JP3821734B2 - 分光分析装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測対象箇所に位置する被計測物に光を照射する投光手段と、前記被計測物からの透過光を受光して分光し、その分光された光を計測する受光手段と、各部の動作を制御する制御手段とが設けられ、
前記制御手段が、前記受光手段の計測情報に基づいて、前記被計測物の内部品質を解析するように構成されている分光分析装置に関する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、計測対象箇所に位置する被計測物に光を照射する投光手段と、前記被計測物からの透過光を受光して分光し、その分光された光を計測する受光手段と、各部の動作を制御する制御手段とが設けられ、前記制御手段が、前記受光手段の計測情報に基づいて、前記被計測物の内部品質を解析するように構成されている分光分析装置であって、前記被計測物が前記計測対象箇所を通過するように、搬送手段にて設定速度で搬送されるように構成され、この搬送手段の搬送横幅方向の両側部に、前記投光手段と前記受光手段とが振り分け配置されて構成され、前記受光手段が、放射状に複数の光を通過させるスリットが形成された円板を縦軸芯周りで回転操作して、被計測物を透過した光を通過させる開放状態とその光の通過を阻止する遮蔽状態とに切り換え自在なシャッター機構、開放状態の前記シャッター機構を通過した光が入射されると、その光を分光して分光スペクトルデータを電荷蓄積型の受光センサにて計測する分光器を備えて構成され、前記制御手段が、被計測物が前記計測対象箇所に到達すると前記シャッター機構を前記開放状態に切り換え、開放維持時間だけ前記開放状態に維持した後に前記シャッター機構を前記遮蔽状態に切り換えるように構成されている点を特徴とする。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記投光手段から前記計測対象箇所へ向けて照射される光の照射範囲を変更調節する照射範囲変更手段が設けられ、その照射範囲変更手段が、開口面積が異なる複数種の光通過用開口を選択使用自在に備えて構成され、且つ、前記複数種の光通過用開口のうちの最も大きな開口を備え且つ定位置に設置される開口形成部材と、前記複数種の光通過用開口のうちの最も大きな開口以外の光通過用開口を備えてその光通過用開口を通して前記投光手段からの光が前記計測対象箇所に照射されるようにする開口照射位置及び前記投光手段からの光の前記計測対象箇所に対する照射範囲に制限を与えない照射許容位置に位置変更自在な遮蔽体とを備えて、その遮蔽体の位置変更により照射範囲を変更調節するように構成され、前記遮蔽体が、前記投光手段から光が前記計測対象箇所に照射されるのを遮蔽する遮蔽位置にも位置変更自在に構成されている点にある。
すなわち、計測対象箇所に位置する被計測物の大きさが、被計測物の品種等によって変わるときにも、その被計測物の大きさに応じて、照射範囲変更手段によって照射範囲を変更調節することによって、投光手段から計測対象箇所へ向けて照射される光を、被計測物に対して広い範囲で透過させるようにすることができながらも、被計測物を通過せずに被計測物を回り込んで受光手段へ入射する光を抑制することができる。このように、投光手段から計測対象箇所へ向けて照射される光の照射範囲を、被計測物の大きさに応じた適正な大きさに変更調節することができるようになるから、大きさの異なる被計測物の夫々について内部品質を精度良く解析できる。
【0010】
請求項2によれば、開口面積が異なる複数種の光通過用開口を備えて、その複数種の光通過用開口のうちのいずれか1個を選択して使用することによって、計測対象箇所へ照射される光の照射範囲を変更調節できる。このように、複数種の光通過用開口を選択使用する構成は、カメラ等に備えられている可変絞りの構成に較べて、簡素な構成である。
ちなみに、光通過用開口の大きさの変化により、開口面積が大きい方が光量が多くなるように光量変化を生じるものであるが、被計測物は大きな物ほど透過率が低くなるものが多いため、このような傾向を持つ被計測物を対象として、照射範囲を変更調節すると、光量を適正に維持しながら計測が行えるものとなる。
