トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 分光器
【発明者】 【氏名】齋藤 光憲

【氏名】対馬 武夫

【氏名】工藤 朋幸

【氏名】三上 俊一

【氏名】高井 秀悦

【氏名】天間 毅

【氏名】花松 憲光
【要約】 【課題】測定精度を確保しつつ装置の小型化を図る。

【解決手段】一端面Ｆａを光を受光する受光部２４とし他端面Ｆｂを受光した光を放光する放光部２７とした光ファイバＦと、光ファイバＦの放光部２７から入射される光を分光処理する凹面回折格子４３とを備え、光ファイバＦを、受光部側の受光側ファイバ部ＦＦと放光部側の放光側ファイバ部ＦＲとで構成し、放光側ファイバ部ＦＲの開口数を、受光側ファイバ部ＦＦの開口数よりも小さく設定し、この光ファイバＦを複数設けるとともに、複数の光ファイバＦの放光部２７を一列に列設させた放光部列２８を形成して光ファイバＦを保持するファイバ保持部４２を設け、放光部列２８を凹面回折格子４３に直接対向させ、放光部列２８から光を略点状もしくは線状に放光させて凹面回折格子４３に入射させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一端面を光を受光する受光部とし他端面を受光した光を放光する放光部とした光ファイバと、該光ファイバの放光部から入射される光を分光処理する凹面回折格子とを備えた分光器において、上記光ファイバを、受光部側の受光側ファイバ部と放光部側の放光側ファイバ部とで構成し、上記放光側ファイバ部の開口数を、受光側ファイバ部の開口数よりも小さく設定したことを特徴とする分光器。
【請求項２】 一端面を光を受光する受光部とし他端面を受光した光を放光する放光部とした光ファイバと、該光ファイバの放光部から入射される光を分光処理する凹面回折格子とを備えた分光器において、上記光ファイバを複数設けるとともに、該複数の光ファイバの放光部を一列に列設させた放光部列を形成して該光ファイバを保持するファイバ保持部を設け、上記放光部列を上記凹面回折格子に直接対向させたことを特徴とする分光器。
【請求項３】 上記ファイバ保持部を、保持板と、該保持板に形成され上記放光部列が形成されるように複数の光ファイバが嵌挿されるスリットと、スリットに嵌挿された光ファイバをスリットに固定する接着剤とで構成したことを特徴とする請求項２記載の分光器。
【請求項４】 上記放光部列を、ファイバ保持部に保持した後に、光学研磨したことを特徴とする請求項２または３記載の分光器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、光ファイバによって受光した光を分光処理する分光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、分光器として、例えば、りんごなどの青果物を検査物体とし、その糖度を計測する携帯用糖度計に用いられたものがある。携帯用糖度計としては、図１７に示すように、例えば、本願出願人の先願に係る所謂光拡散反射型の装置が知られている（特開平９−８９７６７号公報掲載）。この携帯用糖度計は、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、把持可能なケース体１に、リンゴ等の検査対象である物体Ｓに接触もしくは近接させられるセンサ本体２と、センサ本体２から露出してセンサ本体２に設けられ物体Ｓに対して光を照射する発光部３と、センサ本体２から露出してセンサ本体２に設けられ発光部３から照射され物体Ｓに反射した反射光を受光する受光部４とを備えて構成されている。発光部３及び受光部４は、例えば、１００〜３００本もの多数の光ファイバを収束させた発光ファイバ束３ａ及び受光ファイバ束４ａの一端面で構成されている。また、この携帯用糖度計のケース体１内には、発光ファイバ束３ａの他端面側に設けられ、近赤外線領域の波長を含む光を発生させてこの発光ファイバ束３ａに光を供給して発光部３から光を照射させる例えばハロゲンランプからなる光源部５と、受光ファイバ束４ａの受光部４が受光した光を分光処理し光電変換器７を有した分光器６と、光電変換器７で変換した電気信号に基づいて糖度を算出するデータ処理部８と、データ処理部８で算出された糖度を表示する表示部（図示せず）とが備えられている。
