JP3651616B2 - Mark detection method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、通行券やテレフォンカードなどの各種プリペイドカードをはじめとする各種物品上に設けるバーコードや文字の様な各種のマークを、光学的に検出する方法およびその検出方法を実施した検出装置であって、特に検出用のマークが蛍光物質をもって形成されたものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来この種のマーク検出方法として、赤外波長領域で発光する蛍光物質を用いてマークを形成する一方、このマークに照射される光と発生される蛍光の発光中心波長が異なることを利用し、光学フィルタを用いて蛍光成分のみを入射光中から分離することによってマークの有無を判定する方法が知られる(例えば、特公昭54−22326号、特公昭61−18231号公報参照)。
【0003】
これに対して本出願人は以前、蛍光物質で形成したマーク上に光を間欠的に照射し、単に照射光の停止期間中にマークから発生する残光の有無を検出することによって、マークの形成位置を検知する方法および装置を提案した(例えば、特開平5−20512号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した光学フィルタを用いて反射光と蛍光とを分離する方法にあっては、両光の発光中心波長が接近するとともに反射光の強度に比して蛍光の強度は極めて弱いために両光を的確に分離することが技術的に難しく、ともすると反射光の成分が大量に残って検出精度の低下をもたらす問題があった。
【0005】
一方、上記した残光のみを利用する方法にあっては、反射光の強度が問題とならずに蛍光のみを有効に分離して検出できる反面、検出器の光入射面にゴミが付着するなどして検出感度が低下すると、マークから発生される残光の絶対値も低下する結果、残光の検出精度が低下する虞れがある。
【0006】
更にまた、残光のみを利用する方法にあっては、蛍光の波長と同一か近傍の波長の外部光が同時に照射されると、その光がそのまま受光素子に入力されて電気信号に変換される結果、蛍光が発生していないにもかかわらずそれを蛍光と誤認する虞れがある。そこでかかる誤認を未然に防止するため、光の照射および検出位置を外部光から遮蔽して使用することが要求されるなど、使用環境が限定される不都合があった。
【0007】
本発明者らはかかる不都合に対して考察をおこなった結果、蛍光物質に対して照射される光と発生される蛍光との関係は、CR回路における印加電圧とコンデンサの端子電圧との関係と略等価な位相関係を保持しながら変化するのに対し、外部光は略一定の強度か又はでたらめな強度変化を一般的にするものであり、かかる各信号間の波形の違いを利用することにより、各種の光が混在する場合にあっても蛍光成分のみがその中から的確に抽出できることを知見した。
【0008】
すなわち、蛍光物質で形成したマーク上に周期的に断続する光を照射すると、そのマーク部分から放出される光は、マークおよびその下の媒体による一定強度の反射光と、その反射光と同一タイミングでその強度が増減する蛍光と、略一定レベルの外乱光とが重畳したものとなる。したがって、反射光や外乱光と蛍光とは両者の波形の違いを利用して分離できるのである。
【0009】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、単に入射光強度の強弱や残光の強さだけを検出するのではなく、入射光の波形変化を総合的に判断してマークの形成位置を判定することにより、マークから発生される蛍光の検出条件の劣化にもかかわらず、的確にマーク形成位置の検出が行なえる検出方法および装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるマーク検出方法は、図1に示すごとく、任意の媒体9上に蛍光物質をもって形成されたマーク16に対して光17を照射し、マーク16から発生される蛍光30を検知してマーク16の形成位置を検出するものである。
【0011】
その強さが略一定の光17を断続的に照射する光照射工程と、光の照射位置から放出される光を入射光18として取り込んで電気信号に変換する光電変換工程と、変換された電気信号から、入射光18中における蛍光成分の変化に対応する大きさの電気信号を検出値19として取り出す蛍光強度検知工程と、上記した検出値19と比較値20とを比べ、検出値19が比較値20を上回るとマークの形成位置であると判定するマーク判定工程とを備えている。
【0012】
更に、光照射期間中における入射光18の変化に対応する大きさの電気信号を比較値20として取り出す入射強度検知工程を備えることが好ましい。
【0013】
また、上記した蛍光強度検知工程で、照射光17の照射停止直後における入射光18の強さを検知することにより検出値を形成し、上記した入射強度検知工程で、照射光17の照射開始直前における入射光18の強さと、照射光17の照射停止直前における入射光18の強さとを個別に検知するとともに、両者の差を分圧することにより比較値を形成することができる。
【0014】
更にまた、上記した蛍光強度検知工程では、照射光17の照射開始直後における入射光18の強さと、照射光17の照射停止直前における入射光18の強さとを個別に検知するとともに、両者の差をとることにより検出値19を作成する様にしてもよい。
【0015】
上記した蛍光強度検知工程を、入射光18に対応する電気信号を、照射光17と90度位相が異なった信号で同期検波することにより、照射光17の成分からの位相のずれに対応した検出値を作成することもできる。この場合、上記した入射強度検知工程では、入射光18に対応する電気信号を照射光17と同位相の信号で同期検波することにより、入射光18中における反射光67と略同位相の成分に対応した比較値が作成される。
【0016】
本発明にかかるマーク検出装置は、図1にその概略的な構成を示す如く、任意の媒体9上に蛍光物質をもって形成されたマーク16に対して光17を照射し、そのマーク16から発生される蛍光成分を検知してマーク16の形成位置を検出するものであって、その強さが略一定の光17を、所定周期をもって断続させながら照射する光照射手段10と、該照射光17の照射位置から放出される光を入射光18として取り込んで電気信号に変換する光電変換手段12と、上記した光照射手段10における照射光17の照射タイミングと同期させ、照射停止直後の信号強度を検出値19として出力可能とする蛍光強度検知手段13と、上記した光照射手段10における照射光17の照射タイミングと同期させ、照射開始直前に対応する最低値と、照射停止直前に対応する最高値と、両者の差を分圧した比較値20を出力可能とする入射強度検知手段8と、上記した比較値20と検出値19とを比べ、検出値19が比較値20を超えるとマーク16の形成位置と判定するマーク判定手段14とを備えている。
【0017】
また蛍光強度検知手段13を、上記光照射手段10による照射光17の照射期間と90度位相がずれたタイミングで同期をとりながら、上記光電変換手段12からの出力信号の半分を反転増幅するとともに、その出力信号から直流成分を選択的に取り出して検出値19を形成することが可能である。
【0018】
更に上記した蛍光強度検知手段13および入射強度検知手段8をともに、差動増幅回路の少なくとも一方の入力端にアナログスイッチを介装するとともに、該アナログスイッチを、蛍光強度検知手段13にあっては光照射期間と90度位相が異なった期間に対応してオンさせ、入射強度検知手段8にあっては光照射期間と同位相の期間に対応してオンさせたあと、その出力信号を低域通過型濾波手段で濾波する様にしてもよい。
【0019】
