植物培育装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2016年7月14日提交的名称为“植物培育装置”的日本专利申请2016-139076的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及能够人为地对植物的培育环境进行控制的植物培育装置，特别是涉及应用于为了对培育环境实施变化控制而验证培育效果以及植物生理现象的实验装置的、优选的植物培育装置。

背景技术：

作为这种植物培育装置之一，提出了如下植物培育装置，其构成有用于对植物进行培育的封闭型的培育空间，并具备：空调装置，其用于对该培育空间内的温度、湿度等环境进行控制；以及照明装置，其用于对培育空间内的照明进行控制。例如，专利文献1中提出了作为照明装置而对人工光源的照度进行控制的技术。专利文献2中提出了作为空调装置而对培育空间的温度进行控制的技术。专利文献3中提出了作为空调装置通过对培育空间的换气进行控制而控制温度的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2016-507220号公报

专利文献2：日本特开2015-171351号公报

专利文献3：日本特开2014-161298号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

专利文献1～3的技术在构成为不限定于培育的植物品种的、一般或者通用的植物培育装置的情况下较为有效，但并不一定能称得上是用于培育不同植物品种的最佳装置。即，其原因在于，可以认为，对于不同的植物品种而言，各自的最佳的培育条件、特别是培育空间内的温度及湿度等环境条件、人工光源的照度及光色(光谱)等照明条件各不相同。

因此，考虑了用于发现不同的植物品种各自的最佳的培育条件的实验装置。例如，通过构成专利文献1～3所记载的能够对各种培育条件实施变化控制而观察植物的培育状态的实验装置，能够求出针对各植物品种的最佳的培育条件。然而，专利文献1～3的技术是在培育空间的内部固定地配备有照明装置的结构，因此，对于照明条件的变化控制受到限制。特别是在同一光源下极难对光谱实施变化控制。为了实现该变化控制，需要将光源或者照明装置的整体替换为不同规格的结构，为了实施该替换的操作较为繁琐。

另外，在专利文献1、2的技术中，针对植物培育装置而一体地配设有空调装置，因此，改变培育空间的环境条件时的控制速度存在界限。特别是难以在瞬间内对培育空间的环境条件实施变化控制，在针对不同的植物品种开始进行实验之前的期间内产生时滞，使实验时间变得冗长。另外，若使用大容量的空调装置，则能够实现控制速度的高速化，但是，配设有这样的空调设备的实验装置变得大型化、且成本提高。

本发明的目的在于提供一种能够通过简单的操作而扩大培育空间的照明条件的变化控制范围的植物培育装置。另外，本发明的另一目的在于提供一种能够迅速地对培育空间的环境条件实施变化控制的植物培育装置。

用于解决问题的方法

本发明是一种植物培育装置，具备：装置主体，其具有用于对植物进行培育的培育空间；照明装置，其向培育空间照射光；以及空调装置，其对培育空间的内部空气进行控制，所述植物培育装置具备相对于装置主体而分体设置的多个光源部、以及相对于装置主体而分体设置的多台空调机中的任一方或双方，能够从多个光源部选择一个光源部以及/或者从多台空调机选择一台空调机而与装置主体连接。

作为本发明的优选方式的第一发明是一种植物培育装置，具备：装置主体，其具有用于对植物进行培育的培育空间；以及照明装置，其向培育空间照射光，照明装置具备：照射部，其设置于装置主体、且朝向培育空间照射光；多个光源部，它们相对于装置主体而分体设置、且分别发出不同光谱的光；以及光源选择单元，其选择从光源部射出的光并将该光引导向照明部。

作为本发明的另一优选方式的第二发明是一种植物培育装置，具备：装置主体，其具有用于对植物进行培育的培育空间；以及空调装置，其对培育空间的内部空气进行控制，空调装置具备：多台空调机，它们相对于装置主体而分体设置、且分别对不同环境条件的空气进行调整；以及空调切换单元，其将培育空间和多台空调机选择性地连接。

