JPH09119896A - 太陽光又は白熱電球光を利用した果菜の糖度非破壊測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一時点での測定で対象果菜の糖度状態をその対
象果菜を破壊しないで検知指示することができる太陽光
又は白熱電球光を利用した果菜の糖度非破壊測定装置を
提供する。 【解決手段】太陽光又は白熱電球光の照射を受けている
果菜からとり出した透過光もしくは透過散乱光から水分
や糖分による吸収が少ない第１の波長と蔗糖による吸収
は大きいが水分による吸収は少ない第２の波長に相当す
る近赤外の二つの特定波長成分をとり出すための近赤外
フィルタと、前記近赤外の二つの特定波長成分を対応す
る二つの電気信号に変換する光検出器と、前記第１の波
長に対応する前記電気信号を一定値にして前記二つの電
気信号の出力比をとる比較器と、該比較器により得られ
る出力比を表示する表示器とを備えて、該表示器上の指
示が前記果菜の糖度に比例するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、畑で成育中の果菜
又は収穫された果菜の糖度を測定指示する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】西瓜，メロン等は、果実の外観から誰で
もが簡単かつ確実に熟否を判定できるというものではな
い。しかも、熟否判定が簡単でないにもかかわらず、収
穫物のうち未熟果が何％かは混入してもよいというもの
ではなく、収穫物は確実に１００％熟果であることが望
ましい。従って、収穫の際の熟否判定は極めて重要であ
り、その努力が産地の信用として評価されることにな
る。

【０００３】従来は、成熟に要する開花後の日数（正し
くは積算温度）についての永年の研究結果と、成熟に伴
う外観的変化の経験的・主観的評価をもとに、ある日付
の５〜６果をためし切りして食味し、その熟度・品質を
確かめて収穫日を決定していた。しかし、個々の果菜に
は、品種，天候，果実の大きさ，日照，栄養条件（特に
窒素の多少）などにより成熟過程に差が生ずるため、た
めし切りせずに、畑で成育中の果菜の熟否を非破壊で判
定し、完熟品だけを収穫したいとの願望を強かった。こ
れまでにも、成熟に伴う外観的変化、例えば、大きさ，
色，手打音，比重などを定量測定して適熟の目安とする
ことも研究されたが、実用されるには至らなかった。ま
た、果肉の食味評価の定量化については、携帯用屈折糖
度計示度との間に強い相関があり、完熟では糖度が最大
であるが、過熟になると自己呼吸のため糖度が減少する
ことも報告されている。しかし、寒い年の西瓜は甘味が
少なく、暑い年は甘味が強いというように、糖度と熟度
とが対応するというものでもない。

【０００４】近年、光技術，画像処理技術またコンピュ
ータ利用技術等の大幅な発達から、西瓜，メロン，蜜
柑，桃，梨などの選果場を対象に、近赤外レーザ光を照
射して分光分析を行い、非破壊で果物の品質を評価する
システムの導入が進められている（特開平１−２１６２
６５号，特開平１−３０１１４７号）。これら近赤外レ
ーザ光源を使用するシステムでは、太陽光あるいは人工
照明は外乱源となるため、測定場所には遮光設備が必要
であり、装置が大型になる。さらに、コンピュータ処理
の必要な分光分析装置は極めて高価であり、消費者直結
販売方式を主とする小規模経営の果菜生産者向きではな
い。

【０００５】このような問題点を解決するために、本願
発明者は、畑で成育中の果菜を収穫する際にその果菜の
熟否を非破壊で簡単かつ確実に判別することができる太
陽光を利用した果菜の熟否非破壊測定方法及び装置を提
案した（特願平６−２８４５７８号「太陽光を利用した
果菜の熟否非破壊測定方法及び装置」参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この先
願に係る太陽光を利用した果菜の熟否非破壊測定方法
は、太陽光の照射を受けている果菜のその太陽光の透過
光に含まれている近赤外の二つの特定波長成分の強度比
が該果菜の完熟時に極小値又は極大値を示すことに着目
して該果菜の熟否を判定するという原理に基づくもので
ある。このために、果菜の熟否を判定する際に、原理上
ではその強度比が極大，極小を示す時点の強度比の値と
その時点の前と後の時点での強度比の測定値とを対比さ
せることが必要となり、測定結果を得るのに一定の経過
時間を要することになる。これは、生産農家が生育中の
西瓜やメロン等の完熟度を測定しながら収穫時機を決定
する場合には適しているが、一時点での測定で対象果菜
の糖度状態を検知したい場合には不適当である。

