专利名称：分光光度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分光光度计，其用于，在来自光照射部件的照射光中，透过被测定物并由棱镜和衍射光栅等分光器分光、入射的光在每个波长上受光，根据从用于转换为电荷量并积蓄的电荷积蓄型受光元件组得到的电荷量计测被测定物的内部性状。
背景技术：
第一，如果说明例如使用前分光型分光光度计来分析被测定物的内部性状的方式，首先，通过衍射光栅等将光源的光分光为单色光，通过半透半反镜(half mirror)等同时照射被测定物和参照物。然后，通过各个受光元件接收其反射光或者透过光，分别对数放大该接收的受光元件的信号，差动放大这些输出，由此得到吸光度(OD)，即，将对数转换后的模拟量进行A/D转换，得到光谱数据。
第二，如果说明实际上多使用的在线型分光光度计，根据生果蔬等被测定物的种类和大小、成熟度、表皮、密度等，透光量极大地不同，所以根据搬送的被测定物的大小调整曝光时间或者电荷积蓄型线性传感器等驱动时钟的频率，或预先设定放大部电路的增益，使得透光量即使通过最大的被测定物也不饱和。例如，在由于被测定物的种类改变等，检量线等改变的情况下，与被测定物的种类改变同时设定增益，在测定相同尺寸的被测定物期间，通过对所有以设定的规定(一定)增益输出的模拟量进行A/D转换，得到光谱数据。
考虑上述分光光度计的对数放大器的使用，会发生下面的问题(一)驱动受光元件组时的像素单位的零点修正电路，插入对数放大器的前段，包含对数放大器的传感器放大电路系统整体的杂音难以消除。
(二)(I)(OD)＝LOG(目标)-log(参照物)(II)完全遮光时偏移的减法运算如果这样，(I)、(II)是不能同时获得的要素，所以不能进行模拟信号的运算。为此，要进行量子化(A/D转换)、数字上的反对数运算，进行目标偏移的减法运算，这是烦杂的，当然精度劣化。
(三)在通过对数放大器进行的模拟信号的量子化过程中，利用对数放大，信号的低电平区域扩大，而高电平区域压缩，所以这导致高电平区域的信息量钝化，招致精度劣化。
(1)对于根据被测定物的尺寸调整曝光时间的方法，不仅根据尺寸极大地改变透光量，而且特别是生果蔬即使是相同种类，根据表皮的厚度密度、成熟度(内部性状)等，也极大地改变透光量，另外，由于搬送线的受光构造等，具有曝光时间必需一定这样的制约等，根本就不能得到最佳电平的光谱数据。
(2)减去偏移数据时存在问题。即，从目标或者参照物减去偏移时，必需将数据分别进行反对数处理并相减。目标数据或参照物数据和偏移数据的反对数化不仅烦杂，而且，特别是，由于在线时受光传感器的暗电流等导致的电偏移，或者由于搬送线的构造产生达到其数倍的光的漏出，就必需高精度地消除它。
(3)存在包含传感器放大电路系统的杂音消除的问题。即，如果考虑利用对数放大的信号进行反对数所需要的时间、精度等，消除以放大系统的l/f杂音为基准的噪音，或者商用电源频率成分的噪音等是困难的。例如，在顺次读入积蓄于线性传感器的像素中的电荷之前，使全部放大系统的偏移(包含噪音)高速且在高精度的模拟电平中顺次0采样是非常困难的。
在利用分光光度计计测生果蔬的糖、酸等内部性状的情况下，将通过A/D转换器量子化(数字化)的各数据进行数字运算，不能直接计算出内部性状。在这种情况下，首先从被测定物数据和参照物数据中减去完全遮光的暗电流波长数据，进行标准化，取得其对数的比，通过二次微分等运算处理消除偏移和斜度等，得到吸光度特性(OD(λ))上的与周边波长的差分。
根据该差分，通过重回归、P·L·S等统计处理等计算内部性状。因此，下面的问题极大地影响精度。
