JP4777359B2 - 混合物の識別システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の同色系材料を含んだ混合物中から対象材料を識別するための識別システムに係わり、特に、混合物が原料及び原料中に混入された夾雑物を含む場合には原料中の夾雑物の検出に適用され、また、混合物が複数の構成要素を含む複合構造物である場合には、構成要素の分布又は配置の識別に適用可能な混合物の識別システムに関する。

この混合物の識別システムは例えば、原料中に含まれる夾雑物を検出する検出装置として使用され、この検出装置は以下の特許文献１に開示されている。この特許文献１の装置は、原料としてのたばこ葉、即ち、たばこ原料に近赤外線を照射し、たばこ原料からの反射光を近赤外線ＣＣＤカメラで撮像して画像データを求め、そして、この画像データを処理し、この処理結果に基づき、たばこ原料に混入した同色系の夾雑物を検出する。

［特許文献１］ 特開2002-28544号公報（［００１６］〜［００１９］及び図１参照）
上述した特許文献１の検出装置は、たばこ原料から反射された赤外光のうち、複数の特定波長（１．５８μm，１．７３μm）の近赤外線を抽出し、抽出した近赤外線の反射率に基づいて、抽出した近赤外線を反射した対象がたばこ原料であるか又は夾雑物であるかを判定する。ここで、抽出される近赤外線は、たばこ原料に対して特有の反射率を有するので、たばこ原料以外の原料からの夾雑物の検出には適用できない。それ故、特許文献１の検出装置は汎用性に乏しい。

また、特許文献１の検出装置は、たばこ原料からの反射光に基づいて複数の特定波長の近赤外線を抽出、即ち、分離するための分光器を含み、この分光器はプリズム及び複数の光学フィルタを有する。このような分光器の場合、抽出すべき近赤外線の波長が前記特定波長と異なるとき、分光器の仕様を変更するのは容易ではない。

また、近赤外線ＣＣＤカメラは、たばこ原料が移送過程にあるとき、たばこ原料を間欠的に撮像し、そして、このようにして得られたフレーム単位毎の画像データは個別に処理される。このため、たばこ原料中に含まれる夾雑物を見逃すことなく検出するには、たばこ原料の移送速度を遅くせざるを得ず、夾雑物の検出に多大な時間がかかる。このため、特許文献１の検出装置は、夾雑物の検出速度に高速化が要求される原料にとって好適しない。

更に、たばこ原料をフレーム単位毎に撮像するとき、フレーム内のたばこ原料に対する近赤外線の照射が不均一であり、たばこ原料の一部が陰となる状況が発生すれば、夾雑物の検出が不正確になる。しかしながら、フレーム内のたばこ原料に対して近赤外線を均一に照射することは容易ではない。

本発明の目的は、同色系材料を混合して得られる種々の混合物中の対象材料の検出や識別を高速且つ正確に行うことができる混合物の識別システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の混合物の識別システムは、葉状体の混合物を所定の移送経路に沿って移送する移送手段であって、混合物が複数の同色系材料を含む、移送手段と、移送経路を横断する検査ラインを含み、検査ライン上の混合物に向けて赤外光を照射する照射装置と、照射装置の上方に配置され、混合物から反射した赤外光を受け取り、受取った赤外光に基づいて混合物の画像データを出力する赤外線カメラ装置と、赤外線カメラ装置からの出力に基づき、混合物に含まれる対象材料を識別する判定回路とを備え、
照射装置は、検査ラインに向けて赤外光をそれぞれ照射する一対のランプユニットであって、各ランプユニットが物品の移送方向でみて検査ラインの上流及び下流にそれぞれ配置され、各ランプユニットが検査ラインと平行に延び、赤外光を出射する直管状のハロゲンランプと、このハロゲンランプから出射された前記赤外光を前記検査ラインに向けて反射させる反射板とを有した一対のランプユニットと、一対のランプユニットにおける前記反射板間に確保され、前記検査ラインにて前記移送経路を横断する鉛直面内に位置付けられたギャップとを含み、
赤外線カメラ装置は、前記鉛直面内に含まれ、前記ギャップを通じて前記混合物から反射した赤外光を導く反射経路と、前記反射経路に配置され、受取った赤外光を波長域が互いに異なる複数の光ビームに分光する分光ミラーと、各光ビームから特定波長の赤外線のみを通過させる複数の赤外線フィルタであって、特定波長の赤外線が混合物に照射され、混合物に含まれる前記材料のそれぞれにて反射されたとき、特定波長の赤外線は前記材料間にて所定の差を生じさせる反射率を有する、複数の赤外線フィルタと、各赤外線フィルタを通過した赤外線をそれぞれ受け取る複数の光ラインセンサであって、検査ライン上の混合物から反射された赤外光を受け取るべく配列され、個々に赤外線の受光量に応じた電気信号を前記画像データとして発生する多数の受光素子を有する、複数の光ラインセンサとを含む（請求項１）。

上述の識別システムによれば、先ず、混合物を形成する材料の組み合わせに基づき、対象材料の検出又は識別に有効な特定波長の赤外線が選択される。この後、選択された特定波長の赤外線に適合した分光ミラー及び赤外線フィルタが赤外線カメラ装置に装着される。

