(57)【要約】【課題】装置の大型化やコストの増大を回避又は抑制しながら、紙幣の新旧をより正確に判別できる紙葉類疲労判別装置、紙幣処理装置及び紙葉類疲労判別方法を提供する。【解決手段】集音制御部は、所定位置を通過する紙幣から発せられる音の集音動作をマイクロホンに行わせ、サンプリング部は、マイクロホンの出力信号を一定の周期でサンプリングする（♯１２）。振幅差算出部は、各サンプリングデータについて、各サンプリングデータとその１つ後、２つ後、３つ後のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ第１振幅差、第２振幅差および第３振幅差として算出する（♯１４）。プロット部は、前記第１、第２、第３振幅差をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする３次元座標系に、各サンプリングデータについての第１、第２、第３振幅差をＸ，Ｙ、Ｚ座標とする点をプロットし（♯１５）、判定部は、この３次元座標系にプロット点の分布に基づいて紙幣の疲労状態を判定する。【選択図】図１４
2014044682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙葉類の搬送中に発せられる音に応じた信号をサンプリングデータとして複数回サンプリングするサンプリング部と、
前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの後に続いてサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第１振幅差、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの２つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第２振幅差、および前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの３つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第３振幅差を算出する振幅差算出部と、
前記各サンプリングデータについてそれぞれ算出された前記第１振幅差、前記第２振幅差および前記第３振幅差から構成される一組のデータを、予め定められた３次元座標系にプロットし、前記３次元座標系にプロットされたデータの分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別する判別部と
を備える紙葉類疲労判別装置。
【請求項２】
前記判別部は、
予め用意された新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、
各々の境界設定用紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求め、
求められた前記８次元のデータのうち、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択し、
前記選択された８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求め、
そののち、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの境界を設定し、
判別対象の紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、
各々の判別対象の紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求め、
前記判別対象の紙葉類から求められた前記８次元データが、前記境界により分割されてなる前記新しい紙葉類における前記８次元のデータを含む領域と前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータを含む領域のうちどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別する請求項１に記載の紙葉類疲労判別装置。
【請求項３】
前記紙葉類は、紙幣であり、
紙幣を投入する投入口と、
前記投入口から投入された紙幣の疲労状態を判別する紙葉類疲労判別装置と、
前記紙葉類疲労判別装置による判別結果に基づき、前記紙幣を疲労状態別に分別して収納する収納部とを備える紙幣処理装置であって、
前記紙葉類疲労判別装置は、請求項１または２に記載の紙葉類疲労判別装置である紙幣処理装置。
【請求項４】
サンプリング部が、紙葉類の搬送中に発せられる音に応じた信号をサンプリングデータとして複数回サンプリングするサンプリングステップと、
振幅差算出部が、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの後に続いてサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第１振幅差、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの２つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第２振幅差、および前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの３つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第３振幅差を算出する算出ステップと、
判別部が、前記各サンプリングデータについてそれぞれ算出された前記第１振幅差、前記第２振幅差および前記第３振幅差から構成される一組のデータを、予め定められた３次元座標系にプロットし、前記３次元座標系にプロットされたデータの分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別する判別ステップと
を有する紙葉類疲労判別方法。
【請求項５】
前記判別ステップは、
前記判別部が、予め用意された新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出するステップと、
前記判別部が、各々の境界設定用紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求めるステップと、
前記判別部が、求められた前記８次元のデータのうち、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択するステップと、
前記判別部が、前記選択された８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求めるステップと、
前記判別部が、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの境界を設定するステップと、
前記判別部が、判別対象の紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出するステップと、
前記判別部が、各々の判別対象の紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求めるステップと、
前記判別部が、前記判別対象の紙葉類から求められた前記８次元データが前記境界により分割されてなる前記新しい紙葉類における前記８次元のデータを含む領域と前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータを含む領域のうちのどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別するステップと
を有する請求項４に記載の紙葉類疲労判別方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労した紙幣を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動販売機、遊技場での遊技媒体貸出機、券売機、両替機等の各種用途において、複数金種の紙幣の取込み、収納及び紙幣の払出しが可能な紙幣処理装置は種々知られている。この種の紙幣処理装置において、疲労した紙幣を検出する技術が従来から種々提案されている。例えば、特許文献１には、搬送路を紙葉類が通過するときに発生する通過音を集音し、集音した通過音の電気信号を低周波成分と高周波成分とに分離して、低周波成分があるときの高周波成分のパルス数に基づいて紙葉類の正損を判定する技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、引用文献１の技術にあっては、周波数の分析や雑音成分の抽出処理等を要し、これらの処理を行うべく相応の回路部品が必要となって装置の大型化やコストの増大を招来する。
