JP2011017570A - 果実の熟度測定装置及び熟度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】果実が生育段階の前期にある場合も、その熟度を正確に把握することができる熟度測定装置及び熟度測定方法を提供する。
【解決手段】検査対象である果実に光を照射する光源と、前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、検出する光検出部と、前記光検出部からの出力信号を受信し、前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得して、当該スペクトルデータに所定の演算処理を施し、スペクトル関連値データを算出するスペクトル関連値算出部と、前記スペクトル関連値データのうち所定の基準波長におけるデータを取得して、前記スペクトル関連値を変数とする関数により表される果実の熟度を算出する熟度算出部と、を備えており、前記基準波長が、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、前記関数が、複数の波長における複数のスペクトル関連値を変数とするものであるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、生育段階の前期にある果実についても、その熟度を正確に把握することができる熟度測定装置に関するものである。

梨の果実等は、熟するに従ってクロロフィル含有量が低下するという性質を有する。このため、従来、これら果実の熟度を測定するには、この性質を利用して、非特許文献１に示すように、測定対象の果実に光を照射し、クロロフィルに由来する６７５ｎｍの吸光度を測定し、当該吸光度に基づいて果実の生理熟度が算出されている。すなわち、当該波長における吸光度が大きければ、クロロフィル含有量が多く未熟と判断され、当該波長帯における吸光度が小さければ、クロロフィルの分解が進行しており熟していると判断される。

果樹試報Ｃ (Bull. Fruit Tree Res. Stn. C) 6: 27〜54, 1979

しかしながら、図５に示すように、６７５ｎｍ近傍における吸光度（透過率）は、生育段階の中期（中間）と後期（成熟）では明らかな差があるものの、生育段階の前期（未熟）と中期（中間）ではその差が僅かである。このため、従来の手法では、果実が生育段階の前期及び中期にある場合は、その熟度を高い精度で判定することができない。図８は、枝に生った状態で生育されている梨（豊水）の果実について、６７５ｎｍの吸光度に基づき求めた熟度（（ΔＯＤ_{６７５ｎｍ−７６０ｎｍ}）＊１０）の経時的な変化を測定した結果を示すグラフである。

当該グラフにおいて、サンプルＮｏ．１〜４０は試験開始時（０日）に測定されたものであり、サンプルＮｏ．４１〜８０は１４日目に、サンプルＮｏ．８１〜１２０は２８日目に、サンプルＮｏ．１２１〜１６０は４２日目に、サンプルＮｏ．１６１〜２００は５１日目に、それぞれ測定されたものである。

図８に示すグラフより明らかなように、従来の手法では、生育途中にある果実の熟度の変化を充分に把握することができない。

また、６７５ｎｍにおける吸光度の２次微分値に基づいて、果実の生理熟度を算出する方法も知られているが、図６に示すように、６７５ｎｍ近傍における吸光度の２次微分値は、生育段階の中期（中間）と後期（成熟）では明瞭な差があるものの、生育段階の前期（未熟）と後期（成熟）ではその差が僅かである。従って、当該手法でも、種々の生育段階における果実の熟度を正確に把握することは困難である。

このような従来の手法は、成熟していると仮定して収穫した後の果実に対して用いられているが、従来の手法を用いて選別した場合、成熟した果実を未熟なものと判定して廃棄したり、その逆に、未熟な果実を成熟したものと判定して市場に出荷したりすることがある。

そこで本発明は、果実が生育段階の前期にある場合も、その熟度を正確に把握することができる熟度測定装置及び熟度測定方法を提供すべく図ったものである。

本発明者は、鋭意検討の結果、果実の熟度を、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長を基準として測定することにより、果実が生育段階の前期や中期にある場合も、その熟度を正確に把握することができることを見出し、当該知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち本発明に係る果実の熟度測定装置は、検査対象である果実に光を照射する光源と、前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、検出する光検出部と、前記光検出部からの出力信号を受信し、前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得して、当該スペクトルデータに所定の演算処理を施し、スペクトル関連値データを算出するスペクトル関連値算出部と、前記スペクトル関連値データのうち所定の基準波長におけるデータを取得して、前記スペクトル関連値を変数とする関数により表される果実の熟度を算出する熟度算出部と、を備えており、前記基準波長が、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、前記関数が、複数の波長における複数のスペクトル関連値を変数とするものであることを特徴とする。なお、本発明において果実とは、種子植物の花が受粉し、その子房及び付随した部分の発育・成熟したものを意味し、流通上は野菜に分類されることもあるスイカ、パパイヤ等も含むものである。

