JP2014071044A - スペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置並びに紙葉類識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズやプリズムを含むスペクトルセンサで光学倍率及び焦点を容易に調整する。
【解決手段】光源からの光路に沿って、偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、焦点調整可能な可動式のレンズ及びラインイメージセンサが順に配置されたスペクトルセンサの光学系で、基準光源によって所定波長の基準光を干渉計へ向けて入射して、干渉計を経てレンズによって集光された光をラインイメージセンサによって受光して、ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成して、生成された分光スペクトルデータに基づいて焦点及び光学倍率を自動的に調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、レンズやプリズムを含むスペクトルセンサで光学系の光学倍率及び焦点を調整するためのスペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置と、このスペクトルセンサを利用する紙葉類識別装置に関する。

従来、紙葉類等の光学的な特徴を測定するために、レンズやプリズムを含む光学系と、この光学系で得られる分光スペクトルを撮像するＣＣＤ等の撮像素子とを含むスペクトルセンサが利用されている。例えば、測定対象となる紙葉類に、光源から光を照射して、紙葉類からの反射光や透過光を光学系によって受光する。光学系で受光した光からプリズム等を利用して干渉縞が形成されると、これを撮像素子によって撮像する。撮像される干渉縞は測定対象となる紙葉類の光学特性に応じて変化するため、干渉縞から得られる特徴に基づいて紙葉類の種類や真偽を判別することができる。

例えば、特許文献１では、レンズ、偏光子、ウォラストンプリズム等から成る光学系を利用した分光装置が開示されている。このような光学系を利用して正しく測定を行うためには、撮像素子上で焦点が合った状態かつ適切な光学倍率で干渉縞を撮像する必要がある。

特許第３０９５１６７号

しかしながら、プリズムを含む光学系を有するスペクトルセンサでは、焦点や光学倍率を調整することが難しいという問題がある。例えば、光学系が、干渉縞を形成するためのプリズムを含まずミラーやレンズのみで構成される場合には、測定対象物が置かれる位置に基準チャートを設置して、光学系を経て撮像素子で取得される画像に基づいて焦点等を容易に調整することができる。ところが、スペクトルセンサのようにプリズムを利用して干渉縞を形成する光学系で、同様の方法により調整を行おうとすると、プリズム内部に基準チャート等を配置することになる。プリズム内に基準チャート等を配置することはできないので、プリズムを取り外して、干渉縞が発生する空間位置に基準チャート等を配置しようとしても、この空間位置を正確に特定することは困難である。

また、スケールやラダーパターンが描かれた基準チャートを撮像素子によって撮像して、この画像を利用して調整作業を行う場合とは異なり、干渉縞を確認しながら焦点や光学倍率を調整する作業では調整量を判断することも困難である。

スペクトルセンサを構成する光学系では、レンズやプリズムの加工精度等にバラツキがあるため、このバラツキに対応して焦点や光学倍率を正しく調整して、スペクトルセンサの光学性能を確保する必要がある。このため、複数の光学部品から構成されるスペクトルセンサで、容易かつ正確に焦点や光学倍率を調整する方法及び装置が求められていた。

本発明は、上述した従来技術の課題を解消するためになされたものであって、レンズやプリズムを含むスペクトルセンサで、光学系の光学倍率及び焦点を容易かつ正確に調整することができるスペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置並びにこのスペクトルセンサを利用する紙葉類識別装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源からの光路に沿って、偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、焦点調整可能な可動式レンズ及びラインイメージセンサが順に配置されたスペクトルセンサの光学系調整方法であって、基準光源によって所定波長の基準光を前記干渉計へ向けて入射する基準光入射工程と、前記干渉計を経て前記レンズによって集光された光を前記ラインイメージセンサによって受光する受光工程と、前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成工程と、前記スペクトルデータ生成工程で生成された分光スペクトルデータに基づいて前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を自動調整して焦点を合わせる焦点調整工程とを含んだことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記スペクトルデータ生成工程で求めた分光スペクトルデータに基づいて前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を自動調整して、前記ラインイメージセンサに結像される像の光学倍率を所定倍率に合わせる光学倍率調整工程をさらに含んだことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記焦点調整工程では、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて自動調整することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記光学倍率調整工程では、前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を、ピーク位置の波長が前記基準光の波長と一致するときの距離に向けて自動調整することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記ラインイメージセンサ及び前記レンズを、焦点が合うときの距離よりも近づく方向又は遠ざかる方向へ所定距離離れて設定された初期位置に配置する初期設定工程をさらに含み、前記焦点調整工程では、前記ラインイメージセンサ及び前記レンズの少なくともいずれか一方を、焦点が合う距離となる方向に移動させながら焦点調整を開始することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記光学倍率調整工程では、前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記分光スペクトルデータを所定の光学倍率で取得されたデータに補正するための補正倍率を求めることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記基準光を利用して前記ラインイメージセンサで受光した光から求めた波長と、前記基準光が発する所定波長との比率を補正倍率として、フーリエ変換後のデータで周波数軸から波長軸への周波数波長変換に利用する変換係数を定めた周波数波長変換テーブルから、各変換係数を前記補正倍率で補正した補正テーブルを作成する工程をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明は、干渉波を形成するための偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、前記干渉計から出射した光を集光して焦点を合わせるためのレンズ、及び前記レンズにより検討された干渉縞を撮像するラインイメージセンサを有するスペクトルセンサで、光学系の調整を行うための光学系調整装置であって、所定波長の基準光を照射可能な基準光源と、前記干渉計に前記基準光源からの光を入射して前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成すると共に、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて調整する制御部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御部は、前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を、ピーク位置の波長が前記基準光の波長と一致するときの距離に向けて調整することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御部は、前記基準光を利用して前記ラインイメージセンサで受光した光から求めた波長と、前記基準光が発する所定波長との比率を補正倍率として、フーリエ変換後のデータで周波数軸から波長軸への周波数波長変換に利用する変換係数を、前記補正倍率で補正した補正テーブルを作成することを特徴とする。

また、本発明は、紙葉類識別装置であって、干渉波を形成するための偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、前記干渉計から出射した光を集光して焦点を合わせるためのレンズ、及び前記レンズにより検討された干渉縞を撮像するラインイメージセンサを有するスペクトルセンサと、所定波長の基準光を照射可能な基準光源と、前記干渉計に前記基準光源からの光を入射して前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成すると共に、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて自動調整する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基準光源から照射される所定波長の光を利用して、光学系を経て取得される分光スペクトルに基づいて焦点調整を行うので、焦点の合っている度合いを数値化して、焦点を容易かつ正確に調整することができる。

また、本発明によれば、同様に、基準光源を利用して取得された分光スペクトルに基づいて光学倍率が所定倍率となるように調整を行うので、光学倍率のずれを数値化して、光学倍率を容易かつ正確に調整することができる。

また、本発明によれば、焦点調整に利用するレンズとイメージセンサの間の距離を変化させた際の分光スペクトルデータに現れるピーク強度の変化を確認して、レンズとイメージセンサの間の距離を、ピーク強度が極大値を示す距離とすることで焦点を合わせることができるので、容易かつ正確に焦点を調整することができる。

また、本発明によれば、干渉縞を形成させるための干渉計とイメージセンサの間の距離を変化させた際の分光スペクトルデータに現れるピーク波長の変化を確認して、干渉計とイメージセンサの間の距離を、ピーク波長が分光スペクトルを取得した基準光の波長と一致する距離とすることで所定の光学倍率に合わせることができるので、容易かつ正確に光学倍率を調整することができる。

また、本発明によれば、焦点調整に利用するレンズを、焦点が合うときのレンズとイメージセンサの間の距離より離れて設定された初期位置又は近付けて設定された初期位置に配置するので、焦点を調整するためにレンズを移動させるべき方向が明確となり、焦点調整を開始する際にレンズを移動させるべき方向を判定する必要がない。

また、本発明によれば、基準光源の波長とこの基準光源を利用して取得された分光スペクトルデータに現れるピーク波長との比率から補正倍率を求めて補正テーブルを作成し、この補正テーブルによって所定の光学倍率で測定した場合のデータを得ることができるので、光学倍率を調整するために干渉計とイメージセンサの間の距離を調整する必要がない。

