JP6234882B2 - 植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物栽培装置に関する。

従来の植物栽培装置として、例えば、特許文献１には、植物を養液栽培する植物工場が記載されている。特許文献１記載の植物工場では、植物栽培棚から排液ラインを介して養液が排出されるときに、当該養液に含まれる硝酸イオン濃度がセンサによって検出される。そして、特許文献１記載の植物工場では、植物育成管理装置が、硝酸イオン濃度の検出信号に基づいて、養液漕への肥料の供給量を制御する。

特開２０１２−２３１７２１号公報

上述したような植物栽培装置においては、栽培種、栽培量或いは植物の成長度合いによって、養液に含まれる所定物質のイオン濃度が大きく変化する。このため、イオン濃度を精度良く検出するためには、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度が必要となる。

ここで、特許文献１には、硝酸イオン濃度を検出するセンサについて、具体的に開示されていない。そこで、例えば、紫外吸光度分析法を用いて硝酸イオンの濃度を検出すると、硝酸イオン濃度が高濃度である場合に、吸光度の飽和が起こり易くなるので、ダイナミックレンジは狭く検出精度も低下する。

吸光度分析法では、養液を流入させる測定部の光路長（流路の幅）を短くすれば、吸光度の飽和が起こり難くなるので、ダイナミックレンジが広くなり、検出精度も向上する。しかし、植物体断片、分泌物或いは砂等によって測定部が目詰まり等を起こし易くなり、また、これら植物体断片等の光路への混入による光散乱等が発生し易くなるので、硝酸イオン濃度を精度良く検出することが困難となる。

そこで、本発明は、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を有し、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる植物栽培装置を提供することを目的とする。

本発明の植物栽培装置は、養液によって植物が栽培される栽培槽と、養液が流れる流路及び流路に接する光透過領域を有する測定部と、光透過領域側から光透過領域と流路との境界面に入射する光を発する発光部と、境界面で光透過領域側に反射した光を受ける受光部と、測定部における光の吸収強度に基づいて、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を検出する検出部と、を備える。

この植物栽培装置では、境界面での反射１回あたりの吸収強度が大きい養液に対しては境界面での反射回数を減らし、境界面での反射１回あたりの吸収強度が小さい養液に対しては境界面での反射回数を増やすことで、養液に含まれる所定物質のイオン濃度の検出において、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を実現することができる。また、検出対象は、光反射によって生じたエバネッセント光が到達する領域の養液に限られるので、流路の幅を、植物体断片等による目詰まり等が発生しないように拡大することができる。更に、植物体断片等の光路への混入による光散乱等も発生し難くなる。養液内でのイオン濃度の大きな変化に対応して、イオン濃度の検出を精度良く行うことができる。よって、この植物栽培装置によれば、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を有し、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる。

本発明の植物栽培装置は、栽培槽に養液を供給する養液供給部を更に備え、検出部は、検出したイオン濃度に基づいて、イオン濃度が所定濃度となるように養液供給部を制御してもよい。この構成によれば、栽培種、栽培量或いは植物の成長度合い等に応じた所望のイオン濃度に、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を調整することができる。

本発明の植物栽培装置は、測定部に標準液を供給する標準液供給部と、栽培槽から前記測定部への養液の供給と標準液供給部から測定部への標準液の供給とを切り換える第１切換部と、を更に備え、検出部は、第１切換部を制御し、標準液供給部から測定部への標準液の供給が行われているときに、測定部における光の吸収強度に基づいて、測定部の校正を行ってもよい。この構成によれば、検出部によって校正が行われるので、植物栽培装置では各部の経年変化又は環境変化等が起こり易いものの、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる。

本発明の植物栽培装置は、測定部に洗浄液を供給する洗浄液供給部を更に備え、第１切換部は、栽培槽から測定部への養液の供給と標準液供給部から測定部への標準液の供給と洗浄液供給部から測定部への洗浄液の供給とを切り換え、検出部は、第１切換部を制御し、洗浄液供給部から測定部への洗浄液の供給が行われた後に、校正を行ってもよい。この構成によれば、測定部に付着した汚れ等が除去された状態で、検出部による校正の正確性を向上させることができる。

