(57)【要約】【課題】実際に植物が生長する波長の作用光を用いたパルス増幅変調法での測定において、クロロフィル蛍光のみを精度良く把握する。【解決手段】測定動作制御部（53b）は、第１ＬＥＤ光源（20a）による作用光（AL）の植物（12）への照射が停止してからクロロフィル蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、植物（12）への飽和パルス光（SP）の照射を第２ＬＥＤ光源（20b）に行わせるとともに蛍光強度測定部（40）に蛍光の強度の測定を行わせる。【選択図】図６
2017181444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成を作用させて植物（12）を生育させるための作用光（AL）を植物に照射する第１照射部（20a）と、
上記植物（12）から放出されている蛍光の強度を測定するための飽和パルス光（SP）を上記植物（12）に照射する第２照射部（20b）と、
上記飽和パルス光（SP）照射の際、上記蛍光の強度を測定する蛍光強度測定部（40）と、
上記作用光（AL）及び上記飽和パルス光（SP）の照射タイミング、及び上記蛍光の強度の測定タイミングを制御する制御部（53b）と
を備え、
上記制御部（53b）は、上記第１照射部（20a）による上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射が停止してから、上記蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、上記植物（12）への上記飽和パルス光（SP）の照射を上記第２照射部（20b）に行わせるとともに上記蛍光強度測定部（40）に上記蛍光の強度の測定を行わせる
ことを特徴とする、植物の蛍光測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１照射部（20a）は、上記作用光（AL）の照射と照射停止とを繰り返し行い、
上記作用光（AL）の照射時間（t1）は、上記作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長い
ことを特徴とする、植物の蛍光測定装置。
【請求項３】
光合成を作用させて植物（12）を生育させるための作用光（AL）を上記植物（12）に照射する第１ステップと、
上記第１ステップの後、上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射を停止させる第２ステップと、
上記第２ステップにおいて上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射が停止してから、該植物（12）から放出されている蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、上記蛍光の強度を測定するための飽和パルス光（SP）を上記植物（12）に照射させて上記蛍光の強度を測定する第３ステップと、
を備えることを特徴とする、植物の蛍光測定方法。
【請求項４】
請求項３において、
上記第３ステップの後、上記飽和パルス光（SP）の上記植物（12）への照射を停止させて該植物（12）に上記作用光（AL）を再度照射させる第４ステップ、
を更に備え、
上記第４ステップにおける上記作用光（AL）の照射時間（t1）は、上記第３ステップにおける上記作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長い
ことを特徴とする、植物の蛍光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成時の植物のクロロフィル蛍光強度を測定する装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物が光合成を行う際、植物に含まれるクロロフィルは、光を吸収して励起され、その光のエネルギーを反応中心に伝達する。この光エネルギーの殆どは電子伝達及び二酸化炭素固定に利用され、残りは熱及び光の放出に利用される。クロロフィル蛍光とは、当該光の放出現象であり、約680nmの波長を有する。クロロフィル蛍光は、植物の生理状態、即ち植物がどの程度光合成を行っているかを表す指標として利用することができる。
【０００３】
クロロフィル蛍光の測定方法としては、パルス増幅変調法（Pulse Amplification Modulation :PAM）が良く用いられる。パルス増幅変調法では、植物の葉面には非接触の状態にて、植物に測定パルス光（ML）を照射させる一方でパルス変調された飽和パルス光（SP）を植物に繰り返し照射し、植物のクロロフィル蛍光の発光を測定するが、このうち測定パルス光（SP）の繰り返し周期と同じ発光成分のみを増幅してクロロフィル蛍光の光強度とする方法である。
【０００４】
上述したクロロフィル蛍光の測定に関連する技術としては、特許文献１，２が知られている。特許文献１には、光合成サンプルを含む評価試料に、第１の励起光（測定光）を照射し、次いで第１の励起光の照射時よりも光エネルギーの積算値が小さい条件にて第２の励起光（測定光）を照射し、当該照射後における評価試料の発光量を測定する技術が開示されている。特許文献２には、植物の光合成器官に飽和光パルスを間欠照射し、これによって引き起こされる光合成の光阻害のレベルを測定して植物の光ストレス耐性を評価する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８１３３２７号
