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(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】
(24)【登録日】2022-11-29
(45)【発行日】2022-12-07
(54)【発明の名称】植物群落透過光センサユニット及び植物の生育状態判定方法
(51)【国際特許分類】
A01G 7/00 20060101AFI20221130BHJP
G01N 33/48 20060101ALI20221130BHJP
【ＦＩ】
A01G7/00 603
G01N33/48 N
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019107263
(22)【出願日】2019-06-07
(65)【公開番号】P2020198804
(43)【公開日】2020-12-17
【審査請求日】2022-02-21
(73)【特許権者】
【識別番号】590002389
【氏名又は名称】静岡県
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】大石 直記
【審査官】星野 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－３０１８１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－４９１０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－６２８３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２３７１６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１３３４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２２３９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１９／０３５３０６（ＪＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ０１Ｇ ７／００
Ｇ０１Ｎ ３３／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光を検知する可視光センサと、近赤外光を検知する近赤外光センサとを備えて植物の生育状態を判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットであって、透明なパイプと、
前記パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、を含み、
前記パイプを鉛直方向に起立させた状態で上側の前記カバー板の下面で前記パイプの内側中央部に、前記可視光センサと前記近赤外光センサとが、それぞれ受光面を下向きにして取り付けられていることを特徴とする植物群落透過光センサユニット。
【請求項2】
前記カバー板は、３ｃｍ角～７ｃｍ角の正方形であり、前記パイプの長さは略１０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の植物群落透過光センサユニット。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の植物群落透過光センサユニットを、前記パイプが起立する縦向き姿勢で植物群落内にセットして、前記パイプの周囲から入射する散乱光を前記可視光センサと前記近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする植物の生育状態判定方法。
【請求項4】
可視光を検知する可視光センサと、近赤外光を検知する近赤外光センサとを備えて植物の生育状態を判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットであって、透明なパイプと、
前記パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、
前記パイプを水平方向に倒伏させた状態で前記パイプの上下で前記カバー板の間に架設されて前記パイプに上下方向で重なる一対の黒色の第２のカバー板と、を含み、
前記パイプを水平方向に倒伏させた状態で一方の前記カバー板における前記パイプの取付側の面で前記パイプの内側中央部に、前記可視光センサと前記近赤外光センサとが、それぞれ受光面を他方の前記カバー板に向けて取り付けられていることを特徴とする植物群落透過光センサユニット。
【請求項5】
前記第２のカバー板の幅は略７ｃｍであり、前記パイプの長さは５ｃｍ～１０ｃｍであることを特徴とする請求項４に記載の植物群落透過光センサユニット。
【請求項6】
請求項４又は５に記載の植物群落透過光センサユニットを、前記パイプが倒伏する横向き姿勢で植物群落内にセットして、前記パイプの側方から入射する散乱光を前記可視光センサと前記近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする植物の生育状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、植物の生育状態を正確に判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットと、当該センサユニットを用いた植物の生育状態判定方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
