JPS61151433A - 撮像装置 - 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】 技術分野 本発明は、たとえば自動化された生産ラインなどにおい
て用いられる撮像装置に関する。

丁デ景を支術 第１１図は先行技術の色識別装置１のブロック図である
。第１１図を用いて、色識別装置１の構成を説明する。

光ｉｌｉ！２からは、たとえば白色光が放射され、レン
Ｘ’３などの光学系を介して被検出体４に照射される。

被検出体４からの反射光は、受光用のレンズ５を介して
、後述される構成を有する受光素子６上に結像される。

第１２図は、受光素子６の簡略化した側面図であり、第
１３図は受光素子６の平面図である。７オ）ダイオード
などによって実現される受光素子６は、たと乏ば赤色、
青色、緑色など、分解されるべ８色に対応した受光部６
Ｒ，６Ｇ、６Ｂを有する。これらの受光ｉ６Ｒ，６Ｇ、
６Ｂには、それぞれ信号が導出される導＃Ｉ７Ｒ，７Ｇ
、７Ｂが接続され、また共通ライン８が接続される。

これらの受光部６Ｒ，６Ｇ、６Ｂは、第１３図に示すよ
うに、受光素子６の受光面９上に、赤色光のみを通過す
る赤色フィルタｌ０Ｒ１緑色光のみを通過する緑色フィ
ルタＩＯＣおよび青色光のみを通過する青色フィルタＩ
ＯＢを備えて構成される。したがって受光素子６に入射
した第１１図の被検出体４からの反射光は、赤色、青色
、緑色にそれぞれ分解される。

再び第１１図を参照して、色識別装置１の構成を説明す
る。前述したように、受光素子６に入射した光は赤色、
青色、緑色に分解される。受光素子６からは、これらの
各色の光量に対応した信号が、ライン７Ｒ，７Ｇ、７Ｂ
を介して、増幅器１２．１３．１４に出力される。増幅
５１１１３１１４からの信号は、スイッチング手段１５
を介して、サンプルホールド（Ｓ／Ｈと略称する　）回
路１６に与えられる。Ｓ／Ｈ回路１６からの信号は、ア
ナログ／デジタル（Ａ／Ｄと略称する　）変換回路１７
によって、デジタル信号に変換され、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）１８に与えられる。

以上のような構成を有する色識別装（ｉ！１の作動状態
を、第１１図〜第１３図を参照して説明する。

被検出体４に関して、検出すべき色に関する情報を、予
めＣＰ０１８に記憶させる。つぎに測定時においては、
被検出体４からの反射光が受光素子６において、赤色、
青色、緑への３色に分解され、各色に関する光量に対応
したレベルの信号が、出力される。これらの信号がＣＰ
０１８に与えられ、前述したように、予め記憶されてい
るこの色に関する基準となる情報と比較されて、測定さ
れた色の判定が行なわれる。この判定の演算には、たと
えば次のような演算手順が用いられる。

■赤色、青色、緑色の各色に関する増幅ｎ］２゜１３．
１４からの出力電圧ＶＲ，ＶＧ、ＶＢに関して３次元座
標を構成し、基糸となる色に関する電圧ＶＲＯ，ＶＧＯ
，ＶＢＯを、この３次元座標に関する点として設定する
。この繰作を繰返し行ない、この基準となる色に関して
、測定された結果に対応する電圧ＶＲ，ＶＧ、ＶＢの最
大値および最小値を予め定める。つぎに判定時において
は、測定された結果得られる電圧ＶＲ，ＶＧ、ＶＢが、
前記基準とｔ　Ｚａ点（ＶＲＯ，ＶＧＯ，ＶＢＯ）に関
する前述の最大値および最小値の幅の内部に入るかどう
かを検出する。

