特許 7520658 光照射装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】光照射装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20240716BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 601C

A01G7/00 603

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020157481

(22)【出願日】2020-09-18

(65)【公開番号】P2022051157

(43)【公開日】2022-03-31

【審査請求日】2023-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小島 倫直

(72)【発明者】

【氏名】川島 哲文

(72)【発明者】

【氏名】水谷 敦司

【審査官】大澤 元成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１５７３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３１２０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０６４４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ２／００－ ２／３８

Ａ０１Ｇ ５／００－ ７／０６

Ａ０１Ｇ ９／２８

Ａ０１Ｇ １７／００－１７／０２

Ａ０１Ｇ １７／１８

Ａ０１Ｇ ２０／００－２２／６７

Ａ０１Ｇ ２４／００－２４／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

栽培棚の栽培領域の一部の領域に光を照射する、移動可能な第１照射部と、
前記栽培棚の栽培領域の全部の領域に光を照射する、固定された第２照射部と、
前記第１照射部を移動させる制御を行う制御部と、
前記栽培領域に前記光の照射対象とする植物体を配置した状態で、当該植物体の生育過程における当該植物体の少なくとも一部を含む領域を撮影する撮影部と、
を備え、
前記制御部は、前記撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、前記光が前記植物体の少なくとも一部に照射されるように前記第１照射部を移動させる制御を行い、かつ、前記植物体の少なくとも一部に対し、当該植物体に応じた光量の光を照射するように前記第１照射部を制御するにあたり、
前記撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、前記植物体の少なくとも一部の位置及び面積を含む形態を特定し、
特定した形態を用いて、前記第１照射部により複数種類の強度の光を照射した場合の前記植物体の少なくとも一部の各強度の光における受光量を予測し、
予測した受光量を用いて、前記植物体内で生成される植物由来有用成分の生成量を推定し、
推定した生成量を用いて、前記光量を決定する、
光照射装置。

【請求項2】

前記第１照射部は、光合成のための光の波長帯域を除く波長帯域の光を照射し、
前記第２照射部は、光合成のための光の波長帯域の光を照射する、
請求項１に記載の光照射装置。

【請求項3】

前記第１照射部は、前記栽培棚の栽培領域の上方において、当該栽培領域の一端部側と他端部側との間で移動可能とされている、
請求項１又は請求項２に記載の光照射装置。

【請求項4】

前記第１照射部から照射する光の波長帯域は、当該光の強度分布において単一のピークを有する、
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の光照射装置。

【請求項5】

前記第１照射部における光源は、発光ダイオードである、
請求項４に記載の光照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、植物の生育に寄与することができる技術として、以下に示す技術があった。

【0003】

即ち、特許文献１には、植物栽培用の照明を備えた植物栽培システムが開示されている。この植物栽培システムは、前記照明の移動手段と、植物の高さを検知する植物高検知手段と、前記植物高検知手段の検知結果により該照明と該植物との距離が一定になるように前記移動手段を制御する照明位置制御手段と、を備えている。また、この植物栽培システムは、前記照明の照射条件を記憶する照射条件記憶手段と、前記照射条件記憶部に記憶された照射条件で該照明を制御する照明制御手段と、を備えている。

【0004】

また、特許文献２には、栽培床の上に照明灯を設置する植物栽培の照明装置が開示されている。この照明装置は、照明灯を支持する複数の支持部材と、前記支持部材を横に並列した状態で並び方向に移動可能に支持する略水平のガイドレールと、を備えている。

【0005】

また、特許文献３には、密閉型栽培工場内に設置され、植物やきのこ類などの栽培物を多数載置して栽培する多段式ラックに使用する植物栽培用人工光源が開示されている。この植物栽培用人工光源は、栽培物と対向し多段式ラックの段板下部にそれぞれ設けられる照明器具と、該照明器具を前記多段式ラックの長手方向に移動可能に保持するレールとからなる。また、この植物栽培用人工光源は、前記照明器具が所定の波長光を照射する光源を複数配置した矩形パネルであり、且つ該パネルが前記多段式ラックの各段板と略同幅と半分の長さに形成され、所定の時間毎に前記レールを介して移動して照射位置を変更する。

【0006】

更に、特許文献４には、植物を定植する培地が複数載置される定植パネルを複数段に収納する栽培棚、を備えた植物栽培装置が開示されている。この植物栽培装置は、前記定植パネルの上方に配置されて該定植パネルに定植された植物を上方から撮影するように構成されたカメラ部と、該カメラ部からの前記植物の画像を処理することにより該植物の生育幅を解析する生育幅解析部と、を備えている。また、この植物栽培装置は、前記植物の生育高さを検知する高さセンサ部と、前記定植パネルに定植された植物に光を照射する照明装置と、該照明装置を制御して前記植物に照射される光の量を調整する照明制御部と、を備えている。

