(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲温度の影響を受けることなくテープ幅を高精度に測定できるテープ幅測定装置を提供する。【解決手段】走行するテープ1 の両方の縁部1a、1bをそれぞれ照明する第１及び第２の照明光学系2a、2bと、テープ走行方向と直交する方向に配列され、それぞれ配列番号が付与されている複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出し周波数で読み出すイメージセンサ5 と、テープの両方の縁部の像をイメージセンサ上にそれぞれ投影する第１及び第２の撮像光学系4a,4b と、イメージセンサからの出力信号に基づいて走行するテープの幅を算出する演算処理回路とを具え、特定された２つの縁部位置に対応する受光素子の配列番号と受光素子間の距離とからテープ幅を求める。【選択図】図１
2005207818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源を含み、走行するテープの両方の縁部をそれぞれ照明する第１及び第２の照明光学系と、
テープ走行方向と直交する方向に配列され、それぞれ配列番号が付与されている複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出し周波数で読み出すイメージセンサと、
前記テープの両方の縁部の像をイメージセンサ上にそれぞれ投影する第１及び第２の撮像光学系と、
イメージセンサからの出力信号に基づいて走行するテープの幅を算出する演算処理回路とを具え、
前記演算処理回路は、イメージセンサからの出力信号を輝度情報としてとらえ、当該輝度情報に基づいてイメージセンサ上に投影されるテープのエッジ位置を特定し、特定された２つの縁部位置に対応する受光素子の配列番号と受光素子間の距離とからテープ幅を求めることを特徴とするテープ幅測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のテープ幅測定装置において、前記演算処理回路は、イメージセンサから出力される輝度情報について低輝度及び高輝度の２つの輝度レベルを設定し、直線補間法により走行するテープのエッジ位置を特定することを特徴とする請求項１に記載のテープ幅測定装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の撮像光学系は、走行するテープのエッジの像を前記イメージセンサ上に拡大像として結像することを特徴とする請求項１又は２に記載のテープ幅測定装置。
【請求項４】
前記照明光源は、所定の発光期間ｔ1 の期間中にだけ時間周期ｔ2 で周期的に発光動作を行い、前記イメージセンサ駆動回路は、周期ｔ2 で各発光動作毎に各受光素子に蓄積された電荷を読み出し、前記照明光源の発光期間ｔ1 とイメージセンサの読出周期ｔ2 とを、ｔ1 ＜ｔ2 となるように設定したことを特徴とする請求項１から３までにいずれか１項に記載のテープ幅測定装置。
【請求項５】
ｔ1 の発光期間だけ、ｔ2 の時間周期で周期的に発光動作を行う照明光源を含み、走行するテープの両方の縁部をそれぞれ照明する第１及び第２の照明光学系と、
テープ走行方向と直交する方向に配列され、それぞれ配列番号が付与されている複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷をｔ2 の時間周期で周期的に読み出すイメージセンサと、
前記テープの両方の縁部の像をイメージセンサ上にそれぞれ投影する第１及び第２の撮像光学系と、
イメージセンサからの出力信号に基づき、前記イメージセンサ上に投影されるテープエッジの位置に対応する受光素子を特定し、特定した受光素子の配列番号と受光素子間の距離とから走行するテープの幅を算出する演算処理回路とを具え、
