JP2016110303A - 紙葉類鑑別装置、及びこれを備えた自動取引装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なった照射角度で同一箇所に照射し、その拡散反射光、及び拡散透過光を検出する。【解決手段】搬送路を通過する紙幣１に対して異なる角度で光を照射する複数の第１発光手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、紙幣１に対して、第１発光手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの照射箇所３と同じ箇所であって、紙幣１の反対側から第１発光手段の光と略同一波長の光を照射する第２発光手段４ｅと、第１発光手段の照射光が紙幣１で拡散した拡散反射光と第２発光手段４ｅの照射光が前記媒体を透過した拡散透過光との双方を集光し、受光面で集光された光の光量を検出する受光手段７，８と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、紙葉類鑑別装置、及びこれを備えた自動取引装置に関し、特に、紙幣の金種や真偽を鑑別する紙幣鑑別装置に配置される光学センサに関するものである。

一般に、自動取引装置や紙幣入出金機は、搬送路に光学センサが配置されており、該光学センサが複数の波長の光を紙幣に線状に照射し、その反射光（拡散反射光）又は透過光（拡散透過光）を受光部（ラインセンサ）が受光して、制御部が画像情報を得るように構成されている。そして、制御部は、得られた画像情報と予め記憶部に記憶されている紙幣情報とを照合することで、金種や真偽を判定し、紙幣の鑑別を行っている。

特許文献１に記載されている光学センサは、１枚の基板に複数の発光素子及び受光素子を搭載し、その基板を紙葉類の両面に非球面レンズを介して配設するようにしている。この光学センサは、発光素子が両面から紙葉類に光を照射し、紙葉類の表面を反射した反射光と紙葉類を透過した透過光とを受光素子が受光するように構成されている。また、この光学センサは、制御部が受光した情報から金種等を判別するようにも構成されている。また、特許文献２に記載の技術は、複数の導光体が複数の角度で被照射物（紙幣）に光を照射し、ホログラムなど角度によって見え方の異なる紙幣の真偽を判別するものである。

特開２０１１−４３９２６号公報（図１２） 特開２００９−１８１４０３号公報（図１，図２）

しかしながら、特許文献１の技術は、発光素子(ＬＥＤ)と受光素子とを搭載した基板を紙幣の両側に配置し、受光素子の光軸と非球面レンズの光軸とが一致しており、発光素子の光軸と非球面レンズの光軸とは一致していない。このため、特許文献１の技術は、反射光及び透過光の光軸が非球面レンズの光軸から傾斜しており、透過光用の照射光と反射光用の照射光の照射箇所が厳密には異なっている。また、特許文献１の技術は、基板に搭載されている発光素子から媒体（紙葉類）に光を照射するように構成されているため、受光素子に反射して入る光の角度をコントロールできない。また、特許文献２の技術は、導光体に照射角度を設けているものであるが、透過光に関して記載も示唆もされておらず、見る角度により像が変化する被照射物(例えば、ホログラム)に対して、像の差異を検出するのみであった。
したがって、特許文献１，２に記載の何れの技術も、紙幣の特定箇所に対する光の照射角度をコントロールしつつ、紙幣（媒体）に対する拡散反射光と拡散透過光とのそれぞれの特性を得ることはできなかった。

そこで、本発明は、異なった照射角度で略同一箇所に照射し、その拡散反射光、及び拡散透過光を検出することができる紙葉類鑑別装置、及びこれを備えた自動取引装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の紙葉類鑑別装置は、搬送路を通過する媒体（例えば、紙幣１）に対して異なる角度で光を照射する複数の第１発光手段（例えば、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）と、前記第１発光手段の照射箇所と略同一箇所に向けて、前記媒体の他面側から前記第１発光手段の光と略同一波長の光を照射する第２発光手段（例えば、導光体４ｅ）と、前記第１発光手段の照射光が前記媒体で拡散した拡散反射光と前記第２発光手段の照射光が前記媒体を透過した拡散透過光との双方を集光し、受光面で集光された光の光量を検出する受光手段（例えば、レンズアレイ７、受光基板８）と、を有することを特徴とする。

これによれば、第１発光手段は、媒体に拡散光（散乱光）を照射し、媒体の照射面から拡散された拡散反射光を、レンズアレイが受光素子の受光面に集光する。また、第１発光手段の反対側に配置されている第２発光手段は、媒体の裏面から拡散光（散乱光）を照射し、照射光が媒体を透過し、媒体の裏面から拡散された拡散透過光を、前記レンズアレイが受光素子の受光面に集光する。そして、制御手段（例えば、制御部３０）は、複数の第１発光手段と第２発光手段とを、異なるタイミングで発光させ、受光素子に集光された光量を検出させる。なお、受光手段のレンズは、拡散反射光及び拡散透過光を受光面に集光させる。

