JPH09161121A

JPH09161121A - 物体の表面状態検出装置

Info

Publication number: JPH09161121A
Application number: JP7344919A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Miyagawa; 智宮川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】物体の表面状態検出装置において、被検出物
体の表面の光学特性が非対称で方向性を持つような場合
においても、確実に当該物体の表面状態を検出すること
ができ、また、被検出物体表面の光学活性軸の方向を検
出することができるようにした。【解決手段】被検出物体３の表面による反射光又は透
過光を偏光成分毎に受光する受光手段からなるセンサを
少なくとも２組（７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂ）備え、これ
らのセンサを互いに所定の角度をもって配置し、各受光
手段による偏光成分毎の受光信号に基いて被検出物体３
の表面状態を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検出物体による
反射光又は透過光の偏光成分変化を検出することにより
当該物体の表面状態を検出する物体の表面状態検出装置
に係り、特に、光学的に非対称性等の特性を持つ物質、
例えば、セロハン、ヘアライン加工された金属表面、凹
版印刷された紙の表面等の状態検出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光学的に非対称性等の特性を
持つ物体の表面状態を検出するセンサとしては、物体表
面からの反射光を受光し、その偏光成分に基いて表面状
態を検出するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
センサ構成においては、センサの配置に起因して検出特
性に方向性が生じることから、被検出物体の表面の光学
特性が非対称で方向性を持つ場合には、表面状態の検
出、例えば、ヘアライン加工の有無の検出などが困難と
なる。また、物体の表面にセロハン等の樹脂が貼り付け
られている場合には、樹脂の光学活性等によって、又は
樹脂の物体の表面への密着状態（貼付具合）によって検
出に影響を受け易く、樹脂の確実な検出が困難となるこ
とがあった。

【０００４】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、被検出物体に投光した光の反射
光又は透過光を偏光成分毎に受光するセンサを少なくと
も２組、相互に角度を持たせて配置することにより、被
検出物体の表面の光学特性が非対称で方向性を持つよう
な場合においても、確実に当該物体の表面状態を検出す
ることができる物体の表面状態検出装置を提供すること
を目的とする。また、被検出物体表面の光学特性の方向
を検出することができ、当該物体の真偽を検査すること
ができる検査装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、被検出物体による反射光又
は透過光の偏光成分変化を検出することにより当該物体
の表面状態を検出する物体の表面状態検出装置におい
て、投光手段と、この投光手段による投光の物体表面に
よる反射光、又は、物体を透過した光を偏光成分毎に受
光する受光手段とからなるセンサを少なくとも２組備
え、これらのセンサを互いに所定の角度をもって配置
し、各受光手段による偏光成分毎の受光信号に基いて被
検出物体の表面状態を判断するものである。上記構成に
おいては、互いに所定の角度をもって配置された少なく
とも２組のセンサにより、物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光を偏光成分毎に受光し、偏光成分
毎の受光信号に基いて被検出物体の表面状態を判断する
ので、被検出物体の光学特性が非対称で方向性を持つよ
うな場合においても、その表面状態を検出することがで
きる。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、被検出物
体による反射光又は透過光の偏光成分変化を検出するこ
とにより当該物体の表面状態を検出する物体の表面状態
検出装置において、円偏光された光を投光する投光手段
と、投光手段による投光の物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光の非円偏光を受光する非円偏光受
光手段と、投光手段による投光の物体表面による反射
光、又は、物体を透過した光を各偏光成分の光に分離す
る偏光分離手段と、偏光分離手段により分離された各成
分の光を各々受光する偏光受光手段とを備え、非円偏光
受光手段及び偏光受光手段による受光信号に基いて被検
出物体の表面状態を判断するものである。上記構成にお
いては、被検出物体が鏡面反射するものである場合に
は、該物体による反射光には偏光成分が保存されるのに
対して、被検出物体が拡散面である場合は、該物体によ
る反射光には偏光成分が保存されない。このように被検
出物体が鏡面か拡散面かで作用が異なることから、非円
偏光受光手段及び偏光受光手段による受光信号の差異に
基き、被検出物体が鏡面であるか拡散面であるかを検出
することができる。

【０００７】また、本発明は、上記請求項１に記載の構
成における少なくとも１組のセンサが、円偏光された光
を投光する投光手段と、投光手段による投光の物体表面
による反射光、又は、物体を透過した光の非円偏光を受
光する非円偏光受光手段と、投光手段による投光の物体
表面による反射光、又は、物体を透過した光を各偏光成
分の光に分離する偏光分離手段と、偏光分離手段により
分離された各成分の光を各々受光する偏光受光手段とを
備えたものであってもよい。上記構成においては、上記
請求項１及び請求項２の両作用が得られる。

