JP2001076086A - 潜像マークの光学読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光体層からなる潜像マーク１２に投光手段
１４で励起光を照射する一方、受光手段１６でマーク１
２から発生される残光を検出してマークの配設位置を検
出可能とする光学読取装置において、マーク１２上にお
ける光照射位置と光検出位置とを接近して配設した場合
にあっても、両者間を遮蔽するための壁面を備えること
なく、ＳＮ比にすぐれたマーク検知が行なえる様にす
る。 【解決手段】 投光手段１４における光軸Ｌ１の潜像マ
ーク１２に対する交差角度αを、直交方向から傾斜させ
て設定する一方、受光手段１６における光軸Ｌ２の潜像
マーク１２に対する交差角度βを、投光手段１４におけ
る光軸Ｌ１の交差角度αと、潜像マーク１２と直交する
方向との間に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通行券やテレフ
ォンカードなどの各種紙片上に設けて好適な潜像マーク
の光学読取装置であって、特にマークの残像を検出する
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の読取装置は、マークに対し
て光軸を直角に向けて光を照射したあと、やや離間した
位置でマークから発せられる残光を、直角方向に光軸を
設定した受光手段で検出することにより、マークの形成
位置を判定するものが一般的であった（例えば、特開平
１−１９７２５３号公報参照）。更に、照射光がマーク
上で反射し、それが受光素子に入射されるのを阻止する
ため、投光手段と受光手段との間に、両者を光学的に遮
蔽するための壁面を備えることが行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記壁面
の光遮蔽効果を高めるためには、壁面の先端をマークに
対してできるだけ接近させる必要があるが、壁面の存在
がマークのスムーズな走行を阻害して、マークの高速走
行が困難となる不都合があった。

【０００４】本発明はかかる不都合に鑑みてなされたも
のであって、マーク上における光照射位置と光検出位置
とを接近して配設可能とするとともに、両者間を遮蔽す
るための壁面を備えることなく、ＳＮ比にすぐれたマー
ク検知が行なえる潜像マークの光学読取装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる光学読取
装置１８は、図１および図２にその概略的な構成を示す
如く、蛍光体を含有して所定方向に直線状に移行する潜
像マーク１２と、その潜像マーク１２上に蛍光体の励起
光ａを連続的に照射する投光手段１４と、投光手段１４
による光照射に対応して放出される蛍光ｂを検出する受
光手段１６とを備えている。

【０００６】更に、上記した励起光ａの照射位置を受光
手段１６による蛍光ｂの検出位置より上流側に所定距離
ｘだけ離間させるとともに、投光手段１４における光軸
Ｌ１の潜像マーク１２に対する交差角度αを直交方向か
ら傾斜させて設定する一方、受光手段１６における光軸
Ｌ２の潜像マーク１２に対する交差角度βを、投光手段
１４における光軸Ｌ１の交差角度αと、潜像マーク１２
と直交する方向との間に設定することを特徴とする。

【０００７】また上記した受光手段１６が、潜像マーク
１２上から放出される光を集光するレンズ３６と、その
レンズ３６で集光された光から、蛍光体が発生する蛍光
ｂを選択的に取り込む光学フィルタ３８と、その光学フ
ィルタ３８を介して入射された蛍光ｂの光強度に対応し
た電気信号を発生する受光素子４０と、レンズ３６と光
学フィルタ３８間の空間を包囲してレンズ３６の焦点位
置以外からレンズ３６を介して入射される光を吸収する
無反射部材４２を備えることが好ましい。更に上記した
投光手段１４は、発光素子２２から出力される励起光ａ
を、図５に例示する如く光ファイバー２６を介して反射
鏡２８に照射し、その反射鏡２８で光軸Ｌ１を上記した
交差角度αに設定することが可能である。

【０００８】

【発明の効果】本発明は上記の如く、投光手段１４の光
軸Ｌ１と受光手段１６の光軸Ｌ２とを予め設定した関係
に設定することにより、潜像マーク１２上における光照
射位置と光検出位置とを接近して配設可能とするととも
に、両者間を遮蔽するための壁面を備えることなく、Ｓ
Ｎ比にすぐれたマーク検知が行なえる。

