专利名称：非破坏糖度测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以绿鲜果品作为对象的非破坏糖度测定装置，尤其涉及，即使对甜瓜、西瓜等大型绿鲜果品也能以高精度测定其糖度的非破坏糖度测定装置的改进。
作为非破坏性测定绿鲜果品的糖度的装置，有根据照射到绿鲜果品上的红外光或可见光因糖份的光吸收而求得糖度的装置。作为这样的装置，有过一些报导，如根据反射光决定糖度的装置(参看特开平1-301147号公报，特开平3-176645号公报)、根据透射光决定糖度的装置(参看Journal of The Japanese Society For Horti-cultural Science，第2号，62卷、465页、1993年)。
根据反射光求糖度的装置中，光源和检测器，从绿鲜果品来看是配置在同一侧；根据透射光求糖度的装置中，光源和检测器配置在将绿鲜果品夹在中间，彼此相对的位置上。而且，在这些装置中，由上述光源朝向绿鲜果品的中心(但由于绿鲜果品是自然物，很少具有完全的球状，因而是指绿鲜果品的中心或大致中心)射出光，由上述光源射出并入射到绿鲜果品上的入射光在绿鲜果品表面的照射区域的中心点与上述绿鲜果品的中心相连结的轴(直线)和，来自上述检测器感光的绿鲜果品的出射光在绿鲜果品表面的检测区域的中心点与上述绿鲜果品的中心相连结的轴(直线)之间的夹角(称为配置角)，在根据反射光求糖度的装置中呈0度，在根据透射光糖度的装置中呈180度。
可是，入射到绿鲜果品中的光，在绿鲜果品内部散射并被吸收，射到绿鲜果品外。因此，入射方向与检测方向一致的一般作为透射光而被捕捉的光和，入射方向与检测方向正好呈逆向的反射光之间，在持有绿鲜果品中的糖信息这一点上没有本质的差异，只不过是出射方向不同而已。
然而，配置角是0度的情况下，由检测器测出的检测光中，在绿鲜果品表面附近反射和光(包括在绿鲜果品表面反射的光和进入绿鲜果品中时由皮部反射出来的光)的比例高，因此检测光的光量其本身多面检测光中所含的有关果肉中糖份信息的比例少。因此，为了以人类能感觉到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯(Brix)程度的精度(也就是，用折射糖度计由破坏检查求得的实际糖度和，由非破坏糖度测定法求得的糖度的误差为±1.0°布里克程度的精度)检测出糖度，就会存在检测光的光量读取位数变多的问题。特别是甜瓜和西瓜这种皮厚的绿鲜果品在检测光中所含糖份的有关信息量更少，因此检测光光量的读数精度必须在6位数以上。一般光量的读数位是4位数左右，配置角0度时不能以足够的精度检测出糖度。如果，在配置角0度提高糖度的检测精度的情况下，只能延长数据的取样时间，因此在利用糖度来选择大量甜瓜等的用途中存在不能使用的问题。
另一方面，配置角是180度的情况下，由于检测是透过绿鲜果肉中的光，该检测光中含有关于糖份信息的光的比例多，因此检测光光量的读数位数是2位就行。然而，绿鲜果品中的入射光衰减随着果肉中的透过距离变大，因此作为测定对象的绿鲜果品越大型则到达检测器的光的强度越弱，存在不太容易检测出来的问题。例如，将波长930nm，输出功率为100mW的激光射入甜瓜时，由于甜瓜而使透过甜瓜到达检测器的光量往往衰减10位数而成为10PW。为了以±1.0°布里克斯程度的精度检测糖度，即便使用高敏感度的检测器，由于干扰光的问题，检测光光量必须是10nW程度，配置角180度的装置中，很难以±1.0°布里克斯程度的精度检测糖度。而且，虽然可以通过将入射光量规定为100W使检测光光量增加到10nW，但这样会由于入射光的作用而使甜瓜表面烧坏，很难做到非破坏检查。
在这种技术背景下，本发明者们为了开发出能以人类感觉到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破坏测定绿鲜果品糖度的非破坏糖度测定装置，进行了锐意的研究后，做出如下的技术发现。
也就是判明了从光源向甜瓜等绿鲜果品进行光照射的情况下(此时，从光源射出的光相对于绿鲜果品表面大致呈垂直方向入射)，入射到绿鲜果品内的光，不仅从绿鲜果品射出射到光源侧及其反对侧而且从绿鲜果品的任意外周面也同样地射出。但是，光的强度及由光所包含的糖的信息量根据场合而有所不同。因此，可以确认即使不像从前那样将检测器配置在配置角0度以及180度的位置上也可以检测出来自绿鲜果品的出射光。因此判明了通过将上述检测器的配置位置设定在适宜的位置上，就能使绿鲜果品表面附近不受反射光的影响而且即使使用绿鲜果品表面不烧伤程度的光源也可充分确保检测光的光量。
而且还确认了，即使不将相对于绿鲜果品表面的入射光的入射方向设定成朝向绿鲜果品的中心(此时，由光源射出的光相对于绿鲜果品表面从斜方向射入)，仍然与向绿鲜果品的中心进行光照射的情况一样可以检测出来自绿鲜果品的出射光，而且，还可根据该检测光来测定绿鲜果品的糖度。
本发明就是基于这种技术发现而完成的，其目的在于提供一种非破坏糖度测定装置，该装置不管绿鲜果品的大小而且不必增加检测光光量的读数位数以人类能感觉到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度对绿鲜果品进行非破坏测定。
另一目的在于提供一种非破坏糖度测定装置，该装置不管绿鲜果品的大小而且不必增加检测光光量的读数位数，由破坏检查求得的实际糖度和由光求得的糖度的相关系数在0.9以上。
