JPH02271223A - 色識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラーの判別に使用する色識別装置。

に係わり１特に生産ライ／などにおいて色情報を用いて
製品の良品、不良品を区別けするシステムなどに適用さ
れる色識別装置に関するものである。

〔従来の技術〕

５　　　従来より簡易形色判別の手法として赤、ａお↓
タ　　び青の３つの色フィルタと、３つのフォトダイオ
こ　　−ドとを組み合わせ、それらのフォトダイオード
こ　　の出力を処理することでカラーの判別を行なう方
ｂ　　法が用いられている。このようなカラーの判別舖
Ｃは、通常、Ｌ＆ｂ　表色系における色空間の中の色差
ΔＥが使われているが、単に生産ラインにお１１　　　
いて色情報を用いて製品を区別けするシステムなカ　　
どにおいては、必らずしも上記従来のような表色き　　
法に基づいて色を判別する手法を用いる必要はなフＪ　
　　　　い。

）；Ｌ　　　第５図および第６図は従来の色識別センサ
の構成を示したものである。これらの図において、１１
は赤色フィルタ、１２は緑色フィルタ、１３は肯色フイ
ルメ、１４は赤色フィルタ１１に対応するべ　　７オト
ダイオード、１５は緑色フィルタ１２に対応するフォト
ダイオード、１６は青色フィルタ１３に対応するフォト
ダイオード、１７は赤外カットフィルタである。これら
のフォトダイオード１４〜１６の出力を光電流−電圧変
換（ｒ−ｖ変換）し、それによって４４Ｊられる電圧出
力をそれぞれＸ。

Ｙ、ｚとすると、 Ｘ　　　　　　　　　・・・・（１） で表わされるｘ＋　ｙ＋　Ｚにより、１１色度座標によ
る各色の表現を行なうことができる。この表示系を実際
の１３〜２０色程度の仕分けがを求されるような生産ラ
インに適用した良好な色判別が可能となる。

〔発明が解決しようとする１藝顧） 一方、色による仕分は以外の用途として色による良品、
不良品判別など品質管理を目的としたものも多い。生産
ラインにおける色による製品の品質管理において、色識
別装置が識別すべき色は、ｘｙ色度座標上で見て極めて
限定された領域のみとなる特長がある。例えば、ビスケ
ットの焼き上がり度合を監視する目的の色識別装置には
茶、黄系の色を高精度に識別することが求められるが、
緑系、青系、紫系、赤紫系の色識別能力などは不要であ
る。このことは、上記（１１、（２＋　、　（３１式で
表わされるＸ７色度座標系による色識別法は金色領域の
識別においては有効であるが、品５に管理用の色識別装
置としては無駄が多い。例えば色識別センサの波長感度
ピークが６１０ｎｍ、　５６０ｎｍ、　５２０ｎｍであ
って、この色識別センサから得られる出力をｘ、ｙ、ｚ
とすると、例えば測定対象が青色と緑色との場合の出力
の比較をすると、第７図の分光反射率からすると、６２
０ｎｍ近傍の反射率は青色と緑色とでほとんど差がなく
、このことは、青色と緑色とを職別する場合、出力Ｙ、
Ｚの２つの情報で判定しても出力ｘ、ｙ、ｚの３つの情
報で判定する程度の判定精度が得られることを示してい
る。

また、黄色と橙色との判定においては、４４０ｎｍ近傍
の反射率にほとんど差がないので、黄色と橙色との識別
には出力Ｘ、Ｙの２つの情報でＸ　、　Ｙ。

２０３つの情報なみの精度が得られることになる。

以上説明し′ｆｃ、ように測定対象に対応して高感度と
なる波長ピークを設定できるようにすれば、近接する色
の識別においては２つの出力で充分高精度な色識別が可
能と々る。

したがって本発明は、前述した従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、特定の色領域の色判別に
適し、極めて簡単な構成で実現可能とした色識別装置を
従供することにある。

