CN103727880B - 位移传感器、光谱特性测量设备及方法、颜色测量设备及方法、平面测量对象质量监控设备、和位移测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光谱特性测量设备、颜色测量设备、平面测量对象质量监控设备、位移测量方法、光谱特性测量方法和颜色测量方法。位移传感器包括：光源单元，其被构造为将具有不同的多个波长的光以倾斜的方向施加于平面测量对象的测量区域；分光镜，其被构造为测量被测量区域反射的光的光谱分布；特征量提取模块，其被构造为提取光谱分布的特征量；以及位移计算模块，其被构造为基于所提取的特征量以及预先获取的位移与特征量之间的关系来计算测量区域的位移。

Description

位移传感器、光谱特性测量设备及方法、颜色测量设备及方 法、平面测量对象质量监控设备、和位移测量方法
技术领域
本公开涉及使用分光镜的位移传感器、光谱特性测量设备、应用了位移传感器的颜色测量设备和平面测量对象质量监控设备、位移测量方法、光谱特性测量方法、以及颜色测量方法。
背景技术
在造纸过程、薄膜制造过程等中，需要监控制造对象的颜色用于质量管理。为此，通常采用使用分光镜的颜色测量设备。图12是示出装备有使用分光镜的颜色测量设备的平面测量对象质量监控设备的外观的示图，并且在本文中将描述测量纸张的颜色以监控纸张质量的情况。
平面测量对象质量监控设备600包括框610。作为测量对象的片状纸张500在框610的内部通过辊（未示出）等在箭头A的方向上移动。用于从正面监控纸张500的上部扫描头620以可移动的方式附接在框610的上侧横梁上。用于从背面监控纸张500的下部扫描头630以可移动的方式附接在框610的下侧横梁上。上部扫描头620和下部扫描头630被构造为在与纸张移动方向垂直的方向上同步地往复运动，以及从正面和背面监控相同的区域。
颜色测量设备例如安装在上部扫描头620中。颜色测量设备的各测量点通过纸张500的运送和上部扫描头620的移动而画出如W形线501所示的轨迹。
图13是示出使用分光镜的颜色测量设备的结构的示图。如图13所示，颜色测量设备30包括以旋转对称形状形成的桶形镜430。测量窗口440安装在桶形镜430中的面向作为测量对象的纸张500的部分中，从而防止灰尘或污垢进入。氙灯410中发出的光通过UV滤镜420进入桶形镜430。
为了得到不受测量对象的取向特性影响的稳定的测量结果，重要的是，施加的光应该关于纸张500的测量区域M的垂线旋转对称。因为该原因，测量区域M和作为光源的氙灯410布置在桶形镜430的旋转轴上。
测量区域M反射的光被安装在桶形镜430的旋转轴上的镜450反射，通过聚光透镜310进入光纤320。在分光镜300的主体中捕获导入光纤320的反射光，光通量受入射狭缝330的限制。
其后，光通过平行透镜（入射侧的准直透镜）340变为平行光，并且施加于衍射装置（衍射光栅、光栅）350。施加于衍射装置350的光根据波长在不同方向上发生反射。当该光被积分透镜（射出侧的准直透镜）360采集到时，每个波长在不同的位置形成图像。
由线形排列的多个光电转换元件构成的线检测器370布置在图像形成位置，并且检测每个位置的光的强度。由于位置与波长对应，因此可以基于线检测器370的检测结果，获得反射光的光谱分布，即反射光的每个波长的强度分布。
运算模块400控制光谱分布的测量，同时将光谱分布转换为电信号，以数字地处理颜色。
在数字地处理颜色的情况下，由[数学公式1]表示的三色刺激值（tristimulusvalue）广泛地用作颜色的表示方法。
[数学公式1]
这里，
k为用于限定绝对值的固定系数，
S(λ)是由标准确定的光源的光谱分布，
x(λ)、y(λ)和z(λ)是由标准确定的被称为颜色匹配函数的光谱灵敏度（其中x代表，这同样适用于y和z），
R(λ)为测量对象的光谱反射率，以及
Δλ为计算时使用的波长间隔。此外，在[数学公式1]中，λ在可见光的波长范围内变化，并且可见光的波长范围被设为400nm至700nm。
由于在[数学公式1]中仅R(λ)根据测量对象而改变，因此颜色的测量即是测量对象的光谱反射率的测量。可以基于测量中得到的光谱分布来计算光谱反射率。[数学公式1]中的其他参数记录在运算模块400中的存储器等上，并且可以根据需要来读取。
