JPH07119652B2 - 液体の比色方法およびそれに使用する光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は食用油やしょう油あるいはウイスキー等の油脂
類やアルコール飲料および潤滑油等の鉱物油についてそ
の品質や熟成度を判定するための液体の比色方法および
それに使用する光学系に関する。

［従来の技術］ 一般に、産業上の種々の分野において、各種の液体の色
の測定が行なわれている。

たとえば、食品工業の分野において、食用油の色は、そ
の油脂商品の取引において重要な商品品質の目安となっ
ている。このため、食用油の色の測定が行なわれてい
る。

従来より、この色の測定は、JIS（日本工業規格）K3503
に規定されている。

この方法は、ロビボンド比色計を用いるもので、第10図
に示すように行なわれる。すなわち、所定の光路長を有
し、フラットな光学面を有するガラスセル１に被測定油
２を入れ、白板3aで反射した光源４からの光をガラスセ
ル１内の被測定油２を透過させる。一方、いま一つの白
板3bで反射した光源４からの光を、予め用意された多数
の色を有する標準色ガラス５を透過させる。そして、測
定者６が標準色ガラス５を矢印A₁で示すように順次移動
させて両透過光を比較（比色）して、被測定油２の色に
最も近い標準色ガラス５を同定する。

ただし、上記標準色ガラス５は、JIS（日本工業規格）
などに規定されているわけではなく、英国ロビボンド社
のロビボンド比色計に備えられている色ガラスが従来よ
り全世界的に使用され、その使用が慣習化されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記したような比色方法では、被測定油２の
色と標準色ガラス５の色とを測定者が目で比色している
ので、被測定油２の色の測定に多大な作業時間と手間を
必要とするばかりでなく、人間の視覚という官能量に依
存する測定であるので、測定者による測定値のばらつき
や同一の測定者でもたとえば朝方と夕方とでは、その心
理状態等により、測定値が異なり、再現精度も低いとい
う問題があった。

本発明の目的は、従来、視覚に依存して行なわれてきた
比色方法を改善して、確実で安定した、しかも迅速な判
定が行える液体の比色方法を提供することである。

また、本発明のいま一つの目的は、フラットな光学面を
有する光学セルの使用に限定されず、光学的に凸のレン
ズ効果を与える測定用セルを使用して液体の色の測定を
精度よく行なえる液体の比色に使用する光学系を提供す
ることである。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明は、複数の検量線作成用の液体サンプ
ルを用意するステップと、これら検量線作成用の液体サ
ンプルの各々について、標準色サンプルを用いて比色す
ることにより各検量線作成用の液体サンプルを上記標準
色サンプルにそれぞれ同定するステップと、上記各検量
線作成用の液体サンプルに光を投射してその透過光を２
以上の光成分に分解するステップと、分解した上記光成
分を予め実験により定められた一次変換式を含む変換ア
ルゴリズムに基づいてさらに２以上の色データ変換する
ステップと、上記同定により得られた検量線作成用の液
体サンプルの比色データと上記色データとを用いてこれ
ら比色データと色データとの間の対応を示す検量線を作
成するステップと、からなる測定準備を行った後、測定
用の液体サンプルに光を投射して透過光を２以上の光成
分に分解するステップと、該ステップにより分解された
上記光成分を上記変換アルゴリズムに基づいてさらに２
以上の色データに変換するステップと、該ステップにて
得られた上記色データを用いて上記検量線上で上記測定
用の液体サンプルを対応する標準色サンプルに同定する
ステップと、からなる本測定を行なうことを特徴とす
る。

また、本発明は、光源と、この光源の光を平行光にする
光学系と、所定の幅を有し、上記平行光をその幅分だけ
通過させるスリット手段と、スリット手段の次段に配置
され、光学的に凸のレンズ効果を与える測定用セルと、
被測定液体を収容した測定用セルの透過光を受光して所
定の光成分に分解するカラーセンサと、上記測定用セル
とカラーセンサとの間に配置され、上記透過光がカラー
センサ上で一定の寸法に結像されるように位置が調整さ
れる調整用レンズとを備えてなることをいま一つの特徴
としている。

