JP4201237B2 - 血卵検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鶏卵の分光透過スペクトルを測定し、卵殻色素による吸光度で卵殻色を判別後、血液による吸光が観測される波長領域において、血液が混入していない正常卵のスペクトルパターンとの類似度を、白色、紅色、褐色などの卵殻色毎に相関係数で判別する術であり、鶏卵の自動選別包装における血卵の検査精度の向上に役立つ。
【０００２】
【従来の技術】
日本では、毎年400億個前後（250万トン前後）の鶏卵が生産されているが、これらの中の約70％（280億個前後）が、平均10個単位で包装卵に供されており、数万個〜10数万個／時の鶏卵処理能力を持つ自動選別包装機が多用されている。このような鶏卵の選別包装工程では、卵黄の表面に血斑が付着したり卵白全体に血液が広がった血卵、卵殻の表面に鶏糞などが付着した汚卵、卵殻がヒビ割れたヒビ卵、などの異常卵を確実に排除し、正常卵のみを包装しなければならない。異常卵の目視検査の精度や再現性に限界があるため、米国特許第2,823,800号、日本特許の特公昭51-48995号公報など、光学式をはじめとする種々の検査技法が提案され、実用化が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、血卵、汚卵、ヒビ卵など、異常卵の検査技法が多数提案され、普及の途上にある。光学式の血卵検査装置については、卵殻が白色ならば比較的高精度で検査できるようになったものの、紅色や褐色などの有色卵については、血卵中のヘモグロビン類と卵殻の色素の吸光波長領域が部分的に重なるため、検査精度が著しく低いことに難点があり、検査の完全自動化を妨げている。本発明が解決しようとする課題は、鶏卵の自動選別包装工程において、卵殻色を問わず、血卵の検査を完全に自動化できる血卵検査技法の実現である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
種々の鶏卵の分光透過スペクトルを測定し、血卵中に含有されているヘモグロビン類が吸光する波長領域で、スペクトルパターンの相関を調べたところ、正常卵同士のスペクトル間の類似度は、卵殻色が同一ならば非常に高いが、卵殻色が異なるとかなり低下することが判明した。その結果、検査卵と正常卵の分光スペクトル間におけるスペクトルパターンの類似度を卵殻色別に相関係数によって分級すると、卵殻色を問わず、血卵を高精度で判別できることが示唆された。
【０００５】
鶏、鴨、七面鳥、鵞鳥、雉など、多種の鳥卵について卵殻成分を定量的に分析した研究報告（L.Schwarz, W.Deckert und H.Ketels, Z.Physiol.Chem., Bd.312, 37-44(1958)）によれば、卵殻色素はプロトポルフィリンであり、この含量で卵殻色が規制されるという現象が公知である。鶏卵は、白色レグホーン種、ロードアイランド種、ニューハンプシャー種などの鶏種によって、明白色、淡紅色、褐色などの多様な卵殻色を呈し、同一の鶏種でも色調が幾分異なる場合もあるが、何れの卵殻色も１種類の色素プロトポルフィリンの濃度だけによって規制されることが、前記の古典的な研究成果から帰結された。
【０００６】
鶏卵の卵殻のみについて、分光透過スペクトルと分光反射スペクトルを測定した結果、▲１▼580〜590nm、▲２▼640〜650nmならびに▲３▼665〜675nmの波長領域において、プロトポルフィリンによる吸収極大が観測された。この３種の吸収極大の中で、▲１▼は血卵のヘモグロビン類による吸収波長に近く、▲３▼は吸光度が相対的に低いが、▲２▼はヘモグロビン類の吸収波長から比較的遠いと同時に吸光度が相対的に高いことに着目し、卵殻色は▲２▼の吸収光度によって識別できることを見出した。該卵殻色識別法において鶏卵成分が光を殆ど吸収しない波長（例えば685nm）の吸光度を基準としてスペクトルを規格化後、２次微分スペクトルに変換すると、640〜650nmの波長領域におけるピークの高さが、プロトポルフィリンの濃度に対して良好な相関関係を呈し、卵殻色の識別に利用できることが判明した。
【０００７】
