(57)【要約】【課題】マークを形成している蛍光特性の異なる複数の蛍光体物質の種類を比較的簡単な構成で検出できる技術を提供する。【解決手段】蛍光体物質をもって任意の媒体上に形成されたマーク２に対して断続的に光３を照射して、当該マーク２から放出される蛍光４を検出し、前記照射光３の照射停止時における蛍光４の強度に予め設定した低下率を掛けて得られた値と、検出した蛍光４の残光強度の大小関係を比較し、その残光時間の違いからマーク２を形成している蛍光体物質の種類を特定する。【選択図】  図１
2009134386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体物質をもって任意の媒体上に形成されたマークに対して光を照射し、マークから放出される蛍光を検知してマークを形成している前記蛍光体物質の種類を検出する方法であって、
その強さが略一定の光を断続的に照射する工程と、
この照射光の照射位置から放出される光と略同一波長の光成分を選択的に取り込む工程と、
取り込んだ光を電気信号に変換する工程と、
変換された電気信号のうち前記照射光の照射停止時における電気信号の強度（Ｄ１）に対して予め設定した低下率を掛け、得られた信号強度（Ｄｎ）を比較値として設定する工程と、
前記照射位置から放出される光の信号強度が前記信号強度（Ｄｎ）と一致するまでの前記光照射停止時からの時間（Ｔｎ）を検出する工程と、
検出すべき１または複数の種類の蛍光体物質について、光照射停止後の蛍光（残光）の減衰過程におけるそれぞれの時間範囲の大小関係を予め設定しておく工程と、
前記検出された時間（Ｔｎ）と前記予め設定された時間範囲の大小関係とを互いに比較し、当該大小関係が一致する蛍光体物質の種類を特定する工程とを備えたマーク検出方法。
【請求項２】
蛍光体物質をもって任意の媒体上に形成されたマークに対して光を照射し、マークから放出される蛍光を検知してマークの形成された前記蛍光体物質の種類を検出する装置であって、
その強さが略一定の光を断続的に照射する光照射手段と、
この照射光の照射位置から放出される光と略同一波長の光成分を選択的に取り込む光学的濾波手段と、
取り込んだ光を電気信号に変換する光電変換手段と、
変換された電気信号のうち前記照射光の照射停止時における電気信号の強度（Ｄ１）に対して予め設定した低下率を掛け、得られた信号強度（Ｄｎ）を比較値として設定する比較値設定手段と、
前記照射位置から放出される光の信号強度が前記信号強度（Ｄｎ）と一致するまでの前記光照射停止時からの時間（Ｔｎ）を検出する時間検出手段と、
検出すべき１または複数の種類の蛍光体物質について、光照射停止後の蛍光（残光）の減衰過程におけるそれぞれの時間範囲の大小関係を予め設定しておく蛍光情報記憶手段と、
前記時間検出手段によって検出された時間（Ｔｎ）と前記蛍光情報記憶手段における時間範囲の大小関係とを互いに比較し、当該大小関係が一致する蛍光体物質の種類を特定する蛍光体物質特定手段とを備えたマーク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣカードや各種プリペイドカード、紙幣、各種印刷物などに設ける各種マークを光学的に検出する技術に関し、特に検出用のマークが赤外領域で発光する蛍光体物質をもって形成されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のマーク検出方法として、赤外波長領域で発光する蛍光体物質を用いてマークを形成する一方、このマークに照射される光と発生される蛍光の発光中心波長が異なることを利用し、光学フィルタを用いて蛍光成分のみを入射光中から分離することによって、マークの有無を判定する方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。また、蛍光体物質で形成したマーク上に光を間欠的に照射し、照射光の停止期間中にマークから発生する残光の有無を検出することによって、マークの形成位置を検知する方法および装置が知られている（例えば特許文献３参照）。この残光を利用する方法においては、さらに波形変化について複数の計測点を設け、その変化を総合的に判断することで、複数の蛍光体物質の種類を検出する方法も知られている（例えば特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公昭５４−２２３２６号公報