■基準となる色を分解した赤色、青色゛、緑色のそれぞ
れのレベルに関する色座標を設定し、測定時では、測定
された結果得られる色を分解した赤色、青色、緑色に関
する色座標を求める。この測定された結果得られる色座
標と、前記基準となる色に関する色座標との３次元空間
に関する距Ｍｔ求め、その距離が予め定める幅の中にあ
るかどうかを検出する。

以上のような演算手順によって、色１［装置１は被検出
体４の色を識別することができる。

一方、このような色の測定時においては、たとえばｔｔ
＆１１図に示す投光用のレンズ３と被検出体４との距ｇ
ｌＸは固定されていない、したがってこの距離Ｘが変化
すると、被検出体４への光の入射位置から、受光用のレ
ンズ５を見込む立体角、被検出体４からの拡散反射光の
強度、および被検出体４からの反射光が受光用のレンズ
５に入射する際の入射角度などに起因し・で、受光素子
６から各ライン７Ｒ，７Ｇ、７Ｂに導出される赤色、青
色、緑色の各色の光量レベルに対応した電流の大きさが
変化する。

ここで第１１図に示す構成に関して、下式が成立する。

下式においてＰは被検出体４が、たとえば仮想Ａｌ７１
で示される位置にあるときの受光素子６の受光量であり
、ＰＯは被検出体４が、実線！２で示される基準位置に
あるときの受光素子６の受光量である。

・ｓｉｎ”θ）　　　　　　　　　　　　・・・（１）
上式においてθは、被検出体４が第１１図の実線！２で
示される基準位置にあるときの光源２からの入射光と、
被検出体４からの反射光とが成す角度であり、βは被検
出体４が第１１図の実＃ｉ！２で示される位置および仮
想線！１で示される位置にあるとき、それぞれの位置で
、光［２からの光の入射位置を受光用のレン′Ｘ：５か
ら見込む角度である。またｔｌＳ１式のβに関して下式
が成立する。

β＝ｓｉｎ−’（ΔＸ　＊　ｓｉｎθ／Ｘ）　　　　　
・、−（２）第１式および第２式から明らかなように、
受光素子６に入射する光は、前記距離Ｘが変動するとき
、その変動に対応して変化することになる。したがって
ｃｐｕｉｓが色などの判定に関して誤動作をしてしまう
という問題点があった。

目　　　　的 本発明の目的は、上述の問題点を解決し、被撮像体の位
置が変化しても、被検出体に関する光学的情報を確実に
検出することがでさる改良された撮１２装醪を提供する
ことを目的とする。

大施例 第１図は、本発明の一実施例の撮像装置である色識別装
置２０の光学的構成を説明する系統図である。第１図を
用いて、色ｎ別装置２０の光学的構成を説明する。光源
２１からは、被検出体２２の色を識別するための色識別
用の光（たとえば白色光）が照射される。この光は、ハ
ーフミラ−２３および投光用のレンＸ２４を介して、被
検出体２２上に照射される。被検出体２２からの反射光
は、受光用のレン７：２５およＶＰＬＺＤなどによって
実現される光透過率可′！１部材２６を介して、受光素
子２７上に結像する。この受光用素子２７は、受光した
光をたとえば赤色、緑色、青色の３色に分解し、それぞ
れの色の光量レベルに対応したたとえば電流などの信号
を導出する！ｆｔ戊を有する。

また発光グイオードなどによって実現される第２光［２
８が設けられ、単一波長の光を放出する。

この光は、投光用のレンズ２９を介して、ハーフミラ−
２３で反射され、レンズ２４を介して被検出体２２上に
照射される。第２光ｒＬ２８からの光の被検出体２２に
よる反射光は、受光用のレンズ３０を介して、受光素子
であるＰＳＤ３１上に集光される。ＰＳＤ３１は、その
受光面３２上に入射した光の結像位置に関連するたとえ
ば電流などの信号１１１，１１２を、それぞれライン３
３゜３４を介して出力する。

