JP4108034B2 - 含水量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば紙などの被測定物の含水量を測定するために使用される含水量測定装置に関する。

近年、例えば紙などの被測定物の含水量を測定するために、含水量測定装置が使用されている。この含水量測定装置としては、例えば、被測定物へ光を照射した際に生じる反射光の強度を検出し、その反射光の強度が被測定物の含水量に応じて変化することを利用して、その被測定物の含水量を演算するものが知られている。

具体的には、例えば、光源から被測定物へ２種類の波長域の光、すなわち被水吸収性の高い１μｍ以上の波長域の光と被水吸収性の低い１μｍ未満の波長域の光とを照射し、各波長域に検出感度を有する２種類の検出手段を使用して反射光の強度を検出することにより、その反射光に含まれている２種類の波長域の光の強度間の関係に基づいて含水量を演算する含水量測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この含水量測定装置では、光源から照射された光を波長分離するための機構（複数の光学フィルタを有するターレット式のセレクタ）が不要である。
特開２０００−２８３９１６号公報

また、例えば、光源から被測定物へ３種類の波長の光、すなわち１つの赤外線吸収波長の光（被水吸収性の高い波長の光）と２つの赤外線比較波長の光（赤外線吸収波長の光よりも短波長側または長波長側に相当する被水吸収性の低い光）とを照射した際に生じる反射光の強度を検出し、その反射光に含まれている３種類の波長の光の強度間の関係に基づいて誤差（水による光吸収以外の要因に起因する誤差）を補正することにより、含水量を演算する含水量測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この含水量測定装置では、具体的には、赤外線比較波長の光の反射率を外挿することにより赤外線吸収波長の光の散乱率を演算した上で、赤外線吸収波長の光の散乱率および反射率に基づいて吸収率を演算することにより、その吸収率に基づいて被測定物の含水量を特定している。この含水量測定装置では、外乱（被測定物の表面粗さ等）に起因する誤差が補正される。
特開平０３−１１５８３８号公報

なお、含水量測定装置としては、上記したように、反射光の検出結果のみに基づいて含水量を演算するものの他に、例えば、被測定物の透過率が無視できない場合には、反射光の検出結果と共に透過光の検出結果に基づいて含水量を演算するものも知られている。この種の含水量測定装置としては、例えば、光源から被測定物へ２種類の波長域の光、すなわち被水吸収性の高い波長域の光と被水吸収性の低い波長域の光とを照射したのち、被測定物を１回透過した透過光（１回透過光）の強度と被測定物において１回反射した反射光（１回反射光）の強度とを検出することにより、これらの１回透過光および１回反射光の強度間の関係に基づいて含水量を演算するものが挙げられる（例えば、特許文献３参照。）。この含水量測定装置では、多重散乱方式の理想的測定状態が再現される。
特公平０５−０４５１３７号公報

ところで、含水量測定装置を使用して被測定物の含水量を高精度に測定するためには、含水量の測定精度に誤差を及ぼし得る要因を取り除き、その誤差を可能な限り小さくする必要がある。この点に関して、上記した従来の含水量測定装置は有用であるが、さらなる測定精度の向上を求めるニーズを考慮すれば、含水量測定装置の測定精度に関しては未だ改善の余地があると言える。この点に関して、従来の含水量測定装置の中には、反射光の強度と共に透過光の強度も検出し、被測定物に関する光の透過現象の影響も加味して含水量を演算しているものもあるが、誤差を小さくして含水量の測定精度を向上させるためには、光の透過現象の影響を可能な限り高精度に検出する必要がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被測定物の含水量を高精度に測定することが可能な含水量測定装置を提供することにある。

本発明に係る含水量測定装置は、被測定物へ向けて照射光を照射する光源と、相対的に高い反射率を有する高反射率領域と相対的に低い反射率を有する低反射率領域とを含み、被測定物を透過した光を反射させる反射板と、この反射板を介さずに被測定物において反射された光および被測定物を透過したのちに反射板において反射された光の双方を含む反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、少なくとも反射光強度検出手段の検出結果に基づいて被測定物の含水量を演算する演算手段とを備えたものである。

本発明に係る含水量測定装置では、相対的に高い反射率を有する高反射率領域と相対的に低い反射率を有する低反射率領域とを含む反射板において、被測定物を透過した光が反射されるため、反射光強度検出手段において、反射板の高反射率領域において反射された光および低反射率領域において反射された光の双方を含む反射光の強度が検出される。これにより、反射光強度検出手段の検出結果に基づき、演算手段が光の透過現象の影響を加味して被測定物の含水量を演算することが可能になる。

本実施の形態に係る含水量測定装置では、反射板が高反射率領域において光を反射させると同時に低反射率領域において光を反射させることにより、反射光強度検出手段が高反射率領域において反射した光と低反射率領域において反射した光とを並列して検出するようにしてもよいし、反射板が高反射率領域において光を反射させるとは別個に低反射率領域において光を反射させることにより、反射光強度検出手段が高反射率領域において反射した光と低反射率領域において反射した光とを別個に検出するようにしてもよい。

本発明に係る含水量測定装置では、さらに、反射光強度検出手段へ導かれる反射光を所定の波長以上の波長域の光と所定の波長未満の波長域の光とに分離する光学フィルタを備え、反射光強度検出手段が、光学フィルタにより分離された所定の波長以上の波長域の光と所定の波長未満の波長域の光とを別個に検出し、演算手段が、反射光強度検出手段において検出された所定の波長以上の波長域の光の強度と所定の波長未満の波長域の光の強度とに基づいて含水量を演算するようにしてもよい。この場合には、所定の波長が１．８μｍであるときには光学フィルタがゲルマニウムにより構成されているのが好ましく、所定の波長が１．０μｍであるときには光学フィルタがシリコンにより構成されているのが好ましい。

また、本発明に係る含水量測定装置では、さらに、光源から照射された照射光を反射して散乱させることにより被測定物へ導く反射散乱手段を備えるようにしてもよい。この場合には、反射散乱手段が積分球であるのが好ましい。

本発明に係る含水量測定装置では、さらに、光源から照射された照射光の強度を検出する照射光強度検出手段を備え、演算手段が、反射光強度検出手段の検出結果と共に照射光強度検出手段の検出結果に基づいて含水量を演算するようにしてもよい。この場合には、照射光強度検出手段が反射光強度検出手段と異なるものであり、照射光を直接的に検出するようにしてもよいし、反射光強度検出手段が照射光強度検出手段としての機能を兼ねるものであり、反射板を介して照射光を間接的に検出するようにしてもよい。

なお、上記した「光学フィルタ」に関する「反射光を所定の波長以上の波長域の光と所定の波長未満の波長域の光とに分離する」という表現は、例えば、所定の波長が１．８μｍである場合には、１．８μｍの波長を基準（境界）として厳密に１．８μｍ以上の波長域の光と１．８μｍ未満の波長域の光とに分離する場合に限らず、全体中において１．８μｍ以上の波長域の光の占める割合が大きい光（１．８μｍ以上の波長域の光を大部分含み、１．８μｍ未満の波長域の光も僅かに含む光）と全体中において１．８μｍ未満の波長域の光の占める割合が大きい光（１．８μｍ未満の波長域の光を大部分含み、１．８μｍ未満の波長域の光も僅かに含む光）とに分離する場合も含む意味である。この表現の意味は、上記した「反射光強度検出手段」に関する「１．８μｍ以上の波長域の光の強度と１．８μｍ未満の波長域の光の強度とを別個に検出する」や、「演算手段」に関する「１．８μｍ以上の波長域の光の強度と１．８μｍ未満の波長域の光の強度とに基づいて含水量を演算する」という表現についても同様である。もちろん、所定の波長が１．８μｍである場合に関して上記した事項は、所定の波長が１．０μｍである場合に関しても同様である。

