JPH09237362A

JPH09237362A - 静電容量センサ及び紙幣識別装置

Info

Publication number: JPH09237362A
Application number: JP6746596A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kanzaki; 裕行神▼崎▲; Hirokazu Yamada; 宏和山田
Original assignee: Glory Ltd
Current assignee: Glory Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP3657342B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、小型、高感度で実装調整作
業の容易な紙葉識別用静電容量センサを提供することに
ある。【解決手段】紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又
は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面
上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組前
記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直方
体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発振
出力でドライブすることにより上記課題は達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、紙葉類の特徴抽
出に用いられる静電容量センサ及び紙幣識別装置の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙幣や有価証券、キャッシュカード、小
切手等の紙葉類の偽造を防止するため、紙と紙との間に
金属やプラスチックを入れたいわゆるスレッド内蔵紙葉
類が欧州等で使用されている。これらの紙葉類では、ス
レッドの有無を検出することにより、真券と偽造券との
判定を行なっているが、この真偽判定を自動的に行なう
装置として、磁気センサを用いたものや、特開平４−５
４６９３号公報に記載された静電センサを用いたものが
知られている。かかる従来の静電センサを用いたメタル
スレッドの検出装置の構成例を図１０に基づいて説明す
ると、スレッド検出装置は電極検出部１０ａ，１０ｂ
と、静電センサ回路１２と、ＡＤ変換手段１４と、スレ
ッド判定回路１６とから成り、電極検出部１０ａ，１０
ｂは、導体板や導体針から成る検出電極８と、導体板の
接地電極６とから成り、接地電極６と検出電極８はスレ
ッド４を内蔵する紙葉２の通過経路を挟んで上下位置
に、つまり、紙葉２の通過間隙を介して対向配置されて
いた。尚、この明細書では「紙葉類」は紙幣ばかりでな
く、小切手、切符、手形等の有価証券を含み、また紙幣
の「紙」もパルプばかりでなくプラスチック等のフイル
ムを含む広い概念で使用されている。

【０００３】このような構成において、紙葉２が電極検
出部１０を通過する場合、スレッド４がない紙葉の部分
が検出電極８と接地電極６との間を通過する時よりも、
スレッド４の部分が通過する時は、電極６−８間の誘電
率が大きく変化し、スレッド４の部分で電極容量の変化
が大きく現れ、この静電容量の変化に対応する信号が静
電センサ回路１２で検出され、ＡＤ変換手段１４を介し
てスレッド判定回路１６に入力され、スレッドの有無が
判定されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のスレッド
検出装置においては、紙幣全体を覆うように静電センサ
用電極を通路の上下に設けて紙幣の何れの箇所にスレッ
ドが存在していても検出しようとしていた。従って、セ
ンサ部が大型化し、センサ感度が低下するのでセンサ部
の取り付け調整や、センサの交換に非常に時間がかかる
といった問題点があった。また、ＵＳドル等の限られた
紙幣を取扱う場合には、予めスレッドの位置が判明して
いるので、該当箇所にスレッドがあるか否かの判定を行
なうのみで、スレッドの有無判定は実行できる。更に、
金属スレッドのみならず、例えば、重送検知、テープの
有無等を検出する場合には紙葉の通路全面に電極を向か
い合わせて配設し、その間に媒体を通過させるといった
ことを行なわなくても片面をスポット的に高感度で検出
できるセンサがあれば検出処理が実行できる。この発明
は上述のような事情からなされたものであり、この発明
の目的は、センサの取り付け調整や交換調整等の実装作
業が容易な、小型高感度の静電容量センサ及び紙幣識別
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、静電容量セ
ンサに関し、この発明の上記目的は、紙葉類の通過経路
に、前記紙葉類の表又は裏面に接近させて、コンデンサ
部を構成する同一平面上に並べた検出電極及び接地電極
板を少なくとも１組、前記紙葉類の短辺よりも短い辺で
検出面が構成された直方体形状容器の上面に配置し、こ
の電極板間を所定の発振出力でドライブすることによっ
て達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明の紙葉類の静電容量セン
サの一実施例を図面を参照して説明する。先ず、図１０
に対応させて示す図１（Ａ），（Ｂ）はこの発明の静電
容量センサ１００の一構成例を示す図であり、スレッド
４を内蔵した紙葉２の長手方向搬送用通過経路１８に、
図１（Ｃ）のような検出電極板８及び接地電極板６から
成る同一平面上に並べたコンデンサ部Ｃ８６が紙葉２の
表面又は裏面に接する札押え又は押圧用ローラ１１０に
より押さえられた状態で搬送され、コンデンサ部Ｃ８６
の容量変化が静電センサ回路１２の同調回路に入力さ
れ、その検波出力がＡＤ変換手段１４を介してマイクロ
プロセッサ等を内蔵した紙葉判定回路１６に入力され、
紙葉の枚数、スレッドの有無、真券／コピー等が判定さ
れて外部に出力されるようになっている。

