JP2020071132A - 卵検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血卵による異常卵だけでなく緑膿菌や汚れ付着などによる異常卵の検出も可能にする。【解決手段】第１光源２ａからの血卵の吸収波長成分を含む光と、第２光源２ｂからの緑膿菌や汚れへの照射により蛍光を発生させるための強度変調光とを卵Ｗに照射し、透過光または拡散反射光を光分岐器３ｂにて二分岐する。一方の光は、血卵が吸収する波長成分の光、第２光源２ｂの光、第２光源２ｂにより発生した蛍光が第１フィルタ３ｃにて阻止され、その光量に応じた電圧信号から第１光パワー検出部３ｅが光パワーを検出する。他方の光は、第２フィルタ３ｆにて、第２光源２ｂの光を阻止し、血卵の吸収波長成分の光、第２光源２ｂにより発生した蛍光を透過し、その光量に応じた電圧信号から第２光パワー検出部３ｈが光パワーを検出し、光変調光パワー検出部３ｉが強度変調光の光パワーを検出する。処理部４は、これら光パワーを元に卵Ｗが正常か異常かを判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、鶏卵が正常卵か血卵や緑膿菌汚染などの異常卵かを非破壊で検査するための卵検査装置に関する。

鶏卵の品質を保障するためには、鶏卵が異常卵（例えば、血卵や緑膿菌汚染など）でないことを検査する必要がある。そのため、鶏卵出荷前に、鶏卵に光を照射し、鶏卵の透過光を作業者が直接肉眼で観察して、正常卵か異常卵かを判定している。その場合、人件費がかかるだけでなく、肉眼観察では位置によって血玉が見えない場合もあり、個人差や疲労状況等によって異常卵を正常卵と誤判定することもある。

また、卵の加工工場では、出荷全数に対して、汚れ、傷、変形などの外観検査および血玉・肉片などの混入、殻の裂けなどの内部検査を行い、良品に対しては、重量・サイズ選別を行い、梱包、出荷している。重量・サイズ選別および梱包工程はほぼ完全自動化されているが、検査工程は作業者による目視検査により行われている。この検査工程は、作業所の労働負担が非常に大きく、また、目視による検査は熟練を要することから、自動化が望まれている。

ところで、異常鶏卵の検知を目的として、種々の技術が従来から検討されており、例えば下記特許文献１〜３に示すものが知られている。

特許文献１には、鶏卵に白色光を照射し、鶏卵を透過した光の分光スペクトルを用いて血卵を判別する鶏卵選別包装システムが記載されている。

特許文献２には、鶏卵に白色光を照射し、鶏卵を透過した透過光または鶏の卵殻で反射した反射光を分光し、分光された光を特定の波長別にフォトダイオードアレイで電気信号に変換して分光スペクトルに変換し、血液の吸光が観測される５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域において卵殻色毎血液を含有していない正常卵を透過した光の分光スペクトルパターンを予め測定して収録し、検査卵の５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの透過光の分光透過スペクトルパターンを比較測定し、また検査卵の透過光または反射光の６４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長領域における卵殻色素の吸光度で検査卵の卵殻色を判別する血卵検査装置が記載されている。

特許文献３には、卵に予め定められた光波長の第１の投光光（６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲にピークを有する）を投光し、前記予め定められた光波長よりも波長の短い第２の投光光（５７５ｎｍにピークを有する）を投光し、卵を透過した第１の投光光を第１の受光光として受光し、卵を透過した第２の投光光を第２の受光光として受光し、前記第１及び第２の受光光の受光量とに応じて前記卵が血卵であるか否かを判定する血卵検査方法が記載されている。