由于光谱反射率是每个波长的反射光与照射光之比，因此当基于测量中得到的光谱反射率来计算光谱反射率时，射向测量区域M的光的量成为标准。因此，预先使用标准白板等获取射向测量区域M的光的量。
然而，桶形镜430具有这样的特性，其中光量根据在光轴方向上离测量对象的距离而改变。因此，为了使射向测量区域M的光的量保持恒定，必须使上部扫描头620和纸张500之间的距离保持恒定，上部扫描头620在其中移动的横梁长度通常长达几米至10米或更多，并且很难保持水平位置恒定。同样，很难使由辊等传送的纸张500的水平位置保持恒定。
因此，为了准确地测量光谱反射率，例如，提出：预先检查光谱反射率的改变与相对于基准位置的位移之间的关系，并且在实际测量光谱反射率的情况下，测量上部扫描头620和纸张500之间的位移并且校正测量的光谱反射率。
在该情况下，例如，如图14所示，颜色测量设备30和线圈621安装在上部扫描头620中，空气轴承631和软磁性物质632安装在下部扫描头630中。作为测量对象的纸张500被构造为通过空气轴承631使得离下部扫描头630的距离保持恒定。同样，由于可以使用电磁感应原理来测量线圈620和软磁性物质632之间的距离，因此可以得到上部扫描头620和下部扫描头630之间的距离。因此，计算上部扫描头620和纸张500之间的距离，并且得到相对于基准位置的位移，从而可以矫正光谱反射率。
或者，提出通过使用柱面镜或管状的多面镜取代光量根据距离而改变的桶形镜430，从而减少光量相对于距离变化的改变。
[现有技术文献]
[专利文献1]JP-A-2010-281808
[专利文献2]美国专利NO.5457539
然而，由于前一种方法需要诸如线圈621、空气轴承631和软磁性物质632之类的与光谱反射率测量没有直接关系的新组件，因此会导致设备的尺寸和成本的增加。同样，由于后一种方法为了减小光量相对于距离的大变化的改变而需要大尺寸镜，因此会导致设备尺寸和成本的增加。
因此，若用于检测位移的位移传感器可以被构造为使用现有技术的颜色测量设备30本来就包括的分光镜300，则可以在不导致设备的尺寸和成本增加的情况下做到光谱反射率的高精度测量，这是有利的。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了使用分光镜的位移传感器、光谱特性测量设备、应用了位移传感器的颜色测量设备和平面测量对象质量监控设备、位移测量方法、光谱特性测量方法、和颜色测量方法。
根据本发明的第一方面的位移传感器，包括：
光源单元，其被构造为将具有不同的多个波长的光以倾斜的方向施加于平面测量对象的测量区域；
分光镜，其被构造为测量被所述测量区域反射的光的光谱分布；
特征量提取模块，其被构造为提取所述光谱分布的特征量；以及
位移计算模块，其被构造为基于所提取的特征量以及预先获取的位移和特征量之间的关系来计算所述测量区域的位移。
所述光源单元可以将其波长根据发射方向而改变的光以倾斜的方向施加于所述测量区域。
所述光源单元可以包括光源和光学元件，所述光源被构造为发出光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变。
所述特征量提取模块可以提取所述光谱分布的峰值波长作为特征量。
所述光源单元可以包括具有不同波长的多个光源。
所述特征量提取模块可以提取各个光源的波长的强度之间的比率作为特征量。
根据本发明的第二方面的光谱特性测量设备包括：
第一光源单元，其被构造为将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
第二光源单元，其被构造为将具有不同的多个波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
分光镜，其被构造为测量从所述第一光源施加的然后被所述测量区域反射的第一光的第一光谱分布，以及从所述第二光源施加的然后被所述测量区域反射的第二光的第二光谱分布；
特征量提取模块，其被构造为提取与所述第二光源单元相关的第二光的第二光谱分布的特征量；
光谱特性计算模块，其被构造为基于与所述第一光源单元相关的第一光的第一光谱分布来计算光谱特性；
光谱特性校正模块，其被构造为基于所提取的特征量以及预先获取的光谱特性与特征量之间的关系来校正所述光谱特性。
所述第二光源单元可以将其波长根据发射方向而改变的光以倾斜的方向施加于所述测量区域。
所述第二光源单元可以包括光源和光学元件，所述光源被构造为发出光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变。
所述第一光源单元发出的波长范围可以与所述第二光源单元发出的波长范围不重叠。
所述第二光源单元可以包括具有不同波长的多个光源。
根据本发明的第三方面的颜色测量设备包括：
本发明的光谱特性测量设备，其中所述光谱特性是光谱反射率；以及
颜色运算模块，其被构造为基于校正后的光谱反射率来测量所述测量区域的颜色。
所述第二光源单元可以将其波长根据发射方向而改变的光以倾斜的方向施加于所述测量区域。
所述第二光源单元可以包括具有不同波长的多个光源。
根据本发明的第四方面的平面测量对象质量监控设备，包括：
扫描头；以及
本发明的颜色测量设备，其安装在所述扫描头中。
根据本发明的第五方面的位移测量方法，包括：
将具有不同波长的光以倾斜的方向施加于平面测量对象的测量区域；
测量被所述测量区域反射的光的光谱分布；
提取所述光谱分布的特征量；以及
基于所提取的特征量以及预先获取的位移与特征量之间的关系来计算所述测量区域的位移。
根据本发明的第六方面的光谱特性测量方法包括：
将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
基于被所述测量区域反射的第一光的光谱分布来测量光谱特性；
将具有不同波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
提取被所述测量区域反射的第二光的光谱分布的特征量；以及
基于所提取的特征量和预先获取的光谱特性与特征量之间的关系来校正所测量的光谱特性。
根据本发明的第七方面的颜色测量方法，包括：
将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
基于被所述测量区域反射的第一光的光谱分布来计算光谱反射率；
将具有不同波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
提取被所述测量区域反射的第二光的光谱分布的特征量；
基于所提取的特征量和预先获取的光谱反射率与特征量之间的关系来校正所计算的光谱反射率；
基于校正后光谱反射率来测量所述测量区域的颜色。
根据本发明的示例性实施例，可以提供一种使用分光镜的位移传感器、光谱特性测量设备、应用了位移传感器的颜色测量设备和平面测量对象质量监控设备、位移测量方法、光谱特性测量方法、和颜色测量方法。
附图说明
图1是描述根据本发明的第一示例性实施例的使用分光镜的位移传感器的示图。
图2是描述透射光的波长根据入射角度而不同的特性的示图。
图3是描述相对于各个位移的光谱分布和特征量的示图。
图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的颜色测量设备的构造的示图。
图5是描述创建校正函数的过程的流程图。
图6是描述光谱分布的特征量的示图。
图7是描述距离的改变和特征量的改变的示图。
图8是描述波长指标和光量指标之间的对应关系的示图。
图9是描述测量时光谱分布的校正的过程的流程图。
图10是描述根据本发明的第三示例性实施例的使用分光镜的位移传感器的示图。
图11是描述相对于各个位移的光谱分布和特征量的示图。
图12是示出装备有使用分光镜的颜色测量设备的平面测量对象质量监控设备的外观的示图。
图13是示出使用分光镜的颜色测量设备的结构的示图。
图14是示出安装了颜色测量设备和线圈的上部扫描头和安装了空气轴承和软磁性物质的下部扫描头的示图。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明的示例性实施例。图1是描述根据第一实施例的位移传感器的示图。如图1所示，位移传感器10是使用分光镜对测量对象的位移进行测量的设备，并且包括运算模块100、光源单元200和分光镜300。
