JP5675574B2 - 色推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、受発光ユニット及び色推定装置に関するものである。本発明は、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄｅ）を用いた物体色推定用受発光ユニット、及び、それを用いて物体の色状態を推定する装置に関するものである。

これまで、物体の色状態を推定するための装置が数多く提案されており、ＬＥＤを用いたものも少なくない。例えば、特許文献１に記載の装置は、物質の変位及び色調や濃淡等の特性を検出し、測定する光センサであり、受発光一体の反射型構造を有するものである。この装置では、受光素子の受光面中央に貫通穴が設けられ、この穴に導光体又は遮光筒を通す構造がとられている。そして、発光素子からの光を点光源で測定対象物に当て、反射光を受光素子面で受けられるように照射光と受光素子の光軸を一致させる構成がとられている。

特許文献２では、カラー画像読み取り方式が提案されており、そのセンサ部を、３種光色の原稿照明用ＬＥＤ光源と、その反射光をロッドレンズアレイ等を介して受光する複数受光素子をもつイメージセンサとで構成する例が示されている。

特開２００４−６１４８２号公報 特開平９−２８９５６３号公報

特許文献１の装置では、発光素子と、発光素子を中心に配置するために中心部をくり抜いた受光素子とが同一基板上に実装されているが（例えば、特許文献１の図６参照）、素子自体の加工や遮光壁の配設等が必要であり、製造が容易ではなく低コストでは実現しにくいという課題がある。また、どの色相で色調変化が生じているか把握できないという課題がある（例えば、特許文献１では、発光素子の発光波長や受光素子の受光波長に関して何ら触れられていない）。

特許文献２の方式では、砲弾型ＬＥＤやロッドレンズといった部品が用いられているが、物体からの反射光測定の際にＬＥＤ自体が光の妨げとなって効果的な測定をすることが難しいという課題がある。また、そのためにＬＥＤ設置距離やロッドレンズの直径をある程度大きくとることが必要となるが、装置の受発光部が大型化するという課題が生じる。

本発明は、例えば、小型化が容易で、低コストに製造でき、精度よく対象物の色を推定するために使用可能な受発光ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一の態様に係る受発光ユニットは、
対象物に向けて互いに波長の異なる光を発する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子から発せられ前記対象物で反射される光を受ける少なくとも１つの受光素子と、
前記少なくとも１つの受光素子が実装されるとともに、前記少なくとも１つの受光素子に対する位置関係が互いに略同じになるように前記複数の発光素子が実装される基板とを備える。

本発明の一の態様では、受発光ユニットの基板に、少なくとも１つの受光素子が実装されるとともに、上記少なくとも１つの受光素子に対する位置関係が互いに略同じになるように、発光波長の異なる複数の発光素子が実装される。このため、本発明の一の態様によれば、小型化が容易で、低コストに製造でき、精度よく対象物の色を推定するために使用可能な受発光ユニットを提供することが可能となる。

実施の形態１に係る色推定装置の構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態１に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態１の変形例に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態１に係る色推定装置の色推定部による発光素子の発光制御を示すタイミングチャート。 実施の形態１に係る色推定装置の受発光ユニットの発光素子及び受光素子の受発光スペクトルを示すグラフ。 実施の形態１に係る色推定装置の色推定部による受光素子の受光量の解析結果を示すグラフ。 実施の形態２に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態２に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態２の変形例に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態３に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態４に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態４の変形例に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態５に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態５に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態５の変形例に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態６に係る色推定装置の受発光ユニットの上面図。 実施の形態６に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。 実施の形態７に係る色推定装置の受発光ユニットの断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る色推定装置１０の構成を示すブロック図である。

図１において、色推定装置１０は、色推定部１１と受発光ユニット２０とを備える。受発光ユニット２０は、複数のＬＥＤ２１と複数のフォトダイオード２２とを備える。

複数のＬＥＤ２１は、複数の発光素子の例であり、色推定の対象物に向けて互いに波長の異なる光を発する。なお、複数のＬＥＤ２１の一部又は全部を、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等、他の種類の発光素子に置き換えても構わない。