【0007】

この植物栽培装置は、前記照明制御部が、前記植物の生育幅が所定の閾値を超えていないことを前記生育幅解析部の解析結果が示し、かつ、該植物の生育高さが所定の閾値を超えていないことを前記高さセンサ部が示している場合には、前記生育幅解析部による解析結果、及び／又は前記高さセンサ部による検知結果に基づいて前記植物に照射される光の量を調整する。そして、この植物栽培装置は、前記植物の生育幅が所定の閾値を超えていることを前記生育幅解析部の解析結果が示し、かつ、該植物の生育高さが所定の閾値を超えていることを前記高さセンサ部が示している場合には、前記生育幅解析部による解析結果や前記高さセンサ部による検知結果にかかわらず、前記植物に照射される光の量を所定量に減少させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１３－１５３６９１号公報

【文献】特開２００９－１０６２０８号公報

【文献】特開２０１１－２４４７４０号公報

【文献】国際公開２０１７／１３１２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、植物は特定波長帯域の光を受けることで、遺伝子発現を促進して対応成分が生成されることや、植物体内に蓄積された成分の二重結合や修飾部位が変成すること等により、植物体内の含有成分量をコントロールすることができることが明らかになってきた。

【0010】

そして、これらの特性を生かして、植物の栽培の段階で特定波長帯域の光を照射し、産業での利用が可能な植物由来有用成分を増産する取り組みが活発化してきている。

【0011】

なお、ここでいう特定波長帯域の光とは、一般的な植物生育に利用される光合成波長帯域（４００～５００ｎｍ、６００～７００ｎｍ）以外の波長帯にある１０～１００ｎｍ帯域幅の単独、若しくは複数の光を表す。即ち、植物にはクロロフィル（葉緑素）と呼ばれる物質が組み込まれており、この物質を介して光エネルギーの授受を行う。このクロロフィルには２種類あり、一例として図１３に示すように、各々４００～５００ｎｍの青色光と６００～７００ｎｍの赤色光を吸収することが知られており、これらの波長帯域が光合成波長帯域となる。そして、上記特定波長帯域は、当該光合成波長帯域を除く波長帯域（一例として、２００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内の波長帯域であり、紫外線～近赤外線の領域）とされている。

【0012】

しかしながら、特許文献１～特許文献４の各文献に記載の技術では、光合成波長帯域の光については考慮されているものの、上記特定波長帯域の光については何ら考慮されていないため、何れの技術においても、必ずしも植物由来有用成分を効果的に生産することができるとは限らない、という問題点があった。

【0013】

本開示は、以上の事情を鑑みて成されたものであり、植物由来有用成分を効果的に生産することができる光照射装置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】

請求項１に記載の本発明に係る光照射装置は、栽培棚の栽培領域の一部の領域に光を照射する、移動可能な第１照射部と、前記栽培棚の栽培領域の全部の領域に光を照射する、固定された第２照射部と、前記第１照射部を移動させる制御を行う制御部と、前記栽培領域に前記光の照射対象とする植物体を配置した状態で、当該植物体の生育過程における当該植物体の少なくとも一部を含む領域を撮影する撮影部と、を備え、前記制御部は、前記撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、前記光が前記植物体の少なくとも一部に照射されるように前記第１照射部を移動させる制御を行い、かつ、前記植物体の少なくとも一部に対し、当該植物体に応じた光量の光を照射するように前記第１照射部を制御するにあたり、前記撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、前記植物体の少なくとも一部の位置及び面積を含む形態を特定し、特定した形態を用いて、前記第１照射部により複数種類の強度の光を照射した場合の前記植物体の少なくとも一部の各強度の光における受光量を予測し、予測した受光量を用いて、前記植物体内で生成される植物由来有用成分の生成量を推定し、推定した生成量を用いて、前記光量を決定する。

【0015】

請求項１に記載の本発明に係る光照射装置によれば、栽培棚の栽培領域の一部の領域に光を照射する、移動可能な第１照射部と、栽培棚の栽培領域の全部の領域に光を照射する、固定された第２照射部と、を備えることで、植物由来有用成分の生産に寄与することのできる光を第１照射部及び第２照射部の何れか一方で照射し、光合成に寄与することのできる光を第１照射部及び第２照射部の他方で照射することにより、植物由来有用成分を効果的に生産することができる。
また、請求項１に記載の本発明に係る光照射装置によれば、栽培領域に光の照射対象とする植物体を配置した状態で、当該植物体の生育過程における当該植物体の少なくとも一部を含む領域を撮影する撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、光が植物体の少なくとも一部に照射されるように第１照射部を移動させる制御を行うことで、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。
また、請求項１に記載の本発明に係る光照射装置によれば、植物体の少なくとも一部に対し、当該植物体に応じた光量の光を照射するように第１照射部を制御することで、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。
更に、請求項１に記載の本発明に係る光照射装置によれば、撮影部による撮影によって得られた画像を用いて、植物体の少なくとも一部の位置及び面積を含む形態を特定し、特定した形態を用いて、第１照射部により複数種類の強度の光を照射した場合の植物体の少なくとも一部の各強度の光における受光量を予測し、予測した受光量を用いて、植物体内で生成される植物由来有用成分の生成量を推定し、推定した生成量を用いて、上記光量を決定することで、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0016】

