JP5522913B2 - 植物用センサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、生育状況測定対象としての作物等に向けて照射された測定光の作物等による反射光の光量を測定して作物等の生育状況を把握可能な植物用センサ装置に関し、より詳細には、その反射光の光量に基づき反射率を求めて、正確かつ精密に作物等の生育状況を把握可能な植物用センサ装置の改良に関する。
近年、世界的に人口が増加する一方、農地面積は環境の変化に伴って減少傾向にある。その結果、単位人口当たりの農地面積が減少し、食糧危機に陥る可能性が指摘されている。
そこで、単位面積当たりの農産物、例えば、穀物、野菜等の作物の生産能力の向上が要望されている。このために、作物生育状況を的確に把握して効率良く作物を生産することが重要視される。
従来から、作物の生育状況を把握するために、植物用センサ装置としての農業用センサ装置が提案されている。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、従来の農業用センサ装置の光源部の概略構成を示している。この農業用センサ装置は、ＬＥＤ４４ａ〜ＬＥＤ４４ｅから出射された測定光をレンズ３０を通して生育状況測定対象としての作物に照射し、その作物からの反射光を凹面鏡３４を介して第1受光部３８で受光している。
また、この農業用センサ装置は、各ＬＥＤ４４ａ〜ＬＥＤ４４ｅから出射された測定光の一部を導光板４２により第２受光部４０に導いて第２受光部４０で受光している。この農業用センサ装置は、その第1受光部３８の受光信号と第２受光部４０の受光信号とに基づいて、作物の反射率を測定する。
また、農業用センサ装置は、ＬＥＤ４４ａ〜ＬＥＤ４４ｅから出射される測定光の波長とは異なる波長の測定光を出射するＬＥＤ４６ａ〜ＬＥＤ４６ｅを用いて、作物の反射率を測定している。
そして、従来の農業用センサ装置は、これらの互いに異なる二つの波長の反射率に基づいて、正規化差植生指数（ＮＤＶＩ）を求めている（例えば、特許文献１参照。）。
ＵＳ ６，５９６，９９６ Ｂ１（登録日 ＪＵＬ．２２,２００３）
その従来の農業用センサ装置によれば、作物生育状況の情報を取得して、効率的な肥料の散布を行うことができる。
ところで、その従来の農業用センサ装置では、第1受光部３８が受光する受光量には、外乱光に起因する光量成分と測定光の作物による反射に基づく光量成分とが含まれている。
従来、この農業用センサ装置では、バンドパスフィルター３２を用いて、外乱光に起因する光量成分を除去している。
しかしながら、この従来の農業用センサ装置では、光学系の構成が若干複雑化すると共に、バンドパスフィルターを用いたとしても、必ずしも外乱光に起因する光量成分を除去しきれず、作物の反射率を正確に測定し難いという不都合がある。
また、この従来の農業センサ装置では、その光源の波長、発光量が環境温度に依存して変化するため、作物の反射率を精密に測定し難いという問題もある。
本発明の目的は、構成を簡単にしながらも外乱光に起因する光量成分の影響を低減でき、もって、構成を簡単にしながら生育状況測定対象の反射率をより一層正確かつ精密に測定可能な植物用センサ装置を提供することにある。
本願発明に係わる植物用センサ装置は、周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第1波長の測定光を生育状況測定対象に向けて照射する第1発光部と周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第2波長の測定光を前記生育状況測定対象に向けて照射する第2発光部と前記生育状況測定対象による前記測定光の反射光をそれぞれ受光して受光信号を出力する受光部とを有する光源部と、前記第1発光部の発光と前記第2発光部の発光とを交互に発光制御する制御部と、
