JPS5997020A - 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から、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
流れる製造ラインを考えた場合、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１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。

第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１２．３は光フアイバ伝送路、２ａ
は出射部、３ａは入射部、４は被検査物１５は受光部、
６は増幅器Ｓ７は比較器である。

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１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（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量は、
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は受光しないがら、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は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“１”という）、基準レベル以下のとき低
レベル（以下、“Ｏ”という）となるデジタル信号すに
変換される。

比較器７０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、たとえば、赤、黄、緑の色相を対象と
した場合、赤を他の色相から区分するような色相判定を
行なうには、基準レベルを高（設定し１また）赤Ａ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１対象の色相を知ることができる。

この従来技術は、光フアイバ伝送路２の被検査物４側の
出射部２ａを極めて６畜な面積とすることができるから
、該出射部を被検査物４に近接して設けることにより、
該出射部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１光フア
イバ伝送路３の被検査部４側の入射部３ａを、被検査物
４で反射された赤色光のみが入射てれるように位置づけ
ることにより、被検査物４の微小な対象物の色相゛判定
を行なうことができる。

しかしながら、との従来のカラーセンサにおいては、色
相判定は発光素子１０種類によって決まり、しかも２柚
類の色相しか判定することができない。たとえば、第１
図において、発光素子１が赤色光を発光する発光ダイオ
ードであるとすると、カラーセンサは１被検査物４０対
象物の色相が赤であるか１あるいは１赤成分を含まない
他の色相であるかの判定が可能なだけである。

ところで、色相判定を利用して物品の判別、区分を行な
うような場合、３以上の多種の色相判定が可能であるこ
とが望ましい。そこで、第１図に示すようなカラーセン
サを用いて多種の色相を判定するために１従来は、発光
素子１を交換可能とし、夫々の発光素子による異なる色
光毎に同−被査物４の対象物の色相判定を行なう方法が
採られていた。たとえば１対象物の色相が赤１緑、黄−
その他の４色のいずれかである場合、まず、発光素子１
を赤色光を発光する発光ダイオードとし、全ての対象物
の色相を判定して２つのグループに区分し、次に、発光
素子１を緑色光を発光する発光ダイオードに交換して夫
々のグループについて色相判定し、さらに夫々を２つの
グループに区分して上記４色について対象物を区分する
ようにしている。

この方法は、交換てれる発光素子１の数だけ繰り返し色
相判定作業を行なわなければならないから、そのための
手間と時間が必要となってリアルタイムの色相判定を行
なうことができないし、また、発光ダイオードを交換す
る毎に、受光部からのアナログ信号をデジタル信号に変
換するための比較器の基準レベルの調整を必要とし１し
かも１この調整には非常な精度を要することになる。

またＡ従来採用された他の方法としては、複数のカラー
センサを用いる方法であって、夫々のカラー七ンサは互
いに異なる発光ダイオードを備えている。上記の４色に
ついての対象物の色相判定を例にとると為赤色光を発光
する発光ダイオードｋ　備したカラーセンサと一緑色光
を発光する発光ダイオードを備えたカラーセンサとを用
い、対象物の色相判定を、まず、赤色光を該対象物に照
射することにより行ない、次に、緑色光を同じ対象物ニ
照射することにより行なうものである。

この方法は）被検査物の製造ラインなどでの流れに沿っ
て夫々のカラーセンサを配置して色相判定を行なうこと
ができるから、発光ダイオードの交換やこの交換毎の調
整などのための手間が省け、判定に要する時間が短がく
なる。しがし１その反面、複数のカラーセンサを必要と
し、しかも、各カラーセンサ間の特性上のバラツキが色
相判定に大きく影響することになる。たとえば１受光部
からのアナログ信号をデジタル信号に変換するため定の
値に設定されなければならないが、発光ダイオード、受
光部などに特性のバラツキがあると、基準レベルの調整
が非常に困難となる。

また、発光ダイオードなどの発光素子は比較的鋭い発光
指向特性を有していることがら、かがる従来のカラーセ
ンサにおいては、ががる発光素子からの色光を効率よく
光フアイバ伝送路に入射させるために、発光素子の配置
に非常に高い精度を必要とする。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、異なる発
光波長の複数の発光素子を用いて多種の色相をリアルタ
イムで判定可能とし、発光指向特性を有する該発光素子
の配置精度を緩和することができて、しがも、光フアイ
バ伝送路に効率よ（色光を入射させることができるよう
に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１集光手段を設け
、該集光手段により発光素子の発光指向特性の方向を変
更せしめ為光フアイバ伝送路の入射面に前記発光素子か
らの色光な集中的に照射させることができるようにした
点を特徴とする。

