專利名稱：拉曼散射信號獲取裝置及拉曼散射信號獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獲取從目標物所散射的拉曼散射信號的拉曼散射信號獲取裝置及拉曼散射信號獲取方法。
背景技術(shù)：
在處理作為家庭垃圾和工業(yè)廢棄物而廢棄的塑料時，廢棄塑料的材質(zhì)往往不明。 這樣的廢棄塑料的大部分在粉碎后只能作焚燒處理。然而，由于塑料具有可通過識別廢棄塑料的材質(zhì)(原料的種類)是什么來熔解、再成形的特點，故可再利用于附加價值高的產(chǎn)品。另外，即使在焚燒的情況下，例如，如果存在聚氯乙烯，則有可能產(chǎn)生有毒氣體，故需要事先檢測其是否存在。作為識別這樣的廢棄塑料材質(zhì)的方法之一，提出了利用拉曼散射光譜的方法。例如，在專利文獻1中記載有從激光光源所發(fā)出的單色激光經(jīng)光導纖維導入纖維頭部，經(jīng)該纖維頭部將激光呈點狀聚光照射到塑料材料上，經(jīng)纖維頭部中所配備的纖維頭部物鏡來聚集從塑料材料所散射的光，經(jīng)光導纖維將該聚集后的光導入分光儀，通過分光分析決定拉曼散射光譜，通過比照存儲于數(shù)據(jù)庫中的已知的帶狀圖案來識別塑料材料的種類。另外，本發(fā)明人開發(fā)了能夠高速識別塑料材質(zhì)的基于拉曼散射的塑料識別裝置(例如，參照專利文獻2)?，F(xiàn)有的專利技術(shù)文獻[專利文獻1]特開2000-356595號公報[專利文獻2]專利第4203916號公報
發(fā)明內(nèi)容
但是，由于從識別目標物所散射的拉曼散射光非常微弱，故如上所述通過透鏡聚集拉曼散射光而得到的信號也微弱。因此，為了得到強信號，必須提高所照射的激光的輸出功率，而一經(jīng)提高輸出功率，識別目標物就有被破損的可能性。尤其是，在識別目標物為黑色塑料的情況下，由于容易吸收激光且容易燃燒，就必須壓低激光的輸出功率，此外由于拉曼散射光變?nèi)?，在塑料回收的現(xiàn)場所要求的短時間內(nèi)，不可能識別其材質(zhì)。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使是弱拉曼散射光也能夠識別識別目標物的拉曼散射信號獲取裝置及拉曼散射信號獲取方法。本發(fā)明的拉曼散射信號獲取裝置具有包含在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛聚集通過激勵用激光的照射而從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光的聚光透鏡的采光光學系統(tǒng)；包含對拉曼散射光進行分光的分光儀的分光光學系統(tǒng)；以及由一個或多個光波導路徑構(gòu)成，將通過采光光學系統(tǒng)聚集到的光變換成朝分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光的光路變換體。另外，本發(fā)明的拉曼散射信號獲取方法是一種將通過激勵用激光的照射而從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光通過分光儀分光以獲取拉曼散射光的拉曼散射信號獲取方法，其特征在于，利用包含聚光透鏡在內(nèi)的采光光學系統(tǒng)在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛地聚集從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光，通過一個或多個光波導路徑將通過采光光學系統(tǒng)聚集到的光變換成朝分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光并導入分光儀。 按照這些發(fā)明，通過激勵用激光的照射而從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光在激勵用激光的照射范圍內(nèi)得到廣泛聚集，通過一個或多個光波導路徑被變換成朝分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光并被導入分光光學系統(tǒng)。即，即使是從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光微弱的情況下，該拉曼散射光在激勵用激光的照射范圍內(nèi)得到廣泛聚集，被入射到光路變換體的入射端的一個或多個光波導路徑，被變換成朝分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光，并被導入分光光學系統(tǒng)，通過分光儀進行分光，故可得到強拉曼散射信號。