JP2024044397A - plant sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数及びコストの低減を図る植物センサを提供する。【解決手段】第1波長帯域を含む第1測定光21を所定の広がり角で発光する第1発光部5と、第2波長帯域を含む第2測定光25を所定の広がり角で発光する第2発光部6と、測定対象からの第1反射測定光と第2反射測定光を受光する少なくとも1つの受光部7と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第1波長帯域と前記第2波長帯域を抽出する波長選択部材8,9と、各測定光の光量と各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11とを有し、前記波長選択部材8.9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各測定光21,25又は各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28が形成されるよう構成されている。【選択図】図2[Problem] To provide a plant sensor that reduces the number of parts and costs. [Solution] The plant sensor includes a first light-emitting unit 5 that emits a first measurement light 21 including a first wavelength band at a predetermined spread angle, a second light-emitting unit 6 that emits a second measurement light 25 including a second wavelength band at a predetermined spread angle, at least one light-receiving unit 7 that receives the first reflected measurement light and the second reflected measurement light from the measurement object, wavelength-selecting members 8 and 9 that extract the first wavelength band and the second wavelength band from at least one of the measurement light and the reflected measurement light, and a control unit 11 that calculates the growth status of the measurement object based on the amount of each measurement light and the amount of received reflected measurement light, and the wavelength-selecting members 8 and 9 are configured so that a wavelength-selecting film 28 having a recess that increases in thickness in response to an increase in the angle of incidence of each measurement light 21 and 25 or each reflected measurement light on the wavelength-selecting member is formed on at least one of the entrance surface and exit surface. [Selected Figure] Figure 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。 The present invention relates to a plant sensor that irradiates agricultural crops with measuring light and analyzes reflected light to measure the growth status of agricultural crops.
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。 Detecting the growth status of plants, especially agricultural crops, is important in the production management of agricultural crops. Conventionally, plants are irradiated with detection light diffused in one direction, and the growth state of the plants is detected based on the detection light reflected from the leaves of the plants. In this case, the reflected detection light also included reflected detection light from soil other than plant leaves, so the detection results contained noise.
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。 In addition, by shining two detection lights of different wavelengths onto the plant and comparing the amount of light reflected from the plant leaves, noise such as reflected detection light from the soil can be eliminated, improving detection accuracy.
然し乍ら、特定の波長の検出光を照射する為には、バンドパスフィルタ等の波長選択膜に対する入射角を一定にする必要があることから、部品点数が増加し、コストの増加を招いていた。 However, in order to irradiate detection light of a specific wavelength, the angle of incidence on the wavelength-selective film, such as a bandpass filter, must be constant, which increases the number of parts and leads to increased costs.
本発明は、部品点数及びコストの低減を図る植物センサを提供するものである。 The present invention provides a plant sensor that reduces the number of parts and costs.
本発明は、第1波長帯域を含む第1測定光を所定の広がり角で発光する第1発光部と、第2波長帯域を含む第2測定光を所定の広がり角で発光する第2発光部と、測定対象からの第1反射測定光と第2反射測定光を受光する少なくとも1つの受光部と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第1波長帯域と前記第2波長帯域を抽出する波長選択部材と、各測定光の光量と各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各測定光又は各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。 The present invention relates to a plant sensor having a first light-emitting unit that emits a first measurement light including a first wavelength band at a predetermined spread angle, a second light-emitting unit that emits a second measurement light including a second wavelength band at a predetermined spread angle, at least one light-receiving unit that receives the first reflected measurement light and the second reflected measurement light from the measurement object, a wavelength selection member that extracts the first wavelength band and the second wavelength band from at least one of the measurement light and the reflected measurement light, and a control unit that calculates the growth status of the measurement object based on the amount of each measurement light and the received amount of each reflected measurement light, and the wavelength selection member is configured so that a wavelength selection film having a recess that increases in thickness in response to an increase in the angle of incidence of each measurement light or each reflected measurement light on the wavelength selection member is formed on at least one of the entrance surface and exit surface.
又本発明は、前記凹部の膜厚は、該凹部に対する各測定光又は各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。 The present invention also relates to a plant sensor in which the film thickness of the recess is set so that the transmitted wavelength is constant or approximately constant regardless of the angle of incidence of each measurement light or each reflected measurement light relative to the recess.
