JP3451526B2 - 光学式センサ装置 - Google Patents
光学式センサ装置Info
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Description
性の違いから物体の有無検出又は物体の表面状態の判別
を行う光学式センサ装置に関するものである。
装置としては、例えば、特開平2−173532号公報
に記載されているようなカラーセンサがある。このカラ
ーセンサは、3つの発光ダイオードから順次検出物体に
向けて3原色の光を照射し、その反射率から検出物体の
色又は色の差を判別するものである。
うな従来の光センサ装置では、光源の位置精度を合わせ
ることは困難であるため、検出位置精度のセンサ間のバ
ラツキが発生するという問題があった。また、3つの光
源の光軸が一致しておらず、各光源の投光スポットは一
致していないので、例えば、搬送ライン上を移送される
検出物体を検知し、所定の位置に検出物体を停止させる
場合において、検出物体とセンサとの距離が変化する
と、検出タイミングのズレが発生し、所定の位置に検出
物体を停止させることが困難になるという問題があっ
た。さらに、スポット光が検出物体の一部に照射される
場合には、各光源の投光スポットが一致していないた
め、誤検知を起こすという問題があった。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、互
いに波長の異なる少なくとも2つ以上の光源を用いて検
出物体の有無又は表面状態の判別を行うセンサ装置にお
いて、検出位置精度のセンサ間のバラツキが少なくな
り、また、検出物体とセンサとの距離が変化する場合に
おいても検出のタイミングがズレることが少なくなり、
さらには、スポット光が検出物体の一部に照射される場
合においても誤検知を起こすことがない光学式センサ装
置を提供することを目的とする。
に、本発明は、互いに波長の異なる少なくとも2つ以上
の光源と、これらの光源からの光の合成光を検出物体に
投光する第1の投光レンズとを備えた投光手段と、前記
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を有し、この受光手段の出力に
基づいて、検出物体の有無又は表面状態を検知する光学
式センサ装置において、前記投光手段は、前記第1の投
光レンズと後記第2の投光レンズとの間に設けられた光
拡散部材と、前記光源と前記第1の投光レンズの間の合
成された前記2つ以上の光源の光軸上に光通過用開口を
有する絞り部材と、前記光源と前記絞り部材との間に光
を集光させる第2の投光レンズを備えているものであ
る。
散部材に通すことにより、拡散されほぼ均一に混じった
光を検出物体に投光することができるので、検出物体上
での投光スポットの強度分布をほぼ均一とすることがで
き、検出位置精度のセンサ間のバラツキを低減すること
ができる。また、投光スポットのズレが少なくなるの
で、検出物体とセンサとの距離が変化する場合に起こる
検出タイミングのズレや、スポット光が検出物体の一部
に照射される場合に起こる誤検知を抑えることができ
る。
合成された2つ以上の光源の光軸周辺の光は絞り部材に
より遮光される。即ち、この絞り部材の開口は第1の投
光レンズの見かけ上の光源となる。これにより、2つ以
上の光源から投光された光の光軸を一致させ、これら光
源の投光スポットのズレをなくすことができるので、光
源の位置がセンサにより多少ずれている場合において
も、センサによる検出位置がバラツクことがない。ま
た、検出物体とセンサとの距離が変化する場合に起こる
検出タイミングのズレや、スポット光が検出物体の一部
に照射される場合に起こる誤検知を抑えることができ
る。
光をいったん絞り部材に導くことにより、2つ以上の光
源の光の投光スポットのズレをなくし、また、光拡散部
材において、光源からの光を拡散することにより、光源
の投光スポット内の強度分布をほぼ均一とすることがで
