JP2005141358A - 媒体画像の読取方法および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紙幣識別装置などに用いるのに適した小型・コンパクトで廉価に構成可能な画像読取装置を提案すること。
【解決手段】 画像読取装置１は、識別対象の媒体２をＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａに密接した画像読取位置１１を経由して搬送し、画像読取位置１１を通過する媒体２を照明光源１０により照明し、媒体２からの反射光像をＣＣＤラインセンサ９により走査して、当該媒体２の表面画像を読み取る。ＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａに密接した画像読取位置１１を経由して媒体２を搬送しているので、レンズ光学系を用いることなく、媒体２の反射光像を鮮明に読み取ることができ、二次元ＣＣＤカメラを用いて搬送中の媒体を撮影する場合とは異なり、受光量が不足して鮮明な画像が得られないという弊害も起きない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貨幣、金券、各種チケットなどの各種の媒体の種類や真偽を識別するために、媒体画像の読み取りを行う媒体画像の読取方法および画像読取装置に関し、更に詳しくは、小型・コンパクトで廉価に構成可能な媒体画像の読取方法および画像読取装置に関するものである。

貨幣などの種類および真偽を識別するための識別装置は、一般に、磁気センサや光学センサなどを用いて識別を行っている。また、このようなセンサと共にＣＣＤアレイを備え、ＣＣＤアレイを用いて識別対象の硬貨の搬送位置および外径寸法を検出するように構成された識別装置が知られており、例えば下記の特許文献１に開示されている。

ここで、紙幣などの種別あるいは真偽判定においては、二次元ＣＣＤカメラなどの撮像手段を用いて判定対象の紙幣の画像を取得し、取得した画像を画像処理ソフトにより解析して、パターンマッチングなどの各種の公知の手法で判別する方法が知られている。図６には二次元ＣＣＤカメラを用いた反射型の画像読取装置の構成例を示してある。この図に示すように、画像読取装置１００では、識別対象の硬貨１０１をベルト搬送機構１０２によって水平な搬送路に沿って搬送する。搬送路の真上にはリング状の照明光源１０３が配置されており、この照明光源１０３の真上には同軸状態で二次元ＣＣＤカメラ１０４が配置されている。硬貨１０１が二次元ＣＣＤカメラ１０４による撮影位置（硬貨１０１の中心が光軸Ｌに一致した位置）に到ると、そのことが位置センサ１０５によって検出され、検出結果に基づき、カメラ制御回路１０６によって二次元ＣＣＤカメラ１０４のシャッタが切られて硬貨１０１の表面反射光像が読み取られる。読み取られた画像データは、公知の画像処理ソフトなどにより解析され、解析結果に基づき貨幣の種別、真偽が判別される。

図７には同じく二次元ＣＣＤカメラを用いた透過型の紙幣画像読取装置の構成例を示してある。透過型の画像読取装置２００では、ベルトコンベアなどの搬送機構２０１により規定される予め定めた紙幣搬送路の裏面側に照明光源２０３が配置され、紙幣搬送路の表面側の真上に二次元ＣＣＤカメラ２０４が配置されている。位置センサ２０５によって紙幣が撮影位置に到ったことが検知されると、カメラ制御回路２０６によって二次元ＣＣＤカメラ２０４が駆動され、紙幣２０７を透過する透過光像が読み取られる。
特開２０００−２５１１０８号公報

しかしながら、従来の紙幣識別装置などに組み込まれている二次元ＣＣＤカメラを用いた画像読取装置は次のような問題点がある。

まず、二次元ＣＣＤカメラでは鮮明画像を取得するために複数枚のレンズからなるレンズ光学系が組み込まれた構成とされている。しかしながら、レンズ光学系の場合には、レンズ収差に起因して、取得画像の周辺部の解像度および光量が低下して画像が不鮮明になりやすい。また、小型化するために光路長を短くすると、この弊害が顕著化してしまう。したがって、二次元ＣＣＤカメラを用いた画像読取装置の小型化が困難であり、また、収差補正のためにレンズ枚数が増加してコスト高になり易いという問題点がある。

次に、搬送されている紙幣などの媒体を撮影するので、シャッタ速度を早くする必要がある。シャッタ速度を早くすると受光量が少なくなるので、それを補うために照明光源として高輝度のものを用いる必要がある。この結果、画像読取装置が大型化するという問題点がある。また、受光量を確保するために絞りを開放した場合には、取得画像の周辺部の解像度が劣化するという問題点が発生してしまう。

