JP3576105B2 - 内部品質計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被計測物存在予定領域に位置する被計測物に光を照射する投光部と前記被計測物からの透過光に基づいてデータを取得する受光部とを備えて構成されるデータ取得手段と、そのデータ取得手段が取得したデータに基づいて前記被計測物の内部品質を求める品質導出手段と、前記被計測物存在予定領域と前記データ取得手段との相対位置関係を調節する位置調節手段とが設けられた内部品質計測装置
【０００２】
【従来の技術】
かかる内部品質計測装置は、例えば、青果物等の被計測物の内部品質を解析するために用いられるものであり、被計測物存在予定領域に位置する被計測物の形状や大きさ等に応じて、位置調節手段により、被計測物とデータ取得手段との相対位置関係を、データを適切に取得できる位置関係になるように調節した状態で、データ取得手段により、被計測物に光を照射してデータを取得し、その取得データに基づいて品質導出手段により被計測物の内部品質を求める。
例えば、球形又は略球形の青果物等が被計測物の場合、被計測物の種類や品種により径が異なるので、種類や品種に応じて、被計測物の照射光が被計測物の略中心に向かって照射されるように、被計測物とデータ取得手段との相対位置関係を調節することになる。
【０００３】
一方、品質導出手段により被計測物の内部品質を精度良く求めるために、通常、校正用の基準体を用いて基準体のデータを取得して、その基準体のデータを用いて装置を校正する必要がある。つまり、データ取得手段によって、校正用の基準体に光を照射して基準体からの透過光又は反射光に基づいて基準体のデータを取得し、被計測物のデータ及び基準体のデータに基づいて、装置の校正を行って内部品質を求めるように構成する。
例えば、データ取得手段によって照射される光の光量（以下、照射光量と略記する場合がある）の変化をキャンセルする場合は、校正用の基準体として、照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体（例えば、拡散板やＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ・Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ）を用いることになる。具体的には、例えば、被計測物のデータ及び光量校正用基準体のデータ（以下、基準データと称する場合がある）として、夫々、所定の波長における受光量に対応するデータを取得し、それら被計測物のデータ及び基準データに基づいて、吸光度を求め、その吸光度に基づいて、内部品質を求めることにより、照射光量の変化をキャンセルすることができる。
又、データ取得手段を、被計測物からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光して、分光スペクトルデータを得るように構成する場合、受光センサにおける複数の受光素子夫々が受光する光の波長は、分光用の光学部品との位置関係により決まるが、この位置関係は、計測雰囲気の温度の影響や時間経過により、わずかであるがずれる虞があるので、受光センサの各受光素子の受光波長の校正を行う必要がある。各受光素子の受光波長の校正を行う場合は、基準体として、受光センサの受光波長範囲内において少なくとも２個の波長にピーク部を有する波長校正用光が得られる波長校正体（例えば、Ｖ１０フィルタ）を用いることになる。つまり、波長が既知である少なくとも２個の波長にピーク部を有する校正用光を分光して、その分光した光を受光センサにて受光することにより、計測時点の各受光素子と受光波長との対応関係を示す波長校正用データを求めることができ、その波長校正用データにより、各受光素子の受光波長の校正を行うことになる。
【０００４】
従来は、基準体がデータ取得手段における光路中に位置する状態と、基準体が光路から退避する状態とに切り換えるために、基準体位置切り換え手段を設けて、その基準体位置切り換え手段により、基準体を光路中に位置させて、データ取得手段によって、基準体に光を照射して基準体からの透過光又は反射光に基づいて基準体のデータを取得するように構成していた（例えば、特開２０００−１９９７４３号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、被計測物存在予定領域とデータ取得手段との相対位置関係を調節する位置調節手段とは別に、基準体によって校正用のデータを取得するために、基準体位置切り換え手段を設けていたため、装置の構成が複雑となり、装置の価格が高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部品質計測装置において、校正用の基準体を用いて装置の校正が行えるようにしながら、低価格化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記被計測物が、前記被計測物存在予定領域を通過するように搬送手段にて搬送されるように構成され、
