JPH01287444A - 光学濃度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光源とこの光源から発せられた光の特定の波
長領域の光量を計測する受光手段を備え、試料中の葉緑
素などの特定物質がもつ波長に関する吸光度差を利用し
て上記特定物質の濃度を測定する光学濃度計に関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の光学濃度計として、発光ダイオードを用
いて試料である葉中の葉緑素の濃度を測定する葉緑素計
が知られている。葉緑素は、光に対し青色領域と赤色領
域に強い吸収があり、緑色領域においては吸収量が非常
に小さく、特に赤外領域では殆んど吸収がない特性を有
する。そして、生葉における葉緑素含有量の測定は、吸
光度の異なる２波長間で光の透過量を求めることによっ
て行なわれ、測定光には、通常、葉緑素の吸光度が強く
、カロチン（黄色素）の影響を受けない赤色領域（Ｒ）
と、葉緑素による吸収が殆んどない赤外領域（ＩＲ）の
波長領域をもつ光源が用いられる。

いま、第９図に示すような発光ダイオード４１で夫々発
生され、直接受光素子４２で計測される上記赤色領域（
Ｒ）と赤外領域（ＩＲ）の入射光の光量を夫々Ｉ　ｏｒ
、　Ｉ　ｏｉｒとし、葉を通して受光素子４２で計測さ
れる透過光の光量を夫々Ｉ　ｒ、　Ｉ　ｉｒとすれば、
次式が成立する。

１ｉｒ＝Ｉｏｉｒ−Ｆｉｒ−１０−Ｃ”αｉｒ■ｒ＝Ｉ
ｏｒ−Ｆｒ−１Ｏ−ＣＣ°αｒただし、Ｃｃ：葉の葉緑
素濃度 αｒ、αｉｒ：Ｒ域、ＩＲ域での葉緑素の吸光係数 Ｆｒ、Ｆｉｒ：Ｒ域、ＩＲ域での葉緑素以外の葉中物質
による光透過率 上式より、下記の（１）式が得られる。

Ｃｃ（ａ　ｒ　−ａ　ｉｒ）　−（１ＯｇＦ　ｒ　−１
ＯｇＦ　１ｒ）−（１）（１）式の左辺は光量の計測で
求まり、右辺の吸光係数と光透過率は既知定数だから、
（１）式より葉緑素濃度Ｃｃを求めることができる。

葉緑素計は、上記（１）式のｆ　ｏｒ、　Ｉ　ｏｉｒを
試料を挿入しない状態で計測し、Ｉ　ｒ、　Ｉ　ｉｒを
試料を挿入した状態で計測して（１）式により葉緑素濃
度Ｃｃを、具体的にはこのＣｃに直接対応するＲ、Ｉｎ
域間での光学濃度差ΔＯＤを求めるものであり、Ｒ１Ｉ
Ｒ域の光源として、従来、赤色発光ダイオードと赤外発
光ダイオードが用いられている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記赤色および赤外発光ダイオードは、周囲
温度の変化によって発光スペクトルのピーク波長がシフ
トするという発光ダイオードに共通の好ましくない特性
を有し、ピーク波長のシフト率は、＋０．２ｎｍ／℃程
度といわれている。−方、試料たる生葉の分光透過率曲
線は、第１０図ｊこ示すよう？、：Ｒ域（６１０〜７０
　Ｌｍ）において大きく変化し、従ってこのＲ域とＩＲ
域（９００＋ｖ＋）間での上記光学臭度差ΔＯＤも、第
１１図に示すように赤色光の波長によって大きく変化す
る。例えば、周囲温度が５０℃変動すると、ピーク波長
がｌＯｎｍシフトし、赤色発光ダイオードのピーク波長
λｒｐは、第１１図中で例えば６５０ｎＩ１１から６６
０ｎｍに変化し、光学濃度差ΔＯＤは、０．４７７から
０．６０２へ実に２０％以上も増大することになる。そ
して、光学濃度差ΔＯＤのピーク波長λ「ｐに対する変
化率は、ピーク値を越えた長波長側（λｒｐ＞　６８０
　ｎｍ）で負債となって一層増大する。

しかるに、従来の葉緑素計は、λｒｐが６６０ｎｍ付近
の赤色発光ダイオードを用いているにも拘わらず、周囲
温度の変動によって生じる上記光学濃度差ΔＯＤの誤差
を全く補正するようになっておらず、生葉の葉緑素濃度
を高精度に測定し得ないという欠点があった。

