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植物栽培システム及び植物栽培方法
説明

植物栽培システム及び植物栽培方法

【課題】エネルギーの利用効率が高めることができ、かつ植物の成長を制御可能な植物栽培システム及び植物栽培方法を提供すること。
【解決手段】植物栽培システム1は、内外を仕切るホトニック結晶フィルム2Aを含む植物栽培ハウス1Aと、植物栽培ハウス1Aの内部に設けられた波長λ1の光を発光する人工光源3Aと、人工光源3Aの発光を制御する発光制御装置4Aと、植物栽培ハウス1Aの内部に設けられた電照菊を栽培する栽培施設5Aとを有する。人工光源3Aから照射される光のほとんどは、電照菊により吸収されることなく、ホトニック結晶フィルム2Aに照射されるが、ホトニック結晶フィルム2Aは、波長λ1の光を反射する性質を持つため、人工光源3Aから照射された光は、植物栽培ハウス1Aの外にほとんど漏れることなく、植物栽培ハウス1A内の電照菊に照射されることになる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光による植物栽培システム及び植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、太陽光や人工光源を反射するフィルムを用いて、反射光を植物に照射することで植物の成長を制御する方法が知られている。例えば、特許文献1では、特定の波長域の反射光を植物に照射することによって植物の成長を制御可能な植物成長制御用フィルムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−20439号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、反射光が植物に良く当るように、植物の下の土壌表面を植物成長制御用フィルムで被覆する方法が示されている。しかしながら、植物の生育用として太陽光と人工光源を併用する場合が考慮されておらず、その場合のエネルギーの利用効率が悪いという問題がある。
【0005】
そこで、本発明は上記課題の解決のためになされたものであり、エネルギーの利用効率が高めることができ、かつ植物の成長を制御可能な植物栽培システム及び植物栽培方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の植物栽培システムは、内外を仕切る仕切り部材を含む植物栽培ハウスと、植物栽培ハウスの内部に設けられた所定の波長帯の光を発光する人工光源と、人工光源の発光を制御する発光制御装置とを有する植物栽培システムにおいて、仕切り部材が、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源から発光される所定の波長帯の光を反射するように構成されている。
【0007】
このような植物栽培システムによれば、太陽光は植物栽培ハウスの内外を仕切る仕切り部材を透過し、植物栽培ハウス内に照射される。さらに、発光制御装置によって発光が制御される、植物栽培ハウスの内部に設けられた人工光源から照射された光のうち、仕切り部材に向かって照射された光は、仕切り部材で反射され、植物栽培ハウス内に閉じ込められる。これにより、植物栽培ハウス内で栽培される植物には太陽光及び人工光源から発光される光が効率よく照射されることにより、エネルギーの利用効率が高められると共に、植物の成長を制御可能な植物栽培が実現される。
【0008】
また、人工光源は、複数の所定の波長帯の光を発光し、仕切り部材は、人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を反射することが好適である。この場合、人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光のうち、仕切り部材に向かって照射される複数の所定の波長帯の光は仕切り部材で反射されるため、人工光源から照射された複数の所定の波長帯の光は植物栽培ハウス内に閉じ込められる。その結果、植物の成長を制御する上で必要な複数の所定の波長帯の光を人工光源から発光することで、植物栽培ハウス内で栽培される植物に対し、植物の成長を制御する上で必要な複数の所定の波長帯の光が効率よく照射され、エネルギーの利用効率がさらに高められる。
【0009】
また、仕切り部材は、人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を構成する各所定の波長帯の光を反射する部材を重ね合わせたものであることも好適である。この場合、所定の波長帯の光を反射する部材を重ね合わせることで、それら複数の所定の波長帯の光を反射する仕切り部材を構成することができ、人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を反射する仕切り部材を簡易かつ低コストで用意することができる。
【0010】
