JP2013131183A - 紙幣識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高輝度な光を発光素子より導光棒に対して照射する為に、導光棒の直径を大きくしても、光センサの小スペース化が実現でき、しかも、手作業による組み付けを行うことなく発光素子を基板に取り付けることができる紙幣識別装置を提供する。
【解決手段】 紙幣１２を光走査により識別する紙幣識別装置において、発光手段３１は、紙幣１２の移動方向に対して直交する方向Ｆに延びる直線状の導光棒４６と、発光側基板３８に直接取り付けられ導光棒４６の側端面４６ａの中心付近に光を照射する発光素子４７と、を有する。発光側基板３８は、導光棒４６と嵌合可能な開口部４８を有し、導光棒４６と開口部４８を嵌合することで、導光棒４６を発光側基板３８に嵌め込むようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、紙幣識別装置にかかり、より詳細には、無人機もしくは自動販売機等に搭載される紙幣識別装置の光センサに導光棒を用いて、装置の識別性能を向上させる技術に関する。

光学素子を用いた紙幣識別装置が広く利用されている。多くの紙幣識別装置では、光学素子として発光素子および受光素子が用いられる。発光素子は、紙幣の印刷面に対して光を照射し、受光素子は、紙幣を透過して印刷および透かし模様の特徴を含む光を受光する。

従来の紙幣識別装置では、識別するライン毎に発光素子を複数配置していた。
また、横一列に発光素子を並べたラインセンサを用いて、紙幣を識別する技術も周知である。近年、このようなラインセンサの代替品として、導光棒を用いてライン状に光を照射する各種の技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１には、導光体の側端面より第１の光源素子（ＬＥＤ）から可視光が照射され、導光体の周面のうち紙幣側とは反対側の面より第２の光源素子からＵＶ光を照射し、これら２方向からの光を紙幣識別に利用する技術が開示されている。

また、特許文献２には、レンズアレイ
(導光体)の側端面より光を照射し、このレンズアレイを介して紙葉類を透過してきた光を受光することにより、紙葉類を識別する技術が開示されている。

また、特許文献３には、導光体を用いて、紫外線をライン状に照射する技術が開示されている。

ところで、埃が発生しやすい環境や、遊戯店のように煙草の煙などにより光センサが汚れやすい環境では、汚れが発光素子や受光素子や導光棒に付着することで受光素子の受光量が低下する。また、時間の経過によっても発光素子や受光素子の劣化により発光量や受光量は低下する。また、紙幣が古くなるに従って、紙幣の表面が汚れると、紙幣の印刷された部分と、印刷されていない部分あるいは透かし部分との明暗が受光素子で検出出来なくなる。

特開２０１０−２６６９３１号公報 特許４６８４５８８号公報 国際公開第２００９／１４４８６７号公報

上記から、紙幣識別装置において、発光量を増やす技術が望まれる。
そこで、ＬＥＤ光源の発光量を増やすことが考えられる。ＬＥＤ光源の発光量を増加させる場合、ＬＥＤの数を増やす、または、ＬＥＤ素子の発光面積を広げることになる。ＬＥＤ素子の発光面積を広げると、導光棒の直径も大きくして、ＬＥＤ素子の発光部全面を導光棒の側端面で覆う必要がある。導光棒の直径の大きさを稼ぐ案として、導光棒の断面を蒲鉾状もしくはＤカット状に形成することが一般に行われる。これにより、導光棒の直径を大きくしつつ、導光棒の全体としての高さを小さくできる。

しかし、蒲鉾状もしくはＤカット状の導光棒の場合、光が出射される面と反対側の面（反射面）が平面状になる。反射面が平面状になると、導光棒から照射される光は拡散する。また、反射面が広くなるほど導光棒から照射される光は広角となる。
したがって、この場合、紙幣の識別に必要とする特定の領域（以下識別ゾーンという）に対して光を照射した際に、紙幣の識別ゾーンを含む広範囲に光が照射されることとなり、識別ゾーンに効率良く光を照射できなくなる。紙幣の識別ゾーンに効率良く光を照射するには、拡散光よりも、漏れの少ない集光が望ましい。