【０００８】また、本発明は、上記構成でなる物体の表
面状態検出装置が用いられ、当該装置による被検出物体
が光学的特性の付与された物体であり、該物体の表面状
態の検出結果に基づき該物体の真偽を検査する検査装置
である。上記構成においては、物体表面に光学的特性が
付与されている場合、例えば、物体表面に樹脂が貼り付
けられ、その光学異方軸が特定方向に決められている場
合に、その物体の表面状態を検出することにより、当該
物体の真偽を検出することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を参照して説明する。図１は物体の表面状態
検出装置の基本構成を示す平面透視図、図２は同表面状
態検出装置における１組のセンサ構成を示す図である。
物体の表面状態検出装置１は、投光手段５ａと、この投
光手段５ａによる投光の被検出物体３の表面の検出点４
による反射光（又は物体を透過した光）を偏光成分毎に
分けるビームスプリッタ６ａと、偏光成分毎に受光する
受光手段７ａ，８ａとからなる１組のセンサ（１ａ）
と、もう１組の同等の構成でなる投光手段５ｂ、ビーム
スプリッタ６ｂ、受光手段７ｂ，８ｂとからなるセンサ
とから構成され、これら２組のセンサは互いに所定の角
度α（この例では４５度）でもって配置されている。そ
して、各受光手段７ａ，８ａ及び７ｂ，８ｂによる偏光
成分毎の受光信号に基いて被検出物体３の表面状態を判
断する。

【００１０】投光手段５ａ（５ｂ）は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）又はレーザダイオードなどの発光素子、ビー
ムスプリッタ６ａ（６ｂ）は、被検出物体３からの反射
光をＰ波成分とＳ波成分に分けるものである。受光手段
７ａ，８ａ（７ｂ，８ｂ）は、各成分の光を受けるフォ
トダイオード又はフォトトランジスタなどの受光素子で
ある。また、添字ａ，ｂは、それぞれが組になっている
ことを示す。

【００１１】図３は、受光手段７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂ
による検出信号の処理回路を示す。各々の受光手段から
の信号は、適宜アンプ１０により増幅され、ＡＤコンバ
ータ１１に入力される。ＣＰＵ１２は、ＡＤコンバータ
１１によりディジタル化された信号を受け取り、それに
基いて各々の受光量を計測し、ＲＡＭ１４にデータを記
憶させると共に、ＲＯＭ１３に記憶された計算式を用い
て演算処理（信号の差又は比を取る）を行い、出力手段
１５から判別結果を出力する。

【００１２】いま、被検出物体３が透明物体である場合
を考えると、透明物体３に、図２のように光が入射した
場合、入射角βがブルースター角に近い場合には、光の
偏光方向によって反射率が異なることから、入射面に垂
直方向の直線偏光（Ｓ波）と入射面に平行方向の直線偏
光（Ｐ波）との各成分の反射光量が異なり、従って、各
偏光成分の光を受光する受光素子７ａ（７ｂ）と受光素
子８ａ（８ｂ）の入射光量に差が出る。この差に基い
て、被検出物体３の表面状態（透明物体であること）を
検出することができる。

【００１３】一方、被検出物体３が、高分子樹脂（セロ
ハン等）のように、異方性媒質である場合には、偏光方
向による光の速度の相違や旋光性により、樹脂内部や反
対面で反射した光が、本来は反射光量の小さいＰ波成分
を多く含むようになり、各受光素子の入射光量に差がな
くなり、樹脂の検出が不可能となる場合がある。

【００１４】この特性を利用することで、樹脂内部の反
射面の有無、すなわち、樹脂の傷や反対面の状態、すな
わちテープの貼付状態を検出することができる。この様
子を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）は、被貼付物
である透明樹脂３０が基材に密着していない場合であ
り、透明樹脂３０の光入射側の面での反射光は、入射光
のＳ波が保存され、入射面と反対の境界面３２での反射
では偏光面が回転し、Ｐ波となる。なお、Ｓ波は、紙面
に垂直な振動面を持つ光であり、Ｐ波は、紙面に平行な
振動面を持つ光である。図４（ｂ）は、被貼付物である
透明樹脂３０が基材に密着している場合であり、境界面
で乱反射するので、Ｐ波は少なくなり、しかも、偏光面
は保存されない。このような作用の違いがあるので、反
射光の偏光成分の量を比較することで、被検出物体の表
面状態及び透明物体の内部状態を知ることができる。

