JPH10504655A - 標準光源をシミュレーションするカラーセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 移動シート材の色および色に関連する特性をオンライン測定する装置が開示される。全色スペクトルに対して実質的にリアルタイムで不透明度補正を行うためにコントラスト比反射率測定が行われる。本発明による光学色センサは一対の同期した分光計を含み、第１の分光計は高反射性（「白色」）部材で支持されたシートの領域を観察するように配列され、第２の分光計は高吸収性（「黒色」）部材で支持されたシートの領域を観察するように配列される。２つの分光計を使用することで全色スペクトルに対して実質的に同時に「黒色」および「白色」測定が可能になる。光学式色検出システムはさらに、２つの光源、フラッシュランプと常時点灯するタングステンフィラメントランプを含む。２つの光源からの光は、Ｄ６５標準光源に近いシート照射用の第３のビームを形成するために結合される。フラッシュランプの強度は、標準光源を特徴付けるＵＶから可視光までのバランスを維持するために電子的に制御される。色センサはさらに、白色標準タイルを担持する回転可能な標準ホイールを含むシート支持システムを含む。標準ホイールを回転可能にし、白色標準タイルを紙工場の環境から隔離しながらセンサをオフシートに安定化させることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 標準光源をシミュレーションするカラーセンサ １．発明の分野 本発明は主に、紙のような移動シート材の色、白さ、明るさおよび蛍光性等の 特性のオンライン走査測定を行うためのセンサに関する。 ２．発明の背景 不透明度の補正 近代的な製紙工場の品質試験室では、製品の色、明るさ、白さおよび蛍光性は 従来、一枚のシート上ではなく、複数枚が重なった状態の紙の「パッド」上で測 定される。一枚のシートのみが測定されれば、その測定結果は紙の一部分の透明 度とシートの背景として観察される裏面材の反射率の双方の影響を受ける。さら に、「無限パッド」（無限数のパッドを重ねた状態）値は通常、末端の顧客がか かわるものである。通常、顧客が最終製品をそのような状態で見るためである。 しかしながら、「オンライン」で検査を行う色センサが製品の単一厚さのみを観 察し得る製造工程において、上述のような測定状態をもとの位置で再現すること は不可能である。 オンラインで行う色測定の結果が、試験室で行う「パッド」測定に対して、よ り整合性をもつために２つの手法がとられた。１つの手法は米国特許第４，７１ ５，７１５号に記載されているように、製造されている紙の色と散乱性にほぼ等 しい不透明材でシートの裏面を支持するというものである。実際のところ、この 手法は無限パッド状態を再現することができる。各波長における測定誤差は、こ のように人工的に作られたものと実際の「パッド」のスペクトル反射率間の不一 致に比例するであろうし、また一枚のシートのスペクトル透過率の２乗に反比例 すると思われる。この手法は、裏材と製品との間である程度の一致だけを要求す るような、中程度または低透明度（２０％以下）のシートに対してはよく作用す る。より透明度の高い紙に対して、または製品目標が頻繁に変わる場合、良好な センサ性能を確保するために裏材を製品と極めて高く一致させ続けることは困難 である。 第２の手法はシートのスペクトル反射率を２回、つまり１回は高反射性（即ち 「白色」）部材で支持し、１回は高吸収性（即ち「黒色」）部材で支持して測定 するというものである。これらの別個の測定からスペクトル透過率が決定され、 無限パッドのスペクトル反射率がクベルカ−ムンク理論 (Kubelka-Munk theory) に従って計算される。連続する暗及び明反射率を測定するための装置の例が、米 国特許第４，９４４，５９４号に記載されている。その特許の装置は、電子的に 暗状態に切り換えられた場合には全ての透過入射光を実質的に吸収し、明状態に 切り換えられた場合にはすべての透過光を実質的に反射する光学ゲート手段から なるシート支持システムを含んでいる。このアプローチによれば製品ごとに裏材 を変える必要がなく、従って概ね良好である。しかしながら、紙の全く別個の部 分でかなりの時間間隔をおいて２回測定を行った場合、シートの透明度ばかりで なく製品の（色および透明度の）不均一性にも起因して、「黒色の支持」と「白 色の支持」によるスペクトル反射率に差異が生じる。かかる変化があると、クベ ルカ−ムンク理論に基づく計算は失敗に終わる。近代的な製紙機械では、ウェブ は毎分５０フィート以上で移動し、センサ自体も、移動するシートに交差する方 向に毎秒１５インチで移動するスキャナ上に設けられることがある。裏材がこれ らの測定中に「黒色」と「白色」に切り換わる従来技術のシステムによれば必然 的に、シートの全く別個の部分で測定が行われることになるだろう。これらのシ ステムにおいて、製品の色の不均一性の影響を平均化しようとして、通常は何通 りもの読取順序の結果が組み合わされることになる。