JPH05273119A - 拡散反射光とり出し方法及び拡散反射分光計測方法 - 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
反射光とり出し方法及び拡散反射分光計測方法を提供す
ること。 【構成】 光源装置からの光から偏光ビームスプリッタ
により、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。

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、非破壊的に計測するた
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
す拡散反射光とり出し方法及び拡散反射分光計測方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検体からの反射光を計測するこ
とにより、その被検体の品質、特性を調べる方法は、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、岩石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】一方、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
実に避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一層
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とり出し方法及び
拡散反射分光計測方法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。

【００１０】即ち、本発明の拡散反射光とり出し方法
は、光源装置から照射される光から偏光ビームスプリッ
タにより、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構成にある。

【００１１】次に、本発明の一つである拡散反射分光計
測方法の特徴は、光源装置から照射される光から偏光ビ
ームスプリッタにより、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
線偏光をとり出し、この直線偏光を分光し、この分光後
の光を検出する構成にある。

【００１２】次に、本発明の他の一つである拡散反射分
光計測方法の特徴は、光源装置から照射される光を分光
し、この分光した光から偏光ビームスプリッタにより、
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し、この
直線偏光を検出する構成にある。

【００１３】

【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され
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。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の方法を実施するための反射分
光計測装置を示す図１に基づいて本発明を説明する。

【００１５】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。

【００１６】２は偏光ビームスプリッタであり、該偏光
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
ブリュースター角（偏光角）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おり、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光と
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
ようになっている。

【００１７】上記の如く、偏光ビームスプリッタ２は、
薄膜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
径の大きなものを製作することが可能なものである。そ
してこの偏光ビームスプリッタ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の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方向のＰ偏光成
分の直線偏光をとり出すようになっている。

【００１８】この実施例では、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
の直線偏光はＰとＳとが逆であってもよい。

【００１９】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。

【００２０】尚、Ｓ偏光成分とは、入射面に対して光波
（電気べクトル）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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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により検出する請求項２の発明のものであるが、請求
項３の発明では、分光器４の配置位置を異ならせ、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。

【００２５】以上のように構成された反射分光計測襲置
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、偏光ビームスプリッタ２によ
り、光波の振動方向が所定方向の直線偏光がつくられて
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。

【００２６】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、偏光ビーム
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又は検出装置５に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。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。

【００２７】図２は、前記反射分光計測装置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は請
求項２の発明を適用したものとして説明する。

【００２８】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。

【００２９】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を配設してなり、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。

【００３０】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と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或いは硬度に関す
るデータ（モデル式等）とすることができる。

【００３１】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ヘ出力する。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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】以上の如く本発明の方法を実施するための
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、品質を非破壊で正確に検査さ
れ、所定の仕分けを行うことができる。

【００３５】尚、図示しないがカメラ装置などの撮像手
段を組み合わせて、青果物の外観上の品質を測定してよ
り高いレベルの選別を行うこともできる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上述べた如く、光源装置か
らの光から偏光ビームスプリッタにより、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し、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
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ものである。

【００３７】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】本発明を実施するための反射分光計測装置の概
略図である。

【図２】本発明を実施するための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】徒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 ｉ３：表示手段、 １４：クロック信号発信器 １５：排出作動装置、 １６：搬出コンベア 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】 光源装置から照射される光から偏光ビー
   ムスプリッタにより、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
   偏光をとり出すことを特徴とする拡散反射光とり出し方
   法。
2. 【請求項２】 光源装置から照射される光から偏光ビー
   ムスプリッタにより、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
   偏光をとり出し、この直線偏光を分光し、この分光後の
   光を検出することを特徴とする拡散反射分光計測方法。
3. 【請求項３】 光源装置から照射される光を分光し、こ
   の分光した光から偏光ビームスプリッタにより、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し、この直線偏
   光を検出することを特徴とする拡散反射分光計測方法。