JP2001264254A - 葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推定装置 - Google Patents
葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クロロフィル含量が多いときでも推定精度を
高くする。 【解決手段】 測定対象である葉に青色光よりも短い波
長の誘起光、例えば紫外光を当て、誘起光により葉から
放射された蛍光を受光してスペクトルを測定し、蛍光ス
ペクトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度と青緑色域
の蛍光のピーク強度の比、例えばＦ４６０／Ｆ７４０な
らびに該比と葉のクロロフィル含量の相関関係に基づい
て葉のクロロフィル含量を推定する。
高くする。 【解決手段】 測定対象である葉に青色光よりも短い波
長の誘起光、例えば紫外光を当て、誘起光により葉から
放射された蛍光を受光してスペクトルを測定し、蛍光ス
ペクトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度と青緑色域
の蛍光のピーク強度の比、例えばＦ４６０／Ｆ７４０な
らびに該比と葉のクロロフィル含量の相関関係に基づい
て葉のクロロフィル含量を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、葉のクロロフィル
含量を非破壊非接触で推定できる葉のクロロフィル含量
推定方法およびこれを利用した推定装置に関する。更に
詳述すると、本発明は誘起光を当てた葉から励起された
蛍光スペクトルを解析してクロロフィル含量を推定する
葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推
定装置に関する。
含量を非破壊非接触で推定できる葉のクロロフィル含量
推定方法およびこれを利用した推定装置に関する。更に
詳述すると、本発明は誘起光を当てた葉から励起された
蛍光スペクトルを解析してクロロフィル含量を推定する
葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】クロロフィルは植物の光合成に関与する
色素であり、葉のクロロフィル含量は植物の健全性を判
断する重要な指標である。このクロロフィルの含量を非
破壊非接触で推定する方法としては、赤色光より短い波
長の光を葉に照射するとクロロフィルから主に赤色域の
誘起蛍光（以下「クロロフィル蛍光」と呼ぶ）が放射さ
れるという性質を利用するものがある。この方法では、
葉から発せられた蛍光スペクトルを測定して、例えば６
９０ｎｍ付近と７４０ｎｍ付近にそれぞれ見られるクロ
ロフィル蛍光の蛍光ピークの強さの比Ｆ６９０／Ｆ７４
０を算出する。そして、この蛍光強度比が図６に示すよ
うにクロロフィル含量に対応して変化するため、予め蛍
光強度比とクロロフィル含量との関係を求めておけば蛍
光強度比からクロロフィル含量を推定することができ
る。
色素であり、葉のクロロフィル含量は植物の健全性を判
断する重要な指標である。このクロロフィルの含量を非
破壊非接触で推定する方法としては、赤色光より短い波
長の光を葉に照射するとクロロフィルから主に赤色域の
誘起蛍光（以下「クロロフィル蛍光」と呼ぶ）が放射さ
れるという性質を利用するものがある。この方法では、
葉から発せられた蛍光スペクトルを測定して、例えば６
９０ｎｍ付近と７４０ｎｍ付近にそれぞれ見られるクロ
ロフィル蛍光の蛍光ピークの強さの比Ｆ６９０／Ｆ７４
０を算出する。そして、この蛍光強度比が図６に示すよ
うにクロロフィル含量に対応して変化するため、予め蛍
光強度比とクロロフィル含量との関係を求めておけば蛍
光強度比からクロロフィル含量を推定することができ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たクロロフィル蛍光の蛍光ピーク同士の強さの比からク
ロロフィル含量を推定する方法では、クロロフィル含量
が多くなるにつれて蛍光強度比が収束して変化量が小さ
くなってしまうので、クロロフィル含量が多いとき（例
えば図６に示す例では１０ｍｇ／ｇ以上）の推定精度が
低くなってしまう。
たクロロフィル蛍光の蛍光ピーク同士の強さの比からク
ロロフィル含量を推定する方法では、クロロフィル含量
が多くなるにつれて蛍光強度比が収束して変化量が小さ
くなってしまうので、クロロフィル含量が多いとき（例
えば図６に示す例では１０ｍｇ／ｇ以上）の推定精度が
低くなってしまう。
【０００４】そこで、本発明は、クロロフィル含量が多
いときでも推定精度を高くできる葉のクロロフィル含量
推定方法およびこれを利用した推定装置を提供すること
を目的とする。
いときでも推定精度を高くできる葉のクロロフィル含量
推定方法およびこれを利用した推定装置を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ところで、紫外光のよう
に青色光よりも短い波長の誘起光を葉に照射したとき
に、図３に示すように青緑域（約４５５ｎｍ〜５７７ｎ
ｍ）と赤色域（約６２２ｎｍ〜７７０ｎｍ）とにそれぞ
れ数個の蛍光ピークが見られることが知られている。赤
色域の蛍光はクロロフィル蛍光であるのに対して、青緑
色域の蛍光は主に葉の表皮から発せられる別の蛍光であ
ると考えられる。
に青色光よりも短い波長の誘起光を葉に照射したとき
に、図３に示すように青緑域（約４５５ｎｍ〜５７７ｎ
ｍ）と赤色域（約６２２ｎｍ〜７７０ｎｍ）とにそれぞ
れ数個の蛍光ピークが見られることが知られている。赤
色域の蛍光はクロロフィル蛍光であるのに対して、青緑
色域の蛍光は主に葉の表皮から発せられる別の蛍光であ
ると考えられる。
【０００６】かかる事実に基づいて本出願の発明者が鋭
意研究を重ねた結果、青緑色域での蛍光ピークとクロロ
フィル蛍光の蛍光ピークとの蛍光強度の比が図１に示す
ようにクロロフィル含量とほぼ線形の関係にあることを
知見した。これは、励起エネルギが一定の場合は、クロ
ロフィルによる誘起光の吸収量はその含量に比例して増
