JPS60183531A - 色差検知装置 - Google Patents

色差検知装置

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JPS60183531A
JPS60183531A JP60021003A JP2100385A JPS60183531A JP S60183531 A JPS60183531 A JP S60183531A JP 60021003 A JP60021003 A JP 60021003A JP 2100385 A JP2100385 A JP 2100385A JP S60183531 A JPS60183531 A JP S60183531A
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JP60021003A
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ヨハネス　ブレマー
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Original Assignee
Optische Industrie de Oude Delft NV
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Publication date
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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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、被検査材に照射する手段、該被検査材によっ
て反射される光の量を測定する手段および該被検査材を
移動させる手段によりなる被検査材の色差検知装置に関
する。
本発明による装置は、気体に接触すると変色する材料お
よび該材料と気体とを接触させる手段より成るガス検知
装置への利用に特に適する。然しながら、本発明による
装置はガス検知装置への利用に限定されるものではない
。
そのようなガス検知装置は米国特許４，０３２，２９７
号から公知であり、大気中の種々の有害なガスの存在を
検知できるように設置されている。従来の装置では該材
料は化学物質層を塗布した帯状の合成樹脂基材より成っ
ている。該化学物質は被検知有害ガスの存在下で変色し
、その不存在下では変色しない。有害ガスの存在は、該
帯状材料上の測定箇所に光源により照射して該材料表面
で反射する光をフォトダイオードにより測定し、続いて
該測定箇所を監視しようとする大気に曝し、しばらくの
後該反射を再び測定することにより検知される。警報信
号は測定された反射の変化が所定の限界値を越すと発せ
られる。該帯状材料は該第一および第二の反射値の測定
の間移動されず、ゆえに光源とフォトダイオードはどち
らも１個で足りる。
該従来装置特有のひとつの欠点は、有毒ガスが存在する
か存在しないかを正確に決定するためには該帯状材料の
変色がかなり実質的なものでなくてはならないという事
である。というのは、光源強度の変化と特に光検知器の
非直線性および該光検知器に接続された電子回路に関連
して、わずかな変色を正確に測定することは不可能であ
り、また一方、光源の強度とフォトダイオードの感度が
長時間変化した場合、警報信号の誤った発信を防ぐため
にかなり実質的な変色に対してのみ警報を発することが
不可欠となる。しかしながた、特に有毒ガスのような極
度に有害なガスを検知する場合、そのようなガスの存在
を出来るだけ速やかに、また確実に知らせることは極め
て重要である。ある種のガスを検知するためには、網状
に織られた帯状の親水性織物（以下略して「リボン」と
呼ぶ）を、有害なガスの存在下で変色を示さず、そのよ
うなガスの不存在下で実際に変色を示すようにこ化学物
質で湿らせて用いることが出来る。該リボンは連続的に
移送される。そのようなリボンの利点は、それ自身の強
度を低下させることなく迅速に十分に液状化学薬品を含
浸することが出来ることである。仮に、帯状の紙のよう
なより均質な材料を用いると、化学薬品の含浸により該
材料が潤して強度が低下し、帯の移送は困難になる。更
に、帯が紙の場合には被検知ガスが帯の内部の化学薬品
に達することが出来ず、反応速度に悪影響を及ぼす。然
しながら、化学薬品で湿らせたリボンの使用は前述の利
