JP2016183931A - Plant cultivation apparatus - Google Patents

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あゆみ 三好
Ayumi Miyoshi
あゆみ 三好
聡一 須藤
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聡一 須藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plant cultivation apparatus capable of effectively facilitating low-cost and high-accuracy cultivation experiments and studies.SOLUTION: A plant cultivation apparatus main body 11 has, inside thereof, a cultivation space 12 separated from outside to cover a minimum space for accommodating a predetermined minimum number of plants, and includes component analysis means for analyzing components of plants while being cultivated in the cultivation space 12. The component analysis means comprises a light-emitter 21 for irradiating the plants with near infrared rays, a photoreceiver 22 configured to receive light reflected from and transmitted through the plants, and an analyzer (control unit 100) that analyzes components of the plants based on a result of measuring a near infrared ray spectrum acquired from the received reflected light and transmitted light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、植物の生育に影響を与える各要素を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための植物栽培装置に関する。   The present invention relates to a plant cultivation apparatus for growing a plant having a predetermined minimum number of plants under an environmental condition in which each element that affects the growth of the plant can be adjusted.

従来より、植物の最適な育成環境を見出すための実験に使用される研究用の植物育成装置について、様々な提案がなされている。従来の植物育成装置では、例えば特許文献1,2に開示されているように、通常はいわゆるチャンバー(恒温恒湿槽)を備えており、チャンバー内部に複数株の植物を入れて実験を行うことが一般的であった。   Conventionally, various proposals have been made on plant growth apparatuses for research that are used in experiments for finding the optimal plant growth environment. For example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, a conventional plant growing apparatus is usually provided with a so-called chamber (a constant temperature and humidity chamber), and an experiment is performed by placing a plurality of plants in the chamber. Was common.

このような植物育成装置において、植物の育成に関する検証方法の代表例として成分分析が知られている。かかる成分分析には様々な方法があり、例えば特許文献3には、専用のセルに植物の試料を投入した後、この試料を透光性部材に対して押圧しながら、透光性部材を介してヘッドから試料に近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出して、試料に含まれる成分を分析する方法が開示されている。   In such a plant growing apparatus, component analysis is known as a representative example of a verification method related to plant growth. There are various methods for such component analysis. For example, in Patent Document 3, a sample of a plant is put into a dedicated cell, and then the sample is pressed against the translucent member while passing through the translucent member. A method of analyzing a component contained in a sample by irradiating the sample with near infrared rays from the head and calculating absorbance from the diffuse reflected light is disclosed.

特許3982897号公報Japanese Patent No. 3982897 特許5034030号公報Japanese Patent No. 5034030 特開2003−232728号公報JP 2003-232728 A

前述した従来の植物育成装置では、植物を例えば1株等の最小株数で育成を検証する場合に、チャンバー内に複数株を収納すると、個体間で相互作用が働いてしまい単体としての検証には適さないという問題があった。このような個体間の相互作用を防ぐために、チャンバー内を何らかの形で1株ごとのエリアに区切ると、一部の植物に対して光や風が遮られてしまうことがあり、植物の置かれている環境の均一性が確保できなくなる虞があった。   In the conventional plant growing apparatus described above, when verifying the growth of a plant with a minimum number of strains such as one strain, if multiple strains are stored in the chamber, interaction between individuals works and verification as a single unit is not possible. There was a problem that it was not suitable. In order to prevent such interaction between individuals, if the inside of the chamber is divided into areas for each strain in some way, light and wind may be blocked on some plants, and the plant is placed. There is a risk that the uniformity of the surrounding environment cannot be secured.

また、チャンバー内を複数のエリアに区切ることなく、株の配置間隔を広げる場合は、限られたチャンバー内に僅かな株数しか収納することができないという問題が生じる。しかも、チャンバーは、植物を複数株まとめて収納できる大きさであるため、限られたスペースに多くの装置を設置するにも限界があった。   Further, when the arrangement interval of the stocks is increased without dividing the chamber into a plurality of areas, there is a problem that only a small number of stocks can be stored in the limited chamber. Moreover, since the chamber is large enough to store a plurality of plants together, there is a limit to installing many devices in a limited space.

また、チャンバー内の環境条件は、収納した植物の株数に関わらず、原則として同じ温度や湿度等と一律にしか調整できなかった。従って、多くの環境条件を設定して栽培実験を行う場合には、多くの装置を用意して同時並行して実験するか、一つの実験が終わってから次の環境条件を設定し、時間的にシリーズで実験することになる。そのため、余計にコストがかかるだけでなく、実験に時間がかかるという問題があった。   Moreover, the environmental conditions in the chamber could be adjusted only uniformly with the same temperature, humidity, etc., in principle, regardless of the number of plant stocks stored. Therefore, when carrying out cultivation experiments with many environmental conditions set, prepare many devices and conduct experiments in parallel, or set the next environmental conditions after one experiment and Will be experimenting with the series. For this reason, there is a problem that the experiment is not only costly but also takes time.

さらに、従来の植物育成装置では、植物の成分分析を行う場合には、チャンバー内から植物を取り出さなければならなかった。前述の特許文献3に記載した方法で分析する場合には、植物を専用のセルに入れるのに適した形に加工する前処理(植物をすり潰す等)をしなければならず手間がかかり、分析した植物の栽培を再開することもできなかった。よって、栽培の途中で成分分析を行いたい場合は、複数の植物を同時に同じ条件で栽培しなければならなかった。   Furthermore, in the conventional plant growing apparatus, when the component analysis of the plant is performed, the plant has to be taken out from the chamber. When analyzing by the method described in the above-mentioned Patent Document 3, it takes time and effort to perform a pretreatment (such as crushing the plant) to process the plant into a form suitable for placing in a dedicated cell. The cultivation of the analyzed plants could not be resumed. Therefore, when it was desired to perform component analysis during cultivation, a plurality of plants had to be cultivated simultaneously under the same conditions.

本発明は、以上のような従来の技術の有する問題点に着目してなされたものであり、植物を最小単位で育成するに際し、植物単体の能力や人工的に制御された環境下での栽培を検証することができ、また、省スペース化の要請にも応じることができ、しかも、植物の検証方法の一つである成分分析について、装置から植物を取り出したりすることなく、容易かつ正確な測定ないし検証が可能となる植物栽培装置を提供することを目的としている。   The present invention was made paying attention to the problems of the conventional techniques as described above, and when growing a plant in a minimum unit, the ability of a single plant or cultivation in an artificially controlled environment In addition, the component analysis, which is one of the plant verification methods, can be easily and accurately performed without taking out the plant from the device. It aims at providing the plant cultivation apparatus which can measure or verify.

前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
[1]植物の生育に影響を与える各要素を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための植物栽培装置(10)において、
装置本体(11)の内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された生育空間(12)が形成され、
前記生育空間(12)に植物を収納したままの状態で、生育中の植物の成分を分析する成分分析手段(21,22,100)を備えることを特徴とする植物栽培装置(10)。
The gist of the present invention for achieving the object described above resides in the inventions of the following items.
[1] In a plant cultivation apparatus (10) for growing a predetermined minimum number of plants under environmental conditions in which each element affecting plant growth can be adjusted,
Inside the apparatus main body (11), a growth space (12) partitioned from the outside in a minimum range for storing a predetermined minimum number of plants is formed,
A plant cultivation device (10) comprising component analysis means (21, 22, 100) for analyzing the components of a growing plant while the plant is housed in the growth space (12).

[2]前記成分分析手段(21,22,100)は、植物に光を照射した際の反射光ないし透過光を分析して得られる結果に基づき植物の成分を分析することを特徴とする前記[1]に記載の植物栽培装置(10)。   [2] The component analysis means (21, 22, 100) analyzes a plant component based on a result obtained by analyzing reflected light or transmitted light when the plant is irradiated with light. The plant cultivation apparatus (10) according to [1].

[3]前記成分分析手段(21,22,100)は、
植物に近赤外線を照射する発光部(21)と、
前記発光部(21)による照射時に植物からの反射光ないし透過光を受光する受光部(22)と、
前記受光部(22)が受光した前記反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定した結果に基づき植物の成分を分析する解析部(100)と、を備えることを特徴とする前記[2]に記載の植物栽培装置(10)。
[3] The component analysis means (21, 22, 100)
A light emitting part (21) for irradiating the plant with near infrared rays;
A light receiving part (22) for receiving reflected light or transmitted light from the plant upon irradiation by the light emitting part (21);
An analysis unit (100) for analyzing plant components based on a result of measuring a near-infrared spectrum obtained from the reflected light or transmitted light received by the light receiving unit (22). 2] The plant cultivation apparatus (10).

[4]前記発光部(21)および受光部(22)は、前記装置本体(11)の内部にて移動可能に配置されたことを特徴とする前記[3]に記載の植物栽培装置(10)。   [4] The plant cultivation device according to [3] (10), wherein the light emitting unit (21) and the light receiving unit (22) are movably arranged inside the device main body (11). ).

[5]前記成分分析手段(21,22,100)により、植物の栽培開始前に前記装置本体(11)の内部が空の状態で照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを背景データとして記録しておき、その後、植物の栽培中に照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定データとして記録し、該測定データと前記背景データとの差分に基づき植物の成分を分析することを特徴とする前記[3]または[4]に記載の植物栽培装置(10)。   [5] Near-infrared light obtained from reflected or transmitted light of near-infrared irradiated by the component analysis means (21, 22, 100) in an empty state inside the device main body (11) before the start of plant cultivation Is recorded as background data, and then the near-infrared spectrum obtained from the reflected or transmitted near-infrared light irradiated during the cultivation of the plant is recorded as measurement data, the measurement data and the background data The plant cultivation apparatus (10) according to [3] or [4], wherein a plant component is analyzed based on the difference between the two.

[6]前記成分分析手段(21,22,100)により、前記背景データを得た時における前記生育空間(12)の温度を基準温度として記録しておき、前記測定データを得る時に、前記生育空間(12)の温度を前記基準温度に調整する温度制御手段(100)を有することを特徴とする前記[5]に記載の植物栽培装置(10)。   [6] The temperature of the growth space (12) when the background data is obtained is recorded as a reference temperature by the component analysis means (21, 22, 100), and the growth data is obtained when the measurement data is obtained. The plant cultivation device (10) according to [5], further comprising temperature control means (100) for adjusting the temperature of the space (12) to the reference temperature.

次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
前記[1]に記載の植物栽培装置(10)は、植物を所定の最小株数だけ育成するものであり、一つの装置本体(11)の内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の生育空間(12)が形成される。この生育空間(12)において、植物の生育に影響を与える各要素が調整された環境条件に制御される。これにより、植物を育成するための多様な環境条件を簡易かつ低コストで実現することができる。
Next, the operation based on the above solution will be described.
The plant cultivation apparatus (10) according to the above [1] grows a plant by a predetermined minimum number of plants, and is a minimum for storing a plant with a predetermined minimum number of plants in one apparatus body (11). A series of growth spaces (12) partitioned from the outside in the range of is formed. In this growth space (12), each element affecting the growth of the plant is controlled to the adjusted environmental conditions. Thereby, various environmental conditions for growing plants can be realized easily and at low cost.

生育空間(12)は、植物を所定の最小株数だけ収納する最小限の範囲に設定されるから、装置全体を極力小型化することが可能となる。これにより、植物を最小株数の単位で効率良く栽培実験や研究を進めることができるだけでなく、限られたスペース内でも、より多くの装置による環境条件の設定が可能となり、また、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。   Since the growth space (12) is set to a minimum range for storing a predetermined minimum number of plants, the entire apparatus can be miniaturized as much as possible. As a result, it is possible not only to promote cultivation experiments and research efficiently in units of the minimum number of plants, but also to set environmental conditions with more devices even in a limited space, and the price of the device itself And energy consumption can be reduced.

生育空間(12)は、基本的には閉鎖系となるが、前述した植物の生育に影響を与える各要素である水分や二酸化炭素(空気)等を、装置本体(11)の外部から供給するように構成すると良い。これにより、装置本体(11)自体をいっそう小型化することが可能となる。また、生育空間(12)における余分な水分や空気等は、外部に排出できるように構成する。   The growth space (12) is basically a closed system, but supplies moisture, carbon dioxide (air), and the like, which are elements that affect the growth of the plant, from the outside of the apparatus body (11). It is better to configure as follows. Thereby, it is possible to further reduce the size of the apparatus main body (11) itself. Moreover, it is comprised so that the excess water | moisture content, air, etc. in the growth space (12) can be discharged | emitted outside.

このような植物栽培装置(10)で栽培する植物の育成に関する検証方法の一つとして、植物の成分分析が重要である。本植物栽培装置(10)では、生育空間(12)に植物を収納したままの状態で、生育中の植物の成分を分析する成分分析手段(21,22,100)を備えている。よって、装置本体(11)内から植物を取り出したり特別な前処理を行うことなく、植物の栽培中にそのままの状態でも容易に成分分析を行うことができる。かかる分析結果に基づいて植物の生育の良否を把握することが可能となる。   Analysis of plant components is important as one of verification methods for growing plants cultivated by such a plant cultivation apparatus (10). The plant cultivation apparatus (10) includes component analysis means (21, 22, 100) for analyzing the components of a growing plant in a state where the plant is housed in the growth space (12). Therefore, component analysis can be easily performed even when the plant is grown without taking out the plant from the apparatus main body (11) or performing special pretreatment. Based on the analysis result, it is possible to grasp the quality of plant growth.

植物の成分分析には様々な手法が考えられるが、一般に植物が光合成に必要な光のうち可視域を吸収して、近赤外域の光を反射するという特性を利用して、前記[2]に記載したように、成分分析手段(21,22,100)が、植物に光を照射した際の反射光ないし透過光を分析して得られる結果に基づき植物の成分を分析するように構成すると良い。   Various methods are conceivable for plant component analysis. Generally, the plant absorbs the visible region of light necessary for photosynthesis, and reflects the near-infrared region of light. [2] As described above, when the component analyzing means (21, 22, 100) is configured to analyze the components of the plant based on the result obtained by analyzing the reflected light or transmitted light when the plant is irradiated with light. good.

ここで成分分析手段(21,22,100)は、具体的には例えば前記[3]に記載したように、発光部(21)と、受光部(22)と、解析部(100)とから構成すると良い。このような構成とすれば、装置本体(11)に収容された植物に所定のタイミングで、発光部(21)より近赤外線を照射し、植物からの反射光ないし透過光を受光部(22)で受光する。この受光データは解析部(100)に出力されて近赤外線のスペクトルが測定され、該スペクトル中の特定波長成分の吸光度(減衰量)から、例えば検量線を用いて植物に含まれる成分を分析することができる。   Here, the component analyzing means (21, 22, 100) is specifically composed of a light emitting unit (21), a light receiving unit (22), and an analyzing unit (100) as described in [3] above. It is good to configure. With such a configuration, the plant housed in the apparatus main body (11) is irradiated with near infrared rays from the light emitting unit (21) at a predetermined timing, and reflected light or transmitted light from the plant is received by the light receiving unit (22). Receive light at. This received light data is output to the analysis unit (100) to measure the near-infrared spectrum, and the components contained in the plant are analyzed using, for example, a calibration curve from the absorbance (attenuation amount) of the specific wavelength component in the spectrum. be able to.

前記[4]に記載の植物栽培装置(10)によれば、前記発光部(21)および受光部(22)は、装置本体(11)の内部にて移動可能に配置されている。これにより、光の照射位置や受光位置を植物の成長度合いに合わせて移動させたり、植物の広範囲に亘って近赤外線を照射することが可能となる。植物をより広範囲に亘って測定することにより、複数の受光データを収集することが可能となり、これらデータの平均を採ることで分析の精度を高めることができる。   According to the plant cultivation device (10) described in [4], the light emitting unit (21) and the light receiving unit (22) are movably arranged inside the device main body (11). This makes it possible to move the light irradiation position and the light receiving position in accordance with the degree of plant growth, or to irradiate near infrared rays over a wide range of plants. By measuring a plant over a wider range, it becomes possible to collect a plurality of received light data, and by taking an average of these data, the accuracy of analysis can be improved.

前記[5]に記載の植物栽培装置(10)によれば、前記成分分析手段(21,22,100)により、先ず植物の栽培開始前に、装置本体(11)の内部が空の状態で照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを背景データとして記録しておく。なお、背景データの記録先は、成分分析手段(21,22,100)に限られるものではなく、他の手段で記憶するようにしても良い。   According to the plant cultivation device (10) described in [5], the component analysis means (21, 22, 100) first causes the inside of the device main body (11) to be empty before starting cultivation of the plant. The near-infrared spectrum obtained from the reflected or transmitted near-infrared light is recorded as background data. The recording destination of the background data is not limited to the component analysis means (21, 22, 100), and may be stored by other means.

その後、再び前記成分分析手段(21,22,100)により、植物の栽培中に照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定データとして記録する。そして、この測定データと前記背景データとの差分を採り、これに基づき植物の成分を分析する。これにより、分析の精度をいっそう高めることができ、より正確に植物の成分を分析することが可能となる。   Thereafter, the near-infrared spectrum obtained from the reflected or transmitted near-infrared light irradiated during the cultivation of the plant is again recorded as measurement data by the component analysis means (21, 22, 100). And the difference of this measurement data and the said background data is taken, and the component of a plant is analyzed based on this. Thereby, the accuracy of the analysis can be further increased, and the plant components can be analyzed more accurately.

また、植物により吸収されるスペクトルは、一般に周囲温度の影響を受ける虞がある。よって、前記[6]に記載したように、前記成分分析手段(21,22,100)により、前記背景データを得た時における生育空間(12)の温度を基準温度として記録しておく。そして、前記測定データを得る時に、生育空間(12)の温度を前記基準温度に温度制御手段(100)によって調整するように構成すると良い。   In addition, the spectrum absorbed by plants is generally subject to the influence of ambient temperature. Therefore, as described in [6] above, the temperature of the growth space (12) when the background data is obtained is recorded as the reference temperature by the component analysis means (21, 22, 100). And when obtaining the said measurement data, it is good to comprise so that the temperature of a growth space (12) may be adjusted to the said reference temperature by the temperature control means (100).

これにより、分析の精度が栽培中の生育空間(12)における温度により変化する事態を防ぐことができる。なお、前記背景データや前記測定データを得るのは成分分析手段(21,22,100)であるが、その時の生育空間(12)の温度を測定したり記録する手段は、成分分析手段(21,22,100)ではなく他の手段で実施すると良い。   Thereby, the situation where the precision of analysis changes with the temperature in the growth space (12) during cultivation can be prevented. The background data and the measurement data are obtained by the component analysis means (21, 22, 100). The means for measuring or recording the temperature of the growth space (12) at that time is the component analysis means (21 , 22, 100) may be implemented by other means.

本発明に係る植物栽培装置によれば、植物を最小株数で育成するに際し、他の植物の影響を受けにくい人工的に制御された環境下での栽培実験や研究を、安価に短い期間で、しかも高い精度で効率良く行うことが可能となり、植物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することができる。これにより、植物工場や施設栽培の発展に寄与することができる。また、植物の最小株数に応じて小型化したことにより、限られたスペース内でも、同時に多くの装置ごとに環境条件の設定が可能となり、省スペース化の要請にも応じることができると共に、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。   According to the plant cultivation apparatus according to the present invention, when growing a plant with a minimum number of strains, cultivation experiments and research in an artificially controlled environment that is not easily affected by other plants, in a short period of time, Moreover, it is possible to carry out efficiently with high accuracy, and it is possible to easily elucidate the optimum environmental conditions corresponding to the type of plant. This can contribute to the development of plant factories and facility cultivation. In addition, by reducing the size according to the minimum number of plants, environmental conditions can be set for many devices at the same time, even in a limited space, and it is possible to meet the demand for space saving. Its own price and energy consumption can be reduced.

しかも、植物の検証方法の一つである成分分析について、装置から植物を取り出したりすることなく、容易かつ正確な分析ないし検証が可能となる。また、成分分析をひとつの植物で繰り返し実施することが可能となる。すなわち、栽培の途中であったとしても、成分分析を行った後に引き続きその植物の栽培が可能である。そして、成分分析の結果を基に、植物の生育結果(成分含量)を容易に検証することができる。すなわち、制御された栽培環境下で、環境条件が植物の成分にどのように影響するか、その推移を検証することが可能となる。   Moreover, component analysis, which is one of plant verification methods, can be easily and accurately analyzed or verified without taking out plants from the apparatus. In addition, component analysis can be repeatedly performed on one plant. That is, even if it is in the middle of cultivation, the plant can be continuously cultivated after component analysis. And based on the result of a component analysis, the growth result (component content) of a plant can be verified easily. That is, it is possible to verify how environmental conditions affect plant components under a controlled cultivation environment.

本発明の実施の形態に係る植物栽培装置を模式的に表した縦断面図である。It is a longitudinal section showing typically a plant cultivation device concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る植物栽培装置の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the plant cultivation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る植物栽培装置における栽培ないし成分分析を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the cultivation thru | or component analysis in the plant cultivation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態に係る植物栽培装置を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the plant cultivation apparatus which concerns on another embodiment of this invention.

以下、図面に基づき、本発明を代表する実施の形態を説明する。
最初に、図1によって、本実施の形態に係る植物栽培装置10の全体構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る植物栽培装置10の要部を模式的に表した縦断面図である。植物栽培装置10は、植物の生育に影響を与える各要素を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための装置である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment that represents the present invention will be described based on the drawings.
Initially, the whole structure of the plant cultivation apparatus 10 which concerns on this Embodiment is demonstrated by FIG. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a main part of a plant cultivation apparatus 10 according to the present embodiment. The plant cultivation apparatus 10 is an apparatus for growing a plant having a predetermined minimum number of plants under environmental conditions in which each element affecting the growth of the plant can be adjusted.

図1に示すように、植物栽培装置10は、一つの装置本体11の内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の生育空間12を形成するように構成されている。ここで「所定の最小株数」とは、植物の種類ごとに適宜定められる数であり、必ずしも1株のみに限定されるものではない。例えば、予め定めた最小限の容積ないし形状に定められた生育空間12に対して、比較的大きく成長する植物では1株だけが適する。これより小さい植物では、1株または2株、1株から3株、1株から4株、あるいは1株から5株程度が適するが、この数の限りではなく、生育空間12において予想される植物の占有率等に基づき適宜設定される。   As shown in FIG. 1, the plant cultivation apparatus 10 forms a series of growth spaces 12 partitioned from the outside within a minimum range for storing a predetermined minimum number of plants inside one apparatus body 11. It is configured. Here, the “predetermined minimum number of strains” is a number determined as appropriate for each type of plant, and is not necessarily limited to only one strain. For example, only one strain is suitable for a plant that grows relatively large with respect to the growth space 12 having a predetermined minimum volume or shape. For plants smaller than this, 1 or 2 strains, 1 to 3 strains, 1 to 4 strains, or 1 to 5 strains are suitable, but this number is not limited, and plants expected in the growth space 12 It is set as appropriate based on the occupation ratio of the

また「最小限の範囲」とは、前述した最小株数の植物が、自然な生育形態で収まる最小限の容積ないし形状であり、かかる範囲(スペース)で生育空間12は外部から区画される。このように生育空間12を内部とする装置本体11全体の外形は、特に限定されるものではない。例えば、円筒状、直方体、球形、卵形、紡錘形等の様々な外形が考えられるが、本実施の形態では、図1に示すように、下部が円筒形で上部が丸味を帯びたカプセル型を採用している。   The “minimum range” is the minimum volume or shape in which the aforementioned minimum number of plants can be accommodated in a natural growth form, and the growth space 12 is partitioned from the outside in such a range (space). Thus, the external shape of the whole apparatus main body 11 which has the growth space 12 inside is not specifically limited. For example, various external shapes such as a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a spherical shape, an oval shape, and a spindle shape are conceivable. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a capsule shape in which the lower portion is cylindrical and the upper portion is rounded is used. Adopted.

装置本体11の内部の生育空間12では、植物の生育に影響を与える各要素が調整された環境条件に制御される。ここで各要素とは、植物の光合成に必要な水分、光、二酸化炭素や、栄養素、温度、湿度等と多岐に亘るが、本実施の形態における制御対象は、光、水分である養液、空気中の二酸化炭素、空気の温度および湿度等が該当する。これらの各要素は、植物の生理に合うよう制御されることで、互いに相関を保ちながら植物の育成を促進する。   In the growth space 12 inside the apparatus main body 11, each element affecting the growth of the plant is controlled to an adjusted environmental condition. Here, each element includes a variety of moisture, light, carbon dioxide, nutrients, temperature, humidity, and the like necessary for plant photosynthesis, but the control target in the present embodiment is a nutrient solution that is light, moisture, Applicable to carbon dioxide in air, air temperature and humidity. Each of these elements is controlled to match the physiology of the plant, thereby promoting the growth of the plant while maintaining a correlation with each other.

装置本体11にて生育空間12を区画する各面壁11aは、例えば、アクリルやポリカーボネート等の合成樹脂、あるいはアルミニウムやその合金等の金属によって構成されている。かかる各面壁11aの材質には、光触媒作用のある酸化チタン等を混合させれば、表面における雑菌の繁殖を抑制でき、表面の汚れを防ぐことができる。   Each surface wall 11a that partitions the growth space 12 in the apparatus main body 11 is made of, for example, a synthetic resin such as acrylic or polycarbonate, or a metal such as aluminum or an alloy thereof. If the material of each surface wall 11a is mixed with titanium oxide or the like having a photocatalytic action, it is possible to suppress the propagation of various bacteria on the surface and to prevent the surface from being soiled.

また、各面壁11aの外面は遮光材で覆うと良い。ここで遮光材の材質は、外部からの光を透過させないものであれば何でも良いが、断熱材を兼ねるものにすると良い。具体的には例えば、発泡スチロールや塩化ビニール等の断熱性に優れた合成樹脂が適している。なお、各面壁11a自体を、遮光性や断熱性を有する材質によって形成することもできる。   The outer surface of each surface wall 11a is preferably covered with a light shielding material. Here, the material of the light shielding material may be anything as long as it does not transmit light from the outside, but it is also desirable that the material also serves as a heat insulating material. Specifically, for example, a synthetic resin having excellent heat insulating properties such as polystyrene foam and vinyl chloride is suitable. In addition, each surface wall 11a itself can also be formed with the material which has light-shielding property and heat insulation.

さらに、各面壁11aの内面には反射材を設けると良い。ここで反射材としては、後述する光照射部20から照射された光を反射できるものであれば何でも良いが、具体的には例えば、白色反射シートや鏡面反射シートを各面壁11aの内面に貼り付けたり、白色塗料や光反射塗料を各面壁11aの内面に塗布して構成することができる。   Further, a reflecting material may be provided on the inner surface of each surface wall 11a. Here, any material can be used as the reflective material as long as it can reflect light emitted from the light irradiation unit 20 described later. Specifically, for example, a white reflective sheet or a specular reflective sheet is attached to the inner surface of each surface wall 11a. A white paint or a light reflecting paint can be applied to the inner surface of each surface wall 11a.

装置本体11の下部には、上面側が生育空間12に開口した養液槽13が設けられている。養液槽13は、例えば、底が円板形で周壁が円形断面の底浅の槽として形成され、その材質は、前記装置本体11の各面壁11aと同様に合成樹脂や金属等が用いられる。養液槽13の内部は、水耕栽培用の養液で満たされるが、他に土壌栽培用の土や培地栽培用に固形培地等を充填しても良い。この種の植物栽培装置10において、最も扱いやすい栽培方法は水耕栽培であり、本実施の形態では、一般的な湛液型水耕(DFT)を採用している。   In the lower part of the apparatus main body 11, a nutrient solution tank 13 having an upper surface opened to the growth space 12 is provided. The nutrient solution tank 13 is formed, for example, as a shallow tank having a disc shape at the bottom and a circular cross section at the bottom, and the material thereof is synthetic resin, metal, or the like, similar to each surface wall 11a of the apparatus main body 11. . The inside of the nutrient solution tank 13 is filled with a nutrient solution for hydroponics. Alternatively, soil for soil cultivation or a solid medium or the like for medium cultivation may be filled. In this type of plant cultivation apparatus 10, the most easily handled cultivation method is hydroponics, and in this embodiment, general liquid hydroponics (DFT) is adopted.

ここで養液とは、植物が成長するために必要な栄養素(必須元素)を溶かした水溶液である。栄養素としては、例えば、窒素(N)リン(P)、カリウム(K)等があり、これらはイオン化された状態で水に溶けている。養液は、育成する植物の種類に応じて、また目標とする育成結果を得るために、各栄養素の濃度、pH(水素イオン濃度)、EC(電気伝導度)等が異なる様々な種類が存在する。   Here, the nutrient solution is an aqueous solution in which nutrients (essential elements) necessary for plant growth are dissolved. Examples of nutrients include nitrogen (N) phosphorus (P) and potassium (K), which are dissolved in water in an ionized state. There are various types of nutrient solutions with different nutrient concentrations, pH (hydrogen ion concentration), EC (electrical conductivity), etc., depending on the type of plant to be grown and to obtain the desired growth results. To do.

養液槽13には、装置本体11の面壁11aを貫通して外部から養液を供給するための給液管14と、不要な養液を外部へ排出するための排液管15が接続されている。給液管14や排液管15の途中には、それぞれ開閉可能なバブル(例えば電磁弁等)が設けられ、給液管14の途中には、送液用の電動ポンプ等も配設されている。なお、給液管14や排液管15は、断熱材を外周に被覆する等して断熱すると良い。   Connected to the nutrient solution tank 13 are a supply pipe 14 for supplying the nutrient solution from the outside through the face wall 11a of the apparatus main body 11, and a drain tube 15 for discharging unnecessary nutrient solution to the outside. ing. Openable and closable bubbles (for example, solenoid valves) are provided in the middle of the liquid supply pipe 14 and the drainage pipe 15, and an electric pump for feeding liquid is also provided in the middle of the liquid supply pipe 14. Yes. The liquid supply pipe 14 and the drainage pipe 15 are preferably insulated by covering the outer periphery with a heat insulating material.

装置本体11の面壁11aにおいて養液槽13の上方には、生育空間12に外部から空気(二酸化炭素)を供給するための給気管16が接続されている。また、装置本体11の天井部には、生育空間12の空気を外部へ排出するための排気管17も接続されている。給気管16や排気管17の途中には、それぞれ開閉可能なバブル(例えば電磁弁等)が設けられ、給気管16の途中には、送風用の電動ポンプや送風ファン等も配設されている。なお、給気管16や排気管17も、断熱材を外周に被覆する等して断熱すると良い。   An air supply pipe 16 for supplying air (carbon dioxide) from the outside to the growth space 12 is connected above the nutrient solution tank 13 on the face wall 11 a of the apparatus main body 11. Further, an exhaust pipe 17 for discharging the air in the growth space 12 to the outside is also connected to the ceiling portion of the apparatus main body 11. Openable and closable bubbles (for example, solenoid valves) are provided in the middle of the air supply pipe 16 and the exhaust pipe 17, and an electric pump for blowing and a blower fan are also provided in the middle of the air supply pipe 16. . The air supply pipe 16 and the exhaust pipe 17 are also preferably insulated by covering the outer periphery with a heat insulating material.

また、装置本体11の天井部には、下方に位置する植物に対して光を照射する光照射部20が設けられている。光照射部20は、それ自体が光源として構成される場合と、外部の光源から導光された光を照射する場合があるが、何れの場合も、下方に向けて光を照射する状態に配置される。光照射部20自体が光源となる場合は、具体的には例えば、LED(発光ダイオード)、小型の蛍光灯や白熱灯、そのほか有機EL(エレクトロルミネッセンス)等により構成すると良い。   Moreover, the light irradiation part 20 which irradiates light with respect to the plant located below is provided in the ceiling part of the apparatus main body 11. As shown in FIG. The light irradiation unit 20 may be configured as a light source or may irradiate light guided from an external light source. In either case, the light irradiation unit 20 is arranged to irradiate light downward. Is done. When the light irradiation unit 20 itself is a light source, specifically, for example, an LED (light emitting diode), a small fluorescent lamp or an incandescent lamp, or other organic EL (electroluminescence) may be used.

特にLEDは、他の光源に比べて小型化が可能であり、低消費電力であり、長寿命である等の利点を有するため、光源として適している。LEDには、様々な発光色を発するものがあり、例えば、赤色光、青色光、緑色光、白色光、遠赤光等の複数の発光色のものを所定の割合(例えば発光面積の比)で適宜組み合わせ、互いに異なる分光分布(ナロー、ブロード、波長合成)や光量(光量子束密度)の種類を用意すると良い。   In particular, an LED is suitable as a light source because it can be reduced in size as compared with other light sources, has low power consumption, and has a long life. Some LEDs emit various emission colors. For example, a plurality of emission colors such as red light, blue light, green light, white light, and far red light have a predetermined ratio (for example, ratio of light emission area). It is advisable to prepare a combination of different spectral distributions (narrow, broad, wavelength synthesis) and different amounts of light (photon flux density).

植物の生育に光が必要なのは、植物が光合成を行うためであるが、植物の主な集光色素であるクロロフィルaやクロロフィルbで最も吸収されやすい波長は、400〜500nm付近の青色光と、600〜700nm付近の赤色光である。これらの波長域の光が、光合成にとって有効であることが知られている。よって、この2つの波長域の光をメインとした照射を行うように、光源の発光色を制御すると良い。   Light is necessary for plant growth because the plant performs photosynthesis, but the wavelength most easily absorbed by chlorophyll a and chlorophyll b, which are the main light-collecting pigments of plants, is blue light in the vicinity of 400 to 500 nm, Red light near 600 to 700 nm. It is known that light in these wavelength ranges is effective for photosynthesis. Therefore, it is preferable to control the emission color of the light source so as to perform irradiation mainly using light in these two wavelength ranges.

また、外部に光源がある場合は、例えば、太陽光等の自然光を光ファイバーによって光照射部20まで導光して照射するように構成したり、あるいは、外部にあるLED等からの人工光を光ファイバーによって光照射部20まで導光して照射するように構成しても良い。光照射部20とは別に外部光源がある場合には、太陽光やLED等の光をレンズ等から成る集光機により効率的に集め、この集光した光を、光ファイバーで光照射部20まで導くことになる。ここで光ファイバーの光を出射する先端部が、主として光照射部20に相当することになる。   When there is a light source outside, for example, natural light such as sunlight is guided to the light irradiation unit 20 by an optical fiber and irradiated, or artificial light from an external LED or the like is optical fiber. The light irradiation unit 20 may be guided to irradiate the light. When there is an external light source in addition to the light irradiation unit 20, light such as sunlight and LEDs is efficiently collected by a condenser such as a lens, and this collected light is collected to the light irradiation unit 20 by an optical fiber. Will lead. Here, the tip portion that emits the light of the optical fiber mainly corresponds to the light irradiation unit 20.

さらに、本植物栽培装置10は、生育空間12に植物を収納したままの状態で、生育中の植物の成分を分析する成分分析手段を備えている。成分分析手段は、植物に光を照射した際の反射光ないし透過光を分析して得られる結果に基づき植物の成分を分析するものである。本実施の形態では、測定媒体の光として近赤外線を用いている。すなわち、植物に近赤外線を照射すると、植物に含まれている各種成分ごとに近赤外線のうち特定波長成分が吸収されるので、植物からの反射光ないし透過光を分析して特定波長成分の吸光度(減衰量)を算出することで、植物に含まれている成分を分析するものである。   Further, the plant cultivation apparatus 10 includes component analysis means for analyzing the components of the growing plant in a state where the plant is housed in the growth space 12. The component analysis means analyzes plant components based on results obtained by analyzing reflected light or transmitted light when the plant is irradiated with light. In the present embodiment, near-infrared rays are used as the light of the measurement medium. That is, when a plant is irradiated with near-infrared rays, a specific wavelength component of the near-infrared rays is absorbed for each component contained in the plant, so the reflected or transmitted light from the plant is analyzed to determine the absorbance of the specific wavelength component. The component contained in the plant is analyzed by calculating (attenuation amount).

具体的には成分分析手段は、発光部21と、受光部22と、解析部とを備えている。発光部21は、植物に近赤外線を照射するものであり、光源を備えて構成されている。ここで光源としては、例えばLEDを用いると良いが、特に限定されるものではない。発光部21は、ユニットとして構成されており、前記面壁11aの内面の適所に、例えば支持具や吸盤等を介して取り付けられるが、着脱自在として任意の位置に移動可能に配置すると良い。なお、発光部21の光源を、前記光照射部20と兼用するように構成しても良い。   Specifically, the component analysis means includes a light emitting unit 21, a light receiving unit 22, and an analysis unit. The light emission part 21 irradiates a plant with near infrared rays, and is provided with a light source. Here, as the light source, for example, an LED may be used, but it is not particularly limited. The light emitting unit 21 is configured as a unit, and is attached to an appropriate position on the inner surface of the surface wall 11a via, for example, a support or a suction cup. However, the light emitting unit 21 may be detachably disposed at an arbitrary position. In addition, you may comprise so that the light source of the light emission part 21 may be combined with the said light irradiation part 20. FIG.

また、発光部21による近赤外線の照射は、例えばフィルター等によって、特定波長域の成分のみを照射するように構成しても良い。前述したように、植物に含まれる各種成分ごとに吸収される周波数帯域が異なるので、特定の成分を検出するために必要な特定波長域のみを照射することが考えられる。具体的には例えば、特定波長域を600〜1000nmの範囲に設定すれば、特に硝酸イオン濃度の測定が可能となる。なお、発光部21は1つに限らず複数設けても良い。   Moreover, you may comprise the near infrared irradiation by the light emission part 21 so that only the component of a specific wavelength range may be irradiated with a filter etc., for example. As described above, since the frequency band absorbed by each component included in the plant is different, it is conceivable to irradiate only a specific wavelength range necessary for detecting a specific component. Specifically, for example, if the specific wavelength range is set to a range of 600 to 1000 nm, the nitrate ion concentration can be particularly measured. Note that the number of light emitting units 21 is not limited to one, and a plurality of light emitting units 21 may be provided.

受光部22は、前記発光部21による照射時に植物からの反射光ないし透過光を受光するものである。かかる受光部22は、具体的には例えば、植物からの反射光ないし透過光を集光する光ファイバーと、赤外線センサ(例えばCCD)等の検出器とから構成すると良い。ここで、光ファイバーにより集光した光は、検出器に入射した後に、そのまま検出器から受光データとして、後述するコントロールユニット100に出力されるように設定されている。   The light receiving unit 22 receives reflected light or transmitted light from the plant when irradiated by the light emitting unit 21. Specifically, for example, the light receiving unit 22 may include an optical fiber that collects reflected light or transmitted light from a plant and a detector such as an infrared sensor (for example, a CCD). Here, the light collected by the optical fiber is set to be output to the control unit 100 described later as light reception data from the detector as it is after entering the detector.

受光部22も、前記発光部21と同様にユニットとして構成されており、前記面壁11aの内面の適所に、例えば支持具や吸盤等を介して取り付けられる。かかる受光部22も、着脱自在に取り付けられる構成として、例えば前記面壁11aの内面の任意の位置に移動可能に配置すると良い。なお、受光部22により受光した光は、分光器によって近赤外線領域の波長ごとに分離して出力するように構成しても良い。また、受光部22も1つに限らず複数設けても良い。   The light receiving unit 22 is also configured as a unit, similar to the light emitting unit 21, and is attached to an appropriate position on the inner surface of the face wall 11a via, for example, a support or a suction cup. For example, the light receiving unit 22 may be detachably mounted so as to be movable to an arbitrary position on the inner surface of the face wall 11a. In addition, you may comprise so that the light received by the light-receiving part 22 may be isolate | separated and output for every wavelength of a near infrared region with a spectrometer. Further, the number of light receiving units 22 is not limited to one, and a plurality of light receiving units 22 may be provided.

また、前述した受光部22の代わりに、カメラによって受光部を構成して、該カメラで2次元画像内の画素単位で吸光度スペクトルを計測するように構成しても良い。カメラとしては、具体的には例えば、ハイパースペクトルカメラが適している。ここでハイパースペクトルカメラとは、ハイパースペクトル情報をもった画像を撮影可能なカメラであり、ハイパースペクトル情報とは、光を波長として捉え、各波長における光の強度を測定したものである。   Further, instead of the light receiving unit 22 described above, a light receiving unit may be configured by a camera, and the camera may be configured to measure an absorbance spectrum in units of pixels in a two-dimensional image. Specifically, for example, a hyperspectral camera is suitable as the camera. Here, the hyperspectral camera is a camera that can capture an image having hyperspectral information, and the hyperspectral information is obtained by measuring light as a wavelength and measuring the intensity of light at each wavelength.

解析部は、コントロールユニット100によって実現される機能の一つであり、前記受光部22が受光した反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定した結果に基づき植物の成分を分析するものである。解析部を含むコントロールユニット100の各機能について詳しくは後述するが、コントロールユニット100は、防水性のケースに密閉された状態で、装置本体11の内部にて前記養液槽13の下方に配設されている。   The analysis unit is one of the functions realized by the control unit 100 and analyzes plant components based on the result of measuring the near-infrared spectrum obtained from the reflected or transmitted light received by the light receiving unit 22. It is. Although each function of the control unit 100 including the analysis unit will be described in detail later, the control unit 100 is disposed below the nutrient tank 13 inside the apparatus main body 11 while being sealed in a waterproof case. Has been.

次に、生育空間12に設けられた制御系の構成要素について説明する。ここで制御系の構成要素とは、生育空間12における環境条件の制御に関与するものである。図1中では図示省略したが、装置本体11内にある養液槽13内の適所には、養液の水温を検出する温度センサが設けられている。温度センサ自体の構成は、一般的であるので省略するが、温度センサは、後述するコントロールユニット100に、検出した養液の水温の測定値を出力するように設定されている。   Next, the components of the control system provided in the growth space 12 will be described. Here, the components of the control system are involved in the control of environmental conditions in the growth space 12. Although not shown in FIG. 1, a temperature sensor for detecting the temperature of the nutrient solution is provided at an appropriate position in the nutrient solution tank 13 in the apparatus main body 11. Since the configuration of the temperature sensor itself is general, it is omitted, but the temperature sensor is set to output a measured value of the detected water temperature of the nutrient solution to the control unit 100 described later.

養液の水温を調整する構成要素(被制御機器)としては、加温器や冷却器が考えられる。これら制御対象となる構成要素は、本実施の形態では、養液槽13内に直接設けることなく、装置本体11の外部にある養液生成ユニット140に設けられている。かかる養液生成ユニット140で水温等を調整した養液を、前記給液管14を通して装置本体11内の養液槽13に供給するように構成している。   As a component (controlled device) for adjusting the water temperature of the nutrient solution, a heater or a cooler can be considered. In the present embodiment, these components to be controlled are not provided directly in the nutrient solution tank 13 but are provided in the nutrient solution generation unit 140 outside the apparatus main body 11. The nutrient solution whose water temperature and the like are adjusted by the nutrient solution generation unit 140 is configured to be supplied to the nutrient solution tank 13 in the apparatus main body 11 through the liquid supply pipe 14.

養液槽13では、さらに水感センサを設けてオーバーフローを検知可能として、養液の供給ないし排出量の調整や、養液を一定量に保つ制御も行っている。さらに、養液中の各栄養素の濃度、pH(水素イオン濃度)、EC(電気伝導度)等を検知して、センシングデータを出力する各種センサを設け、それぞれの要素についてもフィードバック制御を行うように構成しても良い。   In the nutrient solution tank 13, a water sensor is further provided so that overflow can be detected, and adjustment of supply or discharge amount of the nutrient solution and control for keeping the nutrient solution at a constant amount are also performed. Furthermore, various sensors that detect the concentration, pH (hydrogen ion concentration), EC (electric conductivity), etc. of nutrients in the nutrient solution and output sensing data are provided, and feedback control is also performed for each element. You may comprise.

また、装置本体11内には、養液槽13の上方に位置する各面壁11aの内側等の適所に、生育空間12の空気に関するセンシングデータを出力する温度センサ、湿度センサ、二酸化炭素センサ等が設けられている。これらのセンサ自体の構成も、一般的であるので省略するが、各種センサもコントロールユニット100に信号線を介して接続され、検出した測定値をコントロールユニット100に出力するように設定されている。   Further, in the apparatus main body 11, a temperature sensor, a humidity sensor, a carbon dioxide sensor, and the like that output sensing data related to the air in the growth space 12 are provided at appropriate positions such as the inside of each surface wall 11 a located above the nutrient solution tank 13. Is provided. Although the configuration of these sensors themselves is also common and will be omitted, various sensors are also connected to the control unit 100 via signal lines and set to output the detected measurement values to the control unit 100.

空気の温度を調整する構成要素としては、前記養液の水温制御と同様に加温器や冷却器が考えられる。また、湿度を調整する構成要素として加湿器が、二酸化炭素濃度を調整する構成要素として炭酸ガス発生器も考えられる。これらも、装置本体11内に設けることなく、後述の空気生成ユニット130として装置本体11の外部に設け、温度等の環境条件を調整した空気を、給気管16を通して生育空間12に供給するように構成している。さらに、装置本体11内には、必要に応じて風量センサを設け、前記給気管16からの空気の吹き出し量を検知し、空気の供給ないし排出量(送風量)の制御を行っても良い。   As a component for adjusting the temperature of the air, a heater or a cooler can be considered as in the water temperature control of the nutrient solution. Further, a humidifier can be considered as a component for adjusting the humidity, and a carbon dioxide generator can also be considered as a component for adjusting the carbon dioxide concentration. These are also provided outside the apparatus main body 11 as an air generation unit 130 to be described later without being provided in the apparatus main body 11 so that air adjusted in environmental conditions such as temperature is supplied to the growth space 12 through the air supply pipe 16. It is composed. Further, an air volume sensor may be provided in the apparatus main body 11 as necessary, and the amount of air blown out from the air supply pipe 16 may be detected to control the supply or discharge amount (air flow rate) of air.

また、光の環境条件に関するセンシングデータを出力する照度センサや、光量(光量子束密度)センサ等も、装置本体11内にてスペース的に余裕のある適所に設けられている。これらの光に関する各種センサ自体の構成も、一般的であるので省略するが、各種センサは、前記温度センサ等と同様に、コントロールユニット100に信号線を介して接続され、検出した測定値(センシングデータ)をコントロールユニット100に出力するように設定されている。   In addition, an illuminance sensor that outputs sensing data related to the environmental conditions of light, a light amount (photon flux density) sensor, and the like are also provided in appropriate places in the apparatus main body 11 with sufficient space. The configuration of various sensors relating to these lights is also common and will be omitted. However, the various sensors are connected to the control unit 100 via signal lines in the same manner as the temperature sensor and the like, and the detected measurement values (sensing) Data) is output to the control unit 100.

さらに、装置本体11内の適所には、植物の育成状況を検出するためのカメラ23や、植物の成長に応じて変化する値(例えば生体電位等)を検出するためのセンサ等も設けても良い。ここでカメラ23は、生育空間12における植物の様子を撮影できる位置に配置され、具体的には例えばCCDカメラ等が適している。かかるカメラ23は、USBポートを介して給電すると共に、適宜撮影した画像データをコントロールユニット100に送信するように構成すると良い。画像データは、植物の生育状態に関する栽培記録として保存され活用される。なお、装置本体11内の植物を直接観察できるように、各面壁11aの適所に必要に応じて開閉可能な窓部を設けても良い。   Furthermore, a camera 23 for detecting the growth status of the plant, a sensor for detecting a value (for example, a biopotential) that changes according to the growth of the plant, and the like may be provided at an appropriate place in the apparatus main body 11. good. Here, the camera 23 is arranged at a position where the state of the plant in the growth space 12 can be photographed. Specifically, for example, a CCD camera or the like is suitable. Such a camera 23 may be configured to supply power via a USB port and to transmit image data that has been appropriately captured to the control unit 100. The image data is stored and utilized as a cultivation record relating to the growth state of the plant. In addition, you may provide the window part which can be opened and closed as needed in the appropriate place of each surface wall 11a so that the plant in the apparatus main body 11 can be observed directly.

次に、本実施の形態に係る植物栽培装置10の制御系について、図2を参照して説明する。図2は、植物栽培装置10の制御系の構成を示すブロック図である。
植物栽培装置10は、前記装置本体11に付帯する制御系の構成として、コントロールユニット100のほか、養液生成ユニット140、空気生成ユニット130、光源ユニット120等を備えている。また、コントロールユニット100は、LAN、インターネット、あるいは電話回線等の通信回線を介して、外部のコンピュータ200とも接続されている。
Next, the control system of the plant cultivation apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control system of the plant cultivation apparatus 10.
In addition to the control unit 100, the plant cultivation apparatus 10 includes a nutrient solution generation unit 140, an air generation unit 130, a light source unit 120, and the like as a control system configuration attached to the apparatus main body 11. The control unit 100 is also connected to an external computer 200 via a communication line such as a LAN, the Internet, or a telephone line.

図2において、コントロールユニット100は、前記装置本体11の生育空間12における環境条件を制御するものであり、前記装置本体11の底部に配設されている。コントロールユニット100は、例えば、CPU、RAM、ROM、インターフェース等から構成されたマイクロコンピュータから構成されている。かかるコントロールユニット100は、各種制御を実行するための制御プログラムを作成する手段、前記各センサからのセンシングデータや制御プログラム等を記憶するメモリ、センシングデータや制御プログラム等を表示する表示部等を備えている。   In FIG. 2, the control unit 100 controls the environmental conditions in the growth space 12 of the apparatus main body 11 and is disposed at the bottom of the apparatus main body 11. The control unit 100 is composed of, for example, a microcomputer composed of a CPU, RAM, ROM, interface, and the like. The control unit 100 includes means for creating a control program for executing various controls, a memory for storing sensing data and control programs from the sensors, a display unit for displaying the sensing data and control programs, and the like. ing.

コントロールユニット100は、光源ユニット120、空気生成ユニット130、養液生成ユニット140に、それぞれ含まれる被制御機器のほか、入力操作を行うスイッチ等の操作手段101、前述した各種センサ等に、通信I/Fを介して通信可能に接続されている。すなわち、コントロールユニット100は、各センサからのセンシングデータの受信、被制御機器との間で制御信号の送信や電源の供給等を行うように設定されている。また、コントロールユニット100は、通信回線を介して外部のコンピュータ200との間で、センシングデータの送信や制御信号の送受を行うように設定されている。   In addition to the controlled devices included in the light source unit 120, the air generation unit 130, and the nutrient solution generation unit 140, the control unit 100 communicates with the operation means 101 such as a switch for performing an input operation, the above-described various sensors, and the like. The communication is possible via / F. That is, the control unit 100 is set to receive sensing data from each sensor, transmit a control signal to the controlled device, supply power, and the like. The control unit 100 is set to transmit sensing data and control signals to and from the external computer 200 via a communication line.

ここでセンシングデータとしては、養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量のほか、実際に設けたセンサに応じて、養液中の各栄養素の濃度、pH(水素イオン濃度)、EC(電気伝導度)、スペクトル、画像データ等が該当する。また、制御信号としては、加温器や冷却器の制御信号、送風手段や電動ポンプの制御信号、そのほか各種の被制御機器のON/OFFや稼働出力に関する制御信号等が該当する。   Sensing data includes the temperature of the nutrient solution, the amount of nutrient solution supplied, the temperature and humidity of the air, the concentration of carbon dioxide, the amount of air blown, the illuminance, the amount of light, and the actual sensor. The concentration of each nutrient, pH (hydrogen ion concentration), EC (electric conductivity), spectrum, image data, and the like are applicable. In addition, the control signal corresponds to a control signal for a heater or a cooler, a control signal for a blower or an electric pump, and a control signal for ON / OFF or operation output of various controlled devices.

コントロールユニット100の操作手段101によって、育成する植物の種類や状態等に応じた被制御機器の設定値として、目標とする養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量等の具体的な値を適宜入力することができる。ここで入力された設定値は、通信回線を介してコンピュータ200にも送信され、該コンピュータ200にあるメモリにも保存される。   As the set value of the controlled device according to the type and state of the plant to be cultivated by the operating means 101 of the control unit 100, the target nutrient water temperature, nutrient solution supply amount, air temperature and humidity, carbon dioxide Specific values such as density, air flow rate, illuminance, and light quantity can be input as appropriate. The setting value input here is also transmitted to the computer 200 via the communication line, and is also stored in a memory in the computer 200.

コントロールユニット100は、操作手段101から入力された、あるいはコンピュータ200から送信された被制御機器の設定値を受信すると、これを時系列にメモリに保存する。この設定値と前記センシングデータ(測定値)に基づいて、各被制御機器へ制御信号を送信して制御する。なお、設定値は、植物栽培装置10における植物栽培の開始日から相対的な経過日数(時間)ごとに適宜定めることができる。   When the control unit 100 receives the set value of the controlled device input from the operation unit 101 or transmitted from the computer 200, the control unit 100 stores the set value in the memory in time series. Based on this set value and the sensing data (measured value), a control signal is transmitted to each controlled device for control. In addition, a setting value can be suitably determined for every relative elapsed days (hours) from the start date of plant cultivation in the plant cultivation apparatus 10.

また、操作手段101は、植物の成分分析のタイミング等に関する入力操作を受け付けて、コントロールユニット100に入力する。ここでコントロールユニット100の制御プログラムには、前述した環境条件の制御に関する機能のほか、植物の成分分析に関する機能として、前記受光部22が受光した植物からの反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定した結果に基づき植物の成分を分析する「解析部」の機能も含まれている。   The operation means 101 receives an input operation related to the timing of plant component analysis and the like and inputs the input operation to the control unit 100. Here, the control program of the control unit 100 includes a near infrared ray obtained from reflected light or transmitted light from the plant received by the light receiving unit 22 as a function related to the component analysis of the plant in addition to the function related to the control of the environmental conditions described above. The function of "analysis part" which analyzes the component of a plant based on the result of having measured the spectrum of is included.

次いで、養液生成ユニット140について説明する。
養液生成ユニット140は、前記養液槽13内に供給する養液を生成して貯えるタンク141のほか、タンク141に対して養液を供給する補給手段、タンク141内で養液を混ぜる撹拌手段、タンク141内の養液の水温を調整する加温器および冷却器、生成した養液を養液槽13へ送る給液管14等を含む送出手段等を、必要に応じて備えている。これらの被制御機器は、前記コントロールユニット100に接続され、コントロールユニット100からの制御信号に応じて制御される。
Next, the nutrient solution generation unit 140 will be described.
The nutrient solution generation unit 140 is a tank 141 for generating and storing the nutrient solution to be supplied into the nutrient solution tank 13, supply means for supplying the nutrient solution to the tank 141, and stirring for mixing the nutrient solution in the tank 141. If necessary, it is provided with means, a heater and a cooler for adjusting the temperature of the nutrient solution in the tank 141, a delivery means including a liquid supply pipe 14 for feeding the produced nutrient solution to the nutrient solution tank 13, and the like. . These controlled devices are connected to the control unit 100 and controlled according to a control signal from the control unit 100.

ここでタンク141は、断熱材で覆われており、給水手段、補給手段、送出手段には、その経路の途中に電磁弁や電動ポンプ、フィルター等が設けられている。送出手段からは、流量調整弁を介して所定量の養液が送出されるように構成されている。送出手段の給液管14の下流端は、前記養液槽13に接続されている。   Here, the tank 141 is covered with a heat insulating material, and the water supply means, the replenishing means, and the sending means are provided with electromagnetic valves, electric pumps, filters, and the like in the middle of their paths. A predetermined amount of nutrient solution is delivered from the delivery means via the flow rate adjustment valve. The downstream end of the liquid supply pipe 14 of the delivery means is connected to the nutrient solution tank 13.

加温器は、タンク141の内の養液を加温するものであり、具体的には例えば、タンク141内に配されたラジエーター(例えば加熱管等)に加熱水の供給経路から加熱水が供給されることにより、タンク141内の養液を加温するように構成されている。ここで加熱水は、例えば、別途設置されたヒートポンプ給湯機等によって加熱されたものが随時供給される。   The warmer warms the nutrient solution in the tank 141. Specifically, for example, heated water is supplied from a heated water supply path to a radiator (for example, a heating pipe) disposed in the tank 141. By being supplied, the nutrient solution in the tank 141 is heated. Here, as the heated water, for example, water heated by a separately installed heat pump water heater or the like is supplied as needed.

冷却器は、タンク141の内の養液を冷却するものであり、具体的には例えば、タンク141内に配されたラジエーター(例えば冷却管等)に冷却水の供給経路から冷却水が供給されることにより、タンク141内の養液を冷却するように構成されている。ここで冷却水は、地下水や水道水を利用したり、例えば、別途設置されたヒートポンプ等によって冷却されたものが随時供給される。   The cooler cools the nutrient solution in the tank 141. Specifically, for example, cooling water is supplied from a cooling water supply path to a radiator (for example, a cooling pipe) disposed in the tank 141. Thus, the nutrient solution in the tank 141 is cooled. Here, the cooling water is supplied from time to time using ground water or tap water, or cooled by a separately installed heat pump or the like, for example.

このような冷却器および加温器によって、タンク141から養液槽13内に供給する養液の温度を、所定の範囲内で任意の設定温度(設定値)に制御できるように加温ないし冷却が可能に構成されている。養液生成ユニット140で生成された養液は、断熱された給液管14を介して養液槽13内に随時供給される。なお、養液生成ユニット140の適所(例えばタンク141内等)にも、前記装置本体11に設けた温度センサを必要に応じて設けても良い。   By such a cooler and a warmer, the temperature of the nutrient solution supplied from the tank 141 into the nutrient solution tank 13 is heated or cooled so that it can be controlled to an arbitrary set temperature (set value) within a predetermined range. Is configured to be possible. The nutrient solution generated by the nutrient solution generation unit 140 is supplied as needed into the nutrient solution tank 13 through the insulated liquid supply pipe 14. Note that a temperature sensor provided in the apparatus main body 11 may be provided at an appropriate place (for example, in the tank 141) of the nutrient solution generation unit 140 as necessary.

次いで、植物栽培装置10の空気生成ユニット130について説明する。
空気生成ユニット130は、装置本体11の生育空間12に供給する空気を調整して貯えるタンク131のほか、タンク131に対して空気(大気)を供給する給気手段、タンク131内の空気を撹拌する撹拌手段、タンク131内の空気の温度を調整する加温器および冷却器、湿度を調整する加湿器、炭酸ガス発生器、それに調整した空気を装置本体11内へ送る前記給気管16等を含む送出手段等を、必要に応じて備えている。これらの被制御機器は、前記コントロールユニット100に接続され、コントロールユニット100からの制御信号に応じて制御される。
Next, the air generation unit 130 of the plant cultivation apparatus 10 will be described.
The air generating unit 130 adjusts and stores the air supplied to the growth space 12 of the apparatus main body 11, as well as air supply means for supplying air (atmosphere) to the tank 131, and stirring the air in the tank 131. Stirring means, a heater and a cooler for adjusting the temperature of the air in the tank 131, a humidifier for adjusting the humidity, a carbon dioxide generator, and the air supply pipe 16 for sending the adjusted air into the apparatus main body 11 It includes a delivery means and the like as required. These controlled devices are connected to the control unit 100 and controlled according to a control signal from the control unit 100.

ここでタンク131は、断熱材で覆われており、給気手段、送出手段には、その経路の途中に電磁弁や電動ポンプ、フィルター等が設けられている。送出手段からは、圧力調整弁を介して所定の流量で空気が送出されるように構成されている。送出手段の給気管16の下流端は、装置本体11に接続されている。また、加温器や冷却器は、前記養液生成ユニット140に設けたものと基本的に同様に構成されており、タンク131内の空気を加温ないし冷却して所望の設定温度に調整できるものである。   Here, the tank 131 is covered with a heat insulating material, and an electromagnetic valve, an electric pump, a filter, and the like are provided in the middle of the path of the air supply means and the delivery means. From the delivery means, air is delivered at a predetermined flow rate via a pressure regulating valve. The downstream end of the air supply pipe 16 of the delivery means is connected to the apparatus main body 11. Further, the heater and the cooler are basically configured in the same manner as those provided in the nutrient solution generation unit 140, and the air in the tank 131 can be heated or cooled to be adjusted to a desired set temperature. Is.

冷却器および加温器によって、タンク131から生育空間12に供給する空気の温度を、所定の範囲内で任意の設定温度(設定値)に制御できるように加温ないし冷却が可能に構成されている。また、一般的なシーズヒーターやパネルヒーターをタンク131内に直接配設して加温(または冷却)したり、ヒートポンプ等の温風(または冷風)により加温(または冷却)するように構成しても良い。なお、ペルチェ素子(熱電冷却素子)を利用した温度調整手段によって、一つの装置で加温ないし冷却を行うように構成しても良い。   The cooler and the warmer are configured to be heated or cooled so that the temperature of the air supplied from the tank 131 to the growth space 12 can be controlled to an arbitrary set temperature (set value) within a predetermined range. Yes. In addition, a general sheathed heater or panel heater is arranged directly in the tank 131 to be heated (or cooled), or heated (or cooled) with warm air (or cold air) such as a heat pump. May be. In addition, you may comprise so that a temperature adjustment means using a Peltier device (thermoelectric cooling device) may heat or cool by one apparatus.

加湿器は、図示省略したが前記タンク131内の空気を加湿するものであり、具体的には例えば、超音波式加湿器等が該当し、タンク131内の空気の湿度を任意の設定値に調整可能なものであれば良い。
炭酸ガス発生器は、図示省略したがタンク131内に炭酸ガスを供給するものであり、具体的には例えば、液化炭酸ガスボンベに取り付けた電磁弁、レギュレーターや圧力計等から構成され、炭酸ガスを任意の圧力ないし流量に調整して供給できるものであれば足りる。
Although not shown, the humidifier humidifies the air in the tank 131. Specifically, for example, an ultrasonic humidifier is applicable, and the humidity of the air in the tank 131 is set to an arbitrary set value. Anything that can be adjusted is acceptable.
Although not shown, the carbon dioxide generator supplies carbon dioxide into the tank 131. Specifically, the carbon dioxide generator is composed of, for example, an electromagnetic valve attached to a liquefied carbon dioxide cylinder, a regulator, a pressure gauge, etc. It is sufficient if it can be adjusted and supplied to any pressure or flow rate.

次いで、植物栽培装置10の光源ユニット120について説明する。
光源ユニット120は、前記装置本体11の天井部に設けた光照射部20(LED)の点灯制御回路や電力供給用の電源装置等を、必要に応じて備えている。また、外部の光源から装置本体11内に光を導く場合には、光ファイバー等の導光のための手段等も、光源ユニット120の構成要素として捉えても良い。なお、点灯制御回路等の一部の構成要素は、装置本体11内にスペース的な余裕があれば、装置本体11内の適所に配置してもかまわない。
Next, the light source unit 120 of the plant cultivation apparatus 10 will be described.
The light source unit 120 includes a lighting control circuit for the light irradiation unit 20 (LED) provided on the ceiling portion of the apparatus main body 11, a power supply device for supplying power, and the like as necessary. When light is guided from an external light source into the apparatus main body 11, light guiding means such as an optical fiber may be regarded as a component of the light source unit 120. It should be noted that some components such as the lighting control circuit may be arranged at appropriate positions in the apparatus main body 11 as long as there is a space in the apparatus main body 11.

点灯制御回路や電源装置等は、前述したコントロールユニット100に接続され、コントロールユニット100からの制御信号に応じて光照射条件が制御される。ここで光照射条件とは、例えば、光照射部20がLEDからなる場合、点灯させるLEDの数ないし位置、点灯させるLEDの光量、LEDの点灯時間(暗闇時間、点滅サイクル周期等)、パルス制御等の様々な光の照射条件が該当する。   A lighting control circuit, a power supply device, and the like are connected to the control unit 100 described above, and light irradiation conditions are controlled according to a control signal from the control unit 100. Here, the light irradiation conditions are, for example, when the light irradiation unit 20 is formed of LEDs, the number or position of the LEDs to be lit, the light quantity of the LEDs to be lit, the lighting time of the LEDs (dark time, blinking cycle period, etc.), pulse control Various light irradiation conditions such as are applicable.

次いで、外部のコンピュータ200についても説明する。
コンピュータ200は、例えば、通常のパーソナルコンピュータからなり、前述したコントロールユニット100に通信回線を介して接続されている。ここでコンピュータ200に接続される植物栽培装置10の数は、1つに限られることなく、複数の植物栽培装置10,10…を接続しても良い。コンピュータ200に、複数の植物栽培装置10,10…を接続した場合は、各植物栽培装置10の生育環境における環境条件をまとめて同時に異なる状況下に制御することができる。
Next, the external computer 200 will be described.
The computer 200 is composed of, for example, a normal personal computer, and is connected to the control unit 100 described above via a communication line. Here, the number of plant cultivation devices 10 connected to the computer 200 is not limited to one, and a plurality of plant cultivation devices 10, 10,. When a plurality of plant cultivation devices 10, 10... Are connected to the computer 200, the environmental conditions in the growth environment of each plant cultivation device 10 can be collectively controlled under different circumstances.

すなわち、コンピュータ200は、複数の植物栽培装置10ごとに各センサからのセンシングデータ等の各種情報を受信し、複数の植物栽培装置10をまとめて制御、監視、記録することができるように設定されている。コンピュータ200は、複数の植物栽培装置10における様々なデータを蓄積するデータベースを備えており、必要なデータを所定の形式で比較したり整理したものを表示することができるように設定されている。   That is, the computer 200 is set so as to receive various information such as sensing data from each sensor for each of the plurality of plant cultivation devices 10 and to control, monitor, and record the plurality of plant cultivation devices 10 collectively. ing. The computer 200 includes a database that accumulates various data in the plurality of plant cultivation apparatuses 10 and is set so that necessary data can be compared and organized in a predetermined format.

以下、本実施の形態に係る植物栽培装置10の作用について説明する。
本植物栽培装置10では、一つの装置本体11の内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の生育空間12が形成される。かかる生育空間12では、植物の生育に影響を与える環境条件のセンシングのほか、所望の環境条件に制御することが可能であり、また、植物の生育状態を記録することができるオールインワンの実験装置の構築が容易となる。
Hereinafter, the effect | action of the plant cultivation apparatus 10 which concerns on this Embodiment is demonstrated.
In the plant cultivation apparatus 10, a series of growth spaces 12 partitioned from the outside are formed inside a single apparatus main body 11 within a minimum range for storing a predetermined minimum number of plants. In this growth space 12, in addition to sensing environmental conditions that affect the growth of plants, it is possible to control to desired environmental conditions, and an all-in-one experimental device that can record the growth state of plants. Easy to build.

これにより、植物を育成するための多様な栽培実験や研究を簡易かつ低コストで実施することができ、植物の種類に見合った最適な環境条件を容易に解明することが可能となる。しかも、生育空間12は、所定の最小株数の植物を収納するだけの最小限の範囲に設定されるから、植物栽培装置10全体の外形を極力コンパクトに構成することができる。   As a result, various cultivation experiments and research for growing plants can be carried out easily and at low cost, and it becomes possible to easily elucidate the optimum environmental conditions commensurate with the type of plant. Moreover, since the growth space 12 is set to a minimum range that can accommodate a predetermined minimum number of plants, the overall shape of the plant cultivation apparatus 10 can be made as compact as possible.

よって、植物を最小株数単位で効率良く栽培実験や研究を進めることができるだけでなく、ラックに収納し多段に配置できる等、限られたスペース内でも、より多く装置による環境条件の設定が可能となる。また、装置自体の価格やエネルギー消費も抑えることができる。さらに、小容積であることから、温度の制御や外界との断熱も容易となる。   Therefore, it is possible not only to advance cultivation experiments and research efficiently in units of the smallest number of plants, but also to set more environmental conditions with the device even in a limited space, such as being stored in a rack and arranged in multiple stages. Become. In addition, the price and energy consumption of the device itself can be suppressed. Furthermore, since the volume is small, temperature control and heat insulation from the outside world are facilitated.

本実施の形態では、生育空間12は基本的には閉鎖系となるが、植物の生育に影響を与える各要素である水分や空気(二酸化炭素)等を、装置本体11の外部にある養液生成ユニット140や空気生成ユニット130から供給している。これにより、装置本体11自体をよりいっそう小型化することが可能となる。しかも、本植物栽培装置10では、詳しくは後述するが、装置本体11内から植物を取り出すことなく、植物の栽培中にそのままの状態でも、容易かつ正確な成分分析が可能となる。   In the present embodiment, the growth space 12 is basically a closed system, but moisture, air (carbon dioxide), etc., which are elements that affect the growth of plants, are fed to the outside of the apparatus main body 11. It is supplied from the generation unit 140 or the air generation unit 130. Thereby, the apparatus main body 11 itself can be further downsized. Moreover, in the plant cultivation apparatus 10, as will be described in detail later, an easy and accurate component analysis can be performed without taking out a plant from the apparatus main body 11 even when the plant is grown.

また、装置本体11の各面壁11aを遮光材で覆った場合には、外部からの光の侵入を防ぐことができるので、生育空間12の光環境を光照射部20からの光だけに依存させることができる。従って、外部からの光の影響を受けることがなく、精度の高い所望の光照射制御が可能となる。例えば、狭いスペースに植物栽培装置10を密に並べたとしても、隣の植物栽培装置10からの光の影響を受けることを防止することができる。   Moreover, when each surface wall 11a of the apparatus main body 11 is covered with a light shielding material, intrusion of light from the outside can be prevented, so that the light environment of the growth space 12 depends only on the light from the light irradiation unit 20. be able to. Therefore, it is possible to perform desired light irradiation control with high accuracy without being affected by light from the outside. For example, even if the plant cultivation apparatuses 10 are closely arranged in a narrow space, it is possible to prevent the light from the adjacent plant cultivation apparatus 10 from being affected.

さらに、前記遮光材を、断熱材を兼ねる材質により形成すれば、外部からの熱の侵入を防ぐことができるので、生育空間12の温度環境を空気生成ユニット130からの空気だけに依存させることができる。従って、外部の温度の影響を受けることがなく、より精度の高い所望の温度制御が可能となる。   Furthermore, if the light shielding material is formed of a material that also serves as a heat insulating material, it is possible to prevent the intrusion of heat from the outside, so that the temperature environment of the growth space 12 depends only on the air from the air generation unit 130. it can. Therefore, it is possible to perform desired temperature control with higher accuracy without being affected by the external temperature.

図3は、植物栽培装置10による植物の栽培ないし成分分析の手順を示すフローチャートである。植物栽培装置10で植物の栽培を開始するに際して、先ず初期設定を行う(ステップS101)。すなわち、図2に示す操作手段101により、栽培する植物の種類に応じた栽培方法を選択し、所望の環境条件に合致する各種の設定値を入力する。例えば、養液の水温、養液の供給量、空気の温度や湿度、二酸化炭素濃度、送風量、照度、光量等の具体的な値を適宜入力する。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for plant cultivation or component analysis by the plant cultivation apparatus 10. When starting plant cultivation with the plant cultivation apparatus 10, first, initial setting is performed (step S101). That is, the operation means 101 shown in FIG. 2 selects a cultivation method according to the type of plant to be cultivated, and inputs various set values that match desired environmental conditions. For example, specific values such as the temperature of the nutrient solution, the supply amount of the nutrient solution, the temperature and humidity of the air, the concentration of carbon dioxide, the amount of blown air, the illuminance, and the amount of light are appropriately input.

植物の種類や栽培方法に応じた各種の設定値等の入力データは、例えば、予めコンピュータ200に登録してある複数のパターンの中から呼び出し、コントロールユニット100にある表示部等で確認しながら選択できるようにしても良い。ここで設定値は、植物の栽培開始時に入力した値に限定されるわけではなく、植物の生長度合いに応じて途中で変更したり、あるいは植物の栽培開始日から相対的な経過日数(時間)ごとに、予め細かく定めることもできる。   Input data such as various setting values according to the type of plant and the cultivation method is selected from, for example, a plurality of patterns registered in advance in the computer 200 and confirmed on the display unit in the control unit 100 You may be able to do it. Here, the set value is not limited to the value input at the start of plant cultivation, but can be changed in the middle according to the degree of plant growth, or the relative number of elapsed days (hours) from the plant cultivation start date. Each can be determined in advance.

このような初期設定の段階では、未だ植物を装置本体11内に収納していない。この段階で、生育空間12の空気の温度を温度センサにより測定し、その測定値は成分分析時の「基準温度」としてコントロールユニット100に出力され記録される。かかる基準温度の測定ないし記録は、次述する背景データの取得時に合わせるものであり、背景データの取得と同時に、あるいは直前または直後に行えば良い。なお、基準温度の記録は、コントロールユニット100に限られるものではなく、他の手段で記憶しても良い。   At such an initial setting stage, the plant has not been stored in the apparatus main body 11 yet. At this stage, the temperature of the air in the growth space 12 is measured by a temperature sensor, and the measured value is output to the control unit 100 and recorded as a “reference temperature” at the time of component analysis. The measurement or recording of the reference temperature is performed at the time of acquiring the background data described below, and may be performed simultaneously with the acquisition of the background data, or immediately before or after. The recording of the reference temperature is not limited to the control unit 100 and may be stored by other means.

そして、初期設定の段階にて、装置本体11に未だ植物を収納していない空の状態で、前記成分分析手段により、植物の成分分析時にバックグラウンドとする近赤外線の背景データを取得する(ステップS102)。すなわち、前記発光部21から近赤外線を照射すると、近赤外線はそのまま、あるいは各面壁11aの内面に反射して、前記受光部22により受光される。   Then, at the initial setting stage, in the empty state in which the plant is not yet stored in the apparatus main body 11, near-infrared background data that is used as a background at the time of plant component analysis is acquired by the component analysis unit (step) S102). That is, when near-infrared rays are emitted from the light emitting unit 21, the near-infrared rays are received as they are or reflected by the inner surfaces of the surface walls 11a and received by the light receiving unit 22.

前記受光部22にて、例えば光ファイバーにより集光された光は、内部にある赤外線センサ等の検出器に入射した後、そのまま、あるいは分光器で分光されてから、受光データとして解析部であるコントロールユニット100に出力される。解析部では、このときの受光データを分析して得られた近赤外線のスペクトルを測定して、「背景データ」として記録しておく。   The light collected by, for example, an optical fiber in the light receiving unit 22 is incident on a detector such as an infrared sensor inside, and then is directly or after being spectrally separated by the spectroscope, the control unit is an analysis unit as light reception data. It is output to the unit 100. The analysis unit measures the near-infrared spectrum obtained by analyzing the received light data at this time and records it as “background data”.

このように、初期設定の段階でも近赤外線を照射することにより、装置本体11が空の状態における背景データを取得しておく。なお、測定結果の信頼性を向上させるべく、測定を複数回行って平均値を採ることが好ましい。また、背景データの記録も、コントロールユニット100に限られるものではなく、他の手段で記憶しても良い。   In this way, background data in the state where the apparatus main body 11 is empty is acquired by irradiating near infrared rays even at the initial setting stage. In order to improve the reliability of the measurement result, it is preferable to perform the measurement a plurality of times and take an average value. The recording of the background data is not limited to the control unit 100, and may be stored by other means.

続いて、コントロールユニット100の制御により、前記初期設定に応じて生育空間12の環境制御を実行する(ステップS103)。コントロールユニット100は、操作手段101から入力された、あるいはコンピュータ200から呼び出された設定値を受信すると、これを時系列にメモリに保存する。また、コントロールユニット100は、一定時間ごとに前記各種センサから送信されたセンシングデータ(測定値)を取得し、環境条件に関する栽培記録として時系列にメモリに保存する。ここでの測定値は、コンピュータ200にも送信してデータベースに記録すると良い。   Subsequently, under the control of the control unit 100, environmental control of the growth space 12 is executed according to the initial setting (step S103). When the control unit 100 receives a setting value input from the operation unit 101 or called from the computer 200, the control unit 100 stores the setting value in a memory in time series. In addition, the control unit 100 acquires sensing data (measured values) transmitted from the various sensors at regular time intervals, and stores them in a memory in time series as cultivation records relating to environmental conditions. The measured values here may be transmitted to the computer 200 and recorded in the database.

また、コントロールユニット100は、一定時間ごとに取得した前記カメラ23からの画像データも、植物の生育状態に関する栽培記録として、自身のメモリやコンピュータ200へ登録することができる。ここでコントロールユニット100やコンピュータ200に登録された画像データは、定点観測画像として表示することができる。なお、コンピュータ200では、植物栽培装置10の各センサ類が取得したデータの現在値や積算値の確認を行うことができるようにすると良い。   Further, the control unit 100 can also register the image data from the camera 23 acquired at regular intervals in its own memory or the computer 200 as a cultivation record relating to the growth state of the plant. Here, the image data registered in the control unit 100 or the computer 200 can be displayed as a fixed point observation image. In addition, in the computer 200, it is good to be able to confirm the present value and integrated value of the data which each sensor of the plant cultivation apparatus 10 acquired.

そして、コントロールユニット100は、各種センサからのセンシングデータ(測定値)と、それぞれ対応する被制御機器の前記設定値とを比較する。かかる比較結果に基づいて、目標とする設定値に実際の測定値を近づけるべく、各被制御機器に対して所定の制御信号を送信する。ここでの制御信号は、装置本体11の外部にある養液生成ユニット140、空気生成ユニット130、光源ユニット120に備えられた各被制御機器へ送信される。   Then, the control unit 100 compares sensing data (measured values) from various sensors with the set values of the corresponding controlled devices. Based on the comparison result, a predetermined control signal is transmitted to each controlled device in order to bring the actual measurement value closer to the target set value. The control signal here is transmitted to each controlled device provided in the nutrient solution generation unit 140, the air generation unit 130, and the light source unit 120 outside the apparatus main body 11.

このような環境条件の制御において、装置本体11の下部にある養液槽13内には、装置本体11の外部にある養液生成ユニット140によって生成された養液が供給される。養液生成ユニット140では、前記コントロールユニット100の制御により、前記操作手段101で設定された条件に合った養液が生成される。すなわち、養液生成ユニット140を構成するタンク141(図2参照)内には、水や各栄養素(養分)が必要量だけ供給されて撹拌され、所望の設定温度に調整される。   In the control of such environmental conditions, the nutrient solution generated by the nutrient solution generation unit 140 outside the device main body 11 is supplied into the nutrient solution tank 13 below the device main body 11. In the nutrient solution generation unit 140, a nutrient solution that meets the conditions set by the operation means 101 is generated under the control of the control unit 100. That is, a necessary amount of water and nutrients (nutrients) are supplied into the tank 141 (see FIG. 2) constituting the nutrient solution generation unit 140 and agitated, and adjusted to a desired set temperature.

養液の温度制御に関して、コントロールユニット100は、前記操作手段101により定められた設定温度と、前記養液槽13内の温度センサから出力された測定値とを比較する。この比較結果に基づき、タンク141に設けた冷却器と加温器のどちらか一方を制御するのか決定し、温度センサからの測定値を設定温度に近づける制御信号を出力する。かかる制御信号に基づいて、冷却器または加温器はON/OFF制御される。   Regarding the temperature control of the nutrient solution, the control unit 100 compares the set temperature determined by the operation means 101 with the measured value output from the temperature sensor in the nutrient solution tank 13. Based on the comparison result, it is determined whether to control one of the cooler or the warmer provided in the tank 141, and a control signal for bringing the measured value from the temperature sensor close to the set temperature is output. Based on such a control signal, the cooler or the warmer is ON / OFF controlled.

すなわち、養液槽13内の養液の水温の測定値が、設定値より低い場合は、冷却器をOFFとし加温器をONとすることに決定し、タンク141内で生成する養液の温度を上昇させる。一方、測定値が設定値よりも高い場合には、加温器をOFFとし冷却器をONとすることに決定し、タンク141内で生成する養液の温度を低下させる。なお、測定値が設定値と同じである場合は、加温器と冷却器の両方ともOFFとする。   That is, when the measured value of the water temperature of the nutrient solution in the nutrient solution tank 13 is lower than the set value, it is determined that the cooler is turned off and the heater is turned on, and the nutrient solution generated in the tank 141 is turned on. Increase temperature. On the other hand, when the measured value is higher than the set value, it is determined that the heater is turned off and the cooler is turned on, and the temperature of the nutrient solution generated in the tank 141 is lowered. When the measured value is the same as the set value, both the heater and the cooler are turned off.

このように養液生成ユニット140によって生成された養液は、タンク141から必要量だけ給液管14によって養液槽13内へ供給される。一方、養液槽13内で既存の古くなった養液は、排液管15等を介して随時排出される。かかる養液の給排量も、植物の種類や育成度合いに応じてコントロールユニット100によって制御され、養液槽13内の養液は一定量に保たれている。   Thus, the nutrient solution produced | generated by the nutrient solution production | generation unit 140 is supplied into the nutrient solution tank 13 by the supply pipe 14 only from the tank 141 by the required amount. On the other hand, the existing nutrient solution existing in the nutrient solution tank 13 is discharged as needed through the drainage pipe 15 or the like. The supply / discharge amount of the nutrient solution is also controlled by the control unit 100 according to the type of plant and the degree of growth, and the nutrient solution in the nutrient solution tank 13 is maintained at a constant amount.

また、装置本体11内の主要部を占める生育空間12には、装置本体11の外部にある空気生成ユニット130によって生成された空気が供給される。空気生成ユニット130では、前記コントロールユニット100の制御により、前記操作手段101で設定された条件に合った空気が生成される。すなわち、図1に示すタンク131内には、空気(大気)や湿気、二酸化炭素が必要量だけ供給されて撹拌され、所望の設定温度に調整される。ここで空気の温度制御に関しては、前記養液生成ユニット140での養液の温度制御と同様に、タンク131に設けた冷却器と加温器のON/OFFによって、装置本体11内にある温度センサからの測定値を設定温度に近づけるように制御される。   Further, the air generated by the air generation unit 130 outside the apparatus main body 11 is supplied to the growth space 12 occupying the main part in the apparatus main body 11. In the air generation unit 130, air that meets the conditions set by the operation means 101 is generated under the control of the control unit 100. That is, in the tank 131 shown in FIG. 1, air (atmosphere), moisture, and carbon dioxide are supplied in necessary amounts and agitated, and adjusted to a desired set temperature. Here, regarding the temperature control of the air, as in the nutrient solution temperature control in the nutrient solution generation unit 140, the temperature in the apparatus main body 11 is turned on / off by the cooler and the heater provided in the tank 131. The measurement value from the sensor is controlled so as to approach the set temperature.

空気の湿度制御に関しては、コントロールユニット100は、前記操作手段101により定められた設定湿度と、装置本体11内にある湿度センサから出力された測定値とを比較する。この比較結果に基づき、空気生成ユニット130にある加湿器のONまたはOFFを決定し、湿度センサからの測定値を設定湿度に近づける制御信号を出力する。かかる制御信号に基づいて、前記加湿器はON/OFF制御される。   Regarding the air humidity control, the control unit 100 compares the set humidity determined by the operation means 101 with the measured value output from the humidity sensor in the apparatus main body 11. Based on the comparison result, ON / OFF of the humidifier in the air generation unit 130 is determined, and a control signal for bringing the measured value from the humidity sensor close to the set humidity is output. The humidifier is ON / OFF controlled based on the control signal.

すなわち、湿度の測定値が設定値より低い場合は、加湿器のONを決定し加湿器を作動させ湿度を上昇させる。一方、湿度の測定値が設定値以上の場合は、加湿器のOFFを決定し加湿器を停止させ湿度を低下させる。
その他、空気中の二酸化炭素濃度の制御に関しては、コントロールユニット100から出力された炭酸ガス設定濃度に関する制御信号に基づき、空気生成ユニット130にある炭酸ガス発生器をON/OFF制御する。これにより、装置本体11内にある二酸化炭素センサからの測定値を設定値に近づけることができる。
That is, when the measured value of humidity is lower than the set value, the humidifier is turned on and the humidifier is operated to increase the humidity. On the other hand, when the measured humidity value is equal to or higher than the set value, the humidifier is turned off, the humidifier is stopped, and the humidity is lowered.
In addition, regarding the control of the carbon dioxide concentration in the air, the carbon dioxide generator in the air generation unit 130 is ON / OFF controlled based on the control signal regarding the carbon dioxide set concentration output from the control unit 100. Thereby, the measured value from the carbon dioxide sensor in the apparatus main body 11 can be brought close to the set value.

空気生成ユニット130によって生成された空気は、タンク131から必要量だけ給気管16を介して生育空間12へ供給される。ここで生育空間12の下方より空気を供給すれば、均一で安定した上昇気流を発生させることができる。装置本体11の天井部まで上昇した空気は、天井部に接続された排気管17から外部へ随時排出される。かかる上昇気流により、生育空間12の空気は常時循環され、植物の葉における二酸化炭素の吸収や蒸散を補助するだけでなく、温度センサおよび湿度センサに対して空気を淀みなく接触させることになり、生育空間12における正確な温度や湿度の検出を可能とする。   A necessary amount of air generated by the air generation unit 130 is supplied from the tank 131 to the growth space 12 through the air supply pipe 16. Here, if air is supplied from below the growth space 12, a uniform and stable updraft can be generated. The air that has risen to the ceiling portion of the apparatus main body 11 is discharged from the exhaust pipe 17 connected to the ceiling portion to the outside as needed. Due to this updraft, the air in the growth space 12 is constantly circulated, not only assisting the absorption and transpiration of carbon dioxide in the leaves of the plant, but also bringing the air into contact with the temperature sensor and the humidity sensor without stagnation, An accurate temperature and humidity in the growth space 12 can be detected.

このような装置本体11における空気の給排量も、植物の種類や育成度合いに応じてコントロールユニット100によって制御される。具体的には例えば、給気管16の途中に設けた送風ファン等の送気手段をON/OFF制御することにより、任意の送風量に調整することが可能となる。なお、装置本体11は外気圧に対して陽圧に保たれることで、給気管16以外からの空気の侵入を防ぐことができる。   The supply / discharge amount of air in the apparatus main body 11 is also controlled by the control unit 100 in accordance with the type of plant and the degree of growth. Specifically, for example, by controlling ON / OFF of an air supply means such as a blower fan provided in the middle of the air supply pipe 16, it is possible to adjust to an arbitrary air flow rate. In addition, the apparatus main body 11 can prevent intrusion of air from other than the air supply pipe 16 by being maintained at a positive pressure with respect to the external air pressure.

また、光照射部20による光照射条件は、装置本体11の外部にある光源ユニット120によって制御される。光照射部20に関する制御系も、装置本体11の外部で別途ユニット化している。従って、装置本体11には、光照射部20等の必要最小限の構造しか設ける必要がなくなり、極力簡易化かつ小型化することが可能となる。特に、光照射部20を外部の光源から導光された光を照射するものとすれば、装置本体11自体には光源を設ける必要もなく、より簡易化かつ小型化することができる。外部の光源は、光源ユニット120に設けると良い。   In addition, the light irradiation condition by the light irradiation unit 20 is controlled by the light source unit 120 outside the apparatus main body 11. The control system related to the light irradiation unit 20 is also separately united outside the apparatus main body 11. Therefore, it is not necessary to provide the apparatus main body 11 with the minimum necessary structure such as the light irradiation unit 20, and it is possible to simplify and miniaturize as much as possible. In particular, if the light irradiation unit 20 emits light guided from an external light source, the apparatus main body 11 itself does not need to be provided with a light source, and can be simplified and miniaturized. An external light source is preferably provided in the light source unit 120.

このように、外部の光源から導光すれば、光源の大きさを装置本体11内の限られたスペースに収まるように限定する必要はなく、例えば、太陽光のほか、大型のハロゲンランプやメタルハライドランプ等を光源として用いることも可能となる。また、装置本体11の各面壁11aのうち生育空間12に接する内面に反射材を設ければ、光照射部20から出射された光が面壁11aの内面に吸収されることなく反射され、植物の光吸収率を高めることができる。   As described above, if the light is guided from an external light source, it is not necessary to limit the size of the light source so as to be within a limited space in the apparatus main body 11. For example, in addition to sunlight, a large halogen lamp or metal halide is used. It is also possible to use a lamp or the like as the light source. Moreover, if a reflecting material is provided on the inner surface of each surface wall 11a of the apparatus main body 11 in contact with the growth space 12, the light emitted from the light irradiation unit 20 is reflected without being absorbed by the inner surface of the surface wall 11a, and The light absorption rate can be increased.

光源ユニット120では、コントロールユニット100から送信された光照射条件に関する制御信号に基づき、図1中の光照射部20の光量や点灯時間等が光照射条件に合致するように制御される。このような光照射条件は、一定に保つこともあれば、時間の経過と共に変化させることも考えられる。また、植物の生育を促進するには、単に光を連続的に照射するだけでなく、短いサイクルで点滅を繰り返すようなパルス照射も効果的であり、点滅サイクル周期等の制御も適宜行うようにすると良い。   The light source unit 120 is controlled based on the control signal regarding the light irradiation condition transmitted from the control unit 100 so that the light amount, lighting time, etc. of the light irradiation unit 20 in FIG. Such light irradiation conditions may be kept constant, or may be changed over time. Moreover, in order to promote the growth of plants, it is effective not only to continuously irradiate light, but also to perform pulse irradiation that repeatedly blinks in a short cycle, and to appropriately control the blinking cycle period and the like. Good.

以上のようにして、生育空間12の環境条件が整った段階で、装置本体11内に植物を収納して栽培する(ステップS104)。装置本体11内では、植物の根を養液槽13に植えるよう保持し、植物の茎や葉を生育空間12の上方に向けて展開させる。なお、植物を装置本体11内に予め収納してから、環境条件の制御を開始しても良い。   As described above, when the environmental conditions of the growth space 12 are in place, the plant is housed in the apparatus main body 11 and cultivated (step S104). In the apparatus main body 11, the roots of the plant are held so as to be planted in the nutrient solution tank 13, and the stems and leaves of the plant are expanded toward the upper side of the growth space 12. Note that control of environmental conditions may be started after the plant is stored in the apparatus main body 11 in advance.

このような植物栽培装置10によれば、必要最小限の生育空間12にて植物の生育に影響を与える各要素を低コストかつ安定して効率良く調整して、植物を栽培することが可能となる。また、省スペース化の要請にも応じることができると共に、装置自体の価格も抑えることができ、精度の高い栽培実験や研究を効率良く促進させることが可能となる。   According to such a plant cultivation apparatus 10, it is possible to cultivate a plant by adjusting each element that affects the growth of the plant in the minimum necessary growth space 12 at low cost and stably and efficiently. Become. In addition, it is possible to respond to the demand for space saving, and the price of the device itself can be suppressed, and it is possible to efficiently promote highly accurate cultivation experiments and research.

その後、植物の栽培中においては、所定のタイミングで生育中の植物の成分分析を行うことが可能である(ステップS105)。植物の成分分析を行う場合(ステップS105でY)、先ずコントロールユニット100は、生育空間12の空気の温度を前記基準温度に戻すように調整する(ステップS106)。このようにコントロールユニット100は、次述する測定データを得る時に、生育空間12の温度を基準温度に調整する温度制御手段の機能も備えている。なお、成分分析の開始の指示は、操作手段101で入力する。   Thereafter, during plant cultivation, it is possible to analyze the components of the growing plant at a predetermined timing (step S105). When the component analysis of the plant is performed (Y in step S105), the control unit 100 first adjusts the temperature of the air in the growth space 12 to return to the reference temperature (step S106). As described above, the control unit 100 also has a function of temperature control means for adjusting the temperature of the growth space 12 to the reference temperature when obtaining measurement data described below. An instruction to start component analysis is input by the operation unit 101.

一般に、植物により吸収されるスペクトルは、周囲温度の影響を受ける虞がある。よって、生育中の植物の成分分析を行う際に、生育空間12の温度を前記基準温度に調整することにより、成分分析の精度が温度により変化する事態を防ぐことができる。例えば、植物に含まれる酸の種類によっては、温度により解離状態が変化する場合があり、吸収スペクトルは変化しやすくなる。また、一般に高い温度ではスペクトルの分解は悪く、温度が上昇すると吸光度も低下することが多い。   In general, the spectrum absorbed by plants can be affected by ambient temperature. Therefore, when the component analysis of the growing plant is performed, by adjusting the temperature of the growth space 12 to the reference temperature, it is possible to prevent the accuracy of the component analysis from changing depending on the temperature. For example, depending on the type of acid contained in the plant, the dissociation state may change depending on the temperature, and the absorption spectrum tends to change. In general, the decomposition of the spectrum is poor at high temperatures, and the absorbance often decreases as the temperature increases.

生育空間12の温度が基準温度に安定した後、前記発光部21を作動させて受光データを収集する。発光部21から近赤外線を植物に照射すると、植物からの反射光ないし透過光が前記受光部22に受光される。ここで発光部21と受光部22は、装置本体11の内部にて移動可能であるため、光の照射位置や受光位置を植物の成長度合いに合わせて移動させたり、植物の広範囲に亘って近赤外線を照射することが可能となる。植物をより広範囲に亘って測定することにより、複数の受光データを収集することが可能となり、これらのデータの平均を採ることで分析の精度を高めることができる。   After the temperature of the growth space 12 is stabilized at the reference temperature, the light emitting unit 21 is operated to collect received light data. When the plant is irradiated with near infrared rays from the light emitting unit 21, reflected light or transmitted light from the plant is received by the light receiving unit 22. Here, since the light emitting unit 21 and the light receiving unit 22 are movable inside the apparatus main body 11, the light irradiation position and the light receiving position are moved according to the degree of plant growth, or close to a wide range of plants. Irradiation with infrared rays is possible. By measuring a plant over a wider range, it becomes possible to collect a plurality of received light data, and by taking the average of these data, the accuracy of analysis can be increased.

前記受光部22で受光された植物からの光は、前記背景データの取得時と同様に、例えば光ファイバーにより集光され、赤外線センサ等の検出器に入射した後、そのまま、あるいは分光器で分光されてから、受光データとしてコントロールユニット100にある解析部に出力される。解析部では、このときの受光データを分析して得られる近赤外線のスペクトルを測定して、「測定データ」として記録する(ステップS107)。この測定データの記録も、コントロールユニット100に限られるものではない。   The light from the plant received by the light receiving unit 22 is collected by, for example, an optical fiber and is incident on a detector such as an infrared sensor, and then is dispersed as it is or by a spectroscope as in the background data acquisition. After that, the received light data is output to the analysis unit in the control unit 100. The analysis unit measures the near-infrared spectrum obtained by analyzing the received light data at this time and records it as “measurement data” (step S107). The recording of the measurement data is not limited to the control unit 100.

そして、解析部では、今回取得した測定データと前記背景データとの差分を採り、これに基づき植物の成分を分析する。すなわち、2つのスペクトルの差を採り比較して、特徴的なスペクトルを抽出する(ステップS108)。このスペクトル中の特定波長成分の吸光度(減衰量)から、検量線を用いることによって、植物中の糖、窒素、硝酸、その他ミネラル等の成分を定量的あるいは定性的に測定する(ステップS109)。ここで検量線とは、一般に物質(成分)を定量する場合に、予め量等が分かっている標準物質と、それに対する測定データとの間の関係を示すグラフであり、公知の手法によって前もって作成する。   And an analysis part takes the difference of the measurement data acquired this time and the said background data, and analyzes the component of a plant based on this. That is, the difference between the two spectra is taken and compared to extract a characteristic spectrum (step S108). Based on the absorbance (attenuation amount) of the specific wavelength component in this spectrum, components such as sugar, nitrogen, nitric acid and other minerals in the plant are quantitatively or qualitatively measured using a calibration curve (step S109). Here, a calibration curve is a graph that shows the relationship between a standard substance whose amount is known in advance and the measurement data for it in general when quantifying a substance (component), and is created in advance by a known method. To do.

以上のような本植物栽培装置10における成分分析によれば、装置本体11内から植物を外に取り出したりすることなく、また植物を前処理(植物をすり潰す等)する必要もなく、植物の栽培中にそのままの状態でも、容易かつ正確に成分分析を行うことができる。かかる分析結果を基に、植物の生育結果(成分含量)を容易に検証することができる。すなわち、制御された栽培環境下で、環境条件が植物の成分にどのように影響するか、その推移を検証することが可能となる。   According to the component analysis in the plant cultivation apparatus 10 as described above, it is not necessary to take out the plant from the apparatus main body 11 or to pre-process the plant (for example, to crush the plant). Even in the state as it is during cultivation, component analysis can be performed easily and accurately. Based on the analysis result, the growth result (component content) of the plant can be easily verified. That is, it is possible to verify how environmental conditions affect plant components under a controlled cultivation environment.

また、成分分析の結果は、コントロールユニット100自体のメモリに出力して記録するほか、コンピュータ200にも出力してデータベースに記録すると良い(ステップS110)。コントロールユニット100等には、表示部やプリンターが付設されており、成分分析の結果は、テキストやグラフ化したものを表示したり、印刷することができるようになっている。   In addition to outputting and recording the result of component analysis to the memory of the control unit 100 itself, it is preferable to output it to the computer 200 and record it in the database (step S110). The control unit 100 and the like are provided with a display unit and a printer, and the result of component analysis can be displayed or printed as text or graphs.

