JP2012150083A - 分光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた分光測定装置において、ＬＥＤの選別を行わなくても、目標とする波長の光を測定対象に照射する。
【解決手段】グラフＧ３１に示すように、ＬＥＤ１はピーク波長が７０５ｎｍであり、半値幅が２０ｎｍである。グラフＧ３２に示すように、ＬＥＤ２はピーク波長が７１５ｎｍであり、半値幅２０ｎｍである。したがって、ＬＥＤ１とＬＥＤ２とを同時に照射するとグラフＧ３３の放射強度分布を持つ合成光が得られる。これにより、目的とする７１０ｎｍのピーク波長を持つ合成光を測定対象Ｓに照射することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いて測定対象を照射する分光測定装置に関するものである。

近年、光源としてＬＥＤを用いた簡易型の分光測定装置が知られている。このような分光測定装置では、ＬＥＤの強度及び波長のばらつきが大きいため、強度及び波長のばらつきを補正する必要がある。

特許文献１には、植物の緑葉に光を照射し、緑葉からの反射光又は透過光を検出し、緑葉のレッドエッジの波長帯の分光特性を求め、その分光特性の経時的変化を求め、その計時的変化から緑葉の水分ストレスを評価する技術が開示されている。

このような、緑葉の分光特性を検出するには、１ｎｍ程度のスケールの波長の変化を検出する必要があるため、高精度の波長特性を持つ光源を用いる必要がある。ＬＥＤは強度及び波長に関して比較的大きな個体ばらつきを有する。この個体ばらつきに対応するために、従来、固体ばらつきの少ないＬＥＤを選別することが行われている。

また、本願に関連する先行技術文献として特許文献２が知られている。特許文献２には、ＬＥＤがマトリックス状に配列されたＬＥＤディスプレイ装置において、各ＬＥＤに供給する順電流を調整することで、各ＬＥＤの波長のバラツキを補正する技術が開示されている。

特開２００５−３０８７３３号公報 特開２００３−２２０５２号公報

しかしながら、このようにＬＥＤの選別を行うと分光測定装置のコストが嵩むという問題が発生する。また、ＬＥＤは環境温度によっても強度及び波長が変化する。そのため、分光特性を精度よく測定するには、この変化を補正する必要がある。また、特許文献２はＬＥＤディスプレイに関するものであり、分光測定装置に関するものではない。そのため、複数のＬＥＤの合成光を作るという発想はない。

本発明の目的は、ＬＥＤを用いた分光測定装置において、ＬＥＤを選別しなくても、目標とする波長の光を測定対象に照射することができる分光測定装置を提供することである。

（１）本発明による分光測定装置は、測定対象の分光特性を測定する分光測定装置であって、ピーク波長が近接する複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを同時に発光させ、１つのピーク波長を持つ合成光を前記測定対象に照射する点灯制御部と、前記測定対象からの光を受光する受光部とを備える。

この構成によれば、複数のＬＥＤを同時に発光させて１つのピーク波長を持つ合成光が測定対象に照射される。そのため、１つのＬＥＤを用いて光を照射する場合に比べて、ピーク波長が目標とするピーク波長に近い合成光を測定対象に照射することができる。また、複数のＬＥＤを同時に発光することで、ＬＥＤのシビアな選別を行わなくても、ピーク波長が目標とするピーク波長に近い合成光を測定対象に照射することができる。その結果、測定対象の分光特性を高精度に測定することができる。

（２）前記点灯制御部は、少なくとも１つのＬＥＤの放射強度及びピーク波長の少なくともいずれか一方を変化させ、前記合成光のピーク波長を調整することが好ましい。

この構成によれば、少なくとも１つのＬＥＤの放射強度及びピーク波長の少なくともいずれか一方を調整することで、合成光のピーク波長を目標のピーク波長に調整することができる。そのため、合成光のピーク波長を高精度に調整することができる。

（３）前記点灯制御部は、前記ＬＥＤに供給する駆動電流を調整することで、前記ＬＥＤの放射強度を変化させることが好ましい。

この構成によれば、ＬＥＤに供給する駆動電流を調整することで、合成光のピーク波長を調整することができる。

（４）前記点灯制御部は、前記ＬＥＤの周囲温度を変化させることで、前記ＬＥＤの波長を変化させることが好ましい。

この構成によれば、ＬＥＤの周囲温度を変化させることでＬＥＤのピーク波長を調整し、合成光のピーク波長を調整することができる。そのため、ＬＥＤの放射強度を調整することなく合成光のピーク波長を調整することができる。

（５）前記点灯制御部は、前記測定対象の分光特性の測定を開始する前に１又は複数のＬＥＤに事前に電流を流して前記１又は複数のＬＥＤの周囲温度を変化させ、測定開始時に残りのＬＥＤを点灯させ、前記合成光のピーク波長を所定の波長に調整することが好ましい。

この構成によれば、ＬＥＤの自己発熱を利用して、合成光のピーク波長を調整することができる。そのため、ヒーター等の加熱装置を別途設置することなく、ＬＥＤの周囲温度を調整することができ、低コストで合成光のピーク波長を調整することができる。

（６）前記測定対象は緑葉であり、前記点灯制御部は、少なくとも１つのＬＥＤのピーク波長を変化させて前記合成光のピーク波長の半値幅を変化させ、前記受光部は、前記合成光のピーク波長の半値幅が変化される都度、前記受光部により受光された水分ストレスが与えられた緑葉からの光の強度を検出すると共に、水分ストレスが与えられていない緑葉からの光の強度とを検出し、前記受光部により検出された光の強度を用いて、水分ストレスが与えられていない緑葉の分光特性に対する、水分ストレスが与えられた緑葉の分光特性の変化を求める分光特性評価部を更に備えることが好ましい。