そこで、本発明の目的は、受光素子によって計測される
試料のＲ域とＩＲ域間での光学濃度差ΔＯＤを、温度変
化による赤色発光ダイオードのピーク波長λｒｐのシフ
ト具体に応じて、大きな記憶容量を要する補正係数テー
ブルを用いず簡単かつ安価な手法で最適に補正でき、試
料中の特定物質の濃度を高精度に測定できる光学濃度計
を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉 発明者は、試料中の特定物質の分光透過率曲線（第１Ｏ
図参照）および光学濃度差曲線（第１１図参照）を詳細
に検討し、その結果、特定物質による吸収が比較的大き
い第２の光源（Ｒ域）として、波長に対する吸光係数の
変化が略緩勾配の直線（第１１図参照参照）をなすよう
な波長域の光を用いれば、赤色発光ダイオードのピーク
波長シフトによる光学濃度差（ΔＯＤ）の誤差の補正が
、温度変化の一次式で行なえることを見出した。そして
、この手法を本願出願人が最近提案した新規な光学濃度
計（特願昭６２−２０６７９５号）に適用すれば、−層
顕著な効果を奏することに想到し、本発明を構成するに
至った。

即ち、本発明の光学濃度計は、試料中の特定物質による
吸収が小さい波長域の光を発する第１の光源と、上記特
定物質による吸収が比較的大きい波長域の光であって、
そのピーク波長が温度変化によりシフトし、このピーク
波長のシフトに伴う上記特定物質による吸光係数の変化
が略緩勾配の直線を呈するような光を発する第２の光源
と、この受光手段の計測値に基づいて、特定物質の濃度
に応じて変化する第１と第２の光源光の吸光度差を算出
する演算手段と、上記光源や受光手段の温度を測定する
温度測定手段と、この温度測定手段の測定値に基づいて
、温度変化による上記第２の光源光のシフト後のピーク
波長を求め、求めたピーク波長における上記特定物質の
吸光係数によって、上記演算手段で算出された吸光度差
を補正する補正手段を備える。

〈作用〉 試料中の特定物質の濃度測定に先立ち、まず第１および
第２の光源について、試料を挿入しない状態で公知の手
法により初期較正が行なわれる。

次に、第！および第２の光源から発せられ、試料を透過
した光の光量が夫々受光手段で計測され、演算手段は、
この計測値に基づいて特定物質の濃度に対応する両光の
吸光度差を演出する。即ち、特定物質による吸収は、第
１の光源が小さく、第２の光源が比較的大きいから、特
定物質の濃度に対応する吸光度差が得られる。一方、温
度測定手段は、較正時に対する計測時の光源や受光手段
の温度変化を測定し、補正手段は、測定された温度変化
による第２の光源光のシフト後のピーク波長を求め、求
めたピーク波長における上記特定物質の吸光係数によっ
て、上記演算手段で算出された吸光度差を補正する。こ
のとき、上記ピーク波長シフトに伴う吸光係数の変化は
略緩勾配の直線を呈するので、上記補正は、大容量メモ
リを要する補正係数テーブルによらず温度変化の一次式
として簡単かつ高精度に行なえる。こうして、最適に補
正された吸光度差によって、試料中の特定物質の濃度が
高精度に測定されるのである。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図、第２図は本発明の光学濃度計の一実施例として
の葉緑素計の平面図および側面図であり、ｌは試料であ
る葉を載置する試料台、２はこの試料台！の上部に基端
部２ｂをピン３で枢着して回動自在に取り付けられ、図
示しないスプリングで開方向に付勢される回動蓋、４．
５はこの回動蓋２の先端部２ａの下面に横方向に隣接し
て設けられ、赤色領域および赤外領域の光を発生する第
１および第２の光源としての赤色発光ダイオードおよび
赤外発光ダイオード、６は上記試料台ｌの先端部！ａの
上面に上記両発光ダイオード４．５に対向して設けられ
、両波長領域の光の光量を夫々計測する受光手段として
の受光素子、７は試料台の先端部１ａの上面に試料固定
と遮光のため設けられた押え部材、８は測定値である葉
緑素濃度を表示する表示部、９はパワースイッチ、１０
は上記回動蓋２の上面に設けられた指押え凹部、１１は
葉緑素計を把持するためのホールドグリップであり、上
記発光ダイオード４，５、受光素子６、押え部材７、試
料台および回動蓋の先端部１　ａ、　２　ａで試料固定
部■２を構成している。

