JP2008175760A - 穀物の品質評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】玄米や白米だけではなく籾米も損傷、劣化させることなく成分測定が可能であり、形状がコンパクトな穀物の品質評価装置を提供する。
【解決手段】穀物試料が貯留される試料貯留室と、投光口及び受光口を有する測定室と、投光手段及び受光手段が配設される筐体とを備えた穀物の品質判定装置であって、投光手段を、近赤外光を含む照射光を発光する光源と、この光源から発光される照射光を測定用孔に向けて反射させるリフレクタと、一方の開口を光源及びリフレクタに臨ませ他方の開口を測定用孔に臨ませて光源と測定用孔との間に配設される反射筒とを備えて構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、籾米や玄米等の穀物の品質を、ハロゲンランプ等の照射光に含まれる近赤外光（近赤外線）を用いて判定する穀物の品質判定装置に関するものである。

従来、近赤外光（一般に、波長が０．７ないし２．５マイクロメートルの電磁波）を利用して玄米や白米等の穀物の蛋白質や水分の含有量を測定し、当該穀物の品質評価を行う品質評価装置が知られている。これらの装置は、測定する穀物試料に近赤外光を含む照射光を照射し、試料を透過した透過光又は試料表面からの反射光の光量及びスペクトルを測定して、その測定値を演算処理したデータを既知のデータと比較することにより試料の品質を判定するものである。

例えば、特開平１１−１２５５８６号公報には、「測定対象物を充填する測定容器と、分光分析装置の測定位置において測定容器の測定対象物に特定波長光を照射する光源と、測定対象物から得られる光を受光する受光装置と、関連する特定係数を記憶する記憶する記憶装置と、受光装置から出力される信号と記憶装置の特定係数とから特定成分を演算する演算装置及びこれら各装置を連係させて制御する制御装置とを備えた分光分析装置」に関連する発明が開示されている。

特開平１１−１２５５８６号公報

試料に照射した近赤外光の透過光を利用して試料を測定する場合、玄米や白米では比較的容易にその成分量の測定を行うことができるが、籾米の場合は、籾殻による光の吸収が大きく、透過光での測定は困難であった。使用する光源の出力を大きくして透過光量の増加を試みると、光源の熱量により籾米自体が焼損したり爆ぜてしまったりするという課題があった。

また、上記特許文献１に開示されているような装置では、光源（特許文献１におけるハロゲンランプ１５等）の光を予めフィルタリングして特定波長光を抽出して、測定する試料に照射するように構成しているため、機構的に複雑で大型になってしまうという課題がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、籾米も損傷、劣化させることなく成分測定が可能であり、形状がコンパクトな穀物の品質評価装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために請求項１に記載の発明は、穀物試料が貯留され底部に測定用孔と該測定用孔を閉塞する透明板を有する試料貯留室と、該試料貯留室底部の前記測定用孔を臨み投光口及び受光口を有し測定時に外光から遮断される測定室と、該測定室の前記投光口を介して前記試料貯留室の前記測定用孔に近赤外光を含む照射光を照射する投光手段及び前記測定用孔に照射された前記照射光の反射光を前記受光口を介して受光する受光手段が配設される筐体と、を備え、前記受光手段により受光される前記反射光の測定値を演算処理したデータを既知の品質データと比較して前記穀物試料の品質を判定する穀物の品質判定装置であって、前記投光手段は、前記近赤外光を含む照射光を発光する光源と、該光源の近傍に配設され該光源から発光される前記照射光を前記測定用孔に向けて反射させるリフレクタと、一方の開口を前記光源及び前記リフレクタに臨ませ他方の開口を前記測定用孔に臨ませて前記光源と前記測定用孔との間に配設される反射筒と、を備え、前記受光手段は、受光した前記反射光を平行光に変換する反射鏡と、該反射鏡により変換された前記平行光の特定の波長の光を特定の方向に反射させるグレーティングと、該グレーティングにより回折された光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と、を備えてなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の穀物の品質判定装置において、前記筐体は、前記投光手段が配設される投光手段収納室と前記受光手段が配設される受光手段収納室とに隔壁により分割され、前記受光手段収納室に吸気装置が配設され、前記投光手段収納室に排気装置が配設されてなることを特徴とする。

