JPH1096692A - 葉の成分測定装置 - Google Patents
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- JPH1096692A JPH1096692A JP21925297A JP21925297A JPH1096692A JP H1096692 A JPH1096692 A JP H1096692A JP 21925297 A JP21925297 A JP 21925297A JP 21925297 A JP21925297 A JP 21925297A JP H1096692 A JPH1096692 A JP H1096692A
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造に球面の機械加工を要する積分球を必要
とせず、積分球を使用するより低コストであり、しかも
光量のばらつきは積分球と比較しても測定精度に影響が
でない葉の成分測定装置を提供する。 【解決手段】 被測定葉１６に近赤外光を照射する光源
部２と、被測定葉１６の透過光を受光する光量検出装置
１１と、透過光量から被測定葉１６の吸光度を算出し、
成分量推定式により被測定葉１６の成分量を演算する演
算手段２５とを有する成分測定装置である。光源部２
は、拡散反射板５に対して一定の入射角で配置される発
光素子３，４と、前記拡散反射板５のほぼ中央の垂直方
向に、前記発光素子３，４らの直射光を遮蔽し且つ拡散
反射板５の反射光を導出する反射光路８と、該反対光路
８の放射側９に設けた前記反射光を均一にする拡散透過
板１０とから構成される。被測定葉１６には拡散透過板
面１０からの放射光が照射される。拡散反射板５と反射
光路８の壁面には、耐候性に優れた艶消し塗料が塗布さ
れる。
とせず、積分球を使用するより低コストであり、しかも
光量のばらつきは積分球と比較しても測定精度に影響が
でない葉の成分測定装置を提供する。 【解決手段】 被測定葉１６に近赤外光を照射する光源
部２と、被測定葉１６の透過光を受光する光量検出装置
１１と、透過光量から被測定葉１６の吸光度を算出し、
成分量推定式により被測定葉１６の成分量を演算する演
算手段２５とを有する成分測定装置である。光源部２
は、拡散反射板５に対して一定の入射角で配置される発
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向に、前記発光素子３，４らの直射光を遮蔽し且つ拡散
反射板５の反射光を導出する反射光路８と、該反対光路
８の放射側９に設けた前記反射光を均一にする拡散透過
板１０とから構成される。被測定葉１６には拡散透過板
面１０からの放射光が照射される。拡散反射板５と反射
光路８の壁面には、耐候性に優れた艶消し塗料が塗布さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は携帯型の成分測定装
置に関し、例えば植物の成長に関わる葉の成分量測定装
置に関する。
置に関し、例えば植物の成長に関わる葉の成分量測定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、葉の葉色を色票（カラースケ
ール）と比較して窒素量を推定したり、対象の葉に光を
照射してその透過光から赤色光量と赤外光量とを測定す
ることにより葉に含まれる葉緑素量（クロロフィル）を
測定して、葉緑素量から窒素量を推定していた。また、
ここで推定された窒素量に基づき、生育時期に見合う施
肥量を判断していた。特に稲作に見られるように、推定
された窒素量により判断されるその後の施肥時期と施肥
量は、穀物の収量を確保しながら稲が倒伏しないように
するための重要なポイントとなっている。
ール）と比較して窒素量を推定したり、対象の葉に光を
照射してその透過光から赤色光量と赤外光量とを測定す
ることにより葉に含まれる葉緑素量（クロロフィル）を
測定して、葉緑素量から窒素量を推定していた。また、
ここで推定された窒素量に基づき、生育時期に見合う施
肥量を判断していた。特に稲作に見られるように、推定
された窒素量により判断されるその後の施肥時期と施肥
量は、穀物の収量を確保しながら稲が倒伏しないように
するための重要なポイントとなっている。
【０００３】さて、葉の葉色を色票と比較する方法は経
験を要するだけでなく、目に見える葉色が天候や太陽光
の位置によって左右されることや、植物の一部を見るか
あるいは全体を見るかの違いによって、また観察角度に
よっても判断される結果が異なることが多い。しかし、
測定方法が簡便なことや、使用される色票が安価なこと
などから利用率が高いのも事実である。
験を要するだけでなく、目に見える葉色が天候や太陽光
の位置によって左右されることや、植物の一部を見るか
あるいは全体を見るかの違いによって、また観察角度に
よっても判断される結果が異なることが多い。しかし、
測定方法が簡便なことや、使用される色票が安価なこと
などから利用率が高いのも事実である。
【０００４】この色票に代わるものとして葉緑素測定装
置が開発されている。代表的な葉緑素計の測定原理は、
図６に示すように、測定しようとする葉５０に光源５１
から光を照射してその透過光を測定するもので、透過光
はダイクロイックミラー５２によって葉緑素に関連する
クロロフィル成分に影響される赤色光域の透過光量（受
光素子５３によって受光される）と、影響されない赤外
光域の透過光量（受光素子５４によって受光される）と
を測定し、その光量差を求めることによって非破壊で単
位面積当たりのクロロフィルの濃度を推定している。た
だし、実際にはこのクロロフィル濃度と窒素濃度とが比
例関係にあることを前提として窒素濃度を推定し、植物
への施肥量を決定することに利用されている。
置が開発されている。代表的な葉緑素計の測定原理は、
図６に示すように、測定しようとする葉５０に光源５１
から光を照射してその透過光を測定するもので、透過光
はダイクロイックミラー５２によって葉緑素に関連する
クロロフィル成分に影響される赤色光域の透過光量（受
光素子５３によって受光される）と、影響されない赤外
光域の透過光量（受光素子５４によって受光される）と
を測定し、その光量差を求めることによって非破壊で単
位面積当たりのクロロフィルの濃度を推定している。た
だし、実際にはこのクロロフィル濃度と窒素濃度とが比
例関係にあることを前提として窒素濃度を推定し、植物
への施肥量を決定することに利用されている。
【０００５】ところで、本出願人は、植物の窒素量を簡
便に測定する葉の成分量測定装置を案出し、特開平８−
１５１４１号として既に出願している。これを図７を参
照しながら詳細に説明する。図７は葉の成分量測定装置
の主要構成である光学測定部６０である。被測定葉６１
に任意波長の近赤外光を照射するための発光手段６２
は、発光ダイオード等からなる近赤外発光素子６３と任
意波長の近赤外光のみを通過させる狭帯域フィルター６
４とから構成されている。そして、被測定葉６１の葉面
に均一に近赤外光が照射されるように被測定葉６１を平
面的に挟持するとともに、挟持した被測定葉６１からの
透過光と反射光とを測定するための測定窓６５Ａ、６５
Ｂを開設した葉保持手段６６Ａ、６６Ｂを設けてある。
この葉保持手段６６Ｂの測定窓６５Ｂと前記発光手段６
２とは、積分球６７を介して光学的に連絡されている。
つまり、発光手段６２は照射光を積分球６７内部に照射
して散乱するよう積分球６７に固設してあり、さらに積
分球６７には前記測定窓６５Ｂに連通する開口部６８
と、開口部６８に対向する位置にシリコンフォトダイオ
ードからなる反射受光手段６９を固設する開口部７０を
開設してある。
便に測定する葉の成分量測定装置を案出し、特開平８−
１５１４１号として既に出願している。これを図７を参
照しながら詳細に説明する。図７は葉の成分量測定装置
の主要構成である光学測定部６０である。被測定葉６１
に任意波長の近赤外光を照射するための発光手段６２
は、発光ダイオード等からなる近赤外発光素子６３と任
意波長の近赤外光のみを通過させる狭帯域フィルター６
４とから構成されている。そして、被測定葉６１の葉面
に均一に近赤外光が照射されるように被測定葉６１を平
面的に挟持するとともに、挟持した被測定葉６１からの
透過光と反射光とを測定するための測定窓６５Ａ、６５
Ｂを開設した葉保持手段６６Ａ、６６Ｂを設けてある。
この葉保持手段６６Ｂの測定窓６５Ｂと前記発光手段６
２とは、積分球６７を介して光学的に連絡されている。
つまり、発光手段６２は照射光を積分球６７内部に照射
して散乱するよう積分球６７に固設してあり、さらに積
分球６７には前記測定窓６５Ｂに連通する開口部６８
と、開口部６８に対向する位置にシリコンフォトダイオ
ードからなる反射受光手段６９を固設する開口部７０を
開設してある。
【０００６】上記構成の葉の成分量測定装置の作用を述
べると、発光手段６２から照射された近赤外光は積分球
６７内で散乱し、測定窓６５Ｂから被測定葉６１面に照
射される。また、被測定葉６１による反射光は積分球６
７内で散乱し反射受光手段６９によって受光される。更
に、被測定葉６１に照射された近赤外光のうち透過した
ものは、葉保持手段６６の測定窓６５Ａ側に固設してあ
るシリコンフォトダイオードからなる透過受光手段７１
で透過光として受光される。
べると、発光手段６２から照射された近赤外光は積分球
６７内で散乱し、測定窓６５Ｂから被測定葉６１面に照
射される。また、被測定葉６１による反射光は積分球６
７内で散乱し反射受光手段６９によって受光される。更
に、被測定葉６１に照射された近赤外光のうち透過した
ものは、葉保持手段６６の測定窓６５Ａ側に固設してあ
るシリコンフォトダイオードからなる透過受光手段７１
で透過光として受光される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記構成における積分
球６７の使用により、光源の光量を大きくできること
と、測定精度を確保するために測定に使用する波長数が
多くなった場合に、どの波長の光も発光位置に関係なく
被測定葉に均一に照射できることの利点がある。しかし
ながら、この積分球６７の製作には、内部に球面加工を
施し、その球面を梨地加工後、金メッキして仕上げる工
程が必要であり、部品を製作するコストが高くなってい
た。
球６７の使用により、光源の光量を大きくできること
と、測定精度を確保するために測定に使用する波長数が
多くなった場合に、どの波長の光も発光位置に関係なく
被測定葉に均一に照射できることの利点がある。しかし
ながら、この積分球６７の製作には、内部に球面加工を
施し、その球面を梨地加工後、金メッキして仕上げる工
