(57)【要約】【課題】加工食品などの被測定物中の空孔の平均的な穴径を検査できる装置及び方法を提供現する。【解決手段】固形物材料で覆われた空孔を含む被測定物１１の検査装置は、被測定物に電磁波１０３を照射する照射部１０２と、複数の異なる前方散乱角度毎に被測定物からの電磁波を検出する検出部１０１と、空孔の平均的な穴径を取得する情報取得部１０４を有する。検出部１０１は、複数の異なる前方散乱角度毎に被測定物からの電磁波を検出できるように、被測定物を挟んで、照射部１０２と対向する位置に配置され、情報取得部１０４は、検出部の検出結果を用いて空孔の平均的な穴径を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形物材料で覆われた空孔を含む被測定物の検査装置であって、
前記被測定物に電磁波を照射する照射部と、
複数の異なる前方散乱角度毎に前記被測定物からの電磁波を検出する検出部と、
前記空孔の平均的な穴径を取得する情報取得部と、
を有し、
前記検出部は、前記複数の異なる前方散乱角度毎に前記被測定物からの電磁波を検出できるように、前記被測定物を挟んで、前記照射部と対向する位置に配置され、
前記情報取得部は、前記検出部の検出結果を用いて前記空孔の平均的な穴径を取得することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記情報取得部は、前記検出部の検出結果を用いて取得した前記被測定物からの電磁波の強度の前方散乱角度分布のデータを用いて前記空孔の平均的な穴径を取得することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記照射部は、３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚのうち前記被測定物を透過するいずれかの周波数の成分を含む電磁波を発生する電磁波波源を有することを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記被測定物の母材の複素屈折率の絶対値をｍ、前記被測定物の空孔の平均的な穴径をａとして、前記照射部からの電磁波は、波長が０．５ｍａ未満の成分と、波長がπａ以上の成分とを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記検出部はアレイ型検出器であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記アレイ型検出器は、前記照射部から電磁波の複数の波長をそれぞれ検出する要素を含むことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記アレイ型検出器は、アレイ状に並べた同じ検出素子と、前記検出素子のそれぞれに入射する電磁波の周波数を変更する周波数フィルターと、を含むことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項８】
前記アレイ型検出器は、前記照射部からの電磁波のビームの偏波方向に平行な方向の角度分解を行うライン要素と、前記電磁波のビームの偏波方向に垂直な方向の角度分解を行うライン要素と、を含むことを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項９】
前記照射部は、高周波波長成分と低周波波長成分を含む電磁波を発生し、
前記情報取得部は、前記検出部により取得した前記高周波波長成分による前記前方散乱角度分布の強度の角度分解データにおける鞍部の位置を用い、前記被測定物の母材の複素屈折率の絶対値、空孔の穴径、電磁波の波長の情報を含む理論データとの比較により前記穴径を取得することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記情報取得部は、前記検出部により取得した前記低周波波長成分による所定の角度の電力透過率データを用い、前記被測定物の母材の厚さｄと所定の角度の電力透過率Тを用いた理論式（ｌｎＴ＝−ｎσｄ、散乱断面積σ）との比較により前記空孔の数密度ｎを取得し、前記穴径aと前記数密度ｎとから前記空孔の充填率ε（＝ｎａ３）を取得することを特徴とする請求項９に記載の検査装置。
