(57)【要約】【課題】植物に対し不適切な状態で光が照射され続けることを回避可能な植物栽培装置を提供する。【解決手段】植物栽培装置１は、レーザ光を出射する発光部１０と、発光部１０を駆動する発光駆動部５０と、発光部１０から出射されたレーザ光の進行方向を変化させる走査機構２０と、走査機構２０を駆動する走査駆動部３０と、照射領域Ａ１に対するレーザ光の照射異常を検出する異常検出部（走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３、発光異常検出部８４）と、異常制御部９０と、を備える。異常制御部９０は、異常検出部により照射異常が検出されたことに基づいて、発光部１０によるレーザ光の出射を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する発光部と、
前記発光部を駆動する発光駆動部と、
前記発光部から出射されたレーザ光の進行方向を変化させる走査機構と、
前記走査機構を駆動する走査駆動部と、
照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する異常検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記異常検出部により照射異常が検出されたことに基づいて、前記発光部によるレーザ光の出射を停止させる、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項２】
請求項１に記載の植物栽培装置において、
前記走査機構は、前記発光部から出射された前記レーザ光を反射するミラーと、前記ミラーを回動させる機構部とを備える、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項３】
請求項２に記載の植物栽培装置において、
前記異常検出部は、前記ミラーの回動角を検出し、検出した前記回動角が所定の範囲を外れている場合に、前記照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の植物栽培装置において、
前記走査機構は、磁石とコイルとの間に生じる電磁駆動力により前記ミラーを回動させる機構部、を備え、
前記異常検出部は、前記コイルに印加されている電流および電圧の少なくとも一方を検出し、検出した値が所定の範囲を外れている場合に、前記照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項５】
請求項２ないし４の何れか一項に記載の植物栽培装置において、
前記異常検出部は、前記ミラーによる前記レーザ光の反射が正常であるか否かを検出するための構成を備え、前記ミラーによる前記レーザ光の反射が正常でない場合に、前記照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項６】
請求項５に記載の植物栽培装置において、
前記異常検出部は、前記ミラーに対して前記発光部と反対側に配置された検出器を備え、前記検出器の出力が所定レベルを超えた場合に、前記照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか一項に記載の植物栽培装置において、
前記走査機構は、前記ミラーを駆動するための構成として、マイクロエレクトロメカニカルシステムを備える、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の植物栽培装置において、
前記制御部は、前記異常検出部により照射異常が検出されたことに基づいて、前記発光駆動部に対する電源供給を遮断するとともに、前記発光駆動部内の駆動信号生成回路を動作不能に設定する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項９】
請求項８に記載の植物栽培装置において、
前記制御部は、さらに、前記発光駆動部に供給する制御信号を、前記発光部からレーザ光が出射されない状態に設定する、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の植物栽培装置において、
異常を報知するための報知部をさらに備え、
前記制御部は、前記異常検出部により照射異常が検出されたことに基づいて、前記報知部を作動させる、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の植物栽培装置において、
前記発光部は、半導体レーザを備える、
ことを特徴とする植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物に光を照射して植物の育成を補助する植物栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や異常気象等により植物が不作となることが、しばしば起こっている。植物が不作になると、植物の価格が上昇し、少なからず人々の生活に影響を及ぼす。このような背景のもと、植物工場等において植物を人工的に育成、栽培することが進められている。
【０００３】
一般に、植物工場には、植物に光を照射するための設備が設けられている。これまで、光の照射には、光源として、電球や蛍光灯、発光ダイオード等が用いられていた。これに対し、最近では、光源として半導体レーザを用いる研究が進められている。半導体レーザは直進性に優れるため、葉影に隠れた葉にも効率良く光が届き易くなる。また、半導体レーザは、安価かつ長寿命であるため、経費削減と設備維持の効率化を図ることができる。
【０００４】
以下の特許文献１には、半導体レーザを用いた植物栽培装置が記載されている。この植物栽培装置では、植物が植栽された領域がレーザ光で走査される。これにより、植栽された植物に光が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにレーザ光を走査させて光を植物に供給する構成では、植物が植栽された領域が所定の強度のレーザ光で適切に走査される必要がある。たとえば、レーザ光の走査が停止すると、一部の植物のみに過剰に光が照射され、植物の細胞に損傷を与えてしまうことが起こり得る。また、植物が植栽された領域へと導かれるレーザ光の強度が制御不能になると、上記と同様、植物に過剰にレーザ光が照射されて、植物の細胞に損傷を与えることが起こり得る。
