本发明涉及植物传感器装置以及主动的植物的光学测定方法。
背景技术：
1、近年来，伴随着数据相关技术的发展，要求将植物的生长程度数值化。作为表示植物的生长程度的指标，已知有叶面积指数(lai；leaf area index)、光合有效辐射吸收率(fapar)等。例如，叶面积指数是指表示每单位水平面积的上部的植被的全部叶子的单侧的面积的总和的指标值。例如，如果1m2的地面上存在的叶子的总面积为2m2，则lai＝2，即意味着在将叶子无间隙地排列于地面时2张叶子重叠。通常的森林植被的叶面积指数为3～7左右。叶面积指数是用于评价植被功能的重要参数，作为表示光合有效辐射的吸收、光合能力、蒸腾量、植被的碳吸收能力的重要指标，广泛用于农业、森林科学、生态学、地球环境科学等。
2、作为求取叶面积指数的方法，在专利文献1中记载了一种光学植被指数传感器，其具有：第1辐射传感器，其在接收到透过了叶子或叶群的透射辐射时，对400nm～700nm的可见辐射区域的辐射进行用于利用校正滤波器以光子束密度进行测定的分光特性的校正，通过由受光部对校正后的辐射进行光电转换而输出为表示光合有效辐射度和光合光子束密度中的任意一项的par输出；第2辐射传感器，其针对接收到的辐射，利用带通滤波器仅取出700nm～1000nm的红外辐射区域的辐射，通过由受光部对该辐射进行光电转换而能够输出与par输出为共同的单位的表示辐射度和光子束密度中的任意一项的ir输出；以及运算部，其随着时间对par输出和ir输出进行累计，将ir输出的累计值除以par输出的累计值来计算比，求取与该比对应的叶面积指数。
3、另外，专利文献1的光学植被指数传感器应用了具有通过植被后的红色辐射(波长为675nm)与近红外线辐射(波长为800nm)的分光强度比y(＝800/675)和叶面积指数x之间的logy＝0.3813+0.0989x的公知的相关关系这一情况，可以说是“透射nir/par法”。
4、并且，在专利文献1中，作为其他求取叶面积指数的方法，记载了以下等方法：“鱼眼透镜法”，使用全鱼眼透镜和电子式摄像元件，对于近红外辐射和红色辐射，分别拍摄规定的区域的图像并求取其亮度值比而推断相对日射量；美国的li-cor公司的“植物冠层分析仪”(lai-2000等)，其呈环状地将整个天空在光学上5分割，测量整个天空的蓝色辐射的强度分布。
5、另一方面，不限于叶面积指数，还已知有其他光学地求取生长状态的方法，分为与专利文献1同样使用透射光的方法、使用散射光的方法(专利文献2)以及使用反射光的方法(专利文献3)。
6、在专利文献2中记载了一种植物群落透射光传感器单元，其具有检测可见光的可见光传感器和检测近红外光的近红外光传感器，用于判定植物的生长状态，其中，该植物群落透射光传感器单元包含透明的管以及将管的两端封闭的一对黑色的罩板，在使管在铅垂方向上立起的状态下，在上侧的前述罩板的下表面且前述管的内侧中央部，以受光面朝下的方式分别安装有可见光传感器和近红外光传感器。
7、在专利文献3中记载了一种植物用传感器装置，其具有：第1发光部，其射出第1波长的第1测定光以照射生长状况测定对象；第2发光部，其射出第2波长的第2测定光以照射生长状况测定对象；受光部，其接收生长状况测定对象对各测定光的反射光并输出受光信号；控制部，其在不同的时机对从第1发光部的射出和从第2发光部的射出进行发光控制；光路合流单元，其将来自第1发光部的第1测定光的第1射出光路和来自第2发光部的第2测定光的第2射出光路合流；以及共同射出部，其将光路合流单元与朝向生长状况测定对象射出第1测定光和第2测定光的射出部连接，射出部具有在与射出光轴垂直的平面上观察时仅在一个方向上具有屈光力的光学部件，光学部件被保持为能够绕着射出光轴旋转。
8、现有技术文献
9、专利文献
10、专利文献1：日本特开2011-133451号公报
11、专利文献2：日本特开2020-198804号公报
12、专利文献3：日本特许第5718153号公报
技术实现思路
1、发明要解决的课题
2、但是，专利文献1所记载的光学植被指数传感器具有合计两台包含滤波器的高价的辐射传感器，因此要求进一步的低成本化。透射nir/par法的精度依赖于入射太阳光(日射)的光谱稳定性，但存在入射日射的nir/par根据天空的条件而变动10％以上的问题。并且，在太阳光以外的光源的情况下，入射光的nir/par大幅变动，在棚室内会受到周围环境的影响，特别是在人工光环境下利用很困难。
3、关于专利文献1所记载的其他方法，鱼眼透镜法存在无法利用晴天日的影像的问题。li-cor公司的植被冠层分析仪需要在阴天时在林外和林内的环境中同时进行测定，因此存在无法在日射大幅变动的环境和人工光环境下使用的问题。