このようなセッティングの後、照射装置は移送経路の検査ライン上に赤外光を照射する。この状態で、混合物が検査ラインを通過したとき、混合物から反射された赤外光は分光ミラー及び赤外線フィルタを経て、赤外線カメラ装置の光ラインセンサにそれぞれ受け取られ、これら光ラインセンサは混合物の画像データを判定回路に出力する。そして、判定回路は受け取った画像データに基づき、混合物中の対象材料を検出又は識別する。

本発明の混合物の識別システムは、混合物の種類に応じて選択された赤外線フィルタを使用するので、種々の混合物中に含まれる夾雑物の検出や、混合物を形成する材料のうち、対象材料の識別が可能となり、汎用性に優れる。

混合物が検査ラインを通過するとき、上述した一対のランプユニット（ハロゲンランプ及び反射板）は、検査ラインを挟む両側から、即ち、混合物の移送方向でみて上流側及び下流側のそれぞれから混合物に赤外光を照射し、混合物に陰が生じることはない。それ故、混合物はその全域にて赤外光を反射し、反射された赤外光は各光ラインセンサにて確実に受け取られる。この結果、識別システムは、夾雑物の検出や対象材料の識別をより正確に行うことができる。
また、赤外線カメラ装置は、混合物が検査ライン上を通過するとき、混合物から反射した赤外光に基づき、混合物を撮像する複数の光ラインセンサを含んでいるので、夾雑物の検出や対象材料の識別処理を高速に行うことができる。

好ましくは、赤外線カメラ装置は、各光ラインセンサに含まれる受光素子間の感度差を補償する補償回路を更に含むことができ、この場合、補償回路は、各受光素子からの電気信号を補償するためのゲイン及びオフセット値を有し、これらゲイン及びオフセット値は個々の受光素子毎に設定されている（請求項２）。

直管状のハロゲンランプの場合、ハロゲンランプの両端部から照射される赤外線は、ハロゲンランプの中央部から照射される赤外線よりも弱く、ハロゲンランプは検査ラインの全域に亘り、赤外光を均一に照射することは困難であり、また、光ラインセンサに含まれる個々の受光素子の感度にばらつきが生じることも避けられない。しかしながら、このような感度のばらつきや照明の不均一さは上述の補償回路により解消される。それ故、各光ラインセンサは混合物の画像データを正確に出力することができ、この結果、夾雑物の検出や対象材料の識別は正確に実施可能となる。

更に、赤外線カメラ装置は、赤外光を均一に反射するキャリブレーションプレートと、検査ライン上の作動位置と、検査ラインから外れた休止位置との間にてキャリブレーションプレートの移動を案内するガイドとを更に含むことができる（請求項３）。

キャリブレーションプレートが作動位置に位置付けられたとき、キャリブレーションプレートは照射装置からの赤外光を各光ラインセンサに向けて均一に反射し、この反射光に基づき、光ラインセンサの個々の各受光素子に割り当てられるゲインやオフセット値は正確に設定される。この結果、赤外線カメラ装置は、混合物の画像データを正確に出力することができる。

なお、上述したゲイン及びオフセット値の設定は、赤外線カメラ装置の使用開始前又は定期的に実施される。

更に、照射装置は、一対のランプユニットを収容するランプハウジングであって、一対のランプユニットから出射した赤外光を検査ラインに向けて通過させる開口を有する、ランプハウジングと、前記開口を閉塞し、赤外線の透過を許容するガラス窓と、ランプユニット内の空気を冷却する冷却ユニットとを更に含むことができる（請求項４）。

具体的には、冷却ユニットは、ランプユニット内を通じて冷却空気を供給し、ランプユニット内を外部の圧力よりも高い圧力に維持する（請求項５）。

ランプハウジング内を通じて循環する冷却空気は、ランプハウジングから混合物に向けて放射される熱を抑制するばかりでなく、照射装置及び識別システム全体の過熱、そして、ランプハウジング内への塵埃の侵入を阻止する。それ故、ガラス窓の内面は常時クリーンな状態に維持され、ガラス窓を透過する赤外光が塵埃により悪影響を受けることもない。

好ましくは、照射装置は、ガラス窓の外面に沿って空気の流れを発生させる空気噴射ユニットを更に含むことができ（請求項６）、この空気噴射ユニットは、ガラス窓の外面への塵埃の付着を阻止し、ガラス窓の外面もまたクリーンな状態に維持される。

更に、照射装置は、ランプハウジングから前記一対のランプユニットを引き出しを許容するスライド機構を更に含むことができ、このスライド機構は、前記一対のランプユニットを前記検査ラインと平行な方向に摺動自在に支持する（請求項７）。この場合、各ランプユニットのハロゲンランプは、そのランプユニットがランプハウジングの外側に引き出された状態で交換され、ハロゲンランプの交換が容易となる。

