(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の栽培培地中の地下部を栽培する栽培方法であって、
前記地下部の下方に位置する水源の水位を検出する水位検出ステップと、
前記地下部の領域の広がりに関する情報を取得する生育状態取得ステップと、
前記水位検出ステップにおいて検出された前記水位と、前記生育状態取得ステップにおいて取得された前記地下部の領域の広がりに関する情報とに基づき、前記地下部の先端位置と、前記水源の水面との間の距離を取得する距離取得ステップと、
前記水源の水位を調整することにより、前記距離を調整する水位調整ステップと、を含み、
前記生育状態取得ステップは、
送信手段によりマイクロ波を送信する送信ステップと、
前記送信ステップにおいて送信されたマイクロ波を受信手段により受信する受信ステップと、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在する栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得する対象信号強度取得ステップと、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する基準信号強度取得ステップと、
前記対象信号強度取得ステップにおいて取得された前記対象信号強度と、前記基準信号強度取得ステップにおいて取得された前記基準信号強度との差分を算出し、前記差分に基づき前記地下部の領域の広がりに関する情報を取得する演算ステップと、を含む、栽培方法。
【請求項２】
前記栽培培地は、その側面が支持体によって支持された畝である、請求項１に記載の栽培方法。
【請求項３】
前記地下部は、ウコギ科トチバニンジン属の根である、請求項１又は２に記載の栽培方法。
【請求項４】
植物の栽培培地中の地下部を栽培する栽培装置であって、
前記地下部の下方に位置する水源の水位を検出する水位検出手段と、
前記地下部の領域の広がりに関する情報を取得する生育状態取得手段と、
前記水位検出手段により検出された前記水位と、前記生育状態取得手段により取得された前記地下部の領域の広がりに関する情報とに基づき、前記地下部の先端位置と、前記水源の水面との間の距離を取得する距離取得手段と、
前記水源の水位を調整することにより、前記距離を調整する水位調整手段と、を備え、
前記生育状態取得手段は、
マイクロ波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信されたマイクロ波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を取得する信号強度取得手段と、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在する栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として前記信号強度取得手段から取得し、前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として前記信号強度取得手段から取得し、取得した前記対象信号強度と前記基準信号強度との差分を算出し、前記差分に基づき前記地下部の領域の広がりに関する情報を取得する演算手段と、を含む、栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物、特に植物の地下部の栽培装置及び栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生薬の原料としては、例えばオタネニンジン、トチバニンジン、又はオウレン等の植物の根が用いられる。これらの植物の根を収穫するためには、例えば４、５年という長い栽培期間を要する。そこで、根の成長をできるだけ促進したいという要望がある。
【０００３】
従来、植物の栽培方法として、例えば、特許文献１に記載されているように、植物が吸収する水量を、用土等を充填する容器の外の水源から、容器内の導水部を介して容器内へと常時取り入れる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の栽培方法では、植物の地下部である根が水源である水槽内の水に直接浸っており、地下部の成長が促進され難い。
【０００６】
そこで、本発明は、植物の地下部の成長を促進することができる栽培装置及び栽培方法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】
【０００７】