【０００３】従来、分光器６は、図１８に示すように、受光ファイバ束４ａを構成要素とするとともに、遮光材で形成され内部を略暗室状態とするハウジングに設けられ、受光ファイバ束４ａの他端面が対向し受光ファイバ束４ａから送られた光を通過させる幅が０．５ｍｍ程度の入射スリット６ａと、入射スリット６ａを通過した光を適宜の角度で反射させる反射鏡６ｂと、反射鏡で反射された反射光を分散させるための凹面回折格子６ｃと、凹面回折格子６ｃによって分光処理された光を電気信号に変換する複数個の光電変換素子からなる光電変換器７と、凹面回折格子６ｃによって分散された光を光電変換器７に向けて反射させる別の反射鏡６ｄとを備えている。凹面回折格子６ｃの大きさは、３０×３０ｍｍ程度になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の分光器にあっては、凹面回折格子での分光機能を保持するために、凹面回折格子をできるだけ大きくし、また、光の収束性や分解能を良くするために途中に入射スリットや反射鏡を介装しているが、それだけ、装置が大きくなっており、できるだけ、小型にしたいという要請がある。特に上記の糖度計のように、携帯用のものでは、その要請が強い。
【０００５】本発明はこのような要請に鑑みてなされたもので、測定精度を確保しつつ装置の小型化を図った分光器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決するための本発明の技術的手段は、一端面を光を受光する受光部とし他端面を受光した光を放光する放光部とした光ファイバと、該光ファイバの放光部から入射される光を分光処理する凹面回折格子とを備えた分光器において、上記光ファイバを、受光部側の受光側ファイバ部と放光部側の放光側ファイバ部とで構成し、上記放光側ファイバ部の開口数を、受光側ファイバ部の開口数よりも小さく設定した構成としている。これにより、放光側ファイバ部の放射角が受光側ファイバ部の入射角よりも小さくなるので、光を受光するときは、大きな入射角で取込むことができ、光の取込みを確実に行なうことができることから、測定精度が向上させられるとともに、凹面回折格子に放光するときは、小さな放射角で放光されていくので、放光の広がりが小さくなり、それだけ、凹面回折格子を小さくすることができることから、小型化が図られる。
【０００７】また、このような課題を解決するための本発明の技術的手段は、一端面を光を受光する受光部とし他端面を受光した光を放光する放光部とした光ファイバと、該光ファイバの放光部から入射される光を分光処理する凹面回折格子とを備えた分光器において、上記光ファイバを複数設けるとともに、該複数の光ファイバの放光部を一列に列設させた放光部列を形成して該光ファイバを保持するファイバ保持部を設け、上記放光部列を上記凹面回折格子に直接対向させた構成としている。これにより、放光部列からの光が略点状もしくは線状にして凹面回折格子に直接入射させられ、従来、放光部と凹面回折格子との間に介装していたスリットや反射鏡が不要になり、そのため、小型化が図られる。
【０００８】そして、必要に応じ、上記ファイバ保持部を、保持板と、該保持板に形成され上記放光部列が形成されるように複数の光ファイバが嵌挿されるスリットと、スリットに嵌挿された光ファイバをスリットに固定する接着剤とで構成している。光ファイバの保持が確実になり、凹面回折格子に向けて放光させるように確実に対向させることができる。また、必要に応じ、上記放光部列を、ファイバ保持部に保持した後に、光学研磨した構成としている。凹面回折格子に向けて放光させるように確実に対向させることができるとともに、放光が確実に行なわれる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る分光器を説明する。図１乃至図３に示すように、本発明の実施の形態に係る分光器は、上記と同様に、りんごなどの青果物を物体Ｓとし、その糖度を計測する携帯用光糖度計に組み込まれている。この携帯用糖度計は、把持可能なケース体１０に、同様に把持可能な中空円柱状のセンサ本体２０を接続して構成されている。センサ本体２０は、その一端部に物体Ｓに接触もしくは近接させられて対向させられる対向部２１を有している。対向部２１は凹面反射鏡２２で構成されている。また、センサ本体２０には、対向部２１から露出し物体Ｓに対して光を照射する発光部２３と、対向部２１から露出し発光部２３から照射されるとともに上記凹面反射鏡２２に反射されてから物体Ｓに反射した反射光を受光する受光部２４とが設けられている。
【００１０】発光部２３は、物体Ｓに対して直接光を照射する白色光発光ランプで構成され、近赤外線領域を含む光線、詳しくは、２５００ｎｍ以下の近赤外線領域の波長を含む光を照射する。白色光発光ランプとしては、例えば、ハロゲンランプ，キセノンランプやアルゴンランプが用いられ、その出力が、例えば、２Ｗ以下程度の極めて小さい出力に設定されている。望ましくは、１Ｗ以下であり、更に好ましくは、０．８Ｗ以下である。２５は発光部２３を保持し通電するためのホルダであり、凹面反射鏡２２の中心に取付けられている。２６はホルダ２５を介して発光部２３に通電するための電線であり、ケース体１０に設けたバッテリー１１に接続されている。発光部２３は、後述の開始信号があったときバッテリー１１からの電源が供給されて所定時間点灯させられる。
