速度計測装置および方法
【課題】ウェブの速度を正確に計測する。
【解決手段】速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動するレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる干渉波形の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の速度を算出する演算部８とを備える。
【解決手段】速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動するレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる干渉波形の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の速度を算出する演算部８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度を計測する速度計測装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置では、ウェブの移動速度を一定に制御し、巻き出し・巻き取りしたウェブの長さを正確に計測する必要がある。
【０００３】
従来、ウェブの速度を計測する方法としては、特許文献１に開示された方法がある。図２１は特許文献１に開示された従来の速度計測装置の構成を示すブロック図である。この速度計測装置では、レーザ／ダイオードユニット２００から放射したレーザ光をレンズ２０１を介して測定ビーム２０２として例えば用紙シートなどのウェブ２０５の上に収斂する。測定ビーム２０２の経路にウェブ２０５がある場合、このウェブ２０５は測定ビーム２０２を反射し、これを散乱させる。この散乱する測定ビーム２０２の放射の１部分は元の経路をたどっていきレンズ２０１によってレーザ／ダイオードユニット２００の放射表面上に収斂され再びレーザの光共振器に侵入する。この結果、レーザ放射の強度が変化する。このレーザ放射の強度の変化は、放射の変化を電気信号に変換するレーザ／ダイオードユニット２００内のフォトダイオード及びこの電気信号を処理する電子回路２０３によって検出される。
【０００４】
電子回路２０３はコントローラ２０４の１部を形成する。コントローラ２０４は、ローラー２０６の回転を制御し、したがってウェブ２０５の移動をも制御することになる。ウェブ２０５が動く場合、ウェブ２０５によって反射された戻り光はドップラー偏移を被る。これはこの戻り光の周波数が変化すること、あるいは周波数偏移が起きることを意味する。この周波数偏移は、ウェブ２０５の動く速度によって左右される。レーザの光共振器に再侵入する戻り光は、光共振器において生成されたレーザ光と干渉する。この干渉は光共振器の中で自己結合効果が起きることを意味する。この干渉によってレーザ放射の強度は定期的に増減される。
【０００５】
ここで、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流としてレーザ／ダイオードユニット２００のレーザに供給すると、レーザは、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。第１の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数と第２の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数との差は、ウェブ２０５の速度に比例する。したがって、電子回路２０３は、このパルスの数の差からウェブ２０５の速度を求めることができる。
【０００６】
ただし、特許文献１によれば、レーザとウェブ２０５との間の光学経路の長さが比較的短く、レーザの発振波長変調の周波数及び振幅が比較的小さく、これに対して検出するウェブ２０５の移動が比較的速い場合などある一定の状況の中では、ウェブ２０５の速度は上記パルスの数の差に比例しなくなるとしている。この場合には、第１の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数と第２の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数の平均値を求めて、この平均値から一定の定数を引くことによって、ウェブ２０５の速度を確定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１８０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、特許文献１に開示された従来の速度計測装置では、ウェブの速度やレーザとウェブとの距離がおおよそ分かっていることを前提にしており、ウェブの状態に応じて速度の算出方法を使い分けるようにしている。しかしながら、特許文献１に開示された従来の速度計測装置では、ウェブの速度やウェブとの距離が分かっていない場合、ウェブの状態に応じて速度の算出方法を使い分けることができず、ウェブの速度を正しく算出することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、自己結合型の速度計測装置において、ウェブの速度やレーザとウェブとの距離が分かっていない場合であっても対応することができ、ウェブの速度を正確に計測することができる速度計測装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の速度計測装置は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、この信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、この符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、この距離比例個数算出手段が算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段とを備え、前記符号付与手段は、前記信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記信号抽出手段は、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記補正値算出手段は、前記干渉波形計数手段の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数１】
により求めることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の速度計測方法は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように動作させる発振手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、この信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、この符号付与手順によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、この距離比例個数算出手順で算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順とを備え、前記符号付与手順は、前記信号抽出手順の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手順の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数の２倍数との大小関係、信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段を設けることにより、ウェブが変位状態であるか微小変位状態であるかを判定することができ、ウェブが変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行うことができるので、距離比例個数を正しく算出することができ、結果としてウェブの速度を正しく算出することができる。したがって、本発明では、ウェブの速度や半導体レーザとウェブとの距離が分かっていない場合であっても対応することができる。
【００１４】
また、本発明では、計数期間中の干渉波形の周期を測定し、この測定結果から計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成し、この度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を干渉波形の周期の代表値とし、代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて干渉波形計数手段の計数結果を補正することにより、信号抽出手段に入力される信号に干渉波形よりも高周波のノイズが連続して発生している場合であっても、干渉波形の計数誤差を高精度に補正することができるので、ウェブの速度の計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図５】モードホップパルスについて説明するための図である。
【図６】半導体レーザの発振波長とフォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における距離比例個数算出部の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における信号抽出部の構成の１例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態における信号抽出部の動作を説明するための図である。
【図１７】モードホップパルスの周期の度数分布の１例を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態におけるカウンタの計数結果の補正原理を説明するための図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】速度計測装置のセンサモジュールの別の配置例を示す図である。
【図２１】従来の速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。図１の速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の速度を算出する演算部８と、演算部８の計測結果を表示する表示部９とを有する。
【００１７】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０を構成している。また、フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは、検出手段を構成している。
【００１８】
図２は本実施の形態の速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。ウェブ搬送装置は、送出側ガイド軸１００と、受取側ガイド軸１０１と、送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール１０２と、受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロール１０３と、送出側ガイド軸１００を駆動し、送出側ロール１０２を回転させる送出側モータ駆動部（不図示）と、受取側ガイド軸１０１を駆動し、受取側ロール１０３を回転させる受取側モータ駆動部（不図示）と、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する制御部１０４とを有する。
【００１９】
送出側モータ駆動部が送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側モータ駆動部が受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。
制御部１０４は、ウェブ１１の速度が所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
【００２０】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とからなるセンサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。レーザ光を斜方照射するのは、ウェブ１１の速度を計測するためである。
図１のレーザドライバ４と電流−電圧変換増幅部５とフィルタ部６と信号抽出部７と演算部８と表示部９とは、制御部１０４の内部に設けられる。
【００２１】
次に、本実施の形態の速度計測装置の動作を詳細に説明する。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
【００２２】