本発明に係る栽培装置は、植物の栽培培地中の地下部を栽培する栽培装置であって、地下部の下方に位置する水源の水位を検出する水位検出手段と、地下部の領域の広がりに関する情報を取得する生育状態取得手段と、水位検出手段により検出された水位と、生育状態取得手段により取得された地下部の領域の広がりに関する情報とに基づき、地下部の先端位置と、水源の水面との間の距離を取得する距離取得手段と、水源の水位を調整することにより、距離を調整する水位調整手段と、を備える。
【０００８】
本発明に係る栽培方法は、植物の栽培培地中の地下部を栽培する栽培方法であって、地下部の下方に位置する水源の水位を検出する水位検出ステップと、地下部の領域の広がりに関する情報を取得する生育状態取得ステップと、水位検出ステップにおいて検出された水位と、生育状態取得ステップにおいて取得された地下部の領域の広がりに関する情報とに基づき、地下部の先端位置と、地下部の下方に位置する水源の水面との間の距離を取得する距離取得ステップと、水源の水位を調整することにより、距離を調整する水位調整ステップと、を含む。
【０００９】
栽培培地中の地下部は水源に向かって伸びる性質を有する。よって、水源の水に地下部が直接浸されているよりも、地下部と水源とが適切に離間している方が地下部の成長が促進される。本発明に係る栽培装置及び栽培方法では、水源の水位を調整することにより、地下部の先端位置と水源の水面との間の距離が調整される。これにより、地下部の先端と水源の水面との間を適切に離間させ、地下部の成長を促進することができる。
【００１０】
生育状態取得ステップは、送信手段によりマイクロ波を送信する送信ステップと、送信ステップにおいて送信されたマイクロ波を受信手段により受信する受信ステップと、送信手段と受信手段との間に地下部が存在する栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得する対象信号強度取得ステップと、送信手段と受信手段との間に地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する基準信号強度取得ステップと、対象信号強度取得ステップにおいて取得された対象信号強度と、基準信号強度取得ステップにおいて取得された基準信号強度との差分を算出し、差分に基づき地下部の領域の広がりに関する情報を取得する演算ステップと、を含む。この場合、マイクロ波を利用した生育状態取得手段によって、地下部の生育状態を示す情報を容易に取得することができる。
【００１１】
栽培培地は、その側面が支持体によって支持された畝であってもよい。この場合、支持体によって畝の側面が支持され、畝の崩落を防ぐことができる。
【００１２】
地下部は、ウコギ科トチバニンジン属の根であってもよい。ウコギ科トチバニンジン属の根は、栽培環境として適度な乾燥状態が必要とされるため、地下部の先端と水源の水面との間を適切な距離に調整することで好適に栽培することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、植物の地下部の成長を促進することができる栽培装置及び栽培方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る栽培装置の概略構成図である。
【図２】基準領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す上面図である。
【図３】対象領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す上面図である。
【図４】差分信号強度との差分の周波数特性を示すグラフである。
【図５】図４に示す差分信号強度の所定の周波数範囲における積分結果を示すグラフである。
【図６】図１に示す栽培装置における栽培方法の一例を示すフロー図である。
【図７】図６のＳ２における処理の詳細を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る栽培装置は、土壌等の栽培培地中における植物のる根の成長を促進するための装置である。本実施形態の栽培装置は、例えば生薬の原料であるオタネニンジン、トチバニンジン、又はオウレン等の根の成長を促進するために用いられる。まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る栽培装置について説明する。図１は、本実施形態に係る栽培装置の概略構成図である。図２は、基準領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４の配置を示す上面図である。図３は、対象領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４の配置を示す上面図である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、栽培装置１は、送信アンテナ２２と、受信アンテナ２４と、畝５０と、水槽７と、水位センサ３と、水位コントローラ１０と、ネットワークアナライザ１１と、イメージングユニット１２と、を備えている。