大するのでクロロフィル蛍光の蛍光強度もクロロフィル
含量に比例して増大するが、青緑色の蛍光はクロロフィ
ルに再吸収されるため、その蛍光強度はクロロフィル含
量の増大により減少するためであると考えられる。
意研究を重ねた結果、青緑色域での蛍光ピークとクロロ
フィル蛍光の蛍光ピークとの蛍光強度の比が図１に示す
ようにクロロフィル含量とほぼ線形の関係にあることを
知見した。これは、励起エネルギが一定の場合は、クロ
ロフィルによる誘起光の吸収量はその含量に比例して増
大するのでクロロフィル蛍光の蛍光強度もクロロフィル
含量に比例して増大するが、青緑色の蛍光はクロロフィ
ルに再吸収されるため、その蛍光強度はクロロフィル含
量の増大により減少するためであると考えられる。
【０００７】この知見に基づいて発明された請求項１記
載の葉のクロロフィル含量推定方法は、測定対象である
葉に青色光よりも短い波長の誘起光を当て、誘起光によ
り葉から放射された蛍光を受光してスペクトルを測定
し、蛍光スペクトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度
と青緑色域の蛍光のピーク強度の比ならびに該比と葉の
クロロフィル含量の相関関係に基づいて葉のクロロフィ
ル含量を推定するようにしている。また、請求項４記載
の葉のクロロフィル含量推定装置は、測定対象である葉
に青色光よりも短い波長の誘起光を当てる誘起光源と、
葉から放射された蛍光を受光してスペクトルを測定する
測定手段と、蛍光スペクトルでのクロロフィル蛍光のピ
ーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比ならびに該
比と葉のクロロフィル含量の相関関係に基づいて葉のク
ロロフィル含量を推定する推定手段とを備えるようにし
ている。
載の葉のクロロフィル含量推定方法は、測定対象である
葉に青色光よりも短い波長の誘起光を当て、誘起光によ
り葉から放射された蛍光を受光してスペクトルを測定
し、蛍光スペクトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度
と青緑色域の蛍光のピーク強度の比ならびに該比と葉の
クロロフィル含量の相関関係に基づいて葉のクロロフィ
ル含量を推定するようにしている。また、請求項４記載
の葉のクロロフィル含量推定装置は、測定対象である葉
に青色光よりも短い波長の誘起光を当てる誘起光源と、
葉から放射された蛍光を受光してスペクトルを測定する
測定手段と、蛍光スペクトルでのクロロフィル蛍光のピ
ーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比ならびに該
比と葉のクロロフィル含量の相関関係に基づいて葉のク
ロロフィル含量を推定する推定手段とを備えるようにし
ている。
【０００８】したがって、蛍光スペクトルのクロロフィ
ル蛍光のピーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比
と、該比と葉のクロロフィル含量の相関関係とに基づい
て葉のクロロフィル含量を推定するので、この比と葉の
クロロフィル含量とが線形関係にあることからクロロフ
ィル蛍光のピーク強度同士の比に基づいて推定するより
も推定精度を高めることができる。
ル蛍光のピーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比
と、該比と葉のクロロフィル含量の相関関係とに基づい
て葉のクロロフィル含量を推定するので、この比と葉の
クロロフィル含量とが線形関係にあることからクロロフ
ィル蛍光のピーク強度同士の比に基づいて推定するより
も推定精度を高めることができる。
【０００９】さらに、請求項２記載の葉のクロロフィル
含量推定方法および請求項５記載の葉のクロロフィル含
量推定装置では、誘起光はレーザ光であるようにしてい
る。したがって、レーザ光は直進性に優れるので、推定
精度をほとんど低下させることなく誘起光源や測定手段
を葉から離隔して設置することができる。このため、遠
隔照射および遠隔測定が可能になるので、作業効率を良
好にすることができる。
含量推定方法および請求項５記載の葉のクロロフィル含
量推定装置では、誘起光はレーザ光であるようにしてい
る。したがって、レーザ光は直進性に優れるので、推定
精度をほとんど低下させることなく誘起光源や測定手段
を葉から離隔して設置することができる。このため、遠
隔照射および遠隔測定が可能になるので、作業効率を良
好にすることができる。
【００１０】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の葉のクロロフィル含量推定方法において、
誘起光はパルス光であると共に、葉から蛍光が放射され
る間のみ該蛍光を受光するように誘起光の発光と蛍光の
受光とのタイミングを同期させるようにしている。ま
た、請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の葉
のクロロフィル含量推定装置において、誘起光はパルス
光であると共に、葉から蛍光が放射される間のみ該蛍光
を受光するように誘起光源による照射と測定手段による
受光とのタイミングを同期させる同期手段を備えるよう
にしている。
たは２記載の葉のクロロフィル含量推定方法において、
誘起光はパルス光であると共に、葉から蛍光が放射され
る間のみ該蛍光を受光するように誘起光の発光と蛍光の
受光とのタイミングを同期させるようにしている。ま
た、請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の葉
のクロロフィル含量推定装置において、誘起光はパルス
光であると共に、葉から蛍光が放射される間のみ該蛍光
を受光するように誘起光源による照射と測定手段による
受光とのタイミングを同期させる同期手段を備えるよう
にしている。
【００１１】したがって、蛍光の測定をごく短時間で行
うことができるので、蛍光の測定中に外光の強さが変化
してもノイズとして誘起蛍光に影響を及ぼさないように
することができる。よって、クロロフィル含量の推定精