【請求項１１】
前記検出部は、ショットキーバリアダイオードを含むことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項１２】
前記照射部は、共鳴トンネルダイオード型発振器とトランジスタ型発振器を含むことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項１３】
前記被測定物は食品であることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項１４】
前記食品は、発酵食品、焼き菓子、あるいは乳化状態にある食品であることを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
【請求項１５】
固形物材料で覆われた空孔を含む被測定物の検査方法であって、
前記被測定物に電磁波を照射する照射ステップと、
複数の異なる前方散乱角毎に前記被測定物からの電磁波を検出する検出ステップと、
前記空孔の平均的な穴径を取得する情報取得ステップと、
を有し、
前記情報取得ステップは、前記検出ステップの検出結果を用いて前記空孔の平均的な穴径を取得することを特徴とする検査方法。
【請求項１６】
前記検出ステップでは、前記電磁波のビームの偏波方向に平行な方向の角度分解と、前記電磁波のビームの偏波方向に垂直な方向の角度分解と、を行うことを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項１７】
前記照射ステップでは、高周波波長成分と低周波波長成分とを含む電磁波を照射し、
前記情報取得ステップでは、前記検出ステップで取得した前記高周波波長成分による前記被測定物からの電磁波の強度の前方散乱角度分布の角度分解データにおける鞍部の位置を用い、前記被測定物の母材の複素屈折率の絶対値、空孔の穴径、電磁波の波長の情報を含む理論データとの比較により前記穴径を取得することを特徴とする請求項１５または１６に記載の検査方法。
【請求項１８】
前記情報取得ステップでは、前記検出ステップで取得した前記低周波波長成分による所定の角度の電力透過率データを用い、前記被測定物の母材の厚さｄと所定の角度の電力透過率Тを用いた理論式（ｌｎＴ＝−ｎσｄ、散乱断面積σ）との比較により前記空孔の数密度ｎを取得し、前記穴径aと前記数密度ｎとから前記空孔の充填率ε（＝ｎａ３）を取得することを特徴とする請求項１７に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食品を加工ないし製造する方法において、食品の“おいしさ”すなわち味や食感を決めるレシピの多くは、原料成分の構造変化、化学変化、相変化などの科学メカニズムに触れることなく開発されてきた。その多くは伝承的方法によるものであり、それに対して、科学的な決定方法が使えないかどうか、近年、注目されている。
【０００３】
一つの方法が電磁波を用いる方法である。特許文献１は、光源からの電磁波を平行ビームに成形して試料に照射し、試料内の粉状の砂糖などからの散乱波を取得できるシステム構成を開示している。検出された散乱波の強度は、砂糖などの粒径が大きくなるに従って小さくなり、遠隔にて粉体の検出や粉体の粒径の推定を行うことが可能な構成と考えられる。
【０００４】
一方で、食品を製造する方法であって味や食感の管理方法ではないが、安心・安全の観点から異物検査を行う産業装置として、Ｘ線を用いる装置が知られている。これらの多くは、Ｘ線を吸収する金属類とＸ線を透過する食品とのコントラスト差を利用するものである。特許文献２は、金属だけではなく骨や石などの異物も同時に検出できるように複数のＸ線検出器を備えており、各検出器において、Ｘ線のコントラストを調整する手段を有する構成を開示している。これは、例えば、搬送部を移動する食品内の異物を実時間検査することが可能な構成と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７１４１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１６８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法は、食品の“おいしさ”を構成する食感などを検査する方法ではなかった。食品加工中或いは加工後の、原料成分が詰まっていない部分の空孔の穴径や充填率は食感の１つの指標であるが、例えば、特許文献１の方法を適用しても空孔の穴径や充填率を同時に検査することは困難であった。特許文献２の方法を適用しても、原料成分が有機物の場合（殆どの食品がそうである）、上記コントラスト差が小さいなど、検査には限界があった。
