JP6810312B2 - Biological growth system and lighting device for biological growth that can be illuminated according to the biological growth range - Google Patents

Biological growth system and lighting device for biological growth that can be illuminated according to the biological growth range Download PDF

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Description

本発明は、人工光を用いて植物や菌類等を栽培する農業技術に関する。 The present invention relates to an agricultural technique for cultivating plants, fungi, etc. using artificial light.

近年、人工光を用い、室内で、種々の植物やキノコ等の菌類を育成させる事業が盛んに進められている。このような人工光による育成では、通常の路地栽培とは異なり、例えば虫や雑菌が混入しない環境の下で育成対象を成長させることも可能となる。すなわち無農薬で栽培することもできるので、例えば洗浄せずに食べられるかつ長期に保存される作物を収穫することも可能となる。 In recent years, a business of growing various plants and fungi such as mushrooms indoors using artificial light has been actively promoted. In such cultivation with artificial light, unlike normal alley cultivation, it is possible to grow the cultivation target in an environment where, for example, insects and germs are not mixed. That is, since it can be cultivated without pesticides, it is possible to harvest crops that can be eaten without washing and are stored for a long period of time, for example.

この人工光による育成では、例えば植物の場合、成長に必要な波長の光を十分に照射して光合成を促進させることが重要となる。従って、人工光の光源としては、省電力かつ長寿命であり照射光の波長の制御も容易なLED(Light Emitting Diode)が一般的に用いられる。 In the cultivation by this artificial light, for example, in the case of a plant, it is important to sufficiently irradiate light having a wavelength necessary for growth to promote photosynthesis. Therefore, as a light source of artificial light, an LED (Light Emitting Diode), which is power-saving, has a long life, and is easy to control the wavelength of irradiation light, is generally used.

また、人工光による育成では、育成に必要な多量の人工光を電力によって発生させるため、消費電力を如何に低減するかが育成事業における大きな課題となっている。従って、如何に人工光を無駄にせずに育成のために利用できるかが、技術上の重要なポイントとなる。 Further, in the cultivation by artificial light, since a large amount of artificial light required for cultivation is generated by electric power, how to reduce the power consumption is a big issue in the cultivation business. Therefore, how to use artificial light for cultivation without wasting it is an important technical point.

このような課題を解決する試みとして、例えば、特許文献1には、栽培槽を囲むように仮想の栽培領域を設定し、この栽培領域の4つの側面のうち少なくとも1つの側面に、栽培領域内側を向く反射面を有する反射板を配置した植物栽培装置が開示されている。この装置では、このような反射板を用いて照射光を反射させることによって、栽培槽に植えられた全植物に照射される光の光量子束密度を均一化できるとしている。 As an attempt to solve such a problem, for example, in Patent Document 1, a virtual cultivation area is set so as to surround the cultivation tank, and at least one side of the four sides of the cultivation area is inside the cultivation area. A plant cultivation apparatus in which a reflector having a reflecting surface facing the surface is arranged is disclosed. In this device, by reflecting the irradiation light using such a reflector, it is possible to make the photon bundle density of the light irradiated to all the plants planted in the cultivation tank uniform.

また、特許文献2には、アルミ板の両端を照射面側に向かって折り曲げて形成した拡径部に、LED基板を取り付けたリフレクタを有する植物栽培用照明装置が開示されている。この装置では、このようなリフレクタを採用することによって効率良く光を照射し、さらに、LEDで発生した熱を効率良く放散することができるとしている。 Further, Patent Document 2 discloses a lighting device for plant cultivation having a reflector having an LED substrate attached to an enlarged diameter portion formed by bending both ends of an aluminum plate toward an irradiation surface side. In this device, by adopting such a reflector, it is possible to efficiently irradiate light and further efficiently dissipate the heat generated by the LED.

特開2015−119660号公報JP-A-2015-119660 特開2015−133939号公報JP-A-2015-133939

しかしながら、上述した特許文献1及び2のような従来技術では、依然、発生させた人工光の多くが育成のために使用されず、結局、無駄な電力を消費するといった問題が生じてしまう。 However, in the conventional techniques such as Patent Documents 1 and 2 described above, most of the generated artificial light is still not used for growing, and in the end, there arises a problem that wasteful power is consumed.

例えば、照射光を発生させるデバイスとしては、特許文献1に記載された植物栽培装置のように、従来の蛍光灯の管形状を踏襲した直管状のLED灯具が一般的に使用される。この場合、例えば育成すべき植物の株の間の領域にも相当量の光が照射されるが、この光は光合成には使用されず無駄となってしまう。 For example, as a device for generating irradiation light, a straight tubular LED lamp that follows the tube shape of a conventional fluorescent lamp, such as the plant cultivation apparatus described in Patent Document 1, is generally used. In this case, for example, a considerable amount of light is irradiated to the region between the plant strains to be grown, but this light is not used for photosynthesis and is wasted.

また、特許文献2に記載された植物栽培用照明装置においても、リフレクタの拡径部に多数のLED素子が直線状に並べて配置されている。従って、この装置も、直管状のLED灯具を用いた従来技術と同様、植物の株の間に相当量の無駄な光が照射される問題を抱えている。 Further, also in the lighting device for plant cultivation described in Patent Document 2, a large number of LED elements are arranged in a straight line on the enlarged diameter portion of the reflector. Therefore, this device also has a problem that a considerable amount of wasteful light is irradiated between plant strains, as in the conventional technique using a straight tubular LED lamp.

さらに、上述した従来技術においては、例えば1つの植物の株が、上方に設置された直管状又は直線状の光源群に対しどのような位置を有するかによって、受ける光の量が変わってしまう。例えば、直管状又は直線状の光源群の直下の帯状領域と、この直下の帯状領域の間となる帯状領域とでは、照射光量に大きな差が生じてしまう。その結果、照射光量のムラが発生し、育成の度合いが株間でばらついてしまうことも起こりかねない。 Further, in the above-mentioned prior art, the amount of light received varies depending on, for example, the position of one plant strain with respect to the straight tubular or linear light source group installed above. For example, there is a large difference in the amount of irradiation light between the band-shaped region directly below the straight tubular or linear light source group and the band-shaped region immediately below the band-shaped region. As a result, unevenness of the amount of irradiation light may occur, and the degree of growth may vary among the strains.

また、植物は多くの場合、照射光の光線方向に伸びる性質を有している。例えば、レタスのような葉菜は、培地面に平行な成分の多い光を多く照射されると、葉が隣接した生育区域にまで広がってしまう傾向にある。葉菜の葉が広がってしまうと、機械によって葉菜を掴んで収穫する際、葉を棄損し商品価値を損なってしまうことにもなりかねない。このように収穫物を不要に広がって成長した状態にしないためには、照射光をできるだけ培地面に垂直な方向とする、すなわち照射光における垂直成分の割合を増加させることが好ましい。しかしながら、例えば、上述した直管状又は直線状の光源群の直下の帯状領域の間となる帯状領域では、照射光における培地面に平行な成分が増加してしまう。 In addition, plants often have the property of extending in the direction of the irradiation light. For example, in leafy vegetables such as lettuce, when a large amount of light having a large amount of components parallel to the medium surface is irradiated, the leaves tend to spread to the adjacent growing area. If the leaves of the leafy vegetables spread, the leaves may be damaged and the commercial value may be impaired when the leafy vegetables are grabbed and harvested by a machine. In order to prevent the harvested product from being unnecessarily spread and grown in this way, it is preferable to direct the irradiation light in the direction perpendicular to the medium surface as much as possible, that is, to increase the proportion of the vertical component in the irradiation light. However, for example, in the band-shaped region between the band-shaped regions directly below the straight tubular or linear light source group described above, the components parallel to the medium surface in the irradiation light increase.

そこで、本発明は、より少ない消費電力の下、育成度合いのばらつきを抑制することが可能な生物育成システム、生物育成用照明装置及び生物育成方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a biological growth system, a lighting device for biological growth, and a biological growth method capable of suppressing variations in the degree of growth under less power consumption.

本発明によれば、照明装置によって生物に光を照射し、当該生物を育成する生物育成システムであって、
当該生物の育成単位毎に、当該育成単位の成長する範囲である生物成長範囲が設定されており、複数の当該生物成長範囲が配列した生物成長基台を有し、
上記の照明装置は、
当該生物成長範囲の直上となる領域毎に、当該領域内に配置された1つ以上の光源と、
当該光源から放射された光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、複数の微小レンズが配列しており、配光角の制御された光を分散させた上で育成対象へ向けて放射する微小レンズ配列部とを含むレンズを備えた1つ以上の光学デバイスと
を有し、
当該光学デバイスは、当該光源及当該レンズの光学的関係を変更可能な光学関係変更部であって、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物の成長に合わせて変更可能とする照射範囲変更手段としての光学関係変更部を更に備えており、
光学関係変更部は、当該光学的関係を変更することによって、当該光源から当該レンズを介して放射された、配光角の制御された且つ分散した光による当該育成照射範囲を変更可能とす
を特徴とする生物育成システムが提供される。
According to the present invention, it is a biological growth system that irradiates an organism with light by a lighting device and nurtures the organism.
For each growth unit of the organism, a biological growth range, which is the growth range of the growth unit, is set, and has a biological growth base in which a plurality of the biological growth ranges are arranged.
The above lighting device
For each region directly above the biological growth range, one or more light sources arranged within the region and
A light distribution angle control lens unit that controls the light emitted from the light source to a predetermined light distribution angle and a plurality of minute lenses are arranged, and the light whose light distribution angle is controlled is dispersed and then trained. possess the one or more optical devices with a lens and a microlens array portion for radiating towards,
The optical device is an optical relationship changing unit that can change the optical relationship between the light source and the lens, and is an irradiation range in which the light intensity density or illuminance of light set as necessary for the growth of the organism is secured. It is further equipped with an optical-related changing unit as an irradiation range changing means that enables the growing irradiation range to be changed according to the growth of the organism.
The optical relationship changing unit, by changing the optical relationships, emitted from the light source through the lens, it allows changing the controlled and dispersed relevant breeding irradiation range with light of a light distribution angle
Living things growing system which is characterized and this is provided.

この本発明による生物育成システムによれば、照明装置は、隣り合う当該育成単位の中間位置の直上となる領域以外の領域内にのみ、当該光源を配置していることも好ましい。 According to the biological growth system according to the present invention, it is also preferable that the lighting device arranges the light source only in a region other than the region directly above the intermediate position of the adjacent growth unit.

また、本発明による生物育成システムにおける一実施形態として、照明装置は、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物成長範囲内に限定する「照射範囲限定手段」を有することも好ましい。 Further, as an embodiment of the biological growth system according to the present invention, the lighting device sets the growth irradiation range, which is the irradiation range in which the light amount density or the illuminance of the light set as necessary for the growth of the organism is secured. It is also preferable to have an "irradiation range limiting means" that limits the biological growth range.

ここで、照明装置は、「照射範囲限定手段」として、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面を更に有することも好ましい。 Here, it is also preferable that the lighting device further has a wall surface that limits the spread of the light emitted from the light source as the "irradiation range limiting means".

ここで、照明装置は、当該光源と、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面とを含む、「照射範囲変更手段」としての複数の組を更に有し、
これらの複数の組は、当該光源の位置から当該壁面の下端までの高さについて、当該高さが互いに異なる少なくとも2つの種類に分類されることも好ましい。
Here, the lighting device further has a plurality of sets as "irradiation range changing means" including the light source and a wall surface that limits the spread of the light emitted from the light source.
It is also preferable that these plurality of sets are classified into at least two types having different heights from the position of the light source to the lower end of the wall surface.

また、照明装置は、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面と、当該光源の位置から当該壁面の下端までの高さを変更可能な、「照射範囲変更手段」としての壁面高変更部とを更に有することも好ましい。 Further, the lighting device has a wall surface that limits the spread of light radiated from the light source and a wall surface height change as an "irradiation range changing means" that can change the height from the position of the light source to the lower end of the wall surface. It is also preferable to have a portion.

さらに、照明装置は、「照射範囲変更手段」として、
当該生物成長範囲の直上となる当該領域毎に、当該領域内に分布するように配置された複数の光源と、
これらの複数の光源に供給する電力を制御することによって、これらの複数の光源から放射された光による当該育成照射範囲を変更可能とする照明制御手段と
を更に有することも好ましい。
Further, the lighting device is used as an "irradiation range changing means".
A plurality of light sources arranged so as to be distributed in the region for each region directly above the biological growth range, and
It is also preferable to further have an illumination control means capable of changing the growing irradiation range by the light emitted from the plurality of light sources by controlling the electric power supplied to the plurality of light sources.

また、当該光学デバイスは、複数備えられていて、当該光学デバイスから放射された光の光量密度又は照度の分布について、当該分布が互いに異なる少なくとも2つの種類に分類されることも好ましい。 Further, the optical device may have a plurality equipped, the distribution of light intensity density or intensity of light emitted from the optical device, it is also preferable that the distribution is classified into at least two types different from each other.

また、本発明による生物育成システムにおける更なる他の実施形態として、照明装置は、放射する光の波長特性が互いに異なる複数の当該光源を、当該生物成長範囲の直上となる領域内に配置していることも好ましい。 Further, as a further other embodiment in the biological growth system according to the present invention, the lighting device arranges a plurality of light sources having different wavelength characteristics of the emitted light in a region directly above the biological growth range. It is also preferable to have.

