JP2011182781A - 植物栽培システム - Google Patents

Abstract

【課題】植物の成長態様を容易に調節しながら、その植物を栽培することができるシステムを提供する。
【解決手段】本発明の植物栽培システムＰ０は、植物に対して、異なる方向から光を照射する複数の光照射手段を備えている。複数の光照射手段は、その照射光の波長の相違に応じて、第１光照射手段Ｌ１と、第２光照射手段Ｌ２とに区分されている。また、光制御手段ＣＮＴにより、第１光照射手段Ｌ１および第２光照射手段Ｌ２のそれぞれによる照射光の強度の時間変化パターンが制御される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、植物を栽培するためのシステムに関する。

植物を栽培するためのシステムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−１７１８５７号公報 特開２００７−２８９０５６号公報

しかし、温度、湿度、光など植物の成長に影響を与える因子は多種多様であるため、当該因子を調節することによって植物を所望の態様で成長させることは困難であった。

そこで、本発明は、植物の成長態様を容易に調節しながら、その植物を栽培することができるシステムを提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための本発明の植物栽培システムは、植物に対して、異なる方向から光を照射する複数の光照射手段を備え、前記複数の光照射手段がその照射光の波長の相違に応じて区分されていることを特徴とする。

本発明は、同一方向から光が照射された植物であっても、波長が異なる光が照射された植物を比較すると、当該方向について植物の伸び方または成長度合が相違するという発明者の知見に基づいてなされている。したがって、本発明の植物栽培システムによれば、植物に対して光が照射される複数の方向のそれぞれに対する当該植物の成長度合または成長態様が、この光の波長または周波数範囲の相違に応じて容易に制御されうる。

前記植物栽培システムが、前記複数の光照射手段のそれぞれによる照射光の強度の時間変化パターンを制御する光制御手段を備えていてもよい。

本発明の植物栽培システムによれば、植物の成長因子である各方向からの光強度の時間変化パターンが制御されることにより、植物の成長態様が容易に制御されうる。

前記光制御手段が、少なくとも１つの前記光照射手段から前記植物に対して光が間欠的に照射されるように前記少なくとも１つの光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御してもよい。

前記光制御装置が、少なくとも２つの前記光照射手段のそれぞれから前記植物に対して光が間欠的に照射されるとともに、前記植物に対して光を照射する前記光照射手段が交互にまたは所定の順序で切り替えられるように前記少なくとも２つの光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御してもよい。

前記光制御手段が、前記光制御手段が、前記光照射手段の間欠的な光照射周期が１／ｆゆらぎを有するように前記光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御してもよい。

本発明は、同一方向から同一波長の光が照射された植物であっても、光が連続的に照射される場合と、光が間欠的に照射される場合とにおいて、当該光の照射方向に対する植物の伸び方または成長度合が相違するという知見に基づいてなされている。

したがって、前記構成の植物栽培システムによれば、植物に対して光が照射される複数の方向のそれぞれに対する当該植物の成長度合または成長態様が、この光の波長の相違に加えて、間欠的な光および連続的な光の別に応じて容易に制御されうる。

前記複数の光照射手段が、可視光を発するＬＥＤ群により構成されていてもよい。

前記植物栽培システムが、前記植物に対して、異なる方向から風を送る複数の送風手段を備えていてもよい。前記植物栽培システムが、前記植物に対して、異なる方向から音波を照射する複数の音波照射手段を備えていてもよい。

本発明の一実施形態としての植物栽培システムの構成説明図。 各光照射手段による照射光の時間変化パターンの制御方法に関する説明図。 本発明の植物栽培システムの利用方法に関する説明図。

（本発明の一実施形態としての植物栽培システムの構成）
本発明の一実施形態としての植物栽培システムの構成について説明する。図１に示されている植物栽培システムＰ０は、内部空間がある円柱状のアクリル製の容器ｖと、容器ｖの内部空間下部に配置されている、栽培対象となる植物ｐ（破線参照）のための栽培床ｂとを備えている。容器ｖおよびその内部空間の形状およびサイズは、栽培対象である植物ｐの標準的な形状およびサイズなどに応じて任意に変更されうる。容器ｖはビニールハウスなど、一定箇所に固定されている部屋などであってもよい。