更にまた、光電変換手段12の入力側に、入射光18から蛍光30と同一波長の光成分を選択的に取り込む光学的濾波手段11を備える一方、上記入射強度検知手段8から出力される比較値が有意な値か否かを判定する信号入力判定手段15を更に備え、該信号入力判定手段15が比較値を有為な値と判定した期間においてのみ、上記したマーク判定手段14が判定動作を行う様に構成することが好ましい。
【0020】
【作用】
上記した構成により、光照射手段10からマーク16に対して光17を照射すると、そのマーク16上における光照射位置からは反射光67に加えて所定波長の蛍光30が発生される。この反射光67と蛍光30あるいはそれ以外の外部光70とを含む入射光18は、光学的濾波手段11によって蛍光30と同一波長の光のみが選択的に取り込まれたあと、光電変換手段12により電気信号に変換されたあと、所定の信号処理が行われる。
【0021】
蛍光強度検知手段13では、照射光17の照射タイミングと同期させ、入射光18中から蛍光成分に対応する検出値19を取り出す。一方、入射強度検知手段8においても、入射光18の変化に対応した大きさの比較値20を形成し、両者をマーク判定手段14で比較することにより、マークの有無を検出するのである。
【0022】
同時に、信号入力判定手段15において入射光18の大きさを常時判定し、有為な入射光18が検出されたときにのみマーク判定手段14における判定動作を開始させることにより、真正のデータのみが検出値19と比較値20として使用されるのである。
【0023】
【発明の効果】
本発明は上記のごとく、照射光17と同期させて入射光18の信号変化を総合的に判断して蛍光30の成分に対応した検出値19を形成する一方、入射光18それ自身の大きさをもとにして比較値20を作成する様に構成したので、光センサの劣化やゴミの付着に起因した蛍光成分の減少、あるいは照射光17が正反射して擬似的に蛍光成分と類似する波形変化が発生した場合に対しても、的確にマーク形成位置の検出が行なえる。
【0024】
更に照射光17と90度位相をずらせて入射光を同期検波して蛍光成分を取り出すことにより、外乱光の影響を可及的に減少させ、微小な蛍光体の有無も判定出来る。
【0025】
また、入射光18の強度が一定レベルを超えたときにのみ、マーク16の有無の判定動作を行なわせることにより、ノイズによる誤判定を可及的に防止することができる。
【0026】
【実施例】
以下本発明を、図2から図6に例示する如く、キャッシュカード形状のカード上に形成されたバーコード状のマークを読み取るマーク検出装置に実施した一例に基づいて更に具体的に説明するがこれに限らず、各種の物品上に設けられた文字を含む各種形状のマーク情報を検出する装置においても、略同様に実施できることは勿論である。
【0027】
カード21は、図2に示す如く、基材22として例えば白色のポリエステルフィルムを使用し、その基材22の上面側に、予め反射率を調整した任意の意匠の下地層23を印刷形成する一方、下面側に磁性塗料を塗布することにより、主情報を書き換え可能に記録する磁性層24を形成している。更に、上面側の下地層23上に蛍光物質によるマーク16を印刷形成し、セキュリティ用の副情報を固定可能としている。
【0028】
上記した下地層23上に形成されるマーク16は、例えば赤外線領域の照射光17に対応して、該照射光17の中心波長とは異なる波長の蛍光30を発生する蛍光物質で構成される不可視状態のものであって、カード21の長手方向と直交する細帯状のバーコード形状のマーク16を形成し、そのマーク16でカード発行店コードあるいは暗証番号などの所定のセキュリティ用の副情報をカード21上に記録する様に構成している。
【0029】
マーク16として形成されるバーコードは、図3(a)に示す従来のバーコードにおける地模様部25と、斜線をひいて示す複数本のバー26により構成されるデータ部27とを図3(b)中の斜線で示す様に反転させたものであって、各バー26間に設けた間隙29およびデータ部27の前後を挟む導入部28に蛍光体層を設けることにより、データ部27を走査して検知する前に必ず、データ部27を構成する各バー26およびその間隙29より十分に長い導入部28を検出させる様にしている。
【0030】
かかる構成をとることにより、データ部27の全域におけるコントラストの均一化を図り、走査開始位置における最初のバー26aの太さを誤って検出するのを防止可能とするとともに、検知レベルの自動調整をより安定して行なえる様に構成している。
【0031】
またマーク16を構成する蛍光物質としては、例えばネオジウム(Nd)、イッテルビウム(Yb)、ユーロビウム(Eu)、ツリウム(Tm)、プラセオジウム(Pr)、ジスプロシウム(Dy)等の希土類元素単体、もしくはそれらの混合物を発光中心とし、それらの発光中心が燐酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等の酸化物が母体に含まれる蛍光体粉末により形成することが好ましい。しかし、任意波長の光を照射することにより、残光性を有する蛍光30を発生するものであれば、その材料を適宜変更して実施できることは勿論である。
【0032】
本実施例では、Li(NdO.9YbO.1)P4O12の様な蛍光体を含む蛍光塗料をスクリーン印刷して形成することにより、例えば波長が800nm付近の近赤外領域の励起光を照射した時、1000nm付近の波長でピーク値を持つ赤外領域の蛍光30を発生するとともに、光照射を停止しても、90〜10%の減衰時間が400〜600μs程度の残光を発生する様に構成している。
【0033】
本発明にかかるマーク検出装置は、図4にその全体の構成を示す如く、各種の制御信号を発生する信号発生部31と、上記の様にして形成されたカード21の走行部32と、そのカード走行部32によって移行されるカード21に対する光照射部33と、光17が照射された位置から光18を取り込んで電気信号に変換する光電変換部34と、変換された電気信号中からマーク16の形成位置に対応したマーク信号S1を出力するマーク検出部35と、検出したマーク信号S1からカード21上のデータ内容を判定するデータ処理部36とを備えている。
【0034】
信号発生部31は、少なくとも光照射部33で使用する駆動信号S2と、マーク検出部35で使用する3種類のタイミング信号S3・S4・S5を作成するものであって、クロック信号S6の発生回路37と、発生されたクロック信号S6から各種の制御信号S2〜S5を作成する制御信号発生回路38とから構成される。
【0035】
クロック信号発生回路37は、図5(a)の如く、例えば100μsec程度の一定時間間隔をもってパルス状のクロック信号S6を連続して発生するものである。一方、制御信号発生回路38では、5個のクロック信号S6が入力される毎にその信号レベルを切り換えることにより、図5(b)に示すような、約500μsecの時間間隔をもってそのレベルが変わる矩形波状の駆動信号S2が形成される。更にまた制御信号発生回路38では、駆動信号S2の立ち上がり時から、例えば4、6および9番目のクロック信号S6が入力されるのと連動してパルス信号を出力させることにより、図5(c)〜(e)の様な、駆動信号S2と同期した3種類のタイミング信号S3〜S5が形成される様にしている。
【0036】
カード走行部32は、カード21の挿入時期に対応してモータ駆動回路39で回転駆動されるローラ40によってカード21の両側縁を支持しながら、例えば毎秒200〜400mm程度の一定速度で水平移行させることにより、カード21の上面側に蛍光物質をもって形成されたバーコード状のマーク16が、光照射部33と光電変換部34の下方位置を通過する様にしている。このモータ駆動回路39の動作時期に関するデータはデータ処理部36に対して送られ、マーク内容を判定するためのデータ処理の必要時期を知らせる。