このように、二次元ＣＣＤカメラを用いた画像読取装置は、鮮明な画像を撮影するために多数枚のレンズおよび高輝度の照明光源が必要であり、また、長い光路長を確保する必要がある。よって、画像読取装置の小型・コンパクト化および低価格化が困難であった。

本発明の課題は、紙幣識別装置などに用いるのに適した小型・コンパクトで廉価に構成可能な媒体画像の読取方法および画像読取装置を提案することにある。

本発明は、紙幣、硬貨などの媒体の種類、真偽などを識別するために識別対象の媒体の画像を読み取る媒体画像の読取方法であって、
識別対象の媒体をＣＣＤラインセンサの受光面に密接した画像読取位置を経由して搬送し、
前記画像読取位置を通過する前記媒体を照明し、
前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を前記ＣＣＤラインセンサにより受光して当該媒体の画像を読み取ることを特徴としている。

本発明の方法では、ＣＣＤラインセンサの受光面に密接した画像読取位置を経由して媒体を搬送しているので、レンズ光学系を用いることなく、媒体の透過光像あるいは反射光像を鮮明にＣＣＤラインセンサによって読み取ることができる。また、ＣＣＤラインセンサを用いて搬送される媒体画像を走査しながら読み取っているので、二次元ＣＣＤカメラを用いてシャッタ位置を通過する媒体の画像を撮影する場合とは異なり、受光量が不足して鮮明な画像が得られないという弊害が起きない。

ここで、密接させるとは、画像読取位置をＣＣＤラインセンサの受光面に可能な限り接近させることを意味している。媒体の反射光をＣＣＤラインセンサで受光する場合には、画像読取位置を通過する媒体表面を照明可能な範囲で、当該画像読取位置とＣＣＤラインセンサの受光面との隙間を小さくすることを意味している。

次に、本発明では、画像読取位置とＣＣＤラインセンサの受光面とを近接配置した構成を採用することもできる。ＣＣＤラインセンサの受光面から僅かに離した近接位置を画像読取位置とした場合には、ＣＣＤラインセンサの受光面と画像読取位置の間に、媒体を透過した透過光あるいは媒体からの反射光をＣＣＤラインセンサの各ＣＣＤ素子上に結像させるための光学素子を配置する。光学素子として、媒体搬送方向において正のパワーあるいは回折作用を有するシリンドリカルレンズや回折格子を用いればよいので、球形レンズなどを使用する場合のような周辺部の解像度低下、シェーディングなどが発生しない。

次に、本発明の画像読取装置は、
画像読取手段と、
前記画像読取手段による画像読取位置を経由して識別対象の媒体を搬送する搬送手段とを有し、
前記画像読取手段は、前記画像読取位置を通過する前記媒体に光を照射する照明光源と、前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を受光するＣＣＤラインセンサとを備え、
前記画像読取位置は、前記ＣＣＤラインセンサの受光面に密接あるいは近接した位置であることを特徴としている。

ここで、前記画像読取位置は前記受光面に近接して位置している場合には、前記画像読取手段は、前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を前記ＣＣＤラインセンサの各ＣＣＤ素子上に結像させるために、前記受光面と前記画像読取位置の間に配置した光学素子を配置し、前記光学素子として、前記媒体の搬送方向においてのみ正のパワーあるいは回折作用を有するシリンドリカルレンズ、回折格子などを用いればよい。

以上説明したように、本発明では、ＣＣＤラインセンサを用いて搬送される紙幣などの媒体表面を走査してその画像を読み取るようにすると共に、ＣＣＤラインセンサの受光面に密接した位置（画像読取位置）において媒体画像を走査している。したがって、レンズ光学系を用いることなく十分な光量の鮮明な画像を読み取ることができる。よって、小型・コンパクトで廉価な画像読取装置を実現できるので、紙幣識別装置などの画像読取装置として用いるのに適している。