請求項１に記載の発明に係る穀物の品質判定装置によれば、穀物試料が貯留され底部に測定用孔とこの測定用孔を閉塞する透明板を有する試料貯留室と、この試料貯留室底部の測定用孔を臨み投光口及び受光口を有し測定時に外光から遮断される測定室と、この測定室の投光口を介して試料貯留室の測定用孔に近赤外光を含む照射光を照射する投光手段及び測定用孔に照射された照射光の反射光を受光口を介して受光する受光手段が配設される筐体と、を備え、受光手段により受光される反射光の測定値を演算処理したデータを既知の品質データと比較して穀物試料の品質を判定する穀物の品質判定装置であって、前記投光手段が、近赤外光を含む照射光を発光する光源と、この光源の近傍に配設され光源から発光される照射光を測定用孔に向けて反射させるリフレクタと、一方の開口を光源及びリフレクタに臨ませ他方の開口を測定用孔に臨ませて光源と測定用孔との間に配設される反射筒と、を備えているので、光源から発せられる光は、直接又はリフレクタに反射されて反射筒に入光し、この反射筒の内部で拡散されて、試料貯留室の測定用孔に照射される。従って、簡単な構成により、試料には多方向からの拡散された光が照射されるので、情報量の多い反射光を得ることができる。また、光源と測定用孔の間に反射筒を配置することにより、熱源ともなる光源と測定用孔との距離を離すことができるので、試料が高熱により劣化、焼損することがない。

また、前記受光手段が、受光した反射光を平行光に変換する反射鏡と、この反射鏡により変換された平行光の特定の波長の光を特定の方向に反射させるグレーティングと、このグレーティングにより回折された光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と、を備えているので、受光した反射光の情報を、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）等の光電変換素子から精度の高いスペクトル測定値として得ることができる。

本発明に係る穀物の品質判定装置によれば、投光手段及び受光手段を上記した簡単な構成で形成することができるので、コンパクトな形状の品質判定装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明に係る穀物の品質判定装置によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、請求項１に記載の穀物の品質判定装置において、筐体を、投光手段が配設される投光手段収納室と受光手段が配設される受光手段収納室とに隔壁により分割し、受光手段収納室に吸気装置を配設し、投光手段収納室に排気装置を配設して構成されるので、大きな熱源のない受光手段収納室側から品質判定装置内に外気を吸入し、光源等の大きな熱源を有する投光手段収納室側から熱気を外部に排出することができ、品質判定装置の効果的な冷却構造を構成することができる。

以下、本発明に係る穀物の品質判定装置の好適な一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態における品質評価装置の正面図、図２は図１に示す品質評価装置の背面側から見た内部構造の概略を示す平面図、図３は図１に示す品質評価装置の側面側から見た内部構造の概略を示す平面図である。

図１ないし図３において、品質評価装置１は、穀物試料を貯留するための試料貯留室４と、試料の測定時に外光から遮断される測定室２３と、投光手段５０及び受光手段６０が収納される筐体２４と、を備えている。

試料貯留室４は、上部に開口した試料供給口２を有し、左右の側板４ａ、４ｂと、背面側から前面側へかけて下方に傾斜するように配設された底部４ｃと、試料貯留室４の前面に配設された前扉３とを備えている。試料貯留室４の底部４ｃの略中央には試料測定用孔７が穿設形成され、この測定用孔７を閉塞するように透明板としてのガラス板８が敷設されている。前扉３は、品質評価装置１の前面上部の梁部５に蝶番６にて取付けられ、前扉開閉部材９の動作により図３に示すように開閉自在に構成されている。従って、試料貯留室４に貯留され測定が終了した試料は、前扉開閉部材９を動作させて前扉３を前方に開放することによりその自重の作用で品質評価装置１の前方に排出される。前扉３は、品質判定装置１の前方から試料貯留室４に貯留された試料の充填具合を視認できるように、例えばアクリル樹脂等の透明又は半透明なプラスチック材を板状に成型して構成されている。

