(57)【要約】  栽培対象の植物へ照射する光ビームで形成される照射領域において、簡単な構成で光量を上げて照射条件を最適化する。本開示の植物栽培装置は、第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
2015040785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと前記第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、
第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと前記第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記第１照射領域と前記第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する、
植物栽培装置。
【請求項２】
前記複数照射領域の面積は、前記第１照射領域または前記第２照射領域のいずれか一方の面積の４分の１以上である、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記第１の光源ユニットは、前記第２の光源ユニットに対して対角に配置する、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記第１の光源ユニットは、前記第２の光源ユニットに対して平行に配置する、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
第３光ビームを照射する第３の半導体レーザーと前記第３光ビームを走査して第３照射領域を形成する第３の走査機構とを含む第３の光源ユニットをさらに備え、
前記信号処理部は、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットと前記第３の光源ユニットを制御し、前記第１照射領域と前記第２の照射領域と前記第３照射領域を重ね合わせて複数照射領域を形成する、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項６】
複数の第１の半導体レーザーと前記複数の第１の半導体レーザーから照射された複数の第１光ビームを合成して第１合成ビームを照射する光学素子と、前記第１合成光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、
複数の第２の半導体レーザーと前記複数の第２の半導体レーザーから照射された複数の第２光ビームを合成して第２合成ビームを照射する光学素子と、前記第２合成光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記第１照射領域と前記第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する、
植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、人工的な光源により植物を栽培する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光灯やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの人工的な光源を用いて植物を栽培する研究が進められており、人工光型植物工場や太陽光人工光併用型植物工場として実用化されている。このような植物工場を設立するためのイニシャルコストとしては、照明用光源が大半を占めており、また光熱費といったランニングコストもかかってくるため、低コストで植物工場を運営していくには照明用光源の仕様選定、構成の設計が非常に重要となる。【０００３】
このような植物工場の照明用光源として、特許文献１には、栽培対象の葉緑体を撮像部で検出して、半導体レーザーから出射された光を２次元に走査する走査機構にて栽培対象となる植物へ照射する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５４５３号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の植物栽培装置は、第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【０００６】
本開示の植物栽培装置によれば、安価で簡単な構成で光量を増加させて照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態１における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図２】図２は、図１の２−２断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１における第１のミラー走査機構を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における植物栽培装置の構成図である。
【図５】図５は、実施の形態１における植物工場の概略図である。
【図６】図６は、実施の形態１における光源部の別の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態２における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図８】図８は、実施の形態２における光源部の他の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図９】図９は、実施の形態３における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３における光源部の一つの光源ユニットに対する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
特許文献１の植物栽培装置の構成では、植物の種類によっては生長に必要な光量が非常に高いものがあり、高い光量を得るためには、レーザーディスプレイなどで用いる出力が数Ｗクラスの高価な高出力の半導体レーザーを用いなければならない。さらに、高出力の半導体レーザーを用いた場合、高出力発光時の寿命の観点で、半導体レーザーの放熱を十分配慮しなければならない。
【００１１】
本開示の植物栽培装置は、安価で簡単な構成で光量を増加させて照射する植物栽培装置を提供するものである。
【００１２】
（実施の形態１）
＜１−１．光源部の構成＞
実施の形態１における植物栽培装置は、光源部を有しており、まず光源部について詳細に説明する。図１は、本実施の形態における光源部１０の構成およびその照射領域の斜視図である。図２は図１の２−２断面図である。
【００１３】
光源部１０は、第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂを備え、外装箱１１の中に配置されている。外装箱１１は、開口部１１ａ、１１ｂが設けられており、開口部１１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部１１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂは、同じ構成である。光源部１０は、植物３０へ照射を行う。
【００１４】
第１の光源ユニット２０ａは、第１光ビーム２１ａを放射する第１の半導体レーザー２２ａ、第１光ビーム２１ａを略平行光にする第１のレンズ２３ａ、第１のレンズ２３ａにより略平行光となった第１光ビーム２１ａを２次元に走査しながら偏向する第１のミラー走査機構２４ａを備える。また、第１の半導体レーザー２２ａから放射された第１光ビーム２１ａの光量をモニタする第１のモニタ部２５ａを備える。
【００１５】
後述する駆動回路に電源投入して動作させることによって、第１の半導体レーザー２２ａが発光する。第１のミラー走査機構２４ａを、後述する駆動回路で動作させ、照射される面に対して点像状態の第１光ビーム２１ａを２次元走査して面状態の第１照射領域３１を形成する。第１のミラー走査機構２４ａの第１の反射点２６ａから植物３０までの距離をｈとする。
【００１６】
第２の光源ユニット２０ｂは、第２光ビーム２１ｂを放射する第２の半導体レーザー２２ｂ、第２光ビーム２１ｂを略平行光にする第２のレンズ２３ｂ、第２のレンズ２３ｂにより略平行光となった第２光ビーム２１ｂを２次元に走査しながら偏向する第２のミラー走査機構２４ｂを備える。また、第２の半導体レーザー２２ｂから放射された第２光ビーム２１ｂの光量をモニタする図示しない第２のモニタ部を備える。
【００１７】
後述する駆動回路を電源投入して動作させることによって、第２の半導体レーザー２２ｂが発光する。第２のミラー走査機構２４ｂを後述する駆動回路で動作させ、照射される面に対して点像状態の第２光ビーム２１ｂを２次元走査して面状態の第２照射領域３２を形成する。第２のミラー走査機構２４ｂの図示しない第２の反射点から植物３０までの距離をｈとする。
【００１８】
次に第１のミラー走査機構２４ａについて詳細に説明する。図３は、本実施形態の第１のミラー走査機構２４ａの構成を示す図である。第１のミラー走査機構２４ａは、水平方向である、θｘ方向を制御するミラー走査機構４０と、垂直方向である、θｙ方向を制御するミラー走査機構５０を有する。
【００１９】
θｘ方向を制御するミラー走査機構４０は、ミラー４１と、ミラー４１を保持するミラー保持ユニット４２と、ミラー保持ユニット４２をサスペンションワイヤー４３で支持する固定基板４４で構成される。
【００２０】
ミラー保持ユニット４２の周囲には図示しないコイルが巻かれており、このコイルはサスペンションワイヤー４３を通じて、固定基板４４上に配された図示しない導電線に接続されている。
【００２１】
