JP3056037B2 - 光学的測定方法及びその装置 - Google Patents

光学的測定方法及びその装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線や可視光線など
を、被測定物に照射し、その透過光を受光測定して、被
測定物の内部性状の検査などを行う光学的測定方法及び
その装置に係り、特に、コンベアーによって連続的に送
られてくる、青果物などの被測定物の内部性状を、光学
的に非破壊で検査測定するのに適するものに関する。
【0002】
【従来の技術】青果物の糖度を、非破壊で測定する方式
は既に本発明者によって提案(特願平5−26198)
されている。この方式の測定原理は、近赤外線が青果物
を透過すると、青果物の内部性状(糖度値)によって影
響を受けることを利用し、糖度によって特に大きな影響
を受ける特定波長の分光を測定して、青果物の糖度値を
割り出すものである。この為、具体的手段としては、青
果物に近赤外線を照射し、その透過光を回折格子で分光
させた上で、ラインセンサ上に焦点を結ばせ、特定波長
の分光の光量測定値から、演算によって糖度値を算出す
るという手段を採っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
測定方式では、被測定物が静止していることが条件であ
る。被測定物が移動している場合、例えば、コンベアー
で搬送中のものを連続的に測定しようとする場合などに
は利用できない。なぜなら、照射した光線は被測定物内
を通る間に大幅に減衰し、例えば、ミカンの場合には、
透過光量が約4万分の1以下に、リンゴの場合には約2
0万分の1以下になる。このような微量の光線を、測定
点を通過する一瞬の時間内で計測し、かつ分析すること
が、従来方式ではできなかったのである。
【0004】本発明はこのような点に鑑み、搬送中の被
測定物に対しての測定を可能にし、また、被測定物の大
きさに合わせて調節測定することにより、被測定物の大
小にかかわらず、精度の高い測定を行える光学的測定方
法、及びその装置を提供せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の光学的測定方法
の技術的手段は、被測定物に測定用光線を照射し、その
透過光を分光した上で、光量を測定する光学的測定方法
において、搬送中の被測定物を測定対象とし、分光の光
量測定は電荷蓄積方式で行い、被測定物のサイズに合わ
せて蓄積時間を増減調節して測定することにある。
【0006】本発明の光学的測定装置の技術的手段は、
被測定物を搬送するコンベアーと、コンベアーの近傍に
設けられた被測定物サイズ計測器と、コンベアーの両側
に対向状に設けられた投光部と受光部とからなる測定装
置本体と、コンベアーの速度計、サイズ計測器及び測定
装置本体にそれぞれ信号連結された信号処理・制御装置
とを具備し、前記測定装置本体の投光部は測定に必要な
波長の光線を出せる光源を有し、また受光部は、被測定
物を透過した光を分光する回折格子と、分光された各波
長の光量を測定する、電荷蓄積方式のラインセンサとを
有することにある。
【0007】
【作用】本発明の光学的測定方法では、測定対象はコン
ベアーなどで搬送中の被測定物である。この被測定物に
測定用光線を照射する。測定光線の光源には、測定に必
要な波長の光を含む光線を出せるものを選ぶ。照射され
た光線は、被測定物に当たり、一部が反射し、他は被測
定物内に入射する。入射した光線は、被測定物内を通過
する間に、被測定物の内部性状による影響を受ける。こ
の際、内部性状の種類と、これにより影響を受ける波長
とは対応しており、一の内部性状に対して大きく影響を
受ける波長は定まっている。従って、透過光を回折格子
で分光し、必要とする波長の光量をラインセンサで計測
することにより、被測定物の内部性状を知ることができ
る。
【0008】ラインセンサは電荷蓄積方式のものを用い
ているので、光電変換により発生した電荷を一時的に蓄
積した上で読み出すことができる。従って、蓄積した分
だけ出力信号が大きくなるので、微弱な光量からでも充
分な読み出し出力を得ることができる。また、蓄積時間
は調節できるので、先に被測定物のサイズを測定し、こ
のサイズに合わせて蓄積時間を増減調節する。被測定物
のサイズが大きいと、透過光量の減衰率が大きくなる
が、反面、測定点の通過時間が長くなり、この分、蓄積
時間を多くとれるので、透過光量の減少をカバーでき、
被測定物のサイズの大小にかかわらず、充分な測定が可
能となる。
【0009】
【実施例】本発明の光学的測定装置の一実施例を図面に
ついて説明する。1はベルトコンベアーで、青果物など
の被測定物Aはこのベルト上に乗った状態で、送られて
くる。2は駆動側のプーリー、3はベルト駆動用のモー
ターである。
【0010】10はサイズ計測器であって、コンベアー
搬送路の両側に対向設置された、光源11と、受光セン
サー12とからなり、被測定物Aの通過による光線遮断
時間から被測定物Aの大きさを計測する。なお、受光セ
ンサー12にはフォトダイオードなどの光電変換素子を
用いる。また、光線には可視光の他、レーザー光なども
利用可能である。
【0011】20は測定装置本体で、測定光線を発する
投光部21と、透過光を分光処理する受光部22とから
なり、コンベアー搬送路の両側に対向状に設置されてい
る。投光部21は光源ランプ23、反射鏡24、シャッ
ター25などからなる。ランプ23には測定に必要な波
長の光を出せるものを選定して用いる。糖度測定などで
近赤外線を利用する場合には、ハロゲンランプが適す
る。反射鏡24としては、楕円曲面の凹面反射鏡を用い
れば、光線を測定点で効率的に収束させうるので好まし
く、また、放物曲面の反射鏡を用いれば、平行光線にで
きるので好ましい。なお、ランプ23及び反射鏡24は
遮光性の光源ケース26内に収容されている。
【0012】光源ケース26の投光口には、シャッター
25が設けられていて、ソレノイド27によって開閉操
作され、測定休止時などに不必要に光線が照射されるの
を防止する。シャッター25の開放時には、ランプ23
から出た光は、直接、あるいは反射鏡24で反射した後
に、光源ケース26の投光口を通って照射され、コンベ
アー1で送られてくる被測定物Aに当たる。光の一部
は、被測定物A内を透過して、受光部22に達するが、
被測定物A内を通る間に、被測定物Aの内部性状による
影響を受ける。例えば、青果物の糖度測定の場合には、
照射された近赤外線(波長、700〜1100nm)の
内の特定の波長の分光が糖度による影響を受ける。な
お、実際の測定時には、糖度による影響を受ける波長の
他、その補正の為の波長の分光も測定する必要があり、
730、740、761、783、833、840、8
60、880、906nm付近の波長の分光を測定す
る。
【0013】受光部22は、レンズ30、NDフィルタ
ー31、スリット32、回折格子33、ラインセンサ3
4などからなる。レンズ30は集光用であって、到来し
た透過光をスリット32の位置に収束させる為のもので
ある。NDフィルター(ニュートラルフィルター)31
はリファレンス用であって、ソレノイド35によって、
光路に対して開放自在に設けられている。ミカンやトマ
トなどでは透過光量が約4万分の1以下になり、またリ
ンゴや梨などでは約20万分の1以下になるので、ND
フィルター31は被測定物Aの種類に合わせて適宜選定
使用するか、あるいは、NDフィルターは変えずにリフ
ァレンス時の蓄積時間を適宜変えるようにする。このN
Dフィルター31はあくまで光源の状態や、測定環境を
知る為のリファレンス用であり、実際の測定時には使用
せず、開放状態で測定する。
【0014】回折格子33としては、フラットフィール
ド凹面型のものが、各波長の分光を全て、平面のライン
センサ34上に焦点を結ばせることができるので、好ま
しい。ラインセンサ34はマルチチャンネル分光光量検
出器で、ライン上に焦点を結んだ各分光の光量を一括し
て読み取ることができる。なお、透過光の光量は極めて
小さいので、電荷蓄積方式のラインセンサを用いる。
【0015】ラインセンサ34では、直線方向に多数の
画素が並んでいて、各画素ごとにフォトダイオードが設
けられている。そして、電荷蓄積方式では、各フォトダ
イオードにコンデンサ及びスイッチが付いていて、フォ
トダイオードで発生した電荷、即ち、光信号から電気信
号に光電変換されて発生した電荷は一時的にコンデンサ
に蓄積され、その後、順次スイッチを開いて、蓄積電荷
量を読み出していく。この為、光量が少なくても、この
蓄積によって大きな出力信号が得られ、かつ、時間をず
らして順次読んでいくので、1本の出力ラインでの読み
出しが可能である。実施例では、このラインセンサに、
浜松ホトニクス(株)製の「MOSリニアイメージセン
サ」を用いている。
【0016】また、電荷蓄積方式のラインセンサ34で
は、蓄積時間の増減調節が可能である。従って、被測定
物Aのサイズが大きい場合には、測定点の通過時間が長
くなるので、蓄積時間を増加させることができ、これに
より、サイズが大きくなったことによる透過光量の減少
