JP2006201127A - Spectral device - Google Patents
Spectral device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006201127A JP2006201127A JP2005015697A JP2005015697A JP2006201127A JP 2006201127 A JP2006201127 A JP 2006201127A JP 2005015697 A JP2005015697 A JP 2005015697A JP 2005015697 A JP2005015697 A JP 2005015697A JP 2006201127 A JP2006201127 A JP 2006201127A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- diffraction grating
- measured
- spectroscopic
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
本発明は、被計測物に所定波長領域の光を照射してその反射光又は透過光を測定するための分光装置に関するものである。 The present invention relates to a spectroscopic device for irradiating an object to be measured with light in a predetermined wavelength region and measuring reflected light or transmitted light.
農産物等から成る被計測物に所定波長領域の光を照射して、その反射光や透過光のスペクトル等を測定し、当該被計測物の特定成分(水分など)を分析することが一般に行われており、かかる成分分析を行わせるための分光装置が種々提案されるに至っている。一般的な分光装置として、光源からの光を回折格子にて反射させつつ単色光に分離し、当該回折格子を回動させて所定波長領域の光を被計測物(検出器)に照射させ得るものが挙げられる。 It is generally performed to irradiate a measurement object made of agricultural products or the like with light in a predetermined wavelength region, measure a spectrum of reflected light or transmitted light, and analyze a specific component (such as moisture) of the measurement object. Various spectroscopic apparatuses for performing such component analysis have been proposed. As a general spectroscopic device, light from a light source can be separated into monochromatic light while being reflected by a diffraction grating, and the object to be measured (detector) can be irradiated with light in a predetermined wavelength region by rotating the diffraction grating. Things.
分光装置における回折格子を回転駆動するための機構として、例えば特許文献1にて開示されているように、モータにて回転駆動される送りネジと、該送りねじの回転によりその長手方向に移動し得るキャリアと、該キャリアと回折格子とを連結したサインバーとを有したものがあり、モータを回転駆動させることにより、キャリアを所定位置まで移動させ、サインバーの作用により回折格子を任意角度まで回動させる構成のものが従来より提案されている。このように、任意角度まで回折格子を回動することにより、当該回折格子にて分離及び反射された光のうち、所定の波長領域のもののみを選択的に被計測物へ照射可能とされていた。
しかしながら、上記従来の分光装置においては、計測に長時間かかってしまうという問題があった。即ち、送りねじを回転させてキャリア及びサインバーを動作させ回折格子を回動する構成とされているため、高速応答性が悪いとともに、当該送りねじのバックラッシュを考慮する必要があるため、精度良く計測するために一つの試料につき複数回計測を行う場合において、一の計測が終了し次の計測を行う際、キャリア及びサインバーを原点位置まで戻す必要があり、計測に長時間要してしまうのである。 However, the conventional spectroscopic device has a problem that it takes a long time for measurement. That is, since the feed screw is rotated to operate the carrier and sine bar to rotate the diffraction grating, high-speed response is poor and backlash of the feed screw needs to be considered. When performing multiple measurements for one sample to measure well, it is necessary to return the carrier and sine bar to the origin position when one measurement is completed and the next measurement is performed. It ends up.
然るに、高速応答性を向上させようとした場合、特許文献1で開示されたように、送りネジを高速回転可能とする高速モータを採用し、且つ、微調整用として低速のモータを任意に連結可能とした構成とすることが必要であるが、この場合、微調整用の低速モータ及び送りねじとの連結機構が別途必要となってしまい、装置が大型化してしまうという問題があった。また、サインバーは、送り方向(送りねじの長手方向)に比較的大きな寸法が必要とされ、従って装置がより複雑化及び大型化してしまい、持ち運びが困難なものであった。
However, when trying to improve high-speed response, as disclosed in
従って、例えば特定の成分量から農産物等の育成状況等を判断しようとした場合、農場など現地での計測が困難となってしまい、現地から農産物等を採取した後、それを実験室や研究室など分光装置が設置してある別個の場所まで搬送し、成分分析を行う必要があったので、分析のための作業性が悪く、現地にて迅速に分析結果を得ることができないという問題があった。 Therefore, for example, when trying to judge the growth status of agricultural products etc. from a specific amount of ingredients, it becomes difficult to measure on-site such as farms, and after collecting agricultural products etc. from the locality, it is used in laboratories and laboratories. Since it was necessary to carry the component analysis to a separate place where the spectroscopic device was installed, the workability for the analysis was poor, and the analysis results could not be obtained quickly on site. It was.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被計測物の成分分析をより迅速に行わせることができるとともに、装置を小型化して良好な持ち運びを可能とする分光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a spectroscopic device capable of performing component analysis of an object to be measured more quickly and miniaturizing the device to enable good carrying. There is.
請求項1記載の発明は、光を照射し得る光源と、該光源から照射された光を反射させつつ単色光に分離し得る回折格子と、該回折格子を回動させ、分離した単色光のうち所定波長領域の光を被計測物に向けて照射させ得る走査手段と、被計測物からの反射光又は透過光を受光し得る受光手段とを具備し、前記受光手段にて受光した反射光又は透過光を測定するための分光装置において、前記走査手段は、回転駆動手段及びクランク機構を介して所定角度の範囲内で前記回折格子を回動させることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a light source capable of irradiating light, a diffraction grating capable of separating the light emitted from the light source into monochromatic light while reflecting the light, and rotating the diffraction grating to separate the monochromatic light. Of the reflected light received by the light receiving means, the scanning means capable of irradiating the object to be measured with light in a predetermined wavelength region and the light receiving means capable of receiving reflected light or transmitted light from the object to be measured. Alternatively, in the spectroscopic device for measuring transmitted light, the scanning unit rotates the diffraction grating within a predetermined angle range through a rotation driving unit and a crank mechanism.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の分光装置において、前記光源は、分光装置の所定位置に組み付けられた際、発光するフィラメントの位置と角度が回折格子に対して常に一定となるものであるとともに、当該フィラメントにおける分解能方向の幅が小さく設定されたハロゲンランプから成ることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to the first aspect, when the light source is assembled at a predetermined position of the spectroscopic device, the position and angle of the light emitting filament are always constant with respect to the diffraction grating. And a halogen lamp in which the width of the filament in the resolution direction is set to be small.
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の分光装置において、前記回折格子に入射される光の角度と反射される光の角度とが一致するゼロ次光を検出し、該ゼロ次光を検出したときの当該回折格子の角度を原点とすることで波長補正を行う制御手段を具備したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to the first or second aspect, zero-order light in which an angle of light incident on the diffraction grating and an angle of reflected light coincide with each other is detected. Control means for performing wavelength correction by setting the angle of the diffraction grating when zero-order light is detected as the origin is provided.
請求項4記載の発明は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の分光装置において、被計測物を測定位置に支持するためのホルダーを備えるとともに、被計測物が測定位置にないときに前記回折格子にて分離された単色光を前記受光手段に反射させて校正するための校正板を当該ホルダーに形成したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to any one of the first to third aspects, a holder for supporting the measurement object at the measurement position is provided, and the measurement object is not at the measurement position. Further, a calibration plate for calibrating the monochromatic light separated by the diffraction grating by reflecting it to the light receiving means is formed on the holder.
請求項5記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の分光装置において、被計測物に照射させる所定波長領域の光が、少なくとも1100nm〜2500nmの近赤外線となるよう前記回折格子の回動範囲が設定されたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to any one of the first to fourth aspects, the light in a predetermined wavelength region to be irradiated on the object to be measured is a near infrared ray of at least 1100 nm to 2500 nm. A rotation range of the diffraction grating is set.
請求項6記載の発明は、請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の分光装置において、前記受光手段で受光した反射光又は透過光に基づき、被計測物の特定成分を求める演算手段を具備したことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to any one of the first to fifth aspects, an operation for obtaining a specific component of an object to be measured based on reflected light or transmitted light received by the light receiving means. Means are provided.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の分光装置において、前記演算手段にて特定成分が求められる被計測物は、農産物、水産物、畜産物、土壌又は堆肥であることを特徴とする。 A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the spectroscopic device according to the sixth aspect of the invention, the object to be measured whose specific component is obtained by the computing means is an agricultural product, a marine product, a livestock product, soil, or compost.
請求項8記載の発明は、請求項7記載の分光装置において、前記演算手段にて求められる特定成分は、水分含量、窒素を含む化合物又は炭素を含む化合物のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the spectroscopic device according to the seventh aspect, the specific component obtained by the computing means includes at least one of a moisture content, a compound containing nitrogen, or a compound containing carbon. And
請求項1の発明によれば、走査手段が、回転駆動手段及びクランク機構を介して所定角度の範囲内で回折格子を回動させるので、高速応答性に優れ、被計測物の成分分析をより迅速に行わせることができるとともに、サインバー等を用いた従来の分光装置に比べ、装置を小型化して良好な持ち運びを可能とすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the scanning means rotates the diffraction grating within a predetermined angle range via the rotation driving means and the crank mechanism, so that the high-speed response is excellent and the component analysis of the object to be measured is further performed. In addition to being able to be performed quickly, the apparatus can be reduced in size and can be carried well as compared with a conventional spectroscopic apparatus using a sine bar or the like.
