(57)【要約】  クロロフィル蛍光測定装置１は、太陽光Ｈ１を受光して、太陽光Ｈ１の第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２における各放射照度を取得する第１及び第２の測定部４，５と、クロロフィル蛍光を含む植物Ｐからの光Ｈ２を受光して、植物Ｐからの光Ｈ２の第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２における各放射照度を取得する第３及び第４の測定部６，７と、各放射照度に基づいて、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度ＦＳを算出する演算部８と、を備え、第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であり、且つ、クロロフィル蛍光の波長範囲内に含まれる波長帯域であり、第２の波長帯域Ｂ２は、第１の波長帯域Ｂ１から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である。
2017033792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光して、太陽光の第１の波長帯域における放射照度である第１の放射照度を取得する第１の測定部と、
太陽光を受光して、太陽光の第２の波長帯域における放射照度である第２の放射照度を取得する第２の測定部と、
太陽光が植物によって反射された反射光と、太陽光を受けた前記植物から放射されたクロロフィル蛍光と、を含んで前記植物から放射される植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第１の波長帯域における放射照度である第３の放射照度を取得する第３の測定部と、
前記植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第２の波長帯域における放射照度である第４の放射照度を取得する第４の測定部と、
前記第１、第２、第３及び第４の測定部からそれぞれ前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を取得し、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度に基づいて、前記クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度を算出する演算部と、を備え、
前記第１の波長帯域は、所定のフラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であり、且つ、前記クロロフィル蛍光の波長範囲内に含まれる波長帯域であり、
前記第２の波長帯域は、前記第１の波長帯域から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である、
クロロフィル蛍光測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を演算式に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項１記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を下記式（１）；
【数１】
2017033792.tif 000007
（但し、Ｅ１は前記第１の放射照度、Ｅ２は前記第２の放射照度、Ｌ１は前記第３の放射照度、Ｌ２は前記第４の放射照度、Ｆｓは前記第５の放射照度を表す。）
に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項２記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項４】
前記第２の測定部は、太陽光の互いに異なる２つの前記第２の波長帯域における２つの前記第２の放射照度を取得し、
前記第４の測定部は、前記植物からの光の互いに異なる２つの前記第２の波長帯域における２つの前記第４の放射照度を取得し、
前記演算部は、
２つの前記第２の放射照度に基づいて、太陽光の前記第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第６の放射照度を推定し、
２つの前記第４の放射照度に基づいて、前記植物からの光の前記第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第７の放射照度を推定し、
前記第１、第３、第６及び第７の放射照度の放射照度を用いて前記第５の放射照度を算出する、
請求項１記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第１、第３、第６及び第７の放射照度を下記式（２）；
【数２】
2017033792.tif 000008
（但し、Ｅ１は前記第１の放射照度、Ｌ１は前記第３の放射照度、Ｅ３は前記第６の放射照度、Ｌ３は前記第７の放射照度、Ｆｓは前記第５の放射照度を表す。）
に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項４記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項６】
前記第１の波長帯域は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域である、
請求項１〜５の何れか一項記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項７】
前記第１の波長帯域は、７６０ｎｍ波長帯域であり、
前記第２の波長帯域は、７５０ｎｍ波長帯域である、