複数のフォトダイオード２２は、複数の受光素子の例であり、複数のＬＥＤ２１から発せられ色推定の対象物で反射される光を受ける。なお、複数のフォトダイオード２２の一部又は全部を、他の種類の受光素子に置き換えても構わない。

色推定部１１は、複数のＬＥＤ２１のそれぞれを所定の時間ずつ順次点灯させる。色推定部１１は、１つのＬＥＤ２１を点灯させる度に、複数のフォトダイオード２２の受光量を内蔵メモリ（図示していない）に記録する。そして、色推定部１１は、複数のＬＥＤ２１のそれぞれの点灯時における複数のフォトダイオード２２の受光量を内蔵メモリから読み出し、読み出した受光量に基づき、対象物の色を推定する。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図２は、受発光ユニット２０の上面図である。図３は、受発光ユニット２０の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。

図２及び図３に示す例において、受発光ユニット２０は、複数のＬＥＤ２１と複数のフォトダイオード２２とのほか、基板２３と透光性樹脂２４とを備える。

基板２３には、複数のフォトダイオード２２として４個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘが実装されるとともに、複数のＬＥＤ２１として３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが実装されている。

透光性樹脂２４は、透光性封止材料の例であり、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃとともにフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘを一体で覆っている。

３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１個のフォトダイオード２２ｘ（第１受光素子の例）を中心とする円周３１（所定の円周の例）上に配置されている。このため、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれからも、フォトダイオード２２ｘまでの距離（円周３１の半径に相当）が略等しくなっている。即ち、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、フォトダイオード２２ｘに対する位置関係が互いに略同じになっている。

また、３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、円周３１上にて互いに略等間隔に配置されている。そして、３個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ（第２受光素子の例）は、１個のフォトダイオード２２ｘを中心とする円周３２（即ち、円周３１と同心円周）上にて互いに略等間隔に配置されている。例えば、ＬＥＤ２１ａからみて第１方向にフォトダイオード２２ｐ、第２方向にフォトダイオード２２ｑ、第３方向にフォトダイオード２２ｒがあるとする。このとき、ＬＥＤ２１ｂからみて第１方向にはフォトダイオード２２ｑ、第２方向にはフォトダイオード２２ｒ、第３方向にはフォトダイオード２２ｐがある。同様に、ＬＥＤ２１ｃからみて第１方向にはフォトダイオード２２ｒ、第２方向にはフォトダイオード２２ｐ、第３方向にはフォトダイオード２２ｑがある。そして、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれからも、第１方向にあるフォトダイオード２２までの距離が略等しくなっている。同様に、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれからも、第２方向にあるフォトダイオード２２までの距離が略等しくなっている。同様に、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれからも、第３方向にあるフォトダイオード２２までの距離が略等しくなっている。即ち、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、フォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒに対する位置関係が互いに略同じになっている。

上記のように、本例では、３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが、４個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘに対する位置関係が互いに略同じになるように、基板２３に実装されている。このため、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれの点灯時におけるフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘ全体の受光量の違いを評価する際に、ＬＥＤ２１とフォトダイオード２２との相対的な位置関係の違いを考慮する必要がなくなる。したがって、本例によれば、色推定部１１が精度よく対象物の色を推定することができる。

また、本例では、ＬＥＤ２１ａがフォトダイオード２２ｘからみて円周３１上の０°の位置にあるとすると、ＬＥＤ２１ｂが円周３１上の１２０°の位置、ＬＥＤ２１ｃが円周３１上の２４０°の位置にある。また、フォトダイオード２２ｐが円周３２上の６０°の位置、フォトダイオード２２ｑが円周３２上の１８０°の位置、フォトダイオード２２ｒが円周３２上の３００°の位置にある。即ち、受発光素子（ＬＥＤ２１及びフォトダイオード２２）が基板２３上で円周方向に分散するように配置されている。さらに、本例では、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが配置される円周３１より外側の円周３２上に、フォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒが配置されている。即ち、受発光素子が基板２３上で半径方向にも分散するように配置されている。このように、受発光素子を偏りなく一様に配置することで、受発光ユニット２０の小型化が容易となり、また、受発光ユニット２０を低コストに製造することが可能となる。

