JP7106503B2 - Identification units, identification devices and sorting systems - Google Patents

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Description

本発明は、検体に含まれる樹脂を識別する識別装置および選別システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an identification device and a sorting system for identifying resins contained in specimens.

家庭ごみや産業廃棄物に含まれている様々な種類のプラスチックやエラストマー等の樹脂を新しい製品の原料として再生利用する際には、廃棄物中の樹脂を材質ごとに選別することが求められる。リサイクル施設においては、これらの廃棄物を機械的に破砕して樹脂片や金属片が混合した破砕物とした後に、さまざまな方法で分別することが行われている。 When recycling various types of plastics, elastomers, and other resins contained in household waste and industrial waste as raw materials for new products, it is necessary to sort the resins in the waste by material. In recycling facilities, these wastes are mechanically crushed into crushed materials in which resin pieces and metal pieces are mixed, and then sorted by various methods.

プラスチック等の樹脂片を分別する方法の一つに、ラマン散乱を利用した方法がある。ラマン散乱を利用することで、樹脂の材質を識別したり、成分組成やその分布を調べたりすることが可能となる。樹脂をベルトコンベアなどの搬送手段によって搬送し、搬送されている樹脂からラマン散乱光を検出して識別することで、高スループットの樹脂識別システムを構成することができる。 One of the methods for separating resin fragments such as plastics is a method using Raman scattering. By using Raman scattering, it becomes possible to identify the material of the resin and investigate the component composition and its distribution. A high-throughput resin identification system can be configured by conveying resin by conveying means such as a belt conveyor and detecting and identifying Raman scattered light from the conveyed resin.

特許文献1には、ベルトコンベアの搬送方向に垂直な方向、すなわちベルトコンベアの幅方向に複数のラマン分光装置を配列したプラスチック識別装置が記載されている。これにより、ベルトコンベアの幅方向の複数個所で識別対象のプラスチックを識別することができ、識別のスループットをさらに高めることができる。 Patent Document 1 describes a plastic identification device in which a plurality of Raman spectrometers are arranged in the direction perpendicular to the conveying direction of the belt conveyor, that is, in the width direction of the belt conveyor. As a result, the plastic to be identified can be identified at a plurality of locations in the width direction of the belt conveyor, and the identification throughput can be further increased.

特許文献2には、それぞれ異なる測定箇所からラマン散乱光を採光する複数のプローブヘッドを有するラマン分析装置が記載されている。特許文献2のラマン分析装置は、各プローブヘッドからの光をそれぞれ導光する複数の光ファイバが出射端側で束ねられた光ファイバユニットを有している。そして、それぞれ異なる測定個所から採光された複数のラマン散乱光を1つの回折格子で分光し、1つのCCDカメラで撮像する。これにより、複数個所からのラマン散乱光を1つの分光器でまとめて分光測定することができる。 Patent Literature 2 describes a Raman spectrometer having a plurality of probe heads for collecting Raman scattered light from different measurement points. The Raman spectrometer of Patent Literature 2 has an optical fiber unit in which a plurality of optical fibers for guiding light from each probe head are bundled on the output end side. Then, a plurality of Raman scattered lights collected from different measurement points are separated by one diffraction grating and picked up by one CCD camera. As a result, Raman scattered light from a plurality of locations can be collectively spectroscopically measured by a single spectroscope.

特開2011-226821号公報JP 2011-226821 A 特開2012-122851号公報JP 2012-122851 A

特許文献1では、複数台のラマン分光装置をそのまま配置しているため、識別装置全体の装置構成が複雑になる上、装置コストが高くなるという課題がある。そこで、特許文献2のように光バンドルファイバとCCDカメラを用いて分光器部分を集積化することで、装置構成を単純化するとともに、装置コストを低減することが考えられる。 In Patent Document 1, since a plurality of Raman spectrometers are arranged as they are, there is a problem that the apparatus configuration of the entire identification apparatus becomes complicated and the apparatus cost increases. Therefore, it is conceivable to simplify the configuration of the device and reduce the cost of the device by integrating the spectroscope part using an optical fiber bundle and a CCD camera as in Patent Document 2.

特許文献1のようにベルトコンベア上で高速に搬送されている樹脂片を識別するためには高速に識別処理を行うことが要求されるため、CCDイメージセンサではなく、信号の高速読み出しが可能なCMOSイメージセンサを用いることが好ましい。本発明者らが鋭意検討した結果、CMOSイメージセンサのように画素行ごとに信号を順次読み出す撮像部を用いると、撮像部や分光素子の配置によっては識別処理の速度が低下してしまうという新たな課題が見いだされた。 In order to identify resin pieces that are conveyed at high speed on a belt conveyor as in Patent Document 1, high-speed identification processing is required, so high-speed signal readout is possible instead of CCD image sensors. Preferably, a CMOS image sensor is used. As a result of intensive studies by the inventors of the present invention, it was found that using an imaging unit that sequentially reads out signals for each pixel row, such as in a CMOS image sensor, would reduce the speed of identification processing depending on the arrangement of the imaging unit and spectroscopic elements. problem was found.

そこで本発明では、上述の課題に鑑み、単純な装置構成で、ベルトコンベア上で搬送されている樹脂片を高速に識別することができる樹脂識別装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a resin identification device that can identify resin pieces conveyed on a belt conveyor at high speed with a simple device configuration.

本発明の一側面としての識別ユニットは、検体からの光を分光することに前記検体に含まれている成分を識別する識別ユニットであって、前記検体からのラマン散乱光を採光する採光ユニットと、採光された前記ラマン散乱光を導光する導光手段と、導光された前記ラマン散乱光を分光する分光素子と、分光された前記ラマン散乱光を受光するように配置され主走査と前記主走査の方向と交差する方向において前記主走査より低い周波数で走査される副走査とにより撮像する撮像部と、を有し
前記ラマン散乱光の一つに対応して前記撮像部に形成されるスペクトル像が前記主走査方向に沿うように前記撮像部に投影されることを特徴とする。
An identification unit as one aspect of the present invention is an identification unit that identifies a component contained in the specimen by spectroscopy of light from the specimen, and is a lighting that collects Raman scattered light from the specimen. a unit, a light guiding means for guiding the collected Raman scattered light, a spectroscopic element for dispersing the guided Raman scattered light, and a spectroscopic Raman scattered light for receiving the separated Raman scattered light an imaging unit arranged to capture images by main scanning and sub-scanning performed at a frequency lower than that of the main scanning in a direction intersecting the direction of the main scanning ;
A spectral image formed on the imaging unit corresponding to one of the Raman scattered lights is projected onto the imaging unit along the main scanning direction.

選別システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a sorting system typically. 採光ユニットの構成の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of a structure of a lighting unit. 撮像部の構成を模式的に示す図である。4 is a diagram schematically showing the configuration of an imaging unit; FIG.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に含まれる。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified based on the ordinary knowledge of those skilled in the art within the scope of the present invention. Any improvements or the like are included in the scope of the present invention.

(第1の実施形態)
図1~3を参照して、本発明の第1の実施形態に係る選別システムについて説明する。図1は、第1の実施形態に係る選別システムの構成を模式的に示す図である。
(First embodiment)
A sorting system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the sorting system according to the first embodiment.

本実施形態の選別システム1は、搬送ユニット150を有し、搬送ユニット150によって搬送される検体190の種類を識別する識別処理を行い、その識別結果に応じて検体190に含まれる成分を選別するシステムである。 The sorting system 1 of the present embodiment has a transport unit 150, performs identification processing for identifying the type of specimen 190 transported by the transport unit 150, and sorts components contained in the specimen 190 according to the identification result. System.

