(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性部材を張設し内部に試料を収容できるようにした円型のセルに対し、適量の試料を投入した後、この試料を透光性部材に対して押圧しながら、透光性部材を介してヘッドから試料に特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出して、試料に含まれる成分を分析する方法において、
前記ヘッドは、ほぼセルの直径線に沿って往復動できるように構成されるとともに、
前記セルは、近赤外線の照射中、透光面をほぼ一定に維持した状態で周方向に回転できるように構成され、
セルに収容した試料を計測するにあたっては、光学的ノイズが少ない範囲や重複してデータを拾わない範囲である、セルの中心部と周縁部とを除いたドーナツ状の範囲を計測エリアとして計測するようにしたことを特徴とする計測時間を短縮した成分分析方法。
【請求項２】
前記吸光度の基準値を得るために行う標準反射物質の計測は、複数のサンプルを計測した後、ほぼ一定の時間毎に行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の計測時間を短縮した成分分析方法。
【請求項３】
透光性部材を張設し内部に試料を収容できるようにした円型のセルと、
セルに投入した試料を透光性部材に対して適宜押圧できるようにした押圧機構と、
透光性部材を介してヘッドから試料に特定波長域の近赤外線を照射するようにした近赤外線照射装置と、
近赤外線の照射中、透光面をほぼ一定に維持した状態でセルを周方向に回転できるようにしたセル回転機構と、
近赤外線の照射中、ヘッドをほぼセルの直径線に沿って往復動できるようにした照射装置移動機構とを具え、
セル内の試料に特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出して、試料に含まれる成分を分析するようにした装置において、
セルに収容した試料を計測するにあたっては、光学的ノイズが少ない範囲や重複してデータを拾わない範囲である、セルの中心部と周縁部とを除いたドーナツ状の範囲を計測エリアとして計測するようにしたことを特徴とする成分分析装置。
【請求項４】
前記吸光度の基準値を得るために行う標準反射物質の計測は、複数のサンプルを計測した後、ほぼ一定の時間毎に行うようにしたことを特徴とする請求項３記載の成分分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円型のセルに試料を投入し、このものに近赤外線を照射して試料の含有成分を分析する手法に関するものであって、特に計測時間の短縮を図りながら分析精度の向上をも同時に達成できるようにした新規な成分分析手法に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
例えば製茶工場等においては、生産者が持ち込んだ茶葉を格付けして、この格付結果に基づいて、茶葉の買取価格の決定を行ったり、その後の加工条件等の設定に利用している。近時、このような茶葉の格付けは、熟練した格付判定員の目視検査、官能評価だけでなく、機械による性状分析によっても行われるようになってきており、より客観性、正確性が高まってきている。
【０００３】
本出願人にあっても近赤外線を応用した分析装置の開発を試み、特開平１１−２３０９０２「茶葉成分分析方法並びにその装置」、特願２０００−３３６２８０「茶葉成分分析装置」等の出願に至っている。ここに開示された装置は、茶葉に粉砕等の前処理を施さずに原形状態のまま含有成分を計測できるようにしたものであり、また葉の表裏、茎等、成分分布の相違に起因する測定誤差をほとんど生じさせることなく、一連の格付作業が自動的に行えるようにしたものであり、既に製茶工場において実用化されている。
【０００４】
またここに開示された手法は、茶葉に特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光を計測するとともに、これを標準反射物質の拡散光と比較することによって、照射した近赤外線の吸光度を演算し、茶葉に含まれる成分、例えば水分、全窒素、総繊維等を算出するものである。これは、茶葉等に含まれる成分毎によって吸収される近赤外線の波長域が異なる、という特性を利用したものである。
【０００５】
具体的には、一例として図１４（ａ）に示すように、円型のセル４０′に生茶葉Ａを適量投入し、ゴムシート状の拡張膜７１′を具えた押圧盤７０′によって生茶葉Ａを適宜圧縮し、茶葉どうしの隙間を適宜減少させた状態で、特定波長域の近赤外線を照射し、計測するものである。また従来、特定波長域の近赤外線を照射し、拡散反射光を測定するにあたっては、セル４０′を周方向に回転させながら、近赤外線を照射する光学ヘッド２０′は、セル４０′のほぼ直径線上で往復動させていた。これは、一例として図１４（ｂ）に示すように、照射軌跡Ｌ１′、Ｌ２′がヘッド２０′の往路と復路とで、セル４０′の外側から中心、中心から外側に向かうスパイラル状を各々描き、多くの測定点を得るための構成である。
【０００６】
このように多くの測定カ所を確保することは、含有成分の算出がほぼ正確に行えるという利点がある一方で、計測に時間がかかるという一面もあり、このような点において改善の余地があった。すなわち、茶の場合、一年のうちでも繁忙期が、ある程度限定されるため（例えば五月前半）、この時期には、収穫した直後の生茶葉Ａが続々と製茶工場に搬入されてくる。このためこの時期には、ほぼ同時刻に、異なる茶園からの搬入が集中することがあった。しかしながら、精度向上等の観点から測定カ所を多く確保した従来の装置では、短時間で多くのサンプルを計測することはできなかった。このため、この種の成分分析装置においては、精度向上とともに、搬入が集中する繁忙期を考慮して、単位時間当たりの処理能力を向上させること、すなわち一サンプル当たりの計測時間を短縮することが強く望まれていた。
