JP7694121B2 - 光測定装置 - Google Patents

Description

本開示は、光測定装置に関する。

対象物の成分分析や検査に分光解析が広く用いられる。分光解析では、測定光を対象物に照射し、照射の結果得られる物体光のスペクトルが測定される。そして、物体光のスペクトルと測定光のスペクトルの関係にもとづいて、反射特性（波長依存性）あるいは透過特性などの光学的特性を得ることができる。

分光解析は、対象物の透過光を物体光とする透過型と、反射光を物体光とする反射型に分類される。反射型は、反射率が高い対象物の測定に適しているが、得られる光学的情報が、対象物の表面付近のものに限定される。したがって、精密な工業製品、動植物から採取した検体、人が体内に摂取する物、生産プラントで製造される液体や気体などを対象物とする測定では、十分な精度を有するとはいえない。

透過型は、対象物の表面のみでなく深い部分を含めた光学的特性を得ることができるため、食品や飲料（以下、飲食品と総称する）などを対象物とする場合に適している。特許文献１、２には、透過型の製品検査装置が開示される。この製品検査装置は、製品（検査対象）の表面にパルス光を照射する照射光学系と、製品の裏面側に設けられ、製品を透過した光を受光する受光器を備える。

特開２０２０－１５９９７１号公報 特開２０２０－１５９９７３号公報

本発明者は、透過型の検査装置について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図１は、本発明者が検討した透過型の検査装置１０００を示す図である。なおこの検査装置１０００を公知技術と認定してはならない。

製品Ｐは、支持手段１４００によって支持、搬送される。

特許文献１や２に示されるように、照明装置１２００は、製品Ｐの上面にパルス光（測定光Ｓ_ＩＮ）を照射する。受光器１３００は、製品Ｐの下側に設けられ、製品Ｐの底面側から放射される物体光Ｓ_ＯＢＪを受光する。この物体光Ｓ_ＯＢＪは、拡散透過光を主成分としており、製品Ｐの底面全体から放射される。

支持手段１４００を、物体光Ｓ_ＯＢＪに対して透明な材料で構成するとコストが高くなるため、物体光Ｓ_ＯＢＪに対して不透明な支持手段１４００を用いる場合がある。この場合、支持手段１４００の製品Ｐの直下には、物体光Ｓ_ＯＢＪを取り出すための開口１１０２が必要となる。開口１１０２が大きすぎると、製品Ｐが落下するため、開口１１０２のサイズ（幅）は、製品Ｐより狭くする必要がある。

受光器１３００には、開口１１０２を通過した物体光Ｓ_ＯＢＪのみが入射することができ、製品Ｐの物体光Ｓ_ＯＢＪの一部は、支持手段１４００によって遮られる。開口１１０２の幅を狭くするほど、受光器１３００に入射する物体光Ｓ_ＯＢＪの量（強度）が低下し、測定精度の低下を招く。

受光器１３００に入射する物体光Ｓ_ＯＢＪの量を増やすためには、測定光Ｓ_ＩＮの強度を増やせばよい。しかしながら、製品Ｐの種類によっては、強い測定光Ｓ_ＩＮの照射は製品Ｐが変質させるなどの問題があることから、照射できる測定光Ｓ_ＩＮの強度には上限Ｉ_ＭＡＸがある場合もある。製品Ｐの透過率をα、支持手段１４００の遮蔽率（透過率）をβとするとき、受光器１３００への最大入射強度Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}は、
Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}＝Ｉ_ＭＡＸ×α×β
となり、支持手段１４００によって受光量が減少する。受光量の減少は、測定精度の低下を招く。

支持手段１４００として、ガラスなどの材料を用いた場合、開口１１０２は不要となりうるが、この場合でも透過率βが１００％ということはあり得ない。したがって受光器１３００への最大入射強度Ｉ_ＤＥＴは、Ｉ_ＤＥＴ＝Ｉ_ＭＡＸ×α×βとなり、支持手段１４００によって受光量が減少する。受光量の減少は、測定精度の低下を招く。

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、測定精度を改善した光測定装置の提供にある。

本開示のある態様は、光測定装置に関する。光測定装置は、対象物を支持および搬送する搬送装置であって、その支持部分において対象物を支持する搬送装置と、波長が経時的に変化する測定光を、支持部分を介して対象物の第１面に照射する照明装置と、対象物の第２面から放射される拡散透過光を検出する受光装置と、を備える。

