JPH06213804A - 糖度計測方法及びその装置 - Google Patents

糖度計測方法及びその装置

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JPH06213804A
JPH06213804A JP5026198A JP2619893A JPH06213804A JP H06213804 A JPH06213804 A JP H06213804A JP 5026198 A JP5026198 A JP 5026198A JP 2619893 A JP2619893 A JP 2619893A JP H06213804 A JPH06213804 A JP H06213804A
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JP
Japan
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light
sugar content
measured
diffraction grating
line sensor
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Application number
JP5026198A
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English (en)
Inventor
Yutaka Nakanishi
豊 中西
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SAIKA GIJUTSU KENKYUSHO
Original Assignee
SAIKA GIJUTSU KENKYUSHO
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光が透過可能な全ての青果物の糖度を、瞬時
に、かつ、高精度に計測する。 【構成】 試料室1は簡単な遮蔽である。光源2から出
た、近赤外領域を含む波長の光は被測定物Aを透過す
る。透過光は集光レンズ7、スリット8を通り、フラッ
トフィールド凹面回析格子10に達する。この回析格子
10で分光された光は、全てラインセンサ11上に焦点
を結ぶ。ラインセンサ11では全域の分光を同時に計測
し、その計測値は信号処理装置12に送り、糖度値を割
り出す。NDフィルター9を用いてリファレンスする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は青果物などの糖度を非
破壊で、瞬時に計測するための方法及びその装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、青果物の糖度の計測は、通常、そ
の青果物を果汁にした上で化学分析する、破壊検査方式
が一般的である。この他、最近では、光学的手段によっ
て非破壊で青果物の糖度を計測する方式も研究されてい
る。即ち、近赤外領域の波長の光を青果物に当て、その
反射光を受光して分析し、糖度を求めるのである。青果
物に当たった光は単に青果物の皮表面からだけ反射する
のではなく、ある程度、青果物の内部に進入した後に反
射するので、反射光には青果物の実の部分の光学的特性
が含まれており、反射光の分析によって実の部分の糖度
の計測が可能なのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の反射
光を利用する計測方式では、例えば、トマト、桃、リン
ゴなどのような皮の薄いものには利用可能であるが、例
えばミカンなどのような皮の厚いものには利用できな
い。皮が厚いと、反射光は皮の成分だけとなり、実の成
分がほとんど含まれないので、実の部分の糖度の計測が
できないのである。
【0004】この為、皮の厚い青果物に対して、透過光
を利用する計測方法も研究されてはいるが、光ファイバ
ーなどを用いて青果物の表面に密着した位置から光を照
射しなければならなかったり、外光を完全に遮断した暗
室内でしか計測できなかったり、或いは計測に時間がか
かって、青果物の変質を招いたり、時間当たりの測定処
理数が少なかったりするなど、それぞれに欠点があり、
実用上、充分なものは未だ開発されていない。
【0005】本発明はこのような点に鑑み、光を僅かで
も透過する全ての青果物に対して、不完全な暗室状態
で、正確且つ瞬時に糖度値を求めることのできる糖度計
測方法及びその装置を提供せんとするにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の糖度計測方法の
技術的手段は、被計測物に近赤外領域の波長を含む光線
を照射し、その透過光をレンズで集光した上でスリット
を通し、凹面回析格子で分光して、波長が700〜10
00nmの分光をラインセンサ上に焦点を結ばせて計測
し、その計測値を信号処理して糖度値を割り出すように
することにある。
【0007】また、本発明の糖度計測装置の技術的手段
は、外光が直接入らない程度に遮蔽された試料室と、被
計測物に対して近赤外領域の波長を含む光線を照射する
光源と、透過光の集光レンズと、スリットと、リファレ
ンス用の解放自在なNDフィルターと、フラットフィー
ルド凹面回析格子と、ラインセンサと、信号処理装置と
