JP2000131243A

JP2000131243A - 反射型光センサ

Info

Publication number: JP2000131243A
Application number: JP10299990A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yasuda; 成留安田; Hayami Hosokawa; 速美細川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】検出物体との距離の変動があっても、これを
色変化と識別することができ、対象物体の色や光沢度と
いった表面状態を安定に検出することができる反射型光
センサを提供する。【解決手段】発光素子１６から出射された光は、偏光
フィルタ１７を透過してＳ偏光となり、対象物体２６に
照射される。対象物体２６で反射した光は、偏光ビーム
スプリッタ２１によってＰ偏光とＳ偏光とに分離され、
Ｓ偏光は受光素子１９で受光され、Ｐ偏光は位置検出素
子２０で受光される。位置検出素子２０から出力された
信号に基づいて距離演算部３９が対象物体２６の距離変
動量を求め、それに基づいて補正係数出力部４０は判別
部４１へ補正係数αを出力する。判別部４１は受光素子
１９及び位置検出素子２０の出力に基づいて光沢度を判
定するための信号を生成すると同時にその出力を補正係
数αで補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型光センサに関
する。特に、所定位置に存在する対象物体の光沢や色な
どの表面状態を識別する反射型光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１に示すような反射型光セ
ンサ１が知られている。これは投光部２から光を照射
し、検出物体４で反射した反射光を受光素子３にて受光
するものであって、判別回路で受光出力の有無を判別す
ることによって検出物体４の有無を判定するとともに、
受光出力の大きさにより検出物体４の表面状態（特に、
検出物体表面の色や光沢度）を検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような反
射型光センサでは、その構成上、検出物体が同じであっ
ても、光センサと検出物体との距離が変動すると、受光
出力が変化する。そのため、例えば検出物体が搬送され
るコンベアと光センサの距離が一定となるように光セン
サを設置してあっても、検出物体がコンベア上をばたつ
きながら搬送されてくるような場合、受光出力の変動か
ら検出物体の色や色変化、光沢度などを検出しようとす
ると、受光出力の変動が検出物体のばたつきによるもの
か、検出物体の色変化や光沢度の変化によるものか区別
がつかず、誤判定を生じる問題があった。

【０００４】本発明は上述の技術的問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、検
出物体との距離の変動があっても、これを色変化と識別
することができ、対象物体の色や光沢度といった表面状
態を安定に検出することができる反射型光センサを提供
することにある。

【０００５】

【発明の開示】請求項１に記載した反射型光センサは、
検出物体の表面状態を識別する反射型光センサであっ
て、検出物体で反射した光を受光する受光部と、検出物
体の位置変化や角度変化等の位置情報を取得し、当該位
置情報に基づいて受光部から出力される受光量情報を補
正する補正手段と、前記補正手段により補正された受光
量情報に基づいて、検出物体の表面状態を判別する手段
とを備えたものである。

【０００６】この反射型光センサは、主として所定位置
に存在する対象物体の表面状態を検知するものである
が、対象物体の位置や角度等が所定位置からずれた場合
でも、その位置情報を取得することによって受光部から
出力される受光量情報を補正することができる。すなわ
ち、所定位置からずれた対象物体から得た受光量情報
を、所定位置に位置する対象物体から得た受光量情報に
相当する情報に補正する。そして、この補正された受光
量情報に基づいて対象物体の光沢度や色等の表面状態を
計測する。

【０００７】したがって、この光センサによれば、たと
えばコンベア等の搬送手段によって送られている対象物
体を検出するような場合でも、対象物体の位置変動等を
補正することができ、対象物体の表面状態を安定に検出
することができる。

【０００８】また、請求項２に記載した反射型光センサ
は、検出物体の表面状態を識別する反射型光センサであ
って、対象物体に向けて光を投射する投光部と、検出物
体で反射した光を受光する受光部と、前記受光部から出
力される受光量情報に基づいて、検出物体の表面状態を
判別する手段と、検出物体の位置変化や角度変化等の位
置情報を取得し、当該位置情報に基づいて投光部から投
射される光の強度を変化させる補正手段とを備えたもの
である。

【０００９】この反射型光センサにおいても、対象物体
の位置や角度等が所定位置からずれた場合では、その位
置情報を取得することによって投光部から出力される光
の強度（パワー）を補正することができる。すなわち、
所定位置からずれた対象物体から得た受光量情報が、所
定位置に位置する対象物体から得た受光量情報に相当す
るように対象物体に投射する光の強度を補正する。そし
て、この補正された受光量情報に基づいて対象物体の光
沢度や色等の表面状態を計測する。

【００１０】したがって、この光センサによっても、た
とえばコンベア等の搬送手段によって送られている対象
物体を検出するような場合でも、対象物体の位置変動等
を補正することができ、対象物体の表面状態を安定に検
出することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２は本発明
の一実施形態による反射型光センサ１１の構造を示す概
略図であって、この実施形態は、光沢センサとして用い
られる場合を表わしている。この光センサ１１にあって
は、発光素子駆動回路１５や演算処理回路１４等を実装
した回路基板１８上に発光ダイオード（ＬＥＤ）のよう
な発光素子１６を配置し、発光素子１６、発光素子駆動
回路１５、偏光フィルタ１７によって投光部１２を構成
している。また、回路基板１８に実装されたフォトダイ
オードやフォトトランジスタ等の受光量検出用の受光素
子１９と、光位置検出素子（ＰＳＤ）等の受光位置検出
可能な位置検出素子２０と、受光素子１９及び位置検出
素子２０間に配置された偏光ビームスプリッタ２１と、
受光レンズ２２によって受光部１３が構成されている。

