WO2024063033A1 - 植物センサ - Google Patents
植物センサ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024063033A1 WO2024063033A1 PCT/JP2023/033816 JP2023033816W WO2024063033A1 WO 2024063033 A1 WO2024063033 A1 WO 2024063033A1 JP 2023033816 W JP2023033816 W JP 2023033816W WO 2024063033 A1 WO2024063033 A1 WO 2024063033A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- measurement light
- light
- wavelength selection
- reflected
- wavelength
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 49
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 288
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G7/00—Botany in general
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
Definitions
- the present invention relates to a plant sensor that irradiates agricultural crops with measurement light and analyzes the reflected light to measure the growth status of the crops.
- Detecting the growth status of plants, especially agricultural crops, is important in agricultural production management.
- plants are irradiated with detection light diffused in one direction, and the growth state of the plants is detected based on the detection light reflected from the leaves of the plants.
- the reflected detection light also included reflected detection light from soil other than plant leaves, so the detection results contained noise.
- noise such as reflected detection light from the soil can be removed and detection accuracy can be improved. is also being carried out.
- the present invention provides a plant sensor that can reduce manufacturing costs.
- the present invention provides a light emitting section that emits measurement light including at least two wavelengths at a predetermined spread angle, a light receiving section that separates the reflected measurement light from a measurement object into two wavelengths and acquires the measurement light, and the measurement light and the reflected measurement light.
- a wavelength selection member provided on at least one optical path of the light and extracting two wavelengths from at least one of the measurement light and the reflected measurement light; and a light amount of the measurement light and a received amount of the reflected measurement light for each wavelength.
- a control unit that calculates the growth status of the measurement target based on the wavelength selection member, and the wavelength selection member has at least one of an entrance surface and an exit surface such that the measurement light or the reflected measurement light is incident on the wavelength selection member.
- This invention relates to a plant sensor configured to form a wavelength selective film having a concave portion whose film thickness increases in accordance with an increase in angle.
- the present invention also relates to a plant sensor in which the film thickness of the recess is set so that the transmitted wavelength is constant or approximately constant regardless of the incident angle of the measurement light or the reflected measurement light with respect to the recess. .
- the wavelength selection member is disposed on the optical path of the measurement light and perpendicular to the optical axis of the measurement light, and the measurement light selects the wavelength while the angle of incidence is rotationally symmetrical.
- the present invention relates to a plant sensor configured to be incident on a selection member.
- the wavelength selection member is disposed on the optical path of the measurement light and the reflected measurement light, and is disposed so as to be orthogonal to the optical axis of the measurement light and the reflected measurement light.
- the measurement light is related to a plant sensor configured to enter the wavelength selection member with each of the measurement lights being rotationally symmetrical at an incident angle.
- the wavelength selection member is disposed on the optical path of the reflected measurement light and perpendicular to the optical axis of the reflected measurement light, and the reflected measurement light has a rotationally symmetrical incident angle.
- the present invention relates to a plant sensor configured such that the wavelength is incident on the wavelength selection member.
- the present invention also relates to a plant sensor further comprising a diffusing optical member that diffuses the measurement light in only one direction.
- the present invention relates to a plant sensor configured such that an outer diameter of the recess matches or substantially matches a luminous flux diameter of the measurement light or the reflected measurement light when incident on the wavelength selection member. .
- the light emitting section emits measurement light including at least two wavelengths at a predetermined spread angle
- the light receiving section separates the measurement light reflected from the measurement object into two wavelengths, and acquires the measurement light and the measurement light.
- a wavelength selection member that is provided on at least one optical path of the reflected measurement light and extracts two wavelengths from at least one of the measurement light and the reflected measurement light;
- a control unit that calculates the growth status of the measurement target based on the amount of received light; Since the structure is such that a wavelength selective film having a concave portion whose film thickness increases in response to an increase in the incident angle of the wavelength selective film is formed, it is possible to suppress a shift in the transmitted wavelength due to an increase in the incident angle with respect to the wavelength selective film. It is possible to improve measurement accuracy.
- FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of use of a plant sensor according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a plant sensor according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a side sectional view illustrating the wavelength selection member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 4(A) is a graph illustrating the transmitted wavelength for each incident angle in a wavelength selection member with a constant film thickness
- FIG. 4(B) is a graph illustrating the wavelength selection member according to the first embodiment of the present invention.
- 2 is a graph illustrating the transmission wavelength for each incident angle at FIG.
- FIG. 5 is a graph illustrating a curve showing the gradient of film thickness from the center of the recessed portion of the wavelength selection member to the outer periphery.
- FIG. 6 is a schematic diagram of a plant sensor according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a side sectional view illustrating a wavelength selection member according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic diagram of a plant sensor according to a third embodiment of the present invention.
- 9(A) and 9(B) are schematic diagrams showing the configuration of a light-emitting section of a plant sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 1 shows an outline of a plant sensor according to a first embodiment of the present invention.
- 1 indicates a plant sensor held in the hand of a worker.
- the plant sensor 1 irradiates a measurement object 3 such as a field (for example, agricultural products) with a laser beam (measurement light 2) having a wavelength band within a predetermined range. Further, the plant sensor 1 detects the amount of light received for each wavelength of the measurement light 2 (reflected measurement light 4) reflected by the measurement object 3, and measures the reflectance for each wavelength from each amount of received light.
- the plant sensor 1 can measure the growth status of the measurement target 3 based on the reflectance of each wavelength at the irradiation position of the measurement light 2.
- the measurement light 2 includes laser beams of at least two different wavelengths.
- An example of two wavelengths is 735 nm as the first measurement wavelength band and 808 nm as the second measurement wavelength band.
- the first measurement light 2a having a wavelength around 735 nm (wavelength in a predetermined range centered around 735 nm) as the measurement light 2
- the measurement object 3 contains nitrogen, it will be reflected by the measurement object 3.
- the amount of reflected measurement light 4 does not change regardless of the nitrogen content.
- the second measurement light 2b having a wavelength around 808 nm (wavelength in a predetermined range centered around 808 nm) is used as the measurement light 2
- the measurement object 3 contains nitrogen
- the reflectance varies depending on the nitrogen content, and that the amount of reflected light increases as the nitrogen content increases.
- the leaves of crops contain nitrogen, and when the growth conditions are good, the nitrogen content is high, and when the growth conditions are poor, the nitrogen content is low.
- soil may also contain nitrogen, but the reflectance of soil and leaves is significantly different (the reflectance of soil is significantly lower). Therefore, by comparing only the amount of reflected light without limiting the wavelength, it is possible to determine whether the reflection is from the soil or from the leaves. By removing the reflected measurement light 4 that has been determined to be reflected from the soil, noise can be reduced. Can be removed.
- the measurement light 2 includes the first measurement light 2a having a wavelength of around 735 nm and the second measurement light 2b having a wavelength of around 808 nm. That is, the first measurement light 2a and the second measurement light 2b are irradiated on the same optical axis and irradiated onto the same irradiation range.
- the amount of reflected light of the reflected measurement light 4 changes under the influence of the condition of the reflective surface, such as whether the reflective surface is clean or dirty.
- the measurement light 2 of two wavelengths is irradiated to the same point on the reflection surface, the measurement light 2 of each wavelength is affected by the state of the reflection surface in the same way.
- the nitrogen content ratio of the measurement object 3 can be determined. If the nitrogen content ratio of the leaves of the crop corresponding to the growth condition is obtained in advance, the growth condition of the crop to be measured 3 can be determined.
- the plant sensor 1 may have a built-in inclination sensor that detects the inclination of the plant sensor 1.