このようなものであれば、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長を基準として果実の熟度を算出することにより、生育段階の推移による吸収帯変遷を熟度算出に充分に反映することができるので、生育段階の前期にある果実についても、その熟度を高い精度で判定することができる。このため、本発明を枝に生った状態の果実に対して適用して、熟度を測定した後に、熟していることが確認された果実だけを収穫することにより、熟度の判定の誤りによる経済的損失を防ぐことができる。

前記クロロフィルの吸収波長領域としては、例えば、６６５〜７３０ｎｍが挙げられる。

前記複数の波長が、例えば、６７５ｎｍ、並びに、７００ｎｍ、７１５ｎｍ及び７２５ｎｍからなる群より選ばれる少なくとの１つの波長であると、成熟段階により熟度の算出値に明確な差を確認することができる。

前記所定の演算処理は、具体的には、例えば２回の微分演算である。

前記検査対象である果実としては特に限定されないが、例えば、梨（ニホンナシ、セイヨウナシ）、リンゴ、モモ、キウイ等が好ましい。

このような果実の熟度測定装置を用いて実施される果実の熟度測定方法もまた、本発明の１つである。すなわち本発明に係る熟度測定方法は、検査対象である果実に光を照射する光照射工程と、前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得する光検出工程と、前記透過光又は反射光のスペクトルデータに所定の演算処理を施し、スペクトル関連値データを算出するスペクトル関連値算出工程と、前記スペクトル関連値データのうち所定の基準波長におけるデータから、前記スペクトル関連値を変数とする関数により表される果実の熟度を算出する熟度算出工程と、を備えており、前記基準波長が、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、前記関数が、複数の波長における複数のスペクトル関連値を変数とするものであることを特徴とする。

このように本発明によれば、果実が生育段階の前期にある場合も、その熟度を正確に把握することができるので、枝に生った状態の果実に対して適用して、熟度を測定した後に、熟していることが確認された果実だけを収穫することにより、熟度の判定の誤りによる経済的損失を防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る熟度測定装置の模式的構成図である。 同実施形態における情報処理装置の模式的構造図である。 同実施形態における情報処理装置の機能ブロック図である。 同実施形態における熟度測定装置の外観図である。 梨（豊水）の透過スペクトルのチャートを示すグラフである。 梨（豊水）の吸収スペクトルに２回の微分演算を施して得られたチャートを示すグラフである。 本発明法を用いて測定した果実の熟度の経時変化を示すグラフである。 従来法を用いて測定した果実の熟度の経時変化を示すグラフである。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る熟度測定装置１は、図１に示すように、検査対象である果実に光を照射する光源２と、前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、検出する光検出部３と、当該光検出部３から前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得して、所定の演算処理を行う情報処理装置４と、を備えている。

以下に、各部を説明する。
光源２は、例えば、クロロフィルの吸収波長領域である６６５〜７３０ｎｍを含む波長帯の光を射出するものであり、例えば、タングステンランプ（波長域：３２０〜３０００ｎｍ）が用いられる。

光検出部３は、分光部３１及びセンシング部３２を備えたものである。分光部３１は、果実からの透過光又は反射光を単色光に分離するもので、例えばモノクロメータが用いられる。

センシング部３２は、分光部３１で波長毎に分光された各単色光の強度をそれぞれ測定し、各単色光の強度に応じた値の電流値（又は電圧値）を有する出力信号を出力するものである。このようなセンシング部３２としては、例えばフォトダイオードや光電子増倍管（ＰＭＴ）等が用いられる。

情報処理装置４は、図２にその構造を示すように、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器、入力手段等からなる汎用又は専用のコンピュータである。そして、前記メモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、この情報処理装置４が、図３に示すように、スペクトル関連値算出部４１や、熟度算出部４２、熟度判定部４３、熟度報知部４４等としての機能を少なくとも発揮するように構成してある。