【０００７】
【開発を試みた技術的課題】
本発明は、このような背景を認識してなされたものであって、試料を投入した円型のセルにおいて計測に適したエリアのみを選んで計測するようにし、これによって計測時間の短縮化及び精度向上を同時に達成し得る新規な成分分析方法並びにこれを実施する装置の開発を試みたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の計測時間を短縮した成分分析方法は、透光性部材を張設し内部に試料を収容できるようにした円型のセルに対し、適量の試料を投入した後、この試料を透光性部材に対して押圧しながら、透光性部材を介してヘッドから試料に特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出して、試料に含まれる成分を分析する方法において、
前記ヘッドは、ほぼセルの直径線に沿って往復動できるように構成されるとともに、
前記セルは、近赤外線の照射中、透光面をほぼ一定に維持した状態で周方向に回転できるように構成され、
セルに収容した試料を計測するにあたっては、光学的ノイズが少ない範囲や重複してデータを拾わない範囲である、セルの中心部と周縁部とを除いたドーナツ状の範囲を計測エリアとして計測するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、セルの中でも計測に適したエリアのみを選んで試料の計測を行うため、計測時間ひいては処理時間の短縮化とともに成分分析の精度向上をも図れ、合理的な分析や格付が行える。また、円型のセルにおいて計測に適したエリアを、より具体的なものとする。
【０００９】
また請求項２記載の計測時間を短縮した成分分析方法は、前記請求項１記載の要件に加え、前記吸光度の基準値を得るために行う標準反射物質の計測は、複数のサンプルを計測した後、ほぼ一定の時間毎に行うようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、一サンプルに要する処理時間をより短縮でき、単位時間当たりの処理能力を一層向上させ得る。
【００１０】
また請求項３記載の成分分析装置は、透光性部材を張設し内部に試料を収容できるようにした円型のセルと、
セルに投入した試料を透光性部材に対して適宜押圧できるようにした押圧機構と、
透光性部材を介してヘッドから試料に特定波長域の近赤外線を照射するようにした近赤外線照射装置と、
近赤外線の照射中、透光面をほぼ一定に維持した状態でセルを周方向に回転できるようにしたセル回転機構と、
近赤外線の照射中、ヘッドをほぼセルの直径線に沿って往復動できるようにした照射装置移動機構とを具え、
セル内の試料に特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出して、試料に含まれる成分を分析するようにした装置において、
セルに収容した試料を計測するにあたっては、光学的ノイズが少ない範囲や重複してデータを拾わない範囲である、セルの中心部と周縁部とを除いたドーナツ状の範囲を計測エリアとして計測するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、計測エリアは、セルの中でも測定に最も適した範囲、例えばセルの中央部や周縁部を除いた範囲を選ぶため、計測時間ひいては処理時間の短縮化とともに成分分析の精度向上をも図れ、効率的な分析や格付が行える。
【００１１】
また請求項４記載の成分分析装置は、前記請求項３記載の要件に加え、前記吸光度の基準値を得るために行う標準反射物質の計測は、複数のサンプルを計測した後、ほぼ一定の時間毎に行うようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、一サンプルに要する処理時間をより短縮でき、単位時間当たりの処理能力を一層向上させ得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の成分分析方法は、茶葉等の試料に近赤外線を照射し、このものに含まれる水分値、全窒素、総繊維等の成分情報（成分の特定と、特定した成分の量を含めた総称）を認識するものである。また近赤外線の照射中は、光学的ノイズを抑制し、より正確に計測できるように、茶葉は適宜押圧され、茶葉どうしの隙間が小さく保たれる。
なお以下の説明では、分析される試料として生茶葉Ａ、すなわち製茶工場に搬入されてくる収穫直後の茶葉を例に挙げて説明するが、試料としては、このような生茶葉Ａ以外にも、例えば、米、たばこの葉、木材チップ、加工食品等、製品品質において含有成分の管理や把握等が重要な意義を持つ種々の素材に適用可能である。以下本発明の成分分析方法を実施し得る装置の一例について具体的に説明する。
【００１３】
本発明を実施する成分分析装置１は、一例として図１〜３に示すように、鋼材を適宜矩形状に組んだ機枠Ｆに対して近赤外線照射装置２、試料収容部４、押圧機構７及び制御盤８を具えて成り、前記試料収容部４に投入した生茶葉Ａに対して、近赤外線照射装置２から近赤外線を照射し、生茶葉Ａの含有成分を解析するものである。
