WO2016170639A1 - 紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニット - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a paper sheet thickness detection sensor and a banknote discrimination unit.
  • a bill discriminating unit including a thickness detection sensor for detecting the thickness of the bill is stored. Discrimination of paper sheets is performed by knowing the feature quantities of paper sheets. One feature amount is the thickness of paper sheets. The purpose of detecting the thickness of the paper sheet is to discriminate double feed and foreign matter adhesion.
  • FIG. 7 (a) shows an example of a conventional paper sheet thickness detection sensor.
  • the detection roller 31 When the paper sheet KM is inserted into the detection roller 31 that is in close contact with the fixed roller 32 by the pressure from the shaft, the detection roller 31 is displaced by the thickness of the paper sheet KM. This displacement amount is detected by the displacement sensor 33 and amplified to a predetermined level by the amplifier 34.
  • the physical thickness can be known, and highly accurate information can be expected as feature information depending on the mechanism accuracy.
  • it is possible to detect the entire surface of the paper sheet with a roller having a paper sheet width when the number of displacement sensors 33 used is small, a difficult mechanism for slightly displacing the entire detection roller 31 is required. If a plurality of detection rollers 31 are prepared, it is possible to detect the thickness of the entire surface of the paper sheet. In addition, because of the mechanical structure, jam troubles due to paper jams are likely to occur.
  • FIG. 7B shows another example of a conventional paper sheet thickness detection sensor.
  • a signal electrode 43 to which a high frequency signal of a predetermined frequency is applied from an oscillator 41 across the conveyance path, and a plurality of detection electrodes 44a, 44b, 44c and 44d are provided.
  • the plurality of detection electrodes 44a, 44b, 44c, and 44d include a plurality of amplifiers 45a, 45b,. It is connected.
  • Each signal amplified by the plurality of amplifiers 45a, 45b,..., 45d is input to the multiplexer 46, and the output level information for each amplifier 45a, 45b,. Converted.
  • the impedance between the electrodes which varies depending on the presence and thickness of the paper sheet KM in the conveyance path, is detected. Since the detected information is simply replaced with a physical quantity different from the thickness, the detected information cannot be simply trusted. However, a large number of detection electrodes 44 need only be arranged to detect the entire surface of the paper sheet, and a detection mechanism is unnecessary. Compared with a method using a plurality of detection rollers 31, it is easy to increase the number of channels, and a jam failure is unlikely to occur. In the conventional sheet thickness detection sensor shown in FIG.
  • the thickness of the sheet KM corresponding to the position of the detection electrode in the width direction of the transport path is determined by the level of the high-frequency signal having a predetermined frequency.
  • the same number of amplifiers as the number of detection electrodes are required.
  • Patent Document 1 proposes a method for detecting the thickness of a paper sheet by detecting a change in an AC magnetic field generated by a plurality of detection coils provided above a plurality of detection rollers arranged without gaps.
  • Patent Document 2 proposes a plurality of series of detection electrodes in a direction crossing the scanning direction of the sheet-like medium, and each series of detection electrodes is connected to an independent resonator.
  • the present invention has an object to provide a paper sheet thickness detection sensor and a banknote discrimination unit which have improved the decomposition capability of paper sheet thickness detection while keeping the material cost and the manufacturing cost for wiring low. To do.
  • the sheet thickness detection sensor includes an oscillator that outputs a high-frequency signal having a frequency assigned to a position in a horizontal direction perpendicular to the conveyance direction of the sheet, and the oscillator that outputs the oscillator.
  • One end is connected to the other end of each of the plurality of resonance circuits, a plurality of resonance circuits having a resonance frequency equal to the frequency assigned to the position, and the other ends of the plurality of resonance circuits are connected.
  • a wide-band amplifier that outputs as sensor output information.
  • the bill discriminating unit on the second side includes the sheet thickness detection sensor.
  • an oscillator that outputs a high-frequency signal having a frequency assigned to a position in a horizontal direction perpendicular to the sheet conveyance direction, and the oscillator outputs the oscillator.
  • a signal electrode for applying a high-frequency signal a plurality of detection electrodes that are arranged with a paper sheet sandwiched between the signal electrodes and that respectively detect detection signals corresponding to positions, and one end at each of the other ends of the plurality of detection electrodes And a plurality of resonance circuits having resonance frequencies assigned to the positions, and an amplifier to which the other ends of the plurality of resonance circuits are connected, and outputs the outputs of the plurality of resonance circuits as one sensor output information. ing.
  • This amplifier outputs outputs from a plurality of resonance circuits as one sensor output information. Accordingly, it is possible to provide a paper sheet thickness detection sensor and a banknote discrimination unit with an increased ability to detect the thickness of a paper sheet while keeping material costs and manufacturing costs for wiring low.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an automatic transaction apparatus including a banknote discrimination unit of the present invention.
  • An automatic transaction apparatus 100 such as an ATM (automated teller machine) discriminates bills received, temporarily stores them, refunds them, returns them to a safe, and stores them in a safe (BRU Recycle Unit) 10.
  • the BRU 10 includes a safe unit 11 and a reject unit 17 that stores a 5,000 yen bill, a 2,000 yen bill that is not used for refund processing, and a damaged bill that is damaged and cannot be used for refund processing.
  • the safe unit 11 includes an input unit 12 for inserting banknotes, a banknote discrimination unit 13 for identifying banknotes, a temporary storage unit 14 for temporarily storing banknotes, a safe (ten thousand tickets) 15 and a safe (thousand tickets) 16. And have.
  • the bill discrimination unit 13 has a built-in sheet thickness detection sensor.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration of the sheet thickness detection sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an output waveform example of the FFT 6
  • FIG. c) is a diagram showing an enlarged waveform of the frequency f2 in FIG.
  • the thickness detection sensor of the paper sheet KM includes an oscillator 1, a signal electrode 2, a plurality of detection electrodes 3-1, 3-2,..., 3-n, and a plurality of resonances. .., 4-n, an amplifier 5, and an FFT (Fast Fourier6Transform) 6.