- the inclination of the plant sensor 1 with respect to the horizontal (or vertical) can be detected based on the detection result of the inclination sensor.
- FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the plant sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the plant sensor 1 includes a light emitting section 6, a light receiving section 7, a wavelength selection member 8, a control section 9, a storage section 11, a display section 12, and an operation section 13, and each component is built into a housing 14. There is. Further, the housing 14 is formed with a window 15 having a predetermined opening area.
- the light emitting unit 6 has a measurement light source 16 and a light amount sensor 17.
- the measurement light source 16 is, for example, a broadband LED light source, and is configured to irradiate the broadband measurement light 2 onto the projection optical axis 18 at a predetermined spread angle, for example, ⁇ 25°.
- the light amount sensor 17 is, for example, a photodiode (PD), and is configured to be able to receive a portion of the light from the measurement light source 16 and detect the amount of light emitted from the measurement light source 16 in real time. The amount of light detected by the light amount sensor 17 is transmitted to the control section 9 in real time.
- PD photodiode
- the light receiving section 7 includes a wavelength separation plate 19 provided on the reception optical axis 23 of the reflected measurement light 4, a first light receiving element 21, and a second wavelength separation plate 19 provided on the reflection optical axis of the wavelength separation plate 19. It has a light receiving element 22.
- the wavelength separation plate 19 is, for example, a glass plate with a dichroic filter formed on its surface.
- the wavelength separation plate 19 has an optical characteristic of transmitting light around 735 nm and reflecting light of other wavelengths. Note that the wavelength separation plate 19 may be configured to reflect light around 735 nm and transmit light of other wavelengths.
- the first light-receiving element 21 and the second light-receiving element 22 are, for example, photodiodes (PD) or avalanche photodiodes (APD), and receive the reflected measurement light 4 incident along the light-receiving optical axis 23. The amount can be detected. The amounts of the reflected measurement light 4 detected by the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 are each transmitted to the control unit 9 in real time as received light amount data.
- PD photodiodes
- APD avalanche photodiodes
- the wavelength selection member 8 is disposed on the optical path of the measurement light 2 and outside the optical path of the reflected measurement light 4 so as to be perpendicular to the projection optical axis 18, so that all of the measurement light 2 is directed to the wavelength selection member 8. It is configured so that it is incident on the That is, the angle of incidence of the measurement light 2 on the wavelength selection member 8 is rotationally symmetrical. Further, the wavelength selection member 8 is, for example, a dual-pass filter, and has an optical property of transmitting light of two wavelengths, a wavelength of around 735 nm and a wavelength of around 808 nm, and blocking other wavelengths. There is.
- the control unit 9 executes various programs stored in the storage unit 11, which will be described later. Thereby, the control unit 9 controls the light emission of the measurement light source 16 and also grows the measurement object 3 based on the reflected measurement light 4 received by the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22. control the measurement process.
- the storage unit 11 includes a sequence program for operating the measurement light source 16 and irradiating the measurement object 3 with the measurement light 2, and a determination program for determining the growth state of the measurement object 3 based on the received light amount data.
- a program, a noise removal program for removing noise data from received light amount data, a calculation program for calculating the amount of fertilizer applied according to the growth state of the measurement object 3, and the like are stored.
- the noise removal program includes thresholds necessary for noise determination, such as thresholds related to the amount of received light.
- the storage unit 11 stores the nitrogen content ratio of leaves corresponding to the growth condition of the measurement target 3, which is an agricultural product, and also stores the ratio of the first measurement light 2a in the measurement light 2 and the The ratio of the second measurement light 2b is stored.
- FIG. 3 shows the wavelength selection member 8.
- the wavelength selection member 8 has a disk-shaped glass plate 24 and a wavelength selection film 25 formed on both the entrance surface and the exit surface of the glass plate 24.
- FIG. 4(B) is a graph showing the optical characteristics of the wavelength selection film 25 according to the first example.
- the wavelength selection film 25 is a dual-pass filter that selectively transmits two types of wavelengths, a wavelength around 735 nm and a wavelength around 808 nm.
- the transmitted wavelength of a dual-pass filter shifts depending on the angle of incidence on the dual-pass filter.
- the thickness of the wavelength selection film 25 is constant from the center to the outer periphery, there is a case where the measurement light 2 is incident at an incident angle of 0°, and a case where the measurement light 2 is incident at an incident angle of 25°.
- the transmitted wavelength is different between the case where the measurement light 2 is incident at .degree. That is, the wavelength selective film 25 has a shorter transmission wavelength when the incident angle is 25° (dashed line in FIG. 4(A)) than when the incident angle is 0° (solid line in FIG. 4(A)). It shifts to the side by about 17 nm.
- the thickness of the wavelength selection film 25 is increased in response to an increase in the angle of incidence of the measurement light 2, so that the transmitted wavelength is increased regardless of the angle of incidence of the measurement light 2.
- the thickness of the wavelength selection film 25 is set to be constant or approximately constant.
- the broken line in the case of an incident angle of 25°
- the solid line in the case of an incident angle of 0°
- the wavelength selection film 25 has a bowl-shaped concave curved surface centered on the light emitting optical axis 18, with the film thickness being small on the center side and thick on the outer peripheral side.
- a recess 27 is formed.
- the outer diameter of the recess 27 matches or is slightly larger than the diameter of the light beam when the measurement light 2 enters the wavelength selection film 25 and exits from the wavelength selection film 25. That is, the recess 27 of the wavelength selection film 25 on the incident side has a smaller outer diameter than the recess 27 of the wavelength selection film 25 on the exit side.
- the recess 27 is configured so that the thickness of the outer periphery is 2.5% thicker than the thickness at the center.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between the radial position of the recess 27 and the film thickness.
- the curve 26 in FIG. 5 is a curve showing the gradient of the film thickness of the recess 27, and is configured so that the film thickness gradually increases concentrically from the center toward the outer periphery and draws a downwardly convex curve. be done.
- the shape of the curve 26 changes depending on the spread angle of the measurement light 2, the maximum incident angle with respect to the wavelength selection film 25, and the effective diameter.
- the shape of the curve 26 is always a curve convex downward with respect to the straight line connecting the center and the outer periphery of the wavelength selection film 25.
- the curve 26 can be defined, for example, as a polynomial of degree two or less.
- the shape of the curve 26 is different between the recess 27 on the entrance side and the recess 27 on the exit side.
- the display section 12 displays the measurement result of the measurement object 3, that is, the nitrogen content ratio of the measurement object 3 in the range irradiated with the measurement light 2. For example, the information is displayed in different colors depending on the nitrogen content ratio. Alternatively, the amount of fertilizer applied to the measurement object 3 is displayed based on the measurement results.
- the operation unit 13 is capable of starting and stopping measurement of the measurement target 3.
- the display section 12 as a touch panel
- the display section 12 and the operation section 13 can also be used.
- the operation section 13 can be omitted.
- the control unit 9 causes the measurement light source 16 to emit the measurement light 2.
- the broadband measurement light 2 enters the wavelength selection member 8 while being diffused at a predetermined spread angle on the projection optical axis 18. Further, the light intensity of the measurement light 2 is detected in real time by the light intensity sensor 17, and the detection result is output to the control section 9.
- the wavelength selection member 8 transmits only two predetermined wavelengths, that is, the first measuring light 2a having a wavelength around 735 nm and the second measuring light 2b having a wavelength around 808 nm, and transmits the second measuring light 2b having a wavelength around 808 nm. The measurement light 2 is blocked.
