JP2000097628A - 移動ウェブの速度、変位、あるいは歪みを測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】移動ウェブに関する速度、変位、歪みを効率的
に測定する。 【解決手段】移動するウェブ部材14の近くに第１、第2
の光センサ配列16、18を設置する。第１、第2の光セン
サ配列はウェブ部材14の走行方向に沿って所定距離ｄだ
け離れている。第１、第２の光センサ配列16、18の双方
に結合されている処理装置40は、第1、第2、第3のコー
ド区画56−58それぞれにより制御され、それぞれ、第１
の光センサ配列16でウェブ部材１４上のパターンを検出
させ、第２の光センサ配列18でウェブ部材１４上で前記
検出されたパターンを認識させ、そして、ウェブ部材１
４の速度、距離ｄ、および第１のコード区画56に応答す
るパターンの検出と第２のコード区画57に応答するパタ
ーンの認識との間の経過時間に基づきウェブ部材１４の
歪みを計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に移動する面
やウェブと同期した動作を有する装置に関するものであ
り、更に詳細に記せば、移動する面またはウェブの速
度、変位、および歪みを計算する装置および方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】移動する面またはウェブに関係する種々
の公知装置があり、また部材の相対移動または位置と同
期する動作の必要性や希望が存在する。この明細書にお
いて、用語「ウェブ」は（コンベアなどの）物体を支持
することができるウェブ部材の他に、測定装置に対して
移動する物体の表面をも包含するものとする。これに関
して、およびこの開示および本発明の目的で、用語「ウ
ェブ」に、以下の説明に照らして、その最も広い妥当な
解釈を与えるべきである。例示すれば、多様な製造、生
産、および品目を輸送するコンベア装置を使用する流通
環境が知られている。たとえば、本発明の発明者と共同
で発明された、米国特許第4,198,758号に開示されてい
る装置を考えよう。この装置は、複数の物体キャリヤを
輸送するためのチェーンコンベアを開示している。この
特許は更に、このような装置に関して、キャリヤに載せ
たり、入れたりして運ばれる物体を追跡することの重要
性をも開示している。この装置は、発光器/検出器対を
使用してチェーンの長さを区画ごとに測定することで動
作する。基準点と物体キャリア間のコンベアチェーンの
長さが基準点（すなわち、発光器/検出器対の位置）と
所要排出ステーションとの間のチェーンに沿う既知距離
に等しくなれば、機構が作動して物体をキャリヤから取
り外す。

【０００３】かなり異なる環境で、本発明の発明人と共
同で発明され、本発明の譲受人に譲渡されている米国特
許第5,578,813号は、ハンドル付きスキャナとウェブ
（すなわち、紙片）との間の相対移動を測定する装置お
よび方法を開示している。特に、この装置は、ウェブの
構造関連特性を識別することによりスキャナとウェブ間
の相対移動を検出するのに照明/画像センサを利用して
いる。（紙の繊維、または他の構成要素などの）ウェブ
固有の構造関連特性を航行用に使用している。すなわ
ち、スキャナの走行経路を同定して、走査した画像を電
子的に再構成することができる。

【０００４】別の装置が米国特許第5,291,131号に開示
されており、これでは循環チェーンの伸び（構成要素の
磨耗またはその他から生ずる伸び）を測定する装置を開
示している。そこに開示されている装置は、循環チェー
ンの経路の方向に所定距離離れて設置された二つのセン
サ（たとえば、磁気式または光学式）を使用している。
二つの指標間の距離は、移動体の計算速度と第１の指標
が第１のセンサを通過してから第２の指標が第２のセン
サを通過するまで経過した時間に基づいて計算される。
この観察を終始続け、距離の計算値を比較することによ
り、チェーンの伸びを測定することができる。共に「チ
ェーン測定およびコンベア装置」という名称で、本発明
の発明人と共同で発明された米国特許第4,198,758号お
よび第4,274,783号は、同様の手法を開示している。

【０００５】やはり従来技術で公知であるように、或る
インクジェットプリンタの印字ヘッドは、紙シートの印
刷幅を横断して移動するよう構成されている。印字ヘッ
ドから紙シートへのインクの堆積は、一部は印字ヘッド
の位置情報に基づいて厳密に制御される。このようなプ
リンタのあるものでは、この位置情報は、透明ウェブ部
材を紙シートの幅で覆われたスパンに渡り延伸すること
により得られる。このウェブ部材は、印字ヘッドのスロ
ットを通過しており、周期的に設けられた境界線を備え
ている。発光器/検出器対がスロットを横断して設置さ
れ、境界線を数えるように構成されている。境界線の正
確な計数値を維持することにより、装置は、紙シートに
沿う印字ヘッドの位置に関する情報を維持することがで
きる。このような装置では、ウェブが（印字ヘッドの走
行の方向に平行な方向に）静止して保持されているが、
発光器/検出器対（これは印字ヘッドに固定されてい
る）はウェブに関連して移動する。公知のように、ノイ
ズまたは他のエラーがしばしば装置に境界線の正しい計
数値を失わせ、印字ヘッドの位置配置の誤りを生ずる。
この機構はまた印字ヘッドの走行に直交する方向に送ら
れる紙を追跡するのにも使用されている。

