WO2015097854A1 - プリズムセンサ - Google Patents

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正 上岡
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富士通フロンテック株式会社
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    • B65H2404/611—Longitudinally-extending strips, tubes, plates, or wires arranged to form a channel
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    • B65H2553/40—Sensing or detecting means using optical, e.g. photographic, elements
    • B65H2553/44—Involving light guide, e.g. optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a prism sensor, and in particular, a light emitting element, a light receiving element, and a regression prism are arranged across a conveyance path, and a medium passing through the conveyance path emits light emitted from the light emitting element or light received by the light receiving element.
  • the present invention relates to a prism sensor that detects a medium by blocking.
  • An automatic transaction apparatus such as ATM (Automated Teller Machine) is provided with a transport path for transporting a paper sheet medium such as a banknote, and the transport path detects the transport state and transport position of the medium.
  • a sensor is installed.
  • a transmission type sensor is known in which a medium is detected by blocking the optical axis between a light emitting element and a light receiving element that are arranged to face each other across a conveyance path.
  • the same transmission type sensor is used, but the light emitted from the light emitting element is regressed by the regression prism, and the light received by the light receiving element is received by the light receiving element.
  • a prism sensor that detects a medium by blocking is also known.
  • the automatic transaction apparatus is configured so that the conveyance path can be opened as a countermeasure against a medium being jammed in the conveyance path.
  • the pair of transport mechanism units is configured to be rotatable about a shaft, and normally, the pair of transport mechanism units is maintained at a distance that allows the medium to pass therethrough.
  • a conveyance path is configured between the pair of conveyance mechanism units. When the medium is jammed, the jammed medium can be removed by rotating one of the pair of transport mechanism portions around the shaft to open the transport path.
  • a prism sensor is preferably used for the transport mechanism configured to be able to open the transport path.
  • the reason is that the light-emitting element and the light-receiving element that require wiring need only be installed in one of the pair of transport mechanism units, and these wirings can be installed together, making it easy to assemble the wiring. This is because there is a great advantage.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and attachment of a conventional prism sensor.
  • the prism sensor includes a light emitting element 101, a light receiving element 102, and a regression prism 103.
  • the light emitting element 101 and the light receiving element 102 are installed in the upper housing 104 of the transport mechanism unit. It is installed in the lower housing 105.
  • the upper housing 104 and the lower housing 105 are installed at a predetermined interval, and a conveyance path 106 is formed between them. In the conveyance path 106, the paper sheet 107 is conveyed by a conveyance roller or a conveyance belt (not shown).
  • the regressive prism 103 has a converging lens 103b in the light incident part of the main body 103a, and also has a converging lens 103c in the light exit part, and constitutes a light beam shape changing part in the light incident / exit part.
  • the converging lenses 103 b and 103 c are configured not to protrude into the conveyance path 106 when the regression prism 103 is installed in the lower housing 105, so that the paper sheet 107 is conveyed in the conveyance path 106. Will not interfere.
  • the prism sensor having the above configuration, when the light emitting element 101 emits light, the luminous flux is diffused and emitted, and is incident on the regression prism 103 via the conveyance path 106.
  • the regression prism 103 the light flux diffused by the converging lens 103b in the light incident portion is converged, the light flux is totally reflected by the two reflecting surfaces, and the light flux is further converged by the converging lens 103c in the light emitting portion. I come out towards the.
  • the light beam returned by the return prism 103 is received by the light receiving element 102.
  • the prism sensor enters a standby state before the paper sheet 107 is detected.
  • the light receiving element 102 When the paper sheet 107 is conveyed and the light beam emitted by the light emitting element 101 or the light beam received by the light receiving element 102 is blocked, the light receiving element 102 does not receive the light beam. It is determined that the paper sheet 107 has been detected because the received light is no longer received.
  • the paper sheet 107 is conveyed in the conveyance path 106 from the left to the right in the figure, but the paper sheet 107 conveyed in a direction perpendicular to the surface of the figure. Can also be configured to detect.