【0013】
又、請求項2によれば、遮蔽体を照射許容位置に位置させることによって、投光手段から計測対象箇所に照射される光の照射範囲が、開口形成部材に備えられた最も大きな光通過用開口によって制限される状態となる。また、遮蔽体を開口照射位置に位置させることによって、投光手段から計測対象箇所に照射される光の照射範囲が、遮蔽体に備えられた開口面積が最も大きな開口以外の光通過用開口によって制限される状態となる。
そして、照射範囲変更手段として、複数種の光通過用開口の全てを中心から略等距離の位置で周方向に間隔を隔てる状態で設けた遮蔽体を回転作動させることによって、照射範囲を変更するように構成されたものや、複数種の光通過用開口の全てをスライド移動方向に間隔を隔てる状態で設けた遮蔽体をスライド移動させることによって、照射範囲を変更調節するように構成されたもののように、複数種の光通過用開口の全てを遮蔽体に備えさせる構成に比べ、最も大きな開口を遮蔽体に備えさせないで済むため、位置変更される遮蔽体の小型化を図ることができ、結果的に装置全体の小型化を図るのに有利となる。
【0014】
従って、光通過用開口を備えた遮蔽体を位置変更させて、照射範囲を変更調節する構成を用いるにあたり、遮蔽体の小型化によって、装置全体のコンパクト化を図ることが可能となる分光分析装置が得られる。
【0016】
さらに、請求項2によれば、照射範囲変更手段を構成するために備えられている遮蔽体に、投光手段から計測対象箇所へ向けて照射される光を遮蔽することができる遮蔽部分を備えさせて、その遮蔽部分が投光手段から光が計測対象箇所に照射されるのを遮蔽する遮蔽位置に遮蔽体を操作することによって、計測対象箇所へ向けて光が照射されない状態とすることができる。
つまり、このような分光分析装置おいて、例えば被計測物を搬送コンベヤによって搬送する形態にすると、搬送コンベヤの故障によって、分析作業中に被計測物が搬送されるのが中断され、投光手段からの光が被計測物に所定時間以上照射され続けて、被計測物が焦げる等の損傷を被る虞がある。このような事態を避けるために、搬送手段による搬送が中断されると、遮蔽体を遮蔽位置に位置変更させることにより、投光手段から光が計測対象箇所に照射されるのを遮蔽することができるようになる。
【0017】
ちなみに、このような事態を避けるために、投光手段に備えさせる光源の電源をOFF操作することによって対応することも可能であるが、この場合、再び電源をON操作したときに光源から発せられる光の量が不安定となり易いものであるため、被計測物が焦げる等の損傷を被ることは防止できるものの、被計測物の内部品質の解析精度が低下する虞があり、実用的な対策としては好ましいものではない。これに対して、上述したように、投光手段から計測対象箇所へ向けて照射される光を、投光手段と計測対象箇所との間で遮蔽して、投光手段からの光が被計測物へ照射されるのを遮る形態は、光源の光の量が不安定となることを抑制できるから、被計測物の内部品質の解析精度が低下するのを回避できるものとなる。
【0018】
従って、照射範囲変更手段の構成を利用した簡素な構成にて、計測対象箇所へ向けて照射される光を遮蔽して、被計測物が焦げる等の損傷を被ることを防止することができる分光分析装置が得られる。
【0019】
請求項3に記載の発明は、前記投光手段の複数個が、前記計測対象箇所に異なる方向から光を照射するように設けられ、各投光手段の夫々に対応させて、前記開口形成部材及び前記遮蔽体が設けられ、1個の駆動手段が、複数個の遮蔽体を位置変更操作するように設けられている点を特徴とする。
【0020】
すなわち、複数個の投光手段にて計測対象箇所を照射するようにするから、計測対象箇所に向けて照射される光の量が増加されることによって、受光手段で受光する被計測物を透過した光の量が増加されて、被計測物の内部品質を良好に解析することが可能となる。また、各投光手段の夫々に対応させて、開口形成部材及び遮蔽体を設けて、簡素な構成にて照射範囲を変更できるようにするのであり、さらには、各投光手段の夫々に対応させて設けた遮蔽体を1個の駆動手段にて位置変更操作する構成とするから、遮蔽体を位置変更操作するための駆動手段を、複数個の投光手段の夫々に設けて、複数個の駆動手段を備えて構成されたものと比べて、遮蔽体を位置変更操作する構成を簡素なものにできる。