也就是，本发明是以通过将近红外光照射到绿鲜果品上，测定从绿鲜果品射出的光在糖中的光吸收来测定上述绿鲜果品糖度的非破坏糖度测定装置为前提，其特征在于，在单一使用或组合使用射出波长在860nm至960nm范围内的三种波长光的光源的同时，将检测上述光吸收的检测器的配置位置，设定在除去从光源射出并入射到上述绿鲜果品的入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点与绿鲜果品中心相连结的直线的延长线上的位置之外，并且是在入射光在绿鲜果品表面上的照射区域和检测器感光的来自绿鲜果品的射出光在绿鲜果品表面上的检测区域不重叠的位置上。
图1是实施例中涉及的非破坏糖度测定装置的构成说明图。
图2是另一实施例中涉及的非破坏糖度测定装置的构成说明图。
图3是为说明另一实施例的主要部件说明图。
图4(A)-(C)是表示绿鲜果品(甜瓜)入射的入射光和从上述绿鲜果品中射出的出射光之间关系的说明图。
图5所示曲线图表示检测光光量的读数位数与配置角的依赖关系，以及，检测光光量的读数位数与照射及检测区域中心点间距离的依赖关系。
图6所示曲线图表示检测光光量的衰减率与配置角的依赖关系，以及，检测光光量的衰减率与照射及检测区域中心点间距离的依赖关系。
图7所示曲线图表示检测光光量的读数位数及检测光光量的衰减率与照射及检测区域中心点间距离的依赖关系。
图8所示曲线图表示检测光光量的读数位数及检测光光量的衰减率与照射及检测区域中心点间距离的依赖关系。
图9所示曲线图表示检测光光量的读数位数及检测光光量的衰减率与照射及检测领域中心点间距离的依赖关系。
以下，详细说明本发明。
首先，在本发明涉及的非破坏糖度测定装置中，作为检测器的配置位置，设定在除去如上所述由光源射出并入射到绿鲜果品的入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点与绿鲜果品中心相连结的直线的延长线上的位置之外。因此，就没有必要像根据透射光来决定糖度的先有技术装置(配置角为180度)那样，检测以需要量以上透过绿鲜果品果肉的衰减率高的出射光。因此，通过将检测器的设置位置设定在除上述位置以外的适宜位置上，就可以选定在绿鲜果品的果肉中以必要而充分的距离透过和衰减率低的出射光作为检测对象，从而不必采用高输出功率的光源就能确保足够的检测光光量。
而且，作为上述检测器的位置，设定在除去上述位置之外，并且是在入射光在绿鲜果品表面上的照射区域和检测器感光的来自上述绿鲜果品的射出光在绿鲜果品表面上的检测区域不重叠的位置上。因此，在棣鲜果品表面附近不受反射光的影响，从而不必要求检测光光量的读数位数增加到必需量以上，能以人类可感觉到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度测定绿鲜果品的糖度。
因此，不管绿鲜果品大小并且不必增加检测光光量的读数位数就能以人类可感觉到的糖度分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度测定绿鲜果品的糖度就成为可能了。
此外，在本发明涉及的非破坏糖度测定装置中，是测定近红外光被糖吸收而求出糖度。糖在波长910nm，1.05μm，1.3μm附近具有吸收峰值，而波长越长水的吸收影响越大。因此，在本发明涉及的非破坏糖度测定装置中，为了利用水对光吸收影响少的910nm的吸收峰值，适宜采用波长为860nm至960nm的光源。
而且，在该非破坏糖度测定装置中，使用3种波长的光来求糖度，但3种波长中的一种波长在作为糖吸收波长的900-920nm范围(第2种光的波长范围)内选择，其它2种波长则从与糖吸收无关的860-890nm(第1种光的波长范围)及920-960nm(第3种光的波长范围，但不包括920nm)波长范围的光中各选择1种波长。由于使用经过如此选择波长的光，通过糖吸收波长两侧的波长的光，可以正确地消除由于上述900-920nm波长的光的吸收而引起的具有波长依赖关系的本底干扰(バツクゲラウンド)的影响，从而可正确地求得糖度。即，与实际糖度相关系数为0.9以上，也就是以±1.0°布里克斯的精度求出绿鲜果品的糖度。
进而，从处于上述波长范围内的波长的光中选择使用的波长的光，通过选择出来的波长的组合，从下述实施例中列举的数据可清楚地看出，往往会有所得相关系数的值提高到0.9以上的情况。
理想的是，由第1种光的波长在900nm至890nm的范围，第2种光的波长在900nm至905nm的范围或910nm至915nm的范围，第3种光的波长超过920nm但在925nm以下范围的光构成，就可以得到0.95以上的相关系数。
而且，如果由第1种光的波长在860nm至890nm的范围，第2种光的波长在超过905nm但不超过910nm的范围，第3种光的波长在超过920nm但在925nm以下范围的光构成，则可获得0.92至0.94的相关系数。
此外，如果由第1种光的波长在860nm至890nm的范围，第2种光的波长在900nm至920nm的范围，第3种光的波长超过925nm但在930nm以下的范围的光构成，则可获得0.92至0.94的相关系数。
