(57)【要約】【課題】生物の育成について低コストで精度の高い実験や研究を効率良く促進させることができる実験装置を提供する。【解決手段】一つの装置本体１１において、３つの各部位ごとに互いに分割された床ユニット２０と、空間ユニット３０と、天井ユニット４０を備え、各ユニットは着脱可能に組み合わされて、その内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の制御空間１２を形成し、制御空間１２にて植物に影響を与える環境要因を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物に影響を与える環境要因を調整可能な環境条件下にて、生物を育成するための実験装置において、
一つの装置本体における各部位に応じて互いに分割された複数のユニットを備え、各ユニットは着脱可能に組み合わされて、その内部に、生物を収納するために外部から区画された一連の制御空間を形成することを特徴とする実験装置。
【請求項２】
前記生物として所定の最小株数の植物を育成するための実験装置であり、
前記制御空間は、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画されたことを特徴とする請求項１に記載の実験装置。
【請求項３】
前記各ユニットのうち少なくとも何れか一つは、それぞれ同種の部位ごとに前記環境要因に関する条件が異なる複数種類が用意され、その中から任意に選択されて組み合わされることを特徴とする請求項１または２に記載の実験装置。
【請求項４】
前記各ユニットのうち隣接するもの同士は、鉛直方向に重なる状態で組み合わされて、それぞれ対向する接合箇所に、互いに密閉状態に係合する凸部ないし凹部を設けたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の実験装置。
【請求項５】
前記各ユニットは、植物の根を植え付ける床ユニットと、該床ユニットの上方に配置され、植物の茎および葉を収納する空間ユニットと、該空間ユニットの上方に配置され、植物に対して光を照射する天井ユニットとを、少なくとも備えたことを特徴とする請求項２，３または４に記載の実験装置。
【請求項６】
前記床ユニットおよび／または前記天井ユニットが、前記空間ユニットに対して分割され、着脱可能に組み合わされることを特徴とする請求項５に記載の実験装置。
【請求項７】
前記床ユニットおよび前記空間ユニットは、互いに分離不能な一体のユニットとして構成されたことを特徴とする請求項６に記載の実験装置。
【請求項８】
前記天井ユニットおよび前記空間ユニットは、互いに分離不能な一体のユニットとして構成されたことを特徴とする請求項６に記載の実験装置。
【請求項９】
前記床ユニットは、植物の栽培方法に応じて構造が異なる複数種類が用意され、
前記床ユニット内に、前記装置本体または外部に設けられた養液生成ユニットにより生成された養液が供給されることを特徴とする請求項５，６，７または８に記載の実験装置。
【請求項１０】
前記天井ユニットは、植物に光を照射する光照射部が異なる複数種類が用意され、
前記光照射部による光照射条件は、前記装置本体または外部に設けられた光源ユニットにより制御されることを特徴とする請求項５，６，７，８または９に記載の実験装置。
【請求項１１】
前記光照射部は、それ自体が光源からなることを特徴とする請求項１０に記載の実験装置。
【請求項１２】
前記光照射部は、外部の光源から導光された光を照射することを特徴とする請求項１０に記載の実験装置。
【請求項１３】
前記空間ユニットは、所定の最小株数の植物に応じた最小限の容積ないし形状が異なる複数種類が用意され、
前記空間ユニット内の空気の環境条件は、前記装置本体または外部に設けられた空気生成ユニットにより制御されることを特徴とする請求項５，６，７，８，９，１０，１１または１２に記載の実験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物に影響を与える環境要因を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための実験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生物の生育環境を人工的に制御して栽培するための様々な技術が提案されている。かかる技術は、自然環境に頼ることなく生物の育成を人為的に促進するために、生物に影響を与える環境要因を制御するものである。ここで環境要因とは、例えば植物の場合には、光合成に必要な水分、光、二酸化炭素や、栄養素、温度、湿度等と多岐に亘り、これらを植物の種類ごとに最適な条件に制御することで、植物の育成を促進することができる。
【０００３】
このような生物の人工的な育成を代表する植物の栽培に関しては、特に最近では、コスト面で有利な大量栽培を主眼としており、より大きな規模となる植物工場や施設栽培において実施することが増えている。さらに、大量栽培される植物を対象として、新たな品種改良やさらなる量産化を目指すべく、よりいっそう最適な育成方法の研究開発が希求されていた。
【０００４】
植物の新たな育成方法を開発するに当たっては、前述の環境要因を中心に様々な条件の組み合わせを考慮した上で栽培実験を繰り返し、最適な環境条件を検証するための研究が必要となる。ここで、植物工場等でそのまま栽培実験や研究を進めるとなると、広大なスペースや長い期間だけでなく、多大な光熱費が発生し、また広範囲にわたる精密な制御管理も必要となり、コストが嵩むという問題があった。
【０００５】
そこで、現在、各地の農業試験所や大学等の研究機関では、植物工場等における大量栽培を見据えて、比較的規模の小さい装置にて予備的な栽培実験を行っているのが実情であった。かかる栽培実験を繰り返すことで、様々な環境条件における植物生育への影響を研究したり、人工的な環境条件下での栽培に適する植物の品種改良を検証していた。
【０００６】
このような予備的な栽培実験で多く用いられている装置としては、例えば特許文献１に開示された植物育成装置が知られている。この植物育成装置は、キャビネット本体の一面に開閉扉を設け、かつ上面に照明窓を設けると共に、照明窓には、ＬＥＤ照明具を照明窓と対面するように設置し、ＬＥＤ照明具を制御するほか、キャビネット内における植物周囲の温度や湿度等も制御する構成となっている。
【０００７】
また、別の装置として、例えば特許文献２に開示された植物育成装置も知られている。この植物育成装置は、育成室に空気を吸気する吸気ユニットと、育成室から空気を排気する排気ユニットから成る換気ユニットを備え、育成室内の気体濃度や温度と湿度を均一化することができるように構成されている。
前記何れの装置も、いわゆるチャンバー（恒温恒湿槽）を使い、植物を例えば１０株等と相当数まとめて実験することができるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−７９２５４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した特許文献１、２に開示された従来の植物育成装置では、何れもチャンバー（キャビネット本体／育成室）が、栽培する植物を相当数まとめて収納できる大きさであり、限られたスペースに多くの装置を設置するには限界があった。また、装置自体が複雑であり価格が高価であるだけでなく、稼働の際の光熱費も嵩むという問題もあり、実際には一部の研究機関でしか利用できないのが実情であった。
【００１０】
また、何れの植物育成装置も、天井部にある光源の種類（例えばＬＥＤの発光色等）や床部分の構造（例えば水耕栽培か土壌栽培等）等、チャンバーの各部位における構成は、予め定められた仕様に製造されており、基本的な構成仕様を後から変更することはできなかった。このような各部位ごとの構成は、植物に影響を与える環境要因を規制する上で重要であり、その種類を異ならせる栽培実験を行いたい場合には、全く異なる構成の植物育成装置を何台も用意しなければならず、さらにコストが嵩むという問題があった。
【００１１】
ここで、複数種類の装置を用意するにしても、植物に影響を与える環境要因を定める構成には、例えば前述の光源や床構造等だけでも多様な種類があり、さらに、これらの組み合わせの数だけ別々の装置を用意するとなると、その数も膨大となり、現実的ではない。従って、用意できる装置の基本的な構成仕様は限られてしまい、その分だけ栽培実験の種類も少なくなるという問題があった。
【００１２】
また、何れの植物育成装置も、１つのチャンバー内の環境条件は、収納した植物の株数に関わらず、原則として同じ温度や湿度等と一律にしか調整できなかった。従って、多くの環境条件を設定して栽培実験を行う場合には、多くの装置を用意して同時並行して実験するか、ひとつの実験が終わってから次の環境条件を設定し、時間的にシリーズで実験することになる。そのため、余計にコストがかかると共に、実験に時間がかかるという問題があった。
【００１３】
さらに、何れの植物育成装置も、それぞれチャンバー内の環境条件は、チャンバー自体に組み込まれた被制御機器であるヒーターや冷却器、それに加湿器等により調整される。従って、これらの被制御機器を含む分だけ装置全体の小型化も困難であり、装置自体の単価も嵩む原因となっていた。
そのほか、何れの植物育成装置も、チャンバー内部を観察できる窓があるため、外光の遮光が十分でない虞があり、例えば隣の装置からの光や外光が植物に当ることで、実験の精度が損なわれる可能性もあった。
【００１４】
本発明は、以上のような従来の技術の有する問題点に着目してなされたものであり、植物に代表される生物を育成するための多様な環境条件を、簡易かつ低コストで実現することができ、また、省スペース化の要請にも応じることができると共に、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができ、精度の高い実験や研究を効率良く促進させることが可能で、例えば植物工場や施設栽培の発展に寄与する実験装置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】
【００１５】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。  
［１］生物に影響を与える環境要因を調整可能な環境条件下にて、生物を育成するための実験装置（１０）において、
一つの装置本体（１１）における各部位に応じて互いに分割された複数のユニットを備え、各ユニットは着脱可能に組み合わされて、その内部に、生物を収納するために外部から区画された一連の制御空間（１２）を形成することを特徴とする実験装置（１０）。
【００１６】
［２］前記生物として所定の最小株数の植物を育成するための実験装置（１０）であり、
前記制御空間（１２）は、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画されたことを特徴とする前記［１］に記載の実験装置（１０）。
【００１７】
［３］前記各ユニットのうち少なくとも何れか一つは、それぞれ同種の部位ごとに前記環境要因に関する条件が異なる複数種類が用意され、その中から任意に選択されて組み合わされることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の実験装置（１０）。
【００１８】