そして後述する駆動回路からの電流印加により、固定基板４４上の図示しない導電線およびサスペンションワイヤー４３を介して、図示しないコイルに電流を流し、回転振動によりミラー４１の角度を制御する。
【００２２】
同様に、θｙ方向を制御するミラー走査機構５０は、ミラー５１と、ミラー５１を保持するミラー保持ユニット５２と、ミラー保持ユニット５２をサスペンションワイヤー５３で支持する固定基板５４で構成される。
【００２３】
ミラー保持ユニット５２の周囲には図示しないコイルが巻かれており、このコイルはサスペンションワイヤー５３を通じて、固定基板５４上に配された図示しない導電線に接続されている。
【００２４】
そして後述する駆動回路からの電流印加により、固定基板５４上の図示しない導電線およびサスペンションワイヤー５３を介して、図示しないコイルに電流を流し、回転振動によりミラー５１の角度を制御する。
【００２５】
このようにして、第１光ビーム２１ａを２次元走査し、面状態の第１照射領域３１を形成している。
【００２６】
第２のミラー走査機構２４ｂは、第１のミラー走査機構２４ａと同じ構成であり、第２光ビーム２１ｂを２次元操作し、面状態の第２照射領域３２を形成している。
【００２７】
ここで、第１の半導体レーザー２２ａ、第２の半導体レーザー２２ｂから放射される光の波長は、好ましくは、６３０ｎｍ（ナノメートル）から６８０ｎｍの赤色と呼ばれる波長帯域や、３８０ｎｍから５００ｎｍの青色と呼ばれる波長帯域である。
【００２８】
なお、植物育成に効果があれば、緑色波長帯域や赤外波長帯域のものであってもよい。また、赤色波長帯域、青色波長帯域のいずれの出力も１００ｍＷ程度でよい。そして、このような特性を有する半導体レーザーは、市場で大量に投入されている安価なＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）／ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）レコーダ等の光ディスクに情報を記録する光ピックアップに用いられている。
【００２９】
＜１−２．複数照射領域の設定＞
図１に示すように、第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域３１と、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域３２が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３３が存在するように第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂの配置を設定する。
【００３０】
複数照射領域３３の光量は、第１照射領域３１と第２照射領域３２が重なっているため、第１の光源ユニット２０ａの光量と第２の光源ユニット２０ｂの光量を加算した光量になる。複数照射領域３３について、その面積は栽培対象となる植物３０の大きさによって設定すればよく、第１照射領域３１または第２照射領域３２の面積の１／４以上が好ましい。
【００３１】
ここで、栽培対象となる植物３０をサニーレタスとした場合、サニーレタスの１株の大きさは１辺あたり約１５ｃｍの正方形であるので、第１照射領域３１の辺Ｌ１、Ｍ１と第２照射領域３２の辺Ｌ２、Ｍ２の長さを、それぞれ３０ｃｍとし、重なる部分の辺Ｌ、Ｍの長さを１５ｃｍ以上となるように設定すればよい。なおＬ１とＬ２、Ｍ１とＭ２は同じ長さであっても同じ長さでなくてもよく、第１照射領域３１の面積の１／４以上が確保される長さに設定すればよい。
【００３２】
ここで、第１のミラー走査機構２４ａの２次元走査のための振り角度をθｘ１、θｙ１とし、第２のミラー走査機構２４ｂの２次元走査のための振り角度をθｘ２、θｙ２とすると、第１照射領域３１、第２照射領域３２の辺の長さと第１のミラー走査機構２４ａの第１の反射点２６ａから植物３０までの距離ｈおよび第２のミラー走査機構２４ｂの図示しない第２の反射点から植物３０までの距離ｈの関係にて、以下の式で設定できる。
【００３３】
θｘ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ１／２ｈ）／２
θｙ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｍ１／２ｈ）／２
θｘ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／２ｈ）／２
θｙ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｍ２／２ｈ）／２
これにより、例えばＬ１＝Ｌ２＝Ｍ１＝Ｍ２＝３０ｃｍ、ｈ＝２０ｃｍのとき、θｘ１＝θｙ１＝θｘ２＝θｙ２＝１８．４度である。
【００３４】
＜１−３．植物栽培装置の構成＞
図４は、実施の形態１における植物栽培装置１００の構成図である。植物栽培装置１００は、光源部１０と信号処理部１０１で構成される。信号処理部１０１は、前処理回路１０２、制御回路１０３、駆動回路１０４、システムコントローラ１０５、中央演算処理回路１０６、不揮発性メモリ１０７で構成される。
【００３５】
前処理回路１０２は、光源部１０の第１のモニタ部２５ａ、第２のモニタ部からの光量を電気信号として生成し、制御回路１０３に入力する。制御回路１０３は、駆動回路１０４を介して光源部１０の第１の半導体レーザー２２ａや第２の半導体レーザー２２ｂの光量の大きさの制御や、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂの動作範囲や動作速度の制御を行う。駆動回路１０４は、第１の半導体レーザー２２ａ、第２の半導体レーザー２２ｂ、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂに接続している。制御回路１０３は、一連の制御をデジタル制御で実現する。
【００３６】
前処理回路１０２で生成された光量の電気信号は、システムコントローラ１０５において、デジタル信号処理を行う。前処理回路１０２、制御回路１０３、およびシステムコントローラ１０５は、中央演算処理回路１０６に接続されており、中央演算処理回路１０６の指令により動作する。第１の半導体レーザー２２ａより第１の光ビーム２１ａを照射し、第２の半導体レーザー２２ｂより第２光ビーム２１ｂを照射し、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂを動作させて栽培対象となる植物３０へ最適に照射するといった制御動作を含む一連の動作を規定するプログラムは、予めファームウェアとして不揮発性メモリ１０７に記憶される。このようなファームウェアは、中央演算処理回路１０６により、必要な動作の形態に応じて、不揮発性メモリ１０７から読み出される。
【００３７】
なお、植物栽培装置１００では、１つの光源部１０に対して信号処理部１０１を対応させて説明したが、これに限らない。例えば、複数の光源部１０に対して１つの信号処理部１０１が対応するように構成してもよいし、後述する実施の形態２、実施の形態３で説明する光源部に対して、信号処理部１０１を対応させてもよい。
【００３８】
図５は、本実施の形態における植物工場５００を示す図である。植物工場５００は、複数の植物育成用ラック５０１を積み重ねて構成している。植物育成用ラック５０１のラック上面５０１ａに、複数の光源部１０を取り付ける。複数の光源部１０に対して、図示しない信号処理部１０１を対応させ、植物３０に照射する光量や照射時間の設定を行う。
【００３９】
＜１−４．効果＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００４０】
これにより、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００４１】
また、本実施の形態の植物栽培装置は、複数照射領域の面積は、第１照射領域または第２照射領域のいずれか一方の面積の４分の１以上である。
【００４２】
これにより、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域を設定できる。
【００４３】
さらに、本実施の形態の植物栽培装置は、第１の光源ユニット２０ａは、第２の光源ユニット２０ｂに対して対角に配置する。
【００４４】
これにより、複数照射領域を略正方形に設定でき、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域に設定できる。
【００４５】
＜１−５．光源部の別の構成＞
図６は本実施の形態における光源部６０の構成およびその照射領域の斜視図である。図６は、第１の光源ユニット２０ｃおよび第２の光源ユニット２０ｄが略並列位置に配置した場合の構成を示す斜視図である。図６は、栽培対象となる植物３０の大きさによっては、第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄを略並列に並べてもよい場合を示している。
【００４６】
光源部６０は、第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄを備え、外装箱６１の中に配置されている。外装箱６１は、開口部６１ａ、６１ｂが設けられており、開口部６１ａから第１の光源ユニット２０ｃの２次元走査された第１光ビーム２１ｃが照射出力され、開口部６１ｂから第２の光源ユニット２０ｄの２次元走査された第２光ビーム２１ｄが照射出力される。第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄは、同じ構成である。光源部６０は、植物３０へ照射を行う。
【００４７】
第１の光源ユニット２０ｃは、第１光ビーム２１ｃを放射する第１の半導体レーザー２２ｃ、第１光ビーム２１ｃを略平行光にする第１のレンズ２３ｃ、第１のレンズ２３ｃにより略平行光となった第１光ビーム２１ｃを２次元に走査しながら偏向する第１のミラー走査機構２４ｃを備える。また、第１の半導体レーザー２２ｃから放射された第１光ビーム２１ｃの光量をモニタする図示しない第１のモニタ部を備える。
