JPH03500823A - 食品の光学的検査 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ′Ｌｊ７Ａ’）Ｕ七【旬、兼−査 １朋！と凰野 この発明は一般に材料の光学的検査の分野に関するものである６特に、この発明 は食品の様な有機材料の品質を決めるようレーザー誘導された蛍光技術を用いる 方法および装置を提供するものである。この発明のレーザー誘導された蛍光技術 はビーナツツの様な所要の食品を含む材料の流れにおける汚染物質の存在を決め るように使用出来る。

資−−Ｊ 食品を選び出す共通の方法は潤色に基いている０食品と生物学的試料は単一固体 よりも一層異なった光散乱特性を有している。視覚によるか或は光学／電気的方 法のいずれかによる色彩の微妙な変化の検出は食品を選び出すように従って出来 る。併し乍ら、この様な方法における主な困難の１つは、材料の異なった等級を 表したり或は不用な材料を表す色彩の微妙な変化を検出するすようできないこと である。例えば、ビーナツツの様な食品の場合には、測色技術に基く選出方法は 、所要のビーナツツの様な適切な色彩と大きさを有することが出来る所要のビー ナツツと石や茎とを区別することが屡々出来ない。

所要のビーナツツと石や茎の様な異物との間の相違の基本的問題に加えて、汚染 されたビーナツツを見い出して除去するよう出来ることが重要である０食品処理 案者が最も恐れる汚染物質の１つはアフラトキシンである。

食品が誤って貯蔵される時にアスパルギラスフラパス菌によって造られるこの含 浸物質は年間数百万ドルも食品工業に費用を課する。アフラトシンを検出する今 日の方法は時間が掛かり厄介である。

上述した食品の品質を決定する有効な検査方法が必要であることが明らかである 。特に、所要の食品と、材料の視覚検査からは明らかにならない汚染物質とを区 別できる方法が必要である。この発明は以下に詳細に検討される様にレーザー誘 導された蛍光を用いる光学的検査方法を提供することによって標準の色彩比較技 術により生じられる困難を解決するものである。

この発明の作動原理を理解するために、発光の意義と発光の定義の歴史的展開と ３理解することが重要である。

歴史的に、約１８００〜３７００オングストローム（紫外線）の範囲内の波長を 持った光線で照射した後に写真撮影すれば、材料は“発光”の特性を表すと言わ れている。この現象の従来の定義は２つの部門、すなわち蛍光と燐光とを含んで いる。材料は、照射の終了後に発光が停止すれば、蛍光を発すると言われている 。併し乍ら、発光が照射の後も持続されると、現象は燐光と呼ばれる。

上述した定義は、発光の持続の観察が肉眼で行われる時に一度に展開される。非 常に短時間、例えばナノセカンド、に発光の持続を測定出来る精巧な計器の開発 は上述の用語の正確な定義を導き、成る材料における発光の定義を変えている、 例えば、励発の終了の後に１０００マイクロセカンド程に長い蛍光放射発光を為 すよう文献に特徴付けられた多くの材料が知られている。この発光は照射された 材料の物理的特性に関する十分な情報を提供し、この発明においては以下に詳細 に説明される様に所要の食品と汚染物質とを区別するように利用できる。

成る材料が紫外線や青色光線に発光することや、可視光線発光の変更が成る材料 の特性を決めるように使用できることが周知である。人間の歯肉のカリエスの存 在を検知するようにこの様な現象を使用する装置の例がアルファノの米国特許第 ４．２９０．４３３号および第４，４７９．４９９号明細書に記載されている。

これら米国特許明細書に記載される方法に重要な人間の歯の発光は全体的に見る ことが可能な発光の認識に基いている。更に、これら米国特許明細書に示される 様なカリエスの検知は歯からの照射された光線の色の相違の可視的認識に頼って いる。この発光技術は材料の成る形の特性の検出に有効であるが、材料の発光の 色彩の相違の可視的認識に技術が基いているために、この発明に示される様な摘 要には適していない。