【０００６】写真複写機は、ウェブ（たとえば、紙シー
ト）を所定経路−たとえば、送りトレイから排出トレイ
まで−を通って前進させる装置の更に別の例である。所
要の高い解像度の画像を得るには、画像が紙に移される
につれて、紙の移動を非常に厳密に制御しなければなら
ない。

【０００７】これら上述のものに類似の装置の他に、他
の装置においても、部材の速度、変位、および/または
歪みの計算を行ないたいことがしばしばある。たとえ
ば、このような装置で移動面またはウェブ部材の伸張ま
たは収縮を検出しないと、位置計算に誤差が生じること
がある。他の装置ではウェブを適切に張るための機構を
設けることができる。このような張力機構の補償をウェ
ブにより生じた歪みの測定値または計算値のフィードバ
ックに基づいて改善することができる。上記には特定の
例だけを提示したが、多種多様な装置でウェブの速度、
変位、および/または歪みを測定し、比較的小さい変位
増分を数えるとき生じえる大きな変位測定の誤りを除き
たいことを認識すべきである。

【０００８】上述の装置に加えて、他の従来技術の装置
には、米国特許第5,089,712号、第5,149,980号、第5,68
6,720号、第5,699,161号、第5,703,353号、第5,729,008
号および第5,753,908号に開示されているものがある。
これらの特許は、上に記した米国特許第4,198,758号、
第4,274,783号、第5,578,813号、および第5,291,131号
もふくめて参考のためそれらの全体について本願明細書
にに記載しておく。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、移動ウェ
ブに関する速度、変位、および/または歪み（または一
般的静止ウェブの正確な歪み）を効果的に測定するこ
と、および小さい変位増分の累積からの誤差を被らずに
近似長さ「ｄ」の大きい変位を測定できることが望まし
い。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的、長所、お
よび新規な特徴の一部を以下の説明で示すことにし、そ
の一部は以下の考察により当業者には明らかになり、ま
たは本発明の実施により学ぶことができる。本発明の目
的および長所を付記した特許請求の範囲で特に指摘した
構成および組合せを用いて実現し、得ることができる。

【００１１】長所および新奇な特徴を達成するのに、本
発明は一般に、移動ウェブの速度、変位、および/また
は歪み（または静止ウェブ部材の正確な歪み）を計算す
る装置および方法を目指している。これに関しては、歪
みは、ウェブの伸張または収縮に比例する。本発明の一
局面によれば、ウェブの近くに設置された第１の光セン
サ配列およびウェブの近くに設置された第２の光センサ
配列を備えた装置が提供され、この場合、第２の光セン
サ配列は、所定の距離「ｄ」だけ第１の光センサ配列か
ら離れている。処理装置（たとえば、マイクロプロセッ
サおよび関連メモリおよび/または他の支援構成要素）
が第１の光センサ配列および第２の光センサ配列に共に
結合され、装置と関連する機能動作および計算を制御し
または実行する。

【００１２】本発明の第１の実施形態によれば、第１の
コード区画が処理装置を制御して第１の光センサ配列の
位置にある第１の画像パターンを検出し、時刻ｔ1で発
生する事象を規定するよう構成されている。第２のコー
ド区画は、処理装置を制御して第２の時刻ｔ2＝d/vに、
第２の光センサ配列（第１の光センサ配列からウェブの
走行の方向に距離「ｄ」離れて設置されている）の位置
で第２の画像パターンを得る。ただし「ｖ」はウェブの
既知のまたは測定した速度である。第３のコード区画
は、第１の画像パターンの位置を第２の画像パターンの
位置と相関させて偏り「ｅ」を測定する。偏り「ｅ」
は、距離「ｄ」にわたるウェブの（偏りが正であるか負
であるかにより）伸張または収縮を表す。

【００１３】本発明の第２の実施形態によれば、第１の
コード区画は、処理装置を制御して速度ｖで移動してい
るウェブにあるパターンが第１の光センサ配列の位置に
ある時刻ｔ1を検出するよう構成されている。第２のコ
ード区画は、後に処理装置が走行の方向に距離「ｄ」離
れている第２の光センサ配列の位置でウェブにある検出
パターンを認識した時刻ｔ2を決定するよう構成されて
おり、ｔ2はd/vにほぼ等しい。最後に、第３のコード区
画は、処理装置を制御して、ウェブの既知のまたは測定
した速度ｖ、光センサ配列を分離する所定の距離
「ｄ」、および第１のコード区画に応答するパターンの
検出と第２のコード区画に応答するパターンの認識との
間の経過時間測定値ｔ2-ｔ1、に基づき、ウェブに関す
る歪み「ｅ」（ここでｅ＝（(ｔ2-ｔ1)/v）-ｄ）を計算
するよう構成されている。

