JP2015198615A - Plant cultivation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工的な照明により植物を栽培する植物栽培装置に関するものである。 The present invention relates to a plant cultivation apparatus for cultivating a plant by artificial lighting.
植物を屋外で栽培する場合、その成長度は、気候などの自然環境に左右され易く、台風、大雨などの被害または病害虫による被害などのため収穫量が減少することがある。
また、これらの植物の栽培において一定量の収穫を上げるためには、広い土地面積が必要となるため、狭い土地では十分な栽培面積を確保することが困難になる。
When plants are cultivated outdoors, the degree of growth is likely to be affected by the natural environment such as the climate, and the yield may be reduced due to damage such as typhoons and heavy rains, or damage caused by pests.
Moreover, in order to raise a certain amount of harvest in cultivation of these plants, since a large land area is required, it becomes difficult to ensure a sufficient cultivation area in a narrow land.
そこで、人工的な照明により植物を栽培する技術が開発され、植物工場として実用化されている。そのような植物栽培では、特に照明に要するコストは重要であり、工場全体の30〜50%と大きな割合を占めている。このため、近年は電球や蛍光灯に代えて、消費電力が小さい発光ダイオード(LED)の利用が進んでいる。 Therefore, technology for cultivating plants by artificial lighting has been developed and put into practical use as a plant factory. In such plant cultivation, the cost required for lighting is particularly important and occupies a large proportion of 30 to 50% of the whole factory. For this reason, in recent years, light-emitting diodes (LEDs) with low power consumption have been used in place of light bulbs and fluorescent lamps.
また、さらに消費電力が小さくなると期待される半導体レーザの利用も着目されている。 In addition, the use of a semiconductor laser, which is expected to further reduce power consumption, has attracted attention.
しかしながら、光源に半導体レーザを用いるだけでは照明に要するコストを十分に削減することができない。 However, simply using a semiconductor laser as the light source cannot sufficiently reduce the cost required for illumination.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、低コストで光の利用効率を向上させることが可能な植物栽培装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in order to solve the said subject, Comprising: It aims at providing the plant cultivation apparatus which can improve the utilization efficiency of light at low cost.
本発明は、植物の成長を促す植物栽培装置であって、栽培対象の植物との境界上に栽培面を有し、栽培対象の植物を保持すると共に少なくとも水分を供給する栽培槽と、光を出射する光源と、光源から出射された光を栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方に向かわせる走査部と、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を受光する受光部と、受光部の受光状況に基づき、光源の光量を変更する制御部と、を備え、制御部は、走査部からの光が栽培対象の植物に照射されていると判断したときに光源の光量を大きくし、走査部からの光が栽培槽の栽培面に照射されていると判断したときに光源の光量を小さくすることを特徴とする植物栽培装置である。 The present invention is a plant cultivation device that promotes the growth of a plant, has a cultivation surface on the boundary with a plant to be cultivated, holds a plant to be cultivated and supplies at least moisture, and light. A light source that emits light, a scanning unit that directs light emitted from the light source to at least one of the cultivation surface of the plant to be cultivated or the cultivation tank, and light reflected from at least one of the cultivation surface of the plant to be cultivated or the cultivation tank And a control unit that changes the light amount of the light source based on the light reception status of the light receiving unit, and the control unit determines that the light to be cultivated is irradiated on the plant to be cultivated The plant cultivation apparatus is characterized in that the light amount of the light source is sometimes increased and the light amount of the light source is decreased when it is determined that the light from the scanning unit is irradiated on the cultivation surface of the cultivation tank.
本発明は上記構成により、受光部は栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光の両方を受光し、栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光とを区別することができる。 According to the present invention, the light receiving unit receives both the light reflected from the plant to be cultivated and the light reflected from the cultivation surface of the cultivation tank, and the light reflected from the plant to be cultivated and cultivation of the cultivation tank. The light reflected from the surface can be distinguished.
