植物用波长传感器装置的制作方法

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植物用波长传感器装置的制作方法

本发明涉及一种用于掌握植物等的生长状况的植物用波长传感器装置。



背景技术:

近年来,为了提高农作物的生产能力,重视着精确地掌握作物的生长状况而有效地生产作物的事情。因此,考虑到,通过获取测定光的作物(植物(生长状况测定对象))所反射的反射光来分别求出该作物的对测定光的反射率,并根据该反射率求出表示该作物的生长状况的归一化差分植被指数(ndvi)的情况。

为了更加正确地求出该归一化差分植被指数而更加准确地掌握作物的生长状况,提出有能够更加准确地获取作物所反射的反射光的植物用波长传感器装置(例如,参见专利文献1)。在该植物用波长传感器装置中,通过降低周围光所引起的光量成分的影响来能够更加准确地获取测定光的作物所反射的反射光,因此能够更加正确地求出归一化差分植被指数,从而更加准确地掌握作物的生长状况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012-247235号公报



技术实现要素:

发明要解决的问题

在此,在作物(植物(生长状况测定对象))中,广为人知的有:根据对特定的波段的光(测定光)的反射率、反射光量来求出养分、水(水分)等的各生长要素中的特定的生长要素的含有量。此外,还有广为人知的有:在作物(植物(生长状况测定对象))中,依据所含有的生长要素的种类,应该作为测定光来使用的波段、其数量在变化。

然而,在上述的植物用波长传感器装置中,作为测定光来使用两个波段固定的测定光而获取作物(植物(生长状况测定对象))所反射的反射光,并分别求出该作物对测定光的反射率、反射光量。因此,在上述的植物用波长传感器装置中,无法应对作物(植物(生长状况测定对象))的各种各样的生长要素,从而存在有改良的余地。

本发明是鉴于上述问题而创作的,其目的在于,提供一种能够应对生长状况测定对象的各种各样的生长要素的植物用波长传感器装置。

用于解决问题的手段

权利要求1所记载的发明的植物用波长传感器装置具备:发光部,出射用于照射生长状况测定对象的测定光,受光部,接收所述生长状况测定对象所反射的所述测定光的反射光,以及控制部,驱动控制所述发光部和所述受光部;所述控制部使与所选择的生长要素对应的波段的所述测定光从所述发光部出射,并用所述受光部接收由所述生长状况测定对象对与所选择的生长要素对应的各所述波段的所述测定光进行反射而形成的所述反射光,并求出所述生长状况测定对象所反射的与所述生长要素对应的各所述波段的反射光量。

发明的效果

在本发明的植物用波长传感器装置中,能够应对生长状况测定对象的各种各样的生长要素。

附图说明

图1是模拟示出作为本发明的植物用波长传感器装置的一个例子的植物用波长传感器装置10的立体图。

图2是示出将两个植物用波长传感器装置10设置在拖拉机tr上的状态的说明图。

图3是模拟示出植物用波长传感器装置10的功能结构的模块图。

图4是概略示出用于说明照射光学系统60的结构的说明图。

图5是模拟示出由设置在拖拉机tr上的两个植物用波长传感器装置10所形成的照射区域ia,绕照射光轴l旋转(自传)的状态的说明图。

图6是示出在进行作为生长要素eg的一个例子的蛋白质(包括水)的量的推定时的植物用波长传感器装置10中的动作(各种信号的输出以及所伴随的动作)的时序图。

图7是用于说明来自受光单元22(测定用受光部件31)的受光值的累加处理的一个例子的说明图。

图8是示出控制部(cpu23)所执行的反射测定处理的流程图。

图9是模拟示出实施例2的植物用波长传感器装置10a的功能结构的模块图。

图10是示出在进行作为生长要素eg的一个例子的蛋白质(包括水)的量的推定时的植物用波长传感器装置10a中的动作(各种信号的输出以及所伴随的动作)的时序图。

图11是示出植物用波长传感器装置10a的控制部(cpu23)所执行的反射测定处理的流程图。

具体实施方式

下面,结合附图对本发明的植物用波长传感器装置的实施方式进行说明。

实施例1

首先,使用图1~8,对作为本发明的一实施例的植物用波长传感器装置10的概略构成进行说明。在图5中,(a)示出将两个植物用波长传感器装置10向侧方设置的状态,(b)示出两个植物用波长传感器装置10向斜前方设置的状态。另外,在图7中,(a)示出将受光输出分割为多个区间而采样的情况,(b)示出对每个区间合算各采样值,并将合算所得的每个区间的值中最大的值(图例中的k6)作为受光输出值来求出的情况。另外,在图6中,为了便于理解,将作为各种所输出的信号、所伴随的动作的从各发光部件26出射的各测定光p当作矩形波来示出。但并不一定与实际的形态相一致。

在本发明的实施例1的植物用波长传感器装置10中,如图1所示,将任意波段(波长带)的多个测定光p照射于照射区域ia。另外,该测定光p中的波长是指,在测定光p的光谱(spectrum)中强度为峰值的波长。在植物用波长传感器装置10中,对成为生长状况测定对象的植物(参见图2的符号cr)照射特定波段的测定光p,并获取该测定光p的生长状况测定对象所反射的反射光pr(参见图3)。而且,在植物用波长传感器装置10中,使用该测定光p及反射光pr来求出对特定波段的生长状况测定对象所反射的反射光pr的光量(来自生长状况测定对象的反射光量)、在该生长状况测定对象上的反射率,据此求出(推定)与特定波段对应的生长要素eg(参见图2)的含有量。

在此,在生长状况测定对象中,依据所含有的生长要素eg的种类,应该作为测定光来使用的波段、其数量在变化。因此,在植物用波长传感器装置10中,预先设定能够成为测定对象的多个生长要素eg,并预先设定在所设定的各生长要素eg的推定中所需的多个波段。在作为一个例子的实施例1的植物用波长传感器装置10中,作为生长要素eg,设定为氮、蛋白质(protein)以及与蛋白质相关连的水。而且,为了氮的推定,设定735nm和808nm两个波段。此外,为了蛋白质(protein)的推定,设定480nm、700nm以及1050nm三个波段,为了与该蛋白质的推定有关系的水的推定,设定950nm一个波段。以下,在所设定的各波段中,按照从小到大的顺序,将480nm设为第一波段λ1;将700nm设为第二波段λ2;将735nm设为第三波段λ3;将808nm设为第四波段λ4;将950nm设为第五波段λ5;将1050nm设为第六波段λ6。这些信息以能够适当读取的方式储存于未图示的存储部中,据此登记于后述的cpu23(控制部)中。

而且,在植物用波长传感器装置10(其后述的控制部)中,如下那样进行生长要素eg的定量分析。在实施例1中说明,将小麦(wheat)设为生长状况测定对象,并进行作为该小麦所含有的成分的蛋白质(protein)的定量分析的情况。在植物用波长传感器装置10中,如上所述,照射与蛋白质的量的推定有关系的第一波段λ1、第二波段λ2以及第六波段λ6的测定光p的同时,照射与蛋白质的量的推定有关系的水分(moisture)的吸收波段的第五波段λ5的测定光p。

在实施例1中,该第一波段λ1、第二波段λ2、第五波段λ5以及第六波段λ6是,通过获取多个来自小麦的反射光的光谱分布曲线(光谱(其数据))并此各数据中适用pls(partialleastsquares)回归分析的手法而决定。而且,使用蛋白质的量的真值(通过公知的蛋白质的定量分析中所使用的分析手法来获得的蛋白质的量的值)和如上所决定的第一波段λ1、第二波段λ2、第五波段λ5及第六波段λ6而根据多元回归分析制作标准曲线(calibrationcurve),并决定与蛋白质相关的推定系数。除此之外,使用水分量的真值(公知的水分的定量分析中所使用的分析手法来获得的水分量的值)和如上所决定的第一波段λ1、第二波段λ2、第五波段λ5及第六波段λ6而根据多元回归分析制作标准曲线,并决定与水分量相关的推定系数。另外,在实施例1中,由于主要受水分量的影响的波长为第五波段λ5的950nm附近的波长区域,因此给第五波段λ5附加权重,并在推定系数的决定中使用第一波段λ1、第二波段λ2、第五波段λ5以及第六波段λ6的全部而决定与水分量相关的推定系数。

而且,在植物用波长传感器装置10(控制部)中,利用对第一波段λ1、第二波段λ2、第五波段λ5及第六波段λ6的测定光p的被小麦(生长状况测定对象)所反射的反射光量和如上那样由多元回归分析所得的推定系数来推定出作为生长要素eg的蛋白质的量。这是在作为生长状况测定对象所含有的成分的氮的定量分析中也相同。由此,在植物用波长传感器装置10(控制部)中,能够进行生长状况测定对象所含有的生长要素eg的定量分析。