からなり、光源からの光は被計測物を透過させ、集光レ
ンズ及びスリットを通し、回析格子で分光し、ラインセ
ンサ上に焦点を結んだ、700〜1000nmの分光を
計測して信号処理し、糖度値を割り出すようになってい
ることにある。
【0008】
【作用】本発明では被計測物である青果物に光を照射
し、その透過光によって糖度を計測する。透過光には青
果物の実の成分による作用を受けたスペクトルが含まれ
ているので、実の部分の糖度の計測が可能である。ま
た、反射光ではなく、透過光によるので、ミカンのよう
な皮の厚いものの糖度も計測できる。光源にはその光線
中に近赤外領域の波長の光を含むものを用いる。糖度の
計測には、波長が700〜1000nmの近赤外領域の
波長の光を含む光線が必要である。
【0009】被計測物は試料室に入れて計測する。試料
室は完全な暗室にする必要はなく、外光が直接入らない
程度に簡単に遮蔽された状態でよい。被計測物からの透
過光はレンズで集光され、スリットを通って回析格子に
達する。回析格子はフラットフィールド凹面型であるの
で、分光は、全領域に互って、平面状のラインセンサ上
に焦点を結ぶ。従って、ラインセンサによって全波長の
分光を同時に計測できる。ラインセンサでは700〜1
000nmの分光が計測され、その計測値は信号処理装
置に送られ、糖度値が算出される。
【0010】NDフィルターはリファレンス時に用い、
実際の計測時には用いない。NDフィルターは、光源か
らの光を被計測物を透過したのと同じ程度の光量に絞
る。ミカンなどでは約4万分の1に光量を絞る。このリ
ファレンスにより、多少の外光の存在下でも正確な糖度
計測が可能になる。
【0011】
【実施例】本発明の糖度計測方法及びその装置を図面の
実施例について説明する。ミカンなどの被計測物Aは試
料室1に入れて、計測する。試料室1は完全な暗室であ
る必要はなく、外光が直接入らない程度の簡単な遮蔽で
よいから、例えば、試料室1の被計測物出入口にはカー
テンや短冊状のすだれなどを取付けるだけでよい。この
為、試料室1の構造を簡単にできる他、例えば、コンベ
アーによる移送路に試料室を設け、コンベアーで送られ
てくる青果物を連続的に糖度計測することが可能とな
る。
【0012】2は光源で、近赤外領域の波長(特に糖度
計測では700〜1000nm)を含む光線の出るも
の、例えばハロゲンランプなどを用いる。なお、光線は
被計測物に対して非接触の位置から照射するので、光源
2から出た光は被計測物Aからはみ出さないようにしな
ければならず、この為、光源2の選定に際しては、発射
光線の広がり角が10゜程度の狭いものを用いるのが好
ましい。また、光源室3は通気孔を有するキャビネット
で囲い、かつ、強制冷却用ファン4によって強制排気
し、光源室内の冷却を図ると共に、青果物の温度上昇を
押さえるようにするのがよい。
【0013】5は分光室で、遮光材製のキャビネットに
よって光通過口6を除き完全に遮蔽し、ほぼ暗室状態と
する。7は集光レンズ、8はスリットである。スリット
8の開口幅は感度と分解能とに影響を与える。通常、5
0〜200ミクロンとするのが適当である。
【0014】9はNDフィルター(ニュートラルフィル
ター)であり、光軸に対して解放自在に設ける。このN
Dフィルター9はリファレンスと、回析格子保護との為
に用いている。従って、フィルター9の光透過率を、被
計測物Aの光透過率とほぼ合致するように設定する。例
えば、ミカンでは透過光量が約4万分の1になるので、
これと同じになるフィルタを用いる。トマト、桃、キウ
イなどは光透過率がミカンとほぼ同じであるので、ミカ
ンと同じ程度になるフィルターで計測可能である。ただ
し、リンゴや梨では透過光量が約20万分の1になるの
で、別個のフィルターが必要である。
【0015】 計測試験では、ミカン用には、光伸光学(株)製の 25ND1% 2枚 25ND25% 1枚 の3枚のNDフィルターを重ねて使用した。また、リン
ゴ用には、 25ND1% 2枚 25ND5% 1枚 の3枚のNDフィルターを重ねて使用した。
【0016】NDフィルター9は計測前の、被計測物の
ない時に使用し、光源からの光と、他の光との総合光に
対するリファレンスデータを取るのに使用する。これに
より、完全な暗室状態でなくても正確な糖度計測が可能
となる。また、光源からの光(熱線)が直接、回析格子
に入ると、回析格子の性能が劣化するので、NDフィル
ター9は被計測物が無い場合における回析格子の保護の
為にも使用する。なお、NDフィルター9は実際の計測
時には使用しない。
【0017】10は回析格子である。この回析格子10
にはフラットフィールド凹面型のものを用いる。これに
より、各波長の分光が全て、平面のラインセンサ上に、
焦点を結ぶようになる。従って、回析格子を回転させる
必要がなく、同時に全波長のデータ(700〜1000
nmの吸光度)を読むことができ、計測の高速化を図れ
る。計測試験では島津製作所製の「フラットフィールド
凹面グレーティング」、型名 20−037、溝本数
300本、波長範囲 700〜1000nm、曲率半径
120.7mmの回析格子を用いた。
【0018】11はラインセンサである。回析格子9で
分光された光線がラインセンサ11の表面で焦点を結ぶ
ので、各分光を全て同時に計測できる。ラインセンサ1
1による計測値は信号処理装置12に送られて、演算処
理及び波形分析され、その後、検量線によって糖度値が
