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JP2882824B2 - 青果物の成分測定装置 - Google Patents

青果物の成分測定装置

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JP2882824B2
JP2882824B2 JP1297700A JP29770089A JP2882824B2 JP 2882824 B2 JP2882824 B2 JP 2882824B2 JP 1297700 A JP1297700 A JP 1297700A JP 29770089 A JP29770089 A JP 29770089A JP 2882824 B2 JP2882824 B2 JP 2882824B2
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JP
Japan
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light
fruits
vegetables
optical fiber
fruit
Prior art date
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JP1297700A
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JPH03160344A (ja
Inventor
健一 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、選果機等に適用される青果物の成分測定装
置に関する。
〔従来の技術〕
従来の選果機等に適用される青果物の内容成分の測定
は、青果物の形状要素により成分を間接的に推定するも
の、あるいは、685nmの波長の光を用いてクロロフィル
(葉緑素)の濃度を測定し、熟度や糖度を間接的に判定
するものがあった。さらに従来の内容成分の測定として
は、回析格子型分析装置を用いるものがあった。この分
析装置は、スリットより回転している回折格子に光を当
て、分光した光を反対側のスリットから順次取り出す装
置であるが、本装置を用いた場合、青果物の内容成分を
直接かつ迅速に、例えば1秒間に数個の青果物を測定す
ることは困難であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の青果物等の内容成分の測定においては、回折格
子を回転し、各波長を分光する時には回折格子を止め、
又次の波長を分光する時には回転するといったように、
回転と制動をくり返すため、測定時間が長くなり、かつ
測定結果は光源、温度及び環境等の変化によって影響を
受けるため精度が悪かった。
本発明は、青果物等の内容成分を近赤外線を用いて瞬
間に、精度よくかつ非破壊的に測定できる装置を提供し
ようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の青果物の成分測定装置は、内部に投光部と集
光レンズを有し、内容成分が測定される青果物に当てら
れる遮へい物を先端部に設けられた測定ヘッド部、同測
定ヘッド部に一端が接続された一方の光ファイバの他端
より青果物の反射光を入光し内部に波長帯の異なる複数
の光に分光する回折格子を有する分光器、同分光器によ
り分光された波長帯の異なる光をそれぞれが入光する複
数の検出素子が配列されたディテクタアレイ、上記測定
ヘッド部に一端が接続された他方の光ファイバの他端よ
り可視光を通さない可視光フィルタを介して光源及び環
境等の変化による測定値の変動を補正するための参照光
を入光する受光素子、および上記ディテクタアレイと受
光素子より電気信号を入力して青果物の成分を測定する
演算部を備えたことを特徴としている。(2)本発明
は、上記発明(1)に記載の青果物の成分測定装置にお
いて、上記演算器は1784nm及び900nmの波長の光の吸光
度を求めて青果物の糖度を測定することを特徴としてい
る。
〔作用〕
上記発明(1)において、内容成分が測定される青果
物に測定ヘッド部が当てられ、内部に設けられた投光部
が発光すると、青果物の内部で拡散反射し、その反射光
が集光レンズにより集光され、一方の光ファイバの一端
を照射する。同一方の光ファイバの一端に照射された反
射光は、光ファイバ中を通って他端より分光器内に入光
する。同分光器内では、反射光は波長の異る複数の光に
分光され、それぞれの波長帯の光はディテクタアレイの
それぞれの検出素子に入光し、それぞれの波長毎の光の
強さに応じた電気信号に変換される。
また、上記測定ヘッド部からは、他方の光ファイバ及
びフィルタを介して受光素子に参照光が入光され、電気
信号に変換される。上記それぞれの電気信号は演算部に
入力され、この演算部はディテクタアレイが出力したそ
