JP5683892B2 - 光学ラインセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は光学ラインセンサ装置に関し、特に有価証券や紙幣等の鑑別を目的とする鑑別用途光学ラインセンサ装置に関するものである。

最近の印刷技術や複写技術の目覚ましい性能向上に伴い、紙幣、有価証券等の偽造がますます精巧になってきており、これらを的確に判別して排除することが国家の社会秩序を維持するために重要視されている。特にＡＴＭや紙幣処理機など紙幣を取り扱う機器において、より高速で高性能な真偽判定目的の鑑別システムが強く求められてきている。
これら紙幣や有価証券の鑑別方法として、光学ラインセンサ装置によるパターン識別が、従前より用いられてきている。

光学ラインセンサ装置には、縮小レンズとミラー及びＣＣＤを組み合わせた縮小光学ラインセンサ装置と、セルフォックレンズなどの等倍光学系を用いた密着型光学ラインセンサ装置とがあり、縮小光学系はシステム単価が安く、解像度を容易に調整できること、焦点深度が深い長所がある反面、センサの容積が大きくなることやホコリや異物が侵入し易い欠点がある。そこで、最近はメンテナンスの容易な密着型光学ラインセンサ装置が広く使われてきている。

光学ラインセンサ装置は、偽造が巧妙化しセンサの検出信号処理技術が進歩するに伴って、対象媒体の表・裏・透過の３方位から画像を読み取るようにされる。
また光学ラインセンサ装置は、人間の可視光領域とともに、さらに可視領域外の紫外光及び赤外光を光源から照射して、可視光照射による色情報、紫外光照射による媒体の蛍光色情報など、少なくとも２以上の波長帯で画像を読み出すものが、最近の主流になっている。

このため、現状の鑑別用途の光学ラインセンサ装置は、搭載している光源部に紫外光から可視光にわたる広帯域の波長をそれぞれ発光することができるように複数種類のＬＥＤを装備し、これらのＬＥＤを順次切り替えて発光させ、受光部においてそれぞれの光検出信号を集めて、各条件の画像データとし、これをもとに真偽判別を実施している。
光学ラインセンサ装置は、有価証券や紙幣等の媒体の移動中に、媒体の透過像若しくは反射像を読み取るために、媒体が通過する位置の上又は下にラインセンサを配置している。このラインセンサのセンサ素子は、アモルファスシリコンまたは単結晶シリコンのフォトダイオードを採用している。

ラインセンサは、各センサ素子を直線上に配列し、各センサ素子の光検出信号をライン信号に変換するドライバＩＣとを組み合わせたタイプ、又はフォトダイオードと信号処理ドライバとを一体化したセンサＩＣチップを直線上に配列し、これらを基板上に実装したタイプが用いられている。このうち最近はコストおよび生産効率の観点からセンサＩＣチップを用いた光学ラインセンサ装置が汎用的に用いられている。

従来のセンサＩＣチップは、可能な限りＩＣのサイズを小さくする工夫が進められている。各センサＩＣチップの横方向（一次元配列方向：この方向を主走査方向という）のピッチ（画素ピッチ）は、要求される画素（「画素」とは媒体上で光学的に読み取る最小単位を言う）のサイズと関係があり、要求される画素のサイズに応じて決定される。しかし、センサＩＣチップの縦方向（一次元配列方向と直角な方向、媒体の移動する方向：この方向を副走査方向という）の長さ（観測幅に相当）は画素のサイズと必ずしも結びつかない。媒体上の縦方向の画素サイズは媒体の移動速度や露光時間の設定によって調整ができるからである。

よって、センサＩＣチップの縦方向の長さを小さくするほど、１枚のシリコンウエハーから取り出せるチップの数を増やすことができる。このためセンサＩＣチップ上のフォトダイオードの形状は、性能を落とさずに縦方向の長さを小型化する工夫が重ねられてきている。
前述の理由から従来のセンサＩＣチップのフォトダイオードの画素形状は正方形あるいは縦方向が短い長方形となっており、画素ピッチは変えずに画素サイズを小型化することで市場の要求に対応しているのが現状となっている。

特開2004-355262号公報

媒体を照らす光源は、通常、発光特性の違う複数の光源素子を備え、これらの光源素子を切り換えて色情報を得る構造となっている。媒体上の縦方向のライン密度（読取り解像度）は、媒体が移動中に切り換える光源色の数と、単位距離に何回データを取得したいかで決まる。例えば媒体の移動距離１ｍｍあたり４回データを取得し、切り換える光源色の数が２であるとすると、読取り解像度は、８本／ｍｍとなる。

最近、信号処理の高速化により精度の高い画像を読み出すことが可能となり、さらに媒体の文字や番号までを識別して鑑別機能を向上させることが要望され、解像度が２本以上／mm、好ましくは媒体の数字や文字を読み取るために４本以上／mmの解像度が求められてきている。
ところが、有価証券や紙幣などの高度な鑑別機能を有する光学ラインセンサ装置を開発するにあたり、対象媒体の印刷パターンによって、読み出す画像の鑑別機能を阻害するモワレが発生する場合がある。モワレには、主走査方向（横方向）のモワレと副走査方向（縦方向）のモワレとがある。横方向のモワレは、直線上に等ピッチで配列された各センサ素子と縞模様の画像とが干渉を起こし、各センサ素子の光検出信号が周期的に変動する現象をいう。縦方向のモワレは、対象媒体が副走査方向に移動し、それを各センサ素子で周期的に読み取る場合に、センサの読み取りの周期と画像の副走査方向の縞模様とが干渉し、各センサ素子の光検出信号が時間周期的に変動する現象をいう。顕著なモワレが検出されれば、正確な画像が読みとれず鑑別機能を阻害する。

モワレは縦方向にも横方向にも発生し得るが、この明細書では、以下縦方向に発生するモワレを説明する。このモワレの発生原因を、図６を用いて説明する。図６のｙ方向はセンサモジュールのセンサ素子の配列（横方向）を示し、ｘ方向は媒体の送り方向（縦方向）を示している。光源の色は、緑（Ｇ）→他の色→緑（Ｇ）→他の色という具合に、緑（Ｇ）が２回に１回、繰り返し発光されるものとする。センサモジュールのセンサ素子が断続的に読取り状態にされることにより、媒体上に縦方向１ｍｍあたり４本の緑色の観測ラインが発生している。すなわち、ｘ方向の緑色の解像度は４本／ｍｍである。

図６では、この観測ラインの右横に、入力される緑色の画像の縦方向の分布を示す。入力される画像は便宜的に正弦波形状とする。センサ素子で観測された緑色に対するセンサ出力信号を太い折れ線で示す。このように、周期性の画像を読む場合に、観測ラインと干渉してモアレが発生する。
ここで一つの発光ごとに媒体がｘ方向に進む距離を唐＃、センサ素子の観測窓のｘ方向の幅を唐ｔとすると、観測ラインの縦方向の幅は（ａ＋ｂ）となる。緑（Ｇ）が２回に１回繰り返し発光されるので、観測ラインのｘ方向の緑色のピッチは２（ａ＋ｂ）となる。入力される緑色画像のピッチを２（ａ＋ｂ）+δ（０＜δ＜ａ＋ｂ）とすると、発生する緑色に関するモアレのピッチは、よく知られたモアレに関する理論により、４（ａ＋ｂ）²／δとなる。また観測ラインの濃淡の差が小さくなるほど、モワレの濃淡の差も小さくなり、目立たなくなることも、同理論からよく知られている。

このようにモアレが発生する場合、ファクシミリやスキャナー用途では、モワレをそのまま含む画像を出力すると製品価値を損ねるため、通常は補完処理、誤差拡散法、網点法、分解能変更など種々の画像処理を施すことによりモワレを出力画像に出さない工夫がなされている。
ところが鑑別用途のラインセンサ装置においては、真偽や破損を緻密に読み取る必要があり、さらには装置上画像を読み取った直後に真偽の判断を判定するため画像処理ソフトをプロセスに導入する時間的余裕がないと考えられる。

なお、鑑別用途のラインセンサ装置において、ソフトウェアにより解像度を落としたり、ローパスフィルタなど光学的にボカシを加えてモワレを消去する方法も考えられるが、これにより鑑別センサの目的である正確な画像を読み取る機能そのものを低下させてしまうという難点がある。
本発明は、解像度の高い鑑別用途センサを開発するには、モワレ発生は避けられず、それが鑑別機能そのものを阻害することから、モワレ発生を避けるための新たな形状のセンサ素子を備える鑑別用途光学ラインセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の鑑別用途光学ラインセンサ装置は、媒体の移動中に、スペクトル特性の相違する複数の光を時間的に切換えて前記媒体に照射する光源と、センサ素子が前記媒体の移動方向と異なる方向に一次元に配列され、前記媒体を透過若しくは反射した光を検出する受光部と、前記受光部の光検出信号を処理することにより前記媒体の情報を判別する信号処理部とを有し、前記センサ素子の、前記媒体の移動方向に沿った観測幅ｂと、前記センサ素子が一次元に配列されているセンサ素子の配列ピッチｐとの関係が、ｂ＞ｐの関係を満たすものである。