【０００９】更に受光手段１６では、集光レンズ３６で
蛍光ｂの発生位置からの光を集中して取り込むととも
に、光学フィルタ３８で蛍光ｂ以外の光成分を除去し、
更に集光レンズ３６と光学フィルタ３８間を包囲する無
反射部材４２で外乱光を除去することにより、ＳＮ比の
向上が図られる。

【００１０】また投光手段１４では、光ファイバー２６
で励起光ａの導出位置を設定するとともに、反射鏡２８
で潜像マーク１２に対する交差角度αを設定することに
より、投光手段１４と受光手段１６の配設位置に余裕を
持たせながら、潜像マーク上における光照射位置と光検
出位置を容易に接近可能とするとともに、交差角度αの
変更が簡易に行える。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明にかかる光学読取装置１８
は、図示しないカード搬送手段により、図１乃至図３に
おける右方向に直線状にカード１０を移行させるととも
に、そのカード１０上に形成した潜像マーク１２に対し
て励起光ａを照射する一方、潜像マーク１２から発せら
れる残光ｃを検出して潜像マーク１２の有無を判定する
ものである。

【００１２】上記したカード１０上に形成される潜像マ
ーク１２は、赤外線領域の励起光ａの照射に対応して、
その励起光ａの中心波長とは異なる波長で赤外線領域の
蛍光ｂを発生する蛍光体層で構成されるものであって、
カード１０の移行方向と直交させて細帯状のバーコード
形状に形成するとともに、そのバーコードでカード発行
店コードあるいは暗証番号などの所定のセキュリティ用
の副情報を不可視状態で記録する様にしている。

【００１３】この蛍光体層は、ネオジウム（Ｎｄ）、イ
ッテルビウム（Ｙｂ）、ユーロビウム（Ｅｕ）、ツリウ
ム（Ｔｍ）、プラセオジウム（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て
なる蛍光体粉末を、紫外線硬化型樹脂と混合するか、あ
るいは塩化ビニル−酢酸ビニル系重合体、ポリウレタン
樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂等の結合剤樹
脂、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、酢酸エ
チルセロソルブ等の有機溶剤等とともに混合分散して蛍
光塗料を調整したあと、上記したカード１０上に塗布・
乾燥して形成される。

【００１４】本実施例にあっては、たとえばＮｄＹｂＣ
ａ_５（ＭｏＯ_４）_８で特定される蛍光体を含む蛍光塗料
をスクリーン印刷して潜像マーク１２は形成される。か
かる蛍光体は、図４（ａ）の様に波長が８００ｎｍ付近
の近赤外領域の励起光ａを照射した時、図４（ｂ）で示
す如く、１０００ｎｍ付近の波長でピーク値を持つ蛍光
ｂを発生するとともに、光照射を停止しても、９０〜１
０％の減衰時間で定義される残光時間Ｔが例えば８６０
μ秒程度の残光ｃを発生する。

【００１５】なお上記した潜像マーク１２を形成する蛍
光体は、可視光領域では不可視状態であって、所定の励
起光ａを照射することにより、３００μ秒以上、好まし
くは１０００μ秒程度の残光時間Ｔを有する蛍光を発生
するものから適宜選択されるものであって、その種類は
限定されるものではない。またマーク１２が形成される
カード１０の種類も、有価証券や紙幣など、蛍光体層が
安定して形成されるものであれば、変更して実施できる
ことは勿論であるし、潜像マーク１２の形状も、一次元
的に情報を記録可能なものであれば、バーコードに限ら
ず適宜変更できる。

【００１６】一方、光学読取装置１８は、図１に示す投
光手段１４と受光手段１６とを図５の様にホルダ２０上
に固定することにより、その全体をユニット化したもの
である。ここで投光手段１４は、半導体レーザーの様な
発光素子２２から出力される単一波長で位相の揃った励
起光ａをレンズ２４で平行光もしくは収束光とし、図３
の様にカード１０上で潜像マーク１２の中央に照射する
ことにより、潜像マーク１２の略中央を横断して励起光
ａで直線状に走査させ、蛍光体から発せられる光ｂが１
００％の光強度となる様に励起させる。