【０００７】しかして、静電センサ回路１２は、図２に
示すようにバリキャップの容量制御による感度調整制御
用電圧Ｖｂａ１を入力するバッファ３２ａ１と高周波バ
イアス用電圧Ｖｂａ２２を入力するバッファ３２ａと、
インダクタンス素子Ｌ及びコンデンサ部Ｃ８６、バリキ
ャップＶＣ１，ＶＣ２で構成された同調回路（検出部／
検出ヘッド）３０と、同調回路３０の検出出力の増幅及
びインピーダンス変換を行う増幅器３４とで構成されて
おり、その出力ＶＱはダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、コン
デンサＣ１から成る検波回路３６により検波・平滑化さ
れ、増幅器３８により増幅され、更に電子的可変抵抗器
（ＶＣＡ）等で構成された振幅制御手段４２により所定
の振幅に変換され、ＡＤ変換手段１４によりデジタル化
されてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を内蔵した紙幣
判定回路１６に入力されるようになっている。更に、紙
葉判定回路１６は、ＤＡ変換手段１８を介して、制御電
圧Ｖｂａ１により、バリキャップＶＣ１，ＶＣ２等の容
量を所望の共振特性が得られるように調整すると共に、
電圧制御発振回路２２及びローパスフィルタ２４で構成
された高周波バイアス発生手段２０で生成される制御電
圧Ｖｂａ２２により発振周波数を調整するようになって
いる。また、紙葉判定回路１６、検波手段４０、ＡＤ変
換手段１４、ＤＡ変換手段１８、高周波バイアス発生手
段２０等は全体が静電データ処理部１２０としてＡＳＩ
Ｃ又はハイブリットＩＣにまとめられて小型化され、図
１（Ｂ）に示すようにセンサケース１００の内部に内蔵
されるようになっている。また、静電センサ回路１２は
単独でセンサケース１００の内部に収納することも可能
であり、この場合にはアナログ出力ＶＱがマルチプレク
サ等を介してＡＤ変換手段１４を内蔵した静電データ処
理部１２０に入力されるようになっている。更に、静電
データ処理部１２０には記憶手段６２を設けることも可
能であり、記憶手段６２にはＡ／Ｄ変換手段１４の出力
データが格納され、その出力はＡ／Ｄ変換手段１４、１
４ｂ〜１４ｅの出力と共に紙葉判定回路１６により、相
互に比較、減算、加算、乗除算等が実行され、紙葉の枚
数、スレッドの有無、真券／コピー券等の判定が実行さ
れるようになっている。尚、上述のコンデンサ部Ｃ８６
は、図３（Ａ）又は（Ｂ）に示すようなパターンでコン
デンサ基板７に形成することが好ましく、基盤材質は吸
湿性の少ないガラスエポキシ基板が望ましい。又、高周
波発振回路２２は特別に設けることはなく、上述の範囲
の周波数の場合には、マイクロプロセッサの基本クロッ
クを分周して生成することも可能であり、本発明におい
ては３００ＫＨｚ前後の発振周波数を用いている。ま
た、図４はこの発明の静電容量センサ１００の外形図で
あり、静電センサ回路１２がケースの頭頂部に埋設され
ると共に、静電データ処理部１２０がハイブリッドＩＣ
化されており、コネクタ１０２を介して外部と信号の送
受信が実行できるようになっているので、コンパクトか
つ取付／調整の容易な構造となっている。更に、静電容
量センサ１００の電極、絶縁部及びシールドケースの材
料としては、先ず電極材料として、セラミックス又はガ
ラスエポキシ基板上の銅箔のパターンを設けたもの、又
は、後述の絶縁体材料によって絶縁されたＳＵＳ電極
等、又はある程度機械的強度があり、且つ耐食性の良い
金属が好ましい。また絶縁体材料としては電極をインサ
ート出来て機械的強度の優れた樹脂材が好ましく、フェ
ノール、ジアリルフタレート、またはアクリルの樹脂等
がある。更に、シールドケース材としては深絞り可能な
真鍮や鉄及び純鉄板等が好ましい。また、電極板の大き
さは紙葉類の短辺よりも短い矩形形状が好ましく、図４
には一例として矩形の長辺が２０ｍｍ、短辺が１５ｍｍ
のものを示した。