この構成によれば、センサ素子の形状を、媒体が移動する方向にサイズを拡げて、センサ素子の一次元方向の長さと、媒体の移動方向に沿った長さとの比率を、１より大きくしている。［背景技術］で述べたように、従来のセンサＩＣチップのセンサ素子の形状は正方形あるいは縦方向（一次元配列方向と直角な方向）が短い長方形となっているが、本発明のセンサ素子は一次元方向の長さと、縦方向の長さとの比率が１より大きい、すなわち縦長になっているという、形状上の大きな特徴がある。現在センサ素子が読取っている観測ラインと、同一センサ素子が一つ前に読取った観測ラインとを重複させることが容易にできる。言い換えれば、センサ素子を縦に長くすれば、観測ラインの濃淡の差が小さくなり、モワレの濃淡の差も小さくなる。かくして、モワレ発生を軽減でき、鑑別可能な良質の画像が得られる。

前記センサ素子の前記観測幅ｂと、前記媒体の単位移動距離あたり前記複数の光を時間的に切換える回数である読取り解像度Ｎと、この中で特定の色の光に着目したとき、一度発光してから次に発光するまでに切り替える数をｎ（ｎは２以上の整数）としたとき、これらの関係が、
ｂ＞＝（ｎ−１）／Ｎ・・・(1)
の式を満たすことが好ましい。この構成によれば、現在センサ素子が読取っている観測ラインと、同一センサ素子が一つ前に読取った当該色の観測ラインとを、確実に重複させることができる。すなわち、こうすることによって、観測ラインの濃淡の差が小さくなり、モワレが目立たなくなる。

本発明のセンサ素子は一次元方向の長さと、縦方向の長さとの比率が１．２５以上であることがさらに望ましい。
本発明の光学ラインセンサ装置は、センサモジュールを媒体に密着させて読み取る、等倍読取り方式を採用するものであってもよい。

以上のように本発明によれば、従来のセンサＩＣチップの縮小化方向と逆行するセンサ素子の縦方向のサイズを特別に大きくした長方形の画素を採用することにより、読取り時のモワレ発生が軽減でき、高い鑑別機能を有する。また、センサ素子の縦方向のサイズを伸ばすことにより、光学的に読み取る場合の一画素の面積が大きくなるので、光学読み取り感度を向上にもつながる。

有価証券や紙幣など媒体の画像を検出する光学ラインセンサ装置を示す断面図である。 センサモジュールの素子配列を示す正面図である。 媒体Ｓが紙面左から右へのｘ方向に移動する様子を示す、センサモジュールの側面図である（比較例）。 媒体Ｓが紙面左から右へのｘ方向に移動する様子を示す、センサモジュールの側面図である（実施例）。 本発明における、観測幅ｂと、読取り解像度Ｎとの関係を描いたグラフである。 モワレの発生原因を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、有価証券や紙幣など（以下「媒体Ｓ」という）の画像を検出する鑑別用途光学ラインセンサ装置を示す断面図であり、媒体Ｓをｘ方向に直線状に搬送するための紙幣搬送路１１を挟んで両側に対向配置される同一構成の検出ユニット１２，１３を有している。紙幣搬送路１１は、媒体Ｓを搬送方向ｘに沿わせた姿勢で直線状に真っ直ぐ搬送するものである。図１の座標系ｘ，ｙ，ｚは互いに直交している。

一方の検出ユニット１２は、長さ方向（図１におけるｙ方向）の寸法が厚さ方向（図１におけるｚ方向）の寸法及び幅方向（図１におけるｘ方向）の寸法に比してかなり大きく、細長い形状をなしている。検出ユニット１２は、下方向に開口部が設けられた細長い箱状の筐体１６と、この筐体１６にその開口部を閉塞させるように取り付けられる細長い板状の透光カバー１７と、筐体１６の中に収納されたユニット本体Ｕとで構成される。
透光カバー１７は、ガラス等の透明材料で形成されており、幅（ｘ）方向の両端部に先端側ほど厚さが薄くなるように傾斜する面取が施されている。この面取りは媒体Ｓが検出ユニット１２を通過する際に引っかかる障害とならないようにするためである。なお透光カバー１７として、接合部の段差を極小化した一体成型樹脂成型品を用いてもよい。

ユニット本体Ｕ内には、透光カバー１７に対し反対側にセンサモジュール（ＣＣＤなどの画像検出センサ、信号処理部を含む）１４が配置されている。このセンサモジュール１４もユニット本体Ｕと同様に細長い形状をなしており、その長さ（ｙ）方向をユニット本体Ｕの長さ（ｙ）方向に一致させて筐体１６の中に取り付けられている。このセンサモジュール１４は、その画像検出方向を透光カバー１７に向けている。

ユニット本体Ｕ内には、長さ（ｙ）方向に細長い形状のロッドレンズアレイ２５がセンサモジュール１４と平行に配置されている。このロッドレンズアレイ２５は、媒体Ｓの画像をセンサモジュール１４の感光面上に等倍の正立像として結像させるためのレンズ素子である。ロッドレンズアレイ２５は、ユニット本体Ｕの幅（ｘ）方向及び長さ（ｙ）方向における位置をセンサモジュール１４に全体的に重ね合わせた状態で、筐体１６に取り付けられている。