［４］前記各ユニットのうち隣接するもの同士は、鉛直方向に重なる状態で組み合わされて、それぞれ対向する接合箇所に、互いに密閉状態に係合する凸部ないし凹部を設けたことを特徴とする前記［１］，［２］または［３］に記載の実験装置（１０）。
【００１９】
［５］前記各ユニットは、植物の根を植え付ける床ユニット（２０）と、該床ユニット（２０）の上方に配置され、植物の茎および葉を収納する空間ユニット（３０）と、該空間ユニット（３０）の上方に配置され、植物に対して光を照射する天井ユニット（４０）とを、少なくとも備えたことを特徴とする前記［２］，［３］または［４］に記載の実験装置（１０）。
【００２０】
［６］前記床ユニット（２０）および／または前記天井ユニット（４０）が、前記空間ユニット（３０）に対して分割され、着脱可能に組み合わされることを特徴とする前記［５］に記載の実験装置（１０）。
【００２１】
［７］前記床ユニット（２０）および前記空間ユニット（３０）は、互いに分離不能な一体のユニットとして構成されたことを特徴とする前記［６］に記載の実験装置（１０）。
【００２２】
［８］前記天井ユニット（４０）および前記空間ユニット（３０）は、互いに分離不能な一体のユニットとして構成されたことを特徴とする前記［６］に記載の実験装置（１０）。
【００２３】
［９］前記床ユニット（２０）は、植物の栽培方法に応じて構造が異なる複数種類が用意され、
前記床ユニット（２０）内に、前記装置本体（１１）または外部に設けられた養液生成ユニット（２００）により生成された養液が供給されることを特徴とする前記［５］，［６］，［７］または［８］に記載の実験装置（１０）。
【００２４】
［１０］前記天井ユニット（４０）は、植物に光を照射する光照射部が異なる複数種類が用意され、
前記光照射部による光照射条件は、前記装置本体（１１）または外部に設けられた光源ユニット（４００）により制御されることを特徴とする前記［５］，［６］，［７］，［８］または［９］に記載の実験装置（１０）。
【００２５】
［１１］前記光照射部は、それ自体が光源からなることを特徴とする前記［１０］に記載の実験装置（１０）。
【００２６】
［１２］前記光照射部は、外部の光源から導光された光を照射することを特徴とする前記［１０］に記載の実験装置（１０）。
【００２７】
［１３］前記空間ユニット（３０）は、所定の最小株数の植物に応じた最小限の容積ないし形状が異なる複数種類が用意され、
前記空間ユニット（３０）内の空気の環境条件は、前記装置本体（１１）または外部に設けられた空気生成ユニット（３００）により制御されることを特徴とする前記［５］，［６］，［７］，［８］，［９］，［１０］，［１１］または［１２］に記載の実験装置（１０）。
【００２８】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。  
前記［１］に記載の実験装置（１０）によれば、一つの装置本体（１１）は、各部位に応じて複数のユニットに予め分割されており、これらのユニットは互いに着脱可能である。複数のユニットを組み合わせることで、一つの装置本体（１１）が構成され、その内部に、生物を収納するために外部から区画された一連の制御空間（１２）が形成される。
【００２９】
装置本体（１１）において、各ユニットに分割される「各部位」とは、装置本体（１１）に備わる機能別に、または装置本体（１１）における位置ごとに、あるいは装置本体（１１）内での生物の配置等に応じて、複数のブロックに区分けした単位であり、具体的に区分けする基準は、特に限定されるものではない。
【００３０】
何れの基準にせよ分割された各ユニットは、互いに組み合わされて一連の制御空間（１２）を形成するものであり、この制御空間（１２）において、生物に影響を与える環境要因が調整された環境条件に制御される。これにより、生物を育成するための多様な環境条件を簡易かつ低コストで実現することができる。
【００３１】
一連の制御空間（１２）は、基本的には閉鎖系となるが、生物に影響を与える環境要因である水分や空気等を、装置本体（１１）の外部から供給するように構成すると良い。これにより、装置本体（１１）自体を小型化することが可能となる。また、制御空間（１２）における余分な水分や空気等は、外部に排出できるように構成する。
【００３２】
前記［２］に記載の実験装置（１０）によれば、前記生物として所定の最小株数の植物を育成する。ここで制御空間（１２）は、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲に設定する。これにより、装置全体を極力小型化することが可能となる。従って、最小株数で効率良く栽培実験や研究を進めることができるだけでなく、限られたスペース内でも、より多くの装置による環境条件の設定が可能となり、また、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。
【００３３】
前記［３］に記載の実験装置（１０）によれば、前記各ユニットのうち少なくとも何れか一つは、それぞれ同種の部位ごとに前記環境要因に関する条件が異なる複数種類が用意されている。ここで「環境要因に関する条件」とは、前述した環境要因に影響を与え得る全ての構成を含む概念である。例えば、光源の具体的な種類等のように、環境要因（光）を制御する構成部品だけでなく、各ユニットごとに制御空間（１２）の一部を区画する容積ないし形状等も含まれる。
【００３４】
このように、各ユニットごとに、それぞれ複数種類ある中から、使用者の意図に合わせて任意の条件のものを適宜選択して組み合わせることにより、栽培する植物やその栽培方法に見合った装置本体（１１）を容易に構成することが可能となる。従って、多様な環境条件を簡易かつ低コストで実現することができ、栽培実験や研究を効率良く促進させることが可能となり、植物工場や施設栽培の発展に寄与することができる。
【００３５】
前記［４］に記載の実験装置（１０）によれば、前記各ユニットのうち隣接するもの同士は、鉛直方向に重なる状態で組み合わされる。ここで各ユニットが対向する接合箇所には、互いに密閉状態に係合する凸部ないし凹部を設ける。このような組み合わせの構造により、各ユニットを容易に分離したり組み合わせることができる。
【００３６】
特に、各ユニットは鉛直方向に重なる状態で組み合わされるため、上方のユニットは、下方のユニットに対して自重により係合した状態に保持される。また、各ユニットの接合箇所における凸部と凹部の係合代を浅くすれば、上方のユニットを少し持ち上げるだけで、容易に分離することができる。さらに、凸部や凹部の接触面にパッキンを設ければ、密閉度合いを高めることができ、より確実に組み合わせた状態に固定することができる。
【００３７】
各ユニットとしては、具体的には例えば前記［５］に記載したように、植物の根を植え付ける床ユニット（２０）と、該床ユニット（２０）の上方に配置され、植物の茎および葉を収納する空間ユニット（３０）と、該空間ユニット（３０）の上方に配置され、植物に対して光を照射する天井ユニット（４０）とを、少なくとも備えるように構成すると良い。
【００３８】
このような３つのユニットによれば、一つの装置本体（１１）を、装置本体（１１）に必須となる機能別に、かつ装置本体（１１）の上下に亘る位置ごとに、段重ねとなる容易な区分けとすることができる。かかる各ユニットは、機能的にもレイアウト的にも最適な部品（単位）として扱うことができる。
【００３９】
そして、前記３つのユニットは、例えば前記［６］に記載したように、床ユニット（２０）および／または天井ユニット（４０）が、空間ユニット（３０）に対して分割され、着脱可能に組み合わされる。ここで、天井ユニット（４０）が空間ユニット（３０）に対して分割されている場合でも、天井ユニット（４０）の内部は、必ずしも下方の空間ユニット（３０）の内部と連通させる必要はない。
【００４０】
例えば、空間ユニット（３０）の上面側は、最初から閉じられた構成として、その上面部の外側または内側に天井ユニット（４０）を別途設けたり、空間ユニット（３０）の上面部を開口した構成として、天井ユニット（４０）を組み合わせて閉じるように構成しても良い。ただし、床ユニット（２０）に関しては、植物が上方に伸展する関係上、床ユニット（２０）の内部は、上方の空間ユニット（３０）の内部と連通させる必要がある。
【００４１】
また、前記［７］に記載したように、床ユニット（２０）は、空間ユニット（３０）に対して分割することなく、最初から分離不能な一体のユニットとして構成しても良い。さらに、前記［８］に記載したように、天井ユニット（４０）は、空間ユニット（３０）に対して分割することなく、最初から分離不能な一体のユニットに構成しても良い。
【００４２】
前記［９］に記載の実験装置（１０）によれば、床ユニット（２０）は、植物の栽培方法に応じて構造が異なる複数種類が用意されている。そして、床ユニット（２０）内には、装置本体（１１）または外部に設けられた養液生成ユニット（２００）によって生成された養液が供給される。すなわち、床ユニット（２０）内の環境条件の制御系は、別途ユニット化される。
【００４３】
ここで養液生成ユニット（２００）を、装置本体（１１）の外部でユニット化すれば、床ユニット（２０）には、養液や土壌を充填する槽等の必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、床ユニット（２０）自体は、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。養液を生成したり温度調整するための機能部品は、外部の養液生成ユニット（２００）が備えることになる。
【００４４】
前記［１０］に記載の実験装置（１０）によれば、天井ユニット（４０）は、植物に光を照射する光照射部が異なる複数種類が用意されている。かかる天井ユニット（４０）内には、前述した光照射部が設けられているが、この光照射部による光照射条件は、装置本体（１１）または外部に設けられた光源ユニット（４００）により制御される。すなわち、光照射部における光照射条件（環境条件）の制御系は、別途ユニット化される。
【００４５】
ここで天井ユニット（４０）を、装置本体（１１）の外部にてユニット化すれば、天井ユニット（４０）には、光照射部等の必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、天井ユニット（４０）自体は、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。ここで、前記［１１］に記載したように、光照射部自体が光源からなる場合は、天井ユニット（４０）内にて光源の配置スペースや、光源の放熱対策が必要となる。
【００４６】
一方、前記［１２］に記載したように、光照射部を外部の光源から導光された光を照射するものとすれば、天井ユニット（４０）自体に光源を設ける必要はなく、より簡易化かつ小型化することができる。外部の光源は、この制御系の部品と共に外部の光源ユニット（４００）に設けて別途ユニット化すると良い。
【００４７】
前記［１３］に記載の実験装置（１０）によれば、空間ユニット（３０）は、所定の最小株数の植物に応じた最小限の容積ないし形状が異なる複数種類が用意されている。ここで空間ユニット（３０）内の空気の環境条件（温度や湿度、二酸化炭素濃度等）は、装置本体（１１）または外部に設けられた空気生成ユニット（３００）により制御される。
【００４８】