ここで、検体190に含まれる成分としては、金属を主に含む金属片、金属酸化物の結晶を主に含むセラミック片、金属酸化物の非晶質を含むガラス片、樹脂を主に含む樹脂片、等である。多くの場合、検体190は、家庭ごみや産業廃棄物等が破砕されたものである。検体190は、前工程として破砕工程を経ていると換言される。ここで、本明細書における樹脂は、熱可塑性樹脂(プラスチック)や熱硬化性樹脂、ゴム、エラストマー、セルロース、紙、等を含む、有機物の重合体全般を意味する。なお、検体190は、合成樹脂以外にガラスや繊維等のフィラーや、難燃剤、可塑剤などの各種添加物を含む場合がある。本実施形態に係る選別システム1は、樹脂片を構成する樹脂の種類、すなわち樹脂片の材種を識別することに加えて、これらの添加物の有無や種類を識別することを含む。 Here, the components contained in the specimen 190 include a metal piece mainly containing metal, a ceramic piece mainly containing crystals of metal oxide, a glass piece containing amorphous metal oxide, and a resin mainly containing resin. piece, etc. In many cases, the specimen 190 is crushed household garbage, industrial waste, or the like. In other words, the specimen 190 has undergone a crushing process as a previous process. Here, the resin in this specification means organic polymers in general, including thermoplastic resins (plastics), thermosetting resins, rubbers, elastomers, cellulose, paper, and the like. In addition to the synthetic resin, the specimen 190 may contain fillers such as glass and fibers, and various additives such as flame retardants and plasticizers. The sorting system 1 according to the present embodiment includes identification of the presence or absence and type of these additives in addition to identifying the type of resin that constitutes the resin piece, that is, the material type of the resin piece.

選別システム1は、図1に示すように、識別装置100と選別装置160と、を備えている。識別装置100は、図1に示すように、識別ユニット90と搬送ユニット150とを備えている。識別ユニット90は、採光ユニット110と、採光ユニット110で採光されたラマン散乱光を分光器130に伝送する光ファイバユニット120と、分光器130からの出力結果に基づき識別のための演算処理を行うデータ処理部140と、を備えている。 The sorting system 1 includes an identification device 100 and a sorting device 160, as shown in FIG. The identification device 100 includes an identification unit 90 and a transport unit 150, as shown in FIG. The identification unit 90 performs arithmetic processing for identification based on the light collection unit 110, the optical fiber unit 120 that transmits the Raman scattered light collected by the light collection unit 110 to the spectroscope 130, and the output result from the spectroscope 130. and a data processing unit 140 .

採光ユニット110は、採光部110a~110eを複数備え、後述する搬送路の幅方向に複数載置された検体からのラマン散乱光を採光する。光ファイバユニット120は、複数の光ファイバ121a~121eを備え、分光器130の側において束ねられている。分光器130は、結像レンズ131、ロングパスフィルタ132、分光素子133、結像レンズ134、および撮像部135を備えている。光ファイバユニット120は複数の光ファイバ121a~121eを備え、光ファイバ121a~121eのそれぞれは、複数の採光ユニット110a~110eのそれぞれと接続されている。採光ユニット110で採光されたラマン散乱光を並列的に分光素子133に導光する。ここでは5つの採光部110a~110eを備えた構成について説明するが、採光ユニット110の数およびそれに対応する光ファイバ121の数は複数であれば特に限定されない。結像レンズ131は、光ファイバ121からの光を平行光化する。ロングパスフィルタ132は、結像レンズ131と回折格子133との間に配置され、残存する励起光成分を除去し、ラマン散乱光を透過させる。 The light collection unit 110 includes a plurality of light collection units 110a to 110e, and collects Raman scattered light from a plurality of specimens placed in the width direction of the transport path, which will be described later. The optical fiber unit 120 includes a plurality of optical fibers 121a to 121e, which are bundled on the spectroscope 130 side. The spectroscope 130 includes an imaging lens 131 , a long-pass filter 132 , a spectral element 133 , an imaging lens 134 and an imaging section 135 . The optical fiber unit 120 includes a plurality of optical fibers 121a-121e, and each of the optical fibers 121a-121e is connected to each of the plurality of lighting units 110a-110e. The Raman scattered lights collected by the lighting unit 110 are guided in parallel to the spectroscopic element 133 . Here, a configuration including five lighting units 110a to 110e will be described, but the number of lighting units 110 and the number of optical fibers 121 corresponding thereto are not particularly limited as long as they are plural. The imaging lens 131 collimates the light from the optical fiber 121 . The long-pass filter 132 is arranged between the imaging lens 131 and the diffraction grating 133, removes the remaining excitation light components, and transmits the Raman scattered light.

識別装置100は、採光ユニット110と、光ファイバユニット120と、分光器130と、データ処理部140と、を含む識別ユニット90と、搬送面上に載置された検体190を搬送する搬送ユニット150と、を備える。搬送ユニット150は、ベルトコンベア152と、ベルトコンベア152を駆動する駆動モータ151と、をさらに有する。本実施形態の識別装置100は、識別ユニット90と搬送ユニット150とを備える。 The identification device 100 includes an identification unit 90 including a lighting unit 110, an optical fiber unit 120, a spectroscope 130, and a data processing unit 140, and a transport unit 150 that transports a specimen 190 placed on a transport surface. And prepare. The transport unit 150 further has a belt conveyor 152 and a drive motor 151 that drives the belt conveyor 152 . The identification device 100 of this embodiment includes an identification unit 90 and a transport unit 150 .

搬送ユニット150は、不図示の検体供給部から投入された検体190を測定位置へ所定の速度で搬送する。搬送ユニット150としては、検体190を搬送面上に載置した状態で搬送できる手段であれば、ベルトコンベア152の他に、ターンテーブル、搬送ドラム、などを用いることができる。本実施形態に係る選別システム1によるラマン散乱測定は、検体190が搬送ユニット150によって搬送されている間に行われ、測定後、検体190は搬送方向に搬送され、後述する選別装置160によって識別装置100の識別結果に基づき選別される。 The transport unit 150 transports the sample 190 input from a sample supply unit (not shown) to the measurement position at a predetermined speed. As the transport unit 150, in addition to the belt conveyor 152, a turntable, a transport drum, or the like can be used as long as the means is capable of transporting the specimen 190 placed on the transport surface. The Raman scattering measurement by the sorting system 1 according to the present embodiment is performed while the specimen 190 is being transported by the transport unit 150, and after the measurement, the specimen 190 is transported in the transport direction, and the sorting device 160, which will be described later, performs the identification device. Sorted based on 100 identification results.

また、選別システム1は、採光ユニット110よりも搬送ユニット150の搬送方向220の下流側に配置される選別装置160をさらに有する。選別装置160は、識別装置100の識別結果に基づいて検体190の選別を行う。 The sorting system 1 further includes a sorting device 160 that is arranged downstream of the light collection unit 110 in the transport direction 220 of the transport unit 150 . The sorting device 160 sorts the samples 190 based on the identification result of the identification device 100 .

以下、選別システム1を構成する各部について詳細に説明する。 Each part constituting the sorting system 1 will be described in detail below.

(採光ユニット)
図2は、採光ユニット110の構成の一例と模式的に示す図である。採光ユニット110は、検体190に光を照射する照明光学系1107と、検体190からのラマン散乱光を採光する採光光学系1113と、を有する。
(lighting unit)
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the daylighting unit 110. As shown in FIG. The light collection unit 110 has an illumination optical system 1107 that irradiates the specimen 190 with light and a light collection optical system 1113 that collects the Raman scattered light from the specimen 190 .

照明光学系1107は、搬送ユニット150の搬送面上の検体190を、光源からの光で照明する光学系である。照明光学系1107によって照明された検体109は、ラマン散乱光を発する。このとき、検体190から発生するラマン散乱光の強度は、同時に発生するものの弾性散乱し波長シフトを呈しないレイリー散乱光の強度に対して10-6倍程度であり、極めて微弱である。照明光学系1107は、図2に示すように、半導体レーザ1101、レーザマウント1102、レーザドライバ1103、コリメータレンズ1104、シリンドリカルレンズ1105、及び、集光レンズ1106と、を有する。 The illumination optical system 1107 is an optical system that illuminates the sample 190 on the transport surface of the transport unit 150 with light from the light source. The specimen 109 illuminated by the illumination optical system 1107 emits Raman scattered light. At this time, the intensity of the Raman scattered light generated from the specimen 190 is about 10 −6 times the intensity of the Rayleigh scattered light that is generated at the same time but is elastically scattered and does not exhibit a wavelength shift, and is extremely weak. The illumination optical system 1107 has a semiconductor laser 1101, a laser mount 1102, a laser driver 1103, a collimator lens 1104, a cylindrical lens 1105, and a condenser lens 1106, as shown in FIG.

