JP2003004631A

JP2003004631A - 成分計測装置

Info

Publication number: JP2003004631A
Application number: JP2001183537A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoda; 光司依田
Original assignee: Kawasaki Kiko Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Kiko Co Ltd
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】光散乱の防止とともに、被測定物からの正反
射光の抑制により測定精度を高めた成分計測装置を提供
する。【解決手段】被測定物（サンプル２）に照射する光を
発する光源（１６）、被測定物（サンプル２）からの反
射光（Ｌｒ）を開口部（８）から取り込む積分球
（６）、この積分球の開口部から被測定物に向けて光
（投射光Ｌｉ）を照射するとともに被測定物からの正反
射光（Ｌｒｏ）を受光する導光部材（導光パイプ１８、
導光柱６０）、積分球内に取り込まれた反射光を検出す
る検出手段（光検出器２０）を備えたものであり、光散
乱の防止とともに、被測定物からの正反射光を抑制して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、茶葉の成分測定
等、近赤外線、可視光等を用いた分光分析に用いられる
成分計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積分球を用いた近赤外線や可視光
による光計測は、図８に示すように、平行光に近いコリ
メータ光Ｌｉを光源１００から積分球１０２内に入光さ
せ、その積分球１０２の開口１０３を通して光Ｌｉをセ
ル１０４内の茶葉等のサンプル１０６に照射し、その反
射光Ｌｒを積分球１０２内に取り込み、積分球１０２内
に設置された光検出器１０８、１１０で光量を計測して
いる。このような近赤外線や可視光の計測では、セル容
器に収容されたサンプル計測や、オンライン計測等、１
次元的なデータ取込みで行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光計測には、第１に、積分球に光を導入した際、積分球
内で光が散乱するという不都合があり、この光の散乱
は、検出誤差を生じさせ、第２に、サンプルから取り込
まれる光には多くの正反射光が含まれ、計測すべき成分
に起因する光の減衰量を計測し難いという問題があっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、光散乱の防止ととも
に、被測定物からの正反射光の抑制により測定精度を高
めた成分計測装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の成分計測装置
は、被測定物（サンプル２）に照射する光を発する光源
（１６）と、前記被測定物（サンプル２）からの反射光
（Ｌｒ）を開口部（８）から取り込む積分球（６）と、
この積分球の前記開口部から前記被測定物に向けて光
（投射光Ｌｉ）を照射するとともに前記被測定物からの
正反射光（Ｌｒｏ）を受光する導光部材（導光パイプ１
８、導光柱６０）と、前記積分球内に取り込まれた前記
反射光を検出する検出手段（光検出器２０）とを備えた
ことを特徴とする。

【０００６】即ち、光源からの光は導光部材を以て積分
球の開口部から被測定物に照射される。被測定物からの
反射光は開口部から積分球に導かれるが、この反射光に
は正反射光が含まれている。この正反射光は、積分球の
開口部に設置されている導光部材に導かれるので、積分
球内に被測定物から正反射光が入射するのを抑制でき
る。即ち、積分球には被測定物の測定すべき成分に起因
する反射光が取り込まれて検出手段に検出される。した
がって、被測定物の成分に起因する光の減衰量を精度よ
く計測することができる。

【０００７】本発明の成分計測装置において、前記導光
部材は、導光孔（１９）を有する筒状部材（導光パイプ
１８）又は前記導光孔を有しない柱状部材（導光柱６
０）であることを特徴とする。即ち、導光孔を有する筒
状部材又は導光孔を有しない柱状部材の何れを用いて
も、光源からの光を被測定物に導くことができ、被測定
物からの正反射光を受光することができる。

【０００８】本発明の成分計測装置において、前記筒状
部材は、その内面又は外面に金又は硫酸バリウム等の光
反射物質層（２２）からなる反射面が形成されてなるこ
とを特徴とする。即ち、筒状部材の内面に金又は硫酸バ
リウム等の光反射物質層で反射面を形成すれば、光源か
らの光を被測定物に効率よく導くことができ、被測定物
から受光した正反射光を積分球に漏洩することなく、光
源側に導くことができる。また、筒状部材の外面に金又
は硫酸バリウム等の光反射物質層で反射面を形成すれ
ば、光回折による積分球内の光散乱を抑制でき、積分球
に取り込まれた反射光を導光部材である筒状部材の外面
側で減衰することなく効率よく反射させ、検出手段に導
くことができる。

