JP2007198854A - 青果物検査方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 青果物２（例えばりんご）の糖度を非接触・非破壊で正確に判定する。
【解決手段】 青果物２にミリ波又はテラヘルツ波を照射して、そこから反射された電磁波の強度を、予め求めた電磁波の強度と糖度とに関する比較データに当てはめて青果物２の糖度を判定する。
本願の発明者が行った実験によれば、被検査物の糖度が高いほど、該被検査物から反射される電磁波の強度は小さくなることが確認されている。
【効果】 近赤外線を用いて青果物２の糖度を検査していた従来と比較して、本願によればりんご等の青果物２の糖度を正確に判定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は青果物検査方法とその装置に関し、例えばりんごやみかん等の果物に対してミリ波あるいはテラヘルツ波を照射して、非接触・非破壊で果物の糖度を判定する青果物検査方法とその装置に関する。

従来、近赤外線領域の波長の光を果物に照射して、該果物から得られる反射光や透過光をもとにして非接触・非破壊で果物の糖度を判定する検査方法が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００４−２２６３５７号公報

ところで、上述した従来の検査装置においては、被検査物である果物に近赤外線を照射しているが、このような近赤外線を用いた検査装置においてはつぎのような問題があった。すなわち、近赤外線による検査では、青果物の果皮表面の状態や内部の水分量や果肉の状態などの外乱要因により反射光や透過光が影響を受けやすいため、検査精度が悪いという欠点があった。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、青果物に対してミリ波もしくはテラヘルツ波からなる電磁波を照射して、上記青果物から反射された電磁波の強度の大小に基づいて、青果物の内部の糖度を判定するようにした青果物検査方法を提供するものである。
また、請求項２に記載した本発明は、青果物に対してミリ波もしくはテラヘルツ波からなる電磁波を照射する照射手段と、上記青果物から反射された電磁波を検出する検出手段と、上記検出手段が検出した電磁波の強度の大小に基づいて青果物の内部の糖度を判定する判定手段とを備える青果物検査装置を提供するものである。

このような構成によれば、従来使用されていた近赤外線と比較してミリ波やテラヘルツ波は水分に吸収されやすいので、ミリ波あるいはテラヘルツ波を被検査物に照射すると、青果物の内部の状態などの外乱要因による影響の少ない反射光を受光して、それをもとに糖度の検査を行うことができる。つまり、青果物内部の表皮近傍からの反射光を受光して検査することができるため、青果物の糖度を精度良く判定することができ、さらに青果物を糖度に応じて精度良く選別することが出来る。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において１は青果物２の糖度を判定する青果物検査装置である。この青果物検査装置１は、トレー３上に載置されて搬送コンベヤＣ上を搬送される青果物２に向けてその通過タイミングにあわせて電磁波Ｌを照射する照射手段４と、青果物２から反射された電磁波Ｌ’を検出する検出手段５と、さらにこの検出手段５によって検出した電磁波Ｌ’の強度の大小を基にして青果物２の糖度を判定する判定手段６とを備えている。

検査対象となる各青果物２は、それぞれトレー３に載置されてから搬送コンベヤＣ上に供給されるようになっている。搬送コンベヤＣに供給された各トレー３上の青果物２は、搬送コンベヤＣによって下流側に向けて搬送されるようになっており、搬送コンベヤＣの搬送過程に設けた照射手段４から電磁波Ｌを照射されるようになっている。後述するように、照射手段４から青果物２へ照射されたら、検出手段５によって青果物２から反射される電磁波Ｌ’を検出し、それをもとにして判定手段６が青果物２の糖度を判定するようになっている。
搬送コンベヤＣにおける図示しない下流側の位置には青果物２の選別装置を設けてあり、この選別装置は上記判定手段６による糖度の判定結果に基づいて、糖度の判定済みの青果物２を予め定めた糖度の違いに応じて選別するようになっている。

照射手段４は、ケーシング７内に設けられて所定の波長の電磁波Ｌを青果物２に向けて照射する光源８と、ケーシング７内の開口７Ａ側に設けられて、上記光源８から照射された電磁波Ｌを集光するレンズ１１と、ケーシング７全体を支持するとともにケーシング７を可動させて青果物２への電磁波Ｌの照射位置を変更する駆動機構１２とを備えている。
本実施例における光源８はミリ波発振器からなり、このミリ波発振器である光源８は図示しない制御装置から電力が供給されるとともに該制御装置によってその発振のＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。ミリ波発振器は、従来公知のようにクライストロン管や進行波管等の電子管や、ＭＥＳ ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒ ＦＥＴ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体を用いて構成されている。
このような光源８としてのミリ波発振器では、厳密に言えば波長が１〜１０ｍｍの範囲となる３３０〜３３ＧＨｚの電磁波を発振できるが、一般的にはその範囲の波長に限定されているものではなく、その範囲を若干超えるものまでミリ波発振器の範囲に含められている。なお、光源としてはテラヘルツ波を発振する発振器を用いても良い。

駆動機構１２も制御装置によって作動を制御されるようになっており、搬送コンベヤＣによってトレー３上の青果物２が搬送されている状態において、制御装置によって青果物２の高さに電磁波Ｌの照射位置を合わせるように駆動機構１２を介してケーシング７全体を上下に移動させるようになっている。また、その状態において、青果物２が電磁波Ｌの照射位置を通過するタイミングに合わせて制御装置によって光源８を作動させて青果物２の頂部に向けて光源８から電磁波Ｌ（ミリ波）を照射するようにしている。
上述したように、本実施例では、光源８から電磁波Ｌとしてミリ波を青果物２に照射するようにしている。光源８から青果物２にミリ波を照射すると、照射されたミリ波の大部分が青果物２の表皮２Ａを透過して、その近傍である内部の果肉２Ｂまで到達する（図２参照）。そして、表皮２Ａを透過したミリ波は、表皮２Ａよりも遥かに水分量の多い内部の果肉２Ｂで吸収されるとともに、果肉２Ｂで吸収されない分の電磁波Ｌ’は反射されて再度表皮２Ａを透過して外側に放出される。

このように表皮２Ａ近傍の果肉２Ｂから反射された電磁波Ｌは、照射手段４の隣接位置に設けた検出手段５によって検出されるようになっている。検出手段５は、ケーシング１３の内部に設けた検出器１４と、ケーシング１３の開口１３Ａ側に配置した短焦点レンズ１５と、上記ケーシング１３を支持して、該ケーシング１３全体を照射手段４の移動に合わせて移動させる駆動機構１６とを備えている。
駆動機構１６は制御装置によって制御されるようになっており、上記照射手段４から青果物２に向けて電磁波Ｌが照射される際には、青果物２から反射される電磁波Ｌ’が入射できる位置にケーシング１３全体を移動させるようになっている。そして、青果物２から反射された電磁波Ｌ’の強度は上記検出器１４によって検出されるようになっており、検出器１４によって検出された電磁波Ｌ’の強度は判定手段６へ伝達されるようになっている。

本実施例の判定手段６は、上記検出手段５によって検出された電磁波Ｌ’の強度が伝達されると、反射された電磁波Ｌ’の強度の大小に基づいて青果物２の糖度を判定するようにしている。
ここで、本実施例の判定手段６による糖度の判定は、『青果物の糖度が低いほど電磁波の反射率は高くなる』という知見に基づいて行うようにしている。反射率とは、対象物の位置に全反射ミラーを置いて光源から電磁波Ｌを照射した際に検出した電磁波の強度をＰ１とし、対象物に同じ強度の電磁波ｌを照射して対象物から反射された電磁波Ｌ’の強度をＰ２とした時の『Ｐ２／Ｐ１』を意味している。したがって、電磁波の反射率と青果物の糖度との相関は、同一強度の電磁波Ｌを複数の対象物に照射した場合に対象物から反射される電磁波Ｌ’の強度が小さいほど対象物である青果物の糖度が高くなることを意味する。このような知見は次のような実験装置を用いて行った実験結果として得られたものである。
即ち、図３は青果物に擬した模擬試料としての糖水溶液Ａの糖度と電磁波の反射率との関係を調査するための実験装置１０１を示している。この実験装置１０１は、テラヘルツ領域の特定の周波数の電磁波を発振する光源としての後進波管（以下ＢＷＯ）１０２と、可視光は透過し、テラヘルツ波は反射するハーフミラー１０３およびケーシング１０４に同じ高さで離隔させて配置した一対の放物面鏡１０５，１０６を有する導光手段１０７と、上記光源としてのＢＷＯ１０２から放射される電磁波Ｌを間欠的に遮断してハーフミラー１０３に向けて電磁波Ｌを間欠的に発振させるチョッパ１０８とを備えている。

模擬試料Ａである糖水溶液を収納した石英のセルを図示しない支持手段上にセットした後にＢＷＯ１０２からテラヘルツの電磁波Ｌを発振する。すると、ＢＷＯ１０２から発振された電磁波Ｌは、先ずハーフミラー１０３によって鉛直上方に向けて反射されてから放物面鏡１０５に導かれて、該放物面鏡１０５によって反射されてからさらに放物面鏡１０６によって反射されたのちに下方側に位置する石英セル内に収容した模擬試料Ａに照射されるようになっている。模擬試料Ａである糖水溶液は、予め糖度が異なる複数個を用意して、それぞれの模擬試料Ａの糖度を事前に判定している。
また、テラヘルツの電磁波Ｌは肉眼では認識することができないので、この実験装置１０１においては、ハーフミラー１０３の下方側に光学調整用の電球１０９をハーフミラー１０３に向けて配置している。そして、電球１０９は電源１１０に接続してあり、上記ＢＷＯ１０２からテラヘルツの電磁波Ｌを発振する際には、光学調整用の電球１０９を点灯して、この電球１０９で生じた可視光をハーフミラー１０３に向けて照射するようにしている。ハーフミラー１０３を透過した可視光を上記ＢＷＯ１０２から放射される電磁波Ｌと重畳させることで、テラヘルツの電磁波Ｌが照射されていることを実験者が目視出来るようにしている。

この実験装置１においては、模擬試料Ａである糖水溶液に電磁波Ｌが照射されると、模擬試料Ａから反射された電磁波Ｌ’をプラスチックレンズ１１１によって集光してから焦電検出器１１２で受光するようにしている。この焦電検出器１１２によって検出した電磁波Ｌ’は、ロックインアンプ１１３によって増幅されてからパソコン１１４へ入力されるようになっている。そして、上述したように糖度を異ならせた複数の模擬試料Ａを準備して、それらに対してＢＷＯ１０２から電磁波Ｌを照射して、反射された電磁波Ｌ’の値を検出した。
すなわち、図４は上記図３に示した実験装置１０１による上述した実験結果を示したものである。ここで、糖度が零の模擬試料Ａの場合には、電磁波Ｌ’の反射率は約７．３％であり、糖度２０％の場合には電磁波の反射率は約６．７％であり、糖度３５％の場合には電磁波の反射率は約６．４％となった。さらに、糖度４０％の場合には電磁波の反射率は６．１％となり、糖度５０％の場合には反射率は約５．２％となっている。
この実験結果から言えることは、電磁波Ｌ’の反射率と模擬試料Ａの糖度には高い相関が有り、模擬試料Ａの糖度が低いほど電磁波の反射率が大きく、糖度が高いほど電磁波の反射率は小さいという実験結果が得られた。換言すると、模擬試料Ａから反射される電磁波の強度が低いほど模擬試料Ａの糖度が高いことを意味する。
ところで、青果物としてのりんごは熟するほど糖度が高くなることは知られている。そこで、ミリ波あるいはテラヘルツ波の電磁波Ｌをりんごに照射して、そこからの電磁波の強度の大小を測定することでりんごの糖度を判定することができる。
そこで、本実施例においては、被検査物となる青果物（例えばりんご、みかんなどの果物）について、所要の強度のミリ波あるいはテラヘルツ波を青果物に照射した際の青果物から反射される電磁波の強度の大小と糖度との関係について予め多数の比較データを得ておき、実際に被検査物としてのりんごやみかんの糖度を判定する場合には、該被検査物としてのりんごやみかんから反射される電磁波の強度を予め保存した上記比較データと対応させることで、りんごやみかんの糖度を判定するようにしている。

以上の構成に基づく検査装置１の作動を説明すると、検査対象となる青果物２（例えばりんご）を載置した各トレー３が搬送コンベヤＣによって照射手段４の下方側の位置まで間隔をおいて一列で搬送されてくると、照射手段４の光源８から青果物２の頂部に向けて電磁波Ｌ（ミリ波）が照射される。
青果物２に照射された電磁波Ｌは、その一部が青果物２によって反射されて、反射された電磁波Ｌ’は検出手段５の検出器１４によって検出されて判定手段６へ伝達される。ここで、本実施例においては、電磁波Ｌとしてミリ波を用いているので、検出器１４は表皮２Ａの近傍となる果肉２Ｂから反射する電磁波Ｌ’を検出することが出来る。

判定手段６は、青果物２から反射された電磁波Ｌ’の強度を、上述した糖度と電磁波の強度に関する比較データの該当する電磁波の強度に当てはめてそれを青果物２の糖度として判定するようにし、かつ図示しない表示装置によって検査対象となった青果物２の糖度を出力するようにしている。また、判定手段６は検査対象となった青果物２の糖度を図示しない選別装置へ伝達する。
このようにして、搬送コンベヤＣによって搬送されて照射手段４の下方側の位置を通過する各青果物２に対して、上述した説明と同様に青果物検査装置１によって青果物２の糖度を検査するようになっている。そして、搬送コンベヤＣの下流側に設けた図示しない選別装置は、判定手段６によって判定された糖度に応じて検査済みの各青果物２を所定の等級に選別するようになっている。

上述した本実施例の青果物検査装置１と検査方法によれば、従来使用されていた近赤外線と比較して、ミリ波やテラヘルツ波は水分に吸収されやすいので、ミリ波あるいはテラヘルツ波を被検査物である青果物２に照射すると、青果物２の内部の表皮２Ａ近傍からの反射光を受光して青果物２の糖度を検査することができる。そのため、青果物２の糖度を精度良く判定することができる。
したがって、本実施例によれば、青果物２を糖度に応じて精度良く選別することが出来る。

なお、上記実施例においては、光源８としてミリ波発振器を用いているが、これに代えてテラヘルツ帯域からなる電磁波（テラヘルツ波）を発振するテラヘルツ波光源やテラヘルツ波発振器を用いても同様の検査が可能で、この場合では、一般的には波長が３μｍ〜３ｍｍの範囲となる１００ＴＨｚ〜０．１ＴＨｚの電磁波をテラヘルツ波と称しているが、テラヘルツ波光源およびテラヘルツ波発振器としてはその範囲を若干超えるものも含められる。
また、反射された電磁波Ｌ’として正反射光ではなく、拡散反射光を検出することにより強度を測定するようにしてもよい。
また、上記実施例においては、検査装置１を構成する照射手段４と検出手段５に対し、移動する青果物２を検査するようにしているが、青果物２を回転テーブル等に載置して、青果物２の複数箇所で糖度を測定するようにしても良い。さらに、照射手段４はレンズ１１により電磁波Ｌを点状に集光させて青果物２に照射し、検出手段５は短焦点レンズ１５により、反射された電磁波Ｌ’を検出器１４に点状に集光させるよう構成したが、これに限らず、照射手段４が青果物２に電磁波Ｌを面状に照射し、ここから反射される電磁波Ｌ’を、面状のまま検出手段５の検出器１４の各受光素子に入射させるようにしても良い。このように構成した場合には、個々の受光素子が検出する電磁波Ｌ’の強度分布に基づき、強度の違いにより色を異ならせるなどして、検出結果を画像化することも可能である。
また、青果物２に照射する電磁波として、ミリ波またはテラヘルツ波領域に含まれる複数の波長の電磁波を青果物２に照射してそれぞれの反射強度を検出したり、白色光源からの幅を持った波長域の電磁波を照射して、分光器を用いてスペクトルごとの反射強度を検出するようにすれば、より高精度に糖度を測定することができる。

本発明の一実施例を示す概略の構成図。 図１の要部の拡大断面図。 本実施例の前提となった実験装置の構成図。 図３の実験装置によって得た実験結果を示す図。

符号の説明

１…青果物検査装置 ２…青果物
２Ａ…表皮 ２Ｂ…果肉
３…トレー ４…照射手段
５…検出手段 ６…判定手段
Ｌ…電磁波 Ｌ’…青果物から反射された電磁波

Claims (3)

1. 青果物に対してミリ波もしくはテラヘルツ波からなる電磁波を照射して、上記青果物から反射された電磁波の強度の大小に基づいて、青果物の内部の糖度を判定することを特徴とする青果物検査方法。
2. 青果物に対してミリ波もしくはテラヘルツ波からなる電磁波を照射する照射手段と、上記青果物から反射された電磁波を検出する検出手段と、上記検出手段が検出した電磁波の強度の大小に基づいて青果物の内部の糖度を判定する判定手段とを備えることを特徴とする青果物検査装置。
3. 上記照射手段は電磁波を青果物の表面近傍となる内部に集光するように照射し、上記検出手段は集光点近傍からの反射光を受光するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の青果物検査装置。

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