JPS5994022A - カラ−センサ - 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】 本発明は、対象物に色光を照射し、該対象物からの反射
光を検出することにより、該対象物の色相を判定するこ
とができるようにしたカラーセンサに関する。

従来、多数の異なる物品が混在しているなかがら、特定
の物品を抽出したり、あるいは、夫々を区分したりする
ために、色でもって夫々を識別するようにする方法が広
く用いられている。たとえば、種々の完成品が混在して
流れる製造ラインな考えた場合、夫々の完成品には、カ
ラーのマーク、あるいは、完成品自体の色などの夫々の
完成品の特有の色相部分があり、かかる色相部分を検出
することにより、夫々の完成品を判別、区分することが
できる。

ところで、製造ラインのように、膨大な数の物品を判別
、区分しなければならないような場合には、人手による
ことは好ましいことではなく、特に、検出すべき色相部
分が非常に小さい場合には、事実上不可能である。そこ
で、通常、カラーセンサを用いて自動的に色相の判定を
行なうようにした方法が採用されている。

＠１図は従来のカラーセンサの一例を示す構成図であっ
て、１は発光素子、２，３は光７アイノ々伝送路、２ｍ
は射出部、３ａは入射部、４は被検査物、５は受光部、
６は増幅器、７は比較器である。

次に、この従来技術の動作について説明する。

第１図において、発光素子１は単色光源であって、たと
えば、赤色光を発光する。この赤色光は複数の光フアイ
バ素線が束ねられてなる光フアイバ伝送路２を通り、被
検査物４の色づけされた、または、特有の色を有する部
分（以下、対象物という）に照射される。この対象物が
赤色、あるいは、黄色などの赤成分からなる色相を有す
るときには赤色光を反射し、この反射光は同じく複数の
光フアイバ素線が束ねられてなる光フアイバ伝送路３を
通って受光部５で受光される。

受光部５は、たとえば、ホトトランジスタなどの受光素
子からなり、対象物から反射された赤色光を受光してア
ナログ信号ａを発生する。受光される赤色光の光景は、
対象物の色相が含有する赤成分に応じて異なり、アナロ
グ信号ａの振幅はこの光量に応じて異なる。たとえば、
対象物の色相が赤である場合には、アナログ信号ａの振
幅は大きいが、対象物の色相が黄である場合には、アナ
ログ信号ａの振幅は小さくなる。また、対象物の色相が
赤成分を含まない、たとえば、緑であるならば、受光部
５は受光しないから、アナログ信号ａの振幅は零となる
。

受光部５からのアナログ信号ａは増幅器６で増幅され、
比較器７に供給される。比較器７しま所定の基準レベル
が設定されており、入力されたアナログ信号はこの基準
レベルと比較され、その振幅が基準レベル以上のとき高
レベル（以下、′１＃とい５）、基準レベル以下のとき
低レベル（以下、°゛０＃という）となるデジタル信号
すに変換されるＯ 比較器７の基準レベルは、色相の判定基準に応じて設定
することができ、たとえＧＪ、赤、黄、緑の色相を対象
とした場合、赤を他の色相力）ら区分するような色相判
定を行なうにし１１基準レベルを高く設定し、また、赤
、黄を緑から区分するような色相判定を行なうには、基
準レベルを低く設定する。したがって、デジタル信号す
のレベルにより、対象の色相を知ることができる。

この従来技術は、光ノアイノ９伝送路２の被検査物４側
の射出部２ａを極めて小さな面積とすることができるか
ら、該射出部を被検査物４に近接して設けることにより
、該射出部２ａから出射される赤色光の被検査物４上の
光スポットを小さくすることができ、したがって、光フ
ァイノ々伝送路３の被検査物４側の入射部３ａを、被検
査ｑ′ｌ／Ｊ４で反射された赤色光のみが入射されるよ
うに位置づけることにより、被検査物４の微小な対象物
Ｃ）色相判定を行なうことができる。