前記照明光源の発光期間ｔ1 と前記イメージセンサの読出周期ｔ2 とを、ｔ1 ＜ｔ2 となるように設定したことを特徴とするテープ幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速走行するテープの幅をリアルタイムで高精度に測定するテープ幅測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気テープ等の各種のテープが種々の用途に用いられている。例えば、磁気テープは、高速走行中に各種の情報を記憶するために用いられており、その情報記憶領域を正確に管理する必要があり、製造工程においてテープ幅を高精度に管理する必要がある。また、各種のテープは、走行する幅広のシート材料をスリッタにより所定のテープ幅に切り出すことにより製造されるため、製造工程においてテープ幅をリアルタイムで高精度に測定することが強く要請されている。特に、走行するテープをリアルタイムで測定できれば、測定データに基づいて走行するテープに作用するテンションに対してリアルタイムでフィードバックできるため、製造上の歩留りを大幅に改善できる効果が達成される。
従来、磁気テープ等の走行するテープの幅を測定する方法として、走行するテープの両方の縁部にテープをはさんで光源とフォトマルを配置し、フォトマルに入射する入射光量からテープ幅が測定されていた。すなわち、テープ幅が基準値よりも増大するとフォトマルに入射する光量が減少し、テープ幅が基準値よりも小さくなるとフォトマルへの入射光量が増加する。よって、フォトマルへの入射光量に基づいて走行するテープの幅が測定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のテープ幅測定方法では、周囲温度の変化に応じてフォトマルからの出力信号が変化するため、温度による影響が無視できず、測定精度に難点があった。さらに、フォトマル自体にも感度のバラツキがあるため、幅広の１枚のシート材からスリッタにより多数のテープを製造する工程において、走行する多数の磁気テープの幅を多チャネル方式で管理する管理システムに適合しない課題も指摘されている。また、テープは、走行中に蛇行するため、蛇行によりフォトマルへの入射光量が変化してしまい、高精度なテープ幅の管理に難点があった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、周囲の雰囲気温度に影響を受けることなく、高精度にテープ幅を測定できるテープ幅測定装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、走行するテープの蛇行による影響を受けにくいテープ幅測定装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、幅広のテープシート材からスリッタにより切り出された多数のテープの幅を多チャネル方式で管理するのに好適なテープ幅測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるテープ幅測定装置は、照明光源を含み、走行するテープの両方の縁部をそれぞれ照明する第１及び第２の照明光学系と、
テープ走行方向と直交する方向に配列され、それぞれ配列番号が付与されている複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出し周波数で読み出すイメージセンサと、
前記テープの両方の縁部の像を前記イメージセンサ上にそれぞれ投影する第１及び第２の撮像光学系と、
イメージセンサからの出力信号に基づいて走行するテープの幅を算出する演算処理回路とを具え、
前記演算処理回路は、イメージセンサからの出力信号を輝度情報としてとらえ、当該輝度情報に基づいてイメージセンサ上に投影されるテープのエッジ位置を特定し、特定された２つの縁部位置に対応する受光素子の配列番号と受光素子間の距離とからテープ幅を求めることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、走行するテープの両方の縁部に向けて照明光投射し、撮像光学系により両方のテープエッジの像を同一のイメージセンサ上に投影する。イメージセンサからの出力信号を演算処理回路に供給する。演算処理回路は、イメージセンサから周期的に供給されていくる出力信号を輝度情報として捕らえ、イメージセンサ上に投影されるテープのエッジ位置を特定し、エッジ位置に対応する受光素子を特定し、受光素子の配列番号と受光素子間の距離とにより走行するテープ幅を決定する。このように、本発明では、イメージセンサ上に投影されるテープのエッジ像からテープ幅を求めるため、光源の輝度変動や受光素子の感度変化或いは周囲温度の変化等による影響を受けることなくテープ幅を高精度に測定することができる。
【０００７】
本発明によるテープ幅測定装置の好適実施例は、演算処理回路は、イメージセンサから出力される輝度情報について低輝度及び高輝度の２つの輝度レベルを設定し、直線補間法により走行するテープのエッジ位置を特定することを特徴とする。本発明者の実験結果によれば、イメージセンサ上に投影されるテープのエッジの像は、輝度レベルとして高レベルの領域と低レベルの領域との中間の輝度レベルであり、高レベル領域と低レベル領域との間の輝度はほぼ直線状に変化することが判明した。従って、２つの輝度レベルを用いる直線補間法によりエッジ位置を比較的容易に特定することができる。
【０００８】
本発明によるテープ幅測定装置の好適実施例は、第１及び第２の撮像光学系は、走行するテープのエッジの像を前記イメージセンサ上に拡大像として結像することを特徴とする。
【０００９】
本発明によるテープ幅測定装置の好適実施例は、ｔ1 の発光期間だけ、ｔ2 の時間周期で周期的に発光動作を行う照明光源を含み、走行するテープの両方の縁部をそれぞれ照明する第１及び第２の照明光学系と、
テープ走行方向と直交する方向に配列され、それぞれ配列番号が付与されている複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷をｔ2 の時間周期で周期的に読み出すイメージセンサと、
前記テープの両方の縁部の像をイメージセンサ上にそれぞれ投影する第１及び第２の撮像光学系と、
イメージセンサからの出力信号に基づき、前記イメージセンサ上に投影されるテープエッジの位置に対応する受光素子を特定し、特定した受光素子の配列番号と受光素子間の距離とから走行するテープの幅を算出する演算処理回路とを具え、
前記照明光源の発光期間ｔ1 と前記イメージセンサの読出周期ｔ2 とを、ｔ1 ＜ｔ2 となるように設定したことを特徴とする。
【００１０】
走行するテープは、走行方向と直交する方向に蛇行するため、光源から連続する照明光を投射し、イメージセンサに蓄積した電荷を所定の周期で読み出したのでは、蛇行により分解能が低下してしまう。そこで、本発明では、イメージセンサの読出周期ｔ2 よりも短い発光期間ｔ1 を有する光源を用いる。例えば、光源の発光期間をイメージセンサの読出周期の１／１０程度に設定した場合、蛇行による分解能の低下を大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明によるテープ幅測定装置の測定ヘッドの一例の構成を示す線図である。本例では、高速走行する幅広の磁気テープシート材をスリッタにより所定のテープ幅の多数の磁気テープに切断し、切り出された各磁気テープ１の幅を測定する。従って、並列して走行する複数の磁気テープをリアルタイムで多チャネル方式で測定するものとする。よって、所定のテープ幅に切断された複数の磁気テープ毎にそれぞれテープ幅測定ヘッドを設け、高速走行する各磁気テープ毎にテープ幅をリアルタイムで測定する。磁気テープ１は、紙面と直交する方向に走行するものとし、その幅は縁部１ａと１ｂとの間の距離とする。両方の縁部１ａ及び１ｂの位置を特定するため、第１及び第２の照明光源２ａ及び２ｂを用いる。これらの照明光源は、例えば発光ダイオードとすることができる。発光ダイオード２ａから放出された照明光は、第１の照明光学系を構成する第１の照明用レンズ３ａを介して磁気テープ１の一方の縁部１ａの近傍を照明する。同様に、他方の側の縁部１ｂの位置を特定するため、発光ダイオード２ａから放出された照明光は照明用レンズ３ｂを介して他方の縁部１ｂを照明する。磁気テープ１をはさんで照明光学系と反対側に撮像光学系を構成する第１及び第２の撮像レンズ４ａ及び４ｂをそれぞれ配置する。
【００１２】
図２に示すように、撮像レンズ４ａ及び４ｂは、磁気テープ１の各縁部１ａ及び１ｂの像を同一のリニヤイメージセンサ５上に投影する。本例では、撮像レンズ４ａ及び４ｂは磁気テープ１の縁部の像を例えば５倍に拡大してリニヤイメージセンサ５上に結像する。従って、例えばテープ縁部の走行基準位置が±１ｍｍに設定されている場合、リニヤイメージセンサ５上において１０ｍｍの範囲に投影される。リニヤイメージセンサ５は、テープ走行方向と直交する方向に沿って配列された多数の受光素子を有し、各受光素子には配列番号が付与され、各受光素子間の距離（受光素子のサイズ）も所定の値に設定されている。リニヤイメージセンサ５は、各受光素子に蓄積された電荷を所定の読み出し周波数で順次読み出し、後述する演算処理回路に出力する。