【特許文献２】特公昭６１−１８２３１号公報
【特許文献３】特開平５−２０５１２号公報
【特許文献４】特開平８−２３５３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した光学フィルタを用いて反射光と蛍光とを分離する方法（特許文献１、特許文献２）にあっては、両光の発光中心波長が接近するとともに反射光の強度に比して蛍光の強度は極めて弱いために両光を的確に分離することが技術的に難しく、ともすると反射光の成分が大量に残って検出精度の低下をもたらす問題があった。
【０００５】
一方、上記した残光のみを利用する方法（特許文献３）にあっては、反射光の強度が問題とならずに蛍光のみを有効に分離して検出できる反面、検出器の光入射面にゴミが付着するなどして検出感度が低下すると、マークから発生される残光の絶対値も低下する結果、残光の検出精度が低下するおそれがある。
【０００６】
また、複数の計測点で波形変化をとらえてそれを総合的に判定する方法（特許文献４）にあっては、一つの波形変化について複数点での計測処理を行う必要があるために一つの波形単位での処理負荷が高く、つまりは処理時間が掛かってしまい、高速応答性を求められる場合においては問題となってくるおそれがある。
【０００７】
本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので、マークを形成している蛍光特性の異なる複数の蛍光体物質の種類を比較的簡単な構成で検出する方法および装置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】
【０００８】
本発明者は、上述したような問題に対して考察を行った結果、例えば図２に示すように、個々の蛍光体物質の発光および残光を示すその波形特性は一定であり、蛍光体物質の濃度が変化しても蛍光強度の絶対値が変わるだけで残光の相対変化率は変わらないこと、従って、個々の蛍光体物質の光照射停止時における蛍光強度（Ｄ１：通常は、光照射停止時に個々の蛍光の最大出力値が得られるように光の照射時間や蛍光体物質を選定するので、個々の蛍光体物質の光照射停止時における蛍光（残光）の発光強度はその蛍光の最大出力値と考えてよい）と、それにある低下率かけて得られた残光出力値（Ｄｎ）に到達するまでの時間（図１ではＴ１からＴｎまでの時間）の２つを求めることで蛍光体物質の種類を識別できること、を知見した。
【０００９】
このような知見に基づき、本発明は、図１に示すごとく、蛍光体物質をもって任意の媒体１上に形成されたマーク２に対して光３を照射し、そのマーク２から発生される蛍光（残光）を検出してマークを形成している蛍光体物質の種類を検出する方法において、次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、その強さが略一定の光３を断続的に照射する工程と、この光（照射光）３の照射位置から放出される光４と略同一波長の光成分を選択的に取り込む工程と、取り込んだ光を電気信号に変換する工程と、変換された電気信号のうち、光の照射停止時における信号強度（Ｄ１）に対して、予め設定した低下率を掛け、得られた信号強度（Ｄｎ）を比較値として設定する工程と、前記照射位置から放出される光４の信号強度が前記信号強度（Ｄｎ）と一致するまでの前記光照射停止時からの時間（Ｔｎ）を検出する工程と、検出すべき１または複数の種類の蛍光体物質について、光照射停止後の蛍光（残光）の減衰過程におけるそれぞれの時間範囲の大小関係を予め設定しておく工程１０と、前記検出された時間（Ｔｎ）と前記予め設定された時間範囲の大小関係とを互いに比較し、当該大小関係が一致する蛍光体物質の種類を特定する工程とを備えている。
【００１１】
具体的には、光３を断続的に照射する工程においてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）処理を施し、光４の入力によって電気信号に変換された値をＰＷＭ処理部に帰して光３の照射強度を調節し、該電気信号に変換された値を一定にする構成とするのが好ましい。このような処理により、検出対象たる蛍光体物質の光照射停止時における発光強度（上述したように通常は蛍光の最大出力値（Ｄ１））の外乱による変動（図２ではＤ１の縦軸方向の変動）を抑制して安定した測定が行えようようになるからである。
【００１２】
また、上記したマークの検出方法を実施する装置は、その強さが略一定の光３を断続的に照射する光照射手段５と、この光（照射光）３の照射位置から放出される光４と略同一波長の光成分を選択的に取り込む光学的濾波手段６と、取り込んだ光を電気信号に変換する光電変換手段７と、変換された電気信号のうち前記照射光３の照射停止時における電気信号の強度（Ｄ１）に対して予め設定した低下率を掛け、得られた信号強度（Ｄｎ）を比較値として設定する比較値設定手段８と、前記照射位置から放出される光４の信号強度が前記信号強度（Ｄｎ）と一致するまでの前記光照射停止時からの時間（Ｔｎ）を検出する時間検出手段９と、検出すべき１または複数の種類の蛍光体物質について、前記光照射停止後の蛍光（残光）に関するそれぞれの時間範囲の大小関係を予め設定しておく蛍光情報記憶手段１０と、前記時間検出手段によって検出された時間（Ｔｎ）と前記蛍光情報記憶手段における時間範囲の大小関係とを互いに比較し、当該大小関係が一致する蛍光体物質の種類を特定する蛍光体物質特定手段１１とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記のごとく、蛍光体物質によって形成されたマークに強さが略一定の光３を断続的に照射し、その光照射停止時におけるマーク２からの入射光４を示す電気信号が、照射光３の停止時（光照射停止時）の信号強度（Ｄ１）に所定の低下率を掛けたもの（比較値としての信号強度（Ｄｎ））と一致するまでの時間を検出し、検出すべき種類の蛍光体物質について予め設定しておいた時間の大小関係と比較するだけのものであるため、比較的簡単な構成で蛍光体物質の検出が行える。
【００１４】
本発明では、光照射停止直後からの蛍光体物質の発光（残光）が、光照射停止時における蛍光強度に一定の低下率をかけて得られたレベルに達するまでの時間を検出し、その検出された蛍光体物質の時間の大小関係を判定することで蛍光体物質の種類を識別する。したがって、検出器の光入射面にゴミ等が付着した場合であっても前記光照射光停止時の信号強度（Ｄ１）、すなわち光照射停止時の残光強度の絶対値が変化するたけであり、複数の蛍光体物質における前記時間の大小関係までは変動しない。これにより、検出器の光入射面にゴミ等の付着による検出感度の低下の問題を解消でき、マークを形成している蛍光体物質を確実に特定することができる。また、本発明では、従来技術のように一つの波形変化について複数点での計測処理を行う必要がないため、比較的短時間で蛍光体物質の特定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図３に、本発明に係るマーク検出装置の全体構成の一例を示す。このマーク検出装置は、蛍光体物質をもってカード（本発明における媒体１を構成する）２０上に形成されたマーク２１の当該蛍光体物質の種類を検出するものであって、信号発生部３０と、カード２０の走行部４０と、そのカード走行部４０によって移行されるカード２０に対する光照射部２４と、光が照射された位置から放出される光２３を取り込んで電気信号に変換する光電変換部２７と、変換された電気信号中からマーク２１を構成する蛍光体物質に対応した信号Ｓ１を出力するマーク検出部５０と、検出した信号Ｓ１からカード２０上の蛍光体物質を特定するデータ処理部５４と、特定した結果を表示する表示部５５とを備えている。
【００１６】