しかしながら、光ファイ／？伝送路２の射出部２ａと光
フアイバ伝送路３の入射部３ａとは、異なる位置に、す
なわち、位置がづれて設けられるものであるから、射出
ｌｌ５２ａから出射され、被検査物４の対象物で反射さ
れた光を正確に入射部３ａに入射させるためには、射出
部２ａ、入射部３鼻の対象物に対する位置設定に高い精
度が要求され、そのための位置調整が非常に面倒である
。また、元ファイバ伝送路３で可能な最大の光量ヲ伝送
させるためには、入射部３ａにはその全面にわたって一
様に反射光を入射させる必、Ｉ！２があるが、こＱ〕た
めの入射部３ａの位置調整が極めて面倒であり、このた
めに、受光部５で受光される光量は可能な最大の光量で
な（て、受光部５からは充分に太きな振幅のアナログ信
号が得られずにノイズの影響を受けやすく、比較器７の
基準レベルの設定に非常な精度を必要とし、基準レベル
のわずかのエラーに対しても判定結果が大きく変化する
ことになり、高い精度での色相判定を行なうことが困難
であった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、光７アイ
パ伝送路の設置位置を高精度かつ容易に設定することか
でき、対象物からの反射光を効率よく検出することがで
きて色相判定の精度が大幅に向上したカラーセンサを提
供するにある。

この目的を達成するために、本発明は、光フアイバー伝
送路は、−万の端面が発光素子からの色光な入射する入
射口であって他方の端面が該色光を出射する出射口であ
る複数の光フアイバ素線からなる第１の元ファイバ群と
一方の端面が対象物からの反射光ン入射する入射口であ
って他方の端部が該反射光乞出射する出射口である複数
の光フアイバ素線かうなる第２の光フ′アイバ群を有し
、該ｍ　Ｉ　、第２の光フアイバ群の夫々の光フアイバ
素線のすべてが一部分互いに束ねられて、該第１の光フ
アイバ群を形成する前記光フアイバ素線の出射口と該第
２の光フアイバ群を形成する前記光フアイバ素線の入射
口とが互いに均一に分布して配列された点を特徴とする
。

以下、本発明の実施例を図面について説明する◎第２図
は本発明によるカラーセンサの一実施例を示す構成図で
あって、８は光フアイバ伝送路、８ａは出入射部、９，
１ｏは光フアイバ群、９ａは入射部、１０ａは射出部で
あり、第１図に対応する部分には同一符号をつけて説明
を一部省略する。

第２図において、光ファイバｙ′Ｐ９，１０は、夫々複
数の光フアイバ素線かもなる。光フアイバ群９を形成す
る光フアイバ索線は、互いに束ねられて端部が入射部９
ａ４形成し、入射部９ａを形成する各党ファイバ素線の
端面が夫々入射口となって発光素子１かもの色光を入射
させる。光フアイバ群１０を形成する光ファイバ素紳も
、互いに束ねられて端部が射出Ｎ（５１０ａを形ルにし
、射出部１０ａを形成する各党ファイ・ぐ素線の端面が
夫々出射口となって被検査物４の対象物からの反射光を
受光部５に出射させる。

また、光フアイバ群９．１０を夫々形成する光フアイバ
素線のすべてが互いに束ねられ、その端部が出入射部８
ａを形成している。出入射部８ａの端面ば、第３図に示
すように、互いに均一に分布して配列された光フアイバ
群９を形成する光フアイバ素線の端面９ｂと光７７４７
９群１０を形成する光フアイバ素子の端面１０ｂとから
なり、端面９ｂは発光素子１からの色光を被検査物４の
対象物に照射すべく出射する出射口となり、また、端面
１０ｂは対象物からの反射光を入射する入射口となる。

以上のように、光フアイバ伝送路８は、複数の光フアイ
バ素線により構成されており、入射部９ａの端面から入
射された発光素子１かもの色光は、出入射部８ａの端面
から出射して被検査物４の対象物に照射され、該対象物
で反射された色光は、出入射部８ａの端面から入射され
て射出部１０ａの端面から出射し、受光部５により受光
される。

