JPH01219641A - 色検出素子 - 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】 〔発明の対象技術分野〕 この発明は検出対象の色すなわち色相や明度あるいは彩
度を検出する色検出装置に用いられる色検出素子に関す
るものである。

〔従来技術〕

従来この種の色検出素子はたとえば第９図に示すように
構成されている。すなわち赤、緑、青の３つの有効受光
部１２Ｒ，１００％１２Ｂを１つのチップ上に配列する
ことにより受光素子の有効受光面１１が形成され、それ
らの有効受光部１２Ｒ１１２Ｇ、１２Ｂはそれぞれ長方
形に形成され℃いる。またこれらの有効受光部は第８図
に示すような分光感度特性を有している。このため各有
効受光部１２Ｒ％１２Ｇ、１２Ｂは受光素子に照射され
た色光の分光エネルギー分布をその分光感度特性に応じ
１光電変換し、リード端子１５Ｒ１１５Ｇ、１５Ｂから
電流の状態で出力する。

第１０図は第９図に示す色検出素子１０を結像光学系に
適用したもので、この色検出素子と検出対象２５との間
に結像レンズ２７が設けられ、被検出面２８上の色情報
を検出する。

また第１１図は第９図に示す色検出素子１０を光ファイ
バー東３１を用いて検出対象２５と光学的に結合するも
ので、光ファイバー東３１の一端が色検出素子１０と対
向している。また光フアイバー束３１の他端には口金３
２が取付けられて検出ヘッド３３を構成し、この検出ヘ
ッドが検出対象２５と対向する。

〔この発明が解決しようとする問題点〕従来の色検出素
子における問題点は受光素子を形成する有効受光部１２
Ｒ，１２Ｇ、１２Ｂがそれぞれ長方形に形成され、全体
として有効受光面１１を構成するときに矩形に配列され
ることである（第９図）。

たとえば結像光学系を用いて検出対象の色情報を色検出
素子に結像し、これによって光電検出素子を得るばあい
、色検出素子の有効受光部の形状が検出対象の被検出面
形状に相似することになる。つまり第１０図に示すよう
に検出対象２５において長方形の被検出面２８の色情報
を色検出素子１０で検出するが、このばあい第９図に示
したような赤、緑、青などの複数の有効受光部１２Ｒ１
１２Ｇ、１２Ｂの配列状態も影響して検出対象によって
は色検出を必要とする領域以外の色情報を検出したり、
空間的なノイズ要因に対してＳ／Ｎ比の悪い色検出とな
ってしまう問題があった。

また色情報を検出する光学系とじ又光フアイバー束を用
いて検出対象からの色情報すなわち色光を色検出素子に
導くばあい、色検出素子の有効受光部の形状に合わせて
光ファイバー東の色検出素子側の口金３２における断面
形状を決定するのが受光効率はもつともよい。したがっ
て色検出素子１０上の受光素子すなわち有効受光部１２
の配列が矩形のばあいには光ファイバー東の口金部３２
すなわち端部の断面形状３１ａを受光素子の形状に合わ
せて矩形にする必要がある（第１３図）。

ところが光フアイバー束の口金部の断面形状は円形にす
るのが望ましい。それは製作がもつとも容易であり、か
つ原価的にもきわめ又有利であるからである。したがっ
て受光素子の形状が矩形のはあい色検出素子を含む装置
全体の原価が高くなるおそれがある。また第１２図に示
すように円形の断面形状３１ｂを有する光フアイバー束
と矩形の受光素子とを光学的に結合したばあいにはその
結合効率がきわめて悪くなる欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明はこのような従来の欠点にかんがみ、検出対象
の円形スポットの色情報すなわち色光な光学的あるいは
機械的にと（に変更することな（容易に検出するもので
ある。また光ファイバー東を用いて色情報を検出する光
学系において、色検出素子と光ファイバー東とを結合す
るばあい、光フアイバー束の口金部の形状を製作上、あ
るいは原価的に有利な形状を選択することにより受光効
率を高めることを目的とする。

〔発明の構成〕

この発明はその目的を達成するために光電変換用の受光
素子を構成する有効受光面は１つのチップ上にほば円形
に形成される。

さらに、その有効受光面はその中心から放射状に分割さ
れ、これにより分光特性がそれぞれ異なる複数の扇形有
効受光部が形成される。

各有効受光部の面積はたがいに所定の比率をもって配分
される。

〔発明の作用〕

全体として円形の断面形状を有する光フアイバー束を受
光素子と対向させるとき、両者の対向面における形状が
ほぼ等しいので受光素子からの色情報は高い効率をもっ
て光フアイバー束に入射する。