請求項２に記載の本発明に係る光照射装置は、請求項１に記載の光照射装置であって、前記第１照射部は、光合成のための光の波長帯域を除く波長帯域の光を照射し、前記第２照射部は、光合成のための光の波長帯域の光を照射する。

【0017】

請求項２に記載の本発明に係る光照射装置によれば、第１照射部によって光合成のための光の波長帯域を除く波長帯域の光を照射し、第２照射部によって光合成のための光の波長帯域の光を照射することで、生育対象とする植物体の成長に応じた当該植物体の位置に植物由来有用成分の生産に寄与することのできる光を照射することができる結果、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0018】

請求項３に記載の本発明に係る光照射装置は、請求項１又は請求項２に記載の光照射装置であって、前記第１照射部は、前記栽培棚の栽培領域の上方において、当該栽培領域の一端部側と他端部側との間で移動可能とされている。

【0019】

請求項３に記載の本発明に係る光照射装置によれば、第１照射部を、栽培棚の栽培領域の上方において、当該栽培領域の一端部側と他端部側との間で移動可能とすることで、第１照射部を栽培棚の側方に設ける場合に比較して、生育対象とする植物体が複数である場合であっても、各植物体に対して効果的に光を照射することができる。

【0020】

請求項４に記載の本発明に係る光照射装置は、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の光照射装置であって、前記第１照射部から照射する光の波長帯域は、当該光の強度分布において単一のピークを有する。

【0021】

請求項４に記載の本発明に係る光照射装置によれば、第１照射部から照射する光の波長帯域を、当該光の強度分布において単一のピークを有するものとすることで、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0022】

請求項５に記載の本発明に係る光照射装置は、請求項４に記載の光照射装置であって、前記第１照射部における光源は、発光ダイオードであるものである。

【0023】

請求項５に記載の本発明に係る光照射装置によれば、第１照射部における光源を、発光ダイオードとすることで、第１照射部を低コスト、かつ、小型、かつ、低消費電力で構成することができる。

【発明の効果】

【0030】

以上説明したように、本発明によれば、植物由来有用成分を効果的に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】実施形態に係る光照射システムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る栽培棚の構成の一例を分解した状態で示す分解斜視図である。

【図3】実施形態に係る栽培棚の構成の一例を示す斜視図である。

【図4】実施形態に係る情報処理装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【図5】実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、横軸を特定波長帯域の光の照射時間とし、縦軸を植物体内における植物由来有用成分の量の一例としたグラフである。

【図6】実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、植物由来有用成分の生成効率が不効率である場合の光の照射状態の一例を示す模式図である。

【図7】実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、植物由来有用成分の生成効率が、より効率的である場合の光の照射状態の一例を示す模式図である。

【図8】実施形態に係る植物情報データベースの構成の一例を示す模式図である。

【図9】実施形態に係る光照射処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】実施形態に係る光照射処理の説明に供する図であり、植物体の形状を葉単位で認識する場合の認識結果の一例を示す図である。

【図11】実施形態に係る光照射処理の説明に供する図であり、植物体の葉単位での光の照射状態の解析結果の一例を示す図である。

【図12】実施形態に係る栽培棚の他の構成の一例を示す側面図である。

【図13】光合成波長帯域の説明に供する図であり、横軸を光の波長とし、縦軸を光の吸収量（相対値）の一例としたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。

【0033】

まず、図１～図４を参照して、本実施形態に係る光照射システム９０の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る光照射システム９０のハードウェア構成の一例を示すブロック図であり、図２は、本実施形態に係る栽培棚の構成の一例を分解した状態で示す分解斜視図である。また、図３は、本実施形態に係る栽培棚の構成の一例を示す斜視図であり、図４は、本実施形態に係る情報処理装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【0034】

図１に示すように、本実施形態に係る光照射システム９０は、情報処理装置１０及び栽培棚５０を含んで構成されている。なお、情報処理装置１０の例としては、パーソナルコンピュータ及びサーバコンピュータ等の情報処理装置が挙げられる。

【0035】

本実施形態に係る情報処理装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、一時記憶領域としてのメモリ１２、不揮発性の記憶部１３、キーボードとマウス等の入力部１４、液晶ディスプレイ等の表示部１５、媒体読み書き装置（Ｒ／Ｗ）１６及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１８を備えている。ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶部１３、入力部１４、表示部１５、媒体読み書き装置１６及び通信Ｉ／Ｆ部１８はバスＢを介して互いに接続されている。媒体読み書き装置１６は、記録媒体１７に書き込まれている情報の読み出し及び記録媒体１７への情報の書き込みを行う。

【0036】

記憶部１３はＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等によって実現される。記憶媒体としての記憶部１３には、光照射プログラム１３Ａが記憶されている。光照射プログラム１３Ａは、光照射プログラム１３Ａが書き込まれた記録媒体１７が媒体読み書き装置１６にセットされ、媒体読み書き装置１６が記録媒体１７からの光照射プログラム１３Ａの読み出しを行うことで、記憶部１３へ記憶される。ＣＰＵ１１は、光照射プログラム１３Ａを記憶部１３から読み出してメモリ１２に展開し、光照射プログラム１３Ａが有するプロセスを順次実行する。

