JPH0652240B2 - 地合測定方法および地合測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、紙あるいは布等の薄片（以下紙等という）の
地質，品質を示す尺度としての地合を測定する方法およ
び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

地合は紙等の質量分布状態を示す評価方法の１つであっ
て、この地合を測定する最も簡単な方法としては、紙等
を透過する光のむらを人が経験と官能とにより判定すれ
ばよいが、この方法は測定値に個人差があり、製紙工程
における品質管理を行う場合には不適当であって、客観
的かつ定量的な測定をするため、紙を透過した光量のむ
らを光学センサにより測定した透過光量の平均値に対す
る光量のばらつきの割合で評価する地合計が開発されて
おり、光量のばらつきは透過率の標準偏差によって求め
られる。

この地合計は、光源と被測定物保持機構と透過光量測定
部と情報処理部とから構成され、一定範囲の２次元平面
を多数の微小区域に分割してその各点の透過光量を測定
し、これにより得られる各々の２次元の画像情報から地
合を計算するのが普通である。

従来の測定方法の１つとして点光源を使用する方法があ
り、この方法は光束を紙等の被測定物の微小部分に照射
してその反対側に前記微小部分に焦点を合わせた単一の
透過光量測定部を配設し、被測定物をＸＹステージによ
り移動させつつ２次元透過光量画像を得るようにしてお
り、しかしてこの方法は画素の走査速度が遅く受光素子
も単一でよい関係上、透過光量測定部が簡易な構成のも
ので足りるばかりでなく、測定の精度も容易に得られる
利点があるが、パルスモータ等による間欠駆動型のＸＹ
ステージが不可欠であり、被測定物保持機構が複雑かつ
高価となるばかりでなく、測定に長時間を要し、またこ
の方法によれば、外来の光の不均一を補正することが困
難であるため測定部を遮光する必要があり、被測定物の
着脱に不便な構造を採用しなければならず、更に、光の
透過を正確に評価するためには、先ず透過率100％を正
確に測定することができなければならないが、点光源を
使用する場合は光源から照射された光束が平行光線であ
るほかその光束が受光素子に100％入射しなければなら
ず、また受光素子においても測定領域において100％の
光束が通過する領域以外の部分に感度を有してはならな
いため、光軸の合致および測定領域に対する焦点が互い
に一致する必要があり、従って前記条件を微小な測定点
において満足させるためには測定光学系に高精度が要求
されて実現が困難であるばかりでなく、価格も高価とな
り、更に保守管理についても熟練者による光軸調整を要
し運用コストも増大する等の不利がある。

他の従来技術として、線状の光源を使用する測定方法が
あり、この方法は、ステッピングモータにより回転する
ガラス製円筒状の被測定物保持機構を線光源の外周に設
けるほか、外側に１次元の受光素子アレイを平行に設置
し、一度に１次元多数画素の光量を測定するようにする
ほか、被測定物保持機構を前記ステッピングモータによ
り回転させつつ２次元透過光量像を得るようにしてい
る。

この方法は、透過光量測定部にライン形のＣＣＤカメラ
等を使用することができるから、簡単な構成の光学系で
よいほか、各画素の走査速度も低速であるため、簡易な
測定回路の採用に拘わらず比較的高精度な結果が得ら
れ、機構についても点光源使用方法に比較して機械的な
駆動部分は１軸で足るから比較的低価格で済み、しかも
１次元の測定を電子走査により行うのであるから点光源
使用方法に比較して測定時間は高速化する。

