JPH0843299A

JPH0843299A - 成分分析計の光学的測定装置

Info

Publication number: JPH0843299A
Application number: JP17676694A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Noji; 浩野地
Original assignee: KET KAGAKU KENKYUSHO KK
Current assignee: KET KAGAKU KENKYUSHO KK
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】試料容器中に詰め込まれた試料の詰め具合の
不均一のために生ずる、測定光の光軸が試料中を通る位
置の違いによる測定値の誤差を極力小さくする。【構成】光源から放射された光の光軸を横切るよう
に、試料を収容する試料容器を駆動機構によって断続的
に移動させ、その断続的な移動中の複数個の停止位置で
試料容器中の試料の異なる部分における透過光を検出器
で検出して、それら複数個の検出値を平均して試料の測
定値とするようにした成分分析計の光学的測定措置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、穀物等に含有される化
学成分を定量的に分析する成分分析計の光学的測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の成分分析計としての近赤外成分
分析計は、穀類等に含有される複数種の蛋白質、澱粉
質、アミロース、脂肪酸等の含有率を測定するために、
各測定成分毎に相互に異なる特定波長の近赤外光を必要
とする。

【０００３】被測定試料を所要の波長の光で測定する場
合、通常は試料中の１部分について光学的測定が行われ
るだけであるから、試料を試料容器に詰め込んでこれを
測定位置に配置して試料の光学的測定を行うと、試料の
詰まり具合の違いと測定光の通過位置の違いに依存して
実効的な試料内透過距離に差異を生じる。このため、測
定結果に誤差が生じその再現性がよくない結果となる。
このため、同一試料を複数回にわたり試料容器に詰め替
えて、その詰め替え毎に複数回の測定を行い、それら測
定値の平均値を採用するようにすることも考えられる。
しかしながら、このような方法では、手間と時間が掛か
るばかりでなく、時間の経過と共に光源等にドリフトが
生じるので好ましい測定方法とはいえない。

【０００４】光源からの測定光は、試料中に入射される
と非常に大きく拡散されて試料容器の側面や上下面で反
射され、それら反射光が検出器に入射されて測定誤差の
原因となることが多い。このため、光源から試料への入
射光はなるべく細い光ビームに絞るのがよい。しかし、
細い光ビームを用いると前述のとおり試料容器への試料
の詰まり具合が試料容器内全体にわたって必ずしも均一
ではないので、その光ビームの通過位置に依存して測定
値に差違を生ずる。

【０００５】また、試料容器の微小な傾きの違いにより
試料へ入射される光量が変化するので、これに起因して
も測定値に誤差を生ずる。

【０００６】一般に米や麦の光の透過率は透過光路長に
もよるが９００〜１１００ｎｍの波長の光で９００分の
１程度であるから、測定位置に試料が設置されていると
きとそうでないときとで、検出器に入射される光量に大
幅な差異が生じる。このため検出器が飽和しないよう
に、光検出回路のダイナミックレンジを非常に大きくす
ることが必要となる。しかし、そのようなダイナミック
レンジを実現することは困難であり費用もかかる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、試料
容器中に詰め込まれた試料の試料容器中の位置による詰
め具合の違いにより生ずる測定値の誤差を極力少なくす
るようにした成分分析計の光学的測定装置を提供するこ
とにある。

【０００８】本発明の他の目的は、試料容器が測定光の
光路から離脱されたときに、検出器に強い光が直接入射
されないようにすると共に、光学系と検出器系統の光学
的特性の校正を行い得るようにした成分分析計の光学的
測定装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明による
成分分析計の光学的測定装置によれば、光源から放射さ
れた光を試料中に集光させ、その試料を収容する試料容
器を断続的に複数段階にわたって光軸と垂直な方向に移
動させ、その断続的移動中の各静止段階において光学的
測定値を検出し、それら複数段階における複数個の測定
値の平均値をもって試料に対する測定値として採用する
ようにしている。これにより、試料の試料容器内での部
分的な詰まり具合の不均一による測定誤差を少なくする
ようにすると共に、試料容器を測定光の光軸に垂直に配
置してその光軸と垂直な方向に移動させるようにして試
料容器を常に光軸に対し垂直な角度に保持し、試料容器
の配置角度の違いによる測定誤差を減少させている。

【００１０】本発明の他の態様によれば、試料容器が測
定光の光路から離脱されたときに、試料容器に連動して
光学的標準板が光源と検出器との間に介在されるように
構成して光源の強い光が直接に検出器に入射されないよ
うにして、検出回路のダイナミックレンジを大きく保持
する考慮をする必要がないようにすると共に、試料の吸
光度に近い値の既知の吸光度の光学的標準板を用いるこ
とにより光学系と検出系の光学的特性の校正を行うこと
ができるようにしている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

【００１２】図３は、本発明に係わる成分分析計の外観
図を示す斜視図である。同図において、５０は試料容器
を挿入するための試料投入口、５１はその投入口に試料
容器が投入された後に蓋をして光の侵入を防止する遮光
蓋、５２は成分分析計の動作に必要に種々の情報を入力
するためのキーシート、５３は測定開始を指示するため
の測定スイッチ、５４は測定条件や測定結果等を表示す
るための表示部、５５はその表示部の表示コントラスト
を調整するためのつまみである。

【００１３】図１は成分分析計の内部構成を概略的に示
した構成図である。同図において、基台１に直立枠２を
載置し、この直立枠２の側面に筒体３を固定する。金属
ブロック４、５が筒体３の左内側に固定され、その筒体
の左端部には蓋体７が取り付けられている。金属ブロッ
ク４の中央開口部には、複数個の赤外発光ダイオード
（ＩＲＥＤ）からなる光源、すなわちＩＲＥＤアレー
９、９が支持基板１０によって取り付けられている。各
ＩＲＥＤの前方側に所要の特定波長のみを透過させるた
めの干渉フィルタまたはバンドパスフィルタ１１、１１
がＯリングを介して設置され、これらフィルタをフレネ
ルレンズ１２により固定している。このＯリングは緩衝
および遮光の役割を果たすものである。金属ブロック４
と５との間の空間にはＩＲＥＤ９を駆動するための電気
回路基板１４が配置され、この基板１４とＩＲＥＤアレ
ーを配線束１３で接続されている。金属ブロック４、５
はＩＲＥＤアレー９から発生される熱を吸収して筒体３
に放熱するヒートシンクの機能を有する。

【００１４】直立枠２の左側開口部の筒体３内には、中
央部に貫通口を有する支持体１６が固定されている。こ
の貫通口に３枚の半透明板１７、１８、１９が固定され
ている。各ＩＲＥＤ９から発光され干渉フィルタ１１で
単一の波長にされてフレネルレンズ１２で一点Ｐに集光
された近赤外光は、これら半透明板１７−１９で分散０
せつつ透過され、全体として各近赤外光の水平方向の強
度が最も強くなる。

【００１５】図１と図２において、直立枠２の内側に
は、２本のネジ棒２１、２２と螺合された上下動部材２
３が備えられている。各ネジ棒はそれぞれ上下に軸受２
４−２７を有し、モータ２８で減速歯車２９、２９を介
して駆動される。モータ２８の回転方向に従って、上下
動部材２３は上または下へ移動する。この上下動部材は
後述のように断続的に複数段階にわたって移動制御され
るようになっている。上下動部材２３の上には、光軸に
垂直な対向面が平行な透明部材で形成された試料容器３
０が載置され、その上下動部材と共に上下動されるよう
になっている。図２において上下動部材２３の右寄り側
には、試料容器内の温度を測るためのサーミスタ素子３
１が直立されている。このサーミスタ素子が貫通される
位置に対応して試料容器３０の底部に２つの貫通口３
２、３２を対象的に設け、試料容器がどちらの向きに挿
入されてもサーミスタ素子に衝突することなく上下動部
材上に載置できるようにしている。

【００１６】図示では、上下動部材２３は上方に位置さ
れた状態にあるが、モータ２８を駆動して上下動部材２
３を図２の破線で示す位置２３’近辺まで移動させた後
にその近辺で断続移動させて、試料容器３０が異なる位
置P(1)〜P(2)で光軸Ｌを順次に横切るようにすることが
できる。この移動動作はモータ２８の回転量を制御する
ことによって、試料容器３０を複数段階に断続的に下降
させるもので、各段階の静止位置毎に試料の吸光度を検
出し、それら検出値の平均値を所要の測定値として採用
するようにすることができる。