〔実施例〕

以下図面を参照してこの発明の一実施例について説明す
る。

すなわち第４図は色検出素子の断面構造を示すもので、
この図において同一のガラス製の基板ｌの一方の面に透
明電極２が、またこの透明電極にはｐ−１−ｎ接合を有
するアモルファスシリコンのフォトダイオード層３が、
さらにこのフォトダイオード層には裏面電極５．５が順
に配設され、これによつ″”Ｃ１つの光電変換用の受光
素子６が構成される。一方基板１の他方の面には赤、緑
、青の３色のカラーフィルタ８すなわち８Ｒ，８Ｇ。

８Ｂが配設されて、受光素子６とともに色検出素子１０
を形成する。そしてカラーフィルタ８側から入射した光
は光の３原色である赤、緑、青の成分に分けられ、色検
出素子１０の出力端子に各色成分に比例した短絡光電流
が発生する。

またこの色検出素子で色識別を行うばあいには、赤、緑
、青の出力信号をＯＰアンプにて増幅し、Ａ／Ｄコンバ
ータを通してコンピュータに入力し、さらに演算処理を
して、あらかじめ入力されているプログラムによって識
別を行う。

なお第４図に示す色検出素−子の製造工程についてはす
でに公知であるのでその説明を省略する。

そして受光素子６における有効受光面１１は第５図に示
すように形成される。すなわちこの有効受光面は色検出
素子としての１つのチップ上においてほぼ円形に形成さ
れる。さらにこの円をそのほぼ中心から放射状に延びる
線によって分割することにより複数個の有効受光部１２
Ｒ１１２Ｇ、１２Ｂが形成される。そしてこれらの有効
受光部にはたがいに異なる色すなわち第４図に示す赤、
緑、青のカラーフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂが配設され、
これによってそれぞれ異なる分光特性を得る。すなわち
有効受光部１２Ｒは第８図に示す分光感度特性１３Ｒを
、また有効受光部１２Ｇは第８図の分光感度特性１３Ｇ
を、さらに有効受光部１２Ｂは第８図の分光感度特性１
３Ｂをそれぞれ有している。

また受光素子６には端子１５すなわち１５Ｒ１１５Ｇ、
１５Ｂ、１５ｃが設けられ、これらの端子はそれぞれ各
有効受光部１２Ｒ１１２Ｇ、１２Ｂ＋’？一対応し℃い
る。したがって第５図に示す受光素子１０にフィルタ８
を取付け、外部から任意の色光を照射するとその色光の
分光エネルギー分布は各有効受光部１２Ｒ１１２Ｇ、１
２Ｂの色光感度分布で分解され、さらに光電変換されて
端子１５Ｒ％１５Ｇ、１５Ｂから電流出力として取出さ
れる。なお端子１５の中、１５Ｃは各有効受光部１２Ｒ
，１２Ｇ、１２Ｂの共通端子を形成する。

第１図に示す色検出素子１００等価回路は第６図に示す
ように受光素子６の中、各有効受光部１２Ｒ，１２Ｇ、
１２Ｂに対応する受光部６Ｒ，６Ｇ、６Ｂがたがいに並
列に接続された形となる。

また第１図に示す各有効受光部１２Ｒ１１２Ｇ、１２Ｂ
はこれをある照度たとえば１ｏｏｏＣｌｘ〕の照度下で
照光したときにそれぞれの有効受光部の各出力がほぼ同
率となるようにその面積が配分される。このため有効受
光面１１の中心を軸とする各有効受光部１２Ｒ，１２Ｇ
、１２Ｂの扇形の面積はそれぞれ異なる。なおこのばあ
い有効受光部１２Ｂの面積すなわち青色の領域は他の有
効受光部１２Ｒ，１２Ｇの面積すなわち赤色または緑色
の領域に比べて著るしく大さ（なる。そこで青色の有効
受光部１２Ｂを２つの領域１２Ｂ１．１２Ｂ２に分割し
、かつ有効受光面１１上においてその中心を軸として対
称に配置する。これによって色検出における空間的分解
能が高められる。

さらに有効受光面１１の中心部を拡大して示すと第７図
のようになる。この図において有効受光面１１の中心Ｃ
を軸として赤色の有効受光部１２Ｒは５０度の角度、ま
た緑色の有効受光部１２Ｇは９０度の角度、そして青色
の有効受光部１２Ｂ１および１２Ｂ２を１１０度をもっ
てそれぞれ分割している。さらに青色の有効受光部１２
Ｂｌおよび１２Ｂ２間には両者をたがいに結合する連結
部１６が設けられる。

また各有効受光部１２Ｒ，１２Ｇ、１２Ｂ１．１２Ｂ２
間には隔離帯１８．１８が放射状に形成され、各有効受
光部１２Ｒ，１２Ｇ、１２Ｂ１．１２Ｂ２を電気的、光
学的に分離するもので、この部分は光電変換作用を有し
ていない。

このようにして構成された色検出素子１０は第１図ない
し第３図に示すように保持枠１９に接着剤２１たとえば
エポキシ樹脂を用いて取付けられて色検出部２０を形成
する。

