JP2015130838A - 植物育成用照明装置および植物育成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】植物に均一に光を照射する植物育成用照明装置および植物育成方法を提供する。【解決手段】植物育成用照明装置１００は、列状に配置された複数の光源１３０をそれぞれに有する照明器１１０、１２０を備える。照明器１１０、１２０は、植物栽培用容器２０の口がなす面３０から予め定められた高さＨで、植物栽培用容器２０が配置された領域の外の植物栽培用容器２０の口がなす面３０に垂直な面４０を挟む位置に配置される。照明器１１０、１２０は、光源１３０からの出射光を、植物栽培用容器２０の口がなす面３０の鉛直軸に対して傾いた方向から植物栽培用容器２０に照射する。【選択図】図１

Description

本発明は、植物に光を照射する植物育成用照明装置および植物育成方法に関する。

キノコなどの人工栽培において、蛍光灯やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源とする照明装置が使用されている。例えば、特許文献１に記載の栽培物用人工光源では、直管型蛍光ランプがキノコを栽培する容器の中央の直上に配置され、直管型蛍光ランプからの光がキノコに照射される。また、特許文献２に記載のキノコ子実体の生育設備では、蛍光灯がキノコを栽培する容器の中央の直上と側方に配置され、蛍光灯からの光がキノコに照射される。

特開２０１１−２４４７４０号公報 特開２００４−１６６５８５号公報

特許文献１、２に開示されている照明装置では、光がキノコを栽培する容器の中央の直上、あるいはキノコを栽培する容器の側方から照射されるため、光をキノコに均一に照射することが困難である。光がキノコに均一に照射されない場合、「なびき」と称されるキノコが光の強い方に向いて生長する現象や良好な傘が形成されない現象などが生じ、商品価値の高いキノコを生産することが困難になる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、植物に均一に光を照射する植物育成用照明装置および植物育成方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本願発明の第１の観点に係る植物育成用照明装置は、
列状に配置された複数の光源をそれぞれに有する複数の照明器を備え、
前記複数の照明器は、植物栽培用容器の口がなす面から予め定められた高さで、前記容器が配置された領域の外の前記容器の口がなす面に垂直な面を挟む位置に配置され、
前記照明器は、前記光源からの出射光を、前記容器の口がなす面の鉛直軸に対して傾いた方向から前記容器に照射する、
ことを特徴とする。

前記照明器の間の距離をＬ、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離をＬ１、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度の半分の光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離をＬ２とする場合に、Ｌ／３≦Ｌ１≦２Ｌ／３、Ｌ／６≦Ｌ２＜Ｌ／３であることが好ましい。

前記容器の口がなす面において、前記照明器の列方向に隣接する前記光源からの最大光度の半分の光度を有する出射光が互いに交差する位置と該光源を有する前記照明器との水平距離が、Ｌ／２０以上、Ｌ／２以下であることが好ましい。

前記光源からの出射光のうち８０％以上の光が、前記容器が配置された領域内に照射されるように、前記予め定められた高さと、前記照明器の間の距離と、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離と、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度の半分の光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離とが調整されることが好ましい。

前記光源が、レンズを装着したチップ型ＬＥＤであることが好ましい。

前記の目的を達成するために、本願発明の第２の観点に係る植物育成方法は、
列状に配置された複数の光源をそれぞれに有する複数の照明器が、植物栽培用容器の口がなす面から予め定められた高さで、前記容器が配置された領域の外の前記容器の口がなす面に垂直な面を挟む位置に配置され、
前記容器に、前記容器の口がなす面の鉛直軸に対して傾いた方向から前記照明器が有する前記光源からの出射光を照射する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、植物に均一に光を照射することができる。

本発明の実施の形態１に係る植物育成用照明装置が設置された栽培棚の側面の概略を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る植物育成用照明装置が設置された栽培棚の上面の概略を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照明器の配置と照明器の光源からの出射光が照射される位置を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照明器における光源の間隔を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照明器の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る照明器の上面図である。 本発明の実施の形態１に係る照明器の配置と照明器の光源からの出射光が照射される位置を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照度測定のための座標軸を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照度の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る照度の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る栽培結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る照度の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る照度の測定結果を示す図である。