［発明の作用および効果］ 検量線作成用の上記各液体サンプルに対応する標準色サ
ンプルが基準のデータとなる。一方、検量線作成用の上
記各液体サンプルは、その透過光の光成分が測定され、
予め実験により定められた一次変換式を含む変換アルゴ
リズムに基づいてさらに２以上の色データに変換され
る。上記検量線は、標準色サンプルとの比色により得ら
れた基準のデータと色データとの対応関係を表す。従っ
て、任意の液体サンプルに光を投射し、その透過光の各
光成分を測定して色データに変換すれば、上記検量線を
用いて、その液体サンプルに最も近い標準色サンプルを
同定できることになる。

この方法によれば、検量線作成用の複数の液体サンプル
を用い、予め実験により定められた一次変換式を含む変
換アルゴリズムを用いた手法により検量線の作成および
測定用の液体サンプルの透過光のデータ処理が行なわれ
るので、色測定の基準となる標準色サンプルを用いた液
体の色測定方法と同等の測定を、測定者の官能に依存す
ることなく、速く、再現性よく行なうことができる。

上記液体の比色方法に使用される光学系において、色デ
ータ測定用セルは、その中に入れられた被測定液体とと
もに、光学的に１つの凸レンズの効果を与える。そし
て、この色データ測定用セルには、スリット手段を通過
した光が投射され、色データ測定用セルを通過した光
は、カラーセンサに入射される。このカラーセンサに入
射し結像されるスリット手段の像の寸法は、色データ測
定用セルによって異なる。上記調整用レンズは、色デー
タ測定用セルによるカラーセンサに入射し結像されるス
リット手段の像の寸法が常に一定となるように、その光
軸上で位置が調整される。

このようにすれば、フラットな光学面を有する光学セル
の使用に限定されず、試験管やビーカ等の光学的に凸の
レンズ効果を与える測定用セルを使用して、液体の比色
測定を精度よく行なうことができるばかりでなく、特定
の比色用セルを用いることなく、ごく普通の試験管やビ
ーカを使用することができるので、液体の比色測定も簡
単に行なえる。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

以下では、JIS（日本工業規格）K3503に規定されている
英国ロビボンド社のロビボンド比色計による油脂の色試
験方法に準拠する油脂の色測定に本発明を適用した実施
例について説明する。

この実施例に使用される油脂の色測定に使用される比色
装置の構成のブロック図を第１図に、その外観を第２図
に、また、その測定アルゴリズムを第３図に夫々示す。

上記比色装置は、色データ測定用セル11に入れた油脂に
光を投射し、その透過光のＲ（赤）,G（緑）およびＢ
（青）成分を検出する光学系12、この光学系12で検出さ
れたデータのデータ収集系13およびデータ処理系14から
なる。

上記光学系12の具体的構成を、第４図および第５図に示
す。

上記光学系12は、光源としてのパロゲンランプ15、コン
デンサレンズ16、コリメータレンズ17、スリット18、調
整用レンズ19およびカラーセンサ21がこの順に、光軸L₀
上に配置されてなるものである。そして、上記スリット
18と調整用レンズ19との間に、円筒状の色データ測定用
セル11が配置される。この色データ測定用セル11は、そ
の中に色測定をする油脂が入れられた状態で、光学的に
凸レンズの効果を与える。

上記ハロゲンランプ15から出た光はコンデンサレンズ16
に集光される。このコンデンサレンズ16は、ハロゲンラ
ンプ15の光から赤外分を除き、可視光分のみを透過する
赤外カットフィルタ22を備えている。上記コンデンサレ
ンズ16を出た光は、コリメータレンズ17を透過し、平行
光とされる。

上記コリメータレンズ17の後段には、3mm×6mmのスリッ
ト孔を有するスリット18が配置される。このスリット18
のスリットを通過した平行光は、色データを測定用セル
11に入る。色データ測定用セル11に入った光は、この色
データ測定用セル11内に収容された油脂により、その液
特有の光吸収性により特定の色が吸収され、調整用レン
ズ19に到達する。