半導体レーザ1101は、検体190を照明する光の光源である。本実施形態においては、半導体レーザ1101は連続発振レーザであり、検体190からラマン散乱光を発生させるために必要な強度の光を出射する。ラマン散乱の発生効率は、照明光の波長が短いほど高く、照明光の波長が長いほど低い。一方で、ラマン散乱光に対するバックグラウンドノイズとなる蛍光の強度は、照明光の波長が長いほど低く、照明光に波長が短いほど高い。半導体レーザ1101からの光としては、例えば532nm、633nm、780nmのいずれかの波長の光を利用できる。なお、ここでは照明光学系1107の光源として半導体レーザ1101を用いる場合を説明したが、これに限定されず、半導体励起固体レーザやガスレーザなどの他のレーザ光源を用いることもできる。照明光学系11107に適用する光源の波長は、識別の対象となる材料に固有のラマンシフト量、信号対雑音比等を考慮して選択される。 A semiconductor laser 1101 is a light source for illuminating the specimen 190 . In this embodiment, the semiconductor laser 1101 is a continuous wave laser, and emits light of intensity necessary to generate Raman scattered light from the specimen 190 . The generation efficiency of Raman scattering is higher as the wavelength of the illumination light is shorter, and lower as the wavelength of the illumination light is longer. On the other hand, the intensity of fluorescence, which is background noise for Raman scattered light, is lower as the wavelength of the illumination light is longer and higher as the wavelength of the illumination light is shorter. As the light from the semiconductor laser 1101, for example, light with a wavelength of 532 nm, 633 nm, or 780 nm can be used. Although the case where the semiconductor laser 1101 is used as the light source of the illumination optical system 1107 has been described here, the present invention is not limited to this, and other laser light sources such as semiconductor-pumped solid-state lasers and gas lasers can also be used. The wavelength of the light source applied to the illumination optical system 11107 is selected in consideration of the Raman shift amount, signal-to-noise ratio, etc. inherent in the material to be identified.

レーザマウント1102は、半導体レーザ1101を保持し、放熱を行う。レーザドライバ1103はレーザマウント1102を介して半導体レーザ1101に電流を供給し、半導体レーザ1101を発振させ、同時に半導体レーザ1101の温度を一定に保つ。なお、レーザドライバ1103は採光ユニット110ごとに設けられていてもよいし、複数の採光ユニット110に対して1つのレーザドライバ1103が設けられていてもよい。 A laser mount 1102 holds the semiconductor laser 1101 and dissipates heat. A laser driver 1103 supplies a current to the semiconductor laser 1101 through a laser mount 1102 to oscillate the semiconductor laser 1101 and at the same time keep the temperature of the semiconductor laser 1101 constant. Note that the laser driver 1103 may be provided for each lighting unit 110 , or one laser driver 1103 may be provided for a plurality of lighting units 110 .

コリメータレンズ1104およびシリンドリカルレンズ1105は半導体レーザ1101の出射光の拡がりを制限し、平行光に整形する。シリンドリカルレンズ1105はアナモルフィックプリズムペアなど他のコリメート用光学素子を利用してもよい。また、照明光学系1107は、レーザラインフィルタを含む波長フィルタ(不図示)を配置することができる。波長フィルタは、照明光学系1107の瞳面の位置に配置することができる。これにより、照明光学系1107によって検体190に照射される光の波長特性を改善することができる。集光レンズ1106は、半導体レーザ1101からの光を検体190に集光する。コリメータレンズ1104、シリンドリカルレンズ1105、および集光レンズ1106としては、合成石英で形成されたレンズを用いることが好ましい。これらのレンズは半導体レーザ1101から高強度の光が通過するため、合成石英で形成されたレンズを用いることで、バックグラウンドとなる蛍光や観測系に含まれる微量成分由来のラマン散乱光を低減することができる。 A collimator lens 1104 and a cylindrical lens 1105 limit the spread of the light emitted from the semiconductor laser 1101 and shape it into parallel light. Cylindrical lens 1105 may utilize other collimating optics such as an anamorphic prism pair. Also, the illumination optical system 1107 can be arranged with a wavelength filter (not shown) including a laser line filter. A wavelength filter can be placed at the position of the pupil plane of the illumination optical system 1107 . Thereby, the wavelength characteristics of the light irradiated onto the specimen 190 by the illumination optical system 1107 can be improved. A condenser lens 1106 converges the light from the semiconductor laser 1101 onto the specimen 190 . As collimator lens 1104, cylindrical lens 1105, and condensing lens 1106, lenses made of synthetic quartz are preferably used. Since high-intensity light from the semiconductor laser 1101 passes through these lenses, the use of lenses made of synthetic quartz reduces background fluorescence and Raman scattered light originating from trace components contained in the observation system. be able to.

なお、検体190から識別に十分な強度のラマン散乱光が得られれば、集光レンズ1106は必ずしも必須ではない。すなわち、照明光学系1107は、コリメータレンズ1104および/またはシリンドリカルレンズ1105によってコリメートされた光をそのまま検体190に照射する構成であってもよい。 Note that the condenser lens 1106 is not necessarily essential if Raman scattered light with sufficient intensity for identification can be obtained from the specimen 190 . That is, the illumination optical system 1107 may be configured to directly irradiate the specimen 190 with the light collimated by the collimator lens 1104 and/or the cylindrical lens 1105 .

採光光学系1113は、照明光学系1107によって照明された検体190からのラマン散乱光を採光する光学系である。採光光学系1113によって採光されたラマン散乱光は、導光手段である光ファイバ121によって分光素子133へと導光される。採光光学系1113は、対物レンズ1110、励起光カットフィルタ1111、ファイバ集光レンズ1112を有する。 The lighting optical system 1113 is an optical system for collecting Raman scattered light from the specimen 190 illuminated by the illumination optical system 1107 . The Raman scattered light collected by the light collection optical system 1113 is guided to the spectroscopic element 133 by the optical fiber 121 as light guide means. The lighting optical system 1113 has an objective lens 1110 , an excitation light cut filter 1111 and a fiber condenser lens 1112 .

対物レンズ1110は、照明光学系1107によって照明された検体190からのラマン散乱光を採光する。対物レンズ1110などの採光光学系1113を構成する各レンズは、検体190によっては出力の高い光が照射される場合があるため、バックグラウンドとなる蛍光や観測系由来のラマン散乱光を低減するために合成石英で形成されたレンズを用いることが好ましい。同様に、バルサムからのバックグラウンドの抑制、また、発熱によるバルサム剥がれの抑制のため、貼り合わせレンズは利用しない方が好ましい。すなわち、対物レンズ1110などの採光光学系1113を構成する各レンズは、単レンズであることが好ましい。また、導光手段である光ファイバ1114へのカップリング効率を向上させるために、対物レンズ1110は非球面レンズであることが好ましい。 Objective lens 1110 collects Raman scattered light from specimen 190 illuminated by illumination optical system 1107 . Each lens constituting the lighting optical system 1113 such as the objective lens 1110 may be irradiated with high-output light depending on the specimen 190, so the background fluorescence and the Raman scattered light derived from the observation system are reduced. It is preferable to use a lens made of synthetic quartz. Similarly, it is preferable not to use a cemented lens in order to suppress background from balsam and to suppress peeling of balsam due to heat generation. That is, it is preferable that each lens constituting the lighting optical system 1113 such as the objective lens 1110 is a single lens. Moreover, in order to improve the coupling efficiency to the optical fiber 1114 which is the light guiding means, the objective lens 1110 is preferably an aspherical lens.

