具备光学单元的装置的制作方法

本发明涉及判断例如谷物、树脂颗粒(pellet)等粒型物或者海苔等片状制品的种类、优劣的装置，特别是涉及光学地判断不良品或者异物的混入的光学单元的结构的技术。

背景技术：

以往，已知将米、大豆等谷粒、树脂颗粒、咖啡豆、其它粒型的对象物按色彩、形状等甄别为规定的基准内之物和基准外之物，或者分选出混入的异物并将其除去的分选机(参照后述的专利文献1)。

分选机的结构是使对象物从上方流入倾斜滑道(chute)而落下，在落下中途利用隔着流下轨迹设置的一对光学单元或者设置在单侧的光学单元对粒型的对象物进行拍摄。根据光学单元的检查结果，用从喷射器喷嘴喷出的空气的力将被判断为基准外或异物的对象物搬运到与基准内的对象物落下并被收纳的储存罐不同的储存罐。输送机上的对象物也是同样，被光学单元判断为基准外或异物的物体由输送机上的搬运路径变更机构搬运以与基准内的对象物区别开。

另外，已公开了一种粒状体分选装置，其用反射体反射来自计测对象区域的光，并利用其它反射体使光弯折而使该光被受光装置接受(参照下述专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：2007-283204号公报

专利文献2：2006-234744号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

如专利文献1的图2所述的分选机的截面图所示，现有的光学单元为了对粒型的对象物的一个面和另一个面进行拍摄，需要隔着流下轨迹相对设置的一对照相机、一对光源等。使用这种光学系统拍摄对象物时，为了不产生死角地提高甄别效率，希望无遗漏地拍摄对象物的物体面上的各物点。因此，优选为从“正俯视”进行拍摄，“正俯视”是与物体面上向下流动的各物点面正交或者大致正交的方向，为此，在现有的分选机的情况下，将照相机配置在远离流下轨迹的位置。其结果是，无法避免光学单元变大，分选机整体也大型化的趋势，并且，如果基于来自大大分离的位置的拍摄进行检测，则也会带来检测精度降低的问题。

为了应对这种问题，专利文献2记载了通过在维持大的计测对象区域的原样下使视野角缩窄来实现接近正俯视的构成的方法，即，使计测对象区域J与受光机构5大大分离的方法。但是，该方法会导致装置大型化。因此，在专利文献2中还示出了：在计测对象区域J与受光机构5之间的光路中插入反射体10、10A来反射来自计测对象区域的光，然后，由第2反射体11、11A向受光装置5进一步反射从而使光路向光轴方向弯折，使装置整体小型化。

在此，从专利文献2的图15、16容易得知，第2反射体11、11A的存在会遮挡来自计测对象区域J的光中的来自与第2反射体部分对应的后方的光。因此，专利文献2的图2启示了：为了使来自计测对象区域J的光不被反射体部分遮挡而使反射面倾斜，使光路向相对于计测对象区域的正交方向弯折。

在这种配置下，只要反射体为平面就不会引起光学像差，而带来使光路向光轴方向弯折的效果。但是，平面反射镜无法对光路与光轴所成的夹角起作用，因此通过插入反射体来谋求装置的小型化的效果停留在有限的范围内。

另一方面，在反射体为凹面的情况下，不仅使光轴本身弯折，也能对光路与光轴所成的夹角起作用，因此与平面反射体的情况相比更有利于装置的紧凑化。但是，一般来说，作为副作用会伴随有凹面镜特有的光路模糊、几何畸变等光学像差，出现引起取得图像的劣化的新问题。

鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种小型且高精度的装置，其用于从近距离可靠地取得对象物的光学信息并与规定的基准进行比较，从而光学地检测对象物中包含的脱离了规定基准的异物等的混入。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的装置的特征在于，将聚光光学系统与作为用于取得对象物的光学信息的光学单元的元件的偏置凹曲面镜相对配置，使从对象物面上的各物点出射并由上述偏置凹曲面镜反射后作为主光线通过上述聚光光学系统的入射瞳的中心的各光线的从上述偏置凹曲面镜的反射点到上述入射瞳为止的光路与以根据上述反射点处的上述偏置凹曲面镜的曲率半径而与上述聚光光学系统的入射瞳的中心点相对应的共轭点作为起点出射的光线由上述偏置凹曲面镜反射而传播到上述入射瞳为止的一系列光路中的从上述偏置凹曲面镜的反射点到上述入射瞳为止的光路一致，由此决定从上述各物点去往上述偏置凹曲面镜的各主光线从各物点的射出方向，以使上述各主光线所对应的上述聚光光学系统的各成像点的共轭点与上述对象物的物体面上的各物点对应的方式配置上述对象物。基于该特征，调整偏置凹面镜的圆锥系数(或者离心率)，将偏置凹面镜的面形状选为二次凹面镜，特别是选为球面、椭圆面、抛物面、双曲面中的任意一种，由此能将从上述各物点去往凹曲面镜的主光线相对于凹曲面镜的几何对称轴(光轴)的倾角控制为平行、发散性或者收敛性。

发明效果

本申请发明的装置的光学单元构成为，聚光光学系统与偏置凹曲面镜相对配置，该偏置凹曲面镜允许局部的曲率半径根据面上的位置、方位而变化，该聚光光学系统的入射瞳成为在偏置凹曲面镜上反射的光束的射出瞳，因此，属于从对象物的物体面上的各物点朝向偏置凹曲面镜出射的光束的各主光线沿着去往由偏置凹曲面镜上的各反射点的局部的面形状定义的偏置凹曲面镜的入射瞳位置的光路传播，由上述偏置凹曲面反射后，会采取去往聚光光学系统的入射瞳的中心的光路。