【０００４】
そこで、装置の大型化やコストの増大を回避又は抑制しながら、紙幣の疲労状態を判別できる紙葉類疲労判別装置として、特許文献２記載の技術が提案されている。
【０００５】
この特許文献２記載の紙葉類疲労判別装置では、各サンプリングデータと当該サンプリングデータの前後にそれぞれサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ第１及び第２振幅差として算出し、１つのサンプリングデータについて算出された前記第１及び第２振幅差から構成される一組のデータを予め定められた２次元座標系にプロットして得た分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別することで、紙葉類の疲労状態を判別する。
【０００６】
この特許文献２記載の紙葉類疲労判別装置では、特許文献１記載の技術のように、周波数の分析や雑音成分の抽出処理等の装置の大型化やコストの増大を招来する処理ではなく、第１及び第２振幅差の演算及びこれらの振幅差から構成される一組のデータの予め定められた２次元座標系における分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別するため、比較的簡単な演算や処理で前記紙葉類の疲労状態を判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−５３６０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献２記載の紙葉類疲労判別装置では、第１及び第２振幅差の演算及びこれらの振幅差から構成される一組のデータの予め定められた２次元座標系における分布に基づいて紙葉類の疲労状態を判別しているが、この判別方法では、紙葉類の疲労状態の判別精度の向上が難しいという問題がある。しかも、紙葉類疲労判別装置は、一般的には、温度、湿度などの動作環境が異なる場所で使用されるが、動作環境の変化によって紙幣の判別率が大きく低下するなどの影響を受けるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、紙幣の疲労状態の判別精度を向上することが可能であり、かつ、動作環境の変化による影響に対して改善される紙葉類疲労判別装置、紙幣処理装置及び紙葉類疲労判別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】
本発明の紙葉類疲労判別装置は、紙葉類の搬送中に発せられる音に応じた信号をサンプリングデータとして複数回サンプリングするサンプリング部と、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの後に続いてサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第１振幅差、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの２つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第２振幅差、および前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの３つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第３振幅差を算出する振幅差算出部と、前記各サンプリングデータについてそれぞれ算出された前記第１振幅差、前記第２振幅差および前記第３振幅差から構成される一組のデータを、予め定められた３次元座標系にプロットし、前記３次元座標系にプロットされたデータの分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別する判別部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の紙葉類疲労判別方法は、サンプリング部が、紙葉類の搬送中に発せられる音に応じた信号をサンプリングデータとして複数回サンプリングするサンプリングステップと、振幅差算出部が、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの後に続いてサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第１振幅差、前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの２つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第２振幅差、および前記各サンプリングデータと当該サンプリングデータの３つ後にサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差である第３振幅差を算出する算出ステップと、判別部が、前記各サンプリングデータについてそれぞれ算出された前記第１振幅差、前記第２振幅差および前記第３振幅差から構成される一組のデータを、予め定められた３次元座標系にプロットし、前記３次元座標系にプロットされたデータの分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別する判別ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
上記の紙葉類疲労判別装置および紙葉類疲労判別方法によれば、各サンプリングデータと当該サンプリングデータの１つ後、２つ後、３つ後にそれぞれサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ第１、第２及び第３振幅差として算出し、１つのサンプリングデータについて算出された前記第１、第２振幅差及び第３振幅差から構成される一組のデータを予め定められた３次元座標系にプロットして得た分布に基づいて前記紙葉類の疲労状態を判別することで、紙葉類の疲労状態についての判別精度を向上することが可能であり、かつ、動作環境の変化による影響に対して改善される。
【００１３】
また、上記の紙葉類疲労判別装置において、前記判別部は、予め用意された新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、各々の境界設定用紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求め、求められた前記８次元のデータのうち、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択し、前記選択された８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求め、そののち、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの境界を設定し、判別対象の紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、各々の判別対象の紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求め、前記判別対象の紙葉類から求められた前記８次元データが、前記境界により分割されてなる前記新しい紙葉類における前記８次元のデータを含む領域と前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータを含む領域のうちどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別するのが好ましい。
【００１４】