【0021】
従って、計測対象箇所に照射される光量を増加させて、良好な解析を行えるようにしながらも、計測対象箇所に照射される光の照射範囲を変更調整して、被計測物の大きさに係らず、内部品質を精度良く解析でき、そして、そのための構成の簡素化を図ることができる分光分析装置が得られる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る分光分析装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0023】
先ず、この分光分析装置の構成について説明する。
図1及び図10に示すように、この分光分析装置は、被計測物M(ミカン)に光を照射する投光部1と、被計測物Mからの透過光を受光して分光し、その分光された光を計測する受光部2と、各部の動作を制御する動作制御処理や、前記受光部2の計測情報に基づいて被計測物Mの内部品質を解析する演算処理等を実行する制御手段としての制御部3等を備えて構成され、被計測物Mは、搬送手段としての搬送コンベア6により設定速度で一列で縦列状に載置搬送されて計測対象箇所Tを順次、通過していくように構成されている。そして、計測対象箇所Tに位置する被計測物Mに対して、投光部1から投射した光が被計測物Mを透過した後に受光部2にて受光される状態で、投光部1と受光部2とが、計測対象箇所Tの左右両側箇所に振り分けて配置されている。
【0024】
次に、各部の構成について説明する。
前記投光部1は、図2に示すように、2個の投光手段10を備えて構成され、この2個の投光手段10は、被計測物Mの搬送方向に沿う方向に並べて配置されている。
【0025】
前記各投光手段10は、ハロゲンランプ12とこのハロゲンランプ12からの光を一方へ向けて反射させる凹面形状の反射板13とを備えて構成された光源14と、光源14から発せられる光を平行光とするためのコリメートレンズ15と、このコリメートレンズ15を通過した平行光を計測対象箇所Tに位置する被計測物Mに向けて、つまり、計測対象箇所Tに向けて照射するように反射させる投光用反射鏡16と、投光用反射鏡16にて反射した平行光を計測対象箇所Tにて集光する投光用集光レンズ17とを備えて構成されている。そして、各投光手段10において、光源14とコリメートレンズ15との間には、照射範囲変更手段21が夫々設けられ、各投光手段10から計測対象箇所Tへ向けて照射される夫々の光の照射範囲を変更調節できるように構成されている。
また、一対の投光手段10は、計測対象箇所Tにことなる方向から光りを照射するように構成されるものであって、具体的には、各投光手段10の光軸は、平面視において、被計測物Mの搬送方向と直交する方向の中心軸に対して対象となる形態で、且つ、その中心軸との交差角が15度となるように設定されている。
【0026】
前記各照射範囲変更手段21は、図3に示すように、開口形成部材22と遮蔽体23を備えて構成されている。
前記開口形成部材22は、2種の光通過用開口22a、23aのうちの大きい方の開口22aを備えて、その光通過用開口22aが投光手段10から照射される光の光軸上に一致するように固定されている。
前記遮蔽体23は、搬送方向に沿った方向を軸心23cとして往復回転自在に構成され、前記軸心23cを中心とした周方向に沿って、開口形成部材22に設けられた光通過用開口22aを通過する光をさらに制限できるような小さい方の開口23aと、開口形成部材22に設けられた光通過用開口22aを通過する光を遮蔽する遮蔽部23bとを備えて構成されている。
そして、この遮蔽体23を回転させて、図3(イ)に示すように、遮蔽体23を照射許容位置G2に位置させることによって、投光手段10からの光は、2種の光通過用開口22a、23aのうちの大きい方の開口22aを通過して、計測対象箇所Tへ向けて照射されることとなり、遮蔽体23を回転させて、図3(ロ)に示すように、開口照射位置G1に位置させることによって、投光手段10からの光は、2種の光通過用開口22a、23aのうちの小さい方の光通過用開口23aを通過して、計測対象箇所Tへ向けて照射されることとなり、その結果、投光手段10から計測対象箇所Tへ向けて照射される光の照射範囲を2段階に変更調節でき、さらに、遮蔽体23を回転させて、図3(ハ)に示すように、遮蔽位置G3に位置させることによって、投光手段10からの光は、遮蔽部23bによって計測対象箇所Tへ光が照射されるのを遮蔽できるようになる。