点とは別に、リボンの色の測定が関係する数々の特有な
問題を伴う。更に一方では、リボンを連続的に移送させ
ることにより、原則として２個の光源と２個の光検知器
の使用が必要となり、それらの構成部品が同等であるこ
とが強く要望される。
変色を引き起こす化学反応には十分の数秒から数分の時
間が必要であり、それは試薬の活性と雰囲気温度に依存
する。然しながら、変色が起こらないという事は出来る
だけ早く確証されねばならない。約１０秒間反応させた
後であってもリボンの変色が検知され得る事が実験によ
り示された。
リボンの最終的な色だけでなく特に約１０秒間後のリボ
ンの色も、リボンのさらされている通常の温度および化
学薬品の古さに大きく依存する。更に、１０秒後のリボ
ンの色は化学薬品を含浸させていないリボンの色、リボ
ンを湿らせる方法および単位時間に測定系を通過するリ
ボン材料の量に依存する。従って、変色したリボンの色
を所定の参照用の色と比較することによりリボンの変色
を調べることは不可能である。更に、リボンは均質では
ない。網目の幅は、実際に色の測定に使われる測定域の
面積と関連して、無視出来る程小さくはない。また一方
、糸の太さは均一ではなく、糸と糸の間隔は比較的広い
範囲で変わる。その結果、ひとつの測定域内に存在する
糸の正味の面積も同様に変化する。それゆえガス検知器
を適切に操作するには色の測定が前述の要因に影響され
ないことが要求される。
上記の問題を解決するために、本発明によれば上述の型
の検知装置が提供される。該検知装置においては、帯状
の材料に照射する手段は第一の色を発する第一光源と第
二の色を発する第二光源とを含み、該第一および第二光
源より発せられる本質的に等しい分量の光を該帯状材料
上の間隔をおいて離れた第一と第二の測定域に伝達する
光学系が備えられており、該測定域の各々は帯状材料に
よって反射される光の量を測定する手段に関連しており
、更に、該第二光源より発せられる光の量を直接測定す
る手段が備えられており、父、該第一および第二光源に
交互に通電する電子スイッチ手段、および第一光源から
の光の反射光の測定量と第二光源からの光の反射光の測
定量に応答して第一光源からの光の反射光の測定量と第
二光源からの光の反射光の測定量が各々の測定域で実質
的に等しくなるように該第二光源の強さを制御する電子
制御手段が備えられている。
該第一光源から発せられる光は緑が好ましく、該第二光
源から発せられる光は赤が好ましいことが実験により示
された。実際、測定の正確さを高める着色剤のゆえに、
赤と緑の光は無色および着色したリボンからのそれぞれ
の反射光の量に最大の差を生ずる。
種々の型の公知の光源を用いることが出来るが、特に高
速でオンとオフの切り換えが可能なことから赤と緑の発
光ダイオードの使用が極めて有利であることが立証され
た。光検知手段としては、光応答抵抗器およびシリコン
フォトダイオードを用いることが出来るが、シリコンフ
ォトダイオードは光の変化に瞬時に応答し、温度依存性
がほとんどなく、又、照射強度と信号電流の良好な直線
関係を示すのでシリコンフォトダイオードか好ましい。
本発明は、適切な二色の光を用いてリボンによる反射を
測定し、続いて二つの測定した反射値の比をめることに
よりリボンの灰色化の影響を抑えることが出来るという
知見に基づいている。リボンの網目幅の変動による影響
もまたこの方法により効果的に抑えることができる。更
に、リボンの元の色の影響はリボンの異なった二点での
反射を測定することにより排除することが出来る。該二
つの点とは即ち、リボンが化学薬品液で処理される場所
のすぐ近くに位置し、化学反応がまだ起っていないであ
ろう第１点および、変色が起ったかどうかを十分な確実
性をもって確認するのに必要な約１０秒間の間にリボン
が移動する距離に相当する距離だけ該第１点から離れて
いる第２点である。
該二つの測定点で得られる信号の商（比）は、１０秒間
でのリボンの変色だけに関する情報を提供する。
該測定方法では、該二つの測定点での同一色の光の照射
強度の比が一定であることが強く要望されることが明ら
かであろう。この要求を満足させるため、本発明によれ
ば、該第一および第二光源より該二つの測測定に一定分
量の光を伝達する光学系が提供される。本発明によれば
、第一および第二測定域で測定される反射が、赤色光お
よび緑色光について、各々等しくなる様に赤色の第二光
源からの光を調節することにより、オフセット電圧とオ
フセット電流および該電子回路中の増幅器の非直線性と
光電池の非直線性が最終的な測距結果に影響を及ぼさな