請求項１〜３の何れか一項記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロロフィル蛍光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物のクロロフィル（葉緑素）における光合成量を推定する方法として、植物から放射されるクロロフィル蛍光を用いることが知られている。一般に、植物は、太陽光のエネルギーの内の２０〜８０％程度しか光合成に利用できない。植物は、その光合成に利用できなかった太陽光のエネルギーの一部をクロロフィル蛍光（SIF: Sun-Induced Fluorescence）として放射する。クロロフィル蛍光は、植物の光合成量に関する情報を含んでおり、光合成量を推定する方法に用いられる。例えば、特許文献１には、クロロフィル蛍光の強度から推定される植物の光合成量に基づいて、植物の健康状態を診断する方法が記載されている。【０００３】
クロロフィル蛍光を用いて光合成量を推定する方法は、個葉や小規模な植物群に限らず、生態系レベルの大規模な植物群にも適用される。このため、上記方法によって、例えば生態系の光合成量を観測することで温室効果ガスであるＣＯ２の吸収量を正確に把握し、気候変動の予測精度を向上させることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０６３４５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、クロロフィル蛍光を含む光の放射照度が広い波長範囲に亘って測定され、その広い波長範囲の一部よりクロロフィル蛍光の放射照度が取得される。このため、高機能な分光放射計が必要となり、例えば野外の森林等において分光放射計を多数用いた多点同時観測を行うためには、測定装置の構成が複雑化する場合がある。【０００６】
また、従来の方法では、背景に強い太陽光がある場合に、微弱なクロロフィル蛍光のみを検出することが非常に困難である。【０００７】
本発明の一形態は、上記課題に鑑みて為されたものであり、装置構成を簡素化することができ、且つ、太陽光の影響下であっても使用することができるクロロフィル蛍光測定装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一形態のクロロフィル蛍光測定装置は、太陽光を受光して、太陽光の第１の波長帯域における放射照度である第１の放射照度を取得する第１の測定部と、太陽光を受光して、太陽光の第２の波長帯域における放射照度である第２の放射照度を取得する第２の測定部と、太陽光が植物によって反射された反射光と、太陽光を受けた植物から放射されたクロロフィル蛍光と、を含んで植物から放射される植物からの光を受光して、植物からの光の第１の波長帯域における放射照度である第３の放射照度を取得する第３の測定部と、植物からの光を受光して、植物からの光の第２の波長帯域における放射照度である第４の放射照度を取得する第４の測定部と、第１、第２、第３及び第４の測定部からそれぞれ第１、第２、第３及び第４の放射照度を取得し、第１、第２、第３及び第４の放射照度に基づいて、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度を算出する演算部と、を備え、第１の波長帯域は、所定のフラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であり、且つ、クロロフィル蛍光の波長範囲内に含まれる波長帯域であり、第２の波長帯域は、第１の波長帯域から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である。【０００９】
このようなクロロフィル蛍光測定装置によれば、太陽光について、所定のフラウンホーファー線に対応した第１の波長帯域における吸収ピークでの第１の放射照度が、第１の測定部によって測定される。また、太陽光について、所定のフラウンホーファー線に対応していない第２の波長帯域における第２の放射照度が、第２の測定部によって測定される。また、植物からの光について、所定のフラウンホーファー線に対応した第１の波長帯域における吸収ピークでの第３の放射照度が、第３の測定部によって測定される。また、植物からの光について、所定のフラウンホーファー線に対応していない第２の波長帯域における第４の放射照度が、第４の測定部によって測定される。第２の波長帯域は、第１の波長帯域から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である。従って、第２の波長帯域では、第１の波長帯域に比較して、植物における反射率、透過率及び吸収率が略同一である。このため、演算部は、測定された第１、第２、第３及び第４の放射照度に基づいて、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度を算出できる。よって、装置構成を簡素化することができ、且つ、太陽光の影響下であっても使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一形態によれば、装置構成を簡素化することができ、且つ、太陽光の影響下であっても使用することができるクロロフィル蛍光測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るクロロフィル蛍光測定装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、太陽光及び植物からの光の放射照度を示すグラフである。
【図３】図３は、図２の要部を拡大して模式的に示すグラフである。