  • the converging lenses 103b and 103c are provided at the light incident / exiting portion of the regression prism 103 as means for changing the shapes of the light beam diffused and emitted from the light emitting element 101 and the light beam directed to the light receiving element 102, respectively.
  • the structure which provided the means to change the shape of a light beam in the light emitting element and the light receiving element side is also known (for example, refer patent document 1).
  • an output optical fiber disposed toward a right-angle prism and a lens array are disposed on end faces of the input optical fiber.
  • providing the means for changing the shape of the light beam at any position of the light emitting element and the light receiving element and the return prism that are arranged to face each other causes a discontinuous portion on the surface of the conveyance path.
  • the light beam shape changing means is provided on the regression prism side as in the example of FIG. 10
  • the front end of the convergent lens does not protrude inward from the surface of the lower housing on the conveyance path side.
  • a dimple is formed.
  • the conveyed paper sheet is a circulation banknote
  • the surface of the converging lens is self-cleaned by the transported paper sheets, but the recessed portion around the converging lens is not cleaned, but rather dust and dirt accumulate there, and the light flux passes through. The area may be reduced.
  • the present invention has been made in view of the above points, and has a light beam shape changing means, and when installed in a casing constituting the conveyance path, the paper sheets are caught on the surface of the conveyance path.
  • An object of the present invention is to provide a prism sensor that does not generate a discontinuous surface.
  • the present invention includes a light emitting element, a regression prism that reflects and returns light emitted from the light emitting element, and a light receiving element that receives light emitted from the regression prism, and a conveyance path.
  • a prism sensor that is used with the light emitting element, the light receiving element, and the regressive prism arranged opposite to each other with a sandwiching between them.
  • the return prism is formed such that its entrance surface and exit surface are continuous with the transport path surface on the side of the transport path on which the return prism is arranged, and reflects light incident from the entrance surface.
  • a light beam shape changing unit having at least one curved surface is provided in the optical path to be returned so that the reflected light beam shape can be changed to convergent light, parallel light, or diffused light.
  • the prism sensor configured as described above has a means that acts like a lens for changing the shape of the light beam inside the regression prism so that the surface of the conveyance path becomes discontinuous when installed in the conveyance path. There is an advantage that nothing is lost.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and attachment of a prism sensor according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a regression prism.
  • the prism sensor includes a light emitting element 11, a light receiving element 12, and a regression prism 13.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are installed in the upper housing 14 of the transport mechanism unit. It is installed in the lower housing 15.
  • the light receiving element 12 is configured by, for example, a light emitting diode, and the light receiving element 12 is configured by, for example, a photodiode or a phototransistor.
  • the light receiving element 12 may be configured by integrating a photodiode or phototransistor and an amplifier circuit.
  • the upper housing 14 and the lower housing 15 are installed at a predetermined interval, and a conveyance path 16 is formed between them.
  • the paper sheet 17 is transported to the transport path 16 by a transport roller or a transport belt (not shown).
  • the regression prism 13 includes a cylindrical light incident portion 13 a and a light exit portion 13 b on the surface facing the light emitting element 11 and the light receiving element 12, and has a higher refractive index than the outside air together with the main body portion 13 c. It is integrally formed of a transparent material.
  • the light entrance part 13a and the light exit part 13b are formed in the shape of a plane parallel to the conveyance path surface 16a on the side where the recurrence prism 13 of the conveyance path 16 is disposed, with the incident surface and the exit surface facing the light emitting element 11 and the light receiving element 12. The shape is continuous with the conveyance path surface 16a.
  • the main body part 13c of the return prism 13 has a first reflecting part 13d that functions as a light beam shape changing part at a first reflecting position on the extension line of the light incident part 13a, and a second part on the extension line of the light output part 13b.
  • the first reflecting portion 13d is configured by a curved surface like a concave mirror, and aims at the second reflecting portion 13e while changing the light beam shape of the light incident from the light incident portion 13a to convergent light, parallel light, or diffused light. Reflect incident light.