【００１３】
図３は、リニヤイメージセンサ５上に投影されるテープエッジの像について受光素子の位置と輝度レベルとの関係を模式的に示す線図である。図３に示すように、リニヤイメージセンサ上の輝度レベルは、テープ幅の内側の照明光が入射しない領域において低レベルとなり、テープのエッジを超える外側領域は高レベルとなる。従って、輝度が低レベルから高レベルに遷移する領域がテープエッジの像として捕らえることができる。種々の実験結果によれば、テープエッジの像は、輝度レベルがほぼ直線状に変化するように投影される。尚、テープエッジの部位における輝度レベルが変化する範囲の受光素子数は、約６個程度である。
【００１４】
次に、テープのエッジ位置を特定する方法及び分解能について説明する。本発明では、テープエッジの位置をリニヤイメージセンサ５の受光素子の配列位置により特定する。テープエッジの像は、リニヤイメージセンサ上において輝度レベルがほぼ直線状に変化することが判明している。そこで、本例では、直線補間法を利用してテープのエッジ位置を特定する。リニヤイメージセンサの受光素子の配列番号すなわち画素番号をｘ1,ｘ2...ｘiとし、輝度レベルをｙ1,ｙ2,....... ｙi とする。走行するテープのリニヤイメージセンサ上に投影されるエッジの位置は、輝度が高レベルの画素と低レベルの画素との中間付近に存在するものと把握することができ、その位置は種々の実験データの積み重ねにより決定することができ、例えば高レベルと低レベルの中間の値をとる受光素子の番号により特定することができる。ここで、テープのエッジ位置の輝度をｙ0 とし、輝度ｙ0 となる受光素子の番号をｘ0 とし、輝度が低レベルｙ1 となる端の受光素子番号をｘ1 とし高レベルｙ2 となる端の受光素子の番号をｘ2 とすると、エッジ位置に対応する受光素子の番号は以下の式により求められる。
ｘ0 ＝ｘ1 ＋（ｘ2 −ｘ1 ）×（ｙ0 −ｙ1 ）／（ｙ2 −ｙ1 ）
上式において、低レベル及び高レベルの輝度値ｙ1 ，ｙ2 並びにエッジ領域における低レベル及び高レベルをとる受光素子の番号ｘ1 ，ｘ2 を特定することにより、走行するテープ幅のエッジ位置となる受光素子の番号を特定することができる。ここで、エッジ位置となる受光素子の番号は、後述する演算処理回路において、輝度レベルの変化を微分し、その微係数を所定の閾値と比較することにより或いは２次微分回路を用いてその出力を閾値と比較し、閾値を超える位置の受光素子をもって特定することができる。
【００１５】
次に、分解能について説明する。例えば、図３に示すように、低レベルの受光素子ｘ1と高レベルの受光素子ｘ2 との間に３つの画素が差があるものとし、輝度レベルｙ1 とｙ2 との間の輝度レベル差を１００とし、ｙ0 がｙ1 との中間の値をとるものとすると、テープのエッジ位置は以下のように計算することができる。尚、画素サイズを７μｍとする。
エッジ位置＝（ｘ1 ＋（ｘ2 −ｘ1 ）×（ｙ0 −ｙ1 ）／（ｙ2 −ｙ1 ）
×画素サイズ／レンズ倍率
＝（ｘ1 ＋（３）×（５０）／（１００）×７μｍ／５
＝ｘ1 ×１．４μｍ＋２．１μｍ
また、輝度レベルｙ2 とｙ1 とのレベル差が９９とした場合、エッジ位置は、
エッジ位置＝ｘ1 ×１．４μｍ＋２．１２μｍ
となり、０．０２μｍの高い分解能でテープ幅を決定することができる。
【００１６】
次に、テープ幅の決定方法について説明する。図４は本発明によるテープ幅決定システムの一例の構成を示す線図である。ｎ個のリニヤイメージセンサ５ａ〜５ｎは、リニヤイメージセンサ駆動回路１０から供給される駆動信号により所定の周波数で各受光素子に蓄積された電荷をそれぞれ順次出力し、演算処理回路１１に供給する。尚、リニヤイメージセンサ駆動回路１０は、タイミング信号発生回路１２から供給されるタイミング信号に基づいて駆動信号を形成することができ、本例ではリニヤイメージセンサの駆動周波数は２０ＭＨｚとする。演算処理回路１１は、各リニヤイメージセンサからの出力信号を輝度情報として捕らえ、リニヤイメージセンサ上に投影されるテープのエッジ位置を特定する。そして、特定されたエッジ位置に対応する受光素子の配列番号に基づいてテープ幅を決定する。テープ幅のエッジ位置の特定に際し、低及び高の輝度レベルｙ1 及びｙ2 の輝度値及び輝度が低レベルから高レベルに遷移する位置の受光素子及び高レベルから低レベルに遷移する受光素子の位置を求める。このエッジ領域の受光素子の特定は、例えば前述した直線補間法を用い特定することができる。演算処理回路１１は、求めた両方の縁部の受光素子の配列番号を特定し、投影されるエッジ間の受光素子数と受光素子間の距離とに基づいてテープ幅を決定する。
