專利名稱：非破壞糖度測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及以綠鮮果品作為對象的非破壞糖度測定裝置，尤其涉及，即使對甜瓜、西瓜等大型綠鮮果品也能以高精度測定其糖度的非破壞糖度測定裝置的改進。
作為非破壞性測定綠鮮果品的糖度的裝置，有根據照射到綠鮮果品上的紅外光或可見光因糖份的光吸收而求得糖度的裝置。作為這樣的裝置，有過一些報導，如根據反射光決定糖度的裝置(參看特開平1-301147號公報，特開平3-176645號公報)、根據透射光決定糖度的裝置(參看Journal of The Japanese Society For Horti-cultural Science，第2號，62卷、465頁、1993年)。
根據反射光求糖度的裝置中，光源和檢測器，從綠鮮果品來看是配置在同一側；根據透射光求糖度的裝置中，光源和檢測器配置在將綠鮮果品夾在中間，彼此相對的位置上。而且，在這些裝置中，由上述光源朝向綠鮮果品的中心(但由于綠鮮果品是自然物，很少具有完全的球狀，因而是指綠鮮果品的中心或大致中心)射出光，由上述光源射出并入射到綠鮮果品上的入射光在綠鮮果品表面的照射區域的中心點與上述綠鮮果品的中心相連結的軸(直線)和，來自上述檢測器感光的綠鮮果品的出射光在綠鮮果品表面的檢測區域的中心點與上述綠鮮果品的中心相連結的軸(直線)之間的夾角(稱為配置角)，在根據反射光求糖度的裝置中呈0度，在根據透射光糖度的裝置中呈180度。
可是，入射到綠鮮果品中的光，在綠鮮果品內部散射并被吸收，射到綠鮮果品外。因此，入射方向與檢測方向一致的一般作為透射光而被捕捉的光和，入射方向與檢測方向正好呈逆向的反射光之間，在持有綠鮮果品中的糖信息這一點上沒有本質的差異，只不過是出射方向不同而已。
然而，配置角是0度的情況下，由檢測器測出的檢測光中，在綠鮮果品表面附近反射和光(包括在綠鮮果品表面反射的光和進入綠鮮果品中時由皮部反射出來的光)的比例高，因此檢測光的光量其本身多面檢測光中所含的有關果肉中糖份信息的比例少。因此，為了以人類能感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯(Brix)程度的精度(也就是，用折射糖度計由破壞檢查求得的實際糖度和，由非破壞糖度測定法求得的糖度的誤差為±1.0°布里克程度的精度)檢測出糖度，就會存在檢測光的光量讀取位數變多的問題。特別是甜瓜和西瓜這種皮厚的綠鮮果品在檢測光中所含糖份的有關信息量更少，因此檢測光光量的讀數精度必須在6位數以上。一般光量的讀數位是4位數左右，配置角0度時不能以足夠的精度檢測出糖度。如果，在配置角0度提高糖度的檢測精度的情況下，只能延長數據的取樣時間，因此在利用糖度來選擇大量甜瓜等的用途中存在不能使用的問題。
另一方面，配置角是180度的情況下，由于檢測是透過綠鮮果肉中的光，該檢測光中含有關于糖份信息的光的比例多，因此檢測光光量的讀數位數是2位就行。然而，綠鮮果品中的入射光衰減隨著果肉中的透過距離變大，因此作為測定對象的綠鮮果品越大型則到達檢測器的光的強度越弱，存在不太容易檢測出來的問題。例如，將波長930nm，輸出功率為100mW的激光射入甜瓜時，由于甜瓜而使透過甜瓜到達檢測器的光量往往衰減10位數而成為10PW。為了以±1.0°布里克斯程度的精度檢測糖度，即便使用高敏感度的檢測器，由于干擾光的問題，檢測光光量必須是10nW程度，配置角180度的裝置中，很難以±1.0°布里克斯程度的精度檢測糖度。而且，雖然可以通過將入射光量規定為100W使檢測光光量增加到10nW，但這樣會由于入射光的作用而使甜瓜表面燒壞，很難做到非破壞檢查。
在這種技術背景下，本發明者們為了開發出能以人類感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破壞測定綠鮮果品糖度的非破壞糖度測定裝置，進行了銳意的研究后，做出如下的技術發現。
也就是判明了從光源向甜瓜等綠鮮果品進行光照射的情況下(此時，從光源射出的光相對于綠鮮果品表面大致呈垂直方向入射)，入射到綠鮮果品內的光，不僅從綠鮮果品射出射到光源側及其反對側而且從綠鮮果品的任意外周面也同樣地射出。但是，光的強度及由光所包含的糖的信息量根據場合而有所不同。因此，可以確認即使不像從前那樣將檢測器配置在配置角0度以及180度的位置上也可以檢測出來自綠鮮果品的出射光。因此判明了通過將上述檢測器的配置位置設定在適宜的位置上，就能使綠鮮果品表面附近不受反射光的影響而且即使使用綠鮮果品表面不燒傷程度的光源也可充分確保檢測光的光量。
而且還確認了，即使不將相對于綠鮮果品表面的入射光的入射方向設定成朝向綠鮮果品的中心(此時，由光源射出的光相對于綠鮮果品表面從斜方向射入)，仍然與向綠鮮果品的中心進行光照射的情況一樣可以檢測出來自綠鮮果品的出射光，而且，還可根據該檢測光來測定綠鮮果品的糖度。
本發明就是基于這種技術發現而完成的，其目的在于提供一種非破壞糖度測定裝置，該裝置不管綠鮮果品的大小而且不必增加檢測光光量的讀數位數以人類能感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度對綠鮮果品進行非破壞測定。
另一目的在于提供一種非破壞糖度測定裝置，該裝置不管綠鮮果品的大小而且不必增加檢測光光量的讀數位數，由破壞檢查求得的實際糖度和由光求得的糖度的相關系數在0.9以上。
