(57)【要約】【課題】植物の代謝生成物を非破壊で計測する代謝生成物の非破壊計測装置及びこれを使用した植物栽培システム及び栽培方法を提供する。【解決手段】代謝生成物の非破壊計測装置（計測装置）は被測定物質に対して吸光感度を有する波長の光と、代謝生成物に対して吸光感度を有しない波長の光の少なくとの２つの波長の光を、成育中の植物の葉柄または花柄に照射して吸光率の変動を検出して、葉柄または花柄を通過する代謝生成物の移動の変化を計測する。水に吸光特性を有し代謝生成物に吸光特性を有しない波長の光で測定した値と、水と代謝生成物の双方に吸光特性を有する測定値とを用いて測定データを補正する。この測定装置に成育中の植物の葉柄または花柄を固定し、葉柄または花柄を通過する代謝生成物の測定データに基づいて、植物の栽培環境因子をフィードバック制御する。【選択図】  図１０
2020095034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の花柄または葉柄を固定する固定部と、
固定された前記花柄または前記葉柄の一部に光を照射して、当該光の透過光または反射光により前記植物の代謝生成物を非破壊で測定する非破壊測定部と、
を備える植物の代謝生成物の非破壊計測装置であって、
前記非破壊測定部は、
参照光となる第１波長及び測定光となる第２波長の光を個別に出射する発光部と、
前記発光部からの前記第１波長及び第２波長の光を生物の被測定部に照射する光学素子と、
照射した前記第１波長及び前記第２波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記各発光部から照射した光量と、前記受光部で受光した前記第１波長及び前記第２波長の反射光または透過光の光量を、それぞれ前記第１の波長の吸光率及び前記第２の波長の吸光率として求めるとともに、前記第２の波長の吸収率を前記第１の波長の吸収率で補正した値を測定データとして出力する吸光率算出部と、
前記測定データを順次記憶する記憶部と、
前記記憶した測定データを外部に出力する出力部と、
前記各部を制御して植物における代謝生成物の移動の変化を継続的に計測するする制御部と
を備える代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項２】
前記第１の波長と前記第２の波長の光は、前記発光部、前記光学素子及び前記測定制御部により、同一光軸を通り前記被測定部の同じ場所に交互に照射されるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記発光部、前記受光部、及び前記吸光率算出部を制御して第１の測定時に算出した前記測定値を第１の測定値として記憶し、一定時間経過後の第２の測定時に同様の測定及び計算を行い第２の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第３の測定時に同様の測定及び計算を行い第３の測定値として記憶し、第３の測定値と第１の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第１の算出値として出力し、第２の測定値と第１の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第２の算出値を出力するよう制御する測定制御部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項４】
さらに、前記濃度変化値及び時間変化率を外部に出力するための通信機能を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の生物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項５】
前記代謝生成物は光合成で生成された糖類であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項６】
前記測定制御部は、一定時間間隔で同様の測定及び計算を繰り返して、前記濃度変化値及び前記時間変化率を継続的に出力することを特徴とする請求項４に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項７】
前記被測定部は哺乳動物であり被測定物質は血糖値であることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれか１項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項８】
前記第１の吸光率による前記第２の吸光率の補正は、前記第２吸光率から前記第１吸光率を減算する事により前記測定値を求める事を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項９】
前記第１の吸光率による前記第２の吸光率の補正は、前記第２吸光率を第１吸光率で除算する事により前記測定値を求める事を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項１０】
被測定部に照射する光の照射位置、角度を動的に調整する機構を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項１１】
請求項１に示す濃度変化を表す第１の算出値と請求項１に示す時間変化率を表す第２の算出値を軸とする２次元のデータテーブルを持ち、測定された第１の算出値と、測定された時間変化率を表す第２の算出値のデータテーブルにあらかじめ設定されていた値から色へと変換する演算を行い請求項１に示す表示部に色を表示する機能を有する事を特徴とする請求項３から請求項１０のいずれかに記載の植物の代謝生成物の非破壊計測装置。
【請求項１２】
成育中の植物の葉柄または花柄を非破壊検査装置内に固定して、固定した前記葉柄または花柄に光を照射して、当該光の透過光または反射光から植物の代謝生成物を計測する非破壊計測方法であって、
参照光となる第１波長及び測定光となる第２波長の光を被測定部に個別に照射するステップと、
照射した前記第１波長及び前記第２波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力するステップと、
前記被測定部に照射した照射光の光量と、前記受光部で受光した前記第１波長及び前記第２波長の反射光または透過光の光量の割合を、それぞれ前記第１の波長の吸光率及び前記第２の波長の吸光率として求めるとともに、前記第２の波長の吸収率を前記第１の波長の吸収率で補正した値を測定値として出力するステップと、
を備えることを特徴とする植物の代謝生成物の非破壊計測方法。
【請求項１３】
さらに、  第１の測定時に算出した前記測定値を第１の測定値として記憶し、一定時間経過後の第２の測定時に同様の測定及び計算を行い第２の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第３の測定時に同様の測定及び計算を行い第３の測定値として記憶し、第３の測定値と第１の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第１の算出値として出力し、第２の測定値と第１の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第２の算出値を出力するステップを備えることを特徴とする請求項11に記載の植物の代謝生成物の非破壊計測方法。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか1項に記載の代謝生成物の非破壊計測装置と、
温度センサを備え空気・土壌・水の温度の少なくともいずれか一つの温度を制御する温度制御装置、湿度センサを備える湿度制御装置、水供給制御装置、日射量制御装置、肥料供給装置の少なくともいずれか一つの設備を備える成育環境制御ユニットと、
前記非破壊計測装置の測定データおよび前記成育環境背制御ユニットからの検出データを受信して出力する出力部と、
前記成育閑居制御ユニットを制御する制御部と、
を備える植物の栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人、動物または植物の組織内成分を非破壊で計測する非破壊計測装置及び計測方法に関するものであり、特に成育中の植物の光合成により生成される糖類などの代謝生成物又はその移動を、非破壊で計測する成育中の植物の代謝生成物の非破壊計測装置及び非破壊計測方法に関する。また、この計測装置による計測データに基づいて成育中の植物の成育環境をフィードバック制御して植物を育成する植物の栽培システム及び栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるビニールハウスなどの園芸栽培や水耕栽培においては、その対象となる植物にとって最適と思われる環境を人工的に作り出して、植物の成長を図っている。そのため、ビニールハウス内または水耕栽培設備内において、温度、湿度、水の供給、光の照射（日射量）、肥料の供給等の植物の育成に深く関連すると考えられる各種ファクターを、植物の育成に最適と考える条件に合わせてできるだけ厳密に管理している。
しかし、植物に対して最適な環境は、日射量、温度、水分、二酸化炭素や肥料の三要素といわれる窒素、リン酸、カリウム、その他の多くの要素が複雑にかつ相互に関連しているものと考えられているが、まだ完全に正確に把握できているわけではない。そのため、従来の方法では特許文献１〜３に例示されるように、過去の栽培実績や経験測から導かれた成育に最適の環境であると考えられる栽培の環境条件を設定し、その最適環境条件となるように温度、水、肥料その他のファクター（栽培環境因子）を制御して植物の成育環境を管理している。また、特許文献４には、植物の茎をテレビカメラで撮影して成育状況を観測する技術が開示されている。
【０００３】
一方、植物や動物の生態内部の成分を非破壊で測定する装置として、例えば、リンゴ、メロン、トマト等の果実内に含まれる糖度や人の血液中の糖度を非破壊（又は非侵襲性）で測定する先行技術がある。これは分光分析などのように、光を利用して果実・野菜その他の植物や人の血液（以下、「生物」と称する）の糖度を測定するものである。光による糖度の測定は生物の組織内に含まれる糖類の濃度により光の吸光度が変化することを利用して糖度を測定するものであり、特許文献５から９に示すような各種のものが存在している。これらの先行技術は、収穫した果物や農作物又は人の被測定部位に対して、近赤外光の所定の周波数の光をレンズなどの光学素子を通して照射し、その被測定物から反射した光又は被測定物を透過した光を撮像素子により受光して測定するものである。照射した光の反射光や透過光の強度の変化を測定し、これをあらかじめ多くのサンプルから採取した検量線と比較することにより、吸光度に応じた被測定物の糖度を算出するものである。さらに、本件特許出願人の出願である特許文献１０には、光を人の耳たぶ等に照射して人の血液中の血統濃度を測定する非侵襲性の血糖値測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５１０２３号公報
