(57)【要約】【課題】走査システムの湾曲直径を決定する一連のプーリを使用するケーブル巻取り機構を含む走査システムを提供する。【解決手段】機構は、移動するスキャナ又はセンサへッドが、本質的に、光学素子しか収容しておらず、計測と関連したその他のほぼ全ての電子的構成要素及び光学的構成要素が、移動するスキャナへッドから遠隔の、容易にアクセスできる区画室内に収容された分光走査システム、例えば赤外線走査システムに特に適している。光は、光ファイバケーブルを通して伝達される。ケーブル巻取り機構により、光ファイバケーブルの全湾曲長及び湾曲直径を本質的に一定に維持し、これによって、光へッドの走査時のスペクトル湾曲損失の動的変化を最小にする。更に、センサへッドが軽量であることにより、スキャナへッドの移動と関連した振動を低減する。【選択図】図１
2008521063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動自在の光学デバイス（３０）を第１端と第２端との間で主走査方向に沿って移動するための走査機構（１０）において、
前記移動自在の光学デバイス（３０）が前記主走査方向に沿って移動するとき、全湾曲長及び半径を実質的に同じに維持するための手段（１４、２０、２１、２４）と、
前記移動自在の光学デバイス（３０）が前記主走査方向に沿って移動するとき、前記光学デバイス（３０）が作動的に連結されたケーブル（３６）に作用する張力を実質的に同じに維持するための手段（１４、２０、２１、２４、３２、３４）と、
前記移動自在の光学デバイス（３０）を前記主走査方向に沿って駆動するための手段（７６、８４、８８、９０）とを備えている、走査機構（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の走査機構（１０）において、更に、
前記主走査方向の前記第１端と隣接して位置決めされた、第１定置転向プーリ（１４）と、
前記主走査方向の前記第２端と隣接して位置決めされた、第２定置転向プーリ（２０）と、
前記第１及び第２の定置プーリ（１４、２０）の周囲に部分的に巻き付けたケーブル（３６）とを備えており、
前記ケーブル（３６）は、固定された第１端（３４）と、固定された第２端（３２）と、前記第１及び第２の定置転向プーリ（１４、２０）の間に位置決めされた移動自在の光学デバイス（３０）と有する、走査機構（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載の走査機構（１０）において、
前記ケーブルに作用する張力を実質的に同じに維持し、全湾曲長及び半径を実質的に同じに維持するための手段は、
（ａ）第１補償プーリ（２４）と、
（ｂ）第２補償プーリ（２１）とを有し、
前記ケーブル（３６）は、前記第１及び第２の補償プーリ（２４、２１）の周囲に部分的に巻き付けてあり、
前記第１及び第２の補償プーリ（２４、２１）は、前記第１及び第２の転向プーリ（１４、２０）の間の経路に沿って一斉に移動するように、リンク（２８）によって関連しており、
前記第１補償プーリ（２４）は、前記第２補償プーリ（２１）よりも第１定置転向プーリ（１４）に近い、走査機構（１０）。
【請求項４】
請求項３に記載の走査機構（１０）において、
前記移動自在の光学デバイス（３０）を駆動するための手段は、前記移動自在の光学デバイス（３０）を第１方向に移動すると同時に、前記関連した第１及び第２の補償プーリ（２４、２１）を、前記第１方向とは逆の第２方向に移動する、走査機構（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載の走査機構（１０）において、
前記ケーブル（３６）の前記第１端（３４）は、前記走査機構（１０）の第１側部に固定されており、前記ケーブル（３６）は、前記第１補償プーリ（２４）の周囲で部分的にループをなしており且つ前記第１定置転向プーリ（１４）に向かって差し向けられており、
前記ケーブル（３６）の前記第２端（３２）は、前記走査機構（１０）の第２側部に固定されており、前記ケーブル（３６）は、前記第２補償プーリ（２１）の周囲で部分的にループをなしており且つ前記第２定置転向プーリ（２０）に向かって差し向けられている、走査機構（１０）。
【請求項６】
材料シート（４０）の特性を主走査方向に沿って検出するための走査センサシステム（１０）において、
光源（２１０）と、
主走査方向の第１端と隣接して位置決めされた、第１定置転向プーリ（１４）と、
主走査方向の第２端と隣接して位置決めされた、第２定置転向プーリ（２０）と、
前記第１及び第２の定置プーリ（１４、２０）の周囲に部分的に巻き付けた光ファイバケーブル（３６）とを備えており、
前記光ファイバケーブル（３６）は、固定された第１端（３４）と、固定された第２端（３２）とを有し、
前記第１端から前記第２端までの前記光ファイバケーブル（３６）の全長に沿った前記光ファイバケーブル（３６）の湾曲及び全湾曲長は、前記移動自在の光学デバイス（３０）が前記第１端と前記第２端との間を横断する際に本質的に同じ長さに保持され、更に、
前記光源（２１０）からの光が、前記光ファイバケーブル（３６）を通して前記光学デバイス（３０）に伝達され、前記シート材料（４０）からの信号が、前記光ファイバケーブル（３６）を通して伝達されるように、前記第１及び第２の定置転向プーリ（１４、２０）間で前記光ファイバケーブル（３６）に作動的に連結された移動自在の光学デバイス（３０）と、
前記移動自在の光学デバイス（３０）が前記主走査方向に沿って移動するとき、前記光ファイバケーブル（３６）に作用する張力を実質的に同じに維持するための手段（１４、２０、２１、２４、３２、３４）と、
前記移動自在の光学デバイス（３０）を前記主走査方向に沿って駆動するための手段（７６、８４、８８、９０）と、
前記光学デバイス（３０）からの信号（２１４）を前記シート材料（４０）についての検出された特性の計測値に変換するための手段とを備えている、走査システム（１０）。
【請求項７】
請求項６に記載の走査システム（１０）において、
前記光学デバイス（３０）は、前記シート材料（４０）から分光信号を伝達する、走査システム（１０）。
【請求項８】
請求項６に記載の走査システム（１０）において、
前記光源（２１０）は、赤外線を発生する、走査システム（１０）。
【請求項９】
請求項６に記載の走査システム（１０）において、
前記シート材料（４０）は移動するウェブ（４０）であり、前記光学デバイス（３０）は、前記移動するウェブ（４０）の方向に対して横方向に横断する、走査システム（１０）。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査システム（１０）において、
前記移動するウェブ（４０）は、製紙機の湿潤紙料又は紙を含む、走査システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、ケーブルの曲率半径及び公称全湾曲長を維持する、移動する可撓性ケーブルの経路を定めるための装置、及び光ファイバが所定の直線的経路に沿って前後に移動する際でも数又は直径が変化しない、一連の湾曲部を通る光ファイバ経路を制御するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、シート材料の選択された特性の計測値を製造中に得るのが望ましい。シート材料の様々な性質は、オフラインで、即ちラインの外で実験室で試験を行うことによって検出できるが、こうした試験は、試料を得て分析を行うのに時間がかかるため、多くの場合、実際的でない。更に、実験室で試験を行うことには、試験のために得られた試料が、製造されたシート材料を正確に表さない場合があるという欠点がある。
【０００３】
シート材料を実験室で試験する場合の欠点を解決するため、シートの性質を「オンライン」で検出するための様々なセンサシステムが作動中のシート製造機械で使用されてきた。代表的には、オンラインセンサデバイスは、製造中、移動しているシート材料のウェブを定期的に横断する、即ち「走査」するように作動する。走査は、通常は、横方向に、即ちシートの移動方向に対して垂直方向に行われる。シート製造作業に応じて、横方向距離は、最大約１０ｍ又はそれ以上の範囲に及ぶ。
【０００４】
シート材料をオンラインで計測するため、様々な走査センサデバイスが使用されてきた。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、走査センサシステム１００は、代表的には、一対の直立した端部材を持つ定置フレーム１０２を含む。端部材は、移動するシート（図示せず）を水平方向に横切って延びるガイド部材１０４を支持するため、工場のフロアに設置される。モータ駆動式キャリッジが、ガイド部材１０４に移動するように取り付けられている。キャリッジは、シートを横切って前後に駆動されるように駆動システムに連結されている。走査センサシステムは、更に、キャリッジ部材に取り付けられたスキャナへッド１０６を備えている。スキャナへッド１０６は、検出構成要素を含む。例えば、分光分析器の場合には、スキャナへッドは、赤外線源と、コリメーティング鏡及びビームスプリッティング鏡と、光電性検出器とを含んでいてもよい。
【０００５】
スキャナへッド１０６は、プロセス制御装置１１０に接続されたワイヤ１０８によって電気的に接続されている。スキャナへッド１０６は、分析を受ける移動しているシートと隣接して横方向に沿って前後に移動する。図６Ａでは、スキャナへッド１０６は、フレーム１０２の一方の側部にあり、図６Ｂに示すフレーム１０２の中央に向かって移動する。明らかなように、ワイヤ１０８が重力で垂れ下がる。これは、適切に支持されていないためである。
【０００６】
従来技術の走査センサでは、キャリッジが前後に移動することにより、スキャナへッドに配置された検出構成要素に振動が加わる。更に、比較的重量のある検出構成要素がスキャナへッドに設けられているため、キャリッジの駆動及びその速度の制御が困難である。こうした現象により、検出器の精度が低下する。最後に、スキャナへッドに検出構成要素が含まれているため、スキャナへッドにアクセスするのが困難である。確かに、検出構成要素を検査する必要がある場合には、キャリッジを停止してスキャナへッドを分解しなければならない。
【０００７】
本発明は、部分的には、移動するスキャナへッド又はセンサへッドの重量を小さくした分光的な、例えば赤外線式の走査システムを開発することによって様々な性能上の利点を得ることができるという認識に基づく。好ましい実施例では、これは、移動するスキャナへッドを、光学素子の幾つかを収容するが、計測と関連したその他の電子素子及び光学素子のほぼ全てを、移動するスキャナへッドから遠隔のアクセスが容易な区画室に収容するように設計することによって行われる。
【０００８】
本発明の別の特徴は、光を、光源から、移動するセンサへッドに伝達し、信号を分析するために光信号を光ファイバを通して中継し、検出器システムに戻すのに光ファイバを使用する、走査システムを開発することである。光源及び検出器システムの両方が、システム外の場所に配置される。計測のスペクトルの性質及び光ファイバの機械的性質に鑑みると、光ファイバの配向及び／又は形体に対する外乱は、検出器システムに戻る光のスペクトル成分に悪影響を及ぼす。これは、計測値を混乱させる。例えば、走査プロセス中に湾曲部が導入されたりなくされたりすることによって光ファイバの正味湾曲長が変化すると、光学的出力が変化し、例えば失われ、又は減衰し、及び／又は光ファイバの引張応力が変化する。光ファイバの湾曲による光学的損失は波長で決まり、これは、任意の分光システムに悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、数、直径、又は長さが変化しない一連の湾曲部によって、移動するスキャナへッドに連結された光ファイバ経路を制御する、実際的な方法を提供する。この方法では、走査システムは、移動するシート又はウェブの一つ又はそれ以上の特性の正確であり且つ一貫した計測値を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施例では、本発明は、光学デバイスを、主走査方向に沿って、第１端から第２端まで移動するための走査機構において、
主走査方向の第１端と隣接して位置決めされた、第１定置転向プーリと、
主走査方向の第２端と隣接して位置決めされた、第２定置転向プーリと、
第１及び第２の定置プーリの周囲に部分的に巻き付けられた、固定された第１端及び固定された第２端を持つケーブルと、
第１及び第２の定置転向プーリ間でケーブルに作動的に連結された移動自在の光学デバイスと、
移動自在の光学デバイスが主走査方向に沿って移動するとき、全湾曲長及び半径を実質的に同じに維持するための手段と、
移動自在の光学デバイスが主走査方向に沿って移動するとき、ケーブルに作用する張力を実質的に同じに維持するための手段と、
移動自在の光学デバイスを主走査方向に沿って駆動するための手段とを備えている、走査機構に関する。
【００１１】
別の実施例では、本発明は、材料シートの特性を主走査方向に沿って検出するための走査センサシステムにおいて、
光源と、
主走査方向の第１端と隣接して位置決めされた、第１定置転向プーリと、
主走査方向の第２端と隣接して位置決めされた、第２定置転向プーリと、
第１及び第２の定置プーリの周囲に部分的に巻き付けた光ファイバケーブルとを備えており、
光ファイバケーブルは、固定された第１端と、固定された第２端と、
光源からの光が、光ファイバケーブルを通して光学デバイスに伝達され、シート材料からの信号が、光ファイバケーブルを通して伝達されるように、第１及び第２の定置転向プーリ間で光ファイバケーブルに作動的に連結された移動自在の光学デバイスと、
移動自在の光学デバイスが主走査方向に沿って移動する際に、光ファイバケーブルに作用する張力を実質的に同じに維持するための手段と、
移動自在の光学デバイスを主走査方向に沿って駆動するための手段と、
光学デバイスからの信号をシート材料についての検出された特性の計測値に変換するための手段とを備えている、走査システムに関する。
【００１２】
別の実施例では、本発明は、遠隔の定置の放射線源から、放射線を、移動する光ファイバケーブルを通して走査光学デバイスに伝達し、計測された信号を走査光学デバイスから移動する光ファイバケーブルを通して遠隔の定置の信号受信デバイスに伝達する方法において、
（ａ）（ｉ）第１定置転向プーリと、
（ｉｉ）第１定置転向プーリから間隔が隔てられており、走査光学デバイス用の走査経路を形成する第２定置転向プーリとを有し、
第１及び第２の定置転向プーリは、光ファイバケーブルを走査経路に沿って支持するようになっており、更に、
（ｉｉｉ）第１及び第２の定置転向プーリの周囲でループをなしたケーブルに加えられた張力を維持するための張力補償機構を有する、走査システムを提供する工程と、
（ｂ）光ファイバケーブルを第１及び第２の定置転向プーリの周囲で部分的にループにし、光ファイバケーブルの一部が、第１及び第２の定置転向プーリ間で実質的に直線状の経路を形成するように、光ファイバケーブルを張力補償機構と係合する工程と、
（ｃ）光ファイバケーブルの第１端を固定する工程と、
（ｄ）光ファイバケーブルの第２端を固定する工程であって、固定が、光学デバイスが第１端と第２端との間を横切るとき、光ファイバケーブルの湾曲、及び第１端と第２端との間の光ファイバケーブルの全湾曲長が、本質的に一定に保持されるように行われる、工程と、
（ｅ）光学デバイスを、第１及び第２の定置転向プーリ間で、光ファイバケーブルに作動的に連結する工程と、
（ｆ）光学デバイスが走査しているとき、光ファイバケーブルに実質的に同じ張力が作用する状態が維持されるように、光学デバイスを走査経路に沿って前後に駆動する工程と、
（ｇ）光学デバイスが走査を行っているとき、遠隔の放射線源から、放射線を、光ファイバケーブルの一部を通して光学デバイスに伝達する工程と
（ｈ）計測された信号を走査光学デバイスから移動する光ファイバケーブルを通して遠隔の定置の受信デバイスに伝達する工程とを含む、方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａは、本発明のケーブル巻取り機構１０の一実施例を示す。この機構は、十分な構造強度を持つ鋼又は他の材料で形成されたフレーム１２を含む。代表的には、移動しているシート又はウェブ４０の横方向で走査を行うのに使用される走査システムについて、フレーム１２の長さは、スキャナへッド３０が全幅を横方向に沿って横断できるように、移動しているシート４０の幅とほぼ同じである。フレーム１２の一方の側部には、フレームにピン１６で固定された第１固定転向プーリ１４が配置されている。フレームの他方の側部には、第２固定転向プーリ１８が位置決めされている。このプーリ１８は、ピン２０によって固定されている。ピン１６と２０との間の距離は、好ましくは、２ｍ乃至１２ｍである。２つの固定転向プーリ１４、１８の直径は、好ましくは同じである。各プーリは、好ましくは、可撓性ケーブルを受け入れるように寸法が定められた溝をその外周に備えている。
【００１４】
フレーム１２内で２つの固定プーリ１４、１８間に一対の移動自在のプーリ即ち並進プーリ２１、２４が設けられている。これらのプーリは、剛性部材２８によって互いに関連している。対をなした移動自在のプーリ２１、２４は、夫々、ピン２２及び２６によってレール４２に固定されており、これにより、移動自在のプーリ２１、２４を、固定転向プーリ１４、１８間の直線的経路に沿って、前後に移動できる。好ましくは、移動自在のプーリ２１、２４の直径は同じであるが、これらのプーリは、好ましくは、固定転向プーリ１４、１８の直径よりも小さい。プーリ１４、１８、２１、及び２４の中心は、好ましくは、水平方向軸線に沿って整合している。
【００１５】
光ファイバケーブル３６が四つのプーリ１４、１８、２１、及び２４の周囲に図示のように、部分的に巻き付けてある。ケーブルの２つの端部３２及び３４は、フレーム１２又は他の定置の構造に固定してある。光ファイバケーブル３６は、余分の緩みをなくすために十分な張力で固定されていなければならない。二つの端部を固定するため、ばね又は他の張力装置を必要とする。スキャナへッド３０は、移動するシート４０の側部間を横方向に沿って前後に走査できるように、ケーブル３６に作動的に連結されている。関連した並進プーリ２１、２４は、スキャナヘッド３０と逆方向に半分の速度で移動する。このようにして、ケーブル３６は、スキャナヘッド３０が移動している場合でも、一方の端部３２から他方の端部３４までぴんと張ったままである。別の実施例では、巻取り機構が経時的に作動しているときケーブルに所定量のクリープが生じてしまうことがわかっている。かくして、巻取り機構には、端部３２及び３４の一方又は両方にばね又は他の張力デバイスを設けられていてもよい。これにより、ケーブルが過度の緩みを示すことがないようにする。別の態様では、対をなした移動自在のプーリ２１、２４間等の巻取り機構の別の部分にばねを位置決めできる。この場合、剛性部材２８で連結する代わりに、ばねデバイスを持つ部材を使用して２つの移動自在のプーリ２１、２４を連結できる。