发明效果

根据本发明，相对于装置主体而独立地构成多个光源部，因此，设计的自由度较高，能够自由地选择光源的种类、其规格以及组合，从而能够扩大基于从各光源部射出的光的、培育空间中的照明条件的变化控制的范围。另外，根据本发明，多台空调机为独立的结构，选择上述多台空调机而与装置主体连接，因此，通过预先将所连接的空调机控制为空闲(idling)状态，能够迅速地对培育空间的环境条件实施变化控制。

附图说明

图1是表示实施方式的植物培育装置的示意结构的概要立体图。

图2是示意性地表示实施方式的对照明条件和环境条件进行变化控制的方式的图。

图3(a)和图3(b)是对第一光源部进行说明的图，图3(a)是概要剖视图，图3(b)是出射光的光谱图。

图4(a)和图4(b)是对第二光源部进行说明的图，图4(a)是概要剖视图，图4(b)是出射光的光谱图。

图5是空调装置的框式结构图。

符号说明

1装置主体

2培育床部

3照明部

4光源部

4a第一光源部

4b第二光源部

5空调机

5a第一空调机

5b第二空调机

6空调切换器

11培育空间

12进气口

13排气口

31照射透镜

32单位透镜

34受光连接器

35光纤

42白炽灯泡

48led

53空气清洁器

54空气调整室

55温度控制器

56co2控制器

57送风机

58综合控制部

61送气切换阀

62进气切换阀

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是将本发明构成为用于获得培育作为实验体的植物时的最佳照明条件和环境条件的实验装置的植物培育装置的示意结构图。该植物培育装置(以下称为实验装置)100具有呈箱状的装置主体1，该装置主体1在内部形成有封闭型的培育空间11。在该装置主体1的上述培育空间11的下部区域配设有培育床部2，在上述培育空间11的上部区域配设有照明部3。

上述培育床部2例如与实验植物p的培育方式对应地构成，在水植培育的植物的情况下构成为水植床，或者，在土壌培育的植物的情况下构成为土壌床。另外，在实验植物p为盆栽植物的情况下构成为配置有一个或多个盆的载置床。

为了对在上述培育床部2培育的实验植物p照射人工光而设置有上述照明部3。该照明部3与光源部4光学连接，使由该光源部4发出的光以所需的配光、即以所需的光度分布或照度分布而对上述实验体植物p进行照射，所述光源部4相对于上述装置主体1以分体的方式设置，后文中对其进行详细叙述。由上述照明部3和光源部4构成本发明的照明装置。

在上述装置主体1开口有用于将上述培育空间11与外部连通的进气口12和排气口13。进气管14和排气管15分别与上述进气口12和排气口13连接，如后文中详细所述，上述进气管14和排气管15经由空调切换器6而与空调机5连接。由上述空调切换器6和空调机5构成本发明的空调装置。

图2是用于一并对上述照明装置和空调装置的功能进行说明的示意性的结构图。参照图1及图2，上述光源部4构成为包括形成为各不相同的规格的多个光源部，在本实施方式中，构成为包括第一光源部4a以及第二光源部4b这两个光源部。上述光源部4a、4b构成为：分别组装于相对于上述装置主体1分体的独立的壳体，并分别使由光源发出的光汇聚并将该光射出。上述第一光源部4a和第二光源部4b配设于尽量靠近上述装置主体1的位置，但可以适当地设定该位置。

如图3(a)的剖视图所示，上述第一光源部4a在外壳41内配设有白炽灯泡42作为光源。如图3(b)的分光特性所示，该白炽灯泡42发出显出红色的光色、即长波长侧的分量较高的光谱的光。在上述外壳41内配设有聚光反射镜43以及聚光透镜44，利用聚光反射镜43对由上述白炽灯泡42发出的光进行聚光，并进一步利用聚光透镜44进行聚光。进一步，在上述外壳41，在该聚光透镜44的聚光点位置配设有送光连接器45，该送光连接器45能够与后述的受光连接器连结。在该送光连接器45内，内装有光耦合透镜46。此外，虽然将图示省略，但上述第一光源部4a具备用于对上述白炽灯泡42的发光光度进行调整的光度控制部，并能够通过来自外部的操作而对发光光度进行调整。

