JPH116767A

JPH116767A - 光センサ装置

Info

Publication number: JPH116767A
Application number: JP9160261A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Uno; 徹也宇野
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】検出物体の有無、表面状態などを判別する光
センサ装置に係り、特に、色、光沢、明度等の境目にお
いて起こり得る誤動作を防止する。【解決手段】光センサ装置１は、２分割フォトダイオ
ード７の受光視野９ａ，９ｂを発光ダイオード３ａ，３
ｂの検出物体２上の投光スポット８内で複数に分離して
おり、これら受光視野９ａ，９ｂにおける判別結果が一
致した時に、この判別結果を有効とするので、色の境目
において起こり得る誤動作を防ぎ、特定の色を安定に検
出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出物体からの反
射光又は透過光により得られる物体情報の一致度合いで
検出物体の有無、表面状態などを判別する光センサ装置
に係り、特に、色、光沢、明度等の境目において起こり
得る誤動作を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、検出物体の色を判別する光セ
ンサ装置として、カラーセンサが知られている。図９に
従来のカラーセンサの一例を示す。このカラーセンサ１
０１は、投光部より赤（Ｒ）、青（Ｂ）の光を時分割に
投光し、それぞれのタイミングにおける検出物体１０２
からの反射光（又は透過光、以下、同じ）を１つの受光
視野１０３を有する受光部において受光するものであ
る。このカラーセンサ１０１の色判別動作は、まず、検
出したい基準となる色（以下、この色をティーチング色
という）に対してＲ，Ｂの光を時分割に投光し、それぞ
れの反射光の強度の値（以下、この値をティーチング値
という）を記憶し、次いで、対象となる検出物体に対し
てＲ，Ｂ各光の投受光を行い、この時に得られるそれぞ
れの強度の値とティーチング値とを比較することによ
り、ティーチング色と同色であるか否かを判別するもの
である。

【０００３】また、検出物体の表面の光沢度を判別する
光センサ装置として、光沢センサが知られている。この
光沢センサは、検出物体からの反射光を１つの受光視野
を有する受光部において受光し、この反射光に含まれる
直交する２つの偏光成分（Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分）の
光強度を検出し、予め記憶させた光沢物体の偏光強度
と、対象となる検出物体の偏光強度とを比較することに
より、検出物体の光沢度を判別するものである。

【０００４】さらに、検出物体の明度又は有無を判別す
る光電センサは、検出物体からの反射光を１つの受光視
野を有する受光部において受光し、予め設定されたしき
い値と、対象となる検出物体からの反射光量とを比較す
ることにより、検出物体の明度又は有無を判別するもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図９に示すようなカラーセンサでは、ティーチング色と
は異なる２つの色の境目において、誤動作を起こす場合
があった。例えば、Ｒ，Ｂの２色の光源を備えたカラー
センサにおいて、赤紫色をティーチング色として検出を
行うと、赤色と青色の境目１０４において誤動作を起こ
すことがある。これは、図１０に示すように、赤色と青
色の境目１０４における赤光源と青光源のそれぞれの反
射光の受光量が赤紫色に対するティーチング値と同じ値
になるためであり、受光信号の処理では、この誤動作を
防ぐことができない。また、上述の図９に示すカラーセ
ンサでは、緑色をティーチング色として検出を行うと、
白色と紫色の境目においても誤動作を起こすことがあ
る。

【０００６】また、上述した光沢センサにおいても、光
沢のある部分と光沢のない部分の境目で、偶然にＳ偏光
成分とＰ偏光成分の反射光強度がティーチング値と一致
して、誤動作を起こす場合がある。さらに、光電センサ
においても、明るい物体から暗い物体へ変化する境目
で、偶然に受光量がティーチング値と一致して、誤動作
を起こす場合がある。