【０００７】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、被測定物内の空孔の平均的な穴径や空孔の充填率の検査を可能として、これにより加工食品の食感などの検査を可能とした検査装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面の検査装置は、固形物材料で覆われた空孔を含む被測定物の検査装置であって、前記被測定物に電磁波を照射する照射部と、複数の異なる前方散乱角度毎に前記被測定物からの電磁波を検出する検出部と、前記空孔の平均的な穴径を取得する情報取得部と、を有する。そして、前記検出部は、前記複数の異なる前方散乱角度毎に前記被測定物からの電磁波を検出できるように、前記被測定物を挟んで、前記照射部と対向する位置に配置され、前記情報取得部は、前記検出部の検出結果を用いて前記空孔の平均的な穴径を取得する。
【０００９】
また、本発明の他の側面の検査方法は、固形物材料で覆われた空孔を含む被測定物の検査方法であって、前記被測定物に電磁波を照射する照射ステップと、複数の異なる前方散乱角毎に前記被測定物からの電磁波を検出する検出ステップと、前記空孔の平均的な穴径を取得する情報取得ステップと、を有する。そして、前記情報取得ステップは、前記検出ステップの検出結果を用いて前記空孔の平均的な穴径を取得する。なお、以下の説明において、「平均的な」という記載を省く場合もあるが、本明細書において、分散のある場合の「穴径」は平均的なものを指す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電磁波を用いることで、非接触で、且つ超音波を用いるものと異なり食品などの温度制御が不要な手法となり、加工食品などの中の空孔の平均的な穴径を検査することができる装置及び方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一の実施形態に係る食品検査装置及び方法を示す模式図
【図２】媒質中の空孔の穴径に依るミー散乱理論による散乱波強度の角度依存性を示す図
【図３】第二の実施形態に係る食品検査装置及び方法を示す模式図
【図４】第一の実施例に係る食品検査装置及び方法を示す模式図
【図５】ミー散乱波強度の方向の角度分解を行った結果を示す図
【図６】空孔の穴径と充填率を求めるフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以降の各実施形態は、食品などの被測定物の検査装置及び検査方法に関する。特には、例えば、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚから３０ＴＨｚまで）の周波数領域のうちの少なくとも一部の周波数成分を含む電磁波を用いて加工食品などの中の空孔の平均的な穴径や空孔の充填率を検査する検査装置及び検査方法に関する。本発明の一側面は、次のような特徴を有する。すなわち、電磁波の真空中の波長をλ0、加工食品などの被測定物の複素屈折率の絶対値をｍ（＝（ｎ２＋ｋ２）１／２：ｎは屈折率、ｋは消衰係数）とする。そして、加工食品などの被測定物内の空孔の穴径がλ0前後であって概ね２．０λ0／ｍを越えたとき散乱波の角度依存性に強い特徴の見られるミー散乱を検出する。穴径がλ0／π以下において見られる角度依存性の小さなレイリー散乱を共に検出することもできる。穴径をａとおくと、電磁波の波源として、例えば、波長が０．５ｍａ未満の第一の波源と波長がπａ以上の第二の波源を使用すれば、ミー散乱とレイリー散乱の同時検出が可能である。
【００１３】