【0037】

また、記憶部１３には、植物情報データベース１３Ｂが記憶される。植物情報データベース１３Ｂについては、詳細を後述する。

【0038】

一方、図１に示すように、本実施形態に係る栽培棚５０は、何れも後述する撮影部６０、モータ７０、第１照射部６４、及び第２照射部５８を含んで構成されている。撮影部６０、モータ７０、第１照射部６４、及び第２照射部５８は情報処理装置１０の通信Ｉ／Ｆ部１８に接続されている。従って、情報処理装置１０のＣＰＵ１１は、モータ７０、第１照射部６４、及び第２照射部５８の各々の作動を制御することができ、かつ、撮影部６０による撮影によって得られた撮影画像を示す画像データを取得することができる。

【0039】

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る栽培棚５０の構成について詳細に説明する。

【0040】

図２及び図３に示すように、本実施形態に係る栽培棚５０は、複数の脚部を備えた栽培棚本体５２が備えられている。栽培棚本体５２の上記複数の脚部の高さ方向の略中央部には、植物体３０の栽培領域とされ、植物体３０が設置される設置部５４が設けられており、栽培棚本体５２の高さ方向の上端部には、天板５６が設けられている。なお、図２及び図３では、植物体３０として、鉢植えの植物体を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、培養植物組織等の他の形態の植物体を植物体３０として適用する形態としてもよい。

【0041】

天板５６の下面には、栽培棚５０の栽培領域の全領域に光合成のための光の波長帯域の光を照射する、上述した第２照射部５８が固定的に取り付けられている。本実施形態に係る第２照射部５８は、複数本（本実施形態では、３本）の長尺形状とされた光源部５８Ａ～５８Ｃを含んで構成されている。

【0042】

本実施形態に係る光源部５８Ａ～５８Ｃの各々には、一般的な植物生育に利用される光合成波長帯域（本実施形態では、４００～５００ｎｍ及び６００～７００ｎｍの２種類の波長帯域）の光を射出する光源が設けられている。なお、本実施形態では、当該光源として、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられているが、これに限定されるものではない。上記光源として、例えば、蛍光灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプの何れか１つを適用する形態や、これらの光源にＬＥＤを含めて複数種類の光源の組み合わせを適用する形態としてもよい。

【0043】

一方、本実施形態に係る栽培棚５０の天板５６の下面には、第２照射部５８に加えて、栽培棚５０の栽培領域に光の照射対象とする植物体３０を配置した状態で、当該植物体３０の生育過程における当該植物体３０の葉を含む領域を撮影する撮影部６０が固定的に取り付けられている。本実施形態では、撮影部６０として一対のエリアＣＣＤ（Charge Coupled Device）６０Ａ及び６０Ｂが用いられており、エリアＣＣＤ６０Ａ及びエリアＣＣＤ６０Ｂによって植物体３０に対する３次元撮影が可能とされている。

【0044】

このように、本実施形態では、一対のエリアＣＣＤ６０Ａ、６０Ｂを用いて３次元撮影が可能な撮影部６０を構成しているが、これに限定されるものではない。撮影部６０として、例えば、エリアＣＣＤ６０Ａ、６０Ｂに代えて、通常の撮影装置（所謂カメラ）を２台用いたものを撮影部６０として適用する形態としてもよく、立体撮影装置（所謂立体カメラ）を１台用いたものを撮影部６０として適用する形態としてもよい。また、撮影部６０として、３次元レーザースキャナを用いる形態としてもよい。また、撮影部６０は、必ずしも３次元撮影が可能であるものでなくてもよく、２次元撮影のみを行う場合には、例えば、通常の撮影装置を１台のみ撮影部６０として適用する形態としてもよい。

【0045】

また、本実施形態に係る栽培棚５０の天板５６の下面には、第２照射部５８及び撮影部６０に加えて、一対のレール６２に案内されて移動可能に構成された、上述した第１照射部６４が設けられている。本実施形態に係る第１照射部６４は、栽培棚５０の栽培領域より照射面積が小さく、光合成のための光の波長帯域を除く波長帯域（以下、「特定波長帯域」という。）の光を、設置部５４に設置された植物体３０に照射する。

【0046】

本実施形態に係る第１照射部６４には、上述した特定波長帯域の光を射出する光源として、複数（本実施形態では、４つ）の光源６４Ａ～６４Ｄが設けられている。なお、本実施形態では、当該光源６４Ａ～６４Ｄとしても、射出する光の波長帯域が、当該光の強度分布において単一のピークを有するＬＥＤが用いられているが、これに限定されるものではない。この場合も、光源６４Ａ～６４Ｄとして、例えば、蛍光灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプの何れか１つを適用する形態や、これらの光源にＬＥＤを含めて複数種類の光源の組み合わせを適用する形態としてもよい。