スペクトル関連値算出部４１は、センシング部３２の出力信号を受信して、当該出力信号に応じたスペクトルデータを取得し、得られたスペクトルデータに所定の演算処理を施して、スペクトル関連値データを算出する。このようにスペクトル関連値データを算出するには、例えば、前記スペクトルデータ（前記スペクトルを表す関数）に２回の微分演算を施すことによる。

図５は、クロロフィルの吸収波長領域である６６５〜７３０ｎｍを含む波長帯の梨（豊水）（熟度：低（未熟）、中（中間）、高（成熟））の透過スペクトルのチャートであり、図６は当該透過スペクトルに対応する吸収スペクトルに２回の微分演算を施したチャートである。図６に示すように、果実の透過光のスペクトルに微分演算を２回施すことにより、熟度ごとのチャート波形の相違が鮮明になることが分かる。

熟度算出部４２は、スペクトル関連値算出部４１で算出されたスペクトル関連値データのうち、所定の基準波長におけるデータを取得して、スペクトル関連値を変数とする関数で表される果実の熟度を算出するものである。前記基準波長は、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、これら波長としては特に限定されないが、例えば、６７５ｎｍ、７００ｎｍ、７１５ｎｍ、７２５ｎｍ等が挙げられ、６７５ｎｍと他の波長を組み合わせて用いることが好ましい。

このような熟度Ｍは、例えば、基準波長として６７５ｎｍと７００ｎｍが用いられた下記式（１）の関数により表される。
Ｍ＝Ｃｏｆ１*（ＡＢＳ−Ｄ２（６７５ｎｍ））+Ｃｏｆ２*（ＡＢＳ−Ｄ２（７００ｎｍ））+ＩＮＴ・・・（１）

式（１）中、Ｃｏｆ１、Ｃｏｆ２及びＩＮＴは、所定の定数又は関数を示し、ＡＢＳ−Ｄ２（６７５ｎｍ）は６７５ｎｍにおける吸光度の２次微分値を示し、ＡＢＳ−Ｄ２（７００ｎｍ）は７００ｎｍにおける吸光度の２次微分値を示す。

図６に示すように、生育段階の前期（未熟）と後期（成熟）では、ＡＢＳ−Ｄ２（６７５ｎｍ）の差は僅かであるが、一方、ＡＢＳ−Ｄ２（７００ｎｍ）の差は大きい。このため、Ｃｏｆ１：Ｃｏｆ２を、例えば１：２とすることにより、ＡＢＳ−Ｄ２（７００ｎｍ）が熟度Ｍの値に及ぼす比重（重み付け）を大きくし、熟度の差をより鮮明にすることができる。

なお、Ｃｏｆ１：Ｃｏｆ２は、１：２に限られず、測定対象に応じて適宜設定することができる。

図７は、枝に生った状態で生育されている梨（豊水）の果実について、上述の式（１）で表される関数を用いて算出した熟度Ｍの経時的な変化を示すグラフである。

当該グラフにおいて、サンプルＮｏ．１〜４０は試験開始時（０日）に測定されたものであり、サンプルＮｏ．４１〜８０は１４日目に、サンプルＮｏ．８１〜１２０は２８日目に、サンプルＮｏ．１２１〜１６０は４２日目に、サンプルＮｏ．１６１〜２００は５１日目に、それぞれ測定されたものである。

図７に示すように、本手法によれば、時間経過と熟度Ｍとに高い相関が見られ、生育段階の前期〜中期の果実の熟度の変化も充分に把握することができる。

熟度測定部４３は、熟度算出部４２で算出された熟度データを取得して、当該熟度が所定の値以上であった場合に、信号を出力するものである。

熟度報知部４４は、ブザーやスピーカ等の音声出力体や、ＬＥＤ等の発光体等からなるものであり、熟度測定部４３から信号を受信すると、音声や光等により測定対象の果実が所期の熟度に達していることを報知する。

