JPS61226621A - 照度校正用素子を有する色受光装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、照度校正用素子を宥する色受光装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来から一般的に用いられているカラーセンサとしては
、接触形式のものが多い、その理由は、色に対する識別
精度を上げるためである。この識別精度を上げる手段と
しては、照度を大きくすること等があげられる。現在の
ところ、　１００００１菫以上約２００００〜３０００
０１菫が多い、また、距離を近づけることによって光源
色以外の外乱光を小さく抑えることができる。このよう
にするため、はと　　　゛んどのカラーセンサは接触形
式になる。

ｍ１０図はその一例を示すもので、光源ｌとしては、例
えば標準光源Ａ（ＩＯＷ程度）が用いられ、覆い２によ
って外乱光を防止し、光源１から物体３の表面までの距
−を１０〜５０■ｌとすることにより。

物体表面の照度を２００００１菫程度とし、それにカラ
ーセンサ４を対向配置するようにしている。

元来、カラーセンサは視覚の一部であり、色覚の一つで
ある。このようなセンナが接触式であるのは、産業用と
しては好ましくない、すなわち、対象物を傷つける可能
性があり、対象物が食品の場合には衛生上からも良くな
い、そのため、人間と同じ非接触方式による視覚センサ
にするのが望ましい。

一方、ＪＩＳ規格には、現状の人間による表面色の比較
方法が記載されている。それによると、照明は標準の光
Ｃを用い、照度については最低５００１！以上で、でき
得るならば１０００　Ｉｔ以上で均一であることが望ま
しいとされている。また、観察者についても多くの規定
がある。

これをカラーセンサについてあてはめてみると、現状の
カラーセンサでは、上述したように２００００１！以上
で比色している。これは、人間の場合の比色条件と比べ
て明るすぎて、とても比色とは云い難いものである。あ
まり明るいところで比色する場合１例えばフォトダイオ
ードを用いたカラーセンサでは、経年変化を起し易くな
り、そのため分光感度及び相対分光感度特性ともに劣化
する。したがって、プロセス用としては、できる限り経
年変化を抑制する意味においても、照度を小さくしたと
ころ（１０００〜１５００１！　）で比色するのが最も
よい環境条件といえよう。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上の条件から、カラーセンサを開発する場合の条件と
しては、非接触式で、且つ照度条件として５００〜１５
００１！程度が望ましい。非接触式ということは、物体
の表面からの距離が常に変るということであり、照度は
距離の二乗に反比例するので、それに対応しなければな
らない。

本発明は、このような問題に対処できる色受光装置を提
供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の色受光装置は、赤色
波長、緑色波長及び青色波長にピークを有する受光素子
と、照度校正用の受光素子を備え、上記照度校正用の受
光素子に、その出力電圧を多段階の照度に分割するため
の信号を出力するコンパレータを接続す°ると共に、こ
のコンパレータの出力信号により上記赤色、緑色及び青
色の各受光素子に接続した電流−電圧変換回路の増幅率
を決定するフィードバック抵抗を切換え、照度の大小に
応じて上記受光素子の出力を変える増幅度選択リレー回
路を設゛けることにより構成される。

［作　用］ 照度校正用の受光素子において検出した照度に応じて、
コンパレータから増幅度選択リレー回路を介して、赤色
、緑色及び青色の受光素子に接続した電流−電圧変換回
路のフィードバッグ抵抗を切換えるための信号が出力さ
れ、七れによって上記受光素子の出力が調整される。

［実施例］ ・第１図に示すように、本発明に係る色受光装置は、赤
色波長にピークを有する受光素子ＲＤ、緑色波長にピー
クを有する受光素子ＧＤ、及び青色波長にピークを有す
る受光素子ＢＤを備え、さらに照度校正用素子として受
光素子ＬＤを備えている。

このような構成を有する色受光装置において、上記受光
素子ＲＤ、Ｇｆ）、Ｂ［ｌの相対感度は、第２図のよう
になる。なお、一般的には、赤外領域にも相対感度をも
つが、赤外カー２トフイルタを入れることを前提として
、その点についてここでは詳述しない。

一方、実際に受光素子から出力される絶対分光感度は第
３図のようになる。同図における実線は、ある照度のと
きの絶対感度であり、この曲線は、照度が変化するとそ
れに伴って破線で示すように変化する。