また、仕切り部材は、ホトニック結晶を含む部材であることも好適である。この場合、人工光源から発光される所定の波長帯の光を反射する仕切り部材として、ホトニック結晶を含む部材を利用することができる。
【0011】
また、仕切り部材において、ホトニック結晶は光を透過する透明基板上に積層されていることも好適である。また、仕切り部材において、ホトニック結晶は光を透過する透明物質で覆われていることも好適である。この場合、仕切り部材を傷や農薬などの薬品から保護することが可能となり、仕切り部材の耐久性を向上させることができる。
【0012】
また、人工光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることも好適である。この場合、人工光源として、発光ダイオード又はレーザーダイオードを利用することができる。
【0013】
また、本発明の植物栽培方法は、上述の植物栽培システムを用いて植物を栽培する植物栽培方法である。このような植物栽培方法によれば、太陽光は植物栽培ハウスの内外を仕切る仕切り部材を透過し、植物栽培ハウス内に照射される。さらに、発光制御装置によって発光が制御される、植物栽培ハウスの内部に設けられた人工光源から照射された光のうち、仕切り部材に向かって照射された光は仕切り部材で反射され、人工光源から照射された光は植物栽培ハウス内に閉じ込められる。これにより、植物栽培ハウス内で栽培される植物には太陽光及び人工光源から発光される光が効率よく照射されることにより、エネルギーの利用効率が高められると共に、植物の成長を制御可能な植物栽培方法が実現される。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、エネルギーの利用効率が高めることができ、かつ植物の成長を制御可能な植物栽培システム及び植物栽培方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施例1に係わる植物栽培システムの構成図である。
【図2】本発明の実施例2に係わる植物栽培システムの構成図である。
【図3】図2の仕切り部材の構成図である。
【図4】本発明の実施例3に係わる植物栽培システムの構成図である。
【図5】図4の仕切り部材の構成図である。
【図6】本発明の実施例4に係わる植物栽培システムの構成図である。
【図7】図6の仕切り部材の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しつつ本発明に係わる植物栽培システム及び植物栽培方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【実施例1】
【0017】
図1は、本発明の実施例1に係わる植物栽培システム1の構成図である。植物栽培システム1は、電照菊を栽培するシステムである。電照菊とは、日照時間が短くなると開花するという短日性植物である菊の性質を利用し、人工的に日照時間を延ばして開花時期を調整する栽培方法で栽培された菊である。植物栽培システム1は、図1に示すとおり、内外を仕切るホトニック結晶フィルム2A(仕切り部材)を含む植物栽培ハウス1A(植物栽培ハウス)と、植物栽培ハウス1Aの内部に設けられた波長λ1の光を発光する人工光源3A(人工光源)と、人工光源3Aの発光を制御する発光制御装置4A(発光制御装置)と、植物栽培ハウス1Aの内部に設けられた電照菊を栽培する土壌及び土壌に栽培されている電照菊などからなる栽培施設5Aとを有する。
【0018】
ホトニック結晶フィルム2Aは、ホトニック結晶を含むフィルムである。ホトニック結晶とは、異なる屈折率をもつ物質を光の波長程度の大きさのユニットで周期的に配列した構造体のことである。この周期構造によって、特定の波長の光を完全に遮断するバンドギャップ(ホトニックバンドギャップ)が発生し、特定の光をその結晶構造に応じて制御できるようになる。ホトニック結晶は、特定の光の透過を遮断したり透過させたりすることが制御可能であるため、電磁波の反射・透過性能を制御できる素子(鏡など)を構築することが可能となる。
【0019】
ホトニック結晶フィルム2Aは、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源3Aから発光される波長λ1の光を反射するように構成されている。なお、ホトニック結晶フィルム2Aは、波長λ1の光に対して高い反射率をもっているだけではなく、波長λ1以外の波長の光に対しては低い反射率をもっており、かつ波長λ1以外の波長の光に対して高い透過率をもっている。また、ホトニック結晶フィルム2Aは、植物栽培ハウス1Aを密封するように、地面と接する底面及び天井を含む側面に張られている。なお、例えば地面と接する底面など、植物栽培ハウス1Aの一部にホトニック結晶フィルム2Aが張られていなくてもよい。尚、波長λ1の一例としては、625nmである。
【0020】