在此處，優(yōu)選光路變換體的入射端具有與通過激勵用激光的照射所產(chǎn)生的拉曼散射光的形狀相對應(yīng)的形狀。由此，通過激勵用激光的照射所產(chǎn)生的拉曼散射光被入射到與其形狀相對應(yīng)的形狀的光路變換體的入射端，被變換成狹縫狀光射出并被導入分光儀，故不會引起拉曼散射峰變寬這樣的波長或波數(shù)分辨率惡化，可得到強拉曼散射信號。再有，所謂入射端具有與通過激勵用激光的照射所產(chǎn)生的拉曼散射光的形狀相對應(yīng)的形狀，是指在使激勵用激光的形狀發(fā)生變化而照射時所產(chǎn)生的拉曼散射光形成與激勵用激光的形狀相對應(yīng)的形狀的情況下，盡可能使該拉曼散射光不漏泄的形狀。另外，優(yōu)選采光光學系統(tǒng)包含使通過聚光透鏡所聚集的光配合于光路變換體的入射端的形狀而照射的入射透鏡。由此，使通過聚光透鏡在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛聚集的光無遺漏地入射到光路變換體的入射端，可得到強拉曼散射信號。另外，入射透鏡是蠅眼透鏡，光路變換體的入射端可做成與蠅眼透鏡相對應(yīng)的形狀。由此，將在蠅眼透鏡的寬范圍內(nèi)入射的光通過光路變換體導入分光光學系統(tǒng)，可得到分辨率好并且強的拉曼散射信號。另外，優(yōu)選具有將從光路變換體射出的光導入分光儀的準直鏡或準直透鏡。將通過光路變換體被變換成狹縫狀的光用準直鏡或準直透鏡變換成平行光，并導入分光光學系統(tǒng)，藉此可得到分辨率良好的拉曼散射信號。另外，優(yōu)選在光路變換體的出射端后方具有狹縫。由此，將通過光路變換體變換成狹縫狀的光經(jīng)狹縫導入分光光學系統(tǒng)，藉此可除去雜散光，能夠提高拉曼散射信號的分辨率。另外，作為激勵用激光，優(yōu)選采用窄帶激光。通過使用收束了激光波長的窄帶激光，可利用較小的能量來產(chǎn)生來自目標物的拉曼散射光。發(fā)明的效果(1)利用包含聚光透鏡的采光光學系統(tǒng)在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛地聚集從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光，通過一個或多個光波導路徑將通過采光光學系統(tǒng)聚集到的光變換成朝分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光并導入分光儀，由此在寬廣范圍內(nèi)對目標物照射激勵用激光，所以即使是從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光微弱的情況下，也能得到強拉曼散射信號，從而能夠以高精度地識別識別目標物，實現(xiàn)了即使是容易吸收激光而受到損傷的黑色識別目標物也能夠識別。(2)由于光路變換體的入射端具有與通過激勵用激光的照射所產(chǎn)生的拉曼散射光的形狀相對應(yīng)的形狀，故不會引起所謂拉曼散射峰變寬這樣的波長或波數(shù)分辨率的惡化，從而得到強拉曼散射信號，能夠以高精度來進行識別。(3)由于采光光學系統(tǒng)包含使通過聚光透鏡所聚集的光配合于光路變換體的入射端的形狀而照射的入射透鏡，故能夠使通過聚光透鏡在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛聚集的光無遺漏地入射到光路變換體的入射端而得到強拉曼散射信號，從而能夠以高精度來進行識別。(4)由于在光路變換體的出射端后方具有狹縫，故將通過光路變換體變換成狹縫狀的光經(jīng)狹縫導入分光光學系統(tǒng)，藉此可除去雜散光，提高拉曼散射信號的分辨率，使得能夠以精度良好地對識別目標物進行識別。(5)由于通過采用窄帶激光作為激勵用激光，能夠以較小的能量使得從識別目標物產(chǎn)生拉曼散射光，故在目標物為容易吸收激光的黑色的情況下，能夠使目標物不容易受到損傷。