容器ｖの素材はアクリルのほか任意の素材が採用されうるが、容器ｖの内部の様子が観察できる程度に少なくとも一部（観察窓）が透明または半透明の素材により構成されていることが好ましい。容器ｖの内部空間は密閉されている必要はなく、容器ｖの側壁など適当な箇所にスリットまたは穴が設けられていてもよい。

栽培床ｂは、たとえば、基盤と、その上に積層されている保水層および表土層とを備えている。栽培床ｂの各層の種類、厚みおよび積層順位などの構造は、植物ｐの種類に応じて適宜変更されうる。

植物栽培システムは、容器ｖの内部空間または栽培床ｂに対して水および養分などを供給するための供給源（図示略）をさらに備えていてもよい。容器ｖの内部に、容器ｖとは別個の鉢などの小容器に植えられている植物が、鉛直軸等の所定の軸回りに自転または公転することができるように、植物栽培システムがこの小容器を回転させるための駆動機構を備えていてもよい。

植物栽培システムは、植物に対して、異なる方向から光を照射する複数の光照射手段と、光制御手段ＣＮＴとを備えている。複数の光照射手段は、その照射光の波長の相違に応じて、１つの第１光照射手段Ｌ１および４つの第２光照射手段Ｌ２（１）〜Ｌ２（４）に区分されている。以下、第２光照射手段Ｌ２（ｉ）（ｉ＝１，２，３，４）を総称して第２光照射手段Ｌ２という場合もある。

第１光照射手段Ｌ１は複数の青色ＬＥＤ（波長範囲：４００〜５００ｎｍ）により構成され、植物ｐに対して上方から光を照射するように配置されている。一方、第２光照射手段Ｌ２は複数の赤色ＬＥＤ（波長範囲：６００〜７００ｎｍ）により構成され、植物ｐに対して異なる方位から横向きに光を照射するように配置されている。第２光照射手段Ｌ２（ｉ）を構成する発光素子の数は任意に変更されうる。第１光照射手段Ｌ１および第２光照射手段Ｌ２のそれぞれを構成する発光素子は、植物栽培システムＰ０が有するバッテリ（図示略）を電源としている。

なお、光の照射方向に応じて区分される複数の光照射手段が、植物ｐに対して青色光および赤色光のそれぞれを照射する２種類の光照射手段ではなく、植物ｐに対して赤色光および緑色光（波長範囲：５００〜６００ｎｍ）のそれぞれを照射する２種類の光照射手段、または、青色光および緑色光のそれぞれを照射する２種類の光照射手段など、照射光の波長に応じて２つに区分される光照射手段群により構成されてもよい。

照射光の波長が同じ複数の光照射手段は、ある点または軸に対して回転対称性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

また、複数の光照射手段が、植物ｐに対して青色光、赤色光および緑色光のそれぞれを照射する３種類の光照射手段、または、植物ｐに対して４つの異なる波長の光をそれぞれ照射する４種類の光照射手段など、３つ以上に区分される光照射手段群により構成されてもよい。

光制御手段ＣＮＴは、容器ｖの側壁に設けられたスペースなどに配置されているコンピュータにより構成されている。光制御手段ＣＮＴは、たとえば、図２に示されているように第１光照射手段Ｌ１および第２光照射手段Ｌ２（ｉ）（ｉ＝１，２，３，４）による照射光の時間変化パターンを制御するように構成またはプログラムされている。プログラムされているとは、コンピュータが当該制御機能を発揮することができるような形態でソフトウェアが適当なメモリに格納されていることを意味する。光制御手段ＣＮＴは、容器ｖおよび栽培床ｂとは別個に運搬されるパソコン等、外部のコンピュータにより構成されてもよく、このコンピュータが、光照射手段に対して無線接続または容器ｖの側面等の適当な箇所に設けられた接続端子を通じて有線接続されることにより、当該光照射手段の動作が制御されてもよい。

第１光照射手段Ｌ１は、時刻ｔ１から発光を開始し、連続的に一定強度で発光した後、時刻ｔ２において発光を停止するように制御される。

第２光照射手段Ｌ２（１）〜Ｌ２（４）は、時刻ｔ１以後に発光を開始し、間欠的に発光した後、時刻ｔ２以後に発光を停止するように制御される。第２光照射手段Ｌ２（１）およびＬ２（３）は、第１期間Ｔ１にわたり発光した後、第２期間Ｔ２にわたり発光を停止するという形で間欠的に発光する。第２光照射手段Ｌ２（２）およびＬ２（４）は、第２期間Ｔ２にわたり発光した後、第１期間Ｔ１にわたり発光を停止するという形で間欠的に発光する。