〔腺題を解決するための手段〕

本発明の色識別装置は、赤ないし近赤外領域に分光感度
ピークを有する受光素子と、バイアス電圧により光波長
感度が変化するタンデム（（’Ｉ受光素子と、測定対象
物の色に応じてバイアス電圧を上記タンデム型受光素子
に与えるバイアス回路と、上記２つの受光素子から得ら
れる２つの出力ａ１．ａ２の少なくとも一方に測定対象
物に応じた設定値’／、１／（一方の場合はｎｌまたは
ｎ２”固定値）ｎ　ｌｎ　！ を乗する可変常数乗算器と、これらの乗算器の出　１８
　ｍ 力　／、／　　を入力しその差に比例した出力部ｎ　１
　　１ｓ 号を出力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号
の大きさに応じて動作する出力部と、そのディスプレイ
表示部とを有して構成される。

〔作　用〕

本発明においては、色を識別する測定対象物からの光が
赤ないし近赤外領域に感度ピークを有する受光素子とタ
ンデム型受光素子とに入力さｒＬ。

この２つの受光素子からの出力の比が測定％Ｊ象物の良
品、不良品の判定を行なう情報とする。この場合、良品
、不良品の間で２つの受光素子からの出力の比が最も大
きく変化するようにタンデム型受光素子に与えるバイア
ス電圧を設定する。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は本発明による
色識別装置と測定対象との位置関係を示したものである
。同図において、１００は測定対象としての物体、１０
１は照明用ランプ、１０２は色識別センサ、１０３は電
子回路、１０４はレンズ系、１０５はハーフミラ−であ
り、同図（ａ）は照明用ランプ１０１が色識別センサ１
０２　、　’ｄ（子回路１０３お工びレンズ系１０４に
対して外部に設置した例、同図（ｂ）は内部に設置し投
受光の光軸が一致し比例、同図（Ｃ）は内部に設置し投
受光の光軸が不一致となる例をそれぞれ示している。

このような構成において、照明用ランプ１０１から放射
された光は物体１００の表面で反射し、レンズ系１０４
を通して色識別センサ１０２に入射する。

そしてこの入射光に応じた出力を電子回路１０３より処
理して出力する。

第２図は第１図の色識別センサ１０２おＬひ７６子回路
１０３の構成を示すブロック図である。同図において、
前述した色識別センサ１０２は、色彩を測定すべき物体
１００からの反射光もしくは透過光（以下、即に被６＋
１１定光と称する）の短波長成分を吸収する第１のＰＩ
Ｎｗｌ造のアモルファスシリコン光電センサと長波長成
分を吸収する第２のＰＩＮ構造のアモルファスシリコン
光電センサとからなるタンデム型受光素子１と、赤ない
し近赤外領域に分光感度を有する受光素子２とを有して
構成されており、電子回路１０３は、り／デム型受光素
子１の光電流電圧変換器３と、タンデム型受光素子１に
可変バイアス電圧を供給するバイアス電圧発生回路４と
、受光素子２の光電流電圧変換器５と、光電流電圧変換
器３の出力ａ１に物体１００に応じた設定値１／ｎ１を
乗する可変常数乗算器６と、光電流電圧変換器５の出力
ａ、に物体１００に応じた設乗算器６，７から出力され
た各出力’１７．”ｆｌ／”ｌ’　　　　”２ の差の大きさに比例した出力信号を出力する差動増幅器
（以下差動アンプと称する）８と、この差動アンプ８の
出力の大きさに応じて動作する出力回路９と、この出力
回路９の出力をディスプレイ表示する表示回路１０とを
有して構成される。