圖1是本發(fā)明實施方式中的塑料識別裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1的拉曼散射識別裝置的方框圖。圖3是圖2的拉曼散射信號獲取裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖4中的(a)是圖3的A_A剖面圖，(b)是圖3的B-B剖面圖。圖5是表示圖2的拉曼散射信號獲取裝置的另一實施方式的結(jié)構(gòu)圖。圖6中的(a)是圖5的A_A剖面圖，(b)是圖5的B-B剖面圖。圖7是表示已知的塑料的拉曼散射光譜的例子的圖。圖8是表示通過識別裝置實現(xiàn)的PS識別例的圖。圖9是表示光路變換體的另一例子的圖，(a)是透視圖，(b)是平面圖，(C)是側(cè)視圖。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明實施方式中的塑料識別裝置的概略結(jié)構(gòu)圖，圖2是圖1的拉曼散射識別裝置的方框圖，圖3是圖2的拉曼散射信號獲取裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖4中的(a)是圖3的 A-A剖面圖，(b)是圖3的B-B剖面圖。在圖1中，作為本發(fā)明實施方式中的基于拉曼散射的識別裝置的塑料識別裝置1 包括將已運入的粉碎塑料分選成異物和塑料片的風力分選或比重分選這樣的前處理設(shè)備 2 ；使由前處理設(shè)備2分選后的塑料片振動并使之排列的振動排列進料器3 將由振動排列進料器3所排列的塑料片裝載于作為裝載臺的皮帶如上進行運送的運送裝置即傳送帶4 ； 以及將激光照射到傳送帶4上的塑料片，即作為識別目標物的被識別塑料上，得到從該被識別塑料所散射的拉曼散射光，以識別被識別塑料的材質(zhì)和品質(zhì)的拉曼散射識別裝置5。另外，該塑料識別裝置1還包括通過根據(jù)由拉曼散射識別裝置5所識別的結(jié)果噴射出壓縮空氣，按材質(zhì)和品質(zhì)分選被識別塑料的分選用氣槍6 ；驅(qū)動分選用氣槍6的氣槍驅(qū)動裝置7 ；以及使拉曼散射識別裝置5和氣槍驅(qū)動裝置7的動作同步并加以控制的同步控制裝置8。另外，該塑料識別裝置1還包括調(diào)節(jié)傳送帶4的運送速度的傳送速度調(diào)節(jié)裝置9，同步控制裝置8使傳送速度調(diào)節(jié)裝置9的動作與拉曼散射識別裝置5和氣槍驅(qū)動裝置7同步并加以控制。如圖2所示，拉曼散射識別裝置5包括獲取從被識別塑料P所散射的拉曼散射信號的拉曼散射信號獲取裝置10和處理通過拉曼散射信號獲取裝置10所獲取的拉曼散射信號的數(shù)據(jù)處理裝置20。拉曼散射信號獲取裝置10具有以下將說明的采光光學系統(tǒng)30、作為光路變換體的光導纖維束40、分光光學系統(tǒng)50和半導體激光驅(qū)動電源60。如圖3所示，采光光學系統(tǒng)30將激光L照射到被裝載于皮帶如上的被識別塑料 P上，同時對從該被識別塑料P所散射的拉曼散射光和由被識別塑料所反射的激光進行采光。由采光光學系統(tǒng)30所聚集的光被光導纖維束40導入分光光學系統(tǒng)50。從分光光學系統(tǒng)50輸出的電信號被輸入到數(shù)據(jù)處理裝置20，進行數(shù)據(jù)處理。半導體激光驅(qū)動電源60是用于驅(qū)動后述的半導體激光發(fā)生裝置31的電源。采光光學系統(tǒng)30包括使照射到作為識別目標物的被識別塑料P上的激勵用激光 L產(chǎn)生的半導體激光發(fā)生裝置31 ；由平凸透鏡構(gòu)成、將激光L照射到被識別塑料P上，同時聚集從被識別塑料P所散射的拉曼散射光R的聚光透鏡32 ；將由半導體激光發(fā)生裝置31所產(chǎn)生的激光L反射，并導入到聚光透鏡32上，同時透過拉曼散射光R的二向色鏡33 ；以及由平凸透鏡構(gòu)成、聚集透過了二向色鏡33的拉曼散射光R，使之入射到光導纖維束40的入射透鏡34。聚光透鏡32的作用是，以擴展了的點狀大小照射由半導體激光發(fā)生裝置31所產(chǎn)生的激光L，這樣即使被識別塑料P是黑色也不會受到損傷，同時調(diào)節(jié)照射距離，使之配合其激光L的照射形狀以在寬廣范圍內(nèi)進行聚光。再有，半導體激光發(fā)生裝置31采用產(chǎn)生通常的激光L的裝置，但在識別黑色的被識別塑料P的情況下，希望采用產(chǎn)生收束了激光波長的窄帶激光的裝置。另外，利用聚集拉曼散射光R的聚光透鏡32以同軸照射激光L，但也可以無需同軸照射，而是采取從其它方向照射的結(jié)構(gòu)。