JPH03296626A - 光ファイバーを用いた色判別装置のセンサヘッド - 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） 本発明は光ファイバーを用いた色判別装置のせンサヘッ
ドの改良に関する。

（従来の技術） 従来、上記のような色判別装置は第１１図に示すように
、投光用ファイバー束ｌと受光用ファイバー束２が測定
対象物４側で寄り合わされて検出部側ファイバー束３が
構成されている。そして、光源５からの照明光が集光レ
ンズ６で集光されて投光用ファイバー束ｌの端面に垂直
に入射され、入射された照明光はファイバー内を通り、
検出部側ファイバー束３の端面から、測定対象物４の測
定面４ａへ入射された角度のまま照明される。

この照明光は、測定対象物４の測定面４ａで反射されて
反射光となる。

この反射光は、検出部側ファイバー束３の端面に、その
開口角により制限されながら入射され、入射された反射
光はファイバー内を通り、受光用ファイバー束２の端面
から、センサ素子７に照射される。

この照射された反射光のうち、センサ素子７の受光有効
エリアに照射された光のみがセンサ素子７で受光されて
光電変換され、データ処理部に送られて種々の色演算が
行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記センサヘッドでは、光源５からの照明光
が投光用ファイバー束Ｉの端面に対して垂直方向から入
射されるので、検出部側ファイバー束３の端面から、測
定対象物４へ入射された角度のまま照射されることにな
る。

したがって、測定対象物４の測定面４ａが非常に滑らか
であったり、強い光沢がある場合、センサ素子７で受光
される光は殆んどが照明光の正反射成分であり、物体色
である拡散反射成分は、正反射成分に比べて殆んど受光
されない。換言すれば、センサ素子７が受光する光は、
光源色であり、測定面４ａの物体色ではない。

また、測定対象物４を、ガラス管等の滑らかな透明体を
通して測定する場合も同様の問題が生じる。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、光
ファイバーを用いた色判別装置のセンサヘッドにおいて
、測定対象物の測定面が滑らかであったり、強い光沢が
あっても、色判別が高精度で行なえるようにすることを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、投光用ファイバー束と受光用ファイ
バー束が測定対象物側で寄り合わされて検出部側ファイ
バー束が構成され、上記投光用ファイバー束端面に、光
源からの照明光が所定角度で入射するように設定され、
上記受光用ファイバー束端面側のセンサが、照明光の正
反射成分が受光されない位置に設定されていることを特
徴とするものである。

（作用） 上記投光用ファイバー束の端面に、光源からの照明光が
所定角度で入射されると、照明光は入射角を保ちながら
ファイバー内を通り、検出部側ファイバー束の端面から
測定対象物の測定面に、入射角と同じ出射角で照明され
る。

この照明光は、測定面で正反射成分と拡散反射成分の２
種類の成分となって反射される。

正反射成分は、上記入射角で検出部側ファイバー束の端
面に入射され、入射角を保ちながらファイバー内を通り
、受光用ファイバー束の端面からセンサ素子に照射され
る。このとき、センサ素子は、上記入射角と同じ出射角
よりも小さい出射角の光のみを受光する位置に配置され
ているために、正反射成分は受光されない。

したがって、センサ素子で受光される光は、拡散反射成
分のうち、検出部側ファイバー束端面に、上記入射角よ
りも小さい入射角で入射された光のみとなる。

これにより、正反射成分は光源色、拡散反射成分は測定
面の物体色を示すので、センサ素子で受光されるのは物
体色のみとなる。

（発明の効果） 本発明によれば、光源からの照明光を投光用ファイバー
束の端面に角度をもたせて入射することにより、センサ
素子で、測定対象物の測定面からの正反射成分（光源色
）を受光せず、拡散反射成分（物体色）のみを受光する
ことができる。

したがって、測定対象物の測定面が滑らがであったり、
強い光沢があっても、色判別が高精度で行なえるように
なる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面について詳細に説明す
る。

第１図に示すように、色判別装置は、ファイバ一部Ａと
センサヘッド部Ｂとデータ処理部Ｃとで基本構成されて
いる。

上記ファイバ一部Ａは、投光用ファイバー束１１と受光
用ファイバー束１２とが測定対象物１４側で、−様に分
布するように寄り合わされて検出部側ファイバー束１３
が構成されている。

上記センサヘッド部Ｂの投光用ファイバー束１１の端面
側には、光源１５と集光レンズ１６とでなる投光系が配
置され、光源１５からの照明光が集光レンズ１６で集光
（平行光）されて投光用ファイバー束１１の端面に入射
される。