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図３において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００２３】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、ウェブ１１に入射する。ウェブ１１で反射された光の一部は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００２４】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図４（Ａ）の波形（変調波）から、図３の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。
【００２５】
次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。信号抽出部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を利用してＭＨＰの周波数（すなわち単位時間あたりのＭＨＰの数）を計測するものでもよい。
【００２６】
ここで、自己結合信号であるＭＨＰについて説明する。図５に示すように、ミラー層１０１３からウェブ１１までの距離をＬ、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、ウェブ１１からの戻り光と半導体レーザ１の光共振器内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
Ｌ＝ｑλ／２ ・・・（１）
式（１）において、ｑは整数である。この現象は、ウェブ１１からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ１の共振器内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。なお、図５において、１０１９はミラーとなる誘電体多層膜である。
【００２７】
図６は、半導体レーザ１の発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード２の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｑλ／２を満足したときに、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｑλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ１の発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力をフォトダイオード２で検出すると、図６に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つがＭＨＰである。前記のとおり、ある一定時間において半導体レーザ１の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変化する。さらに、ウェブ１１が速度を持つ場合、ドップラー効果成分によって速度に比例したＭＨＰの数だけ増減する。
【００２８】
次に、演算部８は、信号抽出部７が数えたＭＨＰの数に基づいてウェブ１１の速度を算出する。図７は演算部８の構成の１例を示すブロック図である。演算部８は、信号抽出部７の計数結果等を記憶する記憶部８０と、半導体レーザ１とウェブ１１との平均距離に比例したＭＨＰの数（以下、距離比例個数とする）ＮＬを求める距離比例個数算出部８１と、ウェブ１１の速度を算出する速度算出部８２と、信号抽出部７の計数結果の増減方向の一致不一致に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与部８３とから構成される。
【００２９】
図８は演算部８の動作を示すフローチャートである。信号抽出部７の計数結果は、演算部８の記憶部８０に格納される。
演算部８の符号付与部８３は、信号抽出部７の第１の発振期間Ｐ１の計数結果と第２の発振期間Ｐ２の計数結果の増減方向の一致不一致を判定し（図８ステップＳ１００）、この判定の結果に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する（図８ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００３０】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は符号付与部８３の動作を説明するための図であり、図９（Ａ）、図１０（Ｂ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）において、Ｎｕは第１の発振期間Ｐ１の計数結果、Ｎｄは第２の発振期間Ｐ２の計数結果、ＮＬは距離比例個数である。図３から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。なお、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）の例では、計数結果Ｎｕが、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向しているときの計数結果Ｎαである場合を示している。
【００３１】
ウェブ１１に張力が掛かっていると、ウェブ１１は張力に応じた固有の振動周波数で振動している。ウェブ１１の振動に伴う半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも小さく、ウェブ１１が鉛直方向に沿って単振動している場合、第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕの時間変化と第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄの時間変化は、図９（Ｂ）に示すように互いの位相差が１８０度の正弦波形となる。特開２００６−３１３０８０号公報では、このときのウェブ１１の状態を微小変位状態としている。
【００３２】
一方、半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも大きい場合、計数結果Ｎｄの時間変化は、図１０（Ｂ）の負側の波形２５０が正側の波形２５１に折り返された形になる。特開２００６−３１３０８０号公報では、この計数結果の折り返しが生じている部分におけるウェブ１１の状態を変位状態としている。一方、計数結果の折り返しが生じていない部分におけるウェブ１１の状態は、上記の微小変位状態である。なお、特許文献１では、変位状態を、レーザとウェブとの間の光学経路の長さが比較的短く、発振波長変調の周波数及び振幅が比較的小さく、検出するウェブの移動が比較的速い場合と表現している。
【００３３】
計数結果の折り返しが生じている部分において、計数結果をそのまま用いて後述する距離比例個数ＮＬを算出すると、距離比例個数ＮＬが本来の値と異なる値になる。
つまり、距離比例個数ＮＬを正しく求めるためには、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定し、ウェブ１１が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行う必要がある。
【００３４】
そこで、符号付与部８３は、図９（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が逆方向の場合（図８ステップＳ１００においてＮＯ）、ウェブ１１が微小変位状態であると判定し、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図８ステップＳ１０１）。また、符号付与部８３は、図１０（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が同方向の場合（図８ステップＳ１００においてＹＥＳ）、ウェブ１１が変位状態であると判定し、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図８ステップＳ１０２）。
【００３５】
現時刻ｔの計数結果がＮｕであれば、計数結果Ｎｕの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｕ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−２）との差Ｎｕ（ｔ）−Ｎｕ（ｔ−２）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、１回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−３）との差Ｎｄ（ｔ−１）−Ｎｄ（ｔ−３）の符号で判別することができる。一方、現時刻ｔの計数結果がＮｄであれば、計数結果Ｎｕの増減は、１回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−３）との差Ｎｕ（ｔ−１）−Ｎｕ（ｔ−３）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｄ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−２）との差Ｎｄ（ｔ）−Ｎｄ（ｔ−２）の符号で判別することができる。
【００３６】
このような増減の判別の結果、計数結果Ｎｕ，Ｎｄが共に増加している場合あるいは共に減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が同方向であり、ウェブ１１が変位状態であると判断することができる。また、計数結果Ｎｕ，Ｎｄのどちらか一方が増加していて他方が減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が逆方向であり、ウェブ１１が微小変位状態であると判断することができる。
【００３７】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【００３８】
次に、演算部８の距離比例個数算出部８１は、符号付与部８３によって符号が与えられた符号付き計数結果から距離比例個数ＮＬを求める（図８ステップＳ１０３）。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は距離比例個数算出部８１の動作を説明するための図であり、図１１（Ａ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図１１（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。
【００３９】
図１１（Ａ）から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。計数結果Ｎｕ，Ｎｄは、距離比例個数ＮＬとウェブ１１の変位に比例したＭＨＰの数（以下、変位比例個数とする）ＮＶとの和もしくは差である。距離比例個数ＮＬは、計数結果ＮｕとＮｄの平均値に相当する。また、計数結果ＮｕまたはＮｄと距離比例個数ＮＬとの差が、変位比例個数ＮＶに相当する。
【００４０】
距離比例個数算出部８１は、次式に示すように現時刻ｔ以前の符号付き計数結果を用いて、距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ’＋Ｎｄ’）／２ ・・・（２）
式（２）において、Ｎｕ’は計数結果Ｎｕに符号付与処理を施した後の符号付き計数結果、Ｎｄ’は計数結果Ｎｄに符号付与処理を施した後の符号付き計数結果である。
【００４１】
なお、速度の計測開始初期時においては、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致を判定するのに十分な個数の計数結果Ｎｕ，Ｎｄが得られていない。このため、符号付与部８３は、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致を判定することはできず、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、計測開始初期時においては、距離比例個数算出部８１は、式（２）の代わりに計数結果Ｎｕ，Ｎｄを用いる次式により距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ＋Ｎｄ）／２ ・・・（３）
【００４２】
つまり、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
【００４３】
距離比例個数算出部８１が算出した距離比例個数ＮＬは、記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。なお、本実施の形態では、２回分の計数結果を用いて距離比例個数ＮＬを算出しているが、２ｍ（ｍは正の整数）回の計数結果を用いて距離比例個数ＮＬを算出するようにしてもよい。
【００４４】
次に、演算部８の速度算出部８２は、距離比例個数ＮＬからウェブ１１の速度Ｖを算出する（図８ステップＳ１０４）。信号抽出部７の計数結果Ｎ（すなわち、ＮｕまたはＮｄ）と距離比例個数ＮＬとの差がウェブ１１の速度Ｖに比例するため、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波（三角波）の半周期あたりのウェブ１１の進行方向の変位Ｄは次式で算出できる。
