JP3574919B2

JP3574919B2 - 光学的測定装置

Info

Publication number: JP3574919B2
Application number: JP31310499A
Authority: JP
Inventors: 憲一石見; 宏信西畠; 紀子野村
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001133401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青果物等の被測定物の透過光に基づいて、前記被測定物の状態を光学的に測定する光学的測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
青果物等の複数の被測定物を選果する選果場には、各被測定物に近赤外線をそれぞれ照射し、その透過光を分光した結果に基づいて、各被測定物の糖度及び酸度等を測定する光学的測定装置が導入されている。
【０００３】
図２は特開平７−２２９８４０号公報に開示された光学的測定装置の構成を示す模式的平面図であり、図中、８０はコンベアである。コンベア８０の上には複数の被測定物Ｈ，Ｈ，…が適宜距離を隔てて載置してあり、コンベア８０はモータ８１によって矢符方向へ駆動される。被測定物Ｈ，Ｈ，…の搬送領域に臨ませて、被測定物Ｈのサイズを測定するサイズ測定器６１が配置してある。サイズ測定器６１は、前記搬送領域の両側に光源６２及び該光源６２が出射した光を受光するフォトセンサ６３を配置してなり、被測定物Ｈの通過によって光源６２からフォトセンサ６３へ入射する光が遮られた時間、及びコンベア８０による被測定物Ｈの搬送速度に基づいて被測定物Ｈの直径が算出される。
【０００４】
サイズ測定器６１の下流には、被測定物Ｈの糖度を測定する測定装置本体４１が配置してある。測定装置本体４１は、前記搬送領域の一側に配置した投光器４２、及び搬送領域の他側に配置した受光器５１を備えている。投光器４２は、ハウジング４５内にランプ４３及びリフレクタ４４等が配設してあり、ハウジング４５に開設した出光口４６から被測定物Ｈの側部へ光を照射する。
【０００５】
受光器５１は、光を透過しないハウジング５６を備えており、該ハウジング５６の前記投光器４２の出光口４６に対向する部分に開設した入光口に集光レンズ５２が嵌合してある。被測定物Ｈを透過した透過光は集光レンズ５２によって集光され、スリット５３に入射される。スリット５３を通過した光は、フラットフィールド凹面型の回拆格子５４に入射され、該回拆格子５４によって分光された帯状の光は、電荷蓄積型のラインセンサ５５上に照射され、該ラインセンサ５５によって分光が複数の波長に対応して光電変換される。このラインセンサ５５の電荷蓄積時間は、コンピュータ７１に設けた制御部７３によって後述する如く調整される。
【０００６】
このようにしてラインセンサ５５から出力された電気信号は、コンピュータ７１の演算部７２に与えられる。そして、演算部７２は、予め定めた複数の波長に係る電気信号を用いて、被測定物Ｈの糖度を算出する。
【０００７】
このような光学的測定装置によって被測定物Ｈの糖度を測定するには、コンベア８０によって搬送される被測定物Ｈ，Ｈ，…がサイズ測定器６１を通過する都度、サイズ測定器６１から演算部７２に受光結果が与えられる。演算部７２は、与えられた受光結果に基づいて、各被測定物Ｈ，Ｈ，…の通過による遮光時間をそれぞれ求める。演算部７２には、コンベア８０の搬送速度も与えられており、演算部７２は、遮光時間を求める都度、得られた遮光時間及び搬送速度を用いて、次に測定すべき被測定物Ｈの直径を算出し、その結果を制御部７３に与える。
【０００８】
制御部７３には、相異なる複数の電荷蓄積時間が、被測定物Ｈに係る複数の直径範囲に対応付けて予め設定してあり、制御部７３は、演算部７２から与えられた被測定物Ｈの直径に対応する電荷蓄積時間を決定し、決定した電荷蓄積時間をラインセンサ５５に設定する。これによって、測定すべき被測定物Ｈのサイズに応じた電荷蓄積時間がラインセンサ５５に設定される。そして、演算部７２は、ラインセンサ５５から与えられた電気信号の内、予め定めた複数の波長に係る電気信号を用いて、被測定物Ｈの糖度を算出する。
【０００９】
