JP4381570B2 - 円形物体識別装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被識別対象である硬貨やメダル等の円形物体を光学的に識別するための円形物体識別装置であって、特に硬貨の直径や厚みなどの複数の特徴を光学的に同時に検出して円形物体を識別することができる簡単な構成の円形物体識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から硬貨の直径を光学的に検出して硬貨の識別を行う識別装置は知られている。例えば、特開昭５８−１３２８８４号には、図４２（ａ）に示すように円形物体３００が通る通路の両縁部を検出視野として一対の光電変換器３０１、３０２を設置し、それら光電変換器３０１、３０２が図４２（ｂ）に示すように円形物体３００によって遮光される部分の面積に応じた光電出力Ｖ３０１、Ｖ３０２を発生することを利用して、上記一対の光電変換器３０１、３０２における遮光部分の面積が最大になっている時のデータに基づいて、円形物体３００の径を求めて硬貨を識別する技術が開示されている。なお、出力Ｖ３０１は光電変換器３０１によるもので、出力Ｖ３０２は光電変換器３０２によるものである。
【０００３】
他に、特公昭６３−６７７１４号にも同様の構成の光学式硬貨識別装置が提案されている。また、特開昭５５−１５９１０３号には、被測定物体を挟むよう光源と多数の光ファイバよりなる光導帯とを対向配設し、上記光導帯の出射面に対向して多数の受光素子を配置した外形測定による識別装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこれらの識別装置は、硬貨等の円形物体の外径（直径）のみを光学的に測定して識別するものであり、厚みや穴の有無などの特徴を光学的に測定する機能は備えておらず、識別対象が狭いものであった。
【０００５】
ところで、光学的に硬貨の孔の部分と外形とを測定する機能を有する識別装置が知られている。しかし、この技術は、光学的に硬貨の複数の特徴を同時に測定するものではなく、硬貨の外形と、これに加えて硬貨の厚みまたは穴の有無等とを同時に光学的に測定する機能は有していない。さらに、この技術に、仮に光学的に硬貨の厚みまたは穴の有無を検出する装置を付加したとしても、硬貨の外形のみならず硬貨の厚みまたは穴の有無を有効に検出できるとは限らない。その理由は、高価なラインセンサを用いると共にラインセンサによる検出タイミングを制御することや、大量のデータを高速処理するための高度な演算処理手段を用いることをせずに、簡単な構成により硬貨の外形、厚みまたは穴の有無を検出する為には、一般に、ホトダイオード等の光電変換素子を用いて遮光部分の面積が最大になった時を、識別データの検出位置と判断しているため、データ検出を行う時期の相違により硬貨の外形、厚みや穴の有無を正確に測定することが出来ないからである。より詳細に説明すると、以下の通りである。
【０００６】
即ち、図４２（ｂ）に示すように、硬貨３００が一対の光電変換器３０１、３０２を通過するに従って一対の光電変換器３０１、３０２の出力は、Ｖ３０１、Ｖ３０２のように変化するが、図示のように遮光部分が最大となる部分近傍におけるＶ３０１、Ｖ３０２は非常になだらかに変化するので、通過する硬貨のセンター位置を上記一対の光電変換器により正確に検出することが困難であるからである。
【０００７】
このため、従来においては、硬貨の外形のみならず、硬貨の厚みや穴の有無に基づいて正確に識別することについて改良の余地が残っていた。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、簡単な構成であっても、円形物体の識別タイミングを正確に検出して円形物体を確実に識別可能とし得る円形物体識別装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の円形物体識別装置は、被識別対象である円形物体が搬送されていく搬送域の両側の縁に関する明暗境界を検出視野内とする一対の光電変換素子と、その一方の光電変換素子による検出視野より搬送方向にずれた位置にある搬送域の縁に関する明暗境界を検出視野内とする第３の光電変換素子とを有し、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力に基づいて円形物体が特定位置に達したことを検出し、その検出時点における、上記一対の光電変換素子の検出値および第３の光電変換素子の検出値のうちの２値または３値に基づいて把握される円形物体の外形認識により円形物体を識別する構成である。
【００１０】
この構成にあっては、円形物体の搬送方向に離隔した２つの光電変換素子の各々が、例えば予め特定位置に円形物体が位置するときに実測して定めた所定出力値と一致すると、円形物体が特定位置に達したことが検出され、その検出時点における２または３つの光電変換素子の出力に基づいて円形物体の外形認識を行い得、よって円形物体を正確に識別することが可能になる。
【００１１】
ここで、上記各光電変換素子を照明する光源としては、各光電変換素子に対して１つずつ光源を配しても、或いは、２つの光源の一方で２つの光電変換素子を照明し、他方の光源で１つの光電変換素子を照明してもよく、或いは、１つの光源で３つの光電変換素子を照明するようにしてもよい。
【００１２】
この場合において、１つの光源で３つの光電変換素子を照明するときは、円形物体の搬送域の両側の縁と光源との位置関係により各光電変換素子の位置が決定され、つまり３つの光電変換素子の相互間の位置関係が決定される状態となる。このとき、単一の光源としては、そのうちの１つの光電変換素子を真上から照明し、他の光電変換素子に対して斜め方向から照明する配置としたり、或いは、３つの光電変換素子に対して全て斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１３】
また、２つの光源の一方で２つの光電変換素子を照明し、他方の光源で１つの光電変換素子を照明するときは、一方の光源が２つの光電変換素子の片方を真上から照明し、もう片方の光電変換素子を斜め方向から照明し、他方の光源が１つの光電変換素子に対して真上から又は斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１４】
また、３つの光電変換素子を各々別の光源で照明するときは、各光源が該当する光電変換素子に対し、各々真上から又は斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１５】
更には、或る１つの円形物体を識別するとき、３つの光電変換素子の各出力値は、全て同一である方が好ましいが、異なる値となっていても構わない。例えば、後者の場合は、円形物体の縁により生じる明暗境界が、上記検出時点において３つの光電変換素子の各受光面の任意位置に位置することになり、それ故に、各光電変換素子の出力値はまちまちとなり、直接それら出力値により検出時点を判定できない。そこで、予め検出時点のときの各光電変換素子の出力値を求めておき、出力値の各々が予め求めた値に一致するときに検出時点と判定し得る。
【００１６】
これに対し、前者の場合は、例えば円形物体の縁により生じる明暗境界が、上記検出時点において、３つの光電変換素子の各受光面の中央位置に位置するように３つの光電変換素子を配していると、その出力値の直接的な比較、つまり３つの出力値が相互に一致したときに検出時点を判定でき、判定を行う際の演算処理が容易に行えるという利点がある。
【００１７】
また、各光電変換素子の円形物体搬送域に対する高さ位置は、光電変換素子の出力値との関係を考慮して相互に違う位置としたり、同一高さ位置としてもよい。
【００１８】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の少なくとも片方および上記第３の光電変換素子が、最小径円形物体および最大径円形物体の縁に関する明暗境界を検出するように設けられている構成とすることができる。
【００１９】
この構成にあっては、光電変換素子の受光面の全域が明または暗となって検出不能になることが防止される。
【００２０】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子が搬送域の幅方向中央より等距離の位置の上方に設けられ、かつ上記第３の光電変換素子が上記距離と同一距離だけ上記幅方向中央から離れた位置の上方に設けられている構成とすることができる。
【００２１】
この構成にあっては、各光電変換素子の位置が対称性を有する状態になり、検出結果の取り扱い性を向上させ得る。
【００２２】
本発明の円形物体識別装置において、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子を照明する光源が、これら光電変換素子とは上記搬送域を挟んで反対側に設けられている構成とすることができる。
【００２３】
この構成にあっては、透過式の光学系を用いた検出により円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００２４】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源とは別に第２の光源と、この第２の光源にて照明される第４の光電変換素子とが設けられ、これら第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みも測定する構成とすることができる。
【００２５】
この構成にあっては、円形物体の外形と厚みとの両者を一緒に検出して識別でき、識別精度が向上する。
【００２６】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源および上記第２の光源が搬送域に対して同じ側に、上記一対の光電変換素子、上記第３の光電変換素子および上記第４の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して同じ側に設けられている構成とすることができる。
【００２７】
この構成にあっては、搬送域を挟んで光源側と光電変換素子側とが分離された状態になり、各光源の支持構造および各光電変換素子の支持構造を簡略化することが可能になる。
【００２８】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源と上記第２の光源とが搬送域に対して反対側に、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して上記第４の光電変換素子と反対側に設けられている構成とすることができる。
【００２９】
この構成にあっては、円形物体の厚み検出用の第４の光電変換素子と、その光源としての第２の光源とが、円形物体の外形認識用の光電変換素子および光源とは逆方向配置で設けられているので、検出用の両方の光が干渉し難くでき、その結果として厚み検出用の光電変換素子および光源の配置と、外形検出用の光電変換素子および光源の配置との自由度を向上させ得る。
【００３０】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの光を上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子へ平行光として照明するレンズ系が設けられている構成とすることができる。
【００３１】
この構成にあっては、光源から放射される光が複数の平行光に処理されるため、唯一の光源を用いることが可能であり、それ故に各光電変換素子の出力を比較することで、搬送通路に汚れが存在するか否かを判定することが可能になる。また、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、円形物体識別装置の小型化が図れる。
【００３２】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径と厚みとの関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽を判定する構成とすることができる。
【００３３】
この構成にあっては、識別データと実測値との対比により円形物体の真偽を判定でき、識別処理速度の向上が図れる。
【００３４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００３５】
この構成にあっては、一対の光電変換素子の各出力信号を加算して円形物体の識別を行うので、円形物体が搬送域に対してその幅方向に位置ずれが生じていても、その位置ずれに伴う検出誤差を解消できる利点がある。
【００３６】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の各出力信号の基準値を記憶する記憶手段と、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号、上記記憶手段の基準値、上記一対の光電変換素子の各出力信号を入力し、識別タイミング信号を入力した時の上記各出力信号を基準値により除算して規格化する規格化手段と、上記規格化手段にて規格化された各信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００３７】
この構成にあっては、規格化された信号を使用するため、複数の光電変換素子の間の照度差に伴って発生する測定エラーを解消させることが可能になる。
【００３８】
本発明の円形物体識別装置において、上記第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みを検出する厚み検出手段を備える構成とすることができる。
【００３９】
この構成にあっては、２つの位置関係に基づいて円形物体の厚みを検出するので、円形物体の厚みを直接厚み検出手段により検出する場合よりも安価な検出手段を使用することができるという利点がある。
【００４０】
本発明の円形物体識別装置において、上記搬送域に対して、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源と同じ側に設けられ、各光電変換素子が円形物体からの反射光を捉える構成とすることができる。
【００４１】
この構成にあっては、反射式光学系を使用して円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００４２】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の出力が一定レベル以上に達すると、円形物体の通過を示す信号を出力する構成とすることができる。
【００４３】
この構成にあっては、その信号を捉えた時点以降の信号を記憶する等すればよく、識別に必要になる信号のみを有効に利用でき、識別に用いることがない信号の記憶等を不要にすることができるため、信号処理回路における簡略化が図れることとなる。
【００４４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の他方と上記第３の光電変換素子との中間位置に第５の光電変換素子が設けられ、この第５の光電変換素子の出力に基づき円形物体に設けられる穴の有無が検出される構成とすることができる。
【００４５】
この構成にあっては、円形物体の外形および厚みの他に、円形物体に設けられる穴の有無を円形物体の識別条件として利用することができる。
【００４６】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子の出力に基づき検出された穴の有無に基づいて円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００４７】
この構成にあっては、円形物体の外形や厚みに加えて、円形物体に設けられた穴の有無に基づき円形物体を識別できるので、より正確な識別が可能になる。
【００４８】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径と穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００４９】
この構成にあっては、予め求めている円形物体の直径と穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づいて円形物体の識別が行われるので、識別処理速度の向上が図れると共に円形物体の外形（直径）だけによる識別よりも精度の向上が図れる。
【００５０】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径、厚みおよび穴の有無の関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００５１】
この構成にあっては、予め求めている円形物体の直径、厚みおよび穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づいて円形物体の識別が行われるので、識別処理速度の向上が図れると共に円形物体の直径と穴の有無による識別よりも精度の向上が図れる。
【００５２】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの放射光を平行光とするレンズと、レンズを透過した平行光を部分的に遮光して円形物体に照射させるマスクとが設けられている構成とすることができる。
【００５３】
この構成にあっては、光源から放射される光が平行光に処理されるため、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、投光系および受光系、特に受光系の配置や光電変換素子の形状について簡潔化が可能になる。
【００５４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子、第３の光電変換素子および第５の光電変換素子の前に、円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられている構成とすることができる。
【００５５】
この構成にあっては、上記複数の光電変換素子の前面に集光レンズが存在するため、各光電変換素子を接近して配設することが可能となり、受光系を小型化することができる。
【００５６】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの放射光を所定エリアの光束にするマスクを有する構成とすることができる。この構成にあっては、単一光源からの光を同一強さで複数取り出すことができる。また、この円形物体識別装置において、円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられている構成とすることができる。この構成にすると、光源から放射されて円形物体を反射した光を検出すべく平行光の場合よりも光電変換素子の間を大きく離隔する必要があるのを解消でき、隣り合う光電変換素子の離隔距離を短くすることができ、受光系の小型化を図ることが可能である。
【００５７】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子は、その中央部に位置する第１受光部と、その外側を包囲する第２受光部とを有し、第１受光部と第２受光部の出力の比または差に基づいて、円形物体に設けられる穴の有無に加えて穴の径をも検出する構成とすることができる。
【００５８】
この構成にあっては、穴の径（半径または直径）をも識別条件として用いることができるので、より正確に円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００５９】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子を照明する第３の光源が別に設けられている構成とすることができる。
【００６０】
この構成にあっては、穴の有無または穴の大きさを検出する第５の光電変換素子を照明する光源が独立して設けられているので、他の光源からの光との干渉を解消し易くでき、また、そのような状態で配設するときの配設自由度を向上できる。
【００６１】
本発明の円形物体識別装置において、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段と、上記第５の光電変換素子からの出力を入力し、そのピーク値を検出するピークホールド回路と、上記第５の光電変換素子からの出力を記憶し、その記憶値とピークホールド回路からのピーク値との比により円形物体の穴径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００６２】
この構成にあっては、ピーク値は円形物体に穴が設けられていない部分からの光出力であり、円形物体の穴径を算出する手段は第５の光電変換素子からの出力値とピークホールド回路からのピーク値との比により円形物体の穴径を算出することとなる。
【００６３】
本発明の円形物体識別装置において、上記ピークホールド回路に記憶されたピーク値に基づいて各光電変換素子の出力を規格化した値により円形物体の直径と穴径とを算出する構成とすることができる。
【００６４】
この構成にあっては、ピーク値と第５の光電変換素子からの出力との比が一定値より大きいと穴無し円形物体と判定され、また、穴の直径に応じて予め求めている該当する値との対比により穴の直径が求められる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置を硬貨の識別に適用した状態を示す平面図、図２はその円形物体識別装置のＹ方向における断面図、図３はその円形物体識別装置のＸ方向における断面図である。
【００６６】
この円形物体識別装置は、硬貨４が上側を滑動される底板１を有し、その底板１は光学的な検出を可能とすべく、その一部が無色透明なガラス板にて構成されている。底板１の幅方向の両側には側壁２、３が設けられ、側壁２、３の間の底板１部分が搬送通路を構成している。上記硬貨４は、底板１の上方であって、その長手方向に張られた強制搬送用の搬送ベルト５により矢印Ｄ方向に上記搬送通路に沿って搬送される。ここで、搬送通路の幅は識別しようとする硬貨の最大径よりも若干大きめに設定されている。
【００６７】
上記底板１のガラス板の下側には、光電変換素子としてのホトダイオード（ＰＤ）６、７、８、９が同じ高さ位置に配置されており、各ホトダイオード６〜９は長方形状の受光面を有する。一対のホトダイオード６と７は、搬送通路の幅方向中央に対して対称な位置に、各受光面の長手方向を搬送通路と直交するように配置されている。また、一対のホトダイオード８と９は、ホトダイオード６と７よりも搬送通路の下流側であって、搬送通路の幅方向中央に対して対称な位置に、各受光面の長手方向を搬送通路と直交させ、つまり一対のホトダイオード６と７に平行に配置されている。
【００６８】