【００１７】より具体的には、発光素子２２から出力さ
れる励起光ａを、光ファイバー２６およびその先端に備
えたコリメートレンズ２４を介し、カード１０と平行で
且つ移行方向と直交する方向に平行光を導出したあと反
射鏡２８でその方向を直角に偏向することにより、潜像
マーク１２の略中央を励起光ａで走査する様にしてい
る。

【００１８】なお、光ファイバー２６の長さが１．５ｍ
程度の規格値を有するため、発光素子２２を一方の巻芯
としてその周囲に光ファイバー２６を巻回することによ
り、ホルダ２０上における組み込みが容易かつ安定して
行えるようにしている。

【００１９】一方、カード移行方向の下流側に備えた受
光手段１６は、上記した投光手段１４による走査ライン
３０上であって、図３に示す光照射エリア３２から下流
側に距離ｘだけ離間した位置に光検出エリア３４を設定
し、その光検出エリア３４から発せられる残光ｃを、集
光レンズ３６および光学フィルタ３８で選択的に収集し
たあと、フォトダイオードの様な受光素子４０で電気信
号に変換することにより、潜像マーク１２の形成位置を
判定可能とする。

【００２０】ここで、投光手段１４から潜像マーク１２
に照射される励起光ａは、図１の様にその光軸Ｌ１が潜
像マーク１２に対して４５〜６０°程度傾斜した交差角
度αで入射させるとともに、潜像マーク１２上における
光の広がりを必要最小限に抑制することにより、潜像マ
ーク１２の蛍光体を十分に励起しながら、できるだけ高
い解像度が維持される様にしている。

【００２１】これに対し、投光手段１４の励起光ａによ
り発光された蛍光体は、励起が終了してから残光時間Ｔ
である８６０マイクロ秒が経過すると、その発光強度は
１０％程度近くにまで低下する。そこで、カード１０の
移行速度を例えば毎秒２０ｍの一定速度に設定すると、
残光時間Ｔと搬送速度Ｖを乗算した値は約１７ｍｍにな
るので、検出レベルに余裕をみて、その値の７０％であ
る１２ｍｍだけ離れた箇所に残光の検出エリア３４を設
定する。

【００２２】更に投光手段１４の励起光ａにより発光さ
れた蛍光体から放出される残光ｃは、光の照射エリア３
２よりも拡散されるとともに、投光手段１４による走査
ライン３０上を受光手段１６で正確にトレースすること
は、カード１０の移行速度が上昇するほど難しい。そこ
で、上記した光検出エリア３４として、潜像マーク１２
におけるカード１０の移行方向での最小幅よりも十分に
狭いが、投光手段１４による励起エリアよりも稍広い範
囲を設定し、そのエリアから放出される光を、口径の大
きいレンズ３６で集光することにより、受光感度をでき
るだけ上昇させる様にしている。

【００２３】しかし、集光範囲を広げたことにより、残
光ｃ以外の光がノイズとして受光手段１６に入射される
恐れが強い。そこで、受光手段１６に対する入射光の光
軸Ｌ２における潜像マーク１２に対する交差角度βを、
照射光側の光軸Ｌ１の交差角度αより大きく且つ９０°
より小さい角度範囲から選択することにより、励起光ａ
の反射光ａ１による影響をできるだけ抑制する一方、潜
像マーク１２から放出される残光ｃを直角に近い方向か
ら集光可能とし、できるだけ効率良く残光ｃを取り込め
る様にしている。