  • the paper sheet KM is conveyed in a direction from the front surface to the back surface of the paper.
  • the oscillator 1 has frequencies f1, f2,..., Fn assigned to positions S1, S2,..., Sn in a horizontal direction (conveyance path width W direction) orthogonal to the transport direction of the paper sheet KM.
  • An oscillation circuit 110 (110 1 , 110 2 ,..., 110 n) that outputs high-frequency signals at a certain level, and an adder 120 that superimposes high-frequency signals at frequencies f1, f2,. is doing.
  • the oscillator 1 outputs a discrete high frequency signal group having a constant level of frequencies f1, f2,..., Fn.
  • the output of the oscillator 1 is guided to the signal electrode 2 through a high frequency transmission line.
  • the signal electrode 2 is formed of a metal plate or the like, and the width of the paper sheet KM conveyed from the front surface to the back surface of the paper surface of FIG. 2A (from the front to the back of the drawing of FIG. 2A). It is wider and extends from the front surface to the back surface direction (from the front to the back of the drawing) of FIG.
  • a plurality of detection electrodes 3-1, 3-2, are made of, for example, square metal pieces.
  • Resonant circuits 4-1,..., 4-n are connected to the detection electrodes 3-1,.
  • the resonance circuit 4 can be expressed as a parallel resonance circuit of an inductance L, a capacitor C, and a resistor R.
  • the resonance frequencies of the resonance circuits 4-1, 4-2,. ..., fn is set.
  • the constants of the inductance L, the capacitor C, and the resistance R are determined as a parallel resonance circuit including an impedance configured between the signal electrode 2 and the detection electrode 3.
  • the parallel resonant circuit corresponds to detection positions S1 to Sn from frequencies f1 to fn, and different frequencies f1, f2,..., Fn are selected within the frequency band of the oscillator 1.
  • the resonance frequency is set to f1, f2,.
  • a resonance frequency signal is output to each of the detection electrodes 3-1, 3-2,..., 3-n connected to the circuit 4.
  • the detection electrode 3 in which the paper sheet KM is sandwiched between the signal electrode 2 there are a detection electrode 3 in which the paper sheet KM is sandwiched between the signal electrode 2 and a detection electrode 3 in which the paper sheet KM is not sandwiched.
  • the amplifier 5 is a wideband amplifier that amplifies at least frequencies in the range of frequencies f1 to fn (f1 ⁇ f2 ⁇ ... ⁇ Fn) almost flatly, but theoretically described later is a band of f1 to f1 + ⁇ f ⁇ n or more. If there is.
  • FFT 6 is an algorithm for calculating discrete Fourier transform at high speed on a computer, and is configured by a general-purpose DSP or a dedicated LSI.
  • FIG. 2B shows an example of the output waveform of the FFT 6, and FIG. 2C shows an enlarged waveform of the frequency f2 in FIG. 2B.
  • ⁇ V in the output waveform of the FFT 6 shown in FIG. 2B is a voltage difference between the detection voltage at the detection electrode 3 between which the paper sheet KM is sandwiched and the detection voltage at the detection electrode 3 where the paper sheet KM is not sandwiched. And corresponds to the thickness of the paper sheet KM.
  • the paper sheet KM is sandwiched between the signal electrode 2 and the detection electrode 3, so that the oscillation frequency f2 changes by ⁇ f to f2 ′.
  • ⁇ f is a change amount of the resonance frequency due to the paper sheet KM being sandwiched, and the thickness of the paper sheet KM can be obtained from the change amount ⁇ f of the resonance frequency.
  • the dielectric constant between the electrodes changes.
  • the impedance formed between the signal electrode 2 and the detection electrode 3 changes.
  • the resonance circuit 4 connected to the detection electrode 3 has a resonance frequency determined in the absence of the medium. Therefore, when the medium is inserted between the signal electrode 2 and the detection electrode 3, the resonance circuit 4 The configured impedance changes and deviates from the original resonance frequency.
  • / J ⁇ C 0 1 / j2 ⁇ f ⁇ ⁇ S / d.
  • the output level with respect to the applied frequency signal changes depending on whether or not the paper sheet KM is inserted.
  • the relative permittivity ⁇ r is a complex number, both the output level and the phase with respect to the applied high frequency signal change depending on whether or not the paper sheet KM is inserted.
  • the bill discrimination unit including the thickness detection sensor when the bill discrimination unit including the thickness detection sensor is shipped from the factory, calibration is performed in both the state where the paper sheet KM is not inserted and the state where the paper sheet KM is inserted, and the impedance changes depending on whether or not the paper sheet KM is inserted.
  • the amount of change in voltage / current and resonance frequency obtained in step 1 is stored in a memory (not shown), and the sheet KM is determined from the presence / absence of insertion of the sheet KM stored in the memory and the amount of change in voltage / current and resonance frequency. The thickness of the is detected.
  • each detection electrode 3 is collected by a signal line via each resonance circuit 4 and input to the amplifier 5.
  • the difference between the output level of each frequency (voltage difference) between the position affected by the medium and the position not affected by the medium. (Or current difference) appears.
  • medium information such as the thickness of the multi-channel can be obtained with one output of the FFT 6.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of a sheet thickness detection sensor according to a modification of the first embodiment. Elements common to FIG. 2 illustrating the first embodiment are denoted by common reference numerals. . 4 (a) and 4 (b) are diagrams showing examples of changes in the frequency of the high-frequency signal of the oscillator 1A for explaining the operation of FIG. 3, and FIG. 4 (c) shows the DSP 8 in FIG. It is a figure which shows the example of a change of the output frequency and output level.
  • the thickness detection sensor of the sheet KM is a digital voltage controlled oscillator (VCO / DDS, hereinafter referred to as “oscillator”) 1 ⁇ / b> A instead of the oscillator 1 of FIG. 2.