また、上記の紙葉類疲労判別方法において、前記判別ステップは、前記判別部が、予め用意された新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出するステップと、前記判別部が、各々の境界設定用紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求めるステップと、前記判別部が、求められた前記８次元のデータのうち、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択するステップと、前記判別部が、前記選択された８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求めるステップと、前記判別部が、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における前記８次元のデータと前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータとの境界を設定するステップと、前記判別部が、判別対象の紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出するステップと、前記判別部が、各々の判別対象の紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求めるステップと、前記判別部が、前記判別対象の紙葉類から求められた前記８次元データが前記境界により分割されてなる前記新しい紙葉類における前記８次元のデータを含む領域と前記疲労した紙葉類における前記８次元のデータを含む領域のうちのどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別するステップとを有するのが好ましい。
【００１５】
上記の紙葉類疲労判別装置および紙葉類疲労判別方法によれば、まず、予め用意された新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類を用いて、新しい紙葉類と疲労した紙葉類との境界を設定する。具体的には、新しい紙葉類と疲労した紙葉類とを含む複数の境界設定用紙葉類について、予め定められた３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、各々の境界設定用紙葉類について、３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求める。ついで、求められた８次元のデータのうち、新しい紙葉類における８次元のデータと疲労した紙葉類における８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択する。ついで、選択された８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求める。そののち、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における８次元のデータと疲労した紙葉類における８次元のデータとの境界を設定する。
【００１６】
その後、設定された境界を用いて、判別対象の紙葉類の疲労状態を判別する。具体的には、判別対象の紙葉類について、前記予め定められた３次元座標系を８つの領域に分割してなる各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、各々の判別対象の紙葉類について、前記３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求める。その後、判別対象の紙葉類から求められた８次元データが境界により分割されてなる新しい紙葉類における８次元のデータを含む領域と疲労した紙葉類における８次元のデータを含む領域のうちどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別する。これにより、簡単な処理によって、正確に紙葉類の疲労状態を判別することができる。
【００１７】
本発明の紙幣処理装置は、前記紙葉類は、紙幣であり、紙幣を投入する投入口と、前記投入口から投入された紙幣の疲労状態を判別する紙葉類疲労判別装置と、前記紙葉類疲労判別装置による判別結果に基づき、前記紙幣を疲労状態別に分別して収納する収納部とを備える紙幣処理装置において、前記紙葉類疲労判別装置を、上記の紙葉類疲労判別装置としたことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、紙幣処理装置に紙葉類の疲労状態を判別する機能を搭載する場合に、該機能の搭載によって紙幣処理装置が大型化したりコストアップを招いたりするのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、紙幣の疲労状態の判別精度の判別精度を向上することが可能でき、かつ、動作環境の変化による影響に対して改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る紙幣処理装置の一実施形態の内部構造を示す図である。
【図２】紙幣処理装置の一実施形態の内部構造を示す図である。
【図３】紙幣処理装置の外観を示す図である。
【図４】紙幣処理装置の外観を示す図である。
【図５】紙幣処理装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】サンプリング部によるサンプリング動作の説明図である。
【図７】プロット部による処理の説明図である。
【図８】プロット部による処理の説明図である。
【図９】全てのサンプリングデータについての３次元座標系におけるプロット点の分布の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、旧札の搬送中に発せられる音を集音したマイクロホンの出力信号（音信号）の信号波形を示し、（ｂ）は、新札の搬送中に発せられる音を集音したマイクロホンの出力信号（音信号）の信号波形を示す図である。分布の態様例を示す図である。
【図１１】判定部に記憶されているテーブルの一例である。
【図１２】紙幣処理装置による入金時の紙幣の流れを示すフローチャートである。
【図１３】境界設定用前処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】紙幣の疲労状態識別処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係る紙幣処理装置を用いて紙幣の疲労状態を識別させる実験を行ったときの実験結果を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる投入パターンによって投入されたサンプル用紙幣によって得られた教師データに基づいた紙幣の判別結果を示す図であり、（ｅ）は上記（ａ）〜（ｄ）の実験結果における正解枚数を総合した結果を示す図である。
【図１６】本発明の比較例である従来の紙幣処理装置を用いて紙幣の疲労状態を識別させる実験を行ったときの実験結果を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる投入パターンによって投入されたサンプル用紙幣によって得られた教師データに基づいた紙幣の判別結果を示す図であり、（ｅ）は上記（ａ）〜（ｄ）の実験結果における正解枚数を総合した結果を示す図である。
【図１７】図１５示される本実施形態による正解率と図１６示される比較例による正解率とを示す図である。
【図１８】図１５に示される本実施形態による正解率と図１６に示される比較例による正解率とを示すグラフである。
【図１９】本発明の実施形態に係る紙幣処理装置を用いて紙幣の疲労状態を識別させる実験を図１５に示される実験と異なる動作環境で行ったときの実験結果を示す図である。
【図２０】本発明の比較例である従来の紙幣処理装置を用いて紙幣の疲労状態を識別させる実験を図１６に示される実験と異なる動作環境で行ったときの行ったときの実験結果を示す図である。
【図２１】図１９に示される本実施形態による正解率と図２０に示される比較例による正解率とを示す図である。
【図２２】図１９に示される本実施形態による正解率と図２０に示される比較例による正解率とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る紙幣処理装置の実施形態について説明する。図１，図２は、本発明に係る紙幣処理装置の一実施形態の内部構造を示し、図３，図４は、前記紙幣処理装置の外観を示している。
【００２２】
図１〜図４に示すように、紙幣処理装置１は、後述する各ユニット２，３，４Ａ〜４Ｃを収容可能とする所定の大きさの箱状に形成されたケーシング１ａを有する。このケーシング１ａは、前面側（図１の右側）が開口した箱状のケーシング本体１１と、このケーシング本体１１の前面を塞ぐ扉１２とを備えている。ケーシング１ａ前面の扉１２の上部には、紙幣挿入用の開口１４及び払出用の開口１５が配設されている。
【００２３】
前記ケーシング１ａの内部には、最上部に位置する入出金用ユニット２と、最下部に位置するベースユニット３と、これらのユニット２、３の間に位置する一乃至複数段（図示の例では３段）の中間部ユニット４Ａ〜４Ｃとが配備されている。各中間部ユニット４Ａ〜４Ｃ及びベースユニット３には金種別に紙幣が収納され、例えば中間部ユニットのうちの上段のユニット４Ａに千円札、中段のユニット４Ｂに五千円札、下段のユニット４Ｃに一万円札がそれぞれ収納され、ベースユニット３に疲労度の高い紙幣（後述する旧札）が収納される。