例如温州柑橘，由于从40mm到100mm左右的大小的差别和各个的密度、表皮等的不同，其透光量一般具有60倍左右的幅度差，这些柑橘随机地在运输机上移动。在现有类型的分光光度计的情况下，在透光量为最大的柑橘的光谱数据的透光量最大点，放大器的输出不饱和，而且预先设定放大器的增益使得接近A/D转换器的最大电平。当然，透光量最小的柑橘的光谱数据为透光量最大的柑橘的1/60的透光量的值，不能充分得到测量精度。如上述那样，根据差分，通过统计处理等来计测生果蔬等内部性状的情况下，这样的测量精度的劣化通常多被忽视。特别是，关于进行量子化时的测量精度的劣化，如下具体地说明。
图4表示了增益一定，由于大小和表皮厚度等的不同，透光量差异1～1/60倍的柑橘(被测定物)的波长特性。最上面的实线描绘的波形3A是透光量为1倍的情况，从上面开始第二个由点划线描绘的波形3B是透光量为1/10倍的情况，此外，从上面开始第三个由虚线描绘的波形3C是透光量为1/60倍的情况。例如，在计测被计测物是同种类，具有相同类型的透光量特性，由于大小等的不同，透光量差异例如10倍的两个被测定物的情况下，如果使用解析率为12BIT(0～4095)的A/D转换器，假设柑橘的光谱数据上的920nm附近的地方，反映糖的具有0～±10的值的振幅的波重叠，在波形3A表示的透光量多的柑橘中，A/D转换值是1000，如果重叠所述振幅，表示1010～990的值。
下面，波形3B表示的透光量少的柑橘，同样920nm附近的A/D转换值是其1/10，A/D转换值表示101～99，所以，重叠的具有不到10的振幅的波降低A/D转换器的最小解析率，消除。
当然，对于透光量差异1～60倍的被测定物，通过n次微分等重回归该吸光度特性，进行P·L·S等解析处理的情况下，其测量精度大大地劣化。
例如，即使使用高解析率的A/D转换器，也相应地存在信息量的劣化。在进行量子化时上述那样的信息量的劣化是必须注意的事情。
上面表示了预先设定一定的增益的情况下的例子，提出了一种分光光度计，分别在试样侧光路中设置检测试样信号的第一检测器和放大来自该第一检测器的输出信号的放大器，和在对照侧光路中设置检测对照信号的第二检测器和放大来自该第二检测器的输出信号的放大器，具有独立地设定这两个放大器的放大幅度(增益)的部件(例如，参照专利文献1)。
专利文献1日本专利特开平8-101121号公报。
在专利文献1中，利用分光器使来自光源的光分光之后，照射试样，以检测器检测。因此，为了得到试样的波长特性，通过旋转分光器所使用的光栅等分散元件，必须进行波长扫描，不能迅速得到波长特性。为了解决该问题，在本发明中，使来自光源的光照射试样，利用分光器使该透过光分光，在分光的各个波长成分的光到达的位置，使用由排列受光元件的形状所构成的受光元件组，可无波长扫描而得到试样的波长特性。
另外，在本发明中，作为受光元件组，使用小型且便宜的电荷聚集型受光元件组，通过电荷积蓄而产生积分效应，检测透过试样的微弱的光(一点点光量)，形成高的S/N比，得到试样的波长特性。此外，在本发明中，通过设置在A/D转换器之前设置的零点补偿电路，进行模拟电路的噪音减轻，形成合适的模拟电平来进行A/D转换，更谋求S/N比的提高。
下面，在专利文献1中，在决定放大器的放大幅度时，预先设定低电平阈值和高电平阈值，确定放大器的增益，使得测光时测光值在低电平阈值与高电平阈值之间。因此，对于连续变化的波长特性，如果设定最佳的增益，其值应该是随着波长变化的连续的值，但是利用专利文献1所述的方法仅得到不连续的值。
为了解决该问题，在本发明中，设置采样受光部和主受光部，比较来自采样受光部的模拟信号和预先求出的基准值，根据该运算结果设定可变增益型指数放大电路的增益，将A/D转换器的值设为尾数部(mantissa)，将可变增益型指数放大电路的放大幅度(增益)设为底，将设定值设为指数部，以尾数部×指数部表示透光量，在可变增益型指数放大电路的数字解析率的范围内，增益能够设定为连续的最佳值。
