させた人工光を植物に照射する人工光型の植物栽培装置（以下、単に「装置」ともいう）の開発が進められている。そのような装置の多くで、人工光を効率よく利用するため、種々の工夫がなされている。具体的には、例えば、植物の地上部（植物を植え込む地表面部よりも上の部分。以下「植物地上部」ともいう）を含む空間を、反射板で囲ったり、地表面部を、白色の発泡スチロールなど光をよく反射する素材で形成したりする工夫がみられる。
【０００３】
植物地上部の成長は、大きく、水平方向への展開（成長）と、背丈の伸長（成長）と、に分けられる。人工光の照射により植物の栽培する植物栽培装置では、そのふたつの成長につれて、次のような現象がおこる。
（現象１）植物地上部（主には葉）が水平方向に展開することにより、植物栽培装置の地表面部が覆われ、植物地上部を含む空間内の反射光が減少して暗くなり、葉面に照射される光量が減少する。
（現象２）植物の背丈が高くなるにつれて、植物と人工光源との間の距離が小さくなり、葉面に照射される光量が増加する。
【０００４】
前者（現象１）は、植物の光合成速度の低下の原因となり、植物の成長の鈍化を招きうる。植物の成長速度は、植物栽培装置の日産を左右し、ひいては生産コストを大きく左右する。このため、植物の成長の鈍化は、植物栽培装置の使用者には重要な課題である。
【０００５】
一方、後者（現象２）は、過剰な人工光の照射によって葉の光呼吸を増加させて成長障害を誘引する他、結果的に必要以上の電力を無駄に消費させることとなり、これも生産コストを左右する。
【０００６】
すなわち、葉面に対する光量は、ふたつの成長（水平方向への展開、及び、背丈の伸長）の程度を鑑みて、調製される必要がある。
【０００７】
後者（現象２）の問題を解決することを目的に、特許文献１には、植物が成長している期間、植物の高さの情報を撮像によって得て、その情報から照射すべき光量を設定し、装置内に固定された光量検出部が、目標値と同値を示すまで光量を調整するという技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１７／００２３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、あくまで後者（現象２）の課題を解決することを目的にしており、植物地上部の水平方向の成長によって生じる葉面への光量の減少を考慮していない。このため、植物の成長過程で葉面への光量が不適切になる可能性がある。
【００１０】
また、レタスを始めとする葉菜類などの地上部が大きく成長する植物に対して、特許文献１に開示の技術を用いる場合、固定された光量検出部を備えるには、設計上の課題が生じる。つまり、光量検出部を、栽培されている植物に接触せず、植物の陰に入らず、かつ、葉面への光量と相関が取れるような適切な位置に固定しなければならない。
【００１１】
しかし、地上部が生い茂るような植物を大量に栽培するような場合、特に、同一仕様の装置を複数の異なる形状の植物へ適用することを想定している場合には、上述したような光量検出部の位置取りは実質的に困難である。つまり、複数の形状の異なる植物では、光量検出部の適切な位置が互いに異なり、位置が固定された光量検出部により、異なる形状の植物について葉面への光量を適切に検出することは困難である。このため、特許文献１に開示の技術を適用できる植物は、地上部の形状により限定されてしまう。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するもので、植物の葉面に適切な光量を照射できるようにした植物栽培装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の植物栽培装置は、植物が植え込まれる植込部と、前記植込部へ第一方向から光を照射する光照射部と、前記第一方向から視た場合において前記植込部が前記植物に覆われずに露出する露出率Ｐｘが低くなるほど、前記光照射部の照射強度の設定値ＩＳｘを高くする強度設定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、植物の水平方向の成長を鑑みた上で、葉面に照射される光量が目標光量となるように、光照射部の照射強度を調整でき、これによって、植物の葉面に過不足のない光量を照射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における植物栽培装置の全体構成を説明するための断面模式図