本発明によれば、また、生物の育成単位毎に当該育成単位の成長する範囲である生物成長範囲が設定されていて複数の当該生物成長範囲が配列した生物成長基台を、放射した光によって照明可能な生物育成用照明装置であって、
当該生物成長範囲の直上となる領域毎に、当該領域内となるように配置された1つ以上の光源と、
当該光源から放射された光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、複数の微小レンズが配列しており、配光角の制御された光を分散させた上で育成対象へ向けて放射する微小レンズ配列部とを含むレンズを備えた1つ以上の光学デバイスと
を有し、
当該光学デバイスは、当該光源及当該レンズの光学的関係を変更可能な光学関係変更部であって、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物の成長に合わせて変更可能とする照射範囲変更手段としての光学関係変更部を更に備えており、
前記光学関係変更部は、当該光学的関係を変更することによって、当該光源から当該レンズを介して放射された、配光角の制御された且つ分散した光による当該育成照射範囲を変更可能とする
ことを特徴とする生物育成用照明装置が提供される。
According to the present invention, a biological growth range, which is a growth range of the growing unit, is set for each growing unit of the organism, and a biological growth base in which a plurality of the biological growth ranges are arranged is radiated by light. It is a lighting device for growing organisms that can be illuminated.
For each region directly above the biological growth range, one or more light sources arranged so as to be within the region,
A light distribution angle control lens unit that controls the light emitted from the light source to a predetermined light distribution angle and a plurality of minute lenses are arranged, and the light whose light distribution angle is controlled is dispersed and then trained. With one or more optical devices with a lens that includes a microlens array that radiates towards
Have,
The optical device is an optical relationship changing unit that can change the optical relationship between the light source and the lens, and is an irradiation range in which the light intensity density or illuminance of light set as necessary for the growth of the organism is secured. It is further equipped with an optical-related changing unit as an irradiation range changing means that enables the growing irradiation range to be changed according to the growth of the organism .
By changing the optical relationship, the optical relationship changing unit makes it possible to change the growing irradiation range by the light having a controlled light distribution angle and dispersed light emitted from the light source through the lens.
A lighting device for growing organisms is provided.

本発明の生物育成システム、生物育成用照明装置及び生物育成方法によれば、より少ない消費電力の下、育成度合いのばらつきを抑制することができる。 According to the biological growth system, the lighting device for biological growth, and the biological growth method of the present invention, it is possible to suppress the variation in the degree of growth under less power consumption.

本発明による生物育成システムの一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the biological growth system by this invention. 本発明による生物育成システムの他の実施形態を示す斜視図、及びZX面による断面図である。It is a perspective view which shows the other embodiment of the biological growth system by this invention, and the sectional view by the ZX plane. 本発明に係る照明装置の発光機能部分における複数の実施形態を示すZX面による断面図、及び下方から(−Z方向を)見た際の模式図である。It is the cross-sectional view by the ZX plane which shows a plurality of embodiments in the light emitting function part of the lighting apparatus which concerns on this invention, and is the schematic view when viewed from below (−Z direction). 基台凹部内に装置基板を装着した照明装置を用いて行われた照射シミュレーション実験の一実施例を示す模式図及びグラフである。It is a schematic diagram and the graph which shows an Example of the irradiation simulation experiment which performed using the lighting apparatus which mounted the apparatus substrate in the base recess. 本発明に係る照明装置の発光機能部分における他の実施形態を示すZX面による断面図である。It is sectional drawing in the ZX plane which shows the other embodiment in the light emitting function part of the lighting apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置の発光機能部分における更なる他の実施形態を示すZX面による断面図である。It is sectional drawing by the ZX plane which shows the further other embodiment in the light emitting function part of the lighting apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置の発光機能部分における更なる他の実施形態を示すZX面による断面図である。It is sectional drawing by the ZX plane which shows the further other embodiment in the light emitting function part of the lighting apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る照明装置の装置基板における他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other embodiment in the apparatus substrate of the lighting apparatus which concerns on this invention.

以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成要素は、同一の参照番号を用いて示される。また、構成要素によっては、互いに異なる形態であっても、同一種類であれば共通の参照番号を用いて示されている。さらに、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In each drawing, the same components are shown using the same reference numbers. Further, depending on the components, even if they have different forms, they are shown by using a common reference number if they are of the same type. Further, the dimensional ratios within the components and between the components in the drawing are arbitrary for the sake of readability of the drawing.

[生物育成システム]
図1は、本発明による生物育成システムの一実施形態を示す斜視図である。なお、図1及び以後の図面中には装置等の向きの指標となるXYZ座標軸が適宜示されている。
[Biological development system]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a biological growth system according to the present invention. In addition, in FIG. 1 and subsequent drawings, XYZ coordinate axes which are indicators of the orientation of the device or the like are appropriately shown.

図1に示したように、本実施形態における植物育成システム1は、
(a)育成のための人工光を発生させる照明装置10と、
(b)照明装置10から放射された人工光を浴びて成長する育成対象生物としての野菜が並べられた、生物成長基台としての植物栽培槽11と
を備えており、照明装置10によって野菜(育成対象生物)に人工光を照射し、この野菜を育成する生物育成システムである。
As shown in FIG. 1, the plant growing system 1 in the present embodiment is
(A) Lighting device 10 that generates artificial light for training and
(B) A plant cultivation tank 11 as a biological growth base is provided in which vegetables as a growing target organism that grows by being exposed to artificial light emitted from the lighting device 10 are arranged, and the vegetables (b. This is a biological growth system that grows this vegetable by irradiating the target organism) with artificial light.

ここで、照明装置10は、装置基台10aと、複数の装置基板10bと、照明制御部10cとを有している。このうち、複数の装置基板10bは、装置基台10aの植物栽培槽11側に配置されており、各装置基板10bの植物栽培槽11側の面には、少なくとも1つ(図1では8つ)のLED(Light Emitting Diode)光源101が設置されている。従って、本実施形態において、各装置基板10bは平面型LED照明デバイスであると見なすことも可能である。 Here, the lighting device 10 has a device base 10a, a plurality of device boards 10b, and a lighting control unit 10c. Of these, a plurality of device substrates 10b are arranged on the plant cultivation tank 11 side of the device base 10a, and at least one (8 in FIG. 1) is arranged on the surface of each device substrate 10b on the plant cultivation tank 11 side. ) LED (Light Emitting Diode) light source 101 is installed. Therefore, in the present embodiment, each device substrate 10b can be regarded as a flat LED lighting device.

なお、装置基台10aは、例えば、ステンレス又はアルミ合金製であってもよく、さらに、塗装やメッキで被覆したアルミ合金等の金属板とすることもできる。また、装置基板10bは、装置基台10aの植物栽培槽11側の面に、高い導熱性を有する接着剤を用いて接着されていてもよい。このような構成により、LED光源101から発生する多量の熱を、装置基台10aを介して放散させ易くすることができる。 The device base 10a may be made of, for example, stainless steel or an aluminum alloy, or may be a metal plate such as an aluminum alloy coated with paint or plating. Further, the device substrate 10b may be adhered to the surface of the device base 10a on the plant cultivation tank 11 side by using an adhesive having high thermal conductivity. With such a configuration, a large amount of heat generated from the LED light source 101 can be easily dissipated through the device base 10a.

また、植物栽培槽11は、本実施形態において、野菜を水耕栽培するための栽培槽であり、槽上面には、野菜の1株1株が、碁盤目(四角格子)状に配列して並んでいる。具体的には、植物栽培槽11には水耕液が入れられており、さらに、四角格子状に並んだ複数の育成穴の各々に野菜の1株が設置されていてもよい。または、培地ビン等の培地容器を四角格子状に並べ、各培地容器に育成対象生物を入れていてもよい。ここで、配列の形態も四角格子状に限定されるものではなく、三角格子状等、種々の配列形態が採用可能である。ただし、生産性を向上させたり、野菜や培地ビンに成長したキノコの収穫等の種々の作業を自動化したりすることを考えると、収穫用等の機械による作業性の観点から育成対象を四角格子(碁盤目)状に配列することがより好ましい場合も少なくない。 Further, the plant cultivation tank 11 is a cultivation tank for hydroponically cultivating vegetables in the present embodiment, and each vegetable strain is arranged in a grid pattern (square lattice) on the upper surface of the tank. They are lined up. Specifically, the plant cultivation tank 11 is filled with a hydroponic solution, and one vegetable strain may be installed in each of the plurality of growth holes arranged in a square grid pattern. Alternatively, medium containers such as medium bottles may be arranged in a square grid, and the organism to be grown may be placed in each medium container. Here, the form of the arrangement is not limited to the square lattice shape, and various arrangement forms such as the triangular lattice shape can be adopted. However, considering improving productivity and automating various operations such as harvesting mushrooms grown in vegetables and medium bottles, the target of cultivation is a square grid from the viewpoint of workability by machines such as harvesting. It is often more preferable to arrange them in a (grid) shape.

さらに、植物栽培槽11では、野菜(生物)の育成単位である1株毎に、当該1株(育成単位)の成長する(XY面内での)範囲である「生物成長範囲」が設定されており、結局、槽上面には、複数の「生物成長範囲」が四角格子状に配列した形となっている。 Further, in the plant cultivation tank 11, for each strain which is a growing unit of vegetables (living organisms), a "biological growth range" which is a growing range (in the XY plane) of the one strain (growing unit) is set. In the end, on the upper surface of the tank, a plurality of "biological growth ranges" are arranged in a square grid pattern.

なお、「生物成長範囲」は、育成経験に基づいてその面積・範囲が設定されてもよい。その形状も図1のように四角形に限定されるものではなく、円形等種々の形状に設定可能である。いずれにしても、「生物成長範囲」は、育成対象生物が成長して収穫までの間に占めると想定される面積範囲を含むものであることが好ましい。また、植物栽培槽11における野菜(生物)の育成単位(1株)の配置から見て、設定された「生物成長範囲」が明確ではない場合は、育成単位(1株)の位置を中心とした、収穫までの間に占めると想定される最大の面積範囲を「生物成長範囲」とすることができる。 The area and range of the "biological growth range" may be set based on the cultivation experience. The shape is not limited to a quadrangle as shown in FIG. 1, and can be set to various shapes such as a circle. In any case, the "biological growth range" preferably includes the area range in which the organism to be cultivated is expected to occupy during the growth and harvest. In addition, when the set "biological growth range" is not clear from the arrangement of the growing unit (1 strain) of vegetables (organism) in the plant cultivation tank 11, the position of the growing unit (1 strain) is the center. The maximum area range that is expected to be occupied before harvesting can be defined as the "biological growth range".

さらに、配置された「生物成長範囲」が互いに部分的に重畳している場合もあり得るものとする。これは、例えば、育成対象の野菜が成長して、隣り合う株の葉が一部重なったり、育成対象の隣り合うキノコ同士が一部入り乱れたりする場合に起こり得るケースである。 Furthermore, it is possible that the arranged "biological growth ranges" partially overlap each other. This is a case that can occur, for example, when the vegetables to be cultivated grow and the leaves of the adjacent strains partially overlap, or the adjacent mushrooms to be cultivated partially get mixed up.

ここで、照明装置10の各装置基板10bは、この配列した「生物成長範囲」の直上(−Z方向)の位置に配置されている。また、各装置基板10bの(XY面内の)面積範囲は、「生物成長範囲」の直上となる(XY面内の)領域に含まれるように設定されている。これにより、照明装置10で使用されるLED光源101は、「生物成長範囲」の直上となる領域毎に、当該領域内に含まれる形で配置されることになる。 Here, each device substrate 10b of the lighting device 10 is arranged at a position directly above (−Z direction) the arranged “biological growth range”. Further, the area range (in the XY plane) of each device substrate 10b is set to be included in the region (in the XY plane) directly above the "biological growth range". As a result, the LED light source 101 used in the lighting device 10 is arranged in each region directly above the "biological growth range" so as to be included in the region.

ただし、装置基板10bの面積範囲が「生物成長範囲」の直上領域からはみ出ていることも可能である。また、装置基板10b同士が連結部位を介して又は直接に連結していてもよく、さらには一体化していてもよい。この場合、LED光源101は、装置基板10bの面積範囲のうち、「生物成長範囲」の直上領域となる範囲内に配置される。 However, it is also possible that the area range of the device substrate 10b extends beyond the region directly above the "biological growth range". Further, the device substrates 10b may be connected to each other via or directly connected to each other, or may be integrated. In this case, the LED light source 101 is arranged within the area of the device substrate 10b that is directly above the "biological growth range".

これにより、LED光源101の直下(+Z方向)における光量密度(例えば後述する光量子束密度)の高い又は極大となる照射領域が、野菜の株と株との中点位置にくることがなくなり、無駄となる照射光の量を低減することが可能となる。なお、以下、光量(光量子束)は、単位時間当たりに照射される光(光量子)の量(数)を意味するものとする。さらに、このLED光源101直下の照射領域が確実に「生物成長範囲」に含まれるので、各LED光源101からの最大光量密度(最大光量子束密度)の照射光が野菜の育成(光合成)に確実に使用されることになる。従って、野菜の各株の受ける光量が、成長に十分な量として安定したものとなる。さらに、LED光源101直下の照射領域では、照射光における垂直成分(Z軸方向成分)の割合が十分に高い。これにより、照射光の光線方向に成長する傾向を有する野菜が、不要に広がらずに安定して成長することも可能となる。その結果、植物育成システム1によれば、より少ない消費電力の下、育成度合いのばらつきを抑制することができるのである。また、不要に広がった野菜を例えば機械で収穫する際に棄損してしまうといった事態も回避することができる。なお、農作物の商品価値を決める1つのパラメータが、育成度合いの均一度である。従って、植物育成システム1によれば、商品価値の高い農作物を生産することも可能となるのである。 As a result, the irradiation region having a high or maximum light quantity density (for example, the photon flux density described later) directly under the LED light source 101 (in the + Z direction) does not come to the midpoint position between the vegetable stocks, which is wasteful. It is possible to reduce the amount of irradiation light. Hereinafter, the amount of light (photon bundle) shall mean the amount (number) of light (photon) irradiated per unit time. Further, since the irradiation region directly under the LED light source 101 is surely included in the "biological growth range", the irradiation light of the maximum light amount density (maximum photon flux density) from each LED light source 101 is surely for growing vegetables (photosynthesis). Will be used for. Therefore, the amount of light received by each vegetable strain becomes stable as an amount sufficient for growth. Further, in the irradiation region directly below the LED light source 101, the ratio of the vertical component (Z-axis direction component) in the irradiation light is sufficiently high. This makes it possible for vegetables that tend to grow in the direction of the light beam to grow stably without spreading unnecessarily. As a result, according to the plant growing system 1, it is possible to suppress variations in the degree of growing under less power consumption. In addition, it is possible to avoid a situation in which vegetables that have spread unnecessarily are damaged when harvested by a machine, for example. One parameter that determines the commercial value of agricultural products is the uniformity of the degree of cultivation. Therefore, according to the plant growing system 1, it is possible to produce agricultural products having high commercial value.

