(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物を載置する測定部と、
該測定部に載置された分析対象物に照射光を照射する照明部と、
内部が前記照射光を前記測定部まで導光する照射光路となる本体と、
前記分析対象物から反射した反射光及び前記分析対象物で反射していない前記照射光である参照光を受光する受光部と、
前記反射光を前記受光部に向けて導光する反射光路管と、
前記参照光を前記受光部に向けて導光する参照光路管と、
前記受光部と前記反射光路管及び前記参照光路管との間に位置し、回転自在な円板で形成され、該円板を回転させることでこの円板に設けた複数の光路のいずれかを、前記反射光路管又は前記参照光路管と接続し、導光する光を前記反射光又は前記参照光に切り換えて前記受光部に導光する光路切換部と、
前記受光部が受光した光量に基づいて分析対象物に含まれる成分を分析する分析部と、を有する成分分析装置において、
前記反射光路管は、前記本体内に配設され、一端に分析対象物から反射した反射光が入射する開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口した開口部が設けられており、内部に前記反射光を前記光路切換部に向けて反射する反射光反射体が設けられ、
前記参照光路管は、前記本体内であって、前記反射光路管と前記照明部の間の位置に配設され、一端に前記参照光が入射するように前記本体内で開口する本体側開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口する開口部が設けられ、
前記反射光路管と前記照明部との間には、前記参照光を前記参照光路管の前記本体側開口部に向かって反射させる参照光反射体が設けられ、
前記本体内に、前記照射光が通過可能な開口部を有する支持板を配設し、該支持板の一方に前記反射光路管を取り付け、前記支持板の他方に前記参照光路管及び前記参照光反射体を取り付け、前記反射光路管と前記参照光路管とは、前記分析対象物に向かう照射光の進行方向に対して鉛直方向に重なるように取り付けられることを特徴とする成分分析装置。
【請求項２】
前記光路切換部は、前記反射光を前記受光部まで直線的に導光する第一光路と、前記参照光を複数の反射体でその光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第二光路とが設けられており、前記複数の反射体の反射面が円錐面であることを特徴とする請求項１に記載の成分分析装置。
【請求項３】
前記光路切換部は、前記参照光を前記受光部まで直線的に導光する第一光路と、前記反射光を複数の反射体でその光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第二光路とが設けられており、前記複数の反射体の反射面が円錐面であることを特徴とする請求項２に記載の成分分析装置。
【請求項４】
前記複数の反射体の数が二つであり、前記第二光路を二回折り曲げることを特徴とする請求項２又は３に記載の成分分析装置。
【請求項５】
前記光路切換部は、前記参照光をその光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第三光路が配設されており、該第三光路には前記参照光が通過する基準板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の成分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穀粒等の分析対象物からの反射光の光量を測定して分析対象物の成分を求める反射型の成分分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型の成分分析装置では、分析対象物からの反射光を受光して分析対象物の成分を求めるために、前記反射光の光量と、分析対象物に向けて照射した照射光である参照光の光量とを測定して吸光度を求めることが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された成分分析装置は、一つの受光部で反射光及び参照光（リファレンス光）の各光量を測定するために、光ファイバを使用してこれらの光をそれぞれ受光部に導光している。この方法によれば、光ファイバの使用により、前記反射光及び参照光を容易に導光することが可能であるが、光ファイバを使用しているため、部品コストが高くなるだけでなく、装置の組立時に高い取付精度が求められ専用の治具が必要になるなど生産コストが高くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９２３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、反射型の成分分析装置において、光ファイバを使用せずに、安価に反射光及び参照光を導光することが可能な光学部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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、
分析対象物を載置する測定部と、
該測定部に載置された分析対象物に照射光を照射する照明部と、
内部が前記照射光を前記測定部まで導光する照射光路となる本体と、
前記分析対象物から反射した反射光及び前記分析対象物で反射していない前記照射光である参照光を受光する受光部と、
前記反射光を前記受光部に向けて導光する反射光路管と、前記参照光を前記受光部に向けて導光する参照光路管と、
前記受光部と前記反射光路管及び前記参照光路管との間に位置し、回転自在な円板で形成され、該円板を回転させることでこの円板に設けた複数の光路のいずれかを、前記反射光路管又は前記参照光路管と接続し、導光する光を前記反射光又は前記参照光に切り換えて前記受光部に導光する光路切換部と、
前記受光部が受光した光量に基づいて分析対象物に含まれる成分を分析する分析部とを有する成分分析装置において、
前記反射光路管は、前記本体内に配設され、一端に分析対象物から反射した反射光が入射する開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口した開口部が設けられており、内部に前記反射光を前記光路切換部に向けて反射する反射光反射体が設けられ、
前記参照光路管は、前記本体内であって、前記反射光路管と前記照明部の間の位置に配設され、一端に前記参照光が入射するように前記本体内で開口する本体側開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口する開口部が設けられ、
前記反射光路管と前記照明部との間には、前記参照光を前記参照光路管の前記本体側開口部に向かって反射させる参照光反射体を設け、
前記本体内に、前記照射光が通過可能な開口部を有する支持板を配設し、該支持板の一方に前記反射光路管を取り付け、前記支持板の他方に前記参照光路管及び前記参照光反射体を取り付け、前記反射光路管と前記参照光路管とは、前記分析対象物に向かう照射光の進行方向に対して鉛直方向に重なるように取り付ける、という技術的手段を講じるものとした。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記光路切換部に、前記反射光を前記受光部まで直線的に導光する第一光路と、前記参照光を複数の反射体でその光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第二光路とを設け、前記複数の反射体の反射面を円錐面としたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記光路切換部に、前記参照光を前記受光部まで直線的に導光する第一光路と、前記反射光を複数の反射体でその光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第二光路とが設けられており、前記複数の反射体の反射面が円錐面であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記複数の反射体の数が二つであり、前記第二光路を二回折り曲げることを特徴とするものである。
【００１０】
(削除)
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記光路切換部に、前記参照光を、その光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第三光路が配設されており、該第三光路には前記参照光が通過する基準板を設ける、という技術的手段を講じるものとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、分析対象物を載置する測定部と、照射光を照射する照明部と、内部が照射光路となる本体と、分析対象物から反射した反射光及び参照光を受光する受光部と、反射光を受光部に向けて導光する反射光路管と、参照光を受光部に向けて導光する参照光路管と、回転自在な円板で形成され、該円板を回転させることでこの円板に設けた複数の光路のいずれかを、反射光路管又は参照光路管と接続し、導光する光を反射光又は前記参照光に切り換えて受光部に導光する光路切換部とを有する成分分析装置において、
前記反射光路管は、前記本体内に配設され、一端に分析対象物から反射した反射光が入射する開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口した開口部が設けられており、内部に前記反射光を前記光路切換部に向けて反射する反射光反射体が設けられ、
前記参照光路管は、前記本体内であって、前記反射光路管と前記照明部の間の位置に配設され、一端に前記参照光が入射するように前記本体内で開口する本体側開口部を設け、他端に前記光路切換部に向けて開口する開口部が設けられ、