この構成によれば、合成光の放射強度分布の半値幅を変化させながら、水分ストレスが与えられた緑葉と水分ストレスが与えられていない緑葉とからの光の強度が検出される。そして、検出された光の強度から、水分ストレスが与えられていない緑葉の分光特性に対する、水分ストレスが与えられた緑葉の分光特性の変化が求められる。そのため、緑葉の分光特性の変化を高精度に求めることができる。

（７）前記合成光の放射強度分布の半値幅を調整するためのＬＥＤを備えることが好ましい。

この構成によれば、合成光の放射強度分布の半値幅を広げて、測定対象からの光の検出信号の大きさを測定に最適な大きさに調整することができる。

（８）駆動電流を変えながら各ＬＥＤに白色ターゲットを照射させ、前記白色ターゲットからの光を前記受光部が受光したときに生じる検出電流に基づいて、各ＬＥＤについての駆動電流と前記検出電流との関係を示す放射特性を生成する放射特性生成部を更に備え、前記点灯制御部は、各ＬＥＤに対応する放射特性を用いて、各ＬＥＤから所定の強度の光を放射させるための駆動電流を決定することが好ましい。

ＬＥＤに供給する駆動電流とＬＥＤの放射強度との関係は個体差や環境温度により変動する。この構成によれば、各ＬＥＤの放射特性が事前に作成され、この放射特性を用いて各ＬＥＤの駆動電流が決定される。そのため、各ＬＥＤから目標とする放射強度の光を照射させることができる。

（９）前記測定対象は、緑葉であり、前記合成光は、前記緑葉のレッドエッジの波長帯にピーク波長を持つことが好ましい。

この構成によれば、緑葉のレッドエッジの波長帯の分光特性の変化を測定することができる。

本発明によれば、ＬＥＤを選別しなくても、目標とする波長の光を測定対象に照射することができる。

（Ａ）は本発明の実施の形態による分光測定装置のセンサヘッドの構造図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すセンサヘッドの下面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すセンサヘッドの上面図である。 本発明の実施の形態による分光測定装置の全体構成図である。 合成光の放射強度分布を示したグラフである。 ＬＥＤの放射特性を生成する際の分光測定装置の構成を簡略的に示した図である。 （Ａ）は、ＬＥＤの放射特性を示したグラフであり、縦軸はＰＤの検出電流Ｉｄ（μＡ）を示し、横軸は駆動電流Ｉｓ（ｍＡ）を示している。（Ｂ）は、放射特性生成部が取得したＬＥＤ１，ＬＥＤ２の駆動電流及びＰＤの検出電流の具体的な数値を示したテーブルである。 ピーク波長が調整された合成光の放射強度分布を示したグラフである。 ＬＥＤ１の温度特性を利用して合成光のピーク波長を調整する場合の合成光のグラフである。 ＬＥＤ１の温度特性を示したグラフである。 ＬＥＤ１の周囲温度とＬＥＤ１の駆動時間との関係を示すグラフである。 ＬＥＤ１にペルチェ素子を取り付けた場合の合成光の放射強度分布を示すグラフである。 半値幅が調整された合成光の放射強度分布を示したグラフである。 緑葉の分光特性を示したグラフである。 本発明の実施の形態による分光測定装置のブロック図である。

図１（Ａ）は本発明の実施の形態による分光測定装置のセンサヘッド１０の構造図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すセンサヘッド１０の下面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）に示すセンサヘッド１０の上面図である。以下、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を特に区別しない場合は、ＬＥＤと記述する。

センサヘッド１０は、ＬＥＤ取付孔１２、ＰＤ取付孔１３、空間部１４を備えている。ＬＥＤ取付孔１２は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３に対応して３個存在する。ＬＥＤ取付孔１２は、センサヘッド１０の上面１５から中心線ＣＬに対して所定角度（例えば３５度）傾斜したほぼ円筒状の孔であり、先端部にＬＥＤが取り付けられる。中心線ＣＬは、ＰＤの受光面の中心を通り、かつ、ＰＤの受光面と直交する直線である。また、ＬＥＤ取付孔１２は、ＬＥＤの放射面ＳＦよりも空間部１４側に多少突出しており、ＬＥＤのフードとしての機能を果たしている。これにより、ＬＥＤの放射光が散乱して測定対象Ｓに導かれることを防止することができる。また、ＬＥＤ取付孔１２は空間部１４と連通し、ＬＥＤからの光が測定対象Ｓへと導かれる。

ＰＤ取付孔１３は、センサヘッド１０の上面１５から中心線ＣＬに沿って下方向に向けて穿設されたほぼ円筒状の孔であり、先端に位置する段差部１３１においてＰＤが取り付けられる。また、ＰＤ取付孔１３の先端は空間部１４と連通している。

空間部１４は、センサヘッド１０の下面１１から中心線ＣＬに沿って上方向に向けて穿設されたほぼ円筒状の孔であり、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３の光を測定対象Ｓに導き、かつ、測定対象Ｓの反射光をＰＤに導く。

センサヘッド１０の下面１１は平面状になっており、測定台３０とで測定対象Ｓを挟持する。センサヘッド１０の下面１１の中央は測定窓Ｗが形成されている。図１（Ｂ）に示すように、測定窓Ｗは下面１１から見ると円形である。測定窓Ｗの中心よりもやや右側には、ＰＤ取付孔１３の開口部１３２が位置している。そして、開口部１３２は、測定対象Ｓの反射光をＰＤの受光面に導く。

ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は、下面１１から見ると、中心線ＣＬを中心として、一定の直径を持つ円周上に等間隔で配置されている。ＬＥＤ開口部１２１〜１２３は、下面１１から見ると、中心線ＣＬを中心として、一定の半径を持ち、かつ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３が配置されている円周よりも直径の小さな円周上に等間隔で設けられている。そして、ＬＥＤ開口部１２１〜１２３は、それぞれ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３の放射光を測定対象Ｓに導く。

ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は、上面１５から見ると、中心線ＣＬを中心として、一定の半径を持つ円周上に等間隔で配置されている。ＰＤは、上面１５から見ると上面１５の中心よりもやや右側に配置されている。

測定対象Ｓは、波長により反射強度の異なる分光特性を持っている。そして、本分光測定装置は、ある波長域における測定対象Ｓの分光特性の変化を測定する。

なお、図１では、ＬＥＤの個数は３個としたが、本発明はこれに限定されず、２個であってもよいし、４，５，６個以上の所定個数であってもよい。また、図１では、ＰＤの個数は１個としたが、本発明はこれに限定されず、複数個にしてもよく、この場合、各ＬＥＤに１個ずつＰＤを対応させてもよい。

ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は、各光軸が測定対象Ｓにおいて同一位置に位置し、かつ、中心線ＣＬから一定の角度（例えば３５度）となるように配置されている。

図２は、本発明の実施の形態による分光測定装置の全体構成図であり、（Ａ）は測定対象Ｓを挟持する前の状態を示し、（Ｂ）は測定対象Ｓを挟持した状態を示している。図２の例では、測定対象Ｓとして例えば緑葉が採用されている。

図２（Ａ）に示すように、分光測定装置は、センサヘッド１０、把持部２０、測定台３０、制御部４０、回転軸５０、及び固定台６０を備えている。センサヘッド１０は、図１で示したセンサヘッド１０であり、把持部２０の先端側に設けられている。

把持部２０は、基端側に回転軸５０が取り付けられ、例えば平板形状を持ち、回転軸５０を中心として、紙面において時計回り、又は反時計回りの方向に回転可能に取り付けられている。

測定台３０は、平板形状を持ち、測定時においては、図２（Ｂ）に示すように、把持部２０とで測定対象Ｓを挟む。制御部４０は、測定台３０の内部に設けられ、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータや専用のハードウェア回路により構成され、分光測定装置の全体制御を司る。回転軸５０は、固定台６０に対して紙面と直交する方向に取り付けられ、把持部２０を軸支する。固定台６０は、測定台３０の基端側において、上側に向けて立設して取り付けられている。バッテリ７０は、例えば二次電池により構成され、測定台３０の内部に設けられ、制御部４０、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３、ＰＤ等に電力を供給する。

緑葉や果樹においては、結実してからのある時期に灌水量を調整すると、糖度が増すことが確認されている。つまり、樹体に与える水分量を調整して、樹体に有る程度の水分ストレス（樹体の渇き）をかけると、糖度が増すのである。そして、緑葉や果樹にかかっている水分ストレス量は、例えば、特開２００５−３０８７３３号公報に開示されているように緑葉や果樹の測定対象の分光特性の変化を検出することで把握することができる。

図１３は、本発明の実施の形態による分光測定装置のブロック図である。分光測定装置は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３、制御部４０、ＰＤ、及び温度センサ４４を備えている。温度センサ４４は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３に対応して３個存在し、それぞれ対応するＬＥＤの周囲温度を検出する。制御部４０は、点灯制御部４１、放射特性生成部４２、及び分光特性評価部４３を備えている。

点灯制御部４１は、ピーク波長が近接したＬＥＤ１，ＬＥＤ２を同時に発光させ、１つのピーク波長の合成光を測定対象Ｓに照射する。図３は、合成光の放射強度分布を示したグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。なお、放射強度は、ＰＤが検出する検出電流を用いてその大きさが示されている。

グラフＧ３１は、ＬＥＤ１の放射強度分布である。グラフＧ３２は、ＬＥＤ２の放射強度分布である。グラフＧ３３は、合成光の放射強度分布である。

グラフＧ３１に示すように、ＬＥＤ１はピーク波長が７０５ｎｍであり、半値幅が２０ｎｍである。グラフＧ３２に示すように、ＬＥＤ２はピーク波長が７１５ｎｍであり、半値幅２０ｎｍである。

したがって、ＬＥＤ１とＬＥＤ２とを同時に照射するとグラフＧ３３の放射強度分布を持つ合成光が得られる。図３の例では、ＬＥＤ１のピーク波長が７０５ｎｍであり、ＬＥＤ２のピーク波長が７１５ｎｍであるため、両ピーク波長の平均値である７１０ｎｍにピーク波長を持つ合成光が得られる。これにより、目的とする７１０ｎｍのピーク波長を持つ合成光を測定対象Ｓに照射することができる。

このように、目標とするピーク波長λｐを持つ合成光を得るためには、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２のピーク波長をλ１，λ２、半値幅をｗとすると、λ２−λ１＜ｗ、λｐ＝（λ１＋λ２）／２を満たす必要がある。そのため、まず、ピーク波長λｐに近いピーク波長を持つＬＥＤ１を用意する。そして、用意したＬＥＤ１のピーク波長λ１と半値幅ｗとから、λｐ＝（λ１＋λ２）を用いてλ２を決定する。そして、ピーク波長がλ２であり、かつ、半値幅がＬＥＤ１と同じＬＥＤ２を用意する。これにより、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２を用いてピーク波長がλｐの合成光が得られる。

図１３に戻り、放射特性生成部４２は、駆動電流を変えながら各ＬＥＤに白色ターゲットを照射させ、白色ターゲットからの反射光をＰＤが受光したときに生じる検出電流に基づいて、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３についての駆動電流と検出電流との関係を示す放射特性を生成する。