れぞれの波長毎の電気信号について受光素子が出力した
電気信号により光源及び環境等の変化による変動を補正
した後、光の波長毎の吸収率を求め、光の吸収率が青果
物の成分の濃度に比例するため、上記吸収率より青果物
の成分の濃度を求める。
本発明においては、ディテクタアレイを用いてそれぞ
れの波長毎の光の強さを一度に電気信号に変換してお
り、この変換された電気信号については光源及び環境等
の変化による変動の補正が行われているため、高精度で
高速の青果物の成分測定が行えるようになった。
また、上記発明(2)は、実験を重ねた結果、1784n
m、及び900nmの波長の光の吸収率(吸光度)が青果物の
糖度と高い相関関係のあることを見出したことにより得
られたものであり、演算器がこれらの波長の吸光度を求
め、これらの吸光度より糖度を求めることにより、青果
物の糖度についての高精度の測定が上記発明(1)と同
様に効率的にできるようになった。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図乃至第4図に示す。
第1図乃至第4図に示す本発明の一実施例は、内容成
分が測定される青果物2に当てられる測定ヘッド部1、
同測定ヘッド部1に一端が接続され他端にファイバ端5
を有する光ファイバ3、同光ファイバ3のファイバ端5
より青果物2の反射光を入光しミラー23と回折格子22を
有する分光器10、同分光器10より分光された波長帯の異
なる光をそれぞれ入光して電気信号に変換する100個以
上の検出素子(たとえばゲルマニウムあるいは硫化鉛よ
りなる)が配列されたディテクタアレイ11、同ディテク
タアレイ11が電流増幅器12及び微分演算処理器13を介し
て電線により接続された出力端子14、上記測定ヘッド部
1に一端が接続され他端にファイバ端4を有する光ファ
イバ3a、同光ファイバ3aのファイバ端4より可視光フィ
ルタ6を介して入光する受光素子7、同受光素子7が電
流増幅器8を介して電線により接続された出力端子9、
および上記出力端子9、14が接続された演算部24を備え
ている。上記測定ヘッド部1は、第2図に示すように青
果物2との接触部分にゴム製外乱光遮へい物20が設けら
れ、内部には青果物2による反射光を入光し内面が金メ
ッキされたフード17、同フード17の青果物2と接触する
一端に配設されたゴム製光遮へい物16、上記フード17の
他端に配設された集光レンズ15、同集光レンズ15を介し
て青果物2による反射光を受光し第3図に示すように配
設された光ファイバ3のファイバ端18、及び上記フード
17の外側に第4図に示すように配設された投光装置1aが
設けられている。
上記において、投光装置1aより青果物2に当てられた
近赤外線は、青果物2の内部で拡散反射し、その光は内
面が金メッキされているフード17で反射し、集光レンズ
15により集められてファイバ端18に当てられる。
上記ファイバ端18に当った光は、光ファイバ3中を経
てファイバ端5に至り、同ファイバ端5より分光器10内
に入光し、同分光器10の内部ではミラー23に反射した光
が回折格子22により複数の異なる波長帯の光に分光され
る。同回折格子22により分光された光は、上記分光器10
の出口に設置されたディテクタアレイ11に当てられディ
テクタアレイ11を構成する100個以上の検出素子がそれ
ぞれ異なる波長帯の光を入光し電気信号に変換する。
上記電気信号は、電流増幅器12により増幅された後、
波長による光量の変化を明瞭にするため微分演算処理器
13により微分された出力端子14より出力される。
また、上記測定ヘッド部1からは、光源の出力の変化
及び青果物の位置の変化等についての補正を行なうため
の参照光が光ファイバ3aにより取り出され、ファイバ端
子4より可視光フィルタ6を通して受光素子7に導かれ
光電変換される。同光電変換された電気信号は、電流増
幅器8により増幅されて出力端子9に導かれる。上記出
力端子14,9よりそれぞれ出力された電気信号A,Bは、演
算部24に入力される。
上記演算部24においては、次式により波長帯毎に吸収
率αが求められる 吸収率α=ln A/B 上記吸収率αはεCx(こゝでε;吸光係数、Cx;吸収物
質の濃度)に比例するため、上記波長帯毎の吸収率αよ
り青果物の成分とその濃度Cxが求められる。
次に本実施例の装置を用いて行った試験の結果につい
て説明する。本実施例の装置を用いて、600nmより2500n
mまでの波長につき桃の糖度と吸光度との関係を求めた
結果、1784nmの場合には、吸光度より計算した糖度はBr
ixで測定した糖度に対する誤差が0.50%糖度で重相関係
は0.95であった。また、その他の糖度と相関の高い波長
を試験した結果、1148nm、900nm及び845nmについても同
様の結果が得られたため、これらの波長の光の吸収率を
用いることによって高い精度で糖度の測定ができること
が判った。上記糖度の測定に要した時間は、1個0.1秒