【０００８】かかる構成において、その動作を次に説明
する。先ず、紙葉判定回路１６による静電センサ回路１
２の調整時には、紙葉類を搬送しない状態で、同調回路
３０に所定の減衰量が得られるようにバリキャップの制
御電圧Ｖｂａ１が制御され、高周波バイアス発生手段２
０から高周波バイアスＶｂａ２２が印加される。一方、
同調回路３０の出力は増幅器３４を介して検波手段４０
に入力され、その検波出力は振幅制御手段４２により所
定の振幅範囲に収まるように増加率が調整された後、Ａ
Ｄ変換手段１４によりデジタル化されて、紙葉判定回路
１６に入力される。かくして、同調回路３０の調整作業
が終了すると、紙葉判定回路１６は紙葉２が電極８−６
間を搬送される間に発生する同調回路３０のインピーダ
ンス変化を検出して、紙葉の枚数チェックテープの有
無、スレッドの有無、静電パターン信号処理による金種
／入力方向の判定、真券／コピー券の判定、インクの模
様の違い等の紙葉判定処理を実行する。この紙葉判定処
理を図５乃至図７を参照して更に詳しく説明すると、同
調回路３０のコンデンサ部を構成する電極板８−６の間
には、通常、図５（Ａ）に示すような電界が形成され、
これらは図５（Ｃ）に示すようにコンデンサＣ８６と共
振感度調整回路４０のバリキャップＣＶＰとが信号源に
対して並列に挿入されている場合と等価なので、その等
価回路を示すと図５（Ｂ）のようになる。従って、この
同調回路の共振周波数は次式で表される。

【０００９】

【数１】ｆｒ＝１／２π√（Ｌ＊（（Ｃ８６＋ＣＶＰ）
＋△Ｃ））但しＬ：インダクタンス素子ＬのインダクタンスＣ８６：電極板コンデンサの容量ＣＶＰ：バリキャップの容量 △Ｃ：紙葉及びスレッドの移動により生じる変化容量

【００１０】数１において、△Ｃは紙葉の移動により生
じる容量変化成分であり、紙葉がないアイドル状態では
△Ｃ＝０、スレッドのない紙葉の場合には△Ｃ＝△Ｃ
１，スレドを内蔵した紙葉の場合には△Ｃ＝△Ｃ２とな
り、一般に△Ｃ１＜△Ｃ２である。しかして、紙葉２が
コンデンサ部Ｃ８６短手方向に進入する場合、図６
（Ａ）に示すように、静電容量センサ１００及び紙葉２
を配置して搬送すると、図６（Ｂ）のような波形が得ら
れ、紙葉が１枚か２枚重なっているか容易に判定できる
ことが判った。また、図６（Ｃ）に示すように紙葉２を
長手方向に搬送すると、図６（Ｄ）のような出力波形が
得られた。更に、スレッドを内蔵した紙葉の場合、静電
センサ回路１２の出力波形は図６（Ｆ）に示すような急
峻なパルス波形出力が観測された。これらの波形は、電
極面積が図１０に示すような従来の静電センサ電極に比
較すると大幅に縮小、小型化されているので、非常に感
度が高いものである。又、図７（Ａ）には、スレッドを
含むイタリアリラ紙幣の走査波形例を、図７（Ｂ）には
ＵＳドル紙幣の走査波形例を、図７（Ｃ）にはスレッド
を含むスイスフラン紙幣の走査波形例を示す。かかる構
成の静電検知コンデンサを有する静電センサ回路１２の
場合には、その出力波形をＡＤ変換手段１４によりデジ
タル化し、紙幣判定回路１６により、所定の許容設定範
囲内に出力レベルがあればスレッド有りと判定し、上記
許容設定範囲外であればスレッド無しと判定してそれぞ
れ外部に出力することが、容易かつ正確／安定的に実行
できることは、図６（Ｆ）、図７（Ａ）及び図７（Ｃ）
の波形形状から明らかである。また、静電センサ回路１
２の出力をＡＤ変換した後、その平均レベル又は移動平
均処理等を実行することにより演算し、紙葉判定回路１
６により、紙葉が１枚で搬送されたか、２枚で搬送され
たか判定することも容易に実現できることは、図６
（Ｂ）又は図６（Ｄ）の波形から明らかである。尚、上
述のＡＤ変換手段１４及び紙葉判定回路１６は、アナロ
グ比較器等を利用したアナログ回路で全てを構成するこ
とも可能であることは当業者に明らかである。

