JP4673509B2

JP4673509B2 - 発光検出装置

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Publication number: JP4673509B2
Application number: JP2001199862A
Authority: JP
Inventors: 淳二三浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003014648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送される物品の表面にある蛍光物質、燐光物質等の発光物質の発光を検出する発光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光物質による印刷情報を検知する方法には、たとえば特開平９−１２７０００号公報や特開平６−３３３１２５号公報の「蛍光検出装置」に開示されるように、検知対象物に紫外光線を照射し、その反射光の可視光全域を受光検知する方法がある。また、検知対象の蛍光発光特性を精度良く検知しようとする場合には、検知対象の蛍光特性に合致した光学フィルタを紙葉類と受光センサ間に配置し、特定波長の可視光のみを受光センサにて受光検知する方法がとられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動する紙葉類に印刷された、異なる発光波長特性をもつ蛍光物質を複数検知する場合、１ステージで実現しようとすると可視光全域を検出することになり、高い検知精度は望めない。ステージを複数設け、夫々のステージにて異なる特定波長の可視光を受光センサにて検知することによって問題は解消されるが、この場合、ステージ数の増加によって装置の大型化が免れない。また、このようにステージ毎に異なる特定波長の可視光を検知する方法では、各波長の可視光の検知結果が同時に得られないことから、紙葉類の真偽判定に有効な情報が得られるとは言えなかった。さらに、検知対象の変更や増加に対し、光学フィルタの変更やステージの追加といったハードウェアの変更が必要となるなど、柔軟性に欠けるという問題があった。
【０００４】
また、紙葉類に蛍光物質と燐光物質が含まれる場合の蛍光物質の発光特性と燐光物質の残光特性を夫々検知する方法には、たとえば、実公昭６２−２６９１号に開示されるように、紫外線照明によって蛍光を検知するステージと、このステージの後段で燐光物質の残光を受光検知するステージとを設け、後段のステージにて前ステージで紫外線照明を受けた燐光物質の残光を受光検知する方法がある。
【０００５】
しかしながら、この方法では、紙葉類の搬送路上に２つのステージを設ける必要があり、装置の大型化を免れない。また、燐光物質の残光特性は燐光物質の種類によって異なるため、搬送速度が一定の場合、燐光物質の種類ごとに、燐光物質の残光特性を検知するステージの長さを最適に選定する必要があり、さらに異なる特性を有する燐光物質を共通に処理する場合には３つ以上のステージを必要になるなど、ハードウェアの構成の変更に対して柔軟性を欠くという問題がある。
【０００６】
また、１ステージで蛍光物質の発光特性と燐光物質の残光特性を検知する方法として特公平８−３０７８５号がある。これは、照明を断続的に照射しながら点灯時に蛍光物質の蛍光特性を、消灯時に燐光物質の残光特性を検知するものである。
【０００７】
ところが、この方法では、照明制御装置が複雑になり高価になること、照明の点灯周波数と残光特性の制約によって検知対象の移動速度が制限され、高速化の壁があるという問題があった。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決するためのもので、発光物質の発光波長特性を高精度に判別することができるとともに、異なる発光波長特性をもつ複数の発光物質を１ステージで検知することのできる発光検出装置を提供しようとするものである。
【０００９】
また、本発明は、検知対象の変更に柔軟に対応することの可能な発光検出装置を提供しようとするものである。
【００１０】
さらに、本発明は、燐光物質の残光特性を高精度に判別することのできる発光検出装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明である発光検出装置は、表面に蛍光物質の領域を有する物品を搬送する搬送路と、この搬送路を搬送中の物品に紫外光を照射する紫外光照射手段と、前記搬送路の搬送方向に沿って配列され、可視光波長域を等しい透過波長域に複数分割し、それぞれ異なる波長感度特性を付与された複数の光検出部を有する多分割カラーセンサと、蛍光物質を判別するための基準情報を予め記憶したメモリと、前記多分割カラーセンサの複数の光検出部の出力と前記メモリに記憶した基準情報とに基づいて前記搬送路を搬送された物品の前記蛍光物質の発光波長特性を判別する判別手段とを具備したものである。
【００１２】
すなわち、この第１の発明は、それぞれ異なる波長感度特性を有する複数の光検出部を有する多分割カラーセンサを搬送路の搬送方向に沿って配列したことで、各光検出部の出力に蛍光物質の発光波長特性を得ることが可能になる。予め、検知対象である蛍光物質に関する発光波長特性の情報を基準情報として用意しておくことで、この基準情報と各光検出部の出力を元に取得した情報との比較によって検知対象である蛍光物質の有無を検出したり、蛍光物質の種類の判別を行うことができる。
【００１３】
また、上記第１の発明の発光検出装置において、前記蛍光物質の発光を前記多分割カラーセンサの受光面に結像させる結像レンズをさらに有している。
【００１４】
さらに、この第１の発明によれば、検知対象を判定するための基準情報を変更することで、検知対象である蛍光物質の種類をハードウェアの変更無しで変更することができる。加えて、検知対象である複数の蛍光物質の夫々の位置関係を検知することも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１は、この発明に係る第１の実施形態である蛍光発光検出装置の構成を示す図である。
【００２０】
この実施形態の蛍光発光検出装置は、定速走行される紙葉類の表面に印刷された蛍光物質の発光波長特性を１ステージで検知することを可能としたものである。
【００２１】
図１に示すように、蛍光物質１が表面に印刷、あるいは塗布、あるいは貼り付けられた紙葉類３は、図示しない搬送機構によって移動される搬送路上を一定の速度で一方向（矢印Ｘ方向）へ走行される。搬送路の上方には、紫外線光源５、結像レンズ７および多分割カラーセンサ９などが配設されている。
【００２２】
紫外線光源５には、水銀ランプやキセノンランプ等が使用される。このような光源５から紫外光線のみを透過させて検知対象である蛍光物質１に照射するために、紫外線光源５と搬送路との間には光学フィルタ１１が配置されている。
【００２３】
光学フィルタ１１を介して紫外線光源５の紫外光線が紙葉類３の蛍光物質１に照射されると蛍光物質１が励起し発光する。結像レンズ７は、この蛍光物質１の発光を多分割カラーセンサ９の受光面に結像させる。
【００２４】
多分割カラーセンサ９は、検知対象である蛍光物質１の移動方向（Ｘ方向）に沿って隙間無く配列された複数の光検出部と、これら光検出部に各々固有の波長感度特性を付与する光学フィルタとの組み合わせで構成される。多分割カラーセンサ９に用いられる光学フィルタは光検出部毎に異なる透過波長域をもち、この例では、たとえば可視光波長を１６分割して長波長から短波長へ順に並ぶようにして各光検出部に透過波長域がユニークに割り当てられている。
【００２５】
図１には、この多分割カラーセンサ９の個々の光検出部に対応する紙葉類３上での受光感度エリアＡ１−Ａ１６の配置例が示されている。同図に示すように、紙葉類３の移動（Ｘ）方向から見て最初の（最上流の）受光感度エリアＡ１の通過波長域の中心は７００ｎｍ、次の受光感度エリアＡ２の通過波長域の中心は６８０ｎｍであり、以下同様に受光感度エリアＡ３−Ａ１６の通過波長域の中心が２０ｎｍずつ小さくなっている。
【００２６】
なお、このような多分割カラーセンサには、たとえば、浜松ホトニクス社製の多分割フォトマルＲ５９００−Ｌ１６シリーズ等がある。
【００２７】
この多分割カラーセンサ９によって得られた１６チャンネルの電気信号は増幅部１３によって夫々増幅された後、信号処理部１５にて、各光検出部の位置の違いによる時間ずれが補正された後、蛍光物質１の発光波長特性の判別処理が行われるようになっている。
【００２８】
