(57)【要約】【課題】プラスチック判別装置において、光が入射される箇所がいびつな形状の判別対象プラスチックに対するプラスチックの種類の判別精度を向上させる。【解決手段】プラスチック判別装置１は、光源７からの光を入射光学系２９を介して判別対象プラスチック３３に入射し、判別対象プラスチック３３からの光を受光光学系３１を介して検出器２７で検出するフーリエ変換型赤外分光光度計２９の検出結果に基づいて判別対象プラスチック３３の種類を判別する。入射光学系２９の焦点距離は受光光学系３１の焦点距離よりも短くなっている。【選択図】図１
2014106116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を入射光学系を介して判別対象プラスチックに入射し、前記判別対象プラスチックからの光を受光光学系を介して検出器で検出するフーリエ変換型赤外分光光度計の検出結果に基づいて前記判別対象プラスチックの種類を判別するプラスチック判別装置において、
前記入射光学系の焦点距離が前記受光光学系の焦点距離よりも短くなっていることを特徴とするプラスチック判別装置。
【請求項２】
前記判別対象プラスチック上に形成される検出器の像の大きさは、前記判別対象プラスチック上に形成される光源の像と同じ大きさに又は前記光源の像よりも大きくされている請求項１に記載のプラスチック判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、判別対象プラスチックの種類を判別するためのプラスチック判別装置に関し、特に、フーリエ変換型赤外分光光度計を備えたプラスチック判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば家電産業や自動車産業などにおける廃プラスチックのリサイクルにおいて、プラスチックの種類の判別が行われている。
従来、光を用いて非接触にプラスチックの種類の判別が可能である方法として、中赤外域における判別対象プラスチックの反射スペクトル形状の差異を抽出するプラスチック判別装置がある（例えば特許文献１を参照。）。このプラスチック判別装置において、反射スペクトルの取得するためにフーリエ変換型赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）が用いられる。
【０００３】
図５は、ＦＴＩＲの概略的な構成図である。
ＦＴＩＲ１００は、光源１０１、集光鏡１０３、アパーチャ１０５、コリメータ鏡１０７、ビームスプリッタ１０９、移動鏡１１１、固定鏡１１３、入射鏡１１５、受光鏡１１７、集光鏡１１９、検出器１２１を備えている。
【０００４】
光源１０１から出射された中赤外域を含む光は、集光鏡１０３、アパーチャ１０５、コリメータ鏡１０７を介してビームスプリッタ１０９に入射され、ビームスプリッタ１０９によって移動鏡１１１及び固定鏡１１３の二方向に分割される。移動鏡１１１及び固定鏡１１３でそれぞれ反射した光はビームスプリッタ１０９によって合流される。
【０００５】
移動鏡１１１は、図示しない駆動系によって図５中の矢印方向で変位されている。移動鏡１１１が変位することによって、移動鏡１１１からの光路と固定鏡１１３からの光路とで位相差が生じる。これにより、ビームスプリッタ１０９によって合流された光は干渉光となる。
【０００６】
図６は、ＦＴＩＲにおける移動鏡の変位とインターフェログラム強度（a.u.（任意単位））との関係を説明するための図である。
移動鏡１１１からの光路と固定鏡１１３からの光路とで位相差が０のとき、ビームスプリッタ１０９によって合流された光において全波長が強めあうため、インターフェログラム強度は最大となる。これをセンターバーストと呼ぶ。
【０００７】
ビームスプリッタ１０９からの中赤外域の干渉光は入射鏡１１５へ向かう光路に送られる。入射鏡１１５で反射された中赤外域の干渉光は、所定の測定位置に配置された判別対象プラスチック１２３に集光して入射される。
判別対象プラスチック１２３からの反射光は受光鏡１１７に入射する。受光鏡１１７で反射された光は集光鏡１１９を介して検出器１２１に入射する。
【０００８】
プラスチック判別装置においては、検出器１２１で受光された判別対象プラスチック１２３の反射スペクトル形状に基づいて、図示しない演算装置によって判別対象プラスチック１２３の種類が判別される。
【０００９】
図７は、ＦＴＩＲの入射光学系及び受光光学系の焦点距離を説明するための概念図である。
ＦＴＩＲにおいて、判別対象プラスチック１２３に光源の像１０１ａと検出器の像１２１ａが形成される。図７においては、便宜上、像１０１ａ，１２１ａの位置が異なっているが、通常、ＦＴＩＲにおいて像１０１ａ，１２１ａは同一の位置に形成される。
【００１０】
