知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024044397
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】植物センサ
(51)【国際特許分類】
G01N 21/17 20060101AFI20240326BHJP
A01G 7/00 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
G01N21/17 Z
A01G7/00 603
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022149891
(22)【出願日】2022-09-21
(71)【出願人】
【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】100083563
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 祥二
(72)【発明者】
【氏名】湯浅 太一
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059BB08
2G059BB12
2G059EE01
2G059EE11
2G059HH02
2G059JJ02
2G059JJ07
2G059JJ13
2G059JJ22
2G059KK01
2G059MM01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】部品点数及びコストの低減を図る植物センサを提供する。
【解決手段】第１波長帯域を含む第１測定光２１を所定の広がり角で発光する第１発光部５と、第２波長帯域を含む第２測定光２５を所定の広がり角で発光する第２発光部６と、測定対象からの第１反射測定光と第２反射測定光を受光する少なくとも１つの受光部７と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第１波長帯域と前記第２波長帯域を抽出する波長選択部材８，９と、各測定光の光量と各反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部１１とを有し、前記波長選択部材８．９は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する各測定光２１，２５又は各反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜２８が形成されるよう構成されている。
【選択図】図２
【解決手段】第１波長帯域を含む第１測定光２１を所定の広がり角で発光する第１発光部５と、第２波長帯域を含む第２測定光２５を所定の広がり角で発光する第２発光部６と、測定対象からの第１反射測定光と第２反射測定光を受光する少なくとも１つの受光部７と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第１波長帯域と前記第２波長帯域を抽出する波長選択部材８，９と、各測定光の光量と各反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部１１とを有し、前記波長選択部材８．９は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する各測定光２１，２５又は各反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜２８が形成されるよう構成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１波長帯域を含む第１測定光を所定の広がり角で発光する第１発光部と、第２波長帯域を含む第２測定光を所定の広がり角で発光する第２発光部と、測定対象からの第１反射測定光と第２反射測定光を受光する少なくとも１つの受光部と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第１波長帯域と前記第２波長帯域を抽出する波長選択部材と、各測定光の光量と各反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する各測定光又は各反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成された植物センサ。
【請求項2】
前記凹部の膜厚は、該凹部に対する各測定光又は各反射測定光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された請求項１に記載の植物センサ。
【請求項3】
前記波長選択部材は、各測定光の光路上に、各測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各測定光は入射角が回転対称となった状態で各波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２に記載の植物センサ。
【請求項4】
前記第１発光部と前記第２発光部の共通光路上に偏向光学部材が設けられ、該偏向光学部材は、各波長選択部材を透過した各測定光の一方を透過させ、他方を透過させた前記測定光と光軸が合致する様に偏向する様構成された請求項３に記載の植物センサ。
【請求項5】
前記第１発光部と前記第２発光部の共通光路上に、前記第１測定光の光軸を前記第２測定光の光軸と合致する様偏向する偏向光学部材が設けられ、前記波長選択部材は前記第２測定光の光軸と直交する様に配置され、各測定光はそれぞれ入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に同軸で入射する様構成された請求項１又は請求項２に記載の植物センサ。
【請求項6】
前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様に配置され、各反射測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２に記載の植物センサ。
【請求項7】