- the first measurement light 2a and the second measurement light 2b that have passed through the wavelength selection member 8 are irradiated onto the measurement object 3 through the window 15. At this time, since the thickness of the wavelength selection film 25 changes depending on the incident angle of the measurement light 2, the first wavelength selection film 25 in the first wavelength band Only the measurement light 2a and the second measurement light 2b in the second wavelength band are transmitted through the wavelength selection film 25.
- the distance from the plant sensor 1 to the measurement object 3 is selected within a range of, for example, 50 cm to 5 m. Further, the irradiation area of the measurement light 2 on the measurement object 3 is, for example, ⁇ 30 cm when the distance to the measurement object 3 is 1 m.
- the first measurement light 2a and the second measurement light 2b are reflected at a predetermined reflectance based on the nitrogen content ratio of the measurement object 3.
- the first reflected measurement light 4 a and the second reflected measurement light 4 b reflected by the measurement object 3 enter the wavelength separation plate 19 through the window 15 .
- the first reflected measurement light 4 a having a wavelength of around 735 nm passes through the wavelength separation plate 19 and enters the first light receiving element 21 .
- the second reflected measurement light 4b having a wavelength other than around 735 nm, that is, around 808 nm, is reflected by the wavelength separation plate 19 and enters the second light receiving element 22.
- the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 output the received amounts of the first reflected measurement light 4a and the second reflected measurement light 4b to the control section 9, respectively.
- the control unit 9 controls the amount of the measurement light 2 input from the light amount sensor 17, the ratio of the first measurement light 2a and the second measurement light 2b in the measurement light 2, and the first light receiving element. Based on the amount of the first reflected measurement light 4a inputted from the second light receiving element 21 and the amount of the second reflected measurement light 4b inputted from the second light receiving element 22, the nitrogen content ratio of the measurement object 3 is determined. Calculate.
- the control unit 9 also compares the nitrogen content ratio of the leaves of the measurement target 3 corresponding to the growth status obtained in advance with the calculated content ratio, and determines the growth status of the measurement target 3 based on the comparison result. At the same time, the growth status is displayed on the display section 12. Furthermore, the control unit 9 calculates the amount of fertilizer required for the measurement target 3 based on the content ratio, and displays the calculation result on the display unit 12.
- the measurement light 2 is irradiated onto the measurement object 3 again, and the measurement is executed. The above process is repeated until measurement of the entire desired measurement range is completed.
- the wavelength selection film 25 of the wavelength selection member 8 is configured to increase its film thickness in response to an increase in the incident angle of the measurement light 2.
- a broadband LED is used as the measurement light source 16
- a dual-pass filter is used as the wavelength selection member 8
- the broadband measurement light 2 is divided into the first measurement light 2a and the second measurement light 2b of two wavelengths. It is configured to extract.
- the plant sensor 1 is made portable, and the operator points the plant sensor 1 directly at the measurement target 3 to measure the growth status of the measurement target 3.
- the plant sensor 1 may be mounted on a moving body such as a tractor or a UAV, and the growth status of the measurement target 3 may be measured by remote control.
- a map of the growth status of the measurement object 3 can be created by providing a position measuring device such as a GNSS device on the moving body and acquiring the measurement position when the measurement object 3 is measured. Measurement can be performed even when the measurement target 3 exists over a wide range.
- the transmission wavelength of the wavelength selection film 25 also changes depending on the temperature. Therefore, by controlling the light emission of the measurement light source 16, it is possible to suppress a shift in the transmission wavelength due to the temperature of the measurement light source 16, and it is possible to improve measurement accuracy.
- a temperature sensor capable of detecting the temperature of the measurement light source 16 and the temperature outside the plant sensor 1 is provided, a shift amount of the transmission wavelength is calculated based on the detection result of the temperature sensor, and measurement is performed based on the calculated shift amount. The results may be corrected.
- the wavelength selection member 8 is formed by the glass plate 24 and the wavelength selection film 25 provided on both the incident surface and the exit surface of the glass plate 24.
- the wavelength selection member 8 may be formed by the glass plate 24 and the wavelength selection film 25 provided on either the entrance surface or the exit surface of the glass plate 24.
- the window portion 15 may be made of a material that absorbs external light, such as colored glass that absorbs wavelengths in the visible region, or a reflective film may be deposited on the window portion 15. Thereby, it is possible to suppress the incidence of external light on the light receiving section 7, and it is possible to improve measurement accuracy.
- the light amount sensor 17 is provided near the measurement light source 16, but when the measurement light 2 is irradiated onto a target having retroreflection or diffuse reflection, the reflection at that time is measured.
- the total amount of measurement light 4 received may be obtained in advance. In this case, the light amount sensor 17 can be omitted.
- the measuring light 2 and the reflected measuring light 4 both pass through the window 15, but the window through which the measuring light 2 passes and the reflected measuring light 4 pass through the window 15.
- the window portion through which 4 passes may be a separate member.
- FIG. 6 the same parts as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
- the wavelength selection member 28 spans the optical path of the measurement light 2 and the reflected measurement light 4, and the light emission axis 18 of the measurement light 2 and the reception optical axis 23 of the reflection measurement light 4 are connected to each other. They are arranged orthogonally. That is, the measurement light 2 and the reflected measurement light 4 enter the wavelength selection member 28 with their respective incident angles being rotationally symmetrical.
- the measurement light 2 emitted from the light emitting section 6 passes through the wavelength selection member 28 and is then irradiated onto the measurement object 3, and the reflected measurement light 4 passes through the wavelength selection member 28 and then reaches the light reception section 7. It is configured to receive light.
- the wavelength selection film 29 includes a first recess 31 having a bowl-shaped concave curved surface centered on the light emitting optical axis 18 and a second recessed portion 31 having a bowl-shaped concave curved surface centered on the light receiving optical axis 23. Two concave portions of the concave portion 32 are formed.
- the wavelength selection member 28 is provided with the wavelength selection film 29 on both the entrance surface and the exit surface of the glass plate 33, or on either the entrance surface or the exit surface.
- the wavelength selection film 29 is provided on one side or the other.
- the broadband measurement light 2 irradiated toward the measurement object 3 passes through the wavelength selection member 28, that is, the first recess 31. Only the first measurement light 2a and the second measurement light 2b are extracted and irradiated onto the measurement object 3 through the window 15.
- the first reflected measurement light 4a and the second reflected measurement light 4b reflected by the measurement object 3 are incident on and transmitted through the window 15 to the wavelength selection member 28, that is, the second recess 32, The light is incident on the wavelength separation plate 19.
- the first reflected measurement light 4a transmitted through the wavelength separation plate 19 is received by the first light receiving element 21, and the second reflected measurement light 4b reflected by the wavelength separation plate 19 is received by the second light receiving element 22. Light is received.
- the processing after receiving the first reflected measurement light 4a and the second reflected measurement light 4b is the same as in the first embodiment.
- the wavelength selection member 28 is provided not only on the optical path of the measurement light 2 but also on the optical path of the reflected measurement light 4, so that the measurement light 2 and the reflected measurement light 4 are The light is configured to pass through the wavelength selection film 29.
- the film thickness of the wavelength selection film 29 is provided with a gradient, so that it is possible to suppress a shift in the transmission wavelength of the wavelength selection film 29 based on the incident angle. Therefore, a sufficient amount of light can be obtained even if the transmission wavelength of the wavelength selection film 29 is in a narrow band, so that the effect of suppressing the reception of external light can be further enhanced, and the measurement accuracy can be further improved.
- FIG. 8 the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
- the wavelength selection member 34 is arranged not on the optical path of the measurement light 2 but on the optical path of the reflected measurement light 4 so as to be perpendicular to the light receiving optical axis 23. That is, the reflected measurement light 4 enters the wavelength selection member 34 with the angle of incidence rotationally symmetrical.
