(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を品質等級に選別するための装置であって、
少なくとも１つの光源（４１１）と少なくとも１つの光検出器（４２１）を備え、前記粒子の少なくとも１つの分析特性を決定するための測定装置（４００）と、
ローラー（３１１）によってガイドされ、搬送方向に移動するように構成された、複数の穿孔（３１４）を有する搬送面を画定するエンドレス搬送ベルト（３１０）を備え、前記粒子を前記測定装置を通過させて搬送するための搬送装置（３００）と、
前記測定装置（４００）に動作可能に連結された少なくとも１つの圧縮空気噴射ノズル（５１１）を備え、前記噴射ノズル（５１１）を通過して移動する粒子を選択的に搬送面から吹き飛ばすためのエアジェットを生成し、前記粒子を前記分析特性に基づいて少なくとも２つの品質等級に選別するための、前記測定装置（４００）に動作可能に連結された、選別装置（５００）と、
開口を備え、当該開口が前記搬送ベルト（３１０）によって覆われたボックス（３２０）と、
前記ボックス（３２０）に接続されて当該ボックス（３２０）を真空にして、前記穿孔に圧力差をかけることにより、前記搬送装置に供給された粒子を、前記穿孔に吸引させて、前記搬送面上を前記搬送方向に沿って前記測定装置（４００）を通過して前記選別装置（５００）へ搬送させるポンプ（１３０）とを備え、
前記測定装置（４００）の少なくとも一部が前記ボックス内に配置される、装置。
【請求項２】
前記ボックス（３２０）が、底部に向かって開口し、当該ボックスの前記底部が前記搬送ベルト（３１０）によって覆われている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記穿孔（３１４）は前記搬送方向に延びる複数の平行な列に配置される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記粒子のバルクを受け取り、前記粒子を単数化し、前記単数化された粒子を前記搬送装置（３００）に供給する、供給装置（１００、２００）をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記供給装置（１００、２００）は、前記粒子を受け取り、前記粒子を前記搬送方向に前記搬送面へ搬送するように構成されたエンドレス供給ベルト（２１０）を備え、前記粒子を前記搬送面の前記穿孔に吸引させることができる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記供給ベルト（２１０）は、前記搬送方向に延びる複数の平行な溝を有する外側面を有し、前記溝は前記搬送面の前記穿孔（３１４）間の横方向距離に対応する横方向距離を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記搬送面に吸引されなかった粒子を、前記供給装置（１００、２００）に送り返すための再循環ダクト（１２０）をさらに備える、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記光源（４１１）と前記光検出器（４２１）は、前記穿孔（３１４）を通して光を当てるために、前記搬送面の異なる側に配置され、前記光検出器（４２１）は、前記測定装置（４００）を通過して移動する前記搬送面上の粒子を透過した光を受光するように配置される、請求項１〜７のいずれか1項に記載の装置。
【請求項９】
前記光源（４１１）と前記光検出器（４２１）は、前記搬送面の同じ側に配置され、前記光検出器（４２１）は、前記測定装置（４００）を通過して移動する前記搬送面上の粒子から反射された光を受光するように配置される、請求項１〜７のいずれか1項に記載の装置。
【請求項１０】
前記測定装置（４００）は、異なる横位置で前記測定装置（４００）を通過して移動する粒子の分析特性を同時に測定できるように、前記搬送方向に対して横に延びる横方向に沿って配置された複数の光検出器（４２１）を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記光検出器（４２１）は前記測定装置を通過して移動する粒子から受光した光のスペクトルを記録するように構成された少なくとも１つの分光計を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記光検出器は、前記測定装置を通過して移動する粒子の空間分解スペクトルを記録するよう構成されたイメージング分光計（４５０）を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの分析特性が以下の特性を少なくとも１つ含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置：
化学的特性；
生化学的特性；及び／又は
少なくとも１つの汚染体、感染体及び／又はその他の病原体による汚染の測定。
【請求項１４】
前記搬送装置は、前記搬送面の第１の側の前記穿孔（３１４）に前記粒子を吸引するように構成され、前記噴射ノズル（５１１）は、前記搬送面の反対側の第２の側に位置し、前記穿孔（３１４）を通してエアジェットを生成する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
粒子を品質等級に選別する方法であって、
複数の穿孔（３１４）を有し、搬送方向に移動する搬送面を画定する、ローラー（３１１）によってガイドされたエンドレス搬送ベルト（３１０）を備えた搬送装置（３００）に粒子を供給する工程、
前記搬送面の穿孔（３１４）に粒子を吸引する工程、
前記粒子を、前記搬送面上を前記搬送方向に沿って、少なくとも１つの光源（４１１）と少なくとも１つの光検出器（４２１）を備えた測定装置（４００）を通過させて搬送する工程、
前記測定装置（４００）によって前記粒子の少なくとも１つの分析特性を決定する工程であって、前記分析特性は光学測定によって決定され、前記粒子が前記搬送面の一方の側から照明され、前記穿孔（３１４）を通して透過された光が前記搬送面の反対側で検出される工程、及び
前記測定装置（４００）に動作可能に連結された少なくとも１つの圧縮空気噴射ノズル（５１１）を備え、前記噴射ノズル（５１１）を通過して移動する粒子を選択的に搬送面から吹き飛ばすためのエアジェットを生成する、前記測定装置（４００）に動作可能に連結された選別装置（５００）において、前記分析特性に基づいて少なくとも２つの品質等級に前記粒子を選別する工程を備え、
前記測定装置（４００）の少なくとも一部は、前記搬送ベルト（３１０）によって覆われた開口を備えるボックス（３２０）内に配置され、前記ボックス（３２０）は、当該ボックス（３２０）に接続されるポンプ（１３０）によって真空にされる、方法。
【請求項１６】
前記測定装置を通過して移動する複数の粒子の分析特性を同時に測定する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの分析特性を決定する前記工程が、前記測定装置（４００）を通過して移動する粒子から受光した光のスペクトルを記録する工程を備える、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの分析特性を決定する前記工程が、前記測定装置（４００）を同時に通過して移動する複数の粒子から受光した光の空間分解スペクトルを記録する工程を備える、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの分析特性が以下の特性を少なくとも１つ含む、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法：
