JP7329834B2 - Nondestructive measurement device and nondestructive measurement method for plant metabolites, and plant cultivation system and cultivation method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、人、動物または植物の組織内成分を非破壊で計測する非破壊計測装置及び計測方法に関するものであり、特に成育中の植物の光合成により生成される糖類などの代謝生成物又はその移動を、非破壊で計測する成育中の植物の代謝生成物の非破壊計測装置及び非破壊計測方法に関する。また、この計測装置による計測データに基づいて成育中の植物の成育環境をフィードバック制御して植物を育成する植物の栽培システム及び栽培方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nondestructive measuring device and measuring method for nondestructively measuring components in tissues of humans, animals or plants, and particularly relates to metabolites such as sugars produced by photosynthesis of growing plants or their metabolites. The present invention relates to a nondestructive measuring device and a nondestructive measuring method for metabolites of a growing plant that nondestructively measures migration. The present invention also relates to a plant cultivation system and a plant cultivation method for growing plants by feedback-controlling the growth environment of growing plants based on measurement data obtained by the measuring device.

いわゆるビニールハウスなどの園芸栽培や水耕栽培においては、その対象となる植物にとって最適と思われる環境を人工的に作り出して、植物の成長を図っている。そのため、ビニールハウス内または水耕栽培設備内において、温度、湿度、水の供給、光の照射(日射量)、肥料の供給等の植物の育成に深く関連すると考えられる各種ファクターを、植物の育成に最適と考える条件に合わせてできるだけ厳密に管理している。
しかし、植物に対して最適な環境は、日射量、温度、水分、二酸化炭素や肥料の三要素といわれる窒素、リン酸、カリウム、その他の多くの要素が複雑にかつ相互に関連しているものと考えられているが、まだ完全に正確に把握できているわけではない。そのため、従来の方法では特許文献1~3に例示されるように、過去の栽培実績や経験測から導かれた成育に最適の環境であると考えられる栽培の環境条件を設定し、その最適環境条件となるように温度、水、肥料その他のファクター(栽培環境因子)を制御して植物の成育環境を管理している。また、特許文献4には、植物の茎をテレビカメラで撮影して成育状況を観測する技術が開示されている。
In horticultural cultivation such as so-called vinyl greenhouses and hydroponic cultivation, an environment considered to be optimal for target plants is artificially created to promote the growth of the plants. For this reason, in greenhouses or hydroponics equipment, various factors that are considered to be closely related to plant growth, such as temperature, humidity, water supply, light irradiation (insolation), fertilizer supply, etc. It is managed as strictly as possible according to the conditions considered to be optimal for
However, the optimum environment for plants is one in which the three elements of sunlight, temperature, moisture, carbon dioxide and fertilizer, nitrogen, phosphoric acid, potassium, and many other elements are intricately and mutually related. , but it is not yet fully understood. Therefore, in the conventional method, as exemplified in Patent Documents 1 to 3, environmental conditions for cultivation that are considered to be the optimum environment for growth derived from past cultivation results and empirical measurements are set, and the optimum environment is set. Plant growth environment is managed by controlling temperature, water, fertilizer and other factors (cultivation environment factors) to meet the conditions. Further, Patent Literature 4 discloses a technique of observing the growth state by photographing the stem of a plant with a television camera.

一方、植物や動物の生態内部の成分を非破壊で測定する装置として、例えば、リンゴ、メロン、トマト等の果実内に含まれる糖度や人の血液中の糖度を非破壊(又は非侵襲性)で測定する先行技術がある。これは分光分析などのように、光を利用して果実・野菜その他の植物や人の血液(以下、「生物」と称する)の糖度を測定するものである。光による糖度の測定は生物の組織内に含まれる糖類の濃度により光の吸光度が変化することを利用して糖度を測定するものであり、特許文献5から9に示すような各種のものが存在している。これらの先行技術は、収穫した果物や農作物又は人の被測定部位に対して、近赤外光の所定の周波数の光をレンズなどの光学素子を通して照射し、その被測定物から反射した光又は被測定物を透過した光を撮像素子により受光して測定するものである。照射した光の反射光や透過光の強度の変化を測定し、これをあらかじめ多くのサンプルから採取した検量線と比較することにより、吸光度に応じた被測定物の糖度を算出するものである。さらに、本件特許出願人の出願である特許文献10には、光を人の耳たぶ等に照射して人の血液中の血統濃度を測定する非侵襲性の血糖値測定装置が開示されている。 On the other hand, as a device for non-destructively measuring the components inside the ecology of plants and animals, for example, the sugar content in fruits such as apples, melons, tomatoes, etc., and the sugar content in human blood are non-destructive (or non-invasive). There is prior art that measures at . This method uses light to measure the sugar content of fruits, vegetables, other plants, and human blood (hereinafter referred to as "organisms"), like spectroscopic analysis. The measurement of sugar content by light is to measure the sugar content by utilizing the fact that the absorbance of light changes depending on the concentration of sugars contained in the tissue of an organism. are doing. These prior arts irradiate harvested fruits, agricultural crops, or human measurement sites with light of a predetermined frequency of near-infrared light through an optical element such as a lens, and the light reflected from the measurement target or Light that has passed through the object to be measured is received by an imaging device and measured. By measuring changes in the intensity of the reflected light and transmitted light of the irradiated light and comparing this with a calibration curve previously collected from many samples, the sugar content of the material to be measured is calculated according to the absorbance. Further, Patent Literature 10 filed by the present patent applicant discloses a noninvasive blood glucose level measuring device that measures the pedigree concentration in human blood by irradiating light onto a person's earlobe or the like.

特開昭64-51023号公報JP-A-64-51023 特開2018―121527号公報JP 2018-121527 A 特開2019-118284号公報JP 2019-118284 A 特開2015-202056号公報JP 2015-202056 A 特開平2-197940号公報JP-A-2-197940 特開平4-208842号公報JP-A-4-208842 特開平6-186159号公報JP-A-6-186159 特開平6―213804号公報JP-A-6-213804 特許第3903147号公報Japanese Patent No. 3903147 特開2018-159663号公報JP 2018-159663 A

従来技術においては、前述のとおり、経験的に解明された植物の最適成育環境条件はあるものの、植物の成育条件に関連する要素(ファクター又は栽培環境因子)は非常に多く、成長過程において各環境ファクターが成長にどのように寄与または影響しているか正確に特定できてはいない。さらに、最適成育環境は植物の種類、および苗から収穫期までの成長の過程によって異なるため、植物の成長過程において、本当に最適環境が提供されているかどうかは植物の実際の成長過程における代謝状況をリアルタイムで把握しないと解明が難しい。これは園芸栽培においても水耕栽培においても同じである。 In the prior art, as described above, although there are empirically elucidated optimal growth environmental conditions for plants, there are a great many factors (factors or cultivation environment factors) related to the growth conditions of plants. We have not been able to identify exactly how factors contribute or affect growth. Furthermore, since the optimal growth environment differs depending on the type of plant and the growth process from seedling to harvest, whether or not the optimal environment is provided during the growth process of the plant depends on the metabolic situation during the actual growth process of the plant. It is difficult to understand without real-time understanding. This is the same in both horticultural cultivation and hydroponics.

ビニールハウスや水穀栽培に関する特許文献1~3に開示されている先行技術はいずれも、園芸栽培や耕栽培において経験的に取得した知見に基づく最適環境に適合するように、温度、水、日射量、肥料等の植物の栽培環境(成育環境)を制御して、植物の育成を制御するものであり、育成中の植物の代謝の状況を直接観察し、それに基づいて成育環境を制御するものではない。また、特許文献4は植物の成育状況をカメラで撮像して観察するものであり、育成中の植物の成育状況を把握しようとするものではある。しかし、カメラで植物の外形的な変化を観察するだけであり、植物組織内部の代謝状況を直接観察するものではない。 All of the prior arts disclosed in Patent Documents 1 to 3 related to vinyl greenhouses and water grain cultivation are suitable for optimal environments based on empirically acquired knowledge in horticultural cultivation and cultivation. It controls the growth of plants by controlling the cultivation environment (growth environment) of plants such as amount and fertilizer, and directly observes the metabolism of plants during growth and controls the growth environment based on that. isn't it. Further, Patent Document 4 is for observing the growing condition of a plant by imaging it with a camera, and is intended to grasp the growing condition of a growing plant. However, the camera only observes external changes in the plant, and does not directly observe the metabolic state inside the plant tissue.

成長中の植物の代謝状況を観察するには、植物を傷つけることなく、光合成で生成される糖類やアンモニウムイオン等の代謝生成物をリアルタイムで継続的に計測することが必要となる。特許文献5~9には非破壊で糖類を測定することができる技術が開示されている。しかし、これらの技術は測定対象物がいずれも収穫した果実等であり、成長中の植物の代謝生成物を測定するものではない。また、その測定方法も、被測定対象物に光を照射して反射光または透過光を測定し、測定した吸光度を被測定物の平均的な強度分布を示すいわゆる"検量線"と比較することにより非測定物の糖度を算出するものである。したがって、これらの技術を使用して代謝生成物を測定するためには、比較の基準となる“検量線"が必要となる。しかしながら、従来技術においては、成長中の植物の代謝生成物の検量線に関する情報は存在しないのみならず、成長中の植物の代謝生成物を直接計測するという発想が存在していなかった。 In order to observe the metabolic state of growing plants, it is necessary to continuously measure metabolites such as sugars and ammonium ions produced by photosynthesis in real time without damaging the plants. Patent Documents 5 to 9 disclose techniques capable of nondestructively measuring saccharides. However, these techniques measure harvested fruits and the like, and do not measure metabolites of growing plants. In addition, the measurement method is to irradiate the object to be measured with light, measure the reflected light or transmitted light, and compare the measured absorbance with a so-called "calibration curve" showing the average intensity distribution of the object to be measured. is used to calculate the sugar content of the non-measured material. Therefore, in order to measure metabolites using these techniques, a "calibration curve" against which to compare is required. However, in the prior art, there was no information about the calibration curve of the metabolites of the growing plant, nor was there any idea of directly measuring the metabolites of the growing plant.

特許文献10は本件特許出願人の特許出願である。本件特許出願人は、検量線を使用せずに人又は動物の血液中の血糖濃度を非侵襲で正確に測定するための測定装置を提供すべく特許出願10を行った。特許文献10の出願当時においては、成長中の植物の代謝をリアルタイムで計測するとの課題の認識はなかったため、当然のことながら特許文献10においては植物の代謝をどのようにして測定するかについては何も開示しておらず示唆もしていない。 Patent document 10 is a patent application filed by the present patent applicant. The applicant of this patent filed patent application 10 to provide a measuring device for non-invasively and accurately measuring blood glucose concentration in human or animal blood without using a calibration curve. At the time of filing of Patent Document 10, there was no recognition of the problem of measuring the metabolism of growing plants in real time. Nothing was disclosed or suggested.

以上から明らかなように、特許文献1乃至10を含む従来技術では、生きている植物の代謝生成物の変化直接かつ非破壊で継続的に計測することにより、成長中の植物の成育環境と代謝の関係を明らかにするということについては何ら開示されておらず、そのような課題の認識もない。さらに育成中の植物の代謝生成物の移動を計測して、その計測データに基づいて園芸栽培または水耕栽培における植物の成育環境をフィードバック制御するという考え方も存在していなかった。本件特許出願人は鋭意研究及び試験を重ねて、園芸栽培または水耕栽培において成長中の植物の代謝生成物の各部位への移動を直接計測することにより、栽培環境因子と植物の成長の関係をより細かく分析することができるとともに、植物の栽培をほぼリアルタイムでフィードバック制御できるとの着想を得て、植物の代謝生成物を非破壊で計測する装置及びその計測データに基づいて栽培環境をフィードバック制御する本願発明に至ったものである。 As is clear from the above, in the prior art including Patent Documents 1 to 10, changes in metabolites of living plants are directly and non-destructively continuously measured to determine the growth environment and metabolism of growing plants. There is no disclosure about clarifying the relationship between the two, and there is no recognition of such a problem. Furthermore, there has been no concept of measuring the movement of plant metabolites during growth and feedback-controlling the growth environment of plants in horticulture or hydroponics based on the measured data. The applicant of the present patent has conducted intensive research and testing, and by directly measuring the movement of metabolites of growing plants to each site in horticultural cultivation or hydroponics, the relationship between cultivation environmental factors and plant growth In addition to being able to analyze plant growth in more detail, we came up with the idea that plant cultivation could be feedback-controlled almost in real time. The inventors have arrived at the invention of the present application.

植物を傷つけることなく栽培中の植物の組織内成分(特に代謝成分)を測定することができれば、植物の成育状態や動物の健康状態をリアルタイムで検査、観察することが可能となる。植物の代謝生成物の移動をリアルタイムでの観測できると、各成長過程における植物の代謝と、その植物の成長や果実の熟成に必要な要素、例えば、日射量、温度、水、飽差、肥料等のファクター(栽培又は成長環境因子)の両者を同時刻に計測して観察することにより、栽培環境因子が植物の代謝にどのように影響を与えているかを詳しくかつ短時間で比較分析することが可能となる。そして実際の植物の代謝を観察しながら栽培環境因子をリアルタイムで制御することにより、植物の成長や果実の熟成をより正確に制御することが可能となる。すなわち、植物の代謝状況とその時の各種栽培環境因子のデータが同時にわかれば、各種栽培環境因子が植物の代謝にどのような影響を与えるかを直接知ることができる。これにより、植物の成長に影響すると考えられる環境因子とその量や変化の関係を特定し、栽培環境を各成長過程における最適条件となるように調整することにより、植物の成長を制御することが可能となる。また、植物の代謝状況が植物の栽培時にリアルタイムでわかれば、植物の成長や果実の熟成等、収穫のタイミングの調整や品質等に係わる栽培環境因子を、植物の成長過程に合わせた種々の制御が可能となる。 If it were possible to measure the tissue components (especially metabolic components) of plants under cultivation without damaging the plants, it would be possible to inspect and observe the growth conditions of plants and the health conditions of animals in real time. Real-time observation of the movement of plant metabolites enables us to study the metabolism of plants during each growth process and the factors necessary for plant growth and fruit ripening, such as solar radiation, temperature, water, saturation, and fertilizer. By measuring and observing both factors (cultivation or growth environment factors) at the same time, detailed comparative analysis of how the cultivation environment factors affect the metabolism of plants in a short time. becomes possible. By controlling the cultivation environmental factors in real time while observing actual plant metabolism, it becomes possible to more accurately control plant growth and fruit ripening. That is, if the metabolic state of a plant and the data of various cultivation environmental factors at that time are simultaneously known, it is possible to directly know how the various cultivation environmental factors affect the metabolism of the plant. As a result, it is possible to control plant growth by identifying environmental factors that are thought to affect plant growth and the relationship between their amounts and changes, and by adjusting the cultivation environment to achieve optimal conditions for each growth process. It becomes possible. In addition, if the metabolic status of plants can be known in real time during plant cultivation, it will be possible to control various environmental factors related to harvest timing and quality, such as plant growth and fruit ripening, in accordance with the growth process of plants. becomes possible.

本発明は、上記着想に基づいてなされたもので、育成中の植物の代謝生成物を計測することのできる植物の代謝生成物の非破壊計測装置及びその計測方法を提供するものであり、この非破壊計測装置を使った植物の育成システム及び育成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above idea, and provides a non-destructive measuring apparatus for metabolites of a plant and a measuring method for measuring the metabolites of a growing plant. An object of the present invention is to provide a plant growing system and a plant growing method using a nondestructive measuring device.

上記した目的を達成するために、本発明に係る代謝生成物の非破壊計測装置は、植物の花柄または葉柄を固定する固定部と、固定された前記花柄または前記葉柄の一部に光を照射して、当該光の透過光または反射光により前記植物の代謝生成物を非破壊で測定する非破壊測定部と、を備える植物の代謝生成物の非破壊計測装置であって、
前記非破壊測定部は、 参照光となる第1波長及び測定光となる第2波長の光を個別に出射する発光部と、 前記発光部からの前記第1波長及び第2波長の光を生物の被測定部に照射する光学素子と、照射した前記第1波長及び前記第2波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力する受光部と、前記各発光部から照射した光量と、前記受光部で受光した前記第1波長及び前記第2波長の反射光または透過光の光量を、それぞれ前記第1の波長の吸光率及び前記第2の波長の吸光率として求めるとともに、前記第2の波長の吸収率を前記第1の波長の吸収率で補正した値を測定データとして出力する吸光率算出部と、前記測定データを順次記憶する記憶部と、前記記憶した測定データを外部に出力する出力部と、前記各部を制御して植物における代謝生成物の移動の変化を継続的に計測するする制御部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the nondestructive measurement device for metabolites according to the present invention comprises a fixing part for fixing a peduncle or petiole of a plant; and a nondestructive measuring unit that nondestructively measures the metabolites of the plant by the transmitted light or the reflected light of the light,
The non-destructive measurement unit includes: a light emitting unit that separately emits light of a first wavelength as reference light and a second wavelength of measurement light; and an optical element that irradiates the portion to be measured, receives the reflected light or transmitted light from the portion to be measured of the irradiated light of the first wavelength and the second wavelength, and outputs a detection signal corresponding to the amount of received light. and the amount of light emitted from each of the light emitting units, and the amount of reflected light or transmitted light of the first wavelength and the second wavelength received by the light receiving unit, respectively, are the absorption coefficient of the first wavelength and an absorptance calculation unit that obtains the absorptivity of the second wavelength and outputs as measurement data a value obtained by correcting the absorptance of the second wavelength with the absorptance of the first wavelength; A storage unit for storing data, an output unit for outputting the stored measurement data to the outside, and a control unit for controlling each of the above units to continuously measure changes in the movement of metabolites in plants. and

この構成により、成育中の植物の葉柄または花柄における代謝生成物(ショ糖、果糖、ブドウ糖など)を継続的に計測することができる。例えば植物の成長状態、特に果実の収穫を目的とする植物の成長状態は、光合成により生成された糖類の影響を強く受ける。例えば葉柄または花柄における糖類の濃度の変化は、葉において光合成により生成された糖類の移動状況を示しており、これを測定することにより成育中の植物の光合成の状態を把握することが可能となる。また、糖類の移動状況の急激な変化や、血統値の急激な変化も検出することができる。特に植物においては、葉柄、花柄における糖類の移動量を時間経過とともに継続的に計測することにより、果実の成長の制御すること、及び将来の果実の成育状況を予測することが可能となる。 This configuration allows continuous measurement of metabolites (sucrose, fructose, glucose, etc.) in petioles or flower stalks of growing plants. For example, the growth state of plants, particularly the growth state of plants intended for fruit harvesting, is strongly influenced by sugars produced by photosynthesis. For example, changes in the concentration of sugars in petioles or flower stalks indicate the movement of sugars produced by photosynthesis in leaves, and by measuring this, it is possible to understand the state of photosynthesis in growing plants. Become. It is also possible to detect rapid changes in the movement of sugars and rapid changes in pedigree values. In particular, in plants, continuous measurement of the amount of saccharide movement in petioles and flower stalks over time makes it possible to control fruit growth and predict future fruit growth conditions.