【００１４】本発明の第３の実施形態によれば、ウェブ
に関する歪みを測定する方法が今度も提供されている。
本発明のこの実施形態によれば、第１の光センサ配列を
第１の位置にウェブに沿って設置するステップおよび第
２の光センサ配列を第１の光センサ配列から距離「ｄ」
のところにある第２の位置にウェブに沿って設置するス
テップを備える方法が与えられる。この方法では次に、
第１および第２のセンサ配列でほぼ同時に取った画像パ
ターンを相関させて、ウェブの既知の速度を得る必要な
しに、ウェブの歪みをそれら画像パターンの相対位置間
の偏り「ｅ」として測定する。しかし、変位の追跡は、
上記二つの実施形態で採用した方法をやはり利用してい
る。

【００１５】これまでの説明から認識されるはずである
ように、移動ウェブを記述するのに使用されるかぎり、
用語「移動」は、ウェブと光センサ配列との間の相対移
動を指す。ウェブ部材自身（たとえば、コンベア装置な
ど）を静止光センサ配列に対して移動するよう設置でき
る。代わりに、光センサ配列（たとえば、電気光学検知
装置の光センサ）を静止ウェブ部材に対して移動するプ
ラットホームに設置できる。これに関して、用語「歪
み」は部材の伸び（伸張または収縮の形で表した）の測
定可能な変化に関係している。

【００１６】この明細書に取り入れられ、その一部を形
成している付図は、本発明の幾つかの局面を例示し、記
述と共に本発明の原理を説明するのに役立っている。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の様々な局面を要約してき
たが、次に図示して本発明の説明を詳細におこなうこと
にする。本発明を図面に関連して説明するが、本発明を
ここに開示した一つまたは複数の実施形態に限定するつ
もりはない。特許請求の範囲により規定した本発明の精
神および範囲の中に入るすべての代案、修正案、および
同等案を包含するつもりである。

【００１８】図１および図２は、本発明に従って構成さ
れた装置10の一部の上面図（図１）、および実質的に図
１の線２−２で切った側面図（図２）を示している。前
に説明したように、本発明は、移動ウェブ部材１４の速
度、変位、および/または歪みを計算する装置10を目指
している。これに関して、歪みはウェブ部材１４の伸張
または収縮に比例する。したがって、装置10は、移動ウ
ェブ部材１４のこのような伸張または収縮を正確に測定
し計算するよう設計されている。好適実施形態の装置の
主要構成要素には光センサの第１および第２の配列16お
よび18、および処理装置40（図４を参照）がある。

【００１９】図１および図２に示した構造構成要素には
移動ウェブ部材１４の上に（図２に示したように）設置
された第１および第２の光センサ配列16および18があ
る。更に、第１および第２の光センサ配列16および18
は、距離ｄだけ離れている。好適実施形態によれば、光
センサ配列16および18は、（電荷結合装置ＣＣＤ、ＣＭ
ＯＳ装置、または非晶質シリコン装置などの）複数の光
センサ素子を備えた二次元配列である。当業者にはよく
理解できようが、図８Ａおよび図８Ｂから、本発明の概
念を光センサ素子の一次元配列により実現することがで
きる。

【００２０】動作中、第１の実施形態では、ウェブ部材
１４の歪み（たとえば、伸張または収縮）の計算をウェ
ブ部材１４の上の第１の位置に特定して設けられた可視
パターンを最初に評価し、これを第１の時刻ｔ1で第１
の光センサ配列16により検出することにより行なうこと
ができる。次に、その同じパターンを後の時刻ｔ2で第
２の光センサ配列18により評価する。ウェブ部材１４の
速度を（検出または測定により）知りかつ時間差ｔ2−
ｔ1を知れば、処理装置40は、第２の光センサ配列18に
より検出されたパターンが歪みの無い場所に正確に設け
られているか否かを決定することができる。そのように
設けられていなければ、偏差「ｅ」（予想位置に対する
実際の位置）を測定し、ウェブ部材１４の伸張または収
縮として採用する。他方、歪みが一定であることがわか
っていれば、「ｅ」は時間間隔ｔ2−ｔ1にわたる速度の
変化により生じた変位の偏差を表している。

【００２１】この計算を示すには、光センサ配列16およ
び18の（図１と類似の）上面図であり、更にウェブ部材
１４の上の特定の位置に特定の検出パターン19を示す図
３を参照する。これに関して、参照数字19により示した
ブロックは、第１の時刻ｔ1で取った、第１の光センサ
配列16により観察されるパターンを示している。参照数
字20で示したブロックは、第２の時刻ｔ2で第２の光セ
ンサ配列18により検出されたと同じパターンを表してい
る。距離「ｄ」は、第１の光センサ配列16を第２の光セ
ンサ配列18から分離している距離を示す。距離ｄ2は時
刻ｔ1で検出したパターンを時刻ｔ2で検出したパターン
の位置から分離する距離を表している。参照数字21によ
り示され、点線で示されたボックスは、パターンが時刻
ｔ2で第２の光センサ配列18により検出されたときある
べき場所（たとえば、時刻ｔ1で検出されたパターンの
場所からの距離「ｄ」の場所）を示す。したがって、距
離「ｅ」は、パターンの変位の偏差、またはウェブ部材
の伸張/収縮を表している。

