(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤなどの光源が栽培される栽培植物の真上にあったとしても、照射光が上部にある葉にさえぎられることなく下部にある葉にも効率良く照射される安価な植物栽培棚を提供する。【解決手段】光源２ａ、２ｂ、２ｃが、栽培植物３に対向して重力の向きに対して上方で、前記光源からの照射光が前記栽培植物に向けて効率的に照射されるような向きと高さと配列間隔で複数配されており、前記複数の光源からの照射光を拡散させるための側面拡散板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが、前記複数の光源における前記配列間隔の間であって前記複数の光源と前記栽培植物との間に配されており、前記拡散板が、前記栽培植物の側面に配した植物栽培棚。【選択図】図１
2016136879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培植物の育成に必要な波長の光を照射する光源と、
前記栽培植物を保持するための植物保持手段と、
前記栽培植物の育成に必要な水または養液を前記栽培植物の根に供給排液する給排液手段と、
前記光源と前記植物保持手段と前記給排液手段とを保持して所定の位置に配置するための匡体とを少なくとも有する植物栽培棚であって、
前記光源は、前記栽培植物に対向して上方で、前記光源からの照射光が前記栽培植物に向けて効率的に照射されるような向きと高さと配列間隔で複数配されており、
前記複数の光源からの照射光を拡散させるための側面拡散板が、前記複数の光源における前記配列間隔の間であって前記複数の光源と前記栽培植物との間に配されており、
前記側面拡散板が、前記栽培植物の側面に配されていることを特徴とする植物栽培棚。
【請求項２】
前記側面拡散板は、前記光源からの照射光を上向きに偏向して拡散させるような指向性を持つ指向性側面拡散板であることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培棚。
【請求項３】
前記指向性側面拡散板の拡散面の両面には、稜線が前記側面拡散板の拡散面上に重力の向きに対して垂直方向に配列した複数の三角プリズムが形成されており、前記三角プリズムの前記拡散面と前記稜線に垂直な面による断面形状は下側の頂角が３°よりも大きく４５°よりも小さくなっており上側の頂角が８０°〜９０°になっていることを特徴とする請求項２に記載の植物栽培棚。
【請求項４】
前記指向性側面拡散板の拡散面の両面には、直角な頂点による稜線が前記指向性側面拡散板の拡散面上に重力の向きに対して垂直方向に配列した複数の直角二等辺プリズムが前記拡散面の両面を挟んで互いの斜辺が対向しないように交互に等ピッチで形成されており、前記斜辺が対向した部分は平面部となっていることを特徴とする請求項２に記載の植物栽培棚。
【請求項５】
前記側面拡散板には、通風孔が１カ所以上開口していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の植物栽培棚。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と植物保持手段と給液手段などを備えた植物栽培棚の光照射環境を人工的に制御することによって、効率的に野菜などの栽培植物を育成するための植物栽培棚に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自然環境の影響を受け難い密閉環境内で、照射光や温湿度や二酸化炭素あるいは栽培養液などの生育環境を人工的に制御する完全密閉型植物工場が実用化されてきた。このような完全密閉型植物工場は、ランニングコストを抑え、高品質な作物を栽培するために、様々な工夫がなされてきた。
【０００３】
特に、光源として、照射強度が一様な蛍光灯と生育波長に合わせた発光をするＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）とを組み合わせて、一様な光照射と植物の生育に適した波長の照射を同時に実現して作物の生育を行うことができるような完全密閉型植物工場が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
一方、４５０ｎｍ付近の青色ＬＥＤと６６０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤとを適当に組み合わせて生育効率が良い環境条件を実現するため、容器の蓋の裏面にＬＥＤを配列したものが提案されている（特許文献２）。
【０００５】
さらに、ＬＥＤ光源自身も改良されたものが出現しており、パネル内に波長の異なる二列のＬＥＤが配列され、さらに安定に発光可能なように冷却パネルで冷却されるような構造を持っており、低電力で均一な照明ができるようなＬＥＤ光源も提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１８９５７号公報
【特許文献２】特開平９−２５２６５１号公報
