(57)【要約】【課題】より簡便な構成でライン状の視野領域に対して照射する光の光量を均一にすることが可能な光学測定装置を提供する。【解決手段】光学測定装置１は、近赤外光を含む測定光Ｌ１を測定対象物Ｏに対して照射する光源部１０と、測定光Ｌ１の照射に対するライン状の視野領域Ｒ２からの拡散反射光Ｌ２を受光して撮像する撮像部２０と、を備え、光源部１０において、視野領域Ｒ２の延在方向と平行になるように、測定光Ｌ１を出射する複数の点光源複数の点光源１１を配置する。【選択図】図１
2017156232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を含む測定光を測定対象物に対して照射する光源部と、
前記測定光の照射に対するライン状の視野領域からの反射光を受光して撮像する撮像部と、
を備え、
前記光源部は、前記視野領域の延在方向に沿って平行に配置されて、前記測定光を出射する複数の点光源を含む光学測定装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記複数の点光源からの前記測定光を拡散する拡散板をさらに備える請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前複数の点光源と前記拡散板との間に、前記複数の点光源からの前記測定光の光路を変更する補正光学系をさらに備える請求項２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記拡散板は、表面粗さが互いに異なる複数の拡散板が光の進路方向に沿って積層するように重ね合わせられている請求項２又は３に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記複数の点光源は、近赤外光の波長域における波長特性が互いに異なる複数種類の点光源を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光をライン状の照射領域に出射すると共に、照射領域に含まれるライン状の視野領域からの光を受光して撮像することで、各種測定を行う装置が知られている。このような装置では、ライン状の照射領域に均一な光量の光を出射することを目的として石英ロッド等の導光管を用いる構成とする場合がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３３３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近赤外光を利用した測定では、水の吸収による測定結果への影響を低減するため、導光管の材料として無水石英ガラスを用いることが望まれる。しかしながら、無水石英ガラスは高価であり、ライン状の視野領域に対して照射する光の光量が均一な光学測定装置を実現しようとすると、コストが増大するという懸念があった。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、より簡便な構成でライン状の視野領域に対して照射する光の光量を均一にすることが可能な光学測定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】
【０００６】
本願発明は、
（１）近赤外光を含む測定光を測定対象物に対して照射する光源部と、
前記測定光の照射に対するライン状の視野領域からの反射光を受光して撮像する撮像部と、
を備え、
前記光源部は、前記視野領域の延在方向に沿って平行に配置されて、前記測定光を出射する複数の点光源を含む光学測定装置
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より簡便な構成でライン状の視野領域に対して照射する光の光量を均一にすることが可能な光学測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る光学測定装置の構成を示す図である。
【図２】光源部の構成について説明する図である。
【図３】色温度が互いに異なる点光源の波長特性を説明する図である。
【図４】色温度が互いに異なる点光源を組み合わせた場合の波長特性を説明する図である。
【図５】光源部に拡散板を用いる場合の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
本願の光学測定装置は、（１）近赤外光を含む測定光を測定対象物に対して照射する光源部と、前記測定光の照射に対するライン状の視野領域からの反射光を受光して撮像する撮像部と、を備え、前記光源部は、前記視野領域の延在方向に沿って平行に配置されて、前記測定光を出射する複数の点光源を含む。