前記第１反射測定光を受光する第１受光部と、前記第２反射測定光を受光する第２受光部とを有し、前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各反射測定光は入射角が回転対称となった状態でそれぞれ各波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２に記載の植物センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、農作物に対して測定光を照射し、反射光を解析して農作物の生育状況を測定する植物センサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
植物、特に農作物の生育状況を検出することは、農作物の生産管理に於いて重要である。従来、一方向に拡散させた検出光を植物に照射し、植物の葉からの反射検出光に基づき植物の生育状態を検出することが行われている。この場合、反射検出光には植物の葉以外の土からの反射検出光も含まれる為、検出結果にノイズが含まれていた。
【0003】
又、波長の異なる２つの検出光を植物に照射し、植物の葉からの各反射検出光の光量を比較することで、土からの反射検出光等のノイズを除去し、検出精度を高めることも行われている。
【0004】
然し乍ら、特定の波長の検出光を照射する為には、バンドパスフィルタ等の波長選択膜に対する入射角を一定にする必要があることから、部品点数が増加し、コストの増加を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１２－２４７２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、部品点数及びコストの低減を図る植物センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、第１波長帯域を含む第１測定光を所定の広がり角で発光する第１発光部と、第２波長帯域を含む第２測定光を所定の広がり角で発光する第２発光部と、測定対象からの第１反射測定光と第２反射測定光を受光する少なくとも１つの受光部と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第１波長帯域と前記第２波長帯域を抽出する波長選択部材と、各測定光の光量と各反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する各測定光又は各反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成された植物センサに係るものである。
【0008】
又本発明は、前記凹部の膜厚は、該凹部に対する各測定光又は各反射測定光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された植物センサに係るものである。
【0009】
又本発明は、前記波長選択部材は、各測定光の光路上に、各測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各測定光は入射角が回転対称となった状態で各波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
【0010】
又本発明は、前記第１発光部と前記第２発光部の共通光路上に偏向光学部材が設けられ、該偏向光学部材は、各波長選択部材を透過した各測定光の一方を透過させ、他方を透過させた前記測定光と光軸が合致する様に偏向する様構成された植物センサに係るものである。
【0011】
又本発明は、前記第１発光部と前記第２発光部の共通光路上に、前記第１測定光の光軸を前記第２測定光の光軸と合致する様偏向する偏向光学部材が設けられ、前記波長選択部材は前記第２測定光の光軸と直交する様に配置され、各測定光はそれぞれ入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に同軸で入射する様構成された植物センサに係るものである。
【0012】
又本発明は、前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様に配置され、各反射測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
【0013】
更に又本発明は、前記第１反射測定光を受光する第１受光部と、前記第２反射測定光を受光する第２受光部とを有し、前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各反射測定光は入射角が回転対称となった状態でそれぞれ各波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、第１波長帯域を含む第１測定光を所定の広がり角で発光する第１発光部と、第２波長帯域を含む第２測定光を所定の広がり角で発光する第２発光部と、測定対象からの第１反射測定光と第２反射測定光を受光する少なくとも１つの受光部と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第１波長帯域と前記第２波長帯域を抽出する波長選択部材と、各測定光の光量と各反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する各測定光又は各反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成されたので、各測定光を平行光束とする為の光学系が不要となり、部品点数の低減及び製作コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第１の実施例に係る植物センサの使用例について説明する説明図である。
【図2】本発明の第１の実施例に係る植物センサの概略構成図である。
【図3】本発明の第１の実施例に係る波長選択部材を説明する側断面図である。
【図4】（Ａ）は膜厚を一定とした波長選択部材に於ける入射角毎の透過波長を説明するグラフであり、（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る波長選択部材に於ける入射角毎の透過波長を説明するグラフである。