【特許文献２】特開２０１８―１２１５２７号公報
【特許文献３】特開２０１９−１１８２８４号公報
【特許文献４】特開２０１５−２０２０５６号公報
【特許文献５】特開平２−１９７９４０号公報
【特許文献６】特開平４−２０８８４２号公報
【特許文献７】特開平６−１８６１５９号公報
【特許文献８】特開平６―２１３８０４号公報
【特許文献９】特許第３９０３１４７号公報
【特許文献１０】特開２０１８−１５９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術においては、前述のとおり、経験的に解明された植物の最適成育環境条件はあるものの、植物の成育条件に関連する要素（ファクター又は栽培環境因子）は非常に多く、成長過程において各環境ファクターが成長にどのように寄与または影響しているか正確に特定できてはいない。さらに、最適成育環境は植物の種類、および苗から収穫期までの成長の過程によって異なるため、植物の成長過程において、本当に最適環境が提供されているかどうかは植物の実際の成長過程における代謝状況をリアルタイムで把握しないと解明が難しい。これは園芸栽培においても水耕栽培においても同じである。
【０００６】
ビニールハウスや水穀栽培に関する特許文献１〜３に開示されている先行技術はいずれも、園芸栽培や耕栽培において経験的に取得した知見に基づく最適環境に適合するように、温度、水、日射量、肥料等の植物の栽培環境（成育環境）を制御して、植物の育成を制御するものであり、育成中の植物の代謝の状況を直接観察し、それに基づいて成育環境を制御するものではない。また、特許文献４は植物の成育状況をカメラで撮像して観察するものであり、育成中の植物の成育状況を把握しようとするものではある。しかし、カメラで植物の外形的な変化を観察するだけであり、植物組織内部の代謝状況を直接観察するものではない。
【０００７】
成長中の植物の代謝状況を観察するには、植物を傷つけることなく、光合成で生成される糖類やアンモニウムイオン等の代謝生成物をリアルタイムで継続的に計測することが必要となる。特許文献５〜９には非破壊で糖類を測定することができる技術が開示されている。しかし、これらの技術は測定対象物がいずれも収穫した果実等であり、成長中の植物の代謝生成物を測定するものではない。また、その測定方法も、被測定対象物に光を照射して反射光または透過光を測定し、測定した吸光度を被測定物の平均的な強度分布を示すいわゆる"検量線"と比較することにより非測定物の糖度を算出するものである。したがって、これらの技術を使用して代謝生成物を測定するためには、比較の基準となる“検量線"が必要となる。しかしながら、従来技術においては、成長中の植物の代謝生成物の検量線に関する情報は存在しないのみならず、成長中の植物の代謝生成物を直接計測するという発想が存在していなかった。
【０００８】
特許文献１０は本件特許出願人の特許出願である。本件特許出願人は、検量線を使用せずに人又は動物の血液中の血糖濃度を非侵襲で正確に測定するための測定装置を提供すべく特許出願１０を行った。特許文献１０の出願当時においては、成長中の植物の代謝をリアルタイムで計測するとの課題の認識はなかったため、当然のことながら特許文献１０においては植物の代謝をどのようにして測定するかについては何も開示しておらず示唆もしていない。
【０００９】
以上から明らかなように、特許文献1乃至１０を含む従来技術では、生きている植物の代謝生成物の変化直接かつ非破壊で継続的に計測することにより、成長中の植物の成育環境と代謝の関係を明らかにするということについては何ら開示されておらず、そのような課題の認識もない。さらに育成中の植物の代謝生成物の移動を計測して、その計測データに基づいて園芸栽培または水耕栽培における植物の成育環境をフィードバック制御するという考え方も存在していなかった。本件特許出願人は鋭意研究及び試験を重ねて、園芸栽培または水耕栽培において成長中の植物の代謝生成物の各部位への移動を直接計測することにより、栽培環境因子と植物の成長の関係をより細かく分析することができるとともに、植物の栽培をほぼリアルタイムでフィードバック制御できるとの着想を得て、植物の代謝生成物を非破壊で計測する装置及びその計測データに基づいて栽培環境をフィードバック制御する本願発明に至ったものである。
【００１０】
植物を傷つけることなく栽培中の植物の組織内成分（特に代謝成分）を測定することができれば、植物の成育状態や動物の健康状態をリアルタイムで検査、観察することが可能となる。植物の代謝生成物の移動をリアルタイムでの観測できると、各成長過程における植物の代謝と、その植物の成長や果実の熟成に必要な要素、例えば、日射量、温度、水、飽差、肥料等のファクター（栽培又は成長環境因子）の両者を同時刻に計測して観察することにより、栽培環境因子が植物の代謝にどのように影響を与えているかを詳しくかつ短時間で比較分析することが可能となる。そして実際の植物の代謝を観察しながら栽培環境因子をリアルタイムで制御することにより、植物の成長や果実の熟成をより正確に制御することが可能となる。すなわち、植物の代謝状況とその時の各種栽培環境因子のデータが同時にわかれば、各種栽培環境因子が植物の代謝にどのような影響を与えるかを直接知ることができる。これにより、植物の成長に影響すると考えられる環境因子とその量や変化の関係を特定し、栽培環境を各成長過程における最適条件となるように調整することにより、植物の成長を制御することが可能となる。また、植物の代謝状況が植物の栽培時にリアルタイムでわかれば、植物の成長や果実の熟成等、収穫のタイミングの調整や品質等に係わる栽培環境因子を、植物の成長過程に合わせた種々の制御が可能となる。
【００１１】
本発明は、上記着想に基づいてなされたもので、育成中の植物の代謝生成物を計測することのできる植物の代謝生成物の非破壊計測装置及びその計測方法を提供するものであり、この非破壊計測装置を使った植物の育成システム及び育成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明に係る代謝生成物の非破壊計測装置は、植物の花柄または葉柄を固定する固定部と、固定された前記花柄または前記葉柄の一部に光を照射して、当該光の透過光または反射光により前記植物の代謝生成物を非破壊で測定する非破壊測定部と、を備える植物の代謝生成物の非破壊計測装置であって、
前記非破壊測定部は、 参照光となる第１波長及び測定光となる第２波長の光を個別に出射する発光部と、 前記発光部からの前記第１波長及び第２波長の光を生物の被測定部に照射する光学素子と、照射した前記第１波長及び前記第２波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力する受光部と、前記各発光部から照射した光量と、前記受光部で受光した前記第１波長及び前記第２波長の反射光または透過光の光量を、それぞれ前記第１の波長の吸光率及び前記第２の波長の吸光率として求めるとともに、前記第２の波長の吸収率を前記第１の波長の吸収率で補正した値を測定データとして出力する吸光率算出部と、前記測定データを順次記憶する記憶部と、前記記憶した測定データを外部に出力する出力部と、前記各部を制御して植物における代謝生成物の移動の変化を継続的に計測するする制御部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、成育中の植物の葉柄または花柄における代謝生成物（ショ糖、果糖、ブドウ糖など）を継続的に計測することができる。例えば植物の成長状態、特に果実の収穫を目的とする植物の成長状態は、光合成により生成された糖類の影響を強く受ける。例えば葉柄または花柄における糖類の濃度の変化は、葉において光合成により生成された糖類の移動状況を示しており、これを測定することにより成育中の植物の光合成の状態を把握することが可能となる。また、糖類の移動状況の急激な変化や、血統値の急激な変化も検出することができる。特に植物においては、葉柄、花柄における糖類の移動量を時間経過とともに継続的に計測することにより、果実の成長の制御すること、及び将来の果実の成育状況を予測することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置の他の実施態様は、前記第１の波長と前記第２の波長の光は、前記発光部、前記光学素子及び前記測定制御部により、同一光軸を通り前記被測定部の同じ場所に交互に照射されるよう構成されることを特徴とする。波長の異なる参照光を交互に同じ光軸を通るように照射することにより、異なる波長の光を被測定部位に正確に照射可能であり、測定光の正確な照射及び精度の高い補正処理が可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置の他の実施態様は、前記制御部が、前記発光部、前記受光部、及び前記吸光率算出部を制御して第１の測定時に算出した前記測定値を第１の測定値として記憶し、一定時間経過後の第２の測定時に同様の測定及び計算を行い第２の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第３の測定時に同様の測定及び計算を行い第３の測定値として記憶し、第３の測定値と第１の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第１の算出値として出力し、第２の測定値と第１の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第２の算出値を出力するよう制御する測定制御部を備えることを特徴とする。これにより、一定時間経過後の変化量を測定すること、及び該変化量の測定時間の一部における糖類の時間変化率を測定することができる。前記記憶部は、前記測定データに加えて、第１の測定値、第２の測定値、第１の算出値、第２の算出値を記憶することができる。
【００１６】
さらに、前記濃度変化値及び時間変化率を外部に出力するための通信機能を備えるように構成することにより、ＰＣ等により植物の成長などをリアルタイムで常時監視し、植物の成育環境を制御することが可能となる。