いことが可能となった。
以下に、本発明の具体例と図を参照し、本発明をより詳
細に説明する。
第１図および第２図は、中央に取り付けられた赤色発光
ダイオード２と該発光ダイオード２の回りに回転対称に
配置された好ましくは４から６個の緑色発光ダイオード
を含む照射系を示し、該緑色発光ダイオードのうちの２
個を参照番号３および３′で示す。同数の発光ダイオー
ドを用いない理由は、第一に、緑色発光ダイオードは赤
色発光ダイオードより低強度の光線を発すること、第二
に、光検知手段として用いられるシリコン光電池が赤色
光に対してよりも緑色光に対してより感度が低いことで
ある。散光器４は、散光器４から発せられる光線が系の
光学軸に対して最適の回転対称となるように、異なった
発光ダイオードより発せられる光線を混合する。光学系
は照射系１の開口部５をリボン１２上の二つの測定域に
投影する。該測定域は第２図中に参照番号１２′および
１２″で示した。
該光学系は、開口部５より発する発散光線を平行光線に
変換する主対物レンズ６および、対物レンズ６より発せ
られ鏡９によって反射される全光線のうちの一部１７お
よび１８をそれぞれ収れんさせリボン上に集めるところ
の測定域対物レンズ１０および１１を含む。該照射系と
該光学系両方の対称構成により開口部５から発する光線
の等しい分量が該リボン上の測定域１２′および測定域
１２″に達することが可能となる。
対物レンズ６から発せられる光線の一部は赤色光のみを
通過させるフィルター７を通り光電池８に達する。測定
域１２′の光電池１３と１５および測定域１２″の光電
池１４と１６はリボンにより反射される光を受ける。非
透過性スクリーン１９は該測定域のひとつで反射された
光がもう一方の測定域に関連した光電池に達するのを防
ぐ。
該光学系は、赤色および緑色光に関して本質的に同じ特
性を示す。リボン上の該赤色光および緑色光のスポット
は、面積や位置に関する限りでは、同時に同一の面積と
位置を占め、測定域内の光の強度分布は両色とも同一で
ある。これは、測定域内の糸の太さや網目幅の比が変化
することに原因するリボンによる光反射の変動（いわゆ
るリボンノイズ）を適正に抑えるためには必須の条件で
ある。
該赤色および緑色発光ダイオードのスペクトルは部分的
に重複するため、緑色発光ダイオードの全放射を遮断し
赤色発光ダイオードの全放射を通過させる光学フィルタ
ー７を設置することは不可能である。然しなから、回路
構成には後述するように、漏れた緑色光の影響を最適に
排除するための装置を備えることが出来る。
第３図は、二つの測定域における光の色の最大限正確な
情報を伝える信号を生み出すための電子回路のブロック
図を示す。第１図及び第２図に示される発光ダイオード
と光電池は第３図において同じ参照番号で示されている
。発光ダイオード３″と３′″は、照射系１が４個以上
の緑色発光ダイオードを含むことができ、又、原則とし
てこれらの発光ダイオードは同じ電流が通っていること
を明確にするために示されている。
第３図におけるスイッチ２０〜２５は模型的に示されて
いるだけであり、好ましくは又現実的には高速ＭＯＯＳ
電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチとなる
だろう。
シリコーン光電池１３と１５は増幅器２６の変換入力に
並列に接続されている。増幅器２６の出力は、この増幅
器の低入力インピーダンスを実現するために抵抗器２７
を介して反転入力に帰還される。これは、シリコーン電
池か良好な直線性を示し温度依存性が比較的少ないので
望ましい。
光電池１４と１６は、出力を有する第二増幅器２８の反
転入力（ｉｎｖｅｒｔｉｎｇ　ｉｎｐｕｔ）に同様に接
続されており、該出力は抵抗器２９を介して該反転入力
に帰還されている。光電池８は、出カを有する増幅器３
０の反転入力に接続されており、該出力は抵抗器３１を
介して該反転入力へ帰還されている。増幅器２６，２８
及び３０の非反転入力は地面に接続されている。
増幅器２６と２８からの出力信号は、各々スイッチ２０
と２１を介して帯域フィルター３２の入力に送ることが
できる。この帯域フィルター３２は出力信号からの低周
波ＡＣ電圧成分？増幅器２６と２８より分離するよう作
動する。該電圧成分は光電池に投射される日光に応答し
て生じ、維持操作中においては人工の光に応答して生じ
る。増幅器３０の出力は、フィルター３２と同じ目的の
ために働く帯域フィルター５０に接続されている。
帯域フィルター３２の出力は、抵抗器３４、増幅器３５
及び帰還コンデンサ３６からなる積分器回路とインバー
