(57)【要約】【課題】レーザ光の波長の変動に関わらず、正確にプラスチックの識別を行うこと。【解決手段】レーザ光が照射された識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るラマン散乱情報取得手段３１と、レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得手段３２と、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正手段３３と、補正後のラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別する識別手段３５とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を識別対象物に照射し、この識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るラマン散乱情報取得ステップと、
前記レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得ステップと、
前記レーザ情報に基づいて前記ラマン散乱情報を補正する補正ステップと、
前記補正後のラマン散乱情報に基づいて前記識別対象物を識別する識別ステップと
を含むラマン散乱に基づく識別方法。
【請求項２】
前記識別ステップは、予め既知の識別対象物のラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（以下、「既知ピーク位置」と称す。）のラマン散乱強度およびベースライン位置（以下、「既知ベースライン位置」と称す。）のラマン散乱強度と、前記識別対象物の前記補正後のラマン散乱情報から得た識別したい識別対象物の材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とに基づいて前記識別対象物の材質を識別することを特徴とする請求項１記載のラマン散乱に基づく識別方法。
【請求項３】
前記レーザ情報取得ステップは、前記レーザ情報として前記レーザ光の波長および強度を得ることを特徴とする請求項１または２に記載のラマン散乱に基づく識別方法。
【請求項４】
レーザ光が照射された識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るラマン散乱情報取得手段と、
前記レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得手段と、
前記レーザ情報に基づいて前記ラマン散乱情報を補正する補正手段と、
前記補正後のラマン散乱情報に基づいて前記識別対象物を識別する識別手段と
を有するラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項５】
予め既知の識別対象物のラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（以下、「既知ピーク位置」と称す。）のラマン散乱強度およびベースライン位置（以下、「既知ベースライン位置」と称す。）のラマン散乱強度を記憶する記憶手段を有し、
前記識別手段は、前記識別対象物の前記補正後のラマン散乱情報から得た識別したい識別対象物の材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度と、前記記憶手段に記憶された既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度とに基づいて前記識別対象物の材質を識別するものである
請求項４記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項６】
前記レーザ情報取得手段は、前記レーザ情報として前記レーザ光の波長および強度を得るものであり、
前記補正手段は、前記レーザ光の波長および強度に基づいて前記ラマン散乱情報を補正するものである
請求項４または５に記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項７】
前記レーザ情報取得手段は、前記識別対象物に照射され、反射されたレーザ光を検出して前記レーザ情報を得るものである請求項４から６のいずれかに記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項８】
前記識別対象物から散乱されたラマン散乱光と前記反射されたレーザ光とは、共通の集光系により集光されるものである請求項７記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項９】
前記ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、
前記レーザ光を減光するフィルタと、
前記分光器により分光されたラマン散乱光および前記フィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器と
を有する請求項４から８のいずれかに記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項１０】
前記ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、
前記レーザ光を減光するフィルタと、
前記分光器により分光されたラマン散乱光および前記フィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器と、
前記レーザ光を前記光検出器の所定の位置へ反射するミラーと
を有する請求項４から８のいずれかに記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項１１】
前記ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、
前記レーザ光を減光するフィルタと、
前記分光器により分光されたラマン散乱光を検出する第１光検出器と、
前記フィルタにより減光されたレーザ光を検出する第２光検出器と
を有する請求項４から８のいずれかに記載のラマン散乱に基づく識別装置。
【請求項１２】
レーザ光を対象物に照射し、この対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱スペクトルを算出するラマン散乱スペクトルの計測方法において、
前記レーザ光を検出してレーザ情報を得ること、
前記レーザ情報に基づいて前記ラマン散乱スペクトルを補正すること
を含むラマン散乱スペクトルの計測方法。
【請求項１３】
レーザ光を対象物に照射し、この対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱スペクトルを算出するラマン散乱スペクトルの計測装置において、
前記レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得手段と、
前記レーザ情報に基づいて前記ラマン散乱スペクトルを補正する補正手段と