従って最終的に測定結果を 更新する時間周期はどうしても大きくなり、製紙中における色の正確で迅速な制 御ができない。 同時に「黒色」および「白色」の支持測定を行う試みもある。例えば、米国特 許第３，９３６，１８９号は、光源によって照射された領域を有する紙のような 移動ウェブの色、不透明度および明るさをオンライン測定するための三刺激値測 色器を開示している。第３，９３６，１８９号特許の測色器は、各々への入射光 の三刺激値を測定するためのＩＣＩ三刺激値関数を２倍にするフィルタを組み込 んだ４つの測光器と、４５７ｎｍフィルタを有する輝度検出器（第３，９３６， １８９号特許によれば、輝度は４５７ｎｍの光源波長での反射として定義される ）と、Ｙ感応フィルタを備えた不透明度検出器とを含んでいる。第３，９３６， １８９号特許はさらに、黒色および白色の背景の両方を備えた石英「シュー（sh oe）」を含むシート支持部材を含んでいる。黒色の背景が石英シューの下のキャ ビティによって構成されるのに対し、白色の背景がそのシューの表面の白色帯に よって構成される。測光器は、４つの色・三刺激値検出器と輝度検出器の光軸が 、黒の背景を覆う照射領域を向いて、また不透明度検出器の光軸が白色帯を覆う 照射領域を向くように配置される。不透明度検出器の出力と三刺激値Ｙの測定を 行う三刺激値検出器の出力は、色明度もしくは明るさを補正するためのコントラ スト比反射率の値を無限パッド裏材に付与するために用いられる。しかしながら 、第３，９３６，１８９号特許のセンサは、色を正確に定義するには不十分な、 ３つの色座標のうちの１つを補正するに過ぎない不透明度補正の手法をとってい るので、正しい色補正が見積もられるだけである。無彩色を除くと、Ｙ値が波長 帯域に亘って重み付けされた平均値であり、また透明度補正が、Ｙ値の算出前に 各波長に適用されなければならない「黒色」および「白色」支持の反射率の非線 形関数であることから、Ｙ補正でさえ誤差を含んでいる。 従って、無限裏材に対するシートの輝度もしくは明るさの計算を簡素化する代 わりに、すべての色座標の算出、即ち各波長における不透明度に対する全色補正 の前に波長ごとの不透明度補正が必要となる。その上そのような補正は、製紙工 程で行われるべき迅速なオンライン調整を可能にするために、リアルタイムで行 われるべきである。 蛍光特性の測定 米国特許第４，６９９，５１０号は、蛍光増白剤（ＦＷＡ）を含有する紙の移 動シートの色を測定するためのオンライン色センサを開示する。蛍光増白剤は典 型的には、入射光の紫色および紫外線エネルギを吸収し、これらのエネルギを可 視スペクトルの青色帯域で再放射し、これにより白色を呈させる。この第４，６ ９９，５１０号特許は、そのように処理された紙がＣＩＥ Ｄ６５（North Sky Daylight）標準光源のような定義された光源によって照射されたとき、その色ス ペクトルを決定するための技術を開示する。Ｄ６５標準光源は、ＣＩＥ光源Ｃの ような他の標準的光源と比べて３００〜４００ｎｍ帯域で比較的明るいエネルギ 分布を有し、従ってそのため蛍光増白剤で処理された紙は、Ｄ６５光源によって 照射されるとより青みがかって見える。 第４，６９９，５１０号特許の色センサは２つの照射光源を有する。１つは蛍 光増白剤の励起帯域で主に光を放射する紫外線光源であり、他の１つはＵＶもし くはＦＷＡの励起帯域で相当量の光を放射するＣＩＥ標準光源に近い放射スペク トルを有する可視光源である。第１の光源が点灯中と消灯中に得られたデータの 差異は、ＦＷＡ効率あるいは有効ＦＷＡ濃度を算出するために用いられる。さら に、定義された光源または標準光源によってサンプルが照射された場合に得られ るであろう補正色スペクトルが決定され得る。シートで反射し、また放射された 光のスペクトルの分析は、シート通過経路の下でステップモータで駆動されるホ イールに担持された複数の標準化手段によって周期的にオフシートで較正される 分光計によって測定される。標準化手段は、センサを較正するためにステップモ ータによって位置決めされる白色標準器を含んでいる。白色標準器で較正後、色 センサは周知の蛍光特性を有する蛍光標準サンプルの表面を読み取り、ＵＶおよ び白熱光源両方の励起エネルギを決定し、そして最終的に正しい標準光源に対し て補正される色スペクトルが得られる。しかしながら光源の寿命に伴なって、標 準光源を特徴付けるＵＶから可視光までのスペクトルのバランスが変化する。従 来技術のシステムでは、この変化を補償するためにフラッシュランプビームへの 経路にＵＶ遮断フィルタが挿入された。フィルタの物理的位置を調整することで 、ＵＶから可視光までのバランスを調整することが可能である。しかし、そのよ うな移動部品の使用は避けるのが望ましい。 標準化タイルの保護 従来技術の支持システムは典型的には、３つあるいはそれ以上の等角度で隔置 された支持プレートを有する回転ブロックもしくはホイールを備えたハウジング を含んでおり、支持プレートはステップモータによって選択的に回転されること ができ、支持プレート（不透明度の変化レベルを補正すると共に周期的な標準化 を行うための黒色及び白色表面を有するプレートを含む）を光学検出システムに 対向する位置に回転移動させる。 標準化は、走査の間で「オフシート」（シートから外れている状態）で、即ち シートの一方の移動端に移動されたスキャナヘッドにより行われる。典型的には 、周知の反射応答性を有する白色表面を備えたタイルが紙表面の代わりに用いら れ、光学検出システムによって形成された入射ビームが当てられる。この周期的 な標準化の手法は、電子回路の特性変化や光源ランプの寿命、そして光学素子上 の汚れあるいは破片の蓄積のような外乱やオフセットを補正するために寄与する 。光学検出システムはこのように、標準タイルの表面に対するシステムの周知の 応答性に基づいて、各標準化処理の際に調整される。 色センサの精度向上を図るためには、白色標準タイルをよく清浄すると共に、 製紙工場の環境から気密にシールすることがいっそう重要である。現在使用され ている回転ブロックもしくはホイール支持システムでは、標準タイルをその表面 に積もる埃もしくは破片から十分に保護することができない。標準タイル表面に おける外部物質の蓄積は、その表面の反射特性を変えてしまう。そのような汚れ た標準タイル表面のために結局、紙表面の色のオンシート測定がうまくいかない 。現在のシステムにおいて、標準タイル表面をたびたび清浄する必要がある。そ れにもかかわらず、この目的のためにタイルに頻繁にアクセスすることは不便で あり、かかる清浄は、十分な頻度で行われないことが多い。 シートの安定化 色センサは、移動シートの経路の上に配置された光学検出システムと、シート の経路の下で光学検出システムに対向して配置された支持システムとを含んでい る。色センサが精密になるほど、紙シートは光学検出システムに関して正確に位 置決めされなければならない。実際のところ、これは、紙シートが極めて低い一 定の走行高さで、支持タイルに沿って走行しなければならないことを意味してい る。前述した米国特許第３，９３６，１８９号に記載された従来技術の色センサ において、シートは光学検出システムを通過するとき、基準位置にて移動シート を支持するように作用する「シュー」と呼ばれる支持システムに接触しながら乗 りあがる。かかる支持体は、（検出システムと支持システムを担持する上部およ び下部ヘッドからの距離で規定される）ギャップ内でシートを安定した位置に保 つことができるが、シートおよび「シュー」間の接触でシートに裂傷もしくは模 様を生じさせ得る。非接触測定のためにエアクッションを設ける試みが行われて いるものの、これらのシステムでは光学検出ヘッドおよび支持システム間のギャ ップ内で必要なシート安定性と位置精度を確保することができなかった。シート のふらつきを制御することができないため、光学システムおよびシステム部材に 対してシートが進退移動する結果、色測定の精度が低下した。 発明の概要 不透明度の補正 本発明は、紙のような移動シート材の色および色に関連する特性のオンライン 測定を提供する。本発明の一形態によれば、全色スペクトルに対して十分にリア ルタイムで不透明度補正が行われるコントラスト比反射率測定を行うための装置 が提供される。 本発明の色センサは２つの独立するが同期した分光計を使用し、第１の分光計 は高反射性（「白色」）部材で支持されたシートの領域を観察するように配列さ れ、第２の分光計は高吸収性（「黒色」）部材で支持されたシートの領域を観察 するように配列される。重要なことは、分光計を使用することで全色スペクトル に対して不透明度補正を可能にすることである。さらに、２つの独立した装置が 用いられるため、「黒色」および「白色」測定は実質的に同時に行われ、不均一 性の問題を解消することができる。裏材は測定間で移動される必要がないので、 実質的にリアルタイムで測定および不透明度補正を行うことができ、測定結果の 更新速度は光学部材と電子部材の性能のみによって制約され、これにより糊の付 着問題に起因する縞のような製品不均一性を検出するのに重要な極めて高い更新 率を実現する。 蛍光特性の測定 本発明の別の形態によれば、２つの光源、点灯および消灯に切り換えられるフ ラッシュランプ、常時点灯するタングステンフィラメントランプを含む光学式色 検出システムが提供される。フラッシュランプおよびタングステンフィラメント ランプからの光は、シートを照射するためにビームスプリッタによって結合され る。ビームスプリッタは、標準光源、好適にはＤ６５標準光源に近い結合ビーム のエネルギ分布が得られるように選択される。しかしながら、ランプの寿命に伴 なって、標準光源を特徴付けるＵＶから可視光までのバランスは変化する。本発 明に従えば、標準化の期間において標準蛍光タイル上で行った読取に基づいて、 フラッシュランプの強度を制御するためにシステムコンピュータが用いられる。 これにより本発明ではコンピュータの制御で紫外線量を電子的に制御する。本発 明は移動部品を有しておらず、コンピュータ制御が容易であり、基本スペクトル 光による高い安定性の点で優れている。 標準化タイルの保護 本発明の別の形態によれば、標準化処理に際してセンサがオフシートの場合、 支持システムの下部シートガイド形成部は、標準化のためのホイールを外気から シールするように、光学センサハウジング上の上部シートガイドに対して直線動 作手段によって持ち上げられる。ホイールは回転自在になり、標準タイルを紙工 場の環境に曝すことなく白色標準タイルを上部の光学検出システムに対して露呈 させる。測定の精度低下を避けることができ、また標準タイルの頻繁な清浄をな くすことができる。 シートの安定化 本発明の別の形態によれば、支持タイル上での紙シート走行高さは、ふらつき 即ち紙の垂直位置の変化が最小となるように制御される。紙シート走行高さは、 円形プレートを有する紙ガイドに形成された環状溝の形態の空間室に、圧縮空気 を流入させることにより制御される。この空気は次に、一点で接触する形にカッ トされた一連のスロットを通って支持タイルのまわりの円に流入する。高速の円 形流もしくは渦流と運動量保存の結果、環状部分で低圧領域が形成される。この 低圧領域は、紙シートが沿って移動するプレートの上部表面に対して該シートを 押し下げる。一方、遠心力のために渦気流がプレート表面から外側へ螺旋を描き 、シートとプレート表面の間に空気膜を形成する。この空気膜は空気ベアリング として効果的に働き、紙が安定通過経路に沿って標準化のための部材に極めて接 近しながら、しかもタイルに接触することなく走行可能となる。シートのふらつ きは十分に除去される。シートとシートガイドの間に接触がないため、シートの 損傷や模様もまた除去される。シート安定化機構は片面に設けられ、スキャナの 配列に影響されることはなく、従って空気流は、ガイドプレートに対してシート を押し付ける力の大きさを制御すべく容易に調整可能である。空気ベアリングは 、色測定のような適用例において極めて重要になり得る裏材上の磨滅や汚染の蓄 積を減少し、または除去する。シートを定位置に保持するために上部ヘッドに「 押さえ込み」リングもしくはボタンが必要とならないので、シートの締めつけや 埃の蓄積の問題が回避される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による検知システムの正面部分縦断面図である。 図２は、２−２線に沿って見た、図１のシステムの断面図である。 図３は、図１の３−３線に沿って見た、本発明によるシート支持システムの上 平面図である。 図４は、本発明に関連して用いられる分光計の概略図である。 図５は、分光計の同期化を制御するための回路のブロック図である。 図６は、フラッシュランプの点灯を制御するための回路の概略図である。 図７は、支持システムがオンシート測定の形態で示されている、本発明による 支持システムの正面縦断面図である。 図８は、図７の８−８線に沿って見た、本発明のシート安定化装置の一部を形 成するガイドプレートの底面図である。 図９は、本発明のシート安定化装置の特定の形態をより明瞭に示す正面拡大縦 断面図である。 図１０は、本発明の別の形態によるシート安定化装置の詳細を示す図７の支持 システムの端部縦断面図である。 図１１は、図７の支持システムの正面縦断面図であり、支持システムのオフシ ートにおける標準化の構成を示す図である。 図１２は、支持ホイールが１つの標準化タイル位置から別の位置へ回転中であ る、オフシート標準化処理の際の図７の支持システムを示す図である。 好適な実施形態の詳細な説明 図１は、紙のような移動シート材１２の色および色に関連する特性をその製造 中オンラインで測定するための本発明の好適な実施形態に従うセンサシステム１ ０を示している。シートは、上表面１２ａと底表面１２ｂを有している。色セン サシステム１０は、紙シート１２上に配置された光学検出システム１４とシート の下側に配置された支持システム１６を含んでいる。この種の技術で周知の態様 では、光学検出システム１４は、通常のスキャナの上部ヘッド１８（その外形の 一部は破線により示されている）によって担持されたハウジング１５に装着され 、支持システム１６はそのスキャナの下部ヘッド２０（同様に破線により示され ている）によって担持される。スキャナヘッド１８および２０は、シートの移動 方向に対して横方向に、シートの幅を横切って前後に同期して駆動される。ハウ ジング１５は、下部の平坦なシートガイド表面１９と中央開口２１を有する。 光学システム１４は、紙シート１２を周期的に照明するための第１の光源２２ を有する。光源２２はキセノン・フラッシュランプ２４と、蛍光増白剤の紫外線 励起帯域でのみ実質的にエネルギを伝達するための帯域パスフィルタ２６とを含 んでいる。フラッシュランプ２４は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３２ を介して電源２８に接続されたコンピュータ３０により制御される電源２８によ って、例えば５０Ｈｚにて高速で点滅する。以下にさらに詳しく述べるようにコ ンピュータ３０は、（５０Ｈｚの点滅速度で放電するようにトリガーされる）容 量器の電荷、つまりフラッシュランプ２４によって形成される光の大きさおよび 強度を制御する。フィルタ２６を通った光は、コンデンサレンズ３４を通過して 垂直な光軸３８に沿って平行光ビームを形成する。ビームスプリッタ４０を通過 するビームの一部は、そこで第２の光源４２からの光と結合される。主に可視帯 域で光を形成する光源４２は、常時点灯するタングステンフィラメントの石英− ハロゲンランプ４４と、ランプ４４から放射された光スペクトルをバランスさせ 、ＣＩＥ標準光源「Ｃ」に近づける色補正フィルタ４６とを備えている。フィル タ４６の隣の平行化のための光学素子４８は、軸３８に直交する水平な光軸５２ に沿ってビームスプリッタ４０に向かうビーム５０を形成する。例としては、光 学素子４８は、レンズあるいはランプ４４の後方の放物面鏡の形態をとることが できる。 ビームスプリッタ４０によってそれぞれ伝達され、あるいは反射された、光源 ２２及び４２からの紫外線および可視光ビームは、垂直軸３８に沿って結合ビー ム５４を形成する。フィルタ２６および４６、フラッシュランプ電圧およびビー ムスプリッタ４０の組み合わせは、紫外線波長領域から可視波長領域までの正し いバランスが概ね得られるように選択され、これにより結合ビーム５４がＤ６５ の光源標準値に近づくようにする。光源２２が消灯しているとき、ビーム５４は もちろん、ビームスプリッタ４０によって変調され、あるいは再配分されるので 、常時点灯する第２の光源４２によって形成された光エネルギのみを含む。 結合ビーム５４は、正円錐形状の鏡５６の外表面によって反射される。その円 錐の中央垂直軸は光軸３８と共軸となっており、その先端は例えば約２４．５° の角度を張る。円錐型の鏡は光軸３８に対して外向き約４９°の方向に光を反射 する。光線はその後、複平面もしくは多面鏡５８によって、紙１２の平面に対し てほぼ４５°の角度でシート１２に向かうように内側に反射される。最終的な角 度が約４５°となる限り、他の幾何学的関係を用い得ることは当業者には容易で ある。鏡５８は、図１に示されるように、光軸３８と共軸な垂直中央軸を有する 通常のピラミッド型の台の形態をとる。ここで、図２を参照して本発明の好適な 実施形態に従い、鏡５８は、約２°の角度αで内側に傾斜した２４個の側面５８ −１，５８−２，５８−３等を有している。多面鏡５８によって反射された光は ハウジング開口２１を通過し、紙表面１２ａ上の概して円形の照射領域６０に収 斂する。この鏡の幾何学的関係によって、高い光学的効率でサンプル領域６０に 均一な光を配分することができる。ｎ面構成のピラミッド型鏡５８は、円筒もし くは円錐型の鏡を使用する標準的な「アクシコン」（axicon）光学的幾何学構造 を改良するもので、アクシコンの光学的構成において照射領域の中央部に明るい スポットが形成されるという傾向を回避する。図２に示されるように鏡５８の各 面５８−ｎは、円錐型鏡５６からの光を反射させ、紙の表面１２ａ上の概して台 形領域６０−ｎを照射する。その幅は鏡の小面の幅のほぼ２倍であり、またその 長さは平行ビーム５４の直径に比例する。これらのパラメータを適切に選ぶこと で、各小面は観察領域６０を完全に照射する。多面鏡の面５８−１および５８− ２によって照射された領域６０−１および６０−２は、図２に示されるようにオ ーバラップし、鏡５８のすべての面によって行われる照射による効果として実質 的に均一な光分布を有する円形領域６０が得られる。 紙は通常は半透明であるから、シート１２への入射光の一部はシートを通り抜 け、その他の光はシート表面１２ａで反射される。シート１２を通り抜けた光は 、シートの底表面１２ｂに隣接するタイル６２の上表面６２ａ上に入射する。タ イル６２は、色センサによるオンシート測定時には支持部材として機能する。図 ３に示されるように測定タイル６２は、片側半分（６４）が実質的に反射性（「 白色」）で、他方側半分（６６）が実質的に吸収性（「黒色」）である分割表面 を有する。後述するように複式分光計とともに分割された黒色／白色裏材を使用 することにより、複数波長でのシート反射率の同時測定を可能にする。「黒色」 または「白色」で支持されたシートについて測定した各波長での反射率から各波 長での「無限パッド」反射率に到達すべく透明度補償を計算するために、コンピ ュータ３０によってクベルカ−ムンクの式、あるいは他の周知の方法が使用され 得る。（相関アルゴリズムは、「黒色」または「白色」が完全に吸収性か反射性 であることを要求することはなく、それぞれの反射スペクトルが知られているこ とだけが必要とされる。）このように「黒色」および「白色」支持の両方による 同時測定を行うため、シート透明度の時間的変化が無限パッド反射率の決定に影 響しない。複式分光計によってそれぞれの波長について測定された反射率を使っ て相関の計算が行われるが、これは、透明度が波長に依存することから、単一の 「不透明」相関を使って行う場合よりも優れている。 光学検出システム１４はまた、測定支持タイル６２の白色セグメント６４と垂 直の方向でシート１２の上方に配置されたレンズ７０を含んでいる。このレンズ ７０は、シート上表面１２ａで反射した光と、シートを通り抜けタイルの白色部 分で反射してシートを再び通り抜けた光とを集光する。（明るい反射光強度を有 する）合計の反射光は、レンズ７０によって第１の光ファイバ束７２の端部に合 焦される。同様にタイル６２の黒色セグメント６６と垂直の方向にあるレンズ７ ４は、黒色セグメント６６を覆うシート領域から放射された（暗い反射光強度を 有する）合計の反射光を集光し、これを第２の光ファイバ束７６の端部に合焦さ せる。光ファイバ束７２および７６は、光を第１および第２の分光計７８および ８０にそれぞれ伝達する。分光計７８の概略を示す図４を参照する。分光計７８ および８０の各々は、ゼイス・ミニチュア・モノリシック分光計（ＭＭＳ）のよ うな市販のユニットでよく、入射光を波長成分を分離する回折ゲート８２と、異 なるスペクトルによる電子的な強度分布を形成する線形測光器アレイ８４とを組 み込んだ極めてコンパクトなユニットである。 一般に、分光計７８および８０（図１においてＳ１およびＳ２で示される）の 検出器のビデオあるいは画素出力は、コンピュータ演算処理装置ボード上の論理 回路によってＡＤＣへクロックごとに出力され、その後ランダムアクセスメモリ に記憶される。２００ｋＨｚの速度で進むデジタル化シーケンスは、２つの分光 計のビデオ出力値を、Ｓ１／画素１，Ｓ２／画素１，Ｓ１／画素２，Ｓ２／画素 ２等のようにインタリーブ処理する。結果的には、分光計７８および８０から同 時に５μｓｅｃ以内でスペクトル測定が行われる。 より特別には線形測光器アレイ８４（図４）は、各ダイオードがそれに入射さ れた波長帯域の光強度に対応する大きさのアナログの電子信号もしくは画素信号 を生成する連設されたダイオードからなる。各分光計の測光器アレイは、画素信 号を連続ストリームの形態で出力するように配置される。図５は、分光計７８お よび８０の出力を処理する共に同期化し、またフラッシュランプ・トリガー信号 を形成するためのデータ取得論理回路２００を概略的に示している。この回路２ ００は、分光計７８および８０の測光器アレイに対して同期化のための画素進行 信号を提供する一対の出力２０４および２０６を有するクロックおよびタイミン グ回路２０２を含んでいる。画素進行信号は、分光計から画素信号を交互にクロ ックアウトする。各分光計からの画素信号は、リセット可能なパルス積分器２０ ８および２１０によって積分され、クロックおよびタイミング回路２０２からの クロック信号によって制御されるマルチプレクサ２１２へ交互に供給される。２ つの分光計によって形成された画素信号はマルチプレクサの出力に交互にあらわ れ、アナログ／デジタル変換器２１４によってデジタル形式に変換される。デジ タル化された画素信号は共有メモリ２１８に記憶され、そのポインタは、各デジ タル化された画素信号の記憶後にクロックおよびタイミング回路２０２によって 進められる。クロックおよびタイミング回路２０２は、ＡＤＣ２１４による各変 換処理後に各パルス積分器２０８および２１０をリセットする。クロックおよび タイミング回路２０２は、両方の分光計のすべてのスペクトルが変換され且つメ モリに記憶されたとき、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２１６に割込を入力する 。次にコンピュータ３０はデジタル化された信号アレイを解析し、２つの（「黒 色」および「白色」）支持状態について各波長での反射率と紙の正しい色を算出 する。コンピュータ３０からの出力８６（図１）は、製造されている紙の色を制 御するために使用することができる。 既に示したように、Ｄ６５標準光源に近いエネルギ分布を有する光源２２およ び４２からの結合ビーム５４を形成するように光学部材が選択される。しかしな がらこの分布は変化する。なぜなら、ランプ２４および４４の寿命に伴い、結合 ビーム５４における紫外線から可視光までのバランス変化によって生じるエネル ギ分布の変化を起こすからである。本発明の一形態によれば、コンピュータ３０ は、フラッシュランプ２４からの光強度、従ってオフシート標準化処理の際に標 準蛍光タイル上で行われた読出に基づく紫外線放射量を制御するために使用され る。 一般にフラッシュランプの光強度は、フラッシュランプ２４に印加される電圧 によって決定される。フラッシュランプ電源は、エネルギ蓄積容量器を制御電圧 Ｖref に比例する電圧で充電する。コンピュータはＤＡＣによってランプ電源に 対してＶref を出力する。この態様では、紫外線から可視光までのバランスを標 準光源（Ｄ６５）波長分布あるいは他の所望の光分布と調和して維持するために 紫外線量が調整できる。 フラッシュランプ２４の強度を制御するための容量器充電回路２２０が図６に 示される。この回路は、クロックおよびタイミング回路２０２（図５）によって 生成されたトリガー信号により制御されるＳＣＲフラッシュランプトリガー回路 ２２２を含む。トリガー回路２２２は、フラッシュランプ２４のトリガー電極２ ２４に接続される。回路２２０は、入力２２８に印加される基準電圧Ｖref に比 例する出力信号を形成するための高電圧発生器２２６を含んでいる。例として、 高電圧発生器の入力における５ボルトの信号は、該発生器の出力端子で５００ボ ルトを発生する。この出力電圧は、順にＶref に比例する出力信号の２乗に比例 するエネルギで容量器２３０を充電する。