JP2022006883A - 識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離を安定化することで、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置または識別方法を提供する。【解決手段】搬送部２００から搬出された検体９００ｊが接しながら通過する通過面５５を上側に有する窓部５０と、窓部を介し検体９００ｊに一次光を照射するように窓部の下方において通過面から所定距離だけ隔てて位置する照射部２２と、窓部を介し検体９００ｊからの二次光を採光するように窓部の下方に位置する採光部２０と、採光部により採光された光に基づき検体９００ｊの性状を識別する識別情報を取得する取得部３０と、を有する識別装置１０００。【選択図】図１

Description

本発明は、検体の性状を識別する識別装置に関する。

分光分析を利用して光学的に検体の性状を識別する識別装置が知られている。かかる識別装置は、検体が搬送される搬送路の途中に配置されることで、製造物の検査、廃棄物の分別、等に利用される。分光分析は、分析のスループットを制限する真空減圧工程、雰囲気制御工程、液中への浸漬処理工程、乾燥工程に係る雰囲気管理工程を、必ずしも必要とせず、大気雰囲気下で検体の性状を識別できる点で、近年、廃棄樹脂の分別への適用が試みられている。

分光分析は、入射光に対する検体の吸光スペクトルを取得する吸収分光と、入射光に対する検体の散乱スペトルを取得する散乱分光、が知られている。散乱分光は、検体の厚さ方向の光減衰の影響を受け難いため、検体のサイズ、含有材料がばらつく廃棄物の識別において利用されている。ラマン散乱光を分光するラマン散乱分光法は、炭化水素等を構成する原子間結合に特異的なラマンシフトを利用するため、樹脂を識別するのに好適である。

識別された検体を、所定のターゲット条件を参照し検体の性状が満たすか否かにより仕分ける仕分け装置が知られている。特許文献１は、廃棄瓶を搬送方向に一列に整列させて搬送する搬送部と、搬送される廃棄瓶を撮像するカメラと、重心位置を推定する画像処理装置と、廃棄瓶に圧縮空気を吹き付けるバルブ駆動装置と、を有する廃棄瓶の仕分け装置を開示している。特許文献１の仕分け装置は、カメラ画像により取得した廃棄瓶の色とサイズに基づいて、廃棄瓶の種類と重心を識別し、廃棄瓶の重心に向けて圧縮空気を放出し弁別することを開示している。

ラマン散乱分光法が利用するラマン散乱光は、二次光に含まれる弾性散乱成分（レイリー散乱光）に比べて、数桁低い強度であるため、一次光を集光して検体に照射し単位面積当たりの検出感度を増感する手法がとられる。集光手法は、増感効果を得られる一方で、光照射部と検体の照射面（検出面）との距離であるワーキングディスタンスの変動に対応して検出光の強度が変動し識別性能が変動する。この検出光の強度や識別性能の変動を救済するため、散乱分光法において、ワーキングディスタンスを一定化することが望まれる。

特許文献２は、検体を一列に整列させて搬送する搬送部と、搬送される検体の散乱光に基づいて検体の材料を識別する識別部と、を有し、検体と光検出素子との距離を一定に保つ基準面を設けることで識別性能を高精度化した識別装置を開示している。

特許文献２は、検体と光照射部との距離すなわちワーキングディスタンスを一定に保つ手法において異なる２つの実施形態に係る識別装置を開示している。

第１の実施形態は、コンベアベルトの搬送方向に複数のスリットを所定間隔で設けた形態であって、スリットに対応して一列に並ぶ複数の検体からの散乱光を、スリットを介して順次受光することでワーキングディスタンスを所定値とするスリット形態である。第２の実施形態は、コンベアベルトの搬送幅方向に検体を押し付けるガイドと押し付けられる透光板とを設ける形態であって、透光板に押し付けられた検体からの散乱光を、透光板を介して受光することでワーキングディスタンスを所定値とするガイド形態である。第２の実施形態は、曲面形状のガイドが有する搬送方向と搬送幅方向とに対し傾いている部分を利用して検体を透過板に押し付ける。

特開平１１－１９７６０９号公報 特開２００２－３２３４５０号公報

特許文献２に記載のコンベアベルトに複数のスリットを設けるスリット形態では、搬送方向において検体をスリットに位置合わせする機構が必要となり装置が複雑化したり、単位時間あたりの検査数がスリット間隔により律速したりすることが懸念された。また、スリットを設ける形態では、スリットにより採光量が制限され検出感度が低下したり、スリットを拡大した場合には検体がスリットに嵌ったり落下してしまったりすることが懸念された。

一方、特許文献２に記載のガイド形態では、ガイドの傾いている部分を利用して検体を透過板に押し付けるため、検体の検出面が透光板に対して傾いたり、検体がガイドや透光板に引っ掛かったりする恐れがあり、識別処理数が制限されることが懸念された。

本発明の目的は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離（ワーキングディスタンス）を安定化することで、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置または識別方法を提供することである。すなわち、本発明の目的は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきを低減することで、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置または識別方法を提供することである。

