JP2015029450A - Light source device for plant cultivation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工的な光源により植物を栽培する技術に関する。 The present invention relates to a technique for cultivating a plant with an artificial light source.
近年、蛍光灯やLED(light emitting diode)、半導体レーザー(laser diode)などの人工的な光源を用いて植物を栽培する研究が進められており、人工光型植物工場として実用化されている。このような植物工場を設立するための費用としては照明用光源が大半を占めており、またランニングコストもかかってくるため、低コストで植物工場を運営していくには照明用光源の選定、構成の設計が非常に重要となる。 In recent years, research for cultivating plants using artificial light sources such as fluorescent lamps, LEDs (light emitting diodes), and semiconductor lasers (laser diodes) has been promoted and put into practical use as an artificial light type plant factory. The cost for establishing such a plant factory is mostly the light source for lighting, and the running cost is also high. Therefore, to operate the plant factory at low cost, The design of the configuration is very important.
このような植物工場の照明用光源としては、特許文献1に開示されているような植物の葉緑体を撮像手段で検出して、半導体レーザーから出射された光を2次元に走査する走査機構にて栽培対象となる植物へ照射する装置が考えられている。 As a light source for illumination in such a plant factory, a scanning mechanism for detecting the chloroplast of a plant as disclosed in Patent Document 1 with an imaging means and scanning light emitted from a semiconductor laser two-dimensionally A device for irradiating a plant to be cultivated in is considered.
図8は、特許文献1に開示された装置の一部を簡略化した模式図である。同図に示すように、半導体レーザー101には光ファイバ102が取り付けられ、ガルバノミラーなどで構成された走査機構103によって2次元に半導体レーザー101からの光が走査されるようになっている。またモノクロ2次元CCDである撮像部104によって、植物109の葉緑体が存在する領域を検出し、その検出結果に基づいて走査機構103の走査範囲を決定している。照射範囲が決定されると、走査機構103が駆動され、半導体レーザー101からの光の照射位置が繰り返し2次元に走査される。 FIG. 8 is a schematic diagram in which a part of the device disclosed in Patent Document 1 is simplified. As shown in the figure, an optical fiber 102 is attached to the semiconductor laser 101, and light from the semiconductor laser 101 is scanned two-dimensionally by a scanning mechanism 103 constituted by a galvanometer mirror or the like. In addition, the imaging unit 104, which is a monochrome two-dimensional CCD, detects an area where the chloroplast of the plant 109 exists, and determines the scanning range of the scanning mechanism 103 based on the detection result. When the irradiation range is determined, the scanning mechanism 103 is driven, and the irradiation position of the light from the semiconductor laser 101 is repeatedly scanned two-dimensionally.
特許文献1には、植物109が大きくなった場合、走査機構103により走査範囲を拡大するとしているが、走査機構103はガルバノミラーなどで構成されているため、ガルバノミラーへの光の入射と反射角度に制限があることから走査する範囲には制限がある。また光の入射と反射角度を拡大すると、ガルバノミラーの駆動振り角度を広げることになるので消費電力の増大につながるが、その解消方法については開示がない。 In Patent Document 1, when the plant 109 becomes large, the scanning range is expanded by the scanning mechanism 103. However, since the scanning mechanism 103 is configured by a galvanometer mirror or the like, the incidence and reflection of light on the galvanometer mirror is performed. Since the angle is limited, the scanning range is limited. Further, if the incident angle and the reflection angle of the light are increased, the driving swing angle of the galvano mirror is increased, which leads to an increase in power consumption. However, there is no disclosure on how to solve it.
また特許文献1には、撮像部104により葉緑体を検出しているが、撮像部104を動作させるには電源投入しなければならず、消費電力が上がるという課題に対してその解消方法については開示がない。 In Patent Document 1, chloroplasts are detected by the image pickup unit 104. However, a method for solving the problem that the power consumption must be turned on to operate the image pickup unit 104 and power consumption increases. Is not disclosed.
そこで、本発明の1つの実施形態は、栽培対象の植物の生長度合いに合わせて容易に光の照射範囲を拡大し、消費電力を増大させることなく栽培対象である植物に効率よく光を照射する植物栽培用光源装置を提供する。 Therefore, one embodiment of the present invention easily expands the light irradiation range according to the degree of growth of the plant to be cultivated, and efficiently irradiates light to the plant to be cultivated without increasing power consumption. A light source device for plant cultivation is provided.
本発明の一実施形態による植物栽培用照明装置は、光源と、レンズと、ミラーと、ミラー保持部材と、可動機構を搭載した植物栽培用光源装置であって、前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、前記レンズは前記光ビームを略平行光とし、前記ミラーは略平行光となった前記光ビームを偏向するとともに、前記ミラー保持部材を介して前記可動機構によって光軸方向に可動して、前記光ビームの照射領域を可変する。 An illumination device for plant cultivation according to an embodiment of the present invention is a light source device for plant cultivation that includes a light source, a lens, a mirror, a mirror holding member, and a movable mechanism, and a light beam emitted from the light source. And the lens forms an optical axis, the lens makes the light beam substantially parallel light, the mirror deflects the light beam that has become substantially parallel light, and the movable mechanism through the mirror holding member. Moving in the direction of the optical axis, the irradiation area of the light beam is varied.