第３図は上記葉緑素計の回路構成を示すブロック図であ
る。同図において、２１は各回路を制御するとともに測
定に関する種々の演算を行ない、演算手段および補正手
段を兼ねる制御演算回路、２２は赤色発光ダイオード４
および赤外発光ダイオード５のオン・オフを制御するＬ
ＥＤ駆動回路、２３は温度による特性変化を補償するた
めに上記両発光ダイオード４．５および受光素子６の温
度を計測する温度測定手段としての温度測定回路、２４
は受光素子６の光電流出力を電圧信号に変換するととも
に信号を増幅する電流電圧変換回路、２５は上記温度測
定回路２３および電流電圧変換回路２４からのアナログ
信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路、２６は
デイツプスイッチやＥＥＰＲＯＭ等からなり、各回路の
諸特性に応じて設定される較正値および発光ダイオード
４゜５の発光量とピーク波長や受光素子６の受光出力の
温度特性に関する情報を記憶する校正値記憶回路、２７
は初期較正や測定の適否をブザー音で知らせる警告回路
、２８はスイッチ２９の状態を読み取って制御演算回路
２１に入力するスイッチ入力回路、３０は測定値などを
表示する表示素子３１を制御する表示素子駆動回路であ
る。各回路は電力を供給する電源回路に接続されている
。

上記制御演算回路２１は、ＬＥＤ駆動回路２２とＡＤ変
換回路２５を制御し、電流電圧変換回路２４の増幅度等
を制御し、校正値記憶回路２６に格納された較正値や発
光ダイオード等の温度特性に関する情報に基づいて測定
値を補正するとともに、赤色、赤外両波要領域（ｒ（、
Ｉ　Ｒ）で測定、補正された較正光量１　ｏｒ、　Ｉ　
ｏｉｒと透過光量１　ｒ、　Ｉ　ｉｒに基づき前述の（
０式１こ従って葉の葉緑素濃度Ｃｃを算出し、算出した
葉緑素濃度Ｃｃを表示素子駆動回路３０を介して表示素
子３１に表示させる。また、上記制御演算回路２１は、
動作モードが較正モードに設定されているとき、試料を
挿入しない状態または較正用フィルタを挿入した状態で
葉緑素計を動作させ、発光ダイオード４．５から発せら
れた赤色、赤外領域の光量を測定する一方（第６図＃３
゜＃４参照）、測定された光量が、発光ダイオードの周
囲温度や使用時間などに応じて予め定められ内蔵のメモ
リに記憶された適正範囲内にあるか否かを判別するとと
もに（第６図＃６参照）、上記光量が適正範囲内にある
と判別しかつ動作モードが測定モードに設定されている
場合は、透過光量測定のため各回路を動作させ（第６図
＃８．＃９参照）、適正範囲内にあると判別した上記光
量を記憶するようになっている。さらに、上記制御演算
回路２１は、較正時に上記判別結果に応じて警告回路２
７を駆動して、測定光量が適正範囲内のときＯＫブザー
音を（第６図＃６参照）、そうでないときＮＧブザー音
を発生させる一方、濃度測定時に試料透過光の測定光量
が予め定められた適正範囲内にあるか否かを判別しく第
６図＃ＩＯ参照）、判別結果に応じて同様にＯＫブザー
音またはＮＧブザー音を発生させる（第６図＃１２．＃
１４参照）。

第４図は、上記温度測定回路の一興体例を示す図である
。同図において、スイッチングトランジスタＴｒは、制
御演算回路２Ｉからの制御信号によって駆動され、発光
ダイオードＬＥＤのオン。

オフを制御する。上記発光ダイオードＬＥＤの順方向電
圧降下は、発光ダイオードのアノード側電位をＡＤ変換
回路２５に入力することにより測定される。一般に、発
光ダイオードの順方向電圧降下と発光ダイオードの温度
は第５図の直線で示すような関係にあり、温度上昇に比
例して電圧が減少する。上記直線の勾配ａおよび縦軸切
片すは各発光ダイオードごとに異なる。そのため、二点
較正等により赤色発光ダイオード４と赤外発光ダイオー
ド５の勾配と縦軸切片の値を校正値記憶回路２６に記憶
させておき、制御演算回路２１が、記憶された勾配ａと
縦軸切片すと入力される発光ダイオードのアノード側電
位Ｖに基づいて発光ダイオードの温度Ｔを、次式　Ｔ”
ａ”Ｖ＋ｌ）　　・・・（２）で求めるようになってい
る。

上記構成の葉緑素計の動作について、第６図を参照しつ
つ次に述べる。

ステップ＃Ｉでパワースイッチ９をオンにすると、動作
モードが較正モードに設定され、ステップ＃２で表示素
子３１に較正モードであることを示す“ＣＡＬ”という
表示がされる。この較正モードは、試料を試料固定部１
２に挿入しない状態で赤色発光ダイオード４と赤外発光
ダイオード５の光量およびこれら発光ダイオード４．５
と受光素子６の温度を測定するモードである。

