JP4260985B2 - 茶葉の品質測定方法、品質測定装置及び格付処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学測定を利用した色及び成分の同時測定による茶葉の品質測定方法、品質測定装置及び格付け処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生葉の成分測定は光学的測定法が用いられている。光源にはハロゲンランプが用いられ、フィルタで単一光に変換した光を生葉に照射し、生葉からの反射光を積分球に入射させる。積分球は、内壁面に拡散反射率の高い白色塗料が塗布されており、入射光は拡散反射を繰り返す。この積分球の測光窓からその拡散反射光を光導電素子（ＰｄＳ素子等）を用いて検出し、その検出光から生葉の吸光度を算出し、この吸光度から生葉の成分が判定される。このような測定は、測定すべき波長毎に複数のフィルタが設定され、生葉の測定は１０枚のフィルタを交換して行われている。即ち、複数枚のフィルタを用いた吸光度の測定ではフィルタの交換に時間が掛かり、生葉の格付け処理に手間取ることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、生葉の成分や色を測定し、これらを格付けに使用することは、格付け処理の信頼性を高め、品質の高い茶葉の生産に寄与することになる。しかしながら、このような格付け処理のために測定に手間取ると、格付け処理が製茶処理前の生葉の搬入及びその待機時間が長くなり、輸送コストや処理コストを上昇させることになる。
【０００４】
また、成分データや色データを段階的に取り込み、その上、官能データを加算することは処理工程数を増加させ、処理時間が長くなり、過誤の発生も無視できないという不都合もある。
【０００５】
そこで、本発明は、生葉等の茶葉の色及び成分の同時測定を行い、処理の迅速化を図った茶葉の品質測定方法、品質測定装置及び格付処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、茶葉（２）からの反射光又は透過光から可視光及び近赤外線を同時に検出し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を同時に測定し、各測定値から前記茶葉の品質を特定する茶葉の品質測定方法及び品質測定装置（７６）、これら品質測定方法又は品質測定装置を用いた茶葉の格付処理装置である。このような単一の照射光から得られる反射光又は透過光から可視光及び近赤外線を検出して茶葉の色及び成分を同時に分析することは、品質測定、格付け、等級区分保管等の処理の迅速化を図ることができる。
【０００７】
本発明の茶葉の品質測定方法は、茶葉（２）に光を照射し、前記茶葉から反射光又は透過光を受け、これらの光から可視光及び近赤外線を検出し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を測定し、各測定値から前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。
【０００８】
品質を測定すべき生葉等の茶葉にハロゲンランプ等からなる光源より光を照射すると、その茶葉から反射光又は透過光が得られる。ここで、反射光とは、茶葉からの拡散反射光であって、色は拡散反射光及び表面反射光である。これら反射光又は透過光を捉え、可視光及び近赤外線を検出する。検出した可視光から茶葉の色を測定することができ、この色は、明度、彩度及び色相であり、三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよいし、単一又は複数の特定波長から色計測をしてもよい。また、これら計測値から判別式を通し、古葉、赤茎の判定、葉の表裏の判定をすることもできる。葉の色は表裏の判定をし、表側の色のみの平均値で表す。そして、同時に検出した近赤外線から茶葉の成分、即ち、茶葉に含まれる窒素、繊維、水分等を測定することができる。このようにして得られた色及び成分から茶葉の品質を特定できる。
【０００９】
本発明の茶葉の品質測定方法は、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表面色の平均値を算出し、前記茶葉の状態から前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。即ち、茶葉の表と裏とでは色が異なっており、その色の計測値が異なるので、表面色のみの計測値を色計測値とする。また、茶葉には古葉や赤茎等の葉が混入しており、その混入率が茶葉の品質を低下させるので、表面色の計測値即ち、古葉、赤茎等の混入率を算出し、その値を茶葉の品質の評価に用いることができる。
【００１０】
本発明の茶葉の品質測定方法は、前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏等の状態を判定するとともに、前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を算出することを特徴とする。即ち、古葉、赤茎等から得られた近赤外線データは正常な茶葉から得られる近赤外線データとは著しく異なる。また、茶葉の表から得られる近赤外線データと、茶葉の裏から得られる近赤外線データとは異なる。そこで、茶葉から得られた可視光データから茶葉の表裏、状態を判定し、この可視光データを参照データとし、近赤外線データから茶葉の表又は裏又は赤茎、古葉を表すデータの何れか一つ又は複数を除外すれば、成分計測の精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の茶葉の品質測定装置は、茶葉（２）に光を照射する光源（８）と、前記茶葉の反射光又は透過光から可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記茶葉の反射光又は透過光から近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光又は前記近赤外線を分光し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を分析する処理手段（色計算手段２８、成分計算手段３４）とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
光源はハロゲンランプ等を使用して一定光量の光を得る。この光を品質を測定すべき生葉等の茶葉に照射し、その茶葉から反射光又は透過光が得られる。可視光検出手段は、反射光又は透過光から可視光を検出し、近赤外線検出手段は反射光又は透過光から近赤外線を検出する。可視光検出手段又は近赤外線検出手段からの出力を処理手段に加え、スペクトル分析等により、可視光から茶葉の色を分析し、又は近赤外線から茶葉の前記成分を分析することにより、茶葉の品質を特定する。
【００１３】
本発明の茶葉の品質測定装置は、茶葉（２）に光を照射する光源（８）と、前記茶葉の反射光又は透過光を受け、その反射光又は透過光を拡散させる積分球（１０）と、この積分球を通して可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記積分球を通して近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光又は前記近赤外線を分光し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を分析する処理手段（色計算手段２８、成分計算手段３４）とを備え、前記処理手段は、前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。
【００１４】
茶葉からの反射光又は透過光は積分球に入射する。積分球は空洞の球の内壁に拡散反射率の高い白色塗料の塗布又は金メッキが施され、入射窓から入った反射光又は透過光はその内壁で拡散反射を繰り返し、積分球内の放射密度が均一化される。このような放射光束を積分球の測光窓から可視光検出手段及び近赤外線検出手段で受け、可視光検出手段で可視光を検出し、同時に、近赤外線検出手段で近赤外線を検出する。これら検出出力は処理手段に加えられ、可視光から茶葉の色、近赤外線から茶葉の成分を分析する。
