JP2560210B2 - 受光素子 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
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- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
- G01J1/0488—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーセンサとして利用するための受光素
子に関するものである。
子に関するものである。
［従来の技術］ 光学フィルタには、シャープカットフィルタ、色温度
変換フィルタ、干渉フィルタ、昼光フィルタ、ニュート
ラルフィルタ等がある。そして、ゼラチン、アセテート
等の安価なフィルタの分光分布は、第９図Ａ〜Ｃに示す
ような分光特性を有している。
変換フィルタ、干渉フィルタ、昼光フィルタ、ニュート
ラルフィルタ等がある。そして、ゼラチン、アセテート
等の安価なフィルタの分光分布は、第９図Ａ〜Ｃに示す
ような分光特性を有している。
同図Ａは、いわゆる紫外線カットフィルタを示し、同
図Ｂは通常の可視光フィルタ、また同図Ｃは近赤外領域
から相対感度が上昇するいわゆる赤外透過フィルタであ
る。
図Ｂは通常の可視光フィルタ、また同図Ｃは近赤外領域
から相対感度が上昇するいわゆる赤外透過フィルタであ
る。
一般にフィルタは着色することによって所要の波長領
域の光を透過するフィルタを構成する場合が多いが、こ
の場合には第９図Ｂに示すように、赤外線を透過し易く
なる。
域の光を透過するフィルタを構成する場合が多いが、こ
の場合には第９図Ｂに示すように、赤外線を透過し易く
なる。
近赤外線のみを反射させるガラスフィルタでは、第10
図のよう分光分布を得ることができる。
図のよう分光分布を得ることができる。
したがって、第９図Ｂの特性をもつフィルタと第10図
の特性をもつフィルタを二枚重ねすれば紫外線、近紫外
線、近赤外線をカットした可視光フィルタが完成する。
なお、このフィルタ構成では赤外線をカットすることは
できないが、通常の光電素子の分光感度特性が900nm〜1
100nmで零に近くなっているためこの構成でも問題はな
い。
の特性をもつフィルタを二枚重ねすれば紫外線、近紫外
線、近赤外線をカットした可視光フィルタが完成する。
なお、このフィルタ構成では赤外線をカットすることは
できないが、通常の光電素子の分光感度特性が900nm〜1
100nmで零に近くなっているためこの構成でも問題はな
い。
しかしながら、第10図において可視光の長波長側の相
対感度が悪くなるため、校正を行う必要がある。
対感度が悪くなるため、校正を行う必要がある。
これに対し、燐酸塩ガラスなどによって形成した熱線
吸収フィルタを用いると、特性を改善することができる
が、ガラスフィルタはゼラチン、アセテートフィルタと
比べて高価で、かつ以下に説明する二枚重ねフィルタに
おいて問題となるところの厚みからくる形状効果が発生
し易い。
吸収フィルタを用いると、特性を改善することができる
が、ガラスフィルタはゼラチン、アセテートフィルタと
比べて高価で、かつ以下に説明する二枚重ねフィルタに
おいて問題となるところの厚みからくる形状効果が発生
し易い。
一般に、二枚重ねのフィルタでは、次のような問題が
ある。
ある。
（１）二枚重ねフィルタの分光透過率は、それぞれのフ
ィルタの分光透過率の積であるから、単体の分光透過率
より当然分光感度が劣化し、S/N比が悪くなる。
ィルタの分光透過率の積であるから、単体の分光透過率
より当然分光感度が劣化し、S/N比が悪くなる。
（２）二枚重ねにした場合、特に屈折率が異なり、その
設置方法によってはある波長で分光透過率が悪くなるた
め、設置方法がむつかしい。
設置方法によってはある波長で分光透過率が悪くなるた
め、設置方法がむつかしい。
さらに具体的に説明すると、一例として第11図A,Bに
示すように、光学フィルタ1,2を光電素子３の上に置い
た構造では、光が斜めに入射すると、それらの間隔4a,5
a,4b,5bによって光の照射される位置が変化する。そこ
で、一般にはこの距離を一定に保つことによって使用さ
れる。
示すように、光学フィルタ1,2を光電素子３の上に置い
た構造では、光が斜めに入射すると、それらの間隔4a,5
a,4b,5bによって光の照射される位置が変化する。そこ
で、一般にはこの距離を一定に保つことによって使用さ
れる。
これらの間隔を一定に保つには、フィルタを接着した
りして固定するがこれが経年変化、温度、湿度、振動等
でずれたりすると、間隔が変ってくる。特に、受光表面