野菜・花き等の栽培過程において、生産者は毎日植物の生育状態を観察し、その生育状態（繁茂程度、葉色等）の主観的評価に基づく栽培管理条件の設定・変更（温・湿度、肥料成分、給液量等）を行っている。しかし、植物の生育状態の評価には高度な熟練を要し、特に栽培経験の少ない生産者は評価ミスによる栽培の不安定化が課題となっている。一方、熟練生産者であっても近年の極端な気象変動、新栽培管理技術（統合環境制御等）及び新品種の導入に即応するためには、同様な問題が生じることになる。したがって、植物の生育状態を適切に表現できる指標の構築は、栽培管理に対する意思決定の支援や制御の自動化を通じて、高品質・安定生産に大きく寄与すると考えられる。
【0003】
そこで、植物の生育状態を非破壊・非接触で自動的に数値データとして把握できる指標として、葉面積指数（ＬＡＩ）を用いる試みが知られている。例えば本件出願人は、特許文献１において、植物群落内外に散乱光センサを設置し、群落内光量の減衰程度からＬＡＩを非破壊・非接触で評価できる「植物の生育段階判定方法及びシステム」を提供している。これは、植物群落内外の直達光をカットし散乱光量のみを測定するため、受光面の前方側を除く周囲を遮光した散乱光センサを、太陽直達光の影響の小さい北側方向に向けて、植物群落内外に一個ずつ計２個設置し、群落上のセンサ出力に対する群落内のセンサ出力差が大きいほどＬＡＩが大きいと判定することが特徴となっている。
また、特許文献２では、可視光及び近赤外光を受感するセンサを用いた植物群落の波長別透過光比によって、ＬＡＩや光合成活性度を非破壊評価できる発明が開示されている。これは、植物群落のＬＡＩが大きいほど可視光がクロロフィルに吸収されてより減衰するため、クロロフィル吸収量が大きい可視光に対するクロロフィル吸収量が小さい近赤外光の比率が大きくなるしくみを利用したものである。
また、特許文献２では、可視光及び近赤外光を受感するセンサを用いた植物群落の波長別透過光比によって、ＬＡＩや光合成活性度を非破壊評価できる発明が開示されている。これは、植物群落のＬＡＩが大きいほど可視光がクロロフィルに吸収されてより減衰するため、クロロフィル吸収量が大きい可視光に対するクロロフィル吸収量が小さい近赤外光の比率が大きくなるしくみを利用したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第４９９１９９０号公報
【文献】特許第５４１０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の「植物の生育段階判定方法及びシステム」では、受光面が北方向のみで、かつ受光範囲が小さいため、植物葉の形状や栽植様式（株間、密度）によっては栽培初期等に近接した葉がセンサ開口部を遮蔽しＬＡＩが過大評価される懸念がある。また、植物群落内外に計２個の散乱光センサが必要であり取り付けが煩雑で導入コストが上昇してしまう。さらに、ＬＡＩ以外の生理的機能（葉のクロロフィル含量、光合成活性等）は評価ができない課題もある。
一方、特許文献２に記載のセンサでは、群落構造が充分に形成され群落内に直達光が入射しない条件での評価は可能であるが、野菜・花き類の栽培条件のような比較的ＬＡＩが小さく植物群落内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件では近赤外光と可視光との比が大きく変動し，安定値を得ることが困難となっている。実際、上方に向け光拡散資材で被覆した近赤外・可視光センサを用いて得られたイチゴ、ガーベラの近赤外光と可視光との比は大きく変動し、生育状態（ＬＡＩ）等との相関関係はほとんど認められなかった。
一方、特許文献２に記載のセンサでは、群落構造が充分に形成され群落内に直達光が入射しない条件での評価は可能であるが、野菜・花き類の栽培条件のような比較的ＬＡＩが小さく植物群落内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件では近赤外光と可視光との比が大きく変動し，安定値を得ることが困難となっている。実際、上方に向け光拡散資材で被覆した近赤外・可視光センサを用いて得られたイチゴ、ガーベラの近赤外光と可視光との比は大きく変動し、生育状態（ＬＡＩ）等との相関関係はほとんど認められなかった。
【0006】
そこで、本発明は、低コストな構成で、植物群落内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件であっても、且つＬＡＩを含む生理的機能（葉のクロロフィル含量、光合成活性等）であっても、安定的に植物の生育状態を判定することができる植物群落透過光センサユニット及び植物の生育状態判定方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、可視光を検知する可視光センサと、近赤外光を検知する近赤外光センサとを備えて植物の生育状態を判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットであって、
透明なパイプと、パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、を含み、パイプを鉛直方向に起立させた状態で上側のカバー板の下面でパイプの内側中央部に、可視光センサと近赤外光センサとが、それぞれ受光面を下向きにして取り付けられていることを特徴とする。
なお、本発明の「生育状態」とは、ＬＡＩや繁茂程度といった生育段階の他、葉のクロロフィル含量や光合成活性といった生理機能も含む。以下同じ。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、カバー板は、３ｃｍ角～７ｃｍ角の正方形であり、パイプの長さは略１０ｃｍであることを特徴とする。
なお、「略１０ｃｍ」は、１０ｃｍを含んでその前後に僅少の誤差を含む趣旨である。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、植物の生育状態判定方法であって、