また、受光用ファイバー束１２の端面側にはセンサ素子
１７でなる受光系が配置され、受光用ファイバー束１２
の端面から出射された光がセンサ素子１７で受光される
。

そして、受光された光がセンサ素子１７で光電変換され
、信号線１８を介してデータ処理部Ｃに送られて種々の
色演算が行なわれる。

第２図に詳細に示すように、上記光源１５からの照明光
は、投光用ファイバー束１１の端面に対する垂直方向Ｖ
より、該端面の開口角の１／２以下である所定角度θ（
例えば３４度）で入射するように設定されている。

第３図に詳細に示すように、上記検出部側ファイバー束
１３の端面と測定対象物１４の測定面１４ａとの距離（
△２０）は、次式を満足する位置関係とする。

△Ｚ０≦ｄｏ／　２　ｔａｎθ ｄｏ：検出部側ファイバー束１３の直径θ：投光用ファ
イバー束１１への照明光の入射角 この関係により、測定対象物１４の測定面１４ａが所定
エリアで照明される。

第４図に詳細に示すように、上記受光用ファイバー束１
２の端面とセンサ素子との距離（△Ｚ、）は次式を満足
する位置関係とする。

△Ｚ、≧（ｄ＋　＋　ｄｔ）／　２　ｔａｎθｄｌ：受
光用ファイバー束の直径 ｄ、：センサ素子の受光有効エリア直径θ：投光用ファ
イバー束１１への照明光の入射角 この関係により、センサ素子１７は、入射角θと同じ出
射角θ′の正反射成分は受光しない。

上記のような構成であれば、第５図に示すように、上記
投光用ファイバー束１１の端面に、光源１５からの照明
光ａが角度θで入射されると、照明光ａは入射角度θを
保ちながらファイバー１１゜１３内を通り、検出部側フ
ァイバー束１３の端面から測定対象物の測定面１４ａに
、入射角θと同じ出射角θ°で照明される。

この照明光ａは、測定面１４ａで正反射成分すと拡散反
射成分Ｃ（第６図参照）の２種類の成分となって反射さ
れる。

正反射成分すは、上記入射角θで検出部側ファイバー束
１３の端面に入射され、入射角θを保ちながらファイバ
ー１３．１２内を通り、受光用ファイバー束１２の端面
からセンサ素子１７に照射される。

このとき、センサ素子１７は、上記入射角θと同じ出射
角θ′よりも小さい出射角の光のみを受光する位置に配
置されているために、正反射成分すは受光されない。

したがって、センサ素子１７で受光される光は、第６図
に示すように、拡散反射成分Ｃのうち、検出部側ファイ
バー束１３の端面に、上記入射角θよりも小さい入射角
で入射された光のみとなる。

これにより、正反射成分すは光源色、拡散反射成分Ｃは
測定面１４ａの物体色を示すので、センサ素子１７で受
光されるのは物体色のみとなる。

そして、センサ素子１７で受光された物体色の光は、上
述したように、センサ素子１７で光電変換され、信号線
１８を介してデータ処理部Ｃに送られて種々の色演算が
行なわれる。

このように、測定対象物１４の測定面１４ａが滑らかで
あったり、強い光沢があっても、色判別が高精度で行な
えるのである。

第７図（ａ）または第７図（ｂ）に示すように、上記光
源１５を投光用ファイバー束１１の端面に対して等角度
間隔で複数個、例えば、３個または４個を設けると、測
定面１４ａの照明エリア内の照明ムラを緩和することが
できる。

第８図に示すようなファイバ一部Ａ、センサヘッド部Ｂ
及びデータ処理部Ｃを用いて、照明光ａの入射角θを０
度及び３４度とし、透明ガラス板１９を介して測定対象
物１４〔樹脂製色見本５色（茶・赤・黄・緑・青）〕の
色データ（Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値）を測定し、パソコンによ
ってシミュレーション演算を行なった。