【００２４】
さらに必要に応じ、いずれか１つもしくは複数の中間部ユニットの上方に紙幣収納スペース増量のための補助ユニット５が配置され、図示の例では中間部ユニット４Ａの上に補助ユニット５が配置されている。
【００２５】
入出金用ユニット２、ベースユニット３及び中間部ユニット４Ａ〜４Ｃは、それぞれ相互に分離可能で、かつ、それぞれケーシング１ａに対して着脱可能となっている。そして、各ユニット２，３，４Ａ〜４Ｃの一側部にそれぞれ設けられた被支持部１７が、ケーシング１ａの一側部に設けられたスライドガイド１６に、前後方向に摺動可能に結合されることにより、ケーシング１ａに対して各ユニット２，３，４Ａ〜４Ｃが個別に前方へ引出し可能な状態で片持ち状態に支持されている。
【００２６】
また、図４に示すように、ケーシング１ａの側部にはメインＣＰＵ基板１０１、サブＣＰＵ基板１０２等を含む制御基板部１００及び電源部１０５が装備され、これら制御基板部１００及び電源部１０５に対して各ユニット２，３，４Ａ〜４Ｃが着脱可能なコネクタを介して電気的に接続されるようになっている。
【００２７】
入出金用ユニット２は、挿入口２０ａ及び払出口２０ｂを備えたフレーム２０内に、前記挿入口２０ａから紙幣を導入する紙幣導入機構２１と、前記払出口２０ｂへ紙幣を導出する紙幣導出機構２３と、搬送機構２９とを配備しており、挿入口２０ａ及び払出口２０ｂがケーシング１ａの開口１４，１５から突出する状態でケーシング１ａ内の上部に収容されている。
【００２８】
紙幣導入機構２１は、挿入口２０ａの近傍に紙幣の真贋及び金種を識別する識別装置２２を有するとともに、挿入口２０ａから識別装置２２を介して取込んだ紙幣をユニット２の後方部下方向へ向かわせるように案内する紙幣導入路２１０を有する。さらに、紙幣導入機構２１は、紙幣導入路２１０の上流側及び下流側に配置された送りローラ２１１，２１２，紙幣導入路２１０の途中に配設されたガイドローラ２１３、および紙幣導入路２１０から離れた位置に配置された送りローラ２１４を備えている。ローラ２１１，２１２，２１３，２１４は、モータ２１５によりベルト等の伝動機構２１６を介して駆動される。
【００２９】
紙幣導出機構２３は、出金指令に応じて紙幣を払出口２０ｂに払出す機構と、不正紙幣等をリジェクトする機構とを含んでおり、払出口２０ｂに対応する高さ位置に配置した払出しリジェクト用送りベルト装置２４と、このベルト装置２４の上方のスペースで構成される一時貯留部２５と、この一時貯留部２５に紙幣を導く案内装置２６と、紙幣をベルト装置２４上の一時貯留部２５に堆積させるためのプッシャー装置２７と、前記ベルト装置２４の下方のスペースに形成されたリジェクト室２８とを備えている。なお、リジェクト室２８の前面は扉２８０によって開放可能とされ、扉２８０には錠２８１が設けられている。
【００３０】
ベースユニット３には、紙幣収納部３１と、該紙幣収納部３１の後方において紙幣の搬送を行う搬送機構３２と、この搬送機構３２の駆動源である搬送モータ３３と、搬送機構３２と紙幣収納部３１との間で紙幣の取込み、繰出しを行う取込み繰出し機構３４と、紙幣収納部３１において紙幣の集積を行う紙幣集積機構３５と、この紙幣集積機構３５を駆動する駆動機構３６とが設けられている。
【００３１】
前記紙幣収納部３１は、両側板、底板及び前面側の扉３１０（図２参照）等で構成され、内部に紙幣を集積状態で収納し得るスペースを有するように形成されている。前記扉３１０には錠３１１が設けられている。紙幣収納部３１内には、所定高さ位置に紙幣支持テーブル３１２が設けられている。
【００３２】
前記各中間部ユニット４Ａ〜４Ｃは、同一構造を有し、それぞれ、紙幣収納部４１と、この紙幣収納部４１の後方において当該ユニットの上端から下端にわたる範囲で紙幣の搬送を行う搬送機構４２と、この搬送機構４２と紙幣収納部４１との間で紙幣の取込み、繰出しを行う取込み繰出し機構４４と、紙幣収納部４１において紙幣の集積を行う紙幣集積機構４５とを有する。
【００３３】
前記紙幣収納部４１は、ベースユニット３の紙幣収納部３１と同様に、両側板、底板、前面側の錠４１１付の扉４１０（図２参照）等で構成されている。
【００３４】
また、補助ユニット５には、その下方に位置するユニット４Ａの紙幣収納部４１に通じる収納スペース増量部５１が形成されるとともに、その後方に搬送機構５２が設けられている。この搬送機構５２は、詳細な図示は省略するが、中間部ユニット４Ａ〜４Ｃの搬送機構４２と同様に、上下一対ずつのローラを備えるとともに、各ローラ軸に設けられたギヤ、上下各一方のローラ軸に設けられたプーリ間に掛け渡された伝動用ベルト、上部の一方のローラ軸に設けられたギヤに噛合する中間伝動ギヤを備えている。そして、各ローラが相互に連動するとともに、下段側のユニットから駆動力が伝達される一方、上段側のユニットに駆動力を伝達し得るようになっている。
【００３５】
次に、図１〜図４に示した紙幣処理装置１の電気的な構成について説明する。図５は、紙幣処理装置１の電気的な構成を示すブロック図である。なお、図１〜図４に示す部材と同一の部材については同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図５に示すように、紙幣処理装置１は、入出金用ユニット２、ベースユニット３、中間部ユニット４Ａ〜４Ｃに加え、マイクロホン５０１、紙幣挿入センサ５０２、紙幣通過センサ５０３及び制御部６００を備える。
【００３７】
マイクロホン５０１は、音を電気信号（アナログ信号）に変換するものであり、紙幣の搬送中に発せられる音を収集する。マイクロホン５０１は、識別装置２２によって真贋及び金種が識別された紙幣が搬送される搬送路又はその近傍に設置され、本実施形態においては、図１に示すように、紙幣から音がたちやすい場所、例えば、紙幣導入路２１０に沿って配置されたローラ２１３の近傍に、前記マイクロホン５０１を設置されている。
【００３８】
紙幣挿入センサ５０２は、図１に示すように、紙幣挿入口２０ａの近傍位置に設置されており、該開口１４への紙幣の挿入を検知するものである。紙幣挿入センサ５０２は、例えば一対の反射型投受光器を備えて構成されており、搬送される紙幣が検知位置に進入すると、前記投光器から出力した光がその紙幣により反射されて受光器により受光される。紙幣挿入センサ５０２は、前記受光器が紙幣からの反射光が受光している間、受光信号（オン信号）を制御部６００に出力する。紙幣挿入センサ５０２から出力されるオン信号の立ち上がりタイミング及び立下りタイミングは、紙幣導入機構２１に備えられるモータ等の動作開始及び停止のタイミングを決定するために用いられる。
【００３９】
紙幣通過センサ５０３は、図１に示すように、紙幣導入路２１０に沿って配置されたローラ２１３の近傍位置であって、前記マイクロホン５０１の近傍位置（マイクロホン５０１の下流側の位置）に設置されており、予め設定された検知位置における紙幣の通過を検知するものである。紙幣通過センサ５０３は、前記紙幣挿入センサ５０２と同様の構成を有しており、前記受光器が紙幣からの反射光が受光している間、受光信号（オン信号）を制御部６００に出力する。紙幣通過センサ５０３から出力されるオン信号の立ち上がりタイミング及び立下りタイミングは、マイクロホン５０１の集音動作の開始及び停止のタイミングを決定するために用いられる。
【００４０】
制御部６００は、図略のＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理部）、そのＣＰＵの動作を規定するプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、およびデータを一時的に保管する機能や作業領域としての機能を有するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されたマイクロコンピュータを有し、当該紙幣処理装置１の全体的な制御を行なう。なお、制御部６００は、制御基板部１００に設置されたメインＣＰＵ基板１０１及びサブＣＰＵ基板１０２上の回路部品により構成される。
【００４１】
ところで、本実施形態に係る紙幣処理装置１は、識別装置２２によって真贋及び金種が識別された紙幣を対象として、疲労（紙葉類のよれや皺の程度）が小さく張りや腰の程度が大きい紙幣（以下、この紙幣を新札という）であるのか、それとも前記疲労が大きく張りや腰の程度が小さい紙幣（以下、この紙幣を旧札という）であるのかを識別して、当該紙幣処理装置１に投入された紙幣の中から旧札を抽出する紙幣疲労判別装置としての機能と、該旧札が再び利用に供されることのないように当該装置１の内部で保管する収容部としての機能を有する。