【００１１】
上記のように、視野領域の延在方向と平行になるように、複数の点光源を配置することで、各点光源と視野領域との距離を均一にすることができ、点光源からの光を視野領域において均一にすることができ、より簡便な構成でライン状の視野領域に対して照射する光の光量を均一にすることが可能となる。
【００１２】
（２）また、本願発明は上述の（１）に記載の光学測定装置において、前記光源部は、前記複数の点光源からの前記測定光を拡散する拡散板をさらに備える態様とすることができる。
【００１３】
上記のように、拡散板を設けることで、複数の点光源からの測定光をさらに均一にした状態で視野領域に照射することができる。
【００１４】
（３）また、本願発明は上述の（２）に記載の光学測定装置において、前複数の点光源と前記拡散板との間に、前記複数の点光源からの前記測定光の光路を変更する補正光学系をさらに備える態様とすることができる。
【００１５】
上記のように、補正光学系を設ける構成とした場合、例えば、拡散板に入射する光の光量を補正光学系で調整することができるため、光学測定に適した測定光を照射することが可能となる。
【００１６】
（４）また、本願発明は上述の（２）又は（３）に記載の光学測定装置において、前記拡散板は、表面粗さが互いに異なる複数の拡散板が光の進路方向に沿って積層するように重ね合わせられている態様とすることができる。
【００１７】
上記のように、複数の拡散板が光の進路方向に沿って積層するように重ね合わせられる構成とする場合、視野領域の各位置での測定光の光量をより均一にすることができる。
【００１８】
（５）また、本願発明は上述の（１）〜（４）に記載の光学測定装置において、前記複数の点光源は、近赤外光の波長域における波長特性が互いに異なる複数種類の点光源を含む態様とすることができる。
【００１９】
上記のように、近赤外光の波長域における波長特性が互いに異なる複数種類の点光源を組み合わせて使用することで、光源部から測定対象物に対して出射される測定光の波長特性を所望の構成に変更することが可能となり、光学測定装置における測定性能の向上を図ることができる。
【００２０】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る光学測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置１の構成を示す図である。図１に示される光学測定装置１は、測定台４０上に配置されて搬送される測定対象物Ｏに近赤外光を含む測定光Ｌ１を照射し、その拡散反射光を撮像部２０で検出することで、測定対象物Ｏに係る測定を行う装置であり、光源部１０と、撮像部２０と、分析部３０と、を備える。本実施形態では、測定対象物Ｏを載置する測定台４０は、矢印Ｘ方向に搬送されているとする。光学測定装置１により測定が行われる測定対象物Ｏは、例えば、食品、薬品、工業製品等が挙げられるが特に限定されない。
【００２２】
光源部１０は、測定光Ｌ１を測定台４０上における所定の照射領域Ｒ１へ向けて照射する。光源部１０が照射する測定光Ｌ１の波長範囲は、測定対象物Ｏによって適宜選択される。測定光Ｌ１としては、波長範囲が９００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外光が好適に用いられ、特に波長範囲が１０００ｎｍ〜２３００ｎｍの光が好適に用いられる。光源部１０については後述するが、光源部１０は近赤外光を出射する複数の点光源１１を含んで構成される。点光源１１としては例えばハロゲンランプ等のように、フィラメントの発光により光が出射されるものが好適に用いられる。なお、測定光Ｌ１には、近赤外光とは異なる波長域の光が含まれていてもよい。
【００２３】
光源部１０からの測定光Ｌ１が照射される照射領域Ｒ１とは、測定対象物Ｏを載置する測定台４０の表面と重なる領域であり、測定台４０上で測定台４０の搬送方向（矢印Ｘ方向）に対して垂直な幅方向に広がる。
【００２４】
光源部１０から出力された測定光Ｌ１は、照射領域Ｒ１上に載置された測定対象物Ｏにより拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光Ｌ２として撮像部２０に入射する。
【００２５】