請求項2の発明によれば、光源が、分光装置の所定位置に組み付けられた際、発光するフィラメントの位置と角度が回折格子に対して常に一定となるものであるため、当該光源と回折格子との間のスリットを不要とすることができる。即ち、光源を交換する際、従来においては、照射される光の光軸を一定化させるべく回折格子に至るまでの間にスリットを通過させる必要があったのに対し、組み付け時にフィラメントの位置と角度が常に一定とされることにより、かかるスリットを不要とすることができるのである。従って、装置構成を簡素化することができるとともに、スリットを用いた調整作業が不要となり、光軸調整のための作業性を向上させることができる。
According to the invention of
更に、光源は、フィラメントにおける分解能方向の幅が小さく設定されたハロゲンランプから成るので、分解能を高くすることができ、受光手段で受光する光の検出波形等をよりシャープにすることができ、より精度の高い被計測物の計測を行うことができる。 Furthermore, since the light source is composed of a halogen lamp in which the width of the filament in the resolution direction is set small, the resolution can be increased, the detection waveform of light received by the light receiving means can be sharpened, and more It is possible to measure an object to be measured with high accuracy.
請求項3の発明によれば、ゼロ次光を検出したときの回折格子の角度を原点とすることで波長補正を行う制御手段を具備したので、凹面鏡や回折格子の取付け時、光源の交換時等に生じる機械的歪による誤差に加え、環境の温度変動によって生じる構成部材の熱膨張及び収縮による誤差、経時変化による誤差等をスリット等の調整を行うことなく、波長補正を行うことができ、簡易な構成でより精度の高い被計測物の計測を行うことができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、被計測物が測定位置にないときに回折格子にて分離された単色光を受光手段に反射させて校正するための校正板をホルダーに形成したので、別個に校正板を設けたものに比べ、装置構成を簡素化することができるとともに、校正作業をよりスムーズに行わせることができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、被計測物に照射させる所定波長領域の光が、少なくとも1100nm〜2500nmの近赤外光となるよう回折格子の回動範囲が設定されたので、当該回折格子の回動範囲を最小限としつつ、例えば農産物等の成分分析に用いる場合の一般的な範囲を網羅することができる。
According to the invention of
請求項6〜請求項8の発明によれば、特定成分、即ち窒素化合物では、アミノ酸、タンパク質、アミン、アミド、アンモニウム塩、硝酸態、亜硝酸態等、炭素化合物では、脂質、糖質、芳香族化合物等、または水分含量の少なくとも一つを成分分析により被計測物の含有量として求めることで、農産物の場合では農産物の育成状況等、水産物の場合では魚介類等の鮮度、脂肪量等、また、畜産物の場合では食肉等の熟成度、鮮度等を知ることができ、数値データに基づく客観的且つ正確な判断で適切な処置を現地にて迅速に行うことができる。
According to the inventions of
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る分光装置は、生葉などの被計測物に所定波長領域の光を照射してその反射光又は透過光を測定するためのものであり、図1に示すように、分光装置本体1と、光源2と、回折格子3と、回転駆動手段としてのモータ5及びクランク機構6等から成る走査手段4と、受光手段8と、凹面鏡19及び20と、スリット22と、集光レンズ21と、制御手段11と、ホルダー24とから主に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The spectroscopic device according to this embodiment is for irradiating a measurement object such as a fresh leaf with light in a predetermined wavelength region and measuring the reflected light or transmitted light. As shown in FIG. 1, a
分光装置本体1は、図2に示すように、略密閉された箱状の筐体から成り、内部の空間に上記した複数の構成要素を収容可能とされている。かかる分光装置本体1における内部空間の所定位置には、図4に示すように、同図正面側が開口した光源取付部材25が固定されており、この光源取付部材25の内部に光源2が組み付けられるよう構成されている。
As shown in FIG. 2, the
光源2は、フィラメント2cから光を照射し得るハロゲンランプから成るもので、その基部2dから周方向に亘ってフランジ2aが延設され、該フランジ2aの一部には切欠き2bが形成されている。一方、光源取付部材25には、光源2の基部2dを挿通させ得る挿通孔25aと、切欠き2bと対応した形状の凸条部25bとが形成されており、基部2dを挿通孔25aに挿通させて光源2を組み付けると、フランジ2aが当該挿通孔25aの開口周縁部に当接するとともに、切欠き2bに凸条部25bが合致して嵌合し得るよう構成されている。
The
これにより、光源2が装置に組み付けられた際、発光するフィラメント2cの回折格子3に対する位置と角度が常に一定となり、当該光源2からの光の光軸を調整するためのスリットを不要とすることができ、装置構成を簡素化することができるとともに、スリットを用いた調整作業が不要となり、光軸調整のための作業性を向上させることができる。然るに、光源を組み付ける際にフィラメントの位置及び角度がずれる虞があるものを用いた場合、後述する凹面鏡19に照射される光の光軸を一定化させるべく凹面鏡19に至るまでの間にスリットを通過させる必要があったのに対し、本実施形態によれば、かかるスリットを不要とすることができるのである。