【００１２】しかして、発光素子１６から出射された光
Ｌは、偏光フィルタ１７を通過して直線偏光となり、ケ
ース２３の投光窓２４から光センサ１１外へ投射され、
光センサ１１の前方の所定距離（基準距離）に存在する
対象物体２６の表面に対して斜めに照射される。対象物
体２６の表面で反射された光Ｌは、ケース２３の受光窓
２５を通して光センサ１１内に入り、受光素子１９及び
位置検出素子２０間に配置された偏光ビームスプリッタ
２１で透過光と反射光に分離され、反射光が受光素子１
９で受光され、透過光が位置検出素子２０で受光され
る。

【００１３】ここで、電界の振動方向が、対象物体２６
への光の入射方向と反射方向とがなす面（入射面）に垂
直な直線偏光をＳ偏光といい、電界の振動方向がＳ偏光
の電界振動方向及び光の進行方向と直角な直線偏光をＰ
偏光ということにする。

【００１４】偏光フィルタ１７はＳ偏光のみを透過させ
るように配置されている。従って、上記のようにして発
光素子１６から出射された光Ｌは、偏光フィルタ１７を
通過することによって、Ｓ偏光として対象物体２６の表
面に投射される。対象物体２６の表面で反射された光Ｌ
は、受光レンズ２２によって受光素子１９及び位置検出
素子２０上で焦点を結ぶように集光される。偏光ビーム
スプリッタ２１は、Ｓ偏光を反射させＰ偏光を透過させ
るように配置されており、偏光ビームスプリッタ２１を
透過したＰ偏光を受光する位置に位置検出素子２０が配
置され、偏光ビームスプリッタ２１で反射されたＳ偏光
を受光する位置に受光量検出用の受光素子１９が配置さ
れている。

【００１５】なお、図２とは逆に、Ｐ偏光を反射させＳ
偏光を透過させるよう偏光ビームスプリッタ２１を配置
し、偏光ビームスプリッタ２１で反射したＰ偏光を受光
する位置に位置検出素子２０を配置し、偏光ビームスプ
リッタ２１を透過したＳ偏光を受光する位置に受光量検
出用の受光素子１９を配置してもよい。

【００１６】対象物体２６で反射されたＰ偏光成分、つ
まり対象物体２６からの拡散反射成分を受光する位置検
出素子２０の受光位置からは、三角測距法の原理によ
り、対象物体２６の距離を算出することができる。

【００１７】図３は、図２の光センサ１１の光学系を模
式的に表わしたものであり、発光素子１６（光点）から
光センサ１１の前面までの垂直距離をδ、光センサ１１
の前面から対象物体２６までの垂直距離をｙ、発光素子
１６の光点を通り光センサ１１の前面と垂直な直線２７
と受光レンズ２２の中心を通り光センサ１１の前面と垂
直な直線２８との距離をＢ、前記直線２７又は２８に沿
った発光素子１６の光点と受光レンズ２２の中心との距
離をＣ、受光レンズ２２と位置検出素子２０との距離を
Ｄとしている。また、発光素子１６からの光出射方向
は、光センサ１１の前方方向からθだけ傾いているもの
とし、位置検出素子２０の受光位置ｘは直線２８が通過
する点から計測するものとする。また、図３中のαは、
所定の傾きθ方向へ出射され基準距離に位置する対象物
体２６で反射された光が受光レンズ２２を通って位置検
出素子２０に入射するとき、その受光レンズ２２の中心
を通過する反射光線の上の受光レンズの中心と位置検出
素子２０の集光点との距離である。

【００１８】上記ｘ、ｙ、θ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの間に
は、図３の幾何学的位置関係から分かるように、次の
（１）式および（２）式の関係がある。

【００１９】

【数１】

【００２０】従って、位置検出素子２０の受光位置ｘを
計測すれば、次の（３）式に基づいて対象物体２６まで
の距離ｙを求めることができる。ただし、（３）式に含
まれているＤはαに依存する変数であり、αは受光レン
ズ２２の特性（焦点距離など）によって異なる。厳密に
いうと、図３のαの値は受光レンズ２２の特性によって
決まり、このαの値によってＤの値が決まり、その結果
上記（１）式、（２）式および次の（３）式が成立する
ことになる。

【００２１】

【数２】

【００２２】また、対象物体２６の光沢度は対象物体２
６で正反射した光の光量で表示され、この光センサ１１
では、受光素子１９の受光量（正反射光＋拡散反射光）
と位置検出素子２０の受光量（拡散反射光）との差が正
反射光量にあたる。しかし、受光素子１９や位置検出素
子２０の受光出力は、従来例でも述べたように、対象物
との距離が変化することによって変化する。この光セン
サ１１では、対象物体２６が基準距離に存在するときに
センサ出力が最大となるように設置されているため、受
光素子１９の受光量から位置検出素子２０の受光量を引
いた受光量差（以下、センサ出力という）は、図４に示
すようにある基準距離の両側で減少する。これは、距離
が遠くなると光強度が弱くなるためと、光が受光素子１
９や位置検出素子２０の受光面からだんだん外れるため
とによるものである。

【００２３】そこで、この反射型光センサ１１の演算処
理回路１４は、対象物体２６の距離変動に対する受光素
子１９及び位置検出素子２０のセンサ出力の変動比また
は補正係数α（変動比の逆数）を次の表１に示すような
補正テーブルとして予め記憶している。そして、三角測
距法により求めた対象物体２６の距離変動量より、その
距離変動量に対応するセンサ出力の変動比または補正係
数αを導き出し、実際のセンサ出力に補正係数αを掛け
て距離変動がない場合の受光量（対象物体２６が基準距
離にある場合の受光量）によるセンサ出力に変換して出
力する。

