(57)【要約】【課題】特定波長の単色光を青果物に照射して得られる青果物からの透過光から青果物糖度を非破壊的に誤差なく測定する小型で携帯容易な青果物の糖度測定装置を提供する。【解決手段】青果物の測定部位に２つの異なる近赤外波長領域の光１１，１２を照射する光源制御部２２０を設け、光１１，１２が青果物の測定部位を透過した透過光１２，２２及び１３，２３を異なる距離をおいた２箇所で受光してその透過光量を検出する光検出器５１，５２を設け、検出した２箇所での同波長の透過光量の比である相対透過度を各波長毎に算出し、同各波長の相対透過度を用いて青果物の糖度を算定するようにした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青果物の測定部位に複数の異なる波長からなる光を照射する照射手段を設け、同照射手段の光が青果物の測定部位を透過した透過光を異なる距離をおいた２箇所で受光してその透過光量を検出する透過光量検出手段を設け、同透過光量検出手段で検出した２箇所での同波長の透過光量の比である相対透過度を各波長毎に算出し、同各波長の相対透過度を用いて青果物の糖度を算定する演算手段を設けた青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項２】
照射手段が、２つの異なる波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２とし、２つの異なる波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２とし、予め実測した糖度と相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１）／ｌｎ（Ｒλ２）に従って算定するようにしたものである請求項１記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項３】
照射手段が、２つの異なる波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２とし、２つの異なる波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２とし、同各相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２に基づいて２つの異なる波長の吸光度Ａ１，Ａ２を式Ａ１＝−１ｎ（Ｒλ１），Ａ２＝−１ｎ（Ｒλ２）とし、予め実測した糖度と吸光度Ａ１，Ａ２を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊Ａ１／Ａ２に従って算定するようにしたものである請求項１記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項４】
照射手段が照射する２つの異なる波長の光が、９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたものである請求項２又は３記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項５】
照射手段が、３つの波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２，Ｉ１．λ３とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２，Ｉ２．λ３とし、３つの波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２，Ｒλ３＝Ｉ２．λ３／Ｉ１．λ３とし、予め実測した糖度と相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１／Ｒλ３）／ｌｎ（Ｒλ２／Ｒλ３）に従って算定するようにしたものである請求項１記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項６】
照射手段が、３つの波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２，Ｉ１．λ３とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２，Ｉ２．λ３とし、３つの波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２，Ｒλ３＝Ｉ２．λ３／Ｉ１．λ３とし、同各相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３に基づいて３つの異なる波長の吸光度Ａ１，Ａ２，Ａ３を式Ａ１＝−１ｎ（Ｒλ１），Ａ２＝−１ｎ（Ｒλ２），Ａ３＝−１ｎ（Ｒλ３）とし、予め実測した糖度と吸光度Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊（Ａ１−Ａ３）／（Ａ２−Ａ３）に従って算定するようにしたものである請求項１記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【請求項７】
