用于表征食品的色度特性的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于表征食品的色度特性的裝置、方法和設(shè)備，并且具體但不唯一地 涉及用于確定烤箱中的面包類（例如面包）的顏色的變化的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)烤箱具有用于設(shè)置烘烤一片或更多片面包的時(shí)間的定時(shí)器。然而，最佳烘烤 時(shí)間取決于一系列因素。例如，烘烤時(shí)間取決于面包的顏色（白色、灰色或褐色）、面包的種 類（雜糧或黑麥）、含糖量、水分含量和面包的狀態(tài)（冷凍、不新鮮等）。此外，烘烤時(shí)間取 決于面包的狀況例如新鮮或冷凍。因此，難以選擇用于烘烤面包并且使面包變成褐色的最 佳時(shí)間。
[0003] 存在改進(jìn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于表征食品的色度特性的裝置，該裝置包 括：
[0005] 光源，其被布置成發(fā)射具有至少兩個(gè)波長或波長范圍的光，該光源進(jìn)一步被布置 成將光引導(dǎo)至至少食品的表面；以及
[0006] 檢測(cè)器，其被定位成檢測(cè)反射光的至少一部分并且被布置成生成表示所檢測(cè)到的 反射光的強(qiáng)度的輸出，
[0007] 其中，該裝置被布置成使得針對(duì)至少兩個(gè)波長或波長范圍而生成相應(yīng)輸出，并且 其中，針對(duì)至少兩個(gè)波長或波長范圍中的一個(gè)的輸出與針對(duì)至少兩個(gè)波長或波長范圍中的 另一個(gè)或其它一個(gè)的輸出之間的關(guān)系表示食品的表面的色度特性。
[0008] 為了便于理解，貫穿專利說明書，術(shù)語"光"被用作可以包括可見光并且還可以包 括不可見光的電磁輻射的同義詞。
[0009] 該裝置可以進(jìn)一步包括控制器，該控制器被布置成通過控制被布置成引起色度特 性的變化的源來控制食品的色度特性的變化。所述源可以包括例如加熱元件?？刂破骺梢?被布置成控制食品表面的色度特性的變化的速率?？刂破鬟€可以被布置成終止或中斷食品 的色度特性的變化。例如，控制器可以被布置成使被布置成引起色度特性的變化的源被停 用。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施方式中，光源包括被布置成發(fā)射具有相應(yīng)波長或波長范圍的光的至少 兩部分光源。例如，光源可以包括發(fā)射具有相應(yīng)波長或波長范圍的光的至少兩個(gè)發(fā)光二極 管（"LED"）。光源可以被布置成使得食品依次被由第一部分光源產(chǎn)生的光和由第二部分 光源產(chǎn)生的光照射。替代地，所述至少兩部分光源可以被布置成同時(shí)照射食品。檢測(cè)器可 以包括用于每個(gè)部分光源的至少一個(gè)相應(yīng)檢測(cè)器元件。
[0011] 在替代的實(shí)施方式中，光源為寬帶光源，例如被布置成發(fā)射具有至少兩個(gè)波長或 波長范圍的光的單寬帶光源。
[0012] 裝置通常被布置成使得食品的暴露于光和/或檢測(cè)區(qū)域的表面區(qū)域的直徑為至 少0· 5cm、lcm、2. 5cm、5cm或IOcm(半最大強(qiáng)度處的全寬度）。
[0013] 裝置可以包括被布置成對(duì)光進(jìn)行過濾使得檢測(cè)器依次檢測(cè)具有相應(yīng)波長范圍或 相應(yīng)波長的光的至少一個(gè)濾光器。在一個(gè)具體示例中，裝置包括被布置成對(duì)光進(jìn)行過濾以 提供具有相應(yīng)波長或波長范圍的光的至少兩個(gè)濾光器。
[0014] 裝置可以進(jìn)一步包括用于將從寬帶光源發(fā)射的光分成至少兩個(gè)光束的分光器。在 這種情況下，裝置通常被布置成使得所述至少兩個(gè)光束具有相應(yīng)波長或相應(yīng)波長范圍。
[0015] 檢測(cè)器可以包括例如被布置成同時(shí)或依次確定與所述至少兩個(gè)波長范圍或兩個(gè) 波長相關(guān)聯(lián)的光強(qiáng)度的光譜分析儀或光檢測(cè)器。檢測(cè)器可以為例如包括硅、InGaAs或任何 其它合適的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體檢測(cè)器。檢測(cè)器還可以為任何其它光敏部件例如光敏電阻器。
[0016] 可以以使得從食品反射并且具有第一波長或波長范圍的光的強(qiáng)度取決于色度特 性的方式來選擇第一波長或波長范圍。例如，第一波長范圍可以包括以下范圍：450nm至 500nm、500nm 至 550nm、550nm 至 600nm、650nm 至 700nm、750nm 至 800nm 或更高，并且第一波 長可以為在這些范圍的任何一個(gè)范圍內(nèi)的波長。在具體示例中，可以基于由光源發(fā)射的光 強(qiáng)度的半最大值處的全寬度來選擇波長范圍。
[0017] 通常選擇第二波長或波長范圍使得與具有第一波長或波長范圍的反射光相比，具 有第二波長或波長范圍的光的反射部分的強(qiáng)度較少地取決于色度特性。在一個(gè)具體示例 中，具有第二波長或波長范圍的光的反射強(qiáng)度在很大程度上獨(dú)立于色度特性的變化。