Thus, when the
更に、光源2のフィラメント2cは、その回折格子の幅方向、つまり分解能方向の幅tが小さく設定されたものであるため、分解能が高くなり受光手段8で受光する光のスペクトルをよりシャープにすることができ、より精度の高い被計測物Tの計測を行うことができる。尚、かかるフィラメント2cによれば、分解能方向の幅tが小さく、より多量の光が凹面鏡19に達することとなるので、分解能方向の幅が大きく、回折格子3に至るまでの間にスリットが必要なものに比べ、被計測物Tに照射させ得る光量を増大させることができる。
Further, since the
回折格子3は、光源2から照射された光(凹面鏡19を介して到達した光)を反射させつつ単色光に分離し得るもので、より具体的には、図5に示すように、光源2からの入射光λ0を、例えば複数の単色光λ1〜λ4に分離して反射させ得るものである。また、回折格子3は、後述する走査手段4によって回動軸Lを中心に回動可能とされ、分離された単色光のうち所定波長の光を被計測物Tに照射され得るようになっている。
The
即ち、図3で示すように、光源2から照射された光は、凹面鏡19を介して回折格子3に入射されるとともに、その反射光のうち所定波長のものが凹面鏡20及び集光レンズ21を介して被計測物Tに照射され得るよう構成されている。尚、凹面鏡20から集光レンズ21へ向かう光は、スリット22を通過するよう構成されている。そして、被計測物Tからの反射光は、受光手段8により受光されることとなる。
That is, as shown in FIG. 3, the light emitted from the
受光手段8で受光された光は、検出値として電気信号に変換され、アンプ12に送信されるとともに、当該アンプ12にて増幅された後、A/D変換器13によりディジタル変換され、制御手段11に送信されるようになっている。尚、受光手段8には、温度制御手段17が形成されており、当該受光手段8の温度を常時一定に保持して計測精度を維持し得るよう構成されている。
The light received by the light receiving means 8 is converted into an electric signal as a detection value, transmitted to the
また、被計測物Tと受光手段8との間には、シャッタ14が配設されており、シャッタ駆動回路16により制御されるモータ15により当該シャッタ14を開閉動作させ、被計測物Tから受光手段8に至る反射光の許容又は遮蔽を行っている。
シャッタ駆動回路16は、一の計測が終了した時にシャッタ14を閉じ受光手段8に至る反射光を遮蔽し、回折格子が原点に戻った時点でシャッタ14を開けて受光手段8に至る反射光の許容を行うようにシャッタ14を駆動させている。
これにより、遮蔽時の受光手段8における暗電流を計測することができ、その計測値を用いて、被計測物Tの反射光を受光手段8が受光した際の計測値を補正することができる。また、後述する回折格子3が原点に戻るまでの間に暗電流を計測することで、効率良く計測を行うことができ、計測精度を向上させることもできる。
Further, a
The
Thereby, the dark current in the light receiving means 8 at the time of shielding can be measured, and the measurement value when the light receiving means 8 receives the reflected light of the measurement object T can be corrected using the measured value. . In addition, by measuring the dark current before the
走査手段4は、図1及び図3で示すように、モータ4、クランク機構6及び波動歯車装置23から構成されたものであり、回折格子3を回動軸Lを中心に回動させ、分離した単色光のうち所定波長の光を被計測物Tに向けて照射させ得るようになっている。即ち、回折格子3を回動させることにより、図3で示すように、分離した単色光のうち所定波長の光を選択的に凹面鏡20、集光レンズ21を介して被計測物Tに照射することができ、その反射光を受光手段8にて受光し得るのである。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
波動歯車装置23は、所謂ハーモニックドライブ機構と呼ばれる減速機構の一種であり、ウェーブ・ジェネレータ、フレクスプライン及びサーキュラ・スプライン(何れも不図示)の主に3つの構成部品から成るものである。ウェーブ・ジェネレータは、楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌めた部品であり、当該ベアリングの内輪がカムに固定されるとともに、外輪がボールを介して弾性変形可能とされている。
The
フレクスプラインは、薄肉カップ状の金属弾性体から成る部品であり、開口部外周に複数の歯が形成されているとともに、剛体リング状の部品から成るサーキュラ・スプラインは、その内周にフレクスプラインより2枚多い歯が形成されている。これら構成部品により、金属の弾性力学を応用して高減速比を得ることができ、且つ、小型で軽量な減速機構を構成することができる。 The flexspline is a thin cup-shaped metal elastic body with a plurality of teeth formed on the outer periphery of the opening, and the circular spline consisting of a rigid ring-shaped part is formed on the inner periphery of the flexspline. Two more teeth are formed. With these components, a high reduction ratio can be obtained by applying the elastic mechanics of metal, and a small and lightweight reduction mechanism can be configured.