再有，采光光學系統(tǒng)30除上述結(jié)構(gòu)外，可采取多個平凸透鏡分別構(gòu)成聚光透鏡32 和入射透鏡34，或者可在半導體激光發(fā)生裝置31與二向色鏡33之間設(shè)置鏡子，或者可用反射激光L且透過拉曼散射光R的半鏡代替二向色鏡33，更可在其中間置有帶通濾光片或長通濾光片的結(jié)構(gòu)。光導纖維束40將由入射透鏡34所聚集的光導入分光光學系統(tǒng)50，它由作為多個光波導路徑的光導纖維40￡1、4013、40(3、40(1、406、4(^、4(^構(gòu)成。如圖4(a)所示，該光導纖維束40的入射端以多條光導纖維40b 40g包圍在1條光導纖維40a的周圍，呈圓形捆扎。 入射透鏡34對準于該光導纖維束40的入射端的配置來照射由聚光透鏡32所聚集的光。另一方面，如圖4(b)所示，光導纖維束40的出射端排成1列，呈狹縫(slit)形狀捆扎，使光導纖維40a 40g與后述分光儀52的衍射光柵(狹縫)的方向形成平行。分光光學系統(tǒng)50由將從光導纖維束40射出的光調(diào)整為平行光束的準直鏡51、對經(jīng)準直鏡51調(diào)整過的光進行分光的透過型衍射光柵等的分光儀52、聚焦透鏡53和檢測被分光儀52所分光的光并變換成電信號的光探測器M構(gòu)成。從光導纖維束40射出的光被入射到脫離準直鏡51的拋物面的光軸的一部分上。聚焦透鏡53使得被分光儀52所分光的光聚焦在光探測器M上。光探測器M是CXD (電荷耦合器件)或線性排列光電二極管等例如IOM像素的二維光探測器。被分光儀52分光后的拉曼散射光R被調(diào)整為入射到光探測器M的作為大部分的一部分像素群上。被入射到光探測器M的拉曼散射光R由光探測器M變換成電信號，被輸入到數(shù)據(jù)處理裝置20。另外，激光L的一部分透過二向色鏡33聚光到光導纖維束40的入射口。該激光 L被調(diào)整為入射到光探測器M的作為小部分的一部分中，而且在入射該激光L的光探測器 54的跟前位置設(shè)有減光濾光片55。在通過減光濾光片55減光后，被入射到光探測器M的激光L通過光探測器M轉(zhuǎn)換成電信號，入射到數(shù)據(jù)處理裝置20。再有，分光光學系統(tǒng)50除上述結(jié)構(gòu)外，可用準直透鏡代替準直鏡51，或者可將分光儀52做成反射型衍射光柵，還可在其中間放置1個或多個鏡子或透鏡來構(gòu)成。再有，即使是將分光儀52作為反射型衍射光柵的情形，也可配置成使光導纖維束40的出射端朝衍射光柵(溝槽)方向調(diào)合而平行。數(shù)據(jù)處理裝置20是個人計算機或CPU板等，拉曼散射信號獲取裝置10用例如 PCI (外圍部件互聯(lián))接口連接。如圖2所示，數(shù)據(jù)處理裝置20具有存儲預(yù)先設(shè)定的基準值等的存儲裝置21、根據(jù)拉曼散射信息識別被識別塑料P的材質(zhì)的識別裝置22和輸出識別結(jié)果的輸出裝置23。存儲于存儲裝置21中的基準值是通過對所要識別的塑料，例如PC (聚碳酸酯)、 PS (聚苯乙烯)、PP (聚丙烯)、PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PVC (聚氯乙烯)、ABS樹脂 (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合成樹脂)、LDPE (低密度聚乙烯)及HDPE (高密度聚乙烯) 等各種已知塑料的材質(zhì)預(yù)先測定它們的拉曼散射光譜，在所設(shè)定的1點以上的已知峰值位置和已知基線位置的各自的拉曼散射強度。圖7示出通過本實施方式中的塑料識別裝置獲取了作為參考資料的已知塑料(丙烯、PC、ABS、PS、PVC)各自的拉曼散射光譜的結(jié)果。圖7的橫軸為拉曼位移的波數(shù)(cm—1)， 縱軸為拉曼散射強度(任意強度)。在圖7中，如以PS為例進行說明時，PS中由于峰值處在點A1和點A2的位置，故將這2點Ap A2或其附近作為用于PS識別的峰值位置。另外，由于在這些峰值位置Ap A2之間有基線上的點B，故將該點B作為用于PS識別的基線位置。再有，對基線的位置和強度而言，不太遠離峰值位置的拉曼散射強度微弱，希望采用成為底部這部分的值。另外，在強度的計算中，應(yīng)計算包含峰值位置或基線位置在內(nèi)的附近測量點的平均值，通過采用此平均值，可實現(xiàn)SN比的提高。識別裝置22從拉曼散射信號獲取裝置10得到所要識別的每種塑料的材質(zhì)的與已知峰值位置(在PS的例子中為2點Ap A2)對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度和與已知基線位置(在PS的例子中為點B)對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度。