人工光源3Aは、植物栽培ハウス1A内の支柱などにより固定されている。人工光源3Aは、電照菊の開花時期を遅らせる波長λ1の光を発光する発光ダイオードである。なお、人工光源3Aは、発光ダイオードよりもスペクトル線幅が狭いレーザーダイオードであってもよい。
【0021】
発光制御装置4Aは、人工光源3Aの照射量やタイミングを内蔵するタイマーや照度計からの信号によって制御する装置である。なお、図1に不図示の照度計は植物栽培ハウス1Aの内と外との両方の照度を計ることができる。発光制御装置4Aは、人工光源3Aの発光を制御できるように、電気コード等を通じて人工光源3Aと接続されている。図1では、発光制御装置4Aは植物栽培ハウス1Aの外に設置されているが、植物栽培ハウス1Aの中に設置してもよい。
【0022】
実施例1の植物栽培システム1において、昼間、日照が確保されている時間帯においては、広いスペクトルを有する太陽光が、ホトニック結晶フィルム2Aを透過し、植物栽培ハウス1A内に照射される。植物栽培ハウス1A内に照射された太陽光により、栽培施設5Aに栽培されている電照菊の生育が行われる。一方、夜間になると植物栽培ハウス1A内の照度が落ち、照度計からの信号によって植物栽培ハウス1A内の照度が落ちたことを感知した発光制御装置4Aが、人工光源3Aを発光させる。
【0023】
電照菊は、人工光源3Aによって発光された波長λ1の光を感じ、開花時期を遅らせる。この際、人工光源3Aから照射される光のほとんどは、電照菊により吸収されることなく、ホトニック結晶フィルム2Aに照射される。例えば、従来のビニルハウスにおいては、この光はビニルを透過してしまい、ビニルハウスの外へ散逸してしまう。本実施例1においては、ホトニック結晶フィルム2Aは波長λ1の光を反射する性質を持つため、人工光源3Aから照射された光は、植物栽培ハウス1Aの外にほとんど漏れることなく、ホトニック結晶フィルム2Aにより反射され、植物栽培ハウス1A内の電照菊に照射されることになる。
【0024】
すなわち、本実施例1において、電照菊の開花を調整するために消費する人工光源3Aのエネルギーの利用効率が極めて良い。また、エネルギーの利用効率が良いために、結果的にエネルギーの消費量を抑えることができ、より経済的で、より自然環境にやさしい電照菊の栽培が可能となる。さらに、人工光源3Aから照射された光は植物栽培ハウス1Aの外にほとんど漏れることがないため、夜間の人工光が起因する環境の劣化などの光害を防ぐこともできる。
【0025】
一般に、限られた敷地内で複数の植物栽培ハウスにより多種多様な植物の栽培が行われていると、ある植物栽培ハウスで利用されている照明が、別の植物栽培ハウス内の植物に照射され、悪影響を及ぼす可能性がある。本実施例1では、人工光源3Aから照射された光は植物栽培ハウス1Aの外にほとんど漏れることがないため、別の植物栽培ハウス1A内の植物に悪影響を及ぼすことはない。つまり、限られた敷地内で複数の植物栽培ハウス1Aにより多種多様な植物を最適な光環境条件で生育することができ、敷地の利用効率が高い栽培が可能となる。
【0026】
なお、本実施例1では電照菊の開花時期を調整する植物栽培システム1を例示したが、本発明はこれに限るものではない。植物の生育を促進する光を利用する植物栽培システムや、野菜などの味の改質を促す光を利用する植物栽培システムなどにも適用できる。
【実施例2】
【0027】
図2は、本発明の実施例2に係わる植物栽培システム2の構成図である。植物栽培システム2は、電照菊を栽培するシステムであり、図2に示すとおり、内外を仕切る仕切り部材2Bを含む植物栽培ハウス1Bと、植物栽培ハウス1Bの内部に設けられた波長λ1の光を発光する人工光源3Aと、人工光源3Aの発光を制御する発光制御装置4Aと、植物栽培ハウス1Bの内部に設けられた電照菊を栽培する土壌及び土壌に栽培されている電照菊などからなる栽培施設5Aとを有する。
【0028】
図3に示すように、仕切り部材2Bは、光を透過する透明基板であるガラス3Bとホトニック結晶フィルム2Aとから構成されている。すなわち、仕切り部材2Bは、ガラス3B上にホトニック結晶フィルム2Aが積層されて構成されている。なお、植物栽培ハウス1Bの内側がホトニック結晶フィルム2Aであり、外側がガラス3Bであってもよいし、その逆でもよい。
【0029】
ガラス3Bは太陽光及び人工光源3Aが発光する光を透過する。つまり、仕切り部材2Bは、ホトニック結晶フィルム2A単体での特徴と同じく、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源3Aから発光される波長λ1の光を反射するように構成されている。よって、実施例2の植物栽培システム2において、実施例1の植物栽培システム1と同一の作用効果が得られる。さらに、実施例2の植物栽培システム2において、仕切り部材2Bは、ガラス3B上にホトニック結晶フィルム2Aが積層されていることから、ホトニック結晶フィルム2Aを傷や農薬などの薬品から保護することが可能となり、ホトニック結晶フィルム2Aの耐久性を向上させることができる。
【実施例3】
【0030】