センサモジュール１４は、ロッドレンズアレイ２５を介して取り込む画像の検出エリア（観測ライン）を、透光カバー１７よりも所定距離外側に設定しており（図１においてこの検出エリアをＲ１で示す）、この検出エリアＲ１とセンサモジュール１４とを結んだ線はｚ軸に平行となる。なお、当然のことながら検出エリアＲ１もユニット本体Ｕと同様、長さ（ｙ）方向に細長い領域となっている。

以上の構成により、センサモジュール１４は、ロッドレンズアレイ２５を介して、ユニット本体Ｕの一側となる透光カバー１７の外側に設定された検出エリアＲ１に存在する画像を結像することができる。
また、ユニット本体Ｕ内には、ロッドレンズアレイ２５と並んで、検出エリアＲ１に向けて斜めに光を照射することのできる細長い形状の発光源１９が設けられている（図１において光の方向を一点鎖線で示す）。この発光源１９は、ユニット本体Ｕの長さ（ｙ）方向に沿って、センサモジュール１４及びロッドレンズアレイ２５と平行な状態で筐体１６に取り付けられている。

この発光源１９は、センサモジュール１４とほぼ同等以上の長さの、細長い形状のガラス等の透明材料からなる光ガイド３８と、光ガイド３８内に照射する半導体素子からなる発光素子２９とを有している。光ガイド３８では発光素子２９から照射された光が検出エリアＲ１に向けて出射される。
さらに筐体１６には、図１に示すように、光ガイド３８から出射する光を検出エリアＲ１に導くための反射板部３４が設けられている。この反射板部３４もユニット本体Ｕと同様、長さ（ｙ）方向に細長い形状をなし、長さ（ｙ）方向に沿った平行な溝を有し、この溝に発光体１９を収容している。発光体１９を収容する溝の片面は、光ガイド３８から厚さ（−ｚ）方向に離れるに従ってホーン状に広がるが、該溝の他面は水平に切断されている。これは光ガイド３８からの照射光が検出エリアＲ１まで進むときに障害にならないようにするためである。

発光体１９における発光素子２９は、複数、具体的には５つ備えられている。各発光素子２９は、それぞれが所望の波長領域の可視光を単独で照射可能な３つの発光素子（ＬＥＤ素子）２９Ａ〜２９Ｃと、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光（ＵＶ）の発光が可能な発光素子２９Ｄと、波長８００ｎｍ以上の赤外光（ＩＲ）の発光が可能な発光素子２９Ｅとを含む。各発光素子２９Ａ〜２９Ｅは、所定の電極端子（図示せず）を備え、それらはワイヤーボンディング等によって接続されている。発光素子２９Ａ〜２９Ｃは、例えば赤緑青（ＲＧＢ）あるいはシアン・マゼンタ・イエローといった３原色に相当する複数色の可視光、紫外光、赤外光のうちの任意の三つの波長領域の光を照射可能となっている。

各発光素子２９Ａ〜２９Ｅは、異なる波長領域の光を光ガイド３８内に照射可能とされており、このため各素子に電圧を印加する電極端子を選択することにより発光素子２９Ａ〜２９Ｅを、時間的に切り替えて発光できる回路構成となっている。
なお、筐体１６には、その内部においてセンサモジュール１４へ発光体１９の光が漏れるのを防止するための底壁部３５が形成されており、この底壁部３５にはセンサモジュール１４の光路にのみ開口部が形成され、この開口部にロッドレンズアレイ２５が取り付けられている。前述の反射板部３４とこの底壁部３５とは、図１に示すように一体に形成されていても良い。

他方の検出ユニット１３は、検出ユニット１２とは、紙幣搬送路１１を挟んで長さ（ｙ）方向に沿う軸を中心に１８０度反転させた姿勢で対向配置されている。すなわち検出ユニット１３は、細長い箱状の筐体２１の上方向に開口部が設けられ、この筐体２１にその開口部を閉塞させるように透光カバー２２が取り付けられている。検出ユニット１３と検出ユニット１２とは透光カバー１７，２２の主面同士を紙幣搬送路１１に平行状態で１．５〜３mmのギャップを介して互いに対向させることになる。

筐体２１の中の素子配置は、前述した発光体１９と同じ構成の発光体２４が備えられていることに加えて、媒体Ｓの裏面を下から上に向けて照射する発光体２３が設けられている。発光体２３は検出ユニット１２のセンサモジュール１４に相対して配置されているので、発光体２３から照射され、媒体Ｓを透過した光は、ロッドレンズアレイ２５を通過してセンサモジュール１４に入射される。発光体２３も前述した発光体１９と同様、それぞれが所望の波長領域の光を単独で照射可能な５つの発光素子を備えている。

