JP2021177736A - 植物栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】側方から照明により、植物へ与えられる光量を十分に補うことができ得る植物栽培装置を提供する。【解決手段】植物栽培装置１は、植物を上方から照らす第１照明部１５と、植物を側方から照らす一対の第２照明部１７と、第１照明部１５を昇降させるための昇降機構部１６と、一対の第２照明部１７を側方へ移動させるための移動機構部１８と、を備える。植物栽培装置１は、第１照明部１５を昇降させるための動力を昇降機構部１６に付与する第１動力源２０と、一対の第２照明部１７を側方へ移動させるための動力を移動機構部１８に付与する第２動力源２１と、をさらに備える。【選択図】図６

Description

本発明は、人工的な照明を用いて植物の栽培を行う植物栽培装置に関する。

従来、工場等の室内において、人工的な照明や空調設備を用いることにより、安定した環境の下で植物（草花、作物等）を栽培するようにした植物栽培装置（植物栽培システム）が知られている。

以下の特許文献１には、複数の照明管を備える照明装置が、植物の上方に上下移動可能に配置された植物栽培システムが記載されている。この植物栽培システムでは、植物の大きさ、種類、育成状況等に応じて照明装置を上下でき、近い位置からの植物への光の照射が可能となる。

また、この植物栽培システムでは、必要に応じて、その側部に複数の照明管を配置することができ、これにより、側方からの照明で光強度（光量）を補うことができる。

特開２０１２−１２５１９６号公報

植物の種類によっては、成長に応じて上方に延びるだけでなく側方に大きく拡がる場合がある。上記の植物栽培システムでは、側部に照明管が配置された場合に、植物が成長して側方に拡がったときに、葉や果実が照明管に近づき過ぎる、あるいは接触することにより、部分的に光量が多くなったり、照明管からの熱の影響を受けたりし、葉焼けや生育不良が発生する虞がある。よって、側方の近い位置から植物へ光を照射できにくく、光量を十分に補うことが難しい。

かかる課題に鑑み、本発明は、側方から照明により、植物へ与えられる光量を十分に補うことができ得る植物栽培装置を提供することを目的とする。

本発明の主たる態様に係る植物栽培装置は、植物を上方から照らす第１照明部と、植物を側方から照らす第２照明部と、前記第１照明部を昇降させるための昇降機構部と、前記第２照明部を側方へ移動させるための移動機構部と、を備える。

本態様に係る植物栽培装置によれば、植物の側方への拡がり状態に対応して、第２照明部の位置を調整できるので、側方の近い位置から植物へ光を照射でき、側方の第２照明部によって、光量を十分に補うことが可能となる。

本態様に係る植物栽培装置において、前記第１照明部を昇降させるための動力を前記昇降機構部に付与する第１動力源と、前記第２照明部を側方へ移動させるための動力を前記移動機構部に付与する第２動力源と、をさらに備えるような構成が採られ得る。

上記の構成によれば、第１動力源および第２動力源の動力により第１照明部および第２照明部を移動できる。これにより、ユーザは、自らの力を必要とせず、第１照明部および第２照明部を容易に移動できる。

上記の構成とされた場合、さらに、前記第１照明部への植物の接近を検出する第１検出部と、前記第２照明部への植物の接近を検出する第２検出部と、前記第１動力源および前記第２動力源を制御する動力制御部と、を備えるような構成が採られ得る。この場合、前記動力制御部は、前記第１検出部が植物の接近を検出したことに基づいて、前記第１照明部が上昇するよう前記第１動力源を動作させ、前記第２検出部が植物の接近を検出したことに基づいて、前記第２照明部が植物から離れる方向に移動するよう前記第２動力源を動作させる。

上記の構成によれば、植物の背丈が伸びたり側方に拡がったりするに従って、自動的に、第１照明部および第２照明部を植物から離れるように移動させることができる。これにより、ユーザ自らが植物の成長を確認して第１照明部を昇降させる操作や第２照明部を移動させる操作を行わなくてもよく、葉焼けや発育不良の発生を、より良く防止することが可能となる。

本態様に係る植物栽培装置において、前記第２照明部は、上下方向に並ぶ複数の照明体を含み得る。この場合、前記複数の照明体を選択的に点灯させる照明制御部を、さらに備えるような構成が採られ得る。

上記の構成によれば、植物の生長等に応じて、複数の照明体を選択的に点灯させることができるので、第２照明部を無駄なく点灯させることができ、消費電力を低減することが可能となる。

上記の構成とされた場合、植物の背丈を検出する背丈検出部を、さらに備えるような構成が採られ得る。この場合、前記照明制御部は、前記背丈検出部の検出結果に基づいて、点灯させる前記照明体を決定する。

たとえば、照明制御部は、植物の背丈が高くなるに従って、順次、上方の照明体を点灯させる照明体に決定していく。また、照明制御部は、植物が高くなるに従って、順次、上方の照明体を点灯させる照明体に決定していくとともに下方の照明体を点灯させる照明体から除外していく。

上記の構成によれば、背丈検出部により検出された植物の背丈に応じて、自動的に、点灯させる第２照明部の照明体が決定されるため、消費電力をより良好に低減させることが可能となる。

本態様に係る植物栽培装置において、光量を検出する光量検出部を、さらに備えるような構成が採られ得る。この場合、前記光量検出部は、前記第１照明部に接続され、前記第１照明部とともに昇降する。

上記の構成によれば、植物の成長によらず、常時、植物の同じ部分、たとえば、生長点に、光量検出部を配置させることが可能となり、常時、植物の同じ部分に、その部分に適する光量を、第１照明部および第２照明部により付与することが可能となる。

