JP2005164300A - カラーセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで小型に構成でき、量産性に優れ、さらに各種機器のケース等への組み付けを容易に行なえるカラーセンサを提供する。
【解決手段】 開口部１１ａを備えたケース１１と、発光素子１２と、受光部１３と、レンズ１７ａ，１７ｂを有するレンズホルダー１７と、発光素子及び受光部の駆動制御を行なう制御回路１４と、ケース内にて端子部がケース外面に露出するように配置された、電気信号を送受するためのコネクタ１５と、を含んでおり、受光部が、ＲＧＢフィルタと受光素子アレイとが一体化されたカラーイメージセンサから構成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、発光部から被測定物に対して光を照射して、対象物からの反射光を受光部により受光することにより、被測定物の色を検出するようにしたカラーセンサに関し、特に各種機器への組み込み用のカラーセンサに関するものである。

従来、このようなカラーセンサは、例えば特許文献１による色認識装置において測定部のように構成されている。
特許文献１における測定部は、ケースに設けられた測定開口部の内側に配置され、三原色の受光素子がパッケージ化された受光部と、受光部の両側に配置された二個の白色光源から成る発光部と、を含んでいて、同様にケース内に設けられた制御回路基板上の制御回路によって発光部が駆動制御されると共に、受光部の各受光素子による検出信号が処理されるようになっている。

このような構成の測定部によれば、発光部からの光が、測定開口部から外部へ出射して対象物に照射される。そして、当該対象物で反射された反射光が、再び測定開口部からケース内に進み、受光部に入射する。これにより、反射光が受光部の各受光素子により三原色の各色毎に検出され、各受光素子の検出信号が制御回路基板上の制御回路で処理されて反射光の色が検出される。このようにして、対象物の色の検出が行なわれる。
特開２００２−２２５３７号公報

しかしながら、上述した特許文献１における測定部においては、受光部が三原色の各色毎の受光素子から構成されていることから、比較的大型の構成になってしまう。

また、発光部及び受光部が、ケースに設けられた測定開口部の内側に配置されていることから、測定開口部に対して正確に位置決めして固定する必要があり、ケース側における取付構造が複雑になってしまい、取付作業も煩雑になることから、量産性が損なわれてしまうと共に、部品コスト及び組み立てコストが高くなってしまう。

さらに、発光部及び受光部の対象物に対する光学性能を高めるために、測定開口部付近にレンズを設ける場合には、このレンズのための取付構造が必要になることから、さらに大型の構造となり、コストが高くなってしまう。

本発明は、以上の点に鑑み、低コストで小型に構成され得ると共に、量産性に優れ、さらに各種機器のケース等への組み付けが容易に行なわれるようにした、カラーセンサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のカラーセンサは、プリント基板と、プリント基板上に配置し被測定物に向けて白色光を照射する発光素子と、プリント基板上に配置し被測定物にて反射された反射光を受光する受光部と、プリント基板上に配置し発光素子及び受光部の駆動制御を行う制御回路と、プリント基板上に配置し電気信号を送受するためのコネクタと、プリント基板とさらにプリント基板上に配置した発光素子，受光部，制御回路及び制御回路とを収容し、発光素子から白色光の出射口及び被測定物にて反射された反射光の入射口としての第一の開口部と、プリント基板を出し入れするための第二の開口部と、コネクタの端子部をケース外面に露出するための第三の開口部と、プリント基板上の発光部と受光部との間を光学的に遮断する遮断壁とを備えたケースと、上記第一の開口部に取り付けた、発光素子及び受光部の光軸上にそれぞれ配置されたレンズを有するレンズホルダーと、上記第二の開口部に着脱可能に取り付けたカバーとを備えており、受光部が、ＲＧＢフィルタとこのＲＧＢフィルタを透過した各色の透過光をそれぞれ受光する受光素子アレイとを一体化したカラーイメージセンサから構成されており、さらに、上記ケースがケース表面から延設した取付部を備えており、この取付部を介して各種機器に容易に取り付け得るようにしたことを特徴としている。

本発明によるカラーセンサにおいては、好ましくは、前記ケースが基板受け部を備えており、プリント基板が、遮断壁と基板受け部とカバーとで挟持されている。

本発明によるカラーセンサは、好ましくは、前記制御回路が、プリント基板の第二の開口側に、発光素子及び受光部の調整用可変抵抗を有している。

本発明によるカラーセンサは、好ましくは、前記カバーが、プリント基板上の調整用可変抵抗にアクセスするための調整孔を備えている。

本発明によるカラーセンサは、好ましくは、前記受光部の光軸に対して前記発光素子の光軸が１０°〜５０°となるように、発光素子及び受光部をプリント基板上に配置する。

上記構成によれば、受光部，発光素子，コネクタ，制御回路がパッケージ化され、さらに小型化されているので、各種機器に容易に組み込むことができる。また、受光部として、ＲＧＢフィルタと受光素子アレイを一体化したカラーイメージセンサを使用しているので、各色用の受光素子をそれぞれ設ける必要がなく、受光部が容易に小型に構成される。