【００１７】
本発明は植物の光合成の状況をリアルタイムで把握するのに適しており、植物を対象とする場合には、被測定部は植物の花柄または葉柄であり、被測定物質は光合成で生成された糖類であることが望ましい。また、測定制御部により一定時間間隔で同様の測定及び計算を繰り返して、濃度変化値及び時間変化率を継続的に出力するよう構成することも可能である。
また、前記被測定物質として人などの哺乳動物の血糖値を測定することも可能である。この場合、簡単に急激な血糖値の上昇等を測定することができる。
【００１８】
前記第１の吸光率による前記第２の吸光率の補正は、前記第２吸光率から前記第１吸光率を減算する事により前記測定値を求めることができる。また前記第１の吸光率による前記第２の吸光率の補正は、前記第２吸光率を第１吸光率で除算することにより前記測定値を求めても良い。さらに、被測定部に照射する光の照射位置、角度を補正する機構を持つように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、成長中の植物を傷つけることなく植物内の代謝状況をリアルタイムで測定することが可能となる。これにより、成育環境因子が植物の代謝にどのような影響を与えるか実際のデータをリアルタイムで計測することができ、環境因子が植物の代謝に与える影響を直接観測することができる。これにより光合成の状況をリアルタイムで継続的に観測しながら、植物の代謝状況に応じた植物の育成環境因子のフィードバック制御することが可能となる。すなわち、実際の植物の代謝状況を観察しながら、植物の成長を促進させること及び収穫時期を遅らせる等、植物の代謝をより正確に制御することができる。また、人を含む生きた動物であっても、目的に応じた代謝状況を継続に計測してデータを収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】植物における日射量と温度変化に伴い葉柄及び花柄を移動するブドウ糖の変化を予測するグラフ。
【図２】葉柄または花柄に本願発明の非破壊生態計測装置(計測装置)を取り付けた例を示す図。
【図３】計測装置の被測定部を固定する部分の構成を示す図。
【図４】本発明の計測手順を説明するための模式的なグラフ。
【図５】透過光式の計測装置の基本構造を説明するための模式図。
【図６】反射光式の計測装置の基本構造を説明するための模式図。
【図７】アクチュエータを用いた光軸の調整を説明する図であり、（ａ）は装置に固定された測定部位（葉柄または花柄）の側面から見たティルト調整を説明する模式図であり、（ｂ）は平面から見た測定部位の軸方向にシフト調整を説明する模式図、（ｃ）は正面からみたティルト調整とシフト調整を説明する模式図である。
【図８】２つの光源を用いた透過光方式の計測装置の基本的な光学的な構成要素を例示する模式図。
【図９】２つの光源を用いた反射光方式の計測装置の基本的な光学的な構成要素を例示する模式図。
【図１０】透過方式の計測装置の光学部分をクリップ構造した例を示す模式図。
【図１１】本発明の計測装置の第１の実施例を示す電気回路のブロック図。
【図１２】本発明の生物の計測装置の第２の実施例を示す電気回路のブロック図。
【図１３】ＬＤ１、ＬＤ２の切り替えのタイミングの一例を説明する図。
【図１４】最終的な判断値を求めるためのグラフの一例を示す図。
【図１５】イチゴの園芸栽培における飽差制御と植物の代謝生成物の関係を説明するために例示したグラフ。
【図１６】飽差制御の制御手順を例示するフローチャート。
【図１７】灌水と植物の代謝の関係性を示す説明するために例示したグラフ。
【図１８】灌水を制御する手順を例示するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明に係る植物の代謝生成物の非破壊計測装置及び非破壊計測方法ならびにこれらを用いた植物の栽培システム及び植物の栽培方法について説明する。以下の説明においては、主として光合成により生成される植物の糖類を、所定の波長の光を用いて測定することにより植物の成長状態を調べる例を用いて説明するが、本発明装置及びシステムの測定対象物（代謝生成物等）はこれに限定されない。
【００２２】
植物は光合成により成長していくので、光合成により生成され成長に寄与する物質(代謝生成物)の量を植物の成長過程でリアルタイムに測定することができれば、植物の成長状況やその植物の将来を予測できるだけでなく、栽培環境を制御して成長を促すことが可能となる。例えば、植物の光合成ではブドウ糖などの各種糖類が生成されて、これらの生成量が植物の成長状況と密接な関連性を有しているので、光合成により生成される糖類を測定することにより、植物の果実がまだ小さいころから植物事態の成長と果実の成長状況を把握することや植物の成長や果実の成熟度合いやタイミングを調整することが可能となる。
【００２３】
また、植物の成長過程において糖類や水分の供給量が急激に変化することは果実の成長に悪影響が与えることがあり、動物の場合も、血糖値が急激に変化することは血管にダメージを与える等の悪影響を与える。例えばトマトの成長過程において、急激な水の増加はトマトの割れの原因とされ、人の血糖値の急激な上昇は血糖値スパイクと称されて血管等へのダメージが大きいことがわかっている。したがって、測定値の大小だけではなく、時間的な変化量も、植物や動物の成長や健康状態を知るためには重要な情報となる。特に短時間の変化量だけでなく、中期、長期の代謝生物の変化量を計測することで、植物の生長や成育環境の変化が植物の成長に与える影響を直接観察することができるので、これらの測定データに基づいて成育環境ファクターをフィードバック制御することにより、より適切な植物成育環境を提供することが可能となる。本発明では、成長中の植物の組織内でおこる代謝生成物の移動を継続的に計測することにより、経験的に取得した栽培環境に関する知見だけでは得られないより厳密かつ正確な情報を把握することができるだけでなく、成長中の植物の実際の代謝状況に応じて、リアルタイムで栽培環境因子を制御することが可能となる。
【００２４】
以下では、光の吸光度と拡散度を非破壊測定することにより、収穫した果実の糖度を測定するのではなく、生きている植物の光合成により生成される糖類やアンモニウムイオンの移動量の変化を測定し、植物の代謝状況を把握する例を説明する。糖類やアンモニウムイオン等の代謝生成物は固有の吸光度を示す波長の光を有しているので、測定対象となる代謝生成物に対応する波長の光を照射したときにどの程度の光が吸収されるかを測定することにより、代謝生成物の濃度を測定することが可能となる。拡散度についても、糖類等のように分子量が増大すると光の拡散量が多くなる。そのため、光を照射したときの光の反射光及び透過光の拡散度は糖類の濃度に比例する。したがって、糖類等の代謝生成物が多いと、吸収量や拡散量が増えることから透過光や反射光が濃度に応じて減少するため、光による代謝生成物の計測定が可能となる。
【００２５】
以下に本発明にかかる植物内の代謝生成物（糖類等）の濃度を測定する計測装置及び方法、ならびに計測装置の取り付け方及び計測方法の実施形態について説明する。
まず、光合成によって生成される糖類の一つであるブドウ糖を測定する装置について説明する。植物が光合成を行って、生成されたブドウ糖は、葉柄（葉の根元の茎の部分）、花柄（花の根元の茎の部分）などを通して果実に移動する。葉身において生成されたブドウ糖が花または果実側に移動する事によって葉全体のブドウ糖は減少し、果実側の糖類が上昇する。この葉柄または花柄を通過する糖類の変化量を近赤外光を用いて測定することにより、光合成で生成された糖類のうち、果実の成育に寄与する糖類の量を推定することが可能となる。
【００２６】
光合成は、光、水、二酸化炭素等を取り入れることによって行われ、温度の影響も受ける。光合成により生成された物質は、葉柄や花柄を移動することにより花や果実に供給される。植物の葉柄や花柄を通過する代謝生成物その他の物質中、一日の中で大きく変化する可能性のあるものはこのブドウ糖と、水分および、植物自身の成長である考えられる。
【００２７】
図１は、植物における日射量と温度変化に伴い葉柄及び花柄を移動するブドウ糖の変化を予測するグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は温度、各測定部位におけるブドウ糖の濃度、日射量、温度等の大きさを表す。縦軸の表記の大きさは、各ファクターによって異なり、互いの相関関係がわかるように各ファクターの大きさの単位や縮尺を調整している。図中、５は温度を示し、６は日射量の変化、７は葉柄におけるブドウ糖の変化(予測)、８は花柄におけるブドウ糖の変化（予測）を示す。植物における糖類の移動（転流）は、温度の変化によって開始されると言われている。図１に示すように、花柄におけるブドウ糖の移動は、温度の低下及び日射量の低化が作用しているものと思われる。植物の成長、特に果実を収穫する場合には花柄を通過する糖類の移動量を大きくする事が重要であり、それには光合成を促進させることが重要である。葉柄または花柄における糖類の変位量を測定することにより、光合成の状況を推測することができる。つまり植物においては、一日周期で代謝及び代謝生成物の移動が行われており、葉柄か花柄における糖類の移動量の変化を一日単位で観測することにより、植物の一日における代謝状況を把握することができる。
【００２８】
植物では一日単位で一定の代謝を繰り返すので、1日単位で葉柄または花柄を通過する代謝生成物の量を測定することにより、その植物における代謝生成物の移動パターンを把握でき、一日における植物の実際の代謝の状況を個別に正確に把握できる。したがって、成育中の植物の代謝生成物（主に糖類）を非破壊で計測できる計測装置を用いて、一日単位もしくは数日単位で植物の成長に影響を与える各種ファクター（温度、湿度、水、日射量、肥料等の栽培環境因子）を変化させながら代謝生成物の移動量の変化を計測することにより、植物の各成長過程において、植物の成長に影響を与える栽培環境因子と成長の関係を把握することが可能となる。また、これらの計測により得られる知見に基づいて、植物の成育環境に最適な環境を提供するよう環境を制御することが可能となる。例えば、計測データに基づいて実際の植物の代謝状況を把握し、植物の代謝を促進させ又は抑制させるように成育環境の環境因子をフィードバック制御することができるようになる。
【００２９】