除此之外,在植物用波长传感器装置10(控制部)中,通过分别生成生长状况测定对象的对第三波段λ3的测定光p以及第四波段λ4的测定光p的反射率来求出生长状况测定对象的光谱植被指标。关于基于该反射光pr的获取的反射率的生成,在后说明。在本发明的植物用波长传感器装置10(控制部)中,作为光谱植被指标的一个例子,求出表示成为生长状况测定对象的植物的生长状况(其所含有的养分的量)的归一化差分植被指数(ndvi)。因此,在植物用波长传感器装置10(控制部)中,如上所述那样,作为第三波段λ3的测定光p使用红色的波段的光的同时,作为第四波段λ4的测定光p使用红外的波段的光。而且,在植物用波长传感器装置10(控制部)中,使用该红色的波段(第三波段λ3)的测定光p的反射率(设为r)以及红外的波段(第四波段λ4)的测定光p的反射率(设为ir),并利用(ndvi=(ir-r)/(ir+r))来求出归一化差分植被指数(ndvi)。

在植物用波长传感器装置10中,设有未图示的用于进行使各种功能执行的操作的操作部。该各种功能包括各测定光p的照射、照射区域ia的旋转姿势的调整、所选择的生长要素eg的含有量的计算(推定)、归一化差分植被指数(ndvi)的计算的执行等。此外,在植物用波长传感器装置10中,设有安装部11,利用该安装部11来实现对任何地方的安装。

如图2所示,植物用波长传感器装置10是通过安装部11来设置于例如作为农用机械(agriculturalmachine)的一个例子的拖拉机tr上而被使用。在该图2的例子中,拖拉机tr的左右两侧各搭载一个植物用波长传感器装置10,并各自在拖拉机tr的侧方形成照射区域ia(参见图1及图5等)。两个植物用波长传感器装置10在该拖拉机tr所行走的两旁形成照射区域ia,因此通过该拖拉机tr通行于作为所培育的生长状况测定对象的一个例子的作物cr的旁边的来获取该作物cr的各生长要素eg的含有量、归一化差分植被指数(光谱植被指标)。如图5所示,该例子中的拖拉机tr搭载有撒肥机fs。该撒肥机fs在未图示的控制部的控制下边调整量的同时分撒肥料。撒肥机fs是控制部经由各植物用波长传感器装置10的后述的驱动电路36、驱动电路37来实现与各植物用波长传感器装置10(其cpu23(控制部))的数据交换,并分撒与各植物用波长传感器装置10所获取的各生长要素eg的含有量、归一化差分植被指数(光谱植被指标)相应的量的肥料。仅通过拖拉机tr沿着培育有作物cr的农地(农场)行走的来能够将依据于作物cr的生长状况的准确的量的肥料分撒给该作物cr,从而能够有效地培育作物cr。

如图3所示,该植物用波长传感器装置10具备:作为发光部的一个例子的发光单元21、作为受光部的一个例子的受光单元22、cpu(控制单元)23、apc单元24以及演算处理单元25。该发光单元21为出射所要照射的各测定光p的发光部,并且具有分别对应于所设定的多个生长要素eg的推定所需的多个波段的多个发光部件26、即n为1以上的自然数,并分别对应于所登记(设定)的n个波段而具有n个发光部件26。在实施例1中,由于如上所述那样设定有六个波段,因此发光单元21具有作为发光部件的一个例子的、第一发光部件261、第二发光部件262、第三发光部件263、第四发光部件264、第五发光部件265以及第六发光部件266。此外,在发光单元21中,对应各发光部件26而设置有温度调节元件27(第一温度调节元件271、第二温度调节元件272、第三温度调节元件273、第四温度调节元件274、第五温度调节元件275、第六温度调节元件276)、以及温度检测元件28(第一温度检测元件281、第二温度检测元件282、第三温度检测元件283、第四温度检测元件284、第五温度检测元件285、第六温度检测元件286)。

第一发光部件261出射第一波段λ1的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为480nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。第二发光部件262出射第二波段λ2的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为700nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。第三发光部件263出射第三波段λ3的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为735nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。第四发光部件264出射第四波段λ4的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为808nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。第五发光部件265出射第五波段λ5的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为950nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。第六发光部件266出射第六波段λ6的测定光p,在实施例1中,由出射光的峰值的波长为1050nm的脉冲振荡型的激光二极管(pld)构成。

各发光部件26(261~266)如后述那样在测定光输出控制部(apc单元24及演算处理单元25)的控制下被驱动(输出调整及点灭灯)。为了分别调整各发光部件26的温度,如上所述那样,设置有各温度调节元件27(271~276)及温度检测元件28(281~286)。

各温度调节元件27为加热或冷却所对应的各发光部件26的元件,在实施例1中,由珀尔帖效应型(peltiereffect)元件形成。该各温度调节元件27形成为适合于所对应的各发光部件26的大小尺寸及形状。各温度检测元件28为检测所对应的各发光部件26的温度的元件,在实施例1中,由热敏电阻(thermistor)形成。

在实施例1的发光单元21中,如图4所示,基板29上安装有各温度调节元件27,该各温度调节元件27上通过适当的金属板设置各发光部件26。该各发光部件26上设置所对应的各温度检测元件28。另外,在实施例1的发光单元21中,如图3所示,进而设置作为第七温度检测元件287的的热敏电阻,其用于检测设有各种电路的印刷电路基板pcb的温度。该第七温度检测元件287例如靠近受光部(受光单元22(测定用受光部件31))、apc单元24(监视用受光部件38)而设置,据此检测出设有该受光部的驱动电路的印刷电路基板pcb的温度,从而能够使用于受光部中的受光值的补偿。

在发光单元21中,将各温度检测元件28的检测输出(检测结果)输入给cpu23。cpu23根据来自各温度检测元件28的检测结果来控制所对应的温度调节元件27,以使各发光部件26的温度稳定。因此,cpu23作为控制各发光部件26的温度的温度控制电路来发挥作用。由于该各温度调节元件27在实施例1中由珀尔帖效应型元件形成,因此通过cpu23控制流动于该珀尔帖效应型元件的电流的流向来进行温度调节。

受光单元22具有作为受光部件的一个例子的测定用受光部件31、放大电路、以及a/d(模拟/数字)转换器33。测定用受光部件31是为了获取照射有各测定光p的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr而设置,如果受光面入射有光的话,则输出与该光量相应的电信号。该测定用受光部件31在实施例1中由未图示的六个光电二极管(pd,photodiode)形成,并将电信号(检测输出(受光值))输出至放大电路32。另外,从测定用受光部件31输出的电信号中包含有除了与生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光的光量相应的成分外,还包含有与周围光的光量相应的成分。该放大电路32将被输入的电信号适当放大而输出至a/d转换器33。该a/d转换器33将被输入的电信号(受光值)转换成数字信号而输出至演算处理单元25。该受光单元22中的反射光pr的获取动作是响应受光信号sr(参见图6)而进行。该受光信号sr在cpu23的控制下,对应于后述的发光信号se(参见图6)即输出发光信号se时以及该发光信号se与下一个发光信号se之间向受光单元22输出。这是依据如后述那样的情况,即在各发光部件26点灯期间和之后该发光部件26灭灯时受光单元22获得受光值的情况。

在植物用波长传感器装置10中,cpu(中央演算处理装置)23作为根据存储在未图示的存储部中的程序来整体控制各构成部的控制单元来发挥作用,该各构成部的电力是从外部电力供给源35经由电源电路34而被提供。该cpu23通过对应于rs-232c标准的驱动电路36、能够进行控制器局域网络通信(can通信)的驱动电路37来实现与外部的数据交换,从而适当获取植物用波长传感器装置10的驱动所需的数据或者程序。除此之外,如上述那样,cpu23进行各发光部件26的温度调整(各温度调节元件27的驱动控制)。进而,cpu23向后述的开关元件44输出切换信号ss(参见图6),据此切换该开关元件44中的电路(后述的接口)。