前記各発光部の点灯に同期して前記各測定光の前記生育状況測定対象による反射光成分を含んだ受光信号のピーク値を測定光毎に積算して積算信号を出力する第1積算ステップと、前記各発光部の消灯に同期して前記各測定光について前記生育状況測定対象による反射光成分を除いた受光信号のピーク値を積算して積算信号を出力する第2積算ステップとを実行する積算部と、
前記積算信号を用いて前記各測定光について前記生育状況測定対象による反射率を測定光毎に演算して前記生育状況測定対象の生育状況に関する情報を取得する演算部とを含み、
前記演算部は、前記第1積算ステップにより得られた積算信号から前記第2積算ステップにより得られた積算信号を除去することを特徴とする。
本願発明によれば、構成を簡単にしながらも外乱光に起因する光量成分の影響を低減できるという効果を奏する。
また、周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が互いに異なる少なくとも二つの測定光を発生する各発光部の発光タイミングを交互に発光させかつ受光部から出力された受光信号のピーク値を所定時間積算して測定光毎に反射率を求めることにしたので、発光強度のピーク波長が異なる少なくとも二つの測定光を用いて各測定光毎に生育状況測定対象の反射率を求めるにも拘わらず同一の積算部を用いて積算することができ、積算部の構成の簡略化を図ることができる。
例えば、受光部による受光信号のピーク値を積算する回数を十分に大きくとることにすれば、相対的に外乱光に起因する光量成分を低減することができる。その結果、光学系の構成を簡単にしながらも生育状況測定対象の反射率をより一層正確かつ精密に測定可能であるという効果を奏する。
特に、本願発明に係わる植物用センサ装置の場合、積算部が各発光部の点灯に同期して測定光の生育状況測定対象による反射光成分を含んだ受光信号のピーク値を波長毎に積算して積算信号を出力する第1積算ステップと、各発光部の消灯に同期して各測定光の生育状況測定対象による反射光成分を除いた受光信号のピーク値を積算して積算信号を出力する第2積算ステップとを実行し、演算部が第1積算ステップにより得られた積算信号から第2積算ステップにより得られた積算信号を除去する構成とすれば、生育状況測定対象の反射率をより一層正確かつ精密に測定可能であるという効果を奏する。
光源部は第1発光部から生育状況測定対象に向けて照射される測定光の光量の一部を受光する第1補助受光部と、この第1補助受光部の受光信号に基づいて第1発光部の測定光の光量が一定となるように制御する第1発光量制御部とを有していても良い。
また、光源部は第2発光部から生育状況測定対象に向けて照射される測定光の光量の一部を受光する第2補助受光部と、この第2補助受光部の受光信号に基づいて第2発光部の測定光の光量が一定となるように制御する第2発光量制御部とを有していても良い。
このような構成とすると、各発光部から出射される各測定光の光量を一定に維持することができ、生育状況測定対象の各測定光毎の反射率、すなわち、各波長毎の反射率をより一層正確かつ精密に測定できる。
光源部は第1発光部の温度を検出する第1温度検出素子と、第1発光部の温度を調節する第1温度調節素子と、第1発光部の温度が一定となるように第1温度検出素子の温度検出結果に基づいて第1温度調節素子を制御する第1温度制御回路とを有していても良い。
光源部は第2発光部の温度を検出する第2温度検出素子と、第2発光部の温度を調節する第2温度調節素子と、第2発光部の温度が一定となるように第2温度検出素子の温度検出結果に基づいて第2温度調節素子を制御する第2温度制御回路とを有していても良い。
このような構成とすると、各発光部から出射される測定光の発光強度のピーク波長を一定に維持することができると共に、その発光量を一定に維持することができ、もって、生育状況測定対象の反射率を更により一層正確かつ精密に測定できる。