図２は葉柄または花柄に本願発明の非破壊代謝生成物計測装置(以下、単に「計測装置」と称する)を取り付けた状態を例示する図である。本願発明の計測装置は被測定部位に光を照射し、その透過光または反射光の光量を測定することにより代謝生成物を測定するものである。代謝生成物の通過路を継続的に測定することにより、移動量の変化状況を計測することができる。計測装置の詳細は後述する。植物の代謝生成物の通過路である葉柄１８ａまたは花柄１８ｂのいずれか１方または双方に計測装置１６または１７を取り付けて固定し、葉柄１８ａまたは花柄１８ｂ内を移動（転流１８´または１８''）する転流成分中の糖類の移動の変化量を測定するのが好ましい。イチゴやスイカ等のように地面や壁に這うように成長する植物の場合には必要無いことが多いが、トマト等のように情報に伸びる植物の場合には、支柱１６ａ、１７ａにより計測装置１６または１７を支えることが好ましい。これにより、風雨などや振動により測定部位(被測定部)の位置がずれるなどの影響を最小限に留める事が可能になる。光合成は葉身によって行われ、葉脈から葉柄を通して転流されるため、葉柄１８ａにおける転流１８′を測定する事で光合成の状態がわかり、花柄１８ｂへの転流１８を測定する事で光合成の生成物質（ブドウ糖）が果実に送られているかどうかを把握することができる。
【００３０】
継続的に測定を行う上で、被測定箇所がずれることにより測定データにばらつきが発生しないように配慮することは重要である。風雨などの振動により計測装置から照射する光の光軸がずれないように、かつ、植物の生長を妨げないように、測定部位の葉柄または花柄を計測装置へしっかりと固定することが好ましい。図３を用いて、計測装置に植物の被測定部位２１（例えば葉柄または花柄）を固定する装置及び方法の一例を説明する。図３は測定対象となる植物の測定部位２１を固定する構造のみを抜き出して示す模式図である。図３では葉柄または花柄のように細い茎状の測定部位２１を例示しているが、測定部位に応じて、固定部や筐体の構造は適宜変更調整可能である。図３は、（ａ）及び（ｃ）は側面図であり、（ｂ）は平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ'線方向の断面図（固定片７２ｂ部分の断面図）を示している。
【００３１】
計測装置１６または１７の下部筐体７０ｂには、葉柄１８ａまたは花柄１８ｂ等の測定部位２１を配置するため、長手方向（図（ｂ）の上下方向）に伸びるＶ字溝７１が設けられている。また、下部筐体７０ｂのほぼ中央部には、測定部位２１を固定して保持するために、Ｖ字溝７１を一定の間隔で横切り測定部位２１を挟むようにして固定する２つの固定片７２ａと７２ｂを有するコの字形状の固定具７２が設けられている。固定具７２は、下部筐体７０ｂに設けられたコの字形状に設けられたほぼ平坦面な窪み面に埋め込まれるように固定されている(図（ｂ），（ｅ）参照)。固定具７２は弾性部材（板バネ等）でできており、一体的に形成された２つの固定片７２ａ、７２ｂの根元部分が筐体７０ｂにネジまたはピン等７４により固定されている。
【００３２】
固定具７２の固定片７２ａ、７２ｂの弾性力は測定部位２１の成長を妨げない程度の強さで押圧固定することが好ましい。また、固定片７２ａ、７２ｂ測定部位２１に接触する面は、スポンジ、布その他の柔らかい材料の素材で覆うことが好ましい。なお、固定具７２をヒンジにより回動可能に固定取り付けるとともに、トーションリング、板バネ、コイルバネ等の弾性部材により固定部７２の固定片７２ａ、７２ｂが測定部位２１を押圧して測定部位２１を固定するように付勢する構成としても良い。
【００３３】
＜非破壊計測装置＞
本願発明の実施形態においては葉柄や花柄を通過する物質に近赤外光を照射して、その透過光または反射光と照射光との差により、代謝生成物を測定するものである。しかし、近赤外光の波長付近で吸光特性を持つ物質はブドウ糖やアンモニウムイオン以外にも水その他の物質が複数存在するので、他の物質の影響により代謝生成物を正確に測定できない可能性がある。この点については、以下のようにして、測定精度を高めることができる。
葉柄や花柄を通過する物質の中で、その量が短時間で変化する物質はブドウ糖などの糖類、アンモニウムイオン、及び水が支配的であることから、近赤外光により計測した場合に測定データに大きく影響を与えるのは、これらの物質であると考えられる。したがって、水による影響を除去できれば、ブドウ糖及びアンモニウムイオンを測定することができることになる。
【００３４】
例えば１５００ｎｍ〜１６００ｎｍ近傍の波長の光を測定光とすると、この測定光は糖類、アンモニウムイオン及び水に吸収性を有する。一方、１３００ｎｍ近傍の波長の光は、上記測定光と同程度の水に対する吸収性を有する。したがって、１３００ｎｍ近傍の波長の光を参照光として照射し、測定光の測定データから参照光の測定データを引けば、測定データから水を分離することができる。
すなわちドウ糖等の吸光波長の光（測定光）と参照光の２つの光を用いて測定して、参照光の測定データにより測定光の測定データを補正することにより、ブドウ糖等の代謝生成物と水とを分離することができる。また、植物自身の成長による組織の変化（物理的変化）は波長にはあまり依存しない拡散体の変位であり、測定光及び参照光の双方の波長に同じように作用するため、同様の補正で相殺することができる。補正は必須ではなく、測定データをそのまま使用することも可能である。なお、参照光の測定データは、水分の測定データであるから、参照光は補正データとしてだけではなく、水分移動の測定データとして単独で使用することも可能である。
【００３５】
また、吸光度や反射光を正確に測定するためには、被測定部に対して各波長の光が同軸を通るよう構成することが重要である。また、本来、このブドウ糖以外の同定のために、広いスペクトラムでの測定を行った多くのデータに元づく検量線を作成しなければブドウ糖を測定できないが、ブドウ糖の時間的な変化量に着目すれば、ある時点での測定状態そのものが検量線として作用する事となり、結局検量線を必要としない事になる。このように今回の装置では、基本的にブドウ糖の上昇量、下降量の時間的変位量を測定する事を特徴としている。また、今回の測定のように変位量を測定する場合、植物の種類や、大きさなど個々のばらつきによる誤差を相殺できるため、測定精度、再現性の向上が可能である。
【００３６】
反射光または透過光の量を測定するためにはフォトダイオード（以下「ＰＤ」と称する）を使用するが、ＰＤの大きさ（面積）によってその感度は異なるため、ＰＤの大きさは使用するビーム径と拡散度に応じて拡散範囲を考慮の上決定する。PDにて検出される光量は、ブドウ糖による吸収によって小さくなると同時に組織（拡散体）とブドウ糖により拡散される。このように拡散される光量が多くなるとPDにて検出される光量は少なくなり、ブドウ糖の吸光度が増えたように作用するため、拡散によりブドウ糖の変化の検出感度を増感する事になる。本発明ではこの吸光と拡散度を重畳した測定値を基本的な受光した光の検出量とし、この増感した状態で検出量から被測定物の吸光あるいは吸光度を求めている。また、吸光は温度によって変化する事が知られているため、測定部位の温度を測定し、温度の値によって検出量を補正し、最終的な吸光率とする。この補正は既知の糖の吸光温度係数に基づいて行う。
【００３７】
本発明は同一箇所を通過する代謝生成物の量を時間間隔を置いて継続的に計測し、一定時間ごとの測定データの差により葉柄または花柄を移動するブドウ糖の変化量を測定するものである。この変化の状態を明確に検出するために、本発明では、測定の基本構成として一定時間間隔、例えば１０分の間隔をあけて、ｔ１、ｔ２、ｔ３のタイミングで３回の計測を行い第１の測定値、第２の測定値、および第３の測定値を得る。これからｔ３時点とｔ１時点における測定値の差（第３測定値−第１測定値）に基づいて吸光度の変化量を算出して第１の算出値（ｄｓ）を得る。ｔ２とｔ１の測定値（第２の測定値と第１の測定値）に基づいて短い時間の変化量または瞬間変化量を算出して第２の算出値（ｄｔｓ）を得る。本発明は、この２つの算出値ｄｓ及ｄｔｓに基づいて植物の成長状態を複合的に評価するものである。
【００３８】
図４は本発明の測定方法を説明するための模式的なグラフである。第１の測定時ｔ１、第２の測定時ｔ２、第３の測定時ｔ３のそれぞれの時間間隔は一定（例えば１０分）とする。この時間間隔は、測定対象となる植物や物質の変化速度に応じて適宜設定可能である。つまり、変移が大きい植物に対しては時間間隔を短くし、変移が小さい植物の場合にはこの時間間隔を広く設定する事で、測定をしやすくする事が可能になる。
【００３９】
第１の算出値ｄｓと第２の算出値ｄｔｓを算出する基本的な考え方は以下の通りである。第１の測定時t１における測定（測定１２）において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または両者の割合（吸光率）を、被測定物の吸光量または吸光度（吸光率）を表わす第１の測定値（Ｓ１）とする。第２の測定時ｔ２における測定（測定１３）において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または者割合（吸光率）を、被測定物の吸光量または吸光度を表わす第２の測定値（Ｓ２）とする。第３の測定時ｔ３における測定（測定１３）において、受光素子により受光した受光量と光源からの照射光量との差または両者の割合（吸光率）を、非測定物の吸光量または吸光度を表わす第３の測定値（Ｓ３）とする。好ましくは、このような測定を順次繰り返し行いて、測定データの平準化を図ることが望ましい。
【００４０】
ブドウ糖と水分の例で説明したように、第１〜第３の測定値(Ｓ１〜Ｓ３)は、異なる波長の光である参照光と測定光を用いることにより補正することが望ましい。例えば、参照光を第１の波長の光とし、測定光を第２の波長の光とすると、測定光の受光量または吸収率から参照光の受光量または吸収率を引くことにより、水分等による影響を除去することにより補正することが可能となる。または測定光の受光量または吸光率を参照光の受光量または吸光率で除算することに補正することも可能である。この場合、補正された値がそれぞれ第１〜第３の測定値（Ｓ１〜Ｓ３）となる。
【００４１】
次に第３の測定値（Ｓ３）から第１の測定値（Ｓ１）を引いた値である（Ｓ３−Ｓ１）を求めこれを第１の算出値ｄｓとする。また、第２の測定値（Ｓ２）から第１の測定値（Ｓ１）を引いた値である（Ｓ２−Ｓ１）を求め、これを第１の算出値ｄｔｓとする。すなわち、第１の算出値は測定周期１０の差分であり、第２の算出値は測定周期１１の差分である。
【００４２】
