JPH0528333B2

JPH0528333B2 -

Info

Publication number: JPH0528333B2
Application number: JP60142264A
Authority: JP
Inventors: Tokio Nakada; Akio Kunioka
Original assignee: MORIRIKA KK
Current assignee: MORIRIKA KK
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1993-04-26
Also published as: JPS623628A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、色識別装置に関し、特に、色識別対
象物からの光を、各々異る色のカラーフイルタを
装着した複数組の受光素子にて受け、これらの出
力を比較して色識別を行う形式の色識別装置に関
する。

［従来の技術］従来、この種の色識別装置としては、アモルフ
アスSiフオトダイオード（以下、ａ−Siフオトダ
イオードと略称する。）を受光素子として使用し
たものが知られている。この受光素子は、基板上
に、通常、３個のａ−Siフオトダイオードを配置
し、各々に、赤、緑、青のいわゆる３原色をそれ
ぞれ透過するカラーフイルタを装着して構成され
る。

この種の色識別装置は、識別すべき色を、上記
赤、緑、青の各フイルタによりこれらの色相に分
解し、分解された光の強さを各々対応するフオト
ダイオードにて検出し、その出力電流の比から色
の識別を行う。そのため、赤、緑、青の各色が、
できるだけシヤープに分離され、かつ、各色に対
応する出力電流のレベルが、できるだけ近いこと
が望ましい。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、上記従来の色識別装置は、実用上、次
のような問題点がある。

即ち、センサとして使用しているａ−Siフオト
ダイオードの10^-1lux以下の低照度域における感
度が不安定で、出力光電流にふらつきを生じ、そ
のため、低照度における色識別が困難であるとい
う問題がある。

また、ａ−Siフオトダイオードは、第８図に示
すように、短波長領域、特に、400nｍ以下の短
波長領域では感度が低いため、青の出力電流が、
赤および緑に比べて、低くなる欠点がある。しか
も、一般に、青のフイルタは、赤のフイルタに比
べ、透過率が悪いため、フオトダイオードの感度
が低いと、総合的に感度がさらに低くなる。その
ため、青系統の色については、識別の精度が悪
く、なかでも、暗い色の場合には、全く識別でき
ないという欠点がある。

さらに、ａ−Siフオトダイオードは、700nｍ近
傍以上の長波長域でも感度を有する。一方、上記
青および緑のフイルタは、一般に、700nｍ近傍
以上の長波長側においても、透過率が大きくな
る。そのため、本来、青または緑のみに感度を有
すべきものが、近赤外についても５〜10％程度の
感度を持つこととなり、色識別に誤差を生ずる欠
点がある。

この場合、赤外遮断フイルタを装着すれば、誤
差を除去できるが、可視光領域の透過率も下がる
ため、青感度がさらに下がるという問題を新たに
引き起こす。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたも
ので、低照度域においても安定した感度を有し、
また、短波長領域に大きな感度を有して、暗い青
系統の色についても精度よく識別ができ、しか
も、700nｍ近傍以上の長波長域では感度を有せ
ず、青および緑フイルタの赤外域における透過率
増大に対し、赤外遮断フイルタを使用することな
くその影響を除去できて、赤の誤差を生じない色
識別装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の上記問題点解決手段について、第１図
を参照して説明する。即ち、本発明は、色識別対
象物からの光を、各々異なる色のカラーフイルタ
を装着した複数組の受光素子にて受け、これらの
出力を比較して色識別を行う色識別装置におい
て、 (a) 上記各受光素子出力の和を求めると共に、各
受光素子出力の全出力に対する比を求める演算
手段と、 (b) 予め基準となる色に対する上記各受光素子の
出力比のデータを標準テータとして格納する標
準データ記憶手段と、 (c) 上記標準データ記憶手段の標準データの中か
ら、色識別対象物についての上記各受光素子出
力比データに最も近いデータを選定して、色を
判別する色判別手段とを備え、 (d) かつ、上記受光素子を、透明材料からなる基
板上に、透明導電層と、著しい光導電性を有す
ると共にセレンに対しPNへテロ接合を形成す
る半導体薄膜と、セレン結晶膜と、裏面電極と
を順次積層して形成されるセレンフオトダイオ
ードにて構成してなること、を特徴とする。