以上のとおり、本発明によれば、側方から照明により、植物へ与えられる光量を十分に補うことができ得る植物栽培装置を提供できる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、第１実施形態に係る、植物栽培装置の斜視図である。 図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１実施形態に係る、筐体の底部の正面図および側面図である。 図３（ａ）は、第１実施形態に係る、第１照明部を照明体の正面側から見た図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係る、第２照明部を照明体の正面側から見た図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る、昇降機構部について説明するための図である。 図５は、第１実施形態に係る、移動機構部の構成について説明するための図である。 図６は、第２実施形態に係る、植物栽培装置の正面図である。 図７（ａ）は、第２実施形態に係る、植物栽培装置の平面図であり、図７（ｂ）は、第２実施形態に係る、第１接近検出ユニットと光量検出ユニットが取り付けられた第１照明部の側面図である。 図８は、第２実施形態に係る、植物栽培装置の構成を示すブロック図である。 図９は、第２実施形態に係る、自動運転機能での制御処理を示すフローチャートである。 図１０（ａ）は、変更例１に係る、植物栽培装置の構成を示すブロック図である。図１０（ｂ）は、変更例１に係る、端末装置の表示画面を示す図である。 図１１（ａ）は、変更例２に係る、反射体が装着された第２照明部を、照明体の正面側から見た図であり、図１１（ｂ）は、変更例２に係る、反射体の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の植物栽培装置１について説明する。図面には、適宜、上下、前後および左右の方向が付記されている。本実施形態では、便宜上、一対の第２照明部１７の並び方向が、植物栽培装置１の左右方向とされているが、この並び方向が植物栽培装置１の前後方向とされてもよい。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態の植物栽培装置１について説明する。

図１は、植物栽培装置１の斜視図である。なお、図１では、給水ノズル１４５等、養液循環部１４の一部の構成の図示が省略されている。

植物栽培装置１は、植物工場等の室内に設置され、植物（果菜類）の閉鎖型室内栽培に用いられる。室内には、空調設備が備えられており、この空調設備によって、温度、湿度、気圧等が管理されている。植物栽培装置１は、人工的な照明と養液とを植物に与えることにより、安定した環境下において、一定品質の植物を育成する。

図１を参照し、植物栽培装置１は、筐体１１と、プランタ１２と、養液槽１３と、養液循環部１４と、第１照明部１５と、昇降機構部１６と、一対の第２照明部１７と、移動機構部１８と、制御ボックス１９と、を備える。

筐体１１は、縦横に延びる複数の棒状部材で形成され、直方体の骨組構造を有する。筐体１１は、前後のサイズが左右のサイズよりも大きく、上下のサイズが前後のサイズよりも大きい。筐体１１には、底面部の四隅に調整脚１１１が設けられる。

筐体１１内の底部には、プランタ１２と養液槽１３とが上下に並ぶように設置される。プランタ１２および養液槽１３は、前後方向に長尺なほぼ方形状を有する。プランタ１２には、前後方向に所定の間隔で複数の植物、たとえば、野菜、果物、草花などを植えることができる。養液槽１３には、肥料等を含む水、即ち養液が貯められる。

図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、筐体１１の底部の正面図および側面図である。

筐体１１の底部には、養液槽１３とプランタ１２との間で養液を循環させる養液循環部１４が設けられる。養液循環部１４は、ポンプ１４１と、送水ホース１４２と、一対の中継パイプ１４３と、連結パイプ１４４と、複数の給水ノズル１４５と、を含む。ポンプ１４１は、養液槽１３内に配置される。送水ホース１４２は、ポンプ１４１から延びて一方の中継パイプ１４３に繋がる。一対の中継パイプ１４３は、プランタ１２の左右に配置され、前後方向に延びる。連結パイプ１４４は、一対の中継パイプ１４３同士を繋ぐ。複数の給水ノズル１４５は、逆Ｕ字状を有し、一対の中継パイプ１４３の上部において前後方向に並び、プランタ１２へと延びる。

養液槽１３内の養液は、ポンプ１４１で吸い上げられ、送水ホース１４２および一対の中継パイプ１４３を流れて、複数の給水ノズル１４５からプランタ１２内へ放出される。プランタ１２の底面には、複数の通水孔（図示せず）が設けられており、プランタ１２内の養液は、これら通水孔を通って養液槽１３内に戻る。このような養液の循環により、プランタ１２に植えられた植物に養液が与えられる。ポンプ１４１は、植物の種類等に応じて設定された時間間隔で動作する。即ち、設定された時間間隔で植物への養液の供給が行われる。

図１に戻り、第１照明部１５は、プランタ１２に植えられた植物を上方から照らすため、筐体１１内において、プランタ１２の上方に配置される。第１照明部１５は、方形状の枠部材１５１と、枠部材１５１の下面側に、左右方向に間隔を置いて並ぶように取り付けられた３つの照明体１５２とを含む。なお、照明体１５２の個数は、３つに限られず、いくつであってもよい。

図３（ａ）は、第１照明部１５を照明体１５２の正面側から見た図である。

３つの照明体１５２は、細長い長方形状を有し、長手方向が前後方向となるように、枠部材１５１の前部および後部に、取付金具１５３を介して取り付けられる。照明体１５２には、複数の光源１５２ａが、長手方向（前後方向）に並ぶように設けられる。各光源１５２ａは、ＬＥＤモジュールであり、複数の波長の光のＬＥＤチップにより構成される。たとえば、各光源１５２ａは、４つの赤色波長のＬＥＤチップと１つの青色波長のＬＥＤチップにより構成できる。また、各光源１５２ａが、赤色波長、青色波長、緑色波長、赤外線波長、紫外線波長および遠赤外線波長の６種類のＬＥＤチップにより構成されてもよいし、これら６種類のＬＥＤチップのうち、２種類、３種類、４種類あるいは５種類のＬＥＤチップにより構成されてもよい。また、さらに、各光源１５２ａは、一つの色のＬＥＤチップにより構成されてもよい。