也就是，本發明是以通過將近紅外光照射到綠鮮果品上，測定從綠鮮果品射出的光在糖中的光吸收來測定上述綠鮮果品糖度的非破壞糖度測定裝置為前提，其特征在于，在單一使用或組合使用射出波長在860nm至960nm范圍內的三種波長光的光源的同時，將檢測上述光吸收的檢測器的配置位置，設定在除去從光源射出并入射到上述綠鮮果品的入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點與綠鮮果品中心相連結的直線的延長線上的位置之外，并且是在入射光在綠鮮果品表面上的照射區域和檢測器感光的來自綠鮮果品的射出光在綠鮮果品表面上的檢測區域不重疊的位置上。


圖1是實施例中涉及的非破壞糖度測定裝置的構成說明圖。
圖2是另一實施例中涉及的非破壞糖度測定裝置的構成說明圖。
圖3是為說明另一實施例的主要部件說明圖。
圖4(A)-(C)是表示綠鮮果品(甜瓜)入射的入射光和從上述綠鮮果品中射出的出射光之間關系的說明圖。
圖5所示曲線圖表示檢測光光量的讀數位數與配置角的依賴關系，以及，檢測光光量的讀數位數與照射及檢測區域中心點間距離的依賴關系。
圖6所示曲線圖表示檢測光光量的衰減率與配置角的依賴關系，以及，檢測光光量的衰減率與照射及檢測區域中心點間距離的依賴關系。
圖7所示曲線圖表示檢測光光量的讀數位數及檢測光光量的衰減率與照射及檢測區域中心點間距離的依賴關系。
圖8所示曲線圖表示檢測光光量的讀數位數及檢測光光量的衰減率與照射及檢測區域中心點間距離的依賴關系。
圖9所示曲線圖表示檢測光光量的讀數位數及檢測光光量的衰減率與照射及檢測領域中心點間距離的依賴關系。
以下，詳細說明本發明。
首先，在本發明涉及的非破壞糖度測定裝置中，作為檢測器的配置位置，設定在除去如上所述由光源射出并入射到綠鮮果品的入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點與綠鮮果品中心相連結的直線的延長線上的位置之外。因此，就沒有必要像根據透射光來決定糖度的先有技術裝置(配置角為180度)那樣，檢測以需要量以上透過綠鮮果品果肉的衰減率高的出射光。因此，通過將檢測器的設置位置設定在除上述位置以外的適宜位置上，就可以選定在綠鮮果品的果肉中以必要而充分的距離透過和衰減率低的出射光作為檢測對象，從而不必采用高輸出功率的光源就能確保足夠的檢測光光量。
而且，作為上述檢測器的位置，設定在除去上述位置之外，并且是在入射光在綠鮮果品表面上的照射區域和檢測器感光的來自上述綠鮮果品的射出光在綠鮮果品表面上的檢測區域不重疊的位置上。因此，在棣鮮果品表面附近不受反射光的影響，從而不必要求檢測光光量的讀數位數增加到必需量以上，能以人類可感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度測定綠鮮果品的糖度。
因此，不管綠鮮果品大小并且不必增加檢測光光量的讀數位數就能以人類可感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度測定綠鮮果品的糖度就成為可能了。
此外，在本發明涉及的非破壞糖度測定裝置中，是測定近紅外光被糖吸收而求出糖度。糖在波長910nm，1.05μm，1.3μm附近具有吸收峰值，而波長越長水的吸收影響越大。因此，在本發明涉及的非破壞糖度測定裝置中，為了利用水對光吸收影響少的910nm的吸收峰值，適宜采用波長為860nm至960nm的光源。
而且，在該非破壞糖度測定裝置中，使用3種波長的光來求糖度，但3種波長中的一種波長在作為糖吸收波長的900-920nm范圍(第2種光的波長范圍)內選擇，其它2種波長則從與糖吸收無關的860-890nm(第1種光的波長范圍)及920-960nm(第3種光的波長范圍，但不包括920nm)波長范圍的光中各選擇1種波長。由于使用經過如此選擇波長的光，通過糖吸收波長兩側的波長的光，可以正確地消除由于上述900-920nm波長的光的吸收而引起的具有波長依賴關系的本底干擾(バツクゲラウンド)的影響，從而可正確地求得糖度。即，與實際糖度相關系數為0.9以上，也就是以±1.0°布里克斯的精度求出綠鮮果品的糖度。
進而，從處于上述波長范圍內的波長的光中選擇使用的波長的光，通過選擇出來的波長的組合，從下述實施例中列舉的數據可清楚地看出，往往會有所得相關系數的值提高到0.9以上的情況。
理想的是，由第1種光的波長在900nm至890nm的范圍，第2種光的波長在900nm至905nm的范圍或910nm至915nm的范圍，第3種光的波長超過920nm但在925nm以下范圍的光構成，就可以得到0.95以上的相關系數。
而且，如果由第1種光的波長在860nm至890nm的范圍，第2種光的波長在超過905nm但不超過910nm的范圍，第3種光的波長在超過920nm但在925nm以下范圍的光構成，則可獲得0.92至0.94的相關系數。
此外，如果由第1種光的波長在860nm至890nm的范圍，第2種光的波長在900nm至920nm的范圍，第3種光的波長超過925nm但在930nm以下的范圍的光構成，則可獲得0.92至0.94的相關系數。
而且，即使是由第1種光的波長在860nm至890nm的范圍，第2種半導體發光元件的波長在900nm至920nm的范圍，第3種光的波長超過930nm但在940nm以下的范圍的光構成，也可以獲得0.92至0.94的相關系數。
此外，作為射出3種波長光的裝置，通常由3個光源來構成，但根據情況，也可由單一的光源構成。作為該光源的種類，可列舉半導體激光器、固體激光器等激光器和發光二極管、碘鎢燈等，根據測定的綠鮮果品種類適宜地選擇。
