(57)【要約】【課題】シャッタを用いて光源からの光を１００％遮断できない場合にもオフセット調整を可能とし、また同時にゲイン調整をも可能とする透過式光学系の信号補償方法を提供する。【解決手段】有価証券などの検出対象物に対し光源から光を照射し、その透過光を光電変換素子で検出して電気信号に変換する透過式光学系において、光源と光電変換素子との間に、シャッタを出し入れすることによって、光源からの光を第１の量、第２の量遮断し、これら第１の量、第２の量遮断した際の各サンプルホールド信号に基づきオフセット調整を自動的に行なう。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物に対し光を照射する光源と、この光源による光照射により前記検出対象物を透過した光を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備えた透過式光学系の信号補償方法において、
光を遮断するシャッタを、前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を所定の第１の量遮断する部位に位置させる第１のステップと、
この第１のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を第１の量遮断する部位に位置させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号をサンプルホールドする第２のステップと、
前記シャッタを、前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を前記第１の量とは異なる第２の量遮断する部位に位置させる第３のステップと、
この第３のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を第２の量遮断する部位に位置させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号をサンプルホールドする第４のステップと、
前記第２のステップにより得られるサンプルホールド信号および前記第４のステップにより得られるサンプルホールド信号を基に所定の演算を行なうことにより補正値を求める第５のステップと、
この第５のステップにより求めた補正値に基づきオフセット電圧を作成する第６のステップと、
前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間から退避させる第７のステップと、
前記第６のステップにより作成されたオフセット電圧と前記第７のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間から退避させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号との差信号を求め、この求めた差信号を補償出力とする第８のステップと、
を具備したことを特徴とする透過式光学系の信号補償方法。
【請求項２】
前記第２のステップにより得られるサンプルホールド信号および前記第４のステップにより得られるサンプルホールド信号のうち少なくともいずれか一方のサンプルホールド信号とあらかじめ設定される最終目標出力値との間で所定の演算を行なうことにより、前記第８のステップにより求められた差信号を最終的に要求される最終目標出力値に補正するための増幅率を求める第９のステップと、
この第９のステップにより求められた増幅率に基づき前記第８のステップにより求められた差信号を増幅して補償出力とする第１０のステップと、
をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の透過式光学系の信号補償方法。
【請求項３】
前記検出対象物は印刷物などの紙葉類であることを特徴とする請求項１記載の透過式光学系の信号補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、有価証券などの検出対象物に対し光を照射し、その透過光を検出して電気信号に変換する透過式光学系において、オフセット調整やゲイン調整などの信号補償を行なう透過式光学系の信号補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、透過式光学系において、オフセット調整を自動的に行なう場合には、オフセット調整の基準となる暗レベル出力が必要である。
通常、暗レベル出力については、複数の受光素子を併せ持つセンサを使用する場合は、複数のセンサのうちの一部のセンサを代表して完全に遮光し、このときのセンサの出力をセンサ全体の暗レベル出力として使用している。また、受光素子が単一の場合には、光源の発光を一時的に停止して暗状態を作り出すか、光源とセンサとの間に１００％光を遮断するシャッタを挿入し、暗状態を作り出している。
【０００３】
さらに、ゲイン調整を自動的に行なう場合には、増幅率を決定するための最終目標出力値が必要となる。通常、ゲイン調整については、明状態におけるセンサ出力値をサンプリングし、このサンプリング値が最終目標出力値と一致するように増幅率を決定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
受光素子が単一の光学系において、オフセット調整を実施するための暗出力を得るためには、光源の発光を一時的に停止するか、シャッタを用いて受光素子への入射光を１００％遮断する必要がある。しかし、一般に光源は、点灯開始から安定するまでに一定の時間を要することから、頻繁に入り切りすることは望ましくない。
【０００５】
また、シャッタを用いる方式については、シャッタの配置位置にメカニカルな制限を受ける。特に、シャッタの位置が検出対象物の検出面に近いほど、１００％遮光するためには、より面積の大きなシャッタが必要となり、結果的にメカニカルな配置が困難になるという問題が発生する。
【０００６】
一方、ゲイン調整においては次のような問題が存在する。
透過光学系において光を透過させる検出対象物の光透過率が低い場合、信号のＳＮ比を高めるためには、より強い光を発する光源が必要となる。しかし、このような光源を使用すれば、検出対象物が存在しない場合には、飽和光量を上回る光がセンサに対して入射してしまう。したがって、明状態におけるセンサの出力値が飽和してしまうため、この値をゲイン調整の基準として使用することができない。