化学的特性；
生化学的特性；及び／又は
少なくとも１つの汚染体、感染体及び／又はその他の病原体による汚染の測定。
【請求項２０】
前記選別の工程が、粒子を前記搬送面から選択的に吹き飛ばすエアジェットを生成する工程を備える、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記エアジェットが前記穿孔を貫通して、粒子を前記搬送面から吹き飛ばす、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記搬送面に吸引されなかった粒子を、前記搬送面から供給装置に戻して再循環する、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種子、穀物、穀粒、豆、ビーズ、錠剤、プラスチック粒子、鉱物粒子、又はその他の粒状材料等の混合分析特性の粒子の、リアルタイム、非侵入及び非破壊分析、及び、２以上の品質等級への選別のための装置及び方法に関する。１つの品質等級は類似の分析特性の粒子を含み、分析特性として、物理的特性、化学的特性、生化学的特性、又は、汚染体又は感染体による汚染度が挙げられる。粒子は、種子、穀物、穀粒の場合のように農業由来のもの、又はその他の由来のものであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
大きさ、形状、色、特定の物質の有無、又は水分、密度、タンパク質含有量等の有機特性等のさまざまな基準に従って、粒状材料を選別するための、多くのシステムが先行技術で提案されてきている。この目的のために、粒子の画像を撮る及び／又は粒子の電磁スペクトルの赤外、可視又は紫外領域のスペクトル特性を測定する測定機構を通過させて、粒子を搬送することが公知である。
【０００３】
測定機構を通過させて粒子を搬送するさまざまな手段が提案されている。特に、粒子が測定領域に向かって傾斜台を滑落する又はコンベアベルトで搬送され、自由落下する粒子がこの測定領域を横切るといった、多様な配置が提案されている。選択された粒子を圧縮空気ノズルからの空気流によって別の容器に向きをそらせることにより粒子を選別する。特許文献１、特許文献２及び特許文献３が例として挙げられる。このような配置では、選別中の粒子の取り扱い工程が制御されないので、測定工程及び選別工程を適切に同期させることが困難であり、向きを変えるべき粒子を空気流で打ち損なったり、間違った粒子の向きを変えてしまったりする恐れがある。このような配置のさらなる不利益は、測定工程中の粒子の方位及び正確な軌道が確定できないことである。さらにまた、このような機構は、測定条件に関して非常に限られた適応性しかない。単なる例としては、ある機構がいったん選択されれば、この機構は測定領域を横切る粒子の速度を決定し、従って検出器の最大積分時間を決定する。このことは、もし決定されるべき分析特性が変更されれば、異なる分析特性は検出器の異なる積分時間を必要とするかもしれないので不利益である。他の不利益は、このような配置は、粒子を一般に２つの品質等級にしか選別しないことであり、２より多い品質等級に選別するような改良は実行が難しい、又は実行不可能である。
【０００４】
特許文献４は、その内側に多数のポケットを備えた回転ドラムの内側の測定領域に粒子を通過させて搬送する、選別装置を開示している。ドラムは、遠心力で粒子がポケットに単独で保持されるような速度で回転される。ポケットには複数の穿孔が設けられている。検出器はこれらの穿孔を通して粒子の特性を測定し、粒子は空気パルスによって異なる容器に選別される。このような機構の不利な点は、回転ドラムの可能な回転速度（角速度）の範囲が非常に限られることである。もし回転速度が遅すぎれば、粒子は測定及び選別工程中にポケットに適切に保持されない恐れがある。一方、回転速度が速すぎると、ポケットが数個の粒子で過剰充填されるリスクがある。
【０００５】
特許文献５は、ビデオ画像によって複数の穀物粒を同時に判断する装置を開示する。穀粒は、複数の横溝を有する振動コンベアベルトによって、ビデオカメラの前を通過して搬送される。穀物粒は第２のコンベアベルトを用いてこれらの溝に広げられる。穀粒を異なる溝から分離するために、第１のベルトの溝と整列させた同様の溝を有する第３のベルトで第１のベルトの溝を覆い、２つのベルトの間に円筒形の管路を形成することが提案されている。圧縮空気源を使用して、選択された管路の穀粒を別の容器に吹き飛ばす。この配置の不利な点は、選択された管路の全ての穀粒が同じ容器に吹き飛ばされることであり、即ち、単一の穀粒を個別に選択することが不可能である。
【０００６】
特許文献６は、反射分光法を用いて無機鉱物粒子を選別する装置のさまざまな実施形態を開示する。１つの実施形態では、長手方向に溝が付けられたコンベアベルトに粒子を供給し、反射分光計を通過させて搬送する。分光計から得られたスペクトル情報に基づいて、鉱物粒子を分類し、個別に特定された粒子を、１つの圧縮空気小型サイクロンでコンベアベルトから採集することができる。この装置は、ベルトから個々の粒子を採集するための手段が１つだけなので、多量の粒子サンプルから関心ある比較的少量の粒子を採集することにのみ適している。しかし、このような装置は、同じようなサイズの異なる品質等級に粒子を選別するのには適切ではない。
【０００７】
種まき機から、穿孔を有するドラムを用いて同一の種子を分配することが、公知であり、穿孔を吸引して、真空作用によりドラムで種子をピックアップすることができる。このような機械の例が、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０及び特許文献１１で提供されている。これらの機械では、種子は、ピックアップ容器又はホッパーからドラムによってピックアップされ、解放領域で表面から解放されるまでずっとドラムの外部表面上を搬送され、そこから土壌に置かれる。解放は、ドラムの内側の受動機械的手段によって真空作用を遮断することにより実行され、ドラムの外側のスクレーパーと組み合わせることも可能である。これらの装置は位置調整機構としてのみ作用し、分析又は選別は全く行われない。これらは通常、農業用トラクター等の農業機械に組み込まれ、低速で前進して土壌に種子を適切に分布させることを可能にする。
【０００８】
非特許文献１は、回転ドラムによって、後続の破砕装置に穀物を１粒１粒供給する方法を開示する。ドラムは内部スパイラル溝を有し、ドラムの一端部のＵ字形溝に穀物を搬送する。Ｕ字形の溝は、この溝の内側で穀粒を真空作用によって保持するための６つのピックアップ穴を有する。このように保持された穀粒を遮断溝に搬送し、そこで解放して破砕装置に落下させる。ドラムは３０ｒｐｍの低速で回転する。搬送能力は毎秒約２粒である。選別は行われない。この機械的設計は、システムを高速にして機能を高めることができないので、急速選別の用途には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，０７８，０１８号
【特許文献２】米国特許第６，０１３，８８７号
【特許文献３】米国特許第４，６９９，２７３号
【特許文献４】米国特許第７，４１７，２０３号
【特許文献５】米国特許第５，９５６，４１３号
【特許文献６】国際公開第２００６／０５４１５４号
【特許文献７】米国特許第４，０２６，４３７号
【特許文献８】独国特許出願公開第１０１４０７７３号
【特許文献９】欧州特許出願公開第０５９８６３６号
【特許文献１０】米国特許第５，５０１，３６６号