【0047】

本実施形態に係る栽培棚５０には、第１照射部６４をレール６２の長手方向に沿って往復移動させることのできる、上述したモータ７０が設けられており、モータ７０の回転駆動は、上述したようにＣＰＵ１１によって制御される。

【0048】

次に、図４を参照して、本実施形態に係る情報処理装置１０の機能的な構成について説明する。図４に示すように、本実施形態に係る情報処理装置１０は、制御部１１Ａを含む。情報処理装置１０のＣＰＵ１１が光照射プログラム１３Ａを実行することで、制御部１１Ａとして機能する。

【0049】

本実施形態に係る制御部１１Ａは、第１照射部６４を移動させる制御を行う。特に、本実施形態に係る制御部１１Ａは、撮影部６０による撮影によって得られた画像（本実施形態では、３次元画像）を用いて、光が植物体３０の少なくとも一部（本実施形態では、植物体３０の葉）に照射されるように第１照射部６４を移動させる制御を行う。また、制御部１１Ａは、植物体３０の葉に対し、当該植物体３０に応じた光量の光を照射するように第１照射部６４を制御する。

【0050】

更に、本実施形態に係る制御部１１Ａは、撮影部６０による撮影によって得られた画像を用いて、植物体３０の葉の位置及び面積を含む形態を特定する。また、本実施形態に係る制御部１１Ａは、特定した形態を用いて、第１照射部６４により複数種類の強度の光を照射した場合の植物体３０の葉の各強度の光における受光量を予測する。そして、本実施形態に係る制御部１１Ａは、予測した受光量を用いて、植物体３０内で生成される植物由来有用成分の生成量を推定し、推定した生成量を用いて、上記光量を決定する。

【0051】

以下、図５～図７を参照して、本実施形態に係る制御部１１Ａによる第１照射部６４の制御について、より詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、横軸を特定波長帯域の光の照射時間とし、縦軸を植物体内における植物由来有用成分の量の一例としたグラフである。また、図６は、本実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、植物由来有用成分の生成効率が不効率である場合の光の照射状態の一例を示す模式図である。更に、図７は、本実施形態に係る特定波長帯域の光による植物由来有用成分の生成効率の説明に供する図であり、植物由来有用成分の生成効率が、より効率的である場合の光の照射状態の一例を示す模式図である。

【0052】

上述したように、植物体は特定波長帯域の光を受けることで、遺伝子発現が促進されて対応成分が生成されることや、植物体内に蓄積された成分の二重結合や修飾部位が変成すること等により、植物体内の植物由来有用成分の量をコントロールすることができる。但し、一例として図５に示すように、植物体に対して、特定波長帯域の光を過度に照射した場合、植物由来有用成分の量が減少したり、植物体の生育が阻害されたりする等といった問題が生じる場合がある。

【0053】

そこで、本実施形態に係る制御部１１Ａでは、植物体３０の葉に対し、当該植物体３０に応じた光量の光を照射するように第１照射部６４を制御する。

【0054】

一方、本発明の発明者らの検討によれば、一例として図６に示すように、生育過程の最終期のみに特定波長帯域の光を植物体に照射した場合に比較して、一例として図７に示すように、植物体の生育に合わせて適切な量の特定波長帯域の光を照射したほうが、植物由来有用成分の収穫量が格段に増加することが判明している。

【0055】

そこで、本実施形態に係る制御部１１Ａは、植物体３０の生育過程において、順次、当該植物体３０に応じた好適な量の特定波長帯域の光を照射するように第１照射部６４を制御する。

【0056】

次に、図８を参照して、本実施形態に係る植物情報データベース１３Ｂについて説明する。図８は、本実施形態に係る植物情報データベース１３Ｂの構成の一例を示す模式図である。

【0057】

図８に示すように、本実施形態に係る植物情報データベース１３Ｂは、植物体３０の葉の各々別に、葉ＩＤ（Identification）、日時、位置、面積、光照射量、及び推定成分含有量の各情報が関連付けられて記憶される。

【0058】

上記葉ＩＤは、植物体３０の葉の各々を識別するために当該葉の各々別に付与された情報であり、上記日時は、対応する情報を記憶した日時を示す情報であり、上記位置は、対応する葉の、対応する日時における位置を示す情報である。本実施形態では、一例として図８に示すように、上記位置を示す情報として、ｘ方向（本実施形態では、第１照射部６４の移動方向）、ｘ方向に水平な方向で、かつ直交する方向であるｙ方向、及び高さ方向であるｚ方向の３次元座標系の位置を適用している。但し、これに限定されるものではなく、例えば、ｘ方向及びｙ方向のみの２次元座標系の位置を、上記位置を示す情報として適用する形態してもよく、ｚ方向のみの１次元の座標系の位置を、上記位置を示す情報として適用する形態としてもよい。また、本実施形態では、上記位置として、対応する葉の中央の位置を適用しているが、これに限定されるものではない。例えば、対応する葉の、対応する植物体の茎から最も近い端部の位置や、最も遠い端部の位置を、上記位置として適用する形態としてもよい。