本発明に係る含水量測定装置によれば、反射板の高反射率領域において反射された光および低反射率領域において反射された光の双方を含む反射光の強度に基づき、被測定物に関する光の透過現象の影響を加味して含水量が演算されるため、その光の透過現象の影響を加味した分だけ含水量の演算精度が向上する。したがって、透過性を有する被測定物の含水量を高精度に測定することができる。

また、上記の他、本発明に係る含水量測定装置では、反射光を所定の波長以上の波長域の光と所定の波長未満の波長域の光とに分離する光学フィルタを備え、演算手段が所定の波長以上の波長域の光の強度と所定の波長未満の波長域の光の強度と基づいて含水量を演算するようにすれば、例えば、光の被水吸収性に基づいて所定の波長を設定することにより、被水吸収性の高い所定の波長以上の波長域の光の強度と被水吸収性の低い所定の波長未満の波長域の光の強度との間の差異を加味して含水量が演算されるため、その含水量の演算精度が向上する。したがって、含水量を極めて高精度に測定することができる。

また、本発明に係る含水量測定装置では、光源から照射された照射光を反射して散乱させることにより被測定物へ導く反射散乱手段を備えるようにすれば、反射光の強度の角度分布の観点において含水量の測定精度に誤差を及ぼし得る要因が取り除かれ、その誤差が小さくなる。したがって、この観点においても含水量の高精度測定に寄与することができる。

また、本発明に係る含水量測定装置では、光源から照射された照射光の強度を検出する照射光強度検出手段を備え、演算手段が反射光強度検出手段の検出結果と共に照射光強度検出手段の検出結果に基づいて含水量を演算するようにすれば、例えば光源の劣化等に起因する照射光の強度変化を加味して含水量が演算される。したがって、反射光の強度と共に照射光の強度変化も加味して被測定物の反射率が演算されるため、この観点においても含水量の高精度測定に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る含水量測定装置の構成について説明する。図１および図２は本実施の形態に係る含水量測定装置の断面構成を表しており、図１は照射光の照射状態を示し、図２は反射光の検出状態を示している。

この含水量測定装置は、例えば、コピー機やプリンタ等に搭載され、被測定物としての紙Ｐの含水量Ｑを測定するために使用されるものであり、主に透過性（例えば薄手や低密度）の紙Ｐの含水量Ｑを測定するために使用されるものである。この含水量測定装置は、例えば、図１および図２に示したように、紙Ｐへ向けて光（照射光Ｉ）を照射する光源１と、この光源１から照射された照射光Ｉを反射して散乱させることにより紙Ｐへ導く積分球２（反射散乱手段）と、照射光Ｉのうちの紙Ｐを透過した一部の光を反射させる反射板３と、照射光Ｉに基づいて生じた反射光Ｒの強度を検出するディテクタ４，５（反射光強度検出手段）と、波長制限用のフィルタ６，７と、集光用のレンズ８と、波長分離用のフィルタ９（光学フィルタ）とを備えている。この積分球２には、例えば、側方、下方および上方にそれぞれ開口部２ＫＡ、２ＫＢおよび２ＫＣが設けられており、その積分球２の内部には障壁としてのバフル２１が設けられている。

光源１は、照射光Ｉとして赤外線光、例えば１．８μｍ以上の波長域の光を含む赤外線光を照射するものである。この光源１は、例えば、フィラメント電球により構成されており、積分球２の開口部２ＫＡに配置されている。

積分球２は、光源１から照射された照射光Ｉを閉じ込めて反射散乱させることにより紙Ｐへ導き、その照射光Ｉを紙Ｐへ等方的に照射させるための略球状の器である。この積分球２は、例えば、照射光Ｉの反射散乱性を高めるために内面（散乱面２Ｍ）が微細な凹凸構造（例えば表面粗さが数十μｍ程度）を有しており、具体的には、金属製の球２Ｇの内面に、散乱面２Ｍを構成する高赤外線反射性の散乱膜２Ｓが設けられた構成を有している。この散乱膜２Ｓは、例えば、金属のめっき膜（例えば金、銀、銅、クロムまたはニッケル等）や、光散乱用の微細な窪みや空洞（気泡）を有する塗膜（例えば弗素樹脂、ポリエチンレンまたは無機顔料等）や、金属酸化物の蒸着膜（例えば酸化マグネシウム）や、球２Ｇ（例えばアルミニウム）の内面が陽極酸化された金属酸化膜（例えばアルマイト）などにより構成されている。この散乱膜２Ｓが金以外の金属により構成されている場合には、例えば、散乱膜２Ｓの表面にさらに防食用の金めっき膜が設けられる場合もある。

反射板３は、上記したように、照射光Ｉのうちの紙Ｐを透過した一部の光をディテクタ４，５へ向けて反射させるものである。この反射板３は、並列配置された２つの領域、すなわち一方側に位置し、相対的に高い反射率を有する高反射率領域３１と、他方側に位置し、相対的に低い反射率を有する低反射率領域３２とを含んで構成されており、例えば、高反射率領域３１および低反射率領域３２の双方が積分球２の開口部２ＫＢに対応して配置され、その高反射率領域３１において光を反射させると同時に低反射率領域３２において光を反射させるものでる。なお、「相対的に高い反射率」とは、高反射率領域３１の反射率と低反射率領域３２の反射率とを比較した場合に、高反射率領域３１の反射率が低反射率領域３２の反射率よりも高いことを意味しており、「相対的に低い反射率」とは、低反射率領域３２の反射率が光反射率領域３１の反射率よりも低いことを意味している。この高反射率領域３１は、例えば、硫酸バリウムおよびバインダを含む溶液を塗布することにより形成された膜、すなわちバインダ中に硫酸バリウムが分散された塗膜により構成されており、低反射率領域３２は、例えば、グラファイトおよびバインダを含む溶液を塗布することにより形成された膜、すなわちバインダ中にグラファイトが分散された塗膜により構成されている。

ディテクタ４，５は、赤外線波長域に検出感度を有するものであり、いずれも反射光Ｒの強度を検出するものである。このうち、ディテクタ４は、反射光Ｒのうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）を検出するものであり、紙Ｐの含水量Ｑを測定するための主要な反射光Ｒの検出手段である。このディテクタ４は、並列配置された２つのディテクタ、すなわち反射光Ｒ１のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ）を検出するディテクタ４１と、低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ）を検出するディテクタ４２とにより構成されており、例えば、高反射率領域３１において反射した光と低反射率領域３２において反射した光とを並列して検出するものである。一方、ディテクタ５は、反射光Ｒのうちの１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）を検出するものであり、紙Ｐの含水量Ｑを測定するための補助的な反射光Ｒの検出手段である。このディテクタ５は、並列配置された２つのディテクタ、すなわち反射光Ｒ２のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射された光を含む光（反射光Ｒ２Ｈ）を検出するディテクタ５１と、低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ２Ｌ）を検出するディテクタ５２とにより構成されており、例えば、ディテクタ４（４１，４２）と同様に、高反射率領域３１において反射した光と低反射率領域３２において反射した光とを並列して検出するものである。これらのディテクタ４１，４２およびディテクタ５１，５２は、フィルタ９の波長分離作用に基づく２方向の光誘導方向に対応してそれぞれ配置されている。ディテクタ４１，４２は、例えば、インジウムガリウムヒ素合金フォトダイオードや熱起電力型素子などにより構成されている。ディテクタ５１，５２は、例えば、シリコンフォトダイオード、ゲルマニウムフォトダイオード、インジウムガリウムヒ素合金フォトダイオードまたは熱起電力型素子などにより構成されている。なお、必要に応じて、ディテクタ５１，５２と共に、例えば薄膜干渉フィルタ、バンドパスフィルタまたは回折格子などの波長制限用の分光手段を組み合わせて使用してもよい。

