特開 2022-135344 カリウム濃度推定方法およびカリウム濃度推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135344

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】カリウム濃度推定方法およびカリウム濃度推定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20220908BHJP

   G01N 33/02 20060101ALI20220908BHJP

   A01G 22/05 20180101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

G01N21/27 B

G01N21/27 F

G01N33/02

A01G22/05 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035087

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】516191227

【氏名又は名称】株式会社Ｈａｐｐｙ Ｑｕａｌｉｔｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100110582

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 昌聰

(72)【発明者】

【氏名】岡野 陽平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 仁

(72)【発明者】

【氏名】與儀 修

(72)【発明者】

【氏名】秋草 文

(72)【発明者】

【氏名】宮地 誠

【テーマコード（参考）】

2B022

2G059

【Ｆターム（参考）】

2B022AA01

2B022AB15

2B022EA10

2B022EB10

2G059AA01

2G059BB08

2G059BB11

2G059CC02

2G059EE02

2G059EE11

2G059GG01

2G059GG02

2G059GG07

2G059HH02

2G059KK01

2G059MM12

(57)【要約】

【課題】非破壊かつ非接触で果実のカリウム濃度を推定するのに好適な方法を提供する。
【解決手段】カリウム濃度推定方法は、光照射工程Ｓ１、反射光強度測定工程Ｓ２およびカリウム濃度推定工程Ｓ３を備える。光照射工程Ｓ１では、光源から出力された複数の波長の光を植物の果実以外の被測定部分に照射する。射光強度測定工程Ｓ２では、光照射工程Ｓ１による光照射に応じて生じた被測定部分からの反射光を受光して、複数の波長それぞれの反射光強度を測定する。カリウム濃度推定工程Ｓ３では、反射光強度測定工程Ｓ２により測定された反射光強度に基づいて複数の波長それぞれの吸光度を求め、複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、果実に含まれるカリウムの濃度を推定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する方法であって、
光源から出力された複数の波長の光を前記植物の前記果実以外の被測定部分に照射する光照射工程と、
前記光照射工程による光照射に応じて生じた前記被測定部分からの反射光を受光して、前記複数の波長それぞれの反射光強度を測定する反射光強度測定工程と、
前記反射光強度測定工程により測定された反射光強度に基づいて前記複数の波長それぞれの吸光度を求め、前記複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、前記果実に含まれるカリウムの濃度を推定するカリウム濃度推定工程と、
を備えるカリウム濃度推定方法。

【請求項2】

前記光照射工程において、ハロゲンランプまたは発光ダイオードを前記光源として用いる、
請求項１に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項3】

前記光照射工程において、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を前記光源から出力させる、
請求項１または２に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項4】

前記カリウム濃度推定工程により推定した前記果実に含まれるカリウムの濃度に基づいてカリウム施肥量を判断するカリウム施肥量判断工程を更に備える、
請求項１～３の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項5】

前記カリウム濃度推定工程により推定した前記果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて前記果実の品質を評価する品質評価工程を更に備える、
請求項１～４の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項6】

前記光照射工程、前記反射光強度測定工程および前記カリウム濃度推定工程を前記果実の生育中に行う、
請求項１～５の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項7】

前記光照射工程、前記反射光強度測定工程および前記カリウム濃度推定工程を前記果実の収穫後に行う、
請求項１～６の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項8】

前記被測定部分は前記植物の茎または葉である、
請求項１～７の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項9】

前記植物はウリ科に属する、
請求項１～８の何れか１項に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項10】

前記植物はメロンである、
請求項９に記載のカリウム濃度推定方法。

【請求項11】

植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する装置であって、
複数の波長の光を出力する光源を含み、前記光源から出力された光を前記植物の前記果実以外の被測定部分に照射する光照射部と、
前記光照射部による光照射に応じて生じた前記被測定部分からの反射光を受光して、前記複数の波長それぞれの反射光強度を測定する反射光強度測定部と、
前記反射光強度測定部により測定された反射光強度に基づいて前記複数の波長それぞれの吸光度を求め、前記複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、前記果実に含まれるカリウムの濃度を推定する演算部と、
を備えるカリウム濃度推定装置。

【請求項12】

前記光源は、ハロゲンランプまたは発光ダイオードである、
請求項１１に記載のカリウム濃度推定装置。

【請求項13】

前記光源は、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を出力する、
請求項１１または１２に記載のカリウム濃度推定装置。