しかし、光源を線状にしたことにより、点光源の場合に
考慮する必要がない光源自体のむらが生じる関係上、各
画素に対応する光源の光量の差異を補正する対策が必要
であり、しかもこの光源における光量のむらに加えて受
光側のカメラの収差によるむらが複合されるのであっ
て、このようなむらの補正は可能ではあるが、ある程度
の時間を要し、なおこの方法は被測定物をガラス製円筒
状の保持機構に巻き付け並びに取り外す等の煩雑な着脱
操作が不可欠である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術によれば、いずれも機械的駆動部分を備
えた被測定物保持機構が複雑であるほか、測定に著しく
長時間を要し、かつ光源によるむらの補正，外光の遮
断，被測定物の煩雑な着脱操作，光学系の光軸および焦
点の煩雑な調整等において不満足な点が多く、従って本
発明の目的は、測定時間を大幅に短縮した地合測定方法
を提供すること、外光を遮断することなく実施すること
ができる地合測定方法を提供すること、光源のむらおよ
び外光による影響を適正に補償した地合測定方法を提供
すること、被測定物の着脱を簡易化した地合測定方法を
提供すること、およびその測定方法の実施に適した装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、光源として２次元
の平面的発光光源を採択すると共に、その光源上に被測
定物を配置したまま、被測定物を透過した２次元透過光
量を上方に設置した２次元ＣＣＤテレビカメラにより撮
像し、これにより得られた２次元画像情報を映像信号と
して出力し、この映像信号を情報処理部におけるマイク
ロコンピユータシステムにより情報処理してその結果を
プリンタ上に表示するようにし、前記透過光量の測定に
当っては次の操作を含むものとする。

(A)光源を点燈したまま被測定物を配置しない状態のも
とに、光源だけの光量を２次元画像として測定透過率10
0％の出力Ｖ100を各画素毎に測定記憶させる。

(B)光源を消燈したまま被測定物を配置しない状態のも
とに、透過率０％に対する出力Ｖ０を各画素毎に測定記
憶させる。

(C)光源上に被測定物を配置したまま光源を点燈した状
態のもとに、被測定物を透過および反射した出力ＶＸを
各画素毎に測定記憶させる。

(D)光源上に被測定物を配置したまま光源を消燈した状
態のもとに、被測定物表面からの反射光量による出力Ｖ
Ｒを各画素毎に測定記憶させる。

(E)各画素毎に透過率を次式により求める。

透過率％＝100×（ＶＸ−ＶＲ）／（Ｖ100−Ｖ０） 各画素毎の透過率を算出した後の情報処理については、
これらの透過率データをそのまま地合の指数として用
い、あるいは任意の統計処理の手法に従って上記の透過
率データを因子とする演算処理によって得られるデータ
を地合の指数とする。好ましい方法としては、全数の画
素の透過率データの標準偏差と平均値とを計算し、標準
偏差を平均値で除して得られる指数を地合として算出す
る方法を挙げることができる。これらのデータは、プリ
ンタあるいはディスプレイによって表示される。なお透
過率を吸光度に変換し、吸光度に基づき標準偏差および
平均値を算出すると共に、指数を算出するのが望まし
い。

また地合を指数以外に表示するためには、測定された画
像情報を平均値等の基準値を境界点として上位を白とす
ると共に下位を黒とする等の２値化画像プログラム処理
により計算した後画像として表示するようにする。

〔作用〕

上記本発明の手段によれば、被測定物を配置しない状態
における光の反射による光量Ｖ０を前記(A)および(B)の
両操作からＶ100−Ｖ０として計算により除去して外光
の影響を除外した透過率100％の光量を測定し、また被
測定物を配置した状態における外光の反射による光量Ｖ
Ｒを前記(C)および(D)の両操作からＶＸ−ＶＲとして計
算により除去して外光の影響を除外した透過光量を測定
し、各画素毎に（ＶＸ−ＶＲ）／（Ｖ100−Ｖ０）の計
算式により光源むらを補正して外光による測定誤差およ
び光源むらによる誤差を補正し、終始外光を遮断するこ
となく正確に透過率を測定することができるのである。

〔実施例〕

以下、本発明に係る地合測定方法および装置の実施例に
ついて図面を参照して詳細に説明する。

先ず、本発明方法の実施に適する測定装置について説明
すると、第１図に例示するように、大体において被測定
物保持機構兼用の測定用光源１と、透過光量測定部２
と、情報処理部３とから構成する。

