JP2716445B2 - 無接触測定のための拡散反射率測定装置 - Google Patents

無接触測定のための拡散反射率測定装置

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JP2716445B2 JP63011035A JP1103588A JP2716445B2 JP 2716445 B2 JP2716445 B2 JP 2716445B2 JP 63011035 A JP63011035 A JP 63011035A JP 1103588 A JP1103588 A JP 1103588A JP 2716445 B2 JP2716445 B2 JP 2716445B2
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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、拡散反射率測定装置と試料表面との間の距
離に対する許容範囲を有する試料表面、例えば走行する
帯状体について無接触で測定するための拡散反射率測定
装置に関する。
従来の技術 この種の装置は、西ドイツ国特許第1622484号明細書
の記載から公知である。この装置の場合、走行する帯状
体の僅かな領域は、パルス光源によつて照明され、この
場合この光源によつて照明される絞りは、帯状体上に結
像される。この照射面（PSの場合、領域制限画像と呼称
される）によつて中央領域は受光装置上に結像され、し
たがつて測定面（この測定面で拡散反射される光線は測
定装置によつて検出される）は、照射面よりも小さい。
この公知の装置は、測定結果が帯状体と測定結果との距
離に依存しているという欠点を有する。しかし、この距
離は、拡散反射能もしくは色が走行する帯状体によつて
測定されるような多数の機械の場合には一定でない。そ
れというのも、測定装置を取付けることができるような
位置で走行する帯状体は震動するからである。
更に、公知の装置は、それが例えば織物のような構造
を有する試料に不適当であるという欠点を有する。それ
というのも、この試料の場合に測定結果は、方位角、す
なわち測定装置に対する試料の配向に依存するからであ
る。
発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明の課題は、測定結果が決定可能な差の
範囲内で試料と測定装置との距離によつて影響を及ぼさ
れず、ならびに試料の構造によつて実際に影響を及ぼさ
れないような拡散反射率測定装置を得ることである。
問題点を解決するための手段 この課された課題は、本発明によれば、 １ 光源（11）を有する少なくとも３つの発光器（1
4）を備え、 1.1 該発光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該発光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
（14a）とからなり、 1.2.1 この場合、端面（14a）と試料表面（10b）との間
には、他の光素子は存在せず、 1.3 したがって、試料表面（10b）上で検出部（ｍ）
が生じ、 ２ 受光器を備え、 2.1 該受光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該受光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
１つの焦点内に配置された、スペクトロメーター（15）
に案内されている光導波路（19）の端面（19b）とから
なり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
が生じ、 ３試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲（ｄ）
内でコア部（ｋ）よりも小さいか、または １ 光源（11）を有する少なくとも３つの発光器（1
4）を備え、 1.1 該発光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該発光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
（14a）とからなり、 1.2.1 ならびにそれぞれ１つの集光レンズを備え、これ
らの集光レンズの焦点が対応配置された端面内に存在
し、 ２ 受光器を備え、 2.1 該受光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該受光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
１つの焦点内に配置された、スペクトロメーター（15）
に案内されている光導波路（19）の端面（19b）とから
なり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
が生じ、 ３ 試料表面（10b）上の検出部が距離範囲（ｄ）内
でコア部（ｋ）よりも小さいか、または １ スペクトロメーター（15）を有する少なくとも３
つの受光器（14）備え、 1.1 該受光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上存在し、 1.2 該受光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
（14a）とからなり、 1.2.1 この場合、端面（14a）と試料表面（10b）との間
には、他の光素子は存在せず、 ２ 受光器を備え、 2.1 該受光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該受光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