【請求項14】

前記演算部は、推定した前記果実に含まれるカリウムの濃度に基づいてカリウム施肥量を判断する、
請求項１１～１３の何れか１項に記載のカリウム濃度推定装置。

【請求項15】

前記演算部は、推定した前記果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて前記果実の品質を評価する、
請求項１１～１４の何れか１項に記載のカリウム濃度推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する方法および装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

果実は様々なミネラル（例えば、亜鉛、カリウム、カルシウム、クロム、セレン、鉄、銅、ナトリウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ヨウ素、リンなど）を含む。そのうちカリウムについては、腎障害によりカリウムを体外に排出することが困難な腎透析患者にとっては、摂取量の管理が重要である。腎障害によりカリウムを体外に排出できないと、体内のカリウム濃度が上昇して、悪心、嘔吐などの胃腸症状、しびれ感、知覚過敏、脱力感などの筋肉・神経症状、不整脈などが主な症状として現れる。

【0003】

したがって、腎臓に障害がある場合は、カリウム制限等の食事療法を行い、血中のカリウム濃度の上昇を抑えるという処置がとられる。そこで、このようなカリウム制限に対応するため、果実の生育中におけるカリウム施肥量を調整することにより低カリウム果実の栽培が行われている。

【0004】

果実に含まれるカリウムの濃度の測定は、その果実を破壊してイオンメータ等を用いることにより可能である。しかし、このような破壊検査では果実の全数についてカリウム濃度を測定することができない。また、同じ畑で栽培した果実であっても、施肥量や日照条件などの違いにより、カリウム濃度に個体差が生じる。そこで、非破壊検査により果実のカリウム濃度を測定する技術が求められている。

【0005】

特許文献１には、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置を用いて果実（例えばメロン）のカリウム濃度を非破壊で測定する発明が開示されている。メロンのように比較的カリウム濃度が高く比較的高価である果実は、カリウム濃度を非破壊で測定することは重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－８２３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般に、蛍光Ｘ線分析を行う際には測定対象物を乾燥させて粉砕することが必要であるが、特許文献１に開示された発明は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置を用いて果実のカリウム濃度を非破壊で測定するものである。したがって、特許文献１に開示された発明は、非破壊で果実のカリウム濃度を高精度に測定しようとすれば、測定装置を果実に接触させる必要がある。その結果、果実の表面を傷つけて果実の商品価値を低下させる場合があり、この問題は高価なメロンについては特に重大である。また、測定装置を果実に接触させたときに果実の表面を傷つけることがなくても、メロンのように果実の皮が厚い場合には、内部の可食部分のカリウム濃度の測定データの信頼性は低い。

【0008】

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、非破壊かつ非接触で果実のカリウム濃度を推定するのに好適な方法および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】

【0009】

本発明のカリウム濃度推定方法は、植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する方法であって、(1) 光源から出力された複数の波長の光を植物の果実以外の被測定部分に照射する光照射工程と、(2) 光照射工程による光照射に応じて生じた被測定部分からの反射光を受光して、複数の波長それぞれの反射光強度を測定する反射光強度測定工程と、(3) 反射光強度測定工程により測定された反射光強度に基づいて複数の波長それぞれの吸光度を求め、複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、果実に含まれるカリウムの濃度を推定するカリウム濃度推定工程と、を備える。

【0010】

本発明のカリウム濃度推定方法は、光照射工程において、ハロゲンランプまたは発光ダイオードを光源として用いるのが好適であり、また、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を光源から出力させるのが好適である。本発明のカリウム濃度推定方法は、カリウム濃度推定工程により推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいてカリウム施肥量を判断するカリウム施肥量判断工程を更に備えるのが好適であり、また、カリウム濃度推定工程により推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて果実の品質を評価する品質評価工程を更に備えるのが好適である。

【0011】

本発明のカリウム濃度推定方法は、光照射工程、反射光強度測定工程およびカリウム濃度推定工程を果実の生育中に行うのが好適であり、光照射工程、反射光強度測定工程およびカリウム濃度推定工程を果実の収穫後に行うのも好適である。本発明のカリウム濃度推定方法において、被測定部分は植物の茎または葉であってもよいし、植物はウリ科に属するものであってもよいし、また、植物はメロンであってもよい。

