KR102608701B1 - 비파괴 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소형화가 가능하고, 청과물 등의 측정 대상의 흡광도를 비파괴로 안정적으로 측정할 수 있는 비파괴 측정 장치를 제공한다.
비파괴 측정 장치는, 파지 가능한 그립부(K2)와, 청과물(AS) 등의 측정 대상에 맞닿게 하는 환형의 맞닿음부(7)를 가지는 측정부(K1)를 포함하는 하우징(K)과, 그 내부에 주위 방향으로 격리 배치된 복수의 광원(14d)으로 이루어지는 광원군(14dG)과, 맞닿음부(7)의 내측 부분과 맞닿음부(7)보다 작은 환형으로 배치되고, 광원군(14dG)으로부터의 광 LT를 하우징(K) 외부에 환형으로 출사하는 링 렌즈(8)와, 링 렌즈(8)의 내측에 일단면(11a1)이 노출되고, 타단면(11fb)이 하우징(K)의 내부에 위치하여 일단면(11a1)으로부터 입사된 광을 상기 타단면(11fb)으로부터 외부로 출사하는 도광 부재(11)와, 하우징(K) 내에 배치되고, 도광 부재(11)의 타단면(11fb)으로부터 출사된 광을 수광하는 포토 센서(13c)와, 포토 센서(13c)의 수광 강도에 기초하여 흡광도를 구하는 광 강도 처리부(CT3)로 이루어진다.

Description

비파괴 측정 장치
본 발명은, 청과물 등의 측정 대상의 흡광도를 비파괴로 측정하는 비파괴 측정 장치에 관한 것이다.
청과물의 흡광도를 비파괴로 측정하는 청과물의 비파괴 측정 장치가 알려져 있다.
예로서, 청과물에 조사(照射) 입광시킨 근적외광의 투과광을 이용하여 흡광도를 측정하고, 측정한 흡광도에 기초하여 청과물의 당도를 Brix값으로서 얻는 비파괴 측정 장치가 있다.
상기 비파괴 측정 장치는, 특허문헌 1에 비파괴 당도 측정 장치로서 기재되어 있다.
일본공개특허 제2002-014042호 공보
특허문헌 1에 기재된 비파괴 측정 장치는, 수확 후의 청과물을 대상으로 측정하는 것이다. 또한, 수확한 청과물을 컨베이어 상에 탑재하여 흡광도를 측정하기 때문에, 장치는 대형이다.
청과물의 생산자로부터는, 수확한 청과물은 물론 수확 전의 나무 등으로 되어 있는(생육하고 있는) 상태의 청과물도 대상으로 하고, 수확 시기의 확인 등을 위해 비파괴로 흡광도를 측정하여 당도를 파악할 수 있는 장치가 요망되고 있다.
구체적으로는, 생육 중의 청과물에 대해서도 용이하게 사용할 수 있도록, 한 손으로 파지할 수 있는 정도로 소형화된 비파괴 측정 장치가 요망되고 있다.
또한, 비파괴 측정 장치를 한 손으로 파지할 수 있는 정도로 소형화하는 경우, 광원에는, 공간 절약 및 소비 전력 절약의 관점에서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)의 채용이 검토된다.
LED를 채용한 경우, 껍질이 두꺼운 청과물이어도 광량 부족으로 되지 않고 안정적으로 측정할 수 있는 연구도 새롭게 필요하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 소형화가 가능하고, 청과물 등의 측정 대상의 흡광도를 비파괴로 안정적으로 측정할 수 있는 비파괴 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 파지 가능한 그립부와, 측정 대상에 맞닿게 하기 위한 환형(環形)의 맞닿음부를 가지는 측정부를 포함하는 하우징과,
상기 하우징의 내부에 있어서 주위 방향으로 격리 배치된 복수의 광원으로 이루어지는 광원군과,
상기 맞닿음부에 둘러싸인 내측 부분에 상기 맞닿음부보다 작은 환형으로 배치되고, 상기 광원군으로부터 나온 광을, 상기 하우징의 외부로 환형으로 출사하는 링 렌즈와,
상기 링 렌즈의 내측에 일단면(一端面)이 노출되고, 타단면(他端面)이 상기 하우징의 내부에 위치하여 상기 일단면으로부터 입사한 광을 상기 타단면으로부터 외부로 출사하는 도광(導光) 부재와,
상기 하우징 내에 배치되고, 상기 도광 부재의 상기 타단면으로부터 출사한 광을 수광하는 포토 센서와,
상기 포토 센서의 수광 강도에 기초하여 흡광도를 구하는 광 강도 처리부로 이루어지는 비파괴 측정 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치는, 상기 광원군과 상기 링 렌즈 사이에 있어서, 상기 광원군으로부터의 광을 상기 링 렌즈에 유도하는 환형의 중계 렌즈로 더 이루어진다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치에 있어서, 상기 링 렌즈로부터 출사한 환형의 광의 주광축은, 상기 링 렌즈로부터 출사한 후에 직경 축소되는 방향으로 경사져 있다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치에 있어서, 상기 포토 센서는 적어도 m개(m은 2 이상의 정수)의 포토 센서를 포함하고,
상기 비파괴 측정 장치는, 상기 m개의 포토 센서의 각각과 상기 도광 부재의 상기 타단면과의 사이에서, 상이한 m종류의 파장 λ1∼λm의 각각을 중심 파장으로서 가지는 밴드패스 필터로부터 더 이루어진다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치에 있어서, 상기 광 강도 처리부는 상기 흡광도를, 상기 m개의 포토 센서에 의해 얻어진 상기 파장 λ1∼λm의 각각에 대응한 수광 강도에 기초하여 구하고, 또한 구한 상기 흡광도로부터 Brix값을 산출한다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치에 있어서, 상기 그립부는 손잡이(handle)를 가지고 파지 가능하게 형성되고,
상기 측정부는, 상기 그립부에 있어서의 상기 손잡이의 한쪽 단부(端部)에, 상기 맞닿음부의 연장　방향을 상기 손잡이를 따른 방향으로 하여 형성되고, 또한 상기 맞닿음부의 선단면이, 상기 그립부의 표면보다 돌출된 위치에 있다.
바람직하게는, 상기 비파괴 측정 장치는, 상기 측정 대상을 상기 맞닿음부와 맞닿게 한 상태에서, 상기 측정 대상에 있어서의 상기 맞닿음부에 둘러싸인 표면과 상기 도광 부재의 상기 타단면과의 사이에, 통과하는 광을 확산시키는 확산부로 더 이루어진다.
본 발명에 의하면, 소형화가 가능하고, 청과물 등의 측정 대상의 흡광도를 비파괴로 안정적으로 측정할 수 있는 비파괴 측정 장치를 제공할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 관한 비파괴 측정 장치의 일 실시형태인 핸디 비파괴 당도계(51)[당도계(51)]의 외관 사시도이다.
[도 2] 도 1의 당도계(51)의 전면도(前面圖)이다.
[도 3] 도 2의 S3-S3 위치에서의 단면도(斷面圖)이다.
[도 4] 도 1의 당도계(51)의 조립도이다.
[도 5] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 센서 기판(13)의 전면도이다.
[도 6] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 베이스 기판(14)의 전면도이다.
[도 7] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 중계 렌즈(18)의 장착 상태를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
[도 8] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 링 렌즈(8)의 반(半)단면도이다.
[도 9] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 필터 유닛(F)을 설명하기 위한 조립도이다.
[도 10] 도 9의 필터 유닛(F)의 후면도(後面圖)이다.
[도 11] 도 1의 당도계(51)가 구비하는 도광 부재(11)의 사시도이다.
[도 12] 도 11의 도광 부재(11)의 이면도(二面圖)이고, 도 12의 (a)는 반단면 측면도, 도 12의 (b)는 후면도이다.
[도 13] 도 3의 SB부의 확대 단면도이다.
[도 14] 도 1의 당도계(51)의 제어계를 설명하기 위한 도면이다.
[도 15] 도 1의 당도계(51)의 탁상 탑재에 의한 측정 태양(態樣)을 설명하기 위한 도면이다.
[도 16] 도 1의 당도계(51)의 파지에 의한 측정 태양을 설명하기 위한 도면이다.
[도 17] 도 1의 당도계(51)에 있어서의 광로를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
[도 18] 도 1의 당도계(51)의 캘리브레이션에 사용하는 표준 커버체(52) 및 그 사용 상태를 설명하기 위한 반단면도이다.
[도 19] 도 1의 당도계(51)의 변형예 1로서의 확산판(41) 및 그 장착 태양을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
[도 20] 도 1의 당도계(51)의 변형예 2로서의 도광 부재(11W)를 설명하기 위한 반단면도이다.
본 발명에 관한 비파괴 측정 장치를, 그 일 실시형태인 핸디 비파괴 당도계(51)[이하, 단지 당도계(51)라고도 함]를 예로 들어 설명한다. 또한, 이하에서는, 청과물을 측정 대상으로 한 비파괴 측정 장치의 실시형태를 설명하지만, 비파괴 측정 장치의 측정 대상은 반드시 청과물에는 한정되지 않는다.
먼저, 당도계(51)의 구성을, 도 1∼도 4를 참조하여 설명한다.
도 1은 당도계(51)의 외관 사시도이다. 도 2는 당도계(51)의 전면도이다. 도 3은 도 2의 S3-S3위치에서의 단면도이다. 도 4는 당도계(51)의 조립도이다.
이하의 설명에서는, 상하 좌우 전후의 각 방향을, 도 1에 나타낸 방향으로 규정한다.
당도계(51)는 한 손으로 파지 가능한, 이른바 핸디 타입이다. 따라서, 도 1에 나타낸 상하 좌우 전후의 방향은, 설명의 편의상 규정하는 것으로서, 당도계(51)의 사용 시의 자세 등을 한정하는 것은 아니다.
먼저, 당도계(51)의 외관 구성에 대하여 설명한다.
당도계(51)는, 전방 측이 개방된 대략 상자형의 상자체(1)과, 상자체(1)에 대하여 전방 측을 막도록 장착된 대략 커버형의 커버체(2)를 갖는다.
상자체(1)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 대략 평판형으로 형성된 기부(基部)(1k)와, 기부(1k)의 주위로부터 전방으로 기립하는 측벽부(1h)를 가지고, 상자형으로 되어 있다.
상자체(1)와 커버체(2)는 도시하지 않은 태핑 나사에 의해, 사이에 O링(81)(도 3 참조)을 개재시켜 일체화된 하우징(K)을 구성한다.
당도계(51)는, 하우징(K)에 있어서의 O링(81)의 개재나 다른 도시하지 않은 실링 구조 등에 의해, IEC(International Electrotechnical Co㎜ission) 규격에서의 보호 특성인 IP65 이상의 방수 방진 기능을 갖는다.
