JP2014123071A - Light uniformization coupler for spectrum sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光学特性を測定するスペクトルセンサで測定対象物側からの光を入射口に受けてセンサ側の出射口へと導くスペクトルセンサ用光均一化結合装置に関する。 The present invention relates to a light homogenizing and coupling device for a spectrum sensor that receives light from a measurement object side at an incident port and guides it to an output port on the sensor side with a spectrum sensor that measures optical characteristics.
従来、紙葉類の光学特性を測定するスペクトルセンサでは、紙葉類に光を照射して、紙葉類で反射された光や紙葉類を透過した光からスペクトルを生成している。スペクトルは、プリズム等を含む光学系によって生成された干渉縞をCCD等の撮像素子によって撮像して取得される。撮像されるスペクトル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、スペクトルから得られる特徴に基づいて紙葉類の光学特性を評価することができる。スペクトルを正確に測定するためには、紙葉類からの光を、輝度ムラを生じさせることなく均一化した状態でプリズム等へ導光する必要がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a spectrum sensor that measures the optical characteristics of paper sheets irradiates the paper sheets with light, and generates a spectrum from light reflected by the paper sheets or light transmitted through the paper sheets. The spectrum is acquired by imaging an interference fringe generated by an optical system including a prism or the like with an imaging element such as a CCD. Since the imaged spectrum changes according to the optical characteristics of the paper sheet to be measured, the optical characteristics of the paper sheet can be evaluated based on the characteristics obtained from the spectrum. In order to accurately measure the spectrum, it is necessary to guide the light from the paper sheet to a prism or the like in a uniform state without causing uneven brightness.
光を均一化しながら導光する技術として、例えば、ケーラー照明がある。ケーラー照明では、集光レンズ及び投影レンズの2つのレンズを利用して、集光レンズにより集光した光を投影レンズにより均一化する。また、例えば、特許文献1のように、反射層を有する板材を筒状に成形した光集光部により光源からの光を集光かつ導光する技術がある。 As a technique for guiding light while making light uniform, for example, there is Koehler illumination. In Koehler illumination, the light collected by the condenser lens is made uniform by the projection lens using two lenses, a condenser lens and a projection lens. In addition, for example, as in Patent Document 1, there is a technique for condensing and guiding light from a light source by a light condensing unit in which a plate material having a reflective layer is formed into a cylindrical shape.
しかしながら、ケーラー照明に係る従来技術では複数のレンズを利用する必要があるため、構造が複雑になり製造コストも高くなるという問題がある。また、特許文献1に係る従来技術によれば構造を単純化して製造コストを抑制することができるが、この技術を小型のスペクトルセンサに適用しようとすると、入射光量に対する出射光量の割合を示す出射効率が低下して、センサ性能に影響するという問題がある。 However, the prior art related to Koehler illumination requires the use of a plurality of lenses, and thus there is a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost increases. Further, according to the conventional technique according to Patent Document 1, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be suppressed. However, when this technique is applied to a small-sized spectrum sensor, the output indicating the ratio of the output light quantity to the incident light quantity is shown. There is a problem that the efficiency is lowered and the sensor performance is affected.
