JP5493874B2

JP5493874B2 - 紙葉類識別装置の検出センサおよび紙葉類識別装置

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Publication number: JP5493874B2
Application number: JP2010000472A
Authority: JP
Inventors: 貴正浅野; 雄二松添
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: JP2011141595A

Description

本発明は、例えば紙幣、証券、債券等の紙葉類を識別するための紙葉類識別装置およびその検出センサに関する。

紙幣、証券、債券等の紙葉類を識別するための紙葉類識別装置の識別手段の一つとして、光センサが挙げられる。光センサは、紙葉類に光を照射する光照射部と、紙葉類からの反射光または透過光を受光し電気信号に変換する受光部から構成される。発光手段にはＬＥＤが用いられる。受光部は、フォトダイオードやフォトトランジスタなどを特定の箇所に配置し、特定箇所の光量を１点で検出するものや、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどを用いて特定のエリアまたはラインの光量を多点で検出するものがある。ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラは、光検出素子がエリア状またはライン状に複数個（数百個以上）並べられたものである。

従来の紙葉類識別装置の光検出センサとして、特許文献１に記載の「光透過データ読取り装置」が知られている。より詳細には、第１の光透過センサ部および第２の光透過センサ部は、それぞれ発光センサおよび受光センサを略同一場所に備えた受発光部が所定ピッチで線状に配列されたもので、互いに受発光部の配列方向に２分の１ピッチずらせて対向して配置される。光透過データ処理部は、第１の光透過センサ部および第２の光透過センサ部の発光センサを順次発光させ、発光させた該発光センサに対向する位置から２分の１ピッチ離れている両側の受光センサのうちの所定側の受光センサで受光させるとともに、第１の光透過センサおよび第２の光透過センサの各受発光部で受光した光透過データのうち、隣接し、且つ逆方向の光路の光透過データの平均値をそれぞれ算出して、各受発光部における光透過データとする。なお平均値は、切換回路にて各発光センサに対応する受光センサが選択され、受光センサごとの透過データを取得し、その受光センサごとの透過データを用いて平均値を演算している。

特開平４−２４１６９４号公報

一般的に、紙葉類識別装置における識別箇所は、紙葉類全体に存在することが多く、特定箇所の光学特性を１点で検出するよりも、エリアまたはライン等の多点にて識別するほうが識別精度は良い。

しかしながら、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどのエリア（ライン）センサは、フォトダイオードやフォトトランジスタなどと比較し高価であり、紙葉識別装置としては採用する事が困難である。さらに、仮にエリア（ライン）センサを採用しても、光検出素子がエリア状またはライン状に複数個（数百個以上）並べられているため、非常に情報量が多く、情報を取り扱うための演算処理装置に高速で大規模なものが必要となるという問題もある。

一方、特許文献１に記載の発明のように、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの特定箇所の光量を１点で検出する光検出素子をライン状またはエリア状に複数個（数個から数十個）配列し、複数個の光検出素子に応じた数の信号線を演算処理装置に接続する方法でも、光検出素子と同じ数だけの入力端子を備えた演算処理装置が必要となる。さらに、識別精度の向上を図るために光検出素子を増やしていくと、エリア（ライン）センサを採用した場合と同様に高速で大規模な演算処理装置が必要になるという問題がある。

さらに、光検出素子の替わりに磁気検出素子を用いても上記と同様の問題がある。
そこで本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、安価でかつ簡易な構成で紙葉類を識別できる紙葉類識別装置の検出センサおよびそれを利用した紙葉類識別装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る紙葉類識別装置の光検出センサは、搬送通路を搬送する紙葉類を識別する紙葉類識別装置の検出センサであって、前記検出センサは、前記紙葉類の物理的特徴量に応じて出力が可変する検出素子として、光検出素子または磁気検出素子が用いられ、前記検出素子は搬送方向に直交する方向に複数配置され、複数の前記検出素子は、一端が共通接続され、他端が直列接続された複数の第１抵抗器からなる第１直列回路の両端または各接続点の何れかにそれぞれ接続され、前記第１直列回路の両端子に、直列接続された２個の第２抵抗器からなる第２直列回路が接続され、共通接続された前記検出素子の一端と、前記第２直列回路における第２抵抗器間の接続点との間に直流電源電圧を印加され、前記第１直列回路の両端の電位変化に基づいて検出センサの出力値を得ること、を特徴とする。