第１照明部１５は、昇降機構部１６により、筐体１１の天面部から昇降可能に吊り下げられる。作業者は、昇降機構部１６への手動操作により、第１照明部１５を昇降させることができる。

図４（ａ）および（ｂ）は、昇降機構部１６について説明するための図である。図４（ａ）は、筐体１１の上部の斜視図であり、図４（ｂ）は、筐体１１における、底部よりも上方であって途中部分が省略された側面図である。なお、図４（ａ）では、便宜上、筐体１１の天面部を構成する一部の棒状部材が省略されている。

昇降機構部１６は、第１照明部１５の前側を昇降可能に吊り下げるための２つのワイヤー１６１および４つの滑車１６２と、第１照明部１５の後側を昇降可能に吊り下げるための２つのワイヤー１６３および４つの滑車１６４と、前後の各２つのワイヤー１６１、１６３が接続される固定具１６５と、固定具１６５を固定するため、筐体１１の右側面部に設けられた固定柱１６６とを含む。

筐体１１の天面部には、右側の棒状部材１１２と左側の棒状部材（図４（ａ）で省略）との間に、前後の２つの棒状部材１１３、１１４が掛け渡されている。前側の４つの滑車１６２は、前側の棒状部材１１３と、右側の棒状部材１１２に設けられ、後側の４つの滑車１６４は、後側の棒状部材１１４と、右側の棒状部材１１２に設けられる。

前側の２つのワイヤー１６１は、第１照明部１５の枠部材１５１の前部に接続金具１６７により接続される。２つのワイヤー１６１は、枠部材１５１の前部から上方へ延び、４つの滑車１６２によって、途中で合流しつつ固定柱１６６の上端部へと導かれ、さらに固定柱１６６に沿って下方へと延び、その先端部が固定具１６５に接続される。

後側の２つのワイヤー１６３は、第１照明部１５の枠部材１５１の後部に接続金具１６７により接続される。２つのワイヤー１６３は、枠部材１５１の後部から上方へ延び、４つの滑車１６４によって、途中で合流しつつ固定柱１６６の上端部へと導かれ、さらに固定柱１６６に沿って下方へと延び、その先端部が固定具１６５に接続される。

固定柱１６６には、上下方向に所定の間隔を有するようにして複数の係合ピン１６６ａが設けられる。固定具１６５には、係合ピン１６６ａに下方から係合可能な係合凹部１６５ａが形成される。

図４（ｂ）の破線に示すように、固定具１６５の係合凹部１６５ａを高い位置の係合ピン１６６ａに係合させることにより、第１照明部１５を低い位置に配置できる。また、図４（ｂ）の実線に示すように、固定具１６５を下方へ移動させて、係合凹部１６５ａを低い位置の係合ピン１６６ａに係合させることにより、第１照明部１５を高い位置に配置できる。

図１に戻り、一対の第２照明部１７は、プランタ１２に植えられた植物を左右の側方から照らすため、筐体１１の左右の側方に配置される。各第２照明部１７は、方形状の枠部材１７１と、枠部材１７１の内面側に、上下方向に間隔を置いて並ぶように取り付けられた６つの照明体１７２を含む。なお、照明体１７２の個数は、６つに限られず、いくつであってもよい。

図３（ｂ）は、第２照明部１７を照明体１７２の正面側から見た図である。

６つの照明体１７２は、細長い長方形状を有し、長手方向が前後方向となるように、枠部材１７１の前部および後部に、取付金具１７３を介して取り付けられる。照明体１７２には、複数の光源１７２ａが、長手方向に並ぶように設けられる。各光源１７２ａの構成は、第１照明部１５の各光源１５２ａの構成と同様である。６つの照明体１７２は、後述する制御ボックス内の制御部によって、個別に点灯および消灯される。

図１に戻り、移動機構部１８は、筐体１１の天面部に設けられる。一対の第２照明部１７は、移動機構部１８により、左右方向に移動可能に支持される。作業者は、移動機構部１８への手動操作により、各第２照明部１７を個別に左右方向（側方）に移動させることができる。

移動機構部１８は、筐体１１から左方向および右方向に延び出す前後一対のレール部材１８１と、一対のレール部材１８１をスライド移動する左右の移動部材１８２と、を含む。

図５は、移動機構部１８の構成について説明するための図であり、レール部材１８１が断面で示された、植物栽培装置１の右側上部の正面図である。

一対のレール部材１８１は、断面が凹形状を有する。一対のレール部材１８１の両端には、両レール部材１８１に掛け渡されるようにして、ストッパ部材１８３が取り付けられる。左側の移動部材１８２は、左側の第２照明部１７の枠部材１７１の上部に固定され、右側の移動部材１８２は、右側の第２照明部１７の枠部材１７１の上部に固定される。各移動部材１８２には、前側と後側に、それぞれ、前側と後側のレール部材１８１の中を転がる２つのローラ１８４が設けられる。

左右の移動部材１８２をレール部材１８１に対してスライド移動させることにより、左右の第２照明部１７を左右方向（水平方向）に移動させることができる。左右の第２照明部１７は、筐体１１に近接する位置まで内側に移動でき（図５の破線）、ストッパ部材１８３に当接する位置まで外側に移動できる（図５の実線）。

図１に戻り、制御ボックス１９は、筐体１１の後面部の上部に取り付けられる。制御ボックス１９内には、制御ユニット１９０が配置される。制御ユニット１９０には、制御部や、制御部からの指令により養液循環部１４のポンプ１４１、第１照明部１５の照明体１５２、第２照明部１７の照明体１７２等を駆動する各種の駆動部などが含まれる。また、制御ユニット１９０には、操作部が含まれる。操作部では、ポンプ１４１の作動間隔、即ち植物への養液の供給間隔を設定する操作、第１照明部１５および第２照明部１７の発光量（発光強度）を設定する操作、第２照明部１７において点灯させる照明体１７２を選択する操作などを行うことができる。

