(57)【要約】【課題】照明の消費電力量を少なくしつつ、植物を十分に成長させることができると共に安定して栽培することができる植物栽培システムを提供する。【解決手段】植物栽培システム１は、植物栽培用の照明４と、照明４の昇降装置２と、植物９０の高さを検知するビーム光源６及び受光器７と、その検知結果により照明４と植物９０との距離が一定になるように昇降装置２を制御すると共に、照明４の照射条件を記憶してその照射条件で照明を制御する制御ユニット２０とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物栽培用の照明と、該照明の移動手段と、植物の高さを検知する植物高検知手段と、該植物高検知手段の検知結果により該照明と該植物との距離が一定になるように該移動手段を制御する照明位置制御手段と、該照明の照射条件を記憶する照射条件記憶手段と、該照射条件記憶部に記憶された照射条件で該照明を制御する照明制御手段とを備えることを特徴とする植物栽培システム。
【請求項２】
前記照射条件が、前記植物の生育段階の進行と共に、前記照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培システム。
【請求項３】
前記植物高検知手段が、ビーム光の出射源及び該ビーム光の受光器を、該照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培システム。
【請求項４】
前記植物高検知手段が、前記ビーム光の出射源及び前記ビーム光の受光器の組を複数組、備えており、この各組のうちで該ビーム光を受光できない該受光器の数が所定数に達したときに、該ビーム光の高さを該植物の高さとして検知することを特徴とする請求項３に記載の植物栽培システム。
【請求項５】
前記植物高検知手段が、接触センサを前記照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培システム。
【請求項６】
前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、前記照明制御手段が、該光量センサの検知結果に基づき前記照射条件となるように前記照明を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の植物栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工的な照明で植物を栽培する植物栽培システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンテナや建屋などの内部で植物を栽培する植物工場が、注目を集めている。植物工場では、人工的な照明や必要性に応じて空調設備を使用することで、季節や環境、設置場所に左右されず、一定品質の植物を安定して連続的に栽培することができる。その照明には、低消費電力であることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用され始めている。ＬＥＤを照明に使用して植物を栽培する植物栽培システムが、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２５２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人工的な照明は電気機器であるので、低消費電力であるＬＥＤを用いたとしても、電力を消費する。また、植物栽培にはある程度の長い期間が必要であるため、点灯時間が長くなり、消費電力量が多くなる。そのため、栽培開始から収穫までに照明で消費される電力量を少なくしたいという要求がある。特に、近年、省エネルギー化が求められており、消費電力量を少なくすることに対する重要性は高い。
【０００５】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、照明の消費電力量を少なくしつつ、植物を十分に成長させることができると共に安定して栽培することができる植物栽培システム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】
