JP2016191651A - 投受光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】旋光性または遅相軸を有する検出対象物の透明部を検知し、且つ旋光性または遅相軸を有さない検出対象物の透明部を検知する投受光センサを提供する。
【解決手段】投受光センサ１は、発光素子２１と受光素子２２が並列に設けられ、検出対象物４を挟んで反対側には反射ミラー３１が設けられる。また、発光素子２１、受光素子、反射ミラー３１の前面には、それぞれの偏光方向（偏光軸）が平行な発光側偏光板２３、受光側偏光板２４、ミラー側偏光板３２が設けられる。さらに、発光素子２の光軸Ｏ、および反射ミラー３１による反射光の光軸Ｏは検出対象物４の法線Ｂに対して角度を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象物の透明部を検出する投受光センサに関する。

従来、検出対象物である旋光性を有する透光性シートを検出する検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の検出装置は、投光素子と受光素子とを設け、投光素子および受光素子の前面に互いの偏光方向が直交する偏光フィルタが設けられている。そして、２つの偏光フィルタの間に旋光性を有するフィルムが存在するとき、投光素子の前面の偏光フィルタを透過した偏光の偏光面がフィルムによって９０度回転し、受光素子の前面の偏光フィルタを透過する。したがって、フィルムが透明であったとしても、フィルムの存在を検知することができる。

特開２００２−２９６３６０号公報

しかしながら、旋光性を有さないフィルムの場合、偏光面が回転せずにそのまま透過するので、投光素子の前面の偏光フィルタを透過した偏光は受光素子の前面の偏光フィルタを透過しない。したがって、フィルムの存在を検知できない。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、旋光性または遅相軸を有する検出対象物の透明部を検知し、且つ旋光性または遅相軸を有さない検出対象物の透明部を検知すること、などを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による記録媒体供給装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
検出対象物の透明部を検出する投受光センサであって、光軸が検出対象物の法線に対して角度を有する発光素子と、検出対象物を挟んで発光素子の反対側に設けられ、光軸が検出対象物の法線に対して角度を有するように発光素子からの光を反射させる反射ミラーと、検出対象物に対して発光素子と同じ側に設けられ、反射ミラーからの反射光を受光する受光素子と、発光素子と検出対象物との間に設けられる発光側偏光子と、検出対象物と反射ミラーとの間に設けられ、発光側偏光子と平行の偏光軸を有するミラー側偏光素子と、検出対象物と受光素子との間に設けられ、発光側偏光子と平行の偏光軸を有する受光側偏光子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、旋光性または遅相軸を有する検出対象物の透明部を検知し、且つ旋光性または遅相軸を有さない検出対象物の透明部を検知する投受光センサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る投受光センサの一例を示す斜視図。 図１に示した投受光センサの側面図。 図１に示した投受光センサの光の状態を模式的に示す説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。

図１〜図３において、本発明の実施形態に係る投受光センサ１の一例を示す。図１は、本発明の実施形態に係る投受光センサ１の一例について概略を図示している。図２は、投受光センサ１についての平面図である。図３は、投受光センサ１の光の状態についての説明図である。

本発明の実施形態に係る投受光センサ１は、例えば、検出対象物である紙幣４を搬送する搬送装置に組み込まれて、紙幣４の有無を検出するためのセンサとして使用される。紙幣４としては、ポリエチレン等の樹脂を延伸成形することによって製造されるポリマー紙幣４であり、印刷された不透明部（印刷部）４２と透明部４１を有する。検出対象物としては紙幣に限らず、透明部を有するシート、フィルム等がある。

図１〜３に示すように、投受光センサ１は、発光素子２１からの出射光を反射ミラー３１にて反射させ、受光素子２２にて受光する。この受光素子２２から出力された電圧によって検出対象物であるポリマー紙幣４を検出する。発光素子２１から受光素子２２の間にポリマー紙幣４が存在すると受光素子２２から出力される電圧が変化するので、この変化量によってポリマー紙幣４を検出することができる。

センサユニット２は、発光素子２１、受光素子２２、発光側偏光板（発光側偏光子）２３、受光側偏光板（受光側偏光子）２４を備える。発光素子２１は、光源である１個の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、受光素子２２は、検出器である１個のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。発光素子２１と受光素子２２は、センサユニット２内で並列に配置される。尚、発光素子２１に用いられる光源の種類としては、ＬＥＤに限られず、電球（白熱、ハロゲン、キセノン等）、レーザー、蛍光灯等であってもよい。受光素子２２に用いられる検出器の種類としては、ＰＤに限られず、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、光電管等であってもよい。