因此，不使用大开口径的一次成像光学系统，或者不像现有的分选机那样在远离对象物的远方配置聚光光学系统，利用仅切出了反射来自对象物的物体面上的各物点的光束的偏置部分而成的偏置凹曲面镜，就能使来自对象物的光高效地会聚于小径的聚光光学系统，而不会发生来自大视野内的发散光与光学部件的光路干扰，这种光学单元实现了装置整体的小型化和低价格化。

另外，本申请发明的装置在偏置凹曲面镜与聚光光学系统之间配置有至少1个光路弯折镜，使由偏置凹曲面镜反射后的反射光线群向规定的方向弯折。特别是，在光学上设计成通过使用多个光路弯折镜使反射光线群多次弯折的构成。由此，能缩小装置内的光学单元的包络尺寸，有助于使装置整体进一步小型化。

附图说明

图1是表示本发明的装置的光学单元的一个例子的截面概略图。

图2是将光学单元和照明机构收纳于箱体时的截面概略图。

图3是表示用凸透镜实现本申请发明时的光学原理的图。

图4是表示用抛物面镜实现本申请发明时的光学原理的图。

图5是表示抛物面镜处的光的反射的样子的图。

图6是用于说明来自对象物的发散光的光学路径的图。

图7是表示来自配置在直线上的多个对象物的光束群入射时光学路径折回的样子的图。

图8是示出聚光光学系统形成的聚光像发生了畸变的图。

图9是用于说明二次凹曲面镜的种类的图。

图10是用于说明各圆锥面上的几何学焦点的图。

图11是示出各二次凹曲面镜中的光路的图。

图12是示出凹曲面镜整体由多个部分二次凹曲面构成的一个例子的图。

图13是示出现有的分选机的外观构成例的图。

图14是图13所示的分选机的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明将本发明的装置应用于分选机时的实施方式。由分选机分选的对象物设为米粒，取得该米粒的光学信息。在收获的米中含有一定程度的不良米或石子等异物，因此需要将它们除去，本实施方式的分选机基于所取得的光学信息将满足基准的米与其它部分进行甄别。

此外，本发明是在分选机所具备的构成中特别涉及光学单元100的技术，因此省略了分选机中的光学单元以外的构成和功能的详细说明。

本发明的装置的光学单元所具备的凹曲面镜不一定需要定义成凹曲面镜整体为单一的二次凹曲面形状，也包括使用形成凹曲面的圆锥曲线、曲率半径根据面上的位置、方位而变化的任意凹曲面镜。但是，如后述那样，在第一实施方式～第三实施方式中使用的光学单元的任意凹曲面镜为二次凹曲面镜，其中分别说明使用抛物线凹面镜的类型、椭圆凹面镜的类型、双曲凹面镜的类型的情况。

首先，说明二次凹曲面镜与圆锥曲线的关系。圆锥曲线是作为用任意平面切断圆锥时的截面的轮廓形状而得到的曲线群的通称。该圆锥曲线分类为圆、椭圆、抛物线、双曲线，如图9所示，用与圆锥的轴垂直的平面(倾斜角90°)切断而成的截面的轮廓形状为(a)圆，用比圆锥的半顶角大的倾斜角的平面切断而成的截面的轮廓形状为(b)椭圆，用与圆锥的半顶角平行的倾斜角的平面(即，与母线平行的平面)切断而成的截面的轮廓形状为(c)抛物线，用比圆锥的半顶角小的倾斜角的平面切断而成的截面的轮廓形状为(d)双曲线。

圆、椭圆、抛物线、双曲线均为二次曲线，它们都存在两个在欧几里得几何学上被称为焦点f₁、f₂的奇点。具体地说，“椭圆”的二个独立的焦点均存在于被曲线包围的闭合空间的内侧(图10的(a))，“圆”为特殊的椭圆，二个焦点f₁、f₂共用同一点，看起来仅存在一个焦点(即圆的中心)。“抛物线”是二个焦点中的一方存在于无限远方的椭圆。“双曲线”是二个焦点中的一个焦点f₁存在于被曲线包围的闭合空间的外侧的椭圆(图10的(b))。在绕着将这些二次曲线的2个焦点相连的轴使其轮廓形状旋转时形成球面、椭圆面、抛物面、双曲面，从各面的内侧来看为属于二次凹曲面的球凹面、椭圆凹面、抛物凹面、双曲凹面。

例如，在观看图10的(a)的椭圆曲线时，从一个焦点f₁经椭圆曲线上的1点(P)去往另一个焦点f₂的直线的长度的合计值无论选择椭圆曲线上哪个点P都是固定值(f₁P+f₂P)。

若将这种几何学的内容与光学现象相对应来看，则能理解为从一个焦点f₁射出的光线在该二次凹曲面的任意点P反射时，必然无像差地到达另一个焦点f₂。即使将出射侧的焦点更换为到达侧的焦点，这一点也同样成立。二次凹曲面的2个焦点f₁、f₂是可互换的，处于共轭关系。