【図２】本発明の実施の形態１における植物栽培装置の垂直撮像部の撮像範囲を説明するための模式図であって、地表面部の平面図
【図３】本発明の実施の形態１における植物栽培装置の地上空間を、水平撮像部の撮像方向から視た模式図
【図４】植物の栽培を開始してからの経過時間と、地表面部の露出率との関係を示す図
【図５】植物の栽培を開始してからの経過時間と地上空間光量との関係を示す図
【図６】地表面部露出率と地上空間光量との関係を示す図
【図７】光照射部からの距離と葉面光量の関係を示す図
【図８】栽培経過時間に対する照射強度設定値を示す図
【図９】栽培経過時間と葉面光量との相関関係を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１における植物栽培装置の制御部の機能ブロック図
【図１１】本発明の実施の形態１における照射強度設定値の決定処理を説明するためのフローチャート
【図１２】本発明の実施の形態２における植物栽培装置の制御部の機能ブロック図
【図１３】本発明の実施の形態２における照射強度設定値の決定処理を説明するためのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る植物栽培装置について、図面を参照しながら説明する。以下に示す各実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１７】
なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。
【００１８】
［１．実施の形態１］
［１−１．植物栽培装置によって栽培される植物］
図１は、本発明の実施の形態１の植物栽培装置１００の全体構成を説明するための断面模式図である。図１に示される植物栽培装置１００を用いて栽培される植物１の例として、レタス等の葉菜類が挙げられる。ただし、植物栽培装置１００によって栽培され得る植物１は、これに限定されるものではなく、主に、栄養成長段階にある植物であって、その地上部（栽培対象部、ここでは主に葉であり以下「植物地上部」ともいう）が食用とされ、水耕栽培される。
【００１９】
［１−２．植物栽培装置の全体構成］
図１に示されるように、実施の形態１の植物栽培装置１００は、密閉された空間を構成する筐体２００内に設置されている。筐体２００には扉（図示省略）が設けられており、栽培作業をする者は、この扉を開閉して筐体２００内に出入りすることができる。
【００２０】
植物栽培装置１００は、地表面部４（植込部）により、地上空間２１（栽培空間）と地下空間２５とに分けられる。
【００２１】
地表面部４は、植物が植え込まれるものであり、貫通孔４Ａを有する板状のもので、白い発泡スチロールのような照射された光を反射しやすい素材で構成されている。貫通孔４Ａには、培地４１が挿入される。培地４１は浸透した水分を保持し得るスポンジなどで構成される。植物１において主に地下空間２５に配置される地下部（以下「植物地下部」ともいう）１Ｂの一部を包んだ培地４１が、貫通孔４Ａに挿入されることで、植物１は、地表面部４に固定される。
【００２２】
地下空間２５は、栽培槽５によって構成されている。栽培槽５には、培養液８が満たされている。培養液８は、ポンプ１２の動力によって、タンク１１から供給配管５Ａを介して栽培槽５に供給され、さらに、栽培槽５から排出配管５Ｂを介してタンク１１へと戻される。すなわち、培養液８は、栽培槽５とタンク１１との間を循環する。
【００２３】
なお、本実施の形態１の植物栽培装置１００は、ＤＦＴ（Ｄｅｅｐ  Ｆｌｏｗ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）に適用したものを一例として示しているが、本発明は、ＤＦＴへの適用に限定されるものではない。本発明は、例えばＮＦＴ（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ  Ｆｉｌｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）にも適用できる。
【００２４】
地上空間２１は、上部が上面反射板６により、側部が側面反射板７により囲われるようにして構成されている。上面反射板６の地上空間２１に向かう面には、照明支持部３５を介して（本実施の形態１では一対の）光照射部３が固定されている。光照射部３は、植物地上部１Ａに光（人工光）を照射する。