がレンズ系になっている受光素子では、上記原因による
変化ばかりでなく、光の波長によって屈折率が変るため
光電素子に到達する光強度が部分的に変化することにな
る。
りして固定するがこれが経年変化、温度、湿度、振動等
でずれたりすると、間隔が変ってくる。特に、受光表面
がレンズ系になっている受光素子では、上記原因による
変化ばかりでなく、光の波長によって屈折率が変るため
光電素子に到達する光強度が部分的に変化することにな
る。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上述の二枚重ねフィルタを使用する
ことなく、一枚のフィルタによって構成し、したがって
受光素子を、従来のものより薄く、しかも安価なフィル
タによって形成し、さらに色の三刺激値を求めて簡易に
色判定できるようにした受光素子を得ることにある。
ことなく、一枚のフィルタによって構成し、したがって
受光素子を、従来のものより薄く、しかも安価なフィル
タによって形成し、さらに色の三刺激値を求めて簡易に
色判定できるようにした受光素子を得ることにある。
［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、カラ
ーセンサとして用いるための受光素子であって、青色波
長、緑色波長及び赤色波長に最大分光透過率を有するフ
ィルタと、赤外透過フィルタとを近接配置し、それらの
フィルタの背後にそれぞれ光電素子を配設し、上記各フ
ィルタは、近赤外より長い波長領域での分光感度特性を
ほぼ等しくしたものとし、上記各色波長のフィルタにお
ける光電素子と、赤外透過フィルタにおける光電素子と
の間に、それらの出力に比例した電圧の差として色の三
刺激値を得る減算器を接続することにより構成される。
ーセンサとして用いるための受光素子であって、青色波
長、緑色波長及び赤色波長に最大分光透過率を有するフ
ィルタと、赤外透過フィルタとを近接配置し、それらの
フィルタの背後にそれぞれ光電素子を配設し、上記各フ
ィルタは、近赤外より長い波長領域での分光感度特性を
ほぼ等しくしたものとし、上記各色波長のフィルタにお
ける光電素子と、赤外透過フィルタにおける光電素子と
の間に、それらの出力に比例した電圧の差として色の三
刺激値を得る減算器を接続することにより構成される。
［作用］ 上記受光素子においては、色判定すべき対象物からの
光が近接配置した各色波長のフィルタ及び赤外透過フィ
ルタに入射すると、それらのフィルタにおける近赤外よ
り長い波長領域での分光感度特性がほぼ等しいので、減
算器出力として色の三刺激値に相当する出力を得ること
ができ、したがって安価なフィルタによって簡易に色判
定できるようにした受光素子を得ることができる ［実施例］ 第１図は本発明の基礎となる可視光についての受光素
子の回路構成を示している。
光が近接配置した各色波長のフィルタ及び赤外透過フィ
ルタに入射すると、それらのフィルタにおける近赤外よ
り長い波長領域での分光感度特性がほぼ等しいので、減
算器出力として色の三刺激値に相当する出力を得ること
ができ、したがって安価なフィルタによって簡易に色判
定できるようにした受光素子を得ることができる ［実施例］ 第１図は本発明の基礎となる可視光についての受光素
子の回路構成を示している。
この受光素子は、光学フィルタF1の背後に光電素子PD
1を配設すると共に、光学フィルタF2の背後に光電素子P
D2を配設したもので、フィルタF1は例えば第９図Ｂの分
光特性をもち、フィルタF2は第９図Ｃの分光特性を有し
ている。光電素子PD1,PD2に接続した電流・電圧変換回
路A1,A2は、上記光電素子PD1,PD2に流れる光電流に比例
した電圧E1,E2を出力するものであり、それらに接続し
た減算器A3では、R3＝R5＝R4＝R6とすることにより、|E
1−E2|の電圧E3が出力される。
1を配設すると共に、光学フィルタF2の背後に光電素子P
D2を配設したもので、フィルタF1は例えば第９図Ｂの分
光特性をもち、フィルタF2は第９図Ｃの分光特性を有し
ている。光電素子PD1,PD2に接続した電流・電圧変換回
路A1,A2は、上記光電素子PD1,PD2に流れる光電流に比例
した電圧E1,E2を出力するものであり、それらに接続し
た減算器A3では、R3＝R5＝R4＝R6とすることにより、|E
1−E2|の電圧E3が出力される。
第２図は、上記フィルタF1,F2及び光電素子PD1,PD2の
配列状態を示すものである。
配列状態を示すものである。
上記光電素子PD1で受光される分光感度特性は、光電
素子PD1の分光感度をS1（λ）とし、フィルタF1の分光
透過率をτ（λ）とすると、 で表わされる。