本発明の他の実施形態による植物栽培用照明装置は、光源と、レンズと、ミラーと、レンズ保持部材と、可動機構を搭載した植物栽培用光源装置であって、前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、前記ミラーは前記レンズからの前記光ビームを偏向し、前記レンズは前記レンズ保持部材を介して可動機構が光軸方向に可動することで前記光ビームを発散光または平行光または収束光として、前記光ビームの照射領域を可変する。 An illumination device for plant cultivation according to another embodiment of the present invention is a light source device for plant cultivation equipped with a light source, a lens, a mirror, a lens holding member, and a movable mechanism, and the light emitted from the light source. An optical axis is formed by the beam and the lens, the mirror deflects the light beam from the lens, and the lens moves the light beam by moving a movable mechanism in the optical axis direction via the lens holding member. The irradiation area of the light beam is varied as divergent light, parallel light, or convergent light.
ある実施形態において、前記ミラーは略球面部を有している。 In one embodiment, the mirror has a substantially spherical portion.
ある実施形態において、前記ミラーは非球面部を有している。 In one embodiment, the mirror has an aspheric surface.
本発明の他の実施の形態による植物栽培用光源装置は、光源と、レンズと、少なくとも二つのミラーとを搭載した植物栽培用光源装置であって、前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、前記レンズは前記光ビームを略平行光とし、第一のミラーは前記光源からの光ビームを2次元に走査する走査機構を備え、第二のミラーは前記第一のミラーからの前記光ビームを反射する略球面部を備えて、前記走査機構が動作することで前記光ビームの照射領域を可変する。 A light source device for plant cultivation according to another embodiment of the present invention is a light source device for plant cultivation equipped with a light source, a lens, and at least two mirrors, and the light beam emitted from the light source and the lens The lens makes the light beam substantially parallel light, the first mirror has a scanning mechanism for two-dimensionally scanning the light beam from the light source, and the second mirror has the first mirror. A substantially spherical portion that reflects the light beam from the mirror is provided, and the irradiation region of the light beam is varied by operating the scanning mechanism.
ある実施形態において、前記第二のミラーが前記略球面部にて反射した前記光ビームにおいて、栽培対象となる植物の位置での走査速度が一定になるよう、前記第一のミラーの角速度を制御する制御手段を備える。 In one embodiment, the angular velocity of the first mirror is controlled so that the scanning speed at the position of the plant to be cultivated is constant in the light beam reflected by the substantially spherical portion by the second mirror. The control means to perform is provided.
ある実施形態において、前記第一のミラーが等角速度で走査動作したとき、栽培対象となる植物の位置において走査速度が一定になるよう、前記第二のミラーが備えた前記略球面部が非球面である。 In one embodiment, when the first mirror is scanned at an equiangular speed, the substantially spherical portion provided in the second mirror is aspheric so that the scanning speed is constant at the position of the plant to be cultivated. It is.
ある実施形態において、前記光源は、波長が同一ないしは異なる複数の光源によって構成され、前記レンズと成す光軸は前記複数のそれぞれの光源において略同軸となるよう配置する。 In one embodiment, the light source is constituted by a plurality of light sources having the same or different wavelengths, and an optical axis formed with the lens is arranged so as to be substantially coaxial with each of the plurality of light sources.
ある実施形態において、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶する記憶手段と、時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで照射領域を決定し、前記光ビームの照射領域範囲を制御する制御手段を備える。 In one embodiment, a storage unit that stores in advance a degree of growth of a plant to be cultivated in advance, an irradiation region is determined by the degree of growth read from the storage unit based on the passage of time, and the irradiation region of the light beam Control means for controlling the range is provided.
ある実施形態において、前記光ビームの照射光量をモニタするモニタ手段と、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶する記憶手段と、時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで照射光量を決定し、前記光ビームの照射光量を制御する制御手段を備える。 In a certain embodiment, the monitoring means which monitors the irradiation light quantity of the said light beam, the memory | storage means which memorize | stored the growth degree by the time passage of the plant used as cultivation object beforehand, and the growth degree read from the said memory means based on time passage And a control means for determining the irradiation light amount and controlling the irradiation light amount of the light beam.
ある実施形態において、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶する記憶手段と、時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで前記可動機構の可動速度を決定し、前記光ビームの走査状態を制御する制御手段を備える。 In one embodiment, a storage unit that stores in advance a degree of growth of a plant to be cultivated in advance, a moving speed of the movable mechanism is determined based on the degree of growth read from the storage unit based on the passage of time, and the light Control means for controlling the scanning state of the beam is provided.
ある実施形態において、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶する記憶手段と、時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで前記走査機構の走査速度を決定し、前記光ビームの走査状態を制御する制御手段を備える。 In one embodiment, a storage unit that stores a degree of growth of a plant to be cultivated in advance over time, a scanning speed of the scanning mechanism is determined based on the degree of growth read out from the storage unit based on the passage of time, and the light Control means for controlling the scanning state of the beam is provided.