【特許文献３】特許第５５９７３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の植物工場に用いられている植物栽培棚においては、ＬＥＤなどの光源からの照明光が栽培される植物の真上から照射されるために、植物が生育するに従って下部にある葉に照射される照射光が上部にある葉にさえぎられて、植物への照射効率が悪くなるという課題を有していた。
【０００８】
また、上記の課題を解決するために、ＬＥＤなどの光源を栽培する植物の側面にも配置するような工夫もなされているが、このような方法を用いると従来以上の光源の数が必要となり、ランニングコストが高くなるという課題を有していた。
【０００９】
そこで本発明は、ＬＥＤなどの光源が栽培される栽培植物の真上にあったとしても、照射光が上部にある葉にさえぎられることなく下部にある葉にも効率良く照射される安価な植物栽培棚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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の植物栽培棚は、栽培植物の育成に必要な波長の光を照射する光源と、前記栽培植物を保持するための植物保持手段と、前記栽培植物の育成に必要な水または養液を前記栽培植物の根に供給排液する給排液手段と、前記光源と前記植物保持手段と前記給液手段とを保持して所定の位置に配置するための匡体とを少なくとも有する植物栽培棚であって、前記光源は、前記栽培植物に対向して上方に、前記光源からの照射光が前記栽培植物に向けて効率的に照射されるような向きと高さと配列間隔で複数配されており、前記複数の光源からの照射光を拡散させるための側面拡散板が、前記複数の光源における前記配列間隔の間であって前記複数の光源と前記栽培植物との間に配されており、前記側面拡散板が、前記栽培植物の側面に配することにより、前記栽培植物が成長しても前記栽培植物の上下全ての葉に均一に照明光を照射することが可能となり、上記課題を解決することができた。
【００１１】
また、前記側面拡散板が、前記光源からの照射光の下向き成分を上向きに偏向して拡散させるような指向性を持つ指向性側面拡散板とすることにより、損失が少なく効率の良い照明を前記栽培植物の側面から行うことが可能となり、上記課題を解決することができた。
【００１２】
特に、前記指向性側面拡散板の拡散面の両面に、稜線が前記拡散板の拡散面上に重力の向きに対して垂直方向に配列した複数の三角プリズムが形成されており、前記三角プリズムの前記拡散面と前記稜線に垂直な面による断面形状は下側の頂角が３°よりも大きく４５°よりも小さくなっており上側の頂角が８０°〜９０°になっている指向性側面拡散板を用いたり、あるいは前記指向性側面拡散板の拡散面の両面に、直角な頂点による稜線が前記指向性側面拡散板の拡散面上に重力の向きに対して垂直方向に配列した複数の直角二等辺プリズムが前記拡散面の両面を挟んで互いの斜辺が対向しないように交互に等ピッチで形成されており前記斜辺が対向した部分は平面部となっている指向性側面拡散板を用いたり、することによって簡便に指向性側面拡散板を提供することが可能となり、上記課題を解決することができた。
【００１３】
さらに、前記側面拡散板には、通風孔が１カ所以上開口することによって、前記側面拡散板の配置によって生じる植物棚内の空気の流れを停滞させることなく充分な二酸化炭素を植物に供給しながら、植物全体に均一な照明を照射することが可能となり、上記課題を解決することができた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の植物栽培棚は、光源を増やすことなく栽培植物全体に均一に照明光を照射することが可能となるために、低いランニングコストで効率的な植物栽培をすることが可能であるという効果を有する。
【００１５】
また、本発明の植物栽培棚は、側面拡散板を用いて側面からの光照射を行うために、波長の異なるＬＥＤなどの光源を用いても、これらの異なる波長の光を均一に拡散混合して植物に照射することが可能となり、より効果的な植物栽培が可能となるという効果を有する。
【００１６】
さらに、指向性の強いＬＥＤやＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの光源を用いても、これらの光を側面拡散板によって均一に拡散して植物に照射することができ、効率的な照明が可能となるという効果を有する。
【００１７】
また、本発明の植物栽培棚は、側面拡散板以外の各部品は従来と同様の配置を用いることができるために、従来の植物栽培棚に側面拡散板を挿入するだけで実現することが可能となり、簡単にかつ安価に作製することが可能であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の植物栽培棚の１実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の植物栽培棚の１実施形態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の植物栽培棚に用いた拡散板の効果を示す説明図である。
【図４】ＬＥＤと完全拡散板の指向特性の説明図であり、（ａ）はＬＥＤの指向特性を示す図、（ｂ）は完全拡散板の指向特性を示す図である。
【図５】本発明の植物栽培棚の１実施形態を示す説明図である。
