JP2022160819A - 光測定装置および光測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサを保護可能な光測定装置および光測定方法を提供する。【解決手段】照明装置２００は、波長が経時的に変化する測定光ＳＩＮを所定領域１０に照射する。受光装置３００は、所定領域１０に位置する対象物ＯＢＪの拡散透過光ＳＯＢＪを検出する光センサ３０２を含む。受光装置３００は、対象物ＯＢＪの拡散透過光ＳＯＢＪのうち測定光ＳＩＮの光軸ＯＡ２からずれた方向に放射される成分Ｓθが光センサ３０２に入射するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、光測定装置に関する。

対象物の成分分析や検査に分光解析が広く用いられる。分光解析では、測定光を対象物に照射し、照射の結果得られる物体光のスペクトルが測定される。そして、物体光のスペクトルと測定光のスペクトルの関係にもとづいて、反射特性（波長依存性）あるいは透過特性などの光学的特性を得ることができる。

分光解析は、対象物の透過光を物体光とする透過型と、反射光を物体光とする反射型に分類される。反射型は、反射率が高い対象物の測定に適しているが、得られる光学的情報が、対象物の表面付近のものに限定される。したがって、精密な工業製品、動植物から採取した検体、人が体内に摂取する物、生産プラントで製造される液体や気体などを対象物とする測定では、十分な精度を有するとはいえない。

透過型は、対象物の表面のみでなく深い部分を含めた光学的特性を得ることができるため、食品や飲料（以下、飲食品と総称する）などを対象物とする場合に適している。特許文献１、２には、透過型の製品検査装置が開示される。この製品検査装置は、製品（検査対象）の表面にパルス光を照射する照射光学系と、製品の裏面側に設けられ、製品を透過した光を受光する受光器を備える。

特開２０２０－１５９９７１号公報 特開２０２０－１５９９７３号公報

本発明者は、透過型の検査装置について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。従来の検査装置では、対象物が存在しないときに、測定光が直接、受光器に入射することとなる。飲食品などの透過率が低い製品を検査対象とする場合、十分なＳ／Ｎ比を確保するために、測定光の強度を高める必要があるところ、検査対象が存在しないときに、非常に高強度の測定光が、受光器内の光センサ（光電変換素子）に入射することとなり、場合によっては光センサの故障の原因となる。そのため光センサを保護するための対策が必要となる。

この問題を解決するための対策としては、（i）光源の動作・停止を検査対象の存否と同期して時分割で制御する、（ii）光シャッター（あるいは減光器）を設け、検査対象の存否と同期して測定光を遮光（あるいは減光）する、などが考えられる。しかしながら、大量の製品を高速に検査したい場合、検査対象の存否と同期した制御は難しくなる。また、光シャッターなどの部品の追加は、コストアップの原因となり、あるいは検査装置に新たな不確実を導入することとなるため好ましくない。

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、光センサを保護可能な光測定装置および光測定方法の提供にある。

本開示のある態様は、光測定装置に関する。光測定装置は、波長が経時的に変化する測定光を所定領域に照射する照明装置と、所定領域に位置する対象物の拡散透過光を検出する光センサを含む受光装置と、を備える。受光装置は、対象物の拡散透過光のうち測定光の光軸からずれた方向に放射される成分が光センサに入射するように構成される。

本開示の別の態様は、光測定方法である。この方法は、波長が経時的に変化する測定光を生成するステップと、所定領域に一定強度の測定光を繰り返し照射するステップと、所定領域を通過するように対象物を搬送するステップと、対象物の拡散透過光を光センサにより検出するステップと、を備える。検出するステップは、対象物が所定領域にあるときの光センサの受光量が、対象物が所定領域にないときの光センサの受光量より大きくなるように行われる。

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示のある態様によれば、光センサを保護できる。

実施形態に係る光測定装置のブロック図である。 測定光を示す図である。 図１の光測定装置による分光を説明する図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、実施例１に係る光測定装置を示す図である。 実施例１に係る受光装置における、傾斜角θと、光センサの相対検出強度の関係を示す図である。 実施例２に係る受光装置を示す図である。 実施例３に係る受光装置を示す図である。 実施例４に係る受光装置を示す図である。 実施例５に係る受光装置を示す図である。 実施例６に係る受光装置を示す図である。 光測定装置の一形態である検査装置を示す図である。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