【００１６】
明らかなように、ケーブル巻取り機構では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、光ファイバケーブルは、光ファイバケーブルの湾曲直径を決定する一連のプーリの周囲を案内される。光ファイバケーブルは、張力が加わった機械的構造によって取り囲まれている。この機械的構造は、光ファイバに張力を加えることなく、ケーブルを２つの固定プーリ１４及び１８間の走査距離の幅に亘って支持する「ルースチューブ」導管を提供する。並進プーリ２１、２４の組により、ケーブルは、ばね又は負荷デバイスを必要とせずに張力が加わった状態にとどまることができる。一斉に移動するこれらの並進プーリ２１、２４により、ケーブルの長さに亘ってケーブルに作用する張力を本質的に一定に維持する。並進プーリ２１、２４がスキャナヘッド３０の移動方向とは逆に移動することは、図３に示すように、スキャナヘッド３０を移動する力に応じて必要とされる方向にケーブルを分配するのに役立つ。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、スキャナヘッド３０がケーブル巻取り機構１０の一方の側部から中央に向かって移動するとき、固定転向プーリ１４と並進プーリ２４との間のケーブルの長さの減少は、固定転向プーリ１８と並進プーリ２１との間のケーブルの長さが対応して増大することによって相殺され、即ち補償される。
【００１７】
本発明によるケーブル巻取り機構では、走査中に光ファイバが前後に移動することによる全湾曲損失が一定のままである。これは、二つ又はそれ以上の波長帯域での相対的出力を計測する分光センサを使用するスキャナにとって重要である。光ファイバの湾曲損失は、湾曲半径及び全湾曲長で決まる。移動自在の光へッドの走査中に湾曲長又は湾曲半径が変化すると、計測エラーが入り込む。ケーブル巻取り機構は、光へッドが移動しているときでも、角度的湾曲長及び湾曲半径を一定に保持し、これによりセンサのエラーを最少にする。（しかしながら湾曲位置は変化するということに着目されたい。）光ファイバの湾曲長は、円のセグメントである円弧の長さと等価である。円弧についての湾曲長は、ラジアンで計測した二つの半径間の直径と角度の積に等しい。かくして、９０°に亘る円弧の湾曲長は、同じ半径であるが４５°の円弧の湾曲長の二倍である。ケーブル巻取り機構は、走査中、同じ全湾曲長を維持する。
【００１８】
スキャナヘッド３０は、多くの機構によって、横方向に沿って前後に前進させることができる。一実施例では、図２に示すように、ケーブル巻取り機構６０は、レール６２及び６４と、固定転向プーリ６６及び６８と、ロッド９４によって関連した一対の移動プーリ８０及び８２とを含む。キャリッジ７２がレール６２、６４に載っている。これらのレール６２、６４は、キャリッジ７２が前後に移動するとき、キャリッジ７２用の低摩擦ガイドとして機能する。キャリッジ７２は、スキャナヘッド７４を支持する、ローラーを備えたプラットホームであってもよい。この構成では、スキャナヘッド７４は、分析されるべきウェブの下に位置決めされる。しかしながら、ケーブル巻取り機構６０は、ウェブの性質をその上面から計測するため、スキャナヘッド７４がウェブの真上に又はウェブに対して角度をなしているように使用してもよい。
【００１９】
好ましい実施例では、スキャナヘッド７４は、全ての又はほとんどの光学素子を収容しているが、検出用電子装置は、定置の区画室７８に収容されている。かくして、計測値はスキャナヘッド７４からケーブル７０を通って区画室７８に伝達される。キャリッジ７２は、モータ９０に作動的に連結された駆動プーリ７６及び被駆動プーリ８８に巻き付けたベルト８４に連結されている。作動では、モータ９０を制御することにより、キャリッジ７２の移動速度及び移動方向を調節する。
【００２０】
別の態様では、対をなした移動自在のプーリ８０、８２をリンクするロッド９４にベルト８４を直接固定してもよい。この方法では、モータ９０を賦勢することによりケーブル７０も移動する。別の変形例では、スキャナヘッド７４を駆動するため、モータ９０を固定転向プーリ６６に作動的に連結してもよい。
【００２１】
本発明のケーブル巻取り機構は、ウェブ又はシートの様々な性質を計測する走査システムで使用できる。走査システムを製紙機の繊維質シートの計測に関して説明したが、走査システムは、例えばプラスチックを含む他の材料の性質を計測するのに使用してもよいということは理解されよう。最新の高速の機械で製紙を行う技術分野では、シートの性質を連続的に監視し、制御しなければならない。際も多くの場合に計測されるシートの変数には、製造プロセスの様々な段階での秤量、含水量、キャリパー即ちシートの厚さが含まれる。製紙デバイスは、当該技術分野で周知であり、例えば、１９９２年にアンガスヴィルデ出版社が刊行した「パルプ及び紙の技術者用の便覧（第２版）」Ｇ．Ａ．スモック著、及び１９９２年にマッグロウヒル社が刊行した「パルプ及び紙の製造（第３巻）（製紙及び板紙の製造）」Ｒ．マクドナルド著に記載されている。更に、シート製造システムは、例えば、Ｈｅに付与された米国特許第５，５３９，６３４号、Ｈｕに付与された米国特許第５，０２２，９６６号、バラクリシャナンに付与された米国特許第４，９８２，３３４号、ボイスヴェイン等に付与された米国特許第４，７８６，８１７号、及びアンダーソン等に付与された米国特許第４，７６７，９３５号に記載されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。更に、製紙機のプロセス制御技術は、例えば、Ｈｕ等に付与された米国特許第６，１４９，７７０号、ハガート−アレクサンダー等に付与された米国特許第６，０９２，００３号、ヘブン等に付与された米国特許第６，０８０，２７８号、Ｈｕ等に付与された米国特許第６，０５９，９３１号、Ｈｕ等に付与された米国特許第６，８５３，５４３号、及びＨｅに付与された米国特許第５，８９２，６７９号に記載されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００２２】
図３は、製紙機で繊維質シートの含水量又は他の物理的性質を計測するのに使用できる例示の走査システムのセンサレイアウトを示す。走査システム２００は、光源２１０と、光変調素子２１２と、検出器電子装置２１４と、センサへッド２１６とを備えている。センサへッド２１６は、繊維質シートと隣接した直線的経路内に沿って前後に移動する。作動では、光源からの変調された光が、光源ビーム光ファイバ２２２を通ってセンサへッド２１６に送出され、ここで繊維質シート上に焦合する。繊維質シートから散乱して戻る光をセンサへッド２１６で捕捉し、これを検出器ビーム光ファイバ２２０を通して検出器電子装置２１４に送出する。シートの性質を計測する場合には、スキャナへッド２１６は、好ましくは、約０．１ｍ／ｓ乃至５０ｍ／ｓの速度で前後に移動する。
【００２３】
含水量の計測については、赤外線分光法が好ましい技術である。片側ＩＲ計測を行うための一つの方法は、対象物の吸収波長及び基準波長を予め決定し、対象物の波長で、各チャンネルに対してクリスチャンセンフィルタ及び検出器を使用し、解像度が非常に低い分光計を形成する。これに関し、光源２１０は、計測に必要な波長内の一定の信頼性のあるエネルギ流を提供する。水分の計測は、代表的には、適当な水吸収ピークを出す波長の放射線を使用する。
【００２４】
先行必要条件の波長の放射線を発生するために多くの様々な光源を使用できる。こうした光源には、（１）石英タングステンハロゲン（ＱＴＨ）電球、（２）ＩＲ発光ダイオード、（３）ＩＲレーザーダイオード、及び（４）マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ＩＲ源が含まれる。用途が広く、信頼性があり、低価格であるため、ＱＴＨ電球が好ましい。ＱＴＨ光源を使用する場合には、好ましい変調技術は、従来の音叉やチョッパーホイール変調を使用して振幅を直接変調することである。
【００２５】
本発明の巻取り機構に適した光ファイバケーブルには、商業的に入手可能な光伝達光ファイバケーブルが含まれる。しかしながら、本発明の巻取り機構は、光ファイバを所定の経路内で移動するのに特に適しているが、この機構は、任意の種類の移動するケーブルに対するガイドとして使用できるということは理解されるべきである。ここで言うケーブルとは、任意の細長い可撓性材料に言及しようとするものである。ケーブルには、例えば金属ワイヤ、ロープ、等が含まれる。
【００２６】
光ファイバケーブルは、屈折率が周囲クラッディングの屈折率よりも幾分大きいコアを有する。ミネソタ州セントポールの３Ｍ社からＦＧ−５５０−ＬＥＲの部品番号で入手できる好ましい光ファイバは、シリカクラッディングを持つシリカコアを有する。ケーブルは、シリカクラッディングを取り囲むフルオロアクリレートポリマーコーティングと、外ポリ（エチレン−コ−テトラフルオロエチレン）コーティングも備えている。このファイバでは、主光案内インターフェースは、シリカ／シリカコア／クラッディングインターフェースである。しかしながらシリカ／フルオロアクリレートポリマーコーティングインターフェースによって、更に、余分の光伝達が行われる。別の実施例では、光ファイバ又はポリマーを外被として備えた光ファイバを、テクスロック社から商業的に入手可能なＰＥＥＫ等の適当な材料でできた強固な潰れないチューブで取り囲んでもよい。光ファイバは、このＰＥＥＫチューブ内に緩く配置される。ファイバＰＥＥＫチューブ構造を、例えばロープの形態の非弾性材料又は非延伸材料で取り囲む。適当な材料は、セラネーゼ社からヴェクトラン（ＶＥＣＴＲＡＮ）として商業的に入手可能な高強度ファイバである。外側のロープに張力を加えることによって、光ファイバをロープ内で自由に即ち「浮動」状態で移動できる。
【００２７】
開口数が高い光ファイバを使用してもよい。代表的には、これらの光ファイバの開口数は、０．１乃至約０．３７乃至０．４８、又はこれよりも高い。開口数は光学的特性の関数であり、詳細には、光ファイバのコアとクラッディングとの間の屈折率の関数である。開口数はファイバに対して受け入れコーン(cone of acceptance)を形成する。従って、受け入れコーンが形成する領域内で光がファイバから放出される。同様に、受け入れコーンに進入する光は、更に、ファイバに進入する。開口数が大きい光ファイバは、ベラードに付与された米国特許第５，１７０，０５６号に記載されている。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。開口数が大きいこれらの光ファイバは、湾曲による光学的損失に対する感受性が低く、及び従って、これらを使用することにより、更に確固とした計測値が得られる。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、巻取り機構のケーブル形体は、湾曲部を有する。これらの湾曲部の幾つかは、それらの長さにおいて不変であり、形態及び位置が設置後及び作動中に変化しない。不変でない湾曲部は、１ｍｓ乃至数秒程度の比較的短時間ではそれらの位置を変えない湾曲部であり、これらは、走査中に形成される様々な湾曲部がある。巻取り機構を使用する走査システムは、これらの状況で湾曲スペクトルが変化するとき、較正状態及び仕様を維持できる。湾曲部の数が増えると、光ファイバを通して伝達される際に失われる光の量が増大する。ファイバの外乱(disturbance) と関連した損失を小さくするため、定置湾曲の半径を特定の設計についての最小湾曲半径よりも大きく保持しなければならない。特定の光ファイバケーブルについての最小ファイバ湾曲半径は、製造者によって特定される。
【００２９】
センサへッド２１６は、図３に示すように、光源ビーム光ファイバ２２２及び検出器ビーム光ファイバ２２０の両方に連結された適当な光へッドを備えている。図４に示すように、適当な光へッド２４０は、光源ビーム光ファイバケーブル２５４及び検出器ビーム光ファイバケーブル２５６の夫々に連結するためのカップラー２４４及び２４６を備えた本体２４２を有する。センサへッドは、随意であるが、光へッド２４０を周囲から保護するハウジングを備えていてもよい。光ファイバケーブル２５４から送出された光２７０は、反射鏡２４８から、走査されるシート又はウェブに反射される。適当な焦合レンズ（図示せず）を使用してもよい。シートからの散乱光２７２が、鏡２５０から、検出器ビーム光ファイバケーブル２５６内に反射される。鏡２５０及び２４８の輪郭は、走査される移動しているシートに対して焦合でき且つ適当な配向から捕捉できるように定められる。鏡は、金、銀、アルミニウム、誘電体、又は他の適当な反射性材料の層を備えていてもよい。
【００３０】
図４の光へッド２４０の実施例は、二つの光ファイバケーブル２５４、２５６の端部に連結される。この設計により、光源からの光及び分析を受けるシートから散乱された、検出器システムの信号演算処理構成要素に中継される光を、ケーブルの様々な部分を通して伝達できる。しかしながら光源からの光及びシートから散乱された光をケーブルの同じ部分を通して伝達できる。この後者の場合には、光へッド２４０は、一方の光ファイバケーブルの端部に連結されていさえすればよい。
【００３１】
図４に示す光へッド２４０は、走査計測中に前後に移動する移動自在の光学デバイスの部分である。スキャナヘッドを移動する上で必要な動力を小さくするため、光学デバイスは軽量でなければならない。従って、移動自在の光学デバイスを構成する部品点数を最少にするのが好ましい。一実施例では、移動自在の光学デバイスは、移動するシートに光を送出し、シートから散乱した光を中継する、光へッド２４０等の光学素子を備えている。信号演算処理構成要素等の検出システムの光源及び他のデバイスは、遠隔の区画室等に配置される。移動自在の光学デバイスは、コンパクトでなければならず、代表的には、１ｋｇ以下であり、好ましくは、２００ｇ以下でなければならない。
【００３２】
更に、分光測定走査システムは、ベロツェルコフスキー等に付与された、走査反射型赤外線コーティングセンサを開示する、米国特許第５，７９５，３９４号、及びプレストン等に付与された、反射型グロスセンサを開示する、米国特許第６，４０４，５０２号に記載されている。両特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。繊維質シートの乾燥秤量、秤量、及び含水量を製紙中に光学的に計測するためのオンライン走査センサシステムが、ダルキストに付与された米国特許第４，８７９，４７１号、ダルキスト等に付与された米国特許第５，０９４，５３５号、及びダルキストに付与された米国特許第５，１６６，７４８号に開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂは、ケーブル巻取り機構１４０の別の実施例を示す。ケーブル巻取り機構１４０は、フレーム１４２と、移動自在の転向プーリ１４６とを備えている。ケーブル１５２の一端が、位置１４４のところで一端に固定されているのに対し、ケーブルの他端は、スキャナヘッド１５０に取り付けられている。プーリ１４６は、スキャナヘッドの直線的経路と平行に延びるレール（図示せず）によって支持できるピン１４８でその中心が固定されている。プーリ１４６は、張力デバイス１３０、例えばばねによって、位置１５４のところに固定されている。スキャナヘッド１５０は、上文中に説明したように、適当なモータによって駆動できる。ケーブル１５２は、スキャナヘッド１５０を機構１４０の中心に向かって引っ張ったとき、ケーブル１５２が緩まないように保持するのに十分な力を張力デバイスが加えるように、プーリ１４６の周囲に巻き付けてある。
【００３４】
以上、本発明の原理、好ましい実施例、及び作動モードを説明した。しかしながら、本発明は、以上論じた特定の実施例に限定されるものと解釈されるべきではない。かくして、上文中に説明した実施例は、限定でなく、例示であると考えられるべきであり、当業者は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲を逸脱することなく、これらの実施例に変更を加えることができるということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、ケーブル巻取り機構の概略側面図である。
【図２】図２は、ケーブル巻取り機構の概略平面図である。
【図３】図３は、走査システムの概略図である。
【図４】図４は、センサへッドを示す斜視図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、ケーブル巻取り機構の別の実施例の概略側面図である。
【図６】図６は、従来技術の走査システムの概略側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ケーブル巻取り機構
１２  フレーム
１６  ピン
１４  第１固定転向プーリ
１８  第２固定転向プーリ
２０  ピン
２１  並進プーリ
２２  ピン
２４  並進プーリ
２６  ピン
２８  剛性部材
３０  スキャナへッド
３２、３４  端部
３６  光ファイバケーブル
４０  シート
４２  レール
【図１Ａ】
2008521063.tif 000003
【図１Ｂ】
2008521063.tif 000004
【図２】
2008521063.tif 000005
【図３】
2008521063.tif 000006
【図４】
2008521063.tif 000007
【図５Ａ】
2008521063.tif 000008
【図５Ｂ】
2008521063.tif 000009
【図６】
2008521063.tif 000010
【国際調査報告】
2008521063.tif 000011
2008521063.tif 000012
2008521063.tif 000013