算出される。
【0019】図2はミカンについての計測試験結果(ラ
インセンサでの計測値の2次微分スペクトル)である。
図中のα1 〜α5 の値が糖度に大きく依存する。検量線
は次の式で近似できる。 糖度=k0 +k1 α1 +k2 α2 +k3 α3 +k4 α4
+k5 α5 (k0 〜k5 は比例定数)
【0020】次に、計測手順について説明する。先ず、
被計測物Aのない状態で、代わりにNDフィルター9を
セットし、リファレンスデータを取る。即ち、光源から
の光と、外光とを合わせた総合光量のリファレンスを取
る。このリファレンスを行っておくことにより、後の実
際の計測値から外光の影響を排除できるようになり、多
少の外光の存在下でも、正確な計測が可能となる。
【0021】次に、NDフィルター9を取外し、試料室
1内に被計測物Aをセットする。光源2からの光は被計
測物Aを透過し、その間に青果物の実の成分による作用
を受ける。この結果、透過光は実の成分に基ずくスペク
トルを含んだ状態となる。この透過光はレンズ7で集光
し、スリット8を通過させる。スリット8はその開口幅
が大きいと、ラインセンサでの感度は良くなるが、反
面、分解能は悪くなり、反対に開口幅が小さいと、感度
は悪いが、分解能は良くなるという2律背反の特性を有
する。
【0022】スリット8を通過した光は、回析格子10
に達し、分光される。回析格子10はフラットフィール
ド凹面型であるので、平面状のラインセンサ11の面の
上に、全ての波長の分光が同時に焦点を結び、ラインセ
ンサ11で全波長を同時に計測できるようになる。従っ
て、計測に要する時間が短縮され、通常の場合、約0.
2秒で計測可能である。この為、高速かつ連続的計測が
可能となり、試料室が、外光が直接入らない程度の簡単
な遮蔽でよい点と相俟って、例えば、コンベアーで移送
中のものや、落下中のものの糖度計測もできるようにな
る。
【0023】ラインセンサ11での計測値は信号処理装
置12で波形分析などが行われ、更に検量線によって演
算処理されて、糖度値が算出される。なお、ラインセン
サ11は波長が700〜1000nmの分光が計測され
るが、これは糖度値を決めるのにこの範囲の分光の計測
が必要だからである。また、この範囲の計測により酸度
の判定も可能であり、この結果、糖度と酸度とを合わせ
た総合食味の判定も可能となる。
【0024】なお、本発明は前記の実施例に限定される
ものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で自由に
変形実施可能であり、例えば、光源2の種類や、試料室
1の構造、フラットフィールド凹面回析格子10の詳細
な構造、ラインセンサ11の種類などは自由である。
【0025】
【発明の効果】本発明の糖度計測方法では、透過光を利
用するので少しでも光を通すものならば、どのような青
果物でもその糖度を高精度で計測できる。また、本発明
はフラットフィールド凹面回析格子とラインセンサとの
使用により、必要な全波長の分光を同時に測ることがで
き、計測時間が短く、利用範囲が広い。
【0026】請求項2のものではNDフィルタを用い
て、リファレンスするので、試料室はカーテンなどによ
る簡単な遮蔽でよく、この為、被計測物の試料室への出
し入れが容易であり、試料室をコンベアー上に設けて、
コンベアーで移送中のものの糖度計測も行うことができ
る。
【0027】本発明の糖度計測装置は、構造が簡単で、
製造コストを低くでき、瞬時に、かつ高精度に青果物の
糖度を計測でき、その上、利用範囲が広く、実用上、極
めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の糖度計測装置の概要を示す図。
【図2】ミカンについての計測試験結果のグラフ。
【符号の説明】
1 試料室 2 光源 7 集光レンズ 8 スリット 9 NDフィルター 10 フラットフィールド凹面回析格子 11 ラインセンサ 12 信号処理装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被計測物に近赤外領域の波長を含む光線
    を照射し、その透過光をレンズで集光した上でスリット
    を通し、凹面回析格子で分光して、波長が700〜10
    00nmの分光をラインセンサ上に焦点を結ばせて計測
    し、その計測値を信号処理して糖度値を割り出すように
    する糖度計測方法。
  2. 【請求項2】 外光が直接入らない程度に遮蔽された試
    料室を用いると共に、NDフィルターでリファレンスす
    る請求項1記載の糖度計測方法。
  3. 【請求項3】 外光が直接入らない程度に遮蔽された試
    料室と、被計測物に対して近赤外領域の波長を含む光線
    を照射する光源と、透過光の集光レンズと、スリット
    と、リファレンス用の解放自在なNDフィルターと、フ
    ラットフィールド凹面回析格子と、ラインセンサと、信
    号処理装置とからなり、光源からの光は被計測物を透過
    させ、集光レンズ及びスリットを通し、回析格子で分光
    し、ラインセンサ上に焦点を結んだ、700〜1000
    nmの分光を計測して信号処理し、糖度値を割り出すよ
    うになっている糖度計測装置。
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