JP2004049211A - Plant culture apparatus equipped with lighting device and the lighting device used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は人工光源による植物組織培養や植物栽培に用いられる植物培養装置およびこれに用いる照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、将来の食料問題として、環境に影響されず人工的に環境を制御する閉鎖型の植物育成方法が注目されている。
【0003】
従来の人工的植物育成方法として一般に利用されている培養棚においては、図20に示すように、培養容器1の底部に培地2が収納されている。通常の植物組織培養においては、このような培養容器1が棚下3上に複数個載置されている。そしてこれらの容器1を棚天井4に設置された、一般に使用されている管状の熱陰極蛍光ランプ5で照射することにより、培養容器1内での植物組織培養および植物栽培が行なわれている。
【0004】
他方、このような人工的な植物育成においては、クローン苗や無菌苗を利用すると、生産力が増加し、収量および品質が著しく向上することが知られている。
【0005】
ところで、このようなクローン苗や無菌苗を生産するためには、細菌を透さず、培養支持体の乾燥を防ぐための培養容器が必要であり、特に、この培養容器はマイクロプロパゲーション、すなわち、組織培養技術によるエリート固体の微細繁殖による生産にはなくてはならないものである。
【0006】
図21はこのような目的のために、田中道男氏により提案された植物培養容器の概要を示す斜視図である。この容器は、特開平9−252651に開示されているように、透光性、通気性を有するが水分や雑菌等は通さないという特殊な樹脂フィルムにより側壁を形成した培養容器1と、この培養容器1の上端部に設けられたLED光源6とを一体化したものである。
【0007】
LED光源6は、培養容器1の底部に設けられた培養支持体7の面内で均一な光の分布を得るために、LED素子を平面的に多数個配列している。また、これらのLED素子は、赤色を発光するLED素子と青色を発光するLED素子とからなり、それぞれの光が相互に均一に混合されるように、分散配置されている。
【0008】
ここで、青色光と赤色光を発光するLED素子を使用する理由は、植物育成に必要な光は、赤色および青色の2成分を均一に混ざり合った波長の光であり、この均一に混ざり合った波長を得るために、青および赤各色のLEDを規則的に配列している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述した培養棚を用いる植物育成装置においては、光源として管状の熱陰極蛍光ランプを用いるため、受光面の光量分布を均一にすることは難しい。すなわち、光源と各栽培点との距離が棚の水平面上で大きく変わるため、管状の光源から同心円状に放出される光を利用して受光面の光量分布を均一にすることは難しい。
【0010】
また、熱陰極蛍光ランプは冷陰極蛍光ランプに比べ管径が大きく寿命が短いこと、また、熱フィラメントを熱するための回路が必要であり、点灯回路が複雑化するなどの不都合がある。
【0011】
したがって,放射熱の影響を軽減し、光量分布を均一にするために、蛍光ランプ4と培養容器1との間隔を少なくとも35〜50cmとする必要がある。この結果、育成装置全体が大きくなるばかりでなく、培養容器1を棚下3上に重ね置きすることも出来ず、スペース効率が悪いという問題があった。
【0012】
また、上記のような培養棚を用いる植物育成装置においては、培養容器1の個数が少ない場合には、図22に示すように、棚下3上には無駄な空間8が生じ、光源からの光は、培養容器が設置されていない無駄な空間8にも照射され、省エネルギーの面でも問題があった。
【0013】
次に、前述したLEDを光源として用いた植物培養容器においては、上記のスペース効率および放射熱の問題は改善されるが、次のような問題がある。すなわち、LEDは点光源であり、放射光の出射角が小さく指向性が強いため、植物培養容器内の水面内の場所により明暗の差が現れ、光量子束密度の分布にもばらつきが生じてしまう。
【0014】
このことは、図23に示すように、LED光源6と培養支持体7との間に白紙9を水平に配置して照射状況を見ると、その白紙9上にLED6の個数分の斑点10がくっきりと現れることからも確認することができる。
【0015】
さらに、前述したように、植物育成に必要な波長は、赤色および青色の2成分を均一に混ざり合った波長であり、この均一に混ざり合った波長を得るには、青および赤各色のLED素子を規則的に配列するだけでは均一な色分布(光質)を得ることは困難であった。
【0016】
すなわち、青および赤各色のLED素子を規則的に配列するだけでは、各発光色の強度が配列位置によって異なり、これを調整して色分布(光質)を均一化させる技術は従来実現されていなかった。
【0017】
そこで、本発明は、植物培養容器内での色光分布(光質)および光量子束密度分布が均一で、かつ、放射熱の影響を排除した照明装置を備えた植物培養装置の提供することを目的とするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置を搭載した植物培養装置は、少なくとも天井面が光透過性を有する壁体により、培養空間を形成する植物培養容器と、この容器の底部に配置された培養支持体と、前記植物培養容器の天井面上に配置された平面発光型光源装置とを備え、この平面発光型光源装置は、少なくとも一端面を光の入射端面とする平板状の導光板と、この導光板の平板面に形成した前記一端面から入射した光を前記平板面から放出すると共に少なくとも前記平板面全体の照度を均一化するように制御する光制御手段と、前記導光板の少なくとも一端面に配置された光源とを備え、前記前記植物培養容器の天井面全体から照射される光による水平面上での照度分布を均一化することを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置は、少なくとも天井面が光透過性を有する培養空間を形成する植物培養容器と、この容器の底部に配置された培養支持体と、前記植物培養容器の天井面上に配置された平面発光型光源装置とを備え、この平面発光型光源装置は、前記植物培養容器の天井面側に配置された光源と、この光源からの光を前記植物培養容器の培養空間内に拡散照射する平面状の光透過部材とを備え、前記植物培養容器の天井面全体から照射される光による水平面上での照度分布を均一化することを特徴とするものである。
【0020】
さらに、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置においては、前記平面発光型光源装置は、導光板と、この導光板の周縁部に配置された細管状の冷陰極蛍光ランプと、この冷陰極蛍光ランプの放射光を前記導光板方向に反射するリフレクターと、前記導光板の光の放出面側と反対面側に設けられた反射シートとからなることを特徴とするものである。
【0021】
さらに、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置においては、前記平面発光型光源装置は、前記植物培養容器の天井面内においてほぼ平行に配列された複数本の細管状の冷陰極蛍光ランプと、これらの冷陰極蛍光ランプ配列の一面に配置された拡散シートとからなることを特徴とするものである。
【0022】
さらに、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置においては、前記平面発光型光源装置は、前記植物培養容器の天井面内において平面的に配列された複数個のLED素子と、これらのLED素子配列の一面に配置された拡散シートとからなることを特徴とするものである。
【0023】
さらにまた、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置は、植物培養容器と、この植物培養容器内に植物育成用の光を照射する平面発光型光源パネルと、この平面発光型光源パネルを前記植物培養容器の上部に間隙を持って支持する載置部材とを備え、この載置部材は、少なくとも側面の一部が開放されており、この開放された側面を介して前記植物培養容器が前記平面発光型光源パネルの下方位置への移動および前記下方位置からの取り出しが可能であり、かつ、前記平面発光型光源パネルを前記植物培養容器上部に間隙を持って支持するような高さを有することを特徴とするものである。
【0024】
本発明の植物培養装置用照明装置は、植物培養容器内部に光を照射する光源と、この光源からの照射光を前記植物培養容器の天井面内に導く導光板と、この導光板から放射される光を前記植物培養容器内部にほぼ均一な照度分布で供給する拡散シートとからなる平面発光型光源装置を備えたことを特徴とするものである。
【0025】
また、本発明の植物培養装置用照明装置においては、前記平面発光型光源装置は、導光板と、この導光板の周縁部に配置された複数個のLED素子と、これらのLED素子の発光光を前記導光板方向に反射するリフレクターと、前記導光板の一面に配置された反射シートとからなることを特徴とするものである。
【0026】
さらに、本発明の植物培養装置用照明装置においては、前記平面発光型光源装置は、前記植物培養容器の天井面内において平面的に配列された複数個のLED素子と、これらのLED素子配列の一面に配置された拡散シートとからなることを特徴とするものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の照明装置を搭載した植物培養装置用照明装置の実施形態である、冷陰極蛍光ランプを用いた平面発光型光源パネルの斜視図、図2はその分解斜視図である。
【0028】
パネル状のハウジング19の内部には、直径2.6mmの細管状のガラス管がコ字型に曲折された冷陰極蛍光ランプ20と、反射シート21と、これに対向して配置された導光板22と、この導光板22を透過した透過光を拡散する拡散シート23と、リフレクター24からなるエッジ型の照明装置が収納されている。