【０００７】本発明の目的は、一時点での測定で対象果
菜の糖度状態をその対象果菜を破壊しないで検知指示す
ることができる太陽光又は白熱電球光を利用した果菜の
糖度非破壊測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による太陽光又は白熱電球光を利用した果菜
の糖度非破壊測定装置は、太陽光又は白熱電球光の照射
を受けている果菜の該太陽光又は白熱電球光の透過光も
しくは透過散乱光をとり出すために該果菜の表面に押し
当てられる集光部と、前記透過光もしくは前記透過散乱
光から水分や糖分による吸収が少ない第１の波長と蔗糖
による吸収は大きいが水分による吸収は少ない第２の波
長に相当する近赤外の二つの特定波長成分をとり出すた
めの近赤外フィルタと、前記近赤外の二つの特定波長成
分を対応する二つの電気信号に変換する光検出器と、前
記第１の波長に対応する前記電気信号を一定値にして前
記二つの電気信号の出力比をとる比較器と、該比較器に
より得られる出力比を表示する表示器とを備えて、該表
示器上の指示が前記果菜の糖度に比例するように構成さ
れている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明装置において、前記の第１
の波長は８５０ｎｍ帯，前記の第２の波長は後述のよう
に１０５０ｎｍ帯が適当である。本発明装置によれば、
表示器の指示値は実質上対象果菜の糖度に比例すること
になるので、一時点での測定で対象果菜の糖度状態を検
知指示することができ、また、指示器の目盛りはほぼ均
等な間隔で与えられ、実用上読み取りに便利である。畑
で生育中の果菜に対しては、太陽光を利用してハンディ
タイプの測定器をその対象果菜に当てるだけで対象果菜
の糖度を指示させることができる。また、収穫済の果菜
では、選果場又は市場，卸，小売等の各段階でスタンド
アロンタイプの測定器にその対象果菜を乗せるだけで、
対象果菜の糖度を指示させることができる。この場合
に、メロン，西瓜，りんご，梨，蜜柑，桃，いちご，ト
マト等の各対象果菜について糖度分布領域が決まってい
るので、対象果菜の各名称を目盛上のその対応する糖度
分布領域に記載しておけば、実際の利用には便利であ
る。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明装置の実施例を示すもので、
１は太陽光又は白熱電球光の照射を受けている被測定果
菜、２はその果菜１から太陽光又は白熱電球光の透過光
もしくは透過散乱光をとり出すために果菜１の表面に押
し当てられる集光部、３，３ａはそのとり出された透過
光から近赤外の二つの波長成分λ₁ ，λ₂ をとり出すた
めの分光フィルタ、４，４ａはその近赤外の二つの波長
成分λ₁ ，λ₂ を対応する二つの電気信号ｅ₁ ，ｅ₂ に
変換する光検出器、５，５ａはその二つの電気信号をそ
れぞれ増幅する可変利得増幅器、６，６ａは可変利得増
幅器５，５ａの出力を必要なレベルまで増幅する固定利
得増幅器と半固定利得増幅器、７は増幅された二つの電
気信号の一方ｅ₁ の増幅出力ｖ₁ と基準電圧ｖ_s の差信
号Ｖ_dを増幅して可変利得増幅器５，５ａの各増幅器を
制御するための制御出力Ｖｃとして帰還する比較制御増
幅器、８は固定利得増幅器６と半固定利得増幅器６ａと
の各出力ｖ₁ ，ｖ₂ のいずれかを選択するためのスイッ
チ、９はスイッチ８により選択された出力ｖ₁ ，ｖ₂ の
値を表示する表示器とを含む出力指示部である。

【００１１】この実施例において、波長λ₁ は水分や糖
分による吸収が極めて少ない８５０ｎｍの近傍に設定さ
れ、波長λ₂ は蔗糖による吸収は大きいが水分による吸
収は少ない１０５０ｎｍの近傍に設定されている。これ
は、参考文献〔S.Kawano etal "Determination of Suga
r Contentin Intact Peaches by Near Infrared Spectr
oscopy with Fiber Optics in In-teractance Mode" J.
Japan Soc. Hort. Sci. 61(2), P450, 1992 〕で示さ
れている特性では、図２に示すように波長８５０ｎｍ近
傍では水分や糖分の吸収は少なく、波長１，０５０ｎｍ
近傍では蔗糖の吸収は大きいが水分による吸収は少ない
波長であることが理解されたことに基づいている。従っ
て、太陽光又は白熱電球光に照射されている被測定果菜
１に集光部２を押し当てた状態では、波長λ₁ の成分と
波長λ₂ の成分がそれぞれ分光フィルタ３，３ａで抽出
され、光検出器４，４ａで検知信号ｅ₁ ，ｅ₂ が検知さ
れ、可変増幅器５，５ａおよび固定利得増幅器６と半固
定利得増幅器６ａで増幅されて増幅出力ｖ₁ ，ｖ₂ とな
る。この場合、波長λ₂ の成分は被測定果菜１に含まれ
ている蔗糖成分により大きく吸収されるが、波長λ₁ の
成分はその蔗糖成分による吸収は少ないので、必ずｖ₁
＞ｖ₂ となる。この増幅出力ｖ₁ と基準電圧ｖ_s との差
信号Ｖ_d が比較制御増幅器７で比較増幅されて制御電圧
Ｖ_c となり、この制御電圧Ｖ_c が可変増幅器５，５ａの
増幅度を調整し、差信号Ｖ_d ＝０になるように制御す
る。