【００２４】

【表１】

【００２５】図５は上記のような処理を行なわせるため
の演算処理回路１４を含む反射型光センサ１１の構成を
示す回路ブロック図の一例である。パルス発生回路２９
からは、一定周期でトリガーパルス信号が出力されてお
り、発光素子駆動回路１５はトリガーパルス信号に同期
して発光素子１６から変調パルス光を出射させ、偏光フ
ィルタ１７を透過させたＳ偏光を光センサ１１から対象
物体２６に向けて投射する。

【００２６】一方、対象物体２６で反射した光は、偏光
ビームスプリッタ２１によってＰ偏光とＳ偏光とに分離
され、Ｓ偏光は受光素子１９で受光され、Ｐ偏光は位置
検出素子２０で受光される。Ｓ偏光を受光した受光素子
１９から出力された光電流Ｉ ₀は増幅器３０で増幅され
ると共に電圧信号に変換された後、パルス発生回路２９
からのトリガパルス信号と同期して復調回路３１に入力
され、復調回路３１からは復調された受光信号Ｖ₀が出
力される。

【００２７】同様に、Ｐ偏光を受光した位置検出素子２
０から出力された２つの光電流Ｉ₁、Ｉ₂はそれぞれ増幅
器３２、３３で増幅されると共に電圧信号に変換された
後、パルス発生回路２９からのトリガーパルス信号と同
期して復調回路３４、３５に入力され、復調回路３４、
３５からは復調された受光信号Ｖ₁、Ｖ₂が出力される。

【００２８】位置検出素子２０から得られた２つの受光
信号Ｖ₁、Ｖ₂は加算回路３６で和Ｖ ₁＋Ｖ₂を演算され、
減算回路３７で差Ｖ₁−Ｖ₂を演算され、さらに除算回路
３８でそれぞれを除して（４）式のように位置検出素子
２０上の受光位置ｘを求める。但し、εは受光レンズ２
２の中心を通る直線２８と位置検出素子２０の受光面の
中心との距離である。

【００２９】

【数３】

【００３０】こうして位置検出素子２０上の受光位置ｘ
が求まると、距離演算部３９は、前記（３）式により対
象物体２６の距離ｙを演算し、補正係数出力部４０へ出
力する。補正係数出力部４０は、表１のような補正テー
ブル（補正係数出力部４０に記憶させておくのは、表１
の右端欄と左端欄だけでよい）を有しており、計測した
距離と基準距離の差から対象物体２６の距離変動量を求
め、その距離変動量に対するセンサ出力の補正係数αを
表１に示すような補正テーブルから決定する。例えば、
対象物体２６の距離変動量Δｙが＋２ｍｍであったとす
ると、補正係数出力部４０は補正係数α＝１／０.６を
判別部４１へ出力する。

【００３１】一方、加算回路３６の出力Ｖ₁＋Ｖ₂（位置
検出素子２０の全受光量に相当する）は、減算回路４２
に送られる。この減算回路４２は、受光素子１９側の復
調回路３１から出力された受光信号Ｖ₀を受け取ってお
り、減算回路４２から判別部４１へは、正反射光光量に
対応する信号Ｖ₀−（Ｖ₁＋Ｖ₂）が出力される。判別部
４１は、この信号Ｖ₀−（Ｖ₁＋Ｖ₂）に補正係数出力部
４０から出力された補正係数αを掛け、その補正された
値α［Ｖ₀−（Ｖ₁＋Ｖ₂）］に基づいて対象物体２６の
光沢度を判定する。

【００３２】本発明によれば、対象物体２６の距離変動
により光センサ１１の受光量が変動しても、その影響を
補正により除去することができ、対象物体２６と光セン
サ１１との距離が変動しても対象物体２６表面の微妙な
光沢度検出が可能になる。

【００３３】なお、上記回路において、距離演算部３
９、補正係数出力部４０及び判別部４１はマイクロコン
ピュータ（ＣＰＵ）によって構成されている。さらに
は、加算回路３６や減算回路３７、４２、除算回路３８
なども同時にマイクロコンピュータで構成してもよい。

【００３４】（第２の実施形態）図６は本発明の別な実
施形態による反射型光センサ５１を示す概略図である。
この光センサ５１にあっては、偏光ビームスプリッタ２
１の代わりに、透過率と反射率の等しいハーフミラーの
ような半透過板５２を用いている。しかして、対象物体
２６にＳ偏光の光を照射し、対象物体２６で反射した光
を半透過板５２で反射及び透過させることによって２分
している。また、受光素子１９の前面には、Ｓ偏光の光
だけを透過させる偏光フィルタ５３が配置され、位置検
出素子２０の前面にはＰ偏光の光だけを透過させる偏光
フィルタ５４が配置されている。

【００３５】このような構成の光センサ５１では、受光
素子１９が受光する正反射光の光量が１／２になる点を
除けば、第１の実施形態と同様な方法により、対象物体
２６の位置変動量を補正することができる。よって、こ
のような構成の光センサ５１においても、第１の実施形
態による光センサ５１の場合と同様にして、対象物体２
６の距離変動を補正して対象物体２６の光沢度を安定に
計測することができる。

【００３６】（第３の実施形態）図７は本発明のさらに
別な実施形態による反射型光センサ６１を示す概略図で
ある。この実施形態による光センサ６１の全体的構成
は、図２及び図５に示した実施形態とほぼ同じである
が、位置検出素子２０に代えて、図８に示すように２つ
の受光面６２ａ、６２ｂを有する２分割受光素子６２、
例えば２分割フォトダイオードを用いている。