前記被計測物存在予定領域とは異なる箇所に、校正用の基準体が配置され、前記位置調節手段の調節により、前記被計測物のデータを取得する状態と、前記基準体に光を照射して前記基準体からの透過光に基づいて前記基準体のデータを取得する状態とに切り換えられるように構成され、前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ及び前記基準体のデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成され、
前記データ取得手段が、前記被計測物存在予定領域の上方側を迂回するように設けられた枠体に前記投光部と前記受光部とが前記被計測物存在予定領域の左右両側箇所に振り分け配置される状態で一体的に組み付けられて構成され、
前記位置調節手段が、固定部に対して位置固定状態で設置されて前記枠体を移動案内するガイド部材を備えて、前記枠体を移動調節するように構成され、
前記基準体が、前記ガイド部材に固定状態で設けられていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、被計測物のデータを取得するときは、位置調節手段によって、被計測物存在予定領域に位置する被計測物に光を照射し、被計測物からの透過光又は反射光に基づいてデータを取得する状態に切り換えると共に、被計測物の形状や大きさ等に応じて、被計測物のデータを適切に取得できるように、被計測物とデータ取得手段との相対位置関係を調節する。
基準体のデータを取得するときは、位置調節手段よって、基準体に光を照射して基準体からの透過光又は反射光に基づいて基準体のデータを取得する状態に切り換える。
そして、品質導出手段によって、被計測物のデータ及び基準体のデータに基づいて、装置の校正が行われた上で内部品質が求められる。
つまり、元々設けられている位置調節手段を利用して、被計測物のデータを取得する状態と基準体のデータを取得する状態とに切り換えるようにしてあるので、従来の内部品質計測装置において設けられていた基準体位置切り換え手段が不要となる。例えば、基準体の移動を案内するための案内機構が不要となり、又、基準体を移動させるための駆動手段を設けていた場合は、その駆動手段も不要となる。
従って、元々設けられている位置調節手段を利用して、被計測物のデータを取得する状態と基準体のデータを取得する状態とに切り換えるようにしてあるので、校正用の基準体を用いて装置の校正が行えるようにしながら、低価格化を図ることができるようになった。
【０００８】
又、請求項１に記載の特徴構成によれば、被計測物が搬送手段によって被計測物存在予定領域を通過するように搬送され、そのように搬送される被計測物が被計測物存在予定領域に存在するときに、被計測物のデータが取得されて内部品質が求められるので、被計測物の内部品質を効率良く求めることができる。
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成され、 前記データ取得手段における受光部分にデータ取得用の光が照射されるのを許容する照射状態と禁止する遮光状態とに切り換える切り換え手段が設けられ、
前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ、前記基準体のデータ、及び、前記切り換え手段が前記遮光状態に切り換えられているときに取得したデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成されているので、位置調節手段によって、基準体のデータを取得する状態に切り換えることにより、照射光量の変化をキャンセルするための基準データが得られる。又、切り換え手段によって、データ取得手段における受光部分にデータ取得用の光が照射されるのを禁止する遮光状態に切り換えることにより、受光部分を構成する受光素子における無光状態（光が照射されない状態）でのデータ（所謂、暗電流）が得られる。ちなみに、この無光状態でのデータは、内部品質を求める際にノイズとなって、内部品質を求める際の精度を低下させる要因となるものである。
そして、品質導出手段によって、被計測物のデータ、基準データ及び無光状態データに基づいて、照射光量の変化及び暗電流によるノイズをキャンセルした状態で、内部品質を精度良く求めることができる。
従って、内部品質の導出精度を一層向上する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１０】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成され、前記データ取得手段が、前記被計測物からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光して、分光スペクトルデータを得るように構成され、