搬送方向に直交する方向に配置した複数の検出センサによって検出される出力値の分布（１次元）の重心位置はアナログ電子回路の電位差として出力される。その出力値は、紙葉類の有する特徴量に応じた値となるため、安価でかつ簡易な構成で紙葉類の識別が可能となる。また、演算処理装置の処理能力や入力端子数に関係なく、識別精度の向上を図るために検出素子の個数を増やすことが可能となる。

紙葉類識別装置の概略構成図である。紙葉類識別装置における制御装置３０のブロック図である。紙葉類識別装置の動作フローチャートである。受光部の概略構成図である。受光部２２の第１の回路図である。５個の光検出素子２２１を用いた受光部２２の概略図である。５個の光検出素子２２１を用いた受光部２２の回路図である。受光部２２の第２の回路図である。第１の回路図を有する受光部２２から抵抗器２２３を外部で接続する場合の回路図である。第１の紙葉類の印刷パターンを示す図である。第１の紙葉類の印刷パターンの出力端子における電位差を示す図である。第２の紙葉類の印刷パターンを示す図である。第２の紙葉類の印刷パターンの出力端子における電位差を示す図である。

まず、本発明に係る紙葉類識別装置の実施形態について図を用いて説明する。なお当該実施形態においては、検出センサが光検出素子であるとして説明する。
図１は、紙葉類識別装置の概略構成図である。１は紙幣、有価証券、通行券、商品券、カード等の貴重品印刷物たる紙葉類である。１１は搬送通路、１２は紙葉類１を搬送する搬送部、１３は搬送部１２の駆動部、１４は紙葉類１が搬送通路１１に挿入されたことを検知する紙葉類検知センサ、２１は搬送部１２によって搬送される紙葉類１に対して光を照射する光照射部、２２は光照射部１３に対して搬送通路１１を挟んで対向配置された受光部、３０は紙葉類識別装置の制御装置である。

図１において、紙葉類１は搬送通路１１内を矢印の方向（図１では右から左）に搬送される。搬送手段１２は、搬送通路１１を挟んで配置された対向ローラである。搬送部１２である対向ローラは搬送通路１１の搬送方向前側と搬送方向後側に配置されている。搬送部１２の駆動部１３は、モータが用いられてギア、ベルト、カップリング等の伝達機構を介して動力が搬送部１２に伝達される。

なお、図１においては搬送部１２ごとに駆動部１３を有する態様を記載したが、２組の搬送部１２をベルトやチェーン等の伝達機構を介して連結し、駆動部１３を１つとしても良い。さらに、搬送部１２は２組の対向ローラとして記載しているが、対向したベルトによる搬送としても良い。ベルトを用いる場合には、駆動部１３を１つにすることができる。

図１の実施形態は、光照射部２１から照射された光が紙葉類１を透過し、受光部２２に到達する透過光を検出する場合の配置である。なお、透過光ではなく反射光を検出するようにしても良い。係る場合は、光照射部２１と受光部２２とは搬送通路１１を挟んだ一方の側に近接配置する。

図２は、図１に記載の紙葉類識別装置における制御装置３０のブロック図である。１０は図１における搬送通路１１、搬送部１２、駆動部１３、紙葉類検知センサ１４からなる搬送機構である。制御装置３０は、ＣＰＵやメモリやＩ／Ｏ等からなるコンピュータであって、メモリ等に記憶されたプログラムが実行されて各部位が機能を発揮し、制御部３１、Ａ／Ｄ変換部３２、記憶部３３、識別部３４が実現される。