ター３３及びスイッチ２２から成る同期整流器回路の入
力に接続されている。抵抗器３４は増幅器３５の反転入
力に接続され、コンデンサ３６は増幅器３５の出力とそ
の反転入力の間に接続されている。増幅器３５の非反転
入力は地面に接続されている。インバーター３３は付加
的に低周波信号を抑制するように働く。
増幅器３５の出力は、電圧−電流変換器３７の入力に接
続されており、該変換器の出力は赤色発光ダイオード２
を制御する。変換器３７は発光ダイオード２への電流を
遮断するためにスイッチ２３を介して地２面に接続され
ている。
帯域フィルター５０の出力は、スイッチ２５、抵抗器３
９及びコンデンサ４０から成る同期整流器回路の入力に
接続されている。コンデンサ４０は、その一端が地面に
接続され、他の一端は抵抗器３９の一つの端子と加算回
路４１の入力に接続されている。加算回路４１はＤＣ電
圧源４２に接続された第二入力を有している。加算回路
４１の出力は増幅器３５の出力に接続された第二入力を
有するアナログ多重回路３８の第一入力に接続されてい
る。回路３８の出力は、送られて来る信号をデータ母線
４４を通ってマイクロプロセッサー（第３図に示されて
いない）に供給されるデータフローに変換するように働
くアナログからデジタルへの変換器４３に接続されてい
る。マイクロプロセッサーは、スイッチ２２〜２５、ア
ナログ多重回路３８、アナログからデジタルへの変換器
４３及びデジタルからアナログへの変換器４８を制御す
るよう働く制御回路４６へデータ母線４５を介して制御
信号を送る。デジタルからアナログへの変換器４８はマ
イクロプロセッサーからデータ母線４７を介してデータ
を受け取る。デジタルからアナログへの変換器４８の出
力は、直列の発光ダイオード３，３′，３″，３″″及
び更に設置することができる緑色発光ダイオードに接続
されている出力を有する電圧−電流変換器４９へ接続さ
れている。
回路４９の出力は発光ダイオードの制御を打ち切るため
にスイッチ２４を介して地面に接続することができる。
本発明の検知装置の操作を更に詳細に説明する。
第１図及び第２図に示されるように、２つの測定域１２
′と１２″はリボン上にある。測定域１２′は変色を引
き起こす化学薬品で湿らせたリボン上の部分の近くに位
置しており、測定域１２″は、リボンが動く方向に関し
て下流に向って約８ｍｍの位置にある。この距離は選択
されたリボンの速度において約１０秒間の時間間隔に対
応している。この時間間隔において、雰囲気が清浄であ
る時又は化学薬品が検知すべき気体の存在によって変色
を引き起こすことがないような雰囲気である時に、化学
薬品はリボンの変色を引き起こすことができる。
各々の測定域においてリボンは約５５０ｎｍの波長の緑
色光と約６５０ｎｍの波長の赤色光によって交互に照射
される。照射の色の変化の周期は約１ｋＨｚであり、そ
の結果赤色と緑色の周期の間にリボンが移動する距離は
無視できる。両方の測定域は第１図において番号１によ
って示される一つの照射系より照射され、該照射系は赤
色光と緑色光を交互に発するようになっている。測定域
各々は２個の光電池に関連している。つまり測定域１２
′は光電池１３と１５に関連し、測定域１２″は光電池
１４と１６に関連している。光電池は、リボンによって
反射され分散された光の一部を感知し、又第３図に示さ
れるように電流源としての使用のために接続されている
。これによって迅速な直線応答が保証される。
緑色光の強度は原則的に一定であるが、赤色光の強度は
、各々の測定域において赤色光に応答する並列の光電池
の出力信号が緑色光に応答する並列の光電池の出力信号
と最適に等しくなるように調節される。光電池信号のこ
の調節のため、絶対感度、光電池の暗電流、オフセット
電流及び赤色ランプの非直線性非一定電流輝度比は測定
結果に影響を与えない。制御システムは、赤色発光ダイ
オードの強度が約１００ミリ秒の間に２つの測定域に関
して交互に制御されるようスイッチ２０と２１を制御し
、その結果時間の連続点において赤色光の強度は交互に
調節される。赤色光の強度は測定域１２′及び１２″そ
れぞれにおけるリボンの色の尺度である。これら２つの
強度の値の商（色の商Ｑ）は測定域１２′から測定域１
２″への移送の間のリボンの変色の尺度である。
後述の計算において、 Ｆｇ＝開口部５から放射される緑色光ビームの光度Ｆｒ
＝開口部５から放射される赤色光ビームの光度ｃｇ＝一
つの測定域においてリボン上に投射される緑色光ビーム
の割合 ｃｒ＝一つの測定域においてリボン上に投射される赤色