これにより、発光している光源がＬ２（１）＋Ｌ２（３）→Ｌ２（２）＋Ｌ２（４）→‥と遷移する（「＋」は同時に発光していることを表わす。以下同じ。）。すなわち、植物ｐから見ると光源位置が変化しているかのように照射光の時間変化パターンが制御される。

なお、第１光照射手段Ｌ１は１つのみならず複数あってもよい。第１光照射手段Ｌ１のうち少なくとも一部が、間欠的に発光するようにその照射光の時間変化パターンが制御されてもよい。複数の第１光照射手段Ｌ１のうち、発光する第１光照射手段Ｌ１（ｊ）（ｊ＝１，２，‥）が交互にまたは所定の順序で切り替えられてもよい。発光するＬＥＤの数が調節されることにより、照射光の強度が段階的または連続的に時間変化するように第１光照射手段Ｌ１が制御されてもよい。

第２光照射手段Ｌ２は１つであってもよい。第２光照射手段Ｌ２のうち少なくとも一部が、連続的に発光するようにその照射光の時間変化パターンが制御されてもよい。発光している光源がＬ２（１）→Ｌ２（２）→Ｌ２（３）→Ｌ２（４）→‥、Ｌ２（１）→Ｌ２（２）→Ｌ２（１）→Ｌ２（３）→Ｌ２（４）→‥またはＬ２（１）＋Ｌ２（２）→Ｌ２（３）＋Ｌ２（４）→‥など、さまざまな形態で遷移するように、第２光照射手段Ｌ２（１）〜Ｌ２（４）による照射光の時間変化パターンが制御されてもよい。第２光照射手段のうちすべてが発光を停止する期間があってもなくてもよい。発光するＬＥＤの数が時間変化することにより、照射光の強度が段階的または連続的に時間変化するように第２光照射手段Ｌ２（１）〜Ｌ２（４）のうち少なくとも一部が制御されてもよい。

また、発光している光源がＬ１＋Ｌ２（１）→Ｌ２（２）→Ｌ２（３）→Ｌ１＋Ｌ２（４）→‥、Ｌ１→Ｌ２（１）→Ｌ２（２）→Ｌ２（３）→Ｌ２（４）→‥またはＬ２（１）＋Ｌ２（２）→Ｌ１＋Ｌ２（３）＋Ｌ２（４）→‥など、第２光照射手段のみならず、第１光照射手段をも含む光照射手段群のそれぞれによる光照射パターンがさまざまな形態で制御されてもよい。

光照射手段による照射光の反射光を植物ｐに対して照射するように配置されたミラーが光照射手段を構成していてもよい。たとえば、図１（ｂ）に示されている第２光照射手段Ｌ２（３）およびＬ２（４）のそれぞれが発光素子群ではなく反射鏡によって構成されていてもよいまた、光照射手段Ｌ２（１）およびＬ２（２）の区間、光照射手段Ｌ２（２）およびＬ２（３）の区間、光照射手段Ｌ２（３）およびＬ２（４）の区間ならびに光照射手段Ｌ２（４）およびＬ２（１）の区間の少なくとも１つの区間にミラーが光照射手段として配置されてもよい。

光照射手段が間欠的に発光する場合、その光照射周期が１／ｆゆらぎを有するようにその照射光の時間変化パターンが制御されてもよい。すなわち、発光強度の時間変化パターンを表わす波形がフーリエ分解された際、各周波数成分が対数軸にプロットされたときにその傾きが「−１」で近似されるように、当該発光強度の時間変化パターンが制御されてもよい。

（本発明の植物栽培システムの作用効果）
本発明は、主に次の２つの発明者の知見に基づいている。

（第１知見）同一方向から光が照射された植物であっても、波長が異なる光が照射された植物を比較すると、当該方向について植物の伸び方または成長度合が相違する。

（第２知見）同一方向から同一波長の光が照射された植物であっても、光が連続的に照射される場合と、光が間欠的に照射される場合とにおいて、当該光の照射方向に対する植物の伸び方または成長度合が相違する。植物ｐが食用である場合、その「成長度合」とは、見た目の形状またはサイズのほか、ビタミンＣなどの栄養素の含有量をも意味する概念である。