そこで、出入射部８ａの端面を形成する光フアイバ緊線
の出射口９ｂと入射口１（）ｂとは、共ユ［１１の平面
領域内に均一に配置されていることから、出入射部８ａ
の端面全体にわたって均一に色光が出射し、また、出入
射部８ａを被検査物４に極めて近接させることにより、
被検査物４かもの反射光の強度分布は、出入射部８ａの
端面全体にわたって均一となり、しかも、この反射光の
ほとんど丁べてか出入射部８ａの端部に照射されること
になる。したがって、出射口１０ａから出射される色光
の光量は充分に大きく、受光部５からは大きい振幅のア
ナログ信号ａが得られてＳ／Ｎが向上し、色相判定に極
めて高い精度が得られる・以上のように、この実施例で
は、光フアイバ伝送路８の出入射部８ａＹ被検査物４に
近接して設けるだけで高精度の色相判定を行なうことが
でき、光フアイバ伝送路８の位置設定も、高い精度で容
易に行なうことができるし、また、比較器７の基準レベ
ルの設定も精度を格別罰くすることもな（て、調整が容
易となる。

第４図は本発明によるカラーセンサの他の実施例を示す
構成図であって、１　ａ　ｒ　１　ｂは発光素子、９′
、　９／／は光ファイバ束、９ａ／、９ａ〃は入射部、
１１は時分割駆動回路、１２はタイミング信号発生回路
、１３　、１．４はＤ型フリップフロップ、１５゜１６
．１７，１８はアンドゲートであり、第２図に対応する
部分には同一符号をつけている。

第５南は第４図の各部の信号を示す波形図であって、第
４図に対応する信号には同一符号ｔつげている。

第２図に示した実施例は、単一の単色光発光素子を用い
て２釉数の色相を判定することができるカラーセンサで
あったが、この実施例は、複数の単色発光素子を用いて
３以上の多種類の色相乞判定することができるようにし
たカラーセンサであり、説明上２個の単色発光素子を用
いて４種類の色相を判定する場合について説明する。

第４図において、発光素子１ａｓｔ、ｂは、たとえば、
異なる色光を発光する発光ダイオードであって、時分割
駆動回路１１により時分割的に交互に駆動される。そし
て、発光素子１ａは赤色光を、また、発光素子１ｂは緑
色光を発するものとするロ光ファイバ伝送路８は、複数
の光フアイバ素線が束ねられて形成された光ファイバ束
９′、９“と同じ（複数の光フアイバ素線が束ねられて
形成された光フアイバ群１ｏとからなり、光ファイバ束
９′。

γ′の一方の端部には入射部９　ａ／　、　９　ａＩ／
が形成されて夫々の端面から発光ダイオードＩｎ、１ｂ
が発光する色光が入射され、また、光フアイバ群１゜の
一方の端部には射出部１０ａが形成されてその端面から
受光部５に反射光が出射される。

なお、この実施例では、発光素子が２個用いられている
ことから、第２図の実施例において、入射部９　ａが夫
々の発光素子に対して分岐されているものとし、第２図
の光フアイバ群９と区別するタメに、９’　　、　９“
を光ファイバ束トした。

光ファイバ束９′、９“および光フアイバ群１ｏを形成
する夫々の光フアイバ素線ば、互いに束ねられて出入射
部８ａを形成し、出入射部８ａの端面からは、入射部９
ａ’、９ａ“の夫々の端面から入射された色光が出射し
て被検査物４の対象物に照射され、また、該対象物で反
射された色光を入射する。

出入射ｇＢ８ａの端面ば、光ファイバ東ｑｌｓａｌｌを
形成する光ファイバｆ線の端面である出射面と光フアイ
バ群１０を形成する光フアイバ素線の端面である入射面
とからなり、これらの出射面と入射面とは、第３図に示
したのと同様に、出入射？ｒＫ８＋ａの端面で均一に分
布するように配列されている。

発光素子１ａと１ｂとは、時分割駆動回路１１かもの互
いに１８０°位相がづれてデユーティ比が５０％の短形
状駆動τＩＩ′、流ｄ、ｅにより時分割的に交互に駆動
され、夫々から発光された赤色光、緑色光は入射部９　
ａ／　、　９　ａ／／の端面かも入射され、光フアイバ
伝送路８を通って出入射部８ａの端面かも出射する３、
この場合、上記のように、出入射部８ａの端面では、光
ファイバ束９′、９“を形成する光ファイバ素線の出射
面が均一に配列されているから、出入射部８ａの端面全
体にわたって均一に赤色光、緑色光を出射する。

