特許 5718153 植物用センサ装置

(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】5718153

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】植物用センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20150423BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20150423BHJP

   A01G 7/00 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/27 Z

   G01N21/01 D

   A01G7/00 603

【請求項の数】4

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2011-117540(P2011-117540)

(22)【出願日】2011年5月26日

(65)【公開番号】特開2012-247235(P2012-247235A)

(43)【公開日】2012年12月13日

【審査請求日】2014年4月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100082670

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 民雄

(72)【発明者】

【氏名】林 邦広

(72)【発明者】

【氏名】趙 鵬

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５４４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４７９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０１５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２４５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０８−０２７２１２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６３−１８２５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０１０５２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００９８７１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ２１／００−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生育状況測定対象を照射すべく第１波長の第１測定光を出射する第１発光部と、
前記生育状況測定対象を照射すべく第２波長の第２測定光を出射する第２発光部と、
前記生育状況測定対象による前記各測定光の反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記第１発光部からの出射と前記第２発光部からの出射とを異なるタイミングで発光制御する制御部と、
前記第１発光部からの第１測定光の第１出射光路と、前記第２発光部からの第２測定光の第２出射光路と、を合流する光路合流手段と、
該光路合流手段と、第１測定光および第２測定光を前記生育状況測定対象へ向けて出射する出射部と、を接続する共通出射光路と、
を備え、
前記出射部は、出射光軸に直交する平面で見て一方向のみに屈折力を持つ光学部材を有し、
該光学部材は、前記出射光軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする植物用センサ装置。

【請求項2】

前記共通出射光路は、少なくとも一部が光ファイバにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の植物用センサ装置。

【請求項3】

前記光ファイバは、モードスクランブラ処理が施されていることを特徴とする請求項２に記載の植物用センサ装置。

【請求項4】

前記共通出射光路は、前記光ファイバよりも前記出射部側に、通過する第１測定光および第２測定光の一部を測定光出力制御部へ向けて分岐する光束分岐手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の植物用センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生育状況測定対象としての植物等に向けて照射した測定光の反射率を求めることにより、その植物等の生育状況を把握可能な植物用センサ装置の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、農作物の生産能力の向上のために、作物生育状況を的確に把握して効率良く作物を生産することが重要視されている。このため、互いに異なる波長の２つの測定光の作物（植物（生育状況測定対象））からの反射光を取得することにより、その作物の２つの測定光に対する反射率をそれぞれ求め、その両反射率に基づいて当該作物の生育状況を示す正規化差植生指数（ＮＤＶＩ）を求めることが考えられている。この正規化差植生指数（ＮＤＶＩ）をより正確に求めて作物の生育状況をより適切に把握するために、作物からの反射光をより適切に取得することを可能とする植物用センサ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この植物用センサ装置では、外乱光に起因する光量成分の影響を低減することにより、２つの測定光の作物からの反射光をより適切に取得することができるので、正規化差植生指数（ＮＤＶＩ）をより正確に求めることができ、作物の生育状況をより適切に把握することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２２１６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、作物の生育状況を適切に把握するためには、異なる波長の２つの測定光に対する当該作物からの反射光のそれぞれを適切に取得する必要があるので、当該作物に対して２つの測定光の双方を等しい条件下で照射すべく両測定光による照射領域を一致させることが望ましい。

【0005】

ところが、この従来の植物用センサ装置では、互いに異なる波長の２つの測定光を生育状況測定対象へ向けて照射可能とするために、第１発光部と第２発光部とを並列させて設けるものであることから、第１発光部からの第１測定光による第１照射領域と第２発光部からの第２測定光による第２照射領域とを一致させることは困難である。これは、例えば、所定の距離の面上で第１照射領域と第２照射領域とを一致させたとしても、当該所定の距離からずれた距離の面上では第１発光部と第２発光部との出射位置の差異に起因して第１照射領域と第２照射領域とにずれが生じてしまうことによる。このことは、育成状況測定対象が一様なものである場合、特に問題となることはないが、斑がある等により育成状況測定対象が一様なものではない場合、反射光の受光の不安定要素になり当該反射光を適切に取得できなくなる虞がある。このため、従来の植物用センサ装置では、作物の生育状況をより適切に把握する観点から改善の余地があった。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、異なる波長の２つの測定光の生育状況測定対象からの反射光をより適切に取得することを可能とする植物用センサ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明の植物用センサ装置は、生育状況測定対象を照射すべく第１波長の第１測定光を出射する第１発光部と、前記生育状況測定対象を照射すべく第２波長の第２測定光を出射する第２発光部と、前記生育状況測定対象による前記各測定光の反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記第１発光部からの出射と前記第２発光部からの出射とを異なるタイミングで発光制御する制御部と、前記第１発光部からの第１測定光の第１出射光路と、前記第２発光部からの第２測定光の第２出射光路と、を合流する光路合流手段と、該光路合流手段と、第１測定光および第２測定光を前記生育状況測定対象へ向けて出射する出射部と、を接続する共通出射光路と、を備え、前記出射部は、出射光軸に直交する平面で見て一方向のみに屈折力を持つ光学部材を有し、該光学部材は、前記出射光軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の植物用センサ装置であって、前記共通出射光路は、少なくとも一部が光ファイバにより形成されていることを特徴とする。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の植物用センサ装置であって、前記光ファイバは、モードスクランブラ処理が施されていることを特徴とする。

【0011】

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の植物用センサ装置であって、前記共通出射光路は、前記光ファイバよりも前記出射部側に、通過する第１測定光および第２測定光の一部を測定光出力制御部へ向けて分岐する光束分岐手段を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明の植物用センサ装置によれば、第１発光部からの第１測定光の出射光路と第２発光部からの第２測定光の出射光路とを合流させる光路合流手段と、その光路合流手段から出射部に至る共通出射光路と、が設けられていることから、単一の出射部から等しい出射光軸上に第１測定光および第２測定光を出射させることができるので、第１測定光による照射領域と第２測定光による照射領域とを一致させることができる。このため、等しい条件下で生育状況測定対象を第１測定光および第２測定光で照射することができるので、当該生育状況測定対象における第１測定光に対する反射率と第２測定光に対する反射率とを適切に取得することができる。

【0013】

また、植物用センサ装置では、光路合流手段で合流させて共通出射光路を経た後に、単一の出射部から等しい出射光軸Ｌ上で第１測定光および第２測定光を出射させるものであることから、その出射面からの距離に拘らず第１測定光による照射領域と第２測定光による照射領域とを一致させることができる。

【0014】

上記した構成に加えて、前記共通出射光路は、少なくとも一部が光ファイバにより形成されていることとすると、第１測定光および第２測定光をミキシングすることができ、第１測定光および第２測定光を均一な強度分布で無偏光（ランダム偏光）な光束とすることができる。このため、生育状況測定対象からの第１測定光および第２測定光に対する反射光をより適切に取得することができるので、当該生育状況測定対象における第１測定光に対する反射率と第２測定光に対する反射率とを適切に取得することができる。

【0015】

上記した構成に加えて、前記光ファイバは、モードスクランブラ処理が施されていることとすると、第１測定光および第２測定光をより効率よくミキシングすることができ、第１測定光および第２測定光をより確実に均一な強度分布で無偏光（ランダム偏光）な光束とすることができる。このため、生育状況測定対象からの第１測定光および第２測定光に対する反射光をより適切に取得することができるので、当該生育状況測定対象における第１測定光に対する反射率と第２測定光に対する反射率とを適切に取得することができる。