【００１５】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段にＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いたことを特徴とする。即ち、可視光検出手段は、上述したように、明度、彩度及び色相からなる色であり、この色には三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよいから、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いることにより、その色を検出することができる。
【００１６】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段にマルチチャネル分光器を用いたことを特徴とする。即ち、マルチチャネル分光器を使用することにより、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用いてその交換をする手数がなく、処理の迅速化を図ることができる。このようなマルチチャネル分光器から得られた検出値を二次微分することにより茶葉の表面状態からのノイズ成分を除去して計測精度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段に所望の波長の可視光又は近赤外線を抽出する複数のフィルタを備える分光手段を用いたことを特徴とする。即ち、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用意し、それを測定毎に交換するようにしてもよく、その分析値から茶葉の色や成分を判定することができる。
【００１８】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記積分球（１０）の測光窓（２１）に前記可視光検出手段（分光手段２６）を直結し、又は、導光手段（光ファイバー２４）を介在させて取り付け、前記積分球から前記可視光を検出することを特徴とする。即ち、積分球からの可視光の取出しについては、積分球と可視光検出手段との距離に応じて直結又は光ファイバー等の導光手段を使用してもよく、可視光を積分球から可視光検出手段に加えることができる。
【００１９】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記積分球（１０）の測光窓（２２）に前記近赤外線検出手段（分光手段３２）を直結し、又は、導光手段（光ファイバー３０）を介在させて取り付け、前記積分球から前記近赤外線を検出することを特徴とする。即ち、積分球からの近赤外線の取出しについては、積分球と近赤外線検出手段との距離に応じて直結又は光ファイバー等の導光手段を使用してもよく、近赤外線を積分球から近赤外線検出手段に加えることができる。
【００２０】
本発明の茶葉の格付処理装置は、茶葉の受入れ手段（生葉受入部８２）と、前記受入れ手段で受け入れられた前記茶葉に光を照射する光源（８）と、前記茶葉から反射光又は透過光を受け、該反射光又は透過光から可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記反射光又は前記透過光から近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定する品質測定手段（品質測定装置７６）と、この品質測定手段によって特定された品質から前記茶葉の格付けを行い、格付け等級毎に処理前の前記茶葉を区分保管する保管手段（小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃ、大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃ）とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
即ち、受け入れられた茶葉は、品質測定手段を以て光学測定により格付け処理を行う。この格付けにより、等級、即ち、上、中、下等の複数段階の評価を行う。即ち、格付け区分毎に茶葉を保管する。そこで、茶葉の搬入者は、格付け時間だけ待機し、格付けの後、保管手段に茶葉を搬入する。この保管手段は、受入れ時の格付け保管としての一次保管、この一次保管の後、製茶処理ラインの前段に設定された大型コンテナからなる二次保管の双方を含む。即ち、格付け区分毎に茶葉が搬入され、製茶処理ラインにはこの保管手段から茶葉が搬入されて製茶処理を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態である茶葉の品質測定装置を示している。
【００２４】
品質を測定すべき茶葉２は、例えば、生産者から搬入される生葉である。この茶葉２は、所定量をサンプリングしてコンベア等の搬送手段を用いてターンテーブル等からなる測定部４に移送される。この測定部４において、茶葉２は、その表面部に石英ガラス６が設置され、表面が石英ガラス６で覆われるとともに、設置された石英ガラス６によって茶葉２の面の一様化が図られる。
【００２５】
測定部４の上方には、光源８、検出した光の拡散手段である積分球１０が設置されている。光源８は、ハロゲンランプ等を用いて可視光から近赤外線を含んで一定の光量を発光する人工光源である。この光源８からの光を測定部４の茶葉２上に導き茶葉２に投光する導光手段として光ファイバー１２が設けられている。この光ファイバー１２は、積分球１０の上部に設けた固定部１４から積分球１０の内部を貫通させ、積分球１０の入射窓１６からその先端部を測定部４の石英ガラス６の上面に臨ませられている。
【００２６】
積分球１０は中空の球体であって、その内壁面に拡散反射率の高い白色塗料の塗布又は金メッキ等からなる反射面１８が形成され、この実施形態では光を入射させる一つの入射窓１６が設けられているとともに、複数の測光窓として第１の測光窓２１、第２の測光窓２２が異なる位置に設けられている。光ファイバー１２を通して茶葉２に光が投じられると、茶葉２には反射光を生じ、この反射光は入射窓１６から積分球１０の内部に入射し、その内壁で拡散反射を繰り返し、積分球１０内の放射密度が均一化される。
【００２７】
この反射光は測光窓２１、２２から同時に測光することができる。即ち、測光窓２１側には導光手段である光ファイバー２４が接続され、この光ファイバー２４を通して導出された反射光は、可視光検出手段としての分光手段２６に加えられて分光された後、処理手段としての色計算手段２８に加えられる。分光手段２６には、光をスリット状にして分光する回折格子やマルチチャネル分光器等を用いることができ、その分光出力をリニアイメージセンサに加えて検出することにより、スペクトル出力が得られる。この場合、検出すべき可視光は３０５〜１１５０ｎｍのスペクトルを持つ可視光であり、この可視光は、分光手段２６によって分光処理が施され、その可視光からスペクトル出力Ｖ1 が得られる。次に、スペクトル出力Ｖ1 と、基準である標準反射板のスペクトル出力Ｖ1Rとの比から明度、彩度及び色相の３要素のレベルが算出されるので、被測定物である茶葉２の色が測定される。
【００２８】
また、測光窓２２側には、導光手段としての光ファイバー３０が接続されており、この光ファイバー３０を通して導出された反射光即ち近赤外線は、近赤外線検出手段である分光手段３２に加えられて分光された後、処理手段としての成分計算手段３４に加えられる。分光手段３２には、マルチチャネル分光器等が用いられる。ここで、検出すべき近赤外線は１２００〜２４００ｎｍのスペクトルを持つ近赤外光であり、即ち、この近赤外線は、分光手段３２で分光された後、吸光度を表すスペクトル出力Ｖ2 が成分計算手段３４に加えられる。成分計算手段３４では、スペクトル出力Ｖ2 と、基準である標準反射板のスペクトル出力Ｖ2Rとの比から茶葉２が持つ固有の成分を算出することができる。即ち、被測定物である茶葉２の固有の成分は、窒素、繊維、水分、アミノ酸等であり、その多寡が固有値となる。
【００２９】
そこで、茶葉の品質測定方法について説明する。即ち、生産者から受け入れた茶葉２の一部をサンプリングして測定部４に導き、光源８からの光を光ファイバー１２を通して茶葉２に当てる。茶葉２からの反射光は積分球１０に入射し、その内壁で拡散反射を繰り返し、積分球１０内の放射密度が均一化されて測光窓２１、２２から取り出される。測光窓２１から取り出された可視光が分光手段２６を通して検出され、そのスペクトル出力Ｖ1 が色計算手段２８に加えられ、茶葉２が持つ色が算出される。ここで、出力Ｖ1 は、スペクトル、即ち、光の波長に対する強度分布である。
【００３０】