【００４８】
駆動回路１０４に電源投入して動作させることによって、第１の半導体レーザー２２ｃが発光する。第１のミラー走査機構２４ｃを、駆動回路１０４で動作させ、照射される面に対して点像状態の第１光ビーム２１ｃを２次元走査して面状態の第１照射領域３４を形成する。
【００４９】
第２の光源ユニット２０ｄは、第２光ビーム２１ｄを放射する第２の半導体レーザー２２ｄ、第２光ビーム２１ｄを略平行光にする第２のレンズ２３ｄ、第２のレンズ２３ｄにより略平行光となった第２光ビーム２１ｄを２次元に走査しながら偏向する第２のミラー走査機構２４ｄを備える。また、第２の半導体レーザー２２ｄから放射された第２光ビーム２１ｄの光量をモニタする図示しない第２のモニタ部を備える。
【００５０】
駆動回路１０４を電源投入して動作させることによって、第２の半導体レーザー２２ｄが発光する。第２のミラー走査機構２４ｄを駆動回路１０４で動作させ、照射される面に対して点像状態の第２光ビーム２１ｄを２次元走査して面状態の第２照射領域３５を形成する。
【００５１】
第１の光源ユニット２０ｃによる第１照射領域３４と、第２の光源ユニット２０ｄによる第２照射領域３５が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３６が存在するように第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄの配置を設定する。
【００５２】
複数照射領域３６の光量は、第１照射領域３４と第２照射領域３５が重なっているため、第１の光源ユニット２０ｃの光量と第２の光源ユニット２０ｄの光量を加算した光量になる。
【００５３】
第１照射領域３４の辺をＮ１、Ｏとし、第２照射領域３５の辺をＮ１、Ｏとし、複数照射領域３６の辺をＮ、Ｏとした場合、重なる複数照射領域３６の面積Ｓは、
Ｓ＝Ｎ×Ｏ＝（Ｎ１×Ｏ）／４
になる。
【００５４】
＜１−６．効果等＞
以上のように、本実施の形態の光源部６０は、第１の光源ユニットは、第２の光源ユニットに対して平行に配置する。
【００５５】
これにより、光源部６０は、光源部１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００５６】
さらに、複数照射領域を長方形に設定でき、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域に設定できる。
【００５７】
また、第１の半導体レーザー２２ｃ、第２の半導体レーザー２２ｄは、栽培対象となる植物３０に応じて同一波長で構成してもよいし、異なる波長を組み合わせて構成してもよい。例えば、レタス類の場合は、赤色波長帯域のみで育成可能であるが、唐辛子の場合は、赤色波長帯域に加えて、青色波長帯域も必要であり、この場合は、第１の半導体レーザー２２ｃを青色波長帯域で、第２の半導体レーザー２２ｄを赤色波長帯域とすればよい。
【００５８】
（実施の形態２）
＜２−１．光源部の構成＞
次に、実施の形態２における植物栽培装置の光源部について説明する。実施の形態１においては、光源部の光源ユニットが２つであったが、本実施の形態では、光源部の光源ユニットが４つの場合と６つの場合を説明する。
【００５９】
図７は、本実施の形態における光源部７０の構成およびその照射領域の斜視図である。図７において、光源部７０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂに加えて、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆを備える。
【００６０】
光源部７０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆを備え、外装箱７１の中に配置されている。外装箱７１は、開口部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが設けられており、開口部７１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部７１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力され、開口部７１ｃから第３の光源ユニット２０ｅの２次元走査された第３光ビーム２１ｅが照射出力され、開口部７１ｄから第４の光源ユニット２０ｆの２次元走査された第４光ビーム２１ｆが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆは同じ構成であるため、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆの詳細な説明は省略する。光源部７０は、植物３０へ照射を行う。
【００６１】
第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域は、辺Ｐ１、辺Ｑ３の領域であり、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域は、辺Ｐ２、辺Ｑ２の領域であり、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域は、辺Ｐ２、辺Ｑ３の領域であり、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域は、辺Ｐ１、辺Ｑ２の領域であり、第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域と第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３７が存在するように第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆの配置を設定する。
【００６２】
第１照射領域、第２照射領域、第３照射領域と第４照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３７を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３７に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００６３】
なお、図７において、４つの光源ユニットから照射される４つの照射領域を重ねて複数照射領域を形成したが、これに限らない。例えば、３つの光源ユニットから照射される３つの照射領域を重ねて複数照射領域を形成してもよいし、５つ以上の光源ユニットから照射される５つ以上の照射領域を重ねて複数照射領域を形成してもよい。
【００６４】
図８は、本実施の形態における光源部８０の構成およびその照射領域の斜視図である。図８において、光源部８０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆに加え、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈを備える。
【００６５】
光源部８０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈを備え、外装箱８１の中に配置されている。外装箱８１は、開口部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆが設けられており、開口部８１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部８１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力され、開口部８１ｃから第３の光源ユニット２０ｅの２次元走査された第３光ビーム２１ｅが照射出力され、開口部８１ｄから第４の光源ユニット２０ｆの２次元走査された第４光ビーム２１ｆが照射出力され、開口部８１ｅから第５の光源ユニット２０ｇの２次元走査された第５光ビーム２１ｇが照射出力され、開口部８１ｆから第６の光源ユニット２０ｈの２次元走査された第６光ビーム２１ｈが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇ、第６の光源ユニット２０ｈは同じ構成であるため、第５の光源ユニット２０ｇ、第６の光源ユニット２０ｈの詳細な説明は省略する。光源部８０は、２つの植物３０へ照射を行う。
【００６６】
第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域は、植物３０を含んで重なる複数照射領域３７が存在するように第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆの配置を設定する。
【００６７】
第１照射領域、第２照射領域、第３照射領域と第４照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３７を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３７に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００６８】
第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域、第５の光源ユニット２０ｇによる第５照射領域、第６の光源ユニット２０ｈによる第６照射領域は、植物３０を含んで重なる複数照射領域３８が存在するように第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈの配置を設定する。
【００６９】
第３照射領域、第４照射領域、第５照射領域と第６照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３８を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３８に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００７０】
植物工場のような広い栽培面積を持つ栽培領域であっても、光量の高い複数照射領域３７、３８のように面積を増やすことができる。
【００７１】
＜２−２．効果＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、第３光ビームを照射する第３の半導体レーザーと第３光ビームを走査して第３照射領域を形成する第３の走査機構とを含む第３の光源ユニットをさらに備え、信号処理部は、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットと第３の光源ユニットを制御し、第１照射領域と第２の照射領域と第３照射領域を重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００７２】
これにより、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００７３】
さらに、栽培対象となる植物３０が必要な光量ににあわせて複数照射領域へ照射する光源ユニットの数を決定することで、最適な複数照射領域に設定できる。
【００７４】
（実施の形態３）
＜３−１．光源部の構成＞
次に、実施の形態３における植物栽培装置の光源部について説明する。本実施の形態における光源部の光源ユニットは、実施の形態１および実施の形態２における光源ユニットとは異なる構成である。
【００７５】
図９は、本実施の形態における光源部９０の構成およびその照射領域の斜視図であり、図１０は、本実施の形態における光源部９０の一つの光源ユニットである第１の光源ユニット２０ｉに対する模式図である。
【００７６】
図９において、光源部９０は、第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋと第４の光源ユニット２０ｌを備える。第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋ、第４の光源ユニット２０ｌは同じ構成である。
【００７７】
図１０において、第１の光源ユニット２０ｉは、第１の半導体レーザー２１ｉ、２２ｉ、２３ｉと、第１のレンズ２４ｉ、２５ｉ、２６ｉと、光学素子２７ｉ、２８ｉと、第１のミラー走査機構２９ｉと図示しないモニタ部を備える。第１の半導体レーザー２１ｉは、第１光ビーム３０ｉを放射し、第１の半導体レーザー２２ｉは、第１光ビーム３２ｉを放射し、第１の半導体レーザー２３ｉは、第１光ビーム３１ｉを放射する。
【００７８】
光学素子２７ｉは、第１光ビーム３２ｉを透過し、第１光ビーム３１ｉを反射し、光学素子２８ｉは、第１光ビーム３２ｉと第１光ビーム３１ｉを透過し、第１光ビーム３０ｉを反射する。
【００７９】
光学素子２７ｉは、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉの波長帯域が同一の場合、それぞれの配置において光ビーム方向を回転軸として９０度傾き差をつけることで透過と反射が実現できる。
【００８０】
第１光ビーム３０ｉ、３１ｉ、３２ｉを合成し光学素子２８ｉから出力した第１の合成光ビーム３３ｉを、第１のミラー走査機構２９ｉで２次元に走査して面状態の第１照射領域を形成する。同様に第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋ、第４の光源ユニット２０ｌより、それぞれ第２照射領域、第３照射領域、第４照射領域を形成し、これらの照射領域が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３９を形成する。
【００８１】
ここで、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉは、赤色波長帯域に、第１の半導体レーザー２１ｉは青色波長帯域とすることが好ましい。
【００８２】
赤色波長帯域を複数使用するのは、レタス類などの植物が光合成を行うには６６０ｎｍ付近の赤色波長帯域が最も効率がよく、赤色波長帯域の光量を上げることが多いからである。青色波長帯域を使用するのは、特に育苗期間においては、植物は形態形成のため青色光に向かって生長していく特性があるためである。但し、光合成を行わないきのこ類等を生育する場合においては、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉは、青色波長帯域でもよい。
【００８３】
光源部９０は、第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋと第４の光源ユニット２０ｌを備え、外装箱９１の中に配置されている。外装箱９１は、開口部９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが設けられており、開口部９１ａから第１の光源ユニット２０ｉの２次元走査された第１の合成光ビーム３３ｉが照射出力され、開口部９１ｂから第２の光源ユニット２０ｊの２次元走査された第２の合成光ビーム３３ｊが照射出力され、開口部９１ｃから第３の光源ユニット２０ｋの２次元走査された第３の合成光ビーム３３ｋが照射出力され、開口部９１ｄから第４の光源ユニット２０ｌの２次元走査された第４の合成光ビーム３３ｌが照射出力される。
【００８４】
また、実施の形態２の図８で説明した構成と同様に、光源ユニットを増やし、複数照射領域を増やすことで、植物工場のような広い栽培面積を持つ栽培領域であっても、光量の高い複数照射領域の面積を増やすことができる。
【００８５】
＜３−２．効果等＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、複数の第１の半導体レーザーと複数の第１の半導体レーザーから照射された複数の第１光ビームを合成して第１合成ビームを照射する光学素子と、第１合成光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、複数の第２の半導体レーザーと複数の第２の半導体レーザーから照射された複数の第２光ビームを合成して第２合成ビームを照射する光学素子と、第２合成光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００８６】
これにより、１つの光源ユニットに、波長帯域の異なる半導体レーザーを複数用いれば、波長帯域に応じた植物生長の効果が得られ、波長帯域が同じ半導体レーザーを複数用いれば、照射領域に対して光量を高くすることができる。従って、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００８７】
なお、実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３において、栽培対象となる植物３０によっては、複数照射領域の面積を確保するためにミラー走査機構で走査する必要がない場合は、ミラー走査機構を用いずに半導体レーザーの放射角を用いて、重なる複数照射領域を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本開示は、人工的な光源により植物を栽培する植物栽培装置に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，６０，７０，８０，９０  光源部
１１，６１，７１，８１，９１  外装箱
１１ａ，１１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ  開口部
２０ａ，２０ｃ，２０ｉ  第１の光源ユニット
２０ｂ，２０ｄ，２０ｊ  第２の光源ユニット
２０ｅ，２０ｋ  第３の光源ユニット
２０ｆ，２０ｌ  第４の光源ユニット
２０ｇ  第５の光源ユニット
２０ｈ  第６の光源ユニット
２１ａ，２１ｃ  第１光ビーム
２１ｂ，２１ｄ  第２光ビーム
２１ｅ  第３光ビーム
２１ｆ  第４光ビーム
２１ｇ  第５光ビーム
２１ｈ  第６光ビーム
２２ａ，２２ｃ，２１ｉ，２２ｉ，２３ｉ  第１の半導体レーザー
２２ｂ，２２ｄ  第２の半導体レーザー
２３ａ，２３ｃ，２４ｉ，２５ｉ，２６ｉ  第１のレンズ
２３ｂ，２３ｄ  第２のレンズ
２４ａ，２４ｃ，２９ｉ  第１のミラー走査機構
２４ｂ，２４ｄ  第２のミラー走査機構
２５ａ  第１のモニタ部
２６ａ  第１の反射点
２７ｉ，２８ｉ  光学素子
３３ｉ  第１の合成光ビーム
３３ｊ  第２の合成光ビーム
３３ｋ  第３の合成光ビーム
３３ｌ  第４の合成光ビーム
３０  植物
３１，３４  第１照射領域
３２，３５  第２照射領域
３３，３６，３７，３８，３９  複数照射領域
４０  θｘ方向を制御するミラー走査機構
４１，５１  ミラー
４２，５２  ミラー保持ユニット
４３，５３  サスペンションワイヤー
４４，５４  固定基板
５０  θｙ方向を制御するミラー走査機構
１００  植物栽培装置
１０１  信号処理部
１０２  前処理回路
１０３  制御回路
１０４  駆動回路
１０５  システムコントローラ
１０６  中央演算処理回路
１０７  不揮発性メモリ
５００  植物工場
５０１  植物育成用ラック
５０１ａ  ラック上面
【図１】
2015040785.tif 000003
【図２】
2015040785.tif 000004
【図３】
2015040785.tif 000005
【図４】
2015040785.tif 000006
【図５】
2015040785.tif 000007
【図６】
2015040785.tif 000008
【図７】
2015040785.tif 000009
【図８】
2015040785.tif 000010
【図９】
2015040785.tif 000011
【図１０】
2015040785.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月15日(2016.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、人工的な光源により植物を栽培する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光灯やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの人工的な光源を用いて植物を栽培する研究が進められており、人工光型植物工場や太陽光人工光併用型植物工場として実用化されている。このような植物工場を設立するためのイニシャルコストとしては、照明用光源が大半を占めており、また光熱費といったランニングコストもかかってくるため、低コストで植物工場を運営していくには照明用光源の仕様選定、構成の設計が非常に重要となる。
【０００３】
このような植物工場の照明用光源として、特許文献１には、栽培対象の葉緑体を撮像部で検出して、半導体レーザーから出射された光を２次元に走査する走査機構にて栽培対象となる植物へ照射する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５４５３号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の植物栽培装置は、第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【０００６】
本開示の植物栽培装置によれば、安価で簡単な構成で光量を増加させて照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態１における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図２】図２は、図１の２−２断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１における第１のミラー走査機構を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における植物栽培装置の構成図である。
【図５】図５は、実施の形態１における植物工場の概略図である。
【図６】図６は、実施の形態１における光源部の別の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態２における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図８】図８は、実施の形態２における光源部の他の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図９】図９は、実施の形態３における光源部の構成およびその照射領域の斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３における光源部の一つの光源ユニットに対する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
特許文献１の植物栽培装置の構成では、植物の種類によっては生長に必要な光量が非常に高いものがあり、高い光量を得るためには、レーザーディスプレイなどで用いる出力が数Ｗクラスの高価な高出力の半導体レーザーを用いなければならない。さらに、高出力の半導体レーザーを用いた場合、高出力発光時の寿命の観点で、半導体レーザーの放熱を十分配慮しなければならない。
【００１１】
本開示の植物栽培装置は、安価で簡単な構成で光量を増加させて照射する植物栽培装置を提供するものである。
【００１２】
（実施の形態１）
＜１−１．光源部の構成＞
実施の形態１における植物栽培装置は、光源部を有しており、まず光源部について詳細に説明する。図１は、本実施の形態における光源部１０の構成およびその照射領域の斜視図である。図２は図１の２−２断面図である。
【００１３】
光源部１０は、第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂを備え、外装箱１１の中に配置されている。外装箱１１は、開口部１１ａ、１１ｂが設けられており、開口部１１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部１１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂは、同じ構成である。光源部１０は、植物３０へ照射を行う。
【００１４】
第１の光源ユニット２０ａは、第１光ビーム２１ａを放射する第１の半導体レーザー２２ａ、第１光ビーム２１ａを略平行光にする第１のレンズ２３ａ、第１のレンズ２３ａにより略平行光となった第１光ビーム２１ａを２次元に走査しながら偏向する第１のミラー走査機構２４ａを備える。また、第１の半導体レーザー２２ａから放射された第１光ビーム２１ａの光量をモニタする第１のモニタ部２５ａを備える。
【００１５】
後述する駆動回路に電源投入して動作させることによって、第１の半導体レーザー２２ａが発光する。第１のミラー走査機構２４ａを、後述する駆動回路で動作させ、照射される面に対して点像状態の第１光ビーム２１ａを２次元走査して面状態の第１照射領域３１を形成する。第１のミラー走査機構２４ａの第１の反射点２６ａから植物３０までの距離をｈとする。
【００１６】
第２の光源ユニット２０ｂは、第２光ビーム２１ｂを放射する第２の半導体レーザー２２ｂ、第２光ビーム２１ｂを略平行光にする第２のレンズ２３ｂ、第２のレンズ２３ｂにより略平行光となった第２光ビーム２１ｂを２次元に走査しながら偏向する第２のミラー走査機構２４ｂを備える。また、第２の半導体レーザー２２ｂから放射された第２光ビーム２１ｂの光量をモニタする図示しない第２のモニタ部を備える。
【００１７】
後述する駆動回路を電源投入して動作させることによって、第２の半導体レーザー２２ｂが発光する。第２のミラー走査機構２４ｂを後述する駆動回路で動作させ、照射される面に対して点像状態の第２光ビーム２１ｂを２次元走査して面状態の第２照射領域３２を形成する。第２のミラー走査機構２４ｂの図示しない第２の反射点から植物３０までの距離をｈとする。
【００１８】
次に第１のミラー走査機構２４ａについて詳細に説明する。図３は、本実施形態の第１のミラー走査機構２４ａの構成を示す図である。第１のミラー走査機構２４ａは、水平方向である、θｘ方向を制御するミラー走査機構４０と、垂直方向である、θｙ方向を制御するミラー走査機構５０を有する。
【００１９】
θｘ方向を制御するミラー走査機構４０は、ミラー４１と、ミラー４１を保持するミラー保持ユニット４２と、ミラー保持ユニット４２をサスペンションワイヤー４３で支持する固定基板４４で構成される。
【００２０】
ミラー保持ユニット４２の周囲には図示しないコイルが巻かれており、このコイルはサスペンションワイヤー４３を通じて、固定基板４４上に配された図示しない導電線に接続されている。
【００２１】
そして後述する駆動回路からの電流印加により、固定基板４４上の図示しない導電線およびサスペンションワイヤー４３を介して、図示しないコイルに電流を流し、回転振動によりミラー４１の角度を制御する。
【００２２】
同様に、θｙ方向を制御するミラー走査機構５０は、ミラー５１と、ミラー５１を保持するミラー保持ユニット５２と、ミラー保持ユニット５２をサスペンションワイヤー５３で支持する固定基板５４で構成される。
【００２３】
ミラー保持ユニット５２の周囲には図示しないコイルが巻かれており、このコイルはサスペンションワイヤー５３を通じて、固定基板５４上に配された図示しない導電線に接続されている。
【００２４】
そして後述する駆動回路からの電流印加により、固定基板５４上の図示しない導電線およびサスペンションワイヤー５３を介して、図示しないコイルに電流を流し、回転振動によりミラー５１の角度を制御する。
【００２５】
このようにして、第１光ビーム２１ａを２次元走査し、面状態の第１照射領域３１を形成している。
【００２６】
第２のミラー走査機構２４ｂは、第１のミラー走査機構２４ａと同じ構成であり、第２光ビーム２１ｂを２次元走査し、面状態の第２照射領域３２を形成している。
【００２７】
ここで、第１の半導体レーザー２２ａ、第２の半導体レーザー２２ｂから放射される光の波長は、好ましくは、６３０ｎｍ（ナノメートル）から６８０ｎｍの赤色と呼ばれる波長帯域や、３８０ｎｍから５００ｎｍの青色と呼ばれる波長帯域である。
【００２８】
なお、植物育成に効果があれば、緑色波長帯域や赤外波長帯域のものであってもよい。また、赤色波長帯域、青色波長帯域のいずれの出力も１００ｍＷ程度でよい。そして、このような特性を有する半導体レーザーは、市場で大量に投入されている安価なＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）／ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）レコーダ等の光ディスクに情報を記録する光ピックアップに用いられている。
【００２９】
＜１−２．複数照射領域の設定＞
図１に示すように、第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域３１と、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域３２が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３３が存在するように第１の光源ユニット２０ａと第２の光源ユニット２０ｂの配置を設定する。
【００３０】
複数照射領域３３の光量は、第１照射領域３１と第２照射領域３２が重なっているため、第１の光源ユニット２０ａの光量と第２の光源ユニット２０ｂの光量を加算した光量になる。複数照射領域３３について、その面積は栽培対象となる植物３０の大きさによって設定すればよく、第１照射領域３１または第２照射領域３２の面積の１／４以上が好ましい。
【００３１】
ここで、栽培対象となる植物３０をサニーレタスとした場合、サニーレタスの１株の大きさは１辺あたり約１５ｃｍの正方形であるので、第１照射領域３１の辺Ｌ１、Ｍ１と第２照射領域３２の辺Ｌ２、Ｍ２の長さを、それぞれ３０ｃｍとし、重なる部分の辺Ｌ、Ｍの長さを１５ｃｍ以上となるように設定すればよい。なおＬ１とＬ２、Ｍ１とＭ２は同じ長さであっても同じ長さでなくてもよく、第１照射領域３１の面積の１／４以上が確保される長さに設定すればよい。
【００３２】
ここで、第１のミラー走査機構２４ａの２次元走査のための振り角度をθｘ１、θｙ１とし、第２のミラー走査機構２４ｂの２次元走査のための振り角度をθｘ２、θｙ２とすると、第１照射領域３１、第２照射領域３２の辺の長さと第１のミラー走査機構２４ａの第１の反射点２６ａから植物３０までの距離ｈおよび第２のミラー走査機構２４ｂの図示しない第２の反射点から植物３０までの距離ｈの関係にて、以下の式で設定できる。
【００３３】
θｘ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ１／２ｈ）／２
θｙ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｍ１／２ｈ）／２
θｘ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／２ｈ）／２
θｙ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｍ２／２ｈ）／２
これにより、例えばＬ１＝Ｌ２＝Ｍ１＝Ｍ２＝３０ｃｍ、ｈ＝２０ｃｍのとき、θｘ１＝θｙ１＝θｘ２＝θｙ２＝１８．４度である。
【００３４】
＜１−３．植物栽培装置の構成＞
図４は、実施の形態１における植物栽培装置１００の構成図である。植物栽培装置１００は、光源部１０と信号処理部１０１で構成される。信号処理部１０１は、前処理回路１０２、制御回路１０３、駆動回路１０４、システムコントローラ１０５、中央演算処理回路１０６、不揮発性メモリ１０７で構成される。
【００３５】
前処理回路１０２は、光源部１０の第１のモニタ部２５ａ、第２のモニタ部からの光量を電気信号として生成し、制御回路１０３に入力する。制御回路１０３は、駆動回路１０４を介して光源部１０の第１の半導体レーザー２２ａや第２の半導体レーザー２２ｂの光量の大きさの制御や、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂの動作範囲や動作速度の制御を行う。駆動回路１０４は、第１の半導体レーザー２２ａ、第２の半導体レーザー２２ｂ、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂに接続している。制御回路１０３は、一連の制御をデジタル制御で実現する。
【００３６】
前処理回路１０２で生成された光量の電気信号は、システムコントローラ１０５において、デジタル信号処理を行う。前処理回路１０２、制御回路１０３、およびシステムコントローラ１０５は、中央演算処理回路１０６に接続されており、中央演算処理回路１０６の指令により動作する。第１の半導体レーザー２２ａより第１の光ビーム２１ａを照射し、第２の半導体レーザー２２ｂより第２光ビーム２１ｂを照射し、第１のミラー走査機構２４ａや第２のミラー走査機構２４ｂを動作させて栽培対象となる植物３０へ最適に照射するといった制御動作を含む一連の動作を規定するプログラムは、予めファームウェアとして不揮発性メモリ１０７に記憶される。このようなファームウェアは、中央演算処理回路１０６により、必要な動作の形態に応じて、不揮発性メモリ１０７から読み出される。
【００３７】
なお、植物栽培装置１００では、１つの光源部１０に対して信号処理部１０１を対応させて説明したが、これに限らない。例えば、複数の光源部１０に対して１つの信号処理部１０１が対応するように構成してもよいし、後述する実施の形態２、実施の形態３で説明する光源部に対して、信号処理部１０１を対応させてもよい。
【００３８】
図５は、本実施の形態における植物工場５００を示す図である。植物工場５００は、複数の植物育成用ラック５０１を積み重ねて構成している。植物育成用ラック５０１のラック上面５０１ａに、複数の光源部１０を取り付ける。複数の光源部１０に対して、図示しない信号処理部１０１を対応させ、植物３０に照射する光量や照射時間の設定を行う。
【００３９】
＜１−４．効果＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００４０】
これにより、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００４１】
また、本実施の形態の植物栽培装置は、複数照射領域の面積は、第１照射領域または第２照射領域のいずれか一方の面積の４分の１以上である。
【００４２】
これにより、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域を設定できる。
【００４３】
さらに、本実施の形態の植物栽培装置は、第１の光源ユニット２０ａは、第２の光源ユニット２０ｂに対して対角に配置する。
【００４４】
これにより、複数照射領域を略正方形に設定でき、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域に設定できる。
【００４５】
＜１−５．光源部の別の構成＞
図６は本実施の形態における光源部６０の構成およびその照射領域の斜視図である。図６は、第１の光源ユニット２０ｃおよび第２の光源ユニット２０ｄが略並列位置に配置した場合の構成を示す斜視図である。図６は、栽培対象となる植物３０の大きさによっては、第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄを略並列に並べてもよい場合を示している。
【００４６】
光源部６０は、第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄを備え、外装箱６１の中に配置されている。外装箱６１は、開口部６１ａ、６１ｂが設けられており、開口部６１ａから第１の光源ユニット２０ｃの２次元走査された第１光ビーム２１ｃが照射出力され、開口部６１ｂから第２の光源ユニット２０ｄの２次元走査された第２光ビーム２１ｄが照射出力される。第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄは、同じ構成である。光源部６０は、植物３０へ照射を行う。
【００４７】
第１の光源ユニット２０ｃは、第１光ビーム２１ｃを放射する第１の半導体レーザー２２ｃ、第１光ビーム２１ｃを略平行光にする第１のレンズ２３ｃ、第１のレンズ２３ｃにより略平行光となった第１光ビーム２１ｃを２次元に走査しながら偏向する第１のミラー走査機構２４ｃを備える。また、第１の半導体レーザー２２ｃから放射された第１光ビーム２１ｃの光量をモニタする図示しない第１のモニタ部を備える。
【００４８】
駆動回路１０４に電源投入して動作させることによって、第１の半導体レーザー２２ｃが発光する。第１のミラー走査機構２４ｃを、駆動回路１０４で動作させ、照射される面に対して点像状態の第１光ビーム２１ｃを２次元走査して面状態の第１照射領域３４を形成する。
【００４９】
第２の光源ユニット２０ｄは、第２光ビーム２１ｄを放射する第２の半導体レーザー２２ｄ、第２光ビーム２１ｄを略平行光にする第２のレンズ２３ｄ、第２のレンズ２３ｄにより略平行光となった第２光ビーム２１ｄを２次元に走査しながら偏向する第２のミラー走査機構２４ｄを備える。また、第２の半導体レーザー２２ｄから放射された第２光ビーム２１ｄの光量をモニタする図示しない第２のモニタ部を備える。
【００５０】
駆動回路１０４を電源投入して動作させることによって、第２の半導体レーザー２２ｄが発光する。第２のミラー走査機構２４ｄを駆動回路１０４で動作させ、照射される面に対して点像状態の第２光ビーム２１ｄを２次元走査して面状態の第２照射領域３５を形成する。
【００５１】
第１の光源ユニット２０ｃによる第１照射領域３４と、第２の光源ユニット２０ｄによる第２照射領域３５が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３６が存在するように第１の光源ユニット２０ｃと第２の光源ユニット２０ｄの配置を設定する。
【００５２】
複数照射領域３６の光量は、第１照射領域３４と第２照射領域３５が重なっているため、第１の光源ユニット２０ｃの光量と第２の光源ユニット２０ｄの光量を加算した光量になる。
【００５３】
第１照射領域３４の辺をＮ１、Ｏとし、第２照射領域３５の辺をＮ１、Ｏとし、複数照射領域３６の辺をＮ、Ｏとした場合、重なる複数照射領域３６の面積Ｓは、
Ｓ＝Ｎ×Ｏ＝（Ｎ１×Ｏ）／４
になる。
【００５４】
＜１−６．効果等＞
以上のように、本実施の形態の光源部６０は、第１の光源ユニットは、第２の光源ユニットに対して平行に配置する。
【００５５】
これにより、光源部６０は、光源部１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００５６】
さらに、複数照射領域を長方形に設定でき、栽培対象となる植物３０の大きさにあわせて、最適な複数照射領域に設定できる。
【００５７】
また、第１の半導体レーザー２２ｃ、第２の半導体レーザー２２ｄは、栽培対象となる植物３０に応じて同一波長で構成してもよいし、異なる波長を組み合わせて構成してもよい。例えば、レタス類の場合は、赤色波長帯域のみで育成可能であるが、唐辛子の場合は、赤色波長帯域に加えて、青色波長帯域も必要であり、この場合は、第１の半導体レーザー２２ｃを青色波長帯域で、第２の半導体レーザー２２ｄを赤色波長帯域とすればよい。