本発明の1つの実施の形態によれば、栽培対象の植物の生長度合いに合わせて容易に光を照射し、消費電力を増大させることなく栽培対象である植物に効率よく光を照射することが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, light can be easily irradiated according to the degree of growth of a plant to be cultivated, and light can be efficiently irradiated to a plant to be cultivated without increasing power consumption. It becomes possible.
以下に、実施の形態の植物栽培用光源装置について、適宜図面を参照しながら説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Below, the light source device for plant cultivation of embodiment is demonstrated, referring drawings suitably. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 The applicant provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is not intended to limit the subject matter described in the claims. Absent.
(実施の形態1)
まず、本実施の形態における植物栽培用光源装置について説明する。
(Embodiment 1)
First, the light source device for plant cultivation in this Embodiment is demonstrated.
<1.光源ユニットの構成>
図1は本実施の形態における植物栽培用光源装置の光源ユニットの構成図である。光源ユニット15は、半導体レーザーなどの発光手段である光源1、光源1からの放射される光ビーム1bを略平行光にするレンズ2、レンズ2による略平行光となった光ビームを植物9の方向へ偏向するミラー3を備える。ここで光源1の発光点1aとレンズ2の重心で光ビーム1bの光軸1cを成している。また光源ユニット15はスクリュー6bにかみ合うラック5aを備えたミラー保持部材5、ミラー保持部材5で保持されたミラー3、ステッピングモータなどの回転手段6aとスクリュー6bで構成された可動機構6、光源1から放射された光ビームの光量をモニタするモニタ手段10を備える。光源ユニット15を複数備えることで、後述する植物栽培用光源装置を構成している。
<1. Configuration of light source unit>
FIG. 1 is a configuration diagram of a light source unit of a light source device for plant cultivation in the present embodiment. The light source unit 15 includes a light source 1 that is a light emitting means such as a semiconductor laser, a lens 2 that makes the light beam 1b emitted from the light source 1 substantially parallel light, and a light beam that has become substantially parallel light by the lens 2 of the plant 9. A mirror 3 that deflects in the direction is provided. Here, the light emitting point 1a of the light source 1 and the center of gravity of the lens 2 form the optical axis 1c of the light beam 1b. The light source unit 15 includes a mirror holding member 5 having a rack 5a meshing with the screw 6b, a mirror 3 held by the mirror holding member 5, a rotating mechanism 6a such as a stepping motor, and a movable mechanism 6 including a screw 6b. The monitor means 10 which monitors the light quantity of the light beam radiated | emitted from is provided. By providing a plurality of light source units 15, a light source device for plant cultivation described later is configured.
光源1から放射される光の波長は、好ましくは、630nm(ナノメートル)から680nmの赤色と呼ばれる波長帯域のものや、380nmから500nmの青色と呼ばれる波長帯域のものである。 The wavelength of light emitted from the light source 1 is preferably in a wavelength band called red from 630 nm (nanometers) to 680 nm or in a wavelength band called blue from 380 nm to 500 nm.
可動機構6によって、ミラー保持部材5に保持されたミラー3が光軸1cの方向に可動することによって光源1からの光ビーム1bを栽培対象である植物9へ移動しながら照射する。この移動によって照射領域が拡大される。したがって植物9の生長度合いによって、ミラー3の移動範囲、すなわち照射領域を可変することができる。光ビーム1bはレンズ2によって略平行光となっているため、ミラー3が可動しても一定の大きさでミラー3に照射、反射することができる。またミラー3について例えば約97%は反射し、残りの約3%は透過するようにしておけばモニタ手段10によって光量(パワー)をモニタすることができ、植物9の生長度合いによって最適な光量に制御することができる。 The mirror 3 held by the mirror holding member 5 is moved by the movable mechanism 6 in the direction of the optical axis 1c, so that the light beam 1b from the light source 1 is irradiated while moving to the plant 9 to be cultivated. This movement enlarges the irradiation area. Therefore, the moving range of the mirror 3, that is, the irradiation region can be varied depending on the degree of growth of the plant 9. Since the light beam 1b is substantially parallel light by the lens 2, even if the mirror 3 is movable, it can be irradiated and reflected to the mirror 3 with a certain size. For example, if the mirror 3 reflects about 97% and transmits the remaining about 3%, the light amount (power) can be monitored by the monitor means 10, and the optimal light amount can be obtained depending on the degree of growth of the plant 9. Can be controlled.
<2.植物栽培用光源装置の構成>
図7は実施の形態1における植物栽培用光源装置の全体構成図である。植物栽培用光源装置20は、光源ユニット15を複数個(図7の例では3個)、前処理回路16、制御手段である制御回路17、駆動回路18、システムコントローラ28、中央演算処理回路26、記憶手段である不揮発性メモリ27を備えている。光源ユニット15を複数備えているのは、単位面積当たりにおいて植物に必要な光量が、1つの光源ユニット15だけではまかなえない場合のためである。
<2. Configuration of light source device for plant cultivation>
FIG. 7 is an overall configuration diagram of the plant cultivation light source device according to the first embodiment. The plant cultivation light source device 20 includes a plurality of light source units 15 (three in the example of FIG. 7), a preprocessing circuit 16, a control circuit 17 that is a control means, a drive circuit 18, a system controller 28, and a central processing circuit 26. And a nonvolatile memory 27 which is a storage means. The plurality of light source units 15 are provided because the amount of light necessary for a plant per unit area cannot be achieved with only one light source unit 15.