図１は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットと光学系調整制御ユニットの構成を説明する機能ブロック図である。 図２は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットを含む紙葉類識別装置の構成例を示す機能ブロック図である。 図３は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの利用方法を説明する図である。 図４は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系調整部の機構を説明するための図である。 図５は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系調整部の機構の詳細を説明するための説明図である。 図６は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系調整方法を説明するための説明図である。 図７は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系の焦点の調整方法を説明するための説明図である。 図８は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系の光学倍率の調整方法を説明するための説明図である。 図９は、実施例１に係るスペクトルセンサユニットの光学系の焦点及び光学倍率の調整手順を示すフローチャートである。 図１０は、実施例２に係るスペクトルセンサユニットと光学系調整制御ユニットの構成を説明する機能ブロック図である。 図１１は、実施例に２に係るスペクトルセンサユニットの光学系の光学倍率の補正方法を説明する図である。 図１２は、実施例２に係るスペクトルセンサユニットの光学系の焦点調整及び光学倍率補正の手順を示すフローチャートである。 図１３は、スペクトルセンサユニットが光学系の調整に係るデータを保存する記憶部を有する場合の構成例を説明する機能ブロック図である。 図１４は、調整用基準光源を有するスペクトルセンサユニットの構造の例を説明する模式図である。 図１５は、調整用基準光源がスペクトルセンサユニットから独立して別途設けられた場合の調整装置の構成例を示す機能ブロック図である。 図１６は、調整用基準光源を有さないスペクトルセンサユニットを紙葉類識別装置で利用する場合の構成例を示す機能ブロック図である。 図１７は、調整用基準光源を有さないスペクトルセンサユニットを利用する場合の調整用基準光源の配置例を説明する模式図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係るスペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置並びに紙葉類識別装置の好適な実施例を詳細に説明する。以下に示す実施例１及び２では、紙葉類の種類や真偽を識別する紙葉類識別装置で、紙葉類の光学特性を取得するために利用されるスペクトルセンサユニットを例に、本発明に係るスペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置並びに紙葉類識別装置について説明する。

まず、本実施例１に係るスペクトルセンサユニットと光学系調整制御ユニットの構成について説明する。図１は、本実施例１に係るスペクトルセンサユニット１０と光学系調整制御ユニット２０の装置構成を示す機能ブロック図である。スペクトルセンサユニット１０は、後述する紙葉類識別装置に組み込まれるユニットである。光学系調整制御ユニット２０は、スペクトルセンサユニット１０の光学系の焦点及び光学倍率を自動調整するための制御ユニットである。また、表示部３０は、光学系調整制御ユニット２０の処理結果などを表示するための液晶ディスプレイ等の装置である。

スペクトルセンサユニット１０は、調整用基準光源１１、光学系部１２、光学系調整部１３及び撮像素子１４で構成されている。調整用基準光源１１は、光学系部１２の焦点及び光学倍率を調整する際に、特定波長の基準光を照射する機能を有する。光学系部１２は、偏光素子、複屈折プリズム及び結像レンズ等の光学部品によって構成され、入射光から干渉縞を形成して撮像素子１４上に結像させる機能を有する。光学系調整部１３は、光学系調整制御ユニット２０からの制御によって動作し、光学系部１２の焦点及び光学倍率の調整を行う機能を有する。撮像素子１４は、例えばＣＣＤ等を利用したラインイメージセンサであり、光学系部１２により結像された干渉縞を撮像する機能を有する。

光学系調整制御ユニット２０は、記憶部２１と制御部２２で構成され、調整用基準光源１１から照射された基準光を利用して光学系部１２によって結像した干渉縞を撮像素子１４で撮像し、該干渉縞から得られるデータに基づいて、焦点や光学倍率のずれを検知する。そして、光学系調整部１３を制御して光学系部１２の焦点及び光学倍率を自動調整する。記憶部２１は、ハードディスクや不揮発性メモリ等の記憶デバイスであり、分光スペクトルデータ２１ａと、レンズ位置別ピークデータ２１ｂと、周波数／波長変換テーブル２１ｃと、基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄとを記憶する。分光スペクトルデータ２１ａは、撮像素子１４で撮像したデータに対して、フーリエ変換及び周波数／波長変換処理を行うことにより得られたデータである。レンズ位置別ピークデータ２１ｂは、光学系部１２の焦点調整時に使用するデータであり、後述するレンズ１２ｈの位置と、該レンズ位置にあるときの分光スペクトルデータ２１ａの強度の最大値とが、関連付けて記憶される。周波数／波長変換テーブル２１ｃは、分光スペクトルデータ２１ａを生成する際に周波数を波長に変換する処理で使用するデータであり、周波数と波長とが関連付けて記憶される。基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄは、光学系部１２の光学倍率調整時に使用するデータであり、基準光源別に、分光スペクトルデータ２１ａで得られる波長と、後述する干渉計１２ｉと撮像素子１４の間の距離との関係が記憶されている。ただし、周波数／波長変換テーブル２１ｃについては、例えば、周波数と波長の関係が数式で容易に表されるような場合には、テーブルではなく、この数式を用いてもよい。

制御部２２は、光学系調整制御ユニット２０の全体を制御する制御部であり、調整用基準光源制御部２２ａ、分光スペクトルデータ作成部２２ｂ、焦点位置検出部２２ｃ、レンズ調整位置算定部２２ｄ、干渉計調整位置算定部２２ｅ及び光学系調整機構制御部２２ｆを有する。なお、以下の説明を含め、各部の制御を行う機能部は、これらの機能部に対応するプログラムを図示しないＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶しておき、これらのプログラムをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等に読み出して実行することにより実現される。

調整用基準光源制御部２２ａは、調整用基準光源１１の点灯及び消灯を制御する。分光スペクトルデータ作成部２２ｂは、撮像素子１４で撮像された干渉縞に対して、フーリエ変換及び周波数／波長変換処理を行うことによって得られたデータを分光スペクトルデータ２１ａとして保存すると共に、該分光スペクトルデータ２１ａのピークに関する情報をレンズ位置に関連付けてレンズ位置別ピークデータ２１ｂとして保存する。焦点位置検出部２２ｃは、作成されたレンズ位置別ピークデータ２１ｂにより、焦点が合うレンズ位置の検出を行う。分光スペクトルのピーク強度は焦点が合うレンズ位置で極大になるという特性を利用して、レンズ位置別ピークデータ２１ｂに基づいて焦点が合うレンズ位置を特定する。レンズ調整位置算定部２２ｄは、焦点位置検出部２２ｃによる検出結果に基づいて、焦点が合うレンズ位置へレンズ１２ｈを移動させるための移動方向及び移動距離を算定する。干渉計調整位置算定部２２ｅは、分光スペクトルデータ２１ａのピーク波長に基づいて基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄを参照して、干渉計１２ｉと撮像素子１４の間の位置関係を特定すると共に、所定の光学倍率を実現するための干渉計１２ｉの移動方向及び移動距離を算定する。光学系調整機構制御部２２ｆは、レンズ調整位置算定部２２ｄ及び干渉計調整位置算定部２２ｅによって算定された移動方向及び移動距離に基づいて、スペクトルセンサユニット１０の光学系調整部１３を制御することにより、光学系部１２のレンズ１２ｈ及び干渉計１２ｉの位置を調整する。焦点調整及び光学倍率の調整方法の詳細については後述する。

図１に示したスペクトルセンサユニット１０は、光学系調整制御ユニット２０による焦点及び光学倍率の調整がなされた後、例えば、紙葉類識別装置で、紙葉類の光学特性を測定するために利用される。図２は、図１に示したスペクトルセンサユニット１０を含む紙葉類識別装置４０の例を示す機能ブロック図である。紙葉類識別装置４０は、識別用光源４１、スペクトルセンサユニット１０、出力部４２、記憶部４３及び制御部４４を有する。