請求項１又は２に記載の植物群落透過光センサユニットを、パイプが起立する縦向き姿勢で植物群落内にセットして、パイプの周囲から入射する散乱光を可視光センサと近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、可視光を検知する可視光センサと、近赤外光を検知する近赤外光センサとを備えて植物の生育状態を判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットであって、
透明なパイプと、パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、パイプを水平方向に倒伏させた状態でパイプの上下でカバー板の間に架設されてパイプに上下方向で重なる一対の黒色の第２のカバー板と、を含み、パイプを水平方向に倒伏させた状態で一方のカバー板におけるパイプの取付側の面でパイプの内側中央部に、可視光センサと近赤外光センサとが、それぞれ受光面を他方のカバー板に向けて取り付けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、第２のカバー板の幅は略７ｃｍであり、パイプの長さは５ｃｍ～１０ｃｍであることを特徴とする。
なお、「略７ｃｍ」は、７ｃｍを含んでその前後に僅少の誤差を含む趣旨である。
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、植物の生育状態判定方法であって、
請求項４又は５に記載の植物群落透過光センサユニットを、パイプが倒伏する横向き姿勢で植物群落内にセットして、パイプの側方から入射する散乱光を可視光センサと近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする。
透明なパイプと、パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、を含み、パイプを鉛直方向に起立させた状態で上側のカバー板の下面でパイプの内側中央部に、可視光センサと近赤外光センサとが、それぞれ受光面を下向きにして取り付けられていることを特徴とする。
なお、本発明の「生育状態」とは、ＬＡＩや繁茂程度といった生育段階の他、葉のクロロフィル含量や光合成活性といった生理機能も含む。以下同じ。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、カバー板は、３ｃｍ角～７ｃｍ角の正方形であり、パイプの長さは略１０ｃｍであることを特徴とする。
なお、「略１０ｃｍ」は、１０ｃｍを含んでその前後に僅少の誤差を含む趣旨である。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、植物の生育状態判定方法であって、
請求項１又は２に記載の植物群落透過光センサユニットを、パイプが起立する縦向き姿勢で植物群落内にセットして、パイプの周囲から入射する散乱光を可視光センサと近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、可視光を検知する可視光センサと、近赤外光を検知する近赤外光センサとを備えて植物の生育状態を判定するために用いられる植物群落透過光センサユニットであって、
透明なパイプと、パイプの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板と、パイプを水平方向に倒伏させた状態でパイプの上下でカバー板の間に架設されてパイプに上下方向で重なる一対の黒色の第２のカバー板と、を含み、パイプを水平方向に倒伏させた状態で一方のカバー板におけるパイプの取付側の面でパイプの内側中央部に、可視光センサと近赤外光センサとが、それぞれ受光面を他方のカバー板に向けて取り付けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、第２のカバー板の幅は略７ｃｍであり、パイプの長さは５ｃｍ～１０ｃｍであることを特徴とする。
なお、「略７ｃｍ」は、７ｃｍを含んでその前後に僅少の誤差を含む趣旨である。
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、植物の生育状態判定方法であって、
請求項４又は５に記載の植物群落透過光センサユニットを、パイプが倒伏する横向き姿勢で植物群落内にセットして、パイプの側方から入射する散乱光を可視光センサと近赤外光センサとで測定し、所定の時間帯での近赤外光と可視光との比を算出して、当該比に対応した生育状態を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、野菜・花き等の施設、露地栽培（人工光も含む）において植物群落透過光センサユニットを植物群落内に設置し、群落透過光の波長別光量比（近赤外光と可視光との比）を算出することによって、植物の生育状態（繁茂程度、ＬＡＩ、光合成活性等）を非破壊・非接触で把握することができる。
特に、本センサユニットで測定された近赤外光と可視光との比は、ＬＡＩのような植物体のサイズや繁茂程度を表すだけではなく、葉層の光合成機能を反映した「光合成有効葉面積」を表現している。よって、本センサユニットで植物の生育状態を数値的に把握することによって、生産者は現在の生育状態に対する環境条件や養水分制御等栽培管理の適否を判断することができる。この適否判断に基づく栽培管理の調節・変更によって、生産目的に応じた野菜・花き類の収量、品質の最大化が可能となる。
また、当該発明は簡易な構造かつ小型で、しかも安価なフォトダイオードが活用できるため低コストでの実用化が期待され、野菜・花き栽培に広く受け入れられる可能性が高く、栽培安定化や規模拡大の促進に大きく寄与する。