【００１７】
演算処理回路１１は、得られたｎ個の測定データをコントローラ１３に供給する。このコントローラ１３は、多チャネルシステムの全体を制御するものであり、ｎ個の測定データからテンション制御信号やスリッタ制御信号等の各種制御信号を作成して各制御装置にフィードバックする。例えば、走行する幅広のテープシート材に作用するテープのテンションが高い場合、ｎ個のテープ全体が所定の値よりも小さくなるため、走行するテープシート材に作用するテンションを低くすることにより、テープ幅をコントロールすることができる。さらに、コントローラ１３は、ｎ個の測定データを用いてテープの巻き始めと巻き終わりの際の幅広のテープシート材の供給速度制御を行う制御信号を作成することもできる。
【００１８】
次に、蛇行対策について説明する。テープは、走行中に走行方向と直交する方向にぶれながら走行するため、蛇行の問題が発生する。本発明者の実験結果によれば、１／２インチの磁気テープの場合、横方向のぶれの速度は、１〜１００ｍｍ／秒程度であることが判明している。例えば、２０ｍｍ／秒の速度の横方向のぶれが発生しているものと仮定すると、２ミリ秒の測定サイクルの期間中にテープは横方向に４０μｍ移動することになる。この場合、上述した分解能の計算によれば、（ｘ2 −ｘ1 ）＝３２となり、その分解能は、分解能＝０．２μｍとなり、測定精度が著しく劣化してしまう。
【００１９】
上述した蛇行による問題を解消するため、本発明では、リニヤイメージセンサの読出サイクル期間中の一部分の時間期間中だけ照明光源が発光するように発光期間を制御する。例えば、リニヤイメージセンサの読出周期t1を０．２ミリ秒とし、照明光源１の点灯時間ｔ2 を０．２ミリ秒とする。この場合、リニヤイメージセンサには、０．２ミリ秒の期間中だけテープエッジの像の電荷が蓄積される。従って、テープが、１サイクル期間（リニヤイメージセンサの読出周期である２ミリ秒に横方向に４０μｍ変位しても、（ｘ2 −ｘ1 ）＝６となり、分解能は０．０４μｍとなり、高い分解能を維持することができる。
【００２０】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、照明光源として２つの発光ダイオードを用いたが、単一の光源からの出射する光束を光ファイバに入射し、光ファイバを２分割して２つの照明光を形成することも可能である。
また、上述した実施例では、撮像装置としてリニヤイメージセンサを用いたが、複数の受光素子が２次元アレイ状に配列された２次元ＣＣＤ等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるテープ幅測定装置の光学ヘッドの一例の構成を示す線図である。
【図２】テープエッジの像をイメージセンサ上に投影する構成を示す線図である。
【図３】イメージセンサ上に投影されるテープのエッジ像と受光素子の配列関係を示す図である。
【図４】本発明によるテープ幅測定装置の回路構成を示す線図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  磁気テープ
２ａ，２ｂ  照明光源
３ａ，３ｂ  照明レンズ
４ａ，４ｂ  投影レンズ
５  リニヤイメージセンサ
１０  イメージセンサ駆動回路
１１  演算処理回路
１２  タイミング信号発生回路
１３  コントローラ
【図１】
2005207818.tif 000003
【図２】
2005207818.tif 000004
【図３】
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【図４】
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