此外,如后述那样,cpu23作为根据从演算处理单元25(其累加部42)输出的累加信号而计算出生长状况测定对象(作物cr)中的、对所照射的各测定光p的反射光量、反射率的演算部来发挥作用。除此之外,如后述那样,cpu23作为根据其计算结果(各反射率)而计算出生长状况测定对象(作物cr)的归一化差分植被指数(ndvi)的演算部来发挥作用。

apc单元24使各发光部件26的输出功率、即所出射的各测定光p的强度(发光量)稳定于规定的大小(反馈控制)。该apc单元24具有监视用受光部件38、放大电路39以及反馈电路41。如后述那样,监视用受光部件38为了获取从植物用波长传感器装置10(作为其出射部的柱面透镜(cylindricallens)81)出射之前的各测定光p的一部分而设置于后述的照射光学系统60(参见图4)中。该监视用受光部件38为如果受光面有光入射的话则输出与光量相应的电信号的部件,在实施例1中由光电二极管(pd,photodiode)形成。监视用受光部件38将电信号(检测输出(受光值))输出至放大电路39。该放大电路39将被输入的电信号适当放大而输出至反馈电路41。该反馈电路41根据被输入的电信号来控制各发光部件26的驱动电流,以使受光值的大小稳定。据此,各发光部件26被自动控制而使从自身出射的各测定光p的强度稳定。

因此,在apc单元24中,监视用受光部件38作为接收从各发光部件26向生长状况测定对象(作物cr)照射的各测定光p的一部分的辅助受光元件来发挥作用。此外,在apc单元24中,放大电路39和反馈电路41作为根据来自辅助受光元件的受光值而控制各发光部件26的输出功率,从而使各测定光p的强度稳定的光量控制部来发挥作用。

演算处理单元25由现场可编程门阵列(fpga,fieldprogrammablegatearray)形成,并具有将测定用受光部件31中的受光值规定时间累加而输出累加信号的累加功能(累加部42)、以及生成用于各发光部件26的发光控制的脉冲信号的发光控制功能(脉冲生成部(发光控制部)43)。关于累加部42的动作,在后进行说明。脉冲生成部43在cpu23的控制下生成用于控制各发光部件26的发光的脉冲信号(后述的发光信号se),并将该脉冲信号输出至各发光部件26,以使各发光部件26在不同时机(timing)发光。为了将该脉冲生成部43所生成的脉冲信号输出给所对应的各发光部件26,在实施例1中设置有开关元件44。

该开关元件44选择各发光部件26中的任意一个发光部件26,并能够作为来自脉冲生成部43(演算处理单元25)的接口来连接所选择的发光部件26。开关元件44充当与从cpu23输入的切换信号ss对应的发光部件26和脉冲生成部43(演算处理单元25)的接口。关于该切换信号ss,将与第一发光部件261对应的信号设为第一切换信号ss1;将与第二发光部件262对应的信号设为第二切换信号ss2;将与第三发光部件263对应的信号设为第三切换信号ss3;将与第四发光部件264对应的信号设为第四切换信号ss4;将与第五发光部件265对应的信号设为第五切换信号ss5;将与第六发光部件266对应的信号设为第六切换信号ss6。因此,如果输入有第n切换信号ssn的话,开关元件44则选择将脉冲生成部43(演算处理单元25)和第n发光部件26n连接的电路并使其导通,并且使其他的电路处于非导通状态。

因此,演算处理单元25(其脉冲生成部43)与开关元件44、cpu23及apc单元24协作而作为控制各发光部件26的驱动(输出调整及点灭灯)的测定光输出控制部来发挥作用。在实施例1中,测定光输出控制部(演算处理单元25)使对应于为了所选择的生长要素eg而设定的波段的各发光部件26依次以相同的时间宽幅出射,并且设定有各自出射之后停止相等期间的驱动停止(灭灯)时间。

据此,在实施例1的植物用波长传感器装置10中,cpu23、apc单元24及演算处理单元25作为驱动控制各发光部件26和受光部(测定用受光部件31)的同时,从各测定光p及其反射光pr中求出生长状况测定对象(作物cr)上的反射率、反射光量、光谱植被指标(归一化差分植被指数)的一个例子的控制部来发挥作用。

在该植物用波长传感器装置10中,如图4所示,具有用于利用各发光部件26来形成规定的照射区域ia(参见图5)的照射光学系统60。该照射光学系统60除了发光单元21的各发光部件26以外还具有:与第一发光部件261对应的第一透镜61;与第二发光部件262对应的第二透镜62;与第三发光部件263对应的第三透镜63;与第四发光部件264对应的第四透镜64;与第五发光部件265对应的第五透镜65;与第六发光部件266对应的第六透镜66。该第一至第六的透镜(61~66)使从所对应的发光部件26(261~266)出射的测定光p成为平行于该发光部件26的出射光轴lr的光束。在实施例1中,该各出射光轴lr互相平行,并设定有与这些正交的照射光学系统60的照射光轴l。

此外,照射光学系统60的照射光轴l上具有第一双色镜(dichroicmirror)67、第二双色镜68、第三双色镜69、第四双色镜71、第五双色镜72、反射镜73以及第七透镜74。除此之外,照射光学系统60具有光纤75、混合(mixing)部76、第八透镜77、第九透镜78、半透明反射镜(halfmirror)79、柱面透镜81以及监视用受光部件38。

照射光轴l上的第一双色镜67设置在第一发光部件261的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,并允许所设定的波段中的第一波段λ1以外的波段的测定光p透过的同时,将来自第一发光部件261的第一波段λ1的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该第一双色镜67具有将作为第一波段λ1的480nm附近的波段的光反射的同时,允许比作为第二波段λ2的700nm附近还要大的波段的光透过的光学性能。第二双色镜68设置在第二发光部件262的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,并允许所设定的波段中的第一波段λ1及第二波段λ2以外的波段的测定光p透过的同时,将来自第二发光部件262的第二波段λ2的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该第二双色镜68具有将作为第二波段λ2的700nm附近的波段的光反射的同时,允许比作为第三波段λ3的735nm附近还要大的波段的光透过的光学性能。

第三双色镜69设置在第三发光部件263的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,并允许所设定的波段中的第一波段λ1、第二波段λ2及第三波段λ3以外的波段的测定光p透过的同时,将来自第三发光部件263的第三波段λ3的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该第三双色镜69具有将作为第三波段λ3的735nm附近的波段的光反射的同时,允许比作为第四波段λ4的808nm附近还要大的波段的光透过的光学性能。第四双色镜71设置在第四发光部件264的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,并允许所设定的波段中的第五波段λ5及第六波段λ6的波段的测定光p透过的同时,将来自第四发光部件264的第四波段λ4的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该第四双色镜71具有将作为第四波段λ4的808nm附近的波段的光反射的同时,允许比作为第五波段λ5的950nm附近还要大的波段的光透过的光学性能。

第五双色镜72设置在第五发光部件265的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,并允许所设定的波段中的第六波段λ6的波段的测定光p透过的同时,将来自第五发光部件265的第五波段λ5的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该第五双色镜72具有将作为第五波段λ5的950nm附近的波段的光反射的同时,允许比作为第六波段λ6的1050nm附近还要大的波段的光透过的光学性能。反射镜73设置在第六发光部件266的出射光轴lr和照射光轴l交叉的位置,将来自第六发光部件266的第六波段λ6的测定光p反射而使其在照射光轴l上行进。在实施例1中,该反射镜73具有反射所有波段的光的光学性能。

因此,第一至第五的双色镜(67~72)及反射镜73作为将各光学部件26的出射光路合流而在同一的照射光轴l上朝向第七透镜74(后述的共同出射光路)的光路合流机构来发挥作用。该第七透镜74将从各发光部件26出射而行进于照射光轴l上的各测定光p聚光于设置在光纤75的一端的入射端面75a。另外,各发光部件26的设定位置是适当设定即可,并不限于实施例1的结构。在此情况下,关于第一至第五的双色镜(67~72)及反射镜73,根据各发光部件26的设定位置而适当设定各自的光学性能(透过及反射的波段)即可。

该光纤75将从入射端面75a入射的各测定光p从设置在另一端的出射端面75b出射。光纤75具有将各测定光p混合(mixing)的同时使各测定光p行进于其内部的作用。在实施例1的光纤75中,为了促进混合作用,设置有进行用于诱发其导光路内的模(mode)之间的光功率的相互交换的扰模(modescramble)处理的混合部76。在实施例1中,该混合部76通过将光纤75在弯曲允许半径的范围内卷绕于卷绕部件上的来进行扰模处理。因此,与行进方向正交的面观察时,从光纤75(其出射端面75b)出射的各测定光p的强度均匀,并且没有偏光(随机偏光)。该光纤75将从入射端面75a入射的各测定光p在照射光轴l上从出射端面75b朝向第八透镜77出射。