ところで、前述した集光レンズ５２とスリット５３との間には、ＮＤフィルタ等、入射光の強度を低下させて透過させる複数枚の減光フィルタ５８，５８，５８が、集光レンズ５２からスリット５３への光路に進退自在に配置してあり、該減光フィルタ５８，５８，５８は駆動装置５９によって、進退駆動される。駆動装置５９の動作は前述した制御部７３によって制御される。前述した減光フィルタ５８〜５８は、所要強度の光がラインセンサ５５に入射されるようにするため、適宜透過率のものが複数枚（図２では３枚）設けてあり、被測定物Ｈの種類に応じて、２枚又は３枚の減光フィルタ５８〜５８を前記光路に進入させるようになっている。
【００１０】
制御部７３には、演算部７２を介してサイズ測定器６１から受光結果が与えられるようになっており、制御部７３は、該受光結果に基づいて、投光器４２から受光器５１への光路内に被測定物Ｈが存在するか否かを判断し、存在しないと判断した場合、駆動装置５９に適宜枚数の複数の減光フィルタ５８〜５８を前記光路内へ進入させる。そして、演算部７２は、ラインセンサ５５から与えられた電気信号をリファレンスとして記憶する。一方、制御部７３は、投光器４２から受光器５１への光路内に被測定物Ｈが存在すると判断した場合、駆動装置５９に減光フィルタ５８〜５８を前記光路内から退出させる。そして、演算部７２は、ラインセンサ５５から与えられた電気信号及び前記リファレンスを用いて、被測定物Ｈの糖度を算出する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような光学的測定装置では、毎秒６個程度の被測定物Ｈ，Ｈ，…の糖度を測定しているが、特開平７−２２９８４０号公報に開示された光学的測定装置では、投光器４２から受光器５１への光路内を、各被測定物Ｈ，Ｈ，…が通過する都度、駆動装置５９によって、総重量が重い減光フィルタ５８〜５８の退出・進入を繰り返さなければならないため、駆動動作が速い、高出力の駆動装置５９を配備する必要がある。しかし、そのような駆動装置５９はサイズが大きく、受光器５１をコンパクトにすることが困難であると共に、高出力の駆動装置５９は高価であるという問題があった。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは投光器の光軸と受光器の光軸とが交差するように投光器及び受光器を配置することによって、装置をコンパクトにすることができると共に、装置コストを低減することができる光学的測定装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る光学的測定装置は、コンベアで搬送される被測定物の搬送領域を臨み、被測定物に投光する投光器と、該投光器が被測定物へ投光し、該被測定物を透過した光を受ける受光器とを備え、該受光器が受けた光の強度に基づいて前記被測定物の状態を測定する装置において、前記投光器及び受光器は、投光器の光軸と受光器の光軸とが交差するように配置してあり、前記搬送領域に前記被測定物が存在しない場合、前記投光器が投光した光束の一部が前記受光器に入射されることを特徴とする。
【００１４】
投光器の光軸と受光器の光軸とが適宜の角度で交差するように投光器及び受光器が配置してある。両光軸上に被測定物が存在しないとき、投光器の光軸と受光器の光軸とが一致していないので、投光器から出射された光束の一部が受光器に入射され、大部分は受光器に入射されない。このように、両光軸上に被測定物が存在しないときに、投光器から受光器に入射する光の強度が少ないため、受光器側に設ける減光フィルタの枚数を可及的に少なくすることができ、減光フィルタを進退駆動させる駆動機に加わる荷重を低減することができる。そのため、出力が低くサイズが小さい廉価な駆動機によって減光フィルタを進退させることができ、装置をコンパクトにすることができると共に、装置コストを低減することがきる。
【００１５】
一方、投光器の光軸及び受光器の光軸上に被測定物が存在するときは、投光器から出射された光は被測定物に照射され、被測定物内を散乱しつつ透過するので、投光器の光軸と受光器の光軸とが一致する場合に得られる被測定物の透過光の強度と同程度の強度の透過光が受光器に入射され、被測定物を高精度に測定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明に係る光学的測定装置の要部構成を信号処理系のブロックと共に示す平面図であり、図中、１０はコンベアである。コンベア１０の上には複数の被測定物Ｈ，Ｈ，…が適宜距離を隔てて載置してあり、コンベア１０は図示しないモータによって矢符方向へ駆動される。コンベア１０の長手方向の適宜位置には、光源３１及びフォトセンサ３２を対向配置してなり、被測定物Ｈ，Ｈ，…を検出する検出器３が設けてあり、検出器３は、コンベア１０によって搬送される被測定物Ｈが光源３１からフォトセンサ３２への光路内に存在する場合はオン信号を、前記光路内に被測定物Ｈが存在しない場合はオフ信号を、後述するコンピュータ２に与える。
【００２１】
検出器３より所定距離下流の位置であって、コンベア１０の一側には、被測定物Ｈの側部へ光を出射する投光器４が、被測定物Ｈ，Ｈ，…の搬送領域に臨ませて配置してある。投光器４はハロゲンランプ、リフレクタ、スリット及びレンズ等を内蔵しており、ハロゲンランプの発光を適宜直径の平行光ビームとして出射する。コンベア１０の他側には、集光レンズ及びコネクタ等を設けてなる受光器５が、前記投光器４と略同じ位置に配置してあり、該受光器５のコネクタには光ファイバ６が連結してある。これら、投光器４及び受光器５は遮光性の筐体（図示せず）内に配置してある。
【００２２】
投光器４から投光され被測定物Ｈ内を透過した光は、受光器５によって受光されて光ファイバ６に入射され、該光ファイバ６によって測定装置本体１へ導かれる。測定装置本体１内に導かれた光は、減光フィルタ及び光を遮断する遮光フィルタを光路に進退可能に設けてなるフィルタ切り換えユニット１１を経て分光器１２に入射される。なお、フィルタ切り換えユニット１１には、例えば、透過率が１％のＮＤフィルタが１枚取り付けてある。
【００２３】
分光器１２は入射された光を分光し、それを光電変換器１３に与える。光電変換器１３は分光器１２から与えられた分光の内、所要波長（糖度を測定する場合は７４０ｎｍ及び８４０ｎｍ）の光を、その強度に応じた電気信号に変換し、それをコンピュータ２に与える。コンピュータ２は次の（１）式によって対応する波長の吸光度をそれぞれ算出し、その波長における吸光度の移動平均をそれぞれ求め、それらを２次微分して２次微分値をそれぞれ算出する。
吸光度＝ｌｏｇ_１０（リファレンス値／当該波長に係る電気信号の値）…（１）
【００２４】
コンピュータ２には、例えば次の（２）式が予め設定してあり、コンピュータ２は（２）式に対応する２次微分値をそれぞれ代入することによって、被測定物Ｈの糖度Ｃを測定する。
Ｃ＝Ａ_１ＷＬ_{７４０ｎｍ}＋Ａ_２ＷＬ_{８４０ｎｍ} …（２）
但し、Ａ_１，Ａ_２：係数
ＷＬ：対応する波長における吸光度の２次微分値
【００２５】
前述した受光器５は、その光軸Ｊ_２がコンベア１０の長手方向と直交するように配設してあり、投光器４は、その光軸Ｊ_１が受光器５の光軸Ｊ_２とコンベア１０の幅方向の略中央で交わり、投光器４の光軸Ｊ_１と受光器５の光軸Ｊ_２とがなす角Ｄの角度は１５°以上２０°以下になるように配置してある。
【００２６】
前述したコンベア１０の両側には、側壁９，９がコンベア１０に沿って立設してあり、側壁９，９の投光器４及び受光器５に対向する部分、及び側壁９，９の光源３１及びフォトセンサ３２に対向する部分には、光ビームを通過させるべく、所要直径の開口が設けてある。受光器５側の側壁９の、投光器４からの光が照射され得る部分であって前述した開口を除く部分には、ラシャ紙等、光の反射率が低い低光反射板８が取り付けてあり、前記側壁９によって反射された光が受光器５に入射することを防止している。
【００２７】
このように、投光器４の光軸Ｊ_１及び受光器５の光軸Ｊ_２が一致しておらず、また、側壁９に取り付けた低光反射板８によって、反射光が受光器５に入射することを防止してあるため、両光軸Ｊ_１，Ｊ_２上に被測定物Ｈが存在しないとき、投光器４から出射された光束の一部が受光器５に入射される。このとき、両光軸Ｊ_１，Ｊ_２がなす角Ｄの角度は１５°以上２０°以下であるため、受光器５には、所要の光量に低減された弱い強度の光が入射される。
【００２８】
これによって、フィルタ切り換えユニット１１に設ける減光フィルタの枚数を可及的に少なくすることができ、減光フィルタを進退駆動させる駆動機に加わる荷重を低減することができるため、出力が低くサイズが小さい廉価な駆動機によって減光フィルタを進退させることができる。従って、フィルタ切り換えユニット１１及び測定装置本体１をコンパクトにすることができると共に、装置コストを低減することができる。
【００２９】
一方、投光器４の光軸Ｊ_１及び受光器５の光軸Ｊ_２上に被測定物Ｈが存在するときは、投光器４から出射された光は被測定物Ｈに照射され、被測定物Ｈ内を散乱しつつ透過するため、所要強度の透過光が受光器５に入射される。
【００３０】
このような光学的測定装置によって被測定物Ｈの糖度を測定するには、コンベア１０によって搬送される被測定物Ｈ，Ｈ，…が検出器３を通過する都度、検出器３からコンピュータ２にオン・オフ信号が与えられ、コンピュータ２は、与えられたオン・オフ信号に基づいて、被測定物Ｈが投光器４から受光器５への光路内に被測定物Ｈが搬送されていない場合、フィルタ切り換えユニット１１に減光フィルタを退出させることによって、光電変換器１３からリファレンス値を得、被測定物Ｈが前記光路内に被測定物Ｈが搬送されるタイミングで、フィルタ切り換えユニット１１に減光フィルタを進入させることによって、光電変換器１３から被測定物Ｈの透過光に係る電気信号の値を得る。そして、コンピュータ２は、それらの値を（１）式に代入して吸光度を算出し、算出した吸光度を（２）式に代入して被測定物Ｈの糖度を求める。
【００３１】
【実施例】
次に比較試験を行った結果について説明する。
表１は、図１に示した投光器４の光軸Ｊ_１と受光器５の光軸Ｊ_２とがなす角Ｄの角度を種々異ならせて、被測定物の透過光の強度、及びリファレンスに係る光の強度をそれぞれ測定した結果を示すものである。なお、リファレンスに係る光の強度は、減光フィルタとして透過率が１％のＮＤフィルタを１枚、フィルタ切り換えユニット１１に取り付けて測定した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１から明らかな如く、被測定物の透過光の強度は、前記なす角Ｄの角度が０°から、即ち投光器４の光軸Ｊ_１と受光器５の光軸Ｊ_２とを一致させた場合から、前記なす角Ｄの角度が３０°までは略同じレベルであり、前記なす角Ｄの角度が３５°の場合、レベルが１０％程度低下し、前記なす角Ｄの角度が４０°から４５°の場合、投光器４からの光が直接、受光器５に入射されるため、測定不可能であった。
【００３４】
一方、リファレンスに係る光の強度は、前記なす角Ｄの角度が０°から１０°までの場合、投光器４から受光器５に入射される光量が過剰であるため、測定不可能であり、前記なす角Ｄの角度が１５°から２０°までの場合、適宜なレベルであり、前記なす角Ｄの角度が２５°から３０°までの場合、所要レベルより低いレベルであり、前記なす角Ｄの角度が３５°から４５°の場合、零であった。
【００３５】
従って、前記なす角Ｄの角度を１５°から２０°に設定することによって、被測定物Ｈの透過光の強度に影響を及ぼすことなく、投光器４から受光器５に直接入射される光の強度を所要のレベルまで低減することができる。
【００３６】
なお、特許請求の範囲の項に、図面との対照を便利にするために符号を記載してあるが、この記載によって本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、第１発明に係る光学的測定装置にあっては、減光フィルタの枚数を従来より少なくすることができるため、出力が低くサイズが小さい廉価な駆動機によって減光フィルタを進退させることができ、受光器をコンパクトにすることができると共に、装置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学的測定装置の要部構成を信号処理系のブロックと共に示す平面図である。
【図２】特開平７−２２９８４０号公報に開示された光学的測定装置の構成を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
１測定装置本体
２コンピュータ
３検出器
４投光器
５受光器
６光ファイバ
８低光反射板
９側壁
１０コンベア
１１フィルタ切り換えユニット
Ｈ被測定物

Claims

コンベアで搬送される被測定物の搬送領域を臨み、被測定物に投光する投光器（４）と、該投光器（４）が被測定物へ投光し、該被測定物を透過した光を受ける受光器（５）とを備え、該受光器（５）が受けた光の強度に基づいて前記被測定物の状態を測定する装置において、前記投光器（４）及び受光器（５）は、投光器（４）の光軸と受光器（５）の光軸とが交差するように配置してあり、前記搬送領域に前記被測定物が存在しない場合、前記投光器（４）が投光した光束の一部が前記受光器（５）に入射されることを特徴とする光学的測定装置。