図4は、本発明の実施例3に係わる植物栽培システム3の構成図である。植物栽培システム3は、電照菊を栽培するシステムであり、図4に示すとおり、内外を仕切る仕切り部材2Cを含む植物栽培ハウス1Cと、植物栽培ハウス1Cの内部に設けられた波長λ1の光を発光する人工光源3Aと、人工光源3Aの発光を制御する発光制御装置4Aと、植物栽培ハウス1Cの内部に設けられた電照菊を栽培する土壌及び土壌に栽培されている電照菊などからなる栽培施設5Aとを有する。
【0031】
図5に示すように、仕切り部材2Cは、光を透過する透明基板であるガラス3Bと、ホトニック結晶フィルム2Aと、光を透過する透明物質である膜3Cとから構成されている。すなわち、仕切り部材2Cは、ガラス3B上にホトニック結晶フィルム2Aが積層され、さらにホトニック結晶フィルム2Aは膜3Cで覆われて構成されている。なお、植物栽培ハウス1Cの内側が膜3Cであり、外側がガラス3Bであってもよいし、その逆でもよい。
【0032】
ガラス3B及び膜3Cは太陽光及び人工光源3Aが発光する光を透過する。つまり、仕切り部材2Cは、ホトニック結晶フィルム2A単体での特徴と同じく、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源3Aから発光される波長λ1の光を反射するように構成されている。よって、実施例3の植物栽培システム3において、実施例1の植物栽培システム1と同一の作用効果が得られる。さらに、実施例3の植物栽培システム3において、仕切り部材2Cは、ガラス3B上にホトニック結晶フィルム2Aが積層され、さらにホトニック結晶フィルム2Aは膜3Cで覆われていることから、ホトニック結晶フィルム2Aを傷や農薬などの薬品から保護することが可能となり、ホトニック結晶フィルム2Aの耐久性を向上させることができる。
【実施例4】
【0033】
図6は、本発明の実施例4に係わる植物栽培システム4の構成図である。植物栽培システム4は、レタスを栽培するシステムであり、図6に示すとおり、内外を仕切る仕切り部材2Dを含む植物栽培ハウス1Dと、植物栽培ハウス1Dの内部に設けられた波長λ2の青色の光を発光する人工光源3D及び波長λ3の赤色の光を発光する人工光源4Dと、人工光源3D及び人工光源4Dの発光を制御する発光制御装置4Aと、植物栽培ハウス1Dの内部に設けられたレタスを栽培する土壌及び土壌に栽培されているレタスなどからなる栽培施設5Dとを有する。波長λ2、波長λ3の一例としては、λ2が468nm、λ3が625nmでそれぞれ、茎・葉の生育促進と、光合成の促進という役目を負っている。
【0034】
図7に示すように、仕切り部材2Dは、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源3Dから発光される波長λ2の光を反射するように構成されているホトニック結晶フィルム6Dと、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ人工光源4Dから発光される波長λ3の光を反射するように構成されているホトニック結晶フィルム7Dとを積層あるいは重ね合わせたものである。例えば、仕切り部材2Dは、ホトニック結晶フィルム6Dとホトニック結晶フィルム7Dとが貼り合わされて構成されている。なお、植物栽培ハウス1Dの内側がホトニック結晶フィルム6Dであり、外側がホトニック結晶フィルム7Dであってもよいし、その逆でもよい。なお、ホトニック結晶フィルム6Dは、波長λ2の光に対して高い反射率をもっているだけではなく、波長λ2以外の波長の光に対しては低い反射率をもっており、かつ波長λ2以外の波長の光に対して高い透過率をもっている。一方、ホトニック結晶フィルム7Dは、波長λ3の光に対して高い反射率をもっているだけではなく、波長λ3以外の波長の光に対しては低い反射率をもっており、かつ波長λ3以外の波長の光に対して高い透過率をもっている。
【0035】
ホトニック結晶フィルム6Dとホトニック結晶フィルム7Dとを積層あるいは重ね合わせた仕切り部材2Dは、人工光源3Dから発光される波長λ2の光及び工光源4Dから発光される波長λ3の光を反射する。このように、波長λ2の光を反射する部材と波長λ3の光を反射する部材とを重ね合わせることで、波長λ2の光及び波長λ3の光を反射する仕切り部材2Dを構成することができ、人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を反射する仕切り部材を簡易かつ低コストで用意することができる。
【0036】
人工光源3Dが発光する波長λ2の青色の光は、栽培施設5Dで栽培されるレタスの葉の形成を促す働きがある。また、人工光源4Dが発光する波長λ3の赤色の光は、栽培施設5Dで栽培されるレタスの光合成を促す働きがある。
【0037】