照射手段が照射する３つの異なる波長の光が、その内２つが９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたもので、残りの１つが９１０〜９３０ｎｍ又は１０１０〜１０３０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたものである請求項５又は６記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青果物の甘味に関する指標を測定する青果物糖度の非破壊測定装置に関し、詳しくは特定波長の単色光を青果物に照射して得られる青果物からの透過光から青果物糖度を非破壊的に誤差なく測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、野菜，果実等の青果物の出荷時には、形状，色などの外観検査に加え、糖度等の内的品質の検査による等級選定が必要である。さらには、こうした糖度の内的品質を栽培管理にフィードバックできることが望まれている。従来、青果物の糖度は数個のサンプルから抽出した果汁を用いて、化学分析あるいは屈折率糖度計による破壊方式で行われるのが一般的である。この破壊方式は測定時間が長いとともに青果物個々の糖度測定ができず、またサンプル抽出したロット内での糖度のばらつき等の問題があり、近年では青果物の糖度測定を非破壊で迅速に行う手法として、近赤外領域の波長の光を用いた方法が研究開発あるいは実用化されている。
【０００３】
そこで、近赤外領域の波長の光を青果物に照射し、その反射光を受光して特定波長の吸光度を測定し、この測定値から青果物糖度を測定する技術が開示されている（例えば非特許文献１及び特許文献１，２参照）。非特許文献１の技術では、近赤外領域の波長の光を含む光源からの光を青果物に照射し、果皮表面及び果皮に近い果肉層で拡散反射した光のスペクトルを回折格子等から構成される分光器を用いて計測し、その拡散反射スペクトルから下記計算式に従い青果物の糖度を算出する方式を提案している。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
ここで、４つの特定波長にλ１＝８７０ｎｍ，λ２＝８７８ｎｍ，λ３＝８８９ｎｍ，λ４＝９０６ｎｍを採用することを提案している。ここで、Ｃ：糖濃度，Ａ：吸光度，λ：波長を示す。またｋ０，ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４は実測糖度を用いて最小２乗法で決定された係数である。
【０００６】
ところで、前記従来の糖度測定装置の場合、検出される反射光は表皮近傍からの反射光がほとんどで、得られる糖濃度も表皮近傍の糖濃度となる。本方式の場合、表皮の薄いリンゴや桃では有効であるが、表皮の厚いミカンやメロンに前記方式を適用した場合、反射光は皮の部分からの成分だけとなり、実の成分情報がほとんど含まれず、実の糖度計測が困難である。
【０００７】
このような問題点に対して、皮の厚い青果物に対して近赤外領域の波長の光で糖濃度計測を実現する透過光を利用した技術が開示されている（例えば特許文献３，４及び非特許文献２参照）。特許文献３及び非特許文献２の技術では、近赤外領域の波長の光を青果物に照射して照射位置とほぼ反対側で透過光を検出し、分光器により得た透過光スペクトルを用いて吸光度及び吸光度の二次微分値を計算し、５つの特定波長の吸光度の二次微分値を用いて下記式により糖度を算出することを提案している。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
ここで、Ｃ：糖濃度，Ａ：吸光度，λ：波長を示す。またｋｉ（ｉ＝０，１，２，３，４）は、５つの特定波長λ１＝７４５ｎｍ，λ２＝７６９ｎｍ，λ３＝７８６ｎｍ，λ４＝９１４ｎｍ，λ５＝８４４ｎｍで、実測糖度を用いて最小２乗法で決定された係数を示す。以上、前記青果物からの透過光を検出することで皮の厚いミカンに対して良好な測定精度を得ている。ところで、数２に表れる吸光度の２階微分値は近似的に下記式で表される。
【００１０】
【数３】
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【００１１】
吸光度の２階微分値を算出するには、特定波長（λ０）前後の波長の吸光度が必要になる。つまり、数２を用いて糖度を算出するには５つの特定波長にその前後の波長を加え１５ヶ以上の波長での吸光度が必要になる。１５ヶ以上の波長を有する前記光源としては、近赤外領域で連続した波長成分を含んだハロゲンランプ等の白色光源が一般的に用いられる。前記白色光源を青果物に照射して得られる透過光から特定波長のスペクトルを得るには回折格子等から構成される複雑な分光器が必要になるため、実用化されている装置のほとんどが大型の据え置きタイプとなっている。
【００１２】
このような問題点に対し、本件出願人は近赤外領域の波長の光を用いた青果物の糖度測定装置において、桃やリンゴなど皮の薄い青果物のみならず皮の厚いミカンやメロン等の青果物の糖濃度が測定でき、しかも従来の糖度測定装置のように回折格子等から構成される複雑な分光器を必要としない青果物の非破壊糖度測定装置を発明し、出願している（特願２００１−３０９１９０号）。
【００１３】
この青果物の非破壊糖度測定装置を図１０に基づいて説明する。波長の異なる２つの照射光１０２，２０２を青果物１に照射するための光源１０，２０と反射プリズム４０，レンズ４１を備え、また照射光１０２，２０２の一部１０１，２０１を検出するためのサンプリングミラー４２，レンズ４３，ＮＤフィルター４５，光検出器４４を備えている。さらに青果物１からの透過光１０３，２０３を検出するためにレンズ５０と光検出器５１を、また信号処理部２３０，中央制御部２００，表示部２１０，光源制御部２２０を備えている。
【００１４】
中央制御部２００は、信号処理部２３０でデジタル化された光検出器４４，５１からの検出信号をもとに、後述する算定式で青果物の糖度を算出し、表示部２１０で表示する。光源制御部２２０は、光源１０，２０に電流を供給するための図示しない電源とスイッチ部を有している。中央制御部２００からの指令信号に従い、光源制御部２２０のスイッチ部により光源１０，２０への電流供給のＯＮ，ＯＦＦ制御が行われる。
【００１５】
以上の構成を有する糖度測定装置の動作を説明する。まず、中央制御部２００からの指令信号に従い、光源制御部２２０から光源１０のみに電流が供給される。光源１０から発した照射光１０２はプリズム４０を透過し、レンズ４１により青果物１に照射される。サンプリングミラー４２により照射光１０２から一部取り出されたモニター光１０１はレンズ４３で光検出器４４の受光面に集められる。一方、青果物１からの透過光１０３はレンズ５０で光検出器５１の受光面に集められる。
【００１６】
光検出器４４，５１から、それぞれモニター光１０１，透過光１０３の光強度に比例した検出信号（電圧）が出力され、信号処理部２３０でデジタル化処理される。デジタル化処理された光検出器４４，５１からの検出電圧Ｖ４４，Ｖ５１を基に中央制御部２００で単色光源１０から発した照射光１０２に対する青果物１の透過率Ｔ１が算出される。
【００１７】
中央制御部２００で行われるの透過率Ｔ１の算出方法について説明する。モニター光１０１，照射光１０２，透過光１０３の光量をそれぞれＩ１，Ｉ２，Ｉ３とする。単色光源１０から発した照射光１０２に対する青果物１の透過率Ｔ１は次式で求められる。
Ｔ１＝Ｉ３／Ｉ２＝Ｉ３／Ｉ１／ｋ・・・（１．４）
【００１８】
ここで、ｋはサンプリングミラー４２の反射率，ＮＤフィルター４５の透過率によって決まる定数を表す。次に光検出器４４，５１における光量−電圧変換係数をそれぞれβ４４，β５１とすると光検出器４４，５１で検出される検出信号（電圧）Ｖ４４，Ｖ５１は下記式で表される。
Ｖ４４＝β４４＊Ｉ１・・・（１．５）
Ｖ５１＝β５１＊Ｉ３・・・（１．６）
【００１９】
これらの各式（１．４），（１．５），（１．６）より、青果物１の透過率Ｔ１は下記式で算出される。
Ｔ１＝（β４４／β５１／ｋ）×Ｖ５１／Ｖ４４・・・（１．７）
【００２０】
ここで、（  ）内の値は、糖度測定装置固有の定数で、透過率の値が分かった材料等を用いて簡単に校正することができる。単色光源２０から発する照射光２０２に対する透過率Ｔ２も前記Ｔ１同様にして測定することができる。青果物１の糖度は、算出した透過率Ｔ１，Ｔ２を用いて下記式で算出する。
Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｔ１）／ｌｎ（Ｔ２）・・・（１．８）
【００２１】
ここでｋ０，ｋ１は実測糖度を用いて最小２乗法で決定された係数を示す。式（１．８）を用いて糖度推定を行うための最適な波長の組み合わせとして、２つの異なった波長が９５０〜１０１０ｎｍの範囲と１０２０〜１０８０ｎｍの範囲の中からそれぞれ選ばれたものであることを提案している。
【００２２】
以上前記した先願発明によれば、２種類の特定波長の単色光を青果物に照射し、その透過光を検出する。検出された透過光には青果物内部の実の糖度情報が含まれており、みかんやメロンのように皮の厚い青果物の糖度測定が可能となる。また、２種類の特定波長の単色光を用いた本発明の糖度測定装置では、白色光源を用いた従来の糖度測定装置のように透過または反射光スペクトルを検出するための複雑な分光器を必要としない装置が実現でき、また光源に小型の半導体レーザー等を用いることができるため、小型・軽量の糖度測定装置が実現できる。
【００２３】
しかしながら、この先願発明には、前記照射光１０２（２０２）の照射位置Ｐ０と透過光１０３（２０３）の検出位置Ｐ１との直線距離ｒが、図１１に示すように果実の大きさ等に依存してわずかに変化する。その変化量δｒ＝ｒ−ｒ’とすると、δｒ＝１ｍｍあたり約４Ｂｒｉｘ％の糖度の測定誤差が生じてしまうという欠点があり、果実の大きさに合わせて直線距離ｒの変化量δｒを調整する機構を設けたとしても、果実の糖度計としての精度を実現するにはδｒを０．２ｍｍ以下にする高精度な調整が必要になる問題があった。
【００２４】
【特許文献１】
特開平２−１４７９４０号公報
【特許文献２】
特開平４−２０８８４２号公報
【特許文献３】
特開平６−１８６１５９号公報
【特許文献４】
特開平６−２１３８０４号公報
【非特許文献１】
園芸学会誌、６１，４４５（１９９２）
【非特許文献２】
園芸学会誌、６２，４６５（１９９３）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、特定波長の単色光を青果物に照射して得られる青果物からの透過光から青果物糖度を非破壊的に誤差なく測定する小型で携帯容易な青果物の糖度測定装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）  青果物の測定部位に複数の異なる波長からなる光を照射する照射手段を設け、同照射手段の光が青果物の測定部位を透過した透過光を異なる距離をおいた２箇所で受光してその透過光量を検出する透過光量検出手段を設け、同透過光量検出手段で検出した２箇所での同波長の透過光量の比である相対透過度を各波長毎に算出し、同各波長の相対透過度を用いて青果物の糖度を算定する演算手段を設けた青果物の非破壊糖度測定装置
２）  照射手段が、２つの異なる波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２とし、２つの異なる波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２とし、予め実測した糖度と相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１）／ｌｎ（Ｒλ２）に従って算定するようにしたものである前記１）記載の青果物の非破壊糖度測定装置
３）  照射手段が、２つの異なる波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２とし、２つの異なる波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２とし、同各相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２に基づいて２つの異なる波長の吸光度Ａ１，Ａ２を式Ａ１＝−１ｎ（Ｒλ１），Ａ２＝−１ｎ（Ｒλ２）とし、予め実測した糖度と吸光度Ａ１，Ａ２を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊Ａ１／Ａ２に従って算定するようにしたものである前記１）記載の青果物の非破壊糖度測定装置
４）  照射手段が照射する２つの異なる波長の光が、９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたものである前記２）又は３）記載の青果物の非破壊糖度測定装置
５）  照射手段が、３つの波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２，Ｉ１．λ３とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２，Ｉ２．λ３とし、３つの波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２，Ｒλ３＝Ｉ２．λ３／Ｉ１．λ３とし、予め実測した糖度と相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１／Ｒλ３）／ｌｎ（Ｒλ２／Ｒλ３）に従って算定するようにしたものである前記１）記載の青果物の非破壊糖度測定装置
６）  照射手段が、３つの波長の光を照射するもので、演算手段が、２箇所で検出した各透過光量のうち透過距離が短い方をＩ１．λ１，Ｉ１．λ２，Ｉ１．λ３とし、透過距離が長い方をＩ２．λ１，Ｉ２．λ２，Ｉ２．λ３とし、３つの波長の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を式Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１，Ｒλ２＝Ｉ２．λ２／Ｉ１．λ２，Ｒλ３＝Ｉ２．λ３／Ｉ１．λ３とし、同各相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３に基づいて３つの異なる波長の吸光度Ａ１，Ａ２，Ａ３を式Ａ１＝−１ｎ（Ｒλ１），Ａ２＝−１ｎ（Ｒλ２），Ａ３＝−１ｎ（Ｒλ３）とし、予め実測した糖度と吸光度Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いて次式の係数ｋ０，ｋ１を求め、糖度Ｃを式Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊（Ａ１−Ａ３）／（Ａ２−Ａ３）に従って算定するようにしたものである前記１）記載の青果物の非破壊糖度測定装置
７）  照射手段が照射する３つの異なる波長の光が、その内２つが９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたもので、残りの１つが９１０〜９３０ｎｍ又は１０１０〜１０３０ｎｍの範囲の近赤外領域の中から選ばれたものである前記５）又は６）記載の青果物の非破壊糖度測定装置。
にある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明において、照射手段で異なる複数の単色光を青果物に照射すると、単色光は青果物内部で散乱・吸収を受けて果外に放射されて透過光となる。この透過光を透過光量検出手段で単色光の照射位置から異なる距離をおいた２箇所で検出する。検出した２つの透過光からその比である相対透過度を計算し、同相対透過度を用いて青果物の糖度を算出する。検出された透過光には青果物内部の実の糖度情報が含まれており、ミカンやメロンのように皮の厚い青果物の糖度測定が可能となる。
【００２８】
また、光源に２ヶの単色光源を用いることで、白色光源を用いた従来の糖度測定装置のように透過または反射光スペクトルを検出するための複雑な分光器を必要としない装置が実現できる。また、果実の大きさに依存して単色光の照射位置と透過光の検出位置との直線距離が変化しても、糖濃度の測定誤差への影響を少なくした青果物の非破壊糖度測定装置が実現できる。
【００２９】
なお、本発明で用いている透過光量Ｉ１．λ１，Ｉ２．λ１及び相対透過度Ｒλ１の各記号は、Ｉ１，Ｉ２の数字が検出位置を示し、λ１，λ２，λ３は波長の種類を示しているものである。以下、本発明の各実施例を図面に基づいて基本的に説明する。
【００３０】
【実施例】
実施例１（図１，２参照）：図１に示す実施例１の糖度測定装置は、照射光１１，２１を青果物１に照射するための光源１０，２０と、反射プリズム４０，レンズ４１を備える。また青果物１からの透過光１２，２２を検出するためにレンズ５０と光検出器５１から構成される透過光量検出手段Ｉと、透過光１３，２３を検出するためにレンズ６０と光検出器６１から構成される透過光量検出手段ＩＩを備え、さらに信号処理部２３０，中央制御部２００，表示部２１０，光源制御部２２０を備えている。
【００３１】
中央制御部２００は、信号処理部２３０でデジタル化された光検出器５１，６１からの検出信号をもとに、後述する算定式で青果物の糖度を算出し、表示部２１０で表示する。光源制御部２２０は、光源１０，２０に電流を供給するための図示しない電源、スイッチ部を有している。中央制御部２００からトリガ信号Ｔ１０（Ｔ２０）がスイッチ部に入力されると、トリガ信号Ｔ１０（Ｔ２０）の立ち上がりに同期してスイッチ部がＯＮとなり、光源１０（光源２０）に電流が供給される。
【００３２】
以上の構成を有する糖度測定装置の動作を説明する。まず、中央制御部２００から送信されるトリガ信号Ｔ１０がＨｉｇｈとなると、光源制御部２２０の図示しないスイッチ部がトリガ信号Ｔ１０の立ち上がりに同期してＯＮとなり、光源１０に電流が供給され単色光１１が発生する。一方、トリガ信号Ｔ２０はＬｏｗのままとなっており、光源２０には電流が供給されず照射光２１は発生していない。
【００３３】
次に、光源１０から発した照射光１１はプリズム４０を透過してレンズ４１により青果物１上に照射され、照射光１１は青果物内部で散乱・吸収を受けて果外のあらゆる方向に放射されて透過光となる。前記照射光１１の照射位置Ｐ０から直線距離ｒ１離れた青果物１上の位置Ｐ１からの透過光１２はレンズ５０で光検出器５１の受光面に集められ、前記照射光１１の照射位置Ｐ０から直線距離ｒ２離れた青果物１上の位置Ｐ２からの透過光１３はレンズ６０で光検出器６１の受光面に集められる。なお、図１ではｒ１＜ｒ２とし、光検出器５１，６１にはフォトダイオードを用いている。
【００３４】
光検出器５１，６１からそれぞれ透過光１２，１３の光強度に比例した検出信号が出力され、信号処理部２３０でデジタル化処理される。デジタル化処理された光検出器５１，６１からの検出信号を基に中央制御部２００で後述する算定式で相対透過度Ｒλ１が算出される。相対透過度Ｒλ１の算出演算が終わると、トリガ信号Ｔ１０がＬｏｗに、またトリガ信号Ｔ２０がＨｉｇｈになる。このトリガ信号Ｔ１０（Ｔ２０）に基づき、前記光源制御部２２０内の図示しないスイッチ部の開閉により、光源１０がＯＦＦ（消灯）し、光源２０がＯＮ（点灯）する。
【００３５】
続いて、前述した照射光１１による透過相対度Ｒλ１の算出手順と同様に、照射光２１による相対透過度Ｒλ２の算出が実行される。照射光２１による相対透過度Ｒλ２の算出演算が終了するとトリガ信号Ｔ１０、Ｔ２０はともにＬｏｗとなり、光源１０，２０はともにＯＦＦ（消灯）して、青果物１の糖度計測作業は終了する。中央制御部２００では算出した相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２から青果物１の糖度を後述する算定式で算出し、その結果を表示部２１０に表示する。
【００３６】
次に、中央制御部２００で行われる相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２の算出方法について説明する。照射光１１，透過光１２，１３の光量をそれぞれＩ０．λ１，Ｉ１．λ１，Ｉ２．λ１とする。照射光１１に対する青果物１の相対透過度Ｒλ１は下記式で表される。
Ｒλ１＝Ｉ２．λ１／Ｉ１．λ１・・・（１．９）
【００３７】
光検出器５１，６１における光量−電圧変換係数をそれぞれβ５１，β６１とすると、光検出器５１，６１で検出される検出信号（電圧）Ｖ５１，Ｖ６１は下記式で表される。
Ｖ５１＝β５１＊Ｉ１．λ１・・・（１．１０）
Ｖ６１＝β６１＊Ｉ２．λ１・・・（１．１１）
【００３８】
これら各式（１．９），（１．１０），（１．１１）より、青果物１の相対透過度Ｒλ１は下記式で算出され、照射光１１の光量Ｉ０．λ１に依存しない形で表される。
Ｒλ１＝（β５１／β６１）＊Ｖ６１／Ｖ５１・・・（１．１２）
【００３９】
ここで、（  ）内の値は、糖度測定装置固有の定数で、光量が分かった光源を用いて簡単に校正することができる。照射光２１に対する青果物１の相対透過度Ｒλ２の算出も前記照射光１１に対する青果物１の相対透過度Ｒλ１と同様にして求めることができる。青果物１の糖度Ｃは、算出した相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２を用いて下記式で算出する。
Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１）／ｌｎ（Ｒλ２）・・・（１．１３）
【００４０】
ここでｋ０，ｋ１は実測糖度を用いて最小２乗法で決定された係数を示す。式（１．１３）を用いて糖度推定を行うための異なる２つの波長として、実施例１では９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の中からそれぞれ選ばれた波長としている。
【００４１】
また、前記した波長範囲にある照射光１１，２１を発する光源１０，２０としてレーザーを用いることができる。このレーザーに半導体レーザーを用いれば、小型の糖度測定装置が実現できる。また、発光ダイオード等の発光素子を光源１０，２０に用いることも可能である。また近赤外領域の波長の光を連続的に発する白色光源を光源１０，２０に用いる場合、光源１０，２０からの光を前述した波長のみを透過させる光学フィルターを用いることで実現しても良い。さらに、図２に示すように光源１０，２０からの照射光１１，２１を光ファイバー７００を用いて青果物１に照射し、さらに青果物１上の検出点Ｐ１、Ｐ２からの透過光１２，１３（２２，２３）を光ファイバー７０１，７０２を用いて前記光検出器５１，６１に導光してもよい。
【００４２】
実施例２（図３参照）：図３に示す実施例２は、３つの波長を用いた青果物の非破壊糖度測定装置の例である。図３に示す実施例２の糖度測定装置は、照射光１１，２１，３１を青果物１に照射するための光源１０，２０，３０と、レンズ４１０，４２０，４３０と、光ファイバー７１０，７２０，７３０及び同各光ファイバー７１０，７２０，７３０を束ねて青果物１に前記照射光１１，２１，３１を照射する光ファイバー７００を備えている。また青果物１からの透過光１２，２２，３２を検出するための光ファイバー７０１，レンズ５０，光検出器５１から構成される透過光量検出手段Ｉと、透過光１３，２３，３３を検出するための光ファイバー７０２，レンズ６０，光検出器６１から構成される透過光量検出手段ＩＩを備え、さらに信号処理部２３０，中央制御部２００，表示部２１０，光源制御部２２０を備えている。
【００４３】
中央制御部２００は、信号処理部２３０でデジタル化された光検出器５１，６１からの検出信号をもとに、後述する算定式で青果物の糖度を算出し、表示部２１０で表示する。光源制御部２２０は、光源１０，２０，３０に電流を供給するための図示しない電源，スイッチ部を有している。中央制御部２００からトリガ信号Ｔ１０（Ｔ２０，Ｔ３０）がスイッチ部に入力されると、トリガ信号Ｔ１０（Ｔ２０，Ｔ３０）の立ち上がりに同期してスイッチ部がＯＮとなり、光源１０（光源２０，光源３０）に電流が供給される。
【００４４】
各照射光１１，２１，３１に対応した青果物１の相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３は前記実施例１と同様の手順で算出することができる。青果物１の糖度は、算出した相対透過度Ｒλ１，Ｒλ２，Ｒλ３を用いて下記式で算出する。
Ｃ＝ｋ０＋ｋ１＊ｌｎ（Ｒλ１／Ｒλ３）／ｌｎ（Ｒλ２／Ｒλ３）・・・（１．１４）
【００４５】
ここでｋ０，ｋ１は実測糖度を用いて最小２乗法で決定された係数を示す。式（１．１４）を用いて糖度推定を行うための異なる３つの波長として、実施例２では照射光１１，２１が９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲の中からそれぞれ選ばれたものとし、また残りの照射光３１が９１０〜９３０ｎｍ又は１０１０〜１０３０ｎｍの範囲の中から選ばれた波長としている。
【００４６】
実施例３（図４参照）：実施例１，２では青果物に照射する光を波長の異なる２つ又は３つの単色光に限定して説明した。これにより、白色光源を用いた従来の糖度測定装置のように透過、または反射光スペクトルを検出するための複雑な分光器を必要としない装置が実現できる。また、果実の大きさに依存して単色光の照射位置と透過光の検出位置との直線距離が変化しても、糖濃度の測定誤差への影響を少なくした青果物の非破壊糖度測定装置が実現できる。
【００４７】
一方、従来の白色光源と分光器を用いた青果物の非破壊糖度測定装置においても、果実の大きさに依存して単色光の照射位置と透過光の検出位置との直線距離が変化しても、糖濃度の測定誤差への影響を少なくすることができる。従来の白色光源と分光器を用いた青果物の非破壊糖度測定装置に適用した例を図４を用いて説明する。
【００４８】
図４に示した非破壊糖度測定装置では、近赤外領域の波長の光を含むハロゲンランプ等の白色光源１００とその電源１１０を備え，光源１００からの光１０１をレンズ１２０と光ファイバー７００を介して青果物１に照射する。青果物１に照射された光１０１は果実内部で散乱・吸収を受けて果外のあらゆる方向に放射されて透過光となる。光ファイバー７００による光１０１の青果物１上の照射位置Ｐ０から直線距離ｒ１，ｒ２の青果物１上の位置Ｐ１，Ｐ２からの透過光１０２，１０３を光ファイバー７０１，７０２により分光器３００まで導光する。分光器３００はレンズ３２０，３１０と、シャッター３２１，３１１，プリズム３３０，回折格子３４０，多チャンネル検出器３５０から構成される。
【００４９】
多チャンネル検出器３５０にはＣＣＤ等のリニアアレイセンサーが用いられる。位置Ｐ１から放射された透過光１０２の透過スペクトルを計測する場合、シャッター３１１が開き、多チャンネル検出器３５０上に透過光１０２の透過スペクトルＳ１が得られる。この場合、シャッター３２１は閉まっている。同様にして位置Ｐ２から放射された透過光１０３の透過スペクトルＳ２を測定する場合、シャッター３２１が開き、多チャンネル検出器３５０上に透過光１０３の透過スペクトルＳ２が得られる。この場合、シャッター３１１は閉まっている。以上の様にして測定した前記透過スペクトルＳ１，Ｓ２から透過率スペクトルＴ＝Ｓ２／Ｓ１を算出する。得られた透過率スペクトルから式（１．１３），式（１．１４）に従い糖度Ｃを算出することができる。
【００５０】
各実施例の非破壊糖度測定方法について検討した結果を図５〜１１に示す。図５は透明な石英セル容器に入れたグルコース水溶液に種々の波長の単色光を照射し、その透過率スペクトルＴを算出し、その透過率から下記式により算出される吸光度比γと糖濃度の相関についてＳＮ比η＞４となる波長の組み合わせ領域を斜線で示している。
γ＝ｌｎ（Ｔ（λ１））／ｌｎ（Ｔ（λ２））・・・（１．１５）
【００５１】
ＳＮ比ηは式（１．１５）で表される吸光度比γと糖濃度の関係を直線回帰した場合の回帰直線の傾きβ，回帰誤差σを用いてη＝（β／σ）２で定義した。つまり吸光度比γを用いた糖度の推定誤差は（１／η）０．５で算出され、図７中、η＞４以上となる領域での波長の組み合わせを用いた吸光度比γによる糖濃度の推定誤差は０．５ｗｔ％以下となっている。図７より９４０〜１０００ｎｍの範囲と１０４０〜１０９０ｎｍの範囲を四角で囲んだ領域は前記吸光度比γで糖濃度を推定する為の最適な波長の組み合わせであることがわかる。
【００５２】
上記波長の最適な組み合わせの中から、市販の半導体レーザーで入手できる波長９８０ｎｍ，１０６０ｎｍを選択し、その波長での吸光度比γと水溶液中のグルコース濃度との関係を図６に示す。吸光度γによる測定誤差は０．３ｗｔ％以下を実現している。
【００５３】
一方、果実などの散乱体に対しても、グルコース水溶液で得られた最適な波長の組み合わせがそのまま成り立つ。図７に果実を模した散乱体に対して、吸光度比γと糖濃度の関係について文献「Ａ．Ｉｓｈｉｍａｒｕ：Ｗａｖｅ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｒａｎｄｏｍ  Ｍｅｄｉａ，  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９７８）」を参考に理論計算した結果を示す。図７の計算では波長として９８０ｎｍ，１０６０ｎｍを選択した。図１で説明した直線距離ｒ１，ｒ２をそれぞれ３０ｍｍ，４０ｍｍに設定した。等価散乱係数は糖濃度，波長によらず一定とし、ここでは０．４４ｍｍ−１とした。また波長，糖濃度に依存した吸収係数はグルコース水溶液を用いて測定した結果を用いた。図７より水溶液と同じ波長の組み合わせにおいて吸光度比γと糖濃度の相関が高いことがわかる。
【００５４】
次に、図２に示した実施例２の非破壊糖度測定装置で実際にリンゴに対して糖度を測定した結果を図８に示す。光源には波長９８０ｎｍ，１０６０ｎｍの市販の半導体レーザーを用いた。測定誤差として０．８Ｂｒｉｘ％以下が得られ、本発明の有効性が立証された。
【００５５】
次に、実施例１，２記載の糖度測定装置において、図１中直線距離ｒ１を変化させた場合の糖度の測定誤差について解析した結果を図９に示す。図１０に示した従来技術では、直線距離が１ｍｍ変化すると約４ｗｔ％の測定誤差が生じる。非破壊糖度計に要求される精度が１ｗｔ％であることから、直線距離の変化を０．２ｍｍ以下にしなければならない。直線距離の調整機構を設けても高精度な調整機構が必要になる。一方、実施例１の装置では直線距離の変化１ｍｍに対して糖度の測定誤差が１ｗｔ％以下で従来技術の１／４以下となる。さらに実施例２を用いた糖度計では直線距離の変化に対する糖度の測定誤差が従来技術の約１／６０となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば複数の異なる特定波長の単色光を青果物に照射し、その透過光を前記単色光の照射位置からの直線距離が異なる位置でそれぞれ検出する。検出された透過光には青果物内部の実の糖度情報が含まれており、ミカンやメロンのように皮の厚い青果物の糖度測定が可能となる。また、２〜３種類の特定波長の単色光を用いた本発明の糖度測定装置では、白色光源を用いた従来の糖度測定装置のように透過又は反射光スペクトルを検出するための複雑な分光器を必要としない装置が実現でき、また光源に小型の半導体レーザー等を用いることができるため、小型・軽量の糖度測定装置が実現できる。さらに、果実の大きさに依存して単色光の照射位置と透過光の検出位置との直線距離が変化しても、糖濃度の測定誤差への影響を少なくした青果物の非破壊糖度測定装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の非破壊糖度測定装置の説明図である。
【図２】実施例１の非破壊糖度測定装置の説明図である。
【図３】実施例２の非破壊糖度測定装置の説明図である。
【図４】実施例３の非破壊糖度測定装置の説明図である。
【図５】グルコース水溶液における最適波長の組み合わせ領域を示す図である。
【図６】グルコース水溶液における吸光度比と糖濃度の関係を示す図である。
【図７】果実を模した散乱体での吸光度比と糖濃度の関係を示す図である。
【図８】実施例１の非破壊糖度測定装置でリンゴを測定した結果を示す図である。
【図９】果実の大きさの変化による測定誤差を示す図である。
【図１０】従来技術における青果物の糖度測定装置の説明図である。
【図１１】従来技術における青果物の糖度測定装置の説明図である。
【符号の説明】
１、１’  青果物
１０，２０，３０  光源
１１，２１，３１  照射光
１２，１３  透過光
２２，２３  透過光
３２，３３  透過光
４１，４３  レンズ
５０，６０  レンズ
４０  プリズム
４４，５１，６１  光検出器
４２  サンプリングミラー
４５  ＮＤフィルター
１００  白色光源
１１０  白色光源用電源
１２０  レンズ
２００  中央制御部
２１０  表示部
２２０  光源制御部
２３０  信号処理部
３００  分光器
３１０，３２０  レンズ
３１１，３２１  シャッター
３３０  プリズム
３４０  回折格子
３５０  多チャンネル検出器
４１０，４２０，４３０  レンズ
７００，７０１，７０２  光ファイバー
７１０，７２０，７３０  光ファイバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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