【０００６】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された植物栽培システムは、植物栽培用の照明と、該照明の移動手段と、植物の高さを検知する植物高検知手段と、該植物高検知手段の検知結果により該照明と該植物との距離が一定になるように該移動手段を制御する照明位置制御手段と、該照明の照射条件を記憶する照射条件記憶手段と、該照射条件記憶部に記憶された照射条件で該照明を制御する照明制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載された植物栽培システムは、請求項１に記載されたものであり、前記照射条件が、前記植物の生育段階の進行と共に、前記照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された植物栽培システムは、請求項１または２に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、ビーム光の出射源及び該ビーム光の受光器を、該照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載された植物栽培システムは、請求項３に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、前記ビーム光の出射源及び前記ビーム光の受光器の組を複数組、備えており、この各組のうちで該ビーム光を受光できない該受光器の数が所定数に達したときに、該ビーム光の高さを該植物の高さとして検知することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された植物栽培システムは、請求項１または２に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、接触センサを前記照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された植物栽培システムは、請求項１から５のいずれかに記載されたものであり、前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、前記照明制御手段が、該光量センサの検知結果に基づき前記照射条件となるように前記照明を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の植物栽培システムによれば、照明が植物の高さに連動して一定の距離となるように移動するので、照明光が無駄にならず、照明の消費電力量を少なくすることができる。さらに、植物の種類に適した照明条件で照射することで、無駄に強い光を照射することがなくなり、必要なだけの光量を照射できるので、照明光が無駄にならず、照明の消費電力量を少なくすることができると共に、植物を安定して十分に栽培することができる。
【００１３】
植物の生育段階の進行と共に、照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させる照明条件にする場合、常に一定の強い光量を照射しなくても、植物を十分に成長させることができると共に安定して栽培できる。したがって、消費電力量を一層少なくすることができる。
【００１４】
植物高検知手段が、ビーム光の出射源及びビーム光の受光器を、照明と共に移動可能に備える場合、簡便な構成で植物の高さを検知することができる。このような簡便な構成であると、例えばカメラを配置して画像処理で植物の高さを検知するような複雑な方法と比較して、消費電力量を一層少なくすることができる。
【００１５】
ビーム光の出射源及びビーム光の受光器の組を複数組、備えて、この各組のうちでビーム光を受光できない受光器の数が所定数に達したときに、ビーム光の高さを植物の高さとして検知する場合、一部の成長の早い植物の高さを検知して、照明が早めに上昇してしまうことが防止され、多数の植物と照明との距離を一定の距離に保つことができる。このため、多数の植物に確実に照明光を照射できるので、低消費電力でありながら、植物を一層安定して栽培することができる。
【００１６】
植物高検知手段が、接触センサを照明と共に移動可能に備えている場合、簡便な構成であるため、消費電力量を一層少なくすることができる。
【００１７】
前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、照明制御手段が、光量センサの検知結果に基づき照射条件となるように照明を制御する場合、確実に照射条件の光量を照射でき、植物を安定して栽培することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する植物栽培システムの正面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。
【図２】本発明を適用する植物栽培システムの電気系の構成図である。
【図３】本発明を適用する植物栽培システムで栽培する植物の種類を設定するための外部のコンピュータに表示された「栽培植物の選択画面」の例である。
【図４】本発明を適用する植物栽培システムにおける昇降装置の動作を示す概要図である。
【図５】照明を移動させるための照明移動処理を示すフローチャートである。