ちなみに、上述したように、隣り合う「生物成長範囲」が互いに一部重畳しているケースでは、隣り合う「生物成長範囲」のそれぞれの直上領域に配置されたLED光源101は、照射対象の育成単位(1株)が互いに異なるにもかかわらず、近接していることもあり得る。このような場合でも、それぞれのLED光源101では、あくまで照射対象の育成単位に合わせて、その設置位置や照射光の光量分布が設定されることも好ましい。 By the way, as described above, in the case where the adjacent "biological growth ranges" are partially overlapped with each other, the LED light source 101 arranged in the area directly above each of the adjacent "biological growth ranges" is used to nurture the irradiation target. Even though the units (1 share) are different from each other, they may be close to each other. Even in such a case, it is preferable that the installation position and the light amount distribution of the irradiation light of each LED light source 101 are set according to the growing unit of the irradiation target.

また、照明装置10は、照射光遮蔽板10sと、開閉機構部10mとを更に有することも好ましい。照射光遮蔽板10sは、照明装置10から放射される光のうち、装置10と植物栽培槽11との間のスペースから漏れ出ようとする光を反射させて、植物栽培槽11に向かわせ、照射光を効率良く利用するための補助器具である。照射光遮蔽板10sは、例えばアルミやステンレス等の金属製であって、照射光遮蔽板10sの当該スペース側の反射面は、反射率の高い状態に加工されていることも好ましい。また、照射光遮蔽板10sは、反射面に光を反射する被膜を施したプラスチック板又は樹脂板とすることもできる。 Further, it is also preferable that the lighting device 10 further includes an irradiation light shielding plate 10s and an opening / closing mechanism portion 10m. The irradiation light shielding plate 10s reflects the light emitted from the lighting device 10 that is about to leak from the space between the device 10 and the plant cultivation tank 11 and directs the light toward the plant cultivation tank 11. It is an auxiliary device for efficiently using the irradiation light. It is also preferable that the irradiation light shielding plate 10s is made of a metal such as aluminum or stainless steel, and the reflective surface of the irradiation light shielding plate 10s on the space side is processed to have a high reflectance. Further, the irradiation light shielding plate 10s may be a plastic plate or a resin plate having a coating film that reflects light on the reflecting surface.

本実施形態では、照射光遮蔽板10sの一辺が、開閉機構部10mを介して装置基台10aの端部に取り付けられている。これにより、例えば、作業者が植物栽培槽11に対して作業を行う際には照射光遮蔽板10sを全開し、当該作業を行い易くすることも可能となる。 In the present embodiment, one side of the irradiation light shielding plate 10s is attached to the end portion of the device base 10a via the opening / closing mechanism portion 10m. Thereby, for example, when the worker performs the work on the plant cultivation tank 11, the irradiation light shielding plate 10s can be fully opened to facilitate the work.

また、この開閉機構部10mの駆動を制御して、照射光遮蔽板10sが装置10と植物栽培槽11との間のスペースを覆う程度を調節することもできる。これにより、このスペースにおける空気の流れを調節することが可能となる。 Further, the drive of the opening / closing mechanism portion 10m can be controlled to adjust the degree to which the irradiation light shielding plate 10s covers the space between the device 10 and the plant cultivation tank 11. This makes it possible to regulate the flow of air in this space.

実際、人工光による植物の育成においては、植物の光合成を促進させるために、二酸化炭素を含む空気を絶えず外部から供給することが大事となる。本実施形態では、この照射光遮蔽板10sの位置を調節することによって、漏れ出る照射光を反射させつつ、遮蔽板10sと植物栽培槽11との間に適度な隙間を形成している。これにより、LED光源101の発する熱で暖められた空気が装置基台10aに設けられた通気部分から上空へ逃げるに伴い、外部の新たな空気が、形成されたこの隙間から供給されるのである。その結果、二酸化炭素不足から生じる作物の障害、例えばレタスの葉に生じる異常な色ムラ等を防止することも可能となる。 In fact, in growing plants with artificial light, it is important to constantly supply air containing carbon dioxide from the outside in order to promote photosynthesis of plants. In the present embodiment, by adjusting the position of the irradiation light shielding plate 10s, an appropriate gap is formed between the shielding plate 10s and the plant cultivation tank 11 while reflecting the leaking irradiation light. As a result, as the air warmed by the heat generated by the LED light source 101 escapes to the sky from the ventilation portion provided in the device base 10a, new external air is supplied from this formed gap. .. As a result, it is possible to prevent crop damage caused by carbon dioxide deficiency, for example, abnormal color unevenness caused in lettuce leaves.

LED光源101は、市販のLED素子とすることができ、装置基板10bの光源設置面(XY面)に、電力供給のための(図1では破線で表示された)配線とともに設置されている。使用されるLED素子における放射光波長のタイプとしては、育成対象生物に合わせて種々のものが使用可能である。本実施形態では、白色タイプのLED素子が使用されている。この白色LED素子から放射される光のスペクトルは、通常、波長400ナノメートル(nm)台の青色スペクトルピークと波長600nm台の赤色スペクトルピークとを有している。 The LED light source 101 can be a commercially available LED element, and is installed on the light source installation surface (XY surface) of the device substrate 10b together with wiring for power supply (indicated by a broken line in FIG. 1). As the type of synchrotron radiation wavelength in the LED element used, various types can be used according to the organism to be cultivated. In this embodiment, a white type LED element is used. The spectrum of light emitted from the white LED element usually has a blue spectrum peak having a wavelength in the 400 nanometer (nm) range and a red spectrum peak having a wavelength in the 600 nm range.

一般に、植物で行われる光合成は、波長が600nm台の赤色光によって促進される。さらに、波長が400nm台の青色光によって、種子の発芽、花の芽の分化、開花、子葉の成長、葉緑素の合成、節間の伸長、及び葉の成長が促される。このように、これらの波長を有する赤色光及び青色光は、植物の育成に必須のものとなる。このため、LED光源101として、赤色LED素子及び青色LED素子を組み合わせて採用することもできる。また、白色LED素子もこのような赤色光及び青色光を発生させるのであり、赤色LED素子及び青色LED素子に代えて、一般的な照明に使用されている白色LED素子を利用することによっても、植物を十分に成長させることができるのである。 In general, photosynthesis performed in plants is promoted by red light having a wavelength in the 600 nm range. Furthermore, blue light with a wavelength in the 400 nm range promotes seed germination, flower bud differentiation, flowering, cotyledon growth, chlorophyll synthesis, internode elongation, and leaf growth. As described above, red light and blue light having these wavelengths are indispensable for growing plants. Therefore, as the LED light source 101, a red LED element and a blue LED element can be used in combination. Further, the white LED element also generates such red light and blue light, and by using the white LED element used for general lighting instead of the red LED element and the blue LED element, it is also possible to use the white LED element. The plant can grow sufficiently.

ここで、装置基板10bに設置される光源は、LED光源に限定されるものではなく、例えば、電球やボール状蛍光灯、さらには比較的長手方向寸法の小さい蛍光灯や、ハロゲンランプ等を用いることも可能である。しかしながら、育成対象に合わせて光量(光量子束)及び波長特性を制御し易いLED光源を用いることが多くの場合に好ましい。 Here, the light source installed on the device substrate 10b is not limited to the LED light source, and for example, a light bulb, a ball-shaped fluorescent lamp, a fluorescent lamp having a relatively small longitudinal dimension, a halogen lamp, or the like is used. It is also possible. However, in many cases, it is preferable to use an LED light source whose light quantity (photon bundle) and wavelength characteristics can be easily controlled according to the growth target.

照明制御部10cは、装置基板10bに発光のための電力を供給し、さらに、この供給する電力の量を制御することによって、装置基板10bに設置されたLED光源101から発生する照射光の光量(光量子束)及びその密度分布を制御する。このような制御は、装置基板10b毎に行われることも好ましく、さらに、1つの装置基板10bに設置されたLED光源101の各々について、又は当該LED光源101の所定のグループ毎に、実施されてもよい。なお、照明制御部10cは、本実施形態では装置基台10aの外部に設けられているが、装置基台10aに設置されていてもよく、また、装置基板10b毎に個別に設けられていてもよい。 The illumination control unit 10c supplies electric power for light emission to the apparatus substrate 10b, and further controls the amount of the supplied electric power to generate an amount of irradiation light from the LED light source 101 installed on the apparatus substrate 10b. (Photon flux) and its density distribution are controlled. Such control is preferably performed for each device board 10b, and is further performed for each of the LED light sources 101 installed on one device board 10b, or for each predetermined group of the LED light sources 101. May be good. Although the lighting control unit 10c is provided outside the device base 10a in the present embodiment, it may be installed on the device base 10a, or is individually provided for each device board 10b. May be good.

さらに、照明制御部10cは、照明のONとOFFとを所定の周期で切り替え、必要な時間だけ照明を行って無駄な消費電力を抑制することも好ましい。例えば、育成対象が植物である場合において、人間にも眠らずに活動している時間帯が存在するように、通常、植物にも光合成を効果的に行う時間帯が存在する。この場合、照明制御部10cは、例えば、LED点灯時間のDuty調節機能を有する電気回路を備えていて、光合成を効果的に行うことのできる時間を中心として照射光発生時間を制御することも好ましい。 Further, it is also preferable that the lighting control unit 10c switches the lighting ON and OFF at a predetermined cycle and illuminates for a necessary time to suppress unnecessary power consumption. For example, when the growth target is a plant, there is usually a time zone in which photosynthesis is effectively performed in a plant, just as there is a time zone in which a human is active without sleeping. In this case, it is also preferable that the illumination control unit 10c includes, for example, an electric circuit having a duty adjustment function of the LED lighting time, and controls the irradiation light generation time centering on the time during which photosynthesis can be effectively performed. ..

なお、本発明によって育成可能な育成対象生物は当然に、野菜等の植物に限定されるものではない。例えば、培地ポットを利用して、キノコ等の菌類を育成対象とすることも可能である。さらに、成長に光が必要であってかつ成長の際に移動することがないか又は移動が容器内に留まるような微生物等の生物を育成することもできる。 Naturally, the organisms to be cultivated by the present invention are not limited to plants such as vegetables. For example, it is also possible to use a culture medium pot to grow fungi such as mushrooms. Furthermore, it is also possible to grow organisms such as microorganisms that require light for growth and do not move during growth or move only in the container.

図2は、本発明による生物育成システムの他の実施形態を示す斜視図、及びZX面による断面図である。 FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the biological growth system according to the present invention, and a cross-sectional view taken along the ZX plane.

図2(A)によれば、本実施形態の植物育成システム1’は、図1に示した1対の照明装置10及び植物栽培槽11を含む複数の植物育成システム1を、XY面内で連結させた構成を有する生物育成システムである。この植物育成システム1’の有する照明装置10’は、その結果、複数の照明装置10の連結体となっており、同システム1’の植物栽培槽11’も、複数の植物栽培槽11の連結体となっている。この連結の仕方、すなわち連結に参加するシステム1の数や連結体のXY面での形状は、事業規模や使用場所に応じて、相当に自由に設計可能となっている。 According to FIG. 2A, in the plant growing system 1'of the present embodiment, a plurality of plant growing systems 1 including the pair of lighting devices 10 and the plant cultivation tank 11 shown in FIG. 1 are installed in the XY plane. It is a biological breeding system with a linked structure. As a result, the lighting device 10'having the plant growing system 1'is a connection of a plurality of lighting devices 10, and the plant cultivation tank 11'of the system 1'is also a connection of the plurality of plant cultivation tanks 11. It is a body. The method of connection, that is, the number of systems 1 participating in the connection and the shape of the connection on the XY surface can be designed considerably freely according to the scale of business and the place of use.

なお、図示していないが、この連結体としての植物育成システム1’を上下方向(Z軸方向)にも積み重ねて、多段構造の植物育成システムを構成することも可能である。 Although not shown, it is also possible to stack the plant growing system 1'as a connected body in the vertical direction (Z-axis direction) to form a multi-stage plant growing system.

図2(B)には、植物育成システム1’(植物育成システム1)のZX面による断面が模式的に示されている。同図によれば、複数の装置基板10bがそれぞれ、装置基台10aの植物栽培槽11側(+Z側)の面上であって、植物栽培槽11に配列した複数の育成対象の野菜の直上となる位置に設置されている。 FIG. 2B schematically shows a cross section of the plant growing system 1'(plant growing system 1) by the ZX plane. According to the figure, each of the plurality of device substrates 10b is on the surface of the device base 10a on the plant cultivation tank 11 side (+ Z side), and is directly above the plurality of vegetables to be grown arranged in the plant cultivation tank 11. It is installed in the position where.

ここで、各装置基板10bのLED光源101から放射される照射光による植物栽培槽11上での照射範囲のうち、育成対象の野菜の成長に必要であるとして設定された光の光量密度(光量子束密度)又は照度が確保された照射範囲が「育成照射範囲」10gとして設定されている。本実施形態において、照明装置10’(照明装置10)は、この育成照射範囲10gが、野菜1株毎に設定されている生物成長範囲11b内に含まれるように、照射光の光量密度(光量子束密度)の分布を制御していることも好ましい。これにより、各装置基板10bのLED光源101で発生させた照射光のうち、育成対象の成長に必要な光量を有する照射光が、より確実に当該育成対象に照射されることになり、無駄な電力消費を抑制した効率的な育成を実施することが可能となる。 Here, in the irradiation range on the plant cultivation tank 11 by the irradiation light emitted from the LED light source 101 of each device substrate 10b, the light intensity density (photon) of the light set as necessary for the growth of the vegetables to be grown. The irradiation range in which the bundle density) or the illuminance is secured is set as the “growth irradiation range” of 10 g. In the present embodiment, the lighting device 10'(lighting device 10) has a light quantity density (photon) of the irradiation light so that the growing irradiation range of 10 g is included in the biological growth range 11b set for each vegetable strain. It is also preferable to control the distribution of (bundle density). As a result, among the irradiation light generated by the LED light source 101 of each device substrate 10b, the irradiation light having the amount of light required for the growth of the growth target is more reliably irradiated to the growth target, which is useless. It is possible to carry out efficient training with reduced power consumption.