【００１７】図１における直立枠２の右側には光軸Ｌを
中心とするような開口が形成され透明ガラス３４が嵌め
込まれている。その右側には上下方向に幅広の溝３５が
形成され、その溝に沿って上下動できる摺動部材３６が
嵌合されている。摺動部材３６は比較的大きな開口を有
しその開口を閉じるように光学的標準板（ＮＤフィル
タ）３７が取り付けられている。光学的標準板は、光軸
の部分から試料が取り除かれているとき光軸上に位置さ
れ、光学系と光検出回路の校正のために利用されると共
に検出器へ強い光がそのまま入射しないように作用する
もので、試料の吸光度と同程度の既知の吸光度を有する
吸光板である。溝３５は光軸上に開口部を有する板材３
８で蓋をする。

【００１８】摺動部材３６は左右両側に図示されていな
い一対の突起を有し、それら突起は、直立枠２に形成さ
れた垂直方向に長い２つのスロットをそれぞれ貫いて上
下動部材２３に係止されている。従って、摺動部材３６
は上下動部材２３の移動と共に上下動するようになって
おり、試料容器３０が測定開始前の上方位置にあるとき
と、測定終了後に上方位置に戻されたときの両方におい
て、光学的標準板による校正用の標準値を検出器で検出
することができる。なお、上下動部材２３はその下面に
半円弧状の切欠部４０を備えており、近赤外光を通り易
くしてある。

【００１９】光軸Ｌの延長上の板材３８の開口部に近赤
外光の検出器４２が設けられている。この検出器からの
信号は電気回路基板４３の回路によって信号処理され
る。この検出器４３の近傍に温度検出用のサーミスタ素
子４５があり成分分析計本体内の温度を測定できるよう
になっている。検出器４２およびサーミスタ素子４５は
それぞれ回路基板４３に配線束４６および導線４７を通
して接続されている。

【００２０】以上に説明したような本発明の実施例にお
いては、複数個のＩＲＥＤ９は電気回路によって異なる
時間に駆動される。ＩＲＥＤ９から放射された光は干渉
フィルタ１１によって所要の波長の近赤外光が透過さ
れ、フレネルレンズ１２によって一点Ｐに集光される。
集光された光は半透明板１７、１８、１９で拡散されな
がら透過されるので、近赤外光は全体として光軸Ｌに沿
った方向に最も強い強度を生ずるようになる。光軸Ｌを
横切る位置に配置された試料を透過した光は検出器４２
で検出される。

【００２１】図４は、光学系で検出された信号の処理回
路のブロック図である。同図において、ＣＰＵ６０は、
図１に示すＩＲＥＤアレー９を駆動する駆動回路基板１
４上に配線されたＩＲＥＤ駆動制御回路１４ａに接続さ
れると共に、図１に示す電気回路基板４３上に配線され
た検出器４２からの検出信号を増幅する増幅器４３ａか
らの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４３ｂに接続さ
れている。図１に示されたサーミスタ素子３１と４５は
回路基板４３に搭載されたＡ／Ｄ変換器４３ｃと通して
ＣＰＵ６０に接続されいる。さらに、ＣＰＵ６０は、図
３に示されたフロントパネル上の表示部５４と測定スイ
ッチ５３に接続されている。ＣＰＵ６０は、またプログ
ラム用のＲＯＭ６１とデータ処理用のＲＡＭ６２に接続
されると共に、モータ制御回路６３を介して図１に示す
モータ２８に接続されている。なお、ＣＰＵ６０、ＲＯ
Ｍ６１、ＲＡＭ６２およびモータ制御回路６３は図３に
示す成分分析計の内部に備えられた図示しない回路基板
に搭載されている。