【００２２】当業者が認識するように、ウェブ部材１４
を本発明の特定の実施または実施形態により、様々なも
のとすることができる。たとえば、ウェブ部材１４を本
発明が利用している、および、たとえば、製造、生産、
または流通の環境で使用されているコンベアベルトまた
はチェーンとすることができる。代わりに、ウェブ部材
１４を、本発明をプリンタ、スキャナ、写真複写機など
のような装置で具体化されるとき紙シートとすることが
できる。事実、本発明の特定の実施形態により、ウェブ
部材１４を色々な多くの部材とすることができる。

【００２３】当業者が認識するように、ウェブ部材１４
上で検出されたパターンをその上に予め印刷されている
生成パターンとすることができる。代わりに、それをウ
ェブの部材内部の繊維または構造パターンのような、部
材自身に固有のパターンとしてもよい。代わりに、ウェ
ブにより支持されている物体の上に設けられた自然なま
たは生成されたパターンとすることができる。たとえ
ば、コンベアの環境では、パターンをコンベア装置によ
り運ばれるカートンまたは他の物体から検出することが
できる。また代わりに、パターンを表面の下に置き該表
面を通して見るようにもできる。

【００２４】好適実施形態では、上記パターンは、上記
ウェブの固有構造関連特性の中に検出される自然部材パ
ターンである。ここで、「固有構造関連特性」とは、画
像データ形成および/または原画の体系的位置決めデー
タとは独立な要因に帰する原画の性質と規定している。
（照明および視角の必要な制約のもとで）スペックル情
報の位置信号のような、または個別の固有構造形体の追
跡を可能とする位置信号のような、固有の構造関連特性
の検出に応答し得る位置信号を発生することにより位置
情報を形成することができる。ここで、「固有構造形
体」は、その構造設計のまたは原画を形成する工程の特
性であり、原画に関する画像データおよび/または体系
的位置決めデータを形成することとは無関係である原画
の特徴と規定する。たとえば、固有構造形体を、チェー
ンのリンクや織物の開口としてよい。または、元来、記
録媒体が紙製品であれば、関係する固有構造形体を顕微
鏡的大きさの、たとえば、１μｍと100μｍとの間の紙
繊維とすることができ、または他の表面組織の形体とす
ることができる。

【００２５】光センサ16および18は、原画の固有構造関
連特性により決まるコントラストを与えるよう設計され
た一つ以上の光源を備えることができる。放出光を可視
範囲にあるようにしてよいが、これは不可欠ではない。
たとえば、表面に対して大きい入射角を有する「かす
め」光は通常、紙製品である原画の表面または表面の近
くで紙製品と相互作用し、繊維の間にコントラストを高
める影を生ずる。他方、原画が写真印刷、プラスチック
コートまたは光沢マイラー紙またはオーバーヘッド透明
フィルムのような光沢面を有していれば、ほぼ鏡面反射
方向に反射する光は航行用に十分な高いコントラスト特
徴を結像することができる。空間周波数フィルタ、カラ
ーフィルタ、および/または偏光フイルタのような光学
要素を一つ以上の結像レンズと共に使用して固有の構造
関連特性の検出を更に向上させることができる。

【００２６】本発明の説明を続けるにあたり、今度はウ
ェブ部材１４を移動させる機構を備えた、本発明の装置
を示すブロック図である図４を参照する。これに関し
て、軸の周りで回転し、その間でウェブを支持するドラ
ム42により、ウェブ部材１４を移動する。処理装置40
は、本発明の計算動作を行なう。これに関しては、処理
装置40（これについては図５に関連して更に詳細に説明
する）は、コンピュータ、または計算動作を行なう単な
る専用回路およびメモリでよい。モータ44がドラム42を
回転させるのに設けられ、ドラム42は、コンベアまたは
ウェブ部材１４を移動させる。必須ではないが、一実施
形態では、処理装置40は、モータ44の速さおよび動作を
制御している。この随意制御を処理装置40をモータ44に
接続する点線で示してある。

【００２７】本発明の動作を行なうにあたり、処理装置
40は、測定により、仮定により、または別途ウェブ部材
１４の速度を知らされることが必要である。図４に示し
たように、たとえば、ドラム42の回転速度に関して処理
装置に情報を与えるシャフトエンコーダによりこの速度
情報を処理装置に与えることができる。ドラムのこの回
転速度から処理装置40は、ウェブの速度を決定すること
ができる。しかし、好適実施形態では、処理装置は、一
層正確な測定値をウェブ部材１４自身から測定して得る
ことができる。これに関して、ウェブ固有パターンを第
１の光センサ配列16により、第１の瞬間に検出すること
ができる。それから短時間後の第２の瞬間に、第１の光
センサ配列16の下の色々な位置で、第１の光センサ配列
16が再びパターンを検出する。この第１と第２との瞬間
の時間差を知り、第１の光センサ配列16の下の第１と第
２との位置の間の変位を測定することにより、処理装置
40は、ウェブの現在の速度を（第１の光センサ配列の位
置で）正確に計算することができる。次に図３に関連し
て説明したように計算を行なうとき（すなわち、第２の
光センサ配列により検出されたときパターンの偏りを計
算するとき）この速度計算を使用することができる。代
わりに、速度を第２の光センサ配列18におけるパターン
を使用して同様の方法で測定することができる。これら
に関して、装置は様々な仕方で動作することができる。