ここで空気生成ユニット（３００）を、装置本体（１１）の外部でユニット化すれば、空間ユニット（３０）には、必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、空間ユニット（３０）自体は、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。また、空気生成ユニット（３００）からの空気は、必ずしも前記空間ユニット（３０）に対して直接給排気する構成にする必要はなく、空間ユニット（３０）内と共に一連の制御空間（１２）を区画する床ユニット（２０）側や天井ユニット（４０）側に設けても良い。かかる場合、空間ユニット（３０）には、単に空間を確保するという必要最小限の構成しか持たせる必要がなくなる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明に係る実験装置によれば、複数のユニットを組み合わせることにより、生物の種類に応じた多様な環境条件による実験や研究を、安価に短い期間で、しかも高い精度で効率良く行うことが可能となり、生物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することができる。これにより、特に植物に関しては、植物工場や施設栽培の発展に寄与することができる。
【００５０】
また、植物の最小株数に応じて小型化したことにより、最小株数で効率良く栽培実験や研究を進めることができるだけでなく、限られたスペース内でも、同時に多くの環境条件の設定が可能となり、省スペース化の要請にも応じることができると共に、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る実験装置の要部を模式的に表した縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る実験装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る実験装置の各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に係る実験装置の各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。
【図５】本発明のまた別の実施の形態に係る実験装置の各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。
【図６】本発明のまた別の実施の形態に係る実験装置の各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態に係る実験装置の各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る実験装置の各ユニット同士の接合箇所の変形例を模式的に表した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図面に基づき、本発明を代表する実施の形態を説明する。  
Ａ．実験装置１０の全体構成
最初に、図１によって、本実施の形態に係る実験装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る実験装置１０の要部を模式的に表した縦断面図である。
以下、生物のうち特に植物を育成する植物栽培装置に適用した例を代表して説明する。
【００５３】
実験装置１０は、植物に影響を与える環境要因を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための装置である。かかる実験装置１０の用途は、例えば、植物工場や施設栽培での最適な環境条件を設定するための予備実験を行ったり、様々な環境条件における植物生育の影響を研究したり、人工的に制御する環境条件下での栽培に適する植物の品種改良を検証すること等が挙げられる。
【００５４】
図１に示すように、実験装置１０は、一つの装置本体１１における各部位に応じて互いに分割された複数のユニットを備え、各ユニットは着脱可能に組み合わされて、その内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の制御空間１２を形成するように構成されている。かかる実験装置１０は、なるべく少ない株数の植物の生育を前提としており、最小限の容積ないし形状に構成されている。
【００５５】
ここで「所定の最小株数」とは、植物の種類ごとに適宜定められる数であり、必ずしも１株のみに限定されるものではない。例えば、予め定めた最小限の容積ないし形状に定められた制御空間１２に対して、比較的大きく成長する植物では１株だけが適する。これより小さい植物では、１株または２株、１株から３株、１株から４株、あるいは１株から５株程度が適するが、この数の限りではなく、制御空間１２において予想される植物の占有率等に基づき適宜設定される。
【００５６】
また「最小限の範囲」とは、前述した最小株数の植物が、自然な生育形態で収まる最小限の容積ないし形状であり、かかる範囲（スペース）で制御空間１２は外部から区画される。このように制御空間１２を内部とする装置本体１１全体の外形は、特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように、次述する各ユニットの接合方向の断面が同一形状（例えば同心円）となるものであれば良く、具体的には、縦型の円筒状や壷形等が該当する。
【００５７】
装置本体１１は、複数のユニットを組み合わせて構成されるセパレート構造となっており、縦型円筒形の下から順に、床ユニット２０、空間ユニット３０、天井ユニット４０の３つの部位（ブロック）に分割されている。もちろん、各ユニットの区分けは、３つの部位に限定されるものではなく、２つだけ、あるいは４つ以上の部位ごとに分割しても良い。なお、装置本体１１が縦型円筒状であると、各ユニットを段重ねするのに適している。
【００５８】
装置本体１１において、各ユニットに分割された「各部位」とは、前述したように、例えば、装置本体１１に備わる機能別、または装置本体１１での位置ごと、あるいは装置本体１１内の植物の配置等に応じて、複数のブロックに区分けした単位である。本実施の形態における３つのユニットは、装置本体１１に備わる機能別、かつ装置本体１１の上下方向に亘る位置ごとに、段重ねとなる容易な区分けとすることができる。ここで各ユニットは、機能的にもレイアウト的にも最適な部品（単位）として扱うことができる。
【００５９】
各ユニットは、互いに組み合わされて一連の制御空間１２を形成する。この制御空間１２において、植物に影響を与える環境要因が調整された環境条件に制御される。ここで環境要因は、前述したように多岐に亘るが、本実施の形態において制御する対象は、例えば、光、水分である養液、空気中の二酸化炭素、空気の温度および湿度等が該当する。これらの環境要因は、植物の生理に合うよう制御されることで、互いに相関を保ちながら植物の育成を促進する。
【００６０】
また、各ユニットは、それぞれ同種の部位ごとに、前記環境要因に関する条件が異なる複数種類が用意されており、その中から任意に選択されて組み合わされることで、一つの装置本体１１を構成する。ここで「環境要因に関する条件」とは、詳しくは各ユニットごとに後述するが、環境要因に影響を与え得る全ての構成を含む概念である。例えば、光源の具体的な種類等のように、環境要因（光）を制御する構成部品だけでなく、各ユニットごとに制御空間１２の一部を区画する容積ないし形状等も含まれる。
以下、本実施の形態の３つのユニットについて、装置本体１１の下から順に説明する。
【００６１】
Ｂ．床ユニット２０の構成
先ず、各ユニットのうち床ユニット２０について説明する。
図１において、床ユニット２０は、装置本体１１の下部に位置し、植物を植える部位となる。床ユニット２０は、全体的には上面側が開口した槽として形成されている。床ユニット２０の材質は、例えば、アクリルやポリカーボネート等の合成樹脂、アルミニウムやその合金等の金属が用いられる。床ユニット２０の材質に、光触媒作用のある酸化チタン等を混合させれば、槽の表面上における雑菌の繁殖を抑制でき、表面上の汚れを防ぐことができる。このような材質は、後述する空間ユニット３０や天井ユニット４０についても同様である。
【００６２】
床ユニット２０は、植物に影響を与える環境要因に関する条件が異なる複数種類があり、各種類ごとに床ユニット２０の内部は、異なる栽培方法に対応した構造となる。すなわち、床ユニット２０の内部は、例えば、水耕栽培用に養液が満たされるもの、土壌栽培用に土や腐葉土が充填されたもの、培地栽培用に固形培地が充填されたもの、あるいはロックウール等のマット地が充填されたもの等が用意される。何れの種類も、槽としての基本的な構成は共通するが、その内部の構造が異なる。さらに、槽としての容積ないし形状が異なる種類を用意しても良い。
【００６３】
この種の実験装置１０において、最も扱いやすい栽培方法は水耕栽培であるが、水耕栽培には一般的に、湛液型水耕（ＤＦＴ）と、薄膜水耕（ＮＦＴ）が知られている。ここで湛液型水耕は、栽培ベッド下に養液をそのまま満たして植物を栽培する方法である。また、薄膜水耕は、緩やかな傾斜面上に養液を少量ずつ流下させて植物を栽培する方法である。なお、本実施の形態における「養液」は、植物に影響を与える環境要因のうちの水分と同義である。
【００６４】
図１では、前記湛液型水耕（ＤＦＴ）に対応した床ユニット２０の一例を示している。この床ユニット２０は、底２１が円板形で周壁２２が円形断面の底浅の槽として形成され、上面側開口を覆うように栽培ベッド２３が配置され、栽培ベッド２３の適所に、上下に貫通した孔部が設けられている。この孔部には、植物の茎を貫通させた状態で支えるスポンジ等の支持材２４が挿入されている。栽培ベッド２３の下側は、植物の生育に必要な養液で満たされている。この養液内に植物の根は広がり、植物の茎は支持材２４を通って栽培ベッド２３の上方に伸び、植物の葉は栽培ベッド２３の上方に広がる。
【００６５】
ここで養液は、植物が成長するために必要な栄養素（必須元素）を溶かした水溶液である。栄養素としては、例えば、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）等があり、これらはイオン化された状態で水に溶けている。養液は、育成する植物の種類に応じて、また目標とする育成結果を得るために、各栄養素の濃度、ｐＨ（水素イオン濃度）、ＥＣ（電気伝導度）等が異なる様々な種類が存在する。かかる養液に関する各種条件の制御については後述する。
【００６６】
図示省略したが、床ユニット２０の底２１や周壁２２の適所には、外部から養液を供給するための給液口と、不要な養液を外部へ排出するための排液口が形成されている。ここで給液口には、外部（後述する養液生成ユニット２００）から延びる給液管が接続されており、給液管を介して給液口より養液が床ユニット２０内に供給される。また、排液口には、外部へ延びる排液管が接続されており、前記給液管から養液を供給している間、排液口より排液管を介して養液が床ユニット２０外へ排出される。なお、給液管や排液管は、それぞれ断熱材を外周に被覆する等して断熱されている。給液口ないし給液管の途中や、排液口ないし排液管の途中には、それぞれ開閉可能なバルブ（例えば電磁弁等）が設けられている。
【００６７】