【0012】

本発明のカリウム濃度推定装置は、植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する装置であって、(1) 複数の波長の光を出力する光源を含み、光源から出力された光を植物の果実以外の被測定部分に照射する光照射部と、(2) 光照射部による光照射に応じて生じた被測定部分からの反射光を受光して、複数の波長それぞれの反射光強度を測定する反射光強度測定部と、(3) 反射光強度測定部により測定された反射光強度に基づいて複数の波長それぞれの吸光度を求め、複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、果実に含まれるカリウムの濃度を推定する演算部と、を備える。

【0013】

本発明のカリウム濃度推定装置において、光源は、ハロゲンランプまたは発光ダイオードであるのが好適であり、また、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を出力するのが好適である。演算部は、推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいてカリウム施肥量を判断するのが好適であり、また、推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて果実の品質を評価するのが好適である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、非破壊かつ非接触で果実のカリウム濃度を推定するのに好適な方法および装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、メロンの草姿を模式的に示す図である。

【図2】図２は、本実施形態のカリウム濃度推定方法のフローチャートである。

【図3】図３は、カリウム濃度推定装置１Ａの構成を示す図である。

【図4】図４は、カリウム濃度推定装置１Ｂの構成を示す図である。

【図5】図５は、幾つかのメロンについてカリウム濃度推定装置１Ａ（図３）を用いて得られたカリウム濃度推定値と、カリウム濃度実測値と、の間の関係を示すグラフである。

【図6】図６は、幾つかのメロンについてカリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）を用いて得られたカリウム濃度推定値と、カリウム濃度実測値と、の間の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0017】

本実施形態のカリウム濃度推定方法は、植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定する方法である。本実施形態においてカリウム濃度推定の対象となる植物の果実は、特に限定されるものではないが、ウリ科に属する植物の果実であるのが好適であり、また、ウリ科のなかでもメロンであるのが好適である。ウリ科には、キュウリ、スイカ、カボチャ、ズッキーニ、ヒョウタン、ヘチマ、トウガン、テッポウウリ、ユウガオ、ツルレイシ（ニガウリ、ゴーヤー）およびメロン等が含まれる。

【0018】

以下では、カリウム濃度推定の対象がメロンであるとして説明をする。図１は、メロンの草姿を模式的に示す図である。この図に示されるように、果実であるメロンは、親蔓（主茎）から延びる子蔓（側枝）にできる。親蔓（主茎）から出た本葉のうち、果実であるメロンができた子蔓（側枝）が延びる位置のものを着果節本葉という。

【0019】

図２は、本実施形態のカリウム濃度推定方法のフローチャートである。本実施形態のカリウム濃度推定方法は、光照射工程Ｓ１、反射光強度測定工程Ｓ２およびカリウム濃度推定工程Ｓ３を備える。また、本実施形態のカリウム濃度推定方法は、カリウム施肥量判断工程Ｓ４または品質評価工程Ｓ５を更に備えてもよい。

【0020】

光照射工程Ｓ１では、光源から出力された複数の波長の光を植物の果実以外の被測定部分に照射する。ここで用いられる光源は、広帯域光を出力するもの（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード、蛍光灯、放電灯等）であってもよいし、離散的な複数の中心波長を有する光を出力するもの（例えば中心出力波長が異なる複数の発光ダイオードまたはレーザダイオードを組み合わせたもの等）であってもよい。また、光源は、可視域から近赤外域に亘る波長域に含まれる複数の波長の光を出力するものであるのが好適であり、そのうちでも、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を出力するものであるのが好適である。光を照射する被測定部分は、植物の果実以外の部分（茎、葉）であって、例えば、果実ができている子蔓（側枝）や着果節本葉である。

【0021】

反射光強度測定工程Ｓ２では、光照射工程Ｓ１による光照射に応じて生じた被測定部分からの反射光を受光して、複数の波長それぞれの反射光強度を測定する。被測定部分からの反射光は、被測定部分の表面で反射した光だけでなく、被測定部分の内部で散乱した後に外部へ出た光をも含む。複数の波長それぞれの反射光強度を測定する装置は、分光器であってもよいし、各波長の光を選択的に透過させるフィルタと該フィルタからの出力光を検出する受光素子との組を波長毎に備えるものであってもよい。