識別用光源４１は、紙葉類を識別する際に使用する光源である。出力部４２は紙葉類の識別結果などを外部に出力する機能を有する。

記憶部４３は、ハードディスクや不揮発性メモリ等の記憶デバイスであり、分光スペクトルデータ４３ａと、紙葉類判定基準データ４３ｂと、周波数／波長変換テーブル４３ｃとを記憶する。分光スペクトルデータ４３ａは、スペクトルセンサユニット１０の撮像素子１４から取得したデータにフーリエ変換及び周波数／波長変換処理を施して得られたデータである。紙葉類判定基準データ４３ｂは、判定対象となる紙葉類の判定基準データである。判定基準データは、各紙葉類で取得されるべき分光スペクトルデータで、紙葉類の種類毎に予め準備されている。周波数／波長変換テーブル４３ｃは、分光スペクトルデータ４３ａを作成する際に、周波数を波長に変換する処理で使用する周波数と波長の関係を規定したデータである。ただし、周波数／波長変換テーブル４３ｃについては、周波数と波長の関係が数式で容易に表される場合には、テーブルではなく、この数式を用いてもよい。

制御部４４は、紙葉類識別装置４０の全体を制御する制御部であり、光源制御部４４ａ、分光スペクトルデータ作成部４４ｂ及び真偽・正損判定部４４ｃを有する。

光源制御部４４ａは、識別用光源４１の点灯及び消灯を制御する。分光スペクトルデータ作成部４４ｂは、判定対象の紙葉類に識別用光源４１から光を照射した状態でスペクトルセンサユニット１０の撮像素子１４からデータが出力されると、このデータにフーリエ変換及び周波数／波長変換処理を施して分光スペクトルデータ４３ａを作成して記憶部４３に保存する。真偽・正損判定部４４ｃは、スペクトルセンサユニット１０を利用して得られた分光スペクトルデータ４３ａと、予め記憶部４３に保存された紙葉類判定基準データ４３ｂとを比較することにより、撮像された紙葉類の種類を特定すると共に、真偽及び正損の判定を行う。得られた判定結果は、出力部４２により外部へ出力される。

なお、紙葉類識別装置４０で利用される周波数／波長変換テーブル４３ｃは、図１に示すように、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２を調整した光学系調整制御ユニット２０から取得されるもので、光学系調整制御ユニット２０の記憶部２１に保存された周波数／波長変換テーブル２１ｃに相当する。光学系調整制御ユニット２０からデータを取得する際に、基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄを合わせて取得すれば、紙葉類識別装置４０内で、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２を調整することもできる。このとき、光学系調整制御ユニット２０と紙葉類識別装置４０の間で、図示しないネットワークや記憶媒体を利用してデータを授受する態様であってもよいし、スペクトルセンサユニット１０が記憶部を有し、この記憶部を利用してデータを授受する態様であっても構わない。また、スペクトルセンサユニット１０が調整用基準光源１１を有する態様に限らず、別途設けた調整用基準光源１１を利用する態様であってもよい。これらについては後述することとし、以下では、図１に示すように、光学系調整制御ユニット２０に接続された状態で光学系部１２の焦点及び光学倍率を調整する場合について説明する。

次に、図１に示したスペクトルセンサユニット１０の構成要素である光学系部１２及び撮像素子１４について説明する。図３は、光学系部１２及び撮像素子１４の構造を説明するための断面模式図である。光学系部１２は、ライトガイド１２ａと、カップリング１２ｂと、干渉計１２ｉと、レンズ１２ｈを含むレンズ部１２ｊとを有している。干渉計１２ｉは、フィルター１２ｃと、拡散板１２ｄと、第１の偏光板１２ｅと、複屈折プリズム１２ｆと、第２の偏光板１２ｇとを有している。撮像素子１４は、基板１４ａ上に形成されたＣＣＤから成るラインイメージセンサであり、光学系部１２によって結像される干渉縞を撮像する。複屈折プリズム１２ｆとして、例えば、ウォラストンプリズムを利用する。

ライトガイド１２ａは、Ｘ軸方向に等間隔かつ１列に配置されて、Ｚ軸に垂直な受光面を有する複数の受光部２１２ａ〜２１２ｐを有している。受光部２１２ａ〜２１２ｑにより受光された紙葉類からの反射光又は透過光は、ライトガイド１２ａの内部で全反射されながら出射部２１２ｑへ導かれて出射される。出射部２１２ｑからの光は、カップリング１２ｂによって集光された後、フィルター１２ｃによって赤外線や紫外線等の不要な励起光がフィルタリングされてから拡散板１２ｄに入射する。そして、拡散板１２ｄで一様な光に散乱されて出射された無偏光波を、第１の偏光板１２ｅによって、４５度の直線偏光波とする。第１の偏光板１２ｅから出射された直線偏光波は、複屈折プリズム１２ｆによる複屈折を利用して光路差（位相差）を有する異常光（垂直偏光波）及び常光（水平偏光波）の直交する２つの偏光成分に分離される。第２の偏光板１２ｇでは、光路差の生じた異常光及び常光の２つの偏光成分の振動面が揃えられる。その後、レンズ１２ｈにより２つの光成分を撮像素子１４に結像して、撮像素子１４により２つの光成分による干渉光の分布が干渉縞として撮像される。

干渉計１２ｉは、フィルター１２ｃ、拡散板１２ｄ、第１の偏光板１２ｅ、複屈折プリズム１２ｆ及び第２の偏光板１２ｇをユニット化したものであり、干渉計１２ｉ全体をＸ軸方向に移動することにより、スペクトルセンサユニット１０の光学倍率を調整することができる。また、レンズ部１２ｊは、レンズ１２ｈを含むユニットであり、レンズ１２ｈの位置をＸ軸方向に移動することにより、スペクトルセンサユニット１０の焦点を調整することができる。

次に、図１に示したスペクトルセンサユニット１０の構成要素である光学系調整部１３の機構を説明する。図４は、光学系調整部１３の機構を説明するための模式図である。

まず、図４（Ａ）にて、光学系調整部１３の概要を説明する。光学系部１２では、構成部品の光学特性に精度誤差が含まれる場合でも、この精度誤差による焦点や光学倍率のずれを調整してスペクトルセンサユニット１０の光学性能を確保することができる。焦点の調整は、レンズ１２ｈの位置を図のＸ軸方向に動かして、撮像素子１４とレンズ１２ｈの間の距離を調整することによって行う。位置の調整は、例えば、図４（Ａ）に示すレンズ部調整レバー１３ｂを矢印２０１に示すように操作してレンズ部１２ｊごとＸ軸方向に移動させる態様であってもよいし、レンズ部１２ｊに設けられたフォーカスリング１２ｋを矢印２０２に示すように回転させて、レンズ部１２ｊの位置を固定した状態でレンズ１２ｈのみを移動させる態様であってもよいし、これらの両方を行う態様であっても構わない。また、光学倍率の調整は、干渉計１２ｉの位置を、図のＸ軸方向に移動することによって行う。具体的には、図４（Ａ）に示す干渉計調整レバー１３ａを矢印２０３に示すように操作して、干渉計１２ｉの位置をＸ軸方向に移動させる。

次に、図４（Ｂ）にて、光学系部１２の焦点及び光学倍率を、光学系調整部１３によって調整するための機構の具体例について説明する。図４（Ｂ）は、光学系部１２と光学系調整部１３の平面図及び正面図を示す模式図である。

図４（Ｂ）の平面図に示すように、スペクトルセンサユニット１０の筐体を形成するベースプレート１３ｐには、Ｘ軸方向に長い干渉計スライド溝１３ｈが設けられている。この干渉計スライド溝１３ｈに、干渉計１２ｉの底部に設けられた凸部を差し込んだ状態でＸ軸方向にスライドさせることによって、干渉計１２ｉの位置を調整する。干渉計１２ｉをＸ軸方向にスライドさせる機構として干渉計調整レバー１３ａが利用される。干渉計調整レバー１３ａは、ベースプレート１３ｐにレバー支点１３ｄ部分で回動可能に固定され、このレバー支点１３ｄを中心とする干渉計調整用ピン１３ｅの回動により、干渉計１２ｉを移動させる構造となっている。機構の詳細については後述するが、干渉計調整レバー１３ａは、ラックとピニオン等を利用して接続された干渉計位置調整用モーター１３ｃにより、平面図に示す矢印２０４のように回動する。干渉計位置調整用モーター１３ｃの回転は光学系調整制御ユニット２０の光学系調整機構制御部２２ｆによって制御されている。