【0029】
すなわち、冷陰極蛍光ランプ20は導光板22の3つの辺部に固定され、その周囲には断面が半円形のリフレクター24が設けられている。導光板22の一面には反射シート21が配置されており、また、導光板22の反対面には拡散シート23が配置されている。リフレクター24の断面が半円形の開口部には、冷陰極蛍光ランプ20が収納されると共に、導光板22、この両側に積層された反射シート21および拡散シート23の縁部が挿入されている。
【0030】
導光板22には、例えば、光透過率の最も良いアクリル樹脂が用いられ、この導光板22の反射シート21側の表面には、多数の散乱ドットパターン22´がスクリーン印刷して、拡散乱反射膜層が形成されている。これらの散乱ドットパターン22´は、光を反射する白色顔料あるいは透明ビーズが入ったインクをドット状に印刷したものであり、各散乱ドットパターン22´は、冷陰極蛍光ランプ20からの距離が大きくなる導光板22の中央部に向かって徐々にその面積が大きく、あるいは、ドット間隔が小さくなるように印刷されている。これは導光板22の内部に入射した冷陰極蛍光ランプ20からの光を乱反射させると共に、ランプ20の近くで明るく、遠くなるほど輝度が低下する傾向を無くすものである。
【0031】
冷陰極蛍光ランプ20からの放射光は、直射光とリフレクター24で反射された反射光とが、導光板22の端面から入入して導光板22内に導かれる。導光板22に導かれた光のうち、導光板22内部を反射しながら進行する光は、導光板22表面の散乱ドットパターン22´からなる拡散乱反射膜層により反射され、照射面に対して垂直方向の平行光線に変換され、照射面全面においてほぼ均一な強度と均一な色光として放射される。
【0032】
この光はさらに導光板22の反射シート21と反対側においてはハウジング19に固定された拡散シート23により、均一な光として放射される。この拡散シート23は、導光板22と同じく、光透過率の良いアクリル樹脂が用いられ、この樹脂には白色の顔料が混入されている。
【0033】
このような拡散シート23は、液晶表示パネルに広く用いられており、例えば、ツジデン(株)製のDシリーズ拡散シート、型番D−121を用いることができる。この拡散シート23はその全面から均一な光が放射される照射面を形成している。
【0034】
ハウジング19の側面には冷陰極蛍光ランプ20を点灯するためのインバーター25が備えられている。ここで、冷陰極蛍光ランプ20のバルブ内面に塗布されている蛍光体は、その組成比を調整することにより、植物栽培に適した青色光と赤色光との比率を2:8の割合で発光させている。なお、蛍光体としては通常の光の3原色を含む白色光を発光させ、ハウジング19の照射面23に、波長選択性を有するフィルムを貼着して、青色光と赤色光との比率を2:8の割合で含む光を発生させるように構成することもできる。
【0035】
このように構成された平面発光型光源パネルにおいては、冷陰極蛍光ランプ20からの光はリフレクター24で反射されて導光板22に導かれ、その両面から光を放射する。このうち、反射シート21側に向かう光は、散乱ドットパターン22´および反射シート21によって反射され、拡散シート23を通過することにより照射面に対して垂直方向の平行光線に変換され、照射面全面に亘ってほぼ均一な強度と均一な色光として放出される。
【0036】
このように構成された平面発光型光源パネルは、光源として細管状の冷陰極蛍光ランプ20を用いているので、インバーター25を取り除くと、ハウジング19のサイズが、例えば、120mm×120mm、厚さ6mmの極めて薄いパネル状になり、小型軽量な植物培養装置用の照明装置を実現できる。
【0037】
図3は、上記の平面発光型光源パネルを光源として装着した本発明の植物培養装置の実施形態を示す斜視図である。培養容器26は、その上部天井面が開口しており、その開口部が平面発光型光源パネル27と同じサイズ120mm×120mmで、高さ140mmのものが採用されている。
【0038】
この培養容器26は四隅と左右側壁部に支柱28を有する箱形状になっており、その側壁は、内部を観察でき、細菌や埃などの浸入を避けるため、前述したような特殊な透明フィルムや板により構成する。また、光を有効活用するために側壁内面に反射性の材料を塗布し、あるいは反射性のシートを貼る。
【0039】
さらに、底部には培地あるいは栽培用のロックウール等からなる培養支持体29が収納されている。培養容器26の開口縁部には複数個の凸部30,…が設けられていて、上述した平面発光型光源パネル27が凸部30,…を介して載置される。この凸部30,…は、培養容器26の上端部と平面発光型光源パネル27との間に隙間を形成し、この隙間を通して平面発光型光源パネル27からの放射熱を逃がし、培養容器26内への放射熱の侵入を防止する。
【0040】
この隙間は、前記の培養容器26天井部周囲の開口縁部に形成された凸部30,…に限らず、前記平面発光型光源パネル27下面周囲の載置部側に凸部を設けることによっても形成できる。また、この隙間の形成は、前記培養容器26の天井部または平面発光型光源パネル27の下面周囲に凹部を設けてもあるいは両者の少なくとも一方に凸部30,…または凹部を設けることによっても達成できる。
【0041】
なお、この実施形態では、インバーター31は平面発光体光源パネル27の上面32に備えられている。インバーター31は培養容器26底部の培養支持体29上の光量子束密度が約50μmol/m2 ・sとなるように、直流電圧を制御して調光を行なう。この条件下では、蛍光ランプに供給する電力は3〜4wであり、ランプ電流は5mAである。
【0042】
また、上記培養容器26の上端天井面には、必要に応じて図4に示すように、培養容器にトップシール33を設けてもよい。このトップシール33は光源からの光は透過するが、細菌を通さず密閉するフィルムもしくは透明な樹脂シートからなり、栽培する植物の種類に応じて選択的に設けるものである。なお、これらのフィルムや樹脂としては、紫外線(UV)や赤外線(IR)などを選択的に透過するものでもよい。
【0043】
さらに、上記培養容器26については、プラスチック容器や上面が透明なガラス容器でも使え、クローン苗などの組織培養に使われるための高ガス透明性フィルムで囲った容器、つまり、細菌や高ガスは透過するが、水分は透さない容器や、ガス交換のために透明な樹脂容器に穴をあけ、そのガス透過性のあるビニールパッチを貼った容器でもよい。
【0044】
次に、本発明の植物培養装置用照明装置の他の実施形態を図5乃至図7について説明する。
【0045】
図5は、複数個のLED素子34の二次元配列からなる照射面に拡散シート35を配置した平面発光型光源パネルである。LED素子34からの指向性のある放射光を直接、この拡散シート35で拡散させて培養器内の支持体面(図示せず。)における光量子束密度を均一化させている。
【0046】
図6は、図1に示したエッジ型照明装置の冷陰極蛍光ランプ20の代わりに、複数個のLED素子6を用いたエッジ型LED光源である。すなわち、導光板22の対向する2辺にLED素子6を配列し、導光板22の両面に反射シート21および拡散シート23を配置する。
【0047】
導光板22の対向する2辺には、断面がコ字型のリフレクター24が配置され、内部にLED素子を収納している。このような構成において、LED素子6により発光された光は導光板22によりその面内に導かれ、反射シート21および拡散シート23により、拡散シート23の表面から垂直方向に均一な強度と色分布を有する光を照射する。
【0048】
図7は、細管状の冷陰極蛍光ランプ39を複数本平行配列し、これらの冷陰極蛍光ランプ39配列を挟んで反射板40および拡散シ−ト41を対向配置した平面発光型光源パネルの斜視図である。この実施形態においても、拡散シ−ト41により光が均一に拡散され、照射面にほぼ垂直な平行光線となって照射される。
【0049】
なお、上記した各実施形態による拡散シートとしては、例えば公知のレンチキュラーレンズを用いて、入射光を拡散シートの面に対してほぼ垂直な平行光線に変換して放出し、拡散シートの面内で均一な色分布(光質)を実現するものである。
【0050】
上記の冷陰極蛍光ランプ39は、内部に電極を有するタイプであり、ランプ1本につき1個のインバーターが必要であるが、外部電極蛍光ランプ(EEFL)を用いた場合は、ランプ数本に対して駆動用インバーター(トランス)1個で同時点灯が可能である。
【0051】
図8はこのような外部電極蛍光ランプ39a,…を複数本並行に配列し、インバーター31から電力を供給する回路構成を示す斜視図である。複数個の蛍光ランプ39a,…はそれぞれ両端に外部電極42が設けられている。インバーター31の出力が供給されるリード線43、44には、複数個の蛍光ランプ39a,…の外部電極42が並列に接続されている。このような構成であれば、装置が安価であるとともに小形化がはかれる。
【0052】
図9は図1に示す平面発光型光源パネルにより放射される光量子束密度の測定結果を示すグラフである。ここで、光量子束密度とは光合成光量子束密度(PPFあるいはPPED)を意味し、単位面積あたりの光の量をエネルギーではなく、光の粒子である光量子あるいは光子の個数で表現したものである。
【0053】
植物の光合成は葉緑素に入射する光量子の数によって左右される。一般に、1分子の二酸化炭素(Co2 )を光合成で消費するためには、8個から10個の光量子が必要とされている。そこで、葉緑素の吸収波長域である400nmから700nmの波長域での光量子が単位時間・単位面積当たりに入射する個数を示す値が光量子束密度である。単位はμmol/m2 ・sである。ここで1molは6.02×1023個である。なお、エネルギー的には、e=hν(e:エネルギー、h:プランクの定数、ν:周波数)という関係から、波長が短く(周波数が高く)なるほど、エネルギーは比例的に高くなる。
【0054】
図9においては縦軸に光量子束密度を、横軸に平面発光型光源からの距離をそれぞれ示している。また、同図の折れ線(a)、(b)、(c)はそれぞれ、光源から11cmの距離におる光量子束密度を100μmol/m2 ・s、80μmol/m2 ・s、50μmol/m2 ・sに設定した場合の変化を示している。