育成照射範囲10gは、例えば、光合成光量子束密度(PPFD)が110.0μmol・m−2・s−1以上となる照射範囲として設定することができる。当然に、この閾値は育成対象種別や育成目標等に応じて適宜設定可能である。ここで、PPFDは、光合成にかかわる葉緑素(クロロフィル)が吸収可能な波長400〜700nmの光量子束の密度である。従って、PPFDという一種の光量密度の単位を用いることによって、その照射光が引き起こす光合成反応の量、すなわち植物の育成度合いがより正確に表されることになる。ただし、変更態様として、PPFDの代わりに、光合成放射束密度(単位:W・m−2)や照度(単位:lx)等を用いて育成照射範囲10gを設定することも可能である。 The growth irradiation range of 10 g can be set as, for example, an irradiation range in which the photosynthetic photon flux density (PPFD) is 11.0 μmol · m −2 · s -1 or more. Naturally, this threshold value can be appropriately set according to the type of training target, the training target, and the like. Here, PPFD is the density of photon bundles having a wavelength of 400 to 700 nm that can be absorbed by chlorophyll involved in photosynthesis. Therefore, by using a kind of light quantity density unit called PPFD, the amount of photosynthetic reaction caused by the irradiation light, that is, the degree of plant growth can be expressed more accurately. However, as a modification, it is also possible to set the growth irradiation range of 10 g by using the photosynthetic radiant flux density (unit: Wm- 2 ), the illuminance (unit: lux), or the like instead of PPFD.

また、育成照射範囲10gの形状も、例えば設定された生物成長範囲11bに合わせて決定してもよい。例えば、生物成長範囲11bが楕円形であれば、PPFDが設定閾値以上となる最大の楕円形範囲を育成照射範囲10gとすることができる。または、PPFDが設定閾値に等しい等高線で囲まれた範囲を育成照射範囲10gに設定してもよい。 Further, the shape of the growth irradiation range of 10 g may also be determined according to, for example, the set biological growth range 11b. For example, if the biological growth range 11b is elliptical, the maximum elliptical range in which PPFD is equal to or greater than the set threshold value can be set to the growth irradiation range of 10 g. Alternatively, the range surrounded by contour lines whose PPFD is equal to the set threshold value may be set to the growth irradiation range of 10 g.

ちなみに、図2(B)によれば、本実施形態において、LED光源101は、隣り合う野菜の株(育成単位)の中間位置(又は中点位置)の直上となる領域以外の領域内にのみ配置されていることが理解される。ここで、本実施形態では、基板10b間のスペース又は基板10b間の境界がこの中間位置(中点位置)の直上領域に該当する。これにより、各LED光源101からの最大PPFDの照射光が、野菜の育成(光合成)により確実に使用されることになる。従って、野菜の各株の受ける光量が、成長に十分な量の下で安定する。その結果、無駄な電力消費を抑制しつつ、育成度合いのばらつきを低減することが可能となる。 By the way, according to FIG. 2B, in the present embodiment, the LED light source 101 is only in the area other than the area directly above the intermediate position (or the midpoint position) of the adjacent vegetable stocks (growing units). It is understood that it is arranged. Here, in the present embodiment, the space between the substrates 10b or the boundary between the substrates 10b corresponds to the region directly above the intermediate position (midpoint position). As a result, the maximum PPFD irradiation light from each LED light source 101 is surely used for growing vegetables (photosynthesis). Therefore, the amount of light received by each vegetable strain is stable under a sufficient amount for growth. As a result, it is possible to reduce the variation in the degree of cultivation while suppressing unnecessary power consumption.

なお、各装置基板10b上のLED光源101への電力の供給を制御し、野菜の成長に合わせて光合成を促進させるために、照射光量を増大させていくことも好ましい。この場合、照射光量の増大に伴い、育成照射範囲10gも拡大することになる。 It is also preferable to increase the amount of irradiation light in order to control the supply of electric power to the LED light source 101 on each device substrate 10b and promote photosynthesis in accordance with the growth of vegetables. In this case, as the amount of irradiation light increases, the growing irradiation range of 10 g also expands.

図2(C)には、装置基板10bの装置基台10aへの装着についての変更態様が示されている。同図によれば、装置基台10aにエンボス加工が施されており、形成された凹部に装置基板10bが埋め込まれている。エンボス加工は金型や石膏型を用いて行われてもよい。エンボス加工を施すことによって、装置基台10aが薄い軽量の金属板であっても機械強度を高めることができる。また、装置基台10aをエンボス構造にすることによって、装置基板10bを突出させずに設置することが可能となる。これにより、例えば、図2(C)に示したように、例えばアクリルやポリカーボネート製の透明プラスチック板やガラス板からなる透光板10tを、耐水性接着剤を用いて装置基台10aに接着し、装置基板10bを防水封止することもできる。 FIG. 2C shows a modified mode for mounting the device substrate 10b on the device base 10a. According to the figure, the device base 10a is embossed, and the device substrate 10b is embedded in the formed recess. The embossing may be performed using a mold or a plaster mold. By embossing, the mechanical strength can be increased even if the device base 10a is a thin and lightweight metal plate. Further, by embossing the device base 10a, it is possible to install the device board 10b without projecting it. As a result, for example, as shown in FIG. 2C, a translucent plate 10t made of, for example, a transparent plastic plate or a glass plate made of acrylic or polycarbonate is adhered to the device base 10a using a water resistant adhesive. , The device substrate 10b can also be waterproof-sealed.

[照明装置:照射範囲限定手段]
図3は、本発明に係る照明装置の発光機能部分における複数の実施形態を示すZX面による断面図、及び下方から(−Z方向を)見た際の模式図である。
[Lighting device: Irradiation range limiting means]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the ZX plane showing a plurality of embodiments of the light emitting functional portion of the lighting device according to the present invention, and a schematic view when viewed from below (in the −Z direction).

図3(A)に示した実施形態では、装置基台10aに複数の基台凹部10avが形成されており、各基台凹部10av内の上部(−Z側)に、装置基板10bが設置されている。基台凹部10avの(XY面内における)開口部の形状は、同図のように楕円状であってもよく、その他、例えば育成対象の生物成長範囲11bの形状に合わせた形状等、種々の形状に設定可能である。また、透光板10tが、各基台凹部10avに蓋をして防水封止する形で設置されていてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 3A, a plurality of base recesses 10av are formed in the device base 10a, and the device board 10b is installed on the upper portion (−Z side) in each base recess 10av. ing. The shape of the opening (in the XY plane) of the base recess 10av may be elliptical as shown in the figure, and there are various other shapes such as a shape matching the shape of the biological growth range 11b to be grown. It can be set to the shape. Further, the light transmitting plate 10t may be installed in a form in which each base recess 10av is covered and waterproofed.

この装置基板10bのLED光源101から放射された照射光のうち、育成対象の野菜に向かう方向(+Z方向)から見て所定以上に広がって進行する照射光は、基台凹部10avの内面である壁面10awに反射して進路を制限される。すなわち、所定以上の反射率を有するように加工されたこの壁面10awによって、LED光源101から放射された照射光の広がりが制限される。 Of the irradiation light emitted from the LED light source 101 of the device substrate 10b, the irradiation light that spreads and travels more than a predetermined time when viewed from the direction toward the vegetable to be grown (+ Z direction) is the inner surface of the base recess 10av. It reflects on the wall surface 10aw and the course is restricted. That is, the wall surface 10aw processed so as to have a reflectance of a predetermined value or higher limits the spread of the irradiation light radiated from the LED light source 101.

ここで、すでに説明したように、育成対象の生物(野菜)の成長に必要であるとして設定された光の密度又は照度が確保された照射範囲を「育成照射範囲」10gとしているが、この育成照射範囲10gを如何に育成上必要な範囲に収めるかが、システムの効率化や、高収穫化、さらには電力消費の低減にとって重要となる。 Here, as already explained, the irradiation range in which the light density or illuminance set as necessary for the growth of the organism (vegetable) to be cultivated is secured is set as the "cultivation irradiation range" of 10 g. How to keep the irradiation range of 10 g within the range necessary for growing is important for improving the efficiency of the system, increasing the yield, and reducing the power consumption.

図3(A)に示した基台凹部10avは、この育成照射範囲10gを所定範囲内に限定する照射範囲限定手段となっている。具体的には、基台凹部10avの内側の壁面10awが照射範囲限定機能を果たしている。ここで、基台凹部10av(の壁面10aw)は、育成照射範囲10gを、設定された生物成長範囲11b(図2(B))内に限定することも好ましい。これにより、育成に必要な光量密度(光量子束密度)をもった照射光がより確実に育成対象の成長のために使用されるので、消費電力をより低減しつつ、育成単位(1株)毎に十分な育成度合いを達成することが可能となる。 The base recess 10av shown in FIG. 3A is an irradiation range limiting means for limiting the growing irradiation range of 10 g within a predetermined range. Specifically, the inner wall surface 10aw of the base recess 10av fulfills the irradiation range limiting function. Here, it is also preferable that the growth irradiation range 10 g of the base recess 10av (wall surface 10aw) is limited to the set biological growth range 11b (FIG. 2B). As a result, the irradiation light having the light quantity density (photon flux density) required for growing is used for the growth of the growing target more reliably, so that the power consumption is further reduced and each growing unit (1 strain) is used. It is possible to achieve a sufficient degree of training.

なお、各基台凹部10av内の装置基板10bに複数(例えば4つ)のLED光源101が設置されている場合において、育成対象の野菜の成長前期では、そのうちの一部(例えば2つ)を発光させてより狭い育成照射領域10gを形成することも好ましい。次いで、成長後期に入った際には、全ての(例えば4つ全部の)LED光源101を発光させてより広い育成照射領域10gを実現することも好ましい。さらに、LED光源101の発光させる数を3段階以上に分け、育成照射領域10gを多段階で変化させることも可能である。 In the case where a plurality of (for example, four) LED light sources 101 are installed on the device substrate 10b in each base recess 10av, a part (for example, two) of them is used in the early growth period of the vegetables to be grown. It is also preferable to emit light to form a narrower growth irradiation region of 10 g. Next, when entering the late stage of growth, it is also preferable to make all (for example, all four) LED light sources 101 emit light to realize a wider growth irradiation area of 10 g. Further, it is also possible to divide the number of light emitted from the LED light source 101 into three or more stages and change the growth irradiation region 10 g in multiple stages.

次に、図3(B)に示した実施形態では、装置基台10a上に設置された各装置基板10bの脇となる位置に、装置基板10bを挟むようにルーバ10wの対が設けられている。ルーバ10wは、本実施形態においてY軸方向に伸長した遮光板であるが、装置基板10b毎に分離した板であってもよく、また、装置基板10bの4辺を取り囲むように設置されていてもよい。また、図示されていないが、透光板が、ルーバ10wの下端(+Z側の端)を覆って防水封止する形で設置されていてもよい。 Next, in the embodiment shown in FIG. 3B, a pair of louvers 10w is provided so as to sandwich the device board 10b at a position beside each device board 10b installed on the device base 10a. There is. The louver 10w is a light-shielding plate extending in the Y-axis direction in the present embodiment, but may be a plate separated for each device board 10b, and is installed so as to surround the four sides of the device board 10b. May be good. Further, although not shown, a light transmitting plate may be installed so as to cover the lower end (+ Z side end) of the louver 10w and waterproofly seal it.

この装置基板10bのLED光源101から放射された照射光のうち、育成対象の野菜に向かう方向(+Z方向)から見て所定以上に広がって進行する照射光、特にX軸方向に広がる照射光は、ルーバ10wの内面である壁面10wwに反射して進路を制限される。すなわち、所定以上の反射率を有するように加工されたこの壁面10wwによって、LED光源101から放射された照射光の広がりが制限される。 Of the irradiation light emitted from the LED light source 101 of the device substrate 10b, the irradiation light that spreads and progresses more than a predetermined time when viewed from the direction (+ Z direction) toward the vegetable to be grown, particularly the irradiation light that spreads in the X-axis direction. , The course is restricted by reflecting on the wall surface 10ww which is the inner surface of the louver 10w. That is, the wall surface 10ww processed so as to have a reflectance of a predetermined value or higher limits the spread of the irradiation light emitted from the LED light source 101.

すなわち、このルーバ10wも、育成照射範囲10gを所定範囲内に限定する照射範囲限定手段となっている。具体的には、ルーバ10wの内側の壁面10wwが照射範囲限定機能を果たしている。ここで、ルーバ10w(の壁面10ww)は、育成照射範囲10gを、設定された生物成長範囲11b(図2(B))内に限定することも好ましい。これにより、育成に必要な光量密度をもった照射光がより確実に育成対象の成長のために使用されるので、消費電力をより低減しつつ、育成単位(1株)毎に十分な育成度合いを達成することが可能となる。 That is, the louver 10w is also an irradiation range limiting means for limiting the growing irradiation range of 10 g within a predetermined range. Specifically, the inner wall surface 10ww of the louver 10w fulfills the irradiation range limiting function. Here, it is also preferable that the louver 10w (wall surface 10ww) limits the growth irradiation range of 10g to the set biological growth range 11b (FIG. 2B). As a result, the irradiation light having the light amount density required for growing is used more reliably for the growth of the growing target, so that the power consumption is further reduced and the degree of growing is sufficient for each growing unit (1 strain). Can be achieved.

なお、各ルーバ10w対に挟まれた装置基板10bに複数(例えば4つ)のLED光源101が設置されている場合において、育成対象の野菜の成長前期では、そのうちの一部(例えば2つ)を発光させてより狭い育成照射領域10gを形成することも好ましい。次いで、成長後期に入った際には、全ての(例えば4つ全部の)LED光源101を発光させてより広い育成照射領域10gを実現することも好ましい。さらに、LED光源101の発光させる数を3段階以上に分け、育成照射領域10gを多段階で変化させることも可能である。 When a plurality of (for example, four) LED light sources 101 are installed on the device substrate 10b sandwiched between each louver 10w pair, a part (for example, two) of them is used in the early growth period of the vegetables to be grown. It is also preferable to form a narrower growing irradiation region (10 g) by emitting light. Next, when entering the late stage of growth, it is also preferable to make all (for example, all four) LED light sources 101 emit light to realize a wider growth irradiation area of 10 g. Further, it is also possible to divide the number of light emitted from the LED light source 101 into three or more stages and change the growth irradiation region 10 g in multiple stages.