なお、ホトダイオード６（または７）と、ホトダイオード８（または９）との間隔は、識別すべき最小径の硬貨の中心が、一対のホトダイオード対６、７と別の一対のホトダイオード対８、９との中間位置に到達した時、つまり図１においてＰ２で示す位置に硬貨４が到達した時に全てのホトダイオード６〜９の一部が遮光されるように決められている。つまり、各ホトダイオード６〜９は、各々の受光面が硬貨４の搬送域における両縁のうち該当するものを検出できるようになっている。ここで、硬貨４の搬送域とは、搬送通路を硬貨が実際に搬送される領域をいい、硬貨の直径に応じた幅を持つ領域である。また、各ホトダイオード６〜９の長さについては、搬送中に硬貨４が搬送通路の幅方向にずれることと、搬送ベルト５によって照明光束が遮られることとを加味して決められており、識別すべき最大径の硬貨の縁を検出できるようになっている。
【００６９】
一方、底板１のガラス板の上側には、ホトダイオード６〜９の中央位置の上方に点状の第１の光源１０が配置されており、この第１の光源１０は各ホトダイオード６〜８の受光面を均一に照明する。各ホトダイオード６〜８を均一に照明するのに適した光源としては、発光面積が小さく指向特性ができる限り均一なＬＥＤ（Light−Emitting−Diode）が適しており、第１の光源１０にはＬＥＤを用いている。
【００７０】
第１の光源１０と底板１との間には第１の遮光マスク１１が配置されている。この遮光マスク１１は、第１の光源１０から放射された光をホトダイオード６〜８のみへ入射させるべく設けており、フレアー光などの有害光の発生を防止すると共に第１の光源１０から放射された光がホトダイオード９に入射することを防止する役目を有する。なお、図１において遮光マスク１１は省略している。
【００７１】
図４は遮光マスク１１の詳細を示す正面図である。遮光マスク１１には、長方形状の穴１１ａ、１１ｂ、１１ｃが開設されており、第１の光源１０から放射されて穴１１ａを透過した光はホトダイオード６の受光面を均一に照明し、穴１１ｂを透過した光はホトダイオード７の受光面を均一に照明し、穴１１ｃを透過した光はホトダイオード８の受光面を均一に照明する。遮光マスク１１に開けられた穴１１ａ〜１１ｃは、上述したように照射領域を規制する基本的な役目の他にホトダイオード６〜８の位置誤差を吸収する役目も有する。即ち、これらの穴１１ａ〜１１ｃを通過した光束がホトダイオード６〜８の受光面に到達したときのサイズが受光面に対して幾分か小さめとなるように、これらの穴１１ａ〜１１ｃのサイズを設定している。それ故に、ホトダイオード６〜８の設置位置に誤差が生じてもホトダイオード６〜８の出力に変化が生じない。
【００７２】
第１の光源１０の下方には、第１の光源１０と同様にホトダイオード６〜９のセンター位置で搬送通路の上方に、第１の光源１０と同様の特性を有するＬＥＤからなる第２の光源１２が配設されており、この第２の光源１２はホトダイオード９の受光面を均一に照明する。第２の光源１２の下方には第２の遮光マスク１３が設けられ、この第２の遮光マスク１３は、第１の遮光マスク１１と同様、第２の光源１２から放射された光線をホトダイオード９に入射させる目的を有する。図５は第２の遮光マスク１３の詳細を示す正面図である。第２の遮光マスク１３には、長方形状の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。開口部１３ａ〜１３ｃは、第１の光源１０から放射された光を遮らずにホトダイオード６〜８へ到達させるべく形成され、第１の光源１０から放射された光線をホトダイオード６〜８に入射させる光路を確保する。一方、開口部１３ｄは、第２の光源１２から放射された光線をホトダイオード９に入射させる光路を確保するためのものである。
【００７３】
第２の光源１２には、その近傍に遮光部材１４が設けられている。この遮光部材１４は、第２の光源１２から放射された光の光路を規制し、第２の光源１２から放射された光線が第２の遮光マスク１３を透過してホトダイオード６〜８に入射することの無いようその光路を規制するものである。なお、第２の光源１２の設置位置としては、第１の光源１０の下方位置以外に、図２および図３に１３′で示す位置としてもよい。要は、ホトダイオード９に対して、第１の光源１０とは異なる角度で照明できる位置であればよい。
【００７４】
次に、本実施形態の円形物体識別装置により硬貨の外形と厚みとを検出する原理を説明する。
【００７５】
第１の光源１０は、図１に示したようにホトダイオード６〜８の丁度センター位置であって搬送通路の上方に配置されていて、第１の光源１０から放射される光線によりホトダイオード６〜８を均一に照明するようになっている。この状態のとき、硬貨４がｐ１位置から搬送通路を矢印Ｄ方向に移動してきてホトダイオード６、７の受光面上に達すると、第１の光源１０からの光線の一部が硬貨４によって遮られてホトダイオード６と７の受光面上に影が生じる。さらに、硬貨４が矢印Ｄ方向に移動してホトダイオード８、９の受光面上に達すると、ホトダイオード８と９の受光面上にも影が生じる。そして、硬貨４がホトダイオード６（７）と、８（９）との中間位置Ｐ２に達すると、ホトダイオード６と８の受光面上に形成される影の面積は等しくなり、ホトダイオード６と８の出力は等しくなる。この時点におけるホトダイオード６またはホトダイオード７に形成される硬貨の影の位置は硬貨４の外形サイズに対応している。
【００７６】
ところで、硬貨４は、図６に示すように、搬送方向と直交する方向にある程度の位置ずれｄを含んで搬送されてくる。よって、この位置ずれｄを取り除くために、搬送通路の幅中央を挟んで対称となるようにホトダイオード６と７を配置し、これら２つのホトダイオード６と７の出力Ｖ１とＶ３の和を求める。なお、図６において、Ｖ２はホトダイオード８の出力、Ｖ４はホトダイオード９の出力である。
【００７７】
このようにホトダイオード６と７の出力Ｖ１とＶ３の和を求めることで、位置ずれｄに影響されずに硬貨４の外形サイズにほぼ比例した出力を得ることができる。そして、図７に示すようにホトダイオード６と７の出力を加算した出力は、硬貨４の外形サイズに対してほぼリニアーに一義的に変化する。このため、ホトダイオード６と７の出力和を求めることで硬貨４の外形サイズを正確に求めることができる。
【００７８】
以上の説明では各ホトダイオード６〜８上の照度は全て等しく均一なものとして説明しているが、実際には光源の指向特性の不均一性や取付け時の位置や傾き誤差等による影響により各ホトダイオード６〜８の受光面上での照度は必ずしも等しくはならない。そのため、図８に示すように、通常は隣接する２つのホトダイオード間、例えばホトダイオード６と７の間で受光面上の照度に照度差ΔＩｅ（＝Ｖ１−Ｖ３）が生じ、これによって測定エラーが発生する。
【００７９】
そこで、この誤差を取り除くために、本実施形態では予め各ホトダイオード６〜８の受光面上の平均照度を測定しておいて、この値を基準として各ホトダイオード６〜８の出力を規格化し、この規格化された値に基づいて硬貨の外形を算出する。
【００８０】
次に、図９に基づいて硬貨の厚みを測定する原理について述べる。この図９は、硬貨４がホトダイオード６、７とホトダイオード８、９の中間位置Ｐ２にある状態において、第１の光源１０と第２の光源１２から放射された光がホトダイオード７とホトダイオード９に入射する様子を模式的に示している。
【００８１】
硬貨４が中間位置Ｐ２にある時には、硬貨４のホトダイオード７と９に対する位置関係は同じであるので、図９のように２つの光源１０と１２を通る光軸線（ｌ−ｌ′）に対して対称に硬貨４が位置しているものとして取り扱ってもよい。ここで、第１の光源１０から底板（ガラス板）１の表面までの距離をＡとし、第１の光源１０から同一高さのホトダイオード６〜９の受光面までの距離をＳａ、第２の光源１２から底板（ガラス板）１の表面までの距離をＢ、第２の光源１２からホトダイオード６〜９の受光面までの距離をＳｂ、上記光軸線よりホトダイオード７の受光面上における硬貨４の影のエッジまでの距離をＬａ、上記光軸線よりホトダイオード９の受光面上における硬貨４の影のエッジまでの距離をＬｂ、上記光軸線から硬貨４のエッジまでの距離をＣ、硬貨の厚さをＴとする。すると、ＬａとＳａとの関係は下記（１）式で、ＬｂとＳｂとの関係は下記（２）式で各々表される。
【００８２】
Ｌａ／Ｓａ＝Ｃ／（Ａ−Ｔ） …（１）
Ｌｂ／Ｓｂ＝Ｃ／（Ｂ−Ｔ） …（２）
これら（１）式および（２）式により、硬貨の厚さＴは下記（３）式で表される。
【００８３】
Ｔ＝（Ａ・Ｓｂ−Ｂ・Ｓａ・Ｋ）／（Ｓｂ−Ｓａ・Ｋ） …（３）
但し、Ｋ＝Ｌｂ／Ｌａ
したがって、図７と同様にしてホトダイオード７、９の出力より影のエッジの位置ＬａとＬｂとを算出し、それらの算出値と、予め定められた固定値Ａ、Ｂ、Ｓａ、Ｓｂと、上記（３）式とに基づいて演算を行うことにより硬貨の厚さＴを求めることができる。
【００８４】
図１０は、本実施形態の円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。この制御回路は、システム全体の制御およびホトダイオード出力信号の演算処理を行う中央演算処理装置としてのＣＰＵ２０を備える。このＣＰＵ２０にはＲＯＭ２１およびＲＡＭ２２が接続されており、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１に書き込まれているプログラムに従って入出力ポートからデータを読み取ったり出力したり、ＲＡＭ２２に対してデータの読み書きを行ったり、演算処理を行ったりする。
【００８５】
ＣＰＵ２０の入力ポートには各種のスイッチを収めたスイッチボックス２３が接続され、ＣＰＵ２０の出力ポートにはディスプレイ２４が接続されている。上記スイッチボックス２３は、識別すべき金種の設定を含む各種のモード設定やディスプレイ２４に対する表示情報の設定などの各種の情報を入力する。また、ＣＰＵ２０の出力ポートにはＬＥＤ制御回路２５が接続されており、このＬＥＤ制御回路２５は、その出力端に接続されている照明用光源（ＬＥＤ）１０、１２の点灯制御を行う。
【００８６】
前記光源１０、１２から放射される光を受光する位置にはホトダイオード６〜９が配置され、ホトダイオード６の出力端には増幅器３２が、ホトダイオード７の出力端には増幅器３４が、ホトダイオード８の出力端には増幅器３３が、ホトダイオード９の出力端には増幅器３５が各々接続されている。これら増幅器３２〜３５はホトダイオード６〜９より出力される光電流を増幅して出力する。増幅器３２〜３５の出力端にはＡ／Ｄ変換器３６〜３９が接続されており、Ａ／Ｄ変換器３６〜３９は増幅器３２〜３５より出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２０へ出力する。
【００８７】
また、増幅器３２の出力端にはハイパスフィルター４０が接続され、ハイパスフィルター４０は増幅器３２より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。増幅器３４の出力端にもハイパスフィルター４１が接続され、ハイパスフィルター４１は増幅器３４より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター４０と４１の出力端には加算回路４２が接続され、加算回路４２はハイパスフィルター４０と４１の出力を加算する。加算回路４２の出力端には増幅器４３が接続され、増幅器４３は加算回路４２の出力を増幅する。増幅器４３の出力端にはコンパレーター４４が接続され、コンパレーター４４は増幅器４３の出力を入力してハイ、ローの２値化した信号をＣＰＵ２０へと出力する。
【００８８】
上記ハイパスフィルター４０と４１、加算回路４２、増幅器４３およびコンパレーター４４は、硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路４５を構成し、硬貨通過検出回路４５は硬貨がホトダイオード６と７の上に到達したことを検出した時にハイからローレベルへと切り替わる。
【００８９】
また、増幅器３３の出力端にはハイパスフィルター４０Ａが接続され、ハイパスフィルター４０Ａは増幅器３３より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。増幅器３５の出力端にもハイパスフィルター４１Ａが接続され、ハイパスフィルター４１Ａは増幅器３５より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター４０Ａと４１Ａの出力端には加算回路４２Ａが接続され、加算回路４２Ａはハイパスフィルター４０Ａと４１Ａの出力を加算する。加算回路４２Ａの出力端には増幅器４３Ａが接続され、増幅器４３Ａは加算回路４２Ａの出力を増幅する。増幅器４３Ａの出力端にはコンパレーター４４Ａが接続され、コンパレーター４４Ａは増幅器４３Ａの出力を入力してハイ、ローの２値化した信号を出力する。
【００９０】
上記ハイパスフィルター４０Ａと４１Ａ、加算回路４２Ａ、増幅器４３Ａおよびコンパレーター４４Ａは硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路４６を構成し、硬貨通過検出回路４６は、硬貨通過検出回路４５と同様の硬貨通過を検出するための回路であり、硬貨４がホトダイオード８と９の上に到達したことを検出した時にハイからローレベルへと変化する信号を出力する。硬貨通過検出回路４６の出力端にはゲート回路４７が接続され、ゲート回路４７はＣＰＵ２０からの制御信号により硬貨通過検出回路４６から入力した信号をＣＰＵ２０の入力ポートに出力する。
【００９１】
また、ＣＰＵ２０の出力ポートにはフラッパー制御回路４８が接続され、フラッパー制御回路４８の出力端には硬貨の選別を行う為のフラッパー制御用モータ等の駆動源（図示せず）が接続されており、フラッパー制御回路４８はＣＰＵ２０から出力されるコントロール信号に基づいて識別した硬貨の選別を行う為のフラッパー制御用モータ等の駆動源（図示せず）への通電制御を行う。上記駆動源（図示せず）は、フラッパー機構４９の一部を構成するものである。フラッパー機構４９の動作状態はセンサー５０により監視され、センサー５０による監視結果はＣＰＵ２０へ出力される。なお、硬貨の仕分けのためのフラッパー機構４９や、硬貨を強制的に搬送する機構については、本発明の直接的な構成要素ではないので、詳細な説明は省略する。
【００９２】
次に、本実施形態に係る円形物体識別装置の全体的な動作について、図１１のフローチャートと図１２のタイミングチャートに基づき説明する。
【００９３】
まず、最初に硬貨識別動作をスタートさせると、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１に格納されたプログラムの実行を開始し、システム及び各部機構の初期化、ディスプレー２４に対する初期画面表示と硬貨搬送機構の動作開始を行う（ステップＳ１）。
【００９４】
次に、硬貨の識別を行うために２つのＬＥＤ光源１０、１２を点灯し（ステップＳ２）、ホトダイオード６〜９から出力されるアナログ信号を増幅器３２〜３５で増幅し、Ａ／Ｄ変換器３６〜３９でデジタル信号に変換してＣＰＵ２０へ取り込む（ステップＳ３、Ｓ４）。また、同時にカウンターをスタートさせて、予め決められた一定時間毎にホトダイオード６〜９から出力されるデータをＣＰＵ２０へと連続して取り込み、所定のメモリー番地へと順次格納する。そして、その取り込み回数（Ｎ）が、予め決められた一定の回数（Ｃ）だけ取り込まれたかをチェックして、一定の回数のデータが取り込まれるまで、この動作を繰り返す（ステップＳ５）。
【００９５】
一定回数のデータ取り込みが完了すると前記ＮをＣに設定してデータ取り込みを一旦終了し（ステップＳ６）、各ホトダイオード６〜９毎に複数回取り込まれた上記メモリー番地のデータを平均化処理し、その平均値を算出する（ステップＳ７）。このように各ホトダイオード６〜９毎に複数回取り込んだデータの平均値を求めることで、ノイズの影響を除去して各ホトダイオード６〜９の受光面上の明るさを正確に求めることができる。しかして、図８を用いて説明したように、各ホトダイオード６〜８の受光面上における平均照度値が求められる。
【００９６】
ここで、求められたホトダイオード６〜８の３つの受光面上の平均照度データは相互に比較され、これらのホトダイオード６〜８の受光面上における照度分布の差がチェックされ、いわゆるフラットネスチェックが行われる（ステップＳ８）。そして、平均照度値に一定以上の差がある場合には搬送通路を構成するガラス表面などにゴミやほこりなどが付着した可能性が高く、この状態で識別を行うと正確な判定が行えないと判断して識別動作を中断して警告表示を行い、使用者にガラス面の清掃を指示する（ステップＳ９）。
【００９７】
なお、本実施形態の円形物体識別装置を組み立てる際に、予め各ホトダイオード６〜８の平均照度を測定し、この測定値をメモリーに記憶しておけば、この記憶されたデータと上記の実際の使用時に求められた平均照度データを比較することでより正確に上記判断を行うことができる。
【００９８】
次に、ステップＳ８のフラットネスチェックにおいて各ホトダイオード６〜８の受光面上の平均照度値が正常と判断されると、硬貨通過検出回路４５の出力信号がローレベルであるか否かチェックする（ステップＳ１０）。そして、出力信号がハイレベルの場合には硬貨４がまだホトダイオード６、７に到達していないと判断し、複数回連続して取り込まれた前記各ホトダイオード６、７のデータが格納されている記憶番地を１つずつシフトして最初に取り込まれたデータを削除し、代わりに最新の現時点における各ホトダイオード６、７の出力信号を取り込んでシフトした後に開いた所定のメモリー番地に格納して、出力信号がローレベルになるまでこの動作を繰り返す（ステップＳ１１）。このようにして常時最新の照度データのチェックが行えるようにしている。
【００９９】
図１２のタイムチャートに示すように、Ｔ１時点において硬貨が搬送通路の最も上流側に配置されているホトダイオード６と７に到達すると、ホトダイオード６の出力Ｖ１とホトダイオード７の出力Ｖ３は減少し始め、高周波信号のみを取り出すハイパスフィルター４０、４１の出力も同様に変化して硬貨通過検出回路４５の出力信号がハイよりローへと変化する。ここで、加算回路４２と増幅器４３は、硬貨がホトダイオード６または７に到達した瞬間をできるだけ早く検出する目的の為に設けてある。
【０１００】
そして、硬貨通過検出回路４５の出力信号がローへと変化すると、上記平均化処理で求められた各ホトダイオード６〜８の平均照度値を確定し（ステップＳ１２）、各ホトダイオード６〜９より出力される信号をＣＰＵ２０へと取り込む（ステップＳ１３）。その取り込まれたデータが一定以上のレベルにあるか否かをチェックし（ステップＳ１４）、一定以下の場合には搬送されてきた硬貨のサイズが一定以上であると判断して識別を行わずに偽硬貨として処理を行う（ステップＳ２６）。一定以上の場合には、各ホトダイオード６〜９の出力を、対応する各ホトダイオード６〜９の平均照度データにて除算して規格化されたホトダイオード出力を求める（ステップＳ１５）。そして、求められた上記規格化されたホトダイオード６とホトダイオード８の出力Ｖ１とＶ２を比較し（ステップＳ１６）、一致していなければステップＳ１３に戻って再び各ホトダイオード６〜９の出力を取り込み上記のステップを繰り返し、一致するまでこのステップを繰り返す。規格化された上記２つのデータが一致すると、これらのデータを一旦記憶すると共に識別タイミングと判定する（ステップＳ１７）。そして、その記憶されている規格化されたホトダイオード６とホトダイオード７の出力Ｖ１とＶ３を加算してＶｘを求める（ステップＳ１８）。このＶｘは、図６に示すようにホトダイオード６上の影のエッジの位置と、ホトダイオード７上の影のエッジの位置との離隔距離に応じた値であり、硬貨の直径Ｄと相関性がある。次に、このＶｘ値より硬貨の直径Ｄを算出する（ステップＳ１９）。
【０１０１】
即ち、図７に示すようにＶｘ値は硬貨の直径Ｄに対して一義的に変化するので、予めこの式をプログラミングしておけばＶｘ値を入力して硬貨の直径Ｄを算出することが出来る。または、Ｖｘ値と直径Ｄとの関係をルックアップテーブルとして記憶しておいてもよい。なお、実際には図７に示すように硬貨の直径Ｄの値は硬貨の厚さＴによって影響を受けるが、予め一定の厚さと仮定して硬貨の直径Ｄを算出し、後で求められた硬貨の厚さと仮定した厚みとを比較することによって硬貨の真偽を確かめることが出来る。または、最初に硬貨の厚さを求めておき、この求められた値を基にしてＶｘと直径との関係を決めるほぼ直線の勾配（近似値）を決定し、決定されたほぼ直線の近似式に当てはめてＶｘ値より直径を求めてもよい。図１１のフローチャートの実施例では前者に基づいて記載してあるが、いずれのケースも本発明の範囲内であることは明らかである。
【０１０２】
次に、規格化されたホトダイオード７と９の出力データに基づいてホトダイオード７と９上における硬貨の影のエッジまでの距離ＬａとＬｂを求める（ステップ Ｓ２０、Ｓ２１）。図７において直径の代わりに横軸をＬａまたはＬｂと置き換えれば、同様にして求めることが出来る。
【０１０３】
そして、求められたＬａ，Ｌｂ値と予め記憶されている光学系の寸法に関する固定データ値（Ｓａ、Ｓｂ、Ａ、Ｂ）とを前記（３）式に入力して硬貨の厚さＴを算出する（ステップ Ｓ２２）。そして、予め記憶されている硬貨の直径と厚さとの関係をまとめたテーブルを参照して、ステップ Ｓ１９で求められた直径Ｄに対応する硬貨の厚さＴ０を求め（ステップ Ｓ２３）、本実施形態の円形物体識別装置で光学的に求められた硬貨の厚さＴと比較する（ステップ Ｓ２４）。そして、両者ＴとＴ０の差が一定の範囲を超えている時には偽硬貨として処理を行い（ステップ Ｓ２６）、フラッパー制御回路４８の出力でフラッパー機構を駆動して偽硬貨格納部へ格納させる。一方、一定の範囲内の時には、硬貨がホトダイオード７と９を通過することを硬貨通過検出回路４６の出力変化より確認し（ステップＳ２５）、その後、真正硬貨として処理し、フラッパー制御回路４８の出力でフラッパー機構４９を駆動して金種毎の仕分けして、格納を行う（ステップＳ２７）。
【０１０４】
かかるフローにおいては真偽の判定を硬貨の直径データと厚さデータの両方に基づいて行うようにしてあるが、直径を求めた段階でその値が既に真正硬貨の値よりも充分外れていると判断される時には、厚さによる判定を待たずに偽硬貨として処理を行ってもよい。
【０１０５】
本実施形態１による場合は、硬貨の搬送方向に離隔した光電変換素子の検出データに基づいて識別タイミングを範囲し、そのタイミングで検出した直径（外形）データと厚みデータに基づいて硬貨を識別するので、正確に硬貨の識別をすることが可能になる。
（実施形態２）
本実施形態２は、硬貨の外形（直径）と厚みとの検出を唯一つの光源で共用した場合である。
【０１０６】
図１３は実施形態２に係る円形物体識別装置を示す正面図、図１４は実施形態２に係る円形物体識別装置における硬貨とホトダイオードとの位置関係を示す平面図、図１５は実施形態２に係る円形物体識別装置において用いるフレネルレンズを示す平面図である。
【０１０７】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨６１が上方を搬送される搬送通路の底部の一部を構成するガラス板６０を有する。このガラス板６０の下側には、図１４に示すような位置に光電変換素子としてのホトダイオード６２〜６５が同一高さ位置に配置され、ホトダイオード６２〜６５は受光した光を電気信号へ変換して出力する。尚これらのホトダイオード６２〜６５は図１で示した４つのホトダイオード６〜９にそれぞれ対応するものであり、ホトダイオード６２〜６４、特に６２と６３は、硬貨６１の直径に対応する外形を測定し、ホトダイオード６３と６５は硬貨の厚さを測定する働きをする。また、ホトダイオード６５は、他のホトダイオード６２〜６４に対して幾分長めに設計されているが、これは後述する点光源６６から斜め方向に照射された光の硬貨による影を検出するためである。