また、導光棒の側端面から光を入射する場合、導光棒の側端面のほぼ中心より光を入射すると効率が良いとされている。導光棒の直径が大きくなると、発光素子を基板に組み付けるときに、導光棒の直径の大きさを考慮して、発光制御のための専用の基板を別途取り付けるか、発光制御部が実装された制御基板に、足の長い端子を備える発光素子を取り付けなければならない。このため、発光素子の制御基板への取り付けが手作業となり、組み付け作業が煩雑になるばかりか組み付け精度の均一化が困難となる。

また、導光棒の直径を大きくすると、紙幣識別装置の大型化を招く。紙幣識別装置の小型化が求められる中、光センサの小スペース化を実現しつつ発光側の光を増やす技術も求められている。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、
高輝度な光を発光素子より導光棒に対して照射する為に、導光棒の直径を大きくしても光センサの小スペース化が実現でき、しかも、手作業による組み付けを行うことなく発光素子を基板に取り付けることができる紙幣識別装置を提供することにある。

本発明の紙幣識別装置は、紙幣識別用の制御基板に発光素子を設け、前記発光素子から発光された光を紙幣の印刷面に導光棒を介して照射し、前記紙幣を透過して前記紙幣の印刷および透かし模様の特徴を含む光を受光素子で受光する紙幣識別装置において、前記制御基板は、前記導光棒と嵌合可能な開口部を有し、前記導光棒は、前記開口部と嵌合することで前記制御基板に嵌め込まれ、前記発光素子は、前記制御基板に直接取り付けられると共に、前記嵌め込まれた導光棒の側端面の中心付近に光を照射することを特徴とする。

本発明の紙幣識別装置によれば、導光棒を制御基板に嵌め込むようにしたので、導光棒の直径を大きくすることができ、高輝度な光を紙幣に照射することができる。よって、汚れた紙幣、古くなった紙幣の識別に対しても、受光素子で得られる検出データから、印刷面の明暗を明確に識別することができる。また、導光棒が制御基板に嵌め込まれるので、光センサの小スペース化が実現できる。さらに、導光棒を制御基板に嵌め込むことで、導光棒の中心を制御基板側に寄せることができる。これにより、発光制御のための専用の基板を別途取り付けるなどの必要もないため、手作業の組み付けを行うことなく発光素子を制御基板に取り付けることができる。したがって、組み付け作業が容易であり、なおかつ組み付け精度の均一化が図れる。

本発明の実施形態にかかる紙幣識別装置のブロック図である。 図１のＡ矢視図であり、光センサの正面図である。 光センサの断面図である。 図３のＢ矢視図である。 図３のＣ矢視図である。 図３のＤ−Ｄ線断面図である。 図３のＥ−Ｅ線断面図である。 導光棒の光反射層の構成を説明する図であり、（ａ）は集光型の導光棒の横断面図、（ｂ）は拡散型の導光棒の横断面図、（ｃ）は導光棒の縦断面図である。 （ａ）は紙幣識別装置の作用説明図、（ｂ）は比較例の導光棒の構成を示す図、（ｃ）は他の比較例の導光棒の構成を示す図である。 実施形態の変形例にかかる光センサの断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。なお、実施形態および実施形態の変形例の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は、本発明の紙幣識別装置の全体構成を示した図である。図１において、紙幣識別装置１０は、紙幣挿入口１１を有する。この紙幣挿入口１１から挿入される紙幣１２は、搬送ベルト１３によって装置の内部に搬送される。

紙幣挿入口１１の背部から搬送ベルト１３の中途部にかけて、複数（ここでは、２個）の光センサ３０が配置され、紙幣１２は、これらの光センサ３０の設置箇所を順次通過する。

