JP2006085388A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 搬送される読取対象物を撮像するに際し、ＣＭＯＳイメージセンサによる安定した画像データを簡単な構成によって得るようにした画像読取装置を提供する。
【解決手段】 画像読取装置１は、搬送された硬貨２０に光を照射する照明部１４と、硬貨２０を撮像するＣＭＯＳイメージセンサ３７及び結像レンズ３６と、硬貨到来位置４０で硬貨２０を検出する硬貨到来センサ４１とを備えている。そして、硬貨２０が硬貨到来位置４０に到来した時に、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動タイミングがリセットされ、硬貨到来位置４０を通過した時に、照明部が点灯される。このとき、硬貨２０が硬貨到来位置４０に到来してから通過するまでに、１フレーム分のほぼ整数倍の画像データが出力されるように、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の動作クロック周波数が制御される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、硬貨、メダル等の読取対象物の画像情報を読み取る画像読取装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００２−２５９９７７号公報がある。この公報に記載された装置は、自動販売機内に組み込まれ、硬貨に刻印された図形等の情報を読み取る画像読取装置である。この自動販売機には、硬貨投入口に投入された硬貨をガイドするガイドフレームと、ガイドフレーム内において硬貨を係止するストッパが設けられている。そして、画像読取装置は、ストッパによって係止された硬貨を静止状態で撮像して画像データを出力するための装置であり、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサを備えている。
特開２００２−２５９９７７号公報

しかしながら、硬貨を高速で搬送しながらその硬貨の画像を読み取る装置において、このようなＣＭＯＳイメージセンサを撮像素子として使用する場合、安定した画像データが得られないという問題があった。そして、ＣＭＯＳイメージセンサによって高速で動く撮像対象の画像データを得ようとすれば、複雑な構成が必要になるという問題が発生する。

そこで、本発明は、搬送される読取対象物を撮像するに際し、ＣＭＯＳイメージセンサによる安定した画像データを、簡単な構成によって得るようにした画像読取装置を提供することを目的とする。

本発明の画像読取装置は、所定の搬送路を搬送される読取対象物の表面の画像を読み取る画像読取装置において、搬送路上の撮像位置に搬送された読取対象物に照明光を照射する照明部と、読取対象物で反射された反射光を受光して読取対象物を撮像するＣＭＯＳイメージセンサと、照明部とＣＭＯＳイメージセンサとの間に配置され、読取対象物で反射された反射光をＣＭＯＳイメージセンサに結像させる結像レンズと、読取対象物が撮像位置よりも搬送方向の上流側のリセット位置に到達したこと及び読取対象物が撮像位置に到達したことを検知する検知部と、読取対象物がリセット位置に到達したことを検知部が検知した時に、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動タイミングをリセットするリセット手段と、読取対象物が撮像位置に到達したことを検知部が検知した時に、照明部を点灯させる照明制御手段と、読取対象物がリセット位置に到達してから撮像位置に到達するまでに、ＣＭＯＳイメージセンサが１フレーム分のほぼ整数倍の画像データを出力するように、ＣＭＯＳイメージセンサの動作クロック周波数を制御するクロック制御手段と、を備えることを特徴とする。

ＣＭＯＳイメージセンサでは、駆動タイミングのリセット後の１フレームまでは、不安定な画像データが出力される。このことが、ＣＭＯＳイメージセンサによる素早い撮像を困難にし、結果として、搬送される読取対象物の安定した画像が得られない原因となっていることに本発明者らは着目した。本発明の画像読取装置によれば、読取対象物がリセット位置に到達した時点で、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動タイミングがリセットされ、その後、読取対象物が移動して撮像位置に到達した時点で、照明部が点灯されることでＣＭＯＳイメージセンサによる撮像が行われる。このリセットから撮像までの間、すなわち、読取対象物が撮像位置に到達する前の段階で、ＣＭＯＳイメージセンサからは、少なくともほぼ１フレーム分の画像データが排出されるので、リセット後の不安定な画像データのほとんど或いはすべてが排出される。読取対象物の撮像は、その不安定なデータの排出後に行われることになるので、撮像位置に到達した時点の読取対象物の安定した画像データを得ることができる。また、リセット後において、１フレームのほぼ整数倍の時間が経過した時点で撮像を行うことにより、撮像のタイミングと、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動におけるセットのタイミングとを合わせることができる。その結果、搬送される読取対象物の安定した全体像を、１つのフレーム内に収めることができる。