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示のある態様によれば、測定精度を改善できる。

本発明者が検討した透過型の検査装置を示す図である。 実施形態に係る光測定装置のブロック図である。 測定光Ｓ_ＩＮを示す図である。 図２の光測定装置による分光を説明する図である。 実施例１に係る光測定装置を示す図である。 実施例２に係る光測定装置を示す図である。 実施例３に係る光測定装置を示す図である。 図８（ａ）～（ｃ）は、支持部分４０１の構成例を示す図である。 実施例５に係る光測定装置を示す図である。 実施例７に係る光測定装置を示す図である。 比較技術に係る光測定装置を示す図である。 受光装置の構成例を示す図である。 光測定装置の一形態である検査装置を示す図である。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

一実施形態に係る光測定装置は、対象物を支持および搬送する搬送装置であって、その支持部分において対象物を支持する搬送装置と、波長が経時的に変化する測定光を、支持部分を介して対象物の第１面に照射する照明装置と、対象物の第２面から放射される拡散透過光を検出する受光装置と、を備える。

この構成によれば、対象物から放射される拡散透過光を、支持部分によって遮蔽されずに、より多くの光を受光装置により検出することができるため、測定精度を改善できる。なお、「支持する」とは、対象物を固定することのほか、ある範囲に留め置くことを含む。

一実施形態において、支持部分には、対象物よりも狭い開口が設けられてもよい。照明装置は、測定光を、支持部分の開口を介して対象物の第１面に照射してもよい。

一実施形態において、搬 送装置は、それぞれが対象物を支持する複数の支持部分を有し、複数の支持部分はそれぞれ、搬送装置の共通の面に設けられた凹部を含んでもよい。開口は、凹部の底面に形成された貫通孔であってもよい。

一実施形態において、照明装置は、搬送装置の下側に設けられた折り返しミラーを含み、折り返しミラーは、搬送装置の側面から入射する測定光を、対象物の第１面に向けて反射してもよい。

一実施形態において、折り返しミラーを用いず、照明装置は、搬送装置の下側に設けられてもよい。

一実施形態において、受光装置は、対象物よりサイズ（外形の寸法）が小さい光センサと、対象物よりサイズ（外形の寸法）が大きいレンズを含む集光光学系と、を含んでもよい。本発明者らは、特定の対象物を検査対象とする場合、物体光である拡散透過光が低い指向性を有しており、広範な範囲にわたって放射されることを認識した。この場合に、対象物よりも大きなレンズを用いることで、拡散透過光をできるだけ多く、光センサに集光することができる。

一実施形態において、受光装置は、光センサを含み、対象物の拡散透過光のうち測定光の光軸からずれた方向に放射される成分が光センサに入射するように構成されてもよい。なお、「構成される」とは、構成に特徴がある場合に限られず、構成と配置の両方に特徴がある場合や、配置のみに特徴がある場合などを含む。この光測定装置によれば、対象物が存在する場合には、対象物によって減衰された物体光が光センサに入射することとなり、対象物が存在しない場合には、光センサには測定光が入射せず、あるいは入射したとしても非常に強度が弱くなるため、光センサを保護できる。また、対象物の存否にかかわらず、照明装置を連続動作させることができ、対象物の存否と同期したシャッターなどが不要となる。

一実施形態において、測定光は、波長が経時的に変化してもよい。一実施形態において、測定光は、１パルス内で波長が経時的に変化するパルス光であってもよい。

（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

図２は、実施形態に係る光測定装置１００のブロック図である。光測定装置１００は、対象物ＯＢＪの透過スペクトルを測定する分光器であり、主として照明装置２００、受光装置３００、搬送装置４００、処理装置５００を備える。いくつかの図において、照明装置２００や受光装置３００などを簡略化して箱で示す場合があるが、これは、それぞれを構成する部材が、単一の筐体に収容されることを意図したものではない。