特開２００３−２３２７４１号公報 特許第４１２０９５６号公報 特許第４２０１２３７号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３に示す従来の方法では、血卵による異常卵を検出することはできるが、緑膿菌や汚れ付着などによる異常卵の検出を行うことができなかった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、血卵による異常卵だけでなく緑膿菌や汚れ付着などによる異常卵の検出も可能な卵検査装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る卵検査装置は、正常卵であるか血卵や緑膿菌や汚れ付着のある異常卵であるかを検査する血卵検査装置１であって、
血卵の吸収する波長成分を含む光を出力する第１光源２ａと、
緑膿菌や汚れへの照射により蛍光を発生させるための強度変調光を出力する第２光源２ｂと、
前記第１光源と前記第２光源の光が前記卵に照射され、前記卵の透過光または拡散反射光を受光して光パワーを検出する受光ユニット３と、
前記受光ユニットにて検出した光パワーを元に前記卵が正常卵であるか異常卵であるかを判断する処理部４とを備え、
さらに、前記受光ユニットは、前記第１光源と前記第２光源の光が前記卵に照射されて透過した光または拡散反射した光を集光する集光器３ａと、
前記集光器にて集光した光を二分岐する光分岐器３ｂと、
前記光分岐器にて分岐した光の一方が入力され、前記血卵が吸収する波長成分の光および前記第２光源の光および前記第２光源により発生した蛍光を阻止する第１フィルタ３ｃと、
前記第１フィルタからの出力光が入力され、光量に応じた電圧信号を出力する第１光電変換部３ｄと、
前記第１光電変換部の電圧信号から光パワーを検出する第１光パワー検出部３ｅと、
前記光分岐器にて分岐した光のもう一方が入力され、前記第２光源の光を阻止し、前記血卵が吸収する波長成分の光および前記第２光源により発生した蛍光を透過する第２フィルタ３ｆと、
前記第２光フィルタからの出力光が入力され、光量に応じた電圧信号を出力する第２光電変換部３ｇと、
前記第２光電変換部の電圧信号から光パワーを検出する第２光パワー検出部３ｈと、
前記第２光電変換部の信号から強度変調光の光パワーを検出する変調光パワー検出部３ｉとから構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る卵検査装置は、前記卵を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送手段１１を有し、前記搬送経路の搬送方向を横切る方向に沿って複数の卵が配置され、前記受光ユニット３が前記複数の卵の数に対応して複数配置されるようにしてもよい。

本発明によれば、血卵による異常卵だけでなく緑膿菌や汚れ付着などによる異常卵の検出を非破壊にて高速で判別することが可能となり、安価で小型な卵検査装置を提供することができる。

本発明に係る卵検査装置のブロック構成図である。 本発明に係る卵検査装置に用いられる線形の識別関数の一例を示す図である。 本発明に係る卵検査装置に用いられる搬送手段の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の卵検査装置１は、光源部２、受光ユニット３、処理部４を備えて概略構成される。

光源部２は、第１光源２ａと第２光源２ｂを含む構成であり、所定波長の光を発生して検査対象の卵Ｗに照射する。

第１光源２ａは、例えば白色光源や複数のＬＥＤを合波した光源等により構成され、血卵の吸収する波長成分を含む光を出力する。具体的には、血卵の吸収ピーク波長５４２ｎｍと５７５ｎｍを含む例えば５００ｎｍから６５０ｎｍの波長帯域の光を出力する。

第２光源２ｂは、緑膿菌や汚れへの照射により蛍光を発生させるための強度変調光を出力する。具体的には、例えば３００ｎｍから４００ｎｍのブラックライトＬＥＤからの連続光に対し、光チョッパーにて一定周期の変調を加えた強度変調光（変調信号）を出力する。

受光ユニット３は、第１光源２ａと第２光源２ｂからの光を卵Ｗに照射したときの透過光または拡散反射光を受光して光パワーを検出する。

受光ユニット３は、内部構成として、図１に示すように、集光器３ａ、光分岐器３ｂ、第１フィルタ３ｃ、第１光電変換部３ｄ、第１光パワー検出部３ｅ、第２フィルタ３ｆ、第２光電変換部３ｇ、第２光パワー検出部３ｈ、変調光パワー検出部３ｉを含む構成である。

集光器３ａは、第１光源２ａと第２光源２ｂの光が検査対象の卵Ｗに照射されると、この卵Ｗへの光の照射に伴う透過光または拡散反射した光を集光する。

光分岐器３ｂは、集光器３ａにて集光した第１光源２ａと第２光源２ｂからの光を二分岐する。図１の例では、集光器３ａにて集光した光を、第１フィルタ３ｃに向かって右方向（矢印Ａ）に伝搬する光路と、そのまま第２フィルタ３ｆに向かって下方向（矢印Ｂ）に伝搬する光路とに分岐する。

第１フィルタ３ｃは、光分岐器３ｂにて二分岐した光の一方（矢印Ａ方向の光）が入力され、血卵が吸収する波長成分の光および第２光源２ｂの光および第２光源２ｂの光により発生した蛍光を阻止する。

さらに説明すると、第１のフィルタ３ｃは、血卵の吸収する波長成分（５４２ｎｍ，５７５ｎｍ付近）の光および第２光源２ｂの光および第２光源２ｂにより発生した蛍光（５００ｎｍから６００ｎｍ）を除去し、しかも卵殻色素による吸収の小さい波長６２０ｎｍから６３０ｎｍのバンドパスフィルタとするのが好ましい。