なお保持枠１９には取付は用の孔２２．２２が設けられ
る。

この色検出素子は第１１図に示すものと同じ形態で用い
られる。すなわち光ファイバー東３１を用いて色検出装
置を構成することができる。なおこの色検出装置を説明
するための図面は第１１図に示すものと実質的に変わら
ないので省略する。

ただ光フアイバー束３１はいうまでもな（複数の光ファ
イバーを束ねることによりその断面と（に検出ヘッド３
３を形成する口金３２の部分および色検出素子１０と対
向する部分が円形となるように形成される。

そして検出対象２５から検出ヘッド３３を通して光フア
イバー束３１に入射した光すなわち色情報はその一端に
送られて色検出素子１０の有効受光面１１に照射される
。するとこの照射光は有効受光部１２Ｒ，１２Ｇ、１２
Ｂにおいて第８図に示す分光感度特性に応じて分析され
、さらに電気変換されて端子１５Ｒ１１５Ｇ、１５Ｂを
通して出力される。

このとき光フアイバー束３１の断面形状と有効受光面１
１の形状とはほとんど同一であるため、光ファイバー東
３１からの色情報はそのはとんとか色検出素子ｌＯに入
力される。

なおこの発明の実施例においてはアモルファスシリコン
を材料とする色検出素子につい工説明したが、これは他
の材料を用いた素子たとえば単結晶シリコンフォトダイ
オードや他の光電変換素子にも適用でき、また有効受光
部１２の分割数や分割形状もこの実施例に限定されるこ
とな（、目的、条件に応じて任意に構成することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明は上述のように受光素子の有効受光面を全体と
してほぼ円形に形成するとともに、この有効受光面をそ
のほぼ中心から放射状に分割することにより扇形の複数
の有効受光部を形成し又いるので、検出対象の円形領域
における色情報を直接検出することが可能で、と（に光
フアイバー束を用いた検出系では全体的な原価を低減す
ることができ、かつ効率の高い色検出ができる。

また複数の異なる分光感度特性を有する有効受光部の面
積をたがいに所定の比率をもって配分しているので、各
有効受光部からの出力比を一定条件のもとで同率とする
ことができ、したがってその出力を受ける信号処理系を
各系において同一に構成することができ、いきおい各出
方の処理系の性能を等しくすることができる。

さらに有効受光部の中、特定の分光感度特性を有する有
効受光部を複数に分割し、かっこの分割された有効受光
部は有効受光面上の所定の場所にたがいに分離した状態
に配設しているので、色検出における空間的な分解能を
向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明における色検出素子を適用した色検出
部の正面図、第２図はその側面図、第３図はその背面図
、第４図は色検出素子の縦断面図、第５図は受光素子の
正面図、第６図は第５図の等価回路図、第７図は第５図
の受光素子の中央部分の拡大正面図、第８図は分光感度
特性図、第９図は従来の色検出素子の正面図、第１０図
は第９図に示す色検出素子を結像光学系に用いた例を示
す斜視図、第１１図は光ファイバー東を用いた色検出方
法を示す側面図、第１２図および第１３図はＩ！５図に
示す色検出素子と投光スポットとの関係を示す正面図で
ある。 １・・・基板、２・・・透明電極、３・・・ダイオード
層、５・・・電極、６・・・受光素子、８・・・カラー
フィルタ、１０・・・色検出素子、１１・・・有効受光
面、１２・・・有効受光部、１５・・・端子、１６・・
・連結部、１８・・・隔離帯、１９・・・保持枠、２０
・・・色検出部、２１・・・接着剤、２２・・・孔、２
５・・・検出対象、３１・・・光フアイバー束。 特　許　出　願　人　　　山武ハネクエル株式会社第７
図 第８図 通　長 第１１図 ■ 派

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）分光特性がそれぞれ異なる複数の有効受光部を１
   つのチップ上にたがいに光学的に絶縁して配設すること
   により光電変換用の１つの受光素子を形成し、この受光
   素子により色光を検出するものにおいて、上記受光素子
   の有効受光面を全体としてほぼ円形に形成するとともに
   、上記各有効受光部は上記有効受光面をそのほぼ中心か
   ら放射状に分割することにより扇形に形成し、かつ上記
   各有効受光部の面積をたがいに所定の比率をもつて配分
   することを特徴とする色検出素子。
2. （２）上記各有効受光部の出力比がほぼ同一となるよう
   に上記各有効受光部の面積比を設定した特許請求の範囲
   第１項記載の色検出素子。
3. （３）上記有効受光部の中、特定の分光感度特性を有す
   る有効受光部を複数に分割するとともに、この分割され
   た有効受光部を上記有効受光面上の所定の場所にたがい
   に分離した状態で配設した特許請求の範囲第１項記載の
   色検出素子。