JP2010273551A - 農業ハウス及び農業ハウス用照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】農業ハウス及びそれに用いられる農業ハウス用照明器具において、受粉用昆虫が飛翔方向を正確に認識できるよう圃場内に紫外線を照射し、受粉用昆虫による農作物の受粉を円滑に行うようにする。
【解決手段】農業ハウス１は、受粉用昆虫Ｉが放散される圃場２を覆うものであって、圃場空間を形成する紫外線遮断性の被覆フィルム３と、圃場２に向けて偏光された紫外線を照射する複数の照明器具４とを備える。また、農業ハウス１は、各照明器具４による偏光された紫外線の配光状態を、任意の時刻における天空の偏光パターンが圃場２内で再現されるように制御する制御手段とを備える。圃場２内において天空の偏光パターンと同等の配光状態を実現し、受粉用昆虫Ｉに対して紫外線偏光を複数方向から視認させることにより、受粉用昆虫Ｉに方向認識を的確に行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、受粉用昆虫が放散される圃場を覆う農業ハウス、及びそれに用いられる農業ハウス用照明器具に関する。

従来から、この種の農業ハウスにおいては、圃場での害虫発生や農作物の病害発生を防止するために、太陽光に含まれる紫外線を遮蔽することが知られている。ところで、受粉用昆虫の多く（例えば、ミツバチ）は、太陽光に含まれる紫外線偏光を感知することにより、太陽の位置を認識し、飛翔する方向を決定する特性を有している。そこで、このような農業ハウスにおいて、農作物の受粉を行うときにだけ、ハウス内で紫外線発光体を発光させ、受粉用昆虫に受粉活動を行わせる構成がある（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００５−１２４５３４号公報 特開平７−２３６６８号公報

しかしながら、上述のような従来の構成では、圃場内において太陽光による天空の偏光パターンと同様の配光状態を実現できないために、受粉用昆虫は飛翔方向の認識が困難となり、農作物の受粉を効果的に行えないことがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、受粉用昆虫が飛翔方向を正確に認識できるよう圃場内に紫外線を照射し、受粉用昆虫による農作物の受粉を円滑に行うことができる農業ハウス、及びそれに用いられる農業ハウス用照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、圃場を紫外線遮断性の被覆フィルムにより覆う農業ハウスにおいて、圃場に向けて偏光された紫外線を照射する複数の照明器具と、前記照明器具による偏光された紫外線の配光状態を、任意の時刻における天空の偏光パターンが圃場内で再現されるように制御する制御手段と、を備えたものである。

請求項２の発明は、圃場を紫外線遮断性の被覆フィルムにより覆う農業ハウスに用いられる農業ハウス用照明器具であって、紫外線を含む光を出射する光源と、前記光源からの出射光を直線偏光に変換し圃場に向けて配光する偏光子と、前記偏光子による偏光された紫外線の配光状態を、任意の時刻における天空の偏光状態が圃場内で再現されるように制御する制御手段と、を備えたものである。

請求項１の発明によれば、各照明器具からの偏光された紫外線を配光制御し、圃場内において天空の偏光パターンと同等の配光状態を実現するので、受粉用昆虫に対して紫外線偏光を複数方向から視認させることができ、その結果、受粉用昆虫は方向認識を的確に行い、圃場内にある農作物や巣箱に向かって正確に飛翔することができる。従って、受粉用昆虫による農作物の受粉を円滑に行うことができ、ひいては、農作物の収穫率向上を図ることができる。

請求項２の発明によれば、偏光された紫外線を配光制御し、圃場内において天空の偏光パターンと同等の配光状態を実現するので、受粉用昆虫に対して紫外線偏光を複数方向から視認させることができ、その結果、請求項１と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る農業ハウスの斜視図。 （ａ）は上記農業ハウスの照明器具の斜視図、（ｂ）は同照明器具の側断面図。 上記照明器具において光源から出射された光の、直線偏光子の透過前後での偏光状態を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は直線偏光子の向き調整のための手順を示す図。 上記照明器具に設けられる回転駆動ユニットの側面図。 受粉用昆虫を中心とした天空の偏光パターンを示す図。 （ａ）は天空の偏光パターンの時間的な変化を示す図、（ｂ）は照明器具における偏光の照射パターンの時間的な変化を示す図。 （ａ）は天空から照射される偏光の受粉用昆虫への配光状態を示す図、（ｂ）は各照明器具から照射される偏光の受粉用昆虫への配光状態を示す図。 上記実施形態の変形例に係る照明器具の斜視図。 上記照明器具の発光ユニットの側断面図。

本発明の一実施形態に係る農業ハウスについて図１乃至図８を参照して説明する。図１は本実施形態に係る農業ハウス１の構成を示す。農業ハウス１は、受粉用昆虫Ｉが放散される圃場２を覆うものであって、圃場空間を形成する被覆フィルム３と、圃場２に向けて偏光された紫外線を照射する複数の照明器具４とを備えている。各照明器具４は、下向きに凸となる半球状の外郭を成し、本ハウス１内の上方に配された天井部材５に互いに離間して配されている。受粉用昆虫Ｉは、圃場２内で栽培される農作物２１の受粉を行うためのものであって、例えば、ミツバチやハルハナバチ等である。農作物２１としては、例えば、果樹や野菜、花、きのこ等が挙げられる。圃場２には、受粉用昆虫Ｉの巣箱２２が設置されている。

被覆フィルム３は、本ハウス１の骨組となる構造部材６に張設されており、紫外線を遮断し、可視光線を透過する部材で構成される。上記のような部材としては、例えば、塩化ビニル、ポリオレフィン系の透明樹脂材料に紫外線吸収剤が添加されたものが挙げられる。構造部材６は、例えば、耐腐食性を有した亜鉛製パイプで構成される。ここで、本ハウス１には、被覆フィルム３のバタツキを防止するためのハウスバンド７が設けられている。

図２は照明器具４の構成を示す。照明器具４は、半球板状の光透過性部材４１と、光透過性部材４１の内方に設けられ、近紫外線域に発光ピークを持つ光源４２と、光透過性部材４１を覆い、光源４２からの出射光を振動面が互いに異なる直線偏光に変換する偏光部材４３とを有している。光透過性部材４１は、紫外線を透過する部材から成り、例えば、無色透明なガラス材や、ポリカーボネート又はアクリル等の透明樹脂により形成される。光透過性部材４１の開口面側には、光源４２を保持するための蓋部材４４が設けられている。光源４２の種類は、特に限定されるものでなく、例えば、ＬＥＤや蛍光灯、白熱灯、ハロゲンランプ、有機ＥＬ等である。偏光部材４３は、光透過性部材４１の外面上に所定の領域に区分けして配された複数の直線偏光子４３ａから成り、例えば、光吸収型の偏光フィルムや偏光板により形成される。

図３は直線偏光子４３ａの偏光透過特性を示す。直線偏光子４３ａには、光源から出射され光透過部材を透過した光１０が入射し、この光１０は様々な偏光成分を有したランダム偏光となっている。直線偏光子４３ａは、その光透過軸と平行な偏光面１１の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を遮断する。

ここに、照明器具４による偏光された紫外線の配光状態は、任意の時刻における天空の偏光パターンが圃場２内で再現されるように制御される。本実施形態の農業ハウス１においては、圃場２内での天空の偏光パターン再現のために、偏光部材４３において直線偏光子４３ａの向き調整がなされる。図４は直線偏光子４３ａの向き調整のための手順を示す。まず、図４（ａ）に示すように、半球状の天球Ｇを用いて、ある時刻における天空の偏光パターンを想定する。この天球Ｇ上の偏光パターンは、天空から天球中心Ｃに向かう偏光Ｌ_Ａの振動方向を示すものであり、太陽Ｓを中心として同心円状に分布する。この振動方向とは、上述した偏光面（図３参照）の方向と同義である。ここで、偏光Ｌ_Ａの配光角を天球角度座標θ、φにより示し、配光角（θ、φ）で示される偏光Ｌ_Ａの振動方向をＡ（θ、φ）と定義している。例えば、配光角（θ_ｉ、φ_ｉ）でおける偏光Ｌ_Ａの振動方向はＡ（θ_ｊ、φ_ｊ）となり、配光角（θ_ｊ、φ_ｊ）における偏光Ｌ_Ａの振動方向はＡ（θ_ｊ、φ_ｊ）となる。

次に、図４（ｂ）に示すように、天球Ｇの地平面Ｐと接面して球体をなす仮想半球Ｈを用いて、天球中心Ｃに対し天球Ｇ上の偏光パターンと点対称なパターンを想定する。ここで、仮想半球Ｈ上のパターンに準じた振動方向を有し、仮想半球Ｈ外方を光出射方向とする偏光Ｌ_Ｂにおいて、配光角を（θ、φ）で示し、振動方向をＢ（θ、φ）と定義したとき、Ｂ（θ、φ）＝Ａ（θ、φ）の関係が成立する。つまり、偏光Ｌ_Ａの振動方向と偏光Ｌ_Ｂの振動方向とは、任意の配光角毎に等しくなる。例えば、配光角（θ_ｉ、φ_ｉ）における偏光Ｌ_Ｂの振動方向Ｂ（θ_ｉ、φ_ｉ）は、同じ配光角の偏光Ｌ_Ａの振動方向Ａ（θ_ｉ、φ_ｉ）と等しなり、配光角（θ_ｊ、φ_ｊ）における偏光Ｌ_Ｂの振動方向Ｂ（θ_ｊ、φ_ｊ）は、同じ配光角の偏光Ｌ_Ａの振動方向Ａ（θ_ｊ、φ_ｊ）と等しくなる。

次に、図４（ｃ）に示すように、仮想半球Ｈ上のパターンを照明器具４における偏光の照射パターンとして設定し、該照射パターンに沿って偏光部材４３の直線偏光子４３ａの光透過軸が平行になるように向き調整を行う。これにより、照明器具４からの照射光は、上記のような偏光Ｌ_Ｂを有した偏光状態に制御される。

また、本実施形態の農業ハウス１は、圃場２内における天空の偏光パターン再現のための制御構成として、照明器具４を地球の自転周期と同じ周期で回転させる回転駆動ユニット（制御手段）を備えている。図５はこの回転駆動ユニット８の構成を示す。回転駆動ユニット８は、各照明器具４に設けられており、照明器具４の蓋部材４４の略中央から上方に延出し天井部材５に挿通される回転軸８１と、回転軸８１に形成されたギア８１ａに係合するピニオン８２ａを有したモータ８２と、モータ８２を回転制御するマイコン８３とを有している。回転軸８１は、天井部材５の上面に当接する当接面８１ｂを有し、天井部材５に対して回転自在に保持される。モータ８２とマイコン８３は、互いに電力線９により接続されており、天井部材５に設置される。マイコン８３は、１時間当たり略１５度ずつ右回りにモータ８２を回転駆動させる。

ここで、本ハウス１の作用を説明する前提として、図６を参照して受粉用昆虫Ｉが方向認識を行うための一般的な原理について説明する。天空においては、レイニー散乱により様々な偏光１２が存在しており、これら偏光１２は、天空における位置に応じて所定の方向に振動している。天空の偏光パターンは、太陽Ｓと天頂Ｚを通り地平面Ｐに垂直な太陽子午線１３を基準に対称となっている。受粉用昆虫Ｉは、この偏光パターンの対称性を感知して太陽子午線１３の向きを認識し、飛翔方向を決定する特性を有している。ここで、受粉用昆虫Ｉによる偏光感知は、偏光１２に含まれる紫外線により行われる。

上記のように構成された農業ハウス１の作用について説明する。図７（ａ）は天空の偏光パターンの時間的な変化を示し、図７（ｂ）は照明器具における偏光の照射パターンの時間的な変化を示す。ここでは、天空の偏光パターンを天球Ｇを用いて示し、照明器具における偏光の照射パターンを仮想半球Ｈを用いて示し、さらに天球Ｇ及び仮想半球Ｈにおける各要素を上述の図４と同様に示している。図７（ａ）に示すように、天球Ｇにおいては、地球の自転作用により太陽子午線１３が回転し、これに伴って天空の偏光パターンが変化する。ここで、配光角（θ、φ）で示される偏光Ｌ_Ａにおいて、時刻ｔでの振動方向をＡ（θ、φ、ｔ）と定義している。このとき、配光角（θ_ｉ、φ_ｉ）の偏光Ｌ_Ａの振動方向は、時刻ｔ_０のときＡ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０、）となり、時刻ｔ_０からΔｔ時間経過したときＡ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０＋Δｔ）となる。

図７（ｂ）に示すように、仮想半球Ｈにおいては、回転駆動ユニット（図５参照）による照明器具の回転動作により偏光の照射パターンが変化する。ここで、配光角（θ、φ）で示される偏光Ｌ_Ｂにおいて、時刻ｔでの振動方向をＢ（θ、φ、ｔ）と定義したとき、Ｂ（θ、φ、ｔ）＝Ａ（θ、φ、ｔ）の関係が成立する。つまり、偏光Ｌ_Ａの振動方向と偏光Ｌ_Ｂの振動方向とは、全ての時間帯において任意の配光角毎に等しくなる。例えば、時刻ｔ_０のとき、配光角（θ_ｉ、φ_ｉ）の偏光Ｌ_Ｂの振動方向Ｂ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０）は、同じ配光角の偏光Ｌ_Ａの振動方向Ａ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０）と等しくなる。また、時刻ｔ_０からΔｔ時間経過したとき、配光角（θ_ｉ、φ_ｉ）の偏光Ｌ_Ｂの振動方向Ｂ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０＋Δｔ）は、同じ配光角、同時刻の偏光Ｌ_Ａの振動方向Ａ（θ_ｉ、φ_ｉ、ｔ_０＋Δｔ）と等しくなる。

図８（ａ）は天空から照射される偏光の受粉用昆虫への配光状態を示し、図８（ｂ）は各照明器具４から照射される偏光の受粉用昆虫への配光状態を示す。図８（ａ）に示すように、天空から受粉用昆虫Ｉに対して照射される偏光の振動方向は、天空の偏光パターンにより決定され、上述の配光角（θ、φ、）及び時刻ｔを用いてＡ（θ、φ、ｔ）で定義される。図８（ｂ）に示すように、各照明器具４から受粉用昆虫Ｉに対して照射される偏光の振動方向は、照明器具４における偏光の照射パターンにより決定され、上述の配光角（θ、φ、）及び時刻ｔを用いてＢ（θ、φ、ｔ）で定義される。つまり、本ハウス内に居る受粉用昆虫Ｉには、照明器具４の設置箇所に応じた配光角の偏光が複数の方向から照射される。ここで、地球の自転作用に応じた照明器具４の回転動作により、各照明器具４からの偏光についてＢ（θ、φ、ｔ）＝Ａ（θ、φ、ｔ）の関係が成立することから、受粉用昆虫Ｉの周囲には、天球の偏光パターンと同等の仮想偏光パターン１４が常時生成されることになる。

本実施形態に係る農業ハウス１によれば、各照明器具４からの偏光された紫外線を配光制御し、圃場２内において天空の偏光パターンと同等の配光状態を実現するので、受粉用昆虫Ｉに対して紫外線偏光を複数方向から視認させることができ、その結果、受粉用昆虫Ｉは方向認識を的確に行い、圃場２内にある農作物２１や巣箱２２に向かって正確に飛翔することができる。従って、受粉用昆虫Ｉによる農作物２１の受粉を円滑に行うことができ、ひいては、農作物２１の収穫率向上を図ることができる。

次に、上記実施形態の農業ハウス１に用いられる照明器具４の変形例を図９及び図１０を参照して説明する。図９に示す本変形例に係る照明器具４は、光出射面が半球形状となるように互いに近接して配列された複数の発光ユニット４ａから成る。図１０に示す発光ユニット４ａは、近紫外線域に発光ピークを持つ光源４２と、光源４２を囲う狭角配光型のレンズ４６と、レンズ４６を覆い光源４２からの出射光を直線偏光に変換する偏光部材４３とを有している。偏光部材４３は直線偏光子から成り、圃場内での天空の偏光パターン再現のために、上述の図４と同様に光透過軸の向き調整がなされる。その他の構成については、上記実施形態と同様である。これにより、本変形例の農業ハウスについても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、照明器具４による天空の偏光パターンの再現性を向上するために、地球の自転軸の傾きに合わせて照明器具４の回転軸８１を傾けるように構成してもよい。

１ 農業ハウス
２ 圃場
３ 被覆フィルム
４ 照明器具
４２ 光源
４３ 偏光部材
８ 回転駆動ユニット（制御手段）
Ｉ 受粉用昆虫

Claims (2)

1. 圃場を紫外線遮断性の被覆フィルムにより覆う農業ハウスにおいて、
   圃場に向けて偏光された紫外線を照射する複数の照明器具と、
   前記照明器具による偏光された紫外線の配光状態を、任意の時刻における天空の偏光パターンが圃場内で再現されるように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする農業ハウス。
2. 圃場を紫外線遮断性の被覆フィルムにより覆う農業ハウスに用いられる農業ハウス用照明器具であって、
   紫外線を含む光を出射する光源と、
   前記光源からの出射光を直線偏光に変換し圃場に向けて配光する偏光部材と、
   前記偏光部材による偏光された紫外線の配光状態を、任意の時刻における天空の偏光状態が圃場内で再現されるように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする農業ハウス用照明器具。

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