【０００７】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、投光スポット内における受光視野
を複数に分離し、各視野ごとに判別を行い、全ての判別
結果が一致したときに判別結果を有効とすることによ
り、色や光沢や明度の境目で起こり得る誤動作を防ぎ、
安定に検出を行うことができる光センサ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、検出物体に向けて投光する投光手
段と、この投光手段による投光の検出物体における反射
光又は透過光を受光する受光手段と、この受光手段によ
る受光信号に基づいて検出物体の有無、表面状態などを
判別する判別手段とを備えた光センサ装置において、受
光手段は、投光手段の検出物体上における投光スポット
内で分離された複数の受光視野を持ち、それぞれの受光
視野についての受光信号を出力し、判別手段は、記憶さ
せた基準となる信号基準値と、複数の受光視野における
検出物体についての受光信号とを比較することにより、
それぞれの受光視野について判別を行い、複数の受光視
野における判別結果が一致した時に、この判別結果を有
効とするものである。この構成においては、受光手段の
受光視野は、投光手段の検出物体上における投光スポッ
ト内において複数に分離されており、判別手段は、各視
野ごとに判別を行い、複数の視野についての判別結果が
一致すると、この判別結果を有効とする。これにより、
色、光沢、明度などの境目において起こり得る誤動作を
防止することができ、特定の色、光沢、明度などを安定
に検出することができる。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の光センサ装置であって、投光スポット内における前記
受光手段の複数の受光視野が、この投光スポット内で放
射方向に分散されているものである。この構成において
は、色、光沢、明度などの境目がどのような方向に向い
ていても、色、光沢、明度などの境目において起こり得
る誤動作を防止することができる。

【００１０】また、請求項３の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の光センサ装置であって、判別手段は、予
め記憶させた基準となる複数種類の物体についての信号
基準値を有しており、これら信号基準値と複数の受光視
野における検出物体についての受光信号とを比較するこ
とにより、検出物体の種類判別を行うものである。この
構成においては、予め記憶させた信号基準値と、複数の
受光視野における受光信号とを比較し、複数の受光視野
における検出物体についての受光信号が一つの信号基準
値と一致すると、この信号基準値に対応する基準となる
物体と検出物体とが同種であると判別する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を参照して説明する。（第１の実施の形態）図１（ａ）は本実施形態による光
センサ装置の外観図、図１（ｂ）は投光スポット内で分
離された受光視野を示す図、図１（ｃ）は光センサ装置
の光学系を示す構成図である。この光センサ装置１は、
赤（Ｒ）、青（Ｂ）の光を時分割に投光し、それぞれの
タイミングにおける検出物体２からの反射光強度より、
検出物体２の色の検出を行うカラーセンサである。２つ
の発光ダイオード３ａ，３ｂ（以下、発光ダイオードを
ＬＥＤと記す）（投光手段）は、互いに異なる波長の
光、例えば、赤色及び青色の光（赤：λ＝６８０ｎｍ、
青：λ＝４５０ｎｍ）を同一の投光スポット８上に出射
するものであり、これら赤色及び青色ＬＥＤ３ａ，３ｂ
から出射された光は、ダイクロイックミラー４により合
成され、投光レンズ５を介して検出物体２に向けて投光
される。検出物体２において反射された光は受光レンズ
６において集光され、２分割フォトダイオード７（以
下、２分割ＰＤと記す）（受光手段）において受光信号
に変換される。この２分割ＰＤ７は、ＬＥＤ３ａ，３ｂ
の検出物体２上における投光スポット８内で分離された
第１及び第２の視野９ａ，９ｂを有し、２分割ＰＤ７を
構成するＰＤ７ａは第１の視野９ａについての受光信号
を、ＰＤ７ｂは第２の視野９ｂについての受光信号をそ
れぞれ出力する。

