JP2518822B2 - 無接触反射率測定装置 - Google Patents

無接触反射率測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体上の照明領域を照明する光源と、物体
上の測定面から拡散反射された光線を検出する測定装置
とを有し、その際測定面は照明領域よりも小さい、光学
系に対して可変距離を有する可動物体の無接触反射率測
定装置に関する。
［従来の技術］ この種の装置は、ドイツ連邦共和国特許第1622484号
明細書から公知である。この場合には、走行するウェブ
の小さな領域がパルス光源によって照明され、その際光
源によって照明された絞りがウェブ上に結像される。こ
の照明面（上記特許明細書には、視野制限像と記載され
ている）から、中央帯域が受光器上に結像される、従っ
てその拡散反射された光線が測定装置によって検出され
る測定面は照明面よりも小さくなる。この公知の装置
は、測定結果が測定装置からのウェブの距離に左右され
るという欠点を有する。しかしながら、この距離は、走
行するウェブの拡散反射能または色を測定しようとする
多くの機械においては、一定でない。それというのも、
測定装置を組み込むことのできる位置で、走行するウェ
ブは振動するからである。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、測定結果が一定の範囲内では測定装
置から物体までの距離に実質的に影響されず、かつ極め
て簡単に構成された、光学系に対して可変距離を有する
可動物体の無接触反射率測定装置を提供することであっ
た。
［課題を解決するための手段］ 前記課題は、冒頭に記載した形式の光学系に対して可
変距離を有する可動物体の反射率測定装置において、 光源が平行光束を発生するために集光レンズの焦点に
配置されており、その際光源の広がりに基づき物体上の
照明強度は照明領域のコア領域（ｋ）の内部でのみ距離
に依存せず、 測定装置の光学部材が制限面、及び該制限面と物体の
間に配置されたレンズを有し、それにより測定面（ｍ）
の大きさが固定され、かつ 測定面（ｍ）は、該測定面が一定のインターバル内で
の測定装置に対する物体の全ての距離変化に対してコア
領域（ｋ）内に位置するように、寸法決定されかつ位置
決めされていることにより解決される。
点状光源（及び無収差集光レンズ）の場合には、平行
光束はあらゆる距離において同じ照明強度を生ぜしめ
る。光源の大きさが有限であることにより、距離に依存
する周辺減光を惹起する発散が生じる。しかしながら、
一定のコア領域内では、照明強度は距離には無関係に維
持される。従って、距離に依存しない測定のための前提
条件は、測定装置が上記コア領域内からの拡散反射光線
のみを検出すること、即ち測定面積がコア領域よりも小
さいことである。ドイツ連邦共和国特許第1622484号明
細書においても満足されているもう１つの前提条件は、
測定装置の開口度が一定であること、即ち受光器また測
定装置によって検出される立体角が一定であることであ
る。
本発明の別の有利な実施態様は、特許請求の範囲第２
項以下及び以下の図面の説明から明らかである。
［発明の効果］ 本発明の特別の利点は、距離に無関係な測定により測
定結果を記録のためだけでなく、例えば紙製造の際に配
合をまたは繊維の染色の際にロール圧を変化させること
により、直接的にプロセス制御のために使用することが
できることにある。
［実施例］ 次に，図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。
第１図には、10で物体、例えば製紙機械または印刷機
械の走行するウェブが示されており、該ウェブは矢印10
aの方向に運動せしめられる。その際ウェブ表面10bは範
囲Δｄ内では数mmだけ上下運動する、即ちウェブは拡散
反射率能または色値を測定するために測定装置または測
定ヘッド18のための場所が設けられた位置で振動する。
この振動、即ち測定ヘッド18と被測定物体のウェブ表面
10bとの間のΔｄだけ変動する距離は、公知の測定装置
においては、反射率もしくは色値にヒトの目が差として
認識することのできる値の何倍にも影響する。
本発明によれば、ウェブ表面10bの、測定のために利
用される範囲の照明は、集光レンズ12の焦点に配置され
た光源11で行われる。光源11が点状である場合には、集
光レンズ12の後方でも、集光レンズの結像収差を無視し
たとすれば、境界線12aを有する正確な平行光束が形成
される。それにより照明されるウェブ表面10bの部分を
照明領域ｂと称する。しかしながら、光源の拡がりによ
り、12bで示した線の間に距離に依存する周辺減光を惹
起する発散が生じる。しかし、コア領域ｋ内では、理想
的条件が満足させる、従ってこの範囲内では試料表面の
照明強度は測定ヘッド18からウェブ表面10bまでの距離
ｄには依存せず、但し照明装置の光軸とウェブ表面との
間の角度αにだけ依存する。しかしながら、後者は距離
ｄが変化しても実質的に一定である。
ウェブ表面10bから拡散反射された光は一部分、レン