하우징(K)은, 상부에 형성된, 전후 방향으로 연장되는 축선 CL1을 중심으로 하는 대략 원통형의 측정부(K1)와, 측정부(K1)의 후방 측으로부터 아래쪽으로 연장되는 대략 편평 직육면체형의 그립부(K2)를 갖는다.
커버체(2)는, 그립부(K2)에 있어서 대략 평탄한 전면(2a1)을 가지는 전면부(2a)와, 측정부(K1)에 있어서 전면부(2a)의 전후 방향 위치에 대하여 전방으로 원통형으로 돌출된 스테이지부(2b)를 갖는다.
커버체(2)는, 전면부(2a)의 좌측 에지부에 있어서 전방으로 돌출된 제방부(bank portion)(2c)를 갖는다. 제방부(2c)는, 후술하는 파지 상태에서의 손가락 고리로 되는 부분이다.
측정부(K1)의 축선 CL1은, 후술하는 수광 축선 CLT와 일치하고 있다.
수광 축선 CLT는, 후술하는 포토 센서(13c)에서 수광하는 광의 광축으로서 가상 설정된다.
그립부(K2)에 있어서, 커버체(2)의 전면(2a1)에는, 표시 소자(14f)(도 3 및 도 6 참조)에 의해 숫자, 문자 및 기호를 시인(視認) 가능하게 표시하는 표시부(3)와, 손가락으로 눌러 동작 모드의 선택이나 제로 리셋을 하기 위한 복수의 스위치 압압부(押壓部)(4a)를 포함하는 스위치부(4)가 형성되어 있다.
표시부(3)는 제어부(CT)(도 3 및 도 14 참조)의 제어 하에서, 예를 들면, 당도계(51)의 동작 상태, 전지 잔량 및 측정으로 얻어진 당도(Brix값)를 표시한다.
상자체(1)의 내부에 있어서의 좌측 후부에는, 하면(1c)에 출입구(1b1)를 가지고 전지를 수용하는 전지 박스(1b)(도 3 참조)가 형성되어 있다.
출입구(1b1)에는 전지 커버(5)가 착탈 가능하게 장착되어 있다.
전지 박스(1b)에는 당도계(51)의 전원으로서, 예를 들면 AAA 건전지가 사용자에 의해 출입구(1b1)로부터 삽입 및 발거(이하 꽂거나 빼기) 가능하게 수용된다.
상자체(1)의 상측 우측부에는 가압 버튼(6)이 설치되어 있다. 사용자 등에 의해 가압 버튼(6)이 눌릴 때마다, 내부에 설치된 스위치(13d)(도 4 및 도 5 참조)가 동작하여 측정의 개시와 정지의 동작이 교호로 실행된다.
그립부(K2)는 어른의 한 손으로 파지할 수 있는 사이즈로 형성되어 있다.
상기 당도계(51)를 사용하기 위해, 예를 들면 오른손으로 그립부(K2)를 파지할 때, 상자체(1)의 후면(1a)에 손바닥을 대면, 집게손가락으로부터 새끼손가락까지 4개의 손가락이 저절로 제방부(2c)에 걸리고, 사용자는 당도계(51)를 양호하게 파지할 수 있다.
상기 파지 상태에서, 가압 버튼(6)은 엄지손가락으로 누르기 쉬운 위치에 설치되어 있다.
또한, 상자체(1)의 후면(1a)의 우측부에는, 손의 모지구(母指球) 부분이 양호한 감촉으로 닿도록, 모지구에 맞춘 오목한 곡면의 패딩부(1a1)(도 1 참조)가 형성되어 있다.
상자체(1) 및 커버체(2)는 수지로 형성되어 있다. 수지는 예를 들면, 흑색의 폴리카보네이트 수지의 근적외선 흡수 등급이다.
다음에, 측정부(K1)의 외관 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
커버체(2)에 있어서의 스테이지부(2b)의 선단에는, 환형의 외측 맞닿음부(7)가 장착되어 있다. 외측 맞닿음부(7)는, 적어도 후방으로의 압축에 대하여 탄성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 재료의 예는 스폰지다.
도 2에 나타내는 전면에서 볼 때, 외측 맞닿음부(7)에 둘러싸인 내측 부분에는, 외측으로부터 순서대로, 렌즈 부재인 링 렌즈(8), 내측 맞닿음부(9) 및 스테이지 베이스(10)의 전면(10a)의 일부가, 각각 환형으로 시인된다. 축선 CL1을 포함하는 중심부에는, 도광 부재(11)의 전단면(前端面)(11a1)이 시인된다.
내측 맞닿음부(9)는 환형으로 형성되고 전면(10a)에 장착되어 있다.
내측 맞닿음부(9)는 적어도 후방으로의 압축에 대하여 탄성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 재료의 예는 스폰지다.
내측 맞닿음부(9)는 내측 에지의 일부에 있어서, 직경 방향의 바깥쪽으로 원호형으로 도려내어진 홈부(9a)를 갖는다.
스테이지 베이스(10)에는, 온도 센서(12)의 온도 감지면(12a)이 전면에 노출되도록 장착되어 있다.
온도 센서(12)는 전방에서 봤을 때, 온도 감지면(12a)의 일부가 홈부(9a) 내에 진입하여 배치되어 있다.
온도 센서(12)는 이른바 서모파일로서, 측정부(K1)에 대어진 측정 대상인 청과물(AS)(도 15 및 도 16 참조)의 표면 온도 T2를 비접촉으로 측정하고, 또한 주위의 하우징(K)에 상당하는 온도 T1도 측정한다. 온도 센서(12)는 측정한 온도 T1 및 온도 T2를, 온도 정보 JT로서 제어부(CT)를 향해 출력한다(도 14 참조). 온도 T1과 온도 T2는 반대여도 된다. 즉, 청과물(AS)의 표면 온도를, 온도 T1로 해도 된다.
하우징(K)에 있어서, 측정부(K1)는, 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)의 환형 형상의 연장면이, 그립부(K2)의 길이 방향인 상하 방향을 따르는 면(예를 들면, 대략 평행)으로 되는 자세로, 그립부(K2)의 일단 측(상방 측)에 일체 형성되어 있다.
측정부(K1)에 있어서의 각 부위의 전후 방향의 위치에 대해서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 외측 맞닿음부(7)의 전단면(7a)에 대하여, 내측 맞닿음부(9)의 전단면(9b)은 후방 측에 있다.
링 렌즈(8)는 내측 맞닿음부(9)와 대략 동일한 전후 위치에 배치되어 있다.
링 렌즈(8)에 있어서의 가장 전방 측에 위치하는 전단 능선부(8r)는, 내측 맞닿음부(9)의 전단면(9b)과 대략 동일한 전후 위치에 있다.
내측 맞닿음부(9)의 전단면(9b)에 대하여, 스테이지 베이스(10)의 전면(10a)은 후방 측에 있다.
스테이지 베이스(10)의 전면(10a)에 대하여, 도광 부재(11)의 전단면(11a1)은 전후 방향으로 동일한 위치나, 또는 약간 후방 측에 위치하고 있다.
다음에, 하우징(K)의 내부에 배치된 부품 등에 대하여 도 3∼도 12를 참조하여 설명한다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 하우징(K)의 내부에는 2장의 큰 기판이 전후 방향으로 대향하여 병설 수용되어 있다. 구체적으로는, 상자체(1)의 기부(1k) 측으로부터 센서 기판(13) 및 베이스 기판(14)이다.
도 5는, 센서 기판(13)을 설명하기 위한 전면도이다.
센서 기판(13)은 하우징(K) 내에 수납된 상태에서의 앞쪽으로 되는 전면(13a)에, 리셉터클(13b)과 복수의 포토 센서(13c)와 스위치(13d)가 실장되어 있다.
리셉터클(13b)은 센서 기판(13)의 전방에 배치된 베이스 기판(14)의 플러그(14b)에 장착되어, 센서 기판(13)과 베이스 기판(14)이 전기적으로 접속된다(도 3 참조).
복수의 포토 센서(13c)는, 본 예에서 7개다. 7개 중 6개의 포토 센서(13c)는 수광 축선 CLT의 주위에, 각도 피치 θp가 60°의 등간격으로, 또한, 각 포토 센서(13c)의 중심 위치가 직경 φa의 선상으로 되도록 실장되어 있다.
나머지 하나는, 직경 φa의 중심 위치에 실장되어 있다.
7개의 포토 센서(13c)는, 이후의 설명에서 구별이 필요해지는 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이 포토 센서(13c1∼13c7)로서 구별한다.
스위치(13d)는, 조립된 당도계(51)에 있어서, 앞서 설명한 바와 같이 가압 버튼(6)이 눌릴 때마다 ON 동작, OFF 동작을 교호로 되풀이한다.
센서 기판(13)은 포토 센서(13c)보다 직경 방향의 외측 위치에, 약 90° 간격으로 4개의 관통공(13e)을 가지고 있다.
도 6은, 베이스 기판(14)을 설명하기 위한 전면도이다.
베이스 기판(14)은, 상부에 수광 축선 CLT를 중심으로 하는 원형의 구멍(14g)과, 구멍(14g)의 하측 에지에 있어서, 하방을 향하여 직사각형으로 도려내어진 홈부(14g1)와, 구멍(14g)의 외측에 있어서의 상하 좌우에 대한 경사 45° 방향으로 각각 구멍(14h)을 갖는다.
베이스 기판(14)은, 수광 축선 CLT를 중심으로 하는 원호형의 외형으로 된 원호부(14j)를 갖는다.
베이스 기판(14)은, 하우징(K) 내에 수납된 상태에서 앞쪽으로 되는 전면(14a)에, 표시 소자(14f), 스위치(14s), 광원이 되는 발광 소자로서의 복수(n개 : n은 2 이상의 정수)의 LED(14d), 복수의 FB(피드백)용 포토 센서(14e) 및 당도계(51)의 동작을 제어하는 제어부(CT)가 실장되어 있다.
한편, 후면(14c)에는, 센서 기판(13)의 리셉터클(13b)과 접속하는 플러그(14b)가 실장되어 있다.
표시 소자(14f)는, 예를 들면 액정 디바이스, 유기 EL(organic Electro-Luminescence) 디바이스 등의 표시 디바이스이다.
복수의 LED(14d)는 본 예에서 20개(n=20)다. 20개의 LED(14d)는, 수광 축선 CLT를 중심으로 하는 구멍(14g) 주위의 직경 φb의 선상에 각도 피치 θpa를 18°로 하는 등간격으로, 방사상으로 되는 자세로 실장되어 있다.
상세하게는, LED(14d)는 원호부(14j)에 가까운 위치에서 주위 방향으로 격리 배치되어 있다.
복수의 LED(14d)를 모은 광원군으로서 이하, LED군(14dG)이라고도 한다.