前記受光センサの受光波長範囲内において少なくとも２個の波長にピーク部を有する波長校正用光が得られる波長校正体が、前記データ取得手段における光路中に位置する状態と、前記光路から退避した状態とに切り換え自在に設けられ、前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ、前記基準体のデータ、及び、前記波長校正体が前記光路中に位置するときに取得したデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成されていることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、位置調節手段によって、被計測物のデータを取得する状態に切り換えて、被計測物に光を照射し、被計測物からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光することにより、分光スペクトルデータ得られ、その分光スペクトルデータが、被計測物のデータとして得られる。
又、基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成されているので、位置調節手段によって、基準体のデータを取得する状態に切り換えて、基準体に光を照射し、基準体からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光することにより、分光スペクトルデータが得られ、その分光スペクトルデータが、照射光量の変化をキャンセルするための基準データとして得られる。
又、波長校正体がデータ取得手段における光路中に位置する状態に切り換えて、波長校正体に光を照射し、その波長校正体により形成される校正用光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光することにより、分光スペクトルデータ得られ、その分光スペクトルデータが、波長校正用データとして得られる。
そして、品質導出手段により、被計測物のデータ、基準データ及び波長校正用データに基づいて、照射光量の変化をキャンセルし、且つ、受光センサの各受光素子の受光波長を校正した状態で、内部品質を迅速且つ高精度に求めることができる。
例えば、内部品質を精度良く求めるには、導出対象の内部品質と相関がある複数の特定波長に基づいて求めるのが好ましく、又、複数種の内部品質を求める場合は、導出対象の内部品質の種類が異なると内部品質と相関がある特定波長が異なることから、複数の特定波長に対応するデータを計測する必要がある。
そこで、被計測物のデータとして、複数の特定波長に対応するデータが同時に得られると共に、基準体のデータとして、前記の複数の特定波長に対応するデータが同時に得られるようにしてあるので、内部品質を迅速且つ高精度に求めることができるのである。
ちなみに、波長校正体も校正用の基準体に相当するものであるが、この波長校正体は光量校正用基準体に比べて、使用される頻度が少ない。そこで、位置調節手段の構成として、被計測物のデータを取得する状態と光量校正用基準体のデータを取得する状態との２状態に切り換える構成とすることにより、前記の２状態に、波長校正体のデータを取得する状態を加えた３状態に切り換える構成とする場合に比べて、位置調節手段の構成の簡略化を図っているのである。
従って、被計測物からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光して、分光スペクトルデータを得るようにして、迅速且つ高精度に内部品質が求められるように構成する場合において、照射光量に加えて受光波長も校正して、内部品質導出精度の向上を更に図れるようにしながら、位置調節手段の構成を簡略化することができるので、低価格化を更に図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内部品質計測装置について、被計測物として例えばミカンの選別仕分けを行う選果設備に備えられて、ミカンの内部品質情報、つまり、糖度や酸度等を計測する構成に適用した場合について図面に基づいて説明する。
【００１２】
この内部品質計測装置は、図１に示すように、被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍ（ミカン）に光を照射し、被計測物Ｍを透過した光に基づいてデータを取得するデータ取得手段としてのデータ取得部Ｄと、そのデータ取得部Ｄが取得したデータに基づいて被計測物Ｍの内部品質を求める品質導出手段Ｃを構成すると共に各部の動作を制御する制御部３と、被計測物存在予定領域Ｐとデータ取得部Ｄとの相対位置関係を調節する位置調節手段としての上下調節機構２１と、制御部に各種の制御情報を指令する操作部２７等を備えて構成され、被計測物Ｍ（ミカン）は、搬送手段としての搬送コンベア４により、一列で縦列状に載置搬送される構成となっており、本内部品質計測装置の被計測物存在予定領域Ｐを順次、通過していくように構成されている。
【００１３】
データ取得部Ｄは、被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍに光を照射する投光部１と、被計測物Ｍを透過した光に基づいてデータを取得する受光部２とを備えて構成され、その受光部２は、被計測物Ｍからの透過光を分光し、その分光した光を受光センサ１８にて同時に各波長毎に受光して、分光スペクトルデータを得るように構成されている。
そして、被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍに対して、投光部１から照射された光が被計測物Ｍを透過した後に受光部２にて受光される状態で、投光部１と受光部２とが、被計測物存在予定領域Ｐの左右両側個所に振り分けて配置されている。