また、本発明では、ＣＣＤラインセンサの受光面に近接した画像読取位置を経由して媒体を搬送し、受光面と画像読取位置の間に配置した光学素子を介して媒体の透過光あるいは反射光をＣＣＤラインセンサの各ＣＣＤ素子上に結像させるようにしている。この場合には光学素子として、媒体搬送方向においてのみ正のパワーあるいは回折作用を有するものを用いれば良いので、球形レンズを用いる場合に発生する取得画像の周辺部の解像度低下や光量低下などの問題が発生しない。よって、この場合においても、紙幣識別装置などに用いるのに適した小型・コンパクトで廉価な画像読取装置を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した画像読取装置の各実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る画像読取装置を示す概略構成図である。この図に示す画像読取装置１は例えば硬貨などの媒体２の反射光像を読み取るためのものであり、媒体搬送手段として、水平に配置された前後一対の媒体ガイド板３、４と、これらの媒体ガイド板３、４の表面３ａ、４ａ（媒体ガイド面）に沿って配置された前後一対の搬送ローラ５、６と、搬送ローラ５、６の駆動制御部７とを備えている。搬送ローラ５、６の間隔は識別対象の媒体２における搬送方向の長さよりも短く、媒体２を媒体ガイド面３ａ、４ａに沿って確実に搬送可能となっている。また、搬送ローラ５、６の間に、前後の媒体ガイド板３、４の隙間８が位置しており、この隙間８は矢印で示す媒体搬送方向に対して直交する方向、すなわち、搬送される媒体２の幅方向に延びている。また、画像読取装置１は、画像読取手段として、媒体２の幅よりも広幅のＣＣＤラインセンサ９と照明光源１０とを備えている。ＣＣＤラインセンサ９は、上向き状態で隙間８に配置されている。

ここで、隙間８における前後の搬送ガイド面３ａ、４ａの延長面８ａに、ＣＣＤラインセンサ９の光軸Ｌが交差する位置が画像読取位置１１である。本例では、画像読取位置１１に対して、ＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａが密接した位置となるように、ＣＣＤラインセンサ９の配置位置が定められている。ＣＣＤラインセンサ９はライン状に配列されたＣＣＤ素子と、これらのＣＣＤ素子が内蔵されているハウジングとを備え、ハウジングの前面カバーガラスを介して各ＣＣＤ素子に光が入射する。したがって、ＣＣＤラインセンサ９の前面カバーガラスが画像読取位置１０に密接した位置とされる。照明光源１０からの照明光は、ＣＣＤラインセンサ９と、前後の媒体ガイド板３、４の端面３ｂ、４ｂとの間から、それぞれ、画像読取位置１１を通る媒体２の下側表面２ａを照明可能となっている。

この構成の画像読取装置１では、駆動制御部７によって一対の搬送ローラ５、６を駆動して、識別対象の媒体２を媒体ガイド面３ａ、４ａに沿って搬送する。媒体の搬送開始に先立って、あるいは媒体の搬送開始後の所定の時点で照明光源１０を点灯し、ＣＣＤラインセンサ９を駆動する。媒体２の先端が前側（上流側）の搬送ローラ５によって画像読取位置１１に到った時点から、媒体表面２ａの反射光像の読み取りがＣＣＤラインセンサ９によって行われる。画像読取位置１１においては、ＣＣＤラインセンサ９の各ＣＣＤ素子と媒体表面２ａの隙間が極めて狭いので、媒体表面２ａからの反射光像が鮮明な状態で各ＣＣＤ素子において受光される。

例えば、ＣＣＤラインセンサ９として、５１５０画素、１画素７ミクロン×７ミクロン、４０ＭＨｚ駆動のものを使用し、識別対象の媒体２の搬送速度を１０ｍ毎分とする。この場合、幅方向の解像度が７ミクロン、搬送方向の解像度が２２．３ミクロンの画像が得られる。識別対象の媒体２を５００円硬貨とした場合には、その直径が約２６ｍｍであり、上記解像度により１秒間に約６．４枚の画像を取得でき、充分な速さで媒体画像を取得できる。また、５００円硬貨１枚の画像として約４３０万画素で構成された画像が得られるので、従来においてＣＣＤカメラによる撮影画像の画素数十〜１００万に比べて、充分に解像度が高い。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係る画像読取装置を示す概略構成図である。図においては、図１の各部分に対応する部位には同一符号を付し、それらの説明は省略するものとする。

図２に示す画像読取装置２０は、画像読取手段として、ＣＣＤラインセンサ９と照明光源１０と、媒体２の反射光像をＣＣＤラインセンサ９の各ＣＣＤ素子に結像させるための光学素子２１とを備えている。すなわち、ＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａが画像読取位置１１に対して所定の隙間が形成された近接した位置とされており、受光面９ａと画像読取位置１１の間に光学素子２１が挿入されている。光学素子２１はＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａに平行に配置されており、媒体搬送方向においてのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズなどである。この代わりに、媒体搬送方向においてのみ回折作用を有する回折格子を用いることも可能である。

画像読取装置２０では、一方向にのみパワーのある単一の光学素子を用いることにより、鮮明な媒体画像を取得している。従って、従来の二次元ＣＣＤカメラを用いた画像読取装置に比べて、装置の小型化、コンパクト化が可能であり、しかも、周辺画像に解像度低下、光量低下の発生しない鮮明な画像を読み取ることができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３に係る画像読取装置を示す概略構成図であり、識別対象の媒体が紙幣などのように光透過性のある場合に用いられる。この図においても図１の各部分に対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