ここで近赤外線を試料に照射して、その成分分析を行う手法の原理について説明する。この手法は、試料に含まれる個々の成分が、特定の波長域の近赤外線を吸収する特性を利用したものであり、試料に特定波長域の近赤外線をあて、その拡散反射光を計測し、予め計測しておいた標準反射物質の拡散光を基に、試料によって反射された拡散光の減衰量（吸光度）を演算し、検量線によって目的の成分値を算出するものである。なお本実施の形態では、一つの成分値を算出するのに、演算した吸光度を全て使ったり、演算した吸光度から必要に応じて更に新たな変数を作り出すなどして、多くの変数（吸光度）によって検量線を作成し、一つの成分値を算出するようにしている。
【００１４】
そして本実施の形態では、試料収容部４は、実質的に有底筒状の円型のセル４０によって形成されるものであり、このものは生茶葉Ａを載置する底部が透光性部材で形成され、ここを通して近赤外線が生茶葉Ａに照射される。そしてセル４０は、計測中、セル回転機構５によって、透光面（載置面）をほぼ水平に維持しながら周方向に回転できるように構成され、また計測を終えた生茶葉Ａを排出できるように、セル反転機構６によって収容面（開口面）を引っ繰り返し得るように構成される。
一方、近赤外線照射装置２は、照射装置移動機構３によって円型のセル４０のほぼ直径線上を往復動できるように構成される。
【００１５】
このような構成を採ることにより、近赤外線照射装置２がセル４０の透光面上で描く照射軌跡は、スパイラル状となり、多くの計測ポイントが確保できる（図１４参照）。このように透光面積が限られたセル４０において極力、広範囲に渡ってデータを収集することは、成分計測が精度良く行えるという点で効果的であるが、一方で計測時間もその分長くなるものである。このため、本発明ではセル４０において最も計測に適したエリアのみを選んで計測を行うようにし、計測時間の短縮化を図っている。
【００１６】
具体的には、図１、９に示すように、セル４０の中心部と周縁部を除いた、言わばドーナツ状の範囲を計測エリアＡＲとするものであり、一例としてセル４０の半径が約２０ｃｍ程度の場合、計測エリアＡＲは、内径が約８．５（半径）ｃｍ程度、外径が約１５．５（半径）ｃｍ程度のドーナツ状となる。なおセル４０の中心部を除外するのは、この部分のデータを重複して取り込む可能性があるためである。またセル４０の周縁部を除外するのは、この部位に位置した生茶葉Ａは、透光性部材に押圧されても隙間が生じやすく、比較的多くの光学的ノイズを含むためである。因みにこのように、計測に適したエリアのみを選んで計測を行うことによって、計測時間の短縮とともに、より一層の精度向上をも達成し得るものである。
なお上述した説明ではセル４０の底部全面を透光性部材で形成するかのように説明したが、本発明では最も計測に適したエリアのみを選んでセル４０内の試料を計測するため、この計測エリアＡＲのみを透光性部材で形成するようにしても構わない。
【００１７】
以下、成分分析装置１の各構成部について更に説明する。まず近赤外線照射装置２について説明する。このものは、特定波長域の成分のみを、後述するヘッド２０に送り込むものであり、一例として図７のブロック図に示すように、近赤外線を輻射するハロゲン光源等を適用した光源１１と、光源１１からの近赤外線を集光するために複数のレンズを組み合わせて成るレンズ系１２と、光変調をかけるチョッパ１３と、フィルタ１４とを具えて成る。
フィルタ１４は、含有成分毎に吸収する周波数帯域が異なることに因み、例えば必要なバンドパスフィルタ（素子）が同心円状に複数（一例として８個）配列された円盤状のものが適用され、これを逐次回転させて単色光をファイバ（後述する投光ファイバ２３）を経て試料に照射するようにしている。このため円盤状のフィルタ１４には、使用するフィルタ素子を適宜切り替える機構が別途付設されるものである。
【００１８】
なおフィルタ１４は、従来、素子が１０枚であったが、本実施の形態では２枚少ない８枚とし、これによっても計測時間の短縮を図っている。因みに、フィルタ素子が減少したことによる、分析精度の低下の心配はなく、以下これについて説明する。従来、生茶葉Ａの成分を分析するために使用されていた１０枚のフィルタは、概ね水分検出用、全窒素検出用、総繊維検出用、これらに関与の度合いが低い参照波長用の四つに分けられていた。そして、例えば水分を算出する際には、１０個のフィルタ素子のうち、水分検出用のものと参照波長用のものを使用して計測していた。すなわち、従来は比較的少数の吸光度から検量線を作成し、一つの成分値（水分値）を算出していたのである。
【００１９】
しかしながら、本実施の形態では、上述したように一つの成分値を演算する際にも、８個全てのフィルタ素子（吸光度）を使用するものであり、また必要に応じて、これらから新たな変数を作り出し、多くの変数から成る検量線によって一つの成分値を演算するようにしている。つまり本実施の形態では、従来よりも遙に多くの変数から水分値等を検出するようにしているため、フィルタ素子の数を減少させても、従来とほぼ同程度の精度で成分分析が行えるのである。因みに、本出願人が試みたシュミレーションでは、フィルタ素子の数を６枚にした場合でも従来と同程度の精度で、分析できることが確かめられており、従ってフィルタ１４を構成する素子は必ずしも８個である必要はなく、演算した吸光度から新たな変数を作り出すこと等によって、今後更に減少できる可能性がある。
【００２０】
ヘッド２０は、一例として図４の拡大図に示すように空洞球内壁に拡散反射率の高い白色塗料を塗布するか、あるいは金メッキを施した積分球２１の中心軸の両端に、投光部２５と検出窓２２とを具えて成るものであり、この検出窓２２は積分球２１の表面を窓枠状に切除するとともに、この部分に一例として石英ガラスを嵌め込んで形成される。そして前記投光部２５には前記フィルタ１４の後段の伝播経路となる投光ファイバ２３が挿入されるとともに、その先端は前記検出窓２２に対して密接状態に臨むように設けられる。
