(57)【要約】      （修正有）【課題】近距離から遠距離迄の農作物の生育状況の測定を可能とする測定装置を提供する。【解決手段】複数の異なる波長のレーザ光線をカップリングさせ測定光９を射出する光源部１１と、測定光を所定の照射角で測定対象に照射する照射部１２と、測定対象からの反射測定光を受光する受光部１３と、受光結果に基づき各波長毎の反射率を演算する制御部１０とを具備し、光源部は第１の波長のレーザ光線を発する第１光源と、第２の波長のレーザ光線を発する第２光源と、２波長のレーザ光線を合波するダイクロイックミラーとを有し、受光部は近距離からの反射測定光を受光する第１受光ユニットと、中距離からの反射測定光を受光する第２受光ユニットと、遠距離からの反射測定光を受光する第３受光ユニットとから構成され、制御部は、測定対象迄の距離に基づき、いずれの受光ユニットの受光結果を用いるかを選択する。【選択図】図２
2019045445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる波長のレーザ光線をカップリングさせ測定光を射出する光源部と、前記測定光を所定の照射角で測定対象に照射する照射部と、前記測定対象からの反射測定光を受光する受光部と、受光結果に基づき各波長毎の反射率を演算する制御部とを具備し、前記光源部は第１の波長のレーザ光線を発する第１光源と、該第１光源とは異なる第２の波長のレーザ光線を発する第２光源と、２波長のレーザ光線の光軸の交差位置に設けられ、一方のレーザ光線を透過し他方のレーザ光線を反射し、前記２波長のレーザ光線を合波するダイクロイックミラーとを有し、前記受光部は近距離からの前記反射測定光を受光する第１受光ユニットと、中距離からの前記反射測定光を受光する第２受光ユニットと、遠距離からの前記反射測定光を受光する第３受光ユニットとから構成され、前記制御部は、前記測定対象迄の距離に基づき、いずれの受光ユニットの受光結果を用いるかを選択する測定装置。
【請求項２】
前記第１受光ユニットは、前記反射測定光の長径方向と母線方向を一致させたシリンドリカルレンズが連設された第１受光レンズと、該第１受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する第１受光素子とを有し、前記第２受光ユニットは、回転対称で開口数の大きい１つ以上の第２受光レンズと、該第２受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する１つ以上の第２受光素子とを有し、前記第３受光ユニットは、前記第２受光レンズよりも大径で焦点距離が長く、回転対称で開口数の大きい第３受光レンズと、該第３受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する第３受光素子とを有し、前記制御部は、近距離測定では前記第１受光素子の受光結果を用い、中距離測定では前記第１受光素子と前記第２受光素子の受光結果を用い、遠距離測定では前記第１受光素子と前記第２受光素子と前記第３受光素子の受光結果を用いる請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記照射部は、前記測定光の光軸上に設けられた照射角変更手段を有し、前記制御部は、前記測定対象迄の距離に基づき、前記測定光の照射角を変更する請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記照射角変更手段は、固定して設けられた第１シリンドリカルレンズと、前記測定光の光軸に沿って移動可能に設けられた第２シリンドリカルレンズとを有し、前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズとの距離を変更し、照射角を変更する様構成した請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記照射角変更手段は、固定して設けられた第１シリンドリカルレンズと、前記測定光の光軸に対して挿脱可能に設けられた第２シリンドリカルレンズとを有する請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記光源部は、前記ダイクロイックミラーで合波された２波長の前記測定光が導光され、光強度を均一化する光ファイバを更に具備する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第１光源は、第１の波長でそれぞれ異なる偏光方向に配置されたレーザ光線を発する２つの発光素子と、該２つの発光素子から発せられたレーザ光線を合波する第１偏光ミラーとを有し、前記第２光源は、第２の波長でそれぞれ異なる偏光方向に配置されたレーザ光線を発する２つの発光素子と、該２つの発光素子から発せられたレーザ光線を合波する第２偏光ミラーとを有する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
複数の光源部と、該複数の光源部から発せられる複数の前記測定光を合波するファイバコンバイナとを更に具備する請求項６に記載の測定装置。
【請求項９】
前記受光部は、対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様配置された受光素子を有する請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作物に対して測定光を照射し、反射光を解析して農作物の生育状況を測定する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、米や小麦、大豆等の農作物の生育状況を把握し、施肥管理や推量管理等を行う為、農作物にレーザダイオード等の光源から測定光を照射し、反射光を計測、解析することで、農作物の窒素含有量等を測定することが行われている。この測定は、トラクターや小型無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の移動体に搭載される測定装置、或は作業者が携帯するハンドヘルドタイプの測定装置等により行われる。
【０００３】
従来の測定装置の場合、測定可能な距離の範囲が狭く、限られた距離でしか測定することができない為、１つの測定装置で近距離から遠距離迄を自由に測定することはできなかった。
【０００４】
従って、測定する農作物迄の距離（高度）に応じて、適した測定可能範囲を有する測定装置を用いる必要がある為、測定装置が複数必要となり、コストが増加すると共に、作業も繁雑となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５２２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、近距離から遠距離迄の農作物の生育状況の測定を可能とする測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の異なる波長のレーザ光線をカップリングさせ測定光を射出する光源部と、前記測定光を所定の照射角で測定対象に照射する照射部と、前記測定対象からの反射測定光を受光する受光部と、受光結果に基づき各波長毎の反射率を演算する制御部とを具備し、前記光源部は第１の波長のレーザ光線を発する第１光源と、該第１光源とは異なる第２の波長のレーザ光線を発する第２光源と、２波長のレーザ光線の光軸の交差位置に設けられ、一方のレーザ光線を透過し他方のレーザ光線を反射し、前記２波長のレーザ光線を合波するダイクロイックミラーとを有し、前記受光部は近距離からの前記反射測定光を受光する第１受光ユニットと、中距離からの前記反射測定光を受光する第２受光ユニットと、遠距離からの前記反射測定光を受光する第３受光ユニットとから構成され、前記制御部は、前記測定対象迄の距離に基づき、いずれの受光ユニットの受光結果を用いるかを選択する測定装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記第１受光ユニットは、前記反射測定光の長径方向と母線方向を一致させたシリンドリカルレンズが連設された第１受光レンズと、該第１受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する第１受光素子とを有し、前記第２受光ユニットは、回転対称で開口数の大きい１つ以上の第２受光レンズと、該第２受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する１つ以上の第２受光素子とを有し、前記第３受光ユニットは、前記第２受光レンズよりも大径で焦点距離が長く、回転対称で開口数の大きい第３受光レンズと、該第３受光レンズで集光された前記反射測定光を受光する第３受光素子とを有し、前記制御部は、近距離測定では前記第１受光素子の受光結果を用い、中距離測定では前記第１受光素子と前記第２受光素子の受光結果を用い、遠距離測定では前記第１受光素子と前記第２受光素子と前記第３受光素子の受光結果を用いる測定装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記照射部は、前記測定光の光軸上に設けられた照射角変更手段を有し、前記制御部は、前記測定対象迄の距離に基づき、前記測定光の照射角を変更する測定装置に係るものである。
【００１０】
又本発明は、前記照射角変更手段は、固定して設けられた第１シリンドリカルレンズと、前記測定光の光軸に沿って移動可能に設けられた第２シリンドリカルレンズとを有し、前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズとの距離を変更し、照射角を変更する様構成した測定装置に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記照射角変更手段は、固定して設けられた第１シリンドリカルレンズと、前記測定光の光軸に対して挿脱可能に設けられた第２シリンドリカルレンズとを有する測定装置に係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記光源部は、前記ダイクロイックミラーで合波された２波長の前記測定光が導光され、光強度を均一化する光ファイバを更に具備する測定装置に係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記第１光源は、第１の波長でそれぞれ異なる偏光方向に配置されたレーザ光線を発する２つの発光素子と、該２つの発光素子から発せられたレーザ光線を合波する第１偏光ミラーとを有し、前記第２光源は、第２の波長でそれぞれ異なる偏光方向に配置されたレーザ光線を発する２つの発光素子と、該２つの発光素子から発せられたレーザ光線を合波する第２偏光ミラーとを有する測定装置に係るものである。
【００１４】
又本発明は、複数の光源部と、該複数の光源部から発せられる複数の前記測定光を合波するファイバコンバイナとを更に具備する測定装置に係るものである。
【００１５】
更に又本発明は、前記受光部は、対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様配置された受光素子を有する測定装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の異なる波長のレーザ光線をカップリングさせ測定光を射出する光源部と、前記測定光を所定の照射角で測定対象に照射する照射部と、前記測定対象からの反射測定光を受光する受光部と、受光結果に基づき各波長毎の反射率を演算する制御部とを具備し、前記光源部は第１の波長のレーザ光線を発する第１光源と、該第１光源とは異なる第２の波長のレーザ光線を発する第２光源と、２波長のレーザ光線の光軸の交差位置に設けられ、一方のレーザ光線を透過し他方のレーザ光線を反射し、前記２波長のレーザ光線を合波するダイクロイックミラーとを有し、前記受光部は近距離からの前記反射測定光を受光する第１受光ユニットと、中距離からの前記反射測定光を受光する第２受光ユニットと、遠距離からの前記反射測定光を受光する第３受光ユニットとから構成され、前記制御部は、前記測定対象迄の距離に基づき、いずれの受光ユニットの受光結果を用いるかを選択するので、１つの測定装置で近距離から遠距離までの測定を行うことができ、測定コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る測定装置が適用される測定システムを示す概略図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る測定装置を示す概略構成図である。
【図３】前記測定装置のカップリング部と照射部を示す概略構成図であり、（Ａ）は近距離を測定する場合を示し、（Ｂ）は中距離を測定する場合を示し、（Ｃ）は遠距離を測定する場合を示している。
【図４】（Ａ）は前記測定装置の受光部を示す概略側面図であり、（Ｂ）は前記測定装置の受光部を示す概略正面図である。
【図５】（Ａ）はＵＡＶの進行方向と測定対象面に対する測定光の照射状態を示す説明図であり、（Ｂ）は測定光の光強度分布を示す説明図である。
【図６】前記測定装置をＵＡＶに取付けた場合の、測定対象面と照射範囲との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る測定装置の変形例を示す概略構成図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る測定装置の変形例を示す概略構成図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る測定装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る測定装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る測定装置を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る測定装置を示す概略構成図である。
【図１３】前記測定装置をハンドヘルドタイプとした場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例に係る測定装置をＵＡＶに搭載した測定システム１の概略を示している。
【００２０】
図１中、２はＵＡＶ、３は追尾機能を有する測量装置であり、例えばトータルステーションを示している。又、図１中、４は遠隔操作装置（例えばＰＣやスマートフォン、タブレット等の演算装置）、５は通信装置を示している。該通信装置５は前記遠隔操作装置４と有線、無線等所要の手段で接続され、該遠隔操作装置４とデータの授受が可能であると共に、前記ＵＡＶ２、前記トータルステーション３間でデータ通信を行う。
【００２１】
前記ＵＡＶ２は、前記遠隔操作装置４による遠隔操作により飛行が制御され、或は飛行プログラムに基づき自律飛行可能となっている。
【００２２】
前記ＵＡＶ２には測定装置６、プリズム７、通信装置８が搭載されている。前記測定装置６は、該測定装置６の光軸が常に鉛直又は略鉛直となる様に支持され、該測定装置６と前記プリズム７とは既知の位置関係で一体に設けられている。
【００２３】
尚、前記測定装置６に、該測定装置６の傾斜を検出する傾斜センサを設けてもよい。該傾斜センサの検出結果に基づき前記測定装置６の光軸の傾斜を求め、光軸の傾斜に基づき前記測定装置６の測定結果を補正する様にすれば、該測定装置６はその光軸が鉛直又は略鉛直となる様に支持されなくてもよい。
【００２４】
該測定装置６は、複数波長を有する測定光９（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）を測定対象面（例えば圃場）に照射し、測定対象（例えば農作物）からの波長毎の受光光量を検出し、受光光量から波長毎の反射率を測定し、測定された反射率は、前記測定装置６の測定結果として、前記通信装置８、前記通信装置５を介して前記遠隔操作装置４に送信される。
【００２５】
前記トータルステーション３は既知点（３次元座標が既知である点）に設置され、前記プリズム７を視準し、該プリズム７を追尾しつつ該プリズム７の位置（３次元座標）を測定する。前記トータルステーション３で測定された前記プリズム７の位置データは、前記通信装置５を介して前記遠隔操作装置４に送信される。尚、前記ＵＡＶ２にＧＮＳＳ装置を設け、該ＧＮＳＳ装置により前記ＵＡＶ２の位置（即ち前記測定装置６の位置）を測定してもよい。
【００２６】
前記遠隔操作装置４では、前記トータルステーション３による前記プリズム７の位置測定のタイミングと、前記測定装置６の測定のタイミングとから、測定位置と測定結果とを関連付ける。これにより、圃場の所望の位置に於ける各波長毎の反射率を測定することができ、更に反射率に基づき農作物の生育状況を測定することができる。
【００２７】
ここで、反射率に基づく農作物の生育状況の測定とは、例えば特定波長の反射率に基づく農作物の葉に含まれる葉緑素（クロロフィル）量の測定である。葉緑素量を測定することで、農作物の栄養状態を正確に把握することができ、適切な施肥管理を行うことができる。
【００２８】
尚、生育状況の測定に於いて、実際の測定位置はプリズム基準位置（即ち、前記プリズム７の光学中心）ではなく、前記測定装置６の基準位置である。従って、測定位置と測定結果とを関連付ける際には、プリズム基準位置と測定基準位置との位置偏差が演算に考慮されなければならない。
【００２９】
本実施例では、前記プリズム７が前記測定装置６に直接取付けられる構造となっている。従って、前記測定装置６と前記プリズム７とが一体化され、且つ前記プリズム基準位置と前記測定基準位置との位置関係が固定される様になっている。
【００３０】
次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）〜図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して、本発明の第１の実施例に係る前記測定装置６について説明する。