【００１２】図２はこの光センサ装置１の処理系を示す
ブロック図である。赤色及び青色ＬＥＤ３ａ，３ｂは、
投光回路１１ａ，１１ｂの指示に従って、時分割に検出
物体２に向けて光を照射する。検出物体２において反射
された光のうち、第１視野９ａについてのＰＤ７ａの受
光出力は、アンプ回路１３ａで増幅された後、スイッチ
ング回路１４ａを介してサンプルホールド回路１５ａ，
１５ｂに供給され、サンプルホールドされる。同様に、
第２視野９ｂについてのＰＤ７ｂの受光出力は、アンプ
回路１３ｂ、スイッチング回路１４ｂを介してサンプル
ホールド回路１５ｃ，１５ｄに供給され、サンプルホー
ルドされる。これらスイッチング回路１４ａ，１４ｂと
上述した投光回路１１ａ，１１ｂは、中央処理装置１６
（以下、ＣＰＵと記す）より供給されるタイミングパル
ス信号に基づいて駆動されており、ＬＥＤ３ａによる投
光の反射光の受光信号は、サンプルホールド回路１５
ａ，１５ｃにサンプルホールドされ、ＬＥＤ３ｂによる
投光の反射光の受光信号は、サンプルホールド回路１５
ｂ，１５ｄにサンプルホールドされる。

【００１３】ティーチングボタン１７がＯＮとされ、基
準となる色について記憶処理を行うティーチングモード
となっている時には、サンプルホールド回路１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ，１５ｄ（以下、１５と記す）においてサ
ンプルホールドされた信号は、メモリ（不図示）に記憶
される。ティーチングボタン１７がＯＦＦとされ、検査
モードにある時には、ウィンドコンパレータ１８ａ，１
８ｂ，１８ｃ，１８ｄ（以下、１８と記す）（判別手
段）は、サンプルホールド回路１５においてサンプルホ
ールドされた受光信号とメモリに記憶されていたティー
チング値（信号基準値）を比較する。ウィンドコンパレ
ータ１８ａ，１８ｂにおける比較結果は、論理回路１９
ａ（ＡＮＤ回路）（判別手段）に送られ、両比較結果が
一致すると、論理回路１９ａはＯＮ信号を出力する。同
様に、ウィンドコンパレータ１８ｃ，１８ｄにおける比
較結果は、論理回路１９ｂ（ＡＮＤ回路）（判別手段）
に送られ、両比較結果が一致すると、論理回路１９ｂは
ＯＮ信号を出力する。論理回路２０（ＡＮＤ回路）（判
別手段）は、両論理回路１９ａ，１９ｂからＯＮ信号が
出力されると、ＯＮ信号を出力する。なお、上述したブ
ロック回路においては、処理速度を速くするために、サ
ンプルホールド回路１５からの受光信号をウィンドコン
パレータ１８を用いて処理しているが、この処理をＣＰ
Ｕ１６により行ってもよい。また、信号基準値は、使用
者によるマニュアル手動設定（ボリューム調整など）に
よって設定されるものであってもよい。

【００１４】次に、図３のタイムチャートを参照して、
赤紫色を判別する場合、赤色と青色をティーチングした
装置において赤色と青色の境目を持つ検出物体２が矢印
方向に移動したときの光センサ装置１の動作について説
明する。第１視野９ａが赤色領域２ａから青色領域２ｂ
に移り変わる時には、第１視野９ａにおける反射光強度
はティーチング値と一致するので、判別結果はＯＮとな
る（図３（ａ）参照）。そのとき、第２視野は赤色領域
２ａにあるため、第２視野９ｂにおける反射光強度はテ
ィーチング値と一致せず、判別結果はＯＦＦとなる（図
３（ｂ）参照）。この場合においては、第１及び第２視
野９ａ，９ｂについての判別結果が一致しないので、判
別結果は有効とされず、装置１から出力される判別結果
はＯＦＦとなる（図３（ｃ）参照）。その後、第２視野
９ｂが赤色領域２ａから青色領域２ｂに移り変わる時に
は、第２視野９ｂにおける反射光強度はティーチングと
一致するので、判別結果はＯＮとなる（図３（ｂ）参
照）。そのとき、第１視野９ａにおける反射光強度はテ
ィーチング値と一致しないので、判別結果はＯＦＦとな
る（図３（ａ）参照）。この場合においても、第１及び
第２視野９ａ，９ｂについての判別結果が一致しないの
で、判別結果は有効とされず、装置１から出力される判
別結果はＯＦＦとなる（図３（ｃ）参照）。