をカバーでき、サイズの如何にかかわらず、充分な測定
ができるようになる。なお、実施例では、表1のよう
に、被測定物(ミカン)のサイズを4種に分け、各サイ
ズごとに蓄積時間を50〜150m・secの範囲で調
節することにより、ミカンのサイズにかかわらず、充分
な糖度測定ができた。
【0017】
【表1】
【0018】また、ラインセンサ34の光電変換素子
は、光を受けて温度が上昇すると、感度が狂うのでペル
チェ素子36などを用いて冷却するのがよい。これによ
り、感度が安定し、かつ、暗電流が下がり、蓄積時間を
長くとれるので、微弱光の測定に一層好都合となる。ま
た、受光部22は遮光ケース37内に収容し、外光によ
る影響を遮断するのがよい。
【0019】38は暗室で、前記のサイズ計測器10や
測定装置本体20などは全てこの暗室内に収容されてい
る。この暗室38の内壁には光反射防止処置を施すのが
よい。また、コンベアー1もこの暗室内を通るので、そ
の出入口には短冊状の遮光カーテンなどを設けて、外光
が内部に侵入しないようにする。
【0020】40はコンピュータ製の信号処理・制御装
置で、コンベアー1に付設された速度計、受光センサー
12、ソレノイド27,35、ラインセンサー34など
と信号連結されている。従って、サイズ計測器10での
光線遮断時間と、コンベアー1の速度との各信号を受け
て、装置40のコンピュータが被測定物Aのサイズを算
出し、かつ、このサイズに基ずいて、ラインセンサ34
に信号を送って蓄積時間を増減調節する。また、ライン
センサ34による分光光量測定値は装置40のコンピュ
ータに送られ、糖度値などが算出される。
【0021】なお、本発明は前記の実施例に限定される
ものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で自由に
変形実施可能である。特に、測定光線の選定、回折格子
やラインセンサの種類、サイズ計測器の構成などは自由
である。
【0022】
【発明の効果】本発明の光学的測定方法では、分光の光
量測定に電荷蓄積方式を採用し、被測定物のサイズに合
わせて蓄積時間を調節するので、コンベアーなどで搬送
中の被測定物を対象とする測定が可能であり、かつ、被
測定物のサイズの大小にかかわらず充分な測定ができ
る。
【0023】本発明の光学的測定装置では、コンベアー
で送られてくる被測定物を、先ずサイズ計測器で大きさ
を測定し、このサイズ測定値に基ずいて、ラインセンサ
の電荷蓄積時間を調節するので、被測定物の大きさにか
かわりなく常に精度の高い測定を行うことができる。ま
た、構造が比較的簡単で、廉価に提供でき、実用上有益
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学的測定装置の概要図。
【符号の説明】
1 ベルトコンベアー 10 サイズ計測器 11 光源 12 受光センサ 20 測定装置本体 21 投光部 22 受光部 23 光源ランプ 24 反射鏡 25 シャッター 30 集光レンズ 31 NDフィルター 32 スリット 33 回折格子 34 ラインセンサ 40 信号処理・制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/84 - 21/90 B07C 1/00 - 9/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物に測定用光線を照射し、その透
    過光を分光した上で、光量を測定する光学的測定方法に
    おいて、搬送中の被測定物を測定対象とし、分光の光量
    測定は電荷蓄積方式で行い、被測定物のサイズに合わせ
    て蓄積時間を増減調節して測定することを特徴とする光
    学的測定方法。
  2. 【請求項2】 被測定物を搬送するコンベアーと、コン
    ベアーの近傍に設けられた被測定物サイズ計測器と、コ
    ンベアーの両側に対向状に設けられた投光部と受光部と
    からなる測定装置本体と、コンベアーの速度計、サイズ
    計測器及び測定装置本体にそれぞれ信号連結された信号
    処理・制御装置とを具備し、前記測定装置本体の投光部
    は測定に必要な波長の光線を出せる光源を有し、また受
    光部は、被測定物を透過した光を分光する回折格子と、
    分光された各波長の光量を測定する、電荷蓄積方式のラ
    インセンサとを有する光学的測定装置。
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