【００３１】
該測定装置６は、主に光源部１１と、照射部１２と、受光部１３と、制御部１０とを有している。
【００３２】
前記光源部１１は、複数の光源を有し、各光源から発せられる波長の異なる複数の光を合波するカップリング機能を有している。本実施例では、７３５ｎｍの波長の第１レーザ光線を発する第１発光素子１４（例えばレーザダイオード）と、８０８ｎｍの波長の第２レーザ光線を発する第２発光素子１５（例えばレーザダイオード）が用いられる。尚、前記第１発光素子１４と前記第２発光素子１５として、ＬＥＤや多波長光源を用い、波長選択フィルタにより特定の波長の光を抽出する様にしてもよい。
【００３３】
前記第１レーザ光線の第１光軸１６上には、第１コリメータレンズ１７、ダイクロイックミラー１８が配設されている。又、前記第２レーザ光線の第２光軸１９上には、第２コリメータレンズ２１、前記ダイクロイックミラー１８、コンデンサレンズ２２、光ファイバ２３の入射端が配置されている。尚、前記第１コリメータレンズ１７、前記第２コリメータレンズ２１、前記コンデンサレンズ２２に替えて、曲面、自由曲面を有するミラーを用いてもよい。
【００３４】
前記ダイクロイックミラー１８は、前記第１レーザ光線を反射し、前記第２レーザ光線を透過させる光学特性を有している。前記第１レーザ光線は、前記ダイクロイックミラー１８に反射されることで、前記第２レーザ光線と合波される。
【００３５】
前記第１発光素子１４から発せられた前記第１レーザ光線は、前記第１コリメータレンズ１７により平行光束とされた後、前記ダイクロイックミラー１８により反射される。前記第２発光素子１５から発せられた前記第２レーザ光線は、前記第２コリメータレンズ２１により平行光束とされた後、前記ダイクロイックミラー１８を透過する。
【００３６】
前記第１レーザ光線と前記第２レーザ光線は、前記ダイクロイックミラー１８を経て、２波長の前記測定光９として合波される。該測定光９は前記コンデンサレンズ２２に集光され、前記光ファイバ２３の入射端に入射する。前記測定光９は、前記光ファイバ２３内を導光される過程でミキシングされ、光強度の空間分布及び角度分布が均一化され、前記光ファイバ２３の射出端から前記照射部１２へと射出される。
【００３７】
該照射部１２は、第３コリメータレンズ２４と、凸曲面を有する第１シリンドリカルレンズ２５と、凸曲面を有する第２シリンドリカルレンズ２６とを有している。前記第３コリメータレンズ２４と前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６とは、前記光ファイバ２３の射出端より発せられる前記測定光９の照射光軸２７上に配置されている。尚、前記第３コリメータレンズ２４に替えて、曲面、自由曲面を有するミラーを用いてもよい。
【００３８】
前記第２シリンドリカルレンズ２６は、例えば図示しないモータにより、前記照射光軸２７に沿って移動可能であり、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６との間の距離を調整可能となっている。尚、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６とにより、照射角変更手段が構成される。
【００３９】
前記光ファイバ２３の射出端より発せられた前記測定光９は、前記第３コリメータレンズ２４により平行光束とされる。その後、前記測定光９は、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６により図２（Ａ）、図２（Ｂ）中、紙面に対して上下方向（長径方向）に集光、拡散され、測定対象物に照射される。前記測定光９は、前記光ファイバ２３により導光される過程で均一化されているので、前記照射部１２より照射される前記測定光９は、前記第１発光素子１４と前記第２発光素子１５の波長差に基づく光強度の分布差が小さくなる。
【００４０】
この時、拡散する前記測定光９の成す角度（光束の長径方向の照射角）θは、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６間の距離によって、例えば１０°〜７０°の範囲で変化する。図２（Ａ）、図３（Ａ）に示される様に、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６間の距離が短ければ、前記測定光９の照射角θが大きくなる。又、図２（Ｂ）、図３（Ｃ）に示される様に、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６間の距離が長ければ、前記測定光９の照射角θが小さくなる。
【００４１】
尚、該測定光９の短径方向（図２（Ａ）、図２（Ｂ）中、紙面に対して垂直な方向）の照射角は、１°〜５°程度であり、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６には、短径方向への光学作用（屈折力）がないので、前記光ファイバ２３のコア径と前記第３コリメータレンズ２４の焦点距離により決定される。この為、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６間の距離を変更しても、前記測定光９の短径方向の照射角は変化しない。従って、前記第２シリンドリカルレンズ２６を前記照射光軸２７に沿って移動させることで、前記測定光９の長径方向の照射角のみを変化させることができる。
【００４２】
該測定光９の長径方向の照射角を変更可能としたことで、該測定光９の照射角θを近距離（５ｍ〜１０ｍ程度）に適した角度（４０°〜７０°程度）、中距離（１０ｍ〜２０ｍ程度）に適した角度（２０°〜４０°程度）、遠距離（２０ｍ〜３０ｍ程度）に適した角度（１０°〜２０°程度）に自在に調整することができる。
【００４３】
前記受光部１３は、第１受光ユニット２８と第２受光ユニット２９と第３受光ユニット３１とを有している（図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照）。前記第１受光ユニット２８は、第１受光レンズ３２と、第１受光素子３３、例えばフォトダイオード（ＰＤ）とを有している。前記第２受光ユニット２９は、２つの第２受光レンズ３４ａ，３４ｂと、２つの第２受光素子３５ａ，３５ｂ、例えばフォトダイオード（ＰＤ）とを有している。前記第３受光ユニット３１は、第３受光レンズ３６と、第３受光素子３７、例えばフォトダイオード（ＰＤ）とを有している。
【００４４】
前記第１受光ユニット２８は、主に前記測定装置６で近距離を測定する際に使用される受光部である。近距離の測定では、前記測定光９の画角が４０°〜７０°と広くなる為、前記第１受光レンズ３２は、充分な反射測定光の受光光量が得られる形状、例えば凸曲面を有するシリンドリカルレンズを前記測定光９の長径方向と母線方向を一致させて複数連設したシリンドリカルフレネルレンズとなっている。又、シリンドリカルフレネルレンズとすることで、前記第１受光レンズ３２の小型化が可能となっている。尚、前記第１受光レンズ３２は、回転非対称のアナモルフィック光学素子としてもよい。
【００４５】
前記第１受光素子３３は正方形、或は略正方形の矩形形状となっている。又、前記測定光９は、長径方向に長い楕円或は長円形状である。従って、前記反射測定光を効率よく受光する為、前記第１受光素子３３の対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様、前記第１受光素子３３が配置される。
【００４６】
前記第２受光ユニット２９は、主に前記測定装置６で中距離を測定する際に使用される受光部であり、充分な光量を受光する為、複数組の第２受光レンズと、該第２受光レンズに対応する受光素子を有している。本実施例では、２組の受光レンズ、受光素子を示している。前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂは、それぞれ円形で、非球面レンズ等開口数の大きいレンズ（例えば、ＮＡ０．５以上）となっている。又、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂは、前記第１受光素子３３と同様、対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様配置される。尚、１枚のレンズで充分な受光量が得られる場合には、前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂと前記第２受光素子３５ａ，３５ｂをそれぞれ１つとしてもよい。又、前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂは、回転非対称なアナモルフィック光学素子としてもよい。
【００４７】
前記第３受光ユニット３１は、主に前記測定装置６で遠距離を測定する際に使用される受光部である。前記第３受光レンズ３６は、円形で非球面レンズ等開口数の大きいレンズであり、且つ前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂよりも径と焦点距離が大きいレンズとなっている。又、前記第３受光素子３７は、前記第１受光素子３３、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂと同様、対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様配置される。尚、前記第３受光レンズ３６は、回転非対称なアナモルフィック光学素子としてもよい。
【００４８】
前記制御部１０は、前記第１発光素子１４、前記第２発光素子１５の発光制御、図示しないモータを介した前記第２シリンドリカルレンズ２６の移動、どの受光素子からの受光信号を用いるかの選択、受光信号に基づく各波長毎の反射率の演算、反射率に基づく農作物の葉が含む葉緑素量の測定、前記遠隔操作装置４との通信等、前記測定装置６の動作の制御を行う。尚、農作物の葉が含む葉緑素量の測定は、前記遠隔操作装置４にて行わせてもよい。
【００４９】
次に、前記測定装置６により農作物の生育状況の測定を行う場合について説明する。
【００５０】
前記測定光９の照射角は、測定対象物である農作物迄の距離（測定対象面である圃場迄の距離）、即ち前記ＵＡＶ２の高度に基づき調整される。前記制御部１０は、前記遠隔操作装置４から受信した飛行計画に基づき、前記ＵＡＶ２の飛行高度を取得する。前記制御部１０は、該飛行高度に基づき前記第２シリンドリカルレンズ２６の位置を調整し、前記ＵＡＶ２の高度に対応した前記測定光９の照射角を設定する。
【００５１】
例えば、農作物迄の距離が短い（高度が低い）場合、図３（Ａ）に示される様に前記測定光９の照射角は大、例えば６０°となる。又、農作物迄の距離が長い（高度が高い）場合、図３（Ｃ）に示される様に前記測定光９の照射角は小、例えば２０°となる。更に、農作物迄の距離が中程度（高度が中程度）の場合、図３（Ｂ）に示される様に前記測定光９の照射角は中、例えば４０°となる。
【００５２】
該測定光９の照射角が設定されると、前記ＵＡＶ２は飛行計画に基づき所定の測定範囲を飛行する。図５（Ａ）は、前記ＵＡＶ２の進行方向と測定対象面に対する前記測定光９の照射状態との関係を示す図である。又、図５（Ｂ）は、前記測定光９の長径方向（Ｘ方向）の光強度分布となっている。
【００５３】
図５（Ａ）に示される様に、進行方向と直交する長径を有する楕円或は長円形状の前記測定光９が測定範囲の農作物に対して照射される。又、前記測定光９は、前記ＵＡＶ２の進行に伴い農作物に順次照射される。前記第１発光素子１４と前記第２発光素子１５の発光間隔は、前記ＵＡＶ２の高度と飛行速度に基づき適宜設定される。尚、生育状態の判断に影響を及ぼさない範囲で進行方向に隣接する前記測定光９の照射範囲の間隔を大きくしてもよい。該照射範囲の間隔を大きくすることで、前記ＵＡＶ２の飛行速度を速くすることができ、測定効率を向上させることができる。
【００５４】
農作物で反射された反射測定光は充分な広がりを有しており前記第１受光ユニット２８、前記第２受光ユニット２９、前記第３受光ユニット３１に同時に入射する。前記反射測定光は、前記第１受光レンズ３２を介して前記第１受光素子３３に受光され、前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂを介して前記第２受光素子３５ａ，３５ｂに受光され、前記第３受光レンズ３６を介して前記第３受光素子３７に受光される。
【００５５】
前記制御部１０は、前記第１受光素子３３、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂ、前記第３受光素子３７からの受光信号に基づき前記反射測定光を分析し、各波長毎の該反射測定光の反射率を演算する。尚、反射率とは、例えば前記測定光９の射出光量に対する前記反射測定光の受光光量の割合（受光光量／射出光量×１００）である。
【００５６】
この時、農作物迄の距離が短かった場合、前記第１受光素子３３に受光される反射測定光のみで充分な受光光量が確保できる為、前記第１受光素子３３からの受光信号のみが演算に用いられる。
【００５７】
又、農作物迄の距離が中程度であった場合、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂに受光される前記反射測定光のみでは充分な受光光量が確保できない為、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂからの受光信号に加えて、前記第１受光素子３３からの受光信号が演算に用いられる。
【００５８】
又、農作物までの距離が遠かった場合、前記第３受光素子３７に受光される前記反射測定光のみでは充分な受光光量が確保できない為、前記第３受光素子３７からの受光信号に加えて、前記第１受光素子３３と前記第２受光素子３５ａ，３５ｂからの受光信号が演算に用いられる。
【００５９】
前記制御部１０は、演算した各波長毎の反射率を前記遠隔操作装置４に送信する。或は、前記制御部１０は、演算した各波長毎の反射率に基づき、農作物の葉に含まれる葉緑素量を演算し、演算結果を前記遠隔操作装置４に送信する。尚、前記制御部１０による演算結果は、前記測定装置６に内蔵されたメモリ等の記憶部に保存し、測定範囲全域の測定が終了した後に取出してもよい。
【００６０】
前記ＵＡＶ２は、前記トータルステーション３によりリアルタイムで３次元位置が測定されている。前記遠隔操作装置４は、前記測定装置６による測定のタイミングと、その時の前記ＵＡＶ２の３次元位置とを関連付け、図示しない前記遠隔操作装置４の表示部に表示すると共に、図示しない記憶部に保存する。又、前記遠隔操作装置４は、測定範囲全域の測定が終了した後、測定データに基づき、測定範囲全域の生育マップを作成してもよい。
【００６１】
従って、測定範囲内の所望の位置に於ける農作物の生育状況を把握することができ、農作物に対する適切な施肥管理を行うことができる。
【００６２】
上述の様に、第１の実施例では、前記測定光９の前記照射部１２に、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６とからなる照射角変更手段を設け、前記第１シリンドリカルレンズ２５を固定、前記第２シリンドリカルレンズ２６を光軸方向に移動可能とし、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６との距離を調整可能としている。尚、前記第２シリンドリカルレンズ２６を固定、前記第１シリンドリカルレンズ２５を移動可能としてもよい。
【００６３】
従って、測定対象物である農作物迄の距離に応じて自在に前記測定光９の照射角を調整可能であるので、農作物迄の距離、或は測定範囲の広さに拘わらず、１つの前記測定装置６により農作物の生育状況の測定が可能であり、測定コストの低減を図ることができる。
【００６４】
又、第１の実施例では、前記第１受光レンズ３２として、複数のシリンドリカルレンズを反射測定光の長径方向と母線方向を一致させる様に連設したシリンドリカルフレネルレンズを用いている。従って、前記測定光９の照射角が大きくなる近距離測定では、回転対称で開口数の大きいレンズを用いる場合よりも、受光光量を増大でき、又光学系全長を短くすることができ、前記測定装置６の小型化、軽量化を図ることができる。
【００６５】
一方で、第１の実施例では、前記第２受光レンズ３４ａ，３４ｂ、前記第３受光レンズ３６として、回転対称で開口数の大きいレンズを用いている。前記測定光９の照射角が小さくなる中距離測定及び遠距離測定では、シリンドリカルフレネルレンズを用いる場合よりも受光光量を増大でき、又光学系全長を短くすることができる。
【００６６】
而して、前記反射測定光の受光光量を確保しつつ、前記受光部１３の光学系全長を短くすることができ、前記測定装置６の小型化を図ることができる。
【００６７】
又、近距離測定に於いては前記第１受光素子３３の受光信号のみを用い、中距離測定に於いては前記第２受光素子３５ａ，３５ｂに加えて前記第１受光素子３３の受光信号を用い、遠距離測定に於いては前記第３受光素子３７に加えて前記第１受光素子３３と前記第２受光素子３５ａ，３５ｂの受光信号を用いている。
【００６８】
従って、前記第２受光ユニット２９、前記第３受光ユニット３１のみで必要な受光光量を確保する必要がないので、前記第２受光ユニット２９、前記第３受光ユニット３１を複数設ける必要がなく、前記測定装置６の小型化を図ることができる。
【００６９】
又、前記測定光９は楕円或は長円形状であり、前記第１受光素子３３、前記第２受光素子３５ａ，３５ｂ、前記第３受光素子３７は、対角線が前記反射測定光の長径と合致又は略合致する様に配置されている。従って、受光素子を大型化することなく受光光量を増大させることができ、製作コストの低減を図ることができる。
【００７０】
又、第１の実施例では、前記測定光９を農作物に照射させる前段階として、前記光源部１１にて前記測定光９を前記光ファイバ２３に導光させている。従って、第１レーザ光線と第２レーザ光線の光強度の空間分布、角度分布を均一化させることができ、測定精度を向上させることができる。
【００７１】
尚、第１の実施例では、近距離測定と中距離測定に於いて、前記第１受光素子３３と前記第２受光素子３５ａ，３５ｂと前記第３受光素子３７の受光信号を全て用いてもよい。この場合、反射測定光の受光は受光素子の中心部に偏ったものとなるが、通常の受光光量と受光信号を全て用いた受光光量とを比較することで、中心部と周辺部での差をおおよそ把握することができる。
【００７２】
又、前記ＵＡＶ２に測定距離を変更可能な前記測定装置６を設けることで、図６に示される様に、測定範囲である圃場３８の一部が前記ＵＡＶ２の飛行禁止区域３９に位置する場合でも、前記ＵＡＶ２を前記飛行禁止区域３９に侵入させることなく、該飛行禁止区域３９内の前記圃場３８に前記測定光９を照射することができ、前記圃場３８の全域を測定することができる。又、風が強い場合等、前記ＵＡＶ２の飛行が不安定となった際に高度を高高度に変更し、飛行の不安定による事故を防止でき、飛行を安定させることができる。更に、様々な大きさ、形状の前記圃場３８に対応させることができる。
【００７３】
尚、第１の実施例では、合波させた前記測定光９を前記光ファイバ２３に導光させ、長径方向及び短径方向の光強度の均一化を図っているが、前記第１発光素子１４及び前記第２発光素子１５の長径方向及び短径方向の光強度の分布が近い場合には、図７に示される様に、前記光ファイバ２３は省略してもよい。この場合、前記測定光９を前記光ファイバ２３の入射端に集光させる為の前記コンデンサレンズ２２、前記光ファイバ２３の射出端から照射された前記測定光９を平行光束とする為の前記第３コリメータレンズ２４が不要となるので、装置構成を簡略化でき、製作コストの低減を図ることができる。
【００７４】
又、第１の実施例では、前記照射光軸２７上を移動する前記第２シリンドリカルレンズ２６を凸曲面を有するシリンドリカルレンズとしているが、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示される様に、凹曲面を有する第２シリンドリカルレンズ２６′としてもよい。この場合、前記第１シリンドリカルレンズ２５、前記第２シリンドリカルレンズ２６′間の距離が長くなる程照射角が大きくなり、短くなる程照射角が小さくなる。この変形例では、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６′により照射角変更手段が構成される。
【００７５】
又、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示される様に、２つのシリンドリカルレンズの内の一方（図９（Ａ）、図９（Ｂ）中では前記第２シリンドリカルレンズ２６）を前記照射光軸２７に対して挿脱可能とし、前記シリンドリカルレンズの挿脱により前記測定光９の照射角を変更する様にしてもよい。
【００７６】
更に、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示される様に、前記第１シリンドリカルレンズ２５と前記第２シリンドリカルレンズ２６との間に前記測定光９の光路長を変更する円柱状の光学部材３０を設けてもよい。該光学部材３０を前記照射光軸２７上から挿脱することで、前記測定光９の照射角を変更することができる。
【００７７】
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例では、測定光９の光量を増大させた構成を有する。尚、図１１中、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図示はしないが、受光部は第１の実施例に於ける受光部１３と同様の構成となっている。
【００７８】
第２の実施例では、光源部４０は、第１光源４１と、第２光源４２と、ダイクロイックミラー１８と、コンデンサレンズ２２と、光ファイバ２３とから構成される。
【００７９】
前記第１光源４１は、第１発光素子４３ａ，４３ｂ、第１コリメータレンズ４４ａ，４４ｂ、第１偏光光学部材、例えば第１偏光ミラー４５とを有している。前記第１発光素子４３ａは、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、前記第１偏光ミラー４５に対してＳ偏光の７３５ｎｍのレーザ光線を発する。前記第１発光素子４３ｂは、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、前記第１偏光ミラー４５に対してＰ偏光の７３５ｎｍのレーザ光線を発する。又、前記第１偏光ミラー４５は、前記第１発光素子４３ａから発せられたＳ偏光のレーザ光線を反射し、前記第１発光素子４３ｂから発せられたＰ偏光のレーザ光線を透過させる偏光特性を有している。
【００８０】
従って、前記第１発光素子４３ａから発せられたレーザ光線と、前記第１発光素子４３ｂから発せられたレーザ光線は、前記第１偏光ミラー４５を透過又は反射された後、合波される。
【００８１】
前記第２光源４２は、第２発光素子４６ａ，４６ｂ、第２コリメータレンズ４７ａ，４７ｂ、第２偏光光学部材、例えば第２偏光ミラー４８とを有している。前記第２発光素子４６ａは、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、前記第２偏光ミラー４８に対してＳ偏光の８０８ｎｍのレーザ光線を発する。前記第２発光素子４６ｂは、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、前記第２偏光ミラー４８に対してＰ偏光の８０８ｎｍのレーザ光線を発する。又、前記第２偏光ミラー４８は、前記第２発光素子４６ａから発せられたＳ偏光のレーザ光線を反射し、前記第２発光素子４６ｂから発せられたＰ偏光のレーザ光線を透過させる偏光特性を有している。
【００８２】
従って、前記第２発光素子４６ａから発せられたレーザ光線と、前記第２発光素子４６ｂから発せられたレーザ光線は、前記第２偏光ミラー４８を透過又は反射された後、合波される。
【００８３】
合波された前記第１光源４１からのレーザ光線と、前記第２光源４２からのレーザ光線は、前記ダイクロイックミラー１８を透過又は反射される過程で更に合波され、前記光ファイバ２３の入射端に入射する。
【００８４】
又、照射部１２は、第３コリメータレンズ２４と、凹曲面を有し、固定的に設けられたシリンドリカルレンズ４９とから構成される。第２の実施例に於いては、該シリンドリカルレンズ４９が測定光９を拡散させる照射手段を構成する。
【００８５】
前記光ファイバ２３の射出端より射出された前記測定光９は、前記第３コリメータレンズ２４により平行光束とされた後、前記シリンドリカルレンズ４９に所定の照射角、例えば６０°で拡散され、測定対象である農作物に照射される。
【００８６】
第２の実施例では、前記シリンドリカルレンズ４９が固定的に設けられ、前記測定光９の照射角は距離に拘わらず一定である。然し乍ら、前記第１光源４１、前記第２光源４２がそれぞれ２つの発光素子を有し、前記測定光９の光量が増大するので、遠距離を測定する場合であっても充分な受光光量を得ることができる。
【００８７】
又、受光光量の調整は、第１受光素子３３（図４（Ａ）参照）、第２受光素子３５ａ，３５ｂ（図４（Ａ）参照）、第３受光素子３７（図４（Ａ）参照）の受光光量に基づき、どの受光素子の受光信号を用いるかが適宜選択される。
【００８８】
次に、図１２を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例では、測定光の光量を更に増大させた構成を有する。尚、図１２中、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図１１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図示はしないが、受光部は第１の実施例に於ける受光部１３と同様の構成となっている。
【００８９】
第３の実施例の光源部５１は、第１の実施例に於ける光源部１１（図３（Ａ）参照）と同様の構成を有する３つの光源部１１ａ〜１１ｃと、該光源部１１ａ〜１１ｃの光ファイバ２３ａ〜２３ｃに接続されたファイバコンバイナ５２とから構成されている。
【００９０】
該ファイバコンバイナ５２は、前記光ファイバ２３ａ〜２３ｃに導光された測定光９を更に合波すると共に、ミキシングにより長径方向及び短径方向に於ける光強度分布を均一化し、照射部１２に射出する様になっている。
【００９１】
第３の実施例では、前記ファイバコンバイナ５２を用いることで、複数の前記光源部１１の前記測定光９を合波させることができるので、該測定光９の光量を増大することができる。従って、遠距離の測定であっても、充分な受光光量を確保することができる。
【００９２】
更に、受光光量の調整は、第２の実施例と同様、第１受光素子３３（図４（Ａ）参照）、第２受光素子３５ａ，３５ｂ（図４（Ａ）参照）、第３受光素子３７（図４（Ａ）参照）の受光光量に基づき、どの受光素子の受光信号を用いるかが適宜選択される。従って、最適な受光光量に基づき農作物の生育状況を測定することができる。
【００９３】
尚、第３の実施例では、前記光源部５１が３つの前記光源部１１ａ〜１１ｃを有しているが、前記光源部１１は２つでもよく、４つ以上であってもよいのは言う迄もない。
【００９４】
尚、第１の実施例〜第３の実施例では、測定装置６をＵＡＶ２に設ける場合について説明したが、トラクター等他の移動体に設けてもよい。更に、図１３に示される様に、前記測定装置６は携帯可能なハンドヘルドタイプとしてもよい。
【００９５】
この場合、作業者は移動することなく照射方向を自由に変更すると共に、遠距離（Ａ領域）、中距離（Ｂ領域）、近距離（Ｃ領域）を切替え、圃場３８の農作物の測定ができるので、作業性が向上する。
【００９６】
尚、前記測定装置６或はＵＡＶ２に、ＧＰＳ装置、方位計、傾斜センサを設け、前記測定装置６の現在位置が測定できる様にしてもよい。又、前記測定装置６に表示部を設け、前記測定光９の照射箇所の測定結果をリアルタイムで表示させる様にしてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１              測定システム
２              ＵＡＶ
３              トータルステーション
４              遠隔操作装置
５              通信装置
６              測定装置
１０            制御部
１１            光源部
１２            照射部
１３            受光部
１４            第１発光素子
１５            第２発光素子
１８            ダイクロイックミラー
２３            光ファイバ
２５            第１シリンドリカルレンズ
２６            第２シリンドリカルレンズ
２８            第１受光ユニット
２９            第２受光ユニット
３１            第３受光ユニット
４０            光源部
４１            第１光源
４２            第２光源
４９            シリンドリカルレンズ
５１            光源部
５２            ファイバコンバイナ
【図１】
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【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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