[发明专利]位移传感器、光谱特性测量设备及方法、颜色测量设备及方法、平面测量对象质量监控设备、和位移测量方法

说明书

技术领域

本公开涉及使用分光镜的位移传感器、光谱特性测量设备、应用了位移传感器的颜色测量设备和平面测量对象质量监控设备、位移测量方法、光谱特性测量方法、以及颜色测量方法。

背景技术

在造纸过程、薄膜制造过程等中，需要监控制造对象的颜色用于质量管理。为此，通常采用使用分光镜的颜色测量设备。图12是示出装备有使用分光镜的颜色测量设备的平面测量对象质量监控设备的外观的示图，并且在本文中将描述测量纸张的颜色以监控纸张质量的情况。

平面测量对象质量监控设备600包括框610。作为测量对象的片状纸张500在框610的内部通过辊（未示出）等在箭头A的方向上移动。用于从正面监控纸张500的上部扫描头620以可移动的方式附接在框610的上侧横梁上。用于从背面监控纸张500的下部扫描头630以可移动的方式附接在框610的下侧横梁上。上部扫描头620和下部扫描头630被构造为在与纸张移动方向垂直的方向上同步地往复运动，以及从正面和背面监控相同的区域。

颜色测量设备例如安装在上部扫描头620中。颜色测量设备的各测量点通过纸张500的运送和上部扫描头620的移动而画出如W形线501所示的轨迹。

图13是示出使用分光镜的颜色测量设备的结构的示图。如图13所示，颜色测量设备30包括以旋转对称形状形成的桶形镜430。测量窗口440安装在桶形镜430中的面向作为测量对象的纸张500的部分中，从而防止灰尘或污垢进入。氙灯410中发出的光通过UV滤镜420进入桶形镜430。

为了得到不受测量对象的取向特性影响的稳定的测量结果，重要的是，施加的光应该关于纸张500的测量区域M的垂线旋转对称。因为该原因，测量区域M和作为光源的氙灯410布置在桶形镜430的旋转轴上。

测量区域M反射的光被安装在桶形镜430的旋转轴上的镜450反射，通过聚光透镜310进入光纤320。在分光镜300的主体中捕获导入光纤320的反射光，光通量受入射狭缝330的限制。

其后，光通过平行透镜（入射侧的准直透镜）340变为平行光，并且施加于衍射装置（衍射光栅、光栅）350。施加于衍射装置350的光根据波长在不同方向上发生反射。当该光被积分透镜（射出侧的准直透镜）360采集到时，每个波长在不同的位置形成图像。

由线形排列的多个光电转换元件构成的线检测器370布置在图像形成位置，并且检测每个位置的光的强度。由于位置与波长对应，因此可以基于线检测器370的检测结果，获得反射光的光谱分布，即反射光的每个波长的强度分布。

运算模块400控制光谱分布的测量，同时将光谱分布转换为电信号，以数字地处理颜色。

在数字地处理颜色的情况下，由[数学公式1]表示的三色刺激值（tristimulus value）广泛地用作颜色的表示方法。

[数学公式1]

这里，

k为用于限定绝对值的固定系数，

S(λ)是由标准确定的光源的光谱分布，

x(λ)、y(λ)和z(λ)是由标准确定的被称为颜色匹配函数的光谱灵敏度（其中x代表，这同样适用于y和z），

R(λ)为测量对象的光谱反射率，以及

Δλ为计算时使用的波长间隔。此外，在[数学公式1]中，λ在可见光的波长范围内变化，并且可见光的波长范围被设为400nm至700nm。

由于在[数学公式1]中仅R(λ)根据测量对象而改变，因此颜色的测量即是测量对象的光谱反射率的测量。可以基于测量中得到的光谱分布来计算光谱反射率。[数学公式1]中的其他参数记录在运算模块400中的存储器等上，并且可以根据需要来读取。

由于光谱反射率是每个波长的反射光与照射光之比，因此当基于测量中得到的光谱反射率来计算光谱反射率时，射向测量区域M的光的量成为标准。因此，预先使用标准白板等获取射向测量区域M的光的量。

然而，桶形镜430具有这样的特性，其中光量根据在光轴方向上离测量对象的距离而改变。因此，为了使射向测量区域M的光的量保持恒定，必须使上部扫描头620和纸张500之间的距离保持恒定，上部扫描头620在其中移动的横梁长度通常长达几米至10米或更多，并且很难保持水平位置恒定。同样，很难使由辊等传送的纸张500的水平位置保持恒定。

因此，为了准确地测量光谱反射率，例如，提出：预先检查光谱反射率的改变与相对于基准位置的位移之间的关系，并且在实际测量光谱反射率的情况下，测量上部扫描头620和纸张500之间的位移并且校正测量的光谱反射率。