１つの焦点内に配置された、光源（11,11a）、または光
源（11）に案内されている光導波路（19）の端面（19
b）とからなり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
が生じ、 ３ 試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲
（ｄ）内でコア部（ｋ）よりも小さいか、または １ スペクトロメーター（15）を有する少なくとも３
つの受光器（14）備え、 1.1 該受光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該受光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
（14a）とからなり、 1.2.1 ならびにそれぞれ１つの集光レンズを備え、これ
らの集光レンズの焦点が対応配置された端面内に存在
し、 ２ 発光器を備え、 2.1 該発光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該発光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
１つの焦点内に配置された光源（11,11a）、または光源
（11）に案内れている光導波路（19）の端面（19b）と
からなり、 2.3したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）が生
じ、 ３ 試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲
（ｄ）内でコア部（ｋ）よりも小さいことによつて解決
される。
特に好ましい実施態様の場合、同じ方位角を有する特
に奇数の発光器または、受光器は、互いに１つの円錐も
しくは複数の円錐上に配置されている。
１つの好ましい実施態様の場合、１つの光束により制
限されたアパーチュアーで構成されている発光器または
受光器は、光導波路およびその端面からなる。他の好ま
しい実施態様の場合には、発光器または受光器は、レン
ズおよび制限面から構成され、この場合この制限面は、
光導波路の端面であることができる。
同様に好ましい実施態様の場合、平行光線束によりコ
ア部を有するように構成されている発光器または受光器
は、端面が集光レンズの焦点内に配置されている光導波
路からなる。１つの発光器のみを使用する場合には、光
源は、集光レンズの焦点内に配置されていてもよい。
本発明の他の好ましい実施態様は、特許請求の範囲の
他の従属項および図面に対する詳細な説明から明らかで
ある。
次に、本発明の第１図ないし第４図に示した実施例に
つき詳説する。
第１図には、10で、例えば抄紙機または印刷機の走行
帯状体が表わされ、この走行帯状体は、矢印10aの方向
に移動する。この場合、この走行帯状体の表面10bは、
数mmの範囲ｄ内で上下運動し、すなわちこの帯状体は、
拡散反射能もしくは色度を測定するための測定装置また
は測定ヘツド18の場所である位置で震動する。この測定
ヘツド18と、測定対象の表面10bとの間の変動する距離
は、公知の測定装置の場合に拡散反射率もしくは色度に
それらの数倍までの影響を及ぼし、このことは、人間の
眼には差として知覚しうる。
第１図に示した実施例の場合、試料表面10bは、光導
波路19により照明され、この光導波路の入射面19a上に
光源11は、レンズ11aを通じて結像される。光源として
は、特に短アーク放電燈、例えばオスラム社（Osram）
のXBO75が使用される。帯状体が高速に運動する場合に
は、フラツシユライト、例えばハイマン社（Heimann）
のBGS2902Zが特に好適である。それというのも、このフ
ラツシユライトは、短い測定時間を可能にするからであ
る。この種の放電燈は、多くの場合にアークの位置が不
規則に変化することを示し、この変化によつて入射面19
aの照明は変化される。この効果は、凹面鏡11bによつて
減少され、この凹面鏡は、アークそれ自体を結像する。
アークが移動すると、その鏡面画像は対向して移動し、
したがつて全体的に均一な照射が行なわれる。更に、レ
ンズ11aは、非球面を有する入射面19aを均一に照明する
ために構成させることができる。この場合、光導波路と
しては、全ての他の位置での場合と同様に、１本の単一
フイラメント、多数または数多くの単一フイラメントを
使用することができる。
光導波路19の射出面19bは、集光レンズ12の焦点に配
置されている。射出面19bが点状である場合には、集光
レンズ12の後方で境界線12aを有する正確な平行光束が
生じるであろう（集光レンズの結像誤差を無視した場
合）。実際の割合は、第2a図に拡大した縮尺で示されて
いる。試料表面10bの境界線12aによる照明される部分
は、照明面ｂと呼称される。しかし、射出面19bが拡張
されることによつて、12bで表わされた線の間での距離
に依存する縁部傾斜を惹起する拡がりが生じる。しか
し、理想的条件は、コア部内で充たされるので、このコ
ア部では、試料表面の照明強度は、試料表面10bと測定
ヘツド18との距離に無関係である。
試料表面10bによつて拡散反射される光線は、その一
部が、第１図、第2a図、第2b図に示した実施例において
光導波路14の入射面14aからなる受光器によつて検出さ
れる。この光導波路は、その入射面14aの光軸により円
錐ｃ上に配置され、この円錐の中心軸Ｚは、照明装置の
中心軸と合わさり、かつその尖端は、試料表面10b上に
存在する。周辺光線14rを有する光導波路のアパーチュ
アーは、試料表面10b上の測定面を制限する。試料表面
