JPH061215B2 - Optical system for projecting color sensor - Google Patents

Optical system for projecting color sensor

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JPH061215B2
JPH061215B2 JP17720486A JP17720486A JPH061215B2 JP H061215 B2 JPH061215 B2 JP H061215B2 JP 17720486 A JP17720486 A JP 17720486A JP 17720486 A JP17720486 A JP 17720486A JP H061215 B2 JPH061215 B2 JP H061215B2
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JP
Japan
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light
emitting lamp
xenon
lens
color
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JP17720486A
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JPS6333627A (en
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祥明 神戸
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【技術分野】【Technical field】

本発明は工場の生産ラインにおいて、色による品種分
け、作業指示、色管理等を行なうためのカラーセンサの
投光用光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light projecting optical system of a color sensor for performing product classification by color, work instruction, color management, etc. in a factory production line.

【背景技術】 カラーセンサとして従来より第4図に示すものが製品と
して出ている。同図(a)(b)(c)に示す3種は、基本的に
同じ光学系を有するもので、キセノン発光ランプLと、
これを囲む反射面10と、反射面10で囲まれた空間の
開口部に配された拡散板11と、キセノン発光ランプL
から拡散板11に至る直射光をさえぎる遮光板12と、
拡散板11を通過した光の被測定物1表面での反射光を
受けて受光素子へと送る受光用光ファイバー8と、拡散
板11からの光を受けて他の受光素子へと送る参照光用
光ファイバー9とから構成されている。ここで、参照光
を受けるようにしているのは、キセノン発光ランプLに
おける発光量を監視して、被測定物からの光を受ける受
光素子出力を、参照光用素子出力で補正することによ
り、色測定の安定化、言い替えるならば、キセノン発光
ランプLの発光量の安定化を図るためである。 ところが、このカラーセンサにおいては、次のような問
題点を有していた。すなわち、上記カラーセンサにおけ
る光学系においては、拡散板11を通じて被測定物1に
照射される光と、光ファイバー9に入る参照光とが厳密
にいえば同一であるとは言えないために、キセノン発光
ランプLの発光量の安定化のために、更に放電コンデン
サの容量を大きくして発光量のばらつきを小さくしてや
る必要があるという点である。しかし、放電コンデンサ
の容量を大きくすると、発光回数が毎秒当たり1回より
少なくなってしまい、生産ラインを流れる被測定物の色
検出には適しておらない。 もちろん、放電コンデンサの容量を小さくすれば、毎秒
当たり数十回の発光を行なわせることができるが、この
時には、発光量のばらつきが大きくなる上に、キセノン
発光ランプLにおける放電路が発光のたびに変化してし
まって配光パターンが変動するために、被測定物1に照
射される光と、参照光用光ファイバー9に入る光とが異
なる割合で変化してしまい、参照光による補正を十分に
行なえなくなる。 電源回路の大容量化によって、放電コンデンサの容量を
大きくしたまま、毎秒当たりの発光回数を多くすること
もできるが、大型化ならびにコストアップを招く。
BACKGROUND ART As a color sensor, a product shown in FIG. 4 has hitherto been available as a product. The three types shown in (a), (b), and (c) of the figure have basically the same optical system, and include a xenon light-emitting lamp L and
A reflecting surface 10 surrounding this, a diffusion plate 11 arranged in an opening of a space surrounded by the reflecting surface 10, and a xenon light-emitting lamp L.
A light-shielding plate 12 that blocks direct light from the diffuser 11 to
A light receiving optical fiber 8 that receives the light reflected by the surface of the DUT 1 that has passed through the diffuser plate 11 and sends it to the light receiving element, and a reference light that receives the light from the diffuser plate 11 and sends it to other light receiving elements. It is composed of an optical fiber 9. Here, the reference light is received by monitoring the light emission amount in the xenon light emitting lamp L and correcting the light receiving element output that receives the light from the object to be measured with the reference light element output. This is to stabilize the color measurement, in other words, to stabilize the light emission amount of the xenon light emitting lamp L. However, this color sensor has the following problems. That is, in the optical system of the color sensor, the light emitted to the DUT 1 through the diffusion plate 11 and the reference light entering the optical fiber 9 are not exactly the same. In order to stabilize the light emission amount of the lamp L, it is necessary to further increase the capacity of the discharge capacitor to reduce the variation in the light emission amount. However, if the capacity of the discharge capacitor is increased, the number of times of light emission becomes less than once per second, which is not suitable for color detection of the measured object flowing through the production line. Of course, if the capacity of the discharge capacitor is reduced, light can be emitted several tens of times per second, but at this time, the variation in the amount of light emission becomes large and the discharge path in the xenon light-emitting lamp L emits light every time. Since the light distribution pattern fluctuates due to the change to, the light irradiated to the DUT 1 and the light entering the optical fiber 9 for reference light change at different rates, and the correction by the reference light is sufficient. Can't go to. By increasing the capacity of the power supply circuit, it is possible to increase the number of times of light emission per second while keeping the capacity of the discharge capacitor large, but this leads to increase in size and cost.

