KR101396282B1

KR101396282B1 - 이미징 유닛 및 주화 식별 장치

Info

Publication number: KR101396282B1
Application number: KR1020120031135A
Authority: KR
Inventors: 나오후미 미루마치; 마사오 모리; 마사타카 다카하시
Original assignee: 로렐세이키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-05-16
Also published as: KR20120112110A; TWI453699B; CN102737434A; EP2506223B1; JP2012212221A; EP2506223A1; US8561776B2; TW201246133A; US20120247918A1

Abstract

이미징 유닛은 표면 상에 요철 패턴을 가지는 대상을 이미지화한다. 상기 이미징 유닛은 상기 대상의 표면을 비추는 일정한 출력의 조명광을 방출하는 표면 광원; 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광을 수광하는 이미저; 및 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광과 상기 이미저 상에 입사되는 반사광이 서로 교차하는 위치에 배치되는 빔 스플리터를 포함한다. 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 대상 상에 입사한다. 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 이미저 상에 입사한다. 상기 대상의 표면 상에 입사한 상기 조명광은 상기 대상의 표면 상에 수직으로 입사하는 평행광, 및 확산광을 포함한다.

Description

이미징 유닛 및 주화 식별 장치 {IMAGING UNIT AND COIN IDENTIFYING APPARATUS}

본 발명의 이미징 유닛 및 주화 식별 장치에 관한 것이다.

본 출원은 2011년 3월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2011-076340호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 출원의 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

주화의 표면을 이미지지화하여 취득된 이미지에 나타나는 주화 표면의 요철 패턴(unevenness pattern)으로 주화를 식별하는 주화 식별 장치가 알려져 있다. 이런 종류의 주화 식별 장치는 운반 경로 상에 복수의 주화를 연속하여 운반하고, 주화가 운반 경로 상에 설치되어 있는 이미징 위치(imaging location)를 지날 때, 그 주화를 이미징 유닛으로 이미지화한다. 이 이미징 유닛은 주화 표면을 비추는 조명광을 방출하는 광원, 및 주화 표면에 의해 반사되는 반사광을 수광하는 이미저(imager)를 포함한다(예를 들면, 일본 특허공개공보 H09-319911(이하, 특허문헌 1) 및 일본 특허공개공보 H06-150104(이하, 특허문헌 2) 참조).

특허문헌 1에 개시된 이미징 유닛에서는, 광원이 주화 표면의 법선 방향(normal direction)으로부터 떨어져 배치되고, 이미저는 주화 표면의 법선 방향에 배치되어 있다. 광원으로부터 방출되는 조명광은 주화 표면에 비스듬히 입사되고, 이미저는 주로 주화 표면의 요철 패턴의 에지 부분(edge portion)에 의해 반사되는 반사광을 수광한다. 콘트라스트(contrast)는 이 이미징 유닛에 의해 취득된 이미지에서 주화 표면의 요철 패턴의 에지 부분과 나머지 부분 사이에 생성된다. 그러나, 이 이미징 유닛은 주화 표면의 요철 패턴의 에지 부분에서 반사된 반사광을 이미징 유닛에 의해 수광하기 때문에, 주화 표면의 오손 상태(defaced state) 및 색상을 검출하는 것이 곤란하다.

특허문헌 2에 개시된 이미징 유닛에서는, 광원으로 평행광(pararell light)을 방출하는 표면 광원을 사용한다. 이 표면 광원은 주화 표면의 법선 방향으로 배치되어 있다. 표면 광원과 주화 사이에는 하프 미러(half mirror)가 배치되어 있다. 주화 표면의 법선 방향으로 진행하고 하프 미러에 의해 반사되는 광빔의 광 경로에 이미저가 배치되어 있다. 표면 광원으로부터 방출되는 조명광(평행광)은 하프 미러를 지나 주화 표면 상에 수직으로 입사한다. 이미저는 주로 요철 패턴의 에지 부분을 제외한 주화 표면에 의해 반사는 되고, 하프 미러에 의해 반사되는 반사광을 수광한다. 콘트라스트는 이 이미징 유닛에 의해 취득 이미지에서 주화 표면의 요철 패턴의 에지 부분과 다른 부분 사이에서 생성된다. 또한, 이 이미징 유닛으로는 주화의 오손 상태 및 색상을 검출할 수도 있다.