Ｄ＝λ／２×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（４）
【００４５】
式（４）において、λは半導体レーザ１の発振平均波長、θは図２に示すように半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度である。搬送波の周波数をｆとすると、式（４）よりウェブ１１の速度Ｖは次式で算出できる。
Ｖ＝λ×ｆ×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（５）
【００４６】
速度算出部８２は、式（５）による速度Ｖの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。表示部９は、速度算出部８２が算出したウェブ１１の速度Ｖを表示する。
【００４７】
ウェブ搬送装置の制御部１０４は、速度算出部８２の算出結果に基づいて、ウェブ１１の速度Ｖが所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。なお、ウェブ１１の張力を求める手段は本発明の構成要件でないため記載していないが、周知の技術によりウェブ１１の張力を計測し、ウェブ１１の張力が所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御してもよいことは言うまでもない。
【００４８】
以上のように、本実施の形態では、符号付与部８３を設けることにより、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定することができ、ウェブ１１が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行うことができるので、距離比例個数を正しく算出することができ、結果としてウェブ１１の速度を正しく算出することができる。したがって、本実施の形態では、ウェブ１１の速度や半導体レーザ１とウェブ１１との距離が分かっていない場合であっても対応することができ、ウェブ１１の速度を正確に算出することができる。、
【００４９】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、信号抽出部７の計数結果の増減方向の一致不一致に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与しているが、信号抽出部７の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数との大小関係に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。本実施の形態においても、速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００５０】
図１２は本実施の形態の演算部８の動作を示すフローチャートであり、第１の実施の形態と同様の処理には図８と同一の符号を付してある。
本実施の形態の符号付与部８３は、現時刻ｔの１回前に計測された計数結果Ｎ（ｔ−１）とこの計数結果Ｎ（ｔ−１）よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数２ＮＬとの大小関係を判定し（図１２ステップＳ１０５）、この大小関係に応じて信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正負の符号を付与する（図１２ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。
【００５１】
現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕであれば、１回前の計数結果Ｎ（ｔ−１）は第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄである。反対に、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄであれば、１回前の計数結果Ｎ（ｔ−１）は第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕである。符号付与部８３は、具体的には以下の式を実行する。
Ｉｆ Ｎ（ｔ−１）≧２ＮＬ Ｔｈｅｎ Ｎ’（ｔ）→−Ｎ（ｔ） ・・・（６）
Ｉｆ Ｎ（ｔ−１）＜２ＮＬ Ｔｈｅｎ Ｎ’（ｔ）→＋Ｎ（ｔ） ・・・（７）
【００５２】
式（６）、式（７）は、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定するための式である。計数結果の折り返しが生じている変位状態では、Ｎ（ｔ−１）≧２ＮＬが成立する。したがって、符号付与部８３は、式（６）に示すようにＮ（ｔ−１）≧２ＮＬが成立する場合（図１２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１２ステップＳ１０７）。
【００５３】
一方、計数結果の折り返しが生じていない微小変位状態では、Ｎ（ｔ−１）＜２ＮＬが成立する。したがって、符号付与部８３は、式（７）に示すようにＮ（ｔ−１）＜２ＮＬが成立する場合（図１２ステップＳ１０５においてＮＯ）、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１２ステップＳ１０６）。
【００５４】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
なお、式（６）の成立条件をＮ（ｔ−１）＞２ＮＬにして、式（７）の成立条件をＮ（ｔ−１）≦２ＮＬにしてもよい。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、速度の計測開始初期時においては、計数結果Ｎ（ｔ−１）とこの計数結果Ｎ（ｔ−１）よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数２ＮＬとが得られていないため、符号付与部８３は、大小関係を判定することはできず、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
速度計測装置のその他の構成は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０（Ｂ）で説明したような計数結果の折り返しが生じると、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値に変化が生じる。そこで、符号付与部８３は、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。本実施の形態においても、速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００５７】
図１３は本実施の形態の演算部８の動作を示すフローチャートであり、第１の実施の形態と同様の処理には図８と同一の符号を付してある。
本実施の形態の符号付与部８３は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内であり、かつ現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内である場合、計数結果Ｎｕ，Ｎｄのそれぞれの平均値に変化無しと判断して（図１３ステップＳ１０８においてＮＯ）、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１３ステップＳ１０９）。
【００５８】
また、符号付与部８３は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したり、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したりした場合（図１３ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１３ステップＳ１１０）。
【００５９】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【００６０】
第１の実施の形態と同様に、速度の計測開始初期時においては、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化を検出することができないため、符号付与部８３は、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
速度計測装置のその他の構成は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、信号抽出部の別の構成例を示すものである。図１４は本実施の形態の信号抽出部７ａの構成の１例を示すブロック図である。信号抽出部７ａは、２値化部７１と、論理積演算部（ＡＮＤ）７２と、カウンタ７３と、計数結果補正部７４と、記憶部７５とから構成される。２値化部７１とＡＮＤ７２とカウンタ７３とは、干渉波形計数手段を構成している。
【００６２】
図１５は計数結果補正部７４の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７４は、周期測定部７４０と、度数分布作成部７４１と、代表値算出部７４２と、補正値算出部７４３とから構成される。
【００６３】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）は信号抽出部７ａの動作を説明するための図であり、図１６（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）に対応する２値化部７１の出力を示す図、図１６（Ｃ）は信号抽出部７ａに入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図１６（Ｄ）は図１６（Ｂ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図、図１６（Ｅ）は信号抽出部７ａに入力されるクロック信号ＣＬＫを示す図、図１６（Ｆ）は図１６（Ｂ）に対応する周期測定部７４０の測定結果を示す図である。
【００６４】
まず、信号抽出部７ａの２値化部７１は、図１６（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図１６（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、２値化部７１は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する。
【００６５】
ＡＮＤ７２は、２値化部７１の出力と図１６（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３は、ＡＮＤ７２の出力の立ち上がりをカウントする（図１６（Ｄ））。ここで、ゲート信号ＧＳは、計数期間（本実施の形態では第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２）の先頭で立ち上がり、計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７３は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの数（すなわち、ＭＨＰの立ち上がりエッジの数）を数えることになる。
【００６６】
一方、計数結果補正部７４の周期測定部７４０は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を立ち上がりエッジが発生する度に測定する。このとき、周期測定部７４０は、図１６（Ｅ）に示すクロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図１６（Ｆ）の例では、周期測定部７４０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図１６（Ｅ）、図１６（Ｆ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５クロック、４クロック、２クロックである。クロック信号ＣＬＫの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部７５は、カウンタ７３の計数結果と周期測定部７４０の測定結果を記憶する。
【００６７】
ゲート信号ＧＳが立ち下がり、計数期間が終了した後、計数結果補正部７４の度数分布作成部７４１は、記憶部７５に記憶された測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する。
続いて、計数結果補正部７４の代表値算出部７４２は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、ＭＨＰの周期の代表値Ｔ０を算出する。ＭＨＰの周期の代表値として最頻値や中央値を用いる方法もあるが、信号抽出部７ａに入力される信号に２値化のしきい値付近でＭＨＰよりも高周波のノイズによってチャタリングが連続して発生している場合には、最頻値や中央値は周期の代表値として適していない。