本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置の他の実施態様は、前記第1の波長と前記第2の波長の光は、前記発光部、前記光学素子及び前記測定制御部により、同一光軸を通り前記被測定部の同じ場所に交互に照射されるよう構成されることを特徴とする。波長の異なる参照光を交互に同じ光軸を通るように照射することにより、異なる波長の光を被測定部位に正確に照射可能であり、測定光の正確な照射及び精度の高い補正処理が可能となる。 In another embodiment of the nondestructive measurement device for plant metabolites according to the present invention, the lights of the first wavelength and the second wavelength are generated by the light emitting unit, the optical element, and the measurement control unit, It is characterized in that the light beams pass through the same optical axis and are alternately irradiated to the same place of the part to be measured. By alternately irradiating reference light beams with different wavelengths along the same optical axis, it is possible to accurately irradiate the target site with light beams of different wavelengths, enabling accurate irradiation of the measurement light and highly accurate correction processing. becomes.

また、本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置の他の実施態様は、前記制御部が、前記発光部、前記受光部、及び前記吸光率算出部を制御して第1の測定時に算出した前記測定値を第1の測定値として記憶し、一定時間経過後の第2の測定時に同様の測定及び計算を行い第2の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第3の測定時に同様の測定及び計算を行い第3の測定値として記憶し、第3の測定値と第1の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第1の算出値として出力し、第2の測定値と第1の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第2の算出値を出力するよう制御する測定制御部を備えることを特徴とする。これにより、一定時間経過後の変化量を測定すること、及び該変化量の測定時間の一部における糖類の時間変化率を測定することができる。前記記憶部は、前記測定データに加えて、第1の測定値、第2の測定値、第1の算出値、第2の算出値を記憶することができる。 Further, in another embodiment of the nondestructive measuring device for plant metabolites according to the present invention, the control unit controls the light emitting unit, the light receiving unit, and the absorbance calculation unit to perform the first measurement. The measured value calculated at the time is stored as the first measured value, the same measurement and calculation are performed at the time of the second measurement after a certain period of time, and the third measured value is stored after a certain period of time. Similar measurements and calculations are performed at the time of the measurement of , and stored as a third measured value, and the difference between the third measured value and the first measured value is calculated to express the concentration change of the substance to be measured in the part to be measured. A measurement control unit that outputs a calculated value of 1, divides the difference between the second measured value and the first measured value by time, and outputs a second calculated value representing the rate of change over time. Characterized by As a result, it is possible to measure the amount of change after a certain period of time has elapsed, and to measure the time rate of change in sugars during a part of the measurement time of the amount of change. The storage unit can store a first measured value, a second measured value, a first calculated value, and a second calculated value in addition to the measurement data.

さらに、前記濃度変化値及び時間変化率を外部に出力するための通信機能を備えるように構成することにより、PC等により植物の成長などをリアルタイムで常時監視し、植物の成育環境を制御することが可能となる。 Furthermore, by providing a communication function for outputting the concentration change value and time change rate to the outside, the growth of plants can be constantly monitored in real time by a PC or the like, and the growth environment of the plants can be controlled. becomes possible.

本発明は植物の光合成の状況をリアルタイムで把握するのに適しており、植物を対象とする場合には、被測定部は植物の花柄または葉柄であり、被測定物質は光合成で生成された糖類であることが望ましい。また、測定制御部により一定時間間隔で同様の測定及び計算を繰り返して、濃度変化値及び時間変化率を継続的に出力するよう構成することも可能である。
また、前記被測定物質として人などの哺乳動物の血糖値を測定することも可能である。この場合、簡単に急激な血糖値の上昇等を測定することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for grasping the state of photosynthesis in plants in real time. Sugars are preferred. It is also possible to configure such that the measurement control unit repeats similar measurements and calculations at regular time intervals to continuously output the concentration change value and time change rate.
It is also possible to measure the blood sugar level of mammals such as humans as the substance to be measured. In this case, it is possible to easily measure a sudden increase in blood sugar level.

前記第1の吸光率による前記第2の吸光率の補正は、前記第2吸光率から前記第1吸光率を減算する事により前記測定値を求めることができる。また前記第1の吸光率による前記第2の吸光率の補正は、前記第2吸光率を第1吸光率で除算することにより前記測定値を求めても良い。さらに、被測定部に照射する光の照射位置、角度を補正する機構を持つように構成することもできる。 The correction of the second absorption coefficient by the first absorption coefficient can obtain the measured value by subtracting the first absorption coefficient from the second absorption coefficient. Further, the correction of the second absorption coefficient by the first absorption coefficient may be obtained by dividing the second absorption coefficient by the first absorption coefficient to obtain the measured value. Furthermore, it is possible to configure so as to have a mechanism for correcting the irradiation position and angle of the light irradiated to the part to be measured.

本発明によると、成長中の植物を傷つけることなく植物内の代謝状況をリアルタイムで測定することが可能となる。これにより、成育環境因子が植物の代謝にどのような影響を与えるか実際のデータをリアルタイムで計測することができ、環境因子が植物の代謝に与える影響を直接観測することができる。これにより光合成の状況をリアルタイムで継続的に観測しながら、植物の代謝状況に応じた植物の育成環境因子のフィードバック制御することが可能となる。すなわち、実際の植物の代謝状況を観察しながら、植物の成長を促進させること及び収穫時期を遅らせる等、植物の代謝をより正確に制御することができる。また、人を含む生きた動物であっても、目的に応じた代謝状況を継続に計測してデータを収集することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it becomes possible to measure the metabolic state in a plant in real time without damaging the growing plant. As a result, it is possible to measure actual data in real time about how growth environment factors affect plant metabolism, and to directly observe the effects of environmental factors on plant metabolism. This makes it possible to continuously observe the state of photosynthesis in real time and to feedback-control environmental factors for plant growth according to the metabolic state of the plant. That is, it is possible to more accurately control plant metabolism, such as promoting plant growth and delaying the harvest time, while observing the actual metabolic state of the plant. In addition, even in living animals including humans, it is possible to continuously measure the metabolic state according to the purpose and collect data.

植物における日射量と温度変化に伴い葉柄及び花柄を移動するブドウ糖の変化を予測するグラフ。Graphs predicting changes in glucose transport through petioles and flower stalks with changes in solar radiation and temperature in plants. 葉柄または花柄に本願発明の非破壊生態計測装置(計測装置)を取り付けた例を示す図。The figure which shows the example which attached the nondestructive ecological measuring device (measuring device) of this invention to a petiole or a flower peduncle. 計測装置の被測定部を固定する部分の構成を示す図。The figure which shows the structure of the part which fixes the to-be-measured part of a measuring device. 本発明の計測手順を説明するための模式的なグラフ。A typical graph for explaining a measuring procedure of the present invention. 透過光式の計測装置の基本構造を説明するための模式図。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the basic structure of a transmitted light type measuring device; 反射光式の計測装置の基本構造を説明するための模式図。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the basic structure of a reflected light type measuring device; アクチュエータを用いた光軸の調整を説明する図であり、(a)は装置に固定された測定部位(葉柄または花柄)の側面から見たティルト調整を説明する模式図であり、(b)は平面から見た測定部位の軸方向にシフト調整を説明する模式図、(c)は正面からみたティルト調整とシフト調整を説明する模式図である。FIG. 4A is a diagram illustrating adjustment of the optical axis using an actuator, and FIG. 4A is a schematic diagram illustrating tilt adjustment as viewed from the side of a measurement site (petiole or flower stalk) fixed to the device, and FIG. 10A is a schematic diagram illustrating shift adjustment in the axial direction of a measurement site viewed from the top, and FIG. 11C is a schematic diagram illustrating tilt adjustment and shift adjustment viewed from the front. 2つの光源を用いた透過光方式の計測装置の基本的な光学的な構成要素を例示する模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating basic optical components of a transmitted light type measuring device using two light sources. 2つの光源を用いた反射光方式の計測装置の基本的な光学的な構成要素を例示する模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating basic optical components of a reflected light type measuring device using two light sources; 透過方式の計測装置の光学部分をクリップ構造した例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a clip structure for an optical portion of a transmission-type measuring device. 本発明の計測装置の第1の実施例を示す電気回路のブロック図。1 is a block diagram of an electric circuit showing a first embodiment of a measuring device of the present invention; FIG. 本発明の生物の計測装置の第2の実施例を示す電気回路のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit showing a second embodiment of the biological measuring device of the present invention; LD1、LD2の切り替えのタイミングの一例を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of switching timing of LD1 and LD2; 最終的な判断値を求めるためのグラフの一例を示す図。The figure which shows an example of the graph for calculating|requiring a final judgment value. イチゴの園芸栽培における飽差制御と植物の代謝生成物の関係を説明するために例示したグラフ。Graph exemplified for explaining the relationship between satiety control and plant metabolites in strawberry horticultural cultivation. 飽差制御の制御手順を例示するフローチャート。4 is a flowchart illustrating a control procedure of saturation control; 灌水と植物の代謝の関係性を示す説明するために例示したグラフ。The graph illustrated for demonstrating the relationship of irrigation and the metabolism of a plant. 灌水を制御する手順を例示するフローチャートFlowchart illustrating the procedure for controlling irrigation

以下、図面を参照しながら本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置及び非破壊計測方法ならびにこれらを用いた植物の栽培システム及び植物の栽培方法について説明する。以下の説明においては、主として光合成により生成される植物の糖類を、所定の波長の光を用いて測定することにより植物の成長状態を調べる例を用いて説明するが、本発明装置及びシステムの測定対象物(代謝生成物等)はこれに限定されない。 Hereinafter, a nondestructive measuring device and a nondestructive measuring method for plant metabolites, a plant cultivation system and a plant cultivation method using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example of examining the growth state of a plant by measuring plant sugars produced mainly by photosynthesis using light of a predetermined wavelength will be used. Target substances (metabolites, etc.) are not limited to these.

植物は光合成により成長していくので、光合成により生成され成長に寄与する物質(代謝生成物)の量を植物の成長過程でリアルタイムに測定することができれば、植物の成長状況やその植物の将来を予測できるだけでなく、栽培環境を制御して成長を促すことが可能となる。例えば、植物の光合成ではブドウ糖などの各種糖類が生成されて、これらの生成量が植物の成長状況と密接な関連性を有しているので、光合成により生成される糖類を測定することにより、植物の果実がまだ小さいころから植物事態の成長と果実の成長状況を把握することや植物の成長や果実の成熟度合いやタイミングを調整することが可能となる。 Since plants grow through photosynthesis, if it is possible to measure the amount of substances (metabolic products) produced by photosynthesis that contribute to growth in real time during the plant growth process, it will be possible to predict the growth status of plants and their future. Not only can it be predicted, but it is also possible to control the cultivation environment and promote growth. For example, photosynthesis in plants produces various sugars such as glucose, and the amount of these sugars produced is closely related to the plant growth. It is possible to grasp the growth of the plant and the growth of the fruit from when the fruit is still small, and to adjust the maturity degree and timing of the growth of the plant and the fruit.

また、植物の成長過程において糖類や水分の供給量が急激に変化することは果実の成長に悪影響が与えることがあり、動物の場合も、血糖値が急激に変化することは血管にダメージを与える等の悪影響を与える。例えばトマトの成長過程において、急激な水の増加はトマトの割れの原因とされ、人の血糖値の急激な上昇は血糖値スパイクと称されて血管等へのダメージが大きいことがわかっている。したがって、測定値の大小だけではなく、時間的な変化量も、植物や動物の成長や健康状態を知るためには重要な情報となる。特に短時間の変化量だけでなく、中期、長期の代謝生物の変化量を計測することで、植物の生長や成育環境の変化が植物の成長に与える影響を直接観察することができるので、これらの測定データに基づいて成育環境ファクターをフィードバック制御することにより、より適切な植物成育環境を提供することが可能となる。本発明では、成長中の植物の組織内でおこる代謝生成物の移動を継続的に計測することにより、経験的に取得した栽培環境に関する知見だけでは得られないより厳密かつ正確な情報を把握することができるだけでなく、成長中の植物の実際の代謝状況に応じて、リアルタイムで栽培環境因子を制御することが可能となる。 In addition, sudden changes in the supply of sugars and water during the growth process of plants can adversely affect fruit growth, and in animals, rapid changes in blood sugar levels can damage blood vessels. and other adverse effects. For example, during the growth process of tomatoes, a sudden increase in water is considered to be the cause of tomato cracks, and a sudden rise in human blood sugar levels is known as a blood sugar level spike, which is known to cause great damage to blood vessels and the like. Therefore, not only the magnitude of the measured value but also the amount of change over time is important information for knowing the growth and health condition of plants and animals. In particular, by measuring not only short-term changes, but also medium- and long-term changes in metabolic organisms, it is possible to directly observe the effects of changes in plant growth and growth environment on plant growth. By feedback-controlling the growth environment factor based on the measurement data, it is possible to provide a more appropriate plant growth environment. In the present invention, by continuously measuring the movement of metabolites that occur within the tissue of a growing plant, it is possible to grasp more precise and accurate information that cannot be obtained only from empirically obtained knowledge about the cultivation environment. In addition, it becomes possible to control cultivation environmental factors in real time according to the actual metabolic situation of growing plants.

以下では、光の吸光度と拡散度を非破壊測定することにより、収穫した果実の糖度を測定するのではなく、生きている植物の光合成により生成される糖類やアンモニウムイオンの移動量の変化を測定し、植物の代謝状況を把握する例を説明する。糖類やアンモニウムイオン等の代謝生成物は固有の吸光度を示す波長の光を有しているので、測定対象となる代謝生成物に対応する波長の光を照射したときにどの程度の光が吸収されるかを測定することにより、代謝生成物の濃度を測定することが可能となる。拡散度についても、糖類等のように分子量が増大すると光の拡散量が多くなる。そのため、光を照射したときの光の反射光及び透過光の拡散度は糖類の濃度に比例する。したがって、糖類等の代謝生成物が多いと、吸収量や拡散量が増えることから透過光や反射光が濃度に応じて減少するため、光による代謝生成物の計測定が可能となる。 In the following, by non-destructively measuring the absorbance and diffusivity of light, instead of measuring the sugar content of harvested fruits, we measure changes in the amount of sugars and ammonium ions produced by photosynthesis in living plants. Then, an example of grasping the metabolic state of a plant will be explained. Metabolites such as sugars and ammonium ions have a wavelength of light that exhibits their own absorbance. By measuring the concentration of the metabolite, it is possible to measure the concentration of the metabolite. As for the degree of diffusion, the amount of diffusion of light increases as the molecular weight increases, as in the case of sugars. Therefore, the degree of diffusion of reflected light and transmitted light when light is irradiated is proportional to the concentration of sugars. Therefore, when there are many metabolites such as sugars, the amount of absorption and diffusion increases, and the amount of transmitted light and reflected light decreases according to the concentration.

以下に本発明にかかる植物内の代謝生成物(糖類等)の濃度を測定する計測装置及び方法、ならびに計測装置の取り付け方及び計測方法の実施形態について説明する。
まず、光合成によって生成される糖類の一つであるブドウ糖を測定する装置について説明する。植物が光合成を行って、生成されたブドウ糖は、葉柄(葉の根元の茎の部分)、花柄(花の根元の茎の部分)などを通して果実に移動する。葉身において生成されたブドウ糖が花または果実側に移動する事によって葉全体のブドウ糖は減少し、果実側の糖類が上昇する。この葉柄または花柄を通過する糖類の変化量を近赤外光を用いて測定することにより、光合成で生成された糖類のうち、果実の成育に寄与する糖類の量を推定することが可能となる。
Embodiments of a measuring device and method for measuring the concentration of metabolites (sugars, etc.) in plants, and how to attach the measuring device and measuring method according to the present invention will be described below.
First, an apparatus for measuring glucose, which is one of sugars produced by photosynthesis, will be described. Glucose produced by photosynthesis in plants moves to fruits through petioles (stems at the base of leaves) and peduncles (stems at the base of flowers). As the glucose produced in the leaf blade moves to the flower or fruit side, the glucose in the whole leaf decreases and the sugar in the fruit side increases. Using near-infrared light, it is possible to estimate the amount of sugars produced by photosynthesis that contribute to fruit growth by measuring the amount of change in sugars that pass through the petiole or flower stalk. Become.

光合成は、光、水、二酸化炭素等を取り入れることによって行われ、温度の影響も受ける。光合成により生成された物質は、葉柄や花柄を移動することにより花や果実に供給される。植物の葉柄や花柄を通過する代謝生成物その他の物質中、一日の中で大きく変化する可能性のあるものはこのブドウ糖と、水分および、植物自身の成長である考えられる。 Photosynthesis is performed by taking in light, water, carbon dioxide, etc., and is also affected by temperature. Substances produced by photosynthesis are supplied to flowers and fruits by moving through petioles and floral stalks. Among the metabolites and other substances that pass through the petiole and peduncle of the plant, it is thought that the glucose, water content, and the growth of the plant itself may vary greatly during the day.

