JP3249628B2 - 青果物の内部品質検査用の光透過検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、青果物の検査，測定用
を行なうのに用いられる光透過検出装置に関し、詳しく
は、青果物の内部品質を非破壊的に検査，測定するのに
有益な青果物透過光を好適に得ることができる光透過検
出装置に関する。

【０００２】なお、本明細書において「青果物」あるい
は「果」という場合は果実，そ菜類のいずれも含む。

【０００３】

【発明の背景と従来技術】周知のように、取り引き市場
における青果物の取引価格はその品質に大きく左右され
る。例えば従来から、その品種や原産地等が品質指標の
一つとされているし、また、現在多くの選果場で行われ
ているように、個々の果の大きさや形状、傷の有無等の
外観的品位もその品質指標とされている。そしてこの後
者の品質指標は、一般的には階級，等級のランクで具体
的に評価されている。このランク付け評価が行なわれる
のは、青果物が自然環境下での気候，天候に影響される
農業生産品であることから、同一規格製品間の品質差が
殆ど無いよう製造される工業製品とは異なって、ある地
方から搬出される単一品種の青果物であっても個々の果
は大きさ、形状、外観的品位等によって評価が大きく異
なるのが普通で、それが取引価格に直接反映するからで
ある。

【０００４】このように青果物の品質評価は、従来から
上述した品種等による特定グループの全体を指標する評
価と、これとは別に、グループ内の個々の果の傷の有無
等の外観的品位で代表される果個別の評価を総合して行
われていた。

【０００５】しかし近時においては、例えば桃に含まれ
る糖度の値やスイカ内部の巣の有無というような内部品
質を、果を破壊することなく検査・測定する技術（非破
壊検査技術）が提案されるに及び、またこれらの内部品
質が需要者にとっては商品購買の極めて重要な目安にな
ることから、内部品質の検査・測定技術の実際面への応
用が要望されている。例えば、甘いと思って購買した桃
が実際には甘くなかったような場合には、需要者は著し
く損をした気持ちになるし、販売店や生産者にとっては
信用失墜というリスクが大きいからである。このような
青果物の内部品質としては例えば、糖度，酸度，渋，ク
ロロフィル等の値、褐変，みつ症，核割れ等で代表され
る病・障害の有無などが挙げられ、これらの内部品質
も、上記外観的品位と同様に個々の果において一律では
ない。

【０００６】以上のような背景の下で、青果物の内部品
質検査のための技術として従来提案されているものに、
青果物に光を照明し、その反射光の分光分析によって糖
度を測定する反射光方式の光学的測定法がある。しかし
この反射光方式では、せいぜい果の表皮近傍の内部品質
しか測定できないので広く普及するに至っていない。

【０００７】そこでこれに代えて、果を透過した光によ
って内部品質を測定することが考えられる。

【０００８】しかしながら、この透過光方式によって青
果物の果の内部品質を実用的に意味のある程度まで検
査，測定できるようにするには、更に解決すべきいくつ
かの問題がある。

【０００９】その一つは、透過光の減衰が多くの青果物
において極めて大きいという問題である。例えば温州ミ
カンではその減衰率は１０−４〜１０−６であり、リン
ゴでは更に大きく１０−６〜１０−８という値となるた
め、光源から青果物に照射される光の光量が比較的大き
くても、分析しようとする透過光の光量は極めて微弱に
なってしまい、測定精度が低下し、そのままでは測定結
果の信頼性が実際上問題となるからである。