【0055】
この測定結果から、本発明の植物培養装置用平面発光型の照明装置により放射される光量子束密度は、光源からの距離が大きくなるとともに減少するが、光源からの距離が20cm以下の場合は、距離が短くなるに従って指数関数的に増加することが判明した。このことは、クローン苗や無菌苗などの植物苗が生長して、光源である発光体との距離が20cm以下になると、生長速度が急激に増すことを示している。
【0056】
また、図10は図3に示す本発明の植物培養装置内部における光量子束密度の測定結果を、従来のLED素子を用いた植物培養装置および管状光源(蛍光ランプ)を用いた培養棚と対比して示したグラフである。同図の折れ線グラフ(a)は本発明の植物培養装置内の測定結果であり、(b)および(c)は従来装置についての測定結果である。
【0057】
なお、本発明の培養装置およびLED素子を用いた培養装置においては、光源装置と培養支持体との距離はいずれも11cmとし、従来の装置においては管状光源と培養支持体との距離を40cmとし、いずれの場合においても培養支持体上面における光量子束密度をほぼ50μmol/m2 ・sと、同じ値となるように設定した。
【0058】
これらの測定結果から、本発明の植物培養装置およびLED素子を用いた従来の培養装置においては、培養支持体上面からの距離が増大すると共に、光量子束密度は距離に比例して増大するのに対し、従来の培養棚においては、距離が変化しても光量子束密度はほとんど変化しないことがわかる。また、本発明の培養装置とLED素子を用いた培養装置とでは、前者の方が全体的により高い密度を示すことが判明した。
【0059】
次に、図3に示した本発明の植物培養装置における培養支持体上の光量子束密度と色分布(光質)とをLEDを光源とする従来装置と比較実測した。図11は、その測定装置の概要を示す平面図である。すなわち、同図は植物培養装置における培養支持体の上面を9分割して、その分割領域A〜I毎の光量子測定箇所17の中心部にセンサー18が配置されている。
【0060】
なお、測定に使用した本発明の植物培養装置は、図3に示した装置を用い、同図に示すように、平面発光型光源パネル27と培養容器26の上端部との隙間を4mmとし、培養支持体上面が底面より30mmの位置に設定されている。また、この培養支持体上面が距離設定基準面となっている。また、測定に使用した従来の植物培養装置は、図21に示したものを用い、その測定方法も上記と同様な方法を用いた。
【0061】
表1乃至4は、本発明の植物培養装置の培養支持体上における光量子束密度の実測値と色分布(光質)との測定数値を従来装置との対比により示す表である。
【0062】
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
表1は距離設定基準面より10cm上の位置で測定した光量子束密度の測定結果、表2は距離設定基準面より8cm上の位置で測定した光量子束密度の測定結果、表3は距離設定基準面より5cm上の位置で測定した光量子束密度の測定結果、および、表4は培養支持体上面で測定した光量子束密度の測定結果であり、分割領域A〜Iの上部の数値は光量子束密度(単位:μmol/m2 ・s)の実測値を、また、下部の数値は青色光と赤色光との比率として青色光の比率、すなわち、青色/(赤色+青色)(単位:%)を測定した値をそれぞれ示している。
【0063】
なお、各植物培養装置の光源は培養支持体上面中央部の光量子束密度が50μmol/m2 ・s以下になる条件で点灯し、また、培養に適している色分布(光質)として、青色光と赤色光との比率を2:8とした。
【0064】
さらに、光源の点灯条件として、冷陰極蛍光ランプ1本の平面発光型光源パネルの場合、入力電圧:7.4v、入力電力:4.1w、ランプ電流:4.9mArmsであり、一方のLED光源の場合、青色LED9個と赤色LED36個で、入力電圧:10v、入力電力:3.0wである。
【0065】
表1乃至4に示す測定結果から明らかなように、本発明の植物培養装置では、距離設定基準面からの距離にかかわらず光量子束密度の分布のばらつきが従来の装置に比較して小さい。
【0066】
すなわち、本発明の植物培養装置では、表1に示すように、培養支持体上面の中央部の分割領域Eの光量子束密度を100%としたときの各分割領域の光量子束密度のばらつきは92〜97%であった。また、表4に示すように、光源に最も近い位置においても、光量子束密度のばらつきは92〜98%であった。また、色分布(光質)に関しては、本発明の植物培養装置では、距離設定基準面からの距離にかかわらず全ての分割利用域において20%と一定であった。
【0067】
したがって、このような本発明の装置によれば、特に、クローン苗の培養に求められる成長の均一性を達成することが可能である。
【0068】
これに対して、LED素子を用いた従来の植物培養装置では、培養支持体面上の光量子束密度および色分布(光質)のばらつきは少ないが、光量子束密度および色分布(光質)ともに、距離設定基準面からの距離により大きくばらついている状態が表1乃至4に示されている。
【0069】
このような測定結果から、従来の装置では、光量子束密度のばらつき傾向は苗が生長するに従い、すなわち、光源に近づくほど顕著であり、また、光源面に対して平行な面ではなく、少し角度を変えると、その光質の差がより大きくなるという問題もあることがわかる。
【0070】
次に、本発明の平面発光型光源パネルを用いた植物培養装置により、シンビジウム苗条の無菌培養を行い、その成長状況を観測した。また、本発明の装置の効果を確認するために、従来の培養棚を用いる植物育成装置およびLEDを光源とする従来の植物育成装置についても同様な観測を行った。表5にこの結果を示す。
【0071】
なお、この実験に用いた植物育成装置は、光源の赤色光と青色光との構成比を8:2とし、温度25℃、3000ppmの炭酸ガスを使用したインキュベーター内で、光源を16時間点灯し、8時間休止するという点灯サイクルで栽培を行なった。
【0072】
表5には、培養棚を用いた従来の植物育成装置であって、管状の蛍光ランプ光源から培養支持体上面までの距離が25cmの従来例1、同じく管状の蛍光ランプ光源から培養支持体上面までの距離が40cmの従来例2、LED素子の平面配列を光源とし、この光源から培養支持体上面までの距離が11cmの従来例3、そして冷陰極蛍光ランプからなる平面発光型光源パネルを光源とし、この光源から培養支持体上面までの距離が11cmの本発明の実施例1の各装置について、草丈が10mm、50mm、90mmに到達した各時点までの日数および地上部生体重量が記載されている。
【0073】
【表5】
この観測結果から、草丈が10mmの低い時期の成長スピード、すなわち、栽培日数は従来例も本発明の実施例でも差はないが、草丈が50mm〜90mmと伸びて光源に近づくと、本発明の実施例の栽培日数は従来例に較べて8日から最大25日も短縮され、本発明の成長スピードは加速度的に早くなっている。
【0074】
この理由は、図9に示した光量子束密度のグラフからも明らかなように、植物が成長して光源に近づいても、管状の蛍光ランプ光源を用いた従来例1、2における光量子束密度は殆ど変わらないが、LED光源を用いた従来例3あるいは平面発光型光源を用いた本発明の実施例1では光量子束密度は比例的に増加し、したがって、植物は成長すればする程、多くの光量を必要とするので、相乗的に成長するものと考えられる。
【0075】
ただ、LED光源を用いた従来例3は、本発明の実施例1と較べて、図9の培養支持体からの距離約11cmにおける光量子束密度の差だけ低い光量子束密度を有しているため、成長スピードもやや低くなっている。この理由の一つは、表1乃至4に示したように培養支持体面およびこれに平行で異なる高さの栽培面での光量子束密度のバラツキが大きく、しかも、色分布、すなわち、赤色光と青色光との比のバラツキが大きく、均質な光となっていないためと推測できる。
【0076】
表6には表5に示した管状の蛍光ランプ光源を用いた従来例2、LED光源を用いた従来例3および平面発光型光源パネルを用いた本発明の実施例1についての成長速度とスペース効率との関係を示されている。
【0077】
【表6】
ここで、成長速度は、表5において、シンビジウムの苗が草丈が90mmに到達する最長日数115日を基準として求め、スペース効率は培養容器の高さ14cmと各光源の厚さ2cmを考慮し、一般的な培養棚間隔40cmに重ね置きできる個数として計算した。
【0078】
すなわち、成長速度は、表5における従来例2の栽培日数115日に対する栽培日数の比率で、本発明の実施例1の成長速度は(90/115)=1.27であり、従来例3の成長速度は(98/115)=1.17で表されている。
【0079】
また、スペース効率は従来例2による培養容器の高さに対する培養容器の高さ(高さ+光源の厚さ)の比率で表され、本発明の実施例1のスペース効率は(40cm/(14+2))=2.4となり、2倍以上のスペース効率となっている。なお、従来例3のスペース効率は(40cm/(14+2))=2.4であり、本発明と同一である。
【0080】
この表6から成長速度およびスペース効率の総合効果は、本発明の装置が最も高いことがわかる。
【0081】
このように、本発明の植物培養装置に用いられる平面発光型光源パネルは厚さが約6〜20mmと薄い上に、培養容器と一体化しているので、多段的な配置による高密度栽培が達成でき、省スペース化による高いスペース効率を有する。
【0082】
なお、上記本発明の植物培養装置は、導光板を介して内部に光を取り入れているため、培養容器の内部温度の上昇が非常に低く抑えられる。例えば、25℃に設定した培養容器内においては、1℃以下の温度上昇に留まり、導光板のある光源パネル中央の温度も1℃以下の温度上昇であった。このことは、本発明による平面発光型光源パネルは植物が成長して近接しても葉焼けなどの障害が出ない光源であるといえる。
【0083】
図12は、本発明を工業的な植物育成に応用した植物培養装置を示す側面図で、車輪42を取り付けた棚下43上に多数の培養容器44が載せられている。これらの培養容器44の上部には棚天井45と僅かな隙間をあけて平面発光型光源パネル46が設置されている。この平面発光型光源パネル46は、図1、図5、図6あるいは図7に示される照明装置である。