在第一实施例中，将描述作为测量对象的纸张500，但位移传感器10适用于测量薄膜或其他平面物体的位移。只要测量对象是平面物体，则测量对象不限制于连续物体，并且实施例可以应用于设备的一小块或一部分的位移的测量。
在位移传感器10中，在平面测量对象中具有期望大小的区域是位移测量的目标，该区域被称为测量区域Ｍ。由于测量目标是具有一定程度大小的区域，而不是像激光测量那样的极微小的一点，因此位移传感器10适用于测量期望区域的平均位移。同样，可以高精度地测量例如纸张这种在激光测量中由于所谓的潜水现象（submarining）而无法做到准确测量的对象的位移。
分光镜300具有与相关技术的构造类似的构造。即，主体中包括入射狭缝330、平行透镜340、衍射装置350、积分透镜360和线检测器370，并且通过光纤320连接了聚光透镜310。当然，其构造不限于该构造，也可以使用具有其他构造的分光镜。
光源单元200包括光源210和光学元件220，并且发出波长根据发射方向而改变的光。光源单元200被安装为使得发射光倾斜地施加于包括纸张500的测量区域M的表面。
在第一实施例中，将发出具有预定范围（例如，800nm至900nm的范围）的波长的漫射光的发光二极管用作光源210。同样，将使用电介质多层膜的滤光器（例如，带通滤光器）用作光学元件220。光源单元200被构造为使从发光二极管发出的光倾斜地进入滤光器。
由于使用电介质多层膜的滤光器利用了这样的事实：光透射特性由于在每层的界面处发生的反射干扰而改变，因此滤光器表现出这样的特性，其中当使光线倾斜进入时，透射光的波长根据入射角度而不同。在各个滤光器中，使用电介质多层膜的带通滤光器被构造为当使光线垂直进入时仅透射特定波长的光，但是实施例被构造为故意使光线倾斜地进入，以产生波长根据发射方向而改变的光。
图2是描述透射光的波长根据入射角度而不同的特性的示图。图2是示出当光的入射角度设为55°、45°和35°时滤光器的透射率的示图。从图2很明显地看出，55°的入射角时容易透射810nm波长的光，45°的入射角时容易透射840nm波长的光，以及35°的入射角时容易透射870nm波长的光。
通过将具有预定范围的波长的光倾斜地施加于所述滤光器，从图1所示的光源单元200发出了波长根据发射方向连续改变的光。这里，光应该具有这样的分布，其中在图1中从左到右的方向上波长变长。
由于从光源单元200发出的光倾斜地施加于包括纸张500的测量区域M的表面，因此被测量区域M反射的光的光谱分布根据纸张500的位移而改变。
例如，在接近光源单元200的位置A处，得到如图3所示的短波长的光具有高强度的光谱分布。由于在位置B和位置C处离光源单元200的距离更长，因此得到了长波长的光具有高强度的光谱分布。
由于该光谱分布与位移对应，因此当预先对位移与光谱分布之间的关系进行了关联时，分光镜300可以测量出测量区域M的光谱分布，以基于得到的光谱分布来测量纸张500的位移。
为了执行该处理，运算模块100包括光谱分布获取模块110、特征量提取模块120和位移计算模块130。
光谱分布获取模块110获取由分光镜300测量的测量区域M的光谱分布。
特征量提取模块120从获取的光谱分布中获取特征量。在第一实施例中，如图3所示，光谱分布的峰值频率用作特征量。然而，特征量不限制于峰值频率。例如，分布范围中的平均波长或中间波长可以用作特征量。此外，通过适当地设置光源210的波长范围，可以避免光谱分布的峰值频率受到纸张500本身的颜色的影响，但是可以根据单独测量的纸张500的颜色来校正光谱分布。
预先获取的位移和特征量之间的对应关系存储在位移计算模块130中。对应关系可以使用函数形式或表形式。基于该对应关系，可以根据由特征量提取模块120提取的特征量来计算测量区域M的位移。
此外，电介质多层膜的滤光器用作光源单元200的光学元件220，但可以构造为使用其他光学元件发出根据发射方向而改变波长的光。例如，可以使用由具有期望色散的玻璃制成的棱镜或衍射光栅（光栅）。可以使用彩色玻璃滤光器或透射波长根据位置而改变的滤光器。在这些光学元件中，透射波长根据角度而改变。简而言之，可以使用透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变的任何光学元件。