本発明の実施形態に係る識別装置は、搬送部から搬出された検体が接しながら通過する通過面を上側に有する窓部と、前記窓部を介し前記検体に一次光を照射するように前記窓部の下方において前記通過面から所定距離だけ隔てて位置する照射部と、前記窓部を介し前記検体からの二次光を採光するように前記窓部の下方に位置する採光部と、前記採光部により採光された光に基づき前記検体の性状を識別する識別情報を取得する取得部と、を有する。

また、本発明の実施形態に係る識別方法は、搬送部から搬出された検体を窓部の上側に有する通過面に接しながら通過させる工程と、前記窓部の下方に位置する照射部から前記窓部を介し前記検体に一次光を照射する工程と、前記窓部を介し前記検体からの二次光を採光する工程と、前記採光された光に基づき前記検体の性状を識別する工程と、を有する。

本発明によれば、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきを低減することで、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置または識別方法を提供することが可能となる。

第１の実施形態に係る識別装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る分光情報取得部の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る識別装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る識別装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態に係る識別装置の概略構成を示す図（ｂ）である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る識別装置について、図１、図２、図５（ａ）の各図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る識別装置１０００の構成を模式的に示す図である。図５（ａ）は、識別装置１０００の搬送部２００、２８０、窓部５０、エアノズル３３０を図１のＡ－Ａ’面からｚ方向に見た平面図である。

（識別装置）
識別装置１０００は、搬送部２００から搬出された検体９００ｉが接しながら通過する通過面５５を上側に有する窓部５０と、窓部５０を介し検体９００ｉに一次光を照射する照射部２２と、窓部５０を介し検体９００ｉからの二次光を採光する採光部を有する。さらに、識別装置１０００は、採光部２０により採光された光に基づき検体９００ｉの性状を識別する識別部３０と、識別した検体９００ｉの性状に基づいて弁別装置３００の弁別動作を制御する制御信号を生成する指令部４０と、を有している。

また、識別装置１０００は、図１、図５（ａ）に示すように、ｘ方向に検体９００ｉを搬送速度ｖｃ、２ｖｃで搬送するフィーダ側搬送部２００、ソータ側搬送部２８０を窓部５０の前後に有し、ソータ側搬送部２８０の下流側に弁別装置３００を、有している。

（分光情報取得部）
識別装置１０００は、窓部５０を介し検体９００ｉから採光した光の分光情報を取得する分光情報取得部１００を有している。分光情報取得部１００は、検体９００ｉからの二次光に含まれるラマン散乱光と一次光に含まれる励起光との波数差からラマンシフトを取得するユニットである。

分光情報取得部１００は、図１に示すように、窓部５０を介し検体９００ｉに一次光２２０を照射する照射部２２と、窓部５０を介し検体９００ｉからの二次光を採光する採光部２０とを備えている。本実施形態の照射部２２と採光部２０は、図２に示すように、同軸に配置され、照射部２２はレーザ光源を含む光源２５に光ファイバ１３０を介して光学的に結合されている。採光部２０は、検体９００ｉが含有する材料を反映する光学的情報を分光部３０が取得可能なように、分光画像取得部１０に光ファイバ１９０を介して光学的に結合されている。

図２は、分光情報取得部１００の構成の一例を模式的に示す図である。分光情報取得部１００は、検体９００ｉに光を照射する照射部２２と、検体９００ｉからのラマン散乱光を採光する採光部２０と、を有する。照射部２２と採光部２０とは、ダイクロイックミラーから見て検体側（対物側）において同軸配置をとっており、検体９００ｉの照射面に高低差や傾きがあっても、照射スポットの中心と採光する散乱光の光束の中心との間で位置ずれが生じないようにされている。

（照射部）
照射部２２は、窓部５０の上側の通過面５５を通過する検体９００ｉの下側の面に、窓部５０を介して一次光を照射できるように、窓部５０の下方に配置される。照射部２２は、窓部５０の上側の通過面５５を通過する検体９００ｉの下向きの面に、窓部５０を介して一次光を照射できるように、窓部５０の下方に配置される。照射部２２は、検体９００ｉの下向きの面が接する通過面５５に向けて照射光２０２を収束させるように配置されることで、レイリー散乱光に比較し数桁ほど微弱なラマン散乱光の散乱強度を高めている。照射部２２と光源２５とを含むユニットを、照射光学系と称する場合がある。

照射部２２は、図２に示すように、対物レンズ２６０、ダイクロイックミラー２５０、コリメートレンズ２３０、シリンドリカルレンズ、反射ミラー２１０を含んでいる。対物レンズ２６０は、凸レンズ、コリメートレンズ、凹レンズ、ズームレンズ等が採用される。

なお、コリメートレンズ２３０、シリンドリカルレンズ２４０、対物レンズ２６０等の硝材は、合成石英を用いることができる。これらのレンズには半導体レーザ２５から出力の高い光が照射されるが、合成石英を硝材とするレンズを用いることで、蛍光やラマン散乱光を含むバックグラウンド成分を低減することができる。