前記反射光路管と前記照明部との間には、前記参照光を前記参照光路管の前記本体側開口部に向かって反射させる参照光反射体を設ける構造としたので、前記反射光路管により反射光が受光部に向けて導光されるとともに、前記参照光路管と参照光反射体により参照光が受光部に向けて導光される。
よって、光ファイバ等の導光のための部品を使用せずに前記反射光及び参照光を受光部で受光することができ、部品コストを抑えることが可能となるとともに、装置の組立が容易となる。
また、前記本体内に、前記照射光が通過可能な開口部を有する支持板を配設し、該支持板の一方に前記反射光路管を取り付け、前記支持板の他方に前記参照光路管及び前記参照光反射体を取り付けるとともに、前記反射光路管と前記参照光路管とを、分析対象物に向かう照射光の進行方向に対して鉛直方向に重なるように配設する構造としたので、これら二つの光路管によって遮られる分析対象物への照射光の量を最小限に抑えることができる。よって、測定するのに十分な量の照射光を分析対象物に照射することが可能である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、前記光路切換部に、反射光を受光部まで直線的に導光する第一光路と、参照光をその光路を複数回折り曲げて受光部まで導光する第二光路とを配設しており、該第二光路には複数の反射体が設けられ、該複数の反射体で参照光の光路を複数回折り曲げて受光部に参照光を導光するものであって、前記複数の反射体の反射面が円錐面であるので、前記光路切換部の円板を回転させて前記第二光路と参照光路管との位置を合わせて接続させたときに、接続する位置（角度）がズレたとしても参照光が前記反射体で反射する角度を常に一定に保つことができる。
このため、前記光路切換部の円板を回転させるステッピングモータ等の駆動手段に高精度のものを使用しなくても、前記ズレが原因となる測定精度の低下を防止することができるとともに、部品コストが削減できるという効果がある。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記光路切換部に、参照光を受光部まで直線的に導光する第一光路と、反射光をその光路を複数回折り曲げて受光部まで導光する第二光路とを配設しており、該第二光路には複数の反射体が設けられ、該複数の反射体で参照光の光路を複数回折り曲げて受光部に参照光を導光するものであって、前記複数の反射体の反射面が円錐面であるので、前記光路切換部の円板を回転させて前記第二光路と反射光路管との位置を合わせて接続させたときに、接続する位置（角度）がズレたとしても反射光が前記反射体で反射する角度を常に一定に保つことができる。
このため、前記光路切換部の円板を回転させるステッピングモータ等の駆動手段に高精度のものを使用しなくても、前記ズレが原因となる測定精度の低下を防止することができるとともに、部品コストが削減できるという効果がある。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、前記複数の反射体の数を二つとしたので、前記第二光路で参照光を二回折り曲げるだけで、前記反射光と共通の受光部で参照光を受光することができる。よって、装置の光学部を複雑にする必要はなく簡素な構造とできるので装置の小型化が図れる。
【００１６】
（削除）
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、前記光路切換部に、前記参照光を、その光路を複数回折り曲げて前記受光部まで導光する第三光路を配設し、該第三光路に前記参照光が通過する基準板を設ける構造としたので、この第三光路で参照光を受光部まで導光させるだけで成分分析装置の校正時に利用する基準光を測定できる。よって、装置の組立を複雑にすることなく、また、装置を大型化することなく、前記基準光が測定可能となる。
【００１８】
（削除）
【００１９】
（削除）
【００２０】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の成分分析装置の斜視図である。
【図２】本発明の成分分析装置の斜視図である。
【図３】本発明の成分分析装置の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線概略断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線概略断面図である。
【図６】参照光路を第二光路に接続した状態を説明するための図である。
【図７】参照光路を第三光路に接続した状態を説明するための図である。
【図８】反射光路及び参照光路を説明するための図である。
【図９】図４の矢印Ｘの方向からみた円板を示す図である。
【図１０】図６の矢印Ｙの方向からみた円板を示す図である。
【図１１】図７の矢印Ｚの方向からみた円板を示す図である。
【図１２】円板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 図１及び図２は、本発明の実施の形態における反射型の成分分析装置１の斜視図を示す。図１は、分析対象物を測定部２に載置した状態を示すものである。成分分析装置は、測定用の底面が透明な容器３に米や麦等の穀粒を充填して測定を行うものである。分析対象物が穀粒の場合、測定する成分はタンパク質などとなる。図２は、分析対象物を載置していない状態を示すものである。