ズ13、光導波体14及びダイオード列スペクトロメータ15
から構成された測定装置によって検出される。拡散反射
された光線を検出するための光学的関係は、第２図と関
連して説明する。ダイオード列スペクトロメータ15は、
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第3215879号明細
書から公知であり、該ダイオード列スペクトロメータは
ポログラフィー凹面格子15a及びダイオード列15bから成
る。この場合には、光導波体14の端部14bによって入射
スリット15cが照明される。光導波体が多数の光ファイ
バから成っている場合には、これらのファイバは相互ス
リットの前に配置される。しかしながら、図面には縮尺
に従って示されていない光導波体は、１本の単一ファイ
バから成っていてもよい。
特に光源11のためにパルス光源を使用する場合には、
それぞれのパルスのスペクトルを対照として記録するこ
とが必要である。このために光導波体16が役立ち、該光
導波体の受光面16aは例えば光源の近くで直接光線にさ
らされる。
光導体16は、第２のダイオード列スペクトロメータ17
に導かれている。スペクトロメータによって受光された
スペクトルの評価及び拡散反射率または色値の計算は公
知方式で行われる。
第２図には、照明装置及び測定装置の光学的構造の１
実施例が示されている。光源はこの場合も11で示されて
いる。集光レンズ22として、特に小さな色収差を達成す
るために、複合レンズを使用することもできる。ウェブ
表面は10bで示されておりかつその上で照明される照明
面はｂで示されている。エネルギーの理由から、ショー
トアーク放電ランプ、例えばFirma OsramのXBO75を光源
として使用するのが有利である。高速運動するウェブの
場合には、閃光ランブ、例えばFa.HeimennのBGS29027が
特に好適である、それというのも該ランプは短い測定時
間を可能にするからである。このような放電ランプはた
いてはアーク位置の不規則な変化を示す、それにより照
明光束も変化せしめられる。この効果は、アークを自体
内に結像する凹面鏡11aによって回避される。アークが
外部にずれると、その鏡像は反対方向に移動する、従っ
て全体的に対称が近似値的に保持される。
集光レンズ22と、ウェブ表面10bとの間に、測定ヘッ
ド18を閉鎖する窓28が設けられている。この窓で、照明
光束の一部分が強制的に反射される。この反射された成
分は、比較スペクトルのために利用され、この場合光導
波体16の出発点16aは、該成分がコア領域ｋの中心部か
ら成る区分に当たるように構成されている。このような
配置は、できるだけ高い測定精度が必要である場合に特
に有利である。
特に色収差のできるだけ良好な補正を達成するために
は、測定装置において２成分対物レンズを使用すること
もできる。対物レンズ23はウェブ表面10bを光導波体14
の出発面14aに鮮鋭に結像する必要はなく、その本来の
課題は、入力面14a一緒に試料表面上の測定面ｍの大き
さを制限することにある。この制限はウェブ表面からの
対物レンズ23の距離を変化させることにより変更するこ
とができる。しかし測定面は常に照明面ｂの、ｋで示さ
れるコア領域の範囲内にある。入力面14aはもちろん別
の制限面と交換することができ、その際には専ら、開口
度が一定であること、即ち測定装置によって検出された
空間角が一定であり、ひいてはウェブ表面10bと照明及
び測定装置18との間の距離ｄに依存しないことである。
図示の実施例では、拡散反射及び色測定技術において
一般的である40゜ジオメトリーが実現されている。もち
ろん別のジオメトリーも可能である。第２図はほぼ1.5:
1の縮尺率で拡大された図面においては、照明領域ｂは
図面に対して垂直方向に約20mm、図面内で約30mmの寸法
を有する。測定面は３〜10mmの直径に調整することがで
きる。±4.5mmまでのウェブ表面の距離変化Δｄの場合
には、白色の表面に対する色許容差は、 ΔEaD＊≦0.3（DIN6174に基づく） の範囲内にある。
種々の角度のために、１つの照明装置と多数の測定装
置とを組み合わせ、それぞれの測定装置を１つのスペク
トロメータの接続することも可能である。この構成は特
に光沢固有特性を有する試料のために有利である。
特に、照明及び測定装置18の総ての部材を１つのケー
シング18a内にまとめ、該ケーシングを光導波対14及び1
6を介してスペクトロメータ15及び17と接続するのが有
利である。この際には、スペクトロメータは第２のケー
シング15d内に光源11のための給電装置と一緒に組み込
み、両ケーシングを測定位置から若干の間隔をおいて設
置することができる。更に、外部に旋回した状態で校正
のために有色または白色標準を平均的距離ｄで窓28の前
に移動させることができるように、ケーシング18aを旋
回装置（図示せず）内でウェブ10上でモニターするのが
有利である。この標準は軸29bを中心に旋回可能であ
り，かつ利用されない場合には、その表面がほこり等に
対して保護されるような位置に存在する。
前記反射率測定装置は、走行するウェブの測定のため
