JP6054549B2 - プリズムセンサ - Google Patents

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Description

本発明はプリズムセンサに関し、特に搬送路を挟んで発光素子および受光素子と回帰プリズムとを配置し、搬送路を通過する媒体が発光素子から出射された光または受光素子が受光していた光を遮断することで媒体を検出するプリズムセンサに関する。
ATM(Automated Teller Machine)のような自動取引装置には、紙幣のような紙葉類媒体を搬送する搬送路が設けられており、その搬送路には、媒体の搬送状態や搬送位置を検出するセンサが設置されている。このようなセンサとしては、搬送路を挟んで対向配置された発光素子と受光素子との光軸を媒体が遮ることで媒体を検出するようにした透過型のセンサが知られている。また、同じ透過型のセンサであるが、発光素子が発光した光を回帰プリズムで回帰させ、その回帰された光を受光素子が受光するように構成しておき、発光または受光する光を媒体が遮断することで媒体を検出するようにしたプリズムセンサも知られている。
自動取引装置では、搬送路内で搬送途中の媒体が詰まってしまうことに対する対応策として、搬送路を開放できるように構成されている。具体的には、1対の搬送機構部が軸を支点に回動自在に構成されていて、通常は、1対の搬送機構部が媒体を通過させるだけの距離を離間した位置に維持して1対の搬送機構部間に搬送路を構成するようにしている。媒体が詰まったときには、1対の搬送機構部の一方を、軸を支点に回動させて搬送路を開放することにより、詰まった媒体を取り除くことができる。
このように、搬送路が開放可能に構成された搬送機構部は、プリズムセンサが好適に用いられている。その理由は、配線の必要な発光素子および受光素子を1対の搬送機構部の一方だけに設置すればよいためにそれらの配線を纏めて設置することができることから、配線の組立が容易になるという大きな利点があるからである。
図10は従来のプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。
プリズムセンサは、発光素子101、受光素子102および回帰プリズム103を備えており、発光素子101および受光素子102は、搬送機構部の上部筐体104に設置され、回帰プリズム103は、搬送機構部の下部筐体105に設置されている。上部筐体104および下部筐体105は、所定の間隔を置いて設置されており、両者の間に搬送路106を構成している。この搬送路106では、図示しない搬送ローラまたは搬送ベルトによって紙葉類107が搬送される。
回帰プリズム103は、本体部103aの入光部に収束レンズ103bを有し、出光部にも収束レンズ103cを有し、入出光部に光束形状変更部を構成している。収束レンズ103b,103cは、回帰プリズム103を下部筐体105に設置したときに、搬送路106の中に突出しないようにしてあり、これにより、紙葉類107が搬送路106の中を搬送されるときに、干渉することがない。
以上の構成のプリズムセンサにおいて、発光素子101が発光すると、その光束は拡散して放射され、搬送路106を介して回帰プリズム103に入光される。回帰プリズム103では、入光部の収束レンズ103bが拡散した光束を収束し、2箇所の反射面で光束が全反射をし、そして出光部の収束レンズ103cでさらに光束が収束し、受光素子102に向けて出光する。回帰プリズム103によって回帰された光束は、受光素子102によって受光される。このように受光素子102が回帰された光束を受光することにより、プリズムセンサは、紙葉類107を検出する前の待機状態となる。
紙葉類107が搬送されて、発光素子101が発光した光束または受光素子102が受光していた光束が遮断されると、受光素子102への光束の受光がなくなるので、受光素子102は、光束の受光がなくなることを以て紙葉類107を検出したと判断する。
なお、この例では、紙葉類107は、搬送路106の中を図の左から右方向へ搬送される例で示したが、この図の面に直角な方向に搬送される紙葉類107を検出するように構成することもできる。