また、本発明の画像読取装置は、読取対象物の搬送速度を検知する搬送速度検知手段を更に備え、クロック制御手段は、ＣＭＯＳイメージセンサの動作クロック周波数が、搬送速度検知手段によって検知された搬送速度に同調して比例するように、動作クロック周波数を制御することが好ましい。

この画像読取装置によれば、ＣＭＯＳイメージセンサの動作クロック周波数が制御されて、読取対象物がリセット位置から撮像位置まで移動する時間と、ＣＭＯＳイメージセンサが画像データを排出するスピードとが比例することになる。よって、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動タイミングがリセットされてから、撮像が行われるまでの間に、ＣＭＯＳイメージセンサからは、搬送速度に依らず、常に同じ画像データ量を排出することができる。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサは、常に同じタイミングで読取対象物を撮像することができる。

また、本発明の画像読取装置は、検知部が、読取対象物がリセット位置に到達したことを検知する到来検知と、読取対象物が撮像位置に到達したことを検知する通過検知と、を行うこととが好ましい。このようにすれば、読取対象物がリセット位置に到達したことと、読取対象物が撮像位置に到達したこととを、同一の検出部を用いて検知させることができるので、検出部の共有化を図ることができる。

本発明の画像読取装置によれば、搬送される読取対象物を撮像するに際し、ＣＭＯＳイメージセンサによる安定した画像データを、簡単な構成によって得ることができる。

以下、図面と共に本発明による画像読取装置の好適な一実施形態について詳細に説明する。本実施形態の画像読取装置１は、硬貨の真偽判定や判別を行うために硬貨表面の図柄を読み取る装置であり、例えば、ＡＴＭ等に組み込まれて用いられるものである。

図１及び図２に示すように、画像読取装置１は、樹脂からなる直方体形状の筺体１０を有しており、この筺体１０の上面に円形状の開口窓１１が設けられている。また、この開口窓１１にはサファイアガラス等で形成された透明板１２が嵌め込まれ、５００円硬貨（読取対象物）２０は、この透明板１２の上面（外面）と一致させた読取面１２ｂ上の撮像位置１２ｃに配置されて撮像される。そして、筺体１０の上方には、透明板１２上まで硬貨２０を搬送させるための搬送装置３０が設けられている。

この搬送装置３０は、硬貨２０の搬送方向Ａに延在する無端ベルト３１と、この無端ベルト３１を循環駆動させるための一対のプーリ３２，３３と、画像読取装置１の上面に隣接して搬送方向Ａに延びる搬送テーブル３４とを有している。従って、図示しないモータでプーリ３３を回転させることによって、無端ベルト３１を駆動させ、硬貨２０を、画像読取装置１及び搬送テーブル３４と、無端ベルト３１との間に形成される搬送路Ｂ上で搬送することができる。搬送装置３０のプーリ３３には、エンコーダ（搬送速度検知手段）５３が接続されており、このエンコーダ５３は、このプーリ３３の回転数に応じた周波数のパルス信号を発生する。すなわち、このエンコーダ５３で発生するパルス信号の周波数は、搬送路Ｂ上における硬貨２０の搬送速度に対応したものとなる。ここで発生したパルス信号は、後述する硬貨検出回路５９へ送られる。