【図６】植物高検知手段の他の例の動作を示す正面図である。
【図７】総光量を一定にしてコマツナを栽培した結果であり、（ａ）は高総光量での栽培結果のグラフ、（ｂ）は低総光量での結果のグラフである。
【図８】総光量を生育段階で変化させて栽培したコマツナの収穫量のグラフである。
【図９】総光量を生育段階で変化させて栽培したサラダカブの収穫量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態例に限定されるものではない。
【００２０】
本発明を適用する植物栽培システムの一例を、図１（ａ）に正面図、図１（ｂ）に側面図で示す。この植物栽培システム１は、コンテナや建屋内で使用されるものである。植物栽培システム１は、一例として、枠組みされたフレーム３０に、上下２段の棚１１を有しており、各棚１１で植物を栽培可能になっている。また、フレーム３０の上には、制御ユニット２０が配置されていて、各棚１１における栽培は各々独立して制御ユニット２０に制御される。フレーム３０に設けられた棚１１の数は１段であってもよく、２段以上の複数段であってもよい。各棚１１に備えられた構成は同様であるので、以下では、１つの棚１１の構成について説明する。
【００２１】
棚１１には、培地台１５、植物栽培用の照明４、照明の昇降装置２、ビーム光源６、受光器７、及び光量センサ５が備えられている。
【００２２】
棚１１は、地面と水平になるようにフレーム３０に固定されている。棚１１の上には、植物９０の培地となる複数の培地台１５が、等間隔の列（例えば５列）となるように載置されている。培地台１５は、一例として、水漏れしない上部開口容器に吸水性スポンジ培地を入れたものである。培地台１５には、図示しないが、養液を循環させるための養液タンク及び循環ポンプが配管を介して接続されている。
【００２３】
培地台１５の上方には、培地台１５を照らすように培地台１５に対向させて、植物栽培用の照明４が設けられている。この照明４は、昇降装置２（照明の移動手段の一例）によって昇降可能になっている。照明４は、ＬＥＤで構成されていることが好ましいが、例えば有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）照明などの他の照明に変えてもよい。
【００２４】
昇降装置２は、一例として、照明４の固定された昇降枠２ａ、４本のロッド２ｂ、電動モーター２ｃを備えている。昇降枠２ａの四隅には、雌ねじが形成されていて、これらの各雌ねじに、雄ねじの形成されたロッド２ｂが螺合して貫通している。各ロッド２ｂは、図示しないが、軸を中心としてスムーズに回転可能にベアリング軸受で支持されると共に、上端部に歯車が取り付けられている。全てのロッド２ｂの歯車を架け渡すようにチェーンベルトが掛けられていて、いずれのロッド２ｂも同じ回転をするようになっている。電動モーター２ｃには１本のロッド２ｂが結合しており、電動モーター２ｃを回転させると、すべてのロッド２ｂが同方向に回転して、ねじの螺合により昇降枠２ａの高さが変わるようになっている。図１では、電動モーター２ｃは、１つしか図示していないが、棚１１ごとに対応して備えられている。
【００２５】
なお、昇降装置２として、公知の種々の装置を用いることができる。例えば、昇降枠２ａをワイヤロープで釣り上げて、そのワイヤロープを電動ウインチで巻き取り、巻き出しするようにして、昇降枠２ａを昇降させてもよい。また、電動ピストンや油圧ピストンの出し入れで、昇降枠２ａを押し上げ・下げして昇降させてもよい。昇降装置２としては、電力消費量が少ないものを用いることが、省エネルギーの観点から好ましい。
【００２６】
ビーム光源６及び受光器７は、本発明における植物高検知手段に相当し、照明４と共に移動して植物の高さを検知するためのものである。ビーム光源６は、光軸に対して強い指向性を持つビーム光Ｌを出射するものであり、例えばレーザー光源や、指向性を有するレンズを組み合わせたＬＥＤ等である。ビーム光源６は、照明４の照射光と区別可能に、照明４とは異なる波長の光を出射するものであることが好ましい。ビーム光源６は、ビーム光Ｌが照明４よりも下側で、ちょうど培地台１５の列の上を、培地台１５（地面）に対して水平に横切るように、昇降枠２ａの一端部側（図の左側）に固定されている。
【００２７】
受光器７は、ビーム光Ｌの波長の光を受光したときに、受光したことを示す検知信号を出力する光検出器であり、例えばフォトダイオードである。受光器７は、ビーム光Ｌを受光可能に、ビーム光源６に対向させて昇降枠２ａの他端部側（図の右側）に固定されている。ビーム光源６及び受光器５の組は、一例として、培地台１５の数と同じ数だけ複数組、設けられている。各々のビーム光源６は、ビーム光Ｌが各々培地台１５から同じ高さを横切るように、配置されている。