程が必要であり、部品を製作するコストが高くなってい
た。
【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、製造する場合
に球面の機械加工を要する積分球を使用することなく、
積分球を使用するより低コストであり、しかも光量のば
らつきは積分球と比較して劣らず、測定精度に影響がで
ない光源を備えた成分測定装置を提供することを技術課
題とする。
に球面の機械加工を要する積分球を使用することなく、
積分球を使用するより低コストであり、しかも光量のば
らつきは積分球と比較して劣らず、測定精度に影響がで
ない光源を備えた成分測定装置を提供することを技術課
題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、被測定物に任意波長の近赤外光を照射し
て前記被測定物からの透過光又は反射光を受光し被測定
物の吸光度を算出するとともに、予め定めた成分量推定
式と前記被測定物の吸光度とにより被測定物の成分量を
演算する成分測定装置において、光源部は、複数の発光
素子が拡散反射板に対して一定の入射角で配置され、前
記拡散反射板のほぼ中央の垂直方向に前記発光素子の直
射光を遮蔽し且つ拡散反射板の反射光を導出する反射光
路と該反射光路の放射側には前記反射光を均一にする拡
散透過板と、前記発光素子を適宜発光させる発光制御装
置とからなり、前記拡散透過板面からの放射光を被測定
物に照射するようにした葉の成分測定装置とした。
に、本発明は、被測定物に任意波長の近赤外光を照射し
て前記被測定物からの透過光又は反射光を受光し被測定
物の吸光度を算出するとともに、予め定めた成分量推定
式と前記被測定物の吸光度とにより被測定物の成分量を
演算する成分測定装置において、光源部は、複数の発光
素子が拡散反射板に対して一定の入射角で配置され、前
記拡散反射板のほぼ中央の垂直方向に前記発光素子の直
射光を遮蔽し且つ拡散反射板の反射光を導出する反射光
路と該反射光路の放射側には前記反射光を均一にする拡
散透過板と、前記発光素子を適宜発光させる発光制御装
置とからなり、前記拡散透過板面からの放射光を被測定
物に照射するようにした葉の成分測定装置とした。
【００１０】複数の発光素子は、それぞれ異なる特定の
波長ピークを持つ複数の発光ダイオードによることが最
も一般的で、さらに狭帯域フィルターを組み合わせるこ
とでよりシャープな特性を有する波長の光線とすること
ができる。またハロゲンランプと狭帯域フィルターの組
み合わせによっても発光素子を実現可能である。拡散反
射板は光が透過しない平板に、耐候性に優れた艶消し塗
料（商品名：フロンコート（フッ素系樹脂塗料）、商品
名：ポリジン（ポリエステル樹脂塗料）等として入手可
能）を塗布して光が減衰せず拡散反射するように形成す
るとよい。鏡の表面を、拡散反射する磨りガラス面にす
ることでも実現可能である。また反射光路に、光を拡散
反射する前記艶消し塗料を塗布することでより顕著な効
果を有するものとなる。さらに前記拡散透過板は、光が
拡散しながら透過して放射面で均一な明るさとなるよう
な乳白色ガラスで構成することがより効果的である。こ
の拡散透過板では、この拡散透過板に入射する光が拡散
反射板側に反射しないように、また拡散透過板による透
過ロスを最小にする。
波長ピークを持つ複数の発光ダイオードによることが最
も一般的で、さらに狭帯域フィルターを組み合わせるこ
とでよりシャープな特性を有する波長の光線とすること
ができる。またハロゲンランプと狭帯域フィルターの組
み合わせによっても発光素子を実現可能である。拡散反
射板は光が透過しない平板に、耐候性に優れた艶消し塗
料（商品名：フロンコート（フッ素系樹脂塗料）、商品
名：ポリジン（ポリエステル樹脂塗料）等として入手可
能）を塗布して光が減衰せず拡散反射するように形成す
るとよい。鏡の表面を、拡散反射する磨りガラス面にす
ることでも実現可能である。また反射光路に、光を拡散
反射する前記艶消し塗料を塗布することでより顕著な効
果を有するものとなる。さらに前記拡散透過板は、光が
拡散しながら透過して放射面で均一な明るさとなるよう
な乳白色ガラスで構成することがより効果的である。こ
の拡散透過板では、この拡散透過板に入射する光が拡散
反射板側に反射しないように、また拡散透過板による透
過ロスを最小にする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態を図３
によって説明する。本実施の形態では植物の葉に任意波
長の近赤外光を照射し、葉の透過光を受光し得られる吸
光度を算出するとともに、予め定めた成分量推定式と前
記吸光度とにより葉の特定成分量、例えば窒素成分等を
演算する成分測定装置を例として説明する。
によって説明する。本実施の形態では植物の葉に任意波
長の近赤外光を照射し、葉の透過光を受光し得られる吸
光度を算出するとともに、予め定めた成分量推定式と前
記吸光度とにより葉の特定成分量、例えば窒素成分等を
演算する成分測定装置を例として説明する。
【００１２】成分測定装置１の光源部２は、２個の発光
素子３、４と上部に拡散反射板５とを設け、該拡散反射
板５に対して前記発光素子３、４の光が一定の角度で入
射する位置に発光素子３、４が配置できるように形成さ
れたブロック６を有し、ブロック６の上方に開放した、