特に、請求項２及び５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、センサユニットのサイズの特定により、変動の小さい安定した近赤外光と可視光との比の測定が可能となる。
特に、本センサユニットで測定された近赤外光と可視光との比は、ＬＡＩのような植物体のサイズや繁茂程度を表すだけではなく、葉層の光合成機能を反映した「光合成有効葉面積」を表現している。よって、本センサユニットで植物の生育状態を数値的に把握することによって、生産者は現在の生育状態に対する環境条件や養水分制御等栽培管理の適否を判断することができる。この適否判断に基づく栽培管理の調節・変更によって、生産目的に応じた野菜・花き類の収量、品質の最大化が可能となる。
また、当該発明は簡易な構造かつ小型で、しかも安価なフォトダイオードが活用できるため低コストでの実用化が期待され、野菜・花き栽培に広く受け入れられる可能性が高く、栽培安定化や規模拡大の促進に大きく寄与する。
特に、請求項２及び５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、センサユニットのサイズの特定により、変動の小さい安定した近赤外光と可視光との比の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】植物群落透過光センサユニットの説明図で、（Ａ）が斜視、（Ｂ）が縦断面をそれぞれ示す。
【図3】植物群落透過光センサユニットの他の例の説明図で、（Ａ）が斜視、（Ｂ）が横断面をそれぞれ示す。
【図4】人工光源下におけるキュウリＬＡＩと近赤外光／可視光比との関係を示すグラフである。
【図5】ガーベラ栽培における近赤外光／可視光比の推移を示すグラフである。
【図6】ガーベラ栽培における近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係を示すグラフである。
【図7】イチゴ栽培における近赤外光／可視光比の推移を示すグラフである。
【図8】イチゴ栽培における近赤外光／可視光比の推移（３日間の移動平均）を示すグラフである。
【図9】イチゴ栽培における近赤外光／可視光比（３日間の移動平均）とＬＡＩとの関係を示すグラフである。
【図10】トマト栽培におけるデータ利用時間の違いによる近赤外光／可視光比の推移を示すグラフである。
【図11】イチゴ栽培における光強度の変化による近赤外光／可視光比の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［植物群落透過光センサユニットの説明］
図１は、植物群落透過光センサユニット（以下単に「センサユニット」という。）１の一例を示す説明図で、（Ａ）が斜視、（Ｂ）が縦断面を示している。
このセンサユニット１は、アクリル等の透明な円筒のパイプ２の両端に、平面視正方形で黒色に着色した上下一対のカバー板３，４を取り付けてなる。パイプ２の直径は、カバー板３，４の一辺よりも小さくなっている。上側のカバー板３の下面中央でパイプ２の内部には、フォトダイオード等を用いた可視光検知用センサ（以下「可視光センサ」という。）５と、近赤外光検知用センサ（以下「近赤外光センサ」という。）６とが、それぞれ受光面を下向きにした姿勢で固定されている。
［植物群落透過光センサユニットの説明］
図１は、植物群落透過光センサユニット（以下単に「センサユニット」という。）１の一例を示す説明図で、（Ａ）が斜視、（Ｂ）が縦断面を示している。
このセンサユニット１は、アクリル等の透明な円筒のパイプ２の両端に、平面視正方形で黒色に着色した上下一対のカバー板３，４を取り付けてなる。パイプ２の直径は、カバー板３，４の一辺よりも小さくなっている。上側のカバー板３の下面中央でパイプ２の内部には、フォトダイオード等を用いた可視光検知用センサ（以下「可視光センサ」という。）５と、近赤外光検知用センサ（以下「近赤外光センサ」という。）６とが、それぞれ受光面を下向きにした姿勢で固定されている。
【0011】
このセンサユニット１は、図２に示すように、カバー板３を上にしてパイプ２が起立する縦向き姿勢で植物群落Ｐ内にセットすることで、上側がカバー板３で遮蔽されて直達光がカットされる。よって、パイプ２の周囲から入射する散乱光を効果的に測定することができる。ここでは可視光が植物のクロロフィルに吸収されて減衰し、吸収量が小さい近赤外光との比率が大きくなる。
この判定システムＳにおいて、各センサ５，６の出力は、ケーブル７，７を介して外部のパーソナルコンピュータ等に設けた演算部１０に入力される。演算部１０では、所定の時間帯での平均値が演算されて、近赤外光と可視光との比（以下「近赤外光／可視光比」という。）が算出されて記憶部１１に記憶される。但し、時間帯は任意に変更可能で、平均値の比でなく積算値の比であってもよい。
この判定システムＳにおいて、各センサ５，６の出力は、ケーブル７，７を介して外部のパーソナルコンピュータ等に設けた演算部１０に入力される。演算部１０では、所定の時間帯での平均値が演算されて、近赤外光と可視光との比（以下「近赤外光／可視光比」という。）が算出されて記憶部１１に記憶される。但し、時間帯は任意に変更可能で、平均値の比でなく積算値の比であってもよい。
【0012】
また、図３は、センサユニットの他の例を示す説明図である。このセンサユニット１Ａでは、センサユニット１よりも長いパイプ２Ａが横向きに用いられ、パイプ２Ａの両端部にカバー板３，４がそれぞれ縦向きに取り付けられる、パイプ２Ａとカバー板３，４との大きさの関係はセンサユニット１と同じである。よって、可視光センサ５及び近赤外光センサ６は、それぞれ受光面をカバー板４に向けた横向き姿勢でカバー板３に固定される。
さらに、パイプ２Ａの上下には、カバー板３，４の上辺同士と下辺同士とを繋ぐ長方形状で黒色の一対のカバー板８，８が設けられている。このカバー板８，８がパイプ２Ａに上下方向で重なることで、パイプ２Ａは側面のみが露出している。