该第八透镜77使从出射端面75b出射的各测定光p成为与照射光轴l平行的光束。该照射光轴l上的第八透镜77的后侧设置半透明反射镜79。该半透明反射镜79使所入射的平行光束(各测定光p)的一部分透过的同时,将剩余部分朝向设置有第九透镜78的分支光轴lb上反射。该第九透镜78将半透明反射镜79所反射的平行光束(各测定光p)在分支光轴lb上聚光于apc单元24的监视用受光部件38的入射面38a。因此,半透明反射镜79作为将所入射的各测定光p的一部分向构成测定光输出控制部的监视用受光部件38分光的光束分支机构来发挥作用。据此,在apc单元24中,使用经过光纤75(共同出射光路)而强度分布均匀且无偏光的各测定光p来能够调整所对应的各发光部件26的输出功率。

柱面透镜81设置于经过半透明反射镜79的照射光轴l上。该柱面透镜81为与照射光轴l正交的平面上观察时仅一个方向上具有折射能力的光学部件,从而将经过了半透明反射镜79的各测定光p向与照射光轴l正交的平面上的一个方向放大。在此,各测定光p从光纤75的出射端面75b出射时,如果如上所述那样与照射光轴l正交的平面上观察的话,则成为圆形状。因此,经过了半透明反射镜79的剖面为圆形状的各测定光p通过柱面透镜81而仅一个方向放大至规定的大小尺寸,从而成为椭圆形状。

该柱面透镜81通过旋转驱动部82(参见图4)来以照射光轴l为中心旋转(自传)可能地被支撑。在植物用波长传感器装置10中,该旋转驱动部82固定设置于用于收容照射光学系统60的未图示的框体。柱面透镜81形成照射光学系统60中的各测定光p的出射面。因此,在照射光学系统60中,用旋转驱动部82(参见图4)来将柱面透镜81绕照射光轴l旋转(自传),据此能够变更与照射光轴l正交的平面上观察时的各测定光p放大的方向(上述的一个方向),从而能够将各测定光p所形成的照射区域ia绕照射光轴l旋转(自传)。

如图4所示,在该照射光学系统60中,响应演算处理单元25的脉冲生成部43所进行的点灯控制而从各发光部件26出射所对应的各测定光p。从该各发光部件26出射的各测定光p经过所对应的透镜(61~66)而被所对应的双色镜(67~72)或反射镜73反射,并在照射光轴l上向第七透镜74行进。因此,在该照射光学系统60中,各测定光p的出射(照射)路径通过双色镜(67~72)及反射镜73而合流,并在照射光轴l上向第七透镜74行进。向该第七透镜74行进的光束(各测定光p)从入射端面75a入射于光纤75,并经过该光纤75的导光路而从出射端面75b出射,并向第八透镜77行进。在该照射光轴l上经过了第八透镜77的光束(各测定光p)的一部分被半透明反射镜79反射而在分支光轴lb上经过第九透镜78并入射于监视用受光部件38,其他部分则成为被柱面透镜81向一个方向放大的椭圆形状而从柱面透镜81出射。因此,经过第七透镜74、光纤75、第八透镜77及半透明反射镜79而朝向柱面透镜81的光路作为共同出射光路来发挥作用,该共同出射光路连接作为光路合流机构的双色镜(67~72)及反射镜和作为用于规定出射面的出射部的柱面透镜81。

据此,在该照射光学系统60中,能够将各测定光p从同一的柱面透镜81在同一的照射光轴l上出射,并能够使用各测定光p形成呈椭圆形状的同一的照射区域ia。此外,如图5所示,在该照射光学系统60中,通过用旋转驱动部82(参见图4)将柱面透镜81适当旋转的来能够使由各测定光p所形成的照射区域ia绕照射光轴l旋转(自传)(参见用实线和二点划线示出的照射区域ia)。因此,在植物用波长传感器装置10中,与对拖拉机tr(参见图1)安装状态无关地,能够适当调整在拖拉机tr周边的照射区域ia的形成位置,从而能够提高对拖拉机tr安装的自由度。此外,在植物用波长传感器装置10中,即使是对拖拉机tr安装之后,也能够适当调整在拖拉机tr周边的照射区域ia的形成位置。

为了使各发光部件26周期性地发光,从演算处理单元25的脉冲生成部43(参见图3)输出的发光信号se如下那样的相等周期产生,即分别以相等的脉冲时间宽幅且以相等的间隔依次产生发光信号se(参见图6)。因此,各发光部件26分别以相等的间隔且相等的时间宽幅依次将测定光p出射。在示出进行蛋白质(包括水)的量的推定时的动作的图6的例子中,该发光信号se具有相互相等的周期的第一发光信号se1、第二发光信号se2、第五发光信号se5以及第六发光信号se6。该第一发光信号se1使第一发光部件261周期性发光;第二发光信号se2使第二发光部件262周期性发光;第五发光信号se5使第五发光部件265周期性发光;第六发光信号se6使第六发光部件266周期性发光。开关元件44的电路根据来自cpu23的切换信号ss而被切换,据此该发光信号se发送至所对应的发光部件26。因此,输出发光信号se时(严格来说,即将输出发光信号se之前),所对应的切换信号ss输出至开关元件44。在图6的例子中,第一切换信号ss1输出至开关元件44而第一发光信号se1被输出至第一发光部件261;第二切换信号ss2输出至开关元件44而第二发光信号se2被输出至第二发光部件262;第五切换信号ss5输出至开关元件44而第五发光信号se5被输出至第五发光部件265;第六切换信号ss6输出至开关元件44而第六发光信号se6被输出至第六发光部件266。

如上所述,该演算处理单元25的累加部42具有:规定时间累加来自受光单元22(其测定用受光部件31(参见图3))的受光值而输出累加信号的累加功能。在此,受光单元22(测定用受光部件31)在各发光部件26出射中受光,据此获取(受光)含有各测定光p的反射光成分和周围光所引起的周围光成分的光量。此外,受光单元22(测定用受光部件31)在各发光部件26灭灯中受光,据此获取(受光)除去各测定光p的反射光成分而含有周围光成分的光量。因此,从受光单元22周期性地依次输出与含有各测定光p的反射光成分及周围光成分的光量相当的受光值和与只含有周围光成分的光量相当的受光值。在累加部42中,如果从受光单元22接收到受光值的话,则执行与脉冲生成部43所进行的各发光部件26的点灯控制同步的第一累加步骤、以及与脉冲生成部43所进行的各发光部件26的灭灯控制同步的第二累加步骤。以下说明在该累加部42(演算处理单元25)中的累加处理的一个例子。

累加部42例如将含有各测定光p的反射光成分和周围光成分的作为脉冲性受光值的受光值sn的脉宽如图7的(a)那样分割成相互相等的区间t1~t10,在每个区间(各t1~t10)中对受光输出进行多次采样,并将各采样值合算(累加)而将该合算值临时存储。此时,例如,在区间t1中,对受光输出进行八次采样,将八个采样值合算而如图7的(b)那样获取合算值k1,并将该合算值k1临时存储。同样地,累加部42执行获取剩余的各区间(各t2~t10)所对应的合算值k2~k10的处理,从合算值k1~k10中选出最大的合算值,并将所选出的合算值作为表示受光值sn的峰值(最大值)的受光输出值来获取。在图7的(b)所示的例子中,受光输出值(受光值sn(参见图7的(a))的峰值)为合算值k6。累加部42(演算处理单元25)对规定时间内受光的多个受光值分别执行该受光输出值(峰值)的获取,并将该各受光值的受光输出值(峰值)规定个数累计而获得所对应的测定光p的反射光成分被强调的第一累加信号。获得该第一累加信号的过程成为第一累加步骤,累加部42将这些累加结果输出至cpu23。

此外,关于除去了所对应的测定光p的反射光成分的作为脉冲性受光值的多个受光值,累加部42(演算处理单元)也进行同样的演算。据此,累加部42分别获取该受光值的受光输出值(峰值),并将该受光输出值(峰值)规定个数累计而获得除去所对应的测定光p的反射光成分而仅周围光引起的第二累加信号。获得该第二累加信号的过程成为第二累加步骤,累加部42将这些累加结果输出至cpu23。

如果从演算处理单元25(其累加部42)输入有第一累加信号和第二累加信号的话,cpu23从第一累加信号中减去第二累加信号而计算出表示除去了周围光引起的光量成分的测定光p的反射光成分的反射受光值(反射光量)。此外,cpu23根据出射了所对应的测定光p的发光部件26的全部发光量和如上那样求得的反射受光值来计算出照射有所对应的测定光p的生长状况测定对象(作物cr)上的反射率。该全部发光量是可根据各发光部件26中的设定和所输出的发光信号se来求得,还可根据监视用受光部件38中的受光值来求得。cpu23能够通过对所射出的各测定光p进行上述动作的来求出对各波段的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光量、在该生长状况测定对象上的反射率。此外,cpu23能够使用如此求得的反射率来如上那样计算出归一化差分植被指数(ndvi)。