【００４２】
制御部６００は、上記の紙幣疲労判別装置の機能を実現するために、集音制御部６０１と、サンプリング部６０２と、振幅差算出部６０３と、プロット部６０４と、領域別プロット数計数部６０５と、判定部６０６とを備える。
【００４３】
集音制御部６０１は、マイクロホン５０１の集音動作を制御するものであり、紙幣通過センサ５０３の出力信号のオフからオンへの立ち上がりタイミング（紙幣通過センサ５０３の検知位置を紙幣の先端が通過するタイミングに相当）に基づいて、マイクロホン５０１による集音動作を開始させ、また、紙幣通過センサ５０３の出力信号のオンからオフへの立ち下がりタイミング（紙幣通過センサ５０３の検知位置を紙幣の後端が通過する開始タイミングに相当）に基づいて、マイクロホン５０１による集音動作を停止させる。
【００４４】
図１０（ａ）は、旧札の搬送中に発せられる音を集音したマイクロホン５０１の出力信号（音信号）の信号波形を示し、図１０（ｂ）は、新札の搬送中に発せられる音を集音したマイクロホン５０１の出力信号（音信号）の信号波形を示す図である。図１０（ａ），（ｂ）から判るように、新札の場合、旧札に比べて前記信号波形の振幅が大きい。一方、旧札の場合、新札に比べて前記信号波形が滑らか（振幅の増減の態様が小刻み）に変化する。
【００４５】
サンプリング部６０２は、図６に示すように、マイクロホン５０１から出力されるアナログ信号Ｓを一定のサンプリング周期Ｔ（例えばＴ＝１／５０００秒）でサンプリングするものである。以下、サンプリングしたデータをサンプリングデータというものとする。紙幣の搬送方向における長さが例えば１６ｃｍ、紙幣の搬送速度を８ｃｍ／秒とし、１／５０００（秒）のサンプリング周期でサンプリングした場合、１枚の紙幣につき１００００（個）のサンプリングデータが得られることになる。
【００４６】
振幅差算出部６０３は、前記サンプリング部６０２により取得された各サンプリングデータについて、１つ後、２つ後、３つ後のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ算出するものである。例えば図６の矢印Ｑ１で示すサンプリングデータに着目した場合、振幅差算出部６０３は、このサンプリングデータのデータ値と当該データ値の後に続く１つ後の矢印Ｑ２で示すサンプリングデータのデータ値との差を第１振幅差として算出する。さらに、振幅差算出部６０３は、矢印Ｑ１で示すサンプリングデータのデータ値と当該データ値の２つ後の矢印Ｑ３で示すサンプリングデータのデータ値との差を第２振幅差として算出する。さらに、振幅差算出部６０３は、矢印Ｑ１で示すサンプリングデータのデータ値と当該データ値の３つ後の矢印Ｑ４で示すサンプリングデータのデータ値との差を第３振幅差として算出する。振幅差算出部６０３は、このような処理を前記サンプリング部６０２により取得された全てのサンプリングデータについて実施する。
【００４７】
これを一般的な形で表現すると、図７に示されるように、振幅差算出部６０３は、ｉ番目のサンプリングデータＤ（ｉ）について、該サンプリングデータＤ（ｉ）とその１つ後のサンプリングデータとＤ（ｉ＋１）の差「Ｄ（ｉ＋１）−Ｄ（ｉ）」を第１振幅差、前記サンプリングデータＤ（ｉ）とその２つ後のサンプリングデータＤ（ｉ＋２）との差「Ｄ（ｉ＋２）−Ｄ（ｉ）」を第２振幅差、前記サンプリングデータＤ（ｉ）とその３つ後のサンプリングデータＤ（ｉ＋３）との差「Ｄ（ｉ＋３）−Ｄ（ｉ）」を第３振幅差として算出する。
【００４８】
プロット部６０４は、各サンプリングデータについて前記振幅差算出部６０３により算出された前記第１振幅差、第２振幅差及び第３振幅差をそれぞれＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標とする点を、予め定められた３次元座標系にプロットするものである。すなわち、プロット部６０４は、図７に示すように、前記振幅差算出部６０３により算出された、ｉ番目のサンプリングデータＤ（ｉ）についての第１振幅差「Ｄ（ｉ＋１）−Ｄ（ｉ）」をＸ座標Ｘｉ、前記振幅差算出部６０３により算出された、ｉ番目のサンプリングデータＤ（ｉ）についての第２振幅差「Ｄ（ｉ＋２）−Ｄ（ｉ）」をＹ座標Ｙｉ、ｉ番目のサンプリングデータＤ（ｉ）についての第３振幅差「Ｄ（ｉ＋３）−Ｄ（ｉ）」をＺ座標Ｚｉとし、図８に示すように、点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ、Ｚｉ）を予め定められた３次元座標系にプロットする。全てのサンプリングデータについてのプロット点の分布の一例を図９に示す。
【００４９】
図９に示されるように、３次元座標系にプロットされた点Ｐｉは、３次元座標系を８つの象限に分割してなる分割領域(1)〜(8)のいずれかの範囲に含まれる。ここで、分割領域(1)〜(8)は、第１象限〜第８象限にそれぞれ対応する領域であり、図9において丸数字１〜８で示された領域である。
【００５０】
判定部６０６は、前記領域別プロット数計数部６０５により算出された各分割領域(1)〜(8)におけるプロットされたデータの分布に基づいて、紙幣の疲労状態を判定するものである。
【００５１】
本実施形態では、上記の３次元座標系を新札の領域と旧札の領域とに分けて紙幣の疲労状態の判定を行なうために、サポートベクターマシン（以下、ＳＶＭという）の技術が用いられる。
【００５２】
ＳＶＭは、２クラス（例えば、新札と旧札の２種類）のパターン認識を行なうための学習アルゴリズムである。ＳＶＭは、基本的には線形の識別器であるが、非線形の識別器に拡張することが可能である。ＳＶＭは、予め用意された既知の２クラス（例えば、新札と旧札）の教師データ（または学習データ）に基づいて、それぞれのクラスを分ける境界線（または境界平面）を求めるために、それぞれのクラスに所属する教師データのうち、境界線に最も近い教師データがその境界線との距離（すなわち、マージン）が最大になる境界線を決める。これにより、既知の教師データによって求められた境界線によって、将来の未知の判別対象のデータをなるべく正しく識別することができる（すなわち、汎化能力が高い）。
【００５３】
具体的には、本実施形態におけるＳＶＭの技術を用いた紙幣の疲労状態の判定は、以下の手順で行なわれる。まず、新旧の判別を行うべき紙幣に対して新旧の判別を行う前に、別途、新札および旧札についてそれぞれ複数のサンプル紙幣（本発明の境界設定用紙葉類の概念に含まれる紙幣）を予め用意し、これらのサンプル紙幣について紙幣通過時の音声をサンプリングして、データを収集する。制御部６００は、３次元座標系を８つの象限に分割してなる分割領域(1)〜(8)（図９参照）に分割して、各分割領域内のデータのプロット点の数を算出し、これらのプロット点の数が教師データとして判定部６０６に記憶される。具体的には、図１１に示されるように、判定部６０６には、各分割領域(1)〜(8)ごとにプロット点の数が記憶される。例えば、新しい紙幣、すなわち新札である複数のサンプル紙幣のプロット点の数が各分割領域(1)〜(8)ごとに記憶され（図１１のＥ１〜Ｅ８参照）、さらに、それとは別に、疲労した紙幣として旧札である複数のサンプル紙幣のプロット点の数が各分割領域(1)〜(8)ごとに記憶される（図１１のＦ１〜Ｆ８参照）。このようにして、判定部６０６は、新札および旧札を含む複数のサンプル紙幣の各々について、３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求める。
【００５４】
ついで、判定部６０６は、求められた８次元のデータのうち、新札のサンプル紙幣における８次元のデータと旧札のサンプル紙幣における８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択する。ここで例示として、選択された２つの８次元データをＡ（ａ１、・・・ａ８）とＢ（ｂ１、・・・ｂ８）とする。
【００５５】
ついで、判定部６０６は、選択された２つの８次元データＡ、Ｂに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データＣを求める。ここで、８次元データＣは、
Ｃ（（ａ１＋ｂ１）／２、・・・、（ａ８＋ｂ８）／２）      （式１）
として表される。
【００５６】
そして、（式１）の８次元データＣにより求められる中間点を通る境界面であって、前記最も距離が近い８次元のデータＡ、Ｂに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界面との間で確保できるように、境界面を設定する。この境界面が新札と旧札を判別する基準となる。 
【００５７】