【０００７】
この問題を回避するためには、光源の発光量をゲイン調整時のみ低下させるか、ゲイン調整時のみ光源とセンサの間に一定の光透過率を有する媒体を挿入する必要がある。しかし、光源の発光量を頻繁に変化させることは、光源の安定化の面からは好ましくない。また、特定の媒体を一時的に挿入するためには、機構的な追加が要求される。
【０００８】
そこで、本発明は、シャッタを用いて光源からの光を１００％遮断できない場合にもオフセット調整を可能とし、また同時にゲイン調整をも可能とする透過式光学系の信号補償方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の透過式光学系の信号補償方法は、検出対象物に対し光を照射する光源と、この光源による光照射により前記検出対象物を透過した光を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備えた透過式光学系の信号補償方法において、光を遮断するシャッタを、前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を所定の第１の量遮断する部位に位置させる第１のステップと、この第１のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を第１の量遮断する部位に位置させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号をサンプルホールドする第２のステップと、前記シャッタを、前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を前記第１の量とは異なる第２の量遮断する部位に位置させる第３のステップと、この第３のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間の当該光源からの光を第２の量遮断する部位に位置させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号をサンプルホールドする第４のステップと、前記第２のステップにより得られるサンプルホールド信号および前記第４のステップにより得られるサンプルホールド信号を基に所定の演算を行なうことにより補正値を求める第５のステップと、この第５のステップにより求めた補正値に基づきオフセット電圧を作成する第６のステップと、前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間から退避させる第７のステップと、前記第６のステップにより作成されたオフセット電圧と前記第７のステップにより前記シャッタを前記光源と光電変換素子との間から退避させた状態で前記光電変換素子から得られる出力信号との差信号を求め、この求めた差信号を補償出力とする第８のステップとを具備している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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、本実施の形態に係る透過式光学系の信号補償装置の構成を概略的に示すものである。図１において、１は有価証券Ｐの検査（真偽判別など）を行なうための透過式光学系であり、検出対象物としての有価証券Ｐに対し光を照射する光源２、この光源２による光照射により有価証券Ｐを透過した光を検出して電気信号に変換する光電変換素子３、および、有価証券Ｐを透過した光を集光して光電変換素子３の受光面に導くレンズ４により構成されている。
【００１１】
光遮断用のシャッタ５は、必要に応じて光源２と光電変換素子３との間に挿入される遮光物であり、その動作位置はシャッタ位置制御部６によって制御されるようになっている。
【００１２】
光電変換素子３の出力信号は初段アンプ部７に送られ、ここで適当な電圧レベルまで増幅される。初段アンプ部７の出力信号は、第１および第２のサンプルホールド部８，９にそれぞれ供給される。第１および第２のサンプルホールド部８，９の各出力信号は、補正値演算部１０にそれぞれ供給される。
【００１３】
補正値演算部１０は、第１および第２のサンプルホールド部８，９の各出力信号に基づきオフセット補正値を求めるとともに、ゲイン補正用の増幅率を求めるもので、たとえば、Ａ／Ｄコンバータとデジタル演算器などから構成されている。
【００１４】
補正値演算部１０で求められたオフセット補正値は、オフセット電圧作成部１１に供給される。オフセット電圧作成部１１は、たとえば、Ｄ／Ａコンバータなどから構成されており、その出力信号は差動アンプ部１２の一方の入力端に供給される。差動アンプ部１２の他方の入力端には、初段アンプ部７の出力信号が供給される。差動アンプ部１２は、たとえば、オペアンプなどから構成されている。
【００１５】
差動アンプ部１２の出力信号は、補正値演算部１０で求められたゲイン補正用の補正値（増幅率）とともにゲイン補償部１３に供給される。ゲイン補償部１３は、差動アンプ部１２の出力信号に対しゲイン補正を行なうもので、たとえば、乗算形のＤ／Ａコンバータなどから構成されている。
【００１６】
タイミング信号作成部１４は、制御用の各種タイミング信号を作成する。シャッタ位置制御部６は、タイミング信号作成部１４からのタイミング信号に基づきシャッタ５の位置を制御するようになっている。また、第１および第２のサンプルホールド部８，９、補正値演算部１０および差動アンプ部１２も、タイミング信号作成部１４からのタイミング信号に基づき動作するようになっている。
【００１７】
次に、このような構成において、本実施の形態に係る透過式光学系の信号補償方法を図２に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、本来の検査動作（有価証券Ｐの真偽判別など）に先立って信号補償動作を実施する。すなわち、シャッタ位置制御部６は、タイミング信号作成部１４からのタイミング信号にしたがって、シャッタ５を、光源２と光電変換素子３との間の光源２からの光を第１の量たとえば２０％遮断する部位に位置するよう移動させる（ステップＳ１）。
【００１８】
次に、タイミング信号作成部１４から第１のサンプルホールド部８へタイミング信号（トリガ信号）を供給することにより（ステップＳ２）、第１のサンプルホールド部８は、このとき得られる初段アンプ部７の出力信号をサンプリングしてホールドし、そのサンプルホールド信号（これをＹ２０とする）を補正値演算部１０へ出力する（ステップＳ３）。ここで、２０％遮光によって出力値Ｙ２０は飽和していないものとする。