の変動距離がｄだけ変化する場合には、測定面は、第2a
図にｍで示された測定範囲内に留まる。この測定範囲
は、照明面のＫで示されたコア部内に存在するので、こ
のコア部内ではさらに上記したように、照明強度は、試
料表面に対する距離とは無関係であり、決定可能な差の
範囲ｄを越えない限り、一定のアパーチュアー、ひいて
は検出される光線に対する一定の空間角によつて、試料
表面の距離とは無関係に拡散反射された光線部分も残存
する。
空間角もしくはアパーチュアーの必要とされる制限
は、フイラメント14の入射面14aによつて必要はなく；
また、この制限は、フイラメントの出口での絞りによつ
て行なうこともできる。それというのも、傾斜角はフイ
ラメントい保持されたままであるからである。
構造のない試料の場合には、原則的に１つの受光器で
可能であろう。構造を有する試料の場合には、多数の受
光器が必要とされる。例えば、繊維のように構造を有す
る試料は、多くの場合に２つの互いに垂直に存在する対
称軸を有する（２本の対称軸）ので、互いに同じ方位角
ａを有する奇数の受光器を設けるのが特に有利である。
照明ヘツドおよび測定ヘツド18の正面図を示す第2b図の
場合、この図面は、３つの受光器を表わすものである。
この場合、方位角は120°である。多数の受光器を設け
る場合には、その数は偶数であつてもよい。
光導波路14は、集光レンズ12のホルダー12fに嵌込ま
れる回転部材14d中に固定するのが有利である。
光導波路14は、有利になお測定ヘツド18中で共通の光
導波路14gに合わされ、かつダイオードアレースペクト
ロメーター15に案内される。ダイオードアレースペクト
ロメーター15は、例えば西ドイツ国特許第3215879号明
細書から公知であり；このダイオードアレースペクトロ
メーターは、ホログラフイツク凹面格子15aおよびダイ
オードアレー15bからなる。本発明の場合、光導波路14g
の端部14bによつて入口スリツト15cは照明される。光導
波路は多数の光導波路形フイラメントからなるので、光
導波路端部14bとスリツト15cとの間にガラス棒14mを光
混合器として使用するのが有利であり、したがつて全て
の単一フイラメントは、同程度に測定値に貢献する。
殊に、光源11にパルス光源を使用する場合には、全て
のパルスのスペクトルは、比較対象として吸収すること
が必要である。このために、照明光路には、第１図に示
したように分割板16tが配置されており、この分割板に
より照明光線の一部は、レンズ16lを通じて光導波路16
中に入射される。光導波路16は、第２のダイオードアレ
ースペクトロメーター17に案内されている。スペクトロ
メーターによつて吸収されたスペクトルの評価および拡
散反射率もしくは色度の計算は、公知方法で行なわれ
る。
照明装置および測定装置18を測定ヘツドとしてケーシ
ング中に一緒に纒めることは、有利であり、この場合こ
のケーングは、光導波路14,16および19を介してスペク
トロメーター15および17ならびにランプケーシング11g
と結合されている。更に、測定ヘツド18を（図示してな
い）旋回装置と一緒に帯状体10の上に取付けることも有
利であり、したがつて旋回した状態で較正するために標
準の色度または白色度を測定することができる。
第３図には、光源11が測定ヘツド38中に配置されてい
る他の実施例が表わされている。この場合には、光源11
は直接に集光レンズの焦点内に存在する。照明範囲ｂお
よびコア部Ｋには、相応して上記された詳細が当てはま
り、全く同様に凹面鏡11aにも、相応して上記された詳
細が当てはまる。
更に、第３図は、勿論第１図の照明装置とも組合せる
ことができる、受光器の他の実施例を示す。この受光器
の場合には、殊に色結像誤差のできるだけ良好な補正を
得るために、２成分系対物レンズ33が使用される。この
対物レンズ33は、帯状体表面10bの鮮鋭な結像を光導波
路14の開始面14a上に供給することが必要なのではなく
て、その本質的な目的は、入射面14aと一緒になつて試
料表面に対する測定面ｍの大きさを制限することにあ
る。この大きさは、対物レンズ33と帯状物表面との距離
を変えることによつて変動させることができる。この場
合も、測定面ｍは、差の範囲ｄに対して照射面ｂの第１
図でＫで示されたたコア部内に常に存在しなければなら
ない。入射面14aは、勿論他の制限面によつて代えるこ
ともでき、重要なことは、専らアパーチュアーが不変で
あること、すなわち受光器によつて検出された空間角が
不変であり、ひいては帯状体表面10bと、照明／測定装
置38との間の距離とは無関係であることである。
光導波路14は、この例の場合も第１図の場合と同様に
共通の光導波路に一緒に縄められ、かつダイオードアレ
ースペクトロメーター15の入射スリツト15cを照明す
る。全く同様に、照明光線の一部は、光導波路16を通じ
て比較対照測定のための第２のダイオードアレースペク
トロメーター17に案内される。
第１図、第２図、第３図に示した実施例の場合、測定
ヘツド18,38中で照明光線と、（検出される）拡散反射
光線とは、互いに交換することができる。このことを第
４図につき詳説する。この第４図の場合、光導波路14は
ランプケーシング11gと結合され、かつ光導波路19はダ
イオードアレースペクトロメーター15と結合され、した
がつてとにかく同じ測定ヘツドの場合には、照明は同心
的に行なわれ、かつ拡散反射測定は、試料表面10bに対
して垂直に行なわれる。参照光線は、ランプケーシング
11g中で分割板11tを介して分枝される。
この場合も、拡散反射測定の結果は、照明が行なわれ
る表面ｍが受光器12,19bのコア部Ｋの場合よりも小さい
限り、差の範囲ｄ内で試料表面の距離とは無関係であ
る。
更に、平行光線束が第１図ないし第４図の場合のよう
に中心軸Ｚに存在することは、全く不必要である。むし
ろ、この中心軸には、アパーチュアーが制限されている
ことにより１つの光束が存在していてもよく；さらに、
円錐ｃ上には、多数の発光器または受光器が平行光線束
を伴なつて存在する。
また、多数の発光器は、多数の受光器と一緒に使用す
ることもできる。これらの発光器または受光器は、同じ
軸線および同じ尖端を有する、１つの共通の円錐Ｃ上ま
たは２つの異なる円錐上に存在することができる。この
場合、発光器の数は、受光器の数とは異なつていてもよ
い。
最後に、発光器もしくは受光器またはこれら双方は、
それぞれ多数の異なる円錐上に配置することもできる
が、この場合試料が構造を有する際には、全ての円錐上
に少なくとも３つの発光器または受光器が必要とされ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、無接触測定のための本発明による拡散反射率
測定装置の第１の実施態様を示す略図、 第2a図は、第１図の実施態様の場合に照明／測定ヘツド
と、試料表面との間の幾何学的割合を示す図面、 第2b図は、第2a図に示した照明／測定ヘツドを示す平面
図、 第３図は、無接触測定のための本発明による拡散反射率
測定装置の第２の実施態様を示す略図、かつ 第４図は、第１図ないし第2b図に示した実施態様である
が、この場合には照明光線と拡散反射された光線とが相
互に交換されている場合を示す略図である。 10…試料、10b…試料表面、11…光源、12,14a,33…発光
器または受光器、12a…平行光線束、14,19…光導波路、
14r,33r…光束、15…ダイオードアレースペクトロメー
ター、17…第２のダイオードアレースペクトロメータ
ー、18,38…照明／測定装置、19b…端面、ａ…方位角、
ｃ…円錐、ｄ…距離範囲、Ｋ…コア部、ｍ…アパーチュ
アーによつて包括される範囲、Ｚ…中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−16247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−47788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−292043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−89789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−26187（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】拡散反射率測定装置と試料表面（10b）と
    の間の距離に対する許容範囲（ｄ）を有する試料表面
    （10b）について無接触測定するための拡散反射率測定
    装置において、 １ 光源（11）を有する少なくとも３つの発光器（1
    4）を備え、 1.1 該発光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
    軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該発光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
    （14a）とからなり、 1.2.1 この場合、端面（14a）と試料表面（10b）との間
    には、他の光素子は存在せず、 1.3 したがって、試料表面（10b）上で検出部（ｍ）
    が生じ、 ２受光器を備え、 2.1 該受光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該受光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
    １つの焦点内に配置された、スペクトロメーター（15）
    に案内されている光導波路（19）の端面（19b）とから
    なり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
    が生じ、 ３試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲（ｄ）
    内でコア部（ｋ）よりも小さいことを特徴とする、無接
    触測定のための拡散反射率測定装置。
  2. 【請求項２】拡散反射された光線に対する受光装置とし
    てダイオードアレースペクトロメーター（15）が設けら
    れており、このスペクトロメーターは光導波路（14）に
    より測定ヘッド（18）と結合されている、特許請求の範
    囲第１項に記載の拡散反射率測定装置。
  3. 【請求項３】参照測定装置（16,11t）に第２のダイオー
    ドアレースペクトロメーター（17）が設けられている、
    特許請求の範囲第１項または第２項に記載の拡散反射率
    測定装置。
  4. 【請求項４】照明装置および測定装置（18）が試料（1
    0）から離れるように旋回可能であり、色度標準または
    白色度標準が試料（10）の平均的距離内で旋回可能であ
    る、特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１
    項に記載の拡散反射率測定装置。
  5. 【請求項５】拡散反射率測定装置と試料表面（10b）と
    の間の距離に対する許容範囲（ｄ）を有する試料表面
    （10b）について無接触測定するための拡散反射率測定
    装置において、 １ 光源（11）を有する少なくとも３つの発光器（1
    4）を備え、 1.1 該発光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
    軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該発光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
    （14a）とからなり、 1.2.1 ならびにそれぞれ１つの集光レンズを備え、これ
    らの集光レンズの焦点が対応配置された端面内に存在
    し、 ２ 受光器を備え、 2.1 該受光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該受光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
    １つの焦点内に配置された、スペクトロメーター（15）
    に案内されている光導波路（19）の端面（19b）とから
    なり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
    が生じ、 ３ 試料表面（10b）上の検出部が距離範囲（ｄ）内
    でコア部（ｋ）よりも小さいことを特徴とする、無接触
    測定のための拡散反射率測定装置。
  6. 【請求項６】同じ方位角（ａ）を有する奇数の発光器
    （12,14a,33）または受光器（12,14a,33）が互いに円錐
    （ｃ）上に配置されている、特許請求の範囲第５項記載
    の拡散反射率測定装置。
  7. 【請求項７】拡散反射率測定装置と試料表面（10b）と
    の間の距離に対する許容範囲（ｄ）を有する試料表面
    （10b）について無接触測定するための拡散反射率測定
    装置において、 １ スペクトロメーター（15）を有する少なくとも３
    つの受光器（14）備え、 1.1 該受光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
    軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該受光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
    （14a）とからなり、 1.2.1 この場合、端面（14a）と試料表面（10b）との間
    には、他の光素子は存在せず、 ２ 受光器を備え、 2.1 該発光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該発光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
    １つの焦点内に配置された光源（11,11a）、または光源
    （11g）に案内されている光導波路（19）の端面（19b）
    とからなり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
    が生じ、 ３試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲（ｄ）
    内でコア部（ｋ）よりも小さいことを特徴とする、無接
    触測定のための拡散反射率測定装置。
  8. 【請求項８】拡散反射された光線に対する受光器として
    ダイオードアレースペクトロメーター（15）が設けられ
    ており、このスペクトロメーターは光導波路（14）によ
    り測定ヘッド（38）と結合されている、特許請求の範囲
    第７項に記載の拡散反射率測定装置。
  9. 【請求項９】参照測定装置（16,16t）に第２のダイオー
    ドアレースペクトロメーター（17）が設けられている、
    特許請求の範囲第８項または第９項に記載の拡散反射率
    測定装置。
  10. 【請求項１０】照明装置および測定装置（38）が試料
    （10）から離れるように旋回可能であり、色度標準また
    は白色度標準が試料（10）の平均的距離内で旋回可能で
    ある、特許請求の範囲第７項から第９項までのいずれか
    １項に記載の拡散反射率測定装置。
  11. 【請求項１１】パルス光源が光源（11）として設けられ
    ている、特許請求の範囲第７項から第10項までのいずれ
    か１項に記載の拡散反射率測定装置。
  12. 【請求項１２】拡散反射率測定装置と試料表面（10b）
    との間の距離に対する許容範囲（ｄ）を有する試料表面
    （10b）について無接触測定するための拡散反射率測定
    装置において、 １ スペクトロメーター（15）を有する少なくとも３
    つの受光器（14）備え、 1.1 該受光器が試料表面（10b）に対して垂直の対称
    軸（ｚ）を中心に円錐（ｃ）上に存在し、 1.2 該受光器が光導波路（14）と該光導波路の端面
    （14a）とからなり、 1.2.1 ならびにそれぞれ１つの集光レンズを備え、これ
    らの集光レンズの焦点が対応配置された端面内に存在
    し、 ２ 発光器を備え、 2.1 該発光器の光軸が対称軸（ｚ）上に存在し、 2.2 該発光器が集光レンズ（12）と、該集光レンズの
    １つの焦点内に配置された光源（11,11a）、または光源
    （11g）に案内されている光導波路（19）の端面（19b）
    とからなり、 2.3 したがって、試料表面（10b）上でコア部（ｋ）
    が生じ、 ３試料表面（10b）上の検出部（ｍ）が距離範囲（ｄ）
    内でコア部（ｋ）よりも小さいことを特徴とする、無接
    触測定のための拡散反射率測定装置。
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