4、专利文献2所记载的装置也具有合计两台高价的可见光传感器和近红外光传感器。并且，为了检测散射光，需要上下的黑色罩板，在采用横置型的情况下，还需要第2罩板等，装置结构复杂。并且，在专利文献2中记载了为了消除日射变动的影响而取消阴雨日的数据，存在受周围环境的外部光的影响这样的问题。因此，要求进一步的低成本化、高精度化。
5、在专利文献3等的利用照射传感器(受光部)检测反射光的装置中，为了通过运算来去除干扰光的影响，分别用由2个～6个光电二极管形成的受光部检测各自波长不同的2种测定光。并且，为了检测来自2种测定光的反射光，光源(射出部)需要被保持为能够绕着光轴旋转的具有屈光力的光学部件(透镜)等，装置结构复杂。因此，要求进一步的低成本化。
6、本发明想要解决的课题是，提供如下的植物传感器装置：能够为了将植物的生长程度数值化而抑制周围环境的外部光的影响，通过简单且低成本的结构来求取与植物的叶量相关的参数。
7、用于解决课题的手段
8、在本发明中，(1)从光源主动且断续地照射近红外光，对来自辐射传感器的近红外光的照射期间和消光期间的输出值进行分类并记录，或者(2)从光源主动地以两级以上的强度照射近红外光，对来自辐射传感器的近红外光的第1发光强度的照射期间和第2发光强度的照射期间的输出值进行分类并记录，由此解决了上述课题。
9、以下记载了作为用于解决上述课题的具体手段的本发明的结构和本发明的优选的结构。
10、[1]一种植物传感器装置，其具有：光源，其向植物断续地照射近红外光(nir)；辐射传感器，其相对于植物配置在与光源相反的一侧，接收透过植物后的近红外光的透射光并输出将该透射光光电转换后的输出值；以及记录部，其记录来自辐射传感器的输出值，记录部记录光源的近红外光的照射期间和消光期间，记录部将来自辐射传感器的输出值分类为：(1)近红外光的照射期间的nir输出值；(2)近红外光的消光期间的非照射输出值。
11、[2]根据[1]所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有运算部，该运算部计算通过(nir输出值)-(非照射输出值)而计算的差a，再将差a换算为叶面积指数。
12、[3]根据[2]所述的植物传感器装置，其中，叶面积指数是以差a或其函数为真数的对数函数的一次函数。
13、[4]根据[2]或[3]所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有生长单元，该生长单元对肥料、水分、温度以及湿度中的至少一个进行控制，以使得在叶面积指数超过了规定的范围的情况下抑制植物的叶子的生长，或者在叶面积指数低于规定的范围的情况下促进植物的叶子的生长。
14、[5]根据[1]至[4]中的任意一项项所述的植物传感器装置，其中，植物为叶群或植物群落。
15、[6]根据[1]至[5]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，光源仅单独具备近红外光源。
16、[7]根据[6]所述的植物传感器装置，其中，近红外光源照射峰值波长为750nm～1100nm并且半值宽度为50nm以下的窄波段的近红外光。
17、[8]根据[1]至[7]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，辐射传感器具有过滤掉波段小于750nm的光的带通滤波器，仅取出波段为750nm以上的近红外光的辐射。
18、[9]根据[1]至[8]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有对辐射传感器进行固定的辐射传感器固定部，辐射传感器固定部将辐射传感器以受光面朝向植物的测定部的方式固定在比测定部靠下部的位置。
19、[10]根据[1]至[9]中任一项所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有对光源进行固定的光源固定部，光源固定部将光源固定在比植物的测定部靠上部的位置。
20、[11]根据[1]至[10]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有：辐射传感器固定部，其对辐射传感器进行固定；光源固定部，其对光源进行固定；以及连结部件，其连结辐射传感器固定部和光源固定部，从光源到辐射传感器的受光面的距离为1cm～1000cm。
21、[12]根据[11]所述的植物传感器装置，其中，连结部件具有把持部。