［作用］上記構成において、セレンフオトダイオードか
らなる各受光素子に装着されたカラーフイルタ
は、各々の分光透過特性に従つて、識別すべき色
の光から、特定の色相成分に対応する波長の光の
みを透過させ、該識別すべき色を特定色相に分解
する。通常は、赤、緑および青のいわゆる３原色
に分解する。

各フイルタの後にある受光素子は、ある特定色
相に分解された光を光電変換する。即ち、当該色
相成分の光強度に対応する光電流または光電圧を
出力する。この各色相の光電流または光電圧の比
から色を識別することができる。

演算手段は、上記各受光素子の出力電流または
電圧の和を求めると共に、各受光素子出力の全出
力に対する比を求める。このように各受光素子の
出力比を求めることにより、明度相違による色識
別の誤差を防いでいる。

標準データ記憶手段は、予め基準となる色に対
する上記受光素子の出力比のデータを標準データ
として格納する。基準となる色としては、例え
ば、日本工業規格の標準色票を用いる。

色判別手段は、上記標準データ記憶手段の標準
データの中から、色識別対象物についての上記各
受光素子出力比データに最も近いデータを選定し
て、色を判別する。ここで、受光素子が３個の場
合には、３個の数値の組合せが１色を表わすの
で、その数字の組が全体として近い値の数値の組
合せを標準データ記憶手段に記憶されている数値
の中から探す。

次に、、上記受光素子の構造上の特徴に関する
作用について説明する。

上記構成において、透明導電層は、半導体薄膜
に対し、集電電極として機能する。また、透明で
あるので、光を半導体薄膜まで少ない損失で入射
させる作用がある。

また、上記半導体薄膜は、Ｐ型のセレンと接触
してPNへテロ接合を形成して、光起電力を生ず
るよう作用する。この場合、本発明では、半導体
薄膜として、暗抵抗率の高いものが用いられてい
る。そのため、暗電流を小さく抑えることができ
る。この作用は、膜厚を厚くすると、その効果が
大きくなる。ただし、膜厚を厚くし過ぎると、順
方向電流も小さくなるので、20μｍ程度以下とす
ることが望ましい。

さらに、上記半導体薄膜は、通常の半導体より
抵抗率が高く、その基礎吸収端が可視光の短波長
側（410nｍ）にある。そのため、当該半導体薄
膜が薄い場合には、入射光の内、青感度に影響す
る短波長側の光をほとんど吸収しないので、分光
感度特性において短波長側の感度を上げるよう作
用している。

上記セレン結晶膜は、その禁止帯幅が1.77eV
であることから、長波長側の限界波長が700nｍ
付近にある。そのため、本発明の色識別装置の受
光素子は、700nｍより長い波長の光には感度を
有しない。従つて、本発明の色識別装置は、例え
ば、青フイルタのように、本来の選択透過域の他
に、赤外領域にも透過率を有するフイルタを使用
しても、透過するよう赤外光に全く感度がなく、
赤外遮断フイルタの装着を要しない。この結果、
赤外遮断フイルタの装着に起因する、本来の透過
波長領域の感度低下を引き起こさない。

［実施例］本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

＜実施例の構成＞第２図に本発明色識別装置の一実施例の構成を
示す。

同図に示す色識別装置は、赤、緑、青のカラー
フイルタFR，FG，FBを装着した受光素子１０
Ｒ，１０Ｇおよび１０Ｂと、これらのアナロブ出
力をデイジタル出力に変換するAD変換器２０
Ｒ，２０Ｇおよび２０Ｂと、演算処理、判別処理
等を行うマイクロコンピユータ３０と、該マイク
ロコンピユータ３０に対し命令、データ等を入力
するキーボード４０と、データを記憶保持する外
部記憶装置５０と、マイクロコンピユータ３０に
おける処理結果を表示するデイスプレイ装置６０
と、処理結果を出力するプリンタ７０とを備えて
構成される。