【特許文献２】特許第４１５７４９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、パルス増幅変調法にてクロロフィル蛍光を測定する場合、特許文献１，２においても開示されているように、いわゆる暗黒下でしかクロロフィル蛍光の測定を行うことができない。暗黒下における作用光の波長は、測定光の波長と同等であり、実際の明期条件とは乖離している。故に、実際に植物工場等における栽培条件下のままでクロロフィル蛍光を測定することは困難であった。従って、暗黒下でのパルス増幅変調法で得られた結果は、植物がどの程度光合成を行うことができるか、即ち光合成のポテンシャルを示しているにすぎず、植物の実際の生理状態を示しているとは言い難い。
【０００７】
これに対し、パルス増幅変調法によるクロロフィル蛍光の測定において、実際の栽培現場での光源をそのまま作用光（AL）として用いることが考えられる。しかしこの場合、既に述べたようにクロロフィル蛍光の波長は約680nmであるため、特に植物の生育に有効な作用光の波長とクロロフィル蛍光の波長とはほぼ同レベルである。すると、測定環境に存在する発光成分からクロロフィル蛍光のみを取り出すことは困難を極める。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際に植物が生長する波長の作用光を用いたパルス増幅変調法での測定において、クロロフィル蛍光のみを精度良く把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、光合成を作用させて植物（12）を生育させるための作用光（AL）を植物に照射する第１照射部（20a）と、上記植物（12）から放出されている蛍光の強度を測定するための飽和パルス光（SP）を上記植物（12）に照射する第２照射部（20b）と、上記飽和パルス光（SP）照射の際、上記蛍光の強度を測定する蛍光強度測定部（40）と、上記作用光（AL）及び上記飽和パルス光（SP）の照射タイミング、及び上記蛍光の強度の測定タイミングを制御する制御部（53b）とを備え、上記制御部（53b）は、上記第１照射部（20a）による上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射が停止してから、上記蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、上記植物（12）への上記飽和パルス光（SP）の照射を上記第２照射部（20b）に行わせるとともに上記蛍光強度測定部（40）に上記蛍光の強度の測定を行わせることを特徴とする、植物の蛍光測定装置である。
【００１０】
この蛍光測定装置（10）は、先ずは植物（12）に作用光（AL）を照射する。作用光（AL）の照射により、植物（12）は作用光（AL）を吸収して実際に光合成を行い生長する。この際、植物（12）によって吸収された作用光（AL）のエネルギーは、光合成に利用されるのみならず、植物（12）から放出される蛍光にも利用される。但し、植物（12）が作用光（AL）を吸収してから当該作用光（AL）が光合成に利用され且つ蛍光が植物（12）に現れるまでには、タイムラグがある。
【００１１】
そこで、この蛍光測定装置（10）は、作用光（AL）の照射停止から、植物（12）の蛍光の強度が作用光（AL）の照射停止時よりも減少し始めるまでの間に、飽和パルス光（SP）を植物（12）に照射して蛍光強度の測定を行う。つまり、蛍光測定装置（10）は、作用光（AL）の照射停止が植物（12）の実際の光合成の状態に影響を及ぼさない時間間隔の間に、飽和パルス光（SP）を植物（12）に照射して植物（12）の蛍光の強度を測定する。これにより、蛍光測定装置（10）は、実際に植物（12）が生長する作用光（AL）を用いた測定においても、植物（12）の蛍光を精度良く把握することができる。従って、作用光（AL）を利用して実際に植物（12）が光合成をしている状態の把握が可能となる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、上記第１照射部（20a）は、上記作用光（AL）の照射と照射停止とを繰り返し行い、上記作用光（AL）の照射時間（t1）は、上記作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長いことを特徴とする。
【００１３】
ここでは、間欠的に作用光（AL）の照射が停止され、その照射停止の間に蛍光の強度の測定が行われる。特に、作用光（AL）の照射時間（t1）は、作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長い（t1>t2）。作用光（AL）の照射停止時間（t2）がたとえ短いと云えども、その影響は、遅れて植物（12）の蛍光の強度に現れる。しかし、測定後は、照射停止時間（t2）よりも長い時間作用光（AL）が植物（12）に照射される。そのため、測定後、植物（12）では光合成が十分に行われ、次の測定タイミングでは、植物（12）の蛍光の強度は、照射停止の影響が現れている場合よりも増加し照射停止前の状態に戻っている。従って、作用光（AL）の照射停止の影響が及んでいない、精度の良い蛍光の測定結果が得られる。
【００１４】
