(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光をある程度透過する被検出物を搬送し、その被検出物の透過光量の変動を検出する透過型光電センサにおいて、
搬送中の被検出物に向け光を投光する投光部と、
前記投光部より投光された光の被検出物透過光を受光する受光部を有し、
前記投光部は、光の強度分布がランバート分布で近似される光を投光するものであり、
前記受光部は、入射角特性がｃｏｓθで近似されるものであり、
前記投光部の投光光軸方向における被検出物搬送中心地点からみて、投光素子までの距離が、受光素子までの距離に対して１／３〜１／５程度の比の値になるように、前記投光部および前記受光部を配置したことを特徴とする透過型光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙葉類などの被検出物からの透過光量により、その種別、真偽などを判別する光電センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、紙葉類の判別に用いられる光電センサには、図１に示すようなものがある。このセンサは、搬送される紙葉類に投光し、その紙葉類からの透過光量を受光素子により検知するものである。紙葉類のデザイン等により透過光量の変化具合が変わるため、その変化を認識することにより、真偽や種別などを判別できる。
【０００３】
しかしながら、紙葉類の偽造の精度は近年著しく向上しているのに加え、カラーコピー機やカラープリンタの印刷性能も一段と向上していることから、より一層高い精度での識別性能が要求される。そして、従来の色検出センサでは、コピー等で色が同じに再現されていれば、コピーであることを確実に判別することは原理的に困難であり、また、光の透過量の測定になるため、紙葉類を偽造する際の考え方が容易であり、しかも紙の厚み等調整できる要素が多数存在するといった問題がある。この問題に対して、これまでに考えられている手法はアルゴリズムの改善、センサの数を増やす、センサの検出ラインを増やす、というものであり、いずれも上記の問題に対し、根本的な解決にはなっていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、紙葉類などの被検出物搬送地点に対する投光素子と受光素子の配置の最適化により、被検出物の識別性能の向上を図った透過型光電センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、光をある程度透過する被検出物を搬送し、その被検出物の透過光量の変動を検出する透過型光電センサにおいて、
搬送中の被検出物に向け光を投光する投光部と、
前記投光部より投光された光の被検出物透過光を受光する受光部を有し、
前記投光部は、光の強度分布がランバート分布で近似される光を投光するものであり、
前記受光部は、入射角特性がｃｏｓθで近似されるものであり、
前記投光部の投光光軸方向における被検出物搬送中心地点からみて、投光素子までの距離が、受光素子までの距離に対して１／３〜１／５程度の比の値になるように、前記投光部および前記受光部を配置したものである。
この構成によれば、受光部での出力が投光光軸方向での被検出物の位置変動に対し、被検出物変動範囲内においてほぼ一定となり、センサの距離特性が安定する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例による透過型光電センサの構成を図１（ａ）（ｂ）に示す。この透過型光電センサは、紙葉類識別装置などに適用され、搬送中の紙葉類１（被検出物）に向け光を投光する投光部（ＬＥＤ２）と、投光部より投光された光の紙葉類１の透過光を受光する受光部（ＰＤ３）を有し、紙葉類１の透過光量の変動を検出して、紙葉類の種別、真偽を識別するためのものである。搬送方向に複数組の投光部と受光部とが配置されている。この透過型センサの検出原理を図２、図３に示し、被検出物の搬送位置に対する投光部と受光部の光学系配置構成を従来と本実施例とを比較して図４に示している。
【０００９】
透過型センサの性能を決定する重要な要素として、投光プロファイルがある。これは検出ポイントを決定する要素である。投光プロファイルがばらつくと全く別の場所の特性を取る結果となってしまうため、光学系としての問題が大きい。そのため、投光素子及び受光素子は指向性の低いものを選別することが望ましいと考えられる。その前提のもとに最適設計を行う必要かある。
【００１０】
図２、図３に示すように、透過型センサの光学系は３つの要素（条件）で成り立っている。
（１）投光プロファイル（図２ｃ）
（２）検出物体から受光素子への結合見込み角（図３ａ，ｂ）
（３）受光素子の入射角特性（図３ｃ）
【００１１】
図２（ａ）に示すように、投光素子２からの投光の検出物体Ｍによる透過光は拡散され、ランバート分布となり、これが受光素子３により受光される。投光素子２の投光プロファイルは図２（ｂ）に示すような強度分布となる。また、図３（ａ）に示すように、受光素子３に対する検出物体がＭ１の位置にある時の受光素子への見込み角はθ１、検出物体がＭ２の位置にある時の受光素子への見込み角はθ２となり、θ１＜θ２となり、検出物体の距離変動により全光量中の受光素子結合の効率が変わる。図３（ｂ）（ｃ）には受光素子３への入射角がＡ，Ｂ，Ｃと変わった場合の受光素子３の入射角特性（指向特性）を示す。
【００１２】