次に、図3(C)に示した実施形態では、装置基台10a上に、装置基板10bとレンズ10zとを備えた光学デバイス10dが形成されている。ここで、レンズ10zは、装置基板10bのLED光源101から放射された光の進路を変更する光学部であり、凸レンズ機能を有することも好ましい。レンズ10zの(XY面内における)形状は、同図のように円形であってもよく、その他、例えば育成対象の生物成長範囲11bの形状に合わせて、角の丸められた四角等、種々の形状に設定可能である。また、レンズ10zとして複数の微小レンズが配列したマイクロレンズ系を用いてもよい。 Next, in the embodiment shown in FIG. 3C, an optical device 10d having a device substrate 10b and a lens 10z is formed on the device base 10a. Here, the lens 10z is an optical unit that changes the course of light radiated from the LED light source 101 of the device substrate 10b, and preferably has a convex lens function. The shape of the lens 10z (in the XY plane) may be circular as shown in the figure, and there are various other shapes such as a square with rounded corners according to the shape of the biological growth range 11b to be grown. It can be set to the shape. Further, a microlens system in which a plurality of microlenses are arranged may be used as the lens 10z.

ここで、マイクロレンズ系は、本願発明者等を発明者に含む特許5641544号に記載された、「配光角制御レンズ部」及び「微小レンズ配列部」の1つ又は複数の組を有する光学系であってもよい。この「配光角制御レンズ部」は、LED光源から放射された光が入射後に集光される入射面を有しており、入射した光を所定の配光角に制御する。また、「微小レンズ配列部」は、配光角制御レンズ部における入射面とは反対側の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角の制御された光を、レンズ配列面を介して受光して分散させて放射する。このような構成を用いることによって、広がり(配光角)の制御された均一化した照射光を、育成対象に照射することが可能となる。 Here, the microlens system is an optical having one or a plurality of sets of a "light distribution angle control lens unit" and a "micro lens arrangement unit" described in Japanese Patent No. 5641544 including the inventor of the present application. It may be a system. This "light distribution angle control lens unit" has an incident surface in which the light radiated from the LED light source is collected after the incident, and controls the incident light to a predetermined light distribution angle. Further, the "micro lens array portion" includes a plurality of micro lenses in which the emission positions on the light distribution angle control lens portion opposite to the incident surface are arranged as the lens array surface, and the light whose light distribution angle is controlled is emitted. It receives light through the lens array surface, disperses it, and emits it. By using such a configuration, it is possible to irradiate the growing target with uniform irradiation light having a controlled spread (light distribution angle).

なお、「微小レンズ配列部」は、微小レンズの曲率半径やピッチに関して等方的であってもよく、異方性を有していてもよい。ここで、これらの曲率半径やピッチを調整することによって、照射光が栽培槽上面に形成する照射領域の形状(照射形状)を制御することができる。すなわち、育成対象に適した照明形状を実現することが可能となる。例えば、育成対象の生物成長範囲11bが矩形又は矩形に近い形状である場合、「微小レンズ配列部」の曲率半径やピッチを調整して、矩形の(矩形に近い)照明形状を形成することができるのである。これにより、無駄となる照射光を低減し、エネルギー効率の良い育成を実現することも可能となる。 The "microlens array portion" may be isotropic or has anisotropy with respect to the radius of curvature and the pitch of the microlens. Here, by adjusting the radius of curvature and the pitch, the shape of the irradiation region (irradiation shape) formed on the upper surface of the cultivation tank by the irradiation light can be controlled. That is, it is possible to realize an illumination shape suitable for the training target. For example, when the biological growth range 11b to be cultivated has a rectangular shape or a shape close to a rectangle, the radius of curvature and the pitch of the "microlens array portion" can be adjusted to form a rectangular (near rectangular) illumination shape. You can. As a result, it is possible to reduce wasteful irradiation light and realize energy-efficient cultivation.

この装置基板10bのLED光源101から放射されてレンズ10zに入射した光は、レンズ10zのレンズ作用によってその広がり具合を小さくされた照射光として、育成対象の野菜に向かう。すなわち、このレンズ10zも、育成照射範囲10gを所定範囲内に限定する照射範囲限定手段となっている。ここで、レンズ10zは、育成照射範囲10gを、設定された生物成長範囲11b(図2(B))内に限定することも好ましい。これにより、育成に必要な光量密度をもった照射光がより確実に育成対象の成長のために使用されるので、消費電力をより低減しつつ、育成単位(1株)毎に十分な育成度合いを達成することが可能となる。 The light emitted from the LED light source 101 of the apparatus substrate 10b and incident on the lens 10z is directed to the vegetables to be grown as irradiation light whose spread is reduced by the lens action of the lens 10z. That is, this lens 10z is also an irradiation range limiting means for limiting the growing irradiation range of 10 g within a predetermined range. Here, it is also preferable that the lens 10z limits the growth irradiation range of 10 g to the set biological growth range 11b (FIG. 2B). As a result, the irradiation light having the light amount density required for growing is used more reliably for the growth of the growing target, so that the power consumption is further reduced and the degree of growing is sufficient for each growing unit (1 strain). Can be achieved.

また、以上に説明したようにレンズ10zを使用することによって、照射光の広がり具合をレンズの設計によって相当に自由に制御することが可能となる。その結果、例えば、育成対象の植物の成長後の高さに応じて、照明装置10と植物栽培槽11(図2)とのZ軸方向での間隔(高さ)を、十分に大きくとることもできる。 Further, by using the lens 10z as described above, it is possible to control the spread of the irradiation light considerably freely by the design of the lens. As a result, for example, the distance (height) between the lighting device 10 and the plant cultivation tank 11 (FIG. 2) in the Z-axis direction should be sufficiently large according to the height of the plant to be grown after growth. You can also.

なお、各光学デバイス10dに複数(例えば4つ)のLED光源101が設置されている場合において、育成対象の野菜の成長前期では、そのうちの一部(例えば2つ)を発光させてより狭い育成照射領域10gを形成することも好ましい。次いで、成長後期に入った際には、全ての(例えば4つ全部の)LED光源101を発光させてより広い育成照射領域10gを実現することも好ましい。さらに、LED光源101の発光させる数を3段階以上に分け、育成照射領域10gを多段階で変化させることも可能である。 When a plurality of (for example, four) LED light sources 101 are installed in each optical device 10d, in the early stage of growth of the vegetables to be grown, some of them (for example, two) are made to emit light to grow narrower. It is also preferable to form an irradiation region of 10 g. Next, when entering the late stage of growth, it is also preferable to make all (for example, all four) LED light sources 101 emit light to realize a wider growth irradiation area of 10 g. Further, it is also possible to divide the number of light emitted from the LED light source 101 into three or more stages and change the growth irradiation region 10 g in multiple stages.

図4は、基台凹部10av内に装置基板10bを装着した照明装置10を用いて行われた照射シミュレーション実験の一実施例を示す模式図及びグラフである。 FIG. 4 is a schematic diagram and a graph showing an embodiment of an irradiation simulation experiment performed by using the lighting device 10 in which the device substrate 10b is mounted in the base recess 10av.

図4(A)には、本実施例において使用されたシステムの構成が概略的に示されている。同図によれば、本シミュレーションでは、800×1000mmのサイズの装置基板10bが4×3枚の計12枚だけ四角格子状に配列した照明装置10を用いて、照射実験が行われた。また、この照明装置10の装置基台10aには、12個の基台凹部10avが設けられており、各基台凹部10avに1枚ずつ装置基板10bが設置されていた。 FIG. 4A schematically shows the configuration of the system used in this embodiment. According to the figure, in this simulation, an irradiation experiment was carried out using a lighting device 10 in which only a total of 12 pieces of a device substrate 10b having a size of 800 × 1000 mm 2 were arranged in a square grid pattern of 4 × 3. Further, the device base 10a of the lighting device 10 is provided with 12 base recesses 10av, and one device board 10b is installed in each base recess 10av.

さらに、各装置基板10bには、4つのLED光源101が中央部に集合して設けられていた。これらのLED光源101と植物栽培槽11の上面位置(照射位置)との距離は200mmであった。ここで、本実施例では、育成対象の野菜であるレタスの成長に必要な光合成光量子束密度(PPFD)として110μmol・m−2・s−1が確保された照射範囲を育成照射範囲10gとしている。 Further, four LED light sources 101 are collectively provided in the central portion of each device substrate 10b. The distance between these LED light sources 101 and the upper surface position (irradiation position) of the plant cultivation tank 11 was 200 mm. Here, in this embodiment, the irradiation range in which 110 μmol · m -2 · s -1 is secured as the photosynthetic photon bundle density (PPFD) required for the growth of lettuce, which is the vegetable to be grown, is defined as the growth irradiation range of 10 g. ..

図4(B)に、照射シミュレーション実験の結果として、植物栽培槽11の上面位置における、照射光のXY面内PPFD分布を示す。同図によれば、装置基板10bの直下となる12個の領域において、育成対象の成長に十分である120μmol・m−2・s−1以上のPPFDが実現している。一方、これらの12個の領域の中間位置では、100μmol・m−2・s−1以下のPPFDとなる領域が存在している。 FIG. 4B shows the in-plane PPFD distribution of the irradiation light at the upper surface position of the plant cultivation tank 11 as a result of the irradiation simulation experiment. According to the figure, in 12 regions directly under the apparatus substrate 10b, a PPFD of 120 μmol · m -2 · s -1 or more, which is sufficient for the growth of the growth target, is realized. On the other hand, at the intermediate position between these 12 regions, there is a region having a PPFD of 100 μmol · m -2 · s -1 or less.

図4(C)に、同じく照射シミュレーション実験の結果としてLED光源101直下の位置を含む植物栽培槽11の上面位置における、照射光のX軸方向PPFD分布(「凹部有り」の線)を示す。 FIG. 4C shows the X-axis direction PPFD distribution (line of “with recess”) of the irradiation light at the upper surface position of the plant cultivation tank 11 including the position directly below the LED light source 101 as a result of the irradiation simulation experiment.

同図に示すように、本実施例の照明装置10からの照射光によれば、各装置基板10bの直下の位置に、少なくとも110μmol・m−2・s−1のPPDFの確保された育成照射範囲10gが確実に形成されている。また、照射光が野菜(レタス)の育成に使用されることのない装置基板10b間の中間領域では、PPDFが110μmol・m−2・s−1未満となっており、無駄な照射光が低減していることが理解される。このような本実施例におけるPPDFの必要領域への効果的な集中は、基台凹部構成を採用したことによって促進されているのである。 As shown in the figure, according to the irradiation light from the lighting device 10 of this embodiment, at least 110 μmol · m -2 · s -1 PPDF is secured and grown irradiation at a position directly below each device substrate 10b. A range of 10 g is reliably formed. Further, in the intermediate region between the apparatus substrates 10b where the irradiation light is not used for growing vegetables (lettuce), the PPDF is less than 110 μmol · m -2 · s -1 , which reduces unnecessary irradiation light. It is understood that you are doing. Such effective concentration of PPDF in the required region in this embodiment is promoted by adopting the base recess configuration.

[照明装置:照射範囲変更手段]
図5は、本発明に係る照明装置の発光機能部分における他の実施形態を示すZX面による断面図である。
[Lighting device: Irradiation range changing means]
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the ZX surface showing another embodiment of the light emitting functional portion of the lighting device according to the present invention.

図5(A)に示した実施形態では、装置基台10aに、Z軸方向の高さの異なる2種類の基台凹部である第1の基台凹部10av1と、第2の基台凹部10av2とが形成されている。例えば、育成対象の野菜の直上にこれら両者の1対が形成されていることも好ましい。さらに、複数の対が設けられていてもよい。また、Z軸方向の高さの互いに異なる3種類以上の基台凹部が隣接し合って形成されていてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 5 (A), the device base 10a has a first base recess 10av1 and a second base recess 10av2, which are two types of base recesses having different heights in the Z-axis direction. And are formed. For example, it is also preferable that a pair of both of them is formed directly above the vegetables to be grown. Further, a plurality of pairs may be provided. Further, three or more types of base recesses having different heights in the Z-axis direction may be formed adjacent to each other.

本実施形態において、第1の基台凹部10av1と第2の基台凹部10av2とは隣接して形成されており、また、第1の基台凹部10av1の凹部におけるZ軸方向の深さ(高さ)la1は、第2の基台凹部10av2における深さ(高さ)la2よりも大きい。ここで、この深さは、光源101の位置から壁面10aw(基台凹部)の下端までのZ軸方向での距離(高さ)となる。さらに、第1及び第2の基台凹部10av1及び10av2の各々における内部の上部には、装置基板10bが設置されている。また、透光板10tが、これらの基台凹部に蓋をして防水封止する形で設置されていてもよい。 In the present embodiment, the first base recess 10av1 and the second base recess 10av2 are formed adjacent to each other, and the depth (height) of the recess of the first base recess 10av1 in the Z-axis direction. La1 is larger than the depth (height) la2 in the second base recess 10av2. Here, this depth is the distance (height) in the Z-axis direction from the position of the light source 101 to the lower end of the wall surface 10aw (base recess). Further, a device substrate 10b is installed on the upper part of the inside of each of the first and second base recesses 10av1 and 10av2. Further, the light transmitting plate 10t may be installed in such a form that the concave portions of the base are covered and waterproofed.