きるので、より一層、検出位置精度のセンサ間のバラツ
キを低減することができる。また、検出物体とセンサと
の距離が変化する場合に起こる検出タイミングのズレ
や、スポット光が検出物体の一部に照射される場合に起
こる誤検知を抑えることができる。
らの光を絞り部材の光通過用開口に集光させることによ
り、光源の投光スポットのズレをさらになくすことがで
きるので、より一層、検出位置精度のセンサ間のバラツ
キの低減等を図ることができる。
の間に光ファイバを備えたものであってもよい。この構
成においては、2つ以上の光源からの光を光ファイバと
光拡散部材を用いて光を拡散することにより、検出物体
上での投光スポットの強度分布をほぼ均一にすることが
できるので、光ファイバを用いたセンサ装置において、
検出位置精度のセンサ間のバラツキの低減等を図ること
ができる。
との間に光ファイバを備え、この光ファイバの出射部分
に拡散処理が施されているものであってもよい。この構
成においては、光拡散部材を用いずに、光ファイバの出
射部分から投光スポットの強度分布が均一な光を出射さ
せることができる。
マスク処理が施されているものであってもよい。この構
成においては、光拡散部材の中央部にマスク処理により
光通過用開口を設けることで、光拡散部材と絞り部材の
2つの部材を一体に構成することができ、この部材を通
して光を出射させることにより、光源からの光の投光ス
ポットのズレをなくし、また、光源からの光の投光スポ
ット内の強度分布をほぼ均一とすることができる。
上でのビーム径は光通過用開口の径よりも大きいもので
あってもよい。この構成においては、光源より出射され
た光が絞り部材において絞られるので、検出物体上にお
ける投光スポット内の強度分布をより均一に近づけるこ
とができる。
絞り部材は投・受光軸を合成するものであってもよい。
この構成においては、センサの投・受光の同軸化を図る
ことができる。
形態を図面を参照して説明する。 (第1の実施形態)図1(a)(b)は本実施形態によ
る光学式センサ装置の光学系の構成図である。この光学
式センサ装置1は、センサケース2内に設けられた投光
及び受光の基本光学系を有した本体ボディ3と、この本
体ボディ3に交換自在に装着される長距離検出用の投光
アタッチメント4(図1(a))と、小スポット短距離
検出用のファイバアタッチメント5(図1(b))とか
ら構成される。本体ボディ3は、赤色、緑色、青色の互
いに異なる波長の光を投光する3つのLED6a,6
b,6c(光源)を有し、赤色及び緑色のLED6a,
6bからの光の光軸を光学部材であるダイクロイックミ
ラー7a(以下、DCMという)を用いて同じ方向へ合
成して出射させる。さらに、この合成された光と青色の
LED6cからの光の光軸をもう一枚のDCM7bによ
り合成している。この合成光は集光レンズ8(第2の投
光レンズ)より出射される。また、本体ボディ3はフォ
トダイオード等でなる検出信号用の受光素子9を備えて
いる。投光アタッチメント4には、本体ボディ3の集光
レンズ8に対面する絞り部材10と投光レンズ11(第
1の投光レンズ)、及び検出物体12からの反射光を受
光素子9に集光させる受光レンズ13とを備えている。
一方、ファイバアタッチメント5は、投光ファイバ14
と受光ファイバ15、及び投光レンズ16と受光レンズ
17を有したセンサヘッド18とからなる。投光ファイ
バ14の入射端14a又は出射端14bには、拡散板1
9が取り付けられている。なお、20はLED6a,6
b,6c等が取り付けられた回路基板である。
開口10aが形成されており、長距離検出用の投光アタ
ッチメント4を本体ボディ3に装着したとき、開口10
aはLED6a,6b,6cと投光レンズ11の間の合
成されたLED6a,6b,6cの光軸上に位置する。
この絞り部材10が見かけ上の投光レンズ11の光源と
なるので、各LED6a,6b,6cの発光パターンの
バラツキ、チップのバラツキを吸収し、投光レンズ11