一実施例の混合物の識別システムを示した概略構成図である。 図１のランプハウジングの一部を示した断面図である。 図１のランプハウジングの内部を詳細に示した図である。 図１の処理装置を具体的に示したブロック図である。 光ラインセンサにおける個々の受光素子が有する感度のばらつきを示したグラフである。 図４の補償器の機能を説明するためのグラフである。 キャリブレーションプレートが作動位置に位置付けられた状態で、ランプハウジングを示した側面図である。 たばこ原料及び夾雑物を対象とした赤外線の分光反射特性を示すグラフである。 変形例の信号変換装置を示した図である。 変形例の処理装置を示した図である。 図１１の処理装置の出力変換機能を説明するための図である。 若芽及び夾雑物を対象とした赤外線の分光反射特性を示すグラフである。 おむつや生理用品等の複合体及びその構成要素を対象とした赤外線の分光反射特性を示すグラフである。

図１は混合物の識別システムを示し、この識別システムは例えば、たばこ原料中に含まれている夾雑物を検出するために使用される。

図１の識別システムはたばこ原料Ｔの移送経路、即ち、移送コンベア２を備えている。移送コンベア２は水平に延び、図１中の矢印Ａ方向に所定の速度でたばこ原料Ｔを移送する。ここで、たばこ原料Ｔは、在来種、バーレー種、オリエント種及び黄色種のたばこ葉うちの何れか、又は、これらたばこ葉の混合物であり、たばこ原料Ｔは移送コンベア２上に薄く分配された状態にある。

一般的に、上述の収穫されたたばこ原料Ｔには夾雑物が混入している可能性があり、ここで、予期される夾雑物は、たばこ葉の梱包に使用された包材や紐等の合成樹脂材、たばこ葉の梱包箱に使用されたウレタンフォームや梱包箱の内張を形成する防湿紙等の破片を含み、たばこ原料Ｔはたばこ葉及び夾雑物の混合物である。

移送コンベア２の上方にはカメラアセンブリ４が配置されており、このカメラアセンブリ４は照射装置６、冷却装置８、赤外線カメラ装置１０及び信号変換装置１２を含む。

照射装置６はカメラアセンブリ４の下部に配置され、ランプハウジング１４を備えている。このランプハウジング１４は移送コンベア２に向けられた下面を含み、この下面は耐熱を有したガラス窓１６を有する。

図２に示されるようにガラス窓１６は、ランプハウジング１４の下面に形成された開口１８と、この開口１８を閉塞する耐熱性のガラス板２０とを含み、このガラス板２０はランプハウジング１４内に位置付けられている。より詳しくは、ガラス窓１６はランプハウジング１４内に配置され、ガラス板２０を囲む窓枠２２と、窓枠２２及びガラス板２０を押さえ込む押さえ板２４と、窓枠２２及びガラス板２０と押さえ板２４との間に挟み込まれたパッキン２６ａと、ガラス板２０とランプハウジング１４の内面との間に挟み込まれたパッキン２６ｂとを更に含む。

図１でみて、ランプハウジング１４の左側には冷却装置８がランプハウジング１４に隣接して配置されており、冷却装置８は冷却ボックス２６を有する。冷却ボックス２６及びランプハウジング１４は、熱交換器２８及び循環ファン３０を介して相互に接続されており、これら熱交換器２８及び循環ファン３０は照射装置８のための冷却ユニットとして使用される。

熱交換器２８には冷却水の供給パイプ３４及び戻りパイプ３６がそれぞれ接続され、これらパイプ３４，３６は冷却ボックス２６を貫通し、冷却水の供給源まで延びている。供給源は、熱交換器２８に給水パイプ３４を通じて一定温度の冷却水を供給する一方、熱交換器２８に供給された冷却水を戻りパイプ３６を通じて受け取る。即ち、供給源は熱交換器２８を通じて冷却水を循環させ、これにより、熱交換器２８は冷却ボックス２６内の冷却空気を冷却し、一定温度以下に維持する。

循環ファン３０は、冷却ボックス２６内の冷却空気をランプハウジング１４内に導入する。一方、ランプハウジング１４内の空気は、熱交換器２８内を通じて冷却ボックス２６内に戻される。従って、冷却空気は冷却ボックス２６とランプハウジング１４との間にて循環することができる。

ここで、循環ファン３０は、ランプハウジング１４の内圧がランプハウジング１４の外側の気圧よりも常時高くなるように、ランプハウジング１４内に冷却空気を供給する。従って、ランプハウジング１４内は加圧状態にあり、ランプハウジング１４内に外気が侵入することはない。この結果、上述したガラス窓１６、即ち、ガラス板２０の内面に塵埃が堆積するようなことはない。

更に、冷却ボックス２６の下面には空気噴射ユニット３８が取り付けられている。空気噴射ユニット３８は空圧源（図示しない）から圧縮空気の供給を受け、この圧縮空気を図１中の矢印Ｂで示すようにガラス板２０の外面に沿って噴出する。このような圧縮空気の噴出流はガラス板３０の外面への塵埃の付着を防止し、この結果、ガラス板２０の内外の面はクリアな状態に常時維持される。