【００２２】ＣＰＵ６０はＲＯＭ６１に記憶されたプロ
グラムに従って動作されその動作を図５に示すフローチ
ャートに従って以下に説明する。

【００２３】電源を投入すると、ＣＰＵ６０はプログラ
ム動作をスタートし、まず、ステップ７１で測定スイッ
チ５３の状態をチェックする。ここでスイッチがオフの
ときは次のステップへは進まないが、それがオンされて
いるときは、次のステップ７２へ進み、検出器４２の検
出回数カウント値を記憶するＲＡＭ６２中のカウンタの
カウント値Ｉを０にセットする。次いで、ステップ７３
で試料容器３０を図１に示すような試料容器が光軸から
離脱した上方位置P(0)に位置されるようにモータ制御回
路６３を介してモータ２８を駆動制御する。これは光学
的標準板３７を光軸と交わる位置に持って来るようにす
る動作である。ステップ７４では、今は試料容器３０が
位置P(0)にあるときであり、ＩＲＥＤアレー９が１２種
類の波長の光を順番に放射するようにＩＲＥＤ駆動制御
回路１４ａに制御信号を送る。その結果、検出器４２で
順番に検出される検出値D(λ1,0)、D(λ2,0)、・・・・
・、D(λ12,0)をＲＡＭ６２に記憶する。ステップ７５
では、試料の温度を測定するサーミスタ素子３１の温度
T1(0) と検出器４２近辺に配置されたサーミスタ素子４
５で検出される温度T2(0) を検出し、Ａ／Ｄ変換器４３
ｃでＡ／Ｄ変換した後ＲＡＭ６２へ記憶する。ステップ
７６では、カウンタのカウント値Ｉを１だけインクリメ
ントして、ステップ７７でそのカウント値Ｉが７に達し
たかどうか判断する。

【００２４】今は、まだカウント値Ｉは１となったばか
りであるから、測定はまだ終了しておらず、ステップ７
７でＮＯと判断されステップ７３へ戻る。そして、ステ
ップ７３で試料容器３０が降下され試料の最初の測定部
分P(1)が光軸と交わる位置まで移動され停止する。以下
同様にして、ステップ７４で、検出値D(λ1,1)、D(λ2,
1)、・・・・、D(λ12,1) を検出してこれらをＲＡＭ６
２に記憶する。さらに、ステップ７５で、試料の温度T1
(1) と本体の温度T2(1) を検出しＲＡＭに記憶する。こ
のようにして、カウント値Ｉが６になるまで試料容器を
断続的に下降させながら測定が繰り返される。なお、カ
ウント値Ｉが５のときが試料の最後の測定であり、カウ
ント値Ｉが６のときは、試料の測定は終了され、試料容
器３０が再び上方へ移動して光学的標準板４２を光軸と
交わらせる位置P(6)に移動する。このようにして断続的
な移動中の各静止位置におけるそれぞれの波長について
測定を終了すると、ステップ７７でＹＥＳと判断され、
次のステップ７８へ進み、吸光度の演算が行われる。

【００２５】断続的な移動中の各静止位置P(I)（Ｉ＝１
〜５）における試料の吸光度OD( λi,I)（ｉ＝１〜１
２）は、測定開始前と測定終了後の光学的標準板の吸光
度の平均値に対する試料の実測値との比に基づき次のよ
うに表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、ODs(λi)は予め波長λi において
光学的標準板の吸光度を測定した結果に基づき決められ
た光学的標準板３７の基準吸光度であり、この値は固定
の値であるから定数として取り扱うことができるため、
実際の演算のうえでは次に説明される予測値を求めると
きに補正係数とそして考慮するのみでよい。従って、断
続的な移動中の各静止位置における吸光度OD'(λi,I)を
次のように表すことができる。

【００２８】

【数２】

【００２９】予測値を求める場合は、各静止位置での予
測値を求めて、それらを平均するのが一般的な計算方法
と考えられるが、成分分析計の本実施例のものでは検量
線を線形一次式で表わすことがである点を考慮すると、
演算の簡素化のため、下記のような手順で計算してもほ
ぼ適正な結果を得ることができる。

【００３０】

【数３】OD'(λi)＝｛OD'(λi,1)＋OD'(λi,2)＋・・・
・・＋OD'(λi,5)｝／５

【００３１】この結果、試料の吸光度の予測値は次式で
表すことができる。

【００３２】

【数４】予測値＝KO＋K1・OD'(λ1)＋K2・OD'(λ2)＋・
・・＋K12 ・0D'(λ12) ＋K13 ・T1＋K14 ・T2

【００３３】但し、Ki（i ＝0 〜14）は検量線の各定数
である。これらの定数の内測定されるべき成分に寄与し
ない波長に係わる定数は０として扱う。また、T1とT2は
ステップ７５で測定された温度T1(I) とT2(I) の内のサ
ーミスタ素子の感応時間を考慮して選定された値であ
る。