根据上述第一实施例，位移传感器10可以使用分光镜300来构造。为了通过执行基于位移的校正来改善测量精度，可以将使用分光镜300的位移传感器10适当地用在测量设备中，使用分光镜300的位移传感器10可以应用于例如颜色测量设备、白度测量设备、光泽度测量设备、湿度计或基重计。
接下来，将描述第二实施例，其中将上述第一实施例的位移传感器10应用于颜色测量设备。本发明不限制于颜色测量设备，并且可以广泛地应用于光谱特性测量设备。第二实施例的颜色测量设备运用使用分光镜的位移传感器的测量结果，来校正使用分光镜测量的光谱反射率。然后，使用校正的光谱反射率来进行颜色测量。然而，可以构造为通过使用位移传感器的测量结果校正光谱分布，来计算光谱反射率。
图4是示出根据本实施例的颜色测量设备的构造的示图。如图4所示，类似于相关技术的测量设备30，用于测量作为测量对象的纸张500的测量区域的颜色的颜色测量设备20包括分光镜300、桶形镜430和相关的光学系统。颜色测量设备20还包括在桶形镜430底部的光源单元200。测量对象不限制于纸张500，只要测量对象是平面物体，则测量对象可以是诸如薄膜之类的连续物体。颜色测量设备也可以用在印刷物或着色表面的颜色测量中。
光源单元200与上述位移传感器10的光源单元200类似，并且以与包括纸张500的测量区域M的表面倾斜的方向施加其波长根据发射方向而改变的光。
类似于相关技术的颜色测量设备30，从氙灯410发出然后被测量区域M反射的光通过聚光透镜310进入光纤320。在分光镜300的主体中捕获导入光纤320的反射光，线检测器370检测光谱分布。这里的光是这样的可见光，其中氙灯410的波长范围是例如400nm至700nm。
同样，从光源单元200发出然后被测量区域M反射的光通过聚光透镜310进入光纤320。在分光镜300的主体中捕获导入光纤320的反射光，线检测器370检测光谱分布。这里的光是这样的红外光，其中光源单元200的波长范围是例如800nm至900nm。
也就是，由于来自测量区域M的由氙灯410发出的用于颜色测量的光的反射光和来自测量区域M的由光源单元200发出的用于位移测量的光的反射光均被聚光透镜310收集并且在分光镜300的主体中捕获，因此可以由一个分光镜300同时测量同一测量区域M中具有不同波长范围的光谱分布。因此，将能够测量400nm至900nm范围的分光镜用作分光镜300。
如图4所示，颜色测量设备200包括运算模块150。运算模块150包括光谱分布获取模块151、光谱反射率计算模块152、特征量提取模块153、校正因子生成模块154、光谱反射率校正模块155和颜色运算模块156。
光谱分布获取模块151获取由分光镜300测量的光谱分布。光谱分布包括400nm至700nm的用于颜色测量的光谱分布以及800nm至900nm的用于位移测量的光谱分布。用于颜色测量的光谱分布在下文中被称为用于测量的光谱分布。由于800nm至900nm的用于位移测量的光谱分布被用来校正用于颜色测量的光谱分布，因此用于位移测量的光谱分布在下文中被称为用于校正的光谱分布。
光谱反射率计算模块152根据光谱分布获取模块151获取的用于测量的光谱分布来计算光谱反射率。可以使用已知的标准白板的光谱反射率和预先在基准点处使用标准白板测量的光谱分布来计算光谱反射率。
特征量提取模块153提取用于校正的光谱分布的特征量。如图6所示，用于校正的光谱分布的特征量是与波长对应的波长指标，并且可以用作例如峰值频率。或者，可以得到靠近峰值的光谱强度的近似表达式，以将其顶点的波长用作波长指标。
同样，特征量提取模块153在生成校正因子时基于用于测量的光谱分布来提取光谱反射率的特征量。光谱反射率的特征量是与光量对应的光量指标，并且可以用作例如用于测量的波长范围内的峰值。或者，可以得到峰值附近的光谱反射率的近似表达式，以使用其顶点作为光量指标，或者使用光谱反射率的平均值作为光量指标。
校正因子生成模块154创建用于校正测量的光谱反射率的校正函数，基于校正函数来计算校正因子，以及校正测量的光谱反射率。在实际的颜色测量之前创建校正函数。以下将描述用于创建校正函数的过程。
光谱反射率校正模块155使用在实际的颜色测量中测量到的与用于校正的光谱分布对应的校正因子来校正光谱反射率。因此，根据纸张500的位移对光谱反射率进行校正。