度を更に高くすることができる。
うことができるので、蛍光の測定中に外光の強さが変化
してもノイズとして誘起蛍光に影響を及ぼさないように
することができる。よって、クロロフィル含量の推定精
度を更に高くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図２に本
発明の葉のクロロフィル含量推定装置１の実施形態を示
す。このクロロフィル含量推定装置１は、測定対象であ
る葉２に青色光よりも短い波長の誘起光３を当てる誘起
光源４と、葉２から放射された蛍光５を受光してスペク
トルを測定する測定手段６と、測定手段６での測定結果
に基づいて葉２のクロロフィル含量を推定する推定手段
７とを備えるようにしている。この推定手段７では、測
定手段６で測定された蛍光スペクトルでのクロロフィル
蛍光のピーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比な
らびに該比と葉２のクロロフィル含量の相関関係に基づ
いて葉２のクロロフィル含量を推定するようにしてい
る。このため、この比と葉２のクロロフィル含量とは線
形関係にあるので、従来のようにクロロフィル蛍光のピ
ーク同士の蛍光強度比に基づいてクロロフィル含量を推
定する場合に比べて推定精度を高めることができる。
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図２に本
発明の葉のクロロフィル含量推定装置１の実施形態を示
す。このクロロフィル含量推定装置１は、測定対象であ
る葉２に青色光よりも短い波長の誘起光３を当てる誘起
光源４と、葉２から放射された蛍光５を受光してスペク
トルを測定する測定手段６と、測定手段６での測定結果
に基づいて葉２のクロロフィル含量を推定する推定手段
７とを備えるようにしている。この推定手段７では、測
定手段６で測定された蛍光スペクトルでのクロロフィル
蛍光のピーク強度と青緑色域の蛍光のピーク強度の比な
らびに該比と葉２のクロロフィル含量の相関関係に基づ
いて葉２のクロロフィル含量を推定するようにしてい
る。このため、この比と葉２のクロロフィル含量とは線
形関係にあるので、従来のようにクロロフィル蛍光のピ
ーク同士の蛍光強度比に基づいてクロロフィル含量を推
定する場合に比べて推定精度を高めることができる。
【００１３】本実施形態で青緑色域の蛍光のピーク強度
とは、図３に示すように例えば４６０ｎｍに見られる蛍
光ピークの強度（以下、Ｆ４６０と略称する）をいうも
のとする。また、クロロフィル蛍光のピーク強度とは、
例えば７４０ｎｍに見られる蛍光ピークの強度（以下、
Ｆ７４０と略称する）をいうものとする。各蛍光ピーク
の波長としては、これらに限られないのは勿論である。
例えば、青緑色域でのピーク強度として５１０ｎｍの蛍
光のピーク強度（Ｆ５１０）を利用したり、クロロフィ
ル蛍光のピーク強度として６９０ｎｍの蛍光のピーク強
度（Ｆ６９０）を利用するようにしても良い。
とは、図３に示すように例えば４６０ｎｍに見られる蛍
光ピークの強度（以下、Ｆ４６０と略称する）をいうも
のとする。また、クロロフィル蛍光のピーク強度とは、
例えば７４０ｎｍに見られる蛍光ピークの強度（以下、
Ｆ７４０と略称する）をいうものとする。各蛍光ピーク
の波長としては、これらに限られないのは勿論である。
例えば、青緑色域でのピーク強度として５１０ｎｍの蛍
光のピーク強度（Ｆ５１０）を利用したり、クロロフィ
ル蛍光のピーク強度として６９０ｎｍの蛍光のピーク強
度（Ｆ６９０）を利用するようにしても良い。
【００１４】誘起光源４としてはＱスイッチＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザを使用している。そして、誘起光３は紫外レー
ザ光であるようにしている。このため、レーザ光は直進
性に優れることから、推定装置１を葉２から離隔して設
置しても良好な推定精度を維持することができる。よっ
て、誘起光源４による遠隔照射および測定手段６による
遠隔測定が可能になり作業効率を良好にすることができ
ると共に、植物群落情報のリモートセンシング技術の開
発を図ることができる。また、誘起光３は紫外光である
ことにより、波長範囲の広い蛍光を葉２から得ることが
できるので、波長の短い青緑色域での蛍光ピークでも余
裕を持って正確に測定することができる。
Ｇレーザを使用している。そして、誘起光３は紫外レー
ザ光であるようにしている。このため、レーザ光は直進
性に優れることから、推定装置１を葉２から離隔して設
置しても良好な推定精度を維持することができる。よっ
て、誘起光源４による遠隔照射および測定手段６による
遠隔測定が可能になり作業効率を良好にすることができ
ると共に、植物群落情報のリモートセンシング技術の開
発を図ることができる。また、誘起光３は紫外光である
ことにより、波長範囲の広い蛍光を葉２から得ることが
できるので、波長の短い青緑色域での蛍光ピークでも余
裕を持って正確に測定することができる。
【００１５】葉２の蛍光スペクトルを測定する測定手段
６は、誘起光源４の波長域より長波長側の蛍光のみを透
過させるためのフィルタ８と、フィルタ８を通過する蛍
光５を成分波長に分散して蛍光スペクトルを決定する分
光器９と、分光器９で決定された蛍光スペクトルを撮像
する撮像手段１０とを備えている。フィルタ８は葉２か
ら得られた光のうちで散乱する紫外光を取り除くように
するものであり、例えばカットオフフィルタやバンドパ
スフィルタ等を利用することができる。撮像手段１０と
してはイメージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメラを
利用している。本実施形態では撮像手段１０としてイメ
ージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメラを利用してい
るが、これには限られずイメージインテンシファイヤの
無いＣＣＤカメラとしたり、あるいは蛍光スペクトルの
所定波長のピーク強度を求めることができる他の装置、
例えばフォトマルチプライヤを利用することができる。