而且，即使是由第1种光的波长在860nm至890nm的范围，第2种半导体发光元件的波长在900nm至920nm的范围，第3种光的波长超过930nm但在940nm以下的范围的光构成，也可以获得0.92至0.94的相关系数。
此外，作为射出3种波长光的装置，通常由3个光源来构成，但根据情况，也可由单一的光源构成。作为该光源的种类，可列举半导体激光器、固体激光器等激光器和发光二极管、碘钨灯等，根据测定的绿鲜果品种类适宜地选择。
然后是关于从上述光源射出并入射到绿鲜果品的入射光的入射方向和检测来自绿鲜果品的出射光的检测器具体配置位置，如图4(A)所示，从光源(图中未示出)向绿鲜果品(甜瓜)4的中心0进行光照射，除去入射到该绿鲜果品4的入射光λ1在绿鲜果品4表面上的照射区域41的中心点与绿鲜果品4的中心0相连接的直线的延长线上的位置，而且只要是在入射光λ1在绿鲜果品4表面上的照射区域41和检测器(图中未示出)感光的来自绿鲜果品4的出射光λ2在绿鲜果品4表面上的检测区域42不重叠的任意位置上设置上述感光器就行。或者，如图4(B)-图4(C)所示，向避开绿鲜果品4中心0的方向进行光照射(也就是，入射光相对于绿鲜果品表面的入射方向，被设定为与将入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点和绿鲜果品中心相连接的直线的延长方向不一致的方向，除掉入射到该绿鲜果品4的入射光λ1在绿鲜果品4表面上的照射区域41的中心点与绿鲜果品4的中心0相连接的直线的延长线上的位置，而且在入射光λ1在绿鲜果品4表面上的照射区域41和检测器(图中未示出)感光的来自绿鲜果品4的出射光λ2在绿鲜果品4表面上的检测领域42不重叠的任意位置上设置上述感光器都行。
此处，关于如图4(A)所示从光源向绿鲜果品4的中心0进行光照射的配置角(θ)的影响进行如下考察。首先对于为了以±1.0°布里克斯以上的精确度(也就是，使用折光糖度计通过破坏检查求出的实际糖度与按照非破坏糖度测定法求得的糖度二者的糖度误差在±1.0°布里克斯以下)测定糖度所必需的检测光光量的读数位数与配置角的依赖关系进行考察。图5是表示相对于直径约16cm的甜瓜的检测光光量的读数位数与配置角依赖关系的图。读数位数随配置角增加而减少，配置角130°以后发现读数位数倾向于饱和，如上所述，用普通的检测器时其读数位数为4位数，因此为了以±1.0°布里克斯以上的精度检测糖度，则必须将配置角(0)规定为40度以上。
然后对检测光光量的衰减率与配置角的依赖关系进行考察。图6示出相对于直径大致为16cm的甜瓜，在糖的吸收峰值波长910nm附近，入射不受糖的吸收影响的930nm的光时检测光光量衰减率与配置角的依赖关系。衰减率当配置角是0度时为量小，随着配置角的增加而增加，配置角180度时为最大。也就是，检测光光量随配置角的增加而减少，根据每个甜瓜而有所不同，但配置角为180度时，有时会出现10位数的衰减情况。这种情况下，本发明中适用的3种波长的光内，容易衰减的光是难以在甜瓜内透过的长波长的第3种光。而且，在射出第3种光的930nm附近具有振荡波长的激光二极管的输出功率通常为100mV左右，因此为了以±1.0°布里克期以上的精度测定糖度必须使衰减率大于1×10-7的配置角，也就是配置角(θ)在80度以下，以使检测光光量在10nW以上。因此，关于如图4(A)所示从光源向绿鲜果品4的中心0进行光照射时的配置角(θ)，根据上述2个条件±1.0°布里克期以上的精度测定糖度时，当绿鲜果品是甜瓜的情况下，则必需在40度以上、80度以下的范围内。
此外，关于这些配置角(θ)的研究，还可以是如图4(A)及图5-图6所示，在入射光λ1在绿鲜果品4表面上的照射区域41的中心点和出射光λ2在绿鲜果品4表面上的检测区域42的中心是相连结的直线距离(α)上更换进行考察。也就是，图5是表示检测光光量的读数位数与上述照射及检测区域的中心点间距离(cm)的依赖关系的图。而且，从图5的数据可看出，为了以±1.0°布里克斯以上的精度检测糖度，必须使上述照射及检测区域的中心点间距离(α)大致在5cm以上；此外，从图6的数据可看出，为了能以±1.0°布里克斯以上的精度测定糖度，则必须是衰减率大于1×10-7的条件，也就是使上述照射及检测领域的中心点间距离(α)在10cm以下，以便使检测光光量在10nW以上。但是，该数据是以直径大致为16cm的甜瓜作为对象测得的值。而且，甜瓜直径通常是16±4cm，如果甜瓜直径小于16cm，则上述照射及检测领域的中心点间距离(α)小于5cm，其下限值为约4cm。此外，如果甜瓜直径大于16cm，则上述照射及检测领域的中心点间距离(α)大于10cm，其上限值约为13cm。因此，关于如图4(A)所示从光源向绿鲜果品(甜瓜)4的中心0进行光照射时的照射以及检测区域的中心点间距离(α)，为了能以±1.0°布里克斯以上的精度测定糖度测定糖度时，基于上述的分析数据则有必要规定在4cm以上、13cm以下的范围内。
而且，关于照射及检测区域的中心点间距离(α)的用在甜瓜中的条件，在如图4(B)-图4(C)所示朝避开绿鲜果品(甜瓜)4中心0的方向进行光照射的情况下也成立，在图4(B)-图4(C)这样的条件下向绿鲜果品入射光的情况下，为了能以±1.0°布里克斯以上的精度测定糖度，则必须使上述间隙(α)处在4cm以上、13cm以下的范围内。此外，关于比甜瓜更大型的西瓜，从下述的实施例中列举的数据可看出，为了能以±1.0°布里克斯以上的精度测定糖度，必须使上述照射及检测领域的中心点间距离(α)处在4cm以上，12cm以下的范围内。