上記の例は、発光素子101が拡散して放射した光束および受光素子102へ向かう光束の形状をそれぞれ変更する手段として、回帰プリズム103の入出光部に収束レンズ103b,103cを設けている。これに対し、光束の形状を変更する手段を発光素子および受光素子の側に設けている構成も知られている(たとえば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の技術によれば、直角プリズムに向けて配置された出力用光ファイバおよび入力用光ファイバの端面にレンズアレイを配置している。
特開2007−114574号公報
しかしながら、対向配置された発光素子および受光素子と回帰プリズムとのいずれかの位置に光束の形状を変更する手段を設けること自体、搬送路の表面に不連続な部分ができることになる。たとえば、図10の例のように、光束形状変更手段を回帰プリズムの側に設けた場合、収束レンズの前端が下部筐体の搬送路側の面より中に突出してはいないが、収束レンズの周囲にくぼみができてしまう。一方、搬送される紙葉類が流通紙幣の場合、一般に折れ癖や皺がある。このような紙葉類がプリズムセンサを通過するときに、紙葉類の皺の部分が収束レンズの周囲のくぼみに引っ掛かってしまい、紙詰まりの原因となることがある。また、収束レンズの表面は、搬送される紙葉類によりセルフクリーニングされるが、収束レンズの周囲のくぼんだ部分はクリーニングされず、むしろ、そこに塵や埃が溜ってしまい、光束の通過する面積を小さくしてしまうことがある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光束形状変更手段を有するとともに、搬送路を構成する筐体に設置した場合に、搬送路の表面に紙葉類が引っ掛かってしまうような不連続な面が生じないプリズムセンサを提供することを目的とする。
本発明では上記の課題を解決するために、発光素子と、前記発光素子が発光した光を反射回帰させる回帰プリズムと、前記回帰プリズムから出射された光を受光する受光素子とを備え、搬送路を挟んで前記発光素子および前記受光素子と前記回帰プリズムとを対向配置させて使用されるプリズムセンサが提供される。このプリズムセンサでは、前記回帰プリズムは、その入射面および出射面が前記搬送路の前記回帰プリズムを配置した側の搬送路面と連続する形状に形成され、かつ、前記入射面より入射した光を反射回帰させる光路に少なくとも1つの曲面からなる光束形状変更部を有して反射させる光の光束形状を収束光、平行光または拡散光に変更できるようにしたことを特徴とする。
上記構成のプリズムセンサは、光束形状変更のためのレンズのように作用する手段を回帰プリズムの内部に持たせたことにより、搬送路に設置した場合に、搬送路の面を不連続にするようなことがなくなるという利点がある。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
第1の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。 回帰プリズムの外観を示す斜視図である。 第1の実施の形態に係るプリズムセンサの変形例を示す説明図であって、(A)は搬送路の間隔が狭い場合を示し、(B)は搬送路の間隔が広い場合を示している。 第1の実施の形態に係るプリズムセンサの位置ずれ発生を説明する図であって、(A)は搬送機構部が閉じた状態、(B)は搬送機構部を開けた状態、(C)は搬送機構部を再度閉じた状態を示している。 第1の実施の形態に係るプリズムセンサの別の変形例を示す説明図であって、(A)はプリズムセンサの位置ずれ発生を考慮しない場合、(B)および(C)はプリズムセンサの位置ずれ発生を考慮した場合を示している。 第2の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。 回帰プリズムの外観を示す斜視図である。 第3の実施の形態に係るプリズムセンサに使用される回帰プリズムの外観を示す図であって、(A)および(B)は異なる方向から見た斜視図である。 第4の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。 従来のプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、自動取引装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することができる。