【0027】
また、図2に示すように、減速機構が付加された電動式の遮蔽体駆動モータ24が駆動手段として1個備えられ、その遮蔽体駆動モータ24の回転駆動力を各遮蔽体23に伝達するための連結軸25が備えられて、制御部3によって遮蔽体駆動モータ24が制御作動されることによって、連結軸25によって連結された各遮蔽体23を一体的に回転させるように構成されている。
【0028】
前記受光部2には、図1に示すように、受光手段11として、被計測物Mを透過した計測対象光を集光する受光用集光レンズ31、受光用集光レンズを通過した光のうち後述するような計測対象の波長領域(600nm〜1000nm)の範囲の光だけを上向きに反射し、それ以外の波長の光をそのまま通過させるバンドパスミラー32、このバンドパスミラー32により上向きに反射された計測対象光をそのまま通過させる開放状態と、前記計測対象光の通過を阻止する遮蔽状態とに切り換え自在なシャッター機構33、開放状態のシャッター機構33を通過した光が入射されると、その光を分光して前記分光スペクトルデータを計測する分光器34、バンドパスミラー32をそのまま直進状態で通過した光の光量を検出する光量検出センサ35等が備えて構成されている。
【0029】
前記分光器34は、図4に示すように、入光口から入射した計測対象光を反射する分光用反射鏡37と、反射された計測対象光を複数の波長の光に分光する凹面回析格子38と、凹面回析格子38によって分光された計測対象光における各波長毎の光強度を検出することにより分光スペクトルデータを計測する受光センサ39とが、外部からの光を遮光する遮光性材料からなる暗箱40内に配置される構成となっている。前記受光センサ39は、凹面回折格子38にて分光反射された光を同時に各波長毎に受光するとともに波長毎の信号に変換して出力する、1024ビットのMOS型ラインセンサにて構成されている。このラインセンサは、詳述はしないが、各単位画素毎にフォトダイオード等の光電変換素子と、その光電変換素子にて得られた電荷を蓄積するコンデンサ、及び、その蓄積電荷を外部に出力させるための駆動回路等を内装して構成されている。
尚、コンデンサによる電荷蓄積時間は、外部から駆動回路を介して変更させることができるようになっている。
【0030】
前記シャッター機構33は、図5に示すように、放射状に複数のスリット41が形成された円板42を、パルスモータ43によって縦軸芯周りで回転操作される状態で備えて構成され、前記暗箱40の入光口36には前記各スリット41が上下に重なると光を通過させる開放状態となり、スリット41の位置がずれると光を遮蔽する遮蔽状態となるように、スリット41とほぼ同じ形状の透過孔44が形成されており、光の漏洩がないように暗箱の入光口36に対して円板42を密接状態で摺動する状態で配備して構成されている。すなわち、このシャッター機構33は凹面回析格子38に対する入光口36に近接する状態で設けられている。
【0031】
前記投光手段10及び受光手段11は、被計測物Mが通過する計測対象箇所Tの上方側を迂回するように設けられた枠体45によって一体的に支持される状態で設けられ、この枠体45は、上下調節機構46によって搬送コンベア6に対してその全体の上下方向の位置を変更調節することができるようになっている。上下調節機構46については、詳述はしないが、固定部47に対して位置固定状態で設置され、枠体移動モータ48にて駆動されるネジ送り機構49によって上下に移動させることができるようになっている。そして、前記搬送コンベア6における被計測物Mの通過箇所の上方側に位置させて、前記固定部47にて位置固定される状態で基準体の一例であるリファレンスフィルター50が設けられている。このリファレンスフィルター50は、所定の吸光度特性を有する光学フィルターで構成され、具体的には、オパールガラスを用いて構成されている。
【0032】