本発明の植物栽培装置は、栽培槽から測定部に供給された養液が排出される排出部を更に備えてもよい。この構成によれば、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を検出した結果、植物の栽培に適したイオン濃度でなかった場合には、当該養液を排出部に排出することができる。

本発明の植物栽培装置は、測定部から栽培槽への養液の循環供給と測定部から排出部への養液の排出とを切り換える第２切換部を更に備えてもよい。この構成によれば、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を検出した結果、植物の栽培に適したイオン濃度であった場合には、当該養液を栽培槽に再供給して再利用することができる。

本発明の植物栽培装置は、前記光透過領域側から前記境界面に入射する前記光の入射角を調整する入射角度調整部を更に備えてもよい。この構成によれば、境界面での反射１回あたりの吸収強度が大きい養液に対しては境界面での反射回数を減らし、境界面での反射１回あたりの吸収強度が小さい養液に対しては境界面での反射回数を増やすというように、ダイナミックレンジ及び検出感度を調整することができる。

本発明によれば、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を有し、養液に含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる植物栽培装置を提供することが可能となる。

第１実施形態の植物栽培装置の構成図である。 図１の植物栽培装置の測定セルの断面図である。 境界面での反射回数を増減させる様子を示す概念図である。 境界面での反射回数を増減させるための入射角度調整部の構成の一例図である。 図４の測定ユニットによって取得された吸収強度と測定波長との関係を示す図である。 第２実施形態の植物栽培装置の構成図である。 第３実施形態の植物栽培装置の構成図である。 測定セルの第１変形例の断面図である。 測定セルの第２変形例の断面図である。 測定セルの第３変形例の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において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。

［第１実施形態］
図１に示されるように、植物栽培装置１Ａは、植物栽培部２０、測定装置１０、養液供給部４、標準液供給部５、洗浄液供給部６及び排出部７を備えている。植物栽培部２０は、循環する養液Ｎによって植物Ｐの栽培を行う。測定装置１０は、植物栽培部２０から養液Ｎの供給を受けて、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度の検出を行う。養液供給部４は、植物栽培部２０に養液Ｎを供給する。標準液供給部５は、測定装置１０に標準液を供給する。洗浄液供給部６は、測定装置１０に洗浄液を供給する。排出部７には、測定装置１０に供給された養液Ｎが排出される。

植物栽培部２０は、栽培槽２１、中間槽２２、配管２３及び配管２４を有している。栽培槽２１には、植物Ｐの根を養液Ｎに浸漬させた状態で植物Ｐを支持する植物栽培棚２１ａが配置されている。このように、栽培槽２１では、養液Ｎによって植物Ｐが栽培される。配管２３及び配管２４は、栽培槽２１と中間槽２２とを互いに接続している。養液Ｎは、配管２３及び配管２４並びにポンプ（図示省略）によって、中間槽２２から栽培槽２１に循環供給される。

測定装置１０は、測定ユニット１１及び制御部（検出部）１２を有している。測定ユニット１１では、中間槽２２から供給された養液Ｎについて、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出するための吸収強度の測定が実施される。制御部１２では、中間槽２２から供給された養液Ｎについて、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度が検出される。

養液供給部４は、タンク４ａ及び配管４ｂを有しており、栽培槽２１に養液Ｎを供給する。タンク４ａには、養液Ｎが貯留されている。タンク４ａに貯留された養液Ｎは、配管４ｂ及びポンプ（図示省略）によって中間槽２２に供給される。養液Ｎの中間槽２２への供給に際しては、植物Ｐの栽培に好適なイオン濃度となるように、養液供給部４が制御部１２によって制御される。