さて、作業者は、プランタ１２に植物の苗を植えると、養液の供給間隔の設定や発光量の設定等を行う。また、作業者は、第１照明部１５と一対の第２照明部１７の位置を調整する。植物の苗は、背丈が低く側方への拡がりも小さいため、第１照明部１５は低い位置に配置され（図４（ｂ）の破線）、一対の第２照明部１７は筐体１１に近接する位置に配置される（図５の破線）。さらに、作業者は、植物の背丈に合わせて、点灯させる第２照明部１７の照明体１７２を選択する。即ち、植物の背丈が低いため、作業者は、下方の照明体１７２を点灯させ、上方の照明体１７２を消灯させておく選択を行う。

設定された供給間隔で植物に養液が与えられ、設定された発光量の光が第１照明部１５および一対の第２照明部１７から植物に照射される。第２照明部１７では、制御ユニット１９０の制御により、選択された下方の照明体１７２のみが点灯する。上方および左右の側方の近い位置から植物に光が照射されるため、十分な光がむらなく植物に行き届く。また、不要な第２照明部１７の照明体１７２が点灯しないため、消費電力の低減が可能となる。

植物が成長して、背丈が伸び、側方への拡がりが大きくなると、作業者はそれに合わせて、上限の位置まで第１照明部１５を段階的に上昇させ（図４（ｂ）実線）、限界位置まで一対の第２照明部１７を段階的に外方へ移動させる（図５の実線）。これにより、第１照明部１５および一対の第２照明部１７を植物の近い位置に維持しつつ、植物が第１照明部１５および一対の第２照明部１７に近づき過ぎたり接触したりすることを防止できる。よって、葉焼けや発育不良の発生が防止される。

また、作業者は、植物の背丈に合わせて、点灯させる第２照明部１７の照明体１７２の選択を変更する。即ち、作業者は、点灯させていた照明体１７２よりも高い位置の照明体１７２を点灯させるようにする。このとき、植物の低い部分に葉がなくなるなどし、その部分への光が不要となった場合は、点灯させていた低い位置の照明体１７２を点灯させない状態とする。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、植物の側方への拡がり状態に対応して、一対の第２照明部１７の水平方向の位置を調整できるので、側方の近い位置から植物へ光を照射でき、側方の第２照明部１７によって、光量を十分に補うことが可能となる。

また、本実施形態によれば、第２照明部１７は、上下方向に並ぶ複数の照明体１７２を含み、植物の生長等に応じて、これら照明体１７２を選択的に点灯させることができるので、第２照明部１７を無駄なく点灯させることができ、消費電力を低減することが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の植物栽培装置１について説明する。

上記第１実施形態では、第１照明部１５の昇降および一対の第２照明部１７の移動が手動により行われた。これに対し、第２実施形態では、第１照明部１５の昇降および一対の第２照明部１７の移動を自動で行うことができる。

第２実施形態の各図面において、第１実施形態と同じ構成については同じ番号が付される。

図６は、植物栽培装置１の正面図である。図７（ａ）は、植物栽培装置１の平面図であり、図７（ｂ）は、第１接近検出ユニット２２と光量検出ユニット２３が取り付けられた第１照明部１５の側面図である。なお、図６では、給水ノズル１４５等、養液循環部１４の一部の構成の図示が省略されている。また、図７（ａ）では、第１接近検出ユニット２２と光量検出ユニット２３の図示が省略されている。

第２実施形態の植物栽培装置１は、上記第１実施形態の構成に加え、第１動力源２０と、第２動力源２１と、第１接近検出ユニット２２と、光量検出ユニット２３と、一対の第２接近検出ユニット２４と、を備える。

第２実施形態では、昇降機構部１６に、固定具１６５に代えて、４つのワイヤー１６１、１６３が接続される連結具１６８が含まれる。連結具１６８には、固定柱１６６を挟む前後一対のガイド片１６８ａが設けられる。連結具１６８は、ガイド片１６８ａによりガイドされつつ固定柱１６６に沿って上下に移動することができる。また、固定柱１６６には係合ピン１６６ａが設けられない。

第１動力源２０は、第１照明部１５を昇降させるための動力を昇降機構部１６に付与する。第１動力源２０は、ワイヤー２０１と、巻取ドラム２０２と、巻取モータ２０３と、ガイドローラ２０４とを含む。

ワイヤー２０１は、上端が連結具１６８に接続され、下端が巻取ドラム２０２に接続される。巻取ドラム２０２は、ワイヤー２０１を巻き取る。巻取モータ２０３は、巻取ドラム２０２を巻取方向とその反対方向に回転させる。ガイドローラ２０４は、ワイヤー２０１を巻取ドラム２０２の方向へと導く。巻取モータ２０３は、筐体１１に設けられた設置台１１５に取り付けられ、ガイドローラ２０４は、巻取モータ２０３または設置台１１５に取り付けられる。

巻取モータ２０３の動作により巻取ドラム２０２が巻取方向に回転すると、ワイヤー２０１が巻取ドラム２０２に巻き取られて連結具１６８および４つのワイヤー１６１、１６３が下方へ移動し、第１照明部１５が上昇する。他方、巻取ドラム２０２が巻取方向と反対方向に回転すると、ワイヤー２０１が延ばされて連結具１６８および４つのワイヤー１６１、１６３が上方へ移動し、第１照明部１５が下降する。

なお、昇降機構部１６および第１動力源２０は、連結具１６８およびワイヤー２０１が設けられず、４つのワイヤー１６１、１６３が直接、巻取ドラム２０２で巻き取られるような構成とされてもよい。