さらに、走査部からの光が栽培対象の植物に照射されていると判断したときに光源の光量を大きくし、走査部からの光が栽培槽の栽培面に照射されていると判断したときに光源の光量を小さくするので、光源からの光が植物の成長に寄与する場合と植物の成長に寄与しない場合とによって光量を変化させて、植物を栽培する際の光源の光の利用効率を高めることができる。 Furthermore, when it is determined that the light from the scanning unit is irradiated on the plant to be cultivated, the light amount of the light source is increased, and when it is determined that the light from the scanning unit is irradiated on the cultivation surface of the cultivation tank Since the light amount of the light source is reduced, the light amount is changed depending on whether the light from the light source contributes to the growth of the plant or not, and the light use efficiency of the light source when growing the plant is increased. be able to.
請求項1記載の発明は、植物の成長を促す植物栽培装置であって、栽培対象の植物との境界上に栽培面を有し、栽培対象の植物を保持すると共に少なくとも水分を供給する栽培槽と、光を出射する光源と、光源から出射された光を栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方に向かわせる走査部と、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を受光する受光部と、受光部の受光状況に基づき、光源の光量を変更する制御部と、を備え、制御部は、走査部からの光が栽培対象の植物に照射されていると判断したときに光源の光量を大きくし、走査部からの光が栽培槽の栽培面に照射されていると判断したときに光源の光量を小さくすることを特徴とする。これにより、受光部は栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光の両方を受光し、栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光とを区別することができる。さらに、走査部からの光が栽培対象の植物に照射されていると判断したときに光源の光量を大きくし、走査部からの光が栽培槽の栽培面に照射されていると判断したときに光源の光量を小さくするので、光源からの光が植物の成長に寄与する場合と植物の成長に寄与しない場合とによって光量を変化させて、植物を栽培する際の光源の光の利用効率を高めることができる。
The invention according to
請求項2記載の発明は、受光部は、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光の光量を検知する機能を有し、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えた場合に栽培槽の栽培面から反射された光と判断し、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えない場合に栽培対象の植物から反射された光と判断することを特徴とする。これにより、植物栽培用に照射する光と、照射対象物からの反射光の光量を測定する受光素子を利用して、低いコストで植物とそれ以外の栽培面とを検知することができる。
In the invention according to
請求項3記載の発明は、光源部は、パルス状態の光を照射し、受光部は、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を検知し、照射した光と反射した光の時間軸の差から、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面までの距離を測定する機能を有し、測定した距離が所定距離を越えた場合に栽培槽の栽培面からの光と判断し、測定した距離が所定距離を越えない場合に栽培対象の植物と判断することを特徴とする。これにより、植物栽培用に照射する光と、照射対象物からの反射光の時間軸の差から距離を測定する受光素子を利用して、低いコストで植物とそれ以外の栽培面とを検知することができる。
In the invention according to
請求項4記載の発明は、制御部は、受光部の受光感度を調整する機能を有し、
光源の光量を大きくしたときに受光部の受光感度を低くし、光源の光量を小さくしたときに受光部の受光感度を高くすることを特徴とする。これにより、光の利用効率を上げるため光源の光量を変化させる制御部において、光の光量に応じて受光部の受光感度を変化させることにより、受光部の飽和を回避することができ、正確に光量を測定することができる。
In the invention according to
The light receiving sensitivity of the light receiving unit is lowered when the light amount of the light source is increased, and the light receiving sensitivity of the light receiving unit is increased when the light amount of the light source is reduced. As a result, in the control unit that changes the light amount of the light source in order to increase the light utilization efficiency, it is possible to avoid saturation of the light receiving unit by changing the light receiving sensitivity of the light receiving unit according to the light amount of light. The amount of light can be measured.