【００１５】次に、被検出物体の表面が、紙などのよう
に散乱反射性で、等方性を持っている場合と、等方性が
ない場合とを考える。いま、前者の等方性を持っている
場合、反射光はランダムに散乱され、従って、反射光も
ランダムに偏光され、偏光性がなくなり、受光素子セン
サ７ａ，８ａ（７ｂ，８ｂ）には、ほぼ同程度の入射光
がある。他方、表面の等方性がない、例えば、紙面上に
凹版印刷等が施されて、被検出物体の表面が波板状（凹
凸状）になっている場合には、光が流れの方向（構造的
に変化のない方向）に平行に入射した場合と、流れの方
向に直角に入射した場合とで、正反射成分と乱反射成分
が異なるので、各反射光を検出することで、表面の凹凸
及び、その流れの方向を検知することができる。図５
（ａ）は、光が流れの方向に平行に入射した場合、図５
（ｂ）は流れの方向に直角に入射した場合、図５（ｃ）
は（ｂ）の断面視での光の反射状況を示す図である。

【００１６】図５（ａ）に示すように、光が被検出物体
３の流れに平行に入射した場合、流れの山や谷の部分で
も反射（正反射）するのに対し、図５（ｂ）に示すよう
に、光が被検出物体３の流れに直角に入射した場合、斜
面に入った光のうち正反射成分は山の部分のみであり、
谷の部分に入射した光は、正反射を数回繰り返した後
に、減衰したり、散乱反射成分であったりして、相対的
に正反射成分が減少すると考えられる。

【００１７】このような特質を有するので、図１に示す
構成の表面状態検出装置を用いて、各受光素子による受
光量を演算し、その大小を判定することによって、表面
状態やその異方性、方向、表層内部の状態を知ることが
できる。図６は、このような判別を行うための表を示
す。同図において、７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂはそれぞれ
図１に示した同符号に対応するセンサの信号出力、ａ
軸、ｂ軸はそれぞれの組のセンサの方向軸であり、これ
らのセンサ出力から被検出物体の表面の状態を判別でき
る。

【００１８】また、図６の例において、受光センサ７
ａ，８ａ，７ｂ，８ｂの受光量が同じ場合、等方性な鏡
面と等方性な散乱面との区別は、受光の絶対量でしか判
別できない。このような場合、投光手段の劣化や光学系
の汚れがあった場合、明確に判別することが困難にな
る。そこで、このような場合、どちらか一方又は両方の
センサに、図７に示すような構成のセンサを代替えする
ことによって、被検出物体の表面が鏡面であるか散乱面
であるかの区別ができる（請求項３に相当）。

【００１９】すなわち、図７は上記のような目的を持っ
て代替えされる表面状態検出装置の内の１組のセンサの
みを示す図であり、図中、図１又は図２と同符号（但
し、図７では、添字のａ，ｂは省いている）のものは同
部材であって、センサ１は、投光手段５、ビームスプリ
ッタ６、受光手段７，８の他に、円偏光生成用フィルタ
１７ａ、円偏光阻止フィルタ１７ｂ、光分波器（ハーフ
ミラー等）１８、非円偏光検出用受光手段１９から構成
される。円偏光生成用フィルタ１７ａは、投光手段５か
らの投光を円偏光するものであり、投光手段５側から順
に直線偏光板及びλ／４波長板から成る。光分波器１８
は、被検出物体３からの反射光の光路中でビームスプリ
ッタ６よりも手前に挿入されている。円偏光阻止フィル
タ１７ｂは、光分波器１８により分光された光路中で、
非円偏光検出用受光手段１９の手前に挿入され、円偏光
の通過を阻止するものであり、光分波器１８側から順に
λ／４波長板及び直線偏光板から成る。