素子PD1の分光感度をS1（λ）とし、フィルタF1の分光
透過率をτ（λ）とすると、 で表わされる。
同様に、光電素子PD2で受光される分光感度特性は、
光電素子PD2の分光感度をS2（λ）とし、フィルタF2の
分光透過率をτ２（λ）とすると、 で表わされる。
光電素子PD2の分光感度をS2（λ）とし、フィルタF2の
分光透過率をτ２（λ）とすると、 で表わされる。
上記（１），（２）式において、積分範囲λ1,λ
２は、可視光の波長の下限及び上限である。また、
（２）式において使用しているフィルタF2は、第９図Ｃ
に示す赤外透過フィルタであり、したがって紫外線域、
可視光域での出力はほぼ零となる。即ち、 である。
２は、可視光の波長の下限及び上限である。また、
（２）式において使用しているフィルタF2は、第９図Ｃ
に示す赤外透過フィルタであり、したがって紫外線域、
可視光域での出力はほぼ零となる。即ち、 である。
よって、（２）式は、 となる。
ここで、光電素子が同一ロットで作られたもの、ある
いは一つのシリコンウェハー上で作成されていると仮定
して、S1（λ）＝S2（λ）＝Ｓ（λ）とし、且つ波長λ
２〜∞でのフィルタF2の相対感度特性がほぼ同一である
と仮定すると、 であり、そのため（１），（２）式の減算を行うことに
よって、可視光のみに感知する受光素子を形成すること
ができる。即ち、 である。
いは一つのシリコンウェハー上で作成されていると仮定
して、S1（λ）＝S2（λ）＝Ｓ（λ）とし、且つ波長λ
２〜∞でのフィルタF2の相対感度特性がほぼ同一である
と仮定すると、 であり、そのため（１），（２）式の減算を行うことに
よって、可視光のみに感知する受光素子を形成すること
ができる。即ち、 である。
次に、上述した受光素子をカラーセンサとして用いる
本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例について説明する。
第３図はフィルタ及び光電素子の配置例を示すもの
で、Faは青色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、
Fbは緑色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、Fcは
赤色波長に最大分光透過率を有するフィルタであり、さ
らにFdは近赤外以降に最大分光透過率をもつ赤外透過フ
ィルタである。これらのフィルタFa〜Fdの分光感度特性
を第４図Ａ〜Ｄに示す。また、Pa,Pb,Pc,Pdは、それら
のフィルタの背後に設けた光電素子であるが、後記式中
では各光電素子の出力を示している。
で、Faは青色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、
Fbは緑色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、Fcは
赤色波長に最大分光透過率を有するフィルタであり、さ
らにFdは近赤外以降に最大分光透過率をもつ赤外透過フ
ィルタである。これらのフィルタFa〜Fdの分光感度特性
を第４図Ａ〜Ｄに示す。また、Pa,Pb,Pc,Pdは、それら
のフィルタの背後に設けた光電素子であるが、後記式中
では各光電素子の出力を示している。
これらのフィルタFa〜Fdは、第３図においてどの位置
に配置してもよく、また例えば各フィルタを円周上に配
置してもよいが、それぞれが可能な限り近接配置されて
いればよい。また四つの分光感度特性をもつフィルタが
４個必要であるという条件と、第４図中に斜線で示す近
赤外以降の分光感度特性がほぼ等しく、即ち（６）式が
成立する条件が必要である。
に配置してもよく、また例えば各フィルタを円周上に配
置してもよいが、それぞれが可能な限り近接配置されて
いればよい。また四つの分光感度特性をもつフィルタが
４個必要であるという条件と、第４図中に斜線で示す近
赤外以降の分光感度特性がほぼ等しく、即ち（６）式が
成立する条件が必要である。
上記（６）式において、 τａ（λ）:Faの分光透過率、Sa（λ）:Paの分光感度、 τｂ（λ）:Fbの分光透過率、Sb（λ）:Pbの分光感度、 τｃ（λ）:Fcの分光透過率、Sc（λ）:Pcの分光感度、 τｄ（λ）:Fdの分光透過率、Sd（λ）:Pdの分光感度、 である。
この条件下で光電素子Pa〜Pdの出力を使用してそれぞ
れの出力から光電素子Pdの出力を減算する。
れの出力から光電素子Pdの出力を減算する。
Pa−Pd＝Ｂ ・・・（７） Pb−Pd＝Ｇ ・・・（８） Pc−Pd＝Ｒ ・・・（９） （７）〜（９）式のように減算すると真の色の三刺激
値が求められる。（７）〜（９）式から例えばXYZ表色
系の色度座標x,y,zの計算は次式により求めることがで
きる。
値が求められる。（７）〜（９）式から例えばXYZ表色
系の色度座標x,y,zの計算は次式により求めることがで
きる。
ｘ＝R/（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ） ・・・（10） ｙ＝G/（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ） ・・・（11） ｚ＝B/（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ） ・・・（12） 第５図は、上述のようにして色の三刺激値を求める回
路構成を示している。同図において、Aa〜Adは第１図の
A1,A2等に対応する電流・電圧変換回路、Sa〜Scは第１
図のA3に対応する減算器である。
路構成を示している。同図において、Aa〜Adは第１図の
A1,A2等に対応する電流・電圧変換回路、Sa〜Scは第１
図のA3に対応する減算器である。
このようなカラーセンサを用いて、色度座標を算出す
るためには、三刺激値B,G,Rの出力を一定に保つ必要が
ある。そのためには、測定光の光の分光分布を一定にす
ることが必要になってくる。
るためには、三刺激値B,G,Rの出力を一定に保つ必要が
ある。そのためには、測定光の光の分光分布を一定にす
ることが必要になってくる。
また、（６）式が成立しないようなフィルタの場合に
は、フィルタFa〜Fcの波長λ２より長い領域における相
対分光感度特性の等しいフィルタFd1,Fd2,Fd3をそれぞ
れのフィルタFa,Fb,Fcに対応させて設け、各出力値を減
算することによって真の色の三刺激値を求めることがで
きる。
は、フィルタFa〜Fcの波長λ２より長い領域における相
対分光感度特性の等しいフィルタFd1,Fd2,Fd3をそれぞ
れのフィルタFa,Fb,Fcに対応させて設け、各出力値を減
算することによって真の色の三刺激値を求めることがで
きる。
例えば、一つのシリコンウェハー上に同じ大きさのフ
ォトダイオードを構成して、第６図のように構成する
と、それぞれの光電素子の分光感度特性はほぼ等しくな
る。
ォトダイオードを構成して、第６図のように構成する
と、それぞれの光電素子の分光感度特性はほぼ等しくな
る。
第７図Ａ〜Ｆは第６図におけるそれぞれのフィルタの
分光感度特性図を、また第８図はそれらのフィルタを用
いたカラーセンサの回路構成図を示している。
分光感度特性図を、また第８図はそれらのフィルタを用
いたカラーセンサの回路構成図を示している。
［発明の効果］ 以上に詳述した本発明によれば、受光素子を極めて簡
単に、しかも安価に構成することができ、カラーセンサ
として各種の生産ラインにおける色の判別に簡易に使用
することができる。
単に、しかも安価に構成することができ、カラーセンサ
として各種の生産ラインにおける色の判別に簡易に使用
することができる。
第１図は本発明の基礎となる可視光についての受光素子
の回路構成図、第２図は上記受光素子におけるフィルタ
及び光電素子の配列状態を示す正面図、第３図は上記受
光素子をカラーセンサとして用いる本発明の実施例にお
けるフィルタ等の配列状態を示す正面図、第４図Ａ〜Ｄ
はそれらのフィルタの分光感度特性図、第５図は上記カ
ラーセンサの回路構成図、第６図は本発明の他の実施例
におけるフィルタ等の配列を示す正面図、第７図Ａ〜Ｆ
はそれらのフィルタの分光感度特性図、第８図はそれら
のフィルタを用いたカラーセンサの回路構成図、第９図
Ａ〜Ｃは各種フィルタの分光感度特性図、第10図は近赤
外線のみを反射させるガラスフィルタの分光感度特性
図、第11図A,Bは二枚重ねフィルタについての説明図で
ある。 Fa……青色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fb……緑色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fc……赤色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fd……近赤外以降に最大分光透過率を有する赤外透過フ
ィルタ、 Pa……フィルタFaの背後に配設した光電素子、 Pb……フィルタFbの背後に配設した光電素子、 Pc……フィルタFcの背後に配設した光電素子、 Pd……フィルタFdの背後に配設した光電素子、 Sa,Sb,Sc……減算器。
の回路構成図、第２図は上記受光素子におけるフィルタ
及び光電素子の配列状態を示す正面図、第３図は上記受
光素子をカラーセンサとして用いる本発明の実施例にお
けるフィルタ等の配列状態を示す正面図、第４図Ａ〜Ｄ