発光素子２１には、発光素子２１に電源を供給するための電源供給部が接続される。受光素子２２には、受光信号を検出して受光強度を出力するための検出部が接続される。電源供給部及び検出部は、投受光センサ１が組み込まれる搬送装置側に設けられる。なお、投受光センサ１が電源供給部及び検出部を有していてもよい。

発光素子２１は、発光素子２１からの出射光の光軸Ｏがポリマー紙幣４に対して入射角θで入射するように設けられている。すなわち、発光素子２１の光軸Ｏはポリマー紙幣４の法線Ｂに対して角度を有する（図２参照）。これにより、発光素子２１から発せられた光は、ポリマー紙幣４の表面においてその一部が反射することとなる（一部がポリマー紙幣４を透過する）。

発光側偏光板２３は、発光素子２１の発光面の前面、すなわち、発光素子２１とポリマー紙幣４との間に設けられる。発光側偏光板２３は、直線偏光子であり、偏光方向（偏光軸）が搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す。受光側偏光板２４は、受光素子２２の前面、すなわち、ポリマー紙幣４と受光素子２２の間に設けられる。受光側偏光板２４は、直線偏光子であり、偏光方向（偏光軸）が搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す。

さらに、発光側偏光板２３と受光側偏光板２４の偏光軸は平行に設けられている。したがって、図示の例では、発光側偏光板２３と受光側偏光板２４はそれぞれ別体として設けているが、一体で一枚の偏光板とすることもできる。

ミラーユニット３は、反射ミラー３１とミラー側偏光板（ミラー側偏光子）３２を備える。ミラーユニット３はセンサユニット２に対してポリマー紙幣４を挟んで反対側に設けられ、反射ミラー３１は発光素子２１からの光を受光素子２２へ反射させる。

反射ミラー３は、反射ミラー３１の反射光の光軸Ｏがポリマー紙幣４に対して入射角θで入射するように設けられている。すなわち、反射ミラー３１の反射光の光軸Ｏはポリマー紙幣４の法線Ｂに対して角度を有する（図２参照）。これにより、反射ミラー３１にて反射した光は、ポリマー紙幣４の表面においてその一部が反射することとなる（一部がポリマー紙幣４を透過する）。

ミラー側偏光板３２は、反射ミラー３１の反射面の前面、すなわち、反射ミラー３１とポリマー紙幣４との間に設けられる。ミラー側偏光板３２は、直線偏光子であり、偏光方向（偏光軸）が搬送方向Ａに対して４５度の角度をなす。さらに、ミラー側偏光板３２の偏光軸は、発光側偏光板２３と受光側偏光板２４に平行に設けられている。

ポリマー紙幣４は、搬送機構（不図示）によってセンサユニット２とミラーユニット３の間を搬送方向Ａに沿って搬送される。搬送方向Ａは、ポリマー紙幣４の長手方向に沿っている。ここで、樹脂を一軸方向に延伸成形してなるポリマー紙幣４の透明部４１は、光学素子である１／２波長板と同様の性質を有する。しかも、ポリエチレン等の樹脂を延伸成形することによりポリマー紙幣２０が製造されているため、透明部４１は、樹脂の延伸方向すなわちポリマー紙幣４の長手方向または短手方向に沿う遅相軸を有する。

遅相軸に対して４５度の偏光方向を有する直線偏光を入射することで、９０度回転した直線偏光が出射することとなる。したがって、搬送方向Ａに遅相軸を有する、または搬送方向Ａに直交する方向に遅相軸を有するポリマー紙幣４に対して、偏光方向を搬送方向Ａと４５度の角度とした直線偏光を入射することで、透明部４１を透過する光は約９０度回転させられる。

次に、図３を参照して投受光センサ１における光の状態を説明する。ここで、矢印の幅は、光量の大きさを表すものとする。また、白抜きの矢印は非偏光を示し、左上がりのハッチングは搬送方向Ｘに対して４５度（各偏光板２３，２４，３２の偏光軸と平行）の直線偏光を示し、右上がりのハッチングは各偏光板２３，２４，３２の偏光軸と直交する（９０度）の直線偏光を示す。

まず、ポリマー紙幣４がセンサユニット２とミラーユニット３の間に存在しない場合を説明する。図３（ａ）に示すように、発光素子２１から出射された光ａ１は、発光側偏光板２３によってポリマー紙幣４の搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す直線偏光ｂ１となる。そしてそのままの状態でミラー側偏光板３２に到達する。ミラー側偏光板３２の偏光方向は発光側偏光板２３と平行であるため、直線偏光ｂ１を保ったまま反射ミラー３１で反射されてミラー側偏光板３２を透過し、受光側偏光板２４に到達する。受光側偏光板２４の偏光方向はミラー側偏光板３２と平行であるため、直線偏光ｂ１を保ったまま受光素子２２に入射する。したがって、受光素子２２で受光する光量は減衰しないか極めて小さい減衰であり、受光素子２２から出力される電圧は高いまま維持される。

次に、ポリマー紙幣４の印刷部４２がセンサユニット２とミラーユニット３の間に存在する場合を説明する。図３（ｂ）に示すように、発光素子２１から出射された光ａ１は、発光側偏光板２３によってポリマー紙幣４の搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す直線偏光ｂ１となる。直線偏光ｂ１が印刷部４２に到達すると、直線偏光ｂ１の一部は印刷部４２の表面で反射される。一方、印刷部４２を透過する光は、印刷部４２によって減衰されて光量が中程度の非偏光ａ３となり、ミラー側偏光板３２に到達する。ミラー側偏光板３２の偏光方向は発光側偏光板２３と平行であるため、光量中程度の非偏光ａ３は光量中程度の直線偏光ｂ３となり、反射ミラー３１で反射されてミラー側偏光板３２を透過する。

そして、直線偏光ｂ３が印刷部４２に到達すると、直線偏光ｂ３の一部は印刷部４２の表面で反射される。一方、印刷部４２を透過する光は、印刷部４２によってさらに減衰されて光量が小程度の非偏光ａ４となり、受光側偏光板３２に到達する。光量小程度の非偏光ａ４は、受光側偏光板２４によって光量小程度の直線偏光ｂ４となり、受光素子２２に入射する。したがって、受光素子２２で受光する光量は大幅に減衰した極めて小さい光量であり、受光素子２２から出力される電圧は大幅に低いかゼロとなる。

次に、ポリマー紙幣４の透明部４１がセンサユニット２とミラーユニット３の間に存在する場合を説明する。図３（ｃ）に示すように、発光素子２１から出射された光ａ１は、発光側偏光板２３によってポリマー紙幣４の搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す直線偏光ｂ１となる。直線偏光ｂ１が透明部４１に到達すると、直線偏光ｂ１の一部は透明部４１の表面で反射される。一方、透明部４１を透過する光の光量は、反射光ｄの光量だけ小さくなる。透明部４１を透過する光は、遅相軸を有し且つ入射角θを有する透明部４１によって偏光方向が９０度回転させられた直線偏光ｃ２を主成分とする光となり、ミラー側偏光板３２に到達する。ミラー側偏光板３２の偏光方向は発光側偏光板２３と平行であるため、直線偏光ｃ２を主成分とする光は光量中程度の直線偏光ｂ３となり、反射ミラー３１で反射されてミラー側偏光板３２を透過する。

そして、直線偏光ｂ３が透明部４１に到達すると、直線偏光ｂ３の一部は透明部４１の表面で反射される。一方、透明部４１を透過する光の光量は、反射光ｄの光量だけ小さくなる。透明部４１を透過する光は、透明部４１によって偏光方向が９０度回転させられた直線偏光ｃ３を主成分とする光となり、受光側偏光板３２に到達する。光量中程度の直線偏光ｃ２は、受光側偏光板２４によって光量小程度の直線偏光ｂ４となり、受光素子２２に入射する。したがって、受光素子２２で受光する光量は大幅に減衰した極めて小さい光量であり、受光素子２２から出力される電圧は大幅に低いかゼロとなる。

検出対象物として、ポリマー紙幣４について説明したが、検出対象物はポリマー紙幣４に限らない。投受光センサ１は、遅相軸を有さないシート、フィルム等の透明部４１´も検知することが可能である。検出対象物として遅相軸を有さないシート、フィルム等の透明部４１´がセンサユニット２とミラーユニット３の間に存在する場合を説明する。

図３（ｄ）に示すように、発光素子２１から出射された光ａ１は、発光側偏光板２３によって記録媒体（シート、フィルム等）４の搬送方向Ａに対して４５度の角度を成す直線偏光ｂ１となる。直線偏光ｂ１が透明部４１´に到達すると、透明部４１´に対して入射角θを有するため、直線偏光ｂ１の一部は透明部４１´の表面で反射される。一方、透明部４１´を透過する光の光量は反射光ｄの光量だけ小さくなるが、偏光方向は変化しない。反射光ｄだけ小さくなった直線偏光ｂ２は、ミラー側偏光板３２に到達する。ミラー側偏光板３２の偏光方向は発光側偏光板２３と平行であるため、直線偏光ｂ２は偏光方向と光量を維持したままミラー側偏光板３２透過し、反射ミラー３１で反射されて再度ミラー側偏光板３２を透過する。

そして、直線偏光ｂ２が透明部４１´に到達すると、直線偏光ｂ２の一部は透明部４１´の表面で反射される。一方、透明部４１´を透過する光の光量は、反射光ｄの光量だけ小さくなる。したがって、２度の反射光ｄによって光量中程度の直線偏光ｂ３となり、受光側偏光板３２に到達する。受光側偏光板２４の偏光方向はミラー側偏光板３２と平行であるため、直線偏光ｂ３は、偏光方向と光量を維持したまま受光側偏光板２４透過し、受光素子２２に入射する。したがって、受光素子２２で受光する光量は中程度光量であり、受光素子２２から出力される電圧は、記録媒体４が存在しない場合より小さく、遅相軸を有する記録媒体４が存在する場合よりも大きくなる。

このように、投受光センサ１は、樹脂を一軸方向に延伸成形することによって製造されるシート、フィルム等（例えば、ポリマー紙幣）と、遅相軸を有さないシート、フィルム等の双方を検知することが可能である。このため、搬送される記録媒体の種類に限定されず、多様な記録媒体に対応することができる。このため、汎用性に優れる投受光センサ、搬送装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る投受光センサ１は、搬送される検出対象物の透明部４１，４１´を検出する。このために、投受光センサ１は、発光素子２１と受光素子２２が並列に設けられ、検出対象物４を挟んで反対側には反射ミラー３１が設けられる。また、発光素子２１、受光素子、反射ミラー３１の前面には、それぞれの偏光方向（偏光軸）が平行な発光側偏光板２３、受光側偏光板２４、ミラー側偏光板３２が設けられる。さらに、発光素子２の光軸Ｏ、および反射ミラー３１による反射光の光軸Ｏは検出対象物４の法線Ｂに対して角度を有する。

このような投受光センサ１は、遅相軸を有する検出対象物４の透明部４１を検知し、且つ遅相軸を有さない検出対象物４の透明部４１´を検知することができる。

また、本発明の実施形態に係る投受光センサ１は、発光側偏光板２３と受光側偏光板２４を一体で一枚の偏光板とすることもできる。このような実施形態では、構造や製造工程を単純にすることができる。

また、本発明の実施形態に係る投受光センサ１は、発光側偏光板２３の偏光方向（偏光軸）を検出対象物４の搬送方向Ａに対して４５度の角度としている。このような実施形態では、搬送方向Ａに遅相軸を有する検出対象物４、搬送方向Ａに直交する方向に遅相軸を有する検出対象物４を確実に検出することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

前述した実施形態では、偏光方向が変化する透明部は遅相軸を有していたが、偏光板と同様の性質、すなわち旋光性を有していてもよい。

１…投受光センサ、４…検出対象物（ポリマー紙幣）、２１…発光素子、２２…受光素子、２３…発光側偏光子（発光側偏光板）、２４…受光側偏光子（受光側偏光板）、３１…反射ミラー、３２…ミラー側偏光子（ミラー側偏光板）、Ｏ…光軸、Ａ…搬送方向、Ｂ…検出対象物の法線

Claims (4)

1. 検出対象物の透明部を検出する投受光センサであって、
   光軸が前記検出対象物の法線に対して角度を有する発光素子と、
   前記検出対象物を挟んで前記発光素子の反対側に設けられ、光軸が前記検出対象物の法線に対して角度を有するように前記発光素子からの光を反射させる反射ミラーと、
   前記検出対象物に対して前記発光素子と同じ側に設けられ、前記反射ミラーからの反射光を受光する受光素子と、
   前記発光素子と前記検出対象物との間に設けられる発光側偏光子と、
   前記検出対象物と前記反射ミラーとの間に設けられ、前記発光側偏光子と平行の偏光軸を有するミラー側偏光素子と、
   前記検出対象物と前記受光素子との間に設けられ、前記発光側偏光子と平行の偏光軸を有する受光側偏光子と、を備えることを特徴とする投受光センサ。
2. 前記発光側偏光子と前記受光側偏光子は、一体であることを特徴とする請求項１記載の投受光センサ。
3. 前記発光側偏光子の偏光軸は、前記検出対象物の搬送方向に対して４５度の角度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の投受光センサ。
4. 請求項１〜３に記載の投受光センサを備えた搬送装置。
   

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