ここで、変形例を図４（図２と同様に受発光ユニット２０を上方からみた図）に示す。この変形例において、基板２３には、複数のフォトダイオード２２として５個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｓ，２２ｘが実装されるとともに、複数のＬＥＤ２１として４個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが実装されている。

このように、ＬＥＤ２１の数は、３個に限らず、任意の数とすることができる。同様に、フォトダイオード２２の数は、４個に限らず、任意の数とすることができる。第１受光素子に相当するフォトダイオード２２（図２ではフォトダイオード２２ｘ）の数と第２受光素子に相当するフォトダイオード２２（図２ではフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ）の数とのいずれか一方は、０個であってもよい。即ち、受発光ユニット２０が第１受光素子と第２受光素子のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。また、第２受光素子に相当するフォトダイオード２２の数は、ＬＥＤ２１の数と同じでなくてもよい。例えば、ＬＥＤ２１の数のｍ倍（ｍは２以上の整数）のフォトダイオード２２が円周３２上に配置されてもよい。

また、第２受光素子に相当するフォトダイオード２２が配置される円周３２は、ＬＥＤ２１が配置される円周３１と同一であってもよいし、ＬＥＤ２１が配置される円周３１より内側の同心円周であってもよいし、ＬＥＤ２１が配置される円周３１より内側及び／又は外側の複数の同心円周であってもよい。即ち、第２受光素子は、ＬＥＤ２１が配置される円周３１上に配置されてもよいし、ＬＥＤ２１が配置される円周３１の内側に配置されてもよいし、複数の円周上に配置されてもよい。

以下、本実施の形態について、さらに詳述する。

本実施の形態において、受発光ユニット２０は、発光素子を、異なる色光（あるいは波長）を発する複数種ＬＥＤのチップとし、受光素子を、例えばシリコンフォトダイオードチップとし、これらの受発光素子を同一の基板２３上に実装（配置）したものである。図２及び図３に示した例では、中心をフォトダイオード２２ｘとして、ある半径の円周３１（内円周）上に色光の異なる３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを等距離間隔で配置している。さらに、その円の外側のより半径の大きい円周３２（外円周）上に、ＬＥＤ２１と同数の３個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒを配置している。また、外円周のフォトダイオード２２は、内円周に位置する２つのＬＥＤ２１の中間位置と中央のフォトダイオード２２ｘとを結ぶ直線上に配置している。

また、図４に示した例は、図２及び図３に示した例と同じ配置条件でＬＥＤ２１の個数を４個とした場合のものである。中心にフォトダイオード２２ｘを配置し、その周囲の内円周上に異なる波長の光を発する４個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを、ＬＥＤ２１間の距離を等しくして配置している。さらに、その外円周にチップ間の距離を等しくしてフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｓを配置している。

ＬＥＤ２１の光色（あるいは発光波長）の種類については、色推定装置１０の主目的が色状態推定であるため、基本的には可視波長域（３８０〜７８０ｎｍ（ナノメートル））に発光波長ピークを有するものを複数選定する。例えば、図２及び図３に示した例では青、緑、赤色に発光する３種のＬＥＤ２１、図４に示した例では青、緑、橙、赤色に発光する４種のＬＥＤ２１とし、推定目的に応じてピーク波長や半値幅等の具体的仕様を定める。推定目的が測定対象の劣化状態、鮮度、あるいは、腐食状態の把握のような場合には、対象物の特質次第では紫外、近紫外、あるいは、赤外波長の光を発するＬＥＤ２１を加えてもよい。

基板２３は、ガラスエポキシ、セラミック、あるいは、金属等を基材とするものである。簡略化のため、図示しないが、基板２３上には、各素子への通電を可能とする導電パタン、各素子を実装する実装パッドを形成し、実装パッドに各素子をダイボンド材やはんだ等を用いて実装し、各素子がフェースアップタイプであればワイヤボンド等を行う。また、基板２３の表面には、各受発光素子への外部からの通電（電流制御）を可能とする電極端子を設け（これも図示していない）、受発光ユニット２０が色推定装置１０の光センサ部として機能するように構成する。

さらに、図２及び図３に示した例では、受発光素子を、保護と発光及び受光効率の向上を目的として透光性樹脂２４で封止する。図３は、図２の一点鎖線Ａで切った受発光ユニット２０の断面構造例を示したものである。この例では、個々の素子を個別に封止するのではなく、受発光素子の実装領域全体を透光性樹脂２４で一体的に覆っているため、製造が簡単になる。ここで、透光性樹脂２４の材料としては、主としてエポキシ、シリコーン等の熱硬化性材料を用いるが、低融点ガラスのようなものを用いてもよい。各ＬＥＤ２１から発せられた光（図３の細実線矢印）は測定対象の表面で反射し、その反射光の一部（図３の点線矢印）は受光素子で検出される。

以上説明したような構成で、共通の基板２３上で各素子の実装密度をできるだけ高くすることにより、図２に示した例では、１つのＬＥＤ２１の周りに３個のフォトダイオード２２が所定の条件で隣接した状態で、受発光素子の実装領域を極力小面積化できる。例えば、各受発光素子を表面が□０．３ｍｍ（ミリメートル）程度（一辺が約０．３ｍｍの正方形）のもので構成したとすれば、受発光ユニット２０の外円周半径は余裕を持って３ｍｍ程度に抑えることができる（素子面積や実装密度次第ではさらに小径化もできる）。また、受発光素子を実装する基板２３を共通の一枚基板で構成しているため、基板２３を含めて３ｍｍ程度の薄形化もでき、かなりコンパクトなユニットを得ることができる。

したがって、上記配置条件から測定対象の表面状態が良好ではなくても（平坦でなく粗度が高くても）、外円周のフォトダイオード２２は隣の２つのＬＥＤ２１と同じ間隔を空けて配置されているため、両方のＬＥＤ２１の光を略同じ受光条件で測定することが可能であり、物体面での反射光をいずれかのフォトダイオード２２で検出する確率を極めて高くすることができる。さらに、受発光領域を狭めたことで、受発光ユニット２０を測定対象面に近づけるとともに被照明領域も狭めることができ、特に照明用集光レンズを備えない構成であっても測定対象面の略同じ領域での複数色のＬＥＤ２１に対する反射状態を把握することができ、安価なユニットを構成できる。

受発光ユニット２０を用いた色推定装置１０では、同時に２つ以上のＬＥＤ２１が発光することのないように、各ＬＥＤ２１の発光制御を行い、その光の物体表面での反射光量（各色相における反射光量）を基に、色状態の変化を推定する。色推定のための各ＬＥＤ２１の照明光の反射光量情報としては、推定目的に依存するが、各フォトダイオード２２の受光量の平均を参照するようにしてもよいし、受光量を最大とするフォトダイオード２２の値を参照するようにしてもよい。上記のような構成によりコンパクトで安価な色推定用の受発光ユニット２０を用いた色推定装置１０を得ることができる。

以下では、受発光ユニット２０を用いた色推定装置１０の機能について説明する。

図５は、色推定部１１によるＬＥＤ２１の発光制御を示すタイミングチャートである。図６は、受発光ユニット２０のＬＥＤ２１及びフォトダイオード２２の受発光スペクトルを示すグラフである。図７は、色推定部１１によるフォトダイオード２２の受光量の解析結果を示すグラフである。

図５に示すように、色推定部１１は、受発光ユニット２０の各ＬＥＤ２１を、複数のＬＥＤ２１の発光が重ならないように順番に、各フォトダイオード２２がしっかり反射光を安定的に受光できる時間幅で点灯させる。図６に示すように、各ＬＥＤ２１は、異なる波長（例えば、青、緑、黄、赤）の光を発する。各フォトダイオード２２は、個々の発光波長のＬＥＤ２１が照射した光の反射光を受光する。その際、物体表面が平坦ではなく乱反射光が多い場合等でも、一定条件で規則的に配置された複数のフォトダイオード２２により反射光を検出するため、色推定部１１は、推定目的に応じて、受光量の平均化処理をし、あるいは、受光量が最大となるフォトダイオード２２の数値を参照して、それぞれのＬＥＤ２１の色光に対する対象物の反射光に関する情報を内部の情報記憶領域（メモリ）に格納する。

図７に示すように、色推定部１１は、各ＬＥＤ２１の光に対して記憶した反射光に関する情報を基に、反射光の特性を波長軸で解析する。例えば、色推定部１１は、各波長に対する初期反射光強度からの、一定時間を経た時点での反射光強度の変化を分析する。そして、色推定部１１は、各波長での変化量（相対比）等に基づき、例えば物体の赤み（長波長）の鮮やかさが欠けているといった判定をすることができる。

なお、フォトダイオード２２の表面には、標準比視感度の特性を模擬したフィルタを装着してもよい。この場合は、各波長域のＬＥＤ２１に対して、人間の波長に対する明るさ感度を考慮しての相対的受光が可能となり、色推定部１１は、より実際の色状態の変化に近い色変化を推定することができる。

また、標準反射板（対象物質の表面特性に合わせた拡散性、鏡面性のあるもの）で予め波長に対する各色の受光量を検出しておけば、色推定部１１は、対象物体表面の反射量検出後にその相対変化をみることで、物体の絶対的な色状態を推定することも可能である。

このように、本実施の形態によれば、コンパクトで安価な受発光ユニット２０を用いた、シンプルな構成の色推定装置１０により物体の表面色状態を推定することができる。色推定装置１０の用途は限定されるものではないが、例えば対象として試験片、紙面、食物、生体等の色推定を行うことができ、対象物の劣化や腐食等を検出することができる。また、特に受発光ユニット２０がコンパクトであることから、例えば色推定装置１０自体を必要に応じ、湿気や霜に対する防護を行い、冷蔵冷凍庫等、他の機能製品に組み込んで使用することもできる。

以上説明したように、本実施の形態では、色推定用受発光ユニットが、同一基板上に発光波長の異なる複数のＬＥＤと複数の受光素子を有し、ある受光素子を中心とするある半径の円上に互いに等距離で個々のＬＥＤを配置し、受発光素子全体を一体の透光性封止材料で被覆するように構成されている。そのため、安価でコンパクトな色推定用受発光ユニットを提供することができる。また、色推定装置が、このユニットの各ＬＥＤを順番にある時間点灯させ、複数の受光素子の平均受光量等を基に対象物の色を推定する色推定部を有するように構成されている。そのため、用途に応じて精度の高い色推定が行える。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

実施の形態１では、受発光ユニット２０の透光性樹脂２４の表面全体が平坦であるが、本実施の形態では、透光性樹脂２４において複数のＬＥＤ２１のそれぞれを覆う部分の表面が凸状に形成される。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図８は、受発光ユニット２０の上面図である。図９は、受発光ユニット２０の断面図（図８のＡ−Ａ断面図）である。

図８及び図９に示す例では、３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上部において、透光性樹脂２４が凸部２５を形成している。即ち、透光性樹脂２４の表面のうち、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上部の封止形状を凸状にしている。その他の構成については、図２及び図３に示した例と同様である。