この発明の方法は、ビーナツツの複雑な励発発光スペクトルを利用するために、 従来の光学的検査の欠点を解決するものである。従って、同一スペクトルを両者 共に大体考慮する２つの目的は、所要のビーナツツと汚染物質とを区別すること が出来る異なった蛍光特性を有するように出来る。

光−明り贋よ この発明は、材料、特に迅速蛍光特性を提供する分子組成を有する食品を選出す べく使用できる検査および品質検知方法を提供するものである。所要材料がらの 蛍光照射は、不要な材料からのスペクトル照射と比較および区別できる特別な特 性スペクトルを有している。レーザー誘導される発光、特にレーザー誘導される 蛍光においては、標準の検知技術を用いて検知できない材料の特性の僅かな相違 を検知するように出来る。

この発明の検査および選出装置は、材料が蛍光照射を生じるよう出来るために審 理すべき材料を照射する励発源を備えている。この発明の推奨実施例では、励発 源はレーザーである。光線検出装置は審理下の材料によって生じられる蛍光光線 を検出するように作動できると共に、材料によって生じられた蛍光光線のスペク トル表示を生じるように作動できる。このスペクトル表示は所要材料のスペクト ル（またはスペクトルの一部）と不要な材料のスペクトルとを区別できる処理装 置にて処理される。

材料の基準試料の蛍光特性の初期測定は上述した装置の使用から成っている。基 準材料によって生じられるスペクトル応答はこの発明の装置によって分析されて 、食品、例えばビーナツツの試料のスペクトル応答と連続比較のために記録に蓄 えられる。この発明においては、励発の波長は汚染物質が蛍光を発つしないこと を選択できたり、或は汚染物質が所要材料よりも異なった波長で蛍光を発する様 に選択できる。この様な相違は、“ブラックライト”の使用に基いている様な通 常の蛍光技術では不可能である。従って、ブラックライトは煎ったビーナツツの 様な食品と汚染物質とを区別するように使用できない。

材料の検査および選出のためのこの発明の方法は、材料が蛍光を発つするように 励発源からの光線で材料を照射し、材料によって照射された蛍光光線を検出して この蛍光光線に応答するスペクトルに関する出力信号を発生し、照射された光線 のスペクトル表示を得るように出力信号を処理し、所要材料の対応するスペクト ルに対する審理の下で材料のスペクトルまたはスペクトルの一部を比較する工程 から成っている。

跡面−へ微鬼な一裁朋 第１図は時間の関数としての材料の全発光を測定するように用いられる推奨実施 例の装Ｗ楕成の概要図、第２図は発光波長の関数としての材料の全発光を測定す るよう使用される推奨実施例の装置構成の概要図、第３ａ図および第３ｂ図は波 長の関数としての材料の発光振幅を示すグラフ、 第４図は材料を選出するためのこの発明の発光検出装置を用いる選出装置の概要 図、 である。

推ＪＪＪ色Ｊｆｉ（！２−川ＪＬ！ｔＪＪ１この発明の食品の光学的検査用の装 置の推奨実施例が第１図乃至第４図に示されている。この発明の装置が幅広い範 囲の食品に使用されるよう意図されているので、試験すべき特別な食品の基準ス ペクトル反応を達成するよう第１図および第２図に示される装置を用いる特定の 材料の蛍光特性の初期決定を行うことが必要である。食品の基準蛍光特性が一旦 決定されると、これら特性は蓄積して後の測定に関連させるように出来る。この 初期決定のために、励発源１０からの光はシャッター１２を通って蛍光試験すべ き材料１４を照射するように為す、この発明の推奨実施例では、励発源１０は蛍 光を生じるよう適切な波長を持ったレーザーである。励発源１０の以後の説明で はレーザーに就いて大体説明されよう、第１図に示される装置のシャッター１２ は、もしパルスレーザ−が使用されるならば省略するように出来る。

フィルター１８を通過して、分光計２０のための入力として使用される。フィル ター１８はレーザー１０がらの分散された光を最小にするように選択できる。分 光計２０は光を分散して、分散された光が光電子増倍管２２によって検出されて 増幅され、第１図に示されるオッシロスコープ２４の様な適宜な表示装置の入力 を設けるように為す。