光ビームの割合 ｋｇ＝緑色光に対するリボンの有効反射係数ｋｒ＝赤色
光に対するリボンの有効反射係数Ｇｇ＝リボンに関連し
た光電池の緑色光に対する感度（ｍＡ／Ｌｍ） Ｇｒ＝リボンに関連した光電池の赤色光に対する感度（
ｍＡ／Ｌｍ） である。
もし制御システムが赤色光源の強度を上述のようにして
調節したならば、各々の測定域において下記の式が当て
はまる： Ｆｇ・ｃｇ・ｋｇ・Ｇｇ＝Ｆｒ・ｃｒ・ｋｒ・Ｇｒよっ
て ｃｇ／ｃｒとＧｇ／Ｇｒは本質的に一定なので、Ｆｒは
Ｆｇに直接比例し更にリボンの色に依存する値において
調節される。
測定域１２′における光電池電流を基準として用いて制
御システムが値Ｆｒ１において赤色光ビームの強度を調
節し、続いて測定域１２″における光電池電流を基準と
して用いて、制御システムが値Ｆｒ２において赤色光ビ
ームの強度を調節すると考える。
この時下記の式がＦｒ１：Ｆｒ２、つまり２つの測定域
におけるリボンの色の商Ｑに当てはまる。
式（２）は次のように簡単にすることができる。
１、両方の測定域に共通の一つの一定の緑色光源がある
ためＦｇ１＝Ｆｇ２； ２、種々のｃ−値は原則的に等しく、少なくとも一定で
ある； ３、商Ｇｇ１／Ｇｒ１とＧｇ２／Ｇｒ２はおおよそ等し
く（光電池が同じ型）、少なくとも一定である。
従って式（２）は次のように簡単になる。
式（３）において、Ｋ≒１でありＫは少なくとも一定の
大きさである。
上記のようにして色の商Ｑを決めることにより、リボン
の糸の太さや網目幅のような因子が原則的に各々の測定
域において同様にｋｇとｋｒに影響を及ぼすので、これ
らの因子の変化によってこの色の商は影響されず又原則
としてリボンの元の色又は化学薬品の元の色の変化は、
各々の測定域においてｋｇ１とｋｇ２及びｋｒ１とｋｒ
２に同様の影響しか与えなくなる。
雰囲気が清浄な場合リボンに照射しリボン上にできる色
として赤色と緑色が用いられる。この結果、緑色につい
てはリボンの反射が比較的大幅に減少し、赤色について
は反射の減少は比較的少ない。色の商Ｑは着色されたリ
ボンについては約１．１であり、未着色のリボンについ
ては約１である。
結果として比較的大きな出力信号が出され、それは測定
誤差の程度を減ずる。
光度Ｆｒ１とＦｒ２は光電池８によって測定する。この
光電池は開口部５から放射される光ビームの一定量を対
物レンズ６から受け取る。赤色光だけが光電池８によっ
て測定する必要があり又ビーム中の緑色光は測定する必
要がないので、赤色光を通過させるが緑色光は遮断する
フィルター７を光電池８の前部に設ける。
光電池８は交互に下記の信号を生じる。
Ｓ１＝ｃｒ３・Ｇｒ３・Ｆｒ１＋ｄ及びＳ２＝ｃｒ３・
Ｇｒ３・Ｆｒ２＋ｄここで ｃｒ３＝光電池８に投射される赤色光ビームの一部Ｇｒ
３＝光電池８の赤色光に対する感度ｄ＝暗電流及びオフ
セット電流 である。
正確にＱを決定するためには信号の商Ｓ１／Ｓ２を光度
の商Ｆｒ１／Ｆｒ２とできる限り等しくしなければなら
ず、Ｓ１とＳ２はｄの値について補正しなければならな
い。
このためにＦｒ１とＦｒ２が交互にそれぞれＦｇ１及び
Ｆｇ２と等しくなるように制御されている測定周期は暗
電流のための測定位相も含んでいる。この位相の間は赤
色光源は消灯しているのでＦｒ＝０である。次いで、光
電池８及びこの光電池とアナログからデジタルへの変換
器４３の間に接続された増幅回路とにより信号成分ｄが
得られる。光電池８からの信号はアナログからデジタル
への変換器４３とマイクロプロセッサーを経て数値的に
処理される。信号Ｓ１，Ｓ２及びｄは順に数値の形に変
換されマイクロプロセッサーの記憶装置に保存される。
純粋の色の商Ｑはこれらのデータから次のように計算す
ることができる。
上記から、記載の装置は、光度と赤色及び緑色発光ダイ
オードの供給電流との比、光電池の感度と暗電流、回路
構成中の全ての増幅器のオフセット電圧とオフセット電
流、及びリボンの元の色と化学湿潤剤の元の色の緩やか
な変動および、測定域に設置されたリボン片の糸の太さ
および網目幅における変動、いわゆるリボンノイズとそ
れらの絶対値にはほとんど反応しないものであることが
明らかである。
第３図に示す電気回路構成の操作はこの回路構成で生じ
る多くの波形を示す第４図に参照して以下に更に説明す
る。
制御周期は第４図においてそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ及びＤで
示される各々約１００ミリ秒の以下の４つの所定間隔か
らなる。