床ユニット２０の外形は、特に限定されるものではないが、前述したように円形断面の底浅の槽として形成すると良い。かかる床ユニット２０の上面側開口の周縁に沿って、上方へ突出するフランジ状の凸部２２ａが設けられている。凸部２２ａは、後述する空間ユニット３０の下面側開口の周縁にある凹部３２に係合可能であり、互いの凹凸により組み合わされるものである。なお、逆の形態として、床ユニット２０側に凹部を設ける一方、空間ユニット３０側に凸部を設けるようにしても良い。
【００６８】
このように上下に隣接する床ユニット２０と空間ユニット３０とは、鉛直方向に重なる状態で組み合わされて、それぞれ対向する接合箇所に、互いに密閉状態に係合する凸部２２ａないし凹部３２が設けられている。よって、次述する空間ユニット３０を、床ユニット２０の上面側開口に載置するように凹凸を係合させるだけで、互いに一体に密閉する状態で組み合わせることができるようになっている。
【００６９】
また、床ユニット２０の底２１および周壁２２の外面は、それぞれ遮光材２６で覆われている。ここで遮光材２６の材質は、外部からの光を透過させないものであれば何でも良い。また、遮光材２６の代わりに断熱材で覆っても良く、遮光材２６が断熱材を兼ねるものでも良い。具体的には例えば、発泡スチロールや塩化ビニール等の断熱性に優れた合成樹脂を用いると良い。なお、床ユニット２０自体を、遮光性や断熱性を有する材質によって形成しても良い。
【００７０】
さらに、床ユニット２０には、制御空間１２の全体に外部から空気（二酸化炭素）を導入するための給気口２７が設けられている。ここで給気口２７には、外部（後述する空気生成ユニット３００）から延びる給気管２８が接続されており、給気管２８を介して給気口２７より空気が床ユニット２０から制御空間１２全体に供給される。給気口２７は、床ユニット２０内の一端側より、栽培ベッド２３の表面上で円周に沿った一方向に向けて空気を吹き出すことにより、均一で安定した上昇気流を発生させるように構成されている。
【００７１】
給気管２８は、断熱材を外周に被覆する等して断熱されており、その途中には、図示省略したが電動ポンプや送風ファン等の送気手段が配設されている。また、給気口２７ないし給気管２８の途中には、開閉可能なバルブ（例えば電磁弁等）が設けられている。
後述するが天井ユニット４０には、制御空間１２の空気を外部へ排出するため排気口４３が設けられており、制御空間１２では、空気の給排気の制御によって、給気口２７以外の箇所からの空気の侵入を防ぐべく、外気圧に対し陽圧に保つようにすると良い。
なお、床ユニット２０における制御系の構成要素については後述する。
【００７２】
Ｃ．空間ユニット３０の構成
次に、空間ユニット３０について説明する。
図１において、空間ユニット３０は、前記床ユニット２０と後述の天井ユニット４０の間となる装置本体１１の中間部に位置し、植物の茎および葉を収納する部位である。空間ユニット３０は、例えば、上面側および下面側が開口した筒状に合成樹脂や金属により形成され、その内側は、育成する植物の形状に見合った最小限の容積に設定されている。空間ユニット３０の周壁３１は、一体成形が可能なものであるが、必要に応じて開閉可能な窓を設けても良い。
【００７３】
空間ユニット３０は、栽培する植物の形態や生長度合いに応じて、円筒状、直方体、球形、卵形、紡錘形等の様々な外形ないし容積のものが複数種類ある。例えば、サニーレタス等のように葉の広がり偏性が水平方向に大きい植物に対しては、球形のような形状のものを用意し、ネギ等のように上下に長く伸展する植物に対しては、必要最低限の断面積で上下方向に長く延びた形状のものを用意すると良い。ただし、何れの種類の空間ユニットにおいても、それぞれ上下における接合箇所の形状は、上下の床ユニット２０や天井ユニット４０の接合箇所の形状に合致させる。
【００７４】
図１では、縦型円筒形に形成された空間ユニット３０の一例を示している。空間ユニット３０の下面側開口は、前記床ユニット２０上に載置するように組み合わせることで、密閉された状態となる。すなわち、周壁３１の下面側開口の周縁に沿って、上方へ窪んだ溝状の凹部３２が設けられている。凹部３２は、前述した床ユニット２０の上面側開口の周縁にある凸部２２ａに係合して、互いに組み合わされるものであり、その内面には、密閉性を高めるための弾性体からなるパッキン３３が貼り付けられている。
【００７５】
同様に、空間ユニット３０の上面側開口は、後述する天井ユニット４０を被せるように組み合わせることで、密閉された状態となる。すなわち、周壁３１の上面側開口にも、その周縁に沿って下方へ窪んだ溝状の凹部３４が設けられている。凹部３４は、後述する天井ユニット４０の下面側開口の周縁にある凸部４４に係合して、互いに組み合わされるものであり、その内面にも、密閉性を高めるための弾性体からなるパッキン３５が貼り付けられている。
【００７６】
このように、空間ユニット３０の下面側開口は、前記床ユニット２０の上面側開口に対して凹凸により係合することで密閉され、上面側開口は、後述する天井ユニット４０の下面側開口に対して凹凸により係合することで密閉される。本実施の形態では、空間ユニット３０の上下に、床ユニット２０や天井ユニット４０を直接組み合わせているが、例えばスペーサー等を介して互いに着脱可能に組み合わせるように構成しても良い。
【００７７】
また、空間ユニット３０の周壁３１の外面も、前記床ユニット２０と同様に遮光材３６で覆われている。ここで遮光材３６の材質は、外部からの光を透過させないものであれば何でも良い。また、遮光材３６の代わりに断熱材で覆っても良く、遮光材３６が断熱材を兼ねるものでも良い。さらに、空間ユニット３０自体を、遮光性や断熱性を有する材質によって形成しても良い。なお、周壁３１に窓部を設けた場合には、窓部と共に遮光材（断熱材）の一部も開閉できるように構成すると良い。
【００７８】
空間ユニット３０は、制御空間１２の主要部をなす部位であり、制御空間１２の容積は、ほとんどが空間ユニット３０の内部で占められている。ところが、空間ユニット３０には、制御空間１２に空気を給排気するための構成（給気口や排気口）は設けられておらず、植物の茎や葉が生育する空間を確保できれば足りる。本実験装置１０では、床ユニット２０から給気し、天井ユニット４０から排気するように構成されているが、これらの給排気のための構成（給気口や排気口）を、空間ユニット３０にまとめて設けるように構成しても良い。
【００７９】
さらに、空間ユニット３０の周壁３１のうち制御空間１２に接する内面には、反射材３７が設けられている。ここで反射材３７としては、次述する天井ユニット４０側から照射された光を反射できるものであれば何でも良いが、具体的には例えば、白色反射シートや鏡面反射シートを周壁３１の内面に貼り付けたり、白色塗料や光反射塗料を周壁３１の内面に塗布して構成することができる。
なお、空間ユニット３０における制御系の構成要素については後述する。
【００８０】
Ｄ．天井ユニット４０の構成
次に、天井ユニット４０について説明する。
図１において、天井ユニット４０は、装置本体１１の上部に位置し、植物に光を照射する部位である。天井ユニット４０は、例えば、下面側が開口した蓋状に合成樹脂や金属により形成され、その内側に、植物に対して光を照射する光照射部が設けられている。ここで光照射部は、それ自体が光源として構成される場合と、外部の光源から導光された光を照射する場合があるが、何れの場合も、下方の床ユニット２０に対向するように配置される。
【００８１】
光照射部自体が光源となる場合は、具体的には例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、小型の蛍光灯や白熱灯、そのほか有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等により構成すると良い。また、外部に光源がある場合は、例えば、太陽光等の自然光を光ファイバーによって天井ユニット４０まで導光して照射するように構成したり、あるいは、装置本体１１の外部に設けたＬＥＤ等からの人工光を光ファイバーによって天井ユニット４０まで導光して照射するように構成しても良い。
【００８２】
このように、天井ユニット４０は、光照射部が外部光源か内部光源かの違いにより、大まかには２種類に分類される。外部光源の場合には、太陽光やＬＥＤ等の光をレンズ等から成る集光機により効率的に集め、この集光した光を、光ファイバーで天井ユニット４０まで導くことになる。ここで光ファイバーの光を出射する先端部が、主として光照射部に相当することになる。光ファイバーの先端部は、下方の床ユニット２０に対向するように配置される。
【００８３】
天井ユニット４０は、以上のような光照射部の種類や、具体的な光源の種類のほか、発光色や配光（例えば、拡散、スポット、照射向き等）が異なるように構成された複数種類があり、これらを適宜選択できるようになっている。図１では、天井ユニット４０における光照射部を、ＬＥＤ自体により構成した例を示している。天井ユニット４０は、上面部４１が円板形で周壁４２が円形断面の蓋状に形成され、下面側が開口している。天井ユニット４０の上面部４１の内面に、植物の生育に必要な光を発するＬＥＤ４５を複数実装した光源基板４６が取り付けられている。
【００８４】
各ＬＥＤ４５は、前記床ユニット２０に対向するように、それぞれ光軸が真下に向かうように配置されている。ここでＬＥＤ４５は、表面実装型のＬＥＤチップであるが、様々な発光色を発するものがあり、例えば、赤色光、青色光、緑色光、白色光、遠赤光等の複数の発光色のものを所定の割合（例えば発光面積の比）で適宜組み合わせ、互いに異なる分光分布（ナロー、ブロード、波長合成）や光量（光量子束密度）の種類を用意すると良い。もちろん、ＬＥＤ４５は、表面実装型のＬＥＤチップに限ることなく、チップを砲弾型のモールドに埋め込んだＬＥＤランプを採用しても良い。
【００８５】
光源基板４６を取り付ける上面部４１の内面形状は、図１中では平面状であるが、これに限らず配光仕様に応じて、球面状としたり、下方へ湾曲した凸面に形成しても良い。上面部４１の材質は、天井ユニット４０の他の部位と共に一体成形された合成樹脂や金属であるが、特に上面部４１を、熱伝導が大きい金属で形成すれば、光源が発する熱をそのまま伝導させて、上面部４１の外面より外部に放熱することができる。さらに、上面部４１には、排気口４３が貫通するように開設されており、この排気口４３から外部に流れる空気によっても、光源は冷却されるようになっている。
【００８６】
また、天井ユニット４０の上面部４１の内側には、光源基板４６を覆うように保護カバー４７を装着しても良い。保護カバー４７は、無色透明の他、有色透明であっても良く、あるいは光拡散剤を含有させて、保護カバー４７により光を拡散させるようにしても良い。さらに、保護カバー４７の代わりに、図示省略したが、配光用のレンズを装着したり、光源からの光の波長を制御するフィルター等を装着しても良い。
【００８７】
天井ユニット４０は、前記空間ユニット３０の上方に着脱可能に組み合わされるが、天井ユニット４０の下面側開口の周縁に沿って、下方へ突出するフランジ状の凸部４４が設けられている。凸部４４は、前述した空間ユニット３０の上面側開口の周縁にある凹部３４に係合して、互いに組み合わされるものである。なお、逆の形態として、天井ユニット４０側に凹部を設ける一方、空間ユニット３０側に凸部を設けるように構成しても良い。
【００８８】