本発明では、先ず、正常卵の分光透過スペクトルを卵殻色毎に測定し、収録する。次いで、検査卵の分光透過スペクトルを測定後、鶏卵成分が光を殆ど吸収しない波長685nmにおける吸光度で規格化し、640〜650nmの波長領域における卵殻色素の極大吸光度を分級して卵殻色を判別する。最後に、血液の吸光波長領域560〜590nmで、検査卵のスペクトルと卵殻色毎に収録した正常卵のスペクトルの類似度を、相関係数などによって分級し、血卵であるか否かを判別する。この検査法において、スペクトル間の相関係数は、このスペクトルの規格化によって変化しない。卵殻色は、鶏卵の透過光と卵殻表面での反射光の中で、何れの分光スペクトルを採用しても判別できる。血卵を判別するには、鶏卵を透過した光が適しているが、卵殻表面での反射光を用いると、本発明の技法を汚卵の検査にも応用できる。また、該鶏卵検査装置を鶏卵自動選別包装システムに搭載すると、卵殻色を問わず、血卵や汚卵を高精度で検査ならびに排除できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来の血卵検査装置は、白色卵ならば検査精度が比較的高いのに対し、紅色や褐色などの有色卵に関する検査精度が著しく低い。これは、ヘモグロビン類が極大吸収を示す波長近辺での吸光度を分級して、血卵を判別することに起因する。
【０００９】
この問題を克服するため、図１に示すように、本発明の血卵検査装置10を、鶏卵11に白色光13を照射する光源灯12、鶏卵の透過光14または卵殻表面における反射光15を受ける光ファイバ16、光ファイバで伝送された光を分光する分光素子17と波長別に電気信号に変換するフォトダイオードアレイ18、該電気信号を分光スペクトルに変換すると共に数学的処理を施す演算機構19などで構成した。この血卵検査装置を用いて、先ず卵殻色毎に正常卵の分光スペクトルを測定し、収録する。次に検査卵の卵殻色を判別し、最後に検査卵の分光スペクトルと予め収録した正常卵の分光スペクトルについて、パターンの類似度を分級し、血卵であるか否かを判別する。スペクトルパターンの類似度は種々のパターン認識法で表示できるが、相関分析によって定まる相関係数の有用性が高い。
【００１０】
図２に示すように、血卵検査装置10の光源灯12とフォトダイオードアレイ18に可撓性の光ファイバ16を接続し、鶏卵の照光部20と鶏卵の透過光14または卵殻表面での反射光15の受光部21を、鶏卵の自動選別包装システムの検査部における鶏卵11の移動と同期させながら、所定範囲を周期的に往復させることによって、光学系が相対的に静止させると、鶏卵を高精度で検査できる。卵殻中に存在する色素（プロトポルフィリン）の吸光スペクトルは、鶏卵の透過光のスペクトルと反射光のスペクトルの何れにおいても、類似のパターンを示す。
【００１１】
血卵検査装置10は、図３に概念を示すように、鶏卵の自動選別包装システム30に搭載できる。該選別包装システムは、システム制御部31、洗浄部32、乾燥部33、整列部34、検査部35、計量部36、転送部37、コンベア38、異常卵排除部39、包装部40などから成り、血卵検査装置10は、検査部35に搭載される。このような鶏卵の自動選別包装システム上で鶏卵を洗浄ならびに乾燥後、血卵検査装置10で血卵であるか否かを高精度で判別した信号が、システム制御部31の指令に従って不合格卵排除部39に伝達され、血卵は他の不合格卵と共に排除される。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示し、その技術内容を具体的に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
図１に示す構成の血卵検査装置を用いて、明白色、淡紅色または褐色の正常な鶏卵11に、出力100Wのハロゲン灯12から出射された白色光13を照射すると共に、鶏卵の透過光14を0.9nm刻みに受光するフォトダイオードアレイ18で受けて電気信号に変換する方式で、分光透過スペクトルを測定後、演算機構19からの指示に従って、卵殻色毎に収録した。同様な手順で検査卵の分光スペクトルを測定し、卵殻厚の影響を除くため、鶏卵の成分が殆ど吸光しない波長685nmにおける光の透過度を基準として、分光スペクトルを規格化した。該スペクトルの２次微分曲線を作成したところ、卵殻色は、卵殻色素の光吸収が極大になる波長645nmでのピークの高さで、明白色卵＜0.0014≦淡紅色卵＜0.0027≦褐色卵、のように分級された。この分級法によって検査卵の卵殻色を判別後、血卵の吸光が顕著な波長領域560〜590nmで卵殻色毎に正常卵同士のスペクトル間における相関を調べた結果、相関係数の範囲は、明白色0.994〜0.999、淡紅色0.986〜0.999および褐色0.974〜0.999であった。そこで、卵殻色毎に正常卵と血卵を識別する相関係数の閾値を、明白色0.99、淡紅色0.98ならびに褐色0.97に設定して、明白色卵126個、淡紅色卵103個、褐色卵103個、合計332個の血卵を検査に供した場合の正解率は、表１に示すように、明白色卵93％、淡紅色卵99％および褐色卵97％であり、平均正解率96％の好成績が得られた。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（実施例２）
実施例１では、鶏卵11に白色光13を照射し、この鶏卵を透過した光14を用いて卵殻色を判別したが、その代わりに卵殻表面での反射光15を用いて分光反射スペクトルを実施例１と同様に規格化後、このスペクトルの２次微分曲線を作成したところ、卵殻色は、卵殻色素の光吸収が極大になる波長645nmにおけるピークの高さで、明白色卵＜0.0002≦淡紅色卵＜0.0010≦褐色卵、のように分級された。卵殻色の判別条件以外については、実施例１と同じ条件を用い、明白色卵62個、淡紅色卵55個、褐色卵58個、合計175個の血卵を検査に供した。この正解率は、表２に示すように、明白色卵98％、淡紅色卵96％および褐色卵95％であり、平均正解率は97％であった。
【００１６】
【表２】

【００１７】
（実施例３）
実施例１で用いた血卵検査装置を鶏卵11の自動選別包装システム30に搭載し、図２に例示するように、ハロゲン灯12とフォトダイオードアレイ18に、可撓性の光ファイバ16を接続した。次に、鶏卵への照光部20と鶏卵の透過光14の受光部21を、該システムの検査部を秒速90mmで通過する鶏卵の移動と同期させながら、所定範囲50mmを周期的に往復させることによって、鶏卵と検査光学系を相対的に静止させた。この状態で、実施例１と同様の手順で、正常卵の分光スペクトルに関する２次微分曲線を作成したところ、卵殻色は、波長645nmにおけるピークの高さで、明白色卵＜0.0014≦淡紅色卵＜0.0027≦褐色卵、のように分級された。明白色卵150個、淡紅色卵113個、褐色卵107個、合計370個の血卵を検査したところ、表３に示すように、明白色卵95％、淡紅色卵96％ならびに褐色卵93％の正解率が得られ、平均正解率は95％であった。これらの血卵検査情報が、該自動選別包装システムに設置したシステム制御部31の指令に従って、不合格卵排除部39に伝達された結果、血卵は高精度で排除された。
【００１８】
【表３】

【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の血卵検査装置を鶏卵の自動選別包装システムに搭載して白色光を照射し、鶏卵を透過した光または卵殻表面で反射した光の分光反射スペクトルを測定すると共に、卵殻色素の吸光度で卵殻色を判別後、卵殻色毎に収録した正常卵の分光透過スペクトルに対するパターンの類似度を、相関分析法などで分級したところ、卵殻色を問わず、高精度で血卵を判別ならびに排除できた。卵殻色は、鶏卵の透過光または卵殻表面での反射光の中で、何れの分光スペクトルを採用しても、２次微分曲線のピークの高さを較正することによって判別できた。また、血卵の検査では、鶏卵を透過した光の分光透過スペクトルが適しているのに対し、該血卵検査法を、卵殻表面に異物が付着した汚卵の判別に応用する場合には、卵殻表面で反射した光のスペクトルの有用性が高いが、後者については、異物の成分が多種多様であることに注意を要する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の血卵検査装置に関する基本構成。
【図２】本発明の血卵検査装置における光学系の静止機構。
【図３】本発明の血卵検査装置を搭載した鶏卵自動選別包装システム概念図。
【符号の説明】
10・・・血卵検査装置、
11・・・鶏卵、 12・・・光源灯、 13・・・白色光、 14・・・透過光、
15・・・反射光、16・・・光ファイバ、17・・・分光素子、
18・・・フォトダイオードアレイ、 19・・・演算機構、 20・・・照光部、
21・・・受光部、
30・・・鶏卵自動選別包装システム、
31・・・システム制御部、 32・・・洗浄部、 33・・・乾燥部、
34・・・整列部、 35・・・検査部、 36・・・計量部、 37・・・転送部、
38・・・コンベア、39・・・不合格卵排除部、 40・・・包装部、

Claims (5)

1. 鶏卵に白色光を照射する光源灯と、
   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する分光素子と、
   前記分光された光を特定の波長別に電気信号に変換するフォトダイオードアレイと、
   前記電気信号を分光スペクトルに変換すると共に、該分光スペクトルに数学的処理を施す演算処理手段と、
   を備えた血卵検査装置であって、
   前記演算処理手段が、
   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、血液の吸光が観測される５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域において、卵殻色毎に予め測定して収録する収録部と、
   検査卵の透過光の分光透過スペクトルパターンを前記５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域において測定する測定部と、
   前記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卵殻色判別部と、
   前記測定部で得た検査卵のスペクトルパターンと前記収録部に収録された正常卵のスペクトルパターンとの前記５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域における類似度によって検査卵が血卵であるか否かを判別する血卵判別部と、
   を備えた血卵検査装置。
2. 請求項１において、さらに、前記光源灯からの白色光を鶏卵に照射する照光部を有し、前記光源灯に接続された可撓性の第１光ファイバと、
   前記鶏卵の透過光または反射光を受光する受光部を有し、前記フォトダイオードアレイに接続される可撓性の第２光ファイバと、
   を備え、
   前記第１光ファイバの照光部および第２光ファイバの受光部は、前記血卵検査装置を搭載した鶏卵選別装置上の所定範囲で鶏卵の移動と連動し、
   前記受光部は、前記照光部に対して相対的に静止した状態で、鶏卵に光が照射された時、該鶏卵の透過光または反射光を受光する血卵検査装置。
3. 請求項２において、前記受光部が、鶏卵の周囲に複数設けられ、鶏卵の透過光または卵殻表面での反射光を前記複数の受光部で満遍なく受けて、各受光部を有する前記第２光ファイバでフォトダイオードアレイに導光する血卵検査装置。
4. 請求項１、２または３において、前記演算処理手段は、さらに、
   鶏卵の透過光の分光透過スペクトルを、卵殻色素のプロトポルフィリンが吸光しない波長領域における吸光度で規格化する規格化部を備え、
   前記卵殻色判別部は、該スペクトルの２次微分曲線における該色素のピーク強度によって、卵殻色を判別する血卵検査装置。
5. 請求項１、２または３において、前記演算処理手段の前記血卵判別部は、血液のヘモグロビン類に基づく吸光が観測される５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域において、鶏卵の前記分光透過スペクトルパターンと、正常卵の分光透過スペクトルパターンとの類似度を相関係数で示すことによって、血卵であるか否かを判別する血卵検査装置。

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