如图4(a)的剖视图所示，上述第二光源部4b的基本结构与上述第一光源部4a大致相同。对等同的部分标注相同的符号进行说明，在外壳41内配设有白色led(发光二极管)48作为光源。如图4(b)的分光特性所示，该白色led48发出显出蓝色的光色、即短波长侧的分量较高的光谱的光。进一步，在上述外壳41内配设有聚光透镜44，该聚光透镜44对由上述led48发出的光进行聚光。在其聚光点位置配设有送光连接器45，在该送光连接器45的内部内装有光耦合透镜46。虽然将图示省略，但在上述第二光源部4b具备用于对上述led48的发光光度进行调整的光度控制部，能够通过来自外部的操作而对发光光度进行调整。

上述装置主体1的上述照明部3构成为：朝向上述培育空间11，换言之，对于上述培育床部2的大致整个面通过规定的配光而以规定的照度分布进行光的照射。上述照明部3具备呈平板状的照射透镜31，该照射透镜31的光轴方向朝向上述装置主体1的上下方向。对于该照射透镜31而言，设为所需直径尺寸的多个单位透镜32在平面上配置为棋盘网格状，并通过透明树脂的成形等而一体地形成为上述照射透镜31。此处，上述照射透镜31由透镜保持件33支承于上述装置主体1。上述单位透镜32由焦点距离大致相同的凸透镜构成，透镜光轴朝向装置主体1的上下方向。此外，上述多个单位透镜32可以形成为各自独立的结构，在该情况下，照射透镜31构成为多个透镜的集合体。

上述照明部3还具备使光向上述照射透镜31入射的光纤35。该光纤35构成为通过对数量与构成上述照射透镜31的上述单位透镜32的数量相同的单位光纤36进行捆扎而成的光纤束。各单位光纤36的一端部36a分别与上述单位透镜32以一一对应的方式在上述照射透镜31的上侧位置处由省略了图示的保持件支承于上述装置主体1。上述单位光纤36各自的一端部36a的端面构成为光出射面，朝向铅直下方且配置于对应的单位透镜32的透镜光轴上。

如上所述，上述单位光纤36的另一端部捆扎为光纤束而构成为上述光纤35，在单位光纤36各自的另一端部、即上述光纤35的另一端部连接有受光连接器34。该受光连接器34能够选择性地与上述光源部4、即第一光源部4a或者上述第二光源部4b各自的送光连接器45结合。上述送光连接器45和受光连接器34构成本发明中的光源选择单元。

在图1以及图2中，受光连接器34与第一光源部4a的送光连接器45结合，在它们结合的状态下，在第一光源部4a中汇聚至送光连接器45的光经由受光连接器34而向光纤35的作为光入射面的另一端部的端面入射，该光在各单位光纤36中被引导，在此基础上，从各自的一端部的光出射面射出，并向照射透镜31的对应的单位透镜32入射。对于入射至各单位透镜32的光，在使这些光分别汇聚、或者发散的状态下将这些光朝下方的培育床部2照射。

图5是表示构成为包括上述的空调机5以及空调切换器6的空调装置的详情的框式结构图。作为上述空调机5而设置有多台空调机，此处设置有第一空调机5a和第二空调机5b这两台空调机。上述第一空调机5a和第二空调机5b的结构相同，因此对第一空调机5a进行说明。

第一空调机5a具有送气口51以及进气口52，并分别经由送气管71和进气管72而以连通的方式与上述空调切换器6连接。上述进气口52经由空气清洁器53而以连通的方式与空气调整室54连接。该空气清洁器53构成为包括过滤器，该过滤器将从上述进气口52吸入至上述空气调整室54的空气中的尘埃等除去。另一方面，构成为：在上述送气口51安装有送风机57，当驱动该送风机57时，通过送气口51而将上述空气调整室54的内部的空气送入至上述空调切换器。

在上述空气调整室54连接有用于对上述空气调整室的内部的空气的温度进行控制的温度控制器55。该温度控制器55由热交换器构成，一边使上述空气调整室54的内部的空气循环一边对其进行加热或冷却，由此能够将该空气调整室54内控制为期望的温度。另外，该温度控制器54还作为在温度控制的同时对上述空气调整室54的内部的加湿和除湿进行控制的湿度控制器而发挥功能。