【００６８】
そこで、本実施の形態の代表値算出部７４２は、階級値と度数との積が最大となる階級値をＭＨＰの周期の代表値Ｔ０とする。表１に、度数分布の数値例およびこの数値例における階級値と度数との積を示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１の例では、度数が最大である最頻値（階級値）は１である。これに対して、階級値と度数との積が最大となる階級値は６であり、最頻値とは異なる値になっている。階級値と度数との積が最大となる階級値を代表値Ｔ０とする理由については後述する。代表値算出部７４２は、このような代表値Ｔ０の算出を、度数分布作成部７４１によって度数分布が作成される度に行う。
【００７１】
計数結果補正部７４の補正値算出部７４３は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、周期の代表値Ｔ０の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、周期の代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上ｎmax以下の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、カウンタ７３の計数結果を次式のように補正する。
【００７２】
【数２】
【００７３】
式（８）において、Ｎａはカウンタ７３の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎａ’は補正後の計数結果、ＴmaxはＭＨＰの周期がとり得る最大値である。
図１７にＭＨＰの周期の度数分布の１例を示す。図１７において、９００はＭＨＰの周期の度数分布、９０１は階級値と度数との積の値（計数期間において、ある階級の信号が占める時間を示す占有値）である。
【００７４】
図１７の例では、信号抽出部７ａに入力される信号に高周波のノイズが連続して発生しているために、０．５Ｔ０未満の短い周期が分布の最頻値となっている。したがって、分布の代表値として最頻値を用いると、ノイズの周期を基準としてＭＨＰの計数結果に補正をかけてしまうことになるので、誤った計数補正を施す結果になる。そこで、ＭＨＰの数を数える計数期間において、ある階級の信号が占める時間、つまり階級値と度数との積が最も大きい階級値を基準として、カウンタ７３の計数結果を補正する。以上が、階級値と度数との積が最大となる階級値を代表値Ｔ０とする理由である。
【００７５】
図１８はカウンタ７３の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１８（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図である。
ノイズのために、ＭＨＰの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、結果としてＡＮＤ７２の出力の波形にも欠落や信号として数えるべきでない波形が生じ、カウンタ７３の計数結果に誤差が生じる。
【００７６】
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗ以上の階級の度数の総和Ｎｗを信号が欠落した回数と見なし、このＮｗをカウンタ７３の計数結果Ｎａに加算することで、信号の欠落を補正することができる。
【００７７】
また、本来１つのＭＨＰがノイズのために２つに分割された箇所での２つのＭＨＰのうち短いほうの周期Ｔｓは、本来の周期のおよそ０．５倍よりも短い周期になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値Ｔ０の０．５倍未満の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓ未満の階級の度数の総和Ｎｓを信号を過剰に数えた回数と見なし、このＮｓをカウンタ７３の計数結果Ｎａから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。
【００７８】
以上が、式（８）に示した計数結果の補正原理である。なお、本実施の形態では、Ｔｗを代表値Ｔ０の２倍の値とせずに、代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満としているが、この理由については、特開２００９−４７６７６号公報に開示されている。
補正値算出部７４３は、式（８）により計算した補正後の計数結果Ｎａ’の値を演算部８に出力する。信号抽出部７ａは、以上のような処理を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について行う。
【００７９】
以上、本実施の形態で説明した信号抽出部７ａを、第１〜第３の実施の形態において、信号抽出部７の代わりに使用することが可能である。
本実施の形態では、計数期間中のＭＨＰの周期を測定し、この測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、この度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値をＭＨＰの周期の代表値Ｔ０とし、代表値Ｔ０の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいてカウンタ７３の計数結果を補正することにより、信号抽出部７ａに入力される信号にＭＨＰよりも高周波のノイズが連続して発生している場合であっても、ＭＨＰの計数誤差を高精度に補正することができるので、ウェブ１１の速度の計測精度を向上させることができる。
【００８０】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。第１〜第４の実施の形態では、ＭＨＰ波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することも可能である。図１９は本発明の第５の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の速度計測装置は、第１〜第４の実施の形態のフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５の代わりに、検出手段として電圧検出部１２を用いるものである。
【００８１】
電圧検出部１２は、半導体レーザ１の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ１の端子間電圧には、ＭＨＰ波形が現れる。したがって、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰ波形を抽出することが可能である。
【００８２】
フィルタ部６は、電圧検出部１２の出力電圧から搬送波を除去する。速度計測装置のその他の構成は、第１〜第４の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態では、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することができ、第１〜第４の実施の形態と比較して速度計測装置の部品を削減することができ、速度計測装置のコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
【００８３】
本実施の形態では、レーザドライバ４から半導体レーザ１に供給する駆動電流をレーザ発振のしきい値電流付近に制御することが好ましい。これにより、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰを抽出することが容易になる。
【００８４】
なお、第１〜第５の実施の形態において少なくとも信号抽出部７，７ａと演算部８と制御部１０４とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って第１〜第５の実施の形態で説明した処理を実行する。
【００８５】
また、第１〜第５の実施の形態では、センサモジュール１０を図２に示すように配置したが、これに限るものではない。例えば図２０に示すように、半導体レーザ１からのレーザ光が送出側ロール１０２の箇所または受取側ロール１０３の箇所でウェブ１１に入射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度を測定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７，７ａ…信号抽出部、８…演算部、９…表示部、１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２…電圧検出部、７１…２値化部、７２…論理積演算部、７３…カウンタ、７４…計数結果補正部、７５…記憶部、８０…記憶部、８１…距離比例個数算出部、８２…速度算出部、８３…符号付与部、１００…送出側ガイド軸、１０１…受取側ガイド軸、１０２…送出側ロール、１０３…受取側ロール、１０４…制御部、７４０…周期測定部、７４１…度数分布作成部、７４２…代表値算出部、７４３…補正値算出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度を計測する速度計測装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置では、ウェブの移動速度を一定に制御し、巻き出し・巻き取りしたウェブの長さを正確に計測する必要がある。
【０００３】
従来、ウェブの速度を計測する方法としては、特許文献１に開示された方法がある。図２１は特許文献１に開示された従来の速度計測装置の構成を示すブロック図である。この速度計測装置では、レーザ／ダイオードユニット２００から放射したレーザ光をレンズ２０１を介して測定ビーム２０２として例えば用紙シートなどのウェブ２０５の上に収斂する。測定ビーム２０２の経路にウェブ２０５がある場合、このウェブ２０５は測定ビーム２０２を反射し、これを散乱させる。この散乱する測定ビーム２０２の放射の１部分は元の経路をたどっていきレンズ２０１によってレーザ／ダイオードユニット２００の放射表面上に収斂され再びレーザの光共振器に侵入する。この結果、レーザ放射の強度が変化する。このレーザ放射の強度の変化は、放射の変化を電気信号に変換するレーザ／ダイオードユニット２００内のフォトダイオード及びこの電気信号を処理する電子回路２０３によって検出される。
【０００４】
電子回路２０３はコントローラ２０４の１部を形成する。コントローラ２０４は、ローラー２０６の回転を制御し、したがってウェブ２０５の移動をも制御することになる。ウェブ２０５が動く場合、ウェブ２０５によって反射された戻り光はドップラー偏移を被る。これはこの戻り光の周波数が変化すること、あるいは周波数偏移が起きることを意味する。この周波数偏移は、ウェブ２０５の動く速度によって左右される。レーザの光共振器に再侵入する戻り光は、光共振器において生成されたレーザ光と干渉する。この干渉は光共振器の中で自己結合効果が起きることを意味する。この干渉によってレーザ放射の強度は定期的に増減される。
【０００５】
ここで、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流としてレーザ／ダイオードユニット２００のレーザに供給すると、レーザは、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。第１の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数と第２の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数との差は、ウェブ２０５の速度に比例する。したがって、電子回路２０３は、このパルスの数の差からウェブ２０５の速度を求めることができる。
【０００６】
