JPH09281035A - 分光測定方法とそれを用いた分光測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被測定物を高速で搬送しつつその内部性状を短
時間で測定することのできる分光測定方法とそれを用い
た分光測定器を提供すること。 【解決手段】分光測定方法としては、所定の方向に照射
された複数の測定用光路に対して、被測定物を移動通過
させることによって前記被測定物に測定用光を照射し、
複数の測定用光路に対応して得られる被測定物からの特
定の波長または波長領域の光を被測定物が測定用光路を
通過中に選択的に受光することを特徴とし、分光測定器
としては上記分光測定方法を用い、所定方向に配列した
複数個の測定用光照射手段１からの測定用光に対して、
被測定物移動手段９を挟んで受光手段５を配し、被測定
物が測定用光路を通過中に測定を行うことを特徴的構成
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は被測定物を移動させ
ながら被測定物の光吸収特性を測定する分光測定器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の内部性状を分析する手段として、
赤外領域光を用いた分光分析が広く用いられている。こ
れは主に被測定物に赤外線を照射し、透過光を回折格子
等によって分光してその波長分布を測定するものであ
る。そして本出願人によっても、青果物の糖度分析用の
分光測定器として、すでに特願平５−２６１９８号およ
び特願平６−４１９４４号にその一例を提案している。
前者のものは図７に示すように、光源７０から被測定物
である青果物７２に近赤外領域の波長を含む測定用光線
を照射し、その透過光をレンズ７４で集光した上でスリ
ット７５とＮＤフィルタ７６を通して凹面回折格子７８
で分光し、波長が７００〜１０００ｎｍの分光をライン
センサ８０上に焦点を結ばせて計測し、その計測値を信
号処理して青果物７２の糖度値を割り出すものである。
後者のものは図８に示すにように、青果物７２をコンベ
アー８２によって順に搬送しながら、コンベアー８２の
近傍に設けられたサイズ計測器８４によって青果物７２
のサイズを計測しつつ、コンベアー８２の両側に対向状
に設けられた投光部８６と受光部８８からなる測定装置
本体９０において、投光部８６からの測定用光を照射
し、青果物７２を透過した光を受光部８８における凹面
回折格子７８によって分光してその各波長の光量を、電
荷蓄積方式のラインセンサ８０によって青果物７２のサ
イズに応じた蓄積時間を用いて測定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の分光測定器
は以下の点が問題となっている。先ず前者（特願平５−
２６１９８号）については、被測定物である青果物７２
が静止していることが条件であり、青果物の選果場等に
おいて、コンベアー等で青果物７２を連続的に移動させ
ながら測定することはできない。これは青果物７２に照
射された光線は青果物中を通過する間に大幅に減衰する
ためであり、青果物７２の通過中の微小時間内に微弱光
線を計測して分析することが困難なことによるものであ
る。そしてこれを解決するため、光量測定に電荷蓄積方
式のラインセンサ８０を用い、青果物７２のサイズに応
じて蓄積時間を変化させて測定する方法として、後者
（特願平６−４１９４４号）が提案されたものである。
しかしながら後者のものでも、凹面回折格子７８とライ
ンセンサ８０を用いているために透過光に含まれる各ピ
ーク波長領域光による光電流をシフトレジスタ等によっ
て順次走査して検出しなければならず、どうしても一回
の測定に５０〜１５０ミリ秒という時間が必要となる。
このため、コンベアーによって青果物７２を搬送して測
定する場合、ミカンであればその直径から逆算すると、
搬送速度は毎秒３０センチメートル程度までしか上げる
ことはできなかった。一方では最近の選果場においても
合理化要求が高く、選果処理速度を上げるために毎秒１
メートル程度の搬送速度が要求されているが、このよう
な高速処理が可能となる糖度測定用の分光測定器は未だ
実現されていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し、被測定物を高速で搬送しつつその内部性状を短時間
で測定することのできる分光測定方法とそれを用いた分
光測定器を提供するものである。このような本発明のう
ち分光測定方法としては、所定の方向に照射された複数
の測定用光路に対して、被測定物を移動通過させること
によって前記被測定物に測定用光を照射し、複数の測定
用光路に対応して得られる被測定物からの特定の波長ま
たは波長領域の光を被測定物が測定用光路を通過中に選
択的に受光することを特徴としている。従って、所定の
方向に照射された複数の測定用光路に対して、被測定物
を移動通過させることによって前記被測定物に測定用光
を照射し、複数の測定用光路に対応して得られる被測定
物からの特定の波長または波長領域の光を被測定物が測
定用光路を通過中に選択的に受光することは、例えばミ
カン等青果物の糖度測定においては、糖度に対応する各
波長領域の透過光毎に個々に選択的に受光することを可
能とするものである。従って、従来のラインセンサを用
いた測定と異なり受光素子の受光面積を大きく取ること
が可能となるので、受光素子にフォトダイオードを用い
ると蓄積容量を大きくすることができ、測定用光の入射
に伴う放電電流の積分出力値を大きく取ることができ
る。