【００２５】
植物栽培装置１００は、地表面部４を植物地上部１Ａの上側から（第一方向から）撮像する垂直撮像部９１（第一撮像部）を備えている。垂直撮像部９１は、上面反射板６の下面に固定されている。本実施の形態１では、一対の光照射部３の相互間において、上面反射板６の下面の幅方向中央（図１の紙面左右方向中央）に配置されている。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１における地表面部４の平面図である。図２に示される垂直撮像部撮像範囲（以下、単に「撮像範囲」ともいう）９２は、垂直撮像部９１の撮像範囲である。すなわち、撮像範囲９２は、垂直撮像部９１が取得する画像データ（撮像情報）の範囲である。
【００２７】
この撮像範囲９２は、少なくとも一個体の植物地上部１Ａの全体を含むように、望ましくは地表面部４に植えられた複数個体の植物地上部１Ａの全部を含むように設定され、地表面部４の全体に亘る範囲あるいは地表面部４の一部だけに亘る範囲として設定される
【００２８】
図１に示すように、植物栽培装置１００は、地上空間２１ひいては植物地上部１Ａを水平方向（第一方向と交差する第二方向）から撮像する水平撮像部９５（第二撮像部）をさらに備えている。水平撮像部９５は、側面反射板７の内側面に固定されている。
【００２９】
図３を参照して水平撮像部９５について更に説明する。図３は、水平撮像部９５の撮像方向から地上空間２１を視た模式図である。図３に示すように、水平撮像部９５は、植物１の背丈ｈｘ（詳しくは地表面部４の上面を基準とする植物地上部１Ａの背丈）を含む範囲の画像データ（撮像情報）を取得する。なお、図３中の符合「Ｈ」は、地表面部４と光照射部３との距離を示す。
【００３０】
垂直撮像部９１及び水平撮像部９５は、それぞれ一般的に使用されているビデオカメラである。ただし、垂直撮像部９１及び水平撮像部９５は、それぞれ、植物１を周囲の物体から識別できるものであれば、ビデオカメラに限らず、例えば赤外線カメラなどでもよい。
【００３１】
植物栽培装置１００は、図１に示すように制御部３０をさらに備える。制御部３０は、垂直撮像部９１及び水平撮像部９５から画像データを取得し、後述するように、垂直撮像部９１の画像データから地表面部露出率Ｐｘを検出し、水平撮像部９５の画像データから背丈ｈｘを検出する。
【００３２】
［１−３．制御部の構成及び照射強度設定値の決定方法］
制御部３０は、光照射部３の制御を実行するためのプログラムがインストールされたコンピュータである。図１に示すように、制御部３０は、強度設定部３１と、照明調整部３２と、を備えて構成される。
【００３３】
強度設定部３１は、植物１の成長過程のそれぞれの時点、すなわち植物栽培装置１００による植物１の栽培の開始後の任意の時点における光照射部３の照射強度設定値ＩＳｘを、下式（１）によって決定する。
【００３４】
【数１】
2019198256.tif 000003
【００３５】
この式（１）における背丈ｈｘ，地表面部露出率（以下「露出率」ともいう）Ｐｘ，距離Ｈ，基準高さｈａ，目標光量Ｉａ，基準面積率Ｐａ，基準光量Ｉｆ及び基準照射強度Ｌａは下表の通りである。
【００３６】
【表１】
2019198256.tif 000004
【００３７】
すなわち、背丈ｈｘは上述の通り植物地上部１Ａの背丈である（図３参照）。露出率Ｐｘは、植物１に覆われずに露出している地表面部４の面積の比率であって、詳しくは、垂直撮像部９１の撮像範囲９２（図２参照）の面積（撮像面積）に対する、植物１に覆われずに露出している地表面部４の面積（露出面積）の比率である。距離Ｈは、上述したとおり光照射部３と地表面部４との距離（図３参照）である。基準高さｈａは、基準となる経過時間Ｔａ（以下「基準時間Ｔａ」ともいう）における植物地上部１Ａの背丈ｈｘである。目標光量Ｉａは、基準高さｈａで測定された地上空間２１の光量（以下「地上空間光量」ともいう）Ｉｘの内、基準時間Ｔａでの地上空間光量である。基準露出率Ｐａは基準時間Ｔａにおける露出率Ｐｘである。基準照射強度Ｌａは、基準時間Ｔａにおける光照射部３の照射強度設定値ＩＳｘである。基準光量Ｉｆは露出率Ｐｘが０（零）となる時の地上空間光量Ｉｘである。基準時間Ｔａの決定方法については後述する。
【００３８】