LED(14d)는, 예를 들면 다음의 파장을 각각 중심 파장으로 하는 6종류를 사용하여, 주위 방향으로 차례로 배치되어 있다.
즉, 그 파장은 880㎚, 900㎚, 950㎚, 980㎚, 1020㎚ 및 1064㎚이다.
이 경우, 20개 전체에서, 각 파장을 중심 파장으로 하는 LED(14d)는 적어도 3개 배치된다. 그 중에서도, 880㎚ 및 900㎚을 각각 중심 파장으로 하는 LED(14d)는 각각 4개 배치된다.
6종류의 파장에 대한 LED(14d)의 선택은, 이것에 한정되지 않는다. 다른 예로서, 6종류의 파장 중, 짧은 파장의 3종과 긴 파장의 3종에 대하여, 3종의 파장 각각을 중심 파장으로 하는 3종의 LED를 하나로 패키지한, 이른바 3파장 복합형 LED를 사용해도 된다.
예를 들면, 880㎚, 900㎚, 950㎚의 3종의 파장을 중심 파장으로 하는 3파장 복합형 LED와, 980㎚, 1020㎚, 1064㎚의 3종의 파장을 중심 파장으로 하는 3파장 복합형 LED를 사용하고, 예를 들면, 전자 8개 및 후자 12개의 합계 20개를 적절하게 배치해도 된다.
구멍(14g)의 에지부와 LED(14d) 사이에는, 상하 좌우 방향 각각에 FB(피드백)용 포토 센서(14e)[이하, FB용 포토 센서(14e)라고 함]가 실장되어 있다. 이하, 상기 4개의 FB용 포토 센서(14e)를 모아 FB용 포토 센서군(14eG)이라고도 한다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 센서 기판(13)에 대하여, 7개의 포토 센서(13c)를 덮도록 편평 원통형의 필터 유닛(F)이 배치되어 있다.
필터 유닛(F)의 앞쪽에는, 속이 비지 않고 대략 원뿔대형으로 형성된 도광 부재(11)가 배치되어 있다.
필터 유닛(F)과 도광 부재(11)는, 전방 측으로부터 센서 기판(13)에 대어지고, 후방 측으로부터 태핑 나사(Na)로 체결 고정되는 스테이지 기대(基臺)(16)에 의해, 유닛 홀더(15)와 함께 센서 기판(13)과의 사이에 협지되어 있다. 도광 부재(11), 스테이지 기대(16) 및 필터 유닛(F)의 구체적인 구성은 후술한다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 유닛 홀더(15)는, 후방 측이 개방되고 전방이 바닥으로 되는 둥근 냄비형의 기부(15a)와, 기부(15a)로부터 전방으로 돌출되는 돌출부(15b)를 갖는다.
기부(15a)에는, 상하 좌우에 대한 경사 45° 방향에 있어서, 태핑 나사(Na)를 삽통(揷通)시키기 위한 전후 방향으로 연장되는 관통공(15a1)(도 4 참조)이 4군데 형성되어 있다.
돌출부(15b)는, 도광 부재(11)가 내측에 거의 간극없이 꼭 끼이는 중공(中空) 원뿔형으로 형성되어 있고, 베이스 기판(14)의 구멍(14g)을 통하여 전방으로 돌출되어 있다.
돌출부(15b)의 외주면은, 후방 측과 선단 측의 2군데에 직경이 급격하게 변하는 계단부(step portion)(15b1)와 계단부(15b2)가 형성되어 있다.
베이스 기판(14)의 구멍(14g)의 내경(內徑)에 대하여, 돌출부(15b)의 외경(外徑)은 작게 설정되어 있고, 구멍(14g)과 돌출부(15b) 사이에, 스테이지 기대(16)의 후단부(16a)가 걸어맞추어져 있다. 후단부(16a)는, 돌출부(15b)의 계단부(15b1)에 맞닿아 전후 방향 위치가 정해져 있다.
스테이지 기대(16)는, 후단부 측이 좁아지는 대략 깔때기 형상으로 형성되어 있다.
후단부(16a)에는, 하방 측으로 돌출하는 통로부(16b)가 형성되어 있다.
통로부(16b)의 외형 형상이, 베이스 기판(14)의 구멍(14g)에 있어서의 홈부(14g1)에 걸어맞추어지도록 되어 있다. 즉, 베이스 기판(14)에 대하여, 스테이지 기대(16)의 수광 축선 CLT 주위에 위치가 정해져 있다.
후단부(16a)의 내주면(內周面)은, 통로부(16b)의 부분을 제외하고, 유닛 홀더(15)의 돌출부(15b)의 외면과 맞닿아 있다.
즉, 통로부(16b)와 돌출부(15b) 사이에는, 간극 Va(도 3 참조)가 형성되어 있다.
상기 간극 Va는, 후술하는 온도 센서 기판(17)으로부터의 리드선을 전후 방향으로 통과시키는 통로가 된다.
후단부(16a)에는, 전면에서 볼 때의 상하 좌우에 대하여 경사 45° 방향으로, 전후로 연장되는 4개의 보스(16a1)가 형성되어 있다. 각 보스(16a1)에는, 전방이 바닥으로 되는 바닥이 있는 구멍이 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 태핑 나사(Na)를, 센서 기판(13)의 관통공(13e) 및 유닛 홀더(15)의 관통공(15a1)에 삽통하여 스테이지 기대(16)의 보스(16a1)에 형성된 바닥이 있는 구멍에 나사결합함으로써, 센서 기판(13)에 대하여 유닛 홀더(15) 및 스테이지 기대(16)가 고정된다.
그 때, 유닛 홀더(15)에 의해, 필터 유닛(F) 및 도광 부재(11)가 센서 기판(13)과의 사이에 협지되어 유지된다.
스테이지 기대(16)의 전방에는 스테이지 베이스(10)가 배치된다.
스테이지 베이스(10)는 원반형의 스테이지 바닥부(10b)(도 3 참조)와, 스테이지 바닥부(10b)의 주위 에지로부터 후방 기립하는 원환형의 주위벽부(10c)를 갖는다. 앞서 설명한 전면(10a)은 스테이지 바닥부(10b)의 전면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 스테이지 바닥부(10b)의 중심(수광 축선 CLT의 위치)에는, 관통공(10b1)이 형성되어 있다. 또한, 관통공(10b1)에 대한 상방 측에, 관통공(10b2)이 형성되어 있다.
관통공(10b1)에는, 후방 측으로부터 도광 부재(11)의 선단 부분이 진입하고, 도광 부재(11)의 전단면(11a1)이 전방에 노출되어 있다.
관통공(10b2)에는 후방 측으로부터 온도 센서(12)가 진입하고, 온도 센서(12)의 온도 감지면(12a)이 전방에 노출되어 있다.
스테이지 베이스(10)의 주위벽부(10c)에 둘러싸인 내부에는, 온도 센서 기판(17)이 배치되어 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 온도 센서 기판(17)은 원반형을 나타내고, 중심공(17a) 및 한 쌍의 관통공(17b)을 가지고 형성되어 있다.
또한, 온도 센서 기판(17)에는 온도 센서(12)가 실장되어 있다.
온도 센서 기판(17)은 관통공(17b)을 삽통한 태핑 나사(도시하지 않음)에 의해 스테이지 바닥부(10b)에 대하여 장착되어 있다.
온도 센서 기판(17)으로부터는, 리드선(도시하지 않음)이 후방으로 인출되고, 간극 Va를 통하여 센서 기판(13)으로 끌어당겨지고 있다.
스테이지 기대(16) 및 스테이지 베이스(10)는 수지로 형성된다. 수지는 예를 들면, 흑색의 폴리카보네이트 수지의 근적외선 흡수 등급이다.
유닛 홀더(15)는 알루미늄으로 형성되어 있고, 표면에 블랙 알루마이트 처리가 행해져 있다. 유닛 홀더(15)를 금속으로 형성함으로써 차폐 기능이 발휘되고, 센서 기판(13)에 대한 외란(外亂) 노이즈의 영향을 저감할 수 있다.
스테이지 베이스(10)의 주위벽부(10c)에는, 중계 렌즈(18)가 장착되어 있다. 다음에, 중계 렌즈(18)와 그 장착 구조에 대하여 도 7을 주로 참조하여 설명한다. 도 7은, 도 3의 SA부의 확대도이다.
도 7에 있어서, 스테이지 베이스(10)의 주위벽부(10c)의 외주면(10c1)에는, 전방 측이 간신히 대경으로 되는 단차부(10c2)가, 전체 주위에 걸쳐 형성되어 있다.
중계 렌즈(18)는 단차부(10c2)에 장착되어 있다.
중계 렌즈(18)는 내경 Da를 가진 환형의 광학 부재이고, 연장　방향에 직교하는 단면 형상이 직경 D의 원형을 나타낸다.
환형 부분의 중심 위치 Pc의 직경 φb7은, 베이스 기판(14)에 실장된 LED(14d)의 중심 위치의 직경 φb(도 6 참조)와 동등하게 설정된다.
중계 렌즈(18)는, 예를 들면 광투과성을 가지는는 투명한 폴리카보네이트 수지로 형성된다.
스테이지 베이스(10)에 있어서의 주위벽부(10c)의 외주면(10c1)은, 단차부(10c2)보다 전방의 외경이, 중계 렌즈(18)의 내경 Da보다 큰 직경 Db로 형성되어 있다.
그리고, 단차부(10c2)에 있어서, 후방을 향함에 따라, 반경 R(=D/2)의 오목한 곡면(10c3)으로 서서히 직경 축소되고, 내경 Da와 동일한 외경을 가지는 직경 축소부(10c4)에 접속되어 있다.
또한, 직경 축소부(10c4)에는, 주위 방향으로 소정 간격으로 이격되어 복수의 미소 돌기(10c5)가 형성되어 있다.
중계 렌즈(18)는 전방 측을 향하여 오목한 곡면(10c3)에 밀착하도록 장착되어 있고, 미소 돌기(10c5)는 중계 렌즈(18)의 후방 측으로의 이동을 규제하고 있다.
중계 렌즈(18)를 단차부(10c2)에 장착할 때는, 중계 렌즈(18)를 후방 측으로부터 내경을 넓히는 탄성 변형을 시키면서 이동시키고(화살표 DRa 참조), 미소 돌기(10c5)를 타고 넘게 하여, 미소 돌기(10c5)와 오목한 곡면(10c3) 사이에 수용한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 중계 렌즈(18)와, 커버체(2)에 있어서의 스테이지부(2b)의 내면(2b1)과의 사이에는, 밀봉 링(seal ring)(19)이 강한 끼워맞춤으로 끼워져 있다.
밀봉 링(19)은 예를 들면 금속제의 스프링 와이어로 형성되어 있다.