図３は、紙葉類識別装置の動作フローチャートである。
Ｓ１１では、制御部３１が搬送機構１０の搬送通路１１の入口に配置した紙葉類検知センサ１４の検知信号の有無を監視する。Ｓ１２では、制御部３１が紙葉類検知センサ１４にて紙葉類１が有ると判断した場合には、駆動部１３のモータを駆動して搬送部１２の対向ローラを回転させ、紙葉類１の搬送を開始する。Ｓ１３では、光照射部２１から紙葉類へ光の照射を開始する。Ｓ１４では、受光部２２にて検出された紙葉類からの透過光または反射光の検出信号を、Ａ／Ｄ変換部３２にて増幅したのちデジタル信号に変換し、識別部３４に記憶する。Ｓ１５では、識別部３４にて、識別部３４に記憶された検出信号と記憶部３３にある紙葉類データと比較し、真贋判定や金種判定等の識別判断を行う。

次に、光照射部２１と受光部２２とからなる光検出センサについて詳細に説明する。
図４は、受光部２２の概略構成図である。
受光部２２は、複数個（図４では１５個）の光検出素子２２１が紙葉類１の搬送方向（図４の矢印方向）に対して直交する方向に配列されている。光検出素子には、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等を用いる。さらに受光部２２は、受光部２２に電源を供給する電源電極２２４，２２９と、受光部２２の検出信号を外部に出力する出力電極２２７，２２８がある。図４では、電源電極２２４を陰極、電源電極２２９を陽極として直流電源が接続されている。さらに、出力端子２２７，２２８は制御装置３０に接続されている。

図示しないが、光照射部２１は、例えばＬＥＤを光検出素子２２１と同じ個数だけ用い、紙葉類１２を挟んで光検出素子と対向配置する。すなわち、光検出素子と同様に紙葉類１の搬送方向（図４の矢印方向）に対して垂直な方向に配列される。これにより光照射部２１のＬＥＤから照射された光の一部は、紙葉類１を透過して光検出素子２２１に到達する。紙葉類１に特定の模様が印刷してある場合、複数の光検出素子２２１に到達する透過光は、紙葉類１の印刷模様パターンにより変化することなる。ここで、ＬＥＤの発光波長は、印刷の分光特性に応じて決定する。ＬＥＤの発光波長は、紫外線、青、緑、赤などの可視光、赤外線などが利用可能である。なお、光照射部２１はＬＥＤではなく、蛍光灯を用いることもできる。

次に受光部２２について回路図を示して説明する。
図５は、受光部２２の第１の回路図である。図５では、光検出素子２２１としてフォトトランジスタを使用している。受光部２２の第１の回路では、回路上で隣り合う光検出素子２２１のコレクタ電極を、抵抗器２２２（抵抗値はｒ）を介して電気的に接続し、回路上で隣り合う光検出素子２２１のエミッタ電極を直接接続（電気的にショート）している。回路上の両端の光検出素子２２１のコレクタ電極には第１出力電極２２７と第２出力電極２２８が接続されている。さらに、回路上の両端の光検出素子２２１のコレクタ電極には、それぞれ抵抗器２２３（抵抗値はＲ０）を介して電源の陽極（＋Ｖ）に接続される。一方、エミッタ電極側はすべて電源の陰極（−Ｖ）に接続される。

ここで、回路上の光検出素子の配列と物理的な光検出素子の配列は、必ずしも一致している必要はない。つまり回路上で光検出素子が上記のように接続されていれば良い。
制御装置３０に含まれる図示しない電位計にて第１出力電極２２７と第２出力電極２２８の電位差を測定する。ここで、第１出力電極２２７と第２出力電極２２８の電位差は、第１出力電極２２７と第２出力電極２２８に流れる全電流とその全電流の電流密度分布の一次モーメントに比例する。よって、第１出力電極２２７と第２出力電極２２８の電位差から、各光検出素子２２１での受光量変化に伴う出力値が得られる事がわかる。