具体的には、特許文献1に開示された光集光部は、映像をスクリーンに投影するプロジェクタ用装置で利用されるもので、入射口には光源からの光が直接入射される。また、出射口のサイズも大きく出射効率が問題になることはない。これに対して、紙葉類の光学特性を測定するスペクトルセンサでは、紙葉類からの反射光や透過光を入射光とするため、光源からの光を直接入射する場合に比べて入射光量が小さくなる。また、プロジェクタ装置に比べてサイズの小さいスペクトルセンサでは、出射口の幅が数mm程度しかない場合もあり、出射光量がさらに小さくなる。出射口で十分な出射光量が得られないと、スペクトルセンサのセンサ性能が低下して測定対象物の光学特性を正確に測定することができない。このため、小型のスペクトルセンサで光学系部品を結合するために、光を均一化して輝度ムラの発生を抑制しながら光学特性を測定するのに十分な出射光量を得ることができる技術が求められていた。 Specifically, the light condensing unit disclosed in Patent Document 1 is used in a projector apparatus that projects an image on a screen, and light from a light source is directly incident on an incident port. Further, the size of the emission port is large and the emission efficiency does not become a problem. In contrast, spectrum sensors that measure the optical properties of paper sheets use reflected light or transmitted light from paper sheets as incident light, so the amount of incident light is lower than when light from a light source is directly incident. Get smaller. Further, in a spectrum sensor that is smaller in size than the projector device, the width of the exit port may be only a few millimeters, and the amount of emitted light is further reduced. If a sufficient amount of emitted light cannot be obtained at the exit, the sensor performance of the spectrum sensor is degraded, and the optical characteristics of the measurement object cannot be measured accurately. For this reason, in order to combine optical components with a small spectrum sensor, there is a need for a technique that can obtain a sufficient amount of emitted light to measure optical characteristics while making the light uniform and suppressing the occurrence of uneven brightness. It was.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたもので、測定対象物からの光を入射口に受けてこの光を均一化しながらセンサ側の出射口へと効率よく導くことができるスペクトルセンサ用光均一化結合装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems caused by the prior art, and receives light from a measurement object at an entrance and efficiently guides the light to the exit on the sensor side while making the light uniform. An object of the present invention is to provide a light uniformizing and coupling device for a spectrum sensor.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、紙葉類からの光を受光するための光ガイド、該光ガイドで受光した光からスペクトルを生成するための光学系部及び生成された前記スペクトルを撮像するためのセンサ部を有するスペクトルセンサで、前記光ガイドと前記光学系部との間を光学的に結合するスペクトルセンサ用光均一化結合装置であって、前記光ガイド側の入射口から前記光学系部側の出射口へ至る貫通孔内側面を形成する反射ミラーを有し、前記反射ミラーの形状及びサイズが、前記入射口全面からの入射光量に対する前記出射口全面からの出射光量の比が第1所定割合以上となる第1条件、前記入射口での入射光の入射位置を変更しても各入射位置で入射された入射光量と前記出射口全面からの出射光量との比の変動幅が前記出射光量が最大値を示すときの比の第2所定割合以下となる第2条件、及び前記入射口での入射光の入射位置を変更しても変動する前記出射口の中心位置での出射光量の最小値が最大値の第3所定割合以上となる第3条件の全ての条件を満たすように設定されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a light guide for receiving light from a paper sheet, an optical system unit for generating a spectrum from light received by the light guide, and A spectrum sensor having a sensor unit for imaging the generated spectrum, wherein the light guide and the optical system unit are optically coupled to each other. A reflection mirror that forms an inner surface of the through hole from the incident port on the side to the emission port on the optical system side, and the shape and size of the reflection mirror is the entire surface of the emission port with respect to the amount of incident light from the entire surface of the incident port The first condition in which the ratio of the amount of light emitted from the light source is equal to or greater than a first predetermined ratio, even if the incident position of incident light at the incident port is changed, the incident light amount incident at each incident position and the emission from the entire surface of the outlet Ratio to light intensity A second condition in which the fluctuation range is equal to or less than a second predetermined ratio of the ratio when the amount of emitted light has a maximum value, and the center position of the emission port that varies even if the incident position of incident light at the incident port is changed. The minimum value of the amount of emitted light at is set so as to satisfy all of the third conditions that are equal to or greater than a third predetermined ratio of the maximum value.
また、本発明は、上記発明において、前記第1所定割合が30%、前記第2所定割合が30%、前記第3所定割合が50%に設定されることを特徴とする。 In the present invention, the first predetermined ratio is set to 30%, the second predetermined ratio is set to 30%, and the third predetermined ratio is set to 50%.
また、本発明は、上記発明において、前記反射ミラーが、前記入射口と前記入射口より面積の小さい前記出射口を底面として角錐台形状を形成することを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above invention, the reflecting mirror forms a truncated pyramid shape with the entrance and the exit having a smaller area than the entrance as a bottom.
また、本発明は、上記発明において、前記入射口の幅方向中央を通る垂直面と、前記角錐台形状の前記幅方向の2つの各側面との間の角度が13.5度以下であり、前記入射口の高さ方向中央を通る垂直面と、前記角錐台形状の前記高さ方向の2つの各側面との間の角度が4.6度以下であることを特徴とする。 Moreover, the present invention is the above invention, wherein the angle between the vertical surface passing through the center in the width direction of the entrance and the two side surfaces in the width direction of the truncated pyramid shape is 13.5 degrees or less, The angle between the vertical plane passing through the center in the height direction of the entrance and the two side surfaces of the truncated pyramid shape in the height direction is 4.6 degrees or less.