【００２０】上記の構成において、被検出物体３に投光
される光は円偏光となるが、円偏光は、Ｐ波成分及びＳ
波成分を均等に含んでいるので、上記図１又は図２に示
すセンサと同等の、各偏光成分の光を受光する受光素子
７，８の検出出力でもって、被検出物体３の表面状態を
検出することができる。いま、被検出物体３の表面が拡
散面である場合は、反射光の偏光成分は保存されずラン
ダムとなるので、その光は円偏光阻止フィルタ１７ｂを
通過して非円偏光検出用受光手段１９に入光する。とこ
ろが、被検出物体３が鏡面であって全反射する場合に
は、反射光には偏光成分が保存されるため、円偏光阻止
フィルタ１７ｂでその通過が阻止され、非円偏光用受光
手段１９には入光しない。このような作用の相違がある
ことから、円偏光させた光を用い、かつ非円偏光検出用
受光手段１９を併用することで、被検出物体３の表面状
態が、拡散面か透明体か鏡面かを確実に判別することが
できる。なお、図７に示すセンサを単独で用いても、被
検出物が等方性媒質である場合には、被検出物体の表面
が拡散面であるか透明であるか鏡面であるかの判別が可
能である（請求項２に相当）。

【００２１】さらに、他の実施の形態によるセンサ構成
を図８に示す。同図においても１組のセンサのみを示し
ており、上述のようなセンサと組み合わせて使用され
る。このセンサ１は、投光手段５からの投光光路及び被
検出物体３からの反射光の光路中に位置するように、円
偏光の生成及び阻止の機能を持つ１／４λ波長板２１
と、直線偏光板２０の一枚の複合板が挿入されている。
投光手段５側に直線偏光板２０、その後に１／４λ波長
板２１が配置される。

【００２２】このような複合板を用いることにより、被
検出物体３への投光は円偏光されたものとなり、被検出
物体３が鏡面であれば、偏光が保存されたまま反射され
るので、その反射光は複合板で阻止され、受光手段７，
８への入光がなくなるのに対して、被検出物体３が拡散
面であれば、受光手段７，８への入光は直線偏光成分の
みとなる。このような作用の違いにより、鏡面反射の影
響を排除して、確実に被検出物体３の表面状態を判別す
ることができる。また、この実施の形態では、１枚の複
合板を投光側と受光側とで共用しており構成が簡単にな
る。

【００２３】また、被検出物体の例として、近年、高額
なチケットや紙幣、有価証券等の紙葉類に、偽造防止の
目的で、金属箔や樹脂テープ等をすき込んだもの、いわ
ゆるセキュリティスレッドを設けたものが出現しつつあ
るが、上記のような表面状態検出装置を用いれば、被検
出物体が紙に印刷されたものであるか、金属であるか、
樹脂であるかの識別が可能となる。さらにまた、被検出
物体が樹脂材質でなるチケット等である場合には、チケ
ットの種類に応じて、光学的異方性を持つ樹脂で、その
主軸の方向を特定の方向に決めておけば、目視では透明
に見えても、本発明の表面状態検出装置を用いて読み取
れば、その方向性を識別することができ、より高度なセ
キュリティを与えることができる。図９は、被検出物体
３がキャッシュカードであって、同カードを読み取り現
金を入出金できるＡＴＭ装置３１（検査装置）を示す
（請求項４に相当）。ＡＴＭ装置３１のカード挿入口３
２の内方には、本発明の表面状態検出装置１が搭載され
ていて、キャッシュカードの表面状態を読み取り、その
真偽を確認することができる。

【００２４】上記各実施の形態では、主として反射光を
用いた場合を説明したが、図１０に示すように、投光手
段５と受光手段７，８を被検出物体３に対して相対して
設け、同物体３の透過光でもって、物体３の性質を特定
することも可能である。図１１は、入射角に対する透過
光と反射光の光量の関係（添字のＰはＰ波、ＳはＳ波）
を示し、このような関係にあることから、図１０に示し
たように、物体３に対して光を斜めに入光させて、各受
光手段７，８により得られた出力を演算すれば、物体３
の性質を判別することができる。なお、図１０では１組
のセンサのみを示しているが、このように物体に光を透
過させる場合においても、反射光を用いる場合と同様
に、複数組のセンサを互いに角度を持たせて配置するこ
とにより、媒体の種類や異方性の方向を検出することが
できる。

【００２５】なお、上記実施の形態では、２組のセンサ
の場合を説明したが、３組以上のセンサを組み合わせた
ものであってもよく、また、異なる２つ以上の偏光成分
の光を投光し、異なる２つ以上の偏光成分を検出して被
検出物体を特定するようなものであってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
互いに所定の角度をもって配置した少なくとも２組のセ
ンサにより、被検出物体の表面による反射光、又は、物
体を透過した光を偏光成分毎に受光し、偏光成分毎の受
光信号から当該物体の表面状態を判断するので、被検出
物体の光学特性が非対称で方向性を持ち、かつ、方向性
を持つ軸がいかなる向きであっても、その表面状態を確
実に検出することができる。それ故、表面に光学特性が
非対称なもの、例えばセロハンテープ等が貼付けられて
いる場合において、セロハンテープの貼付方向がいかな
る向きであっても、確実に貼付の有無を検出することが
可能である。さらには、２組のセンサからの出力の比
較、演算方法を変えることによって、被検出物体の表面
状態だけでなく、透明物体であるとき、その内部の境界
面の状態、例えば、セロハンテープと被貼付物の密着状
態などを検出することも可能である。