を有するラマン散乱スペクトルの計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック、木や紙等の材質を非破壊的に識別するためのラマン散乱に基づくプラスチックの識別方法および識別装置、並びにラマン散乱スペクトルの計測方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭ごみや産業廃棄物として廃棄されるプラスチックの処理に際して、廃棄プラスチックの材質が不明な場合がある。このような廃棄プラスチックの大部分は、粉砕後、焼却処理するしかない。しかしながら、プラスチックは、その材質（原料の種類）が何であるかを識別することで、融解、再成形することが可能であるという特徴を有するので、付加価値の高い製品に再利用することが可能である。また、焼却する場合でも、例えばポリ塩化ビニルが存在していれば有毒ガス発生の恐れがあるので、事前にその存在を検出する必要がある。
【０００３】
このような廃棄プラスチックの材質を識別する方法の一つとして、ラマン散乱スペクトルを利用した方法が提案されている。例えば、特許文献１には、レーザ光源から発した単色のレーザ光を、光ファイバを介してファイバヘッドに導き、このファイバヘッドを介してプラスチック素材にレーザ光を照射し、ファイバヘッドに備えられるファイバヘッド対物レンズを介して分光器に導き、分光分析することによりラマン散乱スペクトルを決定し、データベースに格納された既知のバンドパターンと照合することによりプラスチック素材の種類を識別することが記載されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、ベルトコンベア上に載って運ばれてくる素材が未知の被識別プラスチックに、レーザ装置からレーザ光を照射して、分光器でラマン散乱スペクトルを測定し、このラマン散乱スペクトルから複数のラマンピークの波数およびその波数での相対強度値を抽出し、素材が既知のプラスチックのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値と測定されたラマン散乱スペクトルのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値とを比較し、この比較結果から被識別プラスチックの素材を識別することが記載されている。
【０００５】
上記特許文献１，２に記載のプラスチックの識別方法は、いずれも未知の被識別プラスチックから得たラマン散乱スペクトルと、既知のラマン散乱スペクトルとを直接比較することにより被識別プラスチックの種類を識別するものである。従来の方法では、ラマン散乱スペクトル同士を直接比較するため、ラマン散乱スペクトルをＳＮ比が大きくなるように測定する必要がある。そのため、通常の分光装置によるラマン散乱スペクトルの測定では、レーザ光を数秒照射し続けて行う必要があるため、従来の方法では１個のプラスチックを識別するのに長い時間が必要となる。
【０００６】
また、測定されたラマン散乱スペクトルからピークを抽出する数学的処理は、複雑で計算量の多いものであり、この操作にも長い時間を必要とする。上記特許文献１，２には測定時間についての記述はないが、最も良い条件で測定したとしても１秒間に数個程度の識別しか行うことができず、実用的ではない。多くの廃棄プラスチックが、粉砕して処理されていることを考えると、実用的なプラスチックの選別には、１秒間に数十個以上の識別を行うことが必要である。
【０００７】
そこで、本出願人は、特許文献３に記載の高速でプラスチックの材質を識別することが可能なラマン散乱に基づくプラスチックの識別方法を開発している。この識別方法では、レーザ光を被識別プラスチックに照射し、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光からラマン散乱信号を得て、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度と、被識別プラスチックのラマン散乱信号から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５６５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−３８８０７号公報
【特許文献３】特許第４２０３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記のようにレーザ光を被識別プラスチックに照射して、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光を利用する場合において、レーザ光の波長が変動するとラマン散乱スペクトルが変化してしまうことが分かった。レーザ光の波長は検査環境の温度やレーザ光の駆動電流などにより簡単に変化するので、このようにラマン散乱スペクトルが変化した場合、プラスチックの識別を正確に行えなくなる可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明においては、レーザ光の波長の変動に関わらず、正確にプラスチックの識別を行うことが可能なプラスチックの識別方法および識別装置、並びにラマン散乱スペクトルの計測方法および計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のラマン散乱に基づく識別方法は、レーザ光を識別対象物に照射し、この識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るラマン散乱情報取得ステップと、レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得ステップと、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正ステップと、補正後のラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別する識別ステップとを含む。
【００１２】
また、本発明のラマン散乱に基づく識別装置は、レーザ光が照射された識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るラマン散乱情報取得手段と、レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得手段と、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正手段と、補正後のラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別する識別手段とを有するものである。
【００１３】
これらの発明によれば、識別対象物に照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱情報が変化した場合であっても、この識別対象物に照射するレーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正し、補正したラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別することができる。