【発明の目的】[Object of the Invention]

本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは放電コンデンサの小容量化でキセノ
ン発光ランプの単位時間当たり発光回数を多くしても、
参照光による補正で色測定の安定化を十分に行なうこと
ができるカラーセンサの投光用光学系を提供するにあ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to increase the number of times of light emission per unit time of a xenon light emitting lamp by reducing the capacity of a discharge capacitor.
Another object of the present invention is to provide an optical system for projecting a color sensor that can sufficiently stabilize color measurement by correction with reference light.

【発明の開示】DISCLOSURE OF THE INVENTION

しかして本発明は、キセノン発光ランプと、キセノン発
光ランプを曲率中心位置に置く球面反射鏡と、キセノン
発光ランプからの光を平行光線とするコリメータレンズ
と、上記平行光線を2方向に分ける半透明ミラーと、半
透明ミラーで分けられた光のうちの一方を被測定物に照
射する投光レンズと、半透明ミラーで分けられた光のう
ちの他方を参照光用受光素子に導く参照光用レンズとか
らなることに特徴を有するもので、被測定物に向けられ
る光と同じ光を参照光として取り出せるようにしたもの
である。 以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、第1
図は本発明の一実施例を示すもので、キセノン発光ラン
プLの後方には、キセノン発光ランプLを曲率中心位置
に置く球面反射鏡2が設置されており、キセノン発光ラ
ンプLの前方には、キセノン発光ランプLからの直接光
あるいは球面反射鏡2での反射光を平行光線として出す
コリメータレンズ3が設置されている。球面反射鏡2
は、キセノン発光ランプLの倒立像をキセノン発光ラン
プLと同位置に形成するために、キセノン発光ランプL
における放電路が発光ごとに異なっていも、球面反射鏡
2で形成された倒立像が配光パターンの安定化に寄与す
るようにしているわけである。 そしてコリメータレンズ3の前方には半透明ミラー4が
設置されており、半透明ミラー4の前方には、半透明ミ
ラー4を通過した光を一旦集束させるレンズ50と、再
度平行光線となるようにして被測定物1表面へと送り出
すレンズ51とからなる投光レンズ5が設置されてい
る。レンズ50の前方には絞り52が設置されているた
めに、投光レンズ5によって被測定物1表面を照射する
光は、絞り52の像を投影したものとなっている。 半透明ミラー4の側方には、半透明ミラー4における反
射光を集光して光ファイバー7を介してフォトダイオー
ドからなる参照光用受光素子Srに送るレンズ6が設置
されている。尚、レンズ6で集光した光を受光素子Sr
で直接受けるようにしてもよいが、キセノン発光ランプ
Lはその発光のために高電圧を必要としているために、
そのシールドの点、あるいはキセノン発光ランプLとの
間の遮光の点で、光ファイバー7を用いて受光素子Sr
を離すほうが好ましい。また半透明ミラー4としては、
通過光と反射光とを等分にするものを用いる必要はな
く、参照光として使用する反射光は、被測定物1を照射
することになる通過光よりも少なくてよい。 以上のように構成された投光光学系によって、斜め上方
から光が照射される被測定物1の直上方には、受光レン
ズ20と、色分解フィルター付きフォトダイオードアレ
ーにて構成された受光素子21とが設置されている。 上記投光光学系の性能を見るために、第2図に示すよう
に、投光レンズ5の光軸上に受光レンズ20とフォトダ
イオードからなる受光素子22に光を導く光ファイバー
27の一端とを設置し、参照光用受光素子Srの電流−
電圧変換積分アンプ25を通した出力Vと、受光素子
22の電流−電圧変換積分アンプ26を通した出力V
とを比較したところ、V/Vの値のばらつきは、±
1〜2%であった。また被測定物1上の照度分布も、絞
り52によるところの測色エリア(最大直径10mm)内
で、1〜2%の偏差があるだけのほぼ均一なものであっ
た。 第3図(a)(b)(c)は、色分解フィルター付き受光素子2
1の出力から、被測定物が求める色かどうかの判定を行
なう色織物アルゴリズムを夫々示している。フォトダイ
オードアレーからなる受光素子21における赤、緑、青
についての各出力電流をI,I,Iとする時、こ
れらを電流−電圧変換積分アンプに通して電圧値
’,V’,V’に変換する。また、参照光用受
光素子Srの電圧変換出力をVrefとすると、色パラメ
ータとして、 V=V’/Vref V=V’/Vref V=V’/Vref を求める。尚、参照光用受光素子Srとしても、色分解
フィルター付きフォトダイオードアレーを使用した場合
には、受光素子Srの各色についての電圧変換出力をV
ref,Vref,Vrefとすると、色パラメータとし
て、 V=V’/VVRref V=V’/VVGref V=V’/VVBref を求める。 この色パラメータに対して、第3図(a)は r=V/S g=V/S (ただし S=V+V+V) の第2パラメータを求め、rとgの2次元エリア中の予
め設定してある範囲A,B,Cのなかに測定結果から得
たr,g両パラメータの値が入っているかどうかで、求め
る色かどうかの判定を行なうことを示している。 同図(b)に示すものでは、V,V,Vの3次元空
間において、測定結果から得た上記各パラメータによる
ベクトルVtと、方向角αの範囲の許容値を持つ求める
色のベクトルVoとの方向角の差θから、求めるかどう
かの判別を行なうことを示している。 更に第3図(c)に示すものでは、V,V,Vの3
次元空間において、測定結果から得た上記各パラメータ
による3次元的距離を求め、この距離の大小が所定範囲
内であるかどうかによって、求める色かどうかの判別を
行なうことを示している。
The present invention, therefore, provides a xenon light-emitting lamp, a spherical reflecting mirror that places the xenon light-emitting lamp at the center of curvature, a collimator lens that makes the light from the xenon light-emitting lamp into parallel light rays, and a semitransparent light that divides the parallel light rays into two directions. For the reference light that guides one of the light separated by the mirror and the semitransparent mirror to the DUT, and the other of the light separated by the semitransparent mirror to the reference light receiving element It is characterized by being composed of a lens, so that the same light as the light directed to the object to be measured can be extracted as the reference light. The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.
The figure shows an embodiment of the present invention. A spherical reflecting mirror 2 for placing the xenon light emitting lamp L at the center of curvature is installed behind the xenon light emitting lamp L, and in front of the xenon light emitting lamp L. A collimator lens 3 that emits direct light from the xenon light-emitting lamp L or light reflected by the spherical reflecting mirror 2 as parallel rays is installed. Spherical reflector 2