図４（Ｂ）の正面図は、レンズ部１２ｊをベースプレート１３ｐに固定して、レンズ部１２ｊの内部でレンズ１２ｈのみを移動させる場合の機構の例である。レンズ部１２ｊのフォーカスリング１２ｋには、このフォーカスリング１２ｋの矢印２０２方向の回転を制御するレンズ位置調整用モーター１３ｆが接続されている。レンズ位置調整用モーター１３ｆの回転は、光学系調整制御ユニット２０の光学系調整機構制御部２２ｆによって制御される。レンズ位置調整用モーター１３ｆが回転することによってフォーカスリング１２ｋが回転し、レンズ部１２ｊ内のレンズ１２ｈのＸ軸方向の位置が調整される。なお、上述したように、レンズ部１２ｊについても、干渉計１２ｉと同様の機構を有するレンズ部調整レバー１３ｂを利用する態様であってもよい。例えば、レンズ位置の調整幅が広い場合には、レンズ部調整レバー１３ｂによって大まかに位置調整を行って、その後にフォーカスリング１２ｋによって微調整を行う態様であってもよい。

次に、図５にて、光学系調整部１３により、干渉計１２ｉの位置を微調整するための機構の具体例を説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）では平面図の下に正面図を示し、図５（Ｄ）では平面図のみを示している。スペクトルセンサユニット１０の筐体を形成するベースプレート１３ｐには、図５（Ａ）に示すように、レバー支点１３ｄとなる貫通穴と、円弧状の貫通穴である作用点移動用穴１３ｇが形成されている。干渉計調整レバー１３ａの回動時には、レバー支点１３ｄを支点として、作用点となる干渉計調整用ピン１３ｅが作用点移動用穴１３ｇに沿って移動する。また、ベースプレート１３ｐには、位置調整時に干渉計１２ｉの光軸がずれないように、干渉計１２ｉの移動方向を規制するための干渉計スライド溝１３ｈが設けられている。

図５（Ｂ）に示すように、干渉計１２ｉは、底面の凸部１２ｑが干渉計スライド溝１３ｈ内をスライドするように設置される。干渉計１２ｉには、Ｙ軸方向に長い貫通穴である作用点移動用穴１３ｉが形成されている。図５（Ｃ）に示すように、干渉計調整レバー１３ａは、ベースプレート１３ｐの下面側に設置されて、レバー支点１３ｄで回動可能に固定される。また、ベースプレート１３ｐに設けられた作用点移動用穴１３ｇと、干渉計１２ｉに設けられた作用点移動用穴１３ｉとが重なる位置で、これら２つの穴に、干渉計調整レバー１３ａの干渉計調整用ピン１３ｅを挿入することによって、干渉計１２ｉと干渉計調整レバー１３ａとが接続される。

干渉計調整レバー１３ａを、レバー支点１３ｄを支点として回動すると、干渉計調整用ピン１３ｅが、ベースプレート１３ｐの作用点移動用穴１３ｇに沿って移動する。このとき、干渉計調整用ピン１３ｅはＸ軸方向及びＹ軸方向の双方に移動するが、干渉計１２ｉは、干渉計スライド溝１３ｈによる規制により、Ｙ軸方向には移動せずＸ軸方向にのみ移動する。

上記構造により、図５（Ｄ）に示すように干渉計調整レバー１３ａ先端のＸ軸方向の移動距離（Ｌａ）に対して、干渉計１２ｉの移動距離（Ｌｂ）が小さくなる。これにより、図４（Ｂ）に示すように、干渉計位置調整用モーター１３ｃにより干渉計調整レバー１３ａ端部の動きを制御しながら、干渉計１２ｉの位置を微調整することができる。

次に、図１に示したスペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の調整方法について説明する。図６は、スペクトルセンサユニット１０の光学系調整方法を説明するための図である。

スペクトルセンサユニット１０が紙葉類識別装置４０で利用される場合、スペクトルセンサユニット１０で取得したデータから分光スペクトルデータが作成され、この分光スペクトルデータを利用して紙葉類の種類、真偽、正損等の識別が行われる。このため、スペクトルセンサユニット１０から得られる分光スペクトルデータ上に、紙葉類から入射した光の波長や強度に関する特徴が正確に現れることが求められる。分光スペクトルデータ上で、入射光の波長を正確に得るためには、スペクトルセンサユニット１０の光学倍率を、所定の光学倍率（設計値）とする必要がある。また、分光スペクトルデータ上で、入射光の波長及び強度に係る特徴を正確に得るためには、スペクトルセンサユニット１０の焦点を合わせる必要がある。すなわち、スペクトルセンサユニット１０の光学性能を確保するためには、焦点を合わせた状態で所定の光学倍率となるように、光学系部１２を調整する必要がある。

スペクトルセンサユニット１０の光学倍率や焦点の調整を行うために、分光スペクトルデータ上で特定波長に特徴的なピークを示す基準光源を使用する。本実施例では、図６（Ａ）に示すように、分光スペクトルデータ上で、５３０ｎｍの波長位置にピークが現れる緑のＬＥＤを調整用基準光源１１として使用する。調整用基準光源１１から光を照射して、光学系部１２によって撮像素子１４上に結像させた干渉縞を撮像する。このとき、撮像素子１４として利用されるＣＣＤから出力される出力データを示したものが図６（Ｂ）、この出力データのピーク部分（図中円内）を拡大したものが図６（Ｃ）である。そして、この出力データをフーリエ変換して、周波数を波長に変換したものが図６（Ｄ）の分光スペクトルデータである。図６（Ｄ）に示すピークの波長及び強度は、スペクトルセンサユニット１０の光学倍率や焦点によって変動する。

具体的には、焦点の調整は、図６（Ａ）のレンズ１２ｈと撮像素子１４の間の距離であるＬ１を調整することによって行われるが、焦点の調整具合によって図６（Ｄ）に示すピーク強度が変動する。ピーク強度は焦点が合っている場合に最大となることから、焦点を合わせることは、言い換えれば、図６（Ｄ）のピーク強度が最大となる距離Ｌ１を決定することに相当する。また、光学倍率は、図６（Ａ）の複屈折プリズム１２ｆと撮像素子１４の間の距離であるＬ２によって決定されるが、光学倍率が変動することによって図６（Ｄ）に示すピーク波長が変動する。このため、光学倍率を調整することは、ピーク波長が基準光源の波長である５３０ｎｍとなるように図６（Ａ）のＬ２を決定することに相当する。

次に、図１に示したスペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点の調整方法を具体的に説明する。図７は、焦点の調整方法を説明するための図である。

図７（Ａ）で示すように、焦点が合った状態にあるレンズ１２ｈの位置を「レンズ位置：±０」として、この位置からＸ軸の負方向にα分ずれたレンズ位置を「レンズ位置：−α」、Ｘ軸の正方向にβ分ずれたレンズ位置を「レンズ位置：＋β」とする。レンズ位置がそれぞれ「レンズ位置：−α」、「レンズ位置：±０」、「レンズ位置：＋β」の場合に、基準光を照射して、撮像素子１４であるＣＣＤから出力されるデータ（以下「ＣＣＤ出力データ」と記載する）から生成された分光スペクトルデータがそれぞれ図７（Ｂ）〜（Ｄ）である。図７（Ｂ）〜（Ｄ）に示す通り、「レンズ位置：±０」の分光スペクトルデータのピーク強度Ｓ０が最も大きく、この位置からずれた「レンズ位置：−α」や「レンズ位置：β」の分光スペクトルデータでは、ピーク強度Ｓα及びＳβがＳ０より小さくなる。

レンズ１２ｈの位置と分光スペクトルデータのピーク強度の関係を、図７（Ｅ）に示す。このように、「レンズ位置：±０」でピーク強度Ｓ０が極大値をとり、レンズ位置がＸ軸正方向にずれた場合も、Ｘ軸負方向にずれた場合も、ずれ量に応じてピーク強度が小さくなる。