また、発光素子及び受光部のためのレンズを、レンズホルダーとして一体化して形成すると、ケースに対して各レンズを正確に位置決めして組み込むことができると共に、各レンズがケースから突出することがないので、全体として小型に構成される。

さらに、発光素子及び受光部をケース内に収容しているので、特に受光部に対して取付面の側方からの外乱光が入射するようなことがなく、被測定物の正確なカラー測定を行なうことが可能になる。

また、発光素子及び受光部がケース内に収容されていることから、各種機器への組み込みの際に、各種機器のケース，パネル等に、ケースの開口部に対応する開口を設けるだけで、容易に組み込みが行なわれ得る。

発光素子，受光部，制御回路及びコネクタが、ケース内に収容されるプリント基板上に実装されている場合には、これら発光素子，受光部，制御回路及びコネクタの各要素がプリント基板上の所定位置に搭載され、固定されているので、プリント基板をケース内に収容して、所定位置に固定することによって、各要素が所定位置に正確に位置決めして固定保持されることになり、組立が容易に行なわれる。

ケースから取付面に対して平行に延びる取付部を備えている場合には、この取付部を各種機器に設けられた取付部に対して固定することによって、カラーセンサが容易に各種機器に対して組み付けられる。

取付部が、その取付面側の表面を取付面と同一面上に配置する場合には、この取付部を、各種機器のケース，パネル等の内面に対して容易に固定することができる。その際、各種機器側では、カラーセンサの取り付けのために、取付部の固定のための取付孔と開口部に対応する開口を設けるだけよいので、カラーセンサの取付のための加工が容易に行なわれる。

ケースが、底面にカバーにより閉鎖された第二の開口部を備えており、プリント基板が第二の開口部からケース内に着脱可能である場合には、ケースが各種機器に組み付けられている状態においても、取付面以外の面に設けられたカバーを取り外すことにより、プリント基板を容易に取り付けまたは取り外しすることができる。

制御回路が、プリント基板の第二の開口側に、発光素子及び受光部の調整用可変抵抗を有している場合には、ケースが各種機器に組み付けられている状態においても、カバーを取り外した状態で、これらの調整用可変抵抗を調整することによって、実際に被測定物のカラー測定を行ないながら、発光素子の発光強度または受光部の受光感度を適宜に調整することができる。

ケースまたはカバーが、プリント基板上の調整用可変抵抗にアクセスするための調整孔を備えている場合には、カラーセンサが各種機器に組み込まれた状態であっても、カバーを外すことなくそのまま調整用可変抵抗の調整を行なうことができる。

このようにして、本発明によれば、受光部としてカラーイメージセンサを使用すると共に、レンズホルダーをケースの開口部付近に取り付けることにより、簡単な構成で低コストで且つ小型に構成することができ、量産性を向上させることが可能である。さらに、各構成要素がすべてケース内に収容されていることから、各種機器に組み込む場合に、各種機器側の取付のための加工が容易に行なわれる。

以下、図面を用いて、本発明の各実施例を説明する。

図１乃至図６は、本発明によるカラーセンサの第一実施例を示している。
カラーセンサ１０は、ほぼ直方体状のケース１１と、ケース１１内にそれぞれ収容された発光素子としてのＬＥＤ１２，受光部１３，制御回路１４，コネクタ１５と、を含んでいる。これらのＬＥＤ１２，受光部１３，制御回路１４，コネクタ１５は、図６に示すようにプリント基板１６上にて所定位置に実装され一体化されている。

ケース１１は、図５に示すように、上面に第一の開口部１１ａを備えていると共に、下面に第二の開口部１１ｂを備えている。さらに、ケース１１は、図３に示すように、その前端面にコネクタ１５の端子部を露出させるための開口窓１１ｃを備えている。