【００３４】ステップ７８では、以上のようにして演算
が行われて、試料の吸光度の測定値が計算される。その
演算結果は、ステップ７９でＬＣＤ表示部５４に表示さ
れる。

【００３５】以上の説明では穀類について述べたが、例
えば、乳製品等の食品に対しても本発明を適用すること
ができる。また、試料容器の断続的な移動中の静止段階
での測定ではすべての波長λｉ（ｉ＝１〜１２）につい
て測定する場合について説明したが、測定成分にしたが
って所要の波長のみについて選択的に測定を行うように
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。

【図３】本発明に係わる成分分析計の外観図である。

【図４】本発明に係わる光学的測定信号の信号処理回路
のブロック図である。

【図５】図５に示す回路中のＣＰＵの動作を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

９ＩＲＥＤアレーＬ光軸１４ａＩＲＥＤ駆動制御回路２３上下動部材２８モータ３０試料容器３７光学的標準板４２検出器６０ＣＰＵ６１ＲＯＭ６２ＲＡＭ６３モータ制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所要の波長の測定光を放射する光源と、該光源からの測定光を試料中の一部に集光させる光学手
段と、該試料を透過した測定光を検出する検出器と、前記試料を収容し、前記測定光が透過する部分は光透過
部材で形成した試料容器と、該試料容器を前記測定光の光軸に垂直な方向に複数段階
にわたり断続的に移動させる手段と、該移動手段により前記試料容器が断続的に移動されると
きに所要の複数個の停止位置で前記検出器での検出値を
取り込む手段と、を備えた成分分析計の光学的測定装置。
【請求項２】少なくとも１つの波長の測定光を放射す
る光源と、該光源からの測定光を試料中の一部に集光させるレンズ
と、該試料を透過した測定光を検出する検出器と、前記試料を収容する試料容器であって、前記測定光の光
軸に対して垂直に配置されると共に相互に平行に対向し
て配置された光透過部材を有する試料容器と、該試料容器を前記光軸に垂直な方向に複数段階にわたり
断続的に移動させる手段と、該移動手段により前記試料容器が断続的に移動されると
きに所要の複数個の停止位置で前記検出器での検出値を
取り込む手段と、該取り込み手段から取り込まれた複数個の検出値の平均
値を試料の測定値として処理する手段と、を備えた成分分析計の光学的測定装置。
【請求項３】請求項２に記載の装置において、さら
に、該試料容器が前記光軸を横切る位置から離脱して位
置されているとき、前記光源と前記検出器との間に位置
されるように該試料容器と連動して移動される、標準の
透過光量を与える光学的標準部材を備えた、成分分析計
の光学的測定装置。
【請求項４】請求項３に記載の装置において、さら
に、前記試料容器が前記光軸から離脱しているとき、前
記光学的標準部材の透過光を前記検出器で標準値として
検出する手段と、該標準値で前記測定値を校正する手段
と、を備えた成分分析計の光学的測定装置。
【請求項５】相互に波長の異なる近赤外光を放射する
複数個の光源と、それら光源から放射された近赤外光を実質的に同一点に
集光するレンズと、該レンズで集光された近赤外光を拡散させつつ透過させ
る半透明部材と、該半透明部材を透過された近赤外光の光路上に位置され
た試料と、該試料を通った近赤外光を受光して電気信号に変換する
検出器と、前記試料を収容する試料容器であって、前記測定光の光
軸に対して垂直に配置されると共に相互に平行に配置さ
れた光透過部材を有する試料容器と、該試料容器を前記光軸に垂直な方向に複数段階にわたり
断続的に移動させる手段と、該移動手段により前記試料容器が断続的に移動されてい
るときに所要の複数個の停止位置で前記検出器で検知さ
れた検出値を取り込む手段と、該取り込み手段から取り込まれた複数個の検出値の平均
値を試料の測定値として処理する手段と、を備えた成分分析計の光学的測定装置。