通常、像１０１ａ，１２１ａは同一の大きさにされる。また、判別対象プラスチック１２３に光を入射させる入射鏡１１５と反射光を受光する受光鏡１１７は、ＮＡ（開口数）のミスマッチを防ぐ目的で、同一の焦点距離ｆ0の鏡が用いられる。一般的な構成例として、各鏡の焦点距離は、コリメータ鏡１０７が６０ｍｍ（ミリメートル）、入射鏡１１５が１００ｍｍ、受光鏡１１７が１００ｍｍ、集光鏡１１９が５０ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２２１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、プラスチック判別装置は、判別対象プラスチックの種別を判別するに際して、判別対象プラスチックからの反射スペクトル形状の差異を利用している。この差異を見分けるには十分な反射光強度を得る必要がある。この反射光強度が低下するほど識別の精度は低下する。
【００１３】
ところで、判別対象プラスチックの形状は様々である。例えば、光が入射される箇所における判別対象プラスチックの形状が平坦ではなくいびつな形状の場合などでは、判別対象プラスチックが配置される試料設置テーブルを基準とした正反射とは大きく異なる方位に反射し、反射光が十分に得られないことがある。
【００１４】
従来、反射光を十分に得ることを目的として、判別対象プラスチックにおいて光が入射される箇所を切削や熱プレスによって平坦化させる前処理が行われることもある（特許文献１）。
【００１５】
しかしながら、前処理工程が加わることにより、プラスチック判別装置の構成が複雑になるという問題があった。さらに、熱プレスでは、対象のプラスチックが熱変性するという問題があった。また、同一のプレス機で多数のプラスチックをプレスすることによって、先にプレスされたプラスチックの汚れやプラスチックそのものが他のプラスチックのプレス時に当該他のプラスチックに付着するという問題があった。
【００１６】
本発明は、プラスチック判別装置において、光が入射される箇所がいびつな形状の判別対象プラスチックに対するプラスチックの種類の判別精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかるプラスチック判別装置は、光源からの光を入射光学系を介して判別対象プラスチックに入射し、上記判別対象プラスチックからの光を受光光学系を介して検出器で検出するフーリエ変換型赤外分光光度計の検出結果に基づいて上記判別対象プラスチックの種類を判別するプラスチック判別装置であって、上記入射光学系の焦点距離が上記受光光学系の焦点距離よりも短くなっていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のプラスチック判別装置において、上記判別対象プラスチック上に形成される検出器の像の大きさは、上記判別対象プラスチック上に形成される光源の像と同じ大きさに又は上記光源の像よりも大きくされている例を挙げることができる。ただし、上記検出器の像の大きさは、上記光源の像の大きさよりも小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のプラスチック判別装置は、入射光学系の焦点距離が受光光学系の焦点距離よりも短くなっているので、判別対象プラスチックへの入射光のエネルギー密度が増加されている。これにより、判別対象プラスチックから受光光学系に受光される光の強度が高められるので、本発明のプラスチック判別装置は、光が入射される箇所がいびつな形状の判別対象プラスチックに対して、プラスチックの種類の判別精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】プラスチック判別装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図２】同実施例の入射光学系及び受光光学系の焦点距離を説明するための概念図である。
【図３】光が入射される箇所が平らな形状のサンプルに対する反射光強度のサンプル高さ依存性を調べた結果を示す図である。
【図４】光が入射される箇所がいびつな形状のサンプルに対する反射光強度のサンプル高さ依存性を調べた結果を示す図である。
【図５】ＦＴＩＲの概略的な構成図である。
【図６】ＦＴＩＲにおける移動鏡の変位とインターフェログラム強度との関係を説明するための図である。
【図７】ＦＴＩＲの入射光学系及び受光光学系の焦点距離を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、プラスチック判別装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
プラスチック判別装置１は、フーリエ変換型赤外分光光度計３と、フーリエ変換型赤外分光光度計３の検出結果に基づいて判別対象プラスチック３３の種類を判別する演算装置５を備えている。