  • the oscillator 1A has elapsed times t1, t2,..., Tn corresponding to positions S1, S2,..., Sn in the horizontal direction (conveyance path width W direction) orthogonal to the transport direction of the paper sheet KM.
  • Fn assigned in accordance with the frequency f.
  • the frequency range of the high-frequency signal output from the oscillator 1A follows the change in physical quantity due to the insertion of a medium such as a paper sheet KM, centering on the parallel resonance frequency per resonance circuit 4 connected to the detection electrode 3. It is made wider than the frequency band fbw of the possible range (see FIG. 4A).
  • the frequency of the high-frequency signal output from the oscillator 1A can be varied along the time axis, and a signal in a frequency band wider than the band n ⁇ fbw obtained by multiplying the frequency band fbw by the number n of channels used can be specified by an instruction from the external control unit MUP. appear.
  • the sweep time from the minimum frequency to the maximum frequency is controlled by the control unit MUP sufficiently faster than the medium conveyance speed.
  • the oscillation frequency and the output level are searched so that they are uniform at the input point of the amplifier 5 with no medium at each detection position. This is stored in a memory (not shown), and the output level of the oscillator 1A is controlled together with the frequency.
  • the output ends of the resonance circuits 4-1, 4-2,..., 4-n are concentrated by a printed circuit board (not shown) and connected to one end input of the mixer circuit 7.
  • a signal having a frequency f + ⁇ slightly different from the frequency f supplied to the signal electrode 2 is supplied to the other end input of the mixer circuit 7.
  • the mixer circuit 7 outputs a frequency ⁇ having a low difference between the two input frequencies f and f + ⁇ and supplies it to the DSP 8.
  • the dielectric constant between the electrodes changes depending on the medium, and the resonance frequency changes. Since it is a parallel resonance frequency, if it differs from the center frequency determined in the absence of the medium, the impedance of the resonance circuit 4 changes, so the output level of the signal of the mixer circuit 7 changes.
  • the change amount of the output level may be directly used as the thickness amount.
  • the output frequency changes stepwise as f1, f2,..., Fn as time t1, t2,.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the sheet thickness detection sensor according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 2 illustrating the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • a ⁇ / 2 phase shifter 30 is added to the oscillator 1 in FIG.
  • the ⁇ / 2 phase shifter 30 uses, for example, a frequency four times the frequency of the high-frequency signal applied to the signal electrode 2 and a plurality of digital flip-flops (D-ff), so that various phase-shifted signals can be used. Can be obtained. If the frequency of the original oscillation is varied, the above-mentioned signal shifted in phase can be obtained.
  • a plurality of signal electrodes 2-1, 2-2 in place of the signal electrode 2 in FIG. 2, a plurality of signal electrodes 2-1, 2-2,.
  • the output of the oscillator 1 is applied to the odd-numbered signal electrodes 2-1, 2-3,...,
  • the output of the oscillator 1 whose phase is shifted by ⁇ / 2 is the even-numbered signal electrodes 2-2, 2-.
  • Other configurations are the same as those in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a sheet thickness detection sensor according to a modification of the second embodiment of the present invention. Elements common to FIG. 5 illustrating the second embodiment are denoted by common reference numerals. .
  • isolation buffers Isolation Buffers
  • the isolation buffer 9-1 is a unidirectional element, and amplifies the signal input from the base of the triangle and outputs the amplified signal toward the vertex of the triangle, but the direction from the vertex of the opposite triangle to the base Does not pass signals.
  • the sheet thickness detection sensor includes an oscillator 1 that outputs a high-frequency signal having a frequency corresponding to a position in a horizontal direction (conveyance path width W direction) orthogonal to the sheet conveyance direction; A signal electrode 2 that applies a high-frequency signal output from the oscillator 1 and a plurality of detection electrodes 3-1 to 3 that are arranged with the paper sheet KM sandwiched between the signal electrode 2 and detect detection signals corresponding to positions.
  • a wide-band amplifier 5 that is connected to the other ends of the resonance circuits 4-1 to 4-n and outputs output signals of the plurality of resonance circuits 4-1 to 4-n as one sensor output information.
  • a plurality of amplifiers 45a, 45b,..., 45d which are necessary, are integrated into one broadband amplifier 5, and wiring is simplified. Accordingly, the thickness of the paper sheet can be detected for each position in the horizontal direction (conveyance path width W direction) orthogonal to the paper sheet conveyance direction while keeping the material cost and the manufacturing cost for wiring low. .
  • the sheet thickness detection sensor compensates for the errors of the plurality of detection electrodes 3 and the resonance circuit 4, and the frequency and output of the high-frequency signal when detecting the sheet KM.
  • An oscillator 1 ⁇ / b> A that stores a level and applies a high-frequency signal having the stored frequency and the output level to the signal electrode 2 is provided. Thereby, errors of the plurality of detection electrodes 3 and the resonance circuit 4 are compensated, and the thickness of the paper sheet can be detected with higher accuracy for each position in the horizontal direction orthogonal to the paper sheet conveyance direction.
  • the signal electrodes 2 are divided into two types adjacent to each other, and a high frequency signal having a phase different by ⁇ / 2 rad is applied to each adjacent signal electrode. ing. Since the phase shift of the high-frequency signal applied to each adjacent signal electrode is different by ⁇ / 2 rad, interference between adjacent signal electrodes is reduced. As a result, it is possible to further increase the thickness detection accuracy at each position in the horizontal direction (conveyance path width W direction) orthogonal to the paper sheet transport direction, and to detect the thickness of the entire paper sheet.
  • FIG. 7A shows another conventional example. It can also be applied as an improved invention. That is, in FIG. 7A, when there are a plurality of detection rollers 31, displacement sensors 33, and amplifiers 34 in FIG. 7A in the horizontal direction orthogonal to the sheet transport direction, a plurality of amplifiers are provided. By replacing 34 with one broadband amplifier 5, the material cost and the manufacturing cost for wiring can be kept low.
  • the resonance circuit 4 can be expressed as a parallel resonance circuit of an inductance L, a capacitor C, and a resistor R. Is not limited to a parallel resonant circuit.