これらのことから、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点の調整は、レンズ位置ごとに、そのレンズ位置における分光スペクトルデータのピーク強度を測定し、図７（Ｅ）に示すように、ピーク強度が極大値となるレンズ位置を特定することによって行うことができる。具体的には、図７（Ｅ）で、ピーク強度が極大値となるピーク位置の右側又は左側の初期位置から、計測されるピーク強度が大きくなる方向、すなわち焦点の合うピーク位置の方向へ向かって移動するようにレンズ１２ｈの位置を調整してゆき、極大点を超えてピーク強度が小さくなった所で焦点の合うピーク位置を超えたと判定して、焦点の合うピーク位置を特定する。なお、レンズ１２ｈを移動させる量は、焦点の合うピーク位置を含む所定域を特定できるように予め設定されている。なお、図７（Ｂ）〜（Ｄ）では横軸を波長としているが、これを周波数として処理することも可能である。他の図及び処理を含めて、周波数と波長との関係に基づいて、周波数を波長として処理したり波長を周波数として処理したりできることは言うまでもない。

次に、図１に示したスペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の光学倍率の調整方法を具体的に説明する。図８は、光学倍率の調整方法を説明するための図である。

図８（Ａ）で示すように、光学倍率を所定倍率としたときの干渉計１２ｉの位置を「干渉計位置：±０」、この位置からＸ軸の負方向にΔＭ分ずれた位置を「干渉計位置：−ΔＭ」、Ｘ軸の正方向にΔＮ分ずれた位置を「干渉計位置：＋ΔＮ」とする。干渉計位置がそれぞれ「干渉計位置：−ΔＭ」、「干渉計位置：±０」、「干渉計位置：＋ΔＮ」の場合に、波長５３０ｎｍの緑の基準光を照射して得られた分光スペクトルデータがそれぞれ図８（Ｂ）〜（Ｄ）である。

図８（Ｃ）に示すように、干渉計１２ｉが「干渉計位置：±０」の位置にある場合には、分光スペクトルデータのピークの波長は基準光と同じ５３０ｎｍになる。これに対して、図８（Ｂ）に示すように、干渉計１２ｉが「干渉計位置：−ΔＭ」の位置にある場合には、分光スペクトルデータのピーク波長が基準光の波長５３０ｎｍより小さい値（５３０−β）ｎｍになる。また、図８（Ｄ）に示すように、干渉計１２ｉが「干渉計位置：＋ΔＮ」の位置にある場合には、分光スペクトルデータのピークの波長が基準光の波長５３０ｎｍより大きい値（５３０＋α）ｎｍになる。

図８（Ｅ）は、干渉計１２ｉの位置と分光スペクトルデータで得られるピーク波長との関係を表している。波長５３０ｎｍの緑の基準光を利用した場合に、干渉計１２ｉの位置と分光スペクトルデータのピーク波長との関係は、図８（Ｅ）のように線形関係を示す。この線形関係が、基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄとして記憶部２１に保存されている。これにより、基準光を利用して分光スペクトルデータのピーク波長が求められれば、図８（Ｅ）に示す線形関係から、光学倍率を所定倍率に調整するための干渉計１２ｉの移動方向及び移動距離を決定することができる。具体的には、例えば、計測されたピーク波長が（５３０＋α）ｎｍであった場合には、図８（Ｅ）に示す線形関係に基づいて、干渉計１２ｉをΔＭだけＸ軸方向へ移動させる。

次に、図７及び図８で示したスペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点と光学倍率の調整手順について説明する。図９は、焦点及び光学倍率の調整手順を示すフローチャートである。

まず、調整用基準光源制御部２２ａが、スペクトルセンサユニット１０の調整用基準光源１１を制御して、緑のＬＥＤを点灯させる（ステップＳ１０１）。次に分光スペクトルデータ作成部２２ｂは、基準光が照射された状態で、ＣＣＤ出力データから、フーリエ変換及び周波数／波長変換によって分光スペクトルデータ２１ａを作成する（ステップＳ１０２）。そして、作成した分光スペクトルデータ２１ａの強度がピークを示す位置を特定して、特定したピーク位置の波長及び強度を、レンズ位置と関連付けてレンズ位置別ピークデータ２１ｂに記録する（ステップＳ１０３）。次に、焦点位置検出部２２ｃが、レンズ位置別ピークデータ２１ｂを参照して、図７（Ｅ）に示す極大値が含まれるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。レンズ位置別ピークデータ２１ｂに、ピーク強度が極大になる位置が含まれている場合には（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、レンズ位置決定処理（ステップＳ１０７）に移行する。一方、レンズ位置別ピークデータ２１ｂに、ピーク強度が極大になる位置が含まれていない場合には（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、光学系調整機構制御部２２ｆが光学系調整部１３を制御して、レンズ位置を微小移動させてから（ステップＳ１０６）、再度分光スペクトルデータの作成処理（ステップＳ１０２）に戻る。

レンズ１２ｈを微小移動させる処理（ステップＳ１０６）には、移動方向を判定する処理も含まれている。具体的には、１回目の移動時には、図７（Ａ）のＸ軸の任意の方向に、レンズ１２ｈを微小移動する。そして、１回目の微小移動の結果得られた分光スペクトルデータ２１ａのピーク強度が、微小移動する前のピーク強度に比べて高くなった場合には、次に微小移動する際の移動方向を１回目と同じ方向とする。一方、１回目の微小移動の結果得られた分光スペクトルデータ２１ａのピーク強度が、微小移動する前のピーク強度より低くなった場合には、次に微小移動する際の移動方向を１回目とは逆の方向とする。

レンズ１２ｈの初期位置が、図７（Ｅ）の焦点が合う位置（図中０（ゼロ））より右側（図中０より＋側）にあるのか、左側（図中０より−側）にあるのかを判断できないため、このようにレンズ１２ｈを任意の方向に移動させて、移動前後のピーク強度の変化により移動方向が、焦点を合わせる方向（図中０（ゼロ）に向けた方向）であるか否かを判定するものである。

ただし、本実施例がこれに限定されるものではない。例えば、光学系部１２の組立時に、各構成部品の精度誤差を考慮した上で、図７（Ｅ）の焦点が合う位置より右側（又は左側）となるようにレンズ１２ｈの初期位置を設定しておけば、焦点調整開始時には、図７（Ｅ）で焦点が合う位置へ向けて、ピーク強度が左（又は右）へ移動するようにレンズ１２ｈを移動させればよい。このようにレンズ１２ｈの初期位置を設定することにより、焦点調整開始時に、焦点を合わせるためにレンズ１２ｈを移動させるべき方向が明確となり、移動方向が正しいか否かを判定する処理が不要となる。

レンズ位置別ピークデータ２１ｂに、図７（Ｅ）で示したように強度が極大になる位置が含まれている場合には（図９ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、この位置が焦点の合った位置である。レンズ位置別ピークデータ１２１ｂには、極大となる位置を含めて、各レンズ位置と、各レンズ位置でのピーク強度とが記録されている。このため、レンズ調整位置算定部２２ｄは、現在のレンズ１２ｈの位置から、ピーク強度が極大となった位置、すなわち焦点の合う位置へ向けての移動方向及び移動距離を算定することができる。光学系調整機構制御部２２ｆは、光学系調整部１３を制御して、算定された移動方向及び移動距離に基づいて、レンズ１２ｈを焦点の合う位置へ移動させる（ステップＳ１０７）。

こうして焦点を合わせた後、次に、光学倍率の調整を開始する。まず、分光スペクトルデータ作成部２２ｂが、焦点が合った状態で基準光から光を照射し、ＣＣＤ出力データから、再度、分光スペクトルデータ２１ａを作成する（ステップＳ１０８）。作成された分光スペクトルデータ２１ａからピーク波長を検出して（ステップＳ１０９）、このピーク波長が、基準光の波長５３０ｎｍを中心とする所定範囲内に入っているか否かの判定を行う（ステップＳ１１０）。ピーク波長が所定範囲に入っている場合には（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の光学倍率は、所定の光学倍率であると判定して、調整用基準光源制御部２２ａは調整用基準光源１１を消灯して（ステップＳ１１３）、処理を終了する。

一方、焦点調整後に作成された分光スペクトルデータ２１ａで、ピーク波長が波長５３０ｎｍを中心とする所定範囲内に入っていない場合には（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、干渉計調整位置算定部２２ｅが、図８（Ｅ）に示すデータに対応する基準光源別干渉計位置補正テーブル２１ｄを参照して、分光スペクトルデータ２１ａのピーク波長に基づいて、光学倍率を所定倍率とするための干渉計１２ｉの移動方向及び移動距離を算定する（ステップＳ１１１）。そして、光学系調整機構制御部２２ｆが、光学系調整部１３を制御して、算定された移動方向及び移動距離に基づいて、干渉計１２ｉを光学倍率が所定倍率となる位置へ移動させる（ステップＳ１１２）。干渉計１２ｉを移動させた場合には、再度焦点の確認を行う必要があることから、焦点調整処理の先頭（ステップＳ１０２）に戻る。