請求項5記載の発明は、植物の成長を促す植物栽培装置であって、栽培対象の植物との境界上に栽培面を有し、栽培対象の植物を保持すると共に少なくとも水分を供給する栽培槽と、光を出射する光源と、光源から出射された光を栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方に向かわせる走査部と、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を受光する受光部と、栽培槽の栽培面上に位置し走査部から光を反射する反射体と、受光部の受光状況に基づき走査部の走査範囲を決定する制御部と、を備える。これにより、受光部は栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光の両方を受光し、栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光とを区別することができる。さらに、栽培対象の植物が成長する場合であっても、制御部は栽培対象の植物の大きさを正確に把握することができる。
Invention of
請求項6記載の発明は、光源からの光は第1波長の光であり、反射体は、第1波長の光を第1波長とは異なる第2波長の光に変換することを特徴とする。これにより、反射体が光源からの第1波長の光を第1波長の光とは異なる第2波長に変換するので、栽培対象から反射される光と反射体から反射される光の波長を異ならせることができ、栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光とを容易に区別できる。
The invention according to
請求項7記載の発明は、第1波長の光は青色光(波長:400〜500nmの範囲)であり、第2波長の光は赤色光(波長:600〜700nmの範囲)であることを特徴とする。これにより、光源からの第1波長の光を青色光とし、反射体からの第1波長とは異なる第2波長の光を赤色光とし、第1波長の光と第2波長の光を植物の光合成に適した波長とするので、栽培対象の植物から反射された光と栽培槽の栽培面から反射された光とを容易に区別すると共に、植物の光合成を促進することができる。
The invention according to
請求項8記載の発明は、制御部は、受光部の受光状況に基づき、光源からの光を栽培対象の植物に照射するように走査部の走査範囲を変更することを特徴とする。これにより、制御部が前記光源からの光を前記栽培対象の植物に主として照射するように前記走査部の走査範囲を変更するので、光源からの光を栽培槽の栽培面に照射する割合を減らして、栽培対象の植物に照射する割合を増やすので、植物を栽培する際の光源の光の利用効率を高めることができる。 The invention according to claim 8 is characterized in that the control unit changes the scanning range of the scanning unit so as to irradiate the plant to be cultivated with light from the light source based on the light reception state of the light receiving unit. Thereby, the control unit changes the scanning range of the scanning unit so as to mainly irradiate the plant to be cultivated with light from the light source, so the ratio of irradiating the cultivation surface of the cultivation tank with light from the light source is reduced. And since the ratio irradiated to the plant of cultivation object is increased, the utilization efficiency of the light of the light source at the time of growing a plant can be improved.
請求項9記載の発明は、受光部は、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光の光量を検知する機能を有し、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えた場合に栽培槽の栽培面から反射された光と判断し、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えない場合に栽培対象の植物から反射された光と判断することを特徴とする。これにより、植物栽培用に照射する光と、照射対象物からの反射光の光量を測定する受光素子を利用して、低いコストで植物とそれ以外の栽培面とを検知することができる。 In the invention according to claim 9, the light receiving unit has a function of detecting the amount of light reflected from at least one of the plant to be cultivated or the cultivation surface of the cultivation tank, and the amount of light received by the light receiving unit is predetermined. It is determined that the light is reflected from the cultivation surface of the cultivation tank when the light amount is exceeded, and is determined to be the light reflected from the plant to be cultivated when the light amount received by the light receiving unit does not exceed the predetermined light amount. Features. Thereby, a plant and other cultivation surfaces can be detected at a low cost by using a light receiving element that measures the amount of light irradiated for plant cultivation and the amount of reflected light from the irradiation object.
請求項10記載の発明は、光源部はパルス状態の光を照射し、受光部は、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を検知し、照射した光と反射した光の時間軸の差から、栽培対象の植物または栽培槽の栽培面までの距離を測定する機能を有し、測定した距離が所定距離を越えた場合に栽培槽の栽培面からの光と判断し、測定した距離が所定距離を越えない場合に栽培対象の植物と判断することを特徴とする。これにより、植物栽培用に照射する光と、照射対象物からの反射光の時間軸の差から距離を測定する受光素子を利用して、低いコストで植物とそれ以外の栽培面とを検知することができる。
In the invention according to
請求項11記載の発明は、光源からの光は発散光であり、光源からの光を平行光に変換するコリメータレンズを有することを特徴とする。これにより、発散光を光学的に平行光に変換して光を絞ることにより、植物を検知する際、特に植物の縁のような境界部分に関して、精度よく検知することができる。 According to an eleventh aspect of the present invention, the light from the light source is divergent light, and has a collimator lens that converts the light from the light source into parallel light. Thereby, when detecting a plant by optically converting divergent light into parallel light and narrowing the light, it is possible to accurately detect a boundary portion such as an edge of the plant.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における植物栽培装置について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the plant cultivation apparatus in
図1は、植物栽培装置を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a plant cultivation apparatus.
