(57)【要約】【課題】本発明は紙葉厚さ測定装置に関し、非接触で紙葉の厚さを測定することができる紙葉厚さ測定装置を提供することを目的としている。【解決手段】紙葉１５の搬送路面の上側と下側にそれぞれ光源１，２、集光レンズ３，４、結像レンズ５，６、位置検出ディテクタ７，８からなる光学系をもち、光源１，２から射出された光は集光レンズ３，４を通過して紙葉面に集光され、紙葉面からの散乱光又は反射光は結像レンズ５，６により位置検出ディテクタ７，８上に結像されるように配置されており、上側の位置検出ディテクタ７の結像位置信号と、下側の位置検出ディテクタ８の結像位置信号の差から紙葉１５の厚さを求めるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙葉の搬送路面の上側と下側にそれぞれ光源、集光レンズ、結像レンズ、位置検出ディテクタからなる光学系をもち、光源から射出された光は集光レンズを通過して紙葉面に集光され、紙葉面からの散乱光又は反射光は結像レンズにより位置検出ディテクタ上に結像されるように配置されており、
上側の位置検出ディテクタの結像位置信号と、下側の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から紙葉の厚さを求めるように構成したことを特徴とする紙葉厚さ測定装置。
【請求項２】
前記紙葉の移動方向と垂直方向に上側及び下側に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布を求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の紙葉厚さ測定装置。
【請求項３】
紙葉の搬送路面の上側と下側にそれぞれ光源、集光レンズ、２つの結像レンズ、２つの位置検出ディテクタからなる光学系をもち、光源から射出された光は集光レンズを通過して紙葉面に集光され、紙葉面からの反射光は第１の結像レンズにより第１の位置検出ディテクタ上に結像されるように配置され、また、第１の結像レンズとは違う場所に配置された第２の結像レンズにより紙葉面からの散乱光が第２の位置検出ディテクタに結像されるように配置されており、
上側の第１の位置検出ディテクタの結像位置信号と、下側の第１の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から求めた紙葉の厚さと、上側の第２の位置検出ディテクタの結像位置信号と下側の第２の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から求めた紙葉の厚さを比較して、紙葉表面の異物を判定するように構成したことを特徴とする紙葉厚さ測定装置。
【請求項４】
前記紙葉の移動方向と垂直方向に上側及び下側に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布、紙葉表面の異物の分布を求めるように構成したことを特徴とする請求項３記載の紙葉厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紙葉厚さ測定装置に関する。現金自動預け払い機（ＡＴＭ）では、紙幣の鑑別をするための各種のセンサーを備え、券種の判別や偽造券のチェックを行なっている。各種の測定値の一つとして、厚み測定値を、正常な紙幣であるかどうかを判定するのに用いることができる。特に紙幣の変造に用いられる可能性のあるテープの貼付をチェックするのに使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
紙葉の厚みを測定するには、機械的に紙葉を挟んでその厚さを求める方法が最も一般的である。位置検出ディテクタ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下ＰＳＤと略する）を用いて、照射光スポットをレンズでＰＳＤ上に結像させて物体面の位置を検出する方法は一般に知られており、レバーにより紙葉に接触し、レバーと一体の部分に対して光を照射し、ＰＳＤを用いて検出する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２９０６２８号公報（段落００２０〜００２１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機械的に紙葉を挟んだり押しつけたりして測定する接触式の方法では、高速に紙を送って測定しようとすると、紙詰まりを起こしやすいという問題がある。また、接触式の場合、強く押しつけなければ紙葉のしわにより厚さの測定精度が劣化する。そこで、紙葉を高速に搬送しながら、高精度に測定することが可能な測定方法が要望されている。