其次，当糖度的测定对象是上述甜瓜的情况下，根据将光照射到甜瓜表面不同地方其所得糖度值往往也不相同，其测定精度与人类能感觉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。
作为随光的照射位置不同其糖度值也不相同的原因，被认为是在甜瓜的表面存在网络。也就是，根据光吸收求糖度的方法中，将多种波长的光照射到甜瓜上，不同波长的光在甜瓜内部果肉中的透射率(或反射率)不同，由此示出被糖吸收的光量，从而获得糖度。因此，为了能正确地求出不同波长的光在甜瓜内部的透射率(或反射率)的差异，因甜瓜表面而受到的影响必须相对于各种波长的光都是相等的。而且，通常在相同条件下测定糖度时，侵入到甜瓜内部的光相对于入射光光量的比例，即使照射位置变化也必须是相同的。
然而，甜瓜的网络其表面粗糙，因而认为在网络和网络以外的部分光的反射率，扩散系数有很大的差异。因此，对表面上形成网络的甜瓜照射光时，根据入射光的照射面积中是否包含网络，由甜瓜表面受到入射光的影响也是不相同的。
因此，首先希望，即使入射光的照射位置改变，但相对于入射光来说甜瓜表面受到的影响仍然相等。为了即使照射位置变化但侵入甜瓜内部的光相对于入射光光量的比例仍然相等，只要照射面积中包含的网络所占的比例不因照射位置而发生变化就行。因此，希望照射面积为1cm2以上。而且尽管理由不一定，但照射面积过大时由于照射位置而使所得糖度的值发生变化，因而照射面积希望在20cm2以下。
此外，为了使不同波长的入射光对甜瓜表面的影响相等，必须使不同波长的光在甜瓜表面上的照射区域的照射面积及上述照射区域中的入射光的光强度分布相等。因此，将从光源射出的光通过扩散板后再照射到甜瓜上是有效的。即使从不同光源射出的光具有各自不同的光强度分布，但由于通过扩散板的光被扩散到各种各样的方向，因而可以变换成具有同一光强度分布的入射光。而且即使是由不同光源射出的光，由于使之透过相同大小的扩散板，就可以变换成与扩散板大小相等的光线束，因而就能使照射面积相同。
糖度的测定对象是甜瓜、西瓜等瓜科果实类的情况下，如果在其外果皮厚的部位照射光，则由于外果皮吸收、散射的光的量多，因而不能适宜地进行测定，而且，由于检测光弱往往使测定精度降低。因为在外果皮中含有许多坚固的纤维质成分。
而且，甜瓜、西瓜等果实类，与果梗部附近和中间部附近相比，果顶部附近的外果皮较薄。但是，果顶部中心的脐状处其外果皮部分变厚。例如，北海道产的マスク甜瓜，在果梗部附近和中间部附近其外果皮在5mm以上，果梗部附近接近10mm。与此不同，除去中心的脐状部分，在果顶部附近的外果皮不足5mm。
因此，将光的照射位置和检测位置规定在果顶部近傍就可以适宜而且较正确地进行糖度测定。使果实的果梗部在上方时的高度小于全高的1/50的范围相当于上述果顶部中心的脐状部分的区域，超过1/3的范围相当于外果皮厚的的果梗部附近和中间部附近的区域。因此，糖度的测定对象是甜瓜、西瓜等瓜科的果实类时，则希望将入射光在绿鲜果品表面上的照射区域和/或上述检测器感光的来自绿鲜果品的出射光在绿鲜果品表面上的检测区域，设定在使果实的果梗部在上方时的高度在全高的1/50至1/3范围的位置上。
而且，将光的照射区域和检测区域都规定在果顶部附近时，照射方向和检测方向形成某一角度，相对于光纤维等照射器，检测器往往不完全进入测定对象的影子中。这种情况下，由于不通过果实内部，直接或间接到达检测器的光引起的干扰成问题。作为该对策，在照射器和检测器之间设置隔墙(屏蔽板)，如图3所示将光纤维2等照射器和检测器5收容在筒体8内，而且在该筒体8的前端部设置环状橡胶9，按压在作为测定对象的绿鲜果品4上，作为去除干扰的对策是有效的。
此处，所谓果实的“果梗部”，是指连系着果实和茎，或连系着的果实的一个区域，处于和子房前端变化而成的脐状“果顶部”正对称位置上。所谓“全高”，是指将“果梗部”的中心点规定为北，将“果顶部”的中心点规定为南时的南北方向的直径，所谓“使果实的果梗部在上方时的高度”，是指在果实表面的任意点上，通过该点与南北轴垂直的面和“果顶部”的中心点之间的距离相对于“全高”的比。因此，所谓“使果实的果梗部在上方时的高度是全高的1/50-1/3范围内”，是指大致为南纬19.5-73.7度的区域。
此外，在本发明中，光的照射方法，检测方法，糖度计算方法，糖度基准，都没有特别的限定。测定对象和照射器，或者，和检测器，相对地固定，或移动任何一个都行，将照射位置定为一点，或扫描照射点都行。此处，测定时的绿鲜果旋转方位，其顶部向上、下、横等任何方向放置都行，还可以是一边转动一边进行测定。此外，用本发明涉及的非破坏糖度测定装置测定其糖度的绿鲜果品是任意的，适用于苹果，桃等比较小型的绿鲜果品时，能以比以前更高的精度测定其糖度；而且适用于甜瓜、西瓜、南瓜等比较大的绿鲜果品时也能以高精度测定其糖度。
于是，按照本发明涉及的非破坏糖度测定装置，则具有能不管绿鲜果品的大小并且不必增加检测光光量的读数位数就能以人类可感觉到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破坏测定绿鲜果品糖度的效果。
