特許 6967660 光検出センサ、光検出装置、および、紙葉類処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6967660

(24)【登録日】2021年10月27日

(45)【発行日】2021年11月17日

(54)【発明の名称】光検出センサ、光検出装置、および、紙葉類処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/028 20060101AFI20211108BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20211108BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20211108BHJP

   G07D 7/121 20160101ALI20211108BHJP

【ＦＩ】

   H04N1/028 C

   G01J1/02 Q

   G01N21/64 Z

   G07D7/121

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2020-509786(P2020-509786)

(86)(22)【出願日】2019年3月7日

(86)【国際出願番号】JP2019009175

(87)【国際公開番号】WO2019188096

(87)【国際公開日】20191003

【審査請求日】2020年7月20日

(31)【優先権主張番号】特願2018-68259(P2018-68259)

(32)【優先日】2018年3月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001432

【氏名又は名称】グローリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小西 博

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 剛

(72)【発明者】

【氏名】奥井 雄一郎

【審査官】 橋爪 正樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７０６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５２４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８２１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１１１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０５３８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３０７２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ １／０２４− １／２０７

Ｈ０４Ｎ ９／０４ − ９／１１

Ｇ０１Ｊ １／０２ − １／０８

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ −２１／７４

Ｇ０７Ｄ ７／００ − ７／２０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象に光を照射する光源と、
前記検出対象からの光の強度を検出する複数の検出器を備える受光部と、を備え、
前記検出対象からの光は、第１の波長帯の光と、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯との光と、を含み、
前記複数の検出器は、少なくとも、前記第１の波長帯の光の強度を検出する第１の検出器と、前記第２の波長帯の光の強度を検出する第２の検出器と、を含み、
前記第１の検出器の前記第１の波長帯の光に対する感度は、前記第２の検出器の前記第２の波長帯の光に対する感度よりも低く、
前記第１の検出器の受光面積は、前記第２の検出器の受光面積よりも大きい、ことを特徴とする光検出センサ。

【請求項2】

前記複数の検出器は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯とは異なる第３の波長帯の光の強度を検出する第３の検出器をさらに含み、
前記第１の検出器の前記第１の波長帯の光に対する感度は、前記第３の検出器の前記第３の波長帯の光に対する感度よりも低く、
前記第１の検出器の受光面積は、前記第３の検出器の受光面積よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の光検出センサ。

【請求項3】

前記第２の検出器の前記第２の波長帯の光に対する感度は、前記第３の検出器の前記第３の波長帯の光に対する感度よりも低く、
前記第２の検出器の受光面積は、前記第３の検出器の受光面積よりも大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の光検出センサ。

【請求項4】

前記第１の波長帯の光が前記検出対象から前記第１の検出器まで到達する経路の長さが前記第２の波長帯の光が前記検出対象から前記第２の検出器まで到達する経路の長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光検出センサ。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載された光検出センサと、
前記光検出センサの制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光源から前記検出対象へ光を照射した後、前記光源の消灯中に、少なくとも前記第１の波長帯の光の強度と前記第２の波長帯の光の強度とを検出することを特徴とする光検出装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記光源から前記検出対象へ光を照射した後、前記光源の消灯中に、少なくとも前記第１の波長帯の光の強度と前記第２の波長帯の光の強度とを複数回検出することを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載された光検出装置を備え、前記光源の消灯中に検出した、少なくとも前記第１の波長帯の光の強度と前記第２の波長帯の光の強度とに基づき、紙葉類の識別処理を行う紙葉類処理装置。

【請求項8】

検出対象に光を照射する光源と、
前記検出対象からの光の強度を検出する複数の検出器を備える受光部と、を備え、
前記検出対象からの光は、第１の波長帯の光と、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯との光と、を含み、
前記複数の検出器は、少なくとも、前記第１の波長帯の光の強度を検出する第１の検出器と、前記第２の波長帯の光の強度を検出する第２の検出器と、を含み、
前記第１の検出器の前記第１の波長帯の光に対する感度は、前記第２の検出器の前記第２の波長帯の光に対する感度よりも低く、
前記第１の波長帯の光が前記検出対象から前記第１の検出器まで到達する経路の長さが前記第２の波長帯の光が前記検出対象から前記第２の検出器まで到達する経路の長さよりも短いことを特徴とする光検出センサ。

【請求項9】

検出対象に光を照射する光源と、
前記検出対象からの光の強度を検出する複数の検出器を備える受光部と、を備え、
前記検出対象からの光は、第１の波長帯の光と、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯との光と、を含み、
前記複数の検出器は、少なくとも、前記第１の波長帯の光の強度を検出する第１の検出器と、前記第２の波長帯の光の強度を検出する第２の検出器と、を含み、
前記第１の検出器と前記第２の検出器とは異なる材料で形成されており、前記第１の検出器の前記第２の波長帯の光に対する感度よりも、前記第２の検出器の前記第２の波長帯の光に対する感度が大きいことを特徴とする光検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光検出センサ、光検出装置、および、紙葉類処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、紙幣（銀行券）や有価証券などの価値のあるシート媒体の真正性を示す特徴として、シート媒体上に燐光の特性を有する部分が設けられている。紙葉類処理装置などでは、光検出センサを用いてこの部分を検出し、光検出センサが検出した検出信号に基づいてシート媒体の真偽を判別している。