【０００５】前記分光測定器としては、第１として、測
定用光路を形成する所定方向に配列した複数個の測定用
光照射手段と；測定用光照射手段との対向位置で且つ測
定用光路上であって、測定用光照射手段との間に所定の
間隔を設けて配置するとともに、被測定物からの特定の
波長または波長領域の透過光を選択的に受光する受光手
段と；測定用光照射手段と受光手段との間であって、測
定用光路を遮って交差する方向に被測定物を移動させる
被測定物移動手段と；受光手段によって受光される透過
光信号を処理する信号処理手段と；を備えたことであ
り、先ず測定用光路を形成する所定方向に配列した複数
個の測定用光照射手段によって、後述する個々の受光手
段に対して個別に測定用光を照射する。そして測定用光
照射手段との対向位置で且つ測定用光路上であって、測
定用光照射手段との間に所定の間隔を設けて配置すると
ともに、被測定物からの特定の波長または波長領域の透
過光を選択的に受光する受光手段によって、前記個々の
測定用光照射手段からの測定用光を波長ごとに個別に受
光する。この時、測定用光照射手段と受光手段との間に
は、測定用光路を遮って交差する方向に被測定物を移動
させる被測定物移動手段があり、被測定物移動手段の上
に載置された被測定物がその移動に伴って順次測定用行
路を遮るかたちで通過していく。そして通過中の微小時
間内に、個々の波長ごとの透過光を検出する。検出され
た各波長ごとの透過光強度は透過光信号として信号処理
手段によって処理され、被測定物の内部性状が測定され
ることになる。

【０００６】第２として、測定用光路を形成する所定方
向に配列した複数個の測定用光照射手段と；測定用光照
射手段からの測定用光路を遮って交差する方向に被測定
物を移動させる被測定物移動手段と；移動中の前記被測
定物が、複数個の測定用光照射手段からの測定用光路を
遮ることによって得られる被測定物からの反射光の光路
上に配置するとともに、特定の波長または波長領域の光
を選択的に受光する受光手段と；受光手段によって受光
される被測定物からの反射光信号を処理する信号処理手
段と；を備えたことであり、先ず測定用光路を形成する
所定方向に配列した複数個の測定用光照射手段によっ
て、被測定物に対して個別に測定用光を照射する。この
被測定物は、測定用光路を遮って交差する方向に被測定
物を移動させる被測定物移動手段上に載置されて移動す
るので、その移動に伴って順次測定用光が照射される。
この時、移動中の前記被測定物が複数個の測定用光照射
手段からの測定用光路を遮ることによって得られる被測
定物からの反射光の光路上には特定の波長または波長領
域の光を選択的に受光する受光手段が設けられており、
これによって通過中の微小時間内に、被測定物からの個
々の波長ごとの反射光を検出する。ここで、この反射光
の強度は被測定物の透過光の多少に対応して得られる。
次いで、検出された各波長ごとの反射光強度は反射光信
号として信号処理手段によって処理され、被測定物の内
部性状が測定される。

