JP5549405B2 - 植物生産システム - Google Patents
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Description
前者は、ハウス栽培の延長であり、太陽光を利用して、比較的低コストで野菜等を生産できるという利点がある。この太陽光利用型の技術としては、植物の成長を高めるために、波長変換光学板を用いて太陽光の波長を変換し、植物の生育に好適な波長の光を供給する技術が提案されている(特許文献1、2 参照)。
本発明は、波長変換光学板を例示したものである。これにより、植物の育成に好適な複数の波長の光を選択的に取り出して、植物に供給できるので、植物の育成に一層好適である。
(3)請求項3の発明では、前記波長変換光学板は、300nm〜400nmの波長の紫外光を吸収し、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板と、400nm〜600nmの波長の光を吸収し、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板とのうち、少なくとも1種を備えたことを特徴とする。
本発明は、波長変換光学板の好ましい構成を例示したものである。
図4に例示する様に、主として450nmの波長の光(例えば青色LEDの光)が、発芽を促進することが知られており、また、主として650nmの波長の光(例えば赤色LEDの光)が、光合成、発芽、開花を促進することが知られている。
従って、本発明では、これらの波長を含むように、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板や、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板を用いる。
特に、青色波長変換光学板と赤色波長変換光学板とを積層した波長変換光学板を用いると、より一層光合成や発芽や開花を促進できるので、好適である。
しかも、青色波長変換光学板と赤色波長変換光学板とを積層するとともに、太陽光の入射側に青色波長変換光学板を配置した場合には、赤色波長変換光学板は、青色波長変換光学板にて波長変換された青色光を、効率よく赤色光に変換できるので、太陽光を極めて有効に利用できるという利点がある。
(4)請求項4の発明は、光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部の外側に配置された反射プリズムと、を備え、前記反射プリズムは、前記波長変換光学板の平面方向における端部から射出された光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるようにその反射面が配置されるとともに、該反射プリズムによる光の反射方向に、植物の配置場所が設定されており、且つ、前記波長変換光学板は、波長変換の特性が異なる複数の波長変換光学板が積層されたものであり、更に、複数の前記波長変換光学板を板厚方向に積層した構成を備えるとともに、前記光の入射側の波長変換光学板の面積が該光の入射側と反対側の波長変換光学板の面積より大きく設定されていることを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板に入射した光(例えば太陽光)は、波長変換光学板内で、植物の生育に好適な波長に変換される。この変換された光は、波長変換光学板内で反射を繰り返して集光され、その平面方向の端部から光の多く(波長変換光学板の板厚方向から入射した光の約70%程度)が射出される。そして、波長変換光学板の端部から射出された光は、反射プリズム内に入射し、その反射面によって反射して、植物側に照射される。
よって、本発明によれば、植物を生産するためのエネルギー、生産コスト、環境負荷等を低減できるとともに、植物の成長によって好ましい波長の光を集中的に且つ十分に供給することができるという顕著な効果を奏する。
また、本発明では、前記波長変換光学板により、植物の育成に好適な複数の波長の光を選択的に取り出して、植物に供給できるので、植物の育成に一層好適である。
更に、本発明では、光の入射側の波長変換光学板の面積が光の入射側と反対側(出射側)の波長変換光学板の面積より大きく設定されているので、入射側の波長変換光学板の端部側で反射した光を、出射側の波長変換光学板を通過することなく、直接に植物側に供給することができる。よって、一層植物に効率よく光を供給することができる。
(5)請求項5の発明は、光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部の外側に配置された反射プリズムと、を備え、前記反射プリズムは、前記波長変換光学板の平面方向における端部から射出された光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるようにその反射面が配置されるとともに、該反射プリズムによる光の反射方向に、植物の配置場所が設定されており、 且つ、前記波長変換光学板は、300nm〜400nmの波長の紫外光を吸収し、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板と、400nm〜600nmの波長の光を吸収し、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板とのうち、少なくとも1種を備えており、更に、複数の前記波長変換光学板を板厚方向に積層した構成を備えるとともに、前記光の入射側の波長変換光学板の面積が該光の入射側と反対側の波長変換光学板の面積より大きく設定されていることを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板に入射した光(例えば太陽光)は、波長変換光学板内で、植物の生育に好適な波長に変換される。この変換された光は、波長変換光学板内で反射を繰り返して集光され、その平面方向の端部から光の多く(波長変換光学板の板厚方向から入射した光の約70%程度)が射出される。そして、波長変換光学板の端部から射出された光は、反射プリズム内に入射し、その反射面によって反射して、植物側に照射される。