搬送装置４００は、対象物ＯＢＪを照射領域１０を横切るように搬送する。

搬送装置４００は、支持部分４０１を有しており、支持部分４０１において対象物ＯＢＪを支持する。支持部分４０１には、対象物ＯＢＪが支持される箇所に、対象物ＯＢＪよりも狭い開口４０２が設けられており、支持部分４０１は、対象物ＯＢＪが開口４０２を跨ぐ態様にて、対象物ＯＢＪを支持する。開口４０２の幅は、対象物ＯＢＪが開口４０２から落下しないように定められ、したがって開口４０２の幅は、対象物ＯＢＪの幅方向の長さより狭ければよい。

照明装置２００は、照射領域１０に存在する対象物ＯＢＪの第１面（底面）に対して、波長が経時的に変化する測定光Ｓ_ＩＮを、支持部分４０１の下側から、開口４０２を介して照射する。測定光Ｓ_ＩＮが支持部分４０１により遮光されるのを抑制するために、測定光Ｓ_ＩＮのビーム径は、開口４０２よりも小さく集光される。

測定光Ｓ_ＩＮは、時間と波長が一対一の関係で対応付けられる。これを測定光Ｓ_ＩＮは「波長の一意性を有する」という。照明装置２００は、公知技術を用いて構成すればよく、たとえば特許文献１や２に記載のものを用いることができる。

図３は、測定光Ｓ_ＩＮを示す図である。図３の上段は、測定光Ｓ_ＩＮの強度（時間波形）Ｉ_ＩＮ（ｔ）を、下段は測定光Ｓ_ＩＮの波長λの時間変化を示す。

この例において、測定光Ｓ_ＩＮは１個のパルスであり、その前縁部において主波長がλ_１、後縁部において主波長がλ_２であり、１パルス内で波長がλ_１からλ_２の間で経時的に変化する。この例では、測定光Ｓ_ＩＮは、時間とともに振動数が増加する、言い換えると時間とともに波長が短くなる正のチャープパルス（λ_１＞λ_２）である。なお、測定光Ｓ_ＩＮは、時間とともに波長が長くなる負のチャープパルスであってもよい（λ_１＜λ_２）。

図２に戻る。測定光Ｓ_ＩＮは、対象物ＯＢＪの底面側に照射され、対象物ＯＢＪを透過し、その第２面（上面）から透過光（以下、物体光ともいう）Ｓ_ＯＢＪとして放射される。測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルをＩ_ＩＮ（λ）、物体光Ｓ_ＯＢＪの透過率の波長依存性をＴ（λ）とするとき、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）は、式で表される。
Ｉ_ＯＢＪ（λ）＝Ｔ（λ）×Ｉ_ＩＮ（λ） …（１）

物体光Ｓ_ＯＢＪは、正透過光と拡散透過光を含みうるが、本実施形態は、拡散透過光が支配的である物体ＯＢＪの分光測定に特に好適である。正透過光は、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２と同じ方向に放射されるのに対して、拡散透過光である物体光Ｓ_ＯＢＪは、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２の方向のみでなく、それと異なる方向に広く放射される。たとえば拡散透過光は、光軸ＯＡ２の方向を０°としたときに、コサイン特性の強度分布で放射される。

受光装置３００は、支持部分４０１を挟んで照明装置２００と反対側に、言い換えると、支持部分４０１より上側に設けられており、対象物ＯＢＪの上面から放射される拡散透過光を検出する。受光装置３００は、対象物ＯＢＪの拡散透過光を物体光Ｓ_ＯＢＪとして検出する光センサ３０２を含む。受光装置３００は、後述のように光センサ３０２に加えて、集光光学系などを含みうるが、図２では省略している。

光センサ３０２は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子であり、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、フォトトランジスタ、光電効果を利用した光電子増倍管（フォトマル）や光照射による電気抵抗変化を利用した光電導素子などが例示される。

光センサ３０２の出力は、Ａ／Ｄコンバータによってデジタルの検出信号に変換され、処理装置５００に供給される。検出信号は、物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を示す。

処理装置５００は、受光装置３００の出力信号にもとづいて、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）を生成する。そして、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）と物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過率Ｔ（λ）を計算する。
Ｔ（λ）＝Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＩＮ（λ） …（２）