【００１４】
前記投光部１は、電源回路５から供給される電力にて発光するハロゲンランプ６と、このハロゲンランプ６から発光される光を集光させるように下方側に向けて反射させる凹面形状の反射板７とが備えられるとともに、その反射板７による反射光を反射して被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍに向けて横向きに変更する反射鏡８が設けられている。更には、反射鏡８にて反射した光が被計測物存在予定領域Ｐに照射される状態と、光を遮断する状態とに切り換え自在なシャッター機構９が設けられている。
【００１５】
前記受光部２には、被計測物Ｍを透過した光を集光する集光レンズ１０、光を上向きに反射する反射鏡１１、後述するような計測対象の波長領域の光だけを通過させるカラーフィルタ１２、受光センサ１８にデータ取得用の光が照射されるのを許容する開状態（照射状態に相当する）と禁止する閉状態（遮光状態に相当する）とに切り換える切り換え手段としてのシャッター機構１３、開状態のシャッター機構１３を通過した光が入射されると、その光を分光して前記分光スペクトルデータを計測する分光器１４等を備えて構成されている。
【００１６】
更に、受光センサ１８の受光波長範囲内において少なくとも２個の波長にピーク部を有する波長校正用光が得られる波長校正体としての波長校正用フィルタ２５が、投光部１から照射された光が分光器１４に導かれる光路Ｌ中に位置する状態と、光路Ｌから退避した状態とに切り換え自在に設けられている。
具体的には、波長校正用フィルタ２５は、一対のレール２６に案内される状態で、水平方向（図１の紙面に直交する方向）にて光路Ｌに直交する方向に人為的に移動操作されて、光路Ｌ中に位置する状態と光路Ｌから退避した状態とに人為的に切り換え操作されるように設けられている。この波長校正用フィルタ２５は、複数の波長で急峻な吸収特性を有するＶ１０フィルタ等にて構成される。
【００１７】
前記分光器１４は、図２に示すように、入光口１５から入射した光を反射する反射鏡１６と、反射された光を複数の波長の光に分光する凹面回折格子１７と、凹面回折格子１７によって分光された各波長毎の光強度を検出することにより分光スペクトルデータを計測する受光センサ１８とが、外部からの光を遮光する遮光性材料からなる暗箱１９内に配置される構成となっている。
前記受光センサ１８は、凹面回折格子１７にて分光反射された透過光を、同時に各波長毎に受光するとともに波長毎の信号に変換して出力する、１０２４ビットのＭＯＳ型ラインセンサにて構成されている。このラインセンサは、詳述はしないが、各単位画素毎にフォトダイオード等の光電変換素子と、その光電変換素子にて得られた電荷を蓄積するコンデンサ、及び、その蓄積電荷を外部に出力させるための駆動回路等を内装して構成されている。尚、コンデンサによる電荷蓄積時間は、外部から駆動回路を介して変更させることができるようになっている。そして、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の波長の光を検出できるようになっている。
【００１８】
そして、上下調節機構２１によって被計測物存在予定領域Ｐに対して上下方向の位置を変更調節される状態で、被計測物存在予定領域Ｐの上方側を迂回するように設けられた枠体２０によって、前記投光部１及び受光部２が一体的に組み付けられて、データ取得部Ｄが構成され、もって、データ取得部Ｄが上下調節機構２１によって上下方向に移動されるように設けられている。
【００１９】
上下調節機構２１は、固定部Ｆに対して位置固定状態で設置された電動モータ２１ａと、その電動モータ２１ａに対して下向きに連結されたネジ軸２１ｂと、そのネジ軸２１ｂに螺合する状態で枠体２０に固着されたナット部材２１ｃと、固定部Ｆに対して下向きに位置固定状態で設置されて、枠体２０の上下移動を案内する複数の棒状のガイド体２１ｅ等から構成されている。
そして、電動モータ２１ａによってネジ軸２１ｂを回動駆動することにより、データ取得部Ｄを、ガイド体２１ｅにて案内される状態で、上下に移動させることができるようになっている。
【００２０】
前記固定部Ｆに対して下向きに位置固定状態で設置された複数の棒状のガイド体２１ｅの下端に、校正用の基準体Ｒの一例である光量校正用基準体としてのリファレンスフィルター２２が固定状態で設けられている。このリファレンスフィルター２２は、所定の吸光度特性を有する光学フィルターで構成され、具体的には、オパールガラスを用いて構成されている。
【００２１】
上下調節機構２１は、リファレンスフィルター２２をデータ取得部Ｄの光路Ｌ中に位置させることが可能となるような上下方向の移動ストロークを有するように構成されている。