クランク機構6は、波動歯車装置23を介して出力されるモータ5の駆動力を回折格子3に伝達し、当該回折格子3を所定角度の範囲内で回動させるためのものであり、図3に示すように、第1アーム6a及び第2アーム6bから主に構成されている。第1アーム6aは、その一端が波動歯車装置23の出力軸Kに揺動自在に接続されるとともに、他端が第2アーム6bの一端と揺動自在に接続され、かかる第2アーム6bの他端は、回折格子3の回動軸Lと接続されている。
The
これにより、モータ5を駆動させると、クランク機構6の作用により、回折格子3が回動軸Lを中心として所定角度αの範囲内(例えば、0〜30°の範囲内が好ましい)での回動する(図6参照)ので、高速応答性に優れ、被計測物Tの成分分析をより迅速に行わせることができるとともに、サインバー等を用いた従来の分光装置に比べ、装置を小型化して良好な持ち運びを可能とすることができる。
Thus, when the
即ち、送りねじ及びサインバーを用いた従来の分光装置においては、バックラッシュによる悪影響を考慮して、一の計測が終了し次の計測を行う際、サインバーを原点位置まで戻す必要があり、計測に長時間要してしまうのに対し、本実施形態によれば、モータ5を一方向に回転させ続ければ、回折格子3が所定角度の範囲内で回動するので、原点位置へ戻すまでの時間を短縮できることとなり、短時間での計測を可能とし得るのである。
That is, in the conventional spectroscopic device using a feed screw and a sine bar, it is necessary to return the sine bar to the origin position when one measurement is completed and the next measurement is performed in consideration of the adverse effects of backlash. Whereas the measurement takes a long time, according to the present embodiment, if the
然るに、本実施形態に係る分光装置においては、被計測物Tに照射させる所定波長領域の光が、少なくとも1100nm〜2500nmの近赤外光線となるよう回折格子3の回動範囲が設定されている。これにより、回折格子3の回動範囲を最小限としつつ、例えば農産物の成分分析に用いる場合の一般的な範囲を網羅することができる。
However, in the spectroscopic device according to the present embodiment, the rotation range of the
また、送りねじを用いた従来の分光装置においては、高速応答性に欠けていたのに対し、本実施形態によれば、クランク機構により回折格子3を所定角度の範囲内で回動させるため、高速応答性に優れているとともに、波動歯車装置23を介して駆動力が伝達されるので、滑らかで精度の高い回折格子3の回動を可能とすることができる。更に、小型のモータ5及び波動歯車装置23を用いることができ、送りねじやサインバーを用いたものに比べ、装置を小型化することができ、持ち運びを容易とすることができる。
Further, in the conventional spectroscopic device using the feed screw, the high-speed response was lacking, but according to the present embodiment, the
モータ3又は波動歯車装置23の近傍には、これらの回転角度を検出するためのエンコーダ9が配設されており、該エンコーダ9は波長位置検出装置10と電気的に接続されている。かかる波長位置検出装置10は、書き込み及び読み出し可能なメモリ等を具備しており、エンコーダ9による角度の検出値に基づき回折格子3から被計測物Tへ照射された単色光の波長領域を把握し得るよう構成されている。
An
即ち、回折格子3の回動角度は、エンコーダ9による検出値(即ち、モータ3の回転角度)から一義的に把握できるので、被計測物Tへ照射されるであろう単色光の所定波長を認識することができ、当該エンコーダ9の検出値と認識される単色光の所定波長とを対比させたテーブル等を予め波長位置検出装置10のメモリに記憶しておくことにより、当該単色光の波長を即座に把握し得るのである。
That is, since the rotation angle of the
更に、波長位置検出装置10は、制御手段11と電気的に接続されており、把握された所定の波長(被計測物Tへ照射された単色光の所定波長)を当該制御手段11へ送信し得るよう構成されている。ところで、制御手段11には、既述の如く、受光手段8からの検出値が電気信号として送信されており、かかる検出値と波長位置検出装置10から送信された所定波長とが突き合せれ、データ化されるとともに、得られたデータに基づき反射光スペクトルデータを作成する。
Furthermore, the wavelength
また、制御手段11は、モータ5の駆動を制御するためのモータ駆動回路7と電気的に接続されているとともに、分光装置本体1の外部に通じ得るコネクタ(不図示)と接続されており、かかるコネクタを介しての成分分析を行うための外部のパソコン(パーソナルコンピュータ)18(演算手段)と電気的に接続され得るよう構成されている。尚、パソコン18と制御手段11との接続は、USBケーブルHにより行われているが、シリアルケーブル等他の通信手段を用いてもよく、或いは無線LAN等を用いてケーブルを不要としたものとしてもよい。