すり鉢状の開口部７に拡散反射板５が反射面を下方にし
て設けてある。
素子３、４と上部に拡散反射板５とを設け、該拡散反射
板５に対して前記発光素子３、４の光が一定の角度で入
射する位置に発光素子３、４が配置できるように形成さ
れたブロック６を有し、ブロック６の上方に開放した、
すり鉢状の開口部７に拡散反射板５が反射面を下方にし
て設けてある。
【００１３】前記ブロック６には前記拡散反射板５のほ
ぼ中央の垂直方向、つまり、すり鉢状の開口部７の中心
には、前記発光素子３、４の直射光を遮蔽し且つ拡散反
射板５の反射光を導出する反射光路８が設けられてお
り、該反射光路８の下方の放射側９には、つまりブロッ
ク６の下方には前記反射光を均一にする拡散透過板１０
が設けてある。
ぼ中央の垂直方向、つまり、すり鉢状の開口部７の中心
には、前記発光素子３、４の直射光を遮蔽し且つ拡散反
射板５の反射光を導出する反射光路８が設けられてお
り、該反射光路８の下方の放射側９には、つまりブロッ
ク６の下方には前記反射光を均一にする拡散透過板１０
が設けてある。
【００１４】さて、拡散反射板５と対向する位置には受
光素子を含む受光装置１１が設けてあり、前記拡散透過
板１０からの透過光を受光する。通常は、前記拡散透過
板１０と光量検出装置１１との間に被測定物が狭持され
る。したがって本例では葉１６を狭持して、この葉の透
過光を光量検出装置１１で受光することとなる。
光素子を含む受光装置１１が設けてあり、前記拡散透過
板１０からの透過光を受光する。通常は、前記拡散透過
板１０と光量検出装置１１との間に被測定物が狭持され
る。したがって本例では葉１６を狭持して、この葉の透
過光を光量検出装置１１で受光することとなる。
【００１５】以上のように構成すると、発光素子３、４
の光は拡散反射板５に照射され拡散反射板５によって乱
反射し且つ拡散反射板５とブロック６のすり鉢状の壁面
との間においても乱反射する。つまり、理想である積分
球に近似した乱反射状態を作りだしており、拡散反射板
５からの反射光は、発光素子３、４の位置に関係なく安
定した光量の光源となっている。拡散反射板５の反射光
のうち、すり鉢状の開口部７の中心へ乱反射したもの
は、形成された反射光路８に沿って下方の放射側９に向
けて誘導され、さらに拡散透過板１０に入射した光は、
拡散透過板１０内で拡散しながら透過面で均一な光とな
って被測定葉１６に照射される。
の光は拡散反射板５に照射され拡散反射板５によって乱
反射し且つ拡散反射板５とブロック６のすり鉢状の壁面
との間においても乱反射する。つまり、理想である積分
球に近似した乱反射状態を作りだしており、拡散反射板
５からの反射光は、発光素子３、４の位置に関係なく安
定した光量の光源となっている。拡散反射板５の反射光
のうち、すり鉢状の開口部７の中心へ乱反射したもの
は、形成された反射光路８に沿って下方の放射側９に向
けて誘導され、さらに拡散透過板１０に入射した光は、
拡散透過板１０内で拡散しながら透過面で均一な光とな
って被測定葉１６に照射される。
【００１６】以上のように発光素子３、４の光は、葉に
直接照射されるのではなく、拡散反射板５とすり鉢状の
開口部７との間で乱反射により十分に拡散反射されるの
で、拡散反射板５の反射光量は、発光素子３、４の位置
に関係なく反射面のどの位置でもほぼ均一な光量とする
ことができる。さらに本発明では、反射光路８によって
光を導出し、放射側９の拡散透過板１０によって再度拡
散するので、該拡散透過板１０の透過面から照射される
光は透過面で均一な光となる。つまり、拡散透過板１０
の透過面の光量はどの位置においても均一に被測定葉に
照射されるものとなり、葉への照射光のばらつきが原因
となる測定値のばらつきが解消された。
直接照射されるのではなく、拡散反射板５とすり鉢状の
開口部７との間で乱反射により十分に拡散反射されるの
で、拡散反射板５の反射光量は、発光素子３、４の位置
に関係なく反射面のどの位置でもほぼ均一な光量とする
ことができる。さらに本発明では、反射光路８によって
光を導出し、放射側９の拡散透過板１０によって再度拡
散するので、該拡散透過板１０の透過面から照射される
光は透過面で均一な光となる。つまり、拡散透過板１０
の透過面の光量はどの位置においても均一に被測定葉に
照射されるものとなり、葉への照射光のばらつきが原因
となる測定値のばらつきが解消された。
【００１７】また、前記拡散反射板５と反射光路８に、
耐候性に優れた艶消し塗料を塗布することにより、それ
ぞれの面で反射光が乱反射することで光が一カ所に集中
することなく散乱光となって、光源素子３、４の位置に
よる光量ムラの影響を無くすことができる。さらに前記
拡散透過板１０を乳白色ガラスで構成することにより、
拡散透過板１０内では透過光が散乱することで、多少偏
って入射しても拡散透過板１０から照射する光量は拡散
透過板１０の照射面で均一となっており、顕著な効果を
有するものとなる。
耐候性に優れた艶消し塗料を塗布することにより、それ
ぞれの面で反射光が乱反射することで光が一カ所に集中
することなく散乱光となって、光源素子３、４の位置に
よる光量ムラの影響を無くすことができる。さらに前記
拡散透過板１０を乳白色ガラスで構成することにより、
拡散透過板１０内では透過光が散乱することで、多少偏
って入射しても拡散透過板１０から照射する光量は拡散