測定用光源１としては、光源ランプ４と半透明保持部５
とから構成し、その光源ランプ４は高周波点燈型の螢光
燈を使用して測定中に光量変化がないようにし、複数本
の螢光燈を均一分布のもとに並設し、あるいは１本の管
を蛇行状態に曲げた螢光管を採択するのが望ましく、こ
れにより２次元の可及的に均一な発光面を得ることがで
きるのであり、光源の不均一は一連の測定操作と情報処
理とにより計算のもとに除去するのであるが、光量が少
ない部分においてS/N比の悪化により測定精度が低下す
る関係上、光源ランプ４自体均一な発光状態が望まれ
る。また半透明保持部５としては、100mm×100mm程度の
大きさを有する乳白色のアクリル板を採択してこれを鉄
板製受台６上に表部が0.2mm程度に僅かに突出する状態
のもとに前記光源ランプ４に近く平行に設置し、これに
より半透明保持部５を透過する光源ランプ４からの光線
を均一な散乱光として半透明保持部５の表部から放射す
るようにしてなり、なお半透明保持部５には被測定物Ｐ
としての紙片を載置するだけで足り、周囲の受台６より
も僅かに突出している半透明保持部５に対する密着性が
よく、必要に応じ被測定物Ｐの周囲をラバーマグネット
板等の抑止片７により固定するのが望ましい。

前記透過光量測定部２としては、２次元ＣＣＤセンサを
受光素子に使用したテレビカメラ８をノンインタレスモ
ードで使用するようにし、光源１における保持部５の領
域の画像を対物レンズ９によりＣＣＤ受光素子面に結像
させるようにするため、光源面としての半透明保持部５
からの放射光および被測定物Ｐからの透過光は平行光の
必要性がなく、散乱光であってもそれぞれ正確な透過率
の測定が実施できるのであり、なお被測定物Ｐはその厚
さが薄いから、カメラの焦点深度の範囲内において光の
透過点を存在することになり、被測定物Ｐの表面につい
ても光源面と同一の焦点のもとが正確な透過光量の測定
が可能であり、またテレビカメラ８の使用により光軸の
調整および焦点調整に当っては、カメラの出力をモニタ
テレビ受像機に接続して像の位置合わせと対物レンズ９
の焦点合わせとを行うだけの簡単な操作で済み、特別に
高度の技術を必要とせず、テレビカメラ８により測定さ
れた２次画像情報はこれを電圧波形のもとに映像信号と
して出力し、情報処理部３に入力する。テレビカメラ８
の採択により１画面の走査速度は1/60秒のように著しく
高速であるから、測定時間を短縮する上において極めて
有利であり、特に使用するテレビカメラ８としては画像
処理用を採択すると共に、カメラの感度が使用中に変化
することがないようにＡＧＣ動作を停止させ、入力光量
に対する出力電圧の直線性を保つためγ補正を１とす
る。

第２図は情報処理部３を含む地合測定装置の大部分のブ
ロックダイアグラムであり、情報処理部３としては、マ
イクロコンピュータ10を情報の処理装置として使用し、
予め作成した処理プログラムにより情報の入力，計算処
理，出力等を管理するのであり、マイクロコンピュータ
10に関連して光源ランプ制御回路11，フロッピーディス
ク使用型外部記憶装置12，ROMメモリ13，RAMメモリ14，
超高速度の画像入力用のＡ／Ｄ変換器15，ドットマトリ
ックスプリンタ16連結用プリンタインタフェイス17，校
正ボタン18および測定ボタン19があるキー入力インタフ
ェイス20，校正完了ランプ21付きのランプ表示インタフ
ェイス22等を接続して構成し、なお前記マイクロコンピ
ュータ10は多用されているパーソナルコンピュータをそ
のまま利用してもよく、あるいは専用の回路を構築して
外部記憶装置を省略し、制御プログラムを全てROMメモ
リに格納して動作させるようにしてもよい。