図１から明らかなようにランプハウジング１４内には一対のランプユニット４０が配置されており、ランプハウジング１４内の詳細は図３に示されている。

ランプハウジング１４は移送コンベア２を横断する方向に延び、開口した両端を有する。これら開口は蓋（図示しない）により開閉可能である。例えば、蓋はランプハウジング１４にヒンジ結合されている。

ランプハウジング１４内には一対のユニットホルダ４２がそれぞれ配置され、これらユニットホルダ４２はランプハウジング１４内を移送コンベア２の横断方向に延びている。各ユニットホルダ４２の両端側にホルダブラケット４４がそれぞれ配置され、これらホルダブラケット４４は一対のユニットホルダ４２の対応する側の端部を支持する一方、ランプハウジング１４に対して昇降可能に取り付けられている。

より詳しくは、各ホルダブラケット４４は移送コンベア２の走行方向に、ランプハウジング１４の開口を横断して延び、ランプハウジング１４にスクリューブロック４６を介して支持された両端を有する。各スクリューブロック４６は、ランプハウジング１４の端面に固着され、上下方向に貫通するねじ孔を有したブロック４８と、このブロック４８のねじ孔にねじ込まれ、ブロック４８を貫通するスクリューロッド５０とを含み、ブラケット４４の端部はスクリューロッド５０の上端にて支持されている。

上述したスクリューブロック４６はホルダブラケット４４の昇降、即ち、ユニットホルダ４２の高さを調整可能にする。なお、ユニットホルダ４２の高さ調整が完了した後、各ホルダブラケット４６は止めねじ（図示しない）によりランプハウジング１４に固定される。

各ユニットホルダ４２はその下部にスライド機構を含み、このスライド機構はスライダ５２を有する。このスライダ５２はユニットホルダ４２に対して、その長手方向、即ち、移送コンベア２を横断する方向に摺動可能であり、ユニットホルダ４２から露出した端面を有する。

各スライダ５２には、対応する側のランプユニット４０がそれぞれ取り付けられている。ランプユニット４０は、直管状のハロゲンランプ５４と、このハロゲンランプ５４を覆う反射板５６とを含み、反射板５６はハロゲンランプ５４から出射された赤外光を移送コンベア２に向けて反射させることができる。なお、ハロゲンランプ５４及び反射板５６は移送コンベア２の横断方向に延び、移送コンベア２の幅全域をカバーすることができる。

ランプハウジング１４の一方の開口が開かれたとき、上述したランプユニット４０は、そのスライダ５２とともにランプハウジング１４から開口を通じて抜き出し可能であり、そして、抜き出されたラップユニット４０はランプハウジング１４内の所定位置に再び装着可能である。このようなランプユニット４０の抜出し及び装着を容易にするため、図３に示されているように各スライダ５２の前記端面にはハンドル５８がそれぞれ取り付けられている。

図３に示されるように、一対のランプユニット４０は、検査ラインＩＬを挟んで移送コンベア２の上流側及び下流側にそれぞれ配置され、検査ラインＩＬは移送コンベア２上の所定位置に定められ、移送コンベア２の横断方向に延びている。一対のランプユニット４０はハロゲンランプ５４から赤外光を出射し、出射された赤外光を直接的又は反射板５６にて反射させ、検査ラインＩＬ上に集光させる。

より具体的には、図３に示されるように、各ランプユニット４０のハロゲンランプ５４の軸線と検査ラインＩＬとの間を結ぶ面がＬで示され、そして、前記検査ラインＩＬを通過する鉛直面がＶＰで示されるとき、面Ｌは鉛直面ＶＰに対して所定の角度を存して傾斜した状態にあり、両面Ｌ間の角度αは例えば６０°である。

鉛直面ＶＰは一対のランプユニット４０間のギャップＧを通過して延びている。それ故、一対のランプユニット４０からの赤外光がガラス窓１６を通過して移送コンベア２上のたばこ原料Ｔに照射されたとき、たばこ原料Ｔにて反射された赤外光の一部はガラス窓１６を通過し、一対のラップユニット４０間を鉛直面ＶＰに沿って上方に向かうことができる。

再度図１を参照すれば、前述した赤外線カメラ装置１０はカメラハウジング５９を備え、このカメラハウジング５９はランプハウジング１４上に配置されている。カメラハウジング５９内にはミラーボックス６０が配置され、ミラーボックス６０はその内部に分光ミラーとしての一対のダイクロイックミラー６２，６４を収容している。これらミラー６２，６４は横向きのＶ字形を形成すべく配置され、ミラー６２はミラー６４の下側に位置付けられている。ミラーボックス６０からは鏡胴６６が下方に向けて延び、この鏡胴６６はランプハウジング１４内に突出した下端部を有する。

ダイクロイックミラー６２，６４及び鏡胴６６は前述した鉛直面ＶＰ上に位置付けられており、それ故、たばこ原料Ｔにて反射され、鉛直面ＶＰに沿って上方に向かう赤外光は鏡胴６６を通じてダイクロイックミラー６２に入射することができる。