【図６】指向性側面拡散板の指向特性を示す説明図である。
【図７】本発明の植物栽培棚に用いた三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の植物栽培棚に用いた直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の植物栽培棚に用いた拡散板の１実施形態を示す模式的斜視図である。
【図１０】本発明の植物栽培棚に用いた三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の植物栽培棚に用いたＬＥＤ光源の１実施形態を示す模式的組立図である。
【図１２】本発明の植物栽培棚に用いた指向性側面拡散板の１実施形態における光路例を示す説明図である。
【図１３】本発明の植物栽培棚に用いた直角二等辺三角形型指向性側面拡散板の１実施形態における光路例を示す説明図である。
【図１４】本発明の植物栽培棚に用いた三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態における光路例を示す説明図である。
【図１５】従来の植物栽培棚における拡散板の配置の１実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の植物栽培棚の実施形態を説明する。
図１と図２は本発明の植物栽培棚の１実施形態を示す模式的断面図であり、１ａは第１側面拡散板、１ｂは第２側面拡散板、１ｃは第３側面拡散板、１ｄは第４側面拡散板、２は光源、２ａは第１光源、２ｂは第２光源、２ｃは第３光源、３は栽培植物、４ａは第１トレイ、４ｂは第２トレイ、４ｃは第３トレイ、５は給液管、６は第１バルブ、７は排液管、８は第２バルブ、９は電源、１０はコントローラ、１１は電源線、１２ａは第１照明線、１２ｂは第２照明線、１２ｃは第３照明線、１３は匡体、１４ａは第１支持部、１４ｂは第２支持部、１４ｃは第３支持部、１４ｄは第４支持部、１４ｅは第５支持部、１５ｆは第６支持部、１４ｇは第７支持部、１４ｈは第８支持部、１５ａは第１脚部、１５ｂは第２脚部、１６ａは第１液溜部、１６ｂは第２液溜部、１６ｃは第３液溜部、１７ａは第１液溜壁、１７ｂは第２液溜壁、１８ａは第１液溜、１８ｂは第２液溜、１８ｃは第３液溜、１９ａは第１貫通部、１９ｂは第２貫通部、２０ａは第１通風孔、２０ｂは第２通風孔、２０ｃは第３通風孔である。図２は、図１を紙面に垂直に切断したときの模式的断面図となっている。
【００２０】
図１における第１光源２ａ、第２光源２ｂ、第３光源２ｃおよび図２における光源２が栽培植物３を照明するための光源である。第１トレイ４ａ、第２トレイ４ｂ、第３トレイ４ｃは栽培植物３を保持する植物保持手段である。また、給液管５と第１バルブ６および排液管７と第２バルブ８さらには第１液溜部１６ａ、第２液溜部１６ｂ、第３液溜部１６ｃおよび第１液溜壁１７ａと第２液溜壁１７ｂは、水または養液を栽培植物３の根に供給排液する給排液手段である。第１液溜部１６ａは、匡体１３の側壁と底面と第１液溜壁１７ａとで囲まれて形成されており、第２液溜部１６ｂは、匡体１３の底面と第１液溜壁１７ａと第２液溜壁１７ｂとで囲まれて形成されており、第３液溜部１６ｃは、匡体１３の側壁と底面と第２液溜壁１７ｂとで囲まれて形成されている。
【００２１】
さらに、匡体１３においては、上部に前記光源が取り付けられており、第１支持部１４ａ〜第８支持部１４ｈによって第１側面拡散板１ａ、第２側面拡散板１ｂ、第３側面拡散板１ｃ、第４側面拡散板１ｄが取り付けられており、前記栽培植物保持手段と前記給排水手段とを保持している。
【００２２】
第１側面拡散板１ａと第４側面拡散板１ｄは反射型の側面拡散板であり、第２側面拡散板１ｂと第３側面拡散板１ｃは透過型の側面拡散板である。反射型の側面拡散板とは、具体的には透過型の側面拡散板の匡体１３側の面が金属面や反射面になっているものや、光源側の拡散面がすり面などの凹凸面である金属面や反射面になっているものを言う。
【００２３】
図１と図２から明らかなように、本実施形態においては側面拡散板は光源の配列の中央部であって、光源と栽培植物との間に配されており、その拡散面は重力の向きに対して平行になっている。つまり、前記拡散面は、栽培植物が成長する方向に平行になるように配されている。言いかえれば、これら側面拡散板は、栽培植物の側面に位置するように配されているのである。なお、この側面拡散坂は、光源の配列の中央部にある必要はなく、光源と栽培植物との幾何学位置から考えて、効率的に光源からの照明光が栽培植物に照射される光源間の位置に取り付けられておればよい。
【００２４】
このように側面拡散板とその拡散面を配することによって、後述するように、各照明からの光を一様にかつ栽培植物の横方向から照射することが可能となり、光源からの照射光が栽培植物の葉などに遮られて下方に届かないようなことがないようにすることができる。そのため、本発明の植物栽培棚は、栽培植物全体に一様に光源からの光を照射することができ、効率の良い植物の栽培を可能とする。
【００２５】