マイクロコンピユータ３０は、演算処理、判別
処理、入出力制御等を行う中央処理装置（以下
CPUと略記する。）３１と、該CPU３１の動作プ
ログラム等を格納するリード・オンリー・メモリ
（以下ROMと略記する。）３２と、ランダム・ア
クセス・メモリ（以下RAMと略記する。）３３
と、入出力インタフエース３４および３５とを有
して構成される。このマイクロコンピユータ３０
により、本発明の演算手段、色判別手段および標
準データ記憶手段が構成される。

また、外部記憶装置５０は、例えば、フロツピ
ーデイスク・ドライブ装置からなり、動作プログ
ラム、標準データ等をフロツピーデイスクに対し
読出し、書込みする。この外部記憶装置５０によ
り、標準データ記憶手段を構成することもでき
る。

受光素子１０Ｒ，１０Ｇおよび１０Ｂは、セレ
ンフオトダイオードからなり、それぞれ個別の素
子として構成してもよいが、本実施例では、一体
的に形成したものを使用している。

第３図に本実施例を構成する受光素子の一例の
構造を示す。

同図に示す受光素子は、３個のセレンフオトダ
イオードDR，DGおよびDBと、対応するカラー
フイルタFR，FGおよびFBとから構成される。

各セレンフオトダイオードDR，DGおよびDB
は、同一のガラス基板１の上に各々形成される
が、本実施例では、裏面電極を除き、主要部を共
通にする構造としてある。

各セレンフオトダイオードDR，DGおよびDB
は、ガラス基板１の上に、透明導電層２と、セレ
ンに対しPNへテロ接合を形成する半導体薄膜３
と、セレン結晶膜５と、裏面電極６Ｒ，６Ｇおよ
び６Ｂとを順次積層して設け、透明導電層２と裏
面電極６Ｒ，６Ｇおよび６Ｂとに各々外部導線
７，８を接続し、かつ、背面側をモールド９で封
止して構成される。

ここで、透明材料からなる基板１上に、セレン
フオトダイオードを３個設けているが、３原色に
１個ずつ対応して設けたことによる。ただ、１色
に複数個のフオトダイオードを配置することもあ
り得るので、３個以上となることもある。一方、
識別すべき色が特定されている場合であつて、３
原色に分解する必要がない時は、３個未満でもよ
い。

上記透明導電層２は、半導体薄膜に対し高い導
電性を有し、かつ、透光性の有る材料を用いる。
この種の物質としては、例えば、ITO（indium
tin oxide）が知られている。このITOは、通常、
ガラス基板上に形成され、ITOガラスとして知ら
れている。この他の例としては、酸化スズや、
Ti等の金属薄膜などが挙げられる。本実施例で
は、シート抵抗10Ω、光透過率83％のITOガラス
基板を使用した。

半導体薄膜３は、Ｎ型の伝導型を有する半導体
を用いる。半導体の例としては、Ｎ型の半導体で
あるTiO₂を代表とするチタン酸化物がある。こ
のチタン酸化物は、例えば、高周波スパツタリン
グ等の手段で被着形成される。

本実施例では、半導体薄膜３は、TiO₂を被着
して形成してある。TiO₂は、禁止帯幅が3.0eVの
Ｎ型の半導体であり、暗抵抗率が10⁸Ωcm、疑似
太陽光100ｍＷ／cm²下における抵抗率が10⁴Ωcm
で、著しい光導電性を有する。光透過率が大き
く、本実施例の膜では、90％以上であつた。その
膜厚は、適宜設定し得るが、本実施例では、約
50nｍ程度である。

セレン結晶膜５は、セレンを１〜20μｍ真空蒸
着したものを熱処理して結晶化させて形成する。
本実施例では、10μｍの膜厚で被着してある。蒸
着原料のセレンは、99.999％の高純度のものを使
用した。