このように上下に隣接する天井ユニット４０と空間ユニット３０とは、鉛直方向に重なる状態で組み合わされて、それぞれ対向する接合箇所に、互いに密閉状態に係合する凸部４４ないし凹部３４が設けられている。よって、天井ユニット４０を、空間ユニット３０の上面側開口に載置するように凹凸を係合させるだけで、互いに一体に密閉する状態で組み合わせることができるようになっている。
【００８９】
また、天井ユニット４０の上面部４１および周壁４２の外面も、前記床ユニット２０や空間ユニット３０と同様に、それぞれ遮光材４８で覆われている。ここで遮光材４８の材質は、外部からの光を透過させないものであれば何でも良い。また、遮光材４８の代わりに断熱材で覆っても良く、遮光材４８が断熱材を兼ねるものでも良い。また、天井ユニット４０自体を、遮光性や断熱性を有する材質によって形成しても良い。さらに、上面部４１や周壁４２の内面には、前記反射材３７と同様の反射材を設けたり、反射塗料を塗布して、反射面として構成すれば、光源からの光の照射効率を高めることができる。
なお、天井ユニット４０における制御系の構成要素については後述する。
【００９０】
Ｅ．制御系の説明
先ず、前記各ユニットごとに設けられた制御系の構成要素について説明する。ここで制御系の構成要素とは、装置本体１１内部に配設されて環境条件の制御に関与するものである。図１では図示省略したが、前記床ユニット２０内には、センサ類として、養液に関する環境条件のセンシングデータを出力する温度センサが設けられている。ここで温度センサ自体の構成は、一般的であるので省略するが、温度センサは、後述するコントロールユニット１００に信号線を介して接続され、検出した養液の水温の測定値をコントロールユニット１００に出力するように設定されている。
【００９１】
養液の水温を調整する構成要素（被制御機器）としては、加温器や冷却器が考えられる。これら制御対象となる構成要素（被制御機器）は、本実施の形態では、装置本体１１内に設けることなく、後述の養液生成ユニット２００として装置本体１１の外部に設け、水温等を調整した養液を、床ユニット２０内に供給するように構成している。
【００９２】
床ユニット２０には、そのほか必要に応じて、水感センサを設けてオーバーフローを検知可能として、養液の供給ないし排出量の調整制御を行っても良い。さらに、養液中の各栄養素の濃度、ｐＨ（水素イオン濃度）、ＥＣ（電気伝導度）等を検知して、センシングデータを出力する各種センサを設け、それぞれの要素についてもフィードバック制御を行うように構成しても良い。
【００９３】
次いで、空間ユニット３０内には、センサ類として、空気の環境条件に関するセンシングデータを出力する温度センサ、湿度センサ、二酸化炭素センサ等が設けられている。これらのセンサ自体の構成も、一般的であるので省略するが、各種センサは、前記温度センサと同様に、コントロールユニット１００に信号線を介して接続され、検出した測定値をコントロールユニット１００に出力するように設定されている。
【００９４】
空気の温度を調整する構成要素（被制御機器）としては、前記養液の水温制御と同様に加温器や冷却器が考えられる。また、湿度を調整する構成要素（被制御機器）としては加湿器が、二酸化炭素濃度を調整する構成要素（被制御機器）としては炭酸ガス発生器が考えられる。これらの被制御機器も、本実施の形態では、装置本体１１内に設けることなく、後述の空気生成ユニット３００として装置本体１１の外部に設け、温度等の環境条件を調整した空気を、前述した床ユニット２０にある給気口２７から制御空間１２に供給するように構成している。
【００９５】
空間ユニット３０には、そのほか必要に応じて、風量センサを設けて前記給気口２７からの空気の吹き出し量を検知可能とし、空気の供給ないし排出量（送風量）の調整制御を行っても良い。このような空気の環境条件に関する各種センサの配置は、必ずしも空間ユニット３０内に限定されるものではなく、他のユニット内に配置したり、あるいは複数のユニットごとに設けるようにしても良い。
【００９６】
また、光の環境条件に関するセンシングデータを出力する照度センサや、光量（光量子束密度）センサ等も、スペース的に他のユニットよりも余裕のある空間ユニット３０内に設けると良い。これらの光に関する各種センサ自体の構成も、一般的であるので省略するが、各種センサは、前記温度センサ等と同様に、コントロールユニット１００に信号線を介して接続され、検出した測定値をコントロールユニット１００に出力するように設定されている。
【００９７】
さらに、空間ユニット３０内、あるいは他のユニット内には、植物の育成状況を検出するためのカメラや、植物の成長に応じて変化する値（例えば生体電位、重量等）を検出するためのセンサ等も設けても良い。ここでカメラは、制御空間１２における植物の様子を撮影できる位置に配置され、具体的には例えばＣＣＤカメラ等が適している。
【００９８】
かかるカメラは、ＵＳＢポートを介して給電すると共に、適宜撮影した画像データをコントロールユニット１００に送信するように構成すると良い。画像データは、植物の生育状態に関する栽培記録として保存され活用される。
なお、前記天井ユニット４０は、他のユニットに比べてスペースに乏しいが、かかる天井ユニット４０内にも、前述した各種センサやカメラ等を必要に応じて設けても良い。
【００９９】
次に、本実施の形態に係る実験装置１０の制御系について、図２を参照して説明する。図２は、実験装置１０の制御系の構成を示すブロック図である。
実験装置１０は、前述の装置本体１１に附帯する制御系の構成として、コントロールユニット１００のほか、養液生成ユニット２００、空気生成ユニット３００、光源ユニット４００等を備えている。また、コントロールユニット１００は、ＬＡＮ、インターネット、あるいは電話回線等の通信回線を介して、外部のコンピュータ５００とも接続されている。
【０１００】
［コントロールユニット１００］
先ず、実験装置１０のコントロールユニット１００について説明する。
図２において、コントロールユニット１００は、前記装置本体１１の制御空間１２における環境条件を制御するものであり、一般にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース等から構成されたマイクロコンピュータから構成されている。かかるコントロールユニット１００は、各種制御を実行するための制御プログラムを作成する手段、前記各センサからのセンシングデータや制御プログラム等を記憶するメモリ、センシングデータや制御プログラム等を表示する表示部等を備えている。
【０１０１】
コントロールユニット１００は、養液生成ユニット２００、空気生成ユニット３００、光源ユニット４００に、それぞれ含まれる被制御機器のほか、入力操作を行うスイッチ等の操作手段１０１、前述した各種センサ等に、通信Ｉ／Ｆを介して通信可能に接続されている。すなわち、コントロールユニット１００は、各ユニットとの間で前記各センサからのセンシングデータの受信、被制御機器との間で制御信号の送信や電源の供給等を行うように設定されている。また、コントロールユニット１００は、通信回線を介して外部のコンピュータ５００との間で、センシングデータの送信や制御信号の送受を行うように設定されている。
【０１０２】
ここでセンシングデータとしては、養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量のほか、実際に設けたセンサに応じて、養液中の各栄養素の濃度、ｐＨ（水素イオン濃度）、ＥＣ（電気伝導度）、スペクトル、画像データ等が該当する。また、制御信号としては、加温器や冷却器の制御信号、送風手段や電動ポンプの制御信号、そのほか各種の被制御機器のＯＮ／ＯＦＦや稼働出力に関する制御信号等が該当する。
【０１０３】
コントロールユニット１００の操作手段１０１によって、育成する植物の種類や状態等に応じた被制御機器の設定値として、目標とする養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量等の具体的な値を適宜入力することができる。ここで入力された設定値は、通信回線を介してコンピュータ５００にも送信され、該コンピュータ５００にあるメモリにも保存される。
【０１０４】
コントロールユニット１００は、操作手段１０１から入力された、あるいはコンピュータ５００から送信された被制御機器の設定値を受信すると、これを時系列にメモリに保存する。この設定値と前記センシングデータ（測定値）に基づいて、各被制御機器へ制御信号を送信して制御する。なお、設定値は、実験装置１０における植物栽培の開始日から相対的な経過日数（時間）ごとに適宜定めることができる。
【０１０５】
［養液生成ユニット２００］
次に、実験装置１０の養液生成ユニット２００について説明する。
養液生成ユニット２００は、床ユニット２０の槽内に供給する養液を生成して貯えるタンクのほか、タンクに対して水を供給する給水手段、養液の成分である各栄養素（養分）を補給する補給手段、タンク内で水と各栄養素を混ぜる撹拌手段、タンク内の養液の水温を調整する加温器および冷却器、生成した養液を床ユニット２０へ送る給液管等を含む送出手段等を、必要に応じて備えている。これらの被制御機器は、前述したようにコントロールユニット１００に接続されており、コントロールユニット１００からの制御信号に応じて制御される。
【０１０６】
ここでタンクは、断熱材で覆われており、給水手段、補給手段、送出手段には、その経路の途中に電磁弁や電動ポンプ、フィルター等が設けられている。送出手段からは、流量調整弁を介して所定量の養液が送出されるように構成されている。送出手段の給液管の下流端は、前記床ユニット２０にある給液口に接続されている。
【０１０７】
加温器は、タンクの内の養液を加温するものであり、具体的には例えば、タンク内に配されたラジエーター（例えば加熱管等）に加熱水の供給経路から加熱水が供給されることにより、タンク内の養液を加温するように構成されている。ここで加熱水は、別途設置されたヒートポンプ給湯機によって加熱されたものが随時供給される。
【０１０８】
冷却器は、タンクの内の養液を冷却するものであり、具体的には例えば、タンク内に配されたラジエーター（例えば冷却管等）に冷却水の供給経路から冷却水が供給されることにより、タンク内の養液を冷却するように構成されている。ここで冷却水は、地下水や水道水を利用したり、別途設置されたヒートポンプによって冷却されたものが随時供給される。
【０１０９】
このような冷却器および加温器によって、タンクから床ユニット２０内に供給する養液の温度を、所定の範囲内で任意の設定温度（設定値）に制御できるように加温ないし冷却が可能に構成されている。養液生成ユニット２００で生成された養液は、断熱された給液管を介して、床ユニット２０にある給液口から槽内に随時供給される。なお、養液生成ユニット２００の適所（例えばタンク内等）にも、前記床ユニット２０に設けたセンサを必要に応じて設けても良い。
【０１１０】
なお、図２においては、養液生成ユニット２００を装置本体１１の外部に設けた例を示したが、装置本体１１にスペース的な余裕があれば、装置本体１１に養液生成ユニット２００を設けてもかまわない。例えば、養液生成ユニット２００から養液を供給する床ユニット２０自体に付設させても良い。
【０１１１】
［空気生成ユニット３００］
次に、実験装置１０の空気生成ユニット３００について説明する。