  • the resonance circuit 4 may be a series resonance circuit of an inductance L, a capacitor C, and a resistor R, as long as a capacitor constituted by the electrodes 3 and 3 is incorporated as a resonance parameter.
  • the series resonance frequency resonance circuit impedance when the paper sheet KM is not inserted is lowered. If the paper sheet KM is present between the electrodes, the impedance of the resonance circuit becomes larger than when there is no paper sheet KM.
  • the medium can be detected as an output level difference (voltage difference or current difference) as in the case of the parallel resonance circuit. Further, since the resonance frequency is also shifted, the thickness of the paper sheet KM can be obtained from the change amount ⁇ f of the resonance frequency. In the parallel resonance circuit and the series resonance circuit, the impedance changes in opposite directions, but the final result detected by the input method of the amplifier circuit and the signal processing method can be freely reversed. b) and FIG. 4C are shown.
  • the thickness detection sensor of the paper sheets of Embodiments 1 and 2 of the present invention detects the impedance between electrodes that changes depending on the sandwiched medium, it detects a metal band called a thread incorporated in a foreign banknote Can be applied to.
  • Amplifier 6 FFT 7 Mixer circuit 8 DSP 9-1, 9-2,..., 9-n Isolation buffer 10 BRU 11 Safe Unit 12 Insertion Unit 13 Banknote Discrimination Unit 14 Temporary Storage Unit 15 Safe (10,000 Tickets) 16 Safe (thousand tickets) 17 Reject part 20 MPU 30 ⁇ / 2 phase shifter 31 detection roller 32 fixed roller 33 displacement sensor 42 transport roller 46 multiplexer 100 automatic transaction apparatus 110, 110 1 , 110 2 ,..., 110 n oscillation circuit 120 adder KM paper sheet W transport Road width

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Abstract

本発明の紙葉類の厚み検出センサは、紙葉類の搬送方向に対して直交する水平方向における位置に対応した周波数の高周波信号を出力する発振器と、発振器が出力する高周波信号を印加する信号電極と、信号電極に対して紙葉類の搬送路を挟んで配置され、位置に対応する検出信号をそれぞれ検出する複数の検出電極と、複数の検出電極のそれぞれの他端に一端が接続され、位置に割当てられた周波数に等しい共振周波数の複数の共振回路と、複数の共振回路の他端が接続され、複数の共振回路の出力を1つのセンサ出力情報として出力する広帯域増幅器と、を有している。これにより、材料費及び配線のための製造コストを低く抑えつつ、紙葉類の厚み検出の分解能力を上げた紙葉類の厚みセンサ及び紙幣鑑別装置を提供することが可能になる。

Description

紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニット
 本発明は、紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニットに関する。
 自動取引装置の中には、紙幣の厚みを検出する厚み検出センサを含む紙幣鑑別ユニットが収納されている。紙葉類の特徴量を知ることで紙葉類の鑑別を行っている。特徴量の一つに紙葉類の厚み量がある。紙葉類の厚み量を検出する目的は、重送や異物の付着を鑑別するためである。
 図7(a)には、従来の紙葉類の厚み検出センサの一例が示されている。シャフトからの圧力により固定ローラ32に密着している検出ローラ31に、紙葉類KMが挿入されると、検出ローラ31は紙葉類KMの厚み分だけ変位する。この変位量を変位センサ33で検出し、増幅器34で所定レベルまで増幅する。物理的な厚みを知ることができ機構精度によって特徴情報として確度の高い情報が期待できる。紙葉全面を紙葉幅のローラで検出することも可能であるが、変位センサ33の使用個数が少ない場合、検出ローラ31全体を僅かに変位させる困難な機構が必要になる。検出ローラ31を複数用意すれば、紙葉全面の厚み検出が可能であるが、機構の大きさの制約があるので、多チャンネル化には不向きである。又、機械的な構造のため、紙屑が詰まる等に起因するジャム障害が発生し易い。