一実施形態に係る光測定装置は、波長が経時的に変化する測定光を所定領域に照射する照明装置と、所定領域に位置する対象物の拡散透過光を検出する光センサを含む受光装置と、を備える。受光装置は、対象物の拡散透過光のうち測定光の光軸からずれた方向に放射される成分が光センサに入射するように構成される。なお、「構成される」とは、構成に特徴がある場合に限られず、構成と配置の両方に特徴がある場合や、配置のみに特徴がある場合などを含む。

この光測定装置によれば、対象物が存在する場合には、対象物によって減衰された物体光が光センサに入射することとなり、対象物が存在しない場合には、光センサには測定光が入射せず、あるいは入射したとしても非常に強度が弱くなるため、光センサを保護できる。また、対象物の存否にかかわらず、照明装置を連続動作させることができ、対象物の存否と同期したシャッターなどが不要となる。

一実施形態において、受光装置は、集光光学系をさらに含んでもよい。この集光光学系は、光センサに対して垂直であり、光センサの中心を通る光軸を有する。受光装置は、集光光学系の光軸が所定領域を通過し、かつ測定光の光軸と非平行となるように配置されてもよい。このように、受光装置の配置を工夫することにより、対象物が存在しないときに、光センサに測定光が直射されるのを防止できる。

一実施形態において、測定光の光軸は、対象物に対して垂直であり、集光光学系の光軸は、対象物に対して非垂直であってもよい。

一実施形態において、測定光の光軸は、対象物に対して非垂直であり、集光光学系の光軸は、対象物に対して垂直であってもよい。

一実施形態において、測定光の光軸は、対象物に対して非垂直であり、集光光学系の光軸は、対象物に対して非垂直であってもよい。

一実施形態において、受光装置の光軸を、その入射窓の中心を通り、かつ入射窓と垂直な直線と定義するとき、受光装置は、受光装置の光軸が測定光の光軸と平行であり、受光装置の光軸と測定光の光軸が離間して配置されてもよい。これにより、離間距離をある程度大きくすることで、対象物が所定領域にないときに入射窓に測定光が入射しないようにできる。

一実施形態において、受光装置は、集光光学系と、対象物の拡散透過光のうち測定光の光軸の方向に放射される成分を遮蔽するマスクと、をさらに含んでもよい。

一実施形態において、測定光は、波長が経時的に変化してもよい。一実施形態において、測定光は、１パルス内で波長が経時的に変化するパルス光であってもよい。

一実施形態に係る光測定方法は、所定領域に一定強度の測定光を繰り返し照射するステップと、所定領域を通過するように対象物を搬送するステップと、対象物の拡散透過光を光センサにより検出するステップと、を備える。検出するステップは、対象物が所定領域にあるときの光センサの受光量が、対象物が所定領域にないときの光センサの受光量より大きくなるように行われる。

（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

図１は、実施形態に係る光測定装置１００のブロック図である。光測定装置１００は、対象物ＯＢＪの透過スペクトルを測定する分光器であり、主として照明装置２００、受光装置３００、搬送装置４００、処理装置５００を備える。

搬送装置４００は、対象物ＯＢＪを、所定領域１０を横切るように搬送する。好ましくは搬送装置４００は、無限軌道を有するベルトコンベア、あるいはステージであり、複数の対象物ＯＢＪが、所定領域１０を順に通過するように動作する。

照明装置２００は、所定領域１０に存在する対象物ＯＢＪに対して、波長が経時的に変化する測定光（入射光ともいう）Ｓ_ＩＮを照射する。この測定光Ｓ_ＩＮは、時間と波長が一対一の関係で対応付けられる。これを測定光Ｓ_ＩＮは「波長の一意性を有する」という。照明装置２００は、公知技術を用いて構成すればよく、たとえば特許文献１や２に記載のものを用いることができる。

図２は、測定光Ｓ_ＩＮを示す図である。図２の上段は、測定光Ｓ_ＩＮの強度（時間波形）Ｉ_ＩＮ（ｔ）を、下段は測定光Ｓ_ＩＮの波長λの時間変化を示す。

この例において、測定光Ｓ_ＩＮは１個のパルスであり、その前縁部において主波長がλ_１、後縁部において主波長がλ_２であり、１パルス内で波長がλ_１からλ_２の間で経時的に変化する。この例では、測定光Ｓ_ＩＮは、時間とともに振動数が増加する、言い換えると時間とともに波長が短くなる正のチャープパルス（λ_１＞λ_２）である。なお、測定光Ｓ_ＩＮは、時間とともに波長が長くなる負のチャープパルスであってもよい（λ_１＜λ_２）。