【００１１】受光部２４は、光ファイバＦの一端面Ｆａで構成されている。また、光ファイバＦの他端面Ｆｂは放光部２７として構成されている。光ファイバＦは、実施の形態では２本用いられており、各光ファイバＦの一端面Ｆａは，図３に示すように、発光部２３の近傍に該発光部２３を中心にして対称に配置されている。各光ファイバＦは、図２に示すように、棒状のチューブ３０に挿通されて一端面Ｆａがチューブ３０から露出させられて該チューブ３０に固定されている。各チューブ３０は、凹面反射鏡２２に形成した挿通孔３１に挿通させられているとともに、凹面反射鏡２２よりも内部の前後に設けた一対のスラスト軸受部３２に軸方向に移動可能に支持されている。３３はスラスト軸受部３２をセンサ本体２０に固定する前後の固定体である。これにより、受光部２４は、対向部２１から進出した進出位置Ａと該進出位置Ａから対向部２１側に後退した後退位置Ｂとの間で進退可能にセンサ本体２０に設けられる。
【００１２】また、前後の固定体３３間において各チューブ３０は連結体３４で連結されており、この連結体３４は、前側の固定体３３に当接して停止させられ受光部２４を進出位置Ａに位置決めする。また、この連結体３４と後側の固定体３３との間には圧縮状態の付勢手段としてのコイルスプリング３５が介装されており、このコイルスプリング３５によって、受光部２４は進出位置Ａ側に付勢されている。これにより、受光部２４は、物体Ｓに当接させコイルスプリング３５の付勢力に抗して移動させられた状態で受光可能になる。更に、センサ本体２０には、受光部２４が所定長さ後退位置Ｂ側に位置したとき受光した光の測定を行なうための開始信号を送出する開始信号送出手段３６が設けられている。この開始信号送出手段３６は、各チューブ３０の後端部間に架設された架設体３７と、センサ本体２０の所要位置に設けられ、受光部２４が所定長さ後退位置Ｂ側に位置したとき架設体３７に押釦されてオンし開始信号を送出するリミットスイッチ３８とから構成されている。この開始信号により、上記の発光部２３が点灯させられ、図示外のタイマによって所定時間経過後、発光部２３への通電が切断されるようにしている。
【００１３】一方、ケース体１０には、図１に示すように、本発明の実施の形態に係る分光器４０が設けられている。この分光器４０は、上記の光ファイバＦを構成要素とし、遮光材で形成され内部を略暗室状態とするハウジング４１と、このハウジング４１に取付けられ各光ファイバＦの他端面Ｆｂである放光部２７を保持するファイバ保持部４２と、受光部２４が受光して光ファイバＦを通って送られてきた光を分光処理する凹面回折格子４３と、ハウジング４１に取付けられ凹面回折格子４３で分光処理された光を電気信号に変換する複数個の光電変換素子からなる光電変換器４４とを備えて構成されている。
【００１４】ファイバ保持部４２は、図４に示すように、複数の光ファイバＦの放光部２７を一列に列設させた放光部列２８を形成してこの光ファイバＦを保持するものであり、円盤状に形成された真ちゅう等の金属製の保持板４５と、保持板４５に形成され放光部列２８が形成されるように複数の光ファイバＦが嵌挿される嵌挿孔４６と、嵌挿孔４６に嵌挿された光ファイバＦを嵌挿孔４６に固定する接着剤４７とで構成されている。また、このファイバ保持部４２は、放光部列２８を凹面回折格子４３に直接対向させ、放光部列２８から光を略点状もしくは線状に放光させて凹面回折格子４３に入射させるように、該光ファイバＦを保持している。各光ファイバＦの他端面Ｆｂである放光部２７は露出させられており、ファイバ保持部４２に保持された後に、光学研磨されている。尚、保持板４５の形状は、円盤状に限らず、例えば、矩形状等どのような形状であってもよい。
【００１５】凹面回折格子４３は、例えば、波長範囲８００〜１０００ｎｍ、外形寸法１５×１５ｍｍ以下のものが用いられる。また、凹面回折格子４３は、光軸合わせを可能にする位置微調整用ステージ４８に設置されている。例えば、周知のスライド型２軸ステージが用いられる。詳しくは、本実施の形態においては、従来と異なり、凹面回折格子４３の前位にスリット及び反射鏡，凹面回折格子４３の後位に反射鏡が設けられていない。即ち、受光した光は放光部列２８から略点状もしくは線状になって放光されるので、逐一、スリットや反射鏡を用いなくても、光の収束性や分解能が良好に付与される。そのため、スリット及び反射鏡が不要になるので、それだけ、装置の小型化が図られる。