また、測光窓２２から取り出された近赤外線が分光手段３２を通して検出され、その近赤外線から茶葉２のスペクトル出力Ｖ2 が得られ、この出力Ｖ2 から茶葉２の成分が算出される。出力Ｖ2 は吸光度を示す光の波長に対する強度分布である。
【００３１】
そして、出力Ｖ1 、Ｖ2 から得られる茶葉２毎の成分及び色の固有値を以てデータ処理によって処理され、各茶葉２の格付け評価が行われる。
【００３２】
次に、図２は、本発明の第２の実施形態である茶葉の品質測定装置を示し、第１の実施形態の品質測定装置を具体化したものであり、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３３】
この実施形態では、光源装置３６が設置されており、ハロゲンランプ等からなる光源８が筐体３８で包囲されており、過熱防止のため冷却手段としてファン４０が設けられている。光源８から出た光は光学系４２を通してチョッパー手段であるシャッター機構４４から光ファイバー１２に導かれる。シャッター機構４４は、光源８からの光を断続させ、分光手段の暗電流をキャンセルする。即ち、光源８を構成するハロゲンランプからの光をカットし、それ以降の外乱光を含めてキャンセルする。
【００３４】
測光窓２１には光ファイバー２４を介して可視光検出手段としての分光手段２６が取り付けられ、分光手段２６の測定出力は接続ボード４６を介してスペクトル出力Ｖ1 として取り出される。これが、茶葉２の色データ出力である。なお、Ｖ1Rは標準反射板のスペクトル出力である。
【００３５】
測光窓２２には光ファイバー３０を介して近赤外線検出手段としての分光手段３２が取り付けられ、近赤外線の測定出力は接続ボード４８を介してスペクトル出力Ｖ2 として取り出される。これが、茶葉２の成分データ出力である。なお、Ｖ2Rは標準反射板のスペクトル出力である。
【００３６】
なお、このような品質測定装置では、吸光度の比較測定から茶葉２の色及び成分を測定しており、即ち、Ａの標準反射板のスペクトル計測を行った後、Ｂの茶葉２のスペクトル計測を行って、両者の比から吸光度を算出し、その可視光の吸光度から茶葉２の色、近赤外線の吸光度から茶葉２の窒素、繊維、水分等の成分を測定する。
【００３７】
次に、図３は、図１又は図２に示した品質測定装置を用いた茶葉の格付処理装置を示している。
【００３８】
この格付処理装置にはマイクロコンピュータ等からなるデータ処理部６０が設置され、その構成の一例を上げれば、演算処理手段としてのＣＰＵ６２、記憶手段としてＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６、入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）６８等で構成されている。このデータ処理部６０には、データ入力手段としてキーボード７０、スキャナ７２、個人情報入力装置７４及び品質測定装置７６（図１又は図２）等が接続されており、また、データ表示を行う手段として表示器７８、印字出力を行うプリンタ８０が接続されている。ここで、品質測定装置７６は、例えば図２に示した品質測定処理手段であって、単一の光源８及び積分球１０を用いて可視光及び近赤外線から茶葉２の品質を表す色及び成分の測定出力Ｖ1 、Ｖ2 が得られる。
【００３９】
ここで、出力Ｖ1 による茶葉２の色の判定及び判別について説明する。ここで、出力Ｖ1 ' は、図４に示すような吸光度を示しており、
Ｖ1 ' ＝ log（Ｖ1R／Ｖ1 ） ・・・（１）
で表される。ここで、Ｖ1 は測定出力、Ｖ1Rは標準反射板による出力を表す。
【００４０】
この吸光度Ｖ1 ' から三色刺戟値Ｘ、Ｙ、Ｚや色データＬ、ａ、ｂ等が求められるが、これらの値は人間の視覚による色を数値で表現したものであり、人間の視覚では認識できない微妙なサンプルの違いがあっても、二つのサンプルが同一のＸ、Ｙ、Ｚの値を示すことがある。
【００４１】
そこで、微妙な色の違いを計測するには、特定波長の吸光度に注目し、色判定をすることが有効である。即ち、吸光度を示す出力Ｖ1 ' から、
ａ．一つの方法は、吸光度からＸ、Ｙ、Ｚ（又はＬ、ａ、ｂ）の値を算出し、色の値とする。
ｂ．他の方法は、吸光度の特定の波長から多変量解析により色を数値化する。又は、古葉、赤茎等の判別式を作成する。
【００４２】
次に、近赤外線からの茶葉２の成分計測について説明すると、図５は吸光度Ｖ2 ' を示し、この吸光度Ｖ2 ' は、
Ｖ2 ' ＝ log（Ｖ2R／Ｖ2 ） ・・・（２）
で表される。ここで、Ｖ2 は測定出力、Ｖ2Rは標準反射板による出力を表す。
【００４３】
また、茶葉２における窒素は、
ｙ＝ａ1 Ｖ2 ' （λ1 ）＋ａ2 Ｖ2 ' （λ2 ）＋ａ3 Ｖ2 ' （λ3 ）・・・・・・（３）
から算出される。ここで、λ1 、λ2 、λ3 ・・・は特定の波長、ａ1 、ａ2 、ａ3 ・・・は変数である。
【００４４】
このように各波長の多項式から水分、窒素、繊維が求められる。例えば、分光手段３２をマルチチャネル分光器とすることにより、１２００〜２４００ｎｍ間を１２８又は２５６の分解能で瞬時測定できるため、吸光度に代えて吸光度の二次微分スペクトルから成分を求めることもできる。即ち、１成分当たり波長は３〜４の波長を選択すればよい。
【００４５】
このように、赤茎、古葉、生葉の全てを混合して成分を計測すると、生葉の部位、表裏で近赤外スペクトルは大きく変わり、生葉のみのスペクトルから成分を求めた方が、計測精度は向上する。また、近赤外線を葉の表に当てた場合と裏に当てた場合とではスペクトルが著しく異なる。そこで、葉の表のみに限定した吸光度の平均値を取り、多変量解析により茶葉の成分を算出すれば、より精度は向上する。
【００４６】
そこで、可視光による色計測を同時にすることで、赤茎、古葉、生葉の裏の近赤外スペクトルを除外し、表のデータのみで成分を求める。また、色を同時計測するため、色のデータが得られ、成分値と色とからなる格付値となり、評価精度が向上する。
【００４７】
また、色の計測は、各計測スポットの色スペクトルから古葉、赤茎等の茶葉２の状態を判定し、赤茎混入率、古葉混入率を求め、この割合により格付値を算出する。
【００４８】
そして、生葉の色は官能的には生葉の表面色をみて、判定している。よって、色測定により生葉の表裏判定を行い、表のデータの平均値を求め、この値を用いることにより、緑色の微妙な色あいを反映した格付値とする。
【００４９】
次に、図６は、茶葉２の品質測定を格付け区分処理に用いた茶葉の格付処理装置の一実施形態を示している。
【００５０】
受入れ手段としての生葉受入部８２は、受け入れた生葉等の茶葉を受け入れるとともに、その茶葉に関するＩＤ、重量、品種等の固有データを入力する。この生葉受入部８２で受け入れられた茶葉２は、格付け区分処理部８４にトラック等の搬送手段で搬送される。
【００５１】
この格付け区分処理部８４は、格付け及びその区分をする手段であって、図３の格付処理装置で構成され、茶葉２の色及び成分の同時測定に基づいて格付け、格付け区分保管等の各種の処理を行う。
【００５２】
この格付け区分処理部８４で格付けされた茶葉２は、コンベア等の搬送手段からなる切換搬送部８６により、格付け区分、例えば、上、中、下に区分されて一次保管手段である小型コンテナ８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃに選択的に搬入され、格付け区分されて保管される。この小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃは、生葉の予備的保管であり、格付け区分手段でもある。
【００５３】
各小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃに保管されている茶葉２は、搬送手段であるコンベア等の搬送部９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃを通して個別に格付け二次保管手段である大型コンテナ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃに搬入される。各大型コンテナ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、製造処理前の大規模保管であり、図示しないが、その下面側には送風手段が設けられ、保管中の茶葉に葉やけを防止するために加湿空気が供給される。また、葉やけ防止のため、大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃでは、一様な積層保管が行われ、積層茶葉の不均一化を防止している。