【0084】
そこで、このような装置において、平面発光型光源パネル46の真下に培養容器44を例えば16時間置き、その後、棚下43を平面発光型光源パネル46のない場所に移動させて16時間休止する。この休止後再び棚下43を平面発光型光源パネル46の真下に移動させ16時間置く。
【0085】
次に、上記の休止期間中には多数の培養容器44が載せられた他の棚下43(図示せず。)を平面発光型光源パネル46の真下に移動し、16時間経過後にはこの棚下43を平面発光型光源パネル46のない場所に移動させる。このように、培養システムのフローを作成することによって、一枚の平面発光型光源パネル46を多数の培養容器44に対して共用することができる。
【0086】
図13乃至16は本発明に使用する平面発光型光源パネルの他の例を示す図である。これらの光源パネルにおいては、いずれも図1および図2に示される拡散シートを備えていない。図13は、図1に示したエッジ型平面発光型光源パネルから拡散シート23を除去したもので、その他の構成は図1とほぼ同一であるため、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0087】
図14乃至16は、図13に示す光源パネルにおける冷陰極蛍光ランプ20を導光板22の一辺にのみ配置したエッジ型平面発光型光源パネルの概要を示す断面図である。これらの光源パネルにおいてはまた、導光板22の厚さが冷陰極蛍光ランプ20から離れるにしたがって薄くなっている。
【0088】
図14の光源パネルにおいては、導光板22の表面に印刷された散乱ドットパターン22´は、冷陰極蛍光ランプ20から離れるにしたがって徐々にその面積が大きく、あるいは、ドット間隔が小さくなるように印刷されている。これによって、導光板22の内部において、ランプ20の近くで明るく、遠くなるほど輝度が低下する傾向を緩和している。
【0089】
図15に示す光源パネルにおいては、導光板22の表面に散乱ドットパターン22´の代わりに、光を乱反射するためのV溝51加工が施され、冷陰極蛍光ランプ20から離れるにしたがって徐々にV溝51の間隔を小さくしている。これによって、導光板22の内部において、ランプ20の近くで明るく、遠くなるほど輝度が低下する傾向を緩和している。
【0090】
図16に示す光源パネルにおいては、導光板22の表面に散乱ドットパターン22´あるいはV溝51を設ける代わりに、光を乱反射するためにサンブラスト加工のような粗面52加工を施し、冷陰極蛍光ランプ20から離れるにしたがって徐々に粗面52を粗くする。これによって、導光板22の内部において、ランプ20の近くで明るく、遠くなるほど輝度が低下する傾向を緩和している。
【0091】
表7および表8は、図13に示すエッジ型平面発光型光源パネルを用いた本発明の植物培養装置の培養支持体上における光量子束密度の実測値と色分布(光質)との測定数値を図13に示すエッジ型平面発光型光源パネルを用いた本発明の植物培養装置との対比により示す表である。
【0092】
すなわち、この測定は、拡散シート23を除去した光源パネルと拡散シート23を備えた光源パネルを用いた植物培養装置との比較を行ったものである。なお、この測定は、表1乃至表4に示した測定と同じ測定方法を用いた。
【0093】
【表7】
【表8】
表7は距離設定基準面より8cm上の位置で測定した光量子束密度の測定結果、表8は培養支持体上面で測定した光量子束密度の測定結果であり、分割領域A〜Iの上部の数値は光量子束密度(単位:μmol/m2 ・s)の実測値を、また、下部の数値は青色光と赤色光との比率として青色光の比率、すなわち、青色/(赤色+青色)(単位:%)を測定した値をそれぞれ示している。
【0094】
分割領域A〜Iにおける光量子束密度のばらつきを、光量子束密度の最大値に対する最小値の割合で表すと、距離設定基準面より8cm上の位置では表7から、拡散シートがある場合には86%であるのに対して、拡散シートがない場合にも78%で、表2に示したLED光源の場合の51%に比較して優れた均一性を有していることがわかる。
【0095】
なお、培養支持体上面での測定値は、表8に示されるように、拡散シートがある場合およびない場合のいずれの場合にも96%と同じ値を示した。
【0096】
図17乃至図19は本発明の植物培養装置の他の実施形態を示す図である。これらの実施形態においては、平面発光型光源パネルと培養容器が、載置部材により所定の位置関係に配置されている。すなわち、図17(a)および(b)は、斜視図および側面図である。
【0097】
図17(a)および(b)において、載置部材53Aは、金属や硬質合成樹脂等からなる無空棒材、パイプ材や板材を曲折して形成した前記培養容器26の高さよりやや高い一対のZ字型の支柱54,54と、この支柱54,54の各端部間や中間の折曲部間、ここでは中間の折曲部間を接続した2本の補強用の支持梁55,55とで構成され、支柱54,54および支持梁55,…で囲まれた略四角形をなす枠状の載置部材53Aの空間50内に、前記培養容器26が入れられる。
【0098】
また、平面発光型光源パネル27を構成するハウジング19の対向する両側壁には、下側に開口している直線状の溝部56を有する取付片57が設けられている。そして、前記載置部材53Aを構成するZ字型の支柱54,54の上方の支持梁58,58(一方は図示しない。)に、前記ハウジング19に設けられた取付片57,57の溝部56,56を嵌込むことにより一体化される。図中、19aは内部にインバーターを収容した突状部である。
【0099】
この植物培養装置は、載置部材53Aの上方側に平面発光型光源パネル27が保持され、この載置部材53Aの支柱54,54間に前記培養容器26を配置すれば、前記光源パネル27と培養容器26とは対向して前記光源パネル27からは水平面上で均一の光照射分布が得られることから、前記培養容器26内において培養支持体や植物等に均等な光照射が行われる。
【0100】
また、培養容器26を囲う載置部材53Aが枠状であるので、培養容器26の出し入れおよび培養容器26内の植物の育成状態等の観察が容易に行える。
【0101】
また、前記培養容器26の高さがZ字型の支柱54,54の高さよりやや低いので、前記平面発光型光源パネル27の下面との間に隙間が形成される結果、蛍光ランプ20の点灯時に前記光源パネル27からの放射熱を逃がし培養容器26内の温度上昇を阻止できる。
【0102】
なお、前記枠状の載置部材53Aを構成する一対の支柱54,54をZ字型としたがZ字型に限らず、口字型や日字型等などであってもよく、また、支持梁55の本数は、平面発光型光源パネル27の重量等に対応して適宜本数設ければよい。また、平面発光型光源パネル27の取付片57も溝部56に限らず、ハウジング19にフックや切込み等の係止手段を設けたりあるいは載置部材53A側に光源パネル27の移動阻止手段を設けるようにしても差支えない。さらに、平面発光型光源パネル27は、支柱54に限らず支持梁55に保持させるようにしてもよい。
【0103】
図18(a)、(b)および図19は、本発明の植物培養装置のさらに他の実施形態を示し、図18(a)および(b)は、斜視図および側面図、図19は平面発光型光源パネルおよび前記培養容器が配設されていない状態の載置部材単体の斜視図である。
【0104】
この実施形態においては、載置部材53Bは、透明アクリル等の合成樹脂等からなる板材を前記培養容器26の高さよりやや高いコ字型に曲折して構成され、このコ字型が形成する空間50内に前記培養容器26が入れられる。
【0105】
また、平面発光型光源パネル27は、載置部材53Bの上板59上に載置され、この上板59にねじ60,…止めや、光源パネル27の側壁の周縁部が上板59の周縁に嵌合する(図示しない。)ことによって取付けられている。
【0106】
この載置部材53Bは、図19に示すように、上板59の中央部に孔58aが形成されている。このように開口しておくことにより、光源パネル27による透過光損失の低減がはかれる。
【0107】
このような載置部材53Bを設けることにより、図17に示した実施形態と同様に、前記培養容器26の高さがコ字型の載置部材53Bの高さよりやや低いので、前記平面発光型光源パネル27の下面との間に隙間が形成される結果、蛍光ランプ20の点灯時に前記光源パネル27からの放射熱を逃がし培養容器26内の温度上昇を阻止できる。
【0108】
そして、この載置部材53Bは、上板59の中央部に孔58aが形成されているため、平面発光型光源パネル27の直下に配置した前記培養容器26内において均等な光照射が行われる。また、コ字型の載置部材53Bはその側面の3方が開口しているので、前記培養容器26の出し入れが容易である。
【0109】
なお、この実施形態においては、図19に示すように載置部材53Bを構成する上板59の中央部に孔58aを形成したが、載置部材53Bに透明度の高い材料を用いる場合には、孔58aを形成することなく、平面発光型光源パネル27の放射光を載置部材53Bを透過して培養容器26内に照射してもよい。また、前記載置部材53Bをコ字型に形成したが、開口部は2方となるが口字型等であってもよい。
【0110】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、植物培養装置用の照明装置として冷陰極蛍光パネル(装置)あるいはLED素子を使用し、且つ、その照射面に拡散シートを設けたので、培養容器内に高い光量子束密度と均一な色分布(光質)を有する照射光を供給することができる。その結果、クローン苗や無菌苗などの成長速度を著しく向上させることができる。
【0111】
また、本発明によれば、高さが20cm以下の培養容器により、高い光量子束密度と均一な色分布(光質)の照射光を供給できるため、小型軽量でスペース効率の高い植物培養装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平面発光型光源パネルの一実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1に示す平面発光型光源パネルの分解斜視図である。
【図3】本発明の植物培養装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図4】本発明の植物培養装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図5】本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図6】同じく本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図7】同じく本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図8】図7に示した複数個の蛍光ランプへのインバーターからの電力供給回路構成を示す斜視図である。
【図9】図1に示す平面発光型光源パネルにより放射される光量子束密度の測定結果を示すグラフである。
【図10】図3に示す本発明の植物培養装置内部における光量子束密度の測定結果を、従来のLED素子を用いた植物培養装置および管状光源(蛍光ランプ)を用いた培養棚と対比して示したグラフである。
【図11】植物培養装置内部における光量子束密度を測定する装置の概要を示す平面図である。
【図12】本発明を工業的な植物育成に応用した植物培養装置を示す側面図である。
【図13】本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図14】同じく本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した断面図である。
【図15】同じく本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図16】同じく本発明の平面発光型光源パネルの他の実施形態を示した斜視図である。
【図17】本発明の植物培養装置の他の実施形態を示し、同図(a)は斜視図、(b)は側面図である。
【図18】本発明の植物培養装置の他の実施形態を示し、同図(a)は斜視図、(b)は側面図である。
【図19】図18に示す植物培養装置における載置部材の斜視図である。
【図20】従来の培養棚を用いた植物培養装置の概略構成を示す側面図である。
【図21】従来のLED素子を光源として用いた植物培養装置の概略構成を示す斜視図である。
【図22】従来の培養棚を用いた植物培養装置の使用状況を示す側面図である。
【図23】従来のLED光源を使用した植物培養装置内の照射光分布モデルを示した斜視図である。
【符号の説明】
1,26,44 培養容器
2,29 培地、培養支持体
3,43 棚下
4,45 棚天井
5 熱陰極蛍光ランプ
6 LED素子
7 培養支持体
8 無駄な空間
9 白紙
10 斑点
17 光量子測定箇所
18 センサー
19 ハウジング
21 反射シート
22 導光板
23,35,41 拡散シート
24 リフレクター
25,31 インバーター
28 支柱
30 凸部
32 平面発光型光源パネル上面
33 トップシール
34 LED素子
39 冷陰極蛍光ランプ
40 反射板
42 車輪[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plant culture device used for plant tissue culture or plant cultivation using an artificial light source, and a lighting device used for the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a future food problem, a closed plant growing method that artificially controls the environment without being affected by the environment has attracted attention.
[0003]
In a culture shelf generally used as a conventional artificial plant growing method, a
[0004]
On the other hand, it is known that, in such artificial plant growing, the use of cloned seedlings or sterile seedlings increases productivity and significantly improves yield and quality.
[0005]
By the way, in order to produce such cloned seedlings or aseptic seedlings, a culture vessel is required to be impermeable to bacteria and to prevent drying of the culture support.In particular, the culture vessel is micropropagated, that is, It is indispensable for the production by micropropagation of elite solids by tissue culture technology.
[0006]
FIG. 21 is a perspective view showing an outline of a plant culture vessel proposed by Michio Tanaka for such a purpose. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-252651, this container comprises a
[0007]
The
[0008]
Here, the reason for using an LED element that emits blue light and red light is that light necessary for growing a plant is light having a wavelength in which red and blue components are uniformly mixed, and this uniform mixing is performed. In order to obtain different wavelengths, blue and red LEDs are regularly arranged.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described plant growing apparatus using the culture shelf, since a tubular hot cathode fluorescent lamp is used as a light source, it is difficult to make the light amount distribution on the light receiving surface uniform. That is, since the distance between the light source and each cultivation point greatly changes on the horizontal plane of the shelf, it is difficult to make the light amount distribution on the light receiving surface uniform using light emitted concentrically from the tubular light source.
[0010]
Further, the hot cathode fluorescent lamp has disadvantages such as a large tube diameter and a short life as compared with the cold cathode fluorescent lamp, and a circuit for heating the hot filament is required, and the lighting circuit is complicated.
[0011]
Therefore, the distance between the
[0012]
Further, in the plant growing apparatus using the above-described culture shelf, when the number of the
[0013]
Next, in the above-described plant culture vessel using the LED as a light source, the above-mentioned problems of space efficiency and radiant heat are improved, but there are the following problems. That is, since the LED is a point light source, the emission angle of the emitted light is small and the directivity is strong, so that a difference in lightness and darkness appears depending on the location in the water surface in the plant culture vessel, and the distribution of the photon flux density also varies. .