【図４】図４は、図１のクロロフィル蛍光測定装置の動作を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係るクロロフィル蛍光測定装置によって測定されたクロロフィル蛍光の放射照度の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、微気象学的手法によって測定された生態系光合成速度の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、図５に係るクロロフィル蛍光の放射照度と図６に係る生態系光合成速度との相関を示すグラフである。
【図８】図８は、変形例に係るクロロフィル蛍光測定装置における放射照度の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る観察システムの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るクロロフィル蛍光測定装置を示す概略構成図である。図１に示すように、クロロフィル蛍光測定装置１は、太陽Ｓからの太陽光Ｈ１を受光した植物Ｐが放射するクロロフィル蛍光の放射照度を測定する装置である。クロロフィル蛍光測定装置１は、地表から上方へ立設されたタワー２と、タワー２の上部から側方へ延びるアーム３と、アーム３の先端側に設けられた第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７と、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７に対して電気的に接続された演算部８と、を備える。クロロフィル蛍光測定装置１の測定対象となる植物Ｐとして、本実施形態では、森林が例示されている。なお、植物Ｐは、クロロフィルを有し太陽光Ｈ１によって光合成を行うものであれば特に限定されず、例えば個葉や小規模な植物群であってもよく、生態系レベルの大規模な植物群であってもよい。
【００１４】
タワー２は、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７を植物Ｐよりも鉛直方向に関して高い位置に配置するためのものである。タワー２は、特定の材料や構造に限定されるものではなく、例えば金属製、木製等の骨組みによって構成されていてもよい。
【００１５】
アーム３は、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７を、植物Ｐの上方に配置するためのものである。アーム３は、先端側が植物Ｐの上方に位置するようにタワー２から延びている。
【００１６】
第１の測定部４は、太陽光Ｈ１を受光して、太陽光Ｈ１の第１の波長帯域Ｂ１における放射照度である第１の放射照度Ｅ１を取得する。第１の測定部４は、第１の波長帯域Ｂ１における放射照度のみを測定可能な放射照度計である。一例として、第１の測定部４は、バンドパスフィルタ、フォトダイオード等の光検出素子、及び、オペアンプ等を含む回路を備える構成である。このような第１の測定部４は、バンドパスフィルタを介してフォトダイオードに入射した太陽光Ｈ１を電気信号に変換し、当該電気信号をオペアンプ等で構成された回路に入力することによって、第１の波長帯域Ｂ１における放射照度のみを測定可能な構成を有している。
【００１７】
第１の測定部４は、植物Ｐの上方に配置されている。また、第１の測定部４は、その受光面がアーム３の先端側において鉛直方向上向きに配置され、水平方向の光よりも上方からの光に対する感度が大きい。つまり、第１の測定部４は、上方からの太陽光Ｈ１を受光する一方で、下方からの植物Ｐから放射される光（植物Ｐからの光Ｈ２）を受光しない。植物Ｐからの光Ｈ２とは、太陽光Ｈ１が植物Ｐによって反射された反射光Ｈ２ａと、太陽光Ｈ１を受けた植物Ｐから放射されたクロロフィル蛍光Ｈ２ｂと、を含んで植物Ｐから放射される光である。
【００１８】
図２は、太陽光及び植物からの光の放射照度を示すグラフ、図３は、図２の要部を拡大して模式的に示すグラフである。図２及び図３において、破線は、太陽光Ｈ１の放射照度のスペクトルを示し、実線は、植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルを示す。図１〜図３に示すように、植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルは、太陽光Ｈ１が植物Ｐによって反射された反射光の放射照度のスペクトルと、太陽光Ｈ１を受けた植物Ｐから放射されたクロロフィル蛍光の放射照度のスペクトルと、を含む。太陽光Ｈ１及び植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルは、フラウンホーファー線に対応する波長において吸収ピークを有しており、例えばフラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長である７６０ｎｍに吸収ピークを有している。
【００１９】
第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域であり、より具体的には７６０ｎｍ波長帯域である。また、第１の波長帯域Ｂ１は、クロロフィル蛍光の波長範囲（すなわち、６５０ｎｍ〜９００ｎｍ程度の波長）内に含まれる波長帯域である。なお、図３中に示す第１の波長帯域Ｂ１は、実際には、７６０ｎｍを中心波長として、例えば１０ｎｍの波長の幅を有している。
【００２０】
第２の測定部５は、太陽光Ｈ１を受光して、太陽光Ｈ１の第２の波長帯域Ｂ２における放射照度である第２の放射照度Ｅ２を取得する。第２の測定部５は、第２の波長帯域Ｂ２における放射照度のみを測定可能な放射照度計である。一例として、第２の測定部５は、第１の測定部４と同様な構成を採用することによって、第２の波長帯域Ｂ２における放射照度のみを測定可能とされる。
【００２１】
第２の測定部５は、植物Ｐの上方に配置されている。また、第２の測定部５は、その受光面がアーム３の先端側において鉛直方向上向きに配置され、水平方向の光よりも上方からの光に対する感度が大きい。つまり、第２の測定部５は、上方からの太陽光Ｈ１を受光する一方で、下方からの植物Ｐからの光Ｈ２を受光しない。
【００２２】
第２の波長帯域Ｂ２は、第１の波長帯域Ｂ１から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である。具体的に、クロロフィル蛍光測定装置１においては、第１の波長帯域Ｂ１が７６０ｎｍ波長帯域であることから、第２の波長帯域Ｂ２は、例えばその波長帯域から１０ｎｍ離れた７５０ｎｍ波長帯域とされる。なお、図３中に示す第２の波長帯域Ｂ２は、実際には、７５０ｎｍを中心波長として、例えば１０ｎｍの波長の幅を有している。
【００２３】
第３の測定部６は、植物Ｐからの光Ｈ２を受光して、植物Ｐからの光Ｈ２の第１の波長帯域Ｂ１における放射照度である第３の放射照度Ｌ１を取得する。第３の測定部６は、第１の波長帯域Ｂ１における放射照度のみを測定可能な放射照度計である。一例として、第３の測定部６は、第１の測定部４と同様な構成を採用することによって、第１の波長帯域Ｂ１における放射照度のみを測定可能とされる。
【００２４】
第３の測定部６は、植物Ｐの上方に配置されている。また、第３の測定部６は、その受光面がアーム３の先端側において鉛直方向下向きに配置され、水平方向の光よりも下方からの光に対する感度が大きい。つまり、第３の測定部６は、下方からの植物Ｐからの光Ｈ２を受光する一方で、上方からの太陽光Ｈ１を受光しない。
【００２５】
第４の測定部７は、植物Ｐからの光Ｈ２を受光して、植物Ｐからの光Ｈ２の第２の波長帯域Ｂ２における放射照度である第４の放射照度Ｌ２を取得する。第４の測定部７は、第２の波長帯域Ｂ２における放射照度のみを測定可能な放射照度計である。一例として、第４の測定部７は、第１の測定部４と同様な構成を採用することによって、第２の波長帯域Ｂ２における放射照度のみを測定可能とされる。
【００２６】
第４の測定部７は、植物Ｐの上方に配置されている。また、第４の測定部７は、その受光面がアーム３の先端側において鉛直方向下向きに配置され、水平方向の光よりも下方からの光に対する感度が大きい。つまり、第４の測定部７は、下方からの植物Ｐからの光Ｈ２を受光する一方で、上方からの太陽光Ｈ１を受光しない。
【００２７】
演算部８は、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度ＦＳを算出するためのものである。演算部８は、物理的には、ＣＰＵ及びメモリを内蔵したパーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサ等を含む演算装置等で実現される。演算部８は、タワー２の上部に配置され、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７とケーブルで接続されている。なお、演算部８は、タワー２の上部に配置されていなくてもよく、例えば、タワー２の下部に配置され、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７からタワー２の下部まで延びるケーブルによって第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７と接続されていてもよい。
【００２８】
演算部８は、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７からそれぞれ第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を取得し、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２に基づいて、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度ＦＳを算出する。演算部８は、第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２における太陽光Ｈ１の放射照度である第１及び第２の放射照度Ｅ１，Ｅ２の比を用いて、第５の放射照度ＦＳを算出する（比演算）。演算部８は、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を演算式に代入して、第５の放射照度ＦＳを算出する。具体的に、演算部８は、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を下記式（１）；
【数１】
2017033792.tif 000003
に代入して第５の放射照度を算出する。
【００２９】
続いて、クロロフィル蛍光測定装置１の動作について説明すると共に、クロロフィル蛍光測定装置１を用いたクロロフィル蛍光の測定方法について詳述する。
【００３０】
図２及び図３に示すように、太陽光Ｈ１の放射照度は、フラウンホーファー線に対応する波長で吸収されている。これにより、太陽光Ｈ１の放射照度のスペクトルには、フラウンホーファー線に対応する波長に吸収ピークが存在している。第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であることから、第１の放射照度Ｅ１は吸収ピーク上の放射照度となる。
【００３１】
これに対し、第２の波長帯域Ｂ２は、フラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域であり、特に、フラウンホーファー線に対応する波長とは異なる波長（本実施形態においては、フラウンホーファー線に対応する波長よりも１０ｎｍ短い波長）を含む波長帯域である。このため、第２の放射照度Ｅ２は、吸収ピーク上の放射照度ではない。
【００３２】
植物Ｐからの光Ｈ２は、太陽光Ｈ１が植物Ｐによって反射された反射光Ｈ２ａを含んでいる。この反射光Ｈ２ａでは、太陽光Ｈ１と同様に、第１の波長帯域Ｂ１における放射照度は放射照度のスペクトルの吸収ピーク上の放射照度であり、第２の波長帯域Ｂ２における放射照度は放射照度のスペクトルの吸収ピーク上の放射照度ではない。また、植物Ｐからの光Ｈ２は、太陽光Ｈ１を受けた植物Ｐから放射されたクロロフィル蛍光を含んでいる。このクロロフィル蛍光は、第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２において、波長に関わらず略一定の値である。以上により、植物Ｐからの光Ｈ２全体としても、太陽光Ｈ１と同様に、第１の波長帯域Ｂ１における第３の放射照度Ｌ１は吸収ピーク上の放射照度となり、第２の波長帯域Ｂ２における第４の放射照度Ｌ２は吸収ピーク上の放射照度とはならない。
【００３３】
図４は、図１のクロロフィル蛍光測定装置の動作を示す図である。図１〜図４に示すように、まず、第１及び第２の測定部４，５が太陽光Ｈ１を受光して、それぞれ第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２における第１及び第２の放射照度Ｅ１，Ｅ２を取得すると共に、第３及び第４の測定部６，７が植物Ｐからの光Ｈ２を受光して、それぞれ第１及び第２の波長帯域Ｂ１，Ｂ２における第３及び第４の放射照度Ｌ１，Ｌ２を取得する（ステップＳ１１）。
【００３４】
続いて、演算部８は、ケーブルを介して、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７からそれぞれ第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を取得し、式（１）に基づいて演算を行うことにより、第５の放射照度ＦＳを算出する（ステップＳ１２）。
【００３５】
続いて、演算部８は、算出した第５の放射照度ＦＳを、例えば演算部８に接続されたディスプレイに出力する。なお、演算部８は、算出した第５の放射照度ＦＳを、他のコンピュータ等に電子データとして出力してもよく、演算部８に接続されたプリンタ等を用いて紙媒体に印刷して出力してもよい（ステップＳ１３）。
【００３６】
本実施形態に係るクロロフィル蛍光測定装置１では、太陽光Ｈ１について、所定のフラウンホーファー線に対応した第１の波長帯域Ｂ１における吸収ピークでの第１の放射照度Ｅ１が、第１の測定部４によって測定される。また、太陽光Ｈ１について、所定のフラウンホーファー線に対応していない第２の波長帯域Ｂ２における第２の放射照度Ｅ２が、第２の測定部５によって測定される。また、植物Ｐからの光Ｈ２について、所定のフラウンホーファー線に対応した第１の波長帯域Ｂ１における吸収ピークでの第３の放射照度Ｌ１が、第３の測定部６によって測定される。また、植物Ｐからの光Ｈ２について、所定のフラウンホーファー線に対応していない第２の波長帯域Ｂ２における第４の放射照度Ｌ２が、第４の測定部７によって測定される。第２の波長帯域Ｂ２は、第１の波長帯域Ｂ１から所定の波長範囲内に含まれる波長帯域である。従って、第２の波長帯域Ｂ２では、第１の波長帯域Ｂ１に比較して、植物Ｐにおける反射率、透過率及び吸収率が略同一である。このため、演算部８は、測定された第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２に基づいて、クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度ＦＳを算出できる。よって、装置構成を簡素化することができ、且つ、太陽光の影響下であっても使用することができる。
【００３７】
また、演算部８は、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を演算式に代入して第５の放射照度ＦＳを算出する。これにより、演算部８は、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を用いて容易に第５の放射照度ＦＳを算出することができる。このため、演算部８における演算量を削減することができる。
【００３８】
また、演算部８は、第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を上記式（１）に代入して第５の放射照度ＦＳを算出する。これにより、演算部８は、クロロフィル蛍光測定装置１による上記作用効果を好適に奏することができる。
【００３９】
また、第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域である。Ｏ2-Ａ線に対応する波長ではＯ2-Ａ線以外の線に対応する波長に比較して、太陽光Ｈ１及び植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの幅が狭い。従って、第１及び第３の放射照度Ｅ１，Ｌ１のスペクトルにおける吸収ピークの裾に第２の波長帯域Ｂ２が重なり難い。よって、第５の放射照度ＦＳを精度良く取得することができる。
【００４０】
また、第１の波長帯域Ｂ１は、７６０ｎｍ波長帯域であり、第２の波長帯域Ｂ２は、７５０ｎｍ波長帯域である。７６０ｎｍ波長帯域はフラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域であり、Ｏ2-Ａ線に対応する波長ではＯ2-Ａ線以外の線に対応する波長に比較して、太陽光Ｈ１及び植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの幅が狭い。従って、第１及び第３の放射照度Ｅ１，Ｌ１のスペクトルにおける吸収ピークの裾に第２の波長帯域Ｂ２が重なり難い。また、第２の波長帯域Ｂ２は、第１の波長帯域Ｂ１から１０ｎｍの波長範囲内に含まれる比較的近い波長帯域であるため、第１の波長帯域Ｂ１に比較して、植物Ｐにおける反射率、透過率及び吸収率が略同一である。以上により、第５の放射照度ＦＳを精度良く取得することができる。
【００４１】
以下、本実施形態のクロロフィル蛍光測定装置の実施例を示す。本実施例において、クロロフィル蛍光測定装置は、第１の波長帯域Ｂ１をフラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する７６０ｎｍを中心とした波長帯域としており、第２の波長帯域Ｂ２を７５０ｎｍを中心とした波長帯域としている。また、クロロフィル蛍光測定装置は、測定対象である植物Ｐを、水田の稲としている。
【００４２】
図５は、実施例に係るクロロフィル蛍光測定装置によって測定されたクロロフィル蛍光の放射照度の一例を示すグラフである。図５の横軸は時刻（日本標準時）を表し、縦軸は水田の稲が放射するクロロフィル蛍光の放射照度を表している。図５には、６月から９月までの各月において、毎日３０分置きの同時刻にクロロフィル蛍光測定装置によって測定されたクロロフィル蛍光の放射照度を、時刻毎に平均した結果が示されている。クロロフィル蛍光の放射照度は、各月において放物線を描くように南中時刻をピーク位置として上昇・下降している。
【００４３】
図６は、微気象学的手法によって測定された生態系光合成速度の一例を示すグラフである。ここでは、本実施例に係るクロロフィル蛍光測定装置によって測定されたクロロフィル蛍光の放射照度との比較対象として、生態系光合成速度を測定している。図６の横軸は時刻（日本標準時）を表し、縦軸は水田の稲における生態系光合成速度を表している。図６には、図５と同時に、同じ水田において測定された生態系光合成速度が示されている。すなわち、図６には、６月から９月までの各月において、毎日３０分置きの同時刻に測定された生態系光合成速度を、時刻毎に平均した結果が示されている。生態系光合成速度は、各月において放物線を描くように南中時刻をピーク位置として上昇・下降している。
【００４４】
図７は、図５に係るクロロフィル蛍光の放射照度と図６に係る生態系光合成速度との相関を示すグラフである。図７の横軸は、図５に係るクロロフィル蛍光の放射照度を表し、縦軸は、図６に係る生態系光合成速度を表している。図７において、クロロフィル蛍光の放射照度と生態系光合成速度とが互いに強い正の相関を持つことが示されている。従って、クロロフィル蛍光測定装置が微気象学的手法によって測定された生態系光合成速度を高精度に再現可能であることが確認された。このことから、クロロフィル蛍光測定装置が、生態系光合成速度を代表する指標として非常に有用であるといえる。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記一実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長に代えて、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線以外の線に対応する波長を含む波長帯域としてもよい。例えば、第１の波長帯域Ｂ１は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ｂ線に対応する波長を含む波長帯域であってもよく、この場合、第１の波長帯域Ｂ１は、６８０ｎｍ波長帯域であってもよい。
【００４６】
また、演算部８は、第１、第２、第３及び第４の測定部４，５，６，７からそれぞれ第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を取得して記憶するデータロガーと、当該データロガーから第１、第２、第３及び第４の放射照度Ｅ１，Ｅ２，Ｌ１，Ｌ２を取得して、クロロフィル蛍光の第１の波長帯域Ｂ１における第５の放射照度ＦＳを算出する計算機とに分かれていてもよい。
【００４７】
また、図８は、変形例に係るクロロフィル蛍光測定装置における放射照度の算出方法を説明するための図であり、図８に示すように、クロロフィル蛍光測定装置１は、例えば以下のような構成であってもよい。すなわち、クロロフィル蛍光測定装置１において、第２の測定部５は、太陽光Ｈ１の互いに異なる２つの第２の波長帯域Ｂ２ａ（Ｂ２），Ｂ２ｂ（Ｂ２）における２つの第２の放射照度Ｅ２ａ（Ｅ２），Ｅ２ｂ（Ｅ２）を取得する。そして、演算部８は、２つの第２の放射照度Ｅ２ａ，Ｅ２ｂに基づいて、太陽光Ｈ１の第１の波長帯域Ｂ１における吸収前の放射照度である第６の放射照度Ｅ３を推定する。例えば、演算部８は、２つの第２の放射照度Ｅ２ａ，Ｅ２ｂを線形内挿することによって、第６の放射照度Ｅ３を推定する。具体的に、第６の放射照度Ｅ３は、図８中において、太陽光Ｈ１の放射照度のスペクトルと、第２の波長帯域Ｂ２ａ，Ｂ２ｂを示す各線と、の交差する２点を直線で結んだ場合において、この直線と、第１の波長帯域Ｂ１を示す線と、の交差する点における放射照度とされる。同様に、第４の測定部７は、植物Ｐからの光Ｈ２の互いに異なる２つの第２の波長帯域Ｂ２ａ，Ｂ２ｂにおける２つの第４の放射照度Ｌ２ａ（Ｌ２），Ｌ２ｂ（Ｌ２）を取得する。そして、演算部８は、２つの第４の放射照度Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに基づいて、植物Ｐからの光Ｈ２の第１の波長帯域Ｂ１における吸収前の放射照度である第７の放射照度Ｌ３を推定する。例えば、演算部８は、２つの第４の放射照度Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを線形内挿することによって、第７の放射照度Ｌ３を推定する。具体的に、第７の放射照度Ｌ３は、図８中において、植物Ｐからの光Ｈ２の放射照度のスペクトルと、第２の波長帯域Ｂ２ａ，Ｂ２ｂを示す各線と、の交差する２点を直線で結んだ場合において、この直線と、第１の波長帯域Ｂ１を示す線と、の交差する点における放射照度とされる。そして、演算部８は、第１、第３、第６及び第７の放射照度Ｅ１，Ｌ１，Ｅ３，Ｌ３を用いて第５の放射照度ＦＳを算出してもよい。
【００４８】
ここで、例えば、第１の波長帯域Ｂ１としては、７６０ｎｍが設定され、互いに異なる２つの第２の波長帯域Ｂ２ａ，Ｂ２ｂとしては、それぞれ７５０ｎｍ及び７８０ｎｍが設定される。この場合、第１及び第３の放射照度Ｅ１，Ｌ１のスペクトルにおける吸収ピークの裾に第２の波長帯域Ｂ２ａ，Ｂ２ｂが重なり難い。このため、第５の放射照度ＦＳを一層精度良く取得することができる。
【００４９】
また、演算部８は、第１、第３、第６及び第７の放射照度Ｅ１，Ｌ１，Ｅ３，Ｌ３を下記式（２）；
【数２】
2017033792.tif 000004
に代入して第５の放射照度ＦＳを算出する。
【００５０】
この場合、第７の放射照度Ｌ３が取得される波長帯域は、第１の放射照度Ｅ１が取得される波長帯域である第１の波長帯域Ｂ１と同一である。このため、第１の波長帯域Ｂ１に比較して、植物Ｐにおける反射率、透過率及び吸収率が同一となる。よって、演算部８は、第１、第３、第６及び第７の放射照度Ｅ１，Ｌ１，Ｅ３，Ｌ３に基づいて、第５の放射照度ＦＳを精度良く算出できる。
【００５１】
ここで、演算部は、第１、第２、第３及び第４の放射照度を演算式に代入して第５の放射照度を算出してもよい。この場合、演算部は、第１、第２、第３及び第４の放射照度を用いて容易に第５の放射照度を算出することができる。このため、演算部における演算量を削減することができる。
【００５２】
また、演算部は、第１、第２、第３及び第４の放射照度を下記式（１）；
【数３】
2017033792.tif 000005
（但し、Ｅ１は第１の放射照度、Ｅ２は第２の放射照度、Ｌ１は第３の放射照度、Ｌ２は第４の放射照度、Ｆｓは第５の放射照度を表す。）
に代入して第５の放射照度を算出してもよい。この場合、演算部は、上記作用効果を好適に奏することができる。
【００５３】
また、第２の測定部は、太陽光の互いに異なる２つの第２の波長帯域における２つの第２の放射照度を取得し、第４の測定部は、植物からの光の互いに異なる２つの第２の波長帯域における２つの第４の放射照度を取得し、演算部は、２つの第２の放射照度に基づいて、太陽光の第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第６の放射照度を推定し、２つの第４の放射照度に基づいて、植物からの光の第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第７の放射照度を推定し、第１、第３、第６及び第７の放射照度の放射照度を用いて第５の放射照度を算出してもよい。この場合、第６の放射照度が取得される波長帯域は、第１の放射照度が取得される波長帯域である第１の波長帯域と同一であるため、第１の波長帯域に比較して、植物における反射率、透過率及び吸収率が同一である。同様に、第７の放射照度が取得される波長帯域は、第１の放射照度が取得される波長帯域である第１の波長帯域と同一であるため、第１の波長帯域に比較して、植物における反射率、透過率及び吸収率が同一である。このため、演算部は、第１、第３、第６及び第７の放射照度に基づいて、第５の放射照度を精度良く算出できる。
【００５４】
また、演算部は、第１、第３、第６及び第７の放射照度を下記式（２）；
【数４】
2017033792.tif 000006
（但し、Ｅ１は第１の放射照度、Ｌ１は第３の放射照度、Ｅ３は第６の放射照度、Ｌ３は第７の放射照度、Ｆｓは第５の放射照度を表す。）
に代入して第５の放射照度を算出してもよい。この場合、演算部は、上記作用効果を好適に奏することができる。
【００５５】
また、第１の波長帯域は、フラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域であってもよい。Ｏ2-Ａ線に対応する波長ではＯ2-Ａ線以外の線に対応する波長に比較して、太陽光及び植物からの光の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの幅が狭い。従って、第１及び第３の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの裾に第２の波長帯域が重なり難い。よって、第５の放射照度を精度良く取得することができる。
【００５６】
また、第１の波長帯域は、７６０ｎｍ波長帯域であり、第２の波長帯域は、７５０ｎｍ波長帯域であってもよい。７６０ｎｍ波長帯域はフラウンホーファー線の内のＯ2-Ａ線に対応する波長を含む波長帯域であり、Ｏ2-Ａ線に対応する波長ではＯ2-Ａ線以外の線に対応する波長に比較して、太陽光及び植物からの光の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの幅が狭い。従って、第１及び第３の放射照度のスペクトルにおける吸収ピークの裾に第２の波長帯域が重なり難い。また、第２の波長帯域は、第１の波長帯域から１０ｎｍの波長範囲内に含まれる比較的近い波長帯域であるため、第１の波長帯域に比較して、植物における反射率、透過率及び吸収率が略同一である。以上により、第５の放射照度を精度良く取得することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…クロロフィル蛍光測定装置、４…第１の測定部、５…第２の測定部、６…第３の測定部、７…第４の測定部、８…演算部、Ｈ１…太陽光、Ｈ２…植物からの光、Ｈ２ａ…反射光、Ｈ２ｂ…クロロフィル蛍光、Ｐ…植物、Ｓ…太陽。
【図１】
2017033792.tif 000009
【図２】
2017033792.tif 000010
【図３】
2017033792.tif 000011
【図４】
2017033792.tif 000012
【図５】
2017033792.tif 000013
【図６】
2017033792.tif 000014