ＬＥＤに供給する駆動電流と放射強度との関係は各ＬＥＤで個体差があり、同じ駆動電流をＬＥＤに供給しても同じ放射強度が得られない。そこで、放射特性生成部４２は、事前に各ＬＥＤの放射特性を生成しておく。そして、点灯制御部４１は、生成された放射特性を用いて、各ＬＥＤから所定の放射強度の光を放射させ、各ＬＥＤの個体差をキャリブレーションする。

図４は、ＬＥＤの放射特性を生成する際の分光測定装置の構成を簡略的に示した図である。以下の説明ではＬＥＤ１の放射特性を生成する場合を例に挙げて説明する。図５（Ａ）は、ＬＥＤの放射特性を示したグラフであり、縦軸はＰＤの検出電流Ｉｄ（μＡ）を示し、横軸は駆動電流Ｉｓ（ｍＡ）を示している。

まず、白色ターゲットＴＷを把持部２０と測定台３０とに挟持させる。ここで、白色ターゲットＴＷは、波長に対する反射強度が一定であるフラットな分光特性を持つ分光ターゲットである。また、ＬＥＤの駆動電流を測定するためのプローブをＬＥＤの電極に接触させる。また、ＰＤの検出電流を検出するためのプローブをＰＤの電極に接触させる。

そして、放射特性生成部４２は、点灯制御部４１に対してある放射強度でＬＥＤ１を点灯させるように指示する。これにより、白色ターゲットＴＷがＬＥＤ１により照射され、白色ターゲットＴＷからの反射光がＰＤにより検出される。

次に、放射特性生成部４２は、ＬＥＤ１に供給された駆動電流Ｉｓ１０と、ＰＤで発生した検出電流Ｉｄ１０とをプローブを介して取得し、図略のメモリに記憶する。

次に、放射特性生成部４２は、放射強度を変えてＬＥＤ１を点灯するように点灯制御部４１に指示する。これにより、先とは異なる放射強度の光が白色ターゲットＴＷに照射され、白色ターゲットＴＷからの反射光がＰＤにより検出される。

次に、放射特性生成部４２は、ＬＥＤ１に供給された駆動電流Ｉｓ１１と、ＰＤで発生した検出電流Ｉｄ１１とを取得し、図略のメモリに記憶する。

図５（Ｂ）は、放射特性生成部４２が取得したＬＥＤ１，ＬＥＤ２の駆動電流Ｉｓ及びＰＤの検出電流Ｉｄの具体的な数値を示したテーブルである。図５（Ｂ）の例では、（Ｉｓ１０，Ｉｄ１０）＝（１２．２ｍＡ，５μＡ）、（Ｉｓ１１，Ｉｄ１１）＝（２３．７ｍＡ，１０μＡ）が検出されていることが分かる。

そして、放射特性生成部４２は、２回の測定で得られた（Ｉｓ１０，Ｉｄ１０）と（Ｉｓ１１，Ｉｄ１１）とを線形補間し、ＬＥＤ１の放射特性Ｃ１を求める。放射特性生成部４２は、ＬＥＤ１と同様にしてＬＥＤ２の放射特性Ｃ２も求める。図５（Ｂ）の例では、（Ｉｓ２０，Ｉｄ２０）＝（１３．９ｍＡ，６．１μＡ）、（Ｉｓ２１，Ｉｄ２１）＝（１７．２ｍＡ，１０μＡ）が検出されているため、この２回の測定値を用いて放射特性Ｃ２が求められる。放射特性Ｃ１，Ｃ２は、線形特性を持つため、それぞれ、Ｉｓ＝αＩｄ＋β，Ｉｓ＝α´Ｉｄ＋β´で表される。よって、放射特性生成部４２は、（Ｉｓ１０，Ｉｄ１０）＝（１２．２ｍＡ，５μＡ）、（Ｉｓ１１，Ｉｄ１１）＝（２３．７ｍＡ，１０μＡ）をＩｓ＝αＩｄ＋βに代入して、α，βを求めて放射特性Ｃ１を求める。また、放射特性生成部４２は、（Ｉｓ２０，Ｉｄ２０）＝（１３．９ｍＡ，６．１μＡ）、（Ｉｓ２１，Ｉｄ２１）＝（１７．２ｍＡ，１０μＡ）をＩｓ＝α´Ｉｄ＋β´に代入して、α´，β´を求めて放射特性Ｃ２を求める。なお、図５において、ＬＥＤ３の放射特性を省略しているが、ＬＥＤ３についても、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２と同様にして放射特性が求められる。得られたＬＥＤ１〜ＬＥＤ３の放射特性Ｃ１〜Ｃ３は図略のメモリに記憶される。

そして、点灯制御部４１は、図５（Ａ）において、ＬＥＤ１の放射強度をＩｄｘ１とする場合は、放射特性Ｃ１を参照して駆動電流Ｉｓｘ１を特定し、駆動電流Ｉｓｘ１でＬＥＤ１を点灯させる。点灯制御部４１は、ＬＥＤ２，ＬＥＤ３についてもＬＥＤ１と同様に放射特性Ｃ２，Ｃ３を参照し、駆動電流を特定し、特定した駆動電流でＬＥＤ２，ＬＥＤ３を点灯させる。

ＬＥＤは強度及び波長にバラつきがあり、緑葉の分光特性を測定するには高精度な波長特性を制御する必要がある。バラつきをなくすためには各ＬＥＤの選別が必要になるが、コストアップのデメリットがある。ＬＥＤの選別の必要がなく、高精度な波長特性をターゲットに放射できる方法を以下に示す。図６は、ピーク波長が調整された合成光の放射強度分布を示したグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。ここでは、図６の通り合成光のピーク波長を長波長側に調整する場合を考える。