このように、先に焦点調整を行って、得られた分光スペクトルから光学倍率を確認して必要に応じて光学倍率を調整し、光学倍率を調整した際には再び焦点調整を行うことにより、焦点及び光学倍率を正確に調整することができる。また、焦点調整及び光学倍率の調整は、ＣＣＤ出力から得られた数値データに基づく調整であるため、図４及び図５で説明した機構を利用して、全ての処理を自動化することができる。これにより、光学系部１２を構成する光学部品に精度誤差がある場合でも、焦点及び光学倍率を容易かつ正確に調整して、スペクトルセンサユニット１０の光学性能を維持することができる。

実施例１では、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点や光学倍率の調整を、レンズ１２ｈや干渉計１２ｉを移動することによって実現したが、本発明がこれに限定されるものではない。具体的には、光学倍率調整については、干渉計１２ｉの位置調整を行うことなく、取得データから分光スペクトルデータを作成する過程においてデータを補正することによって実現することもできる。本実施例２では、データ補正を行う場合について詳細を説明する。

本実施例２に係るスペクトルセンサユニット１０と光学系調整制御ユニット１２０の構成について説明する。図１０は、本実施例２に係るスペクトルセンサユニット１０と光学系調整制御ユニット１２０の装置構成図である。スペクトルセンサユニット１０は、実施例１と同じく、紙葉類識別装置４０等に組み込まれるユニットであるが、紙葉類識別装置４０で周波数／波長変換に利用されるテーブルが後述する補正テーブルとなる点が、実施例１と異なる。光学系調整制御ユニット１２０は、スペクトルセンサユニット１０の光学系の焦点調整と、光学倍率の補正情報を自動算出するための制御ユニットである。

なお、実施例２では、表示部３０等、実施例１と同様の機能部については実施例１と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、実施例２の記憶部１２１に記憶されるデータ１２１ａ〜１２１ｃは、各々、実施例１で図１に示すデータ２１ａ〜２１ｃに対応し、実施例２の制御部が有する機能部１２２ａ〜１２２ｄ及び１２２ｆは、各々、実施例１で図１に示す機能部２２ａ〜２２ｄ及び２２ｆに対応するものであるため詳細な説明は省略する。

光学系調整制御ユニット１２０は、記憶部１２１と制御部１２２で構成され、調整用基準光源１１から照射された基準光を光学系部１２によって結像させた干渉縞を撮像素子１４で撮像し、該干渉縞のデータに基づいて、焦点のずれや光学倍率のずれを検知する。そして、光学系調整部１３を制御して、光学系部１２の焦点を調整すると共に光学倍率の補正情報を自動算出する。

記憶部１２１に記憶される周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄは、光学系部１２の光学倍率を補正するためのものである。実施例１では、干渉計１２ｉを移動させることによって光学系部１２の光学倍率調整を行ったが、実施例２では光学倍率調整のための干渉計１２ｉの位置調整は行わずに、分光スペクトルデータ１２１ａの生成に使用する周波数／波長変換テーブル１２１ｃを補正した周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを作成する。そして、この補正テーブルを利用することにより、干渉計１２ｉの位置調整によって光学倍率を調整した場合と同様の分光スペクトルデータ１２１ａを得ることができる。なお、スペクトルセンサユニット１０の焦点及び光学倍率が調整された後、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄは、このスペクトルセンサユニット１０を利用する紙葉類識別装置４０で、周波数／波長変換テーブル４３ｃとして記憶部４３に保存されて利用されることになる。

制御部１２２は、光学系調整制御ユニット１２０の全体を制御する制御部であり、調整用基準光源制御部１２２ａ、分光スペクトルデータ作成部１２２ｂ、焦点位置検出部１２２ｃ、レンズ調整位置算定部１２２ｄ、周波数／波長変換テーブル補正処理部１２２ｅ、及び光学系調整機構制御部１２２ｆを有する。

周波数／波長変換テーブル補正処理部１２２ｅは、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを作成する機能を有する。具体的には、図１１（Ｄ）に示すように、調整用基準光源１１により、スペクトルセンサユニット１０の受光部側から光を照射して、得られるＣＣＤ出力データをフーリエ変換し、得られたデータの強度が最大となる周波数をβとする。そして、正しく光学倍率が調整されたスペクトルセンサユニット１０に同じ光源を照射した場合に、同様にしてＣＣＤ出力データから得られるデータで強度が最大となる周波数をαとする。そして、補正倍率ＭをＭ＝β／αとして求める。周波数／波長変換テーブル補正処理部１２２ｅは、この補正倍率Ｍを利用して、周波数／波長変換テーブル１２１ｃから、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを作成する。この補正テーブルを利用することにより、分光スペクトルデータの波長が、本来の波長位置にマッピングされることになるが、詳細は後述する。

図１０に示したスペクトルセンサユニット１０の光学系調整制御ユニット１２０による光学系の光学倍率の補正方法について説明する。図１１は、光学倍率の補正方法を説明する図である。

スペクトルセンサユニット１０の光学倍率を補正するため、分光スペクトルデータ上で既知の特定波長に特徴的なピークをもつ基準光源を使用する。本実施例では、図１１（Ａ）に示すように、分光スペクトルデータ上で、波長が５３０ｎｍの位置にピークが現れる緑のＬＥＤを調整用基準光源１１として使用する。調整用基準光源１１から光を照射して、光学系部１２によって撮像素子１４上に結像された干渉縞を撮像する。撮像素子１４として利用されるＣＣＤから出力されたデータを示したものが図１１（Ｂ）、この出力データのピーク部分を拡大したものが図１１（Ｃ）である。そして、このＣＣＤ出力データをフーリエ変換したものが、図１１（Ｄ）に実線で示したデータである。分光スペクトルデータを作成するためには、図１１（Ｄ）のフーリエ変換後のデータ（実線）に対して、図１１（Ｅ）に示す周波数／波長変換テーブル１２１ｃを適用して、周波数／波長変換を行う。

ところが、光学倍率の調整のされていないスペクトルセンサユニット１０を使用した場合には、図１１（Ｄ）のデータ（実線）に対して、図１１（Ｅ）の変換テーブルを使用して変換すると、得られる分光スペクトルデータのデータ位置がずれてしまう。具体的には、波長５３０ｎｍの基準光を使用しているにも拘わらず、図１１（Ｆ）に示すように、本来ピークが現れるべき波長５３０ｎｍにピークが現れず、ずれた位置にピークが現れる。

本実施例では、このような光学倍率のずれに起因する波長ずれに対応するときに、実施例１のように干渉計１２ｉの位置を調整するのではなく、データ補正行う。具体的には、周波数／波長変換で得られる分光スペクトルデータの波形を、本来のデータ位置にマッピングされた波形とするため、図１１（Ｇ）に示すように、周波数／波長変換テーブル（図中破線）を補正して、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄ(図中実線)を作成する。具体的には、周波数／波長変換テーブル補正処理部１２２ｅによって求められた補正倍率Ｍ（＝β／α）を、周波数／波長変換テーブル１２１ｃに乗算して、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを作成する。こうして作成した周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを使用することによって、図１１（Ｄ）に示すデータ（実線）から、図１１（Ｈ）に示すように本来の波長位値にマッピングされた分光スペクトルデータを得ることができる。

補正倍率Ｍについては、上述した通り、図１１（Ｄ）に示すように、実測値（図中実線）として得られたデータのピーク位置の周波数をβ、正しく光学倍率が調整された場合に得られる理想値（破線）であるデータのピーク位置の周波数をαとした場合に、Ｍ＝β／αで求められる。Ｆを周波数、Ｗを波長として、周波数／波長変換テーブル１２１ｃをＦ＝ｆ（Ｗ）という関数とした場合に、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを関数ｇとすると、Ｆ＝ｇ（Ｗ）＝Ｍｆ（Ｗ）となる。すなわち、図１１（Ｇ）に破線で示すｆ（ｗ）が、補正倍率Ｍにより、実線で示すｇ（Ｗ）へ変換されることになる。