６は、誘起光源４の波長域より長波長側の蛍光のみを透
過させるためのフィルタ８と、フィルタ８を通過する蛍
光５を成分波長に分散して蛍光スペクトルを決定する分
光器９と、分光器９で決定された蛍光スペクトルを撮像
する撮像手段１０とを備えている。フィルタ８は葉２か
ら得られた光のうちで散乱する紫外光を取り除くように
するものであり、例えばカットオフフィルタやバンドパ
スフィルタ等を利用することができる。撮像手段１０と
してはイメージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメラを
利用している。本実施形態では撮像手段１０としてイメ
ージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメラを利用してい
るが、これには限られずイメージインテンシファイヤの
無いＣＣＤカメラとしたり、あるいは蛍光スペクトルの
所定波長のピーク強度を求めることができる他の装置、
例えばフォトマルチプライヤを利用することができる。
【００１６】葉２のクロロフィル含量を推定する推定手
段７は、撮像手段１０で得られた蛍光スペクトルの画像
に基づいて青緑色域でのピーク強度Ｆ４６０とクロロフ
ィル蛍光のピーク強度Ｆ７４０を求め、これらの蛍光強
度比Ｆ４６０／Ｆ７４０に基づいて葉２のクロロフィル
含量を推定する。この推定手段７は、具体的には中央処
理装置や記憶装置、入出力装置等を備えたコンピュータ
装置、あるいはシーケンサ回路等から成る。
段７は、撮像手段１０で得られた蛍光スペクトルの画像
に基づいて青緑色域でのピーク強度Ｆ４６０とクロロフ
ィル蛍光のピーク強度Ｆ７４０を求め、これらの蛍光強
度比Ｆ４６０／Ｆ７４０に基づいて葉２のクロロフィル
含量を推定する。この推定手段７は、具体的には中央処
理装置や記憶装置、入出力装置等を備えたコンピュータ
装置、あるいはシーケンサ回路等から成る。
【００１７】誘起光３はパルス光であるようにしてい
る。また、本実施形態の推定装置１では誘起光源４と測
定手段６とを同期させる同期手段１１を備え、葉２から
蛍光５が放射される間のみ蛍光５を受光するように構成
されている。このため、蛍光５の測定をごく短時間で行
うことができるので、蛍光５の測定中に外光の強さが変
化してもノイズとして誘起蛍光５に影響を及ぼさないよ
うにすることができる。よって、クロロフィル含量の推
定精度を更に高めることができる。
る。また、本実施形態の推定装置１では誘起光源４と測
定手段６とを同期させる同期手段１１を備え、葉２から
蛍光５が放射される間のみ蛍光５を受光するように構成
されている。このため、蛍光５の測定をごく短時間で行
うことができるので、蛍光５の測定中に外光の強さが変
化してもノイズとして誘起蛍光５に影響を及ぼさないよ
うにすることができる。よって、クロロフィル含量の推
定精度を更に高めることができる。
【００１８】同期手段１１としては、誘起光源４および
測定手段６に接続されたパルス発生器を使用している。
そして、このパルス発生器は、誘起光源４にパルス光を
発光させて、このパルス光により葉２から発せられた蛍
光５を測定手段６が受光するように誘起光源４および測
定手段６を同期させる。
測定手段６に接続されたパルス発生器を使用している。
そして、このパルス発生器は、誘起光源４にパルス光を
発光させて、このパルス光により葉２から発せられた蛍
光５を測定手段６が受光するように誘起光源４および測
定手段６を同期させる。
【００１９】本実施形態では誘起光源４としてＱスイッ
チＮｄ：ＹＡＧレーザを使用しているので、同期手段１
１からのパルス信号によりレーザ光の発光タイミングと
レーザ出力の調整を行うことができる。また、撮像手段
１０としてイメージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメ
ラを使用しているので、同期手段１１からのパルス信号
により蛍光５が発生している間だけイメージインテンシ
ファイヤのゲートを開いて撮像を行うようにできる。な
お、イメージインテンシファイヤの無いＣＣＤカメラを
使用する場合はＣＣＤから画像データを取り出すタイミ
ングを同期手段１１で決定することにより蛍光５が発生
している間だけ撮像を行うようにできる。
チＮｄ：ＹＡＧレーザを使用しているので、同期手段１
１からのパルス信号によりレーザ光の発光タイミングと
レーザ出力の調整を行うことができる。また、撮像手段
１０としてイメージインテンシファイヤ付きＣＣＤカメ
ラを使用しているので、同期手段１１からのパルス信号
により蛍光５が発生している間だけイメージインテンシ
ファイヤのゲートを開いて撮像を行うようにできる。な
お、イメージインテンシファイヤの無いＣＣＤカメラを
使用する場合はＣＣＤから画像データを取り出すタイミ
ングを同期手段１１で決定することにより蛍光５が発生
している間だけ撮像を行うようにできる。
【００２０】これら誘起光源４と測定手段６の同期のタ
イミングの一例を図４に示す。同図に示すように、例え
ば１０Ｈｚで同期する場合、誘起光３のレーザ出力を調
節するためにインターバルを設け（Ｔ０〜Ｔ１：０〜１
８５ｎｓ）、続いて誘起光源４のＱスイッチをオンして
ゲートディレイとする（Ｔ１〜Ｔ２：５０〜１００ｎ
ｓ）。そして、Ｑスイッチをオフすると誘起光３がパル
ス発光されて蛍光５の放射が始まる。また、Ｑスイッチ
のオフと同時に撮像手段１０のゲートを開いて蛍光５の
撮像を行う。撮像手段１０の露光時間は、蛍光５の寿命
である約数十ｎｓ（ここではＴ２〜Ｔ３：１００〜２０
０ｎｓ）程度に設定する。これにより、葉２の周囲の自
然光がほとんど変化しない程の短時間で蛍光５の測定を
行うことができるので、外光の影響を受けずに高いシグ
ナル比で蛍光５を測定することができるようになる。
イミングの一例を図４に示す。同図に示すように、例え
ば１０Ｈｚで同期する場合、誘起光３のレーザ出力を調
節するためにインターバルを設け（Ｔ０〜Ｔ１：０〜１
８５ｎｓ）、続いて誘起光源４のＱスイッチをオンして
ゲートディレイとする（Ｔ１〜Ｔ２：５０〜１００ｎ
ｓ）。そして、Ｑスイッチをオフすると誘起光３がパル