まず、事前に各ＬＥＤの放射特性を測定する。グラフＧ６１は、放射強度が調整される前のＬＥＤ１の放射強度分布である。グラフＧ６１´は放射強度が調整されたＬＥＤ１の放射強度分布である。グラフＧ６２は、放射強度が調整される前のＬＥＤ２の放射強度分布である。グラフＧ６２´は、放射強度が調整されたＬＥＤ２の放射強度分布である。グラフＧ６３は、放射強度が調整される前の合成光の放射強度分布である。グラフＧ６３´は、放射強度が調整されたＬＥＤ２の放射強度分布である。

ＬＥＤ２の駆動電流を大きくすると、ＬＥＤ２の放射強度の成分が増大するため、合成光のピーク波長は増大する。また、ＬＥＤ１の駆動電流を大きくすると、ＬＥＤ１の放射強度の成分が増大するため、合成光のピーク波長は小さくなる。

そこで、本実施の形態では、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２の放射強度のピークを、それぞれの放射特性を用いて調整することにより、合成光のピーク波長を調整し、所望のピーク波長の合成光を得る。

図６の例では、グラフＧ６３に示すように調整前の合成光のピーク波長は７１０ｎｍであるが、このピーク波長が所望のピーク波長である７１３ｎｍに調整されている。

これを実現するために、図６の例では、ＬＥＤ１の放射強度が調整前の放射強度に対して０．６６７倍、ＬＥＤ２の放射強度が調整前の放射強度に対して１．５倍となるようにＬＥＤ１，ＬＥＤ２のそれぞれの駆動電流を調整する。

具体的には、図５（Ａ）において、調整前のＬＥＤ１の放射強度（検出電流）がＩｄｘ１）、駆動電流がＩｓｘ１であったとすると、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の放射特性Ｃ１を参照して０．６６７・Ｉｄｘ１となるように、ＬＥＤ１の駆動電流を調整する。また、調整前のＬＥＤ２の放射強度（検出電流）がＩｄｘ１、駆動電流がＩｓｘ２であったとすると、点灯制御部４１は、ＬＥＤ２の放射特性Ｃ２を参照して、１．５・Ｉｄｘ１となるようにＬＥＤ２の駆動電流を調整する。

これにより、ＬＥＤ１の放射強度分布がグラフＧ６１からグラフＧ６１´に変化し、ＬＥＤ２の放射強度分布がグラフＧ６２からグラフＧ６２´に変化する。その結果、合成光の放射強度分布がグラフＧ６３からグラフＧ６３´に変化し、ピーク波長が７１３ｎｍの合成光が得られる。

なお、図６の例では、ＬＥＤ１とＬＥＤ２との放射強度を調整したが、ＬＥＤ１又はＬＥＤ２のみの放射強度を調整してもよい。また、合成光のピーク波長を減少させるには、図６の例と逆の調整を行えばよい。すなわち、ＬＥＤ１の放射強度を増大させ、ＬＥＤ２の放射強度を減少させればよい。

ＬＥＤ１は温度上昇により波長が大きくなる温度特性を持つ。図８は、ＬＥＤ１の温度特性を示したグラフであり、縦軸はＬＥＤ１の光の波長を示し、横軸はＬＥＤ１の周囲温度を示している。図８に示すように、ＬＥＤ１は周囲温度が増大するにつれて波長がほぼ線形に増大する温度特性を持っていることが分かる。なお、図８では、ＬＥＤ１の駆動電流は５０ｍＡである。

そこで、本実施の形態では、このＬＥＤ１の温度特性を利用して、合成光のピーク波長を調整する。具体的には、点灯制御部４１は、測定対象Ｓの分光特性の測定を開始する前にＬＥＤ１に事前に駆動電流を流してＬＥＤ１の周囲温度を変化させＬＥＤ１の波長を調整する。そして、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の波長が目標とする所定の波長になり、測定開始タイミングが到来するとＬＥＤ２も点灯させる。

図７は、ＬＥＤ１の温度特性を利用して合成光のピーク波長を調整する場合の合成光のグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。グラフＧ７１は駆動開始時のＬＥＤ１の放射強度分布を示し、グラフＧ７１´は測定開始時のＬＥＤ１の放射強度分布を示している。グラフＧ７２は測定開始時のＬＥＤ２の放射強度分布を示している。グラフＧ７３はＬＥＤ１とＬＥＤ２とを同時に点灯したときの合成光の放射強度分布を示し、グラフＧ７３´はＬＥＤ１を事前に駆動させてＬＥＤ１の周囲温度を上昇させた後、ＬＥＤ２を点灯したときの合成光の放射強度分布を示している。

まず、点灯制御部４１はＬＥＤ１の温度特性を事前に測定する。図９は、ＬＥＤ１の周囲温度とＬＥＤ１の駆動時間との関係を示すグラフであり、縦軸はＬＥＤの周囲温度を示し、横軸はＬＥＤの駆動時間を示している。

ここで、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の点灯開始時又はＬＥＤ１を点灯させてから所定時間ｔ０１が経過したときのＬＥＤ１の周囲温度Ｔ０１を検出する。次に、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１を点灯させてから所定時間ｔ０２が経過したときのＬＥＤ１の周囲温度Ｔ０２を検出する。そして、点灯制御部４１は、測定結果を線形補間することで、ＬＥＤ１の温度特性を求め、図略のメモリに記憶させる。以上によりＬＥＤ１の温度特性が得られる。

次に、測定時における分光測定装置の動作について説明する。まず、点灯制御部４１はＬＥＤ１を点灯し、ＬＥＤ１の温度センサ４４の測定データを取得し、ＬＥＤ１の駆動開始時の周囲温度を検出する。ここで、ＬＥＤ１の周囲温度がＴ０ｘであったとする。また、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の点灯開始と同時に、ＬＥＤ１の駆動時間を計時するためのタイマの計時動作を開始する。