対象物ＯＢＪよりも照明装置２００側において、測定光Ｓ_ＩＮの一部をビームスプリッタなどを利用して別経路に分岐し、分岐された測定光Ｓ_ＩＮの時間波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）を、受光装置３００とは別の受光装置（図２に不図示）で測定し、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）を得てもよい。あるいは、測定光Ｓ_ＩＮの安定性が高い場合には、予め測定したスペクトルＩ_ＩＮ（λ）を保持しておき、それを用いることができる。

図４は、図２の光測定装置１００による分光を説明する図である。上述のように、測定光Ｓ_ＩＮは、時間ｔと波長λが１対１で対応しているから、その時間ドメインの波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）は、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＩＮ（λ）に変換することができる。

この測定光Ｓ_ＩＮから生成される物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）も、時間ｔと波長λが１対１で対応したものとなる。したがって処理装置５００は、受光装置３００の出力が示す物体光Ｓ_ＯＢＪの波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、物体光Ｓ_ＯＢＪのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換することができる。

処理装置５００は、２つのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）とＩ_ＩＮ（λ）の比Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＩＮ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過スペクトルＴ（λ）を計算することができる。

測定光Ｓ_ＩＮにおける時間ｔの波長λの関係が、λ＝ｆ（ｔ）なる関数で表されるとする。最も簡易には、波長λは、時間ｔに対して、一次関数にしたがってリニアに変化する。物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が、ある時刻ｔ_ｘにおいて低下するとき、透過スペクトルＴ（λ）は、波長λ_ｘ＝ｆ（ｔ_ｘ）に吸収スペクトルを有することを意味する。

なお、処理装置５００における処理はこれに限定されない。時間の２つの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）とＩ_ＩＮ（ｔ）の比Ｔ（ｔ）＝Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）／Ｉ_ＩＮ（ｔ）を演算した後に、この時間波形Ｔ（ｔ）の変数ｔをλに変換することで、透過スペクトルＴ（λ）を算出してもよい。

以上が光測定装置１００の構成である。この光測定装置１００によれば、対象物ＯＢＪに対して、支持部分４０１側から測定光Ｓ_ＩＮを照射し、対象物ＯＢＪの支持部分４０１と反対側の面から放射される拡散透過光を、物体光Ｓ_ＯＢＪとして検出することとした。これにより、物体光Ｓ_ＯＢＪは、支持部分４０１によって遮蔽されなくなるため、受光装置３００により多くの物体光Ｓ_ＯＢＪを取り込むことが可能となり、光の利用効率を改善できる。

続いて、光測定装置１００の具体的な実施例を説明する。

（実施例１）
図５は、実施例１に係る光測定装置１００Ａを示す図である。搬送装置４００は、複数の支持部分４０１を有しており、各支持部分４０１は、対象物ＯＢＪを支持（固定）可能に構成される。図５の下には、支持部分４０１の断面図が示される。支持部分４０１は、対象物ＯＢＪがはまり込む凹部４１０を有している。この凹部４１０は、共通の面４０６に形成され、対象物ＯＢＪより大きな径を有している。また、凹部４１０の底面には、対象物ＯＢＪよりも径が小さい貫通孔４１２が形成される。この貫通孔４１２は、上述の開口４０２に相当する。対象物ＯＢＪは、貫通孔４１２を跨ぐようにして載置される。また、この貫通孔４１２を通過して、対象物ＯＢＪの底面側に測定光Ｓ_ＩＮが照射される。受光装置３００は、照射領域１０の上側に、対象物ＯＢＪの上面と対向するように設けられる。

搬送装置４００はさらに、吸引ボックス４３０を備える。吸引ボックス４３０の内部は、排気用のポンプ（不図示）によって負圧が維持されており、貫通孔４１２が吸気口となり、対象物ＯＢＪが貫通孔４１２に吸い付けられる。この構成により、対象物ＯＢＪが凹部４１０から脱落するのを防止できる。

