JP4621876B2 - 近赤外スペクトル測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、近赤外スペクトル測定装置の技術分野に属する。

青果物の表面に投光体から光を照射し、その反射光を受光体で検出して果実の吸光度を検出し、果実の成熟度を判断する方法が知られている（特許文献１参照。）。
また、果実内の光が通過するように投光体と受光体とを設け、該受光体が受ける光より果実の吸光度を検出し、果実の成熟度を判断する方法が知られている（特許文献２参照。）。
特開平１１−３３２３７８号公報 特開平７−２２９８３４号公報

上記背景技術では、単に果実の内成分情報を検出する方法が開示されているだけで、果実全体の正確な内成分情報を測定するという技術思想がなかった。仮に、果実全体の内成分情報を測定しようとすれば、果実全体の色々な部位の内成分情報を検出することが考えられるが、果実の多数の部位で内成分情報を検出するのに手間がかかり、果実全体の内成分情報の測定作業効率が悪くなる。

そこで、本発明では、内成分情報を検出する果実部位を最適な部位とすることにより、効率良く果実全体の精度の高い内成分情報の測定が行えるようにすることを課題とする。

この発明は、上記課題を解決すべく次のような技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１に係る発明は、物質に吸収されやすい近赤外線を含む光を発生する光源（２）と、トマトの果実の柄を上方にしたときの該果実の上下方向中間部分に光源（２）からの波長が８００ｎｍ又は１０００ｎｍの光を果実内部への近赤外光の浸透深さが８ｍｍとなるよう照射する円形の光放射リング（１０）及び照射した光の拡散反射光を受光する受光孔（１１）を先端部に設けた光ファイバ−プロ−ブ（３）と、該光ファイバ−プロ−ブ（３）の先端部に設けた果実における光の照射位置を遮光するラッパ状のサンプルホルダ−（１２）と、光ファイバ−プロ−ブ（３）が受光した拡散反射光を分光分析し近赤外スペクトルを測定する分光分析器（４）と、光ファイバ−プロ−ブ（３）から光を照射しない状態に切り替えできる手動シャッタ−（８）と、光源（２）の光量を調節するための光量調節つまみ（９）を備え、該分光分析器（４）で分析された結果を出力してトマトの果実全体の内成分情報を検出する近赤外スペクトル測定装置とした。

従って、トマトの果実の上下方向中間部分の内成分情報が果実全体の内成分情報において平均的であるので、前記中間部分の内成分情報を検出し、その検出結果に基づいて果実全体の内成分情報を判断することにより、効率良く果実全体の精度の高い内成分情報を測定することができる。また、前記中間部分に光を照射し、その拡散反射光より果実の吸光度を検出して果実全体の内成分情報を判断するため、果実を傷つけることなく果実全体の内成分情報を測定することができる。更に、果実内部への近赤外光の浸透深さが８ｍｍとなるよう光を照射するため、果実の内成分情報の測定精度を更に向上させることができる。また、果実における近赤外光の照射位置をカバ−により遮光するため、外光の影響を受けずに果実の吸光度を精度良く検出でき、果実の内成分情報の測定精度を更に向上させることができる。

よって、本発明によると、効率良くトマトの果実全体の精度の高い内成分情報を測定することができるので、栽培途中の果実の成熟度を判断したり収穫時における果実の内成分情報を推測したり養液栽培において養液の濃度を制御して所望の糖度の果実を得たりするのに利用することができる。