【0016】

上記した構成に加えて、前記出射部は、出射光軸に直交する平面で見て一方向のみに屈折力を持つ光学部材を有し、該光学部材は、前記出射光軸回りに回転可能に保持されていることとすると、第１測定光および第２測定光による照射領域の形状を容易に設定することができる。

【0017】

また、出射部を形成する一方向のみに屈折力を持つ光学部材が、出射光軸回りに回転（自転）自在とされていることから、出射光軸回りで見て当該光学部材の回転姿勢を適宜調整するだけで、第１測定光および第２測定光による照射領域の出射光軸回りで見た回転姿勢を変更することができる。

【0018】

さらに、第１測定光および第２測定光を光ファイバによりミキシングして断面円形状で均一な強度分布で無偏光な光束とした後に、一方向のみに屈折力を持つ光学部材を用いて第１測定光および第２測定光による照射領域の形状を設定するものとすると、安定した形状、大きさ寸法および強度分布の照射領域を形成することができる。このため、生育状況測定対象における第１測定光に対する反射率と第２測定光に対する反射率とを、より適切に取得することができる。

【0019】

上記した構成に加えて、前記共通出射光路は、前記光ファイバよりも前記出射部側に、通過する第１測定光および第２測定光の一部を測定光出力制御部へ向けて分岐する光束分岐手段を有することとすると、その測定光出力制御部は、光ファイバによりミキシングした第１測定光および第２測定光の一部を取得することができることから、その取得した情報に基づいて当該第１測定光および第２測定光をより適切に取得することができるので、第１発光部および第２発光部の出力パワーをより適切に調整することができる。このため、より安定した第１測定光および第２測定光を生育状況測定対象に照射することができるので、当該生育状況測定対象における第１測定光に対する反射率と第２測定光に対する反射率とをより適切に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る植物用センサ装置の一例としての植物用センサ装置１０を模式的に示す斜視図である。

【図2】２つの植物用センサ装置１０をトラクターＴＲに設置した様子を示す説明図である。

【図3】植物用センサ装置１０の機能構成を模式的に示すブロック図である。

【図4】第１温度調節素子２８および第２温度調節素子２９による温度調節ための構成を説明するための説明図である。

【図5】第１発光部２６の発光量の大きさを一定とするＡＰＣユニット２４の概念を示す説明図である。

【図6】第１発光部２６の発光量の大きさを一定とすべく制御する第１光量制御部（ＡＰＣユニット２４）、および第１発光部２６の発光タイミングを制御する発光制御部（パルス生成部４６）の構成を示す回路図である。

【図7】受光ユニット２２からの受光信号の積算処理の一例を説明するための説明図であり、（ａ）は図６に示す周期パルスＰＴの出力と受光ユニット２２（測定用受光部３５）からの受光出力との関係を示し、（ｂ）は受光出力を複数の区間に分割してサンプリングする様子を示し、（ｃ）は各サンプリング値を区間毎に加算して、加算により得た区間毎の値のうちの最も大きな値（図示の例ではＫ６）を受光出力値として求める様子を示している。

【図8】演算処理ユニット２５（積算部４５）から出力される各積算信号を説明するための説明図である。

【図9】ノイズを除去した両積算信号を説明するための説明図である。

【図10】照射光学系６０の構成を説明するための概略的に示す説明図である。

【図11】シリンドリカルレンズ７０の回転に伴って照射領域ＩＡが出射光軸Ｌ回りに回転（自転）される様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は正面視して縦方向に延在する照射領域ＩＡが形成された様子を示し、（ｂ）は正面視して横方向に延在する照射領域ＩＡが形成された様子を示す。

【図12】トラクターＴＲに設置された２つの植物用センサ装置１０により形成される照射領域ＩＡが、出射光軸Ｌ回りに回転（自転）される様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は両植物用センサ装置１０が側方に設けられた状態を示し、（ｂ）は両植物用センサ装置１０が斜め前方に設けられた状態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明に係る植物用センサ装置の発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

【実施例】

【0022】

先ず、本発明に係る植物用センサ装置１０の概略的な構成について説明する。図１は、本発明に係る植物用センサ装置の一例としての植物用センサ装置１０を模式的に示す斜視図である。図２は、２つの植物用センサ装置１０をトラクターＴＲに設置した様子を示す説明図である。図３は、植物用センサ装置１０の機能構成を模式的に示すブロック図である。

【0023】

本発明に係る本実施例の植物用センサ装置１０では、図１に示すように、第１測定光Ｐ１と第２測定光Ｐ２とを同一の照射領域ＩＡに照射することが可能とされている。この第１測定光Ｐ１と第２測定光Ｐ２とは、互いに異なる波長に設定されている。なお、この第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２における波長とは、各測定光のスペクトルにおいて強度がピーク値となる波長をいう。この植物用センサ装置１０では、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２で生育状況測定対象とする植物（図２の符号Ｃｒ参照）を照射し、その生育状況測定対象からの第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の反射光Ｐｒ（図３参照）を取得することにより、当該生育状況測定対象の第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に対するそれぞれの反射率を生成するものである。この反射光Ｐｒの取得による反射率の生成については、後に詳細に説明する。

【0024】

この第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に対する反射率は、生育状況測定対象とした植物（図２の符号Ｃｒ参照）の生育状況を判断することに用いることができる。例えば、第１測定光Ｐ１として赤の波長帯域の光を用いるとともに、第２測定光Ｐ２として赤外の波長帯域の光を用いて、生育状況測定対象とする植物の第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に対するそれぞれの反射率を取得する。この赤の波長帯域の第１測定光Ｐ１の反射率（Ｒとする）と、赤外の波長帯域の第２測定光Ｐ２の反射率（ＩＲとする）と、を用いることにより、当該生育状況測定対象とする植物の生育状況（そこに含まれる栄養素の量）を示す正規化差植生指数（ＮＤＶＩ）を求めることができる。この正規化差植生指数は、（ＮＤＶＩ＝（ＩＲ−Ｒ）／（ＩＲ＋Ｒ））で表されるものである。

【0025】

植物用センサ装置１０には、図示は略すが、操作部が設けられている。この操作部は、植物用センサ装置１０における各種機能の実行のための操作を行うものである。この各種機能は、後述する第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射や、その照射領域ＩＡの回転姿勢の調整や、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に基づく正規化差植生指数の算出の実行等を含むものである。また、植物用センサ装置１０には、取付部１１が設けられており、任意の箇所への取り付けが可能とされている。

【0026】

植物用センサ装置１０は、例えば、図２に示すように、農業用機械（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｍａｃｈｉｎｅ）の一例としてのトラクターＴＲに取付部１１を介して設置されて使用される。この図２の例では、トラクターＴＲには、左右に１つずつの植物用センサ装置１０が搭載されており、それぞれがトラクターＴＲの側方に照射領域ＩＡ（図１および図１２等参照）を形成するように設置されている。このトラクターＴＲでは、自らが走行する両脇に両植物用センサ装置１０で照射領域ＩＡを形成することができるので、栽培している作物Ｃｒの脇を通行することにより、その作物Ｃｒの生育状況（正規化差植生指数）を取得することができる。この例のトラクターＴＲには、肥料散布機Ｆｓ（図１２参照）が搭載されている。その肥料散布機Ｆｓは、図示は略すが制御部の制御下で散布する肥料の量の調整が可能とされているとともに、その制御部が各植物用センサ装置１０の後述するドライバー回路４０やドライバー回路４１（図３参照）を介して各植物用センサ装置１０（そのＣＰＵ２３）とのデータの遣り取りが可能とされており、各植物用センサ装置１０で取得した正規化差植生指数に応じた量の肥料を散布する。このため、トラクターＴＲでは、作物Ｃｒを栽培している農地に沿って走行するだけで、作物Ｃｒの生育状況に応じた適切な量の肥料を当該作物Ｃｒに散布することができ、作物Ｃｒを効率よく栽培することを可能とする。