因此,cpu23能够求出周围光引起的光量成分的影响极少的、对各测定光p的反射光量、反射率,并能够根据这些获取生长状况测定对象(作物cr)的归一化差分植被指数(ndvi),因此能够更加正确地获取与该生长状况测定对象(作物cr)的生长状况相关的信息。如上所述那样,该生长状况测定对象(作物cr)的生长状况相关的信息经由驱动电路36、驱动电路37而作为数据被输出至外部。

接着,关于使用植物用波长传感器装置10计算出对用于推定所选择的生长要素eg的波段的生长状况测定对象(作物cr)的所反射的反射光量以及反射率的反射测定处理,使用图8来进行说明。图8是示出实施例1中的控制部(cpu23)所执行的反射测定处理的流程图。控制部(cpu23)根据存储在内设于控制部(cpu23)的存储部或者设置在该控制部(cpu23)外部的存储部中的程序来执行该反射测定处理。以下,对图8的流程图中的各步骤(工序)进行说明。该图8的流程是对植物用波长传感器装置10投入电源时开始。

在步骤s1中,判断生长要素eg是否已被选择,在“是(yes)”的情况下进入步骤s2,在“否(no)”的情况下反复进行步骤s1。在该步骤s1中,判断未图示的操作部中是否完成了选择生长要素eg的选择操作,该判断反复进行至生长要素eg被选择为止。

在步骤s2中,接着步骤s1中的生长要素eg已被选择的判断,选出对应于所选择的生长要素eg的波段的组合,并进入步骤s3。在该步骤s2中,选出对应于所选择的生长要素eg的波段的组合、即选出该生长要素eg的推定所需的多个波段,并将此信息存储于存储部。在实施例1中,如上所述,作为能够选择的生长要素eg,设定有氮、蛋白质(protein)以及与蛋白质相关联的水。而且,在步骤s2中,如果作为生长要素eg选择了氮的话,则选择第三波段λ3(735nm)和第四波段λ4(808nm),并将第三波段λ3设为第一个波段,将第四波段λ4设为第二个波段,从而波段的个数k设为2(k=2)。同样地,在步骤s2中,如果作为生长要素eg选择了蛋白质(protein)(包括水)的话,则选择第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm)、第五波段λ5(950nm)及第六波段λ6(1050nm),并将第一波段λ1设为第一个波段,将第二波段λ2设为第二个波段,将第五波段λ5设为第三个波段,将第六波段λ6设为第四个波段,从而波段的个数k设为4(k=4)。除此之外,如果作为生长要素eg选择了不基于水分量的蛋白质的话,则选择第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm)及第六波段λ6(1050nm),并将第一波段λ1设为第一个波段,将第二波段λ2设为第二个波段,将第六波段λ6设为第三个波段,从而波段的个数k设为3(k=3)。

在步骤s3中,接着步骤s2中的波段的组合的选出、或者、步骤s13中的测定未结束的判断,开始用于累加受光值的经过时间的计数(count),并进入步骤s4。在该步骤s3中,累加部42对规定时间内受光的多个受光值进行累计处理,因此开始计数执行累计处理的经过时间。

在步骤s4中,接着步骤s3中的经过时间的计数的开始、或者、步骤s10中的未经过规定时间的判断,将变数n设定为1(n=1),并进入步骤s5。为了计数现在进行的测定光p的出射及其反射光pr的获取是对设定为第几的波段所进行的动作而使用该变数n,在步骤s4中将该变数n设定为1。

在步骤s5中,接着在步骤s4中的将变数n设定为1、或者、在步骤s9中的将n+1设定为新的变数n的动作,照射第n个波段的测定光p,并进入步骤s6。在该步骤s5中,将第n切换信号ssn输出给开关元件44而使与第n个波段对应的发光部件26和脉冲生成部43(演算处理单元25)导通,并将第n发光信号sen输出给与第n个波段对应的发光部件26。据此,向生长状况测定对象(作物cr)照射来自所对应的发光部件26的第n个波段的测定光p。

在步骤s6中,接着步骤s5中的第n个波段的测定光p的照射,获取该测定光p的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr,并进入步骤s7。在该步骤s6中,受光单元22响应与第n发光信号sen对应而输出的受光信号sr获取受光值。在实施例1中,与第n个波段的发光部件26出射时和紧接着该发光部件26灭灯时输出受光信号sr。据此,在步骤s6中,受光单元22获取并输出与第n个波段对应的发光部件26出射时的受光值和紧接着该发光部件26灭灯时的受光值。

在步骤s7中,接着步骤s6中的反射光pr(其受光值)的获取,计算出所获取的反射光pr(受光值)中的受光输出值,并进入步骤s8。在该步骤s7中,计算出与第n个波段对应的发光部件26出射时的受光值中的受光输出值(第一累加步骤)和紧接着该发光部件26灭灯时的受光值中的受光输出值(第二累加步骤)。

在步骤s8中,接着步骤s7中的受光输出值的计算,判断变数n是否与波段的个数相等(n=k?),在“是”的情况下进入步骤s10,在“否”的情况下进入步骤s9。在该步骤s8中,判断用于计数从步骤s5至步骤s7位置的动作是对设定为第几的波段所进行的动作的变数是否与所设定的波段的个数相等。即,在步骤s8中,判断是否对所设定的所有波段获取了受光值。

在步骤s9中,接着步骤s8中的变数n与波段的个数不相等的判断,将n+1设定为新的变数n,并返回至步骤s5。在该步骤s9中,由于未对所设定的所有波段获取了受光值(受光输出值),因此为了对剩余的波段获取受光值,对变数n(现状的值)加上1而设定新的变数n,并返回至步骤s5。

在步骤s10中,接着步骤s8中的变数n与波段的个数相等的判断,判断是否经过了规定时间,在“是”的情况下进入步骤s11,在“否”的情况下返回至步骤s4。在该步骤s10中,判断步骤3中开始了计数的经过时间是否达到了执行累加处理的规定时间,据此判断是否经过了规定时间。

在步骤s11中,接着步骤s10中的经过了规定时间的判断,获取对所选出的所有波段的受光输出值的累加信号,并进入步骤s12。在该步骤s11中,获取对所选出的所有波段的步骤s5至步骤s7为止的动作规定时间反复进行而获得的、对所选出的所有波段的受光输出值的累加信号,即获取对所选出的所有波段的受光输出值的第一累加信号及第二累加信号。

在步骤s12中,接着步骤s11中的对所选出的所有波段的受光输出值的累加信号的获取,计算出反射光量及反射率,并进入步骤s13。在该步骤s12中,对所选出的所有波段,从步骤s11中所获取的受光输出值的第一累加信号减去第二累加信号而计算出表示生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光成分的反射受光值(反射光量)。此外,对所选出的所有波段,根据反射受光值和出射了所对应的测定光p的发光部件26的全部发光量(例如,基于监视用受光部件38中的受光值的值)来计算出照射有所对应的测定光p的生长状况测定对象(作物cr)上的反射率。而且,使用如此求得的反射率来适当计算出归一化差分植被指数(ndvi)。

在步骤s13中,接着步骤s12中的反射光量及反射率的计算,判断是否结束了使用植物用波长传感器装置10的测定,在“是”的情况下结束该反射测定处理,在“否”的情况下返回至步骤s3。在该步骤s13中,判断是否完成了结束使用植物用波长传感器装置10的测定的操作,在该操作(结束操作)未完成的情况下,为了计算出反射光量及反射率,反复进行上述的动作。