【００１４】
上記本発明のラマン散乱に基づく識別方法における識別ステップでは、予め既知の識別対象物のラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（以下、「既知ピーク位置」と称す。）のラマン散乱強度およびベースライン位置（以下、「既知ベースライン位置」と称す。）のラマン散乱強度と、識別対象物の補正後のラマン散乱情報から得た識別したい識別対象物の材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とに基づいて識別対象物の材質を識別することが望ましい。
【００１５】
また、上記本発明のラマン散乱に基づく識別装置は、予め既知の識別対象物のラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（既知ピーク位置）のラマン散乱強度およびベースライン位置（既知ベースライン位置）のラマン散乱強度を記憶する記憶手段を有し、識別手段が、識別対象物の補正後のラマン散乱情報から得た識別したい識別対象物の材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度と、記憶手段に記憶された既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度とに基づいて識別対象物の材質を識別するものであることが望ましい。
【００１６】
これらにより、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定して１点以上の既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度を設定しておき、これらの既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度と、レーザ光を識別対象物である識別対象物に照射して得られた補正後のラマン散乱情報から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とに基づいて識別対象物の材質を識別することができる。
【００１７】
また、上記本発明のラマン散乱に基づく識別方法におけるレーザ情報取得ステップは、レーザ情報としてレーザ光の波長および強度を得ることが望ましい。また、上記本発明のラマン散乱に基づく識別装置においては、レーザ情報取得手段が、レーザ情報としてレーザ光の波長および強度を得るものであり、補正手段が、レーザ光の波長および強度に基づいてラマン散乱情報を補正するものであることが望ましい。これらにより、レーザ光の波長および強度の変動に応じてラマン散乱情報を補正することで、より正確なラマン散乱情報を得ることができる。
【００１８】
また、本発明のラマン散乱に基づく識別装置において、レーザ情報取得手段は、識別対象物に照射され、反射されたレーザ光を検出してレーザ情報を得るものであることが望ましい。識別対象物に照射されるレーザ光を直接検出するのではなく反射されたレーザ光を検出することによって、レーザ光を直接検出するための構成を別に備えることが不要となる。
【００１９】
また、識別対象物から散乱されたラマン散乱光と反射されたレーザ光とは、共通の集光系により集光されるものであることが望ましい。ラマン散乱光と反射されたレーザ光とを共通の集光系により集光して行うことで、装置構成を簡略化することができる。
【００２０】
また、本発明のラマン散乱に基づく識別装置は、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光およびフィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器とを有する構成とすることができる。
【００２１】
ラマン散乱光と比較して非常に強度が高いレーザ光についてはフィルタにより減光して光検出器により検出することで、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器により行うことができる。
【００２２】
あるいは、本発明のラマン散乱に基づく識別装置は、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光およびフィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器と、レーザ光を光検出器の所定の位置へ反射するミラーとを有する構成とすることができる。
【００２３】
これにより、ラマン散乱光と比較して非常に強度が高いレーザ光についてはフィルタにより減光し、さらにこの減光されたレーザ光を、ラマン散乱信号の検出の必要がない光検出器の所定の位置へミラーにより反射して導くことで、光検出器の分解能を有効に利用して、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器により行うことができる。
【００２４】
また、本発明のラマン散乱に基づく識別装置は、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光を検出する第１光検出器と、フィルタにより減光されたレーザ光を検出する第２光検出器とを有する構成とすることができる。
【００２５】
これにより、ラマン散乱光と比較して非常に強度が高いレーザ光についてはフィルタにより減光し、ラマン散乱光を検出する第１光検出器とは別の第２光検出器により検出してラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を行うことができる。
【００２６】
また、本発明のラマン散乱スペクトルの計測方法は、レーザ光を対象物に照射し、この対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱スペクトルを算出するラマン散乱スペクトルの計測方法において、レーザ光を検出してレーザ情報を得ること、レーザ情報に基づいてラマン散乱スペクトルを補正することを含む。
【００２７】
また、本発明のラマン散乱スペクトルの計測装置は、レーザ光を対象物に照射し、この対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱スペクトルを算出するラマン散乱スペクトルの計測装置において、レーザ光を検出してレーザ情報を得るレーザ情報取得手段と、レーザ情報に基づいてラマン散乱スペクトルを補正する補正手段とを有するものである。
【００２８】
これらの発明によれば、前述と同様に、対象物に照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱スペクトルが変化した場合であっても、この対象物に照射するレーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱スペクトルを補正することで、より正確なラマン散乱スペクトルを測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
