JP2024044396A - 植物センサ - Google Patents

Abstract

【課題】製作コストの低減が図れる植物センサを提供する。【解決手段】少なくとも２波長を含む測定光２を所定の広がり角で発光する発光部６と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部７と、前記測定光２と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光２と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材８と、前記測定光の光量と各波長毎の前記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９とを有し、前記波長選択部材８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８に対する前記測定光又は前記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２７を有する波長選択膜２５が形成されるよう構成されている。【選択図】図２

Description

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。

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。

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。

然し乍ら、２つの検出光の光源として、２つの光源を必要とし、更に光源として高価なレーザダイオードを使用する為、製作コストの増加を招いていた。

特開２０１２－２４７２３５号公報

本発明は、製作コストの低減が図れる植物センサを提供するものである。

本発明は、少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記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前記測定光又は前記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。

又本発明は、前記凹部の膜厚は、該凹部に対する前記測定光又は前記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。

又本発明は、前記波長選択部材は、前記測定光の光路上であり、該測定光の光軸と直交する様に配置され、前記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。

又本発明は、前記波長選択部材は、前記測定光と前記反射測定光の光路上であり、前記測定光と前記反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光と前記反射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入射する様構成された植物センサに係るものである。

又本発明は、前記波長選択部材は、前記反射測定光の光路上であり、該反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記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。

又本発明は、前記測定光を１方向にのみ拡散させる拡散光学部材を更に具備する植物センサに係るものである。

更に又本発明は、前記凹部の外径は、前記波長選択部材に入射する際の前記測定光又は前記反射測定光の光束径と合致又は略合致する様構成された植物センサに係るものである。

本発明によれば、少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記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前記測定光又は前記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、前記波長選択膜に対する入射角の増加に基づく透過波長のシフトを抑制することができ、測定精度の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。

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。 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。 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。 （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。 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。 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。 本発明の第２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。 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。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第４の実施例に係る植物センサの発光部を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

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。

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、所定範囲の波長帯域を有するレーザ光線（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。

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。

ここで、前記測定光２には、少なくとも波長の異なる２波長のレーザ光線が含まれている。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７３５ｎｍ付近の波長（７３５ｎｍを中心とした所定範囲の波長）を有する第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。

一方で、前記測定光２として８０８ｎｍ付近の波長（８０８ｎｍを中心とした所定範囲の波長）を有する第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。

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。

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。

上記した様に、前記測定光２は、７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１測定光２ａと８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２測定光２ｂを含んでいる。即ち、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは同一光軸上に照射され、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。

従って、８０８ｎｍ付近の波長を有する第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。

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。

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（後述）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。

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。

該植物センサ１は、発光部６、受光部７、波長選択部材８、制御部９、記憶部１１、表示部１２、操作部１３とを具備し、各構成要素は筐体１４に内蔵されている。又前記筐体１４には、所定の開口面積を有する窓部１５が形成されている。

前記発光部６は、測定光源１６と光量センサ１７を有している。前記測定光源１６は、例えば広帯域のＬＥＤ光源であり、所定の広がり角、例えば±２５°で投光光軸１８上に広帯域の前記測定光２を照射する様に構成されている。又、前記光量センサ１７は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、前記測定光源１６からの光の一部を受光し、該測定光源１６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。前記光量センサ１７が検出した光量は、前記制御部９にリアルタイムで送信される。

前記受光部７は、前記反射測定光４の前記受光光軸２３上に設けられた波長分離板１９と、第１受光素子２１と、前記波長分離板１９の反射光軸上に設けられた第２受光素子２２とを有している。

前記波長分離板１９は、例えば表面にダイクロイックフィルタが形成されたガラス板である。前記波長分離板１９は、７３５ｎｍ付近の光を透過し、それ以外の波長の光を反射する光学特性を有している。尚、前記波長分離板１９は、７３５ｎｍ付近の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する様構成してもよい。

前記第１受光素子２１、前記第２受光素子２２は、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）であり、受光光軸２３に沿って入射した前記反射測定光４の受光量を検出可能となっている。前記第１受光素子２１、前記第２受光素子２２で検出された前記反射測定光４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９に送信される。

前記波長選択部材８は、前記測定光２の光路上且つ前記反射測定光４の光路外に、前記投光光軸１８と直交する様に配置され、前記測定光２が全て前記波長選択部材８に入射する様に構成されている。即ち、前記測定光２の前記波長選択部材８に対する入射角は回転対称となる。又、前記波長選択部材８は、例えばデュアルパスフィルタであり、７３５ｎｍ付近の波長と、８０８ｎｍ付近の波長との、２つの波長の光を透過させ、その他の波長を遮断する光学特性を有している。