前処理回路16は、光源ユニット15のモニタ手段10からの光量を電気信号として生成し、制御回路17に入力する。制御回路17は、駆動回路18を介して光源1の光量の大きさや、可動機構6の動作範囲や動作速度を制御する。駆動回路18は、光源1、可動機構6に接続している。駆動回路18は光源1から放射される光ビーム1bの光量制御、可動機構6の制御など一連の制御をデジタル制御で実現する。 The preprocessing circuit 16 generates the amount of light from the monitor unit 10 of the light source unit 15 as an electrical signal and inputs it to the control circuit 17. The control circuit 17 controls the magnitude of the light amount of the light source 1, the operation range and the operation speed of the movable mechanism 6 via the drive circuit 18. The drive circuit 18 is connected to the light source 1 and the movable mechanism 6. The drive circuit 18 realizes a series of controls such as control of the light amount of the light beam 1 b emitted from the light source 1 and control of the movable mechanism 6 by digital control.
前処理回路16で生成された光量信号はシステムコントローラ28でデジタル信号処理を行う。前処理回路16、制御回路17、およびシステムコントローラ28は、中央演算処理回路26に接続されており、中央演算処理回路26の指令により動作する。光源より光ビームを照射し、可動機構を動作させて栽培対象となる植物へ光ビームを最適に照射するといった制御動作を含む一連の動作を規定するプログラムは、予めファームウェアとして不揮発性メモリ27などの半導体装置に記憶される。このようなファームウェアは、中央演算処理回路26により、必要な動作の形態に応じて、不揮発性メモリ27から読み出される。 The light quantity signal generated by the preprocessing circuit 16 is subjected to digital signal processing by the system controller 28. The preprocessing circuit 16, the control circuit 17, and the system controller 28 are connected to the central processing circuit 26 and operate according to instructions from the central processing circuit 26. A program that prescribes a series of operations including a control operation of irradiating a light beam from a light source and operating a movable mechanism to optimally irradiate the plant to be cultivated with a nonvolatile memory 27 or the like as firmware. It is stored in the semiconductor device. Such firmware is read from the non-volatile memory 27 by the central processing circuit 26 according to the required operation mode.
植物工場で栽培される植物は、基本的に温度や湿度、培養液濃度等の管理が可能で、人工的な照明により照射時間、光量の制御が可能なため、生長に関してのばらつきは非常に少なくなっている。したがって栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いをデータ化しておき、そのデータを予め記憶手段である不揮発性メモリ27に記憶しておけば、消費電力を増やすことなく、時間経過とともにデータを読み出して生長する植物9に合わせて照射領域を決定し、制御手段である制御回路17によって光源1の光ビーム1bの光量や可動機構6の動作範囲、動作速度を制御することで照射領域を最適化することができる。なおデータ化する栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いは例えば葉の大きさや葉の広がりや茎の太さなどである。 Plants cultivated in plant factories can basically manage temperature, humidity, culture solution concentration, etc., and the irradiation time and light intensity can be controlled by artificial lighting, so there is very little variation in growth. It has become. Therefore, if the degree of growth of the plant to be cultivated over time is converted into data, and the data is stored in advance in the non-volatile memory 27 which is a storage means, the data is read over time without increasing power consumption. The irradiation area is determined in accordance with the plant 9 that grows, and the irradiation area is optimized by controlling the light quantity of the light beam 1b of the light source 1, the operating range and the operating speed of the movable mechanism 6 by the control circuit 17 as a control means. can do. Note that the degree of growth of the plant to be cultivated over time is, for example, the size of leaves, the spread of leaves, the thickness of stems, and the like.
以上のように、本実施形態によれば、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶しておき、時間経過に基づいて記憶手段から読み出して光量、可動機構の動作範囲、動作速度を制御する。これにより、栽培対象となる植物の生長度合いに合わせて照射条件を可変することができ、消費電力を抑えて最適な栽培が可能になるという優れた効果を有する。 As described above, according to the present embodiment, the degree of growth of a plant to be cultivated over time is stored in advance, and the amount of light, the operating range of the movable mechanism, and the operating speed are read from the storage unit based on the time elapsed. To control. Thereby, irradiation conditions can be varied according to the degree of growth of the plant to be cultivated, and it has an excellent effect that optimum cultivation is possible while suppressing power consumption.
また、図2は植物栽培用光源装置の光源ユニットの図1とは別の構成図である。植物栽培用光源装置の光源ユニット25は、図1のミラー3の代わりに、略球面部23aを有したミラー23を用いる。図1のミラー3と比較し、光源1から放射される光ビーム1bはミラー3の平面での反射よりも拡がった角度で反射が可能になり、植物9に対する照射領域が拡大できるというさらなる効果が得られる。 Moreover, FIG. 2 is a block diagram different from FIG. 1 of the light source unit of the light source device for plant cultivation. The light source unit 25 of the light source device for plant cultivation uses a mirror 23 having a substantially spherical surface portion 23a instead of the mirror 3 of FIG. Compared with the mirror 3 in FIG. 1, the light beam 1 b emitted from the light source 1 can be reflected at an angle wider than the reflection on the plane of the mirror 3, and the effect that the irradiation area to the plant 9 can be enlarged is obtained. can get.
さらに、光源1は先にも述べたとおり半導体レーザーなどでありガウシアン分布のような光強度分布を持つため、光ビームの放射角度部分によって密度が異なる。したがって略球面部23aで反射した照射領域も領域周辺では光強度が低く、領域の中心では光強度が高いという強度むらが生じるため、略球面部23aの形状を光強度分布が一定となるよう非球面に形状設計しておけば、光強度にむらが生じることなく一定の光強度で照射できるという効果が得られる。 Further, as described above, the light source 1 is a semiconductor laser or the like and has a light intensity distribution such as a Gaussian distribution, and therefore the density varies depending on the radiation angle portion of the light beam. Therefore, the non-uniformity of the light intensity of the irradiation area reflected by the substantially spherical portion 23a is low so that the light intensity is low around the area and the light intensity is high at the center of the area. If the shape is designed to be a spherical surface, the effect of irradiating with a constant light intensity can be obtained without causing unevenness of the light intensity.
(実施の形態2)
次に、実施の形態2における植物栽培用光源装置について説明する。
(Embodiment 2)
Next, the light source device for plant cultivation in Embodiment 2 will be described.
本実施形態における植物栽培用光源装置は、レンズ32が可動機構36によって可動することで、光源1から放射される光ビーム1bの照射領域を可変とする点が実施形態1と異なっている。以下、実施形態1と異なる点を中心に説明し、同一の事項についての説明は省略する。 The plant cultivation light source device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the irradiation region of the light beam 1b emitted from the light source 1 is variable by moving the lens 32 by the movable mechanism 36. Hereinafter, the description will focus on the differences from the first embodiment, and description of the same matters will be omitted.
図3は本実施の形態における植物栽培用光源装置の光源ユニット35の構成図である。図3において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付している。 FIG. 3 is a configuration diagram of the light source unit 35 of the light source device for plant cultivation in the present embodiment. In FIG. 3, the same components as those in FIG.
本実施の形態では、レンズ保持部材37はラック37aを有しており、可動機構36のスクリュー36bにかみ合い、ステッピングモータなどの回転手段36aが回転動作をすることで光軸1cの方向に可動する。レンズ保持部材37に保持されたレンズ32が光軸1cの方向に可動することで光源1から放射される光ビーム1bが発散光、平行光、収束光と可変にすることができる。栽培対象となる植物9が小さい9bの状態のときは、照射領域は小さくてもよいため、収束光とし、9aのように生長して大きくなったときは発散光として照射領域を広げる。このように栽培対象となる植物の生長度合いに合わせて、最適に照射領域を可変することができる。 In the present embodiment, the lens holding member 37 has a rack 37a, engages with the screw 36b of the movable mechanism 36, and moves in the direction of the optical axis 1c by rotating the rotation means 36a such as a stepping motor. . By moving the lens 32 held by the lens holding member 37 in the direction of the optical axis 1c, the light beam 1b emitted from the light source 1 can be made variable as diverging light, parallel light, and convergent light. When the plant 9 to be cultivated is in the small 9b state, the irradiation region may be small, so that the irradiation region is widened as convergent light, and when it grows and becomes large like 9a, the irradiation region is expanded. Thus, the irradiation region can be varied optimally in accordance with the degree of growth of the plant to be cultivated.
本実施形態においても、生長度合いを予め記憶し消費電力を増やすことなく、時間経過とともにデータを読み出して生長する植物9に合わせて照射領域を決定し、制御手段である制御回路17によって光源1の光ビーム1bの光量や可動機構36の動作範囲、動作速度を制御することで照射領域を最適化する点は、実施の形態1と同様である。 Also in this embodiment, without previously storing the degree of growth and increasing the power consumption, the irradiation area is determined according to the plant 9 to be read and grown with the passage of time, and the control circuit 17 that is a control means determines the irradiation area. The point of optimizing the irradiation area by controlling the light amount of the light beam 1b, the operation range of the movable mechanism 36, and the operation speed is the same as in the first embodiment.
以上のように、本実施形態によっても、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶しておき、時間経過に基づいて記憶手段から読み出して光量、可動機構の動作範囲、動作速度を制御する。これにより、栽培対象となる植物の生長度合いに合わせて照射条件を可変することができ、消費電力を抑えて最適な栽培が可能になるという優れた効果を有する。 As described above, also according to the present embodiment, the degree of growth of the plant to be cultivated over time is stored in advance, and the amount of light, the operating range of the movable mechanism, and the operating speed are read out from the storage unit based on the time elapsed. Control. Thereby, irradiation conditions can be varied according to the degree of growth of the plant to be cultivated, and it has an excellent effect that optimum cultivation is possible while suppressing power consumption.