【0027】

この植物用センサ装置１０は、図３に示すように、発光ユニット２１と、受光ユニット２２と、ＣＰＵ（制御ユニット）２３と、ＡＰＣユニット２４と、演算処理ユニット２５と、を備える。その発光ユニット２１は、第１発光部２６と、第２発光部２７と、第１温度調節素子２８と、第２温度調節素子２９と、第１温度検出素子３０と、第２温度検出素子３１と、を有する。

【0028】

第１発光部２６は、第１測定光Ｐ１を出射するための発光部材である。この第１発光部２６は、本実施例では、出射光のピーク値の波長を７３５ｎｍとするパルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）で構成されており、赤の波長帯域（第１波長）の光を出射可能である。第２発光部２７は、第２測定光Ｐ２を出射するための発光部材である。この第２発光部２７は、本実施例では、出射光のピーク値の波長を８０８ｎｍとするパルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）で構成されており、赤外の波長帯域（第２波長）の光を出射可能である。この第１発光部２６および第２発光部２７は、後述するように、測定光出力制御部（ＡＰＣユニット２４および演算処理ユニット２５）の制御下で駆動（出力調整および点消灯）される。その第１発光部２６および第２発光部２７の温度を調整すべく、第１温度調節素子２８と、第２温度調節素子２９と、第１温度検出素子３０と、第２温度検出素子３１と、が設けられている。

【0029】

第１温度調節素子２８および第２温度調節素子２９は、第１発光部２６と第２発光部２７とを加熱または冷却するものである。この第１温度調節素子２８および第２温度調節素子２９は、本実施例ではペルチェ効果型素子で形成されており、第１温度調節素子２８が第１発光部２６に適合する大きさ寸法および形状とされているとともに、第２温度調節素子２９が第２発光部２７と第１温度調節素子２８との双方を載置可能な大きさ寸法の矩形状とされている（図４参照）。第１温度検出素子３０は、第１発光部２６の温度を検出するものであり、本実施例では、サーミスタで形成されている。第２温度検出素子３１は、第２発光部２７の温度を検出するものであり、本実施例ではサーミスタで形成されている。

【0030】

本実施例の発光ユニット２１では、図４に示すように、ベース基板３２に第２温度調節素子２９が取り付けられ、その第２温度調節素子２９には、それと略等しい大きさ寸法の金属板３３が設けられている。その金属板３３には、１つの隅部に第２発光部２７が設けられているとともに、その対角位置となる隅部に第１温度調節素子２８を介して第１発光部２６が設けられている。このため、第２発光部２７は、金属板３３および第２温度調節素子２９を介してベース基板３２に取り付けられている。また、第１発光部２６は、第１温度調節素子２８、金属板３３および第２温度調節素子２９を介してベース基板３２に取り付けられている。その第１発光部２６に第１温度検出素子３０が取り付けられているとともに、第２発光部２７に第２温度検出素子３１が取り付けられている。なお、本実施例の発光ユニット２１では、図３に示すように、さらに、各種回路が設けられたプリント回路基板ＰＣＢの温度を検出する第３温度検出素子３４としてのサーミスタを有する。この第３温度検出素子３４は、例えば、受光部（受光ユニット２２（測定用受光部３５）やＡＰＣユニット２４（監視用受光部４２））に接近して設けることにより、その受光部の駆動回路が設けられたプリント回路基板ＰＣＢの温度を検出して、当該受光部における受光信号の管理に用いることができる。

【0031】

発光ユニット２１では、第１温度検出素子３０、第２温度検出素子３１および第３温度検出素子３４の検出出力がＣＰＵ２３に入力される。ＣＰＵ２３は、第１温度検出素子３０からの検出結果に基づいて、第１発光部２６の温度を一定とするように第１温度調節素子２８を制御するとともに、第２温度検出素子３１からの検出結果に基づいて、第２発光部２７の温度を一定とするように第２温度調節素子２９を制御する。このため、ＣＰＵ２３は、第１発光部２６の温度を制御する第１温度制御回路として機能するとともに、第２発光部２７の温度を制御する第２温度制御回路として機能する。なお、本実施例では、第２温度調節素子２９は、第２発光部２７の温度を直に調節するとともに、第１温度調節素子２８を介して第１発光部２６の温度も調節することとなる。

【0032】

その第２温度調節素子２９は、本実施例では、ペルチェ効果型素子で形成されていることから、ＣＰＵ２３により通電方向が制御されることにより、温度調節を行うことが可能とされている。第２温度調節素子２９では、図４に示すように、矢印Ｉ２方向に通電されると放熱して金属板３３を介して第２発光部２７を加熱し、矢印Ｉ２´方向に通電されると吸熱して金属板３３を介して第２発光部２７を冷却する。

【0033】

また、第１温度調節素子２８は、本実施例では、ペルチェ効果型素子で形成されていることから、ＣＰＵ２３により通電方向が制御されることにより、温度調節を行うことが可能とされている。第１温度調節素子２８では、矢印Ｉ１方向に通電されると放熱して第１発光部２６を加熱し、矢印Ｉ１´方向に通電されると吸熱して第１発光部２６を冷却する。このとき、第１温度調節素子２８（第１発光部２６）は、金属板３３を介して第２温度調節素子２９上に設けられていることから、第２温度調節素子２９での吸放熱の影響を受けるので、ＣＰＵ２３により第２温度調節素子２９での温度調節を考慮して温度調節されている。

【0034】

受光ユニット２２は、図３に示すように、測定用受光部３５と、増幅回路３６と、Ａ／Ｄ変換器３７と、を有する。測定用受光部３５は、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２が照射された生育状況測定対象（作物Ｃｒ）からの反射光Ｐｒを取得すべく設けられており、受光面に光が入射すると、その光量に応じた電気信号を出力する。この測定用受光部３５は、本実施例では図示は略すが６つのＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）で形成されている。測定用受光部３５は、電気信号（検出出力）を増幅回路３６へ向けて出力する。なお、測定用受光部３５から出力される電気信号には、生育状況測定対象（作物Ｃｒ）からの反射光Ｐｒの光量に応じた分に加えて、外乱光の光量に応じた分も含まれている。その増幅回路３６は、入力された電気信号を適宜増幅してＡ／Ｄ変換器３７へ向けて出力する。そのＡ／Ｄ変換器３７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、演算処理ユニット２５へ向けて出力する。

【0035】

ＣＰＵ（中央演算処理装置）２３は、植物用センサ装置１０において、外部電力供給源３８から電源回路３９を経て電力が供給される各構成部を統括的に制御する制御ユニットとして機能する。そのＣＰＵ２３は、ＲＳ−２３２Ｃの規格に対応するドライバー回路４０や、キャン通信が可能とされたドライバー回路４１を介して、外部とのデータの遣り取りが可能とされており、植物用センサ装置１０の駆動に必要なデータまたはプログラムを取得することが可能とされている。加えて、ＣＰＵ２３は、上述したように、第１発光部２６および第２発光部２７の温度調整（第１温度調節素子２８および第２温度調節素子２９の駆動制御）を行うことができる。

【0036】

また、ＣＰＵ２３は、後述するように、演算処理ユニット２５（その積算部４５）から出力される積算信号に基づいて、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を照射した生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における、その第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に対する反射率を算出するとともに、その算出結果（各反射率）に基づいて生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の正規化差植生指数を算出する演算部としても機能する。このため、ＣＰＵ２３すなわち植物用センサ装置１０は、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を利用して、生育状況測定対象の生育状況に関する情報を取得することができる。