【図5】前記波長選択部材の凹部の中心から外周への膜厚の勾配を示す曲線を説明するグラフである。
【図6】本発明の第２の実施例に係る植物センサの概略構成図である。
【図7】本発明の第３の実施例に係る植物センサの概略構成図である。
【図8】本発明の第４の実施例に係る植物センサの概略構成図である。
【図9】本発明の第５の実施例に係る植物センサの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0017】
図１は、本発明の第１の実施例に係る植物センサの概略を示している。
【0018】
図１中、１は作業者の手に保持された植物センサを示している。該植物センサ１は、２波長のレーザ光線（測定光２）を圃場等の測定対象３（例えば農作物）に交互に照射する。又、前記植物センサ１は、前記測定対象３で反射された前記測定光２（反射測定光４）の波長毎の受光量を検出し、各受光量から波長毎の反射率を測定する。
【0019】
尚、前記植物センサ１からは、波長の異なる２種類の測定光が照射されるが、２種類の測定光を併せて前記測定光２と称している。同様に、前記測定対象３では２種類の反射測定光が反射されるが、２種対の反射測定光を併せて前記反射測定光４と称している。
【0020】
前記植物センサ１は、前記測定光２の照射位置に於ける各波長毎の反射率に基づき、前記測定対象３の生育状況を測定することができる。
【0021】
ここで、前記測定光２として使用される２波長の一例としては、第１測定波長帯としての７３５ｎｍ、第２波長帯としての８０８ｎｍがある。前記測定光２として第１波長帯である７３５ｎｍ付近の波長（７３５ｎｍを中心とした所定範囲の波長）からなる第１測定光２ａを使用する場合、前記測定対象３が窒素を含んでいると該測定対象３で反射されるが、窒素の含有量に拘らず、前記反射測定光４の光量は変化しない。
【0022】
一方で、前記測定光２として第２波長帯である８０８ｎｍ付近の波長（８０８ｎｍを中心とした所定範囲の波長）からなる第２測定光２ｂを使用する場合、前記測定対象３が窒素を含んでいると前記測定対象３で反射され、更に窒素の含有量によって反射率が異なり、含有量が多くなると反射光量も多くなることがわかっている。
【0023】
又、作物の葉には窒素が含まれ、生育状態がよい場合は窒素の含有量が多く、生育状態が悪い場合は、窒素の含有量が少ないということもわかっている。
【0024】
尚、前記測定対象３以外、例えば土も窒素を含む場合があるが、土と葉では反射率が大きく異なる（土の反射率が大幅に小さい）。従って、波長に限らず反射光量のみを比較すれば、土での反射か葉での反射かを判断できるので、土での反射と判断された前記反射測定光４を除去することで、ノイズを除去することができる。
【0025】
上記した様に、前記測定光２は、７３５ｎｍ付近の波長からなる前記第１測定光２ａと８０８ｎｍ付近の波長からなる前記第２測定光２ｂとが交互に照射される。即ち、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは同一又は略同軸光軸上に照射され、同一又は略同一の照射範囲に照射される。前記反射測定光４の反射光量は、反射面の清浄、汚れ等の反射面の状態の影響を受け、変化する。然し乍ら、２波長の前記測定光２が反射面の同一点に照射されているので、各波長の前記測定光２が反射面の状態から受ける影響は同一である。
【0026】
従って、８０８ｎｍ付近の波長からなる第２反射測定光４ｂの受光光量の大小は、窒素の含有量の大小によるものと判断されるので、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂに基づき、前記測定対象３についての窒素の含有比率を求めることができる。予め、生育状況に対応する作物の葉の窒素の含有比率を取得しておけば、前記測定対象３の作物の生育状況を判断することができる。
【0027】
該測定対象３の窒素の含有比率は、第１測定波長帯（７３５ｎｍ付近）の反射率をＲ１、第２測定波長帯（８０８ｎｍ付近）の反射率をＲ２とした場合に、含有比率Ｓ＝（Ｒ２／Ｒ１－１）×１００で表すことができる。
【0028】
尚、前記植物センサ１は、該植物センサ１の傾斜を検出する傾斜センサが内蔵されていてもよい。該傾斜センサの検出結果に基づき前記植物センサ１の水平（又は鉛直）に対する傾斜を検出可能となっている。
【0029】
図２は、本発明の第１の実施例に係る前記植物センサ１の概略構成図を示している。
【0030】
該植物センサ１は、第１発光部５、第２発光部６、受光部７、第１波長選択部材８、第２波長選択部材９、制御部１１、記憶部１２、表示部１３、操作部１４とを具備し、各構成要素は筐体１５に内蔵されている。又前記筐体１５には、所定の開口面積を有する窓部１６が形成されている。
【0031】
前記第１発光部５は、第１測定光源１７と第１光量センサ１８を有している。前記第１測定光源１７はＬＥＤ光源であり、所定の広がり角、例えば±２５°で第１投光光軸１９上に第１波長帯域、即ち７３５ｎｍ付近の波長を含む所定波長範囲の第１測定光２１を照射する様に構成されている。又、前記第１光量センサ１８は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、前記第１測定光源１７から発せられる前記第１測定光２１の一部を受光し、前記第１測定光源１７の発光光量をリアルタイムで検出可能に構成されている。前記第１光量センサ１８が検出した光量は、前記制御部１１にリアルタイムで送信される。
【0032】
前記第２発光部６は、第２測定光源２２と第２光量センサ２３を有している。前記第２測定光源２２はＬＥＤ光源であり、所定の広がり角、例えば±２５°で第２投光光軸２４上に第２波長帯域、即ち８０８ｎｍ付近の波長を含む所定波長範囲の第２測定光２５を照射する様に構成されている。又、前記第２光量センサ２３は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、前記第２測定光源２２から発せられる前記第２測定光２５の一部を受光し、前記第２測定光源２２の発光光量をリアルタイムで検出可能に構成されている。前記第２光量センサ２３が検出した光量は、前記制御部１１にリアルタイムで送信される。
【0033】