同図に示す植物栽培装置1は、植物を栽培するためのものとして構成された人工な照明を利用する完全制御型の植物栽培装置1である。植物栽培装置1は、光源部2、受光部3、栽培槽4および図示省略の制御部6を備える。
栽培する植物5に関しては、一般的に人工光での育成がしやすいと言われているレタス、レッドキャベツなどの葉物野菜、果実種であり緑黄色野菜の一種であるトマトなどがある。また、近年では穀物類であるイネなども、植物工場で栽培検討されている。
A
As for the
栽培槽4は、植物5を育成するための培養液で満たされており(水耕および土耕のどちらでも可)、一定の間隔で植物5が植え付けられており、栽培槽4の植物5が植え付けてある側の面を栽培面7という。
The
制御部6は、光源部2の半導体レーザ発光させるための発光回路と、受光部3の受光素子を動作制御するための受光回路を備え、受光状況により発光の光量および照射タイミング、そして照射位置を制御する機能を備えている。
The
図2は、光源部の内部構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of the light source unit.
光源部2の内部には、光源21と走査部31で構成されており、光源21は青色光を出射する半導体レーザ(以下、「第1の半導体レーザ22」)および赤色光を出射する半導体レーザ(以下、「第2の半導体レーザ23」)が収納されている。次に第1の半導体レーザ22と第2の半導体レーザ23から出射した光を一つの光学経路にするための光学プリズム24を備え、さらに半導体レーザから出射した光は発散した光になっており、その発散光を平行光に収束させるコリメータレンズ25を備えている。第1の半導体レーザ22と第2の半導体レーザ23から出射した光の光量は、光学プリズム24の膜特性により出射した光の所定比率の光を分光し、光学プリズム24の側面に配置された光学モニター26で光量計測し、制御部6により指示された光量に維持することができる。
The
第1の半導体レーザ22から出射される光の第1波長は、400〜500nmの範囲であり、第2の半導体レーザ23から出射される光の第2波長は、600〜700nmの範囲であり、植物5の光合成を最も効率よく促進させる波長を用いる。
The first wavelength of the light emitted from the
図3は、光源部に含まれる走査部の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a scanning unit included in the light source unit.
走査部31は、単結晶シリコン基板37で可動板32、梁33、コイル34を形成しており、さらに可動板32の表面には、出射した光を植物5に照射するための反射ミラー35やコイル34が形成されている。また、単結晶シリコン基板37の周縁部に永久磁石36が配置されて、コイル34と共に磁気回路が構成されている。可動板32の外周部に形成したコイル34に電流を流すと、永久磁石36による磁界との相互作用でローレンツ力が発生する。その結果、梁33の復元力と均衡する角度まで可動板32を傾けることができ、同時に反射ミラー35も傾く。ローレンツ力はコイル34に流れる電流に比例するため、その値を変化させることで可動板32の傾き、すなわち光走査の角度を定格の範囲内で自在に変えることができる。この動きを2軸で動作する機能を備えることにより、光源21から出射された出射光を二次元に走査できる。
The
光走査の範囲を決める反射ミラー35の角度を検出する方法としては、磁界中で揺動するコイル34に発生する逆起電力を検出する方法。梁33にピエゾ抵抗素子を備え、揺動で発生する梁33の応力をピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を電気的に検出する方法。反射ミラー35から反射された光を光センサで検出し、反射光の通過時間から振れ角を検出する方法などがある。
As a method of detecting the angle of the
また、反射ミラー35を傾かせる方式としては、前記した磁気回路を利用する方式以外にも、圧電素子や静電力を利用した方式もある。
Further, as a method of tilting the
図4は、受光部の構成を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the light receiving unit.
受光部3には、光量を検知する受光素子41と、集光レンズ42が備わっている。栽培対象の植物5または栽培槽4の栽培面7の少なくとも一方から反射された光は、集光レンズ42によって反射光を集めて、受光素子41に効率的に集光される。
The
図5は、光源部と受光部との一体型構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an integrated configuration of the light source unit and the light receiving unit.