【００１６】また、光ファイバＦは、図５に示すように、上記のように一端面Ｆａを光を受光する受光部２４とし他端面Ｆｂを受光した光を放光する放光部２７として、受光部２４側の受光側ファイバ部ＦＦと放光部２７側の放光側ファイバ部ＦＲとで構成されている。そして、放光側ファイバ部ＦＲの開口数（ＮＡR ）は、受光側ファイバ部ＦＦの開口数（ＮＡF ）よりも小さく（ＮＡF ＞ＮＡR ）設定されている。即ち、他端面Ｆｂがある放光側ファイバ部ＦＲの放射角が、一端面Ｆａがある受光部２４側の受光側ファイバ部ＦＦの入射角よりも小さく設定されている。詳しくは、開口数の大きい光ファイバと、開口数の小さい光ファイバとを、周知の手段によって接続し、左右で開口数を異ならせている。これにより、物体Ｓからの反射光を取込むときは、大きな入射角で取込むことができ、反射光の取込みを確実に行なうことができることから、測定精度が向上させられるとともに、凹面回折格子４３に放光するときは、小さな放射角で放光されていくので、放光の広がりが小さくなり、それだけ、凹面回折格子４３を小さくすることができることから、小型化が図られる。光電変換器４４は、ハウジング４１に取付けられており、凹面回折格子４３で分光処理された光を電気信号に変換する複数個の光電変換素子からなる。例えば、光電変換器４４は、光電変換素子数２５６個、素子間隔５０μｍのものが用いられる。
【００１７】また、ケース体１０には、光電変換器４４で変換した電気信号に基づいて糖度を算出するデータ処理部５０と、データ処理部５０で算出された糖度を表示する表示部５１とが備えられている。データ処理部５０は、ケース体１０内に設けられ光電変換器４４で変換した電気信号に基づいて糖度を算出するものであり、図６に示すように、例えばマイクロプロセッサ等の機能によって実現され、上記のリミットスイッチ３８からの開始信号が送出されたとき機能し、例えば、光電変換器４４からの電気信号により糖に帰属する波長の吸光度及び糖に帰属しないとされる波長の吸光度を算出する吸光度算出部５２と、これらの二次微分値を演算する二次微分演算部５３と、この演算された二次微分値を用いて物体Ｓの糖度を演算する糖度演算部５４とを備えて構成されている。尚、上記の波長は適宜選択して良い。また、上記のバッテリー１１は、データ処理部５０の電源としても機能する。また、図１に示すように、電源スイッチ５５（メインスイッチ），リセットスイッチ５６等のスイッチが設けられている。
【００１８】従って、この実施の形態に係る分光器４０を用いた携帯用光糖度計を用いて糖度を計測するときは、例えば、物体Ｓとしてのりんご（検査対象）の例で説明すると、以下のようにして行なう。この場合、分光器４０において、凹面回折格子４３は、位置微調整用ステージ４８によって、予め、この凹面回折格子４３により分散した光が光電変換器４４上に焦点を結ぶように、その位置が調整されている。そのため、凹面回折格子４３を回転させることなく、同時に全波長の光を検出でき、計測の高速化を図ることができるとともに、凹面回折格子４３を回転させるための駆動装置を設けなくても良いので、それだけ、小型化が図られる。
【００１９】この状態において、電源スイッチ５５を投入後、センサ本体２０の対向部２１を物体Ｓに向け、受光部２４を、物体Ｓに押付けていく。これにより、受光部２４が物体Ｓに接触し、コイルスプリング３５の付勢力に抗して後退位置Ｂ側に後退し、受光部２４が物体Ｓに弾接させられる。そして、受光部２４が所定長さ後退位置Ｂ側に位置し、チューブ３０の架設体３７がリミットスイッチ３８を押釦すると、開始信号が送出され、これにより、発光部２３が発光し、物体Ｓに照射される。また、凹面反射鏡２２に反射された光も物体Ｓに照射される。この場合、物体Ｓには、発光部２３から直接光が照射されるので、発光部２３の出力を小さくしても所要の光量が確保される。また、凹面反射鏡２２で反射させられた光も物体Ｓに照射されるので、それだけ照射光の強度が高くなる。そのため、出力を小さくできる分、他の部材への熱の影響が低減され耐久性が向上させられるとともに、消費電力が削減されて省力化が図られ、装置の小型化が図られる。また、凹面反射鏡２２による照射光の強度が高くなる分、発光部２３の出力を小さくしても所要の光量が確保され、この点でも、出力を小さくできることから、より一層、消費電力が削減されて省力化が図られ、装置の小型化が図られる。更に、受光部２４が所定長さ後退位置Ｂ側に位置したと、発光部２３が発光させられるので、無駄がなく、この点でも、省力化が図られる。
【００２０】物体Ｓに照射させられた光りは、物体Ｓの表面及び内部に入って反射し、この物体Ｓの内部に入って反射した光は、光ファイバＦの一端面Ｆａである受光部２４で受光される。この場合、受光部２４が弾接するので、物体Ｓの内部に反射した反射光を測定することができるとともに、受光部２４の位置が前後にずれることがなく、そのため、反射光が一定条件で確実に補足されることになり、それだけ、測定精度が向上させられる。更に、リミットスイッチ３８のオン動作により、受光部２４を物体Ｓに弾接させた状態で測定を開始させることができるので、物体Ｓから離れた状態での測定は行なわれないことになり、そのため、条件の良いところでの測定を行なうことができ、それだけ、測定精度が向上させられる。更にまた、光ファイバＦの一端面Ｆａが分離しており、各一端面Ｆａで光を受光させるので、従来のように、多数の光ファイバ束で受光する場合に比較して、面積が小さくなり、反射光を受光しなかったり受光が不十分になる光ファイバの発生が防止され、そのため、確実に反射光が補足されるので、この点でも、測定精度が向上させられる。
