JPH0579928B2 - - Google Patents

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、色でもつて夫々を識別す
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、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
図であつて、１は発光素子、２，３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，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は単色光源であつ
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を通つて受光部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”
という），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ｂに変換され
る。 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。したがつて、デジタル信号ｂ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、光フアイバ伝送路２の被検査
物４側の出射部２ａを極めて小さな面積とするこ
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上の光スポツトを小さくす
ることができ、したがつて、光フアイバ伝送路３
の被検査物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の微小な対象物の色相
判定を行なうことができる。 しかしながら、この従来のカラーセンサにおい
ては、色相判定は発光素子１の種類によつて決ま
り、しかも２種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、被検査物４の対象物の色相
が赤であるか、あるいは、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、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一被
検査物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、対象物の色相が赤，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、交換される発光素子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つてリアル
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、しかも、
この調整には非常な精度を要することになる。 また、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つて、夫々のカ
ラーセ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、赤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
に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
れに沿つ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かくなる。しかし、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、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は、各カラーセンサ
毎に所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から、かかる
従来のカラーセンサにおいては、かかる発光素子
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とが
できて、しかも、光フアイバ伝送路に効率よく色
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、光拡散
手段を設け、該拡散手段により発光素子からの色
光を拡散せしめ、拡散された該色光を光フアイバ
伝送路に入射せしめ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、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
数の色光を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、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
特性を緩やかにすることができれば、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
を示す構成図であつて、１ａ，１ｂは発光素子，
８は光フアイバ伝送路，８ａは出入射部，９，１
０は光フアイバ群，９ａは入射部，１０ａは出射
部，１１は発光部，１２は光拡散板，１３は時分
割駆動回路，１４はタイミング信号発生回路，１
５，１６はＤ型フリツプフロツプ，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
つて、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
つて発光部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を形成する各光フアイバ素線の端面が
夫々出射口となつて検査物４の対象物からの反射
光を発光部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８ａ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素線の端面と光
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４の対象物に照射すべく出射する出射口とな
り、また、光フアイバ群１０を形成する光フアイ
バ素線の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９
ａの端面から入射された色光は、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。 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の光フアイバ素線の出射口と光フア
イバ群１０の光フアイバ素線の入射口とは、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の端面全体にわたつて均一に色光が
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からの反射
光の強度分布は、出入射部８ａの端面全体にわた
つて均一となり、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。したがつて、対象物で反射された色光は、
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には、発光素子１ａ，１ｂと光拡散
板１２とが設けられている。発光素子１ａ，１ｂ
は夫々発光指向特性を有する。たとえば、発光ダ
イオードなどの発光素子であつて、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
とは光拡散板１２により拡散され、それらの一部
が光フアイバ群９に入射部９ａの端面から入射さ
れる。すなわち、光拡散板１２は発光素子１ａ，
１ｂの比較的鋭い発光指向特性を緩やかにするも
のであつて、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１
ａ，１ｂとを結ぶ直線から多少づれていても、入
射部９ａの端面における色光の入射光量を比較的
大きくすることができる。したがつて、発光部１
１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される。 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、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
ユーテイ比が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１ａ，１ｂ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を通つ
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、光フアイ
バ伝送路８の入射部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（たとえば、ホトト
ランジスタ）からなり、得られたアナログ信号
は、発光素子１ａ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、第１図と同様の増幅器６，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
ｂ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の赤信号の振幅は大、
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、または極めて小となる
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，基準レベルVs以下
のときには“０”のデジタル信号ｂが得られる。 第３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

【表】 アンドゲート１７，１８，１９，２０はＤ型フ
リツプフロツプ１５，１６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
のであつて、アンドゲート１８には出力信号ｈ，
ｋが、アンドゲート１９には出力信号ｉ，ｊが、
アンドゲート２０には出力信号ｈ，ｊが、また、
アンドゲート１７には出力信号ｉ，ｋが夫々供給
される。これらアンドゲートによるＤ型フリツプ
フロツプ１５，１６の状態の判定は、Ｄ型フリツ
プフロツプ１５，１６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，１ｂの発光タイミン
グのづれが、第３図に示すように、T_0/2とする
と、ストローブパルスｆ，ｇの発生タイミングも
T_0/2だけづれており、このために、Ｄ型フリツプ
フロツプ１５，１６の状態設定のタイミングも
T_0/2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、ストローブ
パルスｆによつてＤ型フリツプフロツプ１５に設
定された状態は、ストローブパルスｇによつてＤ
型フリツプフロツプ１６が状態設定されるまで保
持され、Ｄ型フリツプフロツプ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型フリツ
プフロツプ１５に設定された状態とが、アンドゲ
ート１７，１８，１９，２０の論理演算によつて
判定される対象の状態である。したがつて、第３
図の期間Ｙが保持期間，期間Ｘが判定期間とな
る。 Ｄ型フリツプフロツプ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１７，１８，１９，２０の出力が異
なるが、第１表から明らかなように、この出力の
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表に示す。