つぎに、判定部６０６は、上記のように設定された境界面を用いて、判別対象の紙幣の疲労状態を判別する。具体的には、判定部６０６は、判別対象の紙幣について、３次元座標系を８つの領域に分割してなる８象限の各分割領域にそれぞれプロットされたデータの数を分割領域ごとに検出し、各々の判別対象の紙幣について、３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求める。
【００５８】
その後、判定部６０６は、判別対象の紙幣から求められた８次元データが上記の境界面により分割されてなる新しい紙幣における８次元のデータを含む領域と疲労した紙幣における８次元のデータを含む領域のどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙幣の疲労状態を判別する。これにより、簡単な処理によって、正確に紙幣の疲労状態を判別することができる。
【００５９】
例えば、ある判別対象の紙幣から求められた新しい８次元データD（d１，・・・，d８）に対応する点に対し，上記の境界面への距離を求める。境界面への距離は、例えば、直交射影値Resultとして求められ、
Result = w１・d１＋w２・d３・・・＋w８・d８＋b  （式２）
のように表される。ここで、ｗ（ｗ１、ｗ２・・・、ｗ８）は重みベクトル、ｂは、バイアス項と呼ばれるパラメータである。
【００６０】
なお、境界面はラグランジュ関数を用いることで、重みベクトルｗやバイアス項ｂの各パラメータが決定されて、境界面が決定される。
【００６１】
つぎに、直交射影値Resultを所定の信頼限度Ｔとの大小関係を比較し、疲労状態の判別を行う。例えば、Result＞Ｔの場合は新札と判別され、Result＜―Ｔの場合は旧札と判別される。また、―Ｔ＜Result＜Ｔの場合は、未判定として処理される。
【００６２】
次に、紙幣処理装置１の動作を次に説明する。図１２は、紙幣処理装置１による入金時の紙幣の流れを示すフローチャートである。
【００６３】
図１２に示すように、紙幣挿入口２０ａから紙幣が挿入されたことを示す検出信号（オン信号）が、前記紙幣挿入口２０ａ付近に設けられた紙幣挿入センサ５０２から出力されると（ステップ♯１でＹＥＳ）、制御部６００は、紙幣導入機構２１の図略のモータを駆動して該紙幣導入機構２１に紙幣を装置１の内部に取り込ませる（ステップ♯２）。このとき、該モータの駆動による紙幣の導入は比較的低速で行われる。
【００６４】
次に、制御部６００は、該紙幣の搬送中に金種の判定を行い（ステップ♯３）、金種の判定が可能であるものについては（ステップ♯４でＹＥＳ）、紙幣の真贋を判定する（ステップ♯５）。制御部６００は、前記紙幣が真札であると判定した場合には（ステップ♯６でＹＥＳ）、該紙幣について後述する疲労状態の識別を行った後（ステップ♯７）、識別された紙幣の金種及び疲労状態に応じてその紙幣を取込むべきユニットに紙幣を取り込ませる（ステップ♯８）。
【００６５】
なお、金種の識別が不可能である場合（ステップ♯４でＮＯ）、及び、前記紙幣が贋札であると制御部６００が判定した場合には（ステップ♯６でＮＯ）、紙幣を払出口２０ｂに向けて搬送する（ステップ♯９）。
【００６６】
次に、図１２におけるステップ♯７の疲労状態判定処理についてさらに詳細に説明する。
【００６７】
ここで、判別対象の紙幣について疲労状態判定処理を行なう前に、事前に、境界設定用前処理を行なう。境界設定用前処理は、判定処理を行なうための基準としてサンプリングデータから算出された８次元データが新札の領域と旧札の領域とのいずれかの領域に含まれるかを判定するために用いられる境界を設定するための前処理であり、図１３に示されるフローチャートに沿って行なわれる。
【００６８】
まず、図１３に示すように、新札および旧札についてそれぞれ複数（例えば１０枚）のサンプル紙幣が紙幣挿入口２０ａから挿入されることにより、紙幣通過センサ５０３により紙幣の先端が検出され（ステップ♯１１でＹＥＳ）、集音制御部６０１は、マイクロホン５０１に集音動作を開始させ、また、サンプリング部６０２は、マイクロホン５０１から出力されるアナログの出力信号を一定のサンプリング周期Ｔ（例えばＴ＝１／５０００秒）でサンプル紙幣をサンプリングする動作を開始する（ステップ♯１２）。
【００６９】
紙幣通過センサ５０３により紙幣の後端が検出されると（ステップ♯１３でＹＥＳ）、集音制御部６０１はマイクロホン５０１による集音動作を停止させ、また、サンプリング部６０２は前記サンプリング動作を停止し、振幅差算出部６０３は、前記サンプリング部６０２により取得された各サンプリングデータについて、前述の第１振幅差、第２振幅差および第３振幅差を算出する（ステップ♯１４）。
【００７０】
次に、プロット部６０４は、予め設定された３次元座標系に、各サンプリングデータについて算出された前記第１〜３振幅差をそれぞれＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標とする点をプロットする（ステップ♯１５）。
【００７１】
そして、領域別プロット数計数部６０５は、前記３次元座標系を８つの象限で複数に分割されてなる各分割領域(1)〜(8)のプロット点の数を分割領域別に検出（計数）する（ステップ♯１６）。
【００７２】
その後、判定部６０６は、上記の検出されたプロット点の数に基づいて新札および旧札についてそれぞれ複数のサンプル紙幣についての８次元のデータを求める。そして、判定部６０６は、この８次元データを用いて上記のＳＶＭの処理を行なうことにより、新札の領域と旧札の領域とを分割する境界を設定する（ステップ♯１７）。
【００７３】
以上のようにして、新札の領域と旧札の領域との間の境界を予め設定することが可能である。
【００７４】
その後、上記の境界設定用前処理（図１３参照）によって得られた境界を用いることによって、図１４に示されるフローチャートのように、判別対象である紙幣の疲労状態識別処理が行なわれる。
【００７５】
図１４に示すように、まず、判別対象である紙幣が紙幣挿入口２０ａから挿入されることにより、上記と同様に、紙幣通過センサ５０３により紙幣の先端が検出され（ステップ♯２１でＹＥＳ）、集音制御部６０１は、マイクロホン５０１に集音動作を開始させ、また、サンプリング部６０２は、マイクロホン５０１から出力されるアナログの出力信号を一定のサンプリング周期Ｔ（例えばＴ＝１／５０００秒）でサンプリングする動作を開始する（ステップ♯２２）。
【００７６】
紙幣通過センサ５０３により紙幣の後端が検出されると（ステップ♯２３でＹＥＳ）、集音制御部６０１はマイクロホン５０１による集音動作を停止させ、また、サンプリング部６０２は前記サンプリング動作を停止し、振幅差算出部６０３は、前記サンプリング部６０２により取得された各サンプリングデータについて、前述の第１振幅差、第２振幅差および第３振幅差を算出する（ステップ♯２４）。
【００７７】
次に、プロット部６０４は、予め設定された３次元座標系に、各サンプリングデータについて算出された前記第１〜３振幅差をそれぞれＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標とする点をプロットする（ステップ♯２５）。
【００７８】
そして、領域別プロット数計数部６０５は、前記３次元座標系を８つの象限で複数に分割されてなる各分割領域(1)〜(8)のプロット点の数を分割領域別に検出（計数）する（ステップ♯２６）。
【００７９】
そして、判定部６０６は、上記の検出されたプロット点の数に基づいて各々の判別対象の紙幣について、３次元座標の８象限の各データ数から構成される８次元のデータを求める。ついで、判定部６０６は、判別対象の紙幣から求められた８次元データが、上記の境界により分割されてなる新札における８次元のデータを含む領域と旧札における８次元のデータを含む領域のうちどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙幣の疲労状態を判別する（ステップ♯２７）。当該判別対象の紙幣の８次元データが新札の領域にない場合には（ステップ♯２７でＮＯ）、当該紙幣は旧札と判定して、回収対象紙幣として設定する（ステップ♯２８）。回収対象紙幣として設定された紙幣は、ベースユニット３に収納される。ベースユニット３に収納された旧札は、市場に再び流通させると、当該紙幣処理装置１、或いは自動販売機や両替機等の機器において、紙幣詰まりを起こし、故障を来たす虞があるため、市場に流通させない（再び利用に供されることのない）ように他の紙幣と分別するようにしている。
【００８０】