空気生成ユニット３００は、装置本体１１の制御空間１２に供給する空気を調整して貯えるタンクのほか、タンクに対して空気（大気）を供給する給気手段、タンク内の空気を撹拌する撹拌手段、タンク内の空気の温度を調整する加温器および冷却器、湿度を調整する加湿器、炭酸ガス発生器、それに調整した空気を装置本体１１内へ送る前記給気管２８等を含む送出手段等を、必要に応じて備えている。これらの被制御機器は、前述したようにコントロールユニット１００に接続されており、コントロールユニット１００からの制御信号に応じて制御される。
【０１１２】
ここでタンクは、断熱材で覆われており、給気手段、送出手段には、その経路の途中に電磁弁や電動ポンプ、フィルター等が設けられている。送出手段からは、圧力調整弁を介して所定の流量で空気が送出されるように構成されている。送出手段の給気管２８の下流端は、前記床ユニット２０にある給気口２７に接続されている。また、加温器や冷却器は、前記養液生成ユニット２００に設けたものと基本的に同様に構成されており、タンク内の空気を加温ないし冷却して所望の設定温度に調整できるものである。
【０１１３】
冷却器および加温器によって、タンクから制御空間１２に供給する空気の温度を、所定の範囲内で任意の設定温度（設定値）に制御できるように加温ないし冷却が可能に構成されている。また、一般的なシーズヒーターやパネルヒーターをタンク内に直接配設して加温（または冷却）したり、ヒートポンプ等の温風（または冷風）により加温（または冷却）するように構成しても良い。なお、ペルチェ素子（熱電冷却素子）を利用した温度調整手段によって、一つの装置で加温ないし冷却を行うように構成しても良い。
【０１１４】
加湿器は、前記タンク内の空気を加湿するものであり、具体的には例えば、超音波式加湿器等が該当し、タンク内の空気の湿度を任意の設定値に調整可能なものであれば良い。
炭酸ガス発生器は、タンク内に炭酸ガスを供給するものであり、具体的には例えば、液化炭酸ガスボンベに取り付けた電磁弁、レギュレーターや圧力計等から構成され、炭酸ガスを任意の圧力ないし流量に調整して供給できるものであれば足りる。
【０１１５】
なお、図２においては、空気生成ユニット３００を装置本体１１の外部に設けた例を示したが、装置本体１１にスペース的な余裕があれば、装置本体１１に空気生成ユニット３００を設けてもかまわない。例えば、空気生成ユニット３００から空気を供給する空間ユニット３０自体に付設させても良い。
【０１１６】
［光源ユニット４００］
次に、実験装置１０の光源ユニット４００について説明する。
光源ユニット４００は、前記天井ユニット４０内に配設したＬＥＤ４５の点灯制御回路や電力供給用の電源装置等を、必要に応じて備えている。また、外部の光源から天井ユニット４０内に光を導く場合には、光ファイバー等の導光のための手段等も、光源ユニット４００の構成要素として捉えても良い。なお、点灯制御回路等の一部の構成要素は、天井ユニット４０の内側にスペース的な余裕があれば、天井ユニット４０内の適所に配置してもかまわない。
【０１１７】
点灯制御回路や電源装置等は、前述したようにコントロールユニット１００に接続されており、コントロールユニット１００からの制御信号に応じて光照射条件が制御される。ここで光照射条件とは、天井ユニット４０にて点灯させるＬＥＤの数ないし位置、点灯させるＬＥＤの光量、ＬＥＤの点灯時間（暗闇時間、点滅サイクル周期等）、パルス制御等の様々な光の照射条件が該当する。
【０１１８】
なお、図２においては、光源ユニット４００を装置本体１１の外部に設けた例を示したが、装置本体１１にスペース的な余裕があれば、装置本体１１に光源ユニット４００を設けてもかまわない。例えば、ＬＥＤ４５等がある天井ユニット４０自体に付設させても良い。
【０１１９】
［コンピュータ５００］
次に、外部のコンピュータ５００についても説明する。
コンピュータ５００は、例えば、通常のパーソナルコンピュータからなり、前述した実験装置１０のコントロールユニット１００に通信回線を介して接続されている。ここでコンピュータ５００に接続される実験装置１０の数は、１つに限られることなく、複数の実験装置１０，１０…を接続しても良い。コンピュータ５００に、複数の実験装置１０，１０…を接続した場合は、各実験装置１０の生育環境における環境条件をまとめて同時に異なる状況下に制御することができる。
【０１２０】
すなわち、コンピュータ５００は、複数の実験装置１０ごとに各センサからのセンシングデータ等の各種情報を受信し、複数の実験装置１０をまとめて制御、監視、記録することができるように設定されている。コンピュータ５００は、複数の実験装置１０における様々なデータを蓄積するデータベースを備えており、必要なデータを所定の形式で比較したり整理したものを表示することができるように設定されている。
【０１２１】
Ｆ．本実施の形態に係る実験装置１０の作用について説明する。  
図１に示すように、本実験装置１０によれば、一つの装置本体１１は、下方から順に床ユニット２０、空間ユニット３０、天井ユニット４０の３つのユニットに予め分割されており、これらのユニットは互いに着脱可能である。３つのユニットを組み合わせることで、一つの装置本体１１が構成され、その内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の制御空間１２が形成される。このような３つのユニットは、機能的にもレイアウト的にも最適な部品単位として扱うことができる。
【０１２２】
一つの装置本体１１内に形成された制御空間１２では、植物に影響を与える環境条件のセンシングのほか、所望の環境条件に制御することが可能となり、また、植物の生育状態を記録することができるオールインワンの実験装置の構築が容易となる。これにより、植物を育成するための多様な栽培実験や研究の環境条件を簡易かつ低コストで実施することが可能となり、植物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することができる。
【０１２３】
しかも、制御空間１２は、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲に設定されることから、ひいては実験装置１０全体の外形を、極力コンパクトに構成することができる。これにより、最小株数で効率良く栽培実験や研究を進めることができるだけでなく、ラックに収納し多段に配置できる等、限られたスペース内でも、より多く装置による環境条件の設定が可能となる。また、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。さらに、小容積であることから、温度の制御や外界との断熱が容易となる。
【０１２４】
特に、本実施の形態では、制御空間１２は基本的には閉鎖系となるが、植物に影響を与える環境要因である水分や空気（二酸化炭素）等を、装置本体１１の外部にある養液生成ユニット２００や空気生成ユニット３００から供給している。これにより、装置本体１１自体をいっそう小型化することが可能となる。
【０１２５】
また、床ユニット２０、空間ユニット３０、天井ユニット４０は、それぞれ異なる種類のものが複数用意されている。例えば、床ユニット２０は、水耕栽培用や土壌栽培用のもの等が用意され、空間ユニット３０は、様々な外形ないし容積のものが用意されている。また、天井ユニット４０は、外部光源や内部光源かの違い、あるいは光源の種類の違いにより異なるものが用意されている。このように、各ユニットごとに、それぞれ複数種類ある中から、使用者の意図に合わせて任意の条件のものを適宜選択して組み合わせることができる。
【０１２６】
図３は、各ユニットの組み合わせを概念的に示す説明図である。図３において、床ユニット２０は、ＡタイプとＢタイプの２種類が、空間ユニット３０は、ＡタイプとＢタイプとＣタイプの３種類が、天井ユニット４０は、ＡタイプとＢタイプの２種類が、それぞれ用意されている。かかる場合、各ユニットの組み合わせ数として、２（床ユニット２０の種類）×３（空間ユニット３０の種類）×２（天井ユニット４０の種類）＝１２通りの異なる装置本体１１を構成することができる。
【０１２７】
図３（ａ）に示す装置本体１１は、Ａタイプの床ユニット２０と、Ａタイプの空間ユニット３０と、Ａタイプの天井ユニット４０を組み合わせてなる。ここで各ユニットは、それぞれ断面積が同一に構成されており、その外形は、平面図に示したように、円柱（円筒）または四角柱（立方体）のどちらでも容易に形成することができる。
【０１２８】
図３（ｂ）に示す装置本体１１は、Ａタイプの床ユニット２０と、Ｂタイプの空間ユニット３０と、Ｂタイプの天井ユニット４０を組み合わせてなる。ここで空間ユニット３０は、その周壁が球形に張り出す形状であるため、上下の各ユニットとの接合箇所の形状は円形となる。よって、平面図に示したように、天井ユニット４０（床ユニット２０）は、空間ユニット３０の接合箇所の形状に合致させやすい円柱形（円筒）としている。
【０１２９】
図３（ｃ）に示す装置本体１１は、Ｂタイプの床ユニット２０と、Ｃタイプの空間ユニット３０と、Ｂタイプの天井ユニット４０を組み合わせてなる。ここで空間ユニット３０は、その周壁が縦長に湾曲して多少張り出す形状であるため、上下の各ユニットとの接合箇所の形状は円形となる。よって、図３（ｂ）の場合と同様に、天井ユニット４０（床ユニット２０）は、空間ユニット３０の接合箇所の形状に合致させやすい円柱形（円筒）としている。
【０１３０】
各ユニットの選択は、栽培を開始する時に限られるわけではなく、例えば、植物の生育にあわせて、空間ユニット３０を外形の異なる別のものに交換することも可能である。植物が発芽した直後や未だ生育の初期の時は、空間ユニット３０を全長の短いものにすれば、光源ユニット４００を床ユニット２０に近づくように配置することができ、生育中の植物により強い光を照射することが可能となる。一方、植物の生育が進んで背が高くなった時は、空間ユニット３０を全長の長いものに交換すれば、光源ユニット４００が植物の伸びの障害となることはなく生育を促すことが可能となる。
【０１３１】
このように、各ユニットの選択ないし組み合わせにより、栽培する植物やその栽培方法に見合った装置本体１１を容易に構成することが可能となる。従って、多様な環境条件を簡易かつ低コストで実現することができ、栽培実験や研究を効率良く促進させることが可能となり、植物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することができる。かかる栽培実験ないし研究の成果に基づいて、植物工場や施設栽培の発展に寄与することができる。
【０１３２】
各ユニット同士を組み合わせるには、基本的には、下方のユニットの上に上方のユニットを重なるように載置すれば良い。各ユニットが対向する接合箇所には、互いに密閉状態に係合する凸部２２ａ，４４ないし凹部３２，３４があるため、各ユニットを容易に組み合わせることが可能となり、また分離することができる。特に、各ユニットは鉛直方向に重なる状態で組み合わされるため、上方のユニットは、下方のユニットに対して自重により係合した状態に保持される。
【０１３３】
各ユニットの接合箇所における凸部２２ａ，４４と凹部３２，３４の係合代を浅くすれば、上方のユニットを少し持ち上げるだけで、容易に分離することができる。さらに、凸部２２ａ，４４や凹部３２，３４の接触面にパッキン３３，３５を設けることにより、密閉度合いをいっそう高めることができる。
【０１３４】
もちろん、各ユニット同士の組み合わせは、前述した重力に対する上下方向の組み合わせに限定されるものではない。各ユニットの接合箇所において、重力に頼らず密閉状態を確保できるようにすれば、例えば、無重力や宇宙空間での実験に際し、床ユニット２０と天井ユニット４０を、空間ユニット３０を間に介在させて対向する位置に配置する等、上下方向に限定されない組み合わせも可能である。
