(57)【要約】【課題】光エネルギーを有効利用してランニングコストを低減する。【解決手段】植物栽培装置１は、栽培パネル１６が支持された栽培架台１１と、レール１２と、４つの光源ユニット２１、２２、２３、２４と、電流供給回路３１とを有している。３つの光源ユニット２１、２２、２３は、それぞれ、レール１２の延在方向に離隔した個別光源である２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）装置２６を含んでいる。光源ユニット２１、２２、２３において、光学素子によって屈折させられた光は、側面視における照射角度θ１、θ２、θ３（θ３＞θ２＞θ１）で鉛直下方に向かって出射され、栽培パネル１６の上面での受光範囲の大きさはＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３となっている。栽培架台１１は、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、順次移動していく。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物が植え付けられる栽培パネルと、
発光ダイオード装置をそれぞれ含む一又は複数の個別光源と、
前記一又は複数の個別光源に駆動電流を供給する電流供給手段と、
前記一又は複数の個別光源から出射された光を前記栽培パネルに植え付けられた植物に照射するためにそれぞれが所定の照射領域を有するように屈折させる一又は複数の光学素子と、
植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記一又は複数の光学素子に係る一又は複数の前記照射領域に対して、前記栽培パネルを相対的に移動させる移動手段とを備えていることを特徴とする完全制御型植物工場における植物栽培装置。
【請求項２】
前記移動手段は、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記複数の光学素子に係る前記複数の照射領域内に順次前記栽培パネルを相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記複数の光学素子が、前記複数の個別光源から出射された光を互いに異なる照射角度となるように屈折させ、
前記移動手段が、次第に大きな照射角度に係る照射領域内に植物が位置するように、前記栽培パネルを同一水平面内において相対的に移動させることを特徴とする請求項２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記電流供給手段は、照射角度の大きな前記光学素子に係る前記個別光源ほど多くの光量を出射するように、前記複数の個別光源に駆動電流を供給することを特徴とする請求項３に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
複数の発光ダイオード装置を含み、前記複数の個別光源に係る最も大きな受光範囲よりも大きな受光範囲を形成する面光源をさらに備えており、
前記移動手段は、前記複数の個別光源に係る最も大きな照射角度に対応する照射領域内に植物が位置した後に、前記面光源に係る照射領域内に植物が位置するように、前記栽培パネルを同一水平面内において相対的に移動させることを特徴とする請求項３又は４に記載の植物栽培装置。
【請求項６】
前記栽培パネルには植物を植え付けるための植付領域が複数設けられていると共に、同じ照射角度を有する前記個別光源がそれぞれ前記植付領域の数以上設けられており、
隣り合う２つの前記植付領域のピッチが、同じ照射角度を有する隣り合う２つの前記個別光源のピッチと同じであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記栽培パネルに植え付けられる植物の種類に応じた成長速度情報及び前記複数の個別光源の受光範囲に関する情報を記憶する記憶手段を含んでおり、前記記憶手段の記憶内容に基づいて、成長速度情報に従って成長する仮想的な植物が受光範囲からはみ出さないように前記栽培パネルを相対的に移動させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項８】
植物が植え付けられる栽培パネルと、発光ダイオード装置をそれぞれ含む一又は複数の個別光源と、前記一又は複数の個別光源に駆動電流を供給する電流供給手段と、前記一又は複数の個別光源から出射された光を前記栽培パネルに植え付けられた植物に照射するためにそれぞれが所定の照射領域を有するように屈折させる一又は複数の光学素子とを備えた、完全制御型植物工場における植物栽培装置を用いて行われる植物栽培方法であって、
