JP2007079970A

JP2007079970A - 色判別装置

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Publication number: JP2007079970A
Application number: JP2005267345A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kamijo; 秀章上條; Koichi Yamaguchi; 光一山口
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: JP4522930B2

Abstract

【課題】色の類似した読み取り対象物の色を精度よく判別することが可能な色判別装置を提供すること。
【解決手段】この色判別装置１は、白色ＬＥＤ４から発せられる照明光Ｌ１を硬貨Ａに照射し、硬貨Ａの検出範囲７から反射された反射光Ｌ２に基づいて硬貨Ａの色を判別する色判別装置において、反射光Ｌ２を赤色光、緑色光、及び青色光毎に同時に受光して、赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれの強度に応じた出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃを出力するフォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、出力電圧信号Ｖ_ｃを基準電圧信号として、出力電圧信号Ｖ_ｂ，Ｖ_ａの大きさを増幅して差動増幅器１５，１６と、差動増幅器１５，１６からの出力信号の差分を増幅して出力する差動増幅器１７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、読み取り対象物から反射された反射光に基づいて読み取り対象物の色を判別する色判別装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の硬貨判別装置がある。この公報に記載された硬貨判別装置は、波長の異なる２種類の光を硬貨に順次照射し、硬貨から反射された光を受光素子で検出して、受光素子からの出力を比較することによって硬貨の真偽を判別する。
特開２００１−２１６５５０号公報

しかしながら、上述した硬貨判別装置においては、波長の異なる照明光によって生じる反射光を受光素子で別々に受光して、その結果得られた受光素子からの出力信号を用いて判別しているため、照明光が照射される際の硬貨の位置及び向きによって出力信号が変動し、安定した判別が困難である。また、色が類似した硬貨における反射光の波長分布は類似しているため、上記の出力信号の変動の影響もあって、類似した硬貨の判別の精度が低下する傾向にある。

そこで、本発明はかかる課題に鑑みて為されたものであり、色の類似した読み取り対象物の色を精度よく判別することが可能な色判別装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の色判別装置は、発光素子から発せられる照明光を読み取り対象物に照射し、読み取り対象物の所定の検出範囲から反射された反射光に基づいて読み取り対象物の色を判別する色判別装置において、反射光を赤色光、緑色光、及び青色光毎に同時に受光して、赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれの強度に応じた第１〜第３の電気信号を出力する受光素子と、第１〜第３の電気信号のうちの１つの電気信号を基準電気信号として、基準電気信号を除く第１〜第３の電気信号の大きさを増幅して出力する第１及び第２の差動増幅器と、第１及び第２の差動増幅器からの出力信号の差分を増幅して出力する第３の差動増幅器とを備えることを特徴とする。

このような色判別装置によれば、発光素子からの照明光が読み取り対象物に照射され、その結果読み取り対象物から反射された反射光が受光素子において受光される。このとき、受光素子においては、反射光が赤色光の波長成分、緑色光の波長成分、及び青色光の波長成分毎に同時に受光され、それぞれの波長成分の強度に応じた第１〜第３の電気信号が出力される。さらに、第１及び第２の差動増幅器により基準電気信号を基準とした他の２つの電気信号の大きさが増幅して出力され、第３の差動増幅器によってそれら大きさの差分が増幅して出力される。このように、同時に受光された３つの波長成分のうち１つの波長成分を基準とした他の２つの波長成分の相対値を比較して出力することで、読み取り対象物の位置や向きが変動した場合や読み取り対象物に汚れが付着したような場合でも、異なる読み取り対象物の色の差異を精度よく判別することができる。

また、第１の差動増幅器は、反転入力端子に、基準電気信号が入力され、非反転入力端子に、基準電気信号を除く第１〜第３の電気信号のうちの一方の電気信号が入力され、基準電気信号を基準とした一方の電気信号の大きさを非反転増幅して出力し、第２の差動増幅器は、非反転入力端子に、基準電気信号が入力され、反転入力端子に、基準電気信号を除く第１〜第３の電気信号のうちの他方の電気信号が入力され、基準電気信号を基準とした他方の電気信号の大きさを反転増幅して出力することが好ましい。こうすれば、１つの波長成分を基準とした他の２つの波長成分の相対値を正負逆方向に増幅して比較することで、波長成分毎の特徴量がより明確化され、異なる読み取り対象物の色の判別の精度がさらに向上する。