 又、図7(b)には、従来の紙葉類の厚み検出センサの他の一例が示されている。搬送ローラ42により紙葉類KMが矢印の方向に搬送される先に、搬送路を挟んで発振器41から所定の周波数の高周波信号が印加される信号電極43と、複数の検出電極44a,44b,44c,44dが設けられている。搬送路中の搬送路幅方向の紙葉類KMの厚みを精度良く検出するために、複数の検出電極44a,44b,44c,44dには、複数の増幅器45a,45b,・・・,45dが接続されている。複数の増幅器45a,45b,・・・,45dで増幅された各信号は、マルチプレクサ46に入力され、各増幅器45a,45b,・・・,45d毎の出力レベルの情報がパラレルデータからシリアルデータに変換される。搬送路中の紙葉類KMの有無や厚みで変化する電極間のインピーダンスを検出する。厚みとは異なる物理量に置き換えて検出しているため、検出した情報は単純に信用できないが、紙葉全面の検出には検出電極44を多数配置すればよく、検出用の機構は不要である。検出ローラ31を複数使用する方法に較べ、多チャンネル化が容易であり、ジャム障害が発生し難い。図7(b)に示された従来の紙葉類の厚み検出センサでは、搬送路の幅方向の検出電極の位置に対応する紙葉類KMの厚さを所定の周波数の高周波信号のレベルにより検出するため、検出電極の数と同数の増幅器を必要としていた。
 下記特許文献1には、隙間なく並べた複数の検出ローラ上方に設けられた複数の検出コイルが発生する交流磁界の変化を検出することで、紙葉の厚みを検出する方法が提案されている。又、下記特許文献2には、紙葉状媒体の走査方向と交差する方向に複数系列の検出電極を配列し、各系列の検出電極は個別独立の共振器に接続され、各共振器には1個の共通の発振回路から発振周波数信号が加えられることにより、紙葉状媒体の厚みを測定する方法が提案されている。
特開2012-160060号公報 特開平05-052504号公報
 しかしながら、図7(b)に示された従来の高周波信号を用いた紙葉類KMの厚み検出方法で、紙葉類KMの厚み検出の分解能力を上げるために、紙葉類KMを挟む検出電極数を増やすと複数の検出電極毎に増幅器45を設け、それぞれを配線する必要があった。そのため、従来の高周波信号を用いた紙葉類KMの厚み検出方法で分解能力を上げると、材料費及び配線のための製造コストが高くなる。
 そこで、本発明は、材料費及び配線のための製造コストを低く抑えつつ、紙葉類の厚み検出の分解能力を上げた紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニットを提供することを目的とする。
 本発明の第1側面の紙葉類の厚み検出センサは、紙葉類の搬送方向に対して直交する水平方向における位置に割り当てた周波数の高周波信号を出力する発振器と、前記発振器が出力する前記高周波信号を印加する信号電極と、前記信号電極に対して前記紙葉類の搬送路を挟んで配置され、前記位置に対応する検出信号をそれぞれ検出する複数の検出電極と、前記複数の検出電極のそれぞれの他端に一端が接続され、前記位置に割り当てられた周波数に等しい共振周波数の複数の共振回路と、前記複数の共振回路の他端が接続され、前記複数の共振回路の出力を1つのセンサ出力情報として出力する広帯域増幅器と、を有することを特徴とする。
 第2側面の紙幣鑑別ユニットは、前記紙葉類の厚み検出センサを備えることを特徴とする。
 本発明の紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニットによれば、紙葉類の搬送方向に対して直交する水平方向における位置に割当てた周波数の高周波信号を出力する発振器と、発振器が出力する高周波信号を印加する信号電極と、信号電極に対して紙葉類を挟んで配置され、位置に対応する検出信号をそれぞれ検出する複数の検出電極と、複数の検出電極のそれぞれの他端に一端が接続され、位置に割当てられた共振周波数の複数の共振回路と、複数の共振回路の他端が接続され、複数の共振回路の出力を1つのセンサ出力情報として出力する増幅器と、を有している。この増幅器が、複数の共振回路の出力を1つのセンサ出力情報として出力する。これにより、材料費及び配線のための製造コストを低く抑えつつ、紙葉類の厚み検出の分解能力を上げた紙葉類の厚み検出センサ及び紙幣鑑別ユニットを提供することが可能になる。
本発明の紙幣鑑別ユニットを含む自動取引装置の概略の構成を示す図 本発明の実施形態1の紙葉類の厚み検出センサの構成及び動作を説明する図 実施形態1の変形例の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図 図3の動作を説明するための発振周波数の変化例及びDSPの出力波形例を示す図 本発明の実施形態2の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図 本発明の実施形態2の変形例の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図 従来の紙葉類の厚み検出センサの要部の構成及び動作を説明する図
 以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施形態の自動取引装置の構成)
 図1は、本発明の紙幣鑑別ユニットを含む自動取引装置の概略の構成を示す図である。
 ATM(automated teller machine)等の自動取引装置100は、入金された紙幣を鑑別し、一時貯留し、返金、金庫への入庫を行うBRU(Bill Recycle Unit)10と、全体の制御を行うMPU20とを有している。BRU10は、金庫ユニット11と、返金処理に用いない5千円札、2千円札及び破損して返金処理に使えない損札を収納するリジェクト部17とを有している。
 金庫ユニット11は、紙幣を投入する投入部12と、紙幣を鑑別する紙幣鑑別ユニット13と、紙幣を一時貯留しておく一時貯留部14と、金庫(万券)15及び金庫(千券)16と、を有している。紙幣鑑別ユニット13には、紙葉類の厚み検出センサが内蔵されている。
(実施形態1の紙葉類の厚み検出センサ)
 図2(a)~(c)は、本発明の実施形態1の紙葉類の厚み検出センサの構成及び動作を説明する図ある。
 図2(a)は、本発明の実施形態1の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図であり、図2(b)は、FFT6の出力波形例を示す図であり、図2(c)は、図2(b)における周波数f2の拡大波形を示す図である。
 図2(a)において、紙葉類KMの厚み検出センサは、発振器1と、信号電極2と、複数の検出電極3-1,3-2,・・・,3-nと、複数の共振回路4-1,4-2,・・・,4-nと、増幅器5と、FFT(Fast Fourier Transform)6と、を有している。図2(a)において、紙葉類KMは、紙面の表面から裏面へ向かう方向に搬送される。
 発振器1は、紙葉類KMの搬送方向に対して直交する水平方向(搬送路幅W方向)における位置S1,S2,・・・,Snに割り当てた周波数f1,f2,・・・,fnの一定レベルの高周波信号をそれぞれ出力する発振回路110(110,110,・・・,110n)と、周波数f1,f2,・・・,fnの高周波信号を重畳する加算器120とを有している。発振器1は、周波数f1,f2,・・・,fnの一定レベルの離散的な高周波信号群を出力する。
 発振器1の出力は、高周波伝送路を介して信号電極2へ導かれる。信号電極2は、金属板等で構成され、図2(a)の紙面の表面から裏面方向に(図2(a)の図面に対して手前から奥に)搬送される紙葉類KMの幅より広く、かつ図2(a)の紙面の表面から裏面方向(図面の手前から奥)に延びている。
 信号電極2に対して、紙葉類KMを搬送する搬送路を挟んだ位置に複数の検出電極3-1,3-2,・・・,3-nが設けられている。検出電極3-1,・・・,3-nは、例えば、正方形の金属片により構成されている。検出電極3-1,・・・,3-nには、共振回路4-1,・・・,4-nがそれぞれ接続されている。
 共振回路4は、インダクタンスLと、コンデンサCと、抵抗Rの並列共振回路として表現でき、共振回路4-1,4-2,・・・,4-nの各共振周波数は、f1,f2,・・・,fnに設定されている。インダクタンスLと、コンデンサCと、抵抗Rの定数は、信号電極2と検出電極3との間で構成されるインピーダンスを含んだ並列共振回路として決定される。並列共振回路は、周波数f1~fnまでの検出位置S1~Snに対応しており、それぞれ異なる周波数f1,f2,・・・,fnは発振器1の周波数帯域内で選定される。
 周波数f1,f2,・・・,fnの一定の出力レベルの離散的な高周波信号群が信号電極2に印加されると、共振周波数がf1,f2,・・・,fnに設定されている共振回路4に接続された各検出電極3-1,3-2,・・・,3-nへ共振周波数の信号が出力される。このとき、複数の検出電極3の中には、信号電極2との間に紙葉類KMが挟まれた検出電極3と、紙葉類KMが挟まれていない検出電極3とがある。紙葉類KMが挟まれた検出電極3と挟まれていない検出電極3とで検出電圧レベルに差が出る。このレベル差から紙葉類KMの厚みを逆算することができる。
 増幅器5は、少なくとも周波数f1~fn(f1<f2<・・・<fn)の範囲の周波数をほぼ平坦に増幅する広帯域な増幅器であるが、理論的に後述するf1~f1+Δf×n以上の帯域があれば良い。
 FFT6は、離散フーリエ変換を計算機上で高速に計算するアルゴリズムであり、汎用のDSP又は専用のLSI等により構成されている。
 図2(b)には、FFT6の出力波形例が示され、図2(c)には、図2(b)における周波数f2の拡大波形が示されている。図2(b)に示されたFFT6の出力波形におけるΔVは、紙葉類KMが挟まれた検出電極3における検出電圧と紙葉類KMが挟まていない検出電極3の検出電圧との電圧差であり、紙葉類KMの厚さに対応している。更に、図2(c)を見ると、紙葉類KMが信号電極2と検出電極3との間に挟まれることにより、発振周波数f2がf2´にΔf変化している。Δfは、紙葉類KMが挟まれたことによる共振周波数の変化量であり、この共振周波数の変化量Δfから紙葉類KMの厚みを求めることもできる。
 電極間に紙葉類KM等の媒体が挿入されると、電極間の誘電率が変化する。誘電率の変化に伴って、信号電極2と検出電極3との間で構成されるインピーダンスが変化する。検出電極3に接続されている共振回路4は、媒体が無い状態で決定した共振周波数が設定されているため、信号電極2と検出電極3との間に媒体が挿入されると、共振回路を構成するインピーダンスが変化して当初の共振周波数からずれる。
 ここで、厚み検出の原理について説明する。信号電極2と検出電極3との間隔をd、検出電極3の面積をS、空気の誘電率をε、紙葉類KMの比誘電率をεとする。紙葉類KMが挿入されていない場合、信号電極2と検出電極3とによって形成されるコンデンサの容量Cは、C=ε・S/dとなる。紙葉類KMが挿入された場合、信号電極2と検出電極3とによって形成されるコンデンサの容量CKMは、CKM=ε・εr・S/dとなる。
 信号電極2に印加される高周波信号の周波数をfとすると、紙葉類KMが挿入されていない場合の信号電極2と検出電極3とによって形成されるコンデンサのインピーダンスZは、Z=1/jωC=1/j2πfε・S/dとなる。一方、紙葉類KMが挿入された場合の信号電極2と検出電極3とによって形成されるコンデンサのインピーダンスZKMは、ZKM=1/jωC=1/j2πfε・εr・S/dとなる。ここで、比誘電率をεが実数の場合には、紙葉類KMが挿入されているか否かにより、印加される周波数信号に対する出力レベルが変化する。比誘電率εが複素数の場合には、紙葉類KMが挿入されているか否かにより、印加される高周波数信号に対する出力レベルと位相の両方が変化する。
 実際には、厚み検出センサを含む紙幣鑑別ユニットの工場出荷時に、紙葉類KMを挿入しない状態と挿入した状態との両状態でキャリブレーションして、紙葉類KMの挿入の有無によるインピーダンス変化で得られる電圧/電流や共振周波数の変化量を図示しないメモリに憶え込ませ、メモリに憶え込ませた紙葉類KMの挿入の有無と電圧/電流や共振周波数の変化量から紙葉類KMの厚みを検出する。
 各検出電極3の出力は、各共振回路4を経由して、信号線でまとめられ増幅器5に入力される。増幅器5により必要な電圧又は電流レベルまで増幅された後、周波数毎の出力レベルをFFT6で信号分析すると、媒体の影響を受けた位置とそうでない位置とで各周波数の出力レベルの差(電圧差又は電流差)が現れる。信号の出力レベルの差や共振周波数の変化量を得ることで多チャンネルの厚み等の媒体情報をFFT6の1つの出力で得ることができる。
(実施形態1の変形例の紙葉類の厚み検出センサ)
 図3(a)は、実施形態1の変形例の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図であり、実施形態1を示す図2と共通の要素には共通の符号が付されている。又、図4(a),(b)は、図3の動作を説明するための発振器1Aの高周波信号の周波数の変化例を示す図であり、図4(c)は、図3中のDSP8の出力周波数及び出力レベルの変化例を示す図である。