【０００７】
かかる課題に鑑み、本発明は、植物に対し不適切な状態で光が照射され続けることを回避可能な植物栽培装置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】
【０００８】
本発明の主たる態様に係る植物栽培装置は、レーザ光を出射する発光部と、前記発光部を駆動する発光駆動部と、前記発光部から出射されたレーザ光の進行方向を変化させる走査機構と、前記走査機構を駆動する走査駆動部と、照射領域に対するレーザ光の照射異常を検出する異常検出部と、制御部と、を備える。ここで、前記制御部は、前記異常検出部により照射異常が検出されたことに基づいて、前記発光部によるレーザ光の出射を停止させる。
【０００９】
本態様に係る植物栽培装置によれば、照射領域に対するレーザ光の照射異常が検出された場合に、レーザ光の出射が停止されるため、照射領域に植栽された植物に不適切な状態で光が照射され続けることを回避できる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のとおり、本発明によれば、照射領域に植栽された植物に不適切な状態で光が照射され続けることを回避できる。よって、照射領域に植栽された植物の発育を適切に進めることができる。
【００１１】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態に係る植物栽培装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る走査機構の構成を模式的に示す平面図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係る走査機構の２つのコイルに印加される駆動信号の波形を模式的に示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施の形態に係る走査機構の２軸回りの駆動周波数を変化させた場合の照射領域におけるレーザ光の走査軌跡（シミュレーション）を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る走査異常検出部の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る異常制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、変更例に係る角度検出部および角度異常検出部の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、変更例に係るミラーの振幅を目標振幅に調節するための制御において走査機構の異常を検出する処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、他の変更例に係る植物栽培装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、さらに他の変更例に係る植物栽培装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１４】
図１は、植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、植物栽培装置１は、発光部１０と、走査機構２０と、走査駆動部３０と、角度検出部４０と、発光駆動部５０と、制御部６０と、記憶部７０と、走査異常検出部８１と、ミラー異常検出部８２と、角度異常検出部８３と、発光異常検出部８４と、異常制御部９０とを備えている。
【００１６】
発光部１０は、半導体レーザ１０１と、コリメータレンズ１０２を備える。半導体レーザ１０１は、照射領域Ａ１に植栽された植物の育成に適した波長のレーザ光を出射する。コリメータレンズ１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。本実施の形態では、植物栽培装置１の光源として半導体レーザ１０１が用いられているが、他のレーザ光源が植物栽培装置１の光源として用いられてもよい。半導体レーザ１０１は、安価かつ長寿命である。このため、光源として半導体レーザ１０１を用いることにより、植物栽培装置１の経費削減と設備維持の効率化を図ることができる。
【００１７】
走査機構２０は、ミラー２０１を、互いに直交する回動軸の周りに回動させる。ミラー２０１が中立位置、すなわち、水平面に平行な位置にあるとき、半導体レーザ１０１の光軸がミラー２０１の反射面に対して所定の角度となるように、レーザ光がミラー２０１に入射する。本実施の形態では、走査機構２０がＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によって構成されている。走査機構２０の詳細は、追って、図２を参照して説明する。
【００１８】
走査駆動部３０は、制御部６０からの制御信号に従って、走査機構２０を駆動する。角度検出部４０は、ミラー２０１の振り角を検出し、検出結果を制御部６０に出力する。本実施の形態では、角度検出部４０は、走査機構２０に設置された角度センサ４０ａの検出出力に基づいて中立位置に対するミラー２０１の振り角（回動位置）を検出する。発光駆動部５０は、制御部６０からの制御信号に従って、発光部１０を駆動する。
【００１９】
制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路を備え、記憶部７０に記憶されたプログラムに従って各部を制御する。記憶部７０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク等の記憶媒体を備える。記憶部７０は、制御部６０の制御プログラムを記憶している。
【００２０】
制御部６０は、発光部１０から出射されるレーザ光で照射領域Ａ１が走査されるように、走査駆動部３０を制御する。本実施の形態では、照射領域Ａ１が略正方形の輪郭となっている。図１には、便宜上、照射領域Ａ１の隣り合う２辺に平行にＸ軸とＹ軸が付されている。Ｘ軸とＹ軸は、水平面に平行で、Ｚ軸は、鉛直方向に平行である。照射領域Ａ１の各辺は、たとえば、２メートルである。
【００２１】
照射領域Ａ１の上方に、ミラー２０１が配置されている。照射領域Ａ１の輪郭は、正方形に限らず、長方形やその他の形状であってもよい。制御部６０は、照射領域Ａ１におけるレーザ光の走査線数が所定の数になるように、走査駆動部３０を制御する。走査駆動部３０の制御方法については、追って、図３（ａ）〜図３（ｅ）を参照して説明する。
【００２２】
また、制御部６０は、角度検出部４０により検出された角度に基づき、走査駆動部３０を制御する。より詳細には、制御部６０は、角度検出部４０により検出されたミラー２０１の回動角に基づいて、ミラー２０１の振り角が、照射領域Ａ１の各辺の長さに対応する振り角となるように、走査駆動部３０を制御する。
【００２３】
走査異常検出部８１は、走査機構２０におけるミラー２０１の動作異常を検出する。走査異常検出部８１の構成および異常検出方法については、追って、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００２４】
ミラー異常検出部８２は、ミラー２０１によるレーザ光の反射が正常であるか否かを検出する。図１に示すように、ミラー２０１に対して半導体レーザ１０１と反対側に光検出器８２ａが配置されている。ミラー異常検出部８２は、光検出器８２ａの出力を監視し、光検出器８２ａの出力が所定レベルを超えた場合に、ミラー２０１によるレーザ光の反射が正常でないことを示す異常検出信号を出力する。
【００２５】
図１の構成において、ミラー２０１は、半導体レーザ１０１からの光を、約１００％反射するよう構成されている。しかし、照射領域Ａ１に植栽された植物から発生する水蒸気や、照射領域Ａ１から舞い上がる土埃がミラー２０１に付着すると、付着部分においてミラー２０１の反射率が低下する。このように反射率が低下した部分にレーザ光が入射すると、レーザ光により付着部分が発熱し、付着部分の反射率が急激に低下する。これにより、付着部分がさらに発熱する。このような現象により、ミラー２０１に孔が開き、レーザ光がミラー２０１で反射されない状態となる。
【００２６】
光検出器８２ａは、このようにミラー２０１に孔が開いた場合に、その孔を通過するレーザ光が入射する位置に配置されている。したがって、上記現象によりミラー２０１に孔が開くと、光検出器８２ａの出力が急激に大きくなる。ミラー異常検出部８２は、植物栽培装置１の動作中に、光検出器８２ａの出力を常時監視する。そして、ミラー異常検出部８２は、光検出器８２ａの出力が所定レベルを超えた場合に、照射領域Ａ１に対するレーザ光の照射異常を検出し、異常検出信号を異常制御部９０に出力する。
【００２７】
なお、本実施の形態では、ミラー２０１に対して半導体レーザ１０１と反対側に光検出器８２ａを配置することにより、ミラー２０１の異常を検出したが、ミラー２０１の異常を検出する構成は、これに限られるものではない。たとえば、光検出器８２ａに代えて温度検出器を配置し、孔を通過したレーザ光が温度検出器に照射されることによる温度上昇を検出して、ミラー２０１の異常を検出してもよい。あるいは、走査機構２０にミラー２０１付近の温度を検出する温度センサを配置し、上記現象によりミラー２０１に孔が開く前の温度上昇を温度センサにより検出して、ミラー２０１の異常を検出してもよい。さらには、ミラー２０１に孔が開く過程においてミラー２０１において生じる反射散乱光を光検出器で検出して、ミラー２０１の異常を検出してもよい。
【００２８】
角度異常検出部８３は、走査機構２０におけるミラー２０１の振り角の異常を、角度検出部４０により検出されたミラー２０１の角度に基づいて検出する。具体的には、角度異常検出部８３は、角度検出部４０により検出されたミラー２０１の回動角が、正規のミラー２０１の回動範囲を外れている場合に、ミラー２０１の振幅異常を検出し、異常検出信号を異常制御部９０に出力する。この場合、角度異常検出部８３は、ミラー２０１の回動角が、正規のミラー２０１の回動範囲よりも所定角度以上大きい場合および所定角度以上小さい場合に、ミラー２０１の振幅異常を検出する。
【００２９】
発光異常検出部８４は、光検出器８４ｂからの出力に基づいて、半導体レーザ１０１の異常を検出する。コリメータレンズ１０２の後段に光学プリズム８４ａが配置され、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光の一部が光学プリズム８４ａによって光検出器８４ｂへと反射される。光学プリズム８４ａは、たとえば、偏光ビームスプリッタにより構成される。この場合、レーザ光の偏光方向が偏光ビームスプリッタのＰ偏光方向に対して所定角度だけ傾くように、半導体レーザ１０１が配置される。これにより、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光の一部が光学プリズム８４ａによって光検出器８４ｂへと反射される。
【００３０】
発光異常検出部８４は、光検出器８４ｂからの出力が正規の範囲を超える場合に、半導体レーザ１０１の異常を検出し、異常検出信号を異常制御部９０にする。この場合、発光異常検出部８４は、光検出器８４ｂからの出力が、正規の出力範囲よりも大きい場合および正規の出力範囲よりも小さい場合に、半導体レーザ１０１の異常を検出する。
【００３１】
異常制御部９０は、走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４からそれぞれ入力される異常検出信号に基づいて、発光駆動部５０を制御する。異常制御部９０の構成および制御動作については、追って図５を参照して説明する。
【００３２】
図２（ａ）は、走査機構２０の構成を模式的に示す平面図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、走査機構２０の２つのコイル２０２、２０４に印加される駆動信号の波形を模式的に示す図である。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、走査機構２０は、ミラー２０１を走査させるための機構部として、コイル２０２と、回動軸２０３と、コイル２０４と、回動軸２０５と、４つの磁石２０６とを備えている。
【００３４】
ミラー２０１は、全反射ミラーである。コイル２０２は、方形状に周回している。コイル２０２の上面にミラー２０１が設置されている。コイル２０２は、回動軸２０３を介して、コイル２０４に回動可能に支持されている。コイル２０４は、コイル２０２を取り囲むように方形状に周回している。コイル２０４は、回動軸２０３に対して垂直な回動軸２０５を介して、ベースに回動可能に支持されている。図１の角度センサ４０ａは、コイル２０２の回動角とコイル２０４の回動角を、それぞれ個別に検出可能に配置されている。角度センサ４０ａとして、たとえば、非接触のフォトディテクタ等が用いられ得る。
【００３５】
平面視において、ミラー２０１と、コイル２０２、２０４は、中心が一致している。また、回動軸２０３に整合する直線と、回動軸２０５に整合する直線は、平面視において、ミラー２０１の中心で交差する。コイル２０２をＹ軸方向に挟むように２つの磁石２０６が配置され、また、コイル２０４をＸ軸方向に挟むように２つの磁石２０６が配置されている。４つの磁石２０６は、コイル２０２に電流が流れるとコイル２０２が回動軸２０３回りに回動し、また、コイル２０４に電流が流れるとコイル２０４が回動軸２０５回りに回動するように、磁極が調整されている。すなわち、コイル２０２に電流が流れるとコイル２０２のＸ軸に平行な２辺に相反する方向の駆動力が生じ、また、コイル２０４に電流が流れるとコイル２０４のＹ軸に平行な２辺に相反する方向の駆動力が生じる。以下、便宜上、回動軸２０５回りの回動方向をＲｘ、回動軸２０３回りの回動方向をＲｙと定義する。
【００３６】
なお、本実施の形態では、上記のように走査機構２０がＭＥＭＳにより構成されているが、ミラー２０１を２軸回りに回動可能であれば、ＭＥＭＳに限らず、他の走査機構が用いられてもよい。
【００３７】
図２（ａ）において、２つのコイル２０２、２０４と、２つの回動軸２０３、２０５が配置される領域は、Ｚ軸方向にベースを貫通する開口２０７となっている。したがって、上記のようにミラー２０１に孔が開くと、レーザ光は、この孔からコイル２０２の内側および開口２０７を通って、走査機構２０のＺ軸負側へと進む。図１の光検出器８２ａは、こうして走査機構２０のＺ軸負側へと進む光の進行経路上に配置されている。
【００３８】
なお、開口２０７は、少なくともミラー２０１に開いた孔を通過するレーザ光を光検出器８２ａへと導くことが可能な広さを有していればよい。また、光検出器８２ａは、必ずしも走査機構２０と別体でなくてもよく、走査機構２０に一体的に設けられてもよい。
【００３９】
図１の照射領域Ａ１にレーザ光を照射する場合、たとえば、図２（ｂ）に示す波形の駆動信号ＤＳｘがコイル２０４に印加され、図２（ｃ）に示す波形の駆動信号ＤＳｙがコイル２０２に印加される。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、駆動信号ＤＳｘは、駆動信号ＤＳｙよりも周期が短く、周波数が高められている。コイル２０２、２０４に印加される駆動信号ＤＳｘ、ＤＳｙの周波数を調整することにより、ミラー２０１が回動方向Ｒｘ、Ｒｙにおいて振動し、照射領域Ａ１がレーザ光により満遍なく走査される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、駆動信号ＤＳｘの周波数が駆動信号ＤＳｙよりも高いため、ミラー２０１は、回動方向Ｒｙよりも回動方向Ｒｘに高速で振動する。これに対し、駆動信号ＤＳｙの周波数が駆動信号ＤＳｘよりも高めて、ミラー２０１を、回動方向Ｒｘよりも回動方向Ｒｙに高速で振動させてもよい。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、走査機構２０の２軸回りの駆動周波数を変化させた場合の照射領域Ａ１におけるレーザ光の走査軌跡（シミュレーション）を示す図である。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、回動方向Ｒｘにおけるミラー２０１の振動周波数を１５００Ｈｚに設定し、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の振動周波数を５００Ｈｚに設定すると、各方向のミラー２０１の振動が同期し、照射領域Ａ１は、１種類の走査軌跡で、レーザ光により走査される。この場合、照射領域Ａ１には、レーザ光で照射されない領域が大きく残る。このため、照射領域Ａ１に植栽された植物に満遍なくレーザ光を照射することができない。
【００４３】
これに対し、図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、回動方向Ｒｘにおけるミラー２０１の振動周波数を１５００Ｈｚに固定した状態で、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の振動周波数を４８０Ｈｚ、４９０Ｈｚ、５１０Ｈｚ、５２０Ｈｚに変更すると、各方向のミラー２０１の振動の同期が崩れて、照射領域Ａ１が、多種類の走査軌跡で、レーザ光により走査される。このため、照射領域Ａ１に植栽された植物に満遍なくレーザ光を照射することができる。
【００４４】
回動方向Ｒｘにおけるミラー２０１の振動周波数と、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の振動周波数は、照射領域Ａ１をどの程度の細かさでレーザ光により走査するかに応じて設定される。たとえば、照射領域Ａ１におけるレーザ光の走査線数、すなわち、照射領域Ａ１の中心を通り且つＹ軸に平行な直線と走査軌跡との交点の数が１０個程度に設定される場合、図３（ｂ）に示すように、回動方向Ｒｘにおけるミラー２０１の振動周波数と、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の振動周波数は、それぞれ、１５００Ｈｚと４８０Ｈｚに設定される。
【００４５】
図１に示す制御部６０は、このように照射領域Ａ１がレーザ光によって満遍なく走査されるように、走査駆動部３０のコイル２０２、２０４に図２（ｂ）、（ｃ）の波形の駆動信号ＤＳｘ、ＤＳｙを流すための制御信号を、走査駆動部３０に出力する。これにより、ミラー２０１が回動方向Ｒｘ、Ｒｙに所定の周波数で駆動され、照射領域Ａ１がレーザ光で走査される。
【００４６】
図２（ｂ）、（ｃ）に示す駆動信号ＤＳｘ、ＤＳｙの振幅は、照射領域Ａ１において、レーザ光が、照射領域Ａ１のＸ軸方向の辺およびＹ軸方向の辺と同様の距離でＸ軸方向およびＹ軸方向に振動するによう設定される。より詳細には、制御部６０は、角度検出部４０により検出される回動方向Ｒｘ、Ｒｙのミラー２０１の回動角が、それぞれ、予め決められた角度、すなわち、照射領域Ａ１のＸ軸方向の辺およびＹ軸方向の辺にそれぞれ対応する角度となるように、駆動信号ＤＳｘ、ＤＳｙの振幅を調整する。
【００４７】
なお、消費電力を削減するためには、回動方向Ｒｘ、Ｒｙにおけるミラー２０１の共振周波数ｆ０付近で、ミラー２０１をそれぞれ回動方向Ｒｘ、Ｒｙに振動させることが好ましい。これにより、駆動信号ＤＳｘ、ＤＳｙに対するミラー２０１の振動のゲインを最大にでき、ミラー２０１の駆動に要する消費電力を最小にすることができる。ミラー２０１を、回動方向Ｒｘ、Ｒｙの何れか一方において共振周波数ｆ０で駆動することによっても、消費電力が抑制され得る。
【００４８】
なお、ミラー２０１は、必ずしも共振周波数ｆ０で駆動されなくてもよい。たとえば、ミラー２０１が、共振周波数ｆ０よりも低い周波数で駆動されてもよく、また、共振周波数ｆ０よりも高い周波数で駆動されてもよい。
【００４９】
ミラー２０１を共振周波数ｆ０よりも低い周波数で駆動すると、駆動信号に対するミラー２０１の駆動の位相ずれが０度となる。すなわち、ミラー２０１は駆動信号と同相で駆動される。この場合、駆動信号からミラー２０１の回転角（回動位置）を検出することができる。よって、図１の構成から角度センサ４０ａを省略できる。この場合、角度検出部４０は、走査駆動部３０から走査機構２０に印加される駆動信号に基づいて、ミラー２０１の回動角を検出する。
【００５０】
ミラー２０１を共振周波数ｆ０よりも高い周波数で駆動すると、駆動信号に対するミラー２０１の駆動の位相ずれが−１８０度となる。このようにミラー２０１の振動周波数を高めることにより、照射領域Ａ１におけるレーザ光の走査密度、すなわち、単位時間当たりの走査回数を、ミラー２０１を共振周波数ｆ０で駆動する場合に比べて高めることができる。
【００５１】
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、走査異常検出部８１の構成を示す図である。走査異常検出部８１は、図４（ａ）に示す電流検出回路８１１および図４（ｂ）に示す電圧検出回路８１２の両方または何れか一方を備えている。便宜上、図４（ａ）、（ｂ）には、コイル２０２に印加される電流および電圧を検出して異常検出信号を出力する構成が示されているが、コイル２０４に対しても、図４（ａ）、（ｂ）と同様の構成が適用される。
【００５２】
まず、図４（ａ）を参照して、走査駆動部３０は、制御部６０から入力される制御信号に従ってコイル２０２に電流および電圧を印加するドライバ３０１を備える。電流検出回路８１１は、ドライバ３０１からコイル２０２に印加される電流を検出し、その検出値が定常電流の値に対して所定値以上に大きくまたは小さくなっている場合に、異常検出信号を出力する。
【００５３】
コイル２０２が断線した場合、コイル２０２に電流が流れなくなり、また、コイル２０２がレイヤーショートした場合は、コイル２０２の電流量が増加する。電流検出回路８１１は、コイル２０２に流れる電流を検出し、定常電流に対して、過電流もしくは低電流を検出した場合に、コイル２０２が異常状態にあるとして、図１の異常制御部９０に異常検出信号を出力する。
【００５４】
次に、図４（ｂ）を参照して、電圧検出回路８１２は、ドライバ３０１からコイル２０２に印加されている電圧を検出し、その検出値が定常電圧の値に対して所定値以上に大きくまたは小さくなっている場合に、異常検出信号を出力する。コイル２０２が断線した場合、コイル２０２に印加される電圧が大きくなり、また、コイル２０２がレイヤーショートした場合は、コイル２０２に印加される電圧が低下する。電圧検出回路８１２は、コイル２０２に印加されている電圧を検出し、定常電圧に対して、過電圧もしくは低電圧を検出した場合に、コイル２０２が異常状態にあるとして、図１の異常制御部９０に異常検出信号を出力する。
【００５５】
図５は、異常制御部９０の構成を示すブロック図である。
【００５６】
異常制御部９０は、論理回路９０ａとスイッチ９０ｂを備えている。発光駆動部５０は、制御部６０から入力されるレーザ制御信号を増幅してレーザ駆動信号を生成する増幅回路５１を備えている。
【００５７】
論理回路９０ａは、走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４のうち少なくとも１つから異常検出信号が入力されると、異常制御信号を出力する。論理回路９０ａから出力された異常制御信号は、スイッチ９０ｂに入力され、さらに、増幅回路５１のイネーブル端子および制御部６０に入力される。スイッチ９０ｂは、増幅回路５１に電源を供給するための電源供給ラインに配されている。スイッチ９０ｂは、論理回路９０ａから異常制御信号が入力されると、電源供給ラインを開放し、増幅回路５１に対する電源の供給を遮断する。また、論理回路９０ａから出力される異常制御信号が増幅回路５１のイネーブル端子に入力されることにより、増幅回路５１が非動作状態となる。
【００５８】
このように、走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４のうち少なくとも１つから異常検出信号が出力されると、論理回路９０ａから異常制御信号が出力され、この異常制御信号により、増幅回路５１に対する電源供給が遮断され、また、増幅回路５１が非動作状態となる。このため、制御部６０からレーザ制御信号が増幅回路５１に入力されても、増幅回路５１からレーザ駆動信号が出力されることはない。よって、図１の半導体レーザ１０１によるレーザ光の出射が確実に停止される。