【００２２】
フーリエ変換型赤外分光光度計３は、光源７、集光鏡９、アパーチャ１１、コリメータ鏡１３、ビームスプリッタ１５、移動鏡１７、固定鏡１９、入射鏡２１、受光鏡２３、集光鏡２５、検出器２７を備えている。集光鏡９、アパーチャ１１、コリメータ鏡１３、ビームスプリッタ１５、移動鏡１７、固定鏡１９及び入射鏡２１は入射光学系２９を構成する。受光鏡２３及び集光鏡２５は受光光学系３１を構成する。
【００２３】
光源７は中赤外域を含む光を出射する。光源７から出射された光は、集光鏡９、アパーチャ１１、コリメータ鏡１３を介してビームスプリッタ１５に入射され、ビームスプリッタ１５によって移動鏡１７及び固定鏡１９の二方向に分割される。移動鏡１７及び固定鏡１９でそれぞれ反射した光はビームスプリッタ１５によって合流される。
【００２４】
移動鏡１７は、図示しない駆動系によって図１中の矢印方向で変位されている。これにより、ビームスプリッタ１５によって合流された光は干渉光となる。
ビームスプリッタ１５からの中赤外域の干渉光は、入射鏡２１で反射され、所定の測定位置に配置された判別対象プラスチック３３に集光して入射される。
【００２５】
判別対象プラスチック３３からの光は受光鏡２３に入射する。ここで、判別対象プラスチック３３からの光は、反射光もしくは散乱光又はその両方である。受光鏡２３で反射された光は集光鏡２５を介して検出器２７に入射する。
演算装置５は、検出器２７で受光された判別対象プラスチック３３の反射スペクトル形状に基づいて、判別対象プラスチック３３の種類を判別する。
【００２６】
図２は、フーリエ変換型赤外分光光度計３の入射光学系２９及び受光光学系３１の焦点距離を説明するための概念図である。
入射光学系２９によって判別対象プラスチック３３に光源の像７ａが形成される。また、受光光学系３１によって判別対象プラスチック３３に検出器の像２７ａが形成される。
図２においては、便宜上、像７ａ，２７ａの位置が異なっているが、像７ａ，２７ａの位置は同一の位置に形成される。なお、像７ａ，２７ａの位置は同一の位置でなくてもよい。
【００２７】
入射光学系２９の入射鏡２１の焦点距離ｆ1は、受光光学系３１の受光鏡２３の焦点距離ｆ0よりも短くなっている。また、判別対象プラスチック３３上の検出器の像２７ａの大きさは、光源の像７ａと同じ大きさに又は光源の像７ａよりも大きくされている。これにより、受光光学系３１は、判別対象プラスチック３３からの光をより広い領域から受光できる。ただし、検出器の像２７ａの大きさは、光源の像７ａの大きさよりも小さくてもよい。
【００２８】
入射鏡２１を短焦点化することで判別対象プラスチック３３における光源の像７ａは縮小され、判別対象プラスチック３３への入射光のエネルギー密度は増加する。その反面、入射光の高ＮＡ光は、ＮＡミスマッチにより受光鏡２３で受光できなくなる。
【００２９】
この実施例のプラスチック判別装置（図１を参照。）と、出射光学系及び受光光学系の焦点距離が等しい従来構成（図５を参照。）のプラスチック判別装置について、判別対象プラスチックからの反射光強度の比較を行った。
【００３０】
従来構成のプラスチック判別装置の光学系として、入射鏡１１５の焦点距離が１０２ｍｍ、受光鏡１１７の焦点距離が１０２ｍｍのもの［ｆ１０２−ｆ１０２］とを用いた（図７を参照。）。
【００３１】
実施例のプラスチック判別装置１の光学系として、入射鏡２１の焦点距離が５１ｍｍ、受光鏡２３の焦点距離が１０２ｍｍのもの［ｆ５１−ｆ１０２］と、入射鏡２１の焦点距離が７６ｍｍ、受光鏡２３の焦点距離が１０２ｍｍのもの［ｆ７６−ｆ１０２］を用いた（図２を参照。）。
【００３２】
入射鏡２１，１１５、受光鏡２３，１１７として、９０°非軸放物面鏡を使用した。
これらの計３種の光学系で比較を行った。
【００３３】
判別対象プラスチックは、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）樹脂のものを用いた。また、光が入射される箇所が平らな形状［サンプル１］、光が入射される箇所がいびつな形状［サンプル２］の２種の判別対象プラスチックを測定した。サンプルの高さを変更し、反射光強度の比較を行った。
【００３４】
反射光強度は、インターフェログラムのセンターバースト強度で評価した。センターバースト強度は、マイケルソン干渉計において２つの光路差が０となって全波長が強めあいの干渉をするときの光強度であり、反射スペクトル解析において信号強度の指標となる。
【００３５】
図３は、光が入射される箇所が平らな形状のサンプル１に対する反射光強度のサンプル高さ依存性を調べた結果を示す図である。図３において、縦軸はセンターバースト強度（任意単位）を示し、横軸は集光点を基準としたサンプル高さ位置（ｍｍ）を示す。
【００３６】
サンプル１については、従来構成の光学系［ｆ１０２−ｆ１０２］が最も反射光強度が高く、実施例の光学系［ｆ５１−ｆ１０２］，［ｆ７６−ｆ１０２］は入射鏡の焦点距離が短いほど反射光強度が低下した。これは、短焦点の光学系［ｆ５１−ｆ１０２］，［ｆ７６−ｆ１０２］では、ＮＡミスマッチにより高ＮＡ光が受光されなかったためであると考えられる。
【００３７】
サンプル１では、実施例の光学系［ｆ５１−ｆ１０２］，［ｆ７６−ｆ１０２］は、従来構成の光学系［ｆ１０２−ｆ１０２］に比べて信号強度が低下する結果となったが、センターバースト強度として３以上が得られている。プラスチック判別装置は、センターバースト強度が所定の強度以上、例えば０.５以上であれば、判別対象プラスチックの種類を判別可能である。したがって、光が入射される箇所が平らな形状のサンプル１のような判別対象プラスチックであれば、十分な反射光強度が得られ、３種の光学系のいずれでも問題とならない。
【００３８】
図４は、光が入射される箇所がいびつな形状のサンプル２に対する反射光強度のサンプル高さ依存性を調べた結果を示す図である。図４において、縦軸はセンターバースト強度（任意単位）を示し、横軸は集光点を基準としたサンプル高さ位置（ｍｍ）を示す。
【００３９】
サンプル２については、短焦点化された光学系［ｆ５１−ｆ１０２］がセンターバースト強度として最大０.７以上となり最も高かった。上述のように、センターバースト強度が例えば０.５以上であれば、判別対象プラスチックの種類の判別が可能である。したがって、光学系［ｆ５１−ｆ１０２］を用いた実施例のプラスチック判別装置は、光が入射される箇所がいびつな形状のサンプル２のような判別対象プラスチックであっても、プラスチックの種類を判別できる。
【００４０】
また、従来構成の光学系［ｆ１０２−ｆ１０２］の場合、センターバースト強度として０.３未満となっており、プラスチックの種類の判別が困難となる。
なお、短焦点化された光学系［ｆ７６−ｆ１０２］の場合、センターバースト強度として０.４以上となっており、プラスチックの種類の判別精度は従来構成の光学系［ｆ１０２−ｆ１０２］の場合と比べて向上する。
【００４１】
このように、光が入射される箇所がいびつな形状のサンプル２のような判別対象プラスチックに対しては、入射鏡を短焦点化することで入射光のエネルギー密度を高めた光学系の利点が表れることが示された。
【００４２】
プラスチック判別装置１において入射鏡２１が受光鏡２３に比べて短焦点化されたことで、判別対象プラスチック３３への入射光のエネルギー密度が増加し、光が入射される箇所がいびつな形状の判別対象プラスチック３３の測定時における検出器２７の信号強度が増大した。これにより、プラスチック判別装置１は、従来の光学系では信号強度が低く、判別不可能又は誤判別となっていた、いびつな形状の判別対象プラスチック３３について、判別精度が向上し、プラスチックの種類の判別が可能となった。
【００４３】
以上、本発明の実施例を説明したが、実施例における構成、配置、数値等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００４４】
例えば、上記の実施例では、フーリエ変換型赤外分光光度計としてマイケルソン干渉計を備えたものが用いられているが、本発明のプラスチック判別装置において、フーリエ変換型赤外分光光度計を構成する干渉計はマイケルソン干渉計以外の干渉計であってもよい。
【００４５】
また、本発明のプラスチック判別装置において、フーリエ変換型赤外分光光度計は、上記実施例の分光光度計３の構成に限定されず、光源からの光を入射光学系を介して判別対象プラスチックに入射し、その判別対象プラスチックからの光を受光光学系を介して検出器で検出するフーリエ変換型赤外分光光度計であればどのような構成のものであってもよい。
【００４６】
また、上記実施例では、中赤外域の光が用いられているが、本発明のプラスチック判別装置において、他の波長の赤外線や他の種類の波長の光が用いられてもよい。
【００４７】
また、上記の実施例では、入射光学系２９の焦点距離及び受光光学系３１の焦点距離を決定する光学素子として鏡２１，２３が用いられているが、本発明のプラスチック判別装置において、これらの焦点距離を決定する光学素子は、鏡に限定されず、他の光学素子、例えば光学レンズであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  プラスチック判別装置
３  フーリエ変換型赤外分光光度計
７  光源
２７  検出器
２９  入射光学系
３１  受光光学系
３３  判別対象プラスチック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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