（実施の形態１）
図１〜図１０を参照して、本実施の形態における植物育成用照明装置１００について説明する。ここで、図１は本実施の形態における植物育成用照明装置１００が設置された栽培棚１０の側面の概略を、図２は本実施の形態における植物育成用照明装置１００が設置された栽培棚１０の上面の概略を示す。栽培棚１０には、植物を栽培する植物栽培用容器２０（以下、容器２０）が１つ又は複数配置される。

本実施の形態における植物育成用照明装置１００は、照明器１１０と照明器１２０とを備える。照明器１１０、１２０は、長さ方向に一列に配置された複数の光源１３０を有する。照明器１１０、１２０は、栽培棚１０に設置される。照明器１１０、１２０は、容器２０の口がなす面３０から予め定められた高さＨで、容器２０が配置された領域の外の容器２０の口がなす面３０に垂直な面４０を挟む位置に配置される。すなわち、植物育成用照明装置１００が配置された栽培棚１０を平面視した場合に、照明器１１０、１２０は、配置された容器２０を挟む位置に配置される（図２）。また、照明器１１０、１２０は、一列に配置された光源１３０の配列方向と容器２０の口がなす面３０とが平行となる向きに配置される。さらに、本実施の形態において、照明器１１０と照明器１２０は平行に配置される。ここでは、照明器１１０と照明器１２０の間の距離をＬとする。
光源１３０からの出射光は容器２０に向けて出射される。すなわち、光源１３０からの出射光は、容器２０の口がなす面３０の鉛直軸に対して傾いた方向から容器２０に照射される。

図３は、本実施の形態における照明器１１０、１２０の配置と光源１３０からの出射光が照射される位置を示す。容器２０の口がなす面３０において（Ｈ＝０ｍｍ）、光源１３０からの出射光のうち最大光度を有する出射光Ｒ１が照射される位置と、その光源１３０を有する照明器１００、１２０との水平距離をＬ１とした場合、図３に示すように、出射光Ｒ１は容器２０の口がなす面３０においてＬ／３≦Ｌ１≦２Ｌ／３の範囲に照射される。

また、容器２０の口がなす面３０において（Ｈ＝０ｍｍ）、光源１３０からの出射光のうち最大光度の半分の光度を有する出射光Ｒ２が照射される位置と、その光源１３０を有する照明器１００、１２０との水平距離をＬ２とした場合、出射光Ｒ２は容器２０の口がなす面３０においてＬ／６≦Ｌ２＜Ｌ／３の範囲に照射される（図３）。

光源１３０からの出射光が、上述の範囲に出射されることによって、本実施の形態における植物育成用照明装置１００は、容器２０、容器２０で栽培される植物に均一に光を照射することができる。

なお、照明器１１０、１２０における光源１３０の間隔Ｄは、容器２０の口がなす面３０（Ｈ＝０ｍｍ）において、照明器１１０、１２０の隣接する光源１３０からの最大光度の半分の光度を有する出射光Ｒ２が互いに交差する位置と、その光源１３０を有する照明器１１０、１２０との水平距離が、容器２０の口がなす面３０において、Ｌ／２０以上、Ｌ／２以下となるように設定されることが好ましい（図４）。これにより、照明器１１０、１２０の光源１３０の配列方向（照明器１１０、１２０の長さ方向）における光の均一性が向上する。さらに、光源１３０からの最大光度を有する出射光Ｒ１と最大光度の半分の光度を有する出射光Ｒ２とがなす角度（半値幅θａ／２）は、５．０°以上、４０．０°以下であることが好ましい。これにより、栽培棚１０の外に漏れる光を少なくし、光源１３０からの出射光の光利用効率を高くできる。

植物育成用照明装置１００の具体的構成、配置を説明する。

図５は、照明器１１０、１２０の断面図である。照明器１１０、１２０は、光源ＬＥＤ１４０と複数の光源ＬＥＤ１４０を実装する実装基板１５０と、光源ＬＥＤ１４０が実装された部分以外の実装基板１５０を覆う白色反射板１６２と、ケース１６４とから構成される。光源ＬＥＤ１４０は、チップ型ＬＥＤ１４２とレンズ１４４とから構成される。