標準液供給部５は、タンク５ａ及び配管５ｂを有しており、後述する測定ユニット１１の測定セル１６に標準液を供給する。タンク５ａには、標準液が貯留されている。洗浄液供給部６は、タンク６ａ及び配管６ｂを有しており、後述する測定ユニット１１の測定セル１６に洗浄液を供給する。タンク６ａには、洗浄液が貯留されている。配管５ｂの下流側端部及び配管６ｂの下流側端部は、配管５１の上流側端部に接続されている。配管５１の下流側端部及び配管５２の下流側端部は、配管５３の上流側端部に接続されている。配管５２の上流側端部は、中間槽２２に接続されている。配管５３の下流側端部は、後述する測定ユニット１１の測定セル１６に接続されている。

配管５ｂの下流側端部及び配管６ｂの下流側端部が配管５１の上流側端部に接続された部分には、第１電磁弁５４が設けられている。配管５１の下流側端部及び配管５２の下流側端部が配管５３の上流側端部に接続された部分には、第２電磁弁５５が設けられている。第１電磁弁５４及び第２電磁弁５５は、制御部１２からの制御によって、配管接続の切り替えを行う。第１電磁弁５４及び第２電磁弁５５によって、第１切換部５０が構成されている。第１切換部５０は、栽培槽２１から後述する測定ユニット１１の測定セル１６への養液Ｎの供給と、標準液供給部５から後述する測定ユニット１１の測定セル１６への前記標準液の供給と、洗浄液供給部６から後述する測定ユニット１１の測定セル１６への洗浄液の供給と、を切り換える。

つまり、第１切換部５０によって、配管５２と配管５３との接続が遮断されると、養液Ｎの測定ユニット１１への供給が停止する。その一方で、第１切換部５０によって、配管５１が配管５３と接続されると、標準液又は洗浄液が測定ユニット１１に供給されるようになる。配管５ｂが配管５１に接続される場合には、標準液が測定ユニット１１に供給され、配管６ｂが配管５１に接続される場合には、洗浄液が測定ユニット１１に供給される。

排出部７は、排出タンク７ａを有しており、排出部７には、植物栽培部２０，標準液供給部５，洗浄液供給部６から後述する測定ユニット１１の測定セル１６に供給された養液Ｎ，標準液，洗浄液が排出される。配管６１の下流側端部は、配管６２の上流側端部及び配管６３の上流側端部に接続されている。配管６１の上流側端部は、後述する測定ユニット１１の測定セル１６に接続されている。配管６２の下流側端部は、排出タンク７ａに接続されている。配管６３の下流側端部は、中間槽２２に接続されている。

配管６１の下流側端部が配管６２の上流側端部及び配管６３の上流側端部に接続された部分には、第３電磁弁６４が設けられている。第３電磁弁６４は、制御部１２からの制御によって、配管接続の切り替えを行う。第３電磁弁６４によって、第２切換部６０が構成されている。第２切換部６０は、後述する測定ユニット１１の測定セル１６から植物栽培部２０への養液Ｎの供給と、後述する測定ユニット１１の測定セル１６から排出部７への養液Ｎ，標準液，洗浄液の排出と、を切り換える。

つまり、第２切換部６０によって、配管６１が配管６２に接続される場合には、養液Ｎは、排出タンク７ａに排出される。配管６１が配管６３に接続される場合には、養液Ｎは、中間槽２２に戻されて、再び植物Ｐの養液栽培に利用される。植物栽培装置１Ａは、養液Ｎが循環する循環式タイプを構成している。

図２に示されるように、測定ユニット１１は、測定セル（測定部）１６、発光部１４及び受光部１５を有している。測定セル１６は、光透過性を有する材料によって矩形筒状に形成されている。測定セル１６の一部は、測定光Ｌを伝播する光透過領域１７となっている。測定セル１６の内側は、配管５３の下流側端部と配管６１の上流側端部とを結ぶ流路１８となっている（図１参照）。このように、測定セル１６は、養液Ｎが流れる流路１８、及び流路１８に接する光透過領域１７を有している。なお、図２では、測定セル１６が、養液Ｎの流れる方向に垂直な断面図として表されている。