同一対象物に複数の異なる色光を照射し、該対象物によ
り反射された色光を検出することにより１多種にわたる
該対象物の色相をリアルタイムで判定することができる
。しかし、このように複数の色光な発生させるためには
、異なる色光を発光する複数の発光素子を必要とする。

これらの発光素子は、当然空間的に異なる位置に配置さ
れることになるが、夫々の発光素子が比較的鋭い発光指
向特性を有していることから、夫々の発光素子からのビ
ーム状の色光が光フアイバ伝送路に正確に入射するため
には為夫々の発光素子の光フアイバ伝送路入射面に対す
る配置に極めて高い精度が要求される。しかしながら、
発光素子の発光指向特性を所定の方向に変更することが
できれは、各発光素子の配置精度を緩和することができ
ることになる。

本発明は−かかる点に鑑みてなされたものである。

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、１ａ、ｉｂは発光素子、８は光フアイバ
伝送路、８ａは出入射部、９，１０は光７アイル群、９
’ａは入射部、１０ａは出射部、１１は発光部１１２は
集光体、１３は時分割駆動回路、１４はタイミング信号
発生回路、１５．１６はＤ型フリップフロップ、１７．
１８，１９．２０はアンドゲートであり、第１図に対応
した部分には同一符号をつけている。

第３図は第２図の各部の信号を示す波形図であって、第
２図の信号に対応する信号には同一符号をつけている。

第２図において、光フアイバ群９，１０は、夫々複数の
光フアイバ素線からなる。光フアイバ群９を形成する光
フアイバ素線は、互いに束ねられて端部が入射部９ａを
形成し、入射部９ａを形成する各光フアイバ素線の端面
が夫々入射口となって発光部１１で発生する色光を入射
させる。光フアイバ群１０を形成する光フアイバ素線も
、互いに束ねられて端部が出射部１０ａを形成し）出射
部１０ａを形成する各光７アイノ（素線の端面が夫々出
射口となって検査物４０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７アイパ
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の端面は、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
イバ緊線の端面と光フアイバ群１０を形成する光フアイ
バ素子の端面とからなり、光フアイバ群９を形成する光
フアイバ素線の端面は発光部１１で発生する色光を被検
査物４０対象物に照射すべ（出射する出射口となり、ま
た、光７アイ式群１０を形成する光フアイバ素線の端面
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７アイパ伝送路８は、複数の光フアイ
バ緊線により構成されており、入射部９ａの端面から入
射てれた色光は１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１該対象物で反射でれた色光
は１出入射部８ａの端面から入射されて出射部１０ａの
端面から出射し、受光部５により受光される。受光部５
は受光された色光の光量に応じたアナログ信号を発生す
る口そこで、出入射部８ａの端面を形成している光フア
イバ群９の光フアイバ緊線の出射口と光フアイバ群１０
の光フアイバ緊線の入射口とは１共通の平面領域内に均
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１ま７’ｍｓ出入射部８
ａ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から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
どすべてが出入射部８ａの端面に照射されることになる
。したがって為対象物で反射された色光は１効率よく光
フアイバ伝送路８の出入射部８ａの端面に入射され、反
射光が無駄なく受光部５で受光される。

発光部１１は、単一ステム上に配置された発光出 素子１ａ、１ｂとこれらを封−た集光体１２とか△ らなっている。発光素子１ａｌｌｂは夫々発光指向特性
を有するＳたとえば、発光ダイオードなどの発光素子で
あって為集光体１２に埋め込まれており、時分割駆動回
路１３から駆動電流ｄ、ｅにより時分割的に交互に駆動
され、発光素子１ａは赤色光を、発光素子１ｂは緑色光
を発光する。これら赤色光と緑色光とはレンズ状の集光
体１２により集光され、光フアイバ群９に入射部９ａの
端面から入射される。すなわち、集光体１２は発光素子
１ａ、ｊｂの比較的鋭い発光指向特性の方向を変更する
ものであって、発光素子１ａ、１ｂの夫々の発光指向特
性の方向が入射部９ａの端面と各発光素子ｉａ、１ｂと
を結ぶ直線から多少づれていても１入射部９ａの端面に
おける色光の入射光量を大きくすることができる。した
がって１発光部１１における発光素子１ａ、１ｂの入射
部９ａに対する配置精度は大幅に緩和筋れる。

次に、この実施例の動作について説明する。

第２図、第３図において、タイミング信号発生回路１４
は時分割駆動回路１３にタイミング信号を供給し１この
タイミング信号により、時分割駆動回路１３は動作して
互いに１８０°位相がづれてデユーティ比が５０％の矩
形状駆動電流ｄ、ｅを発生し、上記のように、発光素子
１”ｔｌｂを時分割的に交互に発光させる。