なお、電流密度分布とは、１次元に配置した光検出素子の配置中心を原点とした場合の各光検出素子に流れる電流の分布である。さらに、電流密度分布の一次モーメントとは、光検出素子の配置中心を原点とした各光検出素子までの距離とその光検出素子に流れる電流の積の総和である。

ここで、５個の光検出素子２２１を用いた受光部２２を例に、各光検出素子２２１での受光量変化に伴う出力値が得られる検出原理を簡単に説明する。
図６は、５個の光検出素子２２１を用いた受光部２２の概略図である。さらに、説明を簡単にするために、光検出素子の回路上の配列と物理的な配列とが一致しているものとする。

図６において、Ｓ₁〜Ｓ₅の５つの光検出素子２２１が直線状に距離ｄで均等に配置されている。Ｘ座標は、光検出素子２２１の直線状に配列した方向とし、Ｘ座標の原点はＳ₃の光検出素子２２１の中心点とする。つまり、ｘ₁＝−２ｄ，ｘ₂＝−ｄ，ｘ₃＝０，ｘ₄＝ｄ，ｘ₅＝２ｄとなる。

次に図７は、５個の光検出素子２２１を用いた受光部２２の回路図である。
図７において、電源電圧は陽極＋Ｖ０、陰極−Ｖ０である。抵抗器２２３の抵抗値はＲ０、抵抗器２２２の抵抗値はｒである。５つの光検出素子２２１はＳ₁〜Ｓ₅である。Ｖ₁〜Ｖ₅は各ノードの電位、Ｉ₁〜Ｉ₅は各光検出素子に流れる電流である。

ここで、図６および図７における受光部２２の電流密度分布の一次モーメントは式（１）のように表現できる。
Ｉｘ＝Σ（ｘ・Ｉ）
＝ｘ₁・Ｉ₁＋ｘ₂・Ｉ₂＋ｘ₃・Ｉ₃＋ｘ₄・Ｉ₄＋ｘ₅・Ｉ₅・・・（１）
このとき各光検出素子に流れる電流は式（２−１）〜式（２−５）のように表現できる。

Ｉ₁＝（Ｖ０−Ｖ₁）／Ｒ０＋（Ｖ₂−Ｖ₁）／ｒ・・・（２−１）
Ｉ₂＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／ｒ＋（Ｖ₃−Ｖ₂）／ｒ・・・（２−２）
Ｉ₃＝（Ｖ₂−Ｖ₃）／ｒ＋（Ｖ₄−Ｖ₃）／ｒ・・・（２−３）
Ｉ₄＝（Ｖ₃−Ｖ₄）／ｒ＋（Ｖ₅−Ｖ₄）／ｒ・・・（２−４）
Ｉ₅＝（Ｖ₄−Ｖ₅）／ｒ＋（Ｖ０−Ｖ₅）／Ｒ０・・・（２−５）
よって、式（１）、式（２−１）〜式（２−５）、およびｘ₁〜ｘ₅の値を用いると、電流分布の一次モーメントは式（３）ように表現される。

Ｉｘ＝(−２ｄ)・[(Ｖ０−Ｖ₁)／Ｒ０＋(Ｖ₂−Ｖ₁)／ｒ]
＋(−ｄ)・[(Ｖ₁−Ｖ₂)／ｒ＋(Ｖ₃−Ｖ₂)／ｒ]
＋０・[(Ｖ₂−Ｖ₃)／ｒ＋(Ｖ４−Ｖ₃)／ｒ]
＋ｄ[(Ｖ₃−Ｖ₄)／ｒ＋(Ｖ₅−Ｖ₄)／ｒ]
＋２ｄ[(Ｖ₄−Ｖ₅)／ｒ＋(Ｖ０−Ｖ₅)／Ｒ０]
＝ｄ[２＊(Ｖ₁−Ｖ₅)／Ｒ０＋(Ｖ₁−Ｖ₅)／ｒ]
＝ｄ(２／Ｒ０＋１／ｒ) ・(Ｖ₁−Ｖ₅) ・・・（３）
式（３）から、電流密度分布の一次モーメントはノードＶ₁とノードＶ₅の電位差に比例することが理解できる。つまり、ノードＶ₁とノードＶ₅の電位差から、各光検出素子２２１での受光量変化に伴う出力値が得られる事がわかる。

上記内容に基づき、図５に記載されたｎ個の光検出素子２２１を用いた受光部２２の場合について説明する。全電流Ｉ_allは、電源電圧＋Ｖの電位と電源電圧−Ｖの電位と、第１出力電極２２７の電位Ｖ２７と第２出力電極２２８の電位Ｖ２８と抵抗器２２３の抵抗値Ｒ０を用いて式（４）のように表現される。

Ｉ_all＝(２Ｖ−Ｖ２７−Ｖ２８)／Ｒ０・・・（４）
この電流密度分布の一次モーメントに相当する値Ｉｘは、センサ配置間隔により定まる定数ｄと抵抗器２２２の抵抗値ｒと光検出素子２２１の数により定まる定数λとを用いて式（５）のように表現される。なお、各光検出素子２２１は距離ｄで均等配置されている。

Ｉｘ＝ｄ(λ／Ｒ０＋１／ｒ)・(Ｖ２７−Ｖ２８) ・・・（５）
なお、定数λは、光検出素子２２１がｎ個の場合には式（６）のように定まる。
λ＝（ｎ−１）／２・・・（６）
以上より、光検出素子２２１がｎ個の場合でも、第１出力電極２７の電位Ｖ２７と第２出力電極２８の電位Ｖ２８の電位差が電流密度分布の一次モーメントＩｘに比例した値となることが分かる。つまり、第１出力電極２７の電位Ｖ２７と第２出力電極２８の電位Ｖ２８の電位差を測定することで、電流密度分布の一次モーメントＩｘを求める事ができる。

図８は、受光部２２の第２の回路図である。図８の受光２２では、隣り合う光検出素子２２１のエミッタ電極を、抵抗器２２２を介して電気的に接続し、隣り合う光検出素子２２１のコレクタ電極を直接接続（電気的にショート）した場合の回路図である。以降電流密度分布の一次モーメントＩｘの算出方法は、図５の場合と同様であるので省略する。図８に示す第２の回路図を有する受光部２２でも、第１出力電極２７の電位Ｖ２７と第２出力電極２８の電位Ｖ２８の電位差を測定することで、電流密度分布の一次モーメントＩｘを求める事ができる。

なお、図５および図７においては、受光部２２に抵抗器２２３を含めた構成としたが、抵抗器２２３を受光部２２の外部で接続するようにしても良い。例えば、図５の受光部２２の抵抗器２２３を外部で接続した場合の回路図は、図９のようになる。

さらに、上記では光検出素子にフォトトランジスタを用いる場合について説明してきたが、フォトダイオードとすることができる。係る場合、フォトトランジスタのコレクタ端子をフォトダイオードのカソード端子とし、フォトトランジスタのエミッタ端子をフォトダイオードのアノード端子とすることで、フォトトランジスタとフォトダイオードを置き換えすることができる。

次に、印刷パターンによって受光部２２の出力値がどのように変化するかを、具体例をもって説明する。
例えば、図１０に示す印刷パターンを有する紙葉類１を、搬送部１２によって搬送した際には、受光部２２の出力端子２２７，２２８の電位差は図１１のようになる。さらに、図１２に示す印刷パターンを有する紙葉類１を、搬送部１２によって搬送した際には、受光部２２の出力端子２２７，２２８の電位差は図１３のようになる。なお、図１０および図１２における矢印は搬送方向を表している。

なお、紙葉類に磁気パターンが付与されている場合には、図５または図８に記載された光検出素子２２１を磁気により出力値が変化する磁気検出素子に置き換えるだけで、磁気パターンによる紙葉類の識別をすることも可能である。もちろん係る場合には、光照射部２１が不要となり、より簡易な構成を採用する事ができる。

ここで使用する磁気検出素子としては、強磁性体の磁気抵抗効果を利用して磁界強度により抵抗値が変化するＭＲセンサ、磁率の高い磁性線(アモルファスワイヤ)に高周波励磁電流を通電した時に磁性線のインピーダンスが電流通電方向に印加した外部磁界によって敏感に変化するという磁気インピーダンス効果(Magneto-Impedance effect)を利用したＭＩセンサ等を用いる事ができる。

さらに、図５または図８に記載された光検出素子２２１の一部のみを磁気検出素子とすることとしても良い。係る場合でも出力端子２２７，２２８に生じる電位差は紙葉類毎に異なるため、識別部３４に記憶された検出信号と比較することで真贋判定等が可能である。

１紙葉類
１０搬送機構
２１光照射部
２２受光部
３０制御装置

Claims

搬送通路を搬送する紙葉類を識別する紙葉類識別装置の検出センサであって、
前記検出センサは、前記紙葉類の物理的特徴量に応じて出力が可変する検出素子として、光検出素子または磁気検出素子が用いられ、
前記検出素子は搬送方向に直交する方向に複数配置され、
複数の前記検出素子は、一端が共通接続され、他端が直列接続された複数の第１抵抗器からなる第１直列回路の両端または各接続点の何れかにそれぞれ接続され、
前記第１直列回路の両端子に、直列接続された２個の第２抵抗器からなる第２直列回路が接続され、
共通接続された前記検出素子の一端と、前記第２直列回路における第２抵抗器間の接続点との間に直流電源電圧を印加され、
前記第１直列回路の両端の電位変化に基づいて検出センサの出力値を得ること、を特徴とする紙葉類識別装置の検出センサ。
前記紙葉類に波長が所定範囲にある光を照射する光照射部を備え、
前記検出素子に、光検出素子が用いられ、
前記光検出素子は、光が前記紙葉類を透過した透過光または前記紙葉類にて反射した反射光を受光すること、を特徴とする請求項１に記載の紙葉類識別装置の検出センサ。
前記光照射部は、前記光検出素子と対をなす複数の発光素子によって構成されたことを特徴とする請求項２項に記載の紙葉類識別装置の光検出センサ。
前記発光素子は、所定範囲の波長の光を発するＬＥＤであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の紙葉類識別装置の光検出センサ。
前記光検出素子は、フォトトランジスタまたはフォトダイオードの何れか一方を用いたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の紙葉類識別装置の光検出センサ。
前記検出素子には、磁気検出素子が用いられ、
前記磁気検出素子は、前記紙葉類の有する磁気を検出すること、を特徴とする請求項１に記載の紙葉類識別装置の検出センサ。
前記磁気検出素子は、ＭＩセンサまたはＭＲセンサの何れかを用いたことを特徴とする請求項６に記載の紙葉類識別装置の検出センサ。
前記紙葉類に波長が所定範囲にある光を照射する光照射部を備え、
前記検出素子には、光検出素子および磁気検出素子が用いられ、
前記光検出素子および前記磁気検出素子は、前記第１直列回路の両端または各接続点の任意の位置に接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の紙葉類識別装置の検出センサ。
紙葉類が搬送される通路を備えた紙葉類搬送機構と、
前記通路に設置された請求項１乃至８の何れか１項に記載の検出センサと、
予め紙葉類の判定に用いる基準データを記憶する記憶部と、
前記紙葉搬送機構を制御する制御部と、
前記基準データと前記検出センサの出力値とを比較することで紙葉類を識別する識別部と、
から構成されたことを特徴とする紙葉類識別装置。