ステップ＃３で測定スイッチが押されたか否かの判断が
される。この葉緑素計は、回動蓋２が閉じられと自動的
に測定スイッチがオンになる構造になっており、測定ス
イッチがオンと判断されれば、次のステップ＃４へ進む
。ステップ＃４では両光光ダイオード４．５の光量およ
び両光光ダイオード４．５と受光素子６の温度が測定さ
れ、測光値を測定温度に応じて校正値記憶回路２６に記
憶された較正値で補正して入射光量ｆ　ｏｒ、　Ｉ　ｏ
ｉｒが求められる。次に、ステップ＃５で初期較正が正
常にされたか否か、即ち上記入射光量ｆ　ｏｒ、　Ｉ　
ｏｉｒが適正範囲内にあるか否かが判断される。そして
、発光ダイオード４，５が故障あるいは劣化したり、受
光素子６等に泥などが付着して、入射光ｍ　ｒ　ｏｒ。

ｒ　ｏｉｒが適正範囲外と判断された場合、初期較正が
失敗したことを知らせるため警告回路２７がＮＧブザー
音を発する一方、上記入射光量１　ｏｒ、　１　ｏｉｒ
が適正範囲内と判断された場合、この入射光量が制御演
算回路２１内の記憶手段（ＲＡＭ）に格納されるととも
に、初期較正が完了したことを知らせるためステップ＃
６でＯＫブザー音が発せられる。

ＯＫブザー音が発せられると、ステップ＃７で表示素子
３！の表示はブランクとなる。

以上の較正モード処理が完了すると、試料である葉を透
過した光量を測定する測定モードに進む。

まず、ステップ＃８で測定スイッチが押されたか否かの
判断が同様になされ、測定スイッチがオンと判断されれ
ば、次のステップ＃９へ進む。ステップ＃９では発光ダ
イオードと受光素子の温度が測定され、両売光ダイオー
ド４，５から発せられ、葉を透過した光量が測定・温度
補正され、その温度補正された測定値１ｒ、ｆｉｒと制
御演算回路２ＩのＲＡＭに記憶されている入射光量１　
ｏｒ、　Ｉ　ｏｉｒから、前述の（１）式により葉緑素
濃度Ｃｃが求められる。

次に、ステップ＃ｌＯで測定が正常にされたか否か、即
ち上記測定値１　ｒ、　Ｉ　ｉｒが適正範囲内にあるか
否かが判断される。そして、葉が光路に正しくセットさ
れておらず入射光が直接受光されたり、発光ダイオード
４．５や受光素子６に前述と同様の不具合があって、透
過光量が適正範囲外と判断された場合、ステップ＃１３
で測定値表示はブランクになり、ステップ＃！４で測定
が失敗したことを知らせるＮＧブザー音が発せられ、次
の測定を待つためステップ＃８に戻る。一方、透過光量
が適正範囲内と判断された場合、ステップ＃１１で表示
素子３！に葉緑素濃度Ｃｃが表示され、ステップ＃１２
で測定が完了したことを知らせるＯＫブザー音が発せら
れ、次の測定を待つためステップ＃８に戻る。

このように、上記実施例では、発光ダイオード４．５の
温度測定をその順方向電圧降下を測定することによって
行なっているので、測定回路が簡素化されるとともに、
発光ダイオードそのものの温度が測定できるという利点
がある。また、初期較正が正常に行なわれた場合にのみ
、試料透過光の光量を測定するようにしているので、予
備調整を正確かつ確実に行なうことができ、予備調整ミ
スによる以降の無駄な測定が防止できて、測定の高精度
化と能率化に大きく寄与する。また、上記実施例では、
測定モードにおいても、測定光量が適正範囲内にあるか
否かを判断するとともに、較正モードおよび測定モード
における測定光量の適否判断結果をブザー音で知らせる
ようにしているので、測定ミスが減少し、−層確実な測
定を行なうことができる。

ここで、上記実施例の制御演算回路２１によって第６図
のステップ＃４．＃９で行なわれる測定値の補正につい
て詳述する。

発光ダイオード４．５の発生光量は温度上昇に比例して
減少するという特性をもち、受光素子の受光出力も同様
の温度特性をもっている。従って、測定原理を示す（１
）式中の入射光量のｆ　ｏｒ、　Ｉ　ｏｉｒは、次式で
表わされる。

１　ｏｉｒ＝　Ｉ　ｏｓｉｒ−ｆｉｒ（ｔ　−ｔｓ）　
　　　＝（３）ｆｏｒ＝　Ｉｏｓｒ−ｆｒ（ｔ−ｔｓ）
　　　　　−・−（４）ただし、Ｉ　ｏｓｒ、　１　ｏ
ｓｉｒ：基準温度におけるＲ域。

ｒＲ域の発生光量 ｔ、ｔｓ：測定時温度、基準温度 ｒｒ−ｆｉｒ：　Ｒ域、ＩＲ域の発生光量の温度特性関
数（１次関数） また、受光素子のＲ域、ＩＲ域に対する受光出力も温度
特性関数φｒ（ｔ　−ｔｓ）　、φ１ｒ（ｔ　−ｔｓ）
で表わせる。

次に、発光ダイオード４．５の発光ピーク波長λｒ、λ
ｉｒは、温度変化によってシフトし、次式で表わされる
。

λｒ＝λｓｒ＋ｇｒ（ｔ−ｔｓ）　　　　　　　　・・
・（５）λｉｒ＝λｓｉｒ＋ｇｉｒ（ｔ　−ｔｓ）　　
　　　・・・（６）ただし、λｓｒ、λｓｉｒ：基準温
度におけるＲ域。

ＩＲ域の発光ピーク波長 ｇｒ、ｇｉｒ＋　Ｒ域、ＩＲ域のピーク波長の温度特性
関数 較正処理（ｃ）のステップ＃４で測定される両発光ダイ
オードの入射光量Ｉ　ｃｒ、　Ｉ　ｃｉｒは、較正時の
温度をｔｃとすれば上記（３）、（４）式および受光出
力の温度補正を考慮して次のように表わされる。

Ｉ　ｃｒ＝　Ｉ　ｏｓｒ　・ｆｒ（ｔｃ　−ｔｓ戸φｒ
（ｔｃ−ｔｓ）　　・・（７）Ｔ　ｃｉｒ＝　Ｉ　ｏｓ
ｉｒ−ｆｉｒ（ｔｃ−ｔｓ）−φ１ｒ（ｔｃ　−ｔｓ）
・・・（８） また、測定処理（ｍ）のステップ＃９で両発光ダイオー
ドから発せられる入射光１１１　ｏａｒ、　Ｉ　ｏｍｉ
ｒは、測定時の温度をｔｍとすれば上記（３Ｘ４　）式
および（７）、（８）式から次のように表わされる。

［ｏｍｒ＝　Ｉ　ｏｓｒ　＠ｆｒ（ｔａ　−ｔｓ）＝ｆ
ｒ（ｔｃ　−ｔｓ）　・ｍｒ（ｔｃ　−ｔｓ）Ｉ　ｏｍ
ｉｒ＝　Ｉ　ｏｓｉｒ　−ｆｉｒ（ｔｍ　−ｔｓ）＝（
９）、（１０）式において、各温度特性値ｆｒＪｉｒ。

φｒ、φｉｒおよび基準温度ｔｓは校正値記憶回路２６
に記憶されていて既知であり、Ｉ　ｃｒ、　Ｉ　ａｉｒ
、ｔｃは前ステップ＃４で測定され、制御演算回路２１
内のＲＡＭに記憶されているから、これらの式で測定モ
ード（温度：ｔｍ）での入射光量が決定される。

さらに、測定モードでの透過光量については、受光出力
の温度補正をする。即ち、基準温度ｔ８および測定温度
ｔｍでのＲ域、ＩＲ域の透過光量を夫々Ｉ　ｓｒ、　Ｉ
　ｓｉｒ、　　Ｉ　ｓｒ、　Ｉ　ａｉｒとすれば次式が
成立する。

Ｉｍｒ＝Ｉｓｒφ　ｍｒ（ｔｇ＋−ｔｓ）。

Ｉ　５ｍ１ｒ＝目ｒ”φｉｒ（Ｌｍ　−ｔｓ）従って、 Ｉ　ｓｒ−１ｓｒ／φｒ（ｔｍ　−ｔｓ）　　　　−（
１１）Ｉ　５ｉｒ＝　Ｉ　ｓｉｒ／φｉｒ（ｔｍ　−ｔ
ｓ）　　＝（１２）上記（１１）、（１２）式により測
定モードでの透過光量が基準温度下の透過光量に補正さ
れる。

一方、発光ダイオード４．５のピーク波長のずれに対す
る測定値の補正は次のように行なわれる。

（１）式より試料中の葉緑素濃度Ｃｃは次式で与えられ
る。

Ｃｃ＝　（ｌｏｇ（Ｉ　ｏｒ／　Ｉ　ｒ）　−ｌｏｇ（
Ｉ　ｏｉｒ／　Ｉ　ｉｒ）＋（１ｏｇＦｒ−１ｏｇＦｉ
ｒ））／（αｒ−αｉｒ）・・・（１３） （１３）式中のａ　ｒ、　ａ　ｉｒは、葉緑素のＲ域、
ＩＲ域での吸光係数であるが、ピーク波長がシフトする
と上記吸光係数も変化する。従って、葉緑素の吸光度曲
線をｈ（λ）とすると、（１３）式の分母αｒ−αｉｒ
は、前述の（５）、（６）式を考慮して次のようになる
。

ａｒ−ａｉｒ＝ｈ（λｒ）−ｈ（λ１ｒ）＝ｈ（λｓｒ
＋ｇｒ（ｔ−ｔｓ））　−ｈ（λｓｉｒ＋ｇｉｒ（ｔ−
ｔｓ））　　　　−（１４）上記吸光度曲線ｈ（λ）お
よび（１４）式中の発光ダイオードのピーク波長に関す
る温度特性関数ｇｒ。

ｇｉｒ、基準ピーク波長λＳ、λｓｉｒ、基準温度ｔｓ
は、予め校正値記憶回路２６に記憶されており、（１４
）式中のｔは較正時または測定時の温度ｔｃ、ｔｍであ
るから、上記（１３）、（１４）式によりピーク波長の
ずれに対する補正をすることができる。

以上の測定値補正方法による補正処理の流れについて、
第７図、第８図を参照しつつ次に述べる。

第６図の較正モードステップ＃４における初期較正は、
第７図に示すように分解できる。即ち、第７図のステッ
プ＃２１では温度ｔｃにおけるＲ−ＬＥＤの光１ｉ　１
　Ｃｒが、ステップ＃２２ではＩＲ−ＬＥＤの光量１ｃ
ｉｒが、ステップ＃２３ではその時の温度ｔｃが夫々測
定され、ＡＤ変換されて制御演算回路２１内のＲＡＭに
記憶される。

一方、第６図の測定モードステップ＃９における葉緑素
量測定、温度測定は、第８図に示すように分解できる。

まず、ステップ＃３！でＲ−ＬＥＤの葉を透過した透過
光量ｆ　ｍｒが、ステップ＃３２でＩＲ−ＬＥＤの葉を
透過した透過光量Ｉ　ｌｌｌ１ｒが、ステップ＃３３で
その時の温度Ｌｍが夫々測定され、ＡＤ変換される。次
に、ステップ＃３４．＃３５では夫々Ｒ−ＬＥＤ、ＩＲ
−ＬＥＤの葉への入射光量の補正が（９）、（Ｉ　Ｏ）
式により行なわれる。ここに、ｆｒＪｉｒ、φｒ、φｉ
ｒは、夫々Ｒ−ＬＥＤ光量の温度特性関数および受光出
力のＲ域、ＩＲ域先に対する温度特性関数であり、既知
である。

さらにステップ＃３６．＃３７ではＲ−ＬＥＤ、Ｒ１−
ＬＥＤの葉を透過した透過光量１　ｍｒ、　Ｉ　ｌｌｌ
１ｒの補正が（１１）、（１２）式により行なわれる。

以上の補正の後、ステップ＃３８で（１）式に基づく２
波長間の光学濃度差を求める。

次に、前述したように各ＬＥＤのピーク波長はある程度
ばらつきをもっており、また温度によってもピーク波長
はシフトする。また、生葉の分光透過率は、第９図に示
したような特性をもっているから、特に赤色発光ダイオ
ードのピーク波長によって葉緑素の濃度は一定であって
も２波長の光学濃度差は大きく異なる。従って、＃３９
以降では、求めた光学濃度差に補正係数を乗算して補正
する必要がある。この補正は、補正手段を兼ねる制御演
算回路２１（第３図参照）によって行なわれるが、その
概要を次に詳述する。

葉緑素による吸収が比較的大きいＲ域の光を発生する第
２の光源たる赤色発光ダイオード５には、発光ピーク波
長λｒｐが、常温で６４０ｎｍ≦λｒｐ≦６７０ｒ＋＋
＋＋あるいは６７１ｒ＋＋ｓ≦λｒｐ≦６７４ｎｍのも
のが使用される。前者は、第１０図に示す生葉の分光透
過率曲線が極小となるλ＝６７４ｎｍの左近傍の波長域
であり、後者は、λ＝６７４ｎｍの左極近傍の変曲部に
相当する波長域である。そして、第１１図に示す光学濃
度差曲線（ΔＯＤ）において、前者（６４（１−６７０
ｎｅ）はΔＯＤの変化が略緩勾配の直線り即ち一次式で
近似できる波長域であり、後者（６７１〜６７４　ｎｍ
）はΔＯＤの変化が最小となる変曲部に該当する波長域
である。

上記緩勾配の直線りは、下記の（１５）式で近似できる
。

Δ０Ｄ＝ａ・λｒｐ＋ｂ ＝０．０１１３λｒｐ−６，８５２＝（１５）従って、
上記赤色発光ダイオード５の基準温度Ｔ　ｓ　℃（例え
ばＴｓ＝０）におけるピーク波長をλＳ。

そのときの光学濃度差をΔＯＤｓ、ピーク波長シフトの
温度係数を＆ｎｍ／　’Ｃ（、に＝　＋　０　、２　）
とすれば、温度Ｔ℃における試料測定時のピーク波長λ
ｒｐは、下記の（１６）式で与えられる。

λｒｐ＝λｓ＋ｋ（Ｔ　−Ｔｓ）・（１６）よって、Ｔ
℃で測定された光学濃度差ΔＯＤを、Ｔｓ℃での光学濃
度差に補正するには、ΔＯＤｓ／ΔＯＤを乗ずればよい
。即ち、巻頭で述べた（１）式の左辺第１項に乗ずべき
補正係数は、下記の（１７）式で与えられる。

ΔＯＤｓ／ΔＯＤ ＝ΔＯＤｓ／（０，０１１３λｒｐ−６，８５２）＝Δ
００ｓ／［０，０１１３（λｓ＋ｋｃＴ　−Ｔｓ））　
−６，８５２１・・（ｌ　７） このような補正による効果は、次のとおりである。仮に
、赤色発光ダイオード５のピーク波長が極値λｒｐ＝　
６７４　ｎａ＋よりも長波長側だとすると、第１１図か
ら明らかなように一次式の勾配ａは、ａ＝−００３７と
なって（１５）式の３倍にもなる。

この勾配の違いは、通常は問題ないが、測定時の発光ピ
ーク波長を何らかの要因で誤認した場合、補正結果の差
となって顕現する。いま、赤色発光ダイオードの基準ピ
ーク波長６７０ｎｍ（Ａ点参照）として得られる。第１
０図の生葉の光学濃度差は０．７１９となるが、どのよ
うなピーク波長であってもこの値０．７１９に補正すべ
く補正係数をかけることにする。まず６７９ｎｍ付近で
Ｉｎ１ｌ誤認の場合を考える。６７９ｎｍにおけるΔＯ
Ｄは０．７０！であり、このときｌｎｍのピーク波長の
誤認があって６８０ｎＩ１１における補正係数を選択す
ると（！７）式に相当する補正係数は１．１０４となり
、補正結果は０，７０１ｘ１．１０４＝０．７７４にな
り、この値は上記基準光学濃度差０．７１９に対して７
．６％もの誤差を生じる。これに対し、赤色ＬＥＤが本
実施例で採用する短波長側の６６０ｎｍ（０点参照）で
ある場合のＩｎｆｌｌの誤認の影響は以下のようになる
。即ち、６６０ｎｍにおけるΔＯＤは０．６０６であり
、このときｉｎｍのピーク波長の誤認があると（１７）
式による補正係数は１．２０９となり、補正結果は０．
６０６ｘ１．２０９＝０．７３２になり、この値は上記
基準光学濃度差０．７１９に対して僅か１．８％の誤差
にとどまる。

このように、本実施例では、第１１図の直線りで示され
る緩勾配の一次補正式を用いているので、ピーク波長を
誤認しても誤差の度合が小さいという利点がある。

他方、赤色発光ダイオード５に後者の波長域（６７１〜
６７４　ｎｍ）のものを用いた場合は、±ｌＯ℃の温度
変化に対するピーク波長のシフトは略±２ｒｕｓであり
、λｒｐは６６９〜６７６ｎ−の範囲に納まり、第１１
図から明らかなように変曲点極近傍故、光学濃度差ΔＯ
Ｄの変化は殆どなく、全く補正しなくとも誤差は±１．
７％の範囲に入る。−例としてイネの生育状態を管理す
る場合、光学濃度差０゜７５±０．０３程度のオーダー
で判定することがあり、上記範囲の誤差は、何ら実用上
支障とならないといえる。

さて、第８図に示すフローチャートの説明に戻ることと
する。フローチャートのステップ＃３９では、まず予め
校正値記憶回路２６に記憶されている各ＬＥＤの基準温
度（例えば０℃）におけるピーク波長λＳとステップ＃
３３で測定されている現時点の温度に基づき現時点にお
けるＬＥＤのピーク波長λｒｐが求められる。次に、ス
テップ＃４０では、求められたＬＥＤのピーク波長に基
づきステップ＃３８で求められた光学濃度差に乗ずべき
前述の（Ｉ７）式で与えられる係数を求める。この係数
は、第１０図に示した生葉の分光透過率曲線から求めら
れるが、前述の如くピーク波長が６４０〜６７０ｎｍで
は簡単な計算で求まる。従って、ステップ＃４０では求
められたＬＥＤのピーク波長から計算によって補正係数
を求め、ステップ＃４１で上記求められた係数をステッ
プ＃３８で求められた光学濃度差に乗する。

