JP3657342B2

JP3657342B2 - 静電容量センサ及び紙幣識別装置

Info

Publication number: JP3657342B2
Application number: JP6746596A
Authority: JP
Inventors: 裕行神▼崎▲; 宏和山田
Original assignee: グローリー工業株式会社
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09237362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、紙葉類の特徴抽出に用いられる静電容量センサ及び紙幣識別装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣や有価証券、キャッシュカード、小切手等の紙葉類の偽造を防止するため、紙と紙との間に金属やプラスチックを入れたいわゆるスレッド内蔵紙葉類が欧州等で使用されている。これらの紙葉類では、スレッドの有無を検出することにより、真券と偽造券との判定を行なっているが、この真偽判定を自動的に行なう装置として、磁気センサを用いたものや、特開平４−５４６９３号公報に記載された静電センサを用いたものが知られている。かかる従来の静電センサを用いたメタルスレッドの検出装置の構成例を図１０に基づいて説明すると、スレッド検出装置は電極検出部１０ａ，１０ｂと、静電センサ回路１２と、ＡＤ変換手段１４と、スレッド判定回路１６とから成り、電極検出部１０ａ，１０ｂは、導体板や導体針から成る検出電極８と、導体板の接地電極６とから成り、接地電極６と検出電極８はスレッド４を内蔵する紙葉２の通過経路を挟んで上下位置に、つまり、紙葉２の通過間隙を介して対向配置されていた。尚、この明細書では「紙葉類」は紙幣ばかりでなく、小切手、切符、手形等の有価証券を含み、また紙幣の「紙」もパルプばかりでなくプラスチック等のフイルムを含む広い概念で使用されている。
【０００３】
このような構成において、紙葉２が電極検出部１０を通過する場合、スレッド４がない紙葉の部分が検出電極８と接地電極６との間を通過する時よりも、スレッド４の部分が通過する時は、電極６−８間の誘電率が大きく変化し、スレッド４の部分で電極容量の変化が大きく現れ、この静電容量の変化に対応する信号が静電センサ回路１２で検出され、ＡＤ変換手段１４を介してスレッド判定回路１６に入力され、スレッドの有無が判定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来のスレッド検出装置においては、紙幣全体を覆うように静電センサ用電極を通路の上下に設けて紙幣の何れの箇所にスレッドが存在していても検出しようとしていた。従って、センサ部が大型化し、センサ感度が低下するのでセンサ部の取り付け調整や、センサの交換に非常に時間がかかるといった問題点があった。また、ＵＳドル等の限られた紙幣を取扱う場合には、予めスレッドの位置が判明しているので、該当箇所にスレッドがあるか否かの判定を行なうのみで、スレッドの有無判定は実行できる。更に、金属スレッドのみならず、例えば、重送検知、テープの有無等を検出する場合には紙葉の通路全面に電極を向かい合わせて配設し、その間に媒体を通過させるといったことを行なわなくても片面をスポット的に高感度で検出できるセンサがあれば検出処理が実行できる。
この発明は上述のような事情からなされたものであり、この発明の目的は、センサの取り付け調整や交換調整等の実装作業が容易な、小型高感度の静電容量センサ及び紙幣識別装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、静電容量センサに関し、この発明の上記目的は、紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振出力でドライブすることによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の紙葉類の静電容量センサの一実施例を図面を参照して説明する。先ず、図１０に対応させて示す図１（Ａ），（Ｂ）はこの発明の静電容量センサ１００の一構成例を示す図であり、スレッド４を内蔵した紙葉２の長手方向搬送用通過経路１８に、図１（Ｃ）のような検出電極板８及び接地電極板６から成る同一平面上に並べたコンデンサ部Ｃ８６が紙葉２の表面又は裏面に接する札押え又は押圧用ローラ１１０により押さえられた状態で搬送され、コンデンサ部Ｃ８６の容量変化が静電センサ回路１２の同調回路に入力され、その検波出力がＡＤ変換手段１４を介してマイクロプロセッサ等を内蔵した紙葉判定回路１６に入力され、紙葉の枚数、スレッドの有無、真券／コピー等が判定されて外部に出力されるようになっている。