【００１８】
送信アンテナ２２は、マイクロ波２０を送信する送信手段である。受信アンテナ２４は、送信アンテナ２２からのマイクロ波２０を受信する受信手段である。送信アンテナ２２から送信され且つ受信アンテナ２４により受信されるマイクロ波２０は、特定の方向に振動する電波であり、偏波面を有している。偏波面とは、電波の電界面である。偏波面が水平である場合の電波は、電界成分が地面に対して水平方向に振幅して伝播する水平偏波である。偏波面が地面に対して垂直である場合の電波は、電界成分が地面に対して垂直方向に振幅して伝播する垂直偏波である。マイクロ波２０の偏波面は、送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４の向きによって変更される。本実施形態において、送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４の向きは所定の向きに固定されており、これによりマイクロ波２０の偏波面も固定されている。
【００１９】
畝５０は、例えば生薬の原料として用いられるオタネニンジン、トチバニンジン、又はオウレン等の植物の根３０の栽培培地である。オタネニンジン及びトチバニンジンは、ウコギ科トチバニンジン属の植物であって、オウレンは、キンポウゲ科オウレン属の植物である。畝５０は、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４との間に配置されている。より具体的には、畝５０は、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とを最短距離で結ぶ線分を軸５とした場合、軸５を遮る位置に配置されている（図２，３参照）。畝５０は、線II-IIで示す方向に細長く直線状に盛り上げられた土壌４０によって形成されている。畝５０は、線II−IIで示す方向に互いに対向する側面５０ａ，５０ｂと、線II−IIで示す方向と直交する方向（すなわち、軸５の延在方向）に互いに対向する側面５０ｃ，５０ｄとを有している。側面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、支持体５１によって支持されている。支持体５１は、通気性又は通水性を有する素材によって形成されており、畝５０の側面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを覆っている。支持体５１を形成する素材は、例えばフィルム又は金網等である。
【００２０】
送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは、畝５０を挟むようにして、互いに対向している。送信アンテナ２２と畝５０内の根３０との間の距離と、受信アンテナ２４と土壌４０内の根３０との間の距離とは、適宜設定される。例えば、送信アンテナ２２と畝５０内の根３０との間の距離は、ネットワークアナライザ１１による測定周波数範囲の下限値の一波長以上であってもよい。当該距離が測定周波数範囲の下限値の一波長以上である場合、当該一波長未満の領域に誘電率の異なる物質が存在しないため、マイクロ波２０の送信アンテナ２２への特性変化が少ないので、所望の利得を保持することができる。同様に、受信アンテナ２４と土壌４０内の根３０との間の距離は、測定周波数範囲の下限値の一波長以上であってもよい。当該距離が測定周波数の下限値の一波長以上である場合、当該一波長未満の領域に誘電率の異なる物質が存在しないため、電波の質が低下しないようにすることができる。例えば、測定周波数範囲の下限値が１．０ＧＨｚである場合、一波長は３０ｃｍであるため、送信アンテナ２２と畝５０内の根３０との間の距離と、受信アンテナ２４と土壌４０内の根３０との間の距離とを、当該一波長３０ｃｍの１．５倍である４５ｃｍとしてもよい。
【００２１】
畝５０と送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４との距離は可能な限り近くてもよく、例えば送信アンテナ２２は畝５０の側面５０ｃ側の支持体５１に可能な限り近づけて配置され、受信アンテナ２４は畝５０の側面５０ｄ側の支持体５１に可能な限り近づけて配置されてもよい。このように、畝５０と送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４との距離を近づけて配置する場合、送信アンテナ２２から送信されたマイクロ波２０が空気の影響等を受けて拡散することを抑制できる。
【００２２】