ダイクロイックミラー６２は、入射された赤外光のうち、１８２５nm以上の長い波長の赤外光を反射光ビームとして反射する一方、１８２５nmよりも短い波長の赤外光を通過光ビームとして通過させる。ダイクロイックミラー６２からの反射光ビームは鏡胴６８を通じて赤外線フィルタ７０に入射され、赤外線フィルタ７０は反射光ビームから１９４０nmの波長の赤外線を通過させ、この赤外線は光ラインセンサ７２に入射する。

一方、ダイクロイックミラー６２を通過した通過光ビームはダイクロイックミラー６４に入射する。ダイクロイックミラー６４は通過光ビームのうち、１６２５nm以上の長い波長の光ビームを反射光ビームとして反射する一方、１６２５nmよりも短い波長の光ビームを通過光ビームとして通過させる。ダイクロイックミラー６４からの反射光ビームは鏡胴７４を通じて赤外線フィルタ７６に入射する。赤外線フィルタ７６は１７２０nmの波長の赤外線を通過させ、この赤外線は光ラインセンサ７８に入射する。

一方、ダイクロイックミラー６４からの通過光ビームは鏡胴８０を通じて赤外線フィルタ８２に入射する。赤外線フィルタ８２は１５５０nmの波長の赤外線を通過させ、この赤外線は光ラインセンサ８４に入射する。

上述した赤外線フィルタ７０，７６，８２は対応する鏡胴にそれぞれ取り外し可能に装着されている。

光ラインセンサ７２，７８，８４は何れも多数の受光素子（図示しない）を含み、これら受光素子は互いに隣接して一列に並べられ、入射した赤外線の光量に応じた電気信号をそれぞれ発生する。より詳しくは、各光ラインセンサは移送コンベア２の横断方向に延び、移送コンベア２の幅以上の長さを有する。それ故、各光ラインセンサは、検査ラインＩＬ上のたばこ原料Ｔの全域から反射した赤外光のうち、対応した波長の赤外線をその受光素子にて受け取ることができる。

光ラインセンサ７２，７８，８４の受光素子が発生する電気信号は、検査ラインＩＬを通過したたばこ原料Ｔの画像を作成するデータとして使用され、この場合、各受光素子からの電気信号は画像中の１つの画素に対応する。

前述したダイクロイックミラー６２，６４及び鏡胴６６，６８，７４，８０のそれぞれは移送コンベア２の幅方向に延びており、ダイクロイックミラーは移送コンベア２の幅以上の長さを有し、鏡銅は移送コンベア２の幅方向以上のアパーチャ幅を有する。なお、鏡胴６６，６８，７４，８０が集光レンズ（図示しない）等を内蔵していることは言うまでもない。

光ラインセンサ７２，７８，８４は前述した信号変換装置１２にそれぞれ電気的に接続されている。信号変換装置１２は３つの処理回路８６を含み、これら処理回路８６は対応する光ラインセンサからの電気信号を処理する。更に、信号変換装置１２は前述したランプユニット４０の各ハロゲンランプ５４に接続された直流電源８７と、そのハウジングの外側に配置されたクーラ８９とを更に含み、このクーラ８９は信号変換装置１２内を冷却する。

図４は、処理回路８６の一例を示す。
処理回路８６はＡ／Ｄ変換器８８を有し、このＡ／Ｄ変換器８８は対応するラインセンサに電気的に接続されている。Ａ／Ｄ変換部８８は光ラインセンサの個々の受光素子が発生したアナログの電気信号を受け取り、受け取った電気信号をデジタルな電気信号Ｘに変換し、そして、電気信号Ｘを次の補償器９０に供給する。

補償器９０は、個々の受光素子に対応した電気信号Ｘをそれぞれ補正して、電気信号Ｙを生成し、これら電気信号Ｙを出力バッファメモリ９２に供給する。出力バッファメモリ９２はデジタル出力ドライバ９４を介して、電気信号Ｙを信号変換装置１２外の判定回路９６に向けて出力する。

次に、電気信号Ｘの補正意義に関して、より具体的に説明する。
赤外線に対する個々の受光素子の感度は一様でなく、また、照射装置６が検査ラインＩＬの全域に亘って分配されたたばこ原料Ｔを均一に照明することも困難である。それ故、赤外光を均一に反射する基準板が検査ラインＩＬ上に配置されたとき、光ラインセンサの個々の受光素子から発生する電気信号Ｘは、図５中実線で示されるように均一にならず、電気信号Ｘの出力レベルは、赤外光に対する受光素子の感度を示す。

図５中の破線は、照射装置８により検査ラインＩＬ上に照射された赤外光の照度分布を表しており、通常、前述した直管状のハロゲンランプ５４は、その中央部から出射される赤外光に比べて、その両端部から出射される赤外光が弱くなる特性を有する。

それ故、個々の受光素子の電気信号Ｘは、以下の補正式に従って電気信号Ｙに補正される。
Ｙ＝αＸ＋β
α，βは個々の受光素子に固有のゲイン及びオフセット値をそれぞれ示す。

ゲインαは、受光素子間での電気信号Ｘの出力レベルを補償すべく決定され、個々の受光素子毎に設定される固有の値である。光ラインセンサの個々の受光素子に対し、その固有のゲインαが割り当てられているとき、前述した補償器９０から出力される個々の受光素子に対応した電気信号Ｙは図６に示されるように一定の出力レベルを有する。