【特許文献１１】欧州特許出願公開第１７０４７６２号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｍａｒｔｉｎ  ｅｔ  ａｌ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｋｅｒｎｅｌ  ｗｈｅａｔ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＳＡＥ，Ｖｏｌ．３６，ｐｐ．１３９９−１４０４（１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、個々の粒子を類似の分析特性の品質等級に、迅速かつ確実に選別することを可能にする選別装置を提供することであり、２より多い品質等級に選別できるように容易に改良でき、粒子の処理能力と測定パラメータの選択の柔軟性が向上される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。
【００１３】
本発明はさらに請求項２１に記載の選別方法に関する。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態は従属項に記載される。
【００１５】
本発明は、粒子を品質等級に選別するための装置を提供し、この装置は、
前記粒子の少なくとも１つの分析特性を決定するための測定装置と、
前記粒子を前記測定装置を通過させて搬送するための搬送装置と、
前記粒子を前記分析特性に基づいて少なくとも２つの品質等級に選別するための、前記測定装置に動作可能に連結された選別装置とを備える。
【００１６】
測定装置を通過させる粒子の効率的で迅速及び明確に規定された搬送を達成するために、搬送装置は、搬送方向に移動するように構成された搬送面を備え、前記搬送面は複数の穿孔を有する。前記搬送装置がさらに、少なくとも搬送面の選択された領域で前記穿孔に圧力差をかけるためのポンプを備え、前記搬送装置に供給された粒子を、前記穿孔に吸引させて、前記搬送面上を前記搬送方向に沿って前記測定装置を通過して前記選別装置へ搬送させる。
【００１７】
このように、粒子は、穿孔によって画定された明確に規定された位置で、搬送面の第１の面上を搬送され、これらの穿孔は一般に粒子の最小寸法より小さいので、粒子が穿孔を通過することを防ぐ。真空作用によって粒子を吸引するために、ポンプは搬送面の反対の（第２の）面で囲まれた空間に周囲圧力より低い真空を加える吸引ポンプであることが好ましい。しかし、搬送面の第１の面から第２の面へ穿孔を通過する空気流を発生させるために、ポンプで第１の面に囲まれた空間に超過圧力を加えることもまた考えられ、これにより、第２の面に真空が加えられたのと同じように吸引が引き起こされる。
【００１８】
測定装置は、穀物、豆、又は種子などの粒子をその分析特性に関して分析するために、１以上の分光計、イメージング分光計、カメラ、質量分析計、音響同調フィルタ等を含んでもよい。本装置は、調査中の粒子のスペクトル特性（即ち、波長への反射又は透過などの特定の光学特性の依存性）を測定することにより、１つ又はいくつかの分析特性を同時に査定することを可能にする。このような装置及び方法で選別することができる粒子の種類は、穀物、豆、種子、又は小麦、大麦、オート麦、米、トウモロコシ、ソルガムのような穀物の穀粒、大豆、カカオ豆、コーヒー豆等、さらに多くの農産粒子が挙げられるが、これに限定されない。査定できる分析特性の種類は、化学的又は生化学的特性、汚染体及び／又は感染体及び／又はその他の病原体による汚染度、及び／又は、大きさ、形状、色等の幾何学的及び知覚的特性が挙げられるが、これに限定されない。特に、生化学的特性は、生体内の物質の構造、組成、化学反応を反映する性質と理解される。生化学的特性は、タンパク質含有量、油分含有量、糖度、及び／又はアミノ酸含有量、水分含有量、多糖類含有量、特にデンプン含有量又はグルテン含有量、脂肪又は油分含有量、又は、当該分野で一般に公知の、例えば化学分解のマーカー等、特定の生化学又は化学マーカーの含有量が挙げられるが、これに限定されない。汚染又は感染体は有害な化学物質及び微生物を含み、これらは消費者に病気をもたらし、殺菌剤、除草剤、殺虫剤、病原体、バクテリア、菌類等が挙げられるが、これに限定されない。
【００１９】
第１の好ましい実施形態では、搬送装置は前記移動可能な面を画定するエンドレス搬送ベルト（コンベアベルト）を備え、ベルトは複数の穿孔を有する。搬送装置はさらに好ましくは、底部に向かって開いているボックスを備え、ボックスの底部は前記搬送ベルトによって覆われ、ボックスはポンプに接続されて、前記ボックスを真空にする。このように、搬送ベルトの明確に規定された領域を非常に簡単な方法で真空にできる。ボックスは前記測定装置及び／又は前記選別装置の少なくとも一部を内蔵してもよい。例えば、ボックスは、粒子を分析するための光源又は音源等の１以上のエネルギー源を内蔵してもよく、粒子を透過した及び／又は粒子から反射又は散乱されたエネルギーを受け取る１以上の検出器、及び／又は、画定された位置で穿孔から粒子を選択的に押し出すための圧縮空気噴射ノズル等の１以上の作動装置を内蔵してもよい。
【００２０】
他の好ましい実施形態では、搬送装置は、前記移動可能な面を画定する周囲面又は生成面を有する回転可能な搬送ドラム又はホイールを備える。このとき、好ましくは、ドラムは、ドラムの内部を真空にするためのポンプに接続される。特に、ポンプは、ドラムの中空の中心軸を通ってドラムの内部に接続させることができる。前記測定装置及び／又は前記選別装置の少なくとも一部を前記ドラム内に配置してもよい。
【００２１】
全ての実施形態で、穿孔は搬送方向に延びる複数の平行な列に配置されれば好ましい。この方法では、複数の粒子を、明確に規定された位置で、同時に前記測定装置を通過させて移動させることが可能である。列と列の間の横方向距離は、粒子の重なりを防止するために、粒子の（平均）最大寸法より多少大きいことが好ましい。隣り合う列の穿孔は、穿孔が搬送面に長方形格子を形成するように搬送方向に沿って同じ位置に配置してもよく、又は、穿孔が斜め格子又はさらには不規則配置を形成するように搬送方向に沿って異なる位置に配置してもよい。
【００２２】
装置は、前記粒子のバルクを受け取り、前記粒子を単数化し、前記単数化された粒子を前記搬送装置に供給する供給装置をさらに備えてもよい。好ましい実施形態では、供給装置は、前記粒子を、場合により振動台等の単数化装置と連結されたホッパー等の貯蔵装置から受け取り、前記粒子を搬送方向に前記搬送面へ搬送するように構成されたエンドレス供給ベルトを備え、前記粒子を前記搬送面の穿孔に吸引させることができる。供給ベルトは好ましくは、粒子が搬送面に吸引されるときに吸引を最適化し、搬送方向の粒子の加速を最小限にするために、搬送面の速度より遅いが近い速度で、好ましくは搬送面の速度の５０％〜１００％、特に７０％〜９０％で搬送方向に移動する。これにより、供給ベルトがない場合より、搬送面を高速で移動させることが可能となる。穿孔の下の粒子をよりよい位置にするために、供給ベルトは、搬送方向に延びる複数の平行な溝を有する外側面を有してもよく、溝は搬送面の穿孔間の横方向距離に対応する横方向距離を有する。いくつかの実施形態では、供給ベルトは搬送面と同様に穿孔されてもよく、同様に供給ベルトに圧力差をかけてもよい。供給ベルトにかけられた圧力差は、ゼロか、又は、供給ベルトから搬送面への粒子の吸引ために供給ベルトが搬送面と重なる領域で搬送面にかけられた圧力差よりもかなり小さいことが好ましい。
【００２３】