颜色运算模块156使用校正的光谱反射率来执行对测量区域M的颜色运算，并且将颜色运算结果作为测量结果输出。
接下来，将参照图5的流程图来描述创建在校正光谱反射率的情况下使用的校正函数的过程。该处理在校正因子生成模块154的控制下执行。
首先，光谱分布获取模块151在基准点处获取测量对象的光谱分布（S101）。测量对象不一定要是实际测量中使用的纸张500。基准点成为位移的基准点，基准点处的光谱反射率成为校正因子的标准。
然后，特征量提取模块153从在基准点处获取的光谱分布中提取特征量（S102）。具体地，如图6所示，针对400nm至700nm的用于测量的光谱分布，计算光谱反射率以提取光量指标，针对800nm至900nm的用于校正的光谱分布，提取波长指标。当提取了光量指标和波长指标的特征量时，将波长指标和光量指标相关联并且保存（S103）。
然后，改变测量对象在光轴方向上的位置（S104）。自由地选择改变距离，并且不需要获取位移量。然后，在改变的位置处，光谱分布获取模块151获取光谱分布（S105），特征量提取模块153从获取的光谱分布中提取特征量（S106）。这里，还针对400nm至700nm的用于测量的光谱分布从光谱反射率中提取光量指标，以及针对800nm至900nm的用于校正的光谱分布提取波长指标。
当测量对象在光轴方向上的位置改变时，如图7所示，对于用于测量的光谱分布，光谱反射率的值改变，而对于用于校正的光谱分布，波长改变。然后，由于光谱反射率的值的改变和用于校正的光谱分布的波长的改变均对应于位移量，因此两个改变具有相关性。
当提取光量指标和波长指标的特征量时，波长指标和光量指标被关联并且被保存（S107）。使改变测量对象在光轴方向上的位置和获取光谱分布以及保存特征量的处理（S104至S107）重复预定数次（S108），当预定次数结束时，校正因子生成模块154计算校正函数（S109）。
例如可以通过描绘在测量对象在光轴方向上改变时波长指标和光量指标之间的对应关系，基于基准点处波长指标和光量指标之间的对应关系并通过多项式来近似对应关系，从而计算校正函数。
例如，当描绘波长指标和光量指标之间的对应关系并且得到图8所述的线时，将基准点处的光量指标设为1，并将通过多项式对该线进行近似的函数设为校正函数f(波长指标)。通过使用校正函数f(波长指标)，可以基于波长指标来校正光谱反射率基于位移导致的光量改变的变化。
在实际测量的情况下，根据图9所示的流程图来校正通过测量得到的光谱反射率。
特征量提取模块153从通过测量得到的用于校正的光谱分布中提取的波长指标（S201），并且校正因子生成模块154基于校正函数f(波长指标)来计算与所提取的波长指标对应的光量对应值（S202）。然后，将光量对应值的倒数设为校正因子（S203）。
光谱反射率校正模块155使用该校正因子来校正通过测量得到的光谱反射率（S204）。因此，可以得到其中相对于基准点的位移被校正的光谱反射率，以及可以高精度地执行使用测量区域M的光谱反射率对测量区域M进行的颜色运算。
此外，在上述第二实施例中，用于测量的光谱分布的波长范围设在400nm至700nm，而用于校正的光谱分布的波长范围设在800nm至900nm，两个光源的波长范围不同，但是用于校正的光谱分布的波长范围可以与用于测量的光谱分布的波长范围重叠。例如，用于校正的光谱分布的波长范围可以设在500nm至600nm。在该情况下，可以交替地打开用于测量的氙灯410和用于校正的光源单元200的光源210，从而交替地获取用于测量的光谱分布和用于校正的光谱分布。在该构造中，分光镜300可以是能够在400nm至700nm的范围内进行测量的分光镜。
根据上述第二实施例，可以采用使用了分光镜300的位移传感器10来构造颜色测量设备30。因此，通过简单的构造即可基于位移来对光谱反射率进行校正，使得可以在不导致尺寸和成本增加的情况下，实现高精度的颜色测量设备。
由于近来颜色测量设备的重要性不断上升，因此以上描述了将位移传感器应用于颜色测量设备的实施例。颜色测量设备的重要性上升的原因包括，例如，由于印刷质量的改善，因此作为基体的纸张的质量管理的重要性增加，以及尽管由于资源节约而减少了纸浆的使用，但为了防止渗透（bleed-through）仍需要如从前一样管理不透明度，颜色测量对于所述管理是不可或缺的。