上式（１）を使用して決定されることで、照射強度設定値ＩＳｘは、露出率Ｐｘが低くなるほど高い値に設定され、植物１の地上空間部１Ａの背丈ｈｘが高くなるほど低い値に設定される。
【００３９】
以下、上式（１）についてさらに説明する。
【００４０】
図２中の斜線部は、垂直撮像部９１から視た場合において、植物地上部１Ａに覆われていない地表面部４の露出部を示す。地表面部４の所定範囲内における露出部の面積Ａ１の、当該所定範囲の面積Ａ０に対する比率を地表面部露出率Ｐｘ（＝Ａ１／Ａ０）としている。本実施の形態１では、当該所定範囲は撮像範囲９２である。露出率Ｐｘは、植物地上部１Ａの水平方向の成長、すなわち葉の展開に応じて小さくなり、やがて０（零）となる値である。
【００４１】
図４は、植物１の栽培を開始してからの経過時間（以下「栽培経過時間」ともいう）Ｔｘと、露出率Ｐｘとの関係を示す図である。図４に示されるように、露出率Ｐｘは、経過時間Ｔｘが、Ｐｘ＝０となる経過時間Ｔｆとなるまで、経過時間Ｔｘが進むにしたがって直線的に減少する。ここで基準時間Ｔａにおける露出率Ｐｘが上述のとおり目標露出率Ｐａに設定される。基準時間Ｔａは、植物１の栽培を始めてから、露出率Ｐｘが０（零）となるまでの期間Ｙに属する時点である。基準時間Ｔａは、この期間Ｙの範囲内において、露出率Ｐｘ、地上空間光量Ｉｘ、植物地上部１Ａの背丈ｈｘ（すなわち基準露出率Ｐａ、目標光量Ｉａ、基準高さｈａ）の値を実測や解析によって得ることができる時点を任意に選択すれば良い。
【００４２】
ただし、垂直撮像部９１の画像データから露出率Ｐｘを検出する場合、露出率Ｐｘの検出値の誤差が大きいため、基準時間Ｔａに、露出率Ｐｘが１００％または０％に近い値となる時点を選択することは推奨されない。本実施の形態１では、１０％≦Ｐｘ≦９０％の範囲で許容できる露出率Ｐｘの検出精度が確認された。本実施の形態１では、基準時間Ｔａを栽培開始から１日経過時とし、この基準時間Ｔａでの露出率Ｐｘすなわち基準露出率Ｐａはおよそ８０％であった。
【００４３】
図５に、植物１の栽培を開始してからの経過時間Ｔｘと、地上空間光量Ｉｘとの関係を示す。この地上空間光量Ｉｘは上述のとおり基準高さｈａで測定した地上空間２１の光量である。言い換えれば、地上空間光量Ｉｘは、光照射部３から一定の距離Ｈ−ｈａにおいて測定された値である。地上空間光量Ｉｘは、光照射部３から測定地点の間に遮蔽物がない状態で測定されている。地上空間光量Ｉｘは、経過時間Ｔｆまでは、経過時間Ｔｘが進むに従って直線的に減少し、経過時間Ｔｆ以降はほぼ一定の値を示す。なお、上述の通り、経過時間Ｔｆにおける地上空間光量Ｉｘが上式（１）における基準光量Ｉｆである。
【００４４】
図６に、露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとの関係を示す。露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとは直線的な相関関係となっている。
【００４５】
なお、図４、図５及び図６は、一例として、植物１としてフリルレタス（商品名フリルアイス、雪印種苗株式会社）を栽培した場合の結果を示している。植物１として他の品種を栽培した場合、図４に示される経過時間Ｔｘに対する露出率Ｐｘの相関関係、並びに、図５に示される経過時間Ｔｘに対する地上空間光量Ｉｘの相関関係は、それぞれ、経過時間Ｔｆ以前では、傾向が異なる場合がある（相関関係を表す相関ラインの概形が異なる場合がある）。
【００４６】
例えば、グリーンリーフ（商品名グリーンジャケット、中原採種場株式会社）を植物１として栽培した場合、図４に示されるような経過時間Ｔｘに対する地表面部露出率Ｐｘの相関ラインは、経過時間Ｔｆ以前では、上に凸の二次曲線に近似した単調減少するラインとなった。図５に示されるような経過時間Ｔｘに対する地上空間光量Ｉｘの相関ラインは、経過時間Ｔｆ以前では、下に凸の二次曲線に近似した単調減少するラインとなった。
【００４７】
しかし、露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとの関係については、グリーンリーフを植物１として栽培した場合も、図６に示されるフリルレタスのものと同様、直線的な相関関係となった。つまり、植物地上部１Ａの水平方向の成長（すなわち葉の展開）によって、地表面部４が葉に覆われて地表面部４の露出部分が減少するのに伴って、植物１の品種によらず、地上空間光量Ｉｘは直線的に減少する。すなわち、露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとの関係は、傾きや切片が異なるものの一次曲線（一次関数）によって表される。