更に前記投光部２５側の半球部分に受光部２６を設けるものであって、ここには後述する受光ファイバ２４の先端が前記積分球２１内に臨むように接続される。因みに本実施の形態ではヘッド２０は、一例として本出願人による特開平７−３０１５９８「光センサープローブ」に開示されたものを採用した。
【００２１】
前記受光ファイバ２４の他端は、一例としてＰｂＳ薄膜を酸化しながら基板上に形成したｐｎ型の半導体を素子とする赤外線センサ１５に臨ませて成り、この赤外線センサ１５の出力は適宜増幅装置を経由する等して制御盤８内に具えた演算部に伝送される。
また前記赤外線センサ１５は、ｐｎ接合部に光が照射されると光導電現象が生じて抵抗値が低下する、という原理を応用したものであり、前記抵抗値の変化量が極めて小さいため、チョッパ１３を併用して抵抗変化を暗抵抗と比較して測定するように構成される。従って赤外線センサ１５として前記ＰｂＳタイプ以外のものを採用する場合には、前記チョッパ１３は不要となる。
【００２２】
また詳細な説明は後述するが、前記測定原理に因み、本装置は、標準反射板（標準反射物質）１６を機枠Ｆに対して具えて成るものであり、この設置位置は後ほど定義する近赤外線照射装置２の退却位置において、前記ヘッド２０における検出窓２２と対向する位置とする。
なお標準反射板１６の計測は、従来、試料（サンプル）を交換する毎に行っていたが、本実施の形態では複数のサンプルを計測した後、一定時間毎（例えば概ね２０分毎）に行うものであり、これによって一サンプル当たりの処理時間を短縮するようにしている。もちろん標準反射板１６の計測を行う間隔が、長ければ、それだけ一サンプル当たりの計測時間を短縮することはできるが、あまり間隔が空き過ぎれば計測精度の低下が懸念されるため、これを考慮した上で標準反射板１６の計測間隔が設定される。
【００２３】
次に照射装置移動機構３について説明する。このものは前記近赤外線照射装置２をセル４０のほぼ直径線に沿って往復動させ得る装置であって、一例として図４に示すように前記機枠Ｆの下部の鋼材に対して送りガイド３０を敷設し、この送りガイド３０に対して前記近赤外線照射装置２を搭載した送りステージ３１を摺動可能に嵌合させて成るものである。この送りステージ３１の側面にはスクリューブロック３２が装着されるとともに、このスクリューブロック３２にはスクリューシャフト３３が螺合される。またスクリューシャフト３３の一端は適宜の減速機構３４を介在させてモータＭ１の出力軸に接続される。
なお前記近赤外線照射装置２を搭載した送りステージ３１の進行方向の面には、進行方向に向かって下降する斜面を有したシュートＳを取り付ける。
【００２４】
因みに上記照射装置移動機構３による近赤外線照射装置２の移動について、モータＭ１から遠ざかる移動すなわちセル４０に接近する移動を進行と定義し、モータＭ１に近づく移動すなわちセル４０から離反する移動を退却と定義する。また近赤外線照射装置２の可動範囲のうち、退却方向の終端を退却位置と定義する。
【００２５】
なお本発明では、計測エリアＡＲからセル周縁部を除外するため、近赤外線照射装置２を進行から退去させる折り返し地点は、ドーナツ状を呈する計測エリアＡＲの最外周位置とするものであり、これによって、近赤外線照射装置２の移動時間、ひいては計測時間の短縮を図るものである。もちろん近赤外線照射装置２を折り返すにあたっては、計測エリアＡＲを通り越し、セル４０の直径先端まで進行させてから退去させる、従来の往復形態も採り得るが、この場合にはデータを活用しないセル周縁部での移動速度を上げられるように設定し、計測時間の短縮を図ることが好ましい。なお、近赤外線照射装置２がセル中央部を通過することは不可避であるため、セル中央部においても近赤外線照射装置２の移動速度を速めることが、計測時間を短縮する上で好ましい形態である。
【００２６】
次に試料収容部４について説明するが、その構造上、関連の深いセル回転機構５及びセル反転機構６についても併せて説明する。試料収容部４は、生茶葉Ａ等の試料を実質的に収容する円型のセル４０を有するものであり、このセル４０は、一例として図５に示すように、円環状のセルフレーム４１に対して例えば石英ガラス等の透光板４２を底部に嵌め込んで構成される。なお透光板４２は、上述したように少なくとも計測エリアＡＲに設けられればよく、必ずしもセル４０の底部全面に形成される必要はない。そして試料収容部４の底面積（透光板４２の面積）が広くなれば、それだけ計測エリアＡＲが増し、成分分析の精度向上も期待できるが、装置自体の大型化を招かないようにすることも考慮して、一例として半径約２０ｃｍ程度に設定される。
【００２７】
また前記セルフレーム４１は、一例として図５の拡大図に示すように、断面形状がＦ字形に形成され、その内周部分は近赤外線の反射を防ぐために黒色に塗装されることが好ましい。
そして前記セルフレーム４１の下部には、後述するセル回転機構５の構成要素の一つである従動ギヤ５３が装着されるのであり、このものは一例として外周にギヤを刻設した円環状の部材である。
【００２８】
更に前記セル４０は、このものより大きめの内径寸法を有するセル支持フレーム５０に保持されるものであって、このセル支持フレーム５０は、内周部分の下面において回転軸がほぼ水平に設定された支持ローラ５１ａと、回転軸がほぼ垂直方向に設定された支持ローラ５１ｂとを、各々複数装着して成る。またセル支持フレーム５０の外周部分の適宜の位置には、セル４０をほぼ水平面上で回転させるモータＭ２がブラケット等によって取り付けられるものであり、このモータＭ２の回転軸には駆動ギヤ５２が取り付けられる。
【００２９】