テレビカメラ８から出力された地合の２次元画像情報は
これをマイクロコンピュータシステムにより情報処理し
てその結果をプリンタ16上に表示するものであるが、テ
レビカメラ８により撮像された地合の画像は映像信号と
してマイクロコンピュータ10へ入力した後、Ａ／Ｄ変換
器15によりディジタル化してRAMメモリ14に記憶させ
る。一方ROMメモリ13に格納された処理プログラムまた
は外部記憶装置12からRAMメモリ14に読み込まれた処理
プログラムは、キー入力インタフェイス20における操作
用のボタン18または19が押されるのを待って、光源ラン
プ４の点滅と、テレビカメラ８の映像信号のディジタル
化とを進行させると共に、透過率を求める計算処理を進
行させる。なお計算の対象となる画素は、測定範囲100m
m×100mmにおいて128×128とする。

上記構成のもとに情報処理部３の動作について述べる
と、電源が投入されると先ずROMメモリ13に格納された
プログラムが作動して外部記憶装置12から処理プログラ
ムがRAMメモリ14に読み込まれ、そのプログラムに基づ
き地合測定装置の動作が開始される。最初の制御はプロ
グラムが地合測定の実行を開始したことを操作者に知ら
せるため、および以降の処理の準備を兼ねて光源ランプ
４を点燈させる。操作者はこの光源ランプ４の点燈によ
り装置が操作可能状態であることを知ることができる。
次にプログラムはキー入力インタフェイス20における操
作ボタンに待機をさせ、操作者による選択的ボタン操作
を待つ。操作ボタンとしては前記校正ボタン18と測定ボ
タン19とその他の操作ボタン３個とを備え、それぞれの
操作ボタンが押されることによりプログラムは該当する
機能を実行するために指定された処理プログラムに分岐
し、処理の完了と共に再び操作ボタンの待機状態に戻
る。

以下、操作ボタンに関連して処理プログラムについて述
べる。

校正ボタン18が押されると、測定装置は透過率100％お
よび０％時のテレビカメラ８が受光した光量の測定を行
う。この場合、外光が光源１面において反射する反射光
を含んでいる。先ず光源ランプ４の点燈状態において透
過率100％時の光量測定を行うのであり、この校正ボタ
ン18を押すときには光源１上には被測定物Ｐを載置しな
いのは当然である。プログラムの動作は、校正ボタン18
が押されると先ずA/D変換器15に画像取り込みの開始を
指令する。画像入力開始の指令を受け取ったA/D変換器1
5はテレビカメラ８の垂直同期信号の到来を待って各水
平同期信号毎に送られてくる画像の輝度情報を順次ディ
ジタル値に変換してRAMメモリ14に格納する〔前記(A)の
操作〕。

次いで光源ランプ４をプログラム制御により消燈し、透
過率０％の光量測定を前記100％の光量測定の場合と同
様にA/D変換器15により行い各画素のデータをRAMメモリ
14の所定の格納場所に転送する〔前記(B)の操作〕。反
射光を含んだ100％および０％のデータの採取が完了す
ると、校正動作は完了し、以後測定が可能になるから、
これを操作者に知らせるために設けられた校正完了ラン
プ21および光源ランプ４を点燈し、かつ測定プログラム
に準備完了を知らせるための校正完了コードをRAMメモ
リ14に格納して処理を完了し、次回の操作の待機体制に
戻る。

測定ボタン19は地合を測定しようとする場合に押すボタ
ンであって、被測定物Ｐを予め光源１上に設置した後に
この測定ボタン19を押す。測定ボタン19が押されると、
プログラムはRAMメモリ14に記憶された校正完了コーー
ドを検査し、未校正の場合は100％透過および０％透過
の両データがないから、透過率の計算は不可能なため処
理は行わずに測定ボタン19は操作待機体制に戻り、これ
に反し校正が完了している場合には測定動作を実行す
る。

測定は先ず光源ランプ４の点燈状態のもとに、被測定物
Ｐを透過する光量と被測定物Ｐの表面において反射する
外光の反射光量とがプラスされた光量をテレビカメラ８
により撮像してその映像信号をA/D変換器15によりディ
ジタル化した後RAMメモリ14に格納し〔前記(C)の操
作〕、次いで光源ランプ４を消燈体制にして被測定物Ｐ
の表面から反射する光の光量だけを前記と同様に測定し
てRAMメモリ14に格納し〔前記(D)の操作〕、その後光源
ランプ４はこれを次回の測定に備えて点燈する。

前記(A),(B),(C),(D)の各操作により、地合を測定する
ために必要とするデータが全て揃うのであるが、各操作
の順序については順不同であっても支障がなく、(A),
(B),(C),(D)の各操作によるデータが得られればよいの
であって、被測定物Ｐの着脱の都合および光源ランプ４
の点滅の都合等により前記の順序が望ましい。

地合測定のためのデータが完備されると、先に述べた計
算式 透過率＝100×（ＶＸ−ＶＲ）／（Ｖ100−Ｖ０）〔%〕
によりマイクロコンビュータ10において各画素毎に被測
定物Ｐの透過率を算出し、128×128の画素からなる２次
元透過率情報をRAMメモリ14に格納する。

地合の評価は格納された128×128点の透過率データの標
準偏差と平均値とを計算し、かつ（標準偏差／平均値）
を算出して地合を表わす指とし、その結果をプリンタ16
に表示し、必要に応じ印刷するようにする。結果の印刷
については、地合を表わす指数の他に、測定された画像
情報に基づき各画素毎に平均値以上を白とするほか平均
値以下を黒とする２値化画像プログラム処理によりRAM
メモリ14に計算格納した後に地合指数と併わせて出力す
るようにする。

出力が完了すると測定動作が全て終了し、測定ボタン19
は次回のための待機体制となる。

前記透過率の算出，標準偏差の算出，平均値の算出，指
数の算出等、いずれもマイクロコンピユータ10において
行うのは当然であり、なお実際の計算に当っては、被測
定物Ｐ（紙）の厚さは光の透過率の対数に逆比例するた
め、透過率をＴ％として 吸光度＝２−logＴ から吸光度を求め、吸光度の平均値と標準偏差とを算出
するようにすることが重要であり、従って前記一連の操
作により各画素の透過率を算出した後に吸光度を算出し
てRAMメモリ14に格納すると共に、これら各画素毎の吸
光度データに基づき吸光度の標準偏差および平均値を算
出し、この標準偏差と平均値とから地合を表わす指数を
算出してプリンタ16上に表示するようにしてもよい。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、次のような効果
が得られる。

(a)平面光源を採し、しかも被測定物保持部兼用とした
から、これにより被測定物の着脱が著しく簡単であるほ
か、安定的に保持させることができる。

(b)透過光量測定部としてＣＣＤテレビカメラを採択し
たから、これにより２次元の画像データを高速度のもと
に得ることができるばかりでなく、従来装置におけるよ
うな機械的駆動部分を必要としない。

(c)ＣＣＤテレビカメラの採用により、光軸および焦点
の調整に当り、テレビカメラの画像をテレビモニタによ
り直接目視しつつ行うことができるため、著しく容易で
ある。

(d)外光による反射光を別個に測定して差し引き補正す
るようにしたから、透過光量測定に当り外光を遮断する
必要がなく、従って遮光施設を設ける必要がないばかり
でなく、被測定物の着脱に当り遮光カバー等の開閉操作
並びにそれに伴う時間を省略することができる。

(e)ＣＣＤテレビカメラの採用並びにコンピュータシス
テムの採用により外光の反射光の測定および透過光の測
定を高速度のもとに行うことができ、従来の測定方法に
比較して10〜100倍の高速化が実現できる。