信号発生部３０は、少なくとも光照射部２４で使用する駆動信号Ｓ６と、データ処理部５４で使用する複数のタイミング信号Ｓｔｎを作成するものであって、クロック信号Ｓ５の発生回路３１と、発生されたクロック信号Ｓ５からの制御信号を作成する制御信号発生回路３２とから構成される。
【００１７】
クロック信号発生回路３１は、例えば０．５μｓ程度の一定時間間隔をもってパルス上のクロック信号Ｓ５を連続して発生するものである。制御信号発生回路３２では、例えば、図２に示すように４０００個のクロック信号Ｓ５が入力される毎にその信号レベルを切り替えることにより、約２ｍｓの時間間隔をもってそのレベルがロー（Ｌ）とハイ（Ｈ）間で変わる矩形波状の駆動信号Ｓ６が形成されるようにした。また、制御信号発生回路３２では、駆動信号Ｓ６の立ち上がり時から、ｎ番目のクロック信号が入力されることにより、駆動信号Ｓ６と同期した複数のタイミング信号Ｓｔｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）が形成されるようにしている。
【００１８】
カード走行部４０は、カード２０の挿入時期に対応してモータ駆動回路４１で回転駆動されるローラ４２によってカード２０の両側縁を支持しながら、例えば毎秒４００ｍｍ程度までの一定速度で水平移行させることにより、カード２０の上面側に蛍光体物質をもって形成されたマーク２１が、光照射部２４と光電変換部２７の下方位置を通過するようにしている。このモータ駆動回路４１の動作時期に関するデータはデータ処理部５４に送られ、マーク内容を判定するためのデータ処理の必要時期を知らせる。
【００１９】
光照射部２４は、本発明における光照射手段５（図１参照）を構成するもので、上記した信号発生部３０から出力される駆動信号Ｓ６を電力増幅する発光源駆動回路２６と、この発光源駆動回路２６による通電によって所定の光２２を発生する発光源２５とから構成される。また、光電変換部２７の出力変動に応じて、発光源駆動回路２６の出力信号に対してＰＷＭ処理を行い、光電変換部２７での出力が一定になるよう光２２のパルス幅を制御する機能を備えている。
【００２０】
発光源２５は、図４に示すように、発光中心波長が８００ｎｍ付近の近赤外線を発生する発光ダイオードのなどの発光素子１９と、その発光面に、該発光の波長の光を選択的に通す光学フィルタ１８を備えたものである。
【００２１】
このカード２０上における光照射位置から放出される光２３を電気信号に変換する光電変換部２７は、入射した光を電流の変化に変換する検出器２８と、電流変化を電圧変化に変換したのち所定の大きさに増幅する増幅回路２９とから構成される。
【００２２】
検出器２８は、赤外域に受光感度を有するフォトダイオードなどの受光素子１７の受光面上に、マーク２１から発生される光２３の波長の光を選択的に通す光学フィルタ１６を備えた構成である。なお、図３および図４に示した例では、光学的フィルタ１６が本発明における光学的濾波手段６（図１参照）を構成しており、光電変換部２７から光学的フィルタ１６を除いた部分が本発明における光電変換手段７（図１参照）を構成している。
【００２３】
増幅回路２９は、検出器２８が受光した光に相当する出力を増幅し、その増幅した電気信号Ｓ２を連続的にマーク検出部５０に送る。
【００２４】
マーク検出部５０は、図３および図５に示すように、光電変換部２８からの信号に基づいて後述する比較値Ｖｃを設定する比較値設定回路５１と、光電変換部２７の信号と比較値Ｖｃの信号とを比較する比較回路５２と、マーク２１を構成する蛍光体物質に対応した信号Ｓ１を出力する判定回路５３とから構成される。
【００２５】
比較値設定回路５１は、本発明における比較値設定手段８（図１参照）を構成するもので、光電変換部２７から送られる電気信号Ｓ２を光照射部２４の駆動信号Ｓ６の立下り時期と同期して取り込み（すなわち、断続的に照射される光の照射停止時における電気信号Ｓ２を取り込み）、と同時に取込みを終了し（図５に示すステップＳＴ２〜ＳＴ４）、該信号に予めステップＳＴ１で設定した低下率を掛けて得られた値を比較値Ｖｃとして比較回路５２に送り（ステップＳＴ５、ＳＴ６）、以降、順次駆動信号Ｓ６の立下り時期に同期した取り込み、及び、比較値Ｖｃの出力を繰り返し行う。