【００２１】次に、実施の形態に係る分光器４０の作用について説明する。受光部２４で受光された光は、光ファイバＦを通って、図１，図４及び図５に示すように、ファイバ保持部４２に保持された光ファイバＦの他端面Ｆｂである放光部２７から放光されて凹面回折格子４３に入射され、その後、この凹面回折格子４３で分光され、この分光された光線が光電変換器４４の各光電変換素子の表面に焦点を結び、これにより、同時に全波長が計測される。光電変換器４４による計測値はデータ処理部５０に送られる。この場合、放光部列２８からの光を略点状もしくは線状にして凹面回折格子４３に直接入射させているので、従来の放光部２７と凹面回折格子４３との間に介装していたスリットや反射鏡が不要になり、そのため、小型化が図られる。また、光ファイバＦにおいて、図５に示すように、放光側ファイバ部ＦＲの開口数は、受光側ファイバ部ＦＦの開口数よりも小さく設定されているので、物体Ｓからの反射光を取込むときは、大きな入射角で取込むことができ、反射光の取込みが確実に行なわれ、測定精度が向上させられるとともに、凹面回折格子４３に放光するときは、小さな放射角で放光されていくので、放光の広がりが小さくなり、それだけ、凹面回折格子４３を小さくすることができることから、小型化が図られる。
【００２２】データ処理部５０では、図６に示すように、光電変換器４４からの電気信号により吸光度算出部５２が糖に帰属する波長の光の吸光度及び糖に帰属しないとされる波長の光の吸光度を算出し、これらの二次微分値を二次微分演算部５３により演算し、この演算された二次微分値を用いて糖度演算部５４により糖度を演算する。糖度の演算結果は表示部５１にデジタル表示される。この場合、糖に帰属する波長の吸光度と、糖へ帰属しないとされる波長の吸光度とを測定し、これらの吸光度の二次微分値を演算し、この演算結果に基づいて糖度を算出するので、二次微分値を用いることから原スペクトルをデータとする場合に比較して、バックグラウンドによるノイズが消去されたデータとすることができ、それだけ、糖度の推定精度を向上させることができる。また、糖に帰属する波長の吸光度と、糖へ帰属しないとされる波長の吸光度とを用いることになるので、互いに一次独立の関係にある２変数の固定の検量線を作成することができ、それだけ、精度の高い糖度を算出できる。
【００２３】次に、受光部２４の設け方の別の例について説明する。これは、図７に示すように、受光部２４を光ファイバＦの一端面Ｆａで構成し、光ファイバＦを複数用いて該複数の光ファイバＦの一端面Ｆａを一列に列設した列設体６０を形成し、この列設体６０を発光部２３の周囲近傍に１もしくは２以上配置して構成したものである。光ファイバＦは、全部で１００未満の複数が望ましく、例えば、１２本または２４本等に設定されている。また、これらの光ファイバＦは、図８に示すように、収束されて上記と同様のファイバ保持部４２に光ファイバＦの放光部２７を一列に列設させた放光部列２８を形成して保持されている。また、図７に示す光ファイバＦは、そのコア径として１００〜２００μｍの範囲のいずれかのものを選択している。
【００２４】図７（ａ）に示す例では、３本または６本の光ファイバＦからなる受光部２４を列設して列設体６０を構成し、この列設体６０を４つ用い、これらを発光部２３を中心にした正四角形辺上に対称配置している。図７（ｂ）に示す例では、４本または８本の光ファイバＦからなる受光部２４を列設して列設体６０を構成し、この列設体６０を３つ用い、これらを発光部２３を中心にした正三角形辺上に対称配置している。図７（ｃ）に示す例では、２本または４本の光ファイバＦからなる受光部２４を列設して列設体６０を構成し、この列設体６０を６つ用い、これらを発光部２３を中心にした正六角形辺上に対称配置している。図７（ｄ）に示す例では、６本または１２本の光ファイバＦからなる受光部２４を列設して列設体６０を構成し、この列設体６０を２つ用い、これらを発光部２３を中心に両側に平行に対称配置している。図７（ｅ）に示す例では、３本または６本の光ファイバＦからなる受光部２４を円弧状に列設して列設体６０を構成し、この列設体６０を４つ用い、これらを発光部２３を中心にした円上に対称配置している。
【００２５】従って、図７に示す別の例に係る携帯用光糖度計によれば、光ファイバＦの一端面Ｆａを一列に列設して、線条に並んだ受光部２４の列設体６０で受光させるので、従来のように、１００以上もの多数の光ファイバ束で受光する場合に比較して、面積が小さくなり、反射光を受光しなかったり受光が不十分になる光ファイバＦの発生が防止され、そのため、確実に反射光が補足されるので、測定精度が向上させられる。
【００２６】次にまた、受光部２４の設け方の別の例について説明する。これは、図９に示すように、受光部２４を光ファイバＦの一端面Ｆａで構成し、光ファイバＦを１００本未満の複数本を用いて該複数の光ファイバＦの一端面Ｆａを集合させた集合体６１を形成し、この集合体６１を発光部２３の近傍に１もしくは２以上配置したものである。また、図１０に示すように、１つの集合体６１を対向部２１の中心に配置し、この集合体６１の周囲に発光部２３を複数配置したものである。光ファイバＦは、例えば、１２本または２４本等に設定されている。図９及び図１０に示す光ファイバＦは、そのコア径として１００〜２００μｍの範囲のいずれかのものを選択している。集合体６１は、コア径が１７５μｍのものを９本と１００μｍのものを１２本を混在させている。これらの光ファイバＦは、上記と同様に、図８に示すように、収束されて上記と同様のファイバ保持部４２に光ファイバＦの放光部２７を一列に列設させた放光部列２８を形成して保持されている。
【００２７】図９（ａ）に示す例では、集合体６１を４つ用い、これらを発光部２３を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。図９（ｂ）に示す例では、集合体６１を３つ用い、これらを発光部２３を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。図９（ｃ）に示す例では、集合体６１を２つ用い、これらを発光部２３を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。図１０（ａ）に示す例では、集合体６１を対向部２１の中心に配置し、発光部２３を４つ用い、これらを集合体６１を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。図１０（ｂ）に示す例では、集合体６１を対向部２１の中心に配置し、発光部２３を３つ用い、これらを集合体６１を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。図１１（ｃ）に示す例では、集合体６１を対向部２１の中心に配置し、発光部２３を２つ用い、これらを集合体６１を中心にし、等距離，等角度関係で対称配置している。
【００２８】従って、図９及び図１０に示す別の例に係る携帯用光糖度計によれば、１００未満の受光部２４の集合体６１で受光させるので、従来のように、１００以上もの多数の光ファイバ束で受光する場合に比較して、面積が小さくなり、反射光を受光しなかったり受光が不十分になる光ファイバＦの発生が防止され、そのため、確実に反射光が補足されるので、測定精度が向上させられる。
【００２９】図１１には、携帯用光糖度計の別のセンサ本体２０が示されている。これは、図１に示す例と異なって、対向部２１を、凹面反射鏡を用いずに、例えば、金属製の円柱ブロック６２で構成し、この円柱ブロック６２の中央の穴６３に白色光発光ランプからなる発光部２３を露出させ、その周囲に受光部２４を固定した構成としている。詳しくは、円柱ブロック６２の外側に軸方向の溝６４を形成し、この溝６４に光ファイバＦを列設し、列設した光ファイバを溝６４に嵌合させた押え体６５で押えて、複数の光ファイバＦの一端面Ｆａを一列に列設した列設体６０を形成している。図１１に示す受光部２４は、図７（ａ）と同様の配置のものとした。尚、受光部２４は、図３に示すように、受光部２４を構成する光ファイバＦを数本用い、各光ファイバＦの一端面Ｆａを分離して発光部２３の近傍に配置し、あるいは、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように構成し、あるいはまた、図９乃至図１０に示すように、光ファイバＦを１００本未満の複数本を用いて該複数の光ファイバＦの一端面Ｆａを集合させた集合体６１を形成し、集合体６１を上記受光部２４の近傍に１もしくは２以上配置する等、適宜に設けて良い。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］実施例１の分光器は、図１に示すものと同様の携帯用光糖度計に用いられている。但し、光ファイバＦとして、開口数を単一（ＮＡ＝０．２）のものとし、コア径１００μｍ、クラッド径１２５μｍのものを用いた。発光部２３には、キセノンランプ１個を使用し、凹面反射板２２には直径１９ｍｍの椀状のものを使用した。また、ケース体１０の分光器４０は、凹面回析格子４３として、波長範囲８００ｎｍ〜１０００ｎｍ、外形寸法１５×１５ｍｍ、分光有効寸法１２ｍｍ×１２ｍｍのものを用いた。その他、ケース体１０には、光電変換器４４（リニアイメージセンサー），マイコンシステムからなるデータ処理部５０、データ表示部５１、電源スイッチ５５及び投光光源用電源とマイコンシステム駆動用電源データ表示用電源を兼ねるバッテリー１１を設けた。
