(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部からの光をシート状物体を介して受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号に基づいて前記シート状物体の物理的特性を測定するシート状物体の特性測定装置において、前記投光部の光源として波長可変レーザを用いて複数の波長をパルス列としてシーケンシャルに出力し、前記受光素子に入射する光のうち、特定の遅延時間を有する光のみを検出するとともに、その光の減衰量からシート状物体の水分を演算するように構成したことを特徴とするシート状物体の特性測定装置。
【請求項２】
前記波長可変レーザ光源は１．7〜２．１μｍの波長を含む光源であることを特徴とする請求項１記載のシート状物体の特性測定装置。
【請求項３】
前記波長可変レーザ光源は少なくとも１．７μｍ，１．８μｍ，１．９μｍ，２．１μｍの波長を含む波長をパルス列として発する様に構成したことを特徴とする請求項１記載のシート状物体の特性測定装置。
【請求項４】
前記パルス列の間隔は光が受光素子に達するまでの時間の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載のシート状物体の特性測定装置。
【請求項５】
前記レーザ光はシート状物体と複数回会合するように構成したことを特徴とする請求項１記載のシート状物体の特性測定装置。
【請求項６】
前記特定の遅延時間はシート状物体が存在しない場合の遅延時間の１〜１０倍であることを特徴とする請求項１記載のシート状物体の特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状物体に含まれる水分量を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は抄紙機等においてシート状物体の水分量を測定する装置の従来例を示すものである。図４において投光部２０と受光部３０は紙９を挟んで対向して配置されている。
投光部２０では、光源１からの光がレンズ２で平行光とされ、更にフィルタホイール３で断続光とされた後、フィルタ４〜６を介して紙９に照射される。
【０００３】
フィルタ４は水分により吸収を受ける１．９４μｍの光（Ｍ光）を透過する。フィルタ５は水分により吸収を受けない１．８μｍの光（Ｒ光）を透過する。フィルタ６は紙の繊維によって吸収を受けない１．７μｍの光（Ｒ１光）を透過する。フィルタ６ａは紙の繊維によって吸収を受ける２．１μｍの光（Ｍ１光）を透過する。
【０００４】
フイルタ・ホイール３の外周には同期信号発生用の４つの切り欠きが設けられている。７はＬＥＤとフォトトランジスタとをフィルタホイール８の外周部を挟んで対向配置させ、切り欠き３が通過するごとに同期パルスを発生するフォトインタラプタ、８はフォトインタラプタ７からの同期パルスに基づき同期信号を発生する同期信号回路である。
【０００５】
１０は受光素子、１１は増幅器、１２〜１４はサンプルホールド回路で、同期信号回路からの同期信号によって、受光素子１０より与えられる交流信号を直流信号に変換する。１５はこれらサンプルホールド回路から与えられる信号に演算を施し水分計出力を発生する演算回路である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の従来例においては、複数（例えば４種類）の波長を得るために複数のフィルタを機械的に回転させている。そのため、例えば一回転１０ｍｓ程度の速度しか得られない。
また、入射光が光検出器に到達するまでの光学的な経路は、紙が散乱体であるため明確に決まらない。そのため現状では、散乱体は経験により作られており定量的な評価はできていない。その結果、各種の紙の水分量計算には、紙質による検量線が必要になったり、水分量の校正を行わなければならないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、測定速度を速くすると共に、可動部をなくして信頼性を向上させ紙質の影響がなく、ＳＮ比の大きな測定が可能な測定装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明では、投光部からの光をシート状物体を介して受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号に基づいて前記シート状物体の物理的特性を測定するシート状物体の特性測定装置において、前記投光部の光源として波長可変レーザを用いて複数の波長をパルス列としてシーケンシャルに出力し、前記受光素子に入射する光のうち特定の遅延時間を有する光のみを検出するとともに、その光の減衰量からシート状物体の水分を演算するように構成したものである。
【０００９】
【作用】
波長可変レーザは複数の波長をシーケンシャルに出力する。光源がレーザであるため、従来のハロゲンランプに比較して光の単位スペクトラム当たりの輝度が高く短パルスを容易に発生させることができ、パワーが強く、フィルタの切換えが電気的に行われる。
また、レーザの発射時間と受光素子に達するまでの時間遅れから紙との会合回数を推定し、受光素子に入射する光のうち特定の遅延時間を有する光のみを検出する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図である。図において、制御部４１は波長可変レーザ４２に対して制御信号を出力し、また、光検出器４３に対してサンプリングのタイミングを指令する。シート状物体（紙）４４は上下の散乱板４５ａ、４５ｂで形成される所定の空間ｄの中間付近に配置されている。演算手段４６は光検出器３からの出力信号を入力し、公知の演算式を用いて紙４４に含まれる水分の量を演算する。
【００１１】
波長可変レーザ源４２からは上下の散乱板４５ａ、４５ｂに対してレーザ光が斜め方向から入射するように配置され、入射したレーザ光が紙で反射したり、紙４４を透過して上下の散乱板４５ａ、４５ｂで反射して再び紙に向かい、その動作を繰り返しながら、光検出器４３に達するようにされている。
【００１２】
なお、図では省略するが波長可変レーザ４２、上散乱板４５ａ、光検出器４３は上部ヘッド（図示省略）に収納され、下部散乱板４５ｂは下部ヘッド（図示省略）に収納されて図示しない駆動装置により紙の幅方向に駆動される。
【００１３】
また、波長可変レーザ源４２としては、チタンサファイアのようなレーザ媒質を励起して波長可変超音波光フィルタ（ＡＯＴＦ・・・Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）によりモードジャンプパルスを発生させ、これをノンリニアクリスタル（例えば１．６０〜３．００μｍの発振が可能なＬＢＯ結晶）に入力させる公知の技術を使用する。
【００１４】
図１の構成において、制御部４１が可変波長光源４２に対して１．７（λ１）、１．８（λ２）、１．９（λ３）、２．１（λ４）μｍの波長のレーザ光を発するように指令すると可変波長光源４２は、図２に示すような、例えばパルス間隔２５０μｍのパルス（λ１〜λ４）を順次出力する。このパルス状のレーザ光は紙４４で反射したり、紙を透過して上下の散乱板４５ａ、４５ｂで反射して再び紙４４に向かい、その動作を繰り返しながら、光検出器４３に達する。
【００１５】
図３は光検出器に到達するレーザ光の波形を示すもので、はじめに出てくる光は紙との会合回数が少ないので振幅の大きな（減衰の小さな）ものが出力し、ある時間遅れて出てくるものは会合回数が多いので振幅が小さくなる。
本発明では、各波長（λ１〜λ４）の出射時間に対してΔｔ（Δ１〜Δ４・・・この時間は波長に応じて変えてもよく、同一でも良い）の時間遅れでサンプリングを行う。この時間遅れをどこに設定するかにより何回紙と会合した光を受光するかが決まる。
【００１６】
ここで、レーザの出射口と受光素子が直線上に配置されたと仮定し（図１参照）、その場合のレーザの出射口から受光素子までの距離をＬとする。そして、測定に際して対向して配置された上下の反射板でｎ回反射しながら進む距離（Ｌ１）をＬ＋  ｎｄ（ｄは対向して配置された上下の反射板間の距離  …図１参照）とし、ｄ＝０．２Ｌ  、反射回数ｎ＝５とすると、
Ｌ１＝  Ｌ＋０．２Ｌ×５＝２Ｌ
となる。
【００１７】
前記Δｔは等価光路差であって、紙との会合回数を決定するもので長いと多く、少ないと短くなる。実際には１ｎｓ〜１０ｎｓ、光路差に換算して０．３〜３ｍの範囲程度が適当である。
【００１８】
また、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、投光部からの光をシート状物体を介して受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号に基づいて前記シート状物体の物理的特性を測定するシート状物体の特性測定装置において、前記投光部の光源として波長可変レーザを用いて複数の波長をパルス列としてシーケンシャルに出力し、前記受光素子に入射する光のうち、特定の遅延時間を有する光のみを検出するとともに、その光の減衰量からシート状物体の水分を演算するように構成したので、波長の異なる光を電気的なフィルタを介して高速に出力することができ、速度の速い計測が可能となる。また、光の直進性が保たれるので、紙質による散乱の影響を受けない。従って、受光素子に達するまでの時間遅れから紙との会合回数を推定することができ、特定の遅延時間を有する光のみを検出するのでパワーが大きくＳＮ比の大きな信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の一例を概略構成図である。
【図２】可変波長光源からレーザ光がパルス状に出射されている状態を示す図である。
【図３】サンプリングのタイミングを示す図である。
【図４】従来の実施例の一例を示す図である。
【符号の説明】
４１  制御部
４２  波長可変レーザ
４３  光検出器
４４  シート状物体（紙）
４５  散乱板
４６  演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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