接着,关于推定出生长要素eg的量时的植物用波长传感器装置10的动作,使用图6来进行说明。图6为作为生长要素eg选择了蛋白质(protein)(包括水)的例子。

首先,如果作为生长要素eg选择了蛋白质(protein)(包括水)的话,在图8的流程中,进入步骤s1→步骤s2,据此选出第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm)、第五波段λ5(950nm)及第六波段λ6(1050nm)。之后,在图8的流程中,进入步骤s3→步骤s4→步骤s5,据此照射从第一发光部件261出射的第一波段λ1(480nm)的测定光p(第一测定光p1)(参见图6的时间t1)。而且,在图8的流程中,进入步骤s6→步骤s7,据此获取对第一波段λ1(480nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr而计算出其受光输出值(参见图6的时间t1、t2)。之后,在图8的流程中,反复进行步骤s8→步骤s9→步骤s5→步骤s6→步骤s7,据此照射从第二发光部件262出射的第二波段λ2(700nm)的测定光p(第二测定光p2)(参见图6的时间t3)、照射从第五发光部件265出射的第五波段λ5(950nm)的测定光p(第三测定光p3)(参见图6的时间t5)、照射从第六发光部件266出射的第六波段λ6(1050nm)的测定光p(第四测定光p4)(参见图6的时间t7),从而获取对各波段的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr而计算出其受光输出值(参见图6的时间t3~t8)。而且,经过规定时间为止,在图8的流程中进入步骤s8→步骤s10→步骤s4而反复进行上述的动作。而且,如果经过了规定时间的话,在图8的流程中,进入步骤s11→步骤s12,据此计算出表示对四个波段的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光成分的反射受光值(反射光量)和在生长状况测定对象(作物cr)上的反射率。据此,在上述的规定时间内能够推定出存在于成为照射区域ia的场所的生长状况测定对象(作物cr)所含有的蛋白质(protein)和水的量。之后,到结束操作完成为止,在图8的流程中进入步骤s12→步骤s13→步骤s3而反复进行上述的动作,据此能够推定出存在于下一个成为照射区域ia的场所的生长状况测定对象(作物cr)所含有的蛋白质(protein)和水的量。

在此,当作为生长要素eg选择了氮的情况下,除了选出第三波段λ3(735nm)和第四波段λ4(808nm),并照射从第三发光部件263出射的第三波段λ3(735nm)的测定光p、照射从第四发光部件264出射的第四波段λ4(808nm)的测定光p的以外,进行与上述的动作相同的动作。如此,在植物用波长传感器装置10中,如果生长要素eg被选择了的话,能够求出对所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p的生长状况测定对象(作物cr)上的反射光量以及反射率,从而能够进行含有该生长要素eg的量的推定。

如此,在本发明的实施例1的植物用波长传感器装置10中,如果生长要素eg被选择了的话,对生长状况测定对象(作物cr)照射该生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p,并接收(受光)生长状况测定对象(作物cr)对各测定光p所反射的反射光pr。而且,在植物用波长传感器装置10中,求出生长要素eg的推定所需的多个波段的生长状况测定对象(作物cr)上的反射光量以及反射率。因此,在植物用波长传感器装置10中,能够求出所选择的生长要素eg的推定所需的各波段的反射光量以及反射率,因此能够推定出生长状况测定对象(作物cr)所含有的各种各样的生长要素eg的量。

此外,在植物用波长传感器装置10中,事先登记能够选择的多个生长要素eg和各生长要素eg的推定所需的多个(n个)波段,并对作为发光部的发光单元21设置所登记的波段的个数的发光部件26。因此,在植物用波长传感器装置10中,容易实现用所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p照射生长状况测定对象(作物cr)的事情。

进而,在植物用波长传感器装置10中,选出所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段,并从与该各波段对应的发光部件26出射测定光p,据此用所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p照射生长状况测定对象(作物cr)。因此,在植物用波长传感器装置10中,能够从预设的多个(n个)发光部件26中仅驱动与所选择的生长要素eg对应的发光部件26而照射所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p。

在植物用波长传感器装置10中,使多个(n个)发光部件26按顺序出射即以时序列出射,因此能够更加容易且准确地获取对各波段的测定光p的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr。

在植物用波长传感器装置10中,作为能够选择的生长要素eg登记有氮的同时,作为该氮的推定所需的波段登记有红色的波段(在上述的实施例中为第三波段λ3(735nm))以及近红外光的波段(在上述的实施例中为第四波段λ4(808nm))。因此,在植物用波长传感器装置10中,能够容易且准确地推定出生长状况测定对象(作物cr)所含有的作为生长要素eg的氮的量。

在植物用波长传感器装置10中,作为能够选择的生长要素eg登记有蛋白质(protein)的同时,作为该蛋白质(protein)的推定所需的波段登记有互不相同的两个可见光的波段(在上述的实施例中为第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm))以及近红外光的波段(在上述的实施例中为第六波段λ6(1050nm))。因此,在植物用波长传感器装置10中,能够容易且准确地推定出生长状况测定对象(作物cr)所含有的作为生长要素eg的蛋白质(protein)的量。

在植物用波长传感器装置10中,作为能够选择的生长要素eg登记有蛋白质(protein)和与其推定有关系的水的同时,作为该蛋白质(protein)的推定所需的波段登记有互不相同的两个可见光的波段(在上述的实施例中为第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm))以及近红外光的波段(在上述的实施例中为第六波段λ6(1050nm)),并且作为水的推定所需的波段登记有近红外光的波段(在上述的实施例中为第五波段λ5(950nm))。因此,在植物用波长传感器装置10中,能够容易且准确地推定出生长状况测定对象(作物cr)所含有的作为生长要素eg的蛋白质(protein)及水的量。

植物用波长传感器装置10与撒肥机fs构成施肥系统,并且撒肥机fs根据所获取的生长要素eg的含有量来调整肥料的分撒量,从而能够将适合于生长状况测定对象(作物cr)的状况的量的肥料分撒给各照射区域即生长状况测定对象(作物cr)。这是能够依据生长状况测定对象(作物cr)中的生长要素eg的严重不足来调整肥料的分撒量,从而促进该生长状况测定对象(作物cr)的发育,并且在生长状况测定对象(作物cr)的生长状况过于良好的地方(照射区域)减少肥料的分撒量而抑制该生长状况测定对象(作物cr)的发育,从而防止生长状况测定对象(作物cr)因自重而倾倒的现象。在植物用波长传感器装置10中,能够通过与撒肥机fs构成施肥系统的来简易且有效的分撒肥料。这是例如,如果搭载有撒肥机fs的拖拉机tr上设置植物用波长传感器装置10而构成施肥系统的话,仅通过拖拉机tr沿着培育有作物cr的农地(农场)行走的来能够将基于作物cr的生长状况的准确的量的肥料分撒给该作物cr,从而能够有效地培育作物cr。

从而,本发明的实施例1的植物用波长传感器装置10能够应对生长状况测定对象(作物cr)的各种各样的生长要素eg。

另外,在上述的实施例1中,利用开关元件44来切换电路,据此使所对应的发光部件26和脉冲生成部43(演算处理单元25)导通,但只要是照射所选出的多个(实施例2中为六个)波段的测定光p的结构的话,其他结构也可,并不限于上述的实施例1的结构。

实施例2

接着,使用图9~11,对作为本发明的实施例2的植物用波长传感器装置10a进行说明。实施例2的植物用波长传感器装置10a的各波段的测定光p的照射方式、受光单元22a以及对各波段的测定光p的反射光pr的获取方式与实施例1的植物用波长传感器装置10不同的例子。该实施例2的植物用波长传感器装置10a的基本结构及动作与上述的实施例1的植物用波长传感器装置10相同,因此给相等结构的部位标注相同的附图标记,并省略其详细说明。

在实施例2的植物用波长传感器装置10a中,如图9所示,受光单元22a中设置有六个测定用受光部件31,即设置有第一测定用受光部件311、第二测定用受光部件312、第三测定用受光部件313、第四测定用受光部件314、第五测定用受光部件315及第六测定用受光部件316。第一测定用受光部件311获取第一波段λ1的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使480nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器(filter)而构成。第二测定用受光部件312获取第二波段λ2的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使700nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器而构成。第三测定用受光部件313获取第三波段λ3的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使735nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器而构成。第四测定用受光部件314获取第四波段λ4的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使808nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器而构成。第五测定用受光部件315获取第五波段λ5的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使950nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器而构成。第六测定用受光部件316获取第六波段λ6的反射光pr,在实施例2中,在六个pd前面设置使1050nm附近的波段的光透过并阻止其他波段的光透过的滤光器而构成。在该受光单元22a中,与实施例1的受光单元22相同地,响应所输入的受光信号sr而进行反射光pr的获取动作。

此外,在植物用波长传感器装置10a中,将各发光部件26和脉冲生成部43(演算处理单元25)之间设置开关元件44的情况改变为:在受光单元22a中设置有开关元件44a。该开关元件44a选择各测定用受光部件31中的任意一个测定用受光部件31,并能够作为接向放大电路32的接口来连接所选择的测定用受光部件31。开关元件44a从当与从cpu23输入的切换信号ss对应的测定用受光部件31和放大电路32的接口。关于该切换信号ss,将与第一测定用受光部件311对应的信号设为第一切换信号ss1;将与第二测定用受光部件312对应的信号设为第二切换信号ss2;将与第三测定用受光部件313对应的信号设为第三切换信号ss3;将与第四测定用受光部件314对应的信号设为第四切换信号ss4;将与第五测定用受光部件315对应的信号设为第五切换信号ss5;将与第六测定用受光部件316对应的信号设为第六切换信号ss6(参见图10)。因此,如果输入有第n切换信号ssn的话,开关元件44a则选择将第n测定用受光部件31n和放大电路32连接的电路并使其导通,并且使其他的电路处于非导通状态。