尤其是，上述绿鲜果品是甜瓜时，按照其配置角为40度-80度那样设定检测器的配置位置，而且按照入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点和出射光在绿鲜果品表面上的检测区域中心点相连结的直线距离为4cm-13cm那样设定检测器的配置位置的情况下，具有能够不必增加检测光光量的读数位数就能以人类可感觉的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度非破坏测定甜瓜糖度的效果。
同样，上述绿鲜果品是西瓜时按照其入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点和出射光在绿鲜果品表面上的检测区域中心点相连结的直线距离为4cm-12cm那样设定检测器的配置位置的情况下，具有能够不必增加检测光光量的读数位数就能以人类可感觉到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度非破坏测定西瓜糖度的效果。
以下，参看附图详细说明实施例。
实施例1
根据图1说明使用本发明实施例涉及的非破坏糖度测定装置进行非破坏糖度测定。图1表示本发明的非破坏糖度测定装置构成的一例。光源1中使用了激光输出功率为100mW，振荡波长为880nm，910nm，930nm的3种激光二极管。由激光二极管射出的光通过光导纤维传送至透镜3，由透镜3形成半径为2cm的平行光后，入射到绿鲜果品(直径约16cm的甜瓜)4。入射到绿鲜果品(以下称甜瓜)4的光由于甜瓜4表面上的反射和在甜瓜内部的散射而从甜瓜4向所有方向射出。将这种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度那样设置检测器5，用80个甜瓜进行其糖度的测定。由检测器5测定的检测光光量值，为了以4位的精度读取光量，通过16比特(ビツト)的AD变换器6度换成数字信号后，进入计算机7中。
此外，图1中，上述检测器5，虽然表示成由1个检测元件构成，但实际构成却是由多个检测元件组合而成。这是因为在检测器5的各检测元件中无遗漏地感受由甜瓜检测领域射出的检测光，从而提高其检测精度。但，检测器可任意由多个检测元件构成，或由单一的检测元件构成。
此外，上述甜瓜4、光导纤维2、检测器5等配置在暗室中，在该暗室中进行糖度测定。用预先测定的入射光的光量值，将检测光的光量值变换成透射率(＝检测光光量/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是相对于各自波长为880nm，910nm，930nm光的甜瓜透射率的自然对数值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度计测得的糖度实测值根据最小自乘法求得的常数，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
以上述6种配置角(度)，分别对80个甜瓜进行糖度测定时，由光吸收测定求出的糖度和，由折射糖度计测得的糖度实测值的相关系，以及此时的糖度误差(布里克斯)如下表1中所示。
表1配置角(度)相关系数糖度误差(布里克斯)300.70 ±2.0°400.92 ±1.0°600.95 ±0.6°800.93 ±0.9°90 (不能评价)(不能评价)180(不能评价)(不能评价)如表1所示，将配置角(θ)规定为40度、60度、80度的情况下，就能以人类可感觉到的糖的分辨能力即±1.0°布里克斯以上的精度(也就是糖度误差在±1.0°布里克斯以下)检测糖度。但是，配置角(θ)定为30度、90度、180度的情况下，就不能以±1.0°布里克斯的精度测定甜瓜的糖度。配置角(θ)为30度时，为了以±1.0°布里克斯的精度检测糖度则必要的光量读数位数大于4位数。配置角(θ)是90度、180度时，检测光的光量在10nW以下时，这80个甜瓜皆存在不能进行糖度测定的问题，因此不能产生相关系数、糖度误差的值。
实施例2
除了代替甜瓜以直径约20cm的西瓜作为测定对象以外，采用与实施例1相同的装置测定西瓜的糖度。
图7示出其结果。也就是分别示出，改变入射光在西瓜表面上的照射区域(约20mmφ)的中心点和出射光在西瓜表面上的检测区域(约10×10mm2)的中心点相连结的直线距离(α)(即照射及检测区域的中心点间距离)的情况下，以±1.0°布里克斯以上的精度测定糖度所必需的检测光光量的读数位数与上述直线距离(α)的依赖关系，以及检测光光量的衰减率与上述直线距离(α)的依赖关系的曲线图。
而且还确认了，为了以±1.0°布里克斯以上的精度测定直径约20cm西瓜的糖度，从图7曲线图可看出，照射及检测领域的中心点间距离(α)必须在5cm以上(从要求检测器的读数位数为4位数以下可看出)，而且，为了使检测光光量在10nW以上，衰减率大于1×10-7时的距离，也就是照射及检测区域的中心点间距离(α)必须在11cm以下。
实施例3除了以直径约30cm的西瓜作为测定对象外，其余均与实施例2相同。
图8示出其结果。根据该曲线图，基于和实施例2的同样理由可以确认，为了以±1.0°布里克斯以上的精度测定直径约30cm的西瓜的糖度，照射及检测区域的中心点间距离(α)必须设定在7cm～11cm的范围的。
实施例4除了将实施例3中测定的直径约30cm的西瓜在1周后再次进行测定外，其余均与实施例3相同。也就是求出随着西瓜成熟程度进行的测定条件。