再有， 由于拉曼散射光譜隨著激光L的波長和強度的變化而變化，故識別裝置22從由拉曼散射信號獲取裝置10所輸入的電信號得到規(guī)定的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度，以及激光的波長和強度，修正拉曼散射強度。識別裝置22基于這些所得到的拉曼散射強度和存儲裝置21中所存儲的基準值，來識別被識別塑料的材質(zhì)。例如，識別裝置22將所要識別的每種塑料的材質(zhì)的與已知峰值位置O點Ap A2) 對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度I A1、Ra2和與已知基線位置(點B)對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度&的各自的差(RA1_RB)、(Ra2-Rb)，以及作為基準值的已知塑料的已知峰值位置的拉曼散射強度I A1(1、與已知基線位置的拉曼散射強度Rbci之差(RAIO-RBO)、(RA2O"RBO)，通過直接比較或用各自的比值 A「RB) / (RA2_RB)、(RAio"RBO) / (RA2O"RBO) 進行比較，來識別被識別塑料的材質(zhì)。再有，直接比較時的基準值(RAlcrRB。)、(Ra20-Rbo)^ 用比值進行比較時的基準值(Raici-IU/(RA2。-iU預(yù)先存儲于存儲裝置21內(nèi)。圖8示出通過該識別裝置22實現(xiàn)的PS的識別例。如圖8所示，與PS的2點A^A2 的已知峰值位置對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度RA1、RA2和與點B的已知基線位置對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度&的各自的差(RAI-RB)、(RA2-I b)之比值(RAI-RB)/ (RA2-Rb)與其他材質(zhì)的比值大為不同。因此，利用從PS的已知峰值位置的拉曼散射強度 RA1Q、R-和已知基線位置的拉曼散射強度Rb。之差(RAIQ-Rbq)、(RA20-RBO)的比值(RA1Q-RB。)/ (RA20-RBO)所設(shè)定的作為基準值的閾值Sps，通過篩選(在圖示的例子中，只抽取(RAICI-RBCI)、 (Ra20-Rbo) > Sps = 2. 5)，即可從PS、PP、PET、LDPE、HDPE的混合試樣中僅僅識別并抽取PS0再有，雖然未圖示，但即使在其它種類的塑料中，也能同樣地基于各種塑料的與已知峰值位置對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度和與已知基線位置對應(yīng)的拉曼位移的波數(shù)中的拉曼散射強度的各自的差或比值等來識別被識別塑料的材質(zhì)。在上述結(jié)構(gòu)的塑料識別裝置1中，對已運入的粉碎塑料(也有包含異物的情況) 用前處理風選機2分選出異物和塑料片，用振動排列進料器3使該分選后的塑料片振動并使之排列，并用傳送帶4運送。然后，用拉曼散射識別裝置5將激光照射到傳送帶4的皮帶 4a上的被識別塑料P上，以識別塑料的材質(zhì)，根據(jù)識別結(jié)果，由分選用氣槍6進行分選并按每種材質(zhì)回收。另外，識別結(jié)果也被輸出到輸出裝置23。此時，在拉曼散射識別裝置5中，通過拉曼散射信號獲取裝置10以半導體激光發(fā)生裝置31作為光源，用聚光透鏡32以寬廣范圍內(nèi)將該激光L聚光照射到作為試樣的被識別塑料P的表面上，利用采光光學系統(tǒng)30在激光L的照射范圍內(nèi)擴大聚集從被識別塑料P 所散射的拉曼散射光R，使之入射到其入射端以圓形狀捆扎的光導纖維束40中。入射到光導纖維束40中的光不僅是入射到中心的1條光導纖維40a中的光，還包含入射到其周圍的光導纖維40b 40g中的光，從光導纖維束40的出射端以狹縫形狀的光射出，并被導入分光光學系統(tǒng)50。S卩，即使是從被識別塑料P所散射的拉曼散射光R微弱的情形下，由于被入射到多條光導纖維40a 40g以圓形狀捆扎的光導纖維束40中，并作為狹縫形狀的光無遺漏地被導入分光光學系統(tǒng)50，故可得到強拉曼散射信號。該光導纖維束40其外徑在0. Imm以上， 最好在0. 