【0059】

また、上記面積は、対応する葉の面積を示す情報であり、上記光照射量は、対応する日時に、対応する葉に対して第１照射部６４から照射した光の量を示す情報である。更に、上記推定成分含有量は、対応する照射量の第１照射部６４からの光の照射によって、対応する葉に含有される植物由来有用成分（以下、「目標物質」という。）の推定量を示す情報である。なお、本実施形態では、図５に示すように、推定成分含有量として、目標物質そのものの含有量と、目標物質の前駆体などの目標物質の生成速度に関係する物質の含有量と、の２種類の推定成分含有量を適用している。

【0060】

次に、図９～図１１を参照して、本実施形態に係る情報処理装置１０の作用を説明する。図９は、本実施形態に係る光照射処理の一例を示すフローチャートであり、図１０は、本実施形態に係る光照射処理の説明に供する図であり、植物体の形状を葉単位で認識する場合の認識結果の一例を示す図である。また、図１１は、本実施形態に係る光照射処理の説明に供する図であり、植物体の葉単位での光の照射状態の解析結果の一例を示す図である。

【0061】

ユーザによって生育対象とする植物体３０が栽培棚５０における設置部５４の所定位置（本実施形態では、設置部５４の平面視中央部）に設置された後、光照射プログラム１３Ａの実行を開始する指示入力が情報処理装置１０の入力部１４を介して行われた場合に、情報処理装置１０のＣＰＵ１１が当該光照射プログラム１３Ａを実行することにより、図９に示す光照射処理が実行される。なお、ここでは、錯綜を回避するために、生育対象とする植物体３０が１つのみの場合について説明する。

【0062】

図９のステップ２００で、ＣＰＵ１１は、撮影を開始するように撮影部６０を制御し、ステップ２０２で、ＣＰＵ１１は、予め定められた第１光度で光の照射を開始するように第２照射部５８を制御する。ステップ２０４で、ＣＰＵ１１は、第１照射部６４を予め定められたホームポジションへ移動させるようにモータ７０を制御する。なお、本実施形態では、上記ホームポジションとして、レール６２の一端部の位置（本実施形態では、図３に示す位置）を適用しているが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。

【0063】

ステップ２０６で、ＣＰＵ１１は、所定時間だけ待機した後、ステップ２０８で、ＣＰＵ１１は、撮影部６０による撮影によって得られた３次元画像を示す画像データを撮影部６０から取得する。ステップ２１０で、ＣＰＵ１１は、取得した画像データが示す３次元画像を解析し、従来既知の画像認識技術により、一例として図１０に模式的に示すように、当該３次元画像に含まれる植物体３０の葉の位置及び面積を特定する。そして、ＣＰＵ１１は、特定した葉の位置及び面積を示す情報を、この時点の日時を示す情報と共に、植物情報データベース１３Ｂの対応する記憶領域に記憶する。この際、ＣＰＵ１１は、新たな葉を植物情報データベース１３Ｂに記憶する場合には、それまでに用いられていない葉ＩＤを生成して、当該葉ＩＤと、導出した位置及び面積の各情報とを上記日時を示す情報と共に、植物情報データベース１３Ｂに新たに記憶する。

【0064】

ステップ２１２で、ＣＰＵ１１は、ステップ２１０の処理によって特定した、植物体３０の葉の位置及び面積の各形態を用いて、一例として図１１に示すように、第１照射部６４により複数種類の強度の光を照射した場合の植物体３０の葉での各強度の光における受光量を予測する。なお、本実施形態では、当該受光量の予測を、モンテカルロ法に基づく光子シミュレーションを行うことにより行っているが、これに限定されるものではない。例えば、第１照射部６４と葉の離隔距離および第１照射部６４と葉の間の被陰する物体有無を把握することにより、上記受光量の予測を行う形態としてもよい。

【0065】

ステップ２１４で、ＣＰＵ１１は、ステップ２１２の処理によって予測した、各強度の光における受光量を用いて、植物体３０の各葉によって生成される目標物質の生成量を推定する。なお、本実施形態では、当該目標物質の生成量の推定を、あらかじめ実験等で把握した受光量と遺伝子発現の促進速度との関係を示す数理モデルから予測することにより行っている。また、この際、ＣＰＵ１１は、上述したように、目標物質そのものの含有量と、目標物質の前駆体などの目標物質の生成速度に関係する物質の含有量と、の推定成分含有量を推定する。

【0066】

ステップ２１６で、ＣＰＵ１１は、植物体３０の各葉に対して、最も効果的な状態で光を照射することができる、第１照射部６４の移動可能な範囲内における位置を決定する。また、ステップ２１６で、ＣＰＵ１１は、決定した位置に第１照射部６４を位置させた場合における、第１照射部６４による植物体３０に対する光の照射時間を決定する。なお、本実施形態では、上記第１照射部６４の位置及び上記光の照射時間を、ステップ２１４の処理で推定した目標物質の生成量を用いて、目標物質の含有量が最も多くなると考えられる光の照射量を把握することにより決定している。但し、この形態に限らず、例えば、推定で得られた結果から、さらに光照射量と目標物質含有量の関係を表す数理モデルを構築し、最適な光の照射量を導出することにより、上記第１照射部６４の位置及び上記光の照射時間を決定する形態としてもよい。