- the measurement light 2 having a broadband wavelength irradiated toward the measurement object 3 is passed through the window 15 while maintaining the wavelength band and light intensity.
- the measurement object 3 is irradiated.
- the reflected measurement light 4 reflected by the measurement object 3 enters the wavelength selection member 34 via the window 15.
- the wavelength selection member 34 is provided with a wavelength selection film 38 having a concave portion 39 whose thickness changes depending on the incident angle of the reflected measurement light 4. ing.
- the reflected measuring light 4 In the process of transmitting the reflected measuring light 4 through the recess 39, only the first reflected measuring light 4a in the first wavelength band (near 735 nm) and the second reflected measuring light 4b in the second wavelength band (near 808 nm) are transmitted. Extracted.
- the first reflected measurement light 4a After passing through the recess 39, the first reflected measurement light 4a passes through the wavelength separation plate 19 and is received by the first light receiving element 21.
- the second reflected measurement light 4b is reflected by the wavelength separation plate 19 and is received by the second light receiving element 22.
- the processing of the first reflected measurement light 4a and the second reflected measurement light 4b after reception is the same as in the first embodiment.
- the wavelength selection member 34 is provided on the optical path of the reflected measurement light 4, and selects the first reflected measurement light 4a in the first wavelength band and the second measurement light 2b in the second wavelength band.
- the structure is such that only the light enters the light receiving section 7.
- the recess 39 formed in the wavelength selection film 38 makes it possible to suppress a shift in the transmission wavelength of the wavelength selection film 38 based on the incident angle. Therefore, a sufficient amount of light can be obtained even if the transmission wavelength of the wavelength selection film 38 is in a narrow band, so that the effect of suppressing the reception of external light can be further enhanced, and the measurement accuracy can be further improved.
- the wavelength selection member 34 since the wavelength selection member 34 only needs to be provided on the optical path of the reflected measurement light 4, the wavelength selection member 34 can be miniaturized and manufacturing costs can be reduced.
- FIGS. 9(A) and 9(B) a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9(A) and 9(B).
- 9(A) and 9(B) the same reference numerals as in FIG. 2 are given to the same parts, and the explanation thereof will be omitted.
- the wavelength selection member is arranged perpendicular to the light emitting optical axis or the receiving optical axis, and the incident angle of the measuring light 2 or the reflected measuring light 4 is rotationally symmetrical.
- the wavelength selection member is configured such that the light is incident on the wavelength selection member in this state.
- the angle of incidence of the measurement light 2 or the reflected measurement light 4 on the wavelength selection member does not necessarily have to be rotationally symmetrical.
- Figures 9(A) and 9(B) show the light-emitting unit 35 in the fourth embodiment.
- a wavelength selection member 36 is provided on the optical path of the measurement light 2.
- a cylindrical lens 37 is provided as a diffusion optical member between the wavelength selection member 36 and the measurement light source 16.
- the cylindrical lens 37 deflects the measurement light 2 in the X-axis direction, making it a parallel light beam. Further, the cylindrical lens 37 diffuses the measurement light 2 without deflecting it in the Y-axis direction, as shown in FIG. 9(B).
- the measurement light 2 becomes an elliptical light beam that is diffused only in the Y-axis direction, and enters the wavelength selection film 41 of the wavelength selection member 36 with the angle of incidence not being rotationally symmetrical.
- the angle of incidence on the wavelength selection member 36 is constant in the X-axis direction regardless of the incident position.
- the angle of incidence increases as the distance from the projection optical axis 18 increases.
- the recess 42 formed in the wavelength selection film 41 draws a curve in which the film thickness increases as the distance from the center increases, corresponding to the increase in the incident angle.
- the thickness of the recess 42 is constant.
- the measurement light 2 is diffused only in the Y-axis direction via the cylindrical lens 37, and the measurement light 2 having an elliptical shape elongated in the Y-axis direction is transmitted through the wavelength selection member 36.