また、図4は植物栽培用光源装置の光源ユニットの図3とは別の構成図である。本実施の形態においても、実施の形態1と同様に植物栽培用光源装置の光源ユニット45は、図3のミラー33の代わりに、略球面部43aを有したミラー43を用いる。図3のミラー33と比較し、光源1から放射される光ビーム1bはミラー33の平面での反射よりも拡がった角度で反射が可能になり、植物9に対する照射領域が拡大できるという効果が得られる。 Moreover, FIG. 4 is a block diagram different from FIG. 3 of the light source unit of the light source device for plant cultivation. Also in the present embodiment, the light source unit 45 of the light source device for plant cultivation uses a mirror 43 having a substantially spherical surface portion 43a instead of the mirror 33 in FIG. Compared with the mirror 33 in FIG. 3, the light beam 1 b emitted from the light source 1 can be reflected at an angle wider than the reflection on the plane of the mirror 33, and the effect that the irradiation area to the plant 9 can be enlarged is obtained. It is done.
さらに、光源1は半導体レーザーなどでありガウシアン分布のような光強度分布を持つため、光ビームの放射角度部分によって密度が異なる。したがって略球面部43aで反射した照射領域も領域周辺では光強度が低く、領域の中心では光強度が高いという強度むらが生じるため、略球面部の形状を光強度分布が一定となるよう非球面に形状設計しておけば、光強度にむらが生じることなく一定の光強度で照射できるという効果が得られる。 Furthermore, since the light source 1 is a semiconductor laser or the like and has a light intensity distribution such as a Gaussian distribution, the density varies depending on the radiation angle portion of the light beam. Therefore, since the unevenness of the light intensity is also low in the irradiation area reflected by the substantially spherical portion 43a, the light intensity is low around the area and the light intensity is high at the center of the area. Therefore, the aspherical surface has a uniform light intensity distribution. If the shape is designed in such a manner, an effect that irradiation can be performed with a constant light intensity without causing unevenness in light intensity can be obtained.
(実施の形態3)
続いて、実施の形態3による植物栽培用光源装置を説明する。
(Embodiment 3)
Then, the light source device for plant cultivation by Embodiment 3 is demonstrated.
本実施の形態における植物栽培用光源装置の光源ユニット55は、第一のミラー53が走査機構8によって走査動作することと、第二のミラー4が有する略球面部4aで反射することで、光源1から放射される光ビーム1bの照射領域をミラー3のみでの走査領域よりも拡大して可変とする点が実施の形態1と異なっている。以下、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同一の事項についての説明は省略する。 The light source unit 55 of the light source device for plant cultivation in the present embodiment is configured such that the first mirror 53 is scanned by the scanning mechanism 8 and is reflected by the substantially spherical surface portion 4 a of the second mirror 4. 1 is different from the first embodiment in that the irradiation area of the light beam 1b emitted from 1 is made larger and variable than the scanning area of the mirror 3 alone. Hereinafter, the description will focus on the points different from the first embodiment, and description of the same matters will be omitted.
図5は本実施の形態における植物栽培用光源装置の光源ユニット55の構成図である。図5において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付している。 FIG. 5 is a configuration diagram of the light source unit 55 of the light source device for plant cultivation in the present embodiment. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態では、第一のミラー53がガルバノミラーやポリゴンミラー、MEMS(micro electro mechanical system)ミラーなどの走査機構8を有している。走査機構8によりミラー53を2次元に角度を振ることで、光源1から放射されレンズ2によって略平行光となった光ビーム1bの照射が2次元に走査される。また2次元に走査された光ビーム1bが、略球面部4aを有している第二のミラー4に照射され反射することで、植物9への照射領域がさらに拡大することができる。 In the present embodiment, the first mirror 53 has a scanning mechanism 8 such as a galvano mirror, a polygon mirror, or a MEMS (micro electro mechanical system) mirror. By irradiating the mirror 53 two-dimensionally by the scanning mechanism 8, the irradiation of the light beam 1 b emitted from the light source 1 and converted into substantially parallel light by the lens 2 is scanned two-dimensionally. Further, the light beam 1b scanned two-dimensionally is irradiated and reflected on the second mirror 4 having the substantially spherical surface portion 4a, so that the irradiation region to the plant 9 can be further expanded.