図５及び図６は、図２に示すその花柄、葉柄に取り付け固定する計測装置１６又は１７の基本構造を例示したものであり、図５は透過光を用いて測定する構造の例、図６は反射光により測定する場合の基本構造を説明する図である。図５に示す透過光方式の場合、光源１９から対物レンズ２０を通して葉柄または花柄の被測定部である測定部位２１に光１９'が照射され、測定部位２１を通過した透過光１９''の光量が受光素子（ＰＤ）２３によって電圧又は電流の大きさとして検出される。図５に示す反射光方式の場合、光源らの光は１/４波長板２４を通過し、偏光が４５度ずれて測定部位に照射される。照射された光は、測定部位の中で一部が反射され戻ってくる。この戻ってきた光(反射光)は再度１／４波長板を通過するため、偏光は９０度ずれる事になり、反射光はＰＢＳ２５によって分離されてＰＤに照射され、反射光の光量が検出される。なお、図４、図５では一つの光源１９を例示しているが、２波長レーザを使用することにより参照光と測定光を出力することができる。
【００４３】
固定具７２は測定部位を固定するものであり、図中の下側のV字の溝部分を支えとし、上側は生長を妨げない弱い力で押圧する押圧固定具７２とすることで、測定部位へ２１の押圧負荷を低減することが好ましい。これは測定対象が特に植物の場合、成長によっても物理的形状が変化することから、大きな負荷が長時間継続した場合にその成長を妨げないようにするためである。その葉柄、花柄にて測定する場合、その光路が変化する事によって測定誤差が発生し、測定精度が低下する。そのため、光路が変化しないように固定するが、何らかの理由で動いてしまうと測定部位での下部組織が変化してしまう可能性もあり測定精度の低下を伴う。また風雨や振動など外的要因により光の入射状態が変化した場合も測定精度の低下となる。従って、まず、計測装置を測定部位に固定して計測装置と測定部位がずれないようにする事が大切である。
【００４４】
葉柄或は花柄を計測装置内に挟み込む構造とする事で、光路長をほぼ一定に保つ事が可能であるが、植物の物理的形状は生長等により常に変化していると考えられ、またその物理的な変位は一定の方向ではないと考えられる。また、風や雨などの影響による振動より測定部位がずれることも想定され、これらの要因によって測定精度が低下する。そこで、光経を小さくした高速応答アクチュエータ（ＣＤやＤＶＤの読取装置の光ピックアップ等で使用するような高速応答が可能な駆動方式と同様の構造のアクチュエータ）を使用し、レンズの角度や位置を調整して測定部位への照射位置を調整し、検出光が最大になるように調整する機構を設けることが望ましい。
【００４５】
この機構は、実時間で調整する機構（動的制御機構）を持たせ、測定精度を確保する。図７は高速応答アクチュエータによりレンズ２０を動かして光軸を調整する状況を説明する図である。レンズ２０はレンズを支持する支持部に設けられたコイルとコイルに対抗する永久磁石を複数組み合わせた高速応答アクチュエータにより、傾斜やシフト移動させることができる。図７（ａ）は葉柄または花柄の測定部位２１を側面から見た図であり、（ｂ）は平面から見た模式図、（ｃ）は正面からみた模式図である。対物レンズ２０を図７の（ａ）、(ｃ)に示すように、アクチュエータによって傾斜角度を変えることによって、照射光１９'が照射される入射角度（ティルト補正２６）をずらす事ができ、２つの対物レンズをシフト移動(シフト補正２７)させることでで、測定部位の物理的変位及び風などの揺れによる振動などを抑えることが可能となり、測定精度を安定させることが可能になる（アクチュエータの動作制御については後述する）。
【００４６】
風雨に基づく振動などによる位置ずれや角度変化はアクチュエータにより調整可能である。しかし時間経過に伴う植物の成長その他の物理的な変異など、アクチュエータによる調整機構では補正できないものも存在する。この点に関して、例えば植物成長等に伴う変移などについては、測定光とは異なる波長の参照光と測定光とを、別々のタイミングでまったく同じ光路を通るように測定部位に照射して、それぞれの波長の光の受光量を測定することにより、参照光の測定値を用いて測定光の測定値を調整することが可能である。植物の成長等の物理的な変異による光の吸収率等は、ブドウ糖の測定に使用する測定光の波長と、参照光の波長とほぼ同じと考えられるので、両波長の検出値の差を取ることに物理的変化分は相殺できるためである。
【００４７】
図８は透過光方式の計測装置の光学的な構成を例示する模式図である。特徴として近赤外の光源（この構成の場合は２つの半導体レーザーダイオード１９ａ、１９ｂを使用している）として異なる複数波長を使用し、その複数の光源を同軸に出射する。波長として、糖に大きな吸光を示す波長例えば１５００ｎｍ付近の光を測定光として出力する第２波長光源ＬＤ２（１９ｂ）と、１３００ｎｍの光を参照光として出力する第１波長光源ＬＤ１（１９ａ）を使用する。なお図７，８，９において、ＬＤ１（１９ａ）とＬＤ２（１９ｂ）の配置位置は入れ替えても良い。
【００４８】
光源としてはレーザー光が望ましい。その理由は、発光波長範囲が非常に狭く、単一波長として扱う事が可能なためである。当然、単一波長とみなされる範囲としてその偏差が１０ｎｍ程度の発光特性を持つ光源であっても良い。また、ＬＤ２の波長を別な波長、例えばアンモニアの強い吸光特性を持つ波長として１６６０ｎｍの近赤外光を使用する事で窒素量を間接的に測定する事も可能であり、この場合、植物の成長に必修物質である窒素が適切かの判断として活用可能となる。この場合も参照光ＬＤ１の波長としては１３００ｎｍ付近の波長を選択する。
【００４９】
この波長の組み合わせは、測定対象となる物質によって決定し、その変化の測定対象を変える事が可能である。その組み合わせの基本は、被測定物質に対して吸光特性を示す波長の光と、吸光特性を有しない波長の組み合わせとなる。今参照光ＬＤ１として１３１０ｎｍを使用している理由は、この波長は水分に対して高い吸光度を示すのに対し、ブドウ糖に対しては大きな吸光を示さない波長であるからである。参照光ＬＤ１の波長と測定光ＬＤ２の波長の光と組み合わせることにより、ＬＤ２の検出量に基づいて測定光（ＬＤ２）の検出量から水分量を取り除く補正を行うことができる。この補正の方法はＬＤ２とＬＤ１の検出量の差分を取る方法、または両者の比を求める方法でも良く、これによりＬＤ２による検出量に含まれるブドウ糖の変位以外の値は相殺される事になる。
【００５０】
また、参照光ＬＤ１による検出量は、測定部位の振動や入光状態の補正、光路上の障害物の回避を行うためのアクチュエータを制御するための制御量として使用することができる。この参照光（ＬＤ１）により検出される光量が最大となるように、後ほど詳しく説明するアクチュエータを電気的に制御する。図７は測定部位に対して透過光方式の構成例を示し、図８は反射光方式の計測装置の光学的な構成を例示する模式図である。
【００５１】
光源１９ａ、１９ｂからの光はレンズ２８ａ、２８ｂ等によって小径ビームに絞られてコリメート光１９'となる。小径のビームに絞ることにより大きな出力の光源を使用せずに輝度を確保する事が可能であり、消費電力及びコストを抑える事が可能となる。また、光路上に障害物があった場合回避する事ができるようになる。このビームはＰＢＳ２５ａによって同軸光とされる。ただし、２個の光源が同時に発光しないように制御される。照射光はアクチュエータ機能を備える対物レンズ２０によって測定部位２１に照射する位置を補正することができる。このアクチュエータの動作は、シフト移動機能（平行移動機能）とティルト機能（傾斜角度調整機能）を備えており、参照光による検出値が最大になるよう実時間制御による調整を行う。この調整は風雨などによる測定部位の比較的遅い動きの変化に対応するものであるため、このアクチュエータでは、ＣＤの光ピックアップまでの
高速応答性能は要求されない。
【００５２】
植物の代謝生成物を測定する計測装置は、二つの構造体の一端をヒンジ等で接続して折り畳み可能に構成し、光源部分と測定部位の固定位置を別々の構造体に配置し、折りたたんだときに測定部位２１が所定の測定位置に固定されるような構成（挟み込み構造）とすることが望ましい。これにより測定位置で動かないように測定部位２１を固定することが容易となる。また、簡単な構造により、光源及び受光部から測定部位２１までの距離を短くしつつ、常に一定の距離に保つことができる。図１０に、折りたたみ構造の被測定部位に固定する透過方式の計測装置の光学的な構成の概略を例示する模式図を示す。計測装置１６に成育中の葉柄または花柄の測定部位２１を固定した状態の側面図を、測定部の主要構成要素の配置がわかるように透し画として描いている。折り畳み構造の計測装置１６は、回動軸２９ｃを中心にして筐体７０の上側部分７０ａが、図１０において反時計方向に回動可能である。図１０では透過光方式の計測装置１６を例示している。
【００５３】
図１０では、光源１９として、参照光及び測定光の２つの波長を照射可能な２波長レーザを用いることが望ましい。図１０では光源１９からの照射光１９′がレンズ２８よって絞りこまれ、ＰＢＳ２５ａによって反射されて対物レンズ２０まで導光されているが、光ファイバーなどにより対物レンズ２０まで導光する構成も可能である。照射光１９'は測定部位２１に照射され、透過した光１９''は集光レンズ３０によって集光され、ミラー３１で反射されてＰＤ２３により検出される。なお、図１０では、ヒンジを用いた折り畳み構造であるが、ばね等の弾性部材を用いて２つの筐体を挟みこむ、クリップ構造とすることもできる。
【００５４】
図１０は透過光方式の構成であるが、反射方式でも同じ様な折り畳み構造またはばネ式のクリップ機構を用いることができ、この場合には筐体２９内に図８に示す光学的な構造を内蔵させる。このような折り畳み構造、又はクリップ構造とすることにより、計測装置１６を植物の葉柄又は花柄に容易に装着することができる。また、通常の光学読取装置等の機器においては細いビームを使用するので、位置合わせのために光軸の厳密な調整が必要となる。しかし今回の方式では、測定部位に照射された照射光１９'は測定部位において拡散されて比較的太いビーム径となるため、測定部位通化後の透過光１９''の検出では厳密に調整する必要がなくなる。したがって、今回のようなクリップの構造での装着によっても所望の測定精度を実現することが可能である。これにより、装置の機構に関するコストを低減することが可能となる。
＜非破壊計測装置の第１の実施例＞
【００５５】
図１１は本発明に係る生物の非破壊検査装置の第１の実施例を示す電気回路のブロック図である。この図１１は透過光による構成であるが、反射光を使用した場合も電気回路としては同じ構成で良い。オシレータ１（ＯＳＣ１：３２ａ）は測定に使用する信号例えば１Ｋｈｚにて光出力をＡＣ変調する信号である。測定値はこのＯＳＣ１による変調された照射光が測定部位によって吸光及び拡散されて減衰した透過光がＰＤ２３により検出された値である。
【００５６】
なお図１１及び図１２においては、光学系のレンズ等が一部省略されている。また、ＬＤ１（１９ａ）及びＬＤ２（１９ｂ）の配置位置は、図８、図９の構成とは入れ替えられて逆になっているが、この配置は図８、図９と同様の位置に入れ替えることもできる。また、撮像素子等の受光素子であるＰＤとして、照射光の受光量を測定するメインＰＤ２３と、光軸やレンズの調整や振動に応じた光軸調整信号として使用するサブＰＤ２３ｓ、２３ｂを備えている。サブＰＤ２３ｓ、２３ｂの機能・役割については後述する。
【００５７】
オシレータ２（ＯＳＣ２：３２ｂ)は、光源１（ＬＤ１：１９ａ）と光源２（ＬＤ２：１９ｂ）を切り替えるスイッチ３３により切り替えるためのもので、ＬＤ１が発光の場合はＬＤ２が休止、ＬＤ２が発光の場合はＬＤ１が休止のように発光する光源を交互に切り替える。例えばＯＳＣ２（３２ｂ）の出力がハイ（Ｈ）の時にＬＤ１が発光し、ロー（Ｌ）の時はＬＤ２が発光する。ここでも、ＬＤ１を参照光、ＬＤ２を測定光としている。受光素子（メインＰＤ）２３（参照光と測定光用と共有）の出力は電流電圧素子３７により変換され、同期アンプ３８によって増幅される。
【００５８】
光源駆動回路１及び２（３４ａ、３４ｂ：以降ＬＤＤ１及びＬＤＤ２と称する）は各々のレーザーダイオードに高周波重畳機能３６ａ、３６ｂを有し、反射光によりレーザの発光が不安定になる事を避けるため、シングルモードからマルチモード発振で使用されフロントモニタやバックモニタなどのＡＰＣ回路（図示せず）によって光出力を一定に保つ。また、温度センサーを配置し、温度による変化を補正も行う。
【００５９】
ＲＭＳ回路３９では、検出された信号の実効値を出力し、サーボアンプ４０、４２に入力される。ＬＤ１が発光した時のＲＭＳ回路３９の出力をホールドする回路４３ｂと基準電圧４１（参照光量に相当）がＬＤ１サーボＡＭＰに入力され差分を演算し、ＬＤ１ＬＤ１ 制御量ホールド回路４３ａによってその演算結果がホールドされて、ＬＤ１の発光量を自動制御するサーボループを形成する。この動作によってメインＰＤ２３で受ける参照光の光量は基本的な透過量の影響を排し一定になる。
【００６０】
ＬＤＩサーボアンプ４０において演算してＬＤＤ１（３４ａ）の入力量として求めるが、ＬＤＩサーボアンプ４０の出力が大きい場合、被測定物における光の減衰量が大きいことを示し、このＬＤ１の制御量がＬＤ２の制御するための基準値となる。この基準値を得たことにより、被測定物を測定するために必要な光源ＬＤ２の出力強度を自動的に求めたことになる。また、測定部位の物理的変位（植物の成長などによる被測定物の物理的な変異）を伴う組織は、ＬＤ１、ＬＤ２の双方の波長の光に対して同じ減衰特性である（被測定物の吸光特性、拡散度特性に影響を与えない）と考えられるため、ＬＤ１による検出量は物理的な変位量と時間的に変化する可能性がある水分による吸光度の補正量を反映していることとなる。
【００６１】
また、ＬＤ２が発光した時のＲＭＳ回路３９の出力をホールドする回路４３ｃの出力と、ＬＤ１の制御量をホールドする回路４３ａの出力の値の差分を演算し、ＬＤ２の制御出力とする事で、ＬＤ２の出力を一定に保つ事が可能になる（ＬＤ１の発光量とＬＤ２の発光量の比率は事前に最適な値を求めておき、その比率に従ってＬＤＤのゲインが決定される）。ＬＤ１の制御量をホールドする回路４３ａは、オシレータ２（３２ｂ：ＯＳＣ２）の出力が例えばハイ（Ｈ）のときにＬＤ１のＲＭＳ回路３９からの出力を、ＬＤ１検出値ホールド回路４３ｂがホールドし、ＯＳＣ２の出力がロー（Ｌ）のときにはＬＤ２検出ホールド回路４３ｃがホールドする。この制御量ホールド回路４３ａとＬＤ２の制御量の差分を演算する測定値補正回路４４の出力は、最終的にＬＤ２検出量から物理的な変位と、水分の変位を補正した測定値になる。
【００６２】
次に対物レンズ２０の位置調整について説明する。対物レンズ２０は参照光ＬＤ１の発光期間５１（図１３（ａ）参照）によって調整を行う。初回の発光時、メインＰＤ２３の横に設けられたサブＰＤ２３ｓ、２３ｂの出力の差分を光強度分布検出回路４５で演算する事でビームの中心がどちら側にあるかを検出可能である。この検出動作によって、メインＰＤ２３で検出される光の強度の中心がメインＰＤの中心になるように調整される。図１１の構成ではＩ／Ｖ（電流／電圧）変換回路３７の出力信号Ｓ（３７Ｓ）及び出力信号Ｂ（３７ｂ）が光強度分布検出回路４５に入力される。出力信号Ｓが大きい場合には、光強度分布検出回路４５では基準電圧より（＋）側に出力が現れ、この出力が小さくなる方向にシフトドライブ回路４６ｂを駆動する。出力信号Ｂ（３７ｂ）が大きい場合は、基準電圧より(−)の出力が現れるので、この出力が小さくなるように、出力信号Ｓ（３５Ｓ）のときとは逆にシフトドライブ回路４６ｂを駆動する。
【００６３】
測定においては、まず参照光の光源ＬＤ１の駆動とこのシフトドライブ機構４９の駆動を同時に行い、ＬＤ１による参照光の検出量を求めた後、ＬＤ２の発光期間５２（図１２参照）においてＬＤ２による検出を行い、最終的な測定値を得る。測定値のＳＮＲ（ＳＮ比）を改善するため、測定は複数の測定値を平均した値（重ね合わせ値）とすることが好ましい。図１３は参照光の光源ＬＤ１、測定光の光源ＬＤ２の駆動の切り替えのタイミングの一例を説明する図である。この図の例では、（ｂ）に示すような変調信号３２ｃとして連続した信号を用いているが、（ｃ）に示すようなデューティ比の低いパルス信号を用いても良い。
【００６４】
なお、照射光の対物レンズ２０（図８，図９等）にティルト機能（図７参照）を備える場合には、測定に入る前に参照光ＬＤ１によりティルト調整を行う。そのため複数回のＬＤ１の発光期間５１を使ってＬＤＩからの参照光を測定する。その際、測定の都度ティルトドライブ基準電圧発生回路４８（これは極小規模なＭＰＵなどで構成可能である）からの出力を変更してティルトドライブ機構５０を駆動し、ＬＤ１制御量が最少になるような状態を求める。その後さらにシフトドライブ機構によるシフト方向の調整を行い、測定サイクルに入る。ティルトドライブ機構５０と、シフトドライブ機構４９による調整は、測定部位の組織構造の影響を排除するため及び振動などによるずれを補正するため、実時間（動的制御）にて調整（動的制御により調整）することが望ましい。この回路で出力される信号はアナログ信号であり、実際にはこの値をＡ／Ｄ変換した上で、パソコン（ＰＣ）などに取り込み最終的な計測結果を得ることになるが、この出力は例えば１つの測定１２（図４のｔ１）での計測値Ｓ１であり、最終的な測定値はその後の２つの測定１３、１４の値（Ｓ２，Ｓ３）から求められる。
＜非破壊計測装置の第２の実施例＞
【００６５】
図１２に本発明に係る生物の非破壊検査装置の第２の実施例を示す電気回路のブロック図を示す。図１１では、電気回路として測定部分をアナログ的サーボループの構成を示したが、図１１ではＭＰＵ５４になどによるデジタル的な処理によって実現する構成を例示している。この場合、図１２からの出力（表示装置５５への出力と同等の出力）をＰＣなどで取り込んで処理することも可能である。その際、ＰＣ等とののデータの送受信は、有線のみならず、無線通信手段を用いることも可能である。
【００６６】
また、アナログ的サーボループの場合にはＬＤ１,ＬＤ２の発光は通常、図１３（ｂ）に示すように発振器からの波形３２ｃで発光するが、この発光を図１３（ｃ）に示すような短いパルス発光３２ｄ、例えば３０ｎｓ〜１μｓ程度のパルス発光とすることも実現可能である。この場合、パルス発光に応じてメインＰＤ２３の出力が現れるが、吸光度は波高値出力（電圧）を測定する事で可能であり、その波高値を複数回測定し、平均化などする事で測定精度の向上が可能となる。
【００６７】
また、このパルス発光によって、光のエネルギーによって測定部位の温度上昇を避ける事も可能となる。温度上昇を抑える事で、測定精度の向上も期待できる。また、被測定部位に、非常に強い光を連続して照射した場合には、光によって焼ける可能性も避ける事が可能である。さらに、同期アンプ３７もデジタル信号処理によって実現できる。このサーボループのＬＤ１,ＬＤ２の制御量そのものが、結果的に吸光度及び拡散度に相当する検出量となる。
【００６８】
図１２の動作を簡単に説明する。まず、何度かＬＤ１の発光時（発光制御量は事前に決めた量）の値３８ａをＡＤ端子に入力し、ティルト駆動回路４７ｂの駆動量を変えＬＤ１の検出量が最少になるような駆動量を検出して、ティルトの最適な状態を求める。その状態でシフトドライブ機構４９による調整のため、サブＰＤのからの信号３５Ｓ、３５ｂがＭＰＵ５４のＡＤ端子に入力され、メインＰＤ２３にビームの中心がくるように、ＭＰＵ５４内で演算（光強度分布検出回路４５に相当する演算）し、シフトドライブ回路４６ｂを駆動する。この一連のティルト制御と、シフト制御はＬＤ１、ＬＤ２による測定の前に行う。
【００６９】
尚、ＬＤ１、ＬＤ２を駆動する時、ＭＰＵ５４からＬＤ１、ＬＤ２を駆動するがＯＳＣ１（３２ａ）による変調に相当するようにＬＤ１のＯＮ／ＯＦＦ信号３４ｄと、ＬＤ２のＯＮ／ＯＦＦ信号３４ｅを制御する。測定はまず、ＭＰＵからのＬＤ１への発光制御量３４ｃの出力を一定量ずつ加減し、ＡＤ端子から入力される値３８ａが予め決めた値（ＬＤ１基準電圧発生回路４１に相当）になるように検出量を求めてＬＤ１の検出値とする。続いて同様にＡＤ端子からＭＰＵに入力される入力値３８ａがＬＤ１により検出される量を基準として一定量となるようにＬＤ２発光制御量３４ｆを加減する。この時のＬＤ２発光制御量３４ｆをＬＤ２による検出量とする。
【００７０】
次に、ＬＤ２による検出量からＬＤ１による検出量をＭＰＵ５４で減算し、温度補正センサー３５からの信号３５ａにより補正（補正量は温度による吸光度特性から求めた値を基本とし実験的に求める）した値が最終的な測定値となる。この構成によって、測定されるブドウ糖濃度としては５０ｍｇ／ｄｌから２００ｍｇ／ｄｌの程度の範囲と想定している。
【００７１】
次に本計測装置の特徴の一つである３回の測定値の扱いと最終的な測定値の出力について具体的に
説明する。装置に電源が投入された時または操作スイッチを操作した後計測を開始し、その時に値を基準値として測定する。この時の測定値を図４の測定１２の値（ｔ１，Ｓ１）とする。測定は一定時間間隔で測定しその値はＭＰＵ５４内の記憶装置に順次記録される、一定時間例えば１０分後のｔ２（測定１２）に測定した値を測定値（ｔ２，Ｓ２）とする。さらに、１０分経過したときのｔ３（測定１３）の測定値を（ｔ３，Ｓ３）とする（このｔ１、ｔ２、ｔ３時間間隔は同じにする）。
