JP4673509B2 - 発光検出装置 - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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