間隔Ａ： 赤色光は測定域１２′に関連する光電池１３および１５
によって得られる信号を基準として用いて制御される。
スイッチ２０は閉じられ、スイッチ２１は開けられるが
、スイッチ２３と２４は、スイッチ２３が開いたときは
スイッチ２４が閉じ、またはその逆になるように１ｋＨ
ｚの周期で通電したり通電を切ったりする。その結果、
赤色発光ダイオードと緑色発光ダイオードは交互に通電
される。第４図のａは複数個の緑色発光ダイオードの発
光を示し、第４図のｂは赤色発光ダイオードの発光を示
す。
間隔Ｂ： 赤色光は測定域１２″に関連する光電池１４および１６
によって得られる信号を基準として用いて制御される。
スイッチ２０は開けられ、スイッチ２１は閉じられるが
、スイッチ２３と２４は通電したり通電を切ったり１ｋ
Ｈｚの周期で続けられる。
間隔Ｃ： 暗電流とオフセット電流が測定される。スイッチ２０と
スイッチ２１は共に開けられスイッチ２３は閉じられ、
赤色光は発光ダイオード２からは発せられないが、スイ
ッチ２４は１ｋＨｚ周期で通電したり通電を切ったりを
続けて、緑色発光ダイオードは通常量の緑色光を発する
。
間隔Ｄ： 赤色光は測定域１２″に関連する光電池１４および１６
によって得られる信号を基準として用いて制御される。
スイッチ２０は開けられ、スイッチ２１は閉じられ、ス
イッチ２３と２４は１ｋＨｚの周期で通電したり通電を
切ったりする。
制御周期は間隔Ｄの後繰返される。
各間隔の終りに、光電池８からの信号はデジタル形に変
換され、マイクロプロセッサーに与えられる。各制御周
期の間、測定域１２″に関する２回の測定と測定域１２
′に関する１回の測定が達成される。この理由は、測定
域１２′において生じる変化がもしあってもただ徐々に
おきるものであると予測することができるからであるが
、一方変色の有無は測定域１２′で示されるであろうし
、できるだけ時間の損失を小さくして確認されなければ
ならないからである。暗電流とオフセット電流の変動は
同様に徐々に起きるものであるので、１回の制御周期当
りのこれらの電流測定は１回で十分である。
制御周期の初めに、リボンと関連した光電池によって検
知された赤色光および緑色光との比は１とは異なるので
、帯域フィルター３２は入力として第４図ｃに示すよう
な信号を受け、出力としては第４図ｄに示すような信号
を出す。１ｋＨｚの周期で同様に通電したり通電を切っ
たりするスイッチ２２を介しての同期整流により、その
極性と振幅が赤色発光ダイオードと複数の緑色発光ダイ
オードからの光にそれぞれ応答して光電池によって生ず
る信号の振幅間の絶対差に依存する直流電流が得られる
。整流された電流は積分器によって積分される。積分器
の出力電圧即ち、増幅器３５の出力電圧は第４図ｅに示
す。
リボンに関連する光電池が赤色光よりも過剰の緑色光を
検知する間は、積分器の出力電圧は増加するが、この出
力電圧は緑色光よりも過剰の赤色光を光電池が検知する
間は減少するものである。光電池１３，１５及び１４，
１６が、それぞれ赤色光に応答するのと同等の緑色光に
応答する信号電流を生じるときは、１ｋＨｚＡＣ電圧は
もはや帯域フィルター３２に与えられないので、積分器
の入力電流はゼロであり、積分器の出力信号は一定のま
まである。
抵抗器３４とコンデンサー３６によって決定される全ル
ープ利得及び時定数を適宜選択することにより、特に第
４図のｄ及びｅから明らかなように１００ミリ秒の間隔
以内で平衡状態が得られる。
光電池８は、緑色光がフィルター７に通過する限りにお
いて、赤色発光ダイオード２からの光と発光ダイオード
３，３′等からの緑色光の一部を直接受ける。光電池８
からの信号は第４図ｆに示す。
帯域フィルター５０は、ピーク−ピーク間値が赤色光に
応答する光電池８の出力電流と緑色光の漏れに応答する
光電池の出力電流との差に比例する第４図のｇに示すよ
うなＡＣ出力電圧を生じる。
暗電流補償間隔Ｃの間赤色発光ダイオードは消灯されて
いる。帯域フィルター５０は次に、ピーク−ピーク間値
が緑色光の漏れに応答した光電池８の電流に比例する出
力電圧を生じる。緑色光の漏れのみの存在下では、帯域
フィルター５０の出力信号の位相は赤色光および緑色漏
れ光の両方に応答して生じた信号の位相に対して１８０
°ずれる。
これらの位相の跳躍は第４図のｆとｇの間隔Ｂから間隔
Ｃへの転換及び間隔Ｃから間隔Ｄへの転換の両方におい
て示される。
加算回路４１においては、スイッチ２５、抵抗器３９お
よびコンデンサ４０で構成される同期整流器回路からの
信号は、加算回路の出力電圧がアナログからデジタルへ
の変換器４３の入力電圧範囲内になるようにＤＣ電圧に
転移させる。このために、加算回路４１の第２の入力は
ＤＣ電圧源４２と結合される。回路４１の第１の入力に
存在する信号を第４図のｈに示す。
光電池８から加算回路４１の出力への信号伝達は以下の
ように行なわれる。
光電池８は赤色光に応答した電流ｉｒおよび緑色光に応
答した電流ｉｇを生じる。帯域フィルター５０は平均成
分（ｉｒ＋ｉｇ）：２を阻止し、ＡＣ電圧成分ｉｒ−ｉ
ｇをピーク−ピーク間値Ｕ１＝Ｇ・（ｉｒ−ｉｇ）を有
する信号電圧Ｕ１に増幅する。同期整流器は正ＤＣ電圧
Ｕ２＝１／２Ｇ・（ｉｒ−ｉｇ）を加算回路に供給する
。これに関して、スイッチ２５はＡＣ電圧信号Ｕ１の正
の半周期の間開じていると考える。加算回路４１はＵ２
に固定ＤＣ電圧Ｕ０を加算し、その結果出力電圧Ｕｓ＝
１／２Ｇ・（ｉｒ−ｉｇ）＋Ｕ０となる。この信号はア
ナログ多重回路３８に与えられ、デジタル形に変換され
そしてマイクロプロセッサーに保存される。
測定間隔Ｃの間、ｉｒ＝０が当てはまり、その結果この
間隔の間に加算回路４１は出力信号Ｕｄ＝１／２Ｇ・（
−ｉｇ）＋Ｕ０を生じる。この信号は同様にデジタル形
に変換され、マイクロプロセッサーに保存・される。
ＵｓおよびＵｄの減算の結果、 Ｕｓ−Ｕｄ＝１／２Ｇ・（ｉｒ−ｉｇ）＋Ｕ０−１／２
Ｇ・（−ｉｇ）−Ｕ０＝１／２Ｇ・ｉｒとなる。
制御周期の３つの制御期間のそれぞれにおいてｉｒ値は
調節され、ｉｇ値は、複数の緑色発光ダイオードを通過
する電流が固定値に設定されているので原則として一定
である。
測定域１２′における制御は信号Ｕｓ１−Ｕｄ＝１／２
Ｇ・ｉｒ１の結果をもたらすが、一方測定周期毎に２回
行なわれる測定域１２′における制御は信号Ｕｓ２−Ｕ
ｄ＝１／２Ｇ・ｉｒ２の結果をもたらす。
色の商Ｑはここで、 から計算することができる。
所定の時間に測定域１２′に位置していたリボンの部分
は約１０秒後には測定域１２″を通過するものである。
色の商Ｑ＝ｉｒ１／ｉｒ２を測定する１０秒前の最も新
しいｉｒ２−値およびｉｒ１−値をとることによって同
じリボンの部分に関し、それ故測定域１２′から測定域
１２″へ移動する間に所定のリボンの部分が被る変色を
最もよく示すＱ値が得られる。
測定域内におけるリボンの全ての部分について赤色光と
緑色光との比を等しくするために光学系において行なわ
れる工程にもかかわらず、リボンの湿った糸およびいろ
いろな量の加湿液で満されているリボンの糸及び網目の
全ての部分が赤色光と緑色光を同じ強度で同じ方向に反
射するわけではないので、リボンノイズはやはり生しる
。その結果、ｉｒの連続値はわずがな差異を示す。この
ノイズ効果を排除するために、商を決定する時に、ｉｒ
１−値は５回の測定の平均したものを用いることができ
る。その真中の値がうわべ上１０秒前に行なわれたもの
である。
マイクロプロセッサー装置は所定の閾値を越える色の商
Ｑに応答して警報信号を生じる。この閾値は比較的低温
におけるよりも比較的高温のときの方が１０秒後のリボ
ンの上に着色物がより多く形成されるので温度依存性の
値であってもよい。
抵抗器３４、増幅器３５およびコンデンサ３６から構成
される積分器回路の出力信号は誤り検出のためにアナロ
グ多重回路３８およびアナログからデジタルへの変換器
４３に与えられる。障害成分または外部の影響、例えば
光電池の汚れのために制御回路が適切に働かない場合、
たいていの場合、積分器の出力電圧はもはや正常な動的
な操作範囲にはない。この現象はマイクロプロセッサー
に誤り信号を生じせしめるのに用いることができる。
本発明による色差検知装置はガス検知器に用いる場合に
ついて例を用いて説明したが、本装置の自明の他の用途
も含むものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による検知装置の光学系と照射系の構造
の概略を示す側面図である。 第２図は第１図の構造の正面図である。 第３図は照射系の光源を制御する電子回路構成と反射光
を測定する手段を示す。 第４図は第３図の回路構成において起こりうる種々の波
形を示す。 １・・・照射線、２・・・赤色発光ダイオード、３，３
′・・・緑色発光ダイオード、４・・・散光器、５・・
・開口部、６・・・対物レンズ、７・・・フィルター、
８・・・光電池、９・・・鏡、１２・・・リボン、１２
′，１２″・・・測定域、１３，１４，１５，１６・・
・光電池、２６，２８，３０，３５・・・増幅器、３２
，５０・・・帯域フィルター、３６・・・帰還コンデン