【００１０】このような透過光の高い減衰という問題に
対する対策としては、例えば強力なランプを使用して光
源光の光量をより大きくすることや、受光側の受光感度
を増大させる方法が考えられるが、光源光量を大きくす
るとランプの発熱や電力消費が大きくなる問題があり、
またランプも大型化してしまう。このため青果物の内部
品質検査用の装置として実際に使用できる適当な照明ラ
ンプは提供されていない。また後者の受光感度を増大さ
せる方法としては、受光素子の受光面積の拡大や、光電
子増倍管，イメージインテンシファイア等を用いて受光
した光強度を増倍することが考えられるが、受光面積の
拡大は雑音成分の除去のための冷却装置が大型になる
し、光学系のムラに由来する精度低下の問題を招き、更
に上記光電子増倍管等は、原理的に受光した光に含まれ
る周波数に依存した情報は消失して光強度のみを比例的
に増倍した光情報になってしまうため、増倍後の光情報
では内部品質を測定するのに不適で、例えば分光分析が
できず、したがって特定波長域の光の吸収程度を利用し
た糖度測定ができないという致命的な問題がある。この
ように従来は、透過光による青果物の内部品質の検査．
測定が、照明側、受光側のいずれにおいても技術的に満
足できるものがなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記のよ
うな透過光方式で青果物の内部品質を検査・測定しよう
とする場合の問題を鋭意検討し、単に光源の光量を増大
するのではなく、より効率的に透過光の光量を得ること
ができて、感度のよい光の照明，検出ができる透過光方
式の方法を検討して本発明をなすに至ったのであり、本
発明の目的の一つはかかる方法を実現できる光透過検出
装置を提供するところにある。

【００１２】また本発明の他の目的は次ぎのことにあ
る。すなわち、透過光に基づいて果の内部品質を精度よ
く測定，検査するには、上記透過光の減衰の問題とは別
に、検出した透過光が果内部の状態に対応した情報を持
っていることが求められる。しかし、照明ムラ等が原因
して果内部の透過光光路が偏っていれば、測定結果が実
際の内部品質を正確に表わしていないことになる。

【００１３】かかる観点から本発明者は、上記した高い
感度で透過光の検出を実現することと併せて、実際の果
の内部状態とできるだけ一致（対応）した情報をもつ透
過光の検出ができるように工夫した光透過検出装置を提
供することを目的として本発明をなすに至ったのであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的の実
現のためになされた本発明の特徴は、上記特許請求の範
囲の各請求項に記載した通りにある。

【００１５】そして本発明よりなる光透過検出装置の特
徴の一つは、搬送コンベアにより水平に搬送面上を移送
され、中央部に貫通した穴を有し、その上部に青果物を
載せて移送するトレーと、この搬送コンベア上のトレー
に載った青果物に対し複数の光源により周囲から光を照
射し、照射された青果物から出る透過光を受光するよう
に上記トレーの貫通した穴を通して該青果物の一部表面
に対向する受光手段と、この受光手段に上記透過光以外
の外乱光が入光するのを阻止するように青果物と上記受
光手段の対向位置の間に配置される遮光手段と、複数の
発光光源からの照射光を上記受光手段及び遮光手段のの
間を除く青果物の周囲から該青果物を照射する投光手段
とを備えた構成をなすところにある。

【００１６】この光透過検出装置の受光光学系に受光さ
れた透過光は、特に限定されるものではないが、例え
ば、青果物に対向された受光手段である光ファイバーを
通して分光器に導かれ、所定波長帯域毎の光強度をＣＣ
Ｄ等で検出する分光分析を行なって、例えば所定波長域
における吸収の度合に基づく含有糖度の測定で内部品質
を検査することに利用できる。

【００１７】そして、本発明の上記光透過検出装置は、
複数の発光光源を用いて照明光学系を構成することで、
単一発光光源による照明と同一の電力で、より多い光量
を得ることができる。これは単一光源ランプと、複数の
光源ランプの合計に、同じ電力エネルギーを供給した際
の発光光量を比較した図４の結果から確認できる。なお
複数の発光光源には、例えばハロゲンランプ等の同一規
格の光源ランプを複数使用することもできるし、必要に
応じて異なる発光量のものや種類の異なる光源ランプを
組み合わせて用いてもよい。更に、青果物の形状や品目
による透過光量の減衰率の違いなどに応じて、発光光源
の数を変更するように設けることもできる。

