(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象となる紙に対してほぼ鉛直に設置されたＬＥＤやレーザー等の光源（１０）と、この光源を中心として同一角度反射面に複数個設けられた受光素子（２０）とを具備し、この光源から照射された光が紙に散乱反射されて当該受光素子に検出され、この受光素子で測定された反射光の強度分布の方向性から紙の配向方向を定める繊維配向計において、
黒色と白色であって、オパールガラス製であって、表面を光学研磨して無配向性とした標準板（３０）を用いて前記受光素子の特性のバラツキを調べ、この特性のバラツキを補償する正規化演算を行って、試料に対する配向方向の演算をすることを特徴とする繊維配向計の信号正規化装置。
【請求項２】
前記正規化演算は、あるチャンネル（ｉ）の受光素子における白色標準板測定時の出力値（Ｂｉ）と黒色標準板測定時の出力値（Ｄｉ）とを用いて、試料に対する当該チャンネルの受光素子の出力値（Ｖｉ）を、
Ｖ'i＝（Ｖｉ−Ｄｉ）ｘ（Ｂα−Ｄα）／（Ｂｉ−Ｄｉ）
（ここで、αは基準となるチャンネル、Ｂαは基準チャンネルの白色標準板測定時の出力値、Ｄαは基準チャンネルの黒色標準板測定時の出力値）
によって正規化出力値（Ｖ'i）にすることを特徴とする請求項１記載の繊維配向計の信号正規化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙の繊維配向を光学的に非接触測定する繊維配向計に関し、特に紙からの反射光を受光する受光素子の器差を補償する改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維配向計は、例えば特開平４−５７９８３号公報に開示されているように、紙の繊維方向が紙の流れ方向ＭＤ及び紙幅方向ＣＤに対してどの程度傾斜しているか測定する装置である。図８は、紙やウェブ上での光スポットの説明図で、縦軸は紙の流れ方向ＭＤ、横軸は紙幅方向ＣＤとなっている。断面円形のレーザー光が紙やウェブに照射され、楕円状の反射光が現れる。これは、レーザー光をスリットを用いて帯光とし、測定光の強度との相関関係から、紙による反射の際の繊維方向と光軸方向が直交となった時が最も反射率が低く、平行する時が最も反射率が高くなる為である。従って、反射率が最も高くなる方向が繊維の配向方向となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、元信号と出力信号との関係を説明する対比図である。元信号は配向のある反射強度を模したもので、ＥＷ方向に配向強度が存在している。これに対して、受光素子の特性のバラツキの影響を受ける出力信号は歪みが大きく、例えば個々の受光素子の感度補正をしない場合には、２０度程度配向角度が傾いて測定されるという課題があった。
【０００４】
そこで、元信号の分布を反映させるために電気回路を用いて補償を行うことができるが、受光素子間のバラツキを精度良くなくすのは大変である。また、例え精度良く合わせたとしても、受光素子を含めた電気回路の経時変化等により再調整を行わなければならず、大変面倒になるという課題があった。
【０００５】
本発明は上述の課題を解決したもので、受光素子の特性にバラツキがあっても、これを補償して正確な配向方向の得られる繊維配向計の信号正規化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する請求項１記載の繊維配向計の信号正規化装置は、被測定対象となる紙に対してほぼ鉛直に設置されたＬＥＤやレーザー等の光源１０と、この光源を中心として同一角度反射面に複数個設けられた受光素子２０とを具備し、この光源から照射された光が紙に散乱反射されて当該受光素子に検出され、この受光素子で測定された反射光の強度分布の方向性から紙の配向方向を定める繊維配向計において、黒色と白色であって、オパールガラス製であって、表面を光学研磨して無配向性とした標準板３０を用いて前記受光素子の特性のバラツキを調べ、この特性のバラツキを補償する正規化演算を行って、試料に対する配向方向の演算をすることを特徴としている。
【０００７】
本発明の請求項１記載の構成によれば、黒色と白色であって配向のない標準板３０を用いて受光素子の特性のバラツキを調べ、この特性のバラツキを補償する正規化演算を行っているので、試料に対する配向方向に受光素子の特性のバラツキの影響が現れない。そこで、正しい配向方向が得られるという効果がある。
【０００８】