【００２４】更に受光素子４０の前面側に接近して、残
光ｃの波長である１０００ｎｍの光を選択的に通過させ
る光学フィルタ３８を配置することにより、残光以外の
光を排除する。また、集光レンズ３６と光学フィルタ３
８との間の長さをできるだけ大きく確保するとともに、
その空間を筒状に包囲して外部からの光入射を遮断し、
更に全ての波長の光を吸収する無反射部材４２でその内
面を覆うことにより、集光レンズ３６によって受光素子
４０上に収束される光以外は、たとえ外乱光ａ２が集光
レンズ３６を通過したとしても無反射部材４２で吸収さ
れ、受光素子４０に達しない様にしている。

【００２５】更にまた、受光素子４０にはペルチェ素子
の様な電子的な冷却素子や放熱部材の様な冷却手段４４
が配設され、受光素子４０を常時に１０℃程度の一定温
度に維持することにより、受光素子４０の光電変換動作
の安定化を図るとともに、熱雑音の発生をできるだけ抑
制する。

【００２６】なお上記した投光手段１４の光軸Ｌ１と受
光手段１６の光軸Ｌ２とは同一平面上に位置させること
も可能であるが、図６のように両者を互いに異なる平面
上に位置させることにより、更に励起光ａの影響を減少
させ、ＳＮ比の向上を更に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を概略的に示す説明図で
ある。

【図２】本発明の具体的な構成の一例を示す概略図であ
る。

【図３】潜像マークに対する光の照射状態を示す説明図
である。

【図４】励起光と蛍光との関係を示す説明図である。

【図５】光学読取装置の具体的な構成を示す一部を破断
した斜視図である。

【図６】投光手段と受光手段における光軸の関係を例示
する斜視図である。

【符号の説明】

１０ カード １２ 潜像マーク １４ 投光手段 １６ 受光手段 １８ 光学読取装置 ２０ ホルダ ２２ 発光素子 ２４ コリメートレンズ ２６ 光ファイバー ２８ 反射鏡 ３０ 走査ライン ３２ 光照射エリア ３４ 光検出エリア ３６ 集光レンズ ３８ 光学フィルタ ４０ 受光素子 ４２ 無反射部材 ４４ 冷却手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 秀明 大阪府茨木市丑寅１丁目１番１号 日立マ クセル株式会社内 Ｆターム(参考） 5B072 CC24 DD02 LL00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光体を含有し、所定方向に直線状に移
   行する潜像マーク（１２）と、 該潜像マーク（１２）上に、蛍光体の励起光ａを連続的
   に照射する投光手段（１４）と、 該投光手段（１４）による光照射に対応して放出される
   蛍光ｂを検出する受光手段（１６）とを備え、 上記した励起光ａの照射位置を、受光手段（１６）によ
   る蛍光ｂの検出位置より上流側に所定距離ｘだけ離間さ
   せるとともに、 投光手段（１４）における光軸Ｌ１の潜像マーク（１
   ２）に対する交差角度αを、直交方向から傾斜させて設
   定する一方、 受光手段（１６）における光軸Ｌ２の潜像マーク（１
   ２）に対する交差角度βを、 投光手段（１４）における光軸Ｌ１の交差角度αと、潜
   像マーク（１２）と直交する方向との間に設定すること
   を特徴とする潜像マークの光学読取装置。
2. 【請求項２】 上記した受光手段（１６）が、 潜像マーク（１２）上から放出される光を集光するレン
   ズ（３６）と、 レンズ（３６）で集光された光から、蛍光体が発生する
   蛍光ｂを選択的に取り込む光学フィルタ（３８）と、 該光学フィルタ（３８）を介して入射された蛍光ｂの光
   強度に対応した電気信号を発生する受光素子（４０）
   と、 レンズ（３６）と光学フィルタ（３８）間の空間を包囲
   し、レンズ（３６）の焦点位置以外からレンズ（３６）
   を介して入射される光を吸収する無反射部材（４２）と
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の光学読取
   装置。
3. 【請求項３】上記した投光手段（１４）が、 発光素子（２２）から出力される励起光ａを、光ファイ
   バー（２６）を介して反射鏡（２８）に照射し、該反射
   鏡（２８）で光軸Ｌ１を上記した交差角度αに設定する
   ことを特徴とする請求項２載の光学読取装置。