JP2004045422A

JP2004045422A - 分光分析装置

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Publication number: JP2004045422A
Application number: JP2003323492A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iwami; 石見　憲一; Shinichi Kawabata; 河端　真一
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP3847285B2

Abstract

【課題】　被計測物の大きさの違いに拘らず被計測物の内部品質を精度良く解析することができるようにする。
【解決手段】　被計測物を計測対象箇所を通過するように搬送する搬送手段と、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、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８と、各部の動作を制御する制御手段とが設けられ、制御手段が、受光手段８にて受光した光により、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、受光手段８が、計測対象箇所に対して遠近方向に移動自在に構成され、被計測物が計測対象箇所に至ると受光量が減少するように設けられて、被計測物が計測対象箇所に到達したことを検出するための光量検出センサ３５が、受光手段８に備えられている。
【選択図】　　　　図３

Description

　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、前記受光手段にて受光した光により、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。

　上記構成の分光分析装置は、例えば、投光手段と受光手段とが、計測対象箇所の左右両側箇所に振り分けて配置され、搬送コンベア等の搬送手段が、被計測物を設定速度で一列で縦列状に計測対象箇所を順次通過するように載置搬送するように構成されて、青果物等を被計測物として、その被計測物の糖度や酸度等の内部品質を解析するために用いられる。
　そして、その被計測物となる青果物等には、その大きさが品種等によって異なるものがあり、様々な大きさの被計測物の内部品質が解析できるようにする必要があった。
　そこで、従来の分光分析装置では、図１３に示すように、投光手段７と受光手段８は、投光手段７と受光手段８の間隔が被計測物Ｍとなる青果物において推測される最大の大きさよりも大きくなるように、計測対象箇所Ｔの左右両側箇所に均等に振り分けた位置に設置され、また、被計測物Ｍは、投光手段７と受光手段８の間隔と略等分する中間点となる計測対象箇所Ｔに位置するように構成されていた。そして、投光手段７から照射される集束光の焦点位置は、投光手段７と受光手段８の間隔を等分する中間点と略一致するように設定されて、その焦点位置が被計測物Ｍの中心位置と略一致するように構成されていた。
　このように構成することによって、被計測物の大きさに拘わらず、投光手段から照射される光が集束する状態で被計測物へ入射させることもできた。

　この種の分光分析装置では、被計測物を透過した検出光に混じって外乱光が受光手段に入射することを防止することが望まれ、また、被計測物を透過した光の拡散が極力進まない状態で受光することが望まれる。
　ちなみに、この種の分光分析装置において、電荷蓄電式のラインセンサを受光手段として用いた場合には、受光手段における受光量が設定適正量よりも多くなると、ラインセンサの電荷蓄電量が最大蓄積量を超えて飽和してしまう不都合を生じることになり、逆に、受光手段における受光量が設定適正量よりも少なくなると、ラインセンサの電荷蓄積量が不足してＳ／Ｎ（信号対雑音）比が低下してしまうことによって、測定誤差が大きくなるものであり、受光手段における受光量を設定適正量にする必要がある。
　説明を加えると、投光手段から被計測物へ向けて集束光として照射されて、被計測物を透過してくる光は、拡散しながら受光手段へ向けて進んでいくものであり、この被計測物を透過した光を被計測物にできるだけ近い位置で受光するようにすれば、受光手段における受光量を多くして、ラインセンサの電荷蓄積量が不足してＳ／Ｎ（信号対雑音）比が低下してしまうことを防止できるものとなる。また、被計測物を通過せずに被計測物を回り込んでくる外乱光は、被計測物を透過してくる光と比べて、光量が多く、このような光を受光手段が受光すると、受光量が検出可能な適正範囲を逸脱してしまい、被計測物の内部品質を分析することができなくなるが、受光手段を被計測物に近づければ、受光手段が外乱光を受光するのを抑制することが可能となる。
　しかしながら、従来の分光分析装置では、投光手段と受光手段とが、計測対象箇所の左右両側箇所に振り分けた固定の位置に設置され、被計測物は、投光手段と受光手段の間隔と略等分する中間点を通過していくように構成されていたため、品種が変わることによって異なる大きさの被計測物が計測対象箇所に搬送されてくると、受光手段と被計測物との間隔、あるいは、投光手段と被計測物との間隔が変化してしまうものとなる。
　このため、被計測物の大きさが小さいときには、受光手段と被計測物の間隔が大きく開いてしまうこととなるので、外乱光が被計測物を透過した検出光に混じって受光手段に入射する等して、測定誤差が大きくなる、あるいは、内部品質を分析できないことになる虞があった。
　ところで、従来の分光分析装置によれば、投光手段から照射される光は、被計測物の大きさが変わっても、投光手段から照射される光は集束する状態で被計測物へ入射することになるが、投光手段から照射される集束光の焦点位置が、投光手段と受光手段の間隔と略等分する中間点と一致する、つまり、被計測物の中心位置と略一致するように設定されていたため、投光手段から照射された光が被計測物の表面で乱反射して、上述の外乱光となる量が多くなる傾向にあり、外乱光を減少させることも望まれていた。