但是，应当注意，上述的二次凹曲面的焦点f₁、f₂为几何学上的焦点，并不一定与光学上的焦点一致。在将几何学焦点中的一个焦点f₁与作为基于光学定义的光线的起点的“物点”对应时，另一个几何焦点f₂在光学定义上不过是与“像点”对应。也就是说，并不是指基于光学定义的“焦点”。光学定义的“焦点”是指在使与二次凹曲面的几何对称轴平行的近轴光束入射时由二次凹曲面反射后的光束发生聚光的点。在此，来自物点的光束与二次凹曲面的几何对称轴平行相当于该物点被置于无限远方的情况，因此可知具有这种物点作为焦点f₁的仅有二次凹曲面中的抛物凹面。并且，在这种情况下，像点与几何焦点f₂一致。

另一方面，当二次凹曲面为球面的情况下，如上所述，2个焦点一致，在将物点配置于存在于球的中心的一个焦点f₁时，存在于球的中心的另一个几何焦点f₂仍对应于像点。因此，必然是，在物点被配置在无限远方，即从物点入射到球面的光线群为平行束的情况下，来自球面的反射光已不会聚光于几何焦点f₂，反射光反而会去往比几何焦点f₂靠近球面的位置。也就是说，基于光学定义的焦点位置不再与几何焦点f₂一致。

熟知的抛物线天线的面形状与作为使抛物线以其几何对称轴为中心旋转而成的曲面来定义的抛物面一致，因此呈抛物凹面的形状的抛物凹面镜也被称为抛物线凹面镜。将使用具有光学焦点与几何焦点一致的这种可谓特殊的抛物面的抛物线凹面镜(狭义地说是使抛物线凹面镜偏置的“偏置(offset)抛物线凹面镜”)的光学单元作为第一实施方式进行说明。

(第一实施方式)

为了说明第一实施方式中的分选机的光学单元100，首先说明物体侧远心光学系统的概念。

(1)物体侧远心光学系统

如图3所示，与透镜1的光轴平行地入射的光线当然会在透镜1的射出侧的焦点位置P_f处与光轴相交。由于该性质，若将在焦点位置P_f放置光圈，则通过光圈的中心的光线(主光线)会在入射到透镜1前与透镜1的光轴平行地行进。这就构成了所谓物体侧远心光学系统。

在图3中使用凸透镜1示出远心光学系统的原理，而在图4中用反射镜对其进行说明。2'为抛物线凹面镜，6为对象物面上的物体面。从对象物X的各物点辐射的各光线中的与抛物线凹面镜2'的光轴(几何对称轴)平行的平行光线群若被抛物线凹面镜2'反射，则根据抛物线凹面镜的光学特性，均会在抛物线凹面镜的焦点P_f处相互相交而行进。由于该性质，若在焦点位置P_f放置光圈，则通过光圈中心的光线(主光线)会在入射到抛物线凹面镜前与抛物线凹面镜的光轴平行地行进。即，构成了物体侧远心光学系统。

若将上述的焦点位置P_f上的光圈作为使来自物体面上的各物点的发散光束反射的二次凹曲面镜的射出瞳，且其瞳形状为例如圆形，则来自各物点的发散光成为以各自的主光线为轴的圆锥状(发散角为θ)的发散光束群而到达抛物线凹面镜2'，此时，与抛物线凹面镜相关的入射瞳会形成于无限远方。其原理是与已经作为使来自物体面上的各物点的发散光束反射的二次凹曲面镜的入射瞳及射出瞳与几何焦点位置之间的关系而说明过的光学原理直接对应的。

另外，在图4所示的截面内与抛物线凹面镜2'的光轴正交的物体面6包含抛物线凹面镜2'的光学焦点(物体距离L与焦距f一致)时，以与抛物线凹面镜2'的光轴平行的平行光线群作为轴的圆锥状(发散角为θ)的发散光束群由抛物线凹面镜2'反射后，到达聚光光学系统3以前，作为沿着该反射的主光线的平行光束而行进。

本实施方式的光学单元100构成为：用抛物线凹面镜使来自对象物的光反射后，利用聚光光学系统将其导向光检测器。从对象物的物体面上的各物点出射并经抛物线凹面镜反射后通过聚光光学系统的入射瞳的中心的各主光线均从对象物面上与抛物线凹面镜的几何对称轴平行地射出，去往抛物线凹面镜的光线群的入射瞳被配置在无限远方。

具体地说，如图11的(b)那样，来自物体面上的各物点Xb的发散光束由抛物线凹面镜2b反射，朝向在抛物线凹面镜2b的几何学焦点f₂的位置具有入射瞳的聚光光学系统3b前进，到达了聚光光学系统3b的光束随后在聚光光学系统3b的像点Ib处聚光。此时，特别是，若物体距离与基于抛物线凹面镜2b的抛物面的光学定义的焦距一致，则由抛物线凹面镜2b反射而去往聚光光学系统3b的光束成为平行光束。

如以上那样，与抛物线凹面镜的几何对称轴平行地入射到该抛物线凹面镜的各光线均会通过抛物线凹面镜的几何及光学焦点，因此，如果配置在该焦点位置具有入射瞳的聚光透镜3，将经抛物线凹面镜2'反射后通过上述入射瞳的中心的光线作为主光线，则等同于将以与抛物线凹面镜的几何对称轴垂直的物体面的各点作为起点而向该物体面的法线方向射出的光线作为主光线。若考虑到经抛物线凹面镜2'反射后通过聚光光学系统3的光束会从对象物X的物体面6上的各物点在上述主光线的周围呈现圆锥状的发散性(发散角为θ)并且从各物点出射，则容易理解使用了抛物线凹面镜的光学单元100具有对对象物的物体面6进行正俯视的性质(也就是说，从与物体面正交或者大致正交的方向进行拍摄)。大开口的折射型透镜昂贵，如果将使用这种透镜的光学单元100组装于分选机，则会导致分选机的制造成本大幅上升。然而，在本实施方式中，用比较廉价且能确保大视野的抛物线凹面镜(实际上为后述的偏置抛物线凹面镜)取代昂贵的透镜，由此能显著削减分选机的制造成本并且能取得对象物的光学信息。