発光部１４は、光透過領域１７の入射面１７ａを介して、光透過領域１７側から光透過領域１７と流路１８との境界面Ａに入射する測定光Ｌを発する。発光部１４は、例えば、重水素ランプ又はハロゲンランプ等の光源を含んでいる。

受光部１５は、境界面Ａで光透過領域１７側に少なくとも１回反射した測定光Ｌを、光透過領域１７の出射面１７ｂを介して受ける。受光部１５は、例えば小型分光器等の受光素子を含んでいる。

光透過領域１７は、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出するための波長域において光透過特性を有する材料によって形成されている。また、光透過領域１７は、境界面Ａにおいて全反射が起こるように、養液Ｎ、洗浄液及び標準液と比べて、高い屈折率を有する材料によって形成されている。例として、光透過領域１７の材料は、石英又は蛍石等である。

流路１８の幅は、例えば１０μｍ程度以上である。流路１８の幅は、望ましくは１００μｍ程度以上であり、更に望ましくは１ｍｍ程度以上である。境界面Ａには、汚れ等が付き難くなるようなコーティング処理等が施されていてもよい。測定セル１６の形状は、例えば上下端がねじ状になっているもの等、取り外しや交換が簡便に行える構造であることが好ましい。

光透過領域１７においては、入射面１７ａ、反射面１７ｃ及び出射面１７ｂを有する。発光部１４から出射されて入射面１７ａを通過した測定光Ｌは、境界面Ａにおいて全反射を起こすように境界面Ａに入射される。測定光Ｌは、境界面Ａで全反射を起こした後、境界面Ａと対向する反射面１７ｃにおいても全反射を起こすように反射面１７ｃに入射される。反射面１７ｃで全反射を起こした測定光Ｌは、再び境界面Ａで全反射を起こすように、境界面Ａに入射される。境界面Ａでの２回目の全反射を起した測定光Ｌは、出射面１７ｂを通過して、受光部１５によって受光される。

境界面Ａでは、測定光Ｌの全反射に伴って、境界面Ａから養液Ｎ側に向かって染み出すエバネッセント光が発生する。養液Ｎによってエバネッセント光が吸収されると、合計２回の全反射を受けた測定光Ｌの光強度が減衰する。このため、測定光Ｌの吸収強度を取得することにより、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出することができる。エバネッセント光が養液Ｎ内で到達する距離は、境界面Ａから数十〜数百ナノメートル程度である。

図２では、測定光Ｌの境界面Ａでの反射回数は２回であるが、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度の高低によって、精度良い検出のために反射回数を増減させることができる。つまり、検出すべきイオン濃度が高く、反射１回あたりの吸収強度が大きいときは、例えば、境界面Ａでの反射回数を１回とすることができる。一方、検出すべきイオン濃度が低く、反射１回あたりの吸収強度が小さいときは、例えば、境界面Ａでの反射回数を複数回とすることができる。

図３は、境界面Ａでの反射回数を増減させる様子を示す概念図である。図３に示されるように、境界面Ａでの反射回数は、境界面Ａに対する測定光Ｌの入射角の調整によって増減させることができる。図３では、測定光Ｌは、例えば、入射面１７ａにおいて３つの入射角θ１，θ２，θ３を有している。入射角θ１，θ２，θ３は、それぞれ、測定光Ｌの光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対応する。光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を通過した測定光Ｌは、境界面Ａにおいて、それぞれ、１回、２回、３回の全反射を起こす。検出すべきイオン濃度が高いときは、例えば入射角θ１が選択されて、境界面Ａでの反射回数は１回となる。イオン濃度が低いときは、例えば入射角θ２又はθ３が選択されて、境界面Ａでの反射回数は２回又は３回となる。植物栽培装置１Ａは、入射角θ１，θ２，θ３の選択によって、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度の高低に対応することができる。出射面１７ｂでは、入射角θ１，θ２，θ３に対応して、それぞれ、出射角θ４，θ５，θ６で測定光Ｌが出射される。