ここで、受光手段が検出した光の光量を制御手段が演算することにより、媒体の反射率や透過率を演算することができ、反射率及び透過率を用いた演算値（例えば、反射率と透過率との比、反射率と透過率との差分値、色度座標、反射率の彩度と透過率の彩度との差）を紙幣鑑別の特徴データとすることができる。また、第１発光手段の角度を変更することにより、特徴データの種類が増加するので、例えば、角度により色（色相や彩度）が変わる特殊インク（例えば、ＯＶＩインキ(Optical Variable Ink)）が塗布された媒体の判別が容易となる。

本発明によれば、異なった照射角度で同一箇所に照射し、その拡散反射光、及び拡散透過光を検出することができる。

本発明の第１実施形態である紙葉類鑑別装置を側面から見た断面図及びそのＡ−Ａ端面図である。 ＬＥＤの発光スペクトルと特定媒体の分光反射率及び分光透過率との関係を示す図である。 導光体から照射される照射光が平行平板ガラスを透過する様子を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態である紙葉類鑑別装置の構成図である。 ＬＥＤ発光シーケンスを示す図である。 第１実施形態における透過データと反射データとの同等波長での判別方法を示すフローチャートである。 自動取引装置の構成図である。 本発明の第２実施形態である紙葉類鑑別装置を側面から見た断面図である。 第２実施形態における透過データと反射データとの同等波長での紙幣判別方法を示すフローチャートである。 導光体の導光原理及び拡散原理を説明するための説明図である。 導光体及びシリンドリカルレンズを用いた発光手段を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

(第１実施形態)
（構成の説明）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態である紙葉類鑑別装置を側面から見た断面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ端面図である。
紙葉類鑑別装置５０（５０ａ）は、自動取引装置１００（図７参照）や紙幣入出金機（図示せず）で使用され、紙葉類（媒体）である紙幣１の真贋を鑑別したり、金種を判別したりするものである。紙葉類鑑別装置５０ａは、搬送路と、搬送ローラ２ａ，２ｂと、光学センサ２０（２０ａ）とを備え、紙幣１を搬送するように構成されている。光学センサ２０ａは、５本の導光体４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ）と、レンズアレイ７と、受光素子が搭載されている受光基板８とが搬送路の周辺に配設されている。紙幣１を搬送する搬送路は、レンズアレイ７及び受光基板８の位置に透明なガラス６ａ，６ｂが嵌め込まれている。また、導光体４ｅは、搬送路の上方に配設されており、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、搬送路の下方に配設されている。

紙幣１は、表面に特有の絵柄や透かしを持つ紙媒体であり、光が照射されると照射面で拡散（拡散反射）すると共に、照射光が裏面側に透過し拡散（拡散透過）する。ここで、紙媒体は、その表面に細かい凹凸があり、微視的には光が正反射していても、全体としての反射光は四方八方に散乱する。このような反射を拡散反射という。なお、紙幣１は、素材に光沢性があるポリマー紙幣であっても、印刷塗料が光を拡散させる。搬送路は、紙幣１を搬送する手段として搬送ローラ２（駆動ローラ２ａ，従動ローラ２ｂ）を設けており、搬送ローラ２が回転することで紙幣１が搬送方向に移動する。

導光体４（４ｅ）は、断面がトラック形状である柱状体（軸状体）であり、少なくとも一方の端部に３個のＬＥＤ５（５ａ，５ｂ，５ｃ）が配置されており、トラック形状の長軸に略平行な線状のスリット光を紙幣１に照射する発光手段として機能する。つまり、導光体４ｅは、軸方向に光を導光し、拡散（散乱）により光を紙幣１に照射するように作成されている。ＬＥＤ５（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、発光波長の異なる３種類の発光素子であり、例えば、ＬＥＤ５ａは波長６６０ｎｍの赤色（Ｒ）の光を発光し、ＬＥＤ５ｂは波長５３５ｎｍの緑色（Ｇ）の光を発光し、ＬＥＤ５ｃは波長４７０ｎｍの青色（Ｂ）の光を発光する。また、導光体４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）は、導光体４ｅと同様に３個のＬＥＤ５（５ｄ，５ｅ，５ｆ）が配置されており、ＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃとＬＥＤ５ｄ，５ｅ，５ｆとは同等な波長の光を発光し、光量も同一である。なお、３個のＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃや、３個のＬＥＤ５ｄ，５ｅ，５ｆを合わせて、発光部と称することにする。

レンズアレイ７は、屈折率分布型のロッドレンズ（ＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズ）が、複数、線状に配列されたものである。レンズアレイ７は、線状（ライン状）の照射箇所３に存在する部分の紙幣１の表面絵柄に対応する拡散反射光、及び拡散透過光を受光素子の受光面に集光する。受光基板８は、受光素子及び検出回路を搭載しており、受光面に集光された光の光量を検出する。受光素子は、いわゆるラインセンサであり、線状に複数のフォトダイオードが配列されている。レンズアレイ７は、媒体１の搬送面に対して略垂直に配置されており、各々のロッドレンズが紙幣１（物点）で拡散した拡散反射光や拡散透過光をフォトダイオードの受光面に集光する。なお、レンズアレイ７と受光素子が搭載されている受光基板８とを合わせて、受光手段という。