前記搬送面に吸引されなかった粒子を、前記供給装置に送り返すための再循環ダクトをさらに備えてもよい。再循環ダクトは搬送面の圧力差もまた発生させる同じポンプに連結されてもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、粒子の分析は光学手段で実行され、前記測定装置は、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの光検出器を備える。「光」という用語は、電磁スペクトルの遠赤外（ＩＲ）領域から極紫外（ＵＶ）へ、又はさらにＸ線領域までの電磁波放射線の全ての種類を包含すると理解される。光源と光検出器は、前記穿孔を通して光を当てるために、搬送面の異なる側に配置されてもよく、光検出器は、測定装置を通過して移動する前記搬送面上の粒子を透過した光を受光するように配置されてもよい。その他の実施形態では、光源と光検出器は、搬送面の同じ側に配置されてもよく（好ましくは粒子が搬送されるほうの側に）、光検出器は、測定装置を通過して移動する前記搬送面上の粒子から反射された光を受光するように配置されてもよい。装置の処理能力を向上させるために、測定装置は、異なる横位置で測定装置を通過して移動する粒子の分析特性を同時に測定できるように、搬送方向に対して横に延びる横断方向に沿って配置された複数の光検出器を備えてもよい。
【００２５】
光検出器は測定装置を通過して移動する粒子から受光した光のスペクトルを記録するように構成された少なくとも１つの分光計を備えてもよい。これらのスペクトルを分析してスペクトルから分析特性を導き出してもよい。幾つかの実施形態では、光検出器は、異なる横位置で測定装置を通過して移動する粒子の空間分解スペクトルを記録するよう構成されたイメージング分光計を備えてもよい。このようにして、これらの粒子のスペクトル特性を分析できるだけではなく、大きさ又は形状等の幾何学的特性もまた得られる。他の実施形態では、光検出器がカメラ、特に、ラインスキャンカメラ又は２次元画像センサを有するカメラを備えてもよい。これにより、他の特性とは独立に、大きさ及び／又は形状の分析が可能となる。
【００２６】
選別は、圧縮空気式、圧電式、機械式及びその他のタイプの分類装置を含む、様々な方法で実行してもよい。例えば、選別装置は、前記測定装置に動作可能に連結された少なくとも１つの圧縮空気噴射ノズルを備えてもよく、噴射ノズルを通過して移動する粒子を選択的に搬送面から吹き飛ばすためのエアジェットを生成する。噴射ノズルは、このとき、前記穿孔を通してエアジェットを発生させるように、粒子が搬送される側とは反対の搬送面の側に位置することが好ましい。これにより、選択された単一の粒子の明確に規定された放出が可能となる。
【００２７】
本発明による、粒子を品質等級に選別する方法は、
粒子を測定装置を通過させて搬送する工程、
前記測定装置によって前記粒子の少なくとも１つの分析特性を決定する工程、及び
前記分析特性に基づいて少なくとも２つの品質等級に前記粒子を選別する工程を備える。
【００２８】
本発明によると、粒子は搬送方向に移動する搬送面によって搬送され、搬送面は複数の穿孔を有し、前記搬送装置に供給された粒子は、前記穿孔に吸引され、前記搬送面上を搬送方向に沿って測定装置を通過して搬送される。
【００２９】
分析特性は光学測定（Ｘ線測定を含む）、音響測定、及び質量分光測定の１種以上によって決定されてもよい。測定が光学的であれば、粒子は搬送面の一方の側から照明され、前記穿孔から透過された光が搬送面の反対側で検出されてもよい。あるいは、粒子を搬送面の一方の側から照明し、前記搬送面上を測定装置を通過して移動した粒子から反射又は散乱された光が搬送面の同じ側で検出されてもよい。上記で説明したように、測定装置を通過して移動する複数の粒子の分析特性を同時に測定してもよい。上記で説明したように、少なくとも１つの分析特性を決定する工程が、測定装置を通過して移動する粒子から受光した光のスペクトル、特に、測定装置を同時に通過して移動する複数の粒子から受光した光の空間分解スペクトルを記録する工程を備えてもよい。選別の工程が、粒子を搬送面から選択的に吹き飛ばすエアジェットを生成する工程を備えてもよく、前記エアジェットが前記穿孔を貫通して、粒子を搬送面から吹き飛ばすことが好ましい。上記で説明したように、搬送面に吸引されなかった粒子は、前記搬送面から供給装置に戻されて再循環されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の選別装置を示す。
【図２】図２は、部分的に開いた状態の図１の選別装置を左から示す。
【図３】図３は、部分的に開いた状態の図１の選別装置を右から示す。
【図４】図４は、図１の選別装置の分解図であり、よく見えるように一部の部品が取り除かれている。
【図５】図５は、図１の装置の、コンベアベルトに対する真空作用の概略説明図である。
【図６】図６は、図１の装置の、コンベアベルトの穿孔への粒子の吸引の概略説明図である。
【図７】図７は、図１の装置の、コンベアベルトから選択された粒子の解放の概略説明図である。
【図８】図８は、反射モードでの測定のための光源と検出器の第１の例示的配置の概略説明図である。
【図９】図９は、反射モードでの測定のための光源と検出器の第２の例示的配置の概略説明図である。
【図１０】図１０は、複数のファイバーを用いた反射モードでの複数の測定の概略説明図である。
【図１１】図１１は、透過モードでの測定の光源と検出器の配置の概略図である。
【図１２】図１２は、透過モードでの測定の配置において、照明と検出ファイバーの２つの異なる可能な配列の概略図である。
【図１３】図１３は、透過モードでの複数測定用の複数のサブユニットの配置の概略図である。
【図１４】図１４は、マルチ分岐光ファイバーを使用する、透過モードでの複数測定用の複数のサブユニットの別の配置の概略図である。
【図１５】図１５は、イメージング分光計の動作原理を説明する概略図である。
【図１６】図１６は、複数のファイバーを備えたイメージング分光計の使用を説明する概略図である。
【図１７】図１７は、イメージング分光計による複数の粒子の同時検出を説明する概略図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施形態による選別装置を示す。
【図１９】図１９は、図１の装置で測定されたタンパク質含有量の分布を説明する図である。
【図２０】図２０は、タンパク質含有量の経時変化を説明する図である。
【図２１】図２１は、図１の装置で測定されたデンプン含有量の分布を説明する図である。
【図２２】図２２は、搬送面上で搬送中の種子に採用された好ましい方位を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の好ましい実施形態を、図を参照して以下に説明するが、これらは、本発明の好ましい実施形態を説明するためだけのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００３２】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態による選別装置を図１〜４で説明する。この装置は、供給ユニット１００と、加速ユニット２００と、搬送ユニット３００と、測定ユニット４００と、選別ユニット５００とを備える。これらのユニットは共通の制御ユニット（図示せず）で制御される。
【００３３】
供給ユニット１００は振動台に設置されたホッパー１１０を備え、ホッパーは貯蔵部及び分配ユニットの役割を果たす。ホッパーに粒子が充填され、振動台は、手動又は自動のいずれかで作動させられ、ホッパーに入れられる粒子の数が、規定の時間間隔で分析及び選別のためにホッパーから出ていく粒子の数と大体一致するように設定される。粒子は供給ユニット１００から加速ユニット２００へ放出される。
【００３４】