透過板１０の照射面で均一となっており、顕著な効果を
有するものとなる。
【００１８】被測定葉からの透過光量を受光する上記実
施形態において、図８に示すように、被測定葉からの反
射光量を受光する反射光量検出手段９０を、開口９４を
設けた拡散反射板５の裏側に設けることにより、被測定
葉の吸光度をより精度よく測定することが可能となる。
施形態において、図８に示すように、被測定葉からの反
射光量を受光する反射光量検出手段９０を、開口９４を
設けた拡散反射板５の裏側に設けることにより、被測定
葉の吸光度をより精度よく測定することが可能となる。
【００１９】
【実施例】本発明に好適な実施例を図１から図４によ
り、より具体的に説明する。図１及図３に示すものは、
携帯型成分測定装置１の主要部分を破断した側面図であ
る。図１及び図２では、上蓋１３内に光源部２と、下部
に光量検出装置１１としてのフォトダイオード（図示せ
ず）とを設けた構成になっている。光源部２は、異なる
波長ピークを持つ複数の発光素子であるＬＥＤ３、４を
同一円周上に配設して、該ＬＥＤ３、４にはそれぞれ波
長帯域の異なる狭帯域フィルター１４、１５を設けてあ
る。波長帯域は６００ｎｍ〜１１００ｎｍで、この波長
帯域から、求める成分に関係する任意の特定波長の狭帯
域フィルター１４、１５を選択してある。各ＬＤＥ３、
４の発光する光は、狭帯域フィルター１４、１５によっ
て特定波長の光となって、光が反射する拡散反射板５に
入射する。この拡散反射板５には、各ＬＥＤ３、４の光
線がほぼ一定の角度で入射するように、ブロック６が形
成されている。
り、より具体的に説明する。図１及図３に示すものは、
携帯型成分測定装置１の主要部分を破断した側面図であ
る。図１及び図２では、上蓋１３内に光源部２と、下部
に光量検出装置１１としてのフォトダイオード（図示せ
ず）とを設けた構成になっている。光源部２は、異なる
波長ピークを持つ複数の発光素子であるＬＥＤ３、４を
同一円周上に配設して、該ＬＥＤ３、４にはそれぞれ波
長帯域の異なる狭帯域フィルター１４、１５を設けてあ
る。波長帯域は６００ｎｍ〜１１００ｎｍで、この波長
帯域から、求める成分に関係する任意の特定波長の狭帯
域フィルター１４、１５を選択してある。各ＬＤＥ３、
４の発光する光は、狭帯域フィルター１４、１５によっ
て特定波長の光となって、光が反射する拡散反射板５に
入射する。この拡散反射板５には、各ＬＥＤ３、４の光
線がほぼ一定の角度で入射するように、ブロック６が形
成されている。
【００２０】拡散反射板５によって反射された光は、ブ
ロック６の中央に設けた反射光路８に入射し、反射光路
８の放射側９に設けられた拡散反射板１０に入射する。
拡散反射板１０は反射光路８の光軸と垂直に設けられ、
円形の磨りガラスあるいは乳白色のガラスで形成されて
いる。該拡散透過板１０は、その放射側９または被測定
葉１６側のどちらか一方側に磨り面を形成しても良い
し、または両面に磨り面を形成してもよい。ブロック６
の開口部７と反射光路８は例えばアルミニウムの無垢で
形成するのがよく、また、アルミニウム内面に梨地加工
を施してもよいが、前述したように、同じ効果を耐候性
に優れた艶消し塗料を塗布することにより安価で且つ容
易に達成できる。
ロック６の中央に設けた反射光路８に入射し、反射光路
８の放射側９に設けられた拡散反射板１０に入射する。
拡散反射板１０は反射光路８の光軸と垂直に設けられ、
円形の磨りガラスあるいは乳白色のガラスで形成されて
いる。該拡散透過板１０は、その放射側９または被測定
葉１６側のどちらか一方側に磨り面を形成しても良い
し、または両面に磨り面を形成してもよい。ブロック６
の開口部７と反射光路８は例えばアルミニウムの無垢で
形成するのがよく、また、アルミニウム内面に梨地加工
を施してもよいが、前述したように、同じ効果を耐候性
に優れた艶消し塗料を塗布することにより安価で且つ容
易に達成できる。
【００２１】開口部７と反射光路８及び拡散反射板５と
で囲まれた空間を光が反射・拡散を繰り返しながら反射
光路８から出て、拡散透過板１０を経て被測定葉１６を
介して光量検出装置１１に入射する。光量検出装置１１
と拡散透過板１０との間に被測定葉１６が挿入できる間
隔をおいて固定できるようリング状のスペーサ３２を固
設してある。
で囲まれた空間を光が反射・拡散を繰り返しながら反射
光路８から出て、拡散透過板１０を経て被測定葉１６を
介して光量検出装置１１に入射する。光量検出装置１１
と拡散透過板１０との間に被測定葉１６が挿入できる間
隔をおいて固定できるようリング状のスペーサ３２を固
設してある。
【００２２】さらに、光量検出装置２の上部外周に上蓋
１３を設け、該上蓋１３から延長した腕１７は軸１８に
よって軸支されている。上蓋１３が軸支される軸１８に
はコイルバネ１９を遊嵌してあり、常に上蓋１３を押し
上げるように作用している。つまり、図２で示すよう
に、測定においては被測定葉１６を測定場所に挿入し上
蓋１３の上部を矢印の方向に押し下げることで測定を可
能にしている。この測定のタイミングは、上蓋１３を押
し下げることにより上蓋１３の下方に設けた押し下げ突
起２０（図３参照）が、対向する位置に設けたマイクロ
スイッチ２１を押し下げることで、上蓋１３を押し下げ
たことを検知して測定（光の照射及び光量測定）が行な