さらに、受光素子と読み取り対象物の検出範囲との間には、受光素子に向けて照明光を拡散させる拡散部材が設けられていることも好ましい。この場合、読み取り対象物のエッジ部分や凹凸部分の影響による反射光の強度ムラが発生した場合であっても、受光素子の受光面上に均一に反射光を入射させることができ、読み取り対象物の位置や向きに関係なく安定した読み取り対象物の色の判別が実現される。

本発明の色判別装置によれば、色の類似した読み取り対象物の色を精度よく判別することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る色判別装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１（ａ）に示す色判別装置１は、所定の撮像位置に搬送された硬貨（読み取り対象物）の色を判別する判別装置であり、例えば、銀行ＡＴＭ等の硬貨を搬送処理する装置内に内蔵されるものである。なお、ここで言う硬貨には、通貨として使用される狭義の硬貨のみならず遊技用等に用いられるコインをも含むものとする。

色判別装置１は、箱状の筐体２を有し、筐体２の一方の端面を形成する基板３の内側には、白色ＬＥＤ（発光素子）４がその光軸が基板３の内面に略垂直に、かつ、内側を向くように配置されている。筐体２の他方の端面には、透明材料からなる窓部５が固定され、窓部５の外側において窓部５の外面に平行な方向に硬貨Ａが搬送可能とされている。筐体２の内部において、窓部５と白色ＬＥＤ４との間には、白色ＬＥＤ４から発せられる照明光Ｌ１を窓部５に向けて反射させるための反射板６が設置されている。この反射板６は、角度の異なる２つの反射面を有し、窓部５の内面に向けて均一に照明光Ｌ１を反射させる機能を有する。

さらに、筐体２の内部においては、窓部５の外側における特定の検出範囲７にある硬貨Ａから筐体２の内部に向けて反射された反射光Ｌ２を集光する集光レンズ部８が、窓部５に対向して配置されている。ここで、集光レンズ部８は検出範囲７からの反射光を集光可能な位置に設けられているので、硬貨Ａの表面における凹凸形状に起因した照明光Ｌ１の拡散反射によって発生した反射光Ｌ２が、集光レンズ部８に入射することになる。この集光レンズ部８と基板３との間には、フォトダイオードアレイ（受光素子）９が、集光レンズ部８の光軸がフォトダイオードアレイ９の受光面の中心を通る垂線と一致するように固定されている。

図１（ａ）におけるフォトダイオードアレイ９を受光面側から見た平面図である図１（ｂ）に示すように、フォトダイオードアレイ９は、赤色光、緑色光、及び青色光毎に同時に受光してそれぞれの強度に応じた電圧信号を出力するマトリクス型のフォトダイオードアレイである。より詳細には、フォトダイオードアレイ９の受光面１０には、赤色光領域（例えば、５９０ｎｍ〜７２０ｎｍ）に分光感度特性を有する１６個のフォトダイオード１１ａ、緑色光領域（例えば、４８０ｎｍ〜６００ｎｍ）に分光感度特性を有する１６個のフォトダイオード１１ｂ、青色光領域（例えば、４００ｎｍ〜５４０ｎｍ）に分光感度特性を有する１６個のフォトダイオード１１ｃ、及び可視光領域全体に感度を有する１６個のフォトダイオード１１ｄからなるフォトダイオード群１１が、異なる分光感度特性を有するフォトダイオードが隣り合うように８×８で２次元的に配列されている。これらのフォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、波長６００〜６２０ｎｍ、５３０〜５４０ｎｍ、及び４６０〜４７０ｎｍにおいて受光感度が最大となっている。このフォトダイオードアレイ９においては、１６個のフォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、それぞれ並列に接続されることにより、反射光Ｌ２の受光によって生成された電流が、３種類のフォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に出力された後、反射光Ｌ２の赤色光成分、緑色光成分、青色光成分の強度に応じた３つの電圧信号に変換されて出力される。

次に、色判別装置１の回路構成について詳細に説明する。

図２に示すように、白色ＬＥＤ４の両端間には、白色ＬＥＤ４に直列に接続されたトランジスタ１２を介して駆動電圧が印可されている。このトランジスタ１２は、ベース端子に入力された制御信号Ｓ_１に応じて白色ＬＥＤ４の両端間に印加される駆動電圧をオン−オフすることによって、白色ＬＥＤ４の発光を制御する。