品質評価装置１の前面板１２には、図１に示すように電源スイッチ１３、試料選択ボタン１４ａ（籾米）、１４ｂ（玄米）、１４ｃ（白米）、試料評価ボタン１４ｄ及び試料排出ボタン１４ｅ並びに試料の品質の評価結果等を表示するための表示装置１５が配設されている。穀物試料の評価を行う際には、試料貯留室４に評価する試料をガラス板８を介して測定用孔７から測定室２３へ外光が入り込まない程度まで貯留し、試料の種別を試料選択ボタン１４ａ、１４ｂ、１４ｃから選択して試料評価ボタン１４ｅを押下する。試料評価ボタン１４ｅが押下されると試料の測定が行われ、測定値が後述するＣＰＵ（６２０）により演算処理され既知の品質データと比較されて評価結果が表示装置１５に表示される。

測定室２３は試料貯留室４の背面側及び下方に配設され、この測定室２３の底板１６には、測定室２３の下部に配設された筐体２４に収納された投光手段５０から発せられる照射光を試料貯留室４の測定用孔７に導くための投光口と、測定用孔７を通じて試料により反射された反射光を筐体２４に収納された受光手段６０に導くための受光口１６ｂが穿設形成されている。また、この測定室２３には水平方向に移動可能なリニアモータ２２に取付けられた標準反射板２１が収納されている。事前にこの標準反射板２１からの反射光を測定し、試料による反射光の波長ごとの信号強度との比から試料の反射光のスペクトルを測定し、この反射スペクトルの測定値に演算処理（統計的解析）を行うことにより、試料の成分を推定することが可能となる。測定室２３の背面側は、筐体２４とともに背板２５で閉鎖されている。

測定室２３の下部に配設された筐体２４には、投光手段５０と、受光手段６０と、各種スイッチング電源１９ａ、１９ｂ、１９ｃと配電盤２０が収納されている。

投光手段５０は、近赤外光を含む照射光を発光するハロゲンランプ等の光源５１と、この光源５１から発せられる光を集光して試料貯留室４の測定用孔７に向けて反射させるリフレクタ５２と、光源５１から発せられた光、及びリフレクタ５２により反射された光を拡散させて測定用孔７に照射するための、内周面に反射面を備えた反射筒５３とから構成されている。この反射筒５３を介して測定用孔７に光を照射することにより、照射光の拡散の度合いを高めることができ、情報量の多い光が得られる投光手段５０が構成されている。本実施形態においては、光源５１として波長が０．７ないし１．１マイクロメートルの近赤外光を含む照射光を発するハロゲンランプを用いている。これにより、後述する光電変換素子６０５（図４参照）として安価な汎用のＣＣＤを採用することができる。

受光手段６０は、マルチチャンネル型の分光器６１と、演算制御基板６２とから構成されている。分光器６１の入射口６１ａから入射した拡散反射光は分光器６１内でスペクトルの測定が行われ、その出力信号が演算制御基板６２に送信される。

図４は分光器６１の動作を説明するための図であり、図５は演算制御基板６２に形成されている電子回路のブロック図である。

図４において、分光器６１の入射口６１ａから入射した拡散反射光は、スリット６０１から図４中の仮想線６１０ａ、６１０ｂに示すような範囲に進行し、反射鏡６０２により平行光に変換されて仮想線６１１ａ、６１１ｂに示す範囲でグレーティング６０３へと進行する。グレーティング（回折格子）６０３は、光の反射率の高いガラス等の表面に１ｍｍあたり１０００本程度の平行な細溝が刻設されており、この格子面に平行光線を入射させ、各溝で回折された光を干渉させることにより、特定の波長の光を特定の方向に反射させるようにしたものである。グレーティング６０３で反射した光は、仮想線６１２ａ、６１２ｂに示す範囲で反射鏡６０４へ進行し、反射鏡６０４で反射されて仮想線６１３ａ、６１３ｂに示す範囲でＣＣＤ等の光電変換素子６０５へ進行する。光電変換素子６０５は、受光した光のスペクトルを電気信号に変換して演算制御基板６２へ送信する。なお、この分光器６１としては、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が０．０１％程度のものを使用することが好ましい。また、光電変換素子６０５として、露光量の飽和量が大きいディープウェル型のセンサを採用することにより、測定精度を向上させることができる。

図５は、演算制御基板６２に形成されている電子回路の機能を説明するためのブロック図である。演算制御基板６２は、ＣＰＵ６２０と、入力部６２１と、記憶部６２２と、出力部６２３とを備えている。