から出射される光の投光スポットのズレをなくすことが
できる。さらに、LED6a,6b,6cと絞り部材1
0との間には集光レンズ8が備えられており、この集光
レンズ8が開口10aにLED6a,6b,6cからの
光を集光させるので、より効率良く光を出射させること
ができると共に、LED6a,6b,6cの投光スポッ
トのズレをさらになくすことができる。なお、絞り部材
10上での集光レンズ8のビームスポットは、開口10
aの径よりも大きい方が望ましく、これにより、検出物
体12上での投光スポット内の強度分布をより均一に近
づけることができる。絞り部材10は、絞りスリット
(開口10aが空間のもの)となっているが、これに代
えて、図1(c)のように、光ファイバ10´を配置し
たものであってもよく、これにより、光ファイバ10´
内での三波ミキシングが可能になる。請求項2に記載の
ものは、このような構成をも含む。さらに、絞り部材1
0の位置に図2(a)(b)に示すような拡散板19
(光拡散部材)を配置した場合には、検出物体12上で
の投光スポット内の強度分布をより均一とすることがで
きる。この場合、図2(a)に示すように、絞り部材1
0と拡散板19を一体としたものや、図2(b)に示す
ように、拡散板19に中心部を除いてマスク処理を施
し、光通過用開口10aを設けたものを用いればよい。
たとき、投光ファイバ14の入射端14aが集光レンズ
8から出射される光の集光点に位置するようにされてお
り、この投光ファイバ14を介して投光レンズ16より
検出物体12に光を照射する。この場合においては、3
つのLED6a,6b,6cの光は投光ファイバ14の
入射端14aでは同一の点に集光しないので、その入射
端14a又は出射端14bに拡散板19を設けることに
より、検出物体12上での投光スポット内強度分布を均
一化している。
ED3a,3b,3cからの光を絞り部材10や拡散板
19を介した後に検出物体12に投光する構成としたの
で、複数のLED3a,3b,3cの検出物体12上で
の投光スポットを一致させ、さらに、投光スポット内の
強度分布をほぼ均一にすることができる。これにより、
検出位置精度のセンサ間のバラツキを低減することがで
きる。また、検出物体12と光学式センサ装置1との距
離が変化する場合に起こる検出タイミングのズレや、ス
ポット光が検出物体12の一部に照射される場合に起こ
る誤検知を抑えることができる。
実施形態による光学式センサ装置の構成を示す断面図で
ある。この光学式センサ装置21は、上述の第1の実施
形態に係る光学式センサ装置1において、絞り部材10
を投光アタッチメント4の筐体の一部で構成したもので
ある。これにより、上述の第1の実施形態の光学式セン
サ装置1と同様の作用、効果に加えて、部品点数を削減
し、コスト削減を図ることができる。
る光学式センサ装置の構成を示す断面図である。図4
(a)に示す光学式センサ装置30は、3つのLED6
a,6b,6cから赤、青、緑の三原色の光を時分割に
投光し、それぞれの光をバンドルファイバ31a,31
b,31cに入光させ、この3本のバンドルファイバ3
1a,31b,31cを一本の投光ファイバ32に束ね
ることにより、疑似的に光を混ぜるものである。この投
光ファイバ32からの光は、センサヘッド18中に設け
た拡散板19、投光レンズ16を介して検出物体12に
投光され、検出物体12における反射光は受光レンズ1
7により集光され、受光ファイバ33に入射し、受光素
子9に受光される。この受光素子9からの受光信号より
検出物体12の色が検知される。なお、34はファイバ
31a,31b,31cを固定するファイバホルダを示
している。
合は、3本のバンドルファイバ31a,31b,31c
の束ね方に大きく依存する。よりランダムに混ぜようと
すると、この作業は手作業となりコスト高となる。本実
施の形態に係る光学式センサ装置30においては、投光
ファイバ32の出射部32bに拡散板19を配置してお