本実施の形態において、チップ型ＬＥＤ１４２は白色ＬＥＤである。チップ型ＬＥＤ１４２は光出射面に垂直な方向に最大光度を有する光Ｒ１を出射する。また、チップ型ＬＥＤ１４２からの出射光の半値幅θｂ／２は、例えばθｂ／２＝６０°である。レンズ１４４は、チップ型ＬＥＤ１４２からの出射光を集光する。レンズ１４４はガラス又はプラスチックから構成される。レンズ１４４は、例えば接着によってチップ型ＬＥＤ１４２に取り付けられる。

本実施の形態において、光源ＬＥＤ１４０からの出射光は、チップ型ＬＥＤ１４２の光出射面に垂直な軸に対して２０°傾いた方向に最大光度を有する。本実施の形態においては、チップ型ＬＥＤ１４２の光出射面に垂直な軸をＺ軸、チップ型ＬＥＤ１４２の光出射面内でＺ軸に垂直な軸をＸ軸、Ｚ軸およびＸ軸に垂直な軸をＹ軸とする。この場合、光源ＬＥＤ１４０からの最大光度を有する出射光Ｒ１は、Ｚ軸に対してＸ軸方向に２０°傾いた方向に出射する。

また、本実施の形態において、光源ＬＥＤ１４０からの出射光のＸＺ平面における半値幅θｃ／２はθｃ／２＝１９．５°、最大光度を有する出射光Ｒ１を含みＸＺ平面に垂直な平面における半値幅θｄ／２はθｄ／２＝３０．０°である。

光源ＬＥＤ１４０は、実装基板１５０の上に、Ｄ＝１０４．５ｍｍ間隔で、６個実装される（図６）。本実施の形態において、光源ＬＥＤ１４０は、最大光度を有する出射光Ｒ１が実装基板１５０の実装面に垂直な軸から実装基板１５０の幅方向（照明器１１０、１２０の幅方向）に２０°傾いて出射されるように、実装される（図５、６）。すなわち、実装基板１５０の実装面に垂直な方向がＺ軸方向、照明器１１０、１２０の幅方向がＸ軸方向、照明器１１０、１２０の長さ方向がＹ軸方向となる。
光源ＬＥＤ１４０は実装基板１５０の上で直列に接続される。直列に接続された光源ＬＥＤ１４０は、図示しない電源に接続される。

白色反射板１６２は、例えばエポキシ樹脂から構成される。白色反射板１６２は光源ＬＥＤ１４０からの出射光を反射する。ケース１６４は、例えばアルミニウム合金から構成される。ケース１６４は光源ＬＥＤ１４０、実装基板１５０、白色反射板１６２を収納する。

図７は、照明器１１０、１２０の配置と光源１３０からの出射光が照射される位置を示す。照明器１１０と照明器１２０との距離ＬはＬ＝８４０ｍｍに設定される。照明器１１０、１２０は、それぞれ容器２０の口がなす面３０から高さＨ＝２２０ｍｍに配置される。また、照明器１１０、１２０は、最大光度を有する出射光Ｒ１と容器２０の口がなす面３０の鉛直軸とがなす角度が大きくなる向きに、光源ＬＥＤ１４０が実装される面を容器２０の方向にφ＝４５°傾けて配置される。この場合、Ｌ１＝４７２ｍｍ（Ｌ／３≦Ｌ１≦２Ｌ／３）、Ｌ２＝２２４ｍｍ（Ｌ／６≦Ｌ２＜Ｌ／３）となる。

上記のように、植物育成用照明装置１００を栽培棚１０に設置し、容器２０の口がなす面３０を含む面５０（Ｈ＝０ｍｍ）における照度分布を測定した。照度は、照明器１１０の長さ方向の中央（光源ＬＥＤ１４０同士の中間）に相当する位置を原点、照明器１１０の長さ方向に直交する照明器１２０への方向をｘ軸方向、照明器１１０長さ方向をｙ軸方向として（図８）、所定の測定点において測定した。