【0022】

カリウム濃度推定工程Ｓ３では、反射光強度測定工程Ｓ２により測定された反射光強度に基づいて複数の波長それぞれの吸光度を求め、複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、果実に含まれるカリウムの濃度を推定する。測定された反射光強度に基づいて吸光度を求めるには、まず、被測定部分を配置する位置に略１００％の反射率を有する反射板（例えばセラミック製の白色板）を配置して光源から光を照射し、このときに測定された反射光強度をリファレンスとして用いることで反射率を求め、次に、被測定部分で吸収されなかった光が反射光として測定されるとみなし、－log₁₀（反射率）の計算結果を吸光度とする。

【0023】

検量線は、幾つかの検量線作成用の果実について上記のようにして求めた複数の波長の吸光度と、該果実について他の手法（例えば化学分析）により測定したカリウム濃度とに基づいて、予め作成されて用意される。検量線の作成に際して、吸光度スペクトルに対してＳＮＶ（Standard Normal. Variate）や二次微分などの前処理を施すのが好適であり、また、ＰＬＳ回帰分析等の多変量解析を行うのが好適である。

【0024】

カリウム施肥量判断工程Ｓ４では、カリウム濃度推定工程Ｓ３により推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて、カリウム施肥量を判断する。具体的には、例えば、推定した果実のカリウム濃度が基準値（または目標値）より大きければ、以後のカリウム施肥量を少なくする。このとき、カリウム施肥量を少なくする植物の対象は、カリウム濃度が大きいと判断された収穫前の植物であってもよいし、その植物の周辺において同環境で栽培されている植物であってもよい。

【0025】

品質評価工程Ｓ５では、カリウム濃度推定工程Ｓ３により推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて、果実の品質を評価する。具体的には、例えば、推定した果実のカリウム濃度が基準値（または目標値）より小さければ、その果実を低カリウム品とする。

【0026】

光照射工程Ｓ１、反射光強度測定工程Ｓ２およびカリウム濃度推定工程Ｓ３を、果実の生育中（収穫前）に行ってもよいし、果実の収穫後に行ってもよいし、また、果実の生育中および収穫後の双方で行ってもよい。これらの工程Ｓ１～Ｓ３を果実の生育中に複数回行ってもよい。工程Ｓ１～Ｓ３を果実の生育中に行えば、カリウム施肥量判断工程Ｓ４により爾後のカリウム施肥量を調整することにより、所望のカリウム濃度を有する果実の収穫につながる。工程Ｓ１～Ｓ３を果実の収穫後に行えば、収穫後の果実の品質を品質評価工程Ｓ５により評価することにより、その果実の出荷先等を決定することができる。

【0027】

次に、本実施形態のカリウム濃度推定方法を実施するのに好適なカリウム濃度推定装置の構成について、図３および図４を用いて説明する。

【0028】

図３は、カリウム濃度推定装置１Ａの構成を示す図である。この図に示されるカリウム濃度推定装置１Ａは、測定ヘッド２Ａおよび演算部３を備える。測定ヘッド２Ａは、筐体内に、光源１０、分光器２０、第１偏光子４１、第２偏光子４２、シャッタ５１、ビームスプリッタ５２，５３、レンズ５４、絞り５５、ビームダンパ５６，５７およびレーザ光源６０を備える。

【0029】

光源１０は、複数の波長の光を出力する。光源１０は、広帯域光を出力するものであってもよいし、離散的な複数の中心波長を有する光を出力するものであってもよい。また、光源は、可視域から近赤外域に亘る波長域に含まれる複数の波長の光を出力するものであるのが好適であり、そのうちでも、５００ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲に含まれる複数の波長の光を出力するものであるのが好適である。また、光源１０は、例えば秒単位で点灯／消灯を繰り返すことができるものであってもよく、短時間に高強度の光を放つストロボ動作をすることができるもの（例えば、キセノンフラッシュ光源、一眼レフカメラ用のフラッシュランプ、コンパクトカメラ用のＬＥＤフラッシュランプ、等）であってもよい。

【0030】

第１偏光子４１およびシャッタ５１は、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路の途中に設けられている。第１偏光子４１は、光源１０から出力された光を入力して、特定偏光（特定方向の直線偏光または特定回転方向の円偏光）の光を測定対象物Ｓａへ出力する。シャッタ５１は、光源１０から出力された光の測定対象物Ｓａへの照射／非照射を制御する。シャッタ５１は、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路に対する遮蔽板の挿入／待避により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。また、シャッタ５１は、第１光路上に配置された液晶パネルの光の透過／遮断により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。シャッタ５１を設けることなく、光源１０からの光の出射／非出射により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。また、短い周期（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）で測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を複数回繰り返すことで、日照などの周囲環境光の短時間の変化に追随できるようにしてもよく、この場合、照射時間および非照射時間それぞれを例えば１００ｍｓとしてよい。