照明装置２００は、折り返しミラー２０２を備える。折り返しミラー２０２は、搬送装置４００の内部、より具体的には吸引ボックス４３０の内部であって、開口４０２である貫通孔４１２の直下に設けられる。吸引ボックス４３０の外部には、測定光Ｓ_ＩＮを生成する光源ヘッド２０４が設けられており、吸引ボックス４３０の側面には、測定光Ｓ_ＩＮを通過させる窓４３２が設けられる。この窓４３２を介して、搬送装置４００の側面から、測定光Ｓ_ＩＮが折り返しミラー２０２に向かって入射する。折り返しミラー２０２は、測定光Ｓ_ＩＮを、対象物ＯＢＪに向けて反射する。窓４３４は、測定光Ｓ_ＩＮが通過できればよいため、そのサイズは小さくすることができ、吸引ボックス４３０内の圧力への影響は十分に小さい。窓４３４は、測定光Ｓ_ＩＮの波長帯域に対して透明なガラスであってもよく、この場合、窓４３４の圧力への影響をなくすことができる。

（実施例２）
図６は、実施例２に係る光測定装置１００Ｂを示す図である。

実施例２において、測定光Ｓ_ＩＮは、搬送装置４００の下側から、折り返しミラーを使用せず、直接、対象物ＯＢＪの底面に照射される。たとえば吸引ボックス４３０の底面には、窓４３４が設けられており、測定光Ｓ_ＩＮは、窓４３４および貫通孔４１２を通過して、対象物ＯＢＪの底面に照射可能となっている。

実施例２では、実施例１に比べて折り返しミラーが不要となるため、構成を簡素化することができる。

実施例１や実施例２において、対象物ＯＢＪを吸引しない場合には、吸引ボックス４３０は省略することができる。

（実施例３）
図７は、実施例３に係る光測定装置１００Ｃを示す図である。実施例３では、吸引ボックス４３０による真空吸着を利用して、凹部４１０において対象物ＯＢＪを重力に逆らって支持する。受光装置３００は搬送装置４００の下側に配置される。なお、実施例１と同様に吸引ボックス４３０の内部に折り返しミラーを配置し、光源ヘッド２０４が生成する測定光Ｓ_ＩＮを、吸引ボックス４３０の側方から折り返しミラーに入射してもよい。

（実施例４）
図８（ａ）～（ｃ）は、支持部分４０１の構成例を示す図である。搬送装置４００は、移動式のテーブルであり、テーブル４４０と一体に、あるいは分離可能に形成された複数のホルダー４５０を備える。複数のホルダー４５０は搬送方向に対して等間隔で、あるいは不等間隔で配置される。

図８（ｂ）には、支持部分４０１の断面図が示される。ホルダー４５０には、対象物ＯＢＪよりもわずかに大きな径の窪み４５２と、対象物ＯＢＪより小さい径の開口４５４が形成される。対象物ＯＢＪは、ホルダー４５０の窪み４５２に収まった状態で支持、搬送される。

テーブル４４０には、開口４５４とオーバーラップするように開口４４２が形成される。開口４４２と開口４５４が、上述の開口４０２に相当する。

検査対象の対象物ＯＢＪは、図示しない上流においてホルダー４５０の窪み４５２にマウントされる。

なお、図８（ｃ）に示すように、ホルダー４５０を貫通するように窪み４５６を形成してもよい。

（実施例５）
図９は、実施例５に係る光測定装置１００Ｅを示す図である。実施例５において搬送装置４００は、ローラコンベアであり、搬送方向に離間して設けられた複数のローラ４２２を備える。この実施例５では、隣接する２個のローラ４２２の隙間を、上述の開口４０２として利用することができる。

（実施例６）
照明装置２００を十分小型化できる場合には、照明装置２００を、吸引ボックス４３０内に配置してもよい。

（実施例７）
図１０は、実施例７に係る光測定装置１００Ｆを示す図である。これまでの説明では、搬送装置４００の支持部分４０１に開口４０２が設けられる場合を説明したがその限りでない。実施例７では、支持部分４０１の開口４０２が省略されており、そのかわりに支持部分４０１がガラスや樹脂などの透明な材料で構成される。照明装置２００は、波長が経時的に変化する測定光Ｓ_ＩＮを、透明な支持部分４０１を介して対象物ＯＢＪの第１面に照射する。受光装置３００は、対象物ＯＢＪの第２面から放射される拡散透過光Ｓ_ＯＢＪを検出する。

この光測定装置１００Ｆの利点を説明する。この光測定装置１００Ｆの利点は、比較技術との対比によって明確となる。図１１は、比較技術に係る光測定装置１００Ｒが示される。比較技術では、支持部分４０１がガラスなどで構成され、対象物ＯＢＪに上側から測定光Ｓ_ＩＮが照射され、支持部分４０１の下側の受光装置３００によって物体光Ｓ_ＯＢＪが測定される。

