特許 7326026 米の成分測定装置、コンバイン、及び米の成分測定方法

(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】2023-08-04

(45)【発行日】2023-08-15

(54)【発明の名称】米の成分測定装置、コンバイン、及び米の成分測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20230807BHJP

   A01D 41/127 20060101ALI20230807BHJP

   G01N 21/359 20140101ALI20230807BHJP

【ＦＩ】

G01N21/27 B

A01D41/127 130

G01N21/359

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019097082

(22)【出願日】2019-05-23

(65)【公開番号】P2020190527

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-05-17

(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】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】冨沢 良介

【審査官】古川 直樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１６３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１８８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２７１４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４３５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３２３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００４４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】松野 玄，”近赤外分光分析法のプロセスモニタリングへの応用（２） －検量線の作成とアプリケーション例－”，THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2，関東化学株式会社，2006年04月，通巻２００号，ｐ．１０－１４，インターネット＜URL: https://www.kanto.co.jp/dcms_media/other/backno6_pdf27.pdf＞，［２０２３年４月２５日検索］

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ａ０１Ｄ ４１／００ － Ａ０１Ｄ ４１／１６

Ａ０１Ｆ １２／４６

Ａ０１Ｆ １２／５０

Ａ０１Ｆ １２／６０

Ｇ０１Ｎ ３３／００ － Ｇ０１Ｎ ３３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を出射可能な第３の発光素子と、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を出射可能な第４の発光素子とを備えることにより、測定対象である米に前記第３の測定光と前記第４の測定光とを照射可能な光照射部と、
前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光する受光部と、
前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量及び水分量を解析する解析部と、
を備え、
前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析部は、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定装置。

【請求項2】

ピーク波長が６６０ｎｍから６９０ｎｍの波長帯域にある第１の測定光を出射可能な第１の発光素子と、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を出射可能な第３の発光素子と、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を出射可能な第４の発光素子とを備えることにより、測定対象である米に前記第１の測定光と前記第３の測定光と前記第４の測定光とを照射可能な光照射部と、
前記第１の測定光が前記測定対象に当たって反射した第１の反射光と、前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光する受光部と、
前記第１の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第１の反射光の情報である受光値とから第１の反射率を算出し、前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第１の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量を解析し、推定係数を前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の水分量を解析する解析部と、
を備え、
前記第１の発光素子と前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析部は、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定装置。

【請求項3】

ピーク波長が６６０ｎｍから６９０ｎｍの波長帯域にある第１の測定光を出射可能な第１の発光素子と、ピーク波長が７００ｎｍから９００ｎｍの波長帯域にある第２の測定光を出射可能な第２の発光素子と、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を出射可能な第３の発光素子と、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を出射可能な第４の発光素子とを備えることにより、測定対象である米に前記第１の測定光と前記第２の測定光と前記第３の測定光と前記第４の測定光とを照射可能な光照射部と、
前記第１の測定光が前記測定対象に当たって反射した第１の反射光と、前記第２の測定光が前記測定対象に当たって反射した第２の反射光と、前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光する受光部と、
前記第１の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第１の反射光の情報である受光値とから第１の反射率を算出し、前記第２の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第２の反射光の情報である受光値とから第２の反射率を算出し、前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第１の反射率、前記第２の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量を解析し、推定係数を前記第２の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の水分量を解析する解析部と、
を備え、
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子と前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析部は、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の米の成分測定装置を備えるコンバイン。

【請求項5】

測定対象である米に、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を第３の発光素子から照射し、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を第４の発光素子から照射する光照射工程と、
前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光部により受光する受光工程と、
前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量及び水分量を解析する解析工程と、
を備え、
前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析工程において、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定方法。

【請求項6】

測定対象である米に、ピーク波長が６６０ｎｍから６９０ｎｍの波長帯域にある第１の測定光を第１の発光素子から照射し、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を第３の発光素子から照射し、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を第４の発光素子から照射する光照射工程と、
前記第１の測定光が前記測定対象に当たって反射した第１の反射光と、前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光部により受光する受光工程と、
前記第１の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第１の反射光の情報である受光値とから第１の反射率を算出し、前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第１の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量を解析し、推定係数を前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の水分量を解析する解析工程と、
を備え、
前記第１の発光素子と前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析工程において、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定方法。