なお、ケース１１は、図５に示すように、その内部にてＬＥＤ１２と受光部１３との間を光学的に遮断する遮断壁１１ｄを備えている。
また、図４に示すように、ケース１１の内周面には突部１１ｍ、１１ｎが形成されており、突部１１ｍ、１１ｎは、ケース１１の内周面に対して垂直に延設し、さらに突部先端が第二の開口部１１ｂ方向へ垂下している。さらに、ケース１１の側壁は、ケース内に膨出するように一部が肉厚に形成されている。この肉厚部１１ｐ（図４参照）の下端は、遮断壁１５ｄの下端と同じ高さ位置に設定されていて、水平面状に形成されており、後述するように基板受け部としてプリント基板１６の上面に当接する。

ケース１１の第一の開口部１１ａには、図６に示すようにＬＥＤ１２及び受光部１３の光軸上にそれぞれレンズ１７ａ，１７ｂを備えるレンズホルダー１７が配置されている。ここで、ケース１１の第一の開口部１１ａには、レンズホルダー１７が着脱可能に係止され得るように、レンズホルダー１７の係合爪１７ｃが嵌入する係合部１１ｅが設けられている。

また、ケース１１の第二の開口部１１ｂには、図５に示すように、カバー１８が着脱可能に係止され得るように、カバー１８の係合爪１８ａが嵌入する係合孔１１ｆが設けられている。これにより、第二の開口部１１ｂは、カバー１８により閉鎖される。カバー１８は、プリント基板１６上の調整用可変抵抗１４ａ，１４ｂ（後述）にアクセスするための調整孔１８ｂ，１８ｃを備えている。

さらに、ケース１１は、図１，図３及び図４に示すように、その両側面の下端付近から両側に向かって突出する一対の平板状に形成された取付部１１ｇ，１１ｈを備えている。これらの取付部１１ｇ，１１ｈは、図３に示すように、その下面がそれぞれケース１１の下面と同一面となるように形成されている。

ＬＥＤ１２は、公知の構成のＬＥＤであって、被測定物２０（後述）に対して白色光を照射する。この場合、ＬＥＤ１２は、図５に示すようにその光軸が斜めに傾斜しており、被測定物２０の表面２０ａ（図７参照）にて、受光部１３の光軸と１０°〜５０°の角度で交差するように配置されているので、受光部１３では乱反射光成分が受光される。そして、前述したレンズホルダー１７のレンズ１７ａが、ＬＥＤ１２から出射した光を被測定物２０の表面２０ａ上に集束させる。

受光部１３は、ＲＧＢフィルタとこのＲＧＢフィルタを透過した各色の透過光をそれぞれ受光する受光素子としてのフォトダイオードアレイとが一体にパッケージ化されたカラーイメージセンサとして構成されている。

このようなカラーイメージセンサとしては、例えば浜松ホトニクス社製のＳ９０３２等が使用され得る。そして、前述したレンズホルダー１７のレンズ１７ｂが、被測定物２０の表面２０ａで反射された乱反射光成分である測定光を、受光部１３の受光面上に集束させるようになっている。

制御回路１４は、図示の場合、プリント基板１６上に形成された導電パターン（図示せず）とプリント基板１６上に実装された各種電子部品とから構成されており、ＬＥＤ１２及び受光部１３のための調整用可変抵抗１４ａ，１４ｂを含んでいる。

これにより、制御回路１４はＬＥＤ１２を駆動制御して発光させると共に、受光部１３からの各色の検出信号を信号処理する。その際、制御回路１４は、可変抵抗１４ａの調整により、ＬＥＤ１２の発光強度を調整することができると共に、可変抵抗１４ｂの調整により、受光部１３の受光感度を調整することができる。

コネクタ１５は、外部から制御回路１４に給電を行なうと共に、制御回路１４により信号処理された受光部１３の検出信号を外部に出力するものである。尚、プリント基板１６がケース１１内の所定位置に取り付けられた状態で、端子部１５ａが、ケース１１の開口窓１１ｃから外部に露出する。プリント基板１６は、ケース１１の各突部１１ｍ、１１ｎに対応して、孔１６ａ，１６ｂを有する。

本発明実施形態によるカラーセンサ１０は以上のように構成されており、まず、その組立について説明する。
組立の際には、ＬＥＤ１２，受光部１３及びコネクタ１５そして制御回路１４を構成する各部品がプリント基板１６上の所定位置に固定され、実装される。これにより、プリント基板１６上に、ＬＥＤ１２，受光部１３，制御回路１４及びコネクタ１５が一体化して備えられる。これに対して、ケース１１の第一の開口部１１ａには、レンズホルダー１７が取り付けられる。