撮像部２０は、光源部１０から照射領域Ｒ１に対して照射される測定光Ｌ１が測定対象物Ｏにおいて拡散反射された拡散反射光Ｌ２をレンズ２１から入射して、カメラ２２において受光することで、測定対象物Ｏの撮像を行う。カメラ２２は、ライン状又は２次元に配置された画素により構成される受光面による受光により発生する電荷をＡ／Ｄ変換器によってデジタル変換し、波長領域ごとに光強度の分布を示すデジタル情報を生成する。生成されたデジタル情報は、撮像部２０から分析部３０へ送られる。カメラ２２は、測定台４０上において搬送方向（矢印Ｘ方向）に対して垂直な方向に延びるライン状の視野領域Ｒ２からの光を受光面にて受光する。視野領域Ｒ２は、照射領域Ｒ１に含まれた領域である。また、本実施形態では、図１に示すように、視野領域Ｒ２がカメラ２２の真下にあるが、この配置は適宜変更することができる。
【００２６】
撮像部２０は、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサであってもよい。ハイパースペクトル画像とは、一画素がＮ個の波長データにより構成されている画像であり、画素毎にそれぞれ複数の波長に対応した反射強度データからなるスペクトル情報が含まれている。すなわち、ハイパースペクトル画像は、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数波長の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像とは、１画素あたり少なくとも５つの波長帯域における強度データを保有している画素によって構成された画像のことをいう。
【００２７】
なお、撮像部２０は、ハイパースペクトルセンサには限定されない。撮像部２０は、画素毎に単一波長又は複数波長の光強度情報を取得する機能を有していればよく、その構成は適宜変更することができる。
【００２８】
分析部３０は、撮像部２０から送られる測定スペクトルの情報を受け取り、演算処理等を行う。分析部３０により、吸収スペクトルの導出、測定スペクトルの２階微分スペクトルの導出、吸収スペクトルの２階微分スペクトルの導出等を行う構成としてもよい。また、測定対象物Ｏに係る評価を行うための統計処理等が分析部３０において行われる構成としてもよい。また、撮像部２０がハイパースペクトルセンサを有するハイパースペクトルカメラである場合、各画素に係るスペクトルの情報が分析部３０に対して送られるので、分析部３０においてこれらのスペクトル情報についての演算を行う構成とすることができる。
【００２９】
分析部３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）、撮像部２０等の他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、分析部３０としての機能が発揮される。
【００３０】
上記の構成を有する光学測定装置１による測定方法では、測定台４０上に載置された測定対象物Ｏに対して近赤外光を照射することで、当該測定対象物Ｏに係る拡散反射スペクトルを取得する取得工程と、取得工程で得られたスペクトルに基づいて、測定対象物Ｏに係る分析を行う分析工程と、が含まれる。具体的には、光源部１０から照射領域Ｒ１へ向けて測定光Ｌ１が照射される。光源部１０から照射された測定光Ｌ１は、測定対象物Ｏへ入射する。測定対象物Ｏで拡散反射した近赤外光のうち、視野領域Ｒ２からＬ２方向に進む光が撮像部２０へ到達する。撮像部２０では拡散反射スペクトルが取得される（取得工程）。撮像部２０で得られた拡散反射スペクトルは、分析部３０へ送られ、分析部３０において、測定対象物Ｏの分析に係る処理が行われる（分析工程）。
【００３１】
ここで、光源部１０についてさらに説明する。光源部１０は、近赤外光からなる測定光Ｌ１を、撮像部２０のライン状の視野領域Ｒ２と重なるライン状の照射領域Ｒ１に対して照射する。光学測定装置１における測定精度を高めるためには、特に視野領域Ｒ２に照射される測定光Ｌ１の光量が均一であることが求められる。そこで、本実施形態に係る光学測定装置１では、図２（Ａ）に示すように、光源部１０として、視野領域Ｒ２と平行に配置された基台１２上で、視野領域Ｒ２と平行に複数の点光源１１が配置された構成が用いられる。視野領域Ｒ２の延在方向と平行になるように、複数の点光源１１を配置することで、各点光源１１と視野領域Ｒ２との距離を均一にすることができるため、点光源１１からの光を視野領域Ｒ２において均一にすることができる。
【００３２】
さらに、視野領域Ｒ２における光量を均一とするには、複数の点光源１１は、基台１２上に視野領域Ｒ２に対して平行となるように等間隔で配置されることが好ましい。このとき、図２（Ｂ）に示すように、一種類の点光源１１（ここでは光源Ａ）のみを複数配置する構成とすることができる。一種類の点光源１１を等間隔で複数配置する場合、点光源１１の光量に応じて配置間隔を調整することで、視野領域Ｒ２に含まれる各位置において、複数の点光源１１から受ける光の光量を均一に近くすることができる。したがって、より簡便な構成で照射する光の光量を均一にすることが可能となる。