図１に戻る。測定光Ｓ_ＩＮは、対象物ＯＢＪを透過し、その裏面から透過光（以下、物体光ともいう）Ｓ_ＯＢＪとして放射される。測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルをＩ_ＩＮ（λ）、物体光Ｓ_ＯＢＪの透過率の波長依存性をＴ（λ）とするとき、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）は、式で表される。
Ｉ_ＯＢＪ（λ）＝Ｔ（λ）×Ｉ_ＩＮ（λ） …（１）

物体光Ｓ_ＯＢＪは、正透過光と拡散透過光を含みうるが、本実施形態は、拡散透過光が支配的である物体ＯＢＪの分光測定に特に好適である。正透過光は、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２と同じ方向に放射されるのに対して、拡散透過光である物体光Ｓ_ＯＢＪは、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２の方向のみでなく、それと異なる方向に広く放射される。たとえば拡散透過光は、光軸ＯＡ２の方向を０°としたときに、コサイン特性の強度分布で放射される。

受光装置３００は、対象物ＯＢＪの拡散透過光を物体光Ｓ_ＯＢＪとして検出する光センサ３０２を含む。受光装置３００は、後述のように光センサ３０２に加えて、集光光学系などを含みうるが、図１では省略している。

光センサ３０２は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子であり、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、フォトトランジスタ、光電効果を利用した光電子増倍管（フォトマル）や光照射による電気抵抗変化を利用した光電導素子などが例示される。

光センサ３０２の出力は、Ａ／Ｄコンバータによってデジタルの検出信号に変換され、処理装置５００に供給される。検出信号は、物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を示す。

処理装置５００は、受光装置３００の出力信号にもとづいて、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）を生成する。そして、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）と物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過率Ｔ（λ）を計算する。
Ｔ（λ）＝Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＩＮ（λ） …（２）

対象物ＯＢＪよりも照明装置２００側において、測定光Ｓ_ＩＮの一部をビームスプリッタなどを利用して別経路に分岐し、分岐された測定光Ｓ_ＩＮの時間波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）を、受光装置３００とは別の受光装置（図１に不図示、図１１の８１０に相当）で測定し、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）を得てもよい。あるいは、測定光Ｓ_ＩＮの安定性が高い場合には、予め測定したスペクトルＩ_ＩＮ（λ）を保持しておき、それを用いることができる。

図３は、図１の光測定装置１００による分光を説明する図である。上述のように、測定光Ｓ_ＩＮは、時間ｔと波長λが１対１で対応しているから、その時間ドメインの波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）は、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）に変換することができる。

この測定光Ｓ_ＩＮから生成される物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）も、時間ｔと波長λが１対１で対応したものとなる。したがって処理装置５００は、受光装置３００の出力が示す物体光Ｓ_ＯＢＪの波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換することができる。

処理装置５００は、２つのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）とＩ_ＩＮ（λ）の比Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＩＮ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過スペクトルＴ（λ）を計算することができる。

測定光Ｓ_ＩＮにおける時間ｔの波長λの関係が、λ＝ｆ（ｔ）なる関数で表されるとする。最も簡易には、波長λは、時間ｔに対して、一次関数にしたがってリニアに変化する。物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が、ある時刻ｔ_ｘにおいて低下するとき、透過スペクトルＴ（λ）は、波長λ_ｘ＝ｆ（ｔ_ｘ）に吸収スペクトルを有することを意味する。

なお、処理装置５００における処理はこれに限定されない。時間の２つの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）とＩ_ＩＮ（ｔ）の比Ｔ（ｔ）＝Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）／Ｉ_ＩＮ（ｔ）を演算した後に、この時間波形Ｔ（ｔ）の変数ｔをλに変換することで、透過スペクトルＴ（λ）を算出してもよい。