そして前記セル４０とセル支持フレーム５０とを係合状態に組み合わせることでセル回転機構５を構成するものである。具体的には、前記支持ローラ５１ａをセルフレーム４１のＦ字形断面の水平部分に当接するように組み付け、また前記支持ローラ５１ｂをセルフレーム４１のＦ字形断面の垂直部分に当接するように組み付ける。更に前記駆動ギヤ５２と前記従動ギヤ５３との間に歯付ベルト５４を巻回し、モータＭ２の駆動によってセル４０をほぼ水平面上で周方向に回転できるようにしている。
【００３０】
セル反転機構６は、計測を終了した生茶葉Ａをセル４０から排出すべく、セル４０と係合状態に組み付けられたセル支持フレーム５０を、引っ繰り返すものである。セル反転機構６は、一例として図５に示すように、セル支持フレーム５０の直径延長線において外側に張り出すように設けられる一対の回動軸６０と、機枠Ｆに対して設けられ回動軸６０を回動自在に支持する軸受６１とを具えて成るものである。そして一方の回動軸６０には、外周部にピニオン６２が設けられるとともに、これに噛み合うラック６３が形成される。なおラック６３は機枠Ｆに対して摺動自在のシリンダ６４等に設けられるものであって、シリンダ６４を適宜摺動させることで、セル４０を反転させ得るようにしている。なお図３、図８に示す実施の形態では、セル反転機構６によってセル４０をほぼ１８０°近い状態まで反転させ得るように図示しているが、その目的は、生茶葉Ａをセル４０から落下、排出することであるため、生茶葉Ａの排出が行える程度にセル４０を傾倒させ得るものであってもよく、必ずしもセル４０を引っ繰り返し状態に反転させる必要はない。
【００３１】
次に押圧機構７について説明する。このものは前記セル４０内に収容された試料を透光板４２に対して押圧するための機構であって、直接、試料を押圧する作用を担う押圧盤７０を実質的に具えて成る。
この押圧盤７０は、一例として図６に示すように、前記セル４０の外周を構成するセルフレーム４１に受け入れられるように形成された非通気性の円盤状部材である。そして押圧盤７０には、作用面（下面）に対してゴム等、非通気性の伸縮可能な弾性部材から成る拡張膜７１を、円環状の保持枠７２等を用いて縁取り状態に取り付け、中空状のエアバッグを構成する。
また押圧盤７０の上面中心部にはエアを注入したり排出したりするための孔を穿設するとともにパイプ７３が取り付けられ、更にこのパイプ７３に対してエアホース７３ａが取り付けられる。
【００３２】
一方、機枠Ｆに対しては、一例として図２に示すように、ほぼ垂直状態の鋼材に沿ってリニアガイド７４を取り付けるものであり、このリニアガイド７４には摺動片７４ａが嵌合する。
この摺動片７４ａには、アーム７５をほぼ水平に張り出すように取り付けるものであり、更にこのアーム７５の先端に、接合部が回転可能なカプラ７３ｂを具える。そしてこのカプラ７３ｂに対して前記エアホース７３ａが接続される。
また前記アーム７５の基端部には、その下面に昇降シリンダ７６のロッド７６ａが取り付けられ、このロッド７６ａを適宜伸縮させることによって、エアバッグ状の押圧盤７０を上下動させるものである。
そして機枠Ｆの適宜の位置にコンプレッサ７７を具えるものであって、ホースを用いて前記カプラ７３ｂと接続する。
【００３３】
また測定終了後に、透光板４２に付着した試料を吹き飛ばすための空気を噴出するノズル７８を設けるものであって、このものは図２に示すように機枠Ｆに対して一例として適宜のシリンダ７８ａによって駆動されるリンク機構によって回動自在に取り付けられるものである。このノズル７８は適宜切り替えバルブを具えたホースによって前記コンプレッサ７７に接続される。
【００３４】
本発明を実施する成分分析装置１は、以上のような基本構造を有するものであり、以下この装置を用いて、製茶工場に搬入された生茶葉Ａの成分を分析する態様について説明する。
（１）標準反射板の測定
成分分析装置１の始発状態は、一例として図８（ａ）に示すように近赤外線照射装置２が退却位置に待機し、セル４０は収容面を上方にした水平状態であり、更に押圧盤７０は上方に位置した状態である。この状態で近赤外線照射装置２のヘッド２０は標準反射板１６に臨んでいるものであり、光源１１から輻射された近赤外線は、レンズ系１２によって集光され、チョッパ１３によって光変調がかけられ、更にフィルタ１４によって特定波長域の成分のみが投光ファイバ２３内を伝播し、検出窓２２を通過して標準反射板１６に至る。
【００３５】
標準反射板１６で反射した近赤外線は再び検出窓２２を通過して積分球２１内に進行し、ここで拡散反射をして平均化された後に受光ファイバ２４に進入し、赤外線センサ１５に至るのであって、光導電現象で生じた抵抗値変化量は制御盤８内のデータ処理装置によって処理される。
このように標準反射板１６を用いた測定によって、検出目的の成分が存在しない場合の抵抗値変化量を把握するものであって、このためフィルタ素子を切り替えて、標準反射板１６を用いた測定を複数回（ここでは８回）行うことになる。
因みにこのような標準反射板１６を用いた基準計測は、従来、試料（サンプル）を変更する度に行っていたが、本実施の形態では、一定時間毎（一例として約２０分程度に一回計測）に行うものであり、必ずしも上記説明のように実質的な測定に先立って行うものではない。なお標準反射板１６の計測時間の間隔は、成分計測の全体的な精度を低下させない時間内で設定されるものである。
【００３６】
（２）生茶葉の投入
このような作業に伴い、製茶工場に持ち込まれた生茶葉Ａをサンプリングし、一例として１ｋｇ程度をセル４０内に均等に投入する。もちろんこの際、雨滴等の付着した生茶葉Ａの場合には適宜露引き等を行い、余剰な水分を除去しておくことが望ましい。
【００３７】