対物レンズ２６０は、照射部２２において、レーザ光源２５からの光を検体９００ｉに集光する集光レンズとして作用する。コリメータレンズ２３０およびシリンドリカルレンズ２４０は、レーザ光源２５の出射光の拡がりを低減し平行光に整形する。シリンドリカルレンズ２４０は、アナモルフィックプリズムペアなど他のコリメート用光学素子を利用してもよい。なお、また、照射部２２は、その瞳面の位置に、レーザラインフィルタ等の波長フィルタが配置されてもよい。これにより、照射部２２によって検体９００ｉに照射される光の波長特性を改善することができる。

照射部２２は、少なくとも一部を、採光部２０と共有することができる。本実施形態の採光部２０と照射部２２は同軸配置をとるため、対物レンズ２６０、ダイクロイックミラー２５０が、採光部２０と照射部２２に共有されている。

照射部２２は、図１に示すように、窓部５０の通過面５５に対して所定距離、すなわち、所定のワーキングディスタンスＷＤだけ離れて配置される。このような背面照射の光学系配置をとることにより、検体９００ｉのサイズがばらついていても、検体９００ｉの光照射面の照射光２２０のスポット径のばらつきは低減され、ラマン散乱光の強度ばらつきも低減される。すなわち、通過面５５から所定のワーキングディスタンスＷＤだけ隔てて窓部５０の下方に位置する照射部２２は、検体９００ｉに一次光２０２を照射する工程を行う手段であると換言される。所定のワーキングディスタンスＷＤは、照射部２２の集光効果と、窓部５０の厚みとを考慮して決定されるが、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下が採用される。

なお、図１において、ワーキングディスタンスＷＤは、理解のために、通過面５５と照射部２２との位置関係を保存したまま右下にずらした補助平行線Ｂ－Ｂ‘間の距離で図示している。

（光源）
光源２５は、光ファイバ１３０を介して、照射部２２に励起光を出射する光源である。ラマン散乱光を分光する照射光学系において、光源２５は、波長４００～１１００ｎｍの波長のレーザ光源が利用される。ラマン散乱は波長が短いほど励起効率が上がり、波長が長いほどバックグラウンドとなる蛍光成分が低減する。

光源２５に適用されるレーザ光源の励起波長は、対象となるターゲット材料と非ターゲット材料のラマンシフトの差異が明確に得られる波長を選択することが好ましいが、５３２、６３３、７８０ｎｍの少なくともいずれかを利用する場合がある。なお、ここでは照射部２２の光源として半導体レーザ２５を用いる場合を説明したが、これに限定はされず、半導体励起固体レーザやガスレーザなどの他のレーザ光源を用いることもできる。

（採光部）
採光部２０は、窓部５０の上側の通過面５５を通過する検体９００ｉの下側の面からの二次光を、窓部５０を介して採光できるように窓部５０の下方に配置される。採光部２０は、窓部５０を通過する検体９００ｉの通過面５５と対向する下向きの面からの二次光を、窓部５０を介して採光できるように窓部５０の下方に配置されると換言される。また、採光部２０は、窓部５０を介し検体９００ｉからの二次光を採光する工程を行う手段であると換言される。

採光部２０は、対物レンズ２６０、ダイクロイックミラー２５０、結像レンズ２７０、光ファイバ１９０、を備えている。採光部２０の対物レンズ２６０は、照射部２２と同様に、凸レンズ、コリメートレンズ、凹レンズ、ズームレンズ等を含む。採光部２０は、分光測定において不要な光を減光するために、一次光に含まれる励起光成分を低減するバンドパスフィルタやロングパスフィルタ等の波長フィルタを備える場合がある。

採光部２０は、採光効率を担保するため、開口数が大きな対物レンズを備える。採光部２０の対物レンズの開口数は、０．２５以上０．５以下が採用される。より具体的には、有効レンズ径φ２５ｍｍ、焦点距離２０ｍｍ、開口数０．５のＳＣＨＯＴＴ社製Ｂ－２７０を、対物レンズとして利用することができる。

（分光画像取得部）
分光画像取得部１０は、図２に示すように、採光部２０の側から順に、結像レンズ１１０、ロングパスフィルタ１２０、分光素子１５０、および、撮像デバイス１７０、を備えている。分光素子１５０と撮像デバイス１７０は、結像レンズ１６０を介して、採光部２０が採光した光を分光し、撮像デバイス１７０の受光素子配列の行方向または列方向に沿って連続スペクトルを投影するように配置される。撮像デバイス１７０は、一次元または二次元に受光素子が配列されたＣＣＤ、ＣＭＯＳの等が採用される。分光素子１５０は回折格子と称する場合がある。

結像レンズ１１０は、採光部２０から光ファイバ１９０を介して伝送された光を平行光にする。ロングパスフィルタ１２０は、採光した光に含まれる励起光成分を減光し、ラマン散乱光を透過させる。分光素子１５０は、採光した光を分光し波長成分を扇状に分散させる。結像レンズ１６０は、分光素子１５０により分光された光を撮像デバイス１７０上に投影する。分光素子１５０は、ローランド配置やツェルニターナー方式が採用される。

撮像デバイス１７０は、キャプチャした分光スペクトルイメージ、撮像デバイス１７０が有する撮像素子の光電変換特性、光学系の伝送特性等を考慮して、検体９００ｉの分光情報Ｓｉを取得する。