ス発光されて蛍光５の放射が始まる。また、Ｑスイッチ
のオフと同時に撮像手段１０のゲートを開いて蛍光５の
撮像を行う。撮像手段１０の露光時間は、蛍光５の寿命
である約数十ｎｓ（ここではＴ２〜Ｔ３：１００〜２０
０ｎｓ）程度に設定する。これにより、葉２の周囲の自
然光がほとんど変化しない程の短時間で蛍光５の測定を
行うことができるので、外光の影響を受けずに高いシグ
ナル比で蛍光５を測定することができるようになる。
【００２１】上述したクロロフィル含量推定装置１によ
り葉２のクロロフィル含量を推定する手順を以下に説明
する。
り葉２のクロロフィル含量を推定する手順を以下に説明
する。
【００２２】同期手段１１から誘起光源４にパルス信号
が送信されると、誘起光源４から紫外パルスレーザの誘
起光３が葉２に照射される。この誘起光３により葉２で
は蛍光５が誘起される。そして、葉２から発せられる光
のうちで紫外光がフィルタ８で除去されて分光器９で蛍
光スペクトルが得られる。
が送信されると、誘起光源４から紫外パルスレーザの誘
起光３が葉２に照射される。この誘起光３により葉２で
は蛍光５が誘起される。そして、葉２から発せられる光
のうちで紫外光がフィルタ８で除去されて分光器９で蛍
光スペクトルが得られる。
【００２３】また、同期手段１１は誘起光源４にパルス
信号を送信した後、撮像手段１０の露光を行うように信
号を発する。これにより、分光器９で得られた蛍光スペ
クトルが撮像手段１０で撮像される。
信号を送信した後、撮像手段１０の露光を行うように信
号を発する。これにより、分光器９で得られた蛍光スペ
クトルが撮像手段１０で撮像される。
【００２４】推定手段７では、撮像された蛍光スペクト
ルに基づいて青緑色域の蛍光のピーク強度Ｆ４６０とク
ロロフィル蛍光のピーク強度Ｆ７４０を求め、これらの
蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０を算出する。そして、図
１に示すような予め求めておいたクロロフィル含量と蛍
光強度比との相関関係に照らし合わせてクロロフィル含
量を推定することができる。
ルに基づいて青緑色域の蛍光のピーク強度Ｆ４６０とク
ロロフィル蛍光のピーク強度Ｆ７４０を求め、これらの
蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０を算出する。そして、図
１に示すような予め求めておいたクロロフィル含量と蛍
光強度比との相関関係に照らし合わせてクロロフィル含
量を推定することができる。
【００２５】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では誘起光源４からの発光と
測定手段６による受光とを同期手段１１により同期させ
ているが、これには限られず同期手段１１を設けずに発
光と受光とを連続して行うようにしても良い。この場
合、外光として定常光が与えられる環境下であれば測定
手段６による受光の際のノイズの発生を防止できるの
で、蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０からクロロフィル含
量を高精度に推定することができる。
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では誘起光源４からの発光と
測定手段６による受光とを同期手段１１により同期させ
ているが、これには限られず同期手段１１を設けずに発
光と受光とを連続して行うようにしても良い。この場
合、外光として定常光が与えられる環境下であれば測定
手段６による受光の際のノイズの発生を防止できるの
で、蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０からクロロフィル含
量を高精度に推定することができる。
【００２６】また、本実施形態では誘起光３をレーザ光
にしているが、これには限られずレーザ光以外の拡散す
るような光にしても良い。この場合、クロロフィル含量
推定装置１と葉２との間隔が短距離で有れば蛍光強度比
Ｆ４６０／Ｆ７４０からクロロフィル含量を高精度に推
定することができる。
にしているが、これには限られずレーザ光以外の拡散す
るような光にしても良い。この場合、クロロフィル含量
推定装置１と葉２との間隔が短距離で有れば蛍光強度比
Ｆ４６０／Ｆ７４０からクロロフィル含量を高精度に推
定することができる。
【００２７】さらに、本実施形態では誘起光３を紫外光
にしているが、これには限られず青色光よりも短い波長
の光であれば良い。このような誘起光３を葉２に照射す
れば青緑域の成分とクロロフィル蛍光を含んだ蛍光５を
受光することができるので、青緑域での蛍光ピーク強度
とクロロフィル蛍光のピーク強度との比を利用してクロ
ロフィル含量を高精度に推定することができる。
にしているが、これには限られず青色光よりも短い波長
の光であれば良い。このような誘起光３を葉２に照射す
れば青緑域の成分とクロロフィル蛍光を含んだ蛍光５を
受光することができるので、青緑域での蛍光ピーク強度
とクロロフィル蛍光のピーク強度との比を利用してクロ
ロフィル含量を高精度に推定することができる。
【００２８】
【実施例】（実施例１）上述した図２に示すクロロフィ
ル含量推定装置１を利用して、蛍光強度比とクロロフィ
ル含量との関係を求めた。
ル含量推定装置１を利用して、蛍光強度比とクロロフィ
ル含量との関係を求めた。
【００２９】誘起光源４としては１０Ｈｚで発振するＱ
スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ（Surelite I,Continuum社
製）を用い、誘起光３として第３高長波（３５５ｎｍ）
を利用した。レーザ発振のパルス幅は４〜６ｎｍであ
る。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザのレーザ光のビーム径
は約５ｍｍであるが、これを葉２に広く均一に照射する
ためにビームエキスパンダを利用して１０００ｍｍ離れ
た測定対象上で直径５０ｍｍに拡大した。
スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ（Surelite I,Continuum社
製）を用い、誘起光３として第３高長波（３５５ｎｍ）
を利用した。レーザ発振のパルス幅は４〜６ｎｍであ
る。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザのレーザ光のビーム径
は約５ｍｍであるが、これを葉２に広く均一に照射する
ためにビームエキスパンダを利用して１０００ｍｍ離れ
た測定対象上で直径５０ｍｍに拡大した。
【００３０】また、測定手段６としては、蛍光受信光学
系（昭和オプトロニクス社製）を利用した。そして、基
礎的なデータを精度良く得るために葉２から１６００ｍ
ｍ離れた位置に折り返しミラーを設置して、葉２と測定
手段６との距離を１６００ｍｍとした。この測定手段６
の分光器９としては、ＭＳ２５７（ＯＲＩＥＬ社製）を
利用した。撮像手段１０としては、イメージインテンシ
ファイヤ付きダイオードアレイ撮像装置（ＩＣＣＤカメ
ラ、InstaSpec V、ＯＲＩＥＬ社製）を用いた。
系（昭和オプトロニクス社製）を利用した。そして、基
礎的なデータを精度良く得るために葉２から１６００ｍ
ｍ離れた位置に折り返しミラーを設置して、葉２と測定
手段６との距離を１６００ｍｍとした。この測定手段６
の分光器９としては、ＭＳ２５７（ＯＲＩＥＬ社製）を
利用した。撮像手段１０としては、イメージインテンシ
ファイヤ付きダイオードアレイ撮像装置（ＩＣＣＤカメ
ラ、InstaSpec V、ＯＲＩＥＬ社製）を用いた。
【００３１】同期手段１１としては、パルス発生器（Ｄ
Ｇ５３５、ＳＲＩ社製）を用いた。推定手段７としては
Ａ／Ｄコンバータを備えたパーソナルコンピュータ（Ｉ
ＢＭＰＣ互換機）を利用した。
Ｇ５３５、ＳＲＩ社製）を用いた。推定手段７としては
Ａ／Ｄコンバータを備えたパーソナルコンピュータ（Ｉ
ＢＭＰＣ互換機）を利用した。
【００３２】葉２としては、イネ（Oryza sativa L.,品
種：日本晴）を用いた。この種子を暗黒条件下で８日間
発芽育成し、２８０μｍｏｌｍ−２ｓ−１の白色光を１
４４時間連続照射して緑葉化させた。さらに、このイネ
を２００μｍｏｌｍ−２ｓ− １の白色灯に１０分間曝露
した。このような前処理を行ったイネの葉２について、
クロロフィル含量推定装置１による測定を行った。
種：日本晴）を用いた。この種子を暗黒条件下で８日間
発芽育成し、２８０μｍｏｌｍ−２ｓ−１の白色光を１
４４時間連続照射して緑葉化させた。さらに、このイネ
を２００μｍｏｌｍ−２ｓ− １の白色灯に１０分間曝露
した。このような前処理を行ったイネの葉２について、
クロロフィル含量推定装置１による測定を行った。
【００３３】このクロロフィル含量推定装置１を利用し
て上述の葉２について測定を行った。そして、蛍光強度
比Ｆ４６０／Ｆ７４０とクロロフィル含量との関係を求
めた結果を図１に示す。同図に示すように、青緑色域で
の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ４６０）とクロロフィル蛍
光のピーク強度（Ｆ７４０）の比がクロロフィル含量の
多少によらずクロロフィル含量と線形の関係にあること
が判明した。これにより、クロロフィル含量が多いとき
でも蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０に基づいてクロロフ
ィル含量を高精度に推定できるようになる。
て上述の葉２について測定を行った。そして、蛍光強度
比Ｆ４６０／Ｆ７４０とクロロフィル含量との関係を求
めた結果を図１に示す。同図に示すように、青緑色域で
の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ４６０）とクロロフィル蛍
光のピーク強度（Ｆ７４０）の比がクロロフィル含量の
多少によらずクロロフィル含量と線形の関係にあること
が判明した。これにより、クロロフィル含量が多いとき
でも蛍光強度比Ｆ４６０／Ｆ７４０に基づいてクロロフ
ィル含量を高精度に推定できるようになる。
【００３４】（実施例２）上述したクロロフィル含量推
定装置１を利用して上述の前処理を施した葉２について
測定を行った。そして、青緑色域での蛍光ピークの蛍光
強度（Ｆ５１０）とクロロフィル蛍光のピーク強度（Ｆ
７４０）の比Ｆ５１０／Ｆ７４０と、クロロフィル含量
との関係を求めた。その結果を図５に示す。同図に示す
ように、蛍光強度比Ｆ５１０／Ｆ７４０がクロロフィル
含量の多少によらずクロロフィル含量と線形の関係にあ
ることが判明した。これにより、クロロフィル含量が多
いときでも蛍光強度比Ｆ５１０／Ｆ７４０に基づいてク
ロロフィル含量を高精度に推定できるようになる。
定装置１を利用して上述の前処理を施した葉２について
測定を行った。そして、青緑色域での蛍光ピークの蛍光
強度（Ｆ５１０）とクロロフィル蛍光のピーク強度（Ｆ
７４０）の比Ｆ５１０／Ｆ７４０と、クロロフィル含量
との関係を求めた。その結果を図５に示す。同図に示す
ように、蛍光強度比Ｆ５１０／Ｆ７４０がクロロフィル
含量の多少によらずクロロフィル含量と線形の関係にあ
ることが判明した。これにより、クロロフィル含量が多
いときでも蛍光強度比Ｆ５１０／Ｆ７４０に基づいてク
ロロフィル含量を高精度に推定できるようになる。
【００３５】（比較例）上述したクロロフィル含量推定
装置１を利用して上述の前処理を施した葉２について測
定を行った。そして、クロロフィル蛍光での異なる２つ
の蛍光ピークの強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０とクロロフィ
ル含量との関係を求めた。その結果を図６に示す。同図
に示すように、蛍光強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０はクロロ
フィル含量が多くなると収束してしまうことが判明し
た。これにより、クロロフィル含量が多いときは、蛍光
強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０に基づいてクロロフィル含量
を推定する精度が低くなってしまう。
装置１を利用して上述の前処理を施した葉２について測
定を行った。そして、クロロフィル蛍光での異なる２つ
の蛍光ピークの強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０とクロロフィ
ル含量との関係を求めた。その結果を図６に示す。同図
に示すように、蛍光強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０はクロロ
フィル含量が多くなると収束してしまうことが判明し
た。これにより、クロロフィル含量が多いときは、蛍光
強度比Ｆ６９０／Ｆ７４０に基づいてクロロフィル含量
を推定する精度が低くなってしまう。
【００３６】これら実施例１，２および比較例の結果か
ら明らかなように、本発明のクロロフィル含量推定装置
１によれば青緑色域での蛍光ピークとクロロフィル蛍光
の蛍光ピークとの蛍光強度比に基づいてクロロフィル含
量を推定しているので、クロロフィル含量を高精度に推
定できるようになることが判明した。
ら明らかなように、本発明のクロロフィル含量推定装置
１によれば青緑色域での蛍光ピークとクロロフィル蛍光
の蛍光ピークとの蛍光強度比に基づいてクロロフィル含
量を推定しているので、クロロフィル含量を高精度に推
定できるようになることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の葉のクロロフィル含量推定方法および請求項４
記載の葉のクロロフィル含量推定装置によれば、蛍光ス
ペクトルのクロロフィル蛍光のピーク強度と青緑色域の
蛍光のピーク強度の比ならびに該比と葉のクロロフィル
含量の線形関係に基づいて葉のクロロフィル含量を推定
するので、クロロフィル含量によらずクロロフィル蛍光
のピーク強度同士の比に基づいて推定するよりも推定精
度を高めることができる。
１記載の葉のクロロフィル含量推定方法および請求項４
記載の葉のクロロフィル含量推定装置によれば、蛍光ス
ペクトルのクロロフィル蛍光のピーク強度と青緑色域の
蛍光のピーク強度の比ならびに該比と葉のクロロフィル
含量の線形関係に基づいて葉のクロロフィル含量を推定
するので、クロロフィル含量によらずクロロフィル蛍光
のピーク強度同士の比に基づいて推定するよりも推定精
度を高めることができる。
【００３８】さらに、請求項２記載の葉のクロロフィル
含量推定方法および請求項５記載の葉のクロロフィル含
量推定装置によれば、遠隔照射および遠隔測定が可能に
なるので、作業効率を良好にすることができる。また、
植物群落情報のリモートセンシング技術の開発を図るこ
とができる。
含量推定方法および請求項５記載の葉のクロロフィル含
量推定装置によれば、遠隔照射および遠隔測定が可能に
なるので、作業効率を良好にすることができる。また、
植物群落情報のリモートセンシング技術の開発を図るこ
とができる。
【００３９】また、請求項３記載の葉のクロロフィル含
量推定方法および請求項６記載の葉のクロロフィル含量
推定装置によれば、蛍光の測定をごく短時間で行うこと
ができるので、蛍光の測定中に外光の強さが変化しても
ノイズとして誘起蛍光に影響を及ぼさないようにするこ
とができる。よって、クロロフィル含量の推定精度を更
に高めることができる。
量推定方法および請求項６記載の葉のクロロフィル含量
推定装置によれば、蛍光の測定をごく短時間で行うこと
ができるので、蛍光の測定中に外光の強さが変化しても
ノイズとして誘起蛍光に影響を及ぼさないようにするこ
とができる。よって、クロロフィル含量の推定精度を更
に高めることができる。
【図１】本発明に係る葉のクロロフィル含量推定方法に
より求めた青緑色域での蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ４６
０）とクロロフィル蛍光の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ７
４０）の比ならびにクロロフィル含量の線形関係を示す
グラフである。
より求めた青緑色域での蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ４６
０）とクロロフィル蛍光の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ７
４０）の比ならびにクロロフィル含量の線形関係を示す
グラフである。
【図２】本発明に係る葉のクロロフィル含量推定装置の
概略を示すブロック図である。
概略を示すブロック図である。
【図３】葉から得られた蛍光の強度と波長との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】発光と受光とのタイミングを示すタイムチャー
トである。
トである。
【図５】青緑色域での蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ５１
０）とクロロフィル蛍光の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ７
４０）の比ならびにクロロフィル含量の線形関係を示す
グラフである。
０）とクロロフィル蛍光の蛍光ピークの蛍光強度（Ｆ７
４０）の比ならびにクロロフィル含量の線形関係を示す
グラフである。
【図６】クロロフィル蛍光の異なる２つの蛍光ピークの
蛍光強度（Ｆ６９０、Ｆ７４０）の比とクロロフィル含
量との関係を示すグラフである。
蛍光強度（Ｆ６９０、Ｆ７４０）の比とクロロフィル含
量との関係を示すグラフである。
１ 葉のクロロフィル含量推定装置 ２ 葉 ３ 誘起光 ４ 誘起光源 ５ 蛍光 ６ 測定手段 ７ 推定手段 １１ 同期手段
Claims (6)
- 【請求項１】 測定対象である葉に青色光よりも短い波
長の誘起光を当て、前記誘起光により前記葉から放射さ
れた蛍光を受光してスペクトルを測定し、前記蛍光スペ
クトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度と青緑色域の
蛍光のピーク強度の比ならびに該比と前記葉のクロロフ