導光体４ｅは、トラック形状（断面形状）の長軸が紙幣１の搬送面に対して略垂直であり、この略垂直方向にスリット光を照射箇所３に向けて照射させる。これにより、紙幣１を透過した拡散透過光は、レンズアレイ７のロッドレンズに入射される。導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、トラック形状の長軸が紙幣１の搬送面に対して傾斜しており、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが紙幣１の搬送面に対して所定の角度（傾斜角）で照射箇所３に向けてスリット光（散乱光）を照射する。

また、導光体４ｃの傾斜角は導光体４ｄの傾斜角と等しく、導光体４ａの傾斜角は導光体４ｂの傾斜角と等しい。また、導光体４ｃ，４ｄは、導光体４ａ，４ｂよりも媒体１に照射する照射角θ５（図３）が大きい。言い換えれば、導光体４ｃ，４ｄは紙幣１の照射箇所３に向かって導光体４ａ，４ｂよりも傾斜角を深くして両側から照射し、対向配置された導光体４ｅは照射箇所３に向かって垂直に照射する。なお、導光体４ａ，４ｂ、及び導光体４ｃ，４ｄは、２本並設された状態で第１発光手段として機能し、導光体４ｅは、第２発光手段として機能する。

図２は、ＬＥＤの発光スペクトルと特定媒体の分光反射率及び分光透過率との関係を示す図である。縦軸は、発光スペクトルの比エネルギー、及び反射率・透過率の比率（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。
ＬＥＤ５ａ（Ｒ）は、波長６６０ｎｍに中心スペクトルを有し、ＬＥＤ５ｂ（Ｇ）は波長５２５ｎｍに中心スペクトルを有し、ＬＥＤ５ｃ（Ｂ）は波長４７０ｎｍに中心スペクトルを有している。また、実線の反射率分布、及び破線の透過率分布は、角度により色（色相や、彩度）が変わる特殊インク（例えば、ＯＶＩインキ(Optical Variable Ink)）が塗布された特定媒体の分光特性であり、特に、反射率と透過率とで分光特性が異なっている。

この特定媒体は、赤の波長６６０ｎｍでは、反射率及び透過率が高く、青の波長４７０ｎｍでは、反射率及び透過率が低いので、拡散反射光も拡散透過光も赤みを帯びている。つまり、分光特性を有した媒体（色の付いた媒体）を検出するときは、Ｒ，Ｇ，ＢそれぞれのＬＥＤを用いる必要がある。言い換えれば、赤、緑、青の３種類のＬＥＤを同時に照射させたり、白色ＬＥＤを照射させたりして、受光素子が全波長の光量を検出すると、青色成分の不足を赤色成分が補完してしまい、媒体の分光透過率の差異を区別することができなくなる。

また、この特定媒体は、赤の波長６６０ｎｍでは、反射率が透過率を上回り、緑の波長５２５ｎｍでは、反射率と透過率とが略等しくなり、青の波長４７０ｎｍでは、反射率が透過率を下回っている。つまり、この特定媒体は、反射率では、赤と緑とが混色されて、黄色が鮮明になる一方、透過率では、さらに青の成分が加わり、無彩色（白色／黒色）に近くなったり、彩度が悪くなったりする。結果的に、赤のみ、緑のみ、青のみのＬＥＤの光を個別に照射し、受光素子が同一波長（同等の単一波長）の光の光量を検出することにより、媒体の特徴を示すパラメータが増加するので、判別可能な媒体の種類が増加する。つまり、制御部３０（図４）は、反射率と透過率との比を演算したり、反射率と透過率との差分値を符号付き（絶対値に正負の符号を付けたもの）で演算したり、反射率の色度座標と透過率の色度座標とを比較したり、反射率の彩度と透過率の彩度とを比較したりすることにより、媒体の特徴を抽出することができる。

図３は、導光体４ｅとレンズアレイ７との間の搬送路に設けられたガラス６、及びその周辺の拡大図である。ここで、ガラス６の屈折率をｎ_１とし、空気の屈折率をｎ_２とする。
導光体４ｃは、トラック形状の長軸を光軸として拡散光（スリット光）ｐ_１を出射する。この拡散光ｐ_１は、ガラス６との界面に入射角θ_１で入射し、ガラス６に出射角θ_２で出射する。そして、出射角θ_２で出射した出射光ｐ_２は、ガラス６が平行平板ガラスなので垂線が互いに平行となり、空気との界面に入射角θ_３＝θ_２で入射する。そして、入射角θ_２で入射した入射光ｐ_２は、空気に出射角θ_４＝θ_１で出射する。つまり、平行平板ガラスに入射角θ_１で入射した光ｐ_１は、空気に出射角θ_１で出射する。そして、出射光ｐ_３は、入射角θ_５＝θ_１で紙幣１に照射される。ここで、入射角や出射角θ_１〜θ_５は、入射面や出射面の法線と光軸との間の角度をいう。