本発明によれば、小型のスペクトルセンサで利用されるスペクトルセンサ用光均一化結合装置において、入射口から出射口へ至る貫通孔内側面を形成する反射ミラーの形状及びサイズが、全入射光のうち所定割合以上の光を出射口から出射し、入射口での入射位置が変わっても、全出射光量が所定割合以上変動せずかつ出射口中心位置での出射光量の最小値が最大値の所定割合以上となるように設定されているので、光ガイドで受光した紙葉類からの光を入射口から入射して、均一化しながら紙葉類の光学特性を取得するのに十分な光量の光を光学系部に向けて出射することができる。 According to the present invention, in the light uniformizing and coupling device for a spectrum sensor used in a small spectrum sensor, the shape and size of the reflection mirror that forms the inner surface of the through hole from the entrance to the exit are Even if light of a predetermined ratio or more is emitted from the exit and the incident position at the entrance changes, the total amount of emitted light does not fluctuate by more than the prescribed ratio and the minimum value of the emitted light at the center of the exit is the maximum value. Since it is set so as to be a predetermined ratio or more, the light from the paper sheet received by the light guide is incident from the entrance, and the amount of light is sufficient to obtain the optical characteristics of the paper sheet while making it uniform. Light can be emitted toward the optical system unit.
以下に添付図面を参照して、この発明に係るスペクトルセンサ用光均一化結合装置の好適な実施例を詳細に説明する。以下では、スペクトルセンサ用光均一化結合装置を利用して、紙葉類からの光を受光する光ガイドと光学系部との間を光学的に結合する場合を例に説明する。なお、以下では、スペクトルセンサ用光均一化結合装置を「光カップリング装置」と記載する。 Exemplary embodiments of a light uniformizing and combining device for a spectrum sensor according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, a case will be described as an example in which a light guide for receiving light from a paper sheet and an optical system unit are optically coupled by using a light uniformizing and coupling device for a spectrum sensor. In the following description, the light homogenizing and coupling device for a spectrum sensor is referred to as an “optical coupling device”.
まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る光カップリング装置1が利用されるスペクトルセンサ100の構造概略を説明する。スペクトルセンサ100は、光ガイド10と、光カップリング装置1と、光学系部20と、センサ部30とを有しており、紙葉類3の光学特性を示す光を電気信号に変換して外部の信号処理部へ出力する機能を有している。例えば、図1(c)に示すように、スペクトルセンサ100では、光源2から紙葉類3に光を照射して、紙葉類3から反射された光を光ガイド10の16個の受光部212a〜212pで受光する。
First, an outline of the structure of a
光ガイド10は、図1(a)及び(b)に示すように、アクリル樹脂等の透明部材によって成形された4枚の導光板10a〜10dから形成される。導光板10aは紙葉類3に対向するように設けられた4つの受光部212a〜212dを有し、各受光部212a〜212dは、紙葉類3からの高さが同一となるようにX軸方向に1列等間隔に配置されている。4つの受光部212a〜212dで受光された光は、内部で全反射されながらX軸方向へ導かれて、出射部212qから光学系部20へ向けて出射される。他の導光板10b〜10dも同様の機能を有している。図1(b)に示すように、4枚の導光板10a〜10dを光カップリング装置1側の端部がY軸方向に揃うように配置した状態で、16個の各受光部212a〜212pがX軸方向に1列等間隔に配置される。図1(b)に示すように、紙葉類3を、搬送路4上でY軸方向に搬送することにより、X軸方向に1列に配置された受光部212a〜212pで紙葉類全面の光学特性を測定することができる。4枚の導光板10a〜10dから出射した光が、光カップリング装置1への入射光となる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
光学系部20の内部には、図示していないが、所定波長の光をカットするためのカットフィルター、光を拡散するための拡散板、干渉縞を生成するための偏光板及びプリズム、干渉縞を撮像するセンサ部30での焦点を合わせるためのレンズ等が含まれている。
Although not shown in the figure, the
センサ部30には、図示していないが、光学系部20によって生成された干渉縞を撮像するための撮像素子であるCCD、このCCDの制御を行うための基板等が含まれている。光ガイド10によって紙葉類3からの光を受光して、この光から光学系部20によって干渉縞を生成して、この干渉縞をセンサ部30によって撮像する。