【０１３５】
ここで凸部と凹部の他に係合させる手段としては、例えば図８に示したように、各ユニットが対向する接合箇所を重ね合わせて、ボルト５１とナット５２、あるいは通常のネジ（図示省略）でネジ止めしても良い。その際に、Ｏリング５３等のパッキンでシールすると良い。また、ネジ止め以外にも、例えば、マグネット、パチン錠、フック等を設けて係合させるように構成しても良い。
【０１３６】
また、空間ユニット３０の周壁３１の外面は、遮光材３６で覆われている。これにより、外部からの光の侵入を防ぐことができるので、ユニット内の光環境を光照射部からの光だけに依存させることができる。これは、床ユニット２０の底２１および周壁２２の外面や、天井ユニット４０の上面部４１および周壁４２の外面についても同様である。従って、外部からの光の影響を受けることがなく、精度の高い所望の光照射制御が可能となる。例えば、狭いスペースに実験装置１０を密に並べたとしても、隣の実験装置１０からの光の影響を受けることを防止することができる。
【０１３７】
しかも、前記遮光材３６は、断熱材を兼ねる材質により形成されている。これにより、外部からの熱の侵入を防ぐことができるので、ユニット内の温度環境を空気生成ユニット３００からの空気だけに依存させることができる。従って、外部の温度の影響を受けることがなく、より精度の高い所望の温度制御が可能となる。なお、遮光材３６の代わりに断熱材だけで、各ユニットの周壁の外面を覆うようにしても良い。また、各ユニットの周壁自体を遮光材で構成すれば、遮光機能を周壁そのものに持たせることができ、遮光性を問わない断熱材で周壁を覆うことができる。
【０１３８】
続いて、実験装置１０の制御系の作用について説明する。
前記各ユニットを組み合わせて一つの装置本体１１を構成した後、この実験装置１０で任意の植物を栽培するに際しては、図２において、先ず操作手段１０１により、植物の種類に応じた栽培方法を選択し、所望の環境条件に合致する各種の設定値を入力する。例えば、養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量等の具体的な値を適宜入力する。
【０１３９】
植物の種類や栽培方法に応じた各種の設定値等の入力データは、予めコンピュータ５００に登録してある複数のパターンの中から呼び出し、コントロールユニット１００にある表示部等で確認しながら選択できるようにしても良い。ここで設定値は、植物の栽培開始時に入力した値に限定されるわけではなく、植物の生長度合いに応じて途中で変更したり、あるいは植物の栽培開始日から相対的な経過日数（時間）ごとに、予め細かく定めることもできる。
【０１４０】
コントロールユニット１００は、操作手段１０１から入力された、あるいはコンピュータ５００から呼び出された設定値を受信すると、これを時系列にメモリに保存する。また、コントロールユニット１００は、一定時間ごとに取得した前記各種センサから送信されたセンシングデータ（測定値）を、環境条件に関する栽培記録として時系列にメモリに保存する。ここでの測定値は、コンピュータ５００にも送信してデータベースに記録すると良い。
【０１４１】
また、コントロールユニット１００は、一定時間ごとに取得した前記カメラからの画像データも、植物の生育状態に関する栽培記録として、自身のメモリやコンピュータ５００へ登録することができる。ここでコントロールユニット１００やコンピュータ５００に登録された画像データは、定点観測画像として表示することができる。なお、コンピュータ５００では、実験装置１０の各センサ類が取得したデータの現在値や積算値の確認を行うことができるようにすると良い。
【０１４２】
そして、コントロールユニット１００は、各ユニットごとに、それぞれ対応する被制御機器の前記設定値と、各種センサからのセンシングデータ（測定値）とを比較する。かかる比較結果に基づいて、実際の測定値を目標とする設定値に近づけるべく、各被制御機器に対して所定の制御信号を送信する。ここでの制御信号は、装置本体１１に直接送信されることなく、外部にある養液生成ユニット２００、空気生成ユニット３００、光源ユニット４００に備えられた被制御機器へ送信される。以下、各ユニットごとの具体的な制御について順に説明する。
【０１４３】
先ず、床ユニット２０内には、装置本体１１の外部にある養液生成ユニット２００によって生成された養液が供給される。このように、床ユニット２０内の環境条件の制御系は、装置本体１１の外部で別途ユニット化されている。従って、床ユニット２０には、養液や土壌を充填する槽等の必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、床ユニット２０自体は、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。
【０１４４】
養液生成ユニット２００では、前記コントロールユニット１００の制御により、前記操作手段１０１で設定された条件に合った養液が生成される。すなわち、図示省略したタンク内には、水や各栄養素（養分）が必要量だけ供給されて撹拌され、所望の設定温度に調整される。
【０１４５】
ここで養液の温度制御に関しては、コントロールユニット１００は、前記操作手段１０１により定められた設定温度と、床ユニット２０内の温度センサから出力された測定値とを比較する。この比較結果に基づき、タンクに設けた冷却器と加温器のどちらを制御するのか決定し、温度センサからの測定値を設定温度に近づける制御信号を出力する。かかる制御信号に基づいて、冷却器または加温器はＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【０１４６】
すなわち、床ユニット２０内の養液の水温の測定値が、設定値より低い場合は、冷却器をＯＦＦとし加温器をＯＮとすることに決定し、タンク内で生成する養液の温度を上昇させる。一方、測定値が設定値よりも高い場合には、加温器をＯＦＦとし冷却器をＯＮとすることに決定し、タンク内で生成する養液の温度を低下させる。なお、測定値が設定値と同じである場合は、加温器と冷却器の両方ともＯＦＦとする。
【０１４７】
このように養液生成ユニット２００によって生成された養液は、タンクから必要量だけ図示省略した給液管や給気ポンプによって床ユニット２０へ供給される。一方、床ユニット２０で既存の古くなった養液は、図示省略した排液管等を介して随時排出される。かかる養液の給排量も、植物の種類や生長度合いに応じてコントロールユニット１００によって制御される。
【０１４８】
次いで、空間ユニット３０が主要部を占める制御空間１２には、装置本体１１の外部にある空気生成ユニット３００によって生成された空気が供給される。このように、装置本体１１の空気に関する制御系も、装置本体１１の外部で別途ユニット化されている。従って、空間ユニット３０に関しては、単に植物が生育するための空間を仕切ると共に、センサのみを設けるという必要最小限の構成しか持たせる必要がなくなる。
【０１４９】
空気生成ユニット３００では、前記コントロールユニット１００の制御により、前記操作手段１０１で設定された条件に合った空気が生成される。すなわち、図示省略したタンク内には、空気（大気）や湿気、二酸化炭素が必要量だけ供給されて撹拌され、所望の設定温度に調整される。ここで空気の温度制御に関しては、前記養液生成ユニット２００での養液の温度制御と同様に、タンクに設けた冷却器と加温器のＯＮ／ＯＦＦによって、空間ユニット３０内にある温度センサからの測定値を設定温度に近づけるように制御される。
【０１５０】
また、空気の湿度制御に関しては、コントロールユニット１００は、前記操作手段１０１により定められた設定湿度と、空気生成ユニット３００にある湿度センサから出力された測定値とを比較する。この比較結果に基づき、空気生成ユニット３００にある加湿器のＯＮまたはＯＦＦを決定し、湿度センサからの測定値を設定湿度に近づける制御信号を出力する。かかる制御信号に基づいて、前記加湿器はＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【０１５１】
すなわち、湿度の測定値が設定値より低い場合は、加湿器のＯＮを決定し加湿器を作動させ湿度を上昇させる。一方、湿度の測定値が設定値以上の場合は、加湿器のＯＦＦを決定し加湿器を停止させ湿度を低下させる。
その他、空気中の二酸化炭素濃度の制御に関しては、コントロールユニット１００から出力された炭酸ガス設定濃度に関する制御信号に基づき、空気生成ユニット３００にある炭酸ガス発生器をＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、空間ユニット３０内にある二酸化炭素センサからの測定値を設定値に近づけることができる。
【０１５２】
このように空気生成ユニット３００によって生成された空気は、タンクから必要量だけ図１に示した給気管２８を介して床ユニット２０側から制御空間１２へ供給される。ここで給気管２８が接続された給気口２７は、床ユニット２０内の一端側より、栽培ベッド２３の表面上で円周に沿った一方向に向けて空気を吹き出す。これにより、制御空間１２の下方から供給された空気は、制御空間１２をスパイラル状に上昇することになり、均一で安定した上昇気流を発生させることができる。
【０１５３】
一方、装置本体１１の上方まで上昇した空気は、天井ユニット４０に開設されている排気口４３から外部へ随時排出される。ここで排気口４３は、天井ユニット４０における上面部４１の中央に位置するため、安定したスパイラル状の上昇気流を保つことに寄与する。このような上昇気流によって、制御空間１２の空気は常時循環することになり、植物の葉における二酸化炭素の吸収や蒸散を補助するだけでなく、温度センサおよび湿度センサに対して空気を淀みなく接触させることになり、制御空間１２における正確な温度や湿度の検出を可能とする。
【０１５４】
このような装置本体１１における空気の給排量も、植物の種類や生長度合いに応じてコントロールユニット１００によって制御される。具体的には例えば、給気管２８の途中に設けた送風ファン等の送気手段をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、任意の送風量に調整することが可能となる。なお、装置本体１１は外気圧に対して陽圧に保たれることで、給気口２７以外からの空気の侵入を防ぐことができる。
【０１５５】
次いで、天井ユニット４０では、光照射部による光照射条件が、装置本体１１の外部にある光源ユニット４００によって制御される。このように、光照射部に関する制御系も、装置本体１１の外部で別途ユニット化している。従って、天井ユニット４０には、光照射部等の必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、天井ユニット４０自体は、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。
【０１５６】
特に、光照射部を外部の光源から導光された光を照射するものとすれば、天井ユニット４０自体には光源を設ける必要もなく、より簡易化かつ小型化することができる。外部の光源は、光源ユニット４００に設けると良い。このように、外部の光源から導光すれば、光源の大きさを天井ユニット４０内の限られたスペースに収まるように限定する必要はなく、例えば、太陽光のほか、大型のハロゲンランプやメタルハライドランプ等を光源として用いることも可能となる。