【0037】
光照射部33は、上記した信号発生部31から出力される駆動信号S2を電力増幅する発光源駆動回路41と、その発光源駆動回路41からの通電により光を発生する発光源42とから構成される。
【0038】
発光源42は、図2に示す如く、発光中心波長が800nm付近の近赤外線を発生する発光ダイオードの様な発光素子43における光放出部分に、グラスファイバー製の光ガイド44を取り付けたものである。この光ガイド44の先端を、カード21の表面に対して2mmあるいはそれ以下の距離にまで接近させるとともに、光ガイド44の全体を、マーク16の移行方向と直交する面上で且つ水平方向から45〜60゜の傾斜角を設けて配置している。
【0039】
このカード21上における光照射位置から入射される光18を電気信号に変換する光電変換部34は、入射光18を電流の変化に変換する検出器45と、電流変化を電圧変化に変換したのち所定大きさに増幅する交流増幅回路46とから構成される。
【0040】
検出器45は、赤外域に受光感度を有するフォトセルやフォトダイオードの様な受光素子47における受光面上に、マーク16から発生される蛍光30の波長の光のみを選択的に通す光学フィルタ48を介して、発光源42側と略同様な光ガイド49を固定したものが使用される。
【0041】
ここで、検出器45側の光ガイド49の先端を発光源42側の光ガイド44の先端に隣接させるとともに、上記したマーク16の移行方向と直交する面上で且つ例えば105〜115゜程度の傾斜角を設けることにより、マーク16の表面に対する照射光17の照射位置から発せられる光18のみを取り込む。この取り込まれた光18は、受光素子47で入射光18の強度に比例した電圧に変換するとともに、交流増幅回路46で所定の電圧値に増幅したあと、マーク検出部35に入力されて、マーク位置に対応した信号S1が取り出される。
【0042】
本発明は、かかるマーク検出部35の構成に特徴を有するものであって、図5(f)で例示する入射光18の波形形状の変化を測定するサンプルホールド回路50と、第1乃至第3の比較回路51・52・53と、第1および第2の表示回路54・55とから構成される。
【0043】
サンプルホールド回路50は、図6に例示する如く、OPアンプを使用した電圧バッファ回路56の入力側に、入力電圧値を保持するコンデンサ57と、上記した信号発生部31から送られるタイミング信号S3〜S5の入力でオンするアナログスイッチ58を備えたものを1組のサンプリング回路60とし、それを第1〜第3の3組分備えたものであって、光電変換部34から送られる図5(f)で例示する様な入射光18の強度に対応した一連の電圧変化S7を、複数の時点で個別的且つ周期的にサンプリングするとともに、その各検出値を次のサンプリング時まで保持可能とするものである。
【0044】
本実施例にあっては、図5(c)に示すタイミング信号S3を第1サンプリング回路60aに印加し、光17の照射を停止する直前の電圧値によって、図5(g)の太線で示す入射光18の最高値Vmを検出する。また、図5(d)で示すタイミング信号S4を第2サンプリング回路60bに印加し、光照射を停止した直後の電圧値によって、図5(g)の破線で示す残光の強度を電圧値Vdとして検出する。更に、図5(e)で示すタイミング信号S5を第3サンプリング回路60cに印加し、光17の照射を再開する直前の電圧値Vlによって、図5(g)の細線で示す入射光18の最低値を個別に検出する。このようにして、入射光18の波形の変化を電圧値の変化として求め、全体に占める残光強度の割合が判る様にしている。
【0045】
上記した各検出値の値を判定する第1比較回路51にはOPアンプが使用され、そのマイナス側入力端にサンプルホールド回路50の第2サンプリング回路60bから取り出された残光の電圧値Vdをそのまま検出値として入力する。一方、第1および第3サンプリング回路60a・60cから取り出した電圧値の差を可変抵抗器62で分圧し、その電圧値Vcを図5(g)において一点鎖線により示す比較値として入力することにより、検出値Vdが比較値Vcを超えると所定の信号S8が第3比較回路53に対して出力される様に構成している。
【0046】
ここで第2比較回路52は、第1サンプリング回路60aから出力される最高値Vmを所定の設定値と比較し、最高値Vmが設定値を下回る期間は所定の信号S9を出力しているが、最高値Vmが設定値を超えると信号S9の出力を停止するものであって、その出力端を順方向に繋いだダイオード63を介して第1比較回路51の出力側と並列接続し、第3比較回路53に対して信号入力する様にしている。
【0047】
第3比較回路53は、第1比較回路51および第2比較回路52からの出力をOPアンプのマイナス側入力端に印加して設定値と比較し、出力側に備えたFETによるスイッチング素子64をオンオフ規制するものである。第1および第2比較回路51・52からの出力電圧がともに設定値を下回る期間は、マーク16の検出に対応する「1」信号をデータ処理部36に出力しているが、少なくともどちらか一方の比較回路51・52から「H」レベルの信号出力があると、データ処理部36に送られる信号S1がマーク16の不検出を示す「0」になる様にしたものである。
【0048】
したがって、入射光18の強度が低いために第1比較回路51からの出力信号S8が不定となる期間においては、第2比較回路52から「H」レベルの信号S9が第3比較回路53のマイナス側入力端に印加される結果、第3比較回路53の出力を強制的に「0」状態にしてマーク16が検出されていないことをデータ処理部36に知らせる。
【0049】
逆に、入射光18の強度が一定値以上あってマーク検出が正常に行われる状態にあっては、第2比較回路52からの出力が「L」レベルに下がることにより、第1比較回路51からの出力レベルの変化、すなわち、蛍光成分の検知に対応して第3比較回路53は作動し、図5(h)に示す様にマーク検出の有無が判定されるのである。
【0050】
上記した第3比較回路53による判定可能時期については、第2比較回路52の出力側に備えた第1表示回路54のLED65を発光させて表示する。更に、マーク16の検出時期については、第3比較回路53の出力側に備えた第2表示回路55のLED66を発光させて知らせる様にしている。
【0051】
なお、サンプルホールド回路50の入力側に備えたコンデンサ57と抵抗59および、第3比較回路53の入力側に備えたコンデンサ68と抵抗69は、ともに積分回路が構成されており、パルス性のノイズの入力によって入力レベルが瞬間的に上昇して誤動作するのが防止されている。
【0052】
またタイミング信号S3〜S5の送出タイミングも、マーク16から発生される蛍光30の発光特性に対応させて、照射光17の点滅タイミングのより直近に設定することにより、蛍光成分と反射光成分との分離がより正確に行なうことができる。その場合、残光を検出することなく、光の照射開始直後と照射停止直前における電圧値から、蛍光30の値を検出することが可能となる。
【0053】
更に、各検出値の比較動作も、上記の様にOPアンプを用いたアナログ式のものに代えて、マイクロプロセッサを使用したデジタル式のものであってもよい。その場合、入力波形の特徴部分における電圧値を選択的にサンプリングするのに代えあるいは加えて、波形の全体形状を検出して、その変化をデジタル処理して求めることもできる。
【0054】
【第2実施例】
次に、図7〜図9に基づいて、本発明の他の実施例を説明するが、マーク検出部35’および信号発生部31’以外の構成は上記した第1実施例と略同様なのでその説明は省略する。
【0055】