そして、プリント基板１６の孔１６ａ，１６ｂに各突部１１ｍ，１１ｎ先端が嵌入するように、ケース１１の下方の第二の開口部１１ｂからプリント基板１６をケース１１内に収容する。そして、カバー１８でケース１１の第二の開口部１１ｂを閉じると、プリント基板１６の上面が遮断壁１１ｄの下端及び肉厚部１１ｐの下端に当接すると共に、プリント基板１６の下面がカバー１８の側壁１８ｅ，１８ｆの上面１８ｇ，１８ｈに当接する。即ち、プリント基板１６は、ケース１１の遮断壁１１ｄ及び基板受け部と、カバー１８の側壁１８ｅ，１８ｆとで挟持される。これにより、ＬＥＤ１２，受光部１３，制御回路１４及びコネクタ１５が容易にケース１１内に取り付けられ、組立が容易に行なわれると共に、ＬＥＤ１２，受光部１３がケース１１内にて所定位置に位置決めされ、またコネクタ１５が開口窓１１ｃ内に整合される。また、プリント基板１６は突部１１ｍ，１１ｎによって固定されているので、ケース内でのガタつきが防止される。

このようにして組み立てられたカラーセンサ１０は、図７に示すように、鎖線で示す各種機器のケース２１（またはパネル等）の内側にて、ケース１１の側面から延設した取付部１１ｇ，１１ｈを利用して、各種機器内に設けた取付部に対して取り付けられる。

これにより、カラーセンサ１０がケース２１の内側の所定位置に固定保持される。その際、各種機器のケース２１は、カラーセンサ１０の第一の開口部１１ａに対応する開口２１ａ（図７参照）を設けておけばよい。このようにして、容易にカラーセンサ１０が各種機器のケース２１に対して組み込まれる。

ここで、外部からコネクタ１５を介して制御回路１４に給電が行なわれると、制御回路１４によりＬＥＤ１２が所望の発光強度で発光され、ＬＥＤ１２から出射した光は、レンズホルダー１７のレンズ１７ａによって、被測定物２０の表面２０ａに集束される。そして、被測定物２０の表面２０ａで反射された測定光は、レンズホルダー１７のレンズ１７ｂを介して受光部１３の受光面に集束される。

これにより、受光部１３が、被測定物２０の表面２０ａからの測定光を、ＲＧＢフィルタを介してフォトダイオードアレイにより各色毎に検出し、検出信号を制御回路１４からコネクタ１５を介して外部へ出力する。このようにして、コネクタ１５から外部に出力された各色毎の検出信号を、適宜の信号処理回路等により処理することによって、被測定物２０のカラー測定を行なうことができる。

受光部１３として、ＲＧＢフィルタと受光素子アレイが一体化されたカラーイメージセンサが使用されていることから、従来のように各色用の受光素子をそれぞれ設ける必要がないので、受光部１３が容易に小型に構成され得る。

また、ＬＥＤ１２及び受光部１３のためのレンズ１７ａ，１７ｂが、レンズホルダー１７として一体化して形成されているので、ケース１１に対してレンズホルダー１７を取り付けるだけで、各レンズ１７ａ，１７ｂを正確に位置決めして組み込むことができると共に、各レンズ１７ａ，１７ｂがケース１１の上面から突出することがないので、全体として小型に構成される。

さらに、ＬＥＤ１２及び受光部１３がケース内に収容されていると共に、これらの間に遮断壁１１ｅが存在しているので、受光部１３に対してＬＥＤ１２や外部の側方からの外乱光が入射せず、被測定物の正確なカラー測定を行なうことが可能になる。

また、ＬＥＤ１２及び受光部１３がケース１１内に収容されていることから、各種機器への組み込みの際に、各種機器のケース２１等に、ケース１１の第一の開口部１１ａに対応する開口を設けるだけで、容易に組み込みが行なわれ得る。

図８乃至図１０は、本発明によるカラーセンサの第二実施例の構成を示している。これらの図において、カラーセンサ３０は、基本的には図１乃至図７に示したカラーセンサ１０と同じ構成であり、ケース１１の下端付近から両側に延びる取付部１１ｇ，１１ｈの代わりに、ケース１１の上端付近から両側に延びる取付部１１ｉ，１１ｊを備えている点でのみ異なる構成になっている。

このような構成のカラーセンサ３０によれば、図１乃至図５に示したカラーセンサ１０と同様に作用すると共に、各種機器への取付けの際には、各種機器のケース２１の取付箇所の領域にて、ケース１１の第一の開口部１１ａに対応する開口と、この開口に隣接して取付部１１ｉ，１１ｊを取り付けるための取付孔を設けておけばよい。

これにより、カラーセンサ３０の取付部１１ｉ，１１ｊを、各種機器のケース２１の取付孔に対してネジ等で固定保持することにより、カラーセンサ３０を簡単な構成で容易に各種機器のケース２１の所定箇所に取り付けることができる。この場合、各種機器側にネジ穴を設けるだけで、取付部１１ｉ，１１ｊのための取付部を設ける必要はないので、各種機器側における取付けのための加工が容易になる。