実施例4の植物栽培システム4において、昼間、日照が確保されている時間帯においては、太陽光が仕切り部材2Dを透過し、植物栽培ハウス1D内に照射される。植物栽培ハウス1D内に照射された太陽光により、栽培施設5Dに栽培されているレタスの生育が行われる。一方、夜間になると植物栽培ハウス1D内の照度が落ち、照度計からの信号によって植物栽培ハウス1D内の照度が落ちたことを感知した発光制御装置4Aが、人工光源3D及び人工光源4Dを発光させる。
【0038】
この際、人工光源3Dから照射される青色の光と人工光源4Dから照射される赤色の光とは栽培施設5Dに栽培されているレタスの葉に照射されるだけでなく、仕切り部材2Dにも照射される。例えば、従来のビニルハウスにおいては、この光はビニルを透過してしまい、ビニルハウスの外へ散逸してしまう。本実施例4においては、仕切り部材2Dは波長λ2の光及び波長λ3の光を反射する性質を持つため、人工光源3D及び人工光源4Dから照射された光は、植物栽培ハウス1Dの外にほとんど漏れることなく、仕切り部材2Dにより反射され、植物栽培ハウス1D内のレタスに照射されることになる。
【0039】
すなわち、本実施例4において、レタスの栽培のために消費する人工光源3D及び人工光源4Dのエネルギーの利用効率が極めて良い。また、エネルギーの利用効率が良いために、結果的にエネルギーの消費量を抑えることができ、より経済的で、より自然環境にやさしいレタスの栽培が可能となる。さらに、人工光源3D及び人工光源4Dから照射された光は植物栽培ハウス1Dの外にほとんど漏れることがないため、夜間の人工光が起因する環境の劣化などの光害を防ぐこともできる。
【0040】
なお、本実施例4では青色と赤色の2種類の光を反射する例を示したが、更に様々な効果を持つ波長の光を追加してもよい。また、本実施例4では、人工光源3Dが波長λ2の青色の光を発光し、人工光源4Dが波長λ3の赤色の光を発光するとしたが、同一の人工光源が複数の波長の光を発光してもよい。例えば、人工光源3Dが波長λ2の青色の光及び波長λ3の赤色の光を発光し、人工光源4Dも波長λ2の青色の光及び波長λ3の赤色の光を発光する。
【符号の説明】
【0041】
1…植物栽培システム、1A…植物栽培ハウス、2A…ホトニック結晶フィルム、3A…人工光源、4A…発光制御装置、5A…栽培施設、2…植物栽培システム、1B…植物栽培ハウス、2B…仕切り部材、3B…ガラス、3…植物栽培システム、1C…植物栽培ハウス、2C…仕切り部材、3C…膜、4…植物栽培システム、1D…植物栽培ハウス、2D…仕切り部材、3D…人工光源、4D…人工光源、5D…栽培施設、6D…ホトニック結晶フィルム、7D…ホトニック結晶フィルム。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内外を仕切る仕切り部材を含む植物栽培ハウスと、前記植物栽培ハウスの内部に設けられた所定の波長帯の光を発光する人工光源と、前記人工光源の発光を制御する発光制御装置とを有する植物栽培システムにおいて、
前記仕切り部材が、太陽光に対応する波長帯の光を透過し、かつ前記人工光源から発光される所定の波長帯の光を反射するように構成されていることを特徴とする前記植物栽培システム。
【請求項2】
前記人工光源は、複数の所定の波長帯の光を発光し、
前記仕切り部材は、前記人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を反射することを特徴とする請求項1記載の植物栽培システム。
【請求項3】
前記仕切り部材は、前記人工光源から発光される複数の所定の波長帯の光を構成する各所定の波長帯の光を反射する部材を重ね合わせたものであることを特徴とする請求項2記載の植物栽培システム。
【請求項4】
前記仕切り部材は、ホトニック結晶を含む部材であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項記載の植物栽培システム。
【請求項5】
前記仕切り部材において、前記ホトニック結晶は光を透過する透明基板上に積層されていることを特徴とする請求項4記載の植物栽培システム。
【請求項6】
前記仕切り部材において、前記ホトニック結晶は光を透過する透明物質で覆われていることを特徴とする請求項4又は5記載の植物栽培システム。
【請求項7】
前記人工光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする請求項1〜6記載の植物栽培システム。
【請求項8】
請求項1〜7の何れか一項記載の植物栽培システムを用いて植物を栽培する植物栽培方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−217635(P2011−217635A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−88016(P2010−88016)
【出願日】平成22年4月6日(2010.4.6)
【出願人】(000236436)浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Fターム(参考)】