（１）レーザ光を識別対象物に照射し、この識別対象物から散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るとともに、レーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別する構成により、識別対象物に照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱情報が変化した場合であっても、この識別対象物に照射するレーザ光のレーザ情報を得てラマン散乱情報を補正し、補正したラマン散乱情報に基づいて識別対象物を識別することができ、より正確に識別対象物の識別を行うことが可能となる。
【００３０】
（２）予め既知の識別対象物のラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置のラマン散乱強度およびベースライン位置のラマン散乱強度と、識別対象物の補正後のラマン散乱情報から得た識別したい識別対象物の材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とに基づいて識別対象物の材質を識別する構成により、識別対象物のラマン散乱スペクトルを正確に測定してピーク位置を求めることなく、予め識別対象物の材質ごとに設定した既知ピーク位置と既知ベースライン位置にそれぞれ対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度のみを補正後のラマン散乱情報から求めるだけで良いため、高速に識別対象物の材質を識別することが可能となる。
【００３１】
（３）レーザ情報としてレーザ光の波長および強度を得る構成により、レーザ光の波長および強度の変動に応じてラマン散乱情報を補正し、より正確なラマン散乱情報を得ることができ、さらに正確な識別対象物の識別を行うことが可能となる。
【００３２】
（４）識別対象物に照射されるレーザ光を直接検出するのではなく反射されたレーザ光を検出することによって、レーザ光を直接検出するための構成を別に備えることが不要となり、簡単な構成で識別対象物の識別を行うことが可能となる。
【００３３】
（５）識別対象物から散乱されたラマン散乱光と反射されたレーザ光とが共通の集光系により集光されるものであることにより、装置構成をより簡略化することができ、低廉な識別装置を得ることができる。
【００３４】
（６）ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光およびフィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器とを有する構成により、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器により行うことができ、低廉な識別装置を得ることが可能となる。
【００３５】
（７）ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光およびフィルタにより減光されたレーザ光を検出する光検出器と、レーザ光を光検出器の所定の位置へ反射するミラーとを有する構成により、光検出器の分解能を有効に利用して、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器により行うことができるので、高精度で低廉な識別装置を実現できる。
【００３６】
（８）ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器と、レーザ光を減光するフィルタと、分光器により分光されたラマン散乱光を検出する第１光検出器と、フィルタにより減光されたレーザ光を検出する第２光検出器とを有する構成により、ラマン散乱光を検出する第１光検出器とは別の第２光検出器により検出してラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を行うことができるので、第１光検出器は分解能の高いものを、第２光検出器は分解能の低いものを使用して、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３７】
（９）レーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱スペクトルを補正することで、より正確なラマン散乱スペクトルを測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図である。
【図２】図１のラマン散乱光識別装置の光学系を示す構成図である。
【図３】図２のデータ処理装置のブロック図である。
【図４】図２のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【図５】図２のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図２のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】ラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図８】既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図９】識別手段によるＰＳの識別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図、図２は図１のラマン散乱光識別装置の光学系を示す構成図、図３は図１のラマン散乱光識別装置のブロック図、図４は図２のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【００４０】
図１において、本発明の実施の形態におけるラマン散乱に基づく識別装置としてのプラスチック識別装置１は、搬入された粉砕プラスチックを異物とプラスチック片とに選別する風力選別や比重選別のような前処理設備２と、前処理設備２により選別されたプラスチック片を振動させて整列させる振動整列フィーダ３と、振動整列フィーダ３により整列させたプラスチック片を載置台としてのベルト４ａ上に載置して搬送する搬送装置としてのベルトコンベア４と、ベルトコンベア４上のプラスチック片、すなわち識別対象物である被識別プラスチックにレーザ光を照射し、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光を得て被識別プラスチックの材質および品質を識別するラマン散乱光識別装置５とを備える。
【００４１】
また、このプラスチック識別装置１は、ラマン散乱識別装置５による識別の結果に応じて圧縮空気を噴出することにより被識別プラスチックを材質および品質ごとに選別する選別用エアガン６と、選別用エアガン６を駆動するエアガン駆動装置７と、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７との動作を同期させて制御する同期制御装置８とを備える。また、このプラスチック識別装置１は、ベルトコンベア４の搬送速度を調整するコンベア速度調整装置９を備えており、同期制御装置８は、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７とともにコンベア速度調整装置９の動作を同期させて制御する。