発光素子１ａ、１ｂからの赤色光、緑色光は光伝送路８
を伝送されて被検査物４の対象物に交互に照射される。

対象物はその色相に応じた色光を反射し、その反射光は
光フアイバ伝送路８を通って受光部５で受光される。受
光部５は受光量に応じた振幅のアナログ信号を発生する
が、光７アイ式伝送路８０入射部９ａの端面には充分な
光量が入射されること、および、出入射部８ａへの反射
光の入射が効率がよいことから、受光部５からは大振幅
のＳ／Ｎが良好なアナログ信号が得られる。

受光部５は単一の受光素子（７ｔとえば、ホトトランジ
スタ）からなり、得られ几アナログ信号は、発光素子１
ａが赤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、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、緑信号という）とからなる時分割多重
信号であり一第１図と同様の増幅器６為比較器７−を通
して第１図で示した従来技術と同様のデジタル信号すに
変換てれる。

ところで１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の赤信号の振幅は大１緑信号の振幅は零、ま
たは、極めて小となり１対象物が緑であるときには、逆
に、緑信号の振幅は大１赤信号の振幅は零、または、極
めて小となるが１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エリも振幅が小さいが、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１の基準レベルＶｓが設定され−この基
準レベルＶｓとアナログ信号ａとが比較され、アナログ
信号ａのレベルが基準レベルＶｓ以上のときには“１”
で１基準レベルＶｓ以下のときには０”のデジタル信号
すが得られる。

第３図は、時刻ｔ１以降において、赤である被号波形を
示しており１デジタル信号すは１発光素子１ａの駆動電
流ｄが供給されている期間ｔ、〜ＵＳ１１１−．，１．
で“１”１発光素子１ｂの駆動電流ｅが供給されている
期間ｔ３〜ｔ、で“０”である。なお、時刻ｔ１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７リツプ７０ツブ１５．１６
のＤ端子に供給され、それらのＴ端子には、タイミング
信号発生回路１４がらストローフハ／ｌ／スｆ１ｇが供
給される。Ｄ型７リツグ７０ツブ１５はストローブパル
スｆの立上り点でのデジタル信号すのレベルを保持し、
また、Ｄ型７リツプ７０ッグ１６はストローブパルスｇ
の立上り時点でのデジタル信号すのレベルを保持する。

そこで、期間ｔ　ｌｘ　ｔ　、でデジタル信号すは“１
″であって、この期間内の時刻ｔ、に供給されるストロ
ーブパルスｆにより、Ｄ型フリップ７０ツブ１５はデジ
タル信号すの“１”を保持し、Ｑ端子の出力信号りは“
１”、Ｑ端子の出力信号ｉは“０”となる。

期間ｔ３〜ｔへ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ノくル
スｇにより、Ｄ型７リツプ７０ツブ１６はデジタル信号
すの“０”を保持しＸＱ端子の出力信号ｊは“０″、Ｑ
端子の出力信号には“１”となる・なお、Ｄ型７リツブ
７０ツブ１５．１６がデジタル信号すのレベル“１″を
保持した状態を“１”状態ルベル“０”を保持した状態
を“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。

（第１表） アントゲ−）１７．１８，１９．２０はＤ型フリッ１７
０ッグ１５．１６の状態を判定することに工り、被検査
物４０対象物の色相を判定するものであって、アンドゲ
ート１８には出力信号り、ｋが、アンドゲート１９には
出力信号ｉ＊Ｊがｓ７ンドゲート２０には出力信号り、
ｊが１また、アンドゲート１７には出力信号ｉ、ｋが夫
々供給さｎる。これらアンドゲートによるＤ型７リツブ
７０ッグ１５，１６の状態の判定は、Ｄ型７リツプ７０
・ツブ１５．１６がともに状態設定逼れてから行なわれ
、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、１ｂ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１ストロ一
ブパルスｆ１ｇの発生タイミングもＴｏ／２だけづれて
おり、このために、Ｄ型７リツプフロツプ１５．１６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１ａ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、ストロープノ（ルスｆ
によってＤ型７リツグフロツグ１５に設定され定状態は
、ストローブパルスｇによってＤ型フリッグフロツ１１
６が状態設定されるまで保持され、Ｄ型フリップフロッ
グ１５で保持されたこの状態とストローブパルスｇによ
りＤ型フリップフロップ１５に設定された状態とが１ア
ンドゲート１７゜１８．１９．２０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３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７０ッグ１５．１６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
７，１８，１９．２０の出力が異なるが、第１表から明
らかな工うに、この出力の違いは被検査物４０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７リツプ７０ツブ１５
が″１″状態、Ｄ型フリップフロップ１６）１７，１９
，２０の出力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３図に示した保持期間Ｙ１１定則間Ｘに必ずし
も一意的に決まるものではな（、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
るものと考えるときには、期間Ｘが保持期間、期間Ｙが
判定期間となる。発光素子１　ａ＊　１　ｂが被検査物
４０対象物に夫々１回づつ色光な照射する場合には、こ
れら発光素子１ａｌｌｂ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
、連続してアンドゲート１７，１８゜１９．２０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３図において、時刻１１以前では対象物が緑で
あって、アンドゲート１９の出力Ｃが１”、他のアンド
ゲート１７．１８．２０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７０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、１ｂからの
色光のいずれについても、受光部５で得られるアナフグ
信号の振幅が太き（、Ｓ／Ｎが良好であって、色相判定
の精度が大幅に向上する。