このような構成によって、例えば、育成対象の野菜の成長初期段階では、第1の基台凹部10av1に設置された装置基板10bのLED光源101によって、より狭い第1の育成照射範囲10g1を有する照射光を当該野菜に照射する一方、当該野菜の成長後期段階では、第2の基台凹部10av2に設置された装置基板10bのLED光源101によって、より広い第2の育成照射範囲10g2を有する照射光を当該野菜に照射することができる。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することが可能となるのである。 With such a configuration, for example, in the initial stage of growth of the vegetables to be grown, the LED light source 101 of the device substrate 10b installed in the first base recess 10av1 irradiates the vegetables with a narrower first growing irradiation range of 10g1. While irradiating the vegetables with light, in the late stage of growth of the vegetables, the LED light source 101 of the device substrate 10b installed in the second base recess 10av2 has an irradiation light having a wider second growing irradiation range of 10 g2. Can be applied to the vegetables. As a result, it is possible to realize efficient training while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

ここで、上述した
(a)第1の基台凹部10av1の光源101と、この第1の基台凹部10av1の内側の壁面10awとの組、及び
(b)第2の基台凹部10av2の光源101と、この第2の基台凹部10av2の内側の壁面10awとの組
は、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で変更可能とする照射範囲変更手段と捉えることができる。変更態様として、Z軸方向での深さについて上記(a)及び(b)の組と異なる第3の組やそれ以上の組が設けられていることも好ましい。すなわち、これらの複数の組は、光源101の位置から壁面10awの下端までの高さ(Z軸方向での深さ)について、当該高さ(深さ)が互いに異なる3種類以上に分類されることも好ましい。この場合、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gをより多段階で(より細かく)調整することが可能となる。
Here, (a) the combination of the light source 101 of the first base recess 10av1 and the inner wall surface 10aw of the first base recess 10av1, and (b) the light source of the second base recess 10av2. The combination of 101 and the inner wall surface 10aw of the second base recess 10av2 makes it possible to change the growth irradiation range 10 g within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. It can be regarded as a means for changing the irradiation range. As a modification, it is also preferable that a third set or more sets different from the above sets (a) and (b) are provided in terms of the depth in the Z-axis direction. That is, these plurality of sets are classified into three or more types having different heights (depths) from the position of the light source 101 to the lower end of the wall surface 10aw (depth in the Z-axis direction). It is also preferable. In this case, the growth irradiation range of 10 g can be adjusted in more stages (more finely) according to the growth of the growth target.

次に、図5(B)に示した実施形態では、装置基台10aに形成された基台凹部10avの内側上部に装置基板10bが設置され、さらに、基台凹部10av内における装置基板10bのZ軸方向での位置を変えることができる基板駆動部10nが設けられている。基板駆動部10nは、例えば、回転モータ若しくはリニアモータと、ギア、ベルト若しくはチェーン等とを用いて、又はチューブを介して油圧等を与えることによって、又は作業者の手動によって、装置基板10bをZ軸方向に移動させる機構とすることができる。 Next, in the embodiment shown in FIG. 5B, the device substrate 10b is installed on the inner upper portion of the base recess 10av formed in the device base 10a, and further, the device board 10b in the base recess 10av A substrate driving unit 10n capable of changing the position in the Z-axis direction is provided. The board drive unit 10n Zs the device board 10b, for example, by using a rotary motor or a linear motor and a gear, a belt, a chain, or the like, by applying a hydraulic pressure or the like through a tube, or by a manual operator. It can be a mechanism for moving in the axial direction.

この基板駆動部10nは、装置基板10bの光源101の位置から凹部内側の壁面10awの下端までのZ軸方向での高さlaを変更可能な壁面高変更部である。このように、照射光の反射する基台凹部10avの壁面10awの高さを変更させることによって、LED光源101から放射された照射光の広がり具合、すなわち育成照射範囲10gを変更することができるので、基板駆動部10nは、照射範囲変更手段であると捉えることもできる。 The substrate driving unit 10n is a wall surface height changing unit capable of changing the height la in the Z-axis direction from the position of the light source 101 on the device substrate 10b to the lower end of the wall surface 10aw inside the recess. In this way, by changing the height of the wall surface 10aw of the base recess 10av where the irradiation light is reflected, the degree of spread of the irradiation light emitted from the LED light source 101, that is, the growing irradiation range of 10g can be changed. The substrate driving unit 10n can also be regarded as an irradiation range changing means.

このような基板駆動部10nを利用することによって、基台凹部10avの深さlaを変更して、装置基板10bの光源101から放射される照射光の広がり具合を変え、従って、育成照射範囲10gを変化させることができる。これにより、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で適宜変更することが可能となるのである。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することができる。 By using such a substrate driving unit 10n, the depth la of the base recess 10av is changed to change the spread of the irradiation light emitted from the light source 101 of the apparatus substrate 10b, and therefore the growing irradiation range 10g. Can be changed. This makes it possible to appropriately change the growth irradiation range of 10 g within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. As a result, efficient training can be realized while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

図6は、本発明に係る照明装置の発光機能部分における更なる他の実施形態を示すZX面による断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the ZX surface showing still another embodiment of the light emitting functional portion of the lighting device according to the present invention.

図6(A)に示した実施形態では、装置基台10aに、Z軸方向の高さの異なる2種類のルーバ対である第1のルーバ10w1の対と、第2のルーバ10w2の対とが、それぞれ装置基板10bを間に挟む形で設置されている。例えば、育成対象の野菜の直上に、第1のルーバ10w1の対と第2のルーバ10w2の対とが隣接して設置されていることも好ましい。さらに、Z軸方向の高さの互いに異なる3種類以上のルーバ対が隣接し合って設置されていてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 6A, a pair of first louvers 10w1 and a pair of second louvers 10w2, which are two types of louver pairs having different heights in the Z-axis direction, are attached to the apparatus base 10a. However, they are installed so as to sandwich the device substrate 10b in between. For example, it is also preferable that a pair of the first louver 10w1 and a pair of the second louver 10w2 are installed adjacent to each other directly above the vegetable to be grown. Further, three or more types of louver pairs having different heights in the Z-axis direction may be installed adjacent to each other.

本実施形態において、第1のルーバ10w1対における光源101の位置からルーバ下端までのZ軸方向での距離(高さ)lw1は、第2のルーバ10w2対における距離(高さ)lw2よりも大きくなっている。このような構成によって、例えば、育成対象の野菜の成長初期段階では、第1のルーバ10w1対の間に設置された装置基板10bのLED光源101によって、より狭い第1の育成照射範囲10g1を有する照射光を当該野菜に照射する一方、当該野菜の成長後期段階では、第2のルーバ10w2対の間に設置された装置基板10bのLED光源101によって、より広い第2の育成照射範囲10g2を有する照射光を当該野菜に照射することができる。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することが可能となるのである。 In the present embodiment, the distance (height) lw1 in the Z-axis direction from the position of the light source 101 to the lower end of the louver in the first louver 10w1 pair is larger than the distance (height) lw2 in the second louver 10w2 pair. It has become. With such a configuration, for example, in the initial stage of growth of the vegetables to be grown, the LED light source 101 of the device substrate 10b installed between the first pair of louvers 10w has a narrower first growing irradiation range of 10g1. While irradiating the vegetables with irradiation light, in the late stage of growth of the vegetables, the LED light source 101 of the device substrate 10b installed between the second louvers 10w2 pairs has a wider second growing irradiation range of 10g2. The irradiation light can be applied to the vegetables. As a result, it is possible to realize efficient training while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

ここで、上述した
(a)第1のルーバ10w1対の間の光源101と、この第1のルーバ10w1対の内側の壁面10wwとの組、及び
(b)第2のルーバ10w2対の間の光源101と、この第2のルーバ10w2対の内側の壁面10wwとの組
は、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で変更可能とする照射範囲変更手段と捉えることができる。変更態様として、壁面10wwの下端までの(Z軸方向での)高さについて上記(a)及び(b)の組と異なる第3の組やそれ以上の組が設けられていることも好ましい。すなわち、これらの複数の組は、光源101の位置から壁面10wwの下端までの高さについて、当該高さが互いに異なる3種類以上に分類されることも好ましい。この場合、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gをより多段階で(より細かく)調整することが可能となる。
Here, (a) a pair of the light source 101 between the first louver 10w1 pair and the inner wall surface 10ww of the first louver 10w1 pair, and (b) between the second louver 10w2 pair. The pair of the light source 101 and the inner wall surface 10ww of the second pair of louvers 10w can change the growth irradiation range 10 g within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. It can be regarded as a means for changing the irradiation range. As a modification, it is also preferable that a third set or more sets different from the above sets (a) and (b) are provided in terms of the height (in the Z-axis direction) to the lower end of the wall surface 10ww. That is, it is also preferable that these plurality of sets are classified into three or more types having different heights from the position of the light source 101 to the lower end of the wall surface 10ww. In this case, the growth irradiation range of 10 g can be adjusted in more stages (more finely) according to the growth of the growth target.

次に、図6(B)に示した実施形態では、1対のルーバ10wが、装置基台10aに設置された装置基板10bを間に挟む位置で装置基台10aから+Z方向に突出している。また、この1対のルーバ10wは、+Z軸方向に突出した高さ(突出量)が、ルーバ駆動部10qによって変更可能なように構成されている。具体的には、例えば、装置基台10aにY軸方向に伸長した縦長の孔が2つ開いていて、この2つの孔をそれぞれ貫通する形で1対のルーバ10wが取り付けられていてもよい。ここで、ルーバ駆動部10qは、例えば、回転モータ若しくはリニアモータと、ギア、ベルト若しくはチェーン等とを用いて、又はチューブを介して油圧等を与えることによって、又は作業者の手動によって、1対のルーバ10wをZ軸方向に移動させる機構とすることができる。 Next, in the embodiment shown in FIG. 6B, a pair of louvers 10w project in the + Z direction from the device base 10a at a position sandwiching the device board 10b installed on the device base 10a. .. Further, the pair of louvers 10w is configured so that the height (protruding amount) protruding in the + Z axis direction can be changed by the louver driving unit 10q. Specifically, for example, the device base 10a may have two vertically elongated holes extending in the Y-axis direction, and a pair of louvers 10w may be attached so as to penetrate each of the two holes. .. Here, the louver drive unit 10q is paired with, for example, by using a rotary motor or a linear motor and a gear, a belt, a chain, or the like, or by applying an electric pressure or the like through a tube, or by a manual operator. It can be a mechanism for moving the louver 10w of the above in the Z-axis direction.

このルーバ駆動部10qは、装置基板10bの光源101の位置からルーバ10w内側の壁面10wwの下端までのZ軸方向での高さlwを変更可能な壁面高変更部である。このように、照射光の反射するルーバ10wの壁面10wwの高さを変更することによって、LED光源101から放射された照射光の広がり具合、すなわち育成照射範囲10gを変更することができるので、ルーバ駆動部10qは、照射範囲変更手段であると捉えることもできる。 The louver drive unit 10q is a wall surface height changing unit capable of changing the height lw in the Z-axis direction from the position of the light source 101 on the device substrate 10b to the lower end of the wall surface 10ww inside the louver 10w. In this way, by changing the height of the wall surface 10ww of the louver 10w that reflects the irradiation light, the spread of the irradiation light radiated from the LED light source 101, that is, the growing irradiation range 10g can be changed. The drive unit 10q can also be regarded as a means for changing the irradiation range.

このようなルーバ駆動部10qを利用することによって、ルーバ10wの高さを変更して、装置基板10bの光源101から放射される照射光の広がり具合を変え、従って、育成照射範囲10gを変化させることができる。これにより、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で適宜変更することが可能となるのである。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することができる。 By using such a louver drive unit 10q, the height of the louver 10w is changed to change the spread of the irradiation light emitted from the light source 101 of the apparatus substrate 10b, and therefore the growth irradiation range 10g is changed. be able to. This makes it possible to appropriately change the growth irradiation range of 10 g within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. As a result, efficient training can be realized while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

図7は、本発明に係る照明装置の発光機能部分における更なる他の実施形態を示すZX面による断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the ZX surface showing still another embodiment of the light emitting functional portion of the lighting device according to the present invention.

図7(A)に示した実施形態では、装置基台10aに、放射される光の光量密度(光量子束密度)又は照度の分布の異なる2種類の光学デバイスである第1の光学デバイス10d1と、第2の光学デバイス10d2とが設置されている。例えば、育成対象の野菜の直上に、第1の光学デバイス10d1と第2の光学デバイス10d2とが隣接して設置されていることも好ましい。さらに、放射される光の光量密度(光量子束密度)又は照度の分布の互いに異なる3種類以上の光学デバイスが隣接し合って設置されていてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 7 (A), the device base 10a has a first optical device 10d1 which is two types of optical devices having different light quantity densities (photon flux densities) or illuminance distributions of the emitted light. , A second optical device 10d2 is installed. For example, it is also preferable that the first optical device 10d1 and the second optical device 10d2 are installed adjacent to each other directly above the vegetables to be grown. Further, three or more types of optical devices having different light quantity densities (photon flux densities) or illuminance distributions of the emitted light may be installed adjacent to each other.

本実施形態において、第1の光学デバイス10d1における装置基板10bのLED光源101とレンズ10zとのZ軸方向での距離lz1は、第2の光学デバイス10d1における同距離lz2よりも大きい。その結果、第1の光学デバイス10d1から放射される照射光の光量密度(光量子束密度)の分布は、第2の光学デバイス10d2における分布よりもより狭くなった形となっている。 In the present embodiment, the distance lz1 between the LED light source 101 of the device substrate 10b and the lens 10z in the first optical device 10d1 in the Z-axis direction is larger than the same distance lz2 in the second optical device 10d1. As a result, the distribution of the light quantity density (photon flux density) of the irradiation light emitted from the first optical device 10d1 is narrower than the distribution in the second optical device 10d2.

このような構成によって、例えば、育成対象の野菜の成長初期段階では、第1の光学デバイス10d1によって、より狭い第1の育成照射範囲10g1を有する照射光を当該野菜に照射する一方、当該野菜の成長後期段階では、第2の光学デバイス10d2によって、より広い第2の育成照射範囲10g2を有する照射光を当該野菜に照射することができる。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することが可能となるのである。 With such a configuration, for example, in the initial stage of growth of the vegetable to be grown, the first optical device 10d1 irradiates the vegetable with irradiation light having a narrower first growing irradiation range of 10 g1, while the vegetable is irradiated with irradiation light. In the late stage of growth, the second optical device 10d2 can irradiate the vegetables with irradiation light having a wider second growing irradiation range of 10 g2. As a result, it is possible to realize efficient training while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

ここで、第1の光学デバイス10d1及び第2の光学デバイス10d2の組は、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で変更可能とする照射範囲変更手段と捉えることができる。変更態様として、放射される光の光量密度(光量子束密度)又は照度の分布について、第1の光学デバイス10d1及び第2の光学デバイス10d2の組と異なる第3の組やそれ以上の組が設けられていることも好ましい。すなわち、これらの複数の組は、放射される光の密度又は照度の分布について、当該分布が互いに異なる3種類以上に分類されることも好ましい。この場合、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gをより多段階で(より細かく)調整することが可能となる。 Here, in the set of the first optical device 10d1 and the second optical device 10d2, the irradiation irradiation range 10 g can be changed within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. It can be regarded as a means of changing the range. As a modification, a third set or a third set different from the set of the first optical device 10d1 and the second optical device 10d2 is provided for the light quantity density (photon flux density) or the illuminance distribution of the emitted light. It is also preferable that it is. That is, it is also preferable that these plurality of sets are classified into three or more types having different distributions in terms of the density or illuminance distribution of the emitted light. In this case, the growth irradiation range of 10 g can be adjusted in more stages (more finely) according to the growth of the growth target.

