JPH0618408A - 拡散反射光計測用光学系及び反射分光計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体からの反射光から、被検体の品質、特
性を反映した拡散反射光のみをとり出すことのできる拡
散反射光計測用光学系、及びこの光学系によりとり出し
た拡散反射光から被検体の品質、特性を高い精度で計測
することのできる反射分光計測装置を提供すること。 【構成】 光源装置からの光から所定方向の直線偏光を
つくり被検体に向けて照射し、且つ被検体からの反射光
のうちからこの照射した直線偏光と光波の振動方向が異
なる方向の直線偏光をとり出してこの光を検出するこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体、例えば果物、
野菜などの農産物、その他の植物、材木、食肉、或いは
医薬品、岩石、等の品質、特性を、非破壊的に測定する
ために、被検体に光を照射すると共に、この被検体から
の反射光から、被検体の品質、特性を反映した光のみを
とり出す拡散反射光計測用光学系、及びこの光学系を用
いた反射分光計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検体からの反射光を測定するこ
とにより、その被検体の品質、特性を調ベる方法は、被
検体の種類に応じて可視光、近赤外光又はその他の波長
領域の光を用いて行われており、例えば、近赤外光を用
いたものとして図３に示される構成のものが基本的なも
のとしてある。

【０００３】この従来の装置は、偏光していない自然光
を被検体に照射し、その反射光の分光分析から被検体の
品質、特性等を調ベるものであり、非接触且つ非破壊で
被検体の品質、特性を調ベることができるため、農産
物、食肉、岩右等を取扱う分野において広く利用されて
いる。

【０００４】この反射光は被検体表面から鏡面反射され
た成分と、被検体表面または内部において散乱及び／又
は拡散反射（以下、本明細書では「散乱及び／又は拡散
反射」を単に「拡散反射」と略記する。）された成分か
ら構成される。このうち、被検体の品質、特性を反映し
ているのは後者であり、これを有効に検出することが品
質、特性を評価する上で重要であるが、従来のものにお
いては、この２つを分離しないで検出を行っていた。

【０００５】―方、鏡面反射光の検出を避けるために、
鏡面反射の発生する角度を外して反射光を計測すべく反
射光のとり出し方向を設定することも公知の方法として
行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図３に示す従来の
装置では、検出装置により検出される反射光が拡散反射
光だけでなく鏡面反射光を含むため、鏡面反射の多い被
検体については、検出された光の中に、被検体の品質、
特性を反映した拡散反射光の成分の占める割合が低くな
り、品質、特性を反映した高いレベルのデータを得るこ
とができないという欠点があった。

【０００７】また、鏡面反射の発生する角度を外して反
射光を計測すべく、反射光のとり出し方向を設定する従
来の方法は、被検体表面の状態によっては、鏡面反射を
確実に遮けるような正確な設定は困難であり、しかも被
検体が移動している場合では鏡面反射を避けることは―
層困難であって、これらいずれの場合もやはり鏡面反射
光により拡散反射光の成分の占める割合が低くなり、結
局、被検体の品質、特性を高い精度で測定することがで
きないという欠点があった。

【０００８】この発明が解決しようとする課題は、被検
体からの反射光から、該被検体の品質、特性を反映しな
い鏡面反射光を除去し、品質、特性を反映した拡散反射
光のみをとり出すことのできる拡散反射光計測用光学
系、及びこの光学系でとり出した拡散反射光から、被検
体の品質、特性を高い精度で計測することのできる反射
分光計測装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、光波の振動方向が所定方向の直線偏光を
被検体に照射すると、被検体からの反射光のうち鏡面反
射光は偏光が解消されず、入射光と光波の振動方向が同
一の直線偏光となるが、被検体表面又は内部において拡
散反射された拡散反射光は偏光が解消され、入射光と光
波の振動方向が異なる方向の偏光成分を有することに着
目し、以下の如く構成したものである。即ち、本発明の
拡散反射光計測用光学系は、光を被検体に照射するため
の光源装置と、この光源装置からの光から所定方向（光
波の振動方向が所定方向）の直線偏光をつくり被検体に
向けて照射し、且つ被検体からの反射光のうちから該照
射した直線偏光と光波の振動方向が異なる方向の直線偏
光をとり出す偏光ビームスプリッタと、を設けたことを
特徴とするものである。

【００１０】次に、本発明の反射分光計測装置の発明の
一つは、光を被検体に照射するための光源装置と、この
光源装置からの光から所定方向の直線偏光をつくり被検
体に向けて照射し、且つ被検体からの反射光のうちから
該照射した直線偏光と光波の振動方向が異なる方向の直
線偏光をとり出す偏光ビームスプリッタと、この偏光ビ
ームスプリッタからの直線偏光を分光する分光器と、こ
の分光後の光を検出する検出装置と、を備えたことを特
徴とするものである。