【００１１】図６に対応させて示す図８は、この発明の
静電容量センサ１００のまた別の応用例を示すものであ
り、図１及び図２に示した構成の装置により、紙葉の真
券／コピー券の判定を行なうようにしたものである。図
２の回路構成において、静電センサ回路１２の出力は、
ＡＤ変換手段１４を介してデジタル化された後、真券の
ティーチングの場合には図８（Ｂ）又は（Ｅ）に示すよ
うな出力波形が記憶手段６２に書き込まれる。また、正
偽判定の場合にはＡＤ変換手段１４の出力は上述の記憶
手段６２に格納した波形と同期をとりながら紙葉判定回
路１６に入力され、これらの波形が一致するか否か差演
算、相関演算等により一致度が判定され、真券／コピー
券等が判定される。尚、図８（Ｂ）又は（Ｅ）の真券と
図８（Ｃ）又は（Ｆ）のコピー券とでは全体の形状が大
きく異なっているので、本発明の静電容量センサにより
容易にコピー券を検出することが可能となる。

【００１２】図２に対応させて示す図９はこの発明の紙
葉識別装置のまた別の一構成例を示す図であり、それぞ
れ同一の番号を付した装置は同一の機能を果たすと共
に、紙葉２に対し、本発明の静電容量センサ１００ａ〜
１００ｅを複数個並列に配設し、各静電センサ回路１２
ａ〜１２ｅの出力を静電データ処理部１２０ａに入力し
て振幅制御手段４２ａ〜４２ｅにより所定の振幅信号に
変換した後、マルチプレクサ４４で入力を順次切替え、
ＡＤ変換手段１４で高速にデジタル信号に変換した後、
ＭＰＵ等を内蔵した演算処理回路６０で差演算、相関演
算等の演算処理を実行し、紙葉枚数の判定、テープの有
無検出、スレッドの有無検出、紙葉の表面又は裏面の局
所識別マークの判定、静電印刷模様のチェック、インク
の模様の違い、紙葉の走査方向検出等を確実に容易に実
行できるようにしたものである。また、静電センサ回路
１２ａ〜１２ｅの同調回路３０ａ〜３０ｅの調整を行う
ため、ＤＡ変換手段１８の出力をサンプルホールド手段
７０ａ１〜７０ｅ１及びサンプルホールド手段７０ａ２
〜７０ｅ２に保持し、更にサンプルホールド手段７０ａ
２〜７０ｅ２の出力は高周波バイアス発生手段２０ａ〜
２０ｅを介して各静電センサ回路１２ａ〜１２ｅに供給
されるようになっている。尚、上述のサンプルホールド
手段はＤＡ変換手段１８の内部に内蔵させることも可能
である。かかる構成において、図１０（Ａ）はこの発明
の静電容量センサ１００ａ及び１００ｂを紙葉２に対し
２個並列に配設し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｂの出
力をそれぞれ静電容量センサ１００ａ内に設けられたＡ
Ｄ変換手段１４によりデジタル化した後演算処理回路６
０に入力し、静電センサ回路１２ａ，１２ｂの出力を相
互に比較してスレッドの有無等を判定するようにしたも
のである。かかる構成の静電容量センサを複数使用した
紙葉識別装置では単独の静電容量センサを使用した装置
と比較し、センサ自身及びセンサと移動する紙葉との間
に介在するバックグランドノイズを除去し易く、より確
実な紙葉枚数の判定、スレッドの有無検出、紙葉の表又
は裏面に施された局所識別マークの判定、真券／コピー
券の判定、テープの有無判定等が確実に実施できる。