图9示出其结果。根据该曲线图，基于和实施例3的同样理由可以确认，为了以±1.0°布里克斯以上的精度测定随着成熟程度的进展的直径约30cm的西瓜糖度，照射及检测区域的中心点间距离(α)必须设定在4cm～12cm的范围内。
实施例5本实施例涉及的非破坏糖度测定装置，除了采用的光源不相同外，其余均与图1示出的实施例1的装置大致相同。也就是，作为光源，采用激光输出功率为100mW的激光二极管，和激光输出功率为100mW而且波长是可变的钛·蓝宝石·激光器。而且，由激光二极管及钛、蓝宝石、激光器射出的光，由光导纤维2传送至透镜3，通过透镜3成形为束径为2cm的平行光后，入射到甜瓜4中。入射到甜瓜4中的光，通过在甜瓜4表面上的反射，甜瓜内部的散射，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轴和用于检测从上述甜瓜4射出光的检测器的感光面相垂直而且朝向上述甜瓜中心的光轴所形成的角(θ)呈60°的位置上设置的检测器5，检测由甜瓜4射出的光，并求出糖度。由检测器5测定的检测光光量值，为了能以4位数的精度读取光量，通过16比特的AD变换器6转变成数字信号后，进入计算机7。
糖度，与实施例1相同，采用预先测定的入射光光量值，将检测光光量值转换成透射率(＝检测光光量/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是相对于各自波长为800nm、910nm、930nm光的甜瓜透射率的自然对数值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度计测得的糖度实测值根据最小自乘法求得的常数，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
而且，采用以下所示的75组波长的组合进行糖度测定，并求出与折射糖度计求得的糖度的相关系数。从本实施例中选择68组，从比较例中选择7组。将结果示于表2、表3中。表2示出将本实施例的波长组合用于糖度测定时的结果，表3示出将比较例的波长组合用于糖度测定时的结果。
表2第1种光(nm) 第2种光(nm) 第3种光(nm) 相关系数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种光(nm) 第2种光(nm) 笫3种光(nm) 相关系数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，采用本实施例的波长组合时，与实际糖度的相关系数全部在0.9以上。也就是能以人类能感觉到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯精度测定法来进行糖度测定。
然而，如表3所示，采用比较例的波长组合时，则得不到0.9以上的相关系数。
实施例6本实施例涉及的非破坏糖度测定装置，除了代替透镜3如图2所示采用扩散板3′外，其余均与实施例1的装置大致相同。
也就是，在光源1中，使用了激光输出功率为100mW、振荡波长为880、910、930nm的3种激光二极管。而且，由激光二极管射出的光，由光导纤维2传关到雾玻璃状扩散板3′，通过扩散板3′将各自波长的光成形为光强度分布相等的入射光后，入射到表面上形成网络的甜瓜4中。入射到甜瓜4中的光通过在甜瓜表面上的反射，甜瓜内部的散射，从甜瓜4向所有方向射出。向甜瓜4的中心射入的入射光的光轴和用于检测从上述甜瓜4射出光的检测器的感光面相垂直而且朝向上述甜瓜中心的光轴所形成的角(θ)呈60°的位置上设置的检测器5，检测由甜瓜4射出的光，并求出糖度。由检测器5测定的检测光光量值，为了能以4位数的精度读取光量，通过16比特的AD变换器转变成数字信号后，输入计算机7。
糖度，与实施例1相同，采用预先测定的入射光光量值，将检测光光量值转换成透射率(＝检测光光量/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是相对于各自波长为880nm、910nm、930nm光的甜瓜透射率的自然对数值，也就是吸光度。而且，A、B、C、D是用由折射糖度计测得的糖度实测值根据最小自乘法求得的常数，A＝-27.39，B＝68.50，C＝-41.12，D＝12.92。
而且，通过变化上述扩散板3′的大小使其形成照射面积各自为0.8cm2、1.1cm2、7.1cm2、12.6cm2、19.6cm2、28.3cm2的6种入射光，而且，在同一甜瓜内使照射到甜瓜4的照射位置变动8个点，观察由此测定的糖度误差对照射面积的依赖性。照射面积与糖度误差之间的关系如表4所示。
表4照射面积(cm2)糖度误差(布里克斯)0.8 ±2.01.1 ±1.07.1 ±0.612.6 ±0.919.6 ±1.028.3 ±1.5将上述照射面积规定为1.1cm2、7.1cm2、12.6cm2、及19.6cm2的情况下，即使变动甜瓜上的照射面积，也能以人类可感觉到的糖度的辨解能力即±1.0°布里克斯的精度检测糖度。然而，将照射面积规定为0.8cm2、28.3cm2的情况下就不能以±1.0°布里克斯的精度测定甜瓜的糖度。
作为比较例，来自3个光源的光在甜瓜表面上的照射面积为7.1cm2，但将各个光的照射位置在甜瓜表面上一边各自以每次2mm挪动一边测定糖度时，各光的光强度分布产生偏差的糖度误差不能满足±1.2°布里克斯和±1.0°布里克斯的精度。
实施例7本实施例涉及的非破坏糖度测定装置，除了如图3所示在暗室中载置有照射激光的光导纤维2和，甜瓜4和，检测由甜瓜4射出的光的检测器5等，而且相对于甜瓜4的激光照射位置和其检测位置设定在甜瓜4的下部侧之外，其余均与实施例1的非破坏糖度测定装置大致相同。而且，上述光导纤维2、透镜3、检测器5等组装在筒体8内，而且，在筒体8的前端还安装有环状橡胶9。
然后，在暗室内搬送糖度未知的甜瓜50个，按与实施例1同样的方法测定各甜瓜的糖度(Dn)。此外，如图3所示其构成是，将激光的照射位置及激光的检测位置规定成，使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/15的位置上，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向，而且这些方向包含在同一面内却不在同一经度上(也就是，上述照射位置和检测位置不重叠)。
然后，从各个甜瓜中采取果汁，使用根据折射率的糖度计求出果汁的糖度(D′n)，求得(Dn/D′n)的值。该结果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范围内。
实施例8除了将激光的照射位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度是甜瓜全高的1/15的位置上，将激光的检测位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的14/15的位置上而且与激光的照射位置在同一经度，以及激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且包含在同一面内的构成之外，其余均与实施例7相同进行实验。其结果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范围内。
实施例9除了将激光的照射位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的14/15的位置上，将激光的检测位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/15的位置上而且与激光的照射位置在同一经度，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且这些方向包含在同一面内的构成之外，其余均与实施例7相同进行实验。其结果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范围内。
实施例10除了将激光的照射位置及激光的检测位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的3/10的位置上，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且这些方向包含在同一面内但不在同一经度上的构成外，其它均与实施例7相同进行实验。其结果是，(Dn/D′n)的值全部落入1.05～0.95的范围内。
实施列11除了将激光的照射位置及激光的检测位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/3位置上，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且这些方向包含在同一面内但不在同一经度上的构成外，其余均与实施例7相同进行实验。其结果是，(Dn/D′b)的值全部落入1.05～0.95的范围内。
比较例1将激光的照射位置及激光的检测位置规定在使果实的果梗部在上方时其高度(h)是甜瓜全高(H)的1/2位置上，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且这些方向相互呈正好相对的方向的构成外，其余均与实施例7相同进行实验。其结果是(Dn/D′n)的值落入1.05～0.95范围内的甜瓜是38个，12个甜瓜落入1.10～1.05，或0.95～0.90的范围内。
比较例2除了将激光的照射位置及激光的检测位置(h)规定在使果实的果梗部在上方时的高度(h)是甜瓜全高的7/10的位置上，激光照射方向和检测方向是朝向甜瓜中心的方向而且这些方向包含在同一面内但不在同一经度上的构成外，其余均与实施例7相同进行实验。其结果是，(Dn/D′n)的值落入1.05～0.95范围内的甜瓜是34个，16个甜瓜落入1.10～1.05或0.95～0.90的范围内。
权利要求
1.非破坏糖度测定装置，其特征在于，在利用将近红外光照射到绿鲜果品上由绿鲜果品射出的光在糖中的光吸收测定来测定上述绿鲜果品糖度的非破坏糖度测定装置中，使用波长处于860nm至960nm范围内的3种波长光的单一或多个光源的同时，将检测上述光吸收的检测器的配置位置，设定在除去从光源射出并入射到绿鲜果品的入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点与绿鲜果品中心相连结的直线的延长线上的位置之外，并且是在入射光在绿鲜果品表面上的照射区域和检测器感光的来自绿鲜果品的射出光在绿鲜果品表面上的检测区域不重叠的位置上。
2.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述绿鲜果品是甜瓜，而且入射光在甜瓜表面上的照射区域的中心点与甜瓜中心相连结的直线和，上述出射光在甜瓜表面上的检测区域的中心点与甜瓜中心相连结的直线所形成的角设定在40度至80度。
3.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述绿鲜果品是甜瓜，而且入射光在甜瓜表面上的照射区域的中心点和出射光在甜瓜表面上的检测区域的中心点相连结的直线距离设定在4cm至13cm。
4.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述绿鲜果品是西瓜，而且入射光在西瓜表面上的照射区域的中心点相连结的直线距离设定在4cm至12cm。
5.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，由上述光源射到绿鲜果品中的入射光相对于绿鲜果品表面的入射方向，设定在与上述入射光在绿鲜果品表面上的照射区域中心点和绿鲜果品的中心点相连结的直线的延长方向不一致的方向上。
6.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述光源是半导体激光器。
7.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述光源是固体激光器。
8.权利要求1的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述光源是发光二极管。
9.权利要求1-8的非破坏糖度测定装置，其特征在于，从单一或多个上述光源射出的3种波长的光，是由波长处于860nm至890nm范围的第1种光和，波长处于900nm至920nm范围的第2种光和，波长处于超过920nm在960nm以下范围的第3种光构成。
10.权利要求9的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述第1种光的波长在860nm至890nm的范围内，第2种光的波长在900nm至905nm的范围内或910nm至915nm的范围内，第3种光的波长超过920nm但在925以下的范围内。
11.权利要求9的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述第1种光的波长在860nm至890nm的范围内，第2种光的波长在超过905nm但不超910nm的范围内，第3种光的波长超过920nm但在925nm以下的范围内。
12.权利要求9的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述第1种光的波长在860nm至890nm的范围内，第2种光的波长在900nm至920nm的范围内，第3种光的波长超过925nm但在930nm以下的范围内。
13.权利要求9的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述第1种光的波长在860nm至890nm的范围内，第2种光的波长在900nm至920nm的范围内，第3种光的波长超过930nm但在940nm以下的范围内。
14.权利要求1-8的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述绿鲜果品是甜瓜，而且，从单一或多个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区域的照射面积和光强度分布相同，上述照射面积被设定在1cm2至20cm2的范围内。
15.权利要求14的非破坏糖度测定装置，其特征在于，使单一或多个光源射出的3种波长的光通过扩散后各入射光在甜瓜表面上照射领域的光强度分布被设定成是相同的。
16.权利要求1-8的非破坏糖度测定装置，其特征在于，上述绿鲜果品是果实类，而且，将入射光在绿鲜果品表面的照射领域和/或上述检测器感光的来自绿鲜果品的出射光在绿鲜果品表面上的检测领域，设定在使果实的果梗部处于上方时其高度是全高的1/50至1/3范围内的任何位置上。
全文摘要
本发明涉及将近外光照射到绿鲜果品上由绿鲜果品射出的光在糖中的光吸收测定来测定上述绿鲜果品糖度的非破坏糖度测定装置，其特征在于，使用波长为860nm至960nm范围内的3种波长的单一或多个光源的同时，将检测上述光吸收的检测器的配置位置，设定在除去从光源射出并入射到绿鲜果品的入射光在绿鲜果品表面照射区域中心点与绿鲜果品中心相连结的直线的延长线上的位置之外，并且是在入射光在绿鲜果品表面的照射区域和检测器感光的来自绿鲜果品的射出光在绿鲜果品表面的检测区域不重叠的位置上。因此，具有能以人类可感觉到的糖度的分辨能力即±1.0°布里克斯程度的精度非破坏测定绿鲜果品糖度的效果。
文档编号G01N33/02GK1138698SQ9512011
公开日1996年12月25日 申请日期1995年12月27日 优先权日1994年12月28日
发明者伊东雅宏, 饭田润二, 寺岛彰, 岩本俊树 申请人:住友金属矿山株式会社