一方、オフセット値βは、移送コンベア２の両側を延びるガイドフレーム（図示しない）にて反射された赤外光の悪影響を排除するために設定される。具体的には、オフセット値βは、光ラインセンサにおける受光素子の列中、光ラインセンサの両端部に含まれる所定個数の受光素子に対してのみ割り当てられ、これら受光素子から出力される電気信号Ｘを打ち消すのに十分な値を有する。従って、図６に示されるように電気信号Ｙの出力分布はその両側に不感帯をそれぞれ有する。

上述した補償器９０での補正処理を可能にするため、補償器９０は不揮発性のメモリ９８に電気的に接続されており、このメモリ９８には個々の受光素子に割り当てられるべきゲインα及びオフセット値βが格納されている。従って、個々の受光素子の電気信号Ｘに対して、メモリ９８から補償器９０に個々の受光素子に対応したゲインα及びオフセット値βが供給されることにより、補償器９０は前述の式に基づいて電気信号Ｘを補正し、補正後の電気信号Ｙを出力することができる。

ゲインα及びオフセット値βは、設定器１００を使用することよりメモリ９８に格納され、また、設定器１００はメモリ９８内のゲインα及びオフセット値βを書き換えることも可能である。

光ラインセンサの個々の受光素子にゲインαを割り当てるため、図１に示されるように、赤外線カメラ装置１０は、前述した基準板として使用されるキャリブレーションプレート１０２を備えており、このキャリブレーションプレート１０２は必要に応じて検査ラインＩＬ上に配置することができる。

より詳しくは、図３に示されているように、ランプハウジング１４の外面には、一対のガイドレール１０４が取り付けられており、これらガイドレール１０４は移送コンベア２の横断方向みて、ランプハウジング１４の両端部にそれぞれ位置付けられている。各ガイドレール１０４はＬ字形状をなし、ランプハウジング１４の下面から側壁に亘って延びている。各ガイドレール１０４はチェーン１０６の走行をそれぞれ案内し、これらチェーン１０６にはブラケット１０８がそれぞれ取り付けられている。これらブラケット１０８はランプハウジング１４の外側に向けて突出し、そして、連結プレート１１０を介して相互に連結されている。図７から明らかなように、連結プレート１１０はランプハウジング１４の長手方向（移送コンベア２の幅方向）に延び、その上面に前述したキャリブレーションプレート１０２を保持している。

ここで、キャリブレーションプレート１０２は赤外光を均一に反射し、且つ、熱変形を受け難い材料から形成されている。例えば、キャリブレーションプレート１０２はテフロン、ピーク材又はセラミックから形成されている。

図３に示されるように、キャリブレーションプレート１０２が検査ラインＩＬ上の作動位置にあるとき、キャリブレーションプレート１０２は照射装置６から照射された赤外光を均一に反射することができる。従って、キャリブレーションプレート１０２から反射された赤外光、即ち、前述した赤外線が各ラインセンサの個々の受光素子にて受け取られ、これら受光センサからの電気信号Ｘの出力レベルに基づき、個々の受光素子に割り当てるべきゲインαが決定される。

一方、キャリブレーションプレート１０２は一対のガイドレール１０４に沿ってチェーン１０６とともに移動可能である。それ故、図１に示されるように、移送コンベア２上をたばこ原料Ｔが移送されるとき、キャリブレーションプレート１０２は、ランプハウジング１４の側壁側に位置付けられた休止位置に退避でき、キャリブレーションプレート１０２がたばこ原料Ｔの移送を妨げることはない。

また、キャリブレーションプレート１０２は前述したゲインαの初期設定に使用されるばかりでなく、個々の受光素子の感度が経年劣化することを考慮し、ゲインαの再設定を定期的に実施するためにも使用される。

前述した判定回路９６は、前述した処理回路８６からの出力、即ち、第１波長（１５５０nm）、第２波長（１７２０nm）及び第３波長（１９４０nm）の赤外線から得られる画像データＤ１n，Ｄ２n，Ｄ３nをそれぞれ受け取り、これら画像データに基づき、たばこ原料Ｔ中の夾雑物を検出する。なお、画像データの添え字ｎは光ラインセンサにおける受光素子の素子番号を代表して示す。

第１波長〜第３波長の赤外線は、たばこ原料Ｔでの赤外線の反射率と夾雑物での赤外線の反射率の相違に基づき、たばこ原料Ｔから夾雑物の検出、つまり、その識別にとって最適となる組み合わせが選択される。

この点に関して詳述すれば、たばこ原料Ｔは図８中の実線Ｔ1〜Ｔ4に示されるように、同様な分光反射特性を有し、一方、前述した夾雑物は図８中、破線（Ｆ1）、一点鎖線（Ｆ2）及び２点鎖線（Ｆ3）で示されるような分光反射特性を有する。なお、Ｔ1〜Ｔ4は、在来種、バーレー種、オリエント種、黄色種のたばこ葉をそれぞれ示し、Ｆ1〜Ｆ3は前述した包材や紐などの合成樹脂材、ウレタンフォーム及び防湿紙をそれぞれ示している。