【００７２】
この３点の測定値からｄｓ＝Ｓ３−Ｓ１を求める。この値がこの装置の基本的な測定量となる。次に、ｄｔｓ＝Ｓ２−Ｓ１を求める。この値は短い時間に、どの程度変化したかを示す時間微分値となり、これに対してｄｓ値はｄｔｓと比較して長い時間における時間微分値となる。本発明の計測装置は、ｄｓの値とｄｔｓの値を出力し、この測定値ｄｓ、ｄｔｓに基づいて複合に判断することができる。このｄｔｓの値が大きく出力される場合、短時間において大きな変位があった事が分かり、ｄｓは比較的長時間での変位である事から、継続的な変位を示していることになる。これらの値を複合的にみる事で、光合成の状態及び転流の状態を観察することが可能となる。
【００７３】
具体的には、この値（ｄｓ、ｄｔｓ）が大きい場合には光合成が上手く行われ、成長が促進されたと評価する事が可能で、逆にこの値が小さい場合において光合成がうまく行われていない可能性が高い。この場合、環境状況を監視しているデータに基づいて、水分が少ない状態であると判断されれば、灌水量を増やすなどの自動制御が可能になる。一方、急激に変異するような場合も何か異常がある事などが想像され、枯れるなどの大きな事故を回避するなどが可能である。また、光合成が上手く機能しないと判断される場合では、ハウス栽培における育成環境を変更するなどの処置を行う事が可能となる。
【００７４】
光による非破壊測定を行う場合、光の反射率や吸収度に関する外的要因の変化は測定精に大きく影響する。しかし、本発明の測定方法によると、従来と比べると比較的短い時
間間隔で複数回測定した測定値の差分を演算するものであるため、長い時間間隔を置いて変化を測定する場合に比べて、測定部位のずれによる誤差や検査対象物の成長等による誤差が少なく、精度に対する偏差が相殺され、測定精度、再現性が向上する。これは植物の測定に限らない。例えば血糖値の測定においても、食後２時間以内の短い期間では血糖以外の成分はほとんど変化しない。また、透過光や反射光に大きな影響を与える皮膚の状態も短時間ではほとんど変化しないので、第１回の測定値を基準として変化値を求める際の外的要因による誤差はほとんど考慮する必要がないので、光による測定精度を高めることができる。動物や人の血糖値の測定は、耳たぶ等光透過性の良い測定部位を選択することが望ましい。
【００７５】
図１４は測定値に基づいて光合成の状況等を判断するためのグラフを例示している。横軸５８はｄｓ＝Ｓ３−Ｓ１の値を表わしており、縦軸５９は例えば光合成の進行状況を示す最終判断のための評価値である"ｄｄｓ"を表わしている。このグラフ中に表わされている複数の直線は評価値ｄｄｓを、ｄｓを変数とする以下の関数で表わしたものであり、傾きが１／（１＋ｄｔｓ）の直線である。
ｄｄｓ＝（１／（１＋ｄｔｓ））ｄｓ＋ｄｔｓ
【００７６】
ｄｔｓの測定値がわかると、各直線が確定する。測定したｄｔｓからこの直線をもとめ、その直線に測定したｄｓを代入することにより、評価値ｄｄｓを得ることができる。ここで、ｄｔｓ＝Ｓ２−Ｓ１であり、ｄｓ＝Ｓ３−Ｓ１である。ｄｔｓ＝０の場合の直線の傾きは"１"となり原点を通る４５°の傾斜の直線となる。このｄｓ、ｄｔｓ、ｄｄｓ特性は、ｄｓ（５８）の値が同じ場合でもｄｔｓ（５７）の値が高い場合には、ｄｄｓ（５７）の値が高くなることを示すものであり、変化した時点での値が強調されるので変化時点を明確化する事が可能となる。例えば植物の場合には、非常にゆっくり変化するのでその変化がどのような要因（温度、日射量・時間、灌水、その他）に依存しているのかを判断するのが難しかったが、本発明によると変化点が強調されるので、変化点がわかり易いため、そのときの環境データを確認することにより要因を特定し易くなる。また、装置に表示装置５３が接続されている場合、その表示装置はこのｄｄｓの数値の大きさに従って異なる色で表示することや、数値が増えるに従って徐々に濃い色または徐々に薄い色に変化するように表示する構成とすることにより、ｄｄｓの変化を色の変化として感覚的にとらえられるようして、評価値ｄｄｓの変化や状態を認識しやすくすることもできる。
【００７７】
ビニールハウスや水耕栽培において、以上説明した本発明にかかる植物の代謝生成物の非破壊計測装置を用いて、重要な測定ポイントに１以上配置することにより、植物の代謝の状況をリアルタイムで測定し、それをフィードバックして栽培環境を制御することが可能となる。
その際、代謝生成物の測定データと栽培環境因子の因果関係を分析するため、および栽培環境を制御するために、栽培環境を管理できる温度制御、湿度制御、水供給制御、肥料供給制御等の環境制御ができる設備（自動的に制御するものが好ましいが、手動による制御でも構わない）、および各種センサ（大気・土壌等の各種温度センサ、湿度センサ、日射量測定センサ、ＥＣセンサなど）を備えることが好ましい。
【００７８】
以上の説明においては本発明を装置に係る発明として説明したが、以上の説明から明らかなように、本発明は、  光を照射して、当該光の透過光または反射光から生物内部の所望の被測定物質を測定する生物の非破壊測定方法であって、  参照光となる第１波長及び測定光となる第２波長の光を被測定部に個別に照射するステップと、
照射した前記第１波長及び前記第２波長の光の前記被測定部からの反射光または透過光を受光して該受光量に応じた検出信号を出力するステップと、
前記被測定部に照射した照射光の光量と、前記受光部で受光した前記第１波長及び前記第２波長の反射光または透過光の光量の割合を、それぞれ前記第１の波長の吸光率及び前記第２の波長の吸光率として求めるとともに、前記第２の波長の吸収率を前記第１の波長の吸収率で補正した値を測定値として出力するステップと、
第１の測定時に算出した前記測定値を第１の測定値として記憶し、一定時間経過後の第２の測定時に同様の測定及び計算を行い第２の測定値として記憶し、さらに一定時間経過後の第３の測定時に同様の測定及び計算を行い第３の測定値として記憶し、第３の測定値と第１の測定値の差分を算出して被測定部における前記被測定物質の濃度変化を表す第１の算出値として出力し、第２の測定値と第１の測定値の差分を時間で除算して時間変化率を表す第２の算出値を出力するステップと、
を備えることを特徴とする生物の非破壊測定方法をも開示するものである。
【００７９】
以下に、イチゴの園芸栽培において、イチゴの花柄を本発明における代謝生成物の非破壊計測装置により計測した測定データを例示している。ビニールハウス等により植物の成育環境を制御しながら植物を栽培する園芸栽培には、飽差の制御と灌水の制御が極めて重要であるので、これらの観点から本発明の代謝生成物計測装置の活用について説明する。飽差とは飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の比率を示すもので、温度と湿度がファクターとなり、次の式であらわされる。
飽差＝飽和水蒸気圧 ×（1 - 相対湿度/100）
また、灌水とは、通常、植物に水を灌ぐことをいうが、園芸栽培においては水に肥料を混ぜた液肥を灌ぐことも多い。以下の測定データも肥料を混ぜた水（液肥）を灌ぐ栽培環境下で測定した例を示している。
図１５（ａ）・（ｂ）はイチゴの園芸栽培における２０１９年２月7日の午前０時から翌日の午前０時までの一日の測定データをほぼ３０分おきに示しており、図１７は２０１９年４月7日〜４月１５日の7日間の測定データを約３時間４０分おきに示している。図１５は、飽差制御と植物の代謝生成物の関係を説明するために例示したものであり、図１７は、灌水と植物の代謝の関係性を示す説明するために例示したものである。
【００８０】
図１５（ａ）、（ｂ）において、（１）及び（２）の符号で示す測定データ（アグリ１とアグリ２）が、本発明の代謝生成物の非破壊計測装置の測定結果を示している。図１５（ａ）、（ｂ）は同一環境下で同じ時間に計測したデータのすべてを一つのグラフ中に書き込むと見難いため、２つのグラフに分割したものである。アグリ１（１）及びアグリ２（２）は、飽差（４）や日射量（８）などの他の指標との関係を比較しやすいように、（ａ）、（ｂ）２つのグラフにおいて同じ測定データを重複して表示している。アグリ１は参照光（例えば１３１０ｎｍの波長）の測定データであり、アグリ２は測定光（例えば１５５０ｎｍの波長）の測定データである。いずれも、受光した光の強さを測定データとしているため、受光強度が強い場合、すなわち吸光率が低い場合には測定値が大きくなる。したがって、図１５，１６のアグリ１及び２の測定データでは、測定データの値が大きいほど代謝生成物が少ないことを表している。なお、図１５、図１７では測定光を参照光で補正せずに、参照光及び測定光それぞれについて、受光した光の強度そのままの測定データをそれぞれアグリ１、アグリ２としてとして表示している。これは、参照光の受光データからも水分の移動量や植物の成長度合いを知ることができるため、参照光及び測定光のそれぞれの受光データを生の測定データを表示しているものである。当然、これに加えて測定光を参照光で補正したデータをグラフ表示することも可能である。
【００８１】
図１５のグラフには、アグリ１、アグリ２のほかに、ＥＣ値ｘ２０（３）、飽差（４）、ＥＣ値（５）、土壌温度（６）、室内温度（７）、日射量の計測データ（８）が示されている。なお、ＥＣ値（５）とは土壌中の肥料の濃度を表しており、ＥＣ値ｘ２０（３）はＥＣ値（５）の変化量を２０倍にして表したものである。
図１５（ａ）を観察すると、ＥＣ値ｘ２０（土壌の肥料濃度）（３）は一日中ランダムに変動していることから、植物が肥料を吸収するなど何らかの反応をしているものと考えられる。しかし、０：００〜１９：３０まではアグリ１、アグリ２との大きな変化はないので、花柄における代謝生成物の移動はない。これに対して、日射量（８）がなくなった後は、１９：３０ころから飽差（４）と同期してアグリ２が活性化していることが観測される。そもそもＥＣ値（５）の出力は小さいのでわかり難いが、ＥＣ値ｘ２０（２）をみると比較的活発に変化していることが観測できる。
【００８２】
これらの変化から、日中の日射量がなくなった後に、飽差値を変動させて刺激を与えることにより、代謝生成物の花柄における移動を活性化させることができることがわかる。これは本発明にかかる代謝生成物計測装置による成育中の植物の代謝を観測により初めて分かる知見である。成長過程における適切なタイミングでの花柄における代謝生成物の移動は、果実の成育や糖度に大きな影響を与える。  なお、飽差値の急激で大幅な変動は植物にとっては良くないことが経験的にわかっている。したがって、気温及び湿度を制御することにより、飽差値の変動範囲を経験的にわかっている適正範囲内または本願発明によりわかった適正範囲内で変動させることが好ましい。図１６にそのような飽差制御の制御手順の例示するフローチャートを示す。