第２図は色識別装ｒｆ１２０の電気的構成を説明するた
めのブロック図である。第２図を参照して色識別装置２
０の電気的構成を説明する。受光素子２７は、たとえば
７オトグイオードなどによって実現され、前述したよう
にたとえば赤色、緑色、青色の光のみをそれぞれ通過さ
せるフィルタ３７Ｒ，３７Ｇ、３７Ｂが備えられ、分解
さにた光をそれぞれ受光する受光部２７Ｒ，２７Ｇ、２
７Ｂから成る。受光素子２７は、分解された各色の光の
光量に対応したレベルの電流を、それぞれ増幅回路３９
Ｒ，３９Ｇ、３９Ｂによって、増幅および電流／電圧変
換される。

このように増幅お上ＶＴｌＴｌ流圧電圧変換て得られた
出力ＶＲ，ＶＧ、ＶＢは、スイッチング手段４Ｇを介し
て、サンプルホールド（Ｓ／Ｈと略称する　）回路４１
に出力される。Ｓ／Ｈ回路４１からの出力は、アナログ
／アノタル（Ａ／Ｄと略称する　）変換回路４２によっ
て、デジタル信号に変換され、中央外Ｎ？１ｃｅ（ＣＰ
Ｕ　　）４３に与えられる。

第１図のＰＳＤ３１からの一方出力は、ティン３３を介
し、増幅器４５によって増幅された電流■１をライン４
６に出力する。またＰＳＤ３１の他方出力は、ライン３
４を介し、増幅器４７によって増ｇされた電流Ｉ２を、
ライン４８に出力する。前記ライン４６は、抵抗Ｒ１を
介して演算器ｌ０Ａ−＋＋−ｃ＝−−−−ｗ＋＋ふルー
ム＋＋−一＋＋−−Ｈ，，−は、分岐ライン５０に介在
された抵抗Ｒ２を介して、演算器４９の反＠端子に接続
される。このライン５０の抵抗Ｒ２と演算器４９との間
は、抵抗Ｒ３を介して接地されろ、またライン４８は、
分岐フィン５１を介して、前記ライン４６の増幅器４５
と抵抗Ｒ１との間に！ｔＡ統される。

ライン４８は、抵抗Ｒ４を介して演算ｎ５２の非戻転端
子に接続され、増幅器５２の反転端子は接地ｉＬれる。

したがって演算８４９においては、１１−１２の演算が
行なわれる。演算ｎ５２においては１１＋Ｉ２の演算が
行なわれる。

このようにして演算された出力は、除算回路５３に入力
され、（ｌｌ−Ｉ２　　）／（１１＋Ｉ２　　）の演算
が什なわれるにの除算回路５３からの出力は、ＰＬＺＤ
の光透過率を制御する制御回路５４に出力される。また
光源２１お上り＄２光源２８は、それぞれ制御回路５４
によって制御される。

１３図は、ｔｌＳ１図示の色識別装置２０の距離測定機
能の原理を説明する第１図を簡略化した系統図である。

杭３ＵＭを用いで、色識別ｙｃｉＦｔ２０の距離測定慨
能を説明する。被検品体２２は、投光用レンズ２９から
、基準となる距離Ｒの位置にある。

このとき第２光［２８から入射した光の反射光は、レン
ズ３０を介して、全長にのＰＳＤ３１の一方層部からＬ
の位置に結像する。

ここで前記レンズ２９の光軸と、ＰＳＤ３１の前記一方
端部との距離はＢＬであり、またレンズ３１とＰＳＤ３
１との距離はＳである。このときＰＳＤ３１に接続され
たライン３３．３４にそれぞれ出力される電流１１１．
Ｔ１２に関して下式が成立する。

（１１１−１１２）／（Ｔ１１＋１１２）＝１−２　・
　Ｌ／に＝１−（ＢＬ　　◆　Ｓ　／　Ｒ）／　Ｋ・・
・（３） 第３式から明らかなように、ＰＳＤ３１から出力される
電流Ｉｌｌ、ｒｉ２に関する前記比の値は、前記距１１
１Ｒの関数として表される。したがってこの比（１１１
−１１２）／（１１１＋１１２）を検出することによっ
て、ｖＪ記距ｆｌｉＲを検出することができる。またこ
の距離Ｒの検出は以下のの演算に従って行なわれてもよ
い。