出入射部８ａは、第２図に示した実施例と同様に、被検
査物４の対象物に極めて近接するように位置づけされて
おり、このために、該対象物からの反射された色光は、
はとんどすべてが出入射部８ａの端面に均一に照射され
、上記のように、光フアイバ群１０を形成する光フアイ
バ素線の入射面が出入射部８ａの端面全体にわたって均
一に分布して配列されているから、対象物からの反射光
は光ファイバ群１０内を均一な分布で伝送されて出射面
から受光部５に出射される。したがって、受光部５は、
光量が非常に大きい反射光を受光することができ、Ｓ／
Ｎの良好な大振幅のアナログ信号が得られる◎ 受光部５は単一の受光素子（たとえば、ホトトランジス
タ）からなり、受光された色光に応じた振幅Ｖ）アナロ
グ信号を発生する。このアナログ信号は、発光素子１ａ
が赤色光７発光している期間受光部５の受光量に応じた
振幅の信号（以下赤信号という）と発光素子１ｂが緑色
光を発光している期間受光部５の受光量に応じた振幅の
信号（以下緑信号といつ）、とかうなる時分割多重信号
であり、第２図と同様の増幅器６、比較器７を通して第
２図で示した実施例と同様のデジタル信号すに変換され
る。

ところで、被検査物４の対象物が赤であるときには、赤
色光のみが反射されるから、増幅器６で増幅されたアナ
ログ信号ａの赤信号の振幅は犬、緑信号の振幅は零、ま
たは、極めて小となり、対象物が緑であるときには、逆
に、緑信号の振幅は大、赤信号の振幅は零、または、袷
めて小となるが、対象物が黄であるときには、対象物が
赤あるいは緑であるときよりも振幅が小さいが、赤、緑
信号の振幅がともに大になる。そこで、これらの点を考
慮して比較器７の基準レベルＶ、が設定され、この基準
レベルＶＢとアナログ信号ａとがレベル比較され、基準
レベルＶ、以上のときには°°１”で、基準レベルＶ、
以下のときには６０”となるデジタル信号すが得られる
。

第５図は、時刻ｔ１以降において、赤である被検査物４
の対象物の色相判定を行なう場合の各信号波形を示して
おり、デジタル信号すは発光素子ｌａの駆動信号ｄが供
給される期間１ｌ−ｔ３＋ｔ５〜１．で１”となり、発
光素子１ｂの駆動信号・が供給される期間ｔ３〜ｔｓで
０”となる。

なお、時刻１．以前は緑である対象物の色相判定が行な
われていたものとしている。

このデジタル信号すはＤ型フリッゾフロッノ１３．１４
のＤ端子に４１１＝給され、それらのＴ姑子には、タイ
ミングイぎ号発生回路１２がもストローブパルスｆ１ｇ
が供給される。Ｄ型フリッゾフロツプ１３はストローブ
パルスｆの立上り時点での７′ノタル信号すのレベルを
保持し、また、Ｄ型７リツプフロツプ１４はストローブ
パルスｇの立ｆ９時点でのデジタルＩ＝　＠　ｂのしく
ル乞保持する。

そこで、期間ｔ１〜ｔ３でデジタル・は号すは１＃であ
って、この期間内の時刻ｔ２に供給されるストローブパ
ルスｆにより、Ｄ型７リツデフロツプ１３はデジタル信
号すのパ１”を保持し、Ｑ端子の出力信号りは１＃、両
端子の出力信号１はＭＯ＃どなる。期間ｔ３〜ｔｉでは
デジタル信号すは°′０”であるから、その期間内の時
刻ｔ４に供給されるストローブパルスｇにより、Ｄ型フ
リツゾフロツｆ１４はデジタル信号すのＩ　Ｏ７１を保
持し、Ｑ端子の出力信号ｊは０＃、４端子の出力信号に
は１＃どなる。

