JP6292759B2

JP6292759B2 - マークセンサ及び光検出素子によるマーク判定方法

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Publication number: JP6292759B2
Application number: JP2013049478A
Authority: JP
Inventors: 顕草刈
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: JP2014172359A; CN104044340B; CN104044340A

Description

本発明は、受光した光を電気信号に変換する光検出素子、これを用いたマークセンサ及び光検出素子によるマーク判定方法に関する。

多色刷印刷システムにより多色印刷を行う場合、紙、フィルム等のウェブに所定のマークを印刷し、そのマークをマークセンサにより検出し、検出結果に基づき各版胴間で生じる印刷位置のずれを制御する。

マークセンサは、一般に、ウェブに光を照射する光源と、ウェブからの反射光を受光して信号を出力するフォトダイオードとを備える。ウェブに光を照射したとき、通常、反射光の波長に対する強度分布（以下、波長強度分布という。）は下地とマークとで差があり、その差は、フォトダイオードの出力信号の強度差として表れる。マークセンサは、フォトダイオードの出力信号と所定の閾値とを比較して、マークの有無を判定している（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５−０１６３３７号

マークセンサでは、波長強度分布の異なる光を受光したとき、フォトダイオードによる各光の出力信号の強度差が大きいほどよい。これにより、出力信号のノイズの影響が小さくなり、マークの有無を精度よく判定できる。本発明者は、このような要求を実現できる構造について、改善の余地があると認識するに至った。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長強度分布の異なる光を受光したときに、各光の出力信号に強度差を簡単に生じさせれる光検出素子、マークセンサ及び光検出素子によるマーク判定方法を提供することにある。

本発明のある態様は光検出素子に関する。光検出素子は、分光感度特性の異なる複数の光電変換領域を有する受光素子と、複数の光電変換領域それぞれからの信号を外部に出力する外部端子と、複数の光電変換領域と外部端子との間を接続する経路毎に設けられた複数のスイッチと、を備える。

また、本発明のある態様はマークセンサに関する。マークセンサは、ウェブに光を照射する光源と、ウェブからの光を受光する受光素子を有する光検出素子と、光検出素子から出力される信号に基づいて、ウェブに設けられたマークの有無を判定するマーク判定部と、を備える。光検出素子は、上述の態様のものが使用される。

また、本発明のある態様は光検出素子によるマーク判定方法に関する。マーク判定方法は、走行するウェブに設けられたマークが通過する範囲に光を照射し、光検出素子の受光素子によりウェブからの光を受光して、外部端子から信号を出力するステップと、外部端子から出力された信号強度が所定の閾値を超えているか判定するステップと、を含み、信号強度が所定の閾値を超えていない場合に、複数のスイッチのオンオフを切り替え、再度、信号を出力するステップと、所定の閾値を超えているか判定するステップとを繰り返す。光検出素子は、上述の態様のものが使用される。

本発明のある態様の光検出素子によれば、波長強度分布の異なる光を受光するときに、各光の出力信号に強度差を簡単に生じさせることができる。

本実施形態に係るマークセンサが使用される多色刷印刷システムの構成を示す図である。本実施形態に係る光検出素子が使用されるマークセンサの構成を示す図である。本実施形態に係る光検出素子の構成を示す回路図である。本実施形態に係る受光素子の分光感度特性を示す図である。複数のスイッチがあるオンオフ状態のときの、光検出素子の分光感度特性とマークや下地の反射光強度分布とを示す図である。複数のスイッチが別のオンオフ状態のときの、光検出素子の分光感度特性とマークや下地の反射光強度分布とを示す図である。本実施形態に係る光検出素子によるマーク判定方法のフローチャートを示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係るマークセンサ１０が使用される多色刷印刷システム６０の構成を示す。

多色刷印刷システム６０は、複数の印刷ユニット６１、制御装置７１を備える。印刷ユニット６１は、版胴６３、圧胴６５、マークセンサ１０を備える。ウェブ５０は、ガイドロール６７により所定の走行経路に沿って案内され、版胴６３及び圧胴６５により、版胴６３に対応した色のパターンが印刷される。ウェブ５０は、版胴６３により所定のマークが印刷され、そのマークはマークセンサ１０により検出される。制御装置７１は、マークセンサ１０の検出結果に基づいて、各版胴６３間で生じる印刷位置のずれを判定する。制御装置７１は、印刷位置のずれが有る場合、版胴６３の回転量を増減させて、そのずれを解消させる。