　本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、被計測物の大きさに拘わらず、被計測物の内部品質を精度よく解析することができる分光分析装置を提供する点にある。

　〔請求項１記載の発明〕
　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、前記受光手段にて受光した光により、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、
　前記計測対象箇所に位置する被計測物と前記受光手段との間隔を、設定間隔に維持する間隔維持手段が設けられている点を特徴とする。

　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、計測対象箇所に位置する被計測物と受光手段との間隔を設定間隔に維持することができるので、被計測物の大きさに拘わらず、受光手段にて設定適正量となる受光量が得られるようにすることによって、受光センサの電荷蓄積量が不足してＳ／Ｎ（信号対雑音）比が低下してしまうことを防止でき、しかも、外乱光が被計測物を透過した検出光に混じって受光手段に入射することを抑制して、受光量が設定適正範囲を逸脱して受光センサの電荷蓄積量が飽和しまうことをも回避できるものとなり、もって、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。

　従って、被計測物の大きさに拘わらず、内部品質を精度良く解析できる分光分析装置が得られることとなる。

　〔請求項２記載の発明〕
　請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記間隔維持手段が、前記受光手段の位置を変更調節して、前記計測対象箇所に位置する被計測物と前記受光手段との間隔を設定間隔に維持するように構成されている点を特徴とする。

　すなわち、受光手段の位置を変更調節することによって、被計測物の大きさに拘わらず、被計測物と受光手段との間隔を設定間隔に維持できるようになる。

　従って、被計測物の大きさに拘わらず、内部品質を精度良く解析できる分光分析装置を得られるものとなる。

　〔請求項３記載の発明〕
　請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記間隔維持手段が、前記計測対象箇所に位置する被計測物の位置を変更調節して、被計測物と前記受光手段との間隔を前記設定間隔に維持するように構成されている点を特徴とする。

　すなわち、被計測物の位置を変更調節することによって、被計測物の大きさに拘わらず、被計測物と受光手段との間隔を設定間隔に維持できるようになる、つまり、受光手段は固定した位置に配置されたものであっても、被計測物の大きさに拘わらず、被計測物と受光手段との間隔を設定間隔に維持できるものとなる。

　従って、被計測物の大きさに拘わらず、内部品質を精度良く解析できる分光分析装置が得られる。

　〔請求項４記載の発明〕
　請求項４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、前記受光手段にて受光した光により、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、
　前記投光手段から照射される集束光の焦点位置が、前記計測対象箇所に位置することが予定される被計測物のうちで、前記投光手段から最も離れた位置に位置する前記被計測物の表面と一致するように設定されている点を特徴とする。

　すなわち、投光手段から照射される集束光の焦点位置を、最も小さい被計測物の表面と一致させることとなるので、同一品種でも、大きさのことなる被計測物が、計測対象箇所に位置することとなっても、被計測物の位置が投光手段から照射される集束光の焦点位置が、被計測物の表面より投光手段側になることが無いようにして、投光手段から照射される光が集束する状態で被計測物へ入射するようにしながらも、集束光の焦点位置をできるだけ被計測物の表面に近付けるようにするから、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外乱光が発生することをできるだけ防止して、被計測物の内部品質を良好に分析できるものとなる。