【０００７】第３として、測定用光路を形成する所定方
向に配列した複数個の測定用光照射手段と；測定用光照
射手段からの測定用光路を遮って交差する方向に被測定
物を移動させる被測定物移動手段と；移動中の前記被測
定物が、複数個の測定用光照射手段からの測定用光路を
遮ることによって得られる被測定物からの測定用光路と
交差する方向に発せられる拡散透過光の光路上に配置す
るとともに、特定の波長または波長領域の光を選択的に
受光する受光手段と；受光手段によって受光される被測
定物からの透過光信号を処理する信号処理手段と；を備
えたことであり、先ず測定用光路を形成する所定方向に
配列した複数個の測定用光照射手段によって、被測定物
に対して個別に測定用光を照射する。この被測定物は、
測定用光路を遮って交差する方向に被測定物を移動させ
る被測定物移動手段上に載置されて移動するので、その
移動に伴って順次測定用光が照射される。この時、移動
中の前記被測定物が複数個の測定用光照射手段からの測
定用光路を遮ることによって得られるところの、被測定
物から測定用光路と交差する方向に向かって発せられる
拡散透過光の光路上には、特定の波長または波長領域の
光を選択的に受光する受光手段が設けられており、これ
によって通過中の微小時間内に、被測定物からの個々の
波長ごとの拡散透過光を検出する。次いで、検出された
各波長ごとの拡散透過光強度は透過光信号として信号処
理手段によって処理され、被測定物の内部性状が測定さ
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に具体的実施例に基づき、本発
明の構成をさらに詳細に説明する。図１には本発明を用
いた青果物糖度測定用の分光測定器を表している。図例
のものは、測定用光路を形成する所定方向に配列した複
数個の測定用光照射手段１と；測定用光照射手段１との
対向位置で且つ測定用光路上であって、測定用光照射手
段１との間に所定の間隔を設けて配置するとともに、被
測定物３からの特定の波長または波長領域の透過光を選
択的に受光する受光手段５と；測定用光照射手段１と受
光手段５との間であって、測定用光路を遮って交差する
方向に被測定物３を移動させるコンベア７からなる被測
定物移動手段９と；受光手段５によって受光される透過
光信号を処理する信号処理手段１１などを備えた、前述
した上記第１の分光測定器である。以下に上記の構成を
さらに詳細に説明する。

【０００９】測定用光照射手段１はコンベア７の方向に
沿って複数個設けられ、近赤外線領域の波長光を効率良
く発光するランプ１３と、凹面鏡１５などよりなり、波
長選択フィルター１７によって、ある特定の波長または
波長領域の測定用光による測定用光路を形成する。この
波長選択フィルター１７には、干渉フィルターやその他
の一般的な光学フィルターが使用可能であるが、透過光
の選択性を高めるには特に干渉フィルターが適してい
る。ここで、例えばミカンの糖度には、図２に示すよう
に７００〜１０００ｎｍの波長領域におけるα₁ 〜α₅
で示す５つのピーク波長が関与しているので、被測定物
３がミカンの場合には、α₁ 〜α₅ の個々の波長が得ら
れるような波長選択フィルター１７を用い、それぞれの
波長用の５つの測定用光照射手段１をコンベア７の方向
に沿って配列しておけばよい。なお図の横軸は波長、縦
軸は吸光度を規格化したものである。