第一の波源と第二の波源の波長はｍが大きいほど近く、加工食品のような固形物材料で覆われた空孔を含む構造の検査に好適である。また、加工食品などの被測定物の平均的な穴径は１０μｍから１０００μｍのオーダーであることから、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）の周波数領域の電磁波を用いることが好適である。散乱波の検出には、前方散乱角度分布の角度分解が出来るようにアレイ型検出器を用いると好ましい。ミー散乱理論より、加工食品などの被測定物内の空孔の平均的な穴径を取得し、レイリー散乱理論より、加工食品などの被測定物内の空孔の充填率を別個に取得することが出来る。なお、本明細書における「空孔の充填率」とは、被測定物としての食品などにおける空孔の占める割合のことを指し、１から固形物材料の充填率を引いたものである。
【００１４】
さらには、食感などには、含水率も一つの指標になり得るが、上記の様な周波数領域を用いることで加工食品などの被測定物内の空孔の穴径と空孔の充填率とともに含水率も検査することが出来る。ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚから３０ＴＨｚまで）の周波数の電磁波は水分に敏感である。したがって電磁波透過率と含水率には相関があるため、例えば、予め測定して、含水率と電磁波透過率との間の関係をデータとして記憶し、これを用いて、電磁波透過率の検出データから被測定物の含水率を取得する。
【００１５】
電磁波を用いることで、上述したような効果が期待でき、電磁波の散乱断面積、強度などの物理量を取得することで、人の感覚に左右されることがなく空孔の穴径と充填率の科学定量化が可能となる。さらには、原理的に全数検査も可能になる。
【００１６】
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
実施形態１の食品検査装置及び方法について、図１を用いて説明する。図１は本実施形態における食品検査装置を示す模式図である。１１は、本実施形態において被測定物となる食品であり、１２は、一断面において食品内に空いた泡などの空孔を示す。本実施形態では、被測定物として、パン、ケーキ、チーズなどの発酵食品、クッキー、せんべいなどの焼き菓子、あるいはホイップクリーム、アイスクリーム、マヨネーズなどの乳化状態にある食品が適用される。空孔１２の平均的な穴径は１０μｍから１０００μｍのオーダーである。
【００１７】
１０１は、検出部であるアレイ型検出器であって、照射部１０２からの電磁波パルスを検出するためのものである。食品１１に照射された電磁波パルスの食品１１内の空孔１２からの散乱波の前方散乱角度分布を分解できるように、アレイ型検出器１０１は、食品１１を挟んで照射部１０２と対向する位置に置かれ、その面内方向の長さは電磁波のビーム１０３の径より長い。すなわち、アレイ型検出器１０１は、食品１１を透過した前方散乱波を検出できるように、食品１１の電磁波が入射する面と対向する位置に配置されている。散乱がない場合を０度（ｄｅｇ）と定義すると、好ましくは、０ｄｅｇ〜６０ｄｅｇ程度の前方散乱角度分布の散乱波を検出し角度分解できるような十分に広いアレイ型検出器が望ましい。あるいは、図示しない広い開口のレンズを使用して、検出可能な散乱角の範囲を広げてもよい。すなわち、散乱角が大きい電磁波の伝搬経路を変えて検出器に入射させることで、検出器をあまり大きくせずに散乱角の大きい電磁波を検出するようにしてもよい。ビーム１０３はガウシアンビームでもよいし、絞りを使ってほぼ平行なビーム１０３を成形してもよい。以降、特に明示しない場合は平行ビームを用いた場合とする。
【００１８】
照射部１０２は、複数の周波数成分を含む電磁波パルスを発生し、発生した電磁波パルスを被測定物としての食品１１に導く。照射部１０２は、複数の周波数成分を含む電磁波パルスを発生する電磁波波源と、電磁波波源からの電磁波パルスを食品１１に導く光学系と、を有する。なお、以降の説明では、単に「波源」と記載することもあるが、これは電磁波波源と同義である。電磁波波源は、テラヘルツ時間領域分光法（いわゆるＴＨｚ−ＴＤＳ）における電磁波パルスの発生手法を代表とする手法を用いて、例えば、０．０３ＴＨｚから３ＴＨｚの周波数成分を含む電磁波パルスを発生させる。
【００１９】
本実施形態では、照射部１０２は、光学系を有さず、電磁波波源からの電磁波パルスを食品１１に直接照射する構成としているが、このような構成でもよい。上述したように、本実施形態では、照射部１０２は電磁波波源のみを有する構成としているが、この構成に限らない。具体的には、電磁波波源と、電磁波波源からの電磁波パルスを被測定物に導く光学系と、有する構成を照射部１０２としていてもよい。その場合、検出部が「被測定物を挟んで照射部と対向する位置に配置」とは、照射部からの電磁波パルスが被測定物に入射する面と対向する位置に配置されていることであり、例えば、電磁波波源と検出部とが被測定物を挟んで対向していない構成も含む。
【００２０】
食品などの原料成分が詰まっている部分（母材ともいう）の複素屈折率の絶対値をｍ、空孔１２の平均的な穴径をａとすると、電磁波波源からの電磁波パルスには、波長が０．５ｍａ未満の高周波成分と、波長がπａ以上の低周波成分と、が含まれる。見積もりのため、例えば、ｍ＝１．４とすると、ａが約１４３μｍから約３１８０μｍまでの間のときミー散乱とレイリー散乱を同時に検出可能である。例えば、食品１１からの３ＴＨｚの波長成分の散乱波をアレイ型検出器１０１で検出し、空孔１２の平均的な穴径に依存した角度分解の測定を行えばよい。また、例えば、０．０３ＴＨｚの波長成分の散乱波をアレイ型検出器１０１で検出し、空孔１２の充填率や散乱断面積に依って変化するビーム１０３の電力透過率を計測すればよい。ここでは、２つの波長において、食品１１の母材が透明（例えば電力透過率が１０％以上）であることも必要である。
【００２１】
空孔の穴径と空孔の充填率の算出方法については、情報取得部である計算器１０４を用いる。アレイ型検出器１０１によって取得された散乱波の角度分解データを用いて、例えば、次のようにして計算する。はじめに、高周波成分による角度分解データから検出電力の鞍部２１を探し出し、ミー散乱理論と比較することから穴径ａを求める。ミー散乱理論による計算結果は、例えば図２に示す通りで、穴径ａと鞍部２１の角度との間には一定の関係がある。図２（ａ）は、ａ＝２．０λ0、ｎ＝１．４、ｋ＝０の場合の散乱波強度の角度依存性を示したものである。以下、（ｂ）は、ａ＝２．４λ0、ｎ＝１．４、ｋ＝０の場合、（ｃ）は、ａ＝３．２λ0、ｎ＝１．４、ｋ＝０の場合、（ｄ）は、ａ＝１．２５λ0、ｎ＝１．６、ｋ＝０の場合である。また、（ｅ）は、ａ＝１．０λ0、ｎ＝２、ｋ＝０の場合、（ｆ）は、ａ＝０．５λ0、ｎ＝２．０、ｋ＝０の場合を示す。ｐａｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ・ｐａｒａｌｌｅｌとは、入射ビーム１０３と散乱波とで定義される散乱面に直交・平行な電界成分を表しており、散乱面に平行な方向に偏波させて角度分解を行うと鞍部２１が現れやすい。この中では、（ｄ）を除いた全てで鞍部２１が現れる。穴径には分散があってもよく、±５％程度であれば鞍部２１の角度はほぼ変わらない。あるいは、それ以上の分散であっても、これも、理論的に求めておくことが出来る。つまり、分散に依存して鞍部２１の角度がどの程度変化するかを理論的に求めておくことが出来るので、これを用いて検出結果との比較により穴径ａを求める。
【００２２】
ミー散乱理論による散乱断面積σ（θ）は、次の式で表され、第一の項は散乱面に直交する成分、第二の項は散乱面に平行な成分を示す。
σ（θ）＝λ２／（８π２）・（ｉ１（θ）＋ｉ２（θ））
ｉ１、ｉ２は散乱角θに急峻な依存性を持つ。詳しくは、M. Kerker “The scattering of light and other electromagnetic radiation.” Academic, New York, 1969 を参考に数値計算によって導出することができる。穴径の分散について、例えば、ａ＝３．２λ0、ｎ＝１．４、ｋ＝０の場合、穴径ａに±５％以下の標準偏差を与えてランダムに計算してみても、直交・平行の成分それぞれにおいて鞍部２１は０．２ｄｅｇ以下の変化である。従って、鞍部２１の角度位置から、±５％以下の分散として穴径ａを求めることができる。予め分散の程度が分かっているものであれば、分散を加味したより正確な情報として穴径ａを求めることができる。
【００２３】
次に、低周波成分による角度０ｄｅｇのデータを用いるなど、電力透過率Ｔから空孔１２の数密度ｎを求める。電力透過率Ｔは、空孔の数密度ｎと０ｄｅｇ方向の散乱波におけるレイリー散乱理論による散乱断面積σと被測定物１１の厚さｄ（角度０ｄｅｇの場合は、ビーム１０３の被測定物１１を通るパスの長さ）との間で、ｌｎＴ＝−ｎσｄの関係を有する。よって、この理論式との比較により、測定した電力透過率Ｔとレイリー散乱理論による散乱断面積σと被測定物１１の厚さｄから数密度ｎを計算することができる。この際、散乱断面積σを求めるためには、下記の式から分かる様に、穴径ａが既知である必要であるため、この順序で数密度を算出する必要がある。空孔の充填率εはε＝ｎａ３の式から計算することが出来る。レイリー散乱理論は、次の式で表され、緩やかな散乱角θ依存性を持つ。
σ(θ)=λ2/(4π2)・(πa/λ)6・[(m2-1)/(m2+2)]・(1+cos2θ)
角度０ｄｅｇ付近であればほぼ定数として計算してよい。
【００２４】
ここで示した計算器１０４による算出方法は図６のチャートにも示した。はじめのミー散乱理論を用いた穴径ａの算出方法は図６（ａ）で説明した通りであり、次のレイリー散乱理論を用いた空孔の充填率εの算出方法は図６（ｂ）で説明した通りである。図６において、まず、高周波波長成分（あるいは第一の波源からの電磁波）による角度分解データを検出部により取得する（S601）。次に、被測定物の既知の母材のｍ、ステップS601で取得したデータにおける鞍部の位置を用い、理論式（母材のｍ、空孔の穴径a、電磁波の波長などの情報を含む）と比較する（S602）。例えば、検出した角度分解データから図２に示すようなデータを取得し、これを、記憶されている同様な理論データと比較し、一致するものを探索する。一致するものが分かれば、λは第一の波源からの電磁波の波長であって既知であるから、λとaとの関係式から穴径aを得ることができる。これにより、空孔の平均的な穴径aが確定される（S603）。他方、低周波波長成分（あるいは第二の波源からの電磁波）による所定の角度（例えば０ｄeｇ）の電力透過率データを検出部により取得する（S611）。次に、被測定物の既知の母材の厚さｄ、所定の角度の電力透過率Тを用いた理論式（ｌｎＴ＝−ｎσｄ、散乱断面積σ）と検出器で取得したデータとを比較する（S612）。ステップ612では、散乱断面積σを求めるのに、前のステップで確定された空孔の平均的な穴径aのデータを利用する。これにより、空孔の数密度ｎが確定される（S613）。ステップS603で確定された空孔の平均的な穴径aとステップS613で確定された空孔の数密度ｎとから、空孔の充填率ε（＝ｎａ３）が取得される（S614）。これにより、必要とされるなら、食品の“おいしさ”や食感などを判定することができる。
【００２５】
上述のフローチャートは、例えば、１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介して計算器の制御部に供給し、計算器における１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理で実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００２６】
図１において、１０５は食品１１の搬送部である。食品１１は、前述した様に、ミリ波帯からテラヘルツ帯までの周波数領域の電磁波に対して透明（例えば電力透過率が１０％以上）な物質で構成されると好ましい。本実施形態の場合、照射部１０２からの電磁波パルスの周波数帯である０．０３ＴＨｚから３ＴＨｚにおいて透明であればよい。あるいは、上述の方法に限って算出する場合は、０．０３ＴＨｚと３ＴＨｚにおいて透明であればよい。搬送部１０５は、食品１１をアレイ型検出器１０１と照射部１０２との間に搬送する。実時間検査のためには、食品を時間的に連続して動かせばよい。
【００２７】
（実施形態２）
図３は、実施形態１における変形例の食品検査装置を示す模式図である。実施形態１における照射部１０２を明示的に２つにしたものである。すなわち、本実施形態の食品検査装置は、食品１１の空孔の穴径をａとして、波長が０．５ｍａ未満の電磁波を照射する第一の照射部１０２ａと、波長がπａ以上の電磁波を照射する第二の照射部１０２ｂと、を有する。アレイ型検出器１０１は、第一の波源用に感度がある要素１０１ａと、第二の波源用に感度がある要素１０１ｂを備える。周波数フィルターを用いればこのような構成は可能である。すなわち、周波数フィルターを用いれば、第一及び第二の照射部１０２ａ、１０２ｂのそれぞれからの電磁波の波長に対して感度をもつ同じ検出素子をアレイ状に並べたものを作成し、各検出素子に入射する電磁波の周波数を周波数フィルターを用いて変更する構成として、検出部を構成することができる。これとは別に、照射する複数の電磁波の周波数のそれぞれに対応する検出素子をアレイ状に並べて検出部を構成してもよい。
【００２８】
同図は、一例として、搬送部１０５に沿って、照射部１０２ａ、１０２ｂを並べている構成をとる。第二の照射部１０２ｂにより角度０ｄｅｇのデータを取得するために、食品１１を挟んで、第二の照射部１０２ｂと対向する位置に検出要素１０１ｂを置く。検出要素１０１ａは、一定程度の前方散乱角度分布の散乱波を検出する必要があるので、第一の照射部１０２ａと対向する位置にアレイ状に並べる。ハーフミラーなどを使ってビーム１０３ａ、１０３ｂを、食品１１に対して同軸に配置する構成をとってもよい。また、照射部１０２ａ、１０２ｂを搬送方向に若干離して、照射部１０２ａに対して検出要素１０１ａを配置し、照射部１０２ｂに対して検出要素１０１ｂを配置するような構成を採ることも出来る。
【００２９】
さらに具体的な画像形成装置について、以下の実施例において説明する。
（実施例１）
実施例１に係る食品検査装置について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施例における食品検査装置の模式図、図４（ｂ）は二次元アレイ状に並べたアレイ型検出器４０１の模式図を表す。本実施例では、アレイ型検出器４０１として、一ライン３０要素が互いに直交した二ラインのショットキーバリアダイオードアレイを用いる。
【００３０】
本実施例では被測定物はクッキー４１である。気泡４２は、好ましい食感を得るためには空孔の平均的な穴径が１５００μｍ、空孔の充填率が０．４であることが予め分かっているものとする。こうした場合の実施例として、アレイ型検出器４０１の検出要素としては、６０ＧＨｚから６００ＧＨｚまでの広帯域に感度を有する対数周期アンテナ結合ショットキーバリアダイオードを用いる。照射部４０２ａ、４０２ｂのそれぞれの電磁波波源としては、６００ＧＨｚ（真空中の波長λ0は５００μｍ）、６０ＧＨｚ（真空中の波長λ0は５０００μｍ）の固体波源を使用する。
【００３１】
一つの検出要素は、対数周期アンテナがその主要な面積を占め、５ｍｍ×５ｍｍの面積を要する設計となる。一ライン３０要素を並べるためには、２００ｍｍＳｉウェハ上のアレイ型検出器４０１を用いるとよい。高周波波源としては、例えば共鳴トンネルダイオードを用いた共鳴トンネルダイオード型発振器４０２ａを用いる。低周波波源として、例えばＣＭＯＳトランジスタを用いたトランジスタ型発振器４０２ｂを用いる。こうしたアレイ型検出器４０１、照射部４０２ａ、４０２ｂは固体素子で構成できるため、大がかりにはならない形態でパッケージ化することができる。それ故、例えば焼成工程中のインラインに本実施例の食品検査装置を設置することもできる。
【００３２】
実施形態１と同様に、アレイ型検出器４０１はクッキー４１を挟んで照射部４０２ａ、４０２ｂと対向する位置に配置されている。必須ではないが、本実施例においてはビーム４０３ａ、４０３ｂはアレイ型検出器４０１に対して垂直な方向に入射する。ビーム４０３ａ、４０３ｂは、それぞれクッキー４１中で直径２ｍｍ、２０ｍｍのビームウェストを持つように照射部４０２ａ、４０２ｂは適宜配置され、クッキー４１への入射ビームの偏波方向がＰ波（図４のｘ矢印）を使用している。従って、本実施例のアレイ型検出器は、照射部からの電磁波のビームの偏波方向に平行な方向の角度分解を行うライン要素と、前記電磁波のビームの偏波方向に垂直な方向の角度分解を行うライン要素を有することになる。
【００３３】
４０４はＰＣによる計算器である。計算器４０４は、サイズ因子（空孔のサイズを電磁波の波長で規格化した値）ａ／λ0や複素屈折率の絶対値ｍあるいはその実・虚成分ｎ、kの各組におけるミー散乱の散乱波強度の角度依存性を、その記憶領域に内蔵している。４０５は、６０ＧＨｚから６００ＧＨｚまでの電磁波に透明なポリエチレン膜による搬送ベルトである。搬送ベルト４０５はクッキー４１をｘ方向に搬送する。
【００３４】
アレイ型検出器４０１は、同構成上の散乱面に垂直な方向の角度分解を行うラインと、平行な方向の角度分解を行うラインとを備える。二成分の角度分解を行うことによって、平均的な穴径を精度よく算出することが出来る。
【００３５】
数値計算によるシミュレーション結果を示す。被測定物４１の直下の位置に配置したアレイ型検出器４０１は、クッキー４１中からの６００ＧＨｚのミー散乱波を検出する。散乱面に垂直（図４のｙ矢印）の方向の角度分解を行った結果が図５（ａ）である。鞍部５１が現れた。同様に平行（図４のｘ矢印）の方向の角度分解を行った結果が図５（ｂ）である。こちらも鞍部５１が現れた。こうした結果と屈折率補正とによって、平均的な穴径は１５００μｍと算出することが出来た。屈折率補正とは、被測定物４１と空気との間で起こる電磁波の屈折を考慮した散乱角の補正のことである。同図のように被測定物４１が平面的な形状の場合、単純にスネルの法則を用いればよい。すなわち、ミー散乱理論による散乱角にスネルの法則による屈折角を足す。被測定物４１が球の形状の場合、補正の必要はない。
【００３６】
またアレイ型検出器４０１は、クッキー４１中からの６０ＧＨｚのレイリー散乱波を検出する。透過率の測定と屈折率補正とによって散乱断面積が求まり、先ほど求めた平均的な穴径を用いて空孔の充填率を０．３６と算出することが出来た。空孔の充填率は、数値計算でランダムに与えた空孔の位置によって多少変化するが、実際の０．４と近い。
【００３７】
本実施例のショットキーバリアダイオードアレイで検出可能なミリ波帯からテラヘルツ帯までの周波数領域において、特に３００ＧＨｚを超えるような周波数においては、次のような電磁波波源を使用してもよい。共鳴トンネルダイオードやエサキダイオード、ガンダイオードなどの負性抵抗素子を含んだ電子デバイス、量子カスケードレーザ、ｐ−Ｇｅレーザ、鉛塩レーザなどの光デバイスの他、自由電子レーザなどの連続光源でもよい。あるいは、パラメトリック発振器、光伝導素子、チェレンコフ放射型ＬｉＮｂＯ３発生器、ＵＴＣ（Ｕｎｉ−ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−ｃａｒｒｉｅｒ）フォトダイオードのような光−テラヘルツ波変換素子のようなパルス光源でもよい。各方向に分散する散乱波の電力は比較的弱くなるため、本実施例における電磁波波源の出力電力としては比較的大きいものが求められる。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、第１の実施形態に記載したように、各実施形態では、照射部１０２は電磁波波源のみを有する構成としているが、この構成に限らない。具体的には、電磁波波源と、電磁波波源からの電磁波パルスを被測定物に導く光学系と、を有する構成でもよい。その場合、検出部が「被測定物を挟んで照射部と対向する位置に配置」とは、照射部からの電磁波パルスが被測定物に入射する面と対向する位置に配置されていることであり、例えば、電磁波波源と検出部とが被測定物を挟んで対向していない構成も含む。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る検査装置は、従来の食品における安心・安全の管理だけでなく、食品の“おいしさ”や食感などを検査する装置としても応用が期待される。
【符号の説明】
【００４０】
１１・・・食品（被測定物）、１２・・・空孔、１０１・・・検出部（アレイ型検出器）、１０２・・・照射部、１０３・・・電磁波ビーム、１０４・・・情報取得部（計算器）
【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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