更に、サンプルホルダ−１２が果実の位置決めガイドの役割を果たし、果実と光ファイバ−プロ−ブ３との距離を適正に維持して果実の吸光度を精度良く検出することができる。

図１に基づいて、果実の内成分情報（糖度）を検出するために使用する近赤外スペクトル測定装置１の概略について説明する。この近赤外スペクトル測定装置１は、物質に吸収されやすい近赤外線を含む光を発生する光源２と、該光源２からの光を照射すると共にその拡散反射光を受光する光ファイバ−プロ−ブ３と、該光ファイバ−プロ−ブ３が受光した拡散反射光を分光分析し近赤外スペクトル（ＮＩＲスペクトル）を測定するモバイル分光分析器４と、該モバイル分光分析器４で分析された結果を出力するノ−ト型パソコン５とを備えている。尚、光源２及びモバイル分光分析器４と光ファイバ−プロ−ブ３とは、光ファイバ−ケ−ブル６により接続されている。また、モバイル分光分析器４とノ−ト型パソコン５とは、ＵＳＢケ−ブル７により接続されている。前記光源２は、手動シャッタ−８を備え、光ファイバ−プロ−ブ３から光を照射しない状態に切り替えできる。また、光源２は、その光量を調節するための光量調節つまみ９を備えている。光ファイバ−プロ−ブ３の先端部は、図３に示すように、光源２からの光を外部に照射する円形の光放射リング１０と外部の光を受光する受光孔１１とを備え、前記光放射リング１０から果実に投光される光が反射し、その反射光を受光孔１１から受光する構成となっている。また、図２に示すように、光ファイバ−プロ−ブ３の先端部にはラッパ状のサンプルホルダ−１２を取り付けており、このサンプルホルダ−１２に果実を合わせた状態（図２（ｂ）の状態）で光ファイバ−プロ−ブ３により果実に光を照射して果実の吸光度を検出するようになっている。従って、前記サンプルホルダ−１２が果実の位置決めガイドの役割を果たし、果実と光ファイバ−プロ−ブ３との距離を適正に維持して果実の吸光度を精度良く検出することができる。

従って、樹上果実（例えばトマト）の内成分情報を検出して果実栽培における養液制御に反映させ、高糖度の果実を得ることができる。

上記の近赤外スペクトル測定装置１を使用して果実の内成分情報（糖度）を検出するにあたり、先ずは果実（トマト）の柄を上方にして上下に３等分に区分して上方から果柄部、赤道部（中間部分）、果頂部とし、各々の部位における糖度を化学的に糖度計で測定した。具体的には、トマトの各部位を切り取るかトマトの各部位に糖度計の検出子を差し込んで果実（トマト）を破壊する破壊試験により行った。試料として着果後２７日の緑熟のトマトと着果後４２日の完熟のトマトとをそれぞれ２０個準備し、各トマトの果柄部と果頂部とこの両者の中間となる赤道部との３箇所について測定した。図４は、その結果を示すグラフである。

図４（ａ）に示すように、緑熟のトマトについては、糖度測定値の平均が約４Ｂｒｉｘ％で果柄部、赤道部、果頂部といくにつれて少しづつ高い値が得られた。また、図４（ｂ）に示すように、完熟のトマトについては、糖度測定値の平均が約５Ｂｒｉｘ％で前記と同様に果柄部、赤道部、果頂部といくにつれて少しづつ高い値が得られた。従って、トマトの成熟度に拘らず該トマトの果柄部及び果頂部に対して赤道部における糖度は平均的な値を示すことが判った。よって、果実の赤道部に光を照射して果実の吸光度を検出し、トマトの内成分情報（糖度）を検出することにした。

そして、トマトの赤道部に光を照射し、該光のトマト内部への浸透深さを検出した。この浸透深さを検出するにあたり、光を照射した位置（測定点）の反対側から果実（トマト）を徐々に切り取っていきながら光ファイバ−プロ−ブ３により反射光のスペクトルを測定し、該スペクトルから得られるトマトの吸光度を検出した。尚、緑熟、完熟で各３０個のトマトについて試験した。尚、波長が８００ｎｍと１０００ｎｍとの２種類の近赤外線を含む光を照射した。図５に示すように、緑熟、完熟いずれのトマトについても測定点から切り取られる側の果実端面までの距離（果実の厚み）が８ｍｍ以上のときは該距離（厚み）に拘らず吸光度が略同一であり、８ｍｍより小さくなるにつれて吸光度が上昇する結果が得られた。つまり、前記距離（果実の厚み）が８ｍｍより小さいときには、照射した光が果実（トマト）を透過して該果実（トマト）の外部へ抜けていることが判った。よって、果実内部への近赤外光の浸透深さは８ｍｍ程度であることを確認した。従って、光量も少なくて且つ精度良くトマトの吸光度を検出するために、果実内部への近赤外光の最適な浸透深さを８ｍｍに設定した。