前記受光部７は、受光光軸２６上に設けられた受光素子、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、或はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。又、前記受光部７は、前記受光光軸２６に沿って入射した前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光量をそれぞれ検出可能となっている。前記受光部７で検出された前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光量は、それぞれ受光量データとしてリアルタイムで前記制御部１１に送信される。
【0034】
前記第１波長選択部材８は、前記第１測定光２１の光路上に、前記第１投光光軸１９と直交する様に配置され、前記第１測定光２１が全て前記第１波長選択部材８に入射する様に構成されている。即ち、前記第１測定光２１の前記第１波長選択部材８に対する入射角は回転対称となる。又、前記第１波長選択部材８は、例えばバンドパスフィルタを有し、７３５ｎｍ付近の波長の光を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有している。
【0035】
前記第２波長選択部材９は、前記第２測定光２５の光路上に、前記第２投光光軸２４と直交する様に配置され、前記第２測定光２５が全て前記第２波長選択部材９に入射する様に構成されている。即ち、前記第２測定光２５の前記第２波長選択部材９に対する入射角は回転対称となる。又、前記第２波長選択部材９は、例えばバンドパスフィルタを有し、８０８ｎｍ付近の波長の光を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有している。
【0036】
前記制御部１１は、後述する前記記憶部１２に格納された各種プログラムを実行する。これにより、前記制御部１１は、前記第１測定光源１７と前記第２測定光源２２の発光を制御すると共に、前記受光部７で受光された前記反射測定光４（前記第１反射測定光４ａ、前記第２反射測定光４ｂ）に基づく前記測定対象３の育成具合の測定処理を制御する。
【0037】
前記記憶部１２には、前記第１測定光源１７と前記第２測定光源２２を作動させ、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂを前記測定対象３に交互に照射する為のシーケンスプログラム、受光量データに基づき前記測定対象３の生育状態を判定する為の判定プログラム、受光量データからノイズとなるデータを除去する為のノイズ除去プログラム、前記測定対象３の生育状態に応じた肥料の散布量を演算する演算プログラム等が格納される。又、前記ノイズ除去プログラムには、受光量に関する閾値等のノイズ判定に必要な閾値が設定されている。又、前記記憶部１２には、農作物である前記測定対象３の生育状況に対応する葉の窒素の含有比率が格納されると共に、前記第１測定光２１中の前記第１測定光２ａの割合と、前記第２測定光２５中の前記第２測定光２ｂの割合とが格納されている。
【0038】
図３は、前記第１波長選択部材８を示している。尚、該第１波長選択部材８と前記第２波長選択部材９とは同等の構成となっているので、以下では前記第１波長選択部材８について説明し、前記第２波長選択部材９の説明を省略する。
【0039】
前記第１波長選択部材８は、円盤状のガラス板２７と、該ガラス板２７の入射面と射出面の両面に形成された波長選択膜２８とを有している。前記第１波長選択部材８は、例えば半径１５ｍｍであり、該第１波長選択部材８に広がり角±２５°で前記第１測定光２１が照射された際の、該第１測定光２１のビーム径（有効径）が１３ｍｍとなる様に前記第１波長選択部材８が配置されている。
【0040】
図４（Ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る前記波長選択膜２８の光学特性を示すグラフである。該波長選択膜２８は、７３５ｎｍ付近の波長を選択して透過させるバンドパスフィルタとなっている。
【0041】
ここで、バンドパスフィルタは、バンドパスフィルタに対する入射角によって、透過する波長がシフトすることがわかっている。例えば、図４（Ａ）に示される様に、前記波長選択膜２８の膜厚が中心から外周に向って一定の場合、入射角０°で前記第１測定光２１が入射した場合と、入射角２５°で前記第１測定光２１が入射した場合とでは、透過する波長が異なっている。即ち、前記波長選択膜２８は、入射角２５°の場合（図４（Ａ）中の波線）、入射角０°の場合（図４（Ａ）中の実線）よりも、透過波長が短波長側に１７ｎｍ程度シフトする。
【0042】
一方で、前記波長選択膜２８の膜厚を増加させると、透過する波長が長波長側にシフトすることもわかっている。
【0043】
そこで、第１の実施例では、前記第１測定光２１の入射角の増加に対応して、前記波長選択膜２８の膜厚を増加させ、前記第１測定光２１の入射角に拘らず、透過する波長が一定又は略一定となる様、前記波長選択膜２８の膜厚を設定している。尚、図４（Ｂ）中では、便宜上実線（入射角０°の場合）に対して波線（入射角２５°の場合）が僅かに短波長側にシフトしているが、実際には実線と波線とは合致又は略合致している。
【0044】
図３、図５に示される様に、前記波長選択膜２８は、前記第１投光光軸１９を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側向って同心円状に膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部２９が形成されている。該凹部２９の外径は、前記第１測定光２１が前記波長選択膜２８に入射する際、及び該波長選択膜２８から射出される際の光束径と合致するか、僅かに大きくなっている。即ち、入射側の前記波長選択膜２８の前記凹部２９は、射出側の前記波長選択膜２８の前記凹部２９よりも外径が小さくなっている。
【0045】
前記第１測定光２１の光束径を有効径とし、有効径ｒ＝１に規格化し、前記凹部２９の中心（ｒ＝０）、即ち前記第１投光光軸１９上の前記凹部２９（前記波長選択膜２８）の膜厚ｔ＝１に規格化した場合、前記凹部２９は有効径ｒ＝０の時、膜厚ｔ＝１であり、有効径ｒ＝１の時、膜厚ｔ＝１．０２５となる様構成されている。即ち、前記凹部２９は、外周の膜厚が中心の膜厚よりも２．５％厚くなる様に構成されている。