フィルタ６，７は、それぞれディテクタ４，５へ通過（透過）可能な赤外線（反射光Ｒ１，Ｒ２）の波長域を制限するものである。このうち、フィルタ６は、反射光Ｒ１のうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光を透過させるものであり、例えば、主に１．８μｍ未満の波長域に赤外線吸収特性を有するゲルマニウム（例えばゲルマニウム板）により構成されている。このフィルタ６は、ディテクタ４１，４２に対応して並列配置された２つのフィルタ６１，６２により構成されている。一方、フィルタ７は、反射光Ｒ２のうちの１．８μｍ未満の波長域の光を含む光を透過させるものであり、例えば、主に１．０μｍ未満の波長域に赤外線吸収特性を有し、１．０μｍ以上１．８μｍ未満の範囲内の波長域に赤外線透過特性を有するシリコン（例えばシリコン板）により構成されている。このフィルタ７は、ディテクタ５１，５２に対応して並列配置された２つのフィルタ７１，７２により構成されている。

レンズ８は、反射光Ｒを集光してフィルタ９へ導くものであり、例えば、ガラスにより構成されている。このレンズ８は、ディテクタ４，５の検出視野角が紙Ｐの露出領域（積分球２の内部から見て、開口部２ＫＢに対応して露出している領域）に含まれるように設計されている。

フィルタ９は、反射光Ｒを波長分離するハーフミラーとして機能するものであり、レンズ８と共に積分球２の開口部２ＫＣに対応して配列配置されている。このフィルタ９は、具体的には、反射光Ｒのうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）を透過させてディテクタ４へ導くと共に、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）を反射させてディテクタ５へ導くものであり、例えば、ゲルマニウム（例えばゲルマニウム板）により構成されている。なお、上記した「反射光Ｒのうちの１．８μｍ以上の波長域の光を透過させる」という表現は、厳密に１．８μｍ以上の波長域の光のみを透過させる（１．８μｍ未満の波長域の光は一切透過させない）場合に限らず、全体中において１．８μｍ以上の波長域の光が占める割合が大きい光を透過させる（１．８μｍ以上の波長域の光を大部分透過させると共に、１．８μｍ未満の波長域の光も僅かに透過させる）場合も含む意味である。

このフィルタ９において、主要な反射光Ｒの検出手段であるディテクタ４へ向けて反射光Ｒ１のみを透過させる理由は、以下の通りである。すなわち、被水吸収性の高い赤外線光の波長域としては、一般に、１．４μｍ近傍と、１．９μｍ近傍と、３．０μｍ近傍との３つが知られており、これらの３つの波長域の赤外線光を利用すれば、水による吸収現象に伴う赤外線光の強度変化に基づいて、紙Ｐの含水量Ｑを測定することが可能である。特に、被測定物として吸水量の小さい紙Ｐ（例えば印刷物）の含水量Ｑを測定する場合には、例えば、３つの波長域の赤外線光のうち、１．９μｍ近傍または３．０μｍ近傍の波長域の赤外線光を使用するのが好ましい。なぜなら、１．４μｍ近傍の波長域の赤外線光は、他の２つの波長域の赤外線光と比較して被水吸収性が低いため、ディテクタ４において水吸収に伴う赤外線光の強度変化を検出しにくいからである。さらに、１．４μｍ近傍の波長域の赤外線光を使用した場合には、単色性に優れた光源１やディテクタ４が必要となるため、含水量測定装置の低コスト化を図る上でも好ましくない。

なお、フィルタ９は、例えば、ゲルマニウム板に代えて、このゲルマニウム板と同様に主に１．８μｍ未満の波長域において赤外線吸収特性を有する他のフィルタ材、具体的には回折格子、薄膜干渉フィルタまたはバンドパスフィルタなどにより構成されていてもよい。しかしながら、これらの他のフィルタ材は一般に高価である上、特に、光利用効率が十分でない回折格子を使用した場合には高出力型の光源１や高感度型のディテクタ４，５が必要となり、装置のコストアップを招いてしまうため、装置の低コスト化を図る上では、安価なゲルマニウム板を使用するのが好ましい。このゲルマニウム板をフィルタ９として使用すれば、ゲルマニウム元素のバンド間遷移に基づく赤外線吸収特性を利用して、反射光Ｒ１を安定的に透過させることが可能になる。

バフル２１は、照射光Ｉが積分球２において反射散乱されることなく紙Ｐへ直接照射されることを防止すると共に、紙Ｐへ向けて照射光Ｉを反射するものであり、例えば、積分球２の開口部２ＫＡ，２ＫＢ間の位置に配置されている。なお、バフル２１を設けるか否かは自由に設定可能である。

なお、被測定物としての紙Ｐは、例えば、コピー機やプリンタ等に含水量測定装置と共に搭載されている搬送ローラなどの搬送機構（図示せず）により支持され、反射板３の上方を経由して順次搬送されるようになっている。

次に、図１〜図３を参照して、含水量測定装置の詳細な構成について説明する。図３は、図１および図２に示した含水量測定装置のブロック構成を表している。

この含水量測定装置は、図１および図２に示した光源１およびディテクタ４（４１，４２），５（５１，５２）を含む一連の構成要素と共に、各種情報を記憶するためのメモリ１０と、装置全体を制御するコントローラ１１（演算手段）と、ディテクタ４，５の出力信号を増幅するアンプ１２と、その出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３とを備えている。なお、図３では、図示内容を簡略化するために、アンプ１２およびＡ／Ｄ変換器１３の組み合わせをまとめて示しているが、アンプ１２およびＡ／Ｄ変換器１３の組み合わせはディテクタ４１，４２，５１，５２ごとに複数組搭載されている。

メモリ１０は、コントローラ１１が含水量Ｑの演算処理を行うために必要な情報を記憶しており、例えば、レジスタ、ＲＡＭ（Random Access Memery）、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ）などの記憶デバイスである。このメモリ１０には、例えば、後述する吸収率・散乱率比ＡＤ／ＳＤと含水量Ｑとの相関を表す検量線データＣを含む演算用データが定数としてあらかじめ記憶されている。

コントローラ１１は、メモリ１０から必要な演算用データを随時読み出し、ディテクタ４，５の検出結果に基づいて含水量Ｑを演算するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit ；中央演算処理装置）などの制御デバイスである。

このコントローラ１１は、例えば、光源１以外の熱源から発生した不要な赤外線光（背景輻射）に起因して含水量Ｑの演算結果に誤差が含まれることを防止するために、必要に応じてディテクタ４の検出強度を補正する機能を有している。具体的には、コントローラ１１は、例えば、所定の演算間隔ごとに、光源１が稼働していて照射光Ｉが照射されている場合のディテクタ４の検出結果と、光源１が停止していて照射光Ｉが照射されていない場合のディテクタ４の検出結果とを比較することにより、これらの２つの検出結果間の差異（反射光Ｒ１と背景輻射に起因する光とが混合された混合光の強度と、背景輻射に起因する光の強度との差異）を算出したのち、その算出値を、光源１から照射光Ｉが照射された際に紙Ｐにおいて生じた反射光Ｒがディテクタ４へ導かれたことによる検出結果（すなわち反射光Ｒ１の強度）として判断し、その算出値に基づいて含水量Ｑを補正するようになっている。