【００１９】
次に、シャッタ位置制御部６は、タイミング信号作成部１４からのタイミング信号にしたがって、シャッタ５を、光源２と光電変換素子３との間の光源２からの光を第１の量とは異なる第２の量たとえば５０％遮断する部位に位置するよう移動させる（ステップＳ４）。
【００２０】
次に、タイミング信号作成部１４から第２のサンプルホールド部９へタイミング信号（トリガ信号）を供給することにより（ステップＳ５）、第２のサンプルホールド部９は、このとき得られる初段アンプ部７の出力信号をサンプリングしてホールドし、そのサンプルホールド信号（これをＹ５０とする）を補正値演算部１０へ出力する（ステップＳ６）。
【００２１】
このときの光源２に対する遮光状態と光電変換素子３の出力との関係（オフセット調整前）を示したものが図３である。図３に示すように、シャッタ５による光源２の遮光割合と光電変換素子３の出力値との間には線形の関係が成立する。ここで、１００％遮光した状態の出力値（オフセット出力値）をＹｏｆとすれば、下記式１を用いてこれを導き出すことができる。
【００２２】
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次に、補正値演算部１０は、第１のサンプルホールド部８からのサンプルホールド信号Ｙ２０と、第２のサンプルホールド部９からのサンプルホールド信号Ｙ５０とを基に、上記式１の演算を実施することにより、オフセット出力値Ｙｏｆ、つまりオフセット補正値（補正データ）を求め、オフセット電圧作成部１１へ出力する（ステップＳ７）。
【００２３】
次に、オフセット電圧作成部１１は、補正値演算部１０からの補正データを基にオフセット電圧を作成し、作成したオフセット電圧を作動アンプ部１２に設定する（ステップＳ８）。
【００２４】
次に、シャッタ位置制御部６は、タイミング信号作成部１４からのタイミング信号にしたがって、シャッタ５を光源２と光電変換素子３との間から退避させる（ステップＳ９）。
【００２５】
次に、タイミング信号作成部１４から作動アンプ部１２へタイミング信号（トリガ信号）を供給することにより（ステップＳ１０）、作動アンプ部１２は、オフセット電圧作成部１１により設定されたオフセット電圧と、このとき得られる初段アンプ部７の出力信号との差信号を求め、その差信号をオフセット補償出力とする（ステップＳ１１）。
このときの光源２に対する遮光状態と光電変換素子３の出力との関係（オフセット調整後）を示したものが図４である。図４に示すように、オフセット値が「０」に補正されている。
【００２６】
以上のようにしてオフセット調整が行なわれるが、さらにゲイン調整を継続して実施することも可能である。
すなわち、今、５０％遮光時の最終目標出力値をＸ５０とする。本例においてオフセット調整後の５０％遮光時の出力値は、図４からも明らかなようにＹ５０−Ｙｏｆである。そして、この値Ｙ５０−Ｙｏｆを最終目標出力値Ｘ５０に補正するためには、下記式２で求められる増幅率（ゲイン）Ｇによって信号を増幅すればよい。
【００２７】
Ｇ＝（Ｙ５０−Ｙｏｆ）／Ｘ５０    （式２）
そこで、まず、補正値演算部１０において、前記式１によるオフセット出力値Ｙｏｆの算出後に、上記式２を用いてゲイン補正用の増幅率Ｇを求め、求めた増幅率Ｇをゲイン補償部１３に設定する（ステップＳ１２）。また、作動アンプ部１２の出力信号もゲイン補償部１３に入力される。
【００２８】
次に、ゲイン補償部１３は、補正値演算部１０によって設定された増幅率Ｇにしたがって、作動アンプ部１２の出力信号を増幅し、最終的にゲイン補償されたゲイン補償信号を出力する（ステップＳ１３）。
以上で信号補償動作は全て終了し、設定されたオフセット電圧とゲイン補正用の増幅率Ｇを用いて、以後の通常検査動作に入ることができる。
【００２９】
なお、上記説明では、光源２からの光を遮断する第１の量を２０％とし、第２の量を５０％としたが、これはあくまでも１つの例として示したものであり、他の値であってもよいことは説明するまでもないことである。
【００３０】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、透過光学系に対し、光源からの光を１００％遮断することなく、オフセット調整を可能とすると同時に、ゲイン調整をも実施することができる。
また、機構上の制約により、光源からの光を１００％遮断するシャッタが配置できない場合においても、自動的にオフセット調整を実施することが可能となる。さらに、白色反射板などの標準反射媒体を配置できない場合においても、ゲイン補償を自動的に実施することが可能となる。
【００３１】
なお、前記実施の形態では、検出対象物が有価証券の場合について説明したが、これに限らず、その他の印刷物などの紙葉類であれば適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、シャッタを用いて光源からの光を１００％遮断できない場合にもオフセット調整を可能とし、また同時にゲイン調整をも可能とする透過式光学系の信号補償方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る透過式光学系の信号補償装置の構成を概略的に示す構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る透過式光学系の信号補償方法を説明するフローチャート。
【図３】光源に対する遮光状態と光電変換素子の出力との関係（オフセット調整前）を示すグラフ。
【図４】光源に対する遮光状態と光電変換素子の出力との関係（オフセット調整後）を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｐ…有価証券（検出対象物）、１…透過式光学系、２…光源、３…光電変換素子、４…レンズ、５…シャッタ、６…シャッタ位置制御部、７…初段アンプ部、８…第１のサンプルホールド部、９…第２のサンプルホールド部、１０…補正値演算部、１１…オフセット電圧作成部、１２…差動アンプ部、１３…ゲイン補償部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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