【００３１】そして、実施例１に係る糖度計及び従来の方法による糖度計について、リンゴの糖度測定を行ない、反射光のピックアップ強度の比較試験を行なった。従来法による糖度計は、３０Ｗのハロゲンランプを用い、光ファイバ束で送光し、この光ファイバ束の一端部を発光部とした。また、受光する光ファイバ（ピックアップ用光ファイバ）は従来法、本実施例１ともに、コア径１００μｍ，開口数（ＮＡ）０．２，クラッド径１２５μｍを２本使用した。実施例１では、発光部２３のキセノンランプの出力を、０．７５Ｗ（発光部１）の場合と、１．２５Ｗ（発光部２）の場合で試験した。試験は、発光部と受光部との距離を変え、各距離において、光ファイバのピックアップパワー（ｄＢｍ）を測定した。その測定結果を図１２に示す。
【００３２】実施例１に係る糖度計によれば、０．７５Ｗの光源（従来の１／４０の強度）を用いたときでさえも１６倍光をピックアップすることが可能となった。また、分光器においては、スリットや反射鏡がないので、生産の為の工数を１／３以下に短縮でき、従来品と比較して約１／５〜１／１０の価格とすることが可能となった。図１３に、単位時間当りの調整台数を従来のスリットや反射鏡を設ける場合と実施例１とで比較した結果を示す。更に、図１４に示すように、相関係数値や標準誤差も従来法に比べてかなりよく、信頼性が高いものとなった。
【００３３】次に、実施例２乃至９に係る糖度計を示す。これは、分光器の構成は実施例１と同様である。この糖度計においては、センサ本体２０を、図１１の構造であって、図７（ａ）（ｂ）に示す配置にし、ファイバ保持部４２を、図８に示す構造にした。
［実施例２］
ａ．センサ本体これは、直径１０ｍｍの真鍮棒（長さ２０ｍｍ）に、軸方向に９０度間隔で深さ２．９５ｍｍ，幅１ｍｍの４本の溝を入れ、光ファイバをこの溝内に列設し、幅０．１３０ｍｍ，長さ１ｍｍの列設体を作成した。光ファイバは、各溝で６本ずつ使用し全部で２４本とした。真鍮棒の中心に、発光部を固定した。溝に列設した光ファイバを、厚さ１ｍｍの押え体（長さ１５ｍｍ，高さ２．８ｍｍの真鍮板）で押え、固定には光学接着剤を使用した。使用した光ファイバとして、コア径１１４μｍ、クラッド径１２０μｍを使用した。光ファイバの材質は、石英系の紫外線領域用を用い、９３０ｎｍ付近に大きな光の吸収があるものである。開口数（ＮＡ）は０．２とし、単一のものを用いた。光ファイバを固定した後、光ファイバの先端を揃える為と、光の損失を防ぐ為に、端面を光学研磨した。研磨の最終仕上げは０．０２μｍ砥粒を使ったパフ研磨を施した。
ｂ．ファイバ保持部２枚の真鍮板を用い、一方の真鍮板に長さ３ｍｍ，幅０．１２５ｍｍのスリットを形成し、２枚の真鍮板を重ね合わせた時、孔が出来るようにした。そして、幅１０ｍｍ，長さ２０ｍｍ，厚さ６ｍｍのブロックとした。次に、スリットのある真鍮板に光ファイバの放光部を一列に並ベ、別の真鍮板を重ねて押さえ、ねじで仮止めし、光学接着剤を使用し固定した。光ファイバを固定した後、光ファイバの先端を揃える為と、光の損失を防ぐ為に、端面を光学研磨した。研磨の最終仕上げは０．０２μｍ砥粒を使ったパフ研磨を施した。
【００３４】［実施例３］
ａ．センサ本体これは、直径１０ｍｍの真鍮棒（長さ２０ｍｍ）に軸方向に１２０度間隔で３本、深さ２．９５ｍｍ，幅１．２５ｍｍの溝を入れ、光ファイバを溝に各々８本（合計２４本）を列設し、列設した光ファイバを厚さ１．２５ｍｍ，長さ１５ｍｍ，高さ２．８ｍｍの真鍮製の押え体で押さえ、光学接着剤を使用して固定し、幅０．１３０，長さ１．２５ｍｍの列設体を作成した。使用した光ファイバはコア径１１４μｍ、クラッド径１２０μｍである。光ファイバの材質は、石英系の紫外線領域用の光ファイバで、９３０ｎｍ付近に大きな光の吸収があるものである。開口数（ＮＡ）は０．２である。固定した後、光ファイバの先端を揃える為と、光の損失を防ぐ為に、端面を光学研磨した。研磨の最終は０．０２μｍ砥粒を使ったバフ研磨を施した。
ｂ．ファイバ保持部実施例３と同様に作成した。
【００３５】［実施例４］ 実施例２と同様の構成で、光ファイバとして、開口数が０．２６のものを用いた。
［実施例５］ 実施例３と同様の構成で、光ファイバとして、開口数が０．２６のものを用いた。
［実施例６］ 実施例２と同様の構成で、光ファイバとして、コア径が１７０μｍのものを用いた。
［実施例７］ 実施例３と同様の構成で、光ファイバとして、コア径が１７０μｍのものを用いた。
［実施例８］ 実施例４と同様の構成で、光ファイバとして、コア径が１７０μｍのものを用いた。
［実施例９］ 実施例５と同様の構成で、光ファイバとして、コア径が１７０μｍのものを用いた。