励起光カットフィルタ1111は、バンドパスフィルタやロングパスフィルタ等の波長フィルタであり、対物レンズ1110によって採光された光のうちの少なくとも一部の波長域の光を遮光してラマン散乱光を透過させる。これにより、ラマン散乱光の測定に不要な光を遮光し、ラマン散乱光を透過させる。フィルタ特性の観点から、励起光カットフィルタ1111は対物レンズ1110とファイバ集光レンズ1112の間の平行光束中、すなわち、採光光学系1113の瞳面に配置されることが好ましい。 The excitation light cut filter 1111 is a wavelength filter such as a band-pass filter or a long-pass filter. This shields the light unnecessary for the measurement of the Raman scattered light and allows the Raman scattered light to pass through. From the viewpoint of filter characteristics, the excitation light cut filter 1111 is preferably arranged in a parallel beam between the objective lens 1110 and the fiber condenser lens 1112 , that is, on the pupil plane of the lighting optical system 1113 .

ファイバ集光レンズ1112は、ラマン散乱光を光ファイバ121にカップリングする。励起光カットフィルタ1111が挿入されている場合、ファイバ集光レンズ1112からのラマン散乱光は無視できるため、光ファイバ121へのカップリング効率を優先してダブレットレンズなどの貼り合わせレンズを用いて収差を抑えるようにするとよい。 A fiber collecting lens 1112 couples the Raman scattered light to the optical fiber 121 . When the excitation light cut filter 1111 is inserted, the Raman scattered light from the fiber condenser lens 1112 can be ignored. should be suppressed.

なお本実施形態では、採光ユニット110が有する照明光学系1107と採光光学系1113とが独立した構成としたが、これに限定はされない。すなわち、照明光学系1107と採光光学系1113とが、それぞれの光学系を構成する各種レンズ等の光学要素の一部を共有していてもよい。 In this embodiment, the illumination optical system 1107 and the lighting optical system 1113 included in the daylighting unit 110 are configured independently, but this is not restrictive. That is, the illumination optical system 1107 and the lighting optical system 1113 may share some of the optical elements such as various lenses that constitute the respective optical systems.

複数の採光ユニット110は、搬送ユニット150の搬送面に対向し、搬送ユニット150の搬送方向に垂直な方向において異なる位置に配置されている。すなわち、複数の採光ユニット110は、搬送ユニット150の幅方向において異なる位置に配置されている。採光ユニット110のそれぞれは、搬送ユニット150の搬送面上の所定の領域内を通過する検体190に光を照射して、所定の領域内からのラマン散乱光を採光するため、それぞれの採光ユニット110が採光できる領域は限定的である。そこで、本実施形態のように採光ユニット110を複数設け、それらを搬送ユニット150の幅方向にずらして配置することで、検体190の種類の識別を行うことのできる範囲を広げることができる。これにより、識別処理および選別処理のスループットを向上させることができる。 The multiple lighting units 110 face the transport surface of the transport unit 150 and are arranged at different positions in the direction perpendicular to the transport direction of the transport unit 150 . That is, the plurality of lighting units 110 are arranged at different positions in the width direction of the transport unit 150 . Each of the light collection units 110 irradiates light onto the specimen 190 passing through a predetermined region on the transport surface of the transport unit 150 and collects Raman scattered light from within the predetermined region. The area that can receive light is limited. Therefore, by providing a plurality of lighting units 110 and arranging them while shifting them in the width direction of the transport unit 150 as in the present embodiment, the range in which the type of specimen 190 can be identified can be expanded. Thereby, it is possible to improve the throughput of the identification process and the sorting process.

また、複数の採光ユニット110は、搬送ユニット150の搬送方向においても異なる位置に配置されていることが好ましい。それぞれの採光ユニット110は照明光学系1107および採光光学系1113を有するためにある程度の大きさを有している。そこで、搬送ユニット150の搬送面に垂直な方向から見たときに複数の採光ユニット110を斜めに配列することで、搬送ユニット150の幅方向における採光ユニット110の配置密度を高めることができる。これにより、選別システム1による識別の分解能を高めることができ、より小さなサイズの検体190を識別することができるようになる。 Moreover, it is preferable that the plurality of lighting units 110 be arranged at different positions in the transport direction of the transport unit 150 as well. Each lighting unit 110 has a certain size in order to have an illumination optical system 1107 and a lighting optical system 1113 . Therefore, by arranging a plurality of daylighting units 110 obliquely when viewed from the direction perpendicular to the transport surface of the transport unit 150, the arrangement density of the daylighting units 110 in the width direction of the transport unit 150 can be increased. As a result, the resolution of identification by the sorting system 1 can be increased, and a specimen 190 having a smaller size can be identified.

(光ファイバユニット)
光ファイバユニット120は、複数の採光ユニット110のそれぞれによって採光されたラマン散乱光を分光器130に導光する導光手段である。光ファイバユニット120は、複数の採光ユニット110a~eのそれぞれに対応する複数の光ファイバ121a~eを有している。それぞれの光ファイバ121の入射端は、対応する採光ユニット110の採光光学系1113からの光が入射するように配置されている。一方、複数の光ファイバ121は、その出射端において束ねられており、複数の採光ユニット110からのラマン散乱光が1つの分光器130に導光されるように構成されている。なお、ここでは分光器130を1つだけ設けた例について説明したが、分光器130の数は採光ユニット110の数よりも少なければよい。このような構成にすることで、一般に高価な分光器130の数を低減することができ、選別システムの構成を単純化し、コストを低減することができる。また、分光器130に起因する測定誤差やばらつきを低減することができ、選別システムによる識別精度および選別精度を向上させることができる。
(optical fiber unit)
The optical fiber unit 120 is light guiding means for guiding the Raman scattered light collected by each of the plurality of light collection units 110 to the spectroscope 130 . The optical fiber unit 120 has a plurality of optical fibers 121a-e respectively corresponding to the plurality of lighting units 110a-e. The incident end of each optical fiber 121 is arranged so that the light from the lighting optical system 1113 of the corresponding lighting unit 110 is incident. On the other hand, the plurality of optical fibers 121 are bundled at their output ends, and configured to guide the Raman scattered light from the plurality of lighting units 110 to one spectroscope 130 . Although an example in which only one spectroscope 130 is provided has been described here, the number of spectroscopes 130 may be less than the number of lighting units 110 . With such a configuration, the number of generally expensive spectroscopes 130 can be reduced, the configuration of the sorting system can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, it is possible to reduce measurement errors and variations caused by the spectroscope 130, and to improve the identification accuracy and sorting accuracy of the sorting system.

図1において、光ファイバユニット120を構成する複数の光ファイバ121は、光ファイバユニット120の出射端(分光器130側の端部)側において束ねられており、列状に配置されている。光ファイバユニット120の出射端の配列方向は、分光素子133、撮像部135に対する配置関係に基づいて決定される。光ファイバユニット120の出射端の配列方向は、図1においては、紙面の略垂直方向に一列に並んでいる。したがって、それぞれの光ファイバ121によって導光されたラマン散乱光も、紙面垂直方向に一列に並んで、分光器130に入射する。この複数のラマン散乱光のそれぞれは、分光器130の有する回折格子133によって分光され、光ファイバユニット120の出射端側における光ファイバ121の配列方向に垂直な方向、すなわち図1における紙面平行方向に分光される。 In FIG. 1, a plurality of optical fibers 121 forming an optical fiber unit 120 are bundled at the output end (the end on the side of the spectroscope 130) of the optical fiber unit 120 and arranged in a row. The arrangement direction of the output ends of the optical fiber units 120 is determined based on the arrangement relationship with respect to the spectroscopic element 133 and the imaging section 135 . In FIG. 1, the output ends of the optical fiber units 120 are arranged in a row in a direction substantially perpendicular to the plane of the paper. Therefore, the Raman scattered lights guided by the respective optical fibers 121 also line up in a line in the direction perpendicular to the plane of the paper and enter the spectroscope 130 . Each of the plurality of Raman scattered lights is dispersed by the diffraction grating 133 of the spectroscope 130, and is split in the direction perpendicular to the arrangement direction of the optical fibers 121 on the output end side of the optical fiber unit 120, that is, in the direction parallel to the paper surface in FIG. spectroscopy.