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、非接触で紙葉の厚さを高精度で測定することができる紙葉厚さ測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１記載の発明は、紙葉の搬送路面の上側と下側にそれぞれ光源、集光レンズ、結像レンズ、位置検出ディテクタからなる光学系をもち、光源から射出された光は集光レンズを通過して紙葉面に集光され、紙葉面からの散乱光又は反射光は結像レンズにより位置検出ディテクタ上に結像されるように配置されており、上側の位置検出ディテクタの結像位置信号と、下側の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から紙葉の厚さを求めるように構成したことを特徴とする。
【０００６】
（２）請求項２記載の発明は、前記紙葉の移動方向と垂直方向に上側及び下側に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布を求めるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
（３）請求項３記載の発明は、紙葉の搬送路面の上側と下側にそれぞれ光源、集光レンズ、２つの結像レンズ、２つの位置検出ディテクタからなる光学系をもち、光源から射出された光は集光レンズを通過して紙葉面に集光され、紙葉面からの反射光は第１の結像レンズにより第１の位置検出ディテクタ上に結像されるように配置され、また、第１の結像レンズとは違う場所に配置された第２の結像レンズにより紙葉面からの散乱光が第２の位置検出ディテクタに結像されるように配置されており、上側の第１の位置検出ディテクタの結像位置信号と、下側の第１の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から求めた紙葉の厚さと、上側の第２の位置検出ディテクタの結像位置信号と下側の第２の位置検出ディテクタの結像位置信号の差から求めた紙葉の厚さを比較して、紙葉表面の異物を判定するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
（４）請求項４記載の発明は、前記紙葉の移動方向と垂直方向に上側及び下側に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布、紙葉表面の異物の分布を求めるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
（１）請求項１記載の発明によれば、紙葉の上下に配置されたＰＳＤの出力の差から紙葉の厚さを求めるようにしているので、非接触で紙葉の厚さを測定することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、紙葉の移動方向と垂直方向に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布を求めることができ、異物がある場合には厚さが厚くなるので、異物を検出することができる。
【００１０】
（３）請求項３記載の発明によれば、紙葉の上下にそれぞれ２個のＰＳＤを配置することにより、上側の第１のＰＳＤの信号から下側の第１のＰＳＤの信号を差し引いた値と、上側の第２のＰＳＤから下側の第２のＰＳＤの信号を差し引いた値とを比較し、一致しない場合に紙葉表面に異常があるものと判定することができる。
【００１１】
（４）請求項４記載の発明によれば、紙葉の移動方向と垂直方向に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布と紙葉表面の異物の分布を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。先ず、紙葉の厚さを測定する前に、予め厚さの分かっている基準紙葉の厚さを測定する。その際、紙葉の厚さが予め分かっている値になるように、図に示す装置の光学系、及び電気回路の初期設定（キャリブレーション）を行なっておく必要がある。図に示すように、光源１，２からの光をそれぞれ集光レンズ３，４で集光し、紙葉１５の表面に照射すると、紙葉表面の材質によっては一部反射されるが、基本的にはほとんどの光が散乱される。１４は紙葉１５の搬送路である。
【００１３】
散乱又は反射された光を、結像レンズ５，６でＰＳＤ７，８の受光面に結像させると、紙葉１５の表面の高低の位置の変化に応じて、ＰＳＤ７，８上での光スポットの位置が変化するので、ＰＳＤ７，８の位置信号１２，１３により紙葉表面の位置を検出することができる。ここで、ＰＳＤ７，８は１次元用の２分割ディテクタで、受光面上の光スポット位置が検出できるものを用いる。
【００１４】