前記制御部９は、後述する前記記憶部１１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９は、前記測定光源１６の発光を制御すると共に、前記第１受光素子２１及び前記第２受光素子２２で受光された前記反射測定光４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。

前記記憶部１１には、前記測定光源１６を作動させ、前記測定光２を前記測定対象３に照射する為のる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１１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、前記測定光２中の前記第１測定光２ａの割合と前記第２測定光２ｂの割合とが格納されている。

図３は、前記波長選択部材８を示している。該波長選択部材８は、円盤状のガラス板２４と、該ガラス板２４の入射面と射出面の両面に形成された波長選択膜２５とを有している。前記波長選択部材８は、例えば半径ｒ＝１５ｍｍであり、該波長選択部材８に広がり角±２５°で前記測定光２が照射された際の、該測定光２のビーム径（有効径）が１３ｍｍとなる様に前記波長選択部材８が配置されている。

図４（Ｂ）は、第１の実施例に係る前記波長選択膜２５の光学特性を示すグラフである。該波長選択膜２５は、７３５ｎｍ付近の波長と、８０８ｎｍ付近の波長との、２種類の波長を選択して透過させるデュアルパスフィルタとなっている。

ここで、デュアルパスフィルタは、デュアル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２５の膜厚が中心から外周に向って一定の場合、入射角０°で前記測定光２が入射した場合と、入射角２５°で前記測定光２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２５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。

一方で、前記波長選択膜２５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。

そこで、第１の実施例では、前記測定光２の入射角の増加に対応して、前記波長選択膜２５の膜厚を増加させ、前記測定光２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２５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は合致又は略合致している。

図３、図５に示される様に、前記波長選択膜２５は、前記投光光軸１８を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側では膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部２７が形成されている。該凹部２７の外径は、前記測定光２が前記波長選択膜２５に入射する際、及び該波長選択膜２５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２５の前記凹部２７は、射出側の前記波長選択膜２５の前記凹部２７よりも外径が小さくなっている。

前記測定光２の光束径を有効径とし、有効径ｒ＝１に規格化し、前記凹部２７の中心（ｒ＝０）、即ち前記投光光軸１８上の前記凹部２７（前記波長選択膜２５）の膜厚ｔ＝１に規格化した場合、前記凹部２７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、前記波凹部２７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。

図５は、前記凹部２７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２６は、前記凹部２７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。

尚、前記曲線２６の形状は、前記測定光２の広がり角や、前記波長選択膜２５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２６の形状は、前記波長選択膜２５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２６は、例えば２次以下の多項式として定義できる。

又、前記波長選択部材８の入射面と射出面では、前記測定光２の有効径が異なるので、前記曲線２６の形状は入射側の前記凹部２７と射出側の前記凹部２７とで異なる。

前記表示部１２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。

前記操作部１３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１２をタッチパネルとすることで、該表示部１２と前記操作部１３とを兼用することができる。この場合、該操作部１３は省略できる。

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。

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１３を介して測定開始が入力されると、前記制御部９は、前記測定光源１６に前記測定光２を発光させる。

広帯域の該測定光２は、前記投光光軸１８上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記波長選択部材８に入射する。又、前記測定光２の光量は、前記光量センサ１７によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部９に出力される。

前記波長選択部材８は、所定の２波長、即ち７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１測定光２ａと、８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２測定光２ｂのみを透過させ、その他の波長を有する前記測定光２を遮断する。

前記波長選択部材８を透過した前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは、前記窓部１５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２５は、前記測定光２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２５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と第２波長帯域の前記第２測定光２ｂのみが前記波長選択膜２５を透過する。

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。

前記第１測定光２ａと前記第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る。前記測定対象３で反射された前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂは前記窓部１５を介して前記波長分離板１９に入射する。

７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１反射測定光４ａは、前記波長分離板１９を透過し、前記第１受光素子２１に入射する。又、７３５ｎｍ付近以外の波長の光、即ち８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２反射測定光４ｂは、前記波長分離板１９で反射され、前記第２受光素子２２に入射する。前記第１受光素子２１と前記第２受光素子２２は、それぞれ前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光量を前記制御部９に出力する。

該制御部９は、前記光量センサ１７から入力された前記測定光２の光量と、該測定光２中の前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂの割合と、前記第１受光素子２１から入力された前記第１反射測定光４ａの受光量と、前記第２受光素子２２から入力された前記第２反射測定光４ｂの受光量とに基づき、前記測定対象３の窒素の含有比率を演算する。

又、前記制御部９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１２に表示する。更に、前記制御部９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１２に表示する。