【0067】

ステップ２１８で、ＣＰＵ１１は、ステップ２１６の処理で決定した位置に第１照射部６４を移動させるようにモータ７０を制御し、ステップ２２０で、ＣＰＵ１１は、予め定められた第２光度で光の照射を開始するように第１照射部６４の各光源６４Ａ～６４Ｄを制御する。

【0068】

なお、本実施形態では、上記第１光度として、植物体３０の種類に応じて、植物体３０の生育に好適とされる光度を適用し、上記第２光度として、植物体３０の種類に応じて、植物体３０による目標物質が最も効率よく生成される光度を適用している。但し、この形態に限定されるものではなく、第１光度及び第２光度ともに、必要最低限の量の目標物質を生成することができ、かつ、第１照射部６４及び第２照射部５８による消費電力を可能な限り低減させることのできる光度を適用する形態としてもよい。

【0069】

ステップ２２２で、ＣＰＵ１１は、ステップ２１６の処理で決定した光の照射時間が経過するまで待機する。

【0070】

ステップ２２４で、ＣＰＵ１１は、以上の処理によって第１照射部６４から植物体３０の各葉に対して各々照射された光の照射量と、ステップ２１４の処理によって推定した目標物質の生成量とを、植物情報データベース１３Ｂの対応する記憶領域に記憶する。ステップ２２６で、ＣＰＵ１１は、ステップ２２０の処理によって開始した第１照射部６４からの光の照射を停止するように制御する。

【0071】

ステップ２２８で、ＣＰＵ１１は、予め定められた終了タイミングが到来したか否かを判定し、否定判定となった場合はステップ２０６に戻る一方、肯定判定となった場合はステップ２３０に移行する。なお、本実施形態では、上記予め定められた終了タイミングとして、植物体３０による目標物質の生成量が予め定められた目標量に到達したタイミングを適用しているが、これに限定されるものではない。例えば、予め定められた植物体３０の生育期間が終了したタイミング、ユーザによって光照射処理を終了させる旨の指示情報が入力部１４を介して入力されたタイミング等を上記予め定められた終了タイミングとして適用する形態としてもよい。

【0072】

ステップ２３０で、ＣＰＵ１１は、ステップ２０２の処理によって開始した第２照射部５８からの光の照射を停止するように制御する。ステップ２３２で、ＣＰＵ１１は、ステップ２００の処理によって開始した撮影部６０による撮影を停止するように制御した後、本光照射処理を終了する。

【0073】

以上の光照射処理により、植物体の生育過程において各葉に多くの重なりが順次生じた場合であっても、第１照射部６４から特定波長帯域の光を好適に植物体３０の各葉に照射させることができる。この結果、以上の光照射処理によれば、植物由来有用成分を効果的に生産することができる。

【0074】

以上説明したように、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、栽培棚５０の栽培領域の一部の領域に光を照射する、移動可能な第１照射部６４と、栽培棚５０の栽培領域の全部の領域に光を照射する、固定された第２照射部５８と、を備えている。従って、植物由来有用成分の生産に寄与することのできる光を第１照射部６４及び第２照射部５８の何れか一方で照射し、光合成に寄与することのできる光を第１照射部６４及び第２照射部５８の他方で照射することにより、植物由来有用成分を効果的に生産することができる。

【0075】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、第１照射部６４によって光合成のための光の波長帯域を除く波長帯域の光を照射し、第２照射部５８によって光合成のための光の波長帯域の光を照射している。従って、生育対象とする植物体３０の成長に応じた当該植物体３０の位置に植物由来有用成分の生産に寄与することのできる光を照射することができる結果、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0076】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、第１照射部６４を、栽培棚５０の栽培領域の上方において、当該栽培領域の一端部側と他端部側との間で移動可能としている。従って、第１照射部６４を栽培棚５０の側方に設ける場合に比較して、生育対象とする植物体３０が複数である場合であっても、各植物体３０に対して植物体の形態に応じて効果的に光を照射することができる。

【0077】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、第１照射部６４から照射する光の波長帯域を、当該光の強度分布において単一のピークを有するものとしている。従って、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0078】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、第１照射部６４における光源を、発光ダイオードとしている。従って、第１照射部６４を低コスト、かつ、小型、かつ、低消費電力で構成することができる。

【0079】

特に、第１照射部６４の性能は経時的に劣化するため、特定波長帯域の照明光の照射による安定した植物由来有用成分の生産を行うためには、第１照射部６４の性能のモニタリングが不可欠となる。第１照射部６４を移動可能にして光源を集約することで、栽培棚全面に第１照射部６４に代わる照射部を設置する場合に比べて、第１照射部６４の維持管理を容易にし、また、その特定波長帯域の光の照射による植物由来有用成分の生産量の推定精度の向上にも寄与することができる。