本実施形態では、植物保持手段として第１トレイ４ａ、第２トレイ４ｂ、第３トレイ４ｃを用いている。このトレイとしては、栽培植物３が発芽から育苗までの段階にある小サイズ植物の場合は、通常使用されている育苗トレイやセルポットあるいは育苗ポットを用いることができる。育苗トレイの場合は、ポリエチレンで作られており、例えば縦５９０ｍｍ横３００ｍｍ高さ４４ｍｍのサイズであり、トレイ全面に図１と図２に示されているような栽培植物３を植えるための培土やヤシガラやスポンジなどを入れる窪みが１２８個形成されている。穴の数としては、これ以外に７２個、２００個、２８８個のものがある。前記窪みの底には、全て水抜き穴が形成されている。
【００２６】
第１トレイ４ａ、第２トレイ４ｂ、第３トレイ４ｃは、各々第１液溜部１６ａ、第２液溜部１６ｂ、第３液溜部１６ｃの上を覆って載置されている。第２バルブ８を閉じた状態で第１バルブ６を開けることによって給液管５から水や養液が供給されて第１貫通部１９ａや第２貫通部１９ｂを介してこれら全ての液溜部に供給される。供給された水や養液は、第１液溜１８ａ、第２液溜１８ｂ、第３液溜１８ｃとなる。この水や養液の供給を継続して行うことによって、第１液溜１８ａ、第２液溜１８ｂ、第３液溜１８ｃの液面が上昇し、第１トレイ４ａ、第２トレイ４ｂ、第３トレイ４ｃの窪みの底に開けられた図示しない穴から培土やヤシガラやスポンジなどを浸し、栽培植物３の根に水や養液を供給することができる。
【００２７】
次に、バルブ６を閉じて給液管５からの水や養液の供給を止め、バルブ８を開けると液溜部１６ａ、液溜部１６ｂ、液溜部１６ｃに溜まった水や養液は排水管７から排水されて、第１液溜１８ａ、第２液溜１８ｂ、第３液溜１８ｃの水位が下がり、これら液溜は全て外部に排出される。外部に排出された水や養液は、そのまま産業排水として処理されたり、再度殺菌や養分濃度調整処理あるいはろ過されて次の給水に使用されたりする。このようにして液溜が排水された後も、培土やヤシガラやスポンジには水や養液が保持されて栽培植物３の育成に供される。
【００２８】
上には植物保持手段として育苗トレイを用いた場合を説明したが、第１液溜部１６ａ、第２液溜部１６ｂ、第３液溜部１６ｃの上をスノコや網状の板で覆ってその上に育苗ポットを並べることによって、育苗ポットを用いて大型の栽培植物を育成することもできる。
【００２９】
前記光源は、栽培植物３に対向して重力の向きに対して上方に取り付けられている。栽培植物３が斜面に保持されているとしても、栽培植物３は重力の向きに対して上方に成長するため、その成長方向の上方に前記光源が取り付けられるのが望ましい。
【００３０】
前記光源である第１光源２ａ、第２光源２ｂ、第３光源２ｃを発光させる電力は、各々第１照明線１２ａ、第２照明線１２ｂ、第３照明線１２ｃを介してコントローラ１０によって、光源に応じた電圧と電流が所定の照射時間の間だけ制御されて印加・供給される。コントローラ１０への電力は電源線１１を介して電源９から供給される。電源９の代わりに、電源線１１をコンセントに接続して商用電源から供給することもできる。
【００３１】
なお、図１と図２においては図面を簡単にするために、電源線１１、第１照明線１２ａ、第２照明線１２ｂ、第３照明線１２ｃは、各々１本の線で示してあるが、これらの線は交流の場合は位相が異なる２本の線と接地線、直流の場合は正極線と負極線と接地線の３本で構成されるのが通常である。その場合、接地の方法によっては、接地線は省略される場合がある。具体的には、光源が蛍光灯、冷陰極管、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、あるいはナトリウムランプの場合には、交流接続が用いられ、ＬＥＤやＬＤの場合には、直流接続が用いられる。もちろん、ＬＥＤやＬＤへの電力供給は、パルス電力で供給されることもある。
【００３２】
図１から明らかなように前記光源は複数配されており、これら光源からの照射光が栽培植物３に均一な光エネルギーで照射されるように栽培植物３からの高さと水平方向の配列が定められて配されている。もちろん、前記光源の数量を増やせば照射される光エネルギーは、より均一になるが、その分光源を発光させるための電力が多くなる。そのため、最小の光源数量で目的の照射エネルギーを持った均一な光照射が行えるように配されている。
【００３３】
しかし、このような光源配置に対しての調節をしても、照射光エネルギーの強度には分布むらが発生し、特に光源としてＬＥＤやＬＤなどの指向性の強い光源を用いる場合は照射エネルギーの分布むらが顕著となる。
【００３４】
そこで、この光源からの照射エネルギーをより均一に照射するために、第１側面拡散板１ａ、第２側面拡散板１ｂ、第３側面拡散板１ｃ、第４側面拡散板１ｄが配されている。例えば、図１の矢印で示したように、光源２ａからの照明光の一部分は直接栽培植物３に照射され、また一部分は第１側面拡散板１ａと第２側面拡散板１ｂとで反射拡散されて栽培植物に照射され、また一部分は第２側面拡散板１ｂで透過拡散されて栽培植物３に照射される。
【００３５】
次に、本発明に用いたＬＥＤ光源の１例を示す。図１１は、本発明の植物栽培棚に用いたＬＥＤ光源の１実施形態を示す模式的組立図であり、４２はＬＥＤ、４３は負電線、４４は正電線、４５は基板、４６は第１接合部、４７は第２接合部、４８は正極接続線、４９は負極接続線、５０は第３接合部、５１は正電極、５２は負電極、５３は透明カバー、５４は反射板である。
【００３６】