[0014]
This means that, as shown in FIG. 23, when the
[0015]
Further, as described above, the wavelength necessary for growing a plant is a wavelength in which red and blue components are uniformly mixed, and in order to obtain this uniformly mixed wavelength, the blue and red LED elements are required. It is difficult to obtain a uniform color distribution (light quality) only by regularly arranging.
[0016]
In other words, simply arranging the blue and red LED elements regularly varies the intensity of each luminescent color depending on the arrangement position, and a technique for adjusting this to make the color distribution (light quality) uniform has been realized. Did not.
[0017]
Therefore, an object of the present invention is to provide a plant culture apparatus provided with a lighting device that has uniform color light distribution (light quality) and photon flux density distribution in a plant culture container and eliminates the influence of radiant heat. It is assumed that.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
A plant culture device equipped with the lighting device of the present invention is a plant culture container that forms a culture space by a wall having at least a ceiling surface having optical transparency, a culture support disposed at the bottom of the container, A flat light-emitting device disposed on the ceiling surface of the plant culture vessel, the flat light-emitting device has a flat light guide plate having at least one end surface as a light incident end surface, and a flat plate of the light guide plate. Light control means for emitting light incident from the one end surface formed on the surface from the flat plate surface and controlling at least the entire illuminance of the flat plate surface to be uniform, and disposed on at least one end surface of the light guide plate. A light source is provided, and an illuminance distribution on a horizontal plane by light emitted from the entire ceiling surface of the plant culture vessel is made uniform.
[0019]
Further, a plant culture device equipped with the lighting device of the present invention includes a plant culture container in which at least a ceiling surface forms a light-permeable culture space, a culture support disposed at the bottom of the container, and the plant culture container. A flat light-emitting light source device disposed on the ceiling surface of the container, the flat light-emitting light device includes a light source disposed on the ceiling surface side of the plant culture container, and light from the light source being used for the plant culture. A planar light transmitting member that diffuses and irradiates the culture space of the container, and uniformizes the illuminance distribution on a horizontal plane by light emitted from the entire ceiling surface of the plant culture container. is there.
[0020]
Further, in the plant culturing apparatus equipped with the lighting device of the present invention, the flat light source device includes a light guide plate, a thin-walled cold cathode fluorescent lamp disposed on a peripheral portion of the light guide plate, and a cold cathode. It is characterized by comprising a reflector for reflecting the light emitted from the fluorescent lamp in the direction of the light guide plate, and a reflection sheet provided on the surface of the light guide plate opposite to the light emission surface side.
[0021]
Furthermore, in the plant culture device equipped with the illumination device of the present invention, the flat light source device includes a plurality of thin tubular cold-cathode fluorescent lamps arranged substantially in parallel in a ceiling surface of the plant culture container. And a diffusion sheet arranged on one surface of the cold cathode fluorescent lamp array.
[0022]
Further, in the plant culture device equipped with the lighting device of the present invention, the flat light source device includes a plurality of LED elements arranged in a plane in a ceiling surface of the plant culture container, and the LED elements. And a diffusion sheet arranged on one side of the array.
[0023]
Furthermore, a plant culture device equipped with the lighting device of the present invention includes a plant culture container, a flat light-emitting light source panel for irradiating plant growing light into the plant culture container, and the flat light-emitting light source panel. A mounting member that supports the plant culture container with a gap at the top thereof, and the mounting member has at least a part of a side surface opened, and the plant culture container is connected to the plant culture container through the opened side surface. The flat light-emitting light source panel can be moved to a lower position and taken out from the lower position, and has such a height that the flat light-emitting light source panel is supported above the plant culture vessel with a gap. It is characterized by the following.
[0024]
The illumination device for a plant culture device of the present invention is a light source that irradiates light inside the plant culture container, a light guide plate that guides irradiation light from the light source into the ceiling surface of the plant culture container, and is radiated from the light guide plate. And a diffusion sheet for supplying a substantially uniform illuminance distribution to the inside of the plant culture vessel.
[0025]
Further, in the illumination device for a plant culture device of the present invention, the flat light source device includes a light guide plate, a plurality of LED elements arranged on a peripheral portion of the light guide plate, and light emitted from the LED elements. And a reflecting sheet disposed on one surface of the light guide plate.
[0026]
Further, in the illumination device for a plant culture device of the present invention, the flat light source device includes a plurality of LED elements arranged in a plane on a ceiling surface of the plant culture container, and an arrangement of these LED element arrays. And a diffusion sheet arranged on one surface.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a flat light-emitting light source panel using a cold cathode fluorescent lamp, which is an embodiment of a lighting device for a plant culture device equipped with the lighting device of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
[0028]
Inside a panel-shaped
[0029]
That is, the cold
[0030]
For the
[0031]
As for the light emitted from the cold
[0032]
This light is further radiated as uniform light on the opposite side of the
[0033]
Such a
[0034]
An
[0035]
In the flat light-emitting light source panel configured as described above, light from the cold
[0036]
Since the flat light-emitting light source panel thus configured uses the thin-tube cold-
[0037]
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the plant culturing apparatus of the present invention in which the above-mentioned flat light emitting type light source panel is mounted as a light source. The
[0038]
The
[0039]
Further, a
[0040]
This gap is not limited to the
[0041]
In this embodiment, the
[0042]
In addition, a
[0043]
Further, as for the
[0044]
Next, another embodiment of the illumination device for a plant culture device of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0045]
FIG. 5 shows a flat light-emitting light source panel in which a
[0046]
FIG. 6 shows an edge-type LED light source using a plurality of
[0047]
A
[0048]
FIG. 7 is a perspective view of a flat light emitting type light source panel in which a plurality of thin tubular cold
[0049]
In addition, as the diffusion sheet according to each of the above-described embodiments, for example, using a known lenticular lens, the incident light is converted into a parallel light beam that is substantially perpendicular to the surface of the diffusion sheet and is emitted. This achieves a uniform color distribution (light quality).
[0050]
The above-mentioned cold
[0051]
FIG. 8 is a perspective view showing a circuit configuration in which a plurality of such external
[0052]
FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the photon flux density emitted by the flat light source panel shown in FIG. Here, the photon flux density means a photosynthetic photon flux density (PPF or PPED), and expresses the amount of light per unit area not by energy but by the number of photons or photons as light particles.
[0053]
Plant photosynthesis depends on the number of photons incident on chlorophyll. Generally, one molecule of carbon dioxide (Co 2 8) to 10 photons are required in order to consume) in photosynthesis. Therefore, the value indicating the number of photons incident per unit time / unit area in the wavelength range of 400 nm to 700 nm, which is the absorption wavelength range of chlorophyll, is the photon flux density. The unit is μmol / m 2 -It is s. Here, 1 mol is 6.02 × 10 23 Individual. In terms of energy, from the relation of e = hν (e: energy, h: Planck's constant, ν: frequency), the shorter the wavelength (the higher the frequency), the higher the energy proportionally.
[0054]
In FIG. 9, the ordinate indicates the photon flux density, and the abscissa indicates the distance from the flat light source. Also, the broken lines (a), (b), and (c) in the figure respectively show the photon flux density at a distance of 11 cm from the light source at 100 μmol / m. 2 ・ S, 80 μmol / m 2 ・ S, 50 μmol / m 2 A change when set to s is shown.
[0055]
From this measurement result, the photon flux density emitted by the planar light-emitting type illumination device for a plant culture device of the present invention decreases as the distance from the light source increases, but when the distance from the light source is 20 cm or less, It was found that the distance increased exponentially as the distance became shorter. This indicates that when a plant seedling such as a cloned seedling or a sterile seedling grows and the distance from the luminous body as a light source becomes 20 cm or less, the growth speed increases rapidly.
[0056]
FIG. 10 compares the measurement results of the photon flux density inside the plant culture device of the present invention shown in FIG. 3 with a conventional plant culture device using LED elements and a culture shelf using a tubular light source (fluorescent lamp). FIG. The line graph (a) in the figure is the measurement result in the plant culture device of the present invention, and (b) and (c) are the measurement results for the conventional device.
[0057]
In addition, in the culture device of the present invention and the culture device using LED elements, the distance between the light source device and the culture support is 11 cm, and in the conventional device, the distance between the tubular light source and the culture support is 40 cm. In each case, the photon flux density on the upper surface of the culture support was approximately 50 μmol / m 2 -Set to the same value as s.
[0058]
From these measurement results, in the conventional culture device using the plant culture device and the LED element of the present invention, the photon flux density increases in proportion to the distance as the distance from the upper surface of the culture support increases. On the other hand, in the conventional culture shelf, the photon flux density hardly changes even if the distance changes. In addition, it was found that the former of the culture device of the present invention and the culture device using the LED element showed a higher density as a whole.