5mm以上，而且入射透鏡34的焦點即使多少有些散焦，也能得到強拉曼散射信號。 因此，在被識別塑料P為黑色塑料的情況下，即使在寬廣的范圍內(nèi)照射激光L，也能得到強拉曼散射信號，從而可識別被識別塑料P。另外，在本實施方式的拉曼散射識別裝置5中，同時通過使被識別塑料P上所反射的激光入射到光探測器M并進行檢測，對拉曼散射信息進行修正，基于修正后的拉曼散射信息來識別被識別塑料P。再有，此處得到的修正后的拉曼散射信息由于只得到預(yù)先設(shè)定的峰值位置和基線位置即可，無需像以往那樣準確地測定整個拉曼散射光譜。接著，說明本發(fā)明的拉曼散射信號獲取裝置的另一實施方式，圖5是表示圖2的拉曼散射信號獲取裝置的另一實施方式的結(jié)構(gòu)圖，圖6(a)是圖5的A-A剖面圖，(b)是圖5的 B-B剖面圖。在圖5所示的拉曼散射信號獲取裝置10中，采用將相同的平凸透鏡3 進行縱橫排列后的透鏡體的蠅眼透鏡35來代替入射透鏡34(參照圖6(a))。另外，采用其輸入端被配置成與蠅眼透鏡35對應(yīng)的形狀而捆扎的光導纖維束41來代替光導纖維束40。S卩，構(gòu)成光導纖維束41的多條光導纖維41a的入射端被配置在構(gòu)成蠅眼透鏡35的多個平凸透鏡 3 各自的光軸上，呈正方形捆扎。另一方面，光導纖維束41的出射端如圖6(b)所示，被交錯(zigzag)排列成2列，呈狹縫狀捆扎。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與圖3中說明的相同。在這樣的結(jié)構(gòu)中，也從被識別塑料P所散射的拉曼散射光R被采光光學系統(tǒng)30聚集，從蠅眼透鏡35被入射到其入射端呈正方形捆扎的光導纖維束41的各光導纖維41a中。 即，在該結(jié)構(gòu)中，由于在蠅眼透鏡35的寬廣范圍內(nèi)入射的光36 (參照圖6(a))被光導纖維束41交錯排列成2列而導入分光光學系統(tǒng)50，故與上述情況同樣地能得到強拉曼散射信號，可識別被識別塑料P。再有，蠅眼透鏡35的平凸透鏡35a的縱橫配置可在被聚光透鏡32聚集的光的入射范圍內(nèi)任意地變更。此時，光導纖維束41的配置也可與該蠅眼透鏡35的配置對應(yīng)地變更為圓形或正多邊形。另外，雖然未圖示，但也可在光導纖維束40、41的出射端后方配置狹縫。由此，通過將從光導纖維束40、41的呈狹縫狀捆扎的出射端射出的光經(jīng)狹縫導入分光光學系統(tǒng)50， 可除去雜散光，能夠提高拉曼散射信號的分辨率。此外，在本實施方式中，雖然采用了光導纖維束40作為光路變換體，但也可采用透明石英、玻璃或塑料等作為光路變換體，也可采用一體化了的單片體(monolithic) 42，形成1個光波導，使得由采光光學系統(tǒng)30所聚集的光變換為朝分光儀52的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光(參照圖9)。此時，入射端4 做成與由激光L的照射而產(chǎn)生的拉曼散射光的形狀對應(yīng)的形狀，出射端4 做成朝分光儀52的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀。由此，通過激勵用激光的照射而產(chǎn)生的拉曼散射光被入射到與其形狀對應(yīng)的形狀的單片體42的入射端42a，并從朝分光儀52的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀的出射端42b射出而導入分光儀52，故不會引起所謂拉曼散射峰變寬這樣的波長或波數(shù)分辨率的惡化，可得到強拉曼散射信號，并能夠識別被識別塑料P。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的拉曼散射信號獲取裝置和拉曼散射信號獲取方法可用在基于對塑料、木材及紙張等材質(zhì)進行非破壞性識別用的拉曼散射的塑料的識別等方面。符號說明1塑料識別裝置2前處理設(shè)備3振動排列進料器4傳送帶4a 皮帶5拉曼散射識別裝置6分選用氣槍7氣槍驅(qū)動裝置8同步控制裝置9傳送速度調(diào)節(jié)裝置
10拉曼散射信號獲取裝置
20數(shù)據(jù)處理裝置
21存儲裝置
22識別裝置
23輸出裝置
30采光光學系統(tǒng)
31半導體激光發(fā)生裝置
32聚光透鏡
33 二向色鏡
34入射透鏡
35蠅眼透鏡
40,41光導纖維束
40a 40g、41a光導纖維
42單片體
50分光光學系統(tǒng)
51準直鏡
52分光儀
53聚焦透鏡
54光探測器
55減光濾光片
60半導體激光驅(qū)動電源。
權(quán)利要求
1.一種拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于，具有采光光學系統(tǒng)，包含在激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛地聚集通過上述激勵用激光的照射而從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光的聚光透鏡；分光光學系統(tǒng)，包含對所述拉曼散射光進行分光的分光儀；以及光路變換體，由一個或多個光波導路徑構(gòu)成，將通過所述采光光學系統(tǒng)聚集到的光變換成朝所述分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光。
2.如權(quán)利要求1所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于，所述光路變換體的入射端具有與通過所述激勵用激光的照射所產(chǎn)生的拉曼散射光的形狀相對應(yīng)的形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于，所述聚光透鏡調(diào)節(jié)照射距離，以便配合于所述激勵用激光的照射形狀在寬廣的范圍內(nèi)聚光。
4.如權(quán)利要求2所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于，所述聚光透鏡調(diào)節(jié)照射距離，以便配合于所述激勵用激光的照射形狀在寬廣的范圍內(nèi)聚光。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于， 所述采光光學系統(tǒng)包含使通過所述聚光透鏡所聚集的光對準于所述光路變換體的入射端的形狀而照射的入射透鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于， 所述入射透鏡是蠅眼透鏡，所述光路變換體的所述入射端具有與所述蠅眼透鏡相對應(yīng)的形狀。
7.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于， 具有將從所述光路變換體射出的光導入所述分光儀的準直鏡或準直透鏡。
8.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于， 在所述光路變換體的出射端后方具有狹縫。
9.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的拉曼散射信號獲取裝置，其特征在于， 作為所述激勵用激光，采用了窄帶激光。
10.一種拉曼散射信號獲取方法，將通過激勵用激光的照射而從目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光經(jīng)分光儀分光以獲取拉曼散射信號，該拉曼散射信號獲取方法的特征在于，利用包含聚光透鏡的采光光學系統(tǒng)在所述激勵用激光的照射范圍內(nèi)廣泛地聚集從所述目標物所產(chǎn)生的拉曼散射光，通過一個或多個光波導路徑將通過所述采光光學系統(tǒng)聚集到的光變換成朝所述分光儀的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光并導入所述分光儀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使是弱拉曼散射光也能夠識別識別目標物的拉曼散射信號獲取裝置及拉曼散射信號獲取方法，具有包含在激勵用激光L的照射范圍內(nèi)廣泛地聚集通過激勵用激光L的照射而從被識別塑料P所產(chǎn)生的拉曼散射光的聚光透鏡32的采光光學系統(tǒng)30；包含對拉曼散射光進行分光的分光儀52的分光光學系統(tǒng)50；以及由多個光導纖維構(gòu)成，將通過采光光學系統(tǒng)30聚集到的光變換成朝分光儀52的衍射光柵方向?qū)?yīng)的狹縫狀光的作為光路變換體的光導纖維束40。
文檔編號G01N21/65GK102374983SQ20111023261
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者土田保雄, 土田哲大, 有方和義, 河濟博文, 生沼利亮 申請人:薩伊姆公司