(f)透過率から吸光度を計算してこの吸光度に基づき地
合を示す指数を求めるようにすると、被測定物の厚さに
基づく適切な指数が得られる。

(g)被測定物として、紙，布，合成樹脂シート，フィル
ム等の各種シートを対象として、本発明にいう広義の地
合、つまりこれらシートの層構造上のむらを測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面は一実施例における本発明の地合測定装置を示すも
のであって、第１図は概略側面図、また第２図は要部の
ブロックダイアグラムである。 １……光源、 ３……情報処理部、 ４……光源ランプ、 ５……半透明保持部、 ８……ＣＣＤテレビカメラ、 10……マイクロコンピユータ、 11……光源ランプ制御回路、 13……ROMメモリ、 14……RAMメモリ、 15……A/D変換器、 16……ドットマトリックスプリンンタ、 17……プリンタインタフェイス、 18……校正ボタン、 19……測定ボタン、 20……キー入力インタフェイス、 Ｐ………被測定物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−33507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158442（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面光源(1)上に配置した被測定物(P)の各
   画素毎の光線の透過率をＣＣＤテレビカメラ(8)および
   マイクロコンピユータシステム内蔵型情報処理部(3)に
   より測定するようにすると共に、透過率測定に当り、外
   光が光源(1)の表面において反射して生じる反射光を光
   源(1)自体の光量測定時に差し引き補正するほか、外光
   が被測定物(P)の表面において反射して生じる反射光を
   被測定物(P)の透過光量測定時に差し引き補正し、これ
   により、光源(1)自体の補正された100％の光量と、被測
   定物(P)を透過する光源からの光量の補正された透過光
   量とを各画素毎に測定して各画素毎の透過率を得るよう
   にし、かつこれらの透過率データあるいはこれらの透過
   率データを因子として演算処理して得られるデータを地
   合を示す指数とする地合測定方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載された透過率を因子とする
   演算処理が、標準偏差と平均値とを計算すると共に、標
   準偏差を平均値で除して地合を示す指数を算出するもの
   である請求項１記載の地合測定方法。
3. 【請求項３】各画素毎の透過率を、一定の基準値のもと
   に上下に振り分ける２値化画像プログラム処理により計
   算した後、画像として表示するようにした請求項１に記
   載の地合測定方法。
4. 【請求項４】平面光源(1)上に配置した被測定物(P)の各
   画素毎の光線の透過率をＣＣＤテレビカメラ(8)および
   マイクロコンピユータシステム内蔵型情報処理部(3)に
   より測定するようにすると共に、透過率測定に当り、外
   光が光源(1)の表面において反射して生じる反射光を光
   源(1)自体の光量測定時に差し引き補正するほか、外光
   が被測定物(P)の表面において反射して生じる反射光を
   被測定物(P)の透過光量測定時に差し引き補正し、これ
   により光源(1)自体の100％の光量と、光源(1)から被測
   定物(P)を透過する透過光量とを各画素毎に測定して透
   過率を得るようにし、かつこれら透過率データに基づき
   前記情報処理部(3)において、透過率から吸光度を計算
   した後、この吸光度の標準偏差と平均値とを計算すると
   共に、標準偏差を平均値により除して地合を示す指数を
   算出するようにしてなる地合測定方法。
5. 【請求項５】各画素毎の吸光度を、一定の基準値のもと
   に上下に振り分ける２値化画像プログラム処理により計
   算した後、画像として表示するようにした請求項４記載
   の地合測定方法。
6. 【請求項６】シート状被測定物(P)を載置することがで
   きる平面光源(1)と、ＣＣＤテレビカメラ(8)と、マイク
   ロコンピユータシステム内蔵型情報処理部(3)とからな
   り、前記情報処理部(3)には、マイクロコンピユータ(1
   0)と、光源(1)における光源ランプを点滅させるための
   光源ランプ制御回路(11)と、処理プログラムを格納する
   ROMメモリ(13)と、RAMメモリ(14)と、画像入力用Ａ／Ｄ
   変換器(15)と、ドットマトリックスプリンタ(16)と、プ
   リンタインタフェイス(17)と、校正ボタン(18)および測
   定ボタン(19)を付設したキー入力インタフェイス(20)と
   を備えてなる地合測定装置。
7. 【請求項７】高周波点燈型螢光燈を使用した光源ランプ
   (4)と板状の半透明保持部(5)とにより構成した平面光源
   (1)を採択してなる請求項６記載の地合測定装置。