なお、Ｄ型フリツゾフロツ７’１３，１４がデジタルｍ
号すのレベル′°１＃を保持した状態を″１＃状態、レ
ベル“０”を保持した状態ケ″０′状態とすると、これ
らの状態と受光部５の受光状態とは、次の第１表に示す
関係となる。

アンドグー）１５，１６，１７．１８はＤ型フリップフ
ロップ１３．１４の状態を判定することにより、被検査
物４の対象物の色相を判定するものであって、アンドゲ
ート１６には出力信号り。

ｋが、アンドゲート１７には出力信号ｌ、ｊが、アンド
ゲート１８には出力信号り、ｊが、また、アンドグー）
１５には出力信号ｌ、ｋが夫々供給される。これらアン
ドｒ−１によるＤ型フリップフロップ１３．１４の状態
の判定は、Ｄ型フリップフロップ１３．１４がともに状
態設定されてから行なわれ、夫々の状態の組み合わせか
ら色相判定がなされる。

すなわち、発光素子１ａ、ｌｂの発光タイミングのづれ
が、第５図に示すように、ＴＯ／２とすると、ストロー
ブパルスｆ１ｇの発生タイミングも’ｒｏ　／２だけづ
れており、このために、Ｄ型フリップフロップ１３．１
４の状態設定のタイミングもＴＯ／２だけづれる。そこ
で、発光素子１＆の発光開始時点を基準とし、対象物の
色相を判定するために、発光素子１ａにより該対象物に
赤色光を照射し、次に、同じ対象物に発光素子１ｂによ
り緑色光を照射するものとして繰返し赤色光と緑色光と
を時分割照射しているものとすると、ストローブパルス
ｆによってＤ型フリッグフロッゾ１３に設定された状態
は、ストローブノやルスｇＫよってＤ型フリップフロッ
プ１４が状態設定されるまで保持され、Ｄ型フリップフ
ロツノ１３で保持されたこの状態とストローブパルスｇ
によすＤ型７リツプフロツ！１４に設定された状態とが
、アンドグ９−ト１５，１６，１７，１８の論理演算に
よって判定される対象の状態である。したがって、第５
図の期間Ｙが保持期間、期間Ｘが判定期間となる。

Ｄ型７リツプフロツゾ１３．１４の状態の組み合わせは
４通りあり、夫々の組み合わせに応じてアンドゲート１
５．１６，１７．１８の出方が異なるが、第１表から明
らかなように、この出方の違いは被検査物４の対象物の
色相を表わすことになる。これらの関係を次の第２表で
示す。

（第　　２　　表　　） したがって、上記のように、Ｄ型フリップフロップ１３
が′１”状態、Ｄ型フリップ７０ッゾ１４が″０＃状態
に設定されたときには、アン倉。

ゲート１６の出力Ｂのが１１”であって、他のアンドｌ
’　−ト１５，１７．１８＋７）出力Ａ、Ｃ，Ｄは全て
０＃となり、被検査物４の対象物の色相は赤と判定され
る。

なお、第５図に示した保持期間Ｙ１１定則間Ｘに必すし
も明確なものではなく、発光素子１ｂの発光タイミング
が発光素子１ａの発光タイミングよりも先行するものと
考えるとぎには、期間Ｘが保持期間、期間Ｙが判定期間
となる。発光素子１ａ＋１ｂが被検査物４の対象物に夫
々１回づつ色光を照射する場合には、これら発光素子１
　ａ　ｐ　１　ｂの発光タイミングの前後関係で保持期
間、判定期間が明確に区別されるが、同一対象物が多数
回繰り返し照射される場合には、保持期間と判定期間と
の区別がなく、その対象物が照射されている限り、連続
してアンドグー）１５．１６，１７．１８から色相判定
のための出力が得られる。また、第２表において、その
他の色とは、赤、緑成分を含まない色相をいう。

なお、第５図において、時刻ｔ１以前では対象物が緑で
あって、アンドグー）１７の出力Ｃがパ１＃、他のアン
ドダート１５，１６．１８の夫々の出力Ａ、Ｂ、Ｄが０
＃であることを示している。