【０００９】本発明の成分計測装置において、前記柱状
部材は、その外面に金又は硫酸バリウム等の光反射物質
層からなる反射面が形成されてなることを特徴とする。
同様に、柱状部材で導光部材を形成した場合、その外面
に金又は硫酸バリウム等の光反射物質層で反射面を形成
すれば、光回折による積分球内の光散乱を抑制でき、積
分球に取り込まれた反射光を導光部材である柱状部材の
外面側で減衰することなく効率よく反射させ、検出手段
に導くことができる。

【００１０】本発明の成分計測装置において、前記積分
球は、その内面側に半球状反射面（反射面１５）が形成
された複数の部材（球体部材６Ａ、６Ｂ）を接合し、そ
の内面に球状反射面を形成してなることを特徴とする。
即ち、積分球を金属成形等で容易に製造することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明及びその実施の形態
を図面に示した実施例を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１ないし図３は本発明の成分計測装置の
第１実施例を示し、図１はその縦断面、図２は筒状部材
の断面、図３は積分球の開口部側の断面を示している。

【００１３】この実施例では、被測定物として茶葉等の
サンプル２が用いられており、このサンプル２は光減衰
が少なく、即ち、透過率の高い光透過材料からなる載置
部材としての石英板４の上に載置されている。サンプル
２は、茶葉の場合、図示しない押圧手段で適当な圧力で
圧縮される。

【００１４】この石英板４の下方には、サンプル２から
の反射光Ｌｒを取り込む積分球６が設置されている。こ
の積分球６は、この実施例の場合、球体であって、開口
部８、１０、１２が形成されており、石英板４側の開口
部８は、反射光Ｌｒの受光窓であるとともに投射光Ｌｉ
の投光窓を構成し、光透過手段としての石英板１４で閉
じられている。この積分球６の内部には球面状の反射面
１５が形成されている。

【００１５】そして、積分球６には、光源１６からの投
射光Ｌｉを導くとともに、開口部８からサンプル２に向
けて投射光Ｌｉを導き、照射する導光部材として筒状部
材である導光パイプ１８が設置されている。この導光パ
イプ１８は金属等で構成でき、この実施例にあっては、
導光孔１９を有する金属パイプが用いられている。そし
て、その一方の開口端が開口部８の直近部分まで延長さ
れて配置されており、この実施例では、その開口端を石
英板１４に密着させてある。また、他方の開口端は積分
球６の開口部１０から引き出され、光源１６側に配置さ
れている。したがって、光源１６から得られた光Ｌｉ
は、導光パイプ１８の内部を反射して導かれ、その開口
端からサンプル２に照射される。そして、サンプル２か
らの反射光Ｌｒは、開口部８から積分球６に進入し、積
分球６内で反射を繰り返す。

【００１６】また、積分球６の開口部１２側には光量を
検出する手段として光検出器２０が設置され、積分球６
内の反射光Ｌｒが開口部１２から光検出器２０に受光さ
れ、サンプル２の成分に起因する光の減衰量が検出さ
れ、その出力Ｖｏが取り出される。

【００１７】そして、導光パイプ１８には、図２に示す
ように、その内面部及び外面部に光反射物質層２２のコ
ートによって反射面が形成されている。光反射物質層２
２は、例えば、金、硫酸バリウム等の反射特性の良好な
金属によるめっき層で構成することができる。

【００１８】このような構成とすれば、積分球６内を導
光パイプ１８によって光源１６からの光Ｌｉを通過さ
せ、しかも、反射光Ｌｒと無関係にサンプル２に照射さ
せることができ、導光パイプ１８の開口端が積分球６の
受光窓である開口部８まで延長されているので、投射光
Ｌｉは積分球６内に漏れることなく、内面側の光反射物
質層２２からなる反射面で反射しながら被測定物である
サンプル２に照射される。図３に示すように、サンプル
２への投射光Ｌｉによる正反射光Ｌｒｏの殆どは導光パ
イプ１８の導光孔１９側に戻り、サンプル情報を含んだ
拡散反射光Ｌｒは導光パイプ１８の周辺より開口部８か
ら積分球６内に取り込まれる。この結果、光検出器２０
には拡散反射光Ｌｒのみによる精度の高い光情報が得ら
れる。即ち、積分球６に取り込まれる正反射光Ｌｒｏが
少なく、正反射光Ｌｒｏによる計測誤差を抑制すること
ができる。