【表】 したがつて、上記のように、Ｄ型フリツプフロ
ツプ１５が“１”状態，Ｄ型フリツプフロツプ１
６が“０”状態に設定されたときには、アンドゲ
ート１８の出力Ｂのみが“１”であつて、他のア
ンドゲート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Ｙ，判定期間Ｘ
に必ずしも一意的に決まるものではなく、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、これらの発光素
子１ａ，１ｂ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１７，１
８，１９，２０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t₁以前では対象物
が緑であつて、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，１
ｂからの色光のいずれについても、受光部５で得
られるアナログ信号の振幅が大きく、Ｓ／Ｎが良
好であつて、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つて、２１は封止体であ
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、発光部１１として、単一ステ
ム上に発光素子１ａ，１ｂを配置し、これらを光
散乱体を均一分布で混入した封止体２１で封止し
たものである。このために、発光素子１ａ，１ｂ
から夫々比較的鋭い発光指向特性で発生したビー
ム状の赤色光、緑色光は封止体２１内で散乱され
て広がり、したがつて、発光素子１ａ，１ｂの比
較的鋭い発光指向特性は、封止体２１によつて緩
やかな指向特性となり、発光素子１ａ，１ｂが比
較的鋭い発光指向特性を持つているにもかかわら
ず、入射部９ａへ充分に夫々の色光が入射する。 第５図は本発明によるカラーセンサのさらに他
の実施例を示す要部構成図であつて、１b′は発光
素子，２２は封止体であり、第２図に対応する部
分には同一符号をつけている。 この実施例は、発光素子１ａとしてGaAlAsな
どの赤色発光ダイオードを用い、発光素子１b′と
してはGaAs：Siなどの赤外線発光素子を用い
る。発光素子１ａ，１b′は単一ステム上で配置さ
れてアンチストークス蛍光体を均一な分布で混入
した封止体２２で封止され、発光部１１が形成さ
れている。 発光素子１ａ，１b′は時分割的に交互に発光駆
動されるのであるが、発光素子１ａからの赤色光
は、封止体２２において、アンチストークス蛍光
体によつて散乱され、また、発光素子１b′からの
赤外線は封止体２２中のアンチストークス蛍光体
を励起し、封止体２２は緑色光を発光することに
なる。したがつて、封止体２２は、赤色光に対し
ては拡散手段として作用するとともに、赤外線発
光素子１b′と相まつて緑色の発光体として作用す
る。そこで、封止体２２からは、赤色光、緑色光
のいずれも四方に放射されることになり、発光素
子１ａ，１b′の比較的鋭い発光指向特性が緩和さ
れることとなり、発光素子１ａ，１b′の発光指向
特性に係わらず入射部９ａへの入射光量が増大す
る。 第４図，第５図に示した実施例では、２つの発
光素子が封止体によつて一体化されているもので
あるから、発光部の取り付け作業が容易となり、
また、発光部を小型に構成することができる。こ
の場合、２つの発光素子間の配置関係は、格別高
い精度を要するものではなく、このために、発光
素子と封止体との一体化のための工程が複雑にな
るものでもない。 さらに、第４図に示した実施例では、発光指向
特性が比較的鋭い発光素子１ａ，１ｂから発生し
たビーム状の色光が、封止体２１の内部で散乱し
て広がつた緩やかな指向特性の色光となつて、封
止体２１の球面状の表面から出ていくが、このと
き、この球面状の表面が緩やかな指向特性の色光
に対して若干の集光作用を及ぼす。これにより、
入射部９ａへの入射量が増加する。このことは、
第５図に示した実施例についても、同様である。 なお、以上説明した実施例においては、赤色光
と緑色光を用いて色相判定を行なう場合について
説明したが、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
を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
ものであつてもよく、また、色相判定される対象
物としては、反射体に限定されるものではなく、
透過体であつ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
る色光を効率よく光フアイバ伝送路に入射させる
ことができ、対象物への色光の照射量を増加させ
るとともに、複数の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、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、第５図は本発明
によるカラーセンサのさらに他の実施例を示す要
部構成図である。 １ａ，１ｂ，１b′……発光素子、４……被検査
物、５……発光部、８……光フアイバ伝送路、１
１……発光部、１２……光拡散板、２１，２２…
…封止体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光指向特性を有する複数の発光手段からの
   異なる波長の光を光フアイバ伝送路の単一入射面
   から入射して伝送し、対象物に照射して該対象物
   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、 球面と平面からなる光拡散手段を設け、 該光拡散手段の平面側に該光拡散手段と一体に
   該発光手段夫々を配置し、該光拡散手段の球面側
   に該光フアイバ伝送路の該入射面を配置したこと
   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、前記発光手
   段の１つは赤外線発光手段であつて、前記光拡散
   手段は赤外線で励起されて他の前記発光手段が発
   生すると光とは異なる色光を発生することを特徴
   とするカラーセンサ。