この構成により、図１における図示上側の検出ユニット１２のセンサモジュール１４が図１における図示下側の検出ユニット１３の、検出エリアＲ１における透過画像を検出可能となる。さらには、図１における図示上側の検出ユニット１２のセンサモジュール１４は、図１における図示上側の発光体１９から照射され、検出エリアＲ１で反射される反射画像を検出でき、図１における図示下側の検出ユニット１３のセンサモジュール１５は発光体２３から照射された検出エリアＲ２の反射画像を検出可能となる。

なお、発光体１９と発光体２３とは、透過画像と反射画像が同時にセンサモジュール１４に入ることがないように、時間的なスイッチングにより発光制御される。
以上の構成により、筺体表面上の透光カバー１７，２２を通じて照射された対象物の透過画像又は反射画像がロッドレンズアレイ２５，２６を介してセンサモジュール１４，１５の表面に、等倍の正立像として結像される。

判定部３０は、センサ素子で読み取った媒体Ｓの透過画像データ又は反射画像データを、それぞれ例えばマスタデータと比較して真偽、金種及び汚損等を判別するものであり、その機能は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の記憶媒体Ｓに記録されたプログラムを、コンピュータが実行することにより実現される。
次に図２は、センサモジュール１４，１５の素子配列を示す正面図である。センサモジュール１４，１５は、ｙ方向に直線状に並べられた複数のセンサ素子（それぞれフォトダイオード、フォトトランジスタなどで構成される）と信号処理部２７とドライバ部３１とを一体化させたセンサＩＣチップを配列し、これを基板上に実装したものである。ドライバ部３１はセンサ素子を駆動するためのバイアス電流を作成し供給する回路部分であり、信号処理部２７は、センサ素子の光検出信号を読取り処理する回路部分である。センサ素子の種類は、限定されないが、例えばシリコンＰＮダイオード若しくはＰＩＮダイオードが用いられる。

ｙ方向に直線状に並べられた複数のセンサ素子の配列ピッチを“ｐ”で示している。センサ素子の配列ピッチｐは、１センサ素子のｙ方向の大きさにほぼ等しい。媒体Ｓがｘ方向に移動する瞬間に、センサ素子が媒体Ｓを読み取ることのできる観測幅を“ｂ”で示している。
これらの複数のセンサ素子を一度に露光することによって、媒体Ｓの面上にｙ方向に沿った観測ラインを設定することができる。観測ラインのｘ方向の幅は、センサ素子の観測幅ｂによって基本的に決まるが、実際はセンサ素子の露光時間があり、この間に媒体Ｓがｘ方向に移動するため、これより長くなる（後述）。

センサモジュール１４，１５のｙ方向の配列ピッチｐは、ｙ方向の最大解像度を決定する。例えばピッチｐを１２５μｍとすれば、ｙ方向に８本／mmの解像度で読み込むことができる。解像度を落として読み込む場合にはｙ方向に隣り合うセンサ画素の信号同士を短絡すればよい。例えば隣接の２画素を短絡させて一つの画素として読み出すことで４本／mmの解像度に変更することができる。４画素を短絡して２本／mmの解像度に変更することもできる。

一方、媒体Ｓのｘ方向の移動速度を“ｖ”とする。移動速度ｖはＡＴＭや紙幣処理機では例えば1500ｍｍ〜2000ｍｍ／秒に設定される。ある発光素子の露光開始から次の発光素子の露光開始までの時間（露光周期Ｔという）は、光源の強度、センサ素子の波長感度などに応じて任意に設定できる。例えば０．５〜１．０ミリ秒に設定される。
一露光周期Ｔの間に媒体Ｓがｘ方向に移動する距離はｖＴとなる。この距離を“ａ”と書く。この距離ａがｘ方向の読取り解像度Ｎ（Ｎ＝１／ａ）を決定する。例えば距離ａを１２５μｍとすれば、ｘ方向にＮ＝８本／mmの解像度で読み込むことができる。

媒体Ｓがｘ方向に移動する間に、信号処理部２７において、一列に並べられたセンサ素子を露光周期Ｔにわたって露光することによって、媒体Ｓの面上にｙ方向に沿った所定幅の観測ラインを設定することができる。ｘ方向に沿った観測ラインの幅は、前記距離ａと、センサ素子の観測幅ｂとの和（ａ＋ｂ）となる。
各発光素子２９Ａ〜２９Ｅは、各素子に電圧を印加する電極端子を選択することにより、時間的に切り替えて発光されるものとする。ここで特定の色の発光素子に着目し、その発光素子が繰り返し発光される回数（何回に１回発光するか）を、その発光素子を次に発光させるまでに切り替える数ｎで表す。例えば、緑（Ｇ）の発光素子に注目し、緑（Ｇ）→他の色→緑（Ｇ）→他の色という具合に、緑（Ｇ）が２回に１回繰り返し発光される場合、ｎ＝２となる。緑（Ｇ）→他の色→他の色→緑（Ｇ）→他の色→他の色→緑（Ｇ）という具合に、緑（Ｇ）が３回に１回繰り返し発光される場合、ｎ＝３となる。

