JPS6316247A - 無接触反射率測定装置 - Google Patents
無接触反射率測定装置Info
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- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、例えば走行するコンベアベルトにおいて、試
料表面の照明面を照明する位置固定光源と、試料表面の
測定面から拡散反射される光線を検出する測定装置とを
有し、その際上記照明面が測定面よりも大きい形式の無
接触測定用の拡散反射率測定装置に関する。
料表面の照明面を照明する位置固定光源と、試料表面の
測定面から拡散反射される光線を検出する測定装置とを
有し、その際上記照明面が測定面よりも大きい形式の無
接触測定用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、ドイツ連邦共和国特許第１６２２４８
４号明細書から公知である。この場合には、走行するコ
ンベアベルトベルトの小さな範囲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コンベ
ア上に結像される。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ｍｌ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ベ
ルト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、走行するベルト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、走行するベルトは振動するからである。
４号明細書から公知である。この場合には、走行するコ
ンベアベルトベルトの小さな範囲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コンベ
ア上に結像される。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ｍｌ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ベ
ルト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、走行するベルト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、走行するベルトは振動するからである。
発明が解決しようとする問題点
本発明の課題は、測定結果が一定の範囲内では測定装置
から試料までの距離に実質的に影響されない拡散反射率
測定装置を提供することであった。
から試料までの距離に実質的に影響されない拡散反射率
測定装置を提供することであった。
問題点を解決するための手段
旧記課題は、冒頭に記載した形式の拡散及射出測定装置
において、測定面ｍ内の試料表面１０ｂの照明強度か一
定の範囲Δｄ内では照明及び測定装置１８から試料表面
ｔａｂまで距離とは実質的に無関係であることにより解
決される本発明の有利なｌ実施態様によれば、光源が集
光レンズの焦点に配置されており、かつ試料表面が照明
及υ測定装置からの最大可能距離にある場合には、測定
面が照明面のコアｉｉｌ囲よりも小さい。
において、測定面ｍ内の試料表面１０ｂの照明強度か一
定の範囲Δｄ内では照明及び測定装置１８から試料表面
ｔａｂまで距離とは実質的に無関係であることにより解
決される本発明の有利なｌ実施態様によれば、光源が集
光レンズの焦点に配置されており、かつ試料表面が照明
及υ測定装置からの最大可能距離にある場合には、測定
面が照明面のコアｉｉｌ囲よりも小さい。
点状光源（及び無収差集光レンズ）の場合には、照準光
束はあらゆる距離において同じ照明強度を生ぜしめる。
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拡散が生じる。しかしながら、一定
のコア範囲内では、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範囲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Ｗ１囲よりも小さ
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
たはポリ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。
周辺減光を惹起する拡散が生じる。しかしながら、一定
のコア範囲内では、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範囲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Ｗ１囲よりも小さ
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
たはポリ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３項
以下及び以下の図面の説明から明らかである。
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けろことに
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。
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けろことに
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５図示の実施例につき本発明の詳細な説明する。
第１図には、ＩＯで例えば製紙機械または印刷機械の走
行ベルトが示されており、該ベルトは矢印１０ａの方向
に運動せしめられる。その際表面ｔａｂは範囲Δｄ内で
は数ｍｍだけ上下運動する、即ちベルトは拡散反射率能
または色値を測定するために測定装置または装置ヘッド
１８のための場所が設けられた位置で振動する。
行ベルトが示されており、該ベルトは矢印１０ａの方向
に運動せしめられる。その際表面ｔａｂは範囲Δｄ内で
は数ｍｍだけ上下運動する、即ちベルトは拡散反射率能
または色値を測定するために測定装置または装置ヘッド
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と被測定物体の表面Ｊｏ
ｂ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、ヒトの目が差として認識することのできる値
の数分の１まで影響する。
ｂ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、ヒトの目が差として認識することのできる値
の数分の１まで影響する。
本発明によれば、ベルト表面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。
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Ｉ２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
より照明される試料表面１０ｂの部分を照明面すと称す
る。しかしながら、光源の膨張により、１２ａで示した
線の間に距離に依存する周辺減光を惹起する拡散が生じ
る。しかし、コア範囲に内では、理想的条件が満足され
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から試料（面ｔａｂまでの距離ｄには依存せず
、但し照明装置の光軸と試料表面との間の角度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。
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
より照明される試料表面１０ｂの部分を照明面すと称す
る。しかしながら、光源の膨張により、１２ａで示した
線の間に距離に依存する周辺減光を惹起する拡散が生じ
る。しかし、コア範囲に内では、理想的条件が満足され
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から試料（面ｔａｂまでの距離ｄには依存せず
、但し照明装置の光軸と試料表面との間の角度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。
試料表面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から構成される装置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Ｉ５
は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３２１５８
７９号明細書から公知であり、該ダイオード列スペクト
ロメータはホログラフィー四面洛子＋５ａ長びダイオー
ド列１５ｂから成る。この場合には、光導波体ｌ４の端
部１４ｂによって入射スリット＋５ｃが照明されろ。光
導波体が多数の光導波体ファイバから成っていろ場合に
は、これらのファイバは相互にスリットの前に配置され
ろ。しかしながら、図面には縮尺に従って示ざれていな
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。
１３、光導波体１４及びダイオード列スペクトロメータ
１５から構成される装置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Ｉ５
は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３２１５８
７９号明細書から公知であり、該ダイオード列スペクト
ロメータはホログラフィー四面洛子＋５ａ長びダイオー
ド列１５ｂから成る。この場合には、光導波体ｌ４の端
部１４ｂによって入射スリット＋５ｃが照明されろ。光
導波体が多数の光導波体ファイバから成っていろ場合に
は、これらのファイバは相互にスリットの前に配置され
ろ。しかしながら、図面には縮尺に従って示ざれていな
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受光するこ
とか必要である。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。
それぞれのパルスのスペクトルを対照として受光するこ
とか必要である。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。
光導波体ｌ６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
は公知形式で行われる。
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
は公知形式で行われる。
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κｉはこの場合ら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、接合対物レンズを使用することらできる
。ベルト表面はＳｏｂで示されておりかつその上で照明
される照明面はｂで示ざれている。エネルギーの理由か
ら、ノヨートアーク放電ランプ、例えばＦｉｒｍａ Ｏ
ｓｒａｍのＸＢＯ７５を光源として使用するのが宵にす
である。高速運動するベルトの場合には、閃光ランプ、
例えばＦａ、 Ｈｅｉｍａｎｎ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
てい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。
施例が示されている。光κｉはこの場合ら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、接合対物レンズを使用することらできる
。ベルト表面はＳｏｂで示されておりかつその上で照明
される照明面はｂで示ざれている。エネルギーの理由か
ら、ノヨートアーク放電ランプ、例えばＦｉｒｍａ Ｏ
ｓｒａｍのＸＢＯ７５を光源として使用するのが宵にす
である。高速運動するベルトの場合には、閃光ランプ、
例えばＦａ、 Ｈｅｉｍａｎｎ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
てい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、試料表面ｔａｂ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、該成分がコア範ｒＭｋ
の中心部から成る区分に当たるように構成されている。
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、該成分がコア範ｒＭｋ
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変が必要であ
る場合に特に有１＝１である。
る場合に特に有１＝１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はベルト表面１０ｂを光導波体
１４の出発面ｌ１１ａ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と一緒に試料表面上
の測定面ｍの大きさを制限することにある。この制限は
ベルト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
照明面すの、ｋで示されるコア範囲すの範囲内にある。
、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はベルト表面１０ｂを光導波体
１４の出発面ｌ１１ａ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と一緒に試料表面上
の測定面ｍの大きさを制限することにある。この制限は
ベルト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
照明面すの、ｋで示されるコア範囲すの範囲内にある。
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
はベルト表面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゛ニ一般的である４０１０−ジ
オメトリ−が実現されている。もちろん別のジオメトリ
−も可能である。第２図にほぼｌ 、５ ：１の縮尺率
で拡大された図面においては、照明面すは図面に対して
垂直方向に約２０ｍｌ１１、図面内で約３０ｍｍの寸法
を有する。測定面は３〜１０５ｍの直径に調整すること
ができる。±４．５＋＋ｖまでのベルト面の距離変化Δ
ｄの場合には、白色の表面に対する色許容差は、 ΔＥ ａｂ＊≦０．３−（Ｄ Ｉ Ｎ ６１７４に基
づく）の範囲内にある。
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
はベルト表面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゛ニ一般的である４０１０−ジ
オメトリ−が実現されている。もちろん別のジオメトリ
−も可能である。第２図にほぼｌ 、５ ：１の縮尺率
で拡大された図面においては、照明面すは図面に対して
垂直方向に約２０ｍｌ１１、図面内で約３０ｍｍの寸法
を有する。測定面は３〜１０５ｍの直径に調整すること
ができる。±４．５＋＋ｖまでのベルト面の距離変化Δ
ｄの場合には、白色の表面に対する色許容差は、 ΔＥ ａｂ＊≦０．３−（Ｄ Ｉ Ｎ ６１７４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
ロメータと接続することも可能である。この構成は特に
光沢固有特性を宵する試料のために有利である。
とを組み合わせ、それぞれの測定装置を１つのスペクト
ロメータと接続することも可能である。この構成は特に
光沢固有特性を宵する試料のために有利である。
特に、照明及び測定装置１８ａの総ての部材を１つのケ
ーシング１５ｃ内にまとめ、該ケーシングを光導波体１
４及び１６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１５ｃ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）内でベルト１
０上でモニターするのが有利である。この標準は軸２９
ｂ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。
ーシング１５ｃ内にまとめ、該ケーシングを光導波体１
４及び１６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１５ｃ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）内でベルト１
０上でモニターするのが有利である。この標準は軸２９
ｂ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。
前記拡散反射率測定装置は、走行するベルトの測定のた
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、前記拡散反
射率測定装置は、例えば液状インキにおけるように、総
ての無接触測定のために特に好適である。
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、前記拡散反
射率測定装置は、例えば液状インキにおけるように、総
ての無接触測定のために特に好適である。
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・・試料（ベルト）、１０ｂ・・・試料表面、１１
・・・光源、１２．２２・・集光レンズ、１３．２３・
・レンズ、１４・・光導波体、１４ａ・・・制限面、１
５・・・ダイオード列スペクトロメータ、１６．１７・
・基準測定装置、１８・・・照明及び測定装置、１８ａ
・・ケーシング、２８・・・窓、ｂ・・・照明面、ｄ・
・・距離、Δｄ・・範囲、ｋ・・コア範囲、ｍ・・測定
面
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・・試料（ベルト）、１０ｂ・・・試料表面、１１
・・・光源、１２．２２・・集光レンズ、１３．２３・
・レンズ、１４・・光導波体、１４ａ・・・制限面、１
５・・・ダイオード列スペクトロメータ、１６．１７・
・基準測定装置、１８・・・照明及び測定装置、１８ａ
・・ケーシング、２８・・・窓、ｂ・・・照明面、ｄ・
・・距離、Δｄ・・範囲、ｋ・・コア範囲、ｍ・・測定
面
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、試料表面の照明面を照明する位置固定光源と、試料
表面の測定面から拡散反射される光線を検出する測定装
置とを有し、その際上記照明面が測定面よりも大きい形
式の無接触測定用の拡散反射率測定装置において、測定
面（ｍ）内の試料表面（１０ｂ）の照明強度が一定の範
囲（Δｄ）内では照明及び測定装置（１８）からの試料
表面（１０ｂ）までの距離とは実質的に無関係であるこ
とを特徴とする無接触測定用の拡散反射率測定装置。 ２、光源（１１）が集光レンズ（１２、２２）の焦点に
配置されており、かつ試料表面（１０ｂ）が照明及び測
定装置（１８）からの最大可能距離にある場合には、測
定面（ｍ）が照明面（ｂ）のコア範囲（ｋ）よりも小さ
い、特許請求の範囲第１項記載の拡散反射率測定装置。 ３、光源（１１）の、集光レンズ（１２、２２）の反対
側に凹面鏡（１１ａ）が配置されており、該凹面鏡の焦
点が光源（１１）内に位置する、特許請求の範囲第１項
または第２項記載の拡散反射率測定装置。 ４、測定装置の光学成分がレンズ（１３、２３）及び制
限面（１４ａ）から構成されている、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、拡散反射された光線の受光器としてダイオード列ス
ペクトロメータ（１５）が設けられており、該スペクト
ロメータが光導波体（１４）を介して測定装置に接続さ
れており、その際光導波体（１４）の出発点が制限面（
１４ａ）である、特許請求の範囲第４項記載の拡散反射
率測定装置。 ６、光源（１１）、集光レンズ（１２、２２）、凹面鏡
（１１ａ）、レンズ（１３、２３）及び制限面（１４ａ
）がケーシング（１８ａ）内に組み込まれており、該ケ
ーシングが窓（２８）を備えている、特許請求の範囲第
１項から第５項までのいずれか１項に記載の拡散反射率
測定装置。 ７、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（１１）
の光線の内のコア範囲（ｋ）の中心部から成る成分を吸
収する、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
か１項に記載の拡散反射率測定装置。 ８、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７項記載の拡散反射率測定装置。 ９、照明及び測定装置（１８）がベルト（１０）から外
に旋回可能であり、かつ有色または白色標準（２９、２
９ａ）が試料（１０）の平均距離で旋回投入可能である
、特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項
に記載の拡散反射率測定装置。 １０、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９項までのいずれか１項
に記載の拡散反射率測定装置。
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