【００４８】
図７に、植物栽培装置１００における光照射部３からの葉面までの距離Ｄ（＝Ｈ−ｈｘ、図３参照）と、葉面に照射される光量（以下「葉面光量」ともいう）ＬＩｘとの関係を示している。図７に示すように、一般的に、葉面光量ＬＩｘは、光源から葉面までの距離Ｄの２乗に反比例して減少する。
【００４９】
以上の図６及び図７に示される相関関係を鑑みると、照射強度を初期（栽培開始）から一定にした場合の任意の栽培経過時間Ｔｘにおける葉面光量ＬＩｘは、距離Ｈ、露出率Ｐａ，Ｐｘ、目標光量Ｉａ、背丈ｈａ，ｈｘ、基準光量Ｉｆを用いて下式（２）の式で表される。
【００５０】
【数２】
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【００５１】
なお、上述した通り、地上空間光量Ｉｘとは、基準時間Ｔａでの背丈ｈｘ（＝基準高さｈａ）における光量である。すなわち、例えば、基準高さｈａが１０ｃｍであれば、地表面部４から１０ｃｍ上の高さを固定の測定高さとし、この測定高さにおける光量が、地上空間光量Ｉｘである。基準時間Ｔａでは、葉面の高さは背丈ｈａ（例えば１０ｃｍ）であるから、基準時間Ｔａでの葉面光量ＬＩｘは、基準高さｈａ（例えば１０ｃｍ）における地上空間光量Ｉｘ、すなわち目標光量Ｉａそのものとなる。
【００５２】
【数３】
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【００５３】
そして、任意の経過時点Ｔｘにおいて、葉面光量を一定して基準時間Ｔａにおける葉面光量（すなわち目標光量Ｉａ）となるようにするには、上式（３）により照射強度設定値ＩＳｘを決定すればよい。すなわち、上式（２）で表される「照射強度を一定とした場合の葉面光量ＬＩｘ」と、目標光量Ｉａとの比の逆数（＝ＬＩｘ／Ｉａ）を基準照射強度Ｌａに乗じて照射強度設定値ＩＳｘを求めればよい。
【００５４】
そして、この上式（３）の葉面光量ＬＩｘに、上式（２）の葉面光量ＬＩｘの算出式を代入することで、任意の栽培経過時間Ｔｘにおける、目標の光量を葉面に照射するための照射強度設定値ＩＳｘは、上式（１）で表されることになる。
【００５５】
なお、上式（１）及び上式（２）は、あらゆる品種の植物や栽培環境で共通であることが保証されるものではなく、植物栽培装置１００で栽培する植物１の品種や、栽培環境によって異なることも考えられる。このため、植物１の品種や栽培環境が大きく異なる場合には、植物栽培装置１００で栽培を実施する前に、植物１の品種毎、栽培環境毎に、上式（１）及び上式（２）に相当する式を実験によって確かめる必要がある。例えば、上式（２）には、図６に示される露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとの相関関係を示す相関ラインの概形が最も影響するが、この露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘの相関ラインが、一次曲線的とはならない品種がないとも限らない。しかし、その場合も、上式（２）の右辺の前半部〔（Ｉａ−Ｉｆ）×Ｐｘ／Ｐａ＋Ｉｆ〕を、回帰曲線の方程式（回帰分析より得た露出率Ｐｘと地上空間光量Ｉｘとの相関式）に置き換えればよい。
【００５６】
栽培経過時間Ｔｘに応じて上式（１）により求めた照射強度設定値ＩＳｘを図８に示す。
【００５７】
これに対し、光照射部３の照射強度を、栽培経過時間Ｔｘにかかわらず一定とした場合における、栽培経過時間Ｔｘと葉面光量ＬＩｘとの相関関係を図９に示す。図９からも明らかなように、露出率Ｐが０（零）となる経過時間Ｔｆ以降は、栽培経過時間Ｔｘが進んで植物１の背丈ｈが伸びるにつれ、植物地上部１Ａと光照射部３との距離Ｄが短くなるので、葉面光量ＬＩｘが上昇し過剰気味となる。
【００５８】
なお、図８に示される栽培経過時間Ｔｘと照射強度設定値ＩＳｘとの関係（相関ライン）、及び、図９に示される栽培経過時間Ｔｘと葉面光量ＬＩｘとの関係（相関ライン）は一例である。植物１の品種や光照射部３の光質などによっては、このような相関ラインが図８や図９に示されるものと同様の形状になるとは限らない。なぜなら、植物１の水平方向と垂直方向との成長のバランスが、図８や図９に示されるような相関ラインの形状に大きく影響するからである。
【００５９】
再び図１を参照して説明する。照明調整部３２は、強度設定部３１で定められた照射強度設定値ＩＳｘに基づいて、光照射部３の照射強度を調整する。つまり、現状の照射強度が、照射強度設定値ＩＳｘよりも大きければ（又は照射強度が、照射強度設定値ＩＳｘよりも所定強度以上大きければ）、照射強度をＩＳｘまで低下させ、逆に、現状の照射強度が、照射強度設定値ＩＳｘよりも小さければ（又は照射強度が、照射強度設定値ＩＳｘよりも所定強度以上小さければ）、照射強度を照射強度設定値ＩＳｘまで上昇させる。この結果、植物１の葉面には、常に、目標光量Ｉａ（又は目標光量Ｉａと略同じ光量）が照射される。
【００６０】
図１０を参照して強度設定部３１についてさらに説明する。図１０は、本実施の形態１の植物栽培装置１００の制御部３０の機能ブロック図である。図１０に示すように、強度設定部３１は、記憶部３１２と、演算部３１３と、露出率検出部３１４と、背丈検出部３１５とを含む。
【００６１】
記憶部３１２は、上式（１）に基づいて照射強度設定値ＩＳｘを設定するのに必要な定数を記憶している。具体的には、記憶部３１２は、光照射部３と地表面部４との距離Ｈ、目標光量Ｉａ、基準露出率Ｐａ、基準高さｈａ、基準照射強度Ｌａ、及び、基準光量Ｉｆを記憶している。
【００６２】
露出率検出部３１４は、垂直撮像部９１が取得した画像データを画像解析して、地表面部露出率Ｐｘを検出する。
【００６３】
背丈検出部３１５は、水平撮像部９５が取得した画像データを画像解析して、植物地上部１Ａの背丈ｈｘを検出する。
【００６４】
演算部３１３は、露出率検出部３１４が検出した地表面部露出率Ｐｘと、背丈検出部３１５が検出した背丈ｈｘと、記憶部３１２が記憶している定数Ｈ，Ｉａ，Ｐａ，ｈａ，Ｌａ，Ｉｆとを、上式（１）の式に代入することにより、葉面の光量が目標値Ｉａとなるような光照射部３の照射強度設定値ＩＳｘを算出する。
【００６５】
［１−４．照射強度設定値の決定処理］
図１１を参照して、本実施の形態１で強度設定部３１が行う照射強度設定値ＩＳｘの決定処理を説明する。図１１は、本発明の実施の形態１における照射強度設定値ＩＳｘの決定処理を説明するためのフローチャートである。なお、この決定処理は、植物栽培装置１００による栽培が実施されている間、周期的に繰り返し実行される。
【００６６】
先ず、ステップＳ２１において、強度設定部３１は、垂直撮像部９１が撮像した、地表面部４を上側から見た画像データを、露出率検出部３１４に取得させる。ステップＳ２２において、強度設定部３１は、露出率検出部３１４に、前ステップＳ２２で取得させた画像データを画像解析させて露出率Ｐｘを検出させる。そして、ステップＳ２３において、強度設定部３１は、水平撮像部９５が撮像した、植物地上部１Ａを側方から撮像した画像データを、背丈検出部３１５に取得させる。ステップＳ２４において、強度設定部３１は、背丈検出部３１５に、前ステップＳ２３で取得させた画像データを画像解析させて、植物地上部１Ａの背丈ｈｘを検出させる。そして、ステップＳ２５において、強度設定部３１は、演算部３１３に、露出率検出部３１４が検出した露出率Ｐｘと、背丈検出部３１５が検出した背丈ｈｘと、記憶部３１２が記憶している定数とを参照させ、上式（１）に基づいて照射強度設定値ＩＳｘを算出させる。
【００６７】
また、本実施の形態１の照射強度設定処理では、さらに、ステップＳ２６の処理が行われる。すなわち、ステップＳ２５で照射強度設定値ＩＳｘが算出されると、ステップＳ２６において、強度設定部３１は、露出率検出部３１４が検出した露出率Ｐｘを参照する。露出率Ｐｘが０（零）でなければ（Ｐｘ≠０）であれば、強度設定部３１は、ステップＳ２１の処理に戻る。
【００６８】
その一方、ステップＳ２６においてＰｘ＝０であれば、強度設定部３１はステップＳ２３の処理に戻る。これは、露出率Ｐｘは、植物地上部１Ａの水平方向の成長、すなわち葉の展開に応じて小さくなり、一旦０（零）となったら、以降は収穫まで一定して０（零）となる。このため、強度設定部３１は、ステップＳ２１，Ｓ２２の処理により露出率Ｐｘを改めて検出することが不要となり、ステップＳ２１，Ｓ２２をバイパスしてステップＳ２３の処理へと進む。
【００６９】
そして、以上の照射強度設定値の決定処理が完了すると、その後、照射強度設定値ＩＳｘとなるように、照明調整部３２が光照射部３の出力を調整する。
【００７０】
なお、ステップＳ２６を省略し、ステップＳ２５の処理が終了すると、強度設定部３１は、一定してステップＳ２１の処理に戻るようにしてもうよい。
【００７１】
［１−５．効果］
（１）本発明の実施の形態１によれば、植物１の垂直方向の成長だけでなく水平方向の成長を鑑みた上で、葉面光量ＬＩｘが目標光量Ｉａとなるように、光照射部３の照射強度設定値を自動で制御できる。これによって、植物の成長によって生じる葉面への光量の変化を相殺して、植物の葉面に適切な光量を照射できる。
【００７２】
（２）さらに、照射強度設定値ＩＳｘの決定を、植物１の上方からの画像データと、植物１の側方からの画像データとに基づいて行うので、照射強度設定値ＩＳｘの決定のみならず、同時に、これらの画像データに基づいて、植物１の成長の様子の監視・記録を併せて行うことが可能となる。
【００７３】
［２．実施の形態２］
［２−１．植物栽培装置の要部（制御部）の構成］
以下、図１２を参照して本実施の形態２の植物栽培装置の要部である制御部３０Ａの構成について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２の植物栽培装置の制御部３０Ａの機能ブロック図である。
【００７４】
本実施の形態２の植物栽培装置の構成は、実施の形態１の植物栽培装置１００に対して、制御部３０を図１２に示される制御部３０Ａに置き換えると共に、水平撮像部９５を省略したものであり、その他の構成は実施の形態１の植物栽培装置１００と同様である。
【００７５】
本実施の形態２の植物栽培装置は、栽培する植物１の全栽培過程を通じて、露出率Ｐｘと植物地上部１Ａの背丈ｈｘとに相関関係がある場合に有用である。すなわち、全栽培過程を通じて、露出率Ｐｘが０（零）に達しないことが少なくとも必要である。また、任意の露出率Ｐｘと背丈ｈｘとの相関関係を実験やシミュレーションによって予め取得しておく必要がある。
【００７６】
制御部３０Ａは、図１２に示すように、照明調整部３２と、強度設定部３１Ａとを備え、強度設定部３１Ａの構成が、実施の形態１の強度設定部３１の構成と異なる。具体的には、強度設定部３１Ａは、参照部３１１と、記憶部３１２Ａと、演算部３１３と、露出率検出部３１４と、を備える。
【００７７】
記憶部３１２Ａは、定数Ｈ，Ｉａ，Ｐａ，ｈａ，Ｌａ,Ｉｆに加えて、下表２に示されるような露出率Ｐｘと背丈ｈｘとの相関関係を示すデータテーブルＤＴを備える。
【００７８】
【表２】
2019198256.tif 000007
【００７９】
参照部３１１は、露出率検出部３１４が検出した露出率Ｐｘに基づき、このデータテーブルＤＴにしたがって植物地上部１Ａの背丈ｈｘを選択する。例えば、露出率ＰｘがＰ１である場合には、背丈ｈｘとして背丈ｈ１を選択する。なお、露出率Ｐｘが、例えばＰ１とＰ２との間の値となる場合には、背丈ｈ１，ｈ２を補間して背丈ｈｘを求める。
【００８０】
演算部３１３は、露出率検出部３１４が検出した露出率Ｐｘと、参照部３１１が選択した背丈ｈｘと、記憶部３１２Ａが記憶している定数Ｈ，Ｉａ，Ｐａ，ｈａ，Ｌａ,Ｉｆとを使用して、上式（１）により、葉面光量ＬＩｘが目標光量Ｉａとなるような光照射部３の照射強度設定値ＩＳｘを算出する。
【００８１】
この他の構成は、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００８２】
［２−２．照射強度設定値の決定処理］
図１３を参照して、本実施の形態２で強度設定部３１Ａが行う照射強度設定値ＩＳｘの設定処理を説明する。図１３は、本発明の実施の形態２における照射強度設定値の決定処理を説明するためのフローチャートである。なお、この決定処理は、植物栽培装置による栽培が実施されている間、周期的に繰り返し実行される。
【００８３】
先ず、ステップＳ３１において、強度設定部３１は、垂直撮像部９１が撮像した地表面部４を上側から見た画像データを、露出率検出部３１４に取得させる。ステップＳ３２において、強度設定部３１は、露出率検出部３１４に、前ステップ３２で取得させた画像データを画像解析させて地表面部露出率Ｐｘを検出させる。ステップＳ３３において、強度設定部３１は、参照部３１１に、記憶部３１２ＡのデータテーブルＤＴを参照させ、地表面部露出率Ｐｘに応じた植物地上部１Ａの背丈ｈｘを選択させる。ステップＳ３４において、強度設定部３１は、演算部３１３に、露出率検出部３１４が検出した露出率Ｐｘと、参照部３１１が選択した背丈ｈｘと、記憶部３１２Ａが記憶している定数とを参照させ、上式（１）に基づいて照射強度設定値ＩＳｘを算出させる。
【００８４】
そして、照明調整部３２は、照明強度がこの照射強度設定値ＩＳｘとなるように光照射部３の出力を調整する。
【００８５】
［２−３．効果］
本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて次のような効果が得られる。つまり、参照部３１１が、データテーブルＤＴを参照して、露出率Ｐｘに応じて植物地上部１Ａの背丈ｈｘを選択するので、実施の形態１のように背丈ｈｘを検出するための水平撮像部９５が省略され、装置が簡素化される。
【００８６】
［２−４．変形例］
上記の実施の形態２では、実施の形態１に対して、参照部３１１を設けて水平撮像部９５及び背丈検出部３１５を省略したが、実施の形態１に対して、参照部３１１を設けて垂直撮像部９１及び露出率検出部３１４を省略してもよい。この場合、背丈検出部３１５により、水平撮像部９５の撮像データに基づいて植物地上部１Ａの背丈ｈｘを検出させ、参照部３１１が、データテーブルＤＴを参照して、背丈ｈｘに応じて露出率Ｐｘを選択する。
【００８７】
［３．その他］
（１）上記各実施の形態では、光照射部３の照射強度が、強度設定部３１，３１Ａにより決定された照射強度設定値ＩＳｘとなるように、照明調整部３２が光照射部３の出力を自動調整するようにしたが、照明調整部３２を省略してもよい。この場合、照射強度設定値ＩＳｘをモニタなどに表示させ、この表示を確認したオペレータが、光照射部３の照射強度が照射強度設定値ＩＳｘとなるように光照射部３の出力を手動で調整すればよい。
【００８８】
（２）上記各実施の形態では、植物栽培装置１００による栽培が実施されている間、照射強度設定値ＩＳｘの決定処理を周期的に繰り返し実行するようにした。これに対し、例えばボタンを押すなどしてオペレータからの要求があったときだけ照射強度設定値ＩＳｘを再設定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
植物に適する光量は、植物の成長過程に応じて変化する。本発明は、植物の成長の様子をモニタリングしながら光量を制御するので、植物へ照射する光量を植物の成長に最適なものに設定できるので産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００９０】
１  植物
１Ａ  植物地上部（栽培対象部）
１Ｂ  植物地下部
３  光照射部
４  地表面部（植込部）
４Ａ  貫通孔
５  栽培槽
５Ａ  供給配管
５Ｂ  排出配管
６  上面反射板
７  側面反射板
８  培養液
１１  タンク
１２  ポンプ
２１  地上空間（栽培空間）
２５  地下空間
３０，３０Ａ  制御部
３１，３１Ａ  強度設定部
３２  照明調整部
３５  照明支持部
４１  培地
９１  垂直撮像部（第一撮像部）
９２  垂直撮像部撮像範囲
９５  水平撮像部（第二撮像部）
１００  植物栽培装置
２００  筐体
３１１  参照部
３１２，３１２Ａ  記憶部
３１３  演算部
３１４  露出率検出部
３１５  背丈検出部
Ｈ  光照射部３と地表面部４との距離
ｈａ  基準高さ
ｈｘ  植物地上部１Ａの背丈
Ｉａ  目標光量
Ｉｆ  基準光量
Ｌａ  基準照射強度
Ｐａ  基準露出率
Ｐｘ  露出率
Ｔａ  基準時間
Ｔｘ  経過時間
【図１】
2019198256.tif 000009
【図２】
2019198256.tif 000010
【図３】
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【図４】
2019198256.tif 000012
【図５】
2019198256.tif 000013
【図６】
2019198256.tif 000014
【図７】
2019198256.tif 000015
【図８】
2019198256.tif 000016
【図９】
2019198256.tif 000017
【図１０】
2019198256.tif 000018
【図１１】
2019198256.tif 000019
【図１２】
2019198256.tif 000020
【図１３】
2019198256.tif 000021