入力部６２１は、品質判定装置１の前面板１２に配設された各種操作ボタン（試料選択ボタン１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、試料評価ボタン１４ｄ、試料排出ボタン１４ｅ等）及び分光器６１の出力信号を受信して解析し、ＣＰＵ６２０に所定の演算処理を実行させる機能を有する。

記憶部６２２は、所定のプログラム及び既知の品質データが記憶された読出し専用のＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）とＣＰＵ６２０の作業領域及び一時的なデータの記憶領域としての書き換え可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを備えている。

出力部６２３は、ＣＰＵ６２０による演算結果（評価結果）若しくはＣＰＵ６２０の動作状況に応じたメッセージやアナウンスを前面板１２に配設された表示装置１５に表示させるための信号を出力する処理を行う機能を有する。

ＣＰＵ６２０は、入力部６２１で受信した試料選択ボタン１４ａ、１４ｂ、１４ｃの種別に基づいて、分光器６１の出力信号による測定値を多重回帰分析等の統計的演算処理を行い、記憶部６２２に記憶されている既知の品質データと比較して、当該穀物試料の蛋白質、水分等の含有量を推定して品質を判定する処理を行い、判定結果を出力部６２３へ送信する処理を行う。

以上説明したように本発明の一実施形態によれば、穀物試料が貯留され底部４ｃに測定用孔７とこの測定用孔７を閉塞するガラス板等の透明板８を有する試料貯留室４と、この試料貯留室４の底部４ｃの測定用孔７を臨み投光口１６ａ及び受光口１６ｂを有し測定時に外光から遮断される測定室２３と、この測定室２３の投光口１６ａを介して試料貯留室４の測定用孔７に近赤外光を含む照射光を照射する投光手段５０及び測定用孔７に照射された照射光の反射光を受光口１６ｂを介して受光する受光手段６０が配設される筐体２４と、を備え、受光手段６０により受光される反射光の測定値を演算処理したデータを既知の品質データと比較して穀物試料の品質を判定する穀物の品質判定装置１であって、前記投光手段５０が、近赤外光を含む照射光を発光するハロゲンランプ等の光源５１と、この光源５１の近傍に配設され光源５１から発光される照射光を測定用孔７に向けて反射させるリフレクタ５２と、一方の開口を光源５１及びリフレクタ５２に臨ませ他方の開口を測定用孔７に臨ませて光源５１と測定用孔７との間に配設される反射筒５３と、を備えているので、光源５１から発せられる光は、直接又はリフレクタ５２に反射されて反射筒５３に入光し、この反射筒５３の内部で拡散されて、試料貯留室４の測定用孔７に照射される。従って、簡単な構成により、試料には多方向からの拡散された光が照射されるので、情報量の多い反射光を得ることができる。また、光源５１と測定用孔７の間に反射筒５３を配置することにより、熱源ともなる光源５１と測定用孔７との距離を離すことができるので、試料が高熱により劣化、損傷することがない。従って、籾米のような試料であっても焼損したり爆ぜたりせずに試料の成分を測定することができ、品質の判定を行うことができる。

また、前記受光手段６０が、受光した反射光を平行光に変換する反射鏡６２と、この反射鏡６２により変換された平行光の特定の波長の光を特定の方向に反射させるグレーティング６０３と、このグレーティング６０３により回折された光を受光して電気信号に変換する光電変換素子６０５と、を備えているので、受光した反射光の情報を、例えば汎用の安価なＣＣＤ等の光電変換素子６０５から精度の高いスペクトル測定値として得ることができる。

また、上記実施形態による品質判定装置１によれば、投光手段５０及び受光手段６０を上記した簡単な構成で形成することができるので、照射光を予めフィルタリングして特定波長光を抽出するものに比してコンパクトな形状の品質判定装置１を提供することができる。本実施形態による品質判定装置１をコンバイン（刈り取り脱穀機）に搭載することにより、圃場で収穫した穀物の品質を迅速に判定して仕分けすることができる。

次に、図６を参照して本発明に係る他の実施形態による穀物の品質判定装置１について説明する。図６は、上記した先の実施形態における図２に相当する、品質評価装置１の背面側から見た内部構造の概略を示す平面図である。図６において図２と同一の部材、部位には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

