(57)【要約】      （修正有）【課題】移動ウェブに関する速度、変位、歪みを効率的に測定する。【解決手段】移動するウェブ部材14の近くに第１、第2の光センサ配列16、18を設置する。第１、第2の光センサ配列１６，１８はウェブ部材14の走行方向に沿って所定距離ｄだけ離れている。第１、第２の光センサ配列16、18の双方に結合されている処理装置40は、第1、第2、第3のコード区画それぞれにより制御され、それぞれ、第１の光センサ配列16でウェブ部材１４上のパターンを検出させ、第２の光センサ配列18でウェブ部材１４上で前記検出されたパターンを認識させ、そして、ウェブ部材１４の速度、距離ｄ、および第１のコード区画に応答するパターンの検出と第２のコード区画に応答するパターンの認識との間の経過時間に基づきウェブ部材１４の歪みを計算する。【選択図】図４
2010078612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ウェブのパターンの変位を測定する装置であって、
前記ウェブの近くに設置された第１の光センサ配列と、
前記ウェブの近くに設置され、前記第１の光センサ配列から前記ウェブの走行方向に沿って所定距離ｄだけ離れて設置されている第２の光センサ配列と、
前記第１の光センサ配列および前記第２の光センサ配列の双方に結合されている処理装置と、
前記処理装置を制御して第１の所定の時間ｔ１において前記第１の光センサ配列で得られた前記ウェブの第１の画像のパターンを評価して、第１の画像パターンを検出するよう構成されている第１のコード区画と、
前記処理装置を制御して第２の所定の時間ｔ２において前記第２の光センサ配列で得られた前記ウェブの第２の画像パターンを評価し、前記第２の画像パターンと前記第１の画像パターンとを相関させるよう構成されている第２のコード区画と、
前記処理装置を制御して前記第１の画像パターンからの前記第２の画像パターンの、パターンの偏りを決定するよう構成されている第３のコード区画と、
を備え、
前記パターンの偏りは前記ウェブの伸張または収縮を表す、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に移動する面やウェブと同期した動作を有する装置に関するものであり、更に詳細に記せば、移動する面またはウェブの速度、変位、および歪みを計算する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動する面またはウェブに関係する種々の公知装置があり、また部材の相対移動または位置と同期する動作の必要性や希望が存在する。この明細書において、用語「ウェブ」は（コンベアなどの）物体を支持することができるウェブ部材の他に、測定装置に対して移動する物体の表面をも包含するものとする。これに関して、およびこの開示および本発明の目的で、用語「ウェブ」に、以下の説明に照らして、その最も広い妥当な解釈を与えるべきである。例示すれば、多様な製造、生産、および品目を輸送するコンベア装置を使用する流通環境が知られている。たとえば、本発明の発明者と共同で発明された、米国特許第4,198,758号に開示されている装置を考えよう。この装置は、複数の物体キャリヤを輸送するためのチェーンコンベアを開示している。この特許は更に、このような装置に関し
て、キャリヤに載せたり、入れたりして運ばれる物体を追跡することの重要性をも開示している。この装置は、発光器/検出器対を使用してチェーンの長さを区画ごとに測定することで動作する。基準点と物体キャリア間のコンベアチェーンの長さが基準点（すなわち、発光器/検出器対の位置）と所要排出ステーションとの間のチェーンに沿う既知距離に等しくなれば、機構が作動して物体をキャリヤから取り外す。
【０００３】
かなり異なる環境で、本発明の発明人と共同で発明され、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第5,578,813号は、ハンドル付きスキャナとウェブ（すなわち、紙片）との間の相対移動を測定する装置および方法を開示している。特に、この装置は、ウェブの構造関連特性を識別することによりスキャナとウェブ間の相対移動を検出するのに照明/画像センサを利用している。（紙の繊維、または他の構成要素などの）ウェブ固有の構造関連特性を航行用に使用している。すなわち、スキャナの走行経路を同定して、走査した画像を電子的に再構成することができる。
【０００４】
別の装置が米国特許第5,291,131号に開示されており、これでは循環チェーンの伸び（構成要素の磨耗またはその他から生ずる伸び）を測定する装置を開示している。そこに開示されている装置は、循環チェーンの経路の方向に所定距離離れて設置された二つのセンサ（たとえば、磁気式または光学式）を使用している。二つの指標間の距離は、移動体の計算速度と第１の指標が第１のセンサを通過してから第２の指標が第２のセンサを通過するまで経過した時間に基づいて計算される。この観察を終始続け、距離の計算値を比較することにより、チェーンの伸びを測定することができる。共に「チェーン測定およびコンベア装置」という名称で、本発明の発明人と共同で発明された米国特許第4,198,758号および第4,274,783号は、同様の手法を開示している。
【０００５】
やはり従来技術で公知であるように、或るインクジェットプリンタの印字ヘッドは、紙シートの印刷幅を横断して移動するよう構成されている。印字ヘッドから紙シートへのインクの堆積は、一部は印字ヘッドの位置情報に基づいて厳密に制御される。このようなプリンタのあるものでは、この位置情報は、透明ウェブ部材を紙シートの幅で覆われたスパンに渡り延伸することにより得られる。このウェブ部材は、印字ヘッドのスロットを通過しており、周期的に設けられた境界線を備えている。発光器/検出器対がスロットを横断して設置され、境界線を数えるように構成されている。境界線の正確な計数値を維持することにより、装置は、紙シートに沿う印字ヘッドの位置に関する情報を維持することができる。このような装置では、ウェブが（印字ヘッドの走行の方向に平行な方向に）静止し
て保持されているが、発光器/検出器対（これは印字ヘッドに固定されている）はウェブに関連して移動する。公知のように、ノイズまたは他のエラーがしばしば装置に境界線の正しい計数値を失わせ、印字ヘッドの位置配置の誤りを生ずる。この機構はまた印字ヘッドの走行に直交する方向に送られる紙を追跡するのにも使用されている。
【０００６】
写真複写機は、ウェブ（たとえば、紙シート）を所定経路−たとえば、送りトレイから排出トレイまで−を通って前進させる装置の更に別の例である。所要の高い解像度の画像を得るには、画像が紙に移されるにつれて、紙の移動を非常に厳密に制御しなければならない。
【０００７】
これら上述のものに類似の装置の他に、他の装置においても、部材の速度、変位、および/または歪みの計算を行ないたいことがしばしばある。たとえば、このような装置で移動面またはウェブ部材の伸張または収縮を検出しないと、位置計算に誤差が生じることがある。他の装置ではウェブを適切に張るための機構を設けることができる。このような張力機構の補償をウェブにより生じた歪みの測定値または計算値のフィードバックに基づいて改善することができる。上記には特定の例だけを提示したが、多種多様な装置でウェブの速度、変位、および/または歪みを測定し、比較的小さい変位増分を数えるとき生じえる大きな変位測定の誤りを除きたいことを認識すべきである。
【０００８】
上述の装置に加えて、他の従来技術の装置には、米国特許第5,089,712号、第5,149,980号、第5,686,720号、第5,699,161号、第5,703,353号、第5,729,008号および第5,753,908号に開示されているものがある。これらの特許は、上に記した米国特許第4,198,758号、第4,274,783号、第5,578,813号、および第5,291,131号もふくめて参考のためそれらの全体について本願明細書に記載しておく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、移動ウェブに関する速度、変位、および/または歪み（または一般的静止ウェブの正確な歪み）を効果的に測定すること、および小さい変位増分の累積からの誤差を被らずに近似長さ「ｄ」の大きい変位を測定できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的、長所、および新規な特徴の一部を以下の説明で示すことにし、その一部は以下の考察により当業者には明らかになり、または本発明の実施により学ぶことができる。本発明の目的および長所を付記した特許請求の範囲で特に指摘した構成および組合せを用いて実現し、得ることができる。
【００１１】
長所および新奇な特徴を達成するのに、本発明は一般に、移動ウェブの速度、変位、および/または歪み（または静止ウェブ部材の正確な歪み）を計算する装置および方法を目指している。これに関しては、歪みは、ウェブの伸張または収縮に比例する。本発明の一局面によれば、ウェブの近くに設置された第１の光センサ配列およびウェブの近くに設置された第２の光センサ配列を備えた装置が提供され、この場合、第２の光センサ配列は、所定の距離「ｄ」だけ第１の光センサ配列から離れている。処理装置（たとえば、マイクロプロセッサおよび関連メモリおよび/または他の支援構成要素）が第１の光センサ配列および第２の光センサ配列に共に結合され、装置と関連する機能動作および計算を制御しまたは実行する。
【００１２】
本発明の第１の実施形態によれば、第１のコード区画が処理装置を制御して第１の光センサ配列の位置にある第１の画像パターンを検出し、時刻ｔ1で発生する事象を規定するよう構成されている。第２のコード区画は、処理装置を制御して第２の時刻ｔ2＝d/vに、第２の光センサ配列（第１の光センサ配列からウェブの走行の方向に距離「ｄ」離れて設置されている）の位置で第２の画像パターンを得る。ただし「ｖ」はウェブの既知のまたは測定した速度である。第３のコード区画は、第１の画像パターンの位置を第２の画像パターンの位置と相関させて偏り「ｅ」を測定する。偏り「ｅ」は、距離「ｄ」にわたるウェブの（偏りが正であるか負であるかにより）伸張または収縮を表す。
【００１３】
本発明の第２の実施形態によれば、第１のコード区画は、処理装置を制御して速度ｖで移動しているウェブにあるパターンが第１の光センサ配列の位置にある時刻ｔ1を検出するよう構成されている。第２のコード区画は、後に処理装置が走行の方向に距離「ｄ」離れている第２の光センサ配列の位置でウェブにある検出パターンを認識した時刻ｔ2を決定するよう構成されており、ｔ2はd/vにほぼ等しい。最後に、第３のコード区画は、処理装置を制御して、ウェブの既知のまたは測定した速度ｖ、光センサ配列を分離する所定の距離「ｄ」、および第１のコード区画に応答するパターンの検出と第２のコード区画に応答するパターンの認識との間の経過時間測定値ｔ2-ｔ1、に基づき、ウェブに関する歪み「ｅ」（ここでｅ＝(ｔ2−ｔ1)*v−ｄ）を計算するよう構成されている。
【００１４】
本発明の第３の実施形態によれば、ウェブに関する歪みを測定する方法が今度も提供されている。本発明のこの実施形態によれば、第１の光センサ配列を第１の位置にウェブに沿って設置するステップおよび第２の光センサ配列を第１の光センサ配列から距離「ｄ」のところにある第２の位置にウェブに沿って設置するステップを備える方法が与えられる。この方法では次に、第１および第２のセンサ配列でほぼ同時に取った画像パターンを相関させて、ウェブの既知の速度を得る必要なしに、ウェブの歪みをそれら画像パターンの相対位置間の偏り「ｅ」として測定する。しかし、変位の追跡は、上記二つの実施形態で採用した方法をやはり利用している。
【００１５】
これまでの説明から認識されるはずであるように、移動ウェブを記述するのに使用されるかぎり、用語「移動」は、ウェブと光センサ配列との間の相対移動を指す。ウェブ部材自身（たとえば、コンベア装置など）を静止光センサ配列に対して移動するよう設置できる。代わりに、光センサ配列（たとえば、電気光学検知装置の光センサ）を静止ウェブ部材に対して移動するプラットホームに設置できる。これに関して、用語「歪み」は部材の伸び（伸張または収縮の形で表した）の測定可能な変化に関係している。
【００１６】
この明細書に取り入れられ、その一部を形成している付図は、本発明の幾つかの局面を例示し、記述と共に本発明の原理を説明するのに役立っている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従って構成された装置の一部を示す上面図のブロック図である。
【図２】実質的に線２−２で切った図１の装置の断面をみる側面図である。
【図３】図１と同様のブロック図であるが、ウェブで検出されたパターンから測定情報を得ることを説明するための図である。
【図４】図２と同様のブロック図であるが、装置の更に他の構成要素を示す図である。
【図５】本発明に従って構成された装置の計算動作を行なうのに使用される処理装置を示すブロック図である。
【図６】図１に示したものと類似の、光センサ配列内の光センサに使用できる照明装置の概略側面図である。
【図７】図6の照明装置の代替照明装置の側面図である。
【図８Ａ】図１に示した装置の代替実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】図１に示した装置の更に他の実施形態を表す図である。
【図９】本発明の一実施形態の最上レベルの機能動作を示す流れ図である。
【図１０】本発明の代替実施形態の最上レベルの機能動作を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の様々な局面を要約してきたが、次に図示して本発明の説明を詳細におこなうことにする。本発明を図面に関連して説明するが、本発明をここに開示した一つまたは複数の実施形態に限定するつもりはない。特許請求の範囲により規定した本発明の精神および範囲の中に入るすべての代案、修正案、および同等案を包含するつもりである。
【００１９】
図１および図２は、本発明に従って構成された装置10の一部の上面図（図１）、および実質的に図１の線２−２で切った側面図（図２）を示している。前に説明したように、本発明は、移動ウェブ部材１４の速度、変位、および/または歪みを計算する装置10を目指している。これに関して、歪みはウェブ部材１４の伸張または収縮に比例する。したがって、装置10は、移動ウェブ部材１４のこのような伸張または収縮を正確に測定し計算するよう設計されている。好適実施形態の装置の主要構成要素には光センサの第１および第２の配列16および18、および処理装置40（図４を参照）がある。
【００２０】
図１および図２に示した構造構成要素には移動ウェブ部材１４の上に（図２に示したように）設置された第１および第２の光センサ配列16および18がある。更に、第１および第２の光センサ配列16および18は、距離ｄだけ離れている。好適実施形態によれば、光センサ配列16および18は、（電荷結合装置ＣＣＤ、ＣＭＯＳ装置、または非晶質シリコン装置などの）複数の光センサ素子を備えた二次元配列である。当業者にはよく理解できようが、図８Ａおよび図８Ｂから、本発明の概念を光センサ素子の一次元配列により実現することができる。
【００２１】