図1は第1の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図であり、図2は回帰プリズムの外観を示す斜視図である。
プリズムセンサは、発光素子11、受光素子12および回帰プリズム13を備えており、発光素子11および受光素子12は、搬送機構部の上部筐体14に設置され、回帰プリズム13は、搬送機構部の下部筐体15に設置されている。受光素子12は、たとえば発光ダイオードによって構成され、受光素子12は、たとえばフォトダイオードまたはフォトトランジスタによって構成されている。受光素子12は、また、フォトダイオードまたはフォトトランジスタと増幅回路とを一体化して構成したものでもよい。上部筐体14および下部筐体15は、所定の間隔を置いて設置されており、両者の間に搬送路16を構成している。この搬送路16には、図示しない搬送ローラまたは搬送ベルトによって紙葉類17が搬送される。
回帰プリズム13は、図2に示した例では、発光素子11および受光素子12と対向する面側に円筒状の入光部13aおよび出光部13bを備え、本体部13cとともに外気より屈折率の大きい透明材料で一体に形成される。入光部13aおよび出光部13bは、発光素子11および受光素子12と対向する入射面および出射面が搬送路16の回帰プリズム13を配置した側の搬送路面16aに平行な平面の形状に形成され、搬送路面16aと連続する形状になっている。回帰プリズム13の本体部13cは、入光部13aの延長線上にある第1の反射位置に光束形状変更部として機能する第1反射部13dを有し、出光部13bの延長線上にある第2の反射位置に光束形状変更部として機能する第2反射部13eを有している。第1反射部13dは、凹面鏡のような曲面で構成されていて入光部13aから入射した光の光束形状を収束光、平行光または拡散光に変更しながら第2反射部13eを目掛けて入射光を反射させる。第2反射部13eも、凹面鏡のような曲面で構成されていて、第1反射部13dによって反射された光の光束形状を収束光、平行光または拡散光に変更しながら出光部13bを目掛けて反射させる。このように、この回帰プリズム13は、入光部13aおよび出光部13bが平面であっても、第1反射部13dおよび第2反射部13eを曲面で構成し、その曲面を変えることで、たとえば拡散して入射した光を平行光または収束光へ変化させて出射光とすることが可能になる。
回帰プリズム13の第1反射部13dは、それぞれ、反射面が放物面をしたパラボラ面にしてある。もちろん、この反射面の曲面は、放物面に限らず、球面、楕円面、円柱面、双曲面、円錐面またはこれらの面を組み合わせて構成されるが、実際には、設計/製造の容易さおよびプリズムセンサの光学特性を勘案して決められる。さらに、このプリズムセンサは、その用途により、感度、距離、紙葉類17の検出位置精度、設置対向精度等が異なるので、第1反射部13dおよび第2反射部13eにおける反射面の曲面は、用途に応じて変更することになる。このように、回帰プリズム13は、第1反射部13dおよび第2反射部13eの曲面、曲率、傾斜角度により光線の反射方向を任意に変更できるので、入射した光および出射する光の光束形状を自由に変更することができる。
以上の構成を有するプリズムセンサにおいて、発光素子11を出た光は、入光部13aから回帰プリズム13に入射する。入射した光は、第1反射部13dの曲面で界面反射する。回帰プリズム13の本体部13cの中は、均一の材料であるため、光は直進またはプリズム界面を反射しながら第2反射部13eの曲面に到達し、ここで受光素子12を目掛けて反射する。このとき、受光素子12は、回帰プリズム13から回帰された光を受光し、プリズムセンサは、紙葉類17の検出待機状態に移行する。
次に、搬送されてきた紙葉類17によって発光素子11が発光した光が遮断されると、受光素子12は、紙葉類17を検出したと判断する。そして、紙葉類17がこのプリズムセンサを通過すると、受光素子12は、再び、発光素子11から出射して回帰プリズム13で回帰された光を受光するようになるので、プリズムセンサは、再び、紙葉類17を検出するための待機状態に移行する。
図3は第1の実施の形態に係るプリズムセンサの変形例を示す説明図であって、(A)は搬送路の間隔が狭い場合を示し、(B)は搬送路の間隔が広い場合を示している。