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。

上述の様に、第１の実施例では、前記波長選択部材８の前記波長選択膜２５が、前記測定光２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。

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、前記測定光２の入射角に拘らず、前記波長選択膜２５が透過させる前記測定光２の波長を一定とすることができると共に、光量の損失を抑制することができる。

又、前記波長選択膜２５に対する前記測定光２の入射角を揃える必要がないので、前記測定光２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。

又、前記測定光源１６として広帯域のＬＥＤを使用し、前記波長選択部材８としてデュアルパスフィルタを使用し、広帯域の前記測定光２から２波長の前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂを抽出する様構成されている。

従って、２波長の測定光を得る為に、２つの光源を用いる必要がないので、部品点数の低減が図れると共に、製作コストの低減を図ることができる。

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。

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。

又、前記波長選択膜２５の透過波長は、温度によっても変化する。従って、前記測定光源１６の発光を制御することで、測定光源１６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。

又、前記測定光源１６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。

又、第１の実施例では、前記ガラス板２４と、該ガラス板２４の入射面と射出面の両方に設けられた前記波長選択膜２５により前記波長選択部材８が形成されている。一方で、該波長選択部材８は、前記ガラス板２４と、該ガラス板２４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２５により形成してもよい。

又、前記窓部１５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１５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。

又、第１の実施例では、前記測定光源１６の近傍に前記光量センサ１７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測定光２を照射し、その時の前記反射測定光４の総受光量を予め取得してもよい。この場合、前記光量センサ１７は省略することができる。

又、第１の実施例では、前記測定光２と前記反射測定光４とが共に前記窓部１５を通過する構成となっているが、前記測定光２が通過する窓部と前記反射測定光４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測定光２（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。

次に、図６、図７を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図６中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、波長選択部材２８が測定光２と反射測定光４の光路上に掛渡り、且つ前記測定光２の投光光軸１８と前記反射測定光４の受光光軸２３と直交する様に配置されている。即ち、前記測定光２と前記反射測定光４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２８に入射する。

又、発光部６より照射された前記測定光２は、前記波長選択部材２８を透過した後に測定対象３に照射され、前記反射測定光４は前記波長選択部材８を透過した後に受光部７に受光される様に構成されている。

従って、波長選択膜２９には、前記投光光軸１８を中心とするボウル状の凹曲面を有する第１凹部３１と、前記受光光軸２３を中心とするボウル状の凹曲面を有する第２凹部３２の２箇所の凹部が形成されている。

尚、第２の実施例に於いても、前記波長選択部材２８は、ガラス板３３の入射面と射出面の両面に前記波長選択膜２９が設けられるか、或は入射面と射出面のいずれか一方に前記波長選択膜２９が設けられるかにより形成される。

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広帯域の測定光２は、前記波長選択部材２８、即ち前記第１凹部３１を透過する過程で第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂのみが抽出され、窓部１５を介して前記測定対象３に照射される。

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、窓部を介して前記波長選択部材２８、即ち前記第２凹部３２に対して入射及び透過し、前記波長分離板１９に入射する。該波長分離板１９を透過した前記第１反射測定光４ａは、第１受光素子２１に受光され、前記波長分離板１９で反射されたと前記第２反射測定光４ｂは、第２受光素子２２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。

第２の実施例では、前記波長選択部材２８が、前記測定光２の光路上だけではなく、前記反射測定光４の光路上にも設けられ、前記測定光２と前記反射測定光４がそれぞれ前記波長選択膜２９を透過する様に構成されている。

従って、前記反射測定光４と共に外光が入射す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。

又、前記波長選択膜２９の膜厚に勾配を設け、入射角に基づく前記波長選択膜２９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２９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。

次に、図８を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図８中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例では、波長選択部材３４が測定光２の光路上ではなく、反射測定光４の光路上に、受光光軸２３と直交する様に配置されている。即ち、前記反射測定光４は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材３４に入射する。

第３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広帯域の波長を有する測定光２は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部１５を介して前記測定対象３に照射される。

該測定対象３で反射された前記反射測定光は、前記窓部１５を介して前記波長選択部材３４に入射する。該波長選択部材３４は、第１の実施例及び第２の実施例と同様に、前記反射測定光４の入射角に対応して膜厚が変化する凹部３９を有する波長選択膜が３８設けられている。前記反射測定光４は、前記凹部３９を透過する過程で、第１波長帯域（７３５ｎｍ付近）の第１反射測定光４ａと、第２波長帯域（８０８ｎｍ付近）の第２反射測定光４ｂのみが抽出される。