よって、本発明によれば、植物を生産するためのエネルギー、生産コスト、環境負荷等を低減できるとともに、植物の成長によって好ましい波長の光を集中的に且つ十分に供給することができるという顕著な効果を奏する。
また、上述したように、主として450nmの波長の光(例えば青色LEDの光)が、発芽を促進することが知られており、また、主として650nmの波長の光(例えば赤色LEDの光)が、光合成、発芽、開花を促進することが知られている。
従って、本発明では、これらの波長を含むように、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板や、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板を用いる。
特に、青色波長変換光学板と赤色波長変換光学板とを積層した波長変換光学板を用いると、より一層光合成や発芽や開花を促進できるので、好適である。
しかも、青色波長変換光学板と赤色波長変換光学板とを積層するとともに、太陽光の入射側に青色波長変換光学板を配置した場合には、赤色波長変換光学板は、青色波長変換光学板にて波長変換された青色光を、効率よく赤色光に変換できるので、太陽光を極めて有効に利用できるという利点がある。
更に、本発明では、本発明では、光の入射側の波長変換光学板の面積が光の入射側と反対側(出射側)の波長変換光学板の面積より大きく設定されているので、入射側の波長変換光学板の端部側で反射した光を、出射側の波長変換光学板を通過することなく、直接に植物側に供給することができる。よって、一層植物に効率よく光を供給することができる。
(6)請求項6の発明では、前記反射プリズムの周囲に、前記植物に向けて光を照射する照明部を設けたことを特徴とする。
本発明では、例えばLED等によって植物に光を照射する照明部を設けているので、例えば天気が悪く太陽光が十分でない場合や夜間においても、植物に光を供給することができる。
本発明は、波長変換光学板を例示したものである。これにより、植物の育成に好適な複数の波長の光を選択的に取り出して、植物に供給できるので、植物の育成に一層好適である。
図4に例示する様に、主として450nmの波長の光(例えば青色LEDの光)が、発芽を促進することが知られており、また、主として650nmの波長の光(例えば赤色LEDの光)が、光合成、発芽、開花を促進することが知られている。
しかも、青色波長変換光学板と赤色波長変換光学板とを積層するとともに、太陽光の入射側に青色波長変換光学板を配置した場合には、赤色波長変換光学板は、青色波長変換光学板にて波長変換された青色光を、効率よく赤色光に変換できるので、太陽光を極めて有効に利用できるという利点がある。
本発明では、波長変換光学板の入射側から入射した光(特に赤外線)を反射膜によって反射することによって、赤外線が植物側に供給することを防ぐことができる。
図1及び図2に示す様に、本実施例の植物生産システム1は、平面形状が長方形の複数の波長変換光学板3と、波長変換光学板3の平面方向に配置された複数の反射プリズム5と、反射プリズム5の下方に配置された植物7とを備えている。なお、波長変換光学板3と反射プリズム5とから平板状の植物育成パネル9が構成されている。
前記波長変換光学板3は、例えば縦500mm×横1000mm×厚み8mmの透光性を有する平板であり、その平面方向の端面は、平面方向に対して垂直に形成されている。
図4に示す様に、450nm前後の波長の光(例えば青色LEDの光)が、発芽を促進することが知られており、また、650nm前後の波長の光(例えば赤色LEDの光)が、光合成、発芽、開花を促進することが知られている。
また、前記図1及び図2に示す様に、前記反射プリズム5は、長手方向(図2の左右方向)と垂直の断面が直角三角形(短辺8mm×長辺(斜辺)11.3mm)のプリズムである。この反射プリズム5は、例えば透明なアクリルから構成され、その斜辺に反射膜15が形成されている。なお、反射膜15は、厚み100nmのAlからなり、スパッタ又は蒸着により形成することができる。
詳しくは、左右の波長変換光学板3に挟まれた空間において、図1の左側の波長変換光学板3の平面方向における右側の端面17に、左側の反射プリズム5Lの一方の短辺側の端面19が当接するとともに、同左側の反射プリズム5Lの他方の短辺側の端面21が、波長変換光学板3の下面23と、その表面が一致するように(従って、端面21が図1の下方に向くように)配置されている。
同様に、前記左右の波長変換光学板3に挟まれた空間において、図1の右側の波長変換光学板3の平面方向における左側の端面27に、右側の反射プリズム5Rの一方の短辺側の端面29が当接するとともに、同右側の反射プリズム5Rの他方の短辺側の端面31が、波長変換光学板3の下面23と、その表面が一致するように(従って、端面31が図1の下方に向くように)配置されている。
なお、植物育成パネル9において、その左右端に配置された波長変換光学板13の外側端面35には、アルミからなる反射膜37が形成されている。
本実施例では、植物育成パネル9の上方(青色波長変換光学板11側)から、波長変換光学板3の表面(上面)に対して、垂直に近い所定角度で太陽光が照射される。なお、地面に対して植物育成パネル9をどのように配置するか等により、太陽光の入射角度は異なる。
図5に示す様に、本実施例の植物生産システム41は、前記実施例1と同様に、(青色波長変換光学板43と赤色波長変換光学板45とが積層された)複数の波長変換光学板47と、左右の波長変換光学板47の間に配置された複数対の反射プリズム49とからなる植物育成パネル51を備えており、反射プリズム49の下面側(同図下方)には植物53が配置されている。
図6に示す様に、本実施例の植物生産システム71は、前記実施例2と同様に、(青色波長変換光学板73と赤色波長変換光学板75とが積層された)複数の波長変換光学板77と、左右の波長変換光学板77の間に配置された複数対の反射プリズム79とからなる植物育成パネル81を備えており、反射プリズム79の下面側には植物83が配置されている。
図7に示す様に、本実施例の植物生産システム91では、(青色波長変換光学板93と赤色波長変換光学板95とが積層された)複数の波長変換光学板97が同図の紙面の厚み方向に沿って並列に配置された植物育成パネル101が用いられている。
特に本実施例では、波長変換光学板97の平面方向における端部、従って、青色波長変換光学板93と赤色波長変換光学板95との平面方向における端部が、平面方向に対して斜め(例えば45°)にカットされており、この斜めの端面に、反射膜105が形成されている。
図8に示す様に、本実施例の植物生産システム111では、(青色波長変換光学板113と赤色波長変換光学板115とが積層された)複数の波長変換光学板117が同図の紙面の厚み方向に並列に配置された植物育成パネル121が用いられている。
また、青色波長変換光学板113と赤色波長変換光学板115とのそれぞれの平面方向における端部が、平面方向に対して斜め(例えば45°)にカットされており、この斜めの端面に、それぞれ反射膜125、127が形成されている。
図9に示す様に、本実施例の植物生産システム131では、植物育成パネル132として、青色波長変換光学板133と赤色波長変換光学板134とが積層された波長変換光学板135が用いられている。
特に本実施例では、波長変換光学板135の平面方向の他端、即ち、青色波長変換光学板133の平面方向の他端と赤色波長変換光学板134の平面方向の他端には、それぞれ光ファイバー137、138の一端が配置されている。そして、光ファイバー137、138の他端には、植物139が配置されている。
図10に示す様に、本実施例の植物生産システム141は、前記実施例3と同様に、(青色波長変換光学板143と赤色波長変換光学板145とが積層された)複数の波長変換光学板147と、左右の波長変換光学板147の間に配置された複数対の反射プリズ149とからなる植物育成パネル151を備えており、反射プリズム149の下面側に植物153が配置されている。
図11に示す様に、本実施例の植物生産システム171は、前記実施例7と同様に、(青色波長変換光学板173と赤色波長変換光学板175とが積層された)複数の波長変換光学板177と、左右の波長変換光学板177の間に配置された複数対の反射プリズ179とからなる植物育成パネル181を備えている。
そして、密閉容器193には、養分水195が供給されるとともに、植物197を載置するパッド199、パッド199を載置して紙面の厚み方向に移動させるベルトコンベア201、水分を供給するシャワー203が設けられている。
図12に示す様に、本実施例の植物生産システム211は、前記実施例8と同様に、波長変換光学板213や反射プリズム215を備えた植物育成パネル217(他の実施例の植物育成パネルでも良い)の下面側(図12では紙面の裏側)、詳しくは、反射プリズム215の下面側に、同図の左右方向に伸びる第1ベルトコンベア219を並列に複数本備えている。
なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
具体的には、例えば図13(a)に示す様に、波長変換光学板411として、例えば透明なアクリル又はガラスからなる第1基板413の表面に、無機半導体クラスターからなる青色波長変換層415を形成した青色波長変換光学板417と、同様に、例えば透明なアクリル又はガラスからなる第2基板419の表面に、無機半導体クラスターからなる赤色波長変換層421を形成した赤色波長変換光学板423とを積層したものを用いることができる。
3、47、77、97、117、135、147、177、213、411、431…波長変換光学板
5、5L、5R、49、49L、49R、79、79L、79R、149、149L149R、179、179L、179R、215…反射プリズム
7、53、83、103、123、139、153、197、313…植物
9、51、81、101、121、132、151、181、217…植物育成パネル
11、43、73、93、113、133、143、173、417、433…青色波長変換光学板
13、45、75、95、115、134、145、175、423、435…赤色波長変換光学板
15、37、55、57、85、87、89、105、125、127、136、15
5、157、159、183、185、187…反射膜
137、138…光ファイバー
193…密閉容器
Claims (12)
- 光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部の外側に配置された反射プリズムと、を備え、
前記反射プリズムは、前記波長変換光学板の平面方向における端部から射出された光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるようにその反射面が配置されるとともに、該反射プリズムによる光の反射方向に、植物の配置場所が設定されており、