光センサ３０は、挿入される紙幣１２を間にして対向配置される発光手段３１と受光素子３２を備えて構成される。紙幣挿入口１１の背部に設置される光センサ３０は、紙幣の挿入の有無を検出する入口センサとして機能するともに、後段に設置される光センサ３０と同様に紙幣１２の種類を識別する機能も兼ね備える。搬送ベルト１３の箇所に設置される光センサ３０は、紙幣１２の種類を識別する機能のみを備えたものとして構成される。

光センサ３０によって紙幣１２の挿入が検知されると、その検知信号はＡ／Ｄ変換部１５を介して制御部１６の発光・受光制御部１６ａに入力され、制御部１６は駆動部１７に制御信号を出力させて搬送ベルト１３を駆動させ、紙幣１２を搬送ベルト１３の下流側へと導く。なお、制御部１６は、駆動部１７からタコメータ１８を介してフィードバック信号が入力され搬送ベルト１３の駆動の適格な制御を行う。

紙幣１２の先端部が下流側の光センサ３０の設置箇所に到達すると、たとえば、制御部１６は、紙幣１２の到達を検出するともに、２箇所の光センサ３０のそれぞれから紙幣１２の特徴データのサンプリングを行い、この特徴データに基づいて紙幣の種類の識別処理を紙幣識別部１６ｂにて実行する。この識別処理は、紙幣１２の後端部が下流側の光センサ３０を通過するまで行われる。なお、上記特徴データに基づく識別処理は、記憶部２１に予め記憶された光量基準データ２１ａ、金種別閾値データ（複数の閾値、正規データ等）２１ｂとの比較によって行われる。

この場合、制御部１６によって紙幣１２が真券と判別した場合、その旨の信号（真券信号）を図示しない装置の主制御部へ出力させる。また、紙幣１２が真券でないと判別した場合、搬送ベルト１３を逆転し、紙幣１２を紙幣挿入口１１へ戻す動作を行う。

なお、発光手段３１には、制御部１６からＤ／Ａ変換部２２を介して電源が供給される。

続いて、光センサ３０の構成を図２〜図８に基づいて詳細に説明する。
まず、図２に基づいて、光センサ３０の全体構成および受光素子３２周辺の構成を説明する。図２は、光センサ３０の正面図であり、図１のＡ矢視図である。

図２に示すように、光センサ３０は、発光側筐体３３と、発光側筐体３３に対向する受光側筐体３５と、を有する。受光側筐体３５には、発光側筐体３３に向けて突出する１対の位置規制部３６が設けられる。この位置規制部３６、および、発光側筐体３３と受光側筐体３５の対向面により、紙幣１２が通過可能な紙幣用通路３７が形成される。位置規制部３６は、紙幣用通路３７を通過する紙幣１２の長辺部１２ａを位置決めする。

発光側筐体３３の内側には、発光側基板（制御基板に相当）３８と、この発光側基板３８に設けられて紙幣１２の印刷面に光を照射する発光手段３１と、が配設される。また、受光側筐体３５の内側には、受光側基板４１と、この受光側基板４１に設けられて紙幣１２を透過した光を受光する受光素子３２と、が配設される。光センサ３０では、発光手段３１および受光素子３２の間に紙幣１２を通過させることで紙幣１２を光走査し、印刷および透かし模様の特徴が含まれる光を受光素子３２で受光する。

受光素子３２は、たとえばフォトダイオードであり、受光側基板４１に複数（ここでは４個）設けられる。複数の受光素子３２は、紙幣１２の移動方向に対して直交する方向（矢印Ｆで示す紙幣１２の短辺に沿う方向）に沿って等間隔に並べられる。