以上に基づいて果実の赤道部に果実内部への浸透深さが８ｍｍ程度で近赤外光を含む光を照射してトマトの吸光度を測定すると共に、同一のトマトの赤道部を糖度計を使用して破壊試験により化学的に糖度を検出した。この吸光度と糖度計による糖度との関係は、図６に示すように、相関関係が高いことが判った。

また、図７に示すように、吸光度に及ぼす外光の影響について調べた。すなわち、日射量０．４７ｋＷ／ｍ２の下で、サンプルホルダ−１２部分を含む光ファイバ−プロ−ブ３の先端部を黒色で布製のカバ−で覆って遮光した遮光状態と、前記カバ−を使用しない非遮光状態とで、吸光度を測定した。すると、非遮光状態では波長７００乃至８００ｎｍで局所的に吸光度が上昇する（ピ−クが発生する）のに対し、遮光状態では吸光度の波長による前記の局所的変化（ピ−ク）がなく、遮光状態で検出すれば外光の影響を受けずに果実の吸光度を精度良く検出できることが判った。従って、外光の影響を受けやすいフィ−ルド（栽培圃場）では前記遮光状態にして検出するのが望ましい。尚、波長７６４ｎｍのスペクトルにおける吸光度のピ−クは大気中の酸素により吸収されたものであり、この結果から、非遮光状態で外光の影響を受けたことが分かる。

栽培途中の果実の成熟度を判断することにより、収穫適期の予測に利用できる。また、栽培途中の果実の内成分情報に基づいて、収穫時における果実の内成分を推測するのに利用できる。さらに、養液栽培において栽培途中の果実の内成分情報に基づいて養液の濃度等を制御することにより、目的とする糖度の果実を収穫できる。また、例えば選果機等、果実の質を判定してその質に基づいて果実を選別するのに利用できる。

近赤外スペクトル測定装置の概略を示す図 光ファイバ−プロ−ブにより果実の吸光度を検出する状態を示す図（ａ：検出前、ｂ：検出時） 光ファイバ−プロ−ブの先端部を示す図 トマトの部位別糖度を示す図（ａ：緑熟のトマト、ｂ：完熟のトマト） トマト内部への近赤外光の浸透深さとトマトの吸光度との関係を示す図（ａ：緑熟のトマト、ｂ：完熟のトマト） トマトの吸光度に基づく糖度と糖度計に基づく糖度との関係を示す図 遮光状態と非遮光状態とにおける吸光度を示す図

１…近赤外スペクトル測定装置、３…光ファイバ−プロ−ブ、１０…光放射リング、１１…受光孔、１２…サンプルホルダ−

Claims (1)

1. 物質に吸収されやすい近赤外線を含む光を発生する光源（２）と、トマトの果実の柄を上方にしたときの該果実の上下方向中間部分に光源（２）からの波長が８００ｎｍ又は１０００ｎｍの光を果実内部への近赤外光の浸透深さが８ｍｍとなるよう照射する円形の光放射リング（１０）及び照射した光の拡散反射光を受光する受光孔（１１）を先端部に設けた光ファイバ−プロ−ブ（３）と、該光ファイバ−プロ−ブ（３）の先端部に設けた果実における光の照射位置を遮光するラッパ状のサンプルホルダ−（１２）と、光ファイバ−プロ−ブ（３）が受光した拡散反射光を分光分析し近赤外スペクトルを測定する分光分析器（４）と、光ファイバ−プロ−ブ（３）から光を照射しない状態に切り替えできる手動シャッタ−（８）と、光源（２）の光量を調節するための光量調節つまみ（９）を備え、該分光分析器（４）で分析された結果を出力してトマトの果実全体の内成分情報を検出する近赤外スペクトル測定装置。

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