Ｉ　１１／Ｉ　１２＝に／Ｌ−１・・・（４）Ｌ＝ＢＬ
−８／Ｒ・・・（５） 上記第４式および第５式から下式が導かれる。

Ｉ　１１／ｌ　１２＝に／（ＢＬ−３／Ｒ）−１・・・
（６）以上のように上式によれば、ＰＳＤ３１から出力
される電流１１１，１１２に関する比（１１１−１１２
）／（１１１＋１１２　　）を求めることによって、前
記ｌ１ｇ離Ｒを検出することができる。

すなわち被検出体２２の位置に関する＠記距離が、Ｒよ
りも大であるＲ２になれば、被検出体２２からの反射光
は、ＰＳＤ３１上において前記一方ｉ部からＬ２の距離
に結像する。したがってＰＳＤ３１から出力される電流
Ｉｌｌは、前記の電流Ｉｌｌと比べて小さくなり、電流
１１２は前述の電流１１２よりも大きくなる。同様にし
て、被検出体２２が、前記距離Ｒよりも小さな距ｆｉＲ
１の位置にあるとき、位置Ｒ２の場合と逆に電流■１１
ｔ１１２が変化する。

第４図は、受光素子２７の受光量および光通過亨率可変
部材２６の光透過率の変化を示すグラフである。第４図
のライン６０は、前記Ｒの変化に伴なう受光索子２７の
受光量の変化を示し、ライン６１はライン６０で示され
る受光素子２７の受光量の変化に対応して、第２図の制
御回路５４によって制御？！−れる光透過率率可変部材
２６の光透過率の変化を示す、またライン６２は、第２
図の制御回路５４によって、光透過率を変化する光透過
率率可変部材２６を介して、受光素子２７が受光する光
景を示す、第２図〜１４図を参照して、光識別装置２０
の作動状態を説明する。第３図を参照して、被検出体２
２が、基準となる距離Ｒの位置にあるとき、その反射光
のＰＳＤ３１の受光面３２における結像位置は、前記一
方端部からしの距離にある。このときＰＳＤ３１から出
力される電流１１１，１１２は、第２図の増１ｌｌＷ器
４５゜４７によって増幅され、電流１１．Ｉ２が出力さ
れる。

この電流１１．１２は、演算回路４９．５２によってＩ
ｔ−Ｔ２およびＩｉ＋Ｉ２の演算がなされ、この出力は
除算回路５３によって（１１−Ｉ２　　）／（１１＋Ｉ
２　　’）の演算が行なわれる。このときの除算回路５
３からの出力に基づいて、制御回路５４が定める光透過
率可変部材２６の基準となる光透３１！ｉ率は、第４図
のパ６３で示される。

第３図で被検出体２２が、距離Ｒ２の位置にあるとき、
その反射光はＰＳＤ３１の受光面３２においで、前記一
方端部から、距離Ｌ２の位置に結像する。このときＰＳ
Ｄ３１から出力される？！流Ｉｌｌ、１１２は、前述し
たように変化した値となる。この変化した電流１１１，
１１２にしたがって、＄２図の回路において＠算がなさ
れる。このとき除算回路５３によって演算して得られる
値は、被検出体２２が第３！２１において、距離Ｉ、に
あろととの値よりも小さな値となる。したがってこの値
に対応して、制御回路５４は、光透過率可変部材２６の
光透過率率を大きくするように制御する。