第２動力源２１は、一対の第２照明部１７を左右方向（側方）へ移動させるための動力を移動機構部１８に付与する。第２動力源２１は、左右一対の動力ユニット２１０を含む。各動力ユニット２１０は、ネジ軸２１１と、２つの軸受部２１２、２１３と、ナット部２１４と、移動モータ２１５と、を含む。ネジ軸２１１には、外周面に雄ネジが形成される。２つの軸受部２１２、２１３は、ネジ軸２１１の両端部を回転可能に支持する。ナット部２１４は、ネジ軸２１１に通される孔を有する。孔の内周面には、ネジ軸２１１の雄ネジに噛み合う雌ネジが形成される。移動モータ２１５は、カップリング２１６を介してネジ軸２１１に連結され、ネジ軸２１１を回転させる。移動モータ２１５および一方の軸受部２１２は、筐体１１の天面部に設けられた設置台１１６に取り付けられ、他方の軸受部２１３は、移動機構部１８のストッパ部材１８３に取り付けられる。ナット部２１４は、移動機構部１８の移動部材１８２に取り付けられる。

移動モータ２１５の動作によりネジ軸２１１が正転および逆転すると、ナット部２１４が左右方向に移動し、移動部材１８２とともに第２照明部１７が左右方向（水平方向）に移動する。

第１接近検出ユニット２２は、第１接近センサ２２１と、４つの接続部材２２２とを含む。第１接近センサ２２１は、第１照明部１５から下方に所定距離だけ離れた位置に配置され、第１照明部１５への植物の接近を検出する。第１接近センサ２２１は、フォトセンサであり、第１照明部１５の右側と左側とにおいて左右方向に対向する発光体２２３と受光体２２４とを含む。発光体２２３および受光体２２４は、細長い長方形状を有し、長手方向が前後方向となるように配置される。発光体２２３には、複数の赤外線の発光素子２２３ａが長手方向（前後方向）に並ぶように設けられる。受光体２２４には、複数の受光素子２２４ａが長手方向（前後方向）に並ぶように設けられる。一つの発光素子２２３ａからは発せられた赤外線の光が、その発光素子２２３ａの正面に位置する受光素子２２４ａにより受光される。発光素子２２３ａからの光が正面以外の受光素子２２４ａで受光されないよう、発光素子２２３ａ同士および受光素子２２４ａ同士の間隔や光の指向性が設定されている。

４つの接続部材２２２は、Ｌ字のアーム形状を有する。右側の前後の接続部材２２２により発光体２２３が第１照明部１５の枠部材１５１に接続され、左側の前後の接続部材２２２により受光体２２４が第１照明部１５の枠部材１５１に接続される。

プランタ１２に植えられた植物が成長して、その上端部分の葉などが、図６のように、第１照明部１５に接近して第１接近センサ２２１の位置に達すると、何れかの発光素子２２３ａからの光が葉などに遮られ、対応する受光素子２２４ａに届かなくなる。これにより、第１接近センサ２２１は、第１照明部１５に対して所定距離以内に植物が接近したことを検出する。第１接近センサ２２１により植物の接近が検出されると、第１動力源２０と昇降機構部１６の動作により、第１照明部１５が一段階上昇し、植物から離れる。

光量検出ユニット２３は、光量センサ２３１と、接続部材２３２とを含む。光量センサ２３１は、第１照明部１５から下方に所定距離だけ離れた位置に配置され、第１照明部１５および一対の第２照明部１７から植物へ光が照射されたときの光量を検出する。接続部材２３２は、Ｌ字のアーム形状を有する。接続部材２３２により、光量センサ２３１が第１照明部１５の枠部材１５１に接続される。光量センサ２３１は、第１照明部１５に接続されているため、第１照明部１５とともに昇降する。ここで、光量センサ２３１は、第１接近センサ２２１よりも低い位置であって、図６に示すように、植物の接近により第１照明部１５が上昇したときに植物の上端部分、即ち植物の生長点の付近となる位置に配置される。

各第２接近検出ユニット２４は、第２接近センサ２４１と、４つの接続部材２４２とを含む。第２接近センサ２４１は、第２照明部１７から内側へ所定距離だけ離れた位置に配置され、第２照明部１７への植物の接近を検出する。第２接近センサ２４１は、フォトセンサであり、第２照明部１７の前側と後側とにおいて前後方向に対向する発光体２４３と受光体２４４とを含む。発光体２４３および受光体２４４は、細長い長方形状を有し、長手方向が上下方向となるように配置される。発光体２４３および受光体２４４は、第２照明部１７の上下方向の長さに近い長さを有する。

発光体２４３には、複数の赤外線の発光素子２４３ａが長手方向（上下方向）に並ぶように設けられる。受光体２４４には、複数の受光素子２４４ａが長手方向（上下方向）に並ぶように設けられる。一つの発光素子２４３ａからは発せられた赤外線の光が、その発光素子２４３ａの正面に位置する受光素子２４４ａにより受光される。発光素子２４３ａからの光が正面以外の受光素子２４４ａで受光されないよう、発光素子２４３ａ同士および受光素子２４４ａ同士の間隔や光の指向性が設定されている。

４つの接続部材２４２は、Ｌ字のアーム形状を有する。前側の上下の接続部材２４２により発光体２４３が第２照明部１７の枠部材１７１に接続され、後側の上下の接続部材２４２により受光体２４４が第２照明部１７の枠部材１７１に接続される。

プランタ１２に植えられた植物が成長して側方に拡がり、葉などが、図６のように、第２照明部１７に接近して第２接近センサ２４１の位置に達すると、何れかの発光素子２４３ａからの光が葉などに遮られ、対応する受光素子２４４ａに届かなくなる。これにより、第２接近センサ２４１は、第２照明部１７に対して所定距離以内に植物が接近したことを検出する。第２接近センサ２４１により植物の接近が検出されると、第２動力源２１と移動機構部１８の動作により、第２照明部１７が一段階外方に移動し、植物から離れる。