裏面電極６Ｒ，６Ｇおよび６Ｂは、セレンとオ
ーミツク接触して電極を構成するもので、本実施
例では、Auを真空蒸着して形成してある。

外部導線７，８は、適当な導線からなり、導電
塗料等で接続してある。そして、モールド９は、
エポキシ樹脂等を使用し、上記各層２〜６Ｒ，６
Ｇおよび６Ｂと、外部導電７，８とを保護すべ
く、基板１の裏面側に塗着される。

カラーフイルタFR，FGおよびFBは、分解す
べき色相に対応する波長の光ついて選択的に大き
な透過率を有するもので、本実施例では、赤、緑
および青を各々選択的に透過するゼラチンフイル
タを使用している。これらのカラーフイルタFR，
FGおよびFBは、上記透明基板１の透明導電層２
の形成されていない側の面の、上記裏面電極６
Ｒ，６Ｇおよび６Ｂと対応する位置に貼付する。

＜実施例の作用＞上述したように構成される色識別装置の作用に
ついて、第４図のフローチヤートを中心として説
明する。

色識別を行うに当つて、先ず、標準データを入
力しておく必要がある。この入力は、日本工業規
格に準拠した標準色票の各色票を、所定光源、例
えば、Ａ光源にて垂直に照射し、その45度方向の
反射光を受光素子１０Ｒ，１０Ｇおよび１０Ｂに
て、各々カラーフイルタFR，FGおよびFBを通
して受光し、それらの出力比を求めることにより
行う。

即ち、標準色票からの反射光は、本実施例の場
合、各々カラーフイルタFR，FGおよびFBにて、
赤（以下Ｒと略記する。）、緑（以下Ｇと略記す
る。）、青（以下Ｂと略記する。）、の各色相成分に
分解され、対応する受光素子１０Ｒ，１０Ｇおよ
び１０Ｂにて電気信号に変換される。受光素子１
０Ｒ，１０Ｇおよび１０Ｂの出力は、AD変換器
２０Ｒ，２０Ｇおよび２０Ｂにてデイジタル信号
に変換され、インタフエース３４を経てマイクロ
コンピユータ３０内に取込まれる。

ここで、RGBの各出力をI_R、I_G、I_Bとすると、
これらの和I₀（第１式）と、この和I₀に対する各
出力の比R^*、G^*およびB^*（第２〜４式）とが、
CPU３１により求められる。

I₀＝I_R＋I_G＋I_B ……(1) R^*＝I_R／I₀ ……(2) G^*＝I_G／I₀ ……(3) B^*＝I_B／I₀ ……(4) 上記第２〜４式は、各色票毎に求められる。第
５図はこの結果をグラフに表わしたものである。
このグラフから明らかなように、色票の色が、出
力比R^*、G^*およびB^*の組み合わせにより特定で
き、これにより色を識別し得る。

上記各色票毎に求められた出力比R^*、G^*およ
びB^*は、デイスプレイ装置６０に表示される。
また、この結果は、各色票毎に当該色彩名と共に
順次RAM５０内に格納される。必要な全ての色
票についての結果を格納し終ると、RAM５０に
は、各色票毎に出力比R^*、G^*およびB^*の数値
と、当該色彩名とが標準データとしてテーブル状
に記憶される。

なお、この標準データを固定的なデータとして
使用する場合には、外部記憶装置５０にて、フロ
ツピーデイスク等に記憶させておけばよい。

また、標準データは、標準色票を照射する光源
の種類、色温度等により異なる。そのため、識別
に使用する光源毎にデータを計測しておく必要が
ある。予め複数種の光源について標準データを求
めておけば、色識別を行う際に、使用光源に合わ
せて、標準データを適宜選定でき便利である。