In order to form an inverted image of the xenon light emitting lamp L at the same position as the xenon light emitting lamp L.
Even if the discharge path at is different for each light emission, the inverted image formed by the spherical reflecting mirror 2 contributes to the stabilization of the light distribution pattern. A semitransparent mirror 4 is installed in front of the collimator lens 3, and in front of the semitransparent mirror 4, a lens 50 that temporarily focuses the light that has passed through the semitransparent mirror 4 and a parallel light beam are formed again. A light projecting lens 5 including a lens 51 that sends the light to the surface of the DUT 1 is installed. Since the diaphragm 52 is installed in front of the lens 50, the light projected onto the surface of the DUT 1 by the light projecting lens 5 is a projection of the image of the diaphragm 52. A lens 6 is installed on the side of the semitransparent mirror 4 to collect reflected light from the semitransparent mirror 4 and send it to the reference light receiving element Sr composed of a photodiode via an optical fiber 7. In addition, the light condensed by the lens 6 receives the light receiving element Sr.
However, since the xenon light-emitting lamp L requires a high voltage for its light emission,
At the point of the shield or the point of shielding the light from the xenon light emitting lamp L, the light receiving element Sr is formed by using the optical fiber 7.
Is preferred. Also, as the semi-transparent mirror 4,
It is not necessary to use one that divides the transmitted light and the reflected light into equal parts, and the reflected light used as the reference light may be less than the transmitted light that illuminates the DUT 1. With the projection optical system configured as described above, a light-receiving lens 20 and a light-receiving element including a photodiode array with a color separation filter are provided directly above the DUT 1 to which light is obliquely irradiated. 21 and 21 are installed. In order to see the performance of the light projecting optical system, as shown in FIG. 2, a light receiving lens 20 and one end of an optical fiber 27 for guiding light to a light receiving element 22 formed of a photodiode are provided on the optical axis of the light projecting lens 5. Installed, the current of the light receiving element Sr for reference light −
Output V 1 through the voltage conversion integration amplifier 25 and output V 3 through the current-voltage conversion integration amplifier 26 of the light receiving element 22
When compared with, the variation in the value of V 3 / V 1 is ±
It was 1-2%. Further, the illuminance distribution on the DUT 1 was also substantially uniform, with a deviation of 1 to 2% within the colorimetric area (maximum diameter 10 mm) at the stop 52. 3 (a), (b) and (c) show the light receiving element 2 with the color separation filter.
2 shows the color fabric algorithm for determining from the output of 1 whether or not the object to be measured has the desired color. When the output currents for red, green, and blue in the light receiving element 21 formed of a photodiode array are I R , I G , and I B , these are passed through a current-voltage conversion integrating amplifier and voltage values V R ', V G ', V B' to convert. Further, when the voltage conversion output of the reference light-receiving element Sr and Vref, as the color parameter, obtains the V R = V R '/ Vref V G = V G' / Vref V B = V B '/ Vref. When a photodiode array with a color separation filter is used as the reference light receiving element Sr, the voltage conversion output for each color of the light receiving element Sr is V