り、3つのLED6a,6b,6cから出射された光の
投光スポット内の強度分布をバンドルファイバ31a,
31b,31cの束ね方に関係なく均一とすることがで
きるので、コスト削減を図ることができる。
35のように、投光ファイバ32のセンサヘッド18内
に臨む出射端32bを粗面とし、拡散処理を施したもの
であってもよく、この場合においても、上述の図(a)
に示した光学式センサ装置30と同様に、3つのLED
6a,6b,6cから出射された光の投光スポット内の
強度分布が均一となるので、検出位置精度のセンサ間の
バラツキを低減することができる。また、検出物体12
とセンサとの距離が変化する場合に起こる検出タイミン
グのズレや、スポット光が検出物体12の一部に照射さ
れる場合に起こる誤検知を抑えることができる。また、
拡散板19を備えていないので、上述の図4(a)に示
した光学式センサ装置30と比して、センサヘッド18
の小型化、及びコスト削減を図ることができる。
る光学式センサ装置の構成を示す断面図である。この光
学式センサ装置40は、3つのLEDチップを搭載した
LED41からの光を拡散板19、投光レンズ11を介
して検出物体12に向けて投光し、この検出物体12か
らの反射光を受光レンズ13において集光し、受光素子
9において受光することにより、検出物体12の色を検
知するものである。このように、3つのLEDチップを
搭載したLED41の前面に拡散板19を配置すること
により、LEDチップの投光スポットのズレをなくし、
検出物体12上での投光スポット内の強度分布を均一化
することができるので、この場合においても検出位置精
度のセンサ間のバラツキを低減することや、検出物体と
センサとの距離が変化する場合に起こる検出タイミング
のズレや、スポット光が検出物体の一部に照射される場
合に起こる誤検知を抑えることができる。
態に係る光学式センサ装置の構成図である。この光学式
センサ装置50は上述の図4(a)に示した光学式セン
サ装置30において、センサヘッド18内に拡散板19
の代わりに、マスク処理を施した拡散板51を投光ファ
イバ32の出射端32b近傍に斜めに配置したものであ
る。この拡散板51は図6(b)乃至(d)に示すよう
に、投光レンズ7側の中心部以外に金属ミラー52のマ
スク処理を施したものであり、また、中心部は光通過用
の開口53となっている。この拡散板51により、投光
軸と同じ軸でもって、検出物体12からの反射光を受光
用ファイバ33の入射端33aに導くことで、投光軸と
受光軸とを一致させることができ、センサヘッド18の
小型化が図れる。
は上記各実施形態の光学式センサ装置に用いられる色識
別のための信号処理系のブロック図である。発振回路6
1は、駆動回路62a,62b,62cとサンプルホー
ルド回路63a,63b,63cをそれぞれ時分割で駆
動するように各回路にパルスを供給しており、受光素子
10の出力はI/V変換回路64で電流−電圧変換され
た後、サンプルホールド回路63a,63b,63cに
供給されサンプルホールドされるようになっている。サ
ンプルホールド回路63a,63b,63cには、駆動
回路62a,62b,62cに供給するパルスと同一の
パルスがサンプリングパルスとして供給されている。ま
た、色識別回路65はサンプルホールド回路63a,6
3b,63cの出力から、色識別処理を実行し、その識
別結果を出力するものである。
て説明する。色識別回路65は、最初にサンプルホール
ド回路63a,63b,63cの出力する値R,G,B
を加算し、その和T(=R+G+B)を求める。次に、
各値R,G,Bの和Tに対する比(割合)R1(=R/
T),G1(=G/T),B1(=B/T)を演算す
る。さらに色識別回路65は、図8のフローチャートに
従って、各色の割合の大きさから色を識別する。この識
別処理は、図9に示す各色と割合R1,G1,B1との
関係に基づくものである。すなわち、例えば、割合R
1,G1,B1の値は、赤の場合、43.3、28.