畝５０を形成する土壌４０中には地下部である根３０が埋められ、根３０に繋がる植物の茎又は葉等の地上部３５が土壌４０から表出している。畝５０において、植物の根３０は、側面５０ａと側面５０ｂとの間における中心部に位置する中心線Ａ−Ｂからずれて位置している。中心線Ａ−Ｂと植物の根３０との距離８０は、適宜設定される。例えば、距離８０は、中心線Ａ−Ｂと側面５０ａとの間の距離の半分である。畝５０の土壌４０には、中心線Ａ−Ｂよりも側面５０ａ側に位置する根３０が埋められた対象領域４０Ａ（以下、単に「対象領域４０Ａ」ともいう）と、中心線Ａ−Ｂよりも側面５０ｂ側に位置する根３０が埋められていない基準領域４０Ｂ（以下、単に「基準領域４０Ｂ」ともいう）とが存在する。対象領域４０Ａは、植物の根３０が存在する領域であり、基準領域４０Ｂは、植物の根３０が存在しない領域である。対象領域４０Ａと基準領域４０Ｂとは、同じ畝５０の土壌４０の領域である。すなわち、対象領域４０Ａの土壌条件と、基準領域４０Ｂの土壌条件とは、略同等である。
【００２３】
土壌条件とは、土壌の水分、及び土壌の成分等を含む土壌の状態を示す条件である。土壌条件が同等とは、土壌条件が等しいことに加えて、予め設定した範囲での微差等を含んだ範囲で同等としてもよい。例えば、土壌の水分の差が±１０％の範囲内に含まれており、土壌の成分が±１０％の範囲で等しい成分である場合には、土壌条件が同等であるとする。
【００２４】
畝５０は、水槽７内に配置されている。水槽７は、植物の根３０に対して供給される水の水源である。水槽７内には、水２が溜められている。畝５０の下方部５０ｆは、水槽７内の水２に取り囲まれている。畝５０内の根３０の先端位置は、水槽７内の水２の水面２ａよりも上方に位置している。水槽７内の水２は、畝５０を支持する支持体５１を透過可能である。水槽７内には、水位センサ３が配置されている。水位センサ３は、水槽７内の水位Ｗを検出する水位検出手段である。水位センサ３による水位Ｗの検出は、例えば一週間に一回等の頻度で定期的に行われる。水位センサ３は、水位コントローラ１０に接続されており、検出した水槽７内の水位Ｗを示す情報を水位コントローラ１０へ出力する。なお、水位センサ３による水位Ｗの検出は常時行われてもよい。
【００２５】
水位コントローラ１０は、水位センサ３によって検出された水位Ｗが根３０の成長を促進するために適切な水位となるように調整する水位調整手段である。水位コントローラ１０には、水槽７内に水を供給するゲート８が配線１６を介して接続されていると共に、水槽７内の水２を排出するドレイン９が配線１８を介して接続されている。水位コントローラ１０は、ゲート８からの水の供給及びドレイン９からの水の排出を制御することにより、水位Ｗを調整する。なお、水槽７内の水位の調整方法の詳細は後述する。水位コントローラ１０は、配線１９によってイメージングユニット１２とも接続されている。水位コントローラ１０は、水位センサ３から出力された水位Ｗを示す情報をイメージングユニット１２へ出力する。
【００２６】
本実施形態では、送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、ネットワークアナライザ１１、及びイメージングユニット１２を生育状態取得手段として備えている。ネットワークアナライザ１１は、配線１５によって送信アンテナ２２と接続されていると共に、配線１７によって受信アンテナ２４と接続されている。ネットワークアナライザ１１は、受信アンテナ２４により受信されたマイクロ波２０の信号強度を取得する信号強度取得手段である。
【００２７】
具体的には、ネットワークアナライザ１１は、基準領域４０Ｂを挟むように配置された状態（図２参照）でマイクロ波２０の送受信が行われた場合と、対象領域４０Ａを挟むように配置された状態（図３参照）でマイクロ波２０の送受信が行われた場合とのそれぞれに関し、受信アンテナ２４によって受信されたマイクロ波２０の信号強度を測定する。ネットワークアナライザ１１は、図２の配置の場合の測定結果を基準信号強度として取得し、図３の配置の場合の測定結果を対象信号強度として取得する。ネットワークアナライザ１１は、配線１４によってイメージングユニット１２と接続されており、取得した対象信号強度及び基準信号強度をイメージングユニット１２へ出力する。
【００２８】
イメージングユニット１２は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。イメージングユニット１２は、ネットワークアナライザ１１から出力された対象信号強度及び基準信号強度を取得する。イメージングユニット１２は、取得した対象信号強度と基準信号強度との差分を算出し、差分に基づき、土壌４０中に存在する根３０の領域の広がりに関する情報を取得する演算手段である。
【００２９】