物体光ＯＢＪの透過率をα、支持部分４０１の透過率をβ、対象物ＯＢＪに照射可能な最大強度をＩ_ＭＡＸとすると、受光装置３００Ｒに入射する光の最大入射強度Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}は、
Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}＝Ｉ_ＭＡＸ×α×β
となり、支持部分４０１の透過率βが低くなるほど、最大入射強度Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}は小さくなり、測定精度は低下する。

これに対して、実施例７では、支持部分４０１を透過後の測定光Ｓ_ＩＮ’の強度Ｉ_ＩＮ’＝Ｉ_ＩＮ×βが最大強度Ｉ_ＭＡＸとなるように、照明装置２００が出射する光の強度Ｉ_ＩＮを調節することができる。
Ｉ_ＩＮ＝Ｉ_ＭＡＸ／β
このとき、受光装置３００に入射する光の最大入射強度Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}は、
Ｉ_{ＤＥＴ（ＭＡＸ）}＝Ｉ_ＩＮ×β×α＝Ｉ_ＭＡＸ×α
となり、受光装置３００は、支持部分４０１における減衰、遮光の影響を受けずに、多くの光を検出することができ、測定精度を改善できる。

（受光装置について）
本発明者らは、粉末を固形状に固めたような飲食品などの対象物を検査対象とする場合、物体光Ｓ_ＯＢＪである拡散透過光が低い指向性を有しており、広範な範囲にわたって放射されることを認識した。透過率が極めて低い対象物（たとえば細かい粉末を固く固めて厚さ３ｍｍほどにすると、透過率は数％以下、より具体的には１％以下となる）の場合、高精度な分光のためには、物体光Ｓ_ＯＢＪをなるべく多く検出する必要がある。

図１２は、受光装置３００の構成例を示す図である。受光装置３００は、光センサ３０２と、集光光学系３１０を備える。チャープしたパルス光を利用した分光では、光センサ３０２の高速な応答性が求められるところ、光センサ３０２の応答性は、その面積が小さいほど有利である。したがって、光センサ３０２の感度を有する受光部分は、対象物ＯＢＪよりも小さいものを用いるとよく、たとえば直径が０．５～１ｍｍ程度のものを用いてもよい。一方で、対象物ＯＢＪから広範囲に拡散する物体光Ｓ_ＯＢＪを、受光部分が小さい光センサ３０２に入射させるために、集光光学系３１０が設けられる。集光光学系３１０は典型的には、１枚、あるいは複数枚のレンズ３１２を用いることができる。

集光光学系３１０は、その径が対象物ＯＢＪよりも十分に大きいレンズ３１２を用いて構成される。対象物ＯＢＪよりも大きなレンズ３１２を用いることで、拡散透過光をできるだけ多く、光センサ３０２に集光することができる。

（用途）
続いて、実施形態に係る光測定装置１００の用途を説明する。光測定装置１００は粉末を固形状に固めた飲食品などの製品の検査装置に利用することができる。図１３は、光測定装置１００の一形態である検査装置８００を示す図である。検査装置８００は、飲食品などの製品Ｐを大量に検査し、良否を判定する。飲食品の場合、その透過率は１／１００～１／１０００のオーダーである。

検査装置８００は、光測定装置１００に関して説明したように、照明装置２００、受光装置３００、搬送装置４００、処理装置５００を備える。さら検査装置８００は、受光装置８１０、ビームダンパ８２０、デジタイザ８３０、ポンプ８４０を備える。

照明装置２００は、光源２１０、パルスストレッチャ２２０、照射光学系２３０を備える。光源２１０は、少なくとも１０ｎｍの連続スペクトル、具体的には９００～１３００ｎｍの近赤外領域において広い連続スペクトルを有するコヒーレントなパルス光を生成する。光源２１０は、パルスレーザと非線形素子を含むＳＣ（Super Continuum）光源であってもよい。パルスレーザは、モードロックレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザなどを用いることができる。非線形素子は、フォトニッククリスタルファイバなどの非線形ファイバを用いることができる。