第１光電変換部３ｄは、第１フィルタ３ｃからの出力光が入力され、この出力光の光量に応じた電圧信号を出力する。

第１光パワー検出部３ｅは、第１光電変換部３ｄの電圧信号から光パワーを検出する。この第１光パワー検出部３ｅからは、血卵により吸収されず、蛍光の影響を受けない波長の光パワーが得られる。本例では、この光パワーを基準光パワーＰ１とする。

第２フィルタ３ｆは、光分岐器３ｂにて二分岐した光のもう一方（矢印Ｂ方向の光）が入力され、第２光源２ｂの光を阻止し、血卵が吸収する波長成分の光および第２光源２ｂにより発生した蛍光を透過する。

さらに説明すると、第２フィルタ３ｆは、第２光源２ｂの光を除去し、血卵が吸収する波長成分の光および第２光源２ｂにより発生した蛍光を出力するため、５００ｎｍから６００ｎｍのバンドパスフィルタとするのが好ましい。

第２光電変換部３ｇは、第２フィルタ３ｆからの出力光が入力され、この出力光の光量に応じた電圧信号を出力する。

第２光パワー検出部３ｈは、第２光電変換部３ｇの電圧信号から光パワーを検出する。この第２の光パワー検出部３ｈからは、血卵より吸収した光パワーおよび蛍光した波長の光パワーが得られる。本例では、この光パワーをＰ２とする。

変調光パワー検出部３ｉは、第２光源２ｂからの光に対し光チョッパーにより一定周期の変調を加えた変調信号に同期した参照信号を用いたロックインアンプ方式により同期検波し、第２光電変換部３ｇの信号から第２光源２ｂの光を除去し、血卵の吸収する波長成分の光および第２光源２ｂにより発生した蛍光を出力する。この変調光パワー検出部３ｉからは、蛍光した波長の光パワーが得られる。本例では、この光パワーをＰ３とする。

処理部４は、受光ユニット３で検出した光パワーＰ１，Ｐ２，Ｐ３による光パワーデータを元に卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。さらに説明すると、処理部４は、予め正常卵に第１光源２ａおよび第２光源２ｂからの光を照射したときの第１の光パワー検出部３ｅにて検出した基準光パワーＰ１と第２の光パワー検出部３ｈにて検出した光パワーＰ２との光パワー比Ｋ１（＝Ｐ２／Ｐ１）と、第１の光パワー検出部３ｅにて検出した基準光パワーＰ１と変調光パワー検出部３ｉにて検出した光パワーＰ３との光パワー比Ｋ２（＝Ｐ３／Ｐ１）をそれぞれ算出して記憶しておく。

そして、実際の運用時において、処理部４は、検査対象の卵Ｗに第１光源２ａおよび第２光源２ｂからの光を照射したときの第１の光パワー検出部３ｅにて検出した基準光パワーＰ１と第２の光パワー検出部３ｈにて検出した光パワーＰ２との光パワー比Ｋ１（＝Ｐ２／Ｐ１）と、第１の光パワー検出部３ｅにて検出した基準光パワーＰ１と変調光パワー検出部３ｉにて検出した光パワーＰ３との光パワー比Ｋ２（＝Ｐ３／Ｐ１）をそれぞれ算出する。

そして、処理部４は、予め算出した正常卵の光パワー比Ｋ１，Ｋ２と検査時に算出した光パワー比Ｋ１，Ｋ２とを比較し、その比較結果から検査対象の卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。これにより、血卵による吸収の有無、緑膿菌や汚れによる蛍光の有無が判る。

なお、第１の光パワー検出部３ｅにて検出した基準光パワーＰ１と第２の光パワー検出部３ｈにて検出した光パワーＰ２との光パワー比Ｋ１は、（Ｐ２−Ｐ３）／Ｐ１の式によって算出することもできる。

また、処理部４に機械学習を使用した分類をすることもできる。機械学習を使用する場合、予め正常卵の光パワー比Ｋ１，Ｋ２を取得して学習により特徴量空間における正常卵の分布を把握し、識別関数を設定する。

そして、実際の運用時には、検査対象の卵の光パワー比Ｋ１，Ｋ２を算出し、識別関数を入力したときの出力結果から正常・異常を判別することができる。なお、識別関数は、光パワー比Ｋ１，Ｋ２の分布の特性により、線形・非線形を使い分ける。