 図3において、実施形態1の変形例の紙葉類KMの厚み検出センサは、図2の発振器1に替えて、デジタル方式の電圧制御発振器(VCO/DDS、以下、「発振器」という。)1Aを有している。発振器1Aは、紙葉類KMの搬送方向に対して直交する水平方向(搬送路幅W方向)における位置S1,S2,・・・,Snに対応する経過時刻t1,t2,・・・,tnに応じて割り当てられた周波数f1,f2,・・・,fnに連続的に変化する高周波信号を出力する。発振器1Aの出力する高周波信号の周波数の範囲は、検出電極3と接続された共振回路4の一つ当たりの並列共振周波数を中心に、紙葉類KM等の媒体の挿入による物理量の変化に追従できる範囲の周波数帯域fbwより広くする(図4(a)参照)。発振器1Aが出力する高周波信号の周波数は、時間軸に沿って可変でき、周波数帯域fbwに使用チャネル数nを乗じた帯域n×fbwより広い周波数帯域の信号を外部の制御部MUPからの指示により発生する。最小周波数から最大周波数までの掃引時間は、媒体搬送速度より十分速く制御部MUPにより制御される。
 又、電極等の機構誤差や回路部品の誤差があるため、発振周波数や出力レベルの大きさを検出位置毎に媒体が無い状態で、増幅器5の入力点で均一になるよう探索し調整値を図示しないメモリに記憶し、発振器1Aの出力レベルを周波数と共に制御する。
 共振回路4-1,4-2,・・・,4-nの出力端は、図示しないプリント基板で集線されており、ミキサ回路7の一端入力へ接続されている。ミキサ回路7の他端入力には、信号電極2へ供給している周波数fより若干異なる周波数f+αの信号を供給する。ミキサ回路7は、入力される2つの周波数f、f+αの差の低い周波数αを出力し、DSP8へ供給する。
 媒体挿入時は、媒体により電極間の誘電率が変化し共振周波数が変化する。並列共振周波数であるため、媒体が無い状態に決めた中心周波数と異なると、共振回路4のインピーダンスが変化するので、ミキサ回路7の信号の出力レベルが変化する。この出力レベルの変化量を厚み量として直接利用してもよい。
 また、変化後の共振周波数を検出するように信号処理すると、無媒体時の出力周波数と異なる出力周波数が検出でき、出力周波数の変化量から誘電率の変化量を検出することができる。信号の出力レベルで判断がつき難い場合は、出力周波数の変化量を検出した方が判断し易いこともあり、ミキサ回路7で低周波変換することで信号処理は容易となる。
 図4(b)を見ると、時刻t1,t2,・・・,tnの経過に伴い、出力周波数がf1,f2,・・・,fnと階段的に変化している。
 図3中のDSP8の出力波形例が示されている図4(c)を見ると、図3中で紙葉類KMが挟まれた位置の検出電極3、例えば検出電極3-2の出力周波数は、f2からf2´に変化する。この変化を捉え、Δf=f2´-f2から、紙葉類KMの厚さを検出する。その他の動作は、本発明の実施形態1の紙葉類KMの厚み検出センサと同様である。
(実施形態2の紙葉類の厚み検出センサ)
 図5は、本発明の実施形態2の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図であり、実施形態1を示す図2と共通の要素には共通の符号が付されている。
 本発明の実施形態2の紙葉類KMの厚み検出センサは、図2中の発振器1に、π/2移相器30が追加されている。ここで、π/2移相器30は、例えば、信号電極2に印加する高周波信号の周波数の4倍の周波数とデジタルフリップフロップ(D-ff)を複数使用することで、各種の移相信号を得ることができる。原振の周波数を可変すれば移相した前述の信号を得ることができる。
 又、図2中の信号電極2に替えて、複数の信号電極2-1,2-2,・・・,2-nを有している。発振器1の出力は、奇数番目の信号電極2-1,2-3,・・・に印加され、位相をπ/2シフトした発振器1の出力は、偶数番目の信号電極2-2,2-4,・・・に印加される。その他の構成は、図2(a)と同様である。
 図5の構成を採用すると、隣合う例えば、信号電極2-1と信号電極2-2、信号電極2-2と信号電極2-3に印加される信号の位相がπ/2ずれた状態になる。そのため、信号電極2-1,2-2,2-3に印加される周波数f1,f2,f3であり、周波数f1と周波数f2、周波数f2と周波数f3が接近していても、隣合う周波数同士の位相がπ/2ずれているので、隣合う周波数同士が干渉し合うのを防ぐことができる。そのため、信号電極2の数を多くすることにより、紙葉類KMの厚みの検出精度を上げ、紙葉類KM全面の厚みを検出することができる。また、隣接干渉が少なくなるので、f1~fnの範囲を狭くでき、増幅器5の帯域が狭いものが使用できる。
 図6は、本発明の実施形態2の変形例の紙葉類の厚み検出センサの構成を示す図であり、実施形態2を示す図5と共通の要素には共通の符号が付されている。
 図6を見ると、図5中の複数の共振回路4-1,4-2,・・・,4-nとDSP8の間に、共振回路4の数と同数のアイソレーションバファ(Isolation Buffer)9-1,9-2,・・・,9-nが挿入されている。他の構成は、図5の構成と同様である。ここで、アイソレーションバファ9-1は、一方向性素子であり、三角形の底辺から入力された信号を増幅して三角形の頂点の方向へ出力するが、逆の三角形の頂点から底辺への方向へは信号を通さない。
 図6に示された構成を採用すると、例えば、隣合う検出電極3-1,3-2における検出電圧の干渉を少なくすることができ、信号電極2の数を多くすることにより、紙葉類KMの厚みの検出精度を更に上げ、紙葉類KM全面の厚みを精度良く検出することができる。
(実施形態の効果)
 本発明の実施形態1の紙葉類の厚み検出センサは、紙葉類の搬送方向に直交する水平方向(搬送路幅W方向)における位置に対応した周波数の高周波信号を出力する発振器1と、発振器1が出力する高周波信号を印加する信号電極2と、信号電極2に対して紙葉類KMを挟んで配置され、位置に対応する検出信号をそれぞれ検出する複数の検出電極3-1~3-nと、複数の検出電極3-1~3-nのそれぞれの他端に一端が接続され、位置に対応した周波数と等しい共振周波数の複数の共振回路4-1~4-nと、複数の共振回路4-1~4-nの他端が接続され、複数の共振回路4-1~4-nの出力信号を1つのセンサ出力情報として出力する広帯域の増幅器5と、を有している。図7(b)に示された従来例では複数必要であった増幅器45a,45b,・・・,45dが1つの広帯域の増幅器5に集約され、配線も簡素化されている。これにより、材料費及び配線のための製造コストを低く抑えつつ、紙葉類の厚みを紙葉類の搬送方向に直交する水平方向(搬送路幅W方向)における位置毎に検出することができる。
 本発明の実施形態1の変形例の紙葉類の厚み検出センサは、複数の検出電極3及び共振回路4の誤差を補償するように、紙葉類KMの検出時の高周波信号の周波数及び出力レベルを記憶しておき、記憶しておいた周波数及び前記出力レベルの高周波信号を信号電極2に印加する発振器1Aを備えている。これにより、複数の検出電極3及び共振回路4の誤差が補償され、紙葉類の搬送方向に直交する水平方向における位置毎に紙葉類の厚みを更に精度良く検出することができる。
 本発明の実施形態2の紙葉類の厚み検出センサは、信号電極2を隣合う同士で2種類に分割し、隣合う信号電極毎に位相がπ/2rad異なる高周波数信号を印加するようにしている。隣合う信号電極毎に印加される高周波信号の移相がπ/2rad異なるので、隣接する信号電極同士の干渉が少なくなる。これにより、紙葉類の搬送方向に直交する水平方向(搬送路幅W方向)における位置毎の厚みの検出精度を更に上げ、紙葉類全面の厚みを検出することができる。
(変形例)
 本発明の実施形態1、2の紙葉類の厚み検出センサの説明は、従来例を示す図7(b)の改良発明として説明したが、本発明を他の従来例を示す図7(a)の改良発明として適用することもできる。即ち、図7(a)において、紙葉類の搬送方向に対して直交する水平方向に、図7(a)中の検出ローラ31、変位センサ33及び増幅器34が複数ある場合に、複数の増幅器34を一つの広帯域の増幅器5へ置き換えることにより、材料費及び配線のための製造コストを低く抑えることができる。
 本発明の実施形態1、2の紙葉類の厚み検出センサの説明では、共振回路4は、インダクタンスLと、コンデンサCと、抵抗Rの並列共振回路として表現できると説明したが、共振回路4は、並列共振回路に限定されない。共振回路4は、インダクタンスLと、コンデンサCと、抵抗Rの直列共振回路であってもよく、電極3及び3で構成されるコンデンサが共振パラメータとして組み込まれていれば良い。紙葉類KMが挿入されていない時の直列共振周波数共振回路インピーダンスは低下する。紙葉類KMが電極間に存在すれば、共振回路のインピーダンスは紙葉類KMが無い時より大きくなる。並列共振回路で構成された場合と同様に出力レベル差(電圧差又は電流差)として媒体を検出できる。また、共振周波数もずれるため、共振周波数の変化量Δfから紙葉類KMの厚みを求めることもできる。並列共振回路と直列共振回路ではインピーダンスの変化方向は反対方向であるが、増幅回路の入力方式や信号処理の方法で検出した最終結果は自由に反転できるため、出力波形の例として、図2(b)及び図4(c)を示している。
 本発明の実施形態1、2の紙葉類の厚み検出センサは、挟まれる媒体により変化する電極間のインピーダンスを検出しているので、外国紙幣に組み込まれているスレッドと呼ばれる金属の帯状の検出に適用するができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を取ることができる。
 1,1A,41   発振器
 2,2-1,2-2,・・,2-n,43   信号電極
 3,3-1,・・,3-n,44,44a,・・,44d   検出電極
4,4-1,・・,4-n   共振回路
 5,34,45a,・・・45d   増幅器
 6   FFT
 7   ミキサ回路
 8   DSP
9-1,9-2,・・・,9-n   アイソレーションバファ
10   BRU
11   金庫ユニット
12   投入部
13   紙幣鑑別ユニット
14   一時貯留部
15   金庫(万券)
16   金庫(千券)
17   リジェクト部
20   MPU
30   π/2移相器
31   検出ローラ
32   固定ローラ
33   変位センサ
42   搬送ローラ
46   マルチプレクサ
100   自動取引装置
110,110,110,・・・,110   発振回路
120   加算器
KM   紙葉類
W   搬送路幅

Claims (10)

  1.  紙葉類の搬送方向に対して直交する水平方向における位置に割り当てた周波数の高周波信号を出力する発振器と、
     前記発振器が出力する前記高周波信号を印加する信号電極と、
     前記信号電極に対して前記紙葉類の搬送路を挟んで配置され、前記位置に対応する検出信号をそれぞれ検出する複数の検出電極と、
     前記複数の検出電極のそれぞれの他端に一端が接続され、前記位置に割り当てられた周波数に等しい共振周波数の複数の共振回路と、
     前記複数の共振回路の他端が接続され、前記複数の共振回路の出力を1つのセンサ出力情報として出力する広帯域増幅器と、
     を有することを特徴とする紙葉類の厚み検出センサ。
  2.  前記センサ出力情報は、前記検出信号の出力レベルの変化量であることを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  3.  前記センサ出力情報は、前記検出信号の周波数変化量であることを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  4.  前記発振器が出力する高周波信号の周波数を前記位置に割り当てられた時刻とともに掃引することを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  5.  前記共振回路は、
     インダクタンスと、コンデンサと、抵抗とからなる並列共振回路であることを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  6.  前記共振回路は、
     インダクタンスと、コンデンサと、抵抗とからなる直列共振回路であることを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  7.  前記発振器は、
     前記複数の検出電極の機構誤差及び前記共振回路の部品の誤差を補償するように、前記紙葉類の検出時の高周波信号の周波数及び出力レベルを記憶しておき、記憶しておいた前記周波数及び前記出力レベルの前記高周波信号を前記信号電極に印加することを特徴とする請求項5又は6に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  8.  前記信号電極を隣合う同士で2種類に分割し、隣合うチャネル毎に位相がπ/2rad異なる高周波数信号を印加することを特徴とする請求項1に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  9.  前記複数の共振回路と前記広帯域増幅器との間に、前記共振回路の数と同数のアイソレーションバファが挿入されていることを特徴とする請求項8に記載の紙葉類の厚み検出センサ。
  10.  請求項1~9の何れか1項に記載の紙葉類の厚み検出センサを用いたことを特徴とする紙幣鑑別ユニット。
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