그러나, 특허문헌 1 및 2에 개시된 이미징 유닛에서는, 주화 표면이 심하게 오손되거나, 또는 주화 표면이 확산 표면인 경우에, 주화 표면의 휘도(brightness)는 전반적으로 불충분하다. 그 결과, 취득된 이미지에서 요철 표면의 에지 부분과 주화의 다른 부분 사이의 콘트라스트는 뚜렷하지 않게 되어, 때로는 식별이 불가능할 수 있다. 이러한 경우의 해결책으로, 주화 표면의 특질에 따라 광원의 출력을 조절하는 것은 복수의 주화를 연속하여 이미지화하는 주화 식별 장치의 식별 처리 속도를 떨어뜨리게 된다.

본 발명의 목적은, 광원의 출력을 일정하게 유지하면서 대상(subject)의 표면의 특질에 의해 영향을 받지 않고 대상의 표면의 요철 패턴을 용이하게 포착할 수 있는 이미징 유닛을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 뛰어난 식별 처리 속도를 가지는 주화 식별 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이미징 유닛은 표면 상에 요철 패턴을 가지는 대상을 이미지화한다. 상기 이미징 유닛은, 상기 대상의 표면을 비추는 일정한 출력의 조명광을 방출하는 표면 광원; 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광을 수광하는 이미저; 및 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광과 상기 이미저 상에 입사되는 반사광이 서로 교차하는 위치에 배치되는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함한다. 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 대상의 표면 상에 입사한다. 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 이미저 상에 입사한다. 상기 대상의 표면 상에 입사한 상기 조명광은 상기 대상의 표면 상에 수직으로 입사하는 평행광, 및 확산광(diffused light)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 주화 식별 장치는, 주화를 운반하는 운반 유닛; 상기 운반 유닛에 의해 운반되는 주화의 표면을 이미지화하는 전술한 이미징 유닛; 및 상기 이미징 유닛에 의해 취득된 이미지에 기초하여 상기 주화를 식별하는 식별 유닛을 포함한다.

본 발명에 따르면, 이미징 유닛은 평행광과 확산광을 포함하는 조명광을 대상의 표면에 대해 방출한다. 대상의 표면 전체의 휘도는 확산광에 의해 보장되므로, 대상의 표면의 요철 패턴의 에지 부분과 평행광에 의해 생성되는 기판 표면의 다른 부분의 콘트라스트는 뚜렷하다. 따라서, 광원의 출력을 일정하게 유지하면서, 대상의 표면의 특질에 의해 영향을 받지 않고 대상의 표면의 요철 패턴을 용이하게 포착할 수 있다. 또한, 상기한 이미징 유닛을 포함하는 주화 식별 장치에 따르면, 식별 처리 속도를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 주화 식별 장치의 일례를 나타낸다.
도 2는 도 1의 주화 식별 장치의 식별 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 이미징 유닛의 일례로, 도 1의 주화 식별 장치의 이미징 유닛을 나타낸다.
도 4는 도 3의 이미징 유닛의 표면 광원의 일례를 나타낸다.
도 5는 주화의 표면에 입사하는 조명광, 및 주화의 표면에 의해 반사되는 반사광을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 3의 이미징 유닛의 변경예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 이미징 유닛의 다른 예를 나타낸다.
도 8a는 주화의 표면을 이미지화하여 얻은 이미지의 제1 휘도 분포를 나타낸다.
도 8b는 주화의 표면을 이미지화하여 얻은 이미지의 제2 휘도 분포를 나타낸다.
도 8c는 주화의 표면을 이미지화하여 얻은 이미지의 제3 휘도 분포를 나타낸다.
도 8d는 주화의 표면을 이미지화하여 얻은 이미지의 제4 휘도 분포를 나타낸다.
도 9는 도 8a 내지 도 8d의 휘도 분포를 가지는 이미지를 이미지화한 때 조명광의 조도 분포(illuminance distribution)를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주화 식별 장치의 일례를 나타낸다. 도 2는 도 1의 주화 식별 장치의 식별 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 주화 식별 장치는 운반 유닛(3), 검출 유닛(4), 이미징 유닛(5), 및 식별 유닛(6)을 포함한다. 운반 유닛(3)은 주화(2)를 운반한다. 검출 유닛(4)은 운반되는 주화(2)를 검출한다. 이미징 유닛(5)은 운반되는 주화(2)의 표면을 이미지화한다. 식별 유닛(6)은 이미징 유닛(5)에 의해 취득된 이미지에 기초하여 주화(2)를 식별한다.