本発明の実施形態において、３つの発光素子２９Ａ〜２９Ｃ（ＲＧＢ）が順次切り換えて発光されるものとし、特定の色の発光素子（赤（Ｒ））に着目したときの繰り返し回数をｎ＝３とする。
図３は、センサモジュール１４をｙ方向から見た側面図を示す。媒体Ｓは紙面左から右へｘ方向に移動するものとし、光源１９又は光源２３の３つの発光素子２９Ａ〜２９Ｃが時間的に切り替えられ、赤（Ｒ）→緑（Ｇ）→青（Ｂ）→・・・と変わっていくものとする。図３（ａ）は赤（Ｒ）の発光状態を示し、図３（ｂ）は緑（Ｇ）の発光状態を示し、図３（ｃ）は青（Ｂ）の発光状態を示す。図には、各色の露光周期Ｔ、１露光周期Ｔの間に媒体Ｓが移動する距離ａ、センサモジュール１４の各センサ素子のｘ方向（縦方向）の観測幅ｂが示されている。

図３（ａ）は、赤の発光下で媒体Ｓを読み取る最初の瞬間を示す。媒体Ｓが読み取られる幅（Ｒ(1)と表示）は唐ｔとなる。
図３（ｂ）は、赤の発光下で１ライン分を読み取った後、次の緑の発光下でセンサ素子の読取りに切り替わった時点を示す。図３（ａ）から（ｂ）に進む間に、媒体Ｓは距離ａだけ進んでいる。従って、センサ素子が赤色で読み取ったｘ方向の幅（観測ラインの幅）は、ａ＋ｂとなる。

図３（ｃ）は、緑の発光下で１ライン分を読み取った後、次の青の発光下でセンサ素子の読取りに切り替わった時点を示す。図３（ｂ）から（ｃ）に進む間に、媒体Ｓはさらに距離ａだけ進む。従って、センサ素子が緑色で読み取ったｘ方向の幅（観測ラインの幅）は、ａ＋ｂとなる。このとき、センサ素子が赤色で読み取った部分の先端は、センサ素子の観測幅の右端（ｘ１で示す）よりも、２ａだけ進んでいる。ここで、赤の光でセンサ素子が読み取った観測ラインの幅はａ＋ｂであるから、後端のｂ−ａ（＝ａ＋ｂ−２ａ）だけが、まだセンサ素子の下を通過中ということになる（図３（ｃ）参照）。

図３（ｄ）は、青の発光下で、センサ素子で１ライン分を読み取った後、次の赤の発光下でセンサ素子での読取りに切り替わる瞬間を示す。図３（ｃ）から（ｄ）に進む間に、媒体Ｓはさらに距離ａだけ進む。このとき、「前の」赤の発光下でセンサ素子が読み取った部分の後端は、センサ素子の観測幅の右端ｘ１よりも、ｅ＝３ａ−（ａ＋ｂ）だけ進んでいる。この時点で赤の発光下で、次の媒体Ｓを読み取る（Ｒ(2)と表示）。

図３（ｅ）は、赤の光でセンサ素子が読み取った観測ラインの露光量の分布を表わすグラフである。当該部分の右端から計測して距離ａに至るまで、露光量は徐々に上がっていき、距離ａの地点から距離（ｂ−ａ）の地点までの間の露光量はピークとなり、距離（ｂ−ａ）の地点から距離（ａ＋ｂ）の地点まで露光量は徐々に下がっていく。観測ラインの幅は（ａ＋ｂ）となる。

図３（ｄ）から分かるように、「前の」赤の発光下でセンサ素子が読み取った部分の後端と、センサ素子の観測幅の右端ｘ１との間に、３ａ−（ａ＋ｂ）の「赤で読み取られない部分」（“ｅ”で示す）が存在する。この非読取り部分ｅが存在すると、赤の発光下でセンサ素子が読み取る観測ラインがｘ方向に不連続となり、図６に示したようなモアレが発生する要因となる。

そこで、３ａ−（ａ＋ｂ）の「赤で読み取られない部分」が存在しないように、すなわち、３ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０となるように、センサ素子のｘ方向の幅ｂを設定する。不等号３ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０を書き換えると、ｂ＞＝２ａとなる。ｘ方向の読取り解像度Ｎ（Ｎ＝１／ａ）を用いればｂ＞＝２／Ｎとなる。
図４は、条件ｂ＝２ａが満たされるときの、媒体Ｓが紙面左から右へｘ方向に移動する様子を示す模式図である。

図４（ａ）は、赤の発光下でセンサ素子が媒体Ｓを読み取る最初の瞬間を示す。媒体Ｓの読取りライン幅すなわち観測幅は“ｂ”である（Ｒ(1)と表示）。図４（ｂ）は、赤の発光下でセンサ素子が１ライン分を読み取った後、次の緑の発光下でセンサ素子が緑の読取りに切り替わる時点を示す。図４（ａ）から（ｂ）に進む間に、媒体Ｓは距離ａだけ進む。従って、赤の発光下でセンサ素子が読み取るｘ方向の幅は、ａ＋ｂとなる。図４（ｃ）は、緑の発光下でセンサ素子が１ライン分を読み取った後、次の青の発光下でセンサ素子の読取りに切り替わる時点を示す。図４（ｂ）から（ｃ）に進む間に、媒体Ｓはさらに距離ａだけ進む。従って、緑の発光下でセンサ素子が読み取るｘ方向の幅は、ａ＋ｂとなる。このとき、赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の先端は、センサ素子の観測幅の右端ｘ１よりも、２ａだけ進んでいる。ここで、赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の全幅はａ＋ｂであるから、後端のｂ−ａの部分だけが、まだセンサ素子の下を通過中ということになる（図４（ｃ））。

図４（ｄ）は、青の発光下でセンサ素子が１ライン分を読み取った後、次の赤の発光下でセンサ素子の読取りに切り替わる時点を示す。図４（ｃ）から（ｄ）に進む間に、媒体Ｓはさらに距離ａだけ進む。このとき、「前の」赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の先端は、センサ素子の観測幅の右端ｘ１よりも、３ａだけ進んでいる。「前の」赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の後端は、センサ素子の観測幅の右端ｘ１よりも、３ａ−（ａ＋ｂ）だけ進むことになるが、この実施例ではｂ＝２ａを想定しているので、３ａ−（ａ＋ｂ）＝０となる。この時点で赤の発光下でセンサ素子が、次の媒体Ｓを読み取る（Ｒ(2)と表示）。

図４（ｅ）は、赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の露光量を表わしたグラフである。当該部分の右端から計測して距離ａに至るまで、露光量は徐々に上がっていき、距離ａの地点から距離（ｂ−ａ）の地点までの間の露光量はピークとなり、距離（ｂ−ａ）の地点から距離（ａ＋ｂ）の地点まで露光量は徐々に下がっていく。
図４（ｄ）から分かるように、「前の」赤の発光下のセンサ素子が読み取った部分の後端と、センサ素子の観測幅の右端ｘ１との間に、「読み取られない部分」が存在しなくなる。この非読取り部分が存在しないので、赤の発光下のセンサ素子が読み取る観測ラインは連続的に存在することになり、図６に示したようなモアレは発生しなくなる。

なお、図４の例では、ｂ＝２ａが満たされるときの、媒体Ｓが移動する様子を示したが、ｂ＞２ａであってもよい。この場合、同一色の発光下でセンサ素子が読み取る観測ラインは、一部重なりながら、連続的に存在することになり、モアレの発生防止という効果を奏することができる。
以上の図４の実施例では、特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数を“３”とし、媒体Ｓを送りながらサイクリックに切り換えていた。このため、３ａ−（ａ＋ｂ）の非読取り部分が存在しないように、すなわち、３ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０となるように、センサ素子のｘ方向の幅ｂを設定する必要があった。不等号３ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０を書き換えると、ｂ＞＝２ａとなった。したがって、ｘ方向の読取り解像度ＮをＮ本とすると、センサモジュール１４のセンサ素子のｘ方向の観測幅ｂは、“２／Ｎ”以上である必要があった。

しかし、特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数は３とは限らない。例えば“２”でもよい。このときは、２ａ−（ａ＋ｂ）の非読取り部分が存在しないように、すなわち、２ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０となるように、センサ素子のｘ方向の幅ｂを設定する。不等号２ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０を書き換えると、ｂ＞＝ａとなる。ｘ方向の読取り解像度Ｎ（Ｎ＝１／ａ）を用いればｂ＞＝１／Ｎとなる。したがって、ｘ方向の読取り解像度ＮをＮ本とすると、センサモジュール１４のセンサ素子のｘ方向の観測幅ｂは、前記“１／Ｎ”以上である必要がある。

また特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数は“４”でもよい。上に説明したように赤外（ＩＲ）光源を含む場合、光源色の数は“４”となるが、この場合、４ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０となるように、センサ素子のｘ方向の幅ｂを設定する。不等号４ａ−（ａ＋ｂ）＝＜０を書き換えると、ｂ＞＝３ａとなる。ｘ方向の読取り解像度Ｎを用いればｂ＞＝３／Ｎとなる。

一般に特定の色の発光素子に着目したとき、一度発光してから次に現れるまでに切り替える数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、前記媒体の移動方向に沿った観測幅ｂと、ｘ方向の読取り解像度Ｎとの関係は、
ｂ＞＝（ｎ−１）／Ｎ・・・(1)
となる。

以下、数値例をあげる。ｙ方向の配列ピッチｐは、ｙ方向の最大解像度を決定するものであるが、これは製造されるセンサ素子の製造サイズに相当する。普通９０〜１００μｍ程度に設定されている。
（ａ）最新の鑑別用途光学ラインセンサ装置のｘ方向の読取り解像度Ｎは２本〜１２本／mmが用いられている。例えばｘ方向の解像度８本／mmで、特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数２で読み取る場合を想定する。モワレが出にくいためのセンサ画素のｘ方向の観測幅ｂは、前記(1)式を用いて計算し、１２５μｍ以上とすればよい。

（ｂ）ｘ方向の解像度８本／mmで、特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数３で読み取る場合を想定する。モワレが出にくいためのセンサ画素のｘ方向の観測幅ｂは、２／８＝２５０μｍ以上とすればよい。
（ｃ）ｘ方向の解像度１２本／mmで、特定の色の発光素子に着目したときの発光の繰り返し回数３で読み取る場合を想定する。モワレが出にくいためのセンサ画素のｘ方向の観測幅ｂは、２／１２＝１６７μｍ以上とすればよい。

通常、ラインセンサのｙ方向の１発光素子あたりの配列ピッチｐは約９０〜１００μｍであるので、本発明によれば、発光素子のサイズはその横幅に対し１２５μｍ以上、あるいは１６７μｍ以上の縦幅という、従来の正方形のセンサＩＣチップでは想定できない、新規な長方形の形状が本発明の有効な手段となる。
本発明では、従来の正方形のセンサ形状にない新しい形状として、発光素子のサイズを、横幅に対しその１倍よりも大きな縦幅を持つ形状、長方形に限定する。

また、発光素子のサイズを、横幅に対しその１．２５倍以上という長方形状が好ましい形状になる。さらに好ましくは、１．５倍以上になる。
図５は、ラインセンサのｙ方向の１発光素子あたりの配列ピッチｐを０．１ｍｍと仮定し、ｎ＝２と仮定したときの、観測幅ｂと読取り解像度Ｎとの関係を描いたグラフである。前記（１）式は双曲線で描かれている。「観測幅ｂがｐよりも大きい」という領域は斜めハッチングで示されている。また、「観測幅ｂがｐよりも大きく、かつ、ｂ＞＝１／Ｎを満たす」領域はクロスハッチングで示されている。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えばコストダウン目的の簡易型としてセンサモジュールを１本省略して片方の透過光源部のみとする組み合わせにも適用できる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

１２，１３ 検出ユニット
１４，１５ センサモジュール
１９，２３，２４ 発光源
２７ 信号処理部
３０ 判定部
Ｓ 有価証券、紙幣などの媒体
Ｕ ユニット本体

Claims (4)

1. 有価証券、紙幣などの媒体の鑑別を目的とする光学ラインセンサ装置において、
   前記媒体の移動中に、スペクトル特性の相違する複数の光を時間的に切換えて、前記媒体に照射する光源と、
   複数のセンサ素子が前記媒体の移動方向と異なる方向に一次元に配列され、前記媒体を透過若しくは反射した光を検出する受光部と、
   前記受光部の光検出信号を処理することにより前記媒体の情報を判別する信号処理部とを有し、
   前記各センサ素子の、前記媒体の移動方向に沿った観測幅ｂと、前記媒体の単位移動距離あたり前記複数の光を時間的に切換える回数である読取り解像度Ｎと、前記スペクトル特性の相違する複数の光を時間的に切替える中での特定のスペクトル特性の光が一度発光してから次に発光するまでに光を切り替える数ｎ（ｎは２以上の整数）との関係が、
   ｂ＞＝（ｎ−１）／Ｎ
   の式を満たす、光学ラインセンサ装置。
2. 前記一次元に配列されているセンサ素子の配列ピッチｐが、ｂ＞ｐの関係を満たす、請求項１に記載の光学ラインセンサ装置。
3. 前記媒体の移動方向と異なる方向が、前記媒体の移動方向に直角な方向である、請求項１又は請求項２に記載の光学ラインセンサ装置。
4. センサモジュールを媒体に密着させて読み取る、等倍読取り方式を採用する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学ラインセンサ装置。

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