(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物工場用の照明制御装置であって、
植物の周囲に配置されたセンサが計測した二酸化炭素濃度を受信する受信部と、
前記二酸化炭素濃度を用いて、前記植物の生育段階を判定する判定部と、
前記生育段階に応じて、前記植物に人工光を照射する照明の照射領域および照度を制御する制御部と、
少なくとも１つの前記照明を備える可動式の照明部の高さおよび角度を、前記制御部の制御に応じて、変更する駆動部と、を備え、
前記制御部は、前記照明の高さおよび角度の少なくとも１つを制御して、前記照射領域を制御すること
を特徴とする照明制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明制御装置であって、
前記生育段階と、前記照明の高さ、角度および照度の少なくとも１つとを対応付けた制御テーブルを備え、
前記制御部は、前記制御テーブルを用いて前記照明を制御すること
を特徴とする照明制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の照明制御装置であって、
前記照明は、ＬＥＤであること
を特徴とする照明制御装置。
【請求項４】
植物工場用の照明制御装置が行う照明制御方法であって、
植物の周囲に配置されたセンサが計測した二酸化炭素濃度を受信する受信ステップと、
前記二酸化炭素濃度を用いて、前記植物の生育段階を判定する判定ステップと、
前記生育段階に応じて、前記植物に人工光を照射する照明の照射領域および照度の少なくとも１つを制御する制御ステップと、
少なくとも１つの前記照明を備える可動式の照明部の高さおよび角度を、前記制御ステップの制御に応じて、変更する駆動ステップと、を行い、
前記制御ステップは、前記照明の高さおよび角度の少なくとも１つを制御して、前記照射領域を制御すること
を特徴とする照明制御方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の照明制御装置として、コンピュータを機能させること
を特徴とする照明制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場用の照明制御装置、照明制御方法、および照明制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工的な光と、溶液とを用いて屋内で植物を栽培する植物工場が実用化されている。太陽光を遮蔽した閉鎖型植物工場において、植物生育用の光源としてＬＥＤを用いたシステムが開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-178682号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
植物は、苗の状態から収穫時の状態まで、その大きさは変化していくが、植物工場では照明は固定されている。このため、例えば苗の状態では各植物の受光量が均一であっても、収穫時などの植物が大きく成長した際には、複数の植物の間で受光量にばらつきが生じる場合がある。また、１つの植物内でも、部位によって受光量にばらつきが生じる場合もある。
【０００５】
受光量が不足すると光合成の速度が低下し、植物の生育に悪影響が生じる。その結果、食物工場全体で、植物の生育状態を均一化させ、収穫量を安定させることが困難な場合がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、植物工場における植物の受光量のばらつきを抑制する照明制御装置、照明制御方法、および照明制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、植物工場用の照明制御装置であって、植物の周囲に配置されたセンサが計測した二酸化炭素濃度を受信する受信部と、前記二酸化炭素濃度を用いて、前記植物の生育段階を判定する判定部と、前記生育段階に応じて、前記植物に人工光を照射する照明の照射領域および照度の少なくとも１つを制御する制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の一態様は、植物工場用の照明制御装置が行う照明制御方法であって、植物の周囲に配置されたセンサが計測した二酸化炭素濃度を受信する受信ステップと、前記二酸化炭素濃度を用いて、前記植物の生育段階を判定する判定ステップと、前記生育段階に応じて、前記植物に人工光を照射する照明の照射領域および照度の少なくとも１つを制御する制御ステップと、を行う。
【０００９】