【００２７】また、請求項２の発明によれば、被検出物
体からの反射光又は透過光を偏光成分毎に受光する受光
手段の他に非円偏光受光手段及び偏光受光手段を併用し
ているので、被検出物体が鏡面のように全反射するもの
である場合と拡散面である場合とで作用が異なることを
利用して、被検出物体が鏡面であるか拡散面であるかを
検出することができる。

【００２８】また、請求項３の発明によれば、上記請求
項１の発明の効果に加えて、請求項２の効果が併せて得
られる。

【００２９】また、請求項４の発明によれば、紙葉類の
物体表面に樹脂が貼り付けられ、その光学異方軸が特定
方向に決められているような場合に、物体の表面状態を
検出して、当該物体の真偽を検出することができ、紙葉
類の偽造防止に対して高度なセキュリティを補填するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の物体の表面状態検出装置の基本構成を
示す平面透視図である。

【図２】本発明の一実施の形態による表面状態検出装置
における１組のセンサ構成を示す図である。

【図３】同装置における受光手段による検出信号の処理
回路図である。

【図４】テープの貼付状態を検出する場合を説明するた
めの図である。

【図５】被検出物体の表面が散乱反射性で等方性を持っ
ている場合と等方性がない場合との作用を説明するため
の図である。

【図６】各センサの信号出力から被検出物体の表面状態
を判別するための図である。

【図７】１組のセンサに代替えされるセンサの構成図で
ある。

【図８】他の実施の形態によるセンサの構成図である。

【図９】ＡＴＭ装置（検査装置）の外観図である。

【図１０】被検出物体の透過光でもって検出する場合の
センサの構成図である。

【図１１】入射角に対する透過光と反射光の光量の関係
を示す図である。

【符号の説明】

１物体の表面状態検出装置３被検出物体５，５ａ，５ｂ投光手段６，６ａ，６ｂビームスプリッタ７，７ａ，７ｂ受光手段８，８ａ，８ｂ受光手段１７ａ円偏光生成用フィルタ１７ｂ円偏光阻止フィルタ１８光分波器１９非円偏光検出用受光手段３１ＡＴＭ装置（検査装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出物体による反射光又は透過光の偏
光成分変化を検出することにより当該物体の表面状態を
検出する物体の表面状態検出装置において、投光手段と、この投光手段による投光の物体表面による
反射光、又は、物体を透過した光を偏光成分毎に受光す
る受光手段とからなるセンサを少なくとも２組備え、これらのセンサを互いに所定の角度をもって配置し、各受光手段による偏光成分毎の受光信号に基いて被検出
物体の表面状態を判断することを特徴とする物体の表面
状態検出装置。
【請求項２】被検出物体による反射光又は透過光の偏
光成分変化を検出することにより当該物体の表面状態を
検出する物体の表面状態検出装置において、円偏光された光を投光する投光手段と、前記投光手段による投光の物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光の非円偏光を受光する非円偏光受
光手段と、前記投光手段による投光の物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光を各偏光成分の光に分離する偏光
分離手段と、前記偏光分離手段により分離された各成分の光を各々受
光する偏光受光手段とを備え、前記非円偏光受光手段及び前記偏光受光手段による受光
信号に基いて被検出物体の表面状態を判断することを特
徴とする物体の表面状態検出装置。
【請求項３】前記２組のセンサの少なくとも１組のセ
ンサが、円偏光された光を投光する投光手段と、前記投光手段による投光の物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光の非円偏光を受光する非円偏光受
光手段と、前記投光手段による投光の物体表面による反射光、又
は、物体を透過した光を各偏光成分の光に分離する偏光
分離手段と、前記偏光分離手段により分離された各成分の光を各々受
光する偏光受光手段とを備えていることを特徴とする請
求項１に記載の物体の表面状態検出装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の物体の表面状態検出装置が用いられ、当該装置による
被検出物体が光学的特性の付与された物体であり、該物
体の表面状態の検出結果に基づき該物体の真偽を検査す
ることを特徴とする物体の検査装置。