第３図は上述したタンデム型受光素子１のバイアス印加
電圧の変化に伴なう分光感度特性を示したものでらシ、
逆バイアス電圧Ｖ、がＯｖのとき（特性Ａ）は約５６０
ｎｍ付近にピーク値を有する視感度に近い感度スペクト
ルを示し、また逆バイアス電圧ＶＢを一３ｖに設定する
と、長波長側の分光感度は約６００ｎｍ付近にピークを
有する感度スペクトルまで増大する（特性Ｂ）。さらに
逆バイアス電圧ＶＢを一６ｖまで増加させると、逆バイ
アス電圧−３■の場合の６００ｎｍ付近のピークに加え
、４８０ｎｍ付近の短波長側のピークが表われてくる（
特性Ｃ）。すなわち前段のＰＩＮ構造と後段のＰＩＮＩ
造との分光４８度の重なりに相当する分光感度特性とな
る。

第４図は第２図で説明したブロック図の具体的な回路図
を示したものである。同図において、ＰＤＩはＭ２図の
タンデム型受光素子１、Ｐｒ）２は同様に赤ないし近赤
外領域に分光感度をイ】する受光素子２である。また、
演算増幅器（以下オペアンプと称する）ＯＰｌ、抵抗Ｒ
１およびコンデンサＣ１は光電流電圧費換″ａ３を構成
し、オペアンプＯＰ２゜抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２
は光電流電圧変換器５を構成している。さらに抵抗Ｒ４
０、［抗Ｒ４１，抵抗Ｒ４２およびスイッチＳＷはバイ
アス電圧発生回路４を構成している。また、抵抗Ｒ３゜
抵抗Ｒ４および可変抵抗器ＶＲ１は第２図の乗算器６お
：び乗算器Ｔを構成し、オペアンプＯＰ３　、抵抗Ｒ５
、抵抗Ｒ７およびオペアンプＯＰ４　、抵抗Ｒ６゜抵抗
Ｒ８は第２図に示されていないが、アンプ部を構成して
おり、本実施例ではこのアンプ部はなくても良いが、実
用上は有効である。マ之、オペアンプＯＰ５　、オペア
ンプｏｐｓ　、抵抗Ｒ９、抵抗Ｒ１０および可変抵抗器
ＶＲ２は第２図の差動アンプ８を構成しており、この可
変抵抗器ＶＲ２は差動アンプ８の利得を調整する友めの
ものである。また、オペアンプＯＰ７．オペアンプＯＰ
８　、　ＮＡＮＤ回路ＤＩ。

ＮＯＴ回路Ｄ２お工び抵抗Ｒ１１〜Ｒ２２が第２図の出
力回路９を構成し、さらに発光ダイオードＬＥＤ１〜Ｌ
ＥＤ３および抵抗Ｒ３０〜Ｒ３２が第２図の表示回路１
０を構成している。

このような構成において、測定対象からの光が受光素子
ＰＤ１　、　ＰＤ２に入力されると、これらの受光素子
ＰＤ１　、　ＰＤ２に生じ之各電流１０．１．がオペア
ンプＯＰ１．オペアンプＯＰ２により各電圧ｖ１．ｖ。

に変換される。ここで、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４および可変
抵抗器ＶＲ１によって設定される定数ｎ１．ｎ、が上記
各電圧Ｖ　１　ｔ　Ｖ　ｓに乗算され、オペアンプＯＰ
３　。

ＯＦ２に入力され、増幅されてＧ、　、Ｇ、倍となり、
オペアンプＯＰ５に入力される電圧ｎ１・Ｇ１・ｖｌ、
ｎ、・Ｇ２・Ｖ、の差が０８倍され、オペアンプＯＰ５
トオペアンプＯＰ６との出力間にＶ、”ＧＢ　（ｎｇ　
’Ｇｓ　’　Ｖ＊−ｎ　ｌ　”Ｇｌ　’ｖ　ｌ　）が出
力される。オペアンプＯＰ７　、オペアンプＲ１１Ｒ１
４ ０Ｐ８はコンパレータでＶが　／、／　　　でｊｃＲ１
２Ｒ１３ 決定されるプラス側、マイナス側限度ｖＨ２ＶＬに対し
て大小を比較する。ここでｖＬ＜０＜ｖＨでアリ、Ｖ工
〈ｖＬ　　のとき、オペアンプＯＰ７　、オペアンプＯ
Ｐ８　、　ＮＡＮＤ回路ＤＩ、ＮＯＴ回路Ｄ２の出力は
それぞれｒＴ（Ｊ、ｒＬＪ、Ｉ’ｍＪＪＬＪとなり、発
光ダイオードＬＥＤ２のみがオンとなって出力Ｖ。ｕｔ
はｒＬＪとなる。