そして、上下調節機構２１によって、データ取得部Ｄを上下方向に位置調節することによって、図３（イ）に示すように、投光部１からの光が被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍを透過した後に受光部２にて受光される通常計測状態（被計測物Ｍのデータを取得する状態に相当する）と、図３（ロ）に示すように、投光部１からの光が前記リファレンスフィルター２２を透過した後に受光部２にて受光されるリファレンス計測状態 （基準体Ｒのデータを取得する状態に相当する）とに切り換えることができるように構成され、更に、通常計測状態においては、投光部１からの光が被計測物Ｍの略中心に向けて照射されるように、径が異なるような被計測物Ｍの品種（例えば、温州ミカン、伊予柑等）に応じて、被計測物存在予定領域Ｐとデータ取得部Ｄとの相対位置関係を調節することができるように構成されている。
【００２２】
前記制御部３は、マイクロコンピュータを利用して構成してあり、図４に示すように、各部の動作を制御するように構成されている。つまり、前記投光部１におけるハロゲンランプ６に供給する電源電圧の変更調節や、投光部１及び受光部２夫々のシャッター機構９、１３の開閉動作、上下調節機構２１の動作、及び、分光器１４における電荷蓄積時間の変更調節動作等の各部の動作を制御する構成となっている。しかも、この制御部３を用いて、分光器１４にて得られた計測結果に基づいて、被計測物Ｍの内部品質を解析する演算処理を実行する品質導出手段Ｃが構成されている。
【００２３】
図５に示すように、前記搬送コンベア４は無端回動帯４ａを電動モータ４ｂによって駆動する構成となっており、その無端回動帯４ａを巻回する回転体４ｃの回転軸の回転状態を検出するロータリーエンコーダ２３が備えられ、このロータリーエンコーダ２３の検出情報も制御部３に入力される構成となっており、更に、搬送コンベア４における被計測物存在予定領域Ｐに相当する箇所よりも搬送方向上手側箇所には、被計測物Ｍの通過を検出する光学式の通過センサ２４が備えられ、この通過センサ２４の検出情報も制御部３に入力される構成となっている。この通過センサ２４は、光を発する発光器２４ａと、その光を受光する受光器２４ｂとが、搬送コンベア４による搬送経路の左右両側部に振り分け配置され、被計測物Ｍが存在せず発光器２４ａから発光された光が受光器２４ｂにて受光されるとオフ状態となり、被計測物Ｍにて光が遮られて受光器２４ｂにて光が受光されなければオン状態となる。
【００２４】
図１に示すように、操作部２７には、装置の運転及び停止を指令する運転スイッチ２７ａ、波長校正用分光スペクトルデータ（波長校正用データに相当する）を取得する波長校正データ計測モードを指令する波長校正スイッチ２７ｂ、及び、計測対象の被計測物Ｍの品種を指令する品種スイッチ２７ｃ等が備えられていて、運転スイッチ２７ａにより運転が指令されると、基準分光スペクトルデータ（基準データに相当する）を取得する基準データ計測モードを実行した後、被計測物の内部品質を計測する通常データ計測モードを実行する。
【００２５】
基準データ計測モードは、リファレンスフィルタ２２に光を照射し、リファレンスフィルタ２２からの透過光を分光し、その分光した光を受光センサ１８にて受光して得られる分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして得るモードである。
通常データ計測モードは、搬送コンベア４により被計測物Ｍを載置搬送しながら、被計測物存在予定領域Ｐに位置する被計測物Ｍに光を照射し、被計測物Ｍからの透過光を分光し、その分光した光を受光センサ１８にて受光して得られる分光スペクトルデータを計測分光スペクトルデータとして得て、その計測分光スペクトルデータと、後述する基準分光スペクトルデータ及び波長校正用分光スペクトルデータに基づいて、被計測物Ｍの内部品質を求めるモードである。
波長校正データ計測モードは、波長校正用フィルタ２５に光を照射し、波長校正用フィルタ２５からの透過光を分光し、その分光した光を受光センサ１８にて受光して得られる分光スペクトルデータを波長校正用分光スペクトルデータとして得るモードである。
【００２６】
ちなみに、波長校正データ計測モードは、計測データに異状が生じた時等、メンテナンスの必要が生じた時に指令される。尚、波長校正データ計測モードは、被計測物存在予定領域Ｐに被計測物Ｍが存在しない状態で指令され、又、波長校正データ計測モードが実行される前後には、波長校正用フィルタ２５を光路Ｌ中に位置させる操作と、波長校正用フィルタ２５を光路Ｌから退避させる操作が人為的に行われることになる。
【００２７】
次に、制御部３による制御動作について説明する。
制御部３には、予め、操作部２７の品種スイッチ２７ｃから指令される被計測物Ｍの品種夫々に対応して、上下調節機構２１にてデータ取得部Ｄの上下方向での位置を調節するための目標高さが記憶されている。前記目標高さは、被計測物Ｍの各品種に対応して、各品種における平均的な大きさ（径）を有する被計測物Ｍに対して、その中心に向けて光を照射することができるような高さに設定されている。
【００２８】
運転スイッチ２７ａにて運転が指令されると、先ず、基準データ計測モードを実行し、以後は、運転スイッチ２７ａにて停止が指令されるまで、通常データ計測モードを実行する。