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
要部構成図であって、１ｂ′は発光素子、２１は螢光体
層であり、第２図に対応する部分には同一符号を用いて
いる。

第４図において、発光素子１ａは、たとえば）Ｑａ　Ａ
７　Ａｓなどの赤色発光ダイオードであり、発光素子１
ｂ′は、たとえば、ＧａＡｓ：Ｓｉなどの赤外線発光素
子である。発光素子１ｂ′はアンチストークス螢光体の
螢光体層２１と接着式れて一体化されており１螢光体層
２１は発光素子１ｂ′からの赤外線によって励起されて
緑色光を発光する。したがって、発光素子１ｂ′と螢光
体層２１とで緑色光の発光体を形成する。

発光素子１ａと螢光体層２１とは、レンズ状をなす集光
体１２に接着されている。そこで、発光素子１ａと螢光
体層２１からの色光は１集光体１２のレンズ作用により
、入射部９ａの端面に集光され、光フアイバ伝送路８（
第２図）を通して大きな光量の色光が伝送される。

なお、この実施例では、発光素子１ａ１１ｂ’をともに
螢光体層に埋め込み、かかる螢光体層をレンズ状の集光
体１２で封止するように構成に変形することもでき、こ
の場合、発光素子１ａからの赤色光は螢光体層で拡散妊
れるが、この拡散による影響は格別太きいものではなく
、同様の効果が得られる。

以上のように、これらの実施例では、発光手段からの色
光は、集光体により光フアイバ伝送路の入射面に集光さ
れることになり、これら発光指向特性を有する発光手段
の位置関係の精度が格別高（なくとも、光量の損失を少
な（することができて効率よ（対象物に色光を照射する
ことができる。

なお、上記各実施例においては、赤色光と緑色光とを用
いて色相判定を行なう場合について説明したが１他の色
光を用いても同様の効果を得ることができ、また、３以
上のｎ個の異なる色光な発光する発光素子を用いること
もでき、２ｎ種の色相判定を行なうことができる。

さらに、光フアイバ伝送路としては、第１図の従来技術
のように、発光部からの色光を伝送する光フアイバ群と
対象物からの反射光を伝送する光フアイバ群とが完全に
分離されるように構成されたものであってもよ（、また
、色相判定される対象物としては、反射体に限定式れる
ものではなく、透過体であっても同様の効果を得ること
ができる。

以上説明したように、本発明によれば、複数の異なる発
光波長の発光手段の夫々により発生される色光を、光量
損失を充分に抑制して光フアイバ伝送路に入射てせるこ
とができ、対象物に充分に大きな光量でもって色光を照
射させることができるとともに、前記発光手段は配置精
度が緩和されて取り付けが容易となり、多種の色相をリ
アルタイムでかつ高精度に判定することができて、上記
従来技術にない優れた機能のカラーセンサを提供するこ
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
１第３図は第２図の各部の信号を示す波形図、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要部構成
図である。 １ａ、１ｂｊｌｂ’・・・・・・発光素子、４・・・・
・・被検査物、５・・・・・・受光部、８・・・・・・
光フアイバ伝送路１１１・・・・・・発光部、１２・・
・・・・集光体、２１・・・・・・螢光体層ｔＢ図 ′７Δ阻

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光部からの色光な光フアイバ伝送路を通して対象物に
   照射し、該対象物からの反射光を検出することにエリー
   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、該発光部は発光波長の異なる複数の
   発光手段と集光手段とからなり、該集光手段は、該発光
   手段からの夫々の色光を集光し、前記光フアイバ伝送路
   の入射口に照射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。