【００１５】このように、検出物体２上における投光ス
ポット８内において受光視野を２つに分離し、各視野９
ａ，９ｂごとに色判別を行い、２つの判別結果が一致し
たときに判別結果を有効とするようにしたので、ティー
チング色と関係のない色の境目で起こり得る誤動作を防
止することができ、検出物体２上に様々な色柄、文字等
が有る場合でも、特定の色のみを安定に検出することが
できる。また、検出物体２からの反射光の受光に２分割
ＰＤ７を用いているため、装置１を低コストで実現する
ことができる。

【００１６】なお、色の境目の方向が定まっている場合
には、その境目と垂直な方向に受光視野を並べれば、ま
た、色の境目の方向が定まっていない場合には、移動方
向と視野の並び方向とを同じにすれば、安定に検出を行
うことができる。また、図４に示すように、投光スポッ
ト８内における受光視野９ａ，９ｂ，９ｃを投光スポッ
ト８内で放射方向に分散させれば、色の境目の向きの影
響を受けることなく、より安定に色検出を行うことがで
きる。

【００１７】（第２の実施の形態）図５（ａ）は本実施
形態に係る光センサ装置の光学系の構成図、図５（ｂ）
は投光スポット内で分離された受光視野を示す図、図６
はこの光センサ装置の処理系を示すブロック図である。
この光センサ装置１は、ＬＥＤ４３（投光手段）から投
光レンズ４４、偏光フィルタ４５を介して入射面に垂直
な偏光成分（以下、Ｓ偏光成分と記す）又は入射面に平
行な偏光成分（以下、Ｐ偏光成分と記す）を持つ光を検
出物体２に向けて照射し、この検出物体２において反射
された光を偏光ビームスプリッタ４８を介して２つの２
分割ＰＤ４６，４７において受光することにより、検出
物体２の光沢を検出するものである。２分割ＰＤ４６
（４６ａ，４６ｂ）は、偏光ビームスプリッタ４８を通
過した光を受光し、２分割ＰＤ４７（４７ａ，４７ｂ）
は、偏光ビームスプリッタ４８により反射された光を受
光する。各２分割ＰＤ４６，４７のＰＤ４６ａ，４７ａ
の受光軸は、偏光ビームスプリッタ４８により同軸化さ
れており、これらＰＤ４６ａ，４７ａは、検出物体２上
における投光スポット４９内に第１の視野５０ａを有し
ている。同様に、各２分割ＰＤ４６，４７のＰＤ４６
ｂ，４７ｂの受光軸は、偏光ビームスプリッタ４８によ
り同軸化されており、これらＰＤ４６ｂ，４７ｂは、検
出物体２上における投光スポット４９内に第２の視野５
０ｂを有している（図５（ｂ）参照）。

【００１８】上記第２の実施形態による光センサ装置の
処理系について説明すると、ＬＥＤ４３は、投光回路１
１の指示に従って検出物体２に向けて投光を行い、検出
物体２において反射された光のうち、第１の視野５０ａ
についてのＳ偏光成分とＰ偏光成分の情報は、ＰＤ４６
ａ，４７ａにおいてそれぞれ捕らえられる。また、受光
視野５０ｂについてのＳ偏光成分とＰ偏光成分の情報
は、ＰＤ４６ｂ，ＰＤ４７ｂにおいてぞれぞれ捕らえら
れる。それぞれのＰＤ４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ
からの受光信号は、アンプ回路１３において独立に増幅
され、サンプルホールド回路１５においてサンプルホー
ルドされて、ＣＰＵ１６に送られる。ＣＰＵ１６は、各
サンプルホールド回路１５からの信号値を予めティーチ
ングモードにより記憶させたティーチング値と比較し、
この比較により得られた第１及び第２の視野５０ａ，５
０ｂについての判別結果が一致すれば、この判別結果を
有効として出力する。なお、ＣＰＵ１６において、（Ｓ
−Ｐ）や（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）といった演算を行い、
この演算結果を用いて処理を行うものであってもよく、
さらに、これら複数の演算を組み合わせて処理を行って
もよい。