図1は、植物における日射量と温度変化に伴い葉柄及び花柄を移動するブドウ糖の変化を予測するグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は温度、各測定部位におけるブドウ糖の濃度、日射量、温度等の大きさを表す。縦軸の表記の大きさは、各ファクターによって異なり、互いの相関関係がわかるように各ファクターの大きさの単位や縮尺を調整している。図中、5は温度を示し、6は日射量の変化、7は葉柄におけるブドウ糖の変化(予測)、8は花柄におけるブドウ糖の変化(予測)を示す。植物における糖類の移動(転流)は、温度の変化によって開始されると言われている。図1に示すように、花柄におけるブドウ糖の移動は、温度の低下及び日射量の低化が作用しているものと思われる。植物の成長、特に果実を収穫する場合には花柄を通過する糖類の移動量を大きくする事が重要であり、それには光合成を促進させることが重要である。葉柄または花柄における糖類の変位量を測定することにより、光合成の状況を推測することができる。つまり植物においては、一日周期で代謝及び代謝生成物の移動が行われており、葉柄か花柄における糖類の移動量の変化を一日単位で観測することにより、植物の一日における代謝状況を把握することができる。 FIG. 1 is a graph that predicts changes in glucose migration in petioles and flower stalks with changes in solar radiation and temperature in plants. The horizontal axis is the time axis, and the vertical axis represents the temperature, the concentration of glucose at each measurement site, the amount of solar radiation, the temperature, and the like. The size of the notation on the vertical axis differs depending on each factor, and the unit and scale of the size of each factor are adjusted so that mutual correlation can be understood. In the figure, 5 indicates temperature, 6 indicates change in solar radiation, 7 indicates change in glucose in petioles (predicted), and 8 indicates changes in glucose in flower stalks (predicted). The movement (translocation) of sugars in plants is said to be initiated by changes in temperature. As shown in FIG. 1, the movement of glucose in the peduncle seems to be affected by a decrease in temperature and a decrease in the amount of solar radiation. For plant growth, especially for harvesting fruits, it is important to increase the amount of sugars that pass through the flower stalks, and for this purpose, it is important to promote photosynthesis. By measuring the displacement of sugars in petioles or flower stalks, the state of photosynthesis can be inferred. In other words, in plants, metabolism and the movement of metabolites occur in a daily cycle. can be grasped.

植物では一日単位で一定の代謝を繰り返すので、1日単位で葉柄または花柄を通過する代謝生成物の量を測定することにより、その植物における代謝生成物の移動パターンを把握でき、一日における植物の実際の代謝の状況を個別に正確に把握できる。したがって、成育中の植物の代謝生成物(主に糖類)を非破壊で計測できる計測装置を用いて、一日単位もしくは数日単位で植物の成長に影響を与える各種ファクター(温度、湿度、水、日射量、肥料等の栽培環境因子)を変化させながら代謝生成物の移動量の変化を計測することにより、植物の各成長過程において、植物の成長に影響を与える栽培環境因子と成長の関係を把握することが可能となる。また、これらの計測により得られる知見に基づいて、植物の成育環境に最適な環境を提供するよう環境を制御することが可能となる。例えば、計測データに基づいて実際の植物の代謝状況を把握し、植物の代謝を促進させ又は抑制させるように成育環境の環境因子をフィードバック制御することができるようになる。 Since plants repeat a certain metabolism on a daily basis, measuring the amount of metabolites passing through petioles or flower stalks on a daily basis enables us to understand the movement patterns of metabolites in the plant. It is possible to accurately grasp the actual metabolic situation of plants in individual plants. Therefore, by using a measuring device that can non-destructively measure the metabolites (mainly sugars) of growing plants, various factors (temperature, humidity, water) that affect plant growth on a daily basis or on a several-day basis can be analyzed. By measuring changes in the amount of metabolite transfer while changing cultivation environmental factors such as , solar radiation, fertilizer, etc., the relationship between cultivation environmental factors that affect plant growth and growth in each growth process of plants. can be grasped. In addition, based on the findings obtained from these measurements, it becomes possible to control the environment so as to provide the optimum environment for plant growth. For example, it becomes possible to grasp the actual metabolic state of a plant based on measurement data, and to feedback-control environmental factors in the growth environment so as to promote or suppress the metabolism of the plant.

図2は葉柄または花柄に本願発明の非破壊代謝生成物計測装置(以下、単に「計測装置」と称する)を取り付けた状態を例示する図である。本願発明の計測装置は被測定部位に光を照射し、その透過光または反射光の光量を測定することにより代謝生成物を測定するものである。代謝生成物の通過路を継続的に測定することにより、移動量の変化状況を計測することができる。計測装置の詳細は後述する。植物の代謝生成物の通過路である葉柄18aまたは花柄18bのいずれか1方または双方に計測装置16または17を取り付けて固定し、葉柄18aまたは花柄18b内を移動(転流18´または18'')する転流成分中の糖類の移動の変化量を測定するのが好ましい。イチゴやスイカ等のように地面や壁に這うように成長する植物の場合には必要無いことが多いが、トマト等のように情報に伸びる植物の場合には、支柱16a、17aにより計測装置16または17を支えることが好ましい。これにより、風雨などや振動により測定部位(被測定部)の位置がずれるなどの影響を最小限に留める事が可能になる。光合成は葉身によって行われ、葉脈から葉柄を通して転流されるため、葉柄18aにおける転流18′を測定する事で光合成の状態がわかり、花柄18bへの転流18を測定する事で光合成の生成物質(ブドウ糖)が果実に送られているかどうかを把握することができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the nondestructive metabolite measuring device of the present invention (hereinafter simply referred to as "measuring device") is attached to a petiole or flower peduncle. The measuring device of the present invention measures metabolites by irradiating a site to be measured with light and measuring the amount of transmitted light or reflected light. By continuously measuring the pathway of metabolites, it is possible to measure changes in the amount of migration. Details of the measuring device will be described later. A measuring device 16 or 17 is attached and fixed to either one or both of the petiole 18a or the peduncle 18b, which is the passageway of plant metabolites, and moves in the petiole 18a or the peduncle 18b (commutation 18' or 18'') It is preferable to measure the change in saccharide movement in the translocation component. In the case of plants such as strawberries and watermelons that grow like crawling on the ground or on walls, it is often not necessary. or 17 is preferred. As a result, it is possible to minimize the influence of the position of the measurement site (measured part) shifting due to wind, rain, or vibration. Since photosynthesis is carried out by the leaf blade and translocated from the vein to the petiole, the state of photosynthesis can be determined by measuring the translocation 18' at the petiole 18a. It is possible to know whether the product (glucose) is being sent to the fruit.

継続的に測定を行う上で、被測定箇所がずれることにより測定データにばらつきが発生しないように配慮することは重要である。風雨などの振動により計測装置から照射する光の光軸がずれないように、かつ、植物の生長を妨げないように、測定部位の葉柄または花柄を計測装置へしっかりと固定することが好ましい。図3を用いて、計測装置に植物の被測定部位21(例えば葉柄または花柄)を固定する装置及び方法の一例を説明する。図3は測定対象となる植物の測定部位21を固定する構造のみを抜き出して示す模式図である。図3では葉柄または花柄のように細い茎状の測定部位21を例示しているが、測定部位に応じて、固定部や筐体の構造は適宜変更調整可能である。図3は、(a)及び(c)は側面図であり、(b)は平面図、(d)は正面図、(e)は(b)に示すA-A'線方向の断面図(固定片72b部分の断面図)を示している。 For continuous measurement, it is important to ensure that measurement data does not fluctuate due to displacement of the measurement point. It is preferable to firmly fix the petiole or flower peduncle of the measurement site to the measuring device so that the optical axis of the light emitted from the measuring device does not shift due to vibrations such as wind and rain and so as not to hinder the growth of the plant. With reference to FIG. 3, an example of a device and a method for fixing a measured portion 21 (for example, a petiole or a flower stalk) of a plant to a measuring device will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing only the structure for fixing the measurement site 21 of the plant to be measured. FIG. 3 exemplifies a thin stem-shaped measurement site 21 such as a petiole or a flower stalk, but the structure of the fixing part and housing can be appropriately changed and adjusted according to the measurement site. 3, (a) and (c) are side views, (b) is a plan view, (d) is a front view, and (e) is a cross-sectional view along the line AA' shown in (b) ( 72b is a cross-sectional view of the fixing piece 72b.

計測装置16または17の下部筐体70bには、葉柄18aまたは花柄18b等の測定部位21を配置するため、長手方向(図(b)の上下方向)に伸びるV字溝71が設けられている。また、下部筐体70bのほぼ中央部には、測定部位21を固定して保持するために、V字溝71を一定の間隔で横切り測定部位21を挟むようにして固定する2つの固定片72aと72bを有するコの字形状の固定具72が設けられている。固定具72は、下部筐体70bに設けられたコの字形状に設けられたほぼ平坦面な窪み面に埋め込まれるように固定されている(図(b),(e)参照)。固定具72は弾性部材(板バネ等)でできており、一体的に形成された2つの固定片72a、72bの根元部分が筐体70bにネジまたはピン等74により固定されている。 A lower housing 70b of the measuring device 16 or 17 is provided with a V-shaped groove 71 extending in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 1B) for arranging the measurement site 21 such as the petiole 18a or the floral stalk 18b. there is In addition, two fixing pieces 72a and 72b which cross the V-shaped groove 71 at regular intervals and fix the measurement site 21 therebetween are provided substantially in the center of the lower housing 70b in order to fix and hold the measurement site 21. A U-shaped fixture 72 is provided. The fixture 72 is fixed so as to be embedded in a substantially flat hollow surface provided in a U-shape provided in the lower housing 70b (see FIGS. 7B and 7E). The fixture 72 is made of an elastic member (plate spring or the like), and the root portions of two integrally formed fixing pieces 72a and 72b are fixed to the housing 70b by screws, pins or the like 74. As shown in FIG.

固定具72の固定片72a、72bの弾性力は測定部位21の成長を妨げない程度の強さで押圧固定することが好ましい。また、固定片72a、72b測定部位21に接触する面は、スポンジ、布その他の柔らかい材料の素材で覆うことが好ましい。なお、固定具72をヒンジにより回動可能に固定取り付けるとともに、トーションリング、板バネ、コイルバネ等の弾性部材により固定部72の固定片72a、72bが測定部位21を押圧して測定部位21を固定するように付勢する構成としても良い。 It is preferable that the elastic force of the fixing pieces 72a and 72b of the fixture 72 is such that the growth of the measurement site 21 is not hindered. Moreover, the surfaces of the fixing pieces 72a and 72b that come into contact with the measurement site 21 are preferably covered with a sponge, cloth, or other soft material. The fixture 72 is rotatably fixed by a hinge, and the fixing pieces 72a and 72b of the fixing portion 72 press the measurement site 21 by an elastic member such as a torsion ring, a plate spring, or a coil spring, thereby fixing the measurement site 21. It is good also as a structure which urges so that it may carry out.

<非破壊計測装置>
本願発明の実施形態においては葉柄や花柄を通過する物質に近赤外光を照射して、その透過光または反射光と照射光との差により、代謝生成物を測定するものである。しかし、近赤外光の波長付近で吸光特性を持つ物質はブドウ糖やアンモニウムイオン以外にも水その他の物質が複数存在するので、他の物質の影響により代謝生成物を正確に測定できない可能性がある。この点については、以下のようにして、測定精度を高めることができる。
葉柄や花柄を通過する物質の中で、その量が短時間で変化する物質はブドウ糖などの糖類、アンモニウムイオン、及び水が支配的であることから、近赤外光により計測した場合に測定データに大きく影響を与えるのは、これらの物質であると考えられる。したがって、水による影響を除去できれば、ブドウ糖及びアンモニウムイオンを測定することができることになる。
<Nondestructive measuring device>
In an embodiment of the present invention, near-infrared light is irradiated to substances passing through petioles or flower stalks, and metabolites are measured from the difference between the transmitted or reflected light and the irradiated light. However, in addition to glucose and ammonium ions, there are multiple substances other than glucose and ammonium ions that absorb light in the vicinity of near-infrared light. be. Regarding this point, the measurement accuracy can be improved as follows.
Among substances that pass through petioles and flower stalks, substances whose amount changes in a short period of time are predominantly sugars such as glucose, ammonium ions, and water. It is believed that it is these substances that greatly affect the data. Therefore, if the influence of water can be removed, glucose and ammonium ions can be measured.

例えば1500nm~1600nm近傍の波長の光を測定光とすると、この測定光は糖類、アンモニウムイオン及び水に吸収性を有する。一方、1300nm近傍の波長の光は、上記測定光と同程度の水に対する吸収性を有する。したがって、1300nm近傍の波長の光を参照光として照射し、測定光の測定データから参照光の測定データを引けば、測定データから水を分離することができる。
すなわちドウ糖等の吸光波長の光(測定光)と参照光の2つの光を用いて測定して、参照光の測定データにより測定光の測定データを補正することにより、ブドウ糖等の代謝生成物と水とを分離することができる。また、植物自身の成長による組織の変化(物理的変化)は波長にはあまり依存しない拡散体の変位であり、測定光及び参照光の双方の波長に同じように作用するため、同様の補正で相殺することができる。補正は必須ではなく、測定データをそのまま使用することも可能である。なお、参照光の測定データは、水分の測定データであるから、参照光は補正データとしてだけではなく、水分移動の測定データとして単独で使用することも可能である。
For example, if light with a wavelength of about 1500 nm to 1600 nm is used as measurement light, this measurement light absorbs sugars, ammonium ions, and water. On the other hand, light with a wavelength around 1300 nm has the same degree of water absorption as the measurement light. Therefore, by irradiating light with a wavelength near 1300 nm as reference light and subtracting the measurement data of the reference light from the measurement data of the measurement light, water can be separated from the measurement data.
That is, measurements are performed using two light beams (measurement light) and a reference light having an absorption wavelength of glucose or the like, and the measurement data of the measurement light is corrected by the measurement data of the reference light to obtain metabolites such as glucose. and water can be separated. In addition, the tissue change (physical change) due to the growth of the plant itself is a displacement of the diffuser that does not depend much on the wavelength, and acts in the same way on the wavelengths of both the measurement light and the reference light. can be offset. Correction is not essential, and it is possible to use the measured data as it is. Since the measurement data of the reference light is the measurement data of moisture, the reference light can be used not only as correction data but also as measurement data of moisture movement alone.

また、吸光度や反射光を正確に測定するためには、被測定部に対して各波長の光が同軸を通るよう構成することが重要である。また、本来、このブドウ糖以外の同定のために、広いスペクトラムでの測定を行った多くのデータに元づく検量線を作成しなければブドウ糖を測定できないが、ブドウ糖の時間的な変化量に着目すれば、ある時点での測定状態そのものが検量線として作用する事となり、結局検量線を必要としない事になる。このように今回の装置では、基本的にブドウ糖の上昇量、下降量の時間的変位量を測定する事を特徴としている。また、今回の測定のように変位量を測定する場合、植物の種類や、大きさなど個々のばらつきによる誤差を相殺できるため、測定精度、再現性の向上が可能である。 Also, in order to accurately measure absorbance and reflected light, it is important to configure the part to be measured so that light of each wavelength passes coaxially. In addition, originally, in order to identify substances other than glucose, glucose cannot be measured without creating a calibration curve based on a large amount of data measured in a wide spectrum. For example, the measurement state itself at a certain point in time acts as a calibration curve, and after all, the calibration curve is not necessary. As described above, the apparatus of this time is characterized by basically measuring the amount of change over time in the amount of rise and fall in glucose. In addition, when measuring the amount of displacement as in this measurement, it is possible to improve the measurement accuracy and reproducibility because errors due to individual variations in plant types and sizes can be offset.

反射光または透過光の量を測定するためにはフォトダイオード(以下「PD」と称する)を使用するが、PDの大きさ(面積)によってその感度は異なるため、PDの大きさは使用するビーム径と拡散度に応じて拡散範囲を考慮の上決定する。PDにて検出される光量は、ブドウ糖による吸収によって小さくなると同時に組織(拡散体)とブドウ糖により拡散される。このように拡散される光量が多くなるとPDにて検出される光量は少なくなり、ブドウ糖の吸光度が増えたように作用するため、拡散によりブドウ糖の変化の検出感度を増感する事になる。本発明ではこの吸光と拡散度を重畳した測定値を基本的な受光した光の検出量とし、この増感した状態で検出量から被測定物の吸光あるいは吸光度を求めている。また、吸光は温度によって変化する事が知られているため、測定部位の温度を測定し、温度の値によって検出量を補正し、最終的な吸光率とする。この補正は既知の糖の吸光温度係数に基づいて行う。 A photodiode (hereinafter referred to as "PD") is used to measure the amount of reflected light or transmitted light. Determine the diffusion range in consideration of the diameter and degree of diffusion. The amount of light detected by PD is reduced by absorption by glucose and at the same time is diffused by tissue (diffuser) and glucose. When the amount of diffused light increases in this way, the amount of light detected by the PD decreases, and it acts as if the absorbance of glucose has increased, so diffusion increases the detection sensitivity of changes in glucose. In the present invention, the measured value obtained by superimposing the absorbance and the diffusivity is used as the basic detected amount of received light, and the absorbance or the absorbance of the object to be measured is obtained from the detected amount in the sensitized state. Also, since it is known that light absorption varies with temperature, the temperature of the measurement site is measured, the detected amount is corrected according to the temperature value, and the final light absorbance is obtained. This correction is based on the known temperature coefficient of absorption of sugar.

本発明は同一箇所を通過する代謝生成物の量を時間間隔を置いて継続的に計測し、一定時間ごとの測定データの差により葉柄または花柄を移動するブドウ糖の変化量を測定するものである。この変化の状態を明確に検出するために、本発明では、測定の基本構成として一定時間間隔、例えば10分の間隔をあけて、t1、t2、t3のタイミングで3回の計測を行い第1の測定値、第2の測定値、および第3の測定値を得る。これからt3時点とt1時点における測定値の差(第3測定値-第1測定値)に基づいて吸光度の変化量を算出して第1の算出値(ds)を得る。t2とt1の測定値(第2の測定値と第1の測定値)に基づいて短い時間の変化量または瞬間変化量を算出して第2の算出値(dts)を得る。本発明は、この2つの算出値ds及dtsに基づいて植物の成長状態を複合的に評価するものである。 In the present invention, the amount of metabolites passing through the same site is continuously measured at time intervals, and the amount of change in glucose that moves through the petiole or flower stalk is measured based on the difference in measurement data at regular time intervals. be. In order to clearly detect this state of change, in the present invention, as a basic configuration of measurement, measurement is performed three times at timings t1, t2, and t3 at regular time intervals, for example, 10-minute intervals. A measurement of , a second measurement, and a third measurement are obtained. From this, the amount of change in absorbance is calculated based on the difference between the measured values at time t3 and time t1 (third measured value - first measured value) to obtain the first calculated value (ds). Based on the measured values of t2 and t1 (the second measured value and the first measured value), a short time change amount or an instantaneous change amount is calculated to obtain a second calculated value (dts). The present invention comprehensively evaluates the growth state of plants based on these two calculated values ds and dts.

図4は本発明の測定方法を説明するための模式的なグラフである。第1の測定時t1、第2の測定時t2、第3の測定時t3のそれぞれの時間間隔は一定(例えば10分)とする。この時間間隔は、測定対象となる植物や物質の変化速度に応じて適宜設定可能である。つまり、変移が大きい植物に対しては時間間隔を短くし、変移が小さい植物の場合にはこの時間間隔を広く設定する事で、測定をしやすくする事が可能になる。 FIG. 4 is a schematic graph for explaining the measuring method of the present invention. Time intervals between the first measurement time t1, the second measurement time t2, and the third measurement time t3 are set constant (for example, 10 minutes). This time interval can be appropriately set according to the change speed of the plant or substance to be measured. In other words, it is possible to make the measurement easier by shortening the time interval for plants with large changes and by setting the time intervals wider for plants with small changes.