次に、点灯制御部４１は、図８に示す温度特性を参照し、ＬＥＤ１の駆動開始時のピーク波長λｐｘ０を取得する。次に、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の温度特性を参照し、ＬＥＤ１の駆動開始時のピーク波長λｐｘ０が目標とするピーク波長λｐｘ１になるまでの温度差ΔＴを算出する。

次に、点灯制御部４１は、図９に示すグラフを参照し、ＬＥＤ１の周囲温度がＴ０ｘからＴ１ｘになるのに要するＬＥＤ１の駆動時間Δｔを算出する。次に、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の点灯を開始してから駆動時間Δｔが経過するとＬＥＤ２を点灯する。

これにより、図７に示すようにＬＥＤ１の放射強度分布がグラフＧ７１からＧ７１´に変化し、ＬＥＤ１のピーク波長がλｐｘ１となる。その結果、合成光の放射強度分布がグラフＧ７３からグラフＧ７３´に変化し、目標のピーク波長を持つ合成光が得られる。

なお、図７の例ではＬＥＤ１の温度特性を利用したが、ＬＥＤ２の温度特性を利用してもよい。この場合、点灯制御部４１は、まず、ＬＥＤ２を点灯させ、駆動時間Δｔが経過したときに、ＬＥＤ１を点灯させればよい。

なお、図７の例では、ＬＥＤ１を事前に点灯させてＬＥＤ１のピーク波長を増大させたが、ペルチェ素子を用いればＬＥＤ１の周囲温度を減少させることができる。図１０は、ＬＥＤ１にペルチェ素子を取り付けた場合の合成光の放射強度分布を示すグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。

グラフＧ１０１は駆動開始時のＬＥＤ１の放射強度分布を示し、グラフＧ１０１´は測定開始時のＬＥＤ１の放射強度分布を示している。グラフＧ１０２は測定開始時のＬＥＤ２の放射強度分布を示している。グラフＧ１０３はＬＥＤ１とＬＥＤ２とを同時に点灯したときの合成光の放射強度分布を示し、グラフＧ１０３´はＬＥＤ１を事前に駆動させてＬＥＤ１の周囲温度を減少させた後、ＬＥＤ２を点灯したときの合成光の放射強度分布を示している。

ＬＥＤ１にペルチェ素子を取り付ければ、ＬＥＤ１は駆動時間が増大するにつれて周囲温度が低下することができる。この場合、ＬＥＤ１の周囲温度とＬＥＤ１の駆動時間との関係は図１０とは逆に駆動時間が増大するにつれて波長が減少する右下がりの関係を持つ。

よって、点灯制御部４１は、ＬＥＤ１の点灯を開始して、合成光のピーク波長を目標とするピーク波長にすることができるピーク波長にＬＥＤ１のピーク波長が変化すると、ＬＥＤ２を点灯させる。これにより、ＬＥＤ１の放射強度分布は、グラフＧ１０１からグラフＧ１０１´に変化し、ＬＥＤ１のピーク波長が減少する。その結果、合成光のピーク波長が減少し、目標のピーク波長を持つ合成光が得られる。

次に、緑葉の分光特性の変化の測定手法について説明する。緑葉のレッドエッジの波長帯の分光特性の変化を検出するには数ｎｍの波長を制御する必要がある。これを実現するために、図１１に示すように３個のＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を使って合成光の放射強度分布の半値幅を微調整する。なお、半値幅の微調整することは、ＬＥＤの個数が２個でも可能であるが、ＰＤによる検出信号を大きくして検出精度を高めるために、以下の説明では３個のＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を用いる。

図１１は、半値幅が調整された合成光の放射強度分布を示したグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。グラフＧ１１１はＬＥＤ１の放射強度分布Ｅ１（λ）を示し、グラフＧ１１２はＬＥＤ２の放射強度分布Ｅ２（λ）を示し、グラフＧ１１３はＬＥＤ３の放射強度分布Ｅ３（λ）を示し、グラフＧ１１４は半値幅が調整される前の合成光の放射強度分布Ｅｓ（λ）を示し、グラフＧ１１４´は裾部分の波形が調整された後の放射強度分布Ｅｓ´（λ）を示している。

ＬＥＤ３は、合成光の放射強度分布の半値幅を調整するために設けられたＬＥＤである。図１１の例では、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２のピークの放射強度は同一であるが、ＬＥＤ３のピークの放射強度は、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２のピークの放射強度より２倍程度大きくされている。また、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２は、図３と同様、ピーク波長が７０５ｎｍ，７１５ｎｍであり、半値幅は共に２０ｎｍである。また、ＬＥＤ３は、ピーク波長がＬＥＤ１，ＬＥＤ２のピーク波長より大きく、かつ、半値幅がＬＥＤ２のピーク波長の差よりも大きい。この状態で合成光の放射強度はＥｓ（λ）となる。そして、点灯制御部４１は、ＬＥＤ３の波長を所定波長だけ増大させる。この場合、点灯制御部４１は、図７に示した手法を用いて、ＬＥＤ３のピーク波長を増大させればよい。

つまり、点灯制御部４１は、図８に示すようなＬＥＤ３の温度特性と、図９に示すようなＬＥＤ３の周囲温度及び駆動時間の関係とを事前に取得しておく。そして、点灯制御部４１は、ＬＥＤ３の駆動開始時の周囲温度を検出し、この周囲温度から駆動開始時のＬＥＤ３のピーク波長λｐｘ０を特定し、特定したピーク波長λｐｘ０を目標とするピーク波長λｐｘ１にするための温度差ΔＴを温度特性を参照して算出する。そして、点灯制御部４１は、ＬＥＤ３の周囲温度がｔ０ｘからｔ１ｘになるのに要するＬＥＤ３の駆動時間Δｔを算出する。そして、点灯制御部４１は、ＬＥＤ３の点灯を開始してから駆動時間Δｔが経過すると、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２を点灯する。