基準データ計測モードでは、搬送コンベア４による被計測物Ｍの搬送を停止させている状態で、上下調節機構２１を操作してデータ取得手段Ｄを前記リファレンス計測状態に切り換える。そして、前記各シャッター機構を開状態に切り換えて、投光部１からの光を被計測物Ｍに代えて前記リファレンスフィルター２２に照射して、そのリファレンスフィルター２２からの透過光を、受光部２にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして計測するのであるが、ここで、前記分光スペクトルデータが予め設定した適正状態になるように投光部１により照射するための目標照射量を求めるように構成されている。具体的には、受光センサ１８の検出値（基準分光スペクトルデータ）が、受光センサ１８の検出可能領域のうちの予め設定されている適正領域に入るように、ハロゲンランプ６に供給される電源電圧を自動調節するように電源回路５を制御するようになっている。すなわち、受光センサ１８の単位画素毎における光電変換素子の受光する光の光量の変化に対する出力値（電流値）の変化特性は、検出可能領域の全ての範囲にわたって直線的でなく、例えば図６に示すように非線形な領域を有していることが多いが、このような変化特性のうち直線的に変化する領域を利用して計測を行うようにすると、吸光度を精度よく検出することが可能となるから、ハロゲンランプ６の投光量が変化しても、常に、この直線的に変化する領域を利用して計測を行えるように、ハロゲンランプ６の投光量を自動調整するのである。
【００２９】
そして、前記基準データ計測モードにおいては、受光センサ１８に光が照射されるのが禁止された無光状態での受光センサ１８の検出値（暗電流データ）も計測される。すなわち、前記受光部２のシャッター機構１３を閉状態に切り換えて、そのときの受光センサ１８の単位画素毎における検出値を暗電流データとして求めるようにしている。
【００３０】
次に、通常データ計測モードにおける制御動作について説明する。
この通常データ計測モードにおいては、ハロゲンランプ６の投光量は前記目標照射量になるように自動調整された電源電圧で駆動される状態が維持されている。そして、データ取得部Ｄの高さが、品種スイッチ２７ｄから指令される品種に対応する目標高さになるように、上下調節機構２１を操作し、搬送コンベア４による被計測物Ｍの搬送を行う。そして、各被計測物Ｍが被計測物存在予定箇所Ｐを通過する毎に、夫々の計測分光スペクトルデータを計測する。
この計測分光スペクトルデータを実行する際に、制御部３は、被計測物Ｍの搬送方向先端部付近での受光センサ１８による設定時間内における検出値（予備測定値）を求めておいて、その検出値、すなわち、受光量に基づいて、計測分光スペクトルデータを計測する本計測状態での電荷蓄積時間を変更調節するようにしている。
詳述すると、ロータリーエンコーダ２３により検出される搬送コンベア４の搬送速度と、前記通過センサ２４による検出情報とに基づいて、被計測物存在予定領域Ｐに搬送されてくる各被計測物Ｍの搬送方向先端位置及び被計測物Ｍの搬送方向中央位置が被計測物存在予定領域Ｐを通過し始めるタイミング等を予め求めておく。すなわち、通過センサ２４にて被計測物Ｍが検出され始めると、通過センサ２４の出力がオフ状態からオン状態に切り換わり、被計測物Ｍの通過を終了するとオン状態からオフ状態に切り換わるので、その計測情報と搬送コンベア４の搬送速度の情報とから、被計測物Ｍの搬送方向先端位置が被計測物存在予定領域Ｐを通過するタイミングを求めることができる。
【００３１】
そして、図７のタイミングチャートに示すように、被計測物Ｍの搬送方向先端位置が被計測物存在予定領域Ｐを通過するタイミングＴ１から設定時間Ｔｓの間における受光部２の検出値（予備測定値）を読み込む動作を設定回数（例えば、１〜３回程度、図に示す例では２回）だけ行う。その検出値は、分光スペクトルデータとして用いるのではなく、その計測結果に基づいて、その後に行われる本計測における電荷蓄積時間Ｔｘを変更調整するための指標として用いる。すなわち、小径で光が透過し易い被計測物Ｍであれば短い電荷蓄積時間Ｔｘ１で計測を行い、中くらい大きさで透過率も中くらいであれば、中くらいの電荷蓄積時間Ｔｘ２で計測を行い、大径で光が透過し難い被計測物Ｍであれば長い電荷蓄積時間Ｔｘ３で計測することができるようにしている。尚、図７では、被計測物Ｍの搬送方向中央位置が被計測物存在予定領域Ｐを通過するタイミングを基準点（０）として大中小各種の被計測物Ｍに計測タイミングを示しており、図中、Ｔ２は、被計測物Ｍの搬送方向終端位置が被計測物存在予定領域Ｐを通過するタイミングを示している。データ転送とは、計測データを制御部３に送信する時間を示している。
このようにして設定された電荷蓄積時間にて計測分光スペクトルデータを計測する。
【００３２】
次に、このようにして得られた各種データに基づいて公知技術である分光分析手法を用いて被計測物Ｍの内部品質を解析する演算処理を実行するように構成されている。つまり、計測分光スペクトルデータ、前記基準分光スペクトルデータ、及び、暗電流データに基づいて、分光された各波長毎の吸光度スペクトル及び吸光度スペクトルの波長領域での二次微分値を得るとともに、その二次微分値により被計測物Ｍに含まれる糖度に対応する成分量や酸度に対応する成分量を算出する解析演算処理を実行するように構成されている。
吸光度ｄは、基準分光スペクトルデータをＲｄ、計測分光スペクトルデータをＳｄとし、暗電流データをＤａとすると、
【００３３】
【数１】
ｄ＝ｌｏｇ｛（Ｒｄ−Ｄａ）／（Ｓｄ−Ｄａ）｝
【００３４】
で定義され、制御部３は、下記の数２による重回帰分析に基づいて、被計測物Ｍに含まれる成分量を算出するのである。
【００３５】
【数２】
Ｙ＝Ｋ０＋Ｋ１・Ａ（λ１）＋Ｋ２・Ａ（λ２）
【００３６】
但し、
Ｙ ；成分量
Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２ ；係数
Ａ（λ１ ），Ａ（λ２ ） ；特定波長λにおける吸光度スペクトルの二次微分値
【００３７】
尚、制御部３には、成分量を算出する成分毎に、特定の成分量算出式、特定の係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２、及び、波長λ１，λ２等が予め設定されて記憶されており、この成分毎に特定の成分量算出式を用いて、各成分の成分量を算出する構成となっている。
【００３８】
波長校正データ計測モードが指令されると、搬送コンベア４による被計測物Ｍの搬送を停止させている状態で、上下調節機構２１を操作してデータ取得手段Ｄを前記通常計測状態に切り換える。そして、前記各シャッター機構を開状態に切り換えて、投光部１からの光を波長校正用フィルタ２５に照射して、その波長校正用フィルタ２５からの透過光を、受光部２にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを波長校正用分光スペクトルデータとして計測する。
更に、制御部３は、波長校正用分光スペクトルデータに一次微分を施して、波長が既知の２点のスペクトルピーク位置を検出し、その検出情報に基づいて、受光センサ１８の各受光素子の受光波長を校正する。
制御部３は、波長校正データ計測モードが指令されて、受光波長の校正を実行した後は、その波長校正後の各受光素子と受光波長との対応関係に基づいて、上述のように、被計測物Ｍの内部品質を解析する演算処理を実行するように構成されている。
【００３９】
〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。
【００４０】
（イ） 上記実施形態では、上下調節機構２１によるデータ取得部Ｄの位置調節によりデータを取得する対象とする基準体Ｒとして、リファレンスフィルター２２のみを適用する場合について例示したが、リファレンスフィルター２２に加えて、波長校正用フィルタ２５も適用するようにしても良い。
この場合、リファレンスフィルター２２と波長校正用フィルタ２５を、被計測物存在予定領域Ｐの上方において、上下方向に並べて配置して、上下調節機構２１を、通常計測状態及びリファレンス計測状態の２状態に、投光部１からの光が波長校正用フィルタ２５を透過した後に受光部２にて受光される状態を加えた３状態に切り換えられるように構成しても良い。
あるいは、データ取得部Ｄを静止させた状態で、光路Ｌ中にリファレンスフィルター２２と波長校正用フィルタ２５とを各別に位置させる機構を設けても良い。
【００４１】
（ロ） 被計測物存在予定領域Ｐの上方に、光を遮断する遮光部を配置して、上下調節機構２１を、通常計測状態及びリファレンス計測状態の２状態に、投光部１からの光が前記遮光部にて遮断されて受光センサ１８に光が照射されるのを禁止する遮光状態を加えた３状態に切り換えられるように構成しても良い。
この場合は、内部品質計測装置全体を遮光状態で設置する必要があるが、前記遮光状態に切り換えることにより、暗電流データが計測できるので、上記の実施形態において設けたシャッター機構１３を省略することができる。
【００４２】
（ハ） 上記の実施形態においては、同一品種の被計測物Ｍを連続して計測する場合は、データ所得部Ｄの位置を固定する場合について例示したが、通過センサ２４の検出情報に基づいて被計測物Ｍの径を求めて、求めた径に応じて、光を被計測物Ｍの中心に向けて照射できるように、上下調節機構２１によりデータ取得部Ｄの位置を調節するように構成しても良い。
【００４５】
（ヘ） 上記の実施形態においては、運転スイッチ２７ａにて運転が指令されたときに、基準データ計測モードを実行し、以降は、運転スイッチ２７ａにて停止が指令されるまで、通常データ計測モードを実行して、装置の運転開始時に計測した基準分光スペクトルデータに基づいて、以降の複数の被計測物Ｍの内部品質の計測を行うように構成する場合について例示した。これに代えて、各被計測物Ｍの内部品質を計測するタイミング毎に、基準データ計測モードを自動的に実行して、そのように各被計測物Ｍの内部品質を計測するタイミング毎に測定した基準分光スペクトルデータに基づいて、各被計測物Ｍの内部品質の計測するように構成しても良い。
あるいは、所定の時間間隔毎に基準データ計測モードを自動的に実行するように構成しても良い。
あるいは、操作部２７に、基準データ計測モードの実行を指令するスイッチを設けて、基準データ計測モードの実行を必要時に人為的に指令できるように構成しても良い。
【００４６】
（ト） 上記の実施形態においては、被計測物Ｍに連続波長の光を照射し、被計測物Ｍからの透過光を分光器１４にて分光して、その分光スペクトルに基づいて内部品質を求めるように構成するについて例示したが、干渉フィルタ等を用いて、導出対象の内部品質と強い相関がある特定波長の光を被計測物Ｍに照射し、被計測物Ｍからの透過光に基づいて、内部品質を求めるように構成しても良い。