【００５９】
なお、制御部６０は、論理回路９０ａから異常制御信号が入力されることに応じて、走査駆動部３０にミラー２０１の駆動を停止させ、また、角度検出部４０に角度の検出を停止させる。さらに、制御部６０は、異常制御信号が入力されることに応じて、発光駆動部５０に供給するレーザ制御信号を、発光部１０によりレーザ光が出射されない状態に設定してもよい。たとえば、制御部６０は、発光駆動部５０に対するレーザ制御信号の供給を停止させてもよく、あるいは、発光駆動部５０に供給するレーザ制御信号をゼロレベルに設定してもよい。
【００６０】
＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
【００６１】
照射領域Ａ１に対するレーザ光の照射異常が検出された場合に、レーザ光の出射が停止されるため、照射領域Ａ１に植栽された植物に不適切な状態で光が照射され続けることを回避できる。よって、照射領域Ａ１に植栽された植物の発育を適切に進めることができる。
【００６２】
たとえば、本実施の形態では、ミラー２０１の回動角が所定の範囲を外れている場合に、レーザ光の出射が停止される。ミラー２０１の回動角が所定の範囲よりも小さい場合、照射領域Ａ１の一部の範囲にしかレーザ光が照射されず、レーザ光が照射される範囲では、照射されるレーザ光の平均パワーが高くなる。これにより、植物の組織が破壊され、育成が阻害されることが起こり得る。本実施の形態では、上記のように、ミラー２０１の回動角が所定の範囲を外れている場合に、レーザ光の出射が停止されるため、植物に照射されるレーザ光の平均パワーが過剰となることが防がれる。よって、照射領域Ａ１に植栽された植物の発育を適切に進めることができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、コイル２０２、２０４に印加されている電流および電圧の少なくとも一方を検出し、検出した値が所定の範囲を外れている場合に、レーザ光の出射が停止される。コイル２０２、２０４にレイヤーショートが生じた場合、ミラー２０１の振幅が低下する。このため、照射領域Ａ１の一部の範囲にしかレーザ光が照射されず、レーザ光が照射される範囲では、照射されるレーザ光の平均パワーが高くなる。このため、植物の組織が破壊され、育成が阻害されることが起こり得る。このような場合、コイル２０２、２０４に印加されている電流は高くなり電圧は低くなる。本実施の形態では、上記のように、このような電流および電圧の変化に応じてレーザ光の出射が停止されるため、植物に照射されるレーザ光の平均パワーが過剰となることが抑止される。よって、照射領域Ａ１に植栽された植物の発育を適切に進めることができる。
【００６４】
また、コイル２０２、２０４が断線した場合も、同様に、ミラー２０１の振幅が低下する。このため、レイヤーショートの場合と同様、植物の育成が阻害されることが起こり得る。このような場合、コイル２０２、２０４に印加されている電流は低くなり電圧は高くなる。本実施の形態では、上記のように、このような電流および電圧の変化が生じた場合も、レーザ光の出射が停止されるため、植物に照射されるレーザ光の平均パワーが過剰となることが抑止される。よって、照射領域Ａ１に植栽された植物の発育を適切に進めることができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、ミラー２０１によるレーザ光の反射が正常であるか否かが検出され、反射が正常でない場合に、レーザ光の出射が停止される。具体的には、ミラー２０１に孔が開いたことが検出され、この検出に応じて、レーザ光の出射が停止される。ミラー２０１に孔が開く等、ミラー２０１の反射が正常でない場合、照射領域Ａ１に植栽された植物にレーザ光が適切に照射されず、植物の育成が阻害されることが起こり得る。本実施の形態では、このような場合にレーザ光の出射が停止されるため、照射領域Ａ１を観た使用者に異常を気付かせることができる。これにより、使用者に、ミラー２０１の交換等の措置を採らせることができる。
【００６６】
なお、ミラー２０１に孔が生じると、ミラー２０１を透過したレーザ光により、植物栽培装置１やその周辺機器等に損傷が生じることもある。本実施の形態では、上記のように、ミラー２０１の反射が正常でない場合に、レーザ光の出射が停止されるため、ミラー２０１を透過したレーザ光により植物栽培装置１やその周辺機器等に損傷が生じることを防ぐことができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、異常検出信号に基づいて、異常制御部９０が、発光駆動部５０の増幅回路５１に対する電源供給を遮断し、さらに、発光駆動部５０内の増幅回路５１（駆動信号生成回路）を動作不能に設定する。このように、レーザ光の出射を遮断するための遮断手段を複数備えることにより、何れかの遮断手段の機能が不能となっていても、他の遮断手段により確実に、レーザ光の出射を遮断することができる。
【００６８】
なお、上記のように、このような異常制御部９０による制御の他、さらに、制御部６０が、異常制御信号の入力に応じて、発光駆動部５０に供給するレーザ制御信号を、発光部１０によりレーザ光が出射されない状態に設定する構成とされ得る。このように、レーザ光の出射を遮断する手段をさらに設けることにより、異常検出時におけるレーザ光の出射をより一層確実に遮断することができる。
【００６９】
＜変更例＞
上記実施の形態では、角度センサ４０ａによりミラー２０１の回動角が検出されたが、ミラー２０１の回動角の検出方法はこれに限られるものではない。
【００７０】
たとえば、図６に示すように、走査駆動部３０内のドライバ３０１からコイル２０２に供給される駆動信号（電流、電圧）をスイッチ３０２により所定周期で遮断し、遮断によりコイル２０２に生じる逆起電力を、角度検出部４０内の差動検出回路４０１で検出して、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の回動角を検出してもよい。サンプルホールド回路４０２は、インバータ４０３から信号が入力されるタイミング、すなわち、スイッチ３０２が開放された直後のタイミングにおいて、差動検出回路４０１から出力される逆起電力を保持し、保持した逆起電力を角度信号として制御部６０に出力する。