【０１０８】
一方、搬送通路の上方には、上記４つのホトダイオード６２〜６５のちょうど中心位置の上方に点光源６６が配置されており、点光源６６はガラス板６０を透過してホトダイオード６２〜６５を照明する。上記点光源６６とガラス板６０との間には、図１５に示すように一部に開口穴６７ａを有するフレネルレンズ６７が、その焦点位置に点光源６６を位置させるようにして配置されている。このフレネルレンズ６７は、点光源６６より発散された光をレンズ部により平行にしてホトダイオード６２〜６５へと放射し、開口穴６７ａを通過した発散光をホトダイオード６５へと入射するように構成されている。
【０１０９】
フレネルレンズ６７の下側には、光路規制用のマスク６８が配置されている。このマスク６８は、点光源６６より放射された光を４つのホトダイオード６２〜６５のみに入射するように光路を規制し、不要な有害光の発生を防止するものである。ここで、ホトダイオード６２〜６４に入射する光は光軸線（ｌ−ｌ’）に対して平行である。よって、硬貨６１の厚さに影響されずにホトダイオード６２〜６４の出力信号より硬貨６１の直径を正確に求めることが出来る。また、ホトダイオード６３と６５の出力より硬貨６１の厚さが算出される。その算出は前述した方法に準じて行われる。この場合、光源が１つである故に、図９に示すＡとＢを同一、ＳａとＳｂを同一とした算出を行うこととなる。
【０１１０】
本実施形態２においても、ホトダイオード６２と６４とに基づいて識別タイミングを検出し、その識別タイミングのときのホトダイオード出力に基づいて硬貨の直径と厚みとを求めて、硬貨を識別するため、正確な識別が可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態２においては、硬貨の直径と厚さを測定するために唯一つの点光源６６を用いているので、４つのホトダイオード６２〜６５の平均照度値をそれぞれ比較して、より詳細に通路の汚れなどの判定を行い得るという効果を奏する。なお、フレネルレンズ６７は円形物体識別装置全体の厚さを薄くするために用いたものであって、代わりに通常のレンズ系を採用してもよく、何ら機能、性能に変化は生じないことは言うまでも無い。また、レンズの代わりに、単なるプリズムを用いてもよく、同様の機能を有する。
（実施形態３）
本実施形態３は、硬貨の外形（直径）と厚みとに基づいて硬貨を識別する構成であり、硬貨の外形を識別する光学系と、硬貨の厚みを識別する光学系とを、硬貨の搬送通路に対して逆側に設けた場合である。
【０１１２】
図１６は本実施形態３の円形物体識別装置を示す正面図である。この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨７１が上方を搬送される搬送通路の一部を構成するガラス板７０を有する。ガラス板７０の下側には光電変換素子としてのホトダイオード７２、７３、７４が実施形態１と同様に配置されており、これらホトダイオード７２、７３、７４はそれぞれ図１に示すホトダイオード６、７、８に対応する。ガラス板７０の上方には第１の点光源７６が設けられ、この第１の点光源７６は図１の第１の光源１０に対応し、ホトダイオード７２、７３、７４を照明するものである。上記第１の点光源７６と搬送通路との間には、第１の点光源７６から放射される光束の光路を規制するマスク７８が設けられており、このマスク７８は図４に示す遮光マスク１１に対応するものである。
【０１１３】
一方、搬送通路を挟んで、第１の光源７６とは反対側に、つまり搬送通路の下側に第２の点光源７７が配置されている。この第２の点光源７７は、搬送通路の上方に配置されたホトダイオード７５を照明するためのものであり、図１に示す第２の光源１２に対応する。なお、ホトダイオード７５は図１におけるホトダイオード９に対応している。第２の光源７７と搬送通路との間には光束規制用のマスク７９が配置され、このマスク７９は第２の光源７７から放射された光の光路を規制するものである。
【０１１４】
この実施形態３にあっても、上述した実施形態１と同様に、硬貨の直径と厚みとにより正確に硬貨の識別が可能になる。
【０１１５】
また、実施形態３にあっては、硬貨の厚み検出用のホトダイオード７５と、その光源としての第２の点光源７７とが、固化の外形認識用のホトダイオード７２〜７４および光源７６とは逆方向配置で設けられているので、両光源７６と７７からの光が干渉し難くでき、その結果として厚み検出用のホトダイオード７５および光源７７の配置と、外形検出用のホトダイオード７２〜７４および光源７６の配置との自由度を向上させ得る。
（実施形態４）
本実施形態４は硬貨の外形と穴の有無とに基づいて硬貨を識別する場合であり、反射式光学系を用いて構成した場合である。
【０１１６】
図１７は、本実施形態４に係る円形物体識別装置を示す正面図、図１８はその円形物体識別装置における光学系を展開した状態を示す図、図１９はその円形物体識別装置における硬貨と光照射位置との関係を示す平面図である。
【０１１７】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨８１が上方を搬送される搬送通路の一部を構成するガラス板８０を有する。ガラス板８０の下側には、搬送されてくる硬貨に対して斜め下方より光を投射するための投光系８２と、投光系８２により投射された光の硬貨による正反射光を検出する受光系８３とが設けられている。なお、ガラス板８０の下側に投光系８２と受光系８３とを設けたのは、ガラス板８０の上側に硬貨８１を搬送する搬送ベルト８９が硬貨８１の中心部、つまり穴部分を塞ぐ虞れがあるためである。以下の実施形態において、穴の有無を検出する場合は、同様の理由により反射式光学系を用いている。但し、搬送ベルトを２列にして硬貨の穴を塞ぐことを回避できる場合には透過式光学系を使用することも可能である。
【０１１８】
投光系８２は、微小光源としてのＬＥＤ８２ａ、レンズ８２ｂ、ホルダー８２ｃおよび光束規制マスク８２ｄから構成されている。ＬＥＤ８２ａより放射された光はレンズ８２ｂにより平行にされて硬貨を照明するようになっている。これらＬＥＤ８２ａおよびレンズ８２ｂはホルダー８２ｃにて一体的に支持されている。上記ホルダー８２ｃの前面部に、上記光束規制マスク８２ｄが取付けられている。この光束規制マスク８２ｄには、５つの長方形状の開口が設けられていて、搬送される硬貨８１に対して図１９に破線で示す様な５つの長方形状の光束９０〜９４を投射するものである。
【０１１９】
投射光束９０〜９３は、図１で説明した光電変換素子としてのホトダイオード６〜９を照明するための投射光に対応しており、被識別対象である硬貨８１の外形を測定するために、図示のように硬貨８１から幾分かはみ出した長方形状に形成されている。一方、投射光束９４は、これら４つの投射光束９０〜９３の中心に配置された縦長長方形状の光束であって、硬貨８１の中心付近を照明し、穴の有無を検査する為のものであり、長辺が硬貨８１の穴の直径よりも長く、かつ短辺が硬貨８１の穴の直径よりも短い長方形状に形成されている。
【０１２０】
上記受光系８３は、上記投光系８２より投射された光の硬貨８１による正反射光を検出する位置に配置されており、硬貨８１によって反射された反射光を集光するためのレンズ８３ａと、その受光面に配置された受光素子基板８３ｂと、これらレンズ８３ａ、受光素子基板８３ｂを支持するためのホルダー８３ｃとから構成されている。なお受光素子基板８３ｂは、硬貨８１の表面に形成される像が受光素子基板８３ｂ上に結像するよう、つまり図１７に示す如く、硬貨８１とレンズ８３ａに対してシャインプルーフの関係を満足するように、受光系８３のレンズ８３ａの光軸に対して斜めに配置されているものとする。受光素子基板８３ｂ上には、上記投射光束の硬貨８１からの反射光を受光する位置に、上記５つの投射光束に対応して５つのホトダイオード８４〜８８が配置されている。
【０１２１】
したがって、本実施形態４にあっては、図１と同様に、硬貨８１が一対のホトダイオード８４、８５に対応する位置と、別の一対のホトダイオード８６、８７に対応する位置とのちょうど中間に達すると、ホトダイオード８４と８６より出力される光電流が等しくなり、この時ホトダイオード８４と８５の出力を加算した信号は硬貨の外形に対応した信号を与える事になる。よって、硬貨８１を正確に識別することが可能になる。
【０１２２】
また、ホトダイオード８４、８５が硬貨８１の通過を検知し初めてからホトダイオード８８の出力を時系列的に検出する事によって、硬貨８１の穴の有無を検出することが出来る。即ち、穴の無い硬貨の場合には、硬貨が一対のホトダイオード８４、８５と、別の一対のホトダイオード８６、８７との中間位置にきても、中央のホトダイオード８８の出力はその前後の状態と殆ど変化しない。これに対して、穴明き硬貨の場合には、中間位置付近において反射光の強度に急激な減少が見られるのでこれを検出する事で硬貨８１に設けた穴を検出することが出来る。よって、硬貨の外形だけでなく、穴の有無によっても硬貨８１を識別できるので、より正確な硬貨の識別が可能になる。
【０１２３】
なお、上述した実施形態４にあっては光源から放射される光が平行光に処理されるため、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、投光系および受光系、特に受光系の配置や光電変換素子の形状について簡潔化が可能になる。また、上記複数の光電変換素子の前面に集光レンズが存在するため、各光電変換素子を接近して配設することが可能となり、受光系を小型化することができる。
（実施形態５）
本実施形態５は、上述した実施形態４で平行光を用いているのに対し、光源からの放射光を硬貨に照射し、硬貨の外形（直径）と穴の有無とにより硬貨を識別する場合である。
【０１２４】
図２０は本実施形態５に係る円形物体識別装置を示す正面図であり、図２１は上記円形物体識別装置における投光系の投影光束を説明するための正面図、図２２は硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図、図２３は上記硬貨より反射した上記投影光の受光面上における結像状態を示した正面図、図２４は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【０１２５】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨１０４が上方を搬送される搬送通路の底部を構成する底板１０１を有し、その底板１０１は光学的な検出を可能とすべく、その一部が無色透明なガラス板にて構成されている。図２０中の１０２及び１０３は、上記搬送通路の側面を構成している側壁であり、硬貨１０４は上記ガラス板からなる底板１０１の上側を図２０の紙面に対して垂直方向に搬送されている。また、図２０中の１０５は上記被測定硬貨を上記した搬送方向に対して強制的に搬送する為の搬送ベルトであり、不図示の機構によって上記硬貨を上記搬送通路に沿って強制的に駆動する。
【０１２６】
上記ガラス板（１０１）の下側には、光学的に上記硬貨１０４の直径や穴の有無などを測定する為の投光系１０６が、斜め右上方に光出射方向を向けて設けられている。この投光系１０６は、ガラス板（１０１）を透過してその上側を搬送されてくる硬貨１０４に対して斜め方向より光を投影するものであり、ホルダー１０６ａと、ホルダー１０６ａに取り付けられた光源１０６ｂと、上記ホルダー１０６ａの前面に取り付けられたマスク１０６ｃとを有する。光源１０６ｂは、上記硬貨１０４を照明するための光を発生し、この光源１０６ｂより投影された光を所定のエリア内に規制して投影する。ここで、硬貨１０４の直径や穴の有無を安定して測定する為にはできるだけ均一に硬貨を照明する事が必要であるから、光源１０６ｂとしては発光面積が微小で指向特性に優れたＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。
【０１２７】
上記硬貨１０４による反射光は受光系１０７にて捉えられる。この受光系１０７は、上記反射光を受光して硬貨１０４の直径や穴の有無を識別する為の信号を出力するものであり、ホルダー１０７ａと、ホルダー１０７ａに取り付けられた受光レンズ１０７ｂと、上記受光レンズ１０７ｂの結像面位置に配置された受光素子基板１０７ｃとからなる。この受光素子基板１０７ｃには、硬貨からの正反射光を結像する結像面に沿って後述する４つの光電変換素子が配置されている。
【０１２８】
ここで、上記受光レンズ１０７ｂは硬貨１０４の反射面の像を上記受光素子基板１０７ｃ上に結像する様に配置構成されている。硬貨１０４の反射面、即ちガラス板１０１の上面をＯ−Ｃとし、受光レンズ１０７ｂの光軸に直交する軸線をＯ−Ｄとしたとき、硬貨１０４の反射面の像はシャインプルーフの法則により図２０にＯ−Ｅで示す面上に結像するから、受光素子基板１０７ｃは受光レンズ１０７ｂの光軸に対して図示のように傾けて配置してある。図２４は、この場合の展開図を示す。このように傾けて配置しているのは、受光素子基板１０７ｃの受光エリアと、上記硬貨１０４の反射面、つまりガラス板１０１の上面位置とを対応づけ、硬貨１０４の反射面（Ｏ−Ｃ）上に結像した上記投影光の像を受光素子基板１０７ｃ上に結像させる為である。
【０１２９】
次に、図２１から図２３を参照して投影光束と受光光束との関係を詳細に説明する。図２３中の１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは上記受光素子基板１０７ｃ上に図示のような位置に配置された４つの台形形状の光電変換素子である。光電変換素子１１０ａは、図２２に示すように上記ガラス板１０１の上面（Ｏ−Ｃ）において、図示のように硬貨の搬送方向（図２２の左右方向）に対して直交する方向で、搬送通路の幅方向中央より片側（図２２の上側）に寄った位置に設定された長方形状のエリア１０９ａからの反射光を受光するように配置されている。
【０１３０】
光電変換素子１１０ｂは、上記長方形状のエリア１０９ａに対して搬送通路の幅方向中心に対して反対側（図２２の下側）であって対称位置に設定された、上記エリア１０９ａと同一形状のエリア１０９ｂからの反射光を受光するように配置されている。
【０１３１】
光電変換素子１１０ｃは、上記エリア１０９ａに対し搬送方向に平行な位置であって、識別すべき最小径の硬貨１０４の直径よりも短い距離離れた位置に設定された、上記エリア１０９ａと同一形状の長方形状のエリア１０９ｃからの反射光を受光するよう配置されている。
【０１３２】
光電変換素子１１０ｄは、上記エリア１０９ａと１０９ｃとの中間位置で、かつエリア１０９ａと１０９ｂの中間であって搬送通路の幅方向中央の位置に設定された、搬送方向と直交する方向に縦長い長方形状のエリア１０９ｄからの反射光を受光するように配置されている。ここで、エリア１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの搬送方向に直交する方向の長さは識別すべき最小径の硬貨１０４が上記エリア１０９ａ〜１０９ｃを通過する際に、各エリア１０９ａ〜１０９ｃの一部を同時に通過するように、また、識別すべき最大径の硬貨１０４が上記エリア１０９ａ〜１０９ｃを通過する際に各エリア１０９ａ〜１０９ｃを同時に硬貨１０４の縁が通過するように大きさやその位置が設定されている。
【０１３３】
また、エリア１０９ｄの大きさは、識別すべき最小径の硬貨１０４の直径よりも小さく、かつ、長手方向が識別すべき穴明き硬貨の穴の直径よりも長く、長手方向と直交する方向が識別すべき穴明き硬貨の穴の直径とほぼ同じか、またはそれよりも短くなるように設定されている。
【０１３４】
上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄを台形形状としたことについては、図２４に示す様に各エリア１０９ａ〜１０９ｄに対応する光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの距離が各々異なる事によって結像倍率がそれぞれ異なる事による。
【０１３５】
図２１は、投光系１０６に設けたマスク１０６ｃ面上における上記エリア１０９ａ〜１０９ｄに対応する投影光束の形状を示したものであり、投影光束１０８ａが１０９ａに、投影光束１０８ｂが１０９ｂに、投影光束１０８ｃが１０９ｃに、投影光束１０８dが１０９dにそれぞれ対応している。従って、マスク１０６ｃとしては、上記投影光束１０８ａ〜１０８dを遮る事の無いように、例えば図２１に点線で示す様な上記の４つの投影光束を包含した台形形状の開口が設けられたものが用いられる。
【０１３６】
なお、上記マスク１０６ｃは、不要な光が本実施形態の円形物体識別装置の一部に反射して有害光となって受光系１０７に入射することの無いように投影光束を規制する為のものである。
【０１３７】
かかる構成において、硬貨１０４が搬送通路を移動して来て上記投光系１０６の投影光束エリア内に達し、エリア１０９ａ、１０９ｂを横切ると、上記エリア１０９ａ、１０９ｂを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側に反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ａ、１１０ｂ上に、上記エリア１０９ａ、１０９ｂを横切る上記硬貨１０４の反射像を結像する。
【０１３８】
さらに、硬貨１０４が移動してエリア１０９ｄに達すると、上記エリア１０９ｄを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側に反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ｄ上に、上記エリア１０９ｄを横切る上記硬貨１０４の反射像を結像する。
【０１３９】
そして、硬貨１０４がエリア１０９ｃに達すると、上記エリア１０９ｃを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側へと反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ｃ上に、上記エリア１０９ｃを横切る上記硬貨１０４の像を結像する。
【０１４０】
このようにして上記硬貨１０４の中心が上記エリア１０９ｄの中心に達して図２２にて示す位置になると、エリア１０９ａとエリア１０９ｃとを横切る上記硬貨１０４の面積が等しくなり、上記硬貨１０４上の上記エリア１０９ａと１０９ｃから反射される光量が等しくなるので、上記エリア１０９ａと１０９ｃからの反射光を受光する位置に配置された２つの光電変換素子１１０ａと１１０ｃの出力が等しくなる。
【０１４１】
この時、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｃに入射する上記硬貨１０４からの反射光は硬貨の外形サイズに対応している（硬貨の外形に比例して光電変換素子に入射する光量が変化する）ので、上記光電変換素子１１０ａまたは１１０ｂの出力を検出する事で硬貨の外形サイズを検出する事が出来るが、実際には硬貨が搬送されて来る時に搬送方向に対して直交する方向にある程度の位置ずれが発生するので、そのままでは測定誤差が発生する。
【０１４２】
そこで、本実施形態ではエリア１０９ａとは搬送通路の幅方向中心に対して反対側（図の下側）であってかつ対称な位置に上記エリア１０９ａと同じ形状の長方形の別のエリア１０９ｂを設け、このエリア１０９ｂを横切る硬貨１０４からの反射光を受光する受光レンズ１０７ｂの結像面位置に光電変換素子１１０ｂを別設して、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力の和を求めて上記硬貨１０４の外形を算出するようにしてある。このようにする事で上記硬貨１０４の搬送に付随して発生する上記誤差を効率よく除去できる。また、光電変換素子１１０ｄの出力に基づき硬貨に設けられる穴の有無を確実に検出できる。
【０１４３】
したがって、本実施形態５においても、実施形態４と同様に、硬貨の外形と穴の有無とに基づき硬貨の識別を正確に行い得る。
【０１４４】
なお、本実施形態５においては、図２５〜図２７に示すようにすることもできる。
【０１４５】
図２５〜図２７は、硬貨の搬送方向に対して平行となる方向に上記投光系１０６と受光系１０７を配置した構成図であり、図２５は図２０に、図２６は図２１に、図２７は図２３にそれぞれ対応している。また、対応する部分には同じ番号を付してある。
【０１４６】
この例では図示のように搬送方向に対して平行となるように投光系１０６及び受光系１０７が配置してあるので、投影光束１０８ａ〜１０８ｄの並びと光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの並びとが前記例とは異なっているが、それ以外は同じであるので詳細な説明は省略する。
（実施形態６）
本実施形態６は、硬貨の外形と穴の有無とを検出して硬貨の識別を行うものの、実施形態５とは異なり、平行光を用いている。但し、受光素子基板１０７ｃは受光系における光軸に対して垂直に配している。
【０１４７】
図２８は、本実施形態６に係る円形物体識別装置を示す図であり、図２９は上記円形物体識別装置における硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図、図３０は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。なお、図２８〜図３０において図２５と同様の機能を果たす部品には同一の番号を付けており、詳細な説明は省略する。
【０１４８】
この実施形態６においては、光源１０６ｂから投射された光を、光源１０６ｂの前方に配置されたレンズ１０６ｄによって平行光として投影する。レンズ１０６ｄの直前にはマスク１０６ｃが配置されている。このマスク１０６ｃには前述した搬送通路を構成するガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ａ〜１０９ｄに対応した４つの開口が設けられていて、図２９に１０９ａ〜１０９ｄにて示すような４つの長方形状の光を上記ガラス板１０１の上面に投影する構成となっており、光源１０６ｂからの光は上記マスク１０６ｃに開けられた開口に等しい形状の光束として上記ガラス板１０１の上面に投影される。
【０１４９】
一方、受光系１０７は上記投光系１０６から投影された平行光の上記投影光束１０９ａ〜１０９ｄを通過する硬貨１０４からの正反射光をレンズ１０７ｂにより集光して、上記レンズ１０７ｂの結像面に配置された複数の受光素子にて受光するように配置、構成されており、光電変換素子は上記レンズ１０７ｂによる上記マスク１０６ｃの結像位置に配置されている。図３０は、その光路を展開して示す図である。
【０１５０】
なお、図２９中の１１１ａ〜１１１ｄは上記光電変換素子における受光エリアであり、受光素子基板上での光電変換素子の取り付け誤差を考慮して、ガラス板１０１の上面における投影光エリア１０９ａ〜１０９ｄよりも若干大き目に設定されている。
【０１５１】