此外，既然本实施方式的光学单元100是以物体侧远心光学系统的光学原理为基础的，则其前提是与抛物线凹面镜2'的几何对称轴平行的主光线群入射到该抛物线凹面镜。但是需要注意，如果入射到抛物线凹面镜的主光线不是与抛物线凹面镜的光轴完全平行，则无法直接对对象物X的物体面进行正俯视。只要在由抛物线凹面镜2'反射后通过聚光透镜3的入射瞳的来自对象物的发散光束中包含的任意1束光线若沿着与抛物线凹面镜的几何对称轴正交的对象物X的物体面上的物点处的法线朝向抛物线凹面镜行进，则即使该光线不是主光线，也能够理解为使用了抛物线凹面镜的光学单元100事实上依然具有对对象物X的物体面6进行正俯视的性质。这种主光线的置换的必要性可能尤其会发生于由聚光透镜3决定的入射瞳的配置位置未与抛物线凹面镜2'的几何焦点位置严格一致地配置的情况、抛物线凹面镜2'未严格地形成为数学上或者几何学上的抛物面的情况等。使用了本实施方式中的抛物线凹面镜(实际上为后述的偏置抛物线凹面镜)的光学单元100考虑到这种必要性而包含了发生主光线的置换的情况，并不严格要求入射到抛物线凹面镜的“主光线”与抛物线凹面镜的光轴完全平行这一条件。

(2)偏置抛物线凹面镜

图1是本实施方式的分选机中使用的光学单元100的截面概略图，示出组装有偏置抛物线凹面镜2的光学单元的一个例子。如图13和图14所示，利用光学单元100检测大量的米粒时，将米粒投入被称为滑道52的具有固定宽度的引导板，使其从分选机的上方一举落下。

图2是将光学单元100和照明机构30收纳于箱体时的截面概略图。在光学单元100中，本身发光的对象物自不必说，在本身不发光的对象物的情况下通过用来自分选机内的照明机构30的照明光进行照射从而使对象物本身能当作光源，当流入滑道的米粒在物体面6处从上方落下时，用偏置抛物线凹面镜2使从对象物X的物体面上的各物点出射的光线群反射。

此外，1台光学单元100检测朝向偏置抛物线凹面镜2入射的来自米粒的一侧一半的光，来自米粒的相反侧一半的发散光使用作为相同结构的成对的光学单元通过相同的检测原理进行检测。

如上所述，本实施方式的光学单元100使用如图5的(b)所示的具有从抛物线凹面镜的抛物面的光轴偏置的部分抛物面的偏置抛物线凹面镜2。图7是图6所示的抛物线凹面镜2的俯视图，其中入射光射入抛物线凹面镜2并且反射。虽然光的反复反射在后面说明，但如图7所示，偏置抛物线凹面镜2的长度方向(图7的上下方向)与滑道的宽度匹配，例如为几十厘米宽的抛物面。这样，配置于第一实施方式的光学单元100的偏置抛物线凹面镜2是将抛物面整体中的上下方向的宽度切得较窄而形成的，将来自在滑道上滑动后落下的多个米粒的各发散光集中反射。

如上所述，该光学单元100的特征在于，使用作为从抛物线凹面镜2'的抛物面的光轴偏置的部分抛物面的偏置抛物线凹面镜2。用不包括抛物线凹面镜中央部的几何对称轴(光轴)的抛物面使入射光反射。如果使用抛物线凹面镜的抛物面隔着光轴而对称的普通的抛物线凹面镜2'，将来自物体的主光线群配置在包括抛物线凹面镜的光轴的面内，则与专利文献2相同，配置于抛物线凹面镜2'的焦点位置的聚光光学系统3会遮挡从米粒的各物点朝向抛物线凹面镜2'入射的光的行进(参照图5的(a))。相对于此，在使用偏置抛物线凹面镜2的情况下能避免该问题。也就是说，如图5的(b)所示，用偏置抛物线凹面镜2反射来自米粒的发散光的情况下，主光线群的反射光所聚光的偏置抛物线凹面镜的焦点位置存在于不会干扰从对象物X去往偏置抛物线凹面镜2的光路的位置。因此，在偏置抛物线凹面镜2的焦点位置具有入射瞳的聚光光学系统3不存在于要入射到偏置抛物线凹面镜2的光的光路中途，因此能可靠地检测来自米粒的光。这与如上述的专利文献2的图15和图16所示的从第2反射体部分11、11A的后方朝向第1反射体10、10A行进的来自物体的入射光会被第2反射体11、11A和受光机构5遮挡的配置不同。

此外，即使不使用如图5的(b)所示的偏置抛物线凹面镜2，而通过使如图5的(a)所示的通常的抛物线凹面镜2'倾斜来产生与偏置抛物线凹面镜2同样的功能，从倾斜后的抛物线凹面镜2”来看，来自米粒的主光线群也相当于光以不与光轴平行的入射角θ入射(参照图5的(c))。

因此而产生的像差会使主光线群的同一点处的收敛性降低，所以，即使在反射光的聚光位置配置有聚光光学系统3，像差也会传播到光检测器的二次像面而产生模糊等像劣化，无法检测来自米粒的高精细的光信息。本实施方式的光学单元100为了避免这一点而构成为，不是朝向通常的抛物线凹面镜2'而是朝向偏置抛物线凹面镜2入射与其光轴平行的主光线群后，利用配置在其焦点位置的聚光光学系统3进行光检测。

(3)光路的弯折

如上所述，本发明的目的之一在于实现装置的小型化，为此，需要使内置的光学单元100也尽可能变小。因此，如图1所示，致力于在中途使光路弯折来缩小光学单元的尺寸。

图6和图7示出了光学单元100对光路的弯折。以米粒上的各个点作为物点的发散光束由偏置抛物线凹面镜2反射后，在属于各光束的主光线到达相互相交的偏置抛物线凹面镜2的焦点位置以前的中途，反射镜4使其光路返回偏置抛物线凹面镜侧并去往反射镜5。反射镜5使返回的光线群再次向反射镜4反射。特别是，接受此时的光线群的是与接受了由偏置抛物线凹面镜2反射的光时相同的反射镜4，反射镜4会进行第2次反射。然后，光线群入射到聚光光学系统3'，在背后的成像面10'上形成像来检测米粒。此外，本实施方式的光学单元100为了在利用反射镜4进行第2次反射后，将光导向置于背后的成像面10'的近红外线用图形传感器7'以及置于成像面10的可视用图形传感器7这两者，而使用了二向色镜(dichroic mirror)9作为光路分支元件。由偏置抛物线凹面镜2反射后的到聚光光学系统3为止的光路长度相当于将多次折回的光路总计的光路全长。二向色镜9等光路分支元件除了根据光线群的波长而将光路分支以外，还能用于在相对于落下的多个米粒的大视野中使多个图形传感器能分别处理各自的担当区域。而且，也可以不以一样的分辨率处理大视野，例如为了使视野中央为高分辨率的检测区域这样对观察的对象区域的空间分辨率赋予变化而利用光路分支元件控制特定的光线群的光路。

如上所述，在本实施方式的情况下，除了二向色镜9进行的反射以外，进行总共4次反射(包括偏置抛物线凹面镜2进行的反射)。此时，基于光路的周密设计，调整镜面的尺寸和倾角使得1个反射镜4形成2次反射。光路多次弯折使得能尽可能在不远离偏置抛物线凹面镜2的位置配置聚光光学系统3并且与由偏置抛物线凹面镜2反射后的到聚光光学系统3为止的光路长度相当。因此，能使应用了本发明的装置的分选机的光学单元100与现有的设备相比显著小型化，并且取得了以下效果：成功地减少了所使用的反射镜的数量，紧凑地抑制光线的全长并且实现了分选机的制造成本的削减。

此外，不一定非要将光路弯折，不一定非要如本实施方式那样进行总共4次反射。还包括反射镜4仅反射1次或者反射3次以上的情况。与分选机或者光学单元的大小、配置聚光光学系统3的位置等对应地适当决定是否进行光路的弯折及其弯折次数即可。

另外，在将光学单元100实际安装到分选机等装置内时，不要求物体面6一定要严格地位于偏置抛物线凹面镜2的焦点位置f(与物体距离L焦距f一致)。为了实现分选机的小型化即光学单元100的紧凑化的目的，允许在比焦点位置f靠近偏置抛物线凹面镜处具有物体面6。物体面6越靠近偏置抛物线凹面镜2，就会导致经偏置抛物线凹面镜2反射后的光线群不平行而发散角越大，但是这可以通过使聚光光学系统3中使用的透镜的入射瞳变大来应对。而且，经偏置抛物线凹面镜2反射后的光线群不平行造成的像的模糊、变形等通过由聚光光学系统3进行像差校正来处理。同样，根据与光学单元100中包含的各种构成部件的位置关系，物体距离L也有可能成为比偏置抛物线凹面镜2的焦距f大的距离。在这种情况下，经偏置抛物线凹面镜2反射后的光线群不平行造成的像差也由聚光光学系统3进行校正即可。

(4)聚光像的畸变修正

将使用偏置抛物线凹面镜2反射后的光进行多次折射，利用聚光光学系统3形成于成像面的光学像不模糊而是清晰的。但是，由于不使用通常的抛物线凹面镜2'而使用了偏置抛物线凹面镜2，因此无法避免受偏置的影响而检测出像畸变。当可视用图形传感器7为一维的线传感器时，与受光元件传感器的直线状的受光元件排列对应的光学图像如图8那样畸变，无法取得直线状物体的整体作为瞬时图像。

因此，需要对该畸变的变形进行校正。因此，本实施方式的光学单元100通过特意使聚光光学系统3的光轴倾斜来消除检测像的畸变。即，使聚光光学系统3的光轴倾斜从而使入射到聚光光学系统3的来自偏置抛物线凹面镜的入射光相对于聚光光学系统3的光轴倾斜地入射，由此在聚光光学系统3中产生与偏置抛物线凹面镜所产生的畸变相反方向的同量的畸变。其结果是抵消了检测像的变形，即使近红外线用图形传感器7'和可视用图形传感器7为直线状的受光元件排列，也能将直线状物体的整体作为瞬时视野进行检测。

另外，上述畸变的程度会对应于制造误差等而存在差别。该差别除了通过使聚光光学系统3的光轴本身倾斜来进行消除的方法以外，也可以通过反射镜4、5的倾角调整使相对于聚光光学系统3的主光线倾角发生变化来进行补偿。

如果通过高度制约所使用的偏置抛物线凹面镜2的反射面的曲率半径和圆锥系数的允许误差量，则可以实现能视为与理想抛物面充分一致的面形状。此外，在以必要的尺寸偏置切割时确保准确性并且光学单元100的组装误差也极小的情况下，与米粒表面的各物点对应的主光线会以足够的精度构成远心的光线。

但是，现实中将凹曲面制作为理想的抛物面镜，使切割误差、组装误差接近为零不仅会产生非常高的制造成本，在制造技术上原本也伴有困难。因此，在仅将以现实的精度制造出的凹面镜原样组装的不完善的光学系统中，从物点去往凹面镜的主光线群不一定会成为远心的光线群。

这种情况下，为了补偿偏置抛物面与聚光透镜的入射瞳面的理想几何关系的崩溃，优选通过调整多个反射镜4、5的配置角度来补偿光学系统的制造上的不完善性，将主光线维持为能被充分视为远心的光线。

当利用上述的光学单元100取得了各米粒的光学信息时，分选机将其与规定的基准信息进行比较，判断是否为基准外或包含异物。然后，通过利用从喷射器喷嘴喷出的空气的力的甄别机构(未图示)将被判断为基准外或异物的米粒吹走，将其搬运到与基准内的米粒落下并被收纳的储存罐不同的其它储存罐。

(第二实施方式)

接下来，说明使用偏置椭圆凹面镜来取代在第一实施方式中使用的偏置抛物线凹面镜的光学单元。

此外，在第一实施方式中说明的使用偏置抛物线凹面镜的所谓“偏置”的技术意义、使用至少1个反射镜的光路的弯折带来的作用效果、聚光像的畸变修正的方法等也同样适用于第二实施方式，因此省略重复的说明(在后述的第三实施方式和第四实施方式中也同样)。

如图11的(a)所示，在第二实施方式的情况下，使用使通常的椭圆凹面镜偏置后的偏置椭圆凹面镜2a，因此从物体面的各物点Xa出射的主光线群相对于偏置椭圆凹面镜的几何对称轴(即，光轴O)具有发散性，但这与第一实施方式的偏置抛物线凹面镜中的相对于主光线群的光轴的平行性不同。

从物体面的各物点Xa去往偏置椭圆凹面镜2a的主光线群相对于偏置椭圆凹面镜2a的光轴O呈现发散性的原因如下。

与该偏置椭圆凹面镜2a相对地配置有在偏置椭圆凹面镜2a的一个几何学焦点f₂处具有入射瞳的聚光光学系统3a的本光学单元作为将经偏置椭圆凹面镜2a反射后的主光线群的射出瞳配置于几何学焦点f₂的位置处的光学系统发挥功能。因此，偏置椭圆凹面镜2a的另一个几何学焦点f₁必然成为由偏置椭圆凹面镜2a反射的主光线群的入射瞳。另一方面，偏置椭圆凹面镜2a的这两个几何学焦点f₁、f₂被包含于由椭圆体形成的闭合空间的内侧，因此从对象物的物体面6上的各物点Xa去往偏置椭圆凹面镜2a上的任意的反射点P_i(i＝1，2，…，n)的各主光线的光路必然处于从偏置椭圆凹面镜2a的光轴O上的一个几何学焦点f₁去往反射点P_i(i＝1，2，…，n)的发散性的光路上。

这样，通过在偏置椭圆凹面镜2a的一个几何学焦点f₂的位置配置针对经偏置椭圆凹面镜2a反射后的光束的射出瞳，由此从对象物的物体面上的各物点Xa去往偏置椭圆凹面镜2a的各出射光束会采取以偏置椭圆凹面镜2a的另一个几何学焦点f₁作为入射瞳而传播的光路上的一部分而行进。即，属于来自对象物的物体面上的各物点Xa的各出射光束的各主光线会在由偏置椭圆凹面镜2a反射前在从几何学焦点f₁朝向偏置椭圆凹面镜2a射出的光路上相互呈现发散性地传播，在由偏置椭圆凹面镜2a反射后以无像差的方式朝向偏置椭圆凹面镜的另一几何学焦点f₂聚光。

因此，在观察的对象物例如为球形的情况下，偏置椭圆凹面镜2a能同时处理沿着球的边缘的俯视最上部(北极部分)的光路和仰视球的最下部(南极部分)的光路，具有易于无遗漏且可靠地取得物体面的光学信息的优点。

此外，呈现发散性并且沿着自物体面6上的各物点Xa射出的各主光线从Xa射出的各发散光束由偏置椭圆凹面镜2a反射，朝向在偏置椭圆凹面镜2a的几何学焦点f₂的位置处具有入射瞳的聚光光学系统3a会聚，然后分别聚光于聚光光学系统3a的各像点Ia，但此时，特别是在物体距离与偏置椭圆凹面镜2a的焦距一致的情况下，由偏置椭圆凹面镜2a反射后去往聚光光学系统3a的光束当然会成为平行光束。

(第三实施方式)

接下来，对使用了偏置双曲凹面镜的光学单元进行说明。如图11的(c)所示，使用了偏置双曲凹面镜2c时的特征在于，入射到偏置双曲凹面镜2c的来自物体面的各物点Xc的主光线群相对于偏置双曲凹面镜2c的几何对称轴(即，光轴O)具有收敛性。

从对象物的物体面上的各物点Xc去往偏置双曲凹面镜2c的主光线群相对于光轴O呈现收敛性的原因如下。

与该偏置双曲凹面镜2c相对地配置有在偏置双曲凹面镜2c的一个几何学焦点f₂处具有入射瞳的聚光光学系统3c的本光学单元是指将经偏置双曲凹面镜2c反射后的主光线群的射出瞳配置于几何学焦点f₂的位置的光学系统。因此，偏置双曲凹面镜2c的另一个几何学焦点f₁必然成为从对象物的物体面上的各物点出射并由偏置双曲凹面镜2c反射的主光线群的入射瞳。另一方面，形成于几何学焦点f₁的位置的该入射瞳存在于偏置双曲凹面镜2c的凸侧空间(即，由双曲面体形成的闭合空间的外侧)，因此从存在于偏置双曲凹面镜2c的凹侧空间的物体面上的各物点Xc射出的各主光线只能朝向另一个几何焦点f₁带有收敛性地行进。

这样，通过在位于偏置双曲凹面镜2c的凹面侧空间的偏置双曲凹面镜的几何学焦点f₂的位置处配置针对经该偏置双曲凹面镜2c反射后的光束的射出瞳，由此从对象物的物体面上的各物点Xc去往偏置双曲凹面镜2c的各光束会采取以位于偏置双曲凹面镜2c的凸面侧空间的偏置双曲凹面镜的另一个几何学焦点f₁作为入射瞳而传播的光路上的一部分而行进。即，属于来自对象物的物体面上的各物点Xc的各出射光束的各主光线会在由偏置双曲凹面镜2c反射前朝向另一个几何学焦点f₁相互呈现收敛性地传播，在由偏置双曲凹面镜2c反射后以无像差的方式朝向一个几何学焦点f₂聚光。

因此，在观察的对象物例如为球形的情况下，来自球的最上部(北极部分)和最下部(南极部分)的主光线被对象物本身遮挡而不会到达偏置双曲凹面镜2c，这意味着观察作为对象物的球面上的半球面的一个本光学单元(剩余的半球面由一对中的另一本光学单元进行观察)无法取得涵盖整个半球面区域的光学信息。但是，其光学性质有利地发挥了将使从对象物的物体面上的各物点Xc出射并通过聚光光学系统3c的入射瞳的各光束反射所需的凹曲面镜的尺寸抑制得小的作用，因此在实现装置整体的紧凑化方面使用偏置双曲凹面镜2c成为优点。

此外，带有收敛性地沿着自物体面6上的各物点Xc射出的各主光线从Xc射出的各发散光束由偏置双曲凹面镜2c反射，朝向在偏置双曲凹面镜的几何焦点f₂的位置处具有入射瞳的聚光光学系统3c会聚，然后，分别聚光于聚光光学系统3c的各像点Ic，但此时，特别是在物体距离与偏置双曲凹面镜2c的焦距一致的情况下，由偏置双曲凹面镜2c反射后去往聚光光学系统3c的光束当然会成为平行光束。

(第四实施方式)

进而，作为第四实施方式，也可以通过任意组合第一实施方式～第三实施方式分别示出的二次凹曲面镜，从而使用允许局部的曲率半径和圆锥系数(或者离心率)根据凹曲面镜的位置、方位连续变化的任意凹曲面镜(一般称为自由曲面、不具有旋转对称性的变形非球面镜或者高次旋转非球面镜)。图12示出其一个例子。

在图12所示的任意凹曲面镜的情况下，光轴附近为椭圆凹面形状，其外侧为抛物线(抛物)凹曲面形状，其更外侧为双曲凹面形状。但是，图12只不过是一个例子，凹曲面镜的哪一局部部分对应于何种曲面形状可以任意组合。

但是，即使采用了具有根据面上的位置、方向而不同的圆锥系数的任意凹曲面镜，与该任意凹曲面镜相对配置的聚光透镜3的入射瞳与由任意凹曲面镜反射的从对象物的物体面6上的各物点射出的各光束的射出瞳相对应这一点与第一三实施方式～第三实施方式完全相同。因此，来自利用任意凹曲面镜与射出瞳结成共轭关系的对象物的物体面的光束的入射瞳会根据各光束的主光线由任意凹曲面镜的哪个部位反射而形成于不同的位置。利用这一点，能提高从对象物的物体面的各物点去往任意凹曲面镜的主光线相对于任意凹曲面镜的几何对称轴(光轴)的倾角控制的自由度。也可以利用该倾角控制的自由度，例如在任意凹面镜的光轴的一个截面内将各主光线调整为相互呈现收敛性，并决定光学单元内的光学部件的种类和配置使得各主光线在与该一个截面正交的截面中相互呈现发散性。

主光线与对象物的法线所成的夹角不仅能由凹曲面镜的面形状进行控制，还能根据对象物相对于凹曲面镜的配置状态进行控制。其一个例子由使用了偏置抛物面镜2的第一实施方式的光学单元实现。再次参照表示第一实施方式的光学单元100的构成的图7，图7是表示来自在直线上配置的多个对象物(例如，米粒)的光束群朝向偏置抛物面镜入射的样子的一个截面图。在该截面图内，属于各光束的各主光线与光轴平行地传播而入射到偏置抛物面镜2。也就是说，在图7的截面中，物体面6与偏置抛物面镜的光轴正交地配置，因此作为各主光线与物体面的关系，正交关系当然是成立的。

而图6也是光学单元100的一个截面图，与图7为正交截面的关系。与图7中的物体面6与偏置抛物面镜光轴的正交性不同，在图6中偏置抛物面镜的光轴与物体面6不正交，其结果是，对象物的物体面6不与各主光线正交。在一个例子中，在如下情况下进行这种使物体面的三维法线的方向与主光线的方向不一致的操作。即是如下情况：与图14所示的现有的分选机的光学单元同样，在第一实施方式的分选机中，将两组包括图6所示的偏置抛物面镜的光学单元100作为一对隔着对象物而相对配置，各光学单元100对对象物的表里(左右)进行拍摄。假设在对对象物的表侧一半进行拍摄的光学单元中配置为来自对象物的物体面上的各物点的主光线与各物体面6正交，则位于一个光学单元100内的用于对对象物进行照明的照明机构30(参照图2)的一部分成为相对配置的对对象物的里侧一半进行拍摄的另一光学单元的背景板，上述背景板会重叠于一个光学单元100的视野。因此，如果特意使对象物的物体面不与偏置抛物面镜2的光轴正交，而设为从相对于物体面6的倾斜方向进行拍摄的如图6所示的位置关系，则能避免位于一对中的一个光学单元内且成为另一光学单元的背景板的照明机构30的一部分重叠于一个光学单元的视野。此外，这种配置不仅在第一实施方式中有意义，在第二实施方式～第四实施方式所示的各配置中也是同样。

如以上说明的那样，本发明的装置的光学单元所具备的凹曲面镜包括形成凹曲面的圆锥曲线、曲率半径根据面上的位置、方位而变化的任意凹曲面镜，但是考虑到凹曲面镜的制造容易性、制造成本等，有时使用常用的二次凹曲面镜。在这种情况下，将针对经二次凹曲面镜反射后的光束的射出瞳配置于二次凹曲面镜的一个几何学焦点，由此，关于从对象物的物体面射出而通过上述射出瞳的中心的主光线，其从对象物的物体面上的各物点去往二次凹曲面镜的光路会根据二次凹曲面镜的类型而呈现不同的传播方向。具体地说，在二次凹曲面镜为抛物线凹面镜的情况下，上述光路与抛物线凹面镜的对称轴平行。在二次凹曲面镜为双曲凹面镜的情况下，上述光路相对于双曲凹面镜的对称轴呈现收敛性，而且在二次凹曲面镜为椭圆凹面镜的情况下，上述光路相对于椭圆凹面镜的对称轴呈现发散性。这对于偏置二次凹曲面镜也是同样的。

利用与二次凹曲面镜的类型相应的从物体面上的各物点去往二次凹曲面镜的主光线的光路传播特性，在使用偏置抛物线凹面镜作为二次凹曲面镜的情况下，能构成能对与偏置抛物面镜的几何对称轴正交的物体面进行正俯视的光学单元。因此，以各物点为起点的发散光束会作为包含主光线的各反射光束而分别会聚于配置在偏置抛物面镜的几何学及光学焦点位置的聚光光学系统，并被检测出用于形成无死角的完整的对象物的像的对象物面上的光学信息。

另外，在使用偏置双曲凹面镜作为二次凹曲面镜的情况下，能以远心度的降低为代价利用比视野尺寸小的凹面镜构成光学系统，因此得以发挥如下优势：能自由进行对象物的物体面的边缘(北极和南极)部分的死角的程度与光学单元的小型化的程度的权衡。

而且，在使用偏置椭圆凹面镜作为二次凹曲面镜的情况下，可提供能构成与偏置抛物线凹面镜的情况相比能以更大的俯角对对象物的物体面的边缘进行拍摄的光学单元这一特长，因此能有助于对象物的光学信息的致密化。

二次凹曲面镜是抛物面还是双曲面或者椭圆面由二次凹曲面镜的圆锥系数(或者离心率)来规定。在一般化的凹曲面镜中，允许圆锥系数在包含到达凹曲面镜的来自对象物的物体面上的各物点主光线的各截面中为不同的值，例如可以是，在某一个截面中凹曲面镜相当于椭圆凹面镜的断面形状，在另一个截面中相当于双曲凹面镜的断面形状。这种面形状特别称为变形面或自由曲面，但是在这种情况下，需要注意，入射瞳和射出瞳相对于来自物体面上的各物点的发散光束的关系和效果维持为与将入射瞳和射出瞳配置于二次凹曲面镜的几何学焦点位置时得到的关系和效果同样。

特别是，本发明的装置使用采用了偏置的二次凹曲面镜的光学单元而构成，由此能同时将凹曲面镜所具有的光路的会聚的功能和在偏置截面内使光路无像差地弯曲(弯折)的功能具体化，进一步缩小装置内的光学单元的包络尺寸。此时需要注意，二次凹曲面镜带来的光路的弯曲不是偏置二次凹曲面镜本身的弯曲弯折(倾斜角调整)，而是通过偏置(偏移)进行的。由此，实现了如下值得大书特书的技术优势：即使将由偏置二次凹曲面镜反射后的反射光路的弯折方向、弯折量选择为不干扰入射到二次凹面镜的光路，也仍会抑制像差的发生，并且不会带来对象物的物体面上的光学信息的任何劣化。

(工业上的可利用性)

在第一实施方式～第四实施方式中，说明了将米粒作为对象的分选机的例子，但是不一定限于此。例如，除了米以外的大豆等谷粒、咖啡豆、种子等粒型固体以外，还能将茶叶、药片乃至将汽车的保险杠等的合成树脂在循环工序中加工为颗粒状而包含有色涂料的树脂颗粒用作本申请发明的分选机分选的对象。

另外，在对象物不是米粒等粒型对象物，而是例如在输送机上堆放的片状或膜状的对象物的情况下，能从竖直方向利用光学单元100对该片状等的对象物进行观察，当在片状的对象物内检测出异物时驱动输送机上的输送路径变更机构，仅将包含异物的片状的对象物搬运到非标准对象物用的储存箱中。