【００３７】２分割受光素子６２が光スポット６３を受
光するとき、各受光面６２ａ、６２ｂから出力される光
電流をそれぞれＩ_A、Ｉ_Bとすると、各受光面６２ａ、６
２ｂにおける受光位置（長さ方向Ｘにおける位置）と受
光信号Ｖ_A、Ｖ_Bとの関係は図９のように表される。ここ
で、Ｃａ、Ｃｂは各受光面６２ａ、６２ｂの中心位置で
ある。また、この２分割受光素子６２は、図１０及び図
８に示すように、基準位置にある対象物体２６で反射さ
れた光Ｌを２つの受光面６２ａ、６２ｂの中間で受光す
るように配置されている。対象物体２６の距離変動に伴
って光スポット６３の受光位置がＣａからＣｂへ移動す
るとき、両受光面６２ａ、６２ｂから出力される受光信
号の差Ｖ_A−Ｖ_Bが変化するので、この受光信号の差Ｖ_A
−Ｖ_Bから対象物体２６の距離変動量を求めることがで
きる。この距離変動量とセンサ出力の変動比の関係が図
４に示したものと同じであるとすると、補正係数αは表
２で表される。

【００３８】

【表２】

【００３９】よって、表２の右から第１欄及び第２欄を
補正係数出力部４０に記憶させておくことにより、受光
素子１９の受光量を補正することができる。図１１はこ
の実施形態の演算処理回路１４における演算部分の構成
を示すブロック図、図１２はその補正方法の手順を具体
的に示すフロー図である。すなわち、この演算処理部分
は、復調回路３０から出力された受光素子１９の受光信
号Ｖ₀と、復調回路３４、３５から出力された２分割受
光素子６２の各受光信号Ｖ_A、Ｖ_Bを取り込む（Ｓ１）。
そして、補正係数出力部４０は、減算回路３７で演算さ
れた受光信号の差｜Ｖ_A−Ｖ_B｜の値に基づいて距離変動
量をレベル分けし（Ｓ２〜Ｓ４）、補正係数αを決定し
（Ｓ５〜Ｓ７）、判別部４１へ出力する。判別部４１
は、加算回路３６及び減算回路４２の出力に基づいてセ
ンサ出力Ｖ₀−Ｖ_A−Ｖ_Bを求め、この値を補正係数αで
補正し（Ｓ８）、補正されたセンサ出力α（Ｖ₀−Ｖ_A−
Ｖ_B）を出力する（Ｓ９）。この結果、対象物体２６の
距離変動が補正され、正確に光沢を計測できるようにな
る。

【００４０】（第４の実施形態）図１３は本発明のさら
に別な実施形態による反射型光センサ７１の概略図であ
る。この光センサ７１も光沢度を計測するものである
が、この光センサ７１では、基準距離にある対象物体２
６の傾きを補正することを目的としている。

【００４１】光沢計測用の光センサにおいては、対象物
体の距離や角度が変化しても、正反射光を安定に受光さ
せることが必要となる。特に、角度に関しては、対象物
体の角度が変動しても受光量が変動しないように受光面
での光スポット内の光強度の変化をなくすことが設計要
素として重要となる。しかし、対象物体が大きく傾いて
角度が変化した場合には、受光面上の光スポットが受光
素子からはみ出てしまうため、出力が大きく変化する。
そこで、この光沢度計測用の光センサ７１では、対象物
体２６の角度が変動しても受光素子１９で正反射光を安
定に受光できるようにしている。

【００４２】この光センサ７１にあっては、ＬＥＤのよ
うな発光素子１６から出射された光を偏光フィルタ１７
によってＳ偏光に変換して基準距離にある対象物体２６
に照射している。そして、対象物体２６で反射した光を
偏光ビームスプリッタ２１によってＳ偏光とＰ偏光とに
分離し、偏光ビームスプリッタ２１を透過したＳ偏光を
フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子１
９で受光させ、偏光ビームスプリッタ２１で反射したＰ
偏光を受光素子アレイ７２で受光させるようにしてい
る。ここで、受光素子１９と受光素子アレイ７２とは等
しい面積と対称な形状を有しており、偏光ビームスプリ
ッタ２１に関して対称に配置されている。また、受光素
子アレイ７２としては、対象物体２６の傾きを想定して
１次元状に複数個の受光素子が配列した１次元受光素子
アレイでもよく、２次元状に複数個の受光素子が配列し
た２次元状受光素子アレイでもよい。

【００４３】また、図１４に示すように受光素子１９及
び受光素子アレイ７２に照射する光スポットの大きさＭ
（図１５に示す）を受光素子１９及び受光素子アレイ７
２よりも大きくし、図１５（ａ）に示すように、光スポ
ット内で均一な光強度となるようにしてあれば、図１５
（ａ）で破線で示すように多少光スポットの位置がずれ
ても受光素子１９の受光強度は一定となる。