【００１１】次に、本発明の反射分光計測装置の発明の
他の一つは、光を被検体に照射するための光源装置と、
この光源装置からの光を分光して所定波長帯の光をとり
出す分光器と、この分光器からの所定波長帯の光から所
定方向の直線偏光をつくり被検体に向けて照射し、且つ
被検体からの反射光のうちから該照射した直線偏光と光
波の振動方向が異なる方向の直線偏光をとり出す偏光ビ
ームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタからの直
線偏光を検出する検出装置と、を備えたことを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】本発明においては、光源装置からの光は、偏光
ビームスプリッタによりスプリットされ、光波の振動方
向が所定方向の直線偏光がつくられてこの直線偏光が被
検体に照射される。この直線偏光の照射により被検体か
ら反射される反射光は、被検体表面において鏡面反射さ
れた鏡面反射光と、被検体表面又は内部で拡散反射され
た拡散反射光とからなるが、このうち鏡面反射光は偏光
が解消されず入射光と光波の振動方向が同一の直線偏光
として反射され、一方の拡散反射光は偏光が解消されて
入射光と光波の振動方向が異なる方向の偏光成分を有し
て反射される。この２つの成分を含んだ反射光は、再び
同じ光路をたどり前記偏光ビームスプリッタに再び入射
する。そして、この偏光ビームスプリッタにより、反射
光のうちから前記照射した直線偏光と光波の振動方向が
異なる一定方向の直線偏光がとり出される。これによ
り、被検体からの反射光のうちから鏡面反射光が分離除
去され、拡散反射光のみを検出することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図１の図面
に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明による反射分光計測装置の例
を示すものであり、１は光源装置であり、該光源装置１
は、可視光及び／又は近赤外光、又はその他の波長領域
の光を被検体３に照射するためのもので、好ましくは、
近赤外光を少なくとも含む光を発するものがよく、例え
ばハロゲンランプや白熱電球等が用いられる。

【００１５】２は偏光ビームスプリッタであり、この偏
光ビームスプリッタ２は、２個のプリズムの４５゜カッ
ト面に薄膜２′を真空蒸着して再び組み合わせたもの
で、入射した光を薄膜２′表面により反射及び透過させ
るものであるが、Ｐ偏光成分の光に対しては薄膜２′表
面がブリュ―スター角（偏向角）になっているので反射
率が殆ど０％となり、このＰ偏光成分の光は薄膜２′を
透過して直線偏光として直進するようになっている。他
方、Ｓ偏光成分の光については薄膜２′表面で反射して
直線偏向としてとり出されるようになっている。尚、こ
の薄膜２′は多層膜になっており干渉作用により反射率
が高くなるようにされている。

【００１６】上記の如く、偏光ビームスプリッタ２は、
薄膜２′の干渉作用とブリュースター角の効果により、
少ない光損失で直線偏光を得ることができるものであ
り、更に、薄膜の設計により種々の波長範囲に適用で
き、しかも口経の大きなものを製作することが可能なも
のである。そしてこの偏向ビームスプリッタ２は、光源
装置１からの光を受けてこの受けた光のうちＰ偏光成分
の直線偏光を光吸収部２４に向けて直進させ、Ｓ偏光成
分の直線偏光を被検体３に照射し、且つこの被検体３か
らの反射光を受けてこの反射光のうちから、鏡面反射光
がすべて含まれるＳ偏光成分の光を薄膜２′表面により
反射させて光源装置１の方向に放出し、被検体３に照射
した直線偏光と光波（電気ベクトル）の振動方向が異な
る力向のＰ偏光成分の直線偏光をとり出すようになって
いる。

【００１７】実施例では、Ｓ偏光成分の直線偏光を被検
体３に照射して、この被検体３からの反射光からＰ偏光
成分の直線偏光をとり出す如く構成したが、それぞれの
直線偏向はＰとＳとが逆であってもよい。

【００１８】即ち、Ｐ偏光成分の直線偏光を被検体３に
照射して、この被検体３からの反射光からＳ偏光成分の
直線偏光をとり出すようにしてもよい。

【００１９】尚、Ｓ偏光成分とは、入射面に対して光波
（電気ベタトル）の振動方向が垂直な偏光成分であり、
Ｐ偏光成分とは入射面に対して光波の振動方向が平行な
偏光成分である。又、本実施例では、偏光ビームスプリ
ッタ２に入射する光は、図示しない集光レンズ及びレン
ズ２１により、またレンズ２２によりほぼ平行な光とな
って入射するようにしている。