同样，根据全球环境保护，森林开伐被严格限制，对循环纸张的需要增加，对循环纸张的质量要求也提高。例如，需要得到不亚于使用原生纸浆的情况的颜色，为了满足该需求，则需要颜色测量设备。
此外，在相关技术中的诸如报纸或杂志之类的仅有黑色印刷的媒体中，颜色印刷变得很广泛，或者诸如彩色纸板或带图案的纸板之类的包装材料的附加价值或质量提高，颜色测量设备的质量管理也被广泛使用。基于以上原因，颜色测量设备的重要性不断上升。
此外，应用了使用分光镜300的位移传感器的颜色测量设备20可以安装在如图12所示的上侧扫描头620中，从而构造平面测量对象质量监控设备。
接下来，将描述使用分光镜300的位移传感器的变形示例。图10是描述根据第三实施例的使用分光镜300的位移传感器的示图。简化与上述实施例共有部分的描述。
如图10所示，位移传感器11是使用分光镜对测量对象的位移进行测量的设备，并且包括运算模块101、光源单元230和分光镜300。分光镜300具有与相关技术的分光镜类似的构造。
光源单元230包括具有不同波长和光轴的光源240和光源250，并且安装为使得每个光源发出的光从不同的位置倾斜地施加到包括纸张500的测量区域M的表面。在第二实施例中，光源240发出820nm的光，光源250发出880nm的光。
如图10所示，从光源单元230的两个光源发出的光倾斜地施加到包括纸张500的测量区域M的表面，使得被测量区域M反射的光的光谱分布根据纸张500的位移而改变。
例如，在接近光源单元230的位置A处，如图11所示，得到光源240的波长的具有高强度a的光谱分布。由于在位置B和位置C处离光源单元230的距离更长，因此得到光源250的波长的具有高强度b的光谱分布。
由于光源240的波长的强度和光源250的波长的强度之间的比率a/b对应于位移，因此当预先关联位移和比率a/b（光源240的波长的强度和光源250的波长的强度之间的比率）之间的关系时，分光镜300可以测量出测量区域M的光谱分布，以基于得到的光谱分布的光源240的波长的强度与光源250的波长的强度之间的比率a/b，来测量纸张500的位移。
为了执行该处理，运算模块101包括光谱分布获取模块111、特征量提取模块121和位移计算模块131。光谱分布获取模块111获取由分光仪300测量到的测量区域M的光谱分布。
特征量提取模块121从获取的光谱分布中获取特征量。在第三实施例中，将光源240的波长的强度a与光源250的波长的强度b之间的比率a/b用作特征量。
将预先获取的位移和特征量之间的对应关系存储在位移计算模块131中。对应关系可以使用函数形式或表格形式。基于该对应关系，可以根据由特征量提取模块121提取的特征量，来计算测量区域M的位移。
同样，根据上述第三实施例，位移传感器11可以被构造为使用分光镜300。自然，颜色测量设备可以被构造为使用该位移传感器11，并且该颜色测量设备也可以应用于平面测量对象质量监控设备。

Claims (13)

1.一种位移传感器，包括：
光源单元，其被构造为将具有不同的多个波长的光以倾斜的方向施加于平面测量对象的测量区域；
分光镜，其被构造为测量被所述测量区域反射的光的光谱分布；
特征量提取模块，其被构造为提取所述光谱分布的特征量；以及
位移计算模块，其被构造为基于所提取的特征量以及预先获取的位移和特征量之间的关系来计算所述测量区域的位移，
其中，所述光源单元包括光源和光学元件，所述光源被构造为向所述光学元件以一角度倾斜地发出光以生成具有不同的多个波长的光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变，从所述光学元件得到的透射光或反射光以倾斜方向施加于所述平面测量对象的测量区域。
2.如权利要求1所述的位移传感器，其中所述特征量提取模块提取所述光谱分布的峰值波长作为特征量。
3.如权利要求1所述的位移传感器，其中所述光源单元包括具有不同波长的多个光源。
4.如权利要求3所述的位移传感器，其中所述特征量提取模块提取各个光源的波长的强度之间的比率作为特征量。
5.一种光谱特性测量设备，包括：
第一光源单元，其被构造为将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