【００２６】
比較回路５２は、光電変換部２７から送られる電気信号Ｓ２と、比較値設定回路５１から送られる電気信号Ｖｃを比較し（ステップＳＴ７〜ＳＴ９）、該信号Ｓ２が比較値Ｖｃを下回る時期に対応して判定回路５３に所定の信号Ｓ３を送り（ステップＳＴ１０）、マーク検出終了を知らせる。
【００２７】
判定回路５３は、光照射部２４の駆動信号Ｓ６の立下り時期（光照射停止時、すなわち図５に示すステップＳＴ１２で「Ｓ６＜Ｈ」となった時）からクロック信号Ｓ５の検出を開始し（ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３）、比較回路５２から電気信号Ｓ３が送られてきた時期にクロック信号Ｓ５の検出を終了し（ステップＳＴ１４、ＳＴ１５）、該クロックカウント数を、マーク２１を構成する蛍光体物質に対応した信号Ｓ１としてデータ処理部５４に送る（ステップＳＴ１６）。なお、図３および図４の図示例では、比較回路５２および判定回路５３が本発明における時間検出手段９（図１参照）を構成している。
【００２８】
データ処理部５４は、本発明における蛍光情報記憶手段１０（図１参照）および蛍光物質特定手段１１（図１参照）を構成するもので、判定回路５３から送られる電気信号Ｓ１と、蛍光体を判定するための前記タイミング信号Ｓｔｎとを比較する。この比較においては、予め特定すべき蛍光体に対し、個々の判定条件を設定しておき、送られてくる電気信号Ｓ１が設定した条件を満足する場合に蛍光体を特定する。
【００２９】
さらに、上記の比較結果をカウントし、所定の回数連続して同様の結果が得られた時点でそれぞれの蛍光体を表す信号Ｓｏｕｔｎ（ｎ＝Ａ、Ｂ、・・・）として表示回路５５に送る。
【００３０】
表示部５５は、データ処理部５４から送られてくる電気信号Ｓｏｕｔｎに基づき、ＬＥＤなどで目視識別可能な色として、あるいは音などにより、当該蛍光体の種類を識別可能な情報形式で外部に表示する。
【実施例】
【００３１】
以下、ＩＣカード形状の紙基材（カード）上に形成されたマークを読み取るマーク検出装置に本発明を適用した実施例について説明する。この実施例に係るマーク検出装置の全体構成は上記図３ないし図５に示したものと同様であるので、以下の説明ではこれらの図を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の例に限らず、各種の物品上に設けられた文字や図形を含む各種形状のマーク情報を検出する装置においても、略同様に実施できることは勿論である。
【００３２】
カード２０上に形成されるマーク２１は、例えば赤外線領域の光（照射光）２２の照射に対応して、照射光２２の中心波長とは異なる波長の蛍光２３を発生する蛍光体物質で構成されるものであって、マーク２１に照射光２２が十分に当るよう、マーク２１の直径は照射光２２の直径よりも大きめのものとしている。マークの形状は、この実施例では円形としたが、これに限られないことは言うまでもない。
【００３３】
マーク２１を構成する蛍光体物質としては、例えばネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）等の希土類元素単体、もしくはそれらの混合物を発光中心とし、それらの発光中心が燐酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等の酸化物が母体に含まれる蛍光体粉末により形成することが好ましい。しかし、任意波長の光２２を照射することにより残光性を有する蛍光２３を発生するものであれば、その材料を適宜変更して実施できることは勿論である。
【００３４】
本実施例では、Ｃａ（Ｎｄ0.1〜0.23Ｙｂ0.01〜0.04 ＭｏＯ4 や、Ｌａ（Ｎｄ0.01〜1.0Ｙｂ0.01〜1.0）ＰＯ4 のような蛍光体を含む蛍光塗料をオフセット印刷して形成することにより、例えば波長が８００ｎｍ付近の赤外線領域の励起光を照射した時、１０００ｎｍ付近の波長でピーク値をもつ赤外領域の蛍光２３を発生するとともに、光照射を停止しても、９０から１０％の減衰時間が１００〜２０００μｓ程度の残光を発生するように構成している。