図２はＰＳＤの動作を示す図である。ＰＳＤとしては、ここではＰＳＤ７の構成を示しているが、ＰＳＤ８の構成も同じである。ＰＳＤ７は、７ａと７ｂに分割されており、それぞれの素子から光スポットが照射された位置に応じた電流信号ＩA，ＩBを出力する。この時のＰＳＤ７の出力は、信号処理回路９に入り、信号処理回路９は以下の式で位置信号Ｉ1を求める。
【００１５】
Ｉ1＝（ＩA−ＩB）／（ＩA＋ＩB）
同様の処理は、搬送路１４の下側の光学系についても行われ、信号処理回路１０はそれぞれの分割素子の電流信号をＩC，ＩDとすると、以下の式で位置信号Ｉ2を求める。
【００１６】
Ｉ2＝（ＩC−ＩD）／（ＩC＋ＩD）
ＰＳＤ７，８のスポット位置と紙葉表面の高低位置の比例係数は、照射角度、ＰＳＤの取り付け角度、また結像倍率に依存するので、これらを考慮した計算により求めるか、前記キャリブレーションを実施して求める。
【００１７】
紙葉１５の上下両側からほぼ一致する位置に光を照射し、両側でＰＳＤにより検出することで、紙葉の同一位置の上面と下面の位置を検出することができる。上側検出系の信号Ｉ1と下側検出系の信号Ｉ2に対して、同じ方向が正方向になるようにＰＳＤの信号処理回路９，１０を設定しておく。そして、演算処理回路１１により上側の信号Ｉ1から下側の信号Ｉ2を差し引けば、照射位置での紙葉の厚さを求めることができる。このように、本発明によれば、紙葉の上下に配置されたＰＳＤの出力との差から紙葉の厚さを求めるようにしているので、非接触で紙葉の厚さを高精度で測定することができる。
【００１８】
ここで、紙葉１５を高速で搬送すると、ばたつき等で紙葉１５の上下方向の位置が変化するが、本発明では紙葉１５の上下両面の位置信号を検出するようにしているので、そのまま高速で搬送しながら紙葉の厚さを測定することができる。図１に示すように斜めから光を照射すると、紙葉１５の上下方向の変化により、上側の照射位置と下側の照射位置に水平方向の若干のずれが生じるが、搬送路１４の高さは小さいので、ずれの影響は小さい。ずれをより低減するには、後述するように、光源１と２を互いに向かい合う配置とすればよい。
【００１９】
図３は本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。図において、２０はライン状のライン光源、２１は該ライン光源２０からの光を平行光に変換するシリンドリカルレンズ、２２はシリンドリカルレンズ２１の光が紙葉に照射され、紙葉からの反射光乃至は散乱光を受光する照射スポット（ライン）である。２３は紙葉からの反射光乃至は散乱光を集光する複数の結像レンズ、２４は各結像レンズ２３からの結像位置に配置された複数のＰＳＤである。
【００２０】
このライン光源２０，シリンドリカルレンズ２１，照射スポット２２，結像レンズ２３及びＰＳＤ２４は、紙葉搬送方向が図に示すように右から左方向であるものとして、紙葉の搬送方向と垂直な方向に配置されている。このような配置にすれば、横方向（紙葉の幅方向）の対応する位置の上側の信号から下側の信号を差し引くことで得られるデータを、横方向のライン上にマッピングすれば、紙葉の厚さの分布が測定できる。光源、集光レンズについては、点光源と円形レンズを複数個並べるようにしてもよいが、図３に示したように、ライン光源とシリンドリカルレンズを用いてライン状に光を照射する方法でも実施することができる。
【００２１】
図４はこのようにして得られた本発明による厚さ検出の説明図である。横軸は紙葉の横方向（幅方向）、縦軸は厚さ検出値である。横方向の分布が、例えば図４に示すように一部（Ａ点参照）で厚みが大きくなっていることが観察された場合、紙葉の表面にテープ等の異物が付着していると判定することができる。このように、第２の実施の形態例によれば紙葉の移動方向と垂直方向に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布を求めることができ、異物の付着を検出することができる。
【００２２】
図５は本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す実施の形態例は、紙葉の各位置の検出に、上側２個、下側２個のＰＳＤを用いた装置を示している。図において、１，２は光源、３，４は集光レンズ、３１，３２，３５，３６は結像レンズ、３３，３４，３７，３８はＰＳＤ、３９，４０，４１，４２は信号処理回路、４７，４８は演算処理回路である。紙葉の上側の検出光学系と下側の検出光学系は同様であるので、上側の光学系で説明する。
【００２３】
光源１からの光は、レンズ３を経て入射角θで紙葉１５の表面に入射する。第１の結像レンズ３１及びＰＳＤ３３は、照射方向に対してほぼ正反射の角度θになる配置にする。このことにより、反射光を検出できるようにする（但し、散乱光も入射する）。第２の結像レンズ３５は、第１の結像レンズ３１とは別の位置に配置されるので、散乱光を第２のＰＳＤ３７に結像することになる。