図８から明らかなように、第１波長の赤外線でみたとき、たばこ原料Ｔ1〜Ｔ4からの赤外線の反射率と夾雑物Ｆ1〜Ｆ3からの赤外線の反射率とは明確に異なる。

また、第２波長の赤外線でみたとき、たばこ原料Ｔ2,Ｔ3からの赤外線の反射率と夾雑物Ｆ1からの赤外線の反射率との間に明瞭な差が生じないが、しかしながら、たばこ原料Ｔ1と他の夾雑物Ｆ2,Ｆ3との間では赤外線の反射率に明瞭な差が生じている。

更に、第３波長の赤外線でみたとき、たばこ原料Ｔ3,Ｔ4からの赤外線の反射率と夾雑物Ｆ2，Ｆ3からの赤外線の反射率とには明瞭な差が生じないが、しかしながら、たばこ原料Ｔ1，Ｔ2と夾雑物Ｆ1との間では赤外線の反射率に明瞭な差が生じている。

従って、第１〜第３波長の赤外線に関して、これら赤外線がたばこ原料Ｔから反射したとき、第１〜第３波長の赤外線に許容される反射率の範囲に対応した電気信号Ｙの許容レベル範囲と、実際の電気信号Ｙとを比較することで、判定回路９６は、たばこ原料Ｔ中の夾雑物を検出、即ち、識別することができる。

具体的には、判定回路９６は、前述した画像データの比Ｒ１（＝Ｄ１n／Ｄ３n）及び比Ｒ１（＝Ｄ２n／Ｄ３n）をそれぞれ算出し、これら比Ｒ１，Ｒ２が共にたばこ原料Ｔを示す特定の範囲内に収まるとき、画像データがたばこ原料Ｔを示すものであると判定する。これに対し、判定回路９６は、比Ｒ１，Ｒ２の何れか一方が前記特定の範囲から外れているとき、画像データが夾雑物を示すものである判定する。

上述したように判定回路９６は、処理回路８６から得られる連続した画像データに基づいてたばこ原料Ｔ中の夾雑物を検出するので、夾雑物の検出を迅速に行うことができる。それ故、たばこ原料Ｔの移送速度、即ち、処理速度の高速化が可能となる。

また、判定回路９６は、画像データＤ１n，Ｄ２n，Ｄ３nを疑似ＲＧＢ信号として取り扱うこともでき、この場合、その判定結果を表示装置（図示しない）に疑似カラー画像として表示させることもできる。

本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、一実施例の場合、判定回路９６は信号変換装置１の３つの出力をパラレルに受け取っている。しかしながら、図９に示される信号変換装置１２は、処理回路８６との判定回路９６との間にスイッチ回路１１２を更に含み、このスイッチ回路１１２は処理回路８６の３つの出力を判定回路９６にシリアルに供給する。この場合、判定回路９６は、処理回路８６の各出力に基づき、たばこ原料Ｔ中の夾雑物を検出し、その判定結果は表示装置にモノクロ画像として順次表示可能となる。

更に、処理回路８６は図１０の処理回路１１４に置換可能である。処理回路１１４は前述したラインセンサ７２，７８，８４からの電気信号Ｘを電気信号Ｙに補正する機能１１６に加え、これらの電気信号Ｙを図１１に示されるように所定時間に亘って判定回路９６に出力し続ける出力変換機能１１８を有している。この場合、判定回路９６は、たばこ原料Ｔの移送が停止されている状態で、たばこ原料Ｔの所定のスポット領域中から夾雑物を同様にして検出することができる。

上述の実施例は全てたばこ原料Ｔがたばこ葉と夾雑物との混合物であることを前提にしている。しかしながら、本発明の識別システムは、たばこ葉以外の原料であっても、その原料中の夾雑物の検出に使用できることは勿論のこと、種々の材料からなる混合物中からの特定の材料の識別にも同様にして適用可能である。

例えば、図１２は、収穫された若芽や、この若芽中に混入する虞のある夾雑物、具体的には緑色や灰色の天蚕糸が有する赤外線の分光反射特性、そして、若芽中の夾雑物の検出に適した第１〜第３波長の（１３００nm，１７３０nm，１９４０nm）の赤外線をそれぞれ示している。

図１２から明らかなように、第３波長の赤外線の反射率でみたとき、若芽と夾雑物との間に明瞭な差が生じないけれども、第１及び第２波長の赤外線の反射率でみたとき、若芽と夾雑物と間には明瞭な差が発生する。従って、判定回路は、前述したように画像データの比Ｒ１（＝Ｄ１n／Ｄ３n）及び比Ｒ１（＝Ｄ２n／Ｄ３n）を求め、これらの比Ｒ１，Ｒ２に基づき、若芽中の夾雑物を正確に検出することができる。

一方、図１３は、おむつや生理用品等の複合体と、これら複合体の構成要素（紙、不織布、ポリマ）が有する赤外線の分光反射特性、そして、構成要素の識別に適した第１〜第３波長（１６００nm，１７５０nm，１９４０nm）の赤外線を示している。