又本発明は、前記波長選択部材は、各測定光の光路上に、各測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各測定光は入射角が回転対称となった状態で各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。 Further, in the present invention, the wavelength selection member is arranged on the optical path of each measurement light so as to be orthogonal to the optical axis of each measurement light, and each measurement light selects each wavelength with the incident angle being rotationally symmetrical. The present invention relates to a plant sensor configured to be incident on a selection member.
又本発明は、前記第1発光部と前記第2発光部の共通光路上に偏向光学部材が設けられ、該偏向光学部材は、各波長選択部材を透過した各測定光の一方を透過させ、他方を透過させた前記測定光と光軸が合致する様に偏向する様構成された植物センサに係るものである。 Further, the present invention provides a deflection optical member provided on a common optical path of the first light emitting section and the second light emitting section, the deflection optical member transmitting one of the measurement lights transmitted through each wavelength selection member, The present invention relates to a plant sensor configured to deflect the measuring light so that its optical axis coincides with the measuring light that is transmitted through the other side.
又本発明は、前記第1発光部と前記第2発光部の共通光路上に、前記第1測定光の光軸を前記第2測定光の光軸と合致する様偏向する偏向光学部材が設けられ、前記波長選択部材は前記第2測定光の光軸と直交する様に配置され、各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同軸で入射する様構成された植物センサに係るものである。 Further, the present invention provides a deflection optical member that deflects the optical axis of the first measurement light to match the optical axis of the second measurement light on a common optical path of the first light emission section and the second light emission section. The wavelength selection member is disposed so as to be orthogonal to the optical axis of the second measurement light, and each measurement light is configured to coaxially enter the wavelength selection member with the incident angles being rotationally symmetrical. This relates to a plant sensor.
又本発明は、前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様に配置され、各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。 Further, in the present invention, the wavelength selection member is disposed on the optical path of each reflected measurement light and is arranged perpendicular to the optical axis of each reflected measurement light, and the incident angle of each reflected measurement light is rotationally symmetrical. The present invention relates to a plant sensor configured such that the wavelength is incident on the wavelength selection member.
更に又本発明は、前記第1反射測定光を受光する第1受光部と、前記第2反射測定光を受光する第2受光部とを有し、前記波長選択部材は、各反射測定光の光路上であり、各反射測定光の光軸と直交する様にそれぞれ配置され、各反射測定光は入射角が回転対称となった状態でそれぞれ各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。 Furthermore, the present invention includes a first light receiving section that receives the first reflected measurement light, and a second light receiving section that receives the second reflected measurement light, and the wavelength selection member selects a wavelength of each reflected measurement light. A plant sensor arranged on the optical path and perpendicular to the optical axis of each reflected measurement light, and configured such that each reflected measurement light enters each wavelength selection member with the angle of incidence rotationally symmetrical. This is related to.
本発明によれば、第1波長帯域を含む第1測定光を所定の広がり角で発光する第1発光部と、第2波長帯域を含む第2測定光を所定の広がり角で発光する第2発光部と、測定対象からの第1反射測定光と第2反射測定光を受光する少なくとも1つの受光部と、各測定光と各反射測定光の少なくとも一方から前記第1波長帯域と前記第2波長帯域を抽出する波長選択部材と、各測定光の光量と各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各測定光又は各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、各測定光を平行光束とする為の光学系が不要となり、部品点数の低減及び製作コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a first light-emitting unit that emits a first measurement light including a first wavelength band at a predetermined spread angle, a second light-emitting unit that emits a second measurement light including a second wavelength band at a predetermined spread angle, at least one light-receiving unit that receives the first reflected measurement light and the second reflected measurement light from the measurement object, a wavelength selection member that extracts the first wavelength band and the second wavelength band from at least one of the measurement light and the reflected measurement light, and a control unit that calculates the growth status of the measurement object based on the amount of light of each measurement light and the received amount of each reflected measurement light, and the wavelength selection member is configured to form a wavelength selection film having a recess on at least one of the entrance surface and the exit surface, the film thickness of which increases in response to an increase in the angle of incidence of each measurement light or each reflected measurement light on the wavelength selection member, thereby eliminating the need for an optical system for making each measurement light into a parallel beam, and exhibiting the excellent effect of reducing the number of parts and reducing manufacturing costs.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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。 Figure 1 shows an overview of a plant sensor according to a first embodiment of the present invention.