운반 유닛(3)은 운반 테이블, 한 쌍의 풀리(pulley)(11), 및 무한 벨트(endless belt)(12)를 포함한다. 운반 테이블(10)은 주화(2)의 운반 경로를 특정한다. 무한 벨트(12)는 한 쌍의 풀리(11) 상에 장착된다. 한 쌍의 풀리(11)는 운반 테이블(10)이 연장되는 방향으로 운반 테이블(10)의 양쪽 단부에 각각 배치되고, 도시되지 않은 모터에 의해 구동된다. 무한 벨트(12)는 운반 테이블(10)을 마주보고 배치된다. 무한 벨트(12)와 운반 테이블(10) 사이의 공간은 주화(2)를 받아들일 수 있도록 적절하게 설정된다.

운반 테이블(10)은 일 단부(10a)(이하, 상류측 단부라고 한다) 및 타 단부(10b)(이하, 하류측 단부라고 한다)를 가진다. 상류측 단부(10a)의 위치는 운반 경로의 상류 측에 대응한다. 하류측 단부(10b)의 위치는 운반 경로의 하류 측에 대응한다. 주화 식별 장치(1)의 도시되지 않은 주화 슬롯에 삽입되는 복수의 주화는 상류측 단부(10a) 쪽으로 연속하여 공급된다. 무한 벨트(12)는 모터와 한 쌍의 풀리(11)에 의해 일정한 속도로 회전 구동된다. 운반 테이블(10)의 상류측 단부(10a)에 공급되는 주화(2)는 무한 벨트(12)와 운반 테이블(10) 사이의 공간 내에 끼인다. 이 주화(2)들은 무한 벨트(12)와의 마찰에 의해 무한 벨트(12)에 의해 끌리면서 운반 테이블(10) 상에서 이동하여, 운반 경로를 따라 운반 테이블(10)의 하류측 단부(10b)로 운반된다.

이미징 유닛(5)은 운반 테이블(10)의 하면 측에, 즉, 운반 테이블(10)에 대하여 무한 벨트(12)의 반대 측에 배치되어 있다. 이미징 유닛(5)은 운반 경로의 중간 영역(중류) 가까이에 있다.

운반 경로의 중간 영역에 대응하는 운반 테이블(10)의 중앙부에는 개구부(10o)가 형성되어 있다. 이 개구부(10o)에는 이미징 유닛(5)의 케이스(20) 역할을 하는 평판형의 투명 부재(21)가 끼워진다. 투명 부재(21)는 예를 들면 사파이어 유리 등으로 형성된다. 투명 부재(21)의 표면은 운반 테이블(10)의 상면과 동일 평면 상에 있다. 운반 경로를 따라 운반되는 주화(2)는 투명 부재(21) 위를 지난다. 이미징 유닛(5)이 이미지화하는 위치(이미징 위치)는 운반 경로 내의 투명 부재(21)에 있다. 운반되는 주화(2)가 이미징 위치를 지날 때, 이미징 유닛(5)은 주화(2)를 이미지화한다.

검출 유닛(4)은 운반되는 주화(2)가 이미징 위치를 지나는 타이밍에서 주화(2)를 검출한다. 검출 유닛(4)은, 도시된 예에서, 쌍을 이루는 발광 소자(31)와 수광 소자(30)를 포함한다.

발광 소자(31)는 이미징 유닛(5)에 통합되어 있고 투명 부재(21) 쪽으로 광을 방출한다. 예를 들면, LED(발광 다이오드) 등이 발광 소자(31)로 사용될 수 있다. 수광 소자(30)는 운반 테이블(10)의 상면 측에, 발광 소자(31)와 반대 측에 배치된다. 수광 소자(30)는 발광 소자(31)로부터 방출되어 투명 부재(21)를 통과한 광을 수광한다. 예를 들면, 포토다이오드 등이 수광 소자(30)로 사용될 수 있다. 주화(2)가 이미징 위치에 있을 때, 발광 소자(31)에서 수광 소자(30)로의 광은 주화(2)에 의해 차단된다. 수광 소자(30)에 의한 수광이 차단된 것을 검출함으로써, 검출 소자(4)는 이미징 위치의 주화(2)를 검출한다. 이미징 유닛(5)은 검출 유닛(4)의 주화(2) 검출과 동기화하여 이미지화를 수행한다. 도시된 예에서, 한 쌍의 발광 소자(31)와 수광 소자(30)은 이미징 위치의 하류 영역 배치된다. 그러나, 발광 소자(31)와 수광 소자(30)의 위치는 특히 한정되지 않으며, 이미징 위치의 상류 영역에 배치될 수도 있다.