第３図を参照して、被検出体２２が距ｆｉＲ１の位置に
あるとき、その反射光はＰＳＤ３１の受光面３２におい
て、前記一方端部から距離Ｌ】の位置に結像する。この
ときＰＳＤ３１から出力される電流Ｉｌｌ、１１２は、
前述したように変化する。したがってこの変化した電流
１１１，１１２にしたがって、第２図示の回転において
処理がなされる。このとき除算！１ｌｉＩ斬５３におい
て演算して得られる値は、前述の被検出体２２が距離Ｒ
の位置にあったときの値よりも大きな値となる。したが
ってこの値を与えられた制御回路５４は、光透過率率可
変部材２６の光透過率率を、小さくなるように制御する
。

このようにしてｐ！＞１図の受光素子２７の受光量が、
第４図のライン６０で示すように変化しても、光透過率
率可変部材２６の光透過率率を変化することによって、
受光索子２７に受光される光量を、第４図のライン６２
で示すように一定にすることができる。

第５図は、本発明の他の実施例の色識別装置２０鳳の光
学的構成を示す系統図である０本実施例はｉｉｖ述の実
施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。

本実施例の注目すべき点は、第１図の実施例における光
源２１と受光素子２７との配置状態を入換えるようにし
たことである。このような構成によっても、第１図の実
施例で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

ｔｔＳ６図は、本発明の更に他の実施例の色識別装置２
０ｂの光学的構成を示す系統図である１本実施例は前述
の実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付
す０本実施例の注目すべき、くは、たとえば第５図の実
施例における光学的構成において、ハーフミラ−２３を
いわゆるトンネルミラー７０に換え、レンズ２４をレン
ズ７１．７２に換えたことである。トンネルミラー７０
は、その中心部付近に透孔７０ｍを有し、残余の環状の
部分で度射が行なわれる反射手段である。すなわち第６
図の参照符Ｈで示される部分は、透孔７０ｍとなってい
る。

第２光源２８からの光は、レンズ２９）二よって平作光
線とされ、Ｆンネルミラー７０の反射ｆＩ域７０ｂによ
って夏射され、レンズ７１によって検出対照２２上に照
射される。この光の［！を光はレンｒ３０を介して、Ｐ
ＳＤ３１の受光面３２上に結像される。

また光ｔｉ、２１からの光は、被検出体２２に照射され
、この反射光はレンズ７１を介して、トンネルミラー７
０の透光７０龜を介して、受光素子２７上に照ｆｔされ
る。

このような構成であっても、たとえば第１図の実施例で
説明した効果と同様の効果を得ることができる。

第７図は、本発明の更に他の実施例の色識別装置２０ｃ
の光学的構成を示す系統図である０本実施例は前述の実
施例に類似し、対向するＰｉＳ分には同一の参照符を付
す１本実施例の注目すべき点は、第６図で説明した光学
的構成において、光ｆｉ２１および受光索子２５の位置
を入れ換えるようにしたことである。このような構成に
よっても、ｔ１１１１図で説明した実施例における効果
と同様の効果を得ることができる。

１１１２０ｄの光学的構成を示す系統図であり、第９図
は第８図の色識別装ｒＩｔ２０ｄの側面図である。

本実施例は前述の実施例にＭ似し、対応する部分には、
同一の参照符を付す１本実施例の注目すべき点は、たと
えば第１図で説明した実施例の色識別装置ｉ２０の構成
において、光源２１、被検出体２２および受光素子２７
の成す平面と、第２光源２８、被検出体２２およ１受光
素子３１が成す平面とは、同一の平面であったのに対し
、光！２１、被検出体２２お上り受光素子２７がなす平
面と、１２光源２１、被検出体２２および受光素子２７
がなす平面と、第２光源２８、被検出体２２おより受光
素子３１がなす平面とが交差するように配置したことで
ある。

このような構成の色識別装置１２０ｄにおいては、前述
の各実施例において得られた効果に加乏で更に、光学的
構成が筒略化でさるという効果を得ることができる。す
なわちたとえば第１図の実施例における構成に関して、
光ａ２１、第２光源２８七トｔ１４−乎″ｉ半ｆｆ１．
２７？ｒどｌ±−七の光経路において同一の光経路を共
有する。したがってこれらの蘭戊要素の相互の位置を予
め調整する必要がある。

