特許 6810312 生物成長範囲に合わせた照明の可能な生物育成システム及び生物育成用照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6810312

(24)【登録日】2020年12月15日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】生物成長範囲に合わせた照明の可能な生物育成システム及び生物育成用照明装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20201221BHJP

【ＦＩ】

   A01G7/00 601A

【請求項の数】10

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-1049(P2016-1049)

(22)【出願日】2016年1月6日

(65)【公開番号】特開2017-121197(P2017-121197A)

(43)【公開日】2017年7月13日

【審査請求日】2018年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】508243145

【氏名又は名称】マイクロコントロールシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141313

【弁理士】

【氏名又は名称】辰巳 富彦

(72)【発明者】

【氏名】田上 勝通

(72)【発明者】

【氏名】羽柴 壮一

(72)【発明者】

【氏名】依田 文博

【審査官】 大谷 純

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７９３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１３９１９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−１２５４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２１０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１３１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００５４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２２８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２３０１０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｇ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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３に記載の生物育成システム。

【請求項5】

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４のいずれか１項に記載の生物育成システム。

【請求項6】

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５のいずれか１項に記載の生物育成システム。

【請求項7】

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６のいずれか１項に記載の生物育成システム。

【請求項8】

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７のいずれか１項に記載の生物育成システム。

【請求項9】

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８のいずれか１項に記載の生物育成システム。

【請求項10】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−１１９６６０号公報

【特許文献2】特開２０１５−１３３９３９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【課題を解決するための手段】

【0014】

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る
ことを特徴とする生物育成システムが提供される。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【発明の効果】

【0029】

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。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

［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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

［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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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^２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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

［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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

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。

【符号の説明】

【0126】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】