受光素子３による受光量は、検出物体の距離変動に伴い上記のような変化特性を呈することから、投光素子２と受光素子３に対する検出物体Ｍの位置が特定されると、条件（１）の投光プロファイルから、紙葉類上のどの地点にどのような強度の光が入射したかが判明し、それと共にその地点で透過してきた光は受光素子３に対しどの角度で入射するかが判る。また、条件（２）の受光素子への結合見込み角により、検出物体を透過してきた光のうち、何％が受光素子の存在する範囲に向かうかが判る。条件（３）の受光素子の入射角特性により、受光素子に向かった光のうち何％の損失をもって結合するかが判る。従って、上記条件（１）、（２）、（３）のパラメータにより受光量が決定され、各素子に対する検出物体の距離設定により、そのパラメータ間の関係が変化することにより、距離特性が改善される。
【００１３】
前記したとおり、投光素子及び受光素子の特性が決まると、検出物体の距離による受光素子での受光量変化が決定され、最適設計が可能となる。図４（ａ）は従来の配置構成、（ｂ）は本実施例の配置構成を示す。従来では、投光素子及び受光素子が搬送中心に対してほぼ等距離にあったが、本実施例では、投光素子２から検出物体の搬送位置までの距離が検出物体の搬送位置から受光素子３までの距離よりも短くなるようにしている。ここに、投光光軸方向における検出物体の搬送中心地点からみて、投光素子２までの距離が、受光素子３までの距離に対して１／３〜１／５程度の比の値になるようにする。条件は、投光はランバート分布に近いもの、受光の入射角特性はｃｏｓθで近似できるものである。この配置構成により実験により測定した結果を図５及び図６に示す。これらの図において、横軸は、発光素子と受光素子の間の距離を１とした時の検出物体位置Ｘの相対位置（左が投光寄り、右が受光寄り）であり、縦軸は相対強度（効率）を示す。図６は、図５の一部を拡大して示している。
【００１４】
図５及び図６の結果より、投光部と受光部の間隔の中で、（投光部から検出物体までの距離）／（検出物体から受光部までの距離）は、１／９〜１／１．５程度の範囲が安定していることが判る。よって、検出物体の搬送幅全体をその範囲内に収めることにより、良い距離特性が得られる。従って、検出物体の搬送中心は、１／５〜１／３程度の当たりにもっていくことが、全体として距離特性の改善に最適と判る。
【００１５】
このような配置構成にあって、検出物体の搬送位置を投光光軸方向に変動させた場合の構成を図７（ａ）に、その複数サンプルの測定結果を図７（ｂ）に示す。投光素子２にはランバート分布が近似的に得られる光源を用い、受光素子３にはｃｏｓθの入射角特性で受光する素子を用いる。配置は投光素子２から検出物体の搬送中心距離までが２．７ｍｍ、検出物体から受光素子までが１０．９ｍｍである。このような配置にすることにより、図７（ｂ）に示すように、投光光軸方向の変位が中心距離より±１．５ｍｍの範囲で、相対強度（距離特性）は、１〜０．９５以内、±２ｍｍの範囲でも、１〜０．９３以内の範囲に収まるものとなり、良好な結果が得られる。なお、投光素子及び受光素子の面積分が特性に僅かに影響する。
【００２３】
また、近似的にランバート分布が得られる投光素子としてチップＬＥＤが存在するが、他のＬＥＤに比べて流通量の関係で高価である。そこで、通常多数流通している投光素子を用い、図８に示すように拡散部材５を投光素子２の前に挿入してもよい。拡散部材５としては、白プラスチック等を用いればよい。この構成により、安価にランバート分布Ｐを実現でき、上述の実施例と同等の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、投光光軸方向での被検出物の位置変動に対し、被検出物変動範囲内において、受光部の出力がほぼ一定となり、センサの距離特性が安定する。また、投光部より検出物体までの距離、検出物体より受光部までの距離を最適化することで、低コスト、構成の容易さを図りつつ、距離特性を改善することができ、実使用距離範囲において距離特性のばらつきをほぼ解消することができ、従って、紙葉類の本物と偽物とを高精度に判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明の実施例による透過型光電センサの構成を示す側面図、（ｂ）は同上面図である。
【図２】 （ａ）は透過型センサの光学系を示す図、（ｂ）は投光系の指向特性図、（ｃ）は投光プロファイルを示す図である。
【図３】 （ａ）は受光素子に対する検出物体の位置に応じた受光素子への見込み角を示す図、（ｂ）は同見込み角の変化を示す図、（ｃ）は受光素子の入射角特性（指向特性）を示す図である。
【図４】 （ａ）は従来の配置構成、（ｂ）は本実施例の配置構成を示す図である。
【図５】 本実施例の配置構成による測定結果を示す図である。
【図６】 本実施例の配置構成による測定結果の拡大図である。
【図７】 （ａ）は検出物体の搬送位置を僅かに変動させた場合の構成図、（ｂ）はその場合の測定結果を示す図である。
【図８】 本発明の実施例であるセンサの投光系を示す図である。
【符号の説明】
１ 紙葉類（被検出物）
２ 投光素子（ＬＥＤ；投光部）
３ 受光素子（ＰＤ：受光部）
Ｍ 検出物体（被検出物）
【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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