【００５４】
この大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃに保管されている茶葉２は同等格付け毎又は格付けに無関係にコンベア等の搬送手段からなる搬送部９４を通して製造処理ライン９６に搬送される。この製造処理ライン９６は、洗浄装置、蒸機、乾燥機、揉機等で構成される。
【００５５】
このような構成とすれば、受け入れた茶葉２は格付け区分され、所定の等級処理された後、小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃによって格付け保管され、搬送部９０Ａ〜９０Ｃを通して大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃに搬入され、搬送部９４から製造処理ライン９６に搬入される。これらの工程は、小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃ以降の処理は格付け毎に行うことができ、受け入れた茶葉２の格付けに基づいた製茶処理が可能となる。
【００５６】
このような処理によれば、受け入れた生葉等の茶葉の格付けに基づいて保管から製茶処理まで一貫して格付け処理を行い、高品質の製茶処理を実現することができる。また、二次保管手段である従来の大型コンテナの前段階に設けた格付け区分毎の一次保管手段により格付け処理と保管処理とが迅速化され、従来の受入れ及び格付け処理の処理速度を低下させることなく、高品質の茶葉の生産が可能になる。そして、品質の良い茶葉又は同等品の茶葉を選択して処理することができるので、生産品の高級化と用途に応じた製品を選択的に生産でき、従来の生産時期や刈り取り時期のみでの価格設定に加え、製品の豊富化に寄与することができる。
【００５７】
次に、他の実施形態について説明する。
【００５８】
上記実施の形態では、茶葉２の色又は成分測定に可視光又は近赤外線の反射光を用いているが、茶葉２からの透過光を用いても同様の効果が期待できる。
【００５９】
茶葉２の測定すべき色は、三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよい。
【００６０】
茶葉２の色測定には、分光手段２６に代え又は分光手段２６と併用してＣＣＤカメラ等の撮像手段を使用し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の測定を用いてもよい。
【００６１】
分光手段２６、３２には、マルチチャネル分光器の他、測定すべき複数の波長に対応する複数のフィルタを使用し、そのフィルタの交換により特定波長の光又は近赤外線を検出するようにしてもよい。
【００６２】
積分球１０の測光窓２１、２２に分光手段２６、３２の検出部を導光手段である光ファイバー２４、３０を除いて直結してもよく、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００６３】
茶葉の格付け処理には、茶葉の色及び成分の測定に加え、測定中の画像を撮像手段で撮影し、その画像態様を評価に加えることも可能であり、より制度の高い格付け処理が可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ．生葉等の茶葉の色及び成分を同時に測定し、その測定値から茶葉の品質を特定でき、格付け処理を迅速化できる。
ｂ．生葉等の茶葉の表面色の色計測から葉の色の判定とともに、古葉、赤茎の判定を行うので、古葉、赤茎の混入率を茶葉の評価に用いることができ、精度の高い評価を行うことができる。
ｃ．可視光データから葉の表裏、古葉、赤茎等を判定し、これらの事項を表すデータを近赤外線データから除外することにより、茶葉の成分による評価精度を高めることができる。
ｄ．単一の積分球に入射した反射光又は透過光を拡散反射させ、その拡散光から可視光及び近赤外線を同時に取り出し、可視光から茶葉の色、近赤外線から茶葉の成分を分析するので、処理の迅速化とともに信頼性の高い格付け処理を実現できる。
ｅ．可視光検出手段にＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いることにより、可視光を容易に検出でき、測定装置のコスト低減に寄与することができる。
ｆ．可視光検出手段又は近赤外線検出手段にマルチチャネル分光器を用いることにより、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用いてその交換をする手数がなく、処理の迅速化を図ることができる。
ｇ．可視光検出手段又は近赤外線検出手段に所望の波長の可視光又は近赤外線を抽出する複数のフィルタを備える分光手段を用いることにより、容易に茶葉の色や成分を判定することができ、その判定結果をマルチチャネル分光器の測定値との比較や校正に利用することができ、処理の信頼性を高めることができる。
ｈ．積分球の測光窓に可視光検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付けることにより、積分球と可視光検出手段との距離に応じて可視光を積分球から可視光検出手段に加えることができる。
ｉ．積分球の測光窓に近赤外線検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付けることにより、積分球と近赤外線検出手段との距離に応じて近赤外線を積分球から近赤外線検出手段に加えることができる。
ｊ．格付け処理により、等級、即ち、上、中、下等の複数段階の評価を行うことができ、その評価に基づいて茶葉を区分保管できるとともに、格付け区分毎に製茶処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の茶葉の品質測定方法及び品質測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の茶葉の品質測定方法及び品質測定装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の茶葉の品質測定方法又は品質測定装置を用いた格付処理装置を示すブロック図である。
【図４】茶葉の色を表す波長−吸光度を示す図である。
【図５】茶葉の成分を表す近赤外線の波長−吸光度を示す図である。
【図６】本発明の茶葉の品質測定方法又は品質測定装置を用いた格付処理装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 茶葉
８ 光源
１０ 積分球
２１ 第１の測光窓
２２ 第２の測光窓
２４ 光ファイバー（導光手段）
２６ 分光手段（可視光検出手段）
２８ 色計算手段（処理手段）
３０ 光ファイバー（導光手段）
３２ 分光手段（近赤外線検出手段）
３４ 成分計算手段（処理手段）
７６ 品質測定装置（品質測定手段）
８２ 生葉受入部（受入れ手段）
８８Ａ〜８８Ｃ 小型コンテナ（保管手段）
９２Ａ〜９２Ｃ 大型コンテナ（保管手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学測定を利用した色及び成分の同時測定による茶葉の品質測定方法、品質測定装置及び格付け処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生葉の成分測定は光学的測定法が用いられている。光源にはハロゲンランプが用いられ、フィルタで単一光に変換した光を生葉に照射し、生葉からの反射光を積分球に入射させる。積分球は、内壁面に拡散反射率の高い白色塗料が塗布されており、入射光は拡散反射を繰り返す。この積分球の測光窓からその拡散反射光を光導電素子（ＰｄＳ素子等）を用いて検出し、その検出光から生葉の吸光度を算出し、この吸光度から生葉の成分が判定される。このような測定は、測定すべき波長毎に複数のフィルタが設定され、生葉の測定は１０枚のフィルタを交換して行われている。即ち、複数枚のフィルタを用いた吸光度の測定ではフィルタの交換に時間が掛かり、生葉の格付け処理に手間取ることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、生葉の成分や色を測定し、これらを格付けに使用することは、格付け処理の信頼性を高め、品質の高い茶葉の生産に寄与することになる。しかしながら、このような格付け処理のために測定に手間取ると、格付け処理が製茶処理前の生葉の搬入及びその待機時間が長くなり、輸送コストや処理コストを上昇させることになる。
