(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで安定した野菜の生産性を実現する野菜工場を提供する。【解決手段】主光として太陽光Ｌ１を取り込む太陽光取込部１と、太陽光取込部で採光された太陽光を集光する集光部６と、集光部で集光された太陽光の光量子量を検知する光量子センサ７と、野菜栽培トレイ１１の近傍に設けられ、副光Ｌ２を照射する人工光源が配置される照明部９と、集光部で集光された太陽光を照明部に導いて野菜栽培トレイに照射する光ファイバー８と、光量子センサが検知した光量子量が予め設定された基準値以下であると、照明部の人工光源を発光させて野菜栽培トレイに照射する制御部とを備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
主光として太陽光を取り込む太陽光取込部と、
前記太陽光取込部で採光された太陽光を集光する集光部と、
前記集光部で集光された太陽光の光量子量を検知する光量子センサと、
野菜栽培トレイの近傍に設けられ、副光を照射する人工光源が配置される照明部と、
前記集光部で集光された太陽光を前記照明部に導いて前記野菜栽培トレイに照射する光ファイバーと、
前記光量子センサが検知した光量子量が予め設定された基準値以下であると、前記照明部の人工光源を発光させて前記野菜栽培トレイに照射する制御部と、
を備えることを特徴とする野菜工場。
【請求項２】
前記太陽光取込部は、太陽光を反射して前記集光部に導く可動ミラーと、太陽の位置を検知する光センサを備え、該光センサの検知信号に基づいて前記ミラーを可動し、前記太陽光を一定の光量にて前記集光部に導くことを特徴とする請求項１に記載の野菜工場。
【請求項３】
前記集光部は、光軸方向に並ぶ固定レンズと移動レンズとを備え、該移動レンズを光軸方向に移動することにより、集光量を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の野菜工場。
【請求項４】
前記照明部に、前記光ファイバーからの太陽光を拡散する光拡散手段を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の野菜工場。
【請求項５】
前記光量子量の基準値は、育成する野菜の種類に応じて個々に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の野菜工場。
【請求項６】
前記人工光源として光半導体を用いることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の野菜工場。
【請求項７】
前記照明部と前記野菜栽培トレイを対として、上下多段に設けて成ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の野菜工場。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、植物育成用の光源として太陽光と共に人工光を利用する野菜工場に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の露地栽培やビニールハウス栽培のように、太陽光の照射のみを利用して野菜等の農産物を育成する方法では、季節（春、夏、秋、冬）や天候（晴天、雨天、曇天）等、環境変化による農産物の収穫量や収穫時期の変動は避けられない。
【０００３】
そこで、近年、光合成作用を活性化し、植物の成長促進に必要な波長４００ｎｍ〜７００ｎｍが得られる人工光（例えば、ＬＥＤ光）を光源とする植物育成方法が注目されてきている（例えば、特許文献１参照）。
係る植物育成方法では、環境の変化に左右されない安定した生産性を確保することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９８６６５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このような人工光のみを利用した完全人工光型の植物育成方法では、光源の電力消費が大きいためコスト的に不利になるという問題がある。また、ＬＥＤは１個当たりの光量が少ないため、完全人工光型として必要な光量を得るために駆動電流を多くすると、その発熱によるＬＥＤの劣化で発光効率が低下し、生産性に影響を及ぼすといった問題も生じ得る。
【０００６】
本考案は、係る人工光による植物育成方法の問題点に鑑みなされたもので、太陽光を主光として利用すると共に、必要に応じ人工光を副光として利用することにより、低コストで安定した野菜の生産を可能とする野菜工場を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本考案は、主光として太陽光を取り込む太陽光取込部と、上記太陽光取込部で採光された太陽光を集光する集光部と、上記集光部で集光された太陽光の光量子量を検知する光量子センサと、野菜栽培トレイの近傍に設けられ、副光を照射する人工光源が配置される照明部と、上記集光部で集光された太陽光を上記照明部に導いて上記野菜栽培トレイに照射する光ファイバーと、上記光量子センサが検知した光量子量が予め設定された基準値以下であると、上記照明部の人工光源を発光させて上記野菜栽培トレイに照射する制御部とを備えることを特徴としている。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、雨天時や曇天時等のように、太陽光が不足し採光した太陽光の光量子量が予め定めた基準値に満たない場合に限り、その光量不足分を人工光（例えば、ＬＥＤの発光光）で補うように構成したので、従来の完全人工光型の育成方法に比べて、照明コストを大幅に削減し、高品質の野菜を低コストで提供することができる。