식별 유닛(6)은 메모리(40), 이미지 처리 유닛(41), 및 식별 처리 유닛(42)을 포함한다.

메모리(40)는 각종 주화의 요철 패턴에 관한 요철 패턴 데이터를 비롯한 주화 데이터를 저장한다. 이미지 처리 유닛(41)은 이미징 유닛(5)에 의해 이미지화된 주화(2)의 표면의 이미지 데이터에 대한 입력을 수신한다. 이미지 처리 유닛(41)은 이 이미지 데이터를 분석하여, 이미지화된 주화의 요철 패턴 데이터를 포함하는 이미지화 주화 데이터를 생성한다. 식별 처리 유닛(42)은 이미지 처리 유닛(41)에 의해 생성된 이미지화된 주화 데이터의 입력을 수신한다. 식별 처리 유닛(42)은 메모리(40)에 저장되어 있는 각종 주화의 주화 데이터로부터, 이미지화된 주화 데이터와 일치하는 주화 데이터를 추출함으로써 이미징 유닛(5)에 의해 이미지화된 주화(2)를 식별한다.

주화 데이터 및 이미지화된 주화 데이터는 주화의 표면에 대한 요철 패턴 데이터에 더해, 예를 들면, 주화의 표면의 색상에 관한 색도(chromaticity) 데이터 또는 휘도 데이터를 포함할 수 있다. 색도 데이터는 요철 패턴과 함께 주화를 식별하는 데 사용될 수 있다. 또한, 색도 데이터와 휘도 데이터를 사용하여 주화의 표면의 오손 상태를 검출할 수도 있다.

도 3은 도 1의 주화 식별 장치(1)의 이미징 유닛(5)을 나타낸다.

도 3에 도시된 이미징 유닛(5)은 표면 광원(50), 이미저(51), 및 빔 스플리터(22)를 구비한다.

표면 광원(50)은 이미지화되는 주화(2)의 표면을 비추는 일정한 출력의 조명광을 방출한다. 조명광은 이미징 위치의 전 영역이, 즉 투명 부재(21)의 표면 전체가 실질적으로 균일한 조도를 갖도록 구성된다. 표면 광원(50)의 세부 구성에 대하여는 후술한다.

이미저(51)는 고체 이미징 소자(53) 및 이미징 광학기(imaging optics)(광학적 이미지 형성 시스템(54)을 포함한다. 고체 이미징 소자(53)는 예를 들면 CCD(charge coupled device, 전하 결합 소자) 이미지 센서 또는 CMOS (complementary metal oxide semiconductor, 상보형 금속 산화물 반도체) 이미지 센서일 수 있다. 이미징 광학기(54)는 고체 이미징 소자(53)의 이미지 수신 영역 상에 이미지를 형성한다. 이미저(51)는 주화(2)의 표면에 의해 반사된 반사광을 수신한다.

빔 스플리터(52)는 입사광의 일부를 전달하고, 나머지는 반사한다. 빔 스플리터(52)로는, 전형적으로 투과율과 반사율의 비가 동일한 하프 미러가 사용될 수 있다.

빔 스플리터(52)는 표면 광원(50)으로부터 방출되는 조명광과 이미저(51) 상에 입사하는 반사광이 교차하는 위치에 배치된다. 표면 광원(50)으로부터 방출된 조명광은 빔 스플리터(52)를 통해 주화(2)의 표면 상에 입사하고, 주화(2)의 표면에 의해 반사되는 반사광은 빔 스플리터(52)를 통해 이미저(51) 상에 입사된다.