次に、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点調整と、光学倍率の補正テーブルを作成するための手順について説明する。図１２は、光学系部１２の焦点調整及び光学倍率の補正テーブル作成を行う手順を示すフローチャートである。図１２で、焦点を調整するために行うステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理は、実施例１の図９に示すステップＳ１０１〜１０７の処理と同じであるため、説明を省略する。

実施例１と同様の手順（ステップＳ２０１〜Ｓ２０７）により焦点を合わせた後、光学倍率の補正テーブルを作成する処理を開始する。まず、分光スペクトルデータ作成部１２２ｂが、焦点が合った状態で基準光を照射し、ＣＣＤ出力データから、再度、分光スペクトルデータ１２１ａを作成する（ステップＳ２０８）。このとき、上述したように、分光スペクトルデータ１２１ａの実測値から得られるピーク位置の周波数βと理想値から得られる周波数αより、補正倍率ＭをＭ＝β／αで算定する（ステップＳ２０９）。そして、該補正倍率Ｍにより周波数／波長変換テーブル１２１ｃを補正することにより、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを作成する（ステップＳ２１０）。

次に、取得したＣＣＤ出力データをフーリエ変換して得られたデータから、先に作成した周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを使用して分光スペクトルデータを作成する（ステップＳ２１１）。そして、該分光スペクトルデータの強度が最大となるピーク波長が、基準光源の波長５３０ｎｍを中心とする所定範囲内に入っているか否かの判定を行う（ステップＳ２１２）。ピーク波長が所定範囲内に入っていない場合には（ステップＳ２１２；Ｎｏ）、分光スペクトルデータ作成処理（ステップＳ２０８）に戻って、補正倍率及び周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄを修正する。一方、ピーク波長が所定範囲内に入っている場合には（ステップＳ２１２；Ｙｅｓ）、調整用基準光源１１を消灯して（ステップＳ２１３）、処理を終了する。

上述してきたように、本実施例２では、実施例１と同様に、レンズ位置を自動で動かしながら各レンズ位置で分光スペクトルデータを作成して、焦点の合うレンズ１２ｈの位置を特定して、焦点が合うようにレンズ１２ｈの位置を自動調整することができる。また、所定波長の光源を使用して、ＣＣＤ出力データから作成した分光スペクトルデータのピーク波長と基準光源の波長とに基づいて周波数／波長変換補正テーブルを自動作成するよう構成したので、実施例１のように干渉計１２ｉの位置を移動させることなく、光学倍率を所定の光学倍率とした場合の測定結果を得ることができる。これにより、光学倍率を調整するために干渉計１２ｉの位置調整を行わずとも、実施例１と同様に、スペクトルセンサユニット１０の光学系の焦点及び光学倍率を調整することができる。

なお、実施例１及び実施例２では、基準光源として緑のＬＥＤを利用する例を示したが、基準光源がこれに限定されるものではない。例えば、赤や青のＬＥＤを利用してもよいし、ＬＥＤではなくレーザー光を利用してもよい。また、単一の光源を利用する態様に限定されるものではなく、複数種類の光源を利用して各光源により得られたデータを利用してもよい。また、例えば、色フィルタ（干渉フィルタ）を利用してハロゲン光源から所定の光を取り出す態様であっても構わない。

また、焦点調整時には、レンズ１２ｈと撮像素子１４の間の光学距離を変更することができれば、レンズ１２ｈのみを移動させる態様に限らず、撮像素子１４のみを移動させてもよいし、レンズ１２ｈと撮像素子１４の両方を移動させてもよい。光学倍率調整時についても、同様に、干渉計１２ｉと撮像素子１４の間の光学距離を変更することができれば、いずれか一方を移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。

また、実施例１及び実施例２では、スペクトルセンサユニット１０の光学系調整に関する各種のデータが、光学系調整制御ユニット２０の記憶部２１や、紙葉類識別装置４０の記憶部４３に保存される態様を示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、スペクトルセンサユニット１０が内部に記憶部１５を有し、この記憶部１５にデータが保存される態様であっても構わない。これにより、例えば、光学系調整制御ユニット２０を利用してスペクトルセンサユニット１０の光学系を調整した後、周波数／波長変換テーブル２１ｃをスペクトルセンサユニット１０の有する記憶部１５に保存して、スペクトルセンサユニット１０を利用する紙葉類識別装置４０では、これらのテーブルをスペクトルセンサユニット１０の記憶部１５から読み出して利用することができる。また、同様に、実施例２のように補正テーブルを利用する場合にも、周波数／波長変換補正テーブル１２１ｄをスペクトルセンサユニット１０の記憶部１５に保存して利用することができる。これにより、例えば、スペクトルセンサユニット１０を交換した場合も、取り付けられたユニットからデータを読み出して利用することができる。

ライトガイド１２ａは受光部２１２ａ〜２１２ｐから出射部２１２ｑへ光を導くものであるため、図６及び図１１に示したように、ライトガイド１２ａを外した状態で基準光を直接カップリング１２ｂに入射して光学系部１２の調整作業を行うこともできるし、実施例１及び実施例２で示したように、スペクトルセンサユニット１０が調整用基準光源１１を有し、ライトガイド１２ａの受光部２１２ａ〜２１２ｐから基準光を入射することもできる。具体的には、図１４（Ａ）に示すように、ライトガイド１２ａが収められたケース１１１及びベース１１２の下側に、調整用基準光源１１及び識別用光源４１が配された光源ユニット１１３が取り付けられる。屈曲した形状を有する４枚の導光板から成るライトガイド１２ａは、受光部２１２ａ〜２１２ｐがベース１１２から露出した状態でケース１１１内部に収められている。図１４（Ａ）に示す光源ユニット１１３の光源が取り付けられた面を下面側（Ｚ軸負方向側）から見た図が、図１４（Ｂ）及び（Ｃ）である。例えば、図１４（Ｂ）に示すように、調整用基準光源１１（１１ａ〜１１ｃ）と、識別用光源４１（４１ａ〜４１ｃ）とが、各々１つずつ、ライトガイド１２ａの各受光部２１２ａ〜２１２ｐ（図示は１１２ａ〜１１２ｃのみ）に対応して配されている。また、例えば、図１４（Ｃ）に示すように、単一の調整用基準光源１１を、ライトガイド１２ａの出射部２１２ｑに最も近い位置にある受光部２１２ｐの近傍に配してもよい。

これにより、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の調整を行う際には調整用基準光源１１を点灯させて、紙葉類の識別を行う際には識別用光源４１を点灯させて、各光源を利用することができる。また、スペクトルセンサユニット１０が調整用基準光源１１を有することにより、光学系部１２の調整を行う際に、調整用基準光源１１を別途設ける必要がない。このため、図２に示すように、スペクトルセンサユニット１０を紙葉類識別装置４０に組み込んだ状態で、上述した方法で光学系部１２の調整を行うことができる。なお、スペクトルセンサユニット１０の有する調整用基準光源１１を利用する場合には、図１４（Ａ）に示すように、透明部材から成る測定窓１１４の下方に、基準光を反射させるための白色媒体等１１０を配置することが望ましい。例えば、スペクトルセンサユニット１０が組み込まれた紙葉類識別装置４０で、ユニット下方に白色媒体を配置したり、ユニット下方の搬送路部分を白色としたり、搬送路部分に反射板を埋め込むように配置したりすることにより、紙葉類識別装置４０に組み込まれたままの状態で、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２を正確に調整することができる。

また、図１や図１０等に示すように、スペクトルセンサユニット１０が調整用基準光源１１を有する態様に限らず、図１５に示すように、スペクトルセンサユニット１０が光源を有さず、別途設けられた調整用基準光源１１を利用する態様であっても構わない。この場合でも、スペクトルセンサユニット１０から独立して設けられた調整用基準光源１１を制御して、光学系部１２に基準光を入射させれば、上述した方法で同様に光学系部１２の調整を行うことができる。具体的には、例えば図１７（Ａ）に示すように、ライトガイド１２ａの出射部２１２ｑに最も近い受光部２１２ｐの近傍に、調整用基準光源１１を配置すればよい。また、図１７（Ｂ）に示すように、ライトガイド１２ａに基準光を入射するための専用の入射部２１２ｒを設けて、この近傍に調整用基準光源１１を配置してもよい。