进一步，上述第一空调机5a具备对上述空气调整室54的内部的co2(二氧化碳)的浓度进行控制的co2控制器56。该co2控制器56形成为具备此处未图示的co2气罐的结构，通过对从该co2气罐输送至上述空气调整室54的co2气体的量进行控制而控制该空气调整室54内的co2浓度。

在此基础上，在上述第一空调机5a设置有用于对上述温度控制器55和上述co2控制器56进行控制的综合控制部58。通过人为地或者基于预先设定的程序对该综合控制部58进行操作，能够对上述空气调整室54的内部空气的温度、湿度、co2浓度进行控制。优选地，在上述温度、湿度、co2浓度的控制时，预先在空气调整室配设温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器等传感器59，进行基于由该传感器59检测出的检测值的反馈控制。另外，还能够利用上述综合控制部58对上述空气清洁器53和上述送风机57进行控制。

在该结构的第一空调机5a中，若综合控制部58对送风机57进行驱动，则将空气调整室54的内部空气从送气口51朝向空调切换器6送出。与此同时，将空调切换器6的空气从进气口52吸入至空气调整室54。利用空气清洁器53对该吸入的空气进行净化。与此同时，若综合控制部58对温度控制器55进行控制，则将空气调整室54的内部空气控制为规定的温度以及湿度。进一步，综合控制部58对co2控制器56进行控制，由此将空气调整室54的co2浓度控制为规定的浓度。

上述第二空调机5b也是相同的结构。而且，上述第一空调机5a和第二空调机5b的送气口51经由送气管71a、71b而与上述空调切换器6连接。另外，上述第一空调机5a和第二空调机5b的进气口52经由进气管72a、72b而与上述空调切换器6连接。

上述空调切换器6具备由双向动作型的电磁阀构成的送气切换阀61以及进气切换阀62。上述切换阀61、62构成为：均能够将共用端口pc切换连接至选择端口pa、pb，当人为地进行开关操作时、或者输入有规定的操作信号时，进行将共用端口pc以连通的方式选择性地与选择端口pa或pb连接的切换动作。

上述送气切换阀61与上述进气管14连接，上述进气管14的共用端口pc与上述装置主体的上述进气口12连接。一方的选择端口pa与上述第一空调机5a的送气管71a连接，另一方的选择端口pb与上述第二空调机5b的送气管71b连接。另外，上述进气切换阀62与上述排气管15连接，上述排气管15的共用端口pc与上述装置主体的上述排气口13连接。一方的选择端口pa与上述第一空调机5a的进气管72a连接，另一方的选择端口pb与上述第二空调机5b的进气管72b连接。

因此，送气切换阀61将装置主体1的进气口12以连通的方式与第一空调机5a和第二空调机5b中的任一方选择性地连接。另外，与此同步地，进气切换阀62将装置主体1的排气口13以连通的方式与第一空调机5a和第二空调机5b中的任一方的进气口52选择性地连接。

在以上结构的实验装置中，形成为在装置主体1的培育床部2对实验体植物p进行培育的状态。例如，在水植培育的植物的情况下，将培育床部2构成为水植育床而对实验体植物p进行水植栽培。在此基础上，如图1、图2所示，利用空调切换器6将装置主体1与第一空调机5a连接，在第一空调机5a中，由综合控制部58对各部分进行控制。另外，将与照明部3连结的光纤35的受光连接器34例如与第一光源部4a的送光连接器45连接、且使第一光源部4a形成为发光状态。

在第一空调机5a中，由综合控制部58对温度控制器55和co2控制器56进行控制，将空气调整室54的内部空气控制为规定的温度、湿度、co2浓度。例如，将温度控制为30℃，将湿度控制为80％，将co2浓度控制为1000ppm。接下来，若驱动送风机57，则以该方式对温度、湿度、co2浓度进行控制后的空气调整室54的内部空气被从送气口51送出、并向空调切换器6输送。在空调切换器6中，形成为将送气切换阀61与第一空调机5a连接的状态，因此，输送来的空气被从装置主体1的进气口12向培育空间11供给。该供给的内部空气是从装置主体1的排气口13排出的空气进行循环后的空气，利用空气清洁器53对该空气进行净化。由此，装置主体1的培育空间11设定为控制后的温度、湿度、co2浓度的环境条件。