【0080】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、栽培領域に光の照射対象とする植物体３０を配置した状態で、当該植物体３０の生育過程における当該植物体３０の少なくとも一部（本実施形態では、葉）を含む領域を撮影する撮影部６０による撮影によって得られた画像を用いて、光が植物体３０の少なくとも一部に照射されるように第１照射部６４を移動させる制御を行っている。従って、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0081】

また、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、植物体３０の少なくとも一部に対し、当該植物体３０に応じた光量の光を照射するように第１照射部６４を制御している。従って、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0082】

更に、本実施形態に係る光照射システム９０によれば、撮影部６０による撮影によって得られた画像を用いて、植物体３０の少なくとも一部の位置及び面積を含む形態を特定し、特定した形態を用いて、第１照射部６４により複数種類の強度の光を照射した場合の植物体３０の少なくとも一部の各強度の光における受光量を予測し、予測した受光量を用いて、植物体３０内で生成される植物由来有用成分の生成量を推定し、推定した生成量を用いて、上記光量を決定している。従って、より効果的に植物由来有用成分を生産することができる。

【0083】

なお、上記実施形態では、第１照射部６４を水平方向に移動可能なものとした場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第１照射部６４を垂直方向に移動可能なものとする形態としてもよい。この場合、垂直方向に生育する植物に対して、より効率的に特定波長帯域の光を照射することができる。

【0084】

また、上記実施形態では、植物体３０の少なくとも一部の領域として、植物体３０の葉の領域を適用した場合について説明したが、これに限定されない。例えば、植物体３０の茎の領域を、植物体３０の少なくとも一部の領域として適用してもよく、植物体３０の葉の領域及び当該植物体３０の茎の領域の組み合わせを植物体３０の少なくとも一部の領域として適用する形態としてもよい。

【0085】

また、上記実施形態では、特定波長帯域の光を第１照射部６４から照射し、光合成のための光の波長帯域の光を第２照射部５８から照射する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、光合成のための光の波長帯域の光を第１照射部６４から照射し、特定波長帯域の光を第２照射部５８から照射する形態としてもよい。

【0086】

また、上記実施形態では、生育対象とする植物体を１つのみとした場合について説明したが、これに限定されない。例えば、複数の植物体を生育対象とする形態としてもよい。この場合、栽培棚５０の設置部５４に当該複数の植物体を並べて設置し、各植物体の各々毎に、上述した光照射処理を実行する。なお、この場合の複数の植物体は同一種類の植物体でも異なる種類の植物体でも適用することが可能であり、異なる種類の植物体を同時に生育する場合は、植物体の種類に応じて、第１照射部６４による光の照射時間や光度を、当該光を照射する植物体毎に切り替えるようにする。この場合、一度に複数の植物体を生育することができるため、より効率的に目標物質を生産することができる。

【0087】

また、上記実施形態では、栽培棚５０の設置部５４に植物体３０を固定して配置し、第１照射部６４を移動可能とする場合について説明したが、これに限定されない。例えば、栽培棚５０の設置部５４を移動可能に構成し、第１照射部６４を固定して配置する形態としてもよく、栽培棚５０の設置部５４及び第１照射部６４の双方とも移動可能に構成する形態としてもよい。要は、植物体３０及び第１照射部６４を相対的に移動可能とする形態であれば、如何なる形態も適用することができる。

【0088】

また、上記実施形態では、撮影部６０を、栽培棚５０の栽培領域の上方に対して、当該栽培領域の全域を撮影可能に設けた場合について説明したが、これに限定されない。例えば、一例として図１２に示すように、撮影部６０を栽培棚５０の側方に設ける形態としてもよい。

【0089】

また、上記実施形態では、第２照射部５８の光源を、第１照射部６４の移動方向に沿った方向に長い長尺形状とした場合について説明したが、これに限定されない。例えば、一例として図１２に示すように、第２照射部５８の光源を、第１照射部６４の移動方向とは直交する方向に沿った方向に長い長尺形状とする形態としてもよい。

【0090】

また、上記実施形態において、例えば、制御部１１Ａの各処理を実行する処理部（processing unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、前述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

【0091】

処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせや、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

【0092】

処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip：SoC）等に代表されるように、処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

【0093】

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。

【符号の説明】

【0094】

１０ 情報処理装置
１１ ＣＰＵ
１１Ａ 制御部
１２ メモリ
１３ 記憶部
１３Ａ 光照射プログラム
１３Ｂ 植物情報データベース
１４ 入力部
１５ 表示部
１６ 媒体読み書き装置
１７ 記録媒体
１８ 通信Ｉ／Ｆ部
３０ 植物体
５０ 栽培棚
５２ 栽培棚本体
５４ 設置部
５６ 天板
５８ 第２照射部
５８Ａ～５８Ｃ 光源部
６０ 撮影部
６０Ａ、６０Ｂ エリアＣＣＤ
６２ レール
６４ 第１照射部
６４Ａ～６４Ｄ 光源
７０ モータ
９０ 光照射システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】