植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記一又は複数の光学素子に係る一又は複数の前記照射領域に対して、前記栽培パネルを相対的に移動させることを特徴とする植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、完全制御型植物工場における植物栽培装置及び植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーフレタスなどを周年計画生産できる栽培施設として、完全制御型植物工場が実用化されている。完全制御型植物工場では、栽培面を立体的（多段）に配置し、栽培空間を有効活用することで、敷地面積当たりの栽培密度・効率を向上させる方法が主流である。完全制御型植物工場では、太陽光を完全に遮断した建物内で温度、湿度及び炭酸ガス濃度などを制御し、蛍光ランプが太陽光に代わる人工光源として利用されている。
【０００３】
蛍光ランプの場合、ランプの長さ方向の左右と中央付近での光量がばらついており、均一に光を植物に照射することは難しく、植物までの距離を１０ｃｍ以下にすると葉が焼けてしまうといった欠点がある。
【０００４】
また、蛍光ランプの場合は、発光源となる蛍光体の配分を変えることで、波長を操作することが可能であるが、この波長を栽培中に自在に変化させることは困難である。
【０００５】
最近では、特許文献１に示されているように、発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を光源とした完全制御型植物工場が実用化されつつある。ＬＥＤ装置は、年々発光効率が高い商品が開発されてきているだけでなく、波長を栽培中に自在に変化させること、配列や配置を決めればほぼ均一に栽培面に光を照射すること、及び、発熱量が少ないために蛍光ランプよりも植物体の近くに配置することが可能である。これらの理由によって、完全制御型植物工場の光源としてＬＥＤ装置が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に完全制御型植物工場での植物の栽培においては、植物の苗を白色の栽培パネルに植え付けて、光の反射効果を高めるなどの工夫がなされている。そして、植え付ける際は、収穫時の大きさを想定して、苗と苗の間隔をある程度（リーフレタスの場合１５〜２０ｃｍ）離しておくことが一般的である。
【０００８】
例えばリーフレタス等を正常に生育させるには、植物に照射される蛍光ランプ又はＬＥＤ装置の光は、これら光源から約１０ｃｍ離れたところで平均して２００〜３００μｍｏｌ／ｍ２／ｓ程度の光量子束密度となることが必要である。しかしながら、必要な光量子束密度が得られるように栽培パネルに向けて一様な光を照射した場合、定植直後においては苗が小さいため、ＬＥＤ装置から出射された光がすべてが植物に照射される訳ではなく、その多くが栽培パネルに照射されてしまう。したがって、光エネルギーが有効に利用されないだけでなく、完全制御型植物工場のランニングコストが過大となる。
【０００９】
本発明の目的は、これまでより大幅に光エネルギーを有効利用することができると共に、ランニングコストを低減することが可能な完全制御型植物工場における植物栽培装置及び植物栽培方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る完全制御型植物工場における植物栽培装置は、植物が植え付けられる栽培パネルと、発光ダイオード装置をそれぞれ含む一又は複数の個別光源と、前記一又は複数の個別光源に駆動電流を供給する電流供給手段と、前記一又は複数の個別光源から出射された光を前記栽培パネルに植え付けられた植物に照射するためにそれぞれが所定の照射領域を有するように屈折させる一又は複数の光学素子と、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記一又は複数の光学素子に係る一又は複数の前記照射領域に対して、前記栽培パネルを相対的に移動させる移動手段とを備えている。
【００１１】
本発明に係る完全制御型植物工場における植物栽培方法は、植物が植え付けられる栽培パネルと、発光ダイオード装置をそれぞれ含む一又は複数の個別光源と、前記一又は複数の個別光源に駆動電流を供給する電流供給手段と、前記一又は複数の個別光源から出射された光を前記栽培パネルに植え付けられた植物に照射するためにそれぞれが所定の照射領域を有するように屈折させる一又は複数の光学素子とを備えた、完全制御型植物工場における植物栽培装置を用いて行われる植物栽培方法であって、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記一又は複数の光学素子に係る一又は複数の前記照射領域に対して、前記栽培パネルを相対的に移動させるものである。
【００１２】
これによると、植物の成長に合わせて植物の存在範囲及びその近傍だけを受光範囲にすることが可能なので、ＬＥＤ装置から植物への光の照射効率が大幅に高められ、栽培パネルに照射される光の比率が少なくなる。したがって、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００１３】
なお、本発明において、「照射領域」とは、光源から出射される光の３次元的な存在範囲を意味するものとする。また、「受光範囲」とは、栽培パネルの上面による光源の照射領域の２次元的な断面範囲を意味しているとする。
【００１４】
本発明において、前記移動手段は、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、前記複数の光学素子に係る前記複数の照射領域内に順次前記栽培パネルを相対的に移動させてよい。これによると、栽培パネルを多段配置構造としやすい。
【００１５】
このとき、前記複数の光学素子が、前記複数の個別光源から出射された光を互いに異なる照射角度となるように屈折させ、前記移動手段が、次第に大きな照射角度に係る照射領域内に植物が位置するように、前記栽培パネルを同一水平面内において相対的に移動させることが好ましい。これによると、栽培パネルを相対的に移動させる機構を簡易なものとすることができる。
【００１６】
さらにこのとき、前記電流供給手段は、照射角度の大きな前記光学素子に係る前記個別光源ほど多くの光量を出射するように、前記複数の個別光源に駆動電流を供給することが好ましい。これによると、植物の成長に合わせて必要な光量子束密度を確保することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る植物栽培装置は、複数の発光ダイオード装置を含み、前記複数の個別光源に係る最も大きな受光範囲よりも大きな受光範囲を形成する面光源をさらに備えており、前記移動手段は、前記複数の個別光源に係る最も大きな照射角度に対応する照射領域内に植物が位置した後に、前記面光源に係る照射領域内に植物が位置するように、前記栽培パネルを同一水平面内において相対的に移動させることが好ましい。これによると、例えば植物がある程度成長して栽培パネルの表面が広範囲にわたって植物で覆われた後で面光源に係る受光範囲内に植物を位置させることで、以後に栽培パネルを相対的に移動させる必要がなくなる。
【００１８】
また、前記栽培パネルには植物を植え付けるための植付領域が複数設けられていると共に、同じ照射角度を有する前記個別光源がそれぞれ前記植付領域の数以上設けられており、隣り合う２つの前記植付領域のピッチが、同じ照射角度を有する隣り合う２つの前記個別光源のピッチと同じであることが好ましい。これによると、複数の植物を１つの栽培パネルを用いて同時に効率的に栽培することができる。
【００１９】
前記移動手段は、前記栽培パネルに植え付けられる植物の種類に応じた成長速度情報及び前記複数の個別光源の受光範囲に関する情報を記憶する記憶手段を含んでおり、前記記憶手段の記憶内容に基づいて、成長速度情報に従って成長する仮想的な植物が受光範囲からはみ出さないように前記栽培パネルを相対的に移動させることが好ましい。これによると、ＬＥＤ装置から植物への光の照射効率がより一層高められるために、栽培パネルに照射される光が最小限に抑えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、植物の成長に合わせて植物の存在範囲及びその近傍だけを受光範囲にすることが可能なので、ＬＥＤ装置から植物への光の照射効率が大幅に高められ、栽培パネルに照射される光の比率が少なくなる。したがって、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る植物栽培装置の模式的な全体図である。
【図２】図１に描かれた植物栽培装置に含まれる個別光源及び光学素子の拡大詳細図である。
【図３】栽培パネルの平面図である。
【図４】互いに異なる光源ユニットに属する３つの個別光源から出射される光量を比較したグラフである。
【図５】（ａ）は栽培パネルに植え付けられる植物の種類に応じた成長速度情報の一例を示している。（ｂ）は互いに異なる光源ユニットに属する３つの個別光源の受光範囲に関する情報の一例を示している。
【図６】図１に描かれた植物栽培装置を用いた場合の消費電力削減効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１に示す植物栽培装置１は、太陽光を完全に遮断した完全制御型植物工場の栽培室内に配置されている。栽培室内の温度及び湿度は、図示しない空調機によって年間を通して植物の生育に最適な一定温度（１５〜２５℃程度）に調整されている。なお、本実施の形態では、多段構成ではない単段構成を有する植物栽培装置１を例にして説明するが、本発明は多段構成にも適用することが可能である。
【００２４】
植物栽培装置１は、栽培架台１１と、レール１２と、４つの光源ユニット２１、２２、２３、２４と、電流供給回路３１とを有している。栽培架台１１の上部には、後述する栽培パネル１６（図３参照）が支持されている。４つの光源ユニット２１、２２、２３、２４は、同一水平面内にあって、レール１２の上方に位置している。４つの車輪１１ａを有する栽培架台１１は、その内部に配置された駆動装置であるモータ１１ｂを駆動源としてレール１２上を図中左右に一直線に往復移動可能となっている。栽培架台１１のモータ１１ｂは、制御装置１４によって制御される。制御装置１４は、モータ制御回路１４ａ、成長速度情報記憶部１４ｂ、及び、受光範囲情報記憶部１４ｃを有している。これらの詳細については後述する。なお、制御装置１４は、図１では栽培架台１１外に設けられているが、栽培架台１１内に設けられていてもよい。
【００２５】
本実施の形態において、制御装置１４、レール１２、及び、車輪１１ａを含む栽培架台１１が、栽培パネル１６を移動させる移動手段を構成している。
【００２６】
栽培パネル１６としては、上方開放箱型で、断熱効果が高い発泡スチロール製のものが用いられている。栽培パネル１６は、たん液式（ＤＦＴ）またはかん液式（ＮＦＴ）の循環方式に対応したものであって、図示しない栽培液の循環装置と接続されている。なお、養液を噴霧方式としてもよい。
【００２７】
３つの光源ユニット２１、２２、２３は、それぞれ、レール１２の延在方向に離隔した２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）装置２６を含んでいる。各ＬＥＤ装置２６は、個別光源として機能する。各光源ユニット２１、２２、２３に設けられるＬＥＤ装置２６の数は１以上の任意の数であってよい。各光源ユニット２１、２２、２３には、後述する凹部１６ａ（図３参照）の数以上のＬＥＤ装置２６が設けられていることが好ましい。
【００２８】
各ＬＥＤ装置２６内には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色をそれぞれ出射する３つのＬＥＤ（図示せず）が配置されている。本実施の形態において、Ｒは６６０ｎｍ、Ｇは５５０ｎｍ、Ｂは４５０ｎｍにそれぞれピーク波長を有している。電流供給回路３１から３つのＬＥＤに供給される電流を制御することによって、これら３つのＬＥＤの出射強度比を変更することができる。本実施の形態において、光量比Ｒ：Ｇ：Ｂは３：１：１である。ＲＧＢの３色は常に混合させることが好ましい。また、植物を植え付けた初期における苗の時期にはＢの波長強度を強くし、収穫直前にはＲの波長強度を強くすることが好ましい。
【００２９】
図２に示すように、光源ユニット２１、２２、２３のＬＥＤ装置２６から出射された光は、その下方に配置された光学素子（例えばレンズ）２７によって屈折させられる。なお、図１において、光学素子２７の図示を省略している。光源ユニット２１において、光学素子２７によって屈折させられた光は、側面視における照射角度θ１で鉛直下方に向かって出射される。照射角度θ１は、側面視である限りにおいてどの方向からでも同じである。つまり、光学素子２７からは、ほぼ円錐形状に光が出射され、その中心軸が鉛直軸と一致しており、照射角度θ１の円錐形状の領域が光源ユニット２１における照射領域である。
【００３０】
同様に、光源ユニット２２において、光学素子２７によって屈折させられた光は、側面視における照射角度θ２（θ２＞θ１）で鉛直下方に向かって出射される。そして、光源ユニット２３において、光学素子２７によって屈折させられた光は、側面視における照射角度θ３（θ３＞θ２）で鉛直下方に向かって出射される。照射角度θ２の円錐形状の領域が光源ユニット２２における照射領域であり、照射角度θ３の円錐形状の領域が光源ユニット２３における照射領域である。
【００３１】
図１において、栽培パネル１６の上面による照射角度θ１、θ２、θ３の照射領域の２次元的な断面範囲である受光範囲を、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３として示している。栽培パネル１６の上面と３つの光源ユニット２１、２２、２３の下面との距離は一定であるため、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３という関係が成り立っている。
【００３２】
３つの光源ユニット２１、２２、２３において、２つのＬＥＤ装置２６のピッチは、それぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３となっている。これらは互いに同じ距離である（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）。
【００３３】
光源ユニット２４は、レール１２の延在方向に離隔した複数（好適には３つ以上）のＬＥＤ装置２６を含んでいる。これら複数のＬＥＤ装置２６から出射された光は、レンズのような光学素子を介することなく植物へと照射される。光源ユニット２４には、これが面光源として機能するのに十分な数のＬＥＤ装置２６がレール１２の延在方向に一次元的に配列されている。したがって、図１に示すように、光源ユニット２４のＬＥＤ装置２６から出射された光は、光源ユニット２４の下面から下方及び斜め外方に向かって伝播する。光源ユニット２４の下面は、栽培架台１１の上面と同じかこれよりも広い面積を有している。一変形例として、光源ユニット２４の複数のＬＥＤ装置は、レール１２の延在方向とこれに直交する方向とについて二次元的に配列されていてもよい。
【００３４】
光源ユニット２１、２２、２３と同様に、光源ユニット２４の各ＬＥＤ装置２６内には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色をそれぞれ出射する３つのＬＥＤ（図示せず）が配置されている。電流供給回路３１から３つのＬＥＤに供給される電流を制御することによって、これら３つのＬＥＤの出射強度比を変更することができる。
【００３５】
図１において、栽培パネル１６の上面による光源ユニット２４に係る照射領域の２次元的な断面範囲である受光範囲をＲ４として示している。本実施の形態では、Ｒ４は栽培パネル１６の上面のほぼ全域であり、Ｒ４＞Ｒ３となっている。
【００３６】
図３に示すように、栽培パネル１６の上面には、レール１２の延在方向つまり栽培パネル１６の移動方向に離隔した２つの凹部１６ａが設けられている。２つの凹部１６ａのピッチＤ４は、上述した３つの光源ユニット２１、２２、２３における２つのＬＥＤ装置２６のピッチＤ１、Ｄ２、Ｄ３と等しい（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）。各凹部１６ａは、植物を植え付けるための植付領域として機能する。植物は各凹部１６ａの中央付近に植え付けられる。
【００３７】
電流供給回路３１は、照射角度の大きな光学素子２７に係るＬＥＤ装置２６ほど多くの光量（光度エネルギー）を出射するように、３つのＬＥＤ装置２６に駆動電流を供給する。図４は、３つの光源ユニット２１、２２、２３のＬＥＤ装置２６（図４ではθ１、θ２、θ３と略記している）毎の光量を描いたグラフである。光量の大小関係がこのようになるよう、電流供給回路３１は、光源ユニット２３のＬＥＤ装置２６には光源ユニット２２のＬＥＤ装置２６よりも大きな駆動電流を、光源ユニット２２のＬＥＤ装置２６には光源ユニット２１のＬＥＤ装置２６よりも大きな駆動電流をそれぞれ供給する。詳細には、駆動電流は、いずれのＬＥＤ装置２６の照射領域でも栽培パネル１６の上面に形成される受光範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において光量子束密度が植物の成長に十分な同じ値（一例として、２００〜５００μｍｏｌ／ｍ２／ｓの範囲にある値）になるように決定されている。一変形例として、植物が成長するに連れて光量子束密度が次第に増加するようにしてもよい。
【００３８】
また、電流供給回路３１は、光源ユニット２４に係る全体の光量が光源ユニット２３内の１つのＬＥＤ装置２６による光量よりも大きくなるように駆動電流を供給する。詳細には、受光範囲Ｒ４における光量子束密度が受光範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３における光量子束密度と同じになるように、光源ユニット２４の各ＬＥＤ装置２６に駆動電流を供給する。一変形例として、受光範囲Ｒ４における光量子束密度が受光範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３における光量子束密度よりも大きくなるようにしてもよい。
【００３９】
制御装置１４の詳細について説明する。成長速度情報記憶部１４ｂは、栽培パネル１６に植え付けられた植物について、図５（ａ）に示すような、凹部１６ａに植え付けられた日を初日とした経過日数（成育日数）と、その植物の大きさ（直径）とを対応付けたグラフ、つまり成長速度情報を記憶している。この情報は、成長に十分な光量子束密度が植物に照射されたときに実測により得られたものである。一変形例として、成長速度情報記憶部１４ｂは、経過日数と植物の大きさとを数式又はテーブルとして記憶していてもよい。
【００４０】
受光範囲情報記憶部１４ｃは、３つの光源ユニット２１、２２、２３に係る受光範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について、その大きさ（直径）つまり受光範囲情報を記憶している。図５（ｂ）においては、一例として、受光範囲Ｒ１の大きさが３０ｍｍ、Ｒ２の大きさが１００ｍｍ、Ｒ３の大きさが２００ｍｍとしている。
【００４１】
そして、モータ制御回路１４ａは、成長速度情報記憶部１４ｂ及び受光範囲情報記憶部１４ｃの記憶内容に基づいてモータ１１ｂを制御することによって、成長速度情報記憶部１４ｂに記憶された成長速度情報に従って成長する仮想的な植物が受光範囲からはみ出さないように、栽培架台１１をレール１２に沿って移動させる。この制御に基づいて、栽培架台１１は、まず、光源ユニット２１に係る受光範囲Ｒ１に凹部１６ａが含まれる位置に移動する。その後、植物が成長してその大きさが受光範囲Ｒ１の大きさを超える直前に、栽培架台１１は、光源ユニット２２に係る受光範囲Ｒ２に凹部１６ａが含まれる位置に移動する。さらに、植物が成長してその大きさが受光範囲Ｒ２の大きさを超える直前に、栽培架台１１は、光源ユニット２３に係る受光範囲Ｒ３に凹部１６ａが含まれる位置に移動する。最後に、植物が成長してその大きさが受光範囲Ｒ３の大きさを超える直前に、栽培架台１１は、光源ユニット２４に係る受光範囲Ｒ４に凹部１６ａが含まれる位置に移動する。受光範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３については、栽培架台１１は、凹部１６ａの中心の真上にＬＥＤ装置２６の中央があるような位置で停止していることが好ましい。そして、収穫時期まで栽培架台１１は受光範囲Ｒ４に凹部１６ａが含まれる位置で静止している。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態に係る植物栽培装置１によると、ピンポイント照射、つまり植物の成長に合わせて植物の存在範囲及びその近傍だけを受光範囲にすることが可能なので、常に栽培パネル１６の全面にＬＥＤ装置２６からの光を照射している場合と比較してＬＥＤ装置２６から植物への光の照射効率が大幅に高められ、栽培パネル１６に照射される光の比率が少なくなる。したがって、エネルギーの有効利用を図ることができ、消費電力を大幅に削減できる。
【００４３】
また、本実施の形態では、植物が成長するに連れてより広い受光範囲内に位置するように、照射角度θ１、θ２、θ３をそれぞれ有する３つの照射領域内に順次栽培パネル１６を移動させている。これとは別の手法として、１つの照射角度を有する１つの照射領域内でのみ栽培パネル１６を上下移動させて受光範囲の大きさを変動させることができるが、この場合植物栽培装置１全体が背の高いものとなりやすく栽培パネル１６を多段配置構造としにくい。これに対して、本実施の形態では栽培パネル１６を多段配置構造としやすいという利点がある。
【００４４】
また、本実施の形態では、３つの光学素子２７が、３つのＬＥＤ装置２６から出射された光を互いに異なる照射角度となるように屈折させ、次第に大きな照射角度に係る照射領域内に植物が位置するように栽培パネル１６を同一水平面内において移動させているので、栽培パネル１６を移動させる機構を簡易なものとすることができる。
【００４５】
さらに、電流供給回路３１は、照射角度の大きな光学素子２７に係るＬＥＤ装置２６ほど多くの光量を出射するように複数のＬＥＤ装置２６に駆動電流を供給するので、植物の成長に合わせて必要な光量子束密度を確保することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態の植物栽培装置１は、複数のＬＥＤ装置２６を含み、受光範囲Ｒ３よりも大きな受光範囲Ｒ４を形成する面光源としての光源ユニット２４を含んでおり、最も大きな照射角度θ３に対応する照射領域内に植物が位置した後に、光源ユニット２４に係る照射領域内に植物が位置するように、栽培パネル１６を同一水平面内において移動させる。このようにすれば、例えば植物がある程度成長して栽培パネル１６の表面が広範囲にわたって植物で覆われた後で光源ユニット２４に係る受光範囲Ｒ４内に植物を位置させることで、以後に（例えば収穫時期まで）栽培パネル１６を相対的に移動させる必要がなくなる。
【００４７】
また、本実施の形態では、隣り合う２つの凹部１６ａのピッチＤ４が、同じ照射角度を有する隣り合う２つのＬＥＤ装置２６のピッチ（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）と同じであるので、複数の植物を１つの栽培パネル１６を用いて同時に効率的に栽培することができる。
【００４８】
加えて、本実施の形態では、成長速度情報に従って成長する仮想的な植物が受光範囲からはみ出さないように栽培パネル１６を移動させるようにしているので、ＬＥＤ装置２６から植物への光の照射効率がより一層高められるために、栽培パネル１６に照射される光が最小限に抑えられる。
【００４９】
次に、上述した植物栽培装置１を用いた植物栽培方法の実施例について、リーフレタスを例として説明する。
【００５０】
リーフレタスは、苗を植えてから１５日目までは少しずつ成長し、あまり大きくならない。そして、定植から１６日目あたりから急激に成長を始める。この事実から、例えば光源ユニット２４のような面光源を用いて栽培全期間にわたって栽培パネル１６の全面にエネルギーを投入すると、その多くが植物に照射されず無駄になる。そこで、上述した植物栽培装置１を用いて植物を栽培する実験を行った。
【００５１】
図６において、線Ｓ１は、植え付けから５日目までは光源ユニット２１に係る受光範囲Ｒ１内に、６日目から１０日目までは光源ユニット２２に係る受光範囲Ｒ２内に、１１日目から２０日目までは光源ユニット２３に係る受光範囲Ｒ３内に、そして、２１日目から２９日目までは光源ユニット２４に係る受光範囲Ｒ４内に、植物が位置するようにした場合の経過日数と１株あたりの積算消費電力量との関係を示している。この場合、植え付けから５日目までは個別光源を用いており、しかも植物の成長に連れてより広い受光範囲内に位置するように栽培パネル１６を移動させているため、積算消費電力量の増加率は非常に小さく抑えられることが分かる。
【００５２】
一方、線Ｓ２は、植え付けから２９日目まで光源ユニット２４に係る受光範囲Ｒ４内に、植物が位置するようにした場合の経過日数と１株あたりの積算消費電力量との関係を示している。この場合、植え付け当初から面光源を用いているため、積算消費電力量の増加率は大きく、当初の２０日間で線Ｓ１とは積算消費電力量に大きな差が生じていることが分かる。一例として、３０日経過時点における積算消費電力量を比較すると、線Ｓ１は線Ｓ２の１／３程度である。
【００５３】
このように植物栽培装置１を用いて栽培を行うことで消費電力を大幅に削減することが可能となる。この効果は、リーフレタス以外の植物を栽培する場合についても得られることが予想される。
【００５４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更を上述の実施の形態に施すことが可能である。例えば、上述した実施の形態では、ＬＥＤ装置２６を固定して栽培パネル１６を移動させているが、逆に栽培パネル１６を固定してＬＥＤ装置２６（光源ユニット２１、２２、２３、２４）を移動させてもよい。また、上述したように、栽培パネル１６を多段配置構造としてもよい。さらに、上述した実施の形態では複数の個別光源を用いているが、任意の照射角度を有する個別光源を１つだけ用いて、栽培パネルを徐々に下方へと移動させて受光範囲を広げていってもよい。
【００５５】
本発明において、必ずしも移動手段が必要というわけではない。移動手段がない場合、手動操作で栽培パネル１６を移動させればよい。また、移動手段がある場合でも、上述した実施の形態で説明した成長速度情報記憶部１４ｂ及び受光範囲情報記憶部１４ｃを用いずに、人間が植物を観察することに基づいて、モータ制御回路１４ａ及びモータ１１ｂを用いて栽培パネル１６を移動させてもよい。
【００５６】
その他、上述した実施の形態は以下のように変更することが可能である。
・３つの光源ユニット２１、２２、２３の照射角度をすべて同じとして、栽培パネル１６を斜め下に移動させることで受光範囲を徐々に広げていってもよい。
・３つの光源ユニット２１、２２、２３から下方に向けて互いに幅の異なる平行光線（後段の光源ユニットほど照射領域が大きくなる）を出射し、栽培パネル１６を上述した実施の形態と同様に水平面内で一直線に移動させてもよい。
【００５７】
・３つの光源ユニット２１、２２、２３に係るＬＥＤ装置２６が互いに同じ光量を出射してもよい。
・光源ユニット２４のような面光源を用いなくてもよい。つまり、収穫時期まで個別光源を用いて栽培を行ってもよい。
・栽培パネル１６には植付領域が１つだけ設けられていてもよい。
【００５８】
・栽培パネル１６には植付領域が２次元的に設けられていてもよい。
・レンズ以外の光学素子を用いてもよい。
・植物の存在範囲が受光範囲から多少はみだすように栽培パネル１６を移動させてもよい。
・個別光源を含む光学ユニットを２つまたは４つ以上設けてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  植物栽培装置
１１  栽培架台
１１ａ  車輪
１１ｂ  モータ
１２  レール
１４  制御装置
１４ａ  モータ制御回路
１４ｂ  成長速度情報記憶部
１４ｃ  受光範囲情報記憶部
１６  栽培パネル
１６ａ  凹部（植付領域）
２１、２２、２３、２４  光源ユニット
２６  発光ダイオード（ＬＥＤ）装置
２７  光学素子（レンズ）
３１  電流供給回路
【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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