図２は、マークセンサ１０の構成を示す。マークセンサ１０は、光源１１、光検出素子３０、マーク判定部７３を備える。光源１１は、白色光源である。光源１１から出射された光は、ウェブ５０に照射される。ウェブ５０に照射された光の反射光は、公知の光学系１３により集光されて、光検出素子３０の受光素子３１により受光される。

図３は、光検出素子３０の回路構成を示す。光検出素子３０は、受光素子３１、電流電圧変換回路３３ａ〜３３ｃ、増幅回路３５ａ〜３５ｃ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、加算回路３７、外部端子３９を備える。

受光素子３１は、ＲＧＢフォトダイオードである。受光素子３１は、複数の光電変換領域３２ａ〜３２ｃを有する。図４は、受光素子３１の分光感度特性を示す。各領域３２ａ〜３２ｃの分光感度特性Ｓａ〜Ｓｃは互いに異なる。第１領域３２ａは、赤色帯域にピーク波長λＲをもつ特性Ｓａを有し、第２領域３２ｂは、緑色帯域にピーク波長λＧをもつ特性Ｓｂを有し、第３領域３２ｃは、青色帯域にピーク波長λＢをもつ特性Ｓｃを有する。各領域３２ａ〜３２ｃは、カソード側が接地され、受光した光を電流信号に変換してアノード側に出力する。この電流信号は、受光した光の強度（Ｗ）と受光感度（Ａ／Ｗ）との乗算値を波長毎に積算した大きさとなる。

図３に戻り、第１領域３２ａ、第２領域３２ｂ、第３領域３２ｃのそれぞれには、外部端子３９との間に第１経路４１ａ、第２経路４１ｂ、第３経路４１ｃが設けられる。第１経路４１ａには、第１電流電圧変換回路３３ａ、第１増幅回路３５ａ、第１スイッチＳＷ１が設けられる。第２経路４１ｂには、第２電流電圧変換回路３３ｂ、第２増幅回路３５ｂ、第２スイッチＳＷ２が設けられる。第３経路４１ｃには、第３電流電圧変換回路３３ｃ、第３増幅回路３５ｃ、第３スイッチＳＷ３が設けられる。

電流電圧変換回路３３ａ〜３３ｃは、各光電変換領域３２ａ〜３２ｃからの電流信号を電圧信号に変換して出力する。増幅回路３５ａ〜３５ｃは、各電流電圧変換回路３３ａ〜３３ｃからの電圧信号を増幅して出力する。増幅回路３５ａ〜３５ｃは、マーク判定部７３による信号処理が容易となる程度に、経路４１ａ〜４１ｃ毎に同じ割合で増幅する。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、各経路４１ａ〜４１ｃの電気的接続の有無を切り替える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は手動でオンオフが切り替えられるが、マーク判定部７３により切り替え制御されてもよい。

加算回路３７は、各経路４１ａ〜４１ｃの増幅回路３５ａ〜３５ｃからの電圧信号を加算して出力する。外部端子３９は、加算回路３７からの信号を外部のマーク判定部７３に出力する。

以上の光検出素子３０によれば、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフを切り替えることで、特定の光電変換領域３２ａ〜３２ｃの信号のみが、外部端子３９からマーク判定部７３に出力される。たとえば、第１スイッチＳＷ１をオンにして、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３をオフにした場合、第１領域３２ａの信号のみが出力される。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２をオンにして、第３スイッチＳＷ３をオフにした場合、第１領域３２ａ、第２領域３２ｂの信号が加算回路３７により加算されて出力される。

マーク判定部７３は、制御装置７１に含まれる。マーク判定部７３の構成は、ハードウェア的には任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現される。マーク判定部７３は、光検出素子３０から出力される信号に基づいて、ウェブ５０のマークの有無を判定する。この処理は、所定の閾値を設定し、光検出素子３０から出力される信号強度と閾値とを比較し、信号強度が閾値を超えたとき、マークが有ると判定して行う。