フォトダイオードアレイ９において、１６個のフォトダイオード１１ｂの両端には、反射光Ｌ２の緑色光成分の受光によって生成された電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ（電流電圧変換回路）１３ｂが接続されている。このトランスインピーダンスアンプ１３ｂは、帰還抵抗によって決定される変換率で、フォトダイオード１１ｂによって生成された電流を出力電圧信号（第２の電気信号）Ｖ_ｂに変換して出力する。同様に１６個のフォトダイオード１１ｃ及び１６個のフォトダイオード１１ａには、それぞれ、トランスインピーダンスアンプ１３ｃ及びトランスインピーダンスアンプ１３ａが接続されている。トランスインピーダンスアンプ１３ｃ，１３ａは、それぞれ、フォトダイオード１１ｃ，１１ａによって生成された電流を出力電圧信号（第３の電気信号）Ｖ_ｃ、及び出力電圧信号（第１の電気信号）Ｖ_ａに変換して出力する。さらに、トランスインピーダンスアンプ１３ｂ，１３ｃ，１３ａの出力には、それぞれ、出力電圧信号Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃ，Ｖ_ａから高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ１４ｂ，１４ｃ，１４ａが接続されている。

これらのローパスフィルタ１４ｂ，１４ｃ，１４ａの出力側には、３つの差動増幅器１５，１６，１７からなる比較部２４が接続されている。差動増幅器１５の非反転入力端子１８は、ローパスフィルタ１４ｂを介してトランスインピーダンスアンプ１３ｂの出力と接続され、差動増幅器１５の反転入力端子１９はローパスフィルタ１４ｃを介してトランスインピーダンスアンプ１３ｃの出力と接続されている。差動増幅器１５は、基準電圧信号である出力電圧信号Ｖ_ｃのレベルを基準とした出力電圧信号Ｖ_ｂのレベルを正方向の増幅率で増幅（非反転増幅）して比較信号Ｖ_１として出力する。一方、差動増幅器１６の非反転入力端子２０は、ローパスフィルタ１４ｃを介してトランスインピーダンスアンプ１３ｃの出力と接続され、差動増幅器１６の反転入力端子２１はローパスフィルタ１４ａを介してトランスインピーダンスアンプ１３ａの出力と接続されている。差動増幅器１６は、基準電圧信号である出力電圧信号Ｖ_ｃのレベルを基準とした出力電圧信号Ｖ_ａのレベルを負方向の増幅率で増幅（反転増幅）して比較信号Ｖ_２として出力する。

さらに、差動増幅器１７の反転入力端子２２は、差動増幅器１５の出力と接続され、非反転入力端子２３は、差動増幅器１６の出力と接続されている。差動増幅器１７は、比較信号Ｖ_１と比較信号Ｖ_２との差分を増幅して比較信号Ｖ_３として出力する。ここで、差動増幅器１７に対する差動増幅器１５，１６の接続は、逆に接続されていてもよい。

差動増幅器１７から出力された比較信号Ｖ_３は、信号処理部２５に入力され、信号処理部２５において比較信号Ｖ_３に基づいて硬貨Ａの色が判別され、判別結果が外部に出力される。具体的には、信号処理部２５は、予め保持された複数の信号データと比較信号Ｖ_３のレベルの時間変化とを比較して、レベル差が所定の誤差範囲内にある信号データを特定することにより、硬貨Ａの色を判別する。また、信号処理部２５は、予め保持された信号データと比較信号Ｖ_３とのレベル差が所定の誤差範囲内にない場合には、硬貨Ａの特定種類の硬貨の色との不一致を判別することもできる。ここで、信号処理部２５は、色判別装置１の筐体２内に設けられてもよいし、筐体２の外部に設けられてもよい。

以下、色判別装置１の動作について説明する。

まず、硬貨Ａが窓部５の外面に平行に搬送されて検出範囲７に到達すると、外部からの制御信号Ｓ_１によって白色ＬＥＤ４の発光が開始され、照明光Ｌ１が硬貨Ａの検出範囲７に照射される。これによって、硬貨Ａの表面から集光レンズ部８に向けて反射光Ｌ２が発生し、反射光Ｌ２は、集光レンズ部８によって集光されてフォトダイオードアレイの受光面１０に入射する。