第３の発明は、光合成を作用させて植物（12）を生育させるための作用光（AL）を上記植物（12）に照射する第１ステップと、上記第１ステップの後、上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射を停止させる第２ステップと、上記第２ステップにおいて上記作用光（AL）の上記植物（12）への照射が停止してから、該植物（12）から放出されている蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、上記蛍光の強度を測定するための飽和パルス光（SP）を上記植物（12）に照射させて上記蛍光の強度を測定する第３ステップとを備えることを特徴とする、植物の蛍光測定方法である。
【００１５】
この蛍光測定方法では、先ずは、植物（12）に作用光（AL）が照射され（第１ステップ）、植物（12）は、作用光（AL）を吸収して実際に光合成を行い生長する。植物（12）によって吸収された作用光（AL）のエネルギーは、光合成及び植物（12）から放出される蛍光に利用されるが、植物（12）が作用光（AL）を吸収してから当該作用光（AL）が光合成に利用され且つ蛍光が植物（12）に現れるまでには、タイムラグがある。
【００１６】
そこで、作用光（AL）の植物（12）への照射が停止され（第２ステップ）、次いで作用光（AL）の照射停止から植物（12）の蛍光の強度が減少し始めるまでの間に、飽和パルス光（SP）が植物（12）に照射されて蛍光強度が測定される（第３ステップ）。つまり、第３ステップでは、作用光（AL）の照射停止が植物（12）の実際の光合成の状態に影響を及ぼさない時間間隔の間に、飽和パルス光（SP）の照射及び蛍光強度の測定が行われる。これにより、実際に植物（12）が生長する作用光（AL）を用いた測定においても、植物（12）の蛍光を精度良く把握することができる。従って、作用光（AL）を利用して実際に植物（12）が光合成をしている状態の把握が可能となる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明において、上記第３ステップの後、上記飽和パルス光（SP）の上記植物（12）への照射を停止させて該植物（12）に上記作用光（AL）を再度照射させる第４ステップ、を更に備え、上記第４ステップにおける上記作用光（AL）の照射時間（t1）は、上記第３ステップにおける上記作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長いことを特徴とする。
【００１８】
ここでは、作用光（AL）の照射時間（t1）は、作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長い（t1>t2）。第４ステップの後、第２及び第３ステップがこの順で繰り返し行われた際、蛍光の強度の測定後に再度照射された作用光（AL）により、植物（12）では光合成が十分に行われ、次の測定タイミングでは、植物（12）の蛍光の強度は、照射停止の影響が及んでいない状態となっている。従って、作用光（AL）の照射停止の影響が及んでいない、精度の良い蛍光の測定結果が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明及び第３の発明によれば、実際に植物（12）が生長する作用光（AL）を用いた測定においても、植物（12）の蛍光を精度良く把握することができる。従って、作用光（AL）を利用して実際に植物（12）が光合成をしている状態の把握が可能となる。
【００２０】
特に、上記第２の発明及び上記第４の発明によれば、作用光（AL）の照射停止の影響が及んでいない、精度の良い蛍光の測定結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本実施形態に係る蛍光測定装置が設置された植物工場内部を表す図である。
【図２】図２は、蛍光測定装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、第１LED光源及び第２LED光源の外観図である。
【図４】図４は、スイッチングドライバ及びLED光源の回路図である。
【図５】図５は、クロロフィル蛍光の強度の測定の工程を説明する図である。
【図６】図６は、図５における工程IVの測定方法を説明するための図である。
【図７】図７は、クロロフィルの光化学反応における電子伝達の過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
≪実施形態≫
＜概要＞
本実施形態に係る蛍光測定装置（10）は、植物（12）におけるクロロフィル蛍光の強度を測定する装置である。特に、蛍光測定装置（10）は、クロロフィル蛍光を、植物（12）が育たない暗黒条件下ではなく、あえて実際の明期条件下にて測定することを可能としている。これにより、植物（12）が光合成を行うポテンシャルではなく、植物（12）の実際の光合成の状態を把握することができる。
【００２３】
図１に示すように、蛍光測定装置（10）は、野菜や果物等の植物（12）を栽培する植物工場（S1）内に設置される。
【００２４】
植物工場（S1）内には、栽培ベッド（14）が複数載置されている。栽培ベッド（14）は、植物（12）を育成するためのものであって、図示していないが、植物（12）が植え付けられる栽培パネルと、栽培パネルの下方に位置し植物（12）を生育するための養液を貯留した養液槽とで構成される。図１に示すように、栽培ベッド（14）には、栽培対象である植物（12）が複数植えられている。
【００２５】
＜構成＞