パルスストレッチャ２２０は、光源２１０が生成するパルス光のパルス幅を、時間と波長が１対１で対応する態様で伸張する。パルスストレッチャ２２０は、１本の波長分散ファイバで構成してもよい。

あるいは、パルスストレッチャ２２０は、パルス光を波長毎に複数の経路に分岐する分波器と、複数の経路毎に異なる遅延を与える複数のファイバ（ファイバ束）と、複数のファイバの出力を再結合する合波器で構成してもよい。分波器は、プレーナ光波回路(ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuits)で構成することができ、具体的にはアレイ導波路回折格子（AWG: Array Waveguide Grating）で構成してもよい。ファイバ束を構成する複数のファイバは長さが異なっている。

搬送装置４００の支持部分４０１は、凹部４１０を備える。凹部４１０の内部には、上流（図中左手側）において、マウンタ（不図示）により、複数の製品Ｐが載置される。搬送装置４００は、複数の支持部分４０１を、それらの配列方向（図中、右方向）に移動させる。なお、凹部４１０の面のうち、製品Ｐが載置される面を表面、その反対の面を裏面と称することとする。

照射光学系２３０は、伸張後のパルスを、測定光Ｓ_ＩＮとして照射領域１０に照射する。照射領域１０は、製品Ｐの通過箇所、つまり凹部４１０の通過箇所に定められる。照射光学系２３０は、レンズなどの透過光学系、ミラーなどの反射光学系あるいはそれらの組み合わせで構成することができる。凹部４１０が移動することにより、照射領域１０を、複数の製品Ｐが順次、横切ることになる。

光源２１０は、所定の周波数（周期）でパルス光を繰り返し発生する。光源２１０の動作周波数は、凹部４１０の移動速度つまり製品Ｐの搬送速度に応じて定めればよく、１個の製品Ｐが、照射領域１０に存在する間に、複数の測定光Ｓ_ＩＮが同じ製品Ｐに照射されるように定められる。

光源２１０の動作は、搬送装置４００の動作、言い換えると製品Ｐの位置とは無関係である。したがって、測定光Ｓ_ＩＮは、製品Ｐが凹部４１０内に存在しないときにも、照射領域１０に繰り返し照射される。

受光装置３００は、凹部４１０の上側に設けられている。凹部４１０の底面には、貫通孔４１２が形成される。この貫通孔４１２は、照射光学系２３０からの測定光Ｓ_ＩＮを、製品Ｐの底面に導くために形成される。

凹部４１０の裏面側には、ポンプ８４０を設けてもよい。ポンプ８４０は吸引手段を構成しており、凹部４１０の裏面側を負圧にすることにより、製品Ｐが、凹部４１０に吸い付くことになり、製品Ｐの搬送にともなって製品Ｐが凹部４１０から脱落するのを防止できる。

受光装置３００によって、物体光Ｓ_ＯＢＪの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が測定される。また、測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２上には、迷光を防ぐためにビームダンパ８２０が設けられる。

受光装置８１０は、測定光Ｓ_ＩＮのスペクトルを測定するために設けられる。照射光学系２３０は、ビームスプリッタなどを利用して、測定光Ｓ_ＩＮの一部を、参照光Ｓ_ＲＥＦとして別アームに分岐する。受光装置８１０は、別アームに分岐された参照光Ｓ_ＲＥＦの時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を測定する。この時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は測定光Ｓ_ＩＮの時間波形Ｉ_ＩＮ（ｔ）と等価である。

デジタイザ８３０は、Ａ／Ｄコンバータを含み、受光装置３００および受光装置８１０の出力すなわち時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ），Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号の波形データＤ_ＯＢＪ（ｔ），Ｄ_ＩＮ（ｔ）に変換する。デジタル出力の受光装置３００、８１０を用いる場合、デジタイザ８３０は省略できる。

処理装置５００は、デジタルの波形データＤ_ＯＢＪ（ｔ）およびＤ_ＩＮ（ｔ）を処理し、製品Ｐの透過特性（あるいは吸収特性）Ｔ（λ）を取得する。処理装置５００は、プロセッサ、メモリ、ハードディスクなどの記憶媒体を含む汎用のあるは専用のコンピュータと、ソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。処理装置５００の処理については上述した通りである。