Although not shown, the
スペクトルセンサ100は、例えば、紙葉類3を識別する紙葉類識別装置で利用される。紙葉類識別装置では、センサ部30から出力された信号から、例えば、入射光の周波数とその強度特性を示す分布図を生成して紙葉類3の種類や真偽等を識別する処理が行われる。
The
次に、本実施形態に係る光カップリング装置1について詳細を説明する。光カップリング装置1は、光ガイド10から出射される光を光学系部20に導光する機能を有する。図2は、光カップリング装置1内部での光の進み方を説明する図である。光カップリング装置1では、光ガイド10側の開口部である入射口(図面左側)に比べてセンサ部30側の開口部である出射口(図面右側)の面積が小さくなっており、入射口と出射口とを結ぶ導光部の内面が反射ミラーによって形成されている。光カップリング装置1の入射口から導光部内に入射した光は、導光部の外側に至ることなく、導光部内面の反射ミラーによって反射されながら進行する。
Next, details of the optical coupling device 1 according to the present embodiment will be described. The optical coupling device 1 has a function of guiding light emitted from the
図2に示すように、入射口の点41から破線で示すように入射した光は、内面の反射ミラーで反射されて、出射口から出射する。一方、入射口の点42から実線で示すように入射した光は、内面の反射ミラーでの反射を繰り返した後、出射口へ至ることなく、入射口から出射する戻り光となる。このように、光カップリング装置1の入射口から入射する光は、入射する位置及び角度によって、出射口から光学系部20へ向けて出射する場合と、戻り光として入射口へ戻ってしまう場合とがあり、この戻り光が出射効率低下の原因となる。戻り光の発生量は光カップリング装置1の構造によって異なるため、光カップリング装置1の構造を適切なものとして、光学特性の測定に必要な出射効率を実現する必要がある。スペクトルセンサ100によって紙葉類3の識別処理を行うためには、出射効率が30%以上であることが望ましい。
As shown in FIG. 2, the light incident from the
次に、小型のスペクトルセンサ100に利用可能な大きさで、30%以上の出射効率を得ることができる光カップリング装置1の具体的な構造について説明する。図3は、光カップリング装置1の外観を示す斜視図である。図3に示すように、光カップリング装置1は、光ガイド10側から光学系部20側への貫通孔を有し、この貫通孔が、入射した光を導く導光部となる。導光部の内面には、入射した光を反射するように4枚の反射ミラー111〜114が利用される。すなわち、角錐台形状の2つの底面を開口部とする貫通孔で、孔内の4つの側面が4枚の反射ミラー111〜114によって形成される。
Next, a specific structure of the optical coupling device 1 that can be used for the
図4は、光カップリング装置1で4枚の反射ミラー111〜114によって形成される導光部の形状を説明する図である。図4(a)は、導光部の大きさを説明する図である。また、図4(b)及び(c)は、各々、導光部を含むY軸に垂直な断面図及びZ軸に垂直な断面図を示している。図4(a)に示すように、開口部である入射口101及び出射口102は、各々、縦22mm×横15mm、縦18mm×横3mmの矩形形状を有している。これらの入射口101及び出射口102の大きさは、後述する条件を満たすように設定されたものである。稜線の長さH(mm)についても、出射効率が30%以上となるように決定されるがこれについては後述する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the shape of the light guide unit formed by the four reflection mirrors 111 to 114 in the optical coupling device 1. FIG. 4A illustrates the size of the light guide unit. FIGS. 4B and 4C show a cross-sectional view perpendicular to the Y axis and a cross-sectional view perpendicular to the Z axis, respectively, including the light guide. As shown in FIG. 4A, the
図5は、図4に示した光カップリング装置1の入射口101で異なる位置に光源を置いた場合の出射口102での出射光の強度の分布を示す図である。図5(a)左図に示すように、入射口101の中心付近の位置201と、Y軸方向では中央であるがZ軸方向では端部に当たる位置202と、Y軸方向及びZ軸方向で共に端部となる位置203との各々に光源の位置を設定する。そして、図5(a)右図に示すように、出射口102の下端を0(ゼロ)mmとして上端の18mmの位置までのZ軸方向の出射強度の分布を示したものが同図(b)である。図5(b)に示すように、光源を中心位置201とした場合の出射強度の分布曲線301では、出射強度がほぼ均一となり高い出射強度を得ることができる。光源をY軸方向中央位置のままZ軸方向端部へ移動した位置202とした場合の分布曲線302では、出射強度の分布はほぼ均一となるが、中心位置201を光源とした場合に比べて出射強度は低くなる。また、光源を入射口101上隅の位置203とした場合の分布曲線303では、Z=18mm付近では中心位置201を光源とした場合と同様に高い出射強度を得られるが、この位置から離れるにつれて出射強度が低下して、同図Z=0(ゼロ)mmの位置では出射強度が略0(ゼロ)となる。
FIG. 5 is a diagram illustrating the intensity distribution of the emitted light at the
このように、入射口101から入射する光の位置によって、出射口102から出射する光の強度分布が大きく変化する。そこで、入射口101から入射する光と出射口102から出射する光との関係について3つの条件を設定して、光カップリング装置1の構造がこれらの全条件を満たすように設計されている。