この調整用レンズ19は凸レンズにより構成されており、
色データ測定用セル11の透過光をカラーセンサ21上に投
射する。上記調整用レンズ19は、光軸L₀上で矢印A₂で示
されるように移動可能であり、次に述べるように、色デ
ータ測定用セル11が変わってもその透過光がカラーセン
サ21上で常に、一定の寸法に結像されるように位置が調
整される。

以下に、この調整原理について説明する。

上記色データ測定用セル11としては、第６図に示すよう
に、光学的に凸レンズ効果を有する、ごく普通の試験管
やビーカを用いる。そして、上記色データ測定用セル11
と等価な凸レンズをFxで表し、その焦点距離をfxとす
る。

一方、調整用レンズ19の焦点距離をｆとし、第７図に示
すように、上記凸レンズFxに入射するスリット18（第１
図参照）のスリット孔の通過光23の光軸L₀からの高さを
Ｈ、上記通過光23の調整用レンズ19の位置における光軸
L₀からの高さをh₁、上記通過光23のカラーセンサ21の位
置における光軸L₀からの高さをh₂とする。そして、上記
凸レンズFxから調整用レンズ19までの距離をＬ、この調
整用レンズ19からカラーセンサ21までの距離をｌとす
る。さらに、上記調整用レンズ19から凸レンズFxの焦点
F₁までの距離をａ、上記調整用レンズ19から上記焦点F₁
の結像位置F₂までの距離をｂとする。

このとき、次の（１）ないし（４）式が成り立つ。

ａ＝Ｌ−f_x ……（２） 上記（１）ないし（４）式から、a,bおよびh₁を消去す
ることにより、次の（５）式を得る。

上記（５）式において、 lf＋Lf−lL＝０ ……（６） を満足するように、調整用レンズ19の位置を調節すれ
ば、 となる。

上記（７）式から、高さh₂は、凸レンズFxの焦点距離fx
に依存しない値となる。これは、径の異なる試験管やビ
ーカを色データ測定用セル11として使用した場合や、屈
折率の異なる液を入れた場合に惹起される焦点距離fxの
変化を無視することができることを意味している。即
ち、上記（６）式を満足するように調整用レンズ19の位
置を調整するようにすれば、色データ測定用セル11とし
て、種々の試験管やビーカを使用することができ、その
内部に入れる液の屈折率、液の濃度に無関係に検出が行
えるようになる。

上記光学系12は、第２図に示す比色装置の開閉扉25aの
下に、上記光学系12に設けられた色データ測定用セル11
のホルダ24（第４図および第５図参照）が位置するよう
に配置される。上記開閉扉25aは、ケース25にヒンジ結
合され、取っ手25bにより開閉され、上記光学系12のホ
ルダ24の上に色データ測定用セルが配置されたり、取り
出される。

以上に説明した光学系12には、好ましくは、第１図に示
すように、ハロゲンランプ15の光量変化を検出し、ハロ
ゲンランプ15の光量変化によるカラーセンサ21に入る測
定光量の変化を補正するための参照光学系26が設けられ
る。

上記参照光学系26は、赤外カットフィルタ27、光ファイ
バ28およびリファレンス用カラーセンサ29からなる。

上記リファレンス用カラーセンサ29は、カラーセンサ21
と同じ種類で、かつ、ほぼ同じ温度特性を有する光電変
換素子、たとえばフォトダイオードが使用される。そし
て、上記リファレンス用カラーセンサ29は、カラーセン
サ21と温度条件が等しくなるように、カラーセンサ21に
できるだけ近接して、好ましくは熱的に結合して取り付
けられる。これは、温度条件を同じにして、同一入射光
に対するリファレンス用カラーセンサ29の出力の温度ド
リフトとカラーセンサ21の出力の温度ドリフトをほぼ等
しくするためである。

上記のように、リファレンス用カラーセンサ29は、カラ
ーセンサ21に近接して取り付けられ、従って、リファレ
ンス用カラーセンサ29はハロゲンランプ15から離れてい
るので、ハロゲンランプ15の光は、赤外カットフィルタ
27で赤外成分を除いた後、光ファイバ26により、リファ
レンス用カラーセンサ29に導光される。