そして、前記枠体45の全体を上下方向に位置調節することによって、図6(イ)に示すように、投光手段10からの光が搬送コンベア6に載置される被計測物Mを透過した後に受光手段11にて受光される通常計測状態と、図6(ロ)に示すように、投光手段10からの光が前記リファレンスフィルター50を透過した後に受光手段11にて受光されるリファレンス計測状態とに切り換えることができるように構成されている。
【0033】
さらに、通常計測状態では、制御部3は、予め入力される被計測物Mの大きさ情報に基づいて、被計測物Mの中央部分を中心として投光手段10にて被計測物Mに光を照射すべく、投光手段10と受光手段11の上下方向の位置を調整させるとともに、被計測物Mの大きさが大きいほど投光手段10による照射光の照射範囲が大きくなるように、照射光による照射範囲を変更調節するように遮蔽体駆動モータ24を制御作動させるように構成されている。
【0034】
すなわち、被計測物Mの大きさが小さい場合には、図7(イ)に示すように、上下調節機構46および遮蔽体駆動モータ24を操作して、被計測物Mの中央部分を中心として被計測物Mの全体にわたって均一に照射光が照射されるように、投光手段10と受光手段11との上下方向の位置および照射光の照射範囲を変更調節するようにしている。
そして、被計測物Mの大きさが大きい場合には、図7(ロ)に示すように、上下調節機構46および遮蔽体駆動モータ24を操作して、被計測物Mの大きさが小さいときよりも、上下調節機構46にて投光手段10と受光手段11とを上方側に移動させるとともに、遮蔽体駆動モータ24を操作して、被計測物Mの中央部分を中心として被計測物Mの全体にわたって均一に照射光が照射されるように、照射光の照射範囲を変更調節するようにしている。
【0035】
つまり、投光手段10からの光が、被計測物Mを回り込むことを的確に防止するとともに、被計測物Mの中央部分を中心としながら、被計測物Mの全体にわたって均一に照射させるべく、投光手段10と受光手段11との上下方向の位置および照射光の照射範囲を変更調節するように構成されている。
【0036】
そして、前記搬送コンベア6は無端回動チェーン6aに設定間隔をあけて被計測物載置用のバケット6bを取付けて回動駆動する構成となっており、図8に示すように、搬送コンベア6による前記計測対象箇所Tの搬送方向上手側箇所には、前記バケット6bの中心位置が通過する毎に検出信号を出力する光学式の通過センサ51が備えられている。すなわち、この通過センサ51は、被計測物Mが計測対象箇所Tを通過する周期を検出する搬送周期検出手段として機能することになる。
【0037】
前記制御部3は、マイクロコンピュータを利用して構成してあり、図10に示すように、受光手段11によって得られる分光スペクトルデータに基づいて被計測物Mの内部品質を解析する演算手段100や、各部の動作を制御する動作制御手段101が夫々制御プログラム形式で備えられる構成となっている。
つまり、後述するような公知技術である分光分析手法を用いて被計測物Mの内部品質を解析する演算処理を実行するとともに、遮蔽体駆動モータ24の回転動作、シャッター機構33の開閉動作、上下調節機構46の動作、及び、受光センサ39の動作の管理等の各部の動作を制御する構成となっている。
【0038】
次に、動作制御手段101による制御動作について説明する。
動作制御手段101は、被計測物Mに対する通常の計測に先立って、投光手段10からの光を被計測物Mに代えて前記リファレンスフィルター50に照射して、そのリファレンスフィルター50からの透過光を、受光手段11にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして求める基準データ計測モードと、搬送コンベア6により搬送される被計測物Mに対して、投光手段10から光を照射して計測分光スペクトルデータを得て、この計測分光スペクトルデータと前記基準分光スペクトルデータとに基づいて、被計測物Mの内部品質を解析する通常データ計測モードとに切り換え自在に構成されている。
【0039】
詳述すると、前記基準データ計測モードにおいては、搬送コンベア6による被計測物Mの搬送を停止させている状態で、上下調節機構46を操作して前記枠体45を前記リファレンス計測状態に切り換える。そして、前記シャッター機構33を開放状態に切り換えて、投光手段10からの光を被計測物Mに代えて前記リファレンスフィルター50に照射して、そのリファレンスフィルター50からの透過光を、受光手段11にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして計測する。