上記蛍光測定装置（10）は、図１及び図２に示すように、第１ＬＥＤ光源（20a）、第２ＬＥＤ光源（20b）、ＤＣ電源（30）、スイッチングドライバ（32）、カメラ（41）、波形発生部（50）、スイッチングコントローラ（51）、及び端末（52）を備える。特に、図２の破線に示されるように、端末（52）の一機能である画像処理部（53a）と、カメラ（41）とを、まとめて蛍光強度測定部（40）と云う。端末（52）は、画像処理部（53a）としての機能の他に、測定動作制御部（53b）（制御部に相当）としても機能する。
【００２６】
−第１ＬＥＤ光源及び第２ＬＥＤ光源−
図１に示すように、第１ＬＥＤ光源（20a）及び第２ＬＥＤ光源（20b）は、栽培ベッド（14）に植えられた植物（12）の上方において、光の照射面を植物（12）側つまりは下側に向けた状態にて設置されている。植物工場（S1）内に栽培ベッド（14）が広範囲にかけて並べられている場合には、各ＬＥＤ光源（20a,20b）も、当該栽培ベッド（14）に対応して複数並べて設けられる。図示していないが、本実施形態では、第１ＬＥＤ光源（20a）及び第２ＬＥＤ光源（20b）は、平面視において、交互に配置されている。広域に配置された植物（12）に対し、できる限り均一に、作用光（AL）、測定光（ML）及び飽和パルス光（SP）を届かせるためである。栽培ベッド（14）の栽培面と各ＬＥＤ光源（20a,20b）の照射面との距離は、各ＬＥＤ光源（20a,20b）から照射されるＬＥＤの光が、植物（12）に十分届く程度に設定されていることが好ましい。
【００２７】
なお、第１ＬＥＤ光源（20a）及び第２ＬＥＤ光源（20b）は、各植物（12）に光を照射できればよく、必ずしも交互に配置されていなくてもよい。
【００２８】
第１ＬＥＤ光源（20a）は、作用光（AL）を植物（12）に照射する光源である。作用光（AL）とは、光合成を作用させて植物（12）を育成させるための光である。作用光（AL）としては、植物（12）が吸収することのできる400nm〜700nm程度の波長を有する単色光または混合光であることが挙げられるが、植物（12）が有効的に光合成を行い生長することのできる約660nm程度の波長を有することが好ましい。また、作用光（AL）の波長は、蛍光強度測定部（40）に含まれるロングパスフィルタであるフィルタ（43）のカットオン波長以下であってもよい。即ち、作用光（AL）の波長は、植物（12）の生長に寄与する程度であって、且つフィルタ（43）を通過しない程度の範囲内で設定されることもできる。
【００２９】
第２ＬＥＤ光源（20b）は、測定光（ML）および飽和パルス光（SP）を植物（12）に照射する光源である。測定光（ML）および飽和パルス光（SP）とは、植物（12）から放出されている蛍光（即ちクロロフィル蛍光）の強度を測定するための光であって、パルス増幅変調法（PAM）によってパルス変調された光である。測定光（ML）は、光強度が約10μmol m-2s-1である光であって（図６参照）、飽和パルス光（SP）は、光強度は約2000μmol m-2s-1であり照射幅は約１μsecとなっている。
【００３０】
なお、上記測定光（ML）及び上記飽和パルス光（SP）の条件は一例にすぎない。
【００３１】
第１ＬＥＤ光源（20a）及び第２ＬＥＤ光源（20b）の構成は、一部を除いて概ね同様である。以下では、各ＬＥＤ光源（20a,20b）にて共通となる構成を、主に図３を用いて説明する。
【００３２】
図３に示すように、各ＬＥＤ光源（20a,20b）は、ケーシング（21）、基板（22）、複数のＬＥＤチップ（23）及び電流制限抵抗（24）を有する。ケーシング（21）は、上面が開口した箱状の形状であって、図３のＸ方向の幅及び図３のＺ方向の高さに比してＹ方向に細長い。ケーシング（21）は、アルミニウムが押出成形されることによって構成されており、ＬＥＤチップ（23）から発する熱の放熱体として機能する。基板（22）は、ケーシング（21）の上面を構成するアルミニウムの板であって、ケーシング（21）と同じくＹ方向に細長い形状となっている。ＬＥＤチップ（23）は、基板（22）の長手方向に沿って概ね等間隔にて基板（22）上に位置している。電流制限抵抗（24）は、ＬＥＤチップ（23）に過渡的な電流が流れることを防止するためのものであり、基板（22）上に設けられている。
【００３３】
なお、図４に示すように、各ＬＥＤ光源（20a,20b）は、各ＬＥＤチップ（23）におけるＬＥＤが直列に接続された回路構成を有する。
【００３４】
第１ＬＥＤ光源（20a）の構成は上述の通りであるが、第２ＬＥＤ光源（20b）は、上述の構成に加え、図３のリニアフレネルレンズ（26）を有する。リニアフレネルレンズ（26）は、図３のY方向に細長く、このY方向（長さ方向）に沿って細かい段差が設けられている。この段差により光の屈折作用が生じ、リニアフレネルレンズ（26）は、各ＬＥＤチップ（23）から照射される光を、一点ではなく直線上（図３のＺ方向）に集束させることができる。リニアフレネルレンズ（26）は、照射面上において、４カ所のネジ（27）を介してケーシング（21）に取り付けられている。これにより、適切な強度の測定光（ML）及び飽和パルス光（SP）が、広範囲にわたる栽培ベッド（14）の栽培面上に届くようになる。
【００３５】
なお、リニアフレネルレンズ（26）は、適切な強度の測定光（ML）及び飽和パルス光（SP）が栽培面上に届く場合には、設けられずともよい。また、リニアフレネルレンズ（26）は第１ＬＥＤ光源（20a）にも設けられていてもよい。
【００３６】