[0018] 第二波長范圍可以在包括例如可見、近紅外或紅外范圍的任何合適的波長范圍 內(nèi)。例如，第二波長范圍可以包括以下范圍：800nm至1800nm、800nm至1400nm、850nm至 1150nm或850nm至950nm，并且第二波長可以為在這些范圍中的任何一個(gè)范圍內(nèi)的波長。例 如，第二波長范圍可以在約750nm至1400nm之內(nèi)。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方式中，裝置進(jìn)一步包括確定器，該確定器被布置成確定針對(duì)所述至 少兩個(gè)波長或波長范圍中的一個(gè)的輸出與針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍的另一個(gè)或 其它一個(gè)的輸出之間的關(guān)系。例如，所述關(guān)系可以為比率、差、前述的組合或任何其它合適 的關(guān)系例如多項(xiàng)式關(guān)系、對(duì)數(shù)關(guān)系或指數(shù)關(guān)系。具體地，所述關(guān)系可以為相應(yīng)輸出的差與相 應(yīng)輸出的和之比。這個(gè)特定關(guān)系可以被稱作歸一化差。
[0020] 此外，確定器可以被布置成確定與針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍中的一個(gè)的 輸出相關(guān)聯(lián)的值相對(duì)于針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍的另一個(gè)或其它一個(gè)的輸出的 變化。在一個(gè)具體示例中，確定器被布置成確定所檢測(cè)到的具有第一波長或波長范圍的光 相對(duì)于所檢測(cè)到的具有第二波長范圍或第二波長的光的變化。
[0021] 確定器可以被布置成周期性地或連續(xù)地確定所述關(guān)系，并且確定器通常被耦接至 控制器或者形成控制器的一部分。此外，確定器可以被布置成確定所確定的關(guān)系是超出還 是低于預(yù)定閾值（例如預(yù)定差、預(yù)定比率或預(yù)定歸一化差）。
[0022] 檢測(cè)器可以被布置成當(dāng)光源不發(fā)射具有所述至少兩個(gè)波長或波長范圍的光時(shí)對(duì) 背景光進(jìn)行檢測(cè)，并且以生成表示背景光的強(qiáng)度的輸出。背景光可以為例如來自加熱元件 的環(huán)境光、室內(nèi)光或來自任何其它源的光。在一個(gè)實(shí)施方式中，確定器可以進(jìn)一步被布置成 使用所生成的表示背景光的強(qiáng)度的輸出來對(duì)相應(yīng)輸出和/或所確定的關(guān)系進(jìn)行校正。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方式中，檢測(cè)器被定位成專門檢測(cè)來自食品表面的反射光。檢測(cè)器通 常包括單個(gè)檢測(cè)器元件，但是替代地還可以包括多于一個(gè)的檢測(cè)器元件，例如，被布置成檢 測(cè)來自食品表面的反射光的部分的兩個(gè)檢測(cè)器元件。例如，檢測(cè)器可以包括用于每個(gè)光源 部分的檢測(cè)器元件。
[0024] 裝置可以被布置成照射食品表面的一個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。
[0025] 在【具體實(shí)施方式】中，裝置包括用于測(cè)量溫度使得可以校正溫度對(duì)所生成的輸出的 影響的傳感器。
[0026] 裝置可以進(jìn)一步包括用于給檢測(cè)器加防護(hù)罩或用于將熱傳遞遠(yuǎn)離檢測(cè)器的元件 例如隔熱罩或散熱器。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方式中，色度特性為食品的顏色。例如，裝置可以被布置成確定食品的 焦黃度。
[0028] 在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，裝置可以為用于表征食品的色度特性的手持單元。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種用于表征食品的色度特性的方法，該方法 包括以下步驟：
[0030] 提供具有表面的食品；
[0031] 利用具有至少兩個(gè)波長或波長范圍的光來照射食品的表面；
[0032] 檢測(cè)反射的光的至少一部分；
[0033] 針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍生成相應(yīng)輸出，輸出表示所檢測(cè)到的反射光的 強(qiáng)度；以及
[0034] 通過確定針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍中的一個(gè)的輸出與針對(duì)所述至少兩 個(gè)波長或波長范圍的另一個(gè)或其它一個(gè)的輸出之間的關(guān)系來表征食品的表面的色度特性。
[0035] 所述方法可以包括通過控制被布置成引起色度特性的變化的源來控制食品表面 的色度特性的變化的步驟。該方法可以進(jìn)一步包括控制食品的色度特性的變化的速率，并 且還可以包括控制食品的色度特性的變化的持續(xù)時(shí)間。通常作為所確定的關(guān)系的函數(shù)來實(shí) 施控制色度特性的變化的步驟。
[0036] 在一個(gè)具體不例中，針對(duì)第一波長或波長范圍和第二波長或波長范圍生成相應(yīng)輸 出。例如，所述方法可以包括在引起色度變化期間使利用具有第一波長或波長范圍的光以 及利用具有第二波長或波長范圍的光來照射食品的表面。在這種情況下，所述方法可以包 括檢測(cè)包括第一波長或波長范圍的反射光和具有第二波長或波長范圍的反射光。
[0037] 確定關(guān)系可以包括確定比率、差、前述的組合或任何其它合適的關(guān)系例如對(duì)數(shù)關(guān) 系或指數(shù)關(guān)系。具體地，所述關(guān)系可以為相應(yīng)輸出的差與相應(yīng)輸出的和之比。
[0038] 此外，確定所述關(guān)系的步驟可以包括確定與針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍中 的一個(gè)輸出相關(guān)聯(lián)的值相對(duì)于針對(duì)所述至少兩個(gè)波長或波長范圍的另一個(gè)或其它一個(gè)輸 出的變化。
[0039] 所述方法可以