DE19750756A1 - Vorrichtung zur Erkennung der Farbe von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der Farbe von Objekten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 88 13 466.0 ist eine Vorrichtung zur Erkennung des Farbtones von Vorlagenblät­ tern in Kopiergeräten bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist in der Belichtungseinheit des Kopiergerätes dem Vorlagen­ glas benachbart mindestens ein Farbsensor angeordnet, der örtlich eng benachbart mindestens zwei auf unterschiedliche Farben ansprechende lichtempfindliche Sensorelemente auf­ weist. Die Vorrichtung weist einen Umlenkspiegel auf, der der Beleuchtung des Meßobjektes dient. Das vom Meßobjekt reflektierte Licht wird unmittelbar auf die lichtempfindli­ chen Sensorelemente reflektiert.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß der Lichtstrahl stets unter einem spitzen bzw. stumpfen Winkel reflektiert wird, wodurch für die gesamte Optikeinheit ein großer Platzbedarf erforderlich ist. Weiterhin ist kein Weißab­ gleich möglich. Dieser könnte nur mittels einer außerhalb der Vorrichtung angeordneten weißen Vergleichsfläche vorgenommen werden, wofür aber weitere Umlenkspiegel erfor­ derlich wären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung kleiner Baugröße zur Erkennung der Farben von Objekten zu schaffen, die gleichzeitig einen Weißabgleich ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einer Vorrichtung zur Erkennung der Farbe von Objekten unter Verwendung eines Farbsensors mit örtlich eng benach­ barten lichtempfindlichen Sensorelementen, die auf unter­ schiedliche Grundfarben ansprechen, und unter Verwendung einer Lichtquelle zur Beleuchtung der farbigen Objekte sowie einer Einrichtung zur Auswertung der Ausgangssignale des Farbsensors, ist erfindungsgemäß zwischen dem farbigen Objekt und den lichtempfindlichen Sensorelementen ein Strahlteiler so angeordnet, daß die Objektfläche senkrecht beleuchtet wird, und dem Strahlteiler ist ein abblendbarer Spiegel für den Weißabgleich zugeordnet. Der Strahlteiler mit seiner unter 45° zur Objektfläche angeordneten teil­ durchlässigen Spiegelfläche ermöglicht einen kompakten Aufbau der Vorrichtung und durch den internen Weißabgleich werden zusätzliche optische Bauelemente für die Auskopplung des Lichts auf eine außerhalb vorgesehene Bezugsfläche überflüssig und der Weißabgleich wird vereinfacht.

Bei einer ersten Ausführungsform sind die Lichtquelle und das Objekt auf verschiedenen Seiten des Strahlteilers gegen­ überliegend angeordnet und der Farbsensor und der abblend­ bare Spiegel sind auf einer quer zur Achse Lichtquelle-Ob­ jekt verlaufenden Achse auf verschiedenen Seiten des Strahl­ teilers gegenüberliegend angeordnet. Bei dieser Ausführungs­ form tritt ein Teil des Strahles der Lichtquelle durch den Strahlteiler hindurch und trifft auf das Objekt. Der am Objekt reflektierte Teilstrahl wird am Strahlteiler reflek­ tiert und auf den Farbsensor gelenkt. Ein anderer Teil des Strahles der Lichtquelle wird am Strahlteiler reflektiert und für den Weißabgleich auf den abblendbaren Spiegel gelenkt. Nach Durchführung des Weißabgleichs wird die Blende entfernt und der Teilstrahl ist ebenfalls für die Beleuchtung des Farbsensors nutzbar.

Vorzugsweise liegen der Farbsensor und der abblendbare Spiegel an einem aus zwei 45° Prismen bestehenden Strahltei­ lerwürfel an. Dadurch wird der Aufbau der Vorrichtung noch kompakter.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung sind der Farbsensor und das Objekt auf verschiedenen Seiten des Strahlteilers gegenüberliegend angeordnet und die Lichtquel­ le und der abblendbare Spiegel sind auf einer quer zur Achse Farbsensor-Objekt verlaufenden Achse auf verschiede­ nen Seiten des Strahlteilers angeordnet. In diesem Fall wird ein Teil des Lichtes der Lichtquelle zunächst am Strahlteiler reflektiert und von dort auf das Objekt ge­ lenkt. Der von dort reflektierte Strahl tritt durch den Strahlteiler hindurch und trifft auf den Farbsensor. Ein anderer Teil des Lichtes der Lichtquelle durchdringt den Strahlteiler und trifft für den Weißabgleich auf den ab­ blendbaren Spiegel. Auch bei dieser Ausführungsform ist dieser Teilstrahl nach Beendigung des Weißabgleichs für die Beleuchtung des Farbsensors nutzbar.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß der Farbsensor neben den lichtempfindlichen Sensorelementen eine Fotodiodenfläche zur Erfassung des Dunkelstromes aufweist.