図１に戻る。照明装置２００は、搬送装置４００とは非同期で連続動作させることができ、図２のパルス状の測定光Ｓ_ＩＮは、所定の周期で繰り返し生成される。対象物ＯＢＪが所定領域１０に存在しないとき、そのときに生成される測定光Ｓ_ＩＮのパルスは、対象物ＯＢＪにより拡散されることなく、直接、光軸ＯＡ２の方向に伝搬する。

仮に受光装置３００が測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２上に配置されていたとすると、対象物ＯＢＪが光軸ＯＡ２に存在しないときに、高強度の測定光Ｓ_ＩＮが直接、光センサ３０２に入射することとなる。これを避けるために、本実施形態において、受光装置３００は、対象物ＯＢＪの拡散透過光（物体光Ｓ_ＯＢＪ）のうち測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２からずれた方向（ズレ角をθとする）に放射される成分Ｓ_θが光センサ３０２に入射するように構成される。

なお、光軸ＯＡ２方向の物体光Ｓ_ＯＢＪが、光センサ３０２に入射しなければよく、受光装置３００の入射アパーチャに入射しても構わない。この点については図４（ｂ）を参照して後で説明する。

以上が光測定装置１００の構成である。この光測定装置１００によれば、対象物ＯＢＪが所定領域１０に存在する場合には、対象物ＯＢＪによって減衰された物体光Ｓ_ＯＢＪが光センサ３０２に入射する一方で、対象物ＯＢＪが存在しない場合には、光センサ３０２には測定光Ｓ_ＩＮが入射せず、あるいは入射したとしても非常に強度が弱くなる。これにより、光センサ３０２を過入力から保護することができる。また対象物ＯＢＪの存否にかかわらず、照明装置２００を連続動作させることができ、対象物ＯＢＪの存否と同期した照明装置２００のバースト制御や、シャッターなどの追加部品が不要となる。

本発明は、図１のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

受光装置３００のより具体的な構成やレイアウトを説明する。

（実施例１）
図４（ａ）、（ｂ）は、実施例１に係る光測定装置１００を示す図である。図４（ａ）に示すように、照明装置２００の照射光学系２３０は、測定光Ｓ_ＩＮを光軸ＯＡ２方向に出射し、所定領域１０に照射する。図４（ａ）は、所定領域１０に対象物ＯＢＪが存在しないときの光線を示す。

図４（ｂ）には、受光装置３００の構成例が示される。図４（ｂ）には、対象物ＯＢＪが存在するときの光線が示される。受光装置３００は、光センサ３０２に加えて集光光学系３１０を有する。集光光学系３１０の光軸ＯＡ３は、光センサ３０２の中心からの垂線と一致している。この例では、集光光学系３１０は第１レンズ３１４および第２レンズ３１６を含み、それらは同軸に配置される。第１レンズ３１４、第２レンズ３１６それぞれの焦点距離は、対象物ＯＢＪとの距離、光センサ３０２との距離にもとづいて決定すればよい。

第１レンズ３１４は、対象物ＯＢＪからの拡散透過光を平行光に近づける。第２レンズ３１６は、第１レンズ３１４の出射光を、集光する。光センサ３０２は、第２レンズ３１６の焦点近傍に配置される。第２レンズ３１６は、第１レンズ３１４よりも口径が小さく、したがって、第１レンズ３１４の入射光のうち、光軸ＯＡ３となす角度が大きい成分は、第２レンズ３１６には入射せず、光センサ３０２に集光されない。

受光装置３００は、集光光学系３１０の光軸ＯＡ３が所定領域１０を通過し、かつ測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２と非平行となるように配置される。集光光学系３１０の光軸ＯＡ３と、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２のなす傾斜角θは、０°よりも十分に大きく定められる。

上述したように光軸ＯＡ２方向（θ＝０°）の物体光Ｓ_ＯＢＪが、光センサ３０２に入射しなければよく、受光装置３００の入射アパーチャに入射しても構わない。図４（ｂ）の構成では、第１レンズ３１４の口径が入射アパーチャと把握され、光軸ＯＡ２方向の物体光Ｓ_ＯＢＪは、第１レンズ３１４に入射しているが、光軸ＯＡ２方向の物体光Ｓ_ＯＢＪは迷光となり、光センサ３０２には集光されない。なお、光センサ３０２への迷光の入射を防ぐために、受光装置３００の内部に、遮光板を設けてもよい。