【００４４】しかし、対象物体２６が大きく傾いて図１
５（ｂ）のように光スポットが大きくずれた場合には、
受光素子１９の受光強度が影響を受け、センサ出力Ｖ₀
が変動することになる。その場合には、受光素子１９と
対称な受光素子アレイ７２上でも光スポットがずれ、受
光素子１９と等しい量だけ光スポットがずれることにな
る。一方、受光素子アレイ７２では、光スポットが当た
っている受光領域Ｓ１の面積（つまり、素子数）と光ス
ポットから外れていて光スポットが当たっていない領域
Ｓ２の面積（つまり、素子数）を検知することができる
から、受光素子アレイ７２の受光領域の一部にのみ光ス
ポットが当たっている場合の受光強度と、図１５（ａ）
のように受光素子アレイ７２全体に光スポットが当たっ
ている場合の受光強度の比は、 α＝（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ１となる。これは補正係数であるから、受光素子アレイ７
２で求めた補正係数αによりセンサ出力Ｖ₀−Ｖ_A−Ｖ_B
を補正することにより、対象物体２６の角度変化に対し
て安定した出力α（Ｖ₀−Ｖ_A−Ｖ_B）を得ることができ
る。なお、受光素子アレイ７２における受光面積Ｓ１
は、受光量がある基準値Ｖthを超えた領域の面積（素子
数）としている。

【００４５】さらに、このような構成の光センサ７１で
は、前述のような方法で対象物体２６の距離が変動して
も補正により安定したセンサ出力が得られるから、結
局、この実施形態による光センサ７１では、対象物体２
６に距離変動があったり、角度変動があったりしても、
安定したセンサ出力を得ることができる。

【００４６】なお、この実施形態においては、対象物の
反射光を受光レンズにより受光素子１９に集光させるよ
うにしている場合には、上記構成の受光面をレンズ面に
置き換えて、補正係数αを求めればよい。

【００４７】（第５の実施形態）図１６は本発明のさら
に別な実施形態による反射型光センサ８１を示す概略図
であって、単色カラーセンサ（カラーマークセンサ）と
して用いた場合を示している。この単色カラーセンサと
して用いられる光センサ８１にあっては、ＬＥＤのよう
な発光素子８２から出射された光を投光レンズ８３によ
って集光させながら基準距離にある対象物体２６に垂直
に投射し、対象物体２６で拡散反射した光を受光レンズ
８４で位置検出素子８５上に集光させている。位置検出
素子８５は、正反射光（色情報を含まない）を受光しな
い位置に配置される。

【００４８】対象物体２６の色により受光量が変化する
ので、位置検出素子８５の全受光量からは、対象物体２
６の色を判別することができる。一方、三角測距の原理
により、位置検出素子８５上の受光位置から対象物体２
６の基準距離からの変動量を求めることができる。こう
して対象物体２６の距離変動量を計測すれば、算出され
た距離変動量情報により、予め与えられている補正テー
ブルによって補正係数αを算出することができるので、
対象物体２６がコンベア上などをばたつきながら搬送さ
れてくるような状況においても、補正をかけたセンサ出
力により安定した色（あるいは、色変化）の検出が可能
となる。

【００４９】なお、この実施形態でも、位置検出素子８
５の代わりに２分割受光素子を用いてもよいことはいう
までもない。

【００５０】（第６の実施形態）図１７は本発明のさら
に別な実施形態による反射型光センサ９１を示す概略図
であって、同軸光学系で構成されたカラーセンサ（同軸
カラーセンサ）である。この光センサ９１にあっては、
ＬＥＤのような発光素子９２の前面に偏光フィルタ９３
を設け、その前方に投受光レンズ９４を配置し、発光素
子９２と投受光レンズ９４の間に斜めにハーフミラー９
５を配置してあり、ハーフミラー９５の側方にはＣＣＤ
のような画像検出用の受光素子（撮像素子）９６を配置
し、受光素子９６の前面にも偏光フィルタ９７を設けて
いる。ここで、２枚の偏光フィルタ９３、９７は、互い
に直交する偏光方向の光を透過させるように配置されて
いる。

【００５１】しかして、発光素子９２から出射された光
Ｌは偏光フィルタ９３によって直線偏光に変換された
後、投受光レンズ９４によって平行光に変換され、当該
平行光が対象物体２６に投射される。対象物体２６で反
射された反射光は、再び投受光レンズ９４を通過して集
光され、その集光過程でハーフミラー９５によって反射
され、偏光フィルタ９７を通過した光が受光素子９６で
受光される。

【００５２】このようにして、２つの偏光フィルタ９
３、９７により色情報を含まない対象物体２６からの正
反射光を除去することができ、受光素子９６の受光量か
ら色（あるいは、色の変化）を検出することができる。
また、対象物体２６が基準距離にある場合には、光スポ
ット９８は基準の大きさ（最小スポット径よりも大き
い）となるように調整されている［図１８（ｂ）］の
で、対象物体２６が遠方へ距離変動すると図１８（ａ）
のように光スポット９８が大きくなり、対象物体２６が
近くへ距離変動すると図１８（ｃ）のように光スポット
９８が小さくなり、この光スポット９８の大きさ（受光
素子数）をＣＣＤのような受光素子９６で計測すること
により、予め与えられているデータから対象物体２６の
距離変動量を求めることができる。

【００５３】また、対象物体２６の距離変動量とセンサ
出力とは、例えば図１９に示すような関係があるので、
表３のように距離変動量のレベル（スポット径の大小）
に応じて、距離変動量とセンサ出力の変動比から補正係
数α（センサ出力の変動比の逆数）を求めることができ
る。

【００５４】

【表３】

【００５５】こうして対象物体２６の距離変動量に応じ
た補正係数αが求まれば、その補正係数αを用いて補正
されたセンサ出力より色を検出することにより、安定し
た色の検出が可能となる。