  • the second reflecting portion 13e is also configured with a curved surface like a concave mirror, and aims at the light emitting portion 13b while changing the light beam shape of the light reflected by the first reflecting portion 13d to convergent light, parallel light or diffused light. To reflect.
  • this regression prism 13 comprises the 1st reflection part 13d and the 2nd reflection part 13e by a curved surface, and changes the curved surface, for example, Light that has been diffused and incident can be converted into parallel light or convergent light to be output light.
  • the first reflecting portion 13d of the regression prism 13 is a parabolic surface whose reflecting surface is a parabolic surface.
  • the curved surface of the reflecting surface is not limited to a parabolic surface, but is configured by a spherical surface, an elliptical surface, a cylindrical surface, a hyperboloid surface, a conical surface, or a combination of these surfaces.
  • the optical characteristics of the prism sensor since this prism sensor has different sensitivity, distance, detection position accuracy of the paper sheet 17, installation facing accuracy, and the like depending on its use, the curved surfaces of the reflection surfaces in the first reflection portion 13d and the second reflection portion 13e are: It will be changed according to the application.
  • the regression prism 13 can arbitrarily change the reflection direction of the light beam according to the curved surface, curvature, and inclination angle of the first reflecting portion 13d and the second reflecting portion 13e, so that the light beam shapes of the incident light and the outgoing light can be changed. It can be changed freely.
  • the light emitted from the light emitting element 11 enters the regression prism 13 from the light incident portion 13a.
  • the incident light is interface-reflected by the curved surface of the first reflecting portion 13d.
  • the main body portion 13c of the regression prism 13 is made of a uniform material, light travels straight or reaches the curved surface of the second reflecting portion 13e while reflecting the prism interface, and is reflected by the light receiving element 12 here. .
  • the light receiving element 12 receives the light returned from the regression prism 13, and the prism sensor shifts to a detection standby state for the paper sheet 17.
  • the light receiving element 12 determines that the paper sheet 17 has been detected. Then, when the paper sheet 17 passes through the prism sensor, the light receiving element 12 receives the light emitted from the light emitting element 11 and returned by the regression prism 13, so the prism sensor The process shifts to a standby state for detecting the paper sheet 17.
  • FIGS. 3A and 3B are explanatory views showing a modification of the prism sensor according to the first embodiment, in which FIG. 3A shows a case where the interval between the conveyance paths is narrow, and FIG. 3B shows a case where the interval between the conveyance paths is wide.
  • the conveyance path 16 includes a case where a single sheet 17 is conveyed and a case where a plurality of sheets 17 are bundled.
  • the interval d1 is set narrow in the conveyance path 16 when only one sheet 17 is conveyed. For this reason, the distances between the light emitting element 11 and the light receiving element 12 and the regression prism 13 are also substantially equal to the distance d1 of the transport path 16.
  • the light emitting element 11 generally emits diffused light except for special and expensive light emitting elements. Therefore, when the interval d1 of the conveyance path 16 is narrow, the regressive prism 13 can enter light at a position where the spread of the diffused light 18 is small. However, as shown in FIG. 3B, when the interval d1 of the conveyance path 16 is set wide, the regression prism 13 is incident at a position where the spread of the diffused light 18 is large. If the area of the incident surface of the optical part 13a is the same as in the case of (A), the amount of incident light is reduced.
  • the return prism 13 has an incident surface of the light incident portion 13a. Is increased in accordance with the spread of the diffused light 18. Thereby, the diffused light 18 radiated from the light emitting element 11 is taken in without being leaked to the regression prism 13, and the light quantity of the light emitting element 11 is increased or the sensitivity of the light receiving element 12 is increased according to the interval of the transport path 16. There is no need to do.