ィル含量の相関関係に基づいて前記葉のクロロフィル含
量を推定することを特徴とする葉のクロロフィル含量推
定方法。 - 【請求項２】 前記誘起光はレーザ光であることを特徴
とする請求項１記載の葉のクロロフィル含量推定方法。 - 【請求項３】 前記誘起光はパルス光であると共に、前
記葉から前記蛍光が放射される間のみ該蛍光を受光する
ように前記誘起光の発光と前記蛍光の受光とのタイミン
グを同期させることを特徴とする請求項１または２記載
の葉のクロロフィル含量推定方法。 - 【請求項４】 測定対象である葉に青色光よりも短い波
長の誘起光を当てる誘起光源と、前記葉から放射された
蛍光を受光してスペクトルを測定する測定手段と、前記
蛍光スペクトルでのクロロフィル蛍光のピーク強度と青
緑色域の蛍光のピーク強度の比ならびに該比と前記葉の
クロロフィル含量の相関関係に基づいて前記葉のクロロ
フィル含量を推定する推定手段とを備えることを特徴と
する葉のクロロフィル含量推定装置。 - 【請求項５】 前記誘起光はレーザ光であることを特徴
とする請求項４記載の葉のクロロフィル含量推定装置。 - 【請求項６】 前記誘起光はパルス光であると共に、前
記葉から前記蛍光が放射される間のみ該蛍光を受光する
ように前記誘起光源からの照射と前記測定手段による受
光とのタイミングを同期させる同期手段を備えることを
特徴とする請求項４または５記載の葉のクロロフィル含
量推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000072065A JP3579628B2 (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | 葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000072065A JP3579628B2 (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | 葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264254A true JP2001264254A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3579628B2 JP3579628B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=18590537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000072065A Expired - Fee Related JP3579628B2 (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | 葉のクロロフィル含量推定方法およびこれを利用した推定装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3579628B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103932A1 (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology | 植物プランクトンの分布計測方法及びその装置 |
| JP2009180745A (ja) * | 2009-05-18 | 2009-08-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 蛍光検出方法、検出装置及び蛍光検出プログラム |
| JP2012521278A (ja) * | 2009-03-26 | 2012-09-13 | ベスト ２ エヌヴェ | ジャガイモ生産品の選別方法および選別装置 |
| CN111781183A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-16 | 河南省农业科学院小麦研究所 | 一种利用叶绿素荧光估算植物叶片叶绿素含量的方法 |
-
2000
- 2000-03-15 JP JP2000072065A patent/JP3579628B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103932A1 (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology | 植物プランクトンの分布計測方法及びその装置 |
| JPWO2006103932A1 (ja) * | 2005-03-29 | 2008-09-04 | 国立大学法人東京海洋大学 | 植物プランクトンの分布計測方法及びその装置 |
| JP4904505B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2012-03-28 | 国立大学法人東京海洋大学 | 植物プランクトンの分布計測方法及びその装置 |
| JP2012521278A (ja) * | 2009-03-26 | 2012-09-13 | ベスト ２ エヌヴェ | ジャガイモ生産品の選別方法および選別装置 |
| JP2009180745A (ja) * | 2009-05-18 | 2009-08-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 蛍光検出方法、検出装置及び蛍光検出プログラム |
| CN111781183A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-16 | 河南省农业科学院小麦研究所 | 一种利用叶绿素荧光估算植物叶片叶绿素含量的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3579628B2 (ja) | 2004-10-20 |
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