図５は、光検出素子３０の分光感度特性とマークや下地の反射光強度分布とを示す。第２スイッチＳＷ２をオンにし、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３をオフにしたときの分光感度特性を示す。光検出素子３０からは第２領域３２ｂの信号のみが出力される。また、下地の反射光の波長強度分布Ｓｎと、マークの反射光の波長強度分布Ｓｍを二点鎖線で示す。これら波長強度分布Ｓｎ、Ｓｍのピーク波長は、第２領域３２ｂの分光感度特性Ｓｂのピーク波長から同程度離れており、強度分布は同程度である。このとき、光検出素子３０の出力は、受光した光の強度と受光感度との乗算値を波長毎に積算した大きさに比例するため、下地とマークで出力信号の強度差が生じにくい。

図６は、光検出素子３０のスイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２、ＳＷ３をオフにしたときの分光感度特性を示す。光検出素子３０からは第１領域３２ａの信号のみが出力される。下地の波長強度分布Ｓｎよりも、マークの波長強度分布Ｓｍのピーク波長の方が、第１領域３２ａの分光感度特性Ｓａのピーク波長に近い。このとき、光検出素子３０の出力は、下地よりマークの方が大きく、下地とマークで出力信号の強度差が大きくなる。

図７は、光検出素子３０によるマーク判定方法のフローチャートを示す。オペレータ又はマーク判定部７３は、光検出素子３０のスイッチＳＷ１のみをオンにする。光源１１は、ウェブ５０のマークが通過する範囲に光を照射する。光検出素子３０は、ウェブ５０からの光を受光素子３１により受光して、外部端子３９からマーク判定部７３に信号を出力する（Ｓ１２）。マーク判定部７３は、出力された信号強度が所定の閾値を超えているか判定する（Ｓ１４）。このステップＳ１２、Ｓ１４では、受光を開始してからの時間を計測し、所定の時間が経過してから、その時間内に記憶した出力信号が閾値を超えているか判定してもよい。

所定の閾値を超えていない場合（Ｓ１４のＮ）、オペレータ又はマーク判定部７３は、スイッチＳＷ２のみをオンに切り替え（Ｓ１６）、再度、信号を出力するステップＳ１２と、所定の閾値を超えているか判定するステップＳ１４とを繰り返す。所定の閾値を超えていない場合、スイッチＳＷ３のみをオンに切り替え、ステップＳ１２、Ｓ１４を繰り返して処理を終了する。所定の閾値を超えている場合も処理を終了する（Ｓ１４のＹ）。

本実施形態に係る光検出素子３０によれば、波長強度分布の異なる光を受光したとき、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフを切り替えるのみで、各光の出力信号に強度差を簡単に生じさせられる。これにより、マークセンサ１０は、マークの有無を精度よく判定できる。また、各光電変換領域３２ａ〜３２ｃからの信号を加算回路３７で加算してから外部端子３９に出力するため、マーク判定処理のために外部で信号を加算する必要がなく、外部の構造をコンパクト化できる。

本実施形態に係るマーク判定方法によれば、所定のマークを精度よく判定するために必要なスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の設定を行うことができる。特に、マーク判定部７３によりスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の切り替え制御をすれば、その設定を自動的に行うことができ、オペレータの作業負担が減少する。

なお、下地とマークで出力信号に強度差を生じさせる方法としては、たとえば、異なる発光スペクトルの複数の光源を用い、光源を切り替えて反射光の波長強度分布を変化させることが考えられる。この方法と比較すると、本実施形態に係る光検出素子３０は、複数の光源を設ける必要がなく、マークセンサ１０の光学系を含めたハード構成を簡略化でき、光検出素子３０を低コストで製造できる利点がある。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