前記凹部３９の透過後、前記第１反射測定光４ａは、波長分離板１９を透過し、第１受光素子２１に受光される。又、前記第２反射測定光４ｂは、前記波長分離板１９反射され、第２受光素子２２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。

第３の実施例では、前記波長選択部材３４が、前記反射測定光４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。

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。

又、前記波長選択膜３８に形成された前記凹部３９により、入射角に基づく前記波長選択膜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。

更に、前記波長選択部材３４を設けるのは前記反射測定光４の光路上だけでよいので、前記波長選択部材３４を小型化でき、製作コストの低減を図ることができる。

次に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を参照して、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第１の実施例～第３の実施例では、波長選択部材が投光光軸或は受光光軸と直交する様に配置され、測定光２或は反射測定光４が入射角を回転対称とした状態で入射する様に構成されている。一方で、波長選択部材３４に対する前記測定光２或は前記反射測定光４の入射角は、必ずしも回転対称である必要はない。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第４の実施例に於ける発光部３５を示している。第４の実施例では、波長選択部材３６が測定光２の光路上に設けられている。又、前記波長選択部材３６と測定光源１６との間には拡散光学部材としてのシリンドリカルレンズ３７が設けられている。

該シリンドリカルレンズ３７は、図９（Ａ）に示される様に、Ｘ軸方向に於いては前記測定光２を偏向し、平行光束とする。又、前記シリンドリカルレンズ３７は、図９（Ｂ）に示される様に、Ｙ軸方向に於いては前記測定光２は偏向されずに拡散させる。

即ち、該測定光２は、Ｙ軸方向にのみ拡散された楕円状の光束となり、入射角が回転対称ではない状態で前記波長選択部材３６の波長選択膜４１に入射する。

第４の実施例では、Ｘ軸方向に於いては入射位置に拘らず前記波長選択部材３６に対する入射角は一定である。一方で、Ｙ軸方向に於いては、前記投光光軸１８から離れる程入射角は大きくなる。

従って、前記波長選択膜４１に形成される凹部４２は、Ｙ軸方向に於いては、入射角の増加に対応して、中心から離れる程膜厚が増加する曲線を描く。一方で、Ｘ軸方向に於いては、前記凹部４２の膜厚は一定となる。

第４の実施例に於いては、前記測定光２が前記シリンドリカルレンズ３７を介してＹ軸方向にのみ拡散し、Ｙ軸方向に長い楕円状の前記測定光２が前記波長選択部材３６の凹部４２に入射する。又、該凹部４２はＹ軸方向にのみ入射角の増加に対応して膜厚が増加し、Ｘ軸方向に於いては膜厚が一定となる構成となっている。

従って、前記測定光２が前記凹部４２を透過する際に、透過波長のシフトが発生することなく７３５ｎｍ付近の波長と８０８ｎｍ付近の波長の前記測定光２のみが前記凹部４２を透過する。前記測定光２が前記波長選択部材３６を透過した後の処理は第１の実施例と同様である。

第４の実施例の様に、前記波長選択部材３６に対する前記測定光２の入射角が回転対称ではない場合であっても、該測定光２の光束断面形状及び広がり角に合わせて波長選択膜の膜厚を変化させることで、前記波長選択部材３６に対する前記測定光２の入射角が回転対称な場合と同様の効果を得ることができる。

尚、第４の実施例では、前記測定光２をＹ軸方向に拡散させる為の拡散光学部材として、前記シリンドリカルレンズ３７を設けているが、該シリンドリカルレンズ３７に代えて回折格子等を用いてもよい。

１ 植物センサ
２ 測定光
３ 測定対象
４ 反射測定光
６ 発光部
７ 受光部
８ 波長選択部材
９ 制御部
２５ 波長選択膜
２７ 凹部
２８ 波長選択部材
２９ 波長選択膜
３１ 第１凹部
３２ 第２凹部
３４ 波長選択部材
３６ 波長選択部材

Claims (7)

1. 少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記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前記測定光又は前記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。
2. 前記凹部の膜厚は、該凹部に対する前記測定光又は前記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。
3. 前記波長選択部材は、前記測定光の光路上であり、該測定光の光軸と直交する様に配置され、前記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。
4. 前記波長選択部材は、前記測定光と前記反射測定光の光路上であり、前記測定光と前記反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光と前記反射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。
5. 前記波長選択部材は、前記反射測定光の光路上であり、該反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記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。
6. 前記測定光を１方向にのみ拡散させる拡散光学部材を更に具備する請求項１又は請求項２に記載の植物センサ。
7. 前記凹部の外径は、前記波長選択部材に入射する際の前記測定光又は前記反射測定光の光束径と合致又は略合致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。

Images