光源21は青色光を出射する第1の半導体レーザ22および赤色光を出射する第2の半導体レーザ23が収納されている。次に第1の半導体レーザ22と第2の半導体レーザ23から出射した光を一つの光学経路にするための光学プリズム24を備え、さらに半導体レーザから出射した光は発散した光になっており、その発散光を平行光に収束させるコリメータレンズ25を備えている。第1の半導体レーザ22と第2の半導体レーザ23から出射した光の光量は、光学プリズム24の膜特性により出射した光の所定比率の光を分光し、光学プリズム24の側面に配置された光学モニター26で光量計測し、制御部6により指示された光量に維持することができる。コリメータレンズ25と走査部31の間にハーフミラー43を備え、半導体レーザの出射光は透過し、栽培対象の植物5または栽培槽4の栽培面7の少なくとも一方から反射された戻り光を反射する反射膜を備えており、ハーフミラー43の側に備えた受光素子41に向けられている。
The
光源部2と受光部3は、分離して配置することができると同時に、このようにハーフミラー43を用いコンパクトに一体型で構成することもできる。
The
図6は、植物と栽培槽の栽培面とを光量検知する方法を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a method of detecting the light amount of the plant and the cultivation surface of the cultivation tank.
光源部2から出射される光は第1の半導体レーザ22から出射した青色光または第2の半導体レーザ23から出射した赤色光であり、栽培対象の植物5または栽培槽4の栽培面7に対して照射される。
The light emitted from the
受光部3は、植物5または栽培面7の少なくとも一方から反射された光の光量を検知する機能を有する。
The
制御部6は、半導体レーザを発光させる発光回路61の発光制御を行い、光源部2から出射される光の発光量と照射位置を決定すると共に、受光素子41を動作させる受光回路62の受光制御を行い、受光部3の受光感度の調整も行う。このため、制御部6は、受光部3で受光した光の光量に基づき、光源部2から出射される光の発光量を調整できる。
The
照射位置に関しては、光源部2に備わっている走査部31の反射ミラー35の傾き量を計測する光センサやピエゾ抵抗素子、または、反射ミラー35が傾くことにより発生する逆起電力などの情報から、発光回路61にて出射された光の照射位置を把握できる。同時に、受光回路62を介することにより、受光した光の位置も把握できる。
With respect to the irradiation position, it is based on information such as an optical sensor or a piezoresistive element that measures the tilt amount of the
ここで、植物5は光合成を促進する青色光および赤色光を吸収するため、植物5から反射される光は、植物5以外の栽培面7から反射される光より光量が小さい。そのため、制御部6は、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えた場合に栽培槽4の栽培面7から反射された光と判断でき、受光部で受光した光の光量が所定光量を超えない場合に栽培対象の植物5から反射された光と判断できる。
Here, since the
また、栽培槽4の栽培面7には、反射体63を備えることにより、受光部3に対して大きい光量の光を返すことができるため、植物5と栽培槽4の栽培面7からの戻り光のコントラスト(光量差)を上げることができる。
Moreover, since the
更に、反射体63の代わりに光の波長を変換することができる蛍光体を用いることにより、栽培槽4の栽培面7に照射された光の波長を変換して受光部3に返すことができる。この波長を変換する蛍光体を使用する時は、受光素子41に波長選択フィルタをつけることにより、受光素子41が受けた光が何処から返ってきた光かを容易に特定することができる。
Furthermore, the wavelength of the light irradiated to the
図7は、植物と栽培槽の栽培面とを距離検知する方法を示す図である。光源部2から出射される光はパルス状態の光であり、植物5または栽培槽4の栽培面7に対して照射される。受光部3は、栽培対象の植物5または栽培槽4の栽培面7の少なくとも一方から反射された光を検知し、照射した光と反射した光の時間軸の差から、距離計測回路64により、栽培対象の植物5または栽培槽4の栽培面7までの距離を測定する機能を有する。
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for detecting a distance between a plant and a cultivation surface of a cultivation tank. The light emitted from the
そのため、制御部6は、測定した距離が所定距離を越えた場合に栽培槽4の栽培面7からの光と判断し、測定した距離が所定距離を越えない場合に栽培対象の植物5と判断する。
Therefore, the
照射位置に関しては、光源部2に備わっている走査部31の反射ミラー35の傾き量を計測する光センサやピエゾ抵抗素子、または、反射ミラー35が傾くことにより発生する逆起電力などの情報から、発光回路61にて出射された光の照射位置を把握できる。同時に、距離計測回路64を介することにより、距離を測定した植物5または栽培槽4の栽培面7の位置も把握できる。
With respect to the irradiation position, it is based on information such as an optical sensor or a piezoresistive element that measures the tilt amount of the
図8は、植物栽培装置の照射状態を示す図であり、1例目の状態を示すものである。 FIG. 8 is a diagram showing an irradiation state of the plant cultivation apparatus, and shows a state of the first example.