【0040】
そして、前記基準データ計測モードにおいては、受光手段11への光が遮蔽された無光状態での受光センサ39の検出値(暗電流データ)も計測される。すなわち、前記受光手段11のシャッター機構33を遮蔽状態に切り換えて、そのときの受光センサ39の単位画素毎における検出値を暗電流データとして求めるようにしている。
【0041】
次に、通常データ計測モードにおける制御動作について説明する。
この通常データ計測モードにおいては、上下調節機構46を操作して枠体45を通常計測状態に切り換えて、搬送コンベア6による被計測物Mの搬送を行う。
そして、前記通過センサ51による検出情報に基づいて、被計測物Mが前記計測対象箇所Tを通過する周期を検出し、その周期に同期させる状態で、分光した光を受光して電荷蓄積動作を設定時間実行する電荷蓄積処理と、蓄積した電荷を送り出す送出処理とを設定周期で繰り返すように、受光センサ39の動作を制御する。
つまり、図9に示すように、各被計測物Mが計測対象箇所Tを通過すると予測される時間帯において、受光センサ39が設定時間T1だけ電荷蓄積処理を実行し、被計測物Mが計測対象箇所Tに存在しないと予測される各被計測物M同士の中間位置付近が計測対象箇所Tに位置するようなタイミングで、設定時間T2だけ、蓄積した電荷を送り出す送出処理を実行するように、受光センサ39の動作を制御する。従って、この計測装置では、受光センサ39による電荷蓄積時間は常に一定で動作する構成となっている。尚、1秒間に7個づつ被計測物Mが通過するような処理能力とした場合には、電荷蓄積処理を実行する設定時間T1は、約140msec程度になる。
【0042】
そして、動作制御手段101は、受光センサ39が前記電荷蓄積処理を行う状態において、受光センサ39が電荷蓄積処理を行う状態において、遮蔽状態から開放状態に切り換えてその開放状態を開放維持時間Txが経過する間維持した後に遮蔽状態に戻すように、シャッター機構33の動作を制御するよう構成され、変更指令情報に基づいて、前記開放維持時間Txを変更調整するように構成されている。
この開放維持時間Txは、被計測物Mの品種の違いに応じて変更させる構成となっている。説明を加えると、例えば、温州ミカンであれは光が比較的透過しやすいので比較的短い時間(10msec程度)に設定し、伊予柑であれば光が透過し難いので長めの時間(30msec程度)に設定する。
このような品種の違いによる動作条件の設定は、作業員が人為的に行う構成となっている。つまり、図10に示すように、品種の違いに応じて設定位置を人為的に切り換える人為操作式の切換操作具52が設けられ、この切換操作具52の設定情報が制御部3に入力され、制御部3はその設定情報に従って開放維持時間Txを変更調整する構成となっている。
【0043】
また、動作制御手段101は、前記光量検出センサ35にて検出される受光量、すなわち、被計測物Mの光透過量の実測値の変化に基づいて、被計測物Mが計測対象箇所Tに到達したか否かを検出するようになっており、被計測物Mが到達したことを検出するとシャッター機構33を開放状態に切り換え、前記開放維持時間Txだけ開放状態を維持した後に、シャッター機構33を遮蔽状態に切り換えて計測処理を終了する構成となっている。
具体的に説明すると、図11に前記光量検出センサ35の検出値の時間経過に伴う変化状態を示している。被計測物Mが到達するまでは投光手段10から投射される光によってほぼ最大値が出力されているが、被計測物Mが計測対象箇所Tに至ると計測用光が遮られて光量検出センサの検出値(受光量)が減少し始めて検出値が予め設定した設定値以下にまで減少したとき(t1)に、被計測物Mが計測対象箇所Tに到達したものと判断して、その時点から設定時間が経過したとき(t2)に、シャッター機構33を開放状態に切り換える。そして、前記開放維持時間Txだけ開放状態を維持した後に、シャッター機構33を遮蔽状態に切り換えるのである。
【0044】