【００４７】
（チ） 上記の実施形態では、光量校正用基準体としてオパールガラスによるリファレンスフィルタ２２を用いたが、これに限らず、例えば、スリガラス等の拡散板の他、所定の吸光度特性を有するものであればよく、材質は限定されない。又、ハロゲンランプ６に代えて、水銀灯、Ｎｅ放電管等を用いてもよく、受光センサ１８として、ＭＯＳ型ラインセンサに限らず、ＣＣＤ型ラインセンサ等を用いるようにしてもよい。
【００４８】
（リ） 上記の実施形態では、被計測物Ｍからの透過光に基づいて分光スペクトルを計測するようにしたが、このような構成に限らず、被計測物Ｍからの反射光に基づいて分光スペクトルを計測するようにしてもよい。
【００４９】
（ヌ） 上記の実施形態では、被計測物Ｍの内部品質として、糖度や酸度を例示したが、これに限らず、食味の情報等、それ以外の内部品質を計測してもよい。又、操作部２７にて、被計測物Ｍの種類（果物の場合は、ミカン、りんご、メロン）を指令して、指令された被計測物Ｍの種類に応じた条件（上下調節機構２１による被計測物Ｍの種類に応じたデータ取得部Ｄの高さ調節も含む）にて、内部品質を求めるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部品質計測装置の概略構成図
【図２】分光器の構成図
【図３】データ取得部の上下位置変更状態を示す図
【図４】制御ブロック図
【図５】内部品質計測装置の設置状態を示す平面図
【図６】受光センサの特性図
【図７】計測作動のタイミングチャートを示す図
【符号の説明】
４ 搬送手段
１３ 切り換え手段
１８ 受光センサ
２１ 位置調節手段
２２ 光量校正用基準体
２５ 波長校正体
Ｃ 品質導出手段
Ｄ データ取得手段
Ｌ 光路
Ｍ 被計測物
Ｐ 被計測物存在予定領域
Ｒ 基準体

Claims (3)

1. 被計測物存在予定領域に位置する被計測物に光を照射する投光部と前記被計測物からの透過光に基づいてデータを取得する受光部とを備えて構成されるデータ取得手段と、そのデータ取得手段が取得したデータに基づいて前記被計測物の内部品質を求める品質導出手段と、前記被計測物存在予定領域と前記データ取得手段との相対位置関係を調節する位置調節手段とが設けられた内部品質計測装置であって、
   前記被計測物が、前記被計測物存在予定領域を通過するように搬送手段にて搬送されるように構成され、
   前記被計測物存在予定領域とは異なる箇所に、校正用の基準体が配置され、前記位置調節手段の調節により、前記被計測物のデータを取得する状態と、前記基準体に光を照射して前記基準体からの透過光に基づいて前記基準体のデータを取得する状態とに切り換えられるように構成され、前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ及び前記基準体のデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成され、
   前記データ取得手段が、前記被計測物存在予定領域の上方側を迂回するように設けられた枠体に前記投光部と前記受光部とが前記被計測物存在予定領域の左右両側箇所に振り分け配置される状態で一体的に組み付けられて構成され、
   前記位置調節手段が、固定部に対して位置固定状態で設置されて前記枠体を移動案内するガイド部材を備えて、前記枠体を移動調節するように構成され、
   前記基準体が、前記ガイド部材に固定状態で設けられている内部品質計測装置。
2. 前記基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成され、
   前記データ取得手段における受光部分にデータ取得用の光が照射されるのを許容する照射状態と禁止する遮光状態とに切り換える切り換え手段が設けられ、
   前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ、前記基準体のデータ、及び、前記切り換え手段が前記遮光状態に切り換えられているときに取得したデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成されている請求項１記載の内部品質計測装置。
3. 前記基準体が、データ取得手段から照射される光を透過又は反射させて所定の率で減衰させる光量校正用基準体にて構成され、
   前記データ取得手段が、前記被計測物からの透過光又は反射光を分光し、その分光した光を受光センサにて同時に各波長毎に受光して、分光スペクトルデータを得るように構成され、
   前記受光センサの受光波長範囲内において少なくとも２個の波長にピーク部を有する波長校正用光が得られる波長校正体が、前記データ取得手段における光路中に位置する状態と、前記光路から退避した状態とに切り換え自在に設けられ、
   前記品質導出手段が、前記被計測物のデータ、前記基準体のデータ、及び、前記波長校正体が前記光路中に位置するときに取得したデータに基づいて、前記内部品質を求めるように構成されている請求項１又は２記載の内部品質計測装置。

Images