【0003】

特許文献１には、それぞれ異なる波長帯の光を受光する複数の受光素子を有するラインセンサにおいて、各受光素子からの光検出信号に基づいて媒体の色情報を取得するセンサ装置が記載されている。

【0004】

特許文献２には、それぞれ異なる波長帯の光を受光する複数の画素を有するセンサ装置において、各画素の感度が異なる場合に、各画素の検出強度が同じになるように各画素の出力のゲイン調整を行うセンサ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−９４４５号公報

【特許文献2】特許第６０６３８４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、センサ装置の各受光素子の感度は検出する光の波長によって異なるため、特許文献１に記載された発明では、各受光素子が異なる波長の同じ強さの光を検出した場合、各受光素子から出力される出力信号の大きさは各受光素子によって異なる。

【0007】

このため、例えば、発光強度の弱いある波長帯の光を、当該波長帯の光に対する感度が低い受光素子で検出する場合、受光素子が出力する出力信号は微弱になり、当該波長帯の光を精度よく検出することは困難である。また、発光強度が弱い光は、受光素子での受光量が少なくノイズの影響を受けやすいため、さらに、光の強度を精度よく検出することが難しくなる。

【0008】

特許文献２に記載の発明では、各画素から出力される出力値の大きさが異なる場合に、ゲイン調整によって出力値の大きさを補正しているが、感度が低い画素の出力のゲインを高くした場合、ノイズも増幅されてしまう。したがって、この方法では、各画素からの出力がノイズの影響を受けやすく、発光強度が弱い波長帯の光の強度を精度よく検出することが困難である。

【0009】

そこで、本発明では、検出する光の波長ごとに異なる感度を示す検出器を備える受光部の出力の大きさを補正し、かつ、ノイズの影響を抑制して光の強度の検出を行うことが可能な光検出センサ、光検出装置、および、紙葉類処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の光検出センサは、検出対象に光を照射する光源と、検出対象からの光の強度を検出する複数の検出器を備える受光部と、を備え、検出対象からの光は、第１の波長帯の光と、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯との光と、を含み、複数の検出器は、少なくとも、第１の波長帯の光の強度を検出する第１の検出器と、第２の波長帯の光の強度を検出する第２の検出器と、を含み、第１の検出器の第１の波長帯の光に対する感度は、第２の検出器の第２の波長帯の光に対する感度よりも低く、第１の検出器の受光面積は、第２の検出器の受光面積よりも大きくしている。

【0011】

また、本発明の光検出装置は、上記光検出センサと、光検出センサの制御を行う制御部と、を備え、制御部は、光源から検出対象へ光を照射した後、光源の消灯中に、少なくとも第１の波長帯の光の強度と第２の波長帯の光の強度とを検出する。

【0012】

また、本発明の紙葉類処理装置は、上記光検出装置を備え、光源の消灯中に検出した、少なくとも第１の波長帯の光の強度と第２の波長帯の光の強度とに基づき、紙葉類の識別処理を行う。

【発明の効果】

【0013】

本発明の光検出センサ、光検出装置、および、紙葉類処理装置によれば、検出する光の波長ごとに異なる感度を示す検出器を備える受光部の出力の大きさを補正し、かつ、ノイズの影響を抑制して光の強度の検出を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の光検出装置の各部の機能および構成の一例を示す図

【図2A】実施の形態１に係る光検出センサの構成の一例を示す下面図

【図2B】実施の形態１に係る光検出センサの構成の一例を示す正面図

【図2C】実施の形態１に係る光検出センサの構成の一例を示す左側面図

【図3】受光部の感度と受光部が出力する光検出信号の大きさとの関係を説明する図

【図4】検出対象の発光強度、受光素子の感度、および、光検出信号の大きさの関係の一例を示す図

【図5A】検出対象に照射される光の強度分布を説明する図

【図5B】検出対象に照射される光の強度分布を説明する図

【図6】実施の形態に係る光検出センサの構成の一例を示す図

【図7】実施の形態に係る光検出センサの構成の別の例を示す図

【図8】実施の形態に係る光検出センサの構成のさらに別の例を示す図

【図9】実施の形態に係る光検出センサの構成のさらに別の例を示す図

【図10】実施の形態に係る光検出センサの構成のさらに別の例を示す図

【図11】実施の形態に係る光検出センサの構成のさらに別の例を示す図

【図12】実施の形態に係る光検出センサの構成のさらに別の例を示す図

【図13】実施の形態に係る光検出センサが奏する効果を説明する図

【図14】実施の形態に係る導光部品を示す斜視図

【図15】図１４に示す導光部品を有するラインセンサを備える本発明の光検出装置を上側から見た図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付している。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を模式的に示している。

【0016】

（光検出装置の構成）
図１は、本発明の光検出装置１００の各部の機能および構成の一例を示す図である。光検出装置１００は、搬送装置３０が搬送する被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔの真偽を判別するために用いられる装置である。