図５は、実施例１に係る受光装置３００における、傾斜角θと、光センサ３０２の相対検出強度の関係を示す図（シミュレーション結果）である。相対検出強度とは、検出強度を、傾斜角θが０°のときに１となるように正規化したものである。プロットＡは、所定領域１０に対象物ＯＢＪが存在するとき、プロットＢは存在しないときの相対検出強度を示す。

対象物ＯＢＪが存在する場合、傾斜角θを変化させても、相対検出強度はほとんど変化しない。これに対して、対象物ＯＢＪが存在しない場合、傾斜角θを大きくするにしたがって、検出強度が低下する。この例では傾斜角θが２５°を超えると、相対強度は０．１を下回り、さらに２７°を超えると、相対検出強度は、＜０．０２となり、対象物ＯＢＪの典型的な透過率と同じオーダーまで低下する。測定光Ｓ_ＩＮの最大強度をＩ_{ＩＮ＿ＭＡＸ}、対象物ＯＢＪの最大透過率をη_ＭＡＸ、対象物ＯＢＪがあるときの相対検出強度をＡ（θ）、ないときの相対検出強度をＢ（θ）、光センサ３０２の最大定格をＩ_{ＲＡＴＥ＿ＭＡＸ}とすれば、
Ｉ_{ＲＡＴＥ＿ＭＡＸ}＞Ｉ_{ＩＮ＿ＭＡＸ}×η_ＭＡＸ×Ａ（θ）
Ｉ_{ＲＡＴＥ＿ＭＡＸ}＞Ｉ_{ＩＮ＿ＭＡＸ}×Ｂ（θ）
を満たすように、傾斜角θを選べば、対象物ＯＢＪの有無にかかわらず、光センサ３０２に最大定格Ｉ_{ＲＡＴＥ＿ＭＡＸ}を超えるパワーが入射するのを防止できる。

好ましくは、Ｉ_{ＲＡＴＥ＿ＭＡＸ}＞Ｉ_{ＩＮ＿ＭＡＸ}×η_ＭＡＸ×Ａ（θ）≧Ｉ_{ＩＮ＿ＭＡＸ}×Ｂ（θ）を満たすように、傾斜角θを選んでもよい。η_ＭＡＸを１％と仮定した場合、
０．０１×Ａ（θ）≧Ｂ（θ）
を満たすように、θを選べばよい。つまり、受光装置３００による拡散透過光Ｓ_ＯＢＪの検出工程は、対象物ＯＢＪが所定領域１０にあるときの光センサ３０２の受光量（入射強度）が、対象物ＯＢＪが所定領域１０にないときの光センサ３０２の受光量（入射強度）より大きくなるように行ってもよい。

なお集光光学系３１０の設計は、図４のそれに限定されず、当業者によれば同じ効果を奏するさまざまな光学系を設計可能であり、そうしたものも本発明の範囲に含まれる。たとえば図４では、２枚の凸レンズで構成されるが、凹レンズと凸レンズの組み合わせで構成してもよい。またレンズの枚数や群数も特に限定されない。またこの例ではθ＞２７°が条件となるが、この傾斜角θの範囲は、受光装置３００の集光光学系３１０の設計に依存することはいうまでもない。

（実施例２）
図６は、実施例２に係る受光装置３００を示す図である。実施例１との相違点は、実施例１では、照射光学系２３０の光軸ＯＡ２を対象物ＯＢＪに対して垂直とし、受光装置３００の光軸ＯＡ３を、照射光学系２３０の光軸ＯＡ２に対して傾けたのに対して、実施例２では、受光装置３００の光軸ＯＡ３を対象物ＯＢＪに対して垂直とし、受光装置３００の光軸ＯＡ３を、照射光学系２３０の光軸ＯＡ２に対して傾けた点である。なお、対象物ＯＢＪに対して垂直であるとは、対象物ＯＢＪの表面もしくは裏面が平坦である場合には、それに対して垂直であることを含む。また、対象物ＯＢＪの表面が曲面である場合には、対象物ＯＢＪに対して垂直であるとは、対象物ＯＢＪが載置される面に対して垂直であることを含む。受光装置３００の構成は、図４のそれと同一であってもよいし、異なっていてもよい。この構成によれば、実施例１と同じ効果が得られる。