【００３５】
本実施例では、光電変換部２７の出力変動に応じて、発光源駆動回路２６にＰＷＭ処理を施すことにより、マークからの蛍光２３を一定出力で得られる構成としている。
【００３６】
本実施例では、表１に示すような特性を有する３種類の蛍光体物質Ａ、蛍光体物質Ｂ、蛍光体物質Ｃを使用して、図６に示すように、カード２０上にそれぞれ一定の間隔をあけてオフセット印刷により各マーク２１を形成し、このカード２０をカード走行部４０に通し、蛍光体の種類を判定した。
【００３７】
【表１】
2009134386.tif 000003
【００３８】
この実施例では、比較値設定回路５１における低下率を５０％とした。このため、比較値ＶｃとしてはＳ２の５０％に相当する出力の信号が比較回路５２に送られる。
【００３９】
比較回路５２においては、Ｓ２信号がＳ６の立下り時期と比較して、５０％出力に相当するレベルを下回った時、判定回路５３に信号Ｓ３を送り、判定回路５３においては、Ｓ６立下り時期からの時間Ｔｎに相当するクロックカウント数を信号Ｓ１としてデータ処理部５４に送る。
【００４０】
ここで、本実施例に用いた蛍光体物質の残光特性に合わせて、データ処理部５４に予め設定する時間信号Ｓｔｎの割当て、その判定条件及び時間としては、表２の通りとした。また、蛍光体物質を特定する際の連続カウント数は４回とした。
【００４１】
【表２】
2009134386.tif 000004
【００４２】
データ処理部５４においては、送られてきた信号Ｓ１と判定条件に合わせた各Ｓｔｎとの比較を順次行い、判定条件を満足した時点で判定処理を終了させ、特定した蛍光体物質の特定回数を１カウント増やし、一時的に記憶しておく。以降、順次送られてくる信号Ｓ１を判定し、連続して４回同じ蛍光体物質としてカウントした場合に、表示部５５に、特定した蛍光体物質の信号Ｓｏｕｔを送る。
【００４３】
本実施例における表示部５５の出力表示方法としては、蛍光体物質Ａを検出した場合に緑色ＬＥＤを点灯させ、蛍光体物質Ｂを検出した場合に橙色ＬＥＤを点灯させ、蛍光体物質Ｃを検出した場合に赤色ＬＥＤを点灯するものとし、蛍光体物質の特定結果を目視にて確認可能なものとした。
【００４４】
本実施例においては、３種類の蛍光体物質をカード走行部に通し、判定した結果、上記割り当てた通りのＬＥＤが点灯した。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】マークの検出状態を示す波形図である。
【図３】マーク検出装置の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図４】マークに対する光の照射および検知状態を示す説明図である。
【図５】マーク検出部における処理動作を示すフローチャートである。
【図６】実施例で使用した３種類の蛍光体により形成されたマークの配置パターンを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、２０  媒体（２０  カード）
２、２１  マーク
３、２２  照射光
４、２３  蛍光
５、２４  光照射手段（２４  光照射部）
６、１６  光学的濾波手段（１６  光学フィルタ）
７、２７  光電変換手段（２７  光電変換部）
８、５１  比較値設定手段（５１  比較値設定回路）
９、５２、５３  時間検出手段（５２  比較回路、５３  判定回路）
１０  蛍光情報記憶手段
１１、５４  蛍光体物質特定手段（５４  データ処理部）
【図１】
2009134386.tif 000005
【図２】
2009134386.tif 000006
【図３】
2009134386.tif 000007
【図４】
2009134386.tif 000008
【図５】
2009134386.tif 000009
【図６】
2009134386.tif 000010