だけに適当であるのではない。該装置は、被測定試料が
しばしば起こりうるように、測定開口に接触させること
が不可能であるような、別の総ての拡散反射率測定のた
めに有利に使用することもできる。また、前記反射率測
定装置は、総ての無接触測定のために、例えば液状イン
キにおいても特に好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による１実施例の装置全体の原理的構成
図及び第２図は照明及び測定装置の光学的構造に関する
１実施例の構成図である。 10……物体、11……光源、12……集光レンズ、13,14,15
……測定装置、14a……制限面、ｂ……照明領域、ｍ…
…測定面、ｋ……コア領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−168145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−43478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−140609（ＪＰ，Ａ) 特許126420（ＪＰ，Ｃ１) 米国特許3526777（ＵＳ，Ａ) 米国特許3718399（ＵＳ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物体（10）上の照明領域（ｂ）を照明する
    光源（11）と、 物体（10）上の測定面（ｍ）から反射された光線を検出
    する測定装置（13,14,15）とを有し、その際測定面
    （ｍ）は照明領域（ｂ）よりも小さい、光学系に対して
    可変距離を有する可動物体の無接触反射率測定装置にお
    いて、 光源（11）が平行光束を発生するために集光レンズ（1
    2）の焦点に配置されており、その際光源（11）の広が
    りに基づき物体（10）上の照明強度は照明領域のコア領
    域（ｋ）の内部でのみ距離に依存せず、 測定装置（13,14,15）の光学部材（13,14a）が制限面
    （14a）、及び該制限面（14a）と物体（10）の間に配置
    されたレンズ（13）を有し、それにより測定面（ｍ）の
    大きさが固定され、かつ 測定面（ｍ）は、該測定面が一定のインターバル内での
    測定装置（13,14,15）に対する物体（10）の全ての距離
    変化に対してコア領域（ｋ）内に位置するように、寸法
    決定されかつ位置決めされていることを特徴とする、無
    接触反射率測定装置。
  2. 【請求項２】光源（11）が付加的に後方の凹面鏡（11
    a）の焦点に位置する、特許請求の範囲第１項記載の反
    射率測定装置。
  3. 【請求項３】制限面（14a）が光導波体（14）の始端面
    であり、かつ該光導波体にスペクトル選択性光検出器
    （15）が接続されている、特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載の反射率測定装置。
  4. 【請求項４】スペクトル選択性光検出器がダイオード列
    スペクトロメータ（15）である、特許請求の範囲第３項
    記載の反射率測定装置。
  5. 【請求項５】光源（11）、集光レンズ（12）、場合によ
    る凹面鏡（11a）及び測定装置（13,14,15）の光学部材
    （13,14a）が、窓（28）を備えたケーシング（18a）内
    に収容されている、特許請求の範囲第１項から第４項ま
    でのいずれか１項に記載の反射率測定装置。
  6. 【請求項６】基準測定装置（16,17）が設けられてお
    り、該基準測定装置が窓（28）で反射された、光源（1
    1）の光線のうちのコア領域（ｋ）の中心部の成分を受
    光する、特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれ
    か１項に記載の反射率測定装置。
  7. 【請求項７】基準測定装置のために、第２のダイオード
    列スペクトロメータ（17）が設けられている、特許請求
    の範囲第６項記載の反射率測定装置。
  8. 【請求項８】物体（10）から外に旋回可能であり、かつ
    カラーまたは白色標準（29,29a）が物体（10）の平均距
    離（ｄ）で旋回投入可能である、特許請求の範囲第１項
    から第７項までのいずれか１項に記載の反射率測定装
    置。
  9. 【請求項９】光源（11）としてパルス光源が設けられて
    いる、特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか
    １項記載の反射率測定装置。
  10. 【請求項１０】制限面（14a）と物体（10）の間に配置
    されたレンズが複合レンズであり、特許請求の範囲第１
    項から第９項までのいずれか１項記載の反射率測定装
    置。
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