3、28.7となり、橙の場合、42.8、30.6、
26.6となる。以下同様に、ピンク、茶色、黄、黄
緑、緑、青、紺、紫、白、黒などの色毎に、割合R1,
G1,B1の値が決まっているので、この値から、色を
識別することができる。
いか否かを判定し、大きければ(S1でYES)、S2
に進み、G1が29より大きいか否かを判定する。G1
が29より大きければ(S2でYES)、橙と判定し、
一方、G1が29以下であれば(S2でNO)、赤と判
定する。
(S1でNO)、S3に進み、R1が33より大きいか
否かを判定する。R1が33より大きければ(S3にお
いてYES)、S4に進み、G1が38より大きいか否
かを判定する。G1が38より大きければ(S4でYE
S)、黄と判定し、G1が38以下であれば(S4でN
O)、S5に進み、Tが7より大きいか否かを判定す
る。Tが7より大きければ(S5においてYES)、ピ
ンクと判定し、一方、Tが7以下であれば(S5におい
てNO)、茶と判定する。
(S3でNO)、S6に進み、G1が41.5より大き
いか否かを判定する。G1が41.5より大きければ
(S6においてYES)、S7に進み、B1が29より
大きいか否かを判定する。B1が29より大きければ
(S7でYES)、緑と判定し、B1が29以下であれ
ば(S7でNO)、S8に進み、B1が30より大きい
か否かを判定する。B1が30より大きければ(S8に
おいてYES)、黄と判定し、一方、B1が30以下で
あれば(S8においてNO)、黄緑と判定する。
ば(S6でNO)、S9に進み、B1が37.5より大
きいか否かを判定する。B1が37.5より大きければ
(S9においてYES)、S10に進み、G1が38よ
り大きいか否かを判定する。G1が38より大きければ
(S10でYES)、青と判定し、G1が38以下であ
れば(S10でNO)、S11に進み、R1が25より
大きいか否かを判定する。R1が25より大きければ
(S11においてYES)、紫と判定し、一方、R1が
25以下であれば(S11においてNO)、紺と判定す
る。
ば(S9でNO)、S12に進み、Tが5より大きいか
否かを判定する。Tが5より大きければ(S12におい
てYES)、白と判定し、Tが5以下であれば(S12
でNO)、黒と判定する。このように、色判定を行うこ
とができる。
を用いて、LED6a,6b,6cからの光の投光スポ
ットのズレをなくし、投光スポット内の強度分布をほぼ
均一にすることができるので、受光信号から色識別を安
定して高精度に行うことが可能となる。
種々の変形が可能である。例えば、上記第1乃至第5の
実施形態では、検出物体2からの反射光により検出物体
2の有無及び色等の表面状態の検出を行っていたが、検
出物体2が半透明であり、その透過光により検出を行う
ものであってもよい。
長の異なる少なくとも2つ以上の光源を有し、これら光
源からの光の検出物体における反射光又は透過光によ
り、検出物体の有無又は表面状態を検知する光学式セン
サ装置において、投光手段に光拡散部材を備えたので、
各光源より出射された光の投光スポット内の強度分布を
ほぼ均一にし、複数の光源の投光スポットのズレをなく
すことができる。従って、検出位置精度のセンサ間のバ
ラツキを低減し、検出物体とセンサとの距離が変化する
場合に起こる検出タイミングのズレや、スポット光が検
出物体の一部に照射される場合に起こる誤検知を抑える
ことができる。また、本発明によれば、光源と第1の投
光レンズの間に、第1の投光レンズの光軸上の光のみを
通過させるための絞り部材を備えることによって、複数
の光源の投光スポットのズレをなくすことができるの
で、上述と同様に、検出位置精度のセンサ間のバラツキ
を低減し、検出物体とセンサとの距離が変化する場合に
起こる検出タイミングのズレや、スポット光が検出物体
の一部に照射される場合に起こる誤検知を抑えることが
できる。また、本発明によれば、光拡散部材と絞り部材
とを備えることによって、光源からの光の投光スポット
のズレをなくし、また、光拡散部材において、光源から
の光を拡散することにより、光源より出射された光の投
光スポット内の強度分布をほぼ均一にすることができる
ので、上述と同様に、検出位置精度のセンサ間のバラツ
キを低減し、検出物体とセンサとの距離が変化する場合
に起こる検出タイミングのズレや、スポット光が検出物
体の一部に照射される場合に起こる誤検知を抑えること
ができる。また、本発明によれば、第2のレンズを用い
て光源からの光を絞り部材の光通過用開口に集光させる