このセンサユニット１Ａでは、カバー板８，８のどちらかを下にしてパイプ２Ａが倒伏する図３の横向き姿勢で植物群落内にセットすることで、上側がカバー板８で遮蔽されて直達光がカットされる。よって、パイプ２Ａの左右の側面から入射する散乱光を効果的に測定することができる。演算部１０及び記憶部１１との接続は図２の判定システムＳと同様である。
以下、センサユニット１，１Ａを区別する場合、センサユニット１を「縦置型センサ１」と言い、センサユニット１Ａを「横置型センサ１Ａ」という。
さらに、パイプ２Ａの上下には、カバー板３，４の上辺同士と下辺同士とを繋ぐ長方形状で黒色の一対のカバー板８，８が設けられている。このカバー板８，８がパイプ２Ａに上下方向で重なることで、パイプ２Ａは側面のみが露出している。
このセンサユニット１Ａでは、カバー板８，８のどちらかを下にしてパイプ２Ａが倒伏する図３の横向き姿勢で植物群落内にセットすることで、上側がカバー板８で遮蔽されて直達光がカットされる。よって、パイプ２Ａの左右の側面から入射する散乱光を効果的に測定することができる。演算部１０及び記憶部１１との接続は図２の判定システムＳと同様である。
以下、センサユニット１，１Ａを区別する場合、センサユニット１を「縦置型センサ１」と言い、センサユニット１Ａを「横置型センサ１Ａ」という。
【0013】
［各センサとＬＡＩとの関係の検証］
図４は、人工光源（白色ＬＥＤ）下における給液栽培のキュウリのＬＡＩと近赤外光／可視光比との関係を検証したグラフである。
左は、パイプ２の長さを５ｃｍ、カバー板（黒板）３，４を５ｃｍ角とした縦置型センサ（可視光センサとして浜松ホトニクス製の可視光用フォトダイオードＳ１１３３を、近赤外光センサとして浜松ホトニクス製の近赤外光用フォトダイオードＳ６７７５－０１をそれぞれ使用）１と、パイプ２の長さを１５ｃｍ、カバー板３，４を３ｃｍ角とした横置型センサ１Ａとを用いた場合のグラフで、ｙ（ＬＡＩ）は、ｘ（近赤外光／可視光比）の一次関数で表される。この関係式は、植物ごとに異なった定数を設定して記憶部１１に記憶され、演算部１０で演算される。Ｒは相関係数、Ｒ２は寄与率である。
右は、可視光センサ５と近赤外光センサ６とを受光面を上向きに設置して光散乱資材（ここではピンポン球を半割としたもの）でカバーしたセンサ（以下「対照センサ」という。）を用いた場合のグラフである。
このグラフで明らかなように、縦置型・横置型センサ１，１Ａ何れにおいても、近赤外光／可視光比はキュウリＬＡＩとの間に直線的な相関関係が見られた。一方、対照センサでは、葉が被さると値が急変し、ＬＡＩとの関係が変化した。このように、縦置型・横置型センサ１，１Ａを用いた生育状態判定方法によれば、精度の高いＬＡＩの非破壊評価（生育状態の判定）が可能であることが確認できた。
図４は、人工光源（白色ＬＥＤ）下における給液栽培のキュウリのＬＡＩと近赤外光／可視光比との関係を検証したグラフである。
左は、パイプ２の長さを５ｃｍ、カバー板（黒板）３，４を５ｃｍ角とした縦置型センサ（可視光センサとして浜松ホトニクス製の可視光用フォトダイオードＳ１１３３を、近赤外光センサとして浜松ホトニクス製の近赤外光用フォトダイオードＳ６７７５－０１をそれぞれ使用）１と、パイプ２の長さを１５ｃｍ、カバー板３，４を３ｃｍ角とした横置型センサ１Ａとを用いた場合のグラフで、ｙ（ＬＡＩ）は、ｘ（近赤外光／可視光比）の一次関数で表される。この関係式は、植物ごとに異なった定数を設定して記憶部１１に記憶され、演算部１０で演算される。Ｒは相関係数、Ｒ２は寄与率である。
右は、可視光センサ５と近赤外光センサ６とを受光面を上向きに設置して光散乱資材（ここではピンポン球を半割としたもの）でカバーしたセンサ（以下「対照センサ」という。）を用いた場合のグラフである。
このグラフで明らかなように、縦置型・横置型センサ１，１Ａ何れにおいても、近赤外光／可視光比はキュウリＬＡＩとの間に直線的な相関関係が見られた。一方、対照センサでは、葉が被さると値が急変し、ＬＡＩとの関係が変化した。このように、縦置型・横置型センサ１，１Ａを用いた生育状態判定方法によれば、精度の高いＬＡＩの非破壊評価（生育状態の判定）が可能であることが確認できた。
【0014】
図５は、ガーベラの給液栽培において、図４と同じ横置型センサ１Ａと対照センサとを用いて測定した近赤外光／可視光比の推移（２０１８年８月１８日～１２月１６日）を示すもので、各日では１１：５５－１２：０５の時間帯での平均値を示している。
また、図６は、図５の近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係を示すもので、左が横置型センサ１Ａ、右が対照センサとなっている。
これらのグラフで明らかなように、横置型センサ１Ａにおいても、近赤外光／可視光比とＬＡＩとは相関関係を示しており、近赤外光／可視光比によってＬＡＩの非破壊評価が可能であることが分かった。なお、図５において、１１～１２月で近赤外光／可視光比が一時的に減少しているものの、葉面積に大きな変化はない。これは、養分欠乏による葉の黄化が発生したことによる。このように近赤外光／可視光比は、ＬＡＩだけでなく、植物の生理機能に応じて変動することも確認できた。一方、対照センサにおいて、近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係は、横置型センサ１Ａのように密接となっていない。
また、図６は、図５の近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係を示すもので、左が横置型センサ１Ａ、右が対照センサとなっている。