次に、発光側筐体３３および発光手段３１を図３に基づいて説明する。
図３に示すように、発光側筐体３３は、発光手段３１からの光を紙幣１２に照射させるための開口部４２を有する。開口部４２の縁部のうち、方向Ｆに沿う縁部には、発光用基板３８側に向けて複数対のガイド部４３，４４が形成される。複数対のガイド部４３，４４は、方向Ｆに沿って、ほぼ等間隔に並べられる。ここでは、５対のガイド部４３，４４が形成されており、２対のガイド部４４は、紙幣１２の長辺部１２ａ付近に配置される。残る３対のガイド部４３は、紙幣１２の２つの長辺部１２ａの間に配置される。なお、発光側筐体３３の開口部４２の構成については、後述する。

発光手段３１は、導光棒４６および発光素子４７で構成される。導光棒４６は、直線状であり、紙幣１２を挟んで受光素子３２（図２参照）と対向するように設けられ、方向Ｆに沿って延びる。導光棒４６の材質は、アクリル樹脂に代表される各種の導光材料から選択可能である。導光棒４６は、ガイド部４３，４４に保持されており、ガイド部４３，４４は、導光棒４６を保持した状態で、発光側基板３８の開口部４８に嵌合される。なお、開口部４８の構成、導光棒４６の断面形状、および、ガイド部４４の構成の詳細は、後述する。

発光素子４７は、１対のＬＥＤであり、導光棒４６の側端面４６ａの近傍に配置され、側端面４６ａに向けて光を照射する。発光素子４７は、発光側基板３８の表面に実装される。発光素子４７の中心は、導光棒４６の中心Ｐとほぼ一致している。なお、発光素子４７は、導光棒４６の２つの側端面４６ａのうち、いずれか一方の側端面４６ａの近傍のみに設けてもよい。

次に、発光側筐体３３の開口部４２の構成を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、開口部４２は、透明性を有するカバー５１によって塞がれる。開口部４２の幅およびカバー５１の幅は、紙幣１２の短辺の長さと同程度またはそれよりも大きく設定される。導光棒４６からの光は、開口部４２およびカバー５１を透過して、紙幣１２に照射される。開口部４２の形状およびカバー５１の構成は、装置に求められる仕様に応じて、任意に設定可能である。

次に、発光側基板３８の開口部４８の構成を図５に基づいて説明する。
図５に示すように、開口部４８は、長方形であり、長辺の長さが導光棒４６よりも大きく設定される。そして、開口部４８は、複数対のガイド部４３，４４と嵌合される。導光棒４６は、ガイド部４３，４４と共に開口部４８と嵌合することで、周面の一部が開口部４８に嵌め込まれると同時に、発光側基板３８における正規の位置に固定される。この嵌合による位置決めによって、導光棒４６は、中心Ｐが発光素子４７の中心とほぼ一致するように取り付けられる。

次に、導光棒４６の断面形状およびガイド部４３，４４の構成を図６、図７に基づいて説明する。図６に示すように、導光棒４６の断面は、側端部を除いて、円形に形成される。ガイド部４３は、導光棒４６の周面のうち、紙幣１２とは反対側の面を保持する保持面４３ａを有する。保持面４３ａは、導光棒４６の周面の曲率に合させた凹曲面状に形成されており、安定的に導光棒４６を保持する。

図７に示すように、導光棒４６の側端部４６ｂの断面は、紙幣１２側に位置する円弧と、紙幣１２とは反対側に位置する直線と、からなるＤカット状に形成される。ガイド部４４は、Ｄカット状の側端部４６ｂの角部を保持する保持面４４ａを有する。保持面４４ａは、側端部４６ｂの角部に合せた形態であり、安定的に導光棒４６の側端部４６ｂを保持する。このように、導光棒４６の側端部４６ｂをＤカット状の断面に形成することで、導光棒４６の姿勢安定性および取り付け性を向上させることができる。また、導光棒４６の側端部４６ｂのみをＤカット状の断面に形成することで、発光素子４７（図２参照）からの光の漏れを最小限に抑えることができる。なお、導光棒４６の側端部４６ｂの形状は、Ｄカット状に格別に限定されるものではなく、円形を含む任意の形状から選択可能である。

次に、導光棒４６の光反射層の構成例を図８に基づいて説明する。
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、導光棒４６の内部において、紙幣１２（図３参照）側と反対側の部位には、光反射層５２を設けることができる。この光反射層５２は、発光素子４７（図３参照）から側端面４６ａに入射した光を反射する。これにより、導光棒４６において、紙幣１２（図３参照）側に向く側面出射光（矢印（１）で示す光）を得ることができる。側面出射光は、光反射層５２の形態を変更することで、図８（ａ）に示す集光型や、図８（ｂ）に示す拡散型など、種々のタイプから選択可能であるが、紙幣１２の識別ゾーンに効率的に光を照射できる集光型を選択することが望ましい。

以上に述べた実施形態の作用・効果を図９に基づいて説明する。
図９（ａ）に示すように、実施形態では、導光棒４６を発光側基板３８に嵌め込むようにして、導光棒４６の直径ｄを大きくした。これに対して、図９（ｂ）に示すように、開口部を設けず、導光棒４６を発光側基板３８に単に取り付けた場合、導光棒４６の直径ｄを大きくすると、発光素子４７の中心位置を上げるために、発光制御のための専用の基板５３を別途取り付けたり、足の長い端子を備える発光素子を取り付けたりしなければならない。

また、図９（ｃ）に示すように、発光素子４７の中心位置を単に下げると、発光素子４７からの光の一部が導光棒４６の側端面４６ａから外れるため、効率的に光を導光棒４６に入射させることができない。

この点、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、導光棒４６を発光側基板３８に嵌め込むようにしたので、導光棒４６の設置スペースを大きく確保でき、導光棒４６の直径ｄを大きくすることができる。加えて、発光素子４７の中心を導光棒４６の中心Ｐにほぼ一致させることができるので、発光素子４７からの光を導光棒４６にほぼ１００％入射させることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明による紙幣識別装置１０によれば、太い導光棒４６に効率的に光を入射できるため、高輝度な光を紙幣１２に照射することができる。よって、汚れた紙幣、古くなった紙幣の識別に対しても、受光素子３２で得られる検出データから、印刷面の明暗を明確に識別することができる。また、導光棒４６が発光側基板３８に嵌め込まれるので、光センサ３０の小スペース化が実現できる。さらに、発光制御のための専用の基板５３を別途取り付けるなどの必要もないため、手作業の組み付けを行うことなく発光素子４７を発光側基板３８に取り付けることができる。

続いて、実施形態の変形例を図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、この変形例では、発光側基板３８および発光側筐体３３のそれぞれに開口部４２，４８を設け、導光棒４６を開口部４２，４８に直接嵌合した。このように、発光側基板３８と発光側筐体３３で導光棒４６を単に挟むようにすることで、前述した光センサ３０（図２参照）と同様の作用・効果が得られると共に、構成の簡素化を図ることができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０……紙幣識別装置、１２……紙幣、３２……受光素子、３８……発光側基板（制御基板）、４６……導光棒、４６ａ……側端面、４７……発光素子、４８……開口部。

Claims (1)

1. 紙幣識別用の制御基板に発光素子を設け、前記発光素子から発光された光を紙幣の印刷面に導光棒を介して照射し、前記紙幣を透過して前記紙幣の印刷および透かし模様の特徴を含む光を受光素子で受光する紙幣識別装置において、
   前記制御基板は、前記導光棒と嵌合可能な開口部を有し、
   前記導光棒は、前記開口部と嵌合することで前記制御基板に嵌め込まれ、
   前記発光素子は、前記制御基板に直接取り付けられると共に、前記嵌め込まれた導光棒の側端面の中心付近に光を照射することを特徴とする紙幣識別装置。

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