【００１３】図１０（Ａ）に対応させて示す図１０
（Ｂ）はこの発明の紙葉識別装置の更にまた別の構成例
を示す図であり、それぞれ同一の番号を付した装置は同
一の機能を果たすと共に、図１０（Ｂ）では紙葉２に対
し本発明の静電容量センサ１００ａ〜１００ｄを４個、
分散配置し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｄの出力をそ
れぞれ静電容量センサ１００ａ内に設けられたＡＤ変換
手段１４によりデジタル化した後、演算処理回路６０に
入力し、静電センサ回路１２ａ〜１２ｄの出力を相互に
比較してスレッドの有無検出、テープの有無検出、紙葉
枚数の判定、紙葉の局所識別マークの判定等を実行する
ようにしたものである。尚、図１０（Ａ），（Ｂ）のブ
ロック構成では図９に示す静電容量センサ１００ａ内の
静電データ処理部１２０ａに設けられているＡＤ変換手
段１４及び演算処理回路６０により紙葉の枚数等を判定
し、図２に示す紙葉判定回路１６は使用しない。但し、
演算処理回路６０はマイクロプロセッサ等を内蔵するこ
とにより容易に紙葉判定回路１６の機能動作を実現でき
るので、図１０（Ａ）の静電センサ回路１２ａの出力又
は図１０（Ｂ）の静電センサ回路１２ｃ，１２ｄ等の出
力を処理することにより上述と同様に紙葉枚数の判定を
実現することができる。また、図１０（Ｂ）のように４
箇所のセンサ出力を相互比較することにより、信頼性の
高いより安定した判定処理を実現することができる。ま
た、静電容量センサ１００ａと１００ｂ，１００ｃ，１
００ｄ等との相互接続線数を削減するためには静電容量
センサ１００ｂ〜１００ｄの出力はアナログ出力とする
のが好ましい。更にまた、図８に示した波形のように真
券の静電センサ出力波形を記憶手段６２等に予め記憶し
ておくと、真券／コピー券の判定も上述と同様に実行す
ることができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の静電容
量センサ及び紙葉識別装置によれば、センサ及び装置を
大幅に小型化でき、紙葉の誘電率変化を局所的に感度良
く検出することができる。すなわち、小型化することに
より、取付調整作業や保守交換作業等の実装作業が簡単
かつ安定的に実行されると共に、高感度化が計られ紙葉
の枚数チェック、スレッド及びテープの有無チェックも
容易に実行できる。更に、センサ内に記憶手段を内蔵す
ると真券／コピー券の判定も可能となり、複数のセンサ
を分散配置して相互にセンサ出力を比較すると、バック
グランドノイズも容易にキャンセルでき、一段と信頼性
の高いセンサ／装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の静電容量センサの一実施構成例を示
す図である。

【図２】その電気的回路構成の一例を示す図である。

【図３】この発明の静電検知コンデンサ用電極パターン
の一例である。

【図４】この発明の静電容量センサの実装の一例を示す
図である。

【図５】この発明の静電検知コンデンサの電界分布及び
その等価回路を示す図である。

【図６】紙葉を短手／長手方向に搬送した時の静電セン
サの出力波形例である。

【図７】実際の紙幣を搬送したときの静電センサの出力
波形例である。

【図８】この発明のセンサを真券及びこれに対応したコ
ピー券検出に用いた場合の波形例を示す図である。

【図９】この発明の静電容量センサを複数配設した場合
のシステム構成の一例を示すブロック図である。

【図１０】この発明のセンサを複数個分散配設した実施
例を示す図である。

【図１１】従来の静電容量センサの一実施例を示す図で
ある。

【符号の説明】

２紙葉４スレッド６接地電極板７基板８検出電極板１２静電センサ回路１４ＡＤ変換手段１６紙葉判定回路１８ＤＡ変換手段２０高周波バイアス発生手段３０同調回路（検出部／検出ヘッド）４０検波手段４２振幅制御手段４４マルチプレクサ６２記憶手段７０ａ１〜７０ｅ２サンプルホールド手段１００静電容量センサ１０２コネクタ１２０，１２０ａ静電データ処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又
は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面
上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、
前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直
方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発
振出力でドライブするようにしたことを特徴とする静電
容量センサ。
【請求項２】前記容器内部に発振部及び信号処理部を
内蔵させた請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又
は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面
上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、
前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直
方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発
振出力でドライブするようにした静電容量センサを設
け、この静電容量センサからの信号を分析して前記紙葉
類の枚数金属スレッドの有無又は、テープの有無又はイ
ンクの模様の違い又は紙葉の走査方向を検出するように
したことを特徴とする紙幣識別装置。
【請求項４】紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又
は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面
上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、
前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直
方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発
振出力でドライブするようにした静電容量センサを設
け、この静電容量センサからの信号を分析して前記紙葉
類に含まれるスレッドの有無を検出するようにしたこと
を特徴とする紙幣識別装置。
【請求項５】紙葉類の通過経路に、前記紙葉類の表又
は裏面に接近させて、コンデンサ部を構成する同一平面
上に並べた検出電極及び接地電極板を少なくとも１組、
前記紙葉類の短辺よりも短い辺で検出面が構成された直
方体形状容器の上面に配置し、この電極板間を所定の発
振出力でドライブするようにした静電容量センサを複数
個設け、これら静電容量センサからの信号を演算処理し
て前記紙葉類の特徴抽出を実行するようにしたことを特
徴とする紙幣識別装置。