JP3146839U - 媒体の特性を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体的又は部分的に透明な媒体の特性を検出する目的のための装置を提供することで、媒体は固体又は液体の形でよい。
【解決手段】全体的に又は部分的に透明な媒体の特性を検出するための装置で、媒体は光源と光検出器の間に伸びている光路内の観測領域に置くことができ、媒体が観察領域内で光源により照明され、少なくとも１個の光を検出する光学要素が観測領域と関連して配置されている。媒体が前記領域内にあるときに、光は前記媒体を通過し、前記媒体により屈折され、それにより、前記領域内で光の方向が変化し、検出される。前記媒体の特性は、受光−屈折光の分光分析により決定される。そして、波長検出要素が、光源又は光検出器で、或いはその一部分としてのいずれかにて、光路内の位置で用いられる。
【選択図】図１

Description

本考案は、全体的に又は部分的に透明な媒体の特性を検出するための装置に関するもので、前記媒体は光源と光検出器の間に伸びている光路内の観測領域内に配置でき、前記媒体が光源により観測領域内で照射され、少なくとも１個の光検出要素がその観測領域に関連して配置されていて、その光検出器を前記媒体の特性決定に適合させている。

例えば、瓶のような物体を、前記物体の輪郭を観察するために、レンズのような光学要素を介して光源を用いてそのような物体を照射することにより、かつ、その反対側で前記媒体により遮断されない光を捕捉することにより、媒体の特性を検出することは既に知られている。

その物体の材料のタイプを認識することは、例えば、典型的な材料サンプルを用いた回転フィルター・ホイール内のフィルター又は狭帯域光学干渉フィルターの連続的透光、光学的格子上の光の回折及びディテクター・アレーを用いた検出、アングル・スキャニング光学的格子上での光回折と単一光検出器を使用し、又、波長可変光源を用いた検出のような既知の手段により可能である。

これらの既知の解決策は、検出領域を比較的狭くする必要があり、そうしないと、物体からの信号がバックグラウンド信号内に吸収される。それゆえ、物体は検出領域内に位置すべきで、又は、検出領域を物体又は媒体の方に向けるべきである。これに関連して、特に特許文献１を参照されたい。

さらに、従来技術を示すために、特許文献２及び３を参照する。特許文献２は主として反射光を利用する技術に基づいている。物体が透明ないしクリアである場合、入射光の第二の部分が物体を通過し、逆反射器に当たってその反射器から反射される。次ぎに、物体を通過して戻り、集光器に達する。この手段はトランスフレクションと言い、物体により反射される赤外線周波数帯内の電磁放射線の周波数を決定するのに用いられる。逆反射器の主な目的は校正用途と関連している。特許文献３は反射光の検出に関連している。

他の既知の解決策は検出領域より上方の検出器の視野を走査することから成っている。それにより、その視野が物体に当たるときに良好な信号／ノイズ比を得る。他の既知の技術はＮＩＲ／ＩＲカメラを用いて検出領域の像処理を行うことである。さらに、光学的スキャナーに容易に到達できる）特定位置に物体を機械的に移動させ、可動ミラー又は可動光ファイバーを用いて、これらの位置に沿って走査を行なえる。これと関連して特許文献４及び５を参照されたい。

安価な解決策とするために、機械的走査を避け、物体をセンサー領域を通過させるのを避け、費用のかかるＮＩＲ／ＩＲカメラ方式の選択を避けるような試みを行うことができるが、大きな検出領域を照射する可能性があり、又、信号をこの領域全体から検出する可能性がある。それにより、小さな物体は信号／バックグラウンド信号の中に吸収され、結果として、これらの物体に対する認識結果が不適当になる。

それゆえ、明らかに、これらの解決策はその機能に限界がある。

米国特許第５，７９４，７８８号明細書 米国特許第６，４９７，３２４号明細書 国際特許出願ＷＯ−Ａ２−２００４／０８０６１５号明細書 欧州特許第ＥＰ−０７７６２５７号明細書 国際特許出願ＷＯ−００／５７１６０号明細書

しかしながら、本考案の目的は、特に、大きな物体だけでなく、小さな物体／対象を信頼できる手段で、又、測定空間内に物体又は対象が無い場合には検出器から信号を出さない手段で、検出できるように、既知の解決策のこれらの欠点を修復することである。

本考案に基づくと、検出装置は、全体的又は部分的に透明な媒体の特性を検出するための装置で、前記媒体を光源と光検出器の間に伸びている光路内の観測領域に置くことができ、前記媒体がその観測領域内でその光源により照らされ、少なくとも１個の光を導く光学要素がその観測領域と関連して配置され、その光検出器が前記媒体の特性を決定するのに適しており、検出器が、前記媒体が前記観測領域内にあるときに、前記媒体を通過しただけの光を捕捉するのに適していて、媒体がその観測領域内で、このような光の放射方向を屈折および変化し、プロセッサーが検出器に接続され、光検出器が受けた前記屈折された光の分光分析により、前記媒体の材料のタイプ、物質のタイプ、及び／又は材料の組成のタイプ又は媒体の物質のタイプを決定するように構成され、そして、光源又は検出器の動作に関連して組込まれ又は配置された少なくとも１個の波長選択要素が、光源から検出器への光路内に置かれていることを特徴とする。

本考案の新規な装置の別の実施例は、添付された請求項２〜２１から明らかであろう。

これらの特徴と他の実施例は、添付した請求項と添付図面を参照した以下の詳細な説明の両方で示す。これらの図面と添付した説明は典型的だが、本考案を限定しない実施例としてのみ用いられている。