【００１２】この制御動作に従って、検知信号ｅ₁ のあ
るレベル範囲では、図３に示すように検知信号ｅ₁ の増
幅出力ｖ₁ は入射光量に関係なしに基準電圧ｖ_s に相当
するほぼ一定値を維持することになる。この出力値のと
き、スイッチ８をｖ₁ 側に切り換えて、出力指示器９の
指示が最大値１．０の目盛を示すようにすれば、このス
イッチ８をｖ₂ 側に切り換えたときの出力指示器９の指
示は例えば図２の例では０．５の指示を得ることにな
る。この制御動作により、ｖ₂ ／ｖ₁ の比がｖ₁を一定
値１．０に維持した状態で出力表示器９の目盛で直読し
得ることになる。この場合の図３においてｖ₁ ，ｖ₂ の
太線で示す部分が、この実施例の正常動作範囲である。

【００１３】本発明の動作について、さらに補足して説
明する。動作説明に使用する記号を図４に示す。はじめ
に、測定に使用する太陽光又は白熱電球光を直接集光部
２に照射し、波長λ₂ の成分に対して動作する測定系の
出力が基準電圧値ｖ_s に等しくなるように半固定利得増
幅器６ａの利得Ａ_m を調整すると、波長λ₁ の成分に対
して動作する基準系出力は基準電圧ｖ_s に等しくなって
いることから、次式が成り立つ。

【数１】 太陽光と白熱電球光の分光強度分布は図７にそれぞれ
，で示すように異なるが、Ｐ_roは波長８５０ｎｍ以
上の波長成分の光強度、Ｐ_moは波長１０５０ｎｍ以上の
波長成分の光強度である。なお、蛍光灯の分光強度分布
を参考のため破線で示したが、波長８５０ｎｍ以上の
成分は極めて少なく、本発明装置の光源としては使用で
きない。

【００１４】次に、果菜を介して果菜透過散乱光を集光
部２でピックアップすると、標準系の光入力Ｐ_r はαＰ
_roに、測定系の光入力はβ_moに減少する。ここでαは主
として果菜の種類（主として果皮の厚さ）大きさによる
減衰であり、βはさらに糖分による減衰が付加されたも
のである。そのときの測定系出力ｅは、

【数２】 ｅ＝βＰ_mo・Ｆ_m ・Ｓ_m ・Ｇ・Ａ_m （２） 基準系出力は正常動作範囲では、

【数３】Ｅ＝αＰ_ro・Ｆ_r ・Ｓ_r ・Ｇ・Ａ_r であるから、

【数４】 （２）式に（１）式と（３）式を代入すると、

【数５】 となり、測定系出力は、果菜の光減衰特性に依存するだ
けで、照射光源の分光強度特性にも、基準系，測定系を
構成する各要素の特性にも影響されなくなる。また、太
陽光利用のとき、増幅器利得を最適設計すれば、晴れて
いても曇っていても、正常動作範囲で動作させることが
できる。

【００１５】図１に示す構成の非破壊糖度計を試作し、
畑で生育中のメロンを測定のために採取し、丸玉のまま
集光部２上に乗せて太陽光照射下で測定した表示器指示
と、測定後半切りにし、携帯型屈折糖度計を用いて測定
した中味の果汁の糖度値を対比したのが図５の●印であ
る。また、収穫後のメロンを半切りにし、中味の果汁糖
度を測定してあった半切りメロンを試作器の集光部２上
に乗せ、太陽光照射下で測定した指示値と対比したが図
５の×印である。

【００１６】両測定の違いは、直射太陽光の透過光を測
定している（×印）か、地面からの反射太陽光の透過散
乱光を測定している（●印）かの違いであるが、いずれ
の測定でも、果汁の糖度に比例する指示値が得られてい
る。この結果から、出力表示器９の表示を等間隔の糖度
目盛で置き換えられること、また、果菜の糖度を、太陽
光の照射を受けている畑で生育中の果菜については集光
部２を果皮に当てるだけで、、収穫済の果菜を太陽光下
で測定するときは、集光部２に乗せるだけで、非破壊で
測定できることが実証された。