(分光器)
分光器130は、採光光学系1113によって採光されたラマン散乱光を分光する分光素子と、分光素子によって分光されたラマン散乱光を受光する撮像部と、を少なくとも有し、該ラマン散乱光を分光し、スペクトル信号を生成する。分光器130は、結像レンズ131と、ロングパスフィルタ132と、分光素子である回折格子133と、結像レンズ134と、撮像部135と、を有する。
(spectrometer)
The spectroscope 130 has at least a spectroscopic element that disperses the Raman scattered light collected by the lighting optical system 1113, and an imaging unit that receives the Raman scattered light separated by the spectroscopic element, and disperses the Raman scattered light. to generate a spectral signal. The spectroscope 130 has an imaging lens 131 , a long-pass filter 132 , a diffraction grating 133 that is a spectral element, an imaging lens 134 , and an imaging section 135 .

結像レンズ131は、光ファイバ121からの光を平行光化する。ロングパスフィルタ132は、結像レンズ131と回折格子133との間に配置され、残存する励起光成分を除去し、ラマン散乱光を透過させる。 The imaging lens 131 collimates the light from the optical fiber 121 . The long-pass filter 132 is arranged between the imaging lens 131 and the diffraction grating 133, removes the remaining excitation light components, and transmits the Raman scattered light.

回折格子133は、採光光学系1113によって採光されたラマン散乱光を分光し、ラマン散乱光を波長ごとに一次元的に分散させる。結像レンズ134は回折格子133で分光された光を撮像部135上に結像する。これにより、撮像部134の受光面上には、ライン状のスペクトル像が投影される。なお、分光器130中の各構成要素の光学配置や分光方式は、ローランド配置やツェルニターナー方式等、適宜他の一般的に利用される形態に変更してもよい。 The diffraction grating 133 disperses the Raman scattered light collected by the light collection optical system 1113 and one-dimensionally disperses the Raman scattered light for each wavelength. The imaging lens 134 forms an image of the light split by the diffraction grating 133 on the imaging section 135 . As a result, a line-shaped spectrum image is projected onto the light receiving surface of the imaging unit 134 . The optical arrangement and spectroscopic method of each component in the spectroscope 130 may be appropriately changed to other commonly used forms such as the Rowland arrangement and the Zernii-Turner system.

(撮像部)
撮像部135は、分光素子である回折格子133によってそれぞれ一次元的に分光された複数のラマン散乱光を受光し、電気信号に変換するために配列された撮像素子を複数備えている。撮像部135は、図1の紙面垂直方向および紙面平行方向に沿って光電変換素子を含む画素が二次元的に配列されたエリアイメージセンサである。光ファイバユニット120および回折格子133を上述のように配置することで、撮像部135の受光面上には、複数の光ファイバ121のそれぞれによって導光されて分光されたラマン散乱光が投影された複数のスペクトル像が紙面垂直方向に並ぶ。また、撮像部135の受光面上において、それぞれのスペクトル像の波長成分は紙面平行方向に分布する。
(imaging unit)
The imaging unit 135 includes a plurality of imaging elements arranged to receive a plurality of Raman scattered lights that are one-dimensionally dispersed by the diffraction grating 133, which is a spectroscopic element, and convert them into electrical signals. The imaging unit 135 is an area image sensor in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged along the direction perpendicular to and parallel to the plane of FIG. 1 . By arranging the optical fiber unit 120 and the diffraction grating 133 as described above, the Raman scattered light guided and dispersed by each of the plurality of optical fibers 121 was projected onto the light receiving surface of the imaging unit 135. A plurality of spectral images are arranged in the direction perpendicular to the paper surface. Also, on the light receiving surface of the imaging unit 135, the wavelength components of each spectral image are distributed in the direction parallel to the paper surface.

図3は、撮像部135の構成を模式的に示す図である。撮像部135は、光電変換素子を含む画素が行列状に配列された画素部1351を有している。撮像部135の受光面上には、光ファイバユニット120を構成する複数の光ファイバ121のそれぞれによって導光されて回折格子133で分光されたラマン散乱光が結像され、複数のスペクトル像300が投影される。ここでは、説明のためにスペクトル像の光強度の強弱をわかりやすくするため、点線状に示している。スペクトル像300は撮像部135によって、電気信号に変換され、波長ごとの光強度情報、すなわちスペクトルデータとしてデータ処理部140に出力される。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the imaging unit 135. As shown in FIG. The imaging unit 135 has a pixel unit 1351 in which pixels including photoelectric conversion elements are arranged in a matrix. Raman scattered light guided by each of the plurality of optical fibers 121 constituting the optical fiber unit 120 and dispersed by the diffraction grating 133 is imaged on the light receiving surface of the imaging unit 135, and a plurality of spectral images 300 are formed. projected. Here, for the sake of explanation, the strength and weakness of the light intensity of the spectrum image are indicated by dotted lines in order to make them easier to understand. The spectral image 300 is converted into an electrical signal by the imaging unit 135 and output to the data processing unit 140 as light intensity information for each wavelength, that is, spectral data.

画素部1351は、撮像部135のうちの有効な撮像エリアを規定すると換言される。また、画素部1351は、二次元に配列した画素を有し、主走査と副走査とを組み合わせて走査され二次元の撮像イメージを撮像することができる。本願明細書において、副走査は、主走査の方向と交差する方向に走査され、主走査より低い周波数で走査される。主走査は一般に、画素部1351に含まれ副走査される画素行の数をNとするとき、副走査周波数のN倍以上の周波数で走査される。 In other words, the pixel section 1351 defines an effective imaging area of the imaging section 135 . In addition, the pixel portion 1351 has pixels arranged two-dimensionally, and can pick up a two-dimensional image by scanning by combining main scanning and sub-scanning. In the specification of the present application, sub-scanning is performed in a direction intersecting the direction of main scanning, and scanning is performed at a frequency lower than that of main scanning. In general, when the number of pixel rows included in the pixel portion 1351 to be sub-scanned is N, main scanning is performed at a frequency that is N times or higher than the sub-scanning frequency.

ここで、選別システム1は、搬送ユニット150によって検体190を搬送しながら検体190の種類を識別し、その識別結果に応じて、後述する選別装置160によって検体190を選別する。そのため、選別システム1による選別処理のスループットを高めるためには、搬送ユニット150による検体190の搬送速度を高めることが好ましい。撮像部135上に投影されるスペクトル像は、搬送ユニット150の搬送面上を移動する検体190から発生したラマン散乱光によるものである。そのため、搬送されている検体190が採光ユニット110の検出可能領域内に存在する間に、撮像部135上にスペクトル像が形成される。例えば、搬送ユニット150による搬送速度が2m/秒、検体190の大きさが10mmである場合には、検体190から発生するラマン散乱光によって形成されるスペクトル像を撮像部135によって検出できる時間は5ミリ秒以下となる。したがって、撮像部135としては、フレームレートが高いことが求められる。このような高フレームレートの撮像部としてはCMOSイメージセンサが挙げられ、したがって、撮像部135としてはCMOSイメージセンサが好ましい。 Here, the sorting system 1 identifies the type of the sample 190 while transporting the sample 190 by the transport unit 150, and sorts the sample 190 by the sorting device 160, which will be described later, according to the identification result. Therefore, in order to increase the throughput of the sorting process by the sorting system 1, it is preferable to increase the transport speed of the sample 190 by the transport unit 150. FIG. The spectrum image projected on the imaging unit 135 is the Raman scattered light generated from the specimen 190 moving on the transport surface of the transport unit 150 . Therefore, a spectral image is formed on the imaging unit 135 while the specimen 190 being transported is within the detectable area of the lighting unit 110 . For example, when the transportation speed of the transportation unit 150 is 2 m/sec and the size of the specimen 190 is 10 mm, the imaging unit 135 can detect a spectral image formed by Raman scattered light generated from the specimen 190 in 5 hours. milliseconds or less. Therefore, the imaging unit 135 is required to have a high frame rate. A CMOS image sensor can be cited as such a high frame rate imaging unit, and therefore a CMOS image sensor is preferable as the imaging unit 135 .