　ちなみに、投光手段から照射される集束光の焦点位置が、被計測物の表面より被計測物の内側に位置するように設定して、投光手段から照射される光が集束する状態で被計測物へ入射するようにすると、上述した如く、被計測物の表面での乱反射により、外乱光が発生し易いものとなり、また、投光手段から照射される集束光の焦点位置が、被計測物の表面より投光手段側に位置するように設定して、投光手段から照射される光が拡散する状態で被計測物へ入射するようにすると、被計測物を通過せずに被計測物を回り込む光が多量に発生し易くなって、受光手段における受光量が設定適正量より多くなってしまい、内部品質を分析できなくなる虞もあるものとなる。
　従って、投光手段から照射される集束光の焦点位置が、被計測物の表面と一致するような状態で、投光手段から被計測物に集束光を照射するのが最も的確に内部品質を分析できるものとなるが、被計測物である青果物は、大きさが一定しているものでなく、いずれの被計測物に対しても、投光手段から照射される集束光の焦点位置が、被計測物の表面と一致するような状態で、投光手段から被計測物に集束光を照射するのは、不可能である。
　そこで、投光手段から照射される集束光の焦点位置を被計測物の表面と一致させ、あるいは、投光手段から照射される集束光の焦点位置を被計測物の投光手段側の表面より被計測物の内側ではあるものの被計測物の表面に近付けるようにして、大きさの異なる被計測物の内部品質を精度良く分析できるものとなる。

　〔請求項５記載の発明〕
　請求項５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、前記受光手段にて受光した光により、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、
　前記計測対象箇所に位置する前記被計測物と前記投光手段との間隔を変更調節できるように、前記投光手段の位置を変更調節する投光位置調整手段が設けられている点を特徴とする。

　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、計測対象箇所に位置する被計測物と投光手段との間隔を設定間隔に維持することができるので、被計測物の大きさに拘わらず、投光手段から照射される集束光の焦点位置を、被計測物の表面と一致させることができる。
　つまり、図８（イ）及び（ロ）に示すように、投光手段７から集束光の焦点位置までの焦点距離を一定に維持させた状態で、被計測物Ｍの大きさに拘わらず、投光手段７から照射される集束光の焦点位置を、被計測物Ｍの表面と一致させることができるものとなるので、上記した請求項４の発明に説明からも明らかなように、内部品質を精度良く分析できるようになる。

　〔請求項６記載の発明〕
　請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記被計測物として、前記計測対象箇所に位置されたときに前記投光手段との間隔が大小に異なる複数群があり、
　前記投光位置調整手段が、前記被計測物の複数群の夫々に対応して定められる群用設定位置に前記投光手段を位置調整するように構成され、
　前記群用設定位置は、その群内の被計測物のうちで、前記投光手段から最も離れた位置に位置する被計測物の表面と、前記投光手段から照射される集束光の焦点位置とを一致させる位置として定められている構成されている点を特徴とする。

　青果物等の被計測物の大きさは、品種が異なることによって大きく変わるものであるが、同じ品種であれば、バラツキはあるものの大きく異なるものではないので、被計測物である青果物は、品種等によって複数群に分けて分類することができるものである。
　すなわち、被計測物の品種毎の大きさのバラツキに対応させるべく、投光位置調整手段が、被計測物の品種に応じて、その品種の被計測物のうちで最も離れた位置に位置する被計測物の表面、つまり、その品種の被計測物のうちで推測される最も小さい被計測物の表面と、投光手段から照射される集束光の焦点位置とを一致させるように、投光手段と被計測物との間隔を変更調節することによって、品種が同じであっても大きさの異なる被計測物に、投光手段から照射される光が集束する状態で被計測物へ入射させて、内部品質を精度良く分析できる。

　以下、本発明に係る分光分析装置用のデータ処理装置について、被計測物Ｍとして例えばミカンの内部品質情報（糖度や酸度等）を計測するための分光分析装置に対する処理に適用した場合について図面に基づいて説明する。

　　〔第１実施形態〕
　先ず、前記分光分析装置の構成並びに計測動作について説明する。
　図１に示すように、分光分析装置は、被計測物Ｍに光を照射する投光部１と、被計測物Ｍを透過した光を計測対象光として、その計測対象光を分光してその分光した計測対象光を受光して分光スペクトルデータを得る受光部２と、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処理や、各部の動作を制御する動作制御処理等を実行する制御部３等を備えて構成され、被計測物Ｍは、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。