一方、判定部６０６は、当該判別対象の紙幣の８次元データが新札の領域にある場合には（ステップ♯２７でＹＥＳ）、当該紙幣は新札と判定して、回収対象外紙幣として設定する（ステップ♯２９）。回収対象外紙幣として設定された紙幣は、中間ユニット４Ａ〜４Ｃ等に収納される。
【００８１】
（紙幣疲労判別実験）
つぎに、本実施形態の紙幣疲労判別方法を用いた紙幣疲労判別実験を、比較例と対比しながら説明する。
【００８２】
ここで、実験のために、図１５〜１６に示されるように、新札と旧札とを用意する。旧札としては、疲労度が４段階異なる疲労紙幣を用意する。疲労紙幣の疲労度は、疲労度Ａ〜Ｄの４段階に異なっている。新札は、全く疲労していない状態の紙幣である。疲労度Ａは、わずかに疲労している状態であり、疲労度Ｂ〜疲労度Ｄは、順番に疲労度が大きい状態を指し、疲労度Ｄが最も疲労度が大きい。
【００８３】
また、実験では、紙幣をサンプリングするときの紙幣を紙幣処理装置１の紙幣挿入口２０ａに投入するパターンを前後表裏について４パターン変えて行なっている。すなわち、図１５〜１６に示されるように、ＤＦ（前表側），ＤＲ（前裏側）、ＵＦ（後表側），ＵＲ（後裏側）の４つの投入パターンで、紙幣が投入される。
【００８４】
まず、本実施形態に係る判別方法による実験について説明する。
【００８５】
本実施形態に係る判別方法では、教師データとして、東京で２０１１年５月２４日にサンプリングしたサンプリングデータを用い、テストデータとして、沖縄で２０１２年３月２９日気温２６℃、湿度３６％の条件下でのサンプリングデータを用いている。
【００８６】
まず、東京においてサンプル用の紙幣として、疲労度Ａ〜Ｄの疲労紙幣および新札を４０枚ずつ、上記の４つの投入パターン（ＤＦ、ＤＲ、ＵＦ、ＵＲ）のいずれか１つの投入パターンで投入してサンプリングして、教師データを作成する。ついで、作成された教師データを用いて、上記実施形態のように、当該教師データについて算出された第１、第２振幅差及び第３振幅差から構成される一組のデータを予め定められた判定用の３次元座標系にプロットして、３次元座標系における８つの象限の分割領域(1)〜(8)ごとにサンプル数を検出し、新旧紙幣を判別するための境界を作成する。その後、沖縄において判別対象の紙幣からサンプリングしたテストデータを用いて、テストデータから得られる検出点を判定用の３次元座標系にプロットして、８つの象限の分割領域(1)〜(8)ごとにサンプル数を検出し、その検出されたサンプル数および上記の境界を用いて、判別対象の紙幣の新旧の判別を行なう。その判定結果は、図１５（ａ）〜（ｄ）に示されている。
【００８７】
図１５（ａ）の表では、教師データとして、投入パターンＤＦについて、各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について４０枚ずつ投入してサンプリングしてサンプリングされたデータが用いられている。この教師データを用いて、投入パターンＤＦの紙幣を基準にした新旧紙幣を判別するための境界が上記のＳＶＭの技術によりあらかじめ作成される。そして、判別対象の紙幣として各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について４０枚ずつの紙幣を、４つの投入パターン（ＤＦ、ＤＲ、ＵＦ、ＵＲ）それぞれについて１０枚ずつに分けて投入し、これらの紙幣からサンプリングされたテストデータについて、上記の境界によって、新旧紙幣の判別を行なっている。
【００８８】
図１５（ａ）に示される実験結果では、新札は４０枚全て新札と正しく判別されて、判別率が１００％であることが示されている。同様に、図１５（ａ）には、疲労度Ａ（最も軽い疲労度の旧札）の紙幣の４０枚中２８枚が旧札と正しく判別され、判別率が７０％であることが示され、疲労度Ｂ（やや軽い疲労度の旧札）の紙幣の４０枚中３７枚が旧札と正しく判別され、判別率が９３％であることが示され、疲労度Ｃ（やや重い疲労度の旧札）の紙幣の４０枚全てが旧札と正しく判別されて、判別率が１００％であることが示され、疲労度Ｄ（最も重い疲労度の旧札）の紙幣の４０枚中３９枚が旧札と正しく判別され、判別率が９８％であることが示されている。したがって、図１５（ａ）に示されるように、投入パターンＤＦを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、９２％である。
【００８９】
上記の図１５（ａ）と同様に、図１５（ｂ）には、投入パターンＤＲを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１５（ｂ）に示されるように、投入パターンＤＲを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、９３％である。
【００９０】
上記の図１５（ａ）と同様に、図１５（ｃ）には、投入パターンＵＦを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１５（ｃ）に示されるように、投入パターンＵＦを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、７９％である。
【００９１】
上記の図１５（ａ）と同様に、図１５（ｄ）には、投入パターンＵＲを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１５（ｄ）に示されるように、投入パターンＵＲを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、９６％である。
【００９２】
以上の図１５（ａ）〜（ｄ）の実験結果における正解枚数を総合した結果が、図１５（ｅ）に示されている。図１５（ｅ）に示されるように、本実施形態の判別方法では、上記のように東京で５月にサンプリングした教師データを用いて沖縄で３月にサンプリングしたテストデータを判別するという動作環境の下では、総合平均で９０％の判別率になることがわかる。
【００９３】
一方、本発明の比較例として、上記の特許文献２記載のように、各サンプリングデータと当該サンプリングデータの前後にそれぞれサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ第１及び第２振幅差として算出し、１つのサンプリングデータについて算出された前記第１及び第２振幅差から構成される一組のデータを予め定められた２次元座標系にプロットして得た分布に基づいて紙幣の疲労状態を判別する。ここで、この比較例においても、上記の本実施形態に係る判別方法と同じ動作環境（東京で５月にサンプリングした教師データを用いて沖縄で３月にサンプリングしたテストデータを判別する）の下で判別を行なう。この比較例の判別方法では、図１６に示されるような実験結果となる。
【００９４】
図１６（ａ）に示される例では、上記の図１５（ａ）と同様に、教師データとして、投入パターンＤＦについて、各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について４０枚ずつ投入してサンプリングしてサンプリングされたデータが用いられている。この教師データを用いて、投入パターンＤＦの紙幣を基準にした新旧紙幣を判別するための境界がＳＶＭの技術によりあらかじめ作成される。そして、判別対象の紙幣として各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について４０枚ずつの紙幣を、４つの投入パターン（ＤＦ、ＤＲ、ＵＦ、ＵＲ）それぞれについて１０枚ずつに分けて投入し、これらの紙幣からサンプリングされたテストデータについて、上記の境界によって、新旧紙幣の判別を行なっている。
【００９５】
図１６（ａ）に示される比較例の実験結果では、新札は４０枚全て新札と正しく判別されて、判別率が１００％であることが示されている。同様に、図１６（ａ）には、疲労度Ａの紙幣の４０枚中２６枚が旧札と正しく判別され、判別率が６５％であることが示され、疲労度Ｂの紙幣の４０枚中３５枚が旧札と正しく判別され、判別率が８８％であることが示され、疲労度Ｃの紙幣の４０枚全てが旧札と正しく判別されて、判別率が１００％であることが示され、疲労度Ｄの紙幣の４０枚中３９枚が旧札と正しく判別され、判別率が９８％であることが示されている。したがって、図１６（ａ）に示されるように、比較例における投入パターンＤＦを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、９０％である。
【００９６】
上記の図１６（ａ）と同様に、図１６（ｂ）には、比較例における投入パターンＤＲを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１６（ｂ）に示されるように、比較例における投入パターンＤＲを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、９６％である。