（材料情報参照部）
分光情報取得部１００は、分光画像取得部１０が取得した分光情報Ｓｉに基づき、検体９００ｉの材料情報を取得する材料情報参照部１８０を有している。材料情報参照部１８０は、ラマン散乱光のリファレンスデータが収録されている不図示の材料データベースを参照し、分光情報Ｓｉと参照データとの類似度に基づいて、検体９００ｉに含まれる材料が識別された材料情報Ｍｉを取得する。分光情報取得部１００は、後述する指令部４０を介して、第１の記憶部６０に分光情報Ｓｉおよび材料情報Ｍｉの少なくともいずれか一方を記憶する。

また、材料情報参照部１８０が参照する材料データベースは、識別装置１０００が備えるローカルサーバに収録されているものでも良いし、インターネットやイントラネットを介してアクセス可能なリモートサーバであっても良い。

以上のようにして、分光情報取得部１００は、検体９００ｉに含まれる材料、添加物、不純物成分の混在等の材料情報Ｍｉを取得することができる。

（形態情報取得部）
形態情報取得部７０は、図１、図５（ａ）に示すように、撮影視野７００を搬送部２００に重ねるように配置されたカメラ７６と、カメラ７６が撮影した検体像を画像処理する画像処理部７８と、を備え、検体９００ｉの形態情報Ｆｉを取得する。形態情報Ｆｉは、材料情報Ｍｉと同様に、検体９００ｉの性状に関する情報となる。

画像処理部７８は、コントラスト、輪郭抽出、を含む画像処理を行い検体９００ｉ毎の搬送方向における長さ、反射色、形状、材料の混在度、等を取得する。画像処理部７８は、検体９００ｉ毎の大きさに関する情報を取得するための処理を行う要素であると換言する場合がある。形態情報取得部７０は、カメラ７６の代わりに、フォトインタラプター、レーザ干渉計を備えることが可能である。形態情報取得部７０は、撮像部と換言する場合がある。

（取得部）
取得部３０は、分光情報取得部１００が取得した材料情報Ｍｉまたは分光情報Ｓｉ、および、形態情報取得部７０が取得した形態情報Ｆｉに、基づき、検体９００ｉ毎にターゲット検体か非ターゲット検体かの識別情報Ｄｉを取得する。取得部３０は、取得した識別情報Ｄｉを指令部４０に出力する。非ターゲット検体は、ターゲット材料の含有率が低い検体として同定したものであるが、取得部３０は、第二のターゲット材料の含有率に応じてさらなる識別情報Ｄｉを付与することができる。

取得部３０は、採光部２０が採光した二次光に含まれるラマンスペクトルに基づいて、検体９００ｉの性状を識別すると換言される。また、本実施形態の取得部３０は、カメラ７６から取得した検体像と、採光部２０が採光した二次光に含まれるラマンスペクトルとに基づいて、検体９００ｉ毎の性状を識別すると換言される。また、取得部３０は、採光部２０により採光された光に基づき検体９００ｉの性状を識別する工程を行う手段であると換言される。

なお、本実施形態における分光情報取得部１００と形態情報取得部７０は、撮影画像から形態情報と分光情報とを取得することが可能なハイパースペクトルカメラやマルチバンドカメラに置換する変形形態とすることが可能である。すなわち、変形形態に係る不図示の識別装置は、材料情報と形態情報とを読み出し可能な多次元データを取得する検出系を備えていると言える。

（制御ユニット）
識別装置１００は、検体９００ｉ毎の性状に基づき弁別装置３００の弁別動作を制御する指令部４０と、弁別動作の制御条件を記憶する第２の記憶部８０と、検体９００ｉ毎の性状を記憶する第１の記憶部６０と、含む制御ユニット４００を備えている。制御ユニット４００は、制御条件をユーザが指定可能なＧＵＩを提供する表示部１４０を備えている。表示部１４０は、取得部３０が取得した情報を表示する場合がある。

（記憶部）
第１の記憶部６０は、検体９００ｉ毎に、識別情報Ｄｉ、材料情報Ｍｉ、分光情報Ｓｉ、および、形態情報Ｆｉと、照射エリア２２０を検体９００ｉが通過したタイミングｔｐとを関連付けて記憶するように構成されている。

一方、第２の記憶部８０は、検体９００ｉ毎に、識別情報Ｄｉに対応する、弁別装置３００の弁別動作の強度Ｉｓを制御する制御条件を記憶するように構成されている。制御条件は、参照可能なテーブル、代数的に表現された一般式、機械学習された統計情報等の形式が含まれる。

（指令部）
指令部４０は、取得部３０からの識別情報Ｄｉに応じて、検体９００ｉ毎の材料、大きさに応じて、検体９００ｉが弁別装置３００により弁別処理される領域を通過する処理領域の通過時刻ｔｐを推定し、弁別装置３００の弁別動作を制御する指令を生成する。検体９００ｉの処理領域の通過時刻ｔｐは、形態情報取得部７０からの信号、分光情報取得部１００からの信号、搬送部２８０に設けた不図示の検体センサからの信号、の少なくともいずれかに基づき推定することが可能である。