【０１５７】
光源ユニット４００では、コントロールユニット１００から送信された光照射条件に関する制御信号に基づき、例えば図１中の個々のＬＥＤ４５の光量や点灯時間等が光照射条件に合致するように制御される。このような光照射条件は、一定に保つこともあれば、時間の経過と共に変化させることも考えられる。また、植物の生育を促進するには、単に光を連続的に照射するだけでなく、短いサイクルで点滅を繰り返すようなパルス照射も効果的であり、点滅サイクル周期等の制御も適宜行うようにすると良い。
【０１５８】
また、前記空間ユニット３０の周壁３１のうち制御空間１２に接する内面に、反射材３７を設けたことにより、光照射部から出射された光が周壁３１の内面に吸収されることなく反射され、植物の光吸収率を高めることができる。同様に、上面部４１や周壁４２の内面にも、前記反射材３７と同様の反射材を設けたり、反射塗料を塗布して、反射面として構成すれば、光源からの光の照射効率を高めることができる。
【０１５９】
なお、光照射部自体が光源（ＬＥＤ４５）からなる場合は、天井ユニット４０における光源の放熱対策が必要となる。そこで、ＬＥＤ４５を取り付ける上面部４１を、熱伝導が大きい金属で形成すれば、光源が発する熱をそのまま伝導させて、上面部４１の外面より外部に放熱することができる。さらに、上面部４１に開設された排気口４３から外部に流れる空気によっても、光源を冷却することができる。
【０１６０】
その他、カメラから送信された植物の画像データに応じて、空気の温度や湿度を調整したり、光照射部の光照射条件を変更しても良い。
また、空間ユニット３０の周壁３１の適所に開閉可能な窓部を設けることにより、制御空間１２で栽培している植物の生育状態等を外部から目視で観察することができるようにしても良い。この窓部自体には透光性がなく、開けた時だけ開口より内部を視認できるものとする。
【０１６１】
以上のような制御により、実験装置１０では、必要最小限の制御空間１２にて植物に影響を与える環境要因を低コストかつ安定して効率良く調整することが可能となる。また、省スペース化の要請にも応じることができると共に、装置自体の価格も抑えることができ、精度の高い栽培実験や研究を効率良く促進させることが可能となる。よって、植物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することができ、植物工場や施設栽培の発展に寄与する。
【０１６２】
さらに、実験装置１０は、コントロールユニット１００と通信回線を介して接続されたコンピュータ５００によって単独でも制御できるが、図２に示すように、複数の実験装置１０を設置した上で、それぞれのコントロールユニット１００に対し、コンピュータ５００によりネットワークを構築すると良い。これにより、１台のコンピュータ５００により複数の実験装置１０を集中的に管理することができ、また、遠隔制御することによって管理が容易となる。このように、多くの実験装置１０を備えた大規模な設備にも適用することができる。
【０１６３】
Ｇ．別の実施の形態について
ところで、図１に示した実験装置１０では、床ユニット２０および天井ユニット４０が、それぞれ空間ユニット３０に対して分割されている。これら各ユニットが、互いに着脱可能に組み合わされることで、各ユニット内の空間は全て連通した一連の制御空間１２を形成する。ここで、天井ユニット４０が、空間ユニット３０に対して分割されている場合、空間ユニット３０の上面側は、必ずしも天井ユニット４０で塞ぐような構成としなくても良い。
【０１６４】
すなわち、別の実施の形態として、例えば図４（ａ）に示すように、空間ユニット３０の上面側を最初から上面部で閉じた構成とした上で、この上面部の内側に、天井ユニット４０を着脱可能に組み合わせるように構成することもできる。なお、天井ユニット４０の内部は、必ずしも空間ユニット３０の内部と連通させる必要はなく、天井ユニット４０自体は、閉鎖系の空間を備えたユニットとして形成することも可能である。かかる閉鎖系の天井ユニット４０は、図１に示した実験装置１０についても同様に可能である。
【０１６５】
また、図４（ｂ）に示すように、空間ユニット３０の上面部の外側に、天井ユニット４０を着脱可能に組み合わせるように構成しても良い。かかる構成では、空間ユニット３０を床ユニット２０から外すことなく、そのまま空間ユニット３０の外部より天井ユニット４０を容易に組み合わせることができる。ここで天井ユニット４０は、空間ユニット３０の透明な上面部を通して内部に光を照射できれば良く、閉鎖系のユニットに限らず開放系に構成しても良い。
【０１６６】
また、図４（ｃ）に示すように、空間ユニット３０の上面側は、図１の場合と同様に、天井ユニット４０で塞ぐ構成とした上で、空間ユニット３０の下面側を底面部で閉じるように構成しても良い。かかる構成では、空間ユニット３０の底面部の上に床ユニット２０を載せるようにして、着脱可能に組み合わせる。ここで床ユニット２０に関しては、植物が上方に伸展する関係上、床ユニット２０の内部は、空間ユニット３０の内部と連通させる必要がある。なお、図４に示す何れのタイプも、天井ユニット４０を閉鎖系として構成した場合は、空間ユニット３０の上面部等の適所に、図１中で示した排気口４３を設けることになる。
【０１６７】
さらに、別の実施の形態として、図５（ａ）に示すように、床ユニット２０および空間ユニット３０を、互いに分離不能な一体のユニットとして構成しても良い。かかる構成では、空間ユニット３０の下面側は底面部で閉じられており、この底面部付近が、そのまま床ユニット２０をなすように構成される。一方、空間ユニット３０の上面側は開口しており、天井ユニット４０を組み合わせることで塞がれることになる。
【０１６８】
あるいは、図５（ｂ）に示すように、空間ユニット３０および天井ユニット４０を、互いに分離不能な一体のユニットとして構成しても良い。かかる構成では、空間ユニット３０の上面側は上面部で閉じられており、この上面部付近が、そのまま天井ユニット４０をなすように構成される。一方、空間ユニット３０の下面側は開口しており、床ユニット２０を組み合わせることで塞がれることになる。
【０１６９】
また、別の実施の形態として、図６に示すように、空間ユニット３０の内部を囲う周壁３１を、複数に分割して組み合わせるように構成しても良い。図６に示す例では、周方向に２分割しているが、これに限らず３分割、あるいは４つ以上に分割することも考えられる。このような周方向の分割により、一体成形ができない複雑な形状であっても、容易に空間ユニット３０を構成することが可能となり、デザインの自由度を高めることができる。
【０１７０】
さらに、別の実施の形態として、図７に示すように、空間ユニット３０は、上下方向に多段に連結可能に構成しても良い。これにより、植物の成長形態に合わせて、空間ユニット３０の高さ（容積）を適宜変更することが可能となる。ここで、分割された個々の空間ユニットの全高が低いほど、積み重ねたときの高さ調整の幅も広がる。なお、上下に並ぶ空間ユニット同士の接合は、前述した床ユニット２０や天井ユニット４０との組み合わせと同様に、凹部ないし凸部で係合するように構成すると良い。
【０１７１】
もちろん、装置本体１１を分割する各ユニットも、前述した床ユニット２０、空間ユニット３０、それに天井ユニット４０という３つの概念に限定されるものではない。例えば、２つだけ、あるいは４つ以上の部位ごとに分割しても良い。具体的には、上下に２分割する場合には、前記天井ユニットと前記空間ユニット上半部をまとめて上部ユニットとしたり、前記床ユニットと前記空間ユニット下半部をまとめて下部ユニットとしても良い。言い換えれば、前述した図５において、一体に構成した２つのユニットを、１つのユニットと見なすこともできる。
【０１７２】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述したような実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、各ユニットの形状や数は、図示したものに限定されるわけではなく、その材質も、様々な材料を用いることができる。
【０１７３】
また、制御空間１２の環境条件の一因として制御する環境要因は、光、水分である養液、空気中の二酸化炭素、空気の温度および湿度に限られることなく、このうちの一部を植物の生育に支障を来さない範囲で省略したり、他に例えば、空気中の酸素量や風量等も制御するように構成しても良い。
【０１７４】
また、前記実施の形態では、空気生成ユニット３００で生成した空気は、空間ユニット３０と共に一連の制御空間１２を区画する床ユニット２０側から導入し、天井ユニット４０側から排気するように構成したが、他に例えば、空間ユニット３０に対して直接給排気するように構成することも考えられる。
【０１７５】
また、前記実施の形態では、床ユニット２０に関して、栽培する植物の基本構造の観点より、特に植物の根を植え付ける部位として説明したが、もちろん、各ユニットは、植物の基本構造（根、茎、葉）との対応関係とは別に定義できるものとする。ここで植物は、種子から栽培する場合もあれば、コケ類のように３つの構造に分類できない種類も存在する。なお、植物の花や実は、茎に付加される特別な器官として、茎に含めて考えられる。各ユニットの区分けも、そもそも３つの部位に限定されるものではなく、２つだけ、あるいは４つ以上の部位ごとに分割しても良いことは言うまでもない。
【０１７６】
さらに、前記実施の形態では、実験装置１０として、生物のうち特に植物を育成する植物栽培装置に適用した例を説明したが、生育する生物は植物に限定されるものではなく、例えば、菌類（例えばキノコ類等）や微生物（例えばミドリムシ等）、あるいは小動物（例えばネズミやカエル等）の生育に適用しても良い。かかる場合には、前述した装置本体１１をそのまま利用しても良く、あるいは、装置本体１１の全体の形状ないし大きさ、各ユニットの分割を異なる構成にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明に係る実験装置は、植物の他、菌類や微生物、あるいは小動物等の様々な生物の育成に関する実験や研究を進めるための装置として幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１０…実験装置
１１…装置本体
１２…制御空間
２０…床ユニット
２１…底
２２…周壁
２２ａ…凸部
２３…栽培ベッド
２４…支持材
２６…遮光材
２７…給気口
２８…給気管
３０…空間ユニット
３１…周壁
３２…凹部
３３…パッキン
３４…凹部
３５…パッキン
３６…遮光材
３７…反射材
４０…天井ユニット
４１…上面部
４２…周壁
４３…排気口
４４…凸部
４５…ＬＥＤ
４６…光源基板
４７…保護カバー
４８…遮光材
１００…コントロールユニット
１０１…操作手段
２００…養液生成ユニット
３００…空気生成ユニット
４００…光源ユニット
５００…コンピュータ
【図１】
2016208853.tif 000003
【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】
2016208853.tif 000009
【図８】
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