发明内容
本发明是鉴于所述状况作出的，为了解决该问题，提供一种分光光度计，在通过近红外线等在线型的生果蔬等非破坏检查中，对于由于即使是相同种类，但生果蔬密度的不同、表皮厚度的不同、大小的不同等，透光量极大地不同的被测定物，数据电平不会饱和或者过小，即使搬送速度变化也能够对应，以高处理量且高精度进行稳定的计测。
现在，内置运算处理器的CPU已为公知，通过高时钟、大容量化，计算机处理非常高速化。因此，其使用方法，即如何进行数字系统、模拟系统的分担及其匹配极大地左右设备的性能和成本。
与研究室中的通用型分光光度计不同，在产业应用中，被测定物的波长特性的主要图案，例如透光量的最大到最小的值、大小和与糖相关的高波长是已知的，能够预测。因此，能够准备波长特性必要的修正函数、常数等参数电平，放大电路的增益的可变范围等能够在设计阶段预先确定。
这样，有效地采用精度远高于硬件系统的精度的数字运算的浮点运算处理等，形成合理的分光光度计的系统构成，由此，利用模拟系统进行低噪音化，在数字上最大限度地表现模拟电路的解析率，由于具有自动灵敏度调节(自动增益)功能，由此能够提供高解析率、高动态范围、低成本的分光光度计。在下面进行说明本发明的分光光度计，为了解决所述问题，具备光照射部件，照射光；主受光部，用于在来自该光照射部件的照射光中，透过被测定物、通过衍射光栅等分光器分光并入射的光在每个波长受光并转换成电荷量而积蓄的电荷积蓄型受光元件组；采样用受光部，将所述分光并入射的光积蓄为电荷量，用于读出特定的波长或特定的波长域的电荷；所述主受光部和采样用受光部的前置放大器和驱动电路；可变增益型放大电路，可通过数字指令改变增益；零点补偿电路，在顺次读入积蓄在所述主受光部和采样用受光部的像素中的电荷之前，用于顺次获得所有的放大系统的零点而设置在模拟电路部的至少最终段附近；数字比较运算部件，具备用于将来自该零点补偿电路的模拟电压转换为数字值的A/D转换器，当计测时读取积蓄在所述主受光部和采样用受光部中的电荷时，首先，在设定为在特定波长或者特定波长域中波长特性的最大点明显不饱和的低增益的所述可变增益型放大电路中，放大来自所述采样用受光部的模拟电压，经过所述零点补偿电路之后在所述A/D转换器对该放大的模拟电压进行A/D转换，将该数字转换的数字值与预先确定的基准值进行数字比较运算，该预先确定的基准值是从所述主受光部读入并最终得到的、且在必要的波长或者波长域的波长特性的最大点不饱和、且不减少数字值的有效位数的最佳值；在进行该数字比较运算时，进行包含修正预先准备的生果蔬等被测定物的吸光度特性的像素单位修正函数的部件；增益设定部件，根据来自该数字比较运算部件的运算结果，设定所述可变增益型放大电路的增益；数字数据读取部件，用于在通过该增益设定部件对所述可变增益型放大电路设定该增益后，将积蓄在所述主受光部中的电荷组以像素单位顺次经过所述前置放大器和驱动电路、所述可变增益型放大电路、所述零点补偿电路、所述A/D转换器，作为数字数据读出，得到波长特性。
如上述那样，在顺次读入积蓄在采样用受光部和主受光部中的电荷之前，通过进行所有的放大系统的零点修正，进行像素单位的噪音减轻，通过模拟系统提高被测定物的透光量特性的低电平部的灵敏度，能够得到分光光度计，其不使用对数放大器，具有该优点，修正缺点，具有大大地提高的性能的自动灵敏度调节(自动增益)功能。