一方、第８図お上Ｖ第９図示の実施例の構成においては
、光源２１、被検出体２２および受光素子２７から成る
色識別系と、第２光ｅ、２８、被検出体２２および受光
素子３０から成る距離測定系とは、相互に独豆したｖｔ
成となっており、したがって構成を簡略化することがで
きる。

第１０図は、本発明の更に他の実施例の色識別装置２０
ｅの光学的閂成示す系統図である１本実施例は前述の実
施例にＭ似し、対応する部分には同一の参照符を付す０
本実施例は、第８図および第９図の実施例において、第
９図で示した構成と同様の構成を有する０本実施例の注
目すべき息は、第８図お上Ｖ第９図で説明した実施例に
おける光源２１および受光素子２７の位置を、入れ換え
るようにしたことである。このような構成においでもた
とえば第１図で説明した実施例の効果と同様の効果を得
ることができるとともに、第８図お上び第９図で説明し
た実施例の効果をも、また合わせてもつことができる。

効　　果 以上のように本発明に従えば、被撮像体を撮像手段によ
って撮像する際に、被撮像体の予め定められる位置から
の変化距離を検出する手段を設ける。またのこ撮像装置
においては、被検出体と撮像手段とのｒｒ！Ｉまたは被
検出体と光源との間に介在される光透：Ａ率率可′ｌ１
部材を配置する。また距離検出手段からの出力に応答し
、前記距離が大さくなるにつれて、光透−ＪＡ率率可ｉ
部材の光透過率率を大きくするように変化する制御手段
を設ける。

したがって被撮像体から撮像手段に入射される光量が、
被撮像体の位置の変化にともなって変化しても、前記光
透過率率可変部材の光透過率率を変化するように制御す
る。すなわち前記距離が大きくなったときには、光透過
率率可変部材の光透過率率を大きくするように制御する
。したがって被撮像体から撮像手段に人！ｔされる光量
は、前記距離に拘わらず、一定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の色識別装置２０の光学的構
成を示す系統図、？Ｊ＆２図は第１図の色識別装ｇＬ２
０の回路図、第３図は色識別装置２０における距は検出
ｍ能のｙＡ埋を説明するための図、第４図は色識別装置
２０の作動状ツな説明するグラフ、第５ｔｌｉ！ｌｌは
本発明の他の実施例の色識別装置２０ａの光学的構成を
説明する系統図、第６図は本発明の更に他の実施例の色
識別装ｆｉ２０ｂの光学的構成を説明する系統図、第７
図は本発明の更に他の実施例の色識別装置２０ｅの光学
的構成を説明する系統図、第８図は本発明の更に他の実
施例の色識別装置２０ｃｌの光学的構成を説明する系統
図、第９図は第８図の色識別装置２０ｄの光学的構成を
説明する側面図、第１０図は本発明の更に他の実施例の
色識別装置２０ｅの光学的構成を説明する系統図、第１
１図は先行技術の色識別装置１の系統図、第１２図は第
１１図の受光素子６の構成を説明する簡略化した側面図
、第１３図は第１２図の受光素子６の平面図である。 ２０・−・色識別装置、２２・・・被検出体、２６・・
・光燈火率可″ｌｉ部材、２７・・・受光素子、３１・
・・受光素子、４９．５２・・・演算器、５３・・・除
算回路、５４゜５５・・・制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被撮像物体を撮像する撮像手段と、 被撮像物体と撮像手段との距離を検出する手段と、 被撮像物体と撮像手段との間に介在され、または被撮像
   物体と光源との間に介在される光過率可変部材と、 前記距離検出手段からの出力に応答し、前記距離が大き
   くなるにつれて光透過率可変部材の光透過率を大きくす
   るように変化する制御手段とを含むことを特徴する撮像
   装置。