ＬＥＤ４２は、図示していないＬＥＤチップとレンズとから構成されており、前記ＬＥＤチップの正極は正電線４４に、前記ＬＥＤチップの負極は負電線４３にボンディング線で接続されている。前記レンズはアクリルやエポキシやシリコーン樹脂などの透明な樹脂で前記ＬＥＤチップとボンディング線が完全に被覆されるように形成されている。また、当該レンズは、前記ＬＥＤチップからの照射光の指向特性を改善する作用を有している。
基板４５は、アルミニウムやカーボンなどの熱伝導の良い材料の上に絶縁層が形成され、その上に負電線４３や正電線４４などがパターニングされた上に反射率の高い白色絶縁塗料で被覆された構造となっている。また、前記ＬＥＤチップを接合したりボンディングしたりする場所には前記白色絶縁塗料は形成されていない。
【００３７】
基板４５の背面には、反射板５４が配されている。反射板５４は、アルミニウムなどの反射率の高い金属や、基材の表面に白色塗料を塗装したものが用いられる。また、反射板５４は、図１１に示すように断面が台形になるように折り曲げられ、ＬＥＤ４２から照射された光が効率的に正面に放射されるようになっている。
【００３８】
ＬＥＤ４２が配された基板４５の背面に反射板５４を配した状態でこれらを透明カバー５３に入れる。その後、正電極５１と正電線４４とを正極接続線４８で電気的に接続する。また、負電極５２と負電線４３とを負極接続線４９で電気的に接続する。これらの接続は、第１接合部４６、第２接合部４７、第３接合部５０、および図示しない第４接合部で半田接合して行う。もちろん、前記接合は、ネジ止めなど他の方法で行っても良い。その後、正電極５１と負電極５２とを透明カバー５３に差し込んで組み上げる。この透明カバー５３は、ポリカーボネートやポリスチレンなどの透明なプラスチックで形成されており、軽量でかつ落下しても破壊されることなく内部のＬＥＤを保護することができる。
【００３９】
図１１に示すＬＥＤ照明は、蛍光灯と同様の細長い筒形状をしており、正電極５１と負電極５２とが図示しないソケットに差し込まれることによって、コントローラ１０からの照明線に接続される。
【００４０】
次に、本発明に用いた側面拡散板の配置について、従来から良く用いられている通常の配置と比較してその違いを説明する。図３は本発明の植物栽培棚に用いた拡散板の効果を示す説明図であり、図１５は従来の拡散板の配置であり、図４はＬＥＤと完全拡散板の指向特性の説明図であり、（ａ）はＬＥＤの指向特性を示す図、（ｂ）は完全拡散板の指向特性を示す図である。図３と図１５において、２１は光源、２２は拡散板、２３は栽培植物、２４は植物保持手段、２５は照明光線、２６は拡散光線、２７ａは第１側面拡散板、２７ｂは第２側面拡散板である。
【００４１】
図１５に示すように、従来ＬＥＤやＬＤなどの指向性の強い光源を用いる場合には、光源２１と植物保持手段２４に植えられた栽培植物２３との間に透過型の拡散板を挿入して、光源からの光を拡散させることによってより均一な照明を得ようとするものであった。照明を均一化する従来の考え方は、育苗トレイや育苗ポットが並んでいる平面内での照射光エネルギー分布を均一にすることが目的となっていたために、このように考えるのが通常だったのである。
【００４２】
例えば、ＬＥＤの照射光線２５の指向特性は、図４（ａ）のように横への広がりは少ないが、この光を図４（ｂ）のような指向特性をもった完全拡散板に通すとその拡散光線２６はあらゆる方向に光が均一に拡散して均一な照明ができるようになる。
【００４３】
このように、光源２１と栽培植物２３との間で、光源２１の近傍に拡散板２２を配すると、栽培植物２３に照射される照射光エネルギーを均一にすることができるが、拡散板２２で拡散された光のうち栽培植物２３に照射されないで散逸してしまう光の割合が増えて、光照射効率が落ちてしまう。また、光照射が栽培植物２３における上方の一方向のみであるため、光源２１に近い葉などに照射された照射光は、その葉などに遮られてその下の葉などに到達できない。したがって、栽培植物２３が成長すればするほど、栽培植物の光源２１から遠い部分には光が照射されなくなり、効率の良い照射光エネルギーの供給ができなかった。
【００４４】
それに対して、図３に示す本発明の植物栽培棚における拡散板の配置は、複数の光源におけるその配列間隔の中央部であって、これら複数の光源と栽培植物との間に配されており、その拡散板の拡散面が重力の向きに対して平行となっている配置において、１つの光源を中心とした配置を切り取って示してある。すなわち、本発明に用いる拡散板は、栽培植物の側面に配されるのである。このような配置の拡散板を従来の拡散板と区別するため、側面拡散板と呼ぶことにする。
【００４５】
図３に示す配置の場合、光源２１から出射されて栽培植物２３に直接照射される光は、それを遮るものがないため損失することなく高効率で植物に照射される。また、第１側面拡散板２７ａと第２側面拡散板２７ｂがなければ散逸してしまっていたであろう照明光線は、これらの側面拡散板で拡散されて拡散光線２６となり再び栽培植物２３に照射される。しかも、この拡散光線２６は、栽培植物２３の側面から照射されるために、光源に近い葉などに遮られることなく、下の葉にも均一に照射されることになる。
【００４６】