フラッシュランプトリガー回路２２２ からのトリガーパルスは、フラッシュランプ２４のギャップにおける減衰を起動 し、また容量器２３０の充電エネルギはフラッシュランププラズマのかたちで放 電される。 デジタル／アナログ変換器３２（図１）の出力は、基準電圧Ｖref として高電 圧発生器２２６に供給される。この基準電圧は、幾つかの方法でフラッシュラン プ電圧制御のために選択することができる。例えば、センサ１０がオフシートで 標準化されるとき、既知の蛍光量のタイルが測定される。その測定値が既知量よ りも少なければ、ＤＡＣ３２の出力はコンピュータ３０によって増大される。既 知量以上が測定されれば、そのときＤＡＣ出力は減少される。必要ならば最初の 調整後に、一致が見られるまで調整を繰り返すことができる。実際には、通常１ 回繰り返すだけで正しい調整を予想することが可能である。その他の方法として 、一方が紫外線に対する波長選択フィルタを備え、第２のものが青色に対するフ ィルタを備えた一対のダイオードによって入射光をモニタしてもよい。電子的に あるいはコンピュータの計算によって得られた青色に対する紫外線の比率は、そ の比率を予め選択された値に保持すべくランプ電圧を制御するために用いること ができる。 支持システム１６は、正方形ベース１０１によって下部スキャナヘッド２０に 固定された、ほぼ円筒状の外側のケーシング１００を含んでいる。円筒状ハウジ ングは、垂直中央軸１０２を有する。スキャナヘッド１８および２０が適切に配 列されていれば、外側円筒状ケーシング１００の軸１０２は、垂直光軸３８と一 致する。外側ケーシング１００の内部に装着された支持ホイール１０４は、水平 シャフト１０６（図７および図１０）に取り付けた駆動ギヤ１０７に連結された ステップモータ（図示せず）によって該シャフト１０６のまわりに回転可能とな っている。支持ホイール１０４は、シャフト１０６のまわりに等角度で隔置され た同一形状の穴１０８を有し、各々の穴は、開口端部にディスク状標準化タイル を担持する円筒カップ状のインサート１１０を受容する。これらのタイルは、上 述の黒色／白色測定タイル６２、白色標準タイル１１２、確認タイル１１４及び 白色蛍光標準タイル１１６を含む。支持ホイール１０４は、シート通過経路に隣 接する最上部位置に各種タイルを移動させるために４種類の位置へステップモー タによって回転される。 支持システム１６はさらに、上部水平シートガイド表面１２２を有する円形プ レート形態のシートガイド１２０と、下部表面１２４と、傾斜外縁部１２６と、 中央円形開口１２８とを含んでいる。シートガイドは、中央開口１３４（図３） を画定する内部表面１３３を有する内方突出フランジ１３２（図９）を含む円筒 状ベースプレート１３０に固定される。中央開口１３４は、シートガイド１２０ の開口１２８と同心であるが、開口１２８の直径よりも小さい直径を有する。開 口１３４の直径はインサート１１０の外径とほぼ同一であり、いずれかのインサ ートがこれと内部フランジ表面１３３との間の最小隙間で開口１３４から上方に 突出し得るように各インサート１１０は同一のものとなっており、これにより破 片がケーシング内部に入るのを防ぐことができる。これに関連して破線で示され るように（図７）、外側ケーシングが支持ホイール１０４のまわりに延出するこ とが分かる。 図８において最もよく示されるようにシートガイド１２０の下部表面１２４に 円形溝１３６が形成される。下部表面１２４にはまた、各々が円形溝１３６に開 口する、直径方向に対向する一対の凹部１３８が形成される。穴、あるいは好適 には中央開口１２８に対して実質的に一点で接するように配置されたスリット１ ４０の形態の複数の狭い通路は、溝１３６と開口１２８を連通させる。図示され た実施形態では８つのスリット１４０が設けられる。 図１、図２、図４、図７及び図１０において最もよく示されるように支持シス テム１６のオンシート測定の形態において、黒色／白色測定タイル６２を担持す るインサート１１０はその作動位置にあり、シートガイド１２０の上部ガイド表 面１２２に高さを合わせたタイル６２の上部表面６２ａがフランジ開口１３４か ら突き出ている。支持システム１６のこのオンシート測定の形態においてインサ ート１１０の外部表面とガイドプレート中央開口１２８の間に環状空間１４２が 画定される（図９）。 図１０を参照して、ベースプレート１３０は、シートガイド１２０における凹 部１３８と連通する、ひとつの直径上にあって対向する空気流入ポート１４４を 含んでいる。各ポート１４４は、チューブ１４６によって圧縮空気供給源（図示 せず）に接続される。 オンシート測定形態における色センサでは、ポート１４４を介して加圧下で導 入される空気は、円形溝１３６および点接スリット１４０を経てタイル支持イン サート１１０のまわりの環状空間１４２へ流入する。スリット１４０の接触部分 の方向および断面の小ささにより、環状空間１４２の空気に対して高速の円形流 を生じさせる。運動保存の結果として、渦の中心部、即ち支持タイルインサート １１０の至近領域に低圧領域が形成される。この低圧領域によって、タイルの上 を覆う紙シートが上部タイル表面６２ａに向けて押し下げられる。しかしながら 同時に、環状空間１４２において円運動する空気に作用する遠心力は、空気を上 部シートガイド表面１２２に沿って外側へ螺旋を描いて逃がす。その結果として 、紙シートの底部表面１２ｂとシートガイドおよび標準タイル表面６２ａとの間 のギャップ１４８（図９）に存在する薄い空気膜もしくは空気ベアリングで、紙 の位置の均衡が図られる。このように紙表面１２ｂは、測定タイル表面６２ａに 極めて接近しながら、しかもそれに接触することなく、高い安定性、即ち最小の ふらつきでシート通過経路に沿って走行する。空気膜の厚さは、ニードルバルブ 等（図示せず）の手段によって、ポート１４４への空気流を調整することで容易 に制御することができる。本発明のシート安定機構は片面に設けられ、インサー ト１１０のまわりを減圧することによって、該インサート１１０とフランジ１３ ２の内側表面１３３との間に形成され得る小ギャップからハウジング１００に埃 や破片等が入るのを防ぐことができる。 支持ホイール１０４の回転を容易化し、紙工場の環境から白色標準タイルを隔 離しておきながら、オフシート時のセンサを安定化させるという設計もある。こ れに関連して円筒状ベースプレート１３０は、ケーシング１００に形成された穴 １００ａ内にスライド可能に収容される。このときベースプレート１３０は、穴 １００ａ内で垂直に移動可能なピストンを形成する。ベースプレート１３０は、 ケーシング１００に形成された垂直穴１５２にスライド可能に収容された一対の 連結ロッド１５０に支持される（図１１）。ロッド１５０はその端部で、空圧シ リンダ１５６のピストンに連結された交差部材１５４に固定される。従って、ピ ストンの上下移動に対応して、ベースプレート１３０およびシートガイド１２０ の垂直移動が生じる。オンシート測定のときには、シリンダ１５６のピストンお よびシートガイド１２０は、既に述べたように測定タイル６２の表面６２ａがシ ートガイド上部表面１２２と一致する状態で、例えば図１、図７、図９および図 １０に示されるように引っ込んだ位置にある。 標準化のための準備の際に、スキャナヘッドはオフシートの位置に移動する。 即ちシート１２のいずれかの縁部を越えた移動端位置にある。図１１を参照して スキャナヘッドが標準化のための位置にくると空圧シリンダ１５６に圧縮空気が 流入し、光学センサハウジング１５の開口２１の周囲の下部ガイド表面１９側へ シートガイド１２０を持ち上げ、支持ホイール１０４を気密にシールする。一方 、図１２のごとく、測定タイルインサート１１０がベースプレート開口１３４の 拘束から自由になると、支持ホイール１０４は回転自由になり、これにより白色 タイルを紙工場の環境に曝すことなく、つぎに標準タイル１１２の表面を光学検 出システム１４に対して露呈させることができる。この態様では、白色タイル１ １２は常に、つまりオフシート標準化の場合と同様オンシート測定の場合も、紙 工場における周囲の汚染環境から隔離される。 標準化に際しては、種々の標準タイルが反射率測定位置まで回転される。標準 化作業が完了すると、測定タイル６２を上部位置に移動させるためにステップモ ータによって回転される。空圧シリンダ１５６が作動してシートガイド１２０を オンシート位置（例えば図１および図７）に引っ込ませることで、紙シートの走 査が再実行できる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 にし、白色標準タイルを紙工場の環境から隔離しながら センサをオフシートに安定化させることもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．サンプルの色特性を測定するセンサであって、 第１のスペクトル分布を有する第１の光を発する第１の光源と、 第２のスペクトル分布を有する第２の光を発する第２の光源と、 第１及び第２の光を結合することにより、所定の光を近似する第３のスペクト ル分布を有し、サンプルの領域を照射する第３のビームを形成する手段と、 照射されたサンプルの領域から生じる光を検出し、その光の反射を波長の関数 として表した出力を生成する検出器と、 第１または第２の光源の少なくともひとつに接続され、前記所定の光からの、 第３のビームのスペクトル分布のずれを補正するために、前記少なくともひとつ の光源の特性を変える手段と、 を備えたセンサ。 ２．請求の範囲１に記載のセンサであって、 前記第１の光源にエネルギを与え、そのオンオフ状態を切り替える手段を含む センサ。 ３．請求の範囲２に記載のセンサにおいて、 前記第１の光源にエネルギを与える手段は、第１の光源がオンの時にその光源 に作動電圧を供給し、該センサは、 そのエネルギ供給手段に接続され、前記ずれに応じて変化可能な大きさの作動 電圧が前記第１の光源に供給されるよう制御する制御手段を含むセンサ。 ４．請求の範囲３に記載のセンサであって、 前記第１の光源は、主として蛍光増白剤の励起帯域中の電磁スペクトルの紫外 線帯域で光を照射し、 前記第２の光源は、主としてスペクトルの可視帯域で光を照射し、 前記第１の光源の作動電圧の調整は、これらふたつの光源の紫外線から可視光 までの光バランスを補正するために用いられるセンサ。