この実施形態において、試料貯留室４及び測定室２３の構造は先の実施形態と同様である。本実施形態では、筐体２４を投光手段５０が収納される投光手段収納室２４ａと、受光手段６０が収納される受光手段収納室２４ｂとに分割する隔壁２６が配設されている。さらに、受光手段収納室２４ｂの側板１０ａの下方には、外気を品質判定装置１内に吸気する吸気装置としての吸気ファン２７が配設され、投光手段収納室２４ａの側板１０ｂの下方には、品質判定装置１内の空気を外部へ排出する排気装置としての排気ファン２８が配設されている。

本実施形態によれば、筐体２４を、投光手段５０が配設される投光手段収納室２４ａと受光手段６０が配設される受光手段収納室２４ｂとに隔壁２６により分割し、受光手段収納室２４ｂに吸気装置となる吸気ファン２７を配設し、投光手段収納室２４ａに排気装置となる排気ファン２８を配設して構成したので、大きな熱源のない受光手段収納室２４ｂ側から品質判定装置１内に外気を吸入し、光源５１等の大きな熱源を有する投光手段収納室２４ａ側から熱気を外部に排出することができ、品質判定装置１の効果的な冷却構造を構成することができる。

本発明の一実施形態に係る品質判定装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る品質評価装置の背面側から見た内部構造の概略を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る品質評価装置の側面側から見た内部構造の概略を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る品質判定装置の分光器の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る品質判定装置の演算制御基板に形成されている電子回路のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る品質評価装置の背面側から見た内部構造の概略を示す平面図である。

符号の説明

１…品質判定装置、２…試料供給口、３…前扉、４…試料貯留室、
４ｃ…底部、７…測定用孔、８…透明板（ガラス板）、１２…前面板、
１３…電源スイッチ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…試料選択ボタン、
１４ｄ…試料評価ボタン、１４ｅ…試料排出ボタン、１５…表示装置、
１６ａ…投光口、１６ｂ…受光口、
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…スイッチング電源、２０…配電盤、
２１…標準反射板、２２…リニアモータ、２３…測定室、２４…筐体、
２４ａ…投光手段収納室、２４ｂ…受光手段収納室、５０…投光手段、
５１…光源（ハロゲンランプ）、５２…リフレクタ、５３…反射筒、
６０…受光手段、６１…分光器、６２…演算制御基板、６０１…スリット、
６０２…反射鏡、６０３…グレーティング、
６０５…光電変換素子（ＣＣＤ）、６２０…ＣＰＵ、６２１…入力部、
６２２…記憶部、６２３…出力部

Claims (2)

1. 穀物試料が貯留され底部に測定用孔と該測定用孔を閉塞する透明板を有する試料貯留室と、該試料貯留室底部の前記測定用孔を臨み投光口及び受光口を有し測定時に外光から遮断される測定室と、該測定室の前記投光口を介して前記試料貯留室の前記測定用孔に近赤外光を含む照射光を照射する投光手段及び前記測定用孔に照射された前記照射光の反射光を前記受光口を介して受光する受光手段が配設される筐体と、を備え、前記受光手段により受光される前記反射光の測定値を演算処理したデータを既知の品質データと比較して前記穀物試料の品質を判定する穀物の品質判定装置であって、
   前記投光手段は、
   前記近赤外光を含む前記照射光を発光する光源と、
   該光源の近傍に配設され該光源から発光される前記照射光を前記測定用孔に向けて反射させるリフレクタと、
   一方の開口を前記光源及び前記リフレクタに臨ませ他方の開口を前記測定用孔に臨ませて前記光源と前記測定用孔との間に配設される反射筒と、
   を備え、
   前記受光手段は、
   受光した前記反射光を平行光に変換する反射鏡と、
   該反射鏡により変換された前記平行光の特定の波長の光を特定の方向に反射させるグレーティングと、
   該グレーティングにより回折された光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と、
   を備えてなることを特徴とする穀物の品質評価装置。
2. 前記筐体は、前記投光手段が配設される投光手段収納室と前記受光手段が配設される受光手段収納室とに隔壁により分割され、前記受光手段収納室に吸気装置が配設され、前記投光手段収納室に排気装置が配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の穀物の品質判定装置。

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