【００２０】被検体３は農産物又は食肉、或いは岩石な
どであるが、図例では青果物が用いられている。

【００２１】４は分光器であり、前記偏光ビームスプリ
ッタ２と後述する検出装置５との光路途中に設けられ、
偏光ビームスプリッタ２によりとり出された前記直線偏
光を分光して、近赤外領域における特定の波長範囲の光
をとり出すようになっている。この分光器４は回折格子
型の分光器又はプリズム型の分光器を用いるのが好まし
いが、狭い帯域の光をとり出す干渉フィルタ等を用いる
こともできる。

【００２２】５は検出装置であり、前記分光器４により
とり出された光を受光して電気信号に変換するものであ
る。

【００２３】尚、前記分光器４及び検出装置５につい
て、図例及び上記説明は、分光器４を偏光ビームスプリ
ッタ２と検出装置５との光路途中に設けていわゆる後分
光方式とし、分光器４によりとり出された光を検出装置
５により検出するという本発明の請求項２でのものであ
るが、本発明の請求項３の発明では、分光器４の配置位
置を請求項２の発明とは異ならせ、光源装置１と偏光ビ
ームスプリッタ２との光路途中（レンズ２１よりも光源
装置１側）に設けていわゆる前分光方式とし、分光器４
は、光源装置１からの光を分光して所定波長帯の光をと
り出し偏光ビームスプリッタ２に向けるようになってお
り、検出装置５は偏光ビームスプリッタ２からの直線偏
光を検出するようになっている。２３はレンズである。
レンズ２１，２２，２３の他に、レンズは光路途中の適
所に必要に応じて適宜な種類のものを用いることができ
る。尚、図示しないが光路途中の適所に反射鏡を用いる
こともできるものである。

【００２４】以上のように構成された反射分光計測装置
によれば、光源装置１から照射された光が偏光ビームス
プリッタ２に入射すると、偏向ビームスプリッタ２によ
り、光波の振動方向が所定方向の直線編光がつくられて
この直線偏光が被検体３に照射される。この被検体３か
らの反射光は、被検体表面において鏡面反射された鏡面
反射光と、被検体表面又は内部で拡散反射された拡散反
射光とからなるが、このうち被検体３の品質、特性を反
映しているのは拡散反射光であり、鏡面反射光は品質、
特性を反映していない。ところが、この鏡面反射光は偏
光解消がおきず、入射光と光波の振動方向が同一の直線
偏光として反射され、一方拡散反射光は偏光が解消され
て入射光と光波の振動方向が異なる方向の偏光成分を有
して反射される。

【００２５】この２つの成分を含んだ反射光は、再び同
じ光路をたどり偏光ビームスプリッタ２に入射される。
前記２つの成分を含んだ光が入射されると、偏向ビーム
スプリッタ２は、反射光のうちから前記照射した直線偏
光と光波の振動方向が異なる一定方向の偏光成分のみを
分光器４に（又は検出装置５に直接）向けるべくとり出
す。これにより、被検体３からの反射光のうちから鏡面
反射光が分離除去され拡散反射光のみをとり出すことが
できる。この拡散反射光は、本発明の請求項２の発明で
は、分光器４により特定の波長範囲の光に分光され、こ
の分光された光が検出装置５により検出されて電気信号
に変換される。本発明の請求項３の発明では、上記の如
くとり出された拡散反射光は検出装置５により検出され
て電気信号に変換される。こうしてこれらいずれの発明
においても、被検体３の品質、特性を反映した高いレベ
ルのデータを得ることができる。

【００２６】図２は、本発明の反射分光計測装置Ａを用
いて構成した青果物の選別装置を示す平面図であるが、
これについて簡単に説明する。尚、反射分光計測装置Ａ
は本発明の請求項２の発明を適用したものとして説明す
る。

【００２７】６はコンベアであり、被検体３が載置され
たトレイ７を一列で搬送するようになっている。

【００２８】このコンベア６の搬送路の側方所定位置に
は、反射分光計測装置Ａを配設しており、この反射分光
計測装置Ａは、コンベア６によって搬送されてくるトレ
イ７上の被検体３が所定位置に達すると、光源装置１か
らの光から偏光ビームスプリッタ２により所定方向の直
線偏光を被検体３に照射すると共に、被検体３からの反
射光のうちから該照射した直線偏光と光波の振動方向が
異なる方向の直線偏光をとり出し、この直線偏光を分光
器４により特定の波長範囲の光に分光して検出装置５に
送り、検出装置５では前記分光された光を検出し電気信
号に変換して後述する演算処理手段８へ送るようになっ
ている。