これに対して、受光面１０を構成するフォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃの反射光Ｌ２の受光によって、反射光Ｌ２の赤色光成分、緑色光成分、及び青色光成分のそれぞれの強度に対応した出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃが出力される。次に、出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃから高周波ノイズが除去された後、差動増幅器１５によって出力電圧信号Ｖ_ｃのレベルを基準とした出力電圧信号Ｖ_ｂのレベルが非反転増幅されて出力されると同時に、差動増幅器１６によって出力電圧信号Ｖ_ｃのレベルを基準とした出力電圧信号Ｖ_ａのレベルが反転増幅されて出力される。さらに、差動増幅器１５の出力電圧と差動増幅器１６の出力電圧との差分が増幅されて、比較信号Ｖ_３として出力される。このとき、比較信号Ｖ_３は、硬貨Ａが検出範囲７を通過するまで連続して出力される。その後、信号処理部２５によって予め保持されていた信号データと比較信号Ｖ_３とが比較されることにより、硬貨Ａの色が判別される。

以上説明した色判別装置１によれば、硬貨Ａにおいて拡散反射により発生した反射光Ｌ２を、マトリクス状にフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイ９で受光する構成により、搬送時に硬貨Ａの位置や向きのズレがあっても、同一種類の硬貨間での波長成分毎の受光レベルを均一化することができる。また、同時に受光された赤色光領域、緑色光領域、及び青色光領域の３つの波長成分のうちの１つの波長成分を基準とした他の２つの波長成分の受光レベルの相対値を比較して出力することで、類似色を有する硬貨の色の判別を容易にすることができる。従って、硬貨の位置や向きが変動した場合や硬貨に汚れが付着したような場合でも、異なる種類の硬貨の色の判別の精度を向上させることができる。

また、基準となる波長成分における受光レベルに対する他の２つの波長成分の受光レベルの相対値を正負逆方向に増幅して比較することで、中間の受光レベルを有する波長成分を基準として選択した場合に、他の２つの波長成分毎の相対的な特徴量がより明確化され、異なる硬貨の色の判別の精度がさらに向上する。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、反射光Ｌ２を受光する受光素子の構成としては、特定の構成のものに限られるものではない。図３（ａ）には、本発明の変形例である色判別装置３１の一部破断図、（ｂ）は、（ａ）におけるカラーセンサ３９の受光面側から見た平面図である。これらの図に示すように、色判別装置３１においては、フォトダイオードアレイ９に代えて３ｃｈ型のカラーセンサ（受光素子）３９が設けられている。このカラーセンサ３９は、円形の受光面４０を有し、この受光面４０には、受光面４０を３分割するように扇形状の受光面を有するフォトダイオード４１ａ，４１ｂ，４１ｃが配置されている。これらのフォトダイオード４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、それぞれ、フォトダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃと同様の分光感度特性を有する。カラーセンサ３９は、その受光面４０の中心部を通る垂線が、集光レンズ部８の光軸とほぼ一致するように、窓部５に対向して設置されている。また、硬貨Ａの検出範囲７とカラーセンサ３９の間における受光面４０の近傍には、受光面４０に平行になるように拡散シート（拡散部材）４２が配置されている。拡散シート４２は、硬貨Ａの検出範囲７から集光レンズ部８を通過して入射する反射光Ｌ２を、カラーセンサ３９の受光面４０に向けて拡散させる。

このような色判別装置３１の回路構成は、図４に示すように、カラーセンサ３９においてそれぞれのフォトダイオード４１ａ，４１ｂ，４１ｃにトランスインピーダンスアンプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されている点を除いては、色判別装置１と同様である。

以上のような構成の色判別装置３１によっても、硬貨Ａにおいて拡散反射により発生した反射光Ｌ２を、３ｃｈ型のカラーセンサ３９の受光面４０に向けて拡散させて、３種類の分光感度特性を有するフォトダイオードが分割配置されたカラーセンサ３９で受光する構成により、搬送時に硬貨Ａの位置や向きのズレがあっても、同一種類の硬貨間での波長成分毎の受光レベルを均一化することができる。

また、色判別装置１，３１の差動増幅器１５，１６においては、反転入力端子１９及び非反転入力端子２０には、出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃのいずれを基準電圧信号として入力させてもよいし、非反転入力端子１８及び反転入力端子２１には、上記基準電圧信号以外の出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃのいずれを入力させてもよい。すなわち、受光素子からの３つの出力電圧信号Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃのいずれを基準として比較信号Ｖ_１，Ｖ_２を生成してもよい。