図３のように透光性樹脂２４の表面を平坦にしてフォトダイオード２２及びＬＥＤ２１を封止した場合、特にＬＥＤ２１から斜め上方や側方に放射された光が、透光性樹脂２４の平坦な面で反射され（図３の太実線矢印で示した光線）、外部取り出し効率が低下する。そのため、図９のように少なくともＬＥＤ２１の上部を凸形状となるように封止することで、透光性樹脂２４の界面反射による光損失が低減され、放射状に透光性樹脂２４の外部へ放射される光（図９の実線矢印）が増加するので、測定対象物の表面を明るく照らすことができる。そして、必然的にその反射光も増加し、フォトダイオード２２が効率よく受光することができる。

このように、本例によれば、外部レンズを用いなくても、透光性樹脂２４の形状によりＬＥＤ２１の外部照射効率を高めることができる。

なお、上記のように凸形状（あるいは後述する微細凹凸形状）を持つように一体封止する方法としては、例えば樹脂転写型や金型を準備しておき、その型の窪みに透光性樹脂２４を注入した状態で基板２３の被モールド部を配置し、熱硬化させるといった方法をとることができる。

ここで、変形例を図１０（図９と同様に図８のＡ−Ａ断面図）に示す。この変形例では、図１０に示すように、まずＬＥＤ２１上に凸部２５が形成されるように透光性樹脂２４でモールド成型する。その後、凸部２５以外の主にフォトダイオード２２が配置される領域に透光性樹脂２４を注入し、熱硬化させるといった方法をとる。この方法は、設備上（製造工程上）、前述したような一体封止する方法がとれない場合に有効である。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。

実施の形態２では、複数のＬＥＤ２１のそれぞれに対して個別に透光性樹脂２４の凸部２５が形成されるが、本実施の形態では、複数のＬＥＤ２１の全てを覆う凸部２５が一体成形される。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図１１は、受発光ユニット２０の上面図である。

図１１に示す例では、３個のＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの配置領域全体をリング状の凸部２５が覆っている。その他の構成については、図８に示した例と同様である。

本例においても、透光性樹脂２４の形状によりＬＥＤ２１の外部照射効率を高めることができる。

実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。

実施の形態２では、受発光ユニット２０の透光性樹脂２４において、複数のＬＥＤ２１のそれぞれを覆う部分の断面が湾曲状（略半楕円状）に形成されるが、本実施の形態では、複数のＬＥＤ２１のそれぞれを覆う部分の断面が、第１受光素子から遠い側より第１受光素子に近い側が厚い１つ又は複数の楔形からなる。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図１２は、受発光ユニット２０の断面図である。

図１２に示す例では、ＬＥＤ２１ａの上部において、透光性樹脂２４が断面楔形の凸部２５を形成している。図示していないが、他のＬＥＤ２１ｂ，２１ｃについても同様である。即ち、透光性樹脂２４の表面のうち、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上部の封止形状を凸状、かつ、ユニット中心側で厚みのある楔形状にしている。その他の構成については、図８及び図９に示した例と同様である。

上記のように、本例では、凸部２５の表面を平坦化し、その平坦部の高さがユニット中心側から外側にかけて低くなるように傾斜をもたせている（断面としては楔形である）。樹脂屈折率は空気屈折率より高いため、このような形状でモールドすることで、受発光ユニット２０の中央（フォトダイオード２２ｘ）の上側に向けてＬＥＤ２１の放射光線を制御し、対象物体に照射できる。このため、中央に配置したフォトダイオード２２ｘでの受光比率を高めることができる。さらに、本例においても、発光色（波長）の異なるＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃがフォトダイオード２２ｘを中心とする同心円周上に配置されるため、全てのＬＥＤ２１の光色に対し、同様の効果が得られ、測定対象物体の表面に色むらがあったとしても略同じ領域を照射することができ、より確度の高い色状態推定を行うことができる。

本例では、特に中心の受光素子（フォトダイオード２２ｘ）に反射光が集まりやすくなるため、中心の受光素子の表面（受光）面積を他の受光素子（フォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ）より大きいものとすることで、受発光ユニット２０の受光効率（感度）を効果的に高めることができる。