【００４２】
ラマン散乱識別装置５は、図２に示すように、レーザ光Ｌをベルト４ａ上に載置された被識別プラスチックＰに照射するとともに、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光および被識別プラスチックにより反射されたレーザ光を集光する検出部ヘッド１１と、検出ヘッド１１と光ファイバ２１により接続されるマルチチャンネル分光器２２と、マルチチャンネル分光器２２から出力される電気信号を入力して処理するデータ処理装置３０と、後述の半導体レーザ発生装置１２を駆動するための半導体レーザ駆動電源４０とを有する。
【００４３】
検出部ヘッド１１は、レーザ光Ｌを識別対象物である被識別プラスチックＰに照射するレーザ照射系、および、レーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒと被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光とを集光する集光系を構成する。
【００４４】
検出部ヘッド１１は、半導体レーザ発生装置１２と、集光レンズ１３と、半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌを反射して集光レンズ１３まで導くミラー１４ａおよびダイクロイックミラー１４ｂとを備える。ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するものである。なお、ミラー１４ａは、半導体レーザ発生装置１２の向きを調整することで省略することも可能である。また、ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するハーフミラーに代えることも可能である。
【００４５】
半導体レーザ発生装置１２は、例えば、波長６００〜１０６４ｎｍの範囲で１００ｍＷ以上の出力が得られる高出力のものを用いる。半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌは、ミラー１４ａにより反射され、さらにダイクロイックミラー１４ｂにより反射されて集光レンズ１３へ導かれ、集光レンズ１３により集光されて被識別プラスチックＰへと照射される。
【００４６】
検出部ヘッド１１は、このレーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒを集光レンズ１３により集光して光ファイバ２１へ導く。ラマン散乱光Ｒは、ダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。また、集光レンズ１３には被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光も入射し、一部はダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。
【００４７】
光ファイバ２１は、このように検出部ヘッド１１の集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光をマルチチャンネル分光器２２へ導くものである。なお、光ファイバ２１を省略し、検出部ヘッド１１にマルチチャンネル分光器２２を内蔵して、集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を直接マルチチャンネル分光器２２に入光させる構成とすることも可能である。
【００４８】
マルチチャンネル分光器２２は、図４に示すように、ラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を反射および分光する反射型回折格子等の分光器２３と、分光器２３により分光された光を検出して電気信号へ変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やリニアアレイフォトダイオード等の例えば１０２４画素の２次元の光検出器２４と、分光器２３により分光されたレーザ光Ｌの反射光を減光するフィルタとしての減光フィルタ２５とから構成される。
【００４９】
分光器２３により反射および分光されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４の大部分である一部の画素群２４ａへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ａに入射されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたラマン散乱信号からラマン散乱情報を得るためのラマン散乱情報取得手段３１（図３参照。）を有している。
【００５０】
また、分光器２３により反射されたレーザ光は、減光フィルタ２５により減光された後、光検出器２４の小部分である一部の画素群２４ｂへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ｂに入射されたレーザ光は、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたレーザ信号からレーザ情報を得るためのレーザ情報取得手段３２（図３参照。）を有している。
【００５１】
データ処理装置３０は、パーソナルコンピュータやＣＰＵボード等であり、マルチチャンネル分光器２２は、例えばＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）インタフェースにより接続される。図３に示すように、データ処理装置３０は、上記ラマン散乱情報取得手段３１およびレーザ情報取得手段３２の他、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正手段３３と、予め設定された基準値等を記憶する記憶手段３４と、ラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰの材質を識別する識別手段３５と、識別結果を出力する出力手段３６とを有する。
【００５２】
ラマン散乱情報取得手段３１は、光検出器２４の画素群２４ａから入力された電気信号からラマン散乱情報としての所定のラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得るものである。レーザ情報取得手段３２は、光検出器２４の画素群２４ｂから入力された電気信号からレーザ情報としてのレーザ光の波長および強度を得るものである。
【００５３】
補正手段３３は、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正するものである。前述のように、レーザ光Ｌの波長が変動するとラマン散乱スペクトルは変化する。具体的には、図７に示すようなラマン散乱スペクトルの各ピークの横軸上の位置（ラマンシフトの波数）および縦軸上の位置（強度）が、レーザ光の波長および強度の変化（波数０のピーク位置に相当）に応じて変化する。そこで、補正手段３３は、レーザ情報取得手段３２により取得したレーザ光の波長および強度に基づいて、ラマン散乱情報取得手段３１により取得する所定のラマンシフトの波数およびそのラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を補正する。
【００５４】
記憶手段３４に記憶される基準値は、識別したいプラスチック、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）やＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）等の既知のプラスチックの材質ごとに予めラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置および既知ベースライン位置のそれぞれのラマン散乱強度である。
【００５５】
図８は本実施形態におけるプラスチック識別装置により参照資料としての既知のプラスチック（アクリル、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＶＣ）のそれぞれのラマン散乱スペクトルを取得した結果を示している。図８の横軸はラマンシフトの波数（ｃｍ-1）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）である。
【００５６】
図８において、ＰＳを例に説明すると、ＰＳでは点Ａ1と点Ａ2の位置にピークがあるので、これらの２点Ａ1，Ａ2またはその近傍をＰＳ識別のためのピーク位置とする。また、これらのピーク位置Ａ1，Ａ2間にベースライン上の点Ｂがあるので、この点ＢをＰＳ識別のためのベースライン位置とする。なお、ベースラインの位置と強度には、ピーク位置からあまり離れていないラマン散乱強度が弱く、底になった部分の値を用いることが望ましい。また、強度の算出には、ピーク位置やベースライン位置を含む近傍の測定点の平均値を算出して、これを用いることでＳＮ比の向上を図ることができる。
【００５７】
識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（ＰＳの例では２点Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置（ＰＳの例では点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度をラマン散乱情報取得手段３１によって得るものであるが、このとき、識別手段３５は、前述のようにレーザ光の波長および強度に基づいて補正手段３３により補正された対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得る。また、識別手段３５は、これらの得られたラマン散乱強度と記憶手段３４に記憶された基準値とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別するものである。
【００５８】
例えば、識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（２点
Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と既知ベースライン位置（点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）と、基準値としての既知のプラスチックの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）とを、直接またはそれぞれの比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB），（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）によって比較することにより被識別プラスチックの材質を識別する。なお、直接比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）、または、比によって比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）は、予め記憶手段３４に記憶しておく。
【００５９】
図９はこの識別手段３５によるＰＳの識別例を示している。図９に示すように、ＰＳの２点Ａ1，Ａ2の既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と点Ｂの既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）の比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB）は、他の材質のものとは大きく相違している。したがって、ＰＳの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）の比（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）から設定した基準値としての閾値ＳPSによってフィルタリング（図示例では（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）＞ＳPS＝２．５のみ抽出）することにより、ＰＳ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥが混在した試料からＰＳのみを識別して抽出することが可能である。
【００６０】
なお、図示しないが、他の種類のプラスチックにおいても同様にそれぞれのプラスチックの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度と既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とのそれぞれの差や比等に基づいて被識別プラスチックの材質を識別することが可能である。
【００６１】
上記構成のプラスチック識別装置１では、搬入された粉砕プラスチック（異物が含まれている場合もある。）を前処理風選機２により異物とプラスチック片とに選別し、この選別されたプラスチック片を振動整列フィーダ３により振動させて整列させ、ベルトコンベア４により搬送する。そして、ラマン散乱識別装置５によりベルトコンベア４のベルト４ａ上の被識別プラスチックＰにレーザ光を照射してプラスチックの材質を識別し、識別結果に応じて選別用エアガン６により選別して材質ごとに回収する。
【００６２】
このとき、ラマン散乱識別装置５では、強力なレーザ光を発生する半導体レーザ発生装置１２を光源として、このレーザ光を試料である被識別プラスチックＰの表面に凸レンズ１３により集光照射し、その散乱光に含まれるラマン散乱光を、レーザ光の集光に使用した同じ凸レンズ１３により同軸で集光し、光ファイバ２１でマルチチャンネル分光器２２に導き、マルチチャンネル分光して光検出器２４の画素群２４ａに入射させることによりラマン散乱情報を得る。
【００６３】
このとき、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、同時に被識別プラスチックＰに反射されたレーザ光を光検出器２４の画素群２４ｂに入射させることにより検出してレーザ情報を得て、このレーザ情報に基づきラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別する。なお、ここで得る補正後のラマン散乱情報は、予め設定したピーク位置とベースライン位置のみを得るだけで良いため、従来のようにラマン散乱スペクトル全体を正確に測定する必要はない。
【００６４】
以上のように、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、レーザ光を被識別プラスチックＰに照射し、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るとともに、レーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別するので、被識別プラスチックＰに照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱情報が変化した場合であっても、より正確に識別対象物の識別を行うことが可能である。
【００６５】
また、このプラスチック識別装置１では、識別したいプラスチックごとに予め決められたピーク位置（例えば、ＰＳの場合のＡ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数の１点または２点のラマン散乱強度と、ベースライン位置（例えば、ＰＳの場合のＢ）に対応する補正後のラマンシフトの波数のラマン散乱強度とを求め、その比を計算するなど簡単な演算処理を行い、その値と参照試料のプラスチックで求めた基準値とを比較するという簡便な方法によって毎秒５０個以上のプラスチックを識別することが可能である。なお、本実施形態においては、ピーク位置に対応するラマンシフトの波数を１点または２点使用しているが、３点以上とすることも可能である。
【００６６】
なお、本実施形態におけるプラスチック識別装置１では、図４に示すようにマルチチャンネル分光器２２が、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器２３と、分光器２３により分光されたレーザ光を減光する減光フィルタ２５と、分光器２３により分光されたラマン散乱光および減光フィルタ２５により減光されたレーザ光を検出する光検出器２４とから構成されるものとし、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２４により行っているので、低廉な識別装置を得ることが可能であるが、これに代えて図５または図６に示す構成とすることも可能である。
【００６７】
図５は図２のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図、図６は図２のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。なお、図５および図６において図４と共通の構成部分については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
図５に示すマルチチャンネル分光器２２ａでは、分光器２３により分光されたレーザ光を光検出器２６の所定の位置の画素群２６ｂへ反射するミラー２７を備えた構成である。画素群２６ｂは、分光器２４により分光されたラマン散乱光Ｒのうち各プラスチックにおいて特徴が現れない部分（図７の例では波数１６００〜２２００ｃｍ-1の範囲）である。ラマン散乱光Ｒの特徴が現れる他の部分は、光検出器２６の画素群２６ａ，２６ｃに入射される。
【００６９】
このような構成を採用することにより、光検出器２６の分解能を有効に利用して、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２６により行うことができるので、高精度で低廉な識別装置を実現することが可能となる。
【００７０】
一方、図６に示すマルチチャンネル分光器２２ｂでは、ラマン散乱光Ｒを入射させる第１光検出器２８ａとは別に、レーザ光を入射させる第２光検出器２８ｂを設けた構成である。分光器２３により分光されたレーザ光はミラー２９によって反射させる。
【００７１】
このような構成を採用することにより、ラマン散乱光を検出する第１光検出器２８ａとは別の第２光検出器２８ｂにより検出してラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を行うので、ラマン散乱信号を取得する第１光検出器２８ａは分解能の高いものを使用し、レーザ光を測定する第２光検出器２８ｂは分解能の低いものを使用して、低コスト化を図ることが可能である。
【００７２】
なお、以上の説明においては、分光器２３は反射型の回折格子（グレーティング）を用いた例について説明したが、透過型の回折格子を使用することも可能である。また、減光フィルタ２５に代えて、分光器２３により分光する前にレーザ光を減光する目的でノッチフィルタ等のフィルタを設置し、フィルタ２５を省略したり併用したりすることも可能である。
【００７３】
なお、上記のように本実施形態においては、プラスチックの材質を識別するプラスチック識別装置１について説明したが、プラスチック以外にも木や紙などの識別対象物の識別にも応用することが可能である。また、上記ラマン散乱光識別装置５を応用して正確なラマン散乱スペクトルを算出する構成とすることは容易である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、プラスチック、木や紙等の材質を非破壊的に識別するためのラマン散乱に基づくプラスチックの識別方法および識別装置、並びにラマン散乱スペクトルの計測方法および計測装置として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１  プラスチック識別装置
２  前処理設備
３  振動整列フィーダ
４  ベルトコンベア
４ａ  ベルト
５  ラマン散乱識別装置
６  選別用エアガン
７  エアガン駆動装置
８  同期制御装置
９  コンベア速度調整装置
１１  検出部ヘッド
１２  半導体レーザ発生装置
１３  集光レンズ
１４ａ  ミラー
１４ｂ  ダイクロイックミラー
２１  光ファイバ
２２，２２ａ，２２ｂ  マルチチャンネル分光器
２３  分光器
２４，２６  光検出器
２５  減光フィルタ
２７，２９  ミラー
２８ａ  第１光検出器
２８ｂ  第２光検出器
３０  データ処理装置
３１  ラマン散乱情報取得手段
３２  レーザ情報取得手段
３３  補正手段
３４  記憶手段
３５  識別手段
３６  出力手段
【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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【図８】
2011214917.tif 000009
【図９】
2011214917.tif 000010
【図１】
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