これにより、合成光の放射強度分布Ｅｓ（λ）はグラフＧ１１４からグラフＧ１１４´に変化して、放射強度分布Ｅｓ´（λ）となり、合成光の放射強度分布の長波長側（右側）の裾部分の波形が長波長側（右側）に平行移動し、半値幅が増大する。以上により、合成光の放射強度分布の半値幅が調整される。

なお、図１１の例では、合成光の放射強度分布の長波長側の裾部分の波形を長波長側にシフトさせて半値幅を調整したが、合成光の放射強度分布の短波長側の裾部分の波形を短波長側にシフトさせて半値幅を調整してもよい。この場合、ＬＥＤ３のピークの放射強度をＬＥＤ２と同じにし、ＬＥＤ１のピークの放射強度をＬＥＤ２，ＬＥＤ３の２倍程度にし、ＬＥＤ３のピーク波長を所定波長減少させる。これにより、合成光の放射強度分布の短波長側の裾部分の波形を短波長側にシフトすることができる。

つまり、合成光の放射光強度分布の長波長側の裾部分の波形を長波長側にシフトさせる場合は、長波長側のＬＥＤであるＬＥＤ３のピーク波長を長波長側にずらせばよい。また、合成光の放射光強度分布の短波長側の裾部分の波形を短波長側にシフトさせる場合は、短波長側のＬＥＤであるＬＥＤ１のピーク波長を短波長側にずらせばよい。

次に、測定対象Ｓとして緑葉を採用し、図１１に示す手法を用いて合成光の放射強度分布の長波長側の裾部分の波形を長波長側にシフトさせながら緑葉の反射強度の分光特性の変化を検出する方法について説明する。緑葉の分光特性のうち、７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯はレッドエッジと呼ばれ、レッドエッジの緑葉の分光特性の変化を検出することは、緑葉の水分ストレスを検出するうえで重要である。この分光特性の変化はブルーシフトとも呼ばれている。よって、緑葉のレッドエッジの分光特性の変化が分かれば、緑葉の水分ストレスの度合いが分かり、水分ストレスの度合いから灌水量を調整することができる。

そこで、本実施の形態では、水分ストレスが与えられていない緑葉の分光特性に対する、水分ストレスが与えられた緑葉の分光特性の変化を算出する。具体的には、図１３に示す分光特性評価部４３は、合成光の放射強度分布の半値幅が変化される都度、水分ストレスが与えられていない緑葉からの光の強度をＰＤに検出させる。また、分光特性評価部４３は、合成光の放射強度分布の半値幅が変化される都度、水分ストレスが与えられた緑葉からの光の強度をＰＤに検出させる。

そして、分光特性評価部４３は、ＰＤにより検出された光の強度から水分ストレスが与えられていない緑葉の分光分布に対する、水分ストレスが与えられた緑葉の分光分布の変化を算出する。

図１２は、緑葉の分光特性を示したグラフであり、縦軸は放射強度を示し、横軸は波長を示している。グラフＧ１２１〜Ｇ１２３は合成光の放射強度分布Ｅｓ１（λ）〜Ｅｓ３（λ）を示し、グラフＧ１２４は緑葉に水分ストレスを与えた場合の緑葉の分光特性Ｒ（λ）を示し、グラフＧ１２５は緑葉に水分ストレスを与えない場合の緑葉の分光特性Ｒ´（λ）を示している。なお、放射強度はＰＤによる検出電流で示されている。

以下、Ｅｓ１（λ），Ｅｓ２（λ），Ｅｓ３（λ）と順次に合成光の放射強度分布の長波長側の裾部分の波形を長波長側に変化させて緑葉の分光特性の変化ΔＡｓ１，ΔＡｓ２，ΔＡｓ３を求める手法について説明する。

まず、分光特性評価部４３は、点灯制御部４１に指示を与え、合成光の放射強度分布がＥｓ１（λ）となるようにＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯させる。放射強度分布がＥｓ１（λ）の合成光を水分ストレスが与えられた緑葉に照射すると、反射強度は、Ｅｓ１（λ）・Ｒ（λ）となる。また、放射強度分布がＥｓ１（λ）の合成光を水分ストレスが与えられていない緑葉に照射すると、反射強度は、Ｅｓ１（λ）・Ｒ´（λ）となる。

したがって、分光特性評価部４３は、ＰＤで検出された反射強度Ｅｓ１（λ）・Ｒ（λ）と、反射強度Ｅｓ１（λ）・Ｒ´（λ）とを用いて、式（１）で示される分光特性の変化ΔＡｓ１を求める。

ΔＡｓ１＝Ｒ´（λ）・Ｅｓ１（λ）−Ｒ（λ）・Ｅｓ１（λ） （１）
次に、分光特性評価部４３は、点灯制御部４１に指示を与え、合成光の放射強度分布がＥｓ２（λ）となるようにＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯させる。この場合、点灯制御部４１は、例えば図１１で説明した手法を用いて、ＬＥＤ３のピーク波長を所定波長増大させ、合成光の放射強度分布の波形の裾部分を所定波長だけ長波長側にシフトさせ、合成光の放射強度分布の半値幅を増大させる。放射強度分布がＥｓ２（λ）の合成光を水分ストレスが与えられた緑葉に照射すると、反射強度は、Ｅｓ２（λ）・Ｒ（λ）となる。また、放射強度分布がＥｓ２（λ）の合成光を水分ストレスが与えられていない緑葉に照射すると、反射強度は、Ｅｓ２（λ）・Ｒ´（λ）となる。

したがって、分光特性評価部４３は、ＰＤで検出された反射強度Ｅｓ２（λ）・Ｒ（λ）と、反射強度Ｅｓ２（λ）・Ｒ´（λ）と、分光特性の変化ΔＡｓ１とを用いて、式（２）で示される分光特性の変化ΔＡｓ２を求める。