- the light enters the recess 42 .
- the thickness of the recess 42 increases only in the Y-axis direction in response to an increase in the incident angle, and the thickness remains constant in the X-axis direction.
- the processing after the measurement light 2 passes through the wavelength selection member 36 is the same as in the first embodiment.
- the wavelength selection film is adjusted according to the beam cross-sectional shape and spread angle of the measurement light 2.
- the same effect as when the angle of incidence of the measurement light 2 on the wavelength selection member 36 is rotationally symmetrical can be obtained.
- the cylindrical lens 37 is provided as a diffusing optical member for diffusing the measurement light 2 in the Y-axis direction, but a diffraction grating or the like may be used instead of the cylindrical lens 37. Good too.
- Wavelength selection member 1 Plant sensor 2 Measurement light 3 Measurement object 4 Reflected measurement light 6 Light emitting section 7 Light receiving section 8 Wavelength selection member 9 Control section 25 Wavelength selection film 27 Recess 28 Wavelength selection member 29 Wavelength selection film 31 First recess 32 Second recess 34 Wavelength Selection member 36 Wavelength selection member
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Botany (AREA)
- Ecology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
少なくとも２波長を含む測定光（２）を所定の広がり角で発光する発光部（６）と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材（８）と、前記測定光の光量と各波長毎の前記反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部（９）とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部（２７）を有する波長選択膜（２５）が形成される様構成された。
Description
本発明は、農作物に対して測定光を照射し、反射光を解析して農作物の生育状況を測定する植物センサに関するものである。
植物、特に農作物の生育状況を検出することは、農作物の生産管理に於いて重要である。従来、一方向に拡散させた検出光を植物に照射し、植物の葉からの反射検出光に基づき植物の生育状態を検出することが行われている。この場合、反射検出光には植物の葉以外の土からの反射検出光も含まれる為、検出結果にノイズが含まれていた。
又、波長の異なる２つの検出光を植物に照射し、植物の葉からの各反射検出光の光量を比較することで、土からの反射検出光等のノイズを除去し、検出精度を高めることも行われている。
然し乍ら、２つの検出光の光源として、２つの光源を必要とし、更に光源として高価なレーザダイオードを使用する為、製作コストの増加を招いていた。
本発明は、製作コストの低減が図れる植物センサを提供するものである。
本発明は、少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成された植物センサに係るものである。
又本発明は、前記凹部の膜厚は、該凹部に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された植物センサに係るものである。
又本発明は、前記波長選択部材は、前記測定光の光路上であり、該測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
又本発明は、前記波長選択部材は、前記測定光と前記反射測定光の光路上であり、前記測定光と前記反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光と前記反射測定光はそれぞれ入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
又本発明は、前記波長選択部材は、前記反射測定光の光路上であり、該反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記反射測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された植物センサに係るものである。
又本発明は、前記測定光を１方向にのみ拡散させる拡散光学部材を更に具備する植物センサに係るものである。
更に又本発明は、前記凹部の外径は、前記波長選択部材に入射する際の前記測定光又は前記反射測定光の光束径と合致又は略合致する様構成された植物センサに係るものである。
本発明によれば、少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成されたので、前記波長選択膜に対する入射角の増加に基づく透過波長のシフトを抑制することができ、測定精度の向上を図ることができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る植物センサの概略を示している。
図１中、１は作業者の手に保持された植物センサを示している。該植物センサ１は、所定範囲の波長帯域を有するレーザ光線（測定光２）を圃場等の測定対象３（例えば農作物）に照射する。又、前記植物センサ１は、前記測定対象３で反射された前記測定光２（反射測定光４）の波長毎の受光量を検出し、各受光量から波長毎の反射率を測定する。
前記植物センサ１は、前記測定光２の照射位置に於ける各波長毎の反射率に基づき、前記測定対象３の生育状況を測定することができる。
ここで、前記測定光２には、少なくとも波長の異なる２波長のレーザ光線が含まれている。２波長の一例としては、第１測定波長帯としての７３５ｎｍ、第２波長帯としての８０８ｎｍがある。前記測定光２として７３５ｎｍ付近の波長（７３５ｎｍを中心とした所定範囲の波長）を有する第１測定光２ａを使用する場合、前記測定対象３が窒素を含んでいると該測定対象３で反射されるが、窒素の含有量に拘らず、前記反射測定光４の光量は変化しない。
一方で、前記測定光２として８０８ｎｍ付近の波長（８０８ｎｍを中心とした所定範囲の波長）を有する第２測定光２ｂを使用する場合、前記測定対象３が窒素を含んでいると前記測定対象３で反射され、更に窒素の含有量によって反射率が異なり、含有量が多くなると反射光量も多くなることがわかっている。
又、作物の葉には窒素が含まれ、生育状態がよい場合は窒素の含有量が多く、生育状態が悪い場合は、窒素の含有量が少ないということもわかっている。
尚、前記測定対象３以外、例えば土も窒素を含む場合があるが、土と葉では反射率が大きく異なる（土の反射率が大幅に小さい）。従って、波長に限らず反射光量のみを比較すれば、土での反射か葉での反射かを判断できるので、土での反射と判断された前記反射測定光４を除去することで、ノイズを除去することができる。
上記した様に、前記測定光２は、７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１測定光２ａと８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２測定光２ｂを含んでいる。即ち、前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは同一光軸上に照射され、同一の照射範囲に照射される。前記反射測定光４の反射光量は、反射面の清浄、汚れ等の反射面の状態の影響を受け、変化する。然し乍ら、２波長の前記測定光２が反射面の同一点に照射されているので、各波長の前記測定光２が反射面の状態から受ける影響は同一である。
従って、８０８ｎｍ付近の波長を有する第２反射測定光４ｂの受光光量の大小は、窒素の含有量の大小によるものと判断されるので、第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂに基づき、前記測定対象３についての窒素の含有比率を求めることができる。予め、生育状況に対応する作物の葉の窒素の含有比率を取得しておけば、前記測定対象３の作物の生育状況を判断することができる。
該測定対象３の窒素の含有比率は、第１測定波長帯（７３５ｎｍ付近）の反射率をＲ１、第２測定波長帯（８０８ｎｍ付近）の反射率をＲ２とした場合に、含有比率Ｓ＝（Ｒ２／Ｒ１－１）×１００で表すことができる。
尚、前記植物センサ１は、該植物センサ１の傾斜を検出する傾斜センサが内蔵されていてもよい。該傾斜センサの検出結果に基づき前記植物センサ１の水平（又は鉛直）に対する傾斜を検出可能となっている。
図２は、本発明の第１の実施例に係る前記植物センサ１の概略構成図を示している。
該植物センサ１は、発光部６、受光部７、波長選択部材８、制御部９、記憶部１１、表示部１２、操作部１３とを具備し、各構成要素は筐体１４に内蔵されている。又前記筐体１４には、所定の開口面積を有する窓部１５が形成されている。
前記発光部６は、測定光源１６と光量センサ１７を有している。前記測定光源１６は、例えば広帯域のＬＥＤ光源であり、所定の広がり角、例えば±２５°で投光光軸１８上に広帯域の前記測定光２を照射する様に構成されている。又、前記光量センサ１７は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、前記測定光源１６からの光の一部を受光し、該測定光源１６の発光光量をリアルタイムで検出可能に構成されている。前記光量センサ１７が検出した光量は、前記制御部９にリアルタイムで送信される。