【００１９】また、導光パイプ１８の内外面には、光反
射物質層２２によって反射面が形成されているので、積
分球６に入射した反射光Ｌｒの回折による散乱を防止す
ることができる。これらの作用によって、サンプル２の
成分に起因する光の減衰量の測定精度を高めることがで
きる。

【００２０】次に、図４ないし図６は本発明の成分計測
装置の第２実施例を示し、図４は成分計測装置の要部断
面、図５は導光パイプの外観形態、図６は積分球の受光
側の開口部分の断面構造を示している。この第２実施例
において、第１実施例と同一部分には同一符号を付して
ある。

【００２１】この実施例の積分球６は、複数の部材とし
て２分割された球体部材６Ａ、６Ｂの内側に湾曲させた
半球状の反射面１５が形成されており、これら球体部材
６Ａ、６Ｂを接合して１つの積分球６が構成されてい
る。球体部材６Ａ側には上方に突出した縁部２４によっ
て開口部８が形成されており、その縁部２４には石英板
１４が被せられている。この石英板１４には開口部８の
縁部２４に嵌合する縁部２６が形成され、この縁部２６
によって石英板１４の開口部８からの脱落を防止してい
る。

【００２２】また、球体部材６Ｂ側の開口部１０側には
導光パイプ１８を支持、固定する手段として筒状の支持
固定部２８が形成されている。この支持固定部２８に支
持、固定されている導光パイプ１８は、図５に示すよう
に、器体部３０にパイプ片３２を挿入して固定したもの
であり、器体部３０には先端部側を段階的に径小化した
複数の径小部３４、３６が形成されるとともに、各径小
部３４、３６の端面側には先端部側に傾斜するテーパー
面３８、４０が形成されている。また、器体部３０の中
間部には固定フランジ部４２が取り付けられ、固定フラ
ンジ部４２の抜け止めとして器体部３０側に段部４４が
形成されている。固定フランジ部４２には複数の固定孔
４６が形成されており、各固定孔４６に挿入されたねじ
４８により、導光パイプ１８が積分球６の支持固定部２
８に強固に固定されている。この実施例では、図６に示
すように、導光パイプ１８のパイプ片３２の先端部は球
体部材６Ａの開口部８の近傍に配置されている。

【００２３】また、導光パイプ１８の器体部３０の開口
端側には、光源１６としてランプ５０が設置されるとと
もに、このランプ５０から発せられた光Ｌｉを平行光に
変換する集光手段としての複数のレンズ５２からなる光
学系５４が設置されている。光学系５４を通過した光Ｌ
ｉは導光パイプ１８に入射し、その内部を反射しながら
サンプル２側に照射され、サンプル２からの拡散反射光
Ｌｒが開口部８から積分球６内に取り込まれる。

【００２４】そして、積分球６の球体部材６Ｂ側の開口
部１２には光検出器２０が取り付けられ、積分球６内の
拡散反射光Ｌｒが開口部１２から光検出器２０に入り、
検出部５６に検出される。

【００２５】このような構成によれば、第１実施例と同
様に、サンプル２からの正反射光Ｌｒｏが積分球６に取
り込まれないため、正反射光Ｌｒｏによる計測誤差を抑
制することができるとともに、導光パイプ１８の内外面
には、光反射物質層２２によって反射面が形成されてい
るので、積分球６に入射した反射光Ｌｒの回折による散
乱を防止することができ、サンプル２の成分に起因する
光の減衰量の測定精度を高めることができる。

【００２６】しかも、内面側に半球状の反射面１５が形
成された複数の球体部材６Ａ、６Ｂを接合して積分球６
が構成されているので、積分球６を金属成形等で容易に
製造することができる。