次に、上記識別データを用いて、色の識別をお
こなう場合について説明する。

先ず、標準データと同じ光源により、色を識別
すべき対象物を垂直に照射する。この反射光を、
45度方向から受光素子１０Ｒ，１０Ｇおよび１０
Ｂにて各カラーフイルタFR，FGおよびFBを通
して受光し、電気信号に変換する。この電気信号
は、AD変換器２０Ｒ，２０Ｇおよび２０Ｂにて
デイジタル信号に変換される。

CPU３１は、適当なゲート信号を出力して、
同一の色について、受光素子１０Ｒ，１０Ｇおよ
び１０Ｂに複数回サンプリングを行わせる。この
サンプリング結果は、RAM３３の所定領域に格
納される（ステツプ１）。

CPU３１は、格納されたサンプリング結果に
ついて、各受光素子毎の平均値I_R、I_G、I_Bを求め、
これらのI_R、I_G、I_Bから、上記第１式に従つて出
力和I₀を求める（ステツプ２）。

さらに、CPU３１は、この出力和I₀に対する上
記I_R、I_G、I_Bの比R^*、G^*およびB^*を第２〜４式
に従つて求め、その結果をRAM３３の所定領域
に格納する（ステツプ３）。

この後、RAM３３に格納されている上記標準
データを順次読出して、上記サンプリング結果の
R^*、G^*およびB^*と比較し（ステツプ４）、両者
が一致するため、標準データを順次読出して比較
を続ける（ステツプ５）。ここで、サンプリング
データと標準データとの一致の許容範囲は、その
用途によつて適宜設定でき、厳密な一致であつて
も、また、一定の許容範囲内での一致であつても
よい。

不一致の場合は、テーブルアドレスを＋１し
（ステツプ９）、テーブルアドレスが最終アドレス
でなければ、上記ステツプ４に戻り、最終アドレ
スであれば、「該当の色なし」のメツセージを
RAM３３のテーブルから読出して出力手段に送
る（ステツプ10、11）。

一方、比較を何回か繰り返して、両データが一
致した時は、当該標準データの数値の組に対応す
る色彩名をRAM３３のテーブルから読出して出
力手段に送る（ステツプ12）。

出力手段、即ち、本実施例では、デイスプレイ
装置６０およびプリンタ７０にて上記メツセージ
を単独でまたは計測データと共に表示する。

なお、この場合、カラーデイスプレイ装置を使
用して、該当する色ないし近似する色を、当該色
彩名と共に画面上に表示する構成とすることもで
きる。

ところで、本実施例の色識別装置は、従来の装
置では困難ないし不可能であつた暗い青系統の色
についても識別が可能である。以下、この点につ
いて、第６図および第７図を参照して説明する。
なお、各フオトダイオードの有効受光面積は、４
mm²である。

第６図に本実施例の色識別装置の受光素子を構
成する各セレンフオトダイオードの短絡光電流対
照度特性を示す。なお、同図中、Ｒは赤フイル
タ、Ｇは緑フイルタおよびＢは青フイルタの装着
したセレンフオトダイオードを示す。

同図のグラフにおいて明らかなように、本実施
例色識別装置の受光素子を構成する各セレンフオ
トダイオードは、短絡光電流対照度特性が低照度
から高照度まで直線的に変化している。そして、
最も感度の低い青フイルタを装着したセレンフオ
トダイオードであつても、10^-2luxの低照度域ま
で測定が可能である。従つて、暗い青系統の色で
も検出が可能である。

第７図に本実施例色識別装置で使用するセレン
フオトダイオードの分光感度特性を示す。同図に
示すように、本実施例で使用するセレンフオトダ
イオードの分光感度特性は、第８図に示す従来の
ａ−Siフオトダイオードと異なり、300nｍ近傍の
短波長側にまで大きな感度を有している。また、
本実施例で使用するセレンフオトダイオードは、
700nｍ以上の長波長側には感度を有しない。従
つて、青フイルタおよび緑フイルタの700nｍ近
傍以上の透過率増大に対し、絶対感度が低いた
め、ほとんど影響を受けないので、赤外遮断フイ
ルタを必要としない。