ＬＥＤ１２，受光部１３，制御回路１４及びコネクタ１５の何れかに不具合が発生した場合には、ケース１１のカバー１８を外して、内部からプリント基板１６を取り外せば、不具合の発生箇所を点検することができ、また、ＬＥＤ１２の発光強度または受光部１３の受光感度を調整したい場合には、ケース１１のカバー１８をしたままの状態で、調整孔１８ｂ，１８ｃを介して、調整用可変抵抗１４ａ，１４ｂを適宜に調整することにより、所望の発光強度または受光感度に調整することが可能である。

上述した実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ１２を使用しているが、これに限らず、他の発光素子、例えばレーザーダイオード等も使用し得ることは明らかである。

また、上述した実施形態においては、受光部１３の受光素子として、フォトダイオードアレイを含むカラーイメージセンサを使用しているが、これに限らず、他の受光素子アレイを含むカラーイメージセンサを使用し得ることは明らかである。

本発明によるカラーセンサの第一実施例の構成を示す平面図である。 図１における矢印α方向からのカラーセンサの側面図である。 図２における矢印β方向からのカラーセンサの側面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１によるカラーセンサの分解斜視図である。 図１によるカラーセンサの使用状態を示す縦断面図である。 本発明によるカラーセンサの第二実施例の構成を示す平面図である。 図８における矢印α方向からのカラーセンサの側面図である。 図９における矢印β方向からのカラーセンサの側面図である。

符号の説明

１０ カラーセンサ
１１ ケース
１１ａ 第一の開口部
１１ｂ 第二の開口部
１１ｃ コネクタ用開口窓
１１ｄ 遮断壁
１１ｅ 係合部
１１ｆ 係合孔
１１ｇ，１１ｈ 取付部
１１ｉ，１１ｊ 取付部
１２ ＬＥＤ
１３ 受光部
１４ 制御回路
１４ａ，１４ｂ 調整用可変抵抗
１５ コネクタ
１６ プリント基板
１７ レンズホルダー
１７ａ，１７ｂ レンズ
１７ｃ 係合爪
１８ カバー
１８ａ 係合爪
１８ｂ，１８ｃ 調整孔
２０ 被測定物
２０ａ 表面
２１ 各種機器のケース
３０ カラーセンサ

Claims (5)

1. プリント基板と、
   上記プリント基板上に配置し被測定物に向けて白色光を照射する発光素子と、
   上記プリント基板上に配置し上記被測定物にて反射された反射光を受光する受光部と、 上記プリント基板上に配置し上記発光素子及び受光部の駆動制御を行う制御回路と、
   上記プリント基板上に配置し電気信号を送受するためのコネクタと、
   上記プリント基板と該プリント基板上に配置した上記発光素子，受光部，制御回路及び制御回路とを収容し、上記発光素子から白色光の出射口及び上記被測定物にて反射された反射光の入射口としての第一の開口部と、上記プリント基板を出し入れするための第二の開口部と、上記コネクタの端子部をケース外面に露出するための第三の開口部と、上記プリント基板上の発光部と受光部との間を光学的に遮断する遮断壁とを備えたケースと、
   上記第一の開口部に取り付けた、上記発光素子及び受光部の光軸上にそれぞれ配置されたレンズを有するレンズホルダーと、
   上記第二の開口部に着脱可能に取り付けたカバーと、を備えており、
   上記受光部が、ＲＧＢフィルタとこのＲＧＢフィルタを透過した各色の透過光をそれぞれ受光する受光素子アレイとを一体化したカラーイメージセンサから構成されており、
   さらに、上記ケースがケース表面から延設した取付部を備えており、
   該取付部を介して各種機器に容易に取り付けられることを特徴とする、カラーセンサ。
2. 前記ケースが基板受け部を備えており、
   前記プリント基板が、前記遮断壁と上記基板受け部と前記カバーとで挟持されていることを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
3. 前記制御回路が、前記プリント基板の第二の開口側に、前記発光素子及び受光部の調整用可変抵抗を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のカラーセンサ。
4. 前記カバーが、プリント基板上の調整用可変抵抗にアクセスするための調整孔を備えていることを特徴とする、請求項３に記載のカラーセンサ。
5. 前記受光部の光軸に対して前記発光素子の光軸が１０°〜５０°となるように、前記発光素子及び前記受光部を前記プリント基板上に配置したことを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のカラーセンサ。