【００２７】次に、図７は本発明の成分計測装置の第３
実施例を示し、第１実施例と同一部分には同一符号を付
してある。

【００２８】第１実施例では、導光部材として導光パイ
プ１８を使用したが、第３実施例のように、柱状部材で
ある導光柱６０を使用してもよい。この導光柱６０は、
例えば、石英で構成することができる。このような導光
柱６０を使用すれば、光源１６からの投射光Ｌｉを全反
射を利用してサンプル２に導き、照射することができる
とともに、サンプル２からの正反射光Ｌｒｏを受光して
光源１６側に戻すことができる。この結果、積分球６に
は正反射光Ｌｒｏの少ない反射光Ｌｒ、即ち、被測定物
であるサンプル２の成分に起因する反射光Ｌｒを積分球
６に取り込み、光検出器２０に受光させることができ、
成分に起因する光の減衰量を精度よく計測することがで
き、測定精度を向上させることができる。

【００２９】この場合、導光柱６０の外面に金又は硫酸
バリウム等の光反射物質層で反射面を形成すれば、光源
１６からの投射光Ｌｉをサンプル２に効率よく導くこと
ができるとともに、サンプル２から受光した正反射光Ｌ
ｒｏを積分球６側に漏洩させることなく、光源１６側に
導くことができる。その結果、光回折による積分球６内
の光散乱を抑制でき、積分球６に取り込まれた反射光Ｌ
ｒを導光柱６０の外面側で減衰することなく効率よく反
射させ、光検出器２０に導くことができ、計測精度の向
上に寄与することができる。

【００３０】なお、実施例では、積分球６の上側に被測
定物を設置し、その下に積分球６を設置した場合につい
て説明したが、被測定物を下側にし、その上に積分球を
設置してもよく、本発明は、積分球の設置位置に限定さ
れるものではない。

【００３１】また、実施例の積分球の内面には球状の反
射面１５を形成しているが、この反射面は、反射光を反
射すればよく、完全球面である必要はないので、本発明
は、球面の形状に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果が得られる。ａ光源から被測定物に照射される投射光の散乱が防止
でき、精度の高い計測を実現することができる。ｂ被測定物からの正反射光を導光部材に受光させて積
分球内への取込みを抑制でき、被測定物の成分に依存す
る反射光を積分球に導くことができ、精度の高い計測を
実現することができる。ｃ導光部材に導光孔を有する筒状部材又は導光孔を有
しない柱状部材を使用でき、導光部材である筒状部材を
金属で構成すれば、石英バンドルに比べて安価に製造で
きるとともに、パイプ径を任意に調整でき、被測定物に
多量の光を照射でき、検出精度を高めることができる。ｄ内面側に半球状の反射面が形成された複数の部材を
接合して積分球を形成すれば、金属成形等で容易に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成分計測装置の第１実施例を示す断面
図である。

【図２】筒状部材を示す断面図である。

【図３】導光部材による光投射、積分球に対する反射
光、導光部材に対する正反射光の取込みを示す図であ
る。

【図４】本発明の成分計測装置の第２実施例を示す断面
図である。

【図５】導光パイプの外観形態を示す斜視図である。

【図６】積分球の開口部分の構造を示す断面図である。

【図７】本発明の成分計測装置の第３実施例を示す断面
図である。

【図８】従来の積分球を用いた光計測を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２サンプル（被測定物）６積分球６Ａ、６Ｂ球体部材８開口部１５反射面１６光源１８導光パイプ（導光部材）１９導光孔２０光検出器（検出手段）２２光反射物質層６０導光柱（導光部材）Ｌｉ投射光Ｌｒ反射光Ｌｒｏ正反射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に照射する光を発する光源と、前記被測定物からの反射光を開口部から取り込む積分球
と、この積分球の前記開口部から前記被測定物に向けて光を
照射するとともに前記被測定物からの正反射光を受光す
る導光部材と、前記積分球内に取り込まれた前記反射光を検出する検出
手段と、を備えたことを特徴とする成分計測装置。
【請求項２】前記導光部材は、導光孔を有する筒状部
材又は前記導光孔を有しない柱状部材であることを特徴
とする請求項１記載の成分計測装置。
【請求項３】前記筒状部材は、その内面又は外面に金
又は硫酸バリウム等の光反射物質層からなる反射面が形
成されてなることを特徴とする請求項２記載の成分計測
装置。
【請求項４】前記柱状部材は、その外面に金又は硫酸
バリウム等の光反射物質層からなる反射面が形成されて
なることを特徴とする請求項２記載の成分計測装置。
【請求項５】前記積分球は、その内面側に半球状反射
面が形成された複数の部材を接合し、その内面に球状反
射面を形成してなることを特徴とする請求項１記載の成
分計測装置。