また、筺体１０の内部において、透明板１２の下面（内面）と近接した位置には照明部１４が設けられている。この照明部１４は、透明板１２の撮像位置１２ｃの周囲に環状に配置させて外方に向けて照明光を出射する複数の光源１５（例えば面実装タイプのＬＥＤ又はリードタイプのＬＥＤ）と、各光源１５の周囲に配置させて各光源１５からの照射光を透明板１２上の硬貨２０に向けて反射させる環状の反射鏡１６とを有している。このような照明部１４によって間接照明を達成させている。すなわち、光源１５から出た光は、反射鏡１６で一旦反射させた後、硬貨２０を裏面側から照らし出すことになる。

さらに、筺体１０の内部には、硬貨２０の表面の画像を撮像するためのＣＭＯＳイメージセンサ３７が設けられ、ＣＭＯＳイメージセンサ３７と照明部１４との間には、硬貨２０で反射された反射光をＣＭＯＳイメージセンサ３７に結像させるための結像レンズ３６が設けられている。従って、硬貨２０で反射した光は、結像レンズ３６によってＣＭＯＳイメージセンサ３７に集められ、ＣＭＯＳイメージセンサ３７に硬貨２０の画像を結像することができる。

ＣＭＯＳイメージセンサ３７は、結像レンズ３６により結像された硬貨２０の画像に応じて受光面の画素に電荷を蓄積し、蓄積された電荷を画像データに変換して、後述する処理回路５７へ出力する撮像素子である。このＣＭＯＳイメージセンサ３７の垂直方向の画素数は５０３個であり、撮像される硬貨２０の表面の画像は、１フレーム当たり５０３本の走査線で構成されることになる。また、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の水平方向の動作クロック数は７６２クロックなので、１本の走査線当たり７６２個の画素が含まれることとなる。このＣＭＯＳイメージセンサ３７は、装置１の動作中において常時駆動しており、画像データを常に処理回路５７へ送り続けているが、搬送中の硬貨２０が撮像位置１２ｃに到達した瞬間には、照明部１４から極めて短時間だけ光が出射され、搬送中の硬貨２０の一瞬を捕らえた静止画像が撮像される。

更に、透明板１２の下方には、透明板１２に向けて光を出射させる発光素子（例えばＬＥＤ）３８が設けられており、透明板１２の上方において、透明板１２を介して発光素子３８と対向する位置には、発光素子３８から出射した光を受光する受光素子（例えばフォトダイオード）３９が設けられている。この発光素子３８と受光素子３９との協働によって、搬送路Ｂ上に硬貨２０が存在するか否かを判断する硬貨到来センサ４１が構成される。硬貨到来位置４０に硬貨２０が存在しない場合には、受光素子３９が発光素子３８からの光を受け、後述する硬貨検出回路５９に受光信号が送られる。一方、硬貨到来位置４０に硬貨２０が存在する場合には、発光素子３８からの光が遮られ受光信号が途切れることになる。この硬貨到来位置４０は、搬送路Ｂ上における透明板１２の上流側に設定されており、搬送される硬貨２０が、この硬貨到来位置４０を通過した瞬間に、硬貨２０が撮像位置１２ｃに位置するように設定されている。そして、詳細は後述するが、このような硬貨到来センサ４１を用いることで、硬貨２０の硬貨到来位置４０への到来と、硬貨２０の硬貨到来位置４０の通過とを検知することができる。

図３に示すように、画像読取装置１は、画像読取処理のための動作クロック信号と、テレビジョン方式の水平同期信号（ＨＤ信号）及び垂直同期信号（ＶＤ信号）とを発生させるタイミング発生器５５を備えている。タイミング発生器５５で発生した動作クロック、ＨＤ信号及びＶＤ信号は、ＣＭＯＳイメージセンサ３７及び処理回路５７へ送られ、ＣＭＯＳイメージセンサ３７は、送られた動作クロック信号のクロック周波数で動作しつつ、撮像で得られた画像データを８ビットデータとして処理回路５７へ出力する。上述したＣＭＯＳイメージセンサ３７の画素構成に対応して、ＶＤ信号はＨＤ信号の５０３周期ごとにセットされ、ＶＤ信号の１周期で１フレーム分の画像データがＣＭＯＳイメージセンサ３７から出力される。