【００７１】
コイル２０２に生じる逆起電力は、スイッチ３０２が遮断される直前にコイル２０２に印加されている駆動信号の大きさ、すなわち、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の回動角に対応するものとなっている。よって、サンプルホールド回路４０２からの出力により、スイッチ３０２が開放される周期で、回動方向Ｒｙにおけるミラー２０１の回動角を検出することができる。
【００７２】
この場合、角度異常検出部８３は、図６に示すように、振幅検出回路８３ａを備える構成とされ得る。振幅検出回路８３ａは、サンプルホールド回路４０２から出力される角度信号（逆起電力）の振幅を参照し、振幅が所定の範囲を外れた場合に、ミラー２０１の振り角が異常であるとして、異常検出信号を出力する。この場合、振幅検出回路８３ａは、角度信号（逆起電力）の振幅が、正規のミラー２０１の回動範囲に対応する振幅の範囲よりも大きい場合と小さい場合に、ミラー２０１の振り角が異常であるとして、異常検出信号を出力する。
【００７３】
なお、図６には、コイル２０２に生じる逆起電力を検出するための構成を示したが、コイル２０４についても、同様の構成により、逆起電力を検出でき、検出した逆起電力により回動方向Ｒｘにおけるミラー２０１の回動角を検出することができる。この場合も、振幅検出回路８３ａは、上記と同様にしてミラー２０１の回動方向Ｒｘの振り角の異常を検出して、異常検出信号を出力する。
【００７４】
また、上記実施の形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コイル２０２に印加されている電流および電圧に基づいて、走査機構２０（コイル２０２）に異常が生じているか否かが検出されたが、走査機構２０の異常は、他の方法により検出することも可能である。
【００７５】
図７は、ミラー２０１の振幅を目標振幅に調節するための制御において走査機構２０の異常を検出する処理を示すフローチャートである。この制御は、回動方向Ｒｘと回動方向Ｒｙのそれぞれについて個別に実行される。以下、回動方向Ｒｘにおける制御について説明するが、回動方向Ｒｙにおける制御も以下と同様に行われる。
【００７６】
なお、図１では、走査異常検出部８１が走査機構２０の異常を検出したが、図７のフローチャートでは、制御部６０が、走査機構２０の異常を検出する。すなわち、制御部６０は、角度検出部４０からの角度信号に基づいて走査機構２０の異常を検出するための機能を備えている。
【００７７】
制御部６０は、植物栽培装置１の動作中の所定のタイミングで、角度検出部４０から入力される回動方向Ｒｘの角度信号の振幅Ａｔを測定し（Ｓ２０１）、振幅Ａｔと目標振幅Ａ０とを比較する（Ｓ２０２）。そして、制御部６０は、振幅Ａｔと目標振幅Ａ０との差が所定の設定範囲、すなわち、振幅Ａｔと目標振幅Ａ０とが実質的に同じとみなせる設定範囲に含まれる場合（Ｓ２０２：Ａｔ＝Ａ０）は、回動方向Ｒｘのミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）を現在の駆動量に維持する。
【００７８】
また、制御部６０は、振幅Ａｔと目標振幅Ａ０との差が所定の設定範囲になく、振幅Ａｔが目標振幅Ａ０よりも小さい場合（Ｓ２０２：Ａｔ＜Ａ０）、回動方向Ｒｘのミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）を、現在の駆動量に対してＢだけ増加させた値に変更する（Ｓ２０３）。また、制御部６０は、振幅Ａｔと目標振幅Ａ０との差が所定の設定範囲になく、振幅Ａｔが目標振幅Ａ０よりも大きい場合（Ｓ２０２：Ａｔ＞Ａ０）、回動方向Ｒｘのミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）を、現在の駆動量に対してＢだけ減少させた値に変更する（Ｓ２０４）。
【００７９】
走査機構２０に異常がなければ、図７のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の制御により、回動方向Ｒｘのミラー２０１の駆動量は、目標の駆動量付近に収束されるよう調整される。しかしながら、走査機構２０に異常がある場合、ステップＳ２０４またはステップＳ２０３によりミラー２０１の駆動量、すなわち駆動信号の大きさが増減されても、ミラー２０１の振幅Ａｔは目標振幅Ａ０に近づかず、現在の振幅Ａｔの状態がそのまま維持される。こうなると、次の制御タイミングにおいて、再び、ステップＳ２０２の判定がＡｔ＝Ａ０とならず、ステップＳ２０３またはステップＳ２０４において、駆動量（駆動信号の大きさ）の増加または減少が繰り返される。こうして、走査機構２０に異常があると、ミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）が過剰に増加または減少されることになる。
【００８０】
そこで、図７のフローチャートでは、ステップＳ２０３、２０４においてミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）が増加または減少された後に、増加または減少後の駆動量（駆動信号の大きさ）が閾値ＤＨ、ＤＬと比較される（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。
【００８１】
具体的には、制御部６０は、ステップＳ２０３においてミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）を増加させた場合、ステップＳ２０５において、増加後の駆動量（駆動信号の大きさ）が閾値ＤＨより大きいか否かを判定する。そして、制御部６０は、増加後の駆動量（駆動信号の大きさ）が閾値ＤＨより大きい場合に（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、走査機構２０に異常があるとして、異常検出信号を異常制御部９０に出力する（Ｓ２０８）。