ここで、ガラス６の厚さをｄとし、角度θ_１が小さいとき、入射光ｐ_１と出射光ｐ_３との光軸のズレ量δは、
δ≒（１−ｎ_２／ｎ_１）・ｄ・θ_１ ・・・・・・・・・・・（１）
である。このズレ量δを考慮しつつ、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、その出射光の光軸と導光体４ｅの光軸とが紙幣１の照射箇所３で交わるように配置される。

図４は、紙葉類鑑別装置の構成を示すブロック図である。
紙葉類鑑別装置５０は、前記した光学センサ２０と、搬送ローラ２を駆動するローラ駆動部１１と、鑑別装置制御基板とを備える。
鑑別装置制御基板は、制御手段としての制御部３０と記憶部１０とを備え、記憶部１０は、紙幣情報記憶部１０ａと、プログラム記憶部１０ｂとの領域に区分されている。紙幣情報記憶部１０ａは、紙幣１の特徴データ（例えば、透過データと反射データとの特徴データ）が格納されている。プログラム記憶部１０ｂは、制御部３０のＣＰＵ（Central Processing Unit）を機能させるためのプログラムが格納されている。制御部３０は、プログラムが実行されることにより、紙幣判別部１２と、ローラ回転制御部１３と、ＬＥＤ発光制御部１４と、データ取得部１５と、紙幣制御部１６として機能する。

紙幣判別部１２は、紙幣情報記憶部１０によって、予め保持されている紙幣１の情報と、データ取得部１５によって取得されたデータ（画像データ）とを用いて真偽の判別や金種の判別といった処理を行う。ローラ駆動部１１は、搬送ローラ２を回転させるモータやギアにより構成されている。ローラ回転制御部１３は、搬送ローラ２が所定の回転速度で回転するようにローラ駆動部１１を制御する。ローラ回転制御部１３は、ローラ駆動部１１を制御している間、紙幣の搬送位置の位置情報を紙幣制御部１６に伝える。

ＬＥＤ発光制御部１４は、ＬＥＤ５を電気的に制御するものであり、ＬＥＤ５の発光タイミングを制御する。データ取得部１５は、ＬＥＤ５が発光している間に、受光基板８の受光素子が蓄積した光の光量データを取得する。紙幣制御部１６は、ローラ回転制御部１３と紙幣判別部１２とＬＥＤ発光制御部１４とデータ取得部１５の各種タイミングをコントロールしている。紙幣制御部１６は、紙幣１の特定部分が照射箇所３を通過した時に、ＬＥＤ発光制御部１４をコントロールして、紙幣１が所定距離（例えば、１／２０ｍｍ）移動する間、導光体４ａ，４ｂ、及び導光体４ｃ，４ｄの拡散面から照射される線状の拡散光（散乱光）を紙幣１の照射箇所３にパルス的に照射させる。

（動作の説明）
鑑別処理は、紙幣制御部１６がローラ回転制御部１３に駆動指令を出すことにより、開始する。ローラ駆動部１１は、搬送ローラ２を回転させることによって、紙幣１が搬送される。発光パターンの制御は、紙幣１が所定距離移動する間に１回発光させ、後記する１パターン周期（図５）でＬＥＤ５（ＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）を繰り返し、個別に点灯させる。紙幣１の搬送制御を行いながら、発光パターン制御と受光制御とを繰り返すことで、各発光パターンのデータ間隔を揃えつつ、紙幣１の全体のデータが取得される。

図５は、ＬＥＤ発光シーケンスの例である。つまり、図５は、ＬＥＤ発光制御部１４がＬＥＤ５に発光させるシーケンスの例と、データ取得部１５によって時分割で行われる拡散透過光、及び拡散反射光のデータ取得の例とを示している。
まず、ＬＥＤ発光制御部１４は、透過用の導光体４ｅのＬＥＤ５ａ（例えば赤色）を発光させ（透過波長１）、次に、反射用の導光体４ａ，４ｂのＬＥＤ５ｄを発光させ（反射波長１、角度１）、次に、反射用の導光体４ｃ，４ｄのＬＥＤ５ｄを発光させる（反射波長１、角度２）。また、ＬＥＤ５のそれぞれの発光期間に、データ取得部１５は、受光素子に蓄積された光の１ライン分の光量データを取得する。ここで、図５の角度１，角度２は、紙幣１への照射角度θ_５（図３）の角度を意味している。また、前記したように、ＬＥＤ５ｄの発光波長は、ＬＥＤ５ａの発光波長と同等である。

次に、照射光の波長を変更するために、ＬＥＤ発光制御部１４は、透過用の導光体４ｅのＬＥＤ５ｂ（例えば、緑色）を発光させ（透過波長２）、次に、反射用の導光体４ａ，４ｂのＬＥＤ５ｅを発光させる（反射波長２、角度１）。次に、ＬＥＤ発光制御部１４は、反射用の導光体４ｃ，４ｄのＬＥＤ５ｅを発光させ、さらに、照射光の波長を変更するために、透過用の導光体４ｅのＬＥＤ５ｃ（例えば、青色）を発光させ、次に、反射用の導光体４ａ，４ｂのＬＥＤ５ｆを発光させ、次に、反射用の導光体４ｃ，４ｄのＬＥＤ５ｆを発光させて、９種類の発光からなる「１パターン周期」が完了する。つまり、ＬＥＤ発光制御部１４は、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの各々に備えられたＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを順次異なるタイミングで発光するように制御している。また、データ取得部１５は、ＬＥＤ５が各タイミングで発光した光の光量を個別に検出する。そして、次のパターン周期として、透過用の導光体４ｅのＬＥＤ５ａを発光させ、これらの処理が繰り返される。