図6および図7で前記した方法により、制御部6において植物5と栽培槽4の栽培面7とを判断することができる。その結果から走査部31からの光が栽培対象の植物5に照射されていると判断したときに光源21の光量を植物5の光合成に必要な所定光量まで大きくし、走査部31からの光が栽培槽4の栽培面7に照射されていると判断したときに光源21の光量を小さくする。図8において、太実線で示した部分は、光合成に必要な所定光量(光量大)であり、破線で示した部分は戻り光を検知することができる最小の光量(光量小)を示している。
6 and 7, the
図8に示すように、植物5の検知と照射光の切換動作を、照射光の走査をしながらリアルタイムに行うことが可能である。また、リアルタイム動作の場合、照射光の走査方向における光量をマクロに見ると、時間軸において、例えば、光量を小さくして栽培面7に照射した次の照射が仮に植物5の場合、光量が小さい状態のまま照射される可能性がある。その場合、制御部6において、次の照射サイクルの時に、前回の植物5と栽培面7の走査位置情報から補正をかける機能を有する。
As shown in FIG. 8, it is possible to detect the
更に、制御部6は、受光部3の受光感度を調整する機能を有しており、光源21の光量を大きくしたときに受光部3の受光感度を低くし、光源21の光量を小さくしたときに受光部3の受光感度を高くすることができ、受光部3に備わっている受光素子41の飽和を回避することができる。
Further, the
図9は、植物栽培装置の照射状態を示す図であり、2例目の状態を示すものである。 FIG. 9 is a diagram showing an irradiation state of the plant cultivation apparatus, and shows a second example state.
最初に、植物5と栽培槽4の栽培面7に対して一定光量の照射を行い、図6および図7で説明記載した方法により、制御部6において植物5と栽培槽4の栽培面7とを判断する。図9の左図において、破線で示した部分は一定光量で照射した領域を示している。その結果から植物5と栽培槽4の栽培面7との位置情報を取り込み、走査範囲を決定する。この動作を以後、マッピングサーチという。次の照射サイクル以降は、制御部6において植物5のみの走査範囲に限定して、植物5の光合成に必要な所定光量のみを照射し、栽培槽4の栽培面7に対しては光量をゼロとして照射しない。図9の右図において、太実線で示した部分は、光合成に必要な所定光量(光量大)であり、それ以外の領域は、光量ゼロである。マッピングサーチと植物5のみの限定照射の動作比率は自由に変更することができる。
First, the
また、図8で前記した1例目のリアルタイム動作による照射する方式と、2例目のマッピングサーチ後に植物5のみに限定照射する方式は、それぞれの比率を変えて組合せて行なっても良い。
Further, the irradiation method using the real-time operation in the first example described above with reference to FIG. 8 and the irradiation method limited to the
本発明は、低コストで光の利用効率を向上させることができるので、人工的な照明により植物を栽培する植物栽培装置などに適応可能である。 The present invention can improve the light utilization efficiency at a low cost, and therefore can be applied to a plant cultivation apparatus for cultivating plants by artificial lighting.
1 植物栽培装置
2 光源部
3 受光部
4 栽培槽
5 植物
6 制御部
7 栽培面
21 光源
22 第1の半導体レーザ
23 第2の半導体レーザ
24 光学プリズム
25 コリメータレンズ
26 光学モニター
31 走査部
32 可動板
33 梁
34 コイル
35 反射ミラー
36 永久磁石
37 単結晶シリコン基板
41 受光素子
42 集光レンズ
43 ハーフミラー
61 発光回路
62 受光回路
63 反射体
64 距離計測回路
DESCRIPTION OF
Claims (11)
栽培対象の植物との境界上に栽培面を有し、前記栽培対象の植物を保持すると共に少なくとも水分を供給する栽培槽と、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方に向かわせる走査部と、
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を受光する受光部と、
前記受光部の受光状況に基づき、前記光源の光量を変更する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記走査部からの光が前記栽培対象の植物に照射されていると判断したときに前記光源の光量を大きくし、
前記走査部からの光が前記栽培槽の栽培面に照射されていると判断したときに前記光源の光量を小さくすることを特徴とする植物栽培装置。 A plant cultivation device that promotes plant growth,
A cultivation tank having a cultivation surface on the boundary with the plant to be cultivated, holding the plant to be cultivated and supplying at least moisture,
A light source that emits light;
A scanning unit for directing light emitted from the light source to at least one of the cultivation target plant or the cultivation tank;
A light receiving portion that receives light reflected from at least one of the cultivation target plant or the cultivation surface of the cultivation tank; and
A control unit that changes a light amount of the light source based on a light receiving state of the light receiving unit,
The controller is
Increasing the amount of light of the light source when it is determined that the light from the scanning unit is irradiated on the plant to be cultivated,
The plant cultivation apparatus, wherein the light amount of the light source is reduced when it is determined that the light from the scanning unit is irradiated on the cultivation surface of the cultivation tank.