【０００７】
しかして、静電センサ回路１２は、図２に示すようにバリキャップの容量制御による感度調整制御用電圧Ｖｂａ１を入力するバッファ３２ａ１と高周波バイアス用電圧Ｖｂａ２２を入力するバッファ３２ａと、インダクタンス素子Ｌ及びコンデンサ部Ｃ８６、バリキャップＶＣ１，ＶＣ２で構成された同調回路（検出部／検出ヘッド）３０と、同調回路３０の検出出力の増幅及びインピーダンス変換を行う増幅器３４とで構成されており、その出力ＶＱはダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１から成る検波回路３６により検波・平滑化され、増幅器３８により増幅され、更に電子的可変抵抗器（ＶＣＡ）等で構成された振幅制御手段４２により所定の振幅に変換され、ＡＤ変換手段１４によりデジタル化されてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を内蔵した紙幣判定回路１６に入力されるようになっている。
更に、紙葉判定回路１６は、ＤＡ変換手段１８を介して、制御電圧Ｖｂａ１により、バリキャップＶＣ１，ＶＣ２等の容量を所望の共振特性が得られるように調整すると共に、電圧制御発振回路２２及びローパスフィルタ２４で構成された高周波バイアス発生手段２０で生成される制御電圧Ｖｂａ２２により発振周波数を調整するようになっている。また、紙葉判定回路１６、検波手段４０、ＡＤ変換手段１４、ＤＡ変換手段１８、高周波バイアス発生手段２０等は全体が静電データ処理部１２０としてＡＳＩＣ又はハイブリットＩＣにまとめられて小型化され、図１（Ｂ）に示すようにセンサケース１００の内部に内蔵されるようになっている。また、静電センサ回路１２は単独でセンサケース１００の内部に収納することも可能であり、この場合にはアナログ出力ＶＱがマルチプレクサ等を介してＡＤ変換手段１４を内蔵した静電データ処理部１２０に入力されるようになっている。更に、静電データ処理部１２０には記憶手段６２を設けることも可能であり、記憶手段６２にはＡ／Ｄ変換手段１４の出力データが格納され、その出力はＡ／Ｄ変換手段１４、１４ｂ〜１４ｅの出力と共に紙葉判定回路１６により、相互に比較、減算、加算、乗除算等が実行され、紙葉の枚数、スレッドの有無、真券／コピー券等の判定が実行されるようになっている。
尚、上述のコンデンサ部Ｃ８６は、図３（Ａ）又は（Ｂ）に示すようなパターンでコンデンサ基板７に形成することが好ましく、基盤材質は吸湿性の少ないガラスエポキシ基板が望ましい。又、高周波発振回路２２は特別に設けることはなく、上述の範囲の周波数の場合には、マイクロプロセッサの基本クロックを分周して生成することも可能であり、本発明においては３００ＫＨｚ前後の発振周波数を用いている。
また、図４はこの発明の静電容量センサ１００の外形図であり、静電センサ回路１２がケースの頭頂部に埋設されると共に、静電データ処理部１２０がハイブリッドＩＣ化されており、コネクタ１０２を介して外部と信号の送受信が実行できるようになっているので、コンパクトかつ取付／調整の容易な構造となっている。更に、静電容量センサ１００の電極、絶縁部及びシールドケースの材料としては、先ず電極材料として、セラミックス又はガラスエポキシ基板上の銅箔のパターンを設けたもの、又は、後述の絶縁体材料によって絶縁されたＳＵＳ電極等、又はある程度機械的強度があり、且つ耐食性の良い金属が好ましい。また絶縁体材料としては電極をインサート出来て機械的強度の優れた樹脂材が好ましく、フェノール、ジアリルフタレート、またはアクリルの樹脂等がある。更に、シールドケース材としては深絞り可能な真鍮や鉄及び純鉄板等が好ましい。また、電極板の大きさは紙葉類の短辺よりも短い矩形形状が好ましく、図４には一例として矩形の長辺が２０ｍｍ、短辺が１５ｍｍのものを示した。
【０００８】
かかる構成において、その動作を次に説明する。先ず、紙葉判定回路１６による静電センサ回路１２の調整時には、紙葉類を搬送しない状態で、同調回路３０に所定の減衰量が得られるようにバリキャップの制御電圧Ｖｂａ１が制御され、高周波バイアス発生手段２０から高周波バイアスＶｂａ２２が印加される。一方、同調回路３０の出力は増幅器３４を介して検波手段４０に入力され、その検波出力は振幅制御手段４２により所定の振幅範囲に収まるように増加率が調整された後、ＡＤ変換手段１４によりデジタル化されて、紙葉判定回路１６に入力される。
かくして、同調回路３０の調整作業が終了すると、紙葉判定回路１６は紙葉２が電極８−６間を搬送される間に発生する同調回路３０のインピーダンス変化を検出して、紙葉の枚数チェックテープの有無、スレッドの有無、静電パターン信号処理による金種／入力方向の判定、真券／コピー券の判定、インクの模様の違い等の紙葉判定処理を実行する。この紙葉判定処理を図５乃至図７を参照して更に詳しく説明すると、同調回路３０のコンデンサ部を構成する電極板８−６の間には、通常、図５（Ａ）に示すような電界が形成され、これらは図５（Ｃ）に示すようにコンデンサＣ８６と共振感度調整回路４０のバリキャップＣＶＰとが信号源に対して並列に挿入されている場合と等価なので、その等価回路を示すと図５（Ｂ）のようになる。従って、この同調回路の共振周波数は次式で表される。
【０００９】
【数１】
ｆｒ＝１／２π√（Ｌ＊（（Ｃ８６＋ＣＶＰ）＋△Ｃ））
但しＬ：インダクタンス素子Ｌのインダクタンス
Ｃ８６：電極板コンデンサの容量
ＣＶＰ：バリキャップの容量
△Ｃ：紙葉及びスレッドの移動により生じる変化容量
【００１０】
数１において、△Ｃは紙葉の移動により生じる容量変化成分であり、紙葉がないアイドル状態では△Ｃ＝０、スレッドのない紙葉の場合には△Ｃ＝△Ｃ１，スレドを内蔵した紙葉の場合には△Ｃ＝△Ｃ２となり、一般に△Ｃ１＜△Ｃ２である。しかして、紙葉２がコンデンサ部Ｃ８６短手方向に進入する場合、図６（Ａ）に示すように、静電容量センサ１００及び紙葉２を配置して搬送すると、図６（Ｂ）のような波形が得られ、紙葉が１枚か２枚重なっているか容易に判定できることが判った。また、図６（Ｃ）に示すように紙葉２を長手方向に搬送すると、図６（Ｄ）のような出力波形が得られた。更に、スレッドを内蔵した紙葉の場合、静電センサ回路１２の出力波形は図６（Ｆ）に示すような急峻なパルス波形出力が観測された。これらの波形は、電極面積が図１０に示すような従来の静電センサ電極に比較すると大幅に縮小、小型化されているので、非常に感度が高いものである。
又、図７（Ａ）には、スレッドを含むイタリアリラ紙幣の走査波形例を、図７（Ｂ）にはＵＳドル紙幣の走査波形例を、図７（Ｃ）にはスレッドを含むスイスフラン紙幣の走査波形例を示す。
かかる構成の静電検知コンデンサを有する静電センサ回路１２の場合には、その出力波形をＡＤ変換手段１４によりデジタル化し、紙幣判定回路１６により、所定の許容設定範囲内に出力レベルがあればスレッド有りと判定し、上記許容設定範囲外であればスレッド無しと判定してそれぞれ外部に出力することが、容易かつ正確／安定的に実行できることは、図６（Ｆ）、図７（Ａ）及び図７（Ｃ）の波形形状から明らかである。
また、静電センサ回路１２の出力をＡＤ変換した後、その平均レベル又は移動平均処理等を実行することにより演算し、紙葉判定回路１６により、紙葉が１枚で搬送されたか、２枚で搬送されたか判定することも容易に実現できることは、図６（Ｂ）又は図６（Ｄ）の波形から明らかである。
尚、上述のＡＤ変換手段１４及び紙葉判定回路１６は、アナログ比較器等を利用したアナログ回路で全てを構成することも可能であることは当業者に明らかである。
【００１１】
図６に対応させて示す図８は、この発明の静電容量センサ１００のまた別の応用例を示すものであり、図１及び図２に示した構成の装置により、紙葉の真券／コピー券の判定を行なうようにしたものである。図２の回路構成において、静電センサ回路１２の出力は、ＡＤ変換手段１４を介してデジタル化された後、真券のティーチングの場合には図８（Ｂ）又は（Ｅ）に示すような出力波形が記憶手段６２に書き込まれる。また、正偽判定の場合にはＡＤ変換手段１４の出力は上述の記憶手段６２に格納した波形と同期をとりながら紙葉判定回路１６に入力され、これらの波形が一致するか否か差演算、相関演算等により一致度が判定され、真券／コピー券等が判定される。尚、図８（Ｂ）又は（Ｅ）の真券と図８（Ｃ）又は（Ｆ）のコピー券とでは全体の形状が大きく異なっているので、本発明の静電容量センサにより容易にコピー券を検出することが可能となる。
【００１２】
図２に対応させて示す図９はこの発明の紙葉識別装置のまた別の一構成例を示す図であり、それぞれ同一の番号を付した装置は同一の機能を果たすと共に、紙葉２に対し、本発明の静電容量センサ１００ａ〜１００ｅを複数個並列に配設し、各静電センサ回路１２ａ〜１２ｅの出力を静電データ処理部１２０ａに入力して振幅制御手段４２ａ〜４２ｅにより所定の振幅信号に変換した後、マルチプレクサ４４で入力を順次切替え、ＡＤ変換手段１４で高速にデジタル信号に変換した後、ＭＰＵ等を内蔵した演算処理回路６０で差演算、相関演算等の演算処理を実行し、紙葉枚数の判定、テープの有無検出、スレッドの有無検出、紙葉の表面又は裏面の局所識別マークの判定、静電印刷模様のチェック、インクの模様の違い、紙葉の走査方向検出等を確実に容易に実行できるようにしたものである。また、静電センサ回路１２ａ〜１２ｅの同調回路３０ａ〜３０ｅの調整を行うため、ＤＡ変換手段１８の出力をサンプルホールド手段７０ａ１〜７０ｅ１及びサンプルホールド手段７０ａ２〜７０ｅ２に保持し、更にサンプルホールド手段７０ａ２〜７０ｅ２の出力は高周波バイアス発生手段２０ａ〜２０ｅを介して各静電センサ回路１２ａ〜１２ｅに供給されるようになっている。尚、上述のサンプルホールド手段はＤＡ変換手段１８の内部に内蔵させることも可能である。
かかる構成において、図１０（Ａ）はこの発明の静電容量センサ１００ａ及び１００ｂを紙葉２に対し２個並列に配設し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｂの出力をそれぞれ静電容量センサ１００ａ内に設けられたＡＤ変換手段１４によりデジタル化した後演算処理回路６０に入力し、静電センサ回路１２ａ，１２ｂの出力を相互に比較してスレッドの有無等を判定するようにしたものである。かかる構成の静電容量センサを複数使用した紙葉識別装置では単独の静電容量センサを使用した装置と比較し、センサ自身及びセンサと移動する紙葉との間に介在するバックグランドノイズを除去し易く、より確実な紙葉枚数の判定、スレッドの有無検出、紙葉の表又は裏面に施された局所識別マークの判定、真券／コピー券の判定、テープの有無判定等が確実に実施できる。
【００１３】
図１０（Ａ）に対応させて示す図１０（Ｂ）はこの発明の紙葉識別装置の更にまた別の構成例を示す図であり、それぞれ同一の番号を付した装置は同一の機能を果たすと共に、図１０（Ｂ）では紙葉２に対し本発明の静電容量センサ１００ａ〜１００ｄを４個、分散配置し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｄの出力をそれぞれ静電容量センサ１００ａ内に設けられたＡＤ変換手段１４によりデジタル化した後、演算処理回路６０に入力し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｄの出力を相互に比較してスレッドの有無検出、テープの有無検出、紙葉枚数の判定、紙葉の局所識別マークの判定等を実行するようにしたものである。
尚、図１０（Ａ），（Ｂ）のブロック構成では図９に示す静電容量センサ１００ａ内の静電データ処理部１２０ａに設けられているＡＤ変換手段１４及び演算処理回路６０により紙葉の枚数等を判定し、図２に示す紙葉判定回路１６は使用しない。但し、演算処理回路６０はマイクロプロセッサ等を内蔵することにより容易に紙葉判定回路１６の機能動作を実現できるので、図１０（Ａ）の静電センサ回路１２ａの出力又は図１０（Ｂ）の静電センサ回路１２ｃ，１２ｄ等の出力を処理することにより上述と同様に紙葉枚数の判定を実現することができる。また、図１０（Ｂ）のように４箇所のセンサ出力を相互比較することにより、信頼性の高いより安定した判定処理を実現することができる。また、静電容量センサ１００ａと１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ等との相互接続線数を削減するためには静電容量センサ１００ｂ〜１００ｄの出力はアナログ出力とするのが好ましい。
更にまた、図８に示した波形のように真券の静電センサ出力波形を記憶手段６２等に予め記憶しておくと、真券／コピー券の判定も上述と同様に実行することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の静電容量センサ及び紙葉識別装置によれば、センサ及び装置を大幅に小型化でき、紙葉の誘電率変化を局所的に感度良く検出することができる。すなわち、小型化することにより、取付調整作業や保守交換作業等の実装作業が簡単かつ安定的に実行されると共に、高感度化が計られ紙葉の枚数チェック、スレッド及びテープの有無チェックも容易に実行できる。更に、センサ内に記憶手段を内蔵すると真券／コピー券の判定も可能となり、複数のセンサを分散配置して相互にセンサ出力を比較すると、バックグランドノイズも容易にキャンセルでき、一段と信頼性の高いセンサ／装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の静電容量センサの一実施構成例を示す図である。
【図２】その電気的回路構成の一例を示す図である。
【図３】この発明の静電検知コンデンサ用電極パターンの一例である。
【図４】この発明の静電容量センサの実装の一例を示す図である。
【図５】この発明の静電検知コンデンサの電界分布及びその等価回路を示す図である。
【図６】紙葉を短手／長手方向に搬送した時の静電センサの出力波形例である。
【図７】実際の紙幣を搬送したときの静電センサの出力波形例である。
【図８】この発明のセンサを真券及びこれに対応したコピー券検出に用いた場合の波形例を示す図である。
【図９】この発明の静電容量センサを複数配設した場合のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】この発明のセンサを複数個分散配設した実施例を示す図である。
【図１１】従来の静電容量センサの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
２紙葉
４スレッド
６接地電極板
７基板
８検出電極板
１２静電センサ回路
１４ＡＤ変換手段
１６紙葉判定回路
１８ＤＡ変換手段
２０高周波バイアス発生手段
３０同調回路（検出部／検出ヘッド）
４０検波手段
４２振幅制御手段
４４マルチプレクサ
６２記憶手段
７０ａ１〜７０ｅ２サンプルホールド手段
１００静電容量センサ
１０２コネクタ
１２０，１２０ａ静電データ処理部

Claims

紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振出力でドライブするようにしたことを特徴とする静電容量センサ。
前記容器内部に発振部及び信号処理部を内蔵させた請求項１に記載の静電容量センサ。
紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振出力でドライブするようにした静電容量センサを設け、この静電容量センサからの信号を分析して前記紙葉類の枚数金属スレッドの有無又は、テープの有無又はインクの模様の違い又は紙葉の走査方向を検出するようにしたことを特徴とする紙幣識別装置。
紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振出力でドライブするようにした静電容量センサを設け、この静電容量センサからの信号を分析して前記紙葉類に含まれるスレッドの有無を検出するようにしたことを特徴とする紙幣識別装置。
紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振出力でドライブするようにした静電容量センサを複数個設け、これら静電容量センサからの信号を演算処理して前記紙葉類の特徴抽出を実行するようにしたことを特徴とする紙幣識別装置。