これらのグラフで明らかなように、横置型センサ１Ａにおいても、近赤外光／可視光比とＬＡＩとは相関関係を示しており、近赤外光／可視光比によってＬＡＩの非破壊評価が可能であることが分かった。なお、図５において、１１～１２月で近赤外光／可視光比が一時的に減少しているものの、葉面積に大きな変化はない。これは、養分欠乏による葉の黄化が発生したことによる。このように近赤外光／可視光比は、ＬＡＩだけでなく、植物の生理機能に応じて変動することも確認できた。一方、対照センサにおいて、近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係は、横置型センサ１Ａのように密接となっていない。
【0015】
図７は、イチゴ栽培において、図４と同じ縦置型センサ１と対照センサとを用いて測定した近赤外光／可視光比の推移（２０１８年１０月２日～２０１９年３月１１日）を示すもので、各日では１１：５５－１２：０５の時間帯での平均値を示している。上が縦置型センサ１、下が対照センサとなっている。
また、図８は、図７のデータにおいて、各日のデータを、該当日の前２日を含む計３日間の平均としたもので、上が縦置型センサ１、下が対照センサとなっている。
さらに、図９は、図８の近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係を示すもので、左が縦置型センサ１、右が対照センサとなっている。
また、図８は、図７のデータにおいて、各日のデータを、該当日の前２日を含む計３日間の平均としたもので、上が縦置型センサ１、下が対照センサとなっている。
さらに、図９は、図８の近赤外光／可視光比とＬＡＩとの関係を示すもので、左が縦置型センサ１、右が対照センサとなっている。
【0016】
これらのグラフで明らかなように、縦置型センサ１においても、近赤外光／可視光比とＬＡＩとは相関関係を示しており、近赤外光／可視光比によってＬＡＩの非破壊評価が可能であることが分かった。特に図８の３日平均データでは、近赤外光／可視光比の動態を明確化することができた。なお、縦置型センサ１の近赤外光／可視光比は、１１月上旬、２月上旬、３月上旬に一時的な減少が見られたが、この時期にそれぞれ下葉除去作業を実施していることから、下葉除去の判別が可能と認められる。また、１月中旬以降の近赤外光／可視光比は減少傾向が見られたが、葉面積に大きな変化はない。これは、この時期に一部の肥料成分の給液トラブルに起因する葉の褐変が観察されたことから、生理障害も検知できると考えられる。
また、図９において、縦置型センサ１による近赤外光／可視光比（３日間の移動平均値）はイチゴＬＡＩとの間に極めて密接な相関関係が見られた。一方、対照センサによる近赤外光／可視光比は、１０月は増加が見られず、１１月以降は増加が見られたが時折大幅な変動がみられ、ＬＡＩとの関係は縦置型センサ１に比べて密接ではなかった。
また、図９において、縦置型センサ１による近赤外光／可視光比（３日間の移動平均値）はイチゴＬＡＩとの間に極めて密接な相関関係が見られた。一方、対照センサによる近赤外光／可視光比は、１０月は増加が見られず、１１月以降は増加が見られたが時折大幅な変動がみられ、ＬＡＩとの関係は縦置型センサ１に比べて密接ではなかった。
【0017】
［データ利用時間と近赤外光／可視光比との関係の検証］
上記検証では、データの利用時間を正午付近のみとしているが、日中の幅広い時間帯で得られる近赤外光／可視光比とどのように異なるかを検証した。
図１０は、トマトの長段栽培において、植物群落内に２個の縦置型センサ（縦置１、縦置２、パイプの長さ：１０ｃｍ、カバー板（黒板）：５ｃｍ角）を設置して測定した近赤外光／可視光比の推移（２０１９年１月５日～２０１９年５月１５日）を示すグラフである。ここでは上がテータ利用時間を正午付近（１１：５５～１２：０５（１０点／日））としたもの、下がデータ利用時間を日中（８：００～１６：００（４８０点／日））としたものとなっている。
この測定結果から、トマトのように背が高く、センサ上方に葉層がない栽培条件での測定では、光が上方から差し込む正午前後の時間帯のみのデータを利用するより、朝～夕の日中の時間帯のデータを利用して幅広く平均した方が、変動が少なく安定した測定が可能であることが分かった。
上記検証では、データの利用時間を正午付近のみとしているが、日中の幅広い時間帯で得られる近赤外光／可視光比とどのように異なるかを検証した。
図１０は、トマトの長段栽培において、植物群落内に２個の縦置型センサ（縦置１、縦置２、パイプの長さ：１０ｃｍ、カバー板（黒板）：５ｃｍ角）を設置して測定した近赤外光／可視光比の推移（２０１９年１月５日～２０１９年５月１５日）を示すグラフである。ここでは上がテータ利用時間を正午付近（１１：５５～１２：０５（１０点／日））としたもの、下がデータ利用時間を日中（８：００～１６：００（４８０点／日））としたものとなっている。
この測定結果から、トマトのように背が高く、センサ上方に葉層がない栽培条件での測定では、光が上方から差し込む正午前後の時間帯のみのデータを利用するより、朝～夕の日中の時間帯のデータを利用して幅広く平均した方が、変動が少なく安定した測定が可能であることが分かった。
【0018】
［天候による光強度（ＰＰＦＤ）と近赤外光／可視光比との関係の検証］
天候（光強度（ＰＰＦＤ））による近赤外光／可視光比への影響を検証した。
図１１は、イチゴ栽培において、植物群落内に縦置型センサ（縦置、パイプの長さ：１０ｃｍ、カバー板（黒板）：５ｃｍ角）と、横置型センサ（横置、パイプの長さ：１５ｃｍ、カバー板（上黒板）の幅：７ｃｍ）と、光強度（ＰＰＦＤ）センサとを設置し、近赤外光／可視光比と温室内の光強度（ＰＰＦＤ）とを継続的（２０１９年３月１６日～２０１９年５月５日）に測定したグラフである。上が光強度センサのデータ、中が横置型センサのデータ、下が縦置型センサのデータとなっている。
この測定結果から、縦置、横置型センサの何れにおいても、近赤外光／可視光比は、天候の変動に基づいて温室内の光強度が極端に小さい場合に増加する傾向が見られた。従って、光強度が極端に小さい曇雨天日の近赤外光／可視光比のデータをキャンセルすることにより、適切な評価が可能となると考えられる。