【００１８】また本発明装置では、複数光源により青果
物をその周囲から照明するので、透過光の光路が果内部
で偏ることが抑制され、ムラの少ない透過光として得る
ことができる。したがって得られた透過光を分析した測
定結果は、実際の果の内部状態を十分反映したものとな
る。なお、光源は少なくとも２以上あれば有効である
が、例えば桃やリンゴ等の球形果実をムラなく照明する
には好ましくは３以上の光源を青果物の周囲に均等に配
置することがよい。このように複数の発光光源を用いれ
ば、単一の強力な光源ランプを用いるとその発熱を考慮
してレンズ系等で光源を青果物からできるだけ離すこと
が必要になるのに対し、個々の光源ランプの発熱量を大
幅に小さくできるので、青果物の周囲に直接ランプを対
向配置することも可能であり、装置の構成を簡易と出来
る。

【００１９】上記本発明装置において用いられる遮光手
段は、特に限定されるものではないが、例えば中央部に
穴を有しかつ青果物がこの穴を塞ぐように載せられる形
状に形成された穴開き弾性シートを好ましく用いること
ができる。すなわち、この穴開き弾性シートに青果物を
載せた状態で、穴の下側がその周囲を適当な遮光部材で
囲った暗所となるようにすれば、青果物に対向させる受
光手段をこの暗所に配置することが容易となるからであ
る。

【００２０】更に、青果物の品質検査は、一般に搬送コ
ンベアで移動させながらその途中に設けた測定ステージ
で青果物を一旦停止させあるいは移動を連続させながら
検査を行なう方式を採用することが望まれるが、このよ
うな場合、青果物を個々トレーに載せて搬送させる方式
が好ましく用いられる。すなわち、上記の各トレーを上
下貫通孔を有する構成とし、このトレーの貫通孔を塞ぐ
ように上記穴開き弾性シートを設ければ、弾性シートに
よる遮光手段が青果物の傷つき防止用シートを兼ねて好
ましく構成できるからである。

【００２１】また、照明された青果物からの透過光を出
来るだけ効率よく受光するための構成として、照明を行
なう部位と受光を行なう部位を除いた青果物の表面から
の透過光の漏洩を抑制することも好ましく、このために
青果物の該部位表面を遮光部材で覆う構成を採用でき
る。具体的には、例えばスポンジ等の軟質部材や軟質弾
性ロールを青果物表面に押し当てることで受光光学系で
受光する光量を大きくさせることができる。軟質ロール
を用いる場合には、青果物を移動させながら照明，受光
を行なうこともできる。

【００２２】以上のこととは別に、本発明の光透過検出
装置のもう一つの特徴は、複数の発光光源からの光を、
外光が入らないように形成したトレーの穴を通して下方
から青果物に照射する投光手段と、この青果物から出る
透過光を受光するように該青果物に対向される受光手段
をもつ受光光学系と、この受光光学系で受光された光信
号を電気信号に変換する光電変換手段と、該電気信号に
含まれる透過光の信号成分を検出して外乱光の信号成分
を除去する透過光信号成分の検出手段とを備えた構成を
なすところにあり、外乱光成分を除去する手段として
は、代表的には、照明光学系に設けた間欠的に照明光を
オン，オフさせるチョッピング手段と、このチョッピン
グ手段の周波数を参照信号（基準信号）として、受光系
で光電変換した電気信号から、透過光の信号成分を検出
するロックインアンプ等の同期回路とを組合せて構成し
たものを例示することができるし、外乱光は一般に商用
交流（５０サイクル，６０サイクル）の周波数をもつも
のであるから、上記チョッピング手段の代わりに、光源
をこの商用交流とは異なる周波数の交流電源で点灯駆動
させ、この点灯駆動の交流電源の周波数を上記同期回路
の参照信号として用いるようにしても透過光の信号成分
を検出することが出来る。

【００２３】このような構成によれば、外乱光が受光光
学系に入っても、透過光に由来する信号成分のみを取出
すことができるから、光学系の構成を容易とできる。ま
た受光光学系に撮像カメラ（例えば分光カメラ）を用い
ることで青果物の画像（例えば分光画像）を取り込め
ば、より詳しい内部品質の検査が実現できる。