Thus, the intensity distribution of the light emitted from the
まず、入射口101全面から入射する光量に対する出射口102全面から出射する光量の割合を示す出射効率が30%以上であることを第1条件とする。この第1条件は、入射光量に対して、紙葉類3の光学特性を測定するのに十分な出射光量が得られることを条件とするものである。
First, the first condition is that the emission efficiency indicating the ratio of the light amount emitted from the
次に、図5に示すように、入射口101での光源の位置を変更しても、出射口102全面から得られる光量の変動幅が、全ての入射位置で得られた光量のうち最大値を示す光量の30%以内であることを第2条件とする。すなわち、入射口101から入射する光の位置が変化したときの、出射口102全面から得られる光の変化に対する条件である。第2条件は、図5(b)に示すように、各入射位置における出射強度の分布曲線301〜303を得て、各分布曲線から出射光の光量である積分値を算出した場合に、積分値が最大値を示す分布曲線301と最小値を示す分布曲線303との間で、その差が最大値の30%以内となることを条件とするものである。図5は、入射光の光量を同一としたときの出射光の強度分布を示しているので、言い換えれば、入射光量に対する出射光量の比について、最大値を示すときと最小値を示すときとの変動差が最大値の30%以内であることを条件とするものである。
Next, as shown in FIG. 5, even if the position of the light source at the
さらに、図5に示すように、入射口101での光源の位置を変更しても、出射口102の中心位置で得られる光量が、全ての入射位置で得られた光量のうち最大値を示す光量の50%以上となることを第3条件とする。すなわち、入射口101から入射する光の位置が変化したときの、出射口102中心位置から得られる光の変化に対する条件である。第3条件は、図5(b)に示すように、各入射位置における出射強度の分布曲線301〜303を得て、Z=9mmの位置での出射強度が最大値を示す分布曲線301での値をSmaxとして、Z=9mmの位置での出射強度が最小値を示す分布曲線303での値がSmaxの50%以上となることを条件とするものである。
Furthermore, as shown in FIG. 5, even if the position of the light source at the
第2条件及び第3条件は、十分な出射光量が得られることに加えて、入射光の位置により出射光量が大きく変動することなく均一な光が得られることを条件とするものである。なお、図5の例では、光源の位置を同図(a)に示す3つの位置201〜203として、得られた出射光の分布曲線301〜303を同図(b)に示しており、各条件を、同図の結果を例に用いて説明した。しかし、上記第1条件〜第3条件の各条件を満たすか否かを実際に判定するに当たっては、図5(a)に示す32箇所(図中円形状)を光源位置として、光源からの光の拡散角度を60度として判定を行っている。
The second condition and the third condition are based on the condition that in addition to obtaining a sufficient amount of emitted light, uniform light can be obtained without greatly changing the amount of emitted light depending on the position of incident light. In the example of FIG. 5, the positions of the light source are the three
第1条件〜第3条件の全ての条件を満たせば、出射口102から出射する光は均一化されて輝度ムラのない光となり、かつ、この光を光学系部20に向けて出射することにより紙葉類3の光学特性を測定して紙葉類3の識別処理に利用することができる。
If all the conditions from the first condition to the third condition are satisfied, the light emitted from the
図6は、第1条件及び第2条件を検証した結果の例を示す図である。図6(a)に示すように、光の入射位置を、出射口102からの出射光量が最大となる入射口101中心の入射位置204と、出射光量が最小となる入射口101の隅部の入射位置205とに設定する。図6(b)は、横軸を稜線H(mm)の長さとして、縦軸に、入射位置204から光が入射した場合の出射効率と、入射位置205から光が入射した場合の出射効率と、これらの出射効率の比とを示したものである。図6(b)では、左側の縦軸が各入射位置204及び205での出射効率を示し、右側の縦軸が出射効率の比(%)を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a result of verifying the first condition and the second condition. As shown in FIG. 6A, the incident position of light is set at the
入射口101の中心を入射位置204とした場合には、稜線Hが長くなるほど、すなわち入射口101から出射口102までの距離が離れるほど、光源からの距離が離れるために出射効率が低下する。これに対して、入射口101の隅部を入射位置205とした場合には、稜線Hが長くなるほど、導光部内面の反射ミラー111〜114で反射されながらX軸方向へ進行して出射口102へ至る光量が増えるため出射効率が向上する。図6(b)に示すように、稜線Hの長さをH=15mm以上とすることで、入射位置204及び205の両方で第1条件を満たし出射効率が30%以上となる。また、稜線Hの長さをH=25mm以上とすることで、入射位置204の場合の出射効率に対する入射位置205の場合の出射効率が70%以上の値を示す。すなわち、入射位置204及び205から同じ光量の光が入射した場合に、出射する光量の変動が、出射光量が最大となる入射位置205の光量の30%以内となるので第2条件を満たす。
When the center of the
また、図6(a)に示す稜線Hの長さをH=25mmとすれば、図5(a)に示す32箇所の各位置を入射位置として第3条件を満たす。以上の結果から、稜線Hの長さをH=25mm以上とすることで、第1条件〜第3条件の全ての条件を満たすことができる。 Further, if the length of the ridge line H shown in FIG. 6A is H = 25 mm, the third condition is satisfied with each of the 32 positions shown in FIG. From the above results, it is possible to satisfy all the conditions of the first condition to the third condition by setting the length of the ridge line H to H = 25 mm or more.
すなわち、図4に示すように、導光部が4つの反射ミラー111〜114によって形成される光カップリング装置1で、図中の稜線Hの長さをH=25mmとすることにより、入射口101に入射した光を均一化しながら出射口102から出射させると共に、紙葉類3の光学特性を測定するのに十分な出射光量を得ることができる。また、縦、横及び奥行きの全てが30mm以下の小型の光カップリング装置1を実現して、図1に示すように、小型のスペクトルセンサ100に利用することが可能となる。
That is, as shown in FIG. 4, in the optical coupling device 1 in which the light guide portion is formed by the four reflection mirrors 111 to 114, the length of the ridge line H in the drawing is set to H = 25 mm, The light incident on 101 can be emitted from the
図7は、上述した第1条件〜第3条件の全ての条件を満たす光カップリング装置1の構造を説明する図である。図7(a)は光カップリング装置1の導光部の構造、同図(b)は導光部をY軸方向から見た側面図、同図(c)は導光部をZ軸方向から見た上面図を示している。また、図7(d)は、全条件を満たすときの、入射口101の幅α1と出射口102の幅α2との関係を示す数式と、入射口101の高さβ1と出射口102の高さβ2との関係とを示す数式とを示している。ここで、図7(d)に示すLは入射口101と出射口102との間の距離、角度θαはXZ平面と導光部側面の反射ミラー111(113)との間の角度、角度θβはXY平面と導光部側面の反射ミラー112(114)との間の角度である。なお、図7(b)に示すように入射口101の高さ方向中心線と出射口102の高さ方向中心線は一致し、同図(c)に示すように入射口101の幅方向中心線と出射口102の幅方向中心線は一致する。角度θαが13.5度以下、角度θβが4.6度以下となるように、導光部各側面の反射ミラー111〜114を形成することにより、第1条件〜第3条件の全ての条件を満たす構造とすることができる。なお、導光部は、上述したように縦、横及び奥行きの全てが30mm以下の小型の光カップリング装置1に形成される大きさを有している。
FIG. 7 is a diagram illustrating the structure of the optical coupling device 1 that satisfies all of the first to third conditions described above. 7A is a structure of the light guide unit of the optical coupling device 1, FIG. 7B is a side view of the light guide unit viewed from the Y-axis direction, and FIG. 7C is a side view of the light guide unit in the Z-axis direction. The top view seen from is shown. FIG. 7D shows a mathematical expression showing the relationship between the width α1 of the
光カップリング装置1を利用するスペクトルセンサ100の構造は、図1に示すものに限定されるものではない。図8は、スペクトルセンサ100の異なる構造例を示すものである。図8に示すように、光ガイド10から光カップリング装置1へ向けて光の進行方向を90度折り曲げる導光部5を利用すれば、スペクトルセンサ100のX軸方向のサイズを小さくすることが可能となる。この場合、導光部5は、光ガイド10の出射部212q側を延長して90度折り曲げて形成してもよいし、光ガイド10と光カップリング装置1との間を接続する光ファイバの束等によって形成したものであても構わない。なお、光の進行方向を折り曲げる角度は、スペクトルセンサ100の大きさとこれを設置するスペースに応じて決定されるもので90度に限定されるものではない。
The structure of the
上述してきたように、本実施形態によれば、紙葉類3に合わせて形成した光ガイド10側の入射口101の大きさと光学系部20側の出射口102の大きさとが異なる場合でも、これらを光カップリング装置1によって光学的に結合することができる。また、光カップリング装置1をスペクトルセンサ100に合わせて縦、横及び奥行きが数十mmの小型の装置としながら、光ガイド10の受光部212a〜212pから受光した光を入射口101から入射して均一化すると共に、紙葉類3の光学特性を測定して識別処理を行うのに十分な光量を出射口102から光学系部20へ向けて出射させることができる。
As described above, according to the present embodiment, even when the size of the