また、ｖＬ＜ｖ□〈Ｖ□のとき、づペアンプＯＰ７　、
オペアンプＯＰ８　、　ＮＡＮＤ回路Ｄ１．ＮＯＴ回路
Ｄ２　の出力はそれぞれｒＨＪ、ｒＨＪ、　ｒＬＪＪ）
（Ｊとなり、発光ダイオードＬＥＤ３のみがオンとなっ
て出力Ｖ。ｕｔはｒＨＪとなる。さらにＶ　ｕ　＜　ｖ
工のとき、オペアンプＯＰ７　。

オペアンプＯＰ８　、　ＮＡＮＤ回路ＤＩ、ＮＯＴ回路
Ｄ２の出力はそれぞれｒＬＪ、ｒＨＪＪＨＪ、ｒＬＪと
なり、発光ダイオードＬＥＤ１のみがオンとなって出力
■。１．はｒＬＪと々る。

次に色酸別動作およびその調整方法について説明する。

＋１．）　　測定対象として識別すべき良品をこの色識
別装置にセットする。この場合、可変抵抗器’／Ｒ２を
ＭＡＸ←最小抵抗値）の位置とし、利得Ｇ、を最大とし
ておく。このとき、出力表示発光ダイオードＬＥＤ３が
点灯するように可変抵抗器ＶＲ１を調整する。

（２）次に測定対象として不良品を同様にセットする。

（３）　　もし、発光ダイオードＬＥＤ３が消灯しない
ときは、スイッチＳＷを他の接点ａ、ｂ、ｃに切り替え
て上記ステップ（１）に戻る。

（４）　　発光ダイオードＬＥＤ３が消灯しているとき
は、可変抵抗器ＶＲ２により、利得Ｇ８を小さくして発
光ダイオードＬＥＤ３が点灯する可変抵抗器ＶＲ２の位
置（最大抵抗値（ＭＩＮ）　　）を求める。

（５）上記ステップ（１）〜（４）の操作をスイッチＳ
Ｗの全位置（全ての接点ａ、ｂ、ｃ）に対して行なう。

（６）　　可変抵抗器ＶＲ２（ＭＩＮ）がスイッチＳＷ
の全位置に対して求められ乏ら、可変抵抗器ＶＲ２（Ｍ
ＩＮ）が最も小さくなる位置にスイッチＳＷを選定する
。

（７）　　可変抵抗器ｖＲ２ノ位置を、ＶＨ２（、ＭＩ
Ｎ）　トｖｎ２（４ｘ）との中間にセットする。

以上のステップで調整を終了する。そして、例えばビス
ケットの焼き上り検査用など用途が工場出荷以前に明確
となっている場合には、受光素子ＰＣＩのバイアス電圧
をセットしてから出荷することが可能となり、この場合
、ＶＶ＋整作業は、ステップｔｌ）　、　（２）　、　
＋４１　、　（７）のみとなシ、閉略化される。