作为所述采样用受光部，进行配置使得在衍射光栅的特定次光域被测定物的透光量特性的最大值附近的特定波长从入光窗入光，在电荷积蓄型受光元件组开始读取的像素位置附近设置有利用光纤导光的部件，或者在衍射光栅的特定次光域的入光窗位置设置有光电二极管或光电二极管阵列。
通常，对于生果蔬等，由水分导致的光的吸收最少的特定波长，即被测定物的透光量特性最大值附近的波长表示波形的最大值，如果设置可变增益放大器的增益使得该点近似于预先确定的值，就与被计测物的大小无关，信号电平不会过低或者饱和，能得到最好的电平。
所述(数字设定)可变增益型放大电路使用指数型(放大电路)，将所述A/D转换器的值设定为尾数部，将所述(数字设定)可变增益型指数放大电路的设定值作为指数部(其电路的放大幅度为底，其指数为设定值)，以尾数部×指数部来表示透光量。
一般的，在通过被测定物的透光量来量子化模拟信号中，使用为了仅将该信号形成为必要的电平的放大器和A/D转换器，仅利用作为A/D转换器的值的尾数部来表示输入电平。
与此相对，分为尾数部(A/D转换器部)和指数部(可变增益型指数放大电路部)，以尾数部×指数部来表示透光量。
即，在现有类型中，对于透光量(It)，以A＝It×G表示测量值(A)。
在本发明中，放大幅度为GMX，A＝It×GMX，这里，如果A/D转换值为(A)、可变增益型指数放大电路部的最大增益为(GM)，数字解析率为(Nm)，设定值为(N)，x＝N/Nm，透光量(It)就以下面的公式表示It＝A×GM-(N/Nm)……公式(1)其中，N＝0，1……Nm本发明应该将由于被测定物的透光量等的不同导致的尾数部(A/D转换器)的值(A)确保为通常充分有效位数(合适的值)、即可计测的有效位数，通过比较采样用受光部的值和基准值，设定指数部的指数(N)。
另外，此时，指数部的底(GM)是可变增益型指数放大电路的最大增益，尾数部的偏差由指数部的解析率(Nm)决定，动态范围为(A×GM)。
例如，即使使用可变增益型指数放大电路的最大增益(GM＝100倍)，其数字解析率(Nm＝8)位，此外A/D转换器(A＝12)位，也能够得到具有4095×100＝409500的动态范围和12+8＝20位的解析率的高水平分光光度计。
通过上面的所述方式，对于模拟系统的解析率、动态范围，通过有效地采用精度高、数字运算的指数运算等所使用的浮点运算处理，能够最大限度地表现模拟系统的解析率，将受光元件的动态范围与S/N比引出到边界。
在所述主受光部的读入中，其特征在于在进行由所述采样用受光部得到的值与基准值的比较运算时，进行包含像素单位修正函数的运算处理，对于所有像素的读入，逐次对所述可变增益型指数放大电路给予任意的系数等，由此进行增益设定。
如果将来自光源的光的强度设为Io(λ)，将透过被测定物的光的强度设为It(λ)，那么得到下面的公式
It(λ)＝Io(λ)exp{-dcε(λ)}…公式2吸光度为log{It(λ)/Io(λ)}＝-dcε(λ)…公式3其中，d＝光路长，c＝浓度，ε＝特定波长的吸收的强度(摩尔吸收系数)，λ＝波长。如果光透过这样的介质，则其强度按照指数函数衰减。说明信号处理和运算方法，其用于该吸光度特性进行n次微分等并通过根据从该变位量重回归、P·L·S等计算糖度、酸度等。
现在，从分光光度计得到的吸光度是与波长λ对应的像素电平，如果将像素设为p，那么由下面的公式表示logA/B＝-dcε(p)…公式4其中，A＝Q[Ga·Gk(p)[It(p)-Id(p)]]B＝Q[Gb·Gk(p)[Ir(p)-Id(p)]]，p＝0、1…n，A、B＝Q[x]表示量子化函数，表示将x数字化。
It(p)是目标，是光源透过被测定物得到的吸收波形，大多包含通过搬送机构漏出的光。
Ir(p)是参照物，相当于I0(p)，与t(p)相比是105倍，使用波长特性扁平的ND滤波器等，衰减到It电平，作为参照物表示光源经时间变移和分光光度计系统全部的固有波长特性。