【請求項7】

測定対象である米に、ピーク波長が６６０ｎｍから６９０ｎｍの波長帯域にある第１の測定光を第１の発光素子から照射し、ピーク波長が７００ｎｍから９００ｎｍの波長帯域にある第２の測定光を第２の発光素子から照射し、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの波長帯域にある第３の測定光を第３の発光素子から照射し、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの波長帯域にある第４の測定光を第４の発光素子から照射する光照射工程と、
前記第１の測定光が前記測定対象に当たって反射した第１の反射光と、前記第２の測定光が前記測定対象に当たって反射した第２の反射光と、前記第３の測定光が前記測定対象に当たって反射した第３の反射光と、前記第４の測定光が前記測定対象に当たって反射した第４の反射光とを受光部により受光する受光工程と、
前記第１の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第１の反射光の情報である受光値とから第１の反射率を算出し、前記第２の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第２の反射光の情報である受光値とから第２の反射率を算出し、前記第３の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第３の反射光の情報である受光値とから第３の反射率を算出し、前記第４の発光素子における発光量設定値と前記受光部が受光した前記第４の反射光の情報である受光値とから第４の反射率を算出し、推定係数を前記第１の反射率、前記第２の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の蛋白質量を解析し、推定係数を前記第２の反射率、前記第３の反射率及び前記第４の反射率にそれぞれ乗算して各項を足しあわせた数値から前記測定対象の水分量を解析する解析工程と、
を備え、
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子と前記第３の発光素子と前記第４の発光素子とは別個の発光素子であり、
前記解析工程において、前記蛋白質量の解析に用いる前記第３の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第３の反射率とには同一の算出データを使用し、前記蛋白質量の解析に用いる前記第４の反射率と前記水分量の解析に用いる前記第４の反射率とには同一の算出データを使用する、米の成分測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、米の成分を測定する米の成分測定装置、コンバイン、及び米の成分測定方法の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、農業分野において、収穫した農作物に含まれる栄養価等の成分を測定して、土壌の肥沃度等を測定する方法が知られている。

【0003】

そして、農作物を収穫した地点の情報と、測定した栄養価データを結び付け、圃場における肥沃度の分布を表すマップを作成して作物育成管理を行う。例えば、このマップに基づき、肥沃度が均一となるように追肥を行い、または農薬散布等を行う。これにより、農作物の均質化と安定した収量を確保することが可能となる。

【0004】

このため、収穫機（コンバイン）には収穫した農作物の成分を解析するための測定装置が搭載される。

【0005】

例えば、特許文献１には、収穫した農作物の穀粒に対して光を照射して、この照射した光の分光測定に基づいて測定値を出力する光学式測定装置を備えたコンバインについて開示されている。当該特許文献１では、光学式測定装置から出力される測定値から、農作物の水分や蛋白質の成分値を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１７１７４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献１のように、光学式測定装置により農作物の成分を解析する場合、農作物の種類によって測定値と成分値との関係は異なっており、測定対象とする農作物に適した測定を行う必要がある。

【0008】

また、測定装置は、コンバインにおいて収穫された農作物を測定可能な限られた位置に搭載する必要があることから、簡易で小型な構造が望まれる。

【0009】

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは簡易な構成で米の成分をより正確に測定することができる米の成分測定装置、コンバイン、及び米の成分測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記した目的を達成するために、本発明に係る米の成分測定装置では、測定対象である米に、ピーク波長が、６６０ｎｍから６９０ｎｍの第１の波長帯域、９００ｎｍから９３０ｎｍの第２の波長帯域、９５０ｎｍから９８０ｎｍの第３の波長帯域のうちの、少なくとも１つの波長帯域にある測定光を照射可能な光照射部と、前記測定光が前記測定対象に当たって反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した反射光の情報から前記測定対象の成分を解析する解析部と、を備える。

【0011】

また、本発明に係る米の成分測定装置では、測定対象である米に、ピーク波長が６６０ｎｍから６９０ｎｍの間にある測定光を照射可能な光照射部と、前記測定光が前記測定対象に当たって反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した反射光の情報から前記測定対象の成分を解析する解析部と、を備える。