図３１は本実施形態６の円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。
【０１５２】
この制御回路は、システム全体の制御および光電変換素子の出力信号の演算処理を行なう中央演算処理装置としてのＣＰＵ１２０を備える。このＣＰＵ１２０には、ＲＯＭ１２１およびＲＡＭ１２２が接続されており、ＣＰＵ１２０はＲＯＭ１２１に書き込まれているプログラムに従って入出力ポートからデータを読み取ったり出力したり、ＲＡＭ１２２に対してデータの読み書きを行ったり、演算処理を行なったりする。
【０１５３】
ＣＰＵ１２０の入力ポートには各種スイッチを内蔵したスイッチボックス１２３が接続され、ＣＰＵ１２０の出力ポートにはディスプレイ１２４が接続されている。上記スイッチボックス１２３は識別すべき金種の設定を含む各種のモード設定やディスプレイ１２４に対する表示情報の設定などの各種の情報を入力する。また、ＣＰＵ１２０の出力ポートにはＬＥＤ制御回路１２５が接続されており、このＬＥＤ制御回路１２５は、その出力端に接続されている照明用照明光源（ＬＥＤ）１０６ｂの点灯制御を行なう。
【０１５４】
上記光源１０６ｂから放射された光の硬貨による反射光を受光する位置には光電変換素子（ホトダイオード：ＰＤ）１１０ａ〜１１０ｄが配置され、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力端には増幅器１３１、１３２、１３３、１３４が接続され、これら増幅器１３１〜１３４は上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄより出力される光電流を増幅して出力する。
【０１５５】
上記増幅器１３１〜１３４の出力端にはＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１３５〜１３８が接続され、これらＡ／Ｄ変換器１３５〜１３８は増幅器１３１〜１３４より出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１５６】
上記増幅器１３１の出力端にはハイパスフィルター１３９が接続され、このハイパスフィルター１３９は上記増幅器１３１より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。上記増幅器１３２の出力端にはハイパスフィルター１４０が接続され、このハイパスフィルター１４０は上記増幅器１３２より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター１３９と１４０の出力端には加算回路１４１が接続され、加算回路１４１はハイパスフィルター１３９と１４０の出力を加算する。
【０１５７】
加算回路１４１の出力端には増幅器１４２が接続され、この増幅器１４２は加算回路１４１の出力を増幅する。増幅器１４２の出力端にはコンパレータ１４３が接続され、このコンパレータ１４３は増幅器１４２の出力を予め定められた一定のレベルの信号と比較し、上記増幅器１４２の出力が上記一定レベル以上の場合にハイ信号をＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１５８】
上記ハイパスフィルター１３９と１４０、加算回路１４１、増幅器１４２およびコンパレータ１４３は、硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路１４４を構成し、硬貨通過検出回路１４４は硬貨が光電変換素子１１０ａと１１０ｂの光路中、つまりガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ａ、１０９ｂに到達した瞬間を、光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力変化より検出してローからハイヘと切り替わる。
【０１５９】
また、上記増幅器１３３の出力端にはハイパスフィルタ１４５が接続され、ハイパスフィルタ１４５は増幅器１３３の出力から高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルタ１４５の出力端には増幅器１４６が接続され、増幅器１４６は上記ハイパスフィルタ１４５から出力される信号を増幅する。増幅器１４６の出力端にはコンパレータ１４７が接続され、コンパレータ１４７は増幅器１４６の出力を予め定められた一定レベルの信号と比較して、上記増幅器１４６の出力が上記一定レベル以上の場合にハイ信号を、一定レベル以下の場合にロー信号を出力する。
【０１６０】
上記ハイパスフィルタ１４５、増幅器１４６およびコンパレータ１４７は、上記硬貨通過検出回路１４４と同様、全体として硬貨の通過を検出する硬貨通過検出回路を構成し、特に硬貨１０４が光電変換素子１１０ｃの光路中を通過し終わった事を検出するためのもので、硬貨１０４が光電変換素子１１０ｃの光路中、つまりガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ｃを通過し終わった瞬間を上記光電変換素子１１０ｃの出力変化より検出し、ハイよりローへと変化する信号を出力する。
【０１６１】
上記コンパレータ１４７の出力端にはゲート回路１４８が接続され、ゲート回路１４８はＣＰＵ１２０からの制御信号により上記コンパレータ１４６の出力を所定のタイミングでＣＰＵ１２０の入力ポートに出力する。
【０１６２】
上記Ａ／Ｄ変換器１３８の出力端にはピークホールド回路１４９が接続され、ピークホールド回路１４９はＣＰＵ１２０から出力されるコントロール信号に基づいて上記Ａ／Ｄ変換器１３８より出力される信号のピーク値をサンプルホールドしてＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１６３】
ＣＰＵ１２０の出力ポートにはフラッパー制御回路１５０が接続され、フラッパー制御回路１５０はＣＰＵ１２０から出力されるコントロール信号に基づいて、識別した硬貨の選別を行なう為の不図示のフラッパー制御用モータ等の駆動源への通電制御を行なう。
【０１６４】
上記フラッパー制御回路１５０の出力端にはフラッパー駆動用のフラッパー機構１５１が接続され、フラッパー機構１５１の動作状態はセンサー１５２にて監視され、センサー１５２はその監視結果をＣＰＵ１２０へ出力する。なお、フラッパー機構１５１や、硬貨を強制的に駆動して仕分けする機構については、本発明の直接的な構成要素ではないので詳細な説明は省略する。
【０１６５】
次に、図３２および３３のフローチャートと、図３４のタイミングチャートとに基づいて本実施形態６の円形物体識別装置の全体的な動作について説明する。
【０１６６】
先ず、硬貨識別動作をスタートさせると、ＣＰＵ１２０はＲＯＭ１２１に格納されたプログラムの実行を開始しシステム及び各部機構の初期化、ディスプレー１２４に対する初期画面表示と硬貨搬送機構の動作開始を指令する信号を出力する（ステップＳ１０１）。
【０１６７】
次に、硬貨の識別を行なうために出力ポートよりＬＥＤ制御回路１２５に対してＬＥＤ点灯信号を出力し、光源（ＬＥＤ）１０６ｂを点灯する（ステップＳ１０２）。そして光電変換素子１１０ａから出力されるアナログ信号Ｖ10、光電変換素子１１０ｂから出力されるアナログ信号Ｖ30、光電変換素子１１０ｃから出力されるアナログ信号Ｖ20、光電変換素子１１０ｄから出力されるアナログ信号Ｖ40を増幅器１３１〜１３４で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器１３５〜１３８でデジタル信号に変換してＣＰＵ１２０へ取り込み（ステップＳ１０３）、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力を以下のようにチェックする（ステップＳ１０４）。即ち、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄに入射する光は、光源（ＬＥＤ）１０６ｂから投射された光がガラス板１０１の表面にて反射して受光系１０７に入射し、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に結像したものであり、いわばガラス板１０１の表面の反射特性に関係している。一般にガラス板表面での反射は硬貨表面での反射に比べて充分小さいと考えてよく、通常上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力は非常に小さなものであるが、何らかの原因によって、例えば上記ガラス板１０１の表面に付着したゴミやほこり、あるいはガラス表面に発生した傷等の影響によって、光源１０６ｂから投射された光が上記ガラス板１０１の表面で散乱して受光系１０７に入射して光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に結像して有害光を形成する場合も考えられるので、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの各出力をチェックし、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力が全て一定レベル（α）以下であるかを確認する。
【０１６８】
また、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄにおける相互の出力のバランスをチェックし（ステップＳ１０７）、光電変換素子相互の出力のずれが一定以下である事を確認する。このとき、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力が硬貨が存在しないにも係わらず一定レベル以上の信号を出力しているか、または各光電変換素子の出力にばらつきがある場合には、上記ガラス板１０１か光源１０６ｂにトラブルが有るものとして動作を中断して光源（ＬＥＤ）１０６ｂを消灯し（ステップＳ１０５）、ディスプレー１２４上に警告表示を行なう（ステップＳ１０６）。
【０１６９】
この様に２段階のチェックを設けている理由は、仮に光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に無視し得ない有害光が結像していたとしても、光電変換素子相互の出力のバランスが悪くなければ測定に与える影響は小さいと考えて上記判定レベル（α）を多少ゆるめに設定し、できるだけ装置が停止する確率を減少させるためである。また、この円形物体識別装置を組み立てる際に、予め各光電変換素子上の平均照度を測定してこの測定値を所定のメモリーに記憶しておけば、この記憶されたデータと上記の実際の使用時に測定された平均照度データを比較する事で、より正確に上記判断を行なうことが出来る。
【０１７０】
上述したステップＳ１０７のフラットネスチェックにおいて各光電変換素子上の照度ばらつきが正常値以内と判断されると、硬貨通過検出回路１４４の出力がチェックされ、硬貨通過検出回路１４４の出力がローの場合には硬貨がまだ光電変換素子１１０ａ、１１０ｂに到達していないと判断して上記ステップＳ１０４からＳ１０９を繰り返し、硬貨通過検出回路１４４の出力がハイレベルになるのを待つ。
【０１７１】
そして、図３４のタイムチャートに示す様にｔ１時点において硬貨が搬送通路の最も上流側のエリア１０９ａと１０９ｂに到達すると、上記エリア１０９ａ,１０９ｂを通過する硬貨からの反射光が光電変換素子１１０ａと１１０ｂ上に結像し、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力Ｖ10、Ｖ30が増加し始める。この変化は上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力端に接続された増幅器１３１と１３２で増幅された後、交流信号のみを取出すハイパスフィルタ１３９,１４０によって変化成分のみが抽出され加算回路１４１に入力される。
【０１７２】
上記加算回路１４１の出力端には増幅器１４２が接続されていて、増幅器１４２は上記変化信号をさらに増幅してコンパレータ１４３へ出力し、コンパレータ１４３は予め決められた信号レベルと上記増幅器１４２の出力を比較して上記増幅器１４２の出力が上記固定の信号レベルを超えた時にハイレベルの信号を出力する。
【０１７３】
このようにして硬貨が上記エリアに到達した瞬間を検出する。ここで加算回路１４１により光電変換素子１１０ａと光電変換素子１１０ｂの出力を加算しているのは硬貨の上記エリア１０９ａと１０９ｂへの到達を反射光を先に検知した方の受光素子の信号によって出来るだけ早いタイミングで検出する目的のためである。
【０１７４】
ステップＳ１０９で硬貨通過検出回路１４４の出力がハイレベルになると、各光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力がサンプリングされ（ステップＳ１０９）、ＣＰＵ１２０からのコントロール信号によってピークホールド回路１４９は光電変換素子１１０ｄより出力される信号をサンプルホールドし、ピーク値（図３４の（ｂ）に示すＶ４ｍａｘ）をメモリーする（ステップＳ１１０）。
【０１７５】
続いて、ステップＳ１１１で、上記ピーク値にて光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力Ｖ10〜Ｖ40を除算して規格化された光電変換素子出力（Ｖ1〜Ｖ4）を算出し、硬貨の汚れや傷等による反射率の変化を補償する。即ち、光電変換素子１１０ｄの長辺方向の長さは識別すべき最小径の硬貨径よりも短く、またその短辺方向の長さは識別すべき穴明き硬貨の穴径か又はそれよりも短いので、上記エリア１０９dが搬送される硬貨１０４によって完全に包含された時に上記光電変換素子１１０ｄの出力がピークとなり、この時の上記光電変換素子１１０ｄの出力を上記硬貨１０４の反射率の基準値として用いる事が出来る。
【０１７６】
次に、上記規格化された光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力Ｖ1とＶ3を比較して、一致していなければステップＳ１０９に戻って再び各光電変換素子の出力を取り込み、上記ステップを繰り返す（ステップＳ１１２）。そして、上記硬貨が上記エリア１０９ａと１０９ｃのちょうど中間に達した時、つまり図３４のｔ４時点において、上記規格化された２つの光電変換素子出力Ｖ1とＶ3とが一致し、この信号を受けてＣＰＵ１２０は光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力を取り込んで上記のピーク値にて規格化してＶ1とＶ2を算出し、それらのデータを所定の番地に記憶する（ステップＳ１１３）。
【０１７７】
また、同様にして光電変換素子１１０dの出力を取り込み（ステップＳ１１４）、その出力Ｖ40をピーク値にて規格化してＶ4を求め、所定の番地に記憶する（ステップＳ１１５）。次に、ステップＳ１１６で、上記規格化された光電変換素子出力Ｖ1とＶ2を加算してＶdを算出し、硬貨の直径Ｄを算出する（ステップＳ１１７）。ここで、上記のＶdの値は硬貨の直径に対してほぼリニアーに変化して一義的に定まるので、予めこの関係式をプログラミングしておけば上記Ｖd値より上記硬貨の直径Ｄを算出することが出来る。
【０１７８】
次に、上記の所定の番地に記憶された光電変換素子１１０ｄの規格化データＶ4の値を予め定められた一定の値ｋと比較し、上記Ｖ4の値が上記一定値ｋよりも小さい場合には上記硬貨の中央部からの反射光量が少ないので穴明き硬貨と判定し、また上記Ｖ4の値が上記一定値ｋよりも大きい場合には上記硬貨の中央部からの反射光量が穴明き硬貨の場合に比べて相対的に多いので穴無し硬貨と判定する（ステップＳ１１８）。
【０１７９】
そして、前者の場合には、上記Ｖ4の値より上記硬貨の穴の直径Ｈを算出し（ステップＳ１２０）、後者の場合には、穴の直径を示す変数Ｈを０に設定する（ステップＳ１１９）。即ち、上記Ｖ4は上記硬貨の穴の無い部分からの反射光（硬貨による反射光のピーク値）と、穴を含む部分からの反射光（硬貨の中心が光電変換素子１１０ａと１１０ｃとの中央にある時の光電変換素子１１０dの出力）との比であるから、穴の直径に比例していて、穴の直径と上記反射光量との関係を事前に基準硬貨を用いて測定し、記憶しておいた基準データと上記検出された光電変換素子出力に基づいて求められたＶ4とを対比する事で上記硬貨の穴の直径を求めるものである。
【０１８０】
次に、上記のようにして求められた直径Ｄと穴の直径Ｈとに基づいて上記硬貨の選別を行なう。即ち、直径Ｄが予め設定されたａとｂとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は５００円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２１、Ｓ１２２、Ｓ１２３、Ｓ１３３）。
【０１８１】
また、直径Ｄが予め設定されたｃとdとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は１０円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１２６、Ｓ１３３）。
【０１８２】
また、直径Ｄが予め設定されたeとｆとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は１００円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２７、Ｓ１２８、Ｓ１２９、Ｓ１３３）。
【０１８３】
また、直径Ｄが予め設定されたｇとｈとの範囲内にあって、かつ上記硬貨の穴の大きさＨがｌとｍとの間にある場合には５０円硬貨として処理し、穴明き硬貨でない場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１３０、Ｓ１３１、Ｓ１３２、Ｓ１３３）。
【０１８４】
上記選別出力に基づき上記硬貨が上記の円形物体識別装置を通過した事を光電変換素子１１０ｄの出力変化より確認した後にフラッパー制御回路１５０の出力でフラッパー機構１５１を駆動して金種毎の仕分け、格納を行なう。
（実施形態７）
本実施形態７は、上述した実施形態５、６と同様に、硬貨の外形と穴の有無とを検出して硬貨を識別する場合であるものの、硬貨の外形は透過式光学系を用い、硬貨の穴の有無は反射式光学系を用いている。また、穴の有無だけでなく、穴の大きさをも検出する構成としている。
【０１８５】
図３５は、本実施形態７に係る円形物体識別装置を示す正面図であり、図３６は硬貨と光電変換素子との位置関係を説明するための正面図、図３７は硬貨と光電変換素子との位置関係の他の例を説明するための正面図、図３８は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図、図３９は上記円形物体識別装置に設けられた投光系に備わったマスクを示す正面図、図４０は上記円形物体識別装置に設けられた受光系に備わった受光素子基板を示す正面図である。
【０１８６】
この円形物体識別装置は、図３５に示すように被識別対象である硬貨２０１が上方を搬送される搬送通路の底部を構成する底板２００を有し、この底板２００は光学的に硬貨２０１を識別する為に無色透明なガラス板にて構成されている。底板２００の上方には、上記硬貨２０１の上面に接触して上記硬貨２０１を強制的に搬送するための搬送ベルト２０２が設けられている。搬送ベルト２０２による硬貨２０１の搬送域の上方には、微小な光源２０３が設けられ、この光源２０３は上記搬送通路を移動してくる硬貨２０１を一様に照明する。上記光源２０３と上記硬貨２０１の搬送域との間には投光マスク２０４が設けられ、この投光マスク２０４は上記光源２０３から投影される光を所定のエリアに規制して不要な光の発生を防止する。
【０１８７】
なお、この照明エリアは後述する３つの光電変換素子２０５、２０６、２０７全体をカバーする様に設定されている。光電変換素子２０５〜２０７は上記ガラス板２００の下側表面に形成された長方形状のアモルファスシリコンホトダイオードであり、図３６または図３７にて示す様に硬貨２０１の搬送方向に対して直交する方向で搬送通路の両側の図の位置に配置されている。即ち、光電変換素子２０５と光電変換素子２０６は硬貨２０１の搬送通路の上流側で、上記搬送通路の両側で上記搬送通路の幅方向中心に対して対称となる位置に配置されている。
【０１８８】
上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６とは少なくとも上記搬送ベルト２０２の幅の分だけ離して上記の位置に配置されており、識別すべき最大径の硬貨が上記搬送通路を通過した際に、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６に入射する、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光がすべて上記硬貨によって遮られる事のない様にまた、識別すべき最小径の硬貨が上記搬送通路を通過した際に、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光の一部が必ず上記硬貨によって遮られる様に上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６の長さが決められている。
【０１８９】
光電変換素子２０７は、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６に対して搬送通路の下流側に配置されていて、識別すべき最小径の硬貨が通過時に上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７に入射する、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光の一部が同時に遮られるような間隔で上記光電変換素子２０５と平行に上記搬送通路の片側に配置されている。
【０１９０】
上記ガラス板２００の下側には投光系２０８が設けられ、この投光系２０８は、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の中間で搬送通路の幅方向中央に対して搬送方向に対して直交または平行する長方形状の光を斜め方向より投射する。
【０１９１】
上記投光系２０８は、後述する部品を保持する為のホルダー２０８ａと、光源２０８ｂと、上記光源２０８ｂより投射された光を平行にして投影する為のレンズ２０８ｃと、上記レンズ２０８ｃの直前に配置されたマスク２０８ｄとを有し、マスク２０８ｄは上記投影光を上述した長方形状に整形する。また、上記ガラス板２００の下側には上記硬貨２０１によって正反射された上記投光系２０８からの光を検出する為の受光系２０９が設けられている。この受光系２０９はホルダー２０９ａと、上記正反射光を集光するためのレンズ２０９ｂと、上記レンズ２０９ｂの結像面に配置された光電変換素子を搭載した受光素子基板２０９ｃとから構成される。
【０１９２】
なお、硬貨と上記投影光束との位置関係を図３６と図３７に示す。図で矢印で示した方向が硬貨の搬送方向である。図３８は、上記投光系２０８と受光系２０９の展開図である。受光レンズ２０９ｂは上記マスク２０８dの像を上記基板２０９ｃ上の光電変換素子に結像させるように設定されている。