次に、図１〜図３を参照して、含水量測定装置の動作について説明する。以下では、まず、含水量測定装置において成立する光学的原理について説明したのち、コントローラ１１による含水量Ｑの測定動作について説明する。

この含水量測定装置では、光源１とディテクタ４（４１，４２），５（５１，５２）との間に、以下の光学的原理が成立する。すなわち、図１に示したように、積分球２の開口部２ＫＢに対応する位置まで紙Ｐが搬送された状態において、光源１から照射光Ｉが照射されると、その照射光Ｉが積分球２の散乱面２Ｍにおいて反射散乱されることにより開口部２ＫＢを通じて紙Ｐへ導かれ、その紙Ｐへ等方的に照射される。この「等方的」とは、紙Ｐに垂直な軸（垂線）と照射光Ｉの照射方向との間の角度の余弦に対して、その照射光Ｉの強度がほぼ比例するという意味である。

紙Ｐへ照射光Ｉが照射されると、図２に示したように、紙Ｐおよびその近傍において反射光Ｒが生じる。すなわち、この反射光Ｒとは、照射光Ｉのうちの一部が反射板３を介さずに紙Ｐにおいて反射されることにより生じた光と、その照射光のうちの残りが紙Ｐを透過したのちに反射板３（高反射率領域３１，低反射率領域３２）において反射されることにより生じた光との混合光である。この「紙Ｐにおいて反射されることにより生じた光」は、紙Ｐの表面において反射された光だけでなく、その紙Ｐの内部において（紙Ｐを透過することなく）反射された光も含んでいる。また、「反射板３において反射されることにより生じた光」とは、反射板３において反射されたのちに直ちに紙Ｐを再び透過した光だけでなく、反射板３において反射されたのちに紙Ｐと反射板３との間で１回または複数回の多重反射を経てから紙Ｐを再び透過した光も含んでいる。

反射光Ｒが生じると、その反射光Ｒのうちのレンズ８およびフィルタ９の配列方向に進行する成分のみが積分球２の開口部２ＫＣを通じてレンズ８へ導かれ、そのレンズ８において集光されたのちにフィルタ９へ導かれることにより、ハーフミラーとして機能するフィルタ９において波長分離される。すなわち、反射光Ｒのうちの被水吸収性の高い１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）はフィルタ９を選択的に透過したのち、さらにフィルタ６において波長制限されることによりディテクタ４へ導かれる。この際、反射光Ｒ１のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射された光を含む光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ）がフィルタ６１を経由したのちにディテクタ４１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ）がフィルタ６２を経由したのちにディテクタ４２において検出される。一方、反射光Ｒの残り、すなわち被水吸収性の低い１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）はフィルタ９において反射されたのち、さらにフィルタ７において波長制限されることによりディテクタ５へ導かれる。この際、反射光Ｒ２のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射された光を含む光（反射光Ｒ２Ｈ）がフィルタ７１を経由したのちにディテクタ５１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ２Ｌ）がフィルタ７２を経由したのちにディテクタ５２において検出される。

上記した光学的原理が成立している状態において、コントローラ１１は、以下の手順により、ディテクタ４（４１，４２）の検出結果に基づいて紙Ｐの含水量Ｑを演算する。すなわち、まず、既知の照射光Ｉの強度と、ディテクタ４（４１，４２）において検出された反射光Ｒ１（Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ）の強度とに基づいて、反射率ＲＤを演算する。続いて、反射率ＲＤに基づいて、吸収率・散乱率比ＡＤ／ＳＤを演算する。最後に、メモリ１０から検量線データＣを読み出し、この検量線データＣに基づいて吸収率・散乱率比ＡＤ／ＳＤに対応する含水量Ｑを特定する。これにより、ディテクタ４（４１，４２）の検出結果に基づいて含水量Ｑが演算される。

このコントローラ１１による吸収率・散乱率比ＡＤ／ＳＤの演算原理は、以下の通りである。すなわち、例えば、紙Ｐの透過率が無視できるほどに小さい場合には、反射率ＲＤ、吸収率ＡＤおよび散乱率ＳＤの間にKubelka-Munkの散乱モデルに基づいて下記の数１の関係式が成立し、吸収率ＡＤと散乱率ＳＤとの関係が反射率ＲＤの関数として表される。ここで、一般に、紙Ｐの材質を一定として厚さを無限大としたときの反射率をＲ∞とすると、下記の数２の関係式が成立する。また、反射板３の反射率をＲＧ、紙Ｐの坪量をＷ（ｇ／ｍ² ）とすると、反射率ＲＤに関して下記の数３の関係式が成立する。さらに、反射板３のうちの高反射率領域３１の反射率をＲＧ１、低反射率領域３２の反射率をＲＧ２、反射光Ｒのうちの高反射率領域３１において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ）の反射率をＲ１、低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ）の反射率をＲ２とすると、反射率Ｒ∞に関して下記の数４の関係式が成立する。したがって、上記した反射率ＲＧ１，ＲＧ２を定数（既知）とした上で反射率Ｒ１，Ｒ２を実測することにより数４の関係式を利用して反射率Ｒ∞を演算すれば、この反射率Ｒ∞に基づいて数２の関係式を利用して吸収率ＡＤと散乱率ＳＤとの比、すなわち吸収率・散乱率比ＡＤ／ＳＤを算出することが可能になるのである。

特に、コントローラ１１は、含水量Ｑを演算する過程において、ディテクタ４（４１，４２）の検出結果およびディテクタ５（５１，５２）の検出結果から、検量線データＣに基づいて含水量Ｑを演算する。

このコントローラ１１による含水量Ｑの演算原理は、以下の通りである。すなわち、上記したKubelka-Munkの散乱モデルに基づく数の関係式１が、１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１＝Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ）に関して数４の関係式を適用した上で反射率Ｒ１∞を算出することによりｆ（Ｒ１∞）＝ＡＤ１／ＳＤ１と表され、一方、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２＝Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌ）に関して数４の関係式を適用した上で反射率Ｒ２∞を算出することによりｆ（Ｒ２∞）＝ＡＤ２／ＳＤ２と表されるとする。これらのＲ２∞、ＡＤ２およびＳＤ２は、それぞれ紙Ｐ自体（水を除く）の反射率、吸収率および散乱率に相当する。したがって、上記した２つの反射率Ｒ１∞，Ｒ２∞と含水量Ｑとの対応関係として検量線データＣを設定しておけば、この検量線データＣに基づいて紙Ｐの含水量Ｑを演算することが可能になる。この場合には、被水吸収性の高い反射光Ｒ１の強度と被水吸収性の低い反射光Ｒ２の強度との間の差異に基づいて、あらかじめ被測定物としての紙Ｐに固有のパラメータとして散乱率比ＳＤ１／ＳＤ２を設定しておくことにより、その散乱率ＳＤ１の変動の影響を除いて含水量Ｑを演算することが可能になるため、含水量Ｑの演算精度が向上する。なお、例えば、ディテクタ５の分光感度特性によっては、そのディテクタ５において１．８μｍ以上の波長域の光も検出され得るが、その場合には、ディテクタ４，５の検出結果に基づいて、ディテクタ５に対する１．８μｍ以上の波長域の光の強度の寄与分が演算されることにより、その演算結果に基づいてディテクタ５の検出値が補正される。

本実施の形態に係る含水量測定装置では、相対的に高い反射率を有する高反射率領域３１と相対的に低い反射率を有する低反射率領域３２とを含み、紙Ｐを透過した光を反射させる反射板３を備えるようにしたので、ディテクタ４１において反射板３の高反射率領域３１において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ）を検出すると共にディテクタ４２において低反射率領域３２において反射された光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ）を検出し、上記した数２，４の関係式を利用することによりディテクタ４１，４２の検出結果に基づいて含水量Ｑを演算することが可能になる。この場合には、紙Ｐの透過率が無視できないほどに大きな場合に、紙Ｐに関する光の透過現象の影響を加味せずに含水量Ｑを演算する場合と比較して、その光の透過現象の影響を加味した分だけ含水量Ｑの演算精度が向上する。したがって、本実施の形態では、透過性の紙Ｐの含水量Ｑを高精度に測定することができる。

特に、本実施の形態では、紙Ｐの含水量Ｑの測定精度が向上する点に基づき、含水量測定装置を搭載しているコピー機やプリンタ等において、紙Ｐの含水量Ｑに応じて印画条件を制御することにより、印画品質の高品質化を図ることができる。

また、本実施の形態では、数３の関係式を変形することにより、紙Ｐの坪量Ｗに関して下記の数５の関係式が成立する。したがって、この数５の関係式を利用してコントローラ１１が必要に応じて紙Ｐの坪量Ｗを演算するようにすれば、紙Ｐの含水量Ｑに加えて坪量Ｗも算出することができる。

また、本実施の形態では、反射光Ｒを波長分離し、すなわち被水吸収性の高い１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）と被水吸収性の低い１．８未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）とに分離するフィルタ９を備え、その反射光Ｒ１をディテクタ４（４１，４２）において検出すると共に反射光Ｒ２をディテクタ５（５１，５２）において検出するようにしたので、コントローラ１１がディテクタ４（４１，４２）の検出結果だけでなくディテクタ５（５１，５２）の検出結果も加味して含水量Ｑを演算することが可能になる。この場合には、上記したように、被水吸収性の高い反射光Ｒ１の強度と被水吸収性の低い反射光Ｒ２の強度との間の差異に基づき、検量線データＣを利用して紙Ｐの含水量Ｑを極めて高精度に測定することができる。

また、本実施の形態では、光源１から照射された照射光Ｉを反射散乱させることにより紙Ｐへ導く積分球２を備えるようにしたので、この積分球２の散乱面２Ｍにおいて反射散乱された照射光Ｉが紙Ｐへ等方的に照射される。この場合には、積分球２を備えておらず、照射光Ｉが紙Ｐへ等方的に照射されない場合とは異なり、反射光Ｒの強度がほぼ完全散乱面に基づく角度分布となり、すなわち紙Ｐに垂直な軸と反射光Ｒの進行方向との間の角度の余弦に対してその反射光Ｒの強度がほぼ比例するため、紙Ｐの反射率ＲＤとして絶対反射率を演算することが可能になる。したがって、本実施の形態では、反射光Ｒの強度の角度分布に起因する誤差が小さくなるため、この観点においても含水量Ｑの高精度測定に寄与することができる。この場合には、特に、光源１から照射された照射光Ｉが積分球２の内部に閉じ込められる結果、紙Ｐへ照射される照射光Ｉの照射効率が向上するため、ディテクタ４，５の検出出力を十分に確保することができる。

また、本実施の形態では、ガラス製のレンズ８を使用するようにしたので、ガラスの赤外線吸収特性、すなわち４．０μｍ以上の波長域の赤外線光を吸収する特性を利用して、反射光Ｒがレンズ８を通過する際に、その反射光Ｒのうちの４．０μｍ以上の波長域の赤外線光がレンズ８において吸収される。したがって、熱輻射に起因した測定誤差を誘発する不要な波長域の光を除いた反射光Ｒがフィルタ９へ導かれるため、この不要な赤外線光の存在に起因して含水量Ｑの演算結果に誤差が含まれることを防止することができる。

また、本実施の形態では、上記したフィルタ９の波長分離作用およびレンズ８の赤外線吸収特性に基づき、実質的に１．８μｍ以上４．０μｍ未満の比較的狭い範囲内の波長域の光（反射光Ｒ１）を利用して含水量Ｑが演算されるため、上記「背景技術」の項において説明した２種類の波長域の赤外線光（被水吸収性の高い１μｍ以上の波長域の光および被水吸収性の低い１μｍ未満の波長域の光）を使用した従来の含水量測定装置と比較して、含水量Ｑの測定精度がより向上する。なぜなら、１μｍ以上の比較的広い範囲の波長域の光を利用した従来の場合には、水により吸収される光の波長域に対して全体の波長域が大きすぎるため、全体の波長域の反射光エネルギーに対して被水吸収性の波長域の反射光エネルギーが極めて小さくなり、その反射光強度の変化を検出しにくくなるのに対して、１．８μｍ以上４．０μｍ未満の比較的狭い範囲内の波長域の光を利用した本実施の形態の場合には、従来の場合と比較して、全体の波長域の反射光エネルギーに対して被水吸収性の波長域の反射光エネルギーが大きくなり、その反射光強度の変化を検出しやすくなるからである。

なお、本実施の形態では、光源１として、１．８μｍ以上の波長域の赤外線光を含む照射光Ｉを照射するものを使用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、その１．８μｍ以上の波長域の赤外線光のみを照射光Ｉとして照射するものを使用するようにしてもよい。この種の光源１としては、例えば、１．９μｍ近傍の波長域の赤外線光のみを照射可能なＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode ）などが挙げられる。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、波長分離用のフィルタ９に加えて、さらに波長制限用のフィルタ６（６１，６２），７（７１，７２）を備えるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、フィルタ９の波長分離作用が十分であり、そのフィルタ９に加えてさらにフィルタ６（６１，６２），７（７１，７２）を使用して反射光Ｒの波長を二次的に制限する必要がない場合には、フィルタ６（６１，６２），７（７１，７２）を備えないようにしてもよい。

また、本実施の形態では、上記したように、１．８μｍ以上の波長域の赤外線光のみを照射光Ｉとして照射する光源１を使用した場合には、例えば、この光源１とは別個に、１．８μｍ未満の波長域の赤外線光のみを照射光Ｉとして照射する他の光源を使用するようにしてもよい。この「他の光源」としては、例えば、１．８μｍ未満の波長域の赤外線光のみを選択的に照射可能なＬＤ（Laser Diode ）などが挙げられる。この場合においても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図２に示したように、高反射率領域３１および低反射率領域３２の双方が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を配置し、すなわち高反射率領域３１において光が反射すると同時に低反射率領域３２において光が反射することにより、ディテクタ４，５が高反射率領域３１において反射した光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ，Ｒ２Ｈ）と低反射率領域３２において反射した光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｌ）とを並列して検出するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、ディテクタ４，５において反射光Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌを検出し、コントローラ１１においてディテクタ４，５の検出結果に基づいて紙Ｐの含水量Ｑを演算することが可能な限り、反射板３の構成は自由に変更可能である。具体的には、例えば、図４〜図７に示したように、初期状態において高反射率領域３１が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を配置したのち、低反射率領域３２が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を移動させるようにし、すなわち高反射率領域３１において光を反射させるとは別個に低反射率領域３２において光を反射させることにより、ディテクタ４，５が高反射率領域３１において反射した光を含む光（Ｒ１Ｈ，Ｒ２Ｈ）と低反射率領域３２において反射した光を含む光（Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｌ）とを別個に検出するようにしてもよい。

図４および図５では、例えば、高反射率領域３１と低反射率領域３２との間に回転可能な回転シャフト３３が設けられており、この回転シャフト３３を軸として反射板３が回転可能になっている。この場合には、例えば、図４に示したように、初期状態において高反射率領域３１が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を配置し、ディテクタ４（４１，４２）において反射光Ｒ１Ｈを検出すると共にディテクタ５（５１，５２）において反射光Ｒ２Ｈを検出したのち、図５に示したように、低反射率領域３２が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を回転させることにより、ディテクタ４（４１，４２）において反射光Ｒ１Ｌを検出すると共にディテクタ５（５１，５２）において反射光Ｒ２Ｌを検出することが可能となる。

一方、図６および図７では、例えば、反射板３に図示しないスライド機構が設けられており、このスライド機構を利用して反射板３が矢印Ｙ１の方向にスライド可能になっている。この場合においても、例えば、図６に示したように、初期状態において高反射率領域３１が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３を配置し、ディテクタ４（４１，４２）において反射光Ｒ１Ｈを検出すると共にディテクタ５（５１，５２）において反射光Ｒ２Ｈを検出したのち、図７に示したように、低反射率領域３２が積分球２の開口部２ＫＢに対応して位置するように反射板３をスライドさせることにより、ディテクタ４（４１，４２）において反射光Ｒ１Ｌを検出すると共にディテクタ５（５１，５２）において反射光Ｒ２Ｌを検出することが可能となる。

図４および図５、あるいは図６および図７のいずれに示した場合においても、コントローラ１１がディテクタ４，５の検出結果に基づいて紙Ｐの含水量Ｑを演算可能なため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図４〜図７に示した場合には、積分球２の開口部２ＫＢに対応させる反射板３の位置を高反射率領域３１から低反射率領域３２に移行させるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、低反射率領域３２から高反射率領域３１に移行させるようにしてもよい。なお、図４〜図７に示した含水量測定装置に関する上記以外の構成は、図２に示した場合と同様である。

また、本実施の形態では、図２に示したように、光源１、積分球２、ディテクタ４，５、フィルタ６，７，９ならびにレンズ８を含む含水量測定機構を１つだけ備えるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、図８に示したように、互いに同一の構成を有する２つの含水量測定機構として、反射板３のうちの高反射率領域３１に対応して配置された含水量測定部１００Ａと、低反射率領域３２に対応して配置された含水量測定部１００Ｂとを備えるようにしてもよい。この場合には、含水量測定部１００Ａのディテクタ４，５において反射光Ｒ１Ｈ，Ｒ２Ｈが検出されると同時に、含水量測定部１００Ｂのディテクタ４，５において反射光Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｌが検出されることにより、コントローラ１１において含水量測定部１００Ａ，１００Ｂの双方の検出結果に基づいて紙Ｐの含水量が測定される。この場合においても、コントローラ１１が含水量測定部１００Ａ，１００Ｂ（ディテクタ４，５）の検出結果に基づいて紙Ｐの含水量Ｑを演算可能なため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図８に示した含水量測定装置に関する上記以外の構成は、図２に示した場合と同様である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図９および図１０は本実施の形態に係る含水量測定装置の断面構成を表しており、図９は照射光の照射状態を示し、図１０は照射光の検出状態を示している。なお、図９および図１０では、上記第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。

本実施の形態に係る含水量測定装置は、反射光Ｒの検出結果のみに基づいて含水量Ｑを演算していた上記第１の実施の形態とは異なり、反射光Ｒの検出結果と共に照射光Ｉの検出結果に基づいて含水量Ｑを演算するものである。具体的には、含水量測定装置は、例えば、図９および図１０に示したように、反射板３上から紙Ｐが搬送され、すなわち反射板３上に紙Ｐが存在しない状態において、光源１から照射光Ｉを照射することによりディテクタ４，５において反射光Ｒ０（反射板３において反射した照射光Ｉ）を検出することが可能な構成を有している点を除き、上記第１の実施の形態の含水量測定装置（図１〜図３参照）と同様の構成を有している。

反射板３は、上記第１の実施の形態において説明したように、紙Ｐが存在する状態において、その紙Ｐを透過した光を含む反射光Ｒをディテクタ４，５へ向けて反射させると共に、紙Ｐが存在しない状態において、照射光Ｉを反射光Ｒ０としてディテクタ４，５へ向けて反射させる機能を担っている。

ディテクタ４，５は、反射光Ｒの強度を検出する機能と共に反射光Ｒ０の強度（すなわち照射光Ｉの強度）を検出する機能も兼ねており（照射光強度検出手段）、反射板３を介して照射光Ｉの強度を間接的に検出するものである。ここでいう「間接的」とは、光源１から照射された照射光Ｉを、反射板３において反射させることなく検出するのではなく、反射板３において反射させたのちに検出するという意味である。

この含水量測定装置では、反射板３上に紙Ｐが搬送された状態において、光源１から照射光Ｉが照射されると、図１および図２に示したように、上記第１の実施の形態において説明した光学的原理に基づいて、積分球２の散乱面２Ｍにおいて反射散乱された照射光Ｉが紙Ｐへ等方的に照射されることにより反射光Ｒが生じる。この際、フィルタ９の波長分離作用を利用して、反射光Ｒのうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）がディテクタ４へ導かれると共に、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）がディテクタ５へ導かれる。これにより、反射光Ｒ１のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射した光を含む光（反射光Ｒ１Ｈ）がディテクタ４１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射した光を含む光（反射光Ｒ１Ｌ）がディテクタ４２において検出される。また、反射光Ｒ２のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射した光を含む光（反射光Ｒ２Ｈ）がディテクタ５１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射した光を含む光（反射光Ｒ２Ｌ）がディテクタ５２において検出される。

一方、反射板３上から紙Ｐが搬送された状態において、光源１から照射光Ｉが照射されると、図９および図１０に示したように、反射板３へ等方的に照射された照射光Ｉがその反射板３において反射光Ｒ０として反射されたのちにレンズ８を経由してフィルタ９へ導かれるため、上記した反射光Ｒの場合と同様に、フィルタ９の波長分離作用を利用して、反射光Ｒ０のうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ０１）がディテクタ４へ導かれると共に、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ０２）がディテクタ５へ導かれる。これにより、反射光Ｒ０１のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射した光を含む光（反射光Ｒ０１Ｈ）がディテクタ４１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射した光を含む（反射光Ｒ０１Ｌ）がディテクタ４２において検出される。また、反射光Ｒ０２のうち、反射板３の高反射率領域３１において反射した光を含む光（反射光Ｒ０２Ｈ）がディテクタ５１において検出されると共に、低反射率領域３２において反射した光を含む光（反射光Ｒ０２Ｌ）がディテクタ５２において検出される。

この場合には、図３に示したコントローラ１１は、以下の動作手順により、ディテクタ４，５の検出結果に基づいて含水量Ｑを演算する。すなわち、まず、ディテクタ４，５において検出された反射光Ｒ（Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌ），Ｒ０（Ｒ０１Ｈ，Ｒ０１Ｌ，Ｒ０２Ｈ，Ｒ０２Ｌ）の強度に基づいて反射率ＲＤを演算する。続いて、反射率ＲＤに基づいて、吸収率・散乱率比ＡＤ１／ＳＤ１，ＡＤ２／ＳＤ２を演算する。最後に、メモリ１０から検量線データＣを読み出し、この検量線データＣに基づいて吸収率・散乱率比ＡＤ１／ＳＤ１，ＡＤ２／ＳＤ２に対応する含水量Ｑを特定する。これにより、ディテクタ４，５の検出結果に基づいて含水量Ｑが演算される。

なお、上記したディテクタ４による反射光Ｒ０の検出処理と、反射光Ｒ，Ｒ０の強度とに基づく含水量Ｑの演算処理とは、例えば、含水量Ｑの測定時ごとに毎回行われるようにしてもよいし、あるいは所定の測定間隔ごと（例えば１０回測定ごと）に行われるようにしてもよい。後者の場合には、通常時は反射光Ｒの強度と以前に検出された反射光Ｒ０の強度（あるいは光源１の劣化状況を反映した演算式を利用して反射光Ｒ０に基づいて演算された強度）とに基づいて含水量Ｑが演算されることとなる。

本実施の形態に係る含水量測定装置では、反射板３が照射光Ｉを反射光Ｒ０としてディテクタ４，５へ向けて反射させることにより、ディテクタ４，５が反射光Ｒの強度と共に反射光Ｒ０の強度を検出する機能も兼ねるようにしたので、ディテクタ４，５において反射光Ｒ，Ｒ０の強度を検出し、その反射光Ｒ，Ｒ０の検出結果に基づいて含水量Ｑを演算することが可能になる。この場合には、照射光Ｉの強度を不変の定数として含水量Ｑを演算していた上記第１の実施の形態とは異なり、例えば光源１の劣化等に起因して照射光Ｉの強度が経時的に変化した場合に、その経時変化後の照射光Ｉの強度を実測した上で、反射光Ｒの強度と共に照射光Ｉの強度変化（反射光Ｒ０の強度変化）も加味して含水量Ｑが演算される。したがって、本実施の形態では、照射光Ｉの強度変化の観点において含水量Ｑの測定精度に誤差を及ぼし得る要因が取り除かれ、その誤差が排除されるため、紙Ｐの含水量Ｑをより高精度に測定することができる。

なお、本実施の形態では、ディテクタ４（４１，４２），５（５１，５２）が反射光Ｒの強度を検出する機能と共に反射光Ｒ０の強度（すなわち照射光Ｉの強度）を検出する機能も兼ね、すなわちディテクタ４，５が反射板３を介して照射光Ｉの強度を間接的に検出するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、図１１に示したように、反射光Ｒの強度を検出するためのディテクタ４（４１，４２），５（５１，５２）とは別個に照射光Ｉの強度を検出するためのディテクタ４（４３），５（５３）を設け、これらのディテクタ４３，５３が照射光Ｉの強度を直接的に検出するようにしてもよい。図１１に示した含水量測定装置は、例えば、反射板３上に紙Ｐが存在する状態において光源１から照射光Ｉを照射する機構を有していない上、積分球２の側方に開口部２ＫＤが設けられ、この開口部２ＫＤに対応して照射光強度検出用のレンズ８１、フィルタ９１およびディテクタ４３，５３（照射光強度検出手段）が配置されていると共に、積分球２に開口部２ＫＡを通じて他の積分球２２が連結されており、その積分球２２内に光源１が配置されている点を除き、上記実施の形態の含水量測定装置と同様の構成（図９および図１０参照）を有している。

積分球２２は、照射光Ｉを反射して散乱させることにより開口部２ＫＡを通じて積分球２へ導くものであり、例えば、積分球２と同様の構成を有し、すなわち球２２Ｇの内面に散乱面２２Ｍを構成する散乱膜２２Ｓが設けられた構成を有している。この積分球２２の寸法（例えば内径）は、例えば、積分球２の寸法よりも小さくなっている。この積分球２２の内部には、光源１と開口部２ＫＡとの間の位置にバフル２３が配置されている。レンズ８１は、照射光Ｉを集光するものであり、例えば、レンズ８と同様の構成を有している。なお、レンズ８１を設けるか否かは自由に設定可能である。フィルタ９１は、照射光Ｉを波長分離するものであり、例えば、フィルタ９と同様の構成を有している。このフィルタ９１は、照射光Ｉのうち、１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（照射光Ｉ１）を透過させることによりディテクタ４３へ導くと共に、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（照射光Ｉ２）を反射させることによりディテクタ５３へ導くようになっている。ディテクタ４３，５３は、照射光Ｉの強度を検出するものであり、上記したように、光源１から照射された照射光Ｉの強度を直接的に検出するようになっている。これらのディテクタ４３，５３は、例えば、ディテクタ４，５と同様の構成を有している。ここでいう「直接的」とは、光源１から照射された照射光Ｉを反射板３において反射させたのちに反射光Ｒ０として検出していた上記実施の形態とは異なり、反射板３において反射した反射光Ｒ０以外の光を検出する（照射光Ｉをそのまま検出する）という意味である。ディテクタ４３は、照射光Ｉのうちの１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（照射光Ｉ１）の強度を検出するものであり、ディテクタ５３は、１．８μｍ未満の波長域の光を含む光（照射光Ｉ２）の強度を検出するものである。

図１１に示した含水量測定装置では、紙Ｐが搬送された状態において、光源１から照射光Ｉが照射されて反射光Ｒが生じると、上記実施の形態と同様に、フィルタ９の波長分離作用を利用して反射光Ｒが反射光Ｒ１，Ｒ２に分離されたのち、ディテクタ４１，４２，５１，５２においてそれぞれ反射光Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌが検出される。この際、光源１から照射された照射光Ｉが開口部２ＫＤを通じてレンズ８１を経由してフィルタ９１へ導かれることにより、上記した反射光Ｒと同様に、フィルタ９１の波長分離作用を利用して照射光Ｉが照射光Ｉ１，Ｉ２に分離されるため、ディテクタ４３，５３においてそれぞれ照射光Ｉ１，Ｉ２が検出される。これにより、ディテクタ４１，４２，５１，５２において検出された反射光Ｒ（Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ，Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌ）の強度とディテクタ４３、５３において検出された照射光Ｉ（Ｉ１，Ｉ２）の強度とに基づき、図３に示したコントローラ１１において上記実施の形態と同様の演算手順を経てＰの含水量Ｑが演算される。

図１１に示した含水量測定装置では、反射光Ｒの強度を検出するディテクタ４１，４２，５１，５２に加えて、照射光Ｉの強度を検出するディテクタ４３，５３を備えるようにしたので、ディテクタ４１，４２，５１，５２において反射光Ｒの強度を検出すると共にディテクタ４３，５３において照射光Ｉの強度を検出し、その反射光Ｒの検出結果と共に照射光Ｉの検出結果に基づいて含水量Ｑを演算することが可能になる。したがって、上記実施の形態と同様の作用により、紙Ｐの含水量Ｑをより高精度に測定することができる。

この場合には、特に、積分球２に連結された積分球２２内に光源１を配置することにより、積分球２に積分球２２を連結させずに、その積分球２内に光源１を配設した場合とは異なり、照射光Ｉの大部分が積分球２，２２において反射散乱されたのちにディテクタ４３，５３へ入射するため、照射光Ｉの強度の角度分布に起因する誤差が小さくなる。また、フィルタ９１を利用して照射光Ｉを波長分離し、すなわち被水吸収性の高い１．８μｍ以上の波長域の光を含む光（照射光Ｉ１）と被水吸収性の低い１．８未満の波長域の光を含む光（照射光Ｉ２）とに基づいて照射光Ｉの強度を検出することにより、反射光Ｒを波長分離する場合と同様に、照射光Ｉの強度の検出精度が向上する。したがって、これらの照射光Ｉの強度の角度分布に起因する誤差の抑制、ならびに照射光Ｉの強度の検出精度の向上に基づき、紙Ｐの含水量を極めて高精度に測定することができる。

なお、本実施の形態に係る含水量測定装置に関する上記以外の詳細な作用、動作および効果等は、上記第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その実施の形態と同様の効果を得ることが可能な限りにおいて自由に変形可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態では、本発明の含水量測定装置を使用して紙の含水量を測定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、本発明の含水量測定装置を使用すれば、紙以外の他の被測定物の含水量を測定することも可能である。この「他の被測定物」としては、例えば、布や、土や、パンまたは麺などの生地や、海苔または茶などの食品等が挙げられる。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