【００５６】（第１の応用分野）上述した反射型光セン
サには多くの応用分野がある。まず図２０に示すもの
は、紙幣入金装置１０１であって、紙幣を受入れる紙幣
入金部１０２、紙幣の真贋と金種を判別する紙幣認識装
置１０３、本物であると判断した紙幣を種類毎に分類し
て収納する紙幣ストッカ１０４、入金金額等を表示する
表示パネル１０５、紙幣入金部１０２や紙幣認識装置１
０３等を制御する主制御部１０６から構成されている。

【００５７】図２１は、この紙幣入金装置１０１に用い
られている紙幣認識装置１０３の構造を示す概略断面図
であって、差し込まれた紙幣１０７は上下の搬送ロール
１０８、１０９間に挟まれて取り込まれるようになって
いる。そして、搬送途中において、カラーセンサ用の反
射型光センサ１１０で下方から検知用光Ｌを照射し、図
２２（ａ）に示すように紙幣１０７に沿って光センサ１
１０で紙幣１０７の色を読み取り、その結果得られた図
２２（ｂ）のようなセンサ出力パターンを比較すること
により、紙幣１０７の真贋及び金種を判別する。このよ
うな紙幣認識装置１０３においては、搬送中における紙
幣１０７の詰まりを防止するため、搬送路幅ｈを大きく
とる必要があるが、搬送路幅ｈを大きくとると、紙幣１
０７のばたつきが大きくなる原因となる。

【００５８】しかし、このような紙幣認識装置１０３の
カラーセンシング用センサとして、本発明の反射型光セ
ンサ１１０（例えば、第５の実施形態）を用いれば、紙
幣１０７がばたつきながら搬送されていても、紙幣１０
７のばたつき（距離変動量）によるセンサ出力を補正し
たセンサ出力を得ることができるので、安定した金種判
別が可能になる。

【００５９】（第２の応用分野）搬送速度が遅い場合に
は、紙幣の短時間のばたつきは小さく、むしろ紙幣が平
均してどの距離を搬送されているかが問題となる。図２
３はこのような問題に対処するための光センサ１１１で
あって、第１の実施形態による光センサとほぼ同様な構
成となっているが、Ｄ／Ａコンバータ１１２の出力によ
って発光素子駆動回路１５を制御し、発光素子１６の駆
動電流Ｉ_Dを制御できるようになっている。

【００６０】しかして、この光センサ１１１にあって
は、紙幣認識装置１０３において図２４（ａ）のように
紙幣１０７に沿って検知用の光Ｌを走査させる際、距離
演算部３９により紙幣１０７の無地領域１０７ａ（図２
４（ｂ）のＢＬ領域）を検知しているセンサ出力から紙
幣１０７までの距離を求める。そして、補正係数出力部
４０は、求めた距離と基準距離との距離変動量に基づい
て補正係数αを決める。例えば、基準距離に対する距離
変動量とセンサ出力の変動比との関係が図２５で表わさ
れるとし、無地領域１０７ａでの距離計測で距離変動量
が−１ｍｍであったとすれば、センサ出力の変動比は
０.８であるから、補正係数出力部４０は補正係数αと
して１／０.８の値を出力する。この補正係数αの値を
受け取ると、判別部４１は図２４（ｃ）に示すようにＤ
／Ａコンバータ１１２を通じて発光素子８２の駆動電流
をα（＝１／０.８）倍し、紙幣１０７の絵柄領域１０
７ｂ（図２４（ｂ）のＰＡ領域）ではα倍に輝度を増し
た光Ｌで紙幣１０７の色を検知する。

【００６１】（第３の応用分野）次に、普通紙の存在を
検知したり、用紙の種類（普通紙、コート紙、光沢紙な
ど）を判別したりする用途に用いられる場合を図２６及
び図２７に示す。

【００６２】図２６（ａ）においては、台板１２３上を
用紙１２２が送られている。反射型光センサ１２１は台
板１２３の上方に位置し、下方に向けて投射光を投射す
る。

【００６３】台板１２３はたとえば鏡面体（金属）であ
る。光センサ１２１では、投射光には直線偏光（たとえ
ばＳ偏光又はＰ偏光）の光が用いられる。鏡面体は入射
光の偏波面を保存するので、反射光も投射光と同じ直線
偏光をもつ。用紙１２２が普通紙であれば、入射光は拡
散されるので、反射光はランダム偏光に近くなる。ま
た、用紙１２２がコート紙や光沢紙でも散乱される光が
存在する。したがって、投射光の偏光方向と直交する偏
光方向の成分が現われ、この偏光方向成分は用紙１２２
の種類によって変化するので、用紙１２２の存在とその
種類の判断が可能である。

【００６４】図２６（ｂ）は用紙１２２の折り返し搬送
路の途中に反射型光センサ１２１を設けた例を示してい
る。折り返し搬送のための円筒ローラ１２４も鏡面をも
つ。

【００６５】図２７（ａ）は誘電体よりなる台板１２５
上に用紙１２２を置いた場合を示している。光センサ１
２１からの投射光はランダム偏光を持つものである。ラ
ンダム偏光の光が誘電体に入射すると、その反射光には
Ｓ偏光成分が多く含まれる。一方、用紙１２２（普通
紙）からの反射光ではＳ偏光成分とＰ偏光成分とがほぼ
等しい。したがって、用紙１２２の存在を判別でき、場
合によってはその種類（反射光に含まれるＳ偏光成分の
割合による）の判別も可能となる。

【００６６】図２７（ｂ）において、台板１２６（たと
えば金属）の表面に塗料層１２７が塗布されている。塗
料層１２７においても、Ｓ偏光成分の反射率がＰ偏光成
分のそれよりも高い。