【００２８】
なお、培地台１５の列ごとにビーム光源６及び受光器７の組を配置するように、数多くの組を配置したほうが植物の高さを精度よく検出することができるが、必要性に応じて全ての列に配置しなくてもよく、例えば１列飛ばしや２列飛ばしのように間引いてビーム光源６及び受光器７の組を配置してもよい。また、培地台１５の列に対して直角、又は斜めにビーム光Ｌが横切るようにビーム光源６及び受光器７を配置してもよい。また、ビーム光Ｌ同士がクロスするように、正面及び側面にビーム光源６及び受光器７の組を配置してもよい。培地台１５の大きさや培地台１５，１５・・・の列の間隔が栽培する植物によって変わる場合もあるので、ビーム光源６及び受光器７の位置を、列の位置等の変化に対応して移動できるようにすることが好ましい。
【００２９】
光量センサ５は、植物９０に照明４から照射されている光量を検知する光量検知手段であり、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタや公知の光量測定器、ＰＰＦＤ測定器である。光量センサ５は、植物９０に対向するように昇降枠２ａの下部に配置されている。光量センサ５が照明４の照射光を直接受光せずに、植物９０に当たった光の反射光だけを受光するように、光量センサ５を例えば有底筒状の遮光壁の中に配置して、その遮光壁の開口部を植物９０に向けるように配置することが好ましい。また、図１では、光量センサ５を、照明４と重なる位置に配置した例を図示しているが、照明４と照明４との間の位置に配置するようにしてもよい。光量センサ５の数は、多いほうが光量を精度よく検知できるため好ましいが、必要性に応じて、培地台１５の各列に１つずつ、列ごとに位置をずらして配置したり、１列飛ばしや２列飛ばしのように列を間引いて配置したり、１つだけ配置したりしてもよい。また、光量センサ５の位置は、植物９０の位置に合わせて、移動できるようにしておくことが好ましい。
【００３０】
制御ユニット２０は、防水性の筐体内に納められていて、フレーム３０の上部に設けられている。制御ユニット２０は、一例として、無線データ通信が可能なように、アンテナ２１が配置されている。
【００３１】
図２に植物栽培システム１の電気系の構成図を示す。
【００３２】
照明４は、一例として、赤色光を発光するＬＥＤ１０Ｒ、緑色光を発光するＬＥＤ１０Ｇ、及び青色光を発光するＬＥＤ１０Ｂが各々多数配置されている。照明４は、ＬＥＤ１０Ｒ，ＬＥＤ１０Ｇ，ＬＥＤ１０Ｂの発光する光量を独立して設定できるようになっている。
【００３３】
制御ユニット２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、インタフェース回路、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）、無線ユニットなどを備え、植物栽培システム１の動作を統括的に制御するものである。この制御ユニット２０は、棚１１ごとに独立して、照明４や昇降装置２などの制御を行う。メモリは、例えば半導体メモリやハードディスクなどの読み書き可能な不揮発性のメモリであり、ＣＰＵの動作プログラムを記憶すると共に、照明４の照射条件などを記憶する。インタフェース回路は、照明４や電動モーター２ｃなどの各部を駆動したり、受光器７や光量センサ５の信号を検出したりするための回路である。ＲＴＣは、年月日及び時刻の情報を出力する時計である。制御ユニット２０は、栽培動作の開始操作が行われた時に、例えば、栽培を開始した時の年月日、時刻の情報をＲＴＣから取得してメモリに記憶しておき、現在の年月日、時刻と比較することで、栽培を開始した時からの経過期間を判別できるようになっている。無線ユニットは、例えば無線ＬＡＮ用のデータ通信ユニットであり、ＬＡＮに接続された外部の例えばコンピュータ２５と、無線でデータ通信が可能になっている。なお、有線でデータ通信できるようにしてもよい。
【００３４】
制御ユニット２０は、本発明における照明制御手段を兼ねるものであり、ＬＥＤ１０Ｒ，ＬＥＤ１０Ｇ，ＬＥＤ１０Bの各々に供給する電流を独立して制御して、照明４の光量を、メモリに記憶された照射条件に従って制御できるようになっている。また、制御ユニット２０（照明制御手段）は、光量センサの検知結果に基づき照射条件となるように照明４を制御する。また、制御ユニット２０は、ビーム光源６及び受光器７と共に、本発明における植物高検知手段を兼ねるものであり、植物の高さの検知が可能になっている。また、制御ユニット２０は、本発明における照明位置制御手段を兼ねるものであり、植物高検知手段の検知結果により照明４と植物９０との距離が一定になるように昇降装置２（電動モータ２ｃ）を制御する。
【００３５】
植物栽培システム１の動作を具体的に説明する。