[0059]
Next, the photon flux density and color distribution (light quality) on the culture support in the plant culture apparatus of the present invention shown in FIG. 3 were measured in comparison with a conventional apparatus using an LED as a light source. FIG. 11 is a plan view showing the outline of the measuring device. That is, in the figure, the upper surface of the culture support in the plant culture apparatus is divided into nine parts, and the
[0060]
The plant culturing apparatus of the present invention used for the measurement uses the apparatus shown in FIG. 3, and as shown in FIG. 3, the gap between the flat light-emitting
[0061]
Tables 1 to 4 are tables showing the measured values of the photon flux density and the measured color distribution (light quality) on the culture support of the plant culture apparatus of the present invention in comparison with the conventional apparatus.
[0062]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
Table 1 shows the measurement results of the photon flux density measured at a
[0063]
In addition, the light source of each plant culture device has a photon flux density of 50 μmol / m at the center of the upper surface of the culture support. 2 Lights under the condition of s or less, and the ratio of blue light to red light is set to 2: 8 as a color distribution (light quality) suitable for culture.
[0064]
Further, as the lighting conditions of the light source, in the case of a flat light source panel with one cold cathode fluorescent lamp, the input voltage is 7.4 V, the input power is 4.1 W, and the lamp current is 4.9 mArms. In the case of, the input voltage is 10 V and the input power is 3.0 W for 9 blue LEDs and 36 red LEDs.
[0065]
As is clear from the measurement results shown in Tables 1 to 4, in the plant culture device of the present invention, the variation in the distribution of the photon flux density is smaller than that of the conventional device regardless of the distance from the distance setting reference plane.
[0066]
That is, in the plant culture apparatus of the present invention, as shown in Table 1, when the photon flux density of the divided region E at the center of the upper surface of the culture support is 100%, the variation of the photon flux density of each divided region is 92%. 9797%. Further, as shown in Table 4, even at the position closest to the light source, the variation of the photon flux density was 92 to 98%. Regarding the color distribution (light quality), in the plant culturing apparatus of the present invention, it was constant at 20% in all divided use areas regardless of the distance from the distance setting reference plane.
[0067]
Therefore, according to such an apparatus of the present invention, it is possible to particularly achieve the uniformity of growth required for culturing cloned seedlings.
[0068]
On the other hand, in the conventional plant culture device using the LED element, the variation of the photon flux density and the color distribution (light quality) on the culture support surface is small, but both the photon flux density and the color distribution (light quality) are low. Tables 1 to 4 show states in which the distance largely varies depending on the distance from the distance setting reference plane.
[0069]
From these measurement results, in the conventional apparatus, the tendency of the photon flux density to vary as the seedlings grow, that is, as the seedlings approach the light source, is not parallel to the light source surface, but is slightly inclined. It can be seen that there is also a problem that the difference in the light quality becomes larger when the value is changed.
[0070]
Next, aseptic cultivation of Cymbidium shoots was performed using a plant culturing apparatus using the flat light-emitting light source panel of the present invention, and the growth state was observed. Further, in order to confirm the effects of the device of the present invention, similar observations were made for a conventional plant growing device using a conventional culture shelf and a conventional plant growing device using an LED as a light source. Table 5 shows the results.
[0071]
In the plant growing apparatus used in this experiment, the light source was turned on for 16 hours in an incubator using a 3000 ppm carbon dioxide gas at a temperature of 25 ° C. with a composition ratio of red light and blue light of 8: 2. Cultivation was performed in a lighting cycle of resting for 8 hours.
[0072]
Table 5 shows a conventional plant growing apparatus using a culture shelf, in which the distance from the tubular fluorescent lamp light source to the upper surface of the culture support is 25 cm. Conventional example 2 in which the distance from the light source to the top surface of the culture support is 11 cm, and a planar light source panel including a cold cathode fluorescent lamp is used as a light source. For each device of Example 1 of the present invention in which the distance from the light source to the upper surface of the culture support was 11 cm, the number of days and the above-ground body weight until each time the plant height reached 10 mm, 50 mm, and 90 mm were described. I have.
[0073]
[Table 5]
From this observation result, the growth speed in the low season when the plant height is 10 mm, that is, the cultivation days is not different between the conventional example and the embodiment of the present invention. The cultivation days of the examples are reduced from 8 days to a maximum of 25 days compared to the conventional example, and the growth speed of the present invention is accelerated at an accelerated rate.
[0074]
The reason for this is that, as is clear from the photon flux density graph shown in FIG. 9, even when the plant grows and approaches the light source, the photon flux density in Conventional Examples 1 and 2 using the tubular fluorescent lamp light source is small. Although there is almost no change, in the conventional example 3 using the LED light source or the example 1 of the present invention using the flat light emitting type light source, the photon flux density increases proportionately, so that the more plants grow, the more the plants grow. Since light quantity is required, it is considered that they grow synergistically.
[0075]
However, Conventional Example 3 using an LED light source has a lower photon flux density by the difference of the photon flux density at a distance of about 11 cm from the culture support of FIG. 9 as compared with Example 1 of the present invention. , The growth speed is also slightly lower. One of the reasons for this is that, as shown in Tables 1 to 4, the photon flux density on the culture support surface and on the cultivation surface at different heights parallel thereto is large, and the color distribution, that is, the red light It can be inferred that the variation in the ratio with the blue light is large and the light is not uniform.
[0076]
Table 6 shows the growth rate and space for Conventional Example 2 using the tubular fluorescent lamp light source shown in Table 5, Conventional Example 3 using the LED light source, and Example 1 of the present invention using the flat light source panel. The relationship with efficiency is shown.
[0077]
[Table 6]
Here, in Table 5, the growth rate is determined based on the maximum number of days of 115 days in which the plant height of the Cymbidium reaches 90 mm, and the space efficiency considers the height of the culture vessel of 14 cm and the thickness of each light source of 2 cm, The number was calculated as a number that can be placed on a common culture shelf interval of 40 cm.
[0078]
That is, the growth rate is the ratio of the cultivation days to the 115 cultivation days of Conventional Example 2 in Table 5, and the growth rate of Example 1 of the present invention is (90/115) = 1.27. The growth rate is represented by (98/115) = 1.17.
[0079]
The space efficiency is represented by the ratio of the height of the culture vessel (height + the thickness of the light source) to the height of the culture vessel according to Conventional Example 2, and the space efficiency of Example 1 of the present invention is (40 cm / (14 + 2). )) = 2.4, which is more than twice the space efficiency. The space efficiency of Conventional Example 3 is (40 cm / (14 + 2)) = 2.4, which is the same as that of the present invention.
[0080]
From Table 6, it can be seen that the overall effect of the growth rate and the space efficiency is the highest for the apparatus of the present invention.
[0081]
As described above, since the flat light-emitting light source panel used in the plant culture apparatus of the present invention is as thin as about 6 to 20 mm and is integrated with the culture vessel, high-density cultivation by multi-stage arrangement is achieved. And high space efficiency due to space saving.
[0082]
In the plant cultivation apparatus of the present invention, since light is introduced into the inside through the light guide plate, the rise in the temperature inside the culture vessel can be kept very low. For example, in the culture vessel set at 25 ° C., the temperature rose only 1 ° C. or less, and the temperature at the center of the light source panel with the light guide plate also rose 1 ° C. or less. This means that the flat light source panel according to the present invention is a light source that does not cause obstacles such as burning of leaves even when plants grow close to each other.
[0083]
FIG. 12 is a side view showing a plant culturing apparatus in which the present invention is applied to industrial plant cultivation. A large number of
[0084]
Therefore, in such an apparatus, the
[0085]
Next, during the above-mentioned rest period, another shelf 43 (not shown) on which a number of
[0086]
13 to 16 are views showing another example of the flat light source panel used in the present invention. None of these light source panels have the diffusion sheet shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 13 is a view obtained by removing the
[0087]
FIGS. 14 to 16 are cross-sectional views showing an outline of an edge type planar light emitting type light source panel in which the cold
[0088]
In the light source panel of FIG. 14, the scattering
[0089]
In the light source panel shown in FIG. 15, instead of the
[0090]
In the light source panel shown in FIG. 16, instead of providing the
[0091]
Tables 7 and 8 show the measured values of the photon flux density and the measured values of the color distribution (light quality) on the culture support of the plant culture device of the present invention using the edge-type flat light-emitting light source panel shown in FIG. 14 is a table showing a comparison with the plant culture device of the present invention using the edge-type flat light-emitting light source panel shown in FIG. 13.
[0092]
That is, this measurement is a comparison between a light source panel from which the
[0093]
[Table 7]
[Table 8]
Table 7 shows the measurement results of the photon flux density measured at a
[0094]
When the variation of the photon flux density in the divided areas A to I is represented by the ratio of the minimum value to the maximum value of the photon flux density, at a
[0095]
In addition, as shown in Table 8, the measured value on the upper surface of the culture support showed the same value as 96% in both cases with and without the diffusion sheet.
[0096]
17 to 19 are diagrams showing another embodiment of the plant culturing apparatus of the present invention. In these embodiments, the flat light-emitting light source panel and the culture container are arranged in a predetermined positional relationship by the mounting member. That is, FIGS. 17A and 17B are a perspective view and a side view.
[0097]
17 (a) and 17 (b), a mounting
[0098]
On opposite side walls of the
[0099]
In this plant culturing apparatus, the flat light-emitting
[0100]
In addition, since the mounting
[0101]
In addition, since the height of the
[0102]
In addition, the pair of
[0103]
FIGS. 18 (a), (b) and 19 show still another embodiment of the plant culturing apparatus of the present invention, wherein FIGS. 18 (a) and (b) are perspective views and side views, and FIG. FIG. 3 is a perspective view of a mounting member alone in a state where a light-emitting light source panel and the culture container are not provided.
[0104]
In this embodiment, the mounting
[0105]
The flat
[0106]
As shown in FIG. 19, the mounting
[0107]
By providing such a mounting
[0108]
Since the mounting
[0109]
In this embodiment, as shown in FIG. 19, the hole 58a is formed in the center of the
[0110]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, a cold cathode fluorescent panel (device) or an LED element is used as a lighting device for a plant culture device, and a diffusion sheet is provided on the irradiation surface thereof. Irradiation light having a bundle density and a uniform color distribution (light quality) can be supplied. As a result, the growth rate of clone seedlings, sterile seedlings, and the like can be significantly improved.
[0111]
In addition, according to the present invention, a culture vessel having a height of 20 cm or less can supply irradiation light having a high photon flux density and a uniform color distribution (light quality). can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a flat light source panel of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the flat light emitting panel shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the plant culture device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the plant culture device of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the flat light emitting type light source panel of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the flat light emitting panel of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the flat light source panel of the present invention.
8 is a perspective view showing a configuration of a circuit for supplying power from an inverter to a plurality of fluorescent lamps shown in FIG. 7;
9 is a graph showing a measurement result of a photon flux density emitted by the flat light source panel shown in FIG.
FIG. 10 compares the results of measuring the photon flux density inside the plant culture device of the present invention shown in FIG. 3 with a conventional plant culture device using LED elements and a culture shelf using a tubular light source (fluorescent lamp). It is the graph shown.
FIG. 11 is a plan view showing an outline of an apparatus for measuring a photon flux density inside a plant culture apparatus.
FIG. 12 is a side view showing a plant culturing apparatus in which the present invention is applied to industrial plant cultivation.
FIG. 13 is a perspective view showing another embodiment of the flat light source panel of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing another embodiment of the flat light source panel of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing another embodiment of the flat light-emitting light source panel of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view showing another embodiment of the flat light source panel of the present invention.
17 shows another embodiment of the plant culturing apparatus of the present invention, wherein FIG. 17 (a) is a perspective view and FIG. 17 (b) is a side view.
18 shows another embodiment of the plant culturing apparatus of the present invention, wherein FIG. 18 (a) is a perspective view and FIG. 18 (b) is a side view.
19 is a perspective view of a mounting member in the plant culture device shown in FIG.
FIG. 20 is a side view showing a schematic configuration of a conventional plant culture apparatus using a culture shelf.
FIG. 21 is a perspective view showing a schematic configuration of a plant culturing apparatus using a conventional LED element as a light source.
FIG. 22 is a side view showing a usage state of a plant culture apparatus using a conventional culture shelf.
FIG. 23 is a perspective view showing an irradiation light distribution model in a plant culture apparatus using a conventional LED light source.
[Explanation of symbols]
1,26,44 Culture vessel
2,29 medium, culture support
3,43 under the shelf
4,45 shelf ceiling
5. Hot cathode fluorescent lamp
6 LED element
7 Culture support
8 Useless Space
9 Blank paper
10 spots
17 Photon measurement points
18 sensors
19 Housing
21 Reflective sheet
22 Light guide plate
23, 35, 41 Diffusion sheet
24 reflector
25,31 inverter
28 props
30 convex
32 Flat panel light source panel top surface
33 Top seal
34 LED element
39 cold cathode fluorescent lamp
40 Reflector
42 wheels
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006133710A (en) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sekisui Chem Co Ltd | Luminescence sign using external electrode illuminant |
WO2006098139A1 (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Tokuju Kogyo Co., Ltd | Lighting device and plant growing device equipped with the lighting device |
JP2007185115A (en) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Shizuoka Giken Kogyo Kk | Plant growth promoting apparatus |
JP2009077652A (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Institute Of Physical & Chemical Research | Method for promoting maturation of fruit |
GB2458808A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-07 | Binder Gmbh | Illumination Arrangement |
JP2014090684A (en) * | 2012-11-01 | 2014-05-19 | Sharp Corp | Illumination device |
JP2015029432A (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 凸版印刷株式会社 | Illumination device for plant cultivation |
CN105605467A (en) * | 2015-12-30 | 2016-05-25 | 量子光电科技(天津)有限公司 | UV-resistant plant light supplementing source and application thereof |
JP2016528877A (en) * | 2013-05-30 | 2016-09-23 | ハイアール グループ コーポレーション | A method for controlling freshness of vegetables or a box for cultivation, and a method for controlling connection of pipelines for keeping freshness of vegetables or a box for cultivation |
CN107409996A (en) * | 2017-07-18 | 2017-12-01 | 华南理工大学 | A kind of LED plant cultivation devices |
CN107896996A (en) * | 2017-12-29 | 2018-04-13 | 武汉艾德士生物科技有限公司 | A kind of culture box of visual plant tissue plumule |
KR20220005719A (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-14 | 주식회사 알지텍 | Culturing apparatus of microalgae equipped with interior light |
-
2002
- 2002-09-20 JP JP2002275084A patent/JP2004049211A/en not_active Abandoned
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4636852B2 (en) * | 2004-11-09 | 2011-02-23 | リンテック株式会社 | Luminous signboard using external electrode light emitter |
JP2006133710A (en) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sekisui Chem Co Ltd | Luminescence sign using external electrode illuminant |
WO2006098139A1 (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Tokuju Kogyo Co., Ltd | Lighting device and plant growing device equipped with the lighting device |
JP2007185115A (en) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Shizuoka Giken Kogyo Kk | Plant growth promoting apparatus |
JP2009077652A (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Institute Of Physical & Chemical Research | Method for promoting maturation of fruit |
GB2458808A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-07 | Binder Gmbh | Illumination Arrangement |
GB2458808B (en) * | 2008-04-02 | 2013-01-30 | Binder Gmbh | Illumination Arrangement |
JP2014090684A (en) * | 2012-11-01 | 2014-05-19 | Sharp Corp | Illumination device |
JP2016528877A (en) * | 2013-05-30 | 2016-09-23 | ハイアール グループ コーポレーション | A method for controlling freshness of vegetables or a box for cultivation, and a method for controlling connection of pipelines for keeping freshness of vegetables or a box for cultivation |
JP2015029432A (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 凸版印刷株式会社 | Illumination device for plant cultivation |
CN105605467A (en) * | 2015-12-30 | 2016-05-25 | 量子光电科技(天津)有限公司 | UV-resistant plant light supplementing source and application thereof |
CN107409996A (en) * | 2017-07-18 | 2017-12-01 | 华南理工大学 | A kind of LED plant cultivation devices |
CN107409996B (en) * | 2017-07-18 | 2023-11-21 | 华南理工大学 | LED plant culture device |
CN107896996A (en) * | 2017-12-29 | 2018-04-13 | 武汉艾德士生物科技有限公司 | A kind of culture box of visual plant tissue plumule |
KR20220005719A (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-14 | 주식회사 알지텍 | Culturing apparatus of microalgae equipped with interior light |
KR102406228B1 (en) | 2020-07-07 | 2022-06-08 | 주식회사 알지텍 | Culturing apparatus of microalgae equipped with interior light |
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