特に、このような成分分析は、一つの植物に対して所定のタイミングで繰り返し実施することができる(ステップS111)。すなわち、栽培の実験を継続する限り(ステップS111でN)、成分分析を行った後でも、引き続きその植物の栽培が可能である。よって、複数回に亘り繰り返し実施して、各測定結果を比較すれば、一つの植物が栽培中において、どのような推移で成分が変化するのかを容易に検証することもできる。   In particular, such component analysis can be repeatedly performed at a predetermined timing for one plant (step S111). That is, as long as the cultivation experiment is continued (N in step S111), the plant can be continuously cultivated even after the component analysis is performed. Therefore, if it repeats over multiple times and compares each measurement result, it can also be easily verified by what transition a component changes during cultivation of one plant.

ところで、植物栽培装置10は、コントロールユニット100と通信回線を介して接続されたコンピュータ200によって単独でも制御できるが、図2に示すように、複数の植物栽培装置10を設置した上で、それぞれのコントロールユニット100に対し、コンピュータ200によりネットワークを構築すると良い。これにより、1台のコンピュータ200により複数の植物栽培装置10を集中的に管理することができ、また、遠隔制御することによって管理が容易となる。このように、多くの植物栽培装置10を備えた大規模な設備にも適用することができる。   By the way, the plant cultivation apparatus 10 can be controlled alone by the computer 200 connected to the control unit 100 via a communication line. However, as shown in FIG. A network may be constructed by the computer 200 for the control unit 100. Thereby, the several plant cultivation apparatus 10 can be managed intensively with one computer 200, and management becomes easy by carrying out remote control. Thus, it is applicable also to the large-scale installation provided with many plant cultivation apparatuses 10.

さらに、別の実施の形態として、装置本体11を一体に構成することなく、複数のユニットを組み合わせて構成するセパレート構造としても良い。例えば図4に示すように、養液槽13を含む装置本体11の下半部11Aと、光照射部20を含む装置本体11の上半部11Bの2つのユニットに分割しておき、これらを組み合わせて、その内部に一連の生育空間12を形成するように構成する。   Furthermore, as another embodiment, the apparatus main body 11 may be configured as a separate structure in which a plurality of units are combined without being integrally configured. For example, as shown in FIG. 4, the apparatus body 11 is divided into two units, that is, a lower half portion 11 </ b> A including the nutrient solution tank 13 and an upper half portion 11 </ b> B including the light irradiation unit 20. In combination, a series of growth spaces 12 are formed therein.

装置本体11を分割する各ユニットは、例えば、装置本体11に備わる機能別、または装置本体11での位置ごと、あるいは装置本体11内の植物の配置等に応じて、複数の部位(ブロック)に区分けした単位となる。かかるユニットの数は、装置本体11の上下2つに限定されるものではなく、他に例えば、光照射部20を含む天井部も別途分割したり、あるいは光照射部20を単独でユニットとして、装置本体11に対し着脱可能に構成しても良い。   Each unit that divides the apparatus main body 11 is divided into a plurality of parts (blocks) according to, for example, the functions provided in the apparatus main body 11, the position in the apparatus main body 11, or the arrangement of plants in the apparatus main body 11. It becomes a divided unit. The number of such units is not limited to the upper and lower two of the apparatus main body 11, for example, the ceiling part including the light irradiation unit 20 is also separately divided, or the light irradiation unit 20 alone as a unit, You may comprise so that attachment or detachment with respect to the apparatus main body 11 is possible.

ここで各ユニットは、それぞれ同種の部位ごとに異なる複数種類を用意しておき、その中から任意に選択して組み合わせることで、一つの装置本体11を構成すると良い。具体的には例えば、装置本体11内の下半部11Aについては、水耕栽培用や土壌栽培用のもの等の異なる種類が用意されている。また、上半部11Bは、様々な外形ないし容積の違い、光照射部20の違い、あるいはカメラ23の有無で異なる種類が用意されている。また、光照射部20も単独でユニットとした場合、その外部光源か内部光源かの違いや、光源の種類が違う異なるもの用意すると良い。   Here, it is preferable that each unit has a plurality of different types for each of the same type of parts, and that one unit body 11 is configured by arbitrarily selecting and combining them. Specifically, for example, different types such as those for hydroponics and soil cultivation are prepared for the lower half 11A in the apparatus main body 11. In addition, different types of upper half portions 11 </ b> B are prepared depending on various external shapes or volumes, light irradiation portions 20, or presence / absence of a camera 23. In addition, when the light irradiation unit 20 is also a single unit, it is preferable to prepare different types of light sources such as the difference between the external light source and the internal light source.

このように、各ユニットごとに、それぞれ複数種類ある中から、使用者の意図に合わせて任意の条件のものを適宜選択して組み合わせることにより、栽培する植物やその栽培方法に見合った装置本体11を容易に構成することが可能となる。従って、多様な環境条件を簡易かつ低コストで実現することができ、栽培実験や研究を効率良く促進させることが可能となり、植物工場や施設栽培の発展に寄与することができる。   As described above, the apparatus main body 11 suitable for the plant to be cultivated and its cultivation method can be obtained by appropriately selecting and combining those of arbitrary conditions according to the intention of the user from among a plurality of types for each unit. Can be easily configured. Therefore, various environmental conditions can be realized simply and at low cost, and cultivation experiments and research can be promoted efficiently, contributing to the development of plant factories and facility cultivation.

また、各ユニットが対向する接合箇所には、互いに密閉状態に係合する凸部ないし凹部を設ける。このような組み合わせの構造により、各ユニットを容易に分離したり組み合わせることができる。特に、各ユニットは鉛直方向に重なる状態で組み合わされる場合、上方のユニットは、下方のユニットに対して自重により係合した状態に保持される。また、凸部や凹部の接触面にパッキンを設ければ、密閉度合いを高めることができ、より確実に組み合わせた状態に固定することができる。   Moreover, the convex part thru | or a recessed part which engage mutually in a sealing state are provided in the junction location which each unit opposes. With such a combination structure, each unit can be easily separated or combined. In particular, when the units are combined in a state of overlapping in the vertical direction, the upper unit is held in a state of being engaged with the lower unit by its own weight. Moreover, if packing is provided on the contact surface of the convex part or the concave part, the degree of sealing can be increased, and the state can be more reliably fixed.

そして、前述した別の実施の形態に係る構成より、次の発明概念が導かれる。
すなわち、植物の生育に影響を与える各要素を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための植物栽培装置10において、装置本体11における各部位に応じて互いに分割された複数のユニットを備え、各ユニットは着脱可能に組み合わされて、その内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された一連の生育空間12を形成する。ここで各ユニットのうち少なくとも何れか一つは、それぞれ同種の部位ごとに異なる複数種類が用意され、その中から任意に選択されて組み合わされる。
The following inventive concept is derived from the configuration according to another embodiment described above.
That is, in a plant cultivation apparatus 10 for growing a predetermined minimum number of plants under an environmental condition in which each element affecting the growth of the plant can be adjusted, the elements are divided from each other according to each part in the apparatus body 11. The units are detachably combined to form a series of growing spaces 12 partitioned from the outside within a minimum range for accommodating a predetermined minimum number of plants. Here, at least any one of the units is prepared in a plurality of different types for each of the same type of parts, and is arbitrarily selected and combined.

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述したような実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、生育空間12の環境条件の一因として制御する各要素は、光、水分である養液、空気中の二酸化炭素、空気の温度および湿度に限られることなく、このうちの一部を植物の生育に支障を来さない範囲で省略したり、他に例えば、空気中の酸素量や風量等も制御するように構成しても良い。   Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and there are changes and additions within the scope not departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention. For example, each element to be controlled as a cause of the environmental condition of the growth space 12 is not limited to light, nutrient solution that is moisture, carbon dioxide in the air, temperature and humidity of the air, and some of them are planted. It may be omitted as long as it does not hinder the growth of the plant, or may be configured to control, for example, the amount of oxygen in the air or the amount of air.

また、成分分析手段による植物の成分分析に関しては、初期設定時における背景データを測定することなく、この背景データとの比較なしで、所定のタイミングにて取得した測定データから成分分析を行うように構成しても良い。このように背景データの測定を省略する場合には、例えば最初の測定データの取得時における生育空間12の空気の温度を基準温度として設定すると良い。   In addition, regarding the component analysis of the plant by the component analysis means, the component analysis is performed from the measurement data acquired at a predetermined timing without measuring the background data at the initial setting and without comparing with the background data. It may be configured. Thus, when omitting the measurement of background data, for example, the temperature of the air in the growth space 12 at the time of obtaining the first measurement data may be set as the reference temperature.

また、生育空間12の空気の温度変化による吸収スペクトルへの影響を特に考慮しなくてもかまわなければ、基準温度を測定したり、成分分析時に生育空間12の空気の温度を基準温度に戻すような工程を省略することも考えられる。   Further, if the influence on the absorption spectrum due to the temperature change of the air in the growth space 12 is not particularly considered, the reference temperature is measured, or the temperature of the air in the growth space 12 is returned to the reference temperature at the time of component analysis. It is also conceivable to omit an unnecessary process.

さらにまた、前記コントロールユニット100も、他のユニットである光源ユニット120、空気生成ユニット130、養液生成ユニット140と同様に、装置本体11の外部に設けたり、あるいは、外部のコンピュータ200にて、コントロールユニット100の機能を兼用するように構成することもできる。   Furthermore, the control unit 100 is also provided outside the apparatus main body 11 in the same manner as the other units such as the light source unit 120, the air generation unit 130, and the nutrient solution generation unit 140. The control unit 100 can also be configured to share the function.

本発明に係る植物栽培装置は、植物に関する様々な栽培実験や研究を進めるための装置として幅広く利用することができる。   The plant cultivation apparatus according to the present invention can be widely used as an apparatus for advancing various cultivation experiments and research related to plants.

10…植物栽培装置
11…装置本体
11a…面壁
12…生育空間
13…養液槽
14…給液管
15…排液管
16…給気管
17…排気管
20…光照射部
21…発光部
22…受光部
23…カメラ
100…コントロールユニット
101…操作手段
120…光源ユニット
130…空気生成ユニット
131…タンク
141…タンク
140…養液生成ユニット
200…コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Plant cultivation apparatus 11 ... Apparatus main body 11a ... Face wall 12 ... Growth space 13 ... Nutrient tank 14 ... Supply pipe 15 ... Drain pipe 16 ... Air supply pipe 17 ... Exhaust pipe 20 ... Light irradiation part 21 ... Light emission part 22 ... Light receiver 23 ... Camera 100 ... Control unit 101 ... Operating means 120 ... Light source unit 130 ... Air generating unit 131 ... Tank 141 ... Tank 140 ... Nutrient solution generating unit 200 ... Computer

Claims (6)

植物の生育に影響を与える各要素を調整可能な環境条件下にて、所定の最小株数の植物を育成するための植物栽培装置において、
装置本体の内部に、所定の最小株数の植物を収納する最小限の範囲で外部から区画された生育空間が形成され、
前記生育空間に植物を収納したままの状態で、生育中の植物の成分を分析する成分分析手段を備えることを特徴とする植物栽培装置。
In a plant cultivation apparatus for growing a predetermined minimum number of plants under an environmental condition in which each element affecting the growth of the plant can be adjusted,
Inside the device body, a growth space partitioned from the outside is formed in the minimum range for storing a predetermined minimum number of plants,
A plant cultivation apparatus comprising component analysis means for analyzing a component of a growing plant while the plant is housed in the growth space.
前記成分分析手段は、植物に光を照射した際の反射光ないし透過光を分析して得られる結果に基づき植物の成分を分析することを特徴とする請求項1に記載の植物栽培装置。   2. The plant cultivation apparatus according to claim 1, wherein the component analysis means analyzes a component of the plant based on a result obtained by analyzing reflected light or transmitted light when the plant is irradiated with light. 前記成分分析手段は、
植物に近赤外線を照射する発光部と、
前記発光部による照射時に植物からの反射光ないし透過光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定した結果に基づき植物の成分を分析する解析部と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の植物栽培装置。
The component analysis means includes
A light-emitting unit that irradiates the plant with near infrared rays;
A light receiving unit that receives reflected light or transmitted light from the plant when irradiated by the light emitting unit;
The plant cultivation according to claim 2, comprising: an analysis unit that analyzes a component of the plant based on a result of measuring a near infrared spectrum obtained from the reflected light or transmitted light received by the light receiving unit. apparatus.
前記発光部および受光部は、前記装置本体の内部にて移動可能に配置されたことを特徴とする請求項3に記載の植物栽培装置。   The plant cultivating apparatus according to claim 3, wherein the light emitting unit and the light receiving unit are movably arranged inside the apparatus main body. 前記成分分析手段により、植物の栽培開始前に前記装置本体の内部が空の状態で照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを背景データとして記録しておき、その後、植物の栽培中に照射した近赤外線の反射光ないし透過光から得た近赤外線のスペクトルを測定データとして記録し、該測定データと前記背景データとの差分に基づき植物の成分を分析することを特徴とする請求項3または4に記載の植物栽培装置。   By the component analysis means, before the start of cultivation of the plant, the near-infrared spectrum obtained from the reflected or transmitted near-infrared light irradiated in an empty state inside the apparatus body as background data, A near-infrared spectrum obtained from reflected or transmitted near-infrared light irradiated during plant cultivation is recorded as measurement data, and plant components are analyzed based on the difference between the measurement data and the background data. The plant cultivation apparatus according to claim 3 or 4. 前記成分分析手段により、前記背景データを得た時における前記生育空間の温度を基準温度として記録しておき、前記測定データを得る時に、前記生育空間の温度を前記基準温度に調整する温度制御手段を有することを特徴とする請求項5に記載の植物栽培装置。   Temperature control means for recording the temperature of the growth space when the background data is obtained by the component analysis means as a reference temperature, and adjusting the temperature of the growth space to the reference temperature when obtaining the measurement data The plant cultivation apparatus according to claim 5, comprising:
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