また、比較例１として、チップ型ＬＥＤ１４２（レンズを装着していない）を光源とした照明装置について、植物育成用照明装置１００と同様に照度分布を測定した。比較例１の照明装置の構成は、光源ＬＥＤ１４０の代わりにチップ型ＬＥＤ１４２を光源に使用すること以外は、植物育成用照明装置１００と同様である。なお、比較例１おいては、チップ型ＬＥＤ１４２は光出射面に垂直な方向に最大光度を有する出射光Ｒ１を出射するので、比較例１における最大光度を有する出射光Ｒ１と容器２０の口がなす面３０の鉛直軸とがなす角度は４５°となる。

図９は植物育成用照明装置１００における照度分布の測定結果を、図１０は比較例１の照明装置における照度分布の測定結果を示す。図９、１０に示すように、植物育成用照明装置１００によって、容器２０の口がなす面３０において均一な照度分布を得ることができる。すなわち、植物育成用照明装置１００は容器２０、容器２０で栽培される植物に均一に光を照射することができる。また、植物の成長に必要な光量子束密度についても、照度と同様の均一性を得ることができる。さらに、光源ＬＥＤ１４０からの出射光は半値幅θＡ／２、θＢ／２が狭いので、栽培棚１０の外に漏れる光が少なく、高効率で容器２０、容器２０で栽培される植物に光を照射することができる。

（実施の形態２）
上記植物育成用照明装置１００を使用して、ブナシメジ（品種：ＮＮ−１２）を栽培した結果について説明する。

容器２０には、容量８５０ｍｌ、口径５８ｍｍのポリプロピレン製容器を使用した。培地基材としてスギオガコ、栄養剤としてコメユカなどを含む培地を容器２０に詰め、培地に種菌を接種し、ブナシメジの栽培を行った（接種〜菌回り：３０日、菌かき〜収穫：２１日）。

植物育成用照明装置１００による光の照射は、菌かき後の容器２０に対して行った。植物育成用照明装置１００による光の照射は、収穫時まで１５分間の照射と１５分間の照射停止を繰り返した（消費電力８Ｗ）。容器２０は栽培棚１０に４個×４個の配列で配置した。

また、比較例２として、１灯の蛍光灯型白色ＬＥＤ（株式会社佐野製作所製、形式ｋ−１００：消費電力２０Ｗ）を４個×４個に配列された容器２０の中央の直上に設け、上記栽培条件と同様の条件でブナシメジの栽培を行った。

図１１は、本実施の形態と比較例２の栽培結果を示す。ここで、有効茎数は１株内で傘の直径が１０ｍｍ以上の茎の数を表す。本実施の形態で栽培されたブナシメジは比較例２で栽培されたフナシメジに比べ、収量が多く、有効茎数も多い。また、本実施の形態で栽培されたブナシメジは傘の奇形も少ない。したがって、植物育成用照明装置１００を使用して光を照射することによって、低消費電力で高い収量を実現できる。さらに、植物育成用照明装置１００を使用して均一な光を照射することによって、高い収量で「なびき」による不良、傘の不良を抑制できる。

ブナシメジの収穫直前の株の高さ（Ｈ＝８０ｍｍ）での容器２０の口がなす面３０と平行な面における照度分布を図１２に示す。また、比較例１の照明装置のＨ＝８０ｍｍでの容器２０の口がなす面３０と平行な面における照度分布を図１３に示す。測定点は、実施の形態１と同様である。

図１２、１３に示すように、植物育成用照明装置１００を使用して光を照射することによって、収穫直前における株の高さにおいても均一な照度分布を得ることができる。すなわち、植物育成用照明装置１００は、栽培初期から収穫直前の期間に渡って、均一な光を容器２０、容器２０で栽培される植物に照射することができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

光源１３０、光源ＬＥＤ１４０からの出射光は白色光に限られない。光源１３０、光源ＬＥＤ１４０からの出射光は赤色の光、青色の光などの有彩色の光であっても、紫外光であってもよい。

また、光源１３０はＬＥＤに限られない。有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などを光源とすることができる。光源ＬＥＤ１４０の配列数は６個に限られない。例えば、光源ＬＥＤ１４０は、照明器１１０、１２０にＤ＝１０４．５ｍｍ間隔で１２個実装されてもよい。また、光源１３０、光源ＬＥＤ１４０は複数列に配列されてもよい。

さらに、照明器１１０、１２０の配置は、列状に配置された光源１３０、光源ＬＥＤ１４０の列方向と容器２０の口がなす面３０とが平行となる向きに配置される場合に限られない。照明器１１０と照明器１２０とは、植物育成用照明装置１００が配置された栽培棚１０を平面視した場合に、平行に配置されなくともよい。

本発明の植物育成用照明装置１００によって栽培されるキノコは、ブナシメジに限られない。植物育成用照明装置１００は、例えばエリンギ、マイタケ、エノキダケ、バイリングなどのキノコの栽培に使用することができる。

さらに、本発明の植物育成用照明装置１００によって栽培される植物は、キノコに限られない。植物育成用照明装置１００は、例えばトマト、エンドウマメ、カイワレダイコンなどの屈光性あるいは背光性の高い植物の栽培に使用することができる。

１０ 栽培棚
２０ 植物栽培用容器、容器
３０ 容器（植物栽培用容器）の口がなす面
４０ 容器の口がなす面に垂直な面
５０ 照度の測定面（容器の口がなす面を含む面）
１００ 植物育成用照明装置
１１０ 照明器
１２０ 照明器
１３０ 光源
１４０ 光源ＬＥＤ
１４２ チップ型ＬＥＤ
１４４ レンズ
１５０ 実装基板
１６２ 白色反射板
１６４ ケース
Ｈ 容器の口がなす面からの高さ
Ｌ 照明器と照明器の間の距離
Ｒ１ 最大光度を有する出射光
Ｒ２ 最大光度の半分の光度を有する出射光
φ 照明器の傾き角
θａ／２ 出射光の半値幅
θｃ／２ 出射光の半値幅

Claims (6)

1. 列状に配置された複数の光源をそれぞれに有する複数の照明器を備え、
   前記複数の照明器は、植物栽培用容器の口がなす面から予め定められた高さで、前記容器が配置された領域の外の前記容器の口がなす面に垂直な面を挟む位置に配置され、
   前記照明器は、前記光源からの出射光を、前記容器の口がなす面の鉛直軸に対して傾いた方向から前記容器に照射する、
   ことを特徴とする植物育成用照明装置。
2. 前記照明器の間の距離をＬ、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離をＬ１、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度の半分の光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離をＬ２とする場合に、Ｌ／３≦Ｌ１≦２Ｌ／３、Ｌ／６≦Ｌ２＜Ｌ／３である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の植物育成用照明装置。
3. 前記容器の口がなす面において、前記照明器の列方向に隣接する前記光源からの最大光度の半分の光度を有する出射光が互いに交差する位置と該光源を有する前記照明器との水平距離が、Ｌ／２０以上、Ｌ／２以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の植物育成用照明装置。
4. 前記光源からの出射光のうち８０％以上の光が、前記容器が配置された領域内に照射されるように、前記予め定められた高さと、前記照明器の間の距離と、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離と、前記容器の口がなす面において前記光源からの出射光のうち最大光度の半分の光度を有する出射光が照射される位置と該光源を有する前記照明器との水平距離とが調整された、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植物育成用照明装置。
5. 前記光源が、レンズを装着したチップ型ＬＥＤである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の植物育成用照明装置。
6. 列状に配置された複数の光源をそれぞれに有する複数の照明器が、植物栽培用容器の口がなす面から予め定められた高さで、前記容器が配置された領域の外の前記容器の口がなす面に垂直な面を挟む位置に配置され、
   前記容器に、前記容器の口がなす面の鉛直軸に対して傾いた方向から前記照明器が有する前記光源からの出射光を照射する、
   ことを特徴とする植物育成方法。

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