【０００４】
また、成分データや色データを段階的に取り込み、その上、官能データを加算することは処理工程数を増加させ、処理時間が長くなり、過誤の発生も無視できないという不都合もある。
【０００５】
そこで、本発明は、生葉等の茶葉の色及び成分の同時測定を行い、処理の迅速化を図った茶葉の品質測定方法、品質測定装置及び格付処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、茶葉（２）からの反射光又は透過光から可視光及び近赤外線を同時に検出し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を同時に測定し、各測定値から前記茶葉の品質を特定する茶葉の品質測定方法及び品質測定装置（７６）、これら品質測定方法又は品質測定装置を用いた茶葉の格付処理装置である。このような単一の照射光から得られる反射光又は透過光から可視光及び近赤外線を検出して茶葉の色及び成分を同時に分析することは、品質測定、格付け、等級区分保管等の処理の迅速化を図ることができる。
【０００７】
本発明の茶葉の品質測定方法は、茶葉（２）に光を照射し、前記茶葉から反射光又は透過光を受け、これらの光から可視光及び近赤外線を検出し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を測定し、各測定値から前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。
【０００８】
品質を測定すべき生葉等の茶葉にハロゲンランプ等からなる光源より光を照射すると、その茶葉から反射光又は透過光が得られる。ここで、反射光とは、茶葉からの拡散反射光であって、色は拡散反射光及び表面反射光である。これら反射光又は透過光を捉え、可視光及び近赤外線を検出する。検出した可視光から茶葉の色を測定することができ、この色は、明度、彩度及び色相であり、三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよいし、単一又は複数の特定波長から色計測をしてもよい。また、これら計測値から判別式を通し、古葉、赤茎の判定、葉の表裏の判定をすることもできる。葉の色は表裏の判定をし、表側の色のみの平均値で表す。そして、同時に検出した近赤外線から茶葉の成分、即ち、茶葉に含まれる窒素、繊維、水分等を測定することができる。このようにして得られた色及び成分から茶葉の品質を特定できる。
【０００９】
本発明の茶葉の品質測定方法は、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表面色の平均値を算出し、前記茶葉の状態から前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。即ち、茶葉の表と裏とでは色が異なっており、その色の計測値が異なるので、表面色のみの計測値を色計測値とする。また、茶葉には古葉や赤茎等の葉が混入しており、その混入率が茶葉の品質を低下させるので、表面色の計測値即ち、古葉、赤茎等の混入率を算出し、その値を茶葉の品質の評価に用いることができる。
【００１０】
本発明の茶葉の品質測定方法は、前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏等の状態を判定するとともに、前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を算出することを特徴とする。即ち、古葉、赤茎等から得られた近赤外線データは正常な茶葉から得られる近赤外線データとは著しく異なる。また、茶葉の表から得られる近赤外線データと、茶葉の裏から得られる近赤外線データとは異なる。そこで、茶葉から得られた可視光データから茶葉の表裏、状態を判定し、この可視光データを参照データとし、近赤外線データから茶葉の表又は裏又は赤茎、古葉を表すデータの何れか一つ又は複数を除外すれば、成分計測の精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の茶葉の品質測定装置は、茶葉（２）に光を照射する光源（８）と、前記茶葉の反射光又は透過光から可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記茶葉の反射光又は透過光から近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光又は前記近赤外線を分光し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を分析する処理手段（色計算手段２８、成分計算手段３４）とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
光源はハロゲンランプ等を使用して一定光量の光を得る。この光を品質を測定すべき生葉等の茶葉に照射し、その茶葉から反射光又は透過光が得られる。可視光検出手段は、反射光又は透過光から可視光を検出し、近赤外線検出手段は反射光又は透過光から近赤外線を検出する。可視光検出手段又は近赤外線検出手段からの出力を処理手段に加え、スペクトル分析等により、可視光から茶葉の色を分析し、又は近赤外線から茶葉の前記成分を分析することにより、茶葉の品質を特定する。
【００１３】
本発明の茶葉の品質測定装置は、茶葉（２）に光を照射する光源（８）と、前記茶葉の反射光又は透過光を受け、その反射光又は透過光を拡散させる積分球（１０）と、この積分球を通して可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記積分球を通して近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光又は前記近赤外線を分光し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を分析する処理手段（色計算手段２８、成分計算手段３４）とを備え、前記処理手段は、前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定することを特徴とする。
【００１４】
茶葉からの反射光又は透過光は積分球に入射する。積分球は空洞の球の内壁に拡散反射率の高い白色塗料の塗布又は金メッキが施され、入射窓から入った反射光又は透過光はその内壁で拡散反射を繰り返し、積分球内の放射密度が均一化される。このような放射光束を積分球の測光窓から可視光検出手段及び近赤外線検出手段で受け、可視光検出手段で可視光を検出し、同時に、近赤外線検出手段で近赤外線を検出する。これら検出出力は処理手段に加えられ、可視光から茶葉の色、近赤外線から茶葉の成分を分析する。
【００１５】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段にＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いたことを特徴とする。即ち、可視光検出手段は、上述したように、明度、彩度及び色相からなる色であり、この色には三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよいから、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いることにより、その色を検出することができる。
【００１６】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段にマルチチャネル分光器を用いたことを特徴とする。即ち、マルチチャネル分光器を使用することにより、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用いてその交換をする手数がなく、処理の迅速化を図ることができる。このようなマルチチャネル分光器から得られた検出値を二次微分することにより茶葉の表面状態からのノイズ成分を除去して計測精度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段に所望の波長の可視光又は近赤外線を抽出する複数のフィルタを備える分光手段を用いたことを特徴とする。即ち、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用意し、それを測定毎に交換するようにしてもよく、その分析値から茶葉の色や成分を判定することができる。