【００２９】演算処理手段８は、演算手段９、判定手段
１０、設定手段１１、出力手段（仕分制御装置）１２、
表示手段１３から概略構成されており、演算手段９は前
記検出装置５からの電気信号が入力されると、特定波長
の反射率が算出されてその算出結果が判定手段１０に送
られる。判定手段１０は、前記反射率の算出結果から、
設定手段１１に設定されている品質、特性に関するデー
タに基づき、被検体３の品質、特性を判定し、その判定
結果を出力手段１２と表示手段１３に送るようになって
いる。尚、この設定手段１１に設定されている品質、特
性に関するデータは、例えば、品質、特性の判明してい
る標準青果物についての熟度又は糖度域いは硬度に関す
るデータ（モデル式等）とすることができる。

【００３０】出力手段１２は、コンベア６の所定移動量
に対して出力されるクロック信号発信器１４からの信号
を入力しており、この信号と前記判定手段１０からの判
定結果とに基づき、仕分け排出信号を該当する排出作動
装置１５へ出力する。これにより、該当する被検体３が
搬送されてきたとき、所定位置の排出作動装置１５が作
動して被検体３をトレイ７ごと排出コンベア１６上へ仕
分け排出する。

【００３１】表示手段１３は、判定手段１０から送られ
てくる判定結果に応じて所定の表示をするもので、図例
の如く演算処理手段８の一部に設けられる場合と、図示
しないが演算処理手段８とは別個に設けられる場合とが
ある。

【００３２】１７は被検体検出手段であり、検出装置５
からの電気信号を演算手段９において所定時間とり込む
ために、被検体３を検知したとき演算手段９に信号を出
力するようになっている。

【００３３】以上の如く、本発明の反射分光計測装置Ａ
を青果物の選別装置に用いることにより、コンベア６上
で搬送される被検体３としての青果物は、その内部の特
性、品質が非破壊で正確に検査され、所定の仕分けを行
なうことができる。

【００３４】尚、図示しないがカメラ装置など、撮像手
段を組み合わせて、青果物の外観上の品質を計測してよ
り高いレベルの選別を行うこともできる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上述ベた如く、光源装置か
らの光から所定方向の直線偏光をつくり被検体に向けて
照射すると共に、被検体からの反射光のうちから該照射
した直線偏光と光波の振動方向が異なる方向の直線偏光
をとり出してこの光を検出するようにしたものであるか
ら、被検体からの反射光のうちから被検体の品質、特性
を反映しない鏡面反射光を分離除去して、被検体の品
質、特性を反映した拡散反射光のみを検出できるので、
被検体の品質、特性を反映した高いレベルのデータを得
ることができるという効果がある。

【００３６】また、偏光ビームスプリッタを用いること
により、光学系の調整を簡略にすることができると共
に、計測に大きな口径（最大１００ｍｍ程度）が要求さ
れる場合でもこの要求を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射分光計測装置の実施例を示す
概略図である。

【図２】本発明による反射分光計測装置を用いて構成し
た青果物選別装置の平面図である。

【図３】従来の近赤外反射分光計測装置のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１：光源装置 ２：偏光ビームス
プリッタ ３：被検体 ４：分光器 ５：検出装置 ６：コンベア ７：トレイ ８：演算処理手段 ９：演算手段 １０：判定手段 １１：設定手段 １２：出力手段 １３：表示手段 １４：クロック信号
発信器 １５：排出作動装置 １６：排出コンベア １７：被検体検出手段 ２１，２２，２３：
レンズ ２４：光吸収部 ２′：薄膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を被検休に照射するための光源装置
   と、この光源装置からの光から所定方向の直線偏光をつ
   くり被検体に向けて照射し且つ被検体からの反射光のう
   ちから該照射した直線偏光と光波の振動方向が異なる方
   向の直線偏光をとり出す偏光ビームスプリッタとを設け
   たことを特微とする拡散反射光計測用光学系。
2. 【請求項２】 光を被検体に照射するための光源装置
   と、この光源装置からの光から所定方向の直線偏光をつ
   くり被検体に向けて照射し且つ被検体からの反射光のう
   ちから該照射した直線偏光と光波の振動方向が異なる方
   向の直線偏光をとり出す偏光ビームスプリッタと、この
   とり出した直線偏光を分光する分光器と、この分光後の
   光を検出する検出装置とを備えたことを特徴とする反射
   分光計測装置。
3. 【請求項３】 光を被検体に照射するための光源装置
   と、この光源装置からの光を分光して所定波長帯の光を
   とり出す分光器と、この分光器からの所定波長帯の光か
   ら所定方向の直線偏光をつくり被検体に向けて照射し且
   つ被検体からの反射光のうちから該照射した直線偏光と
   光波の振動方向が異なる方向の直線偏光をとり出す偏光
   ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタからの
   直線偏光を検出する検出装置とを備えたことを特徴とす
   る反射分光計測装置。