【００３６】
植物栽培システム１で栽培を開始する前に、先ず、栽培する植物の種類に対応した照明４の照射条件を、制御ユニット２０に予め記憶させる。コンピュータ２５には、複数の植物の種類の照射条件が記憶されており、栽培者が、植物の種類を選択できるようになっている。図３に、コンピュータ２５のディスプレイ２６に「栽培植物の選択画面」を表示させた例を示す。栽培者は、画面に表示された植物の中から、栽培する植物を、マウスやキーボードなどの操作機器で選択する。コンピュータ２５は、選択された植物の照射条件を、制御ユニット２０に送って記憶させる。栽培者は、コンピュータ２５を操作して、照明条件を手動で設定できるようにしてもよい。照明条件については後述する。
【００３７】
なお、インターネット回線や電話回線などの公衆回線を介して、コンピュータ２５と制御ユニット２０とがデータ通信して、照明条件を設定するようにしてもよい。また、制御ユニット２０に予め照明条件を記憶させるのではなく、照明条件が必要になる都度、制御ユニット２０がコンピュータ２５にアクセスして、コンピュータ２５から読み込むようにしてもよい。この場合、コンピュータ２５が本発明における照射条件記憶手段になる。コンピュータ２５を制御ユニット２０と共に配置してもよい。また、照明条件の記録されたＵＳＢメモリ、フレキシブルディスクなどの外部記録媒体（照射条件記憶手段の他の例）を、制御ユニット２０に直接接続してその照明条件を使用するようにしてもよい。また、制御ユニット２０のメモリに複数の植物の種類の照明条件を予め記録させておいて、制御ユニット２０に設けたスイッチなどの設定手段で、栽培する植物の種類を選択できるようにしてもよい。
【００３８】
栽培者は、苗を培地台１５（図１参照）に植え付けてから、植物栽培システム１の栽培動作を開始させる。
【００３９】
制御ユニット２０は、栽培動作を開始すると、図４に示すように、植物の高さを検知して、照明４と植物９０との距離が一定の短い距離になるように昇降装置２を制御する。具体的には、制御ユニット２０は、ビーム光源６にビーム光Ｌを出射させ、植物９０によってビーム光Ｌが遮られず、受光器７がビーム光Ｌを受光できるようになる位置まで、昇降装置２の昇降枠２ａを上昇させる。図４（ａ）に植物９０が苗期の状態を示す。ビーム光Ｌが植物９０のちょうどすぐ上を通って受光器７に達する状態になっていて、ビーム光源６及び照明４が昇降枠２ａに固定されているので、植物９０と照明４との距離は一定の距離になる。植物９０が成長して高くなると、ビーム光Ｌが遮られて、受光器７がビーム光Ｌを受光できなくなる。このため、制御ユニット２０は、受光器７がビーム光Ｌをちょうど受光できる高さまで昇降装置２を上昇させる。図４（ｂ）に植物９０の成長期の状態を示し、図４（ｃ）に植物９０の収穫期の状態を示す。いずれの状態であっても、植物９０と照明４との距離が一定に保たれる。
【００４０】
植物９０と照明４との距離、つまりビーム光Ｌと照明４との距離は、植物９０のなるべく近くに照明４が位置するように、短い距離であることが好ましい。例えば、植物９０と照明４との距離が、好ましくは２０ｃｍ以下、より好ましくは１０ｃｍ以下、さらに好ましくは５ｃｍ以下となるように、ビーム光Ｌと照明４との距離を規定する。ＬＥＤは熱の発生が少ないので、照明４を植物９０に近づけることができる。なお、照明４の発する熱が植物９０に悪影響を及ぼす場合には、熱を考慮した距離とする。
【００４１】
このように、植物９０と照明４とを一定の近い距離に保つことで、照明４が移動しない植物栽培システムと比較して、照明４の光を無駄なく植物９０に照射することができる。したがって、照明４の消費電力量を少なくすることができる。
【００４２】
制御ユニット２０は、植物の高さの具体的な値を、昇降枠２ａを昇降させた電動モーター２ｃの回転量から判別できる。制御ユニット２０は、植物の高さの値を、外部のコンピュータ２５（図２参照）にデータ送信するようにしてもよい。
【００４３】
図１に示すように、同じ棚１１内に、ビーム光源６及び受光器７の組を複数組有する場合、一組でもビーム光Ｌが遮られたときに、照明４（昇降装置２）を上昇させるようにしてもよいが、複数組のうちで所定数の組のビーム光Ｌが遮られたときに、照明４を上昇させるようにすることが好ましい。図５を参照して説明する。
【００４４】
制御ユニット２０は、図５にフローチャートで示す照明移動処理を、植物９０の生長速度に対応させて予め設定された、例えば１〜４８時間ごとの所定時間間隔で実行する。このように所定時間間隔で実行するとリアルタイムで実行するよりも消費電力量を少なくできるので好ましい。
【００４５】