　前記投光部１には、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に移動自在に構成されて、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍに光を照射する投光手段７が備えられ、前記受光部２には、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に移動自在に構成されて、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手段８が備えられている。
　さらに、投光部１には、投光位置調整手段４として、軸受１１ａに回転自在に支持されて計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に沿って設けられたネジ棒１２ａと、そのネジ棒１２ａの一端側に連結されて制御部３によって制御されるパルスモータ１３ａと、ネジ棒１２ａに外嵌するナット部材１４ａとが備えられ、投光手段７は、前記ナット部材１４ａを備える架台１５ａの上方に取り付けられている。そして、制御部３がパルスモータを回転させることによって、投光手段７の位置が、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に沿って変更調節されて、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍと前記投光手段７との間隔を変更調節できるように構成されている。
　同様に、前記受光部２においても、間隔維持手段５として、軸受け１１ｂ、ネジ棒１２ｂ、パルスモータ１３ｂ、及びナット部材１４ｂとが備えられ、受光手段８は、ナット部材１４ｂを備えた架台１５ｂの上方に取り付けられている。そして、受光手段８の位置が、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に沿って変更調節されて、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するように構成されている。

　次に、前記投光手段７の構成について説明する。
　前記投光手段７は、図２に示すように、投光用枠体２８の内部に、ハロゲンランプからなる光源２１、この光源２１から発光する光を反射させて被計測物Ｍの表面に焦点を合わせるための凹面形状の光反射板２２、この光反射板２２にて集光される光の焦点位置近くに位置させて、小径の透過孔を通過させることで集光された後の光の径方向外方側への広がりを抑制する絞り手段としての絞り板２３、光源２１からの光が計測対象箇所Ｔに照射される状態と、光を遮断する状態とに切り換え自在な投光用シャッター機構２４、集光された光源２１からの光を並行光に変更させる投光用コリメータレンズ２５、並行光に変化した光を反射して計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍに向けて横向きに変更する投光用反射鏡２６、この投光用反射鏡２６にて反射された光を集光させる投光用集光レンズ２７とを備えて構成されている。
　また、前記投光用シャッター機構２４は、詳述はしないが、遮蔽板を電動モータを用いた操作機構によって揺動操作して、光が計測対象箇所Ｔに照射される状態と、光を遮断する状態とに切り換える構成となっている。

　前記受光手段８は、図３に示すように、受光用枠体２９の内部に、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、この受光用集光レンズ３１を通過してくる光のうち後述するような計測対象の波長領域（６００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の範囲の光だけを計測対象光として上向きに反射し、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受光用シャッター機構３３、開放状態の受光用シャッター機構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等を備えて構成されている。

　前記分光器３４は、図４に示すように、入光口３６から入射した計測対象光を反射する受光用反射鏡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折格子３８と、凹面回折格子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。この受光センサ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。

　前記受光用シャッター機構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、シャッター用パルスモータ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断する遮断状態となるように、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４０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、この受光用シャッター機構３３は凹面回折格子３８に対する入光口３６に近接する状態で設けられている。

　前記投光手段７及び前記受光手段８は、上述したように、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に沿って夫々の位置が変更調節されるように構成されているとともに、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５５によって一体的に支持される状態で設けられ、この枠体５５は、上下調節機構６１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６１については、詳述はしないが、固定部６２に対して位置固定状態で設置され、上下位置調節用電動モータ６３にて駆動されるネジ送り機構６４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、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、固定部６２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６５が設けられている。このリファレンスフィルター６５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。

　そして、前記枠体５５の全体を上下方向に位置調節することによって、図７（イ）に示すように、投光手段７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８にて受光される通常計測状態と、図７（ロ）に示すように、各投光手段７からの光が前記リファレンスフィルター６５を透過した後に受光手段８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。

　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Ｍ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６に示すように、搬送コンベア６による計測対象箇所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４５が備えられている。すなわち、この通過センサ４５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。