図６は、透過データと反射データとを用いた同等波長での紙幣鑑別方法を説明するためのフローチャートである。
まず、紙幣判別部１２は、同等の波長で取得したデータの１パターン周期内又は前後距離的に近い場所の透過データと反射データとの間の特徴（データ間の特徴）を算出する（Ｓ１）。つまり、導光体４ｅに設けられている何れかのＬＥＤ５ａを点灯させたときの透過データと、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに設けられている何れか一のＬＥＤ５ｄを点灯させたときの反射データの１パターン周期及び搬送方向の前後のデータ間の特徴を抽出する。

ここで、１パターン周期のデータは、搬送による紙幣１の移動距離（移動時間×移動速度）を考慮する。つまり、紙幣判別部１２は、導光体４ｅを点灯してから導光体４ａ，４ｂを点灯するまでの時間や、導光体４ｅを点灯してから導光体４ｃ，４ｄを点灯するまでの時間での移動距離で、取得データを位置合わせして、１ラインのデータを特定する。

また、データ間の特徴は、例えば、各波長での反射率と透過率との比が考えられ、反射率と透過率との比が所定範囲に入るか否かや、反射率と透過率との大小（符号付きの差分値）が評価対象になる。例えば、図２においては、緑色で反射率と透過率とが略一致しており、その比が所定範囲に入っている。
また、特徴データとして、例えば、色度座標を用いることができる。つまり、赤の光量データをＲとし、緑の光量データをＧとし、青の光量データをＢとしたとき、色度座標（ｒ，ｇ，ｂ）は、例えば、
ｒ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ｇ＝Ｇ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ｂ＝Ｂ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
で表現される。つまり、１ライン及び前後距離的に近いところ（つまり、紙幣１の一部分）の色度座標が、複数の照射角の拡散反射データと拡散透過データとの双方で得られる。

また、他の特徴データとして、図２の反射率データと透過率データとの差異を特徴付けるパラメータ（彩度（クロマ））を用いることが考えられる。この彩度Ｃａｂ^＊は、ＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系に変換し、さらに、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊均等色空間に変換することにより、演算することができる。まず、ＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系への変換は、下記行列演算で行うことができる。

次に、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊均等色空間は、
Ｌ^＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−１６ ・・・・・・・・・・・・（６）
ａ^＊＝５００｛（Ｘ／Ｘｎ）^１／３―（Ｙ／Ｙｎ）^１／３｝ ・・・・（７）
ｂ^＊＝２００｛（Ｙ／Ｙｎ）^１／３―（Ｚ／Ｚｎ）^１／３｝ ・・・・（８）
により演算することができる。ここで、Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎは、物体色と同一照明下の完全拡散面に対する三刺激値であり、Ｙｎ＝１００に基準化されている。特に、標準光Ｄ_６５の場合、Ｘｎ＝９５．０４、Ｙｎ＝１００、Ｚｎ＝１０８．８９である。また、Ｃ光の場合、Ｘｎ＝９８．０７、Ｙｎ＝１００、Ｚｎ＝１１８．１８である。なお、Ｌ^＊は、明度を表している。

また、彩度Ｃａｂ^＊は、
Ｃａｂ^＊＝｛（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２｝^１／２ ・・・・・・・・・・（８）
により演算することができる。

次に、紙幣判別部１２は、紙幣情報記憶部１０ａに保存されている透過データと反射データとの特徴データを読み出す（Ｓ２）。次に、紙幣判別部１２は、Ｓ１とＳ２とで得られたデータ間の特徴を比較して、紙幣１の金種又は真偽の判別を行う（Ｓ３）。そして、判別した結果を紙幣制御部１６に送る（Ｓ４）。

つまり、このフローでは、紙幣判別部１１は、取得した各発光パターンでのデータから抽出した特徴と紙幣情報記憶部１０ａに保存されている紙幣特徴とを比較して、紙幣１の金種や真偽の判別を行う。特に、同等波長で取得した透過と反射のデータに関しては、１パターン内、又は前後距離の最も近い反射データと透過データとを比較し、データ間の特徴を算出することで、紙幣１の金種や真偽の判別を行う。紙幣判別部１２で確定した情報は、紙幣制御部１６に送られる。

図７は、本発明の第１実施形態である紙葉類鑑別装置が使用される自動取引装置の構成図である。
自動取引装置１００は、金融機関やコンビニ等に配置されるＡＴＭであり、表示操作部２１と、明細票取扱部２２と、カード取扱部２３と、紙幣取扱部２４と、硬貨取扱部２６と、電源部２７と、制御装置２８とを備える。