【００１９】このように、検出物体２上における投光ス
ポット４ａ内において受光視野を２つに分離し、各視野
５０ａ，５０ｂごとに直交する偏光成分の光を捕らえて
光沢度判別を行い、２つの視野５０ａ，５０ｂについて
の判別結果が一致したときに判別結果を有効とするよう
にしたので、光沢のある物体と光沢のない物体の境目で
起こり得る誤動作を防止することができ、検出物体２上
に様々な色柄、文字、印刷等があり、高い光沢から低い
光沢まで含む場合でも、特定の光沢のみを安定に検出す
ることができる。

【００２０】（第３の実施の形態）図７は本実施形態に
係る光センサ装置の処理系を示すブロック図である。こ
の図において、上述の第１の実施形態と同等の部材には
同番号を付している。この光センサ装置１は、色に基づ
いて検出物体の種類判別を行うものであり、その光学系
は、上述の図１（ｃ）に示したものと同一である。光セ
ンサ装置１の動作を説明すると、ティーチングモードと
されて、基準となる複数の物体のそれぞれに対して投受
光を行うと、サンプルホールド回路１５においてサンプ
ルホールドされた各物体に対する信号は、１、２、３・
・・と番号を付されて設定値としてメモリ５５に記憶さ
れる。次に、検査モードとされて、検出物体に対して投
受光を行うと、ＣＰＵ１６は、それぞれの受光視野９
ａ，９ｂおける検出物体についての受光信号と、メモリ
５５に記憶されている設定値とを比較する。２つの受光
視野９ａ，９ｂにおける検出物体についての受光信号が
１つの設定値と一致すれば、検出物体がこの設定値に対
応する基準となる物体と同種であると判別し、一致した
設定値の番号に対応した出力線５６から信号を出力す
る。なお、設定値の番号をビット表示で出力するもので
あってもよい。

【００２１】このように、検出物体上における投光スポ
ット８内において受光視野を２つに分離し、各視野９
ａ，９ｂごとに種類判別を行い、２つの視野９ａ，９ｂ
についての種類判別結果が一致した時に、この種類判別
結果を有効とするので、色の境目で起こり得る誤動作が
少なくなり、安定に種類判別を行うことができる。ま
た、上述の図７には、色に基づいて検出物体の種類判別
を行うものについて示したが、光沢度や明度に基づいて
種類判別を行う装置であってもよい。

【００２２】（第４の実施の形態）図８は本実施形態に
よる生産ラインを示す。この生産ライン７１は、上述の
第１の実施形態に示した光センサ装置１を備えており、
この光センサ装置１が検出する特定の色部に基づいて位
置決めを行い、白地７３に紫部７４（りんごの模様）と
緑部７５（葉の模様）から成る絵柄を連続的に備えたシ
ート材７２のカッティングを行うものである。上述した
ように、１つの受光視野を有する従来の２波長カラーセ
ンサでは、ティーチング色とは異なる２つの色の境目に
おいて誤動作を起こすことがあり、例えば、白色と紫色
の境目を緑色と誤検出する。このため、色部（緑部７
５）を位置決めの基準位置とすることができず、従来の
シート部材７１においては、カッティング位置７６の近
傍にシールを貼り、このシールを基準位置としてカッテ
ィングを行っていた。本実施形態に係る生産ライン７１
においては、光センサ装置１により、様々な模様を有す
るシート部材７２から特定の色部を安定に検出すること
ができるので、この特定の色部を基準位置として安定に
シート部材７２をカッティングすることができる。ま
た、位置決めのためのシール等が不要となる。