ここで、信号発生部31’におけるクロック信号発生回路37’は、図9(a)に示す如く、例えば250μs程度の一定時間間隔をもってパルス状のクロック信号S6を連続して発生するものである。一方、制御信号発生回路38’は、図8に示す如く2つのD型フリップフロップ71・72を備えたものであって、両者のクロック信号入力端73・74を互いにクロック信号発生回路37’の出力端と並列に接続する。更に第1フリップフロップ71におけるデータ入力端75と第2フリップフロップ72の反転出力端76との間、第1フリップフロップ71の非反転出力端77と第2フリップフロップ72のデータ入力端78とを互いに直結している。
【0056】
かかる構成により、第1フリップフロップ71の非反転出力端77からは、クロック信号S6が2つ入力される毎に、図9(b)の様に約500μsの時間間隔でその出力レベルが反転する矩形波状の駆動信号S2が出力される。更に第2フリップフロップ72における非反転出力端79からは、図9(c)の様に駆動信号S2と周波数が等しく且つ位相が90度遅れた第1制御信号S10が、反転出力端76からは、図9(d)の様に駆動信号S2と周波数が等しく且つ位相が90度進んだ第2制御信号S11が各々出力される。
【0057】
発光源駆動回路41は駆動信号S2の入力と連動してオンされるトランジスタスイッチ80であって、エミッタ・ベース間にツェナーダイオード81を接続してベース電圧を制限する一方、コレクタと直列に発光素子43を繋いでいる。
【0058】
マーク検出部35’は、図7および図8に示す如く、第1および第2制御信号S10・S11を利用して、検出信号S7を図9(f)で例示する所定の信号S12に整形する同期整流回路82と、信号S12から交流成分を取り除き、蛍光30の検知に対応して増減する信号S13を出力する低域通過型濾波回路83と、有為な信号S13の入力が判断されるとマーク信号S1を出力する比較回路84とから構成される。
【0059】
上記した同期整流回路82は、OPアンプ85を使用した差動増幅回路86における2つの入力端87・88を並列に接続して検知信号S7を入力するとともに、各入力端87・88と直列にアナログスイッチ89・90を介装し、更に各アナログスイッチ89・90を個別に制御信号S10・S11を使用してオンオフ制御するものである。
【0060】
すなわち、OPアンプ85のプラス側入力端87に備えたアナログスイッチ89を第1制御信号S10における「H」レベルの期間に対応してオンさせる一方、マイナス側入力端88に備えたアナログスイッチ90を第2制御信号S11における「H」レベルの期間に対応してオンさせる。
【0061】
ここで、第1制御信号S10における「H」レベルの期間は発光素子43による光17の照射期間と90度位相が遅れた期間であるのに対し、第2制御信号S11における「H」レベルの期間は90度位相が進んだ期間である。したがって、同期整流回路82に入力された検知信号S7のうち、光照射された後半部分と光照射が停止された前半期間とがアナログスイッチ89を介してプラス側入力端87に、光照射が停止された後半期間と光照射された前半期間とがマイナス側入力端88に各々分離されて入力される。その結果、同期整流回路82の出力側からは、図9(f)で示す如く、検知信号S7のプラス側入力端87に対する入力期間は非反転増幅されてプラス電圧の変化として、マイナス側入力端88に対する入力期間は反転増幅されてマイナス電圧の変化として信号S12が取り出される。
【0062】
ところで、検知信号S7の変化は、マーク16上に光17が照射されていない期間においては、マーク16およびそのマーク16の表示媒体9からの反射光67のみで構成される結果、図9(e)の一点鎖線で示す様に矩形波状になる。したがって、同期整流回路82からの出力信号も、図9(f)中で斜線を引いて示す様に、反射光成分の前半部分が反転、後半部分が非反転され、プラス側とマイナス側の値が相等しい信号として取り出される。
【0063】
一方、照射光17がマーク16上を走査すると、蛍光30の残光性に起因して、図9(e)における実線で示すように、光照射時から指数関数的に蛍光成分が増加し、光照射を停止時から指数関数的に蛍光成分が減少する変化を示す。したがって、同期整流回路82からの出力信号S12も、蛍光成分が大きい期間が選択的に非反転増幅され、小さい期間が反転増幅される結果、プラス側の方がマイナス側より十分に大きい信号として取り出される。
【0064】
そこで本実施例にあっては、同期整流回路82からの出力信号S12を更に低域通過型濾波回路83を通して交流成分を除去することにより、直流成分のみを取り出す。すなわち、図9(e)および(f)の一点鎖線で示すマーク16上を走査していない状態にあっては、プラス側とマイナス側とが等量であるために両者がキャンセルされ、濾波回路83からの出力はない。
【0065】
しかし、図9(e)の実線で示すマーク16上を走査している状態にあっては、外部光70および反射光67の成分はキャンセルされるが、蛍光30の成分はプラス側の方が圧倒的に大きい。従って、濾波回路83からはプラスの直流電圧として信号S13が取り出される。
【0066】
この信号S13は更に、OPアンプ91を使用した比較回路84に入力され、定電圧ダイオード92で安定化した電圧を可変抵抗器93で分圧した比較電圧Vc′とその大きさが比較され、比較電圧Vc′を上回る有為な信号S13が入力されるとその出力電圧を「H」レベル状態にし、マーク位置の検出を特定するマーク信号S1を出力するのである。
【0067】
【第3実施例】
更に図10に示すマーク検出部35”は、上記した第2実施例におけるマーク検出部35’の構成を基本とし、第1実施例におけるマーク検出部35における第2、第3比較回路52・53および第1、第2表示回路54・55の周辺回路を付加したものである。したがって、以下においては上記実施例とは異なる部分のみを説明する。
【0068】
すなわち、蛍光成分を取り出す同期整流回路82’は、OPアンプ85におけるプラス側入力端87にのみアナログスイッチ89を備えている。更に、第2実施例では半固定値であった比較回路84における比較値を、入力信号の大小に対応して変化させる様にしている。ここでその回路構成は、上記した蛍光成分を求める同期整流回路82’と略同様な構成であるが、アナログスイッチ89aをオンオフさせる信号として、照射光17の照射時期に対応する駆動信号S2を使用している。
【0069】
かかる構成により、同期整流回路82aから出力される信号S14は、図9(g)に示す如く、蛍光成分における残光部分のみが反転され、したがって低域通過型濾波回路83aを通したあとは、蛍光部分がキャンセルされ、反射光67に対応した大きさでそのレベルが変化する信号S15が出力されるので、それを可変抵抗器93で分圧することにより、比較値Vc″が作成されるのである。
【0070】
なお上記実施例における駆動信号S2の周期は約1msecで、マーク16を構成する蛍光物質における残光時間の約2倍に設定しているが、周期および残光時間共にその値を適宜変更して実施できる。
【0071】
更にまた、マーク検出装置側を固定してマーク16を移行させるのに代えて、例えば光照射部33と光電変換部34を一体的な携帯型のプローブ形状とし、マーク16側を固定して検出装置側を手動あるいは自動的に移行させる様にしてもよい。また、照射光17を走査させ、その走査位置から放出される光18を検出器45で検出する様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的な構成を示す概略図である。
【図2】マークに対する光の照射および検知状態を示す説明図である。
【図3】カード上に形成されるバーコード形状のマークの一例を示す説明図である。
【図4】本発明の第1実施例であって、マーク検出装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図5】第1実施例におけるマークの検知状態を示す波形図である。