（実施例３）
図７は、実施例３に係る受光装置３００を示す図である。実施例３では、照明装置２００の光軸ＯＡ２と、受光装置３００の集光光学系の光軸ＯＡ３の両方が、対象物ＯＢＪの載置面に対して非垂直である。受光装置３００の構成は、図４のそれと同一であってもよいし、異なっていてもよい。この構成によれば、実施例１や実施例２と同じ効果が得られる。

（実施例４）
図８は、実施例４に係る受光装置３００を示す図である。受光装置３００の光軸ＯＡ３を、受光装置３００の入射窓３２０の中心を通り、かつ入射窓３２０と垂直な直線と定義する。入射窓３２０は、受光装置３００の最前面の光学部材であってもよい。受光装置３００の構成は特に限定されず、受光装置３００は、入射窓３２０に入射した光が、内部の光センサ（図８に不図示）に入射するように構成される。入射窓３２０の径φ_ＡＰは、それに入射した光が内部の光センサ（図８に不図示）に入射可能な範囲である。

受光装置３００は、受光装置３００の光軸ＯＡ３が測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２と実質的に平行であり、受光装置３００の光軸ＯＡ３と測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２が離間して配置される。

離間距離Ｄをある程度大きくすることで、対象物ＯＢＪが所定領域１０にないときに、入射窓３２０に測定光Ｓ_ＩＮが入射しないように、したがって光センサに入射しないようにできる。入射窓３２０の位置における測定光Ｓ_ＩＮのビーム径をφ_ＢＭ、入射窓３２０の径をφ_ＡＰとするとき、離間距離Ｄの間には、
Ｄ＞φ_ＡＰ／２＋φ_ＢＭ／２
が成り立っていればよい。

（実施例５）
図９は、実施例５に係る受光装置３００を示す図である。受光装置３００は、光センサ３０２、集光光学系３１０およびマスク３３０を備える。集光光学系３１０の構成は特に限定されないが、たとえば図４と同様に構成してもよい。受光装置３００の光軸ＯＡ３は測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２（物体光Ｓ_ＯＢＪの０°方向）と一致するように配置される。マスク３３０は、集光光学系３１０に入射する物体光Ｓ_ＯＢＪのうち、－Δθ～＋Δθの成分を遮光する。マスク３３０の位置は限定されず、集光光学系３１０よりも対象物ＯＢＪ側に設けられてもよいし、光センサ３０２側に設けられてもよいし、集光光学系３１０が複数のレンズを含む場合、それらの間に挿入されてもよい。

この構成によれば、マスク３３０の径φ_ＭＡＳＫを適切に設計することで、対象物ＯＢＪが所定領域１０にないときに、光センサ３０２に測定光Ｓ_ＩＮが入射しないようにできる。

（実施例６）
図１０は、実施例６に係る受光装置３００を示す図である。受光装置３００は、集光光学系３１０と光センサ３０２を備える。この実施例６では、受光装置３００の集光光学系３１０の光軸ＯＡ３と、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２は平行である。ただし、光センサ３０２は、集光光学系３１０の光軸ＯＡ３上には配置されておらず、集光光学系３１０に対して角度θで入射した光が集光される位置の近傍に配置される。

この構成によれば、対象物ＯＢＪから放射される物体光Ｓ_ＯＢＪのうち、θ方向に放射される成分Ｓ_θを光センサ３０２によって検出することができ、対象物ＯＢＪが所定領域１０にないときには、０°方向の測定光Ｓ_ＩＮが光センサ３０２に入射しないようにできる。

（用途）
続いて、実施形態に係る光測定装置１００の用途を説明する。光測定装置１００は粉末を固形状に固めた飲食品などの製品の検査装置に利用することができる。図１１は、光測定装置１００の一形態である検査装置８００を示す図である。検査装置８００は、飲食品などの製品Ｐを大量に検査し、良否を判定する。粉末を固形状に固めた飲食用品の場合、その透過率は１／１００～１／１０００のオーダーである。

検査装置８００は、光測定装置１００に関して説明したように、照明装置２００、受光装置３００、搬送装置４００、処理装置５００を備える。さら検査装置８００は、受光装置８１０、ビームダンパ８２０、デジタイザ８３０、ポンプ８４０を備える。