【００１０】受光手段５は、上記測定用光照射手段１か
ら被測定物３を透過した透過光を受ける対物レンズ１９
と、外乱光の入射を防止するための受光側波長選択フィ
ルター２１と、エネルギーの相対分光分布を変えること
なく光の強さを減らすためのＮＤフィルター２３と、到
達光を検出するための受光素子２５と、受光素子２５か
らの出力信号を増幅するプリアンプ２７などよりなり、
被測定物３からの透過光を受けて電気的信号として出力
する。この受光側波長選択フィルター２１には、干渉フ
ィルターやその他の一般的な光学フィルターが使用可能
であるが、透過光の選択性を高めるには特に干渉フィル
ターが適している。またＮＤフィルター２３は較正用等
のリファレンスであり、図示しないソレノイド等の駆動
手段によって測定用光路に対して開放自在に設けられて
いる。例えばミカンやトマトなどでは透過光量が約４万
分の１に、リンゴや梨などでは約２０万分の１以下にな
るので、被測定物３の種類によって適宜使用すればよ
い。またＮＤフィルター２３を固定あるいは用いずに、
被測定物３の違いによって後述する受光素子２５の蓄積
時間を増減してもよい。さらには、受光手段５内の測定
用光路を後述するシングルビームとして較正時にのみ使
用して測定時に開放したり、あるいは後述するダブルビ
ームとして常時リファレンス用として用いてもよい。こ
こで上記波長選択フィルター１７と受光側波長選択フィ
ルター２１については、最低限いずれか一方のみに設け
ておけばよいが、より波長の選択精度を高めるために
は、本例のように両方に設けておくことが望ましい。

【００１１】ここで上記シングルビームとダブルビーム
について説明する。図３には（イ）としてシングルビー
ムの光路構成を、（ロ）としてダブルビームの光路構成
をそれぞれ概念的に表している。（イ）のシングルビー
ムでは、測定用光照射手段１からの一本の測定用光路を
そのまま用い、被測定物３の位置にリファレンス２９を
置いて較正した後、被測定物３を通過させて測定を行
う。一方、（ロ）のダブルビームでは、測定用光照射手
段１からの測定用光路をミラー３１等によって２本に分
割し、被測定物３とリファレンス２９とを常時測定し、
両者の比を取る方法である。

【００１２】また、前記受光素子２５としては、フォト
ダイオード等が用いられ、電荷蓄積法による読み出しを
行えばよい。電荷蓄積法においては、フォトダイオード
のｐｎ接合に一旦電荷を蓄積しておき、測定用透過光の
入射に伴って放電される電流の積分出力を取るため、フ
ォトダイオードの受光面積を大きく取る等の方法によっ
て接合容量を大きくしておけば、微弱光でも大きな信号
出力を取り出すことができる。すなわち、測定用透過光
の強弱が放電時間の違いによって検出できることになる
ので、微弱な入射光ながら高い検出精度となる。そして
この積分出力は、プリアンプ２７内に設けた積分回路等
によって得ることができる。

【００１３】被測定物移動手段９は、載置された被測定
物３を搬送するベルトコンベア７と、その一端側に設け
られた駆動用のローラー３３と、このローラー３３を駆
動するモーター３５と、図示しないがベルトコンベア７
の他端側の遊転ローラーと、被測定物３の大きさを検出
するサイズ計測器３７などよりなっている。なおこのサ
イズ計測器３７は、投光器３９と受光器４１よりなって
いる。本発明では選果場等における合理化をその目的の
一つとしており、具体的な搬送速度は毎秒１メートル程
度に設定される。しかしながら、被測定物３の大きさが
大幅に変化する場合には、測定用光路を被測定物３が通
過するのに要する時間も大きく変化することになるの
で、上記サイズ計測器３７によって被測定物３の大きさ
を検出し、受光素子２５の蓄積時間やベルトコンベア７
駆動用のモーター３５の回転数に対してフィードバック
している。従って、駆動用モーター３５としてはパルス
モーターを用いることが望ましいが、この他にもパルス
モーターを用いずエンコーダー等を別途取り付けておい
てもよい。

【００１４】信号処理手段１１は、コンピュータ等の演
算手段やその他の制御装置などよりなり、上記受光手段
５の受光素子２５やプリアンプ２７、ＮＤフィルター２
３用のソレノイド、サイズ計測器３７の受光器４１、モ
ーター３５の制御部等と接続されている。そして前述し
た測定に関する制御を行うとともに、分光透過光量の測
定値がコンピュータによって演算され、糖度値等が算出
される。