【図6】第1実施例におけるマーク検出部の詳細を示す電気回路図である。
【図7】本発明の第2実施例であって、マーク検出装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図8】第2実施例におけるマーク検出部の詳細を示す電気回路図である。
【図9】第2実施例における各信号の関係を示す波形図である。
【図10】第2実施例に類似した第3実施例であって、マーク検出部の詳細を示す電気回路図である。
【符号の説明】
8 入射強度検知手段
9 表示媒体
10 光照射手段
11 光学的濾波手段
12 光電変換手段
13 波形検出手段
14 マーク判定手段
15 信号入力判定手段
16 マーク
17 照射光
18 入射光
19 検出値
20 比較値
21 カード
30 蛍光
31 信号発生部
32 カード走行部
33 光照射部
34 光電変換部
35 マーク検出部
36 データ処理部
37 クロック信号発生回路
38 制御信号発生回路
39 モータ駆動回路
41 発光源駆動回路
42 発光源
43 発光素子
45 検出器
46 交流増幅回路
47 受光素子
48 光学フィルタ
50 サンプルホールド回路
51 第1比較回路
52 第2比較回路
53 第3比較回路
54 第1表示回路
55 第2表示回路
56 電圧バッファ回路
60 サンプリング回路
67 反射光
70 外部光
71 第1フリップフロップ
72 第2フリップフロップ
82 同期整流回路
83 濾波回路
84 比較回路
89 アナログスイッチ
90 アナログスイッチ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for optically detecting various marks such as barcodes and characters provided on various items such as various prepaid cards such as a pass ticket and a telephone card, and a detection device that implements the detection method. In particular, the present invention relates to a detection mark formed with a fluorescent material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a mark detection method of this type, a mark is formed using a fluorescent substance that emits light in the infrared wavelength region, while utilizing the fact that the emission center wavelength of the light irradiated to this mark and the generated fluorescence are different, There is known a method for determining the presence or absence of a mark by separating only a fluorescent component from incident light using an optical filter (see, for example, Japanese Patent Publication Nos. 54-22326 and 61-18231).
[0003]
On the other hand, the present applicant previously irradiated light on a mark formed of a fluorescent material intermittently, and simply detected the presence or absence of afterglow generated from the mark during the stop period of irradiation light. A method and apparatus for detecting the formation position has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-20512).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of separating reflected light and fluorescence using the optical filter described above, the emission center wavelength of both lights approaches and the intensity of fluorescence is extremely weak compared to the intensity of reflected light. It is technically difficult to accurately separate light, and there is a problem that a large amount of components of reflected light remain to cause a decrease in detection accuracy.
[0005]
On the other hand, in the method using only afterglow, the intensity of reflected light can be effectively separated and detected without causing a problem, but dust adheres to the light incident surface of the detector. If the detection sensitivity is reduced, the absolute value of the afterglow generated from the mark is also lowered, and the afterglow detection accuracy may be lowered.
[0006]
Furthermore, in the method using only afterglow, when external light having the same wavelength as or near to the fluorescence wavelength is simultaneously irradiated, the light is directly input to the light receiving element and converted into an electric signal. As a result, there is a possibility that it may be mistaken for fluorescence even though fluorescence is not generated. Therefore, in order to prevent such misidentification, there is a disadvantage that the use environment is limited, for example, it is required to use the light irradiation and detection position while shielding the external light.
[0007]
As a result of studying such inconveniences, the present inventors have found that the relationship between the light irradiated to the fluorescent material and the generated fluorescence is substantially the same as the relationship between the applied voltage in the CR circuit and the terminal voltage of the capacitor. While changing while maintaining an equivalent phase relationship, external light is generally a constant intensity or random intensity change, and by utilizing the difference in waveform between such signals, It was found that even when various types of light coexist, only the fluorescent component can be accurately extracted.
[0008]
In other words, when periodically and intermittently irradiating light on a mark formed of a fluorescent material, the light emitted from the mark portion is reflected by the mark and the medium below it and the same timing as the reflected light. Thus, fluorescence whose intensity increases or decreases and disturbance light at a substantially constant level are superimposed. Therefore, reflected light, disturbance light, and fluorescence can be separated using the difference in waveform between the two.
[0009]
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge, and does not simply detect the intensity of incident light intensity or the intensity of afterglow, but comprehensively determines changes in the waveform of incident light to form a mark. It is an object of the present invention to provide a detection method and apparatus capable of accurately detecting a mark formation position by determining the position in spite of deterioration of detection conditions of fluorescence generated from the mark.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 1, the mark detection method according to the present invention irradiates a
[0011]
A light irradiation step of intermittently irradiating
[0012]
Furthermore, it is preferable to provide an incident intensity detecting step of taking out an electric signal having a magnitude corresponding to the change of the
[0013]
Further, in the above-described fluorescence intensity detection step, a detection value is formed by detecting the intensity of the
[0014]
Furthermore, in the above-described fluorescence intensity detection step, the intensity of the
[0015]
In the above-described fluorescence intensity detection step, the electrical signal corresponding to the
[0016]
The mark detection apparatus according to the present invention emits
[0017]
In addition, while synchronizing the fluorescence intensity detection means 13 with the timing of 90 ° phase shift from the irradiation period of the
[0018]
Further, both the fluorescence intensity detection means 13 and the incident intensity detection means 8 described above are provided with an analog switch at least at one input end of the differential amplifier circuit, and the analog switch is provided in the fluorescence intensity detection means 13. The incident light intensity detection means 8 is turned on corresponding to a period of the same phase as the light irradiation period, and then the output signal is turned to a low frequency range. You may make it filter with a passage-type filtering means.
[0019]
Furthermore, on the input side of the photoelectric conversion means 12, the optical filtering means 11 that selectively takes in the light component having the same wavelength as the
[0020]
[Action]
With the configuration described above, when the light 17 is irradiated from the light irradiation means 10 to the
[0021]
The fluorescence intensity detection means 13 takes out the
[0022]
At the same time, the signal input determination means 15 always determines the magnitude of the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the present invention comprehensively determines the signal change of the incident light 18 in synchronization with the
[0024]
Further, by shifting the
[0025]
Further, by making the determination operation of the presence / absence of the
[0026]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on an example implemented in a mark detection device that reads a bar code-shaped mark formed on a cash card-shaped card as illustrated in FIGS. Of course, the present invention can be implemented in substantially the same manner in an apparatus for detecting mark information of various shapes including characters provided on various articles.
[0027]
As shown in FIG. 2, the
[0028]
The
[0029]
The bar code formed as the
[0030]
By adopting such a configuration, it is possible to make the contrast uniform over the entire area of the
[0031]
Examples of the fluorescent material constituting the
[0032]
In this embodiment, when a fluorescent paint containing a phosphor such as Li (NdO.9YbO.1) P4O12 is formed by screen printing, for example, when excitation light in the near infrared region having a wavelength of about 800 nm is irradiated. In addition, the
[0033]
As shown in FIG. 4, the mark detection apparatus according to the present invention includes a
[0034]
The
[0035]
As shown in FIG. 5A, the clock
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
As shown in FIG. 2, the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
Here, the front end of the
[0042]
The present invention is characterized by the configuration of the
[0043]
As illustrated in FIG. 6, the sample hold circuit 50 includes a
[0044]
In this embodiment, the timing signal S3 shown in FIG. 5C is applied to the
[0045]
An OP amplifier is used for the
[0046]
Here, the
[0047]
The
[0048]
Accordingly, during the period in which the output signal S8 from the
[0049]
On the other hand, in the state where the intensity of the
[0050]
The determination possible time by the
[0051]
Note that the
[0052]
Also, the timing of sending the timing signals S3 to S5 is set closer to the flickering timing of the
[0053]
Further, the comparison operation of each detection value may be a digital type using a microprocessor instead of the analog type using an OP amplifier as described above. In this case, instead of or in addition to selectively sampling the voltage value in the characteristic portion of the input waveform, the entire shape of the waveform can be detected and the change can be obtained by digital processing.
[0054]
[Second embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9. Since the configuration other than the
[0055]
Here, as shown in FIG. 9A, the clock
[0056]
With this configuration, every time two clock signals S6 are input from the
[0057]
The light emission
[0058]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
[0059]
The
[0060]
That is, the
[0061]
Here, the “H” level period in the first control signal S10 is a period delayed by 90 degrees from the irradiation period of the light 17 by the
[0062]
By the way, the change of the detection signal S7 is composed of only the
[0063]
On the other hand, when the
[0064]
Therefore, in this embodiment, the output signal S12 from the
[0065]
However, in the state where the
[0066]
This signal S13 is further input to a
[0067]
[Third embodiment]
Further, the
[0068]
In other words, the
[0069]
With this configuration, the signal S14 output from the
[0070]
The period of the drive signal S2 in the above embodiment is about 1 msec, which is set to about twice the afterglow time of the fluorescent material constituting the
[0071]
Furthermore, instead of fixing the mark detection device side and moving the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing light irradiation and a detection state with respect to a mark.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a barcode-shaped mark formed on a card.
FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the mark detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a waveform diagram showing a mark detection state in the first embodiment.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing details of a mark detection unit in the first embodiment.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an overall configuration of a mark detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing details of a mark detection unit in the second embodiment.
FIG. 9 is a waveform diagram showing the relationship between signals in the second embodiment.
FIG. 10 is an electric circuit diagram showing details of a mark detection unit in a third example similar to the second example.
[Explanation of symbols]
8 Incident intensity detection means
9 Display media
10 Light irradiation means
11 Optical filtering means
12 Photoelectric conversion means
13 Waveform detection means
14 Mark judgment means
15 Signal input judging means
16 mark
17 Irradiation light
18 Incident light
19 Detection value
20 Comparison value
21 cards
30 fluorescence
31 Signal generator
32 Card running section
33 Light irradiation part
34 Photoelectric converter
35 Mark detector
36 Data processing section
37 Clock signal generation circuit
38 Control signal generation circuit
39 Motor drive circuit
41 Light source driving circuit
42 Light source
43 Light Emitting Element
45 Detector
46 AC amplifier circuit
47 Light receiving element
48 Optical filters
50 Sample hold circuit
51 First comparison circuit
52 Second comparison circuit
53 Third comparison circuit
54 First display circuit
55 Second display circuit
56 Voltage buffer circuit
60 Sampling circuit
67 Reflected light
70 External light
71 First flip-flop
72 Second flip-flop
82 Synchronous rectifier circuit
83 Filter circuit
84 Comparison circuit
89 Analog switch
90 Analog switch
Claims (3)
その強度が略一定の照射光を前記マークに対して断続的に照射する光照射工程と、
該光照射工程においてマーク上の光照射位置から、前記照射光の照射中に対応して放出される反射光と、照射光の照射開始から所定の時定数をもってその強度が増大し照射停止でその強度が減少する蛍光とを含む入射光を取り込んで電気信号に変換する光電変換工程と、
該光電変換工程において変換された電気信号から、前記入射光中における前記蛍光の強度変化に対応する大きさの電気信号を検出値として取り出す蛍光強度検知工程と、
前記光電変換工程において変換された電気信号から、前記照射光の照射期間中における前記入射光の強度変化に対応する大きさの電気信号を比較値として取り出す入射強度検知工程と、
前記検出値を前記比較値と比べ、検出値が比較値を超えるとマークの境界位置であると判定するマーク判定工程とを備え、
更に前記蛍光強度検知工程では、前記照射光の照射停止直後における入射光の強度に対応する大きさの電気信号から検出値が形成され、
前記入射強度検知工程では、前記照射光の照射開始直前における入射光の強度と、照射光の照射停止直前における入射光の強度に対応する大きさの電気信号を個別に検知するとともに、両者の差を分圧することにより比較値が形成されるマーク検出方法。A method of detecting the formation position of a mark by irradiating light on a mark formed with a fluorescent material on an arbitrary medium and detecting the fluorescence generated from the mark by the irradiated light,
A light irradiation step of intermittently irradiating the mark with irradiation light having a substantially constant intensity;
In the light irradiation step, reflected light emitted correspondingly during irradiation of the irradiation light from the light irradiation position on the mark, and its intensity increases with a predetermined time constant from the start of irradiation of the irradiation light. A photoelectric conversion process that takes in incident light including fluorescence whose intensity decreases and converts it into an electrical signal;
A fluorescence intensity detection step for extracting, as a detection value, an electrical signal having a magnitude corresponding to a change in the intensity of the fluorescence in the incident light from the electrical signal converted in the photoelectric conversion step;
An incident intensity detection step for extracting, as a comparison value, an electric signal having a magnitude corresponding to the intensity change of the incident light during the irradiation period of the irradiation light from the electric signal converted in the photoelectric conversion step,
A mark determination step of comparing the detection value with the comparison value and determining that the detection value is a boundary position of the mark when the detection value exceeds the comparison value ;
Further, in the fluorescence intensity detection step, a detection value is formed from an electrical signal having a magnitude corresponding to the intensity of incident light immediately after the irradiation light irradiation is stopped.
In the incident intensity detection step, the intensity of incident light immediately before the start of irradiation of the irradiation light and an electric signal having a magnitude corresponding to the intensity of incident light immediately before stop of irradiation of the irradiation light are individually detected, and the difference between the two is detected. A mark detection method in which a comparison value is formed by dividing the pressure .
その強度が略一定の前記照射光を、所定周期をもって断続させながら前記マークに対して照射する光照射手段と、
該光照射手段によるマーク上の光照射位置から、前記照射光の照射中に対応して放出される反射光と、照射光の照射開始から所定の時定数をもってその強度が増大し照射停止でその強度が減少する蛍光とを含む入射光を取り込んで電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光照射手段における照射光の照射タイミングと同期させ、前記光電変換手段から出力される電気信号における光照射停止直後の信号強度を検出値として出力可能とする蛍光強度検知手段と、
前記光照射手段における照射光の照射タイミングと同期させ、前記光電変換手段から出力される電気信号における照射光の照射開始直前に対応する最低値と、照射停止直前に対応する最高値との差を分圧した比較値を出力可能とする入射強度検知手段と、
前記比較値と検出値とを比べ、検出値が比較値を超えるとマークの境界位置と判定するマーク判定手段とを備えたことを特徴とするマーク検出装置。 A mark detection device that irradiates a mark formed with a fluorescent material on an arbitrary medium with light, detects fluorescence generated from the mark by the irradiation light, and detects a mark formation position,
A light irradiating means for irradiating the mark while intermittently irradiating the irradiation light with a substantially constant intensity;
From the light irradiation position on the mark by the light irradiation means, the intensity of the reflected light emitted correspondingly during the irradiation of the irradiation light and the intensity increases with a predetermined time constant from the start of irradiation of the irradiation light. Photoelectric conversion means that takes in incident light including fluorescence that decreases in intensity and converts it into an electrical signal;
Fluorescence intensity detecting means that can synchronize with the irradiation timing of the irradiation light in the light irradiation means, and that can output the signal intensity immediately after the stop of light irradiation in the electric signal output from the photoelectric conversion means, as a detection value;
Synchronize with the irradiation timing of the irradiation light in the light irradiation means, the difference between the lowest value corresponding to immediately before the irradiation light irradiation start in the electrical signal output from the photoelectric conversion means and the maximum value corresponding to immediately before the irradiation stop Incident intensity detection means capable of outputting a divided comparison value;
A mark detection apparatus comprising: a mark determination unit that compares the comparison value with a detection value and determines a mark boundary position when the detection value exceeds the comparison value .
前記光電変換手段の入力側に、前記入射光から蛍光と同一波長の光成分を選択的に取り込む光学的濾波手段を備える一方、
前記入射強度検知手段から出力される比較値が有意な値か否かを判定する信号入力判定手段を更に備え、
該信号入力判定手段が前記比較値を有為な値と判定した期間においてのみ、前記マーク判定手段が判定動作を可能とするマーク検出装置。 The mark detection device according to claim 2,
On the input side of the photoelectric conversion means, provided with an optical filtering means for selectively capturing a light component having the same wavelength as fluorescence from the incident light,
Signal input determination means for determining whether or not the comparison value output from the incident intensity detection means is a significant value;
A mark detection apparatus in which the mark determination unit can perform a determination operation only during a period in which the signal input determination unit determines that the comparison value is a significant value .
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