図８は、植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。

制御ユニット１９０は、制御部１９１と、記憶部１９２と、操作部１９３と、第１照明駆動部１９４と、第２照明駆動部１９５と、巻取モータ駆動部１９６と、移動モータ駆動部１９７と、ポンプ駆動部１９８とを含む。

制御部１９１は、マイクロコンピュータを備え、記憶部１９２に記憶されたプログラムに従って、第１照明駆動部１９４、第２照明駆動部１９５、巻取モータ駆動部１９６、移動モータ駆動部１９７、ポンプ駆動部１９８等の制御を行う。記憶部１９２は、メモリを備え、所定の制御プログラムを記憶する。本実施形態では、記憶部１９２に記憶された制御プログラムによって、動力制御部１９１ａと照明制御部１９１ｂの機能が制御部１９１に付与される。

制御部１９１には、第１接近センサ２２１と２つの第２接近センサ２４１から検出信号が入力される。また、制御部１９１には、光量センサ２３１から検出光量に応じた光量信号が入力される。

操作部１９３は、各種の操作ボタン、たとえば、ポンプ１４１の作動間隔など、植物栽培装置１の各種運転条件を設定するためのボタン、第１照明部１５を昇降、第２照明部１７を移動させるためのボタン等を備え、操作に応じた信号を制御部１９１へ出力する。

第１照明駆動部１９４は、制御部１９１からの制御信号に従って第１照明部１５の３つの照明体１５２を駆動する。第２照明駆動部１９５は、制御部１９１からの制御信号に従って一対の第２照明部１７の６つの照明体１７２を駆動する。

巻取モータ駆動部１９６は、制御部１９１からの制御信号に従って第１動力源２０の巻取モータ２０３を駆動する。移動モータ駆動部１９７は、制御部１９１からの制御信号に従って、第２動力源２１の２つの移動モータ２１５を駆動する。

ポンプ駆動部１９８は、制御部１９１からの制御信号に従って、養液循環部１４のポンプ１４１を駆動する。

本実施形態の植物栽培装置１では、作業者により昇降操作が行われると、制御部１９１が巻取モータ２０３を動作させ、第１照明部１５が昇降する。また、作業者により移動操作が行われると、制御部１９１が移動モータ２１５を動作させ、第２照明部１７が左右方向（水平方向）に移動する。よって、作業者は、自らの力により、第１照明部１５を昇降させたり、第２照明部１７を移動させたりしなくてよい。また、本実施形態では、上記第１実施形態と同様、操作部１９３での選択操作により点灯させる第２照明部１７の照明体１７２を選択できる。

さらに、本実施形態の植物栽培装置１は、植物の成長に応じて、自動的に、第１照明部１５の昇降および一対の第２照明部１７の移動を行うとともに、点灯させる第２照明部１７の照明体１７２の選択（決定）を行う自動運転機能を備える。

図９は、自動運転機能での制御処理を示すフローチャートである。

作業者は、プランタ１２に植物の苗を植え終わると、昇降操作および移動操作を行って、第１照明部１５および一対の第２照明部１７を初期の位置に配置する。その後、作業者は、自動運転機能を開始する操作を行う。

図９を参照して、制御部１９１は、第１接近センサ２２１により、第１照明部１５に植物が接近したかを監視するとともに（Ｓ１）、左右の第２接近センサ２４１により、左右の第２照明部１７に植物が接近したかを監視する（Ｓ２）。

背丈が伸びることにより、植物が第１照明部１５に接近すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部１９１は、動力制御部１９１ａの機能により、巻取モータ２０３を動作させて、第１照明部１５を一段階（一定距離）上昇させる（Ｓ３）。

第１照明部１５が上昇すると、それに伴い第１接近センサ２２１が上昇し、その高さがが変わる。よって、異なる高さ位置で植物を検出することにより、第１接近センサ２２１は、その植物の背丈も検出できることになる。制御部１９１は、照明制御部１９１ｂの機能により、第１接近センサ２２１により検出された植物の背丈に応じて、一対の第２照明部１７における、点灯させる照明体１７２を決定する（Ｓ４）。たとえば、制御部１９１は、現在点灯させている最も上の照明体１７２よりも、１つ上に位置する照明体１７２を、点灯させる照明体１７２に加える。また、第１接近センサ２２１が、上部にある状態で植物を検出した場合、即ち植物が大きく成長した場合、その根元近くに葉などがなくなって光が不要となることが生じ得る。よって、このような場合に、制御部１９１は、下方の位置の照明体１７２を、点灯させる照明体１７２から除外する決定を行ってもよい。なお、自動運転機能の開始当初、制御部１９１は、下方の所定の照明体１７２のみ、たとえば、最も下の照明体１７２のみを点灯させる照明体１７２とする。

他方、茎や葉が側方に拡がることにより、植物が左右何れかの第２照明部１７に接近すると（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部１９１は、動力制御部１９１ａの機能により、植物が接近した第２照明部１７に対応する移動モータ２１５を動作させて、その第２照明部１７を一段階（一定距離）外側へ移動させる（Ｓ５）。

このようにして、本実施形態の植物栽培装置１では、自動運転機能により、植物が成長し、背丈が伸びたり側方に拡がったりするに従って、第１照明部１５および第２照明部１７が植物から離れるように移動する。また、第２照明部１７では、植物の背丈が高くなるに従って、順次、上方の照明体１７２が点灯されていったり、下方の照明体１７２が消灯されていったりする。

この他、図９のフローチャートに示されていないが、自動運転機能において、制御部１９１は、養液循環部１４のポンプ１４１を、設定された供給間隔で所定の供給時間だけ動作させ、プランタ１２の植物へ養液の供給を行う。なお、供給間隔や供給時間は、第１照明部１５や第２照明部１７の位置により把握できる植物の生長状態に応じて変更することができる。