　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９に示すように、分光器３４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制御手段としての動作制御手段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、上述したような、投光位置調整手段４の変更調節動作、間隔維持手段５の変更調節動作、各シャッター機構２４、３３の開閉動作、上下調節機構６１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とともに、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構成となっている。

　そして、制御部３は、予め入力される被計測物Ｍの大きさについての品種情報に基づいて、被計測物Ｍの大きさが小さい品種の場合には、図８の（イ）に示す如く、上下調節機構６１を操作して、被計測物Ｍ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投光手段７からの光が照射されるように、投光手段７と受光手段８との上下方向の位置を調整するとともに、制御部３が投光位置調整手段４のパルスモータ１３ａを回転させて、投光手段７から照射される集束光の焦点位置を、計測対象箇所Ｔに位置する推測される最も小さい被計測物Ｍの表面と一致するように、投光手段７の位置を計測対象箇所Ｔに近づける方向へ変更調節し、間隔維持手段５のパルスモータ１３ｂを回転させて、計測対象箇所Ｔに位置する推測される最も大きい被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するように、受光手段８の位置を計測対象箇所Ｔに近づける方向へ変更調節する。また、被計測物Ｍの大きさが大きい品種の場合にも、図８の（ロ）に示すように、上下調節機構６１にて投光手段７と受光手段８とを上方側に移動させ、被計測物Ｍの中央部分を中心として被計測物Ｍの全体にわたって投光手段７からの光が照射されるように調整するとともに、制御部３が投光位置調整手段４のパルスモータ１３ａを回転させて、投光手段７から照射される集束光の焦点位置が、計測対象箇所Ｔに位置する推測される最も小さい被計測物Ｍの表面と一致するように、投光手段７の位置を計測対象箇所Ｔから遠ざかる方向へ変更調節し、間隔維持手段５のパルスモータ１３ｂを回転させて、計測対象箇所Ｔに位置する推測される最も大きい被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するように、受光手段８の位置を計測対象箇所Ｔから遠ざかる方向へ変更調節する。

　つまり、投光手段７からの光が、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され、且つ、被計測物Ｍを通過せずに被計測物Ｍを回り込んで分光器３４へ入射することを抑制されるべく、投光手段７と受光手段８との上下方向の位置を調整するとともに、投光手段７と被計測物Ｍとの間隔、及び、被計測物Ｍと受光手段８との間隔を調整することによって、投光手段７から照射される光を集束する状態で的確に被計測物Ｍへ入射させて、受光手段８にて設定適正量となる受光量が得られるようにすることとなり、受光センサ３９の電荷蓄積量が不足してＳ／Ｎ（信号対雑音）比が低下してしまうことを防止しながら、外乱光が被計測物Ｍを透過した検出光に混じって受光手段８に入射することを防止して、受光量が設定適正範囲を逸脱して受光センサ３９の電荷蓄積量が飽和しまうことを防止できるように構成されているものである。

　なお、予め入力する計測条件については、被計測物Ｍの品種や大きさが変わる際に、搬送コンベア６に被計測物Ｍを載置させる前に制御部３に入力したり、搬送コンベア６にて被計測物Ｍを計測対象箇所Ｔに搬送する途中で計測条件を検出して、その検出された計測条件を制御部３に入力するようにしている。

　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７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６５に照射して、そのリファレンスフィルター６５からの透過光を、分光器３４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光量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７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光量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。

　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、前記校正用データ計測状態に切り換える。そして、前記受光用シャッター機構３３を開放状態に切り換えて、投光手段７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６５に照射して、そのリファレンスフィルター６５からの透過光を、分光器３４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。

　そして、前記基準データ計測モードにおいては、分光器３４への光が遮断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、前記分光器３４の受光用シャッター機構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。

　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６１を操作して枠体５５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４５による検出情報に基づいて、被計測物Ｍが計測対象箇所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１０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。

　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、受光用シャッター機構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９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６６が設けられ、この切換操作具６６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。

　又、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受光用シャッター機構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、受光用シャッター機構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７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３５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、受光用シャッター機構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、受光用シャッター機構３３を遮蔽状態に切り換えるのである。