請求項２のように、正規化演算は、あるチャンネル（ｉ）の受光素子における白色標準板測定時の出力値（Ｂｉ）と黒色標準板測定時の出力値（Ｄｉ）とを用いて、試料に対する当該チャンネルの受光素子の出力値（Ｖｉ）を、
Ｖ'i＝（Ｖｉ−Ｄｉ）ｘ（Ｂα−Ｄα）／（Ｂｉ−Ｄｉ）
（ここで、αは基準となるチャンネル、Ｂαは基準チャンネルの白色標準板測定時の出力値、Ｄαは基準チャンネルの黒色標準板測定時の出力値）
によって正規化出力値（Ｖ'i）にするとよい。これにより、受光素子の特性のバラツキを除去する具体的な式が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて、本発明を説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成斜視図である。図において、光源１０は、被測定対象となる紙に対してほぼ鉛直に設置されたＬＥＤやレーザー等で、図示しないレンズを用いて光源１０から放射される光を紙や標準板の位置に集光する。
【００１０】
受光素子２０は、光源１０を中心として例えば８〜１２個の複数個設けられた受光ダイオードで、紙や標準板からの反射光を受光する。尚、レーザー１０とレンズの構成に代えて、ＬＥＤを複数設置すると共に散乱板を用いても、この受光素子２０に適する照射光となる。
【００１１】
標準板３０は、白色や黒色のもので、配向性のない光学研磨された平坦なものである。白色標準板は、紙とほぼ同光量の反射強度を有しており、黒色標準板は反射光がゼロであり、データ収集部４０の回路上の電気的オフセット相当の反射強度を有している。データ収集部４０は、受光素子２０の出力信号を各チャンネル毎に収集する。
【００１２】
このように構成された装置の正規化演算について説明する。図２は、正規化演算の手順を示す流れ図である。まず、白色標準板に対する受光素子のデータを各チャンネル毎に取得する（Ｓ２）。次に、黒色標準板に対する受光素子のデータを各チャンネル毎に取得する（Ｓ４）。そして、本来の測定対象であるターゲットサンプルに対する受光素子のデータを各チャンネル毎に取得する（Ｓ６）。そして、白黒標準板による正規化演算を行う（Ｓ８）。そして、ターゲットサンプルに対する配向演算を行う（Ｓ１０）。最後に、配向角、配向指数の表示を行う（Ｓ１２）。
【００１３】
図３は、繊維配向計の受光素子の配置と特性を説明する図で、第１欄は素子の番号、第２欄はゼロ、第３欄はスパン、第４欄は放射軸に対する角度、第５欄は元信号、第６欄は出力信号、第７欄は黒色標準板、第８欄は白色標準板信号、第９欄は正規化した値である。ここでは受光素子としてＮo.１〜Ｎo.８の８個が存在し、放射軸に対して４５度の間隔で配置されている。
【００１４】
受光素子の特性は、ゼロ点に対する出力信号であるゼロと、出力信号の比例定数を示すスパンで表される。元信号は配向のある反射強度を模したもので、受光素子の出力信号との関係が次式で表される。
[黒色標準板の出力信号]＝[元信号＋素子ゼロ]ｘ[素子スパン]    (1)
【００１５】
黒色標準板は、受光素子に入射する反射光をゼロとするもので、受光素子の出力信号との関係が次式で表される。
[出力信号]＝[素子ゼロ]ｘ[素子スパン]                        (2)
白色標準板は、受光素子に入射する反射光が元信号に相当するもので、受光素子の出力信号との関係が次式で表される。
[白色標準板の出力信号]＝[元信号平均値＋素子ゼロ]ｘ[素子スパン]  (3)
【００１６】
元信号平均値とは、１〜８ｃｈの元信号を平均したものである。正規化値は、次に説明する正規化の式を用いて、出力信号を修正したものである。基準ｃｈにはＮｏ．１を使用している。各受光素子の特性のばらつきにも拘らず、元信号に相似の図形が得られており、配向方向も元信号とほぼ等しい。
【００１７】
図４は正規化演算の結果を説明する対比図である。出力信号は、白色標準板の信号とほぼ相似であり、各受光素子の特性のバラツキの影響が現れている。これに対して、正規化信号では、元信号に相似の図形が得られており、配向方向も元信号とほぼ等しい。
【００１８】
次に、正規化演算の内容について説明する。第ｉチャンネルの受光素子における白色標準板測定時の出力値Ｂｉと黒色標準板測定時の出力値Ｄｉとを予め測定し、試料に対する第ｉチャンネルの受光素子の出力値Ｖｉに対する正規化出力値Ｖ'iを次の式により演算する。
Ｖ'i＝（Ｖｉ−Ｄｉ）ｘ（Ｂα−Ｄα）／（Ｂｉ−Ｄｉ）          (4)
ここで、αは基準となるチャンネル、Ｂαは基準チャンネルの白色標準板測定時の出力値、Ｄαは基準チャンネルの黒色標準板測定時の出力値である。