【００１５】また、上記の構成において外乱光の影響を
少なくしてより測定精度を向上させるためには、図４に
示すように本測定器の筐体４３のうち測定用光照射手段
１側に低反射板４５を、また被測定物３の上部開口部を
隠蔽するスダレ状の遮蔽部材４７を設けることが効果的
である。

【００１６】以上に説明した第１の分光測定器は、上述
したように測定用光照射手段１に対して対向位置に受光
手段５を配し、両者間に形成される測定用光路を被測定
物３で遮ることにより、その透過光を測定するものであ
ったが、以下図５および図６に示すように、測定用光照
射手段１に対する受光手段５の位置を変えると、第２お
よび第３の分光測定器となる。そして図５には、第２の
分光測定器の測定用光路の形成態様を表している。図例
のものは、測定用光照射手段１からベルトコンベア７上
の被測定物３に対して測定用光を照射し、被測定物３か
らの反射光を測定するものである。すなわち、反射光の
強度は被測定物３の透過光の多少に対応して得られるの
で、反射光を測定することによっても被測定物３の内部
性状を測定することができる。さらに図６には、第３の
分光測定器の測定用光路の形成態様を表している。図例
のものは、（イ）として測定用光照射手段１からの測定
用光を被測定物３の下部から照射し、被測定物３から到
達する拡散透過光を被測定物３の横側から検出するもの
である。従って本図から明らかなように、本例では測定
用光照射手段１から照射される測定用光の光路に対し
て、測定に寄与する拡散透過光の光路とが交差するよう
な位置関係となっている。このような構成においては例
えば図示するように、ベルトコンベア７における被測定
物３の載置位置に測定用光の照射用穴４９を設けておけ
ばよい。続く同図（ロ）のものは、前述の（イ）とは逆
に、ベルトコンベア７上の被測定物３の横側から測定用
光を照射し、被測定物３から到達する拡散透過光を被測
定物３の下側から検出するものである。このような構成
にあっても、（イ）の例と同様、ベルトコンベア７にお
ける被測定物３の載置位置に測定用の穴５１を設けてお
けばよい。以上図５および図６の構成は、被測定物３に
対する測定用光照射手段１と受光手段５との位置関係に
変化を持たせたものであり、設置面積を小さくすること
ができるという利点があるが、設置場所以外の要因、例
えば被測定物３の違いによる測定用光の透過や反射ある
いは拡散特性の差によって適宜選択すればよい。

【００１７】以上本発明の詳細について、青果物の糖度
測定を例に取って説明したが、青果物以外にも、非破壊
でかつ高速で内部性状を測定する場合にも広く応用可能
である。また本発明は上記の実施例に何ら限定されるも
のではなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で自由に変
形実施可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば作
用の項で説明したところにより、以下の優れた効果が得
られる。所定の方向に照射された複数の測定用光路に対
して、被測定物３を移動通過させることによって前記被
測定物３に測定用光を照射し、複数の測定用光路に対応
して得られる被測定物３からの特定の波長または波長領
域の光を被測定物３が測定用光路を通過中に選択的に受
光することは、例えばミカン等青果物の糖度測定におい
ては、糖度に対応する各波長領域の透過光毎に個々に選
択的に受光することを可能とするものであり、被測定物
３を移動させることとの組み合わせにより、測定に要す
る時間を大幅に短縮することができる。また、従来のラ
インセンサを用いた測定と異なり受光素子２５の受光面
積を大きく取ることが可能となるので、受光素子２５に
フォトダイオードを用いると蓄積容量を大きくすること
ができ、測定用光の入射に伴う放電電流の積分出力値を
大きく取ることができることから、測定感度を大幅に高
めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた青果物糖度測定用の分光測定器
の例を表す説明図