次に、図５〜図８には、色判別装置３１において出力される信号の例を示す。これらの図には、２種類の硬貨について４回ずつ搬送させた場合の結果を示している。図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、硬貨Ａを検出させた場合のトランスインピーダンスアンプ１３ｃ，１３ｂ，１３ａから出力される出力電圧信号Ｖ_ｃ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ａの時間変化を示すグラフ、図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、硬貨Ａとは異なる種類の硬貨を検出させた場合の出力電圧信号Ｖ_ｃ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ａの時間変化を示すグラフ、図７は、図５に示す出力電圧信号に対して差動増幅器１７から出力された比較信号Ｖ_３の時間変化を示すグラフ、図８は、図６に示す出力電圧信号に対して差動増幅器１７から出力された比較信号Ｖ_３の時間変化を示すグラフである。これらの出力結果により、３つのフォトダイオード４１ａ，４１ｂ，４１ｃから得られたそれぞれの出力電圧の差が、異なる硬貨間で大きくない場合であっても、比較信号Ｖ_３においてはレベルの差が顕著に現れていることがわかる。また、同一の硬貨を複数回検出した結果を見てわかるように、各波長領域の光強度の絶対値においては、硬貨Ａの位置及び向きの影響によるレベル変動が現れている。このような場合でも、比較信号Ｖ_３の電圧変化においては、同一の硬貨を複数回検出しても、ほぼ同等なレベル及び時間変化が見られている。

また、読み取り対象物としては、硬貨以外のクレジットカード、ＩＣカード等のカード類や、印刷物等を対象としても良い。

（ａ）は、本発明に係る色判別装置の好適な一実施形態を示す一部破断図、（ｂ）は、（ａ）のフォトダイオードアレイを受光面側から見た平面図である。図１（ａ）の色判別装置の回路構成を示す図である。（ａ）は、本発明に変形例に係る色判別装置を示す一部破断図、（ｂ）は、（ａ）のカラーセンサを受光面側から見た平面図である。図３（ａ）の色判別装置の回路構成を示す図である。図３（ａ）の色判別装置において、硬貨を複数回検出させた場合のトランスインピーダンスアンプから出力される出力電圧信号の時間変化を示すグラフである。図３（ａ）の色判別装置において、別の種類の硬貨を複数回検出させた場合のトランスインピーダンスアンプから出力される出力電圧信号の時間変化を示すグラフである。図５に示す出力電圧信号に対して出力された比較信号の時間変化を示すグラフである。図６に示す出力電圧信号に対して出力された比較信号の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１，３１…色判別装置、Ａ…硬貨（読み取り対象物）、Ｌ１…照明光、Ｌ２…反射光、４…白色ＬＥＤ（発光素子）、Ｖ_ａ，Ｖ_ｂ，Ｖ_ｃ…出力電圧信号、７…検出範囲、９…フォトダイオードアレイ（発光素子）、１５，１６，１７…差動増幅器、１８，２０…非反転入力端子、１９，２１…反転入力端子、３９…カラーセンサ（受光素子）、４２…拡散シート（拡散部材）。

Claims

発光素子から発せられる照明光を読み取り対象物に照射し、前記読み取り対象物の所定の検出範囲から反射された反射光に基づいて前記読み取り対象物の色を判別する色判別装置において、
前記反射光を赤色光、緑色光、及び青色光毎に同時に受光して、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光のそれぞれの強度に応じた第１〜第３の電気信号を出力する受光素子と、
前記第１〜第３の電気信号のうちの１つの電気信号を基準電気信号として、前記基準電気信号を除く前記第１〜第３の電気信号の大きさを増幅して出力する第１及び第２の差動増幅器と、
前記第１及び第２の差動増幅器からの出力信号の差分を増幅して出力する第３の差動増幅器と、
を備えることを特徴とする色判別装置。
前記第１の差動増幅器は、反転入力端子に、前記基準電気信号が入力され、非反転入力端子に、前記基準電気信号を除く前記第１〜第３の電気信号のうちの一方の電気信号が入力され、前記基準電気信号を基準とした前記一方の電気信号の大きさを非反転増幅して出力し、
前記第２の差動増幅器は、非反転入力端子に、前記基準電気信号が入力され、反転入力端子に、前記基準電気信号を除く前記第１〜第３の電気信号のうちの他方の電気信号が入力され、前記基準電気信号を基準とした前記他方の電気信号の大きさを反転増幅して出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の色判別装置。
前記受光素子と前記読み取り対象物の前記検出範囲との間には、前記受光素子に向けて前記反射光を拡散させる拡散部材が設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の色判別装置。