サ、３７，４０・・・電圧−電流変換器、３８・・・ア
ナログ多重回路、４１・・・加算回路、４２・・・ＤＣ
電源、４３・・・アナログからデジタルへの変換器、４
４，４５，４７・・・データ母線、４６・・・制御回路
、４８・・・デジタルからアナログへの変換器。 特許用１ｉｆｉ人　エヌ、つ゛イー　オプティー／エ　
インダストリー″ドウ　アラ１２　９〜イルフト″

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、被検査材に照射する手段、該被検査材によって反射
    される光の量を測定する手段および該被検査材を移動さ
    せる手段よりなる被検査材の色差検知装置において、該
    被検査材に照射する手段が第一の色の光を発する第一光
    源と第二の色の光を発する第二光源を含み、該第−およ
    び第二光源より発せられる光の一部を間隔をおいて離れ
    た第一と第二の測定域それぞれに伝達する光学系が備え
    られており、該測定域の各々は被検査材によって反射さ
    れる光の量を測定する手段に関連しており、更に、該第
    二光源より発せられる光の量を直接測定する手段が備え
    られており、又、該第一および第二光源に交互に通電す
    る電子スイッチ手段、および第一光源からの光の反射光
    の測定量と第二光源からの光の反射光の測定量に応答し
    て第一光源からの光の反射光の測定量と第二光源からの
    光の反射光の測定量が実質的に等しくなるように該第二
    光源の強さを制御する電子制御手段が備えられているこ
    とを特徴とする色差検知装置。 ２、該第一測定域に照射する時に該第二光源から発せら
    れる光量と、該第二測定域に照射する時に該第二光源よ
    り発せられる光量の比を計算することにより、該二つの
    測定域における被検査材による光の反射の差を測定する
    手段が備えられており、又、該比が所定値を越すと警報
    信号を発する手段が備えられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、該光学系が該第一および第二光源それぞれから発せ
    られる光を該第一および第二測定域にそれぞれ等量云達
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
    項記載の装置。 ４、該光源が発光ダイオードであり、該検知手段がシリ
    コンフォトダイオードであり、又該第一光源の色が緑、
    該第二光源の色が赤であり、そして又、該第二光源より
    発せられる光量を直接測定する該手段は同様にフォトダ
    イオードを包みそして緑色光を最大限遮断するように働
    くフィルターを備えていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項、第２項または第３項記載の装置。 ５、該発光ダイオードの前部に散光器を装備し、該発光
    ダイオードおよび該散光器が、該発光ダイオードからの
    放射光の出口となる開ロ部を有するハウジング内に設置
    され、又、該開口部より出てくる発散光線を平行光線に
    変換する対物レンズが備えられており、該平行光線の一
    部は更に別の光学手段を介して両測定域に伝達され、他
    の一部は該第二光源より発せられる光の量を直接測定す
    る手段上に投射されることを特徴とする特許請求の範囲
    第４項記載の装置。 ６、１個の赤色発光ダイオードと、該赤色発光ダイオー
    ド１の周りに対称的に配置されたｎ個の緑色発光ダイオ
    ードが備えられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第４項または第５項に記載の装置。 ７、ｎ＝６である特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８、該スイッチ手段が所定時間の間、該第一光源のみに
    通電し、該第二光源から発せられる光の量を直接測定す
    る手段の出力信号が該千手段のオフセット電流と暗電流
    のためのひとつの尺度であり、又、該出力信号の値を記
    憶する記憶手段が備えられて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項記載の装置。
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