本発明の一態様は、上記照明制御装置として、コンピュータを機能させる照明制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、植物工場における植物の受光量のばらつきを抑制する照明制御装置、照明制御方法、および照明制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の照明制御システムの構成を示す全体構成図である。
【図２】制御テーブルの一例を示す図である。
【図３Ａ】照明の角度を説明するための説明図である。
【図３Ｂ】照明の角度を説明するための説明図である。
【図４】照明制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】ハードウェア構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（照明制御システムの構成）
図１は、本実施形態の照明制御システムの全体構成を示す図である。まず、植物工場の栽培棚９について説明する。本実施形態の植物工場は、人工光の照明を用いて植物を栽培する閉鎖型植物工場であって、図示するような栽培棚９を複数備える。
【００１４】
栽培棚９では、複数の植物８が栽培される。栽培棚９は、照明部９１を備える。照明部９１は、植物９に対向する側に複数の照明（光源）９２が設置されている。植物８は、照明９２から光が照射されることで光合成が行われ成長する。本実施形態では照明９２に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いるが、これに限定されない。照明１２に、蛍光ランプ（ＦＬ：Fluorescent Lamp）などを用いてもよい。本実施形態の照明部９１は、駆動装置２により上下または向きを調整可能な可動式の部材である。これにより、照明部９１の照明９２の高さおよび角度を調整することができる。
【００１５】
本実施形態の照明制御システムは、少なくとも１つのセンサ１と、駆動装置２と、照明制御装置３とを備える。センサ１は、栽培棚９内で植物８の周囲に配置され、ＣＯ２（２酸化炭素）濃度を計測する。図示する例では、センサ１は、栽培棚９の左右の壁に１つずつ配置されている。センサ１は、所定のタイミング（例えば、ｎ分毎）でＣＯ２濃度を計測し、計測結果を制御装置３に送信する。センサ１は、測定結果を無線で送信してよく、あるいは有線で送信してもよい。
【００１６】
駆動装置２は、照明制御装置３からの指示に従って、照明９２の高さ、角度など配置（位置）を変更するとともに、照明９２の照度を変更する。図示する例では、駆動装置２は、照明部９１の配置を変更することで照明９２の配置を変更する。
【００１７】
照明制御装置３は、駆動装置２を用いて栽培棚９の照明９２を制御する。図示する照明制御装置３は、受信部３１と、判定部３２と、制御部３３と、制御テーブル３４とを備える。受信部３１は、センサ１から送信されるＣＯ２濃度（計測結果）を受信する。
【００１８】
判定部３２は、センサ１から受信したＣＯ２濃度に基づいて、植物８の生育段階（生育状況）を判定する。栽培棚９に複数のセンサ１が設置され、複数のセンサ１からＣＯ２濃度を受信した場合、判定部３２は、例えば複数のセンサ１のＣＯ２濃度の平均値などを用いて判定する。
【００１９】
本実施形態では、判定部３２は、植物８が３つの生育段階（ステージ）のいずれの段階であるかを判定する。第１段階は、定植（育苗）段階で、第２段階は栄養成長段階で、第３段階は生殖成長段階である。定植段階は、苗を栽培棚９に植えて、苗を育てている状態である。栄養成長段階は、植物が茎、葉、根などの栄養器官を作る時期である。生殖成長段階は、花芽をつくり、花を咲かせ、実を結ぶ時期である。なお、生育段階は、３段階に限定されず、２段階でも４段階以上でもよい。
【００２０】
植物８は、光合成によりＣＯ２を吸収する。ＣＯ２の吸収量は、光量の条件が等しい場合、植物８の大きさ（体積）に依存する。すなわち、定植段階では、植物８が小さく、ＣＯ２の吸収量は少ない。一方、実がなる生殖成長段階の植物８は大きく、ＣＯ２の吸収量は多くなる。栽培棚９では、ＣＯ２濃度を一定に保つために、ＣＯ２濃度が所定の閾値を下回ると、ＣＯ２供給装置（不図示）からＣＯ２が供給される。
【００２１】