前記受光部７は、前記反射測定光４の受光光軸２３上に設けられた波長分離板１９と、第１受光素子２１と、前記波長分離板１９の反射光軸上に設けられた第２受光素子２２とを有している。
前記波長分離板１９は、例えば表面にダイクロイックフィルタが形成されたガラス板である。前記波長分離板１９は、７３５ｎｍ付近の光を透過し、それ以外の波長の光を反射する光学特性を有している。尚、前記波長分離板１９は、７３５ｎｍ付近の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する様構成してもよい。
前記第１受光素子２１、前記第２受光素子２２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、或はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であり、前記受光光軸２３に沿って入射した前記反射測定光４の受光量を検出可能となっている。前記第１受光素子２１、前記第２受光素子２２で検出された前記反射測定光４の受光量は、それぞれ受光量データとしてリアルタイムで前記制御部９に送信される。
前記波長選択部材８は、前記測定光２の光路上且つ前記反射測定光４の光路外に、前記投光光軸１８と直交する様に配置され、前記測定光２が全て前記波長選択部材８に入射する様に構成されている。即ち、前記測定光２の前記波長選択部材８に対する入射角は回転対称となる。又、前記波長選択部材８は、例えばデュアルパスフィルタであり、７３５ｎｍ付近の波長と、８０８ｎｍ付近の波長との、２つの波長の光を透過させ、その他の波長を遮断する光学特性を有している。
前記制御部９は、後述する前記記憶部１１に格納された各種プログラムを実行する。これにより、前記制御部９は、前記測定光源１６の発光を制御すると共に、前記第１受光素子２１及び前記第２受光素子２２で受光された前記反射測定光４に基づく前記測定対象３の育成具合の測定処理を制御する。
前記記憶部１１には、前記測定光源１６を作動させ、前記測定光２を前記測定対象３に照射する為のシーケンスプログラム、受光量データに基づき前記測定対象３の生育状態を判定する為の判定プログラム、受光量データからノイズとなるデータを除去する為のノイズ除去プログラム、前記測定対象３の生育状態に応じた肥料の散布量を演算する演算プログラム等が格納される。又、前記ノイズ除去プログラムには、受光量に関する閾値等のノイズ判定に必要な閾値が設定されている。又、前記記憶部１１には、農作物である前記測定対象３の生育状況に対応する葉の窒素の含有比率が格納されると共に、前記測定光２中の前記第１測定光２ａの割合と前記第２測定光２ｂの割合とが格納されている。
図３は、前記波長選択部材８を示している。該波長選択部材８は、円盤状のガラス板２４と、該ガラス板２４の入射面と射出面の両面に形成された波長選択膜２５とを有している。前記波長選択部材８は、例えば半径ｒ＝１５ｍｍであり、該波長選択部材８に広がり角±２５°で前記測定光２が照射された際の、該測定光２のビーム径（有効径）が１３ｍｍとなる様に前記波長選択部材８が配置されている。
図４（Ｂ）は、第１の実施例に係る前記波長選択膜２５の光学特性を示すグラフである。該波長選択膜２５は、７３５ｎｍ付近の波長と、８０８ｎｍ付近の波長との、２種類の波長を選択して透過させるデュアルパスフィルタとなっている。
ここで、デュアルパスフィルタは、デュアルパスフィルタに対する入射角によって、透過する波長がシフトすることがわかっている。例えば、図４（Ａ）に示される様に、前記波長選択膜２５の膜厚が中心から外周に向って一定の場合、入射角０°で前記測定光２が入射した場合と、入射角２５°で前記測定光２が入射した場合とでは、透過する波長が異なっている。即ち、前記波長選択膜２５は、入射角２５°の場合（図４（Ａ）中の破線）、入射角０°の場合（図４（Ａ）中の実線）よりも、透過波長が短波長側に１７ｎｍ程度シフトする。
一方で、前記波長選択膜２５の膜厚を増加させると、透過する波長が長波長側にシフトすることもわかっている。
そこで、第１の実施例では、前記測定光２の入射角の増加に対応して、前記波長選択膜２５の膜厚を増加させ、前記測定光２の入射角に拘らず、透過する波長が一定又は略一定となる様、前記波長選択膜２５の膜厚を設定している。尚、図４（Ｂ）中では、便宜上実線（入射角０°の場合）に対して破線（入射角２５°の場合）が僅かに短波長側にシフトしているが、実際には実線と破線は合致又は略合致している。
図３、図５に示される様に、前記波長選択膜２５は、前記投光光軸１８を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側では膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部２７が形成されている。該凹部２７の外径は、前記測定光２が前記波長選択膜２５に入射する際、及び該波長選択膜２５から射出される際の光束径と合致するか、僅かに大きくなっている。即ち、入射側の前記波長選択膜２５の前記凹部２７は、射出側の前記波長選択膜２５の前記凹部２７よりも外径が小さくなっている。
前記測定光２の光束径を有効径とし、有効径ｒ＝１に規格化し、前記凹部２７の中心（ｒ＝０）、即ち前記投光光軸１８上の前記凹部２７（前記波長選択膜２５）の膜厚ｔ＝１に規格化した場合、前記凹部２７は有効径ｒ＝０の時、膜厚ｔ＝１であり、有効径ｒ＝１の時、膜厚ｔ＝１．０２５となる様構成されている。即ち、前記凹部２７は、外周の膜厚が中心の膜厚よりも２．５％厚くなる様に構成されている。
図５は、前記凹部２７の径方向の位置と膜厚との関係を示したグラフである。図５の曲線２６は、前記凹部２７の膜厚の勾配を示す曲線となっており、中心から外周に向って同心円状に漸次膜厚が増加し、且つ下に凸の曲線を描く様に構成される。
尚、前記曲線２６の形状は、前記測定光２の広がり角や、前記波長選択膜２５に対する最大入射角や有効径によって変化する。一方で、前記曲線２６の形状は、前記波長選択膜２５の中心と外周とを結ぶ直線に対して必ず下に凸の曲線となる。前記曲線２６は、例えば２次以下の多項式として定義できる。
又、前記波長選択部材８の入射面と射出面では、前記測定光２の有効径が異なるので、前記曲線２６の形状は入射側の前記凹部２７と射出側の前記凹部２７とで異なる。
前記表示部１２は、前記測定対象３の測定結果、即ち前記測定光２が照射された範囲に於ける前記測定対象３の窒素含有比率が表示される。例えば、窒素含有比率に対応して色分け表示する。或は、測定結果に基づき、前記測定対象３に対する施肥量を表示する。
前記操作部１３は、前記測定対象３に対する測定の開始及び停止が可能となっている。尚、前記表示部１２をタッチパネルとすることで、該表示部１２と前記操作部１３とを兼用することができる。この場合、該操作部１３は省略できる。
次に、前記植物センサ１により前記測定対象３の生育状況を測定する場合について説明する。
前記植物センサ１が作業者に手持された状態で、前記操作部１３を介して測定開始が入力されると、前記制御部９は、前記測定光源１６に前記測定光２を発光させる。
広帯域の該測定光２は、前記投光光軸１８上に所定の広がり角で拡散しつつ、前記波長選択部材８に入射する。又、前記測定光２の光量は、前記光量センサ１７によりリアルタイムで検出され、検出結果は前記制御部９に出力される。
前記波長選択部材８は、所定の２波長、即ち７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１測定光２ａと、８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２測定光２ｂのみを透過させ、その他の波長を有する前記測定光２を遮断する。
前記波長選択部材８を透過した前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは、前記窓部１５を介して前記測定対象３に照射される。この時、前記波長選択膜２５は、前記測定光２の入射角に対応して膜厚が変化しているので、前記波長選択膜２５に対する入射角に拘らず、第１波長帯域の前記第１測定光２ａと第２波長帯域の前記第２測定光２ｂのみが前記波長選択膜２５を透過する。
尚、前記植物センサ１から前記測定対象３迄の距離は、例えば５０ｃｍ～５ｍの範囲で選択される。又、前記測定対象３に対する前記測定光２の照射面積は、例えば前記測定対象３迄の距離が１ｍの時にφ３０ｃｍとなる。
前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂは、前記測定対象３の窒素含有比率に基づき、所定の反射率で反射される。前記測定対象３で反射された前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂは前記窓部１５を介して前記波長分離板１９に入射する。
７３５ｎｍ付近の波長を有する前記第１反射測定光４ａは、前記波長分離板１９を透過し、前記第１受光素子２１に入射する。又、７３５ｎｍ付近以外の波長の光、即ち８０８ｎｍ付近の波長を有する前記第２反射測定光４ｂは、前記波長分離板１９で反射され、前記第２受光素子２２に入射する。前記第１受光素子２１と前記第２受光素子２２は、それぞれ前記第１反射測定光４ａと前記第２反射測定光４ｂの受光量を前記制御部９に出力する。
該制御部９は、前記光量センサ１７から入力された前記測定光２の光量と、該測定光２中の前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂの割合と、前記第１受光素子２１から入力された前記第１反射測定光４ａの受光量と、前記第２受光素子２２から入力された前記第２反射測定光４ｂの受光量とに基づき、前記測定対象３の窒素の含有比率を演算する。
又、前記制御部９は、予め取得した生育状況に対応する前記測定対象３の葉の窒素の含有比率と演算した含有比率とを比較し、比較結果に基づき前記測定対象３の生育状況を求めると共に、該生育状況を前記表示部１２に表示する。更に、前記制御部９は、前記含有比率に基づき前記測定対象３に対して必要な施肥量を演算し、演算結果を前記表示部１２に表示する。
測定が完了すると、測定位置を変更した後、再度前記測定光２を前記測定対象３に照射し、測定を実行する。上記処理は、所望の測定範囲全域の測定が終了迄繰返される。
上述の様に、第１の実施例では、前記波長選択部材８の前記波長選択膜２５が、前記測定光２の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる様構成されている。
従って、入射角の変化による透過波長のシフトを防止できるので、前記測定光２の入射角に拘らず、前記波長選択膜２５が透過させる前記測定光２の波長を一定とすることができると共に、光量の損失を抑制することができる。