上記のように、本考案の目的は、全体的又は部分的に透明な媒体の特性を検出する目的のための装置を提供することである。このような媒体は固体又は液体の形でよい。

前記媒体が固体の形であれば、典型的に、例えば、ガラス又はプラスチックの材料から作られた物体である。ひとつの特別な用途は、例えば、ガラス又はプラスチックの瓶又は缶のような空の容器の材料タイプを検出することである。

さらに、例えば、導管の中で観測領域内の観測窓を通過する液体の媒体内に存在する物質例えば廃水の成分に関連して本考案を用いることができる。

さらに、本考案をガス漏れの検出に使用できる。いわゆるシュリーレン写真をガス漏れの検出に使用できることは既に知られている。この場合、移動するガスの中での光の散乱により方向を変えた光のみの像撮影が行われる。その手段は大きな体積の検出／監視に適当であるが、ガスの分光成分を評価することは、それゆえ、ガスのタイプとガスの濃度を評価することはできない。

さらに、赤外線分光分析が限定的な測定体積でのガス漏れを検出するのに使用できることが知られている。しかしながら、大きな体積を測定するとき、特に、低いガス濃度を検出するのが望ましい場合、ガスを適切に検出するのには、十分大きな信号／バックグラウンド比を得ることが困難である。

本考案により、ガスとの相互作用によって方向を変える光のみが検出器に達するようにすることが可能である。それゆえ、信号／バックグラウンド比がかなり高まる。さらに、デジタル・カメラによる伝統的な「シュリーレン」撮影も使用して検出空間内の漏洩個所を見ることができる。

単純化のために、ここでは、例示的に過ぎないけれども、例えば、ガラス又はプラスチックの瓶のような媒体の特性検出と関連させて、本考案を特に説明する。

上記のように、特に図１に関連させて、前記媒体は、この場合、例えば瓶１１であり、光源１３と光検出器１４の間に伸びている光路内の観測領域１２内に置くことができる。ここで、前記媒体１１は観測領域内で光源により照らされている。この場合、少なくとも１個の集光要素１５が観測領域と関連して配置されている。図１では２個の集光要素１５、１６を示している。

検出器１４は、前記媒体を通過し、この場合、瓶を通過して、前記媒体が前記領域内にあるときに前記媒体により屈折され、それゆえ、その領域内で方向を変えた光のみを捕捉するのに適している。これは本考案の基本的原理のひとつである。さらに、光検出器が光検出器１４が前記媒体の特性、例えば材料のタイプの決定に適していることを理解しうる。本考案は捕捉する光の分光条件に基づいているので、少なくとも１個の波長選択要素を光源から検出器に伸びる光路内に置くことが望ましい。この分光条件により、前記媒体の望ましい特性を決定するために、例えば記憶データとの比較を行なえる。

実際に、波長選択要素は光源と直接関連付けて構成又は配置することが望ましい。そのような場合、光源は、例えば、調節可能なレーザー又は調節可能な発光ダイオードとすることが考えられる。代わりに、波長選択要素を検出器自体の内部に又はそれと関連させて配置することも可能である。

波長選択要素は、それが光源又は光検出器と一体であるか、又は、これらのひとつと接続しているかは別として、典型的に、赤外線の波長域又は近赤外線の波長域で動作する。

上記において、又、単に例示的に示した場合に、前記特性を典型的に前記媒体の材料又は物質のタイプ又は例えば廃水内のような材料又は物質の成分を代表するように、又は、例えば、製品がいくつかの材料の一体成形から成っている場合に焦点を合わせているけれども、本考案の範囲内で、前記特性を、温度、圧力、粘度、汚染、運動・密度・状態変化の程度を例えば一定の基準値と関連付けたもののうちの１以上のような前記媒体の特性に関連付けることが可能である。

固体の媒体例えば物体を検出したとき、しかし、液体媒体についても、前記媒体は観測領域内では例えば空気、ガス又は液体により囲まれ、又は、「支持されている」この種の囲んでいる又は支持している流体は、上記媒体の光屈折特性とは異なる特異な光屈折特性を有しているはずである。

図３に典型的に示すように、しかし、それ自体は例えば図１のような他に示した実施例でも考えられることであるが、前記媒体３１に対する観測領域３２は、光源３３から検出器３４への光路内に見られるとき、前記の少なくとも１個の光学要素３５の第一の存在より前に位置している。図３では、屈折ミラー３０を用いて装置を圧縮できることを見ることができる。

特に、図１では、観測領域１２が光源１３から検出器１４までの光路内に位置すること、前記の少なくとも１個の光学的要素の第一の存在より後に位置することも示されている
。同じことが、特に図２、４、５、６、７、８、９、１２及び１６でも見ることができ、そこでは前記媒体２１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１２１、１６１が、観測領域２２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１２２、１６２の中にある。

図１、２、４、５、６、７、９、１２及び図１６でも特に示すように、第一の集光要素１５、２５、４５、５５、６５、７５、９５、１２５、１６５が光路内の第一の存在に位置している。第二の集光要素１６、２６、４６、５６、６６、７６、９６、１２６、１６６が第一の存在と検出器１４、２４、４４、５４、６４、７４、９４、１２４、１６４の間の光路内の第二の位置に位置している。示されているように、第一の要素は光源１３、２３、４３、５３、６３、７３、９３、１２３、１６３からの光を受けて、この光を第二の要素に向ける。そして第二の要素からの光を光検出器に向ける。検出すべき媒体は参照番号１１、２１、４１、５１、６１、７１、９１、１２１、１６１により示されている。