【００６７】図２８は用紙トレー１２８内に納められて
いる用紙１２２等の存在及びその種類を検知するもので
ある。検出原理は上述したものと同じである。

【００６８】プリンタやコピーマシンのような印刷機に
おいて（その他ワードプロセッサ、プロッタ、ファック
ス、レコーダ等でもよい）、用紙トレイ１２８に収納さ
れた印刷対象物が紙であるのか、ＯＨＰフィルムである
のか（すなわち、透明体または不透明物質であるか否
か）を検出したり、または紙の種類（普通紙、感熱紙、
コート紙）を検出するために利用される。

【００６９】光センサ１２１は用紙トレイ１２８の上方
に配置され、印刷対象物の判別を行ない、その判別結果
を印刷制御装置（図示せず）に出力する。印刷制御装置
は、この判別結果に応じて、印刷処理に際し、搬送経路
の機械的パラメータ、印字方式、印刷濃度等のパラメー
タの調整、設定を行なう。

【００７０】光センサ１２１を手差し給紙部分や搬送経
路中に配置し、印刷対象物の判別を行ない、上に述べた
パラメータの調整や設定を行なえるようにすることもで
きる。

【００７１】図２９はドットピン方式の印字ヘッド１２
９を有するワードプロセッサ等の印字装置である。光セ
ンサ１２１は給紙部１３０ａや搬送路１３０ｂ等に設け
られている。

【００７２】図３０はサーマルヘッド１３１を有するフ
ァクシミリ装置であり、光センサ１２１は給紙搬送路１
３２に臨むように配置されている。

【００７３】図３１は感光ドラム１３３を有する複写機
の一部を示し、反射型光センサ１２１は給紙搬送路１３
４に臨むように配置されている。

【００７４】これらの装置において光センサ１２１の出
力信号は用紙判別装置に与えられる。用紙判別装置が判
別した用紙の種類に応じて、最適なインク量や感光ドラ
ムへの帯電量などの調整が行なわれる。

【００７５】印刷装置におけるインク量の制御の一例に
ついて、図３２及び図３３を参照して説明する。

【００７６】図３２はインクジェット方式の印刷装置の
構成の一部を示す。印刷部１３８に搬送される過程で用
紙１２２の存在とその種類が判別される。用紙１２２の
種類は先に説明した普通紙、コート紙及び光沢紙であ
る。

【００７７】光センサ（センサヘッド）１２１は用紙１
２２の搬送路の途上に設けられている。光センサ１２１
からの受光信号は判別回路１３５に送られる。用紙１２
２の種類の判別結果は、制御回路１３６に与えられる。
制御回路１３６はＣＰＵ、メモリ等を含む。インクジェ
ットヘッド１３７におけるインク噴出量が制御回路１３
６により制御される。

【００７８】この光センサ１２１は光沢検出用の光セン
サであって、判別回路１３５は用紙１２２の光沢を検出
することにより、用紙の種類（普通紙、コート紙、光沢
紙）を判別する。

【００７９】制御回路１３６は図３３に示す処理を行な
い、インクジェットヘッド１３７におけるインク噴出量
を制御する。初期化処理（Ｓ２１）の後、光沢判別信号
ａ、ｂまたはｃを取り込む（Ｓ２２）。信号ａ、ｂ及び
ｃはそれぞれ用紙１２２が普通紙、コート紙および光沢
紙であることをそれぞれ表わしている。これらの判別結
果を表示装置（図示せず）に表示し（Ｓ２３，Ｓ２４〜
Ｓ２６）、インク噴出量を設定する（Ｓ２７〜Ｓ２
９）。

【００８０】インク噴出量は一般に普通紙、コート紙、
光沢紙の順に多くなる。用紙１２２の種類に応じた噴出
量データはあらかじめメモリに記憶されているので、判
別結果に応じて噴出量をメモリから読み出して、これに
応じてインクジェットヘッド１３７におけるインク噴出
量を制御する（たとえば圧電素子に加える電圧を制御す
る）（Ｓ３０）。

【００８１】図３４は、光学式センサ装置によって供給
される用紙１２２の種類を判別することにより、複数の
印字ユニットのうちの判別結果に適したものを選択して
駆動する印刷装置の一部を示している。

【００８２】インクリボンカートリッジ１４１を有する
印字ヘッド１４２と、インクジェット印字ヘッド１４３
とが案内シャフト１４４に移動自在に設けられている。
これらの印字ヘッド１４２、１４３はモータ１４５によ
って駆動されるタイミングベルト１４６に連結され、任
意の位置に移送される。用紙１２２は送りモータ１４７
によって回転駆動されるプラテンローラ１４８に巻回さ
れて送られる。

【００８３】送られてくる用紙１２２が光センサ１２１
によって検出され、その種類が判別される。判別された
用紙１２２の種類に応じて、いずれか一方の印字ヘッド
１４１又は１４３が選択的に駆動される。感光ドラム方
式、感熱方式、その他の方式の印字ヘッドを設けること
もできる。

【００８４】図３５に示すように、印字ヘッド１４９と
一緒に光センサ１２１を移動させる構成とすることもで
きる。

【００８５】支持ブロック１５０は案内シャフト１５１
に移動自在に支持され、かつスクリュ１５２を回転させ
ることにより任意の位置に移送される。支持ブロック１
５０には印字ヘッド１４９と光センサ１２１とが取り付
けられている。

【００８６】光センサ１２１が用紙１２２の側縁を検出
したときに印字を停止し、用紙送りを行なう。再び印字
ヘッド１４９を移送しながら印字を行ない、光センサ１
２１が用紙１２２の側縁を検出したときに印字を停止
し、用紙送りに移る。