前述の光源が一定の場合、ｘｙ色度座標の値は、各受光
素子ＲＤ　、ＣＤ　、ＢＤの出力をそれぞれＲｌＧ、Ｂ
とすると、 Ｒ＋Ｇ＋Ｂ Ｇ となり、白色紙を色受光装置に見せた場合には、ｘ＝ｙ
＝ｚ＝０．３となる。

また、（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ）は、はぼ光の量Ｑに比例的な数で
あり゛、上記のｘ、ｙ、ｚは光の量に対する各色成分の
比率を表わすものである。そのため、光の量すなわち照
度が多少変化しても、Ｘ。

ｙ、ｚの値はそれ程には変化しない。

しかしながら、照度がｌθ倍程度変化すると、一般に青
色波長にピークを持つ受光素子ＢＤの感度が、他の赤や
緑の受光素子に比較して悪いため、それによる誤差が発
生する。すなわち１色受光装置と物体間の距離が大きく
なると照度が下り、それによって長波長（赤色波長）側
が強調されるようになり、全体として黒っぽくなる。逆
に、それらの距離が小さくなると照度が大きくなり、短
波長（青色波長）側でも十分応答可能となる。

このような問題に対処するため１本発明の色受光装置に
おいては、上述した各色にピークをもつ受光素子ＲＤ、
ＧＯ，ＢＤの他に、照度校正用の受光素子ＬＤを備え、
それらを第４図に例示するような状態に配列している。

なお、第４図に示す各受光素子の配置は、それにこだわ
ることなく、例えば円周上にそれらを並べてもよく、ま
た四角形状に配置してもよい、ただ、各ダイオードがデ
ィスクリート素子の場合、できる限り近接させて構成さ
せることが肝要である。

受光素子を構成するフォトダイオードは、一般に第５図
に示すような照度−出力電流特性を有しているが、照度
が一定値以上になると出力電流が増大しなくなる。しか
し、その直線範囲は、第１図において照度校正用の受光
素子ＬＤに接続し、かつ第６図に詳細に示すような電流
−電圧変換回路　　　４において、フォトダイオードＰ
Ｄと逆バイアス用電池ＢＢを直列に接続して逆バイアス
を加えることにより、それを拡大することができる。

即ち、第６図において、仮にＶ＝０とし、フォトダイオ
ードに光が照射されたときにダイオードに流れる光電流
をＩｓｈ　、　フィードバック抵抗をＲｆ、使用してい
るオペアンプＡｔｔＦＥＴ入力型の高入力インピーダン
ス（通常は１０以上）を有している演算増幅器であると
仮定すると、そのときの出力Ｖ　ｏｕｔは・ Ｖｏｕｔ　＝−Ｒｆ　＠　Ｉｓｈ となる、光電流１ｓｈは、照度と比例関係にあるため、
出力電圧Ｖａｕｔも照度と比例関係になる。この出力電
圧Ｖｏｕｔをさらに符号を反転して、零点補正を加える
と、第７図のような特性曲線となる。

第１図におけるコンパレータ１０は、この出力電圧を利
用して多段階の照度に分割する信号を出力するものであ
り、この信号を用いて、各受光素子ＲＤ、ＧＩ）、８０
に接続した電流−電圧変換回路１〜３の増幅率を決定す
る要素であるフィードバック抵抗Ｒｆが切換えられる。

第１図の色受光装置の具体的な構成について詳細に説明
すると、同図において、受光素子（フォトダイオード）
　ＬＤからの出力は、第６図に示すような電流−電圧変
換回路４を経由してフィルタ回路８に送られる。一般に
光源はＡＣのため、５０Ｈｚ（８ＧＨｚ）及び倍の高調
波１００　Ｈｚ　（１２０Ｈｚ）が光雑音として重畳さ
れる。　ｆ？与１０Ｈｚ、−４０ｄＢ１０ｃｔ以上の低
域　波フィルタ回路８は、その光雑音をカットするため
のものであり、このフィルタ回路を通した後の信号は、
第７図に示すような直線性を有する照度信号になる。