ことによって、光源の投光スポットのズレをさらになく
すことができる。
材との間に光ファイバを備えることによって、光源より
出射された光をより拡散させ、各光源より出射された光
の投光スポット内の強度分布をほぼ均一にすることがで
きる。また、本発明によれば、光源と第1のレンズとの
間に、その出射端に光拡散処理を施した光ファイバを備
えることによって、光拡散部材を用いずに拡散された光
を出射させることができるので、部品点数の削減を図る
と共に、ヘッドの小型化を図ることができる。また、本
発明によれば、光拡散部材の一部にマスク処理を施し、
絞り部材を設けることによって、2つの部材を一体に構
成することができ、部品点数の削減を図ることができ
る。また、本発明によれば、光源より出射される光の絞
り部材におけるビーム径を開口径より大きくすることに
よって、投光スポット内の強度分布をより均一にするこ
とができるので、検出精度の向上を図り、センサ間の検
出位置のバラツキを低減することができる。また、本発
明によれば、光拡散部材又は絞り部材により投・受光軸
を合成することによって、センサの投・受光の同軸化が
可能となり、受光レンズなどが不要となるので、部品点
数を削減し、ヘッドの小型化を図ることができる。
センサ装置の断面図、(b)は交換自在なアタッチメン
トの断面図、(c)は絞り部材として光ファイバを用い
た場合の投光系の一部分の構成図である。
マスク処理によりその中心部に開口を設けた拡散板の断
面図である。
光学式センサ装置の構成を示す断面図である。
センサ装置の構成を示す断面図、(b)は第3実施形態
の変形例による光学式センサ装置の構成を示す断面図で
ある。
置の構成を示す断面図である。
センサ装置の構成を示す断面図、(b)乃至(d)は拡
散板の構成を示す図である。
号処理系のブロック図である。
る。
の関係図である
Claims (6)
- 【請求項1】 互いに波長の異なる少なくとも2つ以上
の光源と、これらの光源からの光の合成光を検出物体に
投光する第1の投光レンズとを備えた投光手段と、前記
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を有し、この受光手段の出力に
基づいて、検出物体の有無又は表面状態を検知する光学
式センサ装置において、前記投光手段は、 前記第1の投光レンズと後記第2の投光レンズとの間に
設けられた光拡散部材と、 前記光源と前記第1の投光レンズの間の合成された前記
2つ以上の光源の光軸上に光通過用開口を有する絞り部
材と、 前記光源と前記絞り部材との間に光を集光させる第2の
投光レンズを備えている ことを特徴とする光学式センサ
装置。 - 【請求項2】 前記投光手段は、前記光源と前記光拡散
部材との間に光ファイバを備えていることを特徴とする
請求項1記載の光学式センサ装置。 - 【請求項3】 前記投光手段は、前記光源と前記第1の
レンズとの間に光ファイバを備えており、該光ファイバ
の出射部分に拡散処理が施されていることを特徴とする
請求項1に記載の光学式センサ装置。 - 【請求項4】 前記光拡散部材の一部にマスク処理が施
されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の光学式センサ装置。 - 【請求項5】 前記光源からの光の前記絞り部材上での
ビーム径は開口径よりも大きいことを特徴とする請求項
2又は請求項4に記載の光学式センサ装置。 - 【請求項6】 前記光拡散部材又は前記絞り部材は投・
受光軸を合成するものであることを特徴とする請求項
2、請求項4、又は請求項5に記載の光学式センサ装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30128996A JP3451526B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 光学式センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30128996A JP3451526B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 光学式センサ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10132663A JPH10132663A (ja) | 1998-05-22 |
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