22、[13]根据[1]至[12]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有：辐射传感器固定部，其对辐射传感器进行固定；以及光源固定部，其对光源进行固定，光源固定部将光源固定在相对于植物的测定部为下部的位置，辐射传感器固定部将辐射传感器以受光面朝向植物的测定部的方式固定在比测定部靠上部的位置。
23、[14]根据[1]至[13]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，将照射期间、消光期间中的从各自的始期到终期为止设为100％，将25％～75％的中间期的输出值用作nir输出值以及非照射输出值。
24、[15]根据[1]至[14]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，照射期间、消光期间都是从1毫秒到1分钟。
25、[16]根据[1]至[15]中的任意一项所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置还具有控制部，控制部将光源的照射期间和消光期间控制为彼此±30％以内的大致等间隔。
26、[17]一种植物传感器装置，其具有：光源，向植物照射近红外光(nir)；辐射传感器，相对于植物配置在与光源相反的一侧，接收透过植物后的近红外光的透射光并输出将该透射光光电转换后的输出值；记录部，记录来自辐射传感器的输出值；以及控制部，控制部将光源控制为以第1发光强度和第2发光强度照射红外光，所述第2发光强度为第1发光强度的1/n倍(n为正数)，记录部将来自辐射传感器的输出值中的(1)近红外光的照射期间的nir输出值分类为：(1-1)近红外光的第1发光强度的照射期间的第1nir输出值；(1-2)近红外光的第2发光强度的照射期间的第2nir输出值。
27、[18]根据[17]所述的植物传感器装置，其中，所述植物传感器装置具有运算部，该运算部将通过(第1nir输出值)-(第2nir输出值)而计算的差b换算为叶面积指数。
28、[19]一种主动的植物的光学测定方法，其使用[1]至[18]中的任意一项所述的植物传感器装置。
29、[20]根据[19]所述的主动的植物的光学测定方法，其中，所述主动的植物的光学测定方法用于从天空或宇宙的遥感的地面实况、植物的生长设施的植物的生长测定、森林的植被测定、植物群落或叶群的叶量测定。
30、发明效果
31、根据本发明，能够提供如下的植物传感器装置：能够为了将植物的生长程度数值化而抑制周围环境的外部光的影响，通过简单且低成本的结构来求取与植物的叶量相关的参数。
1.一种植物传感器装置，其具有：
2.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
3.根据权利要求2所述的植物传感器装置，其中，
4.根据权利要求3所述的植物传感器装置，其中，
5.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
6.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
7.根据权利要求6所述的植物传感器装置，其中，
8.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
9.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
10.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
11.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
12.根据权利要求11所述的植物传感器装置，其中，
13.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
14.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
15.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
16.根据权利要求1所述的植物传感器装置，其中，
17.一种植物传感器装置，其具有：
18.根据权利要求17所述的植物传感器装置，其中，
19.一种主动的植物的光学测定方法，其使用权利要求1至18中的任意一项所述的植物传感器装置。
20.根据权利要求19所述的主动的植物的光学测定方法，其中，