したがって、本発明の植物栽培システムＰ０によれば、植物ｐに対して光が照射される複数の方向のそれぞれに対する当該植物の成長度合または成長態様が、この光の波長または周波数範囲の相違に加えて、間欠的な光および連続的な光の別に応じて容易に制御されうる。たとえば、光の照射方向および照射光の時間変化に応じて、植物にその本能を覚醒させるような刺激を与えることができる。

たとえば、本発明の前記実施形態によれば、植物栽培システムＰ０が、植物ｐの上方から青色光が照射され、植物ｐの横から赤色光が照射されるように構成されている（図１参照）。このため、この植物ｐ（野菜）が、赤色光に向かう伸び方が、青色光に対する伸び方よりも大きいという性質を有する場合、この野菜は上方への成長度合よりも、横への成長度合が高くなる。この結果、比較的背が低くて太った形に栽培されうる。

なお、植物栽培システムＰ０が、植物ｐの上方から赤色光が照射され、植物ｐの横から青色光が照射されるように構成されている場合、この野菜は、比較的背が高くて細い形に栽培されうる。

消費者にとって見栄えのよい形は、商品としての植物ｐの種類等の因子によって変動するので、当該因子に応じて、複数の光照射手段による照射光の波長および時間変化パターンが適宜調節されることにより、植物ｐが所望の形状またはそれに近い形状になるように栽培されうる。

また、必要に応じて、植物ｐの成長が抑制または遅延されうる。これにより、たとえば、植物ｐとしての苗が田植え前に成長しすぎて、田植え用の機械に入らなくなる事態が回避されうる。植物ｐとしての花の成長が抑制されることにより、その生命を長持ちさせることもできる。

略直方体状の容器の天板裏側付近に一または複数の光源が配置されることにより、当該容器の内部で栽培される植物に対して上方から光が照射されるような光源の配置（以下「上配置」が採用されてもよい。

表１には、光源の配置態様として上配置が採用されている点で共通する一方、当該光源の波長が異なる環境下で、１月にわたり栽培されたレタスの重量および体積のそれぞれの増加量が示されている。

表２から明らかなように、横配置に関しては、レタスの成長を促進する観点から、照射光の色として「赤およびオレンジ」の組み合わせが採用されることが、照射光の色として「青」等が採用されるよりも適当である。また、照射光の色として赤が採用された場合（環境例８、１０および１２参照）、その他の場合と比較してレタスの成長が促される。さらに、横配置が採用された場合、上配置が採用された場合と比較して、レタスの生長が促される。

（本発明の植物栽培システムの応用例）
植物栽培システムＰ０は、図３（ａ）に示されているように、コミュニティスペースにスタックされた形で（または単独で）設置されてもよい。容器ｖが透明または半透明であれば、植物栽培システムＰ０は、光を発するオブジェまたはランドマークとして、そのコミュニティスペースの雰囲気作りの役目を果たすと期待される。

容器ｖにスリット（または孔）が設けられている場合、このスリットを通じて、植物ｐとしてのハーブ植物または果物などの香りを、容器ｖの外側に漂わせることができる。これにより、植物栽培システムＰ０の周囲にいる人々に対してリラクゼーション効果をもたらすことが期待される。

また、コミュニティスペースに集まる人々に対して、植物ｐの成長過程に対する関心を抱かせ、あるいは、植物ｐに対する魅力を感じさせる効果が奏されると期待される。自動販売機のように、消費者が選択した植物ｐをその場で購入することができるように、植物栽培システムＰが、植物ｐを容器ｖの内側から外側に移動させるための機構（ロボットアーム、昇降台、傾動台など）を備えていてもよい。

さらに、ＬＥＤの点滅パターンを、消費者が所持している携帯電話機等の端末に読み込ませ、当該点滅パターンにより表わされている植物ｐとしての野菜または果物のレシピなどの情報をこの端末に表示させてもよい。

植物栽培システムＰ０は、図３（ｂ）に示されているように、持ち運び可能とされ、贈答品、植物ｐの成長過程を楽しむインテリア、または学校における教材などとして利用されてもよい。

植物栽培システムＰ０は、植物ｐに対して、異なる方向から風を送る複数のファン（送風手段）を備えていてもよい。植物ｐが感じる光に加えて、植物ｐの成長因子の１つである風の強弱および向きの時間変化パターンがコンピュータによって調節されうるので、植物ｐの成長態様がさらに緻密に調節されうる。