天候（光強度（ＰＰＦＤ））による近赤外光／可視光比への影響を検証した。
図１１は、イチゴ栽培において、植物群落内に縦置型センサ（縦置、パイプの長さ：１０ｃｍ、カバー板（黒板）：５ｃｍ角）と、横置型センサ（横置、パイプの長さ：１５ｃｍ、カバー板（上黒板）の幅：７ｃｍ）と、光強度（ＰＰＦＤ）センサとを設置し、近赤外光／可視光比と温室内の光強度（ＰＰＦＤ）とを継続的（２０１９年３月１６日～２０１９年５月５日）に測定したグラフである。上が光強度センサのデータ、中が横置型センサのデータ、下が縦置型センサのデータとなっている。
この測定結果から、縦置、横置型センサの何れにおいても、近赤外光／可視光比は、天候の変動に基づいて温室内の光強度が極端に小さい場合に増加する傾向が見られた。従って、光強度が極端に小さい曇雨天日の近赤外光／可視光比のデータをキャンセルすることにより、適切な評価が可能となると考えられる。
【0019】
［センサユニットのサイズとセンサ出力及び近赤外光／可視光比との関係の検証］
近赤外光／可視光比を安定的に測定できるセンサユニットの構造を明らかにするため、カバー板及びパイプのサイズを３パターンで変えて各パターンがそれぞれセンサ出力及び変動係数（c.v.）に及ぼす影響を検討した。
１．縦置型センサ
パイプの長さ（センサの高さ）を５ｃｍとして、上下のカバー板のサイズを３段階（３ｃｍ角、５ｃｍ角、７ｃｍ角）に変えて、温室内で栽培中のイチゴ群落（草高約１３ｃｍ）内に設置し、可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録した（２０１９年３月２０日～２９日）。測定した各センサ出力における平均値（８時－１６時）及び変動係数（c.v.：標準偏差／平均値×１００％）を求めた。結果を以下の表１に示す。
近赤外光／可視光比を安定的に測定できるセンサユニットの構造を明らかにするため、カバー板及びパイプのサイズを３パターンで変えて各パターンがそれぞれセンサ出力及び変動係数（c.v.）に及ぼす影響を検討した。
１．縦置型センサ
パイプの長さ（センサの高さ）を５ｃｍとして、上下のカバー板のサイズを３段階（３ｃｍ角、５ｃｍ角、７ｃｍ角）に変えて、温室内で栽培中のイチゴ群落（草高約１３ｃｍ）内に設置し、可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録した（２０１９年３月２０日～２９日）。測定した各センサ出力における平均値（８時－１６時）及び変動係数（c.v.：標準偏差／平均値×１００％）を求めた。結果を以下の表１に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
表１より、カバー板のサイズが大きいほど可視光センサの出力は増加し、近赤外光センサの出力は減少する傾向が見られた。また、可視光センサのc.v.は５ｃｍ角のサイズが３ｃｍ角及び７ｃｍ角よりもやや小さく、近赤外光センサのc.v.はサイズが大きくなるほど大きくなる傾向が見られた。生育状態の指標である近赤外光／可視光比は、カバー板のサイズが大きくなるほど減少したが、そのc.v.に大きな相違は見られなかった。
【0022】
次に、カバー板のサイズを５ｃｍ角として、パイプの長さを３段階（５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ）に変えて、カバー板を変えた場合と同じ条件で可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録し、変動係数を求めた。結果を以下の表２に示す。
【0023】
【表2】
【0024】
表２より、可視光センサの出力は、パイプ長さ１５ｃｍが５ｃｍ、１０ｃｍよりも大きく、近赤外光センサの出力は、パイプ長さが大きいほど増加する傾向が見られた。また、c.v.は、可視光センサではパイプ長さ５ｃｍが１０ｃｍ、１５ｃｍより大きい傾向が見られ、近赤外光センサではパイプ長さが大きいほど小さくなる傾向が見られた。そして、近赤外光／可視光比は、パイプ長さが大きいほど減少したが、c.v.は１０ｃｍが最も小さい値となった。
以上の結果から、縦置型センサでは、カバー板のサイズは３ｃｍ角～７ｃｍ角、パイプの長さ（センサの高さ）は１０ｃｍとすれば、変動の小さい安定した近赤外光／可視光比の測定が可能と認められる。
以上の結果から、縦置型センサでは、カバー板のサイズは３ｃｍ角～７ｃｍ角、パイプの長さ（センサの高さ）は１０ｃｍとすれば、変動の小さい安定した近赤外光／可視光比の測定が可能と認められる。
【0025】
２．横置型センサ
パイプの長さを１５ｃｍとして、上下のカバー板の幅を３段階（３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ）に変えて、縦置型センサと同じ条件で可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録し、変動係数を求めた。結果を以下の表３に示す。
パイプの長さを１５ｃｍとして、上下のカバー板の幅を３段階（３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ）に変えて、縦置型センサと同じ条件で可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録し、変動係数を求めた。結果を以下の表３に示す。
【0026】
【表3】
【0027】
表３より、上下のカバー板の幅が大きいほど可視光センサ及び近赤外光センサの出力は減少したが、近赤外光センサのc.v.は増加傾向を示した。近赤外光／可視光比は、上下のカバー板の幅が増加するほど増加する一方、c.v.は減少する傾向となり、７ｃｍで最小の値となった。
【0028】