われる。また、好ましくはリング状の弾性体からなるカ
バー１２（図３参照）を拡散透過板１０を囲むように設
け、上蓋１３を押し下げるとカバー１２によって被測定
葉１６を押圧保持するとともに外部光を遮蔽する。
１３を設け、該上蓋１３から延長した腕１７は軸１８に
よって軸支されている。上蓋１３が軸支される軸１８に
はコイルバネ１９を遊嵌してあり、常に上蓋１３を押し
上げるように作用している。つまり、図２で示すよう
に、測定においては被測定葉１６を測定場所に挿入し上
蓋１３の上部を矢印の方向に押し下げることで測定を可
能にしている。この測定のタイミングは、上蓋１３を押
し下げることにより上蓋１３の下方に設けた押し下げ突
起２０（図３参照）が、対向する位置に設けたマイクロ
スイッチ２１を押し下げることで、上蓋１３を押し下げ
たことを検知して測定（光の照射及び光量測定）が行な
われる。また、好ましくはリング状の弾性体からなるカ
バー１２（図３参照）を拡散透過板１０を囲むように設
け、上蓋１３を押し下げるとカバー１２によって被測定
葉１６を押圧保持するとともに外部光を遮蔽する。
【００２３】次に、図４によって成分測定装置１のブロ
ック図を示し説明する。光源部２と、光量検出装置１１
とからなる測定部で検出される被測定葉１６の透過光量
は、光量検出装置１１によってアナログの信号に変換さ
れアナログボード２２に連絡される。光源部２にはＬＥ
Ｄ３、４の発光装置２３を設けてある。アナログボード
２２ではアナログからデジタル信号へのＡ／Ｄ変換をす
るか、あるいは電圧から周波数へのＶ／Ｆ変換を行う。
変換された信号はＩ／Ｏボード２４を経由して演算制御
装置の作用を含むＣＰＵボード２５に入力される。前記
Ｉ／Ｏボード２４には、測定結果、演算結果あるいは操
作指示を表示する液晶表示器ＬＣＤ２６、初期データを
入力したり操作を行うキーボード２７、外部装置とデー
タを入出力するＲＳ２３２Ｃ等の接続ポート２８及びス
イッチ等を設けてある。これらＣＰＵボード２５とＩ／
Ｏボード２４には電源ボード２９から電源を供給するよ
うに接続してある。また、プリンタ３１はプリンタＩ／
Ｆボード３０を介してＣＰＵボード２５に接続してあ
る。
ック図を示し説明する。光源部２と、光量検出装置１１
とからなる測定部で検出される被測定葉１６の透過光量
は、光量検出装置１１によってアナログの信号に変換さ
れアナログボード２２に連絡される。光源部２にはＬＥ
Ｄ３、４の発光装置２３を設けてある。アナログボード
２２ではアナログからデジタル信号へのＡ／Ｄ変換をす
るか、あるいは電圧から周波数へのＶ／Ｆ変換を行う。
変換された信号はＩ／Ｏボード２４を経由して演算制御
装置の作用を含むＣＰＵボード２５に入力される。前記
Ｉ／Ｏボード２４には、測定結果、演算結果あるいは操
作指示を表示する液晶表示器ＬＣＤ２６、初期データを
入力したり操作を行うキーボード２７、外部装置とデー
タを入出力するＲＳ２３２Ｃ等の接続ポート２８及びス
イッチ等を設けてある。これらＣＰＵボード２５とＩ／
Ｏボード２４には電源ボード２９から電源を供給するよ
うに接続してある。また、プリンタ３１はプリンタＩ／
Ｆボード３０を介してＣＰＵボード２５に接続してあ
る。
【００２４】このように構成された成分測定装置１の作
用について以下に説明する。まず最初に成分測定装置１
に予め成分量が既知の基準サンプル８０を挿入し測定す
ると、ＣＰＵボード２５では近赤外光を照射したときの
基準サンプルの吸光度と基準サンプルの実際の成分量と
から成分量推定式が算出される。そして、これを記憶装
置の作用を持つＣＰＵボード２５内に記憶させる。
用について以下に説明する。まず最初に成分測定装置１
に予め成分量が既知の基準サンプル８０を挿入し測定す
ると、ＣＰＵボード２５では近赤外光を照射したときの
基準サンプルの吸光度と基準サンプルの実際の成分量と
から成分量推定式が算出される。そして、これを記憶装
置の作用を持つＣＰＵボード２５内に記憶させる。
【００２５】次に成分測定装置１から基準サンプルを取
り出し、被測定葉１６を挿入する。上蓋１３を押し下げ
ると、スイッチ２１の検出信号に基づき、ＣＰＵボード
２５からは発光制御装置２３を経て光源部２へ発光信号
が送られる。これに応じて、光源部２内のＬＥＤ３、４
からは被測定葉１６に向けて光が照射される。このＬＥ
Ｄ３、４から発光する光は、狭帯域フィルター１４、１
５によって近赤外域の特定波長の光となっており、前述
した反射・散乱を繰り返して拡散透過板１０から光量検
出装置１１に到達するので積分球を使用した場合と同じ
程度に被測定葉１６に均一に照射される。
り出し、被測定葉１６を挿入する。上蓋１３を押し下げ
ると、スイッチ２１の検出信号に基づき、ＣＰＵボード
２５からは発光制御装置２３を経て光源部２へ発光信号
が送られる。これに応じて、光源部２内のＬＥＤ３、４
からは被測定葉１６に向けて光が照射される。このＬＥ
Ｄ３、４から発光する光は、狭帯域フィルター１４、１
５によって近赤外域の特定波長の光となっており、前述
した反射・散乱を繰り返して拡散透過板１０から光量検
出装置１１に到達するので積分球を使用した場合と同じ
程度に被測定葉１６に均一に照射される。
【００２６】被測定葉１６に光が照射されると、その透
過光が光量検出装置１１により受光され、該受光信号は
Ａ／Ｄ変換のためにアナログボード２２に連絡される。
アナログボード２２ではＡ／Ｄ変換を行い、次に、Ｉ／
Ｏボード２４を経由して演算制御装置の機能を有するＣ
ＰＵボード２５に入力される。ＣＰＵボード２５におい
ては、被測定葉１６の透過光から光の透過率あるいは吸
光度が算出される。
過光が光量検出装置１１により受光され、該受光信号は
Ａ／Ｄ変換のためにアナログボード２２に連絡される。
アナログボード２２ではＡ／Ｄ変換を行い、次に、Ｉ／
Ｏボード２４を経由して演算制御装置の機能を有するＣ
ＰＵボード２５に入力される。ＣＰＵボード２５におい
ては、被測定葉１６の透過光から光の透過率あるいは吸
光度が算出される。
【００２７】このように被測定葉１６の吸光度が算出さ
れると、該吸光度は予め記憶された前記成分量推定式に
代入され、最終的に作業者の求めている成分量が算出さ
れる。
れると、該吸光度は予め記憶された前記成分量推定式に
代入され、最終的に作業者の求めている成分量が算出さ
れる。
【００２８】前記ＣＰＵボード２５には、各ＬＥＤ３、
４の一定時間点灯を一定間隔で繰り返す光源点灯ルーチ
ンを設ける場合もある。この光源点灯ルーチンにより、
異なる波長ピークを持つ各ＬＥＤ３、４がそれぞれ点灯
して、それぞれの波長別に被測定葉１６の透過光量が測
定される。これにより、被測定葉１６の透過光量の測定
精度が良くなり、さらには被測定葉１６の吸光度の測定
精度が良くなる。
４の一定時間点灯を一定間隔で繰り返す光源点灯ルーチ
ンを設ける場合もある。この光源点灯ルーチンにより、
異なる波長ピークを持つ各ＬＥＤ３、４がそれぞれ点灯
して、それぞれの波長別に被測定葉１６の透過光量が測
定される。これにより、被測定葉１６の透過光量の測定
精度が良くなり、さらには被測定葉１６の吸光度の測定
精度が良くなる。
【００２９】以上のように構成した成分測定装置によっ
て、同一の被測定葉１６を複数回測定した場合に得られ
る値のばらつきを検証したのが図５である。図５（１）
が波長９００nmを照射した場合、図５（２）が波長６０
０nmを照射した場合、図５（３）が波長８００nmを照射
した場合の値（吸光度）を示す。それぞれ同じ被測定葉
の同じ場所を６回測定するように、１回ごとに差し替え
て装置に狭持して測定した。結果は、測定値のばらつき
が殆どなく、積分球を使用した場合と同じ安定した値を
得ることができた。照射面において照射光が均一となっ
ていなければ、つまり積分球を使用した時と同じように
照射面において均一な光量でなければ、同じ被測定葉を
差し替えて同じ部位を測定しても、測定ごとに値が異な
りばらついてしまうものであった。
て、同一の被測定葉１６を複数回測定した場合に得られ
る値のばらつきを検証したのが図５である。図５（１）
が波長９００nmを照射した場合、図５（２）が波長６０
０nmを照射した場合、図５（３）が波長８００nmを照射
した場合の値（吸光度）を示す。それぞれ同じ被測定葉
の同じ場所を６回測定するように、１回ごとに差し替え
て装置に狭持して測定した。結果は、測定値のばらつき
が殆どなく、積分球を使用した場合と同じ安定した値を
得ることができた。照射面において照射光が均一となっ
ていなければ、つまり積分球を使用した時と同じように
照射面において均一な光量でなければ、同じ被測定葉を
差し替えて同じ部位を測定しても、測定ごとに値が異な
りばらついてしまうものであった。
【００３０】本発明の装置における吸光度の測定は、被
測定葉からの透過光に基づくものに限定されるわけでは
なく、図８の変更例に示すように、被測定葉からの透過
光の測定に加えて、反射光も測定することにより、吸光
度の測定精度をより高めることができる。具体的には、
反射光を受光する反射光量受光手段９０は、拡散反射板
５のほぼ中央で、反射光路８を介して被測定葉１６に対
向する部分に設けられた、拡散反射板５の開口９４の裏
側部分に設けられる。開口９４の反射光路８側には、発
光素子３、４からの光が反射光量受光手段９０に直接入
射しないように、光遮蔽部材９２が設けられる。この反
射光量受光手段９０からの検出信号が透過光量検出手段
１１の検出信号と同様に、図４に示すアナログボード２
２に入力され信号処理されることは言うまでもない。
測定葉からの透過光に基づくものに限定されるわけでは
なく、図８の変更例に示すように、被測定葉からの透過
光の測定に加えて、反射光も測定することにより、吸光
度の測定精度をより高めることができる。具体的には、
反射光を受光する反射光量受光手段９０は、拡散反射板
５のほぼ中央で、反射光路８を介して被測定葉１６に対
向する部分に設けられた、拡散反射板５の開口９４の裏
側部分に設けられる。開口９４の反射光路８側には、発
光素子３、４からの光が反射光量受光手段９０に直接入
射しないように、光遮蔽部材９２が設けられる。この反
射光量受光手段９０からの検出信号が透過光量検出手段
１１の検出信号と同様に、図４に示すアナログボード２
２に入力され信号処理されることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における成
分測定装置によれば、拡散反射板に光を照射すると、拡
散反射板と開口部内で光が拡散・反射して指向性を失う
とともに、さらに、光が反射光路に入射すると、光が１
回または複数回さらに反射・拡散しながら拡散透過板に
到達する。拡散透過板に到達した光は、拡散透過板内で