【００２８】本発明の第２の実施形態によれば、装置は
単に第２の光センサ配列を連続的に監視して第１の光セ
ンサ配列により得られ且つ検出されたパターンを検出す
るよう動作することができる。パターンが第１の光セン
サ配列16により検出される場所から距離「ｄ」だけ離れ
た、第２の光センサ配列の下の場所でこのパターンが検
出されると、装置は、経過時間ｔ2−ｔ1を使用して、距
離「ｄ」にわたり、ウェブ部材１４の歪み「ｅ」を、ｅ
＝（(ｔ2−ｔ1)/v−ｄとして計算することができる。こ
こでｖは独立に測定されており、または既知であり、ｄ
は定数である。

【００２９】これまで述べたことから、本発明の目的
で、歪みを測定するこれら最初の二つの実施形態につい
て重要なことは、（ａ）光センサ配列を分離する距離
「ｄ」の値が一定で且つ既知であること、（ｂ）ウェブ
の速度が既知であり、検知され、または計算されるとい
うこと、および（ｃ）一つ以上の特異パターンが第１お
よび第２の光センサ配列により色々な時刻ｔ1およびｔ2
でウェブの上に検出されること、であることが認識され
よう。認識されるように、これらの値を、移動ウェブ部
材の歪み「ｅ」（伸張または収縮）を、全体の変位に加
えて、測定または計算するために様々な、ただし関連し
た仕方で利用することができる。したがって、これらの
値を伸張または収縮を測定または計算するのに利用でき
る色々な仕方が存在する。

【００３０】次に、処理装置40に関連する主要構成要素
を更に詳細に示す図５を参照する。特に、処理装置40を
多様な仕方で実施することができる。しかし、処理装置
40がマイクロプロセッサのような中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）52およびメモリ54を備えることが考えられている。
メモリの内部で、好適にはコード区画の形で、ソフトウ
ェアがＣＰＵ52の動作を制御するために格納されてい
る。これに関しては、色々なコード区画を設けてＣＰＵ
52の異なる任務または機能を制御する。たとえば、コー
ド区画55をウェブ部材１４の速度を、上述のように、計
算するよう与えることができる。第２のコード区画56を
第１の光センサ配列16の下を通るウェブ部材１４上のパ
ターンを識別するのに設けることができる。同様に、コ
ード区画57をＣＰＵ52に与えて第２の光センサ配列18の
下を通る部材のパターンを認識することができる。更に
また、コード区画58を設けて第２の光センサ配列18での
パターンの実際位置対予想位置の変位を決定し、この変
位を使用してウェブ部材１４の伸張または収縮を計算す
ることができる。認識されるように、ＣＰＵ52の動作の
様々な他の局面を制御するのに他のコード区画を設ける
ことができる。

【００３１】次に図６および図７を参照すると、また米
国特許5,578,813に開示されているように、光センサ24
（これは配列16または18の複数の光センサ要素から構成
できる）が照明光学系と動作的に関連して図示されてい
る。ウェブ部材１４が、紙繊維を光センサ24により検出
しようとするための紙製品であれば、図７に示したよう
に、光をかすめ入射角で導入するのが好ましい。不可欠
ではないが、図６では一つ以上の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）35を、図７では同様の28を使用できる。かすめ角30
は、入射角の補角であるが、好適には15度未満である
が、原画14の性質により変わることがある。図７では、
光源28が照明光学系34を備えて図示されている。この光
学系は、適切なコリメーションおよび目標表面への概ね
一様な照明を行なうため、単独要素あるいは、レンズ、
フィルタ（空間、スペクトル、および/または偏光の）
とホログラフ要素からの組合せから構成することができ
る。光源28から放出される光の波長を航行に利用できる
空間周波数情報を高めるよう選択すべきである。また照
明場における固定パターンノイズを極小にすべきであ
る。光源28の出力は、走査装置がインクまたは他の標識
剤の付いた印刷材のような吸収部分または反射部分のあ
る部材上方を進行するにつれて媒体の反射率の広いダイ
ナミックレンジに適応するよう調節を必要とすることが
ある。

【００３２】図６において、光源35からの光は、照明光
学系36で平行にされ、振幅分割ビームスプリッタ37によ
り方向変換される。ＬＥＤから直接ビームスプリッタを
透過する光エネルギの部分は、図６には図示してない。
ビームスプリッタからの光エネルギは、表面の法線の方
向で原画14を照らす。

【００３３】また図６には、原画14から反射または散乱
し、ビームスプリッタ37を通過して要素38で絞りおよび
濾波を施され、要素39により像を結ぶ光エネルギの部分
が表されている。原画からビームスプリッタに伝送さ
れ、ビームスプリッタで反射される光エネルギの部分
は、図示してない。結像光学系39の倍率は原画からの結
像光を検出するセンサ24の視野内で一定であるのがよ
い。多数の用途において、結像光学系の変調伝達関数、
すなわち、光周波数に対する振幅尺度は、航行センサの
センサ要素のピッチにより、および光学要素の倍率によ
り決まるナイキスト空間周波数以上では減衰するような
ものでなければならない。光学要素はまた、背景照明が
ノイズを発生しないように設計すべきである。波面分割
ビームスプリッタを使用することもできることに注目す
る。