【０１９３】
図３９は、上記マスク２０８ｄを示す正面図、図４０は上記受光素子基板２０９ｃの平面図である。受光素子基板２０９ｃには、図４０に示すように２つの光電変換素子２１１と２１２とを有し、光電変換素子２１１は、上記レンズ２０９ｂの光軸センターに配置された円形のもので、上記搬送通路の中央部からの反射光、即ち硬貨の中央部からの反射光を受光する。光電変換素子２１２は上記光電変換素子２１１が設けられた円形領域および配線部を除いた長方形状のもので、上記搬送通路の主として周辺寄りの領域、即ち硬貨の周辺寄りの部分からの反射光を受光する様に配置・構成されている。上記光電変換素子２１１の出力と２１２の出力との差、または比を求める事で搬送される硬貨２０１の穴の有無や穴の大きさ（半径または直径）が測定される。
【０１９４】
図４１は、硬貨の搬送に伴う上記光電変換素子２０５、２０７、２１１、２１２の出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。図でｔｌは硬貨２０１の影が光電変換素子２０５の受光面上にかかり始めた時点を、ｔ２は上記硬貨２０１の先端が上記投光系２０８の投影光路（光電変換素子２１１と２１２の受光光路）内にかかり始めた時点を、ｔ３は上記硬貨２０１の影が光電変換素子２０７の受光面上にかかり始めた時点を、ｔ４は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０５と２０７の中間位置にある時を、ｔ５は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０５を照明する上記光源２０３からのマスク２０４を経た光路より外れ始めた時点を、ｔ６は上記硬貨２０１の後端が上記投光系２０８の投影光路（光電変換素子２１１と２１２の受光光路）より外れ始めた時点を、ｔ７は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０７を照明する上記光源２０３からのマスク２０４を経た光路より外れ始めた時点を示している。
【０１９５】
ここで、図３１から図３４にて説明したのと同様に、上記硬貨２０１が上記搬送通路の同じ側に平行に並んで配置された上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の中間に来た時点ｔ４において、上記光電変換素子２０５と２０７の受光面上に投影される上記硬貨２０１の影の面積が等しくなり、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の出力が等しくなる（Ｖｂ）。よって、識別タイミングを判定できる。そして、このタイミングのときの光電変換素子２０５、２０６および２０７の少なくとも２以上の出力を用いて硬貨の外形を検出できる。また、この時点において上記光電変換素子２１１は上記硬貨２０１の中央部からの反射光を、光電変換素子２１２は上記硬貨２０１の上記中央部の両側からの反射光を受光する事となり、例えば上記硬貨２０１が穴明き硬貨の場合には上記投光系２０８からの投影光の一部が上記硬貨２０１の穴の部分を通過し、その部分からの反射光が減少して上記光電変換素子２１１の出力が少なくなる。
【０１９６】
これに対して光電変換素子２１２は上記硬貨２０１の周辺部からの反射光を受光しているのでその出力は大きく、上記光電変換素子２１１と２１２の出力ＶcとＶaとの差または比を求める事によって上記硬貨の穴の有無と穴の大きさを検出する事が出来る。
【０１９７】
したがって、本実施形態７による場合は、硬貨の外形と穴の有無と穴の大きさとに基づいて硬貨を識別できるので、正確な硬貨識別が可能になる。
【０１９８】
なお、上記各実施形態１〜７においては、硬貨の外形（直径）と厚み、または、硬貨の外形（直径）と穴の有無、または、硬貨の外形（直径）と穴の大きさに基づいて硬貨を識別する場合を説明しているが、本発明はこれに限らず、硬貨の外形のみに基づいて硬貨の識別を行うようにしてもよい。また、本発明は、硬貨の外形（直径）と厚みと穴の有無とに基づき、または、硬貨の外形（直径）と厚みと穴の有無と穴の大きさとに基づき硬貨を識別するようにしてもよい。
【０１９９】
また、上記各実施形態１〜７においては、硬貨の識別を行う場合を例に挙げているが、本発明はこれに限らず、メダルや他の円形物体の識別にも同様に適用することができる。
【０２００】
また、上述した実施形態では光電変換素子としてホトダイオードやアモルファスシリコンホトダイオードを例に挙げているが、本発明はこれらのホトダイオードに限らず他の光電変換素子を使用することができる。
【０２０１】
【発明の効果】
上述したように本発明の円形物体識別装置による場合には、一対の光電変換素子の一方および第３の光電変換素子が円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時点における、一対の光電変換素子の検出値および第３の光電変換素子の検出値のうちの２値または３値に基づいて把握される円形物体の外形認識により円形物体を識別する構成である故に、円形物体の搬送方向に離隔した２つの光電変換素子が円形物体を捉えた時を識別タイミングと判定し、円形物体の外形認識に基づいて円形物体を正確に識別することが可能になり、よって光電変換素子による簡単な構成であっても、円形物体の識別タイミングを正確に検出して円形物体を確実に識別可能とし得る円形物体識別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置を硬貨の識別に適用した状態を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置のＹ方向における断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置のＸ方向における断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置に備わった遮光マスクの詳細を示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置に備わった第２の遮光マスクの詳細を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置により硬貨の厚みを測定する原理の説明図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置における一対のホトダイオードの出力を加算した出力が硬貨の外形サイズに対してリニアーに変化することを示す図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置において、搬送方向に対して直交する方向に搬送誤差が生じている状態を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置において、各ホトダイオード面上の照度に照度差が生じた場合に発生する測定エラーを防止する理由の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の全体的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の全体的な動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置における硬貨とホトダイオードとの位置関係を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置において用いるフレネルレンズを示す平面図である。
【図１６】本発明の実施形態３に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１７】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１８】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置における光学系を展開した状態を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置における硬貨と光照射位置との関係を示す説明図である。
【図２０】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図２１】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における投光系の投影光束を説明するための正面図である。
【図２２】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置において、硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図である。
【図２３】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における硬貨より反射した投影光の受光面上における結像状態を示した正面図である。
【図２４】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図２５】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例を示す正面図である。
【図２６】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例における投光系の投影光束を説明するための正面図である。
【図２７】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例における硬貨より反射した投影光の受光面上における結像状態を示した正面図である。
【図２８】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置における硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図である。
【図３０】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図３１】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。
【図３２】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すフローチャート（前半部）である。
【図３３】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すフローチャート（後半部）である。
【図３４】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すタイミングチャートである。
【図３５】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図３６】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置における硬貨と光電変換素子との位置関係を説明するための正面図である。
【図３７】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置における硬貨と光電変換素子との位置関係の他の例を説明するための正面図である。
【図３８】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図３９】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に設けられた投光系に備わったマスクを示す正面図である。
【図４０】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に設けられた受光系に備わった受光素子基板を示す正面図である。
【図４１】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置の受光素子基板に設れられた光電変換素子の出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【図４２】従来の円形物体識別装置により硬貨の直径の検出内容を説明する図である。
【符号の説明】
４、６１、８１、１０４ 硬貨（円形物体）
６、７、８、９、６２、６３、６４、６５、７２、７３、７４、７５、８４、８５、８６、８７、８８、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ ホトダイオード（光電変換素子）
１０、７６ 第１の光源
１２、７７ 第２の光源
６６ 点光源
８２、１０６ 投光系
８２ａ ＬＥＤ
８３、１０７ 受光系
８３ｂ 受光素子基板
１０６ｂ 光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、被識別対象である硬貨やメダル等の円形物体を光学的に識別するための円形物体識別装置であって、特に硬貨の直径や厚みなどの複数の特徴を光学的に同時に検出して円形物体を識別することができる簡単な構成の円形物体識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から硬貨の直径を光学的に検出して硬貨の識別を行う識別装置は知られている。例えば、特開昭５８−１３２８８４号には、図４２（ａ）に示すように円形物体３００が通る通路の両縁部を検出視野として一対の光電変換器３０１、３０２を設置し、それら光電変換器３０１、３０２が図４２（ｂ）に示すように円形物体３００によって遮光される部分の面積に応じた光電出力Ｖ３０１、Ｖ３０２を発生することを利用して、上記一対の光電変換器３０１、３０２における遮光部分の面積が最大になっている時のデータに基づいて、円形物体３００の径を求めて硬貨を識別する技術が開示されている。なお、出力Ｖ３０１は光電変換器３０１によるもので、出力Ｖ３０２は光電変換器３０２によるものである。
【０００３】
他に、特公昭６３−６７７１４号にも同様の構成の光学式硬貨識別装置が提案されている。また、特開昭５５−１５９１０３号には、被測定物体を挟むよう光源と多数の光ファイバよりなる光導帯とを対向配設し、上記光導帯の出射面に対向して多数の受光素子を配置した外形測定による識別装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこれらの識別装置は、硬貨等の円形物体の外径（直径）のみを光学的に測定して識別するものであり、厚みや穴の有無などの特徴を光学的に測定する機能は備えておらず、識別対象が狭いものであった。
【０００５】
ところで、光学的に硬貨の孔の部分と外形とを測定する機能を有する識別装置が知られている。しかし、この技術は、光学的に硬貨の複数の特徴を同時に測定するものではなく、硬貨の外形と、これに加えて硬貨の厚みまたは穴の有無等とを同時に光学的に測定する機能は有していない。さらに、この技術に、仮に光学的に硬貨の厚みまたは穴の有無を検出する装置を付加したとしても、硬貨の外形のみならず硬貨の厚みまたは穴の有無を有効に検出できるとは限らない。その理由は、高価なラインセンサを用いると共にラインセンサによる検出タイミングを制御することや、大量のデータを高速処理するための高度な演算処理手段を用いることをせずに、簡単な構成により硬貨の外形、厚みまたは穴の有無を検出する為には、一般に、ホトダイオード等の光電変換素子を用いて遮光部分の面積が最大になった時を、識別データの検出位置と判断しているため、データ検出を行う時期の相違により硬貨の外形、厚みや穴の有無を正確に測定することが出来ないからである。より詳細に説明すると、以下の通りである。
【０００６】
即ち、図４２（ｂ）に示すように、硬貨３００が一対の光電変換器３０１、３０２を通過するに従って一対の光電変換器３０１、３０２の出力は、Ｖ３０１、Ｖ３０２のように変化するが、図示のように遮光部分が最大となる部分近傍におけるＶ３０１、Ｖ３０２は非常になだらかに変化するので、通過する硬貨のセンター位置を上記一対の光電変換器により正確に検出することが困難であるからである。
【０００７】
このため、従来においては、硬貨の外形のみならず、硬貨の厚みや穴の有無に基づいて正確に識別することについて改良の余地が残っていた。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、簡単な構成であっても、円形物体の識別タイミングを正確に検出して円形物体を確実に識別可能とし得る円形物体識別装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の円形物体識別装置は、被識別対象である円形物体が搬送されていく搬送域の両側の縁に関する明暗境界を検出視野内とする一対の光電変換素子と、その一方の光電変換素子による検出視野より搬送方向にずれた位置にある搬送域の縁に関する明暗境界を検出視野内とする第３の光電変換素子とを有し、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力に基づいて円形物体が特定位置に達したことを検出し、その検出時点における、上記一対の光電変換素子の検出値および第３の光電変換素子の検出値のうちの２値または３値に基づいて把握される円形物体の外形認識により円形物体を識別する構成である。
【００１０】
この構成にあっては、円形物体の搬送方向に離隔した２つの光電変換素子の各々が、例えば予め特定位置に円形物体が位置するときに実測して定めた所定出力値と一致すると、円形物体が特定位置に達したことが検出され、その検出時点における２または３つの光電変換素子の出力に基づいて円形物体の外形認識を行い得、よって円形物体を正確に識別することが可能になる。
【００１１】
ここで、上記各光電変換素子を照明する光源としては、各光電変換素子に対して１つずつ光源を配しても、或いは、２つの光源の一方で２つの光電変換素子を照明し、他方の光源で１つの光電変換素子を照明してもよく、或いは、１つの光源で３つの光電変換素子を照明するようにしてもよい。
【００１２】
この場合において、１つの光源で３つの光電変換素子を照明するときは、円形物体の搬送域の両側の縁と光源との位置関係により各光電変換素子の位置が決定され、つまり３つの光電変換素子の相互間の位置関係が決定される状態となる。このとき、単一の光源としては、そのうちの１つの光電変換素子を真上から照明し、他の光電変換素子に対して斜め方向から照明する配置としたり、或いは、３つの光電変換素子に対して全て斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１３】
また、２つの光源の一方で２つの光電変換素子を照明し、他方の光源で１つの光電変換素子を照明するときは、一方の光源が２つの光電変換素子の片方を真上から照明し、もう片方の光電変換素子を斜め方向から照明し、他方の光源が１つの光電変換素子に対して真上から又は斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１４】
また、３つの光電変換素子を各々別の光源で照明するときは、各光源が該当する光電変換素子に対し、各々真上から又は斜め方向から照明する配置としてもよい。
【００１５】
更には、或る１つの円形物体を識別するとき、３つの光電変換素子の各出力値は、全て同一である方が好ましいが、異なる値となっていても構わない。例えば、後者の場合は、円形物体の縁により生じる明暗境界が、上記検出時点において３つの光電変換素子の各受光面の任意位置に位置することになり、それ故に、各光電変換素子の出力値はまちまちとなり、直接それら出力値により検出時点を判定できない。そこで、予め検出時点のときの各光電変換素子の出力値を求めておき、出力値の各々が予め求めた値に一致するときに検出時点と判定し得る。
【００１６】
これに対し、前者の場合は、例えば円形物体の縁により生じる明暗境界が、上記検出時点において、３つの光電変換素子の各受光面の中央位置に位置するように３つの光電変換素子を配していると、その出力値の直接的な比較、つまり３つの出力値が相互に一致したときに検出時点を判定でき、判定を行う際の演算処理が容易に行えるという利点がある。
【００１７】
また、各光電変換素子の円形物体搬送域に対する高さ位置は、光電変換素子の出力値との関係を考慮して相互に違う位置としたり、同一高さ位置としてもよい。
【００１８】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の少なくとも片方および上記第３の光電変換素子が、最小径円形物体および最大径円形物体の縁に関する明暗境界を検出するように設けられている構成とすることができる。
【００１９】
この構成にあっては、光電変換素子の受光面の全域が明または暗となって検出不能になることが防止される。
【００２０】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子が搬送域の幅方向中央より等距離の位置の上方に設けられ、かつ上記第３の光電変換素子が上記距離と同一距離だけ上記幅方向中央から離れた位置の上方に設けられている構成とすることができる。
【００２１】
この構成にあっては、各光電変換素子の位置が対称性を有する状態になり、検出結果の取り扱い性を向上させ得る。
【００２２】
本発明の円形物体識別装置において、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子を照明する光源が、これら光電変換素子とは上記搬送域を挟んで反対側に設けられている構成とすることができる。
【００２３】
この構成にあっては、透過式の光学系を用いた検出により円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００２４】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源とは別に第２の光源と、この第２の光源にて照明される第４の光電変換素子とが設けられ、これら第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みも測定する構成とすることができる。
【００２５】
この構成にあっては、円形物体の外形と厚みとの両者を一緒に検出して識別でき、識別精度が向上する。
【００２６】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源および上記第２の光源が搬送域に対して同じ側に、上記一対の光電変換素子、上記第３の光電変換素子および上記第４の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して同じ側に設けられている構成とすることができる。
【００２７】
この構成にあっては、搬送域を挟んで光源側と光電変換素子側とが分離された状態になり、各光源の支持構造および各光電変換素子の支持構造を簡略化することが可能になる。
【００２８】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源と上記第２の光源とが搬送域に対して反対側に、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して上記第４の光電変換素子と反対側に設けられている構成とすることができる。