【００２３】なお、本発明は、上記実施形態に限られる
ことなく、種々の変形が可能である。例えば、上述の第
１及び第２の実施形態には、それぞれカラーセンサと光
沢センサを示したが、カラーセンサと光沢センサを組み
合わした光センサ装置であってもよい。また、光量検出
を行う光電センサであってもよく、この場合には、明度
の境目において起こり得る誤動作を防ぐことができ、検
出物体の明度や有無を安定に検出することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
受光手段の受光視野を投光手段の検出物体上の投光スポ
ット内で複数に分離し、これら複数の受光視野における
判別結果が一致した時に、この判別結果を有効とするよ
うにしたので、色、光沢、明度などの境目において起こ
り得る誤動作を防ぐことができ、特定の色、光沢、明度
などを安定に検出することができる。

【００２５】また、請求項２の発明によれば、投光スポ
ット内における受光手段の複数の受光視野を放射方向に
分散して配置するようにしたので、色、光沢、明度など
の境目の向きの影響を受けることなく、安定に検出を行
うことができる。

【００２６】また、請求項３の発明によれば、判別手段
は、予め記憶させた基準となる物体の信号基準値と、複
数の受光視野における検出物体についての受光信号とを
比較し、複数の受光視野についての受光信号が一つの信
号基準値と一致すると、この信号基準値に対応する基準
となる物体と検出物体とが同種であると判別するように
したので、色、光沢、明度などの境目において起こり得
る誤動作を防ぐことができ、安定に検出物体の種類判別
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態による光センサ装
置の外観図、（ｂ）は投光スポット内で分離された受光
視野を示す図、（ｃ）は光センサ装置の光学系を示す図
である。

【図２】光センサ装置のブロック図である。

【図３】光センサ装置の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。

【図４】投光スポット内で放射方向に分散された受光視
野を示す図である。

【図５】第２の実施形態による光センサ装置の光学系を
示す図である。

【図６】光センサ装置のブロック図である。

【図７】第３の実施形態による光センサ装置のブロック
図である。

【図８】第４の実施形態による生産ラインを示す図であ
る。

【図９】従来の光センサ装置の光学系を示す図である。

【図１０】従来の光センサ装置の動作を説明するための
タイムチャートである。

【符号の説明】

１光センサ装置２検出物体３，３ａ，３ｂＬＥＤ（投光手段）７，７ａ，７ｂＰＤ（受光手段）８投光スポット９ａ第１の視野（受光視野）９ｂ第２の視野（受光視野）１６ＣＰＵ（判別手段）１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄウィンドコン
パレータ（判別手段）１９ａ，１９ｂ論理回路（判別手段）４６，４６ａ，４６ｂＰＤ（受光手段）４７，４７ａ，４７ｂＰＤ（受光手段）４９投光スポット５０ａ第１の視野（受光視野）５０ｂ第２の視野（受光視野）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｈ 35/00 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｕ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出物体に向けて投光する投光手段と、
この投光手段による投光の検出物体における反射光又は
透過光を受光する受光手段と、この受光手段による受光
信号に基づいて検出物体の有無、表面状態などを判別す
る判別手段とを備えた光センサ装置において、前記受光手段は、前記投光手段の検出物体上における投
光スポット内で分離された複数の受光視野を持ち、それ
ぞれの受光視野についての受光信号を出力し、前記判別手段は、記憶させた基準となる信号基準値と、
複数の受光視野における検出物体についての受光信号と
を比較することにより、それぞれの受光視野について判
別を行い、複数の受光視野における判別結果が一致した
時に、この判別結果を有効とすることを特徴とする光セ
ンサ装置。
【請求項２】前記投光スポット内における前記受光手
段の複数の受光視野が、該投光スポット内で放射方向に
分散されていることを特徴とする請求項１に記載の光セ
ンサ装置。
【請求項３】前記判別手段は、予め記憶させた基準と
なる複数種類の物体についての信号基準値を有してお
り、これら信号基準値と前記複数の受光視野における検
出物体についての受光信号とを比較することにより、検
出物体の種類判別を行うものであることを特徴とする請
求項１又は請求項２に記載の光センサ装置。