次に、上下のカバー板の幅を５ｃｍとして、パイプの長さを３段階（５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ）に変えて、上記と同じ条件で可視光センサ及び近赤外光センサの出力をそれぞれ１分間隔で測定・記録し、変動係数を求めた。結果を以下の表４に示す。
【0029】
【表4】
【0030】
表４より、可視光センサ及び近赤外光センサの出力はパイプ長さ５ｃｍ、１０ｃｍに比べて１５ｃｍで大きい傾向が見られたが、パイプの長さによるc.v.の大きな差は見られなかった。近赤外光／可視光比は、パイプの長さが増加するほど減少したが、パイプ長さ１５ｃｍのc.v.は、５ｃｍ、１０ｃｍのc.v.よりやや大きい傾向が見られた。
以上の結果から、横置型センサでは、カバー板の幅は７ｃｍ、パイプの長さは５～１０ｃｍとすれば、変動の小さい安定した近赤外光／可視光比の測定が可能と認められる。
以上の結果から、横置型センサでは、カバー板の幅は７ｃｍ、パイプの長さは５～１０ｃｍとすれば、変動の小さい安定した近赤外光／可視光比の測定が可能と認められる。
【0031】
このように、上記形態のセンサユニット１によれば、透明なパイプ２と、パイプ２の両端を閉塞する一対の黒色のカバー板３，４と、を含み、パイプ２を鉛直方向に起立させた状態で上側のカバー板３の下面でパイプ２の内側中央部に、可視光センサ５と近赤外光センサ６とが、それぞれ受光面を下向きにして取り付けられていることで、野菜・花き等の施設、露地栽培（人工光も含む）においてセンサユニット１を植物群落Ｐ内に設置し、群落透過光の波長別光量比（近赤外光／可視光比）を算出することによって、植物の生育状態（繁茂程度、ＬＡＩ、光合成活性等）を非破壊・非接触で把握することができる。
特に、本センサユニット１で測定された近赤外光／可視光比は、ＬＡＩのような植物体のサイズや繁茂程度を表すだけではなく、葉層の光合成機能を反映した「光合成有効葉面積」を表現している。よって、本センサユニット１で植物の生育状態を数値的に把握することによって、生産者は現在の生育状態に対する環境条件や養水分制御等栽培管理の適否を判断することができる。この適否判断に基づく栽培管理の調節・変更によって、生産目的に応じた野菜・花き類の収量、品質の最大化が可能となる。
また、本センサユニット１は簡易な構造かつ小型で、しかも安価なフォトダイオードが活用できるため、低コストでの実用化が期待され、野菜・花き栽培に広く受け入れられる可能性が高く、栽培安定化や規模拡大の促進に大きく寄与する。
すなわち、上記形態のセンサユニット１及び植物の生育状態判定方法によれば、近赤外・可視光センサ５，６を用いた低コストな構成で、植物群落Ｐ内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件であっても、且つＬＡＩを含む生理的機能（葉のクロロフィル含量、光合成活性等）であっても、安定的に植物の生育状態を判定することができる。
特に、本センサユニット１で測定された近赤外光／可視光比は、ＬＡＩのような植物体のサイズや繁茂程度を表すだけではなく、葉層の光合成機能を反映した「光合成有効葉面積」を表現している。よって、本センサユニット１で植物の生育状態を数値的に把握することによって、生産者は現在の生育状態に対する環境条件や養水分制御等栽培管理の適否を判断することができる。この適否判断に基づく栽培管理の調節・変更によって、生産目的に応じた野菜・花き類の収量、品質の最大化が可能となる。
また、本センサユニット１は簡易な構造かつ小型で、しかも安価なフォトダイオードが活用できるため、低コストでの実用化が期待され、野菜・花き栽培に広く受け入れられる可能性が高く、栽培安定化や規模拡大の促進に大きく寄与する。
すなわち、上記形態のセンサユニット１及び植物の生育状態判定方法によれば、近赤外・可視光センサ５，６を用いた低コストな構成で、植物群落Ｐ内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件であっても、且つＬＡＩを含む生理的機能（葉のクロロフィル含量、光合成活性等）であっても、安定的に植物の生育状態を判定することができる。
【0032】
同様に、上記形態のセンサユニット１Ａ及びセンサユニット１Ａを用いた植物の生育状態判定方法によっても、透明なパイプ２Ａと、パイプ２Ａの両端を閉塞する一対の黒色のカバー板３，４と、パイプ２Ａを水平方向に倒伏させた状態でパイプ２Ａの上下でカバー板３，４の間に架設されてパイプ２Ａに上下方向で重なる一対の黒色のカバー板８，８（第２のカバー板）と、を含み、パイプ２Ａを水平方向に倒伏させた状態で一方のカバー板３におけるパイプ２Ａの取付側の面でパイプ２Ａの内側中央部に、可視光センサ５と近赤外光センサ６とが、それぞれ受光面を他方のカバー板４に向けて取り付けられている。これにより、近赤外・可視光センサ５，６を用いた低コストな構成で、植物群落Ｐ内に直達光が入射する可能性のある野菜・花き等の栽培条件であっても、且つＬＡＩを含む生理的機能（葉のクロロフィル含量、光合成活性等）であっても、安定的に植物の生育状態を判定することができる。
【0033】
なお、パイプ及びカバー板のサイズは上記形態の数値に限らず、適宜変更可能である。パイプの横断面形状も、円形に限らず、楕円形や長円形、六角形や八角形等の多角形であってもよい。
また、パイプ両端に取り付けるカバー板も、正方形に限らず、長方形や多角形、円形等も採用できる。
また、パイプ両端に取り付けるカバー板も、正方形に限らず、長方形や多角形、円形等も採用できる。
【符号の説明】
【0034】
１，１Ａ・・植物群落透過光センサユニット、２，２Ａ・・パイプ、３，４・・カバー板、５・・可視光検知用センサ、６・・近赤外光検知用センサ、７・・ケーブル、８・・カバー板（第２のカバー板）、１０・・演算部、１１・・記憶部、Ｐ・・植物群落。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】