このように構成された色識別装置は、従来の３刺激値法
に比べて回路ｒ〜成が極めて単純でｉ＋　ｔ）、かつ３
刺激値に近い高精度の色識別が可能となる。

本発明の技術的背景となる表色系は、従来のＸ。

ｙ表色系、　Ｌａｂ表色系およびＬａｂ　　表色系の考
え方とは相違しており、かつその色の仕分は方法もＪＩ
Ｓ、ＯＬＥ等の色の仕分は方法とは明らかに相違してい
る。

しかしながら、例えば、生産工程等において、簡単な色
の差にニジ製品等の検査を行なうライ／では、上述の従
来の表色系による色の表現は必らずしも必要ではなく、
むしろ簡単な色判定手段が必要となっている。本発明は
、このようなラインに特に幅広く応用することが可能で
あり、回路（Ｋ成が極めて単純化できるので、高速応答
か可能であり、小形化、低コスト化が図れ、従来の三色
分解形のセンサを用いたものに比べてもほとんどの色に
対してその色の近傍の色にｚｌする識別能力は遜色がな
く、このような用途において色判定に極めて好適である
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による色識別装置は、タンデ
ム型受光素子と、赤ないし近赤外に分光感度を有する受
光素子と、測定対象物の色に応じてバイアス電圧を上記
タンデム型受光素子に与えるバイアス回路と、上記２つ
の受光素子エリ得られる２つの出力ａ１．ａ、の少なく
とも一方に測定対象物に応じた設定値’／、’／（一方
の場合はｎ。

　ｌｎ　ａ ＝固定値）を乗する乗算器と、この乗算器の出力”／　
　、　　／　　の差の大きさに応じて動作する出力ｎ　
ｌ　　　　　ｎ　＠ 部と、その表示部とを設は友ことにより、赤ないし近赤
外受光素子とタンデム型受光素子との２つの受光素子か
ら得られる出力の比を基に色識別を行なうので、演算が
極めて簡単となるために並列演算が構成でき、高速度応
答が可能となり、小形化、低コスト化が図れる。また、
タンデム型受光素子の分光感度特性を測定対象に応じて
バイアス電圧を変えることで設定できるので、いかなる
色糸の識別にも３色消号による色識別と同様な高精度の
識別が得られるなどの極めて優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（、）は本発明による
色識別装置と測定対象物との位置関係を説明する図、第
２図は本発明による色識別装置の一実施例を示すブロッ
ク図、第３図はタンデム型受光素子のバイアス電圧に対
する分光感度特性を示す図、第４図は本発明による色識
別装置の具体的な回路図、第５図および第６図（ａ）　
、　（ｂ）は従来の色識別装置を説明する図、第７図は
代表的な色板の分光反射率を示す図である。 １・・・・タンデム型受光素子、２・・・・受光素子、
３・・・・光電流電圧変換器、４・・・・バイアス電圧
発生回路、５・・・・光電流電圧変換器、６，７・・・
・可変常数乗１１２’ｉｒｚ　８・・・・差動増幅器（
差動アンプ）、９・・・・出力回路、１０・・・・表示
回路。 特許出願人　　山武ハネウェル株式会社同　　　　　浜
　　川　　圭　　弘 代理人　山用政＃（（／υ・２名） （ｃ） 第５図 第　６、−・ （ａ） （ｂ） ヅ＝そ１ 手続補正書（自発） 特許庁長官数　　　　　　　′）′ｌ＆　　ｒ−６，ｊ
：５８１４事件の表示 平成１年　特　許願第９２７０１号 ２、発明の名称 色識別装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　等　　許　出願人名称（氏名）
　（６６８）山武ノ・ネウエル株式会社（ほか１名）（
１）　　明細書４頁１４行目の「ピークが６１０！Ｉ！
ＩＩＪを「ピークが６２０＋ｓｍ　Ｊと補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 赤ないし近赤外領域に分光感度ピークを有する受光素子
   と、バイアス電圧により光波長感度が変化するタンデム
   型受光素子と、測定対象物の色に応じてバイアス電圧を
   上記タンデム型受光素子に与えるバイアス回路と、上記
   ２つの受光素子から得られる２つの出力ａ＿１、ａ＿２
   の少なくとも一方に測定対象物に応じた設定値１／ｎ＿
   １、１／ｎ＿２を乗ずる可変常数乗算器と、これらの可
   変常数乗算器の出力ａ＿１／ｎ＿１、ａ＿２／ｎ＿２の
   差に比例する出力信号を出力する差動増幅器と、この差
   動増幅器の出力の大きさに応じて動作する出力部と、こ
   の出力部の出力に応じてディスプレイ表示を行なう表示
   部とを備えたことを特徴とする色識別装置。