根３０の領域の広がりに関する情報とは、例えば土壌４０内において根３０がどれだけの場所を占めるかを示す情報であって、より具体的には、根３０の長さ及び太さを含む大きさ（以下、単に「大きさ」ともいう）等の情報、又は、根３０の先端位置を示す情報等である。なお、根３０の領域の広がりとは、例えば主根そのものの領域の体積である。例えば根３０から枝分かれして伸びる側根の体積が大きい場合には、主根そのものだけでなく側根を含めた領域を根３０の領域の広がりとしてもよい。本実施形態において、イメージングユニット１２は、根３０の領域の広がりに関する情報として、根３０の長さＬを取得する。なお、根３０の長さＬの取得方法の詳細は、後述する。イメージングユニット１２は、ディスプレイを有していてもよく、取得した根３０の領域の広がりに関する情報を表示してもよい。また、根３０の領域の広がりを画像としてディスプレイ等に表示することにより、根３０の生育状態を可視化してもよい。
【００３０】
イメージングユニット１２は、根３０の先端位置と、水槽７内の水２の水面２ａとの間の距離Ｉを取得する距離取得手段でもある。一例として、例えばイメージングユニット１２は、距離Ｉを、根３０の長さＬ及び水槽７内の水位Ｗに基づいて算出する。イメージングユニット１２には、予め畝５０の高さＨが設定されている。イメージングユニット１２は、水位コントローラ１０から出力された水槽７内の水位Ｗを示す情報を取得する。イメージングユニット１２は、ネットワークアナライザ１１から出力された根３０の長さＬを示す情報を取得する。イメージングユニット１２は、畝５０の高さＨ、水槽７内の水位Ｗ、及び根３０の長さＬを用いて、距離Ｉを以下の数式（１）によって算出する。イメージングユニット１２は、算出した距離Ｉを示す情報を水位コントローラ１０へ出力する。なお、距離Ｉの算出方法はこのように根３０の長さＬを用いた算出方法に限られず、例えば根３０の先端位置を示す情報を用いて算出してもよい。
Ｉ＝Ｈ−Ｌ−Ｗ・・・（１）
【００３１】
水位コントローラ１０は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。水位コントローラ１０は、イメージングユニット１２から出力された距離Ｉを示す情報を取得する。畝５０中の根３０は、水槽７内の水２に直接浸されているよりも、水槽７内の水２の水面２ａから適切に離間している方が、水２に向かって根３０の先端位置が近づくように伸びていく性質を有する。すなわち、根３０の成長を促進させるのに適切な距離Ｉａが存在する。そこで水位コントローラ１０は、イメージングユニット１２により算出された距離Ｉが根３０の成長を促進させるのに適切な距離Ｉａとなるように、水槽７内の水位Ｗを調整する。具体的には、水位コントローラ１０は、距離Ｉが距離Ｉａよりも大きいか否かを判定する。水位コントローラ１０は、距離Ｉが距離Ｉａよりも大きいと判定した場合には、距離Ｉが距離Ｉａになるまでドレイン９から水を排出する。水位コントローラ１０は、距離Ｉが距離Ｉａよりも小さいと判定した場合には、距離Ｉが距離Ｉａになるまでゲート８から水を供給する。
【００３２】
根３０の成長を促進させるのに適切な距離Ｉａは、根３０の種類、又は根３０の成長度合い等に応じて異なる値であり、水位コントローラ１０に予め設定されている。例えば、根３０がオタネニンジンである場合であって、根３０の長さが１５ｃｍである場合、適切な距離Ｉａは、７．５ｃｍである。水位Ｗ及び根３０の長さＬの取得と、取得した水位Ｗ及び根３０の長さＬに基づく水位Ｗの調整とは、定期的に、例えば一週間に一回等の頻度で行われる。
【００３３】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、ネットワークアナライザ１１、及びイメージングユニット１２によって、根３０の長さＬを取得する方法を詳細に説明する。
【００３４】
図２及び図３に示すように、畝５０は、II-II線で示す方向に細長く延在している畝５０の軸５で示す方向での幅は、例えば略一定である。このため、送信アンテナ２２からのマイクロ波２０が土壌４０を透過又は反射するときの周波数は、畝５０に対する送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４のII-II線で示す方向での配置位置によらず略一定となる。
【００３５】
畝５０、送信アンテナ２２、及び受信アンテナ２４の配置位置は、例えば固定された畝５０に対して送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４をII-II線で示す方向に移動させることによって変更することができる。なお、例えば畝５０の代わりに移動可能な植物生育箱等を用いて栽培培地を形成した場合には、例えば固定された送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４に対して植物生育箱をII-II線で示す方向に移動させてもよい。これらの配置位置の移動は、例えば駆動機構等によって行われてもよいし、ユーザによって手動で行われてもよい。
【００３６】
図２に示すように、基準領域４０Ｂにおける信号強度を取得する場合、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは、側面５０ｃと側面５０ｄとの対向方向で基準領域４０Ｂを挟むように配置された状態でマイクロ波２０の送受信を行う。また、図３に示すように、対象領域における信号強度を取得する場合、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは、側面５０ｃと側面５０ｄとの対向方向で対象領域４０Ａを挟むように配置された状態でマイクロ波２０の送受信を行う。基準領域４０Ｂは、例えば、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とに挟まれてマイクロ波２０が照射される場合に、当該マイクロ波２０が対象領域４０Ａにおける根３０に当たらず土壌４０のみに当たる程度の大きさを有している。
【００３７】
根３０の長さＬを取得するため、送信アンテナ２２から送信され且つ受信アンテナ２４により受信されるマイクロ波２０は垂直偏波とされている。ネットワークアナライザ１１は、対象領域４０Ａにおける対象信号強度及び基準領域４０Ｂにおける基準信号強度をそれぞれ取得する。根３０が存在する対象領域４０Ａと、根３０が存在しない基準領域４０Ｂとでは、根３０に含まれる水分の影響等によって、誘電率が異なる。このため、対象信号強度と基準信号強度とには、当該誘電率との違いに基づき差が生じる。従って、対象信号強度と基準信号強度との差分は、対象領域４０Ａと基準領域４０Ｂとの誘電率の違いを生じる原因である土壌４０中に存在する根３０の領域の広がり（ここでは、根３０の長さＬ）に対して相関がある。
【００３８】
図４及び図５を参照して、対象信号強度と基準信号強度との差分と根３０の長さとの相関について説明する。図４に、対象信号強度と基準信号強度との差分の一例を示す。以下、対象信号強度と基準信号強度との差分を「差分信号強度」ともいう。図４は、差分信号強度の周波数特性を示すグラフである。図４の横軸は、周波数［ＧＨｚ］を示し、図４の縦軸は、差分信号強度［ｄＢＶ］を示す。図４に示す差分信号強度の値は、対象信号強度から基準信号強度を差し引いた値である。図４におけるグラフ１００ａは、根３０の長さが１０ｃｍであり且つ直径が２ｃｍのゴボウを用いた場合を示し、図４におけるグラフ１００ｂは、根３０の長さが２０ｃｍであり且つ直径が２ｃｍのゴボウを用いた場合を示している。
【００３９】
グラフ１００ａ，１００ｂで示される場合において、土壌４０としては、水分率が約３６％の赤玉土を用いている。なお、土壌４０としては、例えば水分率が約６９％の腐葉土を用いてもよい。送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは、マイクロ波２０が垂直偏波となるように配置されている。すなわち、グラフ１００ａ，１００ｂで示される場合では、根３０の長さを測定することができるように垂直偏波のマイクロ波２０が用いられている。図４に示すように、グラフ１００ａとグラフ１００ｂとの間には、周波数が４．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの範囲で差分信号強度に差異が認められる。
【００４０】
図５は、図４に示す差分信号強度の所定の周波数範囲における積分結果を示すグラフである。図５の横軸は、周波数［ＧＨｚ］を示し、図５の縦軸は、差分信号強度の積分値［ｄＢＶ］を示す。図５は、図４においてグラフ１００ａとグラフ１００ｂとの間で差分信号強度に差異が認められた４．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの周波数範囲で積分を行った結果を示している。図５におけるグラフ１０１ａは、図４におけるグラフ１００ａに対応し、図５におけるグラフ１０１ｂは、図４におけるグラフ１００ｂに対応する。なお、図５は、図４における差分信号強度に多くのリプルが含まれていたため、図４において差分信号強度に差異が認められた周波数範囲のうち下限の４．０ＧＨｚの周波数を基準周波数として積分を行った結果であり、図５においてはリプルが除去されている。
【００４１】
図５に示すように、グラフ１０１ａ，１０１ｂは、いずれも４．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの周波数範囲で減衰傾向を示す曲線を描いている。グラフ１０１ａとグラフ１０１ｂとを比較すると、根３０の長さが１０ｃｍである場合のグラフ１０１ａよりも、根３０の長さが２０ｃｍである場合のグラフ１０１ｂの方がより急激に減衰している。なお、グラフ１０１ａとグラフ１０１ｂとの違いは、周波数５．２ＧＨｚで最も大きい。このように、根３０の長さに応じて、周波数毎の差分信号強度の積分値が変化する。すなわち、根３０の長さと差分信号強度とには、相関が認められる。