表示操作部２１は、タッチパネル式のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、取引画面を表示する。明細票取扱部２２は、取引内容を伝票に印字するプリンタである。カード取扱部２３は、金融カードに貼付された磁気テープやＩＣカードに格納された情報を読み取り、情報をＩＣカードに格納するユニットである。

紙幣取扱部２４は、本実施形態の特徴構成である紙葉類鑑別装置５０を備え、図示しない紙幣投入口に投入された紙幣（紙葉類）１を鑑別し、金種毎に計数する。

硬貨取扱部２６は、図示しない硬貨投入口に投入された硬貨を鑑別し、金種毎に計数する機構部である。また、紙幣取扱部２４及び硬貨取扱部２６は、自動取引装置１００の内部に格納された紙幣１や硬貨を外部に繰り出す機能も有している。電源部２７は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換して、直流電力を各部に供給する電源装置である。制御装置２８は、ＦＣ（Factory Computer）により、構成されており、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の不揮発性記憶部に格納されたＯＳ（Operating System）や取引プログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に展開して、ＣＰＵが実行することにより、各部を制御する。

（効果の説明）
以上説明したように、本実施形態の紙葉類鑑別装置５０によれば、ＬＥＤ５の各波長について、照射箇所３における紙幣１の拡散反射光の光量データと拡散透過光の光量データとを取得することができる。紙葉類鑑別装置５０は、紙幣１の照射箇所３に対して異なる照射角でスリット光を照射する導光体４ａ，４ｂの対、導光体４ｃ，４ｄの対、及び導光体４ｅを用いることで、精度良く同一の照射箇所３に対するデータを得ることができる。さらに、透過光用のＬＥＤ５の波長と反射光用のＬＥＤ５の波長とを一致乃至近似させることによって、特定波長に対しての紙幣一部分の特徴を検出することが可能となる。

また、同一波長に対しての紙幣一部分の特徴（例えば、反射率と透過率との比や差分値、色度座標、彩度）を詳細に抽出することによって、単一照射角の拡散反射光と拡散透過光との双方や、複数照射角の拡散反射光では得られなかった、紙幣１の紙質や絵柄特徴などに関わるデータ解析を行うことができる。このため、紙葉類鑑別装置５０は、紙幣１の真偽や金種の判別の精度が向上する。

（第２実施形態）
前記第１実施形態の紙葉類鑑別装置５０ａは、導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ、レンズアレイ７、及び受光素子（受光基板８）を有する光学センサ２０ａを１個用いて、紙幣１の片面の拡散反射光を検出したが、光学センサ２０ｂを追加することにより、両面の拡散反射光を検出することができる。
（構成の説明）
図８は、本発明の第２実施形態である紙葉類鑑別装置の構成図である。
紙葉類鑑別装置５０ｂは、２つの光学センサ２０ａ，２０ｂを備え、一方の光学センサ２０ａと他方の光学センサ２０ｂとは、互いに搬送方向に離間して配設しており、搬送面に対して互いに反転して配置されている。一方の光学センサ２０ａと他方の光学センサ２０ｂとは、互いに離間して配設しているので、一方の光学センサ２０ａが照射する照射光が他方の光学センサ２０ｂのレンズアレイ７に入射することが回避される。なお、光学センサ２０ａの導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが紙幣１に照射する位置を照射箇所３ａとし、光学センサ２０ｂの導光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが紙幣１に照射する位置を照射箇所３ｂとする。

一方の光学センサ２０ａと他方の光学センサ２０ｂとは、搬送面に対して互いに反転して配置されており、光学センサ２０ａの導光体４ｅ側に光学センサ２０ｂのレンズアレイ７が設けられており、光学センサ２０ａのレンズアレイ７側に光学センサ２０ｂの導光体４ｅが設けられている。これにより、紙葉類鑑別装置５０ｂは、紙幣１の両面の拡散反射画像を検出することができる。なお、導光体４ｅによる拡散透過光は、紙幣１の照射箇所が同一であれば、光学センサ２０ａで検出された光量と他方の光学センサ２０ｂで検出された光量とは同一になる。

（動作の説明）
第１実施形態と同様の制御により、データ取得部１５（図４）は、照射箇所３ａと照射箇所３ｂとの双方でのデータを取得する。そして、紙幣判別部１２（図４）が、取得したデータを用いて、紙幣１の金種や真偽を判別する。

図９は、第２実施形態における透過データと反射データとの同等波長での判別方法を示すフローチャートである。
紙幣判別部１２は、照射箇所３ａと照射箇所３ｂとの間隔から２つの場所で取得したデータ位置を合わせる（Ｓ２１）。つまり、紙幣判別部１２は、照射箇所３ａ，３ｂの間隔が既知であるので、照射箇所３ａで取得するデータと、照射箇所３ｂで取得するデータとに対して、紙幣１の移動距離を元にしてデータを補正する。ここで、照射箇所３ａで取得するデータを反射データＡ、透過データＡとし、照射箇所３ｂで取得するデータを反射データＢ、透過データＢとしている。