照明装置２００は、光源２１０、パルスストレッチャ２２０、照射光学系２３０を備える。光源２１０は、少なくとも１０ｎｍの連続スペクトル、具体的には９００～１３００ｎｍの近赤外領域において広い連続スペクトルを有するコヒーレントなパルス光を生成する。光源２１０は、パルスレーザと非線形素子を含むＳＣ（Super Continuum）光源であってもよい。パルスレーザは、モードロックレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザなどを用いることができる。非線形素子は、フォトニッククリスタルファイバなどの非線形ファイバを用いることができる。

パルスストレッチャ２２０は、光源２１０が生成するパルス光のパルス幅を、時間と波長が１対１で対応する態様で伸張する。パルスストレッチャ２２０は、１本の波長分散ファイバで構成してもよい。

あるいは、パルスストレッチャ２２０は、パルス光を波長毎に複数の経路に分岐する分波器と、複数の経路毎に異なる遅延を与える複数のファイバ（ファイバ束）と、複数のファイバの出力を再結合する合波器で構成してもよい。分波器は、プレーナ光波回路(ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuits)で構成することができ、具体的にはアレイ導波路回折格子（AWG: Array Waveguide Grating）で構成してもよい。ファイバ束を構成する複数のファイバは長さが異なっている。

搬送装置４００は、ホルダー４１０を備える。ホルダー４１０上には、上流（図中左手側）において、マウンタ（不図示）により、複数の製品Ｐが載置される。その限りでないが、ホルダー４１０は、平坦面に形成された凹部でありうる。搬送装置４００は、ホルダー４１０をその可動方向に移動させる。なお、ホルダー４１０の面のうち、製品Ｐが載置される面を表面、その反対の面を裏面と称することとする。

照射光学系２３０は、伸張後のパルスを、測定光Ｓ_ＩＮとして所定領域１０に照射する。所定領域１０は、ホルダー４１０上の製品Ｐの通過箇所に定められる。照射光学系２３０は、レンズなどの透過光学系、ミラーなどの反射光学系あるいはそれらの組み合わせで構成することができる。ホルダー４１０が移動することにより、所定領域１０を、複数の製品Ｐが順次、横切ることになる。

光源２１０は、所定の周波数（周期）でパルス光を繰り返し発生する。光源２１０の動作周波数は、ホルダー４１０の移動速度つまり製品Ｐの搬送速度に応じて定めればよく、１個の製品Ｐが、所定領域１０に存在する間に、複数の測定光Ｓ_ＩＮが同じ製品Ｐに照射されるように定められる。

光源２１０の動作は、ホルダー４１０の動作、言い換えると製品Ｐの位置とは無関係である。したがって、測定光Ｓ_ＩＮは、製品Ｐが所定領域１０内に存在しないときにも、所定領域１０に繰り返し照射される。

受光装置３００は、ホルダー４１０の裏面側に設けられている。ホルダー４１０には、貫通孔４１２が設けられる。この貫通孔４１２は、製品Ｐからの拡散透過光（物体光）Ｓ_ＯＢＪを裏面側の受光装置３００に導くために形成される。

ホルダー４１０の裏面側には、ポンプ８４０を設けてもよい。ポンプ８４０は吸引手段を構成しており、ホルダー４１０の裏面側を負圧にすることにより、製品Ｐが、ホルダー４１０に吸い付くことになり、ホルダー４１０の搬送にともなって製品Ｐがホルダー４１０上を転がったりずれたりするのを防止できる。その反面、ホルダー４１０内に製品Ｐがはまり込まず、所定領域１０内に製品Ｐが存在しないときに、測定光Ｓ_ＩＮはこの貫通孔４１２を通過して、受光装置３００が存在する裏面側に漏れることとなる。

受光装置３００の構成、配置は、上述した通りであり、受光装置３００の内部の光センサ３０２には、所定領域１０に製品Ｐが存在しないときには、測定光Ｓ_ＩＮが入射しないようになっている。受光装置３００によって、物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が測定される。また、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２上には、迷光を防ぐためにビームダンパ８２０が設けられる。

受光装置８１０は、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルを測定するために設けられる。照射光学系２３０は、ビームスプリッタなどを利用して、測定光Ｓ_ＩＮの一部を、参照光Ｓ_ＲＥＦとして別アームに分岐する。受光装置８１０は、別アームに分岐された参照光Ｓ_ＲＥＦの時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を測定する。この時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は測定光Ｓ_ＩＮの時間波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）と等価である。