なお、本実施形態の光学デバイスでは、レンズ10zは同一径及び同一曲率のものが共通して使用されており、装置基板10b(LED光源101)とレンズ10zとの距離が互いに異なっている。しかしながら、変更態様として、レンズ10zとの距離が互いに同一であって又は異なっていて、レンズ10zの曲率又は径の互いに異なる光学デバイスを採用することも可能である。いずれにしても、これらの複数の光学デバイスが全体として、育成照射範囲10gを変更可能とするものであればよい。 In the optical device of the present embodiment, lenses 10z having the same diameter and the same curvature are commonly used, and the distances between the device substrate 10b (LED light source 101) and the lens 10z are different from each other. However, as a modification, it is also possible to adopt optical devices having the same or different distances from the lens 10z and different curvatures or diameters of the lenses 10z. In any case, it is sufficient that these plurality of optical devices as a whole can change the growth irradiation range of 10 g.

また、変更態様として、(基板10bに設置された)1つ又は複数のLED光源101と、1つ又は複数の光学デバイスとの組合せが設置されていてもよい。この場合、LED光源101からの照射光が、より広い育成照射範囲10gを提供することになる。さらに、1つの装置基板10bにおいて、例えば、中央部にLED光源101を設置する一方、縁部に光学デバイスを設置してもよい。この場合、基板直下の領域から外れる(漏れる)照射光の光量が低減するように設計することが可能となる。 Further, as a modification, a combination of one or more LED light sources 101 (installed on the substrate 10b) and one or more optical devices may be installed. In this case, the irradiation light from the LED light source 101 provides a wider growing irradiation range of 10 g. Further, in one device substrate 10b, for example, the LED light source 101 may be installed in the central portion, while the optical device may be installed in the edge portion. In this case, it is possible to design so that the amount of irradiation light that deviates (leaks) from the region directly under the substrate is reduced.

次に、図7(B)に示した実施形態では、光学デバイス10dにおけるレンズ10zを下端部に備えた筐体10dwが、装置基台10aに設置された装置基板10bを中に含みながら、装置基台10aから+Z方向に突出している。また、この筐体10dwは、+Z軸方向に突出した高さ(突出量)が、レンズ駆動部10pによって変更可能なように構成されている。具体的には、例えば、装置基台10aに半円周相当の孔が2つ開いていて、この2つの孔をそれぞれ貫通する形で、筐体10dwの2つに分かれた中間部分が取り付けられていてもよい。ここで、レンズ駆動部10pは、例えば、回転モータ若しくはリニアモータと、ギア、ベルト若しくはチェーン等とを用いて、又はチューブを介して油圧等を与えることによって、又は作業者の手動によって、筐体10dwをZ軸方向に移動させる機構とすることができる。 Next, in the embodiment shown in FIG. 7B, the apparatus 10dw provided with the lens 10z at the lower end of the optical device 10d includes the apparatus substrate 10b installed on the apparatus base 10a. It protrudes from the base 10a in the + Z direction. Further, the housing 10dw is configured so that the height (protrusion amount) protruding in the + Z axis direction can be changed by the lens driving unit 10p. Specifically, for example, the device base 10a has two holes corresponding to a semicircle, and an intermediate portion divided into two parts of the housing 10dw is attached so as to penetrate each of the two holes. You may be. Here, the lens drive unit 10p is made of a housing, for example, by using a rotary motor or a linear motor and a gear, a belt, a chain, or the like, by applying a hydraulic pressure or the like through a tube, or by a manual operator. It can be a mechanism for moving 10dw in the Z-axis direction.

このレンズ駆動部10pは、LED光源101とレンズ10zとの光学的関係を変更可能な光学関係変更部である。このように、LED光源101とレンズ10zとの光学的関係を変更することによって、LED光源101から放射された照射光の広がり具合、すなわち育成照射範囲10gを変更することができるので、レンズ駆動部10pは、照射範囲変更手段であると捉えることもできる。 The lens driving unit 10p is an optical relationship changing unit capable of changing the optical relationship between the LED light source 101 and the lens 10z. By changing the optical relationship between the LED light source 101 and the lens 10z in this way, the degree of spread of the irradiation light radiated from the LED light source 101, that is, the growing irradiation range of 10 g can be changed. 10p can also be regarded as a means for changing the irradiation range.

このようなレンズ駆動部10pを利用することによって、レンズ10zの高さを変更して、装置基板10bの光源101から放射される照射光の広がり具合を変え、従って、育成照射範囲10gを変化させることができる。これにより、育成対象の成長に合わせて、育成照射範囲10gを所定範囲内、好ましくは生物成長範囲11b内で適宜変更することが可能となるのである。その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することができる。 By using such a lens driving unit 10p, the height of the lens 10z is changed to change the spread of the irradiation light emitted from the light source 101 of the apparatus substrate 10b, and therefore the growing irradiation range 10g is changed. be able to. This makes it possible to appropriately change the growth irradiation range of 10 g within a predetermined range, preferably within the biological growth range 11b, according to the growth of the growth target. As a result, efficient training can be realized while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

なお、本実施形態の光学デバイスでは、光源とレンズ10zとのZ軸方向での距離lzを変更することによって育成照射範囲10gを変化させている。しかしながら、変更態様として、曲率若しくは径が変更可能なレンズを用いて、又は曲率若しくは径の互いに異なる複数のレンズを差し替え可能な光学系を用いて、育成照射範囲10gを変化させることも可能である。さらに、レンズ10zとして凸レンズを使用せず、LED光源(LED素子)101に直接マイクロレンズを装着した形態も実施可能である。このような形態によっても育成照射範囲10gを変更することができる。 In the optical device of the present embodiment, the growth irradiation range of 10 g is changed by changing the distance lz between the light source and the lens 10z in the Z-axis direction. However, as a modification, it is also possible to change the growth irradiation range of 10 g by using a lens having a changeable curvature or diameter, or by using an optical system in which a plurality of lenses having different curvatures or diameters can be replaced. .. Further, it is also possible to implement a form in which a microlens is directly attached to the LED light source (LED element) 101 without using a convex lens as the lens 10z. The growth irradiation range of 10 g can be changed even in such a form.

図8は、本発明に係る照明装置の装置基板における他の実施形態を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic view showing another embodiment of the device substrate of the lighting device according to the present invention.

図8(A)に示した実施形態では、装置基台10aに設置された装置基板10bは円形状であって、この装置基板10bの光源設置面(XY面)に、複数のLED光源101が同心円状に配列するように設置されている。また、装置基板10bは、育成対象の野菜の1株毎に、生物成長範囲の直上となる位置に配置され、その結果、この基板10b上の複数のLED光源101は、生物成長範囲の直上となる領域毎に、当該領域内に分布する形で配置されている。ここで、育成対象の植物の中心部により多くの光量を集中させたい場合には、複数のLED光源101を、基板10bの中央において密になるように配置してもよい。 In the embodiment shown in FIG. 8A, the device substrate 10b installed on the device base 10a has a circular shape, and a plurality of LED light sources 101 are arranged on the light source installation surface (XY surface) of the device substrate 10b. They are installed so as to be arranged concentrically. Further, the apparatus substrate 10b is arranged at a position directly above the biological growth range for each strain of the vegetable to be grown, and as a result, the plurality of LED light sources 101 on the substrate 10b are directly above the biological growth range. Each region is arranged so as to be distributed in the region. Here, when it is desired to concentrate a larger amount of light in the center of the plant to be grown, a plurality of LED light sources 101 may be arranged so as to be dense in the center of the substrate 10b.

また、本実施形態では、照明制御部10c(図1)が、1つの装置基板10bにおける、同心円状に配列した複数のLED光源101に供給する電力を個別に又は所定グループ毎に制御することによって、複数のLED光源101からの照射光による照射範囲を制御することができる。具体的には、図8(A)において破線で示された配線を用い、配置に係る1つの同心円上に位置するLED光源101群毎に、供給する電力を制御する。 Further, in the present embodiment, the lighting control unit 10c (FIG. 1) controls the power supplied to the plurality of LED light sources 101 arranged concentrically in one device substrate 10b individually or for each predetermined group. , The irradiation range by the irradiation light from a plurality of LED light sources 101 can be controlled. Specifically, the wiring shown by the broken line in FIG. 8A is used to control the power supplied to each of the LED light source 101 groups located on one concentric circle related to the arrangement.

例えば、照明制御部10cは、
(a)育成対象の成長前期には、中心位置のLED光源101と最小の同心円上の4つのLED光源101とのみに電力を供給して照射光を発生させて、より狭い第1の育成照射範囲10g1を形成し、一方、
(b)育成対象の成長後期には、全ての(17個の)LED光源101に電力を供給して照射光を発生させて、より広い第2の育成照射範囲10g2を形成する
ことができる。また、その結果、育成の全般にわたって無駄な電力消費を抑制しつつ、効率の良い育成を実現することが可能となる。
For example, the lighting control unit 10c
(A) In the first growth period of the growth target, power is supplied only to the LED light source 101 at the center position and the four LED light sources 101 on the smallest concentric circles to generate irradiation light, and the narrower first growth irradiation Forming a range of 10 g1, while
(B) In the late growth stage of the growth target, it is possible to supply electric power to all (17) LED light sources 101 to generate irradiation light to form a wider second growth irradiation range of 10 g2. In addition, as a result, it becomes possible to realize efficient training while suppressing wasteful power consumption throughout the training.

ここで、当然に、電力を供給する光源に係る同心円をより細かく設定して、育成照射範囲を多段階に制御することもできる。また、例えば、上記(a)の育成対象の成長前期においても、外側の同心円上に配置されたLED光源101にも若干の電力を供給して低光量の照射光を発生させたり、上記(b)の育成対象の成長前期において、内側の同心円上に配置されたLED光源101からの照射光の光量を小さくしたりして、育成対象の成長状況に合わせた所望の光量分布(光量子束分布)を実現することも可能である。 Here, as a matter of course, the concentric circles related to the light source for supplying electric power can be set more finely, and the growing irradiation range can be controlled in multiple stages. Further, for example, even in the growth period of the growth target of the above (a), a small amount of power is supplied to the LED light source 101 arranged on the outer concentric circles to generate a low amount of irradiation light, or the above (b). ) In the early stage of growth of the growth target, the amount of irradiation light from the LED light source 101 arranged on the inner concentric circles is reduced to obtain a desired light amount distribution (photon flux distribution) according to the growth status of the growth target. It is also possible to realize.

このように、本実施形態では、
(a)生物成長範囲の直上領域内に分布するように配置された複数のLED光源101と、
(b)これらの光源101に供給する電力を制御することによって、育成照射範囲を変更可能とする照明制御部10cと
が、照射範囲変更手段として機能しているのである。
Thus, in this embodiment,
(A) A plurality of LED light sources 101 arranged so as to be distributed in the region directly above the biological growth range, and
(B) The illumination control unit 10c, which makes it possible to change the growing irradiation range by controlling the electric power supplied to these light sources 101, functions as an irradiation range changing means.

なお、装置基板10bの形状及びLED光源101の配置は、当然に、以上に説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、図8(B)に示すように、十字状の装置基板10bの光源設置面に複数のLED光源101を分布させてもよい。また、楕円形、菱形、星形といった種々の形状の装置基板10bを採用してもよい。さらには、面発光タイプのLED光源を用いることも可能である。この場合、複数の面発光LED素子を分布させて設置してもよく、比較的大面積の面発光LED素子を1つ設置してもよい。いずれにしても、基板上に分布したLED光源に供給する電力を、個別に、所定グループ毎に又は所定範囲毎に制御することによって、LED光源からの照射光による照射範囲や光量分布を制御することができるものであれば、種々の形態が実施可能である。 The shape of the device substrate 10b and the arrangement of the LED light source 101 are, of course, not limited to the embodiments described above. For example, as shown in FIG. 8B, a plurality of LED light sources 101 may be distributed on the light source installation surface of the cross-shaped device substrate 10b. Further, the device substrate 10b having various shapes such as an ellipse, a rhombus, and a star may be adopted. Furthermore, it is also possible to use a surface emitting type LED light source. In this case, a plurality of surface emitting LED elements may be distributed and installed, or one surface emitting LED element having a relatively large area may be installed. In any case, the power supplied to the LED light sources distributed on the substrate is individually controlled for each predetermined group or for each predetermined range to control the irradiation range and light amount distribution by the irradiation light from the LED light source. Various forms can be implemented as long as they can be used.

また、図8(A)及び図8(B)に示したような、さらには図3、図5、図6及び図7に示したような、複数のLED光源101を装置基板10b上で分布させて配置する実施形態において、幾つかの又は全てのLED光源101を、白色光以外の波長特性を有するLED素子とし、育成対象の植物種や成長段階に合わせて、照射する光の波長を制御することも好ましい。 Further, a plurality of LED light sources 101 as shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B), and further as shown in FIGS. 3, 5, 6 and 7, are distributed on the device substrate 10b. In the embodiment in which some or all of the LED light sources 101 are arranged as LED elements having wavelength characteristics other than white light, the wavelength of the emitted light is controlled according to the plant species to be cultivated and the growth stage. It is also preferable to do so.

さらに、LED光源101として、青色LED素子と赤色LED素子の両方を用い、青色光の光量と赤色光の光量との割合を、育成対象の種別や成長度合いに応じて調整してもよい。さらに、例えば、青色LED素子を用いた光源101を装置基板10bの中央領域に多く配置して、特に植物の発芽からの成長時に十分な量の青色光を供給する一方、赤色LED素子を用いた光源101を装置基板10bの全体に分布するように配置して、特に成長初期を過ぎた植物に対し、光合成に必要な赤色光を十分に供給することもできる。さらには、育成対象がキノコである場合、青色光が成長に高い効果を有する種類に対しては、LED光源101として青色LED素子を用いてもよい。 Further, both the blue LED element and the red LED element may be used as the LED light source 101, and the ratio of the amount of blue light to the amount of red light may be adjusted according to the type of training target and the degree of growth. Further, for example, a large number of light sources 101 using a blue LED element are arranged in the central region of the apparatus substrate 10b to supply a sufficient amount of blue light particularly during growth from plant germination, while a red LED element is used. It is also possible to arrange the light source 101 so as to be distributed over the entire device substrate 10b to sufficiently supply the red light required for photosynthesis, particularly to the plants that have passed the early stage of growth. Furthermore, when the growth target is a mushroom, a blue LED element may be used as the LED light source 101 for a type in which blue light has a high effect on growth.

さらにまた、図3、図5、図6、図7及び図8を用いて説明した種々の実施形態のうちの2つ、又は3つ以上を組み合わせた実施形態を実施することも可能である。例えば、図3や図5(A)及び(B)に示した基台凹部に、図3(C)や図7(A)及び(B)に示したレンズ10zを設けた実施形態を実施することができる。 Furthermore, it is also possible to implement an embodiment in which two or a combination of three or more of the various embodiments described with reference to FIGS. 3, 5, 6, 7, and 8. For example, an embodiment in which the lens 10z shown in FIGS. 3 (C), 7 (A) and 7 (B) is provided in the recessed base shown in FIGS. 3 and 5 (A) and 5 (B) is implemented. be able to.

さらに、例えば、
(a)図3(A)に示した基台凹部10avを備えた構成、
(b)図3(B)に示したルーバ対10wを備えた構成、又は
(c)図3(C)に示した光学デバイス10dを備えた構成
において、図8(A)又は(B)に示したような、装置基板10bに設置されたLED光源101を所定グループ毎に個別に制御可能にした実施形態を実施することもできる。このような実施形態では、育成照射範囲10gの制御性が一段と高まるので、より効率的な育成対象の成長を実現することも可能となる。
In addition, for example
(A) A configuration including the base recess 10av shown in FIG. 3 (A).
(B) In the configuration including the louver pair 10w shown in FIG. 3 (B) or (c) the configuration including the optical device 10d shown in FIG. 3 (C), FIG. 8 (A) or (B) shows. It is also possible to carry out an embodiment in which the LED light source 101 installed on the device substrate 10b as shown can be individually controlled for each predetermined group. In such an embodiment, the controllability of the growing irradiation range of 10 g is further enhanced, so that more efficient growth of the growing target can be realized.

以上、本発明によれば、育成対象の生物の育成単位毎に設定された生物成長範囲の直上
に光源を配置するので、光源の直下における光量密度(光量子束密度)の高い又は極大となる照射領域が、育成単位間の中点位置にくることがなくなり、その結果、無駄となる照射光の量を低減することが可能となる。また、光源直下の照射領域が確実に生物成長範囲に含まれるので、光源からの最大光量密度の照射光が生物の育成に確実に使用されることになる。従って、育成単位の受ける光量が、成長に十分な量の下で安定する。その結果、より少ない消費電力の下、育成度合いのばらつきを抑制することができるのである。
As described above, according to the present invention, since the light source is arranged directly above the biological growth range set for each breeding unit of the organism to be cultivated, the irradiation having a high or maximum light quantity density (photon flux density) directly under the light source. The region does not come to the midpoint position between the growing units, and as a result, the amount of wasted irradiation light can be reduced. In addition, since the irradiation region directly under the light source is surely included in the biological growth range, the irradiation light having the maximum light intensity density from the light source is surely used for the growth of the organism. Therefore, the amount of light received by the growing unit is stable under a sufficient amount for growth. As a result, it is possible to suppress variations in the degree of cultivation under less power consumption.

なお、育成度合いのばらつきを抑制すれば、育成度合いの均一性の高い、すなわち商品価値の高い農作物を生産することも可能となる。また、育成対象の成長に合わせて照射する光の光量密度分布や波長特性を変化させる実施形態を採用した場合、適切な育成環境の下、より高い品質を有する商品価値の高い農作物を生産することも可能となるのである。 If the variation in the degree of cultivation is suppressed, it is possible to produce agricultural products with a high degree of uniformity of cultivation, that is, a high commercial value. In addition, when an embodiment in which the light intensity density distribution and wavelength characteristics of the light to be irradiated are changed according to the growth of the growing target, a high quality agricultural product with high commercial value is produced under an appropriate growing environment. Is also possible.

なお、以上に述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。 It should be noted that all of the embodiments described above are exemplary and not limited to the present invention, and the present invention can be carried out in various other modifications and modifications. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

1 植物育成システム(生物育成システム)
10、10’ 照明装置
10a 装置基台
10av 基板凹部
10av1 第1の基台凹部
10av2 第2の基台凹部
10aw、10ww 壁面
10b 装置基板
10c 照明制御部
10d 光学デバイス
10d1 第1の光学デバイス
10d2 第2の光学デバイス
10g 育成照射範囲
10g1 第1の育成照射範囲
10g2 第2の育成照射範囲
10m 開閉機構部
10p レンズ駆動部(光学関係変更部)
10q ルーバ駆動部
10s 照射光遮蔽板
10t 透光板
10w ルーバ
10w1 第1のルーバ
10w2 第2のルーバ
10z レンズ(光学部)
101 LED光源
11、11’ 植物栽培槽(生物成長基台)
11b 生物成長範囲
1 Plant growing system (biological growing system)
10, 10'Lighting device 10a Device base 10av Board recess 10av1 First base recess 10av2 Second base recess 10aw, 10ww Wall surface 10b Device board 10c Lighting control unit 10d Optical device 10d1 First optical device 10d2 Second Optical device 10g Growth irradiation range 10g1 First growth irradiation range 10g2 Second growth irradiation range 10m Opening and closing mechanism part 10p Lens drive part (optical relation change part)
10q louver drive unit 10s irradiation light shielding plate 10t light transmitting plate 10w louver 10w1 first louver 10w2 second louver 10z lens (optical part)
101 LED light source 11, 11'Plant cultivation tank (biological growth base)
11b Biological growth range

Claims (10)

照明装置によって生物に光を照射し、当該生物を育成する生物育成システムであって、
当該生物の育成単位毎に、当該育成単位の成長する範囲である生物成長範囲が設定されており、複数の当該生物成長範囲が配列した生物成長基台を有し、
前記照明装置は、
当該生物成長範囲の直上となる領域毎に、当該領域内に配置された1つ以上の光源と、
当該光源から放射された光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、複数の微小レンズが配列しており、配光角の制御された光を分散させた上で育成対象へ向けて放射する微小レンズ配列部とを含むレンズを備えた1つ以上の光学デバイスと
を有し、
当該光学デバイスは、当該光源及当該レンズの光学的関係を変更可能な光学関係変更部であって、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物の成長に合わせて変更可能とする照射範囲変更手段としての光学関係変更部を更に備えており、
前記光学関係変更部は、当該光学的関係を変更することによって、当該光源から当該レンズを介して放射された、配光角の制御された且つ分散した光による当該育成照射範囲を変更可能とする
ことを特徴とする生物育成システム。
It is a biological growth system that irradiates a living thing with a lighting device and grows the living thing.
For each growth unit of the organism, a biological growth range, which is the growth range of the growth unit, is set, and has a biological growth base in which a plurality of the biological growth ranges are arranged.
The lighting device is
For each region directly above the biological growth range, one or more light sources arranged within the region and
A light distribution angle control lens unit that controls the light emitted from the light source to a predetermined light distribution angle and a plurality of minute lenses are arranged, and the light whose light distribution angle is controlled is dispersed and then trained. possess the one or more optical devices with a lens and a microlens array portion for radiating towards,
The optical device is an optical relationship changing unit that can change the optical relationship between the light source and the lens, and is an irradiation range in which the light intensity density or illuminance of light set as necessary for the growth of the organism is secured. It is further equipped with an optical-related changing unit as an irradiation range changing means that allows the growing irradiation range to be changed according to the growth of the organism.
By changing the optical relationship, the optical relationship changing unit makes it possible to change the growing irradiation range by the light having a controlled light distribution angle and dispersed light emitted from the light source through the lens. <br/> A biological breeding system characterized by this.
前記照明装置は、隣り合う当該育成単位の中間位置の直上となる領域以外の領域内にのみ、当該光源を配置していることを特徴とする請求項1に記載の生物育成システム。 The biological growth system according to claim 1, wherein the lighting device arranges the light source only in a region other than the region directly above the intermediate position of the adjacent breeding units. 前記照明装置は、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物成長範囲内に限定する照射範囲限定手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の生物育成システム。 The lighting device has an irradiation range limiting means for limiting a growing irradiation range, which is an irradiation range in which the light amount density or illuminance of light set as necessary for the growth of the organism is secured, within the growth range of the organism. The biological growth system according to claim 1 or 2 , characterized in that. 前記照明装置は、前記照射範囲限定手段として、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面を更に有することを特徴とする請求項に記載の生物育成システム。 The biological growth system according to claim 3 , wherein the lighting device further has a wall surface that limits the spread of light emitted from the light source as the irradiation range limiting means. 前記照明装置は、当該光源と、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面とを含む、前記照射範囲変更手段としての複数の組を更に有し、
前記複数の組は、当該光源の位置から当該壁面の下端までの高さについて、当該高さが互いに異なる少なくとも2つの種類に分類される
ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の生物育成システム。
The illuminating device further comprises a plurality of sets as the irradiation range changing means, including the light source and a wall surface that limits the spread of light emitted from the light source.
Any one of claims 1 to 4 , wherein the plurality of sets are classified into at least two types having different heights from the position of the light source to the lower end of the wall surface. The biological growth system described in.
前記照明装置は、当該光源から放射された光の広がりを制限する壁面と、当該光源の位置から当該壁面の下端までの高さを変更可能な、前記照射範囲変更手段としての壁面高変更部とを更に有することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の生物育成システム。 The lighting device includes a wall surface that limits the spread of light radiated from the light source, and a wall surface height changing portion as the irradiation range changing means that can change the height from the position of the light source to the lower end of the wall surface. The biological growth system according to any one of claims 1 to 5 , further comprising. 前記照明装置は、前記照射範囲変更手段として、
当該生物成長範囲の直上となる当該領域毎に、当該領域内に分布するように配置された複数の光源と、
前記複数の光源に供給する電力を制御することによって、該複数の光源から放射された光による当該育成照射範囲を変更可能とする照明制御手段と
を更に有することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の生物育成システム。
The lighting device is used as the irradiation range changing means.
A plurality of light sources arranged so as to be distributed in the region for each region directly above the biological growth range, and
Claims 1 to 6 further include, by controlling the electric power supplied to the plurality of light sources, an illumination control means capable of changing the growing irradiation range by the light emitted from the plurality of light sources. The biological growth system according to any one of the above.
当該光学デバイスは、複数備えられていて、当該光学デバイスから放射された光の光量密度又は照度の分布について、当該分布が互いに異なる少なくとも2つの種類に分類されることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の生物育成システム。 A plurality of the optical devices are provided, and the distribution of the light intensity density or the illuminance of the light emitted from the optical device is classified into at least two types having different distributions from each other, according to claim 1. The biological growth system according to any one of 7 . 前記照明装置は、放射する光の波長特性が互いに異なる複数の当該光源を、当該生物成長範囲の直上となる領域内に配置していることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の生物育成システム。 The lighting device is any one of claims 1 to 8 , wherein a plurality of the light sources having different wavelength characteristics of the emitted light are arranged in a region directly above the biological growth range. The biological growth system described in. 生物の育成単位毎に当該育成単位の成長する範囲である生物成長範囲が設定されていて複数の当該生物成長範囲が配列した生物成長基台を、放射した光によって照明可能な生物育成用照明装置であって、
当該生物成長範囲の直上となる領域毎に、当該領域内となるように配置された1つ以上の光源と、
当該光源から放射された光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、複数の微小レンズが配列しており、配光角の制御された光を分散させた上で育成対象へ向けて放射する微小レンズ配列部とを含むレンズを備えた1つ以上の光学デバイスと
を有し、
当該光学デバイスは、当該光源及当該レンズの光学的関係を変更可能な光学関係変更部であって、当該生物の成長に必要であるとして設定された光の光量密度又は照度が確保された照射範囲である育成照射範囲を、当該生物の成長に合わせて変更可能とする照射範囲変更手段としての光学関係変更部を更に備えており、
前記光学関係変更部は、当該光学的関係を変更することによって、当該光源から当該レンズを介して放射された、配光角の制御された且つ分散した光による当該育成照射範囲を変更可能とする
ことを特徴とする生物育成用照明装置。
A living organism growth lighting device in which a biological growth range, which is a growth range of the growing unit, is set for each growing unit of an organism, and a biological growth base in which a plurality of the biological growth ranges are arranged can be illuminated by emitted light. And
For each region directly above the biological growth range, one or more light sources arranged so as to be within the region,
A light distribution angle control lens unit that controls the light emitted from the light source to a predetermined light distribution angle and a plurality of minute lenses are arranged, and the light whose light distribution angle is controlled is dispersed and then trained. It has one or more optical devices with a lens that includes a microlens array that radiates towards.
The optical device is an optical relationship changing unit that can change the optical relationship between the light source and the lens, and is an irradiation range in which the light intensity density or illuminance of light set as necessary for the growth of the organism is secured. It is further equipped with an optical-related changing unit as an irradiation range changing means that enables the growing irradiation range to be changed according to the growth of the organism.
By changing the optical relationship, the optical relationship changing unit makes it possible to change the growing irradiation range by the light having a controlled light distribution angle and dispersed light radiated from the light source through the lens. A lighting device for growing organisms, which is characterized by this.
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