図４（ｂ）に示した実施形態では、側面拡散板として完全拡散板すなわちランバート散乱を行うような拡散板を用いる場合を示した。この完全拡散板の具体例としては、すりガラスや透光性白色樹脂やビーズ拡散板などを用いることができる。
【００４７】
拡散の大きさはヘイズ値で表すことができ、ヘイズ値としては７０程度よりも大きな値のものを用いるのが望ましい。これよりも小さなヘイズ値の拡散板を用いると、透過型拡散板においては、拡散されずに透過して散逸してしまう照射光成分が増えてしまうためである。また、反射型の拡散板においても、効果的な拡散反射光を得るには、ヘイズ値として７０程度以上のヘイズ値をもった拡散板を用いるのが好ましい。
【００４８】
次に、本発明の植物栽培棚に用いる拡散板として指向性側面拡散板を用いる場合について説明する。図５は、本発明の植物栽培棚の１実施形態を示す説明図であり、図６は指向性拡散板の指向特性を示す説明図であり、２８ａは第１指向性側面拡散板、２８ｂは第２指向性側面拡散板である。
【００４９】
図５に示す配置は、図４（ｂ）に示した配置と同じであり、用いている側面拡散板が指向性側面拡散板であるところが異なっている。
【００５０】
指向性側面拡散板というのは、図６に示すように、拡散光が等方的ではなく特定の方向に指向性をもっているような拡散板のことをいう。この指向性側面拡散板は、拡散させた光を効率良く栽培植物の方向に向けて拡散させることができるために、通常の指向性のない拡散板と比較して、照明光を有効に利用することができる。つまり、光源からの照射光の下向き成分を上向きに変換して拡散させるような指向性を持った拡散板である。
【００５１】
指向性側面拡散板としては、平面上に微小で細長い直角プリズム柱を面内で斜面が下になるように等ピッチで並べたプリズムシートや、光ファイバーのような屈折率分布型レンズを光軸が面に垂直になるようにその面内に多数配列したレンズシートなどがよく知られている。
【００５２】
特に、屈折率分布型レンズを用いたタイプは、斜入射した光であっても面に垂直に光軸を向けて配列した屈折率分布型レンズがその入射光線を導波して拡散面に垂直な方向に偏向してくれる。そのため、屈折率分布型レンズを用いた指向性側面拡散板は、拡散面のどちらの面から入射した光も同じ効率で拡散面に垂直に拡散させることができるために、植物栽培棚においては有効である。しかしながら、その製造には特殊な技術が必要となるために高価である。
【００５３】
しかしながら、通常のプリズムシートは、射出成形やプレスあるいは押し出し成形など通常の方法で作製することができるという利点を持っている半面、プリズムが形成されている面の逆側からの光は拡散面に垂直な方向に拡散されるが、プリズム面側から入ってきた光は拡散面に平行な方向に拡散されてしまい利用効率が落ちるという問題があり、植物栽培棚の光源からの照射光を拡散面の両側で均一に拡散することができない。そのため、植物栽培棚で用いられるプリズムを用いた指向性側面拡散板は、全ての光源からの照射光を均一に拡散するための工夫が必要となる。
【００５４】
そこで、本発明の植物栽培棚で使用するのに有効な指向性側面拡散板の実施例を次に示す。
図７は、本発明の植物栽培棚に用いた三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図であり、図１４は図７に示す三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態における光路例を示す説明図であり、３０は三角プリズム型指向性側面拡散板、３１は三角プリズム、３２は下側頂角、５６は入射光線、５７は屈折光線、５８は透過光線、７４は下側頂角、７５は入射面入射角、７６は入射面屈折角、７７は出射面入射角、７８は出射面出射角である。
【００５５】
図７と図１４は、三角プリズム型指向性側面拡散板を拡散面に垂直な平面で切断した断面図を示してある。図７に示す三角プリズム型指向性側面拡散板３０は、紙面に垂直な方向に稜線を持った三角プリズムが拡散板の両面に互いに対向するように等ピッチで配列されている。その三角プリズムの形状としては、図７に示す三角形ＡＢＣで示している。その形状は、下側頂角が４５°よりも小さくなっている。この下側の頂角が４５°あるいはそれよりも大きくなると、光源側に拡散される成分が著しく多くなるために、栽培植物に照射されないで損失される光エネルギーが増加する。望ましくは、この下側の頂角は、１５°程度以下であることが望ましい。ただし、下側頂角が小さすぎるとプリズムとしての機能が小さくなってしまうため、下側頂角は少なくとも３°よりも大きいことが望ましい。また、前記三角プリズムの上側の頂角は９０°になっている。この上側の頂角は光の利用効率と成形性を向上させるために９０°近い値にするのが望ましいが、厳密に９０°とする必要はない。具体的には、上側頂角は８０〜９０°程度であればよい。
【００５６】
図１４に示す例においては、三角プリズムの入射面に入射光線５６が照射されると、この入射光線５６はスネルの法則にしたがって拡散板内で屈折され屈折光線５７となる。屈折光線５７は、三角プリズムの出射面に到達し再びスネルの法則にしたがって屈折され拡散板の出射面側に出射される。通常は、三角プリズム型側面拡散板を形成する材料の屈折率は空気の屈折率よりも大きいために、屈折光線５７の入射面屈折角７６は入射面入射角７５よりも小さくなる。さらに、出射面は入射面に対して下側頂角の２倍だけ傾斜しているために、図１４に示すように出射面入射角７７は入射面屈折角７６よりも小さくなる。したがって、出射面出射角７８は入射面入射角７５よりも小さくなり、その結果、透過光線５８は、より光源側に持ち上げられて出射される。