上述の実施形態では、３つの光電変換領域３２ａ〜３２ｃを有する受光素子３１を説明したが、その光電変換領域の数は２つ以上であればよい。また、受光素子３１は、ＲＧＢフォトダイオード以外でもよい。また、各光電変換領域３２ａ〜３２ｃからの信号は、加算回路３７により加算せずに外部端子３９から出力されてもよい。この場合、マーク判定処理のため、外部のマーク判定部７３で各光電変換領域３２ａ〜３２ｃからの信号を加算する。マークセンサ１０は、光検出素子３０によりウェブ５０の反射光を受光する以外に、透明なウェブ５０の透過光を受光することでマークを検出してもよい。

また、上述のマーク判定方法では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の一つのみがオンのときに出力される信号に基づき、所定の閾値を超えているか判定したが、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の二つ以上がオンのときの信号に基づき判定してもよい。

また、上述のマーク判定方法では、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオンにしておき、波長強度分布の異なる光を受光しても出力信号に強度差が生じない場合に、各ステップＳ１２〜Ｓ１６を実行するようにしてもよい。これにより、広い波長帯域に感度をもつ光検出素子３０として使用しつつ、波長強度分布の異なる光を受光したときに出力信号に強度差を安定して生じさせられる。

１０：マークセンサ、３０：光検出素子、３１：受光素子、ＳＷ１〜ＳＷ３：スイッチ、３７：加算回路、５０：ウェブ

Claims

多色刷印刷システムのマークセンサに用いられる光検出素子を用いたマーク判定方法であって、
前記光検出素子は、
分光感度特性の異なる複数の光電変換領域を有する受光素子と、
前記複数の光電変換領域それぞれからの信号を外部に出力する外部端子と、
前記複数の光電変換領域と前記外部端子との間を接続する経路毎に設けられ、前記経路の外部にある制御装置の制御又は手動によって、前記複数の光電変換領域それぞれから出力される信号の前記外部端子からの出力の有無を個別に切り替え可能な複数のスイッチと、を備え、
本マーク判定方法は、
走行するウェブに設けられたマークが通過する範囲に光を照射し、前記受光素子によりウェブからの光を受光して、前記外部端子から信号を出力するステップと、
前記外部端子から出力された信号強度が所定の閾値を超えているか判定するステップと、を含み、
前記信号強度が所定の閾値を超えていない場合に、前記複数のスイッチのオンオフを切り替え、再度、前記信号を出力するステップと、前記所定の閾値を超えているか判定するステップとを繰り返すことを特徴とする光検出素子によるマーク判定方法。
前記光検出素子は、前記複数のスイッチと前記外部端子との間に設けられ、前記複数の光電変換領域それぞれからの信号を加算する加算回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子によるマーク判定方法。
多色刷印刷システムのマークセンサであって、
ウェブに光を照射する光源と、
前記ウェブからの光を受光する受光素子を有する光検出素子と、
前記光検出素子から出力される信号に基づいて、ウェブに設けられたマークの有無を判定するマーク判定部と、を備え、
前記光検出素子は、
分光感度特性の異なる複数の光電変換領域を有する受光素子と、
前記複数の光電変換領域それぞれからの信号を外部に出力する外部端子と、
前記複数の光電変換領域と前記外部端子との間を接続する経路毎に設けられ、前記経路の外部にある制御装置の制御によって、前記複数の光電変換領域それぞれから出力される信号の前記外部端子からの出力の有無を個別に切り替え可能な複数のスイッチと、を備え、
前記光検出素子は、走行するウェブに設けられたマークが通過する範囲に前記光源が光を照射したときに、前記受光素子によりウェブからの光を受光して、前記外部端子から信号を出力するステップを行い、
前記マーク判定部は、前記外部端子から出力された信号強度が所定の閾値を超えているか判定するステップを行い、
前記信号強度が所定の閾値を超えていない場合に、前記マーク判定部が前記複数のスイッチのオンオフを切り替え、再度、前記光検出素子が前記信号を出力するステップと、前記マーク判定部が前記所定の閾値を超えているか判定するステップとを繰り返すことを特徴とするマークセンサ。
前記光検出素子は、前記複数のスイッチと前記外部端子との間に設けられ、前記複数の光電変換領域それぞれからの信号を加算する加算回路を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のマークセンサ。