このような熟度測定装置１は、例えば、梨（ニホンナシ、セイヨウナシ）、リンゴ、モモ、キウイ等の熟度を測定する際に好適に用いられる。

本実施形態に係る熟度測定装置１の具体例としては、例えば、図４に示すようなものが挙げられる。すなわち、光源２、光検出部３及び情報処理装置４は肩掛けバック５中に収められており、光源２や光検出部３と光ファイバ７等により接続された発光部８及び受光部９はそれぞれ手袋６の手のひら側の表面に設けられている。本実施形態に係る熟度測定装置１を用いて果実の熟度を判定するには、まず、手袋６で測定対象の果実を把持し、この状態で発光部８から果実に対して光を照射して測定を行う。そして、測定対象の果実が所期の熟度に到達していると、音声や光等により測定対象の果実が所期の熟度に達していることが報知される。

このように構成した本実施形態に係る熟度測定装置１によれば、６７５ｎｍにおけるスペクトル関連値に加えて、７００ｎｍにおけるスペクトル関連値も加味して果実の熟度を算出することにより、生育段階の推移による吸収帯変遷を熟度算出に反映することができるので、生育段階における熟度の差がより明確になり、生育段階の前期にある果実についても、その熟度を高い精度で判定することができる。このため、木になった状態で果実の熟度を判定して、熟したことが確認された果実だけを収穫することができるので、熟度の判定の誤りによる経済的損失を防ぐことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記基準波長としては２波長に限られず、例えば４波長を用いて、下記式（２）の関数により熟度Ｍを表してもよい。
Ｍ＝Ｃｏｆ１*（ＡＢＳ−Ｄ２（６７５ｎｍ））+Ｃｏｆ２*（ＡＢＳ−Ｄ２（７００ｎｍ））+Ｃｏｆ３*（ＡＢＳ−Ｄ２（７１５ｎｍ））+Ｃｏｆ４*（ＡＢＳ−Ｄ２（７２５ｎｍ））+ＩＮＴ・・・（２）

この際、Ｃｏｆ１、Ｃｏｆ２、Ｃｏｆ３、Ｃｏｆ４は、測定対象に応じて、熟度の差が鮮明になるように適宜設定すればよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１・・・熟度測定装置
２・・・光源
３・・・光検出部
４１・・・スペクトル関連値算出部
４２・・・熟度算出部

Claims (6)

1. 検査対象である果実に光を照射する光源と、
   前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、検出する光検出部と、
   前記光検出部からの出力信号を受信し、前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得して、当該スペクトルデータに所定の演算処理を施し、スペクトル関連値データを算出するスペクトル関連値算出部と、
   前記スペクトル関連値データのうち所定の基準波長におけるデータを取得して、前記スペクトル関連値を変数とする関数により表される果実の熟度を算出する熟度算出部と、を備えており、
   前記基準波長が、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、
   前記関数が、複数の波長における複数のスペクトル関連値を変数とするものであることを特徴とする果実の熟度測定装置。
2. 前記クロロフィルの吸収波長領域が、６６５〜７３０ｎｍである請求項１記載の熟度測定装置。
3. 前記複数の波長が、６７５ｎｍ、並びに、７００ｎｍ、７１５ｎｍ及び７２５ｎｍからなる群より選ばれる少なくとの１つの波長である請求項１又は２記載の熟度測定装置。
4. 前記所定の演算処理が、２回の微分演算である請求項１、２又は３記載の熟度測定装置。
5. 前記検査対象である果実が、梨、リンゴ、モモ、又は、キウイである請求項１、２、３又は４記載の熟度測定装置。
6. 検査対象である果実に光を照射する光照射工程と、
   前記光を照射された前記果実からの透過光又は反射光を分光し、前記透過光又は反射光のスペクトルデータを取得する受光工程と、
   前記透過光又は反射光のスペクトルデータに所定の演算処理を施し、スペクトル関連値データを算出するスペクトル関連値算出工程と、
   前記スペクトル関連値データのうち所定の基準波長におけるデータから、前記スペクトル関連値を変数とする関数により表される果実の熟度を算出する熟度算出工程と、を備えており、
   前記基準波長が、クロロフィルの吸収波長領域における複数の波長であり、
   前記関数が、複数の波長における複数のスペクトル関連値を変数とするものであることを特徴とする果実の熟度測定方法。