適宜な蛍光特性を表すこれら材料は、波長の関数として全発光（蛍光）を測定す る第２図に示される装置を用いて品質のための試験をして選び出すことが出来る 。第２図の装置は第１図に示される多くの部材から成っている。併し乍ら、光電 子増倍管２２の出力は電位計２６に送られて、この電位計２６で光電子増倍管２ ２から供給された信号を処理して蛍光振幅信号を設けて電線２７によって示され る様に図形記録計２８へと入力し、電！１２９は図形記録計２８の波長基準信号 を設ける。

図形記録計２８に表示される一般的な出力は第３ａ図に示めされる。上の曲線４ ２は所要の材料にて観察されるスペクトルを示し、下の曲線４６は処分されるべ き材料にて観察されるスペクトルを示している。選択的に、上の曲線が処分され る材料を示して、下の曲線が所要される材料を示すように装置を変更できる。主 要な要件は材料の観察されるスペクトル間の相違を設けることである。第３ｂ図 は、所要される生のビーナツツのスペクトル反応と、３６３ナノメ一タ励発を用 いるアフラトキシンで汚染された生のビーナツツとの比較によって得られる実際 のデータの図形を示している。この図形において、アフラトキシンによって汚染 されたビーナツツはＡ１で示され、所要のビーナツツはＢ１で示される。

選出されるべき材料の蛍光スペクトルを用いる装置が第４図に示されている。こ の装置において、貯蔵容器３０は検査すべき多量の材料３２を貯蔵して検査箇所 を通過す、る材料の流れを通すように出来る。図示のこの装置において、材料は 重力で検査箇所を落下通過する。材料が検査箇所を通過する時に、材料の蛍光を 生じるよう選ばれる波長を有する適宜な光学系を持ったレーザー１０からの励発 ビームによって材料が照射される６波長は第１．２図に示される装置を用いる特 別な材料にて行われる試験の結果に基いて選択できる。

材料が試験箇所を通過して照射される時に、材料は蛍光を発して不要の材料から 所要の材料を区別するように分析処理できる再照射光の源を形成する。第４図に 示される装置において、試験材料の蛍光はスペクトル特性のために分析されるべ き光学多重分析器３４に送られる。

選択的に、フィルターを持った複分析器装置を光学多重分析器３４の代わりに使 用できる。光学多重分析器３４の出力は、材料のスペクトル出力の信号表示を行 うようにデマルチプレキシングミ子論理回路３６によって処理される。容器４０ の一部に所要材料が落下して不要の材料が別の容器に偏向されるように偏向装置 ３８を制御すべく出力信号は形成されて使用される。この作用を行うように多数 の偏向装置が使用できると共に、圧縮空気源が推奨実施例に使用される。

標準の室内光線の下では、支配的な方法は簡単な光散乱と吸収であるために、蛍 光材料としてピーチ・ソツを普通には考慮しない。これら方法の波長依存はビー チ・ソツにビーナツツの特長的な色彩を与える。光の各光子はビーナツツによっ て吸収されるか或は散乱されるかのいずれかであるが、波長がビーナツツに実質 的に残る。室内光線は総ての可視波長を含むので、どんな蛍光効果も完全に覆い 隠される。併し乍ら、所要の蛍光効果は、適宜な波長、例えば４８８ナノメータ のレーザー光線でビーナツツを照射して長い波長だけが通過するフィルターを通 して見ることによって観察できる。

煎ったビーナツツを汚染物質から選出するよう上述した装置を用いて試験が行わ れた。ビーナツツが小石や他の汚染物質に色が非常に近いので、通常の測色技術 を用いてビーナツツを選出するのが特に困難である。更に、ビーナツツは通常の 紫外線下では蛍光発光を掻く僅か或は“殆ど全く”生じない。併し乍ら、ビーナ ツツがレーザーの様な励発源からの光で照射される時に、不要な材料のスペクト ルから容易に区別できる独自の蛍光発光スペクトルをビーナツツは生じる。高い 確実性を持って汚染物質からビーナツツを区別するようにレーザー誘起された蛍 光を使用できることをこの試験の結果が示している。この様な試験結果は、４８ ８ナノメータのアルゴンイオンレーザ−励発が、この方法を実行するよう５８０ ナノメータでの蛍光の検出を以って使用できることを示している。