（３）押圧盤の下降及び拡張膜の拡張
次いで図８（ｂ）に示すように、押圧機構７を起動するものであり、これには、まず昇降シリンダ７６のロッド７６ａを収縮させて上方に待機していた押圧盤７０を下降させ、セル４０内の適宜の位置まで移動させる。そしてコンプレッサ７７を起動して圧搾空気を注入するものであり、これによって押圧盤７０の拡張膜７１をエアバッグ状に膨張させ、生茶葉Ａを透光板４２に対して押し付けて、生茶葉Ａどうしの隙間を軽減し、計測に適した状態とする。
なおこのようなエアバッグ状の拡張膜７１を膨らませて試料を押圧する場合には、図６に示すように、セル４０の周縁部分に位置する試料は、中央部分のものに比べて押圧力が弱く、試料間に隙間が生じやすくなるものであり、これに起因してセル４０周縁部分の試料は光学的なノイズを比較的多く含むものである。このため本発明では、この部分を計測エリアＡＲから除外するようにしている。
【００３８】
（４）測定
（ａ）セルの回転
次にセル回転機構５を起動するのであり、モータＭ２を駆動してセル４０を一例として約６０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００３９】
（ｂ）近赤外線照射装置の移動及び測定データの収集
このような作動に伴いモータＭ１を駆動して照射装置移動機構３を起動し、近赤外線照射装置２を進行させるのであり、一例として約３ｃｍ／ｓ程度の移動速度とする。
この移動によって近赤外線照射装置２におけるヘッド２０が、セル４０における計測エリアＡＲに臨んだときに、近赤外線照射装置２を起動して測定データの収集を開始する。
【００４０】
なお本発明では、計測エリアＡＲからセル周縁部を除外するため、近赤外線照射装置２を進行から退去させる折り返し地点は、計測エリアＡＲの最外周位置とするものであり、これによって、近赤外線照射装置２の移動時間、ひいては計測時間の短縮を図るものである。もちろん近赤外線照射装置２をセルの直径先端まで進行させてから退去させる従来の往復形態も採り得るが、この場合にはデータを活用しないセル周縁部で移動速度をアップさせる制御が好ましい。なお、近赤外線照射装置２がセル中央部を通過することは避けられないため、セル中央部においても近赤外線照射装置２の移動速度を速めることが、計測時間を短縮する上で好ましい形態である。
【００４１】
なお透光板４２上においてヘッド２０の中心が描く軌跡は、一例として図９（ａ）に示すように、セル４０の中心部分と周縁部分とを除いたドーナツ形状においてスパイラル状の軌跡を描くものであり、図９（ｂ）に示すような近赤外線照射装置２の進行時の往路で二本の照射軌跡Ｌ１及び照射軌跡Ｌ２を描き、また退却時の復路でも二本の照射軌跡Ｌ２及び照射軌跡Ｌ１を描く。
また近赤外線照射装置２は、往路と復路とにおいて、セル４０の中心部分等を通過するものであるが、実際にこの部分のデータは取り込まないものであり、これを考慮して上記図９の照射軌跡としては削除して示した。因みにセル４０における計測エリアＡＲ以外のデータを収集すること自体は可能であるが、取っても成分分析には活用しないものである。
【００４２】
このように近赤外線照射装置２は、一回の往復動で、四本のスパイラル状の照射軌跡を描くため、計測に適したエリアを広範囲にわたってデータ収集できるものである。なお本実施の形態では、一サンプル当たりの処理時間を短縮すべく、各軌跡毎にフィルタ素子を切り替えた測定、すなわち往路と復路の照射軌跡Ｌ１とＬ２とにおいてフィルタ素子を切り替え、一回の往復動において合計４つのフィルタ素子を適用した計測を行うものである。しかしながら、比較的時間に余裕があり、処理時間の短縮よりも計測精度の向上をより一層重視したい場合等には、例えば往路（または復路）の照射軌跡Ｌ１とＬ２とで同一のフィルタ素子を適用し、より計測ポイントを多くすることも可能である。
【００４３】
そして測定データを制御盤８内のデータ処理装置に伝送し、標準反射板１６を用いたときの測定データと比較することで吸光度を演算し、検量線によって含有成分量を算出し、生茶葉Ａの等級を決定する。そしてこれらデータと、トラックスケール等により別途測定された母集団全体の重量値とから受入金額を決定するものであり、適宜精算機等によって伝票等をプリントアウトする。
因みに前記生茶葉Ａの等級の決定には、一定の基準値毎に等級付けする絶対評価方法と、例えばその日に受け入れた全生茶葉Ａを予め決めた割合で等級付けする相対評価方法とがある。
【００４４】
（５）生茶葉の排出
（ａ）押圧盤の上昇
このようにして測定が終了したらモータＭ２を停止してセル４０の回転を停止し、昇降シリンダ７６のロッド７６ａを伸長させて押圧盤７０を上昇させる。
【００４５】
（ｂ）セルの反転
次いで近赤外線照射装置２がセル４０の下方（反転空間）から退避し、退却位置側に戻ったら、セル反転機構６を起動するものであって、これにはシリンダ６４を伸長させてラック６３を駆動し、ピニオン６２が取り付けられた回動軸６０に回転力を与えて、図８（ｄ）に示すようにセル支持フレーム５０に保持されたセル４０を引っ繰り返し、収容面（開口面）を下方に臨ませる。
これによってセル４０内に収容されていた生茶葉Ａは、直接あるいはシュートＳにガイドされて、機枠Ｆの下部に置かれたコンテナ１０内に落下するものであり、透光板４２に付着した生茶葉Ａについては、シリンダ７８ａを起動してノズル７８の噴出口を透光板４２に臨ませ、セル回転機構５を起動してセル４０を回転させながらエアを噴出して吹き飛ばす。
そしてコンテナ１０内に収容された生茶葉Ａは再び母集団に戻され、以降製茶工場において加工されるのである。
【００４６】