動作中、第１の実施形態では、ウェブ部材１４の歪み（たとえば、伸張または収縮）の計算をウェブ部材１４の上の第１の位置に特定して設けられた可視パターンを最初に評価し、これを第１の時刻ｔ1で第１の光センサ配列16により検出することにより行なうことができる。次に、その同じパターンを後の時刻ｔ2で第２の光センサ配列18により評価する。ウェブ部材１４の速度を（検出または測定により）知りかつ時間差ｔ2−ｔ1を知れば、処理装置40は、第２の光センサ配列18により検出されたパターンが歪みの無い場所に正確に設けられているか否かを決定することができる。そのように設けられていなければ、偏差「ｅ」（予想位置に対する実際の位置）を測定し、ウェブ部材１４の伸張または収縮として採用する。他方、歪みが一定であることがわかっていれば、「ｅ」は時間間隔ｔ2−ｔ1にわたる速度の変化により生じた変位の偏差を表している。
【００２２】
この計算を示すには、光センサ配列16および18の（図１と類似の）上面図であり、更にウェブ部材１４の上の特定の位置に特定の検出パターン19を示す図３を参照する。これに関して、参照数字19により示したブロックは、第１の時刻ｔ1で取った、第１の光センサ配列16により観察されるパターンを示している。参照数字20で示したブロックは、第２の時刻ｔ2で第２の光センサ配列18により検出されたと同じパターンを表している。距離「ｄ」は、第１の光センサ配列16を第２の光センサ配列18から分離している距離を示す。距離ｄ2は時刻ｔ1で検出したパターンを時刻ｔ2で検出したパターンの位置から分離する距離を表している。参照数字21により示され、点線で示されたボックスは、パターンが時刻ｔ2で第２の光センサ配列18により検出されたときあるべき場所（たとえば、時刻ｔ1で
検出されたパターンの場所からの距離「ｄ」の場所）を示す。したがって、距離「ｅ」は、パターンの変位の偏差、またはウェブ部材の伸張/収縮を表している。
【００２３】
当業者が認識するように、ウェブ部材１４を本発明の特定の実施または実施形態により、様々なものとすることができる。たとえば、ウェブ部材１４を本発明が利用している、および、たとえば、製造、生産、または流通の環境で使用されているコンベアベルトまたはチェーンとすることができる。代わりに、ウェブ部材１４を、本発明をプリンタ、スキャナ、写真複写機などのような装置で具体化されるとき紙シートとすることができる。事実、本発明の特定の実施形態により、ウェブ部材１４を色々な多くの部材とすることができる。
【００２４】
当業者が認識するように、ウェブ部材１４上で検出されたパターンをその上に予め印刷されている生成パターンとすることができる。代わりに、それをウェブの部材内部の繊維または構造パターンのような、部材自身に固有のパターンとしてもよい。代わりに、ウェブにより支持されている物体の上に設けられた自然なまたは生成されたパターンとすることができる。たとえば、コンベアの環境では、パターンをコンベア装置により運ばれるカートンまたは他の物体から検出することができる。また代わりに、パターンを表面の下に置き該表面を通して見るようにもできる。
【００２５】
好適実施形態では、上記パターンは、上記ウェブの固有構造関連特性の中に検出される自然部材パターンである。ここで、「固有構造関連特性」とは、画像データ形成および/または原画の体系的位置決めデータとは独立な要因に帰する原画の性質と規定している。（照明および視角の必要な制約のもとで）スペックル情報の位置信号のような、または個別の固有構造形体の追跡を可能とする位置信号のような、固有の構造関連特性の検出に応答し得る位置信号を発生することにより位置情報を形成することができる。ここで、「固有構造形体」は、その構造設計のまたは原画を形成する工程の特性であり、原画に関する画像データおよび/または体系的位置決めデータを形成することとは無関係である原画の特徴と規定する。たとえば、固有構造形体を、チェーンのリンクや織物の開口としてよい
。または、元来、記録媒体が紙製品であれば、関係する固有構造形体を顕微鏡的大きさの、たとえば、１μｍと100μｍとの間の紙繊維とすることができ、または他の表面組織の形体とすることができる。
【００２６】
光センサ16および18は、原画の固有構造関連特性により決まるコントラストを与えるよう設計された一つ以上の光源を備えることができる。放出光を可視範囲にあるようにしてよいが、これは不可欠ではない。たとえば、表面に対して大きい入射角を有する「かすめ」光は通常、紙製品である原画の表面または表面の近くで紙製品と相互作用し、繊維の間にコントラストを高める影を生ずる。他方、原画が写真印刷、プラスチックコートまたは光沢マイラー紙またはオーバーヘッド透明フィルムのような光沢面を有していれば、ほぼ鏡面反射方向に反射する光は航行用に十分な高いコントラスト特徴を結像することができる。空間周波数フィルタ、カラーフィルタ、および/または偏光フイルタのような光学要素を一つ以上の結像レンズと共に使用して固有の構造関連特性の検出を更に向上させることができる。
【００２７】
本発明の説明を続けるにあたり、今度はウェブ部材１４を移動させる機構を備えた、本発明の装置を示すブロック図である図４を参照する。これに関して、軸の周りで回転し、その間でウェブを支持するドラム42により、ウェブ部材１４を移動する。処理装置40は、本発明の計算動作を行なう。これに関しては、処理装置40（これについては図５に関連して更に詳細に説明する）は、コンピュータ、または計算動作を行なう単なる専用回路およびメモリでよい。モータ44がドラム42を回転させるのに設けられ、ドラム42は、コンベアまたはウェブ部材１４を移動させる。必須ではないが、一実施形態では、処理装置40は、モータ44の速さおよび動作を制御している。この随意制御を処理装置40をモータ44に接続する点線で示してある。
【００２８】
本発明の動作を行なうにあたり、処理装置40は、測定により、仮定により、または別途ウェブ部材１４の速度を知らされることが必要である。図４に示したように、たとえば、ドラム42の回転速度に関して処理装置に情報を与えるシャフトエンコーダによりこの速度情報を処理装置に与えることができる。ドラムのこの回転速度から処理装置40は、ウェブの速度を決定することができる。しかし、好適実施形態では、処理装置は、一層正確な測定値をウェブ部材１４自身から測定して得ることができる。これに関して、ウェブ固有パターンを第１の光センサ配列16により、第１の瞬間に検出することができる。それから短時間後の第２の瞬間に、第１の光センサ配列16の下の色々な位置で、第１の光センサ配列16が再びパターンを検出する。この第１と第２との瞬間の時間差を知り、第１の光センサ
配列16の下の第１と第２との位置の間の変位を測定することにより、処理装置40は、ウェブの現在の速度を（第１の光センサ配列の位置で）正確に計算することができる。次に図３に関連して説明したように計算を行なうとき（すなわち、第２の光センサ配列により検出されたときパターンの偏りを計算するとき）この速度計算を使用することができる。代わりに、速度を第２の光センサ配列18におけるパターンを使用して同様の方法で測定することができる。これらに関して、装置は様々な仕方で動作することができる。
【００２９】
本発明の第２の実施形態によれば、装置は単に第２の光センサ配列を連続的に監視して第１の光センサ配列により得られ且つ検出されたパターンを検出するよう動作することができる。パターンが第１の光センサ配列16により検出される場所から距離「ｄ」だけ離れた、第２の光センサ配列の下の場所でこのパターンが検出されると、装置は、経過時間ｔ2−ｔ1を使用して、距離「ｄ」にわたり、ウェブ部材１４の歪み「ｅ」を、ｅ＝（(ｔ2−ｔ1)*v−ｄ）として計算することができる。ここでｖは独立に測定されており、または既知であり、ｄは定数である。
【００３０】
これまで述べたことから、本発明の目的で、歪みを測定するこれら最初の二つの実施形態について重要なことは、（ａ）光センサ配列を分離する距離「ｄ」の値が一定で且つ既知であること、（ｂ）ウェブの速度が既知であり、検知され、または計算されるということ、および（ｃ）一つ以上の特異パターンが第１および第２の光センサ配列により色々な時刻ｔ1およびｔ2でウェブの上に検出されること、であることが認識されよう。認識されるように、これらの値を、移動ウェブ部材の歪み「ｅ」（伸張または収縮）を、全体の変位に加えて、測定または計算するために様々な、ただし関連した仕方で利用することができる。したがって、これらの値を伸張または収縮を測定または計算するのに利用できる色々な仕方が存在する。
【００３１】
次に、処理装置40に関連する主要構成要素を更に詳細に示す図５を参照する。特に、処理装置40を多様な仕方で実施することができる。しかし、処理装置40がマイクロプロセッサのような中央処理装置（ＣＰＵ）52およびメモリ54を備えることが考えられている。メモリの内部で、好適にはコード区画の形で、ソフトウェアがＣＰＵ52の動作を制御するために格納されている。これに関しては、色々なコード区画を設けてＣＰＵ52の異なる任務または機能を制御する。たとえば、コード区画55をウェブ部材１４の速度を、上述のように、計算するよう与えることができる。第２のコード区画56を第１の光センサ配列16の下を通るウェブ部材１４上のパターンを識別するのに設けることができる。同様に、コード区画57をＣＰＵ52に与えて第２の光センサ配列18の下を通る部材のパターンを認識するこ
とができる。更にまた、コード区画58を設けて第２の光センサ配列18でのパターンの実際位置対予想位置の変位を決定し、この変位を使用してウェブ部材１４の伸張または収縮を計算することができる。認識されるように、ＣＰＵ52の動作の様々な他の局面を制御するのに他のコード区画を設けることができる。
【００３２】
次に図６および図７を参照すると、また米国特許5,578,813に開示されているように、光センサ24（これは配列16または18の複数の光センサ要素から構成できる）が照明光学系と動作的に関連して図示されている。ウェブ部材１４が、紙繊維を光センサ24により検出しようとするための紙製品であれば、図７に示したように、光をかすめ入射角で導入するのが好ましい。不可欠ではないが、図６では一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）35を、図７では同様の28を使用できる。かすめ角30は、入射角の補角であるが、好適には15度未満であるが、原画14の性質により変わることがある。図７では、光源28が照明光学系34を備えて図示されている。この光学系は、適切なコリメーションおよび目標表面への概ね一様な照明を行なうため、単独要素あるいは、レンズ、フィルタ（空間、スペクトル、および/または偏光の）とホログラフ要素からの組合せから構成することができる。光源28から放出される光の波長を航行に利用できる空間周波数情報を高めるよう選択すべきである。また照明場における固定パターンノイズを極小にすべきである。光源28の出力は、走査装置がインクまたは他の標識剤の付いた印刷材のような吸収部分または反射部分のある部材上方を進行するにつれて媒体の反射率の広いダイナミックレンジに適応するよう調節を必要とすることがある。
【００３３】
図６において、光源35からの光は、照明光学系36で平行にされ、振幅分割ビームスプリッタ37により方向変換される。ＬＥＤから直接ビームスプリッタを透過する光エネルギの部分は、図６には図示してない。ビームスプリッタからの光エネルギは、表面の法線の方向で原画14を照らす。
【００３４】
また図６には、原画14から反射または散乱し、ビームスプリッタ37を通過して要素38で絞りおよび濾波を施され、要素39により像を結ぶ光エネルギの部分が表されている。原画からビームスプリッタに伝送され、ビームスプリッタで反射される光エネルギの部分は、図示してない。結像光学系39の倍率は原画からの結像光を検出するセンサ24の視野内で一定であるのがよい。多数の用途において、結像光学系の変調伝達関数、すなわち、光周波数に対する振幅尺度は、航行センサのセンサ要素のピッチにより、および光学要素の倍率により決まるナイキスト空間周波数以上では減衰するようなものでなければならない。光学要素はまた、背景照明がノイズを発生しないように設計すべきである。波面分割ビームスプリッタを使用することもできることに注目する。
【００３５】
入射角の選択は、原画の材料特性によって決まる。照明のかすめ角は、原画の表面に光沢がなければ、長く暗い影および一層明らかなコントラスト、またはＡＣ/ＤＣ信号比を発生する。しかし、ＤＣ信号のレベルは照明角が原画の法線に近付くにつれて増大する。原画14の目標領域をかすめ角30で照明すると、原画の表面が顕微鏡レベルで高度の非平坦性を有している用途で良く動作する。たとえば、光源28からかすめ角30で光を導入すると、原画が静止した、普通無コート印刷紙、厚紙、織物、または人間の皮膚に印刷しているとき固有の構造的特徴に関連するデータの高い信号対雑音比を与える。他方、正常の入射角の非コヒーレント光を使用すると、写真およびオーバヘッド透明フィルムのような原画の移動を追跡するのに固有のパターンを必要とする用途に好適であることがある。正常照明で、非コヒーレント光を使用し、原画を鏡面反射場で見ると、画像および相関基準の航行を可能とする組織含有量の十分に豊富な画像が得られる。原画の表面には顕微鏡的起伏があるので、表面は、表面がタイルまたはファセットのモザイクであるかのように、光を反射する。原画の「タイル」の多数は、光を法線からわずか揺れた方向に反射する。散乱光および鏡面反射光を含む視野をこのようにして表面が、各々が法線に対して幾らか傾いているこのような多数のタイルから構成されているかのように、モデル化することができる。
【００３６】
図６は、原画14の表面の法線の方向に向いた非コヒーレント光の光源35による照明を示す。図７は、かすめ角30での照明を示す。第３の実施形態では、照明が与えられていない。代わりに、航行情報が背景光、すなわち、環境からの光、を使用して蓄積されている。当業者は、透明ウェブ部材を反対側からの光により照明できること、および表面またはウェブ材に入る光がそれ自身以外の照明を必要としないことをを容易に認識することができる。
【００３７】
代わりの実施形態では、コヒーレント照明が垂直入射で導入され、正反射に基づく相関を可能としている。一つ以上の光センサ配列とウェブとの間の相対運動を自然パターンまたは人造パターンについて上述の仕方で行なうことができる。結像光学系を使用しないでコヒーレント照明を使用すれば、照明の小さい区域を選択することにより、および原画の表面とセンサ24の光検出器配列との間に比較的大きい分離を設けることにより、コヒーレント照明で得られる卓越したスペックルセルの大きさをナイキストのサンプリング規準を満たすのに十分な大きさにすることができる。ビームスプリッタを使用すると、入射照明および検出散乱の双方の方向を、図４に関して行ったように、原画の表面の法線に近付けることができる。
【００３８】
次に本発明のさらに別の実施形態を示す図８Ａおよび図８Ｂを簡潔に説明する。特に、前出の図に関連して図解し説明した光センサ配列16および18は、二次元光センサ配列である。しかし、本発明を一次元光センサ配列116および118を使用して実施することができる。これに関して、複数の光センサを単独行または列の形態で設置することができる。光センサ116および118の配列を図８Ａに示したように、ウェブ部材１４の移動と垂直の関係に設置することができ、またはそれらを図８Ｂに示したように、ウェブ部材１４の移動と平行の関係に向けることができる。代わりに、光センサ配列116および118を、図８Ａまたは図８Ｂに示した設置の中間である斜角に（図示せず）設置してよい。図８Ａおよび図８Ｂに示したような光センサの一次元配列の長所は、本発明に関連する実施および計算を簡単にするということである。しかし、このような実施形態の短所は、他の場合に、他の場合に検出できる更に大きい画像パターンで見いだされる冗長性および特異性を制限し、一次元配列の長さがウェブの走行方向と平行であると、パターンの位置の偏差に対する許容度が、偏差がウェブの走行方向と垂直方向で小さくなるということである。
【００３９】
次に本発明の第１の実施形態の最上レベルの動作を示す流れ図である図９を参照する。この第１の実施形態では、本発明は、パターンが検出されるまで第１の光センサ配列16を監視するよう動作する（ステップ70および72）。パターンが検出されると、タイマが始動し（ステップ73）、装置が所定期間待ち（ステップ74）、その後検出されたパターンは第２の光センサ配列18の下の所定位置で処理されるようにする。次に第２の光センサ配列下にパターンが認識されたかを決定する（ステップ75および76）。パターンが実際に認識されれば、装置は、距離「ｄ」にわたりウェブの変位および部材歪み（すなわち、伸張および収縮）を決定するために認識した所定位置からの変位「ｅ」を（相関または発見的技法で）測定する（ステップ77）。しかし、パターンが第２の光センサ配列18の下で認識され
なければ、適切なエラー処理ルーチンを開始する（ステップ79）。
【００４０】
次に本発明の第２の実施形態を示す流れ図である図１０を参照する。この第２の実施形態では、本発明は、明確なパターンが検出されるまで第１の光センサ配列16を監視することにより動作する（ステップ60および62）。これに関しては、実施形態は、第１の光センサ配列を所定のパターンについて監視するか、または単に特異性を統計的に確認できる固有パターンを検出するまで配列を監視する。これに関して、パターンは、統計的には非常に反復しそうもないウェブ内部の様々な繊維の検出配置を備えていることがある。したがって、第２の光センサ配列による擬似検出が回避される。パターンが検出されると、装置はタイマを起動できる（ステップ63で）。その後、装置は、第２の光センサ配列18を連続的に監視し、パターンを認識するまでの経過時間ｔ2−ｔ1を測定する（ステップ64および66）。経過時間ｔ2−ｔ1が決定されると、それによりウェブ変位「ｄ」が検出され、先に説明した方法で歪みの計算を行なうことができ（ステップ67）、ここで距離「ｄ」にわたる歪みは、ｅ＝（(ｔ2−ｔ1)*v−ｄ）として決定される。所定の期間がパターンが認識されるまでd/vよりかなり長い所定時間が経過すれば（ステップ68）、装置を時間切れに形成し、エラー処理ルーチンを実行することができる（ステップ69）。このエラー処理ルーチンは、単に検出パターンをクリアし、ステップ60に進むことから成る。これに関して、本発明がコンベア輸送の環境で実施されていれば、偶発エラーは、装置の全体としての動作に影響を与えずに無視することができる。光電子スキャナ、インクジェットプリンタなどのような更に他の装置では、このようなエラーを単に無視することができず、したがって適切なエラー処理ルーチン（ステップ69）を実施しなければならない。しかし、個別処理ルーチンは装置ごとに変わることがあり、本発明の概念を実施する目的にとっては重要ではない。このため、エラー処理ルーチンに関する詳細をここで説明する必要はない。
【００４１】
図９および図１０の流れ図に内在しているのは、ウェブ部材１４が移動する速度に関する計算または知識である。これに関して、速度を上述のように計算することができ、またはシャフトエンコーダを使用して検出することができ、または他の場合処理装置40に供給することができる。この情報は部材の歪みの計算には必然的に含まれている（ステップ67）。代わりに、これら第１および第２の実施形態では、歪みが不変であることがわかっていれば、それぞれ「ｅ」およびｔ2−ｔ1の測定値を使用して距離「ｄ」にわたる平均速度を計算できる。
【００４２】
第３の実施形態は、歪みの決定に速度情報を使用する必要性を回避している。更に、ウェブに使用される個別パターンがすべて、一つ一つ、特異であれば、絶対変位測定値を「ｄ」の増分で作ることができる。この第３の実施形態はウェブの走行の方向に沿う「ｄ」に等しい分離の間隔で反復する特異パターンに依存している。この実施形態において、第１の光センサ配列がこれらパターンの一つを検出すると、第２の光センサ配列を使用してその場所での隣接パターンの位置、第１の光センサ配列からの距離「ｄ」を決定する。第１のパターンに対する第２のパターンの位置の変動を、部材が歪まない場合に予想されるものと比較して歪みの測定値を決定する。
【００４３】
本発明の更に第４の実施形態では、パターンが第１の光センサ配列16により追跡され、その位置でのウェブ速度を得、一方パターンを第２の光センサ配列18で第１の光センサ配列16から距離「ｄ」離れているその場所で同時に追跡し、二つの変位した位置での速度を独立に決定する。これら二つの速度値を比較することにより、ウェブの歪みの変化の割合を距離「ｄ」に沿って測定することができ、他の場合に、歪みがこの距離にわたり一定であることがわかれば、二つの光センサ配列の位置の間の部材の長さの変化を決定することができる。後者の場合には、これはコンベア装置またはテープ駆動機構での巻取りループに役立つ。
【００４４】
本発明の方法は、更に精密で正確な速度、変位、および歪みの測定を距離「ｄ」が大きくなるにつれて行なうことができることを認識する。従来技術のシャフトエンコーダの技法は通常、それらの円周寸法により制限される精度（および多数の回転にわたって累積する正確さ）を備えているが、リニアエンコーダ技法は、それらのセンサヘッドの比較的小さい寸法により制限される精度および熱膨張を含む歪みにより制限される正確さを備えている。
【００４５】
これまでの説明は本発明の全てを尽くすとか、本発明を開示した精密な形態に限定したりすものではない。上の教示に照らして明らかな修正案または変形案が可能である。これに関して、説明した一つ以上の実施形態を、本発明の原理およびその実際的用途の最良の例示を提供し、それにより当業者が様々な実施形態および様々な修正案により本発明を、考えられる特定の用途に適するものとして利用することができるように選定し説明した。このような修正案および変形案はすべて、公正に且つ法律的に権利を与えられる寛容に従って解釈されるとき付記した特許請求の範囲により決定される本発明の範囲内にある。
なお、本発明の広汎な応用に資するため、さらにいくつかの実施態様を下記する。
【００４６】
（実施態様１）
移動するウェブ部材14の歪みを計算する装置であって、
ウェブ部材１４の近くに設置された第１の光センサ配列16、
ウェブ部材１４の近くに設置され、第１の光センサ配列16からウェブ部材14の走行方向に沿って所定距離ｄだけ離れて設置されている第２の光センサ配列18、
第１の光センサ配列16および第２の光センサ配列18の双方に結合されている処理装置40、
処理装置40を制御して第１の光センサ配列16でウェブ部材１４上のパターンを検出するよう構成されている第１のコード区画56、
処理装置40を制御して第２の光センサ配列18でウェブ部材１４上で前記検出されたパターンを認識するよう構成された第２のコード区画57、および
処理装置40を制御して、ウェブ部材１４の速度、距離ｄ、および第１のコード区画56に応答するパターンの検出と第２のコード区画57に応答するパターンの認識との間の経過時間に基づきウェブ部材１４の歪みを計算するよう構成された第３のコード区画58、
を備えていることを特徴とする装置。
【００４７】
（実施態様２）
前記ウェブ部材１４が、コンベアベルト、紙片、金属片、およびプラスチック片から成る群から選択されたものであることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
（実施態様３）
前記ウェブ部材１４に、第１および第２の光センサ配列16、18により検出されるよう設けられた予め印刷されたマーク19、20が付いていることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
【００４８】
（実施態様４）
前記検出されたパターンが、ウェブ部材１４に存在する自然のパターンであり、ウェブ部材１４には予め印刷されたマークが存在しないことを特徴とする実施態様１に記載の装置。
（実施態様５）
第１および第２の光センサ配列16、18が、二つの次元の各々に複数のセンサ要素を備えている二次元光センサ配列であることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
（実施態様６）
【００４９】
第１および第２の光センサ配列16、18が、一つの次元に複数のセンサ要素を備えている縦に配置された光センサ配列であり、第２の次元にあるセンサ要素の単一縦列だけが第１の次元に垂直であることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
（実施態様７）
処理装置40が少なくともプロセッサ52およびメモリ54を備えており、複数のコード区画55、56、57、58がメモリ54に存在していることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
【００５０】
（実施態様８）
歪みの計算値が、ウェブ部材１４の伸張に比例していることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
（実施態様９）
歪みの計算値が、ウェブ部材１４の収縮に比例していることを特徴とする実施態様１に記載の装置。
【符号の説明】
【００５１】
14    ウェブ
16、18    光センサ配列
19、20    マーク
40    処理装置
52    プロセッサ
54    メモリ
55、56、57、58     コード区画
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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