JPS58111728A

JPS58111728A - 光学的測定装置

Info

Publication number: JPS58111728A
Application number: JP21169481A
Authority: JP
Inventors: Isao Hishikari; 功菱刈; Toshihiko Ide; 敏彦井手
Original assignee: Chino Works Ltd
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 1981-12-25
Filing date: 1981-12-25
Publication date: 1983-07-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（１）発明の技術分野この発明は、測定対象に測定光を投光し、その反射光ま
たは透過光から、測定対象の品質等の性状を測定する光
学的測定装置に関するものである。

（２）従来技術ミカン、リンゴ、ナシ等の果物の成熟度等の性状は、そ
の果物中に含まれる色素と関係がある。

つまり、カロチノイドは糖分・甘みに関係するため、こ
れが多いほど成熟しており、クロロフィルは酸味に関係
するため、これが少ないほど成熟していることが知られ
ている。

このため、カロチンイドの量をＸ、クロロフィルの量を
Ｙとすれば、成熟度θは。

θ＝ａＸ−ｂＹ　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（１）で与えられる。（ここでａ、ｂは
定数である。）カロチノイドは４８０　ｎｍに吸収帯が
あシ、クロロフィルは６７０　ｎｍに吸収帯があシ、こ
れらを測　９１定波長とし、非吸収波長をそれぞれその吸収帯付近で適
当に選択して計４波長についての測定信号を得、（１）
式のような演算を行えば、成熟度を知ることができる。

つまり、カロチイドの吸収波長λ１　（−４８０ｎｍ　
）。

その参照非吸収波長λ２．クロロフィルの吸収波長λ３
　（−６７０ｎ　ｍ　）　、その参照非吸収波長λ４の
各々についての測定信号を、　ｅｌ　、　ｅ２　、　ｅ
３　、　ｅ４とすれば、（１）式なる演算を行えば、成
熟度が求まることになる。

なお、ここで参照非吸収波長を用いたのは、果物の大き
さや表面反射、光源のドリフト等の影響を除去するため
である。

このような熟度等の測定対象の性状を光学的に測定する
のに、従来、第１図のように行っていた。

図において、光源１は、レンズｔ１によシ平行光線とさ
れ、モータ２０によ多回転し波長λ１．λ２．λ３゜λ
４を透過する光学フィルタ２１〜２４を載置した回転セ
クタ２によシ、４波長の光とされ、交互に測定（３）対象３に、投光・照射される。測定対象３を透過した光
はレンズｔ２により検出器４に受光されて時系列の電気
信号に変換され、増幅器５によシ増幅された後２回転セ
クタ２の波長λ１．λ２．λ３．λ４　に対応した同期
信号発生器６０の同期信号によシ信号分離器６にて信号
ｅ１〜ｅ４に分離され、（２）式のような演算を演算回
路７で行い出力信号ｅｏ（−〇）を取り出すようにして
いた。

このように、光学フィルタ２１〜２４を回転セクタ２に
載置して、多波長についての所望の波長の光を得る方式
では次のような欠点があった。

■モータ等を用いた可動部をもつため２機械的寿命が短
く、振動等の問題がある。

する場合、測定することができ々い。

■回転セクタによシ交互に異波長の光を測定物体に照射
するため、測定対象が移動する場合。

谷波長の測定物体を透過する位置が異なり。

測定誤差を生じる。

（４） ■波長の選択は、フィルタによるため、高性能のバンド
パスフィルタを必要として高価なものとなり、測定波長
が多くなると回転セクタは犬きくなシ装置が大形化する
。

■フィルタを用いているので任意の波長を得ることや、
その変更が困難である。

（３）発明の目的この発明の目的は２以上の点に鑑み９分光手段とイメー
ジセンナを用い９回転セクタを不要として高信頼性化、
高性能化を図った多波長についての光学的測定装置を提
供することである。

（４）発明の実施例第２図は、この発明を熟度計について適用した一実施例
を示す構成説明図である。

図において、光源１は、レンズｔ１によシ平行光線とさ
れ、測定対象３に測定光として投光・照射される。測定
対象３を反射または透過した光はレンズｔ２よシ集光さ
れ、レンズｔ３によシ平行光線とされスリットＳで光束
を絞ってプリズム、回折格子等の分光手段８に入射され
る。分光手段８によ（５）シ分光された光は、１個の基板上に複数個の光電素子と
アドレス用のシフトレジスタが形成され。

各素子の出力を順次時系列のビデオ信号として転送する
ＣＯＤのようなイメージセンサ９に入射され、各素子に
ついて分光手段８で分光された異った波長の光が入射さ
れるようになっている。このイメージセンサ９の各素子
で受光された分光波長に対応した測定信号は、パルス発
生器１０のクロックパルスをイメージセンサ９の駆動回
路１１に与えることによシ、順次ビデオ信号として出力
される。

イメージセンサ９の出力は、増幅器１２によシ増幅され
、必要とする分光波長に対応した測定信号ｅｌ〜ｅ４が
、パルス発生器ＩＯのクロックパルスをトリガとしてサ
ンプル発生器１３で発生する測定波長に対応して設定さ
れたサンプルパルスによシ、サンプルホールド回路１４
にサンプルホールドされる。

このサンプルホールド回路１４のサンプルホールド信号
ｅ１〜ｅ４について、演算回路１５によシ例えば（２）
式のような、少なくとも１個の信号を基準として信号の
比まだは比間の演算を行うようにし、必要（６）とする測定出力信号ｅＯを取シ出すことができる。

つまシ、測定対象３を透過して、各波長毎にその測定対
象３の性状に応じて減衰された光は９分光手段８によυ
分光され、このスペクトルとされた一連の光がイメージ
センサ９の各素子に異った波長の光として入射する。こ
のだめ、イメージセンサ９の各素子には一連の分光波長
に対応した一連の測定信号が同時に得られることになる
。そして、このイメージセンサ９の各素子のアドレスは
あらかじめ定められているので、どのアドレスの信号が
どの波長の測定信号であるかはあらかじめ分るため、イ
メージセンサ９の測定信号を順次ビデオ信号として読み
出し、アドレスから任意の波長についての信号を取シ出
し、所望の演算処理を行い、測定対象３の性状を知るこ
とができる。

ところで、任意の物質の測定を光学的に行おうとする場
合、その物質の分光吸収特性を知ることが必要で、この
装置ではイメージセンサ９のビデ（７）しかしながら、現状のＣＯＤ等のイメージセンサ９の各
素子毎の感度は一定ではカ＜、±１０％程度の感度ムラ
を有している。従って、上記ビデオ信号は正しい分光吸
収特性を有することが困難で。

この感度ムラを補正する必要がある。

これには、第３図で示すような補正回路をイメージセン
サ９と演算回路１５との間に設けなければよい。

第３図において、１６はイメージセンサ９の出力を増幅
する前置増幅器、１７は前置増幅器１６の出力ｅｉを増
幅する自動利得制御機能を有する自動利得制御回路（Ａ
ＧＣ回路）、１２はＡＧＣ回路１７の出力ｅｏ’を取り
出す増幅器、１８はＡＧＣ回路１７の出力と参照電圧Ｅ
ｃとを比較するサンプルホールド形のコンパｖ−タ、１
９１ｄ：コンパレータ１８の出力をデジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器、ＳωはＡ−Ｄ変換器１９の出力を取
シ出すスイッチ、２０はスイッチＳωによシ取り出され
％ｈ−Ｄ変換器１９の出力を記憶するメモリ、２１はメ
モリ２０の内容をアナログ信号に変換し、その出力ｅｇ
によｆｉＡＧｃ回路１７の利得（８）駆動するだめの駆動回路、１０はコンパレータ１８゜メ
モリ２０．駆動回路１１等に基準クロックを与えるパル
ス発生器である。そして１３はサンプル発生器。

１４はサンプルホールド回路、１５は演算回路である。

あらかじめ、測定開始前に２次の処理を行う。

スイッチＳωを閉とし、第２図の測定物体３０代わシに
減光フィルター等で光源１の光を減光して参照光源とし
、この参照光源を分光手段８を介してイメージセンサ９
にて計測する。イメージセンサ９の各光電素子毎のビデ
オ信号は、前置増幅器１６゜ＡＧＣ回路１７によシ増幅
され、このＡＧＣ回路１７の出力ｅｏ’はコンパレータ
１８によシ参照電圧ｅＣと比較され９両者の差は、Ａ−
Ｄ変換器１９によシデジタル信号に変換され、イメージ
センサ９の各光電素子に対応した感度ムシを補正する補
正値がメモリ２０に記憶される。イメージセンサ９の各
光電素子の感度ムシは±１０％程度であるから、参照電
圧ｅｅをビデオ信号出力ｅｏの９０％に設定しておけば
。

補正範囲は±１０％になシアメモリ２０の容量は１／１
０に縮少できる。なお、パルス発生器１０によシイメー
ジセンサ９の駆動回路１１．メモリ２０．サンプルホー
ルド形のコンパレータ１８のタイミングがとられる。そ
して、後述するように、メモリ２０に記憶されたイメー
ジセンサ９の各光電素子に対応した補正値は、測定時、
　Ｉ）−Ａ変換器２１によｆｉＡＧｃ回路１７のコント
ロール用の信号ｅｇとして利用される。

次に測定時、スイッチＳωを開とし、イメージセンサ９
に測定物体３よシの放射エネルギーを入射させる。イメ
ージセンサ９からは各光電素子に対応した時系列のビデ
オ信号が出力されるが、この各光電素子毎に対応した感
度ムラの補正は、あらかじめメモリ２０に記憶された補
正値をＤ−Ａ変換器２１によりアナログ信号に変換しコ
ントロール信号ｅｇとして、イメージセンサ９の出力が
前置増幅器１６によシ増幅され、その信号ｅ；が入力さ
れるＡＧＣ回路に与えて、その利得を制御することによ
シ行なわれる。この補正は、パルス発生器１０のクロッ
クパルスをイメージセンサ９の駆動回路１１゜メモリ２
０に与えることによ凱　イメージセンサ↓の各光電素子
毎に自動的に行なわれる。そして。

この補正された信号６（、’　ｆ、増幅器１２を介して
取シ出される。

そして、増幅器１２よシ取シ出された出力信号ｅｏ’は
、サンプル発生器１３のサンプルパルスによシサンプル
ホールド回路１４にサンプルホールドされ。

演算回路１５によシ所定の演算処理がなされ、出力信号
ｅｏを得ることができる。

このようにして、イメージセンサ９の出力をＡ′ｐＣ回
路１７に入力し、イメージセンサ９の各素子が参照光源
を計測したときの出力によｐＡＧｃ回路１７の利得を制
御することによシ、イメージ七ンサ９の各素子の感度ム
ラの補正が可能となる。

第４図は、演算部の他の実施例を示す。図において、イ
メージセンサ９の分光波長に対応した測定信号は、マイ
クロプロセッサのような中央処理装置を用いた演算回路
２２によグ駆動される駆動回路１１によシ順次ビデオ信
号として読み出され、Ａ−Ｄ変換器２３によシデジタル
信号に変換されてメ（１１）モＩＪ　Ｍに記憶される。メモリＭに記憶された一連の
分光波長に対応した測定信号から所望の波長についての
信号を取り出し、中央処理装置２２によシ演算処理され
、出力回路２４より出力信号ｅＯ−が取シ出される。こ
の場合、一連の動作は、すべて中央処理装置２２のあら
かじめ定められたプログラムに従って行われる。

（５）発明の要約以上述べたように、この発明は、測定対象からの光を分
光手段によって分光し、この分光された光をイメージセ
ンサに入射して分光波長に対応しく６）発明の効果従って１次のようなすぐれた効果がある。

■可動部がないだめ２機械的寿命、振動の心配がない。

■ＣＣＤのようなイメージセンサを用い、同時に異波長
についての測定信号が得られるので。

（１２）応答性が速く、高速移動する測定対象についての測定が
可能である。

■同時に異波長についての測定信号が得られるため、測
定位置のズレは生じることがなく。

高精度の測定が可能である。

■フィルタでなく、プリズム、回折格子等の分光手段に
よる分光であるだめ分解能はｌｎｍと良好で２分光精度
が良く、感度も向上する。

■波長の選択は、サンプル信号等のイメージセンサのア
ドレス位置指定を行えばよいので。

任意の測定波長についての測定信号が所望の数だけ自由
に選択でき、装置も大型化することがなく、シかも、波
長の選択−変更がきわめて容易である。これは、特に中
央処理装置を用いると有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例を示す構成説明図、第２図。第３図、第４図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。１・・・光源、３・・・測定物体、８・・・分光手段、
９・・・イメージセンサ、　　１５．２２・・・演算回
路特許出願人　株式会社　千野製作所

Claims

【特許請求の範囲】１、　測定対象に測定光を投光する光源と、測定対象を
反射または透過した光を分光する分光手段と、この分光
手段によ多分光された光を受光して分光波長に対応した
測定信号をビデオ信号として出力するイメージセンサと
、このイメージセンサの分光波長に対応した測定信号に
ついて演算を行う演算回路とを備えたことを特徴とする
光学的測定装置。２、　前記イメージセンサの出力を自動利得制御回路に
入力し、イメージセンサの各素子が参照光源を計測した
ときの出力によシ自動利得制御回路の利得を制御するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光学的測定装置。３、　前記演算回路として、イメージセンサ出力のうち
任意の２点以上の信号をサンプルホールドまたはメモリ
に記憶し、それらの信号の少なくとも１個の信号を基準
として信号の比重だは地間の（１〕演算を行うようにしたものを用いたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の光学的測定装置。