【００２４】なお、上記のようなオン，オフする照明光
を用いる場合には、照明光が青果物を透過せずに直接受
光手段に入ることを避ける適宜の遮光手段、例えば上記
の穴開き弾性シート等を照明光学系に用いることや、光
源光を光ファイバーで青果物に導く構成等が好ましく採
用される。

【００２５】なお、本発明は青果物を対象とするから、
照明光により青果物を傷める虞れをできるだけ少なくす
る目的で照明光学系の光路途中に熱線カットフィルタを
設けることも好ましい構成として推奨される。

【００２６】

【実施例】実施例１ 図１は本発明の実施例１の装置の構成概要を示した図で
あり、この図において１はトレーであり、矩形平板状の
プラスチック製台座形状をなし、その中央部は青果物２
０が載置され易いように若干窪んだ形状に設けられてい
ると共に、その窪みの底部には上下に貫通した穴３が設
けられている。そしてこのトレー１は、図示しない搬送
コンベアによって図の矢印に示す方向に水平に搬送面２
の上を移送されるようになっている。

【００２７】図１はこのトレーが、搬送コンベアの途中
に設けられた内部品質の測定ステージに移入された状態
を示しており、本例の装置ではこのステージでトレー１
は測定のために一旦停止されるようになっている。

【００２８】この測定ステージに次ぎの構成の光透過検
出装置が設けられている。すなわち、４，４，４は搬送
コンベアの上方に複数配置された発光光源としてのハロ
ゲンランプであり、測定ステージに移入された青果物２
０に対して照明光を照射するようになっている。また、
これらの複数のハロゲンランプの前面には夫々熱線カッ
トフィルター５，５，５が配置されて計測に不必要な赤
外線を不透過とし、青果物に熱ダメージを与えないよう
になっている。なお、各ハロゲンランプ４は、青果物に
対する照明が出来るだけ平均的になるように、青果物の
周囲に均等に配置することがよい。これらが照明光学系
を構成している。

【００２９】６は、搬送面２の下側から、上記測定ステ
ージに停止されたトレー１の貫通穴３を通して青果物２
０の底部に対向するように配置された吸着パッドであ
り、本例では、図中に二点鎖線で示した下側の待機位置
から、実線で示した上側の青果物２０に接触する測定位
置の間で、図示しない上下動機構により上動、下動され
るように設けられている。この上下動機構の作動は、ト
レーの移送状態と同期して該トレーが測定ステージに停
止された時に上動して測定を行なうように設けることが
よい。またこの吸着パッド６は、吸引管８を介し真空ポ
ンプ７に接続されていて、吸着パッド６が青果物２０に
接触したときに吸引して、その接触部が気密的にシール
された状態となるように設けられ、これによって次ぎの
受光光学系に外乱光が入ることを防止している。

【００３０】９は吸着パッド６の内部に配置された受光
手段としての光ファイバーであり、一端は該吸着パッド
６の内部で青果物に対向され、他端は分光器１０に接続
されている。なおこの光ファイバー９に外部からの光が
入らないように設けられていることは言うまでもない。
これが受光光学系を構成している。なお分光器１０には
既知の構成のもの、例えば透過周波数の異なる複数のフ
ィルターを切換えて各波長域の光強度をＣＣＤ（固体撮
像素子）等で検出することで所定領域（例えば可視光領
域〜近赤外領域）の分光分析を行なうもの等を用いるこ
とができる。

【００３１】以上のような構成の光透過検出装置によれ
ば、複数の発光光源を用いて青果物を照明することで、
単一光源を用いる場合に比べて電力エネルギーが少な
く、また市販のハロゲンランプを用いて照明光学系を簡
易に構成できるという利点がある。また複数の発光光源
を青果物の周囲に配置することができるので、青果物を
透過する光の光路が偏ることがなく、内部状態を十分に
反映した情報を有する透過光を検出することができると
いう利点も得られる。 実施例２ 図２に示される本例は、上記実施例１とは異なって、ト
レーの貫通穴を通して下方から青果物に複数の発光光源
からの照明光を照射し、分光カメラで青果物からの透過
光を検出する構成の例を示している。