Id(p)是偏移，将光为零状态的传感器的包含暗电流的所有信号放大系统的值作为偏移值，成为It(p)，Ir(p)的基底。
Ga是自动增益系数，通过数字比较运算从采样受光部得到的通常以低增益读取的被测定物的透光量的A/D转换值；和通过主受光部读入时的被测定物的波长特性的必要点、例如最大点为了接近A/D转换器的最大值而确定的基准电平，从而得到Ga。
Gb是增益系数，是为了得到最佳的参照物或偏移值，对可变增益型指数放大电路设置的系数。
Gk(p)是像素单位修正函数，例如为了提高与被测定物的波长特性对应的低电平区域的增益，即将被测定物的波长特性的透光量的最大点附近设为1，为放大低的区域，根据预先确定的由数据组构成的系数准备函数等，在传感器的像素读入时，由可变增益型指数放大电路顺次设置与Ga相乘的结果。
具体地说，在透光量极大不同的被测定物的计测中，首先通过采样用受光部计测例如820nm附近的特定波长的电平，通过A/D转换器得到的数字值，与为了确保计测所需要的充分的有效位数而确定的基准电平进行比较运算，设定可变增益型放大电路的增益，当读入主受光部的电荷时，在读入之前逐步进行所有的放大系统的零点修正，由此进行模拟电路的噪音减轻，设定合适的模拟电平进行A/D转换。
由此，光谱数据不会饱和或者过低，能够与搬送速度(与此对应的曝光时间)的变化对应。不使用高价且处理速度慢的高解析率的A/D转换器或者高价对数放大器，能够提供具有自动灵敏度调节(自动增益)功能、高速、低噪音的具有非常大的动态范围的分光光度计。
对于可变增益型放大电路，使用指数型放大电路，将所述A/D转换器的值作为尾数部，将所述可变增益型指数放大电路作为指数部(该电路的最大增益为底，其指数为设定值)，以尾数部×指数部来表示透光量(光谱数据)，由此，不需要通过复杂的运算来求出最佳的增益，根据透光量的不同，尾数部的偏差由指数部的解析率来决定。由此，A/D转换的数据组得到通常稳定的充分的有效数字、有效位数，能够得到精度高的数据。
在主受光部的读入中，在进行通过采样用受光部得到的值与基准值的比较运算时，进行包含像素单位修正函数的运算处理，对所有的像素在可变增益型指数放大电路设定所述运算结果。由此，对每个像素单位进行最佳增益的设定，能够遍及整个波长区域得到精度好的数据。
图1是表示测量生果蔬的内部性状的分光光度计的配置的立体图。
图2是表示分光光度计内部的具体构造的形成一部分截面的说明图。
图3是控制方框图。
图4是表示波长与透光量的关系的曲线图。
图5(a)是表示线性传感器和采样用受光部的立体图，(b)是表示线性传感器和其它采样用受光部的立体图。
符号说明
3A、3B、3C 波长特性4 光照射部件5 生果蔬6 聚光透镜7 缝隙8 高截止滤波器9 衍射光栅10 线性传感器11 optical fiber(光纤)11A 受光窗11B 采样用受光部(或采样用受光窗)12 受光部13 投光部14 带式运输机15 旋转编码器16 佩尔蒂埃埃(Peltier)元件17 热传导板18 电荷积蓄型受光元件组19 前置放大器和传感器驱动电路20 运输机速度、生果蔬尺寸计测单元21 切换单元22 传感器部温度调节部23 温度传感器24 可变增益型指数放大电路25 零点补偿电路26 A/D转换器27 计算机28 中央处理装置(CPU 1、2)具体实施方式