なお、各ＬＥＤ光源（20a,20b）から照射された光が、栽培ベッド（14）の栽培面に届いていても栽培ベッド（14）の外方に漏れてしまったり、各ＬＥＤ光源（20a,20b）以外である光が外部から栽培面上に入り込んだりする場合には、栽培ベッド（14）の外方を反射板や暗幕によって覆うことが好ましい。これにより、栽培ベッド（14）外部に漏れていた光をも植物（12）に照射させることで照射光を有効に利用することができるとともに、外部から入り込む光がクロロフィル傾向の測定ノイズとなることを防ぐことができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、上述の通り、第１照射部及び第２照射部として、ＬＥＤを採用した場合を例示している。ＬＥＤは、直流で駆動され、応答性が良く高速スイッチングでの使用に適しており、光をパルス照射するためには好適である。また、仮に、第１照射部及び第２照射部として、蛍光灯等の交流で駆動する光源を用いた場合、交流に起因するノイズがレンズ（45）の受光した光にのってしまい、たとえフィルタ（43）を用いてもクロロフィル蛍光のみを抽出することは困難となる。従って、第１照射部及び第２照射部としては、例えばＬＥＤのように、直流で駆動する光源が採用されることが好ましい。
【００３８】
−ＤＣ電源及びスイッチングドライバ−
ＤＣ電源（30）は、交流電力である商用電力を用いて、定電圧の直流電力を生成する。ＤＣ電源（30）は、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータ等によって構成されている。ＤＣ電源（30）の正極には、各ＬＥＤ光源（20a,20b）のアノード端子が接続され、ＤＣ電源（30）の負極には、各ＬＥＤ光源（20a,20b）のカソード端子が接続されている。
【００３９】
スイッチングドライバ（32）は、図４に示すように、各ＬＥＤ光源（20a,20b）への直流電力を高速でオン及びオフするものであって、各ＬＥＤ光源（20a,20b）のオン及びオフを個別に制御する。スイッチングドライバ（32）は、スイッチング素子（34a,34b）及び各スイッチング素子（34a,34b）に対応する抵抗（33a,33b）を含む。スイッチング素子（34a,34b）としては、比較的高速にスイッチングすることが可能な電界効果トランジスタ（Field effect transistor：ＦＥＴ）を用いることが好ましい。スイッチング素子（34a）のゲート端子は、抵抗（33a）を介してスイッチングコントローラ（51）の出力と接続されている。スイッチング素子（34a）のドレイン端子は、配線（L1a）を介して、第１ＬＥＤ光源（20a）のカソード端子に接続されている。スイッチング素子（34b）のゲート端子は、抵抗（33b）を介してスイッチングコントローラ（51）の出力と接続されている。スイッチング素子（34b）のドレイン端子は、配線（L1b）を介して、第２ＬＥＤ光源（20b）のカソード端子に接続されている。各スイッチング端子（34a,34b）のソース端子は、ＧＮＤに接続されている。
【００４０】
スイッチングコントローラ（51）からのロジック信号により、スイッチング素子（34）が高速（例えば、立ち上がり時間２μｓｅｃ以下且つ立ち上がり時間０．２μｓｅｃ以下）でオン及びオフをすると、直流電力の各ＬＥＤ光源（20a,20b）への供給が制御される。これにより、第１ＬＥＤ光源（20a）は、作用光（AL）を高速でパルス状に照射し、第２ＬＥＤ光源（20b）は、測定光（ML）及び飽和パルス光（SP）それぞれを高速でパルス状に照射することが可能となる。
【００４１】
−蛍光強度測定部−
蛍光強度測定部（40）は、主に飽和パルス光（SP）照射の際、植物（12）から放出されているクロロフィル蛍光の強度を測定する。上述したように、蛍光強度測定部（40）は、カメラ（41）及び画像処理部（53a）を含む。
【００４２】
カメラ（41）は、植物（12）の発光状態を撮像するためのものである。図２に示すように、カメラ（41）は、植物（12）の発光を受光するとこれをデジタル変換する撮像素子を含むカメラ本体（42）と、画角が比較的広いレンズ（45）とで構成される。
【００４３】
カメラ本体（42）内には、フィルタ（43）が内蔵されている。フィルタ（43）は、カットオン波長よりも長波長の光のみを透過させるロングパスフィルタである。
【００４４】
パルス変調された光である測定光（ML）と飽和パルス光（SP）を植物（12）に照射させた際にレンズ（45）が受光した光には、クロロフィル蛍光のみならず、主に測定光（ML）と飽和パルス光（SP）であるＬＥＤからの照射光が含まれている。撮像対象となる植物（12）の品種等にも依存するが、一般的に、クロロフィル蛍光の強度は、上記ＬＥＤからの照射光に比して極めて弱い。それ故、レンズ（45）が受光した光からクロロフィル蛍光のみを抽出するべく、クロロフィル蛍光の波長と上記ＬＥＤからの照射光の波長とに基づき決定されたカットオン波長を有するフィルタ（43）を、カメラ本体（42）内に内蔵している。一例として、クロロフィル蛍光の波長が約680nmであり、測定光（ML）の波長が約450nm、作用光（AL）の波長が約640nmであれば、カットオン波長を約660nmと決定することができる。これにより、カメラ（41）から画像処理部（53a）へは、フィルタ（43）を透過したクロロフィル蛍光の画像データが出力される。
【００４５】
なお、フィルタ（43）は、カメラ本体（42）内部ではなく、カメラ本体（42）とレンズ（45）との間に配置されていてもよい。
【００４６】