【００８７】光センサ１２１からの出力信号に基づいて
用紙１２２の種類を判別し、それに応じて上述したイン
ク噴出量の制御を行なってもよい。

【００８８】図３６は用紙１２２の基準位置からのずれ
量δを検出する構成を示している。基準位置はマイクロ
スイッチ１５３によって定められる。マイクロスイッチ
１５３が支持ブロック１５０を検出した位置からどれだ
け移送したときに光センサ１２１が用紙１２２の側縁を
検出したかによって、ずれ量δが計測される。

【００８９】光センサ１２１のみを支持ブロック１５０
に設け、光センサ１２１によって用紙１２２の前端縁、
後端縁、両側縁を検出するようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の反射型光センサの構造を示す概略図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態による反射型光センサの構
造を示す断面図である。

【図３】同上の光センサによる測距原理を説明する図で
ある。

【図４】光センサと対象物体との距離変動量とセンサ出
力の変動比との関係を示す図である。

【図５】同上の光センサの詳細な構成を示すブロック図
である。

【図６】本発明の別な実施形態による反射型光センサの
構造を示す断面図である。

【図７】本発明のさらに別な実施形態による反射型光セ
ンサの構造を示す断面図である。

【図８】同上の光センサに用いられている２分割受光素
子の説明図である。

【図９】同上の２分割受光素子における、受光位置と各
受光面の出力との関係を示す図である。

【図１０】同上の２分割受光素子の配置条件を説明する
図である。

【図１１】同上の光センサの演算処理回路における、演
算部分の構成を示すブロック図である。

【図１２】同上の演算処理回路における処理手順を示す
フロー図である。

【図１３】本発明のさらに別な実施形態による反射型光
センサの構造を示す断面図である。

【図１４】同上の光学系の配置を説明する概略図であ
る。

【図１５】（ａ）（ｂ）は受光素子及び受光素子アレイ
と光スポットとの、大きさ及び位置の関係を説明する図
である。

【図１６】本発明のさらに別な実施形態による反射型光
センサの構造を示す断面図である。

【図１７】本発明のさらに別な実施形態による反射型光
センサの構造を示す断面図である。

【図１８】対象物体の基準距離からの変動量と受光素子
上における光スポットの大きさとの関係を示す図であ
る。

【図１９】光センサと対象物体との距離変動量とセンサ
出力の変動比との関係を示す図である。

【図２０】紙幣入金装置の構造を示す概略断面図であ
る。

【図２１】同上の紙幣認識装置に用いられている紙幣認
識装置の構造を示す概略断面図である。

【図２２】（ａ）は同上の紙幣認識装置による紙幣上の
光走査方向を示す図、（ｂ）はそのときのセンサ出力波
形を示す図である。

【図２３】別な紙幣認識装置に用いられている光センサ
の構成を示すブロック図である。

【図２４】（ａ）は同上の光センサによる紙幣上の光走
査方向を示す図、（ｂ）はそのときのセンサ出力波形を
示す図、（ｃ）は発光素子の駆動電流の変化を示す図で
ある。

【図２５】同上の光センサと対象物体との距離変動量と
センサ出力の変動比との関係を示す図である。

【図２６】（ａ）（ｂ）はいずれも搬送中の用紙の検出
に用いられている反射型光センサを示す斜視図である。

【図２７】（ａ）（ｂ）はいずれも静置された用紙の検
出に用いられている反射型光センサを示す斜視図であ
る。

【図２８】用紙トレイ内の用紙の検出に用いられる光セ
ンサを示す斜視図である。

【図２９】光センサを備えた印字装置の断面図である。

【図３０】光センサを備えたファクシミリ装置の断面図
である。

【図３１】光センサを備えた複写機の一部を示す断面図
である。

【図３２】光センサを備えたインクジェット方式の印刷
装置の概略図である。

【図３３】同上の印刷装置における用紙判別のためのア
ルゴリズムを示すフロー図である。

【図３４】光センサを備えた別な印刷装置の概略斜視図
である。

【図３５】印字ヘッドと一体に光センサを設けたさらに
別な印刷装置の一部を示す斜視図である。

【図３６】印字ヘッドと一体に光センサを設けたさらに
別な印刷装置の一部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１２投光部１３受光部１４演算処理回路１６発光素子１７偏光フィルタ１９受光素子２０位置検出素子２１偏光ビームスプリッタ３９距離演算部４０補正係数出力部４１判別部５２半透過板５３、５４偏光フィルタ６２２分割受光素子７２受光素子アレイ８５位置検出素子９６ＣＣＤのような受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G020 AA08 DA06 DA32 DA43 DA65 DA66 2G051 AA34 AA90 AB11 BA11 BA20 CA03 CB01 EB01 2G059 AA05 BB10 EE02 EE05 FF01 GG02 JJ22 KK04 MM01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出物体の表面状態を識別する反射型光
センサであって、検出物体で反射した光を受光する受光部と、検出物体の位置変化や角度変化等の位置情報を取得し、
当該位置情報に基づいて受光部から出力される受光量情
報を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された受光量情報に基づいて、
検出物体の表面状態を判別する手段と、を備えた反射型
光センサ。
【請求項２】検出物体の表面状態を識別する反射型光
センサであって、対象物体に向けて光を投射する投光部と、検出物体で反射した光を受光する受光部と、前記受光部から出力される受光量情報に基づいて、検出
物体の表面状態を判別する手段と、検出物体の位置変化や角度変化等の位置情報を取得し、
当該位置情報に基づいて投光部から投射される光の強度
を変化させる補正手段と、を備えた反射型光センサ。