画像読取装置３０は、画像読取手段として、隙間８の上側位置において下向きに配置したＣＣＤラインセンサ９と、隙間８の下側位置において、ＣＣＤラインセンサ９に対して同軸状態に対向配置した照明光源１０とを備えている。照明光源１０からの光は、隙間８を通る媒体２を照射し、媒体２の上側表面２ｂから出射する透過光像がＣＣＤラインセンサ９により受光される。ＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａは、隙間８を通る媒体２の上側表面２ｂが位置する平面上における光軸Ｌとの交点、すなわち画像読取位置１１に密接配置されている。

本実施の形態に係る画像読取装置３０によっても、実施の形態１の画像読取装置１と同様に、小型・コンパクトで廉価に構成でき、しかも鮮明な画像を取得できる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４に係る画像読取装置を示す概略構成図であり、図３の場合と同様に、識別対象の媒体が紙幣などのように光透過性のある場合に用いられる。この図においては、図３の各部分に対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

画像読取装置４０は、画像読取手段として、ＣＣＤラインセンサ９と、照明光源１０と、搬送される媒体２の透過光像をＣＣＤラインセンサ９の各ＣＣＤ素子に結像させるためのシリンドリカルレンズなどの光学素子４１とを備えている。光学素子４１は、画像読取位置１１とＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａの間に配置されており、したがって、これらの間は光学素子４１を配置可能な隙間が形成されている。換言すると、画像読取位置１１にＣＣＤラインセンサ９の受光面９ａが密接位置ではなく近接位置に配置されている。

この構成の画像読取装置４０によっても、図２に示す画像読取装置２０と同様に、一方向にのみパワーのある単一の光学素子を用いることにより、鮮明な媒体画像を取得しているので、従来の二次元ＣＣＤカメラを用いた画像読取装置に比べて、装置の小型化、コンパクト化が可能である。また、周辺画像に解像度低下、光量低下の発生しない鮮明な画像を読み取ることができる。

（実施の形態５）
次に、図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態５に係る画像読取装置を示す概略平面図、概略側面図および概略正面図である。図示の画像読取装置５０は、特に、硬貨選別装置などにおいて投入された硬貨が垂直な硬貨搬送路を落下する間にその識別を行う場合に適した構成のものである。

画像読取装置５０は垂直に配置した固定台５１を備え、この固定台５１の表面には、識別対象の硬貨２Ａの外径に対応する幅の硬貨ガイド用の凹部５２が形成されている。凹部５２の上端は硬貨導入口５３となっており、ここに導入された硬貨２Ａは自重により凹部５２に沿って落下可能となっている。固定台５１の上下方向の中程の高さ位置の所には、凹部５２の幅方向に延びる隙間５４が形成されている。この隙間５４は凹部５２の幅寸法を包含する幅寸法とされている。

この隙間５４を挟み、上下に搬送ローラ５５および搬送ローラ５６が配置されている。搬送ローラ５５、５６と凹部５２の底面５２ａとの間の隙間は硬貨２Ａの厚さよりも狭い寸法とされている。従って、硬貨導入口５３から凹部５２に沿って落下する硬貨２Ａは上側の搬送ローラ５５と凹部底面５２ａの間に把持され、そこに止まる。搬送ローラ５５を回転すると、凹部底面５２ａに沿って下方に向けて硬貨２Ａが搬送される。本例では、上側の搬送ローラ５５から硬貨２Ａが外れる前に、下側の搬送ローラ５６と凹部底面５２ａの間に硬貨２Ａが把持されるように、上下の搬送ローラ５５、５６の中心軸間距離が定められている。従って、上下の搬送ローラ５５、５６を同期させて回転駆動することにより、硬貨２Ａは隙間５４の形成位置を一定速度で下方に向けて搬送される。下側の搬送ローラ５６から下方に送り出された硬貨２Ａは自重により自然落下して、後段側の機構（図示せず）に引き渡される。

次に、隙間５４における固定台５１の裏面側（搬送ローラ５５、５６とは反対側）には、ＣＣＤラインセンサ５７が水平に配置され、その受光面５７ａが隙間５４を通過する硬貨２Ａに向いている。また、ＣＣＤラインセンサ５７と、隙間５４を規定している固定台５１の上側の端面部分５１ａおよび下側の端面部分５１ｂとの間から、隙間５４を通過する硬貨２Ａの表面を照明する照明光源５８が配置されている。ここで、隙間５４における凹部底面５２ａの延長面に対するＣＣＤラインセンサ５７の光軸Ｌの交点が画像読取位置５９であり、この画像読取位置５９に、受光面５７ａが密接するようにＣＣＤラインセンサ５７が配置されている。