また、自動運転機能において、制御部１９１は、光量センサ２３１での光量の検出結果に基づいて第１照明部１５および第２照明部１７の照明体１５２、１７２の発光量を制御する。たとえば、制御部１９１は、光量センサ２３１の検出光量が、予め設定された光量（規定光量）となるように、照明体１５２、１７２の発光量を調整する。これにより、植物に常に最適な光量を供給できるので、植物の生長ロスを低減でき、植物の安定した栽培が可能となる。また、第１照明部１５および第２照明部１７が移動することにより植物から離れたときの光量の減少を防止できる。

このとき、光量センサ２３１は、第１照明部１５とともに昇降し、植物の成長に応じて高さ位置が変わる。これにより、植物の成長によらず、常時、植物の同じ部分、本実施形態では生長点の部分に、光量センサ２３１を配置させることが可能となり、常時、生長点など、その部分に適する光量を、第１照明部１５および第２照明部１７により付与することが可能となる。

なお、規定光量は、植物の成長（第１接近センサ２２１で検出される植物の背丈）に応じて変化させてもよい。たとえば、植物が成長する（背丈が伸びる）につれて規定光量が大きくなるようにしてもよい。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、植物の側方への拡がり状態に対応して、一対の第２照明部１７の水平方向の位置を調整できるので、側方の近い位置から植物へ光を照射でき、側方の第２照明部１７によって、光量を十分に補うことが可能となる。

また、本実施形態によれば、第１動力源２０および第２動力源２１の動力により第１照明部１５および第２照明部１７を移動できる。これにより、作業者は、自らの力を必要とせず、第１照明部１５および第２照明部１７を容易に移動できる。

さらに、本実施形態によれば、図９の自動運転機能の制御により、植物が成長し、背丈が伸びたり側方に拡がったりするに従って、自動的に、第１照明部１５および第２照明部１７を植物から離れるように移動させることができる。これにより、作業者自らが植物の成長を確認して第１照明部１５の昇降操作や第２照明部１７の移動操作を行わなくてもよく、葉焼けや発育不良の発生を、より良く防止することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、第２照明部１７は、上下方向に並ぶ複数の照明体１７２を含み、植物の生長等に応じて、これら照明体１７２を選択的に点灯させることができるので、第２照明部１７を無駄なく点灯させることができ、消費電力を低減することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、第１接近センサ２２１により検出された植物の背丈に応じて、自動的に、点灯させる第２照明部１７の照明体１７２が決定されるため、消費電力をより良好に低減させることが可能となる。

さらに、光量センサ２３１は、第１照明部１５とともに昇降し、植物の成長に応じて高さ位置が変わる。これにより、植物の成長によらず、常時、植物の同じ部分（たとえば、生長点）に、光量センサ２３１を配置させることが可能となり、常時、植物の同じ部分（生長点）に、その部分に適する光量を、第１照明部１５および第２照明部１７により付与することが可能となる。

以上、本発明の実施形態（第１実施形態、第２実施形態）について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。

＜変更例１＞
図１０（ａ）は、変更例１に係る、植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。

本変更例の植物栽培装置１は、上記第２実施形態の構成に加え、カメラ２５１と、温度センサ２５２と、湿度センサ２５３と、気圧センサ２５４とを備える。

カメラ２５１は、たとえば筐体１１の上部に設置され、筐体１１内の植物を撮影し、撮影画像の画像データを制御部１９１へ出力する。

温度センサ２５２、湿度センサ２５３および気圧センサ２５４は、それぞれ、植物栽培装置１の周囲（室内）の温度、湿度および気圧を検出し、検出した温度、湿度および気圧に応じた温度信号、湿度信号および気圧信号を制御部１９１へ出力する。

また、本変更例では、制御ユニット１９０に、通信部１９９が含まれる。

通信部１９９は、無線通信モジュールであり、ルータ、モデム等の中継器およびインターネット等の外部通信網を介して、パーソナルコンピュータ、携帯端末（スマートフォン）、タブレット端末等の端末装置２と無線通信を行う。

本変更例では、端末装置２から植物栽培装置１の遠隔操作を行うことができる。即ち、端末装置２において、植物栽培装置１の各種運転条件の設定操作や第１照明部１５の昇降操作、第２照明部１７の移動操作等を行うことができる。これら操作に基づく端末装置２からの操作信号が通信部１９９により受信され、制御部１９１へ入力される。制御部１９１は、操作信号に従って、各種運転条件の設定や第１照明部１５の昇降、第２照明部１７の移動等を行う。

さらに、本変更例では、制御部１９１が、カメラ２５１により撮影された植物の撮影画像や温度センサ２５２、湿度センサ２５３および気圧センサ２５４により検出された温度、湿度および気圧の情報を、定期的に、あるいは、端末装置２からの要求に応じて、通信部１９９を介して端末装置２に送信する。図１０（ｂ）に示すように、端末装置２の表示画面２ａには、植物栽培装置１から送信された植物の撮影画像や温度、湿度および気圧の情報が表示される。これにより、植物栽培装置１が設置された室内から離れた場所において、植物の成育状況や環境状況を確認することができる。

<変更例２＞
図１１（ａ）は、変更例２に係る、反射体２６が装着された第２照明部１７を、照明体１７２の正面側から見た図であり、図１１（ｂ）は、変更例２に係る、反射体２６の構成を示す図である。

本変更例では、第２照明部１７の外側に反射体２６が装着される。反射体２６は、方形のシート状を有し、第２照明部１７のほぼ全体を覆う。反射体２６は、上端部と下端部が、取付部材２７を介して第２照明部１７の枠部材１７１の上部および下部に固定される。