第二光源单元，其被构造为将具有不同的多个波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
分光镜，其被构造为测量从所述第一光源单元施加的然后被所述测量区域反射的第一光的第一光谱分布，以及从所述第二光源单元施加的然后被所述测量区域反射的第二光的第二光谱分布；
特征量提取模块，其被构造为提取与所述第二光源单元相关的第二光的第二光谱分布的特征量；
光谱特性计算模块，其被构造为基于与所述第一光源单元相关的第一光的第一光谱分布来计算光谱特性；以及
光谱特性校正模块，其被构造为基于所提取的特征量以及预先获取的光谱特性与特征量之间的关系来校正所述光谱特性，
其中，所述第二光源单元包括光源和光学元件，所述光源被构造为向所述光学元件以一角度倾斜地发出光以生成具有不同的多个波长的光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变，从所述光学元件得到的透射光或反射光以倾斜方向施加于所述平面测量对象的测量区域。
6.如权利要求5所述的光谱特性测量设备，其中所述第一光源单元发出的波长范围与所述第二光源单元发出的波长范围不重叠。
7.如权利要求5所述的光谱特性测量设备，其中所述第二光源单元包括具有不同波长的多个光源。
8.一种颜色测量设备，包括：
如权利要求5所述的光谱特性测量设备，其中所述光谱特性是光谱反射率；以及
颜色运算模块，其被构造为基于校正后的光谱反射率来测量所述测量区域的颜色。
9.如权利要求8所述的颜色测量设备，其中所述第二光源单元包括具有不同波长的多个光源。
10.一种平面测量对象质量监控设备，包括：
扫描头；以及
如权利要求8或9所述的颜色测量设备，其安装在所述扫描头中。
11.一种位移测量方法，包括：
通过光源单元将具有不同波长的光以倾斜的方向施加于平面测量对象的测量区域；
测量被所述测量区域反射的光的光谱分布；
提取所述光谱分布的特征量；以及
基于所提取的特征量以及预先获取的位移与特征量之间的关系来计算所述测量区域的位移，
其中，所述光源单元包括光源和光学元件，所述光源被构造为向所述光学元件以一角度倾斜地发出光以生成具有不同的多个波长的光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变，从所述光学元件得到的透射光或反射光以倾斜方向施加于所述平面测量对象的测量区域。
12.一种光谱特性测量方法，包括：
通过第一光源单元将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
基于被所述测量区域反射的第一光的光谱分布来测量光谱特性；
通过第二光源单元将具有不同波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
提取被所述测量区域反射的第二光的光谱分布的特征量；以及
基于所提取的特征量和预先获取的光谱特性与特征量之间的关系来校正所测量的光谱特性，
其中，所述第二光源单元包括光源和光学元件，所述光源被构造为向所述光学元件以一角度倾斜地发出光以生成具有不同的多个波长的光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变，从所述光学元件得到的透射光或反射光以倾斜方向施加于所述平面测量对象的测量区域。
13.一种颜色测量方法，包括：
通过第一光源单元将第一光施加于平面测量对象的测量区域；
基于被所述测量区域反射的第一光的光谱分布来计算光谱反射率；
通过第二光源单元将具有不同波长的第二光以倾斜的方向施加于所述测量区域；
提取被所述测量区域反射的第二光的光谱分布的特征量；
基于所提取的特征量和预先获取的光谱反射率与特征量之间的关系来校正所计算的光谱反射率；以及
基于校正后的光谱反射率来测量所述测量区域的颜色，
其中，所述第二光源单元包括光源和光学元件，所述光源被构造为向所述光学元件以一角度倾斜地发出光以生成具有不同的多个波长的光，在所述光学元件中透射波长或反射波长根据入射角度或入射位置而改变，从所述光学元件得到的透射光或反射光以倾斜方向施加于所述平面测量对象的测量区域。
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