且つ、前記波長変換光学板の平面方向における端部と、該端部の外側に配置された反射プリズムの反射面との間に、前記光を前記波長変換光学板の板厚方向に透過させる光透過部を備えたことを特徴とする植物生産システム。 - 前記波長変換光学板は、波長変換の特性が異なる複数の波長変換光学板が積層されたものであることを特徴とする請求項1に記載の植物生産システム。
- 前記波長変換光学板は、300nm〜400nmの波長の紫外光を吸収し、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板と、400nm〜600nmの波長の光を吸収し、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板とのうち、少なくとも1種を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の植物生産システム。
- 光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部の外側に配置された反射プリズムと、を備え、
前記反射プリズムは、前記波長変換光学板の平面方向における端部から射出された光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるようにその反射面が配置されるとともに、該反射プリズムによる光の反射方向に、植物の配置場所が設定されており、
且つ、前記波長変換光学板は、波長変換の特性が異なる複数の波長変換光学板が積層されたものであり、
更に、複数の前記波長変換光学板を板厚方向に積層した構成を備えるとともに、前記光の入射側の波長変換光学板の面積が該光の入射側と反対側の波長変換光学板の面積より大きく設定されていることを特徴とする植物生産システム。 - 光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部の外側に配置された反射プリズムと、を備え、
前記反射プリズムは、前記波長変換光学板の平面方向における端部から射出された光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるようにその反射面が配置されるとともに、該反射プリズムによる光の反射方向に、植物の配置場所が設定されており、
且つ、前記波長変換光学板は、300nm〜400nmの波長の紫外光を吸収し、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板と、400nm〜600nmの波長の光を吸収し、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板とのうち、少なくとも1種を備えており、
更に、複数の前記波長変換光学板を板厚方向に積層した構成を備えるとともに、前記光の入射側の波長変換光学板の面積が該光の入射側と反対側の波長変換光学板の面積より大きく設定されていることを特徴とする植物生産システム。 - 前記反射プリズムの周囲に、前記植物に向けて光を照射する照明部を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の植物生産システム。
- 光の波長を変換する波長変換光学板と、該波長変換光学板の平面方向における端部に配置されて光を反射する反射部と、を備え、
前記反射部は、前記波長変換光学板の平面方向における端部に到る光を該波長変換光学板の板厚方向に反射させるように、該波長変換光学板の平面方向に対して斜めに配置されるとともに、該反射部による光の反射方向に、植物の配置箇所が設定されており、
且つ、前記波長変換光学板の平面方向における端部が該平面方向に対して斜めにカットされており、該斜めの斜面に前記反射部を構成する反射膜が形成されていることを特徴とする植物生産システム。 - 前記波長変換光学板は、波長変換の特性が異なる複数の波長変換光学板が積層されたものであることを特徴とする請求項7に記載の植物生産システム。
- 前記波長変換光学板は、300nm〜400nmの波長の紫外光を吸収し、400nm〜500nmの波長の青色光を発光する青色波長変換光学板と、400nm〜600nmの波長の光を吸収し、600nm〜700nmの波長の赤色光を発光する赤色波長変換光学板とのうち、少なくとも1種を備えたことを特徴とする請求項7又は8に記載の植物生産システム。
- 前記波長変換光学板の光の入射側と反対側の表面に、光を反射する反射膜を備えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の植物生産システム。
- 前記波長変換光学板から射出される光が案内される位置に、前記光の導入が可能な密閉容器を配置するとともに、
前記密閉容器内に、前記植物を載置して移動させるベルトコンベア、前記植物に養分を与える養分水循環システム、前記植物に水分を供給するシャワー、前記植物に炭酸ガスを供給する炭酸ガスシステム、前記植物の生育に有害な物質及び/又は生物の侵入を阻止するクリーンエアシステムのうち、少なくとも1種を備えたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の植物生産システム。 - 更に、前記ベルトコンベアに載置した植物の培養床に対して種付けを行う自動種付け装置と、前記ベルトコンベアに載置した植物を回収する回収装置とのうち、少なくとも1種を備えたことを特徴とする請求項11に記載の植物生産システム。
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