また、この他、所定波長の基準光を照射する調整用基準光源１１を有さず、励起用光源を照射することにより所定波長の光を発する基準蛍光媒体を用いて、光学系部１２の調整を行う態様であっても構わない。具体的には、例えば紙葉類識別装置４０において、ライトガイド１２ａの受光部２１２ａ〜２１２ｐ下方に基準蛍光媒体を配置する。そして、この基準蛍光媒体に向けて識別用光源４１から光を照射すると、基準蛍光媒体から特定波長の光が発せられる。これにより、基準蛍光媒体から発せられた光を基準光として、光学系部１２の調整を行うことができる。なお、装置が搬送機構を有している場合には、該搬送機構により基準蛍光媒体を搬送して、スペクトルセンサユニット１０下方を通過する際に基準光を発するように励起光を照射してもよい。この場合も同様の方法で光学系部１２の調整を行うことができる。

また、紙葉類識別装置４０についても、図１６に示すように、識別用光源４１とは別に、調整用基準光源１１を設けて利用すれば、上述した方法で光学系部１２の調整を行うことができる。具体的には、例えば、スペクトルセンサユニット１０を紙葉類識別装置４０に組み込んだ状態で、図１７（Ａ）に示すように、ライトガイド１２ａの受光部２１２ｐ下方の搬送路１３０に調整用基準光源１１を設置して、透明部材から成る投光用窓１３１を介して基準光を照射すればよい。または、図１７（Ｂ）に示すように、調整用基準光源１１を、ライトガイド１２ａに形成した専用の入射部２１２ｒに対応するように、紙葉類識別装置４０の側壁に配置してもよい。

上述してきたように、スペクトルセンサユニット１０の光学系部１２の焦点及び光学倍率の調整を、スペクトルセンサユニット１０を光学系調整制御ユニット２０に接続した状態で、又は、紙葉類識別装置４０に組み込んだ状態で行うことができる。また、光学系部１２の調整は、光学系部１２を経て取得された出力データを利用して自動的に行うことができる。

以上のように、本発明に係るスペクトルセンサの光学系調整方法及び光学系調整装置並びに紙葉類識別装置は、複屈折プリズムやレンズ等を含む光学系に光学的な誤差がある場合でも、焦点及び光学倍率を効率よく調整してこの誤差による影響を抑制し、設計上の光学性能を実現するために有用な技術である。

１０ スペクトルセンサユニット
１１ 調整用基準光源
１２ 光学系部
１２ａ ライトガイド
１２ｂ カップリング
１２ｃ フィルター
１２ｄ 拡散板
１２ｅ 第１の偏光板
１２ｆ 複屈折プリズム
１２ｇ 第２の偏光板
１２ｈ レンズ
１２ｉ 干渉計
１２ｊ レンズ部
１２ｋ フォーカスリング
１３ 光学系調整部
１３ａ 干渉計調整レバー
１３ｂ レンズ部調整レバー
１３ｃ 干渉計位置調整用モーター
１３ｄ レバー支点
１３ｅ 干渉計調整用ピン
１３ｆ レンズ位置調整用モーター
１３ｇ、１３ｉ 作用点移動用穴
１３ｈ 干渉計スライド溝
１３ｐ ベースプレート
１４ 撮像素子
１５、２１、４３、１２１ 記憶部
２０、１２０ 光学系調整制御ユニット
２２、４４、１２２ 制御部
２２ａ、１２２ａ 調整用基準光源制御部
２２ｂ、１２２ｂ 分光スペクトルデータ作成部
２２ｃ、１２２ｃ 焦点位置検出部
２２ｄ、１２２ｄ レンズ調整位置算定部
２２ｅ 干渉計調整位置算定部
２２ｆ、１２２ｆ 光学系調整機構制御部
１２２ｅ 周波数／波長変換テーブル補正処理部
３０ 表示部
４０ 紙葉類識別装置
４１ 識別用光源
４２ 出力部
１１１ ケース
１１２ ベース
１１３ 光源ユニット
１１４ 測定窓

Claims (11)

1. 光源からの光路に沿って、偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、焦点調整可能な可動式のレンズ及びラインイメージセンサが順に配置されたスペクトルセンサの光学系調整方法であって、
   基準光源によって所定波長の基準光を前記干渉計へ向けて入射する基準光入射工程と、
   前記干渉計を経て前記レンズによって集光された光を前記ラインイメージセンサによって受光する受光工程と、
   前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成工程と、
   前記スペクトルデータ生成工程で生成された分光スペクトルデータに基づいて前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を自動調整して焦点を合わせる焦点調整工程と
   を含んだことを特徴とするスペクトルセンサの光学系調整方法。
2. 前記スペクトルデータ生成工程で求めた分光スペクトルデータに基づいて前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を自動調整して、前記ラインイメージセンサに結像される像の光学倍率を所定倍率に合わせる光学倍率調整工程をさらに含んだことを特徴とする請求項１に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
3. 前記焦点調整工程では、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて自動調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
4. 前記光学倍率調整工程では、
   前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、
   求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を、ピーク位置の波長が前記基準光の波長と一致するときの距離に向けて自動調整する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
5. 前記ラインイメージセンサ及び前記レンズを、焦点が合うときの距離よりも近づく方向又は遠ざかる方向へ所定距離離れて設定された初期位置に配置する初期設定工程
   をさらに含み、
   前記焦点調整工程では、前記ラインイメージセンサ及び前記レンズの少なくともいずれか一方を、焦点が合う距離となる方向に移動させながら焦点調整を開始する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
6. 前記光学倍率調整工程では、
   前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、
   求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記分光スペクトルデータを所定の光学倍率で取得されたデータに補正するための補正倍率を求める
   ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
7. 前記基準光を利用して前記ラインイメージセンサで受光した光から求めた波長と、前記基準光が発する所定波長との比率を補正倍率として、
   フーリエ変換後のデータで周波数軸から波長軸への周波数波長変換に利用する変換係数を定めた周波数波長変換テーブルから、各変換係数を前記補正倍率で補正した補正テーブルを作成する工程
   をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のスペクトルセンサの光学系調整方法。
8. 干渉波を形成するための偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、前記干渉計から出射した光を集光して焦点を合わせるためのレンズ、及び前記レンズにより検討された干渉縞を撮像するラインイメージセンサを有するスペクトルセンサで、光学系の調整を行うための光学系調整装置であって、
   所定波長の基準光を照射可能な基準光源と、
   前記干渉計に前記基準光源からの光を入射して前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成すると共に、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて調整する制御部と
   を備えることを特徴とするスペクトルセンサの光学系調整装置。
9. 前記制御部は、
   前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施した後、さらに周波数波長変換を施して分光スペクトルデータのピーク位置の波長を求めて、
   求めた波長及び前記基準光の波長に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記干渉計の間の距離を、ピーク位置の波長が前記基準光の波長と一致するときの距離に向けて自動調整する
   ことを特徴とする請求項８に記載のスペクトルセンサの光学系調整装置。
10. 前記制御部は、
    前記基準光を利用して前記ラインイメージセンサで受光した光から求めた波長と、前記基準光が発する所定波長との比率を補正倍率として、
    フーリエ変換後のデータで周波数軸から波長軸への周波数波長変換に利用する変換係数を、前記補正倍率で補正した補正テーブルを作成する
    ことを特徴とする請求項８に記載のスペクトルセンサの光学系調整装置。
11. 干渉波を形成するための偏光子及び複屈折素子を含む干渉計、前記干渉計から出射した光を集光して焦点を合わせるためのレンズ、及び前記レンズにより検討された干渉縞を撮像するラインイメージセンサを有するスペクトルセンサと、
    所定波長の基準光を照射可能な基準光源と、
    前記干渉計に前記基準光源からの光を入射して前記ラインイメージセンサによって受光した光にフーリエ変換を施して分光スペクトルデータを生成すると共に、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を変更したときの分光スペクトルデータのピーク強度の変化に基づいて、前記ラインイメージセンサと前記レンズの間の距離を、前記ピーク強度が極大値を示すときの距離に向けて自動調整する制御部と
    を備えることを特徴とする紙葉類識別装置。

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