同図に示すように、制御ユニット２０は、複数のビーム光源６にビーム光Ｌを出射させる（ステップＳ１１）。このとき制御ユニット２０は、ビーム光Ｌを受光できない非検出の受光器７の数を判別する（ステップＳ１２）。続いて、制御ユニット２０は、ビーム光Ｌが非検出だった受光器７の数が所定数以上であるか判別し（ステップＳ１３）、所定数に満たないときは、処理を終了する。この場合、照明４の位置は、移動しない。ステップＳ１３で、所定数以上であったときは、制御ユニット２０は、照明４（昇降装置２）を上昇させて、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１１からステップＳ１３のループを繰り返し、ビーム光Ｌが非検出となる数が所定数に満たなくなるまで、照明４を上昇させて処理を終了する。処理の終了と共にビーム光Ｌの出射を停止させる。
【００４６】
このように制御することで、植物９０の成長に個体差があって成長の早い一部の植物９０がビーム光Ｌを遮ったとしても、所定数の植物９０が遮るまで照明４が上昇しないので、照明４が早めに上昇してしまい、多くの植物９０と照明４との距離が一定の距離よりも離れてしまうことが防止されるので、照明光を無駄なく安定して植物９０に照射することができる。
【００４７】
ステップＳ１３で判別する所定数は、適宜設定することができるが、例えば受光器７の数のうちの半数に設定したり、受光器７の数が５個であれば３個や、１０個のうちの６個のように半数以上の多数となる数（多数決できる最小の数）に設定したりすると、全体の中の半数程度の平均的な植物９０の高さを検知することができるので、平均的に植物９０と照明４との距離を一定の距離にすることができる。
【００４８】
なお、植物高検知手段として、ビーム光源６及び受光器７を用いた例について説明したが、照明４と共に移動可能に接触センサを設け、植物９０が接触センサに達した高さを検知するようにしてもよい。図６に、昇降枠２ａに接触センサを設けた場合の例を示す。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、接触センサとして、スイッチ８及び可動板９を、各培地台１５毎に備えている。スイッチ８は、レバースイッチ、マイクロスイッチ、押しボタンスイッチなどのスイッチであり、レバー等の操作部が押されてことにより接点がオンになるものである。同図に示すように、スイッチ８は、照明４よりも下側で、支柱９ａ付近の昇降枠２ａ（照明４）に固定されている。可動板９は、照明光を通過させる透明な板であり、例えば、ガラス板、アクリル板である。可動板９は、培地台１５と同じ程度の面の大きさを有し、照明４と培地台１５との間に、培地台１５に平行に対向するように配置されている。可動板９は、昇降枠２ａに固定された支柱９ａに沿って上下方向にスライド可能に、四隅を支柱９ａで支持されている。可動板９が軽い力で上方にスライドし易いように、可動板９の重量を相殺するようなスプリングばね等の弾性体を支柱９ａに挿入してもよい。
【００５０】
図６（ｂ）に示すように、植物９０が成長すると、可動板９を押し上げてスイッチ８がオンになる。これにより、スイッチ８の接続された制御ユニット２０は、植物９０の高さを検知できる。可動板９が傾いて押し上げられたとしても、いずれかのスイッチ８がオンになることで検出が可能である。必要性に応じて、スイッチ８や支柱９ａを例えば中央付近に設けてもよく、その位置や数は、栽培領域の大きさなどに対応させて適宜設定すればよい。可動板９は、１枚でなくてもよく、複数に分割して配置してもよい。
【００５１】
制御ユニット２０は、スイッチ８がオンになったときに、スイッチ８がオフになるまで昇降枠２ａを上昇させる。これにより、植物９０の高さに連動して照明４が上昇する。複数のスイッチ８が所定数以上オンになったときに、昇降枠２ａを上昇させるようにしてもよい。
【００５２】
制御ユニット２０は、栽培動作の開始操作が行われると、メモリに記憶されている照明条件を読み込み、その照明条件に合わせて照明４を点灯させる。制御ユニット２０は、照明条件の光量に対応する予め定めた電流をＬＥＤ１０Ｒ〜ＬＥＤ１０Ｂに供給してもよいが、光量センサ５によって植物９０に照射されている光量を検出し、植物９０に照明条件に合った光量が実際に照射されるように、照明４の発光強度を負帰還制御することが好ましい。光量センサ５が複数配置されているときは、一例として、制御ユニット２０は、全ての光量センサ５の検出値を平均化し、その平均値で照明４を負帰還制御する。なお、光量センサ５の数が多いときには、光量センサ５の位置に対応する培地台１５ごとに、照明４の発光強度を制御してもよいし、光量センサ５の位置ごとに照明４の発光強度を細かく制御するようにしてもよい。各植物９０の個体差や葉の向きなどから、光量センサ５の検出値に誤差が生じたり、ばらつきが生じたりする可能性があるので、少なくとも２つ以上の光量センサ５の検出値を平均化して用いることが好ましい。
【００５３】
また、光量センサ５が検出する光量は、植物９０で反射した光の光量であるので、実際に植物９０に当たる光量よりも弱く検出される場合がある。そのため、植物９０の位置で測定した照明光の光量と、光量センサ５が検出する光量との差を、予め補正値として測定して制御ユニット２０のメモリに記憶させておき、この補正値で光量センサ５の検出した光量を補正することが好ましい。このように補正することで、実際に植物９０に当たっている照明光の光量を正確に検出することができる。
【００５４】
次に、照明条件について説明する。
【００５５】
本願発明者は、人工的な照明による植物の栽培について鋭意研究を行っているが、植物の生育に必要な光量や１日当たりの照射時間（照射条件）は、苗期から収穫期まで常に一定の強い光量が日夜（又は日中）必要なわけではなく、生育段階によって必要な光量や照射時間が変わることを見出した。したがって、生育段階に応じて必要なだけの光を照射することで、無駄な電力を消費することがなくなり、かつ、植物を十分に生育することが可能であることが分かった。以下、詳述する。
【００５６】
図７に、基礎実験として、照射光量と１日当たりの照射時間とを乗算した「総光量」を一定にしてコマツナを栽培した結果を示す。一週間（Ｗ）毎にサンプリングして、可食部の乾燥重量を測定した。図７（ａ）は高総光量で栽培し、図７（ｂ）は低総光量で栽培した結果である。図７（ａ）には、蛍光灯（ＦＬ）で１日に照射光量（ＰＰＦＤ：光合成有効光量子束密度）２００μｍｏｌ・ｍ-2・Ｓ-1による１２時間照射（以下、「２００−１２Ｌ」のように表す）、ＬＥＤで２００−１２Ｌ、ＬＥＤで１００−２４Ｌで生育した３種の測定データを示し、図７（ｂ）には、蛍光灯で１００−１２Ｌ、ＬＥＤで１００−１２Ｌ、ＬＥＤで５０−２４Ｌで生育した３種の測定データを示す。なお、ＰＰＦＤとは、光合成に有効な可視領域４００〜７００ｎｍの波長領域だけの光量子束密度を表す。
【００５７】
ＬＥＤは、赤（Ｒ）：６６０ｎｍ、緑（Ｇ）：５２０ｎｍ、青（Ｂ）：４５０ｎｍの波長で発光する三色混合ＬＥＤ素子（昭和電工株式会社製）を使用し、各色の光量レベルを自在に調整するために専用電源コントローラー（１２ＣＨ用ＲＧＢ制御ユニット：株式会社シバサキ製）を用いて、各色の光量ＰＰＦＤの比がＲ：Ｇ：Ｂ＝６：１：３となるように調整した。栽培は、室温２０℃、湿度５０〜７０％の恒温室内における養液栽培（ＥＣ＝１．５）で行った。
【００５８】
同図からわかるように、各図内では、ＬＥＤ同士の比較において１２時間照射（１２時間暗期）と２４時間連続照射との差は無かった。高総光量の図７（ａ）と低総光量の図７（ｂ）との比較から、第４週目（４Ｗ）の生育後期（収穫期）になるほど高光量のほうが収穫量が大きく増加することが分かった。この結果から、生育前期は低総光量で栽培し、生育後期に高総光量で栽培しても収穫量は大きく差が出ず、消費電力量を少なくできることが推察された。
【００５９】
図８に、生育段階で総光量を変化させてコマツナを栽培した収穫量（葉の乾燥重量）の結果を示す。使用したＬＥＤ等や温度等は図７の栽培時の条件と同様である。育成段階は、前期（１Ｗ〜３Ｗ）と後期（４Ｗ）との２段階に設定した。照射条件（光量、１日当たりの照射時間）を表１に示す。総光量は、既に記載したように、光量（ＰＰＦＤ）×１日当たりの照射時間である。栽培総光量は、育成段階ごとに総光量×栽培日数を算出して、それらの総和を求めたものである。つまり、栽培総光量は、栽培（育成）に要した総光量の総和を表している。
【表１】
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【００６０】
比較のために、Ａは蛍光灯（ＦＬ）で生育前期、後期共に高総光量、ＢはＬＥＤで生育前期、後期共に高総光量で栽培した。Ｃ，Ｄは生育前期に低総光量、生育後期に高総光量、Ｅは生育前期に高光量、生育後期に低光量で栽培した。栽培するために照明で要した消費電力量も測定し、その結果を表１に比で表している。
【００６１】
同図のＣ，Ｄの結果から、コマツナは生育前期に照射する総光量は少なくし、生育後期に照射する総光量を増加させることで、著しい生育促進効果が得られた。なお、２４時間連続照射か１２時間照射の暗期設定かによる違いはみられなかった。
【００６２】
Ｃ，Ｄは、同図の表に示すように、Ａ，Ｂ，Ｅよりも栽培総光量及び消費電力量が最も少なかった。
【００６３】
この栽培結果から、コマツナを栽培するための照射条件として、第１週〜第３週は、１００−１２Ｌ又は５０−２４Ｌとし、第４週は１７５−２４Ｌとする。
【００６４】