Als Lichtquelle ist vorzugsweise ein Weißlicht-LED und als abblendbarer Spiegel ein LCD-Spiegel vorgesehen.

Zur Optimierung der Strahlführung kann zwischen der Licht­ quelle und dem Strahlteiler sowie zwischen dem Strahlteiler und dem Farbsensor je eine Sammellinse angeordnet sein. Zwi­ schen Lichtquelle und Strahlteiler kann aber auch eine Kollimatorlinse vorgesehen sein, wobei dann zwischen dem Strahlteiler und dem Objekt zusätzlich eine Sammellinse als Zentrierlinse vorgesehen ist.

Jedem Sensorelement für die Erfassung einer Grundfarbe und der Fotodiode für die Erfassung des Dunkelstromes ist ein Verstärker nachgeordnet. Die Verstärker sind an eine Bau­ gruppe für die getrennte Aufbereitung der verstärkten Signale angeschlossen und dieser Baugruppe ist ein Microcontroller für die Ermittlung der Farbe des Objekts aus den Signalen der Grundfarben und des Dunkelstromes nachgeordnet.

Als optische Bauelemente werden zweckmäßig Miniaturbauele­ mente verwendet.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der optischen Baugruppe der Vorrichtung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der optischen Baugruppe der Vorrichtung;

Fig. 3 das Schaltschema des Farbsensors;

Fig. 4 die Anordnung der lichtempfindlichen Elemente des Farbsensors;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Vorrichtung.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform weist die optische Baugruppe einen Strahlteiler 1 in Form eines Strahlteilerwürfels auf, dem die übrigen optischen Bauelemente zugeordnet sind. Die teildurchlässige Spiegel­ fläche 2 steht unter einem Winkel von 45° zu einem Objekt 3, dessen Farbe zu bestimmen ist. Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle 4 auf, der eine Kollimatorlinse 5 nachge­ ordnet ist. Als Lichtquelle dient vorzugsweise eine Weiß­ licht-LED. Zur Strahlbegrenzung ist unmittelbar am Strahl­ teiler 1 eine Blende 6 vorgesehen und zur Zentrierung des Strahls ist zwischen dem Strahlteiler 1 und dem Objekt 3 eine Zentrierlinse 7 angeordnet.

Auf einer Achse 9, die quer zu der zwischen der Lichtquelle 4 und dem Objekt 3 verlaufenden Achse 8 verläuft, ist auf einer Seite des Strahlteilers 1 ein Farbsensor 10 und auf der anderen Seite ein abblendbarer Spiegel 11 angeordnet. Beide liegen am Strahlteiler 1 an.

Der von der Lichtquelle 4 ausgesandte Lichtstrahl wird am Strahlteiler 1 aufgeteilt. Ein erster Teilstrahl durch­ dringt die teildurchlässige Spiegelfläche 2, wird durch die Zentrierlinse 7 auf den an der optischen Baugruppe vorbeige­ führten Objekt fokussiert und von dort in sich reflektiert. Der Teilstrahl wird dann von der Spiegelfläche 2 auf den Farbsensor 10 reflektiert. Ein zweiter Teilstrahl wird durch die teildurchlässige Spiegelfläche 2 auf den abblend­ baren Spiegel 11 reflektiert. Bei Aufblendung des Spiegels 11 kann mit dessen Hilfe ein Weißabgleich durchgeführt werden. Danach kann durch Abblenden des Spiegels der dann dort reflektierte zweite Teilstrahl für die Beleuchtung des Farbsensors genutzt werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 liegt der Farbsensor 10 in der Achse 8, die senkrecht zu der zu beleuchtenden Fläche des Objektes 3 verläuft. Die Lichtquelle liegt in der quer zu der Achse 8 verlaufenden Achse 9 auf einer Seite des Strahlteilers 1, auf dessen anderer Seite in dieser Achse der abblendbare Spiegel 11 liegt. Zur Zentrie­ rung des Lichtstrahls sind zwischen der Lichtquelle 4 und dem Strahlteiler 1 eine Sammellinse 12 und zwischen dem Strahlteiler 1 und dem Farbsensor 10 eine Sammellinse 13 angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform wird ein erster Lichtstrahl aus­ gehend von der Lichtquelle 4 mittels der teildurchlässigen Spiegelfläche 2 auf das Objekt 3 reflektiert. Der von dort reflektierte Strahl durchdringt die Spiegelfläche 2 und wird mittels der Sammellinse 13 auf den Farbsensor 10 fokussiert. Der zweite Teilstrahl durchdringt ausgehend von der Lichtquelle 4 die teildurchlässige Spiegelfläche 2 und trifft auf den abblendbaren Spiegel 11. Mittels dieses Strahls kann wie bei der ersten Ausführungsform der Weißab­ gleich durchgeführt werden. Nach Aufhebung der Abblendung wird der nunmehr vom Spiegel 11 reflektierte Teilstrahl durch nochmalige Reflexion an der Spiegelfläche 2 ebenfalls auf den Farbsensor gelenkt.