光源部は第1発光部の温度を検出する第1温度検出素子と、第1発光部の温度を調節する第1温度調節素子と、第1発光部の温度が一定となるように第1温度検出素子の温度検出結果に基づいて第1温度調節素子を制御する第1温度制御回路と、第2発光部の温度を検出する第2温度検出素子と、第1発光部の温度と第2発光部の温度とを調節する第2温度調節素子と、第1発光部の温度と第2発光部の温度とが一定となるように第2温度検出素子の温度検出結果に基づいて第2温度調節素子を制御する第2温度制御回路とを有することが望ましい。
この場合、第1発光部と第2発光部とはその両方がパルス発振型のレーザダイオードであり、第1温度調節素子と第2温度調節素子とがペルチェ効果型素子であり、第1発光部は第1温度調節素子を介して第2温度調節素子により温度調節されることが望ましい。
このような構成とすれば、第2温度調節素子により第1発光部の温度を大まかに調節でき、第1温度調節素子により第1発光部の温度を細かく調節でき、もって、迅速かつ精密に温度調節を行うことができるという効果を奏する。
また、第1測定光の発光強度のピーク波長を赤波長（７３３ｎｍ）、第2測定光のピーク波長を近赤外波長（８０８ｎｍ）とし、波長に対して生育状況測定対象の反射率の変化が大きい波長領域部分の測定光の波長変動を抑制する構成とすれば、生育状況測定対象の生育状況を的確に示していると言われている正規化差植生指数｛（近赤外波長の反射率−赤波長の反射率）／（近赤外波長の反射率＋赤波長の反射率）｝を正確に求めることができる。
以下に、本発明に係わる植物用センサ装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図２は本発明に係わる植物用センサ装置としての農業用センサ装置が適用される農業用機械（Agicultural machine）の概略構成を示す全体図である。
この農業用機械は、例えば、トラクタである。このトラクタには、例えば、肥料散布機が連結される。そのトラクタ本体１の上部には農業用センサ装置２、２が左右一対に取り付けられている。
この農業用センサ装置２、２は、発光強度のピーク波長が互いに異なる第1測定光Ｐ１、第2測定光Ｐ２を生育状況測定対象３としての例えば野菜に向けて照射する。
この農業用センサ装置２は、その測定光Ｐ１、Ｐ２の生育状況測定対象３からの反射光を受光して、反射光の光量及び反射率を測定し、その生育状況測定対象３の生育状況に関する情報を取得するのに用いられる。
この生育状況に関する情報は、例えば、野菜に含まれている栄養素の量であり、この栄養素の量に基づき、肥料散布機により散布する肥料の量が制御される。
その農業用センサ装置２、２は図３に示すように光源部４を有する。この光源部４は発光ユニット５と受光部６とを有する。
発光ユニット５は、図４に概略構成を示すように、ベース基板６’と、第1温度調節素子７と、第２温度調節素子８と、第1発光部９としてのパルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）と、第2発光部１０としてのパルス発振型のレーザダイオード（ＰＬＤ）とを有する。第1発光部９は発光強度のピーク波長が７３３ｎｍ（第1波長）のパルスレーザ光を第1測定光Ｐ１として生育状況測定対象３に向けて照射する。第２発光部１０は発光強度のピーク波長が８０８ｎｍ（第2波長）のパルスレーザ光を第2測定光Ｐ２として生育状況測定対象３に向けて照射する。
この発明の実施の形態では、第2発光部１０は金属板８’、第2温度調節素子８を介してベース基板６’に取り付けられ、第1発光部９は第1温度調節素子７、金属板８’、第2温度調節素子８を介してベース基板６’に取り付けられている。この第1温度調節素子７、第2温度調節素子８にはペルチェ効果型素子が用いられる。
発光ユニット５は、図３に示すように、第1発光部９の温度を検出する第１温度検出素子１１としてのサーミスタと、第2発光部１０の温度を検出する第2温度検出素子１２としてのサーミスタと、プリント回路基板ＰＣＢの温度を検出する第3温度検出素子１１’としてのサーミスタとを有する。