判定部３２は、例えば、センサ１から受信したＣＯ２濃度の時系列データからＣＯ２が供給されてから次のＣＯ２が供給されるまでの供給間隔（インターバル）を算出し、供給間隔を用いて植物の生育段階を判定してもよい。ＣＯ２が供給されるとＣＯ２濃度が急に上昇するため、ＣＯ２濃度の時系列データを参照することでＣＯ２の供給タイミングおよび供給間隔を特定することができる。具体的には、供給期間が長い場合は、植物８によるＣＯ２の吸収速度が遅く、植物８の体積は小さいと推定できる。一方、供給間隔が長い場合は、植物８によるＣＯ２の吸収速度が速く、植物８の体積は大きいと推定できる。判定部３２は、供給間隔が第１閾値以上の場合は定植段階であると判定し、供給間隔が第１閾値未満で第２閾値以上の場合は栄養成長段階であると判定し、供給間隔が第２閾値未満の場合は生殖成長段階であると判定する。この場合、第１閾値は、第２閾値より大きな値である。
【００２２】
なお、判定部３２は、ＣＯ２の吸収速度（ＣＯ２濃度と時間の関係を示すグラフの傾き）を用いて、植物８の生育段階を判定してもよい。この場合、判定部３２は、吸収速度が第３閾値未満の場合は定植段階であると判定し、吸収速度が第３閾値以上で第４閾値未満の場合は栄養成長段階であると判定し、供給間隔が第４閾値以上の場合は生殖成長段階であると判定する。この場合、第３閾値は、第４閾値より小さな値である。
【００２３】
また、判定部３２は、所定の期間におけるＣＯ２の供給回数を用いて、植物８の生育段階を判定してもよい。この場合、判定部３２は、供給回数が第５閾値未満の場合は定植段階であると判定し、供給回数が第５閾値以上で第６閾値未満の場合は栄養成長段階であると判定し、供給回数が第６閾値以上の場合は生殖成長段階であると判定する。この場合、第５閾値は、第６閾値より小さな値である。なお、第１閾値〜第６閾値は、図示しない記憶部に記憶されている。
【００２４】
制御部３３は、判定部３２が判定した生育段階に応じて、照明９２の照射領域および照度の少なくとも１つを制御する。具体的には、制御部３２は、制御テーブル３４を用いて照明９２を制御する。本実施形態では、制御部３２は、照明９２の高さおよび角度（照射角度）の少なくとも１つを制御して、照射領域を制御する。
【００２５】
図２は、制御テーブル３４の一例を示す図である。制御テーブル３４は、生育段階と、照明の高さ、角度および照度の少なくとも１つを含む制御パターンとを対応付けたテーブルである。図示する制御テーブル３４は、制御パターンとして、照明の配置（高さ、角度）と、照度とを含む。高さは、例えば植物８を植える栽培パネルからの高さであってもよいし、栽培棚９の底からの高さであってもよい。
【００２６】
植物８は、生育段階が進むにつれて成長し、大きくなる。このため、制御テーブル３４では、生育段階が進むにつれて、照射領域が大きくなるような照明９２の配置パラメータが設定される。具体的には、照射領域は、照明の位置を高くすることで大きくなる。また、照射領域は、照明の向き（角度）を変更することで大きくなる場合がある。
【００２７】
図示する制御テーブルでは、植物が成長により大きくなる（広がる）ことを考慮し、栄養成長段階の照明９２の配置位置を、定植段階の照明９２の配置位置より高く設定する。具体的には、定植段階の高さをＮ１とし、栄養成長段階の高さをＭ１とした場合、Ｎ１＜Ｍ１となるようにＮ１とＭ１の値を設定する。図示する例では、Ｎ１＝２０ｃｍで、Ｍ１＝３０ｃｍとする。これにより、栄養成長段階の照射領域を、定植段階の照射領域より広げることができる。
【００２８】
ここでは、定植段階の角度Ｎ２と、養成長段階の角度Ｍ２は、ともに０度で、高さのみを用いて照射領域を変更する。ただし、栄養成長段階の角度Ｍ２を、定植段階の角度Ｎ２より大きく設定して、栄養成長段階の照射領域を定植段階の照射領域より大きくしてもよい。
【００２９】
照度については、栄養成長段階の照度を、定植段階の照度より高く設定する。具体的には、定植段階の照度Ｎ３が、栄養成長段階の照度Ｍ３より大きくなるように設定する。図示する例では、Ｎ３＝４００μｍｏｌで、Ｍ３＝５００μｍｏｌである。
【００３０】
生殖成長段階では、栄養成長段階の照射領域より大きな照射領域とするために、図示する例では照明の角度を変更する。例えば、生殖成長段階では植物８に実がなるが、実は植物８の茎などの中心から離れた位置にある場合がある。このために照射領域を大きくするとともに、照射領域をずらすために照明９２の角度（傾き）を制御する。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂは、照明９２の角度を説明するための説明図である。図３Ａは、角度：０度の照明９２を示す。ここでは、照明９２が水平に配置され、真下を照射する状態の角度を０度とする。この場合の照射領域４１は、照明９２の高さに応じて大きくなるが、栽培棚９から大きくはみ出して成長した植物の部分（図示する例では苺の実）は照射領域４１から外れてしまう。すなわち、栽培棚９の外側の植物の部分には光が当たらないために光合成がなされない。この結果、植物の生育状態を均質化し、収量を安定させることが困難である。