Das in der Fig. 3 dargestellte Schaltschema des Farbsensors zeigt, daß dieser lichtempfindliche Elemente 14, 15, 16 für die Grundfarben rot, grün, blau sowie eine Fotodiodenfläche 17 für die Erfassung des Dunkelstroms umfaßt. Die räumliche Zuordnung dieser Elemente ist aus der Fig. 4 ersichtlich, wobei die Darstellung stark vergrößert ist, denn der Farbsensor weist als Baugruppe Flächenabmessungen von ledig­ lich 2,2 mm mal 1,2 mm auf.

Das Blockschaltbild der Fig. 5 zeigt die dem Farbsensor 10 nachgeordneten elektronischen Baugruppen. So ist jedem Sensorelement und der Fotodiodenfläche für die Erfassung des Dunkelstromes je ein Verstärker 18 bis 21 nachgeordnet. In der sich anschließenden Baugruppe 22 für die Signalaufbe­ reitung erfolgt die Verarbeitung der verstärkten Signale für die unterschiedlichen Grundfarben und für den Dunkelstrom ebenfalls getrennt. Die dort aufbereiteten Signale werden in einem Microcontroller 23 in an sich bekannter Weise zu einem Signal weiterverarbeitet, daß der Farbe des zu prüfenden Objektes 3 entspricht. Dieses Signal steht in einer sich anschließenden Ausgangsstufe 24 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Erkennung der Farbe von Objekten unter Verwendung eines Farbsensors mit örtlich eng benachbarten lichtempfindlichen Sensore­ lementen, die auf unterschiedliche Grundfarben ansprechen, und unter Verwendung einer Lichtquelle zur Beleuchtung der farbigen Objekte sowie einer Einrichtung zur Auswertung der Ausgangssignale des Farbsensors, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem farbigen Objekt (3) und den licht­ empfindlichen Sensorelementen (14, 15, 16) ein Strahlteiler (1) so angeordnet ist, daß die Objekt­ fläche senkrecht beleuchtet wird, und daß dem Strahlteiler (1) ein abblendbarer Spiegel (11) für den Weißabgleich zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (4) und das Objekt (3) auf verschiedenen Seiten des Strahlteilers (1) gegen­ überliegend angeordnet sind und daß der Farbsensor (10) und der abblendbare Spiegel (11) auf einer quer zur Achse (8) Lichtquelle-Objekt verlaufenden Achse (9) auf verschiedenen Seiten des Strahltei­ lers (1) gegenüberliegend angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Farbsensor (10) und der abblendba­ re Spiegel (11) an einem aus zwei 45° Prismen beste­ henden Strahlteilerwürfel anliegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Farbsensor (10) und das Objekt (3) auf verschiedenen Seiten des Strahlteilers (1) gegen­ überliegend angeordnet sind und daß die Lichtquelle (4) und der abblendbare Spiegel (11) auf einer quer zur Achse (8) Farbsensor-Objekt verlaufenden Achse (9) auf verschiedenen Seiten des Strahlteilers (1) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbsensor (10) neben den lichtempfindlichen Senso­ relementen (14, 15, 16) eine Fotodiodenfläche (17) zur Erfassung des Dunkelstromes aufweist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (4) ein Weißlicht-LED vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als abblendbarer Spiegel (11) ein LCD-Spiegel vorgese­ hen ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (4) und dem Strahlteiler (1) eine Kollimatorlinse (5) vorgesehen ist und daß zwischen dem Strahlteiler (1) und dem Objekt (3) eine Sammel­ linse (7) als Zentrierlinse vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (4) und dem Strahlteiler (1) sowie zwischen dem Strahlteiler (1) und dem Farbsensor (10) je eine Sammellinse (12, 13) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensorelement (14, 15, 16) für die Erfassung einer Grundfarbe und der Fotodiode (17) für die Erfassung des Dunkelstromes ein Verstärker (18-21) nachge­ ordnet ist, daß den Verstärkern eine Baugruppe (22) für die getrennte Aufbereitung der verstärkten Signale nachgeordnet ist und daß dieser Baugruppe eine Microcontroller (23) für die Ermittlung der Farbe des Objekts aus den Signalen der Grundfarben und des Dunkelstromes nachgeordnet ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Bauelemente Miniaturbauelemente verwendet werden.