ただし、特許文献１によれば、レーザとウェブ２０５との間の光学経路の長さが比較的短く、レーザの発振波長変調の周波数及び振幅が比較的小さく、これに対して検出するウェブ２０５の移動が比較的速い場合などある一定の状況の中では、ウェブ２０５の速度は上記パルスの数の差に比例しなくなるとしている。この場合には、第１の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数と第２の発振期間においてフォトダイオードから出力される電気信号に含まれるパルスの数の平均値を求めて、この平均値から一定の定数を引くことによって、ウェブ２０５の速度を確定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１８０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、特許文献１に開示された従来の速度計測装置では、ウェブの速度やレーザとウェブとの距離がおおよそ分かっていることを前提にしており、ウェブの状態に応じて速度の算出方法を使い分けるようにしている。しかしながら、特許文献１に開示された従来の速度計測装置では、ウェブの速度やウェブとの距離が分かっていない場合、ウェブの状態に応じて速度の算出方法を使い分けることができず、ウェブの速度を正しく算出することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、自己結合型の速度計測装置において、ウェブの速度やレーザとウェブとの距離が分かっていない場合であっても対応することができ、ウェブの速度を正確に計測することができる速度計測装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の速度計測装置は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、この信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、この符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、この距離比例個数算出手段が算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段とを備え、前記符号付与手段は、前記信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記信号抽出手段は、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記補正値算出手段は、前記干渉波形計数手段の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数１】
により求めることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の速度計測方法は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように動作させる発振手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、この信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、この符号付与手順によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、この距離比例個数算出手順で算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順とを備え、前記符号付与手順は、前記信号抽出手順の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手順の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数の２倍数との大小関係、信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段を設けることにより、ウェブが変位状態であるか微小変位状態であるかを判定することができ、ウェブが変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行うことができるので、距離比例個数を正しく算出することができ、結果としてウェブの速度を正しく算出することができる。したがって、本発明では、ウェブの速度や半導体レーザとウェブとの距離が分かっていない場合であっても対応することができる。
【００１４】
また、本発明では、計数期間中の干渉波形の周期を測定し、この測定結果から計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成し、この度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を干渉波形の周期の代表値とし、代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて干渉波形計数手段の計数結果を補正することにより、信号抽出手段に入力される信号に干渉波形よりも高周波のノイズが連続して発生している場合であっても、干渉波形の計数誤差を高精度に補正することができるので、ウェブの速度の計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図５】モードホップパルスについて説明するための図である。
【図６】半導体レーザの発振波長とフォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における距離比例個数算出部の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における信号抽出部の構成の１例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態における信号抽出部の動作を説明するための図である。
【図１７】モードホップパルスの周期の度数分布の１例を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態におけるカウンタの計数結果の補正原理を説明するための図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】速度計測装置のセンサモジュールの別の配置例を示す図である。
【図２１】従来の速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。図１の速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の速度を算出する演算部８と、演算部８の計測結果を表示する表示部９とを有する。
【００１７】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０を構成している。また、フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは、検出手段を構成している。
【００１８】
図２は本実施の形態の速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。ウェブ搬送装置は、送出側ガイド軸１００と、受取側ガイド軸１０１と、送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール１０２と、受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロール１０３と、送出側ガイド軸１００を駆動し、送出側ロール１０２を回転させる送出側モータ駆動部（不図示）と、受取側ガイド軸１０１を駆動し、受取側ロール１０３を回転させる受取側モータ駆動部（不図示）と、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する制御部１０４とを有する。
【００１９】
送出側モータ駆動部が送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側モータ駆動部が受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。
制御部１０４は、ウェブ１１の速度が所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
【００２０】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とからなるセンサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。レーザ光を斜方照射するのは、ウェブ１１の速度を計測するためである。
図１のレーザドライバ４と電流−電圧変換増幅部５とフィルタ部６と信号抽出部７と演算部８と表示部９とは、制御部１０４の内部に設けられる。
【００２１】
次に、本実施の形態の速度計測装置の動作を詳細に説明する。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
【００２２】
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図３において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００２３】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、ウェブ１１に入射する。ウェブ１１で反射された光の一部は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００２４】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図４（Ａ）の波形（変調波）から、図３の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。
【００２５】
次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。信号抽出部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を利用してＭＨＰの周波数（すなわち単位時間あたりのＭＨＰの数）を計測するものでもよい。
【００２６】
ここで、自己結合信号であるＭＨＰについて説明する。図５に示すように、ミラー層１０１３からウェブ１１までの距離をＬ、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、ウェブ１１からの戻り光と半導体レーザ１の光共振器内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
Ｌ＝ｑλ／２ ・・・（１）
式（１）において、ｑは整数である。この現象は、ウェブ１１からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ１の共振器内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。なお、図５において、１０１９はミラーとなる誘電体多層膜である。
【００２７】
図６は、半導体レーザ１の発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード２の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｑλ／２を満足したときに、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｑλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ１の発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力をフォトダイオード２で検出すると、図６に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つがＭＨＰである。前記のとおり、ある一定時間において半導体レーザ１の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変化する。さらに、ウェブ１１が速度を持つ場合、ドップラー効果成分によって速度に比例したＭＨＰの数だけ増減する。
【００２８】
次に、演算部８は、信号抽出部７が数えたＭＨＰの数に基づいてウェブ１１の速度を算出する。図７は演算部８の構成の１例を示すブロック図である。演算部８は、信号抽出部７の計数結果等を記憶する記憶部８０と、半導体レーザ１とウェブ１１との平均距離に比例したＭＨＰの数（以下、距離比例個数とする）ＮＬを求める距離比例個数算出部８１と、ウェブ１１の速度を算出する速度算出部８２と、信号抽出部７の計数結果の増減方向の一致不一致に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与部８３とから構成される。
【００２９】
図８は演算部８の動作を示すフローチャートである。信号抽出部７の計数結果は、演算部８の記憶部８０に格納される。
演算部８の符号付与部８３は、信号抽出部７の第１の発振期間Ｐ１の計数結果と第２の発振期間Ｐ２の計数結果の増減方向の一致不一致を判定し（図８ステップＳ１００）、この判定の結果に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する（図８ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００３０】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は符号付与部８３の動作を説明するための図であり、図９（Ａ）、図１０（Ｂ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）において、Ｎｕは第１の発振期間Ｐ１の計数結果、Ｎｄは第２の発振期間Ｐ２の計数結果、ＮＬは距離比例個数である。図３から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。なお、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）の例では、計数結果Ｎｕが、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向しているときの計数結果Ｎαである場合を示している。