搬送路16は、1枚の紙葉類17を搬送する場合と、複数枚の紙葉類17を束搬送する場合とがある。図3の(A)に示すように、紙葉類17を1枚しか搬送しない場合の搬送路16は、その間隔d1が狭く設定されている。このため、発光素子11および受光素子12と回帰プリズム13との間の距離も、搬送路16の間隔d1にほぼ等しくなる。
発光素子11は、特殊で高価な発光素子を除き、一般的に拡散光を放射する。したがって、搬送路16の間隔d1が狭い場合、回帰プリズム13は、拡散光18の拡がりが少ない位置で入光することができる。しかし、図3の(B)に示すように、搬送路16の間隔d1を広く設定している場合、回帰プリズム13は、拡散光18の拡がりが多い位置で入光することになるので、入光部13aの入射面の面積を(A)の場合と同じにすると、入射光量が減ることになる。
そこで、発光素子11および受光素子12と回帰プリズム13との間の距離を搬送路16の間隔d1から間隔d2(d1<d2)にした場合、回帰プリズム13は、その入光部13aの入射面の面積を拡散光18の拡がりに応じて大きくしている。これにより、発光素子11が放射した拡散光18は、回帰プリズム13に漏らさず取り込まれることになり、搬送路16の間隔に応じて発光素子11の光量を増やしたり受光素子12の感度を上げたりする必要がない。
一方、出光部13bは、回帰プリズム13の第2反射部13eの反射面を出射光束が平行光19に近い形状に収束される形状に形成することによって、搬送路16の間隔に関係なく出射面を同じ面積のものとすることができる。
図4は第1の実施の形態に係るプリズムセンサの位置ずれ発生を説明する図であって、(A)は搬送機構部が閉じた状態、(B)は搬送機構部を開けた状態、(C)は搬送機構部を再度閉じた状態を示している。図5は第1の実施の形態に係るプリズムセンサの別の変形例を示す説明図であって、(A)はプリズムセンサの位置ずれ発生を考慮しない場合、(B)および(C)はプリズムセンサの位置ずれ発生を考慮した場合を示している。
自動取引装置における搬送路16は、発光素子11および受光素子12が設けられる上部筐体14および回帰プリズム13が設けられる下部筐体15の一端に軸20を設けて、開放可能に構成されている。
ここで、発光素子11および受光素子12の光軸21と回帰プリズム13の光軸22とは、搬送機構部が閉じた図4の(A)の状態で一致していたとする。このような状態で、保守等のために図4の(B)のように搬送機構部を開放後、再度、図4の(C)のように搬送機構部を閉じても、発光素子11および受光素子12の光軸21の位置が回帰プリズム13の光軸22の位置と全く同じになることはない。この位置ずれは、自動取引装置のように装置が大型になるほど、また、プリズムセンサが軸20から遠くにあるほど、大きくなる傾向がある。
搬送機構部を開閉したときに生じる光軸21,22の位置ずれは、搬送路16の紙葉類17の搬送方向およびその搬送方向に直交する方向において2次元的に生じている。ここで、図5の(A)に示すように、発光素子11および受光素子12の並び方向とその並び方向に直交する方向とで、発光素子11および受光素子12の光軸21と回帰プリズム13の光軸22とが一致していたとする。この状態から、発光素子11および受光素子12の光軸21が回帰プリズム13の光軸22に対して発光素子11および受光素子12の並び方向にずれることがある。このような場合でも、光軸の位置ずれを許容できるようにすることが好ましい。
そのために、このプリズムセンサの別の変形例では、図5の(B)および(C)に示したように、回帰プリズム13は、その入光部13aおよび出光部13bの大きさを、光軸21,22の位置ずれ許容範囲を超える大きさに形成している。これにより、入光部13aで、発光素子11が放射した光量を効率的に入光することができる。なお、第1反射部13dおよび第2反射部13eの反射面の形状については、出光部13bからの光束形状が拡散光18となるように形成される。この場合、受光素子12に入光される光量が減少するので、必要に応じて受光素子12の感度が調整される。また、光軸21,22の位置ずれが起きている場合、媒体検出位置の精度は、犠牲となる。
図6は第2の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図であり、図7は回帰プリズムの外観を示す斜視図である。なお、この図6および図7において、第1の実施の形態に係るプリズムセンサの構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