【図２】ミカンの糖度測定データの一例を表す説明図

【図３】本発明の受光手段における光路例を表す説明図
で、（イ）がシングルビーム、（ロ）がダブルビームを
それぞれ表す

【図４】本発明において外乱光の影響を少なくするため
の構造例を表す説明図

【図５】本発明において被測定物からの反射光を測定す
る場合の光路構成例を表す説明図

【図６】本発明において被測定物からの拡散透過光を測
定する場合の光路構成例を表す説明図で、（イ）が測定
用光を被測定物の下部から照射するもの、（ロ）が測定
用光を被測定物の横側から照射するものをそれぞれ表す

【図７】従来の分光測定器の例を表す説明図

【図８】従来の分光測定器の例を表す説明図

【符号の説明】

１ 測定用光照射手段 ３ 被測定物 ５ 受光手段 ７、８２ コンベア ９ 被測定物移動手段 １１ 信号処理手段 １３ ランプ １５ 凹面鏡 １７ 波長選択フィルター １９ 対物レンズ ２１ 受光側波長選択フィルター ２３、７６ ＮＤフィルター ２５ 受光素子 ２７ プリアンプ ２９ リファレンス ３１ ミラー ３３ ローラー ３５ モーター ３７、８４ サイズ計測器 ３９ 投光器 ４１ 受光器 ４３ 筐体 ４５ 低反射板 ４７ 遮蔽部材 ４９ 測定用光の照射用穴 ５１ 測定用の穴 ７０ 光源 ７２ 青果物 ７４ レンズ ７５ スリット ７８ 凹面回折格子 ８０ ラインセンサ ８６ 投光部 ８８ 受光部 ９０ 測定装置本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の方向に照射された複数の測定用光路
   に対して、被測定物を移動通過させることによって前記
   被測定物に測定用光を照射し、複数の測定用光路に対応
   して得られる被測定物からの特定の波長または波長領域
   の光を被測定物が測定用光路を通過中に選択的に受光す
   ることを特徴とする分光測定方法。
2. 【請求項２】測定用光路を形成する所定方向に配列した
   複数個の測定用光照射手段と、 測定用光照射手段との対向位置で且つ測定用光路上であ
   って、測定用光照射手段との間に所定の間隔を設けて配
   置するとともに、被測定物からの特定の波長または波長
   領域の透過光を選択的に受光する受光手段と、 測定用光照射手段と受光手段との間であって、測定用光
   路を遮って交差する方向に被測定物を移動させる被測定
   物移動手段と、 受光手段によって受光される透過光信号を処理する信号
   処理手段と、を備えたことを特徴とする分光測定器。
3. 【請求項３】測定用光路を形成する所定方向に配列した
   複数個の測定用光照射手段と、 測定用光照射手段からの測定用光路を遮って交差する方
   向に被測定物を移動させる被測定物移動手段と、 移動中の前記被測定物が、複数個の測定用光照射手段か
   らの測定用光路を遮ることによって得られる被測定物か
   らの反射光の光路上に配置するとともに、特定の波長ま
   たは波長領域の光を選択的に受光する受光手段と、 受光手段によって受光される被測定物からの反射光信号
   を処理する信号処理手段と、を備えたことを特徴とする
   分光測定器。
4. 【請求項４】測定用光路を形成する所定方向に配列した
   複数個の測定用光照射手段と、 測定用光照射手段からの測定用光路を遮って交差する方
   向に被測定物を移動させる被測定物移動手段と、 移動中の前記被測定物が、複数個の測定用光照射手段か
   らの測定用光路を遮ることによって得られる被測定物か
   らの測定用光路と交差する方向に発せられる拡散透過光
   の光路上に配置するとともに、特定の波長または波長領
   域の光を選択的に受光する受光手段と、 受光手段によって受光される被測定物からの透過光信号
   を処理する信号処理手段と、を備えたことを特徴とする
   分光測定器。