特に、上記実施の形態では、被測定物として紙の含水量を測定する場合に関して、その紙の含水量を測定するために、被水吸収性の高い赤外線光の波長域として知られている３つの波長域（１．４μｍ近傍，１．９μｍ近傍，３．０μｍ近傍）のうち、１．９μｍ近傍または３．０μｍ近傍の波長域の赤外線光を利用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、紙以外の被測定物、特に、含水量が大きく変動しやすい食品（例えばパンや麺類の生地等）などの含水量を測定する場合には、その被測定物の含水量に応じて赤外線光の波長域を適宜選択することが可能である。具体的には、例えば、被測定物として含水量が極めて大きい場合には、１．４μｍ近傍の波長域の赤外線光を利用するのが好ましく、一方、含水量が極めて小さい場合には、３．０μｍ近傍の波長域の赤外線光を利用するのが好ましい。被測定物の含水量に応じて赤外線光の波長域を適宜選択することにより、その被測定物の含水量を高精度に測定することができる。

１．４μｍ近傍の波長域の赤外線光を利用する場合には、特に、１．４μｍ近傍の波長域の光を含む反射光Ｒ１をディテクタ４において検出可能とするために、フィルタ９をシリコン（例えばシリコン板）により構成し、そのフィルタ９において反射光Ｒのうちの１．０μｍ以上の波長域の光を含む光（反射光Ｒ１）を選択的に透過させてディテクタ４へ導くと共に１．０μｍ未満の波長域の光を含む光（反射光Ｒ２）を選択的に反射させてディテクタ５へ導くようにするのが好ましい。この場合においても、反射光Ｒ１がディテクタ４において検出されると共に反射光Ｒ２がディテクタ５において検出され、コントローラ１１がディテクタ４の検出結果と共にディテクタ５の検出結果に基づいて含水量Ｑを演算することが可能になるため、１．９μｍ近傍の波長域の赤外線光を利用した場合と同様に含水量Ｑを極めて高精度に測定することができる。

また、上記実施の形態では、本発明の含水量測定装置を使用して透過性の被測定物の含水量を測定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、本発明の含水量測定装置を使用して非透過性（例えば厚手や高密度）の被測定物の含水量を測定するようにしてもよい。この場合においても、被測定物の含水量を高精度に測定することができる。

本発明に係る含水量測定装置は、例えば紙などの被測定物の含水量を測定するために利用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る含水量測定装置の照射光の照射状態の概略構成を表す断面図である。 図１に示した含水量測定装置の反射光の検出状態の概略構成を表す断面図である。 図１および図２に示した含水量測定装置のブロック構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る含水量測定装置に関する第１の変形例としての含水量測定装置の反射板の回転前の断面構成を表す断面図である。 図４に示した含水量測定装置の反射板の回転後の断面構成を表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る含水量測定装置に関する第２の変形例としての含水量測定装置の反射板のスライド前の断面構成を表す断面図である。 図６に示した含水量測定装置の反射板のスライド後の断面構成を表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る含水量測定装置に関する第３の変形例としての含水量測定装置の断面構成を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る含水量測定装置の照射光の照射状態の断面構成を表す断面図である。 図９に示した含水量測定装置の照射光の検出状態の断面構成を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る含水量測定装置に関する変形例としての含水量測定装置の断面構成を表す断面図である。

符号の説明

１…光源、２，２２…積分球、２ＫＡ〜２ＫＣ…開口部、２Ｇ，２２Ｇ…球、２Ｍ，２２Ｍ…散乱面、２Ｓ，２２Ｓ…散乱膜、３…反射板、４（４１，４２，４３），５（５１，５２，５３）…ディテクタ、６（６１，６２），７（７１，７２），９，９１…フィルタ、８，８１…レンズ、１０…メモリ、１１…コントローラ、１２…アンプ、１３…Ａ／Ｄ変換器、２１，２３…バフル、３１…高反射率領域、３２…低反射率領域、３３…回転シャフト、１００Ａ，１００Ｂ…含水量測定部、ＡＤ…吸収率、ＡＤ／ＳＤ…吸収率・散乱率比、ＡＤ１／ＡＤ２…吸収率比、Ｉ（Ｉ１，Ｉ２）…照射光、Ｐ…紙、Ｒ（Ｒ１，Ｒ１Ｈ，Ｒ１Ｌ，Ｒ２，Ｒ２Ｈ，Ｒ２Ｌ），Ｒ０（Ｒ０１，Ｒ０１Ｈ，Ｒ０１Ｌ，Ｒ０２，Ｒ０２Ｈ，Ｒ０２Ｌ）…反射光、ＲＤ…反射率、ＳＤ…散乱率、Ｑ…含水量、Ｗ…坪量。

Claims (11)

1. 被測定物へ向けて照射光を照射する光源と、
   相対的に高い反射率を有する高反射率領域と相対的に低い反射率を有する低反射率領域とを含み、前記被測定物を透過した光を反射させる反射板と、
   この反射板を介さずに前記被測定物において反射された光および前記被測定物を透過したのちに前記反射板において反射された光の双方を含む反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、
   少なくとも前記反射光強度検出手段の検出結果に基づいて前記被測定物の含水量を演算する演算手段と
   を備えたことを特徴とする含水量測定装置。
2. 前記反射板が、前記高反射率領域において光を反射させると同時に前記低反射率領域において光を反射させることにより、
   前記反射光強度検出手段が、前記高反射率領域において反射した光と前記低反射率領域において反射した光とを並列して検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の含水量測定装置。
3. 前記反射板が、前記高反射率領域において光を反射させるとは別個に前記低反射率領域において光を反射させることにより、
   前記反射光強度検出手段が、前記高反射率領域において反射した光と前記低反射率領域において反射した光とを別個に検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の含水量測定装置。
4. さらに、前記反射光強度検出手段へ導かれる反射光を所定の波長以上の波長域の光と前記所定の波長未満の波長域の光とに分離する光学フィルタを備え、
   前記反射光強度検出手段が、前記光学フィルタにより分離された前記所定の波長以上の波長域の光と前記所定の波長未満の波長域の光とを別個に検出し、
   前記演算手段が、前記反射光強度検出手段において検出された前記所定の波長以上の波長域の光の強度と前記所定の波長未満の波長域の光の強度とに基づいて含水量を演算する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の含水量測定装置。
5. 前記所定の波長が１．８μｍであり、前記光学フィルタがゲルマニウムにより構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の含水量測定装置。
6. 前記所定の波長が１．０μｍであり、前記光学フィルタがシリコンにより構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の含水量測定装置。
7. さらに、前記光源から照射された照射光を反射して散乱させることにより前記被測定物へ導く反射散乱手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の含水量測定装置。
8. 前記反射散乱手段が、積分球である
   ことを特徴とする請求項７記載の含水量測定装置。
9. さらに、前記光源から照射された照射光の強度を検出する照射光強度検出手段を備え、
   前記演算手段が、前記反射光強度検出手段の検出結果と共に前記照射光強度検出手段の検出結果に基づいて含水量を演算する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の含水量測定装置。
10. 前記照射光強度検出手段が、前記反射光強度検出手段と異なるものであり、照射光を直接的に検出する
    ことを特徴とする請求項９記載の含水量測定装置。
11. 前記反射光強度検出手段が、前記照射光強度検出手段としての機能を兼ねるものであり、前記反射板を介して照射光を間接的に検出する
    ことを特徴とする請求項９記載の含水量測定装置。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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