JP2017131189A - 植物栽培用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、ＬＥＤのような直線的に発光する光源を用いて、一定の範囲に栽培される植物対し光量にムラのない照射が可能な植物栽培用照明装置を提供する。【解決手段】植物栽培用照明装置１０は、ガラス基板１２、光源モジュール１４および支持部材１６を有する。ガラス基板１２は第１の主面に全反射防止層を有する。光源モジュール１４は支持部材１６によって傾斜するように取り付けられガラス基板１２に傾斜して入射することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、植物を栽培するために使用される植物栽培用照明装置に関する。

水耕栽培は土耕栽培に比べ、管理が楽であり、成長スピードが速いことが知られている。さらに、小スペースで行うことができ、室内で簡単に栽培することが可能である。近年では、栽培キットが普及し、趣味の一環として行われている。

室内で使用される栽培キットは、直接太陽光を植物に対し照射することができないため、人工光源から照射される光が重要となる。人工光源は、ＬＥＤ、白熱灯、蛍光灯および高圧ナトリウムランプなどが挙げられるが、その中でもＬＥＤは、植物に必要な波長を選択して使用することができ、また、発光する際に発熱量が少ないので、栽培キット等に使用される人工光源としては最適である。

従来技術の中には、複数のＬＥＤが取り付けられたＬＥＤユニットを植物の上方に配置し直接発せられた光を照射する技術が存在する（例えば、特許文献１参照。）ＬＥＤを使用することで、他の人工光源よりも発熱量を抑えられ、かつ、植物に対して最適な光を選択して照射できるとされてきた。

特許５７７１３８８号公報

しかしながら、特許文献１のように直接植物に対して照射することは光にムラができてしまい均一な照射ができていないことが考えられる。なぜなら、ＬＥＤのような直線的な発光をする光源は、ＬＥＤの真下の部分とＬＥＤとＬＥＤの間の部分とでは光量に差がついてしまうことが考えられる。ＬＥＤとＬＥＤの配置距離を短くすることで光量のばらつきを抑えられることが可能であるが、余計な電力がかかってしまう問題が考えられる。

本発明の目的は、例えば、ＬＥＤのような直線的に発光する光源を用いて、一定の範囲に栽培される植物対し光量にムラのない照射が可能な植物栽培用照明装置を提供することである。

本発明に係る植物栽培用照明装置は、植物に対し、上方から光を照射するように構成される。この植物栽培用照明装置は、光源モジュール、透光部材および光源支持ユニットを少なくとも備える。光源モジュールは、複数の光源が列を成して並べられている。例えば、棒状の筐体に複数光源を配列するように構成することが好ましい。また、この光源は、例えば、ＬＥＤのような直線的な発光するものを採用することが好ましい。

透光部材は、板状部材であり、光源モジュールと植物との間に配置されるとともに、光源モジュールからの光を第１の主面から第２の主面に透過させることによって、植物の方に案内するようになっている。透光部材の第１の主面には全反射防止層を有していることを特徴としている。この全反射防止層は、微細な凹凸を有している。このような構成をとることで第１の主面に対して発せられた光は、全反射防止層で拡散され、透光部材の第１の主面で反射することなく透光部材内へと注入される。透光部材の例として、ガラスやアクリルが挙げられるがこれらに限定はされない。

光源支持ユニットは、光源モジュールが第１の主面に対して所定角度傾斜した状態で光を照射できるように光源モジュールを支持するようになっている。支持ユニットによって支持された光源モジュールから発せられる光は、第１の主面に対し斜め向きに入光することになる。第１の主面に垂直に照射してしまうと光が一点に集中してしまうのに対し、斜め向きに入光することによって第１の主面に照射する面積が増え、光を広範囲に入光することが可能になる。

上述のような構成を採用することで、光源が複数取り付けられた光源モジュールを光源支持ユニットによって傾斜させることで、透光部材の第１の主面に広範囲に光を発することができる。また、広範囲に発せられた光は、透光部材の第１の主面に形成された全反射防止層で面状に拡散され透光部材内に注入されると共に第２の主面から植物に向けて照射されることになる。この第２の主面から照射される光は、全反射防止層で面状に拡散されているのでムラがなく植物に対し照射することが可能となる。