【００３４】入射角の選択は、原画の材料特性によって
決まる。照明のかすめ角は、原画の表面に光沢がなけれ
ば、長く暗い影および一層明らかなコントラスト、また
はＡＣ/ＤＣ信号比を発生する。しかし、ＤＣ信号のレ
ベルは照明角が原画の法線に近付くにつれて増大する。
原画14の目標領域をかすめ角30で照明すると、原画の表
面が顕微鏡レベルで高度の非平坦性を有している用途で
良く動作する。たとえば、光源28からかすめ角30で光を
導入すると、原画が静止した、普通無コート印刷紙、厚
紙、織物、または人間の皮膚に印刷しているとき固有の
構造的特徴に関連するデータの高い信号対雑音比を与え
る。他方、正常の入射角の非コヒーレント光を使用する
と、写真およびオーバヘッド透明フィルムのような原画
の移動を追跡するのに固有のパターンを必要とする用途
に好適であることがある。正常照明で、非コヒーレント
光を使用し、原画を鏡面反射場で見ると、画像および相
関基準の航行を可能とする組織含有量の十分に豊富な画
像が得られる。原画の表面には顕微鏡的起伏があるの
で、表面は、表面がタイルまたはファセットのモザイク
であるかのように、光を反射する。原画の「タイル」の
多数は、光を法線からわずか揺れた方向に反射する。散
乱光および鏡面反射光を含む視野をこのようにして表面
が、各々が法線に対して幾らか傾いているこのような多
数のタイルから構成されているかのように、モデル化す
ることができる。

【００３５】図６は、原画14の表面の法線の方向に向い
た非コヒーレント光の光源35による照明を示す。図７
は、かすめ角30での照明を示す。第３の実施形態では、
照明が与えられていない。代わりに、航行情報が背景
光、すなわち、環境からの光、を使用して蓄積されてい
る。当業者は、透明ウェブ部材を反対側からの光により
照明できること、および表面またはウェブ材に入る光が
それ自身以外の照明を必要としないことをを容易に認識
することができる。

【００３６】代わりの実施形態では、コヒーレント照明
が垂直入射で導入され、正反射に基づく相関を可能とし
ている。一つ以上の光センサ配列とウェブとの間の相対
運動を自然パターンまたは人造パターンについて上述の
仕方で行なうことができる。結像光学系を使用しないで
コヒーレント照明を使用すれば、照明の小さい区域を選
択することにより、および原画の表面とセンサ24の光検
出器配列との間に比較的大きい分離を設けることによ
り、コヒーレント照明で得られる卓越したスペックルセ
ルの大きさをナイキストのサンプリング規準を満たすの
に十分な大きさにすることができる。ビームスプリッタ
を使用すると、入射照明および検出散乱の双方の方向
を、図４に関して行ったように、原画の表面の法線に近
付けることができる。

【００３７】次に本発明のさらに別の実施形態を示す図
８Ａおよび図８Ｂを簡潔に説明する。特に、前出の図に
関連して図解し説明した光センサ配列16および18は、二
次元光センサ配列である。しかし、本発明を一次元光セ
ンサ配列116および118を使用して実施することができ
る。これに関して、複数の光センサを単独行または列の
形態で設置することができる。光センサ116および118の
配列を図８Ａに示したように、ウェブ部材１４の移動と
垂直の関係に設置することができ、またはそれらを図８
Ｂに示したように、ウェブ部材１４の移動と平行の関係
に向けることができる。代わりに、光センサ配列116お
よび118を、図８Ａまたは図８Ｂに示した設置の中間で
ある斜角に（図示せず）設置してよい。図８Ａおよび図
８Ｂに示したような光センサの一次元配列の長所は、本
発明に関連する実施および計算を簡単にするということ
である。しかし、このような実施形態の短所は、他の場
合に、他の場合に検出できる更に大きい画像パターンで
見いだされる冗長性および特異性を制限し、一次元配列
の長さがウェブの走行方向と平行であると、パターンの
位置の偏差に対する許容度が、偏差がウェブの走行方向
と垂直方向で小さくなるということである。

【００３８】次に本発明の第１の実施形態の最上レベル
の動作を示す流れ図である図９を参照する。この第１の
実施形態では、本発明は、パターンが検出されるまで第
１の光センサ配列16を監視するよう動作する（ステップ
70および72）。パターンが検出されると、タイマが始動
し（ステップ73）、装置が所定期間待ち（ステップ7
4）、その後検出されたパターンは第２の光センサ配列1
8の下の所定位置で処理されるようにする。次に第２の
光センサ配列下にパターンが認識されたかを決定する
（ステップ75および76）。パターンが実際に認識されれ
ば、装置は、距離「ｄ」にわたりウェブの変位および部
材歪み（すなわち、伸張および収縮）を決定するために
認識した所定位置からの変位「ｅ」を（相関または発見
的技法で）測定する（ステップ77）。しかし、パターン
が第２の光センサ配列18の下で認識されなければ、適切
なエラー処理ルーチンを開始する（ステップ79）。