ここで、変形例を図１３に示す。この変形例では、図１３に示すように、凸部２５を、その平坦部の高さがユニット中心側から外側にかけて低くなる楔形を複数連ねた形状としている。この変形例においても、中央に配置したフォトダイオード２２ｘでの受光比率を高めることができる。

実施の形態５．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。

実施の形態２では、受発光ユニット２０の透光性樹脂２４において、複数のフォトダイオード２２のそれぞれを覆う部分の表面が平坦であるが、本実施の形態では、複数のフォトダイオード２２のそれぞれを覆う部分の表面に、複数の凹部又は複数の凸部が形成される。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図１４は、受発光ユニット２０の上面図である。図１５は、受発光ユニット２０の断面図（図１４のＡ−Ａ断面図）である。

図１４及び図１５に示す例では、４個のフォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘの上部において、透光性樹脂２４が微細凹凸部２６を形成している。即ち、透光性樹脂２４の表面のうち、フォトダイオード２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｘの上部に微細凹凸が形成されている。その他の構成については、図８及び図９に示した例と同様である。

本例では、透光性樹脂２４において、フォトダイオード２２の配置領域に対応する部分に、微細凹凸部２６として、円錐状の突起を連続して配置している。対象物からの反射光は、透光性樹脂２４の微細凹凸部２６がある部分では、微細凹凸部２６の隣り合う円錐状の突起の間で多重反射を繰返しながら入射するため、フォトダイオード２２に集光しやすくなる。このため、物体からの反射光の受光効率を高めることができる。

ここで、変形例を図１６に示す。この変形例では、図１６に示すように、透光性樹脂２４において、フォトダイオード２２の配置領域に対応する部分に、微細凹凸部２６として、パラボラ状の凹部を連続して配置している。パラボラ状の凹部では、単なる平坦面よりも光の屈折作用でフォトダイオード２２に集光しやすくなる。このため、物体からの反射光の受光効率を高めることができる。

なお、微細凹凸部２６を設ける領域は、フォトダイオード２２の配置領域に対応する部分だけでなく、ＬＥＤ２１の配置領域に対応する部分以外の領域全体としてもよい。このような場合でも、特に受光の際、物体表面の反射光が透光性樹脂２４の表面で正反射する比率を抑え、フォトダイオード２２に入射する割合を高めることができる。そのため、受光効率が向上する。ここで、反射光は、物体の表面状態により広範囲に散乱し、ある方向に強く広がる可能性がある。その際、本例のように、フォトダイオード２２を一定条件で規則的に配置することで、微細凹凸部２６を設ける領域の有無や広さに関係なく、また、隣接する２つのＬＥＤ２１との距離に依存した受光強度の偏りがなく、対象物体の表面の乱反射光を受光しやすくなるため、受光感度が良好なユニットを得ることができる。

実施の形態６．
本実施の形態について、主に実施の形態５との差異を説明する。

実施の形態５では、受発光ユニット２０がフォトダイオード２２を複数備えるが、本実施の形態では、受発光ユニット２０がフォトダイオード２２を１個だけ備える。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図１７は、受発光ユニット２０の上面図である。図１８は、受発光ユニット２０の断面図（図１７のＡ−Ａ断面図）である。

図１７及び図１８に示す例では、受発光ユニット２０の基板２３に、１個のフォトダイオード２２ｘのみが実装されている。そして、このフォトダイオード２２ｘの上部において、透光性樹脂２４が微細凹凸部２６を形成している。その他の構成については、図１４及び図１５に示した例と同様である。

