JP3736409B2 - 糖度測定用光源装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、野菜や果物の青果物の糖度を非破壊的に測定する青果物糖度測定装置に利用される糖度測定用白熱ランプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
野菜や果物の青果物は天然産品であるため一般に個体間で品質がばらつき、その品質の優劣により取引価格は上下するものである。
従来から品質の優劣には、青果物の外見上の見栄えが大きく左右していたが、最近では、無農薬野菜に代表されるように、商品の外見上の見栄えにこだわるのではなく、青果物本来の「美味しさ」に重点が置かれる傾向にある。
【0003】
特に、果物は、外見上は食べころであっても、味が酸っぱい、甘くないなど、外見からは果物の美味しさを見分けることが難しいという問題があった。
最近では、果物の美味しさを評価する基準として、果物内に存在する糖分の量を光を照射して測定する技術が開発されている。
【0004】
果物に照射する光は、通常、白熱ランプから放射される光を反射鏡によって反射して利用するものである。白熱ランプを用いる理由は、白熱ランプは安価であり取り扱いも簡単であるという利点と、白熱ランプから放射される600nm〜1200nmの可視光から近赤外光にかけての光は、糖に関連する物質に吸収される性質があり、この範囲の光を果物に照射し、光が吸収される度合いを調べることにより、その果物に存在する糖度を測定できるからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白熱ランプは、波長1000nm付近をピークとした可視光から遠赤外線まで放射するものであり、必要とされる600nm〜1200nmの光以外も照射されてしまう。
【0006】
この結果、600nmより短波長側のエネルギーの大きい光によって、果物内部の糖分が破壊されたり、繊維物質が破壊されるなどの問題があった。また、1200nmより長波長の光によって、果物が加熱されて表面が焼損するなどの問題があった。
【0007】
一方、白熱ランプと果物の間の光路中に、600nm〜1200nmの光は透過し、それ以外の光はカットするフィルターを入れることも考えられるが、これは装置のコストアップにつながったり、あるいは、装置によってはスペースに余裕がなく、そのようなフィルターを配置することができないことがあった。
【0008】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、果物等の青果物の糖度を光によって測定する際に、青果物になんら損傷を与えることなく確実に糖度を測定できる青果物糖度測定装置に用いられる糖度測定用光源装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の糖度測定用光源装置は、 青果物に光を照射し青果物からの反射光或いは透過光によって、当該青果物の糖度を測定する青果物糖度測定装置に用いられる糖度測定用光源装置であって、
前記糖度測定用光源装置は、白熱ランプと、この白熱ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなり、前記白熱ランプは、ガラス製の発光管内にフィラメントが配置され、当該発光管の外面に、フィラメントから放射される光のうち600nm以下の短波長側の光を吸収する短波長吸収膜が形成されており、前記反射鏡は、ガラス製の基材からなり、当該基材の表面に白熱ランプから放射された光のうち1200nmまでの光を反射し1200nm以上の長波長側の光を透過する長波長透過膜が形成されており、前記短波長吸収膜がFe2O3の単層膜或いはFe2O3−SiO2交互積層膜であって、前記長波長透過膜が、高屈折率膜と低屈折率膜の交互積層膜であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の糖度測定用光源装置の説明図である。
白熱ランプ10は、回転楕円状の反射鏡20によって取り囲まれており、反射鏡20の焦点に白熱ランプのフィラメントが位置するようになっている。そして、白熱ランプ10から放射された光が反射鏡20によって反射されて、不図示の青果物に照射されるものである。
【0011】
図2は、本発明の糖度測定用光源装置の白熱ランプを説明するための断面図である。
この白熱ランプは、一端にピンチシールによって気密封止部が形成された封止部12を有し、他端に排気管残部13を有する、例えば硬質ガラス製の発光管11を具え、この発光管11内に、フィラメントコイル14が発光管11の管軸に沿って伸びるように配置されて構成されている一端封止型の白熱ランプ10である。また、発光管11内には、例えば不活性ガスおよびハロゲン化合物が封入されている。