【0017】

例えば、被搬送物Ｘは、紙幣（銀行券）や有価証券などのシート媒体であり、検出対象Ｔは、分子中の電子が励起されると燐光を放射する燐光放射物質を含むインクを用いて紙幣等に印刷されたセキュリティマークである。被搬送物Ｘに塗布される燐光放射物質は、被搬送物Ｘの種類に応じて予め定められている。光検出装置１００は、搬送装置３０と、光検出センサ１０と、制御部４０とを有する。

【0018】

ここで、燐光とは、燐光体に励起光を照射したときに燐光体が発する光またはそのような光を発光する現象をいう。燐光は、励起光の照射中および照射後に燐光体が発する光であり、特に、照射後に燐光体が発する光を残光という。

【0019】

搬送装置３０は、所定の位置に検出対象Ｔが付された被搬送物Ｘを、矢印で示される方向に連続的に搬送する装置である。搬送装置３０は、被搬送物Ｘの形状等の特性に応じ、ベルトコンベヤやローラコンベヤ、浮上搬送装置等により構成される。

【0020】

本発明の実施の形態では、搬送装置３０がベルトコンベヤにより構成される場合について説明する。当該ベルトコンベヤは、ベルトおよび当該ベルトを駆動するプーリーを有している。当該プーリーの回転軸には、当該プーリーの回転数（回転角度）を検出するロータリーエンコーダが接続されている。

【0021】

また、搬送装置３０は、被搬送物Ｘの搬送方向において光検出センサ１０よりも上流側に、被搬送物Ｘの通過を検知する通過検知センサ（図示略）を有している。

【0022】

制御部４０は、光検出センサ１０および搬送装置３０などを制御する制御装置である。制御部４０は、電源、ＣＰＵ及びメモリ等から構成されており、光検出センサ制御部４１、および、搬送装置制御部４６を有している。

【0023】

搬送装置制御部４６は、搬送装置３０の動作を制御する制御部である。また、搬送装置制御部４６は、通過検知センサによって被搬送物Ｘの通過が検知された後のロータリーエンコーダのパルス数に基づいて、ベルトの移動距離、すなわち、検出対象Ｔの移動距離などの検出対象Ｔの存在位置に関する情報を算出する。

【0024】

光検出センサ制御部４１は、光検出センサ１０を制御する制御部であり、検出部４２、判別部４３、記憶部４４、および、光源制御部４５を有する。

【0025】

検出部４２は、光検出センサ１０から出力される光検出信号を受信する。検出部４２は、当該光検出信号に基づいて、検出対象Ｔが放射する放射光の強度を算出する。

【0026】

記憶部４４は、真の検出対象Ｔから放射される放射光の波長帯ごとの強度や、後述する残光の減衰時定数τ等の情報を基準値として記憶している。これらの情報は、検出対象Ｔの真偽を判別するための基礎となる。

【0027】

判別部４３は、検出部４２で得られた放射光の強度と、記憶部４４に基準値として記憶されている強度とを比較することによって、検出対象Ｔに含まれる物質を判別し、検出対象Ｔの真偽を判定する。また、判別部４３は、残光の減衰時定数τを算出し、この燐光の減衰時定数τに基づいて検出対象Ｔに含まれる物質を判別することによって、検出対象Ｔの真偽を判別することもできる。

【0028】

光源制御部４５は、光検出センサ１０の光源の点灯および消灯制御を行う制御部である。光源制御部４５は、搬送装置制御部４６が算出した検出対象Ｔの存在位置に関する情報に基づいて光源の点灯および消灯制御を行う。

【0029】

（光検出センサの構成）
図２Ａは、本発明の実施の形態に係る光検出センサ１０の構成の一例を示す下面図、図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る光検出センサ１０の構成の一例を示す正面図、図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る光検出センサ１０の構成の一例を示す左側面図である。

【0030】

光検出センサ１０は、被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔからの光を検出するセンサである。光検出センサ１０は、受光部１１、光源１２、導光体１３、筐体（不図示）などを備えている。

【0031】

筐体は、受光部１１、光源１２、導光体１３を内部に収容する箱体である。筐体は、例えば、遮光性を有する有色の合成樹脂により形成されている。なお、筐体は、このような合成樹脂に限らず、遮光性を有する材料で形成されていれば良く、例えば、アルミなどの金属で形成されていてもよい。

【0032】

光源１２は、検出対象Ｔに対して光を照射する投光器である。光源１２は、例えば、白色光などの可視光を照射する可視光源、赤外線を照射するＩＲ光源、および、紫外線を照射するＵＶ光源を有する。光源１２は、これらの複数の波長帯の光を同時に、または、個別に放射することができる。

【0033】

光源１２が放射するこれらの光のうち、例えば、紫外線は、検出対象Ｔを励起する励起光である。検出対象Ｔは、検出対象Ｔに固有の波長帯の光によって励起される。

【0034】

以下では、光源１２が励起光を放射し、受光部１１が、励起光によって励起された検出対象Ｔからの残光を検出する例について説明するが、受光部１１は、励起光を照射中に検出対象Ｔから放射される燐光又は蛍光を検出してもよい。さらに、受光部１１は、白色光などの可視光を照射中に検出対象Ｔで反射する反射光を検出してもよい。

【0035】

導光体１３は、光源１２から放射された励起光を搬送装置３０上の検出領域へと導き、検出領域からの光を受光部１１へ導く光学素子である。導光体１３は、アクリルやポリカーボネート等の透明な樹脂でできたブロック体である。

【0036】

導光体１３は、光源１２に対向する位置に光入射面１３ａを有し、受光部１１に対向する位置に光放射面１３ｂを有し、搬送装置３０上の検出領域に対向する位置に光入放射面１３ｃを有する。なお、導光体１３の材料は、励起光を透過する材料であればよく、透明な材料に限られない。

【0037】

受光部１１は、検出対象Ｔからの光を受光して電気信号を出力する光検出器である。受光部１１は、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃを有する。第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃは、例えば、Ｓｉフォトダイオードである。

【0038】

なお、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃの材料や構造は、特に限定されるものではない。また、受光部１１が有する検出器は、３つに限定されるものではなく、２つでもよく、また４つ以上でもよい。

【0039】

受光部１１は、長方形状に形成されており、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃは、長方形状に形成された受光部１１の長辺に沿って並んで配置されている。ただし、後述するように、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃの配置には、様々なバリエーションがある。なお、光検出センサ１０は、受光部１１の長辺が被搬送物Ｘの搬送方向と直交するように、光検出装置１００に設置される。

【0040】

光源１２は、受光部１１の短辺が延びる方向に受光部１１と所定間隔をあけて配置されている。ただし、受光部１１および光源１２の配置は、これに限定されるものではなく、例えば、光源１２は、受光部１１の長辺が延びる方向に受光部１１と所定間隔をあけて配置されてもよい。

【0041】

第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃは、それぞれ、所定の波長帯の光を透過させるカラーフィルタを備えている。カラーフィルタは、例えば、光の三原色であるＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、および、Ｂ（青色）、並びに、ＵＶ（紫外線）およびＩＲ（赤外線）等の帯域の光を透過させる光学フィルタである。

【0042】

図２Ｂに示すように、光源１２からの励起光は、導光体１３の光入射面１３ａに入射する。光入射面１３ａに入射した励起光は、導光体１３内を伝搬し、光入放射面１３ｃから放射される。

【0043】

光入放射面１３ｃからの励起光は、検出領域に存在する検出対象Ｔに照射される。励起光が照射された検出対象Ｔは励起され、燐光を放射する。また、検出対象Ｔは、励起光の照射が停止された後、残光を放射する。

【0044】

検出対象Ｔからの燐光は、光入放射面１３ｃから導光体１３内に入射する。導光体１３に入射した燐光は、導光体１３内を伝搬し、光放射面１３ｂから放射される。

【0045】

光放射面１３ｂからの燐光は、受光部１１で検出される。なお、図２Ｃに示すように、導光体１３内を伝搬した光放射面１３ｂからの燐光は、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃの受光面に到達する。

【0046】

上述したように、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃは、それぞれ、異なる波長帯の光を透過させるカラーフィルタ有している。第１の検出器１１ａは、カラーフィルタを透過した第１の波長帯の燐光、第２の検出器１１ｂはカラーフィルタを透過した第２の波長帯の燐光、第３の検出器１１ｃはカラーフィルタを透過した第３の波長帯の燐光を検出する。

【0047】

（残光の減衰特性の算出方法）
燐光体である検出対象Ｔは燐光放射物質を含み、燐光放射物質は、励起光が照射されると励起し、燐光を放射する。燐光放射物質から放射される燐光の強度は、励起光の照射が開始されると、時間の経過とともに大きくなり、励起光の照射が停止された後、時間の経過とともに徐々に小さくなる。

【0048】

検出対象Ｔに含まれる燐光放射物質は、それぞれ固有の残光の減衰時定数τ（燐光強度がｅ分の１になるまでに要する時間）を有している。すなわち、横軸を光源１２の消灯後の経過時間、縦軸を残光の強度とした座標系に描かれる残光の減衰曲線は、各燐光放射物質によって異なる。

【0049】

本発明では、検出対象Ｔに対する励起光の照射を停止した後、時間の経過とともに小さくなる残光の減衰時定数τを算出し、算出した残光の減衰時定数τと記憶部４４に記憶した基準となる残光の減衰時定数τとを比較することにより、検出対象Ｔの真偽判定を行う。以下、残光の減衰時定数τの算出方法について説明する。

【0050】

まず、光源１２が励起光を放射する。放射された励起光は導光体１３を透過する。導光体１３を透過した励起光は検出対象Ｔに達し、検出対象Ｔを励起する。その後、光源１２が消灯すると、励起された検出対象Ｔは残光を放射する。検出対象Ｔから放射された残光は、導光体１３を透過し、受光部１１で検出される。

【0051】

受光部１１は、第１のタイミングにおいて検出領域に存在する検出対象Ｔからの残光と、第１のタイミングから所定時間経過後の第２のタイミングにおいて検出領域に存在する検出対象Ｔからの残光とを検出する。

【0052】

残光を検出した受光部１１は、残光の強度に応じた光検出信号を光検出センサ制御部４１に出力する。受光部１１から光検出信号を受信した光検出センサ制御部４１は、第１のタイミングおよび第２のタイミングにおける残光の強度の算出等を行う。残光の減衰時定数τは、次の数式１に基づいて算出することができる。

【0053】

【数1】

【0054】

数式１において、τは残光の減衰時定数である。ｔ_１およびｔ_２は、それぞれ、光源１２の消灯後、第１のタイミングおよび第２のタイミングにおける残光の検出までの経過時間である。Ｐ_１およびＰ_２は、それぞれ、第１のタイミングおよび第２のタイミングに検出された残光の強度である。

【0055】

判別部４３は、算出した残光の減衰時定数τと、記憶部４４に記憶されている検出対象Ｔの残光の減衰時定数τの基準値とを比較することによって、検出対象Ｔに含まれる物質を判別し、検出対象Ｔの真偽を判定する。

【0056】

なお、上述した例では、残光の減衰特性として、残光の減衰時定数τを算出したが、算出する残光の減衰特性は、これに限定されるものではない。残光の減衰特性は、例えば、受光部１１が検出した残光の強度をプロットして描いたグラフから算出されるものであってもよい。また、残光の強度の検出は、２回に限らず、３回以上行ってもよい。

【0057】

また、受光部１１は、搬送中の検出対象Ｔからの残光を検出しても、移動を停止しているときの検出対象Ｔからの残光を検出してもよい。

【0058】

（受光部の感度と受光部が出力する光検出信号の大きさとの関係）
次に、光検出センサ１０の受光部１１が出力する光検出信号の大きさと受光部１１の感度との関係について説明する。図３は、受光部１１の感度と受光部１１が出力する光検出信号の大きさとの関係を説明する図である。

【0059】

図３中、Ｐ（λ）は、検出対象Ｔからのλを代表値とする波長帯の光の発光強度、ＴＦ（λ）は、λを代表値とする波長帯の光に対するカラーフィルタの透過率、ＳＰＤ（λ）は、λを代表値とする波長帯の光に対する各検出器の受光素子の感度を示す。代表値としては、例えば、光のスペクトルの中心波長が挙げられる。

【0060】

ここで、受光部１１の各検出器が出力する光検出信号の大きさＶ（λ）（受光面の単位面積当たりの値）は、次の数式２に基づいて算出することができる。

【0061】

【数2】

【0062】

また、各検出器は、受光素子とカラーフィルタを有するから、カラーフィルタを有する各検出器の感度は、積｛ＴＦ（λ）×ＳＰＤ（λ）｝に基づいて算出することができる。

【0063】

本実施の形態では、受光部１１の各検出器の感度に応じて、各検出器の受光面の受光面積を変えることで、各検出器が出力する光検出信号の大きさを調整し、各検出器の感度の違いを補正している。

【0064】

特に、各検出器のフィルタの透過率ＴＦ（λ）が全ての波長で一定の場合、各検出器の受光素子の感度ＳＰＤ（λ）に応じて受光面の受光面積の大きさを設定する。具体的には、感度ＳＰＤ（λ）が低い受光素子における受光面の受光面積を、感度ＳＰＤ（λ）が高い受光素子における受光面の受光面積よりも大きくする。

【0065】

各受光素子に設けられたフィルタの透過率ＴＦ（λ）が波長帯λごとに異なる場合、各検出器の感度｛ＴＦ（λ）×ＳＰＤ（λ）｝に応じて受光面の受光面積の大きさを設定する。具体的には、感度｛ＴＦ（λ）×ＳＰＤ（λ）｝が低い検出器における受光面の受光面積を、感度｛ＴＦ（λ）×ＳＰＤ（λ）｝が高い検出器における受光面の受光面積よりも大きくする。これにより、受光部１１の各検出器が出力する光検出信号の大きさのばらつきを抑え、各検出器の感度の違いを補正することができる。

【0066】

なお、受光素子の感度ＳＰＤ（λ）が、全ての波長帯λに対して一定の場合、カラーフィルタの透過率ＴＦ（λ）に応じて各受光素子の受光面の受光面積の大きさを設定してもよい。また、検出対象Ｔが放射する光の発光強度Ｐ（λ）が波長λごとに異なる場合、該発光強度Ｐ（λ）に応じて各受光素子の受光面の受光面積の大きさを設定してもよい。

【0067】

ここで、検出対象Ｔから放射される光の発光強度Ｐ（λ）、受光素子の感度ＳＰＤ（λ）、および、検出器から出力される光検出信号の大きさＶ（λ）の関係についてグラフを用いて説明する。図４は、検出対象Ｔの発光強度、受光素子の感度、および、光検出信号の大きさの関係の一例を示す図である。なお、ここでは説明を簡略化するため、カラーフィルタの透過率ＴＦ（λ）は、全ての波長λに対して一定とする。

【0068】

図４には、検出対象Ｔが、代表値λ１、λ２およびλ３で表される波長帯の光を放射し、かつ、各検出器の受光素子の感度ＳＰＤ（λ）が、波長λ１から波長λ３に大きくなるにつれ高くなる場合が示されている。

【0069】

この場合、カラーフィルタの透過率ＴＦ（λ）が一定であるため、光検出信号の大きさＶ（λ）のグラフにおいて、波長λ１、λ２、λ３にピークが生じる。また、代表値λ１により表される波長帯の光に対する光検出信号の大きさＶ（λ）は、代表値λ２、および、λ３により表される波長帯の光に対する光検出信号の大きさＶ（λ）よりも小さくなる。

【0070】

結果として、受光部１１から出力される光検出信号の大きさにばらつきが生じてしまう。また、光検出信号の大きさが小さいとノイズの影響が大きくなり、代表値λ１で表される波長帯の光の発光強度を精度よく検出することが困難となる。

【0071】

そこで、本発明では、受光する光の波長帯に応じて受光素子の受光面積の大きさを設定することによって、各受光素子の感度の違いを補正する。具体的には、上述のとおり、受光素子の感度ＳＰＤ（λ）が低い波長を受光する検出器の、受光面の受光面積を大きくする。また、別の方法として、受光する光の波長帯に応じて受光素子の配置を決定することで、各受光素子の感度の違いを補正してもよい。さらに、これらの両方を行うことによって、各受光素子の感度の違いを補正してもよい。受光素子の配置の決定については、後に詳しく説明する。

【0072】

なお、本実施の形態では、受光部１１の各検出器が、例えば、図４に示すように、同じ感度特性を示す受光素子で形成されるようにしたが、各受光素子は、異なる材料で形成された異なる感度特性を示すものであってもよい。

【0073】

例えば、第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃを構成する受光素子において、λ１を代表値とする波長帯の光に対する感度が低い場合を考える。その場合、当該波長帯λ１の光に対する感度が第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃの受光素子よりも高い材料で形成された受光素子で第１の検出器１１ａを構成してもよい。このようにすれば、受光部１１の各検出器の間の感度のばらつきを抑制することができる。

【0074】

次に、光源１２を含む光検出センサ１０と検出対象Ｔとの間の距離Ｄと、検出対象に照射される光の強度分布との関係について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、検出対象に照射される光の強度分布を説明する図である。

【0075】

図５Ａに示すように、光源１２が検出対象Ｔから離れて配置される場合、光源１２からの光は導光体１３内で反射を繰り返す。そのため、検出対象Ｔに照射される光の強度分布は均一になりやすく、検出対象Ｔから放射される燐光（残光）の強度も均一になりやすい。その結果、受光部１１の受光面における燐光（残光）の強度分布も均一になりやすい。

【0076】

この場合、図２に示した第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃのうち、感度の低い検出器における受光面の受光面積を大きくすることにより、検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0077】

一方、図５Ｂに示すように、光源１２が検出対象Ｔの近くに配置される場合、光が検出対象Ｔに直接到達するようになり、光の強度分布は、光源１２に近い位置にピークが現れるものとなる。その結果、検出対象Ｔから放射される燐光（残光）の強度にもピークが現れ、さらには受光部１１で検出する燐光（残光）の強度分布にもピークが現れる。

【0078】

この場合、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃのうち、感度の低い検出器の受光面積を大きくしてもよいし、光の強度分布のピークが現れる位置に感度の低い検出器を配置してもよい。あるいは、これらの両者を行ってもよい。これにより、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0079】

図６〜１１に、実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成の例を示す。なお、以下に示す例では、第１の検出器１１ａの感度が、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃの感度よりも低いものとする。

【0080】

図６は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成の一例を示す図である。図６に示す例では、第１の検出器１１ａの受光面積が第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃよりも大きくなっている。これにより、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0081】

第１の検出器１１ａの受光面積をどの程度大きくするかは、第２の検出器１１ｂと第３の検出器１１ｃの受光素子の感度、カラーフィルタの透過率、検出対象Ｔが放射する光の発光強度などに応じて決定される。

【0082】

また、この例では、第２の検出器１１ｂの受光面積と第３の検出器１１ｃの受光面積とを同じ大きさとした。第２の検出器１１ｂと第３の検出器１１ｃとの間に感度の差などがある場合は、第２の検出器１１ｂの受光面積と第３の検出器１１ｃの受光面積との間に差を設けてもよい。

【0083】

具体的には、代表値λ２で表される波長帯の光に対する第２の検出器１１ｂの感度が、代表値λ３で表される波長帯の光に対する第３の検出器１１ｃの感度よりも低い場合、第２の検出器１１ｂの受光面積を第３の検出器１１ｃの受光面積よりも大きくする。これにより、各検出器に感度のばらつきを補正することができる。

【0084】

また、上述したように、光源１２を有する光検出センサ１０を検出対象Ｔに近い位置に配置すると、検出対象Ｔにおける発光強度のピークは光源１２に近い位置に現れる。したがって、図６に示す例では、第１の検出器１１ａが検出する単位面積当たりの光の強度は、第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃが検出する単位面積あたりの光の強度よりも大きくなる。そのため、第１の検出器１１ａの受光面積の大きさは、光検出センサ１０と検出対象Ｔとの距離を考慮して決定する必要がある。

【0085】

図７は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成の他の例を示す図である。図７に示す例では、受光部１１の長辺の一方側から他方側に向かって、同じ受光面積の長方形状の各検出器を、第１の検出器１１ａ、第３の検出器１１ｃ、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂの順に繰り返して並べて配置している。そのため、第１の検出器１１ａの個数が、第２の検出器１１ｂの個数および第３の検出器１１ｃの個数より多い。

【0086】

このように各検出器を配置することにより、第１の検出器１１ａの受光面積を第２の検出器１１ｂ、第３の検出器１１ｃよりも大きくし、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0087】

また、各検出器をこのように配置することにより、受光部１１が受光する光の強度分布に偏りがあり、受光部１１の受光面全体にわたり均一に光を受光できない場合あっても、感度のばらつきを抑えて各波長帯の光の強度を精度よく検出することができる。

【0088】

さらに、各検出器を同じ大きさに形成することにより、検出器の製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。

【0089】

なお、受光部１１が受光する光の強度分布に偏りがある場合とは、被搬送物Ｘに検出対象Ｔとして塗布されている燐光放射物質にムラがあったり、検出対象Ｔが文字である場合である。つまり、受光部１１が受光する光の強度分布に偏りがある場合とは、検出対象Ｔに照射される光の照射範囲において燐光照射物質が一様に塗布されていない場合である。

【0090】

図８は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成のさらに他の例を示す図である。

【0091】

図８に示す例では、第１列目に、受光部１１の長辺の一方側から他方側に向かって、正方形状に形成された第１の検出器１１ａおよび第３の検出器１１ｃをこの順に繰り返して並べて配置している。

【0092】

また、第１列目の検出器の光源１２側に隣接する第２列目には、受光部１１の長辺の一方側から他方側に向かって、第２の検出器１１ｂおよび第１の検出器１１ａをこの順に繰り返し並べて配置している。

【0093】

さらに、第３列目、第４列目には、それぞれ、第１列目、第２列目と同じ順序で各検出器を並べて配置している。

【0094】

このように各検出器を配置することにより、第１の検出器１１ａの受光面積を第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃの受光面積よりも大きくし、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0095】

また、受光部１１が受光する光の強度分布に偏りがあり、受光部１１の受光面全体にわたり均一に光を受光できない場合あっても、感度のばらつきを抑えて各波長帯の光の強度を精度よく検出することができる。

【0096】

さらに、各検出器を同じ大きさに形成することにより、検出器の製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。

【0097】

図９は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成のさらに別の例を示す図である。図９に示す例では、受光部１１の長辺が延びる方向の一方側から他方側に向かって順に第２の検出器１１ｂ、第１の検出器１１ａ、第１の検出器１１ａ、第３の検出器１１ｃを並べて配置している。ここで、各検出器の受光面積は、同じ大きさとされている。

【0098】

このように各検出器を配置することにより、第１の検出器１１ａの受光面積を第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃの受光面積よりも大きくし、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。さらに、各検出器の大きさを同じ大きさに形成することにより、検出器の製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。

【0099】

図１０は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成のさらに別の例を示す図である。図１０に示す例では、受光部１１の長辺が延びる方向における中央付近に正方形状の第１の検出器１１ａを配置し、これらの検出器の両端に正方形状の第２の検出器１１ｂと第３の検出器１１ｃと交互に並べて配置している。

【0100】

このように各検出器を配置することにより、第１の検出器１１ａの受光面積を第２の検出器１１ｂおよび第３の検出器１１ｃの受光面積よりも大きくし、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。さらに、各検出器の大きさを同じ大きさに形成することにより、検出器の製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。

【0101】

図１１は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成のさらに別の例を示す図である。図１１に示す例では、光源１２を含む光検出センサ１０が検出対象Ｔの近くに配置されている。また、第１の検出器１１ａの受光面積、第２の検出器１１ｂの受光面積および第３の検出器１１ｃの受光面積が同じ大きさとされ、さらに第１の検出器１１ａが光源１２に近い位置に配置されている。

【0102】

上述したように、光検出センサ１０が検出対象Ｔの近くに配置されている場合、受光部１１の受光面における燐光（残光）の強度分布にピークが表れる。この場合、第１の検出器１１ａ、第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃのうち、感度の低い検出器をピークが表れる位置に配置する。

【0103】

このように各検出器を配置することにより、光源１２から第１の検出器１１ａまでの燐光（残光）の伝達経路を短くし、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0104】

図１２は、本実施の形態に係る光検出センサ１０の受光部１１の構成のさらに別の例を示す図である。図１２に示す例では、燐光（残光）が検出対象Ｔから第１の検出器１１ａまで到達する経路の長さを、燐光（残光）が検出対象Ｔから第２の検出器１１ｂまたは第３の検出器１１ｃまで到達する経路の長さよりも短くしている。

【0105】

このように各検出器を配置することにより、光源１２から第１の検出器１１ａまでの燐光（残光）の伝達経路を短くし、第１の検出器１１ａが検出する光の強度を第２の検出器１１ｂ、および、第３の検出器１１ｃよりも大きくすることができる。これにより、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0106】

図１３は、上述した本実施の形態に係る光検出装置１００が奏する効果を説明する図である。光検出センサ１０が検出対象Ｔの近くに配置され、検出対象Ｔに照射される光の強度分布にピークが現れる場合、光の強度分布がピークとなる検出対象Ｔの位置の近くに感度の低い第１の検出器１１ａを配置することにより、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0107】

また、この場合、感度の低い第１の検出器１１ａの受光面積を大きくすることにより、各検出器の感度のばらつきを補正することもできる。さらに、感度の低い第１の検出器１１ａの配置および受光面積の両者を調整することにより、さらに容易に、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0108】

図５Ａに示したように光源１２が検出対象Ｔから離れて配置され、検出対象Ｔに照射される光の強度分布にピークが現れない場合について考える。この場合、感度の低い検出器の配置を調整しても、各検出器から出力される光検出信号の大きさにあまり変化はなく、各検出器の感度のばらつきを効果的に補正することができない場合がある。

【0109】

この場合、感度の低い第１の検出器１１ａの受光面積を大きくすることにより、第１の検出器１１ａから出力される光検出信号の大きさを大きくして、各検出器の感度のばらつきを補正することができる。

【0110】

また、上述したように、検出対象Ｔに照射される光の強度分布にピークが現れない場合、感度の低い第１の検出器１１ａの配置を調整しても、各検出器から出力される光検出信号の大きさにあまり変化はない。そのため、感度の低い第１の検出器１１ａの配置および受光面積の両者を調整した場合、受光面積の大きさを調整した場合と同等の効果となる。

【0111】

なお、本実施の形態の光検出装置１００は、被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔからの光を検出するセンサとしてラインセンサを有していてもよい。このラインセンサについて、以下、図１４及び図１５を用いて説明する。

【0112】

図１４は、実施の形態に係る導光部品５０を示す斜視図である。図１５は、図１４に示す導光部品５０を有するラインセンサ６０を備える本発明の光検出装置１００を上側から見た図である。導光部品５０は、複数の導光体１３とカバーガラス５１とを有しており、複数の導光体１３は、カバーガラス５１の一方側の面に一列に並べて配置されている。ラインセンサ６０は、導光部品５０の導光体１３それぞれの上側に、図２Ａから図２Ｃに示されている受光部１１及び光源１２が配置されることで形成されている。ラインセンサ６０は、ラインセンサ６０の長辺が被搬送物Ｘの搬送方向（図１５矢印）と直交するように光検出装置１００に設置されている。

【0113】

光検出装置１００はラインセンサ６０を備えることで、検出対象Ｔが付されている位置がそれぞれ異なる多種の被搬送物Ｘが搬送装置３０によって搬送されたとしても、それらの被搬送物Ｘの検出対象Ｔの真偽を確実に判定することができる。例えば、被搬送物Ｘとして、被搬送物の搬送方向に垂直な方向における一方側領域に検出対象物Ｔが付された被搬送物Ａ、中央領域に検出対象物Ｔが付された被搬送物Ｂ、及び他方側領域に検出対象物Ｔが付された被搬送物Ｃを想定する。ラインセンサ６０を備える光検出通装置１００は、被搬送物Ａ、被搬送物Ｂ、及び被搬送物Ｃのいずれが搬送装置３０によって搬送されてきたとしても、それぞれに付された検出対象Ｔの真偽を判定することができる。

【0114】

なお、本実施の形態の光検出装置１００は、例えば、紙葉類処理装置に設けることができる。この場合、紙葉類処理装置は、処理対象の紙幣、有価証券など紙葉類に付された検出対象Ｔの真偽を判定することで、紙葉類の真偽を識別することができる。

【0115】

以上説明したように、本発明では、受光部１１の各検出器のうち、感度の低い検出器の受光面積と配置のうち少なくとも何れかを調整する。これにより、検出する光の波長ごとに異なる感度を示す検出器の出力の大きさを補正し、かつ、ノイズの影響を抑制して光の強度の検出を行うことができる。

【0116】

２０１８年３月３０日出願の特願２０１８−０６８２５９の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

【産業上の利用可能性】

【0117】

本発明は、光検出センサ、光検出装置、紙葉類処理装置および光検出方法に広く利用可能である。

【符号の説明】

【0118】

１０ 光検出センサ
１１ 受光部
１１ａ 第１の検出器
１１ｂ 第２の検出器
１１ｃ 第３の検出器
１２ 光源
１３ 導光体
１３ａ 光入射面
１３ｂ 光放射面
１３ｃ 光入放射面
３０ 搬送装置
４０ 制御部
４１ 光検出センサ制御部
４２ 検出部
４３ 判別部
４４ 記憶部
４５ 光源制御部
４６ 搬送装置制御部
５０ 導光部品
５１ カバーガラス
６０ ラインセンサ
１００ 光検出装置
Ｘ 被搬送物
Ｔ 検出対象

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】