このプリズムセンサにおいて、光電ユニット30が上部筐体14に設置されている。光電ユニット30は、基板31に発光素子11および受光素子12が実装され、発光素子11および受光素子12の間に遮光性の支持部材32が配置されている。発光素子11および受光素子12は、コネクタ33および配線を介して図示しない制御部へ電気的に接続される。光電ユニット30は、また、搬送路16に面する側に透明の防塵カバー35が配置されている。この防塵カバー35は、光電ユニット30を上部筐体14に設置したときに、上部筐体14の搬送路16側の面から出ることがないようにしている。
回帰プリズム13は、入光部13a、出光部13b、フランジ部13fおよび本体部13cを有し、たとえば透明の樹脂によって一体に形成されている。回帰プリズム13の本体部13cは、第1反射部13dが光束形状変更部として機能する形状に形成され、第2反射部13eは、平面形状に形成されている。
これにより、このプリズムセンサは、入光部13aから入光した光の光束を第1反射部13dのみで光束形状を所望の形状に変更し、第2反射部13eでは、光束形状を変更せずに単に全反射させるだけにしている。
なお、光電ユニット30は、ねじ36によって上部筐体14に螺着され、回帰プリズム13は、ねじ37によって下部筐体15に螺着されている。また、この第2の実施の形態に係るプリズムセンサでは、光束形状変更部の機能を、第1反射部13dに持たせているが、第2反射部13eにだけ持たせてもよい。さらに、光電ユニット30の防塵カバー35および回帰プリズム13の入光部13aおよび出光部13bは、搬送路16に面していて紙葉類17と接する表面を硬化処理(耐摩耗加工)しておくのがよい。この硬化処理した表面に対し、さらに帯電防止処理をしておくとなおよい。
さらに、回帰プリズム13は、入光部13aの入射面および出光部13bの出射面を除く表面を高反射材で被覆されている。高反射材による被覆としては、たとえば白色塗料の塗布、金属蒸着、金属めっき等とすることができる。これにより、回帰プリズム13の第1反射部13dおよび第2反射部13eの外表面にたとえば水滴等が付着したとしても、第1反射部13dおよび第2反射部13eの正常な界面状態を維持することができる。また、この高反射材による被覆は、使用した曲率などにより回帰プリズム13の界面での全反射が困難な入射角度(概ね42度以下)の光線が多く、光線の損失を許容できない場合にも有効である。
図8は第3の実施の形態に係るプリズムセンサに使用される回帰プリズムの外観を示す図であって、(A)および(B)は異なる方向から見た斜視図である。なお、この図8において、第1および第2の実施の形態に係るプリズムセンサの構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してある。
第3の実施の形態に係るプリズムセンサに使用される回帰プリズム13は、入光部13aおよび出光部13bの形状を四角柱の形状にしている。また、回帰プリズム13は、本体部13cが直角プリズムのような形状を有しており、45度の傾斜面の外側に光束形状変更部の機能を有する第1反射部13dおよび第2反射部13eを有している。これら第1反射部13dおよび第2反射部13eは、反射面を、球面、放物面、楕円面、円柱面、双曲面、円錐面もしくはこれらの面を組み合わせた形状、または非球面の形状で構成している。
この第3の実施の形態に係るプリズムセンサの回帰プリズム13は、第1および第2の実施の形態に係るプリズムセンサと同じ機能を有している。すなわち、回帰プリズム13は、入光部13aに入光した光を第1反射部13dおよび第2反射部13eで光束形状を変更し、変更された光束形状の光を出光部13bから出光させる。
図9は第4の実施の形態に係るプリズムセンサの構成および取り付けの例を示す説明図である。なお、この図9において、第1ないし第3の実施の形態に係るプリズムセンサの構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してある。
この第4の実施の形態に係るプリズムセンサは、直線状の搬送路16に設置されるのではなく、曲線状の搬送路16bを挟んで対向する位置に発光素子11および受光素子12と回帰プリズム13とを設置している。発光素子11および受光素子12は、第1の実施の形態に係るプリズムセンサの発光素子11および受光素子12、または、第2の実施の形態に係るプリズムセンサの光電ユニット30とすることができる。