（弁別装置）
弁別装置３００は、図１、図５（ａ）に示すように、所定の吐出時間、吐出速度、吐出流量で圧縮空気を吐出するためのエアノズル３３０と、エアノズル３３０が備える不図示のソレノイドバルブを制御する弁別制御部３５０と、を有する。弁別制御部３５０が、識別装置１００の指令部４０からの制御信号を受けつける。本実施形態の弁別装置３００の弁別動作は、流体を吐出する動作を含む。吐出動作の流体は、空気、乾燥窒素、希ガス等の不活性ガス、液体、気液混合流体（エアロゾル）等が含まれる。弁別装置３００は、指令部４０から指令される制御信号に基づき、検体９００ｉの性状に応じて、検体９００ｉをターゲット回収かご６２０と非ターゲット回収かごＡ６００、非ターゲット回収かごＢ６４０に回収する。

なお、弁別装置３００は、流体を吐出する吐出装置を、所定の角速度で開閉するフラップゲート、所定の速度で開閉するシャッター等、に置き換えることができる。また、識別装置１０００を構成する形態情報取得部７０、分光情報取得部１００、弁別装置３００、および、それらの構成要素は、搬送部２００および２８０の搬送幅方向の異なる位置に並列に配置し、システムの集約化、高速処理化をはかることができる。

（搬送部）
搬送部２００は、フィーダ５００から順次、供給される複数の検体９００ｉ（ｉ＝１、２、・・・）を所定の搬送速度ｖｃで搬送方向ｄｃ（図１ではｘ方向）に搬送する搬送ユニットである。搬送部２００は、後述する窓部５０、搬送部２８０とともに、この順で検体９００ｉを搬送する搬送ユニットを構成する。

本実施形態の搬送部２００は、搬送方向ｄｃにおいて速度ｖｃで搬送するコンベアベルトを有し、検体９００ｉを直線的に搬送する。搬送部２００は、変形例として、渦巻状に検体を外側に搬送するターンテーブル型フィーダ、所定方向に移動させる加振器が設けられた振動型フィーダ、複数のローラで構成されるコンベアローラ等に置換できる。

搬送部２００は、検体９００ｉがカメラ７６の撮影視野７００を通過するように検体９００ｉを移動させるため、形態情報取得部７０に対する載置部２００と換言される場合がある。搬送部２００は、搬送ユニットの上流側に位置するため、フィーダ側搬送部、一次搬送部と換言する場合がある。搬送部２００は、窓部５０に検体９００ｉを搬出するため、窓部５０に対するフィーダと換言される場合がある。

搬送部２８０は、後述する窓部５０から搬出された検体９００ｉを弁別装置３００に搬送する搬送ユニットである。搬送部２８０は、搬送ユニットの下流側に位置するため、ソータ側搬送部、二次搬送部と換言する場合がある。

本実施形態では、搬送部２００と２８０との間での検体９００ｉの滞留を起こさないようにするため、搬送速度をともにｖｃ、２ｖｃとしている。搬送部２８０の搬送速度は、搬送部２００の搬送速度と等しいか高く設定される。搬送部２８０の搬送速度は、コンベアベルトの場合、０．１～５ｍ／ｓを適用することができる。

また、フィーダ５００と搬送部２００との間において、検体９００ｉの窓部５０を通過する姿勢がばらつかないようにするために、形状やサイズをフィルタリングする分級処理を前処理として行う場合がある。前処理を行う手段は、振動コンベアや振動篩機、破砕粒調機等が利用される。

（窓部）
窓部５０は、可視を含む波長域に透光性を有する窓材で構成され、通過面５５を通過する検体９００ｉに励起光を含む一次光を照射し、検体９００ｉからラマン散乱光を含む二次光を採光する窓部材である。窓部５０は、照射部２２に光学的に結合する光源２５の励起波長を透過し、採光部２０が採光する二次光を透過する透過性を有する窓材が選択される。紫外域にまで透過性を有する窓材としては、合成石英、低アルカリガラス、無アルカリガラス、ほうケイ酸ガラス等が採用される。

一方、窓部５０は、通過面５５の上を通過する検体９００ｉを下から支持するための強度と厚みを有する支持部材とみなされる。また、窓部５０は、搬送部２００から搬出された検体９００ｉを搬送部２８０に搬出する検体９００ｉの通過路の一部を構成しているとも換言される。窓部５０は、搬送部２００の搬送方向ｄｃにおいて搬送部２００より下流側に配置され、照射部２２と採光部２０のそれぞれに対する相対位置が実質的に変わらないように静止している。この点において、窓部５０は、回転するコンベアベルトを有する搬送部２００、２８０とは相違する。

本実施形態の窓部５０は、検体９００ｉが搬送部２００から搬送部２８０まで摺動しながら滑り落ちるように、傾斜している通過面５５を有する。通過面５５の傾斜は、検体９００ｉが通過面５５の上を転がらずに通過面５５に検体９００ｉが実質的に接し続けられる範囲の水平面（ｘｙ平面）に対する傾斜角θ［度］が選択される。