【0012】

また、本発明に係る米の成分測定装置では、測定対象である米に、ピーク波長が９００ｎｍから９３０ｎｍの間にある測定光を照射可能な光照射部と、前記測定光が前記測定対象に当たって反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した反射光の情報から前記測定対象の成分を解析する解析部と、を備える。

【0013】

また、本発明に係る米の成分測定装置では、測定対象である米に、ピーク波長が９５０ｎｍから９８０ｎｍの間にある測定光を照射可能な光照射部と、前記測定光が前記測定対象に当たって反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した反射光の情報から前記測定対象の成分を解析する解析部と、を備える。

【0014】

また、上述の米の成分測定装置において、前記光照射部は、ピーク波長が７００ｎｍから９００ｎｍの間にある測定光も照射可能であってもよい。

【0015】

上記した目的を達成するために、本発明に係るコンバインでは、上述の米の成分測定装置を備える。

【0016】

上記した目的を達成するために、本発明に係る米の成分測定方法では、測定対象である米に、ピーク波長が、６６０ｎｍから６９０ｎｍの第１の波長帯域、９００ｎｍから９３０ｎｍの第２の波長帯域、９５０ｎｍから９８０ｎｍの第３の波長帯域のうちの、少なくとも１つの波長帯域にある測定光を照射する光照射工程と、前記測定光が前記測定対象に当たって反射した反射光を受光する受光工程と、前記受光工程にて受光した反射光の情報から前記測定対象の成分を解析する解析工程と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

上記手段を用いる本発明によれば、簡易な構成で米の成分をより正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る米の成分測定装置を備えたコンバインの構成を示す概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る測定部の構成を示す概略構成図である。

【図3】サンプル米の分光スペクトルを示す説明図である。

【図4】（ａ）サンプル米の蛋白質の破壊検査結果を示す説明図と、（ｂ）サンプル米の水分の破壊検査結果を示す説明図である。

【図5】（ａ）米の蛋白質におけるＰＬＳ係数と測定光の波長との関係図と、（ｂ）米の水分量におけるＰＬＳ係数と波長との関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

【0020】

図１には本実施形態に係る米の成分測定装置を備えたコンバインの概略構成図が示されており、図２には測定部の構成を示す概略構成図が示されている。以下これらの図に基づき本発明の実施形態の構成について説明する。

【0021】

図１に示すようにコンバイン１は履帯走行式の自脱型コンバインであり、図示しないエンジンによって駆動される左右一対の履帯によって自走可能である。当該コンバインにより穀物（稲）を刈り取り、穀粒（米）を収穫する。

【0022】

コンバイン１は、駆動部２により上下動可能な刈取部３が車体前部に設けられている。駆動部２は例えば油圧アクチュエータであり、刈取部３に対して、図１にて点線で示す刈取位置と、実線で示す待機位置との間において上下昇降可能である。

【0023】

刈取部３は、刈取位置にて、圃場に植立する穀物の穀稈を刈り取り、第１の搬送部４を介して脱穀部５へ刈取穀稈を供給するように構成されている。刈取部３は、図示しないがバリカンのように刈刃と受刃を備えており、刈刃の往復運動によって地面近傍の高さで作物の刈り取りを行う。

【0024】

コンバイン１は、穀物の刈り取りを行わないときは走行等の妨げとならないように刈取部３を待機位置に上昇させ、刈り取りを行うときに刈取位置に下降させる。このような駆動部２による刈取部３の昇降は、図示しない昇降レバーにより操作可能である。駆動部２は、例えば、刈取部３を上昇させる際には０Ｖ、下降させる際には５Ｖというように、図示しない制御部から発信される２値の駆動信号に応じて昇降する。このため、駆動信号が５Ｖであるときは刈取部３が刈取位置にあり、コンバイン１が穀物を刈り取る状態であると判断することができる。

【0025】

第１の搬送部４は、搬送チェーンや掻き込みベルト等で構成され、刈取部３で刈取った穀稈を整列させて脱穀部５へ送る構成をなしている。

【0026】

脱穀部５は、図示しないが円筒型の扱ぎ胴が備えられており、扱ぎ胴には多数の扱ぎ歯が取付けられている。この扱ぎ胴が回転することよって穀稈が脱穀され、穂先から穀粒を分離する。当該脱穀部５は第２の搬送部６を介して貯留部７に接続されている。