図５、７、９では、第一の要素から第二の要素に向けられた光は平行の光である。

第二の要素と検出器の間の第一の光路には、図５に示すように光ストップ５７を配置していて、前記観測領域を通過する方向を変えず、それゆえ光ストップに集まる光を止める。光ストップ５７と検出器５４の位置する第二の光路範囲の中に、前記観測領域５２内の前記媒体５１により屈折され、それゆえ、方向を変えた光を集光するために集光レンズ５８を配置している。そして、その光は第二の要素５６から導かれて光ストップ５７周辺部より外側を通過して、集光レンズ５８に向う。しかしながら、図５に示すことと関連して、集光レンズ５８と検出器５４を、希望する場合、検出器５４より実質的に大きな検出領域を伴う光検出器５４’により置換えることができることを理解すべきである。

図１、２、５、７、８、９、１０では、光源１３、２３、５３、７３、８３、９３、１０３は有利に点光源であることが示されている。図１は例えば膜の開口部１３’を光が通過することにより、点状の光を供給しうることを示している。

図４は、例えば、「通常」よりも長い物体又は媒体を検出するのに特に適当な特別な場合を示す。ここでは、図示した例で３個の光源、４３’、４３”、４３’’’があり、全体として光源４３として示されていて、集光要素４５に光を送る。集光要素４５はこの場合３部分、４５’、４５”、４５’’’に分割されている。例えば、瓶のような媒体４１が観測領域４２内に存在しない場合、各光源からの光が各光ストップ４７’、４７”、４７’’’（全体として４７と示す）に向けられる。前記媒体４１を通過する光のみが集光要素４６を介して検出器４４に集光される。

図１及び２に、図４に示したものの単純形があり、一個の光源１３、２３のみで、前記媒体１１、２１を通過しない光は光ストップ１７、２７により止められるので、そのような光は検出器１４、２４に到達しない。

図２では、例えば、平面ミラーのような光屈折要素２０が、光源と第一の集光要素の間の光路内に置かれている。この目的は、本考案に基づく装置の物的寸法を低減するだけであり、この方法自体は既知である。

図３、６、１１、１２及び１６でも、光源３３、６３、１１３、１２３、１６３は暗い中心部を持つ光源である。この種の光源の代替案が図１３ａ、１３ｂ、１３ｃに示されている。そのような暗い中心部を持つ光源３３’、６３’、１１３’、１２３’、１６３’は例えば環状光源（図１３ａ）、多角形光源（１３ｂ）、一対の平行な照明ラインを持つ光源（図１３ｃ）、前記暗い中心部の周囲のフレーム又はリングとして配置された少なくとも２個の光源（図１３ａ及び１３ｂ）、反射器ベースの光源（図１６）から成るグルー
プから選択される。

図６で、光源６３と第一の光学要素６５が、前記媒体６１のための観測領域を含む中間領域６２，即ち、第一の光学要素６５と第二の光学要素の間に特定角度の分散された帯域内の光を供給するので、その要素６５から領域６２に入る光は前向きの平行な光を含まない。その第二の要素６６は、暗い中心部６３’を持つ光源６３の像６８、６８’を面上に生じるために中間領域６２から像形成面６８に向う光を集光するように、又、第二の要素６６に向う平行な光のときに前に向っている光の通過の際に前記媒体により屈折された光を集光するように、そして、そこから前記暗い中心部により代表される伝送された光に対する光検出フィールドに向けて前方で集光し、かつ、示されている光検出器６４がこの光検出フィールド６８’内に位置するように配置される。

第二の興味ある実施例を図７に示すものから見ることができる。図７では、第一の要素７５と第二の要素７６の間の光路領域７２内に、第一の要素７５から来る平行な光を第一のラスター又はチェッカーボード状フィルター７０が位置していて、第一の要素７５から来る平行な光の一部を濾過する。前記光路領域７２からの出口側になる光路内に、第二のラスター又はチェッカーボード状フィルター７０’を配置し、それは第一のフィルター７０に対して偏っているので、そのような媒体が前記光路領域７２内に位置しているとき、通過光の通過の際に第一のフィルターを通過できるが、前記媒体７１により屈折されなかった平行な光が第二のフィルター７０’によりストップされる。第二の集光要素７６は、前記媒体が受光し、それを通過させ、そこから第二のフィルター７０’の方に、そして、それを通過する光を捕捉するように配置される。検出器７４は第二の要素７６から光検出器７４の方に集光される前記通過し、屈折される光を捕捉するように配置される。

図８では、光が点光源８３から第一の要素８５に向けられて、又、第一の要素から焦点８０に向けられる。焦点８０近くの光路領域では、光ストップ８７が位置していて、観測領域８２を通過する方向を変化しないで、光ストップ８７に集光する光を発生させた点光源の光をストップするのに適している。光検出器８４は光ストップ８７の後方又は周囲に置かれて、検出領域内の前記媒体により屈折され、それが検出器８４に当たるように方向を変える前記媒体８１を通過する光を検出する。

図９に示された実施例は、機能に関しては、図５に関連して記述されているのと全く同じである。光源９３、好ましくは点光源を図９に見ることができる。その光は第一の集光要素９５に向けて送られる。そして、そこから平行な光のとき第二の集光要素９６に進む。そこから光は光ストップ９７の方に集光される。光ストップ９７は光検出器９４の前にあるか又はそれにより囲まれている。

このことは前記媒体９１を通過し、それにより屈折され、検出器９４に当たる唯一の光であることを意味する。

図９に示したものの単純版を図１０に示す。この図の解決策は図８に示したものと機能的に全く類似しているが、この場合の前記媒体１０１’に対する観測領域１０２’は光源１０３と集光要素１０５の間にある。光ストップ８７と同様に、この場合、光ストップ１０７がある。光源１０３と検出器１０４の間の光路内に媒体が無いとき、光源から来た光は光ストップ１０７に集まる。それゆえ、上記のように、前記媒体１０１’を通過し、それにより屈折された光のみが要素１０５を経由して検出器１０４に当たる。検出器１０４は光ストップ１０７の後方に置かれるか、又は、その周辺部の回りに置かれる。

図１１及び１２，そして図１６も、暗い中心部１１３’１２３’、１６３’を持つ光源
１１３、１２３、１６３からの光を受けて、この光を光検出器１１４、１２４、１６４に向ける第一の集光要素１１５、１２５、１６５を示している。

図１１に示すように、光源１１３と第一の要素１１５の両方が実際に中間領域１１２内に光を供給する。中間領域１１２は第一要素１１５と光検出器１１４の間に位置する媒体１１１を観察するための観測領域として役立ち、その光は特定角度の分散された帯域で、光検出器１１４に集光する光を含まない。第一の要素１１５は、第一の要素１１５から戻る反射により与えられた暗い中心部を持つ光源の像を生じるために、光源１１３と同じ又はほぼ同じ面に位置する像形成面に集光するように配置される。そして、光検出器１１４が光源の暗い中心部１１３’と同軸で前記像形成面内に置かれる。選択肢として、前記媒体を通過の際に、前記暗い中心部１１３’により代表される光検出フィールドに向う方向で、前記媒体により屈折される光の少なくとも一部が、光検出フィールド内に位置する光検出器１１４、１１４’に当たるような方法で、光ガイド１１４’の助けを受ける。

図１１では、検出器１１４に達した光の一部が物体１１１上での表面反射から戻ってくる。もし、その物体が透明でなければ、光の大きな部分が表面反射から生じる。そして、この反射した光の分光分析がその物体の材料のタイプに関する情報を提供する。

図１１の第一の集光要素１１５は都合の良い球形又は楕円形の反射体である。代わりに、光学要素１１５は他の非球面形例えば放物面又は双曲面としうる。

図１４は図１１の変形を示していて、光学的要素１４１は逆反射面とする。光源１４３から出て、面１４１に当たる光１４２は、最初、送り出された光源１４３上の同じ点に戻るように反射される。しかしながら、この種の逆反射面は常に完全な構造であるとは限らない。例えば、反射テープ又は反射布の形になっている場合がある。逆反射面１４１は平坦又は曲面になりうる。検出領域１４４に物体が存在しないとき、光源１４３の中心部１４３’が暗くなる。検出領域１４４に瓶のような物体１４５が存在するとき、中心部１４３’に到達する光が光ガイド１４６を介して検出器１４７に送られる。そのような光は物体から、その表面からの反射として、又は、物体（この場合は瓶）の透過光又は物体通過時の散乱光のとき生じる。全体として、物体（例えば瓶）を通って散乱した拡散光は、戻る光が常に散乱され、それゆえ、少なくともその一部が検出領域と光ガイドに当たるという効果を有する。一般的に、光が反射のみで、物体を通って散乱されない場合でも、この解決策は逆反射器により有用となる。なぜなら、逆反射器は多くの場合完全な逆反射性ではなく、それゆえ、光が逆反射器を去るときに若干の散乱光を生じるからである。

図１２では、光源１２３が、光路内の第一の存在にある第一の集光要素１２５と共に、第一の要素１２５と第二の集光要素１２６の間の中間領域又は観測領域１２２に光を送る。第二の要素１２６は、暗い中心部１２３’を持つ光源１２３の像を面上に生じるために中間領域から来る光を像形成面１２４’に集光するように配置されている。媒体例えば物体１２１が観測領域にあるときに、前記媒体を透過した及びそれにより屈折された光は前方の第二の要素１２６に向けて送られる。そして、それから光検出フィールド１２４”に集光される。光検出フィールド１２４”の位置は、媒体１２１が領域１２２内に無ければ、前記暗い中心部１２３’が現れる位置に関連する。光検出器１２４は光検出フィールド１２４”内に配置される。「通常の」環境では、即ち、検出すべき媒体１２１が無ければ、光源１２３から来た光が前記暗い中心部１２３’を持つ像形成面１２４’上に像を形成する。前記媒体１２１が光路に入ると、それを通過する光が屈折され、それゆえ、通常の光路から離れて、集光領域の方に屈折する。その集光領域は要素１２６から光検出フィールド１２４”内の検出器１２４に向かっていて、かつ、像形成面１２４’の中心内に位置する。

暗い中心部を持つ光源１１３、１２３は、以前に例えば図１３に記載したようなタイプとしうる。

記載されている検出器には、観測領域の少なくとも実質的部分の回折要素上に像形成を生じるように構成された検出器に入る開口部を付けた光回折要素を有利に含めている。この光回折要素は、当業の技術者であれば、そのような要素を選択された検出器内でどのように用いるかを理解しているので、図面内では詳細に示していない。