水平面に対する通過面５５の傾斜角をθ［度］、重力加速度をｇ［ｍ・秒^―２］とするとき、通過面５５に沿って摺動する質量ｍ［ｋｇ］の検体９００ｉは、通過面５５の法線方向にｍｇ×ｃｏｓθ、通過面５５に沿った方向にｍｇ×ｓｉｎθの力を受ける。すなわち、傾斜角θの通過面５５は、検体９００ｉの質力に係る荷重ｍｇ×ｃｏｓθ［Ｎ］を受ける。本実施形態の通過面５５は、検体９００ｉが摺動しながら通過するように水平面に対して傾斜している。

なお、図１において、傾斜角θは、理解のために、通過面５５と照射部２２との位置関係を保存したまま右下にずらした補助平行線Ｂ－Ｂ‘のうち線Ｂ’と水平面に対応するｘ方向基準線とのなす角を用いて図示している。

本実施形態の窓部５０の通過面５５は、検体９００ｉのｘ方向の輸送速度ｖｓが、搬送部２００の搬送速度ｖｃ以上で、かつ、搬送部２８０の搬送速度２ｖｃ以下となるように傾斜している。このとき、検体９００ｉの通過面５５に沿った輸送速度は、ｖｓ／ｃｏｓθである。窓部５０のｘ方向における輸送速度ｖｓは、通過面５５上での検体９００ｉの滑落方向の加速と検体９００ｉと通過面５５の動摩擦抵抗に係る減速との差異と、かかる差異の検体９００ｉ群内のばらつきと、搬送部２００、２８０の搬送速度を考慮して設定される。なお、傾斜している通過面５５を有する窓部５０は、搬送部２００から搬出された検体９００ｉを通過面５５と接しながら通過させる工程を行う手段であると換言される。

識別装置１０００は、スリットや基準面に検体を押圧するガイドを有する従来技術と異なり、分光測定する際の検体９００ｉの輸送を妨げる機構を持たず、照射部２２と通過面５５間のワーキングディスタンスＷＤを一定とすることが可能となっている。このため、本実施形態の識別装置１０００は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきが低減されたものとなっており、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置となっている。すなわち、識別装置１０００は、通過面５５に検体９００ｉを押圧するガイドを設けておらず、検体９００ｉには重力と通過面５５の摩擦力、あるいは加振部からの振動、以外の外力が実質的に働かないため、検体９００ｉがスムースに搬送される。

本願明細書において、通過面５５と照射部２２との間のワーキングディスタンスＷＤを一定とすることを、ワーキングディスタンスＷＤのバラつきを低減する、または、ワーキングディスタンスＷＤを安定化すると換言する場合がある。

窓部５０の通過面５５は、対象となる検体９００ｉに対する摩擦係数を選択することが行なわれる。通過面５５は、搬送部２００から搬出された検体９００ｉの搬送方向ｄｃの慣性力を有効利用し減速しないようにするためには、平滑化、疎水化等の処理が施される。窓部５０は通過面５５において、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含むフッ素系樹脂を含有するようにする形態が採用される。また、窓部５０の通過面５５は、検体９００ｉとの摩擦力を利用して搬送方向ｄｃの速度を調整することも可能である。通過面５５は、粗面化、親水化等の処理が施される。

通過面５５の表面改質された処理領域は、検体９００ｉが通過する面に対して一様に形成される場合と、局所的に形成される場合と、局所的に非形成部を設ける場合と、が採用される。照射部２２からの一次光の照射光スポットに対応して、改質処理の処理領域を形成したり、改質処理の非処理領域を形成したり、することが可能である。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る識別装置１２００について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る識別装置１２００の構成を模式的に示す図である。

（識別装置）
識別装置１２００は、通過面５５上の検体９００ｉの輸送を補助する振動を窓部５５に与える加振部５８を備えている点において、第１の実施形態に係る識別装置１０００と相違する。

加振部５８が窓部５０に与える振動は、ｘｚ平面内における直線往復振動、または、楕円回転振動が含まれる。加振部５８が与えるｘｚ平面内における直線往復振動、または、楕円回転振動は、検体９００ｉの通過方向ｄｃに検体９００ｉを附勢している。このため、加振部５８は通過方向（ｘ方向）に検体９００ｉを附勢する附勢手段であると換言される。

加振部５８を有する識別装置１２００における、検体９００ｉが窓部５０を通過するｘ方向の輸送速度ｖｓｖは、識別装置１０００と同様にして、搬送部２００の搬送速度ｖｃ以上、搬送部２８０の搬送速度２ｖｃ以下と設定される。すなわち、加振部５８の振動強度、通過面５５の傾斜角θおよび、通過面５５と検体９００ｉ群の摩擦係数の平均値は、検体９００ｉのｘ方向の輸送速度ｖｓｖが、搬送部２００の搬送速度ｖｃ以上、搬送部２８０の搬送速度２ｖｃ以下となるように調整される。

通過面５５のワーキングディスタンス方向の振幅は、フィーダ５００から供給される検体９００ｉ（ｉ＝１、２、・・・ｊ－１、ｊ、ｊ＋１・・）群の検体間の厚さばらつき３σや、検体内の粗さＲａ等より小さい範囲で設定される。このような範囲の振幅では、通過面５５と照射部２２との間のワーキングディスタンスＷＤ、および、検体９００ｉの受光面と照射部２２との間の光学的距離は、実質的に一定であるとみなすことができる。すなわち、窓部５０は、照射部２２と採光部２０のそれぞれに対する相対位置が変わらないように静止しているとみなせる。

識別装置１２００は、スリットや基準面に検体を押圧するガイドを有する従来技術と異なり、分光測定する際の検体９００ｉの輸送を妨げる機構を持たず、照射部２２と通過面５５との間のワーキングディスタンスＷＤを一定とすることが可能となっている。このため、本実施形態の識別装置１２００は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきが低減され、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置となっている。

なお、本実施形態の加振部５８は、検体９００ｉの搬送方向ｄｃへの輸送に対して附勢力を印加し、かつ、検体９００ｉの輸送を妨げる可能性の低い他の附勢手段に置換することができる。他の附勢手段としては、送風手段、帯電手段、等のように検体９００ｉに対し非接触に附勢力を印加することが可能な手段が採用される。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る識別装置１４００について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る識別装置１４００の構成を模式的に示す図である。

（識別装置）
識別装置１４００は、通過面５５上の検体９００ｉの輸送を補助する振動を窓部５５に与える加振部５８を備えている点と、通過面５５が水平に配置されている点と、において、第１の実施形態に係る識別装置１０００と相違する。すなわち、識別装置１４００は、通過面５５が水平に配置されている点、において、第２の実施形態に係る識別装置１２００と相違する。

加振部５８を有する識別装置１４００における、検体９００ｉが窓部５０を通過するｘ方向の輸送速度ｖｓｖは、識別装置１０００と同様にして、搬送部２００の搬送速度ｖｃ以上、搬送部２８０の搬送速度２ｖｃ以下と設定される。すなわち、加振部５８の振動強度、検体９００ｉ群の通過面５５に対する摩擦係数の平均値は、検体９００ｉのｘ方向の輸送速度ｖｓｖが、搬送部２００の搬送速度ｖｃ以上、搬送部２８０の搬送速度２ｖｃ以下となるように調整される。

本実施形態の加振部５８は、ｘｚ平面内において紙面の時計回り方向に、通過面５５を楕円回転振動させるように構成されている。本実施形態においても、通過面５５のワーキングディスタンス方向の振幅は、フィーダ５００から供給される検体９００ｉ（ｉ＝１、２、・・・ｊ－１、ｊ、ｊ＋１・・）群の検体間の厚さばらつき３σや、検体内の粗さＲａ等より小さい範囲で設定される。通過面５５と照射部２２との間のワーキングディスタンスＷＤ、および、検体９００ｉの受光面と照射部２２との間の光学的距離は、実質的に一定であるとみなすことができる。すなわち、窓部５０は、照射部２２と採光部２０のそれぞれに対する相対位置が変わらないように静止しているとみなせる。窓部５０は、照射部２２と採光部２０のそれぞれに対して静置されていると換言される。

識別装置１４００は、スリットや基準面に検体を押圧するガイドを備える従来技術と異なり、分光測定する際の検体９００ｉの輸送を妨げる機構を持たず、照射部２２と通過面５５との間のワーキングディスタンスＷＤを一定とすることが可能となっている。このため、本実施形態の識別装置１４００は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきが低減され、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置となっている。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る識別装置１６００の一部について、図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ｂ）は、本実施形態に係る識別装置１６００の構成の要部を模式的に示す図である。図５（ｂ）は、不図示の識別装置１６００の搬送部２００ｗ、２８０ｗ、窓部５０ｗ、エアノズル３３０ＭＮを図１のＡ－Ａ‘面からｚ方向に見た平面図である。

（識別装置）
図５（ｂ）に識別装置１６００は、搬送幅方向において、フィーダ５００の供給口、カメラ７６の撮影野、照射部２２からの照射スポット、弁別装置３００のエアノズルを、４つ配置している点において、図５（ａ）に示す識別装置１０００と相違する。識別装置１６００は、識別装置１０００に対して拡幅した実施形態搬送部２００ｗ、２８０ｗおよび窓部５ｗを備え、搬送方向ｄｃと交差する搬送幅方向の異なる位置に識別のためのユニットを並列に複数配置した多列化識別装置である。識別装置１６００は、識別装置１０００に比べて、システムの集約化、識別処理の高速化がなされている。

識別装置１６００は、４つの搬送トラックＴＲｋ（ｋ＝１～４）を備え、各トラックＴＲｋに対して、検体９００ｉの供給領域５５０－ｋ、撮影野７００－ｋ、一次光の照射スポット２２０－ｋ、エアノズル３００－ｋが、直列に配置されている。

識別装置の多列化において、搬送部２００、２８０の搬送幅方向の異なる位置に配置する要素は、独立に配置しても良いし、アレイ化してもよい。識別装置１６００は、供給口がアレイ化されたフィーダ５００Ａと、エアノズル３００－ｋがマルチノズル化されたマルチ弁別装置３００ＭＮ、を備えている。