上述した様に、この発明の装置は試験すべき材料の蛍光スペクトルの分析に基い ている。レーザー誘起された蛍光は物質によるレーザー光線の吸収に基く光線の 発散である。再放射光線の波長は励発するレーザー光線の波長において主要部分 を含んでいる。併し乍ら、吸収材料の分子構造によって決められる多くの新しい 波長構成成分を含んでいる。この発明は、ビーナツツが成る周波数における照射 に対する独自の特性応答を有するのを見いだしたことに基いている。特に、これ ら特性応答は種々な等級のビーナツツを区別するよう使用できると共に、所要の ビーナツツとアフラトキシンで汚染されたビーナツツとを区別するように使用で きる６ 与えられた励発スペクトルにおいて、試料の材料が視覚的に同じに見えても、こ の試料材料は異なった蛍光または燐光スペクトルを有することが出来る。この発 明の方法と装置は、ビーナツツの複雑な励発発光スペクトルを利用する標準の紫 外線蛍光技術とは異なっている。

この発明の方法と装置が推奨実施例に就いて説明されたが、こ−に説明された特 別な形に制限されるべく意図するものでなく、添付の請求の範囲によって規定さ れる如くこの発明の範囲および精神に道理に適って含まれることが出来る様な変 更や選択および同等物を覆うよう意図されるものである。

波長（ナノメータ） 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の予定された波長を有するレーザー光線によって照射される時に所要め ピーナッツにより生じられるレーザー誘導された蛍光の基準スペクトル表示を得 、第２の予定された波長での第１振幅にてレーザー誘導された蛍光を生じるよう 該材料の流れ内に所要のピーナッツを生じると共に予定された波長での第２振幅 にてレーザー誘導された蛍光を生じるよう該材料の流れ内に汚染物質を生じるべ く、予定された波長を有するレーザー光線源によってピーナッツを含む材料の流 れを励発し、該材料の流れによって生じられるレーザー誘導された蛍光を検出し 、 該材料の流れ内の所要のピーナッツによる第１振幅での検出された蛍光と、該材 料の流れ内の汚染物質による第２振幅での蛍光とを相互に関連させて、該第２振 幅での蛍光を生じる該汚染物質を除去する、工程から成るピーナッツを含む材料 の流れから汚染物質を確認して除去する方法。
2. ２．レーザー光線の第１の予定された波長が約４８８ナノメータである請求項１ 記載の方法。
3. ３．レーザー誘導される蛍光の第２の予定された波長が５８０ナノメークである 請求項２記載の方法。
4. ４．レーザー光線の第１の予定された波長が３６３ナノメータである請求項１記 載の方法。
5. ５．レーザー誘導される蛍光の第２の予定された波長が約４２５ナノメータであ る請求項２記載の方法。
6. ６．第２の波長での第１振幅を有するレーザー誘導された蛍光照射を生じるよう 材料の流れ内に所要のピーナッツを生じると共に第２の波長での第２振幅を有す る蛍光照射を生じるよう該材料の流れ内に汚染物質を生じるべく予定された波長 を有する多量のレーザー光線によって該材料の流れを照射する装置、 第２波長にて該レーザー誘導された蛍光照射を検出すると共に該蛍光照射に対応 する出力データ信号を生じる装置、 所要のピーナッツに対応する基準データ信号と該出力データ信号を相互に関連さ せると共に該材料の流れによって生じられる第２振幅での蛍光照射の検出にて制 御信号を発生する装置、 該材料の流れから該汚染物質を除去すべく該制御信号に応答する装置、 を備えたピーナッツを含む材料の流れの検査のための光学装置。
7. ７．レーザー発生光線が約４８８ナノメークの波長を有している請求項４記載の 装置。
8. ８．第２波長が約５８０ナノメータである請求項５記載の装置。
9. ９．レーザー発生光線が約３６３ナノメータの波長を有している請求項４記載の 装置。
10. １０．第２波長が約４２５ナノメータである請求項５記載の装置。