【0037】

ＡＰＣユニット２４は、第１発光部２６および第２発光部２７の出力パワー、すなわち出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の強度（発光量の大きさ）を所定の大きさに安定させるものである（フィードバック制御）。このＡＰＣユニット２４は、監視用受光部４２と、増幅回路４３と、フィードバック回路４４と、を有する。監視用受光部４２は、後述するように、植物用センサ装置１０（その出射部としてのシリンドリカルレンズ７０）から出射される前の第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の一部を取得すべく設けられている（図５および図１０参照）。この監視用受光部４２は、受光面に光が入射すると、その光量に応じた電気信号を出力するものであり、本実施例ではＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）で形成されている。監視用受光部４２は、図３および図５に示すように、電気信号（検出出力）を増幅回路４３へ向けて出力する。その増幅回路４３は、入力された電気信号を適宜増幅してフィードバック回路４４へ向けて出力する。そのフィードバック回路４４は、入力された電気信号に基づいて、その受光信号の大きさが一定となるように第１発光部２６および第２発光部２７の駆動電流を制御する。これにより、第１発光部２６および第２発光部２７から出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の強度が一定となるように自動的に制御される。この詳細な構成については後述する。

【0038】

このため、ＡＰＣユニット２４では、監視用受光部４２が、第１発光部２６および第２発光部２７から生育状況測定対象（作物Ｃｒ）に向けて照射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の一部を受光する補助受光素子として機能する。また、ＡＰＣユニット２４では、増幅回路４３とフィードバック回路４４とが、補助受光素子からの受光信号に基づいて第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の強度が一定となるように第１発光部２６および第２発光部２７の出力パワーを制御する光量制御部として機能する。

【0039】

演算処理ユニット２５は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で形成されており、図３に示すように、測定用受光部３５の受光信号を所定時間積算して積算信号を出力する積算機能（積算部４５）と、第１発光部２６および第２発光部２７の発光制御のためのパルス信号を生成する発光制御機能（パルス生成部（発光制御部）４６）と、を有する。積算部４５の動作については、後に詳細に説明する。パルス生成部４６は、第１発光部２６の発光と第２発光部２７の発光とを異なるタイミングとするように、第１発光部２６および第２発光部２７を発光制御するためのパルス信号を生成して、当該パルス信号を第１発光部２６および第２発光部２７に出力する。このため、演算処理ユニット２５（そのパルス生成部４６）は、ＡＰＣユニット２４と協働して、第１発光部２６および第２発光部２７の駆動（出力調整および点消灯）を制御する測定光出力制御部として機能する。本実施例では、測定光出力制御部（その演算処理ユニット２５）は、第１発光部２６と第２発光部２７とを交互に同一の時間幅で出射させるとともに、それぞれの出射後に等しい時間の駆動停止（消灯）時間を設定している。

【0040】

次に、第１発光部２６および第２発光部２７の駆動を制御する測定光出力制御部において、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の強度が一定となるように第１発光部２６および第２発光部２７の出力パワーを制御する光量制御部の具体的な構成に付いて説明する。なお、光量制御部では、単一の監視用受光部４２を用いつつそれぞれに対応した光量制御回路を用いて、第１発光部２６と第２発光部２７との出力パワーをそれぞれ制御するものであるが、双方の光量制御回路の構成および作用は等しいものであることから、以下では、監視用受光部４２を用いる第１発光部２６の光量制御回路について図６を用いて説明し、第２発光部２７の光量制御回路については省略する。その図６は、第１発光部２６の発光量の大きさを一定とすべく制御する第１光量制御部（ＡＰＣユニット２４）、および第１発光部２６の発光タイミングを制御する発光制御部（パルス生成部４６）の構成を示す回路図である。

【0041】

この図６に示す第１発光部２６の光量制御回路は、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の一部を受光可能とされた監視用受光部４２を有する。その監視用受光部４２のカソードには、抵抗Ｒ１を介して電圧＋Ｖが印加される。監視用受光部４２のカソードと抵抗Ｒ１との接続点は、コンデンサ（電解コンデンサ）Ｃ１を介してアースされている。そのコンデンサＣ１には、コンデンサＣ２が並列に接続されている。監視用受光部４２のアノードは、抵抗Ｒ２を介してアースされている。

【0042】

監視用受光部４２のアノードと抵抗Ｒ２との接続点は、オペレーショナルアンプリファイアＩＣ１（以下ではオペアンプＩＣ１ともいう）のマイナス入力端子−に接続されている。そのオペアンプＩＣ１のプラス入力端子＋は、抵抗Ｒ３を介してアースされている。オペアンプＩＣ１の出力端子は、帰還抵抗Ｒ４を介してオペアンプＩＣ１のプラス入力端子＋に接続されている。その帰還抵抗Ｒ４には、これと並列にコンデンサＣ３が接続されている。

【0043】

このオペアンプＩＣ１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサＣ１〜Ｃ３と協働して、監視用受光部４２からのパルス的受光信号Ｓ１（受光した第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に応じた電気信号）を電流・電圧変換するとともに、そのパルス的受光信号Ｓ１を増幅したパルス的受光信号Ｓ１´を出力する機能を有する。

【0044】

そのオペアンプＩＣ１の出力端子は、アナログスイッチング素子ＳＷ（以下、スイッチＳＷともいう）および抵抗Ｒ５を介して、オペレーショナルアンプリファイアＩＣ２（以下ではオペアンプＩＣ２ともいう）のプラス入力端子＋に接続されている。オペアンプＩＣ２のプラス入力端子＋と抵抗Ｒ５との接続点は、コンデンサＣ４を介してアースされている。オペアンプＩＣ２の出力端子は、そのオペアンプＩＣ２のマイナス入力端子−に接続されるとともに、抵抗Ｒ６を介してオペレーショナルアンプリファイアＩＣ３（以下ではオペアンプＩＣ３ともいう）のマイナス入力端子−に接続されている。スイッチＳＷは、後述するパルスＰＴ１が入力されるとオン状態とされ、抵抗Ｒ５を介してオペアンプＩＣ１の出力端子とオペアンプＩＣ２のプラス入力端子＋とを導通状態とする。すなわち、スイッチＳＷがオン状態とされると、増幅されたパルス的受光信号Ｓ１´がオペアンプＩＣ２のプラス入力端子＋へ出力される。

【0045】

このオペアンプＩＣ２は、抵抗Ｒ５、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ６と協働して、パルス的受光信号Ｓ１´を平滑化し、連続的受光信号Ｓ１´´として後段のオペアンプＩＣ３のマイナス入力端子−に出力する機能を有する。

【0046】

オペアンプＩＣ３のプラス入力端子＋は、コンデンサＣ５を介してアースされている。そのコンデンサＣ５には、抵抗Ｒ７が並列に接続されている。そのオペアンプＩＣ３のプラス入力端子＋とコンデンサＣ５との接続点には、抵抗Ｒ８を介して電圧Ｖが印加される。オペアンプＩＣ３の出力端子は、このオペアンプＩＣ３のマイナス入力端子−にコンデンサＣ６を介して接続されているとともに、トランジスタＴｒのベースに接続されている。このトランジスタＴｒのコレクタには、電圧Ｖが印加されている。また、トランジスタＴｒのエミッタは、電界効果型トランジスタＦＥＴ１（以下ではＦＥＴ１ともいう）のゲートに接続されるとともに、抵抗Ｒ９を介してアースされている。抵抗Ｒ９にはこれと並列にコンデンサＣ７が接続されている。

【0047】

そのＦＥＴ１のドレインは、レーザダイオードＰＬＤである第１発光部２６のカソードに接続されている。その第１発光部２６のアノードには、電圧Ｖが印加されている。また、ＦＥＴ１のソースは、抵抗Ｒ１０を介して電界効果型トランジスタＦＥＴ２（以下ではＦＥＴ２ともいう）のドレインに接続されている。そのＦＥＴ２のソースは、アースされている。

【0048】

オペアンプＩＣ３は、オペアンプＩＣ２の出力端子から出力される出力電圧（連続的受光信号Ｓ１´´）と、コンデンサＣ５、抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８により規定される基準電圧Ｖｒと、を比較して、オペアンプＩＣ３からの出力電圧と基準電圧Ｖｒとの差分電圧δＶをトランジスタＴｒのベースに向けて出力する。トランジスタＴｒは、入力される差分電圧δＶに基づいて、第１発光部２６から出射される第１測定光Ｐ１の発光量が一定となるように、ＦＥＴ１のゲート電圧を制御する。このオペアンプＩＣ３とトランジスタＴｒと抵抗Ｒ７〜Ｒ９とコンデンサＣ５〜Ｃ７は、フィードバック回路４４を大略構成している。

【0049】

スイッチＳＷおよびＦＥＴ２のゲートには、演算処理ユニット２５のパルス生成部４６から、周期パルスＰＴが入力される。そのパルス生成部４６は、所定の間隔を置きつつ第１発光部２６と第２発光部２７とを交互に同一の時間幅で出射させるための周期パルスＰＴを生成する。ＦＥＴ２では、ゲートに周期パルスＰＴが入力されることにより、周期的にオン・オフされ、上述したようにスイッチＳＷでは、周期パルスＰＴが入力されることにより、周期的にオン・オフされる。これにより、第１発光部２６には、周期的に矢印方向に電流が流れることから、周期的に発光（パルス発光）するので、周期パルスＰＴに応じるパルス的な第１測定光Ｐ１を出射する。

【0050】

演算処理ユニット２５のパルス生成部４６から出力される周期パルスＰＴは、図７（ａ）に示すように、第１発光部２６を周期的に発光させるパルスＰＴ１と、第２発光部２７を周期的に発光させるパルスＰＴ２と、を有する。その周期パルスＰＴ１と周期パルスＰＴ２とは、互いに等しいパルス時間幅で交互に発生されており、第１発光部２６と第２発光部２７とを交互に同一の時間幅で出射させる。また、周期パルスＰＴ１が発生してから周期パルスＰＴ２が発生するまでの時間幅と、周期パルスＰＴ２が発生してから周期パルスＰＴ１が発生するまでの時間幅と、が互いに等しいものとされており、第１発光部２６と第２発光部２７とのいずれかの出射後に双方が等しい時間で駆動停止（消灯）される。このため、周期パルスＰＴ１と周期パルスＰＴ２とは、互いに等しい周期とされている。

【0051】

その演算処理ユニット２５の積算部４５では、上述したように、受光ユニット２２（その測定用受光部３５）からの受光信号を所定時間積算して積算信号を出力する積算機能を有している。ここで、図７（ａ）に示すような周期パルスＰＴ１と周期パルスＰＴ２とを有する周期パルスＰＴが生成されて、それに基づき第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２が出射されたものとする。すると、受光ユニット２２の測定用受光部３５（図３参照）は、第１測定光Ｐ１の反射光成分と外乱光に起因する外乱光成分とを含んだ光量を取得（受光）するとともに、第２測定光Ｐ２の反射光成分と外乱光に起因する外乱光成分とを含んだ光量を取得（受光）する。このため、受光ユニット２２からは、第１測定光Ｐ１の反射光成分と外乱光に起因する外乱光成分とを含んだ光量に相当する受光信号ＳＮ１と、第２測定光Ｐ２の反射光成分と外乱光に起因する外乱光成分とを含んだ光量に相当する受光信号ＳＮ２と、が周期的に交互に出力される。

【0052】

この演算処理ユニット２５の積算部４５では、受光ユニット２２から受光信号を受けると、パルス生成部４６による第１発光部２６および第２発光部２７の点灯制御に同期する第１積算ステップと、パルス生成部４６による第１発光部２６および第２発光部２７の消灯制御に同期する第２積算ステップと、を実行する。その第１積算ステップでは、第１測定光Ｐ１の反射光成分を含む受光信号ＳＮ１を所定個数積算するとともに、第２測定光Ｐ２の反射光成分を含む受光信号ＳＮ２を所定個数積算し、測定光毎の積算結果をＣＰＵ２３に向けて出力する。第２積算ステップでは、第１測定光Ｐ１の出射が停止された後のパルス的受光信号すなわち第１測定光Ｐ１の反射光成分が除かれたパルス的受光信号としての受光信号Ｎ１を所定個数積算するとともに、第２測定光Ｐ２の出射が停止された後の（第２測定光Ｐ２の反射光成分が除かれた）パルス的受光信号としての受光信号Ｎ２を所定個数積算する。その所定個数の受光信号Ｎ１が積算された積算結果と、所定個数の受光信号Ｎ２が積算された積算結果と、をＣＰＵ２３に向けて出力する。

【0053】

この演算処理ユニット２５の積算部４５での積算処理の一例を以下で説明する。積算部４５は、例えば、受光信号ＳＮ１のパルス幅を、図７（ｂ）に示すように区間ｔ１〜ｔ１０に分割し、区間毎に（各ｔ１〜ｔ１０で）受光出力を複数回サンプリングし、各サンプリング値を加算（積算）してこの加算値を一時的に記憶する。このとき、例えば、区間ｔ１において、受光出力を８回サンプリングし、８個のサンプリング値を加算して、図７（ｃ）に示すように加算値Ｋ１を取得し、この加算値Ｋ１を一時的に記憶する。積算部４５は、同様にして、各区間に対応する加算値Ｋ２〜Ｋ１０を得る処理を実行し、加算値Ｋ１〜Ｋ１０の値から最も大きな加算値を抽出し、その抽出した加算値を受光信号ＳＮ１のピーク値（最大値）を示す受光出力値として取得する。この図７（ｃ）の例では、受光出力値（受光信号ＳＮ１（図７（ｂ）参照）のピーク値）は加算値Ｋ６となる。

【0054】

積算部４５（演算処理ユニット２５）は、この受光出力値（ピーク値）の取得を、図７（ａ）に示す複数の受光信号ＳＮ１についてそれぞれ実行し、その各受光信号ＳＮ１の受光出力値（ピーク値）を所定個数積算して、第１測定光Ｐ１による反射光成分が強調された第１積算信号ＩＳ１ａを得る（図８参照）。また、積算部４５は、複数の受光信号ＳＮ２ついても、同様の演算を行うことにより、サンプリングに基づいて複数の受光信号ＳＮ２の受光出力値（ピーク値）をそれぞれ取得し、その各受光信号ＳＮ２の受光出力値（ピーク値）を所定個数積算して、第２測定光Ｐ２による反射光成分が強調された第１積算信号ＩＳ１ｂを得る（図８参照）。この第１積算信号ＩＳ１ａおよび第１積算信号ＩＳ１ｂを得ることが第１積算ステップとなる。

【0055】

さらに、積算部４５は、複数の受光信号Ｎ１ついても、同様の演算を行うことにより、サンプリングに基づいて複数の受光信号Ｎ１の受光出力値（ピーク値）をそれぞれ取得し、その各受光信号Ｎ１の受光出力値（ピーク値）を所定個数積算して、第１測定光Ｐ１の反射光成分が除かれて外乱光のみに起因する第２積算信号ＩＳ２ａを得る（図８参照）。ついで、積算部４５は、複数の受光信号Ｎ２ついても、同様の演算を行うことにより、サンプリングに基づいて複数の受光信号Ｎ２の受光出力値（ピーク値）をそれぞれ取得し、その各受光信号Ｎ２の受光出力値（ピーク値）を所定個数積算して、第２測定光Ｐ２の反射光成分が除かれて外乱光のみに起因する第２積算信号ＩＳ２ｂを得る（図８参照）。この第２積算信号ＩＳ２ａおよび第２積算信号ＩＳ２ｂを得ることが第２積算ステップとなる。

【0056】

ＣＰＵ２３には、上述したように、演算処理ユニット２５（その積算部４５）から、第１積算信号ＩＳ１ａと第１積算信号ＩＳ１ｂと第２積算信号ＩＳ２ａと第２積算信号ＩＳ２ｂとが入力される。すると、ＣＰＵ２３は、第１積算信号ＩＳ１ａから第２積算信号ＩＳ２ａを減算することにより、外乱光に起因する光量成分が除かれた第１測定光Ｐ１の反射光成分を示す第１の受光信号ＩＳａ（図９参照）を算出する。また、ＣＰＵ２３は、第１積算信号ＩＳ１ｂから第２積算信号ＩＳ２ｂを減算することにより、外乱光に起因する光量成分が除かれた第２測定光Ｐ２の反射光成分を示す第２の受光信号ＩＳｂ（図９参照）を算出する。この後、ＣＰＵ２３は、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を照射した生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における、第１発光部２６の全発光量と第１の受光信号ＩＳａとに基づいて第１測定光Ｐ１に対する反射率を算出するとともに、第２発光部２７の全発光量と第２の受光信号ＩＳｂとに基づいて第２測定光Ｐ２に対する反射率を算出し、正規化差植生指数を算出する。このため、ＣＰＵ２３は、外乱光に起因する光量成分の影響を極めて少なくした第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とに基づいて、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を照射した生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の正規化差植生指数を取得することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の生育状況に関する情報をより正確に取得することができる。この生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の生育状況に関する情報は、上述したように、ドライバー回路４０やドライバー回路４１を介して、外部にデータとして出力することができる。

【0057】

次に、本発明に係る植物用センサ装置１０の特徴部分について、図１０から図１２を用いて説明する。植物用センサ装置１０では、第１発光部２６および第２発光部２７により所定の照射領域ＩＡ（図１１および図１２参照）を形成するための照射光学系６０を有する。図１０は、照射光学系６０の構成を説明するための概略的に示す説明図である。なお、図１１では、理解容易のためにハーフミラー６９を省略して示している。

【0058】

照射光学系６０は、発光ユニット２１の第１発光部２６および第２発光部２７に加えて、第１レンズ６１と、第２レンズ６２と、ダイクロイックミラー６３と、第３レンズ６４と、光ファイバ６５と、巻付部材６６と、第４レンズ６７と、第５レンズ６８と、ハーフミラー６９と、シリンドリカルレンズ７０と、監視用受光部４２と、を有する。

【0059】

第１レンズ６１は、第１発光部２６に対応して設けられており、第１発光部２６から出射される光すなわち第１測定光Ｐ１を第１出射光軸Ｌ１に平行な光束とする。第２レンズ６２は、第２発光部２７に対応して設けられており、第２発光部２７から出射される光すなわち第２測定光Ｐ２を第２出射光軸Ｌ２に平行な光束とする。その第２出射光軸Ｌ２と第１出射光軸Ｌ１とは、直交して設定されており、それらが交差する位置にダイクロイックミラー６３が設けられている。

【0060】

そのダイクロイックミラー６３は、第２発光部２７からの第２測定光Ｐ２の透過を許して第２出射光軸Ｌ２と同一線上の出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へと進行させるとともに、第１発光部２６からの第１測定光Ｐ１を出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へ向けて反射する。なお、実際には、第２出射光軸Ｌ２と出射光軸Ｌとでは、ダイクロイックミラー６３における光学的な性質によりずれが生じる（同一線上とはならない）。このため、第２発光部２７は、ダイクロイックミラー６３を透過した後の第２測定光Ｐ２が、出射光軸Ｌ上を進行する（第２出射光軸Ｌ２が出射光軸Ｌ上となる）ように、ダイクロイックミラー６３および第１発光部２６に対する位置が設定されている。

【0061】

ダイクロイックミラー６３は、本実施例では、少なくとも７３５ｎｍの周辺の波長帯域の光（赤の波長帯域（第１波長））を反射するとともに、８０８ｎｍの周辺の波長帯域の光（赤外の波長帯域（第２波長））の透過を許すものとされている。このため、ダイクロイックミラー６３は、第１発光部２６からの第１測定光Ｐ１の出射光路と、第２発光部２７からの第２測定光Ｐ２の出射光路と、を合流させて同一の出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４（後述する共通出射光路）へと向かわせる光路合流手段として機能する。その第３レンズ６４は、ダイクロイックミラー６３で反射された第１測定光Ｐ１およびダイクロイックミラー６３を経た第２測定光Ｐ２を、光ファイバ６５の一端に設けられた入射端面６５ａに集光する。なお、第１発光部２６と第２発光部２７との設定位置を逆転させる構成としてもよい。このような構成とする場合、第１温度調節素子２８を変更した第１発光部２６の設定位置に配置する必要がある。また、ダイクロイックミラー６３は、第１発光部２６からの第１測定光Ｐ１の透過を許して第２出射光軸Ｌ２と同一線上の出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へと進行させるとともに、第２発光部２７からの第２測定光Ｐ２を出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へ向けて反射すべく、適宜波長帯域に対する作用を有するものを用いればよい。

【0062】

その光ファイバ６５は、入射端面６５ａから入射された第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を、他端に設けられた出射端面６５ｂから出射させる。光ファイバ６５では、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２をミキシングさせつつ内部を進行させる作用を有する。本実施例では、このミキシング作用を促進するために、光ファイバ６５には、モードスクランブル処理が施されている。このモードスクランブル処理は、光ファイバ６５の導光路内におけるモード間の光パワーの相互交換を誘起するものである。そのモードスクランブル処理として、本実施例では、光ファイバ６５が巻付部材６６に巻き付けられている。この巻付部材６６は、光ファイバ６５を曲げ許容半径の範囲内で巻回させることによりモードスクランブル処理を行う。このため、光ファイバ６５（その出射端面６５ｂ）から出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２では、進行方向に直交する面で見て均一な強度とされるとともに無偏光（ランダム偏光）とされている。これにより、第１発光部２６および第２発光部２７から出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２は、進行方向に直交する面で見ると楕円形状とされているが、出射端面６５ｂから出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２では、光ファイバ６５でのミキシング作用によりその出射端面６５ｂに応じた円形状とされる。この光ファイバ６５は、入射端面６５ａから入射された第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を、出射端面６５ｂから出射光軸Ｌ上で第４レンズ６７へ向けて出射させる。

【0063】

その第４レンズ６７は、出射端面６５ｂから出射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を、出射光軸Ｌに平行な光束とする。その出射光軸Ｌ上にハーフミラー６９が設けられている。このハーフミラー６９は、入射される平行光束（第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２）の一部を透過させるとともに、残部を第５レンズ６８が配置された分岐出射光軸Ｌｂ上へと反射する。この第５レンズ６８は、ハーフミラー６９により反射された平行光束（第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２）を、分岐出射光軸Ｌｂ上で監視用受光部４２の入射面４２ａに集光する。この監視用受光部４２は、上述したように、ＡＰＣユニット２４（図３等参照）を構成するものである。このため、ハーフミラー６９は、入射される第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の一部を、測定光出力制御部を構成する監視用受光部４２へ向けて分岐する光束分岐手段として機能する。これにより、ＡＰＣユニット２４では、光ファイバ６５（共通出射光路）を経て均一な強度分布で無偏光な第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を用いて、第１発光部２６および第２発光部２７の出力パワーを調整することができる。

【0064】

また、ハーフミラー６９を経た出射光軸Ｌ上にシリンドリカルレンズ７０が設けられている。そのシリンドリカルレンズ７０は、図１０および図１１に示すように、出射光軸Ｌに直交する平面で見て、一方向のみに屈折力を持つ光学部材であって、ハーフミラー６９を経た第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を出射光軸Ｌに直交する平面での一方向に拡大するものとされている。ここで、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２は、光ファイバ６５の出射端面６５ｂから出射される際には、上述したように出射光軸Ｌに直交する平面で見ると円形状とされている。このため、ハーフミラー６９を経た断面円形状の第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２は、シリンドリカルレンズ７０により一方向のみが所定の大きさ寸法に拡大された楕円形状とされる（図１１および図１２等参照）。

【0065】

また、シリンドリカルレンズ７０は、回転駆動部７１（図１０参照）により、出射光軸Ｌを中心として回転（自転）可能に保持されている（図１１の（ａ）、（ｂ）参照）。この回転駆動部７１は、図示は略すが、植物用センサ装置１０において照射光学系６０を収容する筐体に固定されて設けられている。この照射光学系６０では、このシリンドリカルレンズ７０が第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の出射面を形成している。このため、照射光学系６０では、図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、回転駆動部７１（図１０参照）でシリンドリカルレンズ７０を出射光軸Ｌ回りに回転（自転）させると、出射光軸Ｌに直交する平面で見て第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を拡大させる方向（上述した一方向）を変更することができるので、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡを出射光軸Ｌ回りに回転（自転）させることができる。

【0066】

この照射光学系６０では、上述したように、演算処理ユニット２５のパルス生成部４６による点灯制御に応じて、第１発光部２６から第１測定光Ｐ１を出射するとともに、第２発光部２７のから第２測定光Ｐ２を出射する。その第１発光部２６から出射された第１測定光Ｐ１は、第１レンズ６１を経てダイクロイックミラー６３により反射されて、出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へと進行する。また、第２発光部２７から出射された第２測定光Ｐ２は、第２レンズ６２およびダイクロイックミラー６３を経て、出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へと進行する。このため、照射光学系６０では、ダイクロイックミラー６３により第１測定光Ｐ１の出射光路と第２測定光Ｐ２の出射光路とが合流されて、出射光軸Ｌ上で第３レンズ６４へと向かう。その第３レンズ６４へと進行した光束（第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２）は、入射端面６５ａから光ファイバ６５へと入射され、その光ファイバ６５による導光路を経て出射端面６５ｂから出射されて、第４レンズ６７へと進行する。その出射光軸Ｌ上で第４レンズ６７を経た光束（第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２）は、一部がハーフミラー６９により反射されて分岐出射光軸Ｌｂ上で第５レンズ６８を経て監視用受光部４２へと入射し、他部がシリンドリカルレンズ７０により一方向が拡大された楕円形状とされて当該シリンドリカルレンズ７０から出射される。このため、第３レンズ６４、光ファイバ６５、第４レンズ６７、およびハーフミラー６９を経て、シリンドリカルレンズ７０へと向かう光路が、光路合流手段としてのダイクロイックミラー６３と、出射面を規定する出射部としてのシリンドリカルレンズ７０と、を接続する共通出射光路として機能する。

【0067】

これにより、照射光学系６０では、同一のシリンドリカルレンズ７０から第１測定光Ｐ１と第２測定光Ｐ２とを同一の出射光軸Ｌ上で出射させることができ、第１測定光Ｐ１と第２測定光Ｐ２とのそれぞれで楕円形状を呈する同一の照射領域ＩＡを形成することができる。また、照射光学系６０では、図１１に示すように、回転駆動部７１（図１０参照）でシリンドリカルレンズ７０を適宜回転させることにより、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡを出射光軸Ｌ回りに回転（自転）させることができる。

【0068】

このように、本発明に係る植物用センサ装置１０では、照射光学系６０において、第１発光部２６からの第１測定光Ｐ１の出射光路と第２発光部２７からの第２測定光Ｐ２の出射光路とを合流させる光路合流手段（本実施例ではダイクロイックミラー６３）と、その光路合流手段から出射部（本実施例ではシリンドリカルレンズ７０）に至る共通出射光路（第３レンズ６４、光ファイバ６５、第４レンズ６７、およびハーフミラー６９）と、が設けられていることから、単一の出射部（シリンドリカルレンズ７０）から等しい出射光軸Ｌ上に第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を出射させることができるので、第１測定光Ｐ１による照射領域（照射領域ＩＡ）と第２測定光Ｐ２による照射領域（照射領域ＩＡ）とを一致させることができる。このため、等しい条件下で生育状況測定対象（作物Ｃｒ）を第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２で照射することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とを適切に取得することができる。

【0069】

また、植物用センサ装置１０では、光路合流手段で合流させて共通出射光路を経た後に、単一の出射面（シリンドリカルレンズ７０）から等しい出射光軸Ｌ上で第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を出射させるものであることから、出射面（シリンドリカルレンズ７０）からの距離に拘らず第１測定光Ｐ１による照射領域（照射領域ＩＡ）と第２測定光Ｐ２による照射領域（照射領域ＩＡ）とを一致させることができる。

【0070】

さらに、植物用センサ装置１０では、共通出射光路の一部が光ファイバ６５で形成されていることから、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２をミキシングすることができ、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を均一な強度分布で無偏光（ランダム偏光）な光束とすることができる。このため、生育状況測定対象（作物Ｃｒ）からの第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２に対する反射光をより適切に取得することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とを適切に取得することができる。

【0071】

植物用センサ装置１０では、出射面（出射部）がシリンドリカルレンズ７０により形成されていることから、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡの形状を容易に設定することができる。

【0072】

植物用センサ装置１０では、出射面（出射部）を形成するシリンドリカルレンズ７０が、回転駆動部７１により出射光軸Ｌ回りに回転（自転）自在とされていることから、出射光軸Ｌ回りで見てシリンドリカルレンズ７０の回転姿勢を適宜調整するだけで、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡの出射光軸Ｌ回りで見た回転姿勢を変更することができる。このため、例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、植物用センサ装置１０のトラクターＴＲへの取り付け状態に拘らず、トラクターＴＲの周辺での照射領域ＩＡの形成位置を適宜調整することができる（実線と二点鎖線とで示す照射領域ＩＡ参照）ので、トラクターＴＲへの取り付けの自由度を高めることができる。なお、図１２では、肥料散布機Ｆｓが搭載されたトラクターＴＲに対する植物用センサ装置１０の取り付け状態の一例を示しており、（ａ）は両植物用センサ装置１０が側方に設けられた状態を示し、（ｂ）は両植物用センサ装置１０が斜め前方に設けられた状態を示している。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、トラクターＴＲに対する両植物用センサ装置１０の取り付け状態が変化しても、トラクターＴＲの周辺での照射領域ＩＡの形成位置を適宜調整する（出射光軸Ｌ回りで見たシリンドリカルレンズ７０の回転姿勢を適宜調整する）ことで、肥料散布機Ｆｓが肥料を散布する領域に適合させることができる。

【0073】

植物用センサ装置１０では、出射面（出射部）を形成するシリンドリカルレンズ７０が、回転駆動部７１により出射光軸Ｌ回りに回転（自転）自在とされていることから、例えば、図１２に示すように、トラクターＴＲに取り付けた後であっても、トラクターＴＲの周辺での照射領域ＩＡの形成位置を適宜調整（実線と二点鎖線とで示す照射領域ＩＡ参照）することができるので、用途に応じて任意の位置（照射領域ＩＡ）を第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２で照射することができ、その第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を用いて生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の生育状況に関する情報を取得することができる。

【0074】

植物用センサ装置１０では、共通出射光路の一部を形成する光ファイバ６５が、巻付部材６６に巻き付けられてモードスクランブル処理が施されていることから、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２をより効率よくミキシングすることができ、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２をより確実に均一な強度分布で無偏光（ランダム偏光）な光束とすることができる。このような構成を実際に製作したところ、第１発光部２６から出射される第１測定光Ｐ１における偏光比が２０：１であったことに対し、出射端面６５ｂから出射した第１測定光Ｐ１における偏光比を１．１：１に改善することができた。

【0075】

植物用センサ装置１０では、光ファイバ６５へのモードスクランブル処理を、当該光ファイバ６５を巻付部材６６に巻き付けることにより行うものであることから、簡易でかつ小さな構成とすることができる。

【0076】

植物用センサ装置１０では、光ファイバ６５によりミキシングした第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２の一部を、ＡＰＣユニット２４の監視用受光部４２で受光させる構成であることから、第１発光部２６および第２発光部２７から出射された第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２をより適切に取得することができるので、第１発光部２６および第２発光部２７の出力パワーをより適切に調整することができる。このため、より安定した第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を生育状況測定対象（作物Ｃｒ）に照射することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とをより適切に取得することができる。

【0077】

植物用センサ装置１０では、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を光ファイバ６５によりミキシングして断面円形状で均一な強度分布で無偏光な光束とした後に、シリンドリカルレンズ７０を用いて第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡの形状を設定するものであることから、安定した形状、大きさ寸法および強度分布の照射領域ＩＡを形成することができる。このため、生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とを、より適切に取得することができる。

【0078】

植物用センサ装置１０では、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を光ファイバ６５によりミキシングして断面円形状で均一な強度分布で無偏光な光束とした後に、シリンドリカルレンズ７０を用いて第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２による照射領域ＩＡの形状を設定するものであることから、光ファイバ６５（その出射端面６５ｂ）の径寸法、第４レンズ６７の光学的な特性、およびシリンドリカルレンズ７０の光学的な特性を、適宜設定することにより、照射領域ＩＡの形状および大きさ寸法を適宜設定することができる。

【0079】

植物用センサ装置１０では、適切に取得した第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とに基づいて、第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を照射した生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の正規化差植生指数を取得することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の生育状況に関する情報をより正確に取得することができる。

【0080】

植物用センサ装置１０では、より安定した第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を照射した生育状況測定対象（作物Ｃｒ）からの反射光Ｐｒにおいて、外乱光に起因する光量成分の影響を極めて少なくして第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とを算出することができるので、当該生育状況測定対象（作物Ｃｒ）の正規化差植生指数を極めて正確に取得することができ、その生育状況に関する情報を極めて正確に取得することができる。

【0081】

植物用センサ装置１０では、第１発光部２６および第２発光部２７から出射された第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を、光ファイバ６５を通してその出射端面６５ｂから出射させる構成であることから、実質的な光源面積を大幅に拡大することができるので、レーザ安全基準（規格）の達成を容易なものとすることができる。これは、パルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）で構成された第１発光部２６および第２発光部２７の光源面積（出射箇所の面積）に比較して、光ファイバ６５の出射端面６５ｂが極めて大きいことによる。

【0082】

植物用センサ装置１０では、第１発光部２６および第２発光部２７が、第１温度検出素子３０と第１温度調節素子２８と第２温度検出素子３１と第２温度調節素子２９とにより温度調節されていることから、より安定して第１測定光Ｐ１および第２測定光Ｐ２を出射させることができるので、生育状況測定対象（作物Ｃｒ）における第１測定光Ｐ１に対する反射率と第２測定光Ｐ２に対する反射率とを、より適切に取得することができる。

【0083】

したがって、本発明に係る植物用センサ装置１０では、異なる波長の２つの測定光の生育状況測定対象からの反射光をより適切に取得することができる。

【0084】

なお、上記した実施例では、本発明に係る植物用センサ装置の一例としての植物用センサ装置１０について説明したが、生育状況測定対象を照射すべく第１波長の第１測定光を出射する第１発光部と、前記生育状況測定対象を照射すべく第２波長の第２測定光を出射する第２発光部と、前記生育状況測定対象による前記各測定光の反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記第１発光部からの出射と前記第２発光部からの出射とを異なるタイミングで発光制御する制御部と、前記第１発光部からの第１測定光の第１出射光路と、前記第２発光部からの第２測定光の第２出射光路と、を合流する光路合流手段と、該光路合流手段と、第１測定光および第２測定光を前記生育状況測定対象へ向けて出射する出射部と、を接続する共通出射光路と、を備える植物用センサ装置であればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0085】

また、上記した実施例では、第１測定光Ｐ１（第１発光部２６）としてピーク値の波長が７３５ｎｍの光（光束）を用いていたが、赤の波長帯域（第１波長）の光（光束）であればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0086】

さらに、上記した実施例では、第２測定光Ｐ２（第２発光部２７）としてピーク値の波長が８０８ｎｍの光（光束）を用いていたが、赤外の波長帯域（第２波長）の光（光束）であればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0087】

上記した実施例では、生育状況測定対象として、農作物としての作物Ｃｒを例にあげていたが、異なる波長の２つの測定光に対する反射率を用いて生育状況を把握することが可能なものであれば、栽培された植物や自生植物を生育状況測定対象としてもよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0088】

上記した実施例では、第１測定光Ｐ１に対する反射率を算出する際に第１発光部２６の全発光量を用いていたが、監視用受光部４２からの受光信号と第１の受光信号ＩＳａとに基づいて第１測定光Ｐ１に対する反射率を算出してもよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0089】

上記した実施例では、第２測定光Ｐ２に対する反射率を算出する際に第２発光部２７の全発光量を用いていたが、監視用受光部４２からの受光信号と第２の受光信号ＩＳｂとに基づいて第２測定光Ｐ２に対する反射率を算出してもよく、上記した実施例に限定されるものではない。

【0090】

以上、本発明の植物用センサ装置を実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成についてはこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

【符号の説明】

【0091】

１０ 植物用センサ装置
２４ （測定光出力制御部（その光量制御部）としての）ＡＰＣユニット
２６ 第１発光部
２７ 第２発光部
３５ （受光部としての）測定用受光部
６３ （光路合流手段としての）ダイクロイックミラー
６５ 光ファイバ
６６ （モードスクランブラ処理のための）巻付部材
６９ （光束分岐手段）ハーフミラー
７０ （一方向のみに屈折力を持つ光学部材としての）シリンドリカルレンズ
７１ （上記光学部材を回転自在に保持する）回転駆動部
Ｃｒ （生育状況測定対象としての）作物
ＩＡ 照射領域
Ｐ１ 第１測定光
Ｐ２ 第２測定光
Ｐｒ 反射光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】