画像処理部（53a）は、端末（52）が有するＣＰＵ（53）により実行される一機能である。画像処理部（53a）は、カメラ（41）から送られてきたクロロフィル蛍光の画像データに様々な加工処理を施し、クロロフィル蛍光の強度を把握する。例えば、画像処理部（53a）は、広範囲にわたる栽培ベッド（14）の各植物（12）の配置画像上に、クロロフィル蛍光の強度（またはクロロフィル蛍光収率）を色を変えてマッピング化する加工を施すことが可能である。このような加工処理の結果から、その時々の植物（12）の光合成の状態を把握することができる。当該加工処理後の結果は、端末（52）の記憶部（54）に記憶される。
【００４７】
−波形発生部及びスイッチングコントローラ−
波形発生部（50）は、カメラ（41）、スイッチングコントローラ（51）及び端末（52）と接続されている。波形発生部（50）は、端末（52）からの指令に基づき、撮像のトリガを示すクロック信号を生成してカメラ（41）に出力する。また波形発生部（50）は、端末（52）からの指令に基づき、測定光（ML）、飽和パルス光（SP）及び作用光（AL）の各照射タイミングを示すシーケンス信号を生成してスイッチングコントローラ（51）に出力する。
【００４８】
スイッチングコントローラ（51）は、スイッチングドライバ（32）に接続されている。スイッチングコントローラ（51）は、上記シーケンス信号に基づいてスイッチングドライバ（32）内の各スイッチング素子（34）をオン及びオフさせるロジック信号を生成し、当該ロジック信号をスイッチングドライバ（32）に出力する。
【００４９】
−端末−
端末（52）は、ＣＰＵ（53）と、記憶部（54）とを有する。
【００５０】
記憶部（54）は、半導体メモリやハードディスクによって構成され、ＣＰＵ（53）が読み出して実行するための各種プログラムの他、ＣＰＵ（53）の各種処理データ（例えば上記加工処理後の結果）等を記憶する。
【００５１】
ＣＰＵ（53）は、既に述べた画像処理部（53a）と、測定動作制御部（53b）として機能する。
【００５２】
測定動作制御部（53b）は、作用光（AL）の照射タイミング、測定光（ML）と飽和パルス光（SP）の照射タイミング、及びクロロフィル蛍光の強度の測定タイミングの制御を行い、クロロフィル蛍光の測定動作のシーケンスを実行する。
【００５３】
＜クロロフィル蛍光の強度を測定する一連の動作＞
図５に示すように、上記シーケンスは、以下の５つの工程を含む。
【００５４】
（工程I）
先ず、植物（12）を光に一切晒さない状態（暗期状態）にて所定時間置くため、測定動作制御部（53b）は、波形発生部（50）に第１ＬＥＤ光源（20a）及び第２ＬＥＤ光源（20b）をオフにする指令を出力する。これにより、植物（12）においては、光化学系IIからの電子受容体QAが完全に酸化された状態となり、クロロフィル蛍光の強度はゼロとなる。
【００５５】
（工程II）
次いで、測定動作制御部（53b）は、第２ＬＥＤ光源（20b）に、反応中心クロロフィルP680を励起させない程度の強度の測定光（ML）（例えば約10μmol m-2s-1）の照射を開始させる。この時の光のエネルギーのほぼ全ては光化学系IIにて消費され、光合成電子伝達は起こらず、クロロフィル蛍光は、非常に弱小ではあるが現れる（強度Fo）。測定動作制御部（53b）は、蛍光強度測定部（40）に当該クロロフィル蛍光の強度を測定する指令を出力する。これにより、暗黒下でのクロロフィル蛍光の強度（Fo）が基底状態時の強度として測定される。
【００５６】
（工程III）
次いで、測定動作制御部（53b）は、引き続き暗黒下の条件の下で、光合成を飽和させるような強度（例えば約3000μmol m-2s-1）を有するパルス光（SP0）を、第２ＬＥＤ光源（20b）に照射させる。これにより、電子受容体QAは完全に還元された状態となり、クロロフィル蛍光は、最も高い強度となって現れる（強度Fm1）。測定動作制御部（53b）は、蛍光強度測定部（40）に当該クロロフィル蛍光の強度を測定する指令を出力する。これにより、クロロフィル蛍光の強度（Fm1）が、暗黒下でのクロロフィル蛍光の最大強度として測定される。
【００５７】
（工程IV）
次いで、測定動作制御部（53b）は、第１ＬＥＤ光源（20a）に作用光（AL）の照射を開始させる。作用光（AL）は、上述した通り、植物（12）に光合成を作用させて植物（12）を育成させるための光であって、植物（12）の環境を明期状態にするための光である。即ち、明期状態に切り換えられる。これにより、植物（12）は作用光（AL）を吸収して光合成を行う。クロロフィル蛍光の強度は、作用光（AL）の照射が開始された直後に一時的に上昇するが（Fm2）、その後は、照射され続けている作用光（AL）による光合成の状態下でのクロロフィル蛍光が現れる（強度Fm3）。測定動作制御部（53b）は、上記クロロフィル蛍光を測定するための変調パルスである飽和パルス光（SP）を第２ＬＥＤ光源（20b）に複数回照射させ、蛍光強度測定部（40）に当該クロロフィル蛍光の強度（Fm3）を測定する指令を出力する。これにより、クロロフィル蛍光の強度（Fm3）が、明期条件下での蛍光強度として複数回測定される。
【００５８】
なお、本工程IVにおいて、クロロフィル蛍光の強度（Fm3）を複数回測定している理由は、複数回の測定結果を用いてクロロフィル蛍光の強度（Fm3）の平均値を求めることにより、より精度の高いクロロフィル蛍光の強度を得るためである。
【００５９】
（工程V）
次いで、測定動作制御部（53b）は、引き続き明期状態にて、上記工程IIIと同様の光（SP0）を第２ＬＥＤ光源（20b）に照射させ、蛍光強度測定部（40）に当該クロロフィル蛍光の強度（Fm4）を測定する指令を出力する。これにより、明期条件下でのクロロフィル蛍光の強度（Fm4）が測定される。
【００６０】
これらの工程I〜工程Vにて得られた各強度（Fo,Fm1,Fm3,Fm4）に基づいて、クロロフィル蛍光の量子収率及び光化学系IIが吸収した光量子あたりの電子伝達量の変化等を把握することができる。
【００６１】
＜上記工程IVにおける測定の詳細について＞
上記工程IVでは、上述したように、植物（12）が光合成を実際に行っている状態時のクロロフィル蛍光を測定する。しかしながら、一般的に、植物（12）の光合成に有効な作用光（AL）とクロロフィル蛍光はほぼ近い波長のため、作用光（AL）が照射されたままでクロロフィル蛍光の強度を測定しても、フィルタ（43）を以てしてもクロロフィル蛍光のみを抽出することは困難である。
【００６２】
そこで、図６に示すように、工程IVでは、測定動作制御部（53b）は、先ずは作用光（AL）の植物（12）への照射を第１ＬＥＤ光源（20a）に行わせるが、当該作用光（AL）の照射を停止させてからクロロフィル蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に、植物（12）への飽和パルス光（SP）の照射を第２ＬＥＤ光源（20b）に行わせるとともに、蛍光強度測定部（40）にクロロフィル蛍光の強度の測定を行わせる。
【００６３】
具体的に、工程IVでは、第１ＬＥＤ光源（20a）は、原則、作用光（AL）を植物（12）に照射し続ける。作用光（AL）が照射され続けている間、植物（12）は光合成を行う。第１ＬＥＤ光源（20a）は、飽和パルス光（SP）を第２ＬＥＤ光源（20b）が照射する際、当該飽和パルス光（SP）の照射よりも前に、作用光（AL）の照射を停止する。蛍光強度測定部（40）は、飽和パルス光（SP）の照射タイミングにてクロロフィル蛍光の強度を測定する。
【００６４】
しかし、作用光（AL）の照射停止からしばらく時間が経過すると、光合成によって（正確には光化学系IIによって）還元されていた電子受容体QAの酸化が時間と共に促進されていく。何故ならば、クロロフィル蛍光は、光化学系IIのアンテナクロロフィルから発生するが、作用光（AL）が消灯すると、光化学系IIの反応中心クロロフィルP680の励起の程度が落ち、反応中心クロロフィルP680から電子伝達を受ける（還元される）電子受容体QAの酸化の程度が上がるためである。すると、作用光（AL）の照射停止による影響が、クロロフィル蛍光の強度減少の形で植物（12）に現れるようになる。即ち、作用光（AL）の照射停止の影響は、作用光（AL）の照射が停止して直ちに植物（12）に現れるのではなく、作用光（AL）の照射が停止したタイミングから遅延して現れる。すると、作用光（AL）の照射が停止したタイミングから所定時間の間は、照射停止前に照射されていた作用光（AL）による光合成の状態が保たれており、当該光合成の状態に応じたクロロフィル蛍光の反応が植物（12）に現れていると言える。そこで、本実施形態の蛍光測定装置（10）は、作用光（AL）の照射を停止してから、当該作用光（AL）による光合成の状態が保たれているまでの間、つまりは作用光（AL）の照射停止に対し植物（12）が応答せず光合成に影響が及ぼされていない間に、クロロフィル蛍光を測定するのである。
【００６５】
ここで、作用光（AL）の照射を停止させてからクロロフィル蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの時間は、クロロフィルの光化学反応における電子伝達の過程から把握することができる。図７に示すように、光化学反応では、光エネルギーを吸収したクロロフィルからは電子が飛び出し、この電子により電子受容体QAの酸化還元が引き起こされ、最終的にはＮＡＤＰＨ（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）等が合成される。当該電子は、光化学反応における光化学系IIから光化学系Iへと伝達される。
【００６６】
具体的に、光化学系IIでは、光の照射により水が酸素と水素イオンとに分解されるとともに、電子が放出される。この電子は、光化学系II反応中心を経てプラストキノン、シトクロムｂ６ｆ複合体、プラストシアニンへと順次受け渡され、光化学系Iに到達する。光化学系Iでは、到達した電子が光化学系Ｉ反応中心を経てＮＡＤＰＨの生産に寄与される。
【００６７】
クロロフィル蛍光は、上述した光化学系IIから光化学系Iへの電子の伝達を経て植物（12）に現れる。植物（12）への光の照射が停止された場合も、図７と同様の過程により、光の照射停止の影響がクロロフィル蛍光に現れる。それ故、図７の各過程に要する時間の合計値を基に、作用光（AL）の照射停止からクロロフィル蛍光の強度が減少し始めるまでの時間を把握することが好ましい。
【００６８】
なお、上記時間は、植物（12）の品種等に応じて変更されてもよい。植物（12）の品種により、光の照射停止の影響がクロロフィル蛍光に現れるまでの時間が異なる可能性があるからである。
【００６９】
また、図６に示すように、本実施形態の第１ＬＥＤ光源（20a）は、作用光（AL）の照射と照射停止とを繰り返し行っており、これに伴って第２ＬＥＤ光源（20b）は、飽和パルス光（SP）の照射を間欠的に行っている。特に、作用光（AL）の照射時間（t1）は、作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長くなっている（t1>t2）。作用光（AL）の照射停止時間（t2）は、作用光（AL）の照射停止からクロロフィル蛍光の強度が減少し始めるまでの時間と一致していてもよいし、当該時間よりも短くて長くてもよい。図６では、照射停止時間（t2）が約１msecである場合を例示している。