図９に、生育段階で総光量を変化させてサラダカブを栽培した収穫量（株の乾燥重量）の結果を示す。育成段階は、前期（１Ｗ〜３Ｗ）と後期（４Ｗ〜５Ｗ）との２段階に設定した。照射条件を表２に示す。使用したＬＥＤ等や温度等の条件は図７の栽培時の条件と同様である。
【表２】
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【００６５】
Ａは蛍光灯（ＦＬ）で生育前期、後期共に高総光量、Ｂ，ＣはＬＥＤで生育前期、後期共に高総光量で栽培した。Ｄは生育前期に低総光量、生育後期に高総光量、Ｅは生育前期に高光量、生育後期に低光量で栽培した。栽培するために照明で要した消費電力量も測定し、その結果を表２に比で表している。
【００６６】
同図のＤの結果から、サラダカブは生育前期に照射する総光量は少なくし、生育後期に照射する総光量を増加させることで、顕著な株の肥大がみられた。
【００６７】
Ｄは、同図の表に示すように、Ａ〜Ｃと栽培総光量が同じでありＥよりも少なく、消費電力量はＢと共に最も少なかった。
【００６８】
この栽培結果から、サラダカブを栽培するための照射条件として、第１週〜第３週は、１００−１２Ｌとし、第４週〜第５週は１７５−２４Ｌとする。
【００６９】
このように、生育段階の進行と共に総光量を増加させることで、栽培に必要な消費電力量を少なくすることができる。なお、上記の照射条件の例は、一例であり、適宜変えてもよい。また、生育段階を２段階に設定する例を示したが、３段階、５段階のように、より細かな複数段階に設定してもよい。
【００７０】
他の種類の植物の照射条件も、実験的に幾つか照射条件を変えて栽培を行い、その中で収穫量が最も大きくなる照射条件を採用する。照射する総光量を増加させる週（期間）は、例えば、図７で行った栽培実験のように、週ごとにサンプリングした乾燥重量が大きく増加する週とする。また、本発明は、水耕で栽培する装置だけでなく、土耕で栽培する装置にも適用することができる。栽培する植物は、コマツナ、ホウレンソウなどの葉物野菜、サラダカブやゴボウなどの根や地下茎を食用とする根菜、トマトなどの果菜といった種々の野菜に限られず、花卉、観葉植物、苗木や果物等の樹木というように種々の植物の栽培に本発明を適用することができる。
【００７１】
図８，９の栽培では、照明の各色の光量比をＲ：Ｇ：Ｂ＝６：１：３としたが、この割合は植物栽培に適した比に適宜変更してもよい。また、白色光の照明を使用してもよい。また、上記のように栽培段階の進行と共に総光量を増加させる照明条件とすることが最も好ましいが、必要性に応じて、常に一定の総光量で栽培したり、逆に総光量を減少させるようにしたりしてもよい。また、照射条件の光量は、植物への照射であるので光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）で設定することが好ましいが、光量子束密度で設定するようにしてもよいし、他の光の単位系で設定してもよい。光量センサ４は、照射条件で規定された単位系（例えばＰＰＦＤ）で測定できるものか、測定値を補正や換算できるものを用いる。
【００７２】
このようにして得られた植物の種類に対応させた照明条件をコンピュータ２５に予め記憶させておく。制御ユニット２０は、コンピュータ２５からメモリに転送された照明条件に合わせて照明４を点灯させる。
【００７３】
なお、植物は成長と共に高さが高くなるので、植物の高さで生育段階を判別できる。そのため、照明条件を設定するための生育段階を、植物の高さで規定してもよい。また、生育段階を、経過期間及び植物の高さの両方で規定してもよい。例えば、第１週〜第３週を１００−１２Ｌとし、第４週で高さが所定長以上あれば２００−１２Ｌとし、高さが所定長以下であれば生育を促進させるために２００−２４Ｌとするというように設定する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
植物栽培システムを用いることで、誰でも、どのような場所でも、季節や天候に左右されず、省エネルギーで植物を栽培することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１は植物栽培システム、２は昇降装置、２ａは昇降枠、２ｂはロッド、２ｃは電動モーター、４は植物栽培用の照明、５は光量センサ、６はビーム光源、７は受光器、８はスイッチ、９は可動板、９ａは支柱、１０Ｒは赤色ＬＥＤ、１０Ｇは緑色ＬＥＤ、１０Ｂは青色ＬＥＤ、１１は棚、１５は培地台、２０は制御ユニット、２１はアンテナ、２５はコンピュータ、２６はディスプレイ、３０はフレーム、９０は植物、Ｌはビーム光である。
【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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