第1温度検出素子１１、第2温度検出素子１２、第3温度検出素子１１’の検出出力は、図３に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３に入力される。この中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３は、主として第1発光部９の温度が一定となるように第1温度検出素子１１の温度検出結果に基づいて第1温度調節素子７を制御する第1温度制御回路としての機能を有すると共に、第2発光部１０の温度が一定となるように第2温度検出素子１２の温度検出結果に基づいて第2 温度調節素子８を制御する第2温度制御回路としての機能を有する。ここでは、第2温度調節素子８は第1発光部９の温度を第1温度調節素子７を介して調節すると共に、第２発光部１０の温度を直に調節する機能を有する。
図５はその第1温度調節素子７、第2温度調節素子８による第1発光部９、第２発光部１０の温度調節の概念図を示している。
第2温度調節素子８が矢印Ｉ２方向に通電されると、第1発光部９は第2温度調節素子８の放熱により第１温度調節素子７を介して加熱され、第2発光部１０は第2温度調節素子８の放熱により直に加熱される。逆に、第2温度調節素子８が矢印Ｉ２’方向に通電されると、第1発光部９は第2温度調節素子８の吸熱により第１温度調節素子７を介して冷却され、第2発光部１０は第2温度調節素子８の吸熱により直に冷却される。
第1温度調節素子７が矢印Ｉ１方向に通電されると、第1発光部９は第１温度調節素子７の放熱により加熱され、逆に、第１温度調節素子７が矢印Ｉ１’方向に通電されると、第1発光部９は第１温度調節素子７の吸熱により冷却される。
その発光ユニット５には、図４に示すように、発光部９、１０から照射される測定光Ｐ１、Ｐ２の進行方向前方にプレートガラス１４、１５が配置されている。このプレートガラス１４、１５は測定光Ｐ１、Ｐ２の大部分を生育状況測定対象３に向けて透過し、残りの一部の測定光Ｐ１、Ｐ２を反射する機能を有する。発光ユニット５には、その測定光Ｐ１、Ｐ２の反射方向前方に、フォトダイオード１６、１７が設けられている。
フォトダイオード１６の検出出力は、図３に示すように増幅回路１８により増幅されてフィードバック回路１９に入力される。フォトダイオード１７の検出出力は、増幅回路２０により増幅されてフィードバック回路２１に入力される。
そのフォトダイオード１６は、第１発光部９から生育状況測定対象３に向けて照射される測定光Ｐ１の一部を受光する第1補助受光素子として機能し、増幅回路１８とフィードバック回路１９とは第1補助受光素子からの受光信号に基づいて第1発光部９の測定光Ｐ１の光量が一定となるように測定光Ｐ１の発光量を制御する第1発光量制御部としての機能を果たす。
そのフォトダイオード１７は、第2発光部１０から生育状況測定対象３に向けて照射される測定光Ｐ２の一部を受光する第2補助受光素子として機能し、増幅回路２０とフィードバック回路２１とは第2補助受光素子からの受光信号に基づいて第2発光部１０の測定光Ｐ２の光量が一定となるように測定光Ｐ２の発光量を制御する第２発光量制御部としての機能を果たす。
すなわち、図６に概念的に示すように、第1発光部９、第２発光部１０から射出された測定光Ｐ１、Ｐ２はその大部分がプレートガラス１４、１５をそれぞれ透過して生育状況測定対象３に導かれ、その一部がプレートガラス１４、１５により反射されてフォトダイオード１６、１７に導かれる。そのフォトダイオード１６、１７は、その反射光を光電変換して受光信号を増幅回路１８、２０に向けて出力する。
その増幅回路１８、２０はその受光信号を増幅してフィードバック回路１９、２１に向けて出力する。フィードバック回路１９、２１はその受光信号の大きさが一定となるように第1発光部９、第２発光部１０の駆動電流をそれぞれ制御する。これにより、第1発光部９、第2発光部１０から照射される測定光Ｐ１、Ｐ２の発光量の大きさ（パワー）が一定となるように自動的に制御される。その詳細構成は後述する。
受光部６は、生育状況測定対象３に向けて照射された測定光Ｐ１、Ｐ２の生育状況測定対象３による反射光と外乱光とを受光する。その受光部６の受光信号は増幅回路２２を介してアナログデジタル変換器２３に入力される。アナログデジタル変換器２３はその受光信号の大きさに対応するデジタル信号に変換される。そのデジタル信号は積算・制御部（ＦＰＧＡ）２４に入力される。
その積算・制御部（ＦＰＧＡ）２４は、受光部６の受光信号を所定時間積算して積算信号を出力する積算部と、第1発光部９の発光と第2発光部１０の発光とを異なるタイミングで発光制御する制御部とからなる。
図７はその第1発光部９の測定光Ｐ１の発光量の大きさが一定となるように制御する第1発光量制御部（フィードバック回路１９）及び測定光Ｐ１の発光タイミングを制御する制御部の詳細構成を示す回路図である。
フォトダイオード１６のカソードには抵抗Ｒ１を介して電圧＋Ｖが印加される。抵抗Ｒ１とフォトダイオード１６のカソードとの接続点はコンデンサＣ１を介してアースされている。そのコンデンサＣ１にはコンデンサＣ２が並列に接続されている。フォトダイオード１６のアノードは抵抗Ｒ２を介してアースされている。
フォトダイオード１６のアノードと抵抗Ｒ２との接続点はオペレーショナルアンプリファイアＩＣ１のマイナス入力端子−に接続されている。オペレーショナルアンプリファイアＩＣ１のプラス入力端子＋は抵抗Ｒ３を介してアースされている。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ１の出力端子は帰還抵抗Ｒ４を介してオペレーショナルアンプリファイアＩＣ１のプラス入力端子＋に接続されている。その帰還抵抗Ｒ４にはこれと並列にコンデンサＣ３が接続されている。
そのオペレーショナルアンプリファイアＩＣ１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサＣ１〜Ｃ３と協働して、フォトダイオード１６のパルス的受光信号Ｓ１を電流・電圧変換すると共に増幅してパルス的受光信号Ｓ１’を出力する機能を有する。
そのオペレーショナルアンプリファイアＩＣ１の出力端子はアナログスイッチング素子ＳＷ、抵抗Ｒ５を介してオペレーショナルアンプリファイアＩＣ２のプラス入力端子＋に接続されている。オペレーショナルアンプリファイアＩＣ２のプラス入力端子＋と抵抗Ｒ５との接続点はコンデンサＣ４を介してアースされている。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ２の出力端子はこのオペレーショナルアンプリファイアＩＣ２のマイナス入力端子−に接続されると共に、抵抗Ｒ６を介してオペレーショナルアンプリファイアＩＣ３のマイナス入力端子に接続されている。
アナログスイッチング素子ＳＷは、後述するパルスＰＴ１が入力されるとオンされ、後段のオペレーショナルアンプリファイアＩＣ２のプラス入力端子＋に増幅されたパルス的受光信号Ｓ１’を出力する機能を有する。
そのオペレーショナルアンプリファイアＩＣ２は、抵抗Ｒ５、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ６と協働して、パルス的受光信号Ｓ１’を平滑化し、アナログ的受光信号Ｓ１”として後段のオペレーショナルアンプリファイアＩＣ３のマイナス入力端子に出力する機能を有する。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ３のプラス入力端子＋はコンデンサＣ５を介してアースされている。そのコンデンサＣ５には抵抗Ｒ７が並列に接続されている。そのオペレーショナルアンプリファイアＩＣ３のプラス入力端子＋とコンデンサＣ５との接続点には抵抗Ｒ８を介して電圧Ｖが印加される。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ３の出力端子は、このオペレーショナルアンプリファイアＩＣ３のマイナス入力端子−にコンデンサＣ６を介して接続されていると共に、トランジスタＴｒのベースに接続されている。このトランジスタＴｒのコレクタには電圧Ｖが印加されている。そのトランジスタＴｒのエミッタは電界効果型トランジスタＦＥＴ１のゲートに接続されると共に、抵抗Ｒ９を介してアースされている。抵抗Ｒ９にはこれと並列にコンデンサＣ７が接続されている。
その電界効果型トランジスタＦＥＴ１のドレインは第1発光部９としてのレーザダイオードＰＬＤ１のカソードに接続されている。その第1発光部９としてのレーザダイオードＰＬＤ１のアノードには電圧Ｖが印加されている。その電界効果型トランジスタＦＥＴ１のソースは抵抗Ｒ１０を介して電界効果型トランジスタＦＥＴ２のドレインに接続されている。その電界効果型トランジスタＦＥＴ２のソースはアースされている。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ３は、オペレーショナルアンプリファイアＩＣ２の出力端子から出力される出力電圧と基準電圧Ｖｒとを比較して、オペレーショナルアンプリファイアＩＣ３の出力端子からその出力電圧と基準電圧Ｖｒとの差分電圧δＶをトランジスタＴｒのベースに向けて出力する。
トランジスタＴｒはその差分電圧δＶに基づいて、第1発光部９としてのフォトダイオードＰＬＤ１から照射される測定光Ｐ１の発光量が一定となるように電圧効果型トランジスタＦＥＴ１のゲート電圧を制御する。
オペレーショナルアンプリファイアＩＣ３とトランジスタＴｒと抵抗Ｒ７〜Ｒ９とコンデンサＣ５〜Ｃ７はフィードバック回路２１を大略構成している。
植物用センサ装置の電源がオンされると、例えば、積算・制御部２４が一定幅の周期パルスＰＴを発生する。アナログスイッチング素子ＳＷと電界効果型トランジスタＦＥＴ２のゲートとには、周期パルスＰＴが入力され、電界効果型トランジスタＦＥＴ２が周期的にオン・オフされることにより、周期的に第1発光部９としてのフォトダイオードＰＬＤ１に矢印方向に電流が流れ、これにより、第1発光部９が周期的に発光され、測定光Ｐ１をパルス発光する。
図８はその周期パルスＰＴの一例を示すもので、この周期パルスＰＴは、第1発光部９を周期的に発光させるパルスＰＴ１と第２発光部１０を周期的に発光させるパルスＰＴ２とからなる。その周期パルスＰＴ１と周期パルスＰＴ２とは交互に発生される。その周期パルスＰＴ１のパルス時間幅と周期パルスＰＴ２のパルス時間幅とは同じであり、その一周期の時間幅も同じであり、この発明の実施の形態では、周期パルスＰＴ１が発生してから周期パルスＰＴ２が発生するまでの時間幅も同じである。
第2発光部１０の第２測定光Ｐ２の発光量の大きさが一定となるように制御する第2発光量制御回路部（フィードバック回路２１）及び測定光Ｐ２の発光タイミングを制御する制御回路は第1発光部９の第1測定光Ｐ１の発光量の大きさが一定となるように制御する第1発光量制御部（フィードバック回路１９）及び測定光Ｐ１の発光タイミングを制御する制御回路と同一の構成であるので、その詳細な説明は省略する。
中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３は、その積算・制御部２４から出力される積算信号に基づいて第1測定光Ｐ１、第2測定光Ｐ２の光量に対する生育状況測定対象３による反射光の光量の比としての反射率を測定光毎に演算し、生育状況測定対象３の生育状況に関する情報を取得する演算部としての機能も有する。
ここでは、この積算・制御部２４は、各発光部９、１０の点灯に同期して測定光Ｐ１、Ｐ２による反射光成分を含んだパルス的受光信号Ｓ１としての受光信号ＳＮ１、ＳＮ２を測定光毎に所定個数積算して積算信号を出力する第1積算ステップと、各発光部９、１０の消灯に同期して測定光Ｐ１、Ｐ２による反射成分を除いたパルス的受光信号Ｓ１として受光信号Ｎ１、Ｎ２を所定個数積算して積算信号を出力する第2積算ステップとを実行して中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３に向けて出力する。
例えば、図８（ａ）に示すように、受光部６から測定光Ｐ１、Ｐ２による反射光成分と外乱光に起因する光量成分とを含んだ光量成分に相当する受光信号ＳＮ１、ＳＮ２が周期的に交互に出力される。
積算・制御部２４は、例えば、受光信号ＳＮ１のパルス幅を図８（ｂ）に示すように区間ｔ１〜ｔ１０に分割し、各区間ｔ１〜ｔ１０毎に受光出力をサンプリングして、各サンプリング値を加算してこの加算値を一時的に記憶する。積算・制御部２４は、例えば、区間ｔ１において、受光出力を８回サンプリングし、８個のサンプリング値を加算して、図８（ｃ）に示すように加算値Ｋ１を取得し、この加算値Ｋ１を一時的に記憶する。
積算・制御部２４は、同様にして、加算値Ｋ２〜Ｋ１０を得る処理を実行し、加算値Ｋ１〜Ｋ１０の値から受光信号ＳＮ１のピーク値を取得する。例えば、図８（ｃ）では、そのピーク値は加算値Ｋ６である。
この受光信号ＳＮ１のピーク値を所定個数積算すると、図９に示すように、測定光Ｐ１による反射光成分が強調された第1積算信号ＩＳ１が得られる。
同様に、受光信号ＳＮ２についてサンプリングを行い、受光信号ＳＮ２についてピーク値を取得し、この受光信号ＳＮ２のピーク値を所定個数積算すると、図９に示すように、測定光Ｐ２による反射光成分が強調された第1積算信号ＩＳ１が同様に得られる。
更に、Ｎ１、Ｎ２についても行い、受光信号ＳＮ２、Ｎ１、Ｎ２についてピーク値を取得する。
そして、各発光部９、１０の消灯に同期して受光信号Ｎ１、Ｎ２のみを同様にサンプリングしてピーク値を取得し、このピーク値を所定個数積算すると、測定光Ｐ１、Ｐ２による反射光成分を除いた外乱光のみに起因する第2積算信号ＩＳ２が得られる。
演算部は、ここでは、その第1積算ステップにより得られた第1積算信号ＩＳ１から第2積算ステップにより得られた第2積算信号ＩＳ２を減算する機能を有する。この第１積算信号ＩＳ１から第２積算信号ＩＳ２を減算すると、図１０に示すように生育状況測定対象３からの反射光量成分に起因する受光信号ＩＳ１’のみを測定光毎に抽出できる。これにより、生育状況測定対象３の生育状況に関する情報が正確に抽出される。
その生育状況測定対象３の生育状況に関する情報は、ＲＳ−２３２Ｃドライバー回路２６又はキャンドライバー回路２７により外部にデータとして出力される。
その中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３には、ドライバー回路２６又はキャンドライバー回路２７によりこの植物用センサ装置の駆動に必要なデータ又はプログラムが入力される。なお、その図３において、符号２８は外部電力供給源、符号２９は電源回路であり、植物用センサ装置の各回路にはその電源回路２９から必要な電力が供給される。
また、この発明の実施の形態では、発光ユニット５が第１発光部９と第２発光部１０との二個の発光部を有する構成として説明したが、発光部の個数はこれに限られるものではなく、発光強度のピーク波長が異なる測定光を照射する発光部の個数は３個以上のものであっても良い。
従来の農業用センサ装置の光源部の概略構成を示す説明図であって、（ａ）はその光源部の縦断面図、（ｂ）はその光源部の平面図である。 本発明に係わる植物用センサ装置が適用される農業用機械の概略構成を示す全体図である。 その農業用センサ装置の回路構成を示す概略図である。 図３に示す発光ユニットの詳細構成を示す斜視図である。 図４に示す温度調節素子による温度調節の概念を示す斜視図である。 図４に示す発光部の発光量制御の概念を示す模式図である。 第1発光部の測定光の発光量の大きさの制御と発光タイミングの制御とを行う制御回路の詳細構成を示す回路図である。 図３に示す受光信号の積算の一例を説明するための説明図であって、（ａ）は図７に示す周期パルスの出力と受光部からの受光出力との関係を示す図、（ｂ）は受光出力を各区間に分割してサンプリングする様子を示す図、（ｃ）は各サンプリング値を区間毎に加算して受光出力のピーク値を求める様子を示す図である。 図３に示す積算部の積算信号の出力の説明図である。 ノイズを除去した積算信号の出力の説明図である。
符号の説明
３…生育状況測定対象
４…光源部
６…受光部
９…第1発光部
１０…第2発光部
１３…中央演算処理装置（演算部）
２４…積算・制御部
Ｐ１…第1測定光
Ｐ２…第2測定光

Claims (7)

  1. 周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第1波長の測定光を生育状況測定対象に向けて照射する第1発光部と周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第2波長の測定光を前記生育状況測定対象に向けて照射する第2発光部と前記生育状況測定対象による前記測定光の反射光をそれぞれ受光して受光信号を出力する受光部とを有する光源部と、
    前記第1発光部の発光と前記第2発光部の発光とを交互に発光制御する制御部と、
    前記各発光部の点灯に同期して前記各測定光の前記生育状況測定対象による反射光成分を含んだ受光信号のピーク値を測定光毎に積算して積算信号を出力する第1積算ステップと、前記各発光部の消灯に同期して前記各測定光について前記生育状況測定対象による反射光成分を除いた受光信号のピーク値を積算して積算信号を出力する第2積算ステップとを実行する積算部と、
    前記積算信号を用いて前記各測定光について前記生育状況測定対象による反射率を測定光毎に演算して前記生育状況測定対象の生育状況に関する情報を取得する演算部と、を含み、
    前記演算部は、前記第1積算ステップにより得られた積算信号から前記第2積算ステップにより得られた積算信号を除去することを特徴とする植物用センサ装置。
  2. 前記光源部は、前記第1発光部から前記生育状況測定対象に向けて照射される測定光の光量の一部を受光する第1補助受光部と、該第1補助受光部の受光信号に基づいて当該測定光の光量が一定となるように制御する第1発光量制御部とを有することを特徴とする請求項１に記載の植物用センサ装置。
  3. 前記光源部は、前記第2発光部から前記生育状況測定対象に向けて照射される測定光の光量の一部を受光する第2補助受光部と、該第2補助受光部の受光信号に基づいて当該測定光の光量が一定となるように制御する第2発光量制御部とを有することを特徴とする請求項２に記載の植物用センサ装置。
  4. 前記光源部は、前記第1発光部の温度を検出する第1温度検出素子と、前記第1発光部の温度を調節する第1温度調節素子と、前記第1発光部の温度が一定となるように前記第1温度検出素子の温度検出結果に基づいて前記第1温度調節素子を制御する第1温度制御回路とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の植物用センサ装置。
  5. 前記光源部は、前記第2発光部の温度を検出する第2温度検出素子と、前記第2発光部の温度を調節する第2温度調節素子と、前記第2発光部の温度が一定となるように前記第2温度検出素子の温度検出結果に基づいて前記第2温度調節素子を制御する第2温度制御回路とを有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の植物用センサ装置。
  6. 前記光源部は、前記第2発光部の温度を検出する第2温度検出素子と、前記第1発光部の温度と前記第2発光部の温度とを調節する第2温度調節素子と、前記第1発光部の温度と前記第2発光部の温度とが一定となるように前記第2温度検出素子の温度検出結果に基づいて前記第2温度調節素子を制御する第2温度制御回路とを有することを特徴とする請求項４に記載の植物用センサ装置。
  7. 前記第1発光部と前記第2発光部とはその両方がパルス発振型のレーザダイオードであり、前記第1温度調節素子と前記第2温度調節素子とがペルチェ効果型素子であり、前記第1発光部は前記第1温度調節素子を介して前記第2温度調節素子により温度調節されることを特徴とする請求項６に記載の植物用センサ装置。
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