【００３１】
ウェブ１１に張力が掛かっていると、ウェブ１１は張力に応じた固有の振動周波数で振動している。ウェブ１１の振動に伴う半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも小さく、ウェブ１１が鉛直方向に沿って単振動している場合、第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕの時間変化と第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄの時間変化は、図９（Ｂ）に示すように互いの位相差が１８０度の正弦波形となる。特開２００６−３１３０８０号公報では、このときのウェブ１１の状態を微小変位状態としている。
【００３２】
一方、半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも大きい場合、計数結果Ｎｄの時間変化は、図１０（Ｂ）の負側の波形２５０が正側の波形２５１に折り返された形になる。特開２００６−３１３０８０号公報では、この計数結果の折り返しが生じている部分におけるウェブ１１の状態を変位状態としている。一方、計数結果の折り返しが生じていない部分におけるウェブ１１の状態は、上記の微小変位状態である。なお、特許文献１では、変位状態を、レーザとウェブとの間の光学経路の長さが比較的短く、発振波長変調の周波数及び振幅が比較的小さく、検出するウェブの移動が比較的速い場合と表現している。
【００３３】
計数結果の折り返しが生じている部分において、計数結果をそのまま用いて後述する距離比例個数ＮＬを算出すると、距離比例個数ＮＬが本来の値と異なる値になる。
つまり、距離比例個数ＮＬを正しく求めるためには、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定し、ウェブ１１が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行う必要がある。
【００３４】
そこで、符号付与部８３は、図９（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が逆方向の場合（図８ステップＳ１００においてＮＯ）、ウェブ１１が微小変位状態であると判定し、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図８ステップＳ１０１）。また、符号付与部８３は、図１０（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が同方向の場合（図８ステップＳ１００においてＹＥＳ）、ウェブ１１が変位状態であると判定し、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図８ステップＳ１０２）。
【００３５】
現時刻ｔの計数結果がＮｕであれば、計数結果Ｎｕの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｕ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−２）との差Ｎｕ（ｔ）−Ｎｕ（ｔ−２）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、１回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−３）との差Ｎｄ（ｔ−１）−Ｎｄ（ｔ−３）の符号で判別することができる。一方、現時刻ｔの計数結果がＮｄであれば、計数結果Ｎｕの増減は、１回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−３）との差Ｎｕ（ｔ−１）−Ｎｕ（ｔ−３）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｄ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−２）との差Ｎｄ（ｔ）−Ｎｄ（ｔ−２）の符号で判別することができる。
【００３６】
このような増減の判別の結果、計数結果Ｎｕ，Ｎｄが共に増加している場合あるいは共に減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が同方向であり、ウェブ１１が変位状態であると判断することができる。また、計数結果Ｎｕ，Ｎｄのどちらか一方が増加していて他方が減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化に対して計数結果Ｎｄの時間変化が逆方向であり、ウェブ１１が微小変位状態であると判断することができる。
【００３７】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【００３８】
次に、演算部８の距離比例個数算出部８１は、符号付与部８３によって符号が与えられた符号付き計数結果から距離比例個数ＮＬを求める（図８ステップＳ１０３）。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は距離比例個数算出部８１の動作を説明するための図であり、図１１（Ａ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図１１（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。
【００３９】
図１１（Ａ）から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。計数結果Ｎｕ，Ｎｄは、距離比例個数ＮＬとウェブ１１の変位に比例したＭＨＰの数（以下、変位比例個数とする）ＮＶとの和もしくは差である。距離比例個数ＮＬは、計数結果ＮｕとＮｄの平均値に相当する。また、計数結果ＮｕまたはＮｄと距離比例個数ＮＬとの差が、変位比例個数ＮＶに相当する。
【００４０】
距離比例個数算出部８１は、次式に示すように現時刻ｔ以前の符号付き計数結果を用いて、距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ’＋Ｎｄ’）／２ ・・・（２）
式（２）において、Ｎｕ’は計数結果Ｎｕに符号付与処理を施した後の符号付き計数結果、Ｎｄ’は計数結果Ｎｄに符号付与処理を施した後の符号付き計数結果である。
【００４１】
なお、速度の計測開始初期時においては、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致を判定するのに十分な個数の計数結果Ｎｕ，Ｎｄが得られていない。このため、符号付与部８３は、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致を判定することはできず、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、計測開始初期時においては、距離比例個数算出部８１は、式（２）の代わりに計数結果Ｎｕ，Ｎｄを用いる次式により距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ＋Ｎｄ）／２ ・・・（３）
【００４２】
つまり、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
【００４３】
距離比例個数算出部８１が算出した距離比例個数ＮＬは、記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。なお、本実施の形態では、２回分の計数結果を用いて距離比例個数ＮＬを算出しているが、２ｍ（ｍは正の整数）回の計数結果を用いて距離比例個数ＮＬを算出するようにしてもよい。
【００４４】
次に、演算部８の速度算出部８２は、距離比例個数ＮＬからウェブ１１の速度Ｖを算出する（図８ステップＳ１０４）。信号抽出部７の計数結果Ｎ（すなわち、ＮｕまたはＮｄ）と距離比例個数ＮＬとの差がウェブ１１の速度Ｖに比例するため、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波（三角波）の半周期あたりのウェブ１１の進行方向の変位Ｄは次式で算出できる。
Ｄ＝λ／２×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（４）
【００４５】
式（４）において、λは半導体レーザ１の発振平均波長、θは図２に示すように半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度である。搬送波の周波数をｆとすると、式（４）よりウェブ１１の速度Ｖは次式で算出できる。
Ｖ＝λ×ｆ×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（５）
【００４６】
速度算出部８２は、式（５）による速度Ｖの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。表示部９は、速度算出部８２が算出したウェブ１１の速度Ｖを表示する。
【００４７】
ウェブ搬送装置の制御部１０４は、速度算出部８２の算出結果に基づいて、ウェブ１１の速度Ｖが所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。なお、ウェブ１１の張力を求める手段は本発明の構成要件でないため記載していないが、周知の技術によりウェブ１１の張力を計測し、ウェブ１１の張力が所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御してもよいことは言うまでもない。
【００４８】
以上のように、本実施の形態では、符号付与部８３を設けることにより、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定することができ、ウェブ１１が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行うことができるので、距離比例個数を正しく算出することができ、結果としてウェブ１１の速度を正しく算出することができる。したがって、本実施の形態では、ウェブ１１の速度や半導体レーザ１とウェブ１１との距離が分かっていない場合であっても対応することができ、ウェブ１１の速度を正確に算出することができる。、
【００４９】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、信号抽出部７の計数結果の増減方向の一致不一致に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与しているが、信号抽出部７の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数との大小関係に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。本実施の形態においても、速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００５０】
図１２は本実施の形態の演算部８の動作を示すフローチャートであり、第１の実施の形態と同様の処理には図８と同一の符号を付してある。
本実施の形態の符号付与部８３は、現時刻ｔの１回前に計測された計数結果Ｎ（ｔ−１）とこの計数結果Ｎ（ｔ−１）よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数２ＮＬとの大小関係を判定し（図１２ステップＳ１０５）、この大小関係に応じて信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正負の符号を付与する（図１２ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。
【００５１】
現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕであれば、１回前の計数結果Ｎ（ｔ−１）は第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄである。反対に、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄであれば、１回前の計数結果Ｎ（ｔ−１）は第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕである。符号付与部８３は、具体的には以下の式を実行する。
Ｉｆ Ｎ（ｔ−１）≧２ＮＬ Ｔｈｅｎ Ｎ’（ｔ）→−Ｎ（ｔ） ・・・（６）
Ｉｆ Ｎ（ｔ−１）＜２ＮＬ Ｔｈｅｎ Ｎ’（ｔ）→＋Ｎ（ｔ） ・・・（７）
【００５２】
式（６）、式（７）は、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定するための式である。計数結果の折り返しが生じている変位状態では、Ｎ（ｔ−１）≧２ＮＬが成立する。したがって、符号付与部８３は、式（６）に示すようにＮ（ｔ−１）≧２ＮＬが成立する場合（図１２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１２ステップＳ１０７）。