더욱 상세하게 설명하면, 빔 스플리터(52)는 주화(2)에 대해 주화(2)의 표면의 법선 방향에 위치한다. 표면 광원(50)은 주화(2)의 표면의 법선 방향으로 진행하고 빔 스플리터(52)에 의해 반사되는 광의 경로에 배치된다. 이미저(51)는 주화(2)의 표면의 법선 방향으로 진행하고 빔 스플리터(52)를 투과하는 광의 경로 에 배치된다. 표면 광원(50)으로부터 방출되어 빔 스플리터(52)에 입사하는 조명광의 일부는 빔 스플리터(52)에 의해 주화(2)의 표면에 입사하도록 반사된다. 주화(2)의 표면에 의해 반사되어 빔 스플리터(52) 상에 입사하는 반사광의 일부는 빔 스플리터(52)를 투과하여 이미저(51) 상에 입사된다. 즉, 이미징 유닛(5)은 동축 에피 조명(coaxial epi-illumination)(동축 입사 조명)에 의해 이미지화한다.

표면 광원(50)으로부터 방출되는 조명광은 평행광 및 확산광을 포함한다. 이러한 종류의 조명광을 방출하는 표면 광원(50)의 일례를 이하에 설명한다.

도 4는 도 3의 이미징 유닛(5)의 표면 광원(50)을 나타낸다.

도 4에 도시된 표면 광원(50)은 이른바 에지광 타입(edge-light type) 표면 광원이며, 광원 소자(60), 광 가이드판(light guide plate)(61), 및 확산막(diffusion film)(63)을 포함한다.

광원 소자(6)로는, 예를 들면 백색광을 방출하는 냉음극관, 백색 LED 등을 사용할 수 있다. 광원 소자(60)는 광 가이드판(61)의 측면을 따라 배치된다. 주화의 표면의 색상에 관한 데이터(색도 데이터 및 휘도 데이터)가 전술한 식별 유닛(6)에 의한 주화의 식별에 필요 없는 경우, 광원 소자(60)는 단색광을 방출하는 광원 소자일 수 있다.

광 가이드판(61)은 예를 들면 아크릴에 의해 형성될 수 있다. 미세 프리즘 패턴(fine prism pattern)(62)이 광 가이드판(61)의 하면(lower surface) 상에 형성된다. 광원 소자(60)로부터 방출된 광은 광 가이드판(61)의 측면 상에 입사하여 광 가이드판(61) 내부로 안내되고, 광 가이드판(61)의 하면 상의 프리즘 패턴(62)에 의해 반사된다. 그 결과, 그 광은 광 가이드판(61)의 상면의 법선 방향으로 그 상면으로부터 출사된다.

확산막(63)은 방출면인 광 가이드판(61)의 상면 상에 적층되어 있다. 이 확산막(63)은 표면 광원(50)의 방출면을 형성한다. 광 가이드판(61)의 상면으로부터 출사되는 광의 일부는 확산막(63)을 지남으로써 확산된다.

전술한 바와 같이 구성된 표면 광원(50)으로부터 방출되는 조명광은 전술한 방출면의 법선 방향으로 진행하는 평행광과, 광 가이드판(61)의 특성 및 결합되는 확산막(63)의 특성에 의한 확산광을 포함한다. 확산광은 방출면의 법선 방향에 대해 비스듬하게 진행하는 광을 포함한다. 조명광에 확산광을 포함함으로써 이 조명광이 조사될 이미징 위치에서의 조도 분포가 균등하게 된다.

표면 광원(50)은, 그 방출면이 주화의 표면의 법선 방향으로 진행하고 빔 스플리터(52)에 의해 반사되는 광의 광 경로와 교차하도록 배치된다. 조명광에 포함되는 평행광은 빔 스플리터(52)에 의해 반사되고, 주화(2)의 표면 상에 수직으로 입사한다. 조명광에 포함된 확산광도 빔 스플리터(52)에 의해 반사되어 주화(2)의 표면 상에 입사한다.

도 5는 주화(2)의 표면 상에 입사하는 조명광, 및 주화(2)의 표면에 의해 반사되는 반사광을 개략적으로 나타낸다.