なお本実施の形態において、栽培対象となる植物9の位置での走査速度が一定となるよう、第一のミラー53の走査機構8の角速度を制御手段である制御回路17によって制御することで、照射場所によって光ビーム照射速度が異なるのを防ぎ安定した走査を行うことができる。また第一のミラー53の走査機構8が等角速度で走査動作したとき、栽培対象となる植物9の位置での走査速度が一定となるよう、第二のミラー4の略球面部4aが非球面を有するようにしておけば照射場所によって光ビーム照射速度が異なるのを防ぎ安定した走査を行うことができる。 In the present embodiment, by controlling the angular speed of the scanning mechanism 8 of the first mirror 53 by the control circuit 17 that is a control means so that the scanning speed at the position of the plant 9 to be cultivated is constant, It is possible to prevent the light beam irradiation speed from being different depending on the irradiation place and perform stable scanning. Further, when the scanning mechanism 8 of the first mirror 53 is scanned at an equiangular speed, the substantially spherical surface portion 4a of the second mirror 4 is aspherical so that the scanning speed at the position of the plant 9 to be cultivated is constant. If it is made to have, it can prevent that the light beam irradiation speed changes with irradiation places, and can perform stable scanning.
本実施形態においても、生長度合いを予め記憶し消費電力を増やすことなく、時間経過とともにデータを読み出して生長する植物9に合わせて照射領域を決定し、制御手段である制御回路17によって光源1の光ビーム1bの光量や走査機構8の走査角度、走査速度を制御することで照射領域を最適化する点は、実施の形態1と同様である。 Also in this embodiment, without previously storing the degree of growth and increasing the power consumption, the irradiation area is determined according to the plant 9 to be read and grown with the passage of time, and the control circuit 17 that is a control means determines the irradiation area. Similar to the first embodiment, the irradiation area is optimized by controlling the light amount of the light beam 1b, the scanning angle of the scanning mechanism 8, and the scanning speed.
以上のように、本実施形態によっても、予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶手段である不揮発性メモリ27に記憶しておき、時間経過に基づいて記憶手段から読み出して光量、走査機構の走査範囲、走査速度を制御する。これにより、栽培対象となる植物の生長度合いに合わせて照射条件を可変することができ、消費電力を抑えて最適な栽培が可能になるという優れた効果を有する。 As described above, also according to the present embodiment, the degree of growth of the plant to be cultivated over time is stored in the nonvolatile memory 27 that is a storage unit, and is read from the storage unit based on the passage of time. Controls the scanning range and scanning speed of the scanning mechanism. Thereby, irradiation conditions can be varied according to the degree of growth of the plant to be cultivated, and it has an excellent effect that optimum cultivation is possible while suppressing power consumption.
なお実施の形態1、2および3において、図6に示すように光源1に加え光源21、光源31といった複数備えることで、栽培対象となる植物へのより最適な照射条件を実現することができる。この場合は光源1からレンズ2までの光学部品の配置において、光源1、光源21、光源31それぞれの光軸を略同軸となるよう配置する。光学系を小型にするためにレンズ12、レンズ22、レンズ62、光学素子63、光学素子64をそれぞれ配置してもよい。光源1、光源21、光源31の波長は同一であってもよいし、例えば光源1と光源21は赤色波長帯域で光源31は青色波長帯域であってもよく、栽培対象となる植物に適したものを選定すればよい。これによって植物の栽培育成に適した複数の波長を照射することができ、また同一の波長であれば光量を増大させて照射することができるという優れた効果を有する。 In Embodiments 1, 2, and 3, by providing a plurality of light sources 21 and 31 in addition to the light source 1 as shown in FIG. 6, it is possible to realize more optimal irradiation conditions for the plant to be cultivated. . In this case, in the arrangement of the optical components from the light source 1 to the lens 2, the optical axes of the light source 1, the light source 21, and the light source 31 are arranged so as to be substantially coaxial. In order to reduce the size of the optical system, the lens 12, the lens 22, the lens 62, the optical element 63, and the optical element 64 may be arranged. The light source 1, the light source 21, and the light source 31 may have the same wavelength. For example, the light source 1 and the light source 21 may be in a red wavelength band and the light source 31 may be in a blue wavelength band, which is suitable for a plant to be cultivated. You just have to choose one. As a result, it is possible to irradiate a plurality of wavelengths suitable for plant cultivation and growth, and the same wavelength has an excellent effect that the amount of light can be increased for irradiation.
以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiments have been described as examples of the technology in the present invention. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description are provided.
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Accordingly, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Moreover, since the above-mentioned embodiment is for demonstrating the technique in this invention, a various change, replacement, addition, abbreviation, etc. can be performed in a claim or its equivalent range.
本発明にかかる植物栽培用光源装置は、栽培対象となる植物に対して照射条件を最適とし、消費電力を抑えた植物の栽培システムを実現する用途に有用である。 The light source device for plant cultivation according to the present invention is useful for the purpose of realizing a plant cultivation system that optimizes irradiation conditions for plants to be cultivated and suppresses power consumption.