【0012】
フィラメントコイル14には、その一端部に一方の内部リード棒15aが接続されると共に他端部には他方の内部リード15bが接続されており、これら一方の内部リード棒15aおよび他方の内部リード棒15bの先端は、それぞれ封止部12に伸びて、当該封止部12内において互いに離間して埋設された一対の金属箔16a及び16bに接続されていると共に、一方の内部リード棒15aの他端部は発光管11の排気管残部13内に挿入されて保持されている。また、金属箔16a及び16bの各々には、封止部12から外方に伸びる一方の外部リード棒17a及び他方の外部リード棒17bがそれぞれ接続されている。そして、発光管11の表面には短波長側の光を吸収する短波長吸収膜18が形成されている。
【0013】
短波長吸収膜18は、Fe2O3よりなる単層膜或いはFe2O3−SiO2交互積層膜であって、発光管11を透過した光うち、600nm以下の光を良好に吸収するものである
Fe2O3−SiO2交互積層膜とは、高屈折率膜であるFe2O3をH1、低屈折率膜であるSiO2をL1とすると、膜設計が(1/2H1・L1・1/2H1)n:nは整数、中心波長480nmである。膜厚は、中心波長の1/4波長の厚みであり、一層目の高屈折率層H1の光学膜厚(λnm)が60、2層目の低屈折率層L1の光学膜厚(λnm)が120、3層目の高屈折率層H1の光学膜厚(λnm)が60である1組の積層組膜をn回積層することである。
この(1/2H1・L1・1/2H1)nの膜設計は長波長を透過する性質を有するものであり、(H1・L)n・Lの膜設計でも同様の性質を有する。このような膜設計であれば、600nm以下の光を良好に吸収し、長波長側の光を透過するものである。
なお、発光管11の外表面にFe2O3単層膜を形成した場合は、屈折率によって、Fe2O3膜を透過した光にリップルが生じる場合があり、この場合、Fe2O3膜に光を散乱させるための超微粒子を配合してリップルを減少させる方法を採ってもよい。
【0014】
図1に示すように、反射鏡20は、その反射面に白熱ランプ10からの光のうち長波長側の光を透過する長波長透過膜22が形成されている。
この長波長透過膜22は、ガラス製の基材21の表面に形成されている。
この長波長透過膜22は、Si、Fe2O3、TiO2、Ta2O5等いずれか一つの物質よりなる高屈折率膜が形成されており、この高屈折率膜上にSiO2よりなる低屈折率膜が形成され、これらの高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に繰り返し10層から50層の所定層積層してなるものである。
この時の標準的な膜設計は、高屈折率膜をH2、低屈折率膜をL2とすると、(1/2H2・L2・1/2H2)n:nは整数、中心波長800〜1000nmとなる。膜厚は、中心波長の1/4波長の厚みであり、一層目の高屈折率層H2の光学膜厚(λnm)が100〜125、2層目の低屈折率層L2の光学膜厚(λnm)が200〜250、3層目の高屈折率層H2の光学膜厚(λnm)が100〜125である1組の積層組膜をn回積層することである。
そして、長波長透過膜22は、高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をコントロールすることにより、1200nm以上の近赤外光から遠赤外光にかけての光を基材21の後方に透過させるものである。
【0015】
したがって、発光管11を透過した光のうち600nm以下の光は発光管11の外表面に形成された短波長吸収膜18によって吸収され、短波長吸収膜18を透過した光は反射鏡20に照射され、反射鏡20の長波長透過膜22によって1200nm以上の光は反射されずに反射鏡20の後方に抜けるので、反射鏡20によって反射された光は600nm〜1200nmの可視光から近赤外光にかけての光となる。
【0016】
次に、図1に示す構造の糖度測定用光源装置を用いて、白熱ランプの短波長吸収膜がある場合とない場合と、反射鏡に長波長透過膜がある場合とない場合のそれぞれの組み合わせにおける、反射鏡から反射された光の分光分布を調べる実験を行った。結果を図3に示す。図3では縦軸に相対強度、横軸に波長を示す。
なお、この実験に用いた白熱ランプは、15V、10A、150W、フィラメント温度3200Kで点灯するランプであり、反射鏡はガラス製で光透過性を有するものを用いた。
以下に、白熱ランプと反射鏡の仕様を示す。
【0017】
<白熱ランプA>
短波長吸収膜(Fe2O3−SiO2交互積層膜)
積層構成:0.9(1/2H1・L1・1/2H1)6 中心波長550nm
高屈折率膜H1(Fe2O3):光学膜厚(λnm)68.75
低屈折率膜L1(SiO2 ):光学膜厚(λnm)137.5
<白熱ランプB>
発光管の表面に短波長吸収膜なし。