주화(2)의 표면의 요철 패턴의 에지 부분(2a)을 제외한 주화(2)의 표면 상에 수직으로 입사하는 평행광은 주화(2)의 표면에 의해 반사되고, 반사된 광의 대부분은 빔 스플리터(52)로 돌아가서, 빔 스플리터(52)를 투과함으로써 이미저(51)에 의해 수광된다. 한편, 요철 패턴의 에지 부분(2a)에 입사하는 평행광은 에지 부분(2a)에 의해 반사되지만, 반사광의 대부분은 빔 스플리터(52) 쪽으로 향하지 않으므로, 에지 부분(2a)에 의해 반사되어 빔 스플리터(52)로 돌아가는 반사광은 현저하게 감소한다. 이로써, 이미저(51)에 의해 포착되는 이미지에서, 주화(2)의 표면의 요철 패턴의 에지 부분(2a)과 주화(2)의 표면의 다른 부분 사이에 콘트라스트(휘도 차)가 생성된다. 전술한 식별 유닛(6)에 의한 주화의 식별 시에, 이미지 처리 유닛(41)은 이 콘트라스트에 기초하여 요철 패턴을 추출하여, 요철 패턴 데이터를 생성한다.

또한, 주화(2)의 표면 상에 입사하는 확산광은 주화(2)의 표면의 전체 휘도를 높인다. 그 결과, 주화(2)의 표면의 오손이 심한 경우, 또는 주화(2)의 표면이 확산면인 경우에도 주화(2)의 표면 전체의 휘도가 보장된다. 이로써 평행광에 의해 생성되는 주화(2)의 표면의 요철 패턴의 에지 부분(2a)과 주화(2)의 표면의 다른 부분 사이의 콘트라스트가 블록업 그림자(blocked-up shadow) 없이 뚜렷하다. 그러므로, 표면 광원(50)의 일정한 출력을 유지하면서, 표면의 특질에 의해 좌우되지 않고 주화(2)의 표면의 요철 패턴을 용이하게 포착할 수 있다. 결과적으로, 전술한 이미징 유닛(5)을 포함하는 주화 식별 장치(1)에서의 식별 처리 속도를 유지할 수 있다.

전술한 예에서는, 주화 식별 장치(1)를 예로 들어 주화를 이미지화하는 이미징 유닛(5)을 설명하였다. 그러나, 그 대상은 주화으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 메달 등과 같은, 주화과 비슷한 표면의 반사율(정반사성의 반사율, specular reflectivity)을 가지는, 표면 상에 요철 패턴이 있는 디스크형 물품을 대상으로 할 수 있다.

도 6은 도 3에 도시한 이미징 유닛(5)의 변경예를 나타낸다.

도 6에 도시한 이미징 유닛(5')은 동축 에피 조명에 의한 이미지화를 수행한다. 이미징 유닛(5')에서, 표면 광원(50)과 이미저(51)의 배치는 빔 스플리터(52)와 관계가 도 3에 도시된 이미징 유닛(5)과 다르다. 빔 스플리터(52)는 주화(2)에 대해 주화(2)의 표면의 법선 방향에 위치한다. 표면 광원(50)은 주화(2)의 표면의 법선 방향으로 진행하여 빔 스플리터(52)를 투과하는 광의 광 경로에 배치된다. 이미저(51)는 주화(2)의 표면의 법선 방향의 진행하여 빔 스플리터(52)에 의해 반사되는 광의 광 경로에 배치된다. 표면 광원(50)으로부터 방출되어 빔 스플리터(52) 상에 입사하는 조명광의 일부는 빔 스플리터(52)를 투과하여 주화(2)의 표면 상에 입사한다. 주화(2)의 표면에 의해 반사되어 빔 스플리터(52) 상에 입사하는 반사광의 일부는 빔 스플리터(52)에 의해 반사되어 이미저(51) 상에 입사한다.

도 3에 도시된 이미징 유닛(5) 및 도 6에 도시된 이미징 유닛(5')에서, 이미저(51) 내에 포함되는 이미징 광학기(imageing optics)는 비 텔레센트릭 이미징 광학기(non-telecentric imaging optics)로 만들어진다. 주화(2)의 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 조도를 가지는 조명광을 방출하는 표면 광원(50)은 주화(2)의 표면 전체 상에 투사하는 표면 광원(50)을 의미한다. 예를 들면, 도 3에 도시된 이미징 유닛(5)에서는 다음과 같이 가정된다. 표면 광원(50)으로부터 방출되어 주화(2)의 표면에 도달하는 조명광의 광 경로(P1)의 광 경로 길이는 "PL1"로 표현된다. 주화(2)의 표면에 의해 반사되어 이미저(51)에 도달하는 반사광의 광 경로(P2)의 광 경로 길이는 "PL2"로 표현된다. 주화(2)의 직경은 "d"로 표현된다. 또한, 표면 광원(50)의 직경은 "D"로 표현된다. 이 경우에, 표면 광원(50)의 직경(D)의 크기는 적어도 "d×(PL1 + PL2)/PL2"이다.

