(57)【要約】【課題】散布エリア内において、被散布物の含有量が均一となるように、被散布物を散布可能な散布装置を提供する。【解決手段】散布装置１００によれば、定位置から対象物（畑２０１）に対して光を走査させながら照射して、各照射位置における水の含有量を検出する成分センサ（水分量センサ１）と、成分センサの検出結果に基づいて、水を対象物に対して散布する散布部２と、成分センサ及び散布部２を制御する制御部４とを備え、制御部４は、成分センサにおける各照射位置（単位範囲Ｒ）での検出結果に基づいて、当該照射位置に対する水の散布量を決定する。【選択図】図３
2019037196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定位置から対象物に対して光を走査させて、各照射位置における成分の含有量を検出する成分センサと、
前記成分を前記対象物に対して散布する散布部と、
前記成分センサ及び前記散布部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記成分センサにおける各照射位置での検出結果に基づいて、当該照射位置に対する前記成分の散布量及び散布範囲の少なくとも一方を決定する
散布装置。
【請求項２】
前記成分センサは、
前記成分による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、前記成分による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを、前記光として前記対象物に向けて発する発光部と、
前記対象物によって反射された前記検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、
前記対象物によって反射された前記参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、
前記第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比に基づいて、前記成分の含有量を算出する演算処理部とを備える
請求項１に記載の散布装置。
【請求項３】
前記成分センサの姿勢を変動させることによって、前記光を走査する走査部を備える
請求項１または２に記載の散布装置。
【請求項４】
前記走査部は、前記成分センサによる前記光の照射方向と、前記散布部による前記成分の散布方向とが略一致した状態で、前記成分センサと前記散布部とのそれぞれの姿勢を変動させる
請求項３に記載の散布装置。
【請求項５】
前記成分は水である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の散布装置。
【請求項６】
前記成分は薬剤である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の散布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば散水装置などの散布装置においては、大気中の湿度を測定して所定の湿度に低下したときに自動散水する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６４０６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、散布エリアにおいてはその部分毎に被散布物の含有量が異なる場合がある。このため、全体に対して同じ量だけ被散布物を散布してしまうと、散布エリア内の含有量にバラツキが生じてしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、散布エリア内において、被散布物の含有量が均一となるように、被散布物を散布可能な散布装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る散布装置は、定位置から対象物に対して光を走査させて、各照射位置における成分の含有量を検出する成分センサと、成分を対象物に対して散布する散布部と、成分センサ及び散布部を制御する制御部とを備え、制御部は、成分センサにおける各照射位置での検出結果に基づいて、当該照射位置に対する成分の散布量及び散布範囲の少なくとも一方を決定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る散布装置は、散布エリア内において、被散布物の含有量が均一となるように、被散布物を散布することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る散布装置の設置状況を示す正面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る散布装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る散布装置の制御ブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る水分量センサ及び散布部の走査範囲を模式的に示す平面図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る水分量センサの構成と畑とを示す模式図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る水分量センサの制御構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。
【図８】図８は、変形例に係る散布装置の設置状況を示す正面図である。
【図９】図９は、変形例に係る散布装置に備わる散布部の概略構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る散布装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
（実施の形態）
［散布装置］
まず、実施の形態に係る散布装置１００について説明する。
【００１２】
図１は実施の形態に係る散布装置１００の設置状況を示す正面図である。
【００１３】
図１に示すように、散布装置１００は、例えば畑などの農地に設置されている。本実施の形態では、散布装置１００がビニールハウス２００内に設置されている場合を例示する。散布装置１００は、ビニールハウス２００の天井をなすフレームに支持されており、ビニールハウス２００内の畑２０１に対して水を散布する。
【００１４】
図２は、実施の形態に係る散布装置１００の概略構成を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る散布装置１００の制御ブロック図である。図２においては、上方が畑２０１側となる。図２及び図３に示すように、散布装置１００は、水分量センサ１と、散布部２と、走査部３と、制御部４とを備えている。
【００１５】
水分量センサ１は、定位置から対象物に対して光を走査させながら照射して、各照射位置における成分の含有量を検出する成分センサの一例である。具体的には、水分量センサ１は、対象物である畑２０１に対して定位置から光を走査させながら照射して、各照射位置における水の含有量を検出する。水分量センサ１は、走査部３によって姿勢が変動されるように、走査部３に設置されている。水分量センサ１は、走査部３によって姿勢が変動されることで、畑２０１の全面を走査しながら光を照射して、当該畑２０１の部分毎の水分量を検出する。水分量センサ１の詳細については、後述する。
【００１６】
散布部２は、水を散布する散水装置である。散布部２は、例えばタンクまたは水道に繋がれた配管に接続されており、当該タンクまたは水道から供給された水をノズル２９から噴射して散布する。散布部２は、ノズル２９から散布される水の散布方向と、水分量センサ１の光の照射方向とが略一致するように、走査部３に設置されている。具体的には、散布部２のノズル２９は、水分量センサ１の隣に配置されており、水分量センサ１とともにノズル２９の姿勢が走査部３によって変動される。つまり、散布部２は、水分量センサ１と同じように畑２０１の全面を走査しながら、ノズル２９から水を散布することができる。
【００１７】
図４は、実施の形態に係る水分量センサ１及び散布部２の走査範囲Ａを模式的に示す平面図である。走査範囲Ａは、散布装置１００によって水が散布される散布エリアである。例えば走査範囲Ａは、ビニールハウス２００内の畑２０１の全面である。図４に示すように、走査部３は、水分量センサ１からの光が走査範囲Ａを走査する間に、当該光の走査を一時的に複数回停止する。図４では、一行あたり等間隔で６箇所停止され、一列あたり等間隔で６箇所停止される場合を例示している。
【００１８】
この停止時において、水分量の検出と、水の散布が行われる。上述したように、水分量センサ１の照射方向と、散布部２の散布方向とは略一致しているので、水分量センサ１の照射範囲の位置と、水の散布範囲の位置とは、概ね一致する。ここで、水分量センサ１の照射範囲の位置は、水分量センサ１が照射する光の照射位置である。一回あたりの照射範囲と、散布範囲とのそれぞれの大きさは同じであっても異なっていてもよい。本実施の形態では、一回あたりの照射範囲と、散布範囲とのそれぞれの大きさが同じである場合を例示する。このため、図４においては、一回あたりの照射範囲と散布範囲とをまとめて一つの単位範囲Ｒとして図示している。ここで、隣り合う単位範囲Ｒが重なっていると、その重なった部分では複数回水が散布されてしまい、畑２０１全体としての均一な水の散布を妨げてしまう。このため、隣り合う単位範囲Ｒ同士が極力重ならないように単位範囲Ｒの大きさ、位置を決めておくことが望まれる。隣り合う単位範囲Ｒ同士の間に隙間があったとしても、単位範囲Ｒ内に散布された水は、その外方にも浸透していくため、それほど問題にはならない。
【００１９】
走査部３は、水分量センサ１の照射方向と、散布部２の散布方向とが略一致した状態で、水分量センサ１と散布部２とのそれぞれの姿勢を変動させて、単位範囲Ｒを走査させる。具体的には、図２に示すように走査部３は、回転台３１と、第一回転部３２と、第二回転部３３とを備えている。回転台３１は、ビニールハウス２００のフレームに固定されており、第一回転部３２及び第二回転部３３を保持している。
【００２０】
第一回転部３２は、一部が回転台３１に対して回転するように回転台３１に設けられている。具体的には、第一回転部３２は、第一基台３２１と、第一基台３２１に対して立設した壁部３２２と、第一基台３２１を回転させる第一モータ３２３とを備えている。第一モータ３２３の回転軸は上下方向に沿う方向となっている。第一モータ３２３が駆動することで、第一基台３２１及び壁部３２２が回転台３１に対して回転する。第一基台３２１及び壁部３２２の回転方向は、図２中、矢印Ｙ１で示している。
【００２１】
第二回転部３３は、一部が第一回転部３２に対して回転するように第一回転部３２に設けられている。具体的には、第二回転部３３は、第二基台３３１と、第二基台３３１を回転させる第二モータ３３２とを備えている。第二基台３３１は、第二モータ３３２を介して、壁部３２２に取り付けられている。第二基台３３１には、水分量センサ１と、散布部２のノズル２９とが固定されている。第二モータ３３２の回転軸は、第一モータ３２３の回転軸に対して直交している。第二モータ３３２が駆動することで、第二基台３３１が第一回転部３２に対して回転する。第二基台３３１の回転方向は、図２中、矢印Ｙ２で示している。
【００２２】
第一モータ３２３及び第二モータ３３２のそれぞれの回転角を制御することにより、水分量センサ１と、散布部２のノズル２９とのそれぞれの姿勢が変動する。これにより、図４に示すように、単位範囲Ｒが走査範囲Ａ内を走査することとなる。例えば、第一モータ３２３は、回転角が制御されることによって、主走査方向の単位範囲Ｒのピッチを調整する。また、第二モータ３３２は、回転角が制御されることによって、副走査方向の単位範囲Ｒのピッチを調整する。
【００２３】
図３に示すように、制御部４は、例えばマイクロコントローラで構成されており、水分量センサ１と、散布部２と、走査部３とを制御する。制御部４は、水分量センサ１と、散布部２と、走査部３とを制御するための処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
【００２４】
具体的には、制御部４は、走査部３の第一モータ３２３と第二モータ３３２とを制御することにより、単位範囲Ｒの位置が走査範囲Ａ内を一時的に複数回停止しながら走査するように、水分量センサ１と散布部２のノズル２９との姿勢を制御する。一時停止時においては、制御部４は、水分量センサ１を制御して、その位置にある単位範囲Ｒ内の水分量を検出する。制御部４は、検出結果に基づいて、当該位置の単位範囲Ｒに対する水の散布量を決定する。散布量とは、単位面積あたりの水の使用量である。例えば、制御部４は、単位範囲Ｒ内において適切な水分量である目標水分量を予め決定しておき、その目標水分量と、検出結果との差分から、当該位置に対する水の散布量を算出する。制御部４は、散布部２を制御して、決定した散布量で水を散布させる。これを走査の停止毎に行うことにより、各単位範囲Ｒ内の水分量は、目標水分量に均一化されることになる。なお、目標水分量は任意に変更することも可能である。
【００２５】
［水分量センサ］
次に、実施の形態に係る水分量センサ１の概要について説明する。
【００２６】
図５は、実施の形態に係る水分量センサ１の構成と畑２０１とを示す模式図である。図６は、実施の形態に係る水分量センサ１の制御構成を示すブロック図である。
【００２７】
本実施の形態では、図５及び図６に示すように、水分量センサ１は、空間を隔てて存在する畑２０１に含まれる水分量を検出する。「畑２０１に含まれる水分量」は、畑２０１上に溜まった水分と、畑２０１の表面部分に浸透した水分とを含む。
【００２８】
水分量センサ１は、筐体１０と、発光部２０と、第一受光モジュール７０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを備えている。
【００２９】
以下では、水分量センサ１の各構成要素について詳細に説明する。
【００３０】
［筐体］
筐体１０は、発光部２０と、第一受光モジュール７０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを収容している。筐体１０は、遮光性の材料から形成されている。これにより、外光が筐体１０内に入射するのを抑制することができる。具体的には、筐体１０は、第一受光モジュール７０と第二受光モジュール４０とが受光する光に対して遮光性を有する樹脂材料又は金属材料から形成されている。
【００３１】
筐体１０の外壁には、複数の開口が設けられており、これらの開口に、発光部２０のレンズ２１と、第一受光モジュール７０のレンズ７１とが取り付けられている。
【００３２】
［発光部］
発光部２０は、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを畑２０１に向けて発する発光部である。具体的には、発光部２０は、レンズ２１と、光源２２とを備えている。
【００３３】
レンズ２１は、光源２２が発した光を、畑２０１に対して集光する集光レンズである。レンズ２１は、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００３４】