識別装置１６００は、スリットや基準面に検体を押圧するガイドを備える従来技術と異なり、分光測定する際の検体９００ｉの輸送を妨げる機構を持たず、照射部２２と通過面５５との間のワーキングディスタンスＷＤを一定とすることが可能となっている。このため、本実施形態の識別装置１６００は、搬送される検体のサイズ、形状のばらつきがあっても、光検出面と光照射部との間の距離のばらつきが低減され、検査処理数の低下や識別精度低下が生じ難い識別装置となっている。

本実施形態の識別装置１６００は、静止された窓部５０Ｗを検査トラック間で共有するため、コンベアベルトにスリットを設ける従来技術と異なり、多列化に伴う搬送部の強度低下、コンベアベルトの運転速度の低下といった制約を受けない利点がある。

また、識別装置１６００は、検体９００ｉには重力と通過面５５の摩擦力、あるいは加振部からの振動、以外の外力が実質的に働かず、窓部５０に検体９００ｉを押し付けるガイド機構を有さないため、ガイド機構に検体９００ｉが引っかかる恐れが無い。従って、識別装置１６００は、基準面に向けて検体９００ｉを搬送幅方向に押し当てるガイド機構を有する従来技術と異なり、多列化に伴う単位時間あたりの検査処理数の増加が見込まれる。

また、ガイド機構を有する従来技術では、＜搬送幅方向に配列させた、ガイド機構、透過板、照射光学系＋採光光学系＞のセットを、搬送幅方向の異なる位置に、複数配置する必要が生じ、識別装置が冗長で嵩高いものとなる。一方で、本実施形態に係る識別装置１６００は、窓部５０を搬送トラック間で共有することが可能であり、ガイド機構を必要とせず、光学系を搬送幅方向に並べるだけのスペースで多列化が実現されている。

１０００、１２００、１４００、１６００ 識別装置
２０ 採光部
２２ 照射部
３０ 取得部
５０ 窓部
５５ 検出面

Claims (21)

1. 搬送部から搬出された検体が接しながら通過する通過面を上側に有する窓部と、前記窓部を介し前記検体に一次光を照射するように前記窓部の下方において前記通過面から所定距離だけ隔てて位置する照射部と、前記窓部を介し前記検体からの二次光を採光するように前記窓部の下方に位置する採光部と、前記採光部により採光された光に基づき前記検体の性状を識別する識別情報を取得する取得部と、を有する識別装置。
2. 前記窓部は、前記照射部と前記採光部のそれぞれに対する相対位置が変わらないように静止していることを特徴とする請求項１に記載の識別装置。
3. 前記窓部は、前記搬送部の搬送方向の下流側に位置する請求項１または２に記載の識別装置。
4. 前記窓部は、前記通過面の上を通過する前記検体を下から支持する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の識別装置。
5. 前記通過面は、前記検体の質量に係る荷重を受ける請求項１乃至４のいずれか１項に記載の識別装置。
6. 前記通過面は、前記検体が摺動しながら所定の通過方向に通過するように水平面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の識別装置。
7. 所定の通過方向に前記検体を附勢する附勢手段をさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の識別装置。
8. 前記附勢手段は、前記通過面を振動させる加振部を含む請求項７に記載の識別装置。
9. 前記採光部は、前記通過方向と交差する方向において互いに異なる位置に複数配置されている請求項５乃至８のいずれか１項に記載の識別装置。
10. 前記採光部により採光された光を分光する分光素子と、前記分光素子で分光されたスペクトルイメージを取得する撮像デバイスと、を有し、分光画像を取得する画像取得部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の識別装置。
11. 前記分光情報に基づき、前記検体の材料情報を取得する情報参照部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の識別装置。
12. 前記取得部は、前記二次光に含まれるラマンスペクトルに基づいて、前記検体の性状を識別する前記識別情報を取得する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の識別装置。
13. 前記検体を撮像する撮像部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の識別装置。
14. 前記取得部は、前記撮像部から取得した検体像と前記二次光に含まれるラマンスペクトルとに基づいて、前記検体の性状を識別する請求項１３に記載の識別装置。
15. 前記搬送部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の識別装置。
16. 前記取得部により識別された識別情報に基づき、前記検体を弁別する弁別装置に弁別動作の指令を出力する指令部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の識別装置。
17. 前記弁別装置をさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の識別装置。
18. 前記窓部は、前記二次光に対して透光性を有する請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の識別装置。
19. 前記識別情報は、前記検体がターゲット検体か否かを識別する情報を含む請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の識別装置。
20. 搬送部から搬出された検体を窓部の上側に有する通過面に接しながら通過させる工程と、前記窓部の下方に位置する照射部から前記窓部を介し前記検体に一次光を照射する工程と、前記窓部を介し前記検体からの二次光を採光する工程と、前記採光された光に基づき前記検体の性状を識別する工程と、を有する識別方法。
21. 前記一次光を照射する工程は、前記通過面から所定距離だけ隔てて前記窓部の下方に位置する前記照射部により行われる請求項２０に記載の識別方法。

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