【００５３】
一方、計数結果の折り返しが生じていない微小変位状態では、Ｎ（ｔ−１）＜２ＮＬが成立する。したがって、符号付与部８３は、式（７）に示すようにＮ（ｔ−１）＜２ＮＬが成立する場合（図１２ステップＳ１０５においてＮＯ）、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１２ステップＳ１０６）。
【００５４】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
なお、式（６）の成立条件をＮ（ｔ−１）＞２ＮＬにして、式（７）の成立条件をＮ（ｔ−１）≦２ＮＬにしてもよい。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、速度の計測開始初期時においては、計数結果Ｎ（ｔ−１）とこの計数結果Ｎ（ｔ−１）よりも過去の計数結果を用いて算出された距離比例個数ＮＬの２倍数２ＮＬとが得られていないため、符号付与部８３は、大小関係を判定することはできず、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
速度計測装置のその他の構成は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０（Ｂ）で説明したような計数結果の折り返しが生じると、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値に変化が生じる。そこで、符号付与部８３は、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。本実施の形態においても、速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００５７】
図１３は本実施の形態の演算部８の動作を示すフローチャートであり、第１の実施の形態と同様の処理には図８と同一の符号を付してある。
本実施の形態の符号付与部８３は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内であり、かつ現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内である場合、計数結果Ｎｕ，Ｎｄのそれぞれの平均値に変化無しと判断して（図１３ステップＳ１０８においてＮＯ）、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１３ステップＳ１０９）。
【００５８】
また、符号付与部８３は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したり、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したりした場合（図１３ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する（図１３ステップＳ１１０）。
【００５９】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部８３は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【００６０】
第１の実施の形態と同様に、速度の計測開始初期時においては、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化を検出することができないため、符号付与部８３は、符号付き計数結果を出力することはできない。したがって、距離比例個数算出部８１は、計測開始初期時に式（３）を用いて距離比例個数ＮＬを算出し、符号付与部８３によって距離比例個数ＮＬの算出に必要な符号付き計数結果が算出されるようになった後は式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出することになる。
速度計測装置のその他の構成は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、信号抽出部の別の構成例を示すものである。図１４は本実施の形態の信号抽出部７ａの構成の１例を示すブロック図である。信号抽出部７ａは、２値化部７１と、論理積演算部（ＡＮＤ）７２と、カウンタ７３と、計数結果補正部７４と、記憶部７５とから構成される。２値化部７１とＡＮＤ７２とカウンタ７３とは、干渉波形計数手段を構成している。
【００６２】
図１５は計数結果補正部７４の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７４は、周期測定部７４０と、度数分布作成部７４１と、代表値算出部７４２と、補正値算出部７４３とから構成される。
【００６３】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）は信号抽出部７ａの動作を説明するための図であり、図１６（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）に対応する２値化部７１の出力を示す図、図１６（Ｃ）は信号抽出部７ａに入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図１６（Ｄ）は図１６（Ｂ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図、図１６（Ｅ）は信号抽出部７ａに入力されるクロック信号ＣＬＫを示す図、図１６（Ｆ）は図１６（Ｂ）に対応する周期測定部７４０の測定結果を示す図である。
【００６４】
まず、信号抽出部７ａの２値化部７１は、図１６（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図１６（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、２値化部７１は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する。
【００６５】
ＡＮＤ７２は、２値化部７１の出力と図１６（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３は、ＡＮＤ７２の出力の立ち上がりをカウントする（図１６（Ｄ））。ここで、ゲート信号ＧＳは、計数期間（本実施の形態では第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２）の先頭で立ち上がり、計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７３は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの数（すなわち、ＭＨＰの立ち上がりエッジの数）を数えることになる。
【００６６】
一方、計数結果補正部７４の周期測定部７４０は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を立ち上がりエッジが発生する度に測定する。このとき、周期測定部７４０は、図１６（Ｅ）に示すクロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図１６（Ｆ）の例では、周期測定部７４０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図１６（Ｅ）、図１６（Ｆ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５クロック、４クロック、２クロックである。クロック信号ＣＬＫの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部７５は、カウンタ７３の計数結果と周期測定部７４０の測定結果を記憶する。
【００６７】
ゲート信号ＧＳが立ち下がり、計数期間が終了した後、計数結果補正部７４の度数分布作成部７４１は、記憶部７５に記憶された測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する。
続いて、計数結果補正部７４の代表値算出部７４２は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、ＭＨＰの周期の代表値Ｔ０を算出する。ＭＨＰの周期の代表値として最頻値や中央値を用いる方法もあるが、信号抽出部７ａに入力される信号に２値化のしきい値付近でＭＨＰよりも高周波のノイズによってチャタリングが連続して発生している場合には、最頻値や中央値は周期の代表値として適していない。
【００６８】
そこで、本実施の形態の代表値算出部７４２は、階級値と度数との積が最大となる階級値をＭＨＰの周期の代表値Ｔ０とする。表１に、度数分布の数値例およびこの数値例における階級値と度数との積を示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１の例では、度数が最大である最頻値（階級値）は１である。これに対して、階級値と度数との積が最大となる階級値は６であり、最頻値とは異なる値になっている。階級値と度数との積が最大となる階級値を代表値Ｔ０とする理由については後述する。代表値算出部７４２は、このような代表値Ｔ０の算出を、度数分布作成部７４１によって度数分布が作成される度に行う。
【００７１】
計数結果補正部７４の補正値算出部７４３は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、周期の代表値Ｔ０の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、周期の代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上ｎmax以下の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、カウンタ７３の計数結果を次式のように補正する。
【００７２】
【数２】
【００７３】
式（８）において、Ｎａはカウンタ７３の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎａ’は補正後の計数結果、ＴmaxはＭＨＰの周期がとり得る最大値である。
図１７にＭＨＰの周期の度数分布の１例を示す。図１７において、９００はＭＨＰの周期の度数分布、９０１は階級値と度数との積の値（計数期間において、ある階級の信号が占める時間を示す占有値）である。
【００７４】
図１７の例では、信号抽出部７ａに入力される信号に高周波のノイズが連続して発生しているために、０．５Ｔ０未満の短い周期が分布の最頻値となっている。したがって、分布の代表値として最頻値を用いると、ノイズの周期を基準としてＭＨＰの計数結果に補正をかけてしまうことになるので、誤った計数補正を施す結果になる。そこで、ＭＨＰの数を数える計数期間において、ある階級の信号が占める時間、つまり階級値と度数との積が最も大きい階級値を基準として、カウンタ７３の計数結果を補正する。以上が、階級値と度数との積が最大となる階級値を代表値Ｔ０とする理由である。
【００７５】
図１８はカウンタ７３の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１８（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図である。
ノイズのために、ＭＨＰの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、結果としてＡＮＤ７２の出力の波形にも欠落や信号として数えるべきでない波形が生じ、カウンタ７３の計数結果に誤差が生じる。
【００７６】
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗ以上の階級の度数の総和Ｎｗを信号が欠落した回数と見なし、このＮｗをカウンタ７３の計数結果Ｎａに加算することで、信号の欠落を補正することができる。
【００７７】
また、本来１つのＭＨＰがノイズのために２つに分割された箇所での２つのＭＨＰのうち短いほうの周期Ｔｓは、本来の周期のおよそ０．５倍よりも短い周期になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値Ｔ０の０．５倍未満の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓ未満の階級の度数の総和Ｎｓを信号を過剰に数えた回数と見なし、このＮｓをカウンタ７３の計数結果Ｎａから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。
【００７８】
以上が、式（８）に示した計数結果の補正原理である。なお、本実施の形態では、Ｔｗを代表値Ｔ０の２倍の値とせずに、代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満としているが、この理由については、特開２００９−４７６７６号公報に開示されている。
補正値算出部７４３は、式（８）により計算した補正後の計数結果Ｎａ’の値を演算部８に出力する。信号抽出部７ａは、以上のような処理を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について行う。