밀봉 링(19)은 중계 렌즈(18)의 위치가 벗어나지 않고 보다 확실하게 유지되도록, 강한 끼워맞춤의 탄성 반발력에 의해, 중계 렌즈(18)를 스테이지 베이스(10)에 가압하고 있다.
중계 렌즈(18)의 전방에는, 중계 렌즈(18)에 대하여 전후 방향으로 대향하는 앞서 설명한 링 렌즈(8)가 장착되어 있다.
링 렌즈(8)는, 예를 들면 광투과성을 가지는 투명한 폴리카보네이트 수지로 형성된다.
도 8은 링 렌즈(8)를 설명하기 위한 반단면도(일부 절단 생략)이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 링 렌즈(8)는 구멍(8a1)을 가지고 환형으로 형성된 환형 기부(8a)와, 환형 기부(8a)로부터 직경 방향의 바깥쪽이면서 전방으로 경사지게 연장된 편향부(8b)와, 편향부(8b)로부터 직경 방향의 바깥쪽으로 내뻗은 플랜지부(8c)를 갖는다.
환형 기부(8a), 편향부(8b) 및 플랜지부(8c)는, 전후로 연장되는 축선 CL8을 중심으로 하여 환형으로 형성되어 있다.
편향부(8b)는 후방 측의 입광면(8b1)과, 전방 측의 출광면(8b2)을 갖는다.
입광면(8b1)은 직경 Dc의 가상 기준 원 P1을 통과하고, 축선 CL8로부터 멀어질수록 전방을 향하도록 경사 각도 θa로 경사진 원뿔 주위면이다.
출광면(8b2)은, 축선 CL8을 포함하는 평면과 가상 기준 원(P1)의 교점을 점 P1a로 했을 때, 도 8에 나타내는 단면 형상이, 점 P1a를 중심으로 하는 반경 Ra를 이루는 단면 원호형으로 주위 방향으로 연장되는 곡면으로서 형성되어 있다.
입광면(8b1)이 형성되는 직경 방향의 범위는, 내경 측의 에지부(8b1a)가 직경 Dc보다 작은 직경 Dd이고, 외경 측의 에지부(8b1b)가 직경 Dc보다 큰 직경 De이다.
출광면(8b2)이 형성되는 직경 방향의 범위는, 적어도 입광면(8b1)이 형성되는 직경 방향의 범위를 포함하고 있다.
구체적으로는, 출광면(8b2)의 내경 측의 에지부(8b2a)가, 직경 Dd보다 작은 직경 Dd1이고, 외경 측의 에지부(8b2b)가, 직경 De보다 큰 직경 De1이다.
플랜지부(8c)는 전부(前部)에 있어서, 출광면(8b2)의 외경 측의 에지부(8b2b)에 접속하고, 축선 CL8에 직교하는 환형의 평면부(8c1)와, 평면부(8c1)의 직경 방향 외측에 있어서, 평면부(8c1)에 대하여 계단형으로 형성되어 후방 측에 위치하는 환형의 선반부(8c2)를 갖는다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 링 렌즈(8)는 스테이지 베이스(10)의 전면(10a)의 주위 에지부와, 커버체(2)의 스테이지부(2b)의 내면(2b1)과의 사이를 막도록 장착된다.
상세하게는, 환형 기부(8a)의 구멍(8a1)이, 스테이지 베이스(10)의 전면(10a)의 주위 에지에 형성된 단부에 걸어맞추어지고, O링(도시하지 않음)을 개재시켜 봉지하고, 또한 접착제에 의해 고정되어 있다.
플랜지부(8c)의 평면부(8c1)는, 스테이지부(2b)의 선단에 있어서 안쪽으로 돌출 형성된 내측 플랜지(2b2)의 후면에 맞닿고, 그 후면과 선반부(8c2) 사이에는 O링(82)이 개재되어 있다.
다음에, 필터 유닛(F)에 대하여 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
필터 유닛(F)는 원반형의 필터 홀더(20)와, 필터 홀더(20)에 대하여 필터 홀더(20)의 축선 CLf 방향으로 걸어맞추어지는 원반형의 홀더 커버(21)와, 필터 홀더(20)와 홀더 커버(21) 사이에 협지되는 복수(본 예에 있어서 7장)의 광학 밴드패스 필터인 밴드패스 필터(31∼37)를 가지고 구성되어 있다. 7장의 밴드패스 필터(31∼37)는, 각각 중심 파장이 상이한 밴드패스 특성을 가지는 외형 형상이 직사각형인 것이 채용되고 있다.
필터 홀더(20) 및 홀더 커버(21)는 수지로 형성된다. 수지는 예를 들면, 흑색의 폴리카보네이트 수지의 근적외선 흡수 등급이다.
흡광도를 측정하는 파장은 당의 흡수 파장에 기초하고, m(m은 2 이상의 정수)종류의 파장을 선택한다.
본 예에서는, m=7로 한 7종의 파장 λ1∼λ7을 선택하고 있다. 또한, 포토 센서(13c)로서, m개의 포토 센서(13c1∼13c7)를 구비한다.
즉, 밴드패스 필터(31∼37) 각각의 중심 파장을, 종래 알려져 있는 당의 흡수 파장에 기초하여 선택 설정한 파장 λ1∼λ7로 한다.
또한, LED(14d)는, 중심 파장 λ1∼λ7 각각에 대응한 발광 중심 파장을 가지는 것을 선택하고 있다.
상세하게는, LED(14d)는, 중심 파장 λ1∼λ7 각각과 동등하거나 또는 가까운 발광 중심 파장을 가지는 것을 선택한다.
본 예에서 선택 설정한 중심 파장 λ1∼λ7은 다음과 같다. 또한, 괄호 내의 파장은 밴드패스 필터(31∼37) 각각에 대응하여 선택 사용한 LED(14d)의 발광 중심 파장이다.
밴드패스 필터(31)…λ1:875㎚(880㎚)
밴드패스 필터(32)…λ2:900㎚(900㎚)
밴드패스 필터(33)…λ3:950㎚(950㎚)
밴드패스 필터(34)…λ4:980㎚(980㎚)
밴드패스 필터(35)…λ5:1020㎚(1020㎚)
밴드패스 필터(36)…λ6:1050㎚(1064㎚)
밴드패스 필터(37)…λ7:1064㎚(1064㎚)
상기 예에 있어서, 밴드패스 필터(31, 36) 이외의 밴드패스 필터(32∼35, 37)의 중심 파장은, 각각 대응하여 사용한 LED(14d)의 발광 중심 파장과 일치하고 있다. 또한, 밴드패스 필터(31, 36)의 중심 파장과, 대응하는 LED(14d)의 발광 중심 파장과의 차이는 각각 5㎚, 14㎚이다.
상기 정도(예를 들면, 20㎚ 이하)의 파장차이면, 일반적인 LED의 발광 스펙트럼에 있어서, 밴드패스 필터의 각 중심 파장의 광 강도에 고려해야 할 차이는 생기지 않는다.
일반적인 LED는 발광 스펙트럼이 좁기 때문에, 밴드패스 필터의 중심 파장에 대응한 발광 중심 파장을 가지는 LED를 선택하는 것이 바람직하다.
한편, LED(14d)로서, 저소비 전력으로 고휘도의 발광 스펙트럼이 넓은 LED를 선택하는 경우에는, 밴드패스 필터의 중심 파장에 가까운 발광 중심 파장의 것을 선택하지 않아도 된다.
도 9는, 필터 유닛(F)의 모식적인 조립도이다.
필터 홀더(20)는, 축선 CLf를 중심으로 하는 원반형으로 형성되어 있고, 전면(20a)에는, 축선 CLf 주변의 각도 피치 60°로, 또한 축선 CLf를 중심으로 하는 직경 φc의 원을 중심 위치로 하여 형성된 6개의 오목부(20b1∼20b6)와, 중앙에 형성된 오목부(20b7)가 형성되어 있다. 오목부(20b1∼20b7)는 밴드패스 필터(31∼37)의 외형 형상에 대응한 직사각형의 파임으로 되어 있다.
홀더 커버(21)는 원반형으로 형성된 기부(21a)와, 기부(21a)의 주위 에지부로부터 후방으로 연장되고, 필터 홀더(20)에 대하여 걸어맞추어지는 4개의 클로우부(claw portion)(21c)를 갖는다. 클로우부(21c)는 주위 방향으로 각도 피치 90°로 격리 배치되어 있다.
기부(21a)에는, 축선 CLf를 중심으로 하는 각도 피치 60°로 또한 직경 φd의 원을 직경 방향 중심으로 하는 위치에, 직사각형의 관통공(2lb1∼2lb6)이 형성되어 있다.
또한, 중심 위치에는 원형의 관통공(2lb7)이 형성되어 있다.
직경 φd는 직경 φc과 동등하게 설정되어 있다.
홀더 커버(21)는 필터 홀더(20)에 대하여, 전방 측으로부터 접근시키고(화살표 DRb 참조), 클로우부(21c)를 필터 홀더(20)에 형성된 피걸어맞춤부(20d)에 걸어맞춤으로써, 필터 홀더(20)와 일체화할 수 있다.
즉, 필터 홀더(20)의 오목부(20b1∼20b7)에, 각각 밴드패스 필터(31∼37)를 수용하고, 홀더 커버(21)를 전방 측으로부터 필터 홀더(20)에 걸어맞춤으로써, 밴드패스 필터(31∼37)를 유지한 필터 유닛(F)이 형성된다.
도 10은, 필터 유닛(F)의 후면도이다.
필터 홀더(20)의 후면(20f)에는, 전면(20a)에 형성된 오목부(20b1∼20b7)에 대응한 위치에, 전방을 향해 도려내어진 직사각형 개구의 포켓부(20e1∼20e7)가 형성되어 있다.
오목부(20b1∼20b7)와 포켓부(20e1∼20e7)는, 각각 직사각형의 관통공(20c1∼20c7)에 의해 전후 방향으로 연결되어 있다. 관통공(20c1∼20c7)의 직경 방향의 중심 위치는, 직경 φc의 원형 상에 있다.
다음에, 도광 부재(11)에 대하여 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은, 도광 부재(11)를 비듬하게 전방으로부터 본 사시도이다.
도 12는, 도광 부재(11)의 반단면도(a) 및 후면도(b)이다. 도 12의 (a)는, 후면도(b)의 S12-S12 위치에서의 반단면이다.
도광 부재(11)는, 광투과성을 가지는 투명 부재로서 형성되어 있다.
재질은, 예를 들면 광투과성을 가지는 투명한 폴리카보네이트 수지이다.
도광 부재(11)는 전후로 길게 형성되어 있다. 도광 부재(11)는, 길이의 일단면으로서 전단면(11a1)을 가지고, 전후로 연장되는 축선 CL11을 중심으로 하는 직경 Df의 원통형 전방 돌출부(11a)와, 직경 Df보다 큰 직경 Dg의 원통형의 중간 통부(11b)와, 중간 통부(11b)의 후방 측에 접속되고 후방을 향함에 따라서 서서히 직경이 확대되는 원뿔대부(11c)를 구비한다.
또한, 도광 부재(11)는, 원뿔대부(11c)의 후방 단부에 있어서, 축선 CL11에 대하여 직교 방향으로 직경이 확대되는 단부(11d)를 거쳐 직경 Dh의 원통형으로 되는 후방 통부(11e)와, 후방 통부(11e)의 후면(11e1)으로부터, 후방을 향하여 독립적으로 돌출 형성된 7개의 도광 돌기부(11f1∼11f7)을 가지는 각부(脚部)(11f)를 구비한다.
6개의 도광 돌기부(11f1∼11f6)는, 축선 CL11을 중심으로 하는 등각도 간격(각도 피치 60°)으로, 또한 직경 φe의 원 위에 형성되어 있다.
나머지 하나인 도광 돌기부(11f7)는, 중심 위치에 있어서 원기둥형으로 형성되어 있다.
또한, 도광 돌기부(11f1∼11f6)는 후방 선단 부위에 있어서, 단차부(stepped portions)(11f1b∼11f6b)에서 직경이 축소되어 더 후방으로 돌출하는 걸어맞춤부(11f1a∼11f6a)를 갖는다.
또한, 도광 돌기부(11f7)는 후방 선단 부위에 있어서, 단차부(11f7b)에서 직경이 축소되어 더 후방으로 돌출하는 걸어맞춤부(11f7a)를 갖는다.
걸어맞춤부(11f1a∼11f7a)의 단차부(11f1b∼11f7b)의 위치 및 선단면의 전후 방향 위치는, 각각 서로 동일한 위치로 되어 있다.
걸어맞춤부(11f1a∼11f7a)는, 단차 부위가 홀더 커버(21)의 기부(21a)의 전면에 맞닿고, 각각 필터 유닛(F)에 있어서의 홀더 커버(21)의 관통공(2lb1∼2lb7)에 대하여 전방 측으로부터 진입하도록 되어 있다.
센서 기판(13)에 대한 필터 유닛(F)과 도광 부재(11)의 조립 상태에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다. 상기 조립은, 앞서 설명한 바와 같이 스테이지 기대(16)를 태핑 나사(Na)로 고정시킴으로써, 스테이지 기대(16)와 센서 기판(13) 사이에, 필터 유닛(F) 및 도광 부재(11)가 전후 방향으로 끼워져 이루어진다.
도 13은, 도 3에 있어서의 SB부의 모식적 단면도이다. 즉, 센서 기판(13)의 포토 센서(13c7)와, 필터 유닛(F)과, 도광 부재(11)에 있어서의 도광 돌기부(11f7)의 조립 상태가 나타내어진다. 다른 포토 센서(13c1∼13c6)에 대해서도 동일하고, 대표로서 설명한다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 센서 기판(13)의 전면(13a)에는, 필터 홀더(20)의 후면(20f)이 맞닿아 있다.
전면(13a)에 실장된 포토 센서(13c7)는, 필터 유닛(F)의 필터 홀더(20)에 형성된 포켓부(20e7)에 진입하고 있다.
필터 홀더(20)의 오목부(20b7)에는, 밴드패스 필터(37)가 삽입되어 있다. 밴드패스 필터(37)의 전방으로의 이동은, 밴드패스 필터(37)의 외형보다 작게 형성된 홀더 커버(21)의 관통공(2lb7)에 의해 눌려 규제되고 있다.
밴드패스 필터(37)는 포토 센서(13c7)의 전방의 대향 위치에 있다.
홀더 커버(21)의 관통공(2lb7)에는, 전방 측으로부터 도광 부재(11)의 도광 돌기부(11f7)의 걸어맞춤부(11f7a)가 진입하여 걸어맞추어져 있다. 도광 돌기부(11f7)의 단차부(11f7b)는, 홀더 커버(21)의 기부(21a)의 전면(21a1)에 맞닿아 있다.
이상 구성을 설명한 당도계(51)의 동작은 제어부(CT)에 의해 제어된다.
도 14는, 당도계(51)에 있어서의 제어계의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(CT)는 중앙 처리 장치(CPU)(CT1), 보정부(CT2), 광 강도 처리부(CT3), 표시 제어부(CT4), 광량 제어부(CT5) 및 기억부(CT6)를 갖는다.
당도계(51)의 외형 크기인 길이 L 및 폭 W(도 2 참조)와, 두께 H(도 3 참조)는, 예를 들면 대략 이하와 같이 설정된다.
L=113㎜, W=63㎜, H=43㎜
또한, 측정부(K1)의 외경 φf(도 3 참조)는, 예를 들면 48㎜로 설정된다.
다음에, 전술한 구성을 가지는 당도계(51)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 작업자는, 당도계(51)의 측정부(K1)와 측정 대상인 청과물(AS)을 접촉시킨다.
구체적으로는, 예를 들면 수확 후의 청과물(AS)을 측정하는 경우에는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 작업자는 당도계(51)를, 측정부(K1)의 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)가 상단(上端)으로 되는 방향으로 책상(91) 등의 받침대 위에 놓고, 청과물(AS)을 측정부(K1)에 올려놓고 측정할 수 있다. 상기 측정 태양으로 파임이 있는 청과물(AS)을 측정하는 경우에는, 파임이 없는 부분 또는 파임이 적은 부분을 측정부(K1)에 놓으면 된다.
수확 전의 생육 중인 청과물(AS)이나, 무겁거나, 또는 큰 청과물(AS)을 측정하는 경우에는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 작업자는 그립부(K2)를 파지하고, 측정부(K1)를 청과물(AS)의 표면에 접촉시켜 측정한다.
측정부(K1)는 그립부(K2)에 대하여 돌출되게 형성되어 있다.
이에 의해, 당도계(51)를 받침대 위에 놓고 청과물(AS)을 측정부(K1)에 올려놓았을 때, 청과물(AS)이 울퉁불퉁한 표면의 볼록부가 그립부(K2)에 닿아, 청과물(AS)이 불안정하게 탑재되지 않는다.
또한, 당도계(51)를 파지하고 측정부(K1)를 청과물(AS)에 대어 측정하는 경우에, 파지한 손가락에 청과물(AS)이 닿기 어려워진다. 그 때문에, 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)와 청과물(AS)과의 사이에 간극이 생겨 외광이 진입하고 측정 정밀도가 저하될 가능성은 작다.
다음에, 당도계(51)가 구체적인 측정 동작에 대하여, 도 14 및 도 17을 주로 참조하여 설명한다. 도 17은, 당도계(51)로 당도 측정을 행할 때의 광로를 설명하기 위한 모식도이고, 도 3의 측정부(K1)의 부분을 이용하고 있다. 또한, 도 17에서는 회화가 번잡해지지 않도록, 단면으로 나타내어 있는 도광 부재(11)에 해칭을 첨부하지 않고 있다.
먼저, LED(14d)가 주위 방향으로 격리 배치되어 있는 직경 φb(도 6도 참조)와, 중계 렌즈(18)의 중심 직경 φb7(도 7 참조) 및 링 렌즈(8)의 가상 기준 원(P1)의 직경 Dc(도 8 참조)가 동등하게 설정되어 있다. 직경 φb(=φb7=Dc)는 예를 들면 직경 38㎜로 된다.
(1) 사용자는, 당도계(51)의 전원을 넣은 상태에서, 측정하는 청과물(AS)을 당도계(51)의 측정부(K1)의 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)에 탑재하거나, 또는, 측정하는 청과물(AS)에 당도계(51)의 측정부(K1)를 밀착하도록 가압한다.
청과물(AS)은 예를 들면 과일 및 야채로서, 토마토, 사과, 수박 등이 해당된다.
청과물(AS)의 자중 또는 사용자의 가압력에 의해, 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)는, 청과물(AS)의 표면에 압축되면서 대략 밀착된다.
(2) 사용자는 가압 버튼(6)을 누르고, 스위치(13d)를 온(ON) 상태로 한다. 스위치(13d)로부터는 온 상태로 된 취지의 신호가 제어부(CT)의 중앙 처리 장치(CT1)에 송출된다.
(3) 중앙 처리 장치(CT1)는, 스위치(13d)가 온 상태로 된 것을 파악하였으면, 광량 제어부(CT5)에 지시하여 LED군(14dG)을 발광시킨다. LED군(14dG)의 각 LED(14d)로부터 상방으로 나온 광 LT은 중계 렌즈(18)를 통과하여, 링 렌즈(8)에 도달한다.
LED(14d)로부터 링 렌즈(8)까지의 사이의, 광 LT의 경로로 되는 공간 Vb는, 직경 방향 외측은 커버체(2)의 스테이지부(2b)의 내면(2b1)에 의해 막아지고, 직경 방향 내측은 스테이지 기대(16)와 스테이지 베이스(10)의 외주면(10c1)에 의해 막아져 있다.
즉, 공간 Vb는 직경 방향 측이 막아지고, 축방향 측만 개방된 공간으로 되어 있다. 축방향 측의 선단 부분은, 링 렌즈(8)에 의해 막아져 있다.
이에 의해, LED군(14dG)으로부터의 출광이, 링 렌즈(8)를 통과하지 않고 청과물(AS)에 도달하는 일은 없다.
도 17에 있어서, LED(14d)로부터 나온 광 LT의 주광축 LTa를 실선으로 나타낸다.
주광축 LTa는 중계 렌즈(18)의 중심을 통과하여 링 렌즈(8)의 입광면(8b1)에 도달하면, 입광면(8b1)이 도 8에 나타낸 바와 같이 직경 방향 외측일수록 전방으로 경사져 있으므로, 그 경사 각도 θa와 링 렌즈(8)의 재료 굴절률에 따른 출광의 각도 θb로, 출광면(8b2)으로부터 전방으로 출사된다.
출광의 각도 θb는 0<θb<45°로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 각도 θb는, 링 렌즈(8)의 가상 기준 원(P1)의 직경 Dc가 클수록 크게 설정하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 청과물(AS) 내에 진입한 광 LTR(후술)은, 청과물(AS)의 내부에서 중심으로 집광하기 용이해진다.
당도계(51)와 같이 직경 Dc가 약 40㎜의 경우, 각도 θb는 20° 전후가 바람직하다.
상기 출광면(8b2)으로부터 전방으로 출사된 광은, 주광축 LTa를 포함하고 직경의 내외 방향으로 폭을 가지는 환형의 광 LTR로 된다.