【００３２】すなわち、本例では、実施例１と略同様の
台座形状のトレイ３１の窪み部の表面に、易変形性の弾
性パッド４１を設け、この上に青果物が載るように設け
られている。そして、ハロゲンランプ３４，３４，３４
からなる光源からの照射光を光ファイバー３６，３６，
３６で夫々トレイの貫通穴３３部分に導いて、測定ステ
ージの下側より該貫通穴３３を通して青果物を照明する
ように構成されている。なおこれらで構成される照明光
学系投光手段の照射光が搬送面３２の上側に漏れないよ
うに、搬送面３２あるいは測定ステージの下側部分を遮
光することが好ましい。

【００３３】また測定ステージの青果物の上方には、本
例では分光カメラ３７が配置され、青果物を撮像して、
複数の分光画像情報を図示しないコンピュータに送って
画像処理する。

【００３４】そして本例においては、分光カメラ３７は
透過光のみが入光するようになっていないため、撮像し
た分光画像情報には外乱光の信号成分も含まれている。
そこで、分光カメラ３７の後段に該分光カメラで得た信
号から透過光の信号成分を検出するロックインアンプ４
０を設けると共に、照明光学系の光路の途中に、一定速
度で回転するライトチョッパー３８を設けて照明光をオ
ン，オフさせ、このライトチョッパー３８のオン，オフ
周波数（例えば１００Ｈｚ）をホトダイオード３９で検
出してこれを上記ロックインアンプ４０に同期信号（参
照信号）として入力して、外乱光をの信号成分を除去す
るように設けている。

【００３５】このようにすることで、分光カメラ３７に
おいて外乱光に由来する雑音を含んだ光を受光しても、
透過光に由来する信号成分のみを取出すことができ、複
数の発光光源による青果物の照明を行なった場合の利点
を満足しながら、青果物の画像を撮像することができる
という利点がある。 実施例３ 図３に示す本例は、青果物を移動させながら照射，受光
を行う実施例１の変形例を示すものであり、この例で
は、実施例１と略同様のトレー６１の上部全体に、軟質
の穴開き弾性シート７２を被せ、この弾性シート７２の
上に青果物２０が載せられるようになっている。７３は
弾性シートの穴である。

【００３６】そしてこの青果物２０の上にスポンジ等の
軟質の押えローラー７４を押し付けて、該青果物２０を
下方に押し下げ、これによって青果物と弾性シート７２
の密着性を高めて光の漏れを防止する。この押えローラ
ー７４の押し付けにより、青果物上部から透過光が出る
ことを抑制して弾性シート７２の穴７３から出る透過光
の光量をできるだけ多くするように工夫されている。な
おこの押えローラー７４は、トレーの搬送と同期して回
転するように設けることが好ましい。

【００３７】なお６４，６４は青果物の側方に配置され
た複数の光源ランプであり、これらは例えば青果物の搬
送に邪魔とならないように搬送路上からは横方向に外れ
て配置されていることがよい。６９はトレーの貫通穴６
３及び弾性シートの穴７３を通してその一端が青果物に
対向するように配置された受光手段としての光ファイバ
ーであり、この他端は、分光器７０に接続されており、
これらによって構成される受光光学系は実施例１の構成
と略同様である。

【００３８】本例においては、青果物を押えローラー７
４で下方に押下し、これによって弾性シートと該青果物
の密着性を高めるようにしているので、実施例１のよう
な吸引のための真空ポンプが不要とできる利点がある。
またこのような押し付け構成により、青果物の形状が球
形でなくまた一定していない場合にも、十分な密着性を
確保できるので外乱光が受光光学系に入る虞れが殆どな
いという利点も得られる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の透過光検出装置によれば、複数
の発光光源を用いて照明光量を増大させるので、単に単
一光源に強力なランプを用いる場合に比べて、光量増大
の割に電力エネルギーの増大を少なくでき、また発光量
の小さい既存，市販のハロゲンランプなどを利用できる
という効果がある。