ここで、図２は卵検査装置１の処理部４で用いられる線形の識別関数の一例を示している。図２において、ａＫ１＋ｂＫ２は検査対象の卵Ｗが正常か血卵による異常かを識別するための識別線であり、検査対象の卵Ｗの光パワー比Ｋ１，Ｋ２がａＫ１＋ｂＫ２＞Ｃであれば正常と識別し、検査対象の卵Ｗの光パワー比Ｋ１，Ｋ２がａＫ１＋ｂＫ２≦Ｃであれば血卵による異常と識別する。

なお、図２の線形の識別関数では、血卵による異常を識別できるが、正常と緑膿菌のデータの一部が重なるため、緑膿菌や汚れによる異常を正確に識別することができない。そこで、サポートベクトルマシンのような機械学習の手法を用い、光パワーのデータを別の特徴空間に写像（カーネルトリック）し、その特徴空間で識別を行う。これにより、緑膿菌や汚れによる蛍光の有無を含め、検査対象の卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを識別して判別することができる。

次に、上記のように構成される卵検査装置１にて検査対象の卵Ｗが正常卵と異常卵かを非破壊で検査する場合の検査方法について説明する。

卵Ｗの検査を行うにあたっては、予め正常卵に第１光源２ａおよび第２光源２ｂからの光を照射したときの光パワー比Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ算出して記憶しておく。

そして、第１光源２ａと第２光源２ｂから出力される光を検査対象の卵Ｗに照射して検査を開始すると、第１光源２ａと第２光源２ｂの光を卵Ｗに照射したときの透過光または拡散反射した光が集光器３ａにて集光され、光分岐器３ｂにて矢印Ａ方向の光と矢印Ｂ方向の光とに二分岐される。

光分岐器３ｂにて二分岐した光の一方（矢印Ａ方向の光）は第１フィルタ３ｃに入力され、血卵が吸収する波長成分の光および第２光源２ｂの光および第２光源２ｂにより発生した蛍光が第１フィルタ３ｃにて阻止される。

そして、第１フィルタ３ｃからの出力光が第１光電変換部３ｄに入力されると、第１光電変換部３ｄが第１フィルタ３ｃからの出力光の光量に応じた電圧信号を出力し、第１光パワー検出部３ｅが第１光電変換部３ｄの電圧信号から光パワーを検出し、血卵により吸収されず、蛍光の影響を受けない波長の光パワーＰ１を得る。

一方、光分岐器３ｂにて二分岐した光のもう一方（矢印Ｂ方向の光）は第２フィルタ３ｆに入力され、第２光源２ｂの光を阻止し、血卵が吸収する波長成分の光および第２光源２ｂにより発生した蛍光が第２フィルタ３ｆを透過する。

そして、第２フィルタ３ｆからの出力光が第２光電変換部３ｇに入力されると、第２光電変換部３ｇが第２フィルタ３ｆからの出力光の光量に応じた電圧信号を出力し、第２光パワー検出部３ｈが第２光電変換部３ｇの電圧信号から光パワーを検出し、血卵より吸収した光パワーおよび蛍光した波長の光パワーＰ２を得る。

また、変調光パワー検出部３ｉが第２光電変換部３ｇの信号から第２光源２ｂの光を除去し、血卵の吸収する波長成分の光および第２光源２ｂにより発生した蛍光を出力し、蛍光した波長の光パワーＰ３を得る。

そして、処理部４は、検出した光パワーＰ１，Ｐ２，Ｐ３による光パワー比Ｋ１，Ｋ２を元に卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。すなわち、処理部４は、予め算出した正常卵の光パワー比Ｋ１，Ｋ２と検査時に算出した光パワー比Ｋ１，Ｋ２とを比較し、その比較結果から検査対象の卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。または、前述した機械学習を使用した線形または非線形の分類により、検査対象の卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。

ところで、上述した卵検査装置１は、例えば卵の加工工場の製造ラインの一部として組み込む場合、ベルトコンベアからなる搬送手段が用いられる。この搬送手段としてのベルトコンベアは、例えば光透過性ベルトからなる搬送ベルトにて検査対象の卵を所定の搬送経路に沿って所定間隔おきに搬送する。また、搬送手段として、図３に示すベルトコンベア１１を用いた構成としてもよい。図３のベルトコンベアは、光透過性ベルトからなる搬送ベルトにて卵Ｗを所定の搬送経路に沿って搬送する。ベルトコンベア１１には、搬送経路の搬送方向Ｘを横切る方向（図３では搬送方向Ｘと直交する方向）に所定高さのリブ１２で仕切られた複数列の搬送路１３が形成され、各列の搬送路１３に検査対象となる卵Ｗが所定間隔おきに配置される。そして、受光ユニット３は、ベルトコンベア１１の搬送路１３の数（搬送路の搬送方向Ｘを横切る方向に配置される卵Ｗの数）に対応した数だけ配置される。これにより、ベルトコンベア１１の複数列の搬送路１３上を搬送される卵Ｗの検査が並行して行え、検査時間の短縮を図ることできる。