以上のように、本発明は、紙葉類等の光学特性を測定する小型のスペクトルセンサで、光ガイド側の入射口と光学系部側の出射口の大きさが異なる場合に、これらの間を光学的に結合するために有用な技術である。 As described above, the present invention is a small-sized spectrum sensor for measuring optical characteristics of paper sheets and the like, and the light guide side entrance and the optical system side exit are different in size. This is a useful technique for optically coupling the two.
1 光カップリング装置
2 光源
3 紙葉類
4 搬送路
5 導光部
10 光ガイド
10a〜10d 導光板
20 光学系部
30 センサ部
100 スペクトルセンサ
101 入射口
102 出射口
111〜114 反射ミラー
212a〜212p 受光部
212q 出射部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記光ガイド側の入射口から前記光学系部側の出射口へ至る貫通孔内側面を形成する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーの形状及びサイズが、
前記入射口全面からの入射光量に対する前記出射口全面からの出射光量の比が第1所定割合以上となる第1条件、
前記入射口での入射光の入射位置を変更しても各入射位置で入射された入射光量と前記出射口全面からの出射光量との比の変動幅が前記出射光量が最大値を示すときの比の第2所定割合以下となる第2条件、及び
前記入射口での入射光の入射位置を変更しても変動する前記出射口の中心位置での出射光量の最小値が最大値の第3所定割合以上となる第3条件
の全ての条件を満たすように設定されることを特徴とするスペクトルセンサ用光均一化結合装置。 A spectrum sensor having a light guide for receiving light from paper sheets, an optical system for generating a spectrum from light received by the light guide, and a sensor for imaging the generated spectrum, A light uniformizing and coupling device for a spectrum sensor that optically couples between the light guide and the optical system unit,
A reflection mirror that forms an inner surface of the through hole from the light guide side incident port to the optical system side emission port;
The shape and size of the reflecting mirror are
A first condition in which the ratio of the amount of light emitted from the entire surface of the exit port to the amount of light incident from the entire surface of the entrance port is equal to or greater than a first predetermined ratio;
Even when the incident position of the incident light at the incident port is changed, the fluctuation range of the ratio between the incident light amount incident at each incident position and the emitted light amount from the entire surface of the exit port is when the emitted light amount shows the maximum value. A second condition that is less than or equal to a second predetermined ratio of the ratio, and a third value that is a minimum value of the output light quantity at the center position of the output port that varies even if the incident position of the incident light at the input port is changed. A light uniformizing and coupling device for a spectrum sensor, characterized in that it is set so as to satisfy all the conditions of the third condition which is a predetermined ratio or more.
Priority Applications (1)
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JP2012280098A JP2014123071A (en) | 2012-12-21 | 2012-12-21 | Light uniformization coupler for spectrum sensor |
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Citations (4)
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WO2011072863A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Giesecke & Devrient Gmbh | Spectral sensor for inspecting value documents |
-
2012
- 2012-12-21 JP JP2012280098A patent/JP2014123071A/en active Pending
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