【００２９】
この構成にあっては、円形物体の厚み検出用の第４の光電変換素子と、その光源としての第２の光源とが、円形物体の外形認識用の光電変換素子および光源とは逆方向配置で設けられているので、検出用の両方の光が干渉し難くでき、その結果として厚み検出用の光電変換素子および光源の配置と、外形検出用の光電変換素子および光源の配置との自由度を向上させ得る。
【００３０】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの光を上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子へ平行光として照明するレンズ系が設けられている構成とすることができる。
【００３１】
この構成にあっては、光源から放射される光が複数の平行光に処理されるため、唯一の光源を用いることが可能であり、それ故に各光電変換素子の出力を比較することで、搬送通路に汚れが存在するか否かを判定することが可能になる。また、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、円形物体識別装置の小型化が図れる。
【００３２】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径と厚みとの関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽を判定する構成とすることができる。
【００３３】
この構成にあっては、識別データと実測値との対比により円形物体の真偽を判定でき、識別処理速度の向上が図れる。
【００３４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００３５】
この構成にあっては、一対の光電変換素子の各出力信号を加算して円形物体の識別を行うので、円形物体が搬送域に対してその幅方向に位置ずれが生じていても、その位置ずれに伴う検出誤差を解消できる利点がある。
【００３６】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の各出力信号の基準値を記憶する記憶手段と、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号、上記記憶手段の基準値、上記一対の光電変換素子の各出力信号を入力し、識別タイミング信号を入力した時の上記各出力信号を基準値により除算して規格化する規格化手段と、上記規格化手段にて規格化された各信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００３７】
この構成にあっては、規格化された信号を使用するため、複数の光電変換素子の間の照度差に伴って発生する測定エラーを解消させることが可能になる。
【００３８】
本発明の円形物体識別装置において、上記第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みを検出する厚み検出手段を備える構成とすることができる。
【００３９】
この構成にあっては、２つの位置関係に基づいて円形物体の厚みを検出するので、円形物体の厚みを直接厚み検出手段により検出する場合よりも安価な検出手段を使用することができるという利点がある。
【００４０】
本発明の円形物体識別装置において、上記搬送域に対して、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源と同じ側に設けられ、各光電変換素子が円形物体からの反射光を捉える構成とすることができる。
【００４１】
この構成にあっては、反射式光学系を使用して円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００４２】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の出力が一定レベル以上に達すると、円形物体の通過を示す信号を出力する構成とすることができる。
【００４３】
この構成にあっては、その信号を捉えた時点以降の信号を記憶する等すればよく、識別に必要になる信号のみを有効に利用でき、識別に用いることがない信号の記憶等を不要にすることができるため、信号処理回路における簡略化が図れることとなる。
【００４４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子の他方と上記第３の光電変換素子との中間位置に第５の光電変換素子が設けられ、この第５の光電変換素子の出力に基づき円形物体に設けられる穴の有無が検出される構成とすることができる。
【００４５】
この構成にあっては、円形物体の外形および厚みの他に、円形物体に設けられる穴の有無を円形物体の識別条件として利用することができる。
【００４６】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子の出力に基づき検出された穴の有無に基づいて円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００４７】
この構成にあっては、円形物体の外形や厚みに加えて、円形物体に設けられた穴の有無に基づき円形物体を識別できるので、より正確な識別が可能になる。
【００４８】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径と穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００４９】
この構成にあっては、予め求めている円形物体の直径と穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づいて円形物体の識別が行われるので、識別処理速度の向上が図れると共に円形物体の外形（直径）だけによる識別よりも精度の向上が図れる。
【００５０】
本発明の円形物体識別装置において、予め求めている円形物体の直径、厚みおよび穴の有無の関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定される構成とすることができる。
【００５１】
この構成にあっては、予め求めている円形物体の直径、厚みおよび穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づいて円形物体の識別が行われるので、識別処理速度の向上が図れると共に円形物体の直径と穴の有無による識別よりも精度の向上が図れる。
【００５２】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの放射光を平行光とするレンズと、レンズを透過した平行光を部分的に遮光して円形物体に照射させるマスクとが設けられている構成とすることができる。
【００５３】
この構成にあっては、光源から放射される光が平行光に処理されるため、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、投光系および受光系、特に受光系の配置や光電変換素子の形状について簡潔化が可能になる。
【００５４】
本発明の円形物体識別装置において、上記一対の光電変換素子、第３の光電変換素子および第５の光電変換素子の前に、円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられている構成とすることができる。
【００５５】
この構成にあっては、上記複数の光電変換素子の前面に集光レンズが存在するため、各光電変換素子を接近して配設することが可能となり、受光系を小型化することができる。
【００５６】
本発明の円形物体識別装置において、上記光源からの放射光を所定エリアの光束にするマスクを有する構成とすることができる。この構成にあっては、単一光源からの光を同一強さで複数取り出すことができる。また、この円形物体識別装置において、円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられている構成とすることができる。この構成にすると、光源から放射されて円形物体を反射した光を検出すべく平行光の場合よりも光電変換素子の間を大きく離隔する必要があるのを解消でき、隣り合う光電変換素子の離隔距離を短くすることができ、受光系の小型化を図ることが可能である。
【００５７】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子は、その中央部に位置する第１受光部と、その外側を包囲する第２受光部とを有し、第１受光部と第２受光部の出力の比または差に基づいて、円形物体に設けられる穴の有無に加えて穴の径をも検出する構成とすることができる。
【００５８】
この構成にあっては、穴の径（半径または直径）をも識別条件として用いることができるので、より正確に円形物体の識別を行うことが可能になる。
【００５９】
本発明の円形物体識別装置において、上記第５の光電変換素子を照明する第３の光源が別に設けられている構成とすることができる。
【００６０】
この構成にあっては、穴の有無または穴の大きさを検出する第５の光電変換素子を照明する光源が独立して設けられているので、他の光源からの光との干渉を解消し易くでき、また、そのような状態で配設するときの配設自由度を向上できる。
【００６１】
本発明の円形物体識別装置において、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段と、上記第５の光電変換素子からの出力を入力し、そのピーク値を検出するピークホールド回路と、上記第５の光電変換素子からの出力を記憶し、その記憶値とピークホールド回路からのピーク値との比により円形物体の穴径を算出する手段とを具備する構成とすることができる。
【００６２】
この構成にあっては、ピーク値は円形物体に穴が設けられていない部分からの光出力であり、円形物体の穴径を算出する手段は第５の光電変換素子からの出力値とピークホールド回路からのピーク値との比により円形物体の穴径を算出することとなる。
【００６３】
本発明の円形物体識別装置において、上記ピークホールド回路に記憶されたピーク値に基づいて各光電変換素子の出力を規格化した値により円形物体の直径と穴径とを算出する構成とすることができる。
【００６４】
この構成にあっては、ピーク値と第５の光電変換素子からの出力との比が一定値より大きいと穴無し円形物体と判定され、また、穴の直径に応じて予め求めている該当する値との対比により穴の直径が求められる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置を硬貨の識別に適用した状態を示す平面図、図２はその円形物体識別装置のＹ方向における断面図、図３はその円形物体識別装置のＸ方向における断面図である。
【００６６】
この円形物体識別装置は、硬貨４が上側を滑動される底板１を有し、その底板１は光学的な検出を可能とすべく、その一部が無色透明なガラス板にて構成されている。底板１の幅方向の両側には側壁２、３が設けられ、側壁２、３の間の底板１部分が搬送通路を構成している。上記硬貨４は、底板１の上方であって、その長手方向に張られた強制搬送用の搬送ベルト５により矢印Ｄ方向に上記搬送通路に沿って搬送される。ここで、搬送通路の幅は識別しようとする硬貨の最大径よりも若干大きめに設定されている。
【００６７】
上記底板１のガラス板の下側には、光電変換素子としてのホトダイオード（ＰＤ）６、７、８、９が同じ高さ位置に配置されており、各ホトダイオード６〜９は長方形状の受光面を有する。一対のホトダイオード６と７は、搬送通路の幅方向中央に対して対称な位置に、各受光面の長手方向を搬送通路と直交するように配置されている。また、一対のホトダイオード８と９は、ホトダイオード６と７よりも搬送通路の下流側であって、搬送通路の幅方向中央に対して対称な位置に、各受光面の長手方向を搬送通路と直交させ、つまり一対のホトダイオード６と７に平行に配置されている。
【００６８】
なお、ホトダイオード６（または７）と、ホトダイオード８（または９）との間隔は、識別すべき最小径の硬貨の中心が、一対のホトダイオード対６、７と別の一対のホトダイオード対８、９との中間位置に到達した時、つまり図１においてＰ２で示す位置に硬貨４が到達した時に全てのホトダイオード６〜９の一部が遮光されるように決められている。つまり、各ホトダイオード６〜９は、各々の受光面が硬貨４の搬送域における両縁のうち該当するものを検出できるようになっている。ここで、硬貨４の搬送域とは、搬送通路を硬貨が実際に搬送される領域をいい、硬貨の直径に応じた幅を持つ領域である。また、各ホトダイオード６〜９の長さについては、搬送中に硬貨４が搬送通路の幅方向にずれることと、搬送ベルト５によって照明光束が遮られることとを加味して決められており、識別すべき最大径の硬貨の縁を検出できるようになっている。
【００６９】
一方、底板１のガラス板の上側には、ホトダイオード６〜９の中央位置の上方に点状の第１の光源１０が配置されており、この第１の光源１０は各ホトダイオード６〜８の受光面を均一に照明する。各ホトダイオード６〜８を均一に照明するのに適した光源としては、発光面積が小さく指向特性ができる限り均一なＬＥＤ（Light−Emitting−Diode）が適しており、第１の光源１０にはＬＥＤを用いている。
【００７０】
第１の光源１０と底板１との間には第１の遮光マスク１１が配置されている。この遮光マスク１１は、第１の光源１０から放射された光をホトダイオード６〜８のみへ入射させるべく設けており、フレアー光などの有害光の発生を防止すると共に第１の光源１０から放射された光がホトダイオード９に入射することを防止する役目を有する。なお、図１において遮光マスク１１は省略している。
【００７１】
図４は遮光マスク１１の詳細を示す正面図である。遮光マスク１１には、長方形状の穴１１ａ、１１ｂ、１１ｃが開設されており、第１の光源１０から放射されて穴１１ａを透過した光はホトダイオード６の受光面を均一に照明し、穴１１ｂを透過した光はホトダイオード７の受光面を均一に照明し、穴１１ｃを透過した光はホトダイオード８の受光面を均一に照明する。遮光マスク１１に開けられた穴１１ａ〜１１ｃは、上述したように照射領域を規制する基本的な役目の他にホトダイオード６〜８の位置誤差を吸収する役目も有する。即ち、これらの穴１１ａ〜１１ｃを通過した光束がホトダイオード６〜８の受光面に到達したときのサイズが受光面に対して幾分か小さめとなるように、これらの穴１１ａ〜１１ｃのサイズを設定している。それ故に、ホトダイオード６〜８の設置位置に誤差が生じてもホトダイオード６〜８の出力に変化が生じない。
【００７２】
第１の光源１０の下方には、第１の光源１０と同様にホトダイオード６〜９のセンター位置で搬送通路の上方に、第１の光源１０と同様の特性を有するＬＥＤからなる第２の光源１２が配設されており、この第２の光源１２はホトダイオード９の受光面を均一に照明する。第２の光源１２の下方には第２の遮光マスク１３が設けられ、この第２の遮光マスク１３は、第１の遮光マスク１１と同様、第２の光源１２から放射された光線をホトダイオード９に入射させる目的を有する。図５は第２の遮光マスク１３の詳細を示す正面図である。第２の遮光マスク１３には、長方形状の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。開口部１３ａ〜１３ｃは、第１の光源１０から放射された光を遮らずにホトダイオード６〜８へ到達させるべく形成され、第１の光源１０から放射された光線をホトダイオード６〜８に入射させる光路を確保する。一方、開口部１３ｄは、第２の光源１２から放射された光線をホトダイオード９に入射させる光路を確保するためのものである。
【００７３】
第２の光源１２には、その近傍に遮光部材１４が設けられている。この遮光部材１４は、第２の光源１２から放射された光の光路を規制し、第２の光源１２から放射された光線が第２の遮光マスク１３を透過してホトダイオード６〜８に入射することの無いようその光路を規制するものである。なお、第２の光源１２の設置位置としては、第１の光源１０の下方位置以外に、図２および図３に１３′で示す位置としてもよい。要は、ホトダイオード９に対して、第１の光源１０とは異なる角度で照明できる位置であればよい。
【００７４】
次に、本実施形態の円形物体識別装置により硬貨の外形と厚みとを検出する原理を説明する。
【００７５】
第１の光源１０は、図１に示したようにホトダイオード６〜８の丁度センター位置であって搬送通路の上方に配置されていて、第１の光源１０から放射される光線によりホトダイオード６〜８を均一に照明するようになっている。この状態のとき、硬貨４がｐ１位置から搬送通路を矢印Ｄ方向に移動してきてホトダイオード６、７の受光面上に達すると、第１の光源１０からの光線の一部が硬貨４によって遮られてホトダイオード６と７の受光面上に影が生じる。さらに、硬貨４が矢印Ｄ方向に移動してホトダイオード８、９の受光面上に達すると、ホトダイオード８と９の受光面上にも影が生じる。そして、硬貨４がホトダイオード６（７）と、８（９）との中間位置Ｐ２に達すると、ホトダイオード６と８の受光面上に形成される影の面積は等しくなり、ホトダイオード６と８の出力は等しくなる。この時点におけるホトダイオード６またはホトダイオード７に形成される硬貨の影の位置は硬貨４の外形サイズに対応している。
【００７６】
ところで、硬貨４は、図６に示すように、搬送方向と直交する方向にある程度の位置ずれｄを含んで搬送されてくる。よって、この位置ずれｄを取り除くために、搬送通路の幅中央を挟んで対称となるようにホトダイオード６と７を配置し、これら２つのホトダイオード６と７の出力Ｖ１とＶ３の和を求める。なお、図６において、Ｖ２はホトダイオード８の出力、Ｖ４はホトダイオード９の出力である。
【００７７】
このようにホトダイオード６と７の出力Ｖ１とＶ３の和を求めることで、位置ずれｄに影響されずに硬貨４の外形サイズにほぼ比例した出力を得ることができる。そして、図７に示すようにホトダイオード６と７の出力を加算した出力は、硬貨４の外形サイズに対してほぼリニアーに一義的に変化する。このため、ホトダイオード６と７の出力和を求めることで硬貨４の外形サイズを正確に求めることができる。
【００７８】
以上の説明では各ホトダイオード６〜８上の照度は全て等しく均一なものとして説明しているが、実際には光源の指向特性の不均一性や取付け時の位置や傾き誤差等による影響により各ホトダイオード６〜８の受光面上での照度は必ずしも等しくはならない。そのため、図８に示すように、通常は隣接する２つのホトダイオード間、例えばホトダイオード６と７の間で受光面上の照度に照度差ΔＩｅ（＝Ｖ１−Ｖ３）が生じ、これによって測定エラーが発生する。
【００７９】
そこで、この誤差を取り除くために、本実施形態では予め各ホトダイオード６〜８の受光面上の平均照度を測定しておいて、この値を基準として各ホトダイオード６〜８の出力を規格化し、この規格化された値に基づいて硬貨の外形を算出する。
【００８０】
次に、図９に基づいて硬貨の厚みを測定する原理について述べる。この図９は、硬貨４がホトダイオード６、７とホトダイオード８、９の中間位置Ｐ２にある状態において、第１の光源１０と第２の光源１２から放射された光がホトダイオード７とホトダイオード９に入射する様子を模式的に示している。
【００８１】
硬貨４が中間位置Ｐ２にある時には、硬貨４のホトダイオード７と９に対する位置関係は同じであるので、図９のように２つの光源１０と１２を通る光軸線（ｌ−ｌ′）に対して対称に硬貨４が位置しているものとして取り扱ってもよい。ここで、第１の光源１０から底板（ガラス板）１の表面までの距離をＡとし、第１の光源１０から同一高さのホトダイオード６〜９の受光面までの距離をＳａ、第２の光源１２から底板（ガラス板）１の表面までの距離をＢ、第２の光源１２からホトダイオード６〜９の受光面までの距離をＳｂ、上記光軸線よりホトダイオード７の受光面上における硬貨４の影のエッジまでの距離をＬａ、上記光軸線よりホトダイオード９の受光面上における硬貨４の影のエッジまでの距離をＬｂ、上記光軸線から硬貨４のエッジまでの距離をＣ、硬貨の厚さをＴとする。すると、ＬａとＳａとの関係は下記（１）式で、ＬｂとＳｂとの関係は下記（２）式で各々表される。
【００８２】
Ｌａ／Ｓａ＝Ｃ／（Ａ−Ｔ） …（１）
Ｌｂ／Ｓｂ＝Ｃ／（Ｂ−Ｔ） …（２）
これら（１）式および（２）式により、硬貨の厚さＴは下記（３）式で表される。
【００８３】
Ｔ＝（Ａ・Ｓｂ−Ｂ・Ｓａ・Ｋ）／（Ｓｂ−Ｓａ・Ｋ） …（３）
但し、Ｋ＝Ｌｂ／Ｌａ
したがって、図７と同様にしてホトダイオード７、９の出力より影のエッジの位置ＬａとＬｂとを算出し、それらの算出値と、予め定められた固定値Ａ、Ｂ、Ｓａ、Ｓｂと、上記（３）式とに基づいて演算を行うことにより硬貨の厚さＴを求めることができる。
【００８４】
図１０は、本実施形態の円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。この制御回路は、システム全体の制御およびホトダイオード出力信号の演算処理を行う中央演算処理装置としてのＣＰＵ２０を備える。このＣＰＵ２０にはＲＯＭ２１およびＲＡＭ２２が接続されており、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１に書き込まれているプログラムに従って入出力ポートからデータを読み取ったり出力したり、ＲＡＭ２２に対してデータの読み書きを行ったり、演算処理を行ったりする。
【００８５】
ＣＰＵ２０の入力ポートには各種のスイッチを収めたスイッチボックス２３が接続され、ＣＰＵ２０の出力ポートにはディスプレイ２４が接続されている。上記スイッチボックス２３は、識別すべき金種の設定を含む各種のモード設定やディスプレイ２４に対する表示情報の設定などの各種の情報を入力する。また、ＣＰＵ２０の出力ポートにはＬＥＤ制御回路２５が接続されており、このＬＥＤ制御回路２５は、その出力端に接続されている照明用光源（ＬＥＤ）１０、１２の点灯制御を行う。
【００８６】
前記光源１０、１２から放射される光を受光する位置にはホトダイオード６〜９が配置され、ホトダイオード６の出力端には増幅器３２が、ホトダイオード７の出力端には増幅器３４が、ホトダイオード８の出力端には増幅器３３が、ホトダイオード９の出力端には増幅器３５が各々接続されている。これら増幅器３２〜３５はホトダイオード６〜９より出力される光電流を増幅して出力する。増幅器３２〜３５の出力端にはＡ／Ｄ変換器３６〜３９が接続されており、Ａ／Ｄ変換器３６〜３９は増幅器３２〜３５より出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２０へ出力する。
【００８７】
また、増幅器３２の出力端にはハイパスフィルター４０が接続され、ハイパスフィルター４０は増幅器３２より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。増幅器３４の出力端にもハイパスフィルター４１が接続され、ハイパスフィルター４１は増幅器３４より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター４０と４１の出力端には加算回路４２が接続され、加算回路４２はハイパスフィルター４０と４１の出力を加算する。加算回路４２の出力端には増幅器４３が接続され、増幅器４３は加算回路４２の出力を増幅する。増幅器４３の出力端にはコンパレーター４４が接続され、コンパレーター４４は増幅器４３の出力を入力してハイ、ローの２値化した信号をＣＰＵ２０へと出力する。