【００３２】
図３Ｂは、角度：１５度の照明を示す。この角度は、水平から上に向いた仰角である。照明９２を水平から所定の角度傾けることで、照射領域４２は栽培棚９の外側に向けて広がる。これにより、栽培棚９から大きくはみ出して成長した植物の部分（植物の中心から離れた部分）も照射領域４２に含まれる。すなわち、栽培棚９の外側の植物の部分にも光が当たり、光合成が促進される。この結果、植物の生育状態を均質化し、収量を安定させることができる。
【００３３】
なお、図示する例では、栄養成長段階と生殖成長段階の高さはともに３０ｃｍとし、角度のみを用いて照射領域を変更するが、生殖成長段階の高さを、栄養成長段階の高さより高く設定して、生殖成長段階の照射領域を栄養成長段階の照射領域より大きくしてもよい。
【００３４】
照度については、生殖成長段階の照度を、栄養成長段階の照度より高く設定する。具体的には、栄養成長段階の照度Ｍ３が、生殖成長段階の照度Ｌ３より大きくなるように設定する。図示する例では、Ｍ３＝５００μｍｏｌで、Ｌ３＝６００μｍｏｌとする。
【００３５】
（照明制御装置の動作）
図４は、照明制御装置３の動作を示すフローチャートである。受信部３１は、センサ１から所定のタイミングでＣＯ２濃度を受信する（Ｓ１）。判定部３２は、受信したＣＯ２濃度の時系列データを用いて植物８の生育段階を判定する（Ｓ２）。そして、判定部３２は、判定した生育段階が前回判定した生育段階と同じか否かを判定する（Ｓ３）。前回の生育段階と同じ場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ１に戻り以降の処理が繰り返し行われる。
【００３６】
前回の生育段階と異なる場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御部３３は、植物８は次の段階に進んだとみなし、Ｓ２で判定した生育段階に対応する制御パターンを制御テーブル３４から取得する（Ｓ４）。そして、制御部３３は、取得した制御パターンの照明９２の高さ、角度、照度を含む制御指示を駆動装置２に送信する（Ｓ５）。駆動装置２は、照明制御装置３からの制御指示に従って、照明部９１を制御して照明９２に照射領域を変更するとともに、照明９２の照度を変更する。
【００３７】
（本実施形態の効果）
以上説明した本実施形態の植物工場用の照明制御装置３は、植物８の周囲に配置されたセンサ１が計測した二酸化炭素濃度を受信する受信部３１と、二酸化炭素濃度を用いて、植物８の生育段階を判定する判定部３２と、生育段階に応じて、植物８に人工光を照射する照明９２の照射領域および照度の少なくとも１つを制御する制御部３３とを備える。
【００３８】
これにより本実施形態では、植物工場における植物８の受光量のばらつきを最小限に抑制し、食物工場全体で植物８の生育状態を均一化させることができる。また、植物８の収穫量を安定させることができる。
【００３９】
（ハードウェア構成）
上記説明した照明制御装置３には、例えば、図５に示すような汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。図示するコンピュータシステムは、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える。メモリ９０２およびストレージ９０３は、記憶装置である。このコンピュータシステムにおいて、CPU９０１がメモリ９０２上にロードされた照明制御装置３用のプログラムを実行することにより、照明制御装置３の各機能が実現される。
【００４０】
また、照明制御装置３は、１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また、照明制御装置３は、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。
【００４１】
照明制御装置３用のプログラムは、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ：センサ
２  ：駆動装置
３  ：照明制御装置
３１：受信部
３２：判定部
３３：制御部
３４：制御テーブル
８  ：植物
９  ：栽培棚
９１：照明部
９２：照明
【図１】
0006940642.tif 000002
【図２】
0006940642.tif 000003
【図３Ａ】
0006940642.tif 000004
【図３Ｂ】
0006940642.tif 000005
【図４】
0006940642.tif 000006
【図５】
0006940642.tif 000007