R ref, V G ref, When V B ref, as the color parameter, obtains the V R = V R '/ VV R ref V G = V G' / VV G ref V B = V B '/ VV B ref. For this color parameter, FIG. 3 (a) obtains a second parameter of r = V R / S g = V G / S ( although S = V R + V G + V B), 2 -dimensional r and g It is shown that whether or not the color is the desired color is determined by whether or not the values of both r and g parameters obtained from the measurement result are included in the preset ranges A, B, and C in the area. In the same figure (b), in the three-dimensional space of V R , V G , and V B , the vector Vt based on the above-mentioned parameters obtained from the measurement result and the desired color having the allowable value in the range of the direction angle α are shown. It is shown that determination as to whether or not to obtain is performed based on the difference θ in the direction angle with the vector Vo. Further than that shown in FIG. 3 (c), V R, V G, 3 of V B
In the dimensional space, the three-dimensional distance is obtained by the above parameters obtained from the measurement result, and whether or not the color is the desired color is determined depending on whether the distance is within a predetermined range.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上のように本発明においてはキセノン発光ランプから
コリメータレンズを経て被測定物へと送られる光の一部
を半透明ミラーで参照光として取り出しているものてあ
って、被測定物の照射光と同じ光を参照光として取り出
せるために、キセノン発光ランプのための放電コンデン
サの容量を小さくして、毎秒当たりの発光回数を大きく
したとしても、被測定物の照射光と参照光との比が安定
しているものであり、正確な色測定を行なうことができ
るものである。
As described above, in the present invention, a part of the light sent from the xenon light-emitting lamp to the object to be measured through the collimator lens is taken out as a reference light by the semitransparent mirror, and the irradiation light of the object to be measured is used. Since the same light can be extracted as the reference light, the ratio of the irradiation light of the DUT to the reference light is stable even if the capacity of the discharge capacitor for the xenon light-emitting lamp is reduced and the number of times of light emission per second is increased. In addition, it is possible to perform accurate color measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の正面図、第2図は同上のテ
スト状態を示す正面図、第3図(a)(b)(c)は夫々色検出
のアルゴリズムを示す特性図、第4図(a)(b)(c)はいず
れも従来例の断面図であって、1は被測定物、2は球面
反射鏡、3はコリメータレンズ、4は半透明ミラー、5
は投光レンズ、6はレンズ、Lはキセノン発光ランプ、
Srは参照光用受光素子を示す。
FIG. 1 is a front view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing the same test condition, and FIGS. 3 (a), (b) and (c) are characteristic diagrams showing color detection algorithms, respectively. 4 (a), (b) and (c) are sectional views of a conventional example, in which 1 is an object to be measured, 2 is a spherical reflecting mirror, 3 is a collimator lens, 4 is a semitransparent mirror, 5
Is a projecting lens, 6 is a lens, L is a xenon lamp,
Sr represents a light receiving element for reference light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】キセノン発光ランプと、キセノン発光ラン
プを曲率中心位置に置く球面反射鏡と、キセノン発光ラ
ンプからの光を平行光線とするコリメータレンズと、上
記平行光線を2方向に分ける半透明ミラーと、半透明ミ
ラーで分けられた光のうちの一方を被測定物に照射する
投光レンズと、半透明ミラーで分けられた光のうちの他
方を参照光用受光素子に導く参照光用レンズとからなる
ことを特徴とするカラーセンサの投光用光学系。
1. A xenon light-emitting lamp, a spherical reflecting mirror that places the xenon light-emitting lamp at the center of curvature, a collimator lens that makes light from the xenon light-emitting lamp into parallel rays, and a semitransparent mirror that divides the parallel rays into two directions. And a light projecting lens for irradiating the DUT with one of the light beams split by the semitransparent mirror, and a reference light lens for guiding the other of the light beams split by the semitransparent mirror to the reference light receiving element. An optical system for projecting a color sensor, comprising:
JP17720486A 1986-07-28 1986-07-28 Optical system for projecting color sensor Expired - Lifetime JPH061215B2 (en)

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JPS6333627A JPS6333627A (en) 1988-02-13
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JP6750189B2 (en) * 2015-02-24 2020-09-02 コニカミノルタ株式会社 Optical property measuring device

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