拡散して該拡散反射板から被測定葉に照射される。した
がって、光源からの光量を減少させず、積分球を使用し
た場合と同じ程度に被測定物に均一に光を照射させるこ
とが可能となる。そして、積分球を製造する場合のよう
な球面の機械加工を必要とせず、積分球を使用するより
も低コストで測定装置を製作できるようになった。
分測定装置によれば、拡散反射板に光を照射すると、拡
散反射板と開口部内で光が拡散・反射して指向性を失う
とともに、さらに、光が反射光路に入射すると、光が１
回または複数回さらに反射・拡散しながら拡散透過板に
到達する。拡散透過板に到達した光は、拡散透過板内で
拡散して該拡散反射板から被測定葉に照射される。した
がって、光源からの光量を減少させず、積分球を使用し
た場合と同じ程度に被測定物に均一に光を照射させるこ
とが可能となる。そして、積分球を製造する場合のよう
な球面の機械加工を必要とせず、積分球を使用するより
も低コストで測定装置を製作できるようになった。
【００３２】また、前記複数の発光素子は、その光線が
前記拡散反射板に対して同じ角度で入射するように設け
てあるので、測定精度を確保するために測定に使用する
発光素子を複数個設けた場合に、波長が異なる各発光素
子と拡散反射板との距離が等しくなり、どの発光素子の
光も被測定物に均一に照射できるようになった。
前記拡散反射板に対して同じ角度で入射するように設け
てあるので、測定精度を確保するために測定に使用する
発光素子を複数個設けた場合に、波長が異なる各発光素
子と拡散反射板との距離が等しくなり、どの発光素子の
光も被測定物に均一に照射できるようになった。
【図１】本発明の成分測定装置の主要部を破断した側面
図である。
図である。
【図２】成分測定装置の使用態様を示す側面図である。
【図３】成分測定装置の主要部を示す側断面図である。
【図４】成分測定装置の信号処理のブロック図である。
【図５】本発明の成分測定装置による被測定葉の測定結
果を示す図である。
果を示す図である。
【図６】従来の代表的な葉緑素計を示す概略図である。
【図７】従来の成分量測定装置の光学測定部である。
【図８】透過光及び反射光を受光する本発明の成分測定
装置の主要部を示す側断面図である。
装置の主要部を示す側断面図である。
１ 成分測定装置 ２ 光源部 ３ 発光素子（ＬＥＤ） ４ 発光素子（ＬＥＤ） ５ 拡散反射板 ６ ブロック ７ 開口部 ８ 反射光路 ９ 反射光路の反射側 １０ 拡散透過板 １１ 光量検出装置 １２ カバー １３ 上蓋 １４ フィルター １５ フィルター １６ 被測定葉 １７ 腕 １８ 軸 １９ コイルバネ ２０ 押し下げ突起 ２１ スイッチ ２２ アナログボード ２３ 発光装置 ２４ Ｉ／Ｏボード ２５ ＣＰＵボード ２６ 液晶表示器（ＬＣＤ） ２７ キーボード ２８ 接続ポート ２９ 電源ボード ３０ Ｉ／Ｆボード ３１ プリンタ ３２ スペーサ ５０ 葉 ５１ 光源 ５２ ダイクロイックミラー ５３ 受光素子 ５４ 受光素子 ６０ 光学測定部 ６１ 被測定部 ６２ 発光手段 ６３ 近赤外発光素子 ６４ 狭帯域フィルター ６５Ａ 測定窓 ６５Ｂ 測定窓 ６６ 葉保持手段 ６７ 積分球 ６８ 開口部 ６９ 反射受光手段 ７０ 開口部 ８０ 基準サンプル ９０ 反射光量受光手段 ９２ 光遮蔽部材 ９４ 開口
Claims (6)
- 【請求項１】 被測定物である葉に任意波長の近赤外光
を照射する光源部と、前記被測定物から少なくとも透過
光を受光する光量検出手段と、該光量検出手段から得ら
れる光量から被測定物の吸光度を算出するとともに、成
分量が既知の基準測定物に前記近赤外光を照射したとき
に得られる吸光度に基づき成分量推定式を定め、該成分
量推定式と前記被測定物の吸光度とにより被測定物の特
定成分の成分量を演算する演算手段とからなる葉の成分
測定装置において、前記光源部が、 拡散反射板と、 前記拡散反射板の反射面に対してその光軸が一定の角度
で配置された複数の発光素子と、 前記拡散反射板のほぼ中央の垂直方向に前記発光素子の
直射光を遮蔽し且つ拡散反射板の反射光を導出する反射
光路と、 前記反射光を均一にするために該反射光路の放射側に設
けられた拡散透過板と、 前記発光素子を適宜発光させる発光制御装置と、から成
ることを特徴とする葉の成分測定装置。 - 【請求項２】 前記拡散反射板と反射光路の壁面には、
艶消し塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１
記載の葉の成分測定装置。 - 【請求項３】 前記拡散透過板は乳白色ガラスであるこ
とを特徴とする請求項１記載の葉の成分測定装置。 - 【請求項４】 前記拡散透過板は、少なくともその片面
に磨りガラス面を有することを特徴とする請求項１記載
の葉の成分測定装置。 - 【請求項５】 被測定物の前記特定成分が窒素であるこ
とを特徴とする請求項１記載の葉の成分測定装置。 - 【請求項６】 前記拡散反射板のほぼ中央で、前記反射
光路に対向する部分の裏側には、被測定物からの反射光
を受光するための反射光量検出手段が設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の葉の成分測定装置。
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