はそれらのフィルタの分光感度特性図、第５図は上記カ
ラーセンサの回路構成図、第６図は本発明の他の実施例
におけるフィルタ等の配列を示す正面図、第７図Ａ〜Ｆ
はそれらのフィルタの分光感度特性図、第８図はそれら
のフィルタを用いたカラーセンサの回路構成図、第９図
Ａ〜Ｃは各種フィルタの分光感度特性図、第10図は近赤
外線のみを反射させるガラスフィルタの分光感度特性
図、第11図A,Bは二枚重ねフィルタについての説明図で
ある。 Fa……青色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fb……緑色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fc……赤色波長に最大分光透過率を有するフィルタ、 Fd……近赤外以降に最大分光透過率を有する赤外透過フ
ィルタ、 Pa……フィルタFaの背後に配設した光電素子、 Pb……フィルタFbの背後に配設した光電素子、 Pc……フィルタFcの背後に配設した光電素子、 Pd……フィルタFdの背後に配設した光電素子、 Sa,Sb,Sc……減算器。
Claims (1)
- 【請求項１】カラーセンサとして用いるための受光素子
であって、青色波長、緑色波長及び赤色波長に最大分光
透過率を有するフィルタと、赤外透過フィルタとを近接
配置し、それらのフィルタの背後にそれぞれ光電素子を
配設し、上記各フィルタは、近赤外より長い波長領域で
の分光感度特性をほぼ等しくしたものとし、上記各色波
長のフィルタにおける光電素子と、赤外透過フィルタに
おける光電素子との間に、それらの出力に比例した電圧
の差として色の三刺激値を得る減算器を接続したことを
特徴とする受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067171A JP2560210B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067171A JP2560210B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61225621A JPS61225621A (ja) | 1986-10-07 |
| JP2560210B2 true JP2560210B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=13337180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60067171A Expired - Lifetime JP2560210B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560210B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5194363B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2013-05-08 | 凸版印刷株式会社 | 光センサ |
| US7435943B1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-14 | Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd | Color sensor with infrared correction having a filter layer blocking a portion of light of visible spectrum |
| JP2012185043A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Sharp Corp | センサおよび表示装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58144241U (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-28 | 株式会社オ−ク製作所 | 受光器 |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60067171A patent/JP2560210B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61225621A (ja) | 1986-10-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |