JPS6333659B2 - - Google Patents

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JPS6333659B2
JPS6333659B2 JP55133118A JP13311880A JPS6333659B2 JP S6333659 B2 JPS6333659 B2 JP S6333659B2 JP 55133118 A JP55133118 A JP 55133118A JP 13311880 A JP13311880 A JP 13311880A JP S6333659 B2 JPS6333659 B2 JP S6333659B2
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Gretag AG
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/095Refractive optical elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光源と、光電変換器と、被測定物体
に前記光源から限定された光点を形成し前記物体
の光点区域から前記変換器に光を差向ける光学装
置とを備えた濃度計用測定ヘツドに関する。
[従来の技術] 濃度計では測定点の寸法、すなわち光源により
照明される被測定物体の面積により、検出できる
最小の詳細部の寸法、したがつて分解能が定めら
れることはよく知られている。高い分解能を得る
ために測定点を極めて小さく保つような試みがな
されている。しかし、測定点を全区域にわたり一
定の光強さで照明する公知の濃度計では、成績が
被測定物体に対する測定点に位置にますます依存
することにより生ずる分解能に伴つて測定の不正
確さが増すので、測定点を小さくできる程度には
限度がある。このことは、測定点の位置のわずか
な変化でも成績に著しい違いを生ずる場合に、ラ
スターまたは模様状の物体、たとえばオフセツト
印刷等に特に当てはまる。
[発明が解決しようとする問題点] したがつて、本発明の目的は、一層小さい点を
使い、したがつて同じまたは一層よい精度または
信頼性の成績のものとに一層高い分解能が得られ
る濃度計用測定ヘツドを提供するとするにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の濃度計用測定ヘツドは、光源と、光電
変換器と、前記光源および光電変換器の間に、被
測定物体を保持する場所を介して光径路を生ずる
光学装置とを備え、この光学装置は、前記場所に
保持される物体の区域を照明するように限定され
た光点を前記場所に生成する光点生成手段と、前
記照明された区域から前記光電変換器まで光を案
内する案内手段とを含む、濃度計用測定ヘツドに
おいて、光電変換器に入射する反射光の強さが、
光点の中心に最高値を持ちこの光点中心に関して
対称な鐘状の曲線に追従するように光径路内に位
置するフイルタを有する。
[作用] 後述のようにこの改良は本発明によれば点面積
にわたり特定の光強さの分布を使うことにより得
られる。透明ガラスおよび中性灰色ガラスからな
る各レンズの組合わせを備え、所望の分布を生ず
るフイルタが開示されている。英国特許第982520
号明細書は、凸レンズおよび凹レンズの非屈折性
の組合わせを開示している。これらの2個のレン
ズの一方は中性灰色ガラスから作られている。レ
ンズのこの組合わせの目的は、特にTV装置に使
用されるときに対物レンズの既知のCos4光損失
を補償することである。この明細書には本発明が
基づいている問題に関しては何も開示していな
い。
本発明は、光点の測定光の強さをこの光点の中
心からその周辺まで低減させると、測定はこの光
点と被測定物体の間の相対位置の変化に対する感
度が低下し、したがつて光点の寸法を小さくして
精度に影響を及ぼさない分解能を高めることがで
きるという発見に基づく。
特に前述した反射光の強さは、鐘状の曲線に従
つた光強さ分布を与えることにより得られる。こ
のために光径路内の設けるフイルタは光源と物体
間の径路部分に配置される。
[実施例] 以下、本発明の実施例について添付図面を参照
して説明する。
第1図に示すように光学装置全体の中央に、両
端部が開口し上端部に平面反射鏡を有する円筒形
の集束フード1が位置している。この反射鏡はフ
ード軸線に対しある角度でセツトされている。集
光レンズ3はフード1のほぼ中間に配置されてい
る。フード1の下端部には互いに平行な平面を持
つ環状のガラス板4が設けられており、ガラス板
4はその下側4′に蒸着された環状鏡5を有して
いる。鏡5はガラス板4の全表面を覆わないで、
フード1を囲み光が通過できる内側の環状すきま
6を残してある。
ガラス板4の上方、すなわち鏡2に向う方向で
環状のガラス部材8がスペーサ7に取付けられて
いる。ガラス部材8はその下側に球面形の環状面
9を有している。環状面9には対応する球面形の
環状鏡10が蒸着されている。平面の光出口ひと
み12を持つアプラナートレンズ11が鏡2の上
方に配置され、シリコンプレーナダイオードから
なる光電変換器13がレンズ11に固着されてい
る。
光源14からの光はレンズ15と後述するフイ
ルタ20を介して進み、鏡2に当たり、鏡2によ
りフード1内に反射され、レンズ3により集光さ
れ、被測定物体が位置する場所にたとえば1ない
し3mmの直径の光点16を形成する。物体は、仕
切られた光点16が生成される表面17を持つも
のとして示されている。光源14からの光線は表
面17に終る光学径路の第1の部分を通る。この
場合光線18は米国標準PH2.17−1958に従つて
85゜〜90゜の角度をなして表面17に当る。この光
学径路の第2の部分は表面17と変換器13の間
にあり、そして第1図に示すように表面17の光
点16から反射される光のうち若干の光線19
は、すきま6とガラス板4を経て進み、鏡10に
当たり、そして鏡10により反射しガラス板4を
経て扁平な環状鏡5にもどる。この光は再びガラ
ス板4を通りフード1とガラス部材8の間の環状
空間を経て最後にアプラナートレンズ11に達す
る。レンズ11はこの光を変換器13に差し向け
る。装置全体の幾何学的構造は、光が表面17に
対し45゜±5゜の角度で反射しなければ光が変換器
13に達することができないように選定されてい
る。
濃度計用測定ヘツドの機械的ならびに光学的構
造についての詳細はスイス国特許第607021号明細
書またはこれに対応する米国特許第4078858号明
細書に記載されている。本発明にしたがつて光点
を横切る光強さの重みつけ分布が得られる特定の
手段を以下に述べる。
測定光の光学径路の第1の部分に配置されたフ
イルタ20は表面17の光点16を横切つて特定
の光強さ分布を生ずるように設計されている。フ
イルタ20は第2図に軸断面で示される2個のレ
ンズ20a,20bから作られた互いに平行な板
状体により構成されている。レンズ20aは平凸
形で、十分に透明である。レンズ20bは平凹形
で、灰色または黒色である。両レンズ20a,2
0bから作られ、光線の径路に及ぼす複合作用は
互いに平行な均質な平面を持つ1個の板状体の作
用と同様である。両レンズ20a,20bの湾曲
面は球面形で、約25〜6mmの範囲の曲率半径を持
つている。1つの実施例ではこの曲率半径は12mm
であり、板状体の厚さは1.2mmであり、その直径
は10mmであつた。そしてレンズ20bにはNG3
中性灰色ガラスを使つた。
レンズ20bは半径の増加に伴つて軸線方向の
厚さが増すので、フイルタ20の透過度は光学軸
の外方に向つて減る。したがつて、光点16の強
さは光点16の中心から外方に実質的に鐘状曲線
に従つて低下する。この強さ曲線は第3図に示さ
れている。第3図では縦軸は光点16の中心にお
ける最高強さIMに対する相対強さI(r)を示し、
横軸は光点16の中心からの距離rを示す。光点
直径はDである。第3図または周期lを持つ表面
17のオフセツト線模様21と光点16の軸とを
示す。この鐘状曲線は光点中心に関して対称であ
る。1つの直径面に対して示した曲線は全部のこ
のような平面で同じである。
強さ曲線の正確な形はもちろんフイルタ20の
構造に密接に依存する。実際上、強さI(r)が
実質的に鐘状曲線に追従する場合には光点の周縁
部の強さは光点の中心の最高値IMの5〜10%であ
るのが有利であることが分つた。光点16の外側
では(この場合r>D/2)、強さは実質的に零
である。測定光の強さが半分だけ低下した、すな
わちI(r)/IM=0.5である光点中心からの距離