このように、本実施の形態によれば、血卵の吸収する波長成分を含む光（第１光源２ａ）と、緑膿菌や汚れへの照射により蛍光を発生させるための強度変調光（第２光源２ｂ）とを検査対象の卵Ｗに照射し、この照射に伴う卵Ｗからの透過光または拡散反射光を受光して二分岐し、２種類のフィルタ（第１フィルタ３ｃ、第２フィルタ３ｆ）を用いることにより、血卵により吸収されず、蛍光の影響を受けない波長の光パワーＰ１と、血卵より吸収した光パワーおよび蛍光した波長の光パワーＰ２と、蛍光した波長の光パワーＰ３とが得られ、この光パワーＰ１，Ｐ２，Ｐ３による光パワー比Ｋ１，Ｋ２を元に卵Ｗが正常卵であるか異常卵であるかを判断する。これにより、血卵による異常卵だけでなく緑膿菌や汚れ付着などによる異常卵の検出を非破壊にて高速で判別することが可能となり、安価で小型な卵検査装置を提供することができる。

以上、本発明に係る卵検査装置の最良の形態について説明したが、この形態による記述および図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例および運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ 卵検査装置
２ 光源部
２ａ 第１光源
２ｂ 第２光源
３ 受光ユニット
３ａ 集光器
３ｂ 光分岐器
３ｃ 第１フィルタ
３ｄ 第１光電変換部
３ｅ 第１光パワー検出部
３ｆ 第２フィルタ
３ｇ 第２光電変換部
３ｈ 第２光パワー検出部
３ｉ 変調光パワー検出部
４ 処理部
Ｗ 卵（検査対象）
Ｘ 搬送方向

Claims (2)

1. 正常卵であるか血卵や緑膿菌や汚れ付着のある異常卵であるかを検査する血卵検査装置（１）であって、
   血卵の吸収する波長成分を含む光を出力する第１光源（２ａ）と、
   緑膿菌や汚れへの照射により蛍光を発生させるための強度変調光を出力する第２光源（２ｂ）と、
   前記第１光源と前記第２光源の光が前記卵に照射され、前記卵の透過光または拡散反射光を受光して光パワーを検出する受光ユニット（３）と、
   前記受光ユニットにて検出した光パワーを元に前記卵が正常卵であるか異常卵であるかを判断する処理部（４）とを備え、
   さらに、前記受光ユニットは、前記第１光源と前記第２光源の光が前記卵に照射されて透過した光または拡散反射した光を集光する集光器（３ａ）と、
   前記集光器にて集光した光を二分岐する光分岐器（３ｂ）と、
   前記光分岐器にて分岐した光の一方が入力され、前記血卵が吸収する波長成分の光および前記第２光源の光および前記第２光源により発生した蛍光を阻止する第１フィルタ（３ｃ）と、
   前記第１フィルタからの出力光が入力され、光量に応じた電圧信号を出力する第１光電変換部（３ｄ）と、
   前記第１光電変換部の電圧信号から光パワーを検出する第１光パワー検出部（３ｅ）と、
   前記光分岐器にて分岐した光のもう一方が入力され、前記第２光源の光を阻止し、前記血卵が吸収する波長成分の光および前記第２光源により発生した蛍光を透過する第２フィルタ（３ｆ）と、
   前記第２光フィルタからの出力光が入力され、光量に応じた電圧信号を出力する第２光電変換部（３ｇ）と、
   前記第２光電変換部の電圧信号から光パワーを検出する第２光パワー検出部（３ｈ）と、
   前記第２光電変換部の信号から強度変調光の光パワーを検出する変調光パワー検出部（３ｉ）とから構成されることを特徴とする卵検査装置。
2. 前記卵を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送手段（１１）を有し、前記搬送経路の搬送方向を横切る方向に沿って複数の卵が配置され、
   前記受光ユニット（３）が前記複数の卵の数に対応して複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の卵検査装置。

Images