【００１８】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記積分球（１０）の測光窓（２１）に前記可視光検出手段（分光手段２６）を直結し、又は、導光手段（光ファイバー２４）を介在させて取り付け、前記積分球から前記可視光を検出することを特徴とする。即ち、積分球からの可視光の取出しについては、積分球と可視光検出手段との距離に応じて直結又は光ファイバー等の導光手段を使用してもよく、可視光を積分球から可視光検出手段に加えることができる。
【００１９】
本発明の茶葉の品質測定装置は、前記積分球（１０）の測光窓（２２）に前記近赤外線検出手段（分光手段３２）を直結し、又は、導光手段（光ファイバー３０）を介在させて取り付け、前記積分球から前記近赤外線を検出することを特徴とする。即ち、積分球からの近赤外線の取出しについては、積分球と近赤外線検出手段との距離に応じて直結又は光ファイバー等の導光手段を使用してもよく、近赤外線を積分球から近赤外線検出手段に加えることができる。
【００２０】
本発明の茶葉の格付処理装置は、茶葉の受入れ手段（生葉受入部８２）と、前記受入れ手段で受け入れられた前記茶葉に光を照射する光源（８）と、前記茶葉から反射光又は透過光を受け、該反射光又は透過光から可視光を検出する可視光検出手段（分光手段２６）と、前記反射光又は前記透過光から近赤外線を検出する近赤外線検出手段（分光手段３２）と、前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定する品質測定手段（品質測定装置７６）と、この品質測定手段によって特定された品質から前記茶葉の格付けを行い、格付け等級毎に処理前の前記茶葉を区分保管する保管手段（小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃ、大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃ）とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
即ち、受け入れられた茶葉は、品質測定手段を以て光学測定により格付け処理を行う。この格付けにより、等級、即ち、上、中、下等の複数段階の評価を行う。即ち、格付け区分毎に茶葉を保管する。そこで、茶葉の搬入者は、格付け時間だけ待機し、格付けの後、保管手段に茶葉を搬入する。この保管手段は、受入れ時の格付け保管としての一次保管、この一次保管の後、製茶処理ラインの前段に設定された大型コンテナからなる二次保管の双方を含む。即ち、格付け区分毎に茶葉が搬入され、製茶処理ラインにはこの保管手段から茶葉が搬入されて製茶処理を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態である茶葉の品質測定装置を示している。
【００２４】
品質を測定すべき茶葉２は、例えば、生産者から搬入される生葉である。この茶葉２は、所定量をサンプリングしてコンベア等の搬送手段を用いてターンテーブル等からなる測定部４に移送される。この測定部４において、茶葉２は、その表面部に石英ガラス６が設置され、表面が石英ガラス６で覆われるとともに、設置された石英ガラス６によって茶葉２の面の一様化が図られる。
【００２５】
測定部４の上方には、光源８、検出した光の拡散手段である積分球１０が設置されている。光源８は、ハロゲンランプ等を用いて可視光から近赤外線を含んで一定の光量を発光する人工光源である。この光源８からの光を測定部４の茶葉２上に導き茶葉２に投光する導光手段として光ファイバー１２が設けられている。この光ファイバー１２は、積分球１０の上部に設けた固定部１４から積分球１０の内部を貫通させ、積分球１０の入射窓１６からその先端部を測定部４の石英ガラス６の上面に臨ませられている。
【００２６】
積分球１０は中空の球体であって、その内壁面に拡散反射率の高い白色塗料の塗布又は金メッキ等からなる反射面１８が形成され、この実施形態では光を入射させる一つの入射窓１６が設けられているとともに、複数の測光窓として第１の測光窓２１、第２の測光窓２２が異なる位置に設けられている。光ファイバー１２を通して茶葉２に光が投じられると、茶葉２には反射光を生じ、この反射光は入射窓１６から積分球１０の内部に入射し、その内壁で拡散反射を繰り返し、積分球１０内の放射密度が均一化される。
【００２７】
この反射光は測光窓２１、２２から同時に測光することができる。即ち、測光窓２１側には導光手段である光ファイバー２４が接続され、この光ファイバー２４を通して導出された反射光は、可視光検出手段としての分光手段２６に加えられて分光された後、処理手段としての色計算手段２８に加えられる。分光手段２６には、光をスリット状にして分光する回折格子やマルチチャネル分光器等を用いることができ、その分光出力をリニアイメージセンサに加えて検出することにより、スペクトル出力が得られる。この場合、検出すべき可視光は３０５〜１１５０ｎｍのスペクトルを持つ可視光であり、この可視光は、分光手段２６によって分光処理が施され、その可視光からスペクトル出力Ｖ1 が得られる。次に、スペクトル出力Ｖ1 と、基準である標準反射板のスペクトル出力Ｖ1Rとの比から明度、彩度及び色相の３要素のレベルが算出されるので、被測定物である茶葉２の色が測定される。
【００２８】
また、測光窓２２側には、導光手段としての光ファイバー３０が接続されており、この光ファイバー３０を通して導出された反射光即ち近赤外線は、近赤外線検出手段である分光手段３２に加えられて分光された後、処理手段としての成分計算手段３４に加えられる。分光手段３２には、マルチチャネル分光器等が用いられる。ここで、検出すべき近赤外線は１２００〜２４００ｎｍのスペクトルを持つ近赤外光であり、即ち、この近赤外線は、分光手段３２で分光された後、吸光度を表すスペクトル出力Ｖ2 が成分計算手段３４に加えられる。成分計算手段３４では、スペクトル出力Ｖ2 と、基準である標準反射板のスペクトル出力Ｖ2Rとの比から茶葉２が持つ固有の成分を算出することができる。即ち、被測定物である茶葉２の固有の成分は、窒素、繊維、水分、アミノ酸等であり、その多寡が固有値となる。
【００２９】
そこで、茶葉の品質測定方法について説明する。即ち、生産者から受け入れた茶葉２の一部をサンプリングして測定部４に導き、光源８からの光を光ファイバー１２を通して茶葉２に当てる。茶葉２からの反射光は積分球１０に入射し、その内壁で拡散反射を繰り返し、積分球１０内の放射密度が均一化されて測光窓２１、２２から取り出される。測光窓２１から取り出された可視光が分光手段２６を通して検出され、そのスペクトル出力Ｖ1 が色計算手段２８に加えられ、茶葉２が持つ色が算出される。ここで、出力Ｖ1 は、スペクトル、即ち、光の波長に対する強度分布である。
【００３０】
また、測光窓２２から取り出された近赤外線が分光手段３２を通して検出され、その近赤外線から茶葉２のスペクトル出力Ｖ2 が得られ、この出力Ｖ2 から茶葉２の成分が算出される。出力Ｖ2 は吸光度を示す光の波長に対する強度分布である。
【００３１】
そして、出力Ｖ1 、Ｖ2 から得られる茶葉２毎の成分及び色の固有値を以てデータ処理によって処理され、各茶葉２の格付け評価が行われる。
【００３２】
次に、図２は、本発明の第２の実施形態である茶葉の品質測定装置を示し、第１の実施形態の品質測定装置を具体化したものであり、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３３】
この実施形態では、光源装置３６が設置されており、ハロゲンランプ等からなる光源８が筐体３８で包囲されており、過熱防止のため冷却手段としてファン４０が設けられている。光源８から出た光は光学系４２を通してチョッパー手段であるシャッター機構４４から光ファイバー１２に導かれる。シャッター機構４４は、光源８からの光を断続させ、分光手段の暗電流をキャンセルする。即ち、光源８を構成するハロゲンランプからの光をカットし、それ以降の外乱光を含めてキャンセルする。
【００３４】
測光窓２１には光ファイバー２４を介して可視光検出手段としての分光手段２６が取り付けられ、分光手段２６の測定出力は接続ボード４６を介してスペクトル出力Ｖ1 として取り出される。これが、茶葉２の色データ出力である。なお、Ｖ1Rは標準反射板のスペクトル出力である。