図１で示したように、光ミキサー又は光ディフューザー１０を光検出器１４と関連付けて配置する。

図９−１２及び図１６に示す解決策で、１個又は２個の曲面ミラーを集光要素９５、１０５、１１５、１２５、１６５として有利に用いる。図９及び１２に示された実施例と関連して、前記第一及び第二の要素９５、９６、１２５、１２６、１６６の少なくともひとつを１個又は２個の曲面ミラーから形成する。

光路の方向に関して僅かに異なる構成で、多分、第一の光学要素をレンズ又はレンズの部分で形成しうる。それゆえ、再度、図９及び１２を参照すると、前記第一及び第二の要素の少なくともひとつをレンズ又はレンズの部分から形成しうる。

図２及び図３と関連して説明したように、光路の方向変更のため、少なくとも１個のミラー要素２０、３０を光源と検出器の間の光路内に置くことができる。このミラーを平面ミラーとして良く、その唯一の目的は、装置全体の物理的大きさを小さくすることである。そのミラー要素は、光源と第一の集光要素２５、３５の間の光路内に有利に置かれる。ただし、光路内の遠方側に、即ち検出器の近くに置くことができる。

記載しているように本考案では、赤外線分光計が検出器の例として有利に用いられている。例えば、参照番号１２７により図１２に示すように、この検出器と組合わせてデジタル・カメラを置くこともできる。カメラは、ここで検出器１２４により代表される他の光学的測定系と同じ測定領域からの光を受けることができる。カメラの像は、物体の形状、物体の色、可視範囲内の透明度、観測領域が１以上の物体を含むかどうかについての情報を提供できる。ここで、像形成面１２４’は実際には仮想であることを理解しうる。それゆえ、カメラは光源の非常に小さな部分を観測する。カメラの視野内の光源の領域は非常に均一な分布の光を有して、光学系の小さな振動はカメラで作成する像にほとんど影響しないようにする必要がある。

カメラ３６、６７、１１６、１２７，１４８を、環状光源を有する測定系内に有利に置くことができる。例えば、図３、６、１１、１２、１４を参照されたい。そして、例えば観測領域内に瓶が存在しないときでも、照らされている位置に、図６に示す像形成面６８内のカメラ６７の場合のように、光源の像形成面内にカメラを置くべきである。それゆえ、瓶が存在しないときに、カメラがバックグラウンド像を記録でき、これらを用いて可視範囲内の光源の状態（光度と色温度）をチェックし続けることができる。この情報は赤外線範囲内で抽出することもできる。

媒体、例えば、瓶のような物体を検出領域に導入したとき、直接送られた光の一部が吸収され、又は、方向を変える。同時に、そうしなければカメラに到達しない光が方向を変えるので、カメラに当てる角度になる。この光が瓶を通過するので、瓶の色についての情報を含む。瓶からの光度が、瓶の散乱特性と組合わせた瓶の光学濃度により決定される。基本的に、瓶はバックグラウンドよりも暗く見える。通常の用途では、バックグラウンド像（何もない検出領域）を減算するので、瓶の輪郭がより明確に現れる。

測定が行われている間に日光又は他の好ましくない光が瓶を照らすことがある。この代表的な問題を防止するために、瓶の表面から拡散され、反射された日光を測定系から瓶を通過する光よりもずっと弱くすべきである。典型的なプラスチック又はガラスの瓶では、大部分の散乱光及び／又は透過光が小さな角スペクトル内にある。瓶がこの角スペクトルのみを受けるように光源を形成することにより、検出器に大きな角度で光が達する可能性はほとんど無いので、最適エネルギー効率のシステムが作られる。光源の中心からその周辺部までの距離は瓶の照射角に対応する。

カメラの位置と組合わせて、光源の面積と形状を調節することにより、カメラが検出する散乱角を設定できる。この場合、「散乱角」とは、調査すべき媒体例えば瓶への入射光と放射光の間の角度を意味する。検出される散乱角、瓶からの色情報の抽出、瓶とバックグラウンド光の間のコントラスト及び光源の光度の間には光学的関係がある。

さらに、前項記載の角度に加えて、１台のカメラをミラー（複数）と組合わせて用いることにより、いくつかの角度から同時に物体を見ることができる。しかしながら、このことは図面に示されていないが、さらに詳細を示さなくても、当業の技術者であればこのことがどのように行われるかを理解し得よう。

上記から理解しうるように、装置の他の部分と組合わせてカメラを物体の色及び透過光の色を検出させるだけでなく、容認できないいくつかの物体が検出領域内に同時に存在するかどうか検出することでも機能しうる。

都合が良いことに、特別な場合に、容認できない物体を検出するために、他の検出器及び測定器とその装置を組合わせることができる。

図１５では、非常に単純化した形で、本考案に基づく光源１５２、検出領域１５３及び検出器１５４を、カメラ、及び、例えば、秤量用計器１５６及び／又は金属検出器１５７のような他の検出器及び測定装置と組合わせて本考案に基づく装置１５１を示している。マイクロプロセッサーのような信号処理装置１５８が含まれていて、周辺機器１５９’例えばディスプレー及び印刷装置、選別装置及び（又は）周辺機器１５９”例えば調査すべき媒体ないし物体に対する圧縮器、粉砕機及び（又は）材料捕集容器を接続しうる。

ある場合に、例えば、ソフト・ドリンクが、標準化されたガラス瓶の上にプラスチック材料（例えば、ＰＥＴ）のストッキングを収縮させたものの形で供給されていて、そのストッキングに瓶の内容物に関する情報を記載している。そのような場合、プラスチック材料のタイプの検出が行われ、その一方で、秤量用計器が、これはプラスチック瓶ではなく、シュリンク・オン・プラスチックで包まれたガラス瓶であることを検出する。秤量及び／又は金属の検出も瓶が異物を含む場合に重要になる。

図１６ａ−１６ｃに示される解決策では、暗い膜１６３’を有する光源１６３があり、それ以外では、光源は例えばランプ・フィラメント１６３’”付き反射器１６３”から成っている。光源１６３と関連して、光ディフューザー１６７は便利なように反射器１６３”と膜１６３’の間に位置している。膜１６３’は便利なようにディフューザー１６７の上に取付けられている。反射器１６３”の目的は、観測領域又は認識チャンバー１６２内で観察される媒体１６１例えば物体の側面図に対して光を供給できるようにすることである。チャンバー１６２の上流に、受入れチャンバー１６２’を置いても良い。ドア装置１６９は開閉するように制御できる。そして、開いたときに、そのような媒体１６１をチャンバー１６２’からチャンバー１６２に入ることができる。カメラ１６８は光検出器１６４の近くに配置する。カメラの視野は参照番号１６８’により示されている。光検出器１
６４は分光計１６４”に光を送る光ファイバーから便利に構成されている。別の光源１６０を設けて、前記媒体１６１の上方照明を行なえて、カメラにより見やすくする。集光要素１６５及び１６６は軸から外れた放物形反射器で、好ましいが、必須ではない。

図１６に示す解決策では、分光計１６４”が、前記媒体１６１例えば瓶がチャンバー１６２内にある間にそれから光を受ける。カメラ１６８は要素１６６を介してこの媒体を側面から見て、それに加えて、チャンバー１６２の中を上から直接見下ろすだけである。さらに、受入れチャンバー１６２’に関連した観測領域も有する。図１６ｃから見られるように、受入れチャンバー１６２’と認識チャンバー１６２の両方がある場合、カメラ１６８はドア装置のすぐ上に置いているので、それがチャンバー１６２’にも、チャンバー１６２にも遮光にはならないようにすることが重要である。さらに、カメラを認識チャンバー１６２の側壁のすぐ上にも置いて、そのチャンバーに属する側壁の窓１６２”を保持するリブ（図示せず）への締結も、要素１６６を介してカメラ１６８が見る認識チャンバー１６２又はその側面の像にとっても遮光にならないようにすべきである。

別の光源１６０はできるだけカメラに近付けるように便利に置かれているので、光源がチャンバー１６２又は１６２’の底部に影を作らない。それ以外では、そのような影は、前記媒体又は物体を観測した面積が過大評価される結果になり易い。

放物形要素１６５、１６６の焦点は、それぞれ、暗い膜１６３’と光ファイバー１６４’の端部にある。認識チャンバー１６２は便宜上光軸に対して僅かに傾斜しているので、分光計１６４”の視野にはチャンバー１６２の底（床）が含まれない。そのような傾斜の目的はこの床により広い拡散光を生じるのを防止することで、この拡散光は分光計に入る迷光の量が増加する可能性がある。そのような迷光は好ましくない。

ディフューザー１６７上のカメラ１６８の視野１６８’は数平方ミリメートルの面積に過ぎない。ディフューザー１６７はできるだけ均一なことが重要であるので、振動がカメラ１６８への大きな光度変化を生じない。光源１６３へのカメラの視野１６８’は、暗い膜１６３’とディフューザー１６７の周辺部の間にすべきである。前記媒体１６１、例えば瓶を通る数度で散乱される光がこの視野の近傍領域から発散する。この領域は適当な寸法と均一性を有することが重要である。言い換えると、光源の直径は、例えば０−６度の範囲で光の発散を観察できる寸法にすべきである。この種の角度範囲は前記媒体の色分析が適当になるように十分大きい。小さい角度範囲は、色分析が有効又は可能になるには大きすぎる物体上に暗い領域を生じる。

前記媒体の領域について説明されているカメラ・ベースの側面図の観察により、分光計１６４”により与えられた信号を修正することがある程度可能である。カメラが上方から見た前記媒体の領域は、前記媒体（又は瓶のような物体）の密度（即ち、単位面積当たり重量）を算定するために、（例えば、秤量用計器１５６からの）重量信号と共に使用できる。そして、この面積算定を材料分類の一部として含めることができる。さらに、カメラによる前記媒体の側面図は、透明媒体の材料の色に加えて、ドア装置１６９の制御も信頼できるものにする。そのような媒体は、選択肢として、物体例えば瓶としうる。

概念的に、カメラによる側面図は、材料分類をより有効に行うため、及び、多分、詐欺の試み、一方又は両方のチャンバー内のいくつかの物体又は他の好ましくない使用状態を検出するための両方で、物体の形状を分析するのに使用できる。

概念的に、カメラにより上から見ることは物体例えば瓶の形状及び／又は運動の分析を行うのに使用できる。又、その場合、詐欺の試み、一方又は両方のチャンバー内のいくつかの物体又は他の好ましくない使用状態を検出できよう。さらに、カメラにより上から見
ることは、透明でない場合、物体の材料の色を評価できる。さらに、上から見ることは、チャンバーの機能部分に損傷を生じているかどうか、を見ることができる。

本考案の他の実施例も添付した請求項で定義したように本考案の範囲内で本考案の他の実施例も想定できることを容易に理解しうるので、図面に関連付けて上記で示したことは、本考案の種々の側面を非限定的に例示することを意図しているのに過ぎない。

本考案に基づく装置の第一の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第二の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第三の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第四の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第五の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第六の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第七の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第八の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第九の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第十の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第十一の実施例を示す。 本考案に基づく装置の第十二の実施例を示す。 暗い中心部を持つ光源の別の実施例を示す。 図１１の実施例の変形としての第十三の実施例を示す。 本考案に基づく装置のブロック線図を示しており、統括用プロセッサーと追加の検出器及び測定装置が含まれている。 それぞれ、概略図としての正面図である本考案に基づく装置の第十四の実施例を示す。 それぞれ、概略図としての透視図である本考案に基づく装置の第十四の実施例を示す。 それぞれ、概略図としての上面図である本考案に基づく装置の第十四の実施例を示す。

符号の説明

１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、９１、１２１、１６１・・媒体
１２、３２・・観測領域
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、９３、１２３、１６３・・光源
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、９４、１２４、１６４・・光検出器
１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、９５、１２５、１６５・・第一の集光要素１６、２６、４６、５６、６６、７６、９６、１２６、１６６・・第二の集光要素

Claims (21)

1. 全体的又は部分的に透明な媒体の特性を検出するための装置であって、前記媒体を光源と光検出器の間に伸びている光路内の観測領域に置くことができ、前記媒体がその観測領域内でその光源により照らされ、少なくとも１個の光を導く光学要素がその観測領域と関連して配置され、その光検出器が前記媒体の特性を決定するのに適している装置において、
   検出器が、前記媒体が前記観測領域内にあるときに、前記媒体を通過しただけの光を捕捉するのに適していて、媒体がその観測領域内で、このような光の放射方向を屈折および変化し、
   プロセッサーが検出器に接続され、光検出器が受けた前記屈折された光の分光分析により、前記媒体の材料のタイプ、物質のタイプ、及び／又は材料の組成のタイプ又は媒体の物質のタイプを決定するように構成され、そして
   光源又は検出器の動作に関連して組込まれ又は配置された少なくとも１個の波長選択要素が、光源から検出器への光路内に置かれていることを特徴とする、媒体の特性を検出するための装置。
2. 全体的又は部分的に透明な媒体の特性を検出するための装置であって、前記媒体を光源と光検出器の間に伸びている光路内の観測領域に置くことができ、前記媒体がその観測領域内でその光源により照らされ、少なくとも１個の光を導く光学要素がその観測領域と関連して配置され、その光検出器が前記媒体の特性を決定するのに適している装置において、
   検出器が、前記媒体が前記観測領域内にあるときに、前記媒体を通過しただけの光を捕捉するのに適していて、媒体がその観測領域内で、このような光の放射方向を屈折および変化し、
   プロセッサーが検出器に接続され、光検出器が受けた前記屈折された光の分光分析により、前記媒体の材料のタイプ、物質のタイプ、及び／又は材料の組成のタイプ又は媒体の物質のタイプを決定するように構成され、そして
   光源又は検出器の動作に関連して組込まれ又は配置された少なくとも１個の波長選択要素が、光源から検出器への光路内に置かれており、
   第一の光学要素が前記少なくとも１個の光学要素を形成し、光路の第一の位置に配置されて、暗い中心部を持つ光源から光を受けてその光をさらに光源に向って戻す方向に向けるように構成されていて、光源と第一の光学要素がこれによって第一の光学要素と光検出器との間の中間領域に光を共に齎すようになしており、
   第一の光学要素が、暗い中心部を持つ光源の像を生じるように光源と同じ面または同一面の近くに位置する像形成面に向って光を向けるように構成されており、
   平行な光のときに前方に前記媒体によって分散された少なくとも光の一部が、前記暗い中心部によって代表される光検出フィールドに到達するような具合に光源の暗い中心部と同軸の像形成面に配置され、且つ前記光検出器が前記光検出フィールドに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第一の光学要素が前記の少なくとも１個の光学要素を形成し、且つ光路内の第一の位置に配置され、暗い中心部を持つ光源からの光を受けてこの光を光源に向って戻す方向に向けるように構成されており、光源と第一の光学要素の両方が光を第一の光学要素と光検出器の間の中間領域に供給するようになし、第一の光学要素が、暗い中心部を持つ光源の像を生じるように、光源と同じ又はほぼ同じ面に位置する像形成面に向って光を送る構成になっており、
   平行な光のときに前方向に前記媒体により拡散された光の少なくとも一部が、前記暗い中心部により代表される光検出フィールドに達して、前記光検出器が前記光検出フィールド内に位置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 光源及び第一の光学要素から中間領域に供給された光が、平行な光のときに前方を含まない特定角度の分散された帯域内であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 光源から検出器までの光路内で、観測領域が少なくとも１個の光学要素の第一の存在より前または後のいずれかに位置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 第二の光学要素と検出器の間の第一の光路範囲内で、前記観測領域を通過するときに方向を変えずに、光ストップに向って集光される光をストップするために光ストップを配置しており、光ストップと検出器の間に配置された第二の光路範囲内で、前記観測領域内の前記媒体により屈折されて方向を変え、第二の光学要素から導き出されて光ストップの周辺部より外側を通過して集光レンズに向う光を集光するための集光レンズを配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の装置。
7. 光源が暗い中心部を持つ光源であり、
   光源と第一の光学要素が、第一の光学要素と第二の要素の間の中間領域に、平行な光のときの前方を含まない特定角度の分散された帯域内の光を供給し、
   第二の光学要素が、
   ａ）暗い中心部を持つ光源の像を発生するために、
   ｂ）第二の光学要素に向う平行な光のときに前方の前記媒体により散乱された光を、前記暗い中心部により代表される光検出フィールドに集光するために、
   中間領域から像形成面に向って集光するように配置されており、
   前記光検出器が光検出フィールド内に位置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の装置。
8. 第一の光学要素と第二の光学要素の間の光路領域内で、第一の光学要素から来る平行な光の一部を濾過するために第一のラスター又はチェッカーボード状フィルターが配置され、
   前記光路領域の出口になる光路内に、第一のフィルターに対しては偏っている第二のラスター又はチェッカーボード状フィルターが配置され、第一のフィルターにより通過を許され、かつ、前記媒体により屈折されない平行の光が、前記光路領域内に前記媒体が配置されたときに、第二のフィルターによりストップされるようにし、
   第二の光学要素が、前記媒体によって受け入れられて、第二のフィルターに向って屈折されて、通過した光を捕捉するように配置され、
   検出器が、第二の要素から光検出器に向って集光されるように来た前記屈折された光を捕捉するように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の装置。
9. 光が点光源から第一の光学要素に向けられ、そして、この第一の光学要素から焦点に向けられ、
   焦点近くの光路領域内にて、観測領域を通過するときに方向が変えられずに、且つ光ストップに向って集光される、点光源から生じた光を止めるように適合した光ストップが配置され、
   検出領域内の前記媒体により屈折されて方向を変えた光を検出するために、光検出器が光ストップの後方又は周辺に位置されることを特徴とする請求項１又は５に記載の装置。
10. 第一の集光要素が光路内の第一の位置に配置され、
    第一の光学要素が、暗い中心部を有する光源からの光を受けて、この光を光検出器に向けることを特徴とする請求項１、２、５のいずれか１に記載の装置。
11. 第二の集光要素が、第一の位置と光検出器の間の光路内の第二の位置に配置され、
    第一の光学要素が光源からの光を受け、この光を第二の光学要素の方に向け、
    前記第二の光学要素からの光が光検出器の方に向けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 光源と第一の光学要素の両方が、第一の光学要素と光検出器の間の中間領域に、平行な光のときに前方を含まない特定角度の分散された帯域内にて光を供給し、
    第一の光学要素が、暗い中心部を持つ光源の像を生じるために、光源と同じ面又はほぼ同じ面に位置する像形成面に向って集光するように配置され、
    平行な光のときに前方に前記媒体により分散された光の少なくとも一部が、前記暗い中心部により代表される光検出フィールドに到達して、前記光検出器が光検出フィールド内に位置されるような具合に、光源の暗い中心部と同軸の前記像形成面内に光検出器が配置されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 光源が第一の光学要素を経由して第一の光学要素と第二の光学要素の間の中間領域内に光を供給し、
    第二の光学要素が、
    ａ）暗い中心部を持つ光源の像を発生するために、
    ｂ）前記媒体を通って、前記媒体により第二の光学要素の方に屈折された光を、前記暗い中心部により代表される光検出フィールドに集光するために、
    中間領域から像形成面に向って光を集光するように配置されており、
    前記光検出器が光検出フィールド内に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 第一の集光要素が球面又は楕円面の反射器であるか、或いは非球面形、放物面形又は双曲面形を有していることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の装置。
15. 光を反射する第一の光学要素が、光路内の第一の位置に配置されており、
    第一の光反射要素が、暗い中心部を持つ光源からの光を受けて、この光を光検出器の方に向けていることを特徴とする請求項１、２、５のいずれか１に記載の装置。
16. 光源と第一の光学要素の両方が、第一の光学要素と光検出器の間の中間領域に、暗い中心部からの光を含まない特定角度の分散された帯域内で光を供給し、
    第一の光学要素が、暗い中心部を持つ光源の像を生じるために、光源と同じ又はほぼ同じ面に位置する像形成面に向って光を反射するように配置され、
    前記暗い中心部の方に前記媒体により分散された光の少なくとも一部が、前記暗い中心部により代表される光検出フィールドに到達し、前記光検出器が光検出フィールド内に位置されるように、光源の暗い中心部と同軸の前記像形成面内に光検出器が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. ガラス又はプラスチックの材料、例えば空の包装材料で作られた固体媒体を検出するように適合されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１に記載の装置。
18. 暗い中心部を持つ光源が、
    環状光源、多角形光源、一対の平行な照明ラインを持つ光源、前記暗い中心部の周囲のフレーム又はリングとして配置された少なくとも２個の光源、反射器とディフューザー及び暗い中心部を持つ光源、から成るグループから選択されることを特徴とする請求項２〜８、１０〜１７のいずれか１に記載の装置。
19. 波長選択要素が、赤外線又は近赤外線（ＮＩＲ）の周波数帯域で動作するように設計さ
    れていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１に記載の装置。
20. 光検出器が分光計に接続されており、カメラが装置に属する少なくとも１つの検出領域を観察するために配置されていて、該カメラが光検出器付近に配置されており、前記媒体を、例えば物体を上方から照らすために追加の光源がカメラ付近に置かれ、このカメラが前記媒体を側方から及び／又は上方から見るように配置されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１に記載の装置。
21. カメラが、２個所の相互に分離しうる検出領域を上方および側方から見るように配置され、カメラと追加の光源が、２個所の検出領域の接続部の上方で、該検出領域の一側端に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。

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