また、上述のように、検体190から発生するラマン散乱光の強度は極めて微弱であるため、撮像部135の画素部1351の各画素に入射する光の強度も極めて微弱である。したがって、撮像部135はスペクトル像300を取得する波長領域において、高い感度を持ったものを使用することが好ましい。一般に、ローリングシャッタ方式のイメージセンサはグローバルシャッタ方式のイメージセンサと比較して画素構造が単純で開口率が高く、光電変換素子を大きくできるため、感度およびダイナミックレンジを高めることができる。また、画素構造が単純であることから、ローリングシャッタ方式のイメージセンサはグローバルシャッタ方式のイメージセンサよりも低コストであるというメリットもある。これらの理由から、本実施形態では、撮像部135としてローリングシャッタ方式のCMOSイメージセンサを用いている。 Further, as described above, since the intensity of Raman scattered light generated from the specimen 190 is extremely weak, the intensity of light incident on each pixel of the pixel section 1351 of the imaging section 135 is also extremely weak. Therefore, it is preferable that the imaging unit 135 has high sensitivity in the wavelength region for acquiring the spectral image 300 . In general, a rolling shutter image sensor has a simpler pixel structure, a higher aperture ratio, and a larger photoelectric conversion element than a global shutter image sensor. Moreover, since the pixel structure is simple, the rolling shutter type image sensor has the advantage of being lower in cost than the global shutter type image sensor. For these reasons, a rolling shutter CMOS image sensor is used as the imaging unit 135 in this embodiment.

撮像部135は、画素行ごとに順次リセット動作を行う、ローリングリセット方式のイメージセンサであることが好ましい。これにより、各画素行の露光時間をできるだけ長くすることができ、感度を高めることができる。 The imaging unit 135 is preferably a rolling reset type image sensor that sequentially performs a reset operation for each pixel row. As a result, the exposure time of each pixel row can be lengthened as much as possible, and the sensitivity can be enhanced.

撮像部135は、画素部1352中の特定の画素行について読み出し動作を行うクロップ読み出し機能を備えていることが好ましい。これにより、例えば別の検出手段によって検体190が採光ユニット110の検出可能領域に到達することを検出したときに、その採光ユニット110に対応する画素行の読み出し動作を行うようにすることができる。 The imaging unit 135 preferably has a crop readout function that performs a readout operation on a specific pixel row in the pixel unit 1352 . As a result, for example, when another detecting means detects that the sample 190 reaches the detectable region of the lighting unit 110, the pixel row corresponding to the lighting unit 110 can be read out.

撮像部135は、読み出し回路1353と、水平走査回路1354と、垂直走査回路1355と、出力回路1356と、を有しており、行列状に配置された複数の画素からの信号を、行ごとに順次読み出す。垂直走査回路1355は、画素部1351中の任意の画素行を選択して駆動する。読み出し回路207は、垂直走査回路1355によって選択された行の画素から出力された信号を読み出し、水平走査回路1354の制御に応じて出力回路1356に転送する。これにより、主走査方向(行方向)の読み出しが行われる。また、垂直走査回路1355が選択する行をシフトして、水平走査回路1354の制御に応じて読み出し回路1353が主走査方向の読み出しを行う。これを繰り返して、選択する画素行を副走査方向(列方向)にシフトしていくことで、画素部1351全体から信号を読み出すことができる。読み出された信号は、出力回路1356を介して撮像部135の外部へと送出される。このとき、主走査方向の走査は高速に行われるが、副走査方向の走査は主走査方向の走査よりも遅い。 The imaging unit 135 includes a readout circuit 1353, a horizontal scanning circuit 1354, a vertical scanning circuit 1355, and an output circuit 1356. Signals from a plurality of pixels arranged in a matrix are read row by row. Read out sequentially. A vertical scanning circuit 1355 selects and drives an arbitrary pixel row in the pixel section 1351 . The readout circuit 207 reads the signals output from the pixels in the row selected by the vertical scanning circuit 1355 and transfers them to the output circuit 1356 under the control of the horizontal scanning circuit 1354 . As a result, reading in the main scanning direction (row direction) is performed. In addition, the row selected by the vertical scanning circuit 1355 is shifted, and the reading circuit 1353 performs reading in the main scanning direction according to the control of the horizontal scanning circuit 1354 . By repeating this and shifting the selected pixel row in the sub-scanning direction (column direction), signals can be read out from the entire pixel portion 1351 . The read signal is sent to the outside of the imaging section 135 via the output circuit 1356 . At this time, scanning in the main scanning direction is performed at high speed, but scanning in the sub-scanning direction is slower than scanning in the main scanning direction.

本実施形態では、回折格子133によって分光された複数のラマン散乱光のそれぞれが、それぞれのスペクトル像が撮像部135の主走査方向に沿って投影されるように、光ファイバユニット120、回折格子133、および撮像部135を配置している。換言すれば、回折格子133による分光方向が、撮像部135の主走査方向に沿うように、光ファイバユニット120、回折格子133、および撮像部135を配置している。複数のラマン散乱光の一つに対応して撮像部135に形成されるスペクトル像が撮像部135の主走査方向に沿うように、出射端と回折格子133(分光素子)とが配置されていると換言される。また、回折格子133(分光素子)により分光された複数のラマン散乱光のスペクトル像のそれぞれは、副走査の方向に沿って撮像部135の異なる位置に投影されると換言される。これにより、撮像部135の受光面上に投影されるスペクトル像の信号を高速に読み出すことができ、識別処理のスループットを高めることができる。 In the present embodiment, the optical fiber unit 120 and the diffraction grating 133 are arranged so that each spectral image of each of the plurality of Raman scattered lights separated by the diffraction grating 133 is projected along the main scanning direction of the imaging unit 135 . , and an imaging unit 135 are arranged. In other words, the optical fiber unit 120 , the diffraction grating 133 , and the imaging section 135 are arranged such that the spectral direction of the diffraction grating 133 is along the main scanning direction of the imaging section 135 . The exit end and the diffraction grating 133 (spectroscopic element) are arranged so that the spectral image formed on the imaging unit 135 corresponding to one of the plurality of Raman scattered lights is along the main scanning direction of the imaging unit 135. is paraphrased. In other words, spectral images of a plurality of Raman scattered lights separated by the diffraction grating 133 (spectroscopic element) are projected onto different positions of the imaging unit 135 along the sub-scanning direction. As a result, the signal of the spectral image projected onto the light receiving surface of the imaging unit 135 can be read out at high speed, and the throughput of identification processing can be increased.

ここで、スペクトル像が撮像部135の主走査方向に対して大きく傾いている場合について考える。例えばスペクトル像が撮像部135の主走査方向に対して90°傾いている場合には、副走査方向の信号読み出しが完了しないとスペクトル像全体の信号の読み出しが完了せず、スループットが著しく低下する。また、行ごとに露光のタイミングがずれることで、1つのスペクトル像のスペクトルデータ中に、異なる検体190からのラマン散乱光による信号が混在してしまう可能性がある。このように、投影されるスペクトル像が撮像部135の主走査方向に対して大きく傾いていると、スペクトルデータの時間分解能が低下してしまう。 Here, consider a case where the spectral image is greatly tilted with respect to the main scanning direction of the imaging unit 135 . For example, when the spectrum image is tilted by 90° with respect to the main scanning direction of the imaging unit 135, the signal readout of the entire spectrum image is not completed unless the signal readout in the subscanning direction is completed, resulting in a significant drop in throughput. . In addition, there is a possibility that signals due to Raman scattered light from different specimens 190 are mixed in the spectral data of one spectral image due to the deviation of exposure timing for each row. In this way, if the projected spectrum image is greatly tilted with respect to the main scanning direction of the imaging unit 135, the time resolution of the spectrum data will be lowered.