图1和图2表示用于测量作为被测定物的生果蔬5的糖度和酸度等的分光光度计的具体构成，其具有聚光透镜6，接收来自卤灯等光照射部件4的透过生果蔬5的透过光L和漏出的光L1等；衍射光栅9，使得通过该聚光透镜6的光在通过缝隙7、高频截止滤波器8之后进行分光；线性传感器10，是具有电荷积蓄型受光元件组的主受光部，该电荷积蓄型受光元件组用于对通过衍射光栅9分光的一次光λ1(600nm)～λ3(1100nm)在每个波长受光，转换为电荷量并积蓄；optical fiber(光纤)11，受光窗11A位于其一端，使得可将作为所述λ2(820nm)的二次光的λ4(820nm)附近的光量作为电荷量读出，将该光纤11的另一端引导到所述线性传感器10的最初读入像素(0)附近，使得采样用受光部11B得到采样光。图1所示的12是用于使来自光电式投光部13的光受光的光电式受光部，来自投光部13的光被通过带式运输机14移送来的生果蔬5遮挡，由此能够确认生果蔬5移动到规定位置。另外，图1所示的15是用于检测带式运输机14的旋转速度等的旋转编码器，根据该旋转编码器15的检测脉冲数和所述光电式投受光部12，13中生果蔬5的遮光时间，得到带式运输机14的搬送速度、生果蔬5的尺寸、生果蔬5的读入定时、线性传感器10的曝光时间等，所以，将来自旋转编码器15和光电式投受光部12，13(将该两者称为后述的运输机速度、生果蔬尺寸计测单元)的检测信号提供给后述的CPU1、2。图2所示的29是参照物和偏移用的开闭致动器。像前述那样，除了透过生果蔬5的透过光L之外，漏出的光L1和从生果蔬反射的光、或散乱的光等，由所述聚光透镜6收入。图2所示的N是用于调整所述采样用受光窗11B的受光位置的调整螺丝。
计算使从所述线性传感器10的最初读入像素数据的值中最大值一致需要的电平(基准值)，对于采样用受光部的像素(0、1、2、3)之后的主受光部的像素(4、5…、n)，在每像素单位加上增益修正，在可变增益型指数放大电路中顺次设定每个像素的增益。
图5(a)是在图2的采样用受光部使用光纤11，将采样光导入电荷积蓄型线性传感器10本身的受光部的立体图。
通过使用多个所述线性传感器10的像素(0、1、2…)，能够得到光学精度的富余，同时，通过使多个像素信号平均，能够提高信号的S/N比。
像图5(b)这样，与其它的使用光电二极管D的情况相比，不必考虑追加电荷-电压转换电路和伴随其的修正等，具有构成非常简单的优点。
另外，图5(b)是与光纤同样的使入射所述λ4(820nm)附近的光而配置的光电二极管D的受光部的立体图。在形成该部件配置构成的情况下，需要作为采样用受光窗的光电二极管D的电荷-电压转换放大电路等，能够省略在线性传感器上安装光纤的工序。另外，λ4(二次光)的光电二极管D的受光位置接近线性传感器10的设置位置，如图2所示，将它们一起组装入从佩尔蒂埃元件16通过热传导板17进行温度调节的温度控制块中。
图2所示的16A是用于进行所述佩尔蒂埃元件16的放热的散热片。
通过使用所述λ4(二次光)，形成不需要加强820nm的带通滤波器的非常合理的构成，但是也可以根据需要使用0次光。
当然，也考虑使用多个线路的光纤，将光电二极管D形成为光电二极管阵列来选择任意波长的方式，或者，具有从外部将光纤11的入射光部、光电二极管D移动到任意位置的机构，兼具有该两者的方式。
另外，对于传感器也考虑使用区域传感器，在同次光上等达到目的。
下面，说明图3所示的分光光度计的方框图。
所述线性传感器10的像素(光电二极管)的排列与通过衍射光栅9分光的光谱对应，从像素(0)到像素(511)位于从短波长到长波长侧。而且，设置有与各个光谱对应的用于积蓄电荷的电荷积蓄型受光元件组18和前置放大器以及传感器驱动电路19。通过CPU 1、2控制电荷积蓄时间、读入定时，另外，与来自CPU 1、2的时钟脉冲同步，输出与积蓄电荷成比例的模拟信号。在采样用受光部11使用光电二极管型的情况下，需要用于切换与所述电路19相同的电路和线性传感器的开关电路。在本方框图中，作为前述那样的采样用受光部，在像素(0、1、2、3)附近安装有光纤11的一端，另一端安装在衍射光栅9的二次光上被测定物的透光量最多的波长位置。
以通过图3所示的运输机速度、生果蔬尺寸计测单元20得到的信号为基础，通过CPU 1、2计算生果蔬的大小(尺寸)和带式运输机14的速度。由此设定有效电荷积蓄时间，从生果蔬的最佳读入位置到达光轴的时刻开始，线性传感器10开始电荷积蓄。
图3所示的21是用于通过致动器29进行光学上的切换目标、偏移、参照物的三要素的切换单元，将该位置检测部和驱动部与CPU 1、2连接，使得根据需要选择三个要素中的一个。在实际运转中，生果蔬的大小和间隙在带式运输机14上不规则地移动。根据生果蔬的移动速度、间隔的状态，穿过间隙，进行分光光度计的光学参照物(ND滤波器)、偏移(遮光)的计测。
图3所示的22是传感器部温度调节部，通过图2所示的温度传感器23监视佩尔蒂埃元件的温度，通过CPU 1、2进行PID的温度控制，用于将传感器部温度控制在合适的温度。
图3所示的18是电荷积蓄型受光元件组，在主受光部使用电荷积蓄型的线性传感器(电流输出型)，作为采样受光部，使用提供与光电二极管相反的偏置电压的作成电荷积蓄型的部件。
图3所示的19是前置放大器和传感器驱动电路，通过CPU 1、2的信号驱动传感器部，其驱动定时与零点补偿电路同步。在这种情况下，传感器驱动电路形成为内置电荷一电压转换电路的形式。
图3所示的24是数字控制指数放大电路(称为可变增益型指数放大电路或者仅称为增益放大器)，其将来自CPU 1、2的数据通过未图示的D/A转换器转换为模拟电压，提供给电压控制指数放大器的增益控制器输入端子，用于得到规定的增益，根据来自后述的A/D转换器26的数字信号，通过来自CPU 1、2的数字指令，对数字控制指数放大电路24设定增益。另外也设定作为增益的底的GM(最大增益)的值。
图3所示的25是零点(0线)补偿电路，设定电信号系统的用于表示0的基线，用于将与以所述电路19、24放大的信号同步脉冲同步的模拟信号之前的值固定在基线上，由钳位电路和滤波电路构成。
图3所示的26是A/D转换器，用于将以所述零点补偿电路25再生的模拟信号转换为数字信号，输入部具有采样保持功能。
图3所示的27是计算机，向与CPU 1、2共享的存储器中，在来自CPU 1、2的控制定时写入A/D转换器26的数据、增益放大器24的设定值(指数值)、生果蔬的尺寸和曝光时间，从该存储的数据进行必要的信号处理运算，通过重回归解析、P·L·S解析等，进行糖、酸和其它的判断，并输出。
图3所示的28是中央处理装置，具有用于进行以在线型分光光度计为主的控制的CPU1和CPU2，包括数字比较运算部件，设定为预先设定的一定增益(被测定物的分析所必需的特定波长或者特定波长域的波长特性的最大点明显不饱和的低增益)在所述可变增益型放大电路24中放大，经过所述零点补偿电路25读取该放大的模拟电压，在所述A/D转换器26对得到的模拟电压进行A/D转换，将该数字转换的数字值与预先确定的基准值(确定为从所述主受光部读入并最终得到的、且在必要的波长或者波长域的波长特性的最大点不饱和、且不减少数字值的有效位数的最佳值)进行数字比较运算；增益设定部件，设定所述可变增益型放大电路24的增益，使得来自所述数字比较运算部件的运算结果，即来自A/D转换器26的数字值与基准值大概一致，换言之，使得来自A/D转换器26的数字值为确保可计测的有效位数所必需的模拟电平；数字数据读取部件，将积蓄在所述主受光部中的电荷组以像素单位顺次经过所述前置放大器和传感器驱动电路19、所述可变增益型放大电路24、所述零点补偿电路25、所述A/D转换器26，作为数字数据读出。
产业上的可利用性本发明的分光光度计，用于测量搬送的生果蔬的糖度和酸度等特别有利，但也能适应例如测量马铃薯或者洋葱等的内部性状的情况。
权利要求
1.一种分光光度计，包括光照射部件，照射光；主受光部，用于在来自该光照射部件的照射光中，透过被测定物、通过衍射光栅等分光器分光并入射的光在每个波长受光并转换成电荷量而积蓄的电荷积蓄型受光元件组；采样用受光部，将所述分光并入射的光积蓄为电荷量，用于读出特定的波长或特定的波长域的电荷；所述主受光部和采样用受光部的前置放大器和驱动电路；可变增益型放大电路，可通过数字指令改变增益；零点补偿电路，在顺次读入积蓄在所述主受光部和采样用受光部的像素中的电荷之前，用于顺次获得所有的放大系统的零点而设置在模拟电路部的至少最终段附近；数字比较运算部件，具备用于将来自该零点补偿电路的模拟电压转换为数字值的A/D转换器，当计测时读取积蓄在所述主受光部和采样用受光部中的电荷时，首先，在设定为在特定波长或者特定波长域中波长特性的最大点明显不饱和的低增益的所述可变增益型放大电路中，放大来自所述采样用受光部的模拟电压，经过所述零点补偿电路之后在所述A/D转换器对该放大的模拟电压进行A/D转换，将该数字转换的数字值与预先确定的基准值进行数字比较运算，该预先确定的基准值是从所述主受光部读入并最终得到的、且在必要的波长或者波长域的波长特性的最大点不饱和、且不减少数字值的有效位数的最佳值；增益设定部件，根据来自该数字比较运算部件的运算结果设定所述可变增益型放大电路的增益；数字数据读取部件，用于在通过该增益设定部件对所述可变增益型放大电路设定该增益后，将积蓄在所述主受光部中的电荷组以像素单位顺次经过所述前置放大器和驱动电路、所述可变增益型放大电路、所述零点补偿电路、所述A/D转换器，作为数字数据读出，得到波长特性。
2.根据权利要求1所述的分光光度计，其特征在于，作为所述采样用受光部，对衍射光栅的特定次光域配置入光窗，使得被测定物的透光量特性的最大值附近的特定波长入光，在电荷积蓄型受光元件组的开始读取的像素位置附近，设置通过光纤导光的部件，或者在衍射光栅的特定次光域的入光窗的位置设置光电二极管或光电二极管阵列。
3.根据权利要求1所述的分光光度计，其特征在于，所述可变增益型放大电路使用指数型，将所述A/D转换器的值作为尾数部，将所述可变增益型指数放大电路作为指数部，即以该电路的最大增益为底，以其指数为设定值，以尾数部×指数部表示透光量。
4.根据权利要求1所述的分光光度计，其特征在于，在所述主受光部的读入中，在进行通过所述采样用受光部得到的值和基准值的比较运算时，进行包含像素单位修正函数的运算处理，对于所有的像素的读入，通过逐次对所述可变增益型放大电路设定所述运算结果，进行像素单位的增益修正。
全文摘要
在通过近红外线等在线型的生果蔬等非破坏检查中，对于由于即使是相同种类，但生果蔬密度的不同、表皮厚度的不同、大小的不同等，透光量极大地不同的被测定物，数据电平不会饱和或者过小，即使搬送速度变化也能够对应，以高处理量且高精度进行稳定的计测。使透过生果蔬等分光、入射的光在主受光部和采样用受光部的两个位置受光，首先，对从采样用受光部得到的数字值和预先确定的基准值进行数字比较运算，根据该运算结果将可变增益型放大电路的增益设定为最佳值之后，通过使来自主受光部的信号经过可变增益型放大电路、零点补偿电路、A/D转换器，作为数字数据读出，得到合适的波长特性的数据。
文档编号G01N21/25GK1875251SQ20048003237
公开日2006年12月6日 申请日期2004年10月27日 优先权日2003年10月29日
发明者乙井崇史 申请人:财团法人杂贺技术研究所