즉, 도 17에 있어서, 출광면(8b2)으로부터 출사된 환형의 광 중, 링 렌즈(8)로부터 가장 내경 측에 편향 출사된 광의 LED(14d)로부터의 광로 LTb가, 파선으로 나타나 있다. 또한, 가장 외경 측에 편향 출사된 광의 LED(14d)로부터의 광로 LTc가, 일점쇄선으로 나타나 있다.
또한, 도 17에는, 출사 후의 전후 방향 위치 P2에 있어서의 환형의 광 LTR의 강도 특성 Q를 나타내고 있다.
이들로부터, 링 렌즈(8)로부터 출사된 환형의 광 LTR의 직경 방향의 강도 특성 Q는, 주광축 LTa에 있어서 급준하게 상승하는 피크 Qp를 가지고, 내경 측 및 외경 측을 향함에 따라서 급속도로 강도 저하되는 특성으로 되고 있다.
한편, 환형의 광 LTR의 주위 방향의 강도 특성은, 대략 일정하게 되어 있다.
즉, 환형의 광 LTR의 주위 방향의 강도 분포는, 복수의 LED(14d)가 주위 방향으로 이격되어 배치되어 있으나, 각 LED(14d)의 주위 방향으로도 퍼지고 있는 발광 특성과, 중계 렌즈(18) 및 링 렌즈(8)에서 생기는 약간의 내부 확산으로부터, 복수의 LED(14d)를 동시 점등한 경우에 대략 같은 정도로 되도록 평균화되어 있다.
링 렌즈(8)로부터 출사한 환형의 광 LTR은, 주광축 LTa가 전술한 바와 같이, 수광 축선 CLT에 접근하는 방향으로 각도 θb로 편향하고 있다[수광 축선 CLT는, 도광 부재(11)의 축선과 일치하고 있음).
환언하면, 링 렌즈(8)로부터 출사한 환형의 광 LTR은, 링 렌즈(8)로부터 출사된 후, 직경 축소되도록 진행한다.
내측 맞닿음부(9)의 내측 중심 부위에는, 도광 부재(11)의 전단면(11a1)이 노출되어 있다.
(4) 링 렌즈(8)로부터 출사한 광 LTR은, 청과물(AS)의 표면에 대하여 환형으로 조사되어, 청과물(AS)의 내부에 진입한다.
(5) 청과물(AS)의 내부에 진입한 광 LTR은 내부에서 난반사되고, 또한 청과물(AS)의 상태에 대응한 특성으로 흡수되어 일부가 외부에 출광된다.
(6) 외부로 나온 광의 일부는, 외부에 노출되어 있는 도광 부재(11)의 전단면(11a1)으로부터 도광 부재(11)의 내부에 진입한다.
도광 부재(11)의 내부에 진입한 광은, LED군(14dG)으로부터 출광하고, 청과물(AS)의 내부를 통과하여 되돌아 온 광이므로, 이하, 귀환광 LTd이라고 칭한다.
귀환광 LTd는, 도광 부재(11)의 내부를 진행하여 각부(11f)의 도광 돌기부(11f1∼11f7)로 유도된다.
이와 같이, 귀환광 LTd는 청과물(AS)의 내부에 환형으로 진입하여 내부에서 반사되고, 진입한 환형의 진입 부위에 대한 중앙 부위로부터 외부로 출사된 광이다. 그러므로, 청과물(AS)의 내부 조직(組織)에 부분마다 흡광도의 치우침이 있었다고 해도, 그것이 평균화된 광으로 된다.
또한, 청과물(AS)에 입사한 광 LTR은 환형으로서, 수광 축선 CLT에 접근하는 방향으로 편향하고 있다.
그러므로, 청과물(AS)의 내부에서 난반사된 광 중, 중앙 하부의 전단면(11a1)으로 입사하는 광의 비율이, 편향되지 않는 경우(각도 θb=0)와 비교하여 높아지고 있다.
이로써, 당도계(51)에서는, 귀환광 LTd가 LED(14d)의 출광에 대하여 고효율로서 얻어지고, 청과물(AS)의 내부 조직의 흡광도의 치우침이 있어도, 그 치우침의 영향을 받기 어려워 청과물(AS)의 흡광도를 보다 고정밀도로 반영한 광으로서 얻을 수 있다.
(7) 각부(11f)의 도광 돌기부(11f1∼11f7)로 유도된 귀환광 LTd는, 서로 특성에 치우침이 없는 균질의 광으로 되어 있고, 각각의 걸어맞춤부(11f1a∼11f7a)의 각각의 후단면(11fb)으로부터 밴드패스 필터(31∼37)를 향하여, 돌기부 출사광 LTe(LTe1∼LTe7)로서 출광한다.
후단면(11fb)은 도광 부재(11)에 있어서, 길이의 일단면인 전단면(11a1)에 대한 타단면으로 된다.
(8) 걸어맞춤부(11f1a∼11f7a)로부터 출사된 돌기부 출사광 LTe는, 밴드패스 필터(31∼37)에 의해 각각의 분광 특성에 따라서 분광되어 포토 센서(13c1∼13c7)에 입광한다.
(9) 포토 센서(13c1∼13c7)는, 각각의 수광 강도인 강도 Q1∼Q7을 검출하고, 광 강도 처리부(CT3)에 송출한다(도 14 참조).
즉, 포토 센서(13c1∼13c7)로부터 얻어진 강도 Q1∼Q7은, 밴드패스 필터(31∼37) 각각의 중심 파장 λ1∼λ7의 분광 강도이다.
(10) 광 강도 처리부(CT3)는 강도 Q1∼Q7로부터 기지의 연산 방법으로 파장 λ1∼λ7 각각의 흡광도를 구하고, 각각의 흡광도로부터 Brix값(Y)을 산출한다.
구체적 산출 방법의 예는 다음과 같다.
일반적으로, 파장 λ의 흡광도 A는 식(1)로 나타내어진다.
I0(λ)는, 레퍼런스가 되는 측정 대상에 들어가는 파장 λ의 광의 강도, IS(λ)는, 측정 대상으로부터 나온 파장 λ의 광의 강도이다.
A=log[I0(λ)/IS(λ)]
= logI0(λ)-logIS(λ) ……(1)
7종류의 파장 λ1∼λ7 중, 기준으로 되는 파장을 파장 λ6으로 하여, 다른 6종류의 파장 λ1∼λ5, λ7 각각에 대하여, 흡광도차 A1∼A5, A7을 다음 식(2-1)∼ 식(2-6)에 의해 구한다.
Figure 112018050599236-pct00001
이들 식에 기초하여, Brix값(Y)은 다음 식(3)에 의해 산출한다.
Figure 112018050599236-pct00002
… (3)
여기에서, PL0∼PL8은 사전에 복수의 측정 대상[청과물(AS)]의 흡광도 데이터를 이용하여, 중회귀 분석으로 구한 계수이다. 또한, 온도 T1은 온도 센서(12)로 측정한 측정 대상[청과물(AS)]의 표면 온도이고, 온도 T2는 온도 센서(12)로 측정한 하우징(K)에 상당하는 온도이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 제어부(CT)는 보정부(CT2)를 갖는다.
보정부(CT2)는 FB용 포토 센서군(14eG)으로부터의 광량 정보 JL 및 온도 센서(12)로부터의 온도 정보 JT에 기초하여, LED군(14dG)의 광량을 폐쇄 제어한다.
LED의 일반적 특성으로서, 온도 상승에 수반하여 발광 광량이 변화된다. LED(14d)도 마찬가지다.
당도계(51)는 FB용 포토 센서군(14eG), 온도 센서(12) 및 보정부(CT2)를 가지고, 복수의 LED(14d)의 발광 광량을 일정하게 하고, 또한 시간 변동을 억제하여 안정화할 수 있다. 이에 의해, 당도계(51)의 측정 정밀도는 보다 향상된다.
제어부(CT)는 LED군(14dG)의 LED(14d) 모두를 동시 발광시키도록 제어하는 것에 한정되지 않는다.
제어부(CT)는 설정한 6종류의 파장마다, 또는 주위 방향의 배치순으로, 대응하는 LED(14d)를 시계열적으로 순차 발광시키고, 그 때마다 포토 센서(13c1∼13c7)에 의해 수광 강도를 측정해도 된다.
LED군(14dG)를 동시 발광시키면, 단시간이어도 소비 전력이 커지므로, 전원의 부하 저감이 필요한 경우에는, 후자의, 복수의 LED(14d)를 시계열적으로 순차 점등시켜 측정하는 방법이 바람직하다.
전술한, 청과물의 비파괴 측정 장치인 당도계(51)는, 청과물(AS)에 조사하는 광의 광원으로서, 복수의 LED(14d)를 사용하고 있다.
이에 의해, 당도계(51)는 광원의 소비 전력 및 설치 공간이 적고, 하우징(K)을 한 손으로 파지할 수 있는 소형화가 가능하다.
따라서, 수확 전의 생육 중인 청과물의 측정도 용이하게 실시할 수 있다.
당도계(51)는 복수의 LED(14d)를 주위 방향으로 나란히 배치하고, 또한 각 LED(14d)로부터의 출광을 환형의 링 렌즈(8)를 통하여 청과물(AS)을 향하여 조사하도록 하였다. 그 때문에, 청과물(AS)에 대하여 광이 환형의 광속으로서 조사 입광하도록 되어 있다.
이에 의해, 청과물(AS)의 내부의 조직의 흡광에 치우침이 있어도, 그 치우침의 영향을 받기 어려워, 평균화된 출광이 얻어지고, 청과물(AS)의 상태를 양호하게 반영한 측정 결과를 얻을 수 있다.
링 렌즈(8)는 LED(14d)로부터의 입광을, 링 렌즈(8)의 중심을 향하여 편향시켜 출광하는 광학 특성을 부여하고 있다.
그러므로, 청과물(AS)의 내부에서 반사되고, 링 렌즈(8)의 중앙 부분을 향하여 출광하는 귀환광의 강도가 높게 얻어져, LED(14d)의 발광의 이용 효율이 높다.
이에 의해, 당도계(51)는 광투과율이 높은 청과물에서는 발광 강도를 억제하는 것 등에 의해, 저소비 전력화가 가능하고, 배터리로 구동하는 핸디 타입에 바람직하다. 또한, 껍질이 두꺼운 것 등에 의해 광투과율이 낮은 청과물에 대해서도 측정에 충분한 귀환광을 얻기 쉬워, 당도계(51)는 측정 가능한 청과물의 종류가 많고, 범용성이 우수하다.
당도계(51)는 LED(14d)로부터 링 렌즈(8)에 이르는 출광 경로의 도중에, LED(14d)로부터의 광을 링 렌즈(8)에 집광시키는 환형의 중계 렌즈(18)를 갖는다.