以上のような工程を経て生茶葉Ａの含有成分が分析されるものであり、以下、このような工程に要する経過時間の短縮効果の一例について説明する。図１０、１１は、各工程の内容とその工程に要する時間、並びにその工程までに要する累積経過時間を併せて示したものであり、図１０が従来の場合の結果であり、図１１が本実施の形態の結果である。この結果から一サンプル当たりのトータルの計測時間としては、１７７秒から８２秒と９５秒間短縮できたことが判る。以下、上記図１０、１１に記載した各工程毎に概略的に説明する。因みに、図中、各工程時間を示す数値に付した括弧は、そのまま累積経過時間として加算されないものに付けている。
【００４７】
まず「フィルタ回転停止・原点復帰」について説明する。実際の計測にあたっては、円盤状のフィルタ１４を適宜回転させ、フィルタ素子をかえて計測を行う。従って、実質的な計測を行うに先立ち、本実施の形態では、フィルタ１４の回転基準位置をロータリエンコーダ等によって検出し、フィルタ１４を原点位置に復帰しておくものであり、本工程は、このためのものである。因みにこの工程に要する経過時間は従来の場合と変化なく５秒間である。
【００４８】
生茶葉Ａを適宜圧縮するために行う「押圧盤の下降」は、従来、前記「フィルタ回転停止・原点復帰」後に行っていたが、本実施の形態では、「フィルタ回転停止・原点復帰」と同時に行い、処理時間の短縮化を図っている。このように本実施の形態では、作動形態が独立し、ほぼ同時に行える工程は、並行して行うようにしている。因みに「押圧盤の下降」工程単独でも、１１秒から７秒に短縮されている。
「ヘッドの前進」も、従来、前記「フィルタ回転停止・原点復帰」後に行っていたが、本実施の形態では、この工程と同時に行っている。また「ヘッドの前進」単独でも、１３秒から９秒に短縮されている。因みに「ヘッドの前進」とは、ヘッド２０を退去位置（始発状態）からセル４０に臨むように前進させるまでの時間であり、次工程の「生茶葉計測」とは異なるものである。
【００４９】
「生茶葉計測」は、この工程のみで１１５秒から５２秒に短縮されている。計測の詳細は、各表の下方、（ア）（ウ）に記載したとおりであって、フィルタ素子一枚毎の計測時間が８秒から５秒に短縮されている。これは、主にヘッド２０をセル４０におけるドーナツ状の計測エリアＡＲ内で折り返すようにしたこと、あるいはセル４０中央部分を通過するヘッド２０の移動速度を速めるようにしたことの効果と考えられる。
なおフィルタ素子は従来１０枚であったのが、本実施の形態では８枚であり、この点においても処理時間の短縮が図られている。因みにフィルタ素子を減少させたことによる成分分析の低下は、上述したように、特に生じないものである。
また本実施の形態では、フィルタ１４の回転中に、その前に計測したフィルタ素子についての演算を同時に行うようにし、従来フィルタ１４の回転とは別個に設けていた演算時間（５秒）をカットしている。
【００５０】
「押圧盤の上昇」は、１１秒から７秒に短縮されている。また計測後の生茶葉Ａを排出するために行う「セル裏側に反転」は、８秒から６秒に短縮されている。更にセル４０に付着・残留した生茶葉Ａを除去するために行う「エア噴出による吹き飛ばし」は、３秒から２秒に短縮されている。更にまた「セル表側に反転」も、８秒から６秒に短縮されている。そして「ヘッドの戻り」は、１４秒から９秒に短縮されている。因みにこれも、「生茶葉計測」とは異なり、セル４０に臨んでいたヘッド２０を退去位置まで後進させる時間である。
【００５１】
「標準反射板計測」は、この工程のみで３０秒から２０秒に短縮されている。計測の詳細は、各表の下方、（イ）（エ）に記載したとおりであって、一枚のフィルタ素子を計測する時間が、２秒から１．５秒に短縮されている。
なおここでは「標準反射板計測」を工程の一番最後に記載したが、これは従来手法との比較のために便宜的に記載したに過ぎず、実際には本工程は何分かに一回行う工程であるため、累積の経過時間にも、この２０秒を加算していない。
また上述した経過時間は、装置の種々の調整、例えば押圧盤７０の昇降動に関して言えば、昇降シリンダ７６のエア等の調整によって幾らかの変動が生じ得るものである。
【００５２】
【他の実施の形態】
本発明は以上述べた実施の形態を一つの基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。すなわち上述した基本の実施の形態では、押圧盤７０は上下動のみが許容されるものであり、分析装置全体が比較的大型化する傾向にある。このため基本の実施の形態で述べた成分分析装置１は、言わば比較的大規模な製茶工場に適している。このようなことから、本出願人は、比較的小規模な製茶工場に適した小型タイプないしはエコノミータイプの成分分析装置１Ａも既に開発し、特願２０００−３３６２８０「茶葉成分分析装置」の出願に至っており、本発明を実施する分析装置としては、このような小型タイプのものも適用できる。
【００５３】
このものは、一例として図１２に示すように、押圧盤７０を水平及び上下方向に移動できるようにしたものである。すなわちセル４０に投入した生茶葉Ａを圧縮する場合には、まず押圧盤７０を初期位置（格納位置）からセル４０上方まで水平移動させた後、ほぼ真下に押圧盤７０を下降させてセル４０内の適宜の位置に嵌め込む形態を採る。因みに図中符号８０が昇降動自在に設けられたブラケットであり、８１が押圧盤７０を回動自在に保持するスイングアーム、８２がスイングアーム８１（押圧盤７０）を格納位置からセル４０上方まで水平移動させるシリンダであり、８３が水平移動を行う際の回動軸である。
【００５４】