（１）光源１５として、集光ミラー１６°付のハロゲン
ランプを用いた。

（２）ファイバーは、バンドル径３１１ＩＩＩｌφのオ
プティカルファイバーを用いた。

（３）センサ素子１７は、フォトダイオードを用いた。

各色見本を測定し、パソコンによって以下のシミュレー
ション演算を行なったところ、色見本相瓦間の色の差（
Ｅ値）は以下の通りであった。

（ａ）演算式 各色見本の測定値（ＲｌＧ、Ｂ）を下式に代入し、Ｔ値
、ＲＲ値、ＧＧ値、ＲＲ値を算出する。

Ｔ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ　　（光量） ＲＲ＝Ｒ／Ｔ　　　（Ｒ成分） ＣＧ＝Ｇ／Ｔ　　　（Ｇ成分） ＢＢ＝Ｂ／Ｔ　　　（Ｂ成分） 次に色見本相互間の色の差（Ｅ値）を下式により算出す
る。

Ｅ＝　　　ＲＲａ−ＲＲｂ　　　十　　ＧＧａ＋ＧＧｂ
　　　＋ＢＢａ−ＢＢｂ ａ：基準色　　ｂ＝比較色 （ｂ）演算結果は下表の通りであった。

（以下余白） 上表により、照明光ａの入射角θを大きくすることによ
り、色の差を表すＥ値が大きくなり、色分解性能が向上
することがわかる。

第９図は合成樹脂の射出成形機において、射出成形用ノ
ズル３０内の樹脂色を判別するのに応用した例である。

射出成形に用いられる溶解樹脂は、ノズル３０の流入口
３０ａから流動部３０ｂを通って流出口３０ｃから流出
される。

そして、樹脂成形品を成形する際は、流出口３０ｃから
流出する樹脂色が均一になるのを確認した後、ノズル３
０を金型３Ｉまで移動させ、圧力をかけて樹脂を金型３
１内に注入する。

この場合、ノズル３０は、樹脂を溶解状態（高温）に保
つという条件と、金型３１へ樹脂を高圧で注入するとい
う条件を満足する必要から、ファイバー挿入孔３０ｄを
大きくすることができないので、従来の４５°投光、０
°受光タイプのカラーセンサを取付けることが困難であ
る。

そこで、本案のような受投光一体型フアイバータイプの
カラーセンサであれば取付けが容易である。

また、樹脂は高温、高圧で流動部３０ｂを流動するので
、検出部側ファイバー束１３の端面を流動部３０ｂに直
接挿入することができないから、ファイバー挿入孔３０
ｄを耐熱ガラス製透明窓材３２で閉塞する必要がある。

この窓材３２は滑らかな透明体であるから、第１１図の
従来の検出部側ファイバー束３の端面をファイバー挿入
孔３０ｄに挿入しても樹脂の色判別精度が悪い。

そこで、本案のような検出部側ファイバー束Ｉ３の端面
をファイバー挿入孔３０ｄに挿入すれば、樹脂の色判別
精度が良好になる。

なお、樹脂の色が半透明である場合、第１０図に示すよ
うに、ノズル３０のファイバー挿入孔３０ｄに対向して
、今一つのファイバー挿入孔３０ｄ′を設けて透明窓材
３２°で閉塞し、このファイバー挿入孔３０ｄ°に照明
用ファイバー束１１’の端面を挿入して、光源１５゛か
らの照明光の透過光を、検出部側ファイバー束Ｉ３で受
光することにより、必要な受光量を得るようにすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る色判別装置の構成図、第２図は投
光用ファイバー束と光源との関係を示す側面図、第３図
は検出部側ファイバー束と測定対象物との関係を示す側
面図、第４図は受光用ファイバー束とセンサ素子との関
係を示す側面図、第５ｒｇＪは正反射成分を示す側面図
、第６図は拡散反射成分を示す側面図、第７図（ａ）及
び第７図（ｂ）は光源の配置例をそれぞれ示す平面図、
第８図はシミュレーション用色判別装置の構成図、第９
図及び第１Ｏ図は射出成形機に応用した色判別装置の側
面図、第１ｔ図は従来の色判別装置の構成図である。 Ａ・・・ファイバ一部、Ｂ・・・センサヘッド部、Ｃ・
・・データ処理部、ＩＩ・・・投光用ファイバー束、１
２・・・受光用ファイバー束、 １３・・・検出部側ファイバー束、 １４・・・測定対象物、１４ａ・・・測定面、１５・・
・光源、１７・・・センサ素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光用ファイバー束と受光用ファイバー束が測定
   対象物側で寄り合わされて検出部側ファイバー束が構成
   され、上記投光用ファイバー束端面に、光源からの照明
   光が所定角度で入射するように設定され、上記受光用フ
   ァイバー束端面側のセンサが、照明光の正反射成分が受
   光されない位置に設定されていることを特徴とする光フ
   ァイバーを用いた色判別装置のセンサヘッド。