중계 렌즈(18)를 배치한 것에 의해, LED(14d)의 출광을 보다 높은 효율로 링 렌즈(8)에 도입하여 청과물(AS)에 조사할 수 있다.
이에 의해서도, 당도계(51)는 저소비 전력화가 가능해지고, 핸디 타입에 바람직하다. 또한, 껍질이 두꺼운 것 등에 의해 광투과율이 낮은 청과물에 대해서도 측정에 충분한 귀환광을 보다 얻기 쉬워, 당도계(51)는 측정 가능한 청과물의 종류가 많고, 범용성이 우수하다.
또한, 중계 렌즈(18)를 배치한 것에 의해, LED(14d)와 링 렌즈(8) 사이의 광의 경로 거리를 길게 할 수 있다.
그러므로, 링 렌즈(8)를 청과물(AS)에 대하여 보다 가까운 위치에 배치할 수 있다.
이에 의해, 링 렌즈(8)로부터의 출광 광속은 충분히 좁은 환형으로 청과물(AS)에 조사 입광하고, 단위면적당의 입광 강도를 보다 높게 할 수 있다. 따라서, LED(14d)의 출광의 이용 효율이 더욱 향상된다.
또한, 외부로부터의 입광에 의한 영향을 실질적으로 무시할 수 있는 정도로 억제할 수 있다.
이에 의해, 당도계(51)는 고정밀도의 측정을 행할 수 있다.
또한, 중계 렌즈(18)를 배치하여 LED(14d)와 링 렌즈(8) 사이의 광의 경로 거리를 길게 할 수 있으므로, 청과물(AS)을 탑재하는 스테이지부를, 손으로 파지하는 그립부에 대하여 충분히 돌출시키는 것이 가능해진다.
이에 의해, 도 16에 나타낸 바와 같은, 그립부(K2)를 파지하여 청과물(AS)을 측정한 경우도, 청과물(AS)와 그립부(K2)를 파지한 손가락이 닿지 않아, 작업이 양호한 감촉으로, 용이하게 고효율로 행할 수 있다.
또한, 제조상의 불균일에 의해, 베이스 기판(14) 상의 LED(14d)의 실장 위치에 약간의 어긋남이 생기면, 각 LED(14d)의 출광 각도에도 약간의 차이가 생긴다. 또한, 기술에 3파장 복합형 LED와 같은, 패키지화된 복합형 LED를 사용한 경우에는, 발광 중심 파장마다 출광 위치가 직경 방향으로 약간 상이하다.
이에 대하여, 당도계(51)에서는, 중계 렌즈(18)를 LED(14d)와 링 렌즈(8) 사이에 축소 광학계 렌즈로서 배치하고 있다.
즉, 중계 렌즈(18)는, 환형의 광원[환형으로 배치된 복수의 LED(14d)]으로부터 출사된 광으로부터 광원의 축소계를 작성하여 링 렌즈(8)에 투입한다. 그리고, 링 렌즈(8)는, 투입된 광원의 축소계를 환형의 빔으로서 청과물에 조사하도록 되어 있다.
그러므로, LED(14d)의 실장 위치가 약간의 어긋남, 또는, LED(14d)가 복합화 LED인 경우의 출광 위치의 직경 방향의 약간의 어긋남에 수반하여 출광 각도의 어긋남이 생겨도, 그 어긋남이 측정에 끼치는 영향은 작다.
이로써, 당도계(51)는 고정밀도의 측정을 행할 수 있다.
당도계(51)는, 링 렌즈(8)에 대한 직경 방향의 내외 위치에, 각각 내측 맞닿음부(9)와 외측 맞닿음부(7)를 가지고 있다.
이에 의해, 도 17에 나타낸 바와 같이, 청과물(AS)이 측정부(K1)에 대어진 상태에서, 링 렌즈(8)와 청과물(AS)과 내측 맞닿음부(9)와 외측 맞닿음부(7)에 의해 폐쇄된 공간 Vc가 형성된다.
즉, 링 렌즈(8)에 대한 외경 측은, 외측 맞닿음부(7)에 의해 스테이지부(2b)와 청과물(AS) 사이가 막아져 있다. 또한, 내경 측은, 내측 맞닿음부(9)에 의해 스테이지부(2b)와 청과물(AS) 사이가 막아져 있다.
이에 의해, 링 렌즈(8)로부터 출사한 환형의 광 LTR은, 도광 부재(11)의 전단면(11a1)에 도달하지 않고, 또한, 직경 바깥쪽의 외부에도 누출되지 않는다.
따라서, 당도계(51)에 있어서 측정에 제공되는 귀환광 LTd는, 반드시 청과물(AS)로부터 들어온 광으로 되어 측정 정밀도가 향상된다.
또한, 광 LTR이 외부로 누출되지 않으므로, LED(14d)의 발광의 이용 효율이 향상된다.
당도계(51)는, 수광 축선 CLT 방향을 길이로 하는 도광 부재(11)를 구비하고 있고, 도광 부재(11)의 길이의 일단 측을 귀환광 LTd의 입광면의 전단면(11a1)으로 하고, 타단 측을 포토 센서(13c)를 향한 귀환광 LTd의 출광면으로 하고 있다.
이에 의해, 입광면으로부터 들어간 귀환광 LTd는, 비교적 긴 거리를 도광 부재(11)의 내면 반사를 수반하면서 출광면에 유도되므로, 출광면에 도달한 광은, 출광면이 도달한 장소에 따르지 않고, 균질한 광으로 되고 있다.
따라서, 당도계(51)는, 포토 센서(13c1∼13c7) 각각에 입광하는 광의 특성에 치우침이 없고, 측정을 고정밀도로 행할 수 있다.
상기 구성에 의해, 하우징(K) 내의, 전후 방향의 위치 관계에 있어서, 광원으로 되는 LED군(14dG)보다도 포토 센서(13c1∼13c7) 쪽이, 후방 측, 즉 외측 맞닿음부(7) 및 내측 맞닿음부(9)로부터 먼 위치에 배치된다.
따라서, 포토 센서(13c1∼13c7)를 탑재한 센서 기판(13)은, 상자체(1)의 후면(1a) 근방에 배치되고, 또한 도광 부재(11)는 베이스 기판(14)의 구멍(14g)을 관통하여 배치되어 있다.
다음에, 당도계(51)의 캘리브레이션에 대하여 설명한다.
당도계(51)의 측정 정밀도의 유지, 및 다른 기기 및 과거의 측정 결과와의 정합성을 보다 확실하게 얻기 위하여, 당도계(51)는 캘리브레이션을 정기적으로 행하는 것이 요망된다.
당도계(51)에는, 그 캘리브레이션을 위해 표준 커버체(52)가 준비되어 있다.
도 18은, 표준 커버체(52)의 사용 상태를 설명하기 위한 반단면도로서, 표준 커버체(52)와, 하우징(K)에 있어서의 측정부(K1)의 일부가 나타내어져 있다.
표준 커버체(52)는 측정부(K1)의 선단 개구를 덮는 원기둥형을 나타내고, 커버체(2)의 스테이지부(2b)에 씌워 사용한다.
표준 커버체(52)는, 둥근 냄비형의 베이스체(52a)와, 베이스체의 내부에 장착된 반사체(52b)를 갖는다.
도 18에 나타내는 사용 상태에 있어서 반사체(52b)는, 중앙 부분에 전방을 향해 원형으로 오목한 오목부(52b1)와, 직경 방향 외측일수록 전방을 향하도록 경사지고, 또한 후방 측이 볼록해지는 환형의 곡면을 가지는 곡면부(52b2)를 구비한다.
오목부(52b1)는 도광 부재(11)의 전단면(11a1)에 대하여 전후 방향으로 대향하고, 곡면부(52b2)는 링 렌즈(8)에 대하여 적어도 출광 방향(도 17에 나타내지는 주광축 LTa 방향)으로 대향하고 있다.
반사체(52b)는 백색 부재에 의해 속이 비지 않게 형성되어 있다. 백색 부재는, 예를 들면 불소 수지이다.
반사체(52b)는, 측정하는 청과물의 표준 대체품으로서 기능한다.
즉, 링 렌즈(8)로부터 나온 환형의 광 LTR(도 17 참조)은, 반사체(52b)의 곡면부(52b2)에 조사되어 일부가 내부에 진입한다.
반사체(52b)의 내부에 진입한 광은, 내부에서 확산되면서 일부가 오목부(52b1)로부터 외부로 출광되고, 귀환광 LTd로서 도광 부재(11)에 진입한다.
상기 귀환광 LTd에 기초한 측정 결과가, 사전에 설정되어 기억부(CT6)에 기억된, 표준 커버체(52)를 이용한 기준 측정값으로 되도록, 광 강도 처리부(CT3) 및 중앙 처리 장치(CT1)는 캘리브레이션을 행한다.
표준 커버체(52)에서의 측정은, 표준 커버체(52)가 작아 운반이 용이하며, 단지 스테이지부(2b)에 씌우는 것만으로 행할 수 있다. 그러므로, 캘리브레이션 작업이 용이하고, 당도계(51)가 있는 개체와 다른 개체와의 상관도 용이하게 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 전술한 구성 및 순서에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변형해도 된다.
실시예의 당도계(51)는, 청과물(AS)을 통과하여 출사된 귀환광이, 도광 부재(11)를 통과하고 그 후단면(11fb)으로부터 출사될 때까지의 귀환광의 경로 상에, 통과하는 광을 확산시키는 확산부(WB)를 설치하여 귀환광을 적극적으로 확산시키는 구조로 변형하면 된다.
즉, 내측 맞닿음부(9)에 맞닿게 한 청과물(AS)의 표면의, 환형의 내측 맞닿음부(9)에 둘러싸인 부분과, 도광 부재(11)의 후단면(11fb) 사이에, 확산부(WB)를 설치해도 된다. 이에 대하여, 변형예 1∼변형예 3으로서 다음에 설명한다.
(변형예 1)
도 19는, 변형예 1을 설명하기 위한 부분 단면도이고, 도 17의 도광 부재(11) 및 그 근방에 대응하는 도면이다.
변형예 1은 실시예의 당도계(51)에 있어서, 도광 부재(11)의 전단면(11a1)에 대한 전방에 확산판(41)을 배치한 것이다.
구체적으로는, 확산판(41)은 전방에서 볼 때 전단면(11a1)의 전체면을 덮도록, 예를 들면, 스테이지 베이스(10)에 접착제 또는 양면테이프 등에 의해 장착되어 있다.
확산판(41)은, 전면(41a)에 입사한 광을 확산시켜 후면(4lb)로부터 출사한다.
확산판(41)의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, 투명 수지에 확산제를 분산 배합시켜 판형으로 형성한 확산판, 또는, 투명 수지판 중 적어도 한쪽의 표면에 미소 렌즈가 형성된 확산판 등 주지의 확산판을 적용할 수 있다.