したがって、スペクトル像の信号を高速に読み出し、スペクトルデータの時間分解能を向上させるためには、投影されるスペクトル像と撮像部135の主走査方向とがなす角を小さくすることが好ましい。例えば、スペクトル像と撮像部135の主走査方向とがなす角は、0°以上5°以下であることが好ましく、0°以上3°以下であることがより好ましい。また、1つのスペクトル像の全体が、より少ない行数の画素行に投影されることが好ましく、1つの画素行中に投影されることが最も好ましい。スペクトル像と撮像部135の主走査方向とが平行になるようにすることが、最も好ましい。 Therefore, it is preferable to reduce the angle between the projected spectral image and the main scanning direction of the imaging unit 135 in order to read out the signal of the spectral image at high speed and improve the time resolution of the spectral data. For example, the angle formed by the spectrum image and the main scanning direction of the imaging unit 135 is preferably 0° or more and 5° or less, and more preferably 0° or more and 3° or less. Also, an entire spectral image is preferably projected onto fewer rows of pixels, most preferably into one row of pixels. It is most preferable that the spectrum image and the main scanning direction of the imaging section 135 are parallel.

(データ処理部)
データ処理部140は、撮像部135からラマン散乱光のスペクトルデータを取得する。また、データ処理部140は、搬送ユニット150を駆動する駆動手段151へ駆動信号、停止信号を適宜送出する。また、データ処理部140は受信した測定データから検体190のラマンスペクトルを抽出し、分析することで、測定した検体190の種類を識別する識別処理を行う。識別手法としては、例えば特許文献3(特開2008-209128号公報)や特許文献4(特開平10-038807号公報)に記載されているような、ラマンスペクトルの特徴ピークや既知スペクトルとの照合によって実施することができる。データ処理部140は樹脂材種の識別に加えて、ラマンスペクトルの特定ピークの検出やデータベースとの照合によって添加物や不純物成分の特定など、ラマン分光法によって一般的に利用可能な解析を行うこともできる。なお、データ処理部140は、フラットパネルディスプレイのような表示部や、キーボードやマウス、タッチパネルのような入力部を備え、ユーザからの指示を受け付けたり、ユーザに情報を提供したりしてもよい。また、データ処理部140は、取得したスペクトルデータに対して、平滑化、スロープ補正、あるスペクトル範囲での画素データの加算、画素データ間の演算処理などの各種処理を行ってもよい。なお、データ処理部140の代わりに、これらのデータ処理手段としての機能を持たせたFPGAを用いてもよい。データ処理部140は、撮像部135からラマン散乱光のスペクトルデータを取得し、測定した検体190の種類を識別する識別処理を行えればよく、CPU、GPU等を備えるコンピュータが含まれる。データ処理部140は、必ずしもソフトウェアによる演算の実行を伴はないハードウェアで構成しても良い。
(Data processing unit)
The data processing unit 140 acquires spectral data of Raman scattered light from the imaging unit 135 . Further, the data processing section 140 appropriately sends a drive signal and a stop signal to the drive means 151 that drives the transport unit 150 . Further, the data processing unit 140 extracts the Raman spectrum of the specimen 190 from the received measurement data and analyzes it, thereby performing identification processing for identifying the type of the measured specimen 190 . As an identification method, for example, as described in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-209128) and Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-038807), characteristic peaks of Raman spectra and matching with known spectra can be implemented by In addition to identifying the resin material type, the data processing unit 140 performs commonly available analysis by Raman spectroscopy, such as identifying additives and impurity components by detecting specific peaks in the Raman spectrum and collating with databases. can also The data processing unit 140 may include a display unit such as a flat panel display and an input unit such as a keyboard, mouse, and touch panel, and may receive instructions from the user and provide information to the user. . The data processing unit 140 may also perform various processes such as smoothing, slope correction, addition of pixel data in a certain spectral range, arithmetic processing between pixel data, and the like on the acquired spectrum data. Instead of the data processing section 140, an FPGA having functions as these data processing means may be used. The data processing unit 140 may acquire spectral data of Raman scattered light from the imaging unit 135 and perform identification processing for identifying the type of the measured specimen 190, and includes a computer having a CPU, GPU, and the like. The data processing unit 140 may be configured with hardware that does not necessarily involve the execution of calculations by software.

(選別装置)
選別システム1は、識別装置100の識別結果に基づいて、検体190を選別する選別装置160を備えている。選別装置160は、エアガン駆動装置161と、搬送ユニット150の搬送方向に垂直な方向に配列された複数のエアガン162とを有する。本願明細書において、識別と選別は、以下のように異なる概念として用いている。識別は、検体の物質、または、検体の性質を特定し、選別は、検体の用途を特定することを意味する。検体の物質は、組成、主成分、含有物質等が含まれ、検体の性質は、密度、表面粗度、表面エネルギー、弾性率、線膨張係数等の物性値、特性値が含まれる。検体の用途は、廃棄、リサイクル、追加分析、等の処分、供給先に基づいて、篩い分けや、マーキングを行うことを含む。
(sorting device)
The sorting system 1 includes a sorting device 160 that sorts out the specimen 190 based on the identification result of the identification device 100 . The sorting device 160 has an air gun driving device 161 and a plurality of air guns 162 arranged in a direction perpendicular to the conveying direction of the conveying unit 150 . In this specification, identification and selection are used as different concepts as follows. Identification means specifying the substance of the sample or the nature of the sample, and sorting means specifying the use of the sample. The substance of the specimen includes composition, main components, contained substances, etc., and the properties of the specimen include physical values and characteristic values such as density, surface roughness, surface energy, elastic modulus, and coefficient of linear expansion. Specimen uses include disposal, recycling, further analysis, etc., sieving and marking based on destination.

データ処理部140は、上述の識別処理の結果に応じて、エアガン駆動装置161にエアガン駆動信号を送信する。このとき、エアガン駆動信号は搬送ユニット150の搬送時間、エアガン162のエア発射時間などを計算し、適当な遅延時間を与えてエアガン駆動信号を送信する。すなわち、データ処理部140は、選別装置と搬送ユニット150とを同期させる同期手段としての機能も有している。これにより、複数の検体190のうちの所望の検体190に対して、かかる検体190が落下している間に圧縮空気を当てることができる。 The data processing unit 140 transmits an air gun drive signal to the air gun drive device 161 according to the result of the identification process described above. At this time, the air gun driving signal calculates the transport time of the transport unit 150, the air firing time of the air gun 162, etc., gives an appropriate delay time, and transmits the air gun driving signal. That is, the data processing section 140 also functions as a synchronizing means for synchronizing the sorting device and the transport unit 150 . As a result, compressed air can be applied to a desired specimen 190 among the plurality of specimens 190 while the specimen 190 is falling.

選別カゴ163は、搬送ユニット150に対して搬送方向220の下流側に配置されている。搬送ユニット150によって搬送された検体190は搬送ユニット150の端部から飛び出して落下し、選別カゴ163に入る。選別カゴ163は複数の小部屋に仕切られており、選別装置による選別を受けて、種類ごとに検体190を収容する。 The sorting basket 163 is arranged downstream of the transport unit 150 in the transport direction 220 . The sample 190 transported by the transport unit 150 jumps out from the end of the transport unit 150 and falls into the sorting basket 163 . The sorting basket 163 is partitioned into a plurality of small compartments, and receives samples 190 sorted by the sorting device and accommodates the specimens 190 by type.

本実施形態においては、エアガン162は、エアガン駆動信号がONのときに圧縮空気を発射することによって、識別装置100の識別結果に基づき、選別の対象となる検体を搬送方向上流側に向かって打ち落とす。これにより、かかる選別の対象となる検体は選別カゴ163の搬送方向上流側に配置された小部屋に収容される。 In this embodiment, the air gun 162 ejects compressed air when the air gun drive signal is ON, and shoots down the sample to be sorted toward the upstream side in the transport direction based on the identification result of the identification device 100. . As a result, the samples to be sorted are housed in a small room arranged on the upstream side of the sorting basket 163 in the transport direction.

これにより、選別装置160は、識別装置100の識別結果に応じて、樹脂片を含む検体190を選別することができる。なお、上述の選別装置は一例であり、これに限定されるものではない。選別装置として、例えばロボットハンドなどの他の選別装置を採用してもよい。 Thereby, the sorting device 160 can sort out the specimen 190 including the resin piece according to the identification result of the identification device 100 . Note that the sorting device described above is merely an example, and the present invention is not limited to this. As the sorting device, for example, other sorting device such as a robot hand may be employed.

また、搬送ユニット150によって搬送される複数の検体190を整列させる整列手段や、複数の検体190の形状や粒度を均一になるように調整する前処理手段を、搬送ユニット150の上流側に設けてもよい。整列手段や前処理手段としては、例えば、振動コンベアや振動篩機、破砕粒調機等を用いることができる。 Further, aligning means for aligning the plurality of specimens 190 conveyed by the conveyance unit 150 and pretreatment means for adjusting the shape and particle size of the plurality of specimens 190 to be uniform are provided upstream of the conveyance unit 150. good too. As the aligning means and the pretreatment means, for example, a vibrating conveyor, a vibrating sieve machine, a crushing and granulating machine, and the like can be used.

上述のように、本実施形態では、光ファイバユニット120を用いて分光器部分を集積化し、複数のスペクトル像を撮像部135によってまとめて検出することで、樹脂識別装置の装置構成を単純化している。また、複数のスペクトル像が撮像部135の主走査方向に沿うように投影されるようにすることで、識別処理のスループットを高めることができる。 As described above, in this embodiment, the optical fiber unit 120 is used to integrate the spectroscope portion, and the imaging unit 135 collectively detects a plurality of spectral images, thereby simplifying the device configuration of the resin identification device. there is Further, by projecting a plurality of spectral images along the main scanning direction of the imaging unit 135, it is possible to increase the throughput of identification processing.

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the following claims are included to publicize the scope of the invention.

本願は、2017年12月8日提出の日本国特許出願特願2017-236226を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-236226 filed on December 8, 2017, and the entire description thereof is incorporated herein.

100 識別装置
110 採光ユニット
121 光ファイバ
133 分光素子(回折格子)
135 撮像部
140 データ処理部
100 identification device 110 lighting unit 121 optical fiber 133 spectral element (diffraction grating)
135 imaging unit 140 data processing unit

Claims (18)

検体からの光を分光することに前記検体に含まれている成分を識別する識別ユニットであって、
前記検体からのラマン散乱光を採光する採光ユニットと、
採光された前記ラマン散乱光を導光する導光手段と、
導光された前記ラマン散乱光を分光する分光素子と、分光された前記ラマン散乱光を受光するように配置され主走査と前記主走査の方向と交差する方向において前記主走査より低い周波数で走査される副走査とにより撮像する撮像部と、を有し
前記ラマン散乱光の一つに対応して前記撮像部に形成されるスペクトル像が前記主走査方向に沿うように前記撮像部に投影されることを特徴とする識別ユニット。
An identification unit that identifies components contained in the specimen by spectroscopy of light from the specimen,
a lighting unit that collects Raman scattered light from the specimen;
light guiding means for guiding the collected Raman scattered light;
a spectroscopic element that disperses the guided Raman scattered light; an imaging unit that captures images by sub-scanning at a low frequency ,
An identification unit, wherein a spectral image formed on the imaging section corresponding to one of the Raman scattered lights is projected onto the imaging section along the main scanning direction.
前記撮像部は、エリアイメージセンサであることを特徴とする請求項1に記載の識別ユニット。 2. The identification unit according to claim 1, wherein the imaging section is an area image sensor. 前記エリアイメージセンサは、CMOSイメージセンサであることを特徴とする請求項2に記載の識別ユニット。 3. The identification unit according to claim 2, wherein said area image sensor is a CMOS image sensor. 前記スペクトル像の投影方向と前記主走査方向とがなす角は、0°以上5°以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の識別ユニット。 4. The identification unit according to claim 1, wherein the angle formed by the projection direction of the spectrum image and the main scanning direction is 0[deg.] or more and 5[deg.] or less. 前記導光手段は前記ラマン散乱光を前記分光素子に向けて導光する出射端を有する請求項1乃至のいずれか1項に記載の識別ユニット。 5. The identification unit according to any one of claims 1 to 4 , wherein said light guide means has an output end that guides said Raman scattered light toward said spectroscopic element . 記採光ユニットは、前記検体に光を照射する照明光学系を備えていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の識別ユニット。 The identification unit according to any one of claims 1 to 5 , wherein the lighting unit includes an illumination optical system that irradiates the specimen with light. 前記撮像部のシャッタ方式は、ローリングシャッタ方式であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の識別ユニット。 7. The identification unit according to any one of claims 1 to 6 , wherein a shutter system of said imaging section is a rolling shutter system. 前記撮像部のリセット方式は、ローリングリセット方式であることを特徴とする請求項に記載の識別ユニット。 8. The identification unit according to claim 7 , wherein a reset method of said imaging unit is a rolling reset method. 記撮像部から前記ラマン散乱光のスペクトルデータを取得し、前記検体に含まれる樹脂を識別する識別処理を行うデータ処理部、さらに有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の識別ユニット 9. The data processing unit according to any one of claims 1 to 8, further comprising a data processing unit that acquires spectral data of the Raman scattered light from the imaging unit and performs identification processing for identifying resin contained in the specimen. identification unit . 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の識別ユニットと、
前記採光ユニットが採光可能な位置に前記検体が載置される載置部と、をさらに有する識別装置。
an identification unit according to any one of claims 1 to 9;
The identification device further comprising a placing section on which the specimen is placed at a position where the light-receiving unit can receive light.
前記載置部は、前記検体が搬送される搬送面を有し前記検体を所定の搬送方向に搬送する搬送ユニットを含むことを特徴とする請求項10に記載の識別装置。 11. The identification device according to claim 10 , wherein the mounting section includes a transport unit that has a transport surface on which the sample is transported and transports the sample in a predetermined transport direction. 前記分光素子の数および前記撮像部の数は、前記採光ユニットの数よりも少ないことを特徴とする請求項10または11に記載の識別装置。 12. The identification device according to claim 10 , wherein the number of said spectroscopic elements and the number of said imaging units are smaller than the number of said lighting units. 前記採光ユニットと前記導光手段は、複数の前記検体に対応する複数のラマン散乱光を前記分光素子に導光するように、前記分光素子に対して、それぞれ複数設けられている請求項12に記載の識別装置。13. According to claim 12, wherein a plurality of said light collection units and said light guide means are provided for said spectroscopic element so as to guide a plurality of Raman scattered lights corresponding to a plurality of said specimens to said spectroscopic element. Identification device as described. 前記複数の導光手段の出射端側において、前記複数の導光手段は列状に配置されている部分を有することを特徴とする請求項12または13に記載の識別装置14. The identification device according to claim 12 , wherein the plurality of light guide means has a portion arranged in a row on the output end side of the plurality of light guide means . 前記分光素子により分光された前記複数のラマン散乱光のスペクトル像のそれぞれは、前記副走査の方向において前記撮像部の異なる位置に投影されることを特徴とする請求項14に記載の識別装置15. The identification device according to claim 14 , wherein the spectral images of the plurality of Raman scattered lights separated by the spectroscopic element are projected at different positions of the imaging section in the sub-scanning direction. 前記複数の採光ユニットは、前記搬送方向と交差する搬送幅方向において互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項14または15に記載の識別装置。 16. The identification device according to claim 14 , wherein the plurality of lighting units are arranged at different positions in a transport width direction that intersects with the transport direction. 前記複数の採光ユニットは、前記搬送方向において互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項14乃至16のいずれか1項に記載の識別装置。 17. The identification device according to any one of claims 14 to 16, wherein the plurality of lighting units are arranged at positions different from each other in the transport direction. 請求項14乃至17のいずれか一項に記載の識別装置と、
前記搬送ユニットの前記搬送方向の下流側に配置され、前記識別装置の識別結果に基づいて前記検体を選別する選別装置と、
を有することを特徴とする選別システム。
an identification device according to any one of claims 14 to 17 ;
a sorting device arranged downstream of the transport unit in the transport direction and sorting the specimen based on the identification result of the identification device;
A sorting system comprising:
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