処理回路５７は、硬貨検出回路５９から送られるトリガ信号（後述する）に応じて、ＣＭＯＳイメージセンサ３７から入力された画像データを処理する。このような処理回路５７では、例えば、２値化や特徴抽出といった画像処理が行われる。このとき、処理回路５７は、タイミング発生器５５から送られた動作クロック信号のクロック周波数で動作し、ＨＤ信号、ＶＤ信号に基づいて、ＣＭＯＳイメージセンサ３７から入力された画像データの処理を行う。なお、処理後のデータは、硬貨の判別や真偽判定に用いられるために、図示しない後段の処理部に送られる。

硬貨到来センサ４１からの受光信号が途切れた場合には、硬貨検出回路５９は、第１のトリガ信号をタイミング発生器５５及び処理回路５７へ送る。これは、搬送路Ｂ上を搬送される硬貨２０が硬貨到来位置４０に到来した状態に対応する。また、受光信号が途切れた後で、再び受光信号を受けた場合には、硬貨検出回路５９は、第２のトリガ信号をタイミング発生器５５及び処理回路５７へ送る。これは、硬貨到来位置４０に到来した硬貨２０が硬貨到来位置４０を通過した状態に対応する。このように、硬貨検出回路５９及び硬貨到来センサ４１によって、硬貨２０が硬貨到来位置４０へ到来したことの検知と、硬貨到来位置４０を通過したことの検知とが行われる。

ここで、このような画像読取装置１によって高速で搬送される硬貨２０を撮像するために必要な、各部の動作タイミングについて説明する。

このような画像読取装置１においては、搬送路Ｂ上を高速で搬送される硬貨２０を静止画像として捕らえるため、硬貨２０が搬送路Ｂ上でちょうど撮像位置１２ｃに到達した瞬間に照明部１４を極めて短時間点灯させて撮像を行う必要がある。このためには、照明部１４の点灯のタイミングを、硬貨到来センサ４１による通過検知のタイミングに合わせる必要がある。

また、この撮像の際、１つのフレームの画像データ中に硬貨２０の全体像を収めるために、撮像タイミングとＣＭＯＳイメージセンサ３７のＶＤ信号のセットのタイミングとをほぼ合わせる必要がある。これを実現するためには、撮像の瞬間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の駆動タイミングをリセットすることでＨＤ信号及びＶＤ信号をリセットすることが考えられる。しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサの性質上、リセット後の１フレーム以内では、不安定な画像データが出力される。

そこで、画像読取装置１では、撮像に先立ってＣＭＯＳイメージセンサ３７の駆動タイミングのリセットを行うことで、リセット後における１フレーム以内の不安定な画像データが十分に排出された後に撮像がされるようにしている。具体的には、図４に示すように、まず、硬貨到来センサ４１からの受光信号（図４（ａ））が途切れた時、硬貨検出回路５９から第１のトリガ信号が発せられ、タイミング発生器５５で発生するクロック信号、ＨＤ信号（図４（ｂ））及びＶＤ信号（図４（ｃ））がリセットされる。その後、硬貨到来センサ４１からの受光信号を再び受け、硬貨検出回路５９から第２のトリガ信号が発せられた時に、タイミング発生器５５から照明部１４に点灯信号（図４（ｄ））が送られ、照明部１４が極めて短時間点灯する。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ３７が照明部１４による光を受けることで、硬貨２０の静止画像が撮像され、ＣＭＯＳイメージセンサ３７からの画像データ出力（図４（ｅ））が行われる。

このような制御により、硬貨２０の前縁が硬貨到来位置４０に一致するような位置（以下「リセット位置」という）１２ｒに硬貨２０が到達した時点で、あらかじめＣＭＯＳイメージセンサ３７の駆動タイミングのリセットが行われることになる。その後、硬貨２０の後縁が硬貨到来位置４０に一致するような位置に硬貨２０が到達した時点（すなわち、ちょうど撮像位置１２ｃに硬貨２０が到達した時点）で、照明部１４が点灯して硬貨２０の撮像が行われる。