次に、紙幣判別部１２は、位置を合わせたデータに対しての透過データＡと反射データＡと透過データＢと反射データＢの１パターン周期内又は前後距離的に近い場所の同等波長データから各データ間の特徴を算出する（Ｓ２２）。
次に、紙幣判別部１２は、紙幣情報記憶部１０（図４）に保存されている透過データＡと反射データＡと透過データＢと反射データＢとの特徴を読み出す（Ｓ２３）。
そして、紙幣判別部１２は、Ｓ２２とＳ２３で得たデータの関係性を比較して、金種や真偽の判定を行う（Ｓ２４）。そして、紙幣判別部１２は、判定結果を紙幣制御部１６（図４）に通知する（Ｓ２５）。

（効果の説明）
第２実施形態の紙葉類鑑別装置５０ｂは、光学センサ２０ａ，２０ｂの対を搬送面に対して反転して配設したことにより、紙幣１の表と裏とに対して、同等な波長の反射データと透過データを得ることができる。このため、紙葉類鑑別装置５０ｂは、紙幣１の表面絵柄の特性を排除した紙幣１の紙質を抽出することができ、判別の性能が向上する。つまり、紙幣１の一面から照射したときの特性（透過率や反射率）と、他面から照射したときの特性とが一致したときは、絵柄の特性が排除されるので、紙葉類鑑別装置５０ｂは、紙質の特徴を抽出することができる。

また、紙葉類鑑別装置５０ｂは、搬送ローラ２ａ，２ｂの対と搬送ローラ２ｃ，２ｄの対との間に光学センサ２０ａ，２０ｂを並べたので、紙幣１の位置制御がローラ径などによる影響を受け難い。このため、紙葉類鑑別装置５０ｂは、位置制御をより厳密にできるようになり、照射箇所３ａ，３ｂの間隔補正をより精度良く行えるようになる。つまり、紙葉類鑑別装置５０ｂは、精度良く間隔の補正を行うことで、より正確に同一の箇所に対する判別処理を適用できるようになり、判別精度が向上する。

（第３実施形態）
前記第１実施形態、及び第２実施形態は、断面がトラック形状の導光体４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ）を用いて、導光及び拡散を行っていたが、他の形状の導光体も使用することができる。以下、直方体状の導光体を用いて導光原理及び拡散原理の一例を説明する。なお、これらの原理は、導光体の断面形状や素材に依存しない。

図１０は、導光体の導光原理及び拡散原理を説明するための説明図である。
図１０（ａ）は、導光体の平面図であり、図１０（ｂ）はＢ−Ｂ断面図であり、図１０（ｃ）は、底面図であり、図１０（ｄ）は側面図である。

導光体１７は、断面が長方形状のガラス媒体（透光性媒体）であり、両端に非透光性のホルダ９により保持されている。導光体４のガラスの屈折率をｎ_３とし、空気の屈折率をｎ_２とする。導光体４の一端に設けられたＬＥＤ５は、比較的均等な配向特性を有している。例えば、ホルダ９の方向に照射された光ｉ_０は、ホルダ９で吸収される。また、導光体１７のガラス（屈折率ｎ_３＝１．４５）と空気（屈折率ｎ_２＝１．０）との界面に入射する光は、入射角θが臨界角θｃ＝sin^−１（ｎ_２／ｎ_３）＝４３．６°よりも小さいときには透過成分が存在するが、臨界角θｃよりも大きいときには、全反射する。

つまり、ＬＥＤ５が照射した臨界角θｃの光ｉ_１は、導光体１７と空気との界面で全反射し、光ｉ_２として直進する。そして、光ｉ_２は、光ｉ_１が全反射した界面の対向面でも再度、全反射し、光ｉ_３となる。そして、光ｉ_３は、全反射を繰り返し、ガラス内で導光が行われる。また、導光体１７の軸方向端部（他端）まで到達した光は、入射角が臨界角θｃよりも大きい光が全反射して、ＬＥＤ５側に戻り、臨界角θｃよりも小さい光が端面から透過することになる。ＬＥＤ５の近傍、及び他端側では、入射角が臨界角θｃよりも大きな光が存在するので、光量が強い光が導光体１７の外部に出射され、導光体１７の軸方向中心部では、全反射光のみとなり、導光体１７の外部には出射されない。

導光体１７の軸方向中心部近傍では光が外部に出射されないため、導光体１７は、紙幣１に近い一面のみを擦りガラス状に形成し、擦りガラス状に形成された拡散面１７ａで光を散乱させて、光ｉ_５として導光体１７の外部に出射させる。つまり、拡散面１７ａは、軸方向の中心部の拡散率を高くして、軸方向両端部の拡散率を低減させて、結果的に、軸方向に均一な強度で拡散光（散乱光）を出射させる。これにより、導光体１７は、媒体を拡散照明していることになる。なお、拡散率は、段階的に変化させてもよく、連続的に変化させてもよい。

図１１は、導光体及びシリンドリカルレンズを用いた発光手段を示す図である。
図１１に示す発光手段は、導光体１７とシリンドリカルレンズ１８とを備えており、拡散面１７ａが拡散しつつ照射する線状の光をシリンドリカルレンズ１８で集光し、平行光に近似させてスリット光にするものである。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態のＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光ダイオードを用いて、図２のような線スペクトルの光を発光させたが、白色ＬＥＤにＲＧＢのカラーフィルタを設けて、半値幅の広いスペクトルの光を発光させることができる。つまり、図２においては、媒体（紙幣１）の反射率と透過率との交点が緑色の波長（５２５ｎｍ）に略一致していたが、任意の媒体（紙幣１）であっても、反射率と透過率とが略一致するように、カラーフィルタの中心波長を選択することができる。また、このカラーフィルタは、ＲＧＢ表色系の等色関数に対応する分光特性にすることが好ましい。

１ 紙幣（媒体）
２ 搬送ローラ
２ａ，２ｃ 搬送ローラ
２ｂ，２ｄ 搬送ローラ
３，３ａ，３ｂ 照射箇所
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 導光体（第１発光手段）
４ｅ 導光体（第２発光手段）
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ ＬＥＤ（発光部、発光素子）
６，６ａ，６ｂ ガラス
７ レンズアレイ（受光手段）
８ 受光基板（受光手段、受光素子）
９ ホルダ
１０ 記憶部
１０ａ 紙幣情報記憶部
１０ｂ プログラム記憶部
１１ ローラ駆動部
１２ 紙幣判別部
１３ ローラ回転制御部
１４ ＬＥＤ発光制御部
１５ データ取得部
１６ 紙幣制御部
１７ 導光体
１７ａ 拡散面
１８ シリンドリカルレンズ
２０，２０ａ，２０ｂ 光学センサ
２１ 表示操作部
２２ 明細票取扱部
２３ カード取扱部
２４ 紙幣取扱部
２５ 鑑別部
２６ 硬貨取扱部
２７ 電源部
２８ 制御装置
３０ 制御部（制御手段）
５０，５０ａ，５０ｂ 紙葉類鑑別装置
１００ 自動取引装置

Claims (12)

1. 搬送路を通過する媒体に対して異なる角度で光を照射する複数の第１発光手段と、
   前記第１発光手段の照射箇所と略同一箇所に向けて、前記媒体の他面側から前記第１発光手段の光と略同一波長の光を照射する第２発光手段と、
   前記第１発光手段の照射光が前記媒体で拡散した拡散反射光と前記第２発光手段の照射光が前記媒体を透過した拡散透過光との双方を集光し、受光面で集光された光の光量を検出する受光手段と、
   を有することを特徴とする紙葉類鑑別装置。
2. 請求項１に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   各々の前記第１発光手段、及び前記第２発光手段は、発光部が軸方向端部に設けられ、前記媒体に対して線状に光を照射する軸状の導光体から構成されている
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
3. 請求項２に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記受光手段は、前記受光面が線状に複数配列したラインセンサと、前記受光面に対して垂線の方向に光軸が配列されたレンズアレイとを備え、
   前記ラインセンサは、前記導光体と略平行に配設されており、
   前記第２発光手段は、光の照射方向が前記レンズアレイの光軸と略一致している
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   各々の前記第１発光手段は、前記導光体が２本並設されて構成されており、
   前記２本の導光体は、略同一照射角で両側から前記媒体に光を照射する
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
5. 請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記発光部は、異なる波長の光を発生する複数の発光素子を有し、
   前記複数の第１発光手段の各々が備える複数の発光素子と前記第２発光手段が備える複数の発光素子とを順次異なるタイミングで発光させる制御手段をさらに有する
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
6. 請求項５に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記制御手段は、異なるタイミングで発光した前記第１発光素子による前記拡散反射光の光量を、前記受光手段に個別に検出させる
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
7. 請求項６に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記制御手段は、前記受光手段が異なるタイミングで検出した各々の前記拡散反射光の光量及び前記受光手段が異なるタイミングで検出した各々の前記拡散透過光の光量に基づいて、前記媒体の鑑別処理を行う
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
8. 請求項７に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記制御手段は、各々の前記拡散反射光の光量と各々の前記拡散透過光の光量との比に基づいて、前記媒体の鑑別処理を行う
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
9. 請求項７に記載の紙葉類鑑別装置であって、
   前記制御手段は、各々の前記拡散反射光の光量と各々の前記拡散透過光の光量との差分値に基づいて、前記媒体の鑑別処理を行う
   ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
10. 請求項７に記載の紙葉類鑑別装置であって、
    前記制御手段は、各々の前記拡散反射光の彩度と各々の前記拡散透過光の彩度との相違に基づいて、前記媒体の鑑別処理を行う
    ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の紙葉類鑑別装置であって、
    前記第１発光手段と前記第２発光手段と前記受光手段とを有する光学センサは、搬送方向に離間させて前記搬送路の両側に配置されている
    ことを特徴とする紙葉類鑑別装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の紙葉類鑑別装置を備えた自動取引装置。

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