デジタイザ８３０は、Ａ／Ｄコンバータを含み、受光装置３００および受光装置８１０の出力すなわち時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ），Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号の波形データＤ_ＯＢＪ（ｔ），Ｄ_ＩＮ（ｔ）に変換する。デジタル出力の受光装置３００、８１０を用いる場合、デジタイザ８３０は省略できる。

処理装置５００は、デジタルの波形データＤ_ＯＢＪ（ｔ）およびＤ_ＩＮ（ｔ）を処理し、製品Ｐの透過特性（あるいは吸収特性）Ｔ（λ）を取得する。処理装置５００は、プロセッサ、メモリ、ハードディスクなどの記憶媒体を含む汎用のあるは専用のコンピュータと、ソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。処理装置５００の処理については上述した通りである。

以上が検査装置８００の構成である。この検査装置８００によれば、所定領域１０に製品Ｐが存在しないときに、受光装置３００を保護することができる。この際に、照明装置２００の光源２１０は、搬送装置４００の動作と非同期でフリーランさせておくことが可能であり、また搬送装置４００の動作と同期したシャッター制御も不要である。

実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

ＯＡ２，ＯＡ３ 光軸
１０ 所定領域
ＯＢＪ 対象物
１００ 光測定装置
２００ 照明装置
２１０ 光源
２２０ パルスストレッチャ
２３０ 照射光学系
３００ 受光装置
３０２ 光センサ
３１０ 集光光学系
３１４ 第１レンズ
３１６ 第２レンズ
３２０ 入射窓
４００ 搬送装置
４１０ ホルダー
４１２ 貫通孔
５００ 処理装置
８００ 検査装置
Ｓ_ＩＮ 測定光
Ｓ_ＯＢＪ 物体光
８１０ 受光装置
８２０ ビームダンパ
８３０ デジタイザ
８４０ ポンプ
Ｐ 製品

Claims (9)

1. 波長が経時的に変化する測定光を所定領域に照射する照明装置と、
   前記所定領域に位置する対象物の拡散透過光を検出する光センサを含む受光装置と、
   を備え、
   前記受光装置は、前記対象物の前記拡散透過光のうち前記測定光の光軸からずれた方向に放射される成分が前記光センサに入射するように構成されることを特徴とする光測定装置。
2. 前記受光装置は、
   前記光センサに対して垂直であり、前記光センサの中心を通る光軸を有する集光光学系をさらに含み、
   前記受光装置は、前記集光光学系の前記光軸が前記所定領域を通過し、かつ前記測定光の前記光軸と非平行となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
3. 前記測定光の前記光軸は、前記対象物に対して垂直であり、
   前記集光光学系の光軸は、前記対象物に対して非垂直であることを特徴とする請求項２に記載の光測定装置。
4. 前記測定光の前記光軸は、前記対象物に対して非垂直であり、
   前記集光光学系の光軸は、前記対象物に対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の光測定装置。
5. 前記測定光の前記光軸は、前記対象物に対して非垂直であり、
   前記集光光学系の光軸は、前記対象物に対して非垂直であることを特徴とする請求項２に記載の光測定装置。
6. 前記受光装置の光軸を、入射窓の中心を通り、かつ入射窓と垂直な直線と定義するとき、
   前記受光装置は、前記受光装置の前記光軸が前記測定光の前記光軸と平行であり、前記受光装置の前記光軸と前記測定光の光軸が離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
7. 前記受光装置は、
   集光光学系と、
   前記対象物の前記拡散透過光のうち前記測定光の前記光軸の方向に放射される成分を遮蔽するマスクと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
8. 前記測定光は、１パルス内で波長が経時的に変化するパルス光であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光測定装置。
9. 波長が経時的に変化する測定光を生成するステップと、
   所定領域に一定強度の前記測定光を繰り返し照射するステップと、
   前記所定領域を通過するように対象物を搬送するステップと、
   前記対象物の拡散透過光を光センサにより検出するステップと、
   を備え、
   前記検出するステップは、前記対象物が前記所定領域にあるときの前記光センサの受光量が、前記対象物が前記所定領域にないときの前記光センサの受光量より大きくなるように行われることを特徴とする光測定方法。

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