光源支持ユニットは、光源モジュールの傾斜角度を調整可能に支持するように構成されることが好ましい。このように光源モジュールの傾斜の角度を可変させることで透光部材の第１の主面に対して照射する割合が変わるので植物に対して照射する光量を調整することが可能である。

光源モジュールおよび透光部材の少なくとも上方を覆うように反射カバーが配置されることが好ましい。この反射カバーを配置することで、第１の主面に形成される全反射防止層で透光部材内に注入できなかった光や透光部材内で反射され戻ってきた光などを再び透光部材内に注入できるようになっている。このようにすることで、光源から発光された光を効果的に第２の主面から植物に向けて照射することができる。反射カバーは、アルミニウム等の金属製のものやポリプロピレン等の樹脂製のものが挙げられるがこれらに限定されない。

透過部材はガラスであることが好ましく、全反射防止層が粗面化層であることが好ましい。植物を栽培するには、水分が必ず必要になるが、ガラスは透過率が高いだけではなく、耐候性に優れ湿気などにより劣化することがない。また、ガラスはブラスト材等で加工することで粗面化することが容易であり、またフッ酸を含有したエッチング液でエッチング処理することで粗面化をしても透過性を高く維持することが可能である。

この発明によれば、例えば、ＬＥＤのような直線的に発光する光源を用いて、一定の範囲に栽培される植物対し光量にムラのない照射が可能になる。

本発明の一実施形態に係る植物栽培用照明装置の概略構成を表す図である。 ガラス基板、光源モジュール、支持部材および反射板の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る植物栽培用照明装置の概略構成を表す図である。 調整部の操作方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る植物栽培用照明装置が照射する様子を示す図である。 従来品の植物栽培用照明装置を示す図である。 実施例の内容を表す図とグラフである。 本発明の一実施形態に係る植物栽培用照明装置の調光バリーエーションを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る植物栽培用照明装置を示す図である。

以下、図を用いて本発明の一実施形態に係る植物栽培用照明装置１０について説明する。図１（Ａ）は、植物栽培用照明装置１０の概略構成を表した斜視図である。植物栽培用照明装置１０はガラス基板１２、光源モジュール１４、支持部材１６および反射板１８を備える。植物栽培用照明装置１０は図１（Ｂ）に示すような、水耕栽培などの植物育成が可能な栽培キットに取り付けられ使用される。

図２（Ａ）はガラス基板１２を示す図である。ガラス基板１２は第１の主面である光入射面１２２とその反対側の第２の主面である光出射面とを有する。光入射面１２２は粗面化されており、この粗面は、サンドブラストやウエットブラストのようなブラスト装置で粗面化を行った後、フッ酸を含有したエッチング液でエッチング処理することで形成することが可能である。ガラス基板１２は植物栽培用照明装置１０の最下部に配置され、光入射面１２２が上面になるように配置される。このガラス基板１２は透過率の高いガラスを使用することが好ましいが、ガラス基板１２をエッチング処理によって薄型化すれば、比較的透過率の低いガラスも使用可能であるため低コストに抑えることが可能である。

光源モジュール１４は、ガラス基板１２の光入射面１２２の上側に配置され、ガラス基板１２に対し光を照射するように構成される。光源モジュール１４は、図２（Ｂ）に示すようにＬＥＤ１４２が一列に並ぶように配置されたバー状に構成される。本実施形態では、２つの光源モジュール１４が配置されるように構成されている。また、光源モジュール１４の両側端には、光源モジュール１４を横向きに配置できるように支えることができる支え棒１４４を有し、その支え棒１４４は、円状の溝１４６を有している。さらに、支え棒１４４の片方の延長上には、光源モジュール全体の角度を可変できるような調整部２０を有する。この調整部２０を調整することで光源モジュール１２からの光を意図的にコントロールすることが可能である。

図２（Ｃ）は支持部材１６を示す図である。支持部材１６は、光源モジュール１４を支えるための部材であり、光源モジュールの両側端を下から支えられるように構成される。この支持部材１６は、光源モジュール１４を回転自在に支えることができるように半円形状を有している。この支持部材１６は、光源モジュール１４を傾斜させ、また可動させることができるように半円形状を有する固定部材１６２を用い、固定するように構成されている。