第1の算出値dsと第2の算出値dtsを算出する基本的な考え方は以下の通りである。第1の測定時t1における測定(測定12)において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または両者の割合(吸光率)を、被測定物の吸光量または吸光度(吸光率)を表わす第1の測定値(S1)とする。第2の測定時t2における測定(測定13)において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または者割合(吸光率)を、被測定物の吸光量または吸光度を表わす第2の測定値(S2)とする。第3の測定時t3における測定(測定13)において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または両者の割合(吸光率)を、非測定物の吸光量または吸光度を表わす第3の測定値(S3)とする。好ましくは、このような測定を順次繰り返し行いて、測定データの平準化を図ることが望ましい。 The basic concept of calculating the first calculated value ds and the second calculated value dts is as follows. In the measurement (measurement 12) at the first measurement time t1, the difference between the amount of light received by the light receiving element and the amount of light emitted from the light source, or the ratio of the two (absorbance) Let the first measured value (S1) represent the rate). In the measurement (measurement 13) at the second measurement time t2, the difference or ratio (absorbance) between the amount of light received by the light receiving element and the amount of light emitted from the light source is used as the absorbance or absorbance of the object to be measured. 2 measured value (S2). In the measurement (measurement 13) at the third measurement time t3, the difference between the amount of light received by the light receiving element and the amount of light emitted from the light source, or the ratio of the two (absorbance), represents the amount of absorption or the absorbance of the non-measurement. This is the third measured value (S3). Preferably, such measurements are repeated sequentially to level the measured data.

ブドウ糖と水分の例で説明したように、第1~第3の測定値(S1~S3)は、異なる波長の光である参照光と測定光を用いることにより補正することが望ましい。例えば、参照光を第1の波長の光とし、測定光を第2の波長の光とすると、測定光の受光量または吸収率から参照光の受光量または吸収率を引くことにより、水分等による影響を除去することにより補正することが可能となる。または測定光の受光量または吸光率を参照光の受光量または吸光率で除算することに補正することも可能である。この場合、補正された値がそれぞれ第1~第3の測定値(S1~S3)となる。 As explained in the example of glucose and water, the first to third measured values (S1 to S3) are desirably corrected by using the reference light and the measurement light, which are lights of different wavelengths. For example, if the reference light is light of a first wavelength and the measurement light is light of a second wavelength, by subtracting the light reception amount or absorption rate of the reference light from the light reception amount or absorption rate of the measurement light, Correction is possible by removing the influence. Alternatively, correction can be made by dividing the amount of light received or the absorptivity of the measurement light by the amount of light received or the absorptance of the reference light. In this case, the corrected values become the first to third measured values (S1 to S3), respectively.

次に第3の測定値(S3)から第1の測定値(S1)を引いた値である(S3-S1)を求めこれを第1の算出値dsとする。また、第2の測定値(S2)から第1の測定値(S1)を引いた値である(S2-S1)を求め、これを第1の算出値dtsとする。すなわち、第1の算出値は測定周期10の差分であり、第2の算出値は測定周期11の差分である。 Next, (S3-S1), which is a value obtained by subtracting the first measured value (S1) from the third measured value (S3), is obtained and used as the first calculated value ds. Further, (S2-S1), which is a value obtained by subtracting the first measured value (S1) from the second measured value (S2), is obtained, and this value is defined as the first calculated value dts. That is, the first calculated value is the difference in the tenth measurement period, and the second calculated value is the difference in the tenth measurement period.

図5及び図6は、図2に示すその花柄、葉柄に取り付け固定する計測装置16又は17の基本構造を例示したものであり、図5は透過光を用いて測定する構造の例、図6は反射光により測定する場合の基本構造を説明する図である。図5に示す透過光方式の場合、光源19から対物レンズ20を通して葉柄または花柄の被測定部である測定部位21に光19'が照射され、測定部位21を通過した透過光19''の光量が受光素子(PD)23によって電圧又は電流の大きさとして検出される。図5に示す反射光方式の場合、光源らの光は1/4波長板24を通過し、偏光が45度ずれて測定部位に照射される。照射された光は、測定部位の中で一部が反射され戻ってくる。この戻ってきた光(反射光)は再度1/4波長板を通過するため、偏光は90度ずれる事になり、反射光はPBS25によって分離されてPDに照射され、反射光の光量が検出される。なお、図4、図5では一つの光源19を例示しているが、2波長レーザを使用することにより参照光と測定光を出力することができる。 5 and 6 illustrate the basic structure of the measuring device 16 or 17 attached and fixed to the flower stalk and leaf stalk shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a diagram for explaining the basic structure for measurement using reflected light. In the case of the transmitted light method shown in FIG. 5, light 19′ is irradiated from a light source 19 through an objective lens 20 to a measurement site 21, which is a portion to be measured such as a petiole or flower stalk, and the transmitted light 19'' passing through the measurement site 21 is The amount of light is detected by a photodiode (PD) 23 as the magnitude of voltage or current. In the case of the reflected light method shown in FIG. 5, the light from the light source passes through the quarter-wave plate 24 and is irradiated onto the measurement site with the polarization shifted by 45 degrees. A portion of the irradiated light is reflected in the measurement site and returns. Since this returning light (reflected light) passes through the 1/4 wavelength plate again, the polarized light is shifted by 90 degrees. be. Although one light source 19 is illustrated in FIGS. 4 and 5, reference light and measurement light can be output by using a two-wavelength laser.

固定具72は測定部位を固定するものであり、図中の下側のV字の溝部分を支えとし、上側は生長を妨げない弱い力で押圧する押圧固定具72とすることで、測定部位へ21の押圧負荷を低減することが好ましい。これは測定対象が特に植物の場合、成長によっても物理的形状が変化することから、大きな負荷が長時間継続した場合にその成長を妨げないようにするためである。その葉柄、花柄にて測定する場合、その光路が変化する事によって測定誤差が発生し、測定精度が低下する。そのため、光路が変化しないように固定するが、何らかの理由で動いてしまうと測定部位での下部組織が変化してしまう可能性もあり測定精度の低下を伴う。また風雨や振動など外的要因により光の入射状態が変化した場合も測定精度の低下となる。従って、まず、計測装置を測定部位に固定して計測装置と測定部位がずれないようにする事が大切である。 The fixture 72 is used to fix the measurement site, and the V-shaped groove on the lower side in the figure is used as a support, and the upper side is a pressure fixture 72 that presses with a weak force that does not hinder the growth of the measurement site. It is preferable to reduce the pressing load of the toe 21 . This is because, especially when the object to be measured is a plant, its physical shape changes as it grows, so that if a large load continues for a long period of time, the growth will not be hindered. When the measurement is performed on the petiole or flower stalk, measurement errors occur due to changes in the optical path, resulting in a decrease in measurement accuracy. Therefore, the optical path is fixed so that it does not change, but if it moves for some reason, there is a possibility that the underlying tissue at the measurement site will change, resulting in a decrease in measurement accuracy. In addition, when the incident state of light changes due to external factors such as wind, rain and vibration, the measurement accuracy is lowered. Therefore, first, it is important to fix the measuring device to the measurement site so that the measuring device and the measurement site do not shift.

葉柄或は花柄を計測装置内に挟み込む構造とする事で、光路長をほぼ一定に保つ事が可能であるが、植物の物理的形状は生長等により常に変化していると考えられ、またその物理的な変位は一定の方向ではないと考えられる。また、風や雨などの影響による振動より測定部位がずれることも想定され、これらの要因によって測定精度が低下する。そこで、光経を小さくした高速応答アクチュエータ(CDやDVDの読取装置の光ピックアップ等で使用するような高速応答が可能な駆動方式と同様の構造のアクチュエータ)を使用し、レンズの角度や位置を調整して測定部位への照射位置を調整し、検出光が最大になるように調整する機構を設けることが望ましい。 By adopting a structure in which the petiole or flower stalk is inserted into the measuring device, it is possible to keep the optical path length almost constant. Its physical displacement may not be unidirectional. In addition, it is assumed that the measurement site is displaced due to vibration due to the influence of wind, rain, etc., and these factors reduce the measurement accuracy. Therefore, we used a high-speed response actuator with a small light path (actuator with a structure similar to the drive system capable of high-speed response, such as that used in optical pickups of CD and DVD readers) to adjust the angle and position of the lens. It is desirable to provide a mechanism for adjusting the irradiation position to the measurement site and adjusting so that the detected light is maximized.

この機構は、実時間で調整する機構(動的制御機構)を持たせ、測定精度を確保する。図7は高速応答アクチュエータによりレンズ20を動かして光軸を調整する状況を説明する図である。レンズ20はレンズを支持する支持部に設けられたコイルとコイルに対抗する永久磁石を複数組み合わせた高速応答アクチュエータにより、傾斜やシフト移動させることができる。図7(a)は葉柄または花柄の測定部位21を側面から見た図であり、(b)は平面から見た模式図、(c)は正面からみた模式図である。対物レンズ20を図7の(a)、(c)に示すように、アクチュエータによって傾斜角度を変えることによって、照射光19'が照射される入射角度(ティルト補正26)をずらす事ができ、2つの対物レンズをシフト移動(シフト補正27)させることでで、測定部位の物理的変位及び風などの揺れによる振動などを抑えることが可能となり、測定精度を安定させることが可能になる(アクチュエータの動作制御については後述する)。 This mechanism has a real-time adjustment mechanism (dynamic control mechanism) to ensure measurement accuracy. FIG. 7 is a diagram for explaining the situation in which the lens 20 is moved by the high-speed response actuator to adjust the optical axis. The lens 20 can be tilted or shifted by a high-speed response actuator that combines a plurality of coils and permanent magnets that oppose the coils provided in a support portion that supports the lens. FIG. 7(a) is a side view of the measurement site 21 of the petiole or flower stalk, (b) is a schematic plan view, and (c) is a front view. By changing the tilt angle of the objective lens 20 with an actuator as shown in FIGS. By shifting the two objective lenses (shift correction 27), it is possible to suppress vibrations due to physical displacement of the measurement site and wind swaying, etc., and stabilize the measurement accuracy (actuator Operation control will be described later).

風雨に基づく振動などによる位置ずれや角度変化はアクチュエータにより調整可能である。しかし時間経過に伴う植物の成長その他の物理的な変異など、アクチュエータによる調整機構では補正できないものも存在する。この点に関して、例えば植物成長等に伴う変移などについては、測定光とは異なる波長の参照光と測定光とを、別々のタイミングでまったく同じ光路を通るように測定部位に照射して、それぞれの波長の光の受光量を測定することにより、参照光の測定値を用いて測定光の測定値を調整することが可能である。植物の成長等の物理的な変異による光の吸収率等は、ブドウ糖の測定に使用する測定光の波長と、参照光の波長とほぼ同じと考えられるので、両波長の検出値の差を取ることに物理的変化分は相殺できるためである。 Positional deviation and angle change caused by vibrations due to wind and rain can be adjusted by actuators. However, there are things such as plant growth and other physical changes that occur over time that cannot be corrected by the adjustment mechanism using actuators. In this regard, for example, with respect to changes accompanying plant growth, etc., reference light and measurement light having different wavelengths from the measurement light are irradiated to the measurement site at different timings so as to pass exactly the same optical path, and the respective By measuring the amount of received light of the wavelength, it is possible to adjust the measured value of the measurement light using the measured value of the reference light. The absorption rate of light due to physical changes such as plant growth is considered to be approximately the same as the wavelength of the measurement light used for measuring glucose and the wavelength of the reference light, so the difference between the detected values at both wavelengths is taken. This is because physical changes can be offset.

図8は透過光方式の計測装置の光学的な構成を例示する模式図である。特徴として近赤外の光源(この構成の場合は2つの半導体レーザーダイオード19a、19bを使用している)として異なる複数波長を使用し、その複数の光源を同軸に出射する。波長として、糖に大きな吸光を示す波長例えば1500nm付近の光を測定光として出力する第2波長光源LD2(19b)と、1300nmの光を参照光として出力する第1波長光源LD1(19a)を使用する。なお図7,8,9において、LD1(19a)とLD2(19b)の配置位置は入れ替えても良い。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an optical configuration of a transmitted light type measuring device. As a feature, a plurality of different wavelengths are used as near-infrared light sources (in this configuration, two semiconductor laser diodes 19a and 19b are used), and the plurality of light sources are coaxially emitted. As wavelengths, a second wavelength light source LD2 (19b) that outputs light with a wavelength that exhibits large absorption in sugar, for example, around 1500 nm as measurement light, and a first wavelength light source LD1 (19a) that outputs light with a wavelength of 1300 nm as reference light are used. do. 7, 8 and 9, the positions of LD1 (19a) and LD2 (19b) may be interchanged.

光源としてはレーザー光が望ましい。その理由は、発光波長範囲が非常に狭く、単一波長として扱う事が可能なためである。当然、単一波長とみなされる範囲としてその偏差が10nm程度の発光特性を持つ光源であっても良い。また、LD2の波長を別な波長、例えばアンモニアの強い吸光特性を持つ波長として1660nmの近赤外光を使用する事で窒素量を間接的に測定する事も可能であり、この場合、植物の成長に必修物質である窒素が適切かの判断として活用可能となる。この場合も参照光LD1の波長としては1300nm付近の波長を選択する。 Laser light is desirable as the light source. The reason is that the emission wavelength range is very narrow and can be treated as a single wavelength. Naturally, the light source may have emission characteristics with a deviation of about 10 nm as the range considered to be a single wavelength. In addition, it is also possible to indirectly measure the amount of nitrogen by using another wavelength for the LD2, for example near-infrared light of 1660 nm as a wavelength having strong absorption characteristics of ammonia. It can be used as a judgment whether nitrogen, which is a compulsory substance for growth, is appropriate. Also in this case, a wavelength around 1300 nm is selected as the wavelength of the reference light LD1.

この波長の組み合わせは、測定対象となる物質によって決定し、その変化の測定対象を変える事が可能である。その組み合わせの基本は、被測定物質に対して吸光特性を示す波長の光と、吸光特性を有しない波長の組み合わせとなる。今参照光LD1として1310nmを使用している理由は、この波長は水分に対して高い吸光度を示すのに対し、ブドウ糖に対しては大きな吸光を示さない波長であるからである。参照光LD1の波長と測定光LD2の波長の光と組み合わせることにより、LD2の検出量に基づいて測定光(LD2)の検出量から水分量を取り除く補正を行うことができる。この補正の方法はLD2とLD1の検出量の差分を取る方法、または両者の比を求める方法でも良く、これによりLD2による検出量に含まれるブドウ糖の変位以外の値は相殺される事になる。 This combination of wavelengths is determined by the substance to be measured, and it is possible to change the measurement target of the change. The basis of the combination is a combination of light having a wavelength that exhibits light absorption characteristics with respect to the substance to be measured and wavelengths that do not have light absorption characteristics. The reason why 1310 nm is used as the reference light LD1 is that this wavelength exhibits high absorbance to moisture, but does not exhibit large absorbance to glucose. By combining the wavelength of the reference light LD1 and the light of the wavelength of the measurement light LD2, it is possible to perform correction to remove the water content from the detection amount of the measurement light (LD2) based on the detection amount of LD2. This correction method may be a method of obtaining the difference between the amounts detected by LD2 and LD1, or a method of obtaining the ratio of the two, whereby values other than the displacement of glucose contained in the amount detected by LD2 are offset.

また、参照光LD1による検出量は、測定部位の振動や入光状態の補正、光路上の障害物の回避を行うためのアクチュエータを制御するための制御量として使用することができる。この参照光(LD1)により検出される光量が最大となるように、後ほど詳しく説明するアクチュエータを電気的に制御する。図7は測定部位に対して透過光方式の構成例を示し、図8は反射光方式の計測装置の光学的な構成を例示する模式図である。 Further, the amount detected by the reference light LD1 can be used as a control amount for controlling the actuator for correcting the vibration of the measurement site and the incident light state, and avoiding obstacles on the optical path. An actuator, which will be described later in detail, is electrically controlled so that the amount of light detected by this reference light (LD1) is maximized. FIG. 7 shows a configuration example of a transmitted light method with respect to a measurement site, and FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an optical configuration of a reflected light method measuring apparatus.

光源19a、19bからの光はレンズ28a、28b等によって小径ビームに絞られてコリメート光19'となる。小径のビームに絞ることにより大きな出力の光源を使用せずに輝度を確保する事が可能であり、消費電力及びコストを抑える事が可能となる。また、光路上に障害物があった場合回避する事ができるようになる。このビームはPBS25aによって同軸光とされる。ただし、2個の光源が同時に発光しないように制御される。照射光はアクチュエータ機能を備える対物レンズ20によって測定部位21に照射する位置を補正することができる。このアクチュエータの動作は、シフト移動機能(平行移動機能)とティルト機能(傾斜角度調整機能)を備えており、参照光による検出値が最大になるよう実時間制御による調整を行う。この調整は風雨などによる測定部位の比較的遅い動きの変化に対応するものであるため、このアクチュエータでは、CDの光ピックアップまでの
高速応答性能は要求されない。
Light from the light sources 19a and 19b is condensed into small diameter beams by lenses 28a and 28b and the like to become collimated light 19'. By narrowing the beam to a small diameter, it is possible to ensure brightness without using a light source with a large output, and it is possible to reduce power consumption and costs. Also, if there is an obstacle on the optical path, it can be avoided. This beam is made coaxial by the PBS 25a. However, the two light sources are controlled so as not to emit light at the same time. The irradiation light can correct the irradiation position on the measurement site 21 by the objective lens 20 having an actuator function. The operation of this actuator has a shift movement function (parallel movement function) and a tilt function (tilt angle adjustment function), and performs adjustment by real-time control so that the detected value by the reference light is maximized. Since this adjustment corresponds to relatively slow changes in the movement of the measurement site due to wind and rain, this actuator does not require a high-speed response performance up to a CD optical pickup.