  • the light exit part 13b is formed with the reflecting surface of the second reflecting part 13e of the regression prism 13 in a shape that converges the emitted light beam into a shape close to the parallel light 19, so that the exit surface is independent of the interval of the transport path 16. Can be of the same area.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams for explaining the occurrence of positional deviation of the prism sensor according to the first embodiment, in which FIG. 4A is a state where the transport mechanism is closed, FIG. 4B is a state where the transport mechanism is opened, C) shows a state in which the transport mechanism is closed again.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing another modified example of the prism sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a case where occurrence of positional deviation of the prism sensor is not considered, and FIG. 5B and FIG. This shows a case in which the occurrence of sensor displacement is taken into account.
  • the conveyance path 16 in the automatic transaction apparatus is configured to be openable by providing a shaft 20 at one end of an upper casing 14 provided with the light emitting element 11 and the light receiving element 12 and a lower casing 15 provided with the regression prism 13. .
  • the optical axis 21 of the light emitting element 11 and the light receiving element 12 and the optical axis 22 of the regression prism 13 coincide with each other in the state of FIG. In such a state, even if the transport mechanism is opened again as shown in FIG. 4B for maintenance or the like and then closed again as shown in FIG.
  • the position of the optical axis 21 of the light receiving element 12 is not exactly the same as the position of the optical axis 22 of the regression prism 13. This positional deviation tends to increase as the apparatus becomes larger as in the case of an automatic transaction apparatus, and as the prism sensor is further away from the shaft 20.
  • the positional deviation of the optical axes 21 and 22 that occurs when the transport mechanism is opened and closed occurs two-dimensionally in the transport direction of the paper sheet 17 in the transport path 16 and in the direction orthogonal to the transport direction.
  • the optical axis 21 and the regression prism 13 of the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are arranged in the direction in which the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are arranged and in the direction orthogonal to the arrangement direction. Are aligned with the optical axis 22.
  • the optical axis 21 of the light emitting element 11 and the light receiving element 12 may be shifted in the direction in which the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are aligned with respect to the optical axis 22 of the regression prism 13. Even in such a case, it is preferable to allow the positional deviation of the optical axis.
  • the regression prism 13 is configured so that the sizes of the light incident portion 13a and the light emitting portion 13b are set to the optical axis. It is formed in a size exceeding the allowable range of displacement of 21 and 22. Thereby, the light quantity which the light emitting element 11 radiated
  • the reflective surface of the 1st reflection part 13d and the 2nd reflection part 13e it forms so that the light beam shape from the light emission part 13b may become the diffused light 18.
  • the sensitivity of the light receiving element 12 is adjusted as necessary. Further, when the optical axes 21 and 22 are misaligned, the accuracy of the medium detection position is sacrificed.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of the configuration and attachment of the prism sensor according to the second embodiment
  • FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of the regression prism. 6 and 7, the same or equivalent components as those of the prism sensor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the photoelectric unit 30 is installed in the upper housing 14.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are mounted on a substrate 31, and a light shielding support member 32 is disposed between the light emitting element 11 and the light receiving element 12.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are electrically connected to a control unit (not shown) via the connector 33 and wiring.
  • the photoelectric unit 30 is also provided with a transparent dustproof cover 35 on the side facing the conveyance path 16. The dust cover 35 prevents the dust cover 35 from coming out of the surface of the upper housing 14 on the transport path 16 side when the photoelectric unit 30 is installed in the upper housing 14.
  • the return prism 13 has a light entrance part 13a, a light exit part 13b, a flange part 13f, and a main body part 13c, and is integrally formed of, for example, a transparent resin.
  • the main body 13c of the regression prism 13 is formed in a shape in which the first reflecting portion 13d functions as a light beam shape changing portion, and the second reflecting portion 13e is formed in a planar shape.
  • this prism sensor changes the light beam shape of the light incident from the light incident part 13a to a desired shape only by the first reflection part 13d, and the second reflection part 13e does not change the light beam shape. Is simply totally reflected.
  • the photoelectric unit 30 is screwed to the upper housing 14 with a screw 36
  • the regression prism 13 is screwed to the lower housing 15 with a screw 37.
  • the function of the light beam shape changing unit is provided in the first reflecting unit 13d, but may be provided only in the second reflecting unit 13e.
  • the dust cover 35 of the photoelectric unit 30 and the light incident portion 13a and the light exit portion 13b of the return prism 13 are subjected to a curing process (abrasion resistant processing) on the surface facing the conveyance path 16 and in contact with the paper sheet 17. It is good. It is better to further carry out antistatic treatment on the cured surface.
  • the regression prism 13 is coated with a highly reflective material on the surface excluding the incident surface of the light incident portion 13a and the exit surface of the light output portion 13b.
  • the coating with the highly reflective material include white paint application, metal vapor deposition, and metal plating.
  • this coating with a highly reflective material is effective even when there are many rays at an incident angle (approximately 42 degrees or less) at which the total reflection at the interface of the regression prism 13 is difficult due to the curvature used, and the loss of the rays cannot be tolerated. It is.
  • FIG. 8 is a diagram showing the appearance of a regression prism used in the prism sensor according to the third embodiment, and (A) and (B) are perspective views seen from different directions.
  • the same or equivalent components as those of the prism sensor according to the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.
  • the light incident part 13a and the light output part 13b have a quadrangular prism shape.
  • the regression prism 13 has a main body portion 13c shaped like a right-angle prism, and has a first reflecting portion 13d and a second reflecting portion 13e having a function of a light beam shape changing portion outside the inclined surface of 45 degrees. have.
  • the first reflecting portion 13d and the second reflecting portion 13e have a reflecting surface in a spherical shape, a parabolic surface, an elliptical surface, a cylindrical surface, a hyperboloid surface, a conical surface, a combination of these surfaces, or an aspheric shape. It is composed.
  • the regression prism 13 of the prism sensor according to the third embodiment has the same function as the prism sensor according to the first and second embodiments. That is, the regression prism 13 changes the light beam shape of the light incident on the light incident portion 13a by the first reflecting portion 13d and the second reflecting portion 13e, and causes the light having the changed light beam shape to be emitted from the light emitting portion 13b.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and attachment of a prism sensor according to the fourth embodiment.
  • the same or equivalent components as those of the prism sensor according to the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals.
  • the prism sensor according to the fourth embodiment is not installed in the linear conveyance path 16 but is located at a position opposed to the light-emitting element 11 and the light-receiving element 12 across the curved conveyance path 16b. 13 are installed.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 can be the light emitting element 11 and the light receiving element 12 of the prism sensor according to the first embodiment, or the photoelectric unit 30 of the prism sensor according to the second embodiment.
  • the regression prism 13 can have the main body 13c having the same shape as the regression prism 13 used in the prism sensor according to the first to third embodiments.
  • the light entrance portion 13a and the light exit portion 13b are formed such that the surface 13g on the side facing the conveyance path 16b is a concave curved surface having a curvature corresponding to the curvature of the conveyance path surface 16a outside the conveyance path 16b. .
  • the conveyance of the paper sheet 17 can be made smooth also in the curved conveyance path 16b.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are arranged inside the curved conveyance path 16b, and the regression prism 13 is arranged outside.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 may be arranged outside the transport path 16b and the regression prism 13 may be arranged inside.
  • the surfaces 13g of the light entrance part 13a and the light exit part 13b are formed into convex curved surfaces having a curvature corresponding to the curvature of the transport path surface 16a.

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Abstract

　搬送路に設置した場合に、搬送路の面を不連続にすることがないプリズムセンサを提供する。　回帰プリズム（１３）において、発光素子（１１）からの光を入射して内部で反射回帰する第１反射部（１３ｄ）および第２反射部（１３ｅ）のそれぞれに、光束の形状を変更する面を形成している。入光部（１３ａ）および出光部（１３ｂ）の側に、レンズのような光束形状変更手段を設ける必要がないので、入光部（１３ａ）の入光面および出光部（１３ｂ）の出光面をレンズ形状ではなく平面の形状にすることができる。これにより、回帰プリズム（１３）を搬送路（１６）に設置した場合に、搬送路（１６）の面を不連続にすることがない。

Description

プリズムセンサ
　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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