【0031】

第２偏光子４２、レンズ５４および絞り５５は、測定対象物Ｓａから分光器２０へ至る第２光路の途中に設けられている。第２偏光子４２は、測定対象物Ｓａで生じた光を入力して、上記特定偏光の光を除く光を分光器２０へ出力する。レンズ５４は、測定対象物Ｓａの光照射領域で生じ第２偏光子４２を経た光を入力して、その光照射領域の像を結像面上に結像する。分光器２０の光入射スリットは結像面上にある。絞り５５は、レンズ５４の後段に設けられ、分光器２０の光入射スリットへの光の入射の方向（指向性）を制限する。

【0032】

レンズ５４の焦点距離および絞り５５の開口径を適切に選択することにより、レンズ５４の過焦点距離の１／２より遠くに測定対象物Ｓｂが位置する場合であっても、その測定対象物Ｓｂの像が結像面上に結像され得る。このことにより、測定対象物Ｓａと装置との間の距離の設定の自由度を高めることができる。また、分光器２０の光入射スリットのサイズが小さいほど、分光器２０による分光測定の範囲が狭まり、測定角が狭く指向性が高い状態を実現することができる。

【0033】

分光器２０は、測定対象物Ｓａから到達した光のうち光入射スリットを通過した光のスペクトルを取得する。分光器２０は、光源１０から出力される光の帯域において感度を有する。分光器２０の分光可能な波長帯域は、光源１０から出力される白色光の波長帯域に含まれるのが好適である。

【0034】

分光器２０として、例えば浜松ホトニクス株式会社製のマイクロ分光器C12666MAまたはC12880MAが好適に用いられる。これらのマイクロ分光器は、光入射スリット、グレーティングおよびＣＭＯＳリニアイメージセンサをＭＯＥＭＳ（Micro Opto Electro Mechanical Systems）技術により一体に組み込んだものであり、サイズが W20.1 x D12.5 x H10.1 mm という小型であるので、可搬性を有するカリウム濃度推定装置１Ａを構成する上で好適である。

【0035】

ビームスプリッタ５２は、シャッタ５１と測定対象物Ｓａとの間の光路上に設けられている。ビームスプリッタ５２は、光源１０から出力され第１偏光子４１およびシャッタ５１を経た光を入力して、その光の一部を測定対象物Ｓａへ出力し、残部をビームダンパ５６へ出力する。ビームダンパ５６は、入力した光を吸収する。また、ビームスプリッタ５２は、測定対象物Ｓａから到達した光を入力して、その光を第２偏光子４２へ出力する。

【0036】

ビームスプリッタ５３は、第２偏光子４２とレンズ５４との間の光路上に設けられている。ビームスプリッタ５３は、測定対象物Ｓａからビームスプリッタ５２および第２偏光子４２を経て到達した光を入力して、その光をレンズ５４へ出力する。

【0037】

レーザ光源６０はレーザ光を出力する。小型化および可搬性向上の点で、レーザ光源６０はレーザダイオードであるのが好適である。レーザ光の波長は、可視域であり、測定対象物Ｓａの色に応じて適切に選択される。例えば、測定対象物Ｓａが緑色であれば、レーザ光の波長は赤色（例えば６３５ｎｍ）であるのが好適である。ビームスプリッタ５３は、レーザ光源６０から出力されたレーザ光を入力して、その光の一部を第２偏光子４２へ出力し、残部をビームダンパ５７へ出力する。ビームダンパ５６は、入力した光を吸収する。

【0038】

演算部３は、測定ヘッド２Ａと電気的に接続されている。演算部３は、測定ヘッド２Ａの動作（例えば、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射、分光器２０によるスペクトル取得）を制御する。

【0039】

光源１０から出力された光は、第１偏光子４１、シャッタ５１およびビームスプリッタ５２を経て、測定対象物Ｓａへ照射される。測定対象物Ｓａにおいて光が照射される箇所は、果実以外の被測定部分Ｒａ（茎、葉）である。これらの光源１０、第１偏光子４１、シャッタ５１およびビームスプリッタ５２は、光源１０から出力された光を植物の果実以外の被測定部分Ｒａに照射する光照射部を構成する。

【0040】

測定対象物Ｓａにおいて生じた反射光は、ビームスプリッタ５２、第２偏光子４２、ビームスプリッタ５３、レンズ５４および絞り５５を経て分光器２０により受光されて、分光器２０により複数の波長それぞれの反射光強度（反射光強度スペクトル）が測定される。測定された複数の波長それぞれの反射光強度（反射光強度スペクトル）のデータは演算部３へ出力される。これらのビームスプリッタ５２、第２偏光子４２、ビームスプリッタ５３、レンズ５４、絞り５５および分光器２０は、光照射部による光照射に応じて生じた被測定部分Ｒａからの反射光を受光して複数の波長それぞれの反射光強度を測定する反射光強度測定部を構成する。

【0041】

レーザ光源６０から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ５３、第２偏光子４２およびビームスプリッタ５２を経て、測定対象物Ｓａへ照射される。測定対象物Ｓａにおけるレーザ光の照射位置は、分光測定可能な位置または範囲を示している。すなわち、レーザ光源６０は、分光測定可能な位置または範囲を示すレーザポインタとして用いられる。これにより、測定対象物Ｓａにおける照射範囲または分光可能範囲の目視による確認が可能となる。

【0042】

測定された複数の波長それぞれの反射光強度（反射光強度スペクトル）のデータが入力された演算部３では、複数の波長それぞれの吸光度が求められ、複数の波長それぞれの吸光度と予め用意しておいた検量線とに基づいて、果実に含まれるカリウムの濃度が推定される。さらに、演算部３では、推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいてカリウム施肥量が判断され、また、推定した果実に含まれるカリウムの濃度に基づいて前記果実の品質が評価される。

【0043】

図４は、カリウム濃度推定装置１Ｂの構成を示す図である。この図に示されるカリウム濃度推定装置１Ｂは、測定ヘッド２Ｂおよび演算部３を備える。測定ヘッド２Ｂは、筐体内に、光源１０および分光器２０を備える。カリウム濃度推定装置１Ｂの演算部３，光源１０および分光器２０は、カリウム濃度推定装置１Ａの同名の構成要素と同様のものである。

【0044】

カリウム濃度推定装置１Ｂでは、分光器２０の光入射スリットの上方に測定対象物Ｓａが置かれる。この測定対象物Ｓａに対して斜め下方に光源１０が配置されている。この図には、反射板７０も示されている。リファレンス測定時には、反射板７０は、測定対象物Ｓａが置かれる位置に測定対象物Ｓａに替えて配置される。測定対象物Ｓａからの反射光の強度を測定するときには、反射板７０は、この図に示されるように測定対象物Ｓａを上から抑えるように配置される。

【0045】

カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）およびカリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）は、何れも、本実施形態のカリウム濃度推定方法を実施するのに好適なものである。

【0046】

カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）は、測定対象物Ｓａから分光器２０に至るまでの反射光の光路上に結像の為のレンズ５４が設けられていることにより、測定対象物Ｓａにおける狭い領域の被測定部分Ｒａからの反射光の強度を測定することができる。また、カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）は、レーザ光源６０から出力されたレーザ光により、測定対象物Ｓａにおける狭い領域の被測定部分Ｒａについて目視による確認を可能とする。したがって、カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）は、狭い又は細い被測定部分Ｒａ（例えば茎）へ光を照射して反射光強度を測定するのに好適である。また、カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）は、測定対象物Ｓａに対して非接触で測定をすることができる。

【0047】

これに対し、カリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）は、広い又は太い被測定部分（例えば葉）へ光を照射して反射光強度を測定するのに好適である。カリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）を用いる場合、被測定部分を比較的広くすることができるので、被測定部分の表面に凹凸や傷み等の状態のばらつきがある場合であっても、そのばらつきの影響を平均化することができ、高い精度で果実のカリウム濃度を推定することができる。

【0048】

次に、メロンのカリウム濃度推定値とカリウム濃度実測値との間の関係について、図５および図６を用いて説明する。

【0049】

図５は、幾つかのメロンについてカリウム濃度推定装置１Ａ（図３）を用いて得られたカリウム濃度推定値と、カリウム濃度実測値と、の間の関係を示すグラフである。カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）を用い、メロンができた子蔓（側枝）の直近箇所に光を照射して生じた複数の波長の反射光の強度に基づいて、メロンのカリウム濃度を推定した。