도 7은 이미징 유닛의 다른 예를 나타낸다. 도 7에 도시된 이미징 유닛(105)과 도 3에 도시된 이미징 유닛(5)이 공유하는 요소들에 동일한 도면부호를 부여함으로써, 설명을 간단하게 하거나 생략한다.

도 7에 도시된 이미징 유닛(104)은 동축 에피 조명에 의한 이미지화를 수행한다. 이 이미징 유닛(105)에서, 이미징 유닛(151)에 포함되어 있는 이미징 광학기(광학적 이미지 형성 시스템)(154)의 대상 측은 텔레센트릭 이미징 광학기(telecentric imaging optics)로 이루어진다. 이 경우에, 주화(2)의 표면 전체에 투사하기 위한 표면 광원(150)에 대해서는, 표면 광원(150)의 직경(D)은 주화의 직경(d)과 같은 것으로 충분하다. 이미징 유닛(151)의 이미징 광학기(154)에 텔레센트릭 이미징 광학기를 사용함으로써, 표면 광원(150)을 소형화할 수 있고, 따라서 이미징 유닛(105)을 소형화할 수 있다. 표면 광원(150) 및 이미징 유닛(105)을 소형화함으로써, 전력 소비의 감소, 균일한 조도, 및 저비용을 실현할 수 있다. 또한, 텔레센트릭 이미징 광학기를 사용함으로써, 왜곡이 적은 안정한 이미지를 얻을 수 있고, 이미지 형성이 좁아지게 하는 광선의 각 분포(angular distribution)에 의한 색상 및 광 품질의 불균일을 감소시킬 수 있다.

도 8a 내지 도 8d는 주화의 표면을 이미지화하여 얻은 이미지의 휘도 분포를 나타낸다. 도 9는 도 8a 내지 도 8d의 휘도 분포를 가지는 이미지를 이미지화할 때의 조명광의 조도 분포를 나타낸다.

도 8a는 평행광 및 확산광을 포함하는 조명광을 방출하는 이미징 유닛(105)으로 니켈 주화를 이미지화하여 얻은 이미지의 제1 휘도 분포를 나타낸다. 니켈 주화는, 표면의 반사율이 비교적 높은 100엔 주화와 같은 것이다. 도 8b는 이미징 유닛(105)으로 동 주화를 이미지화하여 얻은 이미지의 제2 휘도 분포를 나타낸다. 동 주화는 표면의 반사율이 비교적 낮은 10엔 주화와 같은 것이다. 도 8c는 평행광만 포함하는 조명광을 방출하는 이미징 유닛으로 니켈 주화를 이미지화하여 얻은 이미지의 제3 휘도 분포를 나타낸다. 도 8d는 평행광만을 포함하는 조명광을 방출하는 이미징 유닛으로 동 주화를 이미지화하여 얻은 이미지의 제4 휘도 분포를 나타낸다. 제1 내지 제4 휘도 분포는 모두 하나의 직경의 주화에 대한 휘도 분포이고, 주화 표면의 요철 패턴의 에지 부분은 휘도 분포의 골짜기 부분에 대응한다. 도 9는 조명광에 평행광 및 확산광을 포함하는 이미징 유닛(105)의 조명광의 조도 분포를 실선 A로 나타낸다. 또한, 도 9는 평행광만이 조명광으로 사용되는 이미징 유닛의 조명광의 조도 분포를 점선 B로 나타낸다.

조명광이 평행광만인 경우의 동 주화에 대한 제4 휘도 분포에서(도 8d), 전체적으로 낮은 주화의 표면 조도로 인해 블록업 그림자가 발생하고, 때문에 요철 패턴의 에지 부분과 주화의 표면의 다른 부분 사이의 콘트라스트가 뚜렷하지 않게 된다. 이와는 달리, 확산광을 포함하는 조명광의 경우에 동 주화의 제2 휘도 분포에서(도 8b), 주화 표면의 조도는 확산광으로 인해 전체적으로 높고, 때문에 요철 패턴의 에지 부분과 주화의 표면의 다른 부분 사이의 콘트라스트가 블록업 그림자 없이 뚜렷하다.