【００９７】
上記の図１６（ａ）と同様に、図１６（ｃ）には、比較例における投入パターンＵＦを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１６（ｃ）に示されるように、比較例における投入パターンＵＦを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、７４％である。
【００９８】
上記の図１６（ａ）と同様に、図１６（ｄ）には、比較例における投入パターンＵＲを基準にして作成された境界を用いたときの新旧紙幣の判別結果が示されている。図１６（ｄ）に示されるように、比較例における投入パターンＵＲを基準にして作成された境界を用いたときの各疲労度Ａ〜Ｄおよび新札について紙幣全体の判別率は、８５％である。
【００９９】
以上の図１６（ａ）〜（ｄ）の比較例の実験結果における正解枚数を総合した結果が、図１６（ｅ）に示されている。図１６（ｅ）に示されるように、比較例の判別方法では、上記のように東京で５月にサンプリングした教師データを用いて沖縄で３月にサンプリングしたテストデータを判別するという動作環境の下では、総合平均で８６％の判別率になることがわかる。
【０１００】
以上のように、同じ動作環境下において、本実施形態の判別方法と比較例の判別方法のそれぞれの判別率を比較した場合、図１７〜１８に示されるように、疲労度Ａ〜Ｄの疲労紙幣いずれについても本実施形態の判別方法の方が、比較例の判別方法と比較して個々の判別率が高く、しかも全体の正解率も向上していることがわかる。その結果、本実施形態の判別方法は、比較例の判別方法と比較して、疲労紙幣の判定精度が向上していることがわかる。
【０１０１】
さらに、湿度、温度などの動作環境が変化した場合における判別率の変化について、上記の本実施形態の判別方法と比較例の判別方法についてさらに考察する。
【０１０２】
まず、上記の図１５〜１６に示される実験では、教師データとして、東京で２０１１年５月２４日にサンプリングしたサンプリングデータを用い、テストデータとして、沖縄で２０１２年３月２９日気温２６℃、湿度３６％の条件下でのサンプリングデータを用いられているが、以下の実験では、異なる動作環境として、教師データとして、沖縄で気温２４℃、湿度６２％の条件でサンプリングしたサンプリングデータを用い、テストデータとして、東京で気温２１．４℃、湿度４６％の条件下でのサンプリングデータを用いられている。
【０１０３】
上記のように変更された教師データおよびテストデータを用いて、上記の本実施形態の判別方法によって実験を行なった結果が図１９の表に示されている。図１９に示されるように、疲労度Ｂの紙幣の判別率が６０％であり、図１５（ｅ）の実験結果における疲労度Ｂの紙幣の判別率が８７％よりも低下しているが、その他の新札および疲労度Ａ、ＣおよびＤの紙幣の判別率はあまり変動していないことがわかる。とくに、疲労の度合いが最も軽い疲労度Ａの紙幣の判定率が７０％（図１９参照）であり、図１５（ｅ）の実験結果における疲労度Ａの紙幣の判別率が６７％とほぼ同じである。以上の点から、本実施形態の判別方法では、温度、湿度などの動作環境の変化による影響を受けにくいことがわかる。
【０１０４】
一方、上記のように動作環境が変更された教師データおよびテストデータを用いて、上記の比較例の判別方法によって実験を行なった結果が図２０の表に示されている。図２０に示されるように、疲労度Ａの紙幣の判別率が３０％であり、図１６（ｅ）の実験結果における疲労度Ａの紙幣の判別率が５８％よりも大きく低下している。また、疲労度Ｂの紙幣の判別率についても判別率が５０％であり、図１６（ｅ）の実験結果における疲労度Ｂの紙幣の判別率が８２％よりも大きく低下していることがわかる。
【０１０５】
このように、図１７および図２１の表、ならびに図１８および図２２のグラフを比較すれば明らかなように、本実施形態の判別方法では、温度、湿度などの動作環境の変化による影響を受けにくいのに対し、比較例の判別方法では、温度、湿度などの動作環境の変化による影響を大きく受けやすいことがわかる。とくに、比較例の判別方法では、疲労の度合い比較的軽い疲労度Ａ、Ｂの紙幣の判別率が動作環境の変化によって大きく変動するのに対し、本実施形態の判別方法では、動作環境の変化に対する影響が小さくなっていることがわかる。
【０１０６】
このように、本実施形態の判別方法では、１つのサンプリングデータについて算出された第１、第２振幅差及び第３振幅差から構成される一組のデータを予め定められた３次元座標系にプロットして得た分布に基づいて紙幣の疲労状態を判別することにより、紙幣の疲労状態についての判別精度を向上することが可能であり、かつ、動作環境の変化による影響に対して改善されていることがわかる。
【０１０７】
（特徴）
（１）
本実施形態に係る紙幣疲労判別装置および判別方法では、各サンプリングデータと当該サンプリングデータの１つ後、２つ後、３つ後にそれぞれサンプリングされた所定のサンプリングデータとのデータ値の差をそれぞれ第１、第２及び第３振幅差として算出し、１つのサンプリングデータについて算出された前記第１、第２振幅差及び第３振幅差から構成される一組のデータを予め定められた３次元座標系にプロットして得た分布に基づいて紙幣の疲労状態を判別することで、紙幣の疲労状態についての判別精度の再現性が低下することを抑えることができる。
【０１０８】
（２）
また、本実施形態に係る紙幣疲労判別装置および判別方法では、予め用意された新札と旧札とを含む複数のサンプル紙幣について３次元座標系を８つの象限に分割してなる各分割領域におけるデータの数から８次元データを求め、新札における８次元のデータと旧札における８次元のデータとの間で最も距離が近い８次元のデータを２つ選択し、ついで、選択された２つの８次元データに対応する点の中間に位置する中間点の８次元データを求める。そののち、前記中間点を通る境界であって、前記最も距離が近い８次元のデータに対応する点と前記中間点との距離が他の８次元データに対応する点と当該境界との間で確保できるように境界を設定することにより、前記新しい紙葉類における８次元のデータと疲労した紙葉類における８次元のデータとの境界を設定する。その後、設定された境界を用いて、判別対象の紙幣の疲労状態を判別する。すなわち、判別対象の紙幣から求められた８次元データが境界により分割されてなる新札における８次元のデータを含む領域と旧札における８次元のデータを含む領域のどの領域に属するものであるかを検出し、その検出結果に基づいて当該紙葉類の疲労状態を判別する。これにより、簡単な処理によって、正確に紙幣の疲労状態を判別することができる。
【０１０９】
（３）
本実施形態に係る紙幣処理装置では、紙幣処理装置に紙幣の疲労状態を判別する機能を搭載する場合に、該機能の搭載によって紙幣処理装置が大型化したりコストアップを招いたりするのを抑制することができる。
【０１１０】
（変形例）
（Ａ）
上記の実施形態では、前記３次元座標系における各プロット点の分布に基づいて紙幣の疲労状態を判別するようににしたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、３次元座標系における各プロット点の分布を３次元の極座標系で表した分布に変換し、この３次元の極座標系の領域を複数に分割した分割領域におけるプロット点の分布に基づいて紙幣の疲労状態を判別するようにしてもよい。
【０１１１】
（Ｂ）
上記の実施形態では、新札用の領域と旧札用の領域との２つを用いて、識別対象の紙幣が新札であるか旧札であるかのみを識別するようにしたが、本発明では上記の形態に限定されず、紙幣の疲労度として３段階以上設定し、識別対象の紙幣がどの疲労度に該当するかを識別するようにしてもよい。
【０１１２】
（Ｃ）
上記の実施形態では、疲労状態の識別対象を紙幣としたが、本件は、紙幣に限定されず、紙葉類全般に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１    紙幣処理装置
３    ベースユニット
４Ａ〜４Ｃ  中間部ユニット
２１  紙幣導入機構
２１０  紙幣導入路
５０１  マイクロホン
５０２  紙幣挿入センサ
５０３  紙幣通過センサ
６００  制御部
６０１  集音制御部
６０２  サンプリング部
６０３  振幅差算出部
６０４  プロット部
６０５  領域別プロット数計数部
６０６  判定部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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