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、2波長のレーザ光線(測定光2)を圃場等の測定対象3(例えば農作物)に交互に照射する。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。
In FIG. 1,
尚、前記植物センサ1からは、波長の異なる2種類の測定光が照射されるが、2種類の測定光を併せて前記測定光2と称している。同様に、前記測定対象3では2種類の反射測定光が反射されるが、2種対の反射測定光を併せて前記反射測定光4と称している。
The
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。
The
ここで、前記測定光2として使用される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として第1波長帯である735nm付近の波長(735nmを中心とした所定範囲の波長)からなる第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。
Here, as an example of the two wavelengths used as the
一方で、前記測定光2として第2波長帯である808nm付近の波長(808nmを中心とした所定範囲の波長)からなる第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。
On the other hand, when the
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。 It is also known that crop leaves contain nitrogen, with high nitrogen content when the growing conditions are good and low nitrogen content when the growing conditions are poor.
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。
Note that, in addition to the
上記した様に、前記測定光2は、735nm付近の波長からなる前記第1測定光2aと808nm付近の波長からなる前記第2測定光2bとが交互に照射される。即ち、前記第1測定光2aと前記第2測定光2bは同一又は略同軸光軸上に照射され、同一又は略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。
As described above, the
従って、808nm付近の波長からなる第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。
The amount of received light of the second reflected measurement light 4b having a wavelength of about 808 nm is therefore determined to depend on the amount of nitrogen contained, and the nitrogen content ratio of the
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。
The nitrogen content ratio of the
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。
Note that the
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。
Figure 2 shows a schematic diagram of the
該植物センサ1は、第1発光部5、第2発光部6、受光部7、第1波長選択部材8、第2波長選択部材9、制御部11、記憶部12、表示部13、操作部14とを具備し、各構成要素は筐体15に内蔵されている。又前記筐体15には、所定の開口面積を有する窓部16が形成されている。
The
前記第1発光部5は、第1測定光源17と第1光量センサ18を有している。前記第1測定光源17はLED光源であり、所定の広がり角、例えば±25°で第1投光光軸19上に第1波長帯域、即ち735nm付近の波長を含む所定波長範囲の第1測定光21を照射する様に構成されている。又、前記第1光量センサ18は、例えばフォトダイオード(PD)であり、前記第1測定光源17から発せられる前記第1測定光21の一部を受光し、前記第1測定光源17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。前記第1光量センサ18が検出した光量は、前記制御部11にリアルタイムで送信される。
The first
前記第2発光部6は、第2測定光源22と第2光量センサ23を有している。前記第2測定光源22はLED光源であり、所定の広がり角、例えば±25°で第2投光光軸24上に第2波長帯域、即ち808nm付近の波長を含む所定波長範囲の第2測定光25を照射する様に構成されている。又、前記第2光量センサ23は、例えばフォトダイオード(PD)であり、前記第2測定光源22から発せられる前記第2測定光25の一部を受光し、前記第2測定光源22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。前記第2光量センサ23が検出した光量は、前記制御部11にリアルタイムで送信される。
The second light-emitting
前記受光部7は、受光光軸26上に設けられた受光素子、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)である。又、前記受光部7は、前記受光光軸26に沿って入射した前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bの受光量をそれぞれ検出可能となっている。前記受光部7で検出された前記第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11に送信される。
The
前記第1波長選択部材8は、前記第1測定光21の光路上に、前記第1投光光軸19と直交する様に配置され、前記第1測定光21が全て前記第1波長選択部材8に入射する様に構成されている。即ち、前記第1測定光21の前記第1波長選択部材8に対する入射角は回転対称となる。又、前記第1波長選択部材8は、例えばバンドパスフィルタを有し、735nm付近の波長の光を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有している。
The first
前記第2波長選択部材9は、前記第2測定光25の光路上に、前記第2投光光軸24と直交する様に配置され、前記第2測定光25が全て前記第2波長選択部材9に入射する様に構成されている。即ち、前記第2測定光25の前記第2波長選択部材9に対する入射角は回転対称となる。又、前記第2波長選択部材9は、例えばバンドパスフィルタを有し、808nm付近の波長の光を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有している。
The second
前記制御部11は、後述する前記記憶部12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11は、前記第1測定光源17と前記第2測定光源22の発光を制御すると共に、前記受光部7で受光された前記反射測定光4(前記第1反射測定光4a、前記第2反射測定光4b)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。