The control means 11 is electrically connected to a
パソコン18は、受光手段8で受光した反射光に基づき、被計測物Tの特定成分を求めるものであり、具体的には、制御手段11にて作成された反射光スペクトルデータから被計測物T中の水分など、特定成分を演算して表示するよう構成されたものである。かかるパソコン18にて特定成分が求められる被計測物Tとして、農産物(本実施形態においては生葉)、水産物、畜産物、土壌又は堆肥であるのが好ましく、その求められる特定成分として、水分含量、窒素化合物又は炭素化合物のうち少なくとも1つを含むのが好ましい。これにより、例えば農場などで農産物の育成状況を把握することができ、適切な処置を迅速に行うことができるとともに、従来の如く目視にて農産物の育成状況を把握するものに比べ、数値データに基づく客観的且つ正確な判断を行うことができ、高い歩留まりにて農産物を収穫させるために有効である。
The
より具体的には、特定成分、即ち窒素化合物では、アミノ酸、タンパク質、アミン、アミド、アンモニウム塩、硝酸態、亜硝酸態等、炭素化合物では、脂質、糖質、芳香族化合物等、または水分含量の少なくとも一つを成分分析により被計測物の含有量として求めることで、農産物の場合では農産物の育成状況等、水産物の場合では魚介類等の鮮度、脂肪量等、また、畜産物の場合では食肉等の熟成度、鮮度等を知ることができ、数値データに基づく客観的且つ正確な判断で適切な処置を現地にて迅速に行うことができる。 More specifically, specific components, ie, nitrogen compounds, amino acids, proteins, amines, amides, ammonium salts, nitrates, nitrites, etc., carbon compounds, lipids, carbohydrates, aromatic compounds, etc., or water content In the case of agricultural products, the growth status of agricultural products, in the case of marine products, the freshness of fish and shellfishes, the amount of fat, etc. It is possible to know the maturity, freshness, etc. of meat and the like, and it is possible to promptly perform appropriate treatment on the spot by objective and accurate judgment based on numerical data.
次に、パソコン18による特定成分の演算方法について以下に説明する。即ち、後述する校正板26(標準校正板)における反射光測定値を予め取得しておき、
吸光度A=log(校正板26における反射光測定値/被測定物Tにおける反射光測定値)
なる演算式にて吸光度Aを求めるとともに、かかる吸光度Aを各波長の反射光に対して各々求めておく。
Next, a specific component calculation method by the
Absorbance A = log (Measured value of reflected light on
The absorbance A is obtained by the following equation, and the absorbance A is obtained for the reflected light of each wavelength.
そして、特定成分の含有率が既知のサンプルに対して得られた吸光度と特定成分含有率G(%)との相互関係に基づく検量式
(G(%)=KA+K1・A1+K2・A2+…+Kn・An)
を用いて含有率G(%)を求める。尚、KAは、定数項(バイアス値)、Knはn番目の反射光の係数、Anはn番目の反射光から求められた吸光度を示している。ここで、演算手段11においては、上記相互関係に基づく検量式を記憶しておき、被測定物Tにおける特定成分の含有率G(%)を求め、表示するようになっている。
Then, a calibration formula based on the correlation between the absorbance obtained for a sample with a specific component content and a specific component content G (%) (G (%) = KA + K1 · A1 + K2 · A2 +... + Kn · An )
Is used to determine the content G (%). KA is a constant term (bias value), Kn is a coefficient of the nth reflected light, and An is an absorbance obtained from the nth reflected light. Here, the calculation means 11 stores a calibration formula based on the above-mentioned correlation, and obtains and displays the content rate G (%) of the specific component in the DUT T.