図４は、境界面Ａでの反射回数を増減させるための入射角度調整部３０の構成の一例図である。図４に示されるように、測定ユニット１１は、入射角度調整部３０及び出射光学系４０を有している。入射角度調整部３０は、光透過領域１７の入射面１７ａを介して、光透過領域１７側から境界面Ａに入射する測定光Ｌの入射角を調整する。より具体的には、入射角度調整部３０は、発光部１４からの測定光Ｌを受けて、入射面１７ａへの入射角を変えながら、測定光Ｌを光透過領域１７の入射面１７ａに入射させる。出射光学系４０は、出射面１７ｂからの測定光Ｌを受けて、受光部１５に測定光Ｌを導く。

入射角度調整部３０は、入射レンズ系３１及び走査ミラー系３４を有している。入射レンズ系３１は、集光レンズ３２及び集光レンズ３３を含んでいる。入射レンズ系３１は、測定光Ｌを集光して光透過領域１７に入射させる。走査ミラー系３４は、ミラー制御部３５及び走査ミラー３６を含んでいる。ミラー制御部３５は、走査ミラー３６の偏向角を調整する。走査ミラー３６は、測定光Ｌのための３つの偏向角Φ１，Φ２，Φ３を有している。偏向角Φ１，Φ２，Φ３は、それぞれ、測定光Ｌの光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を作り出す。光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ、入射角θ１，θ２，θ３で入射面１７ａに導かれる。入射角θ１，θ２，θ３で光透過領域１７に入射された測定光Ｌは、それぞれ、光透過領域１７内の光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を通過する。測定光Ｌは、境界面Ａにおいて、それぞれ、１回、２回、３回の全反射を起こす。光透過領域１７を通過した測定光Ｌは、入射角φ１，φ２，φ３に対応して出射角φ４，φ５，φ６で出射面１７ｂから出射される。出射面１７ｂを出射した測定光Ｌは、出射光学系４０によって集光された後、受光部１５によって受光される。出射光学系４０は、集光レンズ４１及び集光レンズ４２を含んでいる。測定ユニット１１では、走査ミラー３６の偏向角Φ１，Φ２，Φ３が、それぞれ、境界面Ａでの１回、２回、３回の反射回数に対応している。

測定ユニット１１を用いて養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度が検出されると、図５に示されるような吸収スペクトルＳが得られる。吸収スペクトルＳでは、測定波長域において吸収を有する所定物質のイオンに基づく吸収強度が変化している。測定ユニット１１において、走査ミラー３６の偏向角が、例えば、偏向角Φ１から偏向角Φ２，Φ３になるように調整されると、境界面Ａでの反射回数が、それぞれ１回から２回、３回へと変更される。反射回数が増えると、測定光Ｌのエバネッセント光が養液Ｎの所定物質のイオンに光吸収される量が多くなり、吸収強度が増大する。その結果、吸収スペクトルＳが、Ｓ１からＳ２，Ｓ３へと変化する。

制御部１２は、全反射された測定光Ｌの吸収強度に基づいて、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出し、検出したイオン濃度に基づいて、イオン濃度が所定濃度となるように養液供給部４を制御する。

再び図１を用いて、標準液供給部５及び洗浄液供給部６について詳しく説明する。測定ユニット１1の測定セル１６への洗浄液及び標準液の供給時に行われる際の配管の切り替えは、例えば以下のように行われる。測定セル１６の洗浄が行われるときには、初めに、第２電磁弁５５が操作されて、測定セル１６と配管５２との接続が遮断される。次に、第１電磁弁５４が操作されて、配管６ｂが配管５１に接続される。その後、配管５１が第２電磁弁５５を介して配管５３に接続されて、洗浄液が測定セル１６に供給される。

測定セル１６の洗浄が終了すると、第１電磁弁５４が操作されて、洗浄液の供給が停止される。次に、第１電磁弁５４によって、配管５ｂが配管５１に接続される。標準液が測定セル１６に供給されて、標準液を使用した校正が行われる。即ち、制御部１２は、第１切換部５０を制御し、標準液供給部５から測定セル１６への標準液の供給が行われているときに、測定セル１６における測定光Ｌの吸収強度に基づいて校正を行う。第１実施形態では、例えば養液Ｎのイオン濃度の検出前または一定期間ごとに、制御部１２は、第１切換部５０を制御し、洗浄液供給部６から測定セル１６への洗浄液の供給が行われた後に校正を行う。より厳密な校正のためには、複数種類の濃度を有する標準液が順番に測定セル１６に供給された後に、標準液の吸収強度が取得されて、それら複数のデータによる校正がなされてもよい。

第１実施形態では、例えば、標準液の水流によって測定セルの汚れが除去されて、洗浄液による洗浄は省略されてもよい。養液Ｎに含まれる所定物質のイオンの吸収測定に影響を及ぼさない程度の洗浄液が標準液に混ぜられて、洗浄と校正とが同時に行われてもよい。また、校正が終了した後に、標準液を洗い流すために、再び洗浄液による測定セルの洗浄が行われてもよい。洗浄液による洗浄が終了した後には、例えば水等によって、洗浄液が測定セル１６から排出されてもよい。養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度が検出された後は、再び測定セル１６の洗浄と校正がなされる。この洗浄と校正とは、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度の検出ごとに行われるほか、複数回の検出が行われた後に行われてもよい。

植物Ｐの養液栽培では、１回の栽培のために、例えば数十日から数か月程度の期間を要することがあるので、発光部１４の光源等が劣化する場合があり、また、気温等の環境変化によって、養液Ｎの吸収強度の値が変化する場合がある。更に、長期間の使用によって流路１８の境界面に汚れ等が付着する場合もある。養液Ｎについての吸収強度が正確に取得されるためには、測定セル１６の洗浄及び標準液を用いた校正が重要である。

なお、洗浄液には、例えば、塩素剤、過酸化水素水、或いは二酸化塩素水等が用いられる。また、洗浄液には、例えば特殊な洗浄成分が含まれていない水道水等も用いられる。水道水等であっても、例えば水流によって汚れを落とすことが可能である。標準液には、例えば、測定の目的となっている所定物質のイオンを含まない液体、又は、測定の目的となっている所定物質のイオンが含まれていても、そのイオン濃度が明らかな液体等が用いられる。標準液には、測定の目的となっているイオンが含まれていなくても、吸収極大波長等のスペクトル特性が明らかになっているイオンを含む液体が用いられてもよい。

第１の実施形態の植物栽培装置１Ａによって得られる効果について説明する。この植物栽培装置１Ａでは、境界面Ａでの反射１回あたりの吸収強度が大きい養液Ｎに対しては境界面Ａでの反射回数を減らし、境界面Ａでの反射１回あたりの吸収強度が小さい養液に対しては境界面Ａでの反射回数を増やすことで、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度の検出において、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を実現することができる。また、検出対象は、光反射によって生じたエバネッセント光が到達する領域の養液Ｎに限られるので、流路１８の幅を、植物体断片等による目詰まり等が発生しないように拡大することができる。更に、植物体断片等の光路への混入による光散乱等も発生し難くなる。養液Ｎ内でのイオン濃度の大きな変化に対応して、イオン濃度の検出を精度良く行うことができる。よって、この植物栽培装置１Ａによれば、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度を有し、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる。

また、植物栽培装置１Ａでは、植物体断片等による目詰まり等が防止できるので、流路に対する大規模な濾過装置が不要となり、目詰まりが起きた際に濾過装置を交換する労力が低減する。植物栽培装置１Ａは、長期的な装置の運用及び維持も簡便である。

また、植物栽培装置１Ａでは、栽培種、栽培量或いは植物Ｐの成長度合い等に応じた所望のイオン濃度に、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を調整することができる。また、制御部１２によって校正が行われるので、植物栽培装置１Ａでは各部の経年変化又は環境変化等が起こり易いものの、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を精度良く検出することができる。また、植物栽培装置１Ａでは、測定セル１６に付着した汚れ等が除去された状態で、制御部１２による校正の正確性を向上させることができる。

また、植物栽培装置１Ａでは、養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出した結果、植物Ｐの栽培に適したイオン濃度でなかった場合には、当該養液Ｎを排出部７に排出することができる。養液Ｎに含まれる所定物質のイオン濃度を検出した結果、植物Ｐの栽培に適したイオン濃度であった場合には、当該養液Ｎを栽培槽２１に再供給して再利用することができる。

また、植物栽培装置１Ａでは、境界面Ａでの反射１回あたりの吸収強度が大きい養液Ｎに対しては境界面Ａでの反射回数を減らし、境界面Ａでの反射１回あたりの吸収強度が小さい養液Ｎに対しては境界面Ａでの反射回数を増やすというように、ダイナミックレンジ及び検出感度を調整することができる。

なお、植物栽培装置１Ａでは、中間槽２２が設けられることによって、栽培槽２１の養液Ｎに含まれるイオン濃度が好適な値に保たれることができる。例えば、植物栽培装置１Ａのメンテナンス時等に、栽培槽２１が中間槽２２から切り離されると、栽培槽２１の養液Ｎはメンテナンスの影響を受けないので、好適なイオン濃度がほぼ維持される。一方、中間槽２２は、養液供給部４及び測定セル１６に対して養液Ｎの供給及び排出を行えるので、メンテナンスにも支障が生じない。

［第２実施形態］
図６に示されるように、第２実施形態の植物栽培装置１Ｂは、第２切換部６０、配管６１及び配管６３が設けられていない点で、第１実施形態の植物栽培装置１Ａと相違している。植物栽培装置１Ｂでは、測定装置１０によって所定物質のイオン濃度が検出された養液Ｎは、排出部７に排出される。植物栽培装置１Ｂは、第１実施形態の植物栽培装置１Ａと異なる湛水式タイプである。植物栽培装置１Ｂでは、検出に使われた養液Ｎが排出部７に排出される一方で、養液供給部４から好適なイオン濃度を有する養液Ｎが供給されるので、栽培槽２１の養液Ｎに含まれるイオン濃度が植物栽培に適した値を維持する。

［第３実施形態］
図７に示されるように、第２切換部６０、配管６１及び配管６３が設けられていない点で、更に、中間槽２２、配管２３及び配管２４が設けられていない点で、第１実施形態の植物栽培装置１Ａと相違している。植物栽培装置１Ｃでは、測定装置１０によってイオン濃度が検出された養液Ｎは、排出部７に排出される。植物栽培装置１Ｃは、第１実施形態に係る植物栽培装置１Ａと異なる湛水式タイプである。植物栽培装置１Ｃには、中間槽２２が設けられないので、植物栽培装置１Ｃは、栽培槽２１に対して、養液供給部４から直接に養液Ｎを供給することができる。

以上、本発明による植物栽培装置について、詳細に説明したが、本発明による植物栽培装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、下記の通り、他に様々な変形が可能である。

［第１変形例］
図８に示されるように、第１の変形例では、測定セル１６は、例えば台形状の光透過領域１７を内包することができる。図８において、測定セル１６は、養液Ｎの流れる方向に沿った断面図として表されている。光透過領域１７は、全反射のために、測定セル１６内の光透過領域１７以外の領域よりも高い屈折率を有している。光透過領域１７内では、測定光Ｌは、図２に示されたような反射を行うことができる。光透過領域１７は、台形状のほか、例えば直方形のような形状を有していてもよい。第１変形例によれば、測定セル１６にコンパクトに内包された光透過領域１７によって、測定光Ｌが全反射を受けることができる。

［第２変形例］
第２変形例では、測定セル１６は、図９に示されるような台形状の光透過領域１７を備えている。図９において、測定セル１６は、養液Ｎの流れる方向に垂直な断面図として表されている。第２変形例では、流路１８は、測定セル１６内を光透過領域１７に向かって延び、光透過領域１７に接すると、光透過領域１７に沿う方向に延びる。その後、再び光透過領域１７から離れる方向に沿って延びている。このような構成の流路１８であっても、光透過領域１７によって、イオン濃度の精度良い検出が行われる。