【００２４】
図６に示しているように、紙葉１５の表面に付着している異物５０が光の透過率が高く、表面が滑らかな透明体（例えば透明なテープ等）の場合、異物５０の表面である程度の光の割合が反射し、それ以外の部分は異物５０を透過して紙葉１５の表面で散乱する。反射光は第１のＰＳＤ３３に入射し、散乱光は第１のＰＳＤ３３と第２のＰＳＤ３７に入射するので、第２のＰＳＤ３７は異物５０の表面ではなく紙葉１５の表面を検出する。
【００２５】
一方、第１のＰＳＤ３３では異物５０の表面で反射した光の影響が大きくなる。第１のＰＳＤ３３は、紙葉１５の表面で散乱した光も同時に検出し、ＰＳＤは受光面に入射して光スポットの重心位置を反映した出力信号となる。従って、ＰＳＤ出力は、異物５０の表面位置と紙葉１５の表面位置の間の位置に対応する出力信号となる。
【００２６】
この構成により、上側の第１のＰＳＤ３３の信号４３から、下側の第１のＰＳＤ４０の信号４４を差し引いた値で求めた厚さ信号４９と、上側の第２のＰＳＤ３７から下側の第２のＰＳＤ４２の信号４６を差し引いた厚さ信号５０の２つの情報を得ることができ、透明な異物の判定を行なうことができる。厚さの信号４９は、異物５０の表面を純粋に反映した値ではないが、厚さ信号５０と比較することで、異物の存在を精度よく検出することができる。
【００２７】
また、ＰＳＤは２分割素子の出力の和で受光光量を知ることもできるので、第１のＰＳＤ３３と第２のＰＳＤ３７の受光光量の変化により、反射効率、散乱効率の情報を得ることもできる。このように、本発明によれば、紙葉の上下にそれぞれ２個のＰＳＤを配置することにより、上側の第１のＰＳＤの信号から下側の第１のＰＳＤの信号を差し引いた値と、上側の第２のＰＳＤから下側の第２のＰＳＤの信号を差し引いた値とを比較し、一致しない場合に紙葉表面に異常があるものと判定することができる。
【００２８】
図７は本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、上側の光源１から紙葉１５への照射と、下側の光源２からの照射は、照射位置に関して互いに向かい合う配置としている。このように構成することで、紙葉１５の上下方向の位置変化に対して、上側と下側の照射スポット位置の水平方向への変化が同じ向きになり、照射位置のずれを軽減することができる。
【００２９】
第１のＰＳＤ７の位置信号１２と、第２のＰＳＤ８の位置信号１３との差をとった信号１６により、紙葉１５の厚さを算出すると同時に、第１のＰＳＤ７の受光光量５１と、第２のＰＳＤ８の受光光量５２を検出する。受光光量が変化している場合には、紙葉表面に異物が付着している可能性があり、厚さ信号１６と併せて異物の判定を行なうことができる。なお、図７の実施の形態例は、側面からの図であり、光学系は紙葉１５の搬送方向と垂直方向（紙面に垂直）に複数並べて信号をマッピングすることができる。
【００３０】
また、本発明によれば、紙葉の移動方向と垂直方向に上側及び下側に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布、紙葉表面の異物の分布を求めるように構成することができる。このようにすれば、紙葉の移動方向と垂直方向に複数の検出光学系を並べることにより、紙葉の厚さの分布と紙葉表面の異物の分布を測定することができる。
【００３１】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、紙葉を機械的に押さえることなく、光学的に検出を行なうので、紙葉を高速で搬送させながらその厚さを測定することができる。また、紙葉の表面を小さな光のスポットにより検出するので、紙葉のしわによる影響を受けずに正確に測定することができる。また、紙葉の横方向（幅方向）の検出値をマッピングすることで、厚さの異常、紙葉表面の異物の検出を精度よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。
【図２】ＰＳＤの動作を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。
【図４】本発明による厚さ検出の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。
【図６】紙葉からの反射を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，２    光源
３，４    集光レンズ
５，６    結像レンズ
７，８    ＰＳＤ
９，１０  信号処理回路
１１      演算処理回路
【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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