そして、前記演算手段100は、このようにして得られた各種データに基づいて公知技術である分光分析手法を用いて被計測物Mの内部品質を解析する演算処理を実行するように構成されている。
つまり、上記したようにして得られた計測分光スペクトルデータを、前記基準データ計測モードにて求められた基準分光スペクトルデータ、及び、暗電流データを用いた正規化して、分光された各波長毎の吸光度スペクトルデータを得るとともに、その吸光度スペクトルデータの二次微分値を求める。そして、その二次微分値により被計測物Mに含まれる糖度に対応する成分量や酸度に対応する成分量を算出する解析演算処理を実行するように構成されている。
吸光度スペクトルデータdは、基準分光スペクトルデータをRd、計測分光スペクトルデータをSdとし、暗電流データをDaとすると、
【0045】
【数1】
d=log{(Rd−Da)/(Sd−Da)}
【0046】
という演算式にて求められる。
そして、制御部3は、このようにして得られた吸光度スペクトルデータdを二次微分した値のうち特定波長の値と、下記の数2に示される検量式とを用いて、被計測物Mに含まれる成分量を算出するのである。
【0047】
【数2】
Y=K0+K1・A(λ1)+K2・A(λ2)
【0048】
但し、
Y ;成分量
K0,K1,K2 ;係数
A(λ1 ),A(λ2 ) ;特定波長λにおける吸光度スペクトルの二次微分値
【0049】
尚、成分量を算出する成分毎に、特定の成分量算出式、特定の係数K0,K1,K2、及び、波長λ1,λ2等が予め設定されて記憶されており、演算手段100は、この成分毎に特定の検量式を用いて、各成分の成分量を算出する構成となっている。
【0050】
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、光源として、ハロゲンランプと、ハロゲンランプからの光を一方へ向けて反射させる凹面形状の投光用反射板とを備えて構成されたものを用いたが、例えば、ハロゲンランプに代えて、水銀灯やNe放電管などを備えて構成されたものでもよい。また、ビーム光を照射し、その照射範囲を変更自在なビーム光源を用いてもよい。
【0051】
(2)上記実施形態では、照射範囲変更手段を、光源とコリメートレンズとの間に設けるような構成としたが、これに限定されるものではない。
例えば、投光用反射鏡と投光用集光レンズとの間に設けるようにしてもよく、また、投光用集光レンズと計測対象箇所との間に設けるようにしてもよい。
【0052】
(3)上記実施形態では、照射範囲変更手段として、開口面積が異なる複数種の光通過用開口を選択することによって、照射範囲を変更調節するような構成としたが、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態の構成において、光源と計測対象箇所との間に、1個の光通過用開口を設けた開口形成部材を設け、この開口形成部材を照射光の通過方向に沿って移動させることによって、照射範囲を変更調節するような構成としてもよい。
また、照射範囲変更手段として、カメラの絞りのような構成のものを設けるような構成としてもよい。
【0053】
(4)上記実施形態では、投光手段からの光が、計測対象箇所へ向けて集光するような構成としたが、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態の投光手段において、投光用集光レンズを設けない構成のものを用いて、投光手段から計測対象箇所へ照射される光が平行光となって、照射されるようにしてもよい。
また、投光用集光レンズを拡散レンズに置き換えて、投光手段から計測対象箇所へ照射される光が拡散光となって、照射されるようにしてもよい。
【0054】
(5)上記実施形態では、照射範囲変更手段における遮蔽体を、回転作動させて照射範囲及び減光量を変更する例を示したが、この構成に代えて、複数種の光通過用開口をスライド移動体のスライド移動方向に間隔を隔てる状態で設け、そのスライド移動体をスライド移動させることによって、照射範囲を変更するように構成して実施することも可能である。
また、複数種の光通過用開口の数は、上記実施形態の如く、2つに限られるものではなく、計測条件などに応じて、3つ以上に適宜変更して実施することも可能である。