【００５８】
（実施の形態２）
＜２−１．光源部の構成＞
次に、実施の形態２における植物栽培装置の光源部について説明する。実施の形態１においては、光源部の光源ユニットが２つであったが、本実施の形態では、光源部の光源ユニットが４つの場合と６つの場合を説明する。
【００５９】
図７は、本実施の形態における光源部７０の構成およびその照射領域の斜視図である。図７において、光源部７０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂに加えて、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆを備える。
【００６０】
光源部７０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆを備え、外装箱７１の中に配置されている。外装箱７１は、開口部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが設けられており、開口部７１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部７１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力され、開口部７１ｃから第３の光源ユニット２０ｅの２次元走査された第３光ビーム２１ｅが照射出力され、開口部７１ｄから第４の光源ユニット２０ｆの２次元走査された第４光ビーム２１ｆが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆは同じ構成であるため、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆの詳細な説明は省略する。光源部７０は、植物３０へ照射を行う。
【００６１】
第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域は、辺Ｐ１、辺Ｑ３の領域であり、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域は、辺Ｐ２、辺Ｑ２の領域であり、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域は、辺Ｐ２、辺Ｑ３の領域であり、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域は、辺Ｐ１、辺Ｑ２の領域であり、第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域と第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３７が存在するように第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆの配置を設定する。
【００６２】
第１照射領域、第２照射領域、第３照射領域と第４照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３７を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３７に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００６３】
なお、図７において、４つの光源ユニットから照射される４つの照射領域を重ねて複数照射領域を形成したが、これに限らない。例えば、３つの光源ユニットから照射される３つの照射領域を重ねて複数照射領域を形成してもよいし、５つ以上の光源ユニットから照射される５つ以上の照射領域を重ねて複数照射領域を形成してもよい。
【００６４】
図８は、本実施の形態における光源部８０の構成およびその照射領域の斜視図である。図８において、光源部８０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆに加え、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈを備える。
【００６５】
光源部８０は、第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈを備え、外装箱８１の中に配置されている。外装箱８１は、開口部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆが設けられており、開口部８１ａから第１の光源ユニット２０ａの２次元走査された第１光ビーム２１ａが照射出力され、開口部８１ｂから第２の光源ユニット２０ｂの２次元走査された第２光ビーム２１ｂが照射出力され、開口部８１ｃから第３の光源ユニット２０ｅの２次元走査された第３光ビーム２１ｅが照射出力され、開口部８１ｄから第４の光源ユニット２０ｆの２次元走査された第４光ビーム２１ｆが照射出力され、開口部８１ｅから第５の光源ユニット２０ｇの２次元走査された第５光ビーム２１ｇが照射出力され、開口部８１ｆから第６の光源ユニット２０ｈの２次元走査された第６光ビーム２１ｈが照射出力される。第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇ、第６の光源ユニット２０ｈは同じ構成であるため、第５の光源ユニット２０ｇ、第６の光源ユニット２０ｈの詳細な説明は省略する。光源部８０は、２つの植物３０へ照射を行う。
【００６６】
第１の光源ユニット２０ａによる第１照射領域、第２の光源ユニット２０ｂによる第２照射領域、第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域は、植物３０を含んで重なる複数照射領域３７が存在するように第１の光源ユニット２０ａ、第２の光源ユニット２０ｂ、第３の光源ユニット２０ｅと第４の光源ユニット２０ｆの配置を設定する。
【００６７】
第１照射領域、第２照射領域、第３照射領域と第４照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３７を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３７に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００６８】
第３の光源ユニット２０ｅによる第３照射領域、第４の光源ユニット２０ｆによる第４照射領域、第５の光源ユニット２０ｇによる第５照射領域、第６の光源ユニット２０ｈによる第６照射領域は、植物３０を含んで重なる複数照射領域３８が存在するように第３の光源ユニット２０ｅ、第４の光源ユニット２０ｆ、第５の光源ユニット２０ｇと第６の光源ユニット２０ｈの配置を設定する。
【００６９】
第３照射領域、第４照射領域、第５照射領域と第６照射領域のそれぞれの面積の１／４の面積である領域を重ねて複数照射領域３８を形成することで、複数照射領域の光量はそれぞれの光源ユニットの複数照射領域３８に対する光量の４倍の光量を得ることができる。
【００７０】
植物工場のような広い栽培面積を持つ栽培領域であっても、光量の高い複数照射領域３７、３８のように面積を増やすことができる。
【００７１】
＜２−２．効果＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、第３光ビームを照射する第３の半導体レーザーと第３光ビームを走査して第３照射領域を形成する第３の走査機構とを含む第３の光源ユニットをさらに備え、信号処理部は、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットと第３の光源ユニットを制御し、第１照射領域と第２の照射領域と第３照射領域を重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００７２】
これにより、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００７３】
さらに、栽培対象となる植物３０が必要な光量ににあわせて複数照射領域へ照射する光源ユニットの数を決定することで、最適な複数照射領域に設定できる。
【００７４】
（実施の形態３）
＜３−１．光源部の構成＞
次に、実施の形態３における植物栽培装置の光源部について説明する。本実施の形態における光源部の光源ユニットは、実施の形態１および実施の形態２における光源ユニットとは異なる構成である。
【００７５】
図９は、本実施の形態における光源部９０の構成およびその照射領域の斜視図であり、図１０は、本実施の形態における光源部９０の一つの光源ユニットである第１の光源ユニット２０ｉに対する模式図である。
【００７６】
図９において、光源部９０は、第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋと第４の光源ユニット２０ｌを備える。第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋ、第４の光源ユニット２０ｌは同じ構成である。
【００７７】
図１０において、第１の光源ユニット２０ｉは、第１の半導体レーザー２１ｉ、２２ｉ、２３ｉと、第１のレンズ２４ｉ、２５ｉ、２６ｉと、光学素子２７ｉ、２８ｉと、第１のミラー走査機構２９ｉと図示しないモニタ部を備える。第１の半導体レーザー２１ｉは、第１光ビーム３０ｉを放射し、第１の半導体レーザー２２ｉは、第１光ビーム３２ｉを放射し、第１の半導体レーザー２３ｉは、第１光ビーム３１ｉを放射する。
【００７８】
光学素子２７ｉは、第１光ビーム３２ｉを透過し、第１光ビーム３１ｉを反射し、光学素子２８ｉは、第１光ビーム３２ｉと第１光ビーム３１ｉを透過し、第１光ビーム３０ｉを反射する。
【００７９】