<反射鏡A>
長波長透過膜(Si−SiO2交互積層膜)
積層構成:1.5(1/2H2・L2・1/2H2)7・0.9(1/2H2・L2・1/2H2)7 中心波長1000nm
高屈折率膜H2(Si) :光学膜厚(λnm)68.75
低屈折率膜L2(SiO2 ):光学膜厚(λnm)137.5
<反射鏡B>
反射面に長波長透過膜なし。
【0018】
(実施例1の光源装置)
白熱ランプAと反射鏡Aとを組み合わせた光源装置。
(比較例1の光源装置)
白熱ランプBと反射鏡Aとを組み合わせた光源装置。
(比較例2の光源装置)
白熱ランプAと反射鏡Bとを組み合わせた光源装置。
(比較例3の光源装置)
白熱ランプBと反射鏡Bとを組み合わせた光源装置。
【0019】
図3中、実施例1の光源装置はグラフaであり、比較例1の光源装置分光分布はグラフbであり、比較例3の光源装置の分光分布はグラフcであり、比較例4光源装置の分光分布はグラフdである。
図3から理解できるように、本発明の実施例1の光源装置は、600nm以下の光の相対強度が低く、また、1200nm以上の光の相対強度も低く、極めて良好に600nm〜1200nmの光のみ光源装置から放射されていることがわかる。
一方、比較例1の光源装置では、白熱ランプの発光管外表面に600nm以下の光を吸収する短波長吸収膜がないので、600nm以下の光の強度が実施例1の光源装置に比べ高くなっていることがわかる。
さらに、比較例2の光源装置では、反射鏡に1200nm以上の光を透過する長波長透過膜がないので、1200nm以上の光も反射され、1200nm以上の光の強度が実施例1の光源装置に比べ高くなっていることがわかる。
比較例3の光源装置では、白熱ランプの発光管外表面に600nm以下の光を吸収する短波長吸収膜がなく、反射鏡に1200nm以上の光を透過する長波長透過膜もないので、600nm以下の光の強度と1200nm以上の光の強度が実施例1の光源装置に比べ高くなっていることがわかる。
【0020】
実施例1に示す光源装置を青果物糖度測定装置に組み込んで、糖度測定用白熱ランプとした場合、600nm〜1200nmの可視光から近赤外光にかけての光のみ青果物に照射され、青果物中の糖が破壊されることなく、青果物の表面が焼損することなく、青果物になんら損傷を与えずに、その青果物に存在する糖度を確実に測定できる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の糖度測定用光源装置によれば、糖度測定用光源装置は、白熱ランプと、この白熱ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなり、白熱ランプには発光管の外面に短波長吸収膜が形成され、反射鏡には長波長透過膜が形成されており、短波長吸収膜がFe2O3の膜であって、長波長透過膜がSiとSiO2を交互に積層した膜であるので、この本発明の糖度測定用光源装置から放射された光は、600nm〜1200nmの可視光から近赤外光にかけての光のみとすることができ、青果物中の糖が破壊されることなく、青果物の表面が焼損することなく、青果物になんら損傷を与えずに、その青果物に存在する糖度を確実に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の糖度測定用光源装置の説明図である
【図2】本発明の糖糖度測定用光源装置に用いられる白熱ランプの説明図である。
【図3】本発明の糖糖度測定用光源装置と比較用の光源装置から放射される光の分光分布データを示す説明図である。
【符号の説明】
10 白熱ランプ
11 発光管
14 フィラメント
18 短波長吸収膜
20 反射鏡
22 長波長透過膜
Claims (1)
- 青果物に光を照射し青果物からの反射光或いは透過光によって、当該青果物の糖度を測定する青果物糖度測定装置に用いられる糖度測定用光源装置であって、
前記糖度測定用光源装置は、白熱ランプと、この白熱ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなり、
前記白熱ランプは、ガラス製の発光管内にフィラメントが配置され、当該発光管の外面に、フィラメントから放射される光のうち600nm以下の短波長側の光を吸収する短波長吸収膜が形成されており、
前記反射鏡は、ガラス製の基材からなり、当該基材の表面に白熱ランプから放射された光のうち1200nmまでの光を反射し1200nm以上の長波長側の光を透過する長波長透過膜が形成されており、
前記短波長吸収膜がFe2O3の単層膜或いはFe2O3−SiO2交互積層膜であって、
前記長波長透過膜が、高屈折率膜と低屈折率膜の交互積層膜であることを特徴とする糖度測定用光源装置。
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