변형예 1에서는 도 19에 나타낸 바와 같이, 귀환광 LTd는 도광 부재(11)의 전단면(11a1)의 전방에 배치된 확산판(41)에 의해, 전단면(11a1)으로부터 도광 부재(11) 내에 확산 입사된다.
이에 의해, 청과물(AS)을 통과하여 도광 부재(11)에 입사하는 귀환광 LTd는, 확산판(41)에 의해 적극적으로 확산되고, 보다 고도로 균질화되어 도광 부재(11)에 입사한다. 그 후, 균질화된 귀환광 LTd는, 도광 부재(11)를 통과하고 밴드패스 필터(31∼37)를 통하여 포토 센서(13c1∼13c7)에 입광한다.
그러므로, 흡광도와 Brix값 Y와의 상관 계수가 높아지고, 예를 들면 동일한 청과물(AS)을 반복하여 측정했을 때의 흡광도 및 Brix값 Y의 불균일이 저감하는 등, 측정 정밀도가 향상된다.
(변형예 2)
변형예 2는, 실시예의 당도계(51)에 사용하는 도광 부재(11) 대신에, 도광 부재(11W)를 적용한 것이다. 도 20은 도광 부재(11W)의 반단면도이다.
상세하게는, 도광 부재(11W)는, 도광 부재(11)에 있어서의 축선 CL11 방향의 일부를 확산 부재(42)로 한 것이다.
여기서는, 도광 부재(11W)가 전단면(11a1)으로부터 후방 통부(11e)의 후면(11e1)(도 12 참조)과의 사이에 확산부(WB)을 가지는 예를 설명한다.
상세하게는, 도광 부재(11W)는 확산부(WB)로서, 전단면(11a1)으로부터 후방 측에 거리 La 떨어진 위치를 후방단으로서, 두께 Lb의 확산 부재(42)를 가지고 있다.
확산 부재(42)는 예를 들면 투명 수지에 확산제를 분산 배합시켜 형성한다.
변형예 2에 있어서, 도광 부재(11W)에 대하여 전단면(11a1)으로부터 입사한 귀환광 LTd(도 20에서는 도시하지 않음)는, 확산 부재(42)의 전방단으로부터 입광하여 후방 측으로 확산 출광한다.
거리 La의 최대값은 전단면(11a1)으로부터, 후방 통부(11e)의 후면(11e1)까지의 거리 Lc를 취할 할 수 있다. 즉, 거리 La는, 두께 Lb로부터 거리 Lc까지의 범위에서 설정될 수 있다. 또한, 확산 부재(42)의 두께는, 최대로 거리 La까지 설정될 수 있다.
이에 의해, 청과물(AS)을 통과하여 도광 부재(11W)에 입사한 귀환광 LTd는, 도광 부재(11W) 내에 설치된 확산 부재(42)를 통과할 때 적극적으로 확산되어 보다 고도로 균질화된다. 그 후, 균질화된 귀환광 LTd는, 도광 부재(11W)로부터 나와 밴드패스 필터(31∼37)를 통하여 포토 센서(13c1∼13c7)에 입광한다.
그러므로, 흡광도와 Brix값 Y의 상관 계수가 높아지고, 예를 들면 동일한 청과물(AS)을 반복하여 측정했을 때의 흡광도 및 Brix값 Y의 불균일이 저감하는 등, 측정 정밀도가 향상된다.
또한, 변형예 3으로서, 실시예의 당도계(51)에 사용하는 도광 부재(11) 대신에, 동일한 형상으로 확산제를 분산시킨 수지로 형성한 도광 부재(11WA)를 적용해도 된다(참조부호는 도 12 참조).
이 경우, 도광 부재(11WA)에 입사한 귀환광 LTd는, 도광 부재(11WA) 내를 진행함에 따라 적극적으로 확산되어 보다 고도로 균질화된다. 그 후, 균질화된 귀환광 LTd는, 도광 부재(11WA)로부터 나와 밴드패스 필터(31∼37)를 통하여 포토 센서(13c1∼13c7)에 입광한다.
그러므로, 흡광도와 Brix값 Y의 상관 계수가 높아지고, 예를 들면 동일한 청과물(AS)을 반복하여 측정했을 때의 흡광도 및 Brix값 Y의 불균일이 저감하는 등, 측정 정밀도가 향상된다.
변형예 1∼변형예 3은, 조합 가능한 범위에서 자유롭게 조합하는 것이 가능하다.
실시예 및 변형예 1∼변형예 3에 있어서, 중계 렌즈(18) 및 링 렌즈(8)는 일체의 하나의 광학 부재로 해도 된다.
중계 렌즈(18) 또는 링 렌즈(8)는 복수의 광학 부재로 해도 된다.
즉, LED(14d)로부터의 광을, 측정부(K1)의 선단으로부터 환형으로 출사시키고, 또한 출사 방향을, 각도 θb로서 수광 축선 CLT에 접근하는 방향으로 편향되는 하나의 광학 부재, 또는 복수의 광학 부재에 의해 구성된 광학계로 해도 된다.
실시예에서는, 광원군(14dG)로서 7종의 중심 파장 λ1∼λ7 중 6종을 발광 중심 파장으로 하는 6종의 LED(14d)를 사용한 것을 설명하였다.
물론, 이에 한정되지 않고, 하나의 발광 중심 파장을 가지거나 또는 넓은 발광 스펙트럼을 가지는 LED(14d)의, 그 발광 스펙트럼에 기초하여, 밴드패스 필터로서 선택 설정한 복수의 중심 파장의 광이 측정에 필요한 광 강도로 얻어진다고 판단된 경우에는, 복수의 중심 파장에 대하여 그 LED(14d)를 공용해도 된다.
즉, 밴드패스 필터의 중심 파장으로서 선택 설정한 m(2 이상의 정수)종의 파장(λ1∼λm)에 대하여, q(1≤q≤m)종의 발광 중심 파장 각각을 가지는 q종의 LED를 사용해도 된다.
이 경우, 포토 센서(13c)는 적어도 m개 구비되어 있다.
광원은 LED에 한정되지 않고, 다른 발광 소자여도 된다.

Claims (7)

  1. 파지 가능한 그립부, 및 측정 대상에 맞닿게 하기 위한 환형의 외측 맞닿음부를 가지는 측정부를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 있어서 주위 방향으로 격리 배치되어 환형으로 형성된 복수의 광원으로 이루어지는 광원군;
    상기 외측 맞닿음부에 둘러싸인 상기 외측 맞닿음부의 내측 부분보다 작은 환형으로 배치되고, 상기 광원군으로부터 나온 광을 상기 하우징의 외부에 환형광으로 출사하는 링 렌즈;
    상기 광원군으로부터의 광을 상기 링 렌즈로 유도하는, 상기 광원군과 상기 링 렌즈 사이의 환형의 중계 렌즈;
    상기 링 렌즈의 내측에 일단면(一端面)이 노출되고, 타단면(他端面)이 상기 하우징의 내부에 위치하며, 상기 일단면으로부터 입사된 상기 환형광으로부터 나와 상기 측정 대상을 통과한 광을 상기 타단면에 출사하는 도광(導光) 부재;
    상기 하우징 내에 배치되고, 상기 도광 부재의 상기 타단면으로부터 출사된 광을 수광하는 포토 센서; 및
    상기 포토 센서의 수광 강도에 기초하여 흡광도를 구하는 광 강도 처리부
    를 포함하고,
    상기 링 렌즈의 지름 방향 내측 위치에 대하여 환형의 내측 맞닿음부를 더 포함하고,
    상기 내측 맞닿음부 및 상기 외측 맞닿음부가 상기 측정 대상에 맞닿고, 상기 링 렌즈, 상기 측정 대상, 상기 내측 맞닿음부 및 상기 외측 맞닿음부에 의해 폐쇄된 공간이 형성되도록 하는, 비파괴 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 센서는 적어도 m개(m은 2 이상의 정수)의 포토 센서를 포함하고,
    상기 m개의 포토 센서의 각각과 상기 도광 부재의 상기 타단면과의 사이에 있어서, 상이한 m종류의 파장 λ1∼λm의 각각을 중심 파장으로서 가지는 밴드패스 필터를 더 포함하는 비파괴 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 강도 처리부는, 상기 흡광도를 상기 m개의 포토 센서에 의해 얻어진 상기 파장 λ1∼λm의 각각에 대응한 수광 강도에 기초하여 구하고, 또한 구한 상기 흡광도로부터 Brix값을 산출하는, 비파괴 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그립부는, 손잡이(handle)를 가지고 손으로 파지 가능하게 형성되고,
    상기 측정부는, 상기 그립부에 있어서의 상기 손잡이의 한쪽 단부(端部)에, 상기 외측 맞닿음부의 연장 방향이 상기 손잡이를 따른 방향으로 하여 형성되고, 또한 상기 외측 맞닿음부의 선단면이 상기 그립부의 표면보다 돌출된 위치에 있는, 비파괴 측정 장치.
  5. 파지 가능한 그립부, 및 측정 대상에 맞닿게 하기 위한 환형 맞닿음부를 가지는 측정부를 포함하는 하우징;
    환형 광원을 형성하도록 상기 하우징의 내부에 있어서 주위 방향으로 격리 배치된 복수의 광원을 갖는 광원군;
    상기 맞닿음부에 둘러싸인 상기 맞닿음부의 내측 부분보다 작은 환형으로 배치되고, 상기 광원군으로부터 나온 광을 상기 하우징 외부로 환형광으로 출사하는 링 렌즈;
    상기 링 렌즈의 내측에 일단면(一端面)이 노출되고, 타단면(他端面)이 상기 하우징의 내부에 위치하며, 상기 일단면으로부터 입사된 상기 환형광으로부터 나와 상기 측정 대상을 통과한 광을 상기 타단면에 출사하는 도광(導光) 부재;
    상기 하우징 내에 배치되고, 상기 도광 부재의 상기 타단면으로부터 출사된 광을 수광하는 포토 센서;
    상기 포토 센서의 수광 강도에 기초하여 흡광도를 구하는 광 강도 처리부;
    상기 광원군으로부터 상기 링 렌즈로의 발광 광로 도중에 마련되어, 상기 광원군으로부터 상기 링 렌즈로의 광을 집중시키는 환형의 중계 렌즈
    를 포함하고,
    환형의 상기 중계 렌즈는, 상기 환형 광원으로부터 출사된 광을 상기 링 렌즈에 입사시키기 위해, 상기 광원의 축소계를 생성하는 축소 광학계 렌즈로 배치되고, 상기 링 렌즈가 상기 광원의 축소계로부터 입사되는 광을 링형상 광선으로 측정 대상에 조사하도록 구성된, 비파괴 측정 장치.
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