　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、

〔数１〕
　ｄ＝ｌｏｇ｛（Ｒｄ−Ｄａ）／（Ｓｄ−Ｄａ）｝

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。

〔数２〕
　Ｙ＝Ｋ０＋Ｋ１・Ａ（λ１）＋Ｋ２・Ａ（λ２）

　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

　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。

　　〔第２実施形態〕
　第１実施形態においては、間隔維持手段５として、受光手段８の位置を変更調節して、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するような構成のものを備えて構成されたものとしたが、これに対して、第２実施形態においては、間隔維持手段５として、被計測物Ｍの位置を変更調節して、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するような構成のものを備えて構成されているものである。

　すなわち、第１実施形態における受光手段８が、計測対象箇所Ｔに対して遠近方向に沿って変更調節されず、固定された状態で受光部２に設置されている。
　そして、図１２に示すように、前記バケット６ｂが、搬送方向と交差する方向に沿って、回転自在な複数のローラ５１が並置された載置部５２を備えて被計測物Ｍを載置するように構成されている。さらに、被計測物Ｍを載置しているときには、載置部５２が受光手段８側が下位となるような傾斜姿勢となるように構成され、載置部５２の受光手段８側の端部には、被計測物Ｍの落下防止及び係止用の係止部５３が備えられている。このような構成によって、被計測物Ｍは、係止部５３にて係止される状態で、載置部５２に載置されて計測対象箇所Ｔを通過していくことになる。
　尚、係止部５３は、被計測物Ｍを透過した光が減光されることなく受光手段８へ入射するように、透明な材質のものを用いて構成されている。

　つまり、上述したようなバケット６ｂが、間隔維持手段５として、被計測物Ｍの位置を変更調節して、計測対象箇所Ｔに位置する被計測物Ｍと受光手段８との間隔を設定間隔に維持するものである。

　　〔別実施形態〕
　次に別実施形態を説明する。
（１）上記実施形態では、投光手段として、ハロゲンランプ、反射板、及び、投光用反射鏡を備える構成としたが、これに限定されるものではない。
　例えば、光源に水銀灯、Ｎｅ放電管等を用いたものでもよく、また、ビーム光による照射範囲を変更自在なビーム光源を投光手段として用いてもよい。

（２）上記実施形態では、上下調節機構として、分光分析装置を上下方向へ移動させて、計測対象箇所に対する投光手段及び受光手段の上下方向位置を変更調整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、搬送手段を上下方向へ移動させて、計測対象箇所に対する投光手段及び受光手段の上下方向位置を変更調整するような構成としてもよく、また、搬送手段におけるバケット部だけを、上下方向へ移動できるような構成として、計測対象箇所に対する投光手段及び受光手段の上下方向位置を変更調整するような構成としてもよい。

（３）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、食味の情報等、それ以外の内部品質を計測してもよい。

（４）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。

分光分析装置の概略構成図投光手段の構成図受光手段の構成図分光器の構成図シャッター機構を示す図通過センサの設置状態を示す平面図上下位置変更状態を示す図異なる大きさの被計測物に対する投光手段及び受光手段の位置調節状態を示す図制御ブロック図計測作動のタイミングチャート受光量の変化と計測タイミングを示す図バケットの構成図従来技術における投光手段及び受光手段の設置状態を示す図

符号の説明

３　　　　　　制御手段
４　　　　　　投光位置調整手段
５　　　　　　間隔維持手段
７　　　　　　投光手段
８　　　　　　受光手段
Ｍ　　　　　　被計測物
Ｔ　　　　　　計測対象箇所

Claims

　被計測物を計測対象箇所を通過するように搬送する搬送手段と、
　前記計測対象箇所に位置する前記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、前記受光手段にて受光した光により、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、
　前記受光手段が、前記計測対象箇所に対して遠近方向に移動自在に構成され、
　前記被計測物が前記計測対象箇所に至ると受光量が減少するように設けられて、前記被計測物が前記計測対象箇所に到達したことを検出するための光量検出センサが、前記受光手段に備えられている分光分析装置。
　前記投光手段が、前記計測対象箇所に対して遠近方向に移動自在に構成されている請求項１記載の分光分析装置。
　前記投光手段及び前記受光手段の上下方向の位置が変更調節されるように構成されている請求項２記載の分光分析装置。