回帰プリズム13は、その本体部13cについては、第1ないし第3の実施の形態に係るプリズムセンサに使われている回帰プリズム13と同じ形状とすることができる。ただし、入光部13aおよび出光部13bは、搬送路16bに面している側の表面13gを、搬送路16bの外側の搬送路面16aの曲率に応じた曲率を有する凹状曲面に形成されている。これにより、カーブした搬送路16bにおいても、紙葉類17の搬送を滑らかにすることができる。
この第4の実施の形態に係るプリズムセンサは、図示のように、カーブした搬送路16bの内側に発光素子11および受光素子12を配置し、外側に回帰プリズム13を配置している。もちろん、発光素子11および受光素子12を搬送路16bの外側に配置し、内側に回帰プリズム13を配置してもよい。この場合、入光部13aおよび出光部13bの表面13gは、搬送路面16aの曲率に応じた曲率を有する凸状曲面に形成されることになる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
11 発光素子
12 受光素子
13 回帰プリズム
13a 入光部
13b 出光部
13c 本体部
13d 第1反射部
13e 第2反射部
13f フランジ部
13g 表面
14 上部筐体
15 下部筐体
16 搬送路
16a 搬送路面
16b 搬送路
17 紙葉類
18 拡散光
19 平行光
20 軸
21,22 光軸
30 光電ユニット
31 基板
32 支持部材
33 コネクタ
35 防塵カバー
36,37 ねじ

Claims (10)

  1. 発光素子と、前記発光素子が発光した光を反射回帰させる回帰プリズムと、前記回帰プリズムから出射された光を受光する受光素子とを備え、搬送路を挟んで前記発光素子および前記受光素子と前記回帰プリズムとを対向配置させて使用されるプリズムセンサにおいて、
    前記回帰プリズムは、その入射面および出射面が前記搬送路の前記回帰プリズムを配置した側の搬送路面と連続する形状に形成され、かつ、前記入射面より入射した光を反射回帰させる光路に少なくとも1つの曲面からなる光束形状変更部を有して反射させる光の光束形状を収束光、平行光または拡散光に変更できるようにしたことを特徴とするプリズムセンサ。
  2. 前記光束形状変更部は、入射した光を反射させる第1の反射位置および前記第1の反射位置からの光を反射して出射させる第2の反射位置の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項1記載のプリズムセンサ。
  3. 前記第1の反射位置または前記第2の反射位置に前記光束形状変更部が設けられているとき、前記光束形状変更部が設けられていない前記第2の反射位置または前記第1の反射位置には、平面の反射面が設けられていることを特徴とする請求項2記載のプリズムセンサ。
  4. 前記光束形状変更部は、反射面を球面、放物面、楕円面、円柱面、双曲面、円錐面またはこれらの面を組み合わせて構成したものであることを特徴とする請求項1記載のプリズムセンサ。
  5. 前記光束形状変更部は、反射面を非球面で構成したものであることを特徴とする請求項1記載のプリズムセンサ。
  6. 前記回帰プリズムは、その入射面および出射面が前記搬送路面に平行な平面の形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載のプリズムセンサ。
  7. 前記回帰プリズムは、その入射面および出射面が前記搬送路面の曲率に応じた曲率を有する曲面の形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載のプリズムセンサ。
  8. 前記回帰プリズムは、前記入射面および前記出射面を除く表面を高反射材で被覆されていることを特徴とする請求項6または7記載のプリズムセンサ。
  9. 前記回帰プリズムは、前記入射面および前記出射面に硬化処理が施されていることを特徴とする請求項6または7記載のプリズムセンサ。
  10. 請求項1ないし9のいずれか1つに記載のプリズムセンサを備えた自動取引装置。
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