植物の代謝生成物を測定する計測装置は、二つの構造体の一端をヒンジ等で接続して折り畳み可能に構成し、光源部分と測定部位の固定位置を別々の構造体に配置し、折りたたんだときに測定部位21が所定の測定位置に固定されるような構成(挟み込み構造)とすることが望ましい。これにより測定位置で動かないように測定部位21を固定することが容易となる。また、簡単な構造により、光源及び受光部から測定部位21までの距離を短くしつつ、常に一定の距離に保つことができる。図10に、折りたたみ構造の被測定部位に固定する透過方式の計測装置の光学的な構成の概略を例示する模式図を示す。計測装置16に成育中の葉柄または花柄の測定部位21を固定した状態の側面図を、測定部の主要構成要素の配置がわかるように透し画として描いている。折り畳み構造の計測装置16は、回動軸29cを中心にして筐体70の上側部分70aが、図10において反時計方向に回動可能である。図10では透過光方式の計測装置16を例示している。 A measuring device for measuring plant metabolites is configured to be foldable by connecting one end of two structures with a hinge or the like. Sometimes, it is desirable to have a configuration (sandwich structure) in which the measurement site 21 is fixed at a predetermined measurement position. This makes it easier to fix the measurement site 21 so that it does not move at the measurement position. In addition, the simple structure makes it possible to shorten the distance from the light source and the light receiving section to the measurement site 21 while always maintaining a constant distance. FIG. 10 shows a schematic diagram illustrating an outline of an optical configuration of a transmission-type measurement device fixed to a measurement site of a folded structure. A side view of a state in which a measuring portion 21 of a growing petiole or flower stalk is fixed to the measuring device 16 is drawn as a transparent drawing so that the layout of the main components of the measuring portion can be understood. In the folding measuring device 16, the upper portion 70a of the housing 70 can rotate counterclockwise in FIG. 10 around the rotating shaft 29c. FIG. 10 illustrates a transmitted light type measuring device 16 .

図10では、光源19として、参照光及び測定光の2つの波長を照射可能な2波長レーザを用いることが望ましい。図10では光源19からの照射光19′がレンズ28よって絞りこまれ、PBS25aによって反射されて対物レンズ20まで導光されているが、光ファイバーなどにより対物レンズ20まで導光する構成も可能である。照射光19'は測定部位21に照射され、透過した光19''は集光レンズ30によって集光され、ミラー31で反射されてPD23により検出される。なお、図10では、ヒンジを用いた折り畳み構造であるが、ばね等の弾性部材を用いて2つの筐体を挟みこむ、クリップ構造とすることもできる。 In FIG. 10, as the light source 19, it is desirable to use a two-wavelength laser capable of emitting two wavelengths of reference light and measurement light. In FIG. 10, the illumination light 19' from the light source 19 is focused by the lens 28, reflected by the PBS 25a, and guided to the objective lens 20. However, it is also possible to use an optical fiber or the like to guide the light to the objective lens 20. . The irradiation light 19 ′ is applied to the measurement site 21 , and the transmitted light 19 ″ is collected by the condenser lens 30 , reflected by the mirror 31 and detected by the PD 23 . In addition, although FIG. 10 shows a folding structure using a hinge, a clip structure may be employed in which two housings are sandwiched using an elastic member such as a spring.

図10は透過光方式の構成であるが、反射方式でも同じ様な折り畳み構造またはばネ式のクリップ機構を用いることができ、この場合には筐体29内に図8に示す光学的な構造を内蔵させる。このような折り畳み構造、又はクリップ構造とすることにより、計測装置16を植物の葉柄又は花柄に容易に装着することができる。また、通常の光学読取装置等の機器においては細いビームを使用するので、位置合わせのために光軸の厳密な調整が必要となる。しかし今回の方式では、測定部位に照射された照射光19'は測定部位において拡散されて比較的太いビーム径となるため、測定部位通化後の透過光19''の検出では厳密に調整する必要がなくなる。したがって、今回のようなクリップの構造での装着によっても所望の測定精度を実現することが可能である。これにより、装置の機構に関するコストを低減することが可能となる。
<非破壊計測装置の第1の実施例>
Although FIG. 10 shows the structure of the transmitted light system, a similar folding structure or a spring-type clip mechanism can also be used in the reflection system. In this case, the optical structure shown in FIG. built in. With such a folding structure or clip structure, the measuring device 16 can be easily attached to the petiole or flower stalk of the plant. In addition, since a narrow beam is used in equipment such as an ordinary optical reader, strict adjustment of the optical axis is required for alignment. However, in this method, the irradiation light 19′ irradiated to the measurement site is diffused at the measurement site and has a relatively large beam diameter. Therefore, it is necessary to strictly adjust the detection of the transmitted light 19'' after passing through the measurement site. disappears. Therefore, it is possible to realize the desired measurement accuracy even by mounting with the clip structure as in this case. This makes it possible to reduce the cost of the mechanism of the device.
<First embodiment of non-destructive measuring device>

図11は本発明に係る生物の非破壊検査装置の第1の実施例を示す電気回路のブロック図である。この図11は透過光による構成であるが、反射光を使用した場合も電気回路としては同じ構成で良い。オシレータ1(OSC1:32a)は測定に使用する信号例えば1Khzにて光出力をAC変調する信号である。測定値はこのOSC1による変調された照射光が測定部位によって吸光及び拡散されて減衰した透過光がPD23により検出された値である。 FIG. 11 is a block diagram of an electric circuit showing the first embodiment of the nondestructive inspection apparatus for living organisms according to the present invention. Although FIG. 11 shows a configuration using transmitted light, the same electrical circuit configuration may be used even when reflected light is used. Oscillator 1 (OSC1: 32a) is a signal used for measurement, for example, a signal for AC-modulating an optical output at 1 Khz. The measured value is a value detected by the PD 23 as transmitted light attenuated by absorption and diffusion of the irradiated light modulated by the OSC 1 and attenuated by the measurement site.

なお図11及び図12においては、光学系のレンズ等が一部省略されている。また、LD1(19a)及びLD2(19b)の配置位置は、図8、図9の構成とは入れ替えられて逆になっているが、この配置は図8、図9と同様の位置に入れ替えることもできる。また、撮像素子等の受光素子であるPDとして、照射光の受光量を測定するメインPD23と、光軸やレンズの調整や振動に応じた光軸調整信号として使用するサブPD23s、23bを備えている。サブPD23s、23bの機能・役割については後述する。 11 and 12, the lenses of the optical system are partially omitted. Also, the arrangement positions of the LD1 (19a) and the LD2 (19b) are reversed from those in FIGS. can also In addition, as a PD that is a light receiving element such as an image sensor, it is equipped with a main PD 23 that measures the amount of received light and sub PDs 23s and 23b that are used as optical axis adjustment signals according to the adjustment and vibration of the optical axis and lens. there is Functions and roles of the sub PDs 23s and 23b will be described later.

オシレータ2(OSC2:32b)は、光源1(LD1:19a)と光源2(LD2:19b)を切り替えるスイッチ33により切り替えるためのもので、LD1が発光の場合はLD2が休止、LD2が発光の場合はLD1が休止のように発光する光源を交互に切り替える。例えばOSC2(32b)の出力がハイ(H)の時にLD1が発光し、ロー(L)の時はLD2が発光する。ここでも、LD1を参照光、LD2を測定光としている。受光素子(メインPD)23(参照光と測定光用と共有)の出力は電流電圧素子37により変換され、同期アンプ38によって増幅される。 The oscillator 2 (OSC2: 32b) is for switching between the light source 1 (LD1: 19a) and the light source 2 (LD2: 19b) by means of a switch 33. When the LD1 emits light, the LD2 is inactive, and when the LD2 emits light. alternately switches the light source from which LD1 emits light as if at rest. For example, when the output of OSC2 (32b) is high (H), LD1 emits light, and when it is low (L), LD2 emits light. Also in this case, LD1 is used as the reference light, and LD2 is used as the measurement light. The output of a light receiving element (main PD) 23 (shared for reference light and measurement light) is converted by a current/voltage element 37 and amplified by a synchronous amplifier 38 .

光源駆動回路1及び2(34a、34b:以降LDD1及びLDD2と称する)は各々のレーザーダイオードに高周波重畳機能36a、36bを有し、反射光によりレーザの発光が不安定になる事を避けるため、シングルモードからマルチモード発振で使用されフロントモニタやバックモニタなどのAPC回路(図示せず)によって光出力を一定に保つ。また、温度センサーを配置し、温度による変化を補正も行う。 The light source driving circuits 1 and 2 (34a, 34b: hereinafter referred to as LDD1 and LDD2) have high-frequency superposition functions 36a, 36b in their respective laser diodes, and in order to avoid unstable laser light emission due to reflected light, Used for single-mode to multi-mode oscillation, the optical output is kept constant by an APC circuit (not shown) such as a front monitor or a back monitor. A temperature sensor is also installed to compensate for changes due to temperature.

RMS回路39では、検出された信号の実効値を出力し、サーボアンプ40、42に入力される。LD1が発光した時のRMS回路39の出力をホールドする回路43bと基準電圧41(参照光量に相当)がLD1サーボAMPに入力され差分を演算し、LD1LD1 制御量ホールド回路43aによってその演算結果がホールドされて、LD1の発光量を自動制御するサーボループを形成する。この動作によってメインPD23で受ける参照光の光量は基本的な透過量の影響を排し一定になる。 The RMS circuit 39 outputs the effective value of the detected signal and inputs it to the servo amplifiers 40 and 42 . A circuit 43b for holding the output of the RMS circuit 39 when the LD1 emits light and a reference voltage 41 (corresponding to the reference light quantity) are input to the LD1 servo AMP to calculate the difference, and the calculation result is held by the LD1LD1 control amount hold circuit 43a. to form a servo loop for automatically controlling the amount of light emitted by the LD1. By this operation, the light amount of the reference light received by the main PD 23 becomes constant by eliminating the influence of the basic transmission amount.

LDIサーボアンプ40において演算してLDD1(34a)の入力量として求めるが、LDIサーボアンプ40の出力が大きい場合、被測定物における光の減衰量が大きいことを示し、このLD1の制御量がLD2の制御するための基準値となる。この基準値を得たことにより、被測定物を測定するために必要な光源LD2の出力強度を自動的に求めたことになる。また、測定部位の物理的変位(植物の成長などによる被測定物の物理的な変異)を伴う組織は、LD1、LD2の双方の波長の光に対して同じ減衰特性である(被測定物の吸光特性、拡散度特性に影響を与えない)と考えられるため、LD1による検出量は物理的な変位量と時間的に変化する可能性がある水分による吸光度の補正量を反映していることとなる。 When the output of the LDI servo amplifier 40 is large, it indicates that the amount of light attenuation in the object to be measured is large. becomes a reference value for controlling By obtaining this reference value, the output intensity of the light source LD2 required for measuring the object to be measured is automatically obtained. In addition, a tissue with physical displacement of the measurement site (physical variation of the object to be measured due to plant growth, etc.) has the same attenuation characteristics for light of both wavelengths LD1 and LD2 ( It does not affect the absorption characteristics and diffusivity characteristics), so the amount detected by LD1 reflects the amount of physical displacement and the correction amount of absorbance due to moisture that may change over time. Become.

また、LD2が発光した時のRMS回路39の出力をホールドする回路43cの出力と、LD1の制御量をホールドする回路43aの出力の値の差分を演算し、LD2の制御出力とする事で、LD2の出力を一定に保つ事が可能になる(LD1の発光量とLD2の発光量の比率は事前に最適な値を求めておき、その比率に従ってLDDのゲインが決定される)。LD1の制御量をホールドする回路43aは、オシレータ2(32b:OSC2)の出力が例えばハイ(H)のときにLD1のRMS回路39からの出力を、LD1検出値ホールド回路43bがホールドし、OSC2の出力がロー(L)のときにはLD2検出ホールド回路43cがホールドする。この制御量ホールド回路43aとLD2の制御量の差分を演算する測定値補正回路44の出力は、最終的にLD2検出量から物理的な変位と、水分の変位を補正した測定値になる。 Further, by calculating the difference between the output of the circuit 43c that holds the output of the RMS circuit 39 when the LD2 emits light and the output of the circuit 43a that holds the control amount of the LD1, and using it as the control output of the LD2, It becomes possible to keep the output of LD2 constant (the optimum ratio of the light emission amount of LD1 and the light emission amount of LD2 is obtained in advance, and the gain of LDD is determined according to the ratio). The circuit 43a for holding the control amount of the LD1 holds the output from the RMS circuit 39 of the LD1 when the output of the oscillator 2 (32b: OSC2) is high (H), for example. When the output of is low (L), the LD2 detection hold circuit 43c holds. The output of the measured value correction circuit 44, which calculates the difference between the controlled variable hold circuit 43a and the controlled variable of the LD2, is finally the measured value obtained by correcting the physical displacement and the moisture displacement from the LD2 detected quantity.

次に対物レンズ20の位置調整について説明する。対物レンズ20は参照光LD1の発光期間51(図13(a)参照)によって調整を行う。初回の発光時、メインPD23の横に設けられたサブPD23s、23bの出力の差分を光強度分布検出回路45で演算する事でビームの中心がどちら側にあるかを検出可能である。この検出動作によって、メインPD23で検出される光の強度の中心がメインPDの中心になるように調整される。図11の構成ではI/V(電流/電圧)変換回路37の出力信号S(37S)及び出力信号B(37b)が光強度分布検出回路45に入力される。出力信号Sが大きい場合には、光強度分布検出回路45では基準電圧より(+)側に出力が現れ、この出力が小さくなる方向にシフトドライブ回路46bを駆動する。出力信号B(37b)が大きい場合は、基準電圧より(-)の出力が現れるので、この出力が小さくなるように、出力信号S(35S)のときとは逆にシフトドライブ回路46bを駆動する。 Next, position adjustment of the objective lens 20 will be described. The objective lens 20 is adjusted by the emission period 51 of the reference light LD1 (see FIG. 13(a)). When light is emitted for the first time, the light intensity distribution detection circuit 45 calculates the difference between the outputs of the sub PDs 23s and 23b provided next to the main PD 23, thereby detecting which side the center of the beam is on. This detection operation adjusts the center of the intensity of light detected by the main PD 23 to be the center of the main PD. In the configuration of FIG. 11, the output signal S (37S) and the output signal B (37b) of the I/V (current/voltage) conversion circuit 37 are input to the light intensity distribution detection circuit 45. FIG. When the output signal S is large, the output of the light intensity distribution detection circuit 45 appears on the (+) side of the reference voltage, and the shift drive circuit 46b is driven in the direction in which this output decreases. When the output signal B (37b) is large, the (-) output appears from the reference voltage, so the shift drive circuit 46b is driven in the opposite manner to the output signal S (35S) so that this output becomes small. .

測定においては、まず参照光の光源LD1の駆動とこのシフトドライブ機構49の駆動を同時に行い、LD1による参照光の検出量を求めた後、LD2の発光期間52(図12参照)においてLD2による検出を行い、最終的な測定値を得る。測定値のSNR(SN比)を改善するため、測定は複数の測定値を平均した値(重ね合わせ値)とすることが好ましい。図13は参照光の光源LD1、測定光の光源LD2の駆動の切り替えのタイミングの一例を説明する図である。この図の例では、(b)に示すような変調信号32cとして連続した信号を用いているが、(c)に示すようなデューティ比の低いパルス信号を用いても良い。 In the measurement, the light source LD1 of the reference light and the shift drive mechanism 49 are driven at the same time, and after obtaining the amount of reference light detected by the LD1, detection by the LD2 is performed during the light emission period 52 of the LD2 (see FIG. 12). to get the final measurements. In order to improve the SNR (signal-to-noise ratio) of the measured value, it is preferable that the measured value is an average value (superposed value) of a plurality of measured values. FIG. 13 is a diagram for explaining an example of the switching timing of driving the light source LD1 for the reference light and the light source LD2 for the measurement light. In the example of this figure, a continuous signal is used as the modulation signal 32c as shown in (b), but a pulse signal with a low duty ratio as shown in (c) may also be used.

なお、照射光の対物レンズ20(図8,図9等)にティルト機能(図7参照)を備える場合には、測定に入る前に参照光LD1によりティルト調整を行う。そのため複数回のLD1の発光期間51を使ってLDIからの参照光を測定する。その際、測定の都度ティルトドライブ基準電圧発生回路48(これは極小規模なMPUなどで構成可能である)からの出力を変更してティルトドライブ機構50を駆動し、LD1制御量が最少になるような状態を求める。その後さらにシフトドライブ機構によるシフト方向の調整を行い、測定サイクルに入る。ティルトドライブ機構50と、シフトドライブ機構49による調整は、測定部位の組織構造の影響を排除するため及び振動などによるずれを補正するため、実時間(動的制御)にて調整(動的制御により調整)することが望ましい。この回路で出力される信号はアナログ信号であり、実際にはこの値をA/D変換した上で、パソコン(PC)などに取り込み最終的な計測結果を得ることになるが、この出力は例えば1つの測定12(図4のt1)での計測値S1であり、最終的な測定値はその後の2つの測定13、14の値(S2,S3)から求められる。
<非破壊計測装置の第2の実施例>
If the objective lens 20 (FIGS. 8, 9, etc.) for irradiation light has a tilt function (see FIG. 7), tilt adjustment is performed using the reference light LD1 before measurement. Therefore, the light emission period 51 of the LD1 is used a plurality of times to measure the reference light from the LDI. At that time, the tilt drive mechanism 50 is driven by changing the output from the tilt drive reference voltage generation circuit 48 (which can be configured with a very small MPU or the like) each time the measurement is performed so that the LD1 control amount is minimized. ask for a good condition. After that, the shift direction is adjusted by the shift drive mechanism, and the measurement cycle starts. Adjustments by the tilt drive mechanism 50 and the shift drive mechanism 49 are performed in real time (dynamic control) in order to eliminate the influence of the tissue structure of the measurement site and to correct deviations due to vibration and the like. adjustment) is desirable. The signal output by this circuit is an analog signal. In practice, this value is A/D converted and then input to a personal computer (PC) or the like to obtain the final measurement result. It is the measured value S1 at one measurement 12 (t1 in FIG. 4), and the final measured value is obtained from the subsequent two measurements 13, 14 (S2, S3).
<Second embodiment of non-destructive measuring device>

図12に本発明に係る生物の非破壊検査装置の第2の実施例を示す電気回路のブロック図を示す。図11では、電気回路として測定部分をアナログ的サーボループの構成を示したが、図11ではMPU54になどによるデジタル的な処理によって実現する構成を例示している。この場合、図12からの出力(表示装置55への出力と同等の出力)をPCなどで取り込んで処理することも可能である。その際、PC等とののデータの送受信は、有線のみならず、無線通信手段を用いることも可能である。 FIG. 12 shows a block diagram of an electric circuit showing a second embodiment of the nondestructive inspection apparatus for living organisms according to the present invention. Although FIG. 11 shows an analog servo loop configuration for the measurement portion as an electric circuit, FIG. In this case, the output from FIG. 12 (the output equivalent to the output to the display device 55) can be captured and processed by a PC or the like. In this case, data transmission/reception to/from a PC or the like can be performed not only by wire but also by wireless communication means.

また、アナログ的サーボループの場合にはLD1,LD2の発光は通常、図13(b)に示すように発振器からの波形32cで発光するが、この発光を図13(c)に示すような短いパルス発光32d、例えば30ns~1μs程度のパルス発光とすることも実現可能である。この場合、パルス発光に応じてメインPD23の出力が現れるが、吸光度は波高値出力(電圧)を測定する事で可能であり、その波高値を複数回測定し、平均化などする事で測定精度の向上が可能となる。 In the case of an analog servo loop, the light emission of LD1 and LD2 is normally emitted with a waveform 32c from the oscillator as shown in FIG. Pulsed light emission 32d, for example, pulsed light emission of about 30 ns to 1 μs can also be realized. In this case, the output of the main PD 23 appears in response to the pulsed light emission, but the absorbance can be measured by measuring the peak value output (voltage). can be improved.

また、このパルス発光によって、光のエネルギーによって測定部位の温度上昇を避ける事も可能となる。温度上昇を抑える事で、測定精度の向上も期待できる。また、被測定部位に、非常に強い光を連続して照射した場合には、光によって焼ける可能性も避ける事が可能である。さらに、同期アンプ37もデジタル信号処理によって実現できる。このサーボループのLD1,LD2の制御量そのものが、結果的に吸光度及び拡散度に相当する検出量となる。 In addition, this pulse emission makes it possible to avoid the temperature rise of the measurement site due to the energy of the light. By suppressing the temperature rise, an improvement in measurement accuracy can also be expected. Moreover, when the site to be measured is continuously irradiated with very strong light, it is possible to avoid the possibility of burning due to the light. Furthermore, the synchronous amplifier 37 can also be realized by digital signal processing. The control amounts of LD1 and LD2 of this servo loop themselves result in detection amounts corresponding to absorbance and diffusion.

図12の動作を簡単に説明する。まず、何度かLD1の発光時(発光制御量は事前に決めた量)の値38aをAD端子に入力し、ティルト駆動回路47bの駆動量を変えLD1の検出量が最少になるような駆動量を検出して、ティルトの最適な状態を求める。その状態でシフトドライブ機構49による調整のため、サブPDのからの信号35S、35bがMPU54のAD端子に入力され、メインPD23にビームの中心がくるように、MPU54内で演算(光強度分布検出回路45に相当する演算)し、シフトドライブ回路46bを駆動する。この一連のティルト制御と、シフト制御はLD1、LD2による測定の前に行う。 The operation of FIG. 12 will be briefly described. First, the value 38a at the time of light emission of the LD1 (the light emission control amount is a predetermined amount) is inputted to the AD terminal several times, and the driving amount of the tilt driving circuit 47b is changed so that the detection amount of the LD1 is minimized. Amount is detected to determine the optimum state of tilt. In this state, the signals 35S and 35b from the sub PD are input to the AD terminal of the MPU 54 for adjustment by the shift drive mechanism 49, and calculation (light intensity distribution detection Calculation corresponding to the circuit 45) to drive the shift drive circuit 46b. This series of tilt control and shift control is performed before measurement by LD1 and LD2.

尚、LD1、LD2を駆動する時、MPU54からLD1、LD2を駆動するがOSC1(32a)による変調に相当するようにLD1のON/OFF信号34dと、LD2のON/OFF信号34eを制御する。測定はまず、MPUからのLD1への発光制御量34cの出力を一定量ずつ加減し、AD端子から入力される値38aが予め決めた値(LD1基準電圧発生回路41に相当)になるように検出量を求めてLD1の検出値とする。続いて同様にAD端子からMPUに入力される入力値38aがLD1により検出される量を基準として一定量となるようにLD2発光制御量34fを加減する。この時のLD2発光制御量34fをLD2による検出量とする。 When driving the LD1 and LD2, the MPU 54 drives the LD1 and LD2, and the ON/OFF signal 34d of the LD1 and the ON/OFF signal 34e of the LD2 are controlled so as to correspond to the modulation by the OSC1 (32a). In the measurement, first, the output of the light emission control amount 34c from the MPU to the LD1 is adjusted by a constant amount so that the value 38a input from the AD terminal becomes a predetermined value (corresponding to the LD1 reference voltage generation circuit 41). The detected amount is obtained and used as the detected value of LD1. Subsequently, similarly, the LD2 light emission control amount 34f is adjusted so that the input value 38a inputted to the MPU from the AD terminal becomes a constant amount based on the amount detected by the LD1. The LD2 light emission control amount 34f at this time is set as the detection amount by the LD2.

次に、LD2による検出量からLD1による検出量をMPU54で減算し、温度補正センサー35からの信号35aにより補正(補正量は温度による吸光度特性から求めた値を基本とし実験的に求める)した値が最終的な測定値となる。この構成によって、測定されるブドウ糖濃度としては50mg/dlから200mg/dlの程度の範囲と想定している。 Next, the MPU 54 subtracts the amount detected by LD1 from the amount detected by LD2, and the value is corrected by the signal 35a from the temperature correction sensor 35 (the amount of correction is obtained experimentally based on the value obtained from the absorbance characteristics depending on temperature). is the final measured value. With this configuration, it is assumed that the measured glucose concentration ranges from 50 mg/dl to 200 mg/dl.

次に本計測装置の特徴の一つである3回の測定値の扱いと最終的な測定値の出力について具体的に
説明する。装置に電源が投入された時または操作スイッチを操作した後計測を開始し、その時に値を基準値として測定する。この時の測定値を図4の測定12の値(t1,S1)とする。測定は一定時間間隔で測定しその値はMPU54内の記憶装置に順次記録される、一定時間例えば10分後のt2(測定12)に測定した値を測定値(t2,S2)とする。さらに、10分経過したときのt3(測定13)の測定値を(t3,S3)とする(このt1、t2、t3時間間隔は同じにする)。
Next, the treatment of the three measured values and the output of the final measured value, which are one of the features of this measuring apparatus, will be specifically described. Measurement is started when the power is turned on to the device or after the operation switch is operated, and the value at that time is measured as the reference value. Let the measured value at this time be the value (t1, S1) of the measurement 12 in FIG. Measurements are taken at fixed time intervals, and the values are sequentially recorded in the storage device in the MPU 54. The value measured at t2 (measurement 12) after a fixed time, for example, 10 minutes, is defined as the measured value (t2, S2). Furthermore, let the measured value of t3 (measurement 13) after 10 minutes pass be (t3, S3) (the time intervals of t1, t2, and t3 are set to be the same).

この3点の測定値からds=S3-S1を求める。この値がこの装置の基本的な測定量となる。次に、dts=S2-S1を求める。この値は短い時間に、どの程度変化したかを示す時間微分値となり、これに対してds値はdtsと比較して長い時間における時間微分値となる。本発明の計測装置は、dsの値とdtsの値を出力し、この測定値ds、dtsに基づいて複合に判断することができる。このdtsの値が大きく出力される場合、短時間において大きな変位があった事が分かり、dsは比較的長時間での変位である事から、継続的な変位を示していることになる。これらの値を複合的にみる事で、光合成の状態及び転流の状態を観察することが可能となる。 ds=S3-S1 is obtained from the measured values at these three points. This value is the basic measured quantity for this device. Next, dts=S2-S1 is obtained. This value is a time differential value indicating how much it has changed in a short period of time, whereas the ds value is a time differential value in a long period of time compared to dts. The measuring device of the present invention outputs the value of ds and the value of dts, and can make complex judgments based on these measured values ds and dts. When the value of dts is large, it is understood that there was a large displacement in a short period of time, and since ds is a displacement in a relatively long period of time, it indicates continuous displacement. By combining these values, it becomes possible to observe the state of photosynthesis and the state of translocation.

具体的には、この値(ds、dts)が大きい場合には光合成が上手く行われ、成長が促進されたと評価する事が可能で、逆にこの値が小さい場合において光合成がうまく行われていない可能性が高い。この場合、環境状況を監視しているデータに基づいて、水分が少ない状態であると判断されれば、灌水量を増やすなどの自動制御が可能になる。一方、急激に変異するような場合も何か異常がある事などが想像され、枯れるなどの大きな事故を回避するなどが可能である。また、光合成が上手く機能しないと判断される場合では、ハウス栽培における育成環境を変更するなどの処置を行う事が可能となる。 Specifically, when these values (ds, dts) are large, it can be evaluated that photosynthesis was performed well and growth was promoted, and conversely, when these values were small, photosynthesis was not performed well Probability is high. In this case, if it is judged that the water content is low based on the monitoring data of the environmental conditions, automatic control such as increasing the amount of irrigation water becomes possible. On the other hand, even if it suddenly mutates, it can be imagined that something is wrong, and it is possible to avoid a big accident such as withering. In addition, when it is determined that photosynthesis does not function well, it is possible to take measures such as changing the growth environment in greenhouse cultivation.

光による非破壊測定を行う場合、光の反射率や吸収度に関する外的要因の変化は測定精に大きく影響する。しかし、本発明の測定方法によると、従来と比べると比較的短い時
間間隔で複数回測定した測定値の差分を演算するものであるため、長い時間間隔を置いて変化を測定する場合に比べて、測定部位のずれによる誤差や検査対象物の成長等による誤差が少なく、精度に対する偏差が相殺され、測定精度、再現性が向上する。これは植物の測定に限らない。例えば血糖値の測定においても、食後2時間以内の短い期間では血糖以外の成分はほとんど変化しない。また、透過光や反射光に大きな影響を与える皮膚の状態も短時間ではほとんど変化しないので、第1回の測定値を基準として変化値を求める際の外的要因による誤差はほとんど考慮する必要がないので、光による測定精度を高めることができる。動物や人の血糖値の測定は、耳たぶ等光透過性の良い測定部位を選択することが望ましい。
When performing non-destructive measurement using light, changes in external factors related to light reflectance and absorbance greatly affect measurement precision. However, according to the measuring method of the present invention, since the difference between measured values obtained by measuring a plurality of times at relatively short time intervals is calculated compared to the conventional method, compared to the case of measuring changes at long time intervals, , the error caused by the displacement of the measurement site and the growth of the object to be inspected are reduced, and the deviation against the accuracy is offset, thereby improving the measurement accuracy and reproducibility. This is not limited to plant measurements. For example, in the measurement of blood sugar level, components other than blood sugar hardly change in a short period within two hours after a meal. In addition, since the condition of the skin, which greatly affects transmitted light and reflected light, hardly changes in a short period of time, it is almost necessary to consider errors due to external factors when obtaining changes based on the first measured value. Therefore, it is possible to improve the accuracy of measurement using light. When measuring the blood glucose level of an animal or human, it is desirable to select a measurement site with good light transmission such as an earlobe.

図14は測定値に基づいて光合成の状況等を判断するためのグラフを例示している。横軸58はds=S3-S1の値を表わしており、縦軸59は例えば光合成の進行状況を示す最終判断のための評価値である"dds"を表わしている。このグラフ中に表わされている複数の直線は評価値ddsを、dsを変数とする以下の関数で表わしたものであり、傾きが1/(1+dts)の直線である。
dds=(1/(1+dts))ds+dts
FIG. 14 illustrates a graph for judging the state of photosynthesis and the like based on the measured values. The horizontal axis 58 represents the value of ds=S3-S1, and the vertical axis 59 represents the evaluation value "dds" for the final judgment indicating the progress of photosynthesis, for example. A plurality of straight lines shown in this graph represent the evaluation value dds by the following function with ds as a variable, and are straight lines with a slope of 1/(1+dts).
dds=(1/(1+dts))ds+dts

dtsの測定値がわかると、各直線が確定する。測定したdtsからこの直線をもとめ、その直線に測定したdsを代入することにより、評価値ddsを得ることができる。ここで、dts=S2-S1であり、ds=S3-S1である。dts=0の場合の直線の傾きは"1"となり原点を通る45°の傾斜の直線となる。このds、dts、dds特性は、ds(58)の値が同じ場合でもdts(57)の値が高い場合には、dds(57)の値が高くなることを示すものであり、変化した時点での値が強調されるので変化時点を明確化する事が可能となる。例えば植物の場合には、非常にゆっくり変化するのでその変化がどのような要因(温度、日射量・時間、灌水、その他)に依存しているのかを判断するのが難しかったが、本発明によると変化点が強調されるので、変化点がわかり易いため、そのときの環境データを確認することにより要因を特定し易くなる。また、装置に表示装置53が接続されている場合、その表示装置はこのddsの数値の大きさに従って異なる色で表示することや、数値が増えるに従って徐々に濃い色または徐々に薄い色に変化するように表示する構成とすることにより、ddsの変化を色の変化として感覚的にとらえられるようして、評価値ddsの変化や状態を認識しやすくすることもできる。 Knowing the measured value of dts establishes each straight line. By obtaining this straight line from the measured dts and substituting the measured ds into the straight line, the evaluation value dds can be obtained. Here, dts=S2-S1 and ds=S3-S1. When dts=0, the slope of the straight line is "1", and the straight line passes through the origin and has a slope of 45°. The ds, dts, and dds characteristics show that even when the value of ds(58) is the same, the value of dds(57) increases when the value of dts(57) increases. Since the value at is emphasized, it is possible to clarify the point of change. For example, in the case of plants, it changes very slowly, so it was difficult to determine what factors (temperature, amount of insolation/time, irrigation, etc.) depend on the change. Since the point of change is emphasized, the point of change is easy to understand, and it becomes easy to specify the factor by checking the environmental data at that time. When a display device 53 is connected to the device, the display device can display different colors according to the magnitude of the numerical value of this dds, or gradually change to a darker or lighter color as the numerical value increases. By adopting such a display configuration, the change in dds can be sensuously grasped as a change in color, and the change and state of the evaluation value dds can be easily recognized.

ビニールハウスや水耕栽培において、以上説明した本発明にかかる植物の代謝生成物の非破壊計測装置を用いて、重要な測定ポイントに1以上配置することにより、植物の代謝の状況をリアルタイムで測定し、それをフィードバックして栽培環境を制御することが可能となる。
その際、代謝生成物の測定データと栽培環境因子の因果関係を分析するため、および栽培環境を制御するために、栽培環境を管理できる温度制御、湿度制御、水供給制御、肥料供給制御等の環境制御ができる設備(自動的に制御するものが好ましいが、手動による制御でも構わない)、および各種センサ(大気・土壌等の各種温度センサ、湿度センサ、日射量測定センサ、ECセンサなど)を備えることが好ましい。
In vinyl greenhouses and hydroponics, the status of plant metabolism can be measured in real time by placing one or more at important measurement points using the above-described nondestructive measurement device for plant metabolites according to the present invention. It is possible to control the cultivation environment by feeding it back.
At that time, in order to analyze the causal relationship between the measurement data of the metabolites and the cultivation environment factors, and to control the cultivation environment, temperature control, humidity control, water supply control, fertilizer supply control, etc. that can manage the cultivation environment Equipment that can control the environment (automatic control is preferable, but manual control is also acceptable) and various sensors (air, soil, etc. temperature sensors, humidity sensors, solar radiation measurement sensors, EC sensors, etc.) It is preferable to have

以上の説明においては本発明を装置に係る発明として説明したが、以上の説明から明らかなように、本発明は、 光を照射して、当該光の透過光または反射光から生物内部の所望の被測定物質を測定する生物の非破壊測定方法であって、 参照光となる第1波長及び測定光となる第2波長の光を被測定部に個別に照射するステップと、
照射した前記第1波長及び前記第2波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力するステップと、
前記被測定部に照射した照射光の光量と、前記受光部で受光した前記第1波長及び前記第2波長の反射光または透過光の光量の割合を、それぞれ前記第1の波長の吸光率及び前記第2の波長の吸光率として求めるとともに、前記第2の波長の吸収率を前記第1の波長の吸収率で補正した値を測定値として出力するステップと、
第1の測定時に算出した前記測定値を第1の測定値として記憶し、一定時間経過後の第2の測定時に同様の測定及び計算を行い第2の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第3の測定時に同様の測定及び計算を行い第3の測定値として記憶し、第3の測定値と第1の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第1の算出値として出力し、第2の測定値と第1の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第2の算出値を出力するステップと、
を備えることを特徴とする生物の非破壊測定方法をも開示するものである。
In the above description, the present invention has been described as an invention relating to an apparatus. A non-destructive measurement method of a living organism for measuring a substance to be measured, comprising the step of individually irradiating a part to be measured with light of a first wavelength as reference light and a second wavelength as measurement light;
a step of receiving reflected light or transmitted light from the portion to be measured of the irradiated light of the first wavelength and the second wavelength and outputting a detection signal corresponding to the amount of received light;
The ratio of the light amount of the irradiation light irradiated to the part to be measured and the light amount of the reflected light or the transmitted light of the first wavelength and the second wavelength received by the light receiving part is the absorbance of the first wavelength and A step of determining the absorbance of the second wavelength and outputting a value obtained by correcting the absorbance of the second wavelength with the absorbance of the first wavelength as a measured value;
The measured value calculated at the time of the first measurement is stored as the first measured value, and the same measurement and calculation are performed at the time of the second measurement after a certain period of time has passed, and the measured value is stored as the second measured value. Similar measurements and calculations are performed at the time of the third measurement later, and the result is stored as a third measured value. outputting as a first calculated value representing the change, and dividing the difference between the second measured value and the first measured value by time to output a second calculated value representing the rate of change over time;
It also discloses a non-destructive measurement method for living organisms, characterized by comprising:

以下に、イチゴの園芸栽培において、イチゴの花柄を本発明における代謝生成物の非破壊計測装置により計測した測定データを例示している。ビニールハウス等により植物の成育環境を制御しながら植物を栽培する園芸栽培には、飽差の制御と灌水の制御が極めて重要であるので、これらの観点から本発明の代謝生成物計測装置の活用について説明する。飽差とは飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の比率を示すもので、温度と湿度がファクターとなり、次の式であらわされる。
飽差=飽和水蒸気圧 ×(1 - 相対湿度/100)
また、灌水とは、通常、植物に水を灌ぐことをいうが、園芸栽培においては水に肥料を混ぜた液肥を灌ぐことも多い。以下の測定データも肥料を混ぜた水(液肥)を灌ぐ栽培環境下で測定した例を示している。
図15(a)・(b)はイチゴの園芸栽培における2019年2月7日の午前0時から翌日の午前0時までの一日の測定データをほぼ30分おきに示しており、図17は2019年4月7日~4月15日の7日間の測定データを約3時間40分おきに示している。図15は、飽差制御と植物の代謝生成物の関係を説明するために例示したものであり、図17は、灌水と植物の代謝の関係性を示す説明するために例示したものである。
The measurement data obtained by measuring the floral pattern of strawberries in the horticultural cultivation of strawberries by the nondestructive measurement device for metabolites according to the present invention is shown below. In horticultural cultivation in which plants are grown while controlling the growth environment of the plants using a greenhouse or the like, it is extremely important to control saturation and irrigation water. will be explained. Saturation indicates the ratio of the saturated water vapor pressure to the actual water vapor pressure, and is expressed by the following formula with temperature and humidity as factors.
Saturation = saturated water vapor pressure x (1 - relative humidity/100)
Irrigation usually refers to watering plants, but in horticultural cultivation, liquid fertilizer, which is a mixture of water and fertilizer, is often used. The following measurement data also shows an example of measurement under a cultivation environment in which water mixed with fertilizer (liquid fertilizer) is irrigated.
15 (a) and (b) show the measurement data for a day from 0:00 am on February 7, 2019 to 0:00 am the next day in the horticultural cultivation of strawberries at approximately every 30 minutes, and FIG. shows the measurement data for 7 days from April 7th to April 15th, 2019 every 3 hours and 40 minutes. FIG. 15 illustrates the relationship between satiation control and plant metabolites, and FIG. 17 illustrates the relationship between irrigation and plant metabolism.

図15(a)、(b)において、(1)及び(2)の符号で示す測定データ(アグリ1とアグリ2)が、本発明の代謝生成物の非破壊計測装置の測定結果を示している。図15(a)、(b)は同一環境下で同じ時間に計測したデータのすべてを一つのグラフ中に書き込むと見難いため、2つのグラフに分割したものである。アグリ1(1)及びアグリ2(2)は、飽差(4)や日射量(8)などの他の指標との関係を比較しやすいように、(a)、(b)2つのグラフにおいて同じ測定データを重複して表示している。アグリ1は参照光(例えば1310nmの波長)の測定データであり、アグリ2は測定光(例えば1550nmの波長)の測定データである。いずれも、受光した光の強さを測定データとしているため、受光強度が強い場合、すなわち吸光率が低い場合には測定値が大きくなる。したがって、図15,16のアグリ1及び2の測定データでは、測定データの値が大きいほど代謝生成物が少ないことを表している。なお、図15、図17では測定光を参照光で補正せずに、参照光及び測定光それぞれについて、受光した光の強度そのままの測定データをそれぞれアグリ1、アグリ2としてとして表示している。これは、参照光の受光データからも水分の移動量や植物の成長度合いを知ることができるため、参照光及び測定光のそれぞれの受光データを生の測定データを表示しているものである。当然、これに加えて測定光を参照光で補正したデータをグラフ表示することも可能である。 In FIGS. 15(a) and 15(b), the measurement data (Agri-1 and Aguri-2) indicated by symbols (1) and (2) show the measurement results of the nondestructive measuring device for metabolites of the present invention. there is 15A and 15B are divided into two graphs because it is difficult to see if all the data measured at the same time under the same environment are written in one graph. Agricultural 1 (1) and Agricultural 2 (2) are shown in two graphs (a) and (b) so that the relationship with other indices such as saturation (4) and solar radiation (8) can be easily compared. The same measurement data is displayed redundantly. Agri 1 is the measurement data of the reference light (for example, 1310 nm wavelength), and Agri 2 is the measurement data of the measurement light (for example, 1550 nm wavelength). In either case, the intensity of the received light is used as the measurement data, so when the intensity of the received light is high, that is, when the absorbance is low, the measured value is large. Therefore, in the measurement data of Aguri 1 and 2 in FIGS. 15 and 16, the larger the value of the measurement data, the less the metabolites. In FIGS. 15 and 17, the measurement data of the reference light and the measurement light without correcting the measurement light with the reference light are displayed as AGR1 and AGR2, respectively, with the intensity of the received light as they are. Since the amount of water movement and the degree of plant growth can be known from the light reception data of the reference light, the light reception data of the reference light and the measurement light are displayed as raw measurement data. Of course, in addition to this, it is also possible to graphically display data obtained by correcting the measurement light with the reference light.

図15のグラフには、アグリ1、アグリ2のほかに、EC値x20(3)、飽差(4)、EC値(5)、土壌温度(6)、室内温度(7)、日射量の計測データ(8)が示されている。なお、EC値(5)とは土壌中の肥料の濃度を表しており、EC値x20(3)はEC値(5)の変化量を20倍にして表したものである。
図15(a)を観察すると、EC値x20(土壌の肥料濃度)(3)は一日中ランダムに変動していることから、植物が肥料を吸収するなど何らかの反応をしているものと考えられる。しかし、0:00~19:30まではアグリ1、アグリ2との大きな変化はないので、花柄における代謝生成物の移動はない。これに対して、日射量(8)がなくなった後は、19:30ころから飽差(4)と同期してアグリ2が活性化していることが観測される。そもそもEC値(5)の出力は小さいのでわかり難いが、EC値x20(2)をみると比較的活発に変化していることが観測できる。
In addition to Agricultural 1 and Agricultural 2, the graph in FIG. Measured data (8) is shown. The EC value (5) represents the concentration of the fertilizer in the soil, and the EC value x20(3) represents the amount of change of the EC value (5) multiplied by 20.
Observation of FIG. 15(a) reveals that the EC value x20 (soil fertilizer concentration) (3) varies randomly throughout the day, suggesting that the plant takes some reaction such as absorbing the fertilizer. However, from 0:00 to 19:30, there is no significant change between Aguri 1 and Aguri 2, so there is no migration of metabolites in the peduncle. On the other hand, after the amount of solar radiation (8) disappeared, it was observed that agriculture 2 was activated in synchronization with saturation (4) from around 19:30. In the first place, the output of the EC value (5) is small and difficult to understand, but it can be observed that the EC value x20 (2) is changing relatively actively.

これらの変化から、日中の日射量がなくなった後に、飽差値を変動させて刺激を与えることにより、代謝生成物の花柄における移動を活性化させることができることがわかる。これは本発明にかかる代謝生成物計測装置による成育中の植物の代謝を観測により初めて分かる知見である。成長過程における適切なタイミングでの花柄における代謝生成物の移動は、果実の成育や糖度に大きな影響を与える。 なお、飽差値の急激で大幅な変動は植物にとっては良くないことが経験的にわかっている。したがって、気温及び湿度を制御することにより、飽差値の変動範囲を経験的にわかっている適正範囲内または本願発明によりわかった適正範囲内で変動させることが好ましい。図16にそのような飽差制御の制御手順の例示するフローチャートを示す。 From these changes, it can be seen that the movement of metabolites in the peduncle can be activated by stimulating by varying the saturation value after the daytime insolation has disappeared. This is the first knowledge obtained by observing the metabolism of growing plants using the metabolite measuring device according to the present invention. Appropriate timing of metabolite migration in the peduncle during growth has a significant impact on fruit growth and sugar content. In addition, it is empirically known that sudden and large fluctuations in the saturation value are not good for plants. Therefore, by controlling the temperature and humidity, it is preferable to change the variation range of the saturation value within an empirically known appropriate range or within an appropriate range found by the present invention. FIG. 16 shows a flow chart illustrating a control procedure for such saturation control.

例えば、図15の符号(2)で示すアグリ2が活性化していることを示す日没後一定時間経過した時刻19:30ころから、飽差値を上げるように温度及び湿度を制御する(S1)。その後、例えば5~10分間隔で、本発明にかかる代謝生成物の非破壊計測装置を用いて花柄または葉柄における代謝生成物の移動状況を一定時間間隔で測定する(S2)。次に、例えば30分おきに測定データの変化(変位量・変化速度・変異率等:図16では変位率を例示)を計算する(S3)。代謝生成物の変位率などが所定の基準値より小さい場合(S4:No)には、飽差値の範囲が適正範囲か否かを確認して適正範囲内であれば(S9:Yes)、飽差値を上げる設定を維持した状態で、計測装置による測定(S3)とチェック(S4,S9)を繰り返す。ここで変位量の所定の基準値及び飽差値の適正範囲は、経験に基づく知見により決めることができるが、本発明にかかる計測装置で観察した結果から得られる値を基準値または適正範囲として決めても良い。 For example, the temperature and humidity are controlled to increase the saturation value from around 19:30, when a certain period of time has passed after sunset indicating that the agriculture 2 indicated by reference numeral (2) in FIG. 15 is activated (S1). . After that, for example, at intervals of 5 to 10 minutes, the metabolite migration state in the flower stalk or petiole is measured at regular time intervals using the nondestructive measuring device for metabolites according to the present invention (S2). Next, for example, changes in measured data (amount of displacement, rate of change, rate of mutation, etc.; displacement rate is illustrated in FIG. 16) are calculated every 30 minutes (S3). If the displacement rate of the metabolite is smaller than the predetermined reference value (S4: No), it is checked whether the range of the saturation value is within the proper range, and if it is within the proper range (S9: Yes), The measurement (S3) and checks (S4, S9) by the measuring device are repeated while maintaining the setting for increasing the saturation difference. Here, the predetermined reference value of the displacement amount and the appropriate range of the saturation value can be determined based on knowledge based on experience, but the value obtained from the result of observation with the measuring device according to the present invention is used as the reference value or the appropriate range. You can decide.

変位量が所定の基準値よりも大きい場合(S4:Yes),又は飽差値が適正範囲から外れた場合(S9:No)には、飽差値を下げるように温度及び湿度の設定を変更し(S5)、S2及びS3と同じように 一定定時間間隔で代謝生成物の変化状況を計測して(S6)、変化率を計算して(S7)、その値を所定の基準値と比較する(S8)。変異率が所定の基準値より小さい場合(S8:No)には、飽差値が適正範囲かどうかチェックして適正範囲であれば(S10Yes)、飽差値を下げる設定を維持した状態で計測装置による測定(S6)と変化率の計算(S7)及びとチェック(S8,S10)を繰り返す。変位量が所定の基準値よりも小さい場合(S8:Yes),又は飽差値が適正範囲から外れた場合(S10:No)には、飽差値を上げるように温度及び湿度の設定を変更し(S1)、同様の処理を繰り返す。
なお、もし飽差(温度、湿度)の変化によって、代謝生成物の測定データが変動しない場合には、果実などが成熟した状態である等の理由が存在すると考えられるので、従来の温度・湿度管理法に基づいて、観察を続けることが好ましい。
If the displacement is greater than a predetermined reference value (S4: Yes), or if the saturation value is out of the proper range (S9: No), change the temperature and humidity settings to lower the saturation value. (S5), the state of change in metabolites is measured at regular time intervals in the same manner as in S2 and S3 (S6), the rate of change is calculated (S7), and the value is compared with a predetermined reference value. (S8). If the mutation rate is smaller than the predetermined reference value (S8: No), it is checked whether the saturation value is within the proper range. Measurement by the device (S6), calculation of rate of change (S7) and checking (S8, S10) are repeated. If the displacement is smaller than a predetermined reference value (S8: Yes) or if the saturation value is out of the proper range (S10: No), change the temperature and humidity settings to increase the saturation value. (S1), and the same processing is repeated.
If the measurement data of metabolites does not fluctuate due to changes in saturation (temperature and humidity), the reason may be that the fruit is in a mature state. Continued observation is preferred based on management.

次に図17を参照して、灌水(液肥)の投入と植物の代謝の関係を説明する。図17も本発明の植物の代謝生成物計測装置と他の栽培環境因子の測定データを示すグラフである。栽培環境因子の測定データとして、図15のEC値が符号(3)で示す水分量(液肥)が表示され、EC値x20に代えて符号(6)で示すEC値x10(10倍)が示されている。
図17は9日間の測定データであり、縦長の円a1~a4で示すタイミングで液肥が一日おきに合計4回投入されている。図17の前半の5日間に液肥が2回投入(a1,a2)されているにも拘わらず、花柄での代謝生成物の移動を示す測定データアグリ1及びアグリ2は、あまり大きく変動していない。むしろ、前半の5日間は、アグリ1及びアグリ2の測定データは緩やかな上昇傾向を示している。アグリ1,2の測定値が大きいということは受光量が大きいことを示しており、花柄中の代謝生成物が少ないことを示しており、あまり果実の成長に寄与していないことを意味している。そのため、このような状況のときには液肥を投入しても効果がない。そのため、このようなときには、液肥ではなく水による灌水を行うことによい。これにより、過度に肥料を与えることによる障害が防止できる。
Next, with reference to FIG. 17, the relationship between the input of irrigation water (liquid fertilizer) and the metabolism of plants will be described. FIG. 17 is also a graph showing measurement data of the plant metabolite measuring device of the present invention and other cultivation environment factors. As the measurement data of the cultivation environment factor, the water content (liquid fertilizer) indicated by the symbol (3) of the EC value in FIG. It is
FIG. 17 shows measurement data for 9 days, and the liquid fertilizer is applied four times every other day at the timing indicated by vertically long circles a1 to a4. Despite the fact that liquid fertilizer was applied twice (a1, a2) during the first five days of FIG. not Rather, during the first five days, the measured data for Aguri 1 and Aguri 2 show a gentle upward trend. The large measured values of Aguri 1 and 2 indicate that the amount of received light is large, indicating that there are few metabolites in the peduncle, which means that they do not contribute much to the growth of the fruit. ing. Therefore, even if liquid fertilizer is added in such a situation, it is ineffective. Therefore, in such a case, it is better to irrigate with water instead of liquid fertilizer. This can prevent damage due to excessive fertilizer application.

これに対して6日目から9日目にかけてはアグリ1もアグリ2も緩やかに受光量が減少しており、代謝生成物の移動が活発になっていることがわかる。この測定データから、代謝生成物の花柄における代謝生成物移動は、昼間少なく夜に移動量が増えており、経験的にわかっている知見とも一致する。このような代謝のときには植物が成長状態にあるため液肥を与えることが望ましい。その際一度に液肥を与えるのではなく、植物内の浸透圧が急激に変化しないように分散して与えることが好ましい。 On the other hand, from the 6th day to the 9th day, both Aguri 1 and Aguri 2 showed a gradual decrease in the amount of received light, indicating that the movement of metabolites was active. From this measurement data, the amount of metabolite movement in the peduncle of metabolites is low during the daytime and increases at night, which agrees with empirical findings. Since the plants are in a growing state during such metabolism, it is desirable to apply liquid fertilizer. In this case, it is preferable not to apply the liquid fertilizer all at once, but to apply it dispersedly so that the osmotic pressure within the plant does not change abruptly.

以下灌水(液肥)を制御する制御手順について、図18に例示するフローチャートを参照して説明する。まず与える予定量の1/nの液肥(灌水)を灌水し(S11),花柄または葉柄における代謝生成物の移動状況を本発明にかかる代謝生成物の非破壊計測装置により一定時間間隔で測定する(S12)。次に、その測定データに基づいて測定データの変化(変位量・変化速度・変異率等:ここでは変位率を例示)を計算する(S13)。変位率が所定の基準値よりも大きいとき(S14:Y)には代謝生成物の移動が活発なときであるので液肥を灌水し(S15)、小さいときにはときには(S14:N)水を灌水する(S17)。次に液肥または水をn回灌水したか確認して、n回灌水していなければ(S16:N)S12からS16の工程を繰り返す。n回灌水している場合(S16;Y)には、灌水を終了する。これにより、実際に成育中の代謝状況をリアルタイムで観察し、代謝生成物の移動が活発な時には液肥を灌水し、活発でないときには水を灌水するように制御する。 A control procedure for controlling irrigation (liquid fertilizer) will be described below with reference to the flowchart illustrated in FIG. First, 1/n of the planned amount of liquid fertilizer (irrigation) is irrigated (S11), and the movement of metabolites in the flower stalk or petiole is measured at regular time intervals by the nondestructive measuring device for metabolites according to the present invention. (S12). Next, based on the measured data, changes in the measured data (displacement amount, rate of change, mutation rate, etc.: displacement rate is exemplified here) are calculated (S13). When the displacement rate is larger than the predetermined reference value (S14: Y), the movement of metabolites is active, so liquid fertilizer is irrigated (S15), and when it is smaller (S14: N), water is irrigated. (S17). Next, it is confirmed whether liquid fertilizer or water has been watered n times, and if watering has not been done n times (S16: N), the steps from S12 to S16 are repeated. If watering has been performed n times (S16; Y), the watering is terminated. In this way, the metabolic situation during actual growth is observed in real time, and liquid fertilizer is irrigated when the movement of metabolites is active, and water is irrigated when the movement is not active.

以上の説明においては糖類の測定について説明したが、1550nmの光の波長はアンモニウムイオンの吸収についても反応するので、同じ波長であっても測定タイミングにより、糖類に限らず、アンモニウムイオンの移動も測定できる。糖類かアンモニウムイオンであるかは、栽培の経験的な知見に基づいて、測定時の日射量やその他のファクターの組み合わせ(測定時が昼間であるか、夜であるか等)により判断することができる。また、測定光として異なる波長の光を用いることにより、糖類やアンモニウムイオン以外の代謝生成物の移動も計測することができる。
さらに、参照光による測定データは、振動等の物理的な変位を計測してアクチェーターを制御することや、水分量を補正するために利用するだけでなく、葉柄または花柄における水分の移動の観測や、花柄または葉柄の生長を観測するデータとしても利用できる。
また、参照光による測定光による補正は必須ではなく、図15~図18を参照して説明したように、参照光と測定光をそれぞれ独立した2つの測定光として計測することも可能である。
さらに、上記説明においては、異なる波長の2種類の光を照射し、その差分により被測定物を測定する例のみを示したが、被測定物に対して2種類以上の波長の光を交互に同じ光軸を通るように照射して、それぞれの波長の測定結果を用いて被測定物を測定するように構成してもよい。また、代謝生成物の移動を測定する測定部位も花柄または葉柄にかぎらず、代謝生成物の移動を知りたい所望の場所に設置することも、本発明の範囲に含まれる。その際、測定部位の固定構造は適宜変更可能である。
In the above explanation, we explained the measurement of sugars, but since the wavelength of light of 1550 nm also reacts with the absorption of ammonium ions, we can measure not only sugars but also ammonium ions depending on the measurement timing even if the wavelength is the same. can. Whether it is sugars or ammonium ions can be determined based on empirical knowledge of cultivation based on the amount of sunlight at the time of measurement and a combination of other factors (whether the time of measurement is during the day or at night, etc.). can. In addition, by using light of different wavelengths as measurement light, it is possible to measure the movement of metabolites other than sugars and ammonium ions.
Furthermore, the measurement data from the reference light can be used not only to measure physical displacement such as vibration to control actuators and to correct water content, but also to observe water movement in petioles or flower stalks. It can also be used as data for observing the growth of flower stalks or petioles.
Further, the correction by the measurement light using the reference light is not essential, and as described with reference to FIGS. 15 to 18, it is possible to measure the reference light and the measurement light as two independent measurement lights.
Furthermore, in the above description, only an example in which two types of light with different wavelengths are irradiated and an object to be measured is measured based on the difference between them is shown. It may be configured to irradiate the object so as to pass through the same optical axis and measure the object using the measurement results of each wavelength. In addition, the measurement site for measuring the movement of metabolites is not limited to floral stalks or petioles, and it is also included in the scope of the present invention to set the measurement site at a desired location where it is desired to know the movement of metabolites. At that time, the fixing structure of the measurement site can be changed as appropriate.