【００３５】
測光窓２２には光ファイバー３０を介して近赤外線検出手段としての分光手段３２が取り付けられ、近赤外線の測定出力は接続ボード４８を介してスペクトル出力Ｖ2 として取り出される。これが、茶葉２の成分データ出力である。なお、Ｖ2Rは標準反射板のスペクトル出力である。
【００３６】
なお、このような品質測定装置では、吸光度の比較測定から茶葉２の色及び成分を測定しており、即ち、Ａの標準反射板のスペクトル計測を行った後、Ｂの茶葉２のスペクトル計測を行って、両者の比から吸光度を算出し、その可視光の吸光度から茶葉２の色、近赤外線の吸光度から茶葉２の窒素、繊維、水分等の成分を測定する。
【００３７】
次に、図３は、図１又は図２に示した品質測定装置を用いた茶葉の格付処理装置を示している。
【００３８】
この格付処理装置にはマイクロコンピュータ等からなるデータ処理部６０が設置され、その構成の一例を上げれば、演算処理手段としてのＣＰＵ６２、記憶手段としてＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６、入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）６８等で構成されている。このデータ処理部６０には、データ入力手段としてキーボード７０、スキャナ７２、個人情報入力装置７４及び品質測定装置７６（図１又は図２）等が接続されており、また、データ表示を行う手段として表示器７８、印字出力を行うプリンタ８０が接続されている。ここで、品質測定装置７６は、例えば図２に示した品質測定処理手段であって、単一の光源８及び積分球１０を用いて可視光及び近赤外線から茶葉２の品質を表す色及び成分の測定出力Ｖ1 、Ｖ2 が得られる。
【００３９】
ここで、出力Ｖ1 による茶葉２の色の判定及び判別について説明する。ここで、出力Ｖ1 ' は、図４に示すような吸光度を示しており、
Ｖ1 ' ＝ log（Ｖ1R／Ｖ1 ） ・・・（１）
で表される。ここで、Ｖ1 は測定出力、Ｖ1Rは標準反射板による出力を表す。
【００４０】
この吸光度Ｖ1 ' から三色刺戟値Ｘ、Ｙ、Ｚや色データＬ、ａ、ｂ等が求められるが、これらの値は人間の視覚による色を数値で表現したものであり、人間の視覚では認識できない微妙なサンプルの違いがあっても、二つのサンプルが同一のＸ、Ｙ、Ｚの値を示すことがある。
【００４１】
そこで、微妙な色の違いを計測するには、特定波長の吸光度に注目し、色判定をすることが有効である。即ち、吸光度を示す出力Ｖ1 ' から、
ａ．一つの方法は、吸光度からＸ、Ｙ、Ｚ（又はＬ、ａ、ｂ）の値を算出し、色の値とする。
ｂ．他の方法は、吸光度の特定の波長から多変量解析により色を数値化する。又は、古葉、赤茎等の判別式を作成する。
【００４２】
次に、近赤外線からの茶葉２の成分計測について説明すると、図５は吸光度Ｖ2 ' を示し、この吸光度Ｖ2 ' は、
Ｖ2 ' ＝ log（Ｖ2R／Ｖ2 ） ・・・（２）
で表される。ここで、Ｖ2 は測定出力、Ｖ2Rは標準反射板による出力を表す。
【００４３】
また、茶葉２における窒素は、
ｙ＝ａ1 Ｖ2 ' （λ1 ）＋ａ2 Ｖ2 ' （λ2 ）＋ａ3 Ｖ2 ' （λ3 ）・・・・・・（３）
から算出される。ここで、λ1 、λ2 、λ3 ・・・は特定の波長、ａ1 、ａ2 、ａ3 ・・・は変数である。
【００４４】
このように各波長の多項式から水分、窒素、繊維が求められる。例えば、分光手段３２をマルチチャネル分光器とすることにより、１２００〜２４００ｎｍ間を１２８又は２５６の分解能で瞬時測定できるため、吸光度に代えて吸光度の二次微分スペクトルから成分を求めることもできる。即ち、１成分当たり波長は３〜４の波長を選択すればよい。
【００４５】
このように、赤茎、古葉、生葉の全てを混合して成分を計測すると、生葉の部位、表裏で近赤外スペクトルは大きく変わり、生葉のみのスペクトルから成分を求めた方が、計測精度は向上する。また、近赤外線を葉の表に当てた場合と裏に当てた場合とではスペクトルが著しく異なる。そこで、葉の表のみに限定した吸光度の平均値を取り、多変量解析により茶葉の成分を算出すれば、より精度は向上する。
【００４６】
そこで、可視光による色計測を同時にすることで、赤茎、古葉、生葉の裏の近赤外スペクトルを除外し、表のデータのみで成分を求める。また、色を同時計測するため、色のデータが得られ、成分値と色とからなる格付値となり、評価精度が向上する。
【００４７】
また、色の計測は、各計測スポットの色スペクトルから古葉、赤茎等の茶葉２の状態を判定し、赤茎混入率、古葉混入率を求め、この割合により格付値を算出する。
【００４８】
そして、生葉の色は官能的には生葉の表面色をみて、判定している。よって、色測定により生葉の表裏判定を行い、表のデータの平均値を求め、この値を用いることにより、緑色の微妙な色あいを反映した格付値とする。
【００４９】
次に、図６は、茶葉２の品質測定を格付け区分処理に用いた茶葉の格付処理装置の一実施形態を示している。
【００５０】
受入れ手段としての生葉受入部８２は、受け入れた生葉等の茶葉を受け入れるとともに、その茶葉に関するＩＤ、重量、品種等の固有データを入力する。この生葉受入部８２で受け入れられた茶葉２は、格付け区分処理部８４にトラック等の搬送手段で搬送される。
【００５１】
この格付け区分処理部８４は、格付け及びその区分をする手段であって、図３の格付処理装置で構成され、茶葉２の色及び成分の同時測定に基づいて格付け、格付け区分保管等の各種の処理を行う。
【００５２】
この格付け区分処理部８４で格付けされた茶葉２は、コンベア等の搬送手段からなる切換搬送部８６により、格付け区分、例えば、上、中、下に区分されて一次保管手段である小型コンテナ８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃに選択的に搬入され、格付け区分されて保管される。この小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃは、生葉の予備的保管であり、格付け区分手段でもある。
【００５３】
各小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃに保管されている茶葉２は、搬送手段であるコンベア等の搬送部９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃを通して個別に格付け二次保管手段である大型コンテナ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃに搬入される。各大型コンテナ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、製造処理前の大規模保管であり、図示しないが、その下面側には送風手段が設けられ、保管中の茶葉に葉やけを防止するために加湿空気が供給される。また、葉やけ防止のため、大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃでは、一様な積層保管が行われ、積層茶葉の不均一化を防止している。
【００５４】
この大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃに保管されている茶葉２は同等格付け毎又は格付けに無関係にコンベア等の搬送手段からなる搬送部９４を通して製造処理ライン９６に搬送される。この製造処理ライン９６は、洗浄装置、蒸機、乾燥機、揉機等で構成される。
【００５５】
このような構成とすれば、受け入れた茶葉２は格付け区分され、所定の等級処理された後、小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃによって格付け保管され、搬送部９０Ａ〜９０Ｃを通して大型コンテナ９２Ａ〜９２Ｃに搬入され、搬送部９４から製造処理ライン９６に搬入される。これらの工程は、小型コンテナ８８Ａ〜８８Ｃ以降の処理は格付け毎に行うことができ、受け入れた茶葉２の格付けに基づいた製茶処理が可能となる。
【００５６】
このような処理によれば、受け入れた生葉等の茶葉の格付けに基づいて保管から製茶処理まで一貫して格付け処理を行い、高品質の製茶処理を実現することができる。また、二次保管手段である従来の大型コンテナの前段階に設けた格付け区分毎の一次保管手段により格付け処理と保管処理とが迅速化され、従来の受入れ及び格付け処理の処理速度を低下させることなく、高品質の茶葉の生産が可能になる。そして、品質の良い茶葉又は同等品の茶葉を選択して処理することができるので、生産品の高級化と用途に応じた製品を選択的に生産でき、従来の生産時期や刈り取り時期のみでの価格設定に加え、製品の豊富化に寄与することができる。
【００５７】
次に、他の実施形態について説明する。
【００５８】
上記実施の形態では、茶葉２の色又は成分測定に可視光又は近赤外線の反射光を用いているが、茶葉２からの透過光を用いても同様の効果が期待できる。
【００５９】
茶葉２の測定すべき色は、三色刺戟値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）又は色度図（ｘ、ｙ、Ｙ）を用いてもよい。
【００６０】
茶葉２の色測定には、分光手段２６に代え又は分光手段２６と併用してＣＣＤカメラ等の撮像手段を使用し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の測定を用いてもよい。
【００６１】
分光手段２６、３２には、マルチチャネル分光器の他、測定すべき複数の波長に対応する複数のフィルタを使用し、そのフィルタの交換により特定波長の光又は近赤外線を検出するようにしてもよい。
【００６２】
積分球１０の測光窓２１、２２に分光手段２６、３２の検出部を導光手段である光ファイバー２４、３０を除いて直結してもよく、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００６３】
茶葉の格付け処理には、茶葉の色及び成分の測定に加え、測定中の画像を撮像手段で撮影し、その画像態様を評価に加えることも可能であり、より制度の高い格付け処理が可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ．生葉等の茶葉の色及び成分を同時に測定し、その測定値から茶葉の品質を特定でき、格付け処理を迅速化できる。
ｂ．生葉等の茶葉の表面色の色計測から葉の色の判定とともに、古葉、赤茎の判定を行うので、古葉、赤茎の混入率を茶葉の評価に用いることができ、精度の高い評価を行うことができる。
ｃ．可視光データから葉の表裏、古葉、赤茎等を判定し、これらの事項を表すデータを近赤外線データから除外することにより、茶葉の成分による評価精度を高めることができる。
ｄ．単一の積分球に入射した反射光又は透過光を拡散反射させ、その拡散光から可視光及び近赤外線を同時に取り出し、可視光から茶葉の色、近赤外線から茶葉の成分を分析するので、処理の迅速化とともに信頼性の高い格付け処理を実現できる。
ｅ．可視光検出手段にＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いることにより、可視光を容易に検出でき、測定装置のコスト低減に寄与することができる。
ｆ．可視光検出手段又は近赤外線検出手段にマルチチャネル分光器を用いることにより、測定すべき波長に対応して複数のフィルタを用いてその交換をする手数がなく、処理の迅速化を図ることができる。
ｇ．可視光検出手段又は近赤外線検出手段に所望の波長の可視光又は近赤外線を抽出する複数のフィルタを備える分光手段を用いることにより、容易に茶葉の色や成分を判定することができ、その判定結果をマルチチャネル分光器の測定値との比較や校正に利用することができ、処理の信頼性を高めることができる。
ｈ．積分球の測光窓に可視光検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付けることにより、積分球と可視光検出手段との距離に応じて可視光を積分球から可視光検出手段に加えることができる。
ｉ．積分球の測光窓に近赤外線検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付けることにより、積分球と近赤外線検出手段との距離に応じて近赤外線を積分球から近赤外線検出手段に加えることができる。
ｊ．格付け処理により、等級、即ち、上、中、下等の複数段階の評価を行うことができ、その評価に基づいて茶葉を区分保管できるとともに、格付け区分毎に製茶処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の茶葉の品質測定方法及び品質測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の茶葉の品質測定方法及び品質測定装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の茶葉の品質測定方法又は品質測定装置を用いた格付処理装置を示すブロック図である。
【図４】茶葉の色を表す波長−吸光度を示す図である。
【図５】茶葉の成分を表す近赤外線の波長−吸光度を示す図である。
【図６】本発明の茶葉の品質測定方法又は品質測定装置を用いた格付処理装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 茶葉
８ 光源
１０ 積分球
２１ 第１の測光窓
２２ 第２の測光窓
２４ 光ファイバー（導光手段）
２６ 分光手段（可視光検出手段）
２８ 色計算手段（処理手段）
３０ 光ファイバー（導光手段）
３２ 分光手段（近赤外線検出手段）
３４ 成分計算手段（処理手段）
７６ 品質測定装置（品質測定手段）
８２ 生葉受入部（受入れ手段）
８８Ａ〜８８Ｃ 小型コンテナ（保管手段）
９２Ａ〜９２Ｃ 大型コンテナ（保管手段）
Claims (8)
- 茶葉に光を照射し、前記茶葉から反射光又は透過光を受け、これらの光から可視光及び近赤外線を検出し、可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定することを特徴とする茶葉の品質測定方法。
- 茶葉に光を照射する光源と、
前記茶葉の反射光又は透過光を受け、その反射光又は透過光を拡散させる積分球と、
この積分球を通して可視光を検出する可視光検出手段と、
前記積分球を通して近赤外線を検出する近赤外線検出手段と、
前記可視光又は前記近赤外線を分光し、前記可視光から前記茶葉の色、前記近赤外線から前記茶葉の成分を分析する処理手段と、
を備え、前記処理手段は、前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定することを特徴とする茶葉の品質測定装置。 - 前記可視光検出手段にＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いたことを特徴とする請求項２記載の茶葉の品質測定装置。
- 前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段にマルチチャネル分光器を用いたことを特徴とする請求項２記載の茶葉の品質測定装置。
- 前記可視光検出手段又は前記近赤外線検出手段に所望の波長の可視光又は近赤外線を抽出する複数のフィルタを備える分光手段を用いたことを特徴とする請求項２記載の茶葉の品質測定装置。
- 前記積分球の測光窓に前記可視光検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付け、前記積分球から前記可視光を検出することを特徴とする請求項２記載の茶葉の品質測定装置。
- 前記積分球の測光窓に前記近赤外線検出手段を直結し、又は、導光手段を介在させて取り付け、前記積分球から前記近赤外線を検出することを特徴とする請求項２記載の茶葉の品質測定装置。
- 茶葉の受入れ手段と、
前記受入れ手段で受け入れられた前記茶葉に光を照射する光源と、
前記茶葉から反射光又は透過光を受け、該反射光又は透過光から可視光を検出する可視光検出手段と、
前記反射光又は前記透過光から近赤外線を検出する近赤外線検出手段と、
前記可視光検出手段により前記茶葉から得られた可視光データから前記茶葉の表裏、古葉、赤茎の混入の状態を判定するとともに、前記近赤外線検出手段により前記茶葉から得られた近赤外線データから前記茶葉の前記状態を表すデータを除外することにより、前記茶葉の成分を測定し、前記茶葉から計測した色の計測値から前記茶葉の表側の色データの平均値を算出し、この平均値を用いて前記茶葉の品質を特定する品質測定手段と、
この品質測定手段によって特定された品質から前記茶葉の格付けを行い、格付け等級毎に処理前の前記茶葉を区分保管する保管手段と、
を備えたことを特徴とする茶葉の格付処理装置。
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