図１３から明らかなように、第１〜第３波長の赤外線の反射率でみたとき、複合体の間、また、その構成要素との間には明瞭な差が生じている。それ故、判定回路は、複合体における各構成要素の配置や分布状態を識別でき、この識別結果に基づき、製品の品質管理が可能となる。

上述の実施例から明らかなように、原料中からの夾雑物の検出や複合体中の構成要素の識別に関して、第３波長（１９４０nm）の赤外線は共通して使用されている。この第３波長の赤外線は材料中の水分に良好に吸収されるので、水分を含む材料と水分を含まない材料とを識別するうえで有用である。

また、本発明の識別システムは、第３波長の赤外線と第１及び第２波長以外の他の波長の赤外線との組み合わせを使用することもでき、更に、使用される赤外線は必ずしも３つに限らず、検出すべき夾雑物や識別すべき対象材料の種類が多い場合には、波長の異なる４つ以上の赤外線が使用されることは言うまでもない。

Claims (7)

1. 葉状体の混合物を所定の移送経路に沿って移送する移送手段であって、前記混合物が複数の同色系材料を含む、移送手段と、
   前記移送経路を横断する検査ラインを含み、前記検査ライン上の混合物に向けて赤外光を照射する照射装置と、
   前記照射装置の上方に配置され、前記混合物から反射した赤外光を受け取り、受取った赤外光に基づいて前記混合物の画像データを出力する赤外線カメラ装置と、
   前記赤外線カメラ装置からの出力に基づき、前記混合物に含まれる対象材料を識別する判定回路と
   を備え、
   前記照射装置は、
   前記検査ラインに向けて赤外光をそれぞれ照射する一対のランプユニットであって、各ランプユニットが前記物品の移送方向でみて前記検査ラインの上流及び下流にそれぞれ配置され、前記各ランプユニットが前記検査ラインと平行に延び、前記赤外光を出射する直管状のハロゲンランプと、このハロゲンランプから出射された前記赤外光を前記検査ラインに向けて反射させる反射板とを有した一対のランプユニットと、
   前記一対のランプユニットにおける前記反射板間に確保され、前記検査ラインにて前記移送経路を横断する鉛直面内に位置付けられたギャップとを含み、
   前記赤外線カメラ装置は、
   前記鉛直面内に含まれ、前記ギャップを通じて前記混合物から反射した赤外光を導く反射経路と、
   前記反射経路に配置され、受取った赤外光を波長域が互いに異なる複数の光ビームに分光する分光ミラーと、
   前記各光ビームから特定波長の赤外線のみを通過させる複数の赤外線フィルタであって、前記特定波長の赤外線が前記混合物に照射され、前記混合物に含まれる前記材料のそれぞれにて反射されたとき、前記特定波長の赤外線は前記材料間にて所定の差を生じさせる反射率を有する、複数の赤外線フィルタと、
   前記各赤外線フィルタを通過した赤外線をそれぞれ受け取る複数の光ラインセンサであって、前記検査ライン上の混合物から反射された赤外光を受け取るべく配列され、個々に赤外線の受光量に応じた電気信号を前記画像データとして発生する多数の受光素子を有する、複数の光ラインセンサと
   を含むことを特徴とする混合物の識別システム。
2. 前記赤外線カメラ装置は、
   前記各光ラインセンサに含まれる前記受光素子間の感度差を補償する補償回路を更に含み、
   前記補償回路は、各受光素子からの電気信号を補償するためのゲイン及びオフセット値を有し、これらゲイン及びオフセット値は個々の受光素子毎に設定されていることを特徴とする請求項１の混合物の識別システム。
3. 前記赤外線カメラ装置は、
   赤外光を均一に反射するキャリブレーションプレートと、
   前記検査ライン上の作動位置と、前記検査ラインから外れた休止位置との間にて前記キャリブレーションプレートの移動を案内するガイドと
   を更に含むことを特徴とする請求項１又は２の混合物の識別システム。
4. 前記照射装置は、前記一対のランプユニットを収容するランプハウジングであって、前記一対のランプユニットから出射した赤外光を前記検査ラインに向けて通過させる開口を有する、ランプハウジングと、
   前記開口を閉塞し、前記赤外線の透過を許容するガラス窓と、
   前記ランプユニット内の空気を冷却する冷却ユニットと
   を更に含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の混合物の識別システム。
5. 前記冷却ユニットは、前記ランプユニット内を通じて冷却空気を供給し、前記ランプユニット内を外部の圧力よりも高い圧力に維持することを特徴とする請求項４に記載の混合物の識別システム。
6. 前記照射装置は、前記ガラス窓の外面に沿って空気の流れを発生させる空気噴射ユニットを更に含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の混合物の識別システム。
7. 前記照射装置は、前記ランプハウジングから前記一対のランプユニットの引き出しを許容するスライド機構を更に含み、このスライド機構は、前記一対のランプユニットを前記検査ラインと平行な方向に摺動自在に支持することを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の混合物の識別システム。