在第一光源部4a中，通过使白炽灯泡42发光而发出长波长侧的分量较高的显出红色的光谱的光。利用聚光反射镜43对该光进行聚光，并进一步利用聚光透镜44向送光连接器45进行聚光。进一步，在与该送光连接器45连接的受光连接器34中，利用光耦合透镜46使汇聚后的光向光纤35的光入射面入射。入射至光纤35的光在多个单位光纤36中分别被引导，在此基础上，从光出射面36a射出。从各单位光纤36射出的光向照射透镜31的各自所对应的单位透镜32入射，在使该光在此处汇聚、或者发散的状态下朝向下方的培育床部2照射。

由此，由长波长侧的分量较高的显出红色的光谱的光通过规定的配光而以规定的照度分布对培育床部2的实验植物p进行照明。此时，在第一光源部4a中对白炽灯泡42的发光光度进行调整，由此还能调整针对实验植物p的照度等级(亮度)。由此，装置主体1的培育空间11设定为长波长侧的分量较高的光谱的照明条件，针对该照明条件下的实验植物p的培育状态进行实验且进行检查。

为了获取实验植物p在不同条件下的培育数据，有时要求对实验装置的培育空间11的照明条件和环境条件实施变化控制。当改变照明条件时，将实验装置的受光连接器34从第一光源部4a的送光连接器45拆下，接下来将其与第二光源部4b的送光连接器45连接。由此，使第二光源部4b形成为发光状态。

通过使第二光源部4b的led48发光而发出短波长侧的分量较高的显出蓝色的光谱的光。利用聚光透镜44使该光朝送光连接器45汇聚。进一步，向与该送光连接器45连接的光纤35的光入射面入射，与上述的第一光源部4a中的光的照射相同，光从各单位光纤36的光出射面射出，在经由照射透镜31的各单位透镜32而聚光、或者发散的状态下朝向下方的培育床部2照射。

由此，由短波长侧的分量较高的显出蓝色的光谱的光通过规定的配光而以规定的照度分布对培育床部2的实验植物p进行照明。此时，在第二光源部4b中对led的发光光度进行调整，由此还能调整针对实验植物p的照度等级。由此，装置主体1的培育空间11设定为短波长侧的分量较高的光谱的照明条件，对该照明条件下的实验植物p的培育状态进行实验并进行检查。

此处，即使切换第一光源部4a和第二光源部4b而改变向培育空间11内照射的光的光谱，照明部3的结构也不发生变化，因此，不会使配光、照度分布发生变化。因此，在针对光谱给实验植物的培育带来的影响进行实验的情况下较为有效。

第一光源部4a和第二光源部4b分别相对于装置主体1而独立地构成，因此，各光源部的设计自由度较高，能够自由地选择光源的种类、其规格以及组合，作为构成部件的反射镜、透镜等光学部件的设计也较为自由。因此，从各光源射出的光的种类、状态的变化范围扩大，从而能够扩大基于从上述光源射出的光的、照明部3中的照明条件的变化控制的范围。

另一方面，当改变装置主体1的培育空间11内的环境条件时，对空调切换器6的切换阀61、62进行控制而将装置主体1和第一空调机5a的连接解除，利用管将装置主体1与第二空调机5b连接。此时，在该切换动作之前，第二空调机5b的综合控制部58对该空调机5b的温度控制器55和co2控制器56进行控制，预先将空气调整室54的内部空气控制为规定的温度、湿度、co2浓度。例如，将温度控制为5℃，将湿度控制为30％，将co2浓度控制为500ppm，并预先形成为空闲状态。