【0050】

図６は、幾つかのメロンについてカリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）を用いて得られたカリウム濃度推定値と、カリウム濃度実測値と、の間の関係を示すグラフである。カリウム濃度推定装置１Ｂ（図４）を用い、着果節本葉に光を照射して生じた複数の波長の反射光の強度に基づいて、メロンのカリウム濃度を推定した。

【0051】

図５および図６の何れの場合も、光源１０としてハロゲンランプを用い、分光器２０として浜松ホトニクス株式会社製のマイクロ分光器を用いた。ハロゲンランプから出力される白色光は、波長６００ｎｍ付近を中心にして可視域から近赤外域までの広帯域の光である。分光器のチャネル数は２５６であり、分光器による分光が可能な波長範囲は３５０ｎｍ～８００ｎｍである。この波長範囲のうち３５０ｎｍ～５００ｎｍの範囲ではノイズが大きいので、波長範囲５００ｎｍ～８００ｎｍの反射光強度に基づいてメロンのカリウム濃度を推定した。このように広帯域光を被測定部分へ照射するとともに、分光器を用いて多くの波長の反射光強度を測定することで、多くの波長の吸光度を求めることができるので、果実のカリウム濃度の推定精度を高めることができる。

【0052】

図５および図６の何れにおいても、カリウム濃度推定値とカリウム濃度実測値との間によい相関が認められる。これらの図中に示された直線は、カリウム濃度推定値：カリウム濃度実測値＝１：１となる直線である。ただし、着果節本葉からの反射光強度を測定した場合（図６）と比べて、子蔓からの反射光強度を測定した場合（図５）の方が、カリウム濃度推定値とカリウム濃度推定値との相関が高い。これは、着果節本葉からの反射光強度を測定する場合、被測定部分のうちでも位置による傷み具合の差が大きいことに因ると考えられる。

【0053】

通常のメロンは、果実１００ｇ当たり３４０ｍｇのカリウムが含まれているとされている。これに対し、低カリウム品のメロンは、果実１００ｇ当たり１７０ｍｇ以下のカリウム濃度であることが目安とされる。図５および図６から、メロンのカリウム濃度の測定誤差は、果実１００ｇ当たり±３０ｍｇ程度であることが認められる。果実１００ｇ当たり１７０ｍｇ以下のカリウム濃度のメロンを低カリウム品と判定することにすれば、果実１００ｇ当たり２００ｍｇ以上のカリウム濃度のメロンを確実に除くことができる。

【0054】

本実施形態によれば、複数の波長の光を植物の果実以外の被測定部分に照射して測定された反射光強度に基づいて、植物の果実に含まれるカリウムの濃度を推定するので、果実に対しては非破壊かつ非接触で、果実のカリウム濃度を推定することができる。そして、推定した果実のカリウム濃度に基づいて、カリウム施肥量を判断することができ、また、果実の品質を評価することができる。

【0055】

カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）を用いた場合には、果実に対して非破壊かつ非接触であるだけでなく、被測定部分（茎、葉）に対しても非破壊かつ非接触で、果実のカリウム濃度を推定することができる。この場合には、果実や被測定部分は、光源の熱の影響が低減され、また、病虫害や菌の汚染も抑制され得る。

【0056】

果実および被測定部分（茎、葉）の何れについても破壊する必要がないので、煩雑な前処理が不要であり、測定時間を短縮することができる。したがって、多くのサンプルのカリウム濃度を迅速に測定することができる。

【0057】

非破壊測定であることから、栽培中の果実のカリウム濃度をリアルタイムで測定することができるので、生産者が生産現場で測定することができる。

【0058】

カリウム濃度推定装置１Ａ（図３）を用いた場合には、ピンポイント分光測定で狭い領域の情報を取得することができるので、従来では困難であった蔓の測定が可能となる。

【0059】

装置構成を小型化・単純化することができので、生産者が装置を容易に操作することができて、装置のコストの低減化が可能である。

【符号の説明】

【0060】

１Ａ，１Ｂ…カリウム濃度推定装置、２Ａ，２Ｂ…測定ヘッド、３…演算部、１０…光源、２０…分光器、４１…第１偏光子、４２…第２偏光子、５１…シャッタ、５２，５３…ビームスプリッタ、５４…レンズ、５５…絞り、５６，５７…ビームダンパ、６０…レーザ光源、７０…反射板、Ｓａ，Ｓｂ…測定対象物、Ｒａ…被測定部分。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】