JP2018163080A - 光センサ、光検出装置、紙葉類処理装置及び光検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光によって励起された検出対象から放射される燐光等の放射光を検出する光センサを小型化するとともに、当該光センサの放射光受光面を大きくする。【解決手段】光センサ１０を、励起光を照射する光源３０と、前記励起光によって励起した検出対象Ｔから放射される放射光を検出する光検出器４０と、前記励起光を前記検出対象Ｔへ導くとともに前記放射光を前記光検出器４０へ導く単一の導光部５０と、を備えるように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、励起光によって励起された検出対象から放射される放射光を検出する光センサ、当該光センサを備える光検出装置、当該光検出装置を備える紙葉類処理装置及び前記放射光を検出する光検出方法に関する。

従来、紙幣や文書等の紙葉類、商品等の真偽を識別するために所定の光学特性を有するセキュリティマークが利用されている。例えば、可視光下では放射光を放射せず、紫外線等の所定波長の励起光が照射された場合にのみ放射光を放射する特殊な素材を含むセキュリティマークを紙葉類や商品パッケージ上に印刷等によって設けておき、放射光の放射状態から紙葉類や商品等の真偽が判別されている。放射光としては、励起光照射時に放射される蛍光や、励起光照射後に放射される燐光が利用されている。

特許文献１には、製造ライン上を移動するルミネッセンス材料でマークされたアイテムに対して、光源から励起光を照射し、５つのフォトセンサでルミネッセンス光を検出する装置が開示されている。

また、特許文献２には、紙幣に対して斜めに配置された発光ダイオードから、紙幣中の蛍光体に対して、紫外線を照射し、紙幣から発せられた蛍光を、レンズを用いた光学系を介して、蛍光検出器で検出する装置が開示されている。

また、特許文献３には、紙幣に対して斜めに配置された光源から、紙幣に対して、励起光を照射し、紙幣中又は紙幣上で励起されたルミネッセンス光を、レンズを用いた光学系を介して、検出器ユニットで検出する装置が開示されている。

また、特許文献４には、紙幣に励起光を照射し、放射される蛍光や燐光を検出して紙幣の真偽を検証する装置が開示されている。特許文献４に開示された装置においては、円筒形のレンズを備えた光学系を介してアレイ型検出器によって蛍光や燐光が検出される。

特表２０１４−５１９１３０号公報 米国特許第６９１８４８２号明細書 米国特許第６７７７７０４号明細書 特許第３７９０９３１号公報

特許文献１に開示される装置は、検出器を複数有しているため、放射光の受光範囲を大きくできるという利点があるものの、その一方で装置が複雑になるとともに大型化してしまうという欠点を有している。

また、特許文献２、特許文献３又は特許文献４に開示される装置は、レンズを用いた光学系を用いている。よって、レンズと、蛍光検出器、検出器ユニット又はアレイ型検出器との間に、レンズ焦点距離分の間隔を確保する必要がある。つまり、これらの文献に開示された装置は、小型化が困難であるという問題を有している。また、レンズを用いた光学系では受光範囲がレンズ径の制約を受けるため、これらの文献に開示された装置は、受光範囲を大きくすることが難しいという問題を有している。

以上のように、従来の装置は、放射光を検出するセンサ部の小型化と、放射光受光面を大きくすることを両立させることができないものであった。本発明はこのような状況に鑑み、センサを小型化しつつセンサの放射光受光面を大きくすることを課題とする。

本発明に係る光センサは、励起光を照射する光源と、前記励起光によって励起した検出対象から放射される放射光を検出する光検出器と、前記励起光を前記検出対象へ導くとともに前記放射光を前記光検出器へ導く単一の導光部と、を備える。

また、本発明に係る光検出方法は、光源が励起光を照射する工程、導光部を透過した前記励起光によって励起した検出対象から放射された放射光であって前記導光部を透過した放射光を光検出器が検出する工程、を有する。

本発明によれば、単一の導光部によって、光源から検出対象へ励起光を導光するとともに、検出対象から光検出器に放射光を導光することができるので、センサを小型化しつつセンサの放射光受光面を大きくすることができる。

本発明に係る光センサの一実施例の構造を示す模式図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図１中のＶ−Ｖ断面図である。 本発明に係る光センサにおいて光が導かれる様子を説明する模式図である。 移動する検出対象から放射光を検出する方法の説明図である。 光源消灯後の検出対象の移動距離と検出される強度の関係を示すグラフである。 本発明に係る光検出装置の一実施例の構成を示す模式図である。 本発明に係る光検出装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明に係る光センサの他の実施例の構造を示す模式図である。 本発明に係る光センサの更に他の実施例の構造を示す断面図である。 本発明に係る光センサの更に他の実施例の構造を示す断面図である。