以下、説明の簡単のため、先頭から５番目の受光感度エリアＡ５（中心波長が６２０ｎｍ）が赤を、９番目の受光感度エリアＡ９（中心波長が５４０ｎｍ）が緑を、そして１４番目の受光感度エリアＡ１４（中心波長が４４０ｎｍ）が青をそれぞれ検出するものとして説明を行う。
【００２９】
この説明用のサンプルとして、図２に示すように、蛍光発光しない紙葉類３の上に、紙葉類３の移動（Ｘ）方向の先端側より、白色発光領域３ａ、赤色発光領域３ｂ、緑色発光領域３ｃを順に配置したものを想定する。
【００３０】
このサンプルを一定速度でＸ方向へ搬送しつつ、紫外線光源５から紫外光線を紙葉類３の表面に照射し、これによる白、赤および緑の各領域３ａ，３ｂ，３ｃの蛍光発光を多分割カラーセンサ９で検出することによって得られた信号波形を図３に示す。
【００３１】
個々の蛍光発光に対するセンサ出力はそれぞれ、その蛍光発光が複数の受光感度エリアで時間差をもって検出されることにより、互いに位相（時間）がずれた複数の信号として得られる。実際には、この例では１６分割のカラーセンサを用いているため、個々の蛍光発光に対して位相のずれた最大１６個の信号が得られることになる。信号処理部１５は、図４に示すように、このような複数の信号の位相ずれを補正し、蛍光物質１の発光波長特性を判別する処理を行うものである。
【００３２】
図５に、多分割カラーセンサ９の出力を処理する信号処理部１５の構成を示す。
【００３３】
多分割カラーセンサ９の各センサエリアで得られた電気信号は、Ａ１〜Ａ１６の受光感度エリア毎に設けられた電流電圧増幅器（Ｉ−Ｖ）１３で増幅され、信号処理部１５の中の信号選択回路１７に入力される。信号選択回路１７は、電流電圧増幅器１３の出力を時系列に並べてＡ／Ｄ変換器１８に与える。Ａ／Ｄ変換器１８は信号選択回路１７を通して入力されたセンサ出力をディジタルデータに変換して位相調整回路１９に与える。位相調整回路１９はＡ／Ｄ変換器１８からディジタルデータとして与えられたセンサ出力の位相ずれを補正し、この情報を判別処理回路２０に与える。判別処理回路２０は、蛍光物質１を判別するための基準情報をメモリ１４から参照し、位相調整回路１９より与えられたセンサ出力情報と基準情報とから検知対象である蛍光物質１の発光波長特性を判別する。
【００３４】
位相合わせは、個々の蛍光物質の蛍光発光に対するセンサ出力毎、たとえば図２〜図４の例では、白、赤および緑の個々の領域３ａ，３ｂ，３ｃ毎の蛍光発光に対するセンサ出力毎に行われる。この例では、説明の簡単のため、３つの受光感度エリアＡ５，Ａ９，Ａ１４の出力のみを取りあげており、これら３つの受光感度エリアＡ５，Ａ９，Ａ１４の出力に対する位相合わせの様子が示されている。
【００３５】
各受光感度エリアＡ１−Ａ１６間での出力の位相差は固定であるから、信号選択回路１７は全時間の受光感度エリアＡ１−Ａ１６の出力から、一つ一つの蛍光物質の蛍光発光（図２〜図４の例では白、赤および緑の個々の領域３ａ，３ｂ，３ｃ）に対する出力の組み合わせを分類することが可能である。この信号選択回路１７によって選択された一つ一つの蛍光物質の蛍光発光に対する出力の組み合わせが位相調整回路１９での位相合わせの対象として扱われることになる。
【００３６】
これにより、紙葉類上の複数の蛍光物質について、その蛍光発光の波長特性を個別に判別することが可能になるとともに、各蛍光物質の移動（Ｘ）方向での位置関係も測定することが可能になる。
【００３７】
本実施形態の発光検出装置は、このように構成されているので、異なる発光波長特性の発光物質を１ステージで検出することができる。また、検知対象を判定するための基準情報を変更することで、検知対象である蛍光物質の種類をハードウェアの変更無しで変更することができる。また、検知対象である複数の蛍光物質の夫々の位置関係を検知することも可能である。
【００３８】
次に、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。
【００３９】
図６は、この実施形態である発光・残光検出装置の構成を示す図である。
【００４０】
この実施形態の発光・残光検出装置は、定速走行される紙葉類の表面にともに印刷された、もしくは別々に印刷された蛍光物質の発光特性ならびに燐光物質の残光特性を１ステージで検知することを可能としたものである。
【００４１】
図６に示すように、蛍光物質または燐光物質２１が表面に印刷された紙葉類２３は、図示しない搬送路上を一定の速度で一方向（矢印Ｘ方向）へ走行される。搬送路の上方には、紫外線光源２５、結像レンズ２７および多分割センサ２９などが配設されている。
【００４２】
紫外線光源２５には、水銀ランプやキセノンランプ等をライン状に配置してなるファイバー照射装置や紫外線蛍光管などの主光源３１と、集光器３３と、光学フィルタ３５との組み合わせによって構成される紫外線照明装置等が使用される。光学フィルタ３５は主光源３１と集光器３３との間に配置され、主光源３１の光の紫外光線のみを透過させるためのものである。光学フィルタ３５を透過した紫外光線は紙葉類２３表面の、移動（Ｘ）方向から見て最初の（最上流側の）受光感度エリアＡ１に相当する部分にスリット光３７として照射されるよう集光器３３によって集束される。
【００４３】
紫外線光源２５の紫外光線が紙葉類２３の蛍光物質または燐光物質２１に照射されると、蛍光物質が蛍光発光あるいは燐光物質が残光発光する。結像レンズ２７は、この蛍光物質が蛍光発光あるいは燐光物質が残光発光を多分割センサ２９の受光面に結像させる。
【００４４】
多分割センサ２９は、検知対象である蛍光物質または燐光物質２１の移動（Ｘ）方向に沿って配列された複数の光検出部（センサ）で構成され、これらの光検出部と結像レンズ２７との間には、たとえば紫外光線を除く可視光を透過させたり、特定の色の波長域（検知対象である蛍光物質または燐光物質２１の発光波長域）のみを透過させる光学フィルタ３９が配置されている。
【００４５】
この多分割センサ２９によって得られた複数チャンネルの電気信号は増幅部４３によって夫々増幅された後、信号処理部４５にて蛍光物質の発光波長特性と燐光物質の残光波長特性の判別処理が行われるようになっている。
【００４６】
以下、この実施形態の発光・残光検出装置の動作原理を説明する。
【００４７】
図７に多分割センサ２９の出力として得られた燐光物資の残光特性を、図８に蛍光物質の発光特性を示す。この例は、光検出部が６分割された多分割センサ２９を使用した場合の出力例である。
【００４８】
図７に示す燐光物資の場合、センサ１の出力は、前述した最初の受光感度エリアＡ１の残光発光の強度を示しており、以下、センサ２−６の順すなわち時間の経過とともに残光発光の強度が二次関数的に低下して行くことが分かる。これに対して図８に示す蛍光物質の場合、センサ１にしか出力は現われない。このことから検知対象が蛍光物質であるか燐光物資であるかを判別することができる。更には、燐光物資はその種類によって残光特性（残光時間など）に違いがあるから、各センサの出力を基に燐光物質の種類を判別することも可能である。
【００４９】
図９に、本実施形態に使用される多分割センサ２９の出力を処理する信号処理部４５の構成を示す。
【００５０】
多分割センサ２９の各センサ（Ａ１−Ａ１６）で得られた電気信号は、センサ毎に設けられた電流電圧増幅器（Ｉ−Ｖ増幅）４３で増幅され、信号処理部４５の中の信号選択回路４７に入力される。信号選択回路４７は、電流電圧増幅器４３の出力を時系列に並べてＡ／Ｄ変換器４８に与える。Ａ／Ｄ変換器４８は信号選択回路４７を通して入力されたセンサ出力をディジタルデータに変換して判別処理回路５０に与える。判別処理回路５０は、検知対象を判別するための基準情報をメモリ４４から参照し、Ａ／Ｄ変換器４８より与えられた情報と基準情報とを基に、検知対象が蛍光物質であるか燐光物資であるかを判別するとともに、燐光物資の残光特性からその種類の判別を行う。
【００５１】
本実施形態の発光・残光検出装置は、このように構成されるため、検知対象を発光物質と燐光物質との判別処理を１ステージで行うことができる。また、燐光物資の残光特性から燐光物資の種類を判別することも可能で、しかもその燐光物資の種類判別を１ステージで行うことができる。さらに、本実施形態によれば、検知対象を判定するための基準情報を変更することで、検知対象の種類をハードウェアの変更無しに変更することが可能である。
【００５２】
図１０は、多分割センサに代えて、東芝製のＴＣＤ２５６１Ｄ（製品番号）のような複数の光検出部を有するラインセンサ５１を使用した例である。このようなラインセンサ５１を紙葉類搬送（Ｘ）方向の先頭側に赤色センサが、後端側にモノクロセンサが来るように配置することで、蛍光物質の発光特性を赤色センサで検知し、燐光物資の残光特性をモノクロセンサで検知することが可能である。
【００５３】
多分割センサとの違いは、多分割センサは分割されたセンサ間に隙間（無感度領域）が存在しないのに対し、ラインセンサを用いた場合にはセンサ間に隙間ができることにある。したがって、検知対象の発光波長特性や残光特性の検出を高密に行うことができ、高い検出精度を期待できる。また、検知対象の移動速度に対する制約の点では多分割センサを用いた方が有利である。
【００５４】
尚、本発明の発光検出装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５５】
以上、紙葉類に蛍光物質や燐光物質を印刷したものを搬送して、その蛍光物質や燐光物質の発光波長特性や残光特性の検出を行う発光検出装置を説明したが、本発明は紙葉類以外の様々な物品に印刷、塗布、貼り付けられた蛍光物質や燐光物質の発光波長特性や残光特性の検出を行う発光検出装置を含むものである。
【００５６】
また、第２の実施形態において、紫外線光源２５からのスリット光は、紙葉類２３表面の、移動（Ｘ）方向から見て最初の（最上流側の）受光感度エリアＡ１に相当する部分にだけ照射されるものとしたが、最上流側の２以上の受光感度エリアに照射するようにしてもかまわない。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の発光検出装置は、
【００５８】
発光物質の発光波長特性を高い精度にて判別することができるとともに、異なる発光波長特性をもつ複数の発光物質を１ステージで検知することができる。
【００５９】
検知対象の変更にハードウェアの変更を伴うことなく柔軟に対応するができる。
【００６０】
燐光物質の残光特性を高精度に判別できる。
という優れた効果を奏し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る第１の実施形態である蛍光発光検出装置の構成を示す図である。
【図２】この実施形態の説明用の蛍光物質サンプルを示す図である。
【図３】図２のサンプル上の白、赤および緑の蛍光発光を多分割カラーセンサで検出することによって得られた信号波形を示す図である。
【図４】図３の信号波形を位相合わせした結果を示す図である。
【図５】図１の信号処理部の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態である発光・残光検出装置の構成を示す図である。
【図７】燐光物資に対する多分割センサの出力（燐光物資の残光特性）を示す図である。
【図８】蛍光物資に対する多分割センサの出力を示す図である。
【図９】図６の信号処理部の構成を示す図である。
【図１０】ラインセンサを使用した発光・残光検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・蛍光物質、３・・・・紙葉類、３ａ・…白色発光領域、３ｂ・…赤色発光領域、３ｃ・…緑色発光領域、５・・・・紫外線光源、７・・・・結像レンズ、９・・・・多分割カラーセンサ、１４・・・・メモリ、１５・・・・信号処理部、１７・・・・信号選択回路、１８・・・・Ａ／Ｄ変換器、１９・・・・位相調整回路、２０・・・・判別処理回路、２３・・・・紙葉類、２５・・・・紫外線光源、２７・・・・結像レンズ、２９・・・・多分割センサ、３７・・・・スリット光、４４・・・・メモリ、４５・・・・信号処理部、４７・・・・信号選択回路、５０・・・・判別処理回路、Ａ１−Ａ１６・・・・受光感度エリア

Claims

表面に蛍光物質の領域を有する物品を搬送する搬送路と、
この搬送路を搬送中の物品に紫外光を照射する紫外光照射手段と、
前記搬送路の搬送方向に沿って配列され、可視光波長域を等しい透過波長域に複数分割し、それぞれ異なる波長感度特性を付与された複数の光検出部を有する多分割カラーセンサと、
蛍光物質を判別するための基準情報を予め記憶したメモリと、
前記多分割カラーセンサの複数の光検出部の出力と前記メモリに記憶した基準情報とに基づいて前記搬送路を搬送された物品の前記蛍光物質の発光波長特性を判別する判別手段と
を具備することを特徴とする蛍光検出装置。
前記蛍光物質の発光を前記多分割カラーセンサの受光面に結像させる結像レンズをさらに有することを特徴とする請求項１記載の蛍光検出装置。