この検査装置８００によれば、製品Ｐに対して、搬送装置４００側から測定光Ｓ_ＩＮを照射するため、物体光Ｓ_ＯＢＪが貫通孔４１２によって遮られるのを防止でき、より多くの物体光Ｓ_ＯＢＪを受光装置３００によって検出することができる。

なお、図１３の検査装置８００では、凹部４１０内に製品Ｐが存在しないときに、測定光Ｓ_ＩＮが貫通孔４１２を通過して、受光装置３００側に漏れることとなる。仮に受光装置３００が測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２上に配置されていたとすると、製品Ｐが光軸ＯＡ２に存在しないときに、高強度の測定光Ｓ_ＩＮが直接、光センサ３０２に入射することとなり、好ましくない。そこで受光装置３００は、凹部４１０内に製品Ｐが存在しないときには、測定光Ｓ_ＩＮが光センサ３０２に入射しないように構成するとよい。

たとえば受光装置３００は、対象物ＯＢＪの拡散透過光（物体光Ｓ_ＯＢＪ）のうち測定光Ｓ_ＩＮの光軸ＯＡ２からずれた方向（ズレ角をθとする）に放射される成分Ｓ_θが光センサ３０２に入射するように構成される。

なお、光軸ＯＡ２方向の物体光Ｓ_ＯＢＪが、光センサ３０２に入射しなければよく、受光装置３００の入射アパーチャに入射しても構わない。

これにより、凹部４１０内に製品Ｐが存在しないときに、受光装置３００を保護することができる。この際に、照明装置２００の光源２１０は、搬送装置４００の動作と非同期でフリーランさせておくことが可能であり、また搬送装置４００の動作と同期したシャッター制御も不要である。

実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

ＯＡ２，ＯＡ３ 光軸
１０ 照射領域
ＯＢＪ 対象物
１００ 光測定装置
２００ 照明装置
２１０ 光源
２２０ パルスストレッチャ
２３０ 照射光学系
３００ 受光装置
３０２ 光センサ
３１０ 集光光学系
３１２ レンズ
４００ 搬送装置
４０１ 支持部分
４０２ 開口
４１０ 凹部
４１２ 貫通孔
５００ 処理装置
８００ 検査装置
Ｓ_ＩＮ 測定光
Ｓ_ＯＢＪ 物体光
８１０ 受光装置
８２０ ビームダンパ
８３０ デジタイザ
８４０ ポンプ
Ｐ 製品

Claims (5)

1. 対象物を支持および搬送する搬送装置であって、その支持部分において前記対象物を支持する搬送装置と、
   波長が経時的に変化するコヒーレント光である測定光を、前記支持部分を介して前記対象物の第１面に照射する照明装置と、
   前記対象物の第２面から放射される拡散透過光を検出する受光装置と、
   を備え、
   前記支持部分には、前記対象物よりも狭い開口が設けられ、
   前記照明装置は、前記測定光を、前記支持部分の前記開口を介して前記対象物の前記第１面に照射し、
   前記搬送装置の内部は負圧に維持されており、前記開口が吸気口となり、前記対象物が前記開口に吸い付けられることを特徴とする光測定装置。
2. 前記搬送装置は、それぞれが対象物を支持する複数の前記支持部分を有し、前記複数の支持部分はそれぞれ、前記搬送装置の共通の面に設けられた凹部を含み、前記開口は、前記凹部の底面に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
3. 前記照明装置は、
   前記測定光を発生する光源ヘッドと、
   前記搬送装置の内部に設けられた折り返しミラーと、
   を含み、
   前記搬送装置は、前記光源ヘッドからの前記測定光を前記搬送装置の前記内部に導入するための窓を有し、
   前記折り返しミラーは、前記窓を介して入射する前記測定光を、前記対象物の前記第１面に向けて反射することを特徴とする請求項１または２に記載の光測定装置。
4. 前記受光装置は、
   前記対象物よりサイズが小さい光センサと、
   前記対象物よりサイズが大きいレンズを含む集光光学系と、
   を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光測定装置。
5. 前記受光装置は、光センサを含み、前記対象物の前記拡散透過光のうち前記測定光の光軸からずれた方向に放射される成分が前記光センサに入射するように構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光測定装置。

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