本例では、ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上部において、透光性樹脂２４が断面楔形の凸部２５を形成しているため、前述したように、フォトダイオード２２ｘの上側に向けてＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの照射方向を制御することができる。さらに、フォトダイオード２２ｘの上部において、透光性樹脂２４が微細凹凸部２６を形成しているため、フォトダイオード２２ｘに集光しやすくなる。このため、対象物からの反射光の大半をフォトダイオード２２ｘで検出することができる。したがって、本例の構成の場合には、フォトダイオード２２が複数ある場合と比べて、反射光の検出精度がやや低下するが、それでも十分な受発光機能を有する低コストの受発光ユニット２０を得ることができる。

実施の形態７．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。

本実施の形態では、受発光ユニット２０が、さらに、フォトダイオード２２とＬＥＤ２１との周りを一体で囲む反射体を備える。

以下、受発光ユニット２０の構成例を示す。

図１９は、受発光ユニット２０の断面図である。

図１９に示す例では、受発光ユニット２０が、フォトダイオード２２とＬＥＤ２１とのの全体を覆う透光性樹脂２４の周辺に、反射率の高い拡散性あるいは鏡面性のある反射体２７を備える。その他の構成については、図８及び図９に示した例と同様である。

上記のような構成とすることにより、受発光ユニット２０を物体に近づけて状態測定（色推定）を行う際には、ユニット外部へ放射される光をユニット側へ集めることができるため、ユニット受光効率を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ 色推定装置、１１ 色推定部、２０ 受発光ユニット、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ ＬＥＤ、２２，２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ，２２ｓ，２２ｘ フォトダイオード、２３ 基板、２４ 透光性樹脂、２５ 凸部、２６ 微細凹凸部、２７ 反射体、３１，３２ 円周。

Claims (10)

1. 対象物に向けて互いに波長の異なる光を発する複数の発光素子と、前記複数の発光素子から発せられ前記対象物で反射される光を受ける複数の受光素子と、第１円周上に前記複数の受光素子が実装されるとともに、前記第１円周と同心円の第２円周上にて前記複数の受光素子に対する位置関係が前記複数の発光素子の間で同じになる位置に前記複数の発光素子が実装される基板と、前記基板にて前記第１円周の中心に実装され、前記複数の発光素子から発せられ前記対象物で反射される光を受ける１つの受光素子とを備える受発光ユニットと、
   前記複数の発光素子のそれぞれを所定の時間ずつ順次点灯させ、前記複数の発光素子のそれぞれの点灯時における前記複数の受光素子の受光量に基づき、前記対象物の色を推定する色推定部と
   を備えることを特徴とする色推定装置。
2. 前記第１円周上にて互いに略等間隔になる位置に前記複数の受光素子が配置され、前記第２円周上にて互いに略等間隔になる位置に前記複数の発光素子が配置されることを特徴とする請求項１の色推定装置。
3. 前記第１円周上のそれぞれの受光素子が前記第２円周上の２つの発光素子の中間位置と前記第１円周の中心とを結ぶ直線上に配置されることを特徴とする請求項２の色推定装置。
4. 前記第１円周の半径が前記第２円周の半径より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかの色推定装置。
5. 前記第１円周の半径が前記第２円周の半径より小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかの色推定装置。
6. 前記受発光ユニットが、
   少なくとも前記複数の発光素子を覆う透光性封止材料であり、前記複数の発光素子のそれぞれを覆う部分の断面が、前記１つの受光素子から遠い側より前記１つの受光素子に近い側が厚い複数の楔形からなる透光性封止材料をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかの色推定装置。
7. 前記１つの受光素子の受光面積が前記複数の受光素子の受光面積より大きいことを特徴とする請求項６の色推定装置。
8. 前記透光性封止材料が前記複数の発光素子とともに前記複数の受光素子を一体で覆うことを特徴とする請求項６又は７の色推定装置。
9. 前記透光性封止材料にて前記複数の受光素子のそれぞれを覆う部分の表面に、複数の凹部又は複数の凸部が形成されたことを特徴とする請求項８の色推定装置。
10. 前記受発光ユニットが、
    前記複数の受光素子と前記複数の発光素子との周りを一体で囲む反射体をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかの色推定装置。

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