一方、被計測物Tは、分光装置本体1の側面に形成されたホルダー24(図2参照)により、所定の測定位置に支持されるよう構成されている。かかるホルダー24は、図7に示すように、分光装置本体1に形成された開口部1aの開口周縁に対して当接又は離間可能な挟持部24aと、該挟持部24aを開口部1aの開口縁部側に付勢したスプリングSPとを有している。
On the other hand, the object T to be measured is configured to be supported at a predetermined measurement position by a holder 24 (see FIG. 2) formed on the side surface of the
そして、同図(a)で示したように、スプリングSPの付勢力に抗して挟持部24aを開口部1aから離間させ、生じた隙間に生葉等の被計測物Tを挿通した後、スプリングSPの付勢力にて挟持部24aを元の状態に戻すことにより、当該被計測物Tを測定位置に挟持させることができる。尚、被測定状態及び被測定物Tの挟持状態において、挟持部24aは開口部1aを塞ぐ状態とされるため、分光装置本体1内の密閉は保たれ外乱光が分光装置内に入らない状態となる。
Then, as shown in FIG. 5A, the clamping
更に、挟持部24aには、白色の校正板26が形成されており、同図(b)で示すように、被計測物Tが測地位置にないとき(即ち、挟持部24aにて被測定物Tを挟持させていないとき)、回折格子3にて分離された単色光を受光手段8に反射させ得る構成とされている。これにより、既述した「校正板26における反射光測定値」を得ることができ、吸光度Aを求めることができる。
Further, a
ここで、本実施形態においては、校正板26がホルダー24に一体的に形成され、被計測物Tが測地位置にないときに回折格子3にて分離された単色光を受光手段8に反射させ校正を可能としているので、別個に校正板(標準板)を設けたものに比べ、装置構成を簡素化することができるとともに、校正作業をよりスムーズに行わせることができる。尚、校正板26は、所定波長領域(例えば1100〜2500nm)におけるスペクトルデータが既知のものであれば足り、白色のものに代えて他の色のもの等としてもよい。
Here, in the present embodiment, the
しかして、凹面鏡19、20や回折格子3の取付け時、光源2の交換時に生じる機械的歪による誤差に加え、環境の温度変動によって生じる構成部材の熱膨張及び収縮による誤差(温度歪による誤差)、経時変化による誤差等が生じた場合、計測誤差が許容値を超えることがあるが、本実施形態においては、制御手段11にてゼロ次光補正を行い、計測誤差を抑制し得るよう構成されている。即ち、被計測物Tが測地位置にないとき、回折格子3に入射される光の角度と反射される光の角度とが一致するゼロ次光を受光手段8で検出し、該ゼロ次光を検出したときの回折格子3の角度を波長位置検出装置10に送信して記憶し、これを原点とすることで波長補正が行われるようになっている。すなわち、回折格子3の原点位置を検出することで、波動歯車装置23、もしくはモータ4に取付けられたエンコーダ9により原点位置からの回折格子3の回転角度を知ることができ、被計測物Tに照射する単色光の所定波長を把握することができる。従って、機械的歪や温度歪などによる誤差をスリット等の調整を行わずに補正をすることができ、簡易な構成でより精度の高い被計測物Tの計測を行うことができる。
Thus, when the
上記実施形態によれば、回折格子3が所定角度の範囲で回動する構成なので、用途が限られたもの(例えば、農産物の育成状況の把握等)について必要な所定波長領域を網羅することができ、計測時間をより短縮することができる。尚、適用する用途の必要に応じて、クランク機構6を変更(例えば第1アーム6a又は第2アーム6bの寸法変更等)させれば、網羅する所定波長領域を拡大又は縮小することができる。
According to the above-described embodiment, since the
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば波動歯車装置23を介さず、直接モータ5とクランク機構6とを連結させるよう構成してもよく、或いは演算手段としてのパソコン18に代え、小型のマイコン等とし、分光装置本体1内に搭載したものとしてもよい。また、本実施形態においては、被計測物Tの反射光を受光手段8にて受光し、成分分析を行っているが、これに代えて、被計測物Tを透過した光(透過光)を受光手段にて受光し、成分分析等を行わせるものとしてもよい。更に、光源2は、装置に組み付けられた際、発光するフィラメントの位置と角度が回折格子3に対して常に一定となるよう加工されていれば、他の形態のものを用いることができる。また更に、分光装置本体1にホルダを設けるのではなく、回折格子より出射される所定波長の光を光ファイバにより取り出し、該光ファイバの先にホルダを設け、被計測物からの反射光もしくは透過光を光ファイバを用いて受光手段に照射するようなものとしてもよい。
Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this. For example, the
回転駆動手段及びクランク機構を介して所定角度の範囲内で回折格子を回動させる走査手段を具備した分光装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたものにも適用することができる。 Any spectroscopic device provided with scanning means for rotating a diffraction grating within a predetermined angle range via a rotation driving means and a crank mechanism may be applied to one having a different external shape or having other functions added. be able to.
1 分光装置本体
2 光源
2a フランジ
2b 切欠き
2c フィラメント
3 回折格子
4 走査手段
5 モータ(回転駆動手段)
6 クランク機構
7 モータ駆動回路
8 受光手段
9 エンコーダ
10 波長位置検出装置
11 制御手段
12 アンプ
13 A/D変換器
14 シャッタ
15 モータ
16 シャッタ駆動回路
17 温度制御手段
18 パソコン(演算手段)
19、20 凹面鏡
21 集光レンズ
22 スリット
23 波動歯車装置
24 ホルダー
25 光源取付部材
26 校正板
T 被計測物
DESCRIPTION OF
6 Crank
19, 20
Claims (8)
該光源から照射された光を反射させつつ単色光に分離し得る回折格子と、
該回折格子を回動させ、分離した単色光のうち所定波長領域の光を被計測物に向けて照射させ得る走査手段と、
被計測物からの反射光又は透過光を受光し得る受光手段と、
を具備し、前記受光手段にて受光した反射光又は透過光を測定するための分光装置において、
前記走査手段は、回転駆動手段及びクランク機構を介して所定角度の範囲内で前記回折格子を回動させることを特徴とする分光装置。 A light source capable of emitting light;
A diffraction grating capable of separating the monochromatic light while reflecting the light emitted from the light source;
A scanning unit capable of rotating the diffraction grating and irradiating the object to be measured with light in a predetermined wavelength region among the separated monochromatic light;
A light receiving means capable of receiving reflected light or transmitted light from the measurement object;
In a spectroscopic device for measuring reflected light or transmitted light received by the light receiving means,
The spectroscopic apparatus, wherein the scanning unit rotates the diffraction grating within a predetermined angle range via a rotation driving unit and a crank mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005015697A JP2006201127A (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Spectral device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005015697A JP2006201127A (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Spectral device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006201127A true JP2006201127A (en) | 2006-08-03 |
Family
ID=36959245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005015697A Pending JP2006201127A (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Spectral device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006201127A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008232813A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Shimadzu Corp | Interference spectrophotometer |
JP2010048641A (en) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Monochromatic light irradiation apparatus |
JP2012013599A (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-19 | Shimadzu Corp | Spectroscope |
EP2485021A1 (en) | 2011-02-04 | 2012-08-08 | Ricoh Company, Ltd. | Spectroscopic device |
JP2013113583A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-10 | Shimadzu Corp | Spectroscope |
CN105698931A (en) * | 2016-01-27 | 2016-06-22 | 北京师范大学 | A multi-point spectrum acquisition apparatus |
WO2021215034A1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | 株式会社島津製作所 | Spectrometry device |
-
2005
- 2005-01-24 JP JP2005015697A patent/JP2006201127A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008232813A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Shimadzu Corp | Interference spectrophotometer |
JP2010048641A (en) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Monochromatic light irradiation apparatus |
JP2012013599A (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-19 | Shimadzu Corp | Spectroscope |
EP2485021A1 (en) | 2011-02-04 | 2012-08-08 | Ricoh Company, Ltd. | Spectroscopic device |
JP2013113583A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-10 | Shimadzu Corp | Spectroscope |
CN105698931A (en) * | 2016-01-27 | 2016-06-22 | 北京师范大学 | A multi-point spectrum acquisition apparatus |
WO2021215034A1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | 株式会社島津製作所 | Spectrometry device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006201127A (en) | Spectral device | |
US10317281B2 (en) | Compact spectrometer | |
US20090225315A1 (en) | Scanning monochromator with direct drive grating | |
US9322639B2 (en) | Calibration jig for optical tomographic imaging apparatus and method for generating a calibration conversion table | |
JP2003513236A (en) | Built-in optical probe for spectroscopic analysis | |
PL184609B1 (en) | Method of and apparatus for multiple-spectrum non-invasive near ir spectroscopic analysis | |
HU182910B (en) | Optical device for spectroanalitical sample tests | |
JP2016070776A (en) | Spectroscopic analyzer and calibration method of spectroscopic analyzer | |
US6541287B2 (en) | Temperature measuring method and apparatus, measuring method for the thickness of the formed film, measuring apparatus for the thickness of the formed film thermometer for wafers | |
US20120057164A1 (en) | Biological information measuring apparatus | |
US20230251132A1 (en) | Multi-dispersive spectrometer | |
US20160334335A1 (en) | Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Apparatus with Dual CCD Spectrometer | |
JP2008503765A (en) | Aberration correction for spectroscopic analysis | |
JP2008157809A (en) | Laser output control device and optical measuring unit | |
JP6311915B2 (en) | Calorie measuring device | |
JP5261862B2 (en) | Method and apparatus for measuring stray light of diffraction grating | |
EP3652511B1 (en) | Advanced reference detector for infrared spectroscopy | |
JP5477058B2 (en) | Component measuring device | |
JP6924561B2 (en) | Reference white plate unit for near-infrared interaction spectroscopy measurement and reference spectral intensity acquisition method for near-infrared interaction spectroscopy | |
JPH0763674A (en) | Measuring method of sugar content of vegetables or fruits | |
AU2019429807B2 (en) | Spectrometer system and method for testing of same | |
RU2781237C1 (en) | Spectrometric system and method for testing therefor | |
US20200217717A1 (en) | Spectrometer having a mechanical shutter | |
JPH0261528A (en) | Spectroscopic apparatus | |
JP3801980B2 (en) | Film thickness meter and film thickness measuring method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070918 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20080423 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Effective date: 20080619 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20091116 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20100310 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |