JP4210466B2 - 判別装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙質を判別するための判別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣等の紙葉の真偽を鑑別する一つの手段として、紙葉の紙質が適正であるか否かを判別する方法を採ることができる。紙質を判別する方法としては、紙繊維構造に起因して形成される格子状の濃淡パターンを光学的に取り込み、これに基づいて判別する技術が知られている（例えば、特開平８−１８０１８９号記載の技術）。また、紙葉の紙質により搬送時の摩擦力が異なることを利用して、搬送時の所要時間の違いにより紙質を判断する技術も知られている（例えば、特開平１１−１３９６２０号記載の技術）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法では、紙葉の紙質を十分に安定して判別することができなかった。前者の技術では、製造工程の相違によって生じる濃淡パターンの変化に起因して、紙質の誤判定を生じる場合があった。後者の技術では、湿度や紙葉の劣化により摩擦力が変動し、紙質の誤判定を生じる場合があった。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、安定して紙質を判別することができる判別方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、紙質を判別する際に、判別対象としての紙に波長帯の異なる複数の照射光を照射する。そして、それぞれの照射光について得られる紙の吸光度を用いた所定の演算値に基づいて、紙質を判別するものとした。紙の吸光度は紙質によって相違するため、吸光度を利用することにより、濃淡パターンのように製造工程の相違による影響を受けることなく紙質を判別することが可能である。また、複数の波長帯の照射光を用いることにより、湿度などの環境要因や紙葉の劣化などによる吸光度への影響を抑制することができる。この結果、安定して紙質を判別することが可能となる。
【０００６】
ここで、吸光度とは、照射光の強度Ｌ0と紙葉を反射した光の強度Ｌとの比を意味し、例えば、「吸光度＝ｌｏｇ（Ｌ／Ｌ0）」で定義される。「吸光度＝Ｌ／Ｌ0」で定義してもよい。吸光度は、紙葉に照射光を反射させて測定する反射法で検出する。
【０００７】
照射光の波長帯は紙質の判別目的、即ち判別対象となる紙質の種類に応じて適宜、設定可能である。本発明は、紙幣その他の特定の紙葉の真偽を鑑別するための紙質判別にも適用することができる。かかる場合には、判断対象の紙葉が真正な紙質であるか否かを判別すればよいため、真正な紙質において吸光度が他の紙質と顕著な差違を生じるよう、波長帯を選択すればよい。
【０００８】
照射光は、例えば、紫外線領域に含まれる短波長光と、可視光領域または赤外線領域に含まれる長波長光との組み合わせとすることが好ましい。一般に短波長光では、紙質による吸光度の差が顕著に現れる傾向があり、長波長光における吸光度は、湿度などの環境要因や劣化などの影響を受けにくい傾向があるからである。従って、両者を組み合わせることにより、紙質判別の安定化、精度向上を図ることができる。特に、短波長光は、中心波長が３７０±１０ｎｍに含まれることが好ましく、長波長光は、中心波長が４２０〜１０００ｎｍに含まれることが好ましい。
【０００９】
本発明において、所定の演算値は、例えば、次式で与えられるパラメータΔＡおよびＡｒの少なくとも一方を含む所定の演算式を用いることができる。
ΔＡ＝Ａ１−α・Ａ２；
Ａｒ＝Ａ１／Ａ２；
ここで、Ａ１、Ａ２は２種類の波長帯の照射光に対する吸光度、αは任意の正数値である。紙質は、これらの演算値を紙質ごとに予め保持しておき、判別対象から得られた吸光度に基づいて得られた演算値と比較することによって判断することができる。
【００１０】
本発明は、種々の態様で構成可能であり、上述した原理に基づいて紙質の判別を行う紙質判別装置として構成してもよいし、紙質の判別方法として構成してもよい。また、紙質の判別結果を用いて紙幣等の真偽を鑑別する鑑別装置、鑑別方法として構成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、紙質判別装置としての実施例に基づいて、次の項目に分けて説明する。
Ａ．システム構成：
Ｂ．紙質判別処理：
Ｃ．評価値例：
Ｄ．変形例：
【００１２】
Ａ．システム構成：
図１は紙質判別装置の概略構成を示す説明図である。紙質判別装置は、光学ユニット２０と、制御部１０から構成される。
【００１３】
光学ユニット２０は、紙幣等の紙葉の紙質判別に利用する照射光を照射するための光源２３を備えている。本実施例では、２種類の照射光を用いて判別を行うものとした。一つめは、３７０ｎｍを中心波長とし、３７０±１０ｎｍの範囲に分布する光である（以下、この光を短波長光と称する）。２つめは、４２０〜１０００ｎｍの中のいずれかを中心波長とし、そこから±２０ｎｍの範囲に分布する光である（以下、この光を長波長光と称する）。いずれの光の波長も判別対象となる紙葉の紙質を考慮して、実験的または解析的に最適な値を適宜選択すればよい。
【００１４】
本実施例では、単一の光源２３から照射される光が通過するフィルタ２４を切り換えることによって、２つの照射光を得る。それぞれの波長の光を照射する２つの光源を設けるものとしてもよい。
【００１５】
光源２３としては、例えば、積分球、発光ダイオード、紫外線ランプ、赤外発光ダイオードなどを適用することができる。光源２３は、照射部駆動回路２２によって発光される。照射部駆動回路２２は、制御部１０からの制御信号に基づいて、光源２３に電圧を印加する回路である。制御信号に基づいて、インピーダンスを調整可能とし、光源２３の発光量を調整可能としてもよい。
【００１６】
搬送路２１上に紙葉２８が存在する場合、照射光は紙葉２８の表面で反射する。光学ユニット２０は、この反射光の強度を検出する受光部２５および反射光検出回路２６を備えている。受光部２５は、例えば、フォトトランジスタ、フォトダオード、磁気分光光度計などを利用することができる。反射光検出回路２６は、例えば、受光部２５から出力される電圧等のアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを適用することができる。
【００１７】
制御部１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたマイクロコンピュータとして構成されており、図示する各機能ブロックにより、光学ユニット２０光学ユニット２０から得られる各種信号を処理して紙質判別を行う。各機能ブロックの機能については、以下で示す紙質判別処理で併せて説明する。
【００１８】
Ｂ．紙質判別処理：
図２は紙質判別処理のフローチャートである。紙葉２８の搬入に呼応して、制御部１０が実行する処理である。
【００１９】
この処理では、制御部１０は、まず照射部駆動回路２２を制御し、短波長光を照射する（ステップＳ１０）。この際、短波長光、長波長光が順次照射されるよう、フィルタ２４を併せて制御する。これらの機能は、照射制御部１５によって実現される。照射光は、紙葉２８で反射され、受光部２５に入射する。制御部１０は、反射光検出部１４によって、短波長光に対する反射光の強度を取得する。また、照射光の強度Ｌ10、および反射光の強度Ｌ1に基づいて、次式により、短波長光の吸光度Ａ1を算出する（ステップＳ１２）。
Ａ１＝ｌｏｇ（Ｌ1／Ｌ10）；
【００２０】
制御部１０は、同様にして、長波長光の照射（ステップＳ１４）、および長波長光の吸光度Ａ２の算出を行う（ステップＳ１６）。長波長光の吸光度Ａ２は、照射光の強度の強度Ｌ20、および反射光の強度Ｌ2に基づいて、次式により得られる。
Ａ２＝ｌｏｇ（Ｌ2／Ｌ20）；
【００２１】
本実施例では、照射光と反射光の比の自然対数を吸光度として定義したが、照射光と反射光の比を吸光度として定義してもよい。つまり、「Ａ１＝Ｌ1／Ｌ10」、「Ａ２＝Ｌ2／Ｌ20」と定義してもよい。
【００２２】
次に、制御部１０は、これらの吸光度Ａ１，Ａ２を用いて、紙質を判別するための評価値を求める（ステップＳ１８）。本実施例では、吸光度の差を評価値として用いるものとした。
即ち、
評価値 ΔＡ＝Ａ１−Ａ２；
と定義した。評価値算出部１３は、上記演算式に基づいて評価値を求める機能を奏する。
【００２３】
本実施例では、短波長光、長波長光の順に照射を行ったが、照射順序は逆でもよい。また、短波長光に対する吸光度と、長波長光に対する吸光度とを区別可能であれば、両者を同時に照射してもよい。
【００２４】
制御部１０には、予め評価値と紙質との対応関係が評価値テーブル１２に記憶されている。評価値テーブル１２の例は、後述する。制御部１０は、ステップＳ１８で得られた評価値を、評価値テーブル１２の値と比較して、紙質の判別を行う（ステップＳ２０）。この機能は、紙質判別部１１によって実現される。制御部１０は、こうして得られた判別結果を出力し（ステップＳ２２）、紙質判別処理を完了する。
【００２５】
Ｃ．評価値例：
図３は長波長光を６６０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。７種類の紙質の紙葉に対し、湿度４０％の条件下で、３７０ｎｍの短波長光、６６０ｎｍの長波長光を照射し、両者の吸光度の差ΔＡを求めた実験結果を表している。１５０ｍｍ径の積分球で照射し、磁気分光光度計で光強度を測定して、吸光度および評価値を算出した。紙葉類Ｎｏ．と紙質との対応関係は、次の通りである。
Ｎｏ．１…クラフト紙；
Ｎｏ．２…カラーコピー紙；
Ｎｏ．３…ＯＣＲ紙；
Ｎｏ．４…ちり紙；
Ｎｏ．５…普通コピー紙；
Ｎｏ．６…紙幣；
【００２６】
この結果、図示する通り、紙質に応じて評価値が異なることが確認された。従って、評価値テーブル１２にこの評価値を予め記憶しておくことにより、紙質の判別を行うことができる。紙幣としての紙葉２８が真券であるか否かを判別することが目的である場合には、紙幣に相当する値のみを評価値テーブル１２に記憶しておくものとしてもよい。紙葉２８の評価値が記憶されている値と一致するか否かに基づき、真偽を容易に判断することができる。
【００２７】
図４は長波長光を８８０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。短波長光、判断対象となる紙質、湿度条件、および評価値の定義は、図３の場合と同じである。図示する通り、８８０ｎｍの光に対しても、紙質による吸光度の明確な差違が確認された。但し、この例では、Ｎｏ．３のＯＣＲ紙と、Ｎｏ．５の普通コピー紙との差違が比較的小さいため、両者の紙質を判別する必要がある場合には、適用しないことが好ましい。
【００２８】
図５は長波長光を４２０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。長波長光を４２０ｎｍとした場合も、図示する通り、紙質による吸光度の明確な差違が確認された。普通コピー紙（Ｎｏ．５）と紙幣（Ｎｏ．６）とが比較的近い値を示しているものの、有意差は認められる。
【００２９】
図６は照射光の波長と吸光度との関係を示すグラフである。図３、４で判断対象とした６種類の紙について、２５０〜１０００ｎｍまでの波長の照射光に対する吸光度の変化を示した。図３、４で用いた波長３７０ｎｍ、４２０ｎｍ、６６０ｎｍ、８８０ｎｍの照射光を図中に併せて示した。図示する通り、３７０ｎｍは、波長の変化に伴って吸光度が急激に変化する領域である。４２０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲では、吸光度がほぼ一定となる紙と、変化する紙とが混在する領域である。６６０ｎｍ以上では、吸光度はほぼ一定となる。従って、４２０ｎｍ〜１０００ｎｍの照射光に対しては、図３〜５で示したいずれかの傾向と類似、またはこれらの補間に相当する傾向が得られ、紙質を判別することができる。
【００３０】
図７は湿度を変化させた場合の評価値に対する影響を示す説明図である。図３では湿度４０％で実験を行ったのに対し、湿度を９５％に高くして行った結果を示す。図８は紙葉の状態を変化させた場合の評価値に対する影響を示す説明図である。図３は新品の紙葉を対象として実験を行ったのに対し、黄変率３０％の紙葉を対象として行った結果を示す。図７および図８において示す通り、本実施例の本実施例の評価値を用いることにより、湿度の影響、紙葉の劣化による影響を受けることなく、安定して紙質を判別できることが分かる。
【００３１】
図９は比較例としての実験結果を示す説明図である。中心波長３７０ｎｍの短波長光に対する吸光度のみを用いて紙質判別を行った場合を例示した。「■」は図３と同じ条件、即ち、新品の紙、湿度４０％での吸光度を示す。この条件では、短波長の光だけでも紙質判別が可能であることが分かる。「○」は図７と同じ条件、即ち、新品の紙、湿度９５％での吸光度を示す。「△」は図８と同じ条件、即ち、黄変率３０％、湿度４０％での吸光度を示す。図示する通り、短波長のみを用いた場合には、湿度および紙葉の劣化によって、吸光度が大きく影響を受け、紙質を安定して判別することができない。例えば、枠Ａ内の３つのデータは、共に０．４であり、判別することができない。
【００３２】
以上で説明した本実施例の紙質判別装置によれば、製造工程、湿度などの環境要因、紙葉の劣化の影響を抑制し、安定して紙質判別を行うことが可能となる。
【００３３】
Ｄ．変形例：
【００３４】
評価値は、種々の算出方法を定義可能である。例えば、評価値は、次式に示すように吸光度の一方に重み値を乗じた差としてもよい。
評価値 ΔＡｍ＝ Ａ１−α・Ａ２；
α…任意の正数値；
また、評価値は、次式に示すように吸光度の比としてもよい。
評価値 Ａｒ ＝ Ａ１／Ａ２；
もちろん、上式の評価値ΔＡｍ、Ａｒに、さらに係数を乗じても構わない。これらの値ΔＡｍ、Ａｒの一方または双方を含む演算式で評価値を定義してもよい。
【００３５】
実施例では、短波長光として中心波長が３７０ｎｍの光、長波長光とした中心波長が４２０〜１０００ｎｍの範囲の光を用いた。照射光は３種類以上を用いてもよい。また、照射光の波長は、判別すべき紙質に応じて種々の設定が可能である。一般的に、中心波長が紫外線領域に含まれる３７０ｎｍ近傍では、紙葉を構成する繊維を接着しているバインダ成分固有の吸収が現れ、紙質による吸光度の差違を検出しやすい傾向にある。可視光または赤外光に含まれる４２０〜１０００ｎｍの範囲の光は、黄変など、紙葉の劣化、汚損に伴う紙質の変化による吸光度への影響が比較的小さい傾向にある。１０００ｎｍよりも小さい波長範囲では、湿度による吸光度への影響が比較的小さい傾向にある。照射光の選択は、これらの傾向を踏まえて行うことが好ましい。従って、照射光は紫外線と、可視光または赤外線との組み合わせで設定することが好ましい。さらには、中心波長が３７０ｎｍの光、または４２０〜１０００ｎｍの光のいずれかを照射光に含めることが好ましい。
【００３６】
実施例では、紙幣の紙質判別装置を例示した。本発明は、紙幣に限らず種々の紙葉に適用可能である。かかる紙葉としては、例えば、宝くじ等各種くじ券、競輪競馬競艇投票券、入場券、乗車券、高速道路、電話、各種施設等の利用券、証券、債券、株券、図書券などが含まれる。また、本発明の紙質判別は、必ずしも何らかの紙葉の真偽鑑別の一環として行う場合に限らず、判断対象となる紙葉の紙質分析として行うものとしてもよい。
【００３７】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、紙質判別処理はソフトウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものとしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の紙質判別装置によれば、製造工程の相違、湿度などの環境要因、および紙葉の劣化などの影響を抑制し、安定した紙質判別を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】紙質判別装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】紙質判別処理のフローチャートである。
【図３】長波長光を６６０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。
【図４】長波長光を８８０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。
【図５】長波長光を４２０ｎｍとした場合における評価値と紙質との関係を示す説明図である。
【図６】照射光の波長と吸光度との関係を示すグラフである。
【図７】湿度を変化させた場合の評価値に対する影響を示す説明図である。
【図８】黄変率を変化させた場合の評価値に対する影響を示す説明図である。
【図９】比較例としての実験結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…制御部
１１…紙質判別部
１２…評価値テーブル
１３…評価値算出部
１４…反射光検出部
１５…照射制御部
２０…光学ユニット
２１…搬送路
２２…照射部駆動回路
２３…光源
２４…フィルタ
２５…受光部
２６…反射光検出回路
２８…紙葉

Claims (3)

1. 紙質の種類が紙幣であるか否かを判別する判別装置であって、
   判別対象としての紙に、第１の照射光と第２の照射光とを照射する照射部であって、前記第１の照射光の中心波長は紫外線領域に含まれ、前記第２の照射光の中心波長は４２０〜１０００ｎｍに含まれる、前記照射部と、
   前記第１の照射光を前記判別対象紙に反射させて、前記第１の照射光の強度と反射した光の強度との比に基づく第１の吸光度を求めると共に、前記第２の照射光を前記判別対象紙に反射させて、前記第２の照射光の強度と反射した光の強度との比に基づく第２の吸光度を求める吸光度取得部と、
   前記第１の吸光度と前記第２の吸光度とを用いて得られる評価値を利用して、前記判別対象紙の紙質の種類が紙幣であるか否かを判別する判別部とを備える判別装置。
2. 請求項１記載の判別装置であって、
   前記第１の照射光の中心波長は３７０±１０ｎｍに含まれる判別装置。
3. 請求項１または２記載の判別装置であって、
   前記評価値は、次式で与えられるパラメータΔＡおよびＡｒの少なくとも一方を含む所定の演算式によって得られる判別装置。
   ΔＡ＝Ａ１−α・Ａ２；
   Ａｒ＝Ａ１／Ａ２；
   ここで、Ａ１は第１の吸光度であり、Ａ２は第２の吸光度であり、αは任意の正数値である。

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