【００３６】これらの実施例２〜９に係る糖度計と従来の方法による糖度計とで比較試験を行なった。従来の方法による糖度計は、図１１に示すような列設体を４つ備えたものに、光ファイバ束の端部を発光部とし、３０Ｗのハロゲンランプからこの光ファイバ束に送光するように構成した。各実施例において、発光部は０．６Ｗ（外径３．２ｍｍ）のキセノンランプを用いた。そして、ピックアップパワー（ｄＢｍ），半値全幅（ｎｍ），相関係数（Ｒ），標準誤差を測定した。半値全幅は、従来法及び各実施例ともに、ピックアップ光を凹面回折格子に照射分光したものを、コア径１００μｍのファイバで拾い、光スペクトラムアナライザで分析した。結果を図１５に示す。結果から、実施例は、ピックアップパワー，半値全幅ともに、従来法に勝り、相関係数，標準誤差の点においても、良い値が出た。高性能で安価な測定装置ができた。
【００３７】次に、実施例１０乃至１４に係る糖度計を示す。これは、上記の実施例２に係る分光器において、図５に示すように、光ファイバの、受光側ファイバ部と放光側ファイバ部とで、開口数を変えたものである。

【００３８】そして、この実施例１０乃至１４に係る糖度計及び上記従来法に係る糖度計について、実施例２の比較で用いた開口数が単一の従来法による糖度計とともに、ピックアップパワー（ｄＢｍ），半値全幅（ｎｍ）について測定した。光ファイバはコア径１００μｍのものを使用し、凹面回折格子（グレーテング）までの距離は約１０ｃｍに設定した。また、実施例１０乃至１４に係る分光器において、従来法による糖度計の出力（パワー）を基準にした凹面回折格子の大きさを、従来法による糖度計の凹面回折格子の大きさと比較して示した。結果を図１６に示す。放光側ファイバ部（凹面回析格子側）に開口数（放射角）が小さい（ＮＡ＝０．１３（約１４度），ＮＡ＝０．２０（約２３度））ものを使用することで、回析格子は小さくすることができ、コストの大幅な削減が可能となった。また、受光側ファイバ部（ピックアップ側）に放光側ファイバ部より開口数（ＮＡ）が大きい光ファイバを使用することで広範囲の被検体の内部情報を得ることができ、特性的に安定した装置が可能になった。開口数がが０．１３の時のピックアップ可能な角度は約１４度で、開口数が０．３５の場合は約４１度の範囲である。同じ大きさの回析格子を使用した場合、本方法によれば光源を従来のものに比べ格段に小さいもので済ませることができた。
【００３９】尚、上記実施の形態及び実施例においては、分光器を糖度計に用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、分光器単体で用い、あるいは別の装置に組み込む等適宜変更して差支えない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の分光器によれば、光ファイバを、受光部側の受光側ファイバ部と放光部側の放光側ファイバ部とで構成し、放光側ファイバ部の開口数を、受光側ファイバ部の開口数よりも小さく設定したので、放光側ファイバ部の放射角が受光側ファイバ部の入射角よりも小さくなり、光を受光するときは、大きな入射角で取込むことができ、光の取込みを確実に行なうことができることから、測定精度を向上させることができるとともに、凹面回折格子に放光するときは、小さな放射角で放光されることから、光の広がりが小さくなり、それだけ、凹面回折格子を小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００４１】また、本発明の分光器によれば、光ファイバを複数設けるとともに、該複数の光ファイバの放光部を一列に列設させた放光部列を形成して該光ファイバを保持するファイバ保持部を設け、この放光部列を凹面回折格子に直接対向させたので、放光部列からの光を略点状もしくは線状にして凹面回折格子に直接入射させることができ、そのため、従来放光部と凹面回折格子との間に介装していたスリットや反射鏡が不要になり、それだけ、小型化を図ることができる。
【００４２】そして、ファイバ保持部を、保持板と、該保持板に形成され放光部列が形成されるように複数の光ファイバが嵌挿されるスリットと、スリットに嵌挿された光ファイバをスリットに固定する接着剤とで構成した場合には、光ファイバの保持を確実にすることができるとともに、凹面回折格子に直接光を入射させるよう指向性を確保できる。また、放光部列を、ファイバ保持部に保持した後に、光学研磨した場合には、放光を確実に行なわせ、凹面回折格子に直接光を入射させるよう指向性を確保できる。
【出願人】 【識別番号】０００２２３１６０
【氏名又は名称】東和電機工業株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１２月２５日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】丸岡 裕作
【公開番号】 特開平１１−１８３２５０
【公開日】 平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】 特願平９−３５６５３６