上記カラーセンサ21は受光した光のＲ（赤）、Ｇ（緑）
およびＢ（青）成分を検出し、次に述べるデータ収集系
13のＲ信号アンプ31R、Ｇ信号アンプ31GおよびＢ信号ア
ンプ31Bに夫々Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号を出力す
る。

上記リファレンス用カラーセンサ29もまた、受光した光
のＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）成分を検出し、デ
ータ収集系13のＲ信号アンプ32R、Ｇ信号アンプ32Gおよ
びＢ信号アンプ32Bに夫々参照用のＲ信号、Ｇ信号およ
びＢ信号を出力する。

上記データ収集系13は、カラーセンサ21側のＲ信号アン
プ31R、Ｇ信号アンプ31G、Ｂ信号アンプ31B、リファレ
ンス用カラーセンサ側のＲ信号アンプ32R、Ｇ信号アン
プ32G、Ｂ信号アンプ32B、マルチプレクサ33およびA/D
変換器34からなる。

上記マルチプレクサ33は、カラーセンサ21側のＲ信号ア
ンプ31R、Ｇ信号アンプ31G、Ｂ信号アンプ31B、リファ
レンス用カラーセンサ29側のＲ信号アンプ32R、Ｇ信号
アンプ32G、Ｂ信号アンプ32Bの各出力を順次、時分割的
に次段のA/D変換器34に出力する。このA/D変換器34は、
上記マルチプレクサ33から入力する信号（アナログ信
号）をディジタル信号に変換し、次のデータ処理系14に
出力する。

上記データ処理系14は、演算制御部35、データ格納部3
6、メモリ37、入力インタフェース38および出力インタ
フェース39から構成される。

上記演算制御部35は、演算部35aと制御部35bとからな
り、マイクロプロセッサにより構成される。上記演算制
御部35の機能の詳細については、後に第３図に示す油脂
の色測定のアルゴリズムとともに説明する。

上記データ格納部は、A/D変換器34によりディジタル信
号に変換されたカラーセンサ21側のＲ信号アンプ31R、
Ｇ信号アンプ31G、Ｂ信号アンプ31Bの各出力、リファレ
ンス用カラーセンサ29側のＲ信号アンプ32R、Ｇ信号ア
ンプ32G、Ｂ信号アンプ32Bの各出力を一時的に記憶する
バッファメモリである。

一方、上記メモリ37は、複数の油脂サンプルについて、
データ格納部36に記憶された上記各出力に基づいて演算
制御部35により演算された演算値を記憶する。上記メモ
リ37はまた、JIS（日本工業規格）K3503に規定されてい
る英国ロビボンド社のロビボンド比色計を用いて測定し
た、上記複数の比色用サンプルの測定データY₀およびR₀
を記憶する。すなわち、上記メモリ37には、以下で具体
的に説明するように、各油脂サンプルについて、演算制
御部35による上記演算値とロビボンド比色計による測定
データY₀およびR₀の対応関係を示す検量線が記憶され
る。上記ロビボンド比色計による測定データY₀およびR₀
は、キーボード41により打ち込まれる。上記測定データ
Y₀およびR₀は、電話回線等を利用して、もしくはパソコ
ン等を用いて、外部通信用ポート42からも入力すること
ができる。

上記インタフェース38は、キーボード41および外部通信
用ポート42の出力を演算制御部35に取り込み可能な信号
に変換する。

また、出力インタフェース39は、演算制御部35から出力
する信号を、ディスプレイ43による表示するための信号
およびプリンタ44によりプリントアウトするための信号
に変換する。

なお、演算制御部35の制御部35bは、第１図のデータ収
集系13、データ処理系14の各部に制御信号を出力する。

次に、以上に説明した装置を使用した油脂の比色方法
を、第３図を参照しながら実験例により説明する。

［測定準備］ 先ず、６個の検量線作成用の油脂サンプル（サンプル１
〜６）を用意した（＃１）。

これらのサンプル１〜６の各々について、JIS（日本工
業規格）K3505にて規定されている英国ロビボンド社の
ロビボンド比色計（ガラスセル１の光路長133.4mm）を
用いて、標準色ガラス５（第10図参照）の値Y₀,R₀を求
めた（＃２）。

その値を次の第１表に示す。

一方、上記と同じサンプル１ないし６の夫々を、光路長
が50mmの色データ測定用セル11に入れ、第１図の比色装
置を使用してその透過光のＲ（赤）、Ｇ（緑）、および
Ｂ（青）成分を測定した（＃４）。リファレンス用カラ
ーセンサ29側のＲ信号アンプ32R、Ｇ信号アンプ32Gおよ
びＢ信号アンプ32Bの出力に応じて、データ処理系14の
演算制御部35の演算部35aにより、上記サンプル１ない
し６の一つのサンプルの透過光のR,GおよびＢ成分を測
定する毎に、その測定値のハロゲンランプ15の光量変化
による誤差を補正した。

この補正された上記サンプル１ないし６の夫々の透過光
のR,GおよびＢ成分を次の第２表に示す。

サンプル１ないし６の夫々の透過光のR,GおよびＢ成分
の補正値より、ロビボンド比色計の標準色ガラスの分析
および各種の油脂サンプル等の解析データより実験的に
求めた（＃９）次の（８）〜（10）式を用いて一次変換
（ロビボンド変換）を行ない、油脂の黄色成分に相当す
るY₁値、油脂の赤色成分に相当するR₁値を算出した（＃
5,＃６）。

Ｒ′＝0.95R＋0.05B …（８） Ｇ′＝0.3R＋0.7G …（９） Ｂ′＝0.2G＋0.8G …（10） Ｒ″＝（Ｒ′/100）^1/3 …（11） Ｇ″＝（Ｇ′/100）^1/3 …（12） Ｂ″＝（Ｂ′/100）^1/3 …（13） 以上の（８）〜（15）式の演算は、データ処理系14の演
算制御部35の演算部35aにより実行される。

サンプル１〜６について、上記Y₁値およびR₁値を次の第
３表に示す。

次に、サンプル１〜６について、ロビボンド比色計で比
色した値Y₀,R₀と上記Ｙ′値,R′値とから、第８図
（ａ）および第８図（ｂ）に示すような検量線を作成し
た（＃７）。この検量線は、データ処理系14のメモリ37
に記憶する。

なお、上記検量線の決定には、最小自乗法等の手法も使
用することができる。

以上で測定の準備を完了する。

［実測定］ 次に、未知の油脂サンプルを用意（＃３）し、［測定準
備］で用いたのと同じ色データ測定用セル11に上記未知
の油脂サンプルを入れ、第１図の色測定装置を用いてそ
の透過光のR,GおよびＢ成分を測定した（＃４）。

以下、［測定準備］におけるサンプル１〜６について透
過光のR,GおよびＢ成分からY₁値,R₁値を算出したのと全
く同様の補正および演算を実行し、未知の油脂サンプル
のＹ′値,R′値を求めた（＃5,＃６）。

このＹ′値,R′値と上記の［測定準備］で求めた検量線
とから、未知の油脂サンプルの第１図の色測定装置によ
る測定値であるＹ値,R値を求めた（＃7,＃８）。その測
定結果を次の第４表に示す。

上記第４表から、第１図の装置による未知の油脂サンプ
ルの比色データは、ロビボンド比色計による比色データ
とよい一致が見られることが分かる。

第１図の比色装置では、未知の油脂サンプルの比色デー
タは、ディスプレイ43に直接表示され、また、プリンタ
44に打ち出すこともできる。また、複数の液体サンプル
を用いて検量線を作っておけば、未知の油脂サンプルの
色測定が短時間で、人間の視覚にたよることなく、簡単
に行なえることが分かる。

以上では、未知の油脂サンプルを試験管やビーカ等の色
データ測定用セル11に入れて測定する実施例について説
明したが、第９図に示すようにすれば、油脂の生産や油
脂を使用した食品の加工工程等にて、油脂の色を連続的
に測定することができる。