光源２２は、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源である。具体的には、光源２２は、化合半導体からなるＬＥＤ光源である。
【００３５】
図７は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。図７に示すように、水分は、約１４５０ｎｍ及び約１９４０ｎｍの波長に吸収ピークを有する。水蒸気は、水分の吸収ピークよりやや低い波長、具体的には約１３５０ｎｍ〜１４００ｎｍ及び約１８００ｎｍ〜１９００ｎｍの波長に吸収ピークを有する。
【００３６】
このため、検知光をなす第一波長帯としては、水の吸光度が高い波長帯を選択し、参照光をなす第二波長帯としては、第一波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。そして、一例としては、第二波長帯の平均波長は、第一波長体の平均波長よりも長くする。また、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、例えば第一波長帯の中心波長は１４５０ｎｍとし、第二波長帯の中心波長は１７００ｎｍとする。
【００３７】
このように、光源２２が、第一波長帯と第二波長帯とを連続して含む光を照射するので、畑２０１には、水による吸収が大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一波長帯よりも小さい第二波長帯を含む参照光が照射される。
【００３８】
［第一受光モジュール］
図５に示すように第一受光モジュール７０は、レンズ７１と、第一バンドパスフィルタ７２と、第一受光部７３とを備えている。
【００３９】
レンズ７１は、畑２０１によって反射された反射光を第一受光部７３に集光するための集光レンズである。レンズ７１は、例えば、焦点が第一受光部７３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ７１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００４０】
第一バンドパスフィルタ７２は、反射光から第一波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第一バンドパスフィルタ７２は、レンズ７１と、第一受光部７３との間に配置されており、レンズ７１を透過して第一受光部７３に入射する反射光の光路上に設けられている。また、第一バンドパスフィルタ７２は、レンズ７１の光軸に対して傾いて配置されている。これにより、第一バンドパスフィルタ７２は、第一波長帯の光を透過するとともに、それ以外の波長帯の光を反射する。
【００４１】
第一受光部７３は、畑２０１によって反射され、第一バンドパスフィルタ７２を透過した第一波長帯の光を受光し、第一電気信号に変換する受光素子である。第一受光部７３は、受光した第一波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第一電気信号を生成する。生成された第一電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第一受光部７３は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、第一受光部７３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。
【００４２】
［第二受光モジュール］
第二受光モジュール４０は、第二バンドパスフィルタ４２と、第二受光部４３とを備えている。
【００４３】
第二バンドパスフィルタ４２は、第一バンドパスフィルタ７２で反射された光から第二波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第二バンドパスフィルタ４２は、第一バンドパスフィルタ７２と、第二受光部４３との間に配置されており、第一バンドパスフィルタ７２を透過して第二受光部４３に入射する光の光路上に設けられている。そして、第二バンドパスフィルタ４２は、第二波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。
【００４４】
第二受光部４３は、畑２０１によって反射され、第二バンドパスフィルタ４２を透過した第二波長帯の光を受光し、第二電気信号に変換する受光素子である。第二受光部４３は、受光した第二波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第二電気信号を生成する。生成された第二電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第二受光部４３は、第一受光部７３と同形の受光素子である。つまり、第一受光部７３がフォトダイオードである場合には、第二受光部４３もフォトダイオードである。
【００４５】
［信号処理回路］
信号処理回路５０は、発光部２０の光源２２を点灯制御するとともに、第一受光部７３及び第二受光部４３から出力された第一電気信号及び第二電気信号を処理することで、水分量を演算する回路である。
【００４６】
信号処理回路５０は、筐体１０に収容されていてもよく、又は、筐体１０の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、信号処理回路５０は、無線通信などの通信機能を有し、第一受光部７３からの第一電気信号及び第二受光部４３からの第二電気信号を受信してもよい。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、信号処理回路５０は、光源制御部５１、第一増幅部５２、第二増幅部５３、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６を備えている。
【００４８】
光源制御部５１は、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。光源制御部５１は、光源２２の制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。光源制御部５１は、光源２２の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、光源２２を制御する。具体的には、光源制御部５１は、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）のパルス信号を光源２２に出力することで、光源２２を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。
【００４９】
第一増幅部５２は、第一受光部７３が出力した第一電気信号を増幅して第一信号処理部５４に出力する。具体的には、第一増幅部５２は、第一電気信号を増幅するオペアンプである。
【００５０】
第一信号処理部５４は、マイクロコントローラで構成される。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第一電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第一電気信号から抑制することが可能である。
【００５１】
第二増幅部５３は、第二受光部４３が出力した第二電気信号を増幅して第二信号処理部５５に出力する。具体的には、第二増幅部５３は、第二電気信号を増幅するオペアンプである。
【００５２】
第二信号処理部５５は、マイクロコントローラで構成される。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第二電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。
【００５３】
演算処理部５６は、第一受光部７３から出力された第一電気信号と、第二受光部４３から出力された第二電気信号とに基づいて、畑２０１が含む水分を検出する。具体的には、演算処理部５６は、第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比（信号比）に基づいて、畑２０１が含む水分量を検出する。本実施の形態では、演算処理部５６は、第一信号処理部５４によって処理された第一電気信号と、第二信号処理部５５によって処理された第二電気信号とに基づいて、畑２０１が含む水分量を検出する。演算処理部５６は、検出した水分量を制御部４に出力する。具体的な水分量の検出処理については後で説明する。
【００５４】
演算処理部５６は、例えば、マイクロコントローラである。演算処理部５６は、信号処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
【００５５】
［水分量の検出処理］
続いて、演算処理部５６による水分量の検出処理について説明する。
【００５６】
本実施の形態では、演算処理部５６は、反射光に含まれる検知光の光エネルギーＰｄと、参照光の光エネルギーＰｒとを比較することで、畑２０１に含まれる成分量を検出する。なお、光エネルギーＰｄは、第一受光部７３から出力される第一電気信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、第二受光部４３から出力される第二電気信号の強度に対応する。
【００５７】
光エネルギーＰｄは、次の（式１）で表される。
【００５８】
（式１）  Ｐｄ＝Ｐｄ０×Ｇｄ×Ｒｄ×Ｔｄ×Ａａｄ×Ｉｖｄ
【００５９】
ここで、Ｐｄ０は、光源２２が発した光のうち、検知光をなす第一波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｄは、第一波長帯の光の第一受光部７３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｄは、光源２２が発した光のうち、対象物（畑２０１）で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる検知光）になる部分の割合に相当する。
【００６０】
Ｒｄは、畑２０１による検知光の反射率である。Ｔｄは、第一バンドパスフィルタ７２により検知光の透過率である。Ｉｖｄは、第一受光部７３における反射光に含まれる検知光に対する受光感度である。
【００６１】
Ａａｄは、対象物に含まれる成分（水分）による検知光の吸収率あり、次の（式２）で表される。
【００６２】
（式２）  Ａａｄ＝１０−αａ×Ｃａ×Ｄ
【００６３】
ここで、αａは、予め定められた吸光係数であり、具体的には、成分（水分）による検知光の吸光係数である。Ｃａは、対象物に含まれる成分（水分）の体積濃度である。Ｄは、検知光の吸収に寄与する成分の厚みの２倍である寄与厚みである。
【００６４】
より具体的には、水分が均質に分散した対象物では、光が対象物に入射し、反射して対象物から出射する場合において、Ｃａは、対象物の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Ｄは、反射して対象物から出射するまでの光路長に相当する。例えば、Ｃａは、対象物を覆っている液相に含まれる水分の濃度である。また、Ｄは、対象物を覆っている液相の平均的な厚みとして換算される寄与厚みである。
【００６５】
したがって、αａ×Ｃａ×Ｄは、対象物に含まれる成分量（水分量）に相当する。以上のことから、対象物に含まれる水分量に応じて、第一電気信号の強度に相当する光エネルギーＰｄが変化することが分かる。なお、水分と比べて湿気の吸光度は極端に小さいので、無視することができる。
【００６６】
同様に、第二受光部４３に入射する参照光の光エネルギーＰｒは、次の（式３）で表される。
【００６７】
（式３）  Ｐｒ＝Ｐｒ０×Ｇｒ×Ｒｒ×Ｔｒ×Ｉｖｒ
【００６８】
本実施の形態では、参照光は、対象物に含まれる成分によって実質的には吸収されないとみなすことができるので、（式１）と比較して分かるように、水分による吸収率Ａａｄに相当する項は（式３）には含まれていない。
【００６９】
（式３）において、Ｐｒ０は、光源２２が発した光のうち、参照光をなす第二波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｒは、光源２２が発した参照光の第二受光部４３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｒは、参照光のうち、対象物で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる参照光）になる部分の割合に相当する。Ｒｒは、対象物による参照光の反射率である。Ｔｒは、第二バンドパスフィルタ４２による参照光の透過率である。Ｉｖｒは、第二受光部４３の反射光に対する受光感度である。
【００７０】
本実施の形態では、光源２２から照射される光、つまり、検知光と参照光とは、同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、検知光の結合効率Ｇｄと参照光の結合効率Ｇｒとは略等しくなる。また、検知光と参照光とはピーク波長が比較的近いので、検知光の反射率Ｒｄと参照光の反射率Ｒｒとが略等しくなる。
【００７１】
したがって、（式１）と（式３）との比（信号比）を取ることにより、次の（式４）が導き出される。
【００７２】
（式４）  Ｐｄ／Ｐｒ＝Ｚ×Ａａｄ
【００７３】
ここで、Ｚは、定数項であり、（式５）で示される。
【００７４】
（式５）  Ｚ＝（Ｐｄ０／Ｐｒ０）×（Ｔｄ／Ｔｒ）×（Ｉｖｄ／Ｉｖｒ）
【００７５】
光エネルギーＰｄ０及びＰｒ０はそれぞれ、光源２２の初期出力として予め定められている。また、透過率Ｔｄ及び透過率Ｔｒはそれぞれ、第一バンドパスフィルタ７２及び第二バンドパスフィルタ４２の透過特性により予め定められている。受光感度Ｉｖｄ及び受光感度Ｉｖｒはそれぞれ、第一受光部７３及び第二受光部４３の受光特性により予め定められている。したがって、（式５）で示されるＺは、定数とみなすことができる。
【００７６】
演算処理部５６は、第一電気信号に基づいて検知光の光エネルギーＰｄを算出し、第二電気信号に基づいて参照光の光エネルギーＰｒを算出する。具体的には、第一電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｄに相当し、第二電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｒに相当する。
【００７７】
したがって、演算処理部５６は、（式４）に基づいて、対象物に含まれる水分の吸収率Ａａｄを算出することができる。これにより、演算処理部５６は、（式２）に基づいて水分量を算出することができる。
【００７８】
なお、空間には湿気（水蒸気）も存在しているが、水蒸気によって検知光及び参照光が吸収される場合も想定される。この水蒸気による吸収分をキャンセルするように第一電気信号及び第二電気信号を補正する補正部を信号処理回路５０に設けてもよい。
【００７９】
［散布装置の動作］
次いで、散布装置１００の動作について説明する。散布装置１００の制御部４は、走査部３を制御することにより、単位範囲Ｒの位置が走査範囲Ａ内を一時的に複数回停止しながら走査するように、水分量センサ１と散布部２のノズル２９との姿勢を制御する。
【００８０】
一時停止時においては、制御部４は、水分量センサ１を制御して、その位置にある単位範囲Ｒ内の水分量を検出する。制御部４は、水分量センサ１の検出結果に基づいて、当該位置の単位範囲Ｒに対する水の散布量を決定する。制御部４は、散布部２を制御して、決定した散布量で散布部２から水を散布させる。これを走査の停止毎に行うことにより、各単位範囲Ｒ内の水分量は、基準水分量に均一化されることになる。
【００８１】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る散布装置１００によれば、定位置から対象物（畑２０１）に対して光を走査させて、各照射位置における水の含有量を検出する水分量センサ１と、水を対象物に対して散布する散布部２と、水分量センサ１及び散布部２を制御する制御部４とを備え、制御部４は、水分量センサ１における各照射位置（単位範囲Ｒ）での検出結果に基づいて、当該照射位置に対する水の散布量を決定する。
【００８２】
これによれば、制御部４が、水分量センサ１における各単位範囲Ｒでの検出結果に基づいて、当該照射位置に対する水の散布量を決定しているので、各単位範囲Ｒ内の水分量は、目標水分量に均一化されることになる。これにより、散布エリアである走査範囲Ａ内において、被散布物である水の含有量を均一にすることができる。
【００８３】
また、水分量センサ１は、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを、光として対象物に向けて発する発光部２０と、対象物によって反射された検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部７３と、対象物によって反射された参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部４３と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比に基づいて、水の含有量を算出する演算処理部５６とを備える。
【００８４】
これによれば、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを含む光を、対象物である畑２０１に照射することで、当該畑２０１の水分量を検出することができる。
【００８５】
また、水分量センサ１の姿勢を変動させることによって、光を走査する走査部３を備える。
【００８６】
これによれば、走査部３が水分量センサ１の姿勢を変動させることによって、光を走査しているので、作業者が水分量センサ１の姿勢を視認することによって、光が照射されている大体の位置を把握することができる。
【００８７】
なお、発光部２０から発せられた光を反射させることで当該光を走査範囲Ａ内で走査させる走査モジュールを水分量センサ１に設けてもよい。具体的には、走査モジュールは、水平方向（主走査方向）に比較的高速で揺動する第一ミラーと、垂直方向（副走査方向）に比較的低速で揺動する第二ミラーとを有している。そして、第一ミラー及び第二ミラーは、光源２２からの光を自己の振れ角に応じた方向に反射する。光源からの光は、第一ミラーで反射した後に、第二ミラーで反射する。第一ミラー及び第二ミラーがそれぞれ水平方向及び垂直方向に揺動することにより、光源２２からの光が水平方向及び垂直方向に（すなわち、二次元的に）走査されながら空間に照射され、走査範囲Ａ内を走査する。この場合、走査部３がなくとも、水分量センサ１からの光を走査させることができる。
【００８８】
また、走査部３は、水分量センサ１の照射方向と、散布部２の散布方向とが略一致した状態で、水分量センサ１と散布部２とのそれぞれの姿勢を変動させる。
【００８９】
これによれば、走査時においても、水分量センサ１の照射方向と、散布部２の散布方向とが略一致しているので、水分量センサ１の照射位置と、散布部２の散布位置とを一致させやすくなる。したがって、走査範囲Ａ内における水の含有量をより均一にすることができる。
【００９０】
［変形例］
上記実施の形態では、一つのノズル２９を有する散布部２の姿勢が変動されて、散布部２の散布位置と走査される場合を例示した。しかし、姿勢が変動されない複数のノズルから水を散布する散布部であってもよい。
【００９１】
図８は、変形例に係る散布装置１００Ａの設置状況を示す正面図である。図９は、変形例に係る散布装置１００Ａに備わる散布部２ａの概略構成を示す上面図である。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００９２】
図８及び図９に示すように、散布装置１００Ａに備わる散布部２ａは、複数の柱部２０２と、柱部２０２間に架け渡された一対の第一梁部２０３と、一対の第一梁部２０３間に架け渡された複数の第二梁部２０４とを備えている。第一梁部２０３は、副走査方向に沿って長尺な部材である。第二梁部２０４は、主走査方向に沿って長尺な部材である。また、第二梁部２０４には、主走査方向に所定の間隔をあけて複数のノズル２９ａが設けられている。各ノズル２９ａは、タンクまたは水道に繋がれた、図示しない配管に接続されており、各ノズル２９ａから水が噴射して散布される。各ノズル２９ａの水の散布範囲は、各単位範囲Ｒに対応して設定されている。各ノズル２９ａは、制御部４によって制御されることにより、決定された散布量で水を散布する。具体的には、制御部４は、走査部３を制御することにより、単位範囲Ｒの位置が走査範囲Ａ内を一時的に複数回停止しながら走査するように、水分量センサ１の姿勢を制御する。これにより、水分量センサ１は、各単位範囲Ｒの水分量を検出する。制御部４は、水分量センサ１の検出結果に基づいて、各単位範囲Ｒに対する水の散布量を決定する。つまり、複数の単位範囲Ｒのそれぞれに対応するノズル２９ａの水の散布量を決定する。制御部４は、散布部２ａの各ノズル２９ａを制御して、決定した散布量で各ノズル２９ａから水を散布させる。これにより、各単位範囲Ｒ内の水分量は、目標水分量に均一化されることになる。
【００９３】
（その他）
以上、本発明に係る水分量センサ１について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００９４】
例えば、上記実施の形態では、光源２２がＬＥＤ光源である場合を例示したが、光源は半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などでもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含む連続した光を１つの光源２２が発する場合を例示して説明した。しかしながら、複数の光源を設け、１つの光源が検知光を発し、他の光源が参照光を発するようにしてもよい。
【００９６】
また、上記実施の形態では、信号処理回路５０に備わる光源制御部５１、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６がそれぞれ専用のマイクロコントローラからなる場合を例示して説明したが、信号処理回路は、全体として１つのマイクロコントローラで実現されてもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態では、水分量の検出と水の散布とを同時に行うために、水分量センサ１及び散布部２が走査範囲Ａ内を一時的に複数回停止しながら走査する場合を例示した。水分量の検出と水の散布とを別個に行うのであれば、水分量センサ１だけ先に走査範囲Ａ内を走査して、当該走査範囲Ａ内の水分量を検出し、その後に、水の散布を行うことも可能である。この場合、水分量センサ１は、一時的な複数回の停止を行わずに、連続的な走査を行ってもよい。水分量センサ１は、連続的な走査であっても、各照射位置における水分量を検出することは可能である。水分量センサ１による走査だけが先に行われていれば、走査範囲Ａ内における水分量分布を作成することが可能である。例えば、上記実施の形態では、制御部４が散布量のみを決定する場合を例示した。しかしながら、水分量分布があれば、制御部４は、水分量分布に基づいて散布範囲を制御することも可能である。例えば、水分量が少ない部分が広範囲に集中していれば、散布範囲を広くすることで、散布回数を少なくすることが可能である。そして、散布一回あたりの散布範囲が調整可能なノズルを散布部に採用すれば、散布範囲の制御は可能である。また、散布一回あたりの散布範囲が調整できないノズルであっても、複数の単位範囲Ｒに対して一定の散布量で水を散布すれば、散布範囲を調整することができる。なお、水分量センサ１における各照射位置での検出結果に基づいて、当該照射位置に対する水の散布量及び散布範囲の両者を決定してもよい。
【００９８】
また、上記実施の形態では、散布装置として水を散布する散布装置１００を例示した。しかしながら、散布装置は、水以外の被散布物を散布する散布装置であってもよい。この場合、散布装置には、被散布物の成分の含有量を検出する成分センサが搭載される。水以外の被散布物としては、例えば除草剤、植物成長調整剤などの薬剤が挙げられる。この場合、成分センサの発光部は、薬剤による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、薬剤による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを含んだ光を対象物に向けて発する。検知光と参照光とは、薬剤の種類毎に異なるため、使用する薬剤の種類に応じて、検知光と参照光とを適切に選定する必要がある。この場合においても、制御部４が、成分センサにおける各単位範囲Ｒでの検出結果に基づいて、当該照射位置に対する薬剤の散布量を決定する。これにより、散布エリアである走査範囲Ａ内において、被散布物である薬剤の含有量を均一にすることができる。
【００９９】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１  水分量センサ（成分センサ）
２、２ａ  散布部
３  走査部
４  制御部
２０  発光部
４３  第二受光部
５６  演算処理部
７３  第一受光部
１００、１００Ａ  散布装置
２０１  畑（対象物）
Ｒ  単位範囲
【図１】
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【図２】
2019037196.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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