このように、上記実施例では、発光ダイオード４．５の
発光量と発光ピーク波長および受光素子６の受光出力に
ついて温度補正を行ない、温度変化による測定値の誤差
を可能な限り無くすようにしているので、−度初期較正
をすれば再び較正を行なわすとも常に精度の高い測定値
を能率的に得ることができる。また、赤色発光ダイオー
ドのピーク波長として生葉の吸収ピーク付近の６７１〜
６７４　ｎｍを選べば、前述の如く特にステップ＃４０
、＃４１の処理を行なわなくとも充分実用に耐える。こ
の場合でも、ステップ＃３９のＬＥＤのピーク波長は求
めて、精度が保てる範囲にあるか否かを制御演算回路２
１でチエツクさせる。

なお、上記実施例では、測定モードにおける測定光量が
予め定められた適正範囲内にあるか否かで測定の適否を
判別させたが、これを測定を複数回繰り返して測定値の
バラツキを求め、このバラツキが所定範囲内であるか否
かによって、あるいは受光素子の受光面を複数の部分に
分割し、各部分の出力のバラツキが所定範囲内にあるか
否かによって判別させてもよい。また、発光ダイオード
の順方向電圧降下の測定によらずサーミスタ等で周囲の
温度を測定してもよく、回動蓋２を試料台ｌに間隔をあ
けて固定し、この間隙に試料を挿入するような構造にも
でき、回動蓋２の閉動に連動する測定スイッチをマニュ
アル操作にしてもよく、警告回路・２７のブザーを警告
ランプにしてもよい。

さらに、本発明の光学濃度計が、葉中の葉緑素濃度の測
定のみならず、広く波長による吸光度差を利用した物質
濃度の測定に適用できることはいうまでもない。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の光学濃度計は、
試料中の特定物質による吸収が小さい第１の光源と、吸
収が比較的大きく、温度変化によるピーク波長のシフト
に伴う上記特定物質の吸光係数変化が略緩勾配の直線を
呈する第２の光源を用い、試料を透過した両光源の光量
を受光手段で計測し、この計測値に基づき演算手段で特
定物質の濃度に対応する両光の吸光度差を算出する一方
、温度測定手段で測定した較正時に対する測定時の温度
変化に基づいて、第２の光源光のシフト後のピーク波長
を求め、求めたピーク波長における上記特定物質の吸光
係数により、上記演算手段で算出された吸光度差を簡単
な式で補正するようにしているので、ピーク波長シフト
による吸光度差の誤差を、大容量メモリを要する補正係
数テーブルによらず簡易かつ高精度に補正でき、試料中
の特定物質の濃度を高精度に測定することができ、濃度
測定の高精度化と能率化に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例としての葉緑素計の
平面図および側面図、第３図は上記葉緑素計の回路構成
を示すブロック図、第４図は上記ブロック図中の温度測
定回路の一興体例を示す図、第５図は発光ダイオードの
順方向電圧降下と発光ダイオードの温度の関係を示す図
、第６図は上記葉緑素計の測定動作を示すフローチャー
ト、第７図、第８図は測定値の温度補正動作を示すフロ
ーチャート、第９図は測定に用いる発光素子と受光素子
を示す図、第１θ図は生葉の分光透過率曲線を示す図、
第１１図は第１０図の曲線に基づいて算出した光学濃度
差を示す図である。 ４・・・赤色発光ダイオード、 ５・・・赤外発光ダイオード、６・・・受光素子、２１
・・・制御演算回路、２３・・・温度測定回路、２６・
・・校正値記憶回路、２９・・・スイッチ、３ト・・表
示素子。 特　許　出　願　人　　ミノルタカメラ株式会社代　理
　人　弁理士　　青白　葆　ほか１名第４図 第５図 ｔＸ７図 参２Ｉ ゛　第９図 第６図 第１Ｏ図 第１１図 一液長λｒｐ（面）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料中の特定物質による吸収が小さい波長域の光
   を発する第１の光源と、 上記特定物質による吸収が比較的大きい波長域の光であ
   って、そのピーク波長が温度変化によりシフトし、この
   ピーク波長のシフトに伴う上記特定物質による吸光係数
   の変化が略緩勾配の直線を呈するような光を発する第２
   の光源と、 試料を透過する上記第１および第２の光源光の光量を計
   測する受光手段と、 この受光手段の計測値に基づいて、特定物質の濃度に応
   じて変化する第１と第２の光源光の吸光度差を算出する
   演算手段と、 この温度測定手段の測定値に基づいて、温度変化による
   上記第２の光源光のシフト後のピーク波長を求め、求め
   たピーク波長における上記特定物質の吸光係数によって
   、上記演算手段で算出された吸光度差を補正する補正手
   段を備えた光学濃度計。
2. （２）上記特許請求の範囲第１項に記載の光学濃度計に
   おいて、上記特定物質が葉緑素であり、上記第２の光源
   が、６４０〜６７０ｎｍのピーク波長を有する発光ダイ
   オードである光学濃度計。