【００１７】太陽光の当たらない屋内では６０Ｗの照明
用白熱電球光を用いても、果菜面との距離を調整するこ
とによって太陽光強度に匹敵する照射強度が得られる。
その時は、測定系の半固定利得増幅器６ａの利得を
（１）式の関係になるように調整するだけでよいので、
太陽光用と白熱電球用を別々にに設計製作する必要はな
い。

【００１８】図６は、被測定果菜１の糖度と出力指示値
の測定例を示すものであり、糖度と出力指示値の間にほ
ぼ直線的な高い相関が存在することが認められるので、
出力指示値を糖度に置換した目盛を用いることが可能で
あることは明らかである。しかも、図示のように、果菜
の種別により糖度の分布範囲が特定されているので、糖
度目盛上に果菜の種類を表示して、その果菜の糖度の通
常の値を知って測定に便宜を与えることが可能である。

【００１９】測定系の構成に当たっては、で示す太陽
光の分光強度分布又はで示す白熱電球光の分光強度分
布と、で示す近赤外（Ｇｅ−ＰＤ又はＩｎＧａＡｓ−
ＰＤ）の分光感度特性が、図７に示すように測定しよう
とする波長帯域で相補的（太陽光の強度減少分を受光感
度の増加分で補う）であることを利用することができ
る。また、近赤外フォトダイオードは０．６μｍ以下で
は受光感度がないため、０．６μｍ以下に一般的に存在
する分光フィルタの副通過帯域を通る太陽光成分の悪影
響を除くことができる。

【００２０】本発明装置の構造としては、図８の平面図
（ａ）と側面図（ｂ）に示すように、握り部１８を装置
の下側に配置し、測定，取扱いに便利なようにし、ま
た、太陽電池１７を装置の表面に配置して、光検出部，
増幅器，出力指示部１６等を太陽電池７で駆動するよう
にしてもよい。具体例としては、高さ１５ｃｍ，幅９ｃ
ｍ，奥行５ｃｍである。駆動電源は例えば単３電池４本
である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、測定対象の果菜の完熟度を示す糖度を、その果菜
を切り取って味見をすることなしに、その果菜に「当て
るだけ」又は「乗せるだけ」で非破壊で測定できるの
で、簡便かつ安価な品質評価装置が実現され、高い熟練
度を有しない通常の取扱者でもその果菜の完熟度を判定
することが可能になり、生産地，選果場，市場，卸，小
売の各段階で利用して、省力化ならびに信用の確保に役
立つことは明らかである。また、果菜販売店では、晴雨
に関係なしに店先で商品の品質を保証するのにも役立て
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例を示すブロック図である。

【図２】蔗糖と水の光吸収特性を対比する特性図であ
る。

【図３】本発明による測定値と指示目盛を説明するため
の特性図である。

【図４】本発明装置の動作原理を説明するためのブロッ
ク図である。

【図５】本発明による測定実例を示す特性図である。

【図６】本発明による測定実例を示す特性図である。

【図７】本発明に用いる太陽光および白熱電球光の分光
強度分布特性と光検出器の分光強度特性を示す特性図で
ある。

【図８】本発明装置の構造例を示す平面図（ａ）と側面
図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 被測定果菜 ２ 集光部 ３，３ａ 分光フィルタ ４，４ａ 光検出器 ５，５ａ 可変利得増幅器 ６ 固定利得増幅器 ６ａ 半固定利得増幅器 ７ 比較制御増幅器 ８ スイッチ ９ 出力指示器 １６ 出力指示器 １７ 太陽電池 １８ 握り部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光又は白熱電球光の照射を受けてい
   る果菜の該太陽光又は白熱電球光の透過光もしくは透過
   散乱光をとり出すために該果菜の表面に押し当てられる
   集光部と、 前記透過光もしくは前記透過散乱光から水分や糖分によ
   る吸収が少ない第１の波長と蔗糖による吸収は大きいが
   水分による吸収は少ない第２の波長に相当する近赤外の
   二つの特定波長成分をとり出すための近赤外フィルタ
   と、 前記近赤外の二つの特定波長成分を対応する二つの電気
   信号に変換する光検出器と、 前記第１の波長に対応する前記電気信号を一定値にして
   前記二つの電気信号の出力比をとる比較器と、 該比較器により得られる出力比を表示する表示器とを備
   えて、該表示器上の指示が前記果菜の糖度に比例するよ
   うに構成された太陽光又は白熱電球光を利用した果菜の
   糖度非破壊測定装置。
2. 【請求項２】 前記２個の近赤外フィルタは遮断波長８
   ５０ｎｍの長波長通過フィルタと遮断波長１，０５０ｎ
   ｍの長波長通過フィルタとの組合せであることを特徴と
   する請求項１に記載の太陽光又は白熱電球光を利用した
   果菜の糖度非破壊測定装置。