【００８３】
例えば、図１５の符号（２）で示すアグリ２が活性化していることを示す日没後一定時間経過した時刻１９：３０ころから、飽差値を上げるように温度及び湿度を制御する（Ｓ１）。その後、例えば５〜１０分間隔で、本発明にかかる代謝生成物の非破壊計測装置を用いて花柄または葉柄における代謝生成物の移動状況を一定時間間隔で測定する（Ｓ２）。次に、例えば３０分おきに測定データの変化（変位量・変化速度・変異率等：図１６では変位率を例示）を計算する（Ｓ３）。代謝生成物の変位率などが所定の基準値より小さい場合（Ｓ４：Ｎｏ）には、飽差値の範囲が適正範囲か否かを確認して適正範囲内であれば（Ｓ９：Ｙｅｓ）、飽差値を上げる設定を維持した状態で、計測装置による測定（Ｓ３）とチェック（Ｓ４，Ｓ９）を繰り返す。ここで変位量の所定の基準値及び飽差値の適正範囲は、経験に基づく知見により決めることができるが、本発明にかかる計測装置で観察した結果から得られる値を基準値または適正範囲として決めても良い。
【００８４】
変位量が所定の基準値よりも大きい場合（Ｓ４：Ｙｅｓ），又は飽差値が適正範囲から外れた場合（Ｓ９：Ｎｏ）には、飽差値を下げるように温度及び湿度の設定を変更し（Ｓ５）、Ｓ２及びＳ３と同じように 一定定時間間隔で代謝生成物の変化状況を計測して（Ｓ６）、変化率を計算して（Ｓ７）、その値を所定の基準値と比較する（Ｓ８）。変異率が所定の基準値より小さい場合（Ｓ８：Ｎｏ）には、飽差値が適正範囲かどうかチェックして適正範囲であれば（Ｓ１０Ｙｅｓ）、飽差値を下げる設定を維持した状態で計測装置による測定（Ｓ６）と変化率の計算（Ｓ７）及びとチェック（Ｓ８，Ｓ１０）を繰り返す。変位量が所定の基準値よりも小さい場合（Ｓ８：Ｙｅｓ），又は飽差値が適正範囲から外れた場合（Ｓ１０：Ｎｏ）には、飽差値を上げるように温度及び湿度の設定を変更し（Ｓ１）、同様の処理を繰り返す。
なお、もし飽差（温度、湿度）の変化によって、代謝生成物の測定データが変動しない場合には、果実などが成熟した状態である等の理由が存在すると考えられるので、従来の温度・湿度管理法に基づいて、観察を続けることが好ましい。
【００８５】
次に図１７を参照して、灌水（液肥）の投入と植物の代謝の関係を説明する。図１７も本発明の植物の代謝生成物計測装置と他の栽培環境因子の測定データを示すグラフである。栽培環境因子の測定データとして、図１５のＥＣ値が符号（３）で示す水分量（液肥）が表示され、ＥＣ値ｘ２０に代えて符号（６）で示すＥＣ値ｘ１０（１０倍）が示されている。
図１７は９日間の測定データであり、縦長の円ａ１〜ａ４で示すタイミングで液肥が一日おきに合計４回投入されている。図１７の前半の５日間に液肥が2回投入（ａ１，ａ２）されているにも拘わらず、花柄での代謝生成物の移動を示す測定データアグリ１及びアグリ２は、あまり大きく変動していない。むしろ、前半の5日間は、アグリ１及びアグリ２の測定データは緩やかな上昇傾向を示している。アグリ１，２の測定値が大きいということは受光量が大きいことを示しており、花柄中の代謝生成物が少ないことを示しており、あまり果実の成長に寄与していないことを意味している。そのため、このような状況のときには液肥を投入しても効果がない。そのため、このようなときには、液肥ではなく水による灌水を行うことによい。これにより、過度に肥料を与えることによる障害が防止できる。
【００８６】
これに対して６日目から９日目にかけてはアグリ１もアグリ２も緩やかに受光量が減少しており、代謝生成物の移動が活発になっていることがわかる。この測定データから、代謝生成物の花柄における代謝生成物移動は、昼間少なく夜に移動量が増えており、経験的にわかっている知見とも一致する。このような代謝のときには植物が成長状態にあるため液肥を与えることが望ましい。その際一度に液肥を与えるのではなく、植物内の浸透圧が急激に変化しないように分散して与えることが好ましい。
【００８７】
以下灌水（液肥）を制御する制御手順について、図１８に例示するフローチャートを参照して説明する。まず与える予定量の１／ｎの液肥（灌水）を灌水し（Ｓ１１），花柄または葉柄における代謝生成物の移動状況を本発明にかかる代謝生成物の非破壊計測装置により一定時間間隔で測定する（Ｓ１２）。次に、その測定データに基づいて測定データの変化（変位量・変化速度・変異率等：ここでは変位率を例示）を計算する（Ｓ１３）。変位率が所定の基準値よりも大きいとき（Ｓ１４：Ｙ）には代謝生成物の移動が活発なときであるので液肥を灌水し（Ｓ１５）、小さいときにはときには（Ｓ１４：Ｎ）水を灌水する（Ｓ１７）。次に液肥または水をｎ回灌水したか確認して、ｎ回灌水していなければ（Ｓ１６：Ｎ）Ｓ１２からＳ１６の工程を繰り返す。ｎ回灌水している場合（Ｓ１６；Ｙ）には、灌水を終了する。これにより、実際に成育中の代謝状況をリアルタイムで観察し、代謝生成物の移動が活発な時には液肥を灌水し、活発でないときには水を灌水するように制御する。
【００８８】
以上の説明においては糖類の測定について説明したが、１５５０nｍの光の波長はアンモニウムイオンの吸収についても反応するので、同じ波長であっても測定タイミングにより、糖類に限らず、アンモニウムイオンの移動も測定できる。糖類かアンモニウムイオンであるかは、栽培の経験的な知見に基づいて、測定時の日射量やその他のファクターの組み合わせ（測定時が昼間であるか、夜であるか等）により判断することができる。また、測定光として異なる波長の光を用いることにより、糖類やアンモニウムイオン以外の代謝生成物の移動も計測することができる。
さらに、参照光による測定データは、振動等の物理的な変位を計測してアクチェーターを制御することや、水分量を補正するために利用するだけでなく、葉柄または花柄における水分の移動の観測や、花柄または葉柄の生長を観測するデータとしても利用できる。
また、参照光による測定光による補正は必須ではなく、図１５〜図１８を参照して説明したように、参照光と測定光をそれぞれ独立した２つの測定光として計測することも可能である。
さらに、上記説明においては、異なる波長の２種類の光を照射し、その差分により被測定物を測定する例のみを示したが、被測定物に対して２種類以上の波長の光を交互に同じ光軸を通るように照射して、それぞれの波長の測定結果を用いて被測定物を測定するように構成してもよい。また、代謝生成物の移動を測定する測定部位も花柄または葉柄にかぎらず、代謝生成物の移動を知りたい所望の場所に設置することも、本発明の範囲に含まれる。その際、測定部位の固定構造は適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
この計測装置を使用する事によって、植物の光合成の状態及び転流の状態が把握する事が実時間で把握する事ができる。本発明は植物に限らず適用可能である。例えば動物、昆虫その他の生物の代謝生物の継続的な観察にも使用することができる。本発明の今回の計測装置及び測定方法は、血糖値の変化を継続的に計測する人を含む動物の新しい健康管理にも使用することも可能であり、今まで空腹血糖値の測定発見出来なかった所謂隠れ糖尿病の早期発見する診断装置としても適応できる。
【００９０】
例えば、人の血統値は一般的に食事を行った後３０分程度で上昇し、２時間程度経過した後に食事前の血糖値の値に戻る事がしられている。そこで、図４のグラフに示す今回の測定手法における第１の測定時ｔ１を食事前と食後時の第２の測定時ｔ２の時間を３０分程度、これは食事が終了するまでの時間に相当する。第３の測定時ｔ３を第１の測定時ｔ１から２時間程度後とする。この３０分、２時間は一例であり実際の装置の場合、装置内の時計機能で時間を計測して使用する。使用者の食前と食後の時間ｔ１、ｔ２における時間微分値が所謂血糖値スパイクの発生状態が把握する事ができる事になる。また、ｔ１、ｔ３の変化率をみた場合は身体の糖代謝の状態を把握する事が可能である。通常、食事後２時間程度経過したときの血糖値が通常の値に戻っていると、血糖値の量としては正常と判断される。しかし、血糖値が正常に戻っても、その過程で急激に血糖値が上昇する事象は異常と判断される。
この発明により、血糖値の上昇率と糖代謝の状態を複合的に評価する事が可能であり、血糖値が上昇する事に対する総合的な指標とする事ができる。これは、食事後、複数時点での血糖値例えば１０分間隔で実際の血糖値の変化を連続的に観察しその変化の様子から糖尿病の診断をする糖負荷試験を３点の測定でおこなう事と同等な機能を果たす事になる。
【００９１】
また、測定対象となる代謝生成物が時間的に変化しその変化が生物の健康、成長その他その個体に影響を与え、被測定物の光の吸収度または拡散度が波長により異なる物質であれば、糖以外の成分についても同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
５    温度
６    日射量
７    葉柄におけるブドウ糖の濃度
８    花柄におけるブドウ糖の変化
１６，１７  代謝生成物非破壊計測装置（計測装置）
１９  光源
１９ａ  ＬＤ１（光源１：参照光の光源）
１９ｂ  ＬＤ２（光源２：測定光の光源）
１９'  照射光
１９''透過光
２０  対物レンズ
２１  測定部位（被測定物）
２３  受光素子（メインＰＤ）
２３ｓ、２３ｂ  サブＰＤ
７０  筐体
７１  Ｖ字溝
７２  固定具
【図１】
2020095034.tif 000003
【図２】
2020095034.tif 000004
【図３】
2020095034.tif 000005
【図４】
2020095034.tif 000006
【図５】
2020095034.tif 000007
【図６】
2020095034.tif 000008
【図７】
2020095034.tif 000009
【図８】
2020095034.tif 000010
【図９】
2020095034.tif 000011
【図１０】
2020095034.tif 000012
【図１１】
2020095034.tif 000013
【図１２】
2020095034.tif 000014
【図１３】
2020095034.tif 000015
【図１４】
2020095034.tif 000016
【図１５】
2020095034.tif 000017
【図１６】
2020095034.tif 000018
【図１７】
2020095034.tif 000019
【図１８】
2020095034.tif 000020