加速ユニット２００は、軸２１２を有するローラー２１１にガイドされ、軸受２１３に支持され、駆動ベルト２２１、２２２を介してモーター２２０によって駆動される第１コンベアベルト２１０を備える。コンベアベルト２１０はその外側面に、図６により詳細に示される複数の長手方向の溝を有する。本実施例では、これらの溝は長手方向のリブ２１４で形成され、その横方向距離が溝の幅を決定し、分析及び選別される粒子の横寸法とおおよそ一致する。コンベアベルト２１０は供給ユニット１００の出口の下に位置する。コンベアベルト２１０は、供給ユニット１００から粒子を受け取り、単数化された形の粒子を１つずつ複数の列に整列させ、搬送ユニット３００に向かって搬送方向に粒子を加速させる働きをする。
【００３５】
搬送ユニット３００は、図５〜７により詳細に示されるように、穿孔（貫通穴）３１４の複数の平行な長手方向列を有する第２コンベアベルト３１０を備える。搬送ユニット３００はさらに、その底部に向かって開いている真空ボックス３２０を備え、真空ボックス３２０はその底部でコンベアベルト３１０によって閉じられる。ボックス３２０は、真空管１４０（図３を参照）を介してエアポンプ１３０に連結され、ボックス３２０内に周囲気圧に対して減圧を作り出す。エアポンプ１３０が作動されると、コンベアベルト１３０がさらに吸引されて、真空力Ｆｖによって真空ボックス３２０の下端壁に押し付けられるので、密封が向上して空気の喪失を防止する。これは図５に概略的に示される。このとき、真空ボックスの底部を閉鎖するコンベアベルト３１０のその領域では、空気は、穿孔３１４からのみ真空ボックス３２０に吸い込まれる。それにより、吸引作用がこれらの穿孔で発生させられ、これは穿孔３１４の近傍にある粒子を吸引して保持するために十分である。
【００３６】
搬送ユニット３００の側面はサイドカバー３０１で覆われており、図２及び３ではこれらを取り除いて、搬送ユニットの内部を見ることができる。これらの図では、真空ボックスの側壁の１つもまた取り除かれている。
【００３７】
第２コンベアベルト３１０は、第１コンベアベルト２１０の上方に一定の垂直距離ｈを隔てて、搬送方向に沿って下流位置に設置され、その結果、２つのベルトは搬送方向に沿って一部だけが重なる。距離ｈは、一方で、粒子が２つのベルトの間を移動するために十分な空間があり、他方で、第１コンベアベルト２１０から粒子が吸引されて第２コンベアベルト３１０の穿孔まで持ち上がるように、選択される。真空ボックス３２０内の真空によって、第２コンベアベルト３１０の外側の穿孔３１４ごとに、１つの粒子がしっかりと保持される。
【００３８】
粒子が互いに邪魔にならないことを確実にするために、穿孔３１４同士の間隙は、粒子の最長線寸法より長くなるように選択される。他方では、不必要にベルト速度を速めることなく、高い搬送及び／又測定能力を達成するために、間隙の距離はできるだけ小さくなるよう選択されなければならない。穿孔３１４の直径は、粒子が穴を通過して真空ボックス３２０に入ってしまうことを避けるために、粒子の最短線寸法より小さくしなければならない。
【００３９】
粒子の単数化を向上するために、第２コンベアベルトが供給ユニット１００から粒子を受け取る領域に、同様の真空系を第１コンベアベルト２１０にも任意に採用してもよい。第２コンベアベルト３１０の穿孔への粒子の吸引が妨害されないように、第２コンベアベルト３１０と重なる領域の第１コンベアベルト２１０の上では真空を有効にするべきではない。
【００４０】
第１コンベアベルト２１０の線速度は、このコンベアベルト上の粒子が第２コンベアベルト３１０によって容易に収集できる十分な速度に加速されるように設定されなければならない。第１コンベアベルト２１０による、粒子のこのような事前加速によって、第２コンベアベルト３１０により速い速度を使用することができ、又は、換言すれば、向上した搬送能力が得られる。第１コンベアベルト２１０の最適速度は、第２コンベアベルト３１０の速度と非常に近くなる。実際、第１コンベアベルト２１０の速度を第２コンベアベルト３１０の速度よりかなり遅くすれば、粒子は第２コンベアベルト３１０によって収集されるために、ほとんど瞬時に加速されなければならず、第２コンベアベルト３１０から粒子が落下してしまう、又は、高速での効率レベルを下げて集められてしまう恐れがある。
【００４１】
このように、粒子は搬送ユニット３００によって１つずつ集められて、測定ユニット４００に向けて搬送される。搬送ユニット３００によって集められずに加速ユニット２００から離れる粒子は、再循環ダクト１２０に落ち、ポンプ１３０によってホッパー１１０内に送り返される。
【００４２】
測定ユニット４００は通常、調査中の粒子を電磁波放射線又は音波にさらすために少なくとも１つのエネルギー源と、調査中の粒子から電磁波放射線又は音波を受け取るように配置された少なくとも１つの検出器を備える。図１〜４では、エネルギー源は光ファイバーの直線アレイの端部によって概略的に記号化されているにすぎず、各ファイバーはコンベアベルト３１０の穿孔の１つの長手方向列の上で終端し、これらのファイバーを合わせて全体の照明系４１０を表している。検出器は、これらの穿孔に保持された粒子を透過した光を受け取るための光ファイバーの対応するアレイによって記号化されており、ともに検出系４２０全体を示している。
【００４３】
好ましい実施形態では，照明系は電磁波放射線（以降は、一般に「光」と呼ぶ）で粒子を照らし、検出系４２０は、放射線が粒子と相互作用するとすぐにそれを検出する。検出された信号量を増加させるために、例えば、レンズ、鏡、光ファイバー、又はこれらの要素の組み合わせ等の集束、撮像又はガイド系を、粒子に源線を集中させるためと、粒子によって検出器に向かって発せられ、反射され、散乱され、伝送された信号を集めるために使用してもよい。このような要素は、関連する光学分野で周知なので、図には示さない。
【００４４】
測定ユニット４００は、粒子の生化学的組成又はその他の分析特性等のいくつかの特定の特徴を評価するために、多変量測定を提供することもできる。好ましい実施形態では、多変量測定は、検査中の粒子と相互作用するとすぐに光のスペクトル組成を測定することにより得られる。
【００４５】
制御ユニットは測定ユニット４００から信号を受信し、これらの信号から各粒子が属する品質等級を決定し、選別ユニット５００に関連制御信号を送信する。
【００４６】
選別ユニット５００は、圧縮空気噴射バルブ５１２に連結された噴射ノズル５１１を有する噴射系５１０と、品質等級ごとに１つの容器として複数の容器を有する収集器５２０を備える。簡単にするために、図１〜４では全ての気送管が取り除かれている。１つを除く品質等級それぞれに対して、関連のバルブ５１２を伴う噴射ノズル５１１のグループが１つ存在する。例えば、粒子を３つの品質等級に選別する場合には、噴射ノズル５１１のグループを２つだけ採用する。噴射ノズル５１１が第２コンベアベルト３１０の選択された穿孔を通して空気流を作り、それにより、真空によって生成された吸引力を克服し、これらの穿孔に保持された粒子が穿孔から離れ落ち、その品質等級に応じた容器に収集される。どの噴射ノズルでも吹き飛ばされなかった粒子が真空ボックス３２０の端に達すると、この領域で吸引が消失するため、これらの粒子はここで第２コンベアベルト３１０から離れ落ちるので、第３の品質等級への選別がこのとき自動的に達成される。残っている粒子を第２コンベアベルト３１０から機械的に取り除くことができる、スクレーパー又は他の手段等の付加的な受動噴出手段をここで採用することができる。
【００４７】
噴射ノズル５１１の代わりに、第２コンベアベルトから粒子を選択的に取り除くための他の手段を使用してもよく、例えば、圧電素子、磁気素子、移動フラップ、又は、制御ユニットによって作動できて制御できるその他の手段を使用してもよい。
【００４８】
選別工程の結果は、最初の異成分からなるバッチから出発し、粒子を同質のバッチに収集することである。
【００４９】
選別ユニットから下流では、加速ユニット２００からその他の粒子を収集する前に、任意のクリーニングユニットが、残留した不要なダスト又は小さい粒子等のあらゆる種類の材料を搬送ユニット３００から除去してもよい。このクリーニングユニットは受動又は能動でもよい。
【００５０】
制御ユニットは、（ａ）機械部品の動作を制御する、（ｂ）真空ポンプを制御する、（ｃ）噴射手段を作動させる、（ｄ）データ収集のための測定ユニットを制御する、（ｅ）記録された信号を処理して校正情報を読み出す、及び（ｆ）選別装置の機能全体を監視する、ために使用される。制御ユニットは、記録された信号を処理するため及び記録された信号に基づいて噴射手段用の制御信号を得るための専用ソフトウェアを実行する、標準ノートブックコンピュータ等の汎用コンピュータを備えてもよい。
【００５１】
検出に関する考察
多変量測定が検討される波長の範囲に広帯域照明を提供するために、どのような適切な光源を使用してもよい。好ましい光源は、多変量測定に使用されたスペクトル応答全体を通して光を提供できる光源であるが、代替として、より狭い帯域のいくつかの光源を組み合わせてもよい。このような光源の例として、ハロゲン、タングステンハロゲン、キセノン、ネオン、水銀、ＬＥＤなどが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、３６０〜２０００ナノメートルの範囲の光を提供する、Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．，８３０  Ｄｏｕｇｌａｓ  Ａｖｅ．，Ｄｕｎｅｄｉｎ，ＦＬ  ３４６９８，ＵＳＡ）のＨＬ−２００光源等のタングステンハロゲンライトが使用される。この光源は光ファイバーと組み合わせて使用されて、サンプルに向かって照明光を導く。
【００５２】
照明された粒子から発せられる多変量信号は記録される。このために、検出器を分光測定、即ち、波長に対する光強度の測定の専用にしてもよい。当業者は、検出された信号からスペクトル情報を抽出することが可能であれば、どのような装置を使用してもよいことを理解する。特定の波長範囲の光強度の直接測定は、検出器にフィルタを結合することにより実行できる。このようなフィルタの例として、吸収性色フィルタ、ダイクロイックミラー及び音響光学的可変フィルタが挙げられるが、これらに限定されない。より完全な多変量測定のために、連続スペクトルを、適応したスペクトル範囲にわたって記録することができる。これは、例えばフォトダイオード等の単独の検出器を制御可能な厚さの光キャビティと組み合わせて行うことができ、多くの場合フーリエ変換スペクトルとして公知である。これはまた、いくつかのサブユニット又は画素からなる検出器と連携させて、及び、プリズム、回折格子等の分散素子と連携させて行うこともでき、分散素子は、検出器の画素上に信号を構成する異なる波長を空間的に分離し、多くの場合分散型分光器として公知である。さらに、分散型分光器は１列の画素を使用して１つのスペクトルを提供できるが、画像結合と２次元配列の画素を使用して、数個のスペクトルを同時に監視してもよい。後者の構造は、しばしば「イメージング分光計」と呼ばれる。
【００５３】
光源と検出器は、第２コンベアベルト３１０の同じ側又は反対側に位置させてもよい。以下では、照明の方向と反対の半空間にある方向に沿って粒子から受光した光を、直接又は乱反射、蛍光発光等によって反射されているかどうかにかかわらず、「反射光」と呼ぶ。照明の方向を含む半空間のサンプルから受光した光は、直接透過された又は散乱されたかにかかわらず「透過光」と呼ぶ。反射光及び透過光のこれらの定義は、粒子の周囲において様々な角度で検出されるかもしれない拡散反射率と透過率を考慮に入れることを目的としている。よって、ここで考慮される２つの主な構造は「反射モード」構造と「透過モード」構造と呼ぶことができる。「反射モード」構造では、照明の伝播の方向に対して後方で、粒子によって発せられ、散乱され、反射された放射線を集めるために、光源と検出器の両方が第２コンベアベルト３１０の同じ側にある。「透過モード」構造では、光源が第２コンベアベルト３１０の一方の側に配置されるのに対し、検出器は第２コンベアベルト３１０の他方の側にある。粒子によって発せられ、散乱され、透過された放射線は、照明の伝播の方向に対して前方で検出される。
【００５４】
図８〜１７は、上記の構造の光源と検出器の可能な配置を説明する。
【００５５】
図８は「反射モード」構造を示し、調査中の粒子Ｋから反射された光が照明軸に対して角度をなして検出される。光源に接続された第１ファイバー４１２は、粒子Ｋの方を向いているファイバー端部４１３で終端する。検出器に接続された第２ファイバー４１２’は、粒子Ｋの方を向いているファイバー端部４１３’で終端し、粒子上で２つのファイバーのそれぞれの視野を重複させる。第２ファイバーは第１ファイバーに対して非ゼロ角度に向けられている。この構造は特に拡散した反射光を集めるのに非常に適している。
【００５６】
図９は、単一ファイバーが照明と検出に使用される配置を説明している。ファイバーは結合器／スプリッタ４３０で分岐され、ファイバーの一方の部分が光源４１１に接続され、他方の部分が検出器４２１に接続される。別の構造では、並んで終端する２つの単一ファイバーを分岐ファイバーの代わりに使用してもよい。
【００５７】
図１０は、単一の光源／検出器ユニット４４０から複数のファイバーで多重測定をどのように行うことができるかを説明する。
【００５８】
図１１は「透過モード」構造を説明しており、光は光源４１１から粒子Ｋとコンベアベルトの穿孔を通して透過され、集束ユニット４２２によって集められ、ファイバー４１２’を通して検出器４１２に伝達される。
【００５９】
図１２の（ａ）では照明用ファイバーと検出用ファイバーが同軸に配置された「透過モード」構造を説明し、（ｂ）ではこれらの２つのファイバーが角度αで配置された別の構造を説明する。後者の配置は拡散した散乱光を検出するのに特に適している。
【００６０】
図１３は、照明が、全体で照明系４１０を形成する、複数の個別の光源４１１によって実行されてもよく、検出が、全体で検出系４２０を形成する複数の個別の検出器４２１によって実行されてもよいことを説明する。図１４で説明されるように、別の構造では、単一の光源４１１が、複数のサブ光源４１４を形成するように、一束のファイバー、又は、スプリッタ４３０を介して複数の粒子Ｋを照明してもよい。あるいは、粒子が検出される領域をカバーする連続照明領域を形成できる。
【００６１】
図１５〜１７はイメージング分光計４５０の使用を説明する。イメージング分光計４５０は入射スリット４５１、感光画素の二次元アレイ４５３と分散素子と結像系の組み合わせを含む光学ユニット４５２とを備える。スリットに入射する光のスペクトル組成がアレイの（波長λで表される）一方向に沿って記録され、他方の方向は入射スリットの画像に対応する。
【００６２】
上記の配置に、興味のある各ポイントに１つのスペクトル検出器を設けることにより、マルチポイントスペクトル測定を実行してもよく、又は、イメージング分光計を１つの分光装置とともにマルチポイントスペクトル測定に使用してもよい。イメージング分光計はまた粒子の空間情報を集めるためにも使用でき、記録されたスペクトル情報と結合して、各粒子に対して複数の測定ポイントの収集が可能になる。
【００６３】
マルチポイント測定は、集合ファイバー束と組み合わせたイメージング分光計で実行されてもよい（図１６）。サンプルからの光を集めるためのファイバー４１２’が線状の束にされ、イメージング分光計の入射スリットで現れる。各ファイバーは二次元検出器アレイに、一方の方向に沿って異なる場所に結像される。他方の方向は光スペクトルを記録するために使用される。従って、イメージング分光計は各ファイバー出力に対応する光のスペクトル組成の測定を与える。
【００６４】
イメージング測定は、イメージング分光計を外部の光学的イメージング系と組み合わせて実行してもよい（図１７）。この光学イメージング系４５４は、サンプリングユニットの表面でイメージング分光計の入射スリットと検出ラインとの間のイメージ結合を提供する。サンプリングユニットによって運搬された粒子は、この検出ラインに対して垂直方向に移動する。粒子が検出ラインを通過する間にイメージング分光計が一連のスペクトル画像を撮る。ラインスキャニングイメージングとして一般に公知のこの技術により、粒子のスペクトル画像、即ち、そのスペクトル成分に関する粒子の形態画像を再現することができる。
【００６５】
使用された照明及び検出の種類にかかわらず、検出器によって記録された値は、制御ユニットによって使用され、各粒子の少なくとも１つの分析特性を導き出す。制御ユニットは測定された特性を使用して、各粒子がどの品質等級に属するかの決定を行う。
【００６６】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態を図１８で説明する。第１の実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号を付け、重ねて説明はしない。第２の実施形態では、穿孔されて生成された面を有するホイール３３０が、第２コンベアベルト３１０の代わりに使用される。供給は、第１コンベアベルト２１０の代わりに振動台２３０によって実現されるが、ホイール３３０を第１コンベアベルト２１０と併用して使用する、又は、第２コンベアベルト３１０を振動台２３０と併用して使用することも同様に十分可能である。
【００６７】
ホイール３３０の両サイドは密封され、例えば特許文献７に記載のように、真空ポンプによってホイールの内部に真空が作られる。この構造は、ホイールの生成面上の穿孔を通して、粒子を捕捉してそれらをその位置にしっかりと保持するために十分強い空気吸引を作り出す。列に置かれて、振動台２３０によって加速された粒子は、回転するホイール３３０に到達する。ホイール３３０の面上の穿孔は平行列に配置されてもよいが、他の構造も可能である。空気吸引により及び穿孔の寸法が小さいことにより、一度に１つの粒子が、ホイールの各穿孔によって捕捉され、ホイールが回転する間その位置に保たれる。図１８に示される粒子の向きは、必ずしも現実に一致しなくてもよく、粒子の搬送と選別がどのように実行されるかを説明するために単に概略的に示されている。いくつかの実施形態では、櫛形プレート、又は、空気流又は他の手段等の位置決め手段（図示せず）が穀物の位置決めを助け、１より多い穀物が各穿孔に捕まえられることを防止する。
【００６８】
ホイール３３０の内側に同軸に配置される固定の内側ホイール３３１は、測定ユニット４００（ここでは光源で象徴される）と噴射系５１０の一部を運搬する。粒子は３つの容器５２１，５２２，５２３に選別される。スキマー５２４が、容器５２１又は５２２に届かなかった残留粒子を全て確実に容器５２３内に移動させる。
【００６９】
本実施形態では、外側ホイール３３０と内側ホイール３３１との間の空間だけを真空にすることが必要である。しかし、ホイールの内部を全部真空にすること、及び、ホイール３３０の内部の測定ユニットと選別ユニットの一部を、内側ホイール３３１以外の何か他の構造体上に取り付けることも同様に十分可能である。
【００７０】
本実施例では、ホイール３３０の回転軸は水平を向いているが、回転軸は３次元空間のどの方向を向いていてもよい。回転を発生させる適切なモーター又は何か他のタイプの機械を使用してホイールを動かす。
【００７１】
第１の実施形態と同様の、測定ユニット、選別ユニット、制御ユニットのための考察が第２の実施形態にも適用される。
【００７２】
さらなる実施形態
さらに別の実施形態では、粒子の加速を伝導系によって達成することができ、粒子は気流によって搬送される。当業者は、高速で粒子を加速、搬送、単数化することができる装置であれば、加速ユニットとして使用できることを理解する。
【００７３】
実施例１：小麦のタンパク質
タンパク質含有量は、小麦を取り扱う場合、主要な品質パラメータの１つである。先行技術では、タンパク質含有量は通常、３〜５ｄｌのサンプルを採取し、このサンプルを近赤外分光法ＮＩＲＳで分析することによって決定される。結果は、サンプル中の穀粒の平均タンパク質含有量である。重大なサンプリング誤差は、副サンプルをロット全体のタンパク質含有量を決定するために使用する場合に生じる。誤差は単一の穀粒を分析することにより低減でき、穀物がさらに処理されると、そのロットの全体値が得られる。
【００７４】
小麦穀粒のタンパク質含有量は、畑によって、品種によって、及び、小麦植物の同じ穂（ヘッド）内であっても、著しく異なることが分かっている。２つの穀粒間のタンパク質含有量の違いを数パーセントとすることができることは文献で非常によく知られている。
【００７５】
約３ｄｌの３つのサンプルを１０ｋｇの穀物バッチから取り出した。各サンプルは先行技術のＮＩＲ全粒分析器により測定された。結果は、１２．３％、１２．４％及び１３．１％のタンパク質含有量であった。これらの結果のばらつきはバッチの分布不均一の結果であり、バッチの異なる部分ではタンパク質含有量が異なることを意味する。
【００７６】
以下では、本発明の第１の実施形態による装置で、バッチを分析し、単一穀粒レベルに選別した。穀粒の総数Ｎは１８６２８２であった。測定された穀粒のタンパク質含有量Ｐ［％］の分布を図１９に示す。平均濃度はＰ＝１２．６％であった。
【００７７】
図２０のように、個別の穀粒測定（Ｐ［％］）を経時的に（ｔ／ａ．ｕ．）表示すると、バッチが違う穀物グループで構成されていることがわかる。これは輸送中の分離等の物理的変化によるものと考えられる。１０ｋｇのバッチが異なる品種、異なる畑等の穀物のバッチを組み合わせて構成されたとも考えられる。穀物が不均質であり、バッチが実質的に分布不均質であることは、バッチの違う場所のタンパク質濃度が、平均レベルで、異なることを意味する。これは、バッチをＮＩＲ分析器で分析した場合に観測されたことであった。副サンプルになされた測定は、単一の穀粒の中の不均質から生じるサンプリング誤差を伴っていた。サンプリング誤差は全ての単一の穀粒を分析すると除去される。
【００７８】
１０．０％及び１３．０％のタンパク質のしきい値が選別に使用された。タンパク質が１０％より下の全ての穀粒が１級に選別され、１０％より上であるが１３％より下の穀粒が２級に選別され、１３％より上の穀粒が３級に選別された。表１に、平均タンパク質含有量とともに示した３つの級の穀粒の分布を示す。
【００７９】
【表１】
0005951007.tif 000002
表１：選別後の１、２、３級の穀粒の分布。しきい値を１０％と１３％に設定した。
【００８０】
平均タンパク質含有量は３つの級のそれぞれで異なり、バッチの３分の１のタンパク質含有量は非常に高く、高価値製品に使用できる。
【００８１】
このように、小麦バッチ又は連続した流れの小麦を、単一穀粒レベルで分析して選別することができ、穀物の不均質の明確なイメージが可視化でき、サンプリング誤差を除去でき、穀粒を、パスタ、小麦ビール、パンのような様々な目的に使用できる異なる生化学的特性の級に選別できる。
【００８２】
実施例２：トウモロコシの昆虫侵入
カビ汚染と昆虫侵入は、貯蔵穀物の収穫後劣化、及び穀物の降級のリスクのせいで損失をもたらすことになる。単一穀粒レベルで穀物を分析及び選別することにより、被害穀粒を除去することができ、貯蔵安定性と一貫した品質を確保することができる。本実施例では、本発明を使用して、トウモロコシのバッチを被害穀粒からどのようにきれいにできるかを明らかにする。貯蔵されたトウモロコシのバッチへの昆虫及びカビの侵入は、収穫後損失又は降級により著しく価値を落とす可能性がある。侵入はバッチ全体を通して不均等に分布しやすいので、検出されない危険性が高い。
【００８３】
侵入被害がないことが保証されたトウモロコシのバッチ（約１ｋｇ）を、コクゾウムシの侵入が保証された１００穀粒と混合した。穀粒は処理を進める前に完全に混合された。穀粒は本発明を使用して単一穀粒レベルで分析及び選別された（総穀粒数２８６６）。分類アルゴリズムが穀粒を侵入によって分類した。侵入されていると確認された穀粒は選別工程で除去された。結果は、侵入ありと侵入なしの穀粒に２つに分別された。表２は分類の結果を示す。
【００８４】
【表２】
0005951007.tif 000003
表２：昆虫侵入により２８６６のトウモロコシ粒を分類した分類結果。１００粒は侵入されたことがわかっており、そのうち９８粒が侵入ありと特定され、２粒が特定されなかった。２７６６粒は侵入はなかったが、そのうち８９粒が侵入ありと特定された。
【００８５】
侵入があった穀粒のほぼ全てが特定され、バッチから除去され、それにより、結果として経済的損失を伴う収穫後劣化及び降級の可能性が低減される。
【００８６】
実施例３：品種改良によるトウモロコシのデンプン含有量の増加
トウモロコシはバイオ燃料のための重要な作物である。デンプンはバイオ燃料に使用されるエタノールに発酵できる。デンプン含有量に基づく種子穀物の選択は品種改良の効率を向上し、多収穫品種を生み出す。トウモロコシ粒は総油分含有量の信頼性のある結果を得るために透過で分析しなければならない。透過測定は長い積分時間を使用してのみできる。本実施例では、トウモロコシ中のデンプン含有量を決定し、さらなる作業のために穀粒全体から一部を選択するのに、本発明がどのように使用できるかを示す。
【００８７】
トウモロコシの種子はバイオ燃料の製造に使用でき、デンプンがエタノールに発酵されてバイオ燃料として使用される。バイオ燃料製造に使用されるトウモロコシの栽培品種は長く複雑な品種改良プログラムの結果である。高デンプン含有量の種子の選択により、品種改良プログラムの効率を向上できる可能性がある。穀粒のデンプン含有量は約３０〜７０％に及ぶことがある。従って、トウモロコシ粒を個別に非破壊的方法で分析することは、高デンプン含有量の穀粒を分離するのに役立てることができ、バイオ燃料の製造に有利である。
【００８８】
トウモロコシ粒の１ｋｇのバッチをデンプンについて分析して含有量によって選別した。しきい値は６０％に設定した。この用途では処理能力は重要ではないので、穀粒は、反射モードよりも長い積分時間を必要とする透過モードで分析された。本発明は広範囲の積分時間で動作できるように設計されている。
【００８９】
図２１はバッチ中の穀粒（穀粒数Ｎ）の分布を示す。デンプン含有量Ｓ［％］の分布は正規分布に従っている。
【００９０】
さらなる作業のためにデンプン含有量が６０％より多い穀粒が選択された。本実施例ではデンプン含有量を使用したが、組成に直接関連しないその他の特性もまた測定でき、選別できる。
【００９１】
さらなる考察
図２２は、一般に楕円形又は卵形の粒子が、長い極軸ａと短い赤道軸ｂとｃを有し、穿孔されたコンベアベルト３１０によって搬送されている状態を示す。ここで、ａ＞ｂ及びａ＞ｃであるが、ｂとｃは一般に大きさが類似する。多くの農産物の粒子、特に穀物と種子は、この一般的に楕円の形状によって十分近似され得る形状を有する。このような粒子は一般に穿孔３１４上で、図２２に示した方位と類似の方位になり、即ち、長軸が搬送面に対して一般に垂直に向く。従って、搬送装置は粒子を明確に規定された（穿孔３１４の位置によって規定された）位置でのみ搬送するだけでなく、粒子を明確に規定された方位に誘導するようにも作用する。
【００９２】
このように、粒子は明確に規定された方位で測定装置を通過して搬送され、それらの長軸は搬送面に対して垂直である。これは特に、粒子の大きさ又は形状が分析特性として判断されるべき場合に有利である。特に、粒子の大きさ又は形状をカメラで記録された画像から判断するデータ分析は、粒子の方位が分かっているとより簡単である。いくつかの実施形態では、１列の画素を画定するセンサを有するラインスキャンカメラを採用してもよく、この列は粒子の長軸に対して平行（即ち、搬送面に対して垂直）である。この場合、粒子の大きさは、粒子からの画像情報を含む画素の数をカウントすることにより、単純に判断してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１００      供給ユニット
１０１      種子
１１０      ホッパー
１２０      戻しダクト
１３０      エアポンプ
１４０      真空管
２００      加速ユニット
２０１      サイドカバー
２１０      ベルト
２１１      ローラー
２１２      軸
２１３      軸受
２１４      リブ
２２０      モーター
２２１      駆動ベルト
２２２      駆動ベルト
２３０      振動台
３００      搬送ユニット
３０１      サイドカバー
３１０      ベルト
３１１      ローラー
３１２      軸
３１３      軸受
３１４      穿孔
３２０      真空ボックス
４００      測定ユニット
４１０      照明系
４１１      エネルギー源
４１２、４１２’      光ファイバー
４１３、４１３’      ファイバー端部
４２０      検出系
４２１      検出器
４２２      集束ユニット
４３０      結合器／スプリッタ
４４０      光源／検出器ユニット
４５０      イメージング分光計
４５１      入射スリット
４５２      光学ユニット
４５３      アレイ検出器
５００      選別収集ユニット
５１０      噴射系
５１１      噴射ノズル
５２０      収集器
５２１、５２２、５２３      容器
５２４      スキマー
Ｆｖ      真空力
Ｋ      粒子
Ｐ      タンパク質含有量
Ｓ      デンプン含有量
Ｎ      数
ｔ      時間
λ      波長
ｙ      横寸法
【図１】
0005951007.tif 000004
【図２】
0005951007.tif 000005
【図３】
0005951007.tif 000006
【図４】
0005951007.tif 000007
【図５】
0005951007.tif 000008
【図６】
0005951007.tif 000009
【図７】
0005951007.tif 000010
【図８】
0005951007.tif 000011
【図９】
0005951007.tif 000012
【図１０】
0005951007.tif 000013
【図１１】
0005951007.tif 000014
【図１２（ａ）】
0005951007.tif 000015
【図１２（ｂ）】
0005951007.tif 000016
【図１３】
0005951007.tif 000017
【図１４】
0005951007.tif 000018
【図１５】
0005951007.tif 000019
【図１６】
0005951007.tif 000020
【図１７】
0005951007.tif 000021
【図１８】
0005951007.tif 000022
【図１９】
0005951007.tif 000023
【図２０】
0005951007.tif 000024
【図２１】
0005951007.tif 000025
【図２２】
0005951007.tif 000026