反射板１８は、図２（Ｃ）に示すように支持部材１６を囲むように配置されており、ガラス基板１２および光源モジュール１４を覆うことが可能になっている。反射板１８は、光源モジュール１４から発せられた光がガラス基板１２の光入射面１２２によって反射された光を再びガラス基板１２の光入射面１２２へと導けるように構成される。反射板は、アルミニウム等の金属製のものやポリプロピレン等の樹脂製のものが挙げられるがこれらに限定されない。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、植物栽培用照明装置１０の詳しい説明をする。図３（Ａ）は、植物栽培用照明装置１０を組み立てる様子を示している。植物栽培用照明装置１０はガラス基板１２、支持部材１６、光源モジュール１４、固定部材１６２そして反射板１８の順に配置することで組み立てられる。ガラス基板１２は光入光面が上面に来るように配置され、両側端に支持部材１６が配置される。光源モジュール１４は光源モジュールの両側端に設置されている支え棒１４４に形成されている溝１４６が支持部材１６の半円形状の支持部と接触するように配置される。そして、その上から支え棒１４４の溝１４６と支持部材１６を回転自在に固定できるように固定部材１６２で固定される。最後に調整部２０以外の全体を覆うように反射板１８が配置される。

光源モジュール１４は、傾斜をさせて配置することで、ガラス基板１２の光入射面１２２に対して、斜め向きに光を入光することを特徴としている。通常、ガラス基板に対し、斜め方向から入光させると、ガラス基板の表面で全反射してしまい、光出射面へと光を導光させることが難しい。本発明では、ガラス基板１２の光入射面１２２を粗面化させることで斜めから入射する光を屈折させ、ガラス基板１２内へと導光させるようになっている。また、光源モジュール１４からの入光角度を簡易に可変させることができるため、光源モジュール１４が可動できる方向で調光させることが可能である。

また、光入射面１２２に対し、直線状の光を斜めから入射させることで、照射範囲を広くすることができる。さらに、光入射面１２２の粗面化は反射を防止するだけではなく、入射してきた光を拡散させながらガラス基板１２内へ導光することができる。斜めから照射しているので、ガラス基板１２内を光が導光し、光源から離れた位置の光出射面からも光を出射することが可能であり、広範囲に面発光をすることが可能である。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、上記で述べたように調光する様子を表した図である。調光するためには調整部２０を左右に回すことで調整が可能である。調整部２０は、光源モジュール１４の側端に配置された支え棒１４４の延長線上に設けられており、調整部２０の角度は光源モジュール１４の角度と同調するようになっているため光源モジュール１４の角度を正確に調整することが可能である。光源モジュール１４は支持部１６および固定部１６２で回転自在に固定されているため、調整部２０を左右に回すことが可能である。このような調整部２０を有することで、栽培キット１００の照射したいエリアの方向に光源モジュール１４を調整することで栽培キット１００内の光量を意図的に変化させることが可能である。

図５は、栽培キット１０で植物栽培用照明装置１０を使用したときの一例を示す図である。光源モジュール１４Ａ，１４Ｂが、調整部２０によって中央からやや手前を照射するような角度に調整されている。光源モジュール１４Ａ，１４Ｂを傾斜させているため、ガラス基板１２の手前のほうから中央にかけて幅広く照射することができる。光源モジュール１４Ａ，１４Ｂからの光は、光源から近い部分に比べ、遠い部分は減衰傾向にある。ガラス基板１２を光源モジュール１４Ａ，１４Ｂで照射することで、中央に向かって減衰する光を他方の光源モジュールからの光でカバーすることができるので均一な光量を出射することができる。

図７（Ｂ）に従来品と本発明の植物栽培用照明装置１０比較を表したグラフを示す。ここでの従来品は、図６に示すようなガラス基板の上に３つの光源モジュールを配置し、上方を反射板で囲ったものを使用した。また光源モジュールはＬＥＤの数を揃えるために配置幅を広げて配置してある。従来品の照明装置に使用されるＬＥＤは総数は８１個、本発明に使用されるＬＥＤの総数は８０個となるように配置してある。また、光量を測定する位置は、図７（Ａ）に示すように栽培キットを９分割した位置で測定した。