【0046】
図５は、前記凹部２９の径方向の位置と膜厚との関係を示したグラフである。図５の曲線３１は、前記凹部２９の膜厚の勾配を示す曲線となっており、中心から外周に向って同心円状に漸次膜厚が増加し、且つ下に凸の曲線を描く様に構成される。
【0047】
尚、前記曲線３１の形状は、前記第１測定光２１の広がり角や、前記波長選択膜２８に対する最大入射角や有効径によって変化する。一方で、前記曲線３１の形状は、前記波長選択膜２８の中心と外周とを結ぶ直線に対して必ず下に凸の曲線となる。前記曲線３１は、例えば２次以下の多項式として定義できる。
【0048】
又、前記第１波長選択部材８の入射面と射出面では、前記第１測定光２１の有効径が異なるので、前記曲線３１の形状は入射側の前記凹部２９と射出側の前記凹部２９とで異なる。
【0049】
尚、前記第１波長選択部材８と同様に、前記第２波長選択部材９にも波長選択膜３２と凹部３３が形成されている。前記波長選択膜３２は、８０８ｎｍ付近の波長の光を選択して透過させるバンドパスフィルタとなっている。前記波長選択膜３２及び前記凹部３３は、透過波長を除き、前記波長選択膜２８及び前記凹部２９と同様の構成となっている。
【0050】
前記表示部１３は、前記測定対象３の測定結果、即ち前記測定光２が照射された範囲に於ける前記測定対象３の窒素含有比率が表示される。例えば、窒素含有比率に対応して色分け表示する。或は、測定結果に基づき、前記測定対象３に対する施肥量を表示する。
【0051】
前記操作部１４は、前記測定対象３に対する測定の開始及び停止が可能となっている。尚、前記表示部１３をタッチパネルとすることで、該表示部１３と前記操作部１４とを兼用することができる。この場合、該操作部１４は省略できる。
【0052】
次に、前記植物センサ１により前記測定対象３の生育状況を測定する場合について説明する。
【0053】
前記植物センサ１が作業者に手持された状態で、前記操作部１４を介して測定開始が入力されると、前記制御部１１は、前記第１測定光源１７と前記第２測定光源２２に対して前記第１測定光２１と前記第２測定光２５とを交互にパルス発光させる。
【0054】
前記第１測定光２１は、前記第１投光光軸１９上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記第１波長選択部材８に入射する。又、前記第１測定光２１の光量は、前記第１光量センサ１８によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部１１に出力される。
【0055】
前記第１波長選択部材８は、第１波長帯域、即ち７３５ｎｍ付近の波長からなる前記第１測定光２ａのみを透過させ、その他の波長を有する前記第１測定光２１を遮断する。
【0056】
前記第１波長選択部材８を透過した前記第１測定光２ａは、前記窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。この時、前記波長選択膜２８は、前記第１測定光２ａの入射角に対応して膜厚が変化しているので、前記波長選択膜２８に対する入射角に拘らず、第１波長帯域の前記第１測定光２ａのみが前記波長選択膜２８を透過する。
【0057】
尚、植物センサ１から前記測定対象３迄の距離は、例えば５０ｃｍ～５ｍの範囲で選択される。又、前記測定対象３に対する前記測定光２の照射面積は、例えば前記測定対象３迄の距離が１ｍの時にφ３０ｃｍとなる。
【0058】
前記第１測定光２ａは、前記測定対象３の窒素含有比率に基づき、所定の反射率で反射され、前記第１反射測定光４ａが前記窓部１６を介して前記受光部７に受光される。該受光部７は、前記第１反射測定光４ａの受光量を前記制御部１１に出力する。
【0059】
同様に、前記第２測定光２５は、前記第２投光光軸２４上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記第２波長選択部材９に入射する。又、前記第２測定光２５の光量は、前記第２光量センサ２３によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部１１に出力される。
【0060】
前記第２波長選択部材９は、第２波長帯域、即ち８０８ｎｍ付近の波長からなる前記第２測定光２ｂのみを透過させ、その他の波長を有する前記第２測定光２５を遮断する。
【0061】
前記第２波長選択部材９を透過した前記第２測定光２ｂは、前記窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。この時、前記波長選択膜３２は、前記第２測定光２ｂの入射角に対応して膜厚が変化しているので、前記波長選択膜３２に対する入射角に拘らず、第２波長帯域の前記第２測定光２ｂのみが前記波長選択膜３２を透過する。
【0062】
前記第２測定光２ｂは、前記測定対象３の窒素含有比率に基づき、所定の反射率で反射され、前記第２反射測定光４ｂが前記窓部１６を介して前記受光部７に受光される。該受光部７は、前記第２反射測定光４ｂの受光量を前記制御部１１に出力する。
【0063】
従って、前記受光部７は、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂとを交互に受信し、各受光量データを前記制御部１１に交互に送出する。
【0064】
該制御部１１は、前記第１光量センサ１８から入力された前記第１測定光２１の光量と、前記第２光量センサ２３から入力された前記第２測定光２５の光量と、前記第１測定光２１中の前記第１測定光２ａの割合と、前記第２測定光２５中の前記第２測定光２ｂの割合と、前記受光部７から入力された前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光量とに基づき、前記測定対象３の窒素含有比率を演算する。
【0065】
又、前記制御部１１は、予め取得した生育状況に対応する前記測定対象３の葉の窒素の含有比率と演算した含有比率とを比較し、比較結果に基づき前記測定対象３の生育状況を求めると共に、該生育状況を前記表示部１３に表示する。更に、前記制御部１１は、前記含有比率に基づき前記測定対象３に対して必要な施肥量を演算し、演算結果を前記表示部１３に表示する。