rHは光点の直径Dの約0.225〜0.375倍でなければ
ならない。この距離rHは半幅として知られてい
る。距離rHは直径Dの約0.22〜0.3倍であるのが望
ましい。強さの正確な幾何学的曲線は重要でな
い。しかし適当な光強さ(照明の強さ)が確実に
得られるようにするには鐘状曲線は幅が狭すぎて
はならない。
測定フイルタ20が図示の構造を持つ場合に
は、強さ曲線は次式に極めて近似する。
I(r)=IM・e-(α・r/D)2 −0.5D<r<+0.5D この式でαは半幅についての前記の注意により
2.2〜3.7の間の定数である。αは2.8と3.4、特に
約3.0〜3.2であるのが望ましい。
第4図は被測定物体に当たる光点の種々の強さ
曲線に対し光点の寸法に従う濃度計の相対測定誤
差をグラフで示している。平均二乗誤差△IRMS
(若干の測定にわたる各誤差の自乗の平均和の平
行根)は縦軸にプロツトされている。横軸はオフ
セツトラスター周期lに対する光点の寸法D/l
である。
曲線Aは、測定光の強さが光点全体を横切つて
ほぼ一定である従来の照明法に対するものであ
る。図示のように光点の直径が比較的大きいとき
はかなりの誤差(2%以上)が生ずる。しかし強
さを本発明に従つて分布させるときは、状態は著
しくよくなる。前記の式で定数α=2.8、3.0およ
び3.2であるときにあてはまる曲線B,C,Dは、
この場合の測定誤差がたとえばわずかに2ラスタ
ー周期の極めて小さな光点に対しても1%未満に
なることを明示している。
特に前記した濃度計用測定ヘツドは、たとえば
測定誤差の著しい低減と測定点の著しい減少、し
たがつて分解能の増加とを行うのに使用すること
ができる。フイルタを2個のレンズから極めて容
易にかつ経済的に作ることができるので、費用は
極めて安価である。
これまでの説明は反射式、すなわち、入射光式
の濃度計だけに関するものであつた。本発明によ
る光点を横切る強さ分布はまた透過式、すなわち
透過光式濃度計にも応用できることはいうまでも
ない。
フイルタ20は表面17と変換器13の間の光
学径路の第2の部分に配置し、光点に対する変換
器13の光強さ応答に、前記した鐘状光強さ分布
を光点に与えるのに相当するように重みつけする
こともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の濃度計用測定ヘツドの一実施
例を一部を縦断面にして示す斜視図、第2図は第
1図の測定ヘツドのフイルタ20の拡大軸断面
図、第3図は第1図の測定ヘツドの光点を横切る
測定光の強さの変化のグラフ、第4図は光点の寸
法による種々の測定誤差曲線のグラフである。 3……集光レンズ、4……ガラス板、5……環
状鏡、10……環状鏡、13……光電変換器、1
4……光源、16……光点、17……物体表面、
20……フイルタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源と、光電変換器と、前記光源および光電
    変換器の間に、被測定物体を保持する場所を介し
    て光径路を生ずる光学装置とを備え、この光学装
    置は、前記場所に保持される物体の区域を照明す
    るように限定された光点を前記場所に生成する光
    点生成手段と、前記照明された区域から前記光電
    変換器まで光を案内する案内手段とを含む、濃度
    計用測定ヘツドにおいて、 光電変換器に入射する反射光の強さが、光点の
    中心に最高値を持ち、この光点中心に関して対称
    な鐘状の曲線に追従するように光径路内に位置す
    るフイルタを有することを特徴とする濃度計用測
    定ヘツド。 2 前記フイルタが、前記鐘状の曲線に従う光強
    さ分布を前記光点に生ずるよう光源と物体の間の
    光径路に位置している特許請求の範囲第1項に記
    載の測定ヘツド。 3 反射光の強さが、光点中心から光点の直径の
    0.2ないし0.4倍の範囲の距離で光点中心の最高値
    の半分である特許請求の範囲第1項に記載の測定
    ヘツド。 4 光点の周辺の反射光の強さが光点中心の最高
    値の約5ないし10%である特許請求の範囲第1項
    に記載の測定ヘツド。 5 光点の周辺の反射光の強さが光点中心の最高
    値の約5ないし10%である特許請求の範囲第3項
    に記載の測定ヘツド。 6 反射光の強さが−0.5D<r<+0.5Dに対し
    式I(r)=IM・e-(α・r/D)2〔この式中、I
    (r)は光点中心からの半径rにおける強さ、D
    は光点の直径、そしてαは2.2ないし3.7の範囲の
    定数である〕に従う特許請求の範囲第1項に記載
    の測定ヘツド。 7 αが2.8ないし3.4の範囲にある特許請求の範
    囲第6項に記載の測定ヘツド。 8 αが3.0ないし3.2の範囲にある特許請求の範
    囲第6項に記載の測定ヘツド。 9 前記フイルタが、光径路の光軸上で最大値を
    持ち、この光軸から遠ざかるに伴い対称に低下す
    る透過度を備え、前記光軸と交差する特許請求の
    範囲第1項に記載の測定ヘツド。 10 前記フイルタが、光径路の光軸上で最大値
    を持ち、この光軸から遠ざかるに伴い低下する透
    過度を備え、前記光軸と交差する特許請求の範囲
    第2項に記載の測定ヘツド。 11 前記フイルタが、同じ屈折率と互いに組合
    う湾曲面を持つ平凸レンズと平凹レンズからなる
    平行板光学部材により構成され、前記平凹レンズ
    の透明度が前記平凸レンズより低い特許請求の範
    囲第9項に記載の測定ヘツド。 12 前記フイルタが、同じ屈折率と互いに組合
    う湾曲面を持つ平凸レンズと平凹レンズからなる
    平行板光学体により構成され、前記平凹レンズの
    透明度が前記平凸レンズより低い特許請求の範囲
    第10項に記載の測定ヘツド。 13 平凹レンズが中性灰色ガラスにより構成さ
    れている特許請求の範囲第11項に記載の測定ヘ
    ツド。 14 平凹レンズが中性灰色ガラスにより構成さ
    れている特許請求の範囲第12項に記載の測定ヘ
    ツド。 15 各レンズの湾曲面が球形である特許請求の
    範囲第11項に記載の測定ヘツド。 16 各レンズの湾曲面が球形である特許請求の
    範囲第12項に記載の測定ヘツド。 17 前記フイルタが、同じ屈折率と互いに組合
    う湾曲面とを持つ平凹レンズと平凸レンズからな
    る平行板光学部材により構成され、前記平凹レン
    ズが中性灰色ガラスから作られている特許請求の
    範囲第2項に記載の測定ヘツド。 18 各湾曲面が球形である特許請求の範囲第1
    7項に記載の測定ヘツド。
JP13311880A 1979-09-28 1980-09-26 Measuring head for densitometer Granted JPS5658640A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH879179 1979-09-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5658640A JPS5658640A (en) 1981-05-21
JPS6333659B2 true JPS6333659B2 (ja) 1988-07-06

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ID=4344776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13311880A Granted JPS5658640A (en) 1979-09-28 1980-09-26 Measuring head for densitometer

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US (1) US4341473A (ja)
EP (1) EP0026741B1 (ja)
JP (1) JPS5658640A (ja)
AT (1) ATE3590T1 (ja)
DE (1) DE3063518D1 (ja)

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EP0026741B1 (de) 1983-05-25
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