［第３変形例］
図１０に示されるように、第３変形例では、例えば、測定セル１６の外周回りの全域に光透過領域１７が延在する。測定セル１６は、例えば八角形のような形状をとることができる。図１０において、測定セル１６は、養液Ｎの流れる方向に垂直な断面図として表されている。図１０に示される第３変形例では、入射面１７ａを通過した測定光Ｌは、その部分のみ最適な角度に調整された入射面から、境界面Ａにおいて全反射を起こすように境界面Ａに入射される。測定光Ｌは、境界面Ａにおいて６回目の全反射を受けたのち、入射面と同様に最適な角度に調整された出射面１７ｂを通過して、測定セル１６から取り出される。この構成によれば、境界面Ａでの６回の反射回数では、精度良くイオン濃度の検出が行えない場合には、測定光Ｌが流路に沿って進行するように立体的に浅い角度をつけて入射させることにより、光透過領域１７内での周回を増やすことが可能である。このため、第３変形例では、広いダイナミックレンジ及び高い検出感度が得られるので、所定物質のイオン濃度が微量であるときでも、イオン濃度の精度良い検出が行われる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…植物栽培装置、４…養液供給部、５…標準液供給部、６…洗浄液供給部、７…排出部、１０…測定装置、１１…測定ユニット、１２…制御部（検出部）、１４…発光部、１５…受光部、１６…測定セル（測定部）、１７…光透過領域、１８…流路、２０…植物栽培部、２１…栽培槽、３０…入射角度調整部、５０…第１切換部、６０…第２切換部、Ａ…境界面、Ｌ…測定光（光）、Ｎ…養液、Ｐ…植物。

Claims (7)

1. 養液によって植物が栽培される栽培槽と、
   前記養液が流れる流路及び前記流路に接する光透過領域を有する測定部と、
   前記光透過領域側から前記光透過領域と前記流路との境界面に入射する光を発する発光部と、
   前記境界面で前記光透過領域側に反射した前記光を受ける受光部と、
   前記測定部における前記光の吸収強度に基づいて、前記養液に含まれる所定物質のイオン濃度を検出する検出部と、を備える、植物栽培装置。
2. 前記栽培槽に前記養液を供給する養液供給部を更に備え、
   前記検出部は、検出した前記イオン濃度に基づいて、前記イオン濃度が所定濃度となるように前記養液供給部を制御する、請求項１記載の植物栽培装置。
3. 前記測定部に標準液を供給する標準液供給部と、
   前記栽培槽から前記測定部への前記養液の供給と前記標準液供給部から前記測定部への前記標準液の供給とを切り換える第１切換部と、を更に備え、
   前記検出部は、前記第１切換部を制御し、前記標準液供給部から前記測定部への前記標準液の供給が行われているときに、前記測定部における前記光の吸収強度に基づいて、校正を行う、請求項１又は２記載の植物栽培装置。
4. 前記測定部に洗浄液を供給する洗浄液供給部を更に備え、
   前記第１切換部は、前記栽培槽から前記測定部への前記養液の供給と前記標準液供給部から前記測定部への前記標準液の供給と前記洗浄液供給部から前記測定部への前記洗浄液の供給とを切り換え、
   前記検出部は、前記第１切換部を制御し、前記洗浄液供給部から前記測定部への前記洗浄液の供給が行われた後に、前記校正を行う、請求項３記載の植物栽培装置。
5. 前記栽培槽から前記測定部に供給された前記養液が排出される排出部を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項記載の植物栽培装置。
6. 前記測定部から前記栽培槽への前記養液の供給と前記測定部から前記排出部への前記養液の排出とを切り換える第２切換部を更に備える、請求項５記載の植物栽培装置。
7. 前記光透過領域側から前記境界面に入射する前記光の入射角を調整する入射角度調整部を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項記載の植物栽培装置。

Images