【００２３】
図４は、図３のＡ−Ａ線概略断面図であり、図５は、図３のＢ−Ｂ線概略断面図である。本体４内の下方には、上方の測定部２に向けて光を照射する照明部１０を配置している。照明部１０にはハロゲンランプなどの通常の分光分析装置に使用する照明手段を用いることが望ましい。測定部２は、中心付近に分析対象物の反射光が通過する反射光路管１３が配置してあり、該反射光路管１３を囲んで分析対象物に照射する光が通過する照射光路１１が配置してある。なお、本体４内は、照射部１０からの照射光を測定部４まで導光する照射光路１１となっている。
図８は、反射光路管１３及び参照光路管１５ａの構造を説明するための図である。照射光路１１には支持板１７が設けられており、照明部１０から照射された照射光は、支持板１７の開口部１７ａを通過する。反射光路管１３には反射光反射体１６が設けられており、前記反射光は図４中の矢印で示す方向に反射され、光路切換部５に導光される。該反射光路管１３の一端は、開口部が測定部２と接続され反射光が入射し、他端は光路切換部５のカバー５ａに接続されている。該カバー５ａ内には円板５ｂが配設されている。
また、反射光路管１３はパイプ１３ａ及びパイプ１３ｂで形成され、一端には開口部１９ａ、他端には開口部１９ｂが設けられている。
【００２４】
図４では、反射光路管１３が円板５ｂの第一光路２２と接続された状態を示している。ここでいう接続とは、反射光路管１３の開口部と第一光路２２の開口部が位置的に重なった状態のことをいう。
また、図９は、図４の矢印Ｘの方向から見た円板５ｂを示す図である。第一光路２２は、第一貫通孔２１で形成され、該第一貫通孔２１は、反射光路管１３のパイプ１３ｂと同一方向に円板５ｂを貫通するものである。円板５ｂは、回転軸８ｂと接続されており、モータ８の駆動により回転する。
図１２は円板５ｂの斜視図である。モータ８にはステッピングモータ等の停止時の角度を制御できるものを使用し、停止時の第一貫通孔２１及び第二貫通孔２３の位置を制御できるものである。また、光路切換部５を間に挟んで、反射光路管１３と対面する位置には受光部６が配置されており、反射光路管１３のパイプ１３ｂ及び第一光路２２を直線的に通過した分析対象物からの反射光は、入射窓２５から受光部６に入射し、その中に配置されたセンサ２６により受光される。センサ２６にはシリコンフォトダイオード等を使用することができる。なお、受光したい反射光の波長域に合わせて適宜センサ２６を変更することが望ましい。
【００２５】
図６は、図３のＡ−Ａ線部分の概略断面図であり、図６では参照光路管１５ａが円板５ｂの第二光路２４と接続された状態を示している。ここでいう接続とは、参照光路管１５ａの開口部と第二光路２４の開口部が位置的に重なった状態のことをいう。
図１０は、図６の矢印Ｙの方向から見た円板5bを示す図である。前記照明部１０から照射された光の一部は、参照光として参照光反射体１４により矢印で示す方向に反射され、パイプで形成する参照光路管１５ａ内を通過する。参照光路管１５ａの一端は本体４内に開口しており本体側開口部１５ｂが設けられている。他端は、開口部１５ｃが設けられ光路切換部５のカバー５ａと接続している。前記第二光路２４は、第二貫通孔２３、第一の反射体３１及び第二の反射体３２で形成されるものであり、第二貫通孔２３は、前記参照光路管１５ａと同一方向に円板５ｂを貫通するものである。
第一の反射体３１は、一枚のプレートから形成することができるものである。該プレートの側面が反射面３１ａであり、該反斜面は円錐面となっている。
また、第一の反射体３１と対面する位置には、第二の反射体３２が配設されており、第一の反射体３１と同様に、第二の反射体３２は反射面３２ａが円錐面となっている。
なお、図８に示すように、反射光路管１３を形成するパイプ１３ｂと参照光路管を形成するパイプ１５ａは、分析対象物に向かう照射光の進行方向に対して鉛直方向に重なるように配設される。具体的には、パイプ１３ｂの中心軸Ｋとパイプ１５ａの中心軸Ｌとが前記方向に重なるように配設される。
このため、照射光で生じるパイプ１５ａの影は、パイプ１３ｂにうつることになり、パイプ１５ａが単独で測定部２に照射される照射光を遮ることはない。よって、反射光路管１３及び参照光路管１５ａを照射光路１１内に設けても、これら光路によって遮られる照射光の量を最小限に抑えることができる。
【００２６】
次に、導光されて参照光路管１５ａを通過した参照光について説明する。該参照光は図６に示すように第二光路２４を通過し、第一の反射体３１の反射面３１ａで鉛直方向に一回目の反射をし、この反射後に第二の反射体３２の反射面３２ａで鉛直方向に二回目の反射をし、光路が反射光路管１３のパイプ１３ｂと同一方向になった状態で前記入射窓２５から受光部６に入り、その中に配置されたセンサ２６により受光される。