【００３９】次に本発明の第２の実施形態を示す流れ図
である図１０を参照する。この第２の実施形態では、本
発明は、明確なパターンが検出されるまで第１の光セン
サ配列16を監視することにより動作する（ステップ60お
よび62）。これに関しては、実施形態は、第１の光セン
サ配列を所定のパターンについて監視するか、または単
に特異性を統計的に確認できる固有パターンを検出する
まで配列を監視する。これに関して、パターンは、統計
的には非常に反復しそうもないウェブ内部の様々な繊維
の検出配置を備えていることがある。したがって、第２
の光センサ配列による擬似検出が回避される。パターン
が検出されると、装置はタイマを起動できる（ステップ
63で）。その後、装置は、第２の光センサ配列18を連続
的に監視し、パターンを認識するまでの経過時間ｔ2−
ｔ1を測定する（ステップ64および66）。経過時間ｔ2−
ｔ1が決定されると、それによりウェブ変位「ｄ」が検
出され、先に説明した方法で歪みの計算を行なうことが
でき（ステップ67）、ここで距離「ｄ」にわたる歪み
は、ｅ＝（(ｔ2−ｔ1)/v−ｄ）として決定される。所定
の期間がパターンが認識されるまでd/vよりかなり長い
所定時間が経過すれば（ステップ68）、装置を時間切れ
に形成し、エラー処理ルーチンを実行することができる
（ステップ69）。このエラー処理ルーチンは、単に検出
パターンをクリアし、ステップ60に進むことから成る。
これに関して、本発明がコンベア輸送の環境で実施され
ていれば、偶発エラーは、装置の全体としての動作に影
響を与えずに無視することができる。光電子スキャナ、
インクジェットプリンタなどのような更に他の装置で
は、このようなエラーを単に無視することができず、し
たがって適切なエラー処理ルーチン（ステップ69）を実
施しなければならない。しかし、個別処理ルーチンは装
置ごとに変わることがあり、本発明の概念を実施する目
的にとっては重要ではない。このため、エラー処理ルー
チンに関する詳細をここで説明する必要はない。

【００４０】図９および図１０の流れ図に内在している
のは、ウェブ部材１４が移動する速度に関する計算また
は知識である。これに関して、速度を上述のように計算
することができ、またはシャフトエンコーダを使用して
検出することができ、または他の場合処理装置40に供給
することができる。この情報は部材の歪みの計算には必
然的に含まれている（ステップ67）。代わりに、これら
第１および第２の実施形態では、歪みが不変であること
がわかっていれば、それぞれ「ｅ」およびｔ2−ｔ1の測
定値を使用して距離「ｄ」にわたる平均速度を計算でき
る。

【００４１】第３の実施形態は、歪みの決定に速度情報
を使用する必要性を回避している。更に、ウェブに使用
される個別パターンがすべて、一つ一つ、特異であれ
ば、絶対変位測定値を「ｄ」の増分で作ることができ
る。この第３の実施形態はウェブの走行の方向に沿う
「ｄ」に等しい分離の間隔で反復する特異パターンに依
存している。この実施形態において、第１の光センサ配
列がこれらパターンの一つを検出すると、第２の光セン
サ配列を使用してその場所での隣接パターンの位置、第
１の光センサ配列からの距離「ｄ」を決定する。第１の
パターンに対する第２のパターンの位置の変動を、部材
が歪まない場合に予想されるものと比較して歪みの測定
値を決定する。

【００４２】本発明の更に第４の実施形態では、パター
ンが第１の光センサ配列16により追跡され、その位置で
のウェブ速度を得、一方パターンを第２の光センサ配列
18で第１の光センサ配列16から距離「ｄ」離れているそ
の場所で同時に追跡し、二つの変位した位置での速度を
独立に決定する。これら二つの速度値を比較することに
より、ウェブの歪みの変化の割合を距離「ｄ」に沿って
測定することができ、他の場合に、歪みがこの距離にわ
たり一定であることがわかれば、二つの光センサ配列の
位置の間の部材の長さの変化を決定することができる。
後者の場合には、これはコンベア装置またはテープ駆動
機構での巻取りループに役立つ。

【００４３】本発明の方法は、更に精密で正確な速度、
変位、および歪みの測定を距離「ｄ」が大きくなるにつ
れて行なうことができることを認識する。従来技術のシ
ャフトエンコーダの技法は通常、それらの円周寸法によ
り制限される精度（および多数の回転にわたって累積す
る正確さ）を備えているが、リニアエンコーダ技法は、
それらのセンサヘッドの比較的小さい寸法により制限さ
れる精度および熱膨張を含む歪みにより制限される正確
さを備えている。

【００４４】これまでの説明は本発明の全てを尽くすと
か、本発明を開示した精密な形態に限定したりすもので
はない。上の教示に照らして明らかな修正案または変形
案が可能である。これに関して、説明した一つ以上の実
施形態を、本発明の原理およびその実際的用途の最良の
例示を提供し、それにより当業者が様々な実施形態およ
び様々な修正案により本発明を、考えられる特定の用途
に適するものとして利用することができるように選定し
説明した。このような修正案および変形案はすべて、公
正に且つ法律的に権利を与えられる寛容に従って解釈さ
れるとき付記した特許請求の範囲により決定される本発
明の範囲内にある。なお、本発明の広汎な応用に資する
ため、さらにいくつかの実施態様を下記する。