【００８８】
上記ハイパスフィルター４０と４１、加算回路４２、増幅器４３およびコンパレーター４４は、硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路４５を構成し、硬貨通過検出回路４５は硬貨がホトダイオード６と７の上に到達したことを検出した時にハイからローレベルへと切り替わる。
【００８９】
また、増幅器３３の出力端にはハイパスフィルター４０Ａが接続され、ハイパスフィルター４０Ａは増幅器３３より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。増幅器３５の出力端にもハイパスフィルター４１Ａが接続され、ハイパスフィルター４１Ａは増幅器３５より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター４０Ａと４１Ａの出力端には加算回路４２Ａが接続され、加算回路４２Ａはハイパスフィルター４０Ａと４１Ａの出力を加算する。加算回路４２Ａの出力端には増幅器４３Ａが接続され、増幅器４３Ａは加算回路４２Ａの出力を増幅する。増幅器４３Ａの出力端にはコンパレーター４４Ａが接続され、コンパレーター４４Ａは増幅器４３Ａの出力を入力してハイ、ローの２値化した信号を出力する。
【００９０】
上記ハイパスフィルター４０Ａと４１Ａ、加算回路４２Ａ、増幅器４３Ａおよびコンパレーター４４Ａは硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路４６を構成し、硬貨通過検出回路４６は、硬貨通過検出回路４５と同様の硬貨通過を検出するための回路であり、硬貨４がホトダイオード８と９の上に到達したことを検出した時にハイからローレベルへと変化する信号を出力する。硬貨通過検出回路４６の出力端にはゲート回路４７が接続され、ゲート回路４７はＣＰＵ２０からの制御信号により硬貨通過検出回路４６から入力した信号をＣＰＵ２０の入力ポートに出力する。
【００９１】
また、ＣＰＵ２０の出力ポートにはフラッパー制御回路４８が接続され、フラッパー制御回路４８の出力端には硬貨の選別を行う為のフラッパー制御用モータ等の駆動源（図示せず）が接続されており、フラッパー制御回路４８はＣＰＵ２０から出力されるコントロール信号に基づいて識別した硬貨の選別を行う為のフラッパー制御用モータ等の駆動源（図示せず）への通電制御を行う。上記駆動源（図示せず）は、フラッパー機構４９の一部を構成するものである。フラッパー機構４９の動作状態はセンサー５０により監視され、センサー５０による監視結果はＣＰＵ２０へ出力される。なお、硬貨の仕分けのためのフラッパー機構４９や、硬貨を強制的に搬送する機構については、本発明の直接的な構成要素ではないので、詳細な説明は省略する。
【００９２】
次に、本実施形態に係る円形物体識別装置の全体的な動作について、図１１のフローチャートと図１２のタイミングチャートに基づき説明する。
【００９３】
まず、最初に硬貨識別動作をスタートさせると、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１に格納されたプログラムの実行を開始し、システム及び各部機構の初期化、ディスプレー２４に対する初期画面表示と硬貨搬送機構の動作開始を行う（ステップＳ１）。
【００９４】
次に、硬貨の識別を行うために２つのＬＥＤ光源１０、１２を点灯し（ステップＳ２）、ホトダイオード６〜９から出力されるアナログ信号を増幅器３２〜３５で増幅し、Ａ／Ｄ変換器３６〜３９でデジタル信号に変換してＣＰＵ２０へ取り込む（ステップＳ３、Ｓ４）。また、同時にカウンターをスタートさせて、予め決められた一定時間毎にホトダイオード６〜９から出力されるデータをＣＰＵ２０へと連続して取り込み、所定のメモリー番地へと順次格納する。そして、その取り込み回数（Ｎ）が、予め決められた一定の回数（Ｃ）だけ取り込まれたかをチェックして、一定の回数のデータが取り込まれるまで、この動作を繰り返す（ステップＳ５）。
【００９５】
一定回数のデータ取り込みが完了すると前記ＮをＣに設定してデータ取り込みを一旦終了し（ステップＳ６）、各ホトダイオード６〜９毎に複数回取り込まれた上記メモリー番地のデータを平均化処理し、その平均値を算出する（ステップＳ７）。このように各ホトダイオード６〜９毎に複数回取り込んだデータの平均値を求めることで、ノイズの影響を除去して各ホトダイオード６〜９の受光面上の明るさを正確に求めることができる。しかして、図８を用いて説明したように、各ホトダイオード６〜８の受光面上における平均照度値が求められる。
【００９６】
ここで、求められたホトダイオード６〜８の３つの受光面上の平均照度データは相互に比較され、これらのホトダイオード６〜８の受光面上における照度分布の差がチェックされ、いわゆるフラットネスチェックが行われる（ステップＳ８）。そして、平均照度値に一定以上の差がある場合には搬送通路を構成するガラス表面などにゴミやほこりなどが付着した可能性が高く、この状態で識別を行うと正確な判定が行えないと判断して識別動作を中断して警告表示を行い、使用者にガラス面の清掃を指示する（ステップＳ９）。
【００９７】
なお、本実施形態の円形物体識別装置を組み立てる際に、予め各ホトダイオード６〜８の平均照度を測定し、この測定値をメモリーに記憶しておけば、この記憶されたデータと上記の実際の使用時に求められた平均照度データを比較することでより正確に上記判断を行うことができる。
【００９８】
次に、ステップＳ８のフラットネスチェックにおいて各ホトダイオード６〜８の受光面上の平均照度値が正常と判断されると、硬貨通過検出回路４５の出力信号がローレベルであるか否かチェックする（ステップＳ１０）。そして、出力信号がハイレベルの場合には硬貨４がまだホトダイオード６、７に到達していないと判断し、複数回連続して取り込まれた前記各ホトダイオード６、７のデータが格納されている記憶番地を１つずつシフトして最初に取り込まれたデータを削除し、代わりに最新の現時点における各ホトダイオード６、７の出力信号を取り込んでシフトした後に開いた所定のメモリー番地に格納して、出力信号がローレベルになるまでこの動作を繰り返す（ステップＳ１１）。このようにして常時最新の照度データのチェックが行えるようにしている。
【００９９】
図１２のタイムチャートに示すように、Ｔ１時点において硬貨が搬送通路の最も上流側に配置されているホトダイオード６と７に到達すると、ホトダイオード６の出力Ｖ１とホトダイオード７の出力Ｖ３は減少し始め、高周波信号のみを取り出すハイパスフィルター４０、４１の出力も同様に変化して硬貨通過検出回路４５の出力信号がハイよりローへと変化する。ここで、加算回路４２と増幅器４３は、硬貨がホトダイオード６または７に到達した瞬間をできるだけ早く検出する目的の為に設けてある。
【０１００】
そして、硬貨通過検出回路４５の出力信号がローへと変化すると、上記平均化処理で求められた各ホトダイオード６〜８の平均照度値を確定し（ステップＳ１２）、各ホトダイオード６〜９より出力される信号をＣＰＵ２０へと取り込む（ステップＳ１３）。その取り込まれたデータが一定以上のレベルにあるか否かをチェックし（ステップＳ１４）、一定以下の場合には搬送されてきた硬貨のサイズが一定以上であると判断して識別を行わずに偽硬貨として処理を行う（ステップＳ２６）。一定以上の場合には、各ホトダイオード６〜９の出力を、対応する各ホトダイオード６〜９の平均照度データにて除算して規格化されたホトダイオード出力を求める（ステップＳ１５）。そして、求められた上記規格化されたホトダイオード６とホトダイオード８の出力Ｖ１とＶ２を比較し（ステップＳ１６）、一致していなければステップＳ１３に戻って再び各ホトダイオード６〜９の出力を取り込み上記のステップを繰り返し、一致するまでこのステップを繰り返す。規格化された上記２つのデータが一致すると、これらのデータを一旦記憶すると共に識別タイミングと判定する（ステップＳ１７）。そして、その記憶されている規格化されたホトダイオード６とホトダイオード７の出力Ｖ１とＶ３を加算してＶｘを求める（ステップＳ１８）。このＶｘは、図６に示すようにホトダイオード６上の影のエッジの位置と、ホトダイオード７上の影のエッジの位置との離隔距離に応じた値であり、硬貨の直径Ｄと相関性がある。次に、このＶｘ値より硬貨の直径Ｄを算出する（ステップＳ１９）。
【０１０１】
即ち、図７に示すようにＶｘ値は硬貨の直径Ｄに対して一義的に変化するので、予めこの式をプログラミングしておけばＶｘ値を入力して硬貨の直径Ｄを算出することが出来る。または、Ｖｘ値と直径Ｄとの関係をルックアップテーブルとして記憶しておいてもよい。なお、実際には図７に示すように硬貨の直径Ｄの値は硬貨の厚さＴによって影響を受けるが、予め一定の厚さと仮定して硬貨の直径Ｄを算出し、後で求められた硬貨の厚さと仮定した厚みとを比較することによって硬貨の真偽を確かめることが出来る。または、最初に硬貨の厚さを求めておき、この求められた値を基にしてＶｘと直径との関係を決めるほぼ直線の勾配（近似値）を決定し、決定されたほぼ直線の近似式に当てはめてＶｘ値より直径を求めてもよい。図１１のフローチャートの実施例では前者に基づいて記載してあるが、いずれのケースも本発明の範囲内であることは明らかである。
【０１０２】
次に、規格化されたホトダイオード７と９の出力データに基づいてホトダイオード７と９上における硬貨の影のエッジまでの距離ＬａとＬｂを求める（ステップ Ｓ２０、Ｓ２１）。図７において直径の代わりに横軸をＬａまたはＬｂと置き換えれば、同様にして求めることが出来る。
【０１０３】
そして、求められたＬａ，Ｌｂ値と予め記憶されている光学系の寸法に関する固定データ値（Ｓａ、Ｓｂ、Ａ、Ｂ）とを前記（３）式に入力して硬貨の厚さＴを算出する（ステップ Ｓ２２）。そして、予め記憶されている硬貨の直径と厚さとの関係をまとめたテーブルを参照して、ステップ Ｓ１９で求められた直径Ｄに対応する硬貨の厚さＴ０を求め（ステップ Ｓ２３）、本実施形態の円形物体識別装置で光学的に求められた硬貨の厚さＴと比較する（ステップ Ｓ２４）。そして、両者ＴとＴ０の差が一定の範囲を超えている時には偽硬貨として処理を行い（ステップ Ｓ２６）、フラッパー制御回路４８の出力でフラッパー機構を駆動して偽硬貨格納部へ格納させる。一方、一定の範囲内の時には、硬貨がホトダイオード７と９を通過することを硬貨通過検出回路４６の出力変化より確認し（ステップＳ２５）、その後、真正硬貨として処理し、フラッパー制御回路４８の出力でフラッパー機構４９を駆動して金種毎の仕分けして、格納を行う（ステップＳ２７）。
【０１０４】
かかるフローにおいては真偽の判定を硬貨の直径データと厚さデータの両方に基づいて行うようにしてあるが、直径を求めた段階でその値が既に真正硬貨の値よりも充分外れていると判断される時には、厚さによる判定を待たずに偽硬貨として処理を行ってもよい。
【０１０５】
本実施形態１による場合は、硬貨の搬送方向に離隔した光電変換素子の検出データに基づいて識別タイミングを範囲し、そのタイミングで検出した直径（外形）データと厚みデータに基づいて硬貨を識別するので、正確に硬貨の識別をすることが可能になる。
（実施形態２）
本実施形態２は、硬貨の外形（直径）と厚みとの検出を唯一つの光源で共用した場合である。
【０１０６】
図１３は実施形態２に係る円形物体識別装置を示す正面図、図１４は実施形態２に係る円形物体識別装置における硬貨とホトダイオードとの位置関係を示す平面図、図１５は実施形態２に係る円形物体識別装置において用いるフレネルレンズを示す平面図である。
【０１０７】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨６１が上方を搬送される搬送通路の底部の一部を構成するガラス板６０を有する。このガラス板６０の下側には、図１４に示すような位置に光電変換素子としてのホトダイオード６２〜６５が同一高さ位置に配置され、ホトダイオード６２〜６５は受光した光を電気信号へ変換して出力する。尚これらのホトダイオード６２〜６５は図１で示した４つのホトダイオード６〜９にそれぞれ対応するものであり、ホトダイオード６２〜６４、特に６２と６３は、硬貨６１の直径に対応する外形を測定し、ホトダイオード６３と６５は硬貨の厚さを測定する働きをする。また、ホトダイオード６５は、他のホトダイオード６２〜６４に対して幾分長めに設計されているが、これは後述する点光源６６から斜め方向に照射された光の硬貨による影を検出するためである。
【０１０８】
一方、搬送通路の上方には、上記４つのホトダイオード６２〜６５のちょうど中心位置の上方に点光源６６が配置されており、点光源６６はガラス板６０を透過してホトダイオード６２〜６５を照明する。上記点光源６６とガラス板６０との間には、図１５に示すように一部に開口穴６７ａを有するフレネルレンズ６７が、その焦点位置に点光源６６を位置させるようにして配置されている。このフレネルレンズ６７は、点光源６６より発散された光をレンズ部により平行にしてホトダイオード６２〜６５へと放射し、開口穴６７ａを通過した発散光をホトダイオード６５へと入射するように構成されている。
【０１０９】
フレネルレンズ６７の下側には、光路規制用のマスク６８が配置されている。このマスク６８は、点光源６６より放射された光を４つのホトダイオード６２〜６５のみに入射するように光路を規制し、不要な有害光の発生を防止するものである。ここで、ホトダイオード６２〜６４に入射する光は光軸線（ｌ−ｌ’）に対して平行である。よって、硬貨６１の厚さに影響されずにホトダイオード６２〜６４の出力信号より硬貨６１の直径を正確に求めることが出来る。また、ホトダイオード６３と６５の出力より硬貨６１の厚さが算出される。その算出は前述した方法に準じて行われる。この場合、光源が１つである故に、図９に示すＡとＢを同一、ＳａとＳｂを同一とした算出を行うこととなる。
【０１１０】
本実施形態２においても、ホトダイオード６２と６４とに基づいて識別タイミングを検出し、その識別タイミングのときのホトダイオード出力に基づいて硬貨の直径と厚みとを求めて、硬貨を識別するため、正確な識別が可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態２においては、硬貨の直径と厚さを測定するために唯一つの点光源６６を用いているので、４つのホトダイオード６２〜６５の平均照度値をそれぞれ比較して、より詳細に通路の汚れなどの判定を行い得るという効果を奏する。なお、フレネルレンズ６７は円形物体識別装置全体の厚さを薄くするために用いたものであって、代わりに通常のレンズ系を採用してもよく、何ら機能、性能に変化は生じないことは言うまでも無い。また、レンズの代わりに、単なるプリズムを用いてもよく、同様の機能を有する。
（実施形態３）
本実施形態３は、硬貨の外形（直径）と厚みとに基づいて硬貨を識別する構成であり、硬貨の外形を識別する光学系と、硬貨の厚みを識別する光学系とを、硬貨の搬送通路に対して逆側に設けた場合である。
【０１１２】
図１６は本実施形態３の円形物体識別装置を示す正面図である。この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨７１が上方を搬送される搬送通路の一部を構成するガラス板７０を有する。ガラス板７０の下側には光電変換素子としてのホトダイオード７２、７３、７４が実施形態１と同様に配置されており、これらホトダイオード７２、７３、７４はそれぞれ図１に示すホトダイオード６、７、８に対応する。ガラス板７０の上方には第１の点光源７６が設けられ、この第１の点光源７６は図１の第１の光源１０に対応し、ホトダイオード７２、７３、７４を照明するものである。上記第１の点光源７６と搬送通路との間には、第１の点光源７６から放射される光束の光路を規制するマスク７８が設けられており、このマスク７８は図４に示す遮光マスク１１に対応するものである。
【０１１３】
一方、搬送通路を挟んで、第１の光源７６とは反対側に、つまり搬送通路の下側に第２の点光源７７が配置されている。この第２の点光源７７は、搬送通路の上方に配置されたホトダイオード７５を照明するためのものであり、図１に示す第２の光源１２に対応する。なお、ホトダイオード７５は図１におけるホトダイオード９に対応している。第２の光源７７と搬送通路との間には光束規制用のマスク７９が配置され、このマスク７９は第２の光源７７から放射された光の光路を規制するものである。
【０１１４】
この実施形態３にあっても、上述した実施形態１と同様に、硬貨の直径と厚みとにより正確に硬貨の識別が可能になる。
【０１１５】
また、実施形態３にあっては、硬貨の厚み検出用のホトダイオード７５と、その光源としての第２の点光源７７とが、固化の外形認識用のホトダイオード７２〜７４および光源７６とは逆方向配置で設けられているので、両光源７６と７７からの光が干渉し難くでき、その結果として厚み検出用のホトダイオード７５および光源７７の配置と、外形検出用のホトダイオード７２〜７４および光源７６の配置との自由度を向上させ得る。
（実施形態４）
本実施形態４は硬貨の外形と穴の有無とに基づいて硬貨を識別する場合であり、反射式光学系を用いて構成した場合である。
【０１１６】
図１７は、本実施形態４に係る円形物体識別装置を示す正面図、図１８はその円形物体識別装置における光学系を展開した状態を示す図、図１９はその円形物体識別装置における硬貨と光照射位置との関係を示す平面図である。
【０１１７】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨８１が上方を搬送される搬送通路の一部を構成するガラス板８０を有する。ガラス板８０の下側には、搬送されてくる硬貨に対して斜め下方より光を投射するための投光系８２と、投光系８２により投射された光の硬貨による正反射光を検出する受光系８３とが設けられている。なお、ガラス板８０の下側に投光系８２と受光系８３とを設けたのは、ガラス板８０の上側に硬貨８１を搬送する搬送ベルト８９が硬貨８１の中心部、つまり穴部分を塞ぐ虞れがあるためである。以下の実施形態において、穴の有無を検出する場合は、同様の理由により反射式光学系を用いている。但し、搬送ベルトを２列にして硬貨の穴を塞ぐことを回避できる場合には透過式光学系を使用することも可能である。
【０１１８】
投光系８２は、微小光源としてのＬＥＤ８２ａ、レンズ８２ｂ、ホルダー８２ｃおよび光束規制マスク８２ｄから構成されている。ＬＥＤ８２ａより放射された光はレンズ８２ｂにより平行にされて硬貨を照明するようになっている。これらＬＥＤ８２ａおよびレンズ８２ｂはホルダー８２ｃにて一体的に支持されている。上記ホルダー８２ｃの前面部に、上記光束規制マスク８２ｄが取付けられている。この光束規制マスク８２ｄには、５つの長方形状の開口が設けられていて、搬送される硬貨８１に対して図１９に破線で示す様な５つの長方形状の光束９０〜９４を投射するものである。
【０１１９】
投射光束９０〜９３は、図１で説明した光電変換素子としてのホトダイオード６〜９を照明するための投射光に対応しており、被識別対象である硬貨８１の外形を測定するために、図示のように硬貨８１から幾分かはみ出した長方形状に形成されている。一方、投射光束９４は、これら４つの投射光束９０〜９３の中心に配置された縦長長方形状の光束であって、硬貨８１の中心付近を照明し、穴の有無を検査する為のものであり、長辺が硬貨８１の穴の直径よりも長く、かつ短辺が硬貨８１の穴の直径よりも短い長方形状に形成されている。
【０１２０】
上記受光系８３は、上記投光系８２より投射された光の硬貨８１による正反射光を検出する位置に配置されており、硬貨８１によって反射された反射光を集光するためのレンズ８３ａと、その受光面に配置された受光素子基板８３ｂと、これらレンズ８３ａ、受光素子基板８３ｂを支持するためのホルダー８３ｃとから構成されている。なお受光素子基板８３ｂは、硬貨８１の表面に形成される像が受光素子基板８３ｂ上に結像するよう、つまり図１７に示す如く、硬貨８１とレンズ８３ａに対してシャインプルーフの関係を満足するように、受光系８３のレンズ８３ａの光軸に対して斜めに配置されているものとする。受光素子基板８３ｂ上には、上記投射光束の硬貨８１からの反射光を受光する位置に、上記５つの投射光束に対応して５つのホトダイオード８４〜８８が配置されている。
【０１２１】
したがって、本実施形態４にあっては、図１と同様に、硬貨８１が一対のホトダイオード８４、８５に対応する位置と、別の一対のホトダイオード８６、８７に対応する位置とのちょうど中間に達すると、ホトダイオード８４と８６より出力される光電流が等しくなり、この時ホトダイオード８４と８５の出力を加算した信号は硬貨の外形に対応した信号を与える事になる。よって、硬貨８１を正確に識別することが可能になる。
【０１２２】
また、ホトダイオード８４、８５が硬貨８１の通過を検知し初めてからホトダイオード８８の出力を時系列的に検出する事によって、硬貨８１の穴の有無を検出することが出来る。即ち、穴の無い硬貨の場合には、硬貨が一対のホトダイオード８４、８５と、別の一対のホトダイオード８６、８７との中間位置にきても、中央のホトダイオード８８の出力はその前後の状態と殆ど変化しない。これに対して、穴明き硬貨の場合には、中間位置付近において反射光の強度に急激な減少が見られるのでこれを検出する事で硬貨８１に設けた穴を検出することが出来る。よって、硬貨の外形だけでなく、穴の有無によっても硬貨８１を識別できるので、より正確な硬貨の識別が可能になる。
【０１２３】
なお、上述した実施形態４にあっては光源から放射される光が平行光に処理されるため、光束の距離に応じた広がり程度を考慮する必要がなく、投光系および受光系、特に受光系の配置や光電変換素子の形状について簡潔化が可能になる。また、上記複数の光電変換素子の前面に集光レンズが存在するため、各光電変換素子を接近して配設することが可能となり、受光系を小型化することができる。
（実施形態５）
本実施形態５は、上述した実施形態４で平行光を用いているのに対し、光源からの放射光を硬貨に照射し、硬貨の外形（直径）と穴の有無とにより硬貨を識別する場合である。
【０１２４】
図２０は本実施形態５に係る円形物体識別装置を示す正面図であり、図２１は上記円形物体識別装置における投光系の投影光束を説明するための正面図、図２２は硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図、図２３は上記硬貨より反射した上記投影光の受光面上における結像状態を示した正面図、図２４は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【０１２５】
この円形物体識別装置は、被識別対象である硬貨１０４が上方を搬送される搬送通路の底部を構成する底板１０１を有し、その底板１０１は光学的な検出を可能とすべく、その一部が無色透明なガラス板にて構成されている。図２０中の１０２及び１０３は、上記搬送通路の側面を構成している側壁であり、硬貨１０４は上記ガラス板からなる底板１０１の上側を図２０の紙面に対して垂直方向に搬送されている。また、図２０中の１０５は上記被測定硬貨を上記した搬送方向に対して強制的に搬送する為の搬送ベルトであり、不図示の機構によって上記硬貨を上記搬送通路に沿って強制的に駆動する。
【０１２６】
上記ガラス板（１０１）の下側には、光学的に上記硬貨１０４の直径や穴の有無などを測定する為の投光系１０６が、斜め右上方に光出射方向を向けて設けられている。この投光系１０６は、ガラス板（１０１）を透過してその上側を搬送されてくる硬貨１０４に対して斜め方向より光を投影するものであり、ホルダー１０６ａと、ホルダー１０６ａに取り付けられた光源１０６ｂと、上記ホルダー１０６ａの前面に取り付けられたマスク１０６ｃとを有する。光源１０６ｂは、上記硬貨１０４を照明するための光を発生し、この光源１０６ｂより投影された光を所定のエリア内に規制して投影する。ここで、硬貨１０４の直径や穴の有無を安定して測定する為にはできるだけ均一に硬貨を照明する事が必要であるから、光源１０６ｂとしては発光面積が微小で指向特性に優れたＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。
【０１２７】
上記硬貨１０４による反射光は受光系１０７にて捉えられる。この受光系１０７は、上記反射光を受光して硬貨１０４の直径や穴の有無を識別する為の信号を出力するものであり、ホルダー１０７ａと、ホルダー１０７ａに取り付けられた受光レンズ１０７ｂと、上記受光レンズ１０７ｂの結像面位置に配置された受光素子基板１０７ｃとからなる。この受光素子基板１０７ｃには、硬貨からの正反射光を結像する結像面に沿って後述する４つの光電変換素子が配置されている。
【０１２８】
ここで、上記受光レンズ１０７ｂは硬貨１０４の反射面の像を上記受光素子基板１０７ｃ上に結像する様に配置構成されている。硬貨１０４の反射面、即ちガラス板１０１の上面をＯ−Ｃとし、受光レンズ１０７ｂの光軸に直交する軸線をＯ−Ｄとしたとき、硬貨１０４の反射面の像はシャインプルーフの法則により図２０にＯ−Ｅで示す面上に結像するから、受光素子基板１０７ｃは受光レンズ１０７ｂの光軸に対して図示のように傾けて配置してある。図２４は、この場合の展開図を示す。このように傾けて配置しているのは、受光素子基板１０７ｃの受光エリアと、上記硬貨１０４の反射面、つまりガラス板１０１の上面位置とを対応づけ、硬貨１０４の反射面（Ｏ−Ｃ）上に結像した上記投影光の像を受光素子基板１０７ｃ上に結像させる為である。
【０１２９】
次に、図２１から図２３を参照して投影光束と受光光束との関係を詳細に説明する。図２３中の１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは上記受光素子基板１０７ｃ上に図示のような位置に配置された４つの台形形状の光電変換素子である。光電変換素子１１０ａは、図２２に示すように上記ガラス板１０１の上面（Ｏ−Ｃ）において、図示のように硬貨の搬送方向（図２２の左右方向）に対して直交する方向で、搬送通路の幅方向中央より片側（図２２の上側）に寄った位置に設定された長方形状のエリア１０９ａからの反射光を受光するように配置されている。
【０１３０】
光電変換素子１１０ｂは、上記長方形状のエリア１０９ａに対して搬送通路の幅方向中心に対して反対側（図２２の下側）であって対称位置に設定された、上記エリア１０９ａと同一形状のエリア１０９ｂからの反射光を受光するように配置されている。
【０１３１】
光電変換素子１１０ｃは、上記エリア１０９ａに対し搬送方向に平行な位置であって、識別すべき最小径の硬貨１０４の直径よりも短い距離離れた位置に設定された、上記エリア１０９ａと同一形状の長方形状のエリア１０９ｃからの反射光を受光するよう配置されている。
【０１３２】
光電変換素子１１０ｄは、上記エリア１０９ａと１０９ｃとの中間位置で、かつエリア１０９ａと１０９ｂの中間であって搬送通路の幅方向中央の位置に設定された、搬送方向と直交する方向に縦長い長方形状のエリア１０９ｄからの反射光を受光するように配置されている。ここで、エリア１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの搬送方向に直交する方向の長さは識別すべき最小径の硬貨１０４が上記エリア１０９ａ〜１０９ｃを通過する際に、各エリア１０９ａ〜１０９ｃの一部を同時に通過するように、また、識別すべき最大径の硬貨１０４が上記エリア１０９ａ〜１０９ｃを通過する際に各エリア１０９ａ〜１０９ｃを同時に硬貨１０４の縁が通過するように大きさやその位置が設定されている。
【０１３３】
また、エリア１０９ｄの大きさは、識別すべき最小径の硬貨１０４の直径よりも小さく、かつ、長手方向が識別すべき穴明き硬貨の穴の直径よりも長く、長手方向と直交する方向が識別すべき穴明き硬貨の穴の直径とほぼ同じか、またはそれよりも短くなるように設定されている。
【０１３４】
上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄを台形形状としたことについては、図２４に示す様に各エリア１０９ａ〜１０９ｄに対応する光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの距離が各々異なる事によって結像倍率がそれぞれ異なる事による。
【０１３５】
図２１は、投光系１０６に設けたマスク１０６ｃ面上における上記エリア１０９ａ〜１０９ｄに対応する投影光束の形状を示したものであり、投影光束１０８ａが１０９ａに、投影光束１０８ｂが１０９ｂに、投影光束１０８ｃが１０９ｃに、投影光束１０８dが１０９dにそれぞれ対応している。従って、マスク１０６ｃとしては、上記投影光束１０８ａ〜１０８dを遮る事の無いように、例えば図２１に点線で示す様な上記の４つの投影光束を包含した台形形状の開口が設けられたものが用いられる。
【０１３６】
なお、上記マスク１０６ｃは、不要な光が本実施形態の円形物体識別装置の一部に反射して有害光となって受光系１０７に入射することの無いように投影光束を規制する為のものである。
【０１３７】
かかる構成において、硬貨１０４が搬送通路を移動して来て上記投光系１０６の投影光束エリア内に達し、エリア１０９ａ、１０９ｂを横切ると、上記エリア１０９ａ、１０９ｂを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側に反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ａ、１１０ｂ上に、上記エリア１０９ａ、１０９ｂを横切る上記硬貨１０４の反射像を結像する。
【０１３８】
さらに、硬貨１０４が移動してエリア１０９ｄに達すると、上記エリア１０９ｄを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側に反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ｄ上に、上記エリア１０９ｄを横切る上記硬貨１０４の反射像を結像する。
【０１３９】
そして、硬貨１０４がエリア１０９ｃに達すると、上記エリア１０９ｃを照明する光束の一部が上記硬貨１０４によって受光系１０７側へと反射され、受光レンズ１０７ｂによって光電変換素子１１０ｃ上に、上記エリア１０９ｃを横切る上記硬貨１０４の像を結像する。
【０１４０】
このようにして上記硬貨１０４の中心が上記エリア１０９ｄの中心に達して図２２にて示す位置になると、エリア１０９ａとエリア１０９ｃとを横切る上記硬貨１０４の面積が等しくなり、上記硬貨１０４上の上記エリア１０９ａと１０９ｃから反射される光量が等しくなるので、上記エリア１０９ａと１０９ｃからの反射光を受光する位置に配置された２つの光電変換素子１１０ａと１１０ｃの出力が等しくなる。
【０１４１】
この時、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｃに入射する上記硬貨１０４からの反射光は硬貨の外形サイズに対応している（硬貨の外形に比例して光電変換素子に入射する光量が変化する）ので、上記光電変換素子１１０ａまたは１１０ｂの出力を検出する事で硬貨の外形サイズを検出する事が出来るが、実際には硬貨が搬送されて来る時に搬送方向に対して直交する方向にある程度の位置ずれが発生するので、そのままでは測定誤差が発生する。
【０１４２】
そこで、本実施形態ではエリア１０９ａとは搬送通路の幅方向中心に対して反対側（図の下側）であってかつ対称な位置に上記エリア１０９ａと同じ形状の長方形の別のエリア１０９ｂを設け、このエリア１０９ｂを横切る硬貨１０４からの反射光を受光する受光レンズ１０７ｂの結像面位置に光電変換素子１１０ｂを別設して、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力の和を求めて上記硬貨１０４の外形を算出するようにしてある。このようにする事で上記硬貨１０４の搬送に付随して発生する上記誤差を効率よく除去できる。また、光電変換素子１１０ｄの出力に基づき硬貨に設けられる穴の有無を確実に検出できる。
【０１４３】
したがって、本実施形態５においても、実施形態４と同様に、硬貨の外形と穴の有無とに基づき硬貨の識別を正確に行い得る。
【０１４４】
なお、本実施形態５においては、図２５〜図２７に示すようにすることもできる。
【０１４５】
図２５〜図２７は、硬貨の搬送方向に対して平行となる方向に上記投光系１０６と受光系１０７を配置した構成図であり、図２５は図２０に、図２６は図２１に、図２７は図２３にそれぞれ対応している。また、対応する部分には同じ番号を付してある。
【０１４６】
この例では図示のように搬送方向に対して平行となるように投光系１０６及び受光系１０７が配置してあるので、投影光束１０８ａ〜１０８ｄの並びと光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの並びとが前記例とは異なっているが、それ以外は同じであるので詳細な説明は省略する。
（実施形態６）
本実施形態６は、硬貨の外形と穴の有無とを検出して硬貨の識別を行うものの、実施形態５とは異なり、平行光を用いている。但し、受光素子基板１０７ｃは受光系における光軸に対して垂直に配している。
【０１４７】
図２８は、本実施形態６に係る円形物体識別装置を示す図であり、図２９は上記円形物体識別装置における硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図、図３０は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。なお、図２８〜図３０において図２５と同様の機能を果たす部品には同一の番号を付けており、詳細な説明は省略する。
【０１４８】
この実施形態６においては、光源１０６ｂから投射された光を、光源１０６ｂの前方に配置されたレンズ１０６ｄによって平行光として投影する。レンズ１０６ｄの直前にはマスク１０６ｃが配置されている。このマスク１０６ｃには前述した搬送通路を構成するガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ａ〜１０９ｄに対応した４つの開口が設けられていて、図２９に１０９ａ〜１０９ｄにて示すような４つの長方形状の光を上記ガラス板１０１の上面に投影する構成となっており、光源１０６ｂからの光は上記マスク１０６ｃに開けられた開口に等しい形状の光束として上記ガラス板１０１の上面に投影される。
【０１４９】
一方、受光系１０７は上記投光系１０６から投影された平行光の上記投影光束１０９ａ〜１０９ｄを通過する硬貨１０４からの正反射光をレンズ１０７ｂにより集光して、上記レンズ１０７ｂの結像面に配置された複数の受光素子にて受光するように配置、構成されており、光電変換素子は上記レンズ１０７ｂによる上記マスク１０６ｃの結像位置に配置されている。図３０は、その光路を展開して示す図である。
【０１５０】
なお、図２９中の１１１ａ〜１１１ｄは上記光電変換素子における受光エリアであり、受光素子基板上での光電変換素子の取り付け誤差を考慮して、ガラス板１０１の上面における投影光エリア１０９ａ〜１０９ｄよりも若干大き目に設定されている。
【０１５１】
図３１は本実施形態６の円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。
【０１５２】
この制御回路は、システム全体の制御および光電変換素子の出力信号の演算処理を行なう中央演算処理装置としてのＣＰＵ１２０を備える。このＣＰＵ１２０には、ＲＯＭ１２１およびＲＡＭ１２２が接続されており、ＣＰＵ１２０はＲＯＭ１２１に書き込まれているプログラムに従って入出力ポートからデータを読み取ったり出力したり、ＲＡＭ１２２に対してデータの読み書きを行ったり、演算処理を行なったりする。
【０１５３】
ＣＰＵ１２０の入力ポートには各種スイッチを内蔵したスイッチボックス１２３が接続され、ＣＰＵ１２０の出力ポートにはディスプレイ１２４が接続されている。上記スイッチボックス１２３は識別すべき金種の設定を含む各種のモード設定やディスプレイ１２４に対する表示情報の設定などの各種の情報を入力する。また、ＣＰＵ１２０の出力ポートにはＬＥＤ制御回路１２５が接続されており、このＬＥＤ制御回路１２５は、その出力端に接続されている照明用照明光源（ＬＥＤ）１０６ｂの点灯制御を行なう。
【０１５４】
上記光源１０６ｂから放射された光の硬貨による反射光を受光する位置には光電変換素子（ホトダイオード：ＰＤ）１１０ａ〜１１０ｄが配置され、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力端には増幅器１３１、１３２、１３３、１３４が接続され、これら増幅器１３１〜１３４は上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄより出力される光電流を増幅して出力する。
【０１５５】
上記増幅器１３１〜１３４の出力端にはＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１３５〜１３８が接続され、これらＡ／Ｄ変換器１３５〜１３８は増幅器１３１〜１３４より出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１５６】
上記増幅器１３１の出力端にはハイパスフィルター１３９が接続され、このハイパスフィルター１３９は上記増幅器１３１より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。上記増幅器１３２の出力端にはハイパスフィルター１４０が接続され、このハイパスフィルター１４０は上記増幅器１３２より出力される高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルター１３９と１４０の出力端には加算回路１４１が接続され、加算回路１４１はハイパスフィルター１３９と１４０の出力を加算する。
【０１５７】
加算回路１４１の出力端には増幅器１４２が接続され、この増幅器１４２は加算回路１４１の出力を増幅する。増幅器１４２の出力端にはコンパレータ１４３が接続され、このコンパレータ１４３は増幅器１４２の出力を予め定められた一定のレベルの信号と比較し、上記増幅器１４２の出力が上記一定レベル以上の場合にハイ信号をＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１５８】
上記ハイパスフィルター１３９と１４０、加算回路１４１、増幅器１４２およびコンパレータ１４３は、硬貨の通過を検出するための硬貨通過検出回路１４４を構成し、硬貨通過検出回路１４４は硬貨が光電変換素子１１０ａと１１０ｂの光路中、つまりガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ａ、１０９ｂに到達した瞬間を、光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力変化より検出してローからハイヘと切り替わる。
【０１５９】
また、上記増幅器１３３の出力端にはハイパスフィルタ１４５が接続され、ハイパスフィルタ１４５は増幅器１３３の出力から高周波信号のみを選択的に出力する。ハイパスフィルタ１４５の出力端には増幅器１４６が接続され、増幅器１４６は上記ハイパスフィルタ１４５から出力される信号を増幅する。増幅器１４６の出力端にはコンパレータ１４７が接続され、コンパレータ１４７は増幅器１４６の出力を予め定められた一定レベルの信号と比較して、上記増幅器１４６の出力が上記一定レベル以上の場合にハイ信号を、一定レベル以下の場合にロー信号を出力する。
【０１６０】
上記ハイパスフィルタ１４５、増幅器１４６およびコンパレータ１４７は、上記硬貨通過検出回路１４４と同様、全体として硬貨の通過を検出する硬貨通過検出回路を構成し、特に硬貨１０４が光電変換素子１１０ｃの光路中を通過し終わった事を検出するためのもので、硬貨１０４が光電変換素子１１０ｃの光路中、つまりガラス板１０１の上面におけるエリア１０９ｃを通過し終わった瞬間を上記光電変換素子１１０ｃの出力変化より検出し、ハイよりローへと変化する信号を出力する。
【０１６１】
上記コンパレータ１４７の出力端にはゲート回路１４８が接続され、ゲート回路１４８はＣＰＵ１２０からの制御信号により上記コンパレータ１４６の出力を所定のタイミングでＣＰＵ１２０の入力ポートに出力する。
【０１６２】
上記Ａ／Ｄ変換器１３８の出力端にはピークホールド回路１４９が接続され、ピークホールド回路１４９はＣＰＵ１２０から出力されるコントロール信号に基づいて上記Ａ／Ｄ変換器１３８より出力される信号のピーク値をサンプルホールドしてＣＰＵ１２０へ出力する。
【０１６３】
ＣＰＵ１２０の出力ポートにはフラッパー制御回路１５０が接続され、フラッパー制御回路１５０はＣＰＵ１２０から出力されるコントロール信号に基づいて、識別した硬貨の選別を行なう為の不図示のフラッパー制御用モータ等の駆動源への通電制御を行なう。
【０１６４】
上記フラッパー制御回路１５０の出力端にはフラッパー駆動用のフラッパー機構１５１が接続され、フラッパー機構１５１の動作状態はセンサー１５２にて監視され、センサー１５２はその監視結果をＣＰＵ１２０へ出力する。なお、フラッパー機構１５１や、硬貨を強制的に駆動して仕分けする機構については、本発明の直接的な構成要素ではないので詳細な説明は省略する。
【０１６５】
次に、図３２および３３のフローチャートと、図３４のタイミングチャートとに基づいて本実施形態６の円形物体識別装置の全体的な動作について説明する。
【０１６６】
先ず、硬貨識別動作をスタートさせると、ＣＰＵ１２０はＲＯＭ１２１に格納されたプログラムの実行を開始しシステム及び各部機構の初期化、ディスプレー１２４に対する初期画面表示と硬貨搬送機構の動作開始を指令する信号を出力する（ステップＳ１０１）。
【０１６７】
次に、硬貨の識別を行なうために出力ポートよりＬＥＤ制御回路１２５に対してＬＥＤ点灯信号を出力し、光源（ＬＥＤ）１０６ｂを点灯する（ステップＳ１０２）。そして光電変換素子１１０ａから出力されるアナログ信号Ｖ10、光電変換素子１１０ｂから出力されるアナログ信号Ｖ30、光電変換素子１１０ｃから出力されるアナログ信号Ｖ20、光電変換素子１１０ｄから出力されるアナログ信号Ｖ40を増幅器１３１〜１３４で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器１３５〜１３８でデジタル信号に変換してＣＰＵ１２０へ取り込み（ステップＳ１０３）、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力を以下のようにチェックする（ステップＳ１０４）。即ち、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄに入射する光は、光源（ＬＥＤ）１０６ｂから投射された光がガラス板１０１の表面にて反射して受光系１０７に入射し、光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に結像したものであり、いわばガラス板１０１の表面の反射特性に関係している。一般にガラス板表面での反射は硬貨表面での反射に比べて充分小さいと考えてよく、通常上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力は非常に小さなものであるが、何らかの原因によって、例えば上記ガラス板１０１の表面に付着したゴミやほこり、あるいはガラス表面に発生した傷等の影響によって、光源１０６ｂから投射された光が上記ガラス板１０１の表面で散乱して受光系１０７に入射して光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に結像して有害光を形成する場合も考えられるので、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの各出力をチェックし、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力が全て一定レベル（α）以下であるかを確認する。
【０１６８】
また、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄにおける相互の出力のバランスをチェックし（ステップＳ１０７）、光電変換素子相互の出力のずれが一定以下である事を確認する。このとき、上記光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力が硬貨が存在しないにも係わらず一定レベル以上の信号を出力しているか、または各光電変換素子の出力にばらつきがある場合には、上記ガラス板１０１か光源１０６ｂにトラブルが有るものとして動作を中断して光源（ＬＥＤ）１０６ｂを消灯し（ステップＳ１０５）、ディスプレー１２４上に警告表示を行なう（ステップＳ１０６）。
【０１６９】
この様に２段階のチェックを設けている理由は、仮に光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄ上に無視し得ない有害光が結像していたとしても、光電変換素子相互の出力のバランスが悪くなければ測定に与える影響は小さいと考えて上記判定レベル（α）を多少ゆるめに設定し、できるだけ装置が停止する確率を減少させるためである。また、この円形物体識別装置を組み立てる際に、予め各光電変換素子上の平均照度を測定してこの測定値を所定のメモリーに記憶しておけば、この記憶されたデータと上記の実際の使用時に測定された平均照度データを比較する事で、より正確に上記判断を行なうことが出来る。
【０１７０】
上述したステップＳ１０７のフラットネスチェックにおいて各光電変換素子上の照度ばらつきが正常値以内と判断されると、硬貨通過検出回路１４４の出力がチェックされ、硬貨通過検出回路１４４の出力がローの場合には硬貨がまだ光電変換素子１１０ａ、１１０ｂに到達していないと判断して上記ステップＳ１０４からＳ１０９を繰り返し、硬貨通過検出回路１４４の出力がハイレベルになるのを待つ。
【０１７１】
そして、図３４のタイムチャートに示す様にｔ１時点において硬貨が搬送通路の最も上流側のエリア１０９ａと１０９ｂに到達すると、上記エリア１０９ａ,