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光の光量を検知する機能を有し、
前記受光部で受光した光の光量が所定光量を超えた場合に前記栽培槽の栽培面から反射された光と判断し、
前記受光部で受光した光の光量が前記所定光量を超えない場合に前記栽培対象の植物から反射された光と判断することを特徴とする請求項1記載の植物栽培装置。 The light receiving unit is
Having a function of detecting the amount of light reflected from at least one of the cultivation target plant or the cultivation tank;
When the amount of light received by the light receiving unit exceeds a predetermined amount of light, it is determined as light reflected from the cultivation surface of the cultivation tank,
The plant cultivation apparatus according to claim 1, wherein when the amount of light received by the light receiving unit does not exceed the predetermined amount of light, the light is reflected from the plant to be cultivated.
パルス状態の光を照射し、
前記受光部は、
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を 検知し、照射した光と反射した光の時間軸の差から、前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面までの距離を測定する機能を有し、
前記測定した距離が所定距離を越えた場合に前記栽培槽の栽培面からの光と判断し、
前記測定した距離が所定距離を越えない場合に前記栽培対象の植物と判断することを特徴とする請求項1記載の植物栽培装置。 The light source is
Irradiate pulsed light,
The light receiving unit is
The light reflected from at least one of the plant to be cultivated or the cultivation surface of the cultivation tank is detected, and from the time axis difference between the irradiated light and the reflected light, the plant to be cultivated or the cultivation surface of the cultivation tank Has a function to measure the distance to
When the measured distance exceeds a predetermined distance, it is determined as light from the cultivation surface of the cultivation tank,
The plant cultivation apparatus according to claim 1, wherein when the measured distance does not exceed a predetermined distance, the plant is determined as the plant to be cultivated.
前記受光部の受光感度を調整する機能を有し、
前記光源の光量を大きくしたときに前記受光部の受光感度を低くし、
前記光源の光量を小さくしたときに前記受光部の受光感度を高くすることを特徴とする請求項1記載の植物栽培装置。 The controller is
Having a function of adjusting the light receiving sensitivity of the light receiving unit;
When the light quantity of the light source is increased, the light receiving sensitivity of the light receiving unit is lowered,
The plant cultivation apparatus according to claim 1, wherein when the light amount of the light source is reduced, the light receiving sensitivity of the light receiving unit is increased.
栽培対象の植物との境界上に栽培面を有し、前記栽培対象の植物を保持すると共に少なくとも水分を供給する栽培槽と、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方に向かわせる走査部と、
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を受光する受光部と、
前記栽培槽の栽培面上に位置し前記走査部から光を反射する反射体と、
前記受光部の受光状況に基づき前記走査部の走査範囲を決定する制御部と、を備える植物栽培装置。 A plant cultivation device that promotes plant growth,
A cultivation tank having a cultivation surface on the boundary with the plant to be cultivated, holding the plant to be cultivated and supplying at least moisture,
A light source that emits light;
A scanning unit for directing light emitted from the light source to at least one of the cultivation target plant or the cultivation tank;
A light receiving portion that receives light reflected from at least one of the cultivation target plant or the cultivation surface of the cultivation tank; and
A reflector that is located on the cultivation surface of the cultivation tank and reflects light from the scanning unit;
A plant cultivation device comprising: a control unit that determines a scanning range of the scanning unit based on a light reception state of the light receiving unit.