【0027】

第２の搬送部６は脱穀された穀粒を貯留部７に搬送する通路を有している。当該第２の搬送部６には、例えば脱穀物から穀粒を選別する選別機構が設けられていてもよい。

【0028】

貯留部７は、第２の搬送部６から供給される穀粒を蓄えるタンクである。貯留部７には排出オーガ８が接続されており、当該排出オーガ８により貯留部７に蓄えられた穀粒を外部に排出可能である。

【0029】

また、コンバイン１は、穀粒（米）の成分を測定する成分測定装置１０を備えている。

【0030】

成分測定装置１０は、ＣＰＵ、記憶装置、センサ類を備えたコンピュータからなり、機能的には、主に刈取判定部１１と、測定部１２、解析部１３、位置情報取得部１４を有している。また成分測定装置１０は外部装置２０と通信可能である。

【0031】

刈取判定部１１は、コンバイン１による穀物の刈り取り状態を判定する機能を有している。具体的には、刈取判定部１１は、駆動部２の駆動信号から、刈取部３が刈取位置にあるときには穀物を刈り取る状態であると判定し、刈取部３が待機位置にあるときには刈り取る状態にないと判定する。

【0032】

測定部１２は、第２の搬送部６を通る脱穀された穀粒（米）に測定光を照射して穀粒に当たって反射した反射光を受光することで、穀粒の光学的な測定値を検出する機能を有している。

【0033】

具体的には図２に示すように、測定部１２は、光照射部１２ａと受光部１２ｂを有している。

【0034】

光照射部１２ａは、ベース基板３０に第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄが、それぞれ同じ一方向に第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を出射するよう、並んで設けられている。第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄは、それぞれ特定の波長をピーク波長（ピーク値）とする第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を出射可能なパルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）である。なお、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄは、各測定光が混ざらないように順次発光させるのが好ましく、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄの発光順序や発光タイミングは解析部１３又は他の図示しない制御部により制御される。

【0035】

第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄから出射する第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４のピーク波長は、６６０ｎｍから６９０ｎｍ（第１の波長帯域）、７００ｎｍから９００ｎｍ（第４の波長帯域）、９００ｎｍから９３０ｎｍ（第２の波長帯域）、９５０ｎｍから９８０ｎｍ（第３の波長帯域）の波長帯域のうち、重複なくいずれかの波長帯域内にあるのが好ましい。本実施形態では、第１の発光素子３１ａが出射する第１の測定光Ｐ１のピーク波長は６８０ｎｍ、第２の発光素子３１ｂが出射する第２の測定光Ｐ２のピーク波長は８００ｎｍ、第３の発光素子３１ｃが出射する第３の測定光Ｐ３のピーク波長は９２０ｎｍ、第４の発光素子３１ｄが出射する第４の測定光Ｐ４のピーク波長は９７０ｎｍとして説明するが、それぞれの測定光は対応する波長帯域内にピーク波長があればよい。

【0036】

またベース基板３０には、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄに対応して、第１から第４のレンズ３２ａ～３２ｄと第１から第４のミラー３３ａ～３３ｄがそれぞれ設けられている。

【0037】

第１から第４のレンズ３２ａ～３２ｄは、対応する第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄから出射される第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、それぞれの出射光軸Ｌｒ１～Ｌｒ４に平行な光束とする。

【0038】

第１から第４のミラー３３ａ～３３ｄは、それぞれ対応する第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄから出射される第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、各出射光軸Ｌｒ１～Ｌｒ４と直交する第１の照射光軸Ｌ１上に反射するように設けられている。また、第１から第３のミラー３３ａ～３３ｃは、ダイクロイックミラーであり、それぞれ対応する測定光Ｐ１～Ｐ３以外の波長帯域の光については透過する。なお、第４のミラー３３ｄについては、測定光Ｐ４を反射するミラーであればよい。つまり、これら第１から第４のミラー３３ａ～３３ｄは、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄの第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を同一の第１の照射光軸Ｌ１に向かわせる機能を有している。

【0039】

さらにベース基板３０には、照射光軸Ｌ上に第５のレンズ３４と、光ファイバ３５の入射部３５ａが設けられている。第５のレンズ３４は第１の照射光軸Ｌ１を進行する第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、光ファイバ３５の入射部３５ａに集光する。

【0040】

光ファイバ３５は、入射部３５ａから入射された第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４の光軸を第２の照射光軸Ｌ２に変更する機能を有する。また、光ファイバ３５は、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４をミキシングさせつつ内部を進行させる。そして、この光ファイバ３５は、入射部３５ａから入射された第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、出射部３５ｂから第２の照射光軸Ｌ２上で第６のレンズ３６へ向けて出射させる。

【0041】

第２の照射光軸Ｌ２上には、第６のレンズ３６、第５のミラー３７、シリンドリカルレンズ３８が並んで設けられている。

【0042】

第６のレンズ３６は、光ファイバ３５の出射部３５ｂから出射される第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、第２の照射光軸Ｌ２に平行な光束とする機能を有する。第５のミラー３７は、入射される平行光束（第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４）の一部をシリンドリカルレンズ３８に向けて透過するとともに、残部を第７のレンズ３９が配置された分岐光軸Ｌｂ上へと反射する。この第７のレンズ３９は、第５のミラー３７により反射された平行光束（第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４）を、分岐光軸Ｌｂ上で測定光監視部４０に集光する。この測定光監視部４０は、測定光の波長に応じた４つのＰＤ（Photodiode）で形成されており、受光した第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４の発光量を電気信号（検出出力（受光値））を解析部１３へ出力する。

【0043】

シリンドリカルレンズ３８は、第２の照射光軸Ｌ２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り、第５のミラー３７を経た第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を第２の照射光軸Ｌ２に直交する平面での一方向に拡大する。ここで、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４は、光ファイバ３５の出射部３５ｂから出射される際には、上述したように照射光軸Ｌに直交する平面で見ると円形状とされる。このため、第５のミラー３７を経た断面円形状の第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４は、シリンドリカルレンズ３８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。

【0044】

このように構成された光照射部１２ａは、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄより、特定のピーク波長の第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を、上述した光学系を介して、脱穀された穀粒に照射する。

【0045】

第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４が穀粒に当たって反射した反射光Ｐｒを受光する受光部１２ｂは、受光素子５０と増幅回路５１とＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器５２とを有する。

【0046】

受光素子５０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機能を有する。この受光素子５０は、本実施形態では４つのＰＤ（Photodiode）で形成されており、電気信号（検出出力（受光値））を増幅回路５１へ向けて出力する。なお、受光素子５０から出力される電気信号には、穀粒からの反射光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。

【0047】

増幅回路５１は、入力された電気信号を適宜増幅してＡ／Ｄ変換器５２へ向けて出力する。Ａ／Ｄ変換器５２は、入力された電気信号（受光値）をデジタル信号に変換して解析部１３へ向けて出力する。

【0048】

図１に戻り、解析部１３は、受光部が受光した反射光Ｐｒの情報から測定対象である米の成分を解析する機能を有している。

【0049】

詳しくは、解析部１３は、図示しない記憶部に予め検量線が記憶されており、当該検量線と反射光Ｐｒの情報を用いて、穀粒の蛋白質と水分の推定を行う。この推定のため、まず解析部１３は、第１から第４の発光素子３１ａ～３１ｄが出射した第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４の発光量と、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４に対応する第１から第４の反射光Ｐｒ１～Ｐｒ４の受光値とに基づいて、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４に対する穀粒の第１から第４の反射率Ｒ１～Ｒ４を算出する。この測定光Ｐ１～Ｐ４の発光量は、発光素子における設定値と測定光監視部にて受光した受光値から算出可能である。

【0050】

本実施形態において、解析部１３は、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４に対する第１から第４の反射率Ｒ１～Ｒ４を用いて蛋白質を推定し、第２から第４の測定光Ｐ２～Ｐ４に対する第２から第４の反射率Ｒ２～Ｒ４を用いて水分の推定を行う。具体的には、解析部１３は、第１から第４の反射率Ｒ１～Ｒ４に応じて検量線に基づく推定係数を記憶しており、測定された反射率に推定係数を乗算し、各項を足し合わせることで蛋白質及び水分の量の推定データを算出する。そして、解析部１３は、推定した蛋白質及び水分の推定データを外部装置２０に提供する。

【0051】

位置情報取得部１４は、当該コンバイン１の位置情報を取得する機能を有しており、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機である。

【0052】

また、本実施形態では、コンバイン１の外部に、成分測定装置１０の外部装置２０を備えた圃場管理システムが構築されている。

【0053】

外部装置２０は、例えば、パーソナルコンピュータやタブレット端末であり、記憶部２１と圃場評価部２２を備えている。

【0054】

記憶部２１は、解析部１３により推定した穀粒の蛋白質及び水分の推定データ（成分情報）及び位置情報取得部１４により取得したコンバイン１の位置情報等の各種データを格納する記憶媒体であり、例えば、ハードディスクやメモリである。記憶部２１は、無線又は有線の通信手段や取外し可能なメモリを介して解析部１３及び位置情報取得部１４か情報を取得可能である。

【0055】

圃場評価部２２は、対象とする圃場の刈り取りを終えた後、記憶部２１に記憶された蛋白質及び水分の推定データ及び位置情報の履歴を取り出して、当該圃場における米の成分分布を生成可能である。つまり、圃場評価部２２によれば、このコンバイン１により収穫を行った圃場に対し、当該圃場における米の蛋白質及び水分に基づく肥沃度マップ等の評価データを生成することができる。具体的には、圃場評価部２２はコンピュータにより作動するアプリケーションプログラムである。

【0056】

以上のように、本実施形態におけるコンバイン１に搭載された米の成分測定装置１０は、測定部１２の光照射部１２ａが、脱穀後の穀粒（米）に対して、ピーク波長が６８０ｎｍの第１の測定光Ｐ１、ピーク波長が８００ｎｍの第２の測定光Ｐ２、ピーク波長が９２０ｎｍの第３の測定光Ｐ３、ピーク波長が９７０ｎｍの第４の測定光Ｐ４を測定対象である穀粒（米）に照射する（光照射工程）。

【0057】

そして、測定部１２の受光部１２ｂが、第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４が穀粒に当たって反射した第１から第４の反射光Ｐｒ１～Ｐｒ４を受光して（受光工程）、解析部１３がこの第１から第４の反射光Ｐｒ１～Ｐｒ４の情報から米の蛋白質及び水分を解析する（解析工程）。

【0058】

ここで、図３から図５を参照すると、図３にはサンプル米の分光スペクトルを示す説明図が、図４（ａ）にはサンプル米の蛋白質の破壊検査結果を示す説明図が、図４（ｂ）にはサンプル米の水分の破壊検査結果を示す説明図が、図５（ａ）には米の蛋白質におけるＰＬＳ係数と測定光の波長との関係図が、図５（ｂ）には米の水分量におけるＰＬＳ係数と波長との関係図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づき、本実施形態の効果について説明する。

【0059】

肥料を与えずに生育させた米、堆肥を与えて生育させた米、有機肥料を与えて生育させた米、化学肥料を与えて生育させた米等、様々な条件で生育させた米をサンプル米（図３、図４ではＡからＰの１６種類）として、それぞれについて分光スペクトルを測定した結果、図３に示すような波長と反射率との関係が得られた。図３に示すように、各サンプル米において、反射率の大小の違いはあるが、波長に応じて類似した変化傾向を示すことがわかる。

【0060】

また、そのサンプル米に対して破壊検査により蛋白質と水分の実測値を検出した結果、蛋白質については図４（ａ）、水分については図４（ｂ）に示すような結果が得られた。

【0061】

そして、図３の分光スペクトルの結果と、図４の蛋白質及び水分の実測値（真値）を用いてＰＬＳ回帰（Partial Least Squares）（部分最小二乗法）によるケモメトリクス（計量化学）解析を行った結果、図５に示すような結果が得られた。具体的には、蛋白質及び水分の実測値を応答変数とし、各波長における反射率を説明変数（予測変数）とし、１次から４次までのＰＬＳ係数を算出した。