ΔＡｓ２＝Ｒ´（λ）・Ｅｓ２（λ）−Ｒ（λ）・Ｅｓ２（λ）−ΔＡｓ１ （２）
次に、分光特性評価部４３は、同様にして、放射強度分布がＥｓ３（λ）で示される合成光を緑葉に照射し、分光特性の変化ΔＡｓ３を求める。分光特性の変化ΔＡｓ３は式（３）で表される。

ΔＡｓ３＝Ｒ´（λ）・Ｅｓ３（λ）−Ｒ（λ）・Ｅｓ３（λ）−ΔＡｓ２−ΔＡｓ１ （３）
このようにして求められたΔＡｓ１〜ΔＡｓ３からなるデータ群が分光特性の変化ΔＡｓとなる。なお、合成光の放射強度分布の波形をｎ回変化させたときの分光特性の変化ΔＡｓｎは、式（４）で表される。

ΔＡｓｎ＝Ｒ´（λ）・Ｅｓｎ（λ）−Ｒ（λ）・Ｅｓｎ（λ）−Σ_{ｉ＝１〜ｎ}ΔＡｓｉ （４）
この場合、ｎ個の分光特性の変化ΔＡｓ１〜ΔＡｓｎのデータ群が分光特性の変化ΔＡｓとなる。このように本実施の形態によれば、３つのＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を用いて半値幅の異なる複数の光を測定対象Ｓに照射したときの分光特性の変化が高分解能で測定できる。また、この手法は緑葉の個体差及び種類に関わらず適用可能であるため、緑葉の個体差及び種類に関わらず緑葉の分光特性の変化を高分解能で測定できる。なお、上記実施の形態では、反射型の分光特性装置を例に挙げて説明したが、透過型の分光測定装置であっても本発明は適用可能である。

Ｃ１，Ｃ２ 放射特性
Ｅ１〜Ｅ３，Ｅｓ，Ｅｓ１〜Ｅｓ３ 放射強度分布
Ｉｄ，Ｉｄ１０，Ｉｄ１１ 検出電流
Ｉｓ，Ｉｓ１０，Ｉｓ１１，Ｉｓｘ１ 駆動電流
Ｒ 分光特性
Ｓ 測定対象
Ｔ０１，Ｔ０２ 周囲温度
Ｗ 測定窓
ｔ０１，ｔ０２ 所定時間
ΔＡｓ，ΔＡｓ１〜ΔＡｓ３，ΔＡｓｎ 分光特性の変化
ΔＴ 温度差
Δｔ 駆動時間
λ１，λｐ，λｐｘ０，λｐｘ１ ピーク波長
１〜３ ＬＥＤ
４０ 制御部
４１ 点灯制御部
４２ 放射特性生成部
４３ 分光特性評価部
４４ 温度センサ

Claims (9)

1. 測定対象の分光特性を測定する分光測定装置であって、
   ピーク波長が近接する複数のＬＥＤと、
   前記複数のＬＥＤを同時に発光させ、１つのピーク波長を持つ合成光を前記測定対象に照射する点灯制御部と、
   前記測定対象からの光を受光する受光部とを備える分光測定装置。
2. 前記点灯制御部は、少なくとも１つのＬＥＤの放射強度及びピーク波長の少なくともいずれか一方を変化させ、前記合成光のピーク波長を調整する請求項１記載の分光測定装置。
3. 前記点灯制御部は、前記ＬＥＤに供給する駆動電流を調整することで、前記ＬＥＤの放射強度を変化させる請求項２記載の分光測定装置。
4. 前記点灯制御部は、前記ＬＥＤの周囲温度を変化させることで、前記ＬＥＤの波長を変化させる請求項２記載の分光測定装置。
5. 前記点灯制御部は、前記測定対象の分光特性の測定を開始する前に１又は複数のＬＥＤに事前に駆動電流を流して前記１又は複数のＬＥＤの周囲温度を変化させ、測定開始時に残りのＬＥＤを点灯させ、前記合成光のピーク波長を所定の波長に調整する請求項４記載の分光測定装置。
6. 前記測定対象は緑葉であり、
   前記点灯制御部は、少なくとも１つのＬＥＤのピーク波長を変化させて前記合成光のピーク波長の半値幅を変化させ、
   前記受光部は、前記合成光のピーク波長の半値幅が変化される都度、前記受光部により受光された水分ストレスが与えられた緑葉からの光の強度を検出すると共に、水分ストレスが与えられていない緑葉からの光の強度とを検出し、
   前記受光部により検出された光の強度を用いて、水分ストレスが与えられていない緑葉の分光特性に対する、水分ストレスが与えられた緑葉の分光特性の変化を求める分光特性評価部を更に備える請求項１〜５のいずれかに記載の分光測定装置。
7. 前記合成光の放射強度分布の半値幅を調整するためのＬＥＤを備える請求項１〜６のいずれかに記載の分光測定装置。
8. 駆動電流を変えながら各ＬＥＤに白色ターゲットを照射させ、前記白色ターゲットからの光を前記受光部が受光したときに生じる検出電流に基づいて、各ＬＥＤについての駆動電流と前記検出電流との関係を示す放射特性を生成する放射特性生成部を更に備え、
   前記点灯制御部は、各ＬＥＤに対応する放射特性を用いて、各ＬＥＤから所定の強度の光を放射させるための駆動電流を決定する請求項１〜７のいずれかに記載の分光測定装置。
9. 前記測定対象は、緑葉であり、
   前記合成光は、前記緑葉のレッドエッジの波長帯にピーク波長を持つ請求項１〜８のいずれかに記載の分光測定装置。

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