前記反射体は、前記第1波長の光を前記第1波長とは異なる第2波長の光に変換することを特徴とする請求項5記載の植物栽培装置。 The light from the light source is light of the first wavelength,
6. The plant cultivation apparatus according to claim 5, wherein the reflector converts the light having the first wavelength into light having a second wavelength different from the first wavelength.
前記第2波長の光は赤色光(波長:600〜700nmの範囲)であることを特徴とする請求項6記載の植物栽培装置。 The first wavelength light is blue light (wavelength: in the range of 400 to 500 nm),
The plant cultivation apparatus according to claim 6, wherein the second wavelength light is red light (wavelength: in a range of 600 to 700 nm).
前記受光部の受光状況に基づき、前記光源からの光を前記栽培対象の植物に照射するように前記走査部の走査範囲を変更することを特徴とする請求項5記載の植物栽培装置。 The controller is
The plant cultivation apparatus according to claim 5, wherein the scanning range of the scanning unit is changed so as to irradiate the plant to be cultivated with light from the light source based on a light reception state of the light receiving unit.
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光の光量を検知する機能を有し、
前記受光部で受光した光の光量が所定光量を超えた場合に前記栽培槽の栽培面から反射された光と判断し、
前記受光部で受光した光の光量が前記所定光量を超えない場合に前記栽培対象の植物から反射された光と判断することを特徴とする請求項5記載の植物栽培装置。 The light receiving unit is
Having a function of detecting the amount of light reflected from at least one of the cultivation target plant or the cultivation tank;
When the amount of light received by the light receiving unit exceeds a predetermined amount of light, it is determined as light reflected from the cultivation surface of the cultivation tank,
The plant cultivation apparatus according to claim 5, wherein when the amount of light received by the light receiving unit does not exceed the predetermined light amount, the light is reflected from the plant to be cultivated.
パルス状態の光を照射し、
前記受光部は、
前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面の少なくとも一方から反射された光を 検知し、照射した光と反射した光の時間軸の差から、前記栽培対象の植物または前記栽培槽の栽培面までの距離を測定する機能を有し、
前記測定した距離が所定距離を越えた場合に前記栽培槽の栽培面からの光と判断し、
前記測定した距離が所定距離を越えない場合に前記栽培対象の植物と判断することを特徴とする請求項5記載の植物栽培装置。 The light source is
Irradiate pulsed light,
The light receiving unit is
The light reflected from at least one of the plant to be cultivated or the cultivation surface of the cultivation tank is detected, and from the time axis difference between the irradiated light and the reflected light, the plant to be cultivated or the cultivation surface of the cultivation tank Has a function to measure the distance to
When the measured distance exceeds a predetermined distance, it is determined as light from the cultivation surface of the cultivation tank,
The plant cultivation apparatus according to claim 5, wherein the plant is determined to be a plant to be cultivated when the measured distance does not exceed a predetermined distance.
前記光源からの光を平行光に変換するコリメータレンズを有することを特徴とする請求項5記載の植物栽培装置。 The light from the light source is divergent light,
The plant cultivation apparatus according to claim 5, further comprising a collimator lens that converts light from the light source into parallel light.
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---|---|---|---|
JP2014079860A JP2015198615A (en) | 2014-04-09 | 2014-04-09 | Plant cultivation device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020528757A (en) * | 2017-07-31 | 2020-10-01 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | Dimming method for constant light intensity |
CN113940206A (en) * | 2021-09-24 | 2022-01-18 | 中国农业科学院都市农业研究所 | Scanning device and method for agricultural illumination |
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2014
- 2014-04-09 JP JP2014079860A patent/JP2015198615A/en active Pending
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JP2020528757A (en) * | 2017-07-31 | 2020-10-01 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | Dimming method for constant light intensity |
CN113940206A (en) * | 2021-09-24 | 2022-01-18 | 中国农业科学院都市农业研究所 | Scanning device and method for agricultural illumination |
CN113940206B (en) * | 2021-09-24 | 2022-12-13 | 中国农业科学院都市农业研究所 | Scanning device and method for agricultural illumination |
WO2023045406A1 (en) * | 2021-09-24 | 2023-03-30 | Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences | Scanning-type light-emitting apparatus for agriculture and cultivation and lighting method thereof |
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