従来品と本発明の植物栽培用照明装置１０を比較するとＬＥＤを直接照射されている部分は照度が高いことが確認できる。しかし、ＬＥＤの光が直接行き届かない角の部分は照度が極端に落ちていることが確認できる。従来品に比べ本発明の植物栽培用照明装置１０は、直接ＬＥＤの光が照射されないので、最高照度では劣ってしまう。しかしながら、ガラス基板１２で拡散されているので照度が極端に落ちている部分がなく平均的な照度を有していることが分かる。この結果から、ほぼ同数のＬＥＤを使用したとき直接照射する場合に比べ、本発明の植物栽培用照明装置１０はある程度の光量を均一に照射できていることがわかる。この結果、植物に対し均一な出射ができ成長のばらつきが起こりにくくなる。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、調整部２０で光源モジュール１４を傾斜させたときの一例を表す図である。図８（Ａ）は、調整部２０によって、光源モジュール１４Ａを近い部分、光源モジュール１４Ｂを遠くの部分を照射するように調整された栽培キット１００の様子を表している。光源モジュール１４Ｂに近い部分は照射されていないため光量は減っているが、光源モジュール１４Ａに近い部分は、光が集中しているため栽培キット１０の左側のエリアを強く照射することができる。図８（Ｂ）は、光源モジュール１４Ａおよび光源モジュール１４Ｂに近い部分を照射する様子を示している。光源モジュール１４Ａおよび光源モジュール１４Ｂを下向きに調整することで、栽培キット１００の壁側のエリアを強く照射することが可能である。

図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る植物栽培用照明装置１０を示す図である。図９（Ａ）は、光入射面１２２および光出射面１２４の両面において粗面処理したガラス基板１２で構成された植物栽培用照明装置１０を示している。光入射面１２２だけではなく光出射面１２４においても粗面処理することで、より一層光を拡散することが可能となる。図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、光源モジュールをひとつだけ配置し、ガラス基板１２に光源モジュール１４から遠いほど粗面処理した植物栽培用照明装置１０を示している。このように加工することで、遠くの光量が減少した位置であっても反射を防止すると共により一層拡散し光量を増幅できるようになっている。

以上のように植物栽培用照明装置１０を構成することで、直線的に発せられた光を面状発光に変えることができ、さらに面状で光量を調整することが可能になる。面状で発光することで、栽培キット１００内に均一な光を発光することができるので、栽培キット１００内で植物に成長のばらつきが無くなる。また、光量を調整可能となったことで、栽培キット１００内で影となってしまう部分などに対し、意図的に光を当てることが可能となる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−植物栽培用照明装置
１２−ガラス基板
１２２−光入射面
１２４−光出射面
１４、１４Ａ、１４Ｂ−光源モジュール
１４２−ＬＥＤ
１４４−支え棒
１４６−溝
１６−支持部材
１６２−固定部材
１８−反射板
２０−調整部
１００−栽培キット

Claims (4)

1. 植物に対し、上方から光を照射するための植物栽培用照明装置であって、
   複数の光源が列を成して並べられた光源モジュールと、
   前記光源モジュールと前記植物との間に配置されるとともに、前記光源モジュールからの光を第１の主面から第２の主面に透過させることによって、前記光源モジュールからの光を前記植物の方に案内するように構成された板状の透光部材と、
   前記光源モジュールが前記第１の主面に対して所定角度傾斜した状態で光を照射するように前記光源モジュールを支持するように構成された光源支持ユニットと、
   を備え、
   前記透光部材の第１の主面に全反射防止層を有することを特徴とする植物栽培用照明装置。
2. 前記光源支持ユニットは、前記光源モジュールの傾斜角度を調整可能に支持するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用照明装置。
3. 前記光源モジュールおよび前記透光部材の少なくとも上方を覆うように反射カバーが配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培用照明装置。
4. 前記透光部材がガラスであり、前記全反射防止層が粗面化層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の植物栽培用照明装置。

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