上記第９図では、色データ測定用セル51として、両端に
開口を有するパイプ形状を有するものを使用する。そし
て、ポンプ52により、この色データ測定用セル51に連続
的に、生産や加工中の油脂をメイン配管53から、矢印
A₃,A₄,A₅で示すように流し、色データ測定用セル51を流
れる油脂の色を、第３図において説明したアルゴリズム
に従って、連続的に測定する。この測定に使用される光
学系54は、上記色データ測定用セル51を除いて、第１
図、第４図および第５図において説明したものと同じ構
成を有し、エアーパージ配管55aを有する密閉容器55内
に収容される。

上記色データ測定用セル51には、メイン配管53を流れる
油脂の色を測定する前に、容器56内に入れられた検量線
作成のための比色用サンプルとなる油脂が矢印A₆,A₄,A₇
で示すルートから容器57に流れる。そして、その測定値
とロビボンド比色計による上記比色用サンプルの測定値
とから、検量線が作成される。

上記色データ測定用セル51へのメイン配管53中の油脂と
容器56内の比色用サンプルとなる油脂の切替は、切替弁
58,59により行なわれる。また、色データ測定用セル51
に比較用サンプルとなる油脂が流れているときは、ソレ
ノイドバルブ61,62は閉じられる。

本発明は、油脂類の色測定のほかに、しょう油、ウイス
キー等の食品やアルコール飲料の熱成度を知るための色
測定や、潤滑油や鉱物油の品質を判定するための色測定
等にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用される色測定装置の構成を
示すブロック図、 第２図は第１図の色測定装置の外観を示す斜視図、 第３図は本発明に係る液体の比色測定の測定アルゴリズ
ムの説明図、 第４図および第５図は夫々第１図の色測定装置の光学系
の構造を示す説明図、 第６図は色データ測定用セルを凸レンズと見たときの焦
点距離の説明図、 第７図は第４図および第５図の光学系において色データ
測定用セルによるカラーセンサに投射される像高さへの
影響をなくすための構成の説明図、 第８図（ａ）および第８図（ｂ）は検量線の説明図、 第９図は本発明のいま一つの実施例の説明図、 第10図は従来の油脂の比色測定の説明図である。 11……色データ測定用セル、 12……光学系、13……データ収集系、 14……データ処理系、15……ハロゲンランプ、 16……コンデンサレンズ、 17……コリメータレンズ、18……スリット、 19……調整用レンズ、21……カラーセンサ、 35……演算制御部、36……データ格納部、 37……メモリ、51……色データ測定用セル、 54……光学系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の検量線作成用の液体サンプルを用意
   するステップと、 これら検量線作成用の液体サンプルの各々について、標
   準色サンプルを用いて比色することにより各検量線作成
   用の液体サンプルを上記標準色サンプルにそれぞれ同定
   するステップと、 上記各検量線作成用の液体サンプルに光を投射してその
   透過光を２以上の光成分に分解するステップと、 分解した上記光成分を予め実験により定められた一次変
   換式を含む変換アルゴリズムに基づいてさらに２以上の
   色データに変換するステップと、 上記同定により得られた検量線作成用の液体サンプルの
   比色データと上記色データとを用いてこれら比色データ
   と色データとの間の対応を示す検量線を作成するステッ
   プと、 からなる測定準備を行った後、 測定用の液体サンプルに光を投射して透過光を２以上の
   光成分に分解するステップと、 該ステップにより分解された上記光成分を上記変換アル
   ゴリズムに基づいてさらに２以上の色データに変換する
   ステップと、 該ステップにて得られた上記色データを用いて上記検量
   線上で上記測定用の液体サンプルを対応する標準色サン
   プルに同定するステップと、 からなる本測定を行なうことを特徴とする液体の比色方
   法。
2. 【請求項２】光源と、この光源の光を平行光にする光学
   系と、所定の幅を有し、上記平行光をその幅分だけ通過
   させるスリット手段と、スリット手段の次段に配設さ
   れ、光学的に凸のレンズ効果を与える測定用セルと、被
   測定液体を収容した測定用セルの透過光を受光して所定
   の光成分に分解するカラーセンサと、上記測定用セルと
   カラーセンサとの間に配置され、上記透過光がカラーセ
   ンサ上で一定の寸法に結像されるように位置が調整され
   る調整用レンズとを備えてなる液体の比色に使用する光
   学系。