また、太陽光の採光量を常に一定レベルに調整することにより、育成期間が安定した野菜の生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１による野菜工場の構成を示す模式図である。
【図２】太陽光取込部の概略構成図である。
【図３】集光部による集光量の調整を説明するための図である。
【図４】制御部の構成を示す図である。
【図５】実施例２による野菜工場の構成を示す模式図である。
【図６】季節ごとの太陽の日周運動を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
以下、本考案による野菜工場につき、図１〜図６を用いて説明する。
本考案は、植物育成用の光源として太陽光（主光）を利用し、必要に応じ人工光（副光）としてＬＥＤの発光光を利用するようにした野菜工場である。
ここで、主光とは、植物の育成に利用する主たる光を意味し、副光とは、主光の不足分を補い、植物の正常な育成を維持するための光を意味する。
【実施例１】
【００１１】
先ず、図１を用いて本実施例による野菜工場の構成を説明する。図１は、実施例１による野菜工場の構成を示す模式図である。
図１に示すように、本実施例による野菜工場は、屋外より太陽光Ｌ１を取り込む太陽光取込部１と、取り込まれた太陽光Ｌ１より植物の育成に有害な紫外線や遠赤外線を除去するフィルター２と、有害光が除去された太陽光Ｌ１を集光する集光部６と、集光された太陽光Ｌ１の光量子量を検知する光量子センサ７と、複数の人工光源１０（ＬＥＤ１０）が配設される複数の照明部９と、集光部６で集光された太陽光Ｌ１を分光し、各照明部９に導いて野菜栽培トレイ１１に照射する光ファイバー８と、ＬＥＤ１０の発光を制御する制御部２０とを備える。
【００１２】
本実施例では、野菜栽培トレイ１１を上下多段に設けると共に、各野菜栽培トレイ１１にそれぞれ照明部９を近接配置することにより、野菜の多段育成を可能にしている。
【００１３】
図２は、上記太陽光取込部１の概略構成図である。
図２に示すように、本実施例による太陽光取込部１は、屋外からの太陽光Ｌ１を入光・反射して前記集光部６に導くミラー１３と、太陽の方位や高度を検知する太陽光追尾センサ（光センサ）１４を備え、該太陽光追尾センサ１４の検知信号に基づいてミラー１３を可動し、１年を通し太陽光Ｌ１を常に一定の光量にて上記した集光部６に導くものである。
【００１４】
尚、本実施例では、上記ミラー１３として、赤外線を透過し可視光線を反射するコールドミラーを用い、太陽光の取り入れ時に赤外線を除去するようにしている。
【００１５】
ここで、図６を用いて１年の太陽の動きを説明する。図６は、季節ごとの太陽の日周運動を示す図である
図６中、符号θは、太陽の南中高度を示し、夏至は南中高度が最も高く、冬至は南中高度が最も低くなる。春分と秋分の南中高度は、夏至と冬至のほぼ中間の位置となる。
符号αは日の出と日の入りの方角を示し、春分・秋分では、日の出は真東、日の入りは真西となり、夏至では、日の出・日の入りが北寄りとなり、冬至では、南寄りとなる。
このように、１年を通して太陽の位置が変化し、これに伴って太陽光の照射量も変化していく。
【００１６】
図２に戻り、上記ミラー１３は、回転テーブル１５上に設置されている。この回転テーブル１５は、その側面に係合して第１モータ１８の駆動で回転するウオームギヤ１７により回動自在となされており、太陽光追尾センサ１４の検知信号に基づいて第１モータ１８の駆動を制御することにより、回転テーブル１５上のミラー１３の位置を日の出から日の入りに至る太陽の動き（図６のαに対応）に追尾させることができる。
【００１７】
また、ミラー１３は、回転テーブル１５上において該ミラー１３と共に設置された第２モータ１６の軸部に連結されており、太陽光追尾センサ１４の検知信号に基づいて第２モータ１６の駆動を制御することにより、鏡面の傾きを太陽の南中高度（図６のθに対応）に追尾させることができる。
【００１８】
尚、上記した日の出から日の入りに至るミラー１３の位置制御と、太陽の南中高度による鏡面の傾き制御は太陽光追尾センサ１４の検知信号に基づいて図示しないモータ駆動制御部により制御されるものとする。
【００１９】
図３は、上記集光部６による集光量の調整を説明するための図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の集光部６は、光軸方向に並ぶ固定レンズ３と移動レンズ４による一組のレンズブロックと、移動レンズ４に連結されて該移動レンズを光軸方向に移動するアクチュエータ５を備える。
アクチュエータ５には、駆動源となるストロークモータ５ａが設けられ、該ストロークモータ５ａの駆動により、移動レンズ４を光軸方向（図の上下方向）に移動することができる。
【００２０】
図３（ａ）は、太陽の光量が多く、植物育成のための光量が過剰になる夏時の集光を示している。この場合は、移動レンズ４を固定レンズ３から遠ざけるよう下方に移動させることにより、固定レンズ３に入光した光量Ｄの内の余分な光Ｌｔを除いた光量Ｄ１を、植物育成用の光量ｄとして光ファイバー８に伝達する。
【００２１】
図３（ｂ）は、太陽の光量が少なく、植物育成のための光量が不足気味となる冬時の集光を示している。この場合は、移動レンズ４を固定レンズ３に近づけるよう上方に移動させることにより、固定レンズ３に入光した光量Ｄの全てを植物育成用の光量ｄとして光ファイバー８に伝達する。
【００２２】
尚、移動レンズ４の移動により集光量を調整しても植物の育成に必要な分の光量が得られない場合は、後述するＬＥＤ１０の発光光Ｌ２が副光として太陽光Ｌ１に付加されることになる。
【００２３】
このように、太陽の光量に応じて固定レンズ３と移動レンズ４間の距離を調整し、光ファイバー８に伝達される光量ｄを適宜調整することにより、常に一定レベルの光量を植物育成用として利用することができる。
【００２４】
尚、太陽の光量に応じた移動レンズ４の移動制御は、光量子センサ７（図１）の検知出力に基づいてアクチュエータ５（すなわち、ストロークモータ５ａ）の駆動を制御することにより可能である。
【００２５】
図１に示すように、上記照明部９は、人工光源として複数のＬＥＤ１０を設けた矩形平板状の部材でなり、野菜１２への近接照射が可能なように各野菜栽培トレイ１１のごく近傍に配設されている。ＬＥＤ１０の発光制御は、後述する制御部２０により行われる。
また、この照明部９の上面より集光部６で集光された太陽光Ｌ１が伝送される光ファイバー８が導入されており、該照明部９において、光ファイバー８からの太陽光Ｌ１と共にＬＥＤ１０の発光光Ｌ２を野菜栽培トレイ１１に照射できるようになっている。
【００２６】
図４は、上記制御部２０の構成を示す図である。
図４に示すように、制御部２０は、植物の育成に必要とされる光量子量（基準値）を予め格納しておく格納部２１（例えば、ＲＡＭ）と、光量子センサ７が検知した太陽光Ｌ１の光量子量と格納部２１に格納されている基準値を比較する比較部２２と、光量子センサ７の検知量が基準値以下の場合にＬＥＤ１０を発光させる駆動部２３と、ＬＥＤ１０の駆動用電源２４とを備える。
【００２７】
また、格納部２１には、育成する野菜の種類毎に設定された光量子量の基準値が格納されており、育成する野菜に応じて基準値を選択することにより好適な光量を供給できるようになっている。
例えば、レタス栽培の場合の基準値として、例えば、１３０μｍｏｌ／ｍ2・ｓが設定されている。
【００２８】
本構成では、雨天や曇天時等のように植物の育成に必要な太陽光（光量子量）が不足する場合は、光ファイバー８からの太陽光Ｌ１に加え、ＬＥＤ１０の発光光Ｌ２が自動的に野菜栽培トレイ１１に照射されることになる。
但し、ＬＥＤ１０の発光光は、太陽光の不足分を補うためのものであるから、発光時間は短くて済み、電力消費量は少ない。従って、素子の発熱による発光効率の低下は少ない。
【００２９】
この場合、ＬＥＤ１０の発光を複数のグループ毎に制御可能な構成として、太陽光の不足量に応じてＬＥＤ１０の発光数（すなわち、照射量）を調整することも可能である。
【００３０】
以上、実施例１によれば、雨天時や曇天時、或いは明け方や夕方等のように太陽光が不足し、採光した太陽光の光量子量が予め定めた基準値に満たない場合に限り、その光量不足分をＬＥＤ１０の発光光で補うように構成したので、従来の完全人工光型の育成方法に比べて、照明コストを大幅に削減し、高品質の野菜を低コストで提供することができる。
また、太陽光の採光量を常に一定レベルに調整することにより、育成期間が安定した野菜の生産が可能である。
【００３１】
因みに、野菜栽培のランニングコストの内、照明電力費は約８０％を占めるが、本考案のように、太陽光を主光とし人工光を副光とすることにより、ランニングコストを約５０％削減することが可能である。
【実施例２】
【００３２】
次に、図５を用いて本考案の実施例２による野菜工場の構成を説明する。図５は、実施例２による野菜工場の構成を示す模式図である。
本実施例の野菜工場が実施例１（図１）と相違する点は、照明部９の上面に光ファイバー８から伝送された太陽光Ｌ１を拡散するための光拡散手段としてシリンドリカルレンズ１９を設けたことである。
上記シリンドリカルレンズ１９は、レンズの片面がシリンドリカル面で構成されたかまぼこ型のレンズである。該シリンドリカルレンズ１９は、一方向には曲率を持つが、それと直交する方向には曲率を持たないという特性を有することから、入射した光の単一方向を拡散することができ、ライン照明に好適なレンズである。
【００３３】
このように、光ファイバー８により伝送された太陽光を照明部９において拡散させることにより、集光部６からの太陽光を各照明部９に分光させるために使用する光ファイバー８の本数を実施例１（図１）に比べて少なくできるというメリットがある。
【００３４】
以上、本考案の実施形態では、人工光の光源として、光半導体であるＬＥＤを用いたが、蛍光灯でも代用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  太陽光取込部
３  固定レンズ
４  移動レンズ
６  集光部
７  光量子センサ
８  光ファイバー
９  照明部
１０  ＬＥＤ（人工光源）
１１  野菜栽培トレイ
１２  野菜
１３  コールドミラー（ミラー）
１４  太陽光追尾センサ（光センサ）
１９  シリンドリカルレンズ（光拡散手段）
２０  制御部
Ｌ１  太陽光
Ｌ２  人工光
【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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