植物栽培システムＰ０は、植物ｐに対して、異なる方向から音波を照射する複数のスピーカ（音波照射手段）を備えていてもよい。植物ｐが感じる光に加えて、植物ｐの成長因子の１つである音の強弱およびその音が聞こえる方向の時間変化パターンがコンピュータによって調節されうるので、植物ｐの成長態様がさらに緻密に調節されうる。

また、スピーカから植物に対して音楽が流され、この音楽のリズム（周期）あるいは強弱（音波エネルギーの高低）に応じて、当該植物に対する光照射手段の光照射強度の高低、光照射周期の長短、照射方向、照射光の波長成分（赤色光および青色光、赤色光および緑色光など、波長の異なる光のそれぞれの照射強度の比率、発光している赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの数の比率など）が変化するように、当該光照射手段に照射光の態様が調節されてもよい。

また、植物の成長段階の変化に応じて、この植物に対する光の照射態様が制御されてもよい。発明者の獲た知見によれば、発芽した後の成長初期段階において、上配置された複数のＬＥＤにより黄色光または赤色光が、この芽に対して照射された場合、芽の成長が抑制される。また、野菜の歯触りを柔らかくする観点から、成長終了段階において緑色の光がこの野菜の葉に対して照射されることが好ましい。

そこで、たとえば、成長開始段階および成長中間段階では、植物に対して横配置されたＬＥＤまたは蛍光灯により白色光が照射され、成長終了段階では横配置された複数のＬＥＤにより光が照射されることが好ましい。

本発明の植物栽培システムが、野菜または果物の成熟促進装置として使用されてもよい。たとえば、パプリカは、採算性の観点から未成熟でまだ緑色の段階で収穫されることが好ましいが、このままのパプリカは商品価値が低い。そこで、パプリカの色が成熟時の色（赤色、橙色または黄色など）に変化するように、このパプリカに対して光が照射されることが好ましい。パプリカが緑色である未成熟段階では赤色光がこのパプリカに対して照射され、パプリカが赤味を帯びてきた成熟初期段階から青色光がこのパプリカに対して照射されることにより、パプリカの成長が促進され、その色が早期に成熟時の色になることが確認された。

パプリカ以外にも、トマト、リンゴまたはバナナ等のさまざまな野菜または果物の成熟が、光照射および光照射態様の制御によって調節されてもよい。野菜等が、透明なアクリル製の容器に収容された状態で、この容器が回転駆動されることにより、この野菜等に対する光照射態様が均等になるように調節されてもよい。

Ｐ０‥植物栽培システム、Ｌ１‥第１光照射手段、Ｌ２（１）〜Ｌ２（４）‥第２光照射手段、ＣＮＴ‥光制御手段。

Claims (8)

1. 植物に対して、異なる方向から光を照射する複数の光照射手段を備え、前記複数の光照射手段がその照射光の波長の相違に応じて区分されていることを特徴とする植物栽培システム。
2. 請求項１記載の植物栽培システムにおいて、
   前記複数の光照射手段のそれぞれによる照射光の強度の時間変化パターンを制御する光制御手段を備えている特徴とする植物栽培システム。
3. 請求項２記載の植物栽培システムにおいて、
   前記光制御手段が、少なくとも１つの前記光照射手段から前記植物に対して光が間欠的に照射されるように前記少なくとも１つの光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御することを特徴とする植物栽培システム。
4. 請求項２記載の植物栽培システムにおいて、
   前記光制御装置が、少なくとも２つの前記光照射手段のそれぞれから前記植物に対して光が間欠的に照射されるとともに、前記植物に対して光を照射する前記光照射手段が交互にまたは所定の順序で切り替えられるように前記少なくとも２つの光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御することを特徴とする植物栽培システム。
5. 請求項３または４記載の植物栽培システムにおいて、
   前記光制御手段が、前記光照射手段の間欠的な光照射周期が１／ｆゆらぎを有するように前記光照射手段による照射光の時間変化パターンを制御することを特徴とする植物栽培システム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の植物栽培システムにおいて、
   前記複数の光照射手段が、可視光を発するＬＥＤ群により構成されていることを特徴とする植物栽培システム。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の植物栽培システムにおいて、
   前記植物に対して、異なる方向から風を送る複数の送風手段を備えていることを特徴とする植物栽培システム。
8. 請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の植物栽培システムにおいて、
   前記植物に対して、異なる方向から音波を照射する複数の音波照射手段を備えていることを特徴とする植物栽培システム。

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