【００３３】
また、図２（Ｃ）に示すように、複数種類の点光源１１（光源Ａ、光源Ｂ、及び、光源Ｃ）を配置する構成としてもよい。本実施形態では、互いに異なる種類の点光源とは、測定光Ｌ１として用いられる近赤外光の波長域における各波長に応じた出力特性（波長特性）が互いに異なる点光源を指す。互いに種類が異なる点光源１１の特徴を示すパラメータとしては、色温度（波長特性に相当する）及び照射出力が挙げられるが、本実施形態では特に色温度に着目している。図２（Ｃ）に示すように、互いに異なる種類の光源を組み合わせて基台１２上に配置することで、光源部１０から測定対象物Ｏに対して出射される測定光Ｌ１の波長特性の平坦化、及び、特定波長域の光量の増加等の効果が奏される。
【００３４】
図３及び図４は、色温度が互いに異なる複数種類の点光源を用いる場合と単一種類の光源を用いる場合に、光源部１０から出射される測定光の波長特性の変化を概算により求めたものである。図３では色温度が１５００Ｋ、１９００Ｋ、及び４０００Ｋの光源から出射される光の波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍにおける相対強度を個別に示したものである。図３に示すように、色温度１５００Ｋの光源からの光の強度は、波長１９００ｎｍ付近がピークとなる。また、色温度１９００Ｋの光源からの光の強度は、波長１５００ｎｍ付近がピークとなる。さらに、色温度４０００Ｋの光源からの光の強度は、波長が短いほど高く、長波長側に向かうにつれて低くなっている。
【００３５】
これに対して、図４では、色温度１５００Ｋの光源からの光と色温度４０００Ｋの光源からの光とを１：１で合計した場合のピーク波長での光の強度に対する相対強度を算出した結果と、色温度１９００Ｋの光源からの光の相対強度と、を示している。図４に示すように、色温度１５００Ｋの光源からの光と色温度４０００Ｋの光源からの光とを組み合わせると、ピーク波長における光の強度に対する相対強度の減少が緩やかになることが確認された。このように、互いに異なる種類の光源を組み合わせることで、点光源１１の波長特性の平坦化が可能となることが分かる。
【００３６】
なお、上記の点光源１１の組み合わせは一例であり、光源部１０から出射する光の波長特性の平坦化のために、３種類以上の点光源１１を組み合わせる構成としてもよい。また、測定対象物Ｏによっては、特定の波長域の光の光量を強めた状態での測定が望まれる場合がある。その場合にも、複数種類の点光源１１を組み合わせることで、単一種類の点光源１１を用いる場合とは異なる波長特性を有する光を測定光Ｌ１として出力することが可能となる。
【００３７】
上記のように複数種類の点光源１１を用いる場合にも、各種類の点光源が等間隔となるように配置することが好ましい。このような構成とすることで、各種類の点光源１１から視野領域Ｒ２に対して照射される光の光量を均一にすることが可能となる。
【００３８】
これまでの実施形態では、単一種類または複数種類の点光源１１からの光が直接照射領域Ｒ１に対して照射される構成について説明した。この場合、点光源１１を等間隔に配置することで、点光源１１を等間隔で複数配置する場合、視野領域Ｒ２に含まれる各位置において、複数の点光源１１から受ける光の光量を、均一に近くすることができる。しかしながら、視野領域Ｒ２の各位置に対して照射される光源部１０からの光の強度特性の平坦化については、改良の余地がある場合が考えられる。
【００３９】
例えば、光源部１０を構成する点光源１１の光量が小さい場合には、点光源１１を多数近接配置することで光量を増大させることが考えられる。この場合には、視野領域Ｒ２の各位置に対して照射される光源部１０からの光の光量はより均一になることが考えられる。一方、光源部１０を構成する点光源１１の光量が十分大きい場合には、光源部１０に用いられる点光源１１の数が少なくなると考えられる。この場合には、視野領域Ｒ２の各位置に対して照射される光源部１０からの光の光量は、点光源１１との位置関係で大きく変動する可能性が考えられる。
【００４０】
そこで、視野領域Ｒ２の各位置に対して照射される光源部１０からの光の強度特性を平坦化することを目的として、点光源１１と視野領域Ｒ２との間に拡散板を設ける構成とすることができる。
【００４１】