【0062】

米の蛋白質のＰＬＳ係数を示す図５（ａ）から、６６０ｎｍから６９０ｎｍ（第１の波長帯域）、９００ｎｍから９３０ｎｍ（第２の波長帯域）、９５０ｎｍから９８０ｎｍ（第３の波長帯域）の波長帯域において、波長に対する係数の変化が大きいことから、これらの波長帯域が米の蛋白質に対して特徴波長であることがわかる。

【0063】

また、米の水分のＰＬＳ係数を示す図５（ｂ）から、９００ｎｍから９３０ｎｍ（第２の波長帯域）、９５０ｎｍから９８０ｎｍ（第３の波長帯域）の波長帯域において、波長に対する係数の変化が大きいことから、これらの波長帯域が米の蛋白質に対して特徴波長であることがわかる。

【0064】

このような解析の結果から、本実施形態の成分測定装置１０は、６６０ｎｍから６９０ｎｍ（第１の波長帯域）内の６８０ｎｍをピーク波長とする第１の測定光Ｐ１、９００ｎｍから９３０ｎｍ（第２の波長帯域）内の９２０ｎｍをピーク波長とする第３の測定光Ｐ３、及び９５０ｎｍから９８０ｎｍ（第３の波長帯域）内の９７０ｎｍをピーク波長とする第４の測定光Ｐ４を用いることにより、米の蛋白質をより正確に推定することができる。

【0065】

また、本実施形態の成分測定装置１０は、９００ｎｍから９３０ｎｍ（第２の波長帯域）内の９２０ｎｍをピーク波長とする第３の測定光Ｐ３、及び９５０ｎｍから９８０ｎｍ（第３の波長帯域）内の９７０ｎｍをピーク波長とする第４の測定光Ｐ４を用いることにより、米の水分をより正確に推定することができることがわかる。

【0066】

このような米の成分測定に適した特定の波長の測定光を照射して、その反射光から成分の解析を行う構成とすることで、広帯域の波長を含む光を照射して反射光を分光する分光分析よりも分光器等を必要とせず、構成を簡素化することができ、且つ解析処理工数も簡略化できる。

【0067】

したがって、本実施形態の米の成分測定装置１０及び当該成分測定装置１０を備えたコンバイン１によれば、簡易な構成で米の成分をより正確に測定することができる。

【0068】

また、（第４の波長帯域）は他の３つの波長帯域に比べて安定した特性を示しており、このような安定した波長帯域をリファレンスとして使用することでロバスト性を向上させることができる。

【0069】

以上で本発明の一実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

【0070】

例えば、図２で示した測定部１２の構成は一例であり、光照射部から各波長の測定光を照射して、受光部にてその反射光を受光できる構成であれば、この構成に限定されるものではない。

【0071】

また、上記実施形態では、光照射部１２ａから第１から第４の測定光Ｐ１～Ｐ４を照射可能であることで、米の蛋白質及び水分について十分な推定精度を確保することができるという利点があるが、必ずしも４つ全ての測定光を照射できる構成とする必要はない。少なくとも第１の測定光、第３の測定光、第４の測定光のうちのいずれか一つの測定光を照射できればよい。例えば、米の蛋白質のみを測定する場合には、第１の測定光、第３の測定光、及び第４の測定光のうちの一つを照射できればよい。米の水分のみを測定する場合には、第３の測定光又は第４の測定光が照射できればよい。

【0072】

また、上記実施形態では、測定部１２を脱穀部５の下流の第２の搬送部６に設けられているが、測定部１２の配置はこれに限られず、他の位置に配置してもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、記憶部２１及び圃場評価部２２がコンバイン１の外部に設けられているが、この構成に限られるものではない。例えば、コンバイン内の成分測定装置に少なくとも記憶部を有しており、圃場評価部を外部に設けてもよいし、記憶部と圃場評価部の両方をコンバイン内の成分測定装置に設けてもよい。

【0074】

また、上記実施形態では、解析部１３がコンバイン１の内部に設けられているが、解析部を外部装置に備えてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ コンバイン
２ 駆動部
３ 刈取部
４ 第１の搬送部
５ 脱穀部
６ 第２の搬送部
７ 貯留部
１０ 成分測定装置
１１ 刈取判定部
１２ 測定部
１２ａ 光照射部
１２ｂ 受光部
１３ 解析部
１４ 位置情報取得部
２０ 外部装置
２１ 記憶部
２２ 圃場評価部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】