このように、本発明色識別装置の性能を支える
特性上の要因は、その受光素子であるセレンフオ
トダイオードの分光感度特性が優れていること、
および、短絡光電流対照度特性が低照度から高照
度まで直線的であることが挙げられる。

＜実施例の変形＞上記実施例において受光素子を構成するセレン
フオトダイオードの形成に使用した材料は、セレ
ンを除き、一例を示したに過ぎない。他の材料を
使用し得ることはいうまでもない。例えば、上記
実施例では、半導体薄膜３としてTiO₂膜を使用
しているが、これに限らず、他のチタン酸化物、
或は、その他の金属酸化物等の半導体を使用でき
る。また、上記実施例では、裏面電極としてAu
を使用しているが、他の金属であつてもよい。

さらに、上記実施例では、演算手段と、標準デ
ータ記憶手段と、色判別手段とをマイクロコンピ
ユータにて構成しているが、マイクロコンピユー
タの構成は、上記のものに限らない。

［発明の効果］以上説明したように本発明は、低照度域におい
ても安定した感度を有し、また、短波長領域に大
きな感度を有して、暗い青系統の色についても精
度よく識別ができ、しかも、700nｍ近傍以上の
長波長域では感度を有せず、青および緑フイルタ
の赤外域における透過率増大に対し、赤外遮断フ
イルタを使用することなくその影響を除去でき
て、赤の誤差を生じない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明色識別装置の構成を示すブロツ
ク図、第２図は本発明の色識別装置の一実施例の
構成を示す断面図、第３図は上記実施例にて使用
される受光素子の構造を示す断面図、第４図は上
記実施例の作用を説明するためのフローチヤー
ト、第５図は上記実施例による標準データを示す
ためのグラフ、第６図は本実施例の色識別装置の
受光素子を構成するセレンフオトダイオードの短
絡光電流対照度特性を示すグラフ、第７図は同じ
くセレンフオトダイオードの分光感度特性を示す
グラフ、第８図は従来の色識別装置に用いられる
アモルフアスSiフオトダイオードの分光感度特性
を示すグラフである。１……ガラス基板、２……透明導電層、３……
半導体薄膜、４……金属ないし半導体の薄膜、５
……セレン結晶膜、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ……裏面電
極、７，８……外部導線、９……モールド、１０
Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ……受光素子、２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂ……AD変換器、３０……マイクロコ
ンピユータ、３１……中央処理装置（CPU）、３
２……リード・オンリー・メモリ（ROM）、３
３……ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、
４０……キーボード、５０……外部記憶装置、６
０……デイスプレイ装置、７０……プリンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１色識別対象物からの光を、各々異なる色のカ
ラーフイルタを装着した複数組の受光素子にて受
け、これらの出力を比較して色識別を行う色識別
装置において、上記各受光素子出力の和を求めると共に、各受
光素子出力の全出力に対する比を求める演算手段
と、予め基準となる色に対する上記各受光素子の出
力比のデータを標準テータとして格納する標準デ
ータ記憶手段と、上記標準データ記憶手段の標準データの中か
ら、色識別対象物についての上記各受光素子出力
比データに最も近いデータを選定して、色を判別
する色判別手段とを備え、かつ、上記受光素子を、透明材料からなる基板
上に、透明導電層と、著しい光導電性を有すると
共にセレンに対しPNへテロ接合を形成する半導
体薄膜と、セレン結晶膜と、裏面電極とを順次積
層して形成されるセレフオトダイオードにて構成
してなることを特徴とする色識別装置。２上記受光素子を、同一透明基板上に複数個の
セレンフオトダイオードを形成して構成すると共
に、各セレンフオトダイオードの光入射位置に、
分解すべき色相成分に対応するカラーフイルタを
装着してなる特許請求の範囲第１項記載の色識別
装置。３上記半導体薄膜として、チタン酸化物を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項記載の色識別装置。４上記半導体薄膜として、Ｎ型半導体である
TiO₂を用いた特許請求の範囲第１項または第２
項記載の色識別装置。