拡散板としては、フロスト型拡散板を用いることができるが、オパール型拡散板、フショク型拡散板等公知の拡散板を用いることができる。このうち、フロスト型拡散板は透過効率が最も高いので好適に用いられる。拡散板の表面粗さ（フロスト型拡散板の場合には、砂番）は特に限定されない。点光源１１からの光を均等に視野領域Ｒ２に対して照射することが目的であるため、視野領域Ｒ２に対して照射する光は、同一種類の表面粗さの拡散板を通過している構成であることが好ましい。なお、単一種類の拡散板のみを用いてもよいし、表面粗さが互いに異なる複数の拡散板が光の進路方向に沿って積層するように重ね合わせて構成してもよい。表面粗さが互いに異なる複数の拡散板は、それぞれ拡散能力（同じ光を入射した場合にどのように拡散させることができるか）が異なるので、これらを組み合わせることで、より測定光Ｌ１をより均一な状態で照射することができると考えられる。なお、複数種類の拡散板を重ね合わせて使用する場合、透過効率の観点から、各拡散板は１種類のみ使用する場合と比較してそれぞれ薄くすることが好ましい。
【００４２】
図５は、光源部１０が拡散板１３を含む場合の各部材の配置例を示す図である。図５（Ａ）では、反射鏡１４を用いて点光源１１から出射された光を反射させた後に、拡散板１３に入射させ、拡散板１３を通過した光を測定光Ｌ１として出射する例を示している。図５（Ａ）で示すように、反射鏡１４として凹面鏡を用いる場合には、拡散板１３に対して入射する光の単位面積当たりの光量を増加させることができる。
【００４３】
一方、図５（Ｂ）では、点光源１１から出射された光をそのまま拡散板１３に入射させる構成を示している。このように、点光源１１と拡散板１３の間に、他の補正光学系等を設けなくても、拡散板１３を通過した光を測定光Ｌ１として出射する構成としてもよい。この場合でも、視野領域Ｒ２に対して照射される測定光Ｌ１をより均一にすることができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る光学測定装置１では、光源部１０において、視野領域Ｒ２の延在方向と平行になるように、複数の点光源１１を配置することで、各点光源１１と視野領域Ｒ２との距離を均一にすることができ、点光源１１からの光を視野領域Ｒ２において均一にすることができる。したがって、より簡便な構成でライン状の視野領域Ｒ２に対して照射する光の光量を均一にすることが可能となる。
【００４５】
また、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、拡散板１３を設けた場合には、複数の点光源１１からの測定光Ｌ１をさらに均一にした状態で視野領域Ｒ２に照射することができる。
【００４６】
また、図５（Ａ）に示した反射鏡１４のように、点光源１１と拡散板１３との間に補正光学系を設ける構成とした場合、例えば、拡散板１３に入射する光の光量を補正光学系で調整することができるため、光学測定に適した測定光を照射することが可能となる。
【００４７】
さらに、複数の拡散板１３が光の進路方向に沿って積層するように重ね合わせられる構成とした場合、視野領域の各位置での測定光の光量をより均一にすることができる。
【００４８】
また、図２（Ｃ）に示すように、近赤外光の波長域における波長特性が互いに異なる複数種類の点光源を組み合わせて使用することで、光源部１０から測定対象物に対して出射される測定光Ｌ１の波長特性を所望の構成に変更することが可能となり、光学測定装置１における測定性能の向上を図ることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、光源部１０において、複数の点光源１１が視野領域Ｒ２の延在方向に沿って平行に１列に配置されている例について説明したが、点光源１１が複数列配置されていてもよい。また、その場合には、複数種類の点光源を毎に配置してもよいし、複数種類の点光源が混在した列を複数列設けることもできる。
【００５１】
また、光学測定装置１は、分析部３０を備えていない構成としてもよい。その場合、撮像部２０にて撮像された測定スペクトル情報等を外部の装置に送り、外部装置で種々の分析等を行う構成とすることができる。
【００５２】
また、上記の光学測定装置１は、撮像部２０において、測定対象物Ｏからの拡散反射光Ｌ２を受光して撮像する構成について説明したが、光学測定装置は、拡散反射光ではなく反射光を撮像する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…光学測定装置、１０…光源部、１１…点光源、２０…撮像部、３０…分析部、４０…測定台。
【図１】
2017156232.tif 000003
【図２】
2017156232.tif 000004
【図３】
2017156232.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017156232.tif 000007