【００４２】
なお、図４及び図５では、根３０の長さを測定することができるように垂直偏波のマイクロ波２０を用いた場合の例を示しているが、根３０の太さを測定することができるように水平偏波のマイクロ波２０を用いてもよい。水平偏波のマイクロ波２０を用いた場合には、根３０の太さに応じて、周波数毎の差分信号強度の積分値が変化する。すなわち、根３０の太さと差分信号強度とにも、相関が認められる。
【００４３】
以上のことから、例えば差分信号強度が強いほど、すなわち対象信号強度と基準信号強度との差分が大きいほど、根３０の領域が広がっている。そこで、イメージングユニット１２は、差分信号強度を算出し、算出した差分信号強度に基づき、根３０の領域の広がりに関する情報として、根３０の長さＬを取得する。イメージングユニット１２は、例えば差分信号強度に基づき、以下のように根３０の長さＬを取得する。イメージングユニット１２は、例えば、所定の周波数での差分信号強度と、根３０の大きさとの対応関係を予め記憶している。イメージングユニット１２は、当該対応関係に基づき、算出された差分信号強度のうち、所定の周波数での差分信号強度に対応付けられた根３０の長さＬを取得する。所定の周波数は、例えば評価に用いる周波数であって、具体的には例えば根３０の長さ毎の差分信号強度の差異が最も大きくなる周波数である。例えば、図４及び図５に示す例では、所定の周波数として５．２ＧＨｚを用いてもよい。所定の周波数は、土壌４０又は根３０の種類等によって異なっていてもよい。
【００４４】
また、イメージングユニット１２は、評価に用いる所定の周波数の差分信号強度の所定範囲に対して、根３０の長さを対応付けて予め記憶していてもよく、当該対応関係に基づき根３０の長さＬを取得してもよい。すなわち、イメージングユニット１２は、評価に用いる所定の周波数での差分信号強度の範囲が第一範囲内である場合には、当該第一範囲に対応付けられた根３０の長さＬを取得し、当該差分信号強度の範囲が第一範囲を超えて第二範囲内になった場合には、当該第二範囲に対応付けられた根３０の長さＬを取得してもよい。
【００４５】
なお、上記の評価に用いる所定の周波数での差分信号強度は、所定の周波数帯域での差分信号強度の平均値又は最大信号強度等であってもよい。また、イメージングユニット１２は、差分信号強度に代えて差分信号強度の積分値と、根３０の長さとの対応関係に基づき根３０の長さを取得してもよい。
【００４６】
次に、図６を参照して、栽培装置１を用いた根３０の栽培方法について説明する。図６は、図１に示す栽培装置１における栽培方法の一例を示すフロー図である。
【００４７】
図６に示すように、まず水位センサ３によって水槽７内の水位Ｗが検出される（Ｓ１：水位検出ステップ）。続いて、送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、ネットワークアナライザ１１、及びイメージングユニット１２によって、根３０の長さＬが取得される（Ｓ２：生育状態取得ステップ）。なお、Ｓ２における処理の流れの詳細は図７を参照して詳述する。続いて、イメージングユニット１２によって、根３０の先端位置と水面２ａとの間の距離Ｉが算出される（Ｓ３：距離取得ステップ）。続いて、水位コントローラ１０によって、距離Ｉが根３０の栽培促進に適切な距離Ｉａとなるように水位Ｗが調整され（Ｓ４：水位調整ステップ）、処理が終了する。以上のＳ１〜Ｓ４までの処理は、例えば一週間に一度程度の頻度等で行われる。
【００４８】
続いて、図７を参照して、Ｓ２における処理の流れの詳細を説明する。図７は、図６のＳ２における処理の詳細を示すフロー図である。
【００４９】
図７に示すように、まず、畝５０、送信アンテナ２２、及び受信アンテナ２４が図２に示す位置で配置された状態で、送信アンテナ２２によってマイクロ波２０が送信されると共に、受信アンテナ２４によってマイクロ波２０が受信される（Ｓ２１：送信ステップ及び受信ステップ）。続いて、ネットワークアナライザ１１によって、受信アンテナ２４で受信されたマイクロ波２０の信号強度が測定され、その測定結果が基準信号強度として取得される（Ｓ２２：基準信号強度取得ステップ）。
【００５０】
次に、畝５０、送信アンテナ２２、及び受信アンテナ２４が図３に示すような位置で配置された状態で、送信アンテナ２２によってマイクロ波２０が送信される共に、受信アンテナ２４によってマイクロ波２０が受信される（Ｓ２３：送信ステップ及び受信ステップ）。続いて、ネットワークアナライザ１１によって、受信アンテナ２４で受信されたマイクロ波２０の信号強度が測定され、その測定結果が対象信号強度として取得される（Ｓ２４：対象信号強度取得ステップ）。そして、イメージングユニット１２によって、対象信号強度とブランク信号強度との差分が算出され（Ｓ２５：演算ステップ）、当該差分に基づき根３０の長さＬが取得される（Ｓ２６：演算ステップ）。このようにして、栽培装置１における根３０の長さＬを取得するための処理が終了する。なお、上記の根３０の長さＬの取得方法において、Ｓ２１及びＳ２２とＳ２３及びＳ２４とは反対の順序で行ってもよい。すなわち、対象信号強度を先に取得した後に基準信号強度を取得してもよい。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係る栽培装置１及び栽培方法では、水槽７の水位Ｗを調整することにより、根３０の先端位置と水槽７の水面２ａとの間の距離Ｉが調整される。これにより、根３０の先端と水槽７の水面２ａとの間を適切に離間させ、根３０の成長を促進することができる。
【００５２】
本実施形態に係る栽培装置１及び栽培方法では、生育状態取得手段として、送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、ネットワークアナライザ１１、及びイメージングユニット１２を備えることにより、マイクロ波２０を利用して根３０の長さを容易に取得することができる。
【００５３】
また、支持体５１によって畝５０の側面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが支持されているため、畝５０の崩落を防ぐことができる。
【００５４】
また、生薬の原料として用いられるウゴキ科トチバニンジン属の根は、栽培環境として適度な乾燥状態が必要とされるため、根３０の先端と水槽７の水面２ａとの間を適切な距離Ｉａに調整することで好適に栽培することができる。
【００５５】
本実施形態において、根３０が存在しない土壌４０の基準領域４０Ｂの土壌条件は、根３０が存在する土壌４０の対象領域４０Ａの土壌条件と略同等である。これにより、対象信号強度を取得する場合と基準信号強度を取得する場合とで、用いられる土壌４０の土壌条件が同じになるため、土壌４０の土壌条件の違いによる影響を受けることなく対象信号強度と基準信号強度との差分を算出することができる。よって、当該差分に基づく根３０の領域に関する情報をより正確に取得することができる。
【００５６】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。
【００５７】
送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは、駆動機構等によって互いに連動して同じ向きに回転しながら水平移動及び垂直移動を行ってもよい。この場合、マイクロ波２０の偏波面を変更して回転させることができるため、根３０の領域の広がりを走査することができ、根３０の領域の広がりをイメージングユニット１２のディスプレイ等において画像で表示することで三次元的に可視化することが可能となる。
【００５８】
上記実施形態において、イメージングユニット１２は、根３０の領域の広がりに関する情報として根３０の長さを取得して、取得した根３０の長さを用いて距離Ｉを算出しているが、これに限られない。例えば、イメージングユニット１２は、根３０の領域の広がりに関する情報として根３０の先端位置を取得して、取得した根３０の先端位置を用いて距離Ｉを算出してもよい。また、イメージングユニット１２は、根３０の領域の広がりに関する情報として根３０の太さを取得して、取得した根３０の太さに基づき距離Ｉを算出してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、ネットワークアナライザ１１、及びイメージングユニット１２によって根３０の領域の広がりに関する情報を取得しているが、これに限られない。例えば、ＣＴ装置、電極、又は音波振動等を用いて根３０の領域の広がりに関する情報を取得してもよい。
【００６０】
上記実施形態において、栽培培地は、畝５０であるが、これに限られず、植物生育箱内に収容された土壌４０によって形成されていてもよい。また、根３０は、生薬の原料として用いられる根に限られず、例えば食品の原料等として用いられる根であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…栽培装置、２ａ…水面、３…水位センサ、７…水槽、１０…水位コントローラ、１１…ネットワークアナライザ、１２…イメージングユニット、２０…マイクロ波、２２…送信アンテナ、２４…受信アンテナ、３０…根、５０…畝、Ｌ…長さ、Ｗ…水位、Ｉ…距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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