【００１９】
或いは、式(4)を次のように変形することもできる。
Ｖ'i＝ａi＋ｂi*Ｖｉ                                           (5)
ここで、ａiは正規化係数で、基準チャンネルαについては−Ｄαとし、その他のチャンネルｉについては−Ｄi*ｂiとする。ｂiも正規化係数で、基準チャンネルαについては１とし、その他のチャンネルｉについては次による。
ｂi＝（Ｂα−Ｄα）／（Ｂｉ−Ｄｉ）                          (6)
尚、総チャンネル数は受光素子の数と同じ８個や１２個に定める。
【００２０】
続いて、白色標準板と黒色標準板の材質について説明する。もし標準板の表面に方向性がある無数の細かい傷の様なものがあると、精度良く各受光素子の特性のバラツキの影響を除去できない。そこで、無配向の標準板の材質として適切なものを選択する必要がある。
【００２１】
図５は、標準板における反射特性の説明図で、（Ａ）は表側、（Ｂ）は裏側になっている。サンプル角度を０−３６０度とすると、光軸に対して試料が傾いて取り付けられた場合には、３６０度の正弦波が現れる。これに対して、１８０度の正弦波が現れるときは、試料に存在する配向の影響を表したものである。表側では、光学研磨の結果配向を表す１８０度の成分は殆ど現れていない。裏側では、配向の影響が現れているものの、反射に用いるものではないから差し支えない。ここでは、標準板の材質がアルミナ白板で、スポット径として１０ｍｍΦ、反射角として５０度の場合を測定している。
【００２２】
図６は、オパール硝子における反射特性の説明図で、（Ａ）は表側、（Ｂ）は裏側になっている。表側では、光学研磨の結果配向を表す１８０度の成分は殆ど現れていないと共に、反射光強度の均一性が良好である。裏側では、光軸に対して試料が傾いて取り付けられた影響と配向の影響が重畳して現れているものの、反射に用いるものではないから差し支えない。従って、標準板の材質として最も好ましい。オパール硝子は、ビトロライト板や白ピトロとも呼ばれている。ここでは、スポット径として１０ｍｍΦ、反射角として５０度の場合を示している。
【００２３】
図７は、焼結セラミックにおける反射特性の説明図で、（Ａ）は表側、（Ｂ）は裏側になっている。表側では、光学研磨をしたものの配向を表す１８０度の成分が現れていると共に、反射光強度のバラツキが大きい。裏側では、光軸の傾きの影響が現れているものの、反射に用いるものではないから差し支えない。従って、オパール硝子に対する比較例となっている。ここでは、スポット径として１０ｍｍΦ、反射角として５０度の場合を示している。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の繊維配向計によれば、黒色と白色の標準板３０を用いて受光素子の特性のバラツキを調べ、この特性のバラツキを補償する正規化演算を行っているので、試料に対する配向方向に受光素子の特性のバラツキの影響が現れない。そこで、正しい配向方向が得られるという効果がある。また、標準板の材質として反射光強度の均一性が高い、オパール硝子を選択するとよい。
【００２５】
請求項２記載の繊維配向計によれば、正規化演算は、あるチャンネルｉの受光素子における白色標準板測定時の出力値Ｂｉと黒色標準板測定時の出力値Ｄｉとを用いて、試料に対する当該チャンネルの受光素子の出力値Ｖｉを所定の演算によって正規化出力値Ｖ'iとしているので、具体的な演算内容が把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成斜視図である。
【図２】正規化演算の手順を示す流れ図である。
【図３】繊維配向計の受光素子の配置と特性を説明する図である。
【図４】正規化演算の結果を説明する対比図である。
【図５】標準板における反射特性の説明図である。
【図６】オパール硝子における反射特性の説明図である。
【図７】焼結セラミックにおける反射特性の説明図である。
【図８】紙やウェブ上での光スポットの説明図である。
【図９】元信号と出力信号との関係を説明する対比図である。
【符号の説明】
１０  光源
２０  受光素子
３０  標準板
【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８】
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【図９】
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