伴随这个动作,在植物用波长传感器装置10a中,从演算处理单元25的脉冲生成部43输出的发光信号se直接输入至各发光部件26。另外,在图9及图10中,虽然示出了同一的发光信号se从脉冲生成部43输入至各发光部件26,但是如实施例1的se1~se6那样,将不同的发光信号se分别对应而向各发光部件26一同输出。因此,发光信号se一同输出至各发光部件26,据此各发光部件26同时周期性地发光(参见图10)。而且,输出发光信号se时(严格来说,即将输出发光信号se之前),上述的切换信号ss输出至开关元件44a,据此切换该开关元件44a的电路,从而实现用与所期望的波段对应的测定用受光部件31的反射光pr的获取。在示出进行蛋白质(包括水)的量的推定时的动作的图10的例子中,第一切换信号ss1输出至开关元件44a而第一测定用受光部件311获取反射光pr;第二切换信号ss2输出至开关元件44a而第二测定用受光部件312获取反射光pr;第五切换信号ss5输出至开关元件44a而第五测定用受光部件315获取反射光pr;第六切换信号ss6输出至开关元件44a而第六测定用受光部件316获取反射光pr。

接着,关于使用植物用波长传感器装置10a计算出对用于推定所选择的生长要素eg的波段的生长状况测定对象(作物cr)的反射光量以及反射率的反射测定处理,使用图11来进行说明。图11是示出实施例2中的控制部(cpu23)所执行的反射测定处理的流程图。控制部(cpu23)根据存储在内设于控制部(cpu23)的存储部或者设置在该控制部(cpu23)外部的存储部中的程序来执行该反射测定处理。以下,对图11的流程图中的各步骤(工序)进行说明。该图11的流程是对植物用波长传感器装置10a投入电源时开始。

在步骤s21中,判断生长要素eg是否已被选择,在“是”的情况下进入步骤s22,在“否”的情况下反复进行步骤s21。该步骤s21与图8的流程中的步骤s1相同。

在步骤s22中,接着步骤s21中的生长要素eg已被选择的判断,选出对应于所选择的生长要素eg的波段的组合,并进入步骤s23。该步骤s22与图8的流程中的步骤s2相同。

在步骤s23中,接着步骤s22中的波段的组合的选出、或者、步骤s33中的测定未结束的判断,开始用于累加受光值的经过时间的计数,并进入步骤s24。该步骤s23与图8的流程中的步骤s3相同。

在步骤s24中,接着步骤s23中的经过时间的计数的开始、或者、步骤s30中的未经过规定时间的判断,将变数n设定为1(n=1),并进入步骤s25。该步骤s24与图8的流程中的步骤s4相同。

在步骤s25中,接着在步骤s24中的将变数n设定为1、或者、在步骤s29中的将n+1设定为新的变数n的动作,照射所有波段的测定光p,并进入步骤s26。在该步骤s25中,通过对所有的发光部件26输出发光信号se的来朝向生长状况测定对象(作物cr)照射来自所有的发光部件26的测定光p。因此,测定光p中包含有所设定的所有波段(在实施例2中,第一至第六的六个波段(λ1~λ6))的光。

在步骤s26中,接着步骤s25中的所有波段的测定光p的照射,获取该测定光p的生长状况测定对象(作物cr)所反射的第n个波段的反射光pr,并进入步骤s27。在该步骤s26中,给开关元件44a输出第n切换信号ssn而在受光单元22a中使与第n个波段对应的测定用受光部件31和放大电路32导通。而且,在步骤s26中,响应与发光信号se对应而输出的受光信号sr,与第n个波段对应的测定用受光部件31获取反射光pr。在实施例2中,与实施例1同样地,与各波段的发光部件26出射时和紧接着各发光部件26灭灯时输出受光信号sr。据此,在步骤s26中,受光单元22a获取并输出与各波段对应的发光部件26出射时的与第n个波段对应的反射光pr的受光值和紧接着各发光部件26灭灯时的与第n个波段对应的反射光pr的受光值。

在步骤s27中,接着步骤s26中的与第n个波段对应的反射光pr(其受光值)的获取,计算出所获取的反射光pr(受光值)中的受光输出值,并进入步骤s28。该步骤s27与图8的流程中的步骤s7相同。

在步骤s28中,接着步骤s26中的受光输出值的计算,判断变数n是否与波段的个数相等(n=k?),在“是”的情况下进入步骤s30,在“否”的情况下进入步骤s29。该步骤s28与图8的流程中的步骤s8相同。

在步骤s29中,接着步骤s28中的变数n与波段的个数不相等的判断,将n+1设定为新的变数n,并返回至步骤s25。该步骤s29与图8的流程中的步骤s9相同。

在步骤s30中,接着步骤s28中的变数n与波段的个数相等的判断,判断是否经过了规定时间,在“是”的情况下进入步骤s31,在“否”的情况下返回至步骤s24。该步骤s30与图8的流程中的步骤s10相同。

在步骤s31中,接着步骤s30中的经过了规定时间的判断,获取对所选出的所有波段的受光输出值的累加信号,并进入步骤s32。该步骤s31与图8的流程中的步骤s11相同。

在步骤s32中,接着步骤s31中的对所选出的所有波段的受光输出值的累加信号的获取,计算出反射光量及反射率,并进入步骤s33。在该步骤s32与图8的流程中的步骤s12相同。

在步骤s33中,接着步骤s32中的反射光量及反射率的计算,判断是否结束了使用植物用波长传感器装置10a的测定,在“是”的情况下结束该反射测定处理,在“否”的情况下返回至步骤s23。在该步骤s33与图8的流程中的步骤s13相同。

接着,关于推定出生长要素eg的量时的植物用波长传感器装置10a的动作,使用图10来进行说明。图10为作为生长要素eg选择了蛋白质(protein)(包括水)的例子。

首先,如果作为生长要素eg选择了蛋白质(protein)(包括水)的话,在图11的流程中,进入步骤s21→步骤s22,据此选出第一波段λ1(480nm)、第二波段λ2(700nm)、第五波段λ5(950nm)及第六波段λ6(1050nm)。之后,在图11的流程中,进入步骤s23→步骤s24→步骤s25,据此利用所有的发光部件26的出射而照射包括所登记(设定)的所有波段(在实施例2中,第一至第六的六个波段(λ1~λ6))的测定光p(第一测定光p1至第六测定光p6)(参见图10的时间t1)。而且,在图11的流程中,进入步骤s26→步骤s27,据此用第一测定用受光部件311获取对第一波段λ1(480nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr而计算出其受光输出值(参见图10的时间t1、t2)。之后,在图11的流程中,反复进行步骤s28→步骤s29→步骤s25→步骤s26→步骤s27,据此用第二测定用受光元件312获取对第二波段λ2(700nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr(参见图10的时间t3、t4)、用第五测定用受光元件315获取对第五波段λ5(950nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr(参见图10的时间t5、t6)、用第六测定用受光元件316获取对第六波段λ6(1050nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr(参见图10的时间t7、t8),并计算出这些的受光输出值。而且,经过规定时间为止,在图11的流程中进入步骤s28→步骤s30→步骤s24而反复进行上述的动作。而且,如果经过了规定时间的话,在图11的流程中,进入步骤s30→步骤s31→步骤s32,据此计算出表示对四个波段的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光成分的反射受光值(反射光量)和在生长状况测定对象(作物cr)上的反射率。据此,在上述的规定时间内能够推定出存在于成为照射区域ia的场所的生长状况测定对象(作物cr)所含有的蛋白质(protein)和水的量。之后,到结束操作完成为止,在图11的流程中,进入步骤s32→步骤s33→步骤s23而反复进行上述的动作,据此能够推定出存在于下一个成为照射区域ia的场所的生长状况测定对象(作物cr)所含有的蛋白质(protein)和水的量。