さらに、硬貨２０がリセット位置１２ｒから撮像位置１２ｃまで移動する間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７から、リセット後の１フレームまでの画像データのほとんどが確実に排出されることが必要であり、かつ、撮像のタイミングとＣＭＯＳイメージセンサ３７のＶＤ信号のセットのタイミングとをほぼ合わせることが必要である。このため、タイミング発生器５５で発生するクロック信号の周波数と、搬送路Ｂ上における硬貨２０の搬送速度を関連付けることとし、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の動作クロック周波数を、硬貨２０の搬送速度に同調して比例するように制御することとしている。そして、画像読取装置１においては、硬貨２０がリセット位置１２ｒから撮像位置１２ｃまで移動する間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７が、ほぼ１フレーム分（ここでは、１フレーム分よりもやや多い）の画像データを出力し排出するように、クロック信号の周波数が制御される。

具体的に、このような制御を行うため、画像読取装置１は、ＰＬＬ回路６１を含むクロック制御部６０を備えている。このクロック制御部６０は、エンコーダ５３からのパルス信号に基づいて、タイミング発生器５５で発生するクロック信号の周波数を制御する機能を有している。ＰＬＬ回路６１は、位相比較器６１ａとＶＣＯ発振器６１ｂとを有しており、エンコーダ５３はこのＰＬＬ回路６１を介してタイミング発生器５５に接続されている。ＰＬＬ回路６１の位相比較器６１ａでは、エンコーダ５３からのパルス信号と、タイミング発生器５５内のカウンタ５５ａからのクロック信号との位相が比較され、両者の周波数差が少なくなるようにＶＣＯ発振器６１ｂへの出力電圧が制御される。ＶＣＯ発振器６１ｂは、その出力電圧に対応した周波数で発振し、タイミング発生器５５で発生するクロック信号の周波数を決定する。このような構成により、タイミング発生器５５で発生するクロック信号を、エンコーダ５３からのパルス信号に同期させることができ、その結果として、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の動作クロック周波数を、搬送路Ｂ上における硬貨２０の搬送速度に同調して比例するように制御することができる。

以上の制御の結果、画像読取装置１においては、硬貨２０が撮像位置１２ｃに到達する前に、リセット後における１フレーム以内の不安定な画像データがすべて排出され、ＶＤ信号のセットにより２フレーム目の出力が始まる。その直後に硬貨２０が撮像位置１２ｃに到達して撮像が行われることで、２フレーム目の画像データ中に硬貨２０の全体像が収められて出力される。このように、硬貨２０の撮像は、１フレーム以内の不安定なデータの排出後に行われることになるので、撮像位置１２ｃに到達した時点の硬貨２０の安定した画像データを得ることができる。また、ＶＤ信号のリセット後において、ほぼ１フレームの時間が経過し、２フレーム目が開始した直後に撮像を行うことになるので、２フレーム目の画像データ中に硬貨２０の安定した全体像を収めて処理回路５７へ送ることができる。

また、この画像読取装置１では、硬貨到来センサ４１が、硬貨２０がリセット位置１２ｒに到達したことを検知するセンサと、撮像位置１２ｃに到達したこととを検知するセンサと、の機能を兼ね備えており、部品の共有化が図られている。

また、画像読取装置１によれば、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の動作クロック周波数が制御されて、硬貨２０がリセット位置１２ｒから撮像位置１２ｃまで移動する時間と、ＣＭＯＳイメージセンサ３７が画像データを排出するスピードとが比例することになる。よって、ＣＭＯＳイメージセンサ３７の駆動タイミングがリセットされてから撮像が行われるまでの間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７からは、搬送速度に依らず、常に同じ画像データ量を排出することができる。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ３７は、常に同じタイミングで硬貨２０を撮像することができるので、硬貨２０の全体像を１フレーム内に常に収めることが可能となる。