又、前記波長選択膜２５に対する前記測定光２の入射角を揃える必要がないので、前記測定光２を平行光束とする為のレンズが不要となり、部品点数の低減及び小型化が図れると共に、製作コストの低減を図ることができる。
又、前記測定光源１６として広帯域のＬＥＤを使用し、前記波長選択部材８としてデュアルパスフィルタを使用し、広帯域の前記測定光２から２波長の前記第１測定光２ａと前記第２測定光２ｂを抽出する様構成されている。
従って、２波長の測定光を得る為に、２つの光源を用いる必要がないので、部品点数の低減が図れると共に、製作コストの低減を図ることができる。
尚、第１の実施例では、前記植物センサ１を携帯可能とし、作業者が前記植物センサ１を直接前記測定対象３に向け、該測定対象３の生育状況の測定を行っている。一方で、前記植物センサ１をトラクターやＵＡＶ等の移動体に搭載し、遠隔操作にて前記測定対象３の生育状況の測定を行ってもよい。
この場合、移動体にＧＮＳＳ装置等の位置測定装置を設け、前記測定対象３を測定した際の測定位置を取得することで、前記測定対象３の生育状況のマップを作ることができるので、前記測定対象３が広範囲に存在する場合であっても測定を実行することができる。
又、前記波長選択膜２５の透過波長は、温度によっても変化する。従って、前記測定光源１６の発光を制御することで、前記測定光源１６の温度に起因する透過波長のシフトを抑制でき、測定精度を向上させることができる。
又、前記測定光源１６の温度や前記植物センサ１の外部の気温を検出可能な温度センサを設け、該温度センサの検出結果に基づき透過波長のシフト量を演算し、演算したシフト量に基づき測定結果を補正してもよい。
又、第１の実施例では、前記ガラス板２４と、該ガラス板２４の入射面と射出面の両方に設けられた前記波長選択膜２５により前記波長選択部材８が形成されている。一方で、該波長選択部材８は、前記ガラス板２４と、該ガラス板２４の入射面と射出面のいずれか一方に設けられた前記波長選択膜２５により形成してもよい。
又、前記窓部１５を外光を吸収する材料、例えば可視領域の波長を吸収する色ガラスとしてもよいし、前記窓部１５に反射膜を蒸着させてもよい。これにより、前記受光部７に対する外光の入射を抑制でき、測定精度を向上させることができる。
又、第１の実施例では、前記測定光源１６の近傍に前記光量センサ１７を設けているが、再帰反射性又は拡散反射性を有するターゲット等に前記測定光２を照射し、その時の前記反射測定光４の総受光量を予め取得してもよい。この場合、前記光量センサ１７は省略することができる。
又、第１の実施例では、前記測定光２と前記反射測定光４とが共に前記窓部１５を通過する構成となっているが、前記測定光２が通過する窓部と前記反射測定光４が通過する窓部を別部材としてもよい。該窓部を分けることで、該窓部で反射された前記測定光２（迷光）が前記受光部７に受光されるのを抑制することができ、測定精度を向上させることができる。
次に、図６、図７を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図６中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第２の実施例では、波長選択部材２８が測定光２と反射測定光４の光路上に掛渡り、且つ前記測定光２の投光光軸１８と前記反射測定光４の受光光軸２３と直交する様に配置されている。即ち、前記測定光２と前記反射測定光４は、それぞれ入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材２８に入射する。
又、発光部６より照射された前記測定光２は、前記波長選択部材２８を透過した後に測定対象３に照射され、前記反射測定光４は前記波長選択部材２８を透過した後に受光部７に受光される様に構成されている。
従って、波長選択膜２９には、前記投光光軸１８を中心とするボウル状の凹曲面を有する第１凹部３１と、前記受光光軸２３を中心とするボウル状の凹曲面を有する第２凹部３２の２箇所の凹部が形成されている。
尚、第２の実施例に於いても、前記波長選択部材２８は、ガラス板３３の入射面と射出面の両面に前記波長選択膜２９が設けられるか、或は入射面と射出面のいずれか一方に前記波長選択膜２９が設けられるかにより形成される。
第２の実施例に於いては、前記測定対象３（図１参照）に向けて照射された広帯域の前記測定光２は、前記波長選択部材２８、即ち前記第１凹部３１を透過する過程で第１測定光２ａと第２測定光２ｂのみが抽出され、窓部１５を介して前記測定対象３に照射される。
該測定対象３で反射された第１反射測定光４ａと第２反射測定光４ｂは、前記窓部１５を介して前記波長選択部材２８、即ち前記第２凹部３２に対して入射及び透過し、前記波長分離板１９に入射する。該波長分離板１９を透過した前記第１反射測定光４ａは、第１受光素子２１に受光され、前記波長分離板１９で反射された前記第２反射測定光４ｂは、第２受光素子２２に受光される。前記第１反射測定光４ａ及び前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
第２の実施例では、前記波長選択部材２８が、前記測定光２の光路上だけではなく、前記反射測定光４の光路上にも設けられ、前記測定光２と前記反射測定光４がそれぞれ前記波長選択膜２９を透過する様に構成されている。
従って、前記反射測定光４と共に外光が入射するのを抑制することができ、測定精度を向上させることができる。
又、前記波長選択膜２９の膜厚に勾配を設け、入射角に基づく前記波長選択膜２９の透過波長のシフトを抑制可能としている。従って、前記波長選択膜２９の透過波長を狭帯域としても充分な受光量を得ることができるので、外光の受光抑制効果を更に高めることができ、測定精度を更に向上させることができる。
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図８中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第３の実施例では、波長選択部材３４が測定光２の光路上ではなく、反射測定光４の光路上に、受光光軸２３と直交する様に配置されている。即ち、前記反射測定光４は、入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材３４に入射する。
第３の実施例に於いては、測定対象３（図１参照）に向けて照射された広帯域の波長を有する前記測定光２は、波長帯域及び光量を維持した状態で窓部１５を介して前記測定対象３に照射される。
該測定対象３で反射された前記反射測定光４は、前記窓部１５を介して前記波長選択部材３４に入射する。該波長選択部材３４は、第１の実施例及び第２の実施例と同様に、前記反射測定光４の入射角に対応して膜厚が変化する凹部３９を有する波長選択膜３８が設けられている。前記反射測定光４は、前記凹部３９を透過する過程で、第１波長帯域（７３５ｎｍ付近）の第１反射測定光４ａと、第２波長帯域（８０８ｎｍ付近）の第２反射測定光４ｂのみが抽出される。
前記凹部３９の透過後、前記第１反射測定光４ａは、波長分離板１９を透過し、第１受光素子２１に受光される。又、前記第２反射測定光４ｂは、前記波長分離板１９で反射され、第２受光素子２２に受光される。前記第１反射測定光４ａ及び前記第２反射測定光４ｂの受光後の処理は、第１の実施例と同様である。
第３の実施例では、前記波長選択部材３４が、前記反射測定光４の光路上に設けられ、第１波長帯域の前記第１反射測定光４ａと第２波長帯域の前記第２測定光２ｂのみが受光部７に入射する様に構成されている。
従って、前記第１反射測定光４ａ、前記第２反射測定光４ｂと共に、外光が前記受光部７に入射するのを抑制でき、測定精度を向上させることができる。
又、前記波長選択膜３８に形成された前記凹部３９により、入射角に基づく前記波長選択膜３８の透過波長のシフトを抑制可能としている。従って、前記波長選択膜３８の透過波長を狭帯域としても充分な受光量を得ることができるので、外光の受光抑制効果を更に高めることができ、測定精度を更に向上させることができる。
更に、前記波長選択部材３４を設けるのは前記反射測定光４の光路上だけでよいので、前記波長選択部材３４を小型化でき、製作コストの低減を図ることができる。
次に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を参照して、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第１の実施例～第３の実施例では、波長選択部材が投光光軸或は受光光軸と直交する様に配置され、測定光２或は反射測定光４が入射角を回転対称とした状態で波長選択部材に入射する様に構成されている。一方で、波長選択部材に対する前記測定光２或は前記反射測定光４の入射角は、必ずしも回転対称である必要はない。
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第４の実施例に於ける発光部３５を示している。第４の実施例では、波長選択部材３６が測定光２の光路上に設けられている。又、前記波長選択部材３６と測定光源１６との間には拡散光学部材としてのシリンドリカルレンズ３７が設けられている。
該シリンドリカルレンズ３７は、図９（Ａ）に示される様に、Ｘ軸方向に於いては前記測定光２を偏向し、平行光束とする。又、前記シリンドリカルレンズ３７は、図９（Ｂ）に示される様に、Ｙ軸方向に於いては前記測定光２を偏向させずに拡散させる。
即ち、該測定光２は、Ｙ軸方向にのみ拡散された楕円状の光束となり、入射角が回転対称ではない状態で前記波長選択部材３６の波長選択膜４１に入射する。
第４の実施例では、Ｘ軸方向に於いては入射位置に拘らず前記波長選択部材３６に対する入射角は一定である。一方で、Ｙ軸方向に於いては、投光光軸１８から離れる程入射角は大きくなる。
従って、前記波長選択膜４１に形成される凹部４２は、Ｙ軸方向に於いては、入射角の増加に対応して、中心から離れる程膜厚が増加する曲線を描く。一方で、Ｘ軸方向に於いては、前記凹部４２の膜厚は一定となる。
第４の実施例に於いては、前記測定光２が前記シリンドリカルレンズ３７を介してＹ軸方向にのみ拡散し、Ｙ軸方向に長い楕円状の前記測定光２が前記波長選択部材３６の前記凹部４２に入射する。又、該凹部４２はＹ軸方向にのみ入射角の増加に対応して膜厚が増加し、Ｘ軸方向に於いては膜厚が一定となる構成となっている。
従って、前記測定光２が前記凹部４２を透過する際に、透過波長のシフトが発生することなく７３５ｎｍ付近の波長と８０８ｎｍ付近の波長の前記測定光２のみが前記凹部４２を透過する。前記測定光２が前記波長選択部材３６を透過した後の処理は第１の実施例と同様である。
第４の実施例の様に、前記波長選択部材３６に対する前記測定光２の入射角が回転対称ではない場合であっても、該測定光２の光束断面形状及び広がり角に合わせて波長選択膜の膜厚を変化させることで、前記波長選択部材３６に対する前記測定光２の入射角が回転対称な場合と同様の効果を得ることができる。
尚、第４の実施例では、前記測定光２をＹ軸方向に拡散させる為の拡散光学部材として、前記シリンドリカルレンズ３７を設けているが、該シリンドリカルレンズ３７に代えて回折格子等を用いてもよい。
１ 植物センサ
２ 測定光
３ 測定対象
４ 反射測定光
６ 発光部
７ 受光部
８ 波長選択部材
９ 制御部
２５ 波長選択膜
２７ 凹部
２８ 波長選択部材
２９ 波長選択膜
３１ 第１凹部
３２ 第２凹部
３４ 波長選択部材
３６ 波長選択部材
２ 測定光
３ 測定対象
４ 反射測定光
６ 発光部
７ 受光部
８ 波長選択部材
９ 制御部
２５ 波長選択膜
２７ 凹部
２８ 波長選択部材
２９ 波長選択膜
３１ 第１凹部
３２ 第２凹部
３４ 波長選択部材
３６ 波長選択部材
Claims (7)
- 少なくとも２波長を含む測定光を所定の広がり角で発光する発光部と、測定対象からの反射測定光を２波長に分離して取得する受光部と、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記測定光と前記反射測定光の少なくとも一方から２波長を抽出する波長選択部材と、前記測定光の光量と各波長毎の前記反射測定光の受光量とに基づき前記測定対象の生育状況を演算する制御部とを有し、前記波長選択部材は、入射面と射出面の少なくとも一方に、前記波長選択部材に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる凹部を有する波長選択膜が形成される様構成された植物センサ。
- 前記凹部の膜厚は、該凹部に対する前記測定光又は前記反射測定光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された請求項１の植物センサ。
- 前記波長選択部材は、前記測定光の光路上であり、該測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２の植物センサ。
- 前記波長選択部材は、前記測定光と前記反射測定光の光路上であり、前記測定光と前記反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記測定光と前記反射測定光はそれぞれ入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２の植物センサ。
- 前記波長選択部材は、前記反射測定光の光路上であり、該反射測定光の光軸と直交する様に配置され、前記反射測定光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択部材に入射する様構成された請求項１又は請求項２の植物センサ。
- 前記測定光を１方向にのみ拡散させる拡散光学部材を更に具備する請求項１又は請求項２の植物センサ。
- 前記凹部の外径は、前記波長選択部材に入射する際の前記測定光又は前記反射測定光の光束径と合致又は略合致する様構成された請求項１又は請求項２の植物センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-149890 | 2022-09-21 | ||
| JP2022149890A JP2024044396A (ja) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 植物センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024063033A1 true WO2024063033A1 (ja) | 2024-03-28 |
Family
ID=90454588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/033816 WO2024063033A1 (ja) | 2022-09-21 | 2023-09-19 | 植物センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024044396A (ja) |
| WO (1) | WO2024063033A1 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62282245A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Minolta Camera Co Ltd | 群落のクロロフイル濃度測定装置 |
| JP2009145779A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Three M Innovative Properties Co | 曲面状光干渉型赤外線カットフィルターの製造方法及びカットフィルター |
| JP2009540617A (ja) * | 2006-06-12 | 2009-11-19 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 再発光半導体構造体及び反射体を有するｌｅｄ装置 |
| JP2019045445A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-22 | 株式会社トプコン | 測定装置 |
-
2022
- 2022-09-21 JP JP2022149890A patent/JP2024044396A/ja active Pending
-
2023
- 2023-09-19 WO PCT/JP2023/033816 patent/WO2024063033A1/ja unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62282245A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Minolta Camera Co Ltd | 群落のクロロフイル濃度測定装置 |
| JP2009540617A (ja) * | 2006-06-12 | 2009-11-19 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 再発光半導体構造体及び反射体を有するｌｅｄ装置 |
| JP2009145779A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Three M Innovative Properties Co | 曲面状光干渉型赤外線カットフィルターの製造方法及びカットフィルター |
| JP2019045445A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-22 | 株式会社トプコン | 測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024044396A (ja) | 2024-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102615932B1 (ko) | 물질의 비접촉 감지를 위한 레퍼런스 스위치 아키텍처 | |
| US10591278B2 (en) | Confocal displacement sensor | |
| JP3617576B2 (ja) | 光散乱体の光学測定装置 | |
| US9207170B2 (en) | Gas detector system | |
| JP2020521954A5 (ja) | ||
| US11940263B2 (en) | Detector for determining a position of at least one object | |
| US11796713B2 (en) | Device and method for optically surveilling at least one area | |
| JP6435799B2 (ja) | 光学装置および測定装置 | |
| EP0957334A2 (en) | Photoelectric switch, fiber-type photoelectric switch, and color discrimination sensor | |
| EP0959325A2 (en) | Photoelectric switch, fiber-type photoelectric switch, and color discrimination sensor | |
| WO2024063033A1 (ja) | 植物センサ | |
| JP2007139632A (ja) | 反射率測定機及び反射率測定方法。 | |
| CN207095731U (zh) | 透射测温探测器 | |
| US11892279B2 (en) | Detector and method for determining a position of at least one object | |
| US20200264284A1 (en) | Optoelectronic sensor and method for detecting an object | |
| WO2024063034A1 (ja) | 植物センサ | |
| US20180238793A1 (en) | Light-attenuation-ratio measurement method and light-intensity measurement system | |
| KR102020038B1 (ko) | 라이다 센서 모듈 | |
| JP2006284856A (ja) | 合波モジュール | |
| CN100413046C (zh) | 缺失晶粒的检测 | |
| US7301164B2 (en) | Measuring apparatus | |
| US10788581B2 (en) | Device for optically measuring the distance from a reflective target object | |
| WO1995002179B1 (en) | Misalignment detection apparatus for transmissometer with underfilled reflector | |
| WO2024070998A1 (ja) | 測定装置 | |
| US11668648B2 (en) | Concentration measurement device and concentration measurement and calibration method using the device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23868154 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |