JP6734211B2 - 異種品検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、異種品検出装置に関する。

従来、医薬品の製造工程のうちの例えば包装工程において、本来包装すべき錠剤とは種別が異なる異種錠剤が包装されることを回避するために、異種錠剤を検出する検査が行われている。この検査方法としては、例えば錠剤の近赤外スペクトルデータを用いて主成分分析を行うことで、異種錠剤を検知する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３）。

また、例えば特許文献１に記載の検出装置にあっては、スペクトルデータを空間軸方向に積算して対象物のエッジを検出することにより、錠剤に相当すると予測される領域を特定し、この領域に対応するスペクトルデータについて波長毎に輝度の平均値を求める平均化処理を行うことで、平均化処理により得たスペクトルデータを、この錠剤のスペクトルデータの代表値として設定している。

特許第５１０３７３６号公報 特許第５２０６３３５号公報 特許第５９１７７１１号公報

ところで、錠剤等に近赤外線等を照射した場合、錠剤の形状や表面性状（刻印、割線など）等によって、同じ錠剤からの反射光であっても測定点によって反射強度が異なる。また、一般に撮像素子の特性から、光の反射強度と撮像素子の出力とは非線形な関係になる。つまり、撮像素子の感度特性の非線形性を考慮しない場合には、真の反射強度と、分光画像から得たスペクトルデータから得られる出力輝度値との間に誤差が生じる。そのため、反射強度が異なる複数のスペクトルデータを波長毎に平均化してこれをスペクトルデータの代表値とするとき、このスペクトルデータの代表値は誤差を含むことになり、主成分分析を精度よく行うことが困難であり、結果的に異種品検出精度の低下につながるという問題がある。

また、錠剤の形状や表面性状等によって分光画像に影が存在するときには、例えばスペクトルデータに基づきエッジ検出を行い錠剤に相当すると予測される領域を検出する方法にあっては、影がエッジ検出に対して大きく影響する場合等には、本来錠剤に対応するスペクトルデータとして採用すべきではないスペクトルデータを抽出してしまい、この採用すべきでないスペクトルデータも用いて錠剤のスペクトルデータの代表値を演算してしまう可能性がある。つまり、結果的に主成分分析の精度の低下につながり、異種品検出装置の検出精度の低下につながるという問題がある。
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、検出精度をより向上させることの可能な異種品検出装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、対象物全体が分光カメラの視野内に到達するタイミングに限り、前記分光カメラにより、前記対象物の存在する領域から反射される近赤外線を分光した分光画像を撮影し、スペクトルデータを出力する撮影部と、スペクトルデータのうちの予め設定した閾値を超える輝度を有するスペクトルデータのみを用いて、対象物を表す代表スペクトルデータを設定する代表スペクトルデータ設定部と、代表スペクトルデータを用いて対象物を分析して異種品を検出する分析部と、を備え、さらに、予め設定した撮影部の入力光量に対する出力輝度特性に基づいて、代表スペクトルデータに含まれる撮影部の出力輝度特性により生じる誤差成分を除去する補正部と、を備え、前記分光カメラは、撮像素子の出力を調整して予め設定した出力輝度特性を有する輝度値を出力輝度値として出力するようになっている異種品検出装置、が提供される。

本発明の一態様によれば、異種品検出装置の検出精度を向上させることができる。

本発明に係る異種品検出装置の一例を示す構成図である。 カメラ感度特性の一例を示す特性図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性による誤差の補正方法を説明するための説明図である。 カメラ感度特性に対する補正を行った場合と行わない場合とで誤差を比較した図である。 異種品検出時の異種品検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０のステップＳ２及びステップＳ３の処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

異種品検出装置１００は、例えば図１に示すように、対象物収容部が形成された樹脂シート１の対象物収容部に収納されて多列搬送される錠剤等の対象物Ｔについて、異種品が存在しないかを検出するものである。ここでは、対象物Ｔとして錠剤を適用する場合について説明するが、対象物Ｔとして錠剤に限るものではなく任意の物を適用することができる。

図１（ａ）に示すように、搬送機２により樹脂シート１が搬送される過程において、対象物Ｔが、樹脂シート１に形成された対象物収容部に収納され、シール装置３により対象物Ｔが収納された状態の樹脂シート１と蓋シート４とが接合されて、次工程で切断される。
図１（ａ）に示すように、異種品検出装置１００は、対象物Ｔに対して近赤外線を照射する照明１１と、分光画像を撮影する分光カメラ（撮影部）１２と、分光カメラ１２により撮影した分光画像をもとに主成分分析を行う処理部１３と、を備える。

照明１１及び分光カメラ１２は、分光カメラ１２の視野内に位置する対象物Ｔに対して、照明１１により近赤外線を照射することの可能な位置に配置される。分光カメラ１２は、搬送機２からのトリガ信号が入力されるタイミングで撮影を行う。分光カメラ１２は、例えば近赤外イメージング分光器を含んで構成され、ライン状エリアの各点の光を分光し、分光した分光画像（図１（ｂ））をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子により撮影し、スペクトルデータ等の分光情報（図１（ｃ））を出力する。

処理部１３は、分光カメラ１２から出力される分光情報を記憶部１３ａに記憶すると共に、反射強度が閾値を超えるスペクトルデータを用いて、対象物Ｔ毎の代表スペクトルデータを設定し、この設定した代表スペクトルデータを利用して主成分分析を行う。
搬送機２は予め設定した速度で樹脂シート１を搬送し、搬送速度等に基づいて樹脂シート１上の対象物Ｔが、分光カメラ１２の視野内に達するタイミングを検出し、検出したタイミングで分光カメラ１２に対してトリガ信号を出力する。

次に、分光カメラ１２の感度特性（以後、カメラ感度特性ともいう。）に応じた補正について説明する。
ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等（以後、撮像装置ともいう。）では、暗い被写体を撮像した時に、コントラストが出やすくすること、明るい被写体を撮像した時に飽和しにくくすること、また、映像信号がマイナスにならない様にすること、等の目的で、入力光量に対する出力輝度値を線形とせず、バイアスを加えると共に、暗部では入力光量に対する出力輝度値の変化を大きくし、明部では入力光量に対する出力輝度値を小さくする等の非線形性を持たせている。図２に撮像装置の、入力光量に対する出力輝度値の特性(つまり、カメラ感度特性)の一例を示す。図２において横軸は入力光量、縦軸は出力輝度値を表す。

図３は、同一対象物Ｔからの反射強度が対象物Ｔの角度により変化した場合の反射強度の一例を示したものである。照明１１により近赤外線を対象物Ｔに照射し、その反射光を分光カメラ１２で撮影する場合、例えば対象物Ｔである錠剤が、中央部分が最も厚みがあり、縁部にいくほど薄くなるような形状である場合等には、中央部分と縁部とでは、対象物Ｔに対する近赤外線の入射角度や、対象物Ｔにおける反射角度が異なる。つまり、対象物Ｔの形状によっては、対象物Ｔ上の各位置から得られる反射角度が異なる。そして、異なる角度から得られる反射光の反射強度は、異なる角度間で定数倍となる。なお、図３において、横軸は波長〔ｎｍ〕、縦軸は反射強度である。

一方、撮像装置は、カメラ感度特性が線形性を有していないため、反射強度が対象物Ｔの角度により変化した場合にその分光画像を撮像装置で撮影すると、異なる角度間における出力輝度値は、図４に示すように、定数倍にはならない。図４において横軸は波長〔ｎｍ〕、縦軸は出力輝度値である。
図４の場合、４つの角度、つまり、同一対象物Ｔ上の異なる位置からの反射強度は、本来定数倍となるため、いずれかのスペクトルデータに揃える。例えば最も反射効率のよい明るいスペクトルデータに、他の角度におけるスペクトルデータの出力輝度値を定数倍することによって揃えて平均をとることで、対象物Ｔ本来の反射強度の平均からなるスペクトルデータを得ることができるはずである。

ここで、図３において、異なる角度間におけるスペクトルデータにおいて、任意の波長の強度比を演算してその比率を乗算することで、最も明るいスペクトルデータに他のスペクトルデータの反射強度を合わせると、図５に示すように、全てのスペクトルデータを重ね合わせることができる。図５において横軸は波長〔ｎｍ〕、縦軸は反射強度である。つまり、同一対象物Ｔから角度の変化等で強度が変化した場合のスペクトルデータは、任意の波長の強度比を計算して補正することにより重ね合わせることができる。

一方、撮像装置から得られた図４に示す出力輝度値に対し、同様に任意の波長の強度比を補正値として補正し、これを重ねようとした場合、図６に示すように、重ねることができない。これは、図２に図示するようにカメラ感度特性が線形性を有していないためである。図６において、横軸は波長〔ｎｍ〕、縦軸は出力輝度値である。
そこで、図２のカメラ感度特性から、出力輝度値を入力光量へ変換する特性として、図７に示す特性図を求める。図７において横軸は出力輝度値、縦軸は入力光量である。

図７に示す特性を利用して、図４に示すスペクトルデータをそれぞれ入力光量に変換し、最も明るいスペクトルデータに入力光量を揃えたものが図８である。
図６と図８とを比較すると、線形性補正を行った図８の方が、図５に示す、異なる角度におけるスペクトルデータの反射強度を重ね合わせたときの特性を再現していることがわかる。図６に示すスペクトルデータと、図８に示すスペクトルデータとについて誤差を評価した結果を図９に示す。図９において、横軸は波長〔ｎｍ〕、縦軸は誤差〔％〕である。

図９から、カメラ感度特性に対する補正を行うことで、異なる明るさで観測された同一対象物Ｔから得た複数のスペクトルデータを足し合わせる際の誤差を減少させることができることがわかる。
以上から、処理部１３では、分光カメラ１２から得られるスペクトルデータに基づき、対象物Ｔ毎にスペクトルデータの代表値を求め、このスペクトルデータの代表値に対してカメラ感度特性の補正を行い、この補正後のスペクトルデータの代表値を、対象物Ｔ毎の代表スペクトルデータとして主成分分析を行う。

図１０は、異種品検査時の異種品検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。
搬送される対象物Ｔに対する検査が開始されると、搬送機２では、例えば錠剤等の対象物Ｔの搬送速度等に基づいて、対象物Ｔ全体が分光カメラ１２の視野内に到達するタイミングでトリガ信号を分光カメラ１２に出力する。これにより、分光カメラ１２の視野内に対象物Ｔが到達した時点で、分光カメラ１２が撮影を行い（ステップＳ１）、対象物Ｔ全体の分光画像が撮影される。

処理部１３は、分光カメラ１２から分光画像に応じたスペクトルデータを入力し記憶部１３ａに記憶する。また、入力されたスペクトルデータから、対象物Ｔ毎に対応するスペクトルデータを抽出し、対象物Ｔ毎にスペクトルデータの代表値を求める（ステップＳ２）。そして、スペクトルデータの代表値に対してカメラ感度特性の補正を行って（ステップＳ３ 補正部）、対象物Ｔ毎に代表スペクトルデータを設定し（代表スペクトルデータ設定部）、設定した代表スペクトルデータを用いて異種錠剤であるか否かの判定を行う（ステップＳ４ 分析部）。

そして、判定の結果、異種錠剤であると判定された場合には異種錠剤検出時の処理を行い（ステップＳ５）、良品であると判定された場合には良品検出時の処理を行う（ステップＳ６）。
そして、ステップＳ１に戻って、次にトリガ信号が入力されるタイミングで分光カメラ１２が撮影を行い、以後、ステップＳ２からステップＳ４の処理を行い、ステップＳ５又はステップＳ６に移行し、この処理を繰り返し行う。これにより、搬送される対象物Ｔに対して順次分光カメラ１２により分光画像が撮影され、スペクトルデータの代表値が演算され、このスペクトルデータの代表値に対してカメラ感度特性の補正が行われて代表スペクトルデータが設定され、この代表スペクトルデータに基づき異種錠剤の判定が行われる。

ステップＳ２でのスペクトルデータの抽出処理及びステップＳ３でのスペクトルデータの補正処理は、図１１に示す手順で行う。
まず、分光画像に応じたスペクトルデータのうち、予め設定した錠剤設定位置、つまり、図１（ｂ）中に示すように、視野内で錠剤からの反射光が写る位置と予測される領域である錠剤領域Ａｔの一つについて、錠剤領域Ａｔ内のスペクトルデータを抽出する（ステップＳ１１）。

次いで、ステップＳ１２に移行し、錠剤領域Ａｔに含まれるスペクトルデータについて、波長毎に出力輝度値と閾値とを比較する。閾値は、例えば、スペクトル最大輝度、スペクトル積算輝度、スペクトルの基準値との比のいずれかに設定される。スペクトル最大輝度とは、文字通りスペクトルの最大輝度値を意味する。また、スペクトル積算輝度とは、各波長の輝度値を積算した値を意味する。また、スペクトルの基準値の比とは、特定の波長の輝度値との比率を表す。処理部１３では、錠剤領域Ａｔに含まれるスペクトルデータのうち、出力輝度値が閾値を超えていれば（ステップＳ１３）、そのスペクトルデータを抽出する（ステップＳ１４）。一方、出力輝度値が閾値以下である場合にはこのスペクトルデータは破棄する（ステップＳ１５）。

そして、ステップＳ１２、ステップＳ１３の処理、及びステップＳ１４又はステップＳ１５の処理を繰り返し行い、同一対象物Ｔに対する錠剤領域Ａｔ内の全てのスペクトルデータについて、出力輝度値と閾値とを比較したならば（ステップＳ１６）、ステップＳ１７に移行する。そして、錠剤領域Ａｔ内のスペクトルデータのうち、閾値を超えるスペクトルデータについて、波長毎に平均値を求め、波長毎の平均値からなるスペクトルデータを、対象物Ｔのスペクトルデータの代表値とする。なお、ここでは、波長毎の平均値からなるスペクトルデータを対象物Ｔのスペクトルデータの代表値としているが、これに限るものではなく、例えば最大値、或いは中央値等、波長毎の反射輝度の代表となる代表値を求め、この波長毎の代表値からなるスペクトルデータを、対象物Ｔのスペクトルデータの代表値として設定するようにしてもよい。

続いて、ステップＳ１８に移行し、ステップＳ１１からステップＳ１８の処理を、分光画像に含まれる一列分の対象物Ｔ全てに対して順に行い、同一タイミングで撮影された一列分の対象物Ｔについて、スペクトルデータの代表値を設定する。
続いて、ステップＳ１９に移行し、対象物Ｔ毎に、スペクトルデータの代表値に、カメラ感度特性に合わせた、例えば図７に示す特性を有する補正テーブルを掛け合わせる。これによって、一列分の対象物Ｔ毎に、カメラ感度特性に合わせた補正が行われたスペクトルデータの代表値、つまり代表スペクトルデータが設定されることになる。そして、図１０のステップＳ４の処理に移行する。補正テーブルは、予め分光カメラ１２のカメラ感度特性に応じて設定し例えば記憶部１３ａ等、所定の記憶領域に格納されている。

図１０のステップＳ４での異種錠剤判定処理では、対象物Ｔ毎に設定された代表スペクトルデータに対し、平滑化処理、平均化処理、標準化処理、吸光度変換処理、一次微分処理、二次微分処理、ベースライン補正処理、波長データの選択処理等といった、波形処理を行い、波形処理により得た波形処理スペクトルデータに基づき主成分による主成分得点図を作成する。そして、主成分得点図において、予め設定した良品範囲から外れた測定点に対応する対象物Ｔを異種錠剤とする。

このように、図１に示す異種品検出装置１００によれば、分光カメラ１２のカメラ感度特性に応じてスペクトルデータの代表値を補正して代表スペクトルデータを得ている。さらに、分光画像において、反射輝度が閾値よりも高いスペクトルデータのみを用いて、対象物Ｔの代表スペクトルデータを設定している。
そのため、同一対象物Ｔからの反射強度が異なるような場合であっても、代表スペクトルデータが分光カメラ１２のカメラ感度特性の影響を受けることを抑制することができる。また、出力輝度値が閾値よりも高く、影等の影響を受けていないと予測されるスペクトルデータのみを用いるため、実際の反射強度をより反映した代表スペクトルデータを得ることができる。その結果、代表スペクトルデータに基づき行われる主成分分析をより高精度に行うことができ、異種品の検出精度をより向上させることができる。

また、異種品の検出精度をより向上させることができるため、例えば、錠剤などの医薬品の製造工程において、同色、同形状の異品種が混入した場合であっても高精度に検出することができる。
また、近赤外スペクトルに対して主成分分析を行うことにより異種錠剤を検知する方法では、スペクトルが近似した成分の錠剤の検査、または成分が同一で含量の異なる錠剤の検査については検査精度が下がる。図１に示す異種品検出装置１００によりスペクトルが近似した錠剤の検査等を行うことによって、スペクトルが近似した成分の錠剤、または成分が同一で含量の異なる錠剤の検査を行う場合であっても、検査精度が低下することを抑制することができるため、異種品検出装置１００の汎用性を拡大することができる。

また、医薬品の製造工程等においては、従来、成分比率が類似した錠剤同士は異なる製造ラインで製造し、また、錠剤同士を目視で識別できるように、形状或いは印字・刻印が錠剤になされる。上述のように、検査精度の低下を抑制することができるため、例えば、同一製造ラインで多種の錠剤を扱うことができ、また印字・刻印などがある上でも精度高く検査することができる。

なお、上記実施形態では、分光カメラ１２により撮影したタイミングで、対象物Ｔの異種品検出を行っているが、これに限るものではない。例えば、分光カメラ１２から出力されるスペクトルデータと、対象物Ｔとを対応付けて記憶部１３ａに記憶しておき、所定数の対象物Ｔを分光カメラ１２により撮影した後、記憶部１３ａに記憶したスペクトルデータを用いて異種品の検出処理を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、対象物Ｔ毎に設定したスペクトルデータの代表値に対してカメラ感度特性に応じた補正を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、分光カメラ１２から出力されるスペクトルデータに対してカメラ感度特性に応じた補正を行い、カメラ感度特性に応じた補正を行った後のスペクトルデータから、反射強度が閾値を超えるスペクトルデータを抽出し、以後、上記と同様の手順で、スペクトルデータの代表値を設定し、このスペクトルデータの代表値を代表スペクトルデータとして主成分分析を行うようにしてもよい。また、錠剤領域Ａｔ内のスペクトルデータを抽出した時点、或いは、出力輝度値が閾値を超えているスペクトルデータを抽出した時点で、補正を行うようにしてもよい。

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

１ 樹脂シート
２ 搬送機
３ シール装置
４ 蓋シート
１１ 照明
１２ 分光カメラ
１００ 異種品検出装置
Ｔ 対象物

Claims (2)

1. 対象物全体が分光カメラの視野内に到達するタイミングに限り、前記分光カメラにより、前記対象物の存在する領域から反射される近赤外線を分光した分光画像を撮影し、スペクトルデータを出力する撮影部と、
   前記スペクトルデータのうちの予め設定した閾値を超える輝度を有するスペクトルデータのみを用いて、前記対象物を表す代表スペクトルデータを設定する代表スペクトルデータ設定部と、
   前記代表スペクトルデータを用いて前記対象物を分析して異種品を検出する分析部と、
   を備え、
   さらに、予め設定した前記撮影部の入力光量に対する出力輝度特性に基づいて、前記代表スペクトルデータに含まれる前記撮影部の前記出力輝度特性により生じる誤差成分を除去する補正部と、を備え、
   前記分光カメラは、撮像素子の出力を調整して予め設定した前記出力輝度特性を有する輝度値を出力輝度値として出力するようになっていることを特徴とする異種品検出装置。
2. 前記補正部は、前記撮影部から出力されるスペクトルデータ又は、前記代表スペクトルデータを補正することを特徴とする請求項１に記載の異種品検出装置。

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