【0066】
測定が完了すると、測定位置を変更した後、再度前記測定光を前記測定対象３に照射し、測定を実行する。上記処理は、所望の測定範囲全域の測定が終了迄繰返される。
【0067】
上述の様に、第１の実施例では、前記第１波長選択部材８の前記波長選択膜２８と前記第２波長選択部材９の前記波長選択膜３２とが、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる様構成されている。
【0068】
従って、入射角の変化による透過波長のシフトを防止できるので、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５の入射角に拘らず、前記波長選択膜２８と前記波長選択膜３２が透過させる前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂの波長を一定とすることができる。
【0069】
又、透過波長が一定となることで、透過波長の範囲が狭いバンドパスフィルタを用いることができるので、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂの光量を充分に確保できると共に、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５の光量の損失を抑制することができる。又、第１波長帯及び第２波長帯を中心とした狭い範囲の測定光を使用することで、測定精度を向上させることができる。
【0070】
又、前記波長選択膜２８に対する前記第１測定光２１の入射角、前記波長選択膜３２に対する前記第２測定光２５の入射角を揃える必要がないので、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５を平行光束とする為のレンズが不要となり、部品点数の低減及び小型化が図れると共に、製作コストの低減を図ることができる。
【0071】
尚、第１の実施例では、前記植物センサ１を携帯可能とし、作業者が前記植物センサ１を直接前記測定対象３に向け、該測定対象３の生育状況の測定を行っている。一方で、前記植物センサ１をトラクターやＵＡＶ等の移動体に搭載し、遠隔操作にて前記測定対象３の生育状況の測定を行ってもよい。
【0072】
この場合、移動体にＧＮＳＳ装置等の位置測定装置を設け、前記測定対象３を測定した際の測定位置を取得することで、前記測定対象３の生育状況のマップを作ることができるので、前記測定対象３が広範囲に存在する場合であっても測定を実行することができる。
【0073】
又、前記波長選択膜２８及び前記波長選択膜３２の透過波長は、温度によっても変化する。従って、前記第１測定光源１７及び前記第２測定光源２２の発光を制御することで、前記第１測定光源１７及び前記第２測定光源２２の温度に起因する透過波長のシフトを抑制でき、測定精度を向上させることができる。
【0074】
又、前記第１測定光源１７及び前記第２測定光源２２の温度や前記植物センサ１の外部の気温を検出可能な温度センサを設け、該温度センサの検出結果に基づき透過波長のシフト量を演算し、演算したシフト量に基づき測定結果を補正してもよい。
【0075】
又、第１の実施例では、前記ガラス板２７と、該ガラス板２７の入射面と射出面の両方に設けられた前記波長選択膜２８により前記第１波長選択部材８が形成されている。一方で、該第１波長選択部材８は、前記ガラス板２７と、該ガラス板２７の入射面と射出面のいずれか一方に設けられた前記波長選択膜２８により形成してもよい。前記第２波長選択部材９についても同様に、ガラス板（図示せず）の入射面と射出面のいずれか一方に前記波長選択膜３２を設け、前記第２波長選択部材９を形成してもよい。
【0076】
又、前記窓部１６を外光を吸収する材料、例えば可視領域の波長を吸収する色ガラスとしてもよいし、前記窓部１６に反射膜を蒸着させてもよい。これにより、前記受光部７に対する外光の入射を抑制でき、測定精度を向上させることができる。
【0077】
又、第１の実施例では、前記第１測定光源１７の近傍に前記第１光量センサ１８を設けると共に、前記第２測定光源２２の近傍に前記第２光量センサ２３を設けているが、再帰反射性又は拡散反射性を有するターゲット等に前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂをそれぞれ照射し、その時の前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの各受光量を予め取得してもよい。この場合、前記第１光量センサ１８と前記第２光量センサ２３は省略することができる。
【0078】
又、第１の実施例では、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂ、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂが共に前記窓部１６を通過する構成となっている。一方で、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂが通過する窓部と、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂが通過する窓部を別部材としてもよい。該窓部を分けることで、該窓部で反射された前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂ（迷光）が前記受光部７に受光されるのを抑制することができ、測定精度を向上させることができる。
【0079】
【0080】
第２の実施例では、第１投光光軸１９と第２投光光軸２４とが直交する様に第１発光部５と第２発光部６が設けられている。又、前記第１投光光軸１９と前記第２投光光軸２４の交差位置であり、前記第１発光部５と第２発光部６の共通光路上には偏向光学部材３５が設けられている。
【0081】
又、前記第１発光部５と前記偏向光学部材３５との間に第１波長選択部材８が配置され、第１測定光２１は入射角が回転対称となった状態で前記第１波長選択部材８に入射する様に構成される。又、前記第２発光部６と前記偏向光学部材３５との間に第２波長選択部材９が配置され、前記第１測定光２１と交互に発せられる第２測定光２５は、入射角が回転対称となった状態で前記第２波長選択部材９に入射する様に構成される。
【0082】
前記偏向光学部材３５は、例えば表面にダイクロイックフィルタが設けられたガラス板であり、第２波長帯域、即ち８０８ｎｍ付近の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射する光学特性を有している。
【0083】
尚、前記偏向光学部材３５は、第１波長帯域、即ち７３５ｎｍ付近の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射させる光学特性としてもよい。即ち、前記第１発光部５を前記偏向光学部材３５の透過側に配置し、前記第２発光部６を前記偏向光学部材３５の反射側に配置してもよい。
【0084】
従って、第２測定光源２２から発せられ、前記第２波長選択部材９を透過した第２測定光２ｂは、前記偏向光学部材３５を透過する。又、前記第１測定光源１７から発せられ、前記第１波長選択部材８を透過した前記第１測定光２ａは、前記偏向光学部材３５により前記第１投光光軸１９と前記第２投光光軸２４とが合致する様直角に偏向される。
【0085】
第２の実施例に於いては、測定対象３（図１参照）に向けて照射された第１波長帯域を含む前記第１測定光２１は、前記第１波長選択部材８、即ち前記凹部２９を透過する過程で第１波長帯域からなる前記第１測定光２ａのみが抽出され、前記偏向光学部材３５で反射された後、窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。
【0086】
又、前記測定対象３に向けて照射された第２波長帯域を含む前記第２測定光２５は、前記第２波長選択部材９、即ち前記凹部３３を透過する過程で第２波長帯域からなる前記第２測定光２ｂのみが抽出され、前記偏向光学部材３５を透過した後、前記窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。
【0087】
該測定対象３で反射された第１反射測定光４ａと第２反射測定光４ｂは、窓部１６を介して前記受光部７に交互に受光される。前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
【0088】
第２の実施例に於いては、前記第１発光部５と第２発光部６との共通光路上に前記偏向光学部材３５を設け、前記第１投光光軸１９と前記第２投光光軸２４とが合致する様に前記第１測定光２ａを偏向させている。
【0089】
従って、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂを平行に照射していた場合と比較して、前記窓部１６を小さくすることができるので、前記植物センサ１の小型化を図ることができる。
【0090】
【0091】
第３の実施例では、波長選択部材３６が偏向光学部材３５と窓部１６との間に、第１投光光軸１９及び第２投光光軸２４と直交する様に配置されている。即ち、第１測定光２１及び第２測定光２５は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材３６に入射する。
【0092】
第３の実施例に於ける前記波長選択部材３６は、入射面と射出面の少なくとも一方に波長選択膜３７が設けられている。該波長選択膜３７は、例えばデュアルパスフィルタとなっており、第１波長帯域、即ち７３５ｎｍ付近の波長の光と、第２波長帯域、即ち８０８ｎｍ付近の波長の光を選択して透過させる光学特性を有している。
【0093】
又、前記波長選択膜３７には、前記第１投光光軸１９及び前記第２投光光軸２４を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側向って同心円状に膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部３８が形成されている。該凹部３８は、前記偏向光学部材３５で反射された第１測定光２ａと前記偏向光学部材３５を透過した第２測定光２ｂが全て入射可能な大きさを有している。
【0094】
第３の実施例に於いては、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５とが交互に照射される。測定対象３（図１参照）に向けて照射された第１波長帯域を含む前記第１測定光２１は、前記偏向光学部材３５で反射された後、前記波長選択部材３６、即ち前記凹部３８を透過する過程で第１波長帯域からなる前記第１測定光２ａのみが抽出され、窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。
【0095】
又、前記測定対象３に向けて照射された第２波長帯域を含む前記第２測定光２５は、前記偏向光学部材３５を透過した後、前記波長選択部材３６、即ち前記凹部３８を透過する過程で第２波長帯域からなる前記第２測定光２ｂのみが抽出され、前記窓部１６を介して前記測定対象３に照射される。
【0096】
該測定対象３で反射された第１反射測定光４ａと第２反射測定光４ｂは、窓部１６を介して受光部７に交互に受光される。前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
【0097】
第３の実施例に於いては、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５とに対して、共通の前記波長選択部材３６を設けている。
【0098】
従って、各測定光毎に波長選択部材を設ける必要がないので、部品点数の低減を図ることができる。
【0099】
【0100】
第４の実施例では、波長選択部材３９が第１測定光２１や第２測定光２５の光路上ではなく、第１反射測定光４１と第２反射測定光４２の光路上に、受光光軸２６と直交する様に配置されている。即ち、前記第１反射測定光４１と前記第２反射測定光４２は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材３９に入射する。又、該波長選択部材３９は、第１波長帯域（７３５ｎｍ付近）の光と第２波長帯域（８０８ｎｍ付近）の光を抽出するデュアルパスフィルタを有している。