【００８２】
また、制御部６０は、ステップＳ２０４においてミラー２０１の駆動量（駆動信号の大きさ）を減少させた場合、ステップＳ２０６において、減少後の駆動量（駆動信号の大きさ）が閾値ＤＬより小さいか否かを判定する。そして、制御部６０は、減少後の駆動量（駆動信号の大きさ）が閾値ＤＬより小さい場合に（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、走査機構２０に異常があるとして、異常検出信号を異常制御部９０に出力する（Ｓ２０７）。
【００８３】
このように、図７のフローチャートでは、ミラー２０１の振幅を目標振幅に調節するための制御において走査機構２０の異常を検出することができる。
【００８４】
また、上記実施の形態では、１つのミラー２０１が互いに直交する２つの回動軸２０３、２０５の周りを回動するよう走査機構２０が構成されたが、レーザ光の走査のために複数のミラーが用いられてもよい。
【００８５】
たとえば、図８に示すように、Ｙ軸に平行な回動軸２１２の周りにミラー２１１を回動させる走査機構２１と、Ｘ軸に平行な回動軸２２２の周りにミラー２２１を回動させる走査機構２２とを組み合わせて、発光部１０から出射されたレーザ光で照射領域Ａ１が走査されてもよい。この場合、たとえば、走査機構２１、２２として、それぞれ、１軸駆動タイプのＭＥＭＳを用いることができる。なお、図８では、便宜上、制御部６０と記憶部７０の図示が省略されている。
【００８６】
図８の構成において、走査駆動部３０は、走査機構２１および走査機構２２にそれぞれ個別に駆動信号を供給する。角度検出部４０は、ミラー２１１の回動角を検出する角度センサ４０ｂにより、回動方向Ｒｘの回動角を検出し、また、ミラー２２１の回動角を検出する角度センサ４０ｃにより、回動方向Ｒｙの回動角を検出する。走査異常検出部８１、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４における異常検出のための構成および動作は、上記実施の形態と同様である。
【００８７】
さらに、図８の構成では、レーザ光によりミラー２１１に孔が開いた場合にこの孔を通過したレーザ光を受光する光検出器８２ｂと、レーザ光によりミラー２２１に孔が開いた場合にこの孔を通過したレーザ光を受光する光検出器８２ｃが配置されている。ミラー異常検出部８２は、光検出器８２ｂからの検出信号が所定のレベルを超えた場合に、ミラー２１１に異常が生じたことを検出し、また、光検出器８２ｃからの検出信号が所定のレベルを超えた場合に、ミラー２２１に異常が生じたことを検出する。こうして、ミラー２１１、２２１の少なくとも一方に異常を検出した場合に、ミラー異常検出部８２は、異常検出信号を異常制御部９０に出力する。
【００８８】
図８の構成においても、異常制御部９０は、走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４の少なくとも一つから異常検出信号が入力されると、半導体レーザ１０１からのレーザ光の出射を停止させる。これにより、上記実施の形態と同様の効果が奏され得る。
【００８９】
また、図９に示すように、走査異常検出部８１、ミラー異常検出部８２、角度異常検出部８３および発光異常検出部８４の少なくとも一つによって異常が検出された場合に、異常が生じたことを使用者に報知する手段をさらに設けることが好ましい。便宜上、図９では、発光部１０、走査機構２０、光検出器８２ａ、光学プリズム８４ａおよび光検出器８４ｂの図示が省略されている。
【００９０】
図９の構成では、異常制御部９０から異常制御信号が制御部６０に入力された場合に、制御部６０が報知部９１を作動させる。報知部９１は、スピーカ、パイロットランプ、インジケータ等の報知手段を備える。報知部９１は、制御部６０から入力される制御信号に応じて、報知手段を作動させる。これにより、使用者に異常が生じたことが報知される。この報知を受けて、使用者は、異常を解消するための対応を速やかにとることができる。
【００９１】
この場合、異常の内容に応じて報知の形態を相違させてもよい。たとえば、音声により異常を報知する場合は、異常の内容に応じて音を変え、あるいは、異常の内容を音声によりアナウンスしてもよい。これにより、使用者は、より迅速かつ適切に、異常に対する措置をとることができる。
【００９２】
図９の構成では、制御部６０が報知部９１を制御したが、図９の破線矢印で示すように、異常制御部９０から直接、異常制御信号を報知部９１に入力して、報知部９１を制御してもよい。
【００９３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１  …  植物栽培装置
１０  …  発光部
２０  …  走査機構
２０１  …  ミラー
２１  …  走査機構
２１１  …  ミラー
２２  …  走査機構
２２１  …  ミラー
３０  …  走査駆動部
６０  …  制御部
８１  …  走査異常検出部（異常検出部）
８２  …  ミラー異常検出部（異常検出部）
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ  …  光検出器（異常検出部）
８３  …  角度異常検出部（異常検出部）
８４  …  発光異常検出部（異常検出部）
８４ａ  …  光学プリズム（異常検出部）
８４ｂ  …  光検出器（異常検出部）
９０  …  異常制御部（制御部）
Ａ１  …  照射領域
【図１】
2017085924.tif 000003
【図２】
2017085924.tif 000004
【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】
2017085924.tif 000009
【図８】
2017085924.tif 000010
【図９】
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