【００７０】
作用光（AL）の照射時間（t1）の長さは、作用光（AL）の照射停止時間（t2）の影響が仮に一時的にクロロフィル蛍光に現れたとしても、その後植物（12）が光合成を十分に行うことで、クロロフィル蛍光の強度が直前の作用光（AL）の照射停止時まで復活することのできる時間程度に、予め設定されると良い。従って、作用光（AL）の照射停止時間（t2）が長い程、作用光（AL）の照射時間（t1）を長くすることが好ましい。
【００７１】
＜効果＞
上記工程IVにおいて、第１ＬＥＤ光源（20a）は植物（12）に作用光（AL）を照射する。作用光（AL）の照射により、植物（12）は作用光（AL）を吸収して実際に光合成を行い生長する。この際、植物（12）によって吸収された作用光（AL）のエネルギーは、光合成に利用されるのみならず、クロロフィル蛍光の放出にも利用される。但し、植物（12）が作用光（AL）を吸収してから当該作用光（AL）が光合成に利用されてクロロフィル蛍光が植物（12）に現れるまでには、タイムラグがある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、上記工程（IV）において、作用光（AL）の照射停止後、クロロフィル蛍光の強度が作用光（AL）の照射停止時よりも減少し始めるまでの間に、第２ＬＥＤ光源（20b）は、飽和パルス光（SP）を植物（12）に照射して、蛍光強度測定部（40）は、植物（12）の発光の強度を測定することでクロロフィル蛍光の強度を測定する。つまり、作用光（AL）の照射停止が植物（12）の実際の光合成の状態に影響を及ぼさない時間間隔の間に、飽和パルス光（SP）が植物（12）に照射されてクロロフィル蛍光の強度測定が行われる。これにより、実際に植物（12）が生長する作用光（AL）を用いたパルス増幅変調法での測定においても、クロロフィル蛍光のみを精度良く把握することができる。従って、作用光（AL）を利用して実際に植物（12）が光合成をしている状態の把握が可能となる。
【００７３】
また、本実施形態では、図６に示すように、間欠的に作用光（AL）の照射が停止され、その照射停止の間にクロロフィル蛍光の強度が測定される。特に、作用光（AL）の照射時間（t1）は、作用光（AL）の照射停止時間（t2）よりも長い（t1>t2）。作用光（AL）の照射停止時間（t2）がたとえ短いと云えども、その影響は、遅れてクロロフィル蛍光の強度に現れる。しかし、測定後、照射停止時間（t2）よりも長い時間作用光（AL）が植物（12）に照射されるため、植物（12）では光合成が十分に行われ、次の測定タイミングでは、クロロフィル蛍光の強度は、照射停止の影響が現れている場合よりも増加し照射停止前の状態に戻っている。従って、作用光（AL）の照射停止の影響が及んでいない、精度の良いクロロフィル蛍光の測定結果が得られる。
【００７４】
また、本実施形態では、植物（12）の葉をランダムに採取してクロロフィル蛍光の強度を測定するのではなく、上述のように、栽培中の植物（12）が光合成を行っている状態にてクロロフィル蛍光の強度を測定するため、植物（12）の実際の光合成の状態が把握できる。従って、栽培が完了した際の植物（12）の収穫量（生産量）に基づき次の栽培に向けて植物工場（S1）の環境条件等を調整するのみならず、植物（12）の栽培中に、実際の光合成の状態に基づき植物工場（S1）の環境条件を調整することができる。従って、本実施形態の蛍光測定装置（10）及び測定方法は、例えば栽培工程がオートメーション化された大型の植物工場（S1）において、一度に大量の植物（12）を栽培する際に適用することができる。この場合、本実施形態の蛍光測定装置（10）及び測定方法は、更に以下の（１）〜（３）のような効果を奏することができる。
（１）各植物（12）のクロロフィル蛍光の測定結果を一度に測定して、生育不良である株を特定することができる。
（２）出荷前の株の診断に利用することができる。
（３）疫病になった株や疫病になるおそれのある株の特定及び除去を行うことができる。
【００７５】
＜その他の実施形態＞
上記工程IVにおいて、飽和パルス光（SP）の照射回数は、複数回ではなく１回であってもよい。この場合、飽和パルス光（SP）の照射の前に作用光（AL）の照射が停止されるが、飽和パルス光（SP）の照射後に作用光（AL）の照射が再開されずともよい。但し、作用光（AL）による光合成が行われていた状態でのクロロフィル蛍光の強度を測定するため、飽和パルス光（SP）は、作用光（AL）の照射を停止させてからクロロフィル蛍光の強度が該作用光（AL）の停止時よりも減少し始めるまでの間に照射されることは、言うまでもない。作用光（AL）の植物（12）への照射が停止された後、直ちに飽和パルス光（SP）が照射されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明は、光合成時のクロロフィル蛍光を測定する装置及び測定方法について有用である。
【符号の説明】
【００７７】
10  蛍光測定装置
20a  第１ＬＥＤ光源（第１照射部）
20b  第２ＬＥＤ光源（第２照射部）
40  蛍光強度測定部
53b  測定動作制御部（制御部）
AL  作用光
SP  飽和パルス光
【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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