【0055】
(6)上記実施形態では、基準体としてオパールガラスによるフィルターを用いたが、これに限らず、例えば、スリガラスなどの拡散板の他、所定の吸光度特性を有するものであればよく、材質は限定されない。
また、受光手段もMOS型ラインセンサに限らず、CCD型ラインセンサなどの他の検出手段を用いるようにしてもよい。
【0056】
(7)上記実施形態では、被計測物からの透過光に基づいて分光スペクトルを計測するように構成したが、この構成に代えて、被計測物からの反射光に基づいて分光スペクトルを計測するように構成して実施することも可能である。
【0057】
(8)上記実施形態では、被計測物の内部品質として、糖度や酸度を例示したが、これに限らず、食味の情報など、それ以外の内部品質を計測してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 分光分析装置の概略構成図
【図2】 投光手段の平面図
【図3】 遮蔽体の位置変更状態を示す図
【図4】 分光器の構成図
【図5】 シャッター機構を示す図
【図6】 上下位置変更状態を示す図
【図7】 投光手段による照射範囲を示す図
【図8】 通過センサの設置状態を示す平面図
【図9】 計測作動のタイミングチャート
【図10】 制御ブロック図
【図11】 受光量の変化と計測タイミングを示す図
【符号の説明】
3 制御手段
10 投光手段
11 受光手段
21 照射範囲変更手段
22 開口形成部材
23 遮蔽体
22a、23a 光通過用開口
24 駆動手段
G1 開口照射位置
G2 照射許容位置
G3 遮蔽位置
M 被計測物
T 計測対象箇所
Claims (3)
- 計測対象箇所に位置する被計測物に光を照射する投光手段と、前記被計測物からの透過光を受光して分光し、その分光された光を計測する受光手段と、各部の動作を制御する制御手段とが設けられ、
前記制御手段が、前記受光手段の計測情報に基づいて、前記被計測物の内部品質を解析するように構成されている分光分析装置であって、
前記被計測物が前記計測対象箇所を通過するように、搬送手段にて設定速度で搬送されるように構成され、この搬送手段の搬送横幅方向の両側部に、前記投光手段と前記受光手段とが振り分け配置されて構成され、
前記受光手段が、放射状に複数の光を通過させるスリットが形成された円板を縦軸芯周りで回転操作して、被計測物を透過した光を通過させる開放状態とその光の通過を阻止する遮蔽状態とに切り換え自在なシャッター機構、開放状態の前記シャッター機構を通過した光が入射されると、その光を分光して分光スペクトルデータを電荷蓄積型の受光センサにて計測する分光器を備えて構成され、
前記制御手段が、
被計測物が前記計測対象箇所に到達すると前記シャッター機構を前記開放状態に切り換え、開放維持時間だけ前記開放状態に維持した後に前記シャッター機構を前記遮蔽状態に切り換えるように構成されている分光分析装置。 - 前記投光手段から前記計測対象箇所へ向けて照射される光の照射範囲を変更調節する照射範囲変更手段が設けられ、
その照射範囲変更手段が、
開口面積が異なる複数種の光通過用開口を選択使用自在に備えて構成され、且つ、
前記複数種の光通過用開口のうちの最も大きな開口を備え且つ定位置に設置される開口形成部材と、前記複数種の光通過用開口のうちの最も大きな開口以外の光通過用開口を備えてその光通過用開口を通して前記投光手段からの光が前記計測対象箇所に照射されるようにする開口照射位置及び前記投光手段からの光の前記計測対象箇所に対する照射範囲に制限を与えない照射許容位置に位置変更自在な遮蔽体とを備えて、その遮蔽体の位置変更により照射範囲を変更調節するように構成され、
前記遮蔽体が、前記投光手段から光が前記計測対象箇所に照射されるのを遮蔽する遮蔽位置にも位置変更自在に構成されている請求項1記載の分光分析装置。 - 前記投光手段の複数個が、前記計測対象箇所に異なる方向から光を照射するように設けられ、各投光手段の夫々に対応させて、前記開口形成部材及び前記遮蔽体が設けられ、1個の駆動手段が、複数個の遮蔽体を位置変更操作するように設けられている請求項2記載の分光分析装置。
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