在此,当作为生长要素eg选择了氮的情况下,除了选出第三波段λ3(735nm)和第四波段λ4(808nm),并用第三测光用受光部件313获取对第三波段λ3(735nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr、用第四测光用受光部件314获取对第四波段λ4(808nm)的生长状况测定对象(作物cr)所反射的反射光pr的以外,进行与上述的动作相同的动作。如此,在植物用波长传感器装置10a中,如果生长要素eg被选择了的话,能够求出对所选择的生长要素eg的推定所需的多个波段的测定光p的生长状况测定对象(作物cr)上的反射光量以及反射率,从而能够进行含有该生长要素eg的量的推定。

如此,在本发明的植物用波长传感器装置10a中,基本上与实施例1的植物用波长传感器装置10相同结构,因此能够获得基本上与实施例1相同的效果。

除此之外,在实施例2的植物用波长传感器装置10a中,从所有的发光部件26出射测定光p,因此能够使测定光p的照射的控制、结构变得简易。此外,在植物用波长传感器装置10a中,用多个(n个)测定用受光部件31按顺序受光即以时序列受光,因此能够更加容易且准确地获取对各波段的测定光p的(作物cr)所反射的反射光pr。

从而,本发明的实施例2的植物用波长传感器装置10a能够应对生长状况测定对象(作物cr)的各种各样的生长要素eg。

另外,虽然分别对应于所登记(设定)的波段而设置多个(实施例2中为六个)测定用受光部件31,但是只要是能够获取所登记(设定)的波段的反射光pr的话,在单一的测定用受光部件31(六个pd)的前面以切换可能的方式设置与该波段的个数相应的滤光器也可,或者其他结构也可,并不限于实施例2的结构。

此外,虽然分别对应于所登记(设定)的波段而设置多个(实施例2中为六个)测定用受光部件31,但是获取所有波段的反射光pr之后,分析所选出的各波段中的反射光pr的成分而检测出也可,并不限于上述的实施例2的结构。如果这样构成的话,只要是所登记(设定)的波段,无论是任何组合,也能够通过事后的分析而检测出,因此能够提高使用上的便利性。

本发明的植物用波长传感器装置具备:发光部,出射用于照射生长状况测定对象的测定光;受光部,接收所述生长状况测定对象所反射的所述测定光的反射光;以及控制部,驱动控制所述发光部和所述受光部,所述控制部使与所选择的生长要素对应的波段的所述测定光从所述发光部出射,并用所述受光部接收对与所选择的生长要素对应的各所述波段的所述测定光的所述生长状况测定对象所反射的所述反射光,并求出所述生长状况测定对象所反射的与所述生长要素对应的各所述波段的反射光量,因此能够应对生长状况测定对象的各种各样的生长要素。

在所述控制部中,将n设定为1以上的自然数,并登记有能够选择的多个所述生长要素和所有的所述生长要素的推定所需的n个所述波段,如果所述发光部具有分别独立出射登记在所述控制部的n个所述波段的所述测定光的n个发光部件的结构的话,能够使利用所选择的生长要素的推定所需的多个波段的测定光照射生长状况测定对象的事情变得容易。

当如果选择了所述生长要素的话,所述控制部则选出所对应的各所述波段,并选择与所选出的各所述波段对应的各所述发光部件而使所述测定光从所选择的各所述发光部件出射,并用所述受光部件接收对各所述测定光的各所述反射光的结构时,能够从预设的多个(n个)发光部件中,仅驱动与所选择的生长要素对应的发光部件而照射所选择的生长要素的推定所需多个波段的测定光。

如果所述控制部使各所述测定光从所选择的各所述发光部件以时序列出射的结构的话,能够更加容易且准确地获取对各波段的测定光的生长状况测定对象所反射的反射光。

当所述受光部具有分别独立接收登记在所述控制部的n个所述波段的所述反射光的n个受光部件,如果选择了所述生长要素的话,所述控制部则选出所对应的各所述波段,从所有的各所述发光部件出射各所述测定光,并选择与所选出的各所述波段对应的各所述受光部件而用所选择的各所述受光部件接收所对应的各所述反射光的结构时,能够使测定光p的照射的控制、结构变得简易。

如果所述控制部用各所述受光部件以时序列接收与所选择的各所述受光部件对应的各所述反射光的结构的话,能够更加容易且准确地获取对各波段的测定光的生长状况测定对象所反射的反射光。

当在所述控制部中,作为能够选择的所述生长要素登记有氮,作为所述生长要素的推定所需的各所述波段登记有红色的波段及近红外光的波段的结构时,能够容易且准确地推定出作为生长状况测定对象所含有的生长要素的氮的量。

当在所述控制部中,作为能够选择的所述生长要素登记有蛋白质,作为所述生长要素的推定所需的各所述波段登记有互不相同的两个可见光的波段以及近红外光的波段的结构时,能够容易且准确地推定出作为生长状况测定对象所含有的生长要素的蛋白质的量。

当在所述控制部中,作为能够选择的所述生长要素登记有与蛋白质的推定有关系的水,作为所述生长要素的推定所需的所述波段登记有近红外光的波段的结构时,能够容易且准确地推定出作为生长状况测定对象所含有的生长要素的蛋白质及水的量。

另外,在上述的各实施例中,作为本发明的植物用波长传感器装置说明了植物用波长传感器装置10、植物用波长传感器装置10a,但是只要是如下的植物用波长传感器装置即可,并不限于上述的各实施例。即,具备发光部,出射用于照射生长状况测定对象的测定光;受光部,接收所述生长状况测定对象所反射的所述测定光的反射光;以及控制部,驱动控制所述发光部和所述受光部,所述控制部使与所选择的生长要素对应的波段的所述测定光从所述发光部出射,并用所述受光部接收对与所选择的生长要素对应的各所述波段的所述测定光的所述生长状况测定对象所反射的所述反射光,并求出所述生长状况测定对象所反射的与所述生长要素对应的各所述波段的反射光量的植物用波长传感器装置,或者,具备发光部,出射用于照射生长状况测定对象的测定光;受光部,接收所述生长状况测定对象所反射的所述测定光的反射光;以及控制部,驱动控制所述发光部和所述受光部,所述控制部使与所选择的生长要素对应的波段的所述测定光从所述发光部出射,并用所述受光部接收对与所选择的生长要素对应的各所述波段的所述测定光的所述生长状况测定对象所反射的所述反射光,并根据所述测定光及所述反射光求出所述生长状况测定对象所反射的与所述生长要素对应的各所述波段的反射率的植物用波长传感器装置。

此外,上述的各实施例中,作为生长要素eg,登记(设定)了氮、蛋白质(protein)及与其相关联的水,但是例如仅登记(设定)这些中的两种、与这些一同或适当替换这些而登记(设定)磷、钾、叶绿素、类胡萝卜素那样,只要适当登记(设定)生长要素eg的个数、种类即可,并不限于上述的各实施例的结构。在这种情况下,适当登记(设定)适合于各生长要素eg的推定的波段的为不言自明。

进而,在上述的各实施例中,为了氮的推定,登记(设定)了735nm和808nm两个波段,为了蛋白质(protein)的推定,登记(设定)了480nm、700nm及1050nm三个波段,为了与蛋白质的推定有关系的水的推定,登记(设定)了950nm一个波段。但是,关于对生长要素eg的波段,只要适当登记(设定)适合于生长要素eg的推定的波段即可,并不限于上述的各实施例的结构。在此,如果使用红色的波段的光(光束)和红外的波段的光(光束)的话,能够良好地推定出氮;如果使用两个互不相同的作为可见光的波段的光(光束)和近红外的波段的光(光束)的话,能够良好地推定出蛋白质(protein);如果进一步使用不同的近红外的波段的光(光束)的话,能够良好地推定出与蛋白质(protein)的推定有关系的水。

在上述的各实施例中,作为生长状况测定对象,举例说明了作为农作物的作物cr,但是只要是使用对测定光的反射率能够掌握生长状况的话,将培育的植物、自生植物当作生长状况测定对象也可,并不限于上述的各实施例。

在上述的各实施例中,将植物用波长传感器装置10、10a设置在搭载有撒肥机fs的拖拉机tr上,但是只要是为了根据所获取的生长要素eg的量、光谱植被指标(归一化差分植被指数(ndvi))来撒肥机fs调整肥料的分撒量,并该撒肥机fs和植物用波长传感器装置10、10a之间进行信息的交换的施肥系统的话,并不限于上述的各实施例。

以上,根据各实施例对本发明的植物用波长传感器装置进行了说明,但具体结构并不限于各实施例,不脱离本发明的主旨,设计上的变更、追加等也包括在本发明中。

相关申请的相互参照

本申请基于2015年6月2日向日本专利局提出的特愿2015-112242主张优先权,其所有的公开内容以参照的方式完全纳入本说明书中。

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