この計測装置を使用する事によって、植物の光合成の状態及び転流の状態が把握する事が実時間で把握する事ができる。本発明は植物に限らず適用可能である。例えば動物、昆虫その他の生物の代謝生物の継続的な観察にも使用することができる。本発明の今回の計測装置及び測定方法は、血糖値の変化を継続的に計測する人を含む動物の新しい健康管理にも使用することも可能であり、今まで空腹血糖値の測定発見出来なかった所謂隠れ糖尿病の早期発見する診断装置としても適応できる。 By using this measuring device, the state of photosynthesis and the state of translocation of plants can be grasped in real time. The present invention is applicable not only to plants. For example, it can also be used for continuous observation of metabolic organisms of animals, insects and other organisms. The measuring device and measuring method of the present invention can also be used for new health management of animals including human beings who continuously measure changes in blood sugar levels. It can also be applied as a diagnostic device for early detection of so-called latent diabetes.

例えば、人の血統値は一般的に食事を行った後30分程度で上昇し、2時間程度経過した後に食事前の血糖値の値に戻る事がしられている。そこで、図4のグラフに示す今回の測定手法における第1の測定時t1を食事前と食後時の第2の測定時t2の時間を30分程度、これは食事が終了するまでの時間に相当する。第3の測定時t3を第1の測定時t1から2時間程度後とする。この30分、2時間は一例であり実際の装置の場合、装置内の時計機能で時間を計測して使用する。使用者の食前と食後の時間t1、t2における時間微分値が所謂血糖値スパイクの発生状態が把握する事ができる事になる。また、t1、t3の変化率をみた場合は身体の糖代謝の状態を把握する事が可能である。通常、食事後2時間程度経過したときの血糖値が通常の値に戻っていると、血糖値の量としては正常と判断される。しかし、血糖値が正常に戻っても、その過程で急激に血糖値が上昇する事象は異常と判断される。
この発明により、血糖値の上昇率と糖代謝の状態を複合的に評価する事が可能であり、血糖値が上昇する事に対する総合的な指標とする事ができる。これは、食事後、複数時点での血糖値例えば10分間隔で実際の血糖値の変化を連続的に観察しその変化の様子から糖尿病の診断をする糖負荷試験を3点の測定でおこなう事と同等な機能を果たす事になる。
For example, it is known that the pedigree level of a person generally rises in about 30 minutes after eating, and returns to the pre-meal blood sugar level after about 2 hours. Therefore, the first measurement time t1 in this measurement method shown in the graph of FIG. 4 is about 30 minutes before the meal and the second measurement time t2 after the meal. do. The third measurement time t3 is about two hours after the first measurement time t1. These 30 minutes and 2 hours are examples, and in the case of an actual device, the time is measured by the clock function in the device and used. The state of occurrence of a so-called blood sugar level spike can be grasped from the time differential values at times t1 and t2 before and after meals of the user. Also, when the rate of change of t1 and t3 is observed, it is possible to grasp the state of sugar metabolism in the body. Generally, if the blood sugar level returns to a normal level after about two hours have passed after a meal, the amount of the blood sugar level is judged to be normal. However, even if the blood sugar level returns to normal, an event in which the blood sugar level rises sharply in the process is judged to be abnormal.
According to the present invention, the rate of increase in blood sugar level and the state of sugar metabolism can be evaluated in a composite manner, and can be used as a comprehensive index for the increase in blood sugar level. After a meal, blood sugar levels at multiple points in time, such as changes in actual blood sugar levels at 10-minute intervals, are continuously observed, and a glucose tolerance test is performed to diagnose diabetes from the state of the changes by measuring 3 points. will perform the same function as

また、測定対象となる代謝生成物が時間的に変化しその変化が生物の健康、成長その他その個体に影響を与え、被測定物の光の吸収度または拡散度が波長により異なる物質であれば、糖以外の成分についても同様に適用可能である。
In addition, if the metabolite to be measured changes with time, the change affects the health, growth, etc. of the organism, and the absorbance or diffusivity of light of the object to be measured varies depending on the wavelength. , can be similarly applied to components other than sugar.

5 温度
6 日射量
7 葉柄におけるブドウ糖の濃度
8 花柄におけるブドウ糖の変化
16,17 代謝生成物非破壊計測装置(計測装置)
19 光源
19a LD1(光源1:参照光の光源)
19b LD2(光源2:測定光の光源)
19' 照射光
19''透過光
20 対物レンズ
21 測定部位(被測定物)
23 受光素子(メインPD)
23s、23b サブPD
70 筐体
71 V字溝
72 固定具
5 temperature 6 solar radiation 7 concentration of glucose in petiole 8 change in glucose in flower stalk 16, 17 metabolite non-destructive measuring device (measuring device)
19 light source 19a LD1 (light source 1: reference light source)
19b LD2 (light source 2: light source of measurement light)
19′ irradiated light 19″ transmitted light 20 objective lens 21 measurement site (object to be measured)
23 light receiving element (main PD)
23s, 23b Sub-PD
70 housing 71 V-shaped groove 72 fixture

Claims (14)

植物の花柄または葉柄を固定する固定部と、
固定された前記葉柄または前記花柄の一部に光を照射して、当該光の透過光または反射光により前記植物の代謝生成物を非破壊で測定する非破壊測定部と、
を備える植物の代謝生成物の非破壊計測装置であって、
前記固定部は、成育中の植物の前記花柄または前記葉柄である茎部を前記非破壊計測装置内に埋め込んで配置可能な溝部を備え、
前記非破壊測定部は、
近赤外領域のレーザ光であって、水への吸収性を有し植物の代謝生成物への吸収率が低い参照光となる第1波長及び水への吸収率が前記第1波長と近くかつ前記植物の代謝生成物への吸収率が高い測定光となる第2波長の光を個別に出射する発光部と、
前記発光部からの前記第1波長及び前記第2波長の光を小径ビームに絞って植物の被測定部に照射する光学素子と、
照射した前記第1波長及び前記第2波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して受光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記各発光部から照射した光量と、前記受光部で受光した前記第1波長及び前記第2波長の反射光または透過光の光量を、それぞれ前記第1波長の吸光率である第1の吸光率及び前記第2波長の吸光率である第2の吸光率として求めるとともに、前記第2の吸光率前記第1の吸光率で補正することにより、少なくとも水分の吸収量を除去した前記植物の代謝生成物の変化量を示す値を含む値を測定データとして出力する吸光率算出部と、
前記測定データを順次記憶する記憶部と、
前記測定データを外部に出力する出力部と、
前記発光部、前記光学素子、前記受光部、前記吸光率算出部、前記記憶部及び前記出力部を制御して植物における代謝生成物の移動の変化を継続的に計測する制御部と
を備える
植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
a fixing part for fixing the peduncle or petiole of the plant;
a non-destructive measurement unit that irradiates light on a portion of the fixed petiole or the floral stalk and non-destructively measures metabolites of the plant by transmitted light or reflected light of the light;
A non-destructive measurement device for plant metabolites comprising:
The fixing part has a groove part in which the stem part, which is the flower stalk or the petiole of the growing plant, can be embedded in the nondestructive measurement device,
The nondestructive measurement unit
A first wavelength, which is a laser beam in the near-infrared region and serves as a reference light that is absorptive to water and has a low absorptivity to metabolites of plants, and the absorptivity to water is the first wavelength. a light-emitting unit that individually emits light of a second wavelength that serves as measurement light that is nearby and has a high absorption rate for metabolites of the plant ;
an optical element that focuses the light of the first wavelength and the second wavelength from the light emitting unit into a small diameter beam and irradiates the measured part of the plant ;
a light-receiving unit that receives reflected light or transmitted light from the measured part of the irradiated light of the first wavelength and the second wavelength and outputs a detection signal according to the amount of received light;
The amount of light emitted from each of the light emitting units and the amount of reflected light or transmitted light of the first wavelength and the second wavelength received by the light receiving unit are each represented by a first absorption coefficient of the first wavelength. and a second absorption coefficient that is the absorption coefficient of the second wavelength , and the second absorption coefficient is corrected with the first absorption coefficient , thereby removing at least the amount of water absorbed from the plant metabolism an absorptance calculator that outputs a value including a value indicating the amount of change in the product as measurement data;
a storage unit that sequentially stores the measurement data;
an output unit that outputs the measured data to the outside;
a control unit that controls the light-emitting unit, the optical element, the light-receiving unit, the absorbance calculation unit, the storage unit, and the output unit to continuously measure changes in the movement of metabolites in plants ;
comprising a
A non-destructive measurement device for plant metabolites.
前記第1波長と前記第2波長の光は、前記発光部、前記光学素子及び前記制御部により、同一光軸を通り前記被測定部の同じ場所に交互に照射されるよう構成されることを特徴とする請求項1に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 The light of the first wavelength and the light of the second wavelength are configured to alternately irradiate the same location of the measured part through the same optical axis by the light emitting unit, the optical element, and the control unit. The non-destructive measurement device for plant metabolites according to claim 1. 前記制御部は、前記発光部、前記受光部、及び前記吸光率算出部を制御して第1の測定時に算出した前記測定データを第1の測定値として記憶し、一定時間経過後の第2の測定時に 同様の測定及び計算を行い第2の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第3の測定時に同様の測定及び計算を行い第3の測定値として記憶し、前記第3の測定値と前記第1の測定値の差分を算出して前記被測定部における被測定物質の濃度変化を表す第1の算出値として出力し、前記第2の測定値と前記第1の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第2の算出値を出力するよう制御する測定制御部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 The control unit stores the measurement data calculated during the first measurement by controlling the light emitting unit, the light receiving unit, and the light absorption coefficient calculation unit as a first measurement value, and stores the measurement data as a first measurement value after a lapse of a certain time. Perform the same measurement and calculation at the time of measurement and store it as the second measured value. Further, at the time of the third measurement after a certain period of time has passed, perform the same measurement and calculation and store it as the third measured value. calculating a difference between the measured value and the first measured value and outputting it as a first calculated value representing a concentration change of the substance to be measured in the part to be measured, and obtaining the second measured value and the first measured value; Non-destruction of plant metabolites according to claim 1 or 2, characterized by comprising a measurement control unit that controls to output a second calculated value representing the rate of change over time by dividing the difference between measuring device. さらに、前記濃度変化及び前記時間変化率を外部に出力するための通信機能を備えることを特徴とする請求項3に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 4. The non-destructive measurement device for plant metabolites according to claim 3, further comprising a communication function for outputting said concentration change and said rate of change with time to the outside. 前記代謝生成物は光合成で生成された糖類であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 5. The nondestructive measurement device for plant metabolites according to claim 1, wherein the metabolites are sugars produced by photosynthesis. 前記測定制御部は、一定時間間隔で同様の測定及び計算を繰り返して、前記濃度変化及び前記時間変化率を継続的に出力することを特徴とする請求項3に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 4. The plant metabolite according to claim 3 , wherein the measurement control unit repeats similar measurements and calculations at regular time intervals to continuously output the concentration change and the time rate of change. Nondestructive measurement device. さらに、前記測定データを外部に出力するための通信機能を備えることを特徴とする請求項1から3又は5から6のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 7. The nondestructive measurement device for plant metabolites according to any one of claims 1 to 3 or 5 to 6, further comprising a communication function for outputting the measurement data to the outside. 前記第1の吸光率による前記第2の吸光率の補正は、前記第2の吸光率から前記第1の吸光率を減算する事により前記測定データを求めることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 8. The measurement data is obtained by subtracting the first absorption coefficient from the second absorption coefficient in the correction of the second absorption coefficient using the first absorption coefficient. A non-destructive measuring device for the plant metabolite according to any one of Claims 1 to 3. 前記第1の吸光率による前記第2の吸光率の補正は、前記第2の吸光率前記第1の吸光率で除算する事により前記測定データを求めることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 8. Correction of said second absorption coefficient by said first absorption coefficient is characterized in that said measurement data is obtained by dividing said second absorption coefficient by said first absorption coefficient. A non-destructive measuring device for the plant metabolite according to any one of Claims 1 to 3. 前記被測定部に照射する光の照射位置、角度を動的に調整する機構を備えることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 10. The non-destructive measurement device for plant metabolites according to any one of claims 1 to 9, further comprising a mechanism for dynamically adjusting the irradiation position and angle of the light irradiated to the measured portion. . 請求項3に示す前記濃度変化を表す前記第1の算出値と請求項3に示す前記時間変化率を表す前記第2の算出値を軸とする2次元のデータテーブルを持ち、測定された前記第1の算出値と、測定された前記時間変化率を表す前記第2の算出値の前記データテーブルにあらかじめ設定されていた値から色へと変換する演算を行い請求項1に示す前記出力部に、変換した前記色を表示する機能を有する事を特徴とする請求項3から10のいずれか1項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。 Having a two- dimensional data table centered on the first calculated value representing the density change and the second calculated value representing the rate of change over time, and measuring the measured A calculation is performed to convert the values preset in the data table of the first calculated value and the second calculated value representing the measured time change rate into a color , and the output shown in claim 1 is performed. 11. The non-destructive measurement device for plant metabolites according to any one of claims 3 to 10, wherein the device has a function of displaying the converted color. 非破壊検査装置内の溝部に配置して固定された成育中の植物の葉柄または花柄である茎部に光を照射して、当該光の透過光または反射光から植物の代謝生成物を計測する非破壊計測方法であって、
近赤外領域のレーザ光であって、水への吸収性を有し植物の代謝生成物への吸収率が低い参照光となる第1波長、及び水への吸収率が前記第1波長と近くかつ前記植物の代謝生成物への吸収率が高い測定光となる第2波長の光を小径ビームに絞って被測定部に個別に照射するステップと、
照射した前記第1波長及び前記第2波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光 を受光部で受光して該受光量に応じた検出信号を出力するステップと、
前記被測定部に照射した照射光の光量と、前記受光部で受光した前記第1波長及び前記 第2波長の反射光または透過光の光量の割合を、それぞれ前記第1波長の吸光率である第1の吸光率及び前記第2波長の吸光率である第2の吸光率として求めるとともに、前記第2の吸光率前記第1の吸光率で補正することにより、少なくとも水分の吸収量を除去した前記植物の代謝生成物の変化量を示す値を含む値を測定データとして出力するステップと、
を備えることを特徴とする植物の代謝生成物の非破壊計測方法。
Light is applied to the stem, which is the petiole or flower stalk of a growing plant placed and fixed in a groove in a non-destructive inspection device , and metabolites of the plant are measured from the transmitted light or reflected light of the light. A nondestructive measurement method for
A first wavelength, which is a laser beam in the near-infrared region and serves as a reference light that is absorptive to water and has a low absorptivity to metabolites of plants, and the absorptivity to water is the first wavelength. A step of individually irradiating the measurement target part with light of a second wavelength, which is a measurement light that is close and has a high absorption rate to the metabolites of the plant, focused into a small diameter beam ;
a step of receiving reflected light or transmitted light from the measured part of the irradiated light of the first wavelength and the second wavelength with a light receiving part and outputting a detection signal corresponding to the amount of received light;
The ratio of the light amount of the irradiation light irradiated to the measured part and the light amount of the reflected light or transmitted light of the first wavelength and the second wavelength received by the light receiving part is the absorbance of the first wavelength. A first absorption coefficient and a second absorption coefficient that is the absorption coefficient of the second wavelength are obtained, and at least the absorption amount of water is removed by correcting the second absorption coefficient with the first absorption coefficient. a step of outputting a value including a value indicating the amount of change in the metabolite of the plant as measurement data ;
A method for nondestructive measurement of plant metabolites, comprising:
さらに、第1の測定時に算出した前記測定データを第1の測定値として記憶し、一定時間経過後の第2の測定時に同様の測定及び計算を行い第2の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第3の測定時に同様の測定及び計算を行い第3の測定値として記憶し、前記第3の測定値と前記第1の測定値の差分を算出して前記被測定部における被測定物質の濃度変化を表す第1の算出値として出力し、前記第2の測定値と前記第1の測定値の差分を時間で除算して 時間変化率を表す第2の算出値を出力するステップを備えることを特徴とする請求項12に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測方法。 Furthermore , the measured data calculated during the first measurement is stored as the first measured value, and the same measurement and calculation are performed during the second measurement after a certain period of time has elapsed, and stored as the second measured value. Similar measurements and calculations are performed at the time of the third measurement after the lapse of time, and stored as a third measured value, and the difference between the third measured value and the first measured value is calculated to calculate the measured value at the measured portion. outputting as a first calculated value representing the change in concentration of the substance to be measured , and dividing the difference between the second measured value and the first measured value by time to output a second calculated value representing the time rate of change; 13. The method for nondestructive measurement of plant metabolites according to claim 12 , comprising the steps of: 請求項1から10のいずれか1項に記載の代謝生成物の非破壊計測装置と、
温度センサを備え空気・土壌・水の温度の少なくともいずれか一つの温度を制御する温 度制御装置、湿度センサを備える湿度制御装置、水供給制御装置、日射量制御装置、肥料 供給装置の少なくともいずれか一つの設備を備える成育環境制御ユニットと、
前記非破壊計測装置の測定データおよび前記成育環境制御ユニットからの検出データ を受信して出力する出力部と、
前記成育環境制御ユニットを制御する制御部と、
を備える植物の栽培システム。
A non-destructive measuring device for metabolites according to any one of claims 1 to 10;
At least one of a temperature control device equipped with a temperature sensor to control at least one of the temperatures of air, soil, and water, a humidity control device equipped with a humidity sensor, a water supply control device, a solar radiation control device, and a fertilizer supply device. a growing environment control unit comprising one facility;
an output unit that receives and outputs measurement data from the nondestructive measurement device and detection data from the growth environment control unit;
a control unit that controls the growth environment control unit;
A plant cultivation system comprising:
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