【図７】
2017033792.tif 000015
【図８】
2017033792.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月5日(2017.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光して、太陽光の第１の波長帯域における放射照度である第１の放射照度を取得する第１の測定部と、
太陽光を受光して、太陽光の第２の波長帯域における放射照度である第２の放射照度を取得する第２の測定部と、
太陽光が植物によって反射された反射光と、太陽光を受けた前記植物から放射されたクロロフィル蛍光と、を含んで前記植物から放射される植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第１の波長帯域における放射照度である第３の放射照度を取得する第３の測定部と、
前記植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第２の波長帯域における放射照度である第４の放射照度を取得する第４の測定部と、
前記第１、第２、第３及び第４の測定部からそれぞれ前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を取得し、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度に基づいて、前記クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度を算出する演算部と、を備え、
前記第１の波長帯域は、所定のフラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であり、且つ、前記クロロフィル蛍光の波長範囲内に含まれる波長帯域であって、７６０ｎｍの中心波長を有する幅が１０ｎｍの波長帯域であり、
前記第２の波長帯域は、７５０ｎｍの中心波長を有する幅が１０ｎｍの波長帯域である、
クロロフィル蛍光測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を演算式に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項１記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を下記式（１）；
【数１】
2017033792.tif 000017
（但し、Ｅ１は前記第１の放射照度、Ｅ２は前記第２の放射照度、Ｌ１は前記第３の放射照度、Ｌ２は前記第４の放射照度、Ｆｓは前記第５の放射照度を表す。）
に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項２記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【請求項４】
太陽光を受光して、太陽光の第１の波長帯域における放射照度である第１の放射照度を取得する第１の測定部と、
太陽光を受光して、太陽光の第２の波長帯域における放射照度である第２の放射照度を取得する第２の測定部と、
太陽光が植物によって反射された反射光と、太陽光を受けた前記植物から放射されたクロロフィル蛍光と、を含んで前記植物から放射される植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第１の波長帯域における放射照度である第３の放射照度を取得する第３の測定部と、
前記植物からの光を受光して、前記植物からの光の前記第２の波長帯域における放射照度である第４の放射照度を取得する第４の測定部と、
前記第１、第２、第３及び第４の測定部からそれぞれ前記第１、第２、第３及び第４の放射照度を取得し、前記第１、第２、第３及び第４の放射照度に基づいて、前記クロロフィル蛍光の放射照度である第５の放射照度を算出する演算部と、を備え、
前記第２の測定部は、太陽光の互いに異なる２つの前記第２の波長帯域における２つの前記第２の放射照度を取得し、
前記第４の測定部は、前記植物からの光の互いに異なる２つの前記第２の波長帯域における２つの前記第４の放射照度を取得し、
前記演算部は、
２つの前記第２の放射照度に基づいて、太陽光の前記第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第６の放射照度を推定し、
２つの前記第４の放射照度に基づいて、前記植物からの光の前記第１の波長帯域における吸収前の放射照度である第７の放射照度を推定し、
前記第１、第３、第６及び第７の放射照度の放射照度を用いて前記第５の放射照度を算出し、
前記第１の波長帯域は、所定のフラウンホーファー線に対応する波長を含む波長帯域であり、且つ、前記クロロフィル蛍光の波長範囲内に含まれる波長帯域であって、７６０ｎｍの中心波長を有する幅が１０ｎｍの波長帯域であり、
２つの前記第２の波長帯域のうちの一方は、７５０ｎｍの中心波長を有する幅が１０ｎｍの波長帯域であり、２つの前記第２の波長帯域のうちの他方は、７８０ｎｍの中心波長を有する幅が１０ｎｍの波長帯域である、
クロロフィル蛍光測定装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第１、第３、第６及び第７の放射照度を下記式（２）；
【数２】
2017033792.tif 000018
（但し、Ｅ１は前記第１の放射照度、Ｌ１は前記第３の放射照度、Ｅ３は前記第６の放射照度、Ｌ３は前記第７の放射照度、Ｆｓは前記第５の放射照度を表す。）
に代入して前記第５の放射照度を算出する、
請求項４記載のクロロフィル蛍光測定装置。
【国際調査報告】
2017033792.tif 000019
2017033792.tif 000020
2017033792.tif 000021