以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（１）光センサの構造
図１は、本発明を適用する一実施例に係る光センサ１０の構造を示す側方断面模式図である。また、図２、図３、図４及び図５は、それぞれ、図１中のＩＩ−ＩＩ断面図、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、ＩＶ−ＩＶ断面図及びＶ−Ｖ断面図である。なお、図１は光センサ１０が下向きに取り付けられる場合を示しているが、光センサ１０は任意の向きに取り付け可能である。

光センサ１０は、ホルダ２０、光源３０、光検出器４０、導光体５０、基板６０及び光学フィルタ７０を備えている。

ホルダ２０は黒色樹脂等の光を透過しない物質からなり、上下が開口した貫通孔を有し、筒状部となっている。この貫通孔内には、下方側から順に、導光体５０、光学フィルタ７０、光源３０及び光検出器４０が配置されている。また、この貫通孔の上側開口は基板６０によって塞がれている。また、ホルダ２０はその一部として、光源３０と光検出器４０との間に配置される仕切り２１を有している。仕切り２１が導光体５０に接触すると、導光体５０の表面に傷をつけ、この傷によって光の漏れや減衰又は拡散を引き起こし、導光体５０の導光性能を低下させる恐れがある。そのため、仕切り２１の下端と導光体５０の表面との間にはわずかに隙間が設けられている。但し、そのような恐れがない場合は、仕切り２１を導光体５０に接触させてもよい。また、仕切り２１はホルダ２０とは別体の部材であってもよいことは勿論である。

光源３０は、検出対象に励起光を照射する。具体的には、光源３０は紫外線ＬＥＤであり、基板６０の下面に取り付けられている。光源３０が照射する励起光は、検出対象を励起させることができる波長が含まれており、検出する放射光の波長域を含まないものが望ましい。

光検出器４０は、検出対象から放射された放射光を検出する。具体的には、光検出器４０は受光した光の強度（光量）に応じて変化する信号を出力するフォトダイオードであり、基板６０の下面に取り付けられている。図５に示されるように、光センサ１０は光検出器４０を２つ備えている。これらの光検出器４０は検出できる波長域が異なる。よって、同時に２種類の放射光を検出することができる。なお、特定の波長の放射光のみを検出したり、波長に関わらず放射光の強度を検出する場合は、光検出器４０の数は１つでもよい。また、光検出器４０の数を３つ以上とすることで、同時に３種類以上の放射光を検出することも可能である。

導光体５０は、光源３０から照射された励起光を検出対象へ導き、検出対象から放射された放射光を光検出器４０へ導く。すなわち、導光体５０は、導光部として機能する。導光体５０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であり、その上部に、励起光入射面５１と放射光出射面５２を有し、その下部に、光入出射面５３を有する。光入出射面５３は光検出器４０の受光面よりも大きい。また、導光体５０は、励起光入射面５１と放射光出射面５２との間に起立面５４を有し、励起光入射面５１と起立面５４と放射光出射面５２によって、段差が形成されている。また、導光体５０は、励起光入射面５１及び放射光出射面５２と、光入出射面５３との間に延在する側面５５を有している。側面５５とホルダ２０の内面との間にはわずかに隙間が設けられている。なお、特に限られるわけではないが、本実施例において、導光体５０の側面５５で取り囲まれる部分の形状は、光源３０及び光検出器４０の側から見て、略正方形の光源３０側の２つの角を面取りした六角形状である。この形状によって、光源３０からの励起光を効率よく検出対象に照射することができる。また、導光体５０の素材は、透明な樹脂に限らず、透明なガラスであってもよい。なお、導光体５０の素材は、励起光と放射光を透過する材料であればよく、透明な材料には限られない。

光源３０と励起光入射面５１とは、光学フィルタ７０の一種であり紫外線を透過し可視光をカットする可視光カットフィルタ７１を介して対向するように配置されている。また、光検出器４０と放射光出射面５２とは、光学フィルタ７０の一種である紫外線カットフィルタ７２及びカラーフィルタ７３を介して対向するように配置されている。本実施例に係る光センサ１０のように、光検出器４０が複数個備わっている場合は、各光検出器４０に対向するカラーフィルタ７３の種類を変え、各光検出器４０がそれぞれ異なる波長（色）の光を検出できるようにすることができる。例えば、赤色、緑色、青色の放射光を検出する場合は、３つの光検出器４０と放射光出射面５２との間に、１つずつ、計３つのカラーフィルタ７３を配置する。各カラーフィルタ７３は、それぞれ赤色波長領域、緑色波長領域、または青色波長領域の光を透過する。これらの光学フィルタ７０は目的に応じて他の特性のフィルタに替えてもよいし、不要であれば配置しなくてもよい。

（２）導光体による導光
光源３０から照射された励起光に含まれる紫外線は、可視光カットフィルタ７１を通過し、励起光入射面５１から導光体５０内に入射する。導光体５０に入射する前の励起光が直接、又は励起光入射面５１や放射光出射面５２で反射して、光検出器４０に到達することは、仕切り２１によって防止されている。すなわち、仕切り２１が遮光領域として機能している。

図６に示されるように、導光体５０内に入射した励起光は、起立面５４や側面５５で反射されつつ導光体５０内を導かれ、光入出射面５３に到達する。前述の通り、仕切り２１と導光体５０の表面との間には隙間があるが、励起光入射面５１と起立面５４と放射光出射面５２によって形成された段差が存在し、励起光入射面５１から入射した励起光は起立面５４で反射する。すなわち、当該段差が遮光領域として機能している。また、起立面５４は、励起光を光源３０の直下部に集光させる機能も果たしている。

光入出射面５３に達した励起光は、光入出射面５３から出射される。光入出射面５３は、検出対象Ｔに対向するように配置されている。検出対象Ｔは、励起すると蛍光や燐光などの放射光を放射する素材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。よって、検出対象Ｔは、光入出射面５３から出射した励起光によって励起され、蛍光や燐光などの放射光を放射する。

検出対象Ｔから放射された放射光は、光入出射面５３から導光体５０内に入射する。導光体５０内に入射した放射光は、側面５５で反射されつつ導光体５０内を導かれ、放射光出射面５２に到達する。放射光出射面５２に達した放射光は、放射光出射面５２から出射される。放射光出射面５２から出射された放射光のうち、検出の目的とされている所定の色（波長）の放射光が、紫外線カットフィルタ７２とカラーフィルタ７３を通過して、光検出器４０で検出される。

なお、検出対象Ｔの表面で励起光が反射し、反射した励起光に含まれる紫外線が放射光出射面５２に達し、放射光出射面５２から出射されることがあり得るが、当該紫外線は紫外線カットフィルタ７２を通過することができないので、光検出器４０に達することはない。

以上説明したように、光センサ１０は、光学系に導光体５０を用いている。よって、レンズを用いた場合のように、レンズの焦点距離分の間隔を光検出器４０の前に確保する必要がない。また、単一の導光体５０によって、光源３０から検出対象Ｔへの励起光の導光と、検出対象Ｔから光検出器４０への放射光の導光が行われている。したがって、光センサ１０は全体としてコンパクトな構成となっている。しかも、レンズを用いた場合のように放射光が光検出器４０上で集光しないので、受光面の大きな光検出器４０を使用することができる。そのため、光センサ１０は装置の中に設置して、移動する検出対象Ｔからの放射光を検出するのに適したものとなる。

更に、導光体５０の放射光受光面すなわち光入出射面５３が、光検出器４０の受光面に比べて大きくなっているとともに、光入出射面５３から入射した放射光を光検出器４０に向けて導光体５０が導光するように構成されている。よって、光センサ１０は全体としてコンパクトな構成となっているにもかかわらず、受光範囲が大きく、感度よく放射光を検出することができる。したがって、後に説明するように検出対象Ｔを移動させながら放射光の検出を行う場合であっても、検出対象Ｔの位置のばらつきによる放射光強度（光量）の変動を低減させることができる。また、印刷むらによる放射強度の変動の影響を低減することもできる。

また、レンズを用いた光学系のように、ホルダ２０の内部で光検出器４０と導光体５０の間に中空部がある場合、当該中空部に入射した光は、ホルダ２０の内壁に衝突する際に吸収され、減衰してしまう。これに対し、光センサ１０においては、ホルダ２０の内部はその大部分が導光体５０によって占められているので、そのような光の吸収及び減衰はほとんど生じない。また、ホルダ２０の内部はその大部分が導光体５０によって占められているので、内部に塵埃類が溜まり、光が塵埃類に吸収されて減衰することを未然に防止できる。

更に、同一の基板６０に光源３０と光検出器４０が取り付けられているとともに、基板６０がホルダ２０の蓋の役目を果たしているので、部材費用及び製造工数を低減することができ、ひいては光センサ１０を低コストで製造することができる。

また、光検出器４０を検出対象Ｔから少なくとも導光体５０の高さだけ離すことができるので、検出対象Ｔやこれを搬送する装置が帯びている静電気の影響を光検出器４０が受けることを未然に防止できる。しかも、光検出器４０と検出対象Ｔとの間はその大部分が導光体５０によって占められているので、検出対象Ｔから放射された放射光が光検出器４０に到達するまでの間に放射光が減衰することも防止されている。

上述のとおり、光センサ１０は、受光範囲が大きく且つコンパクトである。よって、従来は空間的な制約によって光センサを搭載することができなかった装置に光センサ１０を搭載し、光検出装置を構成することができる。そのような光検出装置としては例えば紙葉類処理装置が挙げられる。

（３）放射光の検出方法
次に、光センサ１０を用いた放射光の検出方法について説明する。光センサ１０を用いて放射光を検出する際、光センサ１０は、基板６０を介して図１には示されない制御装置に接続される。制御装置は、光源３０の点灯（すなわち励起光の照射の開始）及び光源３０の消灯（すなわち励起光の照射の停止）を行う。また、制御装置は、放射光を検出した光検出器４０が送信する信号を受信し、放射光の強度（光量）の算出等を行う。

（３−１）蛍光の検出方法
蛍光の検出は次のように行われる。なお、蛍光は、検出対象に励起光が照射されている間に検出対象から放射される放射光である。励起光の照射が停止されると、検出対象からの蛍光の放射も停止される。

まず、光源３０が励起光を照射する。照射された励起光は導光体５０を透過する。導光体５０を透過した励起光は検出対象に達し、検出対象を励起する。励起された検出対象は蛍光を放射する。検出対象から放射された蛍光は、導光体５０を透過する。光検出器４０は、導光体５０を透過した蛍光を検出する。

蛍光を検出した光検出器４０は、蛍光の検出を知らせる信号、又は、検出した蛍光の強度に応じて変化する信号を制御装置に送信する。光検出器４０から信号を受信した制御装置は、蛍光の強度の算出等を行う。このようにして蛍光の検出が行われる。

蛍光の検出は、励起光の照射中であれば任意のタイミングと時間で行うことが出来る。検出する蛍光の強度は、検出中に行った１回の測定の信号から算出してもよく、検出中に行った複数回の測定の信号を積分または平均して算出してもよい。

（３−２）燐光の検出方法
燐光の検出は次のように行われる。なお、燐光は、検出対象への励起光の照射が停止された後に検出対象から放射される放射光である。検出対象から放射される燐光の強度は、励起光の照射の停止後、時間の経過とともに徐々に減衰する。

まず、光源３０が励起光を照射する。照射された励起光は導光体５０を透過する。導光体５０を透過した励起光は検出対象に達し、検出対象を励起する。続いて、光源３０は消灯する。すると、励起された検出対象は燐光を放射する。検出対象から放射された燐光は、導光体５０を透過する。光検出器４０は、導光体５０を透過した燐光を検出する。

燐光を検出した光検出器４０は、燐光の検出を知らせる信号、又は、検出した燐光の強度に応じて変化する信号を制御装置に送信する。光検出器４０から信号を受信した制御装置は、燐光の強度の算出等を行う。このようにして燐光の検出が行われる。

燐光の検出は、励起光の照射の停止後、速やかに開始するのが好ましい。燐光の検出時間は任意に定めることが出来るが、後述のように減衰時定数を算出する場合は、検出時間を短くするほど減衰時定数を正確に算出できる。検出する燐光の強度は、検出中に行った１回の測定の信号から算出してもよく、検出中に行った複数回の測定の信号を積分または平均して算出してもよい。

なお、各燐光放射物質は、それぞれ固有の燐光強度減衰時定数（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３０の消灯後の経過時間、縦軸を燐光強度とした座標系に描かれる燐光強度減衰曲線は、各燐光放射物質によって異なる。よって、光源３０の消灯後、燐光強度の算出を多数回行い、算出された各燐光強度を基準となる燐光強度と比較することにより、検出対象に含まれる燐光放射物質を判別することが可能である。

また、燐光強度の減衰時定数を算出するとともに、算出された減衰時定数と基準となる減衰時定数とを比較することによって、検出対象に含まれる燐光放射物質を判別することも可能である。燐光強度の減衰時定数は、光源３０の消灯後、燐光強度の検出を２回行い、次の数式１に基づいて算出することができる。

数式１において、τは燐光強度の減衰時定数である。ｔ_１及びｔ_２は、それぞれ、光源３０の消灯後、１回目及び２回目の燐光検出までの経過時間である。Ｐ_１及びＰ_２は、それぞれ、１回目及び２回目に検出された燐光の強度である。

更に、光源３０の消灯後、燐光強度の算出を少なくとも３回行うことで、検出対象が互いに減衰時定数が異なる複数種類の燐光放射物質を含有するものであるか否かを判別することも可能である。

（３−３）移動する検出対象から放射される放射光の検出方法
また、光センサ１０を用いることで、移動する検出対象から放射される放射光を検出することができる。光センサ１０と検出対象Ｔの位置関係を模式的に示す図７を参照しながらその方法を説明する。

移動する検出対象から放射される放射光を検出する場合、検出対象の搬送経路に光入出射面５３が対向するように光センサ１０は配置される。図７（Ａ）に示されるように、光入出射面５３に対向する位置であって、例えば光源３０の正面となる位置に検出対象Ｔが搬送されてくると、光源３０は励起光を照射する。照射された励起光は導光体５０を透過する。導光体５０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。

検出対象Ｔから蛍光が放射される場合、蛍光は導光体５０を透過する。光検出器４０は導光体５０を透過した蛍光を検出する。

続いて、光源３０は消灯する。検出対象Ｔから燐光が放射される場合、燐光は導光体５０を透過する。光検出器４０は、導光体５０を透過した燐光を検出する。このとき、検出対象Ｔは、図７（Ｂ）に示されるように、その移動方向下流側に距離Ｌ移動している。

光源３０が励起光を照射してから蛍光又は燐光が検出されるまでの間、検出対象Ｔは移動しているが、光入出射面５３が広いので、導光体５０はこれらの放射光を導光体５０内に入射させることができる。また、導光体５０内に放射光が入射すれば、導光体５０は当該放射光を光検出器４０に導くことができる。よって、光センサ１０は、検出対象Ｔが移動していても放射光を検出することができる。なお、検出対象の移動速度や光入出射面５３の大きさにもよるが、励起光の照射停止後に放射される燐光の検出は、光源３０の消灯後、０〜３．０ｍｓｅｃが経過した時点で行うことが好ましい。

ただし、光検出器４０で検出される放射光の強度は、放射光を放射する検出対象Ｔと光検出器４０との相対位置、すなわち、光源３０の消灯後に検出対象Ｔが移動した距離Ｌに応じて、図８に示されるように変化する。図８には、検出対象から放射される燐光の強度が常に一定であると仮定とした場合の、光源３０の消灯後の検出対象Ｔの移動距離Ｌと、光検出器４０で検出される燐光の強度の関係を示す曲線が模式的に示されている。

図８に示されるように、光検出器４０で検出される燐光の強度は、距離Ｌが所定値Ｌ_０となるときに最大値となり、距離ＬがＬ_０から離れるにつれ小さくなる。

検出対象Ｔの移動速度が一定であれば、光源３０の消灯後所定のタイミングで燐光を検出することにより、検出対象Ｔと光検出器４０の相対位置を常に一定に保つことができる。しかしながら、検出対象Ｔを搬送する装置の速度変動などが原因で、検出対象Ｔと光検出器４０の相対位置を常に一定に保つことが困難な場合がある。その場合、検出対象Ｔと光検出器４０の相対位置が変動することによって、燐光強度を正確に検出できなくなる。

よって、放射光の強度を正確に検出するためには、検出対象Ｔと光検出器４０との相対位置に応じて、検出された放射光の強度を補正することが望ましい。

そこで、制御装置は、図８に例示される曲線に関する情報を記憶しておき、当該情報と、光源３０の消灯後燐光を検出するまでに検出対象Ｔが移動した距離Ｌから補正係数を得、検出された燐光強度にこの補正係数を乗じることで、燐光強度を補正することができる。そのような情報として、例えば、光源３０の消灯後燐光を検出するまでに検出対象Ｔが移動する距離Ｌと光検出器４０によって検出される燐光の強度との関係を表す関数又はテーブルを、制御装置は記憶しておくことができる。

補正された燐光強度を基準値と比較することによって、より正確に検出対象Ｔに含まれる燐光放射物質を判別することができる。それによって、検出対象Ｔまたは検出対象Ｔが付されている紙葉類や商品等の真偽を判別することができる。

また、補正された燐光強度に基づいて燐光強度の減衰時定数を算出するとともに、算出された減衰時定数と基準となる減衰時定数とを比較することによって、検出対象に含まれる燐光放射物質を判別することも可能である。補正された燐光強度に基づく減衰時定数の算出は、光源３０の消灯後、燐光強度の検出を２回行い、次の数式２に基づいて算出することができる。

数式２において、τは燐光強度の減衰時定数である。ｔ_１及びｔ_２は、それぞれ、光源３０の消灯後、１回目及び２回目の燐光検出までの経過時間である。Ｐ_１及びＰ_２は、それぞれ、１回目及び２回目に検出された燐光の強度である。Ｙは光源３０の消灯後の検出対象Ｔの移動距離と、光検出器４０によって検出される燐光の強度との関係を表す関数である。Ｌ_１及びＬ_２は、それぞれ、１回目及び２回目の燐光検出までの、光源３０の消灯後の検出対象Ｔの移動距離である。

以上のとおり、光センサ１０によれば、検出対象Ｔを移動させたまま放射光を検出することができ、また、検出対象Ｔの位置に応じて燐光の強度を補正することができる。よって、検出対象Ｔからの放射光の検出、及び検出対象Ｔに含まれる燐光放射物質の判別を、迅速且つ正確に行うことができる。

（４）光検出装置の構成
次に、光センサ１０を搭載する光検出装置について説明する。図９は、光検出装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。光検出装置１００は、被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔの真偽を判定するために用いられる装置である。光検出装置１００は、搬送装置８０、搬送装置８０の上方に設置された光センサ１０、並びに、搬送装置８０及び光センサ１０を制御する制御装置９０を有している。被搬送物Ｘを紙幣等の紙葉類として、光検出装置１００を紙葉類処理装置とすることができる。

搬送装置８０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り、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、浮上搬送装置等とすることができる。本実施例においては、搬送装置８０はベルトコンベヤである。当該ベルトコンベヤは、ベルト及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。また、搬送装置８０は、光センサ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。

光検出装置１００において、光センサ１０は、光源３０が搬送装置８０における被搬送物Ｘの搬送方向上流側、光検出器４０が同下流側に位置するように配置されている。また、光センサ１０は、導光体５０の光入出射面５３が、搬送装置８０上を搬送される被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔに対向するように配置されている。

制御装置９０は、電源、ＣＰＵ及びメモリ等から構成されており、機能部として、搬送装置制御部９１、検出部９２、補正部９３、判別部９４及び記憶部９５を有している。

搬送装置制御部９１は、搬送装置８０の動作を制御する。また、搬送装置制御部９１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（検出対象Ｔの存在位置に関する情報）を算出する。

検出部９２は、被搬送物Ｘの通過が通過検知センサによって検知された後、所定のタイミングで、光源３０に対し、励起光の照射及びその停止を指令する。また、検出部９２は、光検出器４０から送信される信号を受信して、検出された放射光の強度を算出する。

補正部９３は、検出対象Ｔの存在位置に関する情報を搬送装置制御部９１から得るとともに、光検出器４０で検出された放射光の強度に関する情報を検出部９２から得る。補正部９３は、更に、後述する記憶部９５から補正係数に関する情報を得る。補正部９３はこれらの情報に基づいて検出された放射光の強度を補正する。

判別部９４は、検出部９２で得られた放射光の強度、又は、補正部９３で得られた補正後の放射光の強度と、記憶部９５に記憶されている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。また、判別部９４は、燐光の減衰時定数τを算出し、この減衰時定数τに基づいて検出対象Ｔに含まれる物質を判別し、検出対象Ｔの真偽を判定することもできる。

記憶部９５は、放射光強度の補正に用いられる補正係数に関する情報を記憶している。この情報は、例えば、光検出器４０と検出対象Ｔの相対位置と、補正係数との関係を示す関数又はテーブルである。

また、記憶部９５は、真の検出対象Ｔから放射される放射光の強度や、燐光の減衰時定数等の情報を記憶している。これらの情報は、検出対象Ｔの真偽を判定するための基礎となる。

（５）光検出装置の動作
以上のように構成された光検出装置１００の動作フローの一例を、図１０を参照しながら説明する。

光検出装置１００の動作が開始されると、搬送装置８０が被搬送物Ｘを搬送し、通過検知センサが被搬送物Ｘの通過を検知する（Ｓ１）。

通過検知センサによる被搬送物Ｘの通過の検知後、ロータリーエンコーダのパルス数が所定数に達すると、光源３０が点灯する（Ｓ２）。このとき、被搬送物Ｘに付された検出対象Ｔは光センサ１０の下に移動している。また、光源３０から照射された励起光は導光体５０によって検出対象Ｔに導かれ、検出対象Ｔを励起する。励起光が照射されている間、検出対象Ｔから蛍光が放射される。

次に、光検出器４０が蛍光を検出する（Ｓ３）。

光源３０の点灯開始から所定時間経過後、光源３０は消灯する（Ｓ４）。すると、検出対象Ｔからの蛍光の放射は停止する。また、検出対象Ｔからの燐光の放射が開始する。

続いて、光源３０の消灯後、所定のタイミングで、検出対象Ｔから放射される燐光を複数の光検出器４０それぞれが複数回検出する（Ｓ５）。

光検出器４０毎（放射光の色毎）に蛍光の強度と燐光の減衰特徴を検出し、それらに基づいて、検出対象Ｔに含まれている物質の判別を行うとともに、被搬送物Ｘの真偽を判定する（Ｓ６）。

なお、光検出装置１００の動作は、上述のように蛍光や燐光の検出を１回行うものには限られない。すなわち、被搬送物Ｘが通過する間に、蛍光や燐光の検出を複数回行ってもよい。また、被搬送物Ｘの検出対象Ｔが付されているべきではない位置に励起光を照射するとともに、放射光が放射されないことを確認することで被搬送物Ｘの真偽判定を行うことも可能である。更に、１つの被搬送物Ｘに対して、検出対象Ｔが付されているべき位置と、検出対象Ｔが付されているべきではない位置の両方に励起光を照射することで、被搬送物Ｘの真偽判定を行うことも可能である。この場合、検出対象Ｔが付されているべき位置から放射光が放射されるとともに、検出対象Ｔが付されているべきではない位置から放射光が放射されないことが確認されれば、被搬送物Ｘは真と判定され、それ以外の場合は、偽であると判定される。

（６）光センサの他の実施例
本発明を適用する光センサ１０は、図１に示されるものには限られない。例えば、導光体５０と光源３０及び光検出器４０との間に配置される光学フィルタ７０の有無やその厚さに応じて、励起光入射面５１と放射光出射面５２の高さを変更し、導光体５０と光源３０及び光検出器４０との間に無駄な空間を生じさせることなく、よりコンパクトな光センサ１０とすることができる。具体的には、光センサ１０は、励起光入射面５１側が低く、放射光出射面５２側が高い段差を有する導光体５０を備えるものであってもよい。また、図１１に示されるように、光センサ１０は、励起光入射面５１と放射光出射面５２とが同じ高さとされた導光体５０を備えるものであってもよい。この場合、励起光入射面５１と、放射光出射面５２との間に、一段低い中間面５６が形成され、遮光領域として機能する段部が形成されている。

また、本発明を適用する光センサ１０において、導光体５０は、励起光を光源３０から検出対象Ｔまで導くことができ、放射光を検出対象Ｔから光検出器４０に導くことができる限り、光源３０及び光検出器４０と、光センサ１０に対向する検出対象Ｔとによって挟まれる位置に配置されている必要はない。例えば、導光体５０は、図１２に示されるように、励起光入射面５１と放射光出射面５２を前後に有し、光入出射面５３を下方に有してもよい。

更に、本発明を適用する光センサ１０は、励起光を光源３０から検出対象Ｔまで導くことができるとともに、放射光を検出対象Ｔから光検出器４０に導くことができる導光部を有する限り、導光体５０を有するものには限られない。例えば、図１３に示されるような光センサ１０であってもよい。

図１３に示される光センサ１０は、図１に示される光センサ１０と比較して、導光体５０を有していない点で相違する。また、励起光及び放射光を透過させる素材でできたカバー１５０によって、筒状のホルダ２０の貫通孔の下側開口が塞がれている点で相違する。更に、筒状のホルダ２０の内面が反射面とされている点で相違する。

筒状のホルダ２０の内面の反射面は、例えば、鏡面である。当該鏡面は、ホルダ２０の内面がアルミニウム又は銀若しくはそれらの合金等の金属で被覆され、それら金属の表面が公知の方法によって仕上げられることによって形成される。なお、筒状のホルダ２０の内面の反射面は、励起光及び放射光の大部分が反射するならば、上述の方法で形成された鏡面に限定されないことは勿論である。また、筒状のホルダ２０は、例えば筒状部の一部に、励起光や反射光の一部が漏れるスリットや穴があっても、大部分が囲われていて励起光や反射光の漏れ量が少なければ十分に機能する場合がある。なお、ホルダ２０の内面には、仕切り２１の側面及び下面も含まれる。

図１３に示される光センサ１０においては、光源３０から照射された励起光は、ホルダ２０の内面（仕切り２１の側面を含む）でほぼ全反射しながら、カバー１５０へ向かう。カバー１５０に達した励起光はカバー１５０を透過し、検出対象を励起する。励起された検出対象は放射光を放射する。検出対象から放射された放射光はカバー１５０を透過し、ホルダ２０の内面（仕切り２１の側面を含む）でほぼ全反射しながら、光検出器４０へ向かう。

すなわち、図１３に示される光センサ１０においては、ホルダ２０によって、励起光が光源３０から検出対象まで導かれ、放射光が検出対象から光検出器４０に導かれる。つまり、ホルダ２０が導光部として機能する。また、特に限られるわけではないが、ホルダ２０の内面の形状は、光源３０及び光検出器４０の側から見て、略正方形の光源３０側の２つの角を面取りした六角形状とすることができる。この形状とすることによって、光源３０からの励起光を効率よく検出対象に照射することができる。

なお、仕切り２１は、その下面及び対向する一対の側面と、ホルダ２０の貫通孔の上部開口を覆う部材（図１３の場合、基板６０）とによって段差部を形成している。よって、図１３に示される光センサ１０においては、仕切り２１は、ホルダ２０の内部の光源３０側の部分と光検出器４０側の部分との間において、光源３０から照射された励起光が直接光検出器４０に到達することを防止する遮光領域として機能する。

なお、カバー１５０の形状は、ホルダ２０の貫通孔の下側開口を塞ぎ、励起光を検出対象に向けて透過させ、放射光をホルダ２０の貫通孔内に向けて透過させることができるものであればどのようなものであってもよい。例えば、ホルダ２０内への突出部が無い平板であってもよい。逆に、ホルダ２０内への突出部を厚くして、導光部の機能を持たせてもよい。すなわち、ホルダ２０の内面とカバー１５０の突出部により導光部が構成され、ホルダ２０の内面の反射とカバー１５０の突出部の側面の反射とによって、励起光と放射光を導くようにしてもよい。

本発明の光センサ及び光検出装置は、例えば銀行券や証券等の有価書類(value document)の表面にセキュリティ特徴(security feature)として取り付けられた発光物質を検出するものであり、検出対象となる発光物質に励起光を照射し、発光物質から放射された蛍光や燐光などの放射光を検出する。蛍光や燐光のスペクトル及び燐光の減衰特徴などの放射光の特徴は発光物質の組成によって決まるので、放射光を検出して特徴を比較することによってセキュリティ特徴の真偽を判定することが出来る。

また、本発明の光センサは、一組の光源３０と光検出器４０を有するものには限られず、複数組の光源３０と光検出器４０が一列に並んだ、いわゆるラインセンサの構成を有していてもよい。

更に、本発明の光検出装置は、光センサ１０を１個配置したもののほか、光センサ１０を複数個配置したものであってもよい。この場合、複数個の光センサ１０によって、１つの被搬送物Ｘの複数の位置を走査して各位置において放射光を検出することが出来る。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例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で種々の変更が可能である。

本発明は、励起されると放射光を放射する検出対象から放射される放射光を検出する光センサ、光検出装置、紙葉類処理装置、又は光検出方法に用いるのに好適である。

１０ 光センサ
２０ ホルダ
２１ 仕切り
３０ 光源
４０ 光検出器
５０ 導光体
５１ 励起光入射面
５２ 放射光出射面
５３ 光入出射面
５４ 起立面
５５ 側面
５６ 中間面
６０ 基板
７０ 光学フィルタ
７１ 可視光カットフィルタ
７２ 紫外線カットフィルタ
７３ カラーフィルタ
８０ 搬送装置
９０ 制御装置
９１ 搬送装置制御部
９２ 検出部
９３ 補正部
９４ 判別部
９５ 記憶部
１００ 光検出装置
１５０ カバー

Claims (11)

1. 励起光を照射する光源と、
   前記励起光によって励起した検出対象から放射される放射光を検出する光検出器と、
   前記励起光を前記検出対象へ導くとともに前記放射光を前記光検出器へ導く単一の導光部と、
   を備える光センサ。
2. 前記導光部は、前記励起光及び前記放射光を透過するブロック状の導光体で構成されている請求項１記載の光センサ。
3. 前記導光部は、前記光源と前記光検出器を収容するとともに、内面が前記励起光と前記放射光を反射する反射面である筒状部で構成されている請求項１記載の光センサ。
4. 前記光源と前記光検出器とは、前記導光部の一方の側に配置され、前記導光部の前記光源側にある部分と、前記導光部の前記光検出器側にある部分との間に、遮光領域が存在する請求項１乃至３のいずれかに記載の光センサ。
5. 前記遮光領域は、前記導光部の前記光源側にある部分と、前記導光部の前記光検出器側にある部分との間の段差により形成される請求項４記載の光センサ。
6. 前記光源と前記導光部との間、及び／又は、前記光検出器と前記導光部との間に光学フィルタを備える請求項１乃至５のいずれかに記載の光センサ。
7. 前記光源と前記光検出器が同一の基板上に配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の光センサ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光センサと、
   前記放射光を検出したときの前記光検出器に対する前記検出対象の相対位置に基づいて、前記光検出器で検出された前記放射光の強度を補正する補正部と、
   を備える光検出装置。
9. 前記光源は、前記検出対象の移動中に前記励起光を照射するとともに、前記光検出器に対して前記検出対象の移動方向上流側に配置されている請求項８記載の光検出装置。
10. 請求項８又は９記載の光検出装置を備える紙葉類処理装置。
11. 光源が励起光を照射する工程、
    導光部を透過した前記励起光によって励起した検出対象から放射された放射光であって前記導光部を透過した放射光を光検出器が検出する工程、
    を有する光検出方法。

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