然后是關于從上述光源射出并入射到綠鮮果品的入射光的入射方向和檢測來自綠鮮果品的出射光的檢測器具體配置位置，如圖4(A)所示，從光源(圖中未示出)向綠鮮果品(甜瓜)4的中心0進行光照射，除去入射到該綠鮮果品4的入射光λ1在綠鮮果品4表面上的照射區域41的中心點與綠鮮果品4的中心0相連接的直線的延長線上的位置，而且只要是在入射光λ1在綠鮮果品4表面上的照射區域41和檢測器(圖中未示出)感光的來自綠鮮果品4的出射光λ2在綠鮮果品4表面上的檢測區域42不重疊的任意位置上設置上述感光器就行。或者，如圖4(B)-圖4(C)所示，向避開綠鮮果品4中心0的方向進行光照射(也就是，入射光相對于綠鮮果品表面的入射方向，被設定為與將入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點和綠鮮果品中心相連接的直線的延長方向不一致的方向，除掉入射到該綠鮮果品4的入射光λ1在綠鮮果品4表面上的照射區域41的中心點與綠鮮果品4的中心0相連接的直線的延長線上的位置，而且在入射光λ1在綠鮮果品4表面上的照射區域41和檢測器(圖中未示出)感光的來自綠鮮果品4的出射光λ2在綠鮮果品4表面上的檢測領域42不重疊的任意位置上設置上述感光器都行。
此處，關于如圖4(A)所示從光源向綠鮮果品4的中心0進行光照射的配置角(θ)的影響進行如下考察。首先對于為了以±1.0°布里克斯以上的精確度(也就是，使用折光糖度計通過破壞檢查求出的實際糖度與按照非破壞糖度測定法求得的糖度二者的糖度誤差在±1.0°布里克斯以下)測定糖度所必需的檢測光光量的讀數位數與配置角的依賴關系進行考察。圖5是表示相對于直徑約16cm的甜瓜的檢測光光量的讀數位數與配置角依賴關系的圖。讀數位數隨配置角增加而減少，配置角130°以后發現讀數位數傾向于飽和，如上所述，用普通的檢測器時其讀數位數為4位數，因此為了以±1.0°布里克斯以上的精度檢測糖度，則必須將配置角(0)規定為40度以上。
然后對檢測光光量的衰減率與配置角的依賴關系進行考察。圖6示出相對于直徑大致為16cm的甜瓜，在糖的吸收峰值波長910nm附近，入射不受糖的吸收影響的930nm的光時檢測光光量衰減率與配置角的依賴關系。衰減率當配置角是0度時為量小，隨著配置角的增加而增加，配置角180度時為最大。也就是，檢測光光量隨配置角的增加而減少，根據每個甜瓜而有所不同，但配置角為180度時，有時會出現10位數的衰減情況。這種情況下，本發明中適用的3種波長的光內，容易衰減的光是難以在甜瓜內透過的長波長的第3種光。而且，在射出第3種光的930nm附近具有振蕩波長的激光二極管的輸出功率通常為100mV左右，因此為了以±1.0°布里克期以上的精度測定糖度必須使衰減率大于1×10-7的配置角，也就是配置角(θ)在80度以下，以使檢測光光量在10nW以上。因此，關于如圖4(A)所示從光源向綠鮮果品4的中心0進行光照射時的配置角(θ)，根據上述2個條件±1.0°布里克期以上的精度測定糖度時，當綠鮮果品是甜瓜的情況下，則必需在40度以上、80度以下的范圍內。
此外，關于這些配置角(θ)的研究，還可以是如圖4(A)及圖5-圖6所示，在入射光λ1在綠鮮果品4表面上的照射區域41的中心點和出射光λ2在綠鮮果品4表面上的檢測區域42的中心是相連結的直線距離(α)上更換進行考察。也就是，圖5是表示檢測光光量的讀數位數與上述照射及檢測區域的中心點間距離(cm)的依賴關系的圖。而且，從圖5的數據可看出，為了以±1.0°布里克斯以上的精度檢測糖度，必須使上述照射及檢測區域的中心點間距離(α)大致在5cm以上；此外，從圖6的數據可看出，為了能以±1.0°布里克斯以上的精度測定糖度，則必須是衰減率大于1×10-7的條件，也就是使上述照射及檢測領域的中心點間距離(α)在10cm以下，以便使檢測光光量在10nW以上。但是，該數據是以直徑大致為16cm的甜瓜作為對象測得的值。而且，甜瓜直徑通常是16±4cm，如果甜瓜直徑小于16cm，則上述照射及檢測領域的中心點間距離(α)小于5cm，其下限值為約4cm。此外，如果甜瓜直徑大于16cm，則上述照射及檢測領域的中心點間距離(α)大于10cm，其上限值約為13cm。因此，關于如圖4(A)所示從光源向綠鮮果品(甜瓜)4的中心0進行光照射時的照射以及檢測區域的中心點間距離(α)，為了能以±1.0°布里克斯以上的精度測定糖度測定糖度時，基于上述的分析數據則有必要規定在4cm以上、13cm以下的范圍內。
而且，關于照射及檢測區域的中心點間距離(α)的用在甜瓜中的條件，在如圖4(B)-圖4(C)所示朝避開綠鮮果品(甜瓜)4中心0的方向進行光照射的情況下也成立，在圖4(B)-圖4(C)這樣的條件下向綠鮮果品入射光的情況下，為了能以±1.0°布里克斯以上的精度測定糖度，則必須使上述間隙(α)處在4cm以上、13cm以下的范圍內。此外，關于比甜瓜更大型的西瓜，從下述的實施例中列舉的數據可看出，為了能以±1.0°布里克斯以上的精度測定糖度，必須使上述照射及檢測領域的中心點間距離(α)處在4cm以上，12cm以下的范圍內。
其次，當糖度的測定對象是上述甜瓜的情況下，根據將光照射到甜瓜表面不同地方其所得糖度值往往也不相同，其測定精度與人類能感覺到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯的精度相比往往要差一些。
作為隨光的照射位置不同其糖度值也不相同的原因，被認為是在甜瓜的表面存在網絡。也就是，根據光吸收求糖度的方法中，將多種波長的光照射到甜瓜上，不同波長的光在甜瓜內部果肉中的透射率(或反射率)不同，由此示出被糖吸收的光量，從而獲得糖度。因此，為了能正確地求出不同波長的光在甜瓜內部的透射率(或反射率)的差異，因甜瓜表面而受到的影響必須相對于各種波長的光都是相等的。而且，通常在相同條件下測定糖度時，侵入到甜瓜內部的光相對于入射光光量的比例，即使照射位置變化也必須是相同的。
然而，甜瓜的網絡其表面粗糙，因而認為在網絡和網絡以外的部分光的反射率，擴散系數有很大的差異。因此，對表面上形成網絡的甜瓜照射光時，根據入射光的照射面積中是否包含網絡，由甜瓜表面受到入射光的影響也是不相同的。
因此，首先希望，即使入射光的照射位置改變，但相對于入射光來說甜瓜表面受到的影響仍然相等。為了即使照射位置變化但侵入甜瓜內部的光相對于入射光光量的比例仍然相等，只要照射面積中包含的網絡所占的比例不因照射位置而發生變化就行。因此，希望照射面積為1cm2以上。而且盡管理由不一定，但照射面積過大時由于照射位置而使所得糖度的值發生變化，因而照射面積希望在20cm2以下。
此外，為了使不同波長的入射光對甜瓜表面的影響相等，必須使不同波長的光在甜瓜表面上的照射區域的照射面積及上述照射區域中的入射光的光強度分布相等。因此，將從光源射出的光通過擴散板后再照射到甜瓜上是有效的。即使從不同光源射出的光具有各自不同的光強度分布，但由于通過擴散板的光被擴散到各種各樣的方向，因而可以變換成具有同一光強度分布的入射光。而且即使是由不同光源射出的光，由于使之透過相同大小的擴散板，就可以變換成與擴散板大小相等的光線束，因而就能使照射面積相同。
糖度的測定對象是甜瓜、西瓜等瓜科果實類的情況下，如果在其外果皮厚的部位照射光，則由于外果皮吸收、散射的光的量多，因而不能適宜地進行測定，而且，由于檢測光弱往往使測定精度降低。因為在外果皮中含有許多堅固的纖維質成分。
而且，甜瓜、西瓜等果實類，與果梗部附近和中間部附近相比，果頂部附近的外果皮較薄。但是，果頂部中心的臍狀處其外果皮部分變厚。例如，北海道產的マスク甜瓜，在果梗部附近和中間部附近其外果皮在5mm以上，果梗部附近接近10mm。與此不同，除去中心的臍狀部分，在果頂部附近的外果皮不足5mm。
因此，將光的照射位置和檢測位置規定在果頂部近傍就可以適宜而且較正確地進行糖度測定。使果實的果梗部在上方時的高度小于全高的1/50的范圍相當于上述果頂部中心的臍狀部分的區域，超過1/3的范圍相當于外果皮厚的的果梗部附近和中間部附近的區域。因此，糖度的測定對象是甜瓜、西瓜等瓜科的果實類時，則希望將入射光在綠鮮果品表面上的照射區域和/或上述檢測器感光的來自綠鮮果品的出射光在綠鮮果品表面上的檢測區域，設定在使果實的果梗部在上方時的高度在全高的1/50至1/3范圍的位置上。
而且，將光的照射區域和檢測區域都規定在果頂部附近時，照射方向和檢測方向形成某一角度，相對于光纖維等照射器，檢測器往往不完全進入測定對象的影子中。這種情況下，由于不通過果實內部，直接或間接到達檢測器的光引起的干擾成問題。作為該對策，在照射器和檢測器之間設置隔墻(屏蔽板)，如圖3所示將光纖維2等照射器和檢測器5收容在筒體8內，而且在該筒體8的前端部設置環狀橡膠9，按壓在作為測定對象的綠鮮果品4上，作為去除干擾的對策是有效的。
此處，所謂果實的“果梗部”，是指連系著果實和莖，或連系著的果實的一個區域，處于和子房前端變化而成的臍狀“果頂部”正對稱位置上。所謂“全高”，是指將“果梗部”的中心點規定為北，將“果頂部”的中心點規定為南時的南北方向的直徑，所謂“使果實的果梗部在上方時的高度”，是指在果實表面的任意點上，通過該點與南北軸垂直的面和“果頂部”的中心點之間的距離相對于“全高”的比。因此，所謂“使果實的果梗部在上方時的高度是全高的1/50-1/3范圍內”，是指大致為南緯19.5-73.7度的區域。
此外，在本發明中，光的照射方法，檢測方法，糖度計算方法，糖度基準，都沒有特別的限定。測定對象和照射器，或者，和檢測器，相對地固定，或移動任何一個都行，將照射位置定為一點，或掃描照射點都行。此處，測定時的綠鮮果旋轉方位，其頂部向上、下、橫等任何方向放置都行，還可以是一邊轉動一邊進行測定。此外，用本發明涉及的非破壞糖度測定裝置測定其糖度的綠鮮果品是任意的，適用于蘋果，桃等比較小型的綠鮮果品時，能以比以前更高的精度測定其糖度；而且適用于甜瓜、西瓜、南瓜等比較大的綠鮮果品時也能以高精度測定其糖度。
于是，按照本發明涉及的非破壞糖度測定裝置，則具有能不管綠鮮果品的大小并且不必增加檢測光光量的讀數位數就能以人類可感覺到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破壞測定綠鮮果品糖度的效果。
尤其是，上述綠鮮果品是甜瓜時，按照其配置角為40度-80度那樣設定檢測器的配置位置，而且按照入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點和出射光在綠鮮果品表面上的檢測區域中心點相連結的直線距離為4cm-13cm那樣設定檢測器的配置位置的情況下，具有能夠不必增加檢測光光量的讀數位數就能以人類可感覺的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度非破壞測定甜瓜糖度的效果。
同樣，上述綠鮮果品是西瓜時按照其入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點和出射光在綠鮮果品表面上的檢測區域中心點相連結的直線距離為4cm-12cm那樣設定檢測器的配置位置的情況下，具有能夠不必增加檢測光光量的讀數位數就能以人類可感覺到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度非破壞測定西瓜糖度的效果。
以下，參看附圖詳細說明實施例。
實施例1
根據圖1說明使用本發明實施例涉及的非破壞糖度測定裝置進行非破壞糖度測定。圖1表示本發明的非破壞糖度測定裝置構成的一例。光源1中使用了激光輸出功率為100mW，振蕩波長為880nm，910nm，930nm的3種激光二極管。由激光二極管射出的光通過光導纖維傳送至透鏡3，由透鏡3形成半徑為2cm的平行光后，入射到綠鮮果品(直徑約16cm的甜瓜)4。入射到綠鮮果品(以下稱甜瓜)4的光由于甜瓜4表面上的反射和在甜瓜內部的散射而從甜瓜4向所有方向射出。將這種向所有方向射出的光，按照配置角(θ)呈30度、40度、60度、80度、90度、180度那樣設置檢測器5，用80個甜瓜進行其糖度的測定。由檢測器5測定的檢測光光量值，為了以4位的精度讀取光量，通過16比特(ビツト)的AD變換器6度換成數字信號后，進入計算機7中。
此外，圖1中，上述檢測器5，雖然表示成由1個檢測元件構成，但實際構成卻是由多個檢測元件組合而成。這是因為在檢測器5的各檢測元件中無遺漏地感受由甜瓜檢測領域射出的檢測光，從而提高其檢測精度。但，檢測器可任意由多個檢測元件構成，或由單一的檢測元件構成。
此外，上述甜瓜4、光導纖維2、檢測器5等配置在暗室中，在該暗室中進行糖度測定。用預先測定的入射光的光量值，將檢測光的光量值變換成透射率(＝檢測光光量/入射光光量)后，采用以下式(1)算出糖度。
Y＝AX1+BX2+CX3+D(1)式中，Y是糖度(布里克斯)，X1、X2、X3是相對于各自波長為880nm，910nm，930nm光的甜瓜透射率的自然對數值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度計測得的糖度實測值根據最小自乘法求得的常數，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
以上述6種配置角(度)，分別對80個甜瓜進行糖度測定時，由光吸收測定求出的糖度和，由折射糖度計測得的糖度實測值的相關系，以及此時的糖度誤差(布里克斯)如下表1中所示。
表1配置角(度)相關系數糖度誤差(布里克斯)300.70 ±2.0°400.92 ±1.0°600.95 ±0.6°800.93 ±0.9°90 (不能評價)(不能評價)180(不能評價)(不能評價)如表1所示，將配置角(θ)規定為40度、60度、80度的情況下，就能以人類可感覺到的糖的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度(也就是糖度誤差在±1.0°布里克斯以下)檢測糖度。但是，配置角(θ)定為30度、90度、180度的情況下，就不能以±1.0°布里克斯的精度測定甜瓜的糖度。配置角(θ)為30度時，為了以±1.0°布里克斯的精度檢測糖度則必要的光量讀數位數大于4位數。配置角(θ)是90度、180度時，檢測光的光量在10nW以下時，這80個甜瓜皆存在不能進行糖度測定的問題，因此不能產生相關系數、糖度誤差的值。
實施例2
除了代替甜瓜以直徑約20cm的西瓜作為測定對象以外，采用與實施例1相同的裝置測定西瓜的糖度。
圖7示出其結果。也就是分別示出，改變入射光在西瓜表面上的照射區域(約20mmφ)的中心點和出射光在西瓜表面上的檢測區域(約10×10mm2)的中心點相連結的直線距離(α)(即照射及檢測區域的中心點間距離)的情況下，以±1.0°布里克斯以上的精度測定糖度所必需的檢測光光量的讀數位數與上述直線距離(α)的依賴關系，以及檢測光光量的衰減率與上述直線距離(α)的依賴關系的曲線圖。
而且還確認了，為了以±1.0°布里克斯以上的精度測定直徑約20cm西瓜的糖度，從圖7曲線圖可看出，照射及檢測領域的中心點間距離(α)必須在5cm以上(從要求檢測器的讀數位數為4位數以下可看出)，而且，為了使檢測光光量在10nW以上，衰減率大于1×10-7時的距離，也就是照射及檢測區域的中心點間距離(α)必須在11cm以下。
實施例3除了以直徑約30cm的西瓜作為測定對象外，其余均與實施例2相同。
圖8示出其結果。根據該曲線圖，基于和實施例2的同樣理由可以確認，為了以±1.0°布里克斯以上的精度測定直徑約30cm的西瓜的糖度，照射及檢測區域的中心點間距離(α)必須設定在7cm～11cm的范圍的。
實施例4除了將實施例3中測定的直徑約30cm的西瓜在1周后再次進行測定外，其余均與實施例3相同。也就是求出隨著西瓜成熟程度進行的測定條件。
圖9示出其結果。根據該曲線圖，基于和實施例3的同樣理由可以確認，為了以±1.0°布里克斯以上的精度測定隨著成熟程度的進展的直徑約30cm的西瓜糖度，照射及檢測區域的中心點間距離(α)必須設定在4cm～12cm的范圍內。
實施例5本實施例涉及的非破壞糖度測定裝置，除了采用的光源不相同外，其余均與圖1示出的實施例1的裝置大致相同。也就是，作為光源，采用激光輸出功率為100mW的激光二極管，和激光輸出功率為100mW而且波長是可變的鈦·藍寶石·激光器。而且，由激光二極管及鈦、藍寶石、激光器射出的光，由光導纖維2傳送至透鏡3，通過透鏡3成形為束徑為2cm的平行光后，入射到甜瓜4中。入射到甜瓜4中的光，通過在甜瓜4表面上的反射，甜瓜內部的散射，由甜瓜4向所有方向射出。向甜瓜4的中心射入的入射光的光軸和用于檢測從上述甜瓜4射出光的檢測器的感光面相垂直而且朝向上述甜瓜中心的光軸所形成的角(θ)呈60°的位置上設置的檢測器5，檢測由甜瓜4射出的光，并求出糖度。由檢測器5測定的檢測光光量值，為了能以4位數的精度讀取光量，通過16比特的AD變換器6轉變成數字信號后，進入計算機7。
糖度，與實施例1相同，采用預先測定的入射光光量值，將檢測光光量值轉換成透射率(＝檢測光光量/入射光光量)后，用以下式(1)算出。
Y＝AX1+BX2+CX3+D (1)
式中，Y是糖度(布里克斯)，X1、X2、X3是相對于各自波長為800nm、910nm、930nm光的甜瓜透射率的自然對數值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度計測得的糖度實測值根據最小自乘法求得的常數，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
而且，采用以下所示的75組波長的組合進行糖度測定，并求出與折射糖度計求得的糖度的相關系數。從本實施例中選擇68組，從比較例中選擇7組。將結果示于表2、表3中。表2示出將本實施例的波長組合用于糖度測定時的結果，表3示出將比較例的波長組合用于糖度測定時的結果。
表2第1種光(nm) 第2種光(nm) 第3種光(nm) 相關系數860 900 921 0.95880 900 921 0.96890 900 921 0.95860 905 921 0.95880 905 921 0.96890 905 921 0.95860 910 921 0.95880 910 921 0.97890 910 921 0.95860 915 921 0.95880 915 921 0.96890 915 921 0.95860 900 925 0.95880 900 925 0.95890 900 925 0.95860 905 925 0.96880 905 925 0.96890 905 925 0.95860 910 925 0.95880 910 925 0.96890 910 925 0.95860 915 925 0.96880 915 925 0.96890 915 925 0.95860 900 926 0.94880 900 926 0.93890 900 926 0.93860 910 926 0.93880 910 926 0.94890 910 926 0.94860 920 926 0.94880 920 926 0.93890 920 926 0.92860 900 930 0.93880 900 930 0.93890 900 930 0.93860 910 930 0.93880 910 930 0.93890 910 930 0.92860 920 930 0.92880 920 930 0.92890 920 930 0.92860 900 931 0.93880 900 931 0.93890 900 931 0.92860 910 931 0.92880 910 931 0.93890 910 931 0.93860 920 931 0.93880 920 931 0.93890 920 931 0.92860 900 940 0.93880 900 940 0.92890 900 940 0.92860 910 940 0.93880 910 940 0.92890 910 940 0.92860 920 940 0.92880 920 940 0.92890 920 940 0.92880 907 921 0.91880 907 925 0.91880 900 950 0.90880 910 950 0.91880 920 950 0.90880 900 960 0.90880 910 960 0.90
表3第1種光(nm) 第2種光(nm) 笫3種光(nm) 相關系數850 900 925 0.87895 900 925 0.89850 910 925 0.88895 910 925 0.89850 910 930 0.87895 920 930 0.88895 920 940 0.83
如表2所示，采用本實施例的波長組合時，與實際糖度的相關系數全部在0.9以上。也就是能以人類能感覺到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯精度測定法來進行糖度測定。
然而，如表3所示，采用比較例的波長組合時，則得不到0.9以上的相關系數。
實施例6本實施例涉及的非破壞糖度測定裝置，除了代替透鏡3如圖2所示采用擴散板3′外，其余均與實施例1的裝置大致相同。
也就是，在光源1中，使用了激光輸出功率為100mW、振蕩波長為880、910、930nm的3種激光二極管。而且，由激光二極管射出的光，由光導纖維2傳關到霧玻璃狀擴散板3′，通過擴散板3′將各自波長的光成形為光強度分布相等的入射光后，入射到表面上形成網絡的甜瓜4中。入射到甜瓜4中的光通過在甜瓜表面上的反射，甜瓜內部的散射，從甜瓜4向所有方向射出。向甜瓜4的中心射入的入射光的光軸和用于檢測從上述甜瓜4射出光的檢測器的感光面相垂直而且朝向上述甜瓜中心的光軸所形成的角(θ)呈60°的位置上設置的檢測器5，檢測由甜瓜4射出的光，并求出糖度。由檢測器5測定的檢測光光量值，為了能以4位數的精度讀取光量，通過16比特的AD變換器轉變成數字信號后，輸入計算機7。
糖度，與實施例1相同，采用預先測定的入射光光量值，將檢測光光量值轉換成透射率(＝檢測光光量/入射光光量)后，用以下式(1)算出。
Y＝AX1+BX2+CX3+D (1)式中，Y是糖度(布里克斯)，X1、X2、X3是相對于各自波長為880nm、910nm、930nm光的甜瓜透射率的自然對數值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度計測得的糖度實測值根據最小自乘法求得的常數，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
而且，通過變化上述擴散板3′的大小使其形成照射面積各自為0.8cm2、1.1cm2、7.1cm2、12.6cm2、19.6cm2、28.3cm2的6種入射光，而且，在同一甜瓜內使照射到甜瓜4的照射位置變動8個點，觀察由此測定的糖度誤差對照射面積的依賴性。照射面積與糖度誤差之間的關系如表4所示。
表4照射面積(cm2)糖度誤差(布里克斯)0.8 ±2.01.1 ±1.07.1 ±0.612.6 ±0.919.6 ±1.028.3 ±1.5將上述照射面積規定為1.1cm2、7.1cm2、12.6cm2、及19.6cm2的情況下，即使變動甜瓜上的照射面積，也能以人類可感覺到的糖度的辨解能力即±1.0°布里克斯的精度檢測糖度。然而，將照射面積規定為0.8cm2、28.3cm2的情況下就不能以±1.0°布里克斯的精度測定甜瓜的糖度。
作為比較例，來自3個光源的光在甜瓜表面上的照射面積為7.1cm2，但將各個光的照射位置在甜瓜表面上一邊各自以每次2mm挪動一邊測定糖度時，各光的光強度分布產生偏差的糖度誤差不能滿足±1.2°布里克斯和±1.0°布里克斯的精度。
實施例7本實施例涉及的非破壞糖度測定裝置，除了如圖3所示在暗室中載置有照射激光的光導纖維2和，甜瓜4和，檢測由甜瓜4射出的光的檢測器5等，而且相對于甜瓜4的激光照射位置和其檢測位置設定在甜瓜4的下部側之外，其余均與實施例1的非破壞糖度測定裝置大致相同。而且，上述光導纖維2、透鏡3、檢測器5等組裝在筒體8內，而且，在筒體8的前端還安裝有環狀橡膠9。
然后，在暗室內搬送糖度未知的甜瓜50個，按與實施例1同樣的方法測定各甜瓜的糖度(Dn)。此外，如圖3所示其構成是，將激光的照射位置及激光的檢測位置規定成，使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/15的位置上，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向，而且這些方向包含在同一面內卻不在同一經度上(也就是，上述照射位置和檢測位置不重疊)。
然后，從各個甜瓜中采取果汁，使用根據折射率的糖度計求出果汁的糖度(D′n)，求得(Dn/D′n)的值。該結果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范圍內。
實施例8除了將激光的照射位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度是甜瓜全高的1/15的位置上，將激光的檢測位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的14/15的位置上而且與激光的照射位置在同一經度，以及激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且包含在同一面內的構成之外，其余均與實施例7相同進行實驗。其結果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范圍內。
實施例9除了將激光的照射位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的14/15的位置上，將激光的檢測位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/15的位置上而且與激光的照射位置在同一經度，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且這些方向包含在同一面內的構成之外，其余均與實施例7相同進行實驗。其結果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范圍內。
實施例10除了將激光的照射位置及激光的檢測位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的3/10的位置上，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且這些方向包含在同一面內但不在同一經度上的構成外，其它均與實施例7相同進行實驗。其結果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范圍內。
實施列11除了將激光的照射位置及激光的檢測位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/3位置上，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且這些方向包含在同一面內但不在同一經度上的構成外，其余均與實施例7相同進行實驗。其結果是，(Dn/D′b)的值全部落入1.05～0.95的范圍內。
比較例1將激光的照射位置及激光的檢測位置規定在使果實的果梗部在上方時其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/2位置上，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且這些方向相互呈正好相對的方向的構成外，其余均與實施例7相同進行實驗。其結果是(Dn/D′n)的值落入1.05～0.95范圍內的甜瓜是38個，12個甜瓜落入1.10～1.05，或0.95～0.90的范圍內。
比較例2除了將激光的照射位置及激光的檢測位置(h)規定在使果實的果梗部在上方時的高度(h)是甜瓜全高的7/10的位置上，激光照射方向和檢測方向是朝向甜瓜中心的方向而且這些方向包含在同一面內但不在同一經度上的構成外，其余均與實施例7相同進行實驗。其結果是，(Dn/D′n)的值落入1.05～0.95范圍內的甜瓜是34個，16個甜瓜落入1.10～1.05或0.95～0.90的范圍內。
權利要求
1.非破壞糖度測定裝置，其特征在于，在利用將近紅外光照射到綠鮮果品上由綠鮮果品射出的光在糖中的光吸收測定來測定上述綠鮮果品糖度的非破壞糖度測定裝置中，使用波長處于860nm至960nm范圍內的3種波長光的單一或多個光源的同時，將檢測上述光吸收的檢測器的配置位置，設定在除去從光源射出并入射到綠鮮果品的入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點與綠鮮果品中心相連結的直線的延長線上的位置之外，并且是在入射光在綠鮮果品表面上的照射區域和檢測器感光的來自綠鮮果品的射出光在綠鮮果品表面上的檢測區域不重疊的位置上。
2.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述綠鮮果品是甜瓜，而且入射光在甜瓜表面上的照射區域的中心點與甜瓜中心相連結的直線和，上述出射光在甜瓜表面上的檢測區域的中心點與甜瓜中心相連結的直線所形成的角設定在40度至80度。
3.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述綠鮮果品是甜瓜，而且入射光在甜瓜表面上的照射區域的中心點和出射光在甜瓜表面上的檢測區域的中心點相連結的直線距離設定在4cm至13cm。
4.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述綠鮮果品是西瓜，而且入射光在西瓜表面上的照射區域的中心點相連結的直線距離設定在4cm至12cm。
5.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，由上述光源射到綠鮮果品中的入射光相對于綠鮮果品表面的入射方向，設定在與上述入射光在綠鮮果品表面上的照射區域中心點和綠鮮果品的中心點相連結的直線的延長方向不一致的方向上。
6.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述光源是半導體激光器。
7.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述光源是固體激光器。
8.權利要求1的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述光源是發光二極管。
9.權利要求1-8的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，從單一或多個上述光源射出的3種波長的光，是由波長處于860nm至890nm范圍的第1種光和，波長處于900nm至920nm范圍的第2種光和，波長處于超過920nm在960nm以下范圍的第3種光構成。
10.權利要求9的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述第1種光的波長在860nm至890nm的范圍內，第2種光的波長在900nm至905nm的范圍內或910nm至915nm的范圍內，第3種光的波長超過920nm但在925以下的范圍內。
11.權利要求9的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述第1種光的波長在860nm至890nm的范圍內，第2種光的波長在超過905nm但不超910nm的范圍內，第3種光的波長超過920nm但在925nm以下的范圍內。
12.權利要求9的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述第1種光的波長在860nm至890nm的范圍內，第2種光的波長在900nm至920nm的范圍內，第3種光的波長超過925nm但在930nm以下的范圍內。
13.權利要求9的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述第1種光的波長在860nm至890nm的范圍內，第2種光的波長在900nm至920nm的范圍內，第3種光的波長超過930nm但在940nm以下的范圍內。
14.權利要求1-8的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述綠鮮果品是甜瓜，而且，從單一或多個光源射出并入射到上述甜瓜中的各入射光在甜瓜表面上的照射區域的照射面積和光強度分布相同，上述照射面積被設定在1cm2至20cm2的范圍內。
15.權利要求14的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，使單一或多個光源射出的3種波長的光通過擴散后各入射光在甜瓜表面上照射領域的光強度分布被設定成是相同的。
16.權利要求1-8的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，上述綠鮮果品是果實類，而且，將入射光在綠鮮果品表面的照射領域和/或上述檢測器感光的來自綠鮮果品的出射光在綠鮮果品表面上的檢測領域，設定在使果實的果梗部處于上方時其高度是全高的1/50至1/3范圍內的任何位置上。
全文摘要
本發明涉及將近外光照射到綠鮮果品上由綠鮮果品射出的光在糖中的光吸收測定來測定上述綠鮮果品糖度的非破壞糖度測定裝置，其特征在于，使用波長為860nm至960nm范圍內的3種波長的單一或多個光源的同時，將檢測上述光吸收的檢測器的配置位置，設定在除去從光源射出并入射到綠鮮果品的入射光在綠鮮果品表面照射區域中心點與綠鮮果品中心相連結的直線的延長線上的位置之外，并且是在入射光在綠鮮果品表面的照射區域和檢測器感光的來自綠鮮果品的射出光在綠鮮果品表面的檢測區域不重疊的位置上。因此，具有能以人類可感覺到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破壞測定綠鮮果品糖度的效果。
文檔編號G01N33/02GK1138698SQ9512011
公開日1996年12月25日 申請日期1995年12月27日 優先權日1994年12月28日
發明者伊東雅宏, 飯田潤二, 寺島彰, 巖本俊樹 申請人:住友金屬礦山株式會社