【0101】
第４の実施例に於いては、測定対象３（図１参照）に向けて照射された第１波長帯域の波長を有する第１測定光２１と、第２波長帯域の波長を有する第２測定光２５は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部１６を介して前記測定対象３に交互に照射される。
【0102】
該測定対象３で反射された前記第１反射測定光４１と前記第２反射測定光４２は、前記窓部１６を介して前記波長選択部材３９に入射する。該波長選択部材３９は、第１の実施例～第３の実施例と同様に、前記第１反射測定光４１と前記第２反射測定光４２の入射角に対応して膜厚が変化する凹部４４を有する波長選択膜が４３設けられている。
【0103】
前記第１反射測定光４１は、前記凹部４４を透過する過程で、第１波長帯域からなる第１反射測定光４ａのみが抽出され、前記第２反射測定光４２は、前記凹部４４を透過する過程で、第２波長帯域からなる第２反射測定光４ｂのみが抽出される。
【0104】
前記凹部４４の透過後、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂとが交互に受光部７に受光される。前記第１反射測定光４ａ及び前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
【0105】
第４の実施例では、前記波長選択部材３９が、前記第１反射測定光４１と前記第２反射測定光４２の光路上に設けられ、第１波長帯域の前記第１反射測定光４ａと第２波長帯域の前記第２測定光２ｂのみが受光部７に入射する様に構成されている。
【0106】
従って、前記第１反射測定光４ａ、前記第２反射測定光４ｂと共に、外光が前記受光部７に入射するのを抑制でき、測定精度を向上させることができる。
【0107】
又、前記波長選択膜４３に形成された前記凹部４４により、入射角に基づく前記波長選択膜４３の透過波長のシフトを抑制可能としている。従って、前記波長選択膜４３の透過波長を狭帯域としても充分な受光量を得ることができるので、外光の受光抑制効果を更に高めることができ、測定精度を更に向上させることができる。
【0108】
更に、前記波長選択部材３９は、前記反射測定光４の光路上に１つ設けるだけでよいので、前記波長選択部材３９を小型化できると共に、部品点数を低減でき、製作コストの低減を図ることができる。
【0109】
【0110】
第５の実施例では、第１測定光２１を照射する為の第１発光部５に対応して第１反射測定光４ａを受光する為の第１受光部４５が設けられ、第２測定光２５を照射する為の第２発光部６に対応して第２反射測定光４ｂを受光する為の第２受光部４６が設けられている。即ち、発光部と同数の受光部が設けられている。
【0111】
又、第１波長選択部材４７は、第１反射測定光４１の光路上に、第１受光光軸４９と直交する様に配置され、第１波長帯域からなる第１反射測定光４ａを前記第１反射測定光４１から抽出するバンドパスフィルタを有している。前記第１反射測定光４１は、入射角が回転対称となった状態で前記第１波長選択部材４７に入射する。
【0112】
第２波長選択部材４８は、第２反射測定光４２の光路上に、第２受光光軸５１と直交する様に配置され、第２波長帯域からなる第２反射測定光４ｂを前記第２反射測定光４２から抽出するバンドパスフィルタを有している。前記第２反射測定光４２は、入射角が回転対称となった状態で前記第２波長選択部材４８に入射する。
【0113】
第５の実施例に於いては、測定対象３（図１参照）に向けて照射された第１波長帯域の波長を有する第１測定光２１と、第２波長帯域の波長を有する第２測定光２５は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部１６を介して前記測定対象３に同時に照射される。
【0114】
該測定対象３で反射された前記第１反射測定光４１は、前記窓部１６を介して前記第１波長選択部材４７に入射し、前記第２反射測定光４２は前記窓部１６を介して前記第２波長選択部材４８に入射する。
【0115】
第１の実施例～第４の実施例と同様に、前記第１波長選択部材４７には、前記第１反射測定光４１の入射角の増加に対応して膜厚が増加する凹部５２を有する波長選択膜５３が設けられ、前記第２波長選択部材４８には、前記第２反射測定光４２の入射角の増加に対応して膜厚が増加する凹部５４を有する波長選択膜５５が設けられている。
【0116】
前記第１反射測定光４１が前記凹部５２を透過する過程で、前記第１反射測定光４ａが抽出され、前記第１受光部４５に受光される。又、前記第２反射測定光４２が前記凹部５４を透過する過程で、前記第２反射測定光４ｂが抽出され、前記第２受光部４６に前記第１反射測定光４ａと同時に受光される。該第１反射測定光４ａ及び前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
【0117】
第５の実施例では、前記第１測定光２１と前記第２測定光２５とを同時に照射可能であり、前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂとを同時に受光可能となっている。
【0118】
従って、前記第１測定光２１の照射位置と前記第２測定光２５の照射位置との位置ズレに基づく測定誤差を防止できるので、測定精度を更に向上させることができる。
【符号の説明】
【0119】
１ 植物センサ
２ 測定光
３ 測定対象
４ 反射測定光
５ 第１発光部
６ 第２発光部
７ 受光部
８ 第１波長選択部材
９ 第２波長選択部材
２１ 第１測定光
２５ 第２測定光
２８ 波長選択膜
２９ 凹部
３５ 偏向光学部材
４１ 第１反射測定光
４２ 第２反射測定光
２ 測定光
３ 測定対象
４ 反射測定光
５ 第１発光部
６ 第２発光部
７ 受光部
８ 第１波長選択部材
９ 第２波長選択部材
２１ 第１測定光
２５ 第２測定光
２８ 波長選択膜
２９ 凹部
３５ 偏向光学部材
４１ 第１反射測定光
４２ 第２反射測定光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】