図１１（ｂ）に示すように、反射体２６は、帯状の反射部２６１と通気部２６２とが上下方向に交互に並ぶ構成を有する。反射部２６１の上下の幅は、通気部２６２の上下の幅よりも大きい。反射部２６１は光を反射し、通気部２６２は空気を通す。一方の第２照明部１７から照射された光が、他方の第２照明部１７の反射体２６の反射部２６１で反射する。これにより、筐体１１内に、光を一層取り込むことができ、植物に照射される光量の増加が図られる。また、反射体２６の通気部２６２を空気が通ることにより、筐体１１内と外部との通気性が良くなる。

なお、反射体２６は、双方の第２照明部１７に設けられてもよし、一方の第２照明部１７のみに設けられてもよい。また、反射体２６は、第２照明部１７全体でなく一部を覆うものであってもよい。さらに、反射体２６は、反射部２６１を有し通気部２６２を有さない構成とされてもよい。この場合に、多数の小孔が設けられるなど、反射部２６１に通気の機能が備わっていてもよい。

＜その他の変更例＞
上記第１実施形態および上記第２実施形態では、第１照明部１５および第２照明部１７が、枠部材１５１、１７１に複数の長尺な照明体１５２、１７２が取り付けられる構成とされた。しかしながら、第１照明部１５および第２照明部１７の構成は、上記のものに限られず、他の構成とされてもよい。また、第１照明部１５および第２照明部１７は、ＬＥＤによる照明でなくてもよい。

また、上記第１実施形態では、昇降機構部１６が、ワイヤー１６１、１６３と滑車１６２、１６４により第１照明部１５を吊り下げ、昇降させる構成とされ、移動機構部１８が、レール部材１８１と、レール部材１８１をスライド移動する移動部材１８２により構成された。しかしながら、昇降機構部１６および移動機構部１８の構成は、上記のものに限られず、第１照明部１５を昇降でき、第２照明部１７を側方に移動できれば、他の構成とされてもよい。

さらに、上記第２実施形態では、第１動力源２０が、巻取ドラム２０２と巻取モータ２０３とによる巻取方式の装置であった。また、第２動力源２１が、ネジ軸２１１を移動モータ２１５で回転させる、いわゆるボールねじ方式の装置であった。しかしながら、第１動力源２０および第２動力源２１の構成は、上記のものに限られず、ラックとピニオンによる方式の装置など、他の構成とされてもよい。

さらに、上記第２実施形態では、第１接近センサ２２１により第１照明部１５への植物の接近が検出され、第２接近センサ２４１により第２照明部１７への植物の接近が検出された。また、第１接近センサ２２１により植物の背丈が検出された。しかしながら、第１照明部１５および第２照明部１７への植物の接近の検出方法は、上記のものに限られず、植物の背丈の検出方法も上記のものに限られない。たとえば、カメラで筐体１１内の植物を撮影し、その撮影画像を制御部１９１に搭載された解析エンジン（解析ソフト）で解析することにより、第１照明部１５および第２照明部１７への植物の接近の検出、植物の背丈の検出を行うようにしてもよい。この場合、カメラと制御部１９１（解析エンジン）が、特許請求の範囲に記載の第１検出部、第２検出部および背丈検出部に相当することになる。

さらに、上記第１実施形態および上記第２実施形態では、筐体１１の両側方に第２照明部１７が配置された。しかしながら、筐体１１の一つの側方のみに第２照明部１７が配置されてもよい。

さらに、上記第１実施形態および上記第２実施形態では、筐体１１内の底部に１つのプランタ１２が配置された。しかしながら、筐体１１内に複数のプランタ１２が配置されてもよい。

さらに、上記第１実施形態および上記第２実施形態の植物栽培装置１が、前後方向および／または上下方向に複数配列される、あるいは、複数配列されて一体化されることにより、大型の植物栽培装置（植物栽培システム）が形成されてもよい。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ 植物栽培装置
１５ 第１照明部
１６ 昇降機構部
１７ 第２照明部
１８ 移動機構部
２０ 第１動力源
２１ 第２動力源
２２１ 第１接近センサ（第１検出部、背丈検出部）
２３１ 光量センサ（光量検出部）
２４１ 第２接近センサ（第２検出部）
１９０ 制御ユニット（照明制御部）
１９１ 制御部
１９１ａ 動力制御部
１９１ｂ 照明制御部

Claims (6)

1. 植物を上方から照らす第１照明部と、
   植物を側方から照らす第２照明部と、
   前記第１照明部を昇降させるための昇降機構部と、
   前記第２照明部を側方へ移動させるための移動機構部と、を備える、
   ことを特徴とする植物栽培装置。
2. 前記第１照明部を昇降させるための動力を前記昇降機構部に付与する第１動力源と、
   前記第２照明部を側方へ移動させるための動力を前記移動機構部に付与する第２動力源と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
3. 前記第１照明部への植物の接近を検出する第１検出部と、
   前記第２照明部への植物の接近を検出する第２検出部と、
   前記第１動力源および前記第２動力源を制御する動力制御部と、をさらに備え、
   前記動力制御部は、
   前記第１検出部が植物の接近を検出したことに基づいて、前記第１照明部が上昇するよう前記第１動力源を動作させ、
   前記第２検出部が植物の接近を検出したことに基づいて、前記第２照明部が植物から離れる方向に移動するよう前記第２動力源を動作させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の植物栽培装置。
4. 前記第２照明部は、上下方向に並ぶ複数の照明体を含み、
   前記複数の照明体を選択的に点灯させる照明制御部を、さらに備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の植物栽培装置。
5. 植物の背丈を検出する背丈検出部を、さらに備え、
   前記照明制御部は、前記背丈検出部の検出結果に基づいて、点灯させる前記照明体を決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の植物栽培装置。
6. 光量を検出する光量検出部を、さらに備え、
   前記光量検出部は、前記第１照明部に接続され、前記第１照明部とともに昇降する、
   ことを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の植物栽培装置。
   
   

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