光学素子２７ｉは、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉの波長帯域が同一の場合、それぞれの配置において光ビーム方向を回転軸として９０度傾き差をつけることで透過と反射が実現できる。
【００８０】
第１光ビーム３０ｉ、３１ｉ、３２ｉを合成し光学素子２８ｉから出力した第１の合成光ビーム３３ｉを、第１のミラー走査機構２９ｉで２次元に走査して面状態の第１照射領域を形成する。同様に第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋ、第４の光源ユニット２０ｌより、それぞれ第２照射領域、第３照射領域、第４照射領域を形成し、これらの照射領域が、植物３０を含んで重なる複数照射領域３９を形成する。
【００８１】
ここで、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉは、赤色波長帯域に、第１の半導体レーザー２１ｉは青色波長帯域とすることが好ましい。
【００８２】
赤色波長帯域を複数使用するのは、レタス類などの植物が光合成を行うには６６０ｎｍ付近の赤色波長帯域が最も効率がよく、赤色波長帯域の光量を上げることが多いからである。青色波長帯域を使用するのは、特に育苗期間においては、植物は形態形成のため青色光に向かって生長していく特性があるためである。但し、光合成を行わないきのこ類等を生育する場合においては、第１の半導体レーザー２２ｉ、２３ｉは、青色波長帯域でもよい。
【００８３】
光源部９０は、第１の光源ユニット２０ｉ、第２の光源ユニット２０ｊ、第３の光源ユニット２０ｋと第４の光源ユニット２０ｌを備え、外装箱９１の中に配置されている。外装箱９１は、開口部９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが設けられており、開口部９１ａから第１の光源ユニット２０ｉの２次元走査された第１の合成光ビーム３３ｉが照射出力され、開口部９１ｂから第２の光源ユニット２０ｊの２次元走査された第２の合成光ビーム３３ｊが照射出力され、開口部９１ｃから第３の光源ユニット２０ｋの２次元走査された第３の合成光ビーム３３ｋが照射出力され、開口部９１ｄから第４の光源ユニット２０ｌの２次元走査された第４の合成光ビーム３３ｌが照射出力される。
【００８４】
また、実施の形態２の図８で説明した構成と同様に、光源ユニットを増やし、複数照射領域を増やすことで、植物工場のような広い栽培面積を持つ栽培領域であっても、光量の高い複数照射領域の面積を増やすことができる。
【００８５】
＜３−２．効果等＞
以上のように、本実施の形態の植物栽培装置は、複数の第１の半導体レーザーと複数の第１の半導体レーザーから照射された複数の第１光ビームを合成して第１合成光ビームを照射する光学素子と、第１合成光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、複数の第２の半導体レーザーと複数の第２の半導体レーザーから照射された複数の第２光ビームを合成して第２合成光ビームを照射する光学素子と、第２合成光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備える。信号処理部は、第１照射領域と第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する。
【００８６】
これにより、１つの光源ユニットに、波長帯域の異なる半導体レーザーを複数用いれば、波長帯域に応じた植物生長の効果が得られ、波長帯域が同じ半導体レーザーを複数用いれば、照射領域に対して光量を高くすることができる。従って、簡単な構成で照射領域の光量を増加させ植物生長のための照射条件の最適化を図ることができ、高価なレーザーディスプレイ用の高出力の半導体レーザーを用いることなく、また高出力が不要な分、放熱特性も有利で、市場に大量に投入されているＢＤ／ＤＶＤレコーダで用いている安価な半導体レーザーを用いることができ、高い光量を必要とする植物にも対応できる。
【００８７】
なお、実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３において、栽培対象となる植物３０によっては、複数照射領域の面積を確保するためにミラー走査機構で走査する必要がない場合は、ミラー走査機構を用いずに半導体レーザーの放射角を用いて、重なる複数照射領域を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本開示は、人工的な光源により植物を栽培する植物栽培装置に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，６０，７０，８０，９０    光源部
１１，６１，７１，８１，９１    外装箱
１１ａ，１１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ    開口部
２０ａ，２０ｃ，２０ｉ    第１の光源ユニット
２０ｂ，２０ｄ，２０ｊ    第２の光源ユニット
２０ｅ，２０ｋ    第３の光源ユニット
２０ｆ，２０ｌ    第４の光源ユニット
２０ｇ    第５の光源ユニット
２０ｈ    第６の光源ユニット
２１ａ，２１ｃ    第１光ビーム
２１ｂ，２１ｄ    第２光ビーム
２１ｅ    第３光ビーム
２１ｆ    第４光ビーム
２１ｇ    第５光ビーム
２１ｈ    第６光ビーム
２２ａ，２２ｃ，２１ｉ，２２ｉ，２３ｉ    第１の半導体レーザー
２２ｂ，２２ｄ    第２の半導体レーザー
２３ａ，２３ｃ，２４ｉ，２５ｉ，２６ｉ    第１のレンズ
２３ｂ，２３ｄ    第２のレンズ
２４ａ，２４ｃ，２９ｉ    第１のミラー走査機構
２４ｂ，２４ｄ    第２のミラー走査機構
２５ａ    第１のモニタ部
２６ａ    第１の反射点
２７ｉ，２８ｉ    光学素子
３３ｉ    第１の合成光ビーム
３３ｊ    第２の合成光ビーム
３３ｋ    第３の合成光ビーム
３３ｌ    第４の合成光ビーム
３０    植物
３１，３４    第１照射領域
３２，３５    第２照射領域
３３，３６，３７，３８，３９    複数照射領域
４０    θｘ方向を制御するミラー走査機構
４１，５１    ミラー
４２，５２    ミラー保持ユニット
４３，５３    サスペンションワイヤー
４４，５４    固定基板
５０    θｙ方向を制御するミラー走査機構
１００    植物栽培装置
１０１    信号処理部
１０２    前処理回路
１０３    制御回路
１０４    駆動回路
１０５    システムコントローラ
１０６    中央演算処理回路
１０７    不揮発性メモリ
５００    植物工場
５０１    植物育成用ラック
５０１ａ    ラック上面
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ビームを照射する第１の半導体レーザーと前記第１光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、
第２光ビームを照射する第２の半導体レーザーと前記第２光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備え、
前記第１光ビームと前記第２光ビームは同一波長であり、
前記信号処理部は、前記第１照射領域と前記第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する、
植物栽培装置。
【請求項２】
前記複数照射領域の面積は、前記第１照射領域または前記第２照射領域のいずれか一方の面積の４分の１以上である、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記第１の光源ユニットは、前記第２の光源ユニットに対して対角に配置する、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記第１の光源ユニットは、前記第２の光源ユニットに対して平行に配置する、請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
第３光ビームを照射する第３の半導体レーザーと前記第３光ビームを走査して第３照射領域を形成する第３の走査機構とを含む第３の光源ユニットをさらに備え、
前記信号処理部は、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットと前記第３の光源ユニットを制御し、前記第１照射領域と前記第２の照射領域と前記第３照射領域を重ね合わせて複数照射領域を形成する、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項６】
複数の第１の半導体レーザーと前記複数の第１の半導体レーザーから照射された複数の第１光ビームを合成して第１合成光ビームを照射する光学素子と、前記第１合成光ビームを走査して第１照射領域を形成する第１の走査機構とを含む第１の光源ユニットと、
複数の第２の半導体レーザーと前記複数の第２の半導体レーザーから照射された複数の第２光ビームを合成して第２合成光ビームを照射する光学素子と、前記第２合成光ビームを走査して第２照射領域を形成する第２の走査機構とを含む第２の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットとを制御する信号処理部と、を備え、
前記第１光ビームと前記第２光ビームは同一波長であり、
前記信号処理部は、前記第１照射領域と前記第２の照射領域とを重ね合わせて複数照射領域を形成する、
植物栽培装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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