니켈 주화의 제1 휘도 분포(도 8a)와 동 주화의 제2 휘도 분포(도 8b) 사이의 평균 휘도 차는 조명광이 평행광만인 경우의 니켈 주화의 제3 휘도 분포(도 8c)와 동 주화의 제4 휘도 분포(도 8d) 사이의 평균 휘도 차에 비해 작다.

이상으로부터, 평행광 및 확산광을 포함하는 조명광을 주화의 표면에 방출함으로써, 표면 광원(50)의 출력을 일정하게 유지하면서, 그 표면의 특질에 의해 좌우되지 않고 주화의 표면의 요철 패턴을 쉽게 포착할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서에서는, 표면에 요철 패턴이 있는 대상을 이미지화하는 이미징 유닛이 개시된다. 이 이미징 유닛은, 상기 대상의 표면을 비추는 일정한 출력의 조명광을 방출하는 표면 광원; 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광을 수광하는 이미저; 및 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광과 상기 이미저 상에 입사되는 반사광이 서로 교차하는 위치에 배치되는 빔 스플리터를 포함한다. 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 이미저 상에 입사된다. 상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 대상 상에 입사한다. 상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 이미저 상에 입사한다. 상기 대상의 표면 상에 입사한 상기 조명광은 상기 대상의 표면 상에 수직으로 입사하는 평행광, 및 확산광을 포함한다.

또한, 본 명세서에 개시된 이미징 유닛에서는, 상기 확산광은 상기 대상의 표면에 비스듬하게 입사하는 광을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 이미징 유닛에서는, 상기 이미저는 텔레센트릭 이미징 광학기를 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 이미징 유닛에서는, 상기 대상은 주화일 수 있다.

또한, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서에서, 주화 식별 장치가 개시된다. 이 주화 식별 장치는, 주화를 운반하는 운반 유닛; 상기 운반 유닛에 의해 운반되는 주화의 표면을 이미지화하는 전술한 이미징 유닛; 및 상기 이미징 유닛에 의해 취득된 이미지에 기초하여 상기 주화를 식별하는 식별 유닛을 포함한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고 예시하였지만, 이들은 본 발명의 예이며 본 발명을 한정하는 것으로 간주하지 않아야 한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 추가, 생략, 대체, 및 다른 변경이 가능다. 따라서, 본 발명은 이상의 설명에 의해 한정되는 것으로 간주하지 않아야 하고, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims

표면 상에 요철 패턴을 가지는 대상을 이미지화하는 이미징 유닛으로서,
상기 대상의 표면을 비추는 일정한 출력의 조명광을 방출하는 표면 광원;
상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광을 수광하는 이미저; 및
상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광과 상기 이미저 상에 입사되는 반사광이 서로 교차하는 위치에 배치되는 빔 스플리터
를 포함하고,
상기 표면 광원으로부터 방출된 조명광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 대상의 표면 상에 입사하고;
상기 대상의 표면에 의해 반사된 반사광은 상기 빔 스플리터를 통해 상기 이미저 상에 입사하고;
상기 대상의 표면 상에 입사한 상기 조명광은 상기 대상의 표면 상에 수직으로 입사하는 평행광, 및 확산광을 포함하며,
상기 표면 광원은,
광을 방출하는 광원 소자와,
상기 광원 소자로부터 방출된 광을 반사하는 프리즘 패턴을 아래쪽 면에 가지고, 상기 프리즘 패턴에 의해 반사된 광을 위쪽 면으로부터 방출하는 광 가이드판과,
상기 광 가이드판의 위쪽 면과 겹쳐지고, 상기 위쪽 면으로부터 방출된 광의 일부를 확산시킴으로써 상기 평행광과 상기 확산광을 생성하는 확산막을 포함하며,
상기 표면 광원의 직경은 상기 대상의 직경 이상인,
이미징 유닛.
제1항에 있어서,
상기 확산광은 상기 대상의 표면 상에 비스듬하게 입사하는 광을 포함하는, 이미징 유닛.
제1항에 있어서,
상기 이미저는 텔레센트릭 이미징 광학기를 포함하는, 이미징 유닛.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대상은 주화인, 이미징 유닛.
주화를 운반하는 운반 유닛;
상기 운반 유닛에 의해 운반되는 주화의 표면을 이미지화하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 이미징 유닛; 및
상기 이미징 유닛에 의해 취득된 이미지에 기초하여 상기 주화를 식별하는 식별 유닛
을 포함하는 주화 식별 장치.