【００４５】（実施態様１）移動するウェブ部材14の歪
みを計算する装置であって、ウェブ部材１４の近くに設
置された第１の光センサ配列16、ウェブ部材１４の近く
に設置され、第１の光センサ配列16からウェブ部材14の
走行方向に沿って所定距離ｄだけ離れて設置されている
第２の光センサ配列18、第１の光センサ配列16および第
２の光センサ配列18の双方に結合されている処理装置4
0、処理装置40を制御して第１の光センサ配列16でウェ
ブ部材１４上のパターンを検出するよう構成されている
第１のコード区画56、処理装置40を制御して第２の光セ
ンサ配列18でウェブ部材１４上で前記検出されたパター
ンを認識するよう構成された第２のコード区画57、およ
び処理装置40を制御して、ウェブ部材１４の速度、距離
ｄ、および第１のコード区画56に応答するパターンの検
出と第２のコード区画57に応答するパターンの認識との
間の経過時間に基づきウェブ部材１４の歪みを計算する
よう構成された第３のコード区画58、を備えていること
を特徴とする装置。

【００４６】（実施態様２）前記ウェブ部材１４が、コ
ンベアベルト、紙片、金属片、およびプラスチック片か
ら成る群から選択されたものであることを特徴とする実
施態様１に記載の装置。 （実施態様３）前記ウェブ部材１４に、第１および第２
の光センサ配列16、18により検出されるよう設けられた
予め印刷されたマーク19、20が付いていることを特徴と
する実施態様１に記載の装置。

【００４７】（実施態様４）前記検出されたパターン
が、ウェブ部材１４に存在する自然のパターンであり、
ウェブ部材１４には予め印刷されたマークが存在しない
ことを特徴とする実施態様１に記載の装置。 （実施態様５）第１および第２の光センサ配列16、18
が、二つの次元の各々に複数のセンサ要素を備えている
二次元光センサ配列であることを特徴とする実施態様１
に記載の装置。 （実施態様６）

【００４８】第１および第２の光センサ配列16、18が、
一つの次元に複数のセンサ要素を備えている縦に配置さ
れた光センサ配列であり、第２の次元にあるセンサ要素
の単一縦列だけが第１の次元に垂直であることを特徴と
する実施態様１に記載の装置。 （実施態様７）処理装置40が少なくともプロセッサ52お
よびメモリ54を備えており、複数のコード区画55、56、
57、58がメモリ54に存在していることを特徴とする実施
態様１に記載の装置。

【００４９】（実施態様８）歪みの計算値が、ウェブ部
材１４の伸張に比例していることを特徴とする実施態様
１に記載の装置。 （実施態様９）歪みの計算値が、ウェブ部材１４の収縮
に比例していることを特徴とする実施態様１に記載の装
置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された装置の一部を示す上
面図のブロック図である。

【図２】実質的に線２−２で切った図１の装置の断面を
みる側面図である。

【図３】図１と同様のブロック図であるが、ウェブで検
出されたパターンから測定情報を得ることを説明するた
めの図である。

【図４】図２と同様のブロック図であるが、装置の更に
他の構成要素を示す図である。

【図５】本発明に従って構成された装置の計算動作を行
なうのに使用される処理装置を示すブロック図である。

【図６】図１に示したものと類似の、光センサ配列内の
光センサに使用できる照明装置の概略側面図である。

【図７】図6の照明装置の代替照明装置の側面図であ
る。

【図８Ａ】図１に示した装置の代替実施形態を示す図で
ある。

【図８Ｂ】図１に示した装置の更に他の実施形態を表す
図である。

【図９】本発明の一実施形態の最上レベルの機能動作を
示す流れ図である。

【図１０】本発明の代替実施形態の最上レベルの機能動
作を示す流れ図である。

【符号の説明】

14 ウェブ 16、18 光センサ配列 19、20 マーク 40 処理装置 52 プロセッサ 54 メモリ 55、56、57、58 コード区画

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動ウェブの歪みを計算する装置であっ
   て、 ウェブの近くに設置された第１の光センサ配列、前記ウ
   ェブの近くに設置され第１の光センサ配列からウェブの
   走行方向に沿って所定距離ｄだけ離れて設置されている
   第２の光センサ配列、第１の光センサ配列および第２の
   光センサ配列の双方に結合されている処理装置、該処理
   装置を制御して第１の光センサ配列でウェブ上のパター
   ンを検出するよう構成されている第１のコード区画、前
   記処理装置を制御して第２の光センサ配列でウェブ上で
   前記検出されたパターンを認識するよう構成された第２
   のコード区画、および前記処理装置を制御して前記ウェ
   ブの速度、距離ｄ、および第１のコード区画に応答する
   パターンの検出と第２のコード区画に応答するパターン
   の認識との間の経過時間に基づきウェブの歪みを計算す
   るよう構成された第３のコード区画、とを備えているこ
   とを特徴とする装置。