であった。上記の試験結果に対して、回折格子を回転さ
せる従来の方式の場合は、1波長毎に回折格子を回転さ
せて分光するので、たとえば600nmから2500nmまで1900n
mについて2nm毎に分光すると、1900/2=950波長につい
て回折格子を動かしては止めるという動作を繰返すこと
になり、動かして止める時間が約0.1秒程度、実際の計
測時間は0.1秒程度であり、1波長について0.19秒要す
るため、通常3分程度必要であった。また、従来の装置
の場合、回折格子を動かして止めるという動作を必要と
するため、波長再現性が悪く、その結果、吸光度より計
算した糖度はBrix計で測定した糖度に対する誤差が1.0
%糖度、相関関係は0.8であった。上記により、青果物
の反射光が多数の波長帯の光に分光され波長帯毎に多数
の検出素子によりなるディテクタアレイによって電気信
号に変換されるため、従来の装置では1個当り3分の測
定時間を要していた青果物の成分測定が瞬時に高精度で
測定することができるようになった。
本発明の他の実施例を第5図に示す。
第5図に示す本実施例は、第2図に示す上記一実施例
の測定ヘッド部1を改良したものであり、投光装置1aは
測定ヘッド部外に設けられ、投光装置1aより出た光は集
光レンズ15を貫通する光ファイバ21の端部より青果物2
に当てられる。青果物2の内部で拡散反射された光は集
光レンズ15及び集光レンズ19により集められ、ファイバ
端18に当てられる。ファイバ端18及び光ファイバ3を通
った光は、参照光ファイバ端4及び分光器側のファイバ
端5に導かれるものである。
本実施例の場合には、投光装置1aが測定ヘッド部の外
に設けられるため、第2図に示す測定ヘッド部に比べて
コンパクトなものとすることができる。
なお上記実施例の装置は、CH2,CH3,OH,NH等の官能基
の成分分析ができるため、青果物以外のこれらの官能基
を含む食品の成分分析にも適用することができる。
〔発明の効果〕
本発明の青果物の成分測定装置は、内部に投光部を有
する測定ヘッド部が青果物に光を照射し、その反射光を
光ファイバを介して分光器に入光し、同分光器内に設け
られた回折格子が波長の異なる複数の光に分光し、それ
ぞれの波長帯の光がディテクタアレイのそれぞれの検出
素子に入光して光電変換され、この電気信号が可視光フ
ィルタを通過し受光素子により光電変換された参照光の
電気信号と共に演算部に入力されることによって、従来
の装置においては、1個当り3分の測定時間を要してい
た青果物の成分測定が瞬時に高精度で行えるようになっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図は上記一実
施例の測定ヘッド部の説明図、第3図は第2図のIII−I
II矢視図、第4図は第2図のIV−IV矢視図、第5図は本
発明の他の実施例の説明図である。 1……測定ヘッド部、1a……投光装置、 2……青果物、3,3a……光ファイバ、 4……ファイバ端、5……ファイバ端、 6……可視光フィルタ、7……受光素子、 8……電流増幅器、9……出力端子、 10……分光器、11……ディテクタアレイ、 12……電流増幅器、13……微分演算処理器、 14……出力端子、15……集光レンズ、 16……ゴム製光遮へい物、17……フード、 18……ファイバ端、19……集光レンズ、 20……ゴム製外乱光遮へい物、 21……光ファイバ、22……回折格子、 23……ミラー、24……演算部。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に投光部と集光レンズを有し、内容成
    分が測定される青果物に当接される遮へい物を先端部に
    設けられた測定ヘッド部、同測定ヘッド部に一端が接続
    された一方の光ファイバの他端より青果物の反射光を入
    光し内部に波長帯の異なる複数の光に分光する回析格子
    を有する分光器、同分光器により分光された波長帯の異
    なる光をそれぞれが入光する複数の検出素子が配列され
    たディテクタアレイ、上記測定ヘッド部に一端が接続さ
    れた他方の光ファイバの他端より可視光を通さない可視
    光フィルタを介して光源及び環境等の変化による測定値
    の変動を補正するための参照光を入光する受光素子、お
    よび上記ディテクタアレイと受光素子より電気信号を入
    力して青果物の成分を測定する演算部を備えたことを特
    徴とする青果物の成分測定装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲(1)に記載の青果物の成
    分測定装置において、上記演算器は1784nm及び900nmの
    波長の光の吸光度を求めて青果物の糖度を測定すること
    を特徴とする青果物の成分測定装置。
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