【００７９】
以上、本実施の形態で説明した信号抽出部７ａを、第１〜第３の実施の形態において、信号抽出部７の代わりに使用することが可能である。
本実施の形態では、計数期間中のＭＨＰの周期を測定し、この測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、この度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値をＭＨＰの周期の代表値Ｔ０とし、代表値Ｔ０の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値Ｔ０の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいてカウンタ７３の計数結果を補正することにより、信号抽出部７ａに入力される信号にＭＨＰよりも高周波のノイズが連続して発生している場合であっても、ＭＨＰの計数誤差を高精度に補正することができるので、ウェブ１１の速度の計測精度を向上させることができる。
【００８０】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。第１〜第４の実施の形態では、ＭＨＰ波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することも可能である。図１９は本発明の第５の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の速度計測装置は、第１〜第４の実施の形態のフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５の代わりに、検出手段として電圧検出部１２を用いるものである。
【００８１】
電圧検出部１２は、半導体レーザ１の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ１の端子間電圧には、ＭＨＰ波形が現れる。したがって、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰ波形を抽出することが可能である。
【００８２】
フィルタ部６は、電圧検出部１２の出力電圧から搬送波を除去する。速度計測装置のその他の構成は、第１〜第４の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態では、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することができ、第１〜第４の実施の形態と比較して速度計測装置の部品を削減することができ、速度計測装置のコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
【００８３】
本実施の形態では、レーザドライバ４から半導体レーザ１に供給する駆動電流をレーザ発振のしきい値電流付近に制御することが好ましい。これにより、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰを抽出することが容易になる。
【００８４】
なお、第１〜第５の実施の形態において少なくとも信号抽出部７，７ａと演算部８と制御部１０４とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って第１〜第５の実施の形態で説明した処理を実行する。
【００８５】
また、第１〜第５の実施の形態では、センサモジュール１０を図２に示すように配置したが、これに限るものではない。例えば図２０に示すように、半導体レーザ１からのレーザ光が送出側ロール１０２の箇所または受取側ロール１０３の箇所でウェブ１１に入射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度を測定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７，７ａ…信号抽出部、８…演算部、９…表示部、１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２…電圧検出部、７１…２値化部、７２…論理積演算部、７３…カウンタ、７４…計数結果補正部、７５…記憶部、８０…記憶部、８１…距離比例個数算出部、８２…速度算出部、８３…符号付与部、１００…送出側ガイド軸、１０１…受取側ガイド軸、１０２…送出側ロール、１０３…受取側ロール、１０４…制御部、７４０…周期測定部、７４１…度数分布作成部、７４２…代表値算出部、７４３…補正値算出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、
この信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、
この符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
この距離比例個数算出手段が算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段とを備え、
前記符号付与手段は、前記信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とする速度計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の速度計測装置において、
前記信号抽出手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、
この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、
この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とする速度計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の速度計測装置において、
前記補正値算出手段は、前記干渉波形計数手段の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数１】
により求めることを特徴とする速度計測装置。
【請求項４】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、
この信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、
この符号付与手順によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
この距離比例個数算出手順で算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順とを備え、
前記符号付与手順は、前記信号抽出手順の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手順の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とする速度計測方法。
【請求項５】
請求項４記載の速度計測方法において、
前記信号抽出手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手順と、
この干渉波形計数手順で干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手順と、
この干渉波形周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手順の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手順とを含むことを特徴とする速度計測方法。
【請求項６】
請求項５記載の速度計測方法において、
前記補正値算出手順は、前記干渉波形計数手順の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数２】
により求めることを特徴とする速度計測方法。
【請求項１】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、
この信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、
この符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
この距離比例個数算出手段が算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段とを備え、
前記符号付与手段は、前記信号抽出手段の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とする速度計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の速度計測装置において、
前記信号抽出手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、
この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、
この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とする速度計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の速度計測装置において、
前記補正値算出手段は、前記干渉波形計数手段の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数１】
により求めることを特徴とする速度計測装置。
【請求項４】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に存在するように動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、
この信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、
この符号付与手順によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いて前記干渉波形の数の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
この距離比例個数算出手順で算出した距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順とを備え、
前記符号付与手順は、前記信号抽出手順の１回前の計数結果とこの計数結果よりも過去の計数結果を用いて算出された前記距離比例個数の２倍数との大小関係、前記信号抽出手順の計数結果の増減方向の一致不一致、あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、前記信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与することを特徴とする速度計測方法。
【請求項５】
請求項４記載の速度計測方法において、
前記信号抽出手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手順と、
この干渉波形計数手順で干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手順と、
この干渉波形周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記干渉波形の周期の分布の代表値として求める代表値算出手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の０．５倍未満である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の（ｎ＋０．５）倍以上（ｎ＋１．５）倍未満（ｎは１以上の自然数）である階級の度数の総和Ｎｗnとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗnに基づいて前記干渉波形計数手順の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手順とを含むことを特徴とする速度計測方法。
【請求項６】
請求項５記載の速度計測方法において、
前記補正値算出手順は、前記干渉波形計数手順の計数結果をＮａ、前記代表値をＴ０、前記干渉波形の周期がとり得る最大値をＴmaxとしたとき、補正後の計数結果Ｎａ’を、
【数２】
により求めることを特徴とする速度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１４１１２８（Ｐ２０１１−１４１１２８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３３（Ｐ２０１０−５３３）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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