【００２７】
本発明では、光を受光するセンサは一つであるので、前記反射光と参照光とを同時に測定することはない。通常の測定では、反射光と参照光とを順に測定する。しかし、測定条件によっては、反射光を連続的に測定してもよいし、参照光を最初だけ又は最後にだけ測定するようにしてもよい。なお、受光部６を分光器として、入射窓２５から入射した反射光及び照射光をそれぞれ分光し、分光した各光の光量を測定して、吸光度を求めるようにすることが好ましい。
ところで、本発明では、前記第一光路と前記第二光路とを入れ換えて、参照光を直線的に受光部まで導光させ、反射光を複数回折り曲げて受光部まで導光させてもよい。
【００２８】
前記受光部６で受光し測定された反射光及び参照光は、その光量の情報が分析部７に送られ、該分析部７では分析対象物に含まれる成分等が分析される。分析部７には一般的な分析装置を使用することができる。また、分析部７での分析には一般的な分析手法を用いればよい。
【００２９】
本発明では、前記第一光路及び第二光路に加えて第三光路を光路切換部５に配設することができる。図７は、図３のＡ−Ａ線部分の概略断面図であり、図７では参照光路管１５ａが円板５ｂの第三光路２８と接続された状態を示している。ここでいう接続とは、参照光路管１５ａの開口部と第三光路２８の開口部が円板５ｂの回転動作により位置的に重なった状態のことをいう。
図１１は、図７の矢印Ｚの方向から見た円板５ｂを示す図である。第三光路は、成分分析装置１の校正を行う場合に使用する基準光を測定する際に使用することができる。
【００３０】
前記基準光は前記参照光を利用するものであって、参照光路管１５ａを通過した参照光のうち、第三光路２８を通過した光が基準光となる。前記照明部１０から上方に向けて照射された照射光の一部は、校正用の基準光として参照光反射体１４により矢印で示す方向に反射され、パイプで形成する参照光路管１５ａ内を通過する。第三光路２８は、第三貫通孔２７、第一の反射体３１及び第二の反射体３２で形成されるものであり、第三貫通孔２７は、前記参照光路１５ａと同一方向に円板５ｂを貫通するものである。
第一の反射体３１は、一枚のプレートから形成することができるものである。該プレートの側面が反射面３１ａであり、該反斜面は円錐面となっている。
また、第一の反射体３１と対面する位置には、第二の反射体３２が配設されており、第一の反射体３１と同様に、第二の反射体３２は反射面３２ａが円錐面となっている。
【００３１】
前記第三貫通孔２７には基準板２９となるフィルタが取り付けられており、第三光路２８を通過する基準光は、この基準板２９を通過する。成分分析装置１の測定値を校正する場合には、基準板２９を通過した基準光の光量を利用することになる。
【００３２】
本発明では、第二光路２４及び第三光路２８に設けられた二つの反射体を、それぞれ共通の反射体の円錐面を使用する構成としている。しかし、第二光路２４と第三光路２８とで別々に反射体を設ける構成としてもよい。
【００３３】
次に、導光されて参照光路管１５ａを通過した基準光について説明する。該基準光は図７に示すように第三光路２８を通過し、第一の反射体３１の反射面３１ａで鉛直方向に一回目の反射をし、該反射後に第二の反射体３２の反射面３２ａで鉛直方向に二回目の反射をし、光路が反射光路管１３と同一方向になった状態で前記入射窓２５から受光部６に入り、その中に配置されたセンサ２６により受光される。
受光された基準光は、その光量の情報が分析部７に送られ、該分析部にて成分分析装置を校正する際に使用される。この校正方法は一般的な手法を用いることができる。
【００３４】
本発明は、上記実施の形態に限るものでなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の成分分析装置は、分析対象物が米粒等の穀類に限定されることはなく、樹脂ペレット等の粒状物や野菜・柑橘類等の光を反射するものであれば測定をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  成分分析装置
２  測定部
２ａ  透明板
３  容器
４  本体
５  光路切換部
５ａ  カバー
５ｂ  円板
６  受光部
７  分析部
８  モータ
８ｂ  回転軸
１０  照明部
１１  照射光路
１３  反射光路管
１３ａ  パイプ
１３ｂ  パイプ
１４  参照光反射体（ミラー）
１５ａ  参照光路管
１６  反射光反射体（ミラー）
１７  支持板
１８  ブロック
２１  第一貫通孔
２２  第一光路
２３  第二貫通孔
２４  第二光路
２５  入射窓
２６  センサ
２７  第三貫通孔
２８  第三光路
２９  基準板
３１  第一の反射体
３１ａ  反射面
３２  第二の反射体
３２ａ  反射面
４１  反射光
４２  参照光
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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