上記フィルタ１路から出力される照度信号は。

第８図かられかるように、各照度段階に分割させるため
のコンパレータ１０にパラレルに入力される。この段数
（コンパレータの個数）は、照度段階数と同じである。

コンパレータの出力がＨレベルになったとき、増幅度選
択リレー回路ｌｌ中の該当するリレーがオンになり、こ
れに連結されている各受光素子の電流−電圧変換回路１
〜３のフィードバック抵抗Ｒアを適宜選択する。これに
より、照度の大小に応じて受光素子ＲＤ、ＣＩＩ、ＢＤ
の出力を変えることができる。

第９図は、受光素子ＲＤ　、ＧＤ　、ＢＤに接続した電
流−電圧変換回路１〜３、及びフィルタ回路５〜７の詳
細を示すものであり、この第９図中におけるリレー接点
１３が第８図中のリレー接点１３に対応している。

次に、各照度における色の識別法について述べる。

色の識別を行うためには、まず、校正を行う必要がある
。この校正は、各照度毎に標準光に照らされた基準色と
しての白色の物体をみせ、その場合の出力信号から得ら
れる前述の（１）〜（３）式の値が０．５になるように
、各フィードバック抵抗の微調を行う、これによって、
Ｘ、７色度座標におけるＸ　＋　ｙの値を求めることが
できる。

なお、第８図におけるＶ、〜Ｖｎのコンパレートは、可
変抵抗Ｖ　Ｒ，−ＶＲｎによってそれぞれ調整して行い
、それらの結果はリレーＲＹ、〜ＲＹｎに伝達される。

各リレー接点は、４個を同時に切り換えることができる
ものである。

第８図の破線内の接点Ｓ０１〜ＳＣｎは、マイコン等の
計算機につながり、それに入力するためのもので、マイ
ボン内ではこの入力情報をもとに各照度における白色を
基準値とした補正計算を行うのに利用される。

また、第９図において、各フィードバック抵抗の切換え
に、アナログスイッチ素子等を用いることなく、上記リ
レーを使用しているが、この理由は、アナログスイッチ
の場合Ｒｏｎ抵抗は小さい（５Ω〜５０Ω）が、Ｒａｆ
ｔ抵抗は暗電流の影響で電流−電圧変換回路では無視で
きない程の値になっているからである。但し、条件さえ
整えばアナログスイッチ素子も使用することができる。

［発明の効果］　　　′ 以上に詳述した本発明の色受光装置によれば、非接触式
で、且つ適宜照度条件において、照度校正を行いながら
簡易に色の判別を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る色受光装置の実施例を示す構成図
、第２図は上記色受光？ｔＭにおける受光素子の相対感
度についての説明図、第３図は上記受光素子から出力さ
れる絶対分光感度についての説明図、第４図は赤色、緑
色及び青色にピークを有する受光素子と、照度校正用の
受光素子の配置図、第５図はフォトダイオードの特性図
、第６図は上記色受光装置における電流−電圧変換回路
の一例を示す回路構成図、第７図は第６図の電流−電圧
変換回路における照度と比例関係にある出力電圧の特性
図、第８図は第１図の色受光装置におけるコンパレータ
及び増幅度選択リレー回路の回路構成図、第９図は第１
図の各受光素子に接続した電流−電圧変換回路及びフィ
ルタ回路の詳細を示す回路構成図、第１０図は従来の接
触形式のカラーセンサの構成図である。 ＲＤ、０口、ＢＤ、Ｉ、Ｄ　・・受光素子、１０番・コ
ンパレータ、 １〜３・・電流−電圧変換回路、 １１・・増幅度選択リレー回路。 第１図 第４図　　　第５図 第６図 ｆ 第７回 懸重　右

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、赤色波長、緑色波長及び青色波長にピークを有する
   受光素子と、照度校正用の受光素子を備え、上記照度校
   正用の受光素子に、その出力電圧を多段階の照度に分割
   するための信号を出力するコンパレータを接続すると共
   に、このコンパレータの出力信号により上記赤色、緑色
   及び青色の各受光素子に接続した電流−電圧変換回路の
   増幅率を決定するフィードバック抵抗を切換え、照度の
   大小に応じて上記受光素子の出力を変える増幅度選択リ
   レー回路を設けたことを特徴とする照度校正用素子を有
   する色受光装置。