1、21、31 光源
2、12、22、32、62 レンズ
3、23、33、43、53 ミラー
4 第二のミラー
5 ミラー保持部材
6、36 可動機構
8、103 走査機構
9、109 植物
10 モニタ手段
15、25、35、45、55 光源ユニット
16 前処理回路
17 制御回路
18 駆動回路
20 植物栽培用光源装置
26 中央演算処理回路
27 不揮発性メモリ
28 システムコントローラ
101 半導体レーザー
102 光ファイバ
104 撮像部
1, 21, 31 Light source 2, 12, 22, 32, 62 Lens 3, 23, 33, 43, 53 Mirror 4 Second mirror 5 Mirror holding member 6, 36 Movable mechanism 8, 103 Scanning mechanism 9, 109 Plant 10 Monitor means 15, 25, 35, 45, 55 Light source unit 16 Preprocessing circuit 17 Control circuit 18 Drive circuit 20 Plant cultivation light source device 26 Central processing circuit 27 Non-volatile memory 28 System controller 101 Semiconductor laser 102 Optical fiber 104 Imaging unit
Claims (12)
前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、
前記レンズは前記光ビームを略平行光とし、
前記ミラーは略平行光となった前記光ビームを偏向するとともに、前記ミラー保持部材を介して前記可動機構によって光軸方向に可動して、
前記光ビームの照射領域を可変にすることを特徴とする植物栽培用光源装置。 A light source device for plant cultivation equipped with a light source, a lens, a mirror, a mirror holding member, and a movable mechanism,
An optical axis is formed by the light beam emitted from the light source and the lens,
The lens makes the light beam substantially parallel light,
The mirror deflects the light beam that has become substantially parallel light, and is movable in the optical axis direction by the movable mechanism via the mirror holding member,
A light source device for plant cultivation, wherein an irradiation area of the light beam is variable.
前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、
前記ミラーは前記レンズからの前記光ビームを偏向し、
前記レンズは前記レンズ保持部材を介して可動機構が光軸方向に可動することで前記光ビームを発散光または平行光または収束光として、
前記光ビームの照射領域を可変にすることを特徴とする植物栽培用光源装置。 A light source device for plant cultivation equipped with a light source, a lens, a mirror, a lens holding member, and a movable mechanism,
An optical axis is formed by the light beam emitted from the light source and the lens,
The mirror deflects the light beam from the lens;
The lens has a movable mechanism that moves in the optical axis direction via the lens holding member so that the light beam is diverged light, parallel light, or convergent light.
A light source device for plant cultivation, wherein an irradiation area of the light beam is variable.
前記光源から放射される光ビームと前記レンズによって光軸を成し、
前記レンズは前記光ビームを略平行光とし、
第一のミラーは前記光源からの光ビームを2次元に走査する走査機構を備え、
第二のミラーは前記第一のミラーからの前記光ビームを反射する略球面部を備えて、
前記走査機構が動作することで前記光ビームの照射領域を可変にすることを特徴とする植物栽培用光源装置。 A light source device for plant cultivation equipped with a light source, a lens, and at least two mirrors,
An optical axis is formed by the light beam emitted from the light source and the lens,
The lens makes the light beam substantially parallel light,
The first mirror includes a scanning mechanism that two-dimensionally scans the light beam from the light source,
The second mirror includes a substantially spherical portion that reflects the light beam from the first mirror,
A light source device for plant cultivation characterized in that an irradiation area of the light beam is made variable by operating the scanning mechanism.
栽培対象となる植物の位置での走査速度が一定になるよう、前記第一のミラーの角速度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項5記載の植物栽培用光源装置。 In the light beam reflected by the substantially spherical portion by the second mirror,
6. The plant cultivation light source device according to claim 5, further comprising a control unit that controls an angular velocity of the first mirror so that a scanning velocity at a position of a plant to be cultivated is constant.
時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで照射領域を決定し、
前記光ビームの照射領域範囲を制御する制御手段を備える請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の植物栽培用光源装置。 Storage means for storing the degree of growth over time of the plant to be cultivated in advance;
Determine the irradiation area with the degree of growth read from the storage means based on the passage of time,
The light source device for plant cultivation according to any one of claims 1 to 7, further comprising control means for controlling an irradiation area range of the light beam.
予め栽培対象となる植物の時間経過による生長度合いを記憶する記憶手段と、
時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで照射光量を決定し、
前記光ビームの照射光量を制御する制御手段を備える請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の植物栽培用光源装置。 Monitoring means for monitoring the irradiation light quantity of the light beam;
Storage means for storing the degree of growth over time of the plant to be cultivated in advance;
Determine the amount of irradiation light with the degree of growth read from the storage means based on the passage of time,
The light source device for plant cultivation according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control unit that controls an irradiation light amount of the light beam.
時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで前記可動機構の可動速度を決定し、
前記光ビームの走査状態を制御する制御手段を備える請求項1または2記載の植物栽培用光源装置。 Storage means for storing the degree of growth over time of the plant to be cultivated in advance;
Determine the movable speed of the movable mechanism by the degree of growth read from the storage means based on the passage of time,
The plant cultivation light source device according to claim 1, further comprising a control unit that controls a scanning state of the light beam.
時間経過に基づいて前記記憶手段から読み出した生長度合いで前記走査機構の走査速度を決定し、
前記光ビームの走査状態を制御する制御手段を備える請求項5記載の植物栽培用光源装置。 Storage means for storing the degree of growth over time of the plant to be cultivated in advance;
Determining the scanning speed of the scanning mechanism by the degree of growth read from the storage means based on the passage of time;
The light source device for plant cultivation according to claim 5, further comprising control means for controlling a scanning state of the light beam.
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