ここでは、硬貨２０がリセット位置１２ｒから撮像位置１２ｃまで移動する間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７が出力する画像データ量を、１フレーム分よりもやや多く設定しているが、１フレーム分よりもやや少なくなるように設定してもよい。この場合、リセット後の１フレーム以内の不安定な画像データがほとんど排出された時点で、硬貨２０が撮像位置１２ｃに到達して撮像が行われる。そして、その後のＶＤ信号のセットにより２フレーム目の出力が始まり、この２フレーム目の画像データ中に硬貨２０の全体像が収められて出力されることになる。

また、この画像データ量は、ほぼ１フレーム分に限られず、１フレーム分のほぼ整数倍になるように設定してもよい。このように設定しても、撮像のタイミングと、ＶＤ信号のセットのタイミングとをほぼ合わせることができるので、同様の効果が得られる。また、硬貨のうち最大径を有する５００円硬貨を読み取る場合であって、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ３７のＨＤ信号の周期が６３．５μｓで、ＶＤ信号の周期が５０３Ｈ（すなわち、１フレーム＝５０３Ｈ）の場合、５００円硬貨２０がリセット位置１２ｒから撮像位置１２ｃまで移動する間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３７が排出する画像ライン数は、１フレーム＋９Ｈ±２４Ｈとすることが好適である。

本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した画像読取装置の断面図である。 図１に示した画像読取装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す画像読取装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…画像読取装置、１２ｒ…リセット位置、１２ｃ…撮像位置、１４…照明部、２０…硬貨（読取対象物）、３６…結像レンズ、３７…ＣＭＯＳイメージセンサ、３８…発光素子、３９…受光素子、４１…硬貨到来センサ（検知部）、５３…エンコーダ（搬送速度検知手段）、５５ａ…カウンタ、５５…タイミング発生器、５９…硬貨検出回路、６０…クロック制御部（クロック制御手段）、６１…ＰＬＬ回路、６１ａ…位相比較器、６１ｂ…ＶＣＯ発振器、Ｂ…搬送路。

Claims (3)

1. 所定の搬送路を搬送される読取対象物の表面の画像を読み取る画像読取装置において、
   前記搬送路上の撮像位置に搬送された前記読取対象物に照明光を照射する照明部と、
   前記読取対象物で反射された反射光を受光して前記読取対象物を撮像するＣＭＯＳイメージセンサと、
   前記照明部と前記ＣＭＯＳイメージセンサとの間に配置され、前記読取対象物で反射された反射光を前記ＣＭＯＳイメージセンサに結像させる結像レンズと、
   前記読取対象物が前記撮像位置よりも搬送方向の上流側のリセット位置に到達したこと及び前記読取対象物が前記撮像位置に到達したことを検知する検知部と、
   前記読取対象物が前記リセット位置に到達したことを前記検知部が検知した時に、前記ＣＭＯＳイメージセンサの駆動タイミングをリセットするリセット手段と、
   前記読取対象物が前記撮像位置に到達したことを前記検知部が検知した時に、前記照明部を点灯させる照明制御手段と、
   前記読取対象物が前記リセット位置に到達してから前記撮像位置に到達するまでに、前記ＣＭＯＳイメージセンサが１フレーム分のほぼ整数倍の画像データを出力するように、前記ＣＭＯＳイメージセンサの動作クロック周波数を制御するクロック制御手段と、を備えたことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記読取対象物の搬送速度を検知する搬送速度検知手段を更に備え、
   前記クロック制御手段は、前記ＣＭＯＳイメージセンサの前記動作クロック周波数が、前記搬送速度検知手段によって検知された前記搬送速度に同調して比例するように、前記動作クロック周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記検知部は、
   前記読取対象物が前記リセット位置に到達したことを検知する到来検知と、
   前記読取対象物が前記撮像位置に到達したことを検知する通過検知と、を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。

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