The
前記記憶部12には、前記第1測定光源17と前記第2測定光源22を作動させ、前記第1測定光2aと前記第2測定光2bを前記測定対象3に交互に照射する為の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12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、前記第1測定光21中の前記第1測定光2aの割合と、前記第2測定光25中の前記第2測定光2bの割合とが格納されている。
The
図3は、前記第1波長選択部材8を示している。尚、該第1波長選択部材8と前記第2波長選択部材9とは同等の構成となっているので、以下では前記第1波長選択部材8について説明し、前記第2波長選択部材9の説明を省略する。
FIG. 3 shows the first
前記第1波長選択部材8は、円盤状のガラス板27と、該ガラス板27の入射面と射出面の両面に形成された波長選択膜28とを有している。前記第1波長選択部材8は、例えば半径15mmであり、該第1波長選択部材8に広がり角±25°で前記第1測定光21が照射された際の、該第1測定光21のビーム径(有効径)が13mmとなる様に前記第1波長選択部材8が配置されている。
The first
図4(B)は、本発明の第1の実施例に係る前記波長選択膜28の光学特性を示すグラフである。該波長選択膜28は、735nm付近の波長を選択して透過させるバンドパスフィルタとなっている。
Figure 4 (B) is a graph showing the optical characteristics of the
ここで、バンドパスフィルタは、バンド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28の膜厚が中心から外周に向って一定の場合、入射角0°で前記第1測定光21が入射した場合と、入射角25°で前記第1測定光21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28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。
Here, it is known that the transmitted wavelength of a band-pass filter shifts depending on the angle of incidence on the band-pass filter. For example, as shown in FIG. 4(A), when the thickness of the
一方で、前記波長選択膜28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。
On the other hand, it has also been found that increasing the thickness of the
そこで、第1の実施例では、前記第1測定光21の入射角の増加に対応して、前記波長選択膜28の膜厚を増加させ、前記第1測定光21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28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とは合致又は略合致している。
Therefore, in the first embodiment, the thickness of the
図3、図5に示される様に、前記波長選択膜28は、前記第1投光光軸19を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側向って同心円状に膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部29が形成されている。該凹部29の外径は、前記第1測定光21が前記波長選択膜28に入射する際、及び該波長選択膜28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28の前記凹部29は、射出側の前記波長選択膜28の前記凹部29よりも外径が小さくなっている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
前記第1測定光21の光束径を有効径とし、有効径r=1に規格化し、前記凹部29の中心(r=0)、即ち前記第1投光光軸19上の前記凹部29(前記波長選択膜28)の膜厚t=1に規格化した場合、前記凹部29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、前記凹部29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。
The luminous flux diameter of the
図5は、前記凹部29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31は、前記凹部29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。
Figure 5 is a graph showing the relationship between the radial position of the
尚、前記曲線31の形状は、前記第1測定光21の広がり角や、前記波長選択膜28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31の形状は、前記波長選択膜28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31は、例えば2次以下の多項式として定義できる。
The shape of the
又、前記第1波長選択部材8の入射面と射出面では、前記第1測定光21の有効径が異なるので、前記曲線31の形状は入射側の前記凹部29と射出側の前記凹部29とで異なる。
In addition, since the effective diameter of the first measuring
尚、前記第1波長選択部材8と同様に、前記第2波長選択部材9にも波長選択膜32と凹部33が形成されている。前記波長選択膜32は、808nm付近の波長の光を選択して透過させるバンドパスフィルタとなっている。前記波長選択膜32及び前記凹部33は、透過波長を除き、前記波長選択膜28及び前記凹部29と同様の構成となっている。
Note that, like the first
前記表示部13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。
The
前記操作部14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13をタッチパネルとすることで、該表示部13と前記操作部14とを兼用することができる。この場合、該操作部14は省略できる。
The
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。
Next, a case will be described in which the growth status of the
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14を介して測定開始が入力されると、前記制御部11は、前記第1測定光源17と前記第2測定光源22に対して前記第1測定光21と前記第2測定光25とを交互にパルス発光させる。
When a start of measurement is input via the
前記第1測定光21は、前記第1投光光軸19上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記第1波長選択部材8に入射する。又、前記第1測定光21の光量は、前記第1光量センサ18によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部11に出力される。
The
前記第1波長選択部材8は、第1波長帯域、即ち735nm付近の波長からなる前記第1測定光2aのみを透過させ、その他の波長を有する前記第1測定光21を遮断する。
The first
前記第1波長選択部材8を透過した前記第1測定光2aは、前記窓部16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28は、前記第1測定光2a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28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のみが前記波長選択膜28を透過する。
The
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。
Note that the distance from the
前記第1測定光2a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、前記第1反射測定光4aが前記窓部16を介して前記受光部7に受光される。該受光部7は、前記第1反射測定光4aの受光量を前記制御部11に出力する。
The
同様に、前記第2測定光25は、前記第2投光光軸24上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記第2波長選択部材9に入射する。又、前記第2測定光25の光量は、前記第2光量センサ23によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部11に出力される。
Similarly, the
前記第2波長選択部材9は、第2波長帯域、即ち808nm付近の波長からなる前記第2測定光2bのみを透過させ、その他の波長を有する前記第2測定光25を遮断する。
The second
前記第2波長選択部材9を透過した前記第2測定光2bは、前記窓部16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32は、前記第2測定光2b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32に対する入射角に拘らず、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32を透過する。
The
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、前記第2反射測定光4bが前記窓部16を介して前記受光部7に受光される。該受光部7は、前記第2反射測定光4bの受光量を前記制御部11に出力する。
The
従って、前記受光部7は、前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bとを交互に受信し、各受光量データを前記制御部11に交互に送出する。
Therefore, the
該制御部11は、前記第1光量センサ18から入力された前記第1測定光21の光量と、前記第2光量センサ23から入力された前記第2測定光25の光量と、前記第1測定光21中の前記第1測定光2aの割合と、前記第2測定光25中の前記第2測定光2bの割合と、前記受光部7から入力された前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bの受光量とに基づき、前記測定対象3の窒素含有比率を演算する。
The
又、前記制御部11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13に表示する。更に、前記制御部11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13に表示する。
Further, the
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。
When the measurement is completed, the measurement position is changed, and the measurement light is irradiated onto the
上述の様に、第1の実施例では、前記第1波長選択部材8の前記波長選択膜28と前記第2波長選択部材9の前記波長選択膜32とが、前記第1測定光21と前記第2測定光25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。
As described above, in the first embodiment, the
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、前記第1測定光21と前記第2測定光25の入射角に拘らず、前記波長選択膜28と前記波長選択膜32が透過させる前記第1測定光2aと前記第2測定光2bの波長を一定とすることができる。
Therefore, it is possible to prevent a shift in the transmitted wavelength due to a change in the angle of incidence, so that the
又、透過波長が一定となることで、透過波長の範囲が狭いバンドパスフィルタを用いることができるので、前記第1測定光2aと前記第2測定光2bの光量を充分に確保できると共に、前記第1測定光21と前記第2測定光25の光量の損失を抑制することができる。又、第1波長帯及び第2波長帯を中心とした狭い範囲の測定光を使用することで、測定精度を向上させることができる。
In addition, since the transmission wavelength is constant, a bandpass filter with a narrow range of transmission wavelengths can be used, so that the light amount of the
又、前記波長選択膜28に対する前記第1測定光21の入射角、前記波長選択膜32に対する前記第2測定光25の入射角を揃える必要がないので、前記第1測定光21と前記第2測定光25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。
Furthermore, since it is not necessary to make the incident angle of the
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。
In the first embodiment, the
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。
In this case, a map of the growth status of the
又、前記波長選択膜28及び前記波長選択膜32の透過波長は、温度によっても変化する。従って、前記第1測定光源17及び前記第2測定光源22の発光を制御することで、前記第1測定光源17及び前記第2測定光源22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。
The transmission wavelengths of the
又、前記第1測定光源17及び前記第2測定光源22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。
In addition, a temperature sensor capable of detecting the temperatures of the first
又、第1の実施例では、前記ガラス板27と、該ガラス板27の入射面と射出面の両方に設けられた前記波長選択膜28により前記第1波長選択部材8が形成されている。一方で、該第1波長選択部材8は、前記ガラス板27と、該ガラス板27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28により形成してもよい。前記第2波長選択部材9についても同様に、ガラス板(図示せず)の入射面と射出面のいずれか一方に前記波長選択膜32を設け、前記第2波長選択部材9を形成してもよい。
Further, in the first embodiment, the first
又、前記窓部16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16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。
The
又、第1の実施例では、前記第1測定光源17の近傍に前記第1光量センサ18を設けると共に、前記第2測定光源22の近傍に前記第2光量センサ23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第1測定光2aと前記第2測定光2bをそれぞれ照射し、その時の前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bの各受光量を予め取得してもよい。この場合、前記第1光量センサ18と前記第2光量センサ23は省略することができる。
In the first embodiment, the first
又、第1の実施例では、前記第1測定光2aと前記第2測定光2b、前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bが共に前記窓部16を通過する構成となっている。一方で、前記第1測定光2aと前記第2測定光2bが通過する窓部と、前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4b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第1測定光2aと前記第2測定光2b(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。
In the first embodiment, the
次に、図6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。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. In FIG. 6, the same reference numerals are used to designate the same parts as in FIG. 2, and their description will be omitted.
第2の実施例では、第1投光光軸19と第2投光光軸24とが直交する様に第1発光部5と第2発光部6が設けられている。又、前記第1投光光軸19と前記第2投光光軸24の交差位置であり、前記第1発光部5と第2発光部6の共通光路上には偏向光学部材35が設けられている。
In the second embodiment, the first light-emitting
又、前記第1発光部5と前記偏向光学部材35との間に第1波長選択部材8が配置され、第1測定光21は入射角が回転対称となった状態で前記第1波長選択部材8に入射する様に構成される。又、前記第2発光部6と前記偏向光学部材35との間に第2波長選択部材9が配置され、前記第1測定光21と交互に発せられる第2測定光25は、入射角が回転対称となった状態で前記第2波長選択部材9に入射する様に構成される。
A first
前記偏向光学部材35は、例えば表面にダイクロイックフィルタが設けられたガラス板であり、第2波長帯域、即ち808nm付近の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射する光学特性を有している。
The deflection
尚、前記偏向光学部材35は、第1波長帯域、即ち735nm付近の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射させる光学特性としてもよい。即ち、前記第1発光部5を前記偏向光学部材35の透過側に配置し、前記第2発光部6を前記偏向光学部材35の反射側に配置してもよい。
The deflection
従って、第2測定光源22から発せられ、前記第2波長選択部材9を透過した第2測定光2bは、前記偏向光学部材35を透過する。又、前記第1測定光源17から発せられ、前記第1波長選択部材8を透過した前記第1測定光2aは、前記偏向光学部材35により前記第1投光光軸19と前記第2投光光軸24とが合致する様直角に偏向される。
Therefore, the
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第1波長帯域を含む前記第1測定光21は、前記第1波長選択部材8、即ち前記凹部29を透過する過程で第1波長帯域からなる前記第1測定光2aのみが抽出され、前記偏向光学部材35で反射された後、窓部16を介して前記測定対象3に照射される。
In the second embodiment, the first measuring
又、前記測定対象3に向けて照射された第2波長帯域を含む前記第2測定光25は、前記第2波長選択部材9、即ち前記凹部33を透過する過程で第2波長帯域からなる前記第2測定光2bのみが抽出され、前記偏向光学部材35を透過した後、前記窓部16を介して前記測定対象3に照射される。
In addition, the
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16を介して前記受光部7に交互に受光される。前記第1反射測定光4aと前記第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。
The first reflected measuring light 4a and the second reflected measuring light 4b reflected by the
第2の実施例に於いては、前記第1発光部5と第2発光部6との共通光路上に前記偏向光学部材35を設け、前記第1投光光軸19と前記第2投光光軸24とが合致する様に前記第1測定光2aを偏向させている。
In the second embodiment, the deflection
従って、前記第1測定光2aと前記第2測定光2bを平行に照射していた場合と比較して、前記窓部16を小さくすることができるので、前記植物センサ1の小型化を図ることができる。
Therefore, compared to the case where the
次に、図7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7中、図6中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Components in FIG. 7 that are the same as those in FIG. 6 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.
第3の実施例では、波長選択部材36が偏向光学部材35と窓部16との間に、第1投光光軸19及び第2投光光軸24と直交する様に配置されている。即ち、第1測定光21及び第2測定光25は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材36に入射する。
In the third embodiment, a
第3の実施例に於ける前記波長選択部材36は、入射面と射出面の少なくとも一方に波長選択膜37が設けられている。該波長選択膜37は、例えばデュアルパスフィルタとなっており、第1波長帯域、即ち735nm付近の波長の光と、第2波長帯域、即ち808nm付近の波長の光を選択して透過させる光学特性を有している。
In the third embodiment, the
又、前記波長選択膜37には、前記第1投光光軸19及び前記第2投光光軸24を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側向って同心円状に膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部38が形成されている。該凹部38は、前記偏向光学部材35で反射された第1測定光2aと前記偏向光学部材35を透過した第2測定光2bが全て入射可能な大きさを有している。
Further, the
第3の実施例に於いては、前記第1測定光21と前記第2測定光25とが交互に照射される。測定対象3(図1参照)に向けて照射された第1波長帯域を含む前記第1測定光21は、前記偏向光学部材35で反射された後、前記波長選択部材36、即ち前記凹部38を透過する過程で第1波長帯域からなる前記第1測定光2aのみが抽出され、窓部16を介して前記測定対象3に照射される。
In the third embodiment, the first measuring
又、前記測定対象3に向けて照射された第2波長帯域を含む前記第2測定光25は、前記偏向光学部材35を透過した後、前記波長選択部材36、即ち前記凹部38を透過する過程で第2波長帯域からなる前記第2測定光2bのみが抽出され、前記窓部16を介して前記測定対象3に照射される。
The
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16を介して受光部7に交互に受光される。前記第1反射測定光4aと前記第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。
The first reflected
第3の実施例に於いては、前記第1測定光21と前記第2測定光25とに対して、共通の前記波長選択部材36を設けている。
In the third embodiment, a common
従って、各測定光毎に波長選択部材を設ける必要がないので、部品点数の低減を図ることができる。 Therefore, there is no need to provide a wavelength selection member for each measurement light, which reduces the number of parts.
次に、図8に於いて、本発明の第4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。 Next, referring to FIG. 8, a fourth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
第4の実施例では、波長選択部材39が第1測定光21や第2測定光25の光路上ではなく、第1反射測定光41と第2反射測定光42の光路上に、受光光軸26と直交する様に配置されている。即ち、前記第1反射測定光41と前記第2反射測定光42は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材39に入射する。又、該波長選択部材39は、第1波長帯域(735nm付近)の光と第2波長帯域(808nm付近)の光を抽出するデュアルパスフィルタを有している。
In the fourth embodiment, the
第4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第1波長帯域の波長を有する第1測定光21と、第2波長帯域の波長を有する第2測定光25は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部16を介して前記測定対象3に交互に照射される。
In the fourth embodiment, a
該測定対象3で反射された前記第1反射測定光41と前記第2反射測定光42は、前記窓部16を介して前記波長選択部材39に入射する。該波長選択部材39は、第1の実施例~第3の実施例と同様に、前記第1反射測定光41と前記第2反射測定光42の入射角に対応して膜厚が変化する凹部44を有する波長選択膜が43設けられている。
The first reflected
前記第1反射測定光41は、前記凹部44を透過する過程で、第1波長帯域からなる第1反射測定光4aのみが抽出され、前記第2反射測定光42は、前記凹部44を透過する過程で、第2波長帯域からなる第2反射測定光4bのみが抽出される。
When the first reflected measurement light 41 passes through the
前記凹部44の透過後、前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bとが交互に受光部7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。
After passing through the
第4の実施例では、前記波長選択部材39が、前記第1反射測定光41と前記第2反射測定光42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。
In the fourth embodiment, the
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。
Therefore, it is possible to suppress external light from entering the
又、前記波長選択膜43に形成された前記凹部44により、入射角に基づく前記波長選択膜43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43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。
Furthermore, the
更に、前記波長選択部材39は、前記反射測定光4の光路上に1つ設けるだけでよいので、前記波長選択部材39を小型化できると共に、部品点数を低減でき、製作コストの低減を図ることができる。
Furthermore, since only one
次に、図9を参照して、本発明の第5の実施例について説明する。尚、図9中、図8中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 Next, referring to FIG. 9, a fifth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 9, the same parts as those in FIG. 8 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.
第5の実施例では、第1測定光21を照射する為の第1発光部5に対応して第1反射測定光4aを受光する為の第1受光部45が設けられ、第2測定光25を照射する為の第2発光部6に対応して第2反射測定光4bを受光する為の第2受光部46が設けられている。即ち、発光部と同数の受光部が設けられている。
In the fifth embodiment, a first
又、第1波長選択部材47は、第1反射測定光41の光路上に、第1受光光軸49と直交する様に配置され、第1波長帯域からなる第1反射測定光4aを前記第1反射測定光41から抽出するバンドパスフィルタを有している。前記第1反射測定光41は、入射角が回転対称となった状態で前記第1波長選択部材47に入射する。
Further, the first
第2波長選択部材48は、第2反射測定光42の光路上に、第2受光光軸51と直交する様に配置され、第2波長帯域からなる第2反射測定光4bを前記第2反射測定光42から抽出するバンドパスフィルタを有している。前記第2反射測定光42は、入射角が回転対称となった状態で前記第2波長選択部材48に入射する。
The second
第5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第1波長帯域の波長を有する第1測定光21と、第2波長帯域の波長を有する第2測定光25は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部16を介して前記測定対象3に同時に照射される。
In the fifth embodiment, a
該測定対象3で反射された前記第1反射測定光41は、前記窓部16を介して前記第1波長選択部材47に入射し、前記第2反射測定光42は前記窓部16を介して前記第2波長選択部材48に入射する。
The first reflected
第1の実施例~第4の実施例と同様に、前記第1波長選択部材47には、前記第1反射測定光41の入射角の増加に対応して膜厚が増加する凹部52を有する波長選択膜53が設けられ、前記第2波長選択部材48には、前記第2反射測定光42の入射角の増加に対応して膜厚が増加する凹部54を有する波長選択膜55が設けられている。
Similar to the first to fourth embodiments, the first
前記第1反射測定光41が前記凹部52を透過する過程で、前記第1反射測定光4aが抽出され、前記第1受光部45に受光される。又、前記第2反射測定光42が前記凹部54を透過する過程で、前記第2反射測定光4bが抽出され、前記第2受光部46に前記第1反射測定光4aと同時に受光される。該第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。
While the first reflected measuring light 41 passes through the
第5の実施例では、前記第1測定光21と前記第2測定光25とを同時に照射可能であり、前記第1反射測定光4aと前記第2反射測定光4bとを同時に受光可能となっている。
In the fifth embodiment, the
従って、前記第1測定光21の照射位置と前記第2測定光25の照射位置との位置ズレに基づく測定誤差を防止できるので、測定精度を更に向上させることができる。
Therefore, measurement errors due to positional misalignment between the irradiation position of the first measuring
1 植物センサ
2 測定光
3 測定対象
4 反射測定光
5 第1発光部
6 第2発光部
7 受光部
8 第1波長選択部材
9 第2波長選択部材
21 第1測定光
25 第2測定光
28 波長選択膜
29 凹部
35 偏向光学部材
41 第1反射測定光
42 第2反射測定光
1
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