然后，若在这样的切换动作的同时驱动第二空调机5b的送风机57，则设定为规定的温度、湿度、co2浓度的空气调整室54的空气被从送气口51送出，并通过空调切换器6而从装置主体1的进气口12向培育空间11供给。由此，该培育空间11设定为由第二空调机5b控制后的温度、湿度、co2浓度的环境条件。此时，虽然也依赖于送风机57的能力，但是，至少与由管将第一空调机5b与装置主体1连接的状态下对其温度、湿度、co2浓度实施变化控制而改变培育空间11的环境条件的情况相比，能够在短时间内对培育空间11的环境条件实施变化控制。即，几乎不需要用于使培育空间11内的环境条件直接连续地变化的过渡时间，能够在极短的时间内改变环境条件。

如以上说明，在该实验装置中，在改变照明条件的情况下，特别是在变化控制为不同光谱的照明光的情况下，仅将受光连接器34切换连接至不同的光源部的送光连接器45即可，能够简单且迅速进行操作。装置主体1的照明部3、以及第一、第二光源部4a、4b分别为分体结构，因此能够构成小型的装置主体1。另外，由于装置主体1和第一、第二光源4a、4b是分别通过光纤35而连接的结构，因此，通过适当地设计光纤35的长度，能够将第一、第二光源部4a、4b分别配设于与装置主体1分离的位置，从而还有利于在装置主体1的周围确保操作用的空间。

在该实施方式中，示出了具备第一光源部和第二光源部作为光源部的例子，但还可以具备发出不同光谱的光的第三光源部以后的光源部。在该情况下，只要预先在第三光源部以后的光源部分别设置送光连接器，就能够实现装置主体向受光连接器的连接，因此，能够将由第三光源部以后的光源部发出的光设定为培育空间中的照明光。另外，作为第三光源部以后的光源，还可以使太阳光汇聚而加以利用。

另外，在该实验装置中，如上所述，在改变环境条件的情况下，仅对空调切换器6的连接进行切换并对第一、第二空调机5a、5b各自相对于装置主体1的连接进行切换即可。因此，能够在瞬间内对装置主体1的培育空间11的环境条件实施变化控制。此时，能够预先对新连接的那侧的空调机进行驱动而将空气调整室54的内部空气控制为规定的环境条件，因此，还能够在极短的时间内乃至瞬间内对培育空间11的环境条件实施变化控制。由此，能够进行针对实验植物的、所谓的热冲击实验，能够一并缩短用于这种实验的环境条件的变化控制所需的环境条件的变化设定时间，从而能够缩短实验时间。

在以上说明的实施方式中，为由光纤将装置主体的照明部和多个光源部光学连接，并且通过送光连接器和受光连接器来切换连接的结构，但是，也可以形成为，在将照明部和多个光源部光学连结的光路设置可动反射镜、可动棱镜等光路切换单元，利用该光路切换单元选择性地将从多个光源部射出的光向照明部引导。另外，可以利用导光体、导光筒构成从光源部至照明部的光的传输。

另外，在实施方式的空调切换器中，利用切换阀对将装置主体和多个空调机连接的管部件的连接进行切换，但是，也可以形成为，在与各空调机的送气口和进气口连接的管内配设单独开闭阀，分别独立地对上述单独开闭阀进行开闭控制而对连接状态进行切换。

设置于实施方式的装置主体的照明部可以构成为：对针对在培育床部培育的植物的配光分布实施变化控制。例如，可以形成为，在照明部夹装具有所需的光透射率分布的滤光器，由此适当地对培育床部的平面区域的配光、照度分布实施变化控制。或者，可以形成为，夹装分光滤光器而适当地对培育床部的平面区域的色光分布实施变化控制。

进一步，预先在装置主体的培育空间的内部或者培育床部配设照度传感器，基于该照度传感器的检测输出而对与装置主体连接的光源部的发光光度进行反馈控制，由此能够高精度地对培育床部的照度进行控制。同样，若构成为预先在装置主体的培育空间的内部配设温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器，并基于上述传感器的检测输出而对与装置主体连接的空调机进行反馈控制，则能够更准确地对培育空间的环境条件进行控制。

本发明并不局限于用于获得实施方式中所记载的最佳的照明条件和环境条件的实验装置，还能够作为为了掌握用于对植物进行栽培的植物生理现象而任意地对条件实施变更控制的植物栽培装置而应用。