【００４０】またこれによって、光源の発熱量を抑制で
きるため、測定位置の青果物に対して光源を直接対向配
置することもでき、周辺構成を簡易とできる効果もあ
る。

【００４１】また、照明光源を複数としてこれを青果物
の周囲に均等に配置することもできるため、照明ムラ等
がなく、したがって果内部の透過光光路が全体に均等化
できるため、検出される透過光が実際の内部品質を十分
反映した情報を含むものとして得られるという効果もあ
る。

【００４２】また、中央部に穴を有した穴開きトレーを
用いてこれに青果物を載せ、該穴から受光（あるいは照
明）を行なうようにすれば、外乱光の混入を容易に遮光
することができるという効果もある。

【００４３】更に、該トレーを青果物の搬送用に利用
し、このトレーに弾性シートを設ければ、この弾性シー
トは遮光と青果物の傷つき防止とを兼ねたものとして利
用できるという効果がある。

【００４４】更にまた、特に遮光を行なわないで分光器
あるいは分光カメラで撮像した場合にも、照明光学系で
照明光に含ませた周波数を参照信号として、受光系の同
期回路において外乱光の信号成分を除去するようにすれ
ば、例えば撮像カメラ（例えば分光カメラ）で青果物の
画像を取り込み、より詳しい内部品質の検査を実現する
ことも可能であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明よりなる光透過検出装置の実施例１の構
成概要を示した図、

【図２】本発明よりなる光透過検出装置の実施例２の構
成概要を示した図、

【図３】本発明よりなる光透過検出装置の実施例３の構
成概要を示した図、

【図４】発光光源が単一の場合と複数の場合の発光量の
相違を説明する図。

【符号の説明】 １・・・トレー、２・・・搬送面、３・・・貫通穴、４
・・・ハロゲンランプ、５・・・熱線カットフィルタ
ー、６・・・吸着パッド、７・・・真空ポンプ、８・・
・吸引管、９・・・光ファイバー、１０・・・分光器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 吉秀 静岡県浜松市篠ケ瀬町630 株式会社 果実非破壊品質研究所内 (56)参考文献 特開 平４−84740（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−160344（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104041（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−83071（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−235041（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−20983（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/958 B07C 1/00 - 9/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送コンベアにより水平に搬送面上を移
   送され、中央部に貫通した穴を有し、その上部に青果物
   を載せて移送するトレーと、この搬送コンベア上のトレ
   ーに載った青果物に対し複数の光源により周囲から光を
   照射し、照射された青果物から出る透過光を受光するよ
   うに上記トレーの貫通した穴を通して該青果物の一部表
   面に対向する受光手段と、この受光手段に上記透過光以
   外の外乱光が入光するのを阻止するように青果物と上記
   受光手段の対向位置の間に配置される遮光手段と、複数
   の発光光源からの照射光を上記受光手段及び遮光手段の
   の間を除く青果物の周囲から該青果物を照射する投光手
   段とを備えたことを特徴とする青果物の内部品質検査用
   の光透過検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、青果物の周囲から該
   青果物を照射する投光手段は、複数の発光光源をトレー
   の搬送路上から両横方向に外れて青果物の周囲に配置さ
   れていることを特徴とする青果物の内部品質検査用の光
   透過検出装置。
3. 【請求項３】 コンベアで移送され、中央部に上下に貫
   通した穴を有し、その上部に青果物を載せて移送するト
   レーと、外乱光が入らないように形成した上記トレーの
   上下に貫通した穴を通して複数の発光光源からの光を下
   方から青果物に照射する投光手段と、この青果物から出
   る透過光を受光するように上記トレー上の青果物に対向
   される受光手段をもつ受光光学系と、受光された光信号
   を電気信号に変換する光電変換手段と、該電気信号に含
   まれる透過光の信号成分を検出する透過光信号成分の検
   出手段とを備えたことを特徴とする青果物の内部品質検
   査用の光透過検出装置。