【００５７】
実際は、三角プリズム型指向性側面拡散板３０への入射光線５６は、様々な入射角で様々な角度で入射する上に、多くの複雑な内部反射もあるため図１４で示した光路以外の多くの光路で拡散して出射される。そのため、透過光線５８は、様々な角度で出射されるが、全体的には光源側に持ち上げられて出射する透過光線の成分が多くなる。すなわち、拡散光は上向きに偏向して照明されるのである。
【００５８】
この光源側に持ち上げられて出射される透過光線の成分を多くするには、この三角プリズム型指向性側面拡散板を形成する材料の屈折率を大きくすることでも実現できる。一般に、指向性拡散板については透明なガラスや樹脂などの材料で作ることができるが、軽量性や安全性あるいは量産性や成形性の観点から樹脂で作製することが望まれる。具体的には、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂あるいはポリエチレン樹脂などを用いることができるが、より屈折率が大きく成形性の良い樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂や環状オレフィン樹脂を用いるのが望ましい。
【００５９】
図８は、本発明の植物栽培棚に用いた直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図であり、図１３は図８に示す直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態における光路例を示す説明図であり、３３は直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板、３４は直角二等辺プリズム、３５は平面部、３６は頂角、５９は第１入射光線、６０は第１屈折光線、６１は第１透過光線、６２は第２入射光線、６３は第２屈折光線、６４は第２透過光線、６５は第３入射光線、６６は第３屈折光線、６７は第３透過光線、６８は第４入射光線、６９は第４屈折光線、７０は第１反射光線、７１は第２反射光線、７２は第４透過光線である。
【００６０】
図８と図１３は、直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板を拡散面に垂直な平面で切断した断面図を示してある。図８に示す直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板３３は、紙面に垂直な方向に稜線を持った直角二等辺プリズム３４が、拡散板の両面に互いの斜辺が対向しないように交互に等ピッチで配列されている。前記斜辺が対向した部分には平面部３５が形成されている。直角二等辺プリズム３４の直角の頂角３６は、拡散面の最外部に飛び出しておりプリズムの稜線を形成している。当然のことながら、上側頂角と下側頂角とは等しく４５°である。
【００６１】
図１３に、直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板に入射する光の光路の代表的なものを示してある。
【００６２】
最初に、第１入射光線５９が、直角二等辺プリズムの斜面に入射した場合の１例を説明する。このとき、第１入射光線５９は、スネルの法則にしたがって屈折し第１屈折光線６０となる。その後、第１屈折光線６０は出射面で再びスネルの法則にしたがって屈折し、出射側から第１透過光線６１として出射される。このとき、入射面と出射面との幾何学的配置にしたがって、出射側入射角は入射側屈折角よりも大きくなり、その結果第１透過光線６１は第１入射光線５９よりも下側に偏向してしまい、指向性拡散板がないとき以上にこの栽培植物の下部が照射されることとなる。
【００６３】
一方、平面部３５から入射した第２入射光線６２と第３入射光線６３は、平面部３５で屈折され各々第２屈折光線６３と第３屈折光線６６となる。その後、第２屈折光線６３は出射側の一方の斜面で、第３屈折光線６６は出射側の他方の斜面で屈折されて第２透過光線６４と第３透過光線６７として出射される。このとき、各々の入射光線と出射光線について入射面と出射面との幾何学的配置にしたがって、第２透過光線６４と第３透過光線６７は直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板の拡散面に垂直な方向に偏向し、指向性側面拡散板がないとき以上にこの栽培植物は横方向から照射されることとなる。
【００６４】
次に、図１３に示すような角度と位置に第４入射光線６８が直角二等辺プリズムの斜面に入射したときは、最初に入射面で屈折されて第４屈折光線６９となって直角二等辺プリズムの他方の斜辺に入射する。このとき、第４屈折光線６９が入射する他方の斜面への入射角は臨界角を超えてしまうために全反射されて第１反射光線７０となり、対向側の直角二等辺プリズムの一方の斜面に入射する。第１反射光線７０が入射する対向側の直角二等辺プリズムの一方の斜面においてもその入射角が臨界角を超えてしまうために、第１反射光線７０は全反射されて第２反射光線７１となり対向側の直角二等辺プリズムの他方の斜面に入射する。この第２反射光線７１は、対向側の直角二等辺プリズムの他方の斜面で屈折され第４透過光線７２として出射される。このとき、前記最初の入射面と前記対向側の直角二等辺プリズムの他方の斜面とは平行であり、前記第４屈折光線６９が入射する他方の斜面と前記対向側の直角二等辺プリズムの他方の斜面とは平行であるため、第４入射光線６８と第４透過光線７２とは同じ方法に伝播する。つまり、直角二等辺プリズム３３は、第４入射光線６８には影響を与えないため、栽培植物への照射光エネルギーの増加にも寄与しないことになる。
【００６５】
このように、図８に示した直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板は、植物栽培棚の光源からの散逸光のおよそ半分を栽培植物の側面から照射することを可能とする。
【００６６】
図２に、側面拡散板上部に通風孔を設けて、二酸化炭素や風の循環を良くすることによって、このような側面拡散板を設けることによる空気循環の阻害を改善することを示した。次に、もう少し積極的に、空気循環を改善する方法を説明する。
【００６７】
図９は本発明の植物栽培棚に用いた側面拡散板の１実施形態を示す模式的斜視図であり、３７は側面拡散板、３８ａは第１通風孔、３８ｂは第２通風孔である。
【００６８】
図９に示す拡散板３７には、中央上部と中央下部に各々第１通風孔３８ａと第２通風孔３８ｂとが貫通して形成されている。このようにすることで、図示していない栽培植物の上部と下部にこれらの通風孔が形成されることになり、より良好な空気循環を実現することができる。
【００６９】
図１０は本発明の植物栽培棚に用いた三角プリズム型指向性側面拡散板の１実施形態を示す模式的断面図であり、３９は三角プリズム型指向性側面拡散板、４０は三角プリズム、４１は通風孔である。図１０に示すように、本実施形態では、三角プリズム型指向性側面拡散板３９を形成する個々の三角プリズム４０の間に通風孔４１が形成されている。このように通風孔４１を三角プリズム型指向性側面拡散板全体に分散させることによって、実質的に大きな通風開口を形成可能で、均一な光拡散特性を維持したまま一様な空気循環を実現することができる。
【００７０】
以上説明したように、本発明の植物栽培棚は、栽培植物の育成に必要な波長の光を照射する光源と、前記栽培植物を保持するための植物保持手段と、前記栽培植物の育成に必要な水または養液を前記栽培植物の根に供給排液する給排液手段と、前記光源と前記植物保持手段と前記給液手段とを保持して所定の位置に配置するための匡体とを少なくとも有する植物栽培棚であって、前記光源は、前記栽培植物に対向して重力の向きに対して上方に、当該光源からの照射光が前記栽培植物に向けて効率的に照射されるような向きと高さと配列間隔で複数配されており、前記複数の光源からの照射光を拡散させるための側面拡散板が、当該複数の光源における前記配列間隔の間であって当該複数の光源と前記栽培植物との間に配されており、前記拡散板が、前記栽培植物の側面に配されるようにすることで、従来使用されていた光源の数を増やすことなく前記栽培植物全体に一様な照明光を照射することができるようになり、ランニングコストの主要な部分の１つである光源用の電力を増やすことなく効率の良い照明ができるようになった。
【符号の説明】
【００７１】
１ａ  第１側面拡散板、１ｂ  第２側面拡散板、１ｃ  第３側面拡散板、１ｄ  第４側面拡散板、２  光源、２ａ  第１光源、２ｂ  第２光源、２ｃ  第３光源、３  栽培植物、４ａ  第１トレイ、４ｂ  第２トレイ、４ｃ  第３トレイ、５  給液管、６  第１バルブ、７  排液管、８  第２バルブ、９  電源、１０  コントローラ、１１  電源線、１２ａ  第１照明線、１２ｂ  第２照明線、１２ｃ  第３照明線、１３  匡体、１４ａ  第１支持部、１４ｂ  第２支持部、１４ｃ  第３支持部、１４ｄ  第４支持部、１４ｅ  第５支持部、１５ｆ  第６支持部、１４ｇ  第７支持部、１４ｈ  第８支持部、１５ａ  第１脚部、１５ｂ  第２脚部、１６ａ  第１液溜部、１６ｂ  第２液溜部、１６ｃ  第３液溜部、１７ａ  第１液溜壁、１７ｂ  第２液溜壁、１８ａ  第１液溜、１８ｂ  第２液溜、１８ｃ  第３液溜、１９ａ  第１貫通部、１９ｂ  第２貫通部、２０ａ  第１通風孔、２０ｂ  第２通風孔、２０ｃ  第３通風孔、２７ａ  第１側面拡散板、２７ｂ  第２側面拡散板、２８ａ  第１側面指向性側面拡散板、２８ｂ  第２側面指向性側面拡散板、３０  三角プリズム型指向性側面拡散板、３１  三角プリズム、３２  下側頂角、３３  直角二等辺プリズム型指向性側面拡散板、３４  直角二等辺プリズム、３５  平面部、３６  頂角、５６  入射光線、５７  屈折光線、５８  透過光線、７７  出射面入射角、７８  出射面出射角
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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