以上のように、この実施例は、発光素子を２個用いて時
分割に発光させることにより、４種の色相をリアルタイ
ムで判定することができ、しかも、受光部５として単一
の受光素子を用いることができて、各色信号を共通の処
理回路で処理することができるから、回路構成の簡略化
や比較器−７の基準レベルを色信号に共通に設定するこ
とができて基準レベルの設定が容易になるなどの利点を
有することになるが、さらに、発光素子１ａ、ｌｂから
の色光のいずれについても、光フアイバ伝送路８の出入
射部８ａからは、被検査物４の対象物への色光の照射を
効率よく行なうことができ、また、該対象物からの反射
光を出入射部８ａに効率よく入射させることができるも
のであるから、受光部５で発生するアナログ信号のＳ／
Ｎが向上して色相判定の精度が大幅に向上することにな
る。

なお、この実施例では、２つの異なる色光を発する発光
素子ケ用いた場合について説明したが、３以上のｎ個の
異なる色光を発する発光素子を用いることができ、２ｎ
種の異なる色相の判定が可能となるが、この場合も、光
フアイバ伝送路の被検査物に対向せる出入射部の端面で
は、夫々の色光を出射する光７アイパ素線の出射面と反
射光を入射する光フアイバ素線の入射面とは、全体にわ
たって均一に分布するように配置されることは、以上の
説明から明らかである。

以上説明したように、本発明によれば、色光を対象物に
効率よく照射することができるとともに、該対象物から
の反射光を効率よく受光部で受光することができるから
、該受光部からは８／Ｎの良好な出力信号を得ることが
でき、受光の有無の判定基準の精度を粗くすることがで
きて該判定基準の設定が容易となるとともに、色相判定
の精度が大幅に向上し、上記従来技術の欠点を除いて優
れた機能のカラーセンサを安価に提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のカラーセンサの一例を示す構成図、第２
図は本発明によるカラーセンサの一実施例を示す構成図
、第３図は第２図の光フアイバ伝送路の出入射部端面に
おける光フアイバ素線の出射口、入射口の配列の一具体
例ケ示す平面図、第４１￥１は本発明名てよるカラーセ
ンサの他の実施例を示す構成図、第５図は第４図の各部
分の信号を示す波形図である。 １．１ａ、ｌｂ・・・発光素子、４・・・被検査物、５
・・・受光部、８・・・光フアイバ伝送路、８ａ・・・
出入射部、９・・・光フアイバ群　９／　、　ｇｌ／・
・・光ファイバ束、９ｍ＋９ｍ’＋９ａ“・・・入射部
、９　ｂ　・・・出射口、１゜・・・光フアイバ群、１
０ａ・・・射Ｌｔｊ部、１０ｂ・・・入射口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光部が発光する色光と対象物に照射し、該対象
   物からの反射光を検出することにより、該対象物の色相
   を判定することができるようにしたカラーセンサにおい
   て、一方の端面が前記発光部からの色光を入射する入射
   口であって他方の端面が該色光を出射する出射口である
   複数の光フアイバ素線からなる第１の光フアイバ群と、
   一方の端面が前記対象物からの反射光を入射する入射口
   であって他方の端面が該反射光を射出する出射口である
   枚数の光フアイバ素線からなる第２の光フアイバ群とを
   有する光フアイバ伝送路を設け、該光フアイバ伝送路は
   、前記第１．第２の光フアイバ群の夫々を形成する前記
   光７アイパ素線のすべてが一部分互いに束ねられてなり
   、前記第１の光フアイバ群を形成１−る前記光フアイバ
   素線の出射口と前記第２の光フアイバ群を形成する前記
   光フアイバ素線の入射口とを均一な分布で配列すること
   ができるように構成したことを特徴とするカラーセンサ
   。 （２、特許請求の範囲第（１）項において、前記第１の
   光フアイバ群は夫々が異なる色光な伝送する枚数の光フ
   ァイバ束からなり、該光ファイバ束の夫々を形成する前
   記光フアイバ素線の前記出射口と前記第２の光フアイバ
   群の入射口とを均一な分布で配列することができ、るよ
   うに構成したことを特徴とするカラーセンサ。