また計測後の生茶葉Ａ等の試料を排出するにあたっては、セル４０を反転させるのではなく、セル反転機構６の代わりに設けられた吸引機構９によって試料を吸い込んで回収するものである。因みに図中符号９０が吸引ブロワ、９１が吸引ブロワ９０に接続されるホース、９２がホース９１の先端部分となる吸引口、９３が吸引、貯留した生茶葉Ａを回収できるようにした取出口である。
なお図中符号９５は、試料の計測空間を適宜覆い得る折り畳み自在のカバーであり、このものは、計測中、外部からの入光を遮断するためのものである。
なお小型タイプの分析装置については、これ以上の詳細な説明を省略し、前記特願２０００−３３６２８０を援用するものである。
【００５５】
次に上記小型タイプの成分分析装置１Ａによる、時間短縮の効果の一例について説明する。図１３は、上記図１０、１１と同様に、各工程の内容とその工程に要する時間、並びにその工程までに要する累積経過時間を併せて示したものであり、（ａ）が従来の場合の結果であり、（ｂ）が小型タイプの分析装置を適用した場合の結果である。この結果から一サンプル当たりのトータルの計測時間としては、１７６秒から７８秒と９８秒間短縮できたことがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、試料である生茶葉Ａに特定波長域の近赤外線を照射し、その拡散反射光から吸光度を算出することで得られる生茶葉Ａの含有成分が、短時間に且つより正確に分析できる。これによって生茶葉Ａの搬入が集中する時期でも、搬入者（茶農家）を待たせることがほとんどなく、格付け作業がスムーズに行える。もちろん成分分析に用いた試料は、裁断や粉砕等の前処理を一切施さないので、このものを再度、製茶工程に戻すことができ、サンプルとして抽出した生茶葉Ａを無駄にしなくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施し得る分析装置の一例を示す斜視図である。
【図２】  同上正面図である。
【図３】  同上側面図である。
【図４】  近赤外線照射装置並びに照射装置移動機構を示す斜視図である。
【図５】  試料収容部、セル回転機構並びにセル反転機構を示す斜視図である。
【図６】  押圧盤を示す斜視図及び縦断面図である。
【図７】  成分分析装置の原理を示すブロック図である。
【図８】  成分分析装置によって生茶葉の成分を分析（計測）する態様を段階的に示す説明図である。
【図９】  透光板上に照射された近赤外線の軌跡を示す平面図（ａ）、並びに透光板と近赤外線照射装置との位置関係を示す縦断側面図である。
【図１０】  従来の場合における、生茶葉の成分分析を行う際の計測工程と、その工程に要する時間、並びにその工程までに要する累積時間を示した表である。
【図１１】  同上、本実施の形態における表である。
【図１２】  本発明を実施し得る小型タイプの分析装置を示す斜視図である。
【図１３】  小型タイプの分析装置を適用した場合における計測時間の短縮効果について従来と比較して示した表である。
【図１４】  円型セルに投入した試料を押圧する従来の形態を示す縦断面図（ａ）、並びにこの場合の照射軌跡（計測エリア）を示すセルの平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１      成分分析装置
１Ａ    成分分析装置
２      近赤外線照射装置
３      照射装置移動機構
４      試料収容部
５      セル回転機構
６      セル反転機構
７      押圧機構
８      制御盤
９      吸引機構
１０    コンテナ
１１    光源
１２    レンズ系
１３    チョッパ
１４    フィルタ
１５    赤外線センサ
１６    標準反射板
２０    ヘッド
２１    積分球
２２    検出窓
２３    投光ファイバ
２４    受光ファイバ
２５    投光部
２６    受光部
３０    送りガイド
３１    送りステージ
３２    スクリューブロック
３３    スクリューシャフト
３４    減速機構
４０    セル
４１    セルフレーム
４２    透光板
４３    ゴム柱体
５０    セル支持フレーム
５１ａ  支持ローラ
５１ｂ  支持ローラ
５２    駆動ギヤ
５３    従動ギヤ
５４    歯付ベルト
５５    チェーン
６０    回動軸
６１    軸受
６２    ピニオン
６３    ラック
６４    シリンダ
７０    押圧盤
７１    拡張膜
７２    保持枠
７３    パイプ
７３ａ  エアホース
７３ｂ  カプラ
７４    リニアガイド
７４ａ  摺動片
７５    アーム
７６    昇降シリンダ
７６ａ  ロッド
７７    コンプレッサ
７８    ノズル
７８ａ  シリンダ
８０    ブラケット
８１    スイングアーム
８２    シリンダ
８３    回動軸
９０    吸引ブロワ
９１    ホース
９２    吸引口
９３    取出口
９５    カバー
Ａ      生茶葉
ＡＲ    計測エリア
Ｆ      機枠
Ｌ１    照射軌跡
Ｌ２    照射軌跡
Ｍ１    モータ
Ｍ２    モータ
Ｓ      シュート
【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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【図１３】
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【図１４】
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