このように画像読取装置５０は、搬送手段として、固定台５１と上下の搬送ローラ５５、５６を備え、画像読取手段として、ＣＣＤラインセンサ５７と照明光源５８を備えている。硬貨導入口に硬貨２Ａが自然落下すると、当該硬貨２Ａは上側の搬送ローラ５５にくわえ込まれた後は、上下の搬送ローラ５５、５６によって画像読取位置５９を通って一定速度で下方に搬送される。画像読取位置５９に密接配置したＣＣＤラインセンサ５７によって硬貨２Ａの反射光像が走査されて、硬貨２Ａの画像が読み取られる。

例えば、ＣＣＤラインセンサ５７として、５１５０画素、１画素７ミクロン×７ミクロン、４０ＭＨｚ駆動のものを使用し、識別対象の硬貨の搬送速度を１０ｍ毎分とする。この場合、幅方向の解像度が７ミクロン、搬送方向の解像度が２２．３ミクロンの画像が得られる。識別対象の硬貨２Ａを５００円硬貨とした場合には、その直径が約２６ｍｍであり、画像読取位置５９の通過に約１５６ミリ秒を要し、この間に、ＣＣＤラインセンサ５７は約１１６４回の走査を行い、硬貨２Ａが画像読取位置５９を通過し終えた時点で、硬貨２Ａの鮮明な表面画像が得られる。

本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る画像読取装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態４に係る画像読取装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態５に係る画像読取装置の概略平面図、概略側面図および概略正面図である。 従来の二次元ＣＣＤカメラを備えた画像読取装置を示す概略構成図である。 従来の二次元ＣＣＤカメラを備えた画像読取装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１、２０、３０、４０、５０ 画像読取装置
２、２Ａ 媒体
３、４ 媒体ガイド板
３ａ、４ａ 表面（媒体ガイド面）
５、６ 搬送ローラ
７ 駆動制御部
８ 隙間
９ ＣＣＤラインセンサ
９ａ 受光面
１０ 照明光源
１１ 画像読取位置
２１、４１ 光学素子
５１ 固定台
５２ 硬貨ガイド用の凹部
５３ 硬貨導入口
５４ 隙間
５５、５６ 搬送ローラ
５７ ＣＣＤラインセンサ
５７ａ 受光面
５８ 照明光源
５９ 画像読取位置

Claims (4)

1. 紙幣、硬貨などの媒体の種類、真偽などを識別するために識別対象の媒体の画像を読み取る媒体画像の読取方法であって、
   識別対象の媒体をＣＣＤラインセンサの受光面に密接した画像読取位置を経由して搬送し、
   前記画像読取位置を通過する前記媒体を照明し、
   前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を前記ＣＣＤラインセンサにより受光して当該媒体の画像を読み取る媒体画像の読取方法。
2. 紙幣、硬貨などの媒体の種類、真偽などを識別するために識別対象の媒体の画像を読み取る媒体画像の読取方法であって、
   識別対象の媒体をＣＣＤラインセンサの受光面に近接した画像読取位置を経由して搬送し、
   前記画像読取位置を通過する前記媒体を照明し、
   前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を、前記画像読取位置と前記ＣＣＤラインセンサの受光面の間に配置した光学素子によって、前記ＣＣＤラインセンサの各ＣＣＤ素子上に結像させることにより当該媒体の画像を読み取る媒体画像の読取方法。
3. 画像読取手段と、
   前記画像読取手段による画像読取位置を経由して識別対象の媒体を搬送する搬送手段とを有し、
   前記画像読取手段は、前記画像読取位置を通過する前記媒体に光を照射する照明光源と、前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を受光するＣＣＤラインセンサとを備え、
   前記画像読取位置は、前記ＣＣＤラインセンサの受光面に密接あるいは近接した位置である画像読取装置。
4. 請求項３において、
   前記画像読取位置は前記受光面に近接した位置であり、
   前記画像読取手段は、前記媒体を透過した透過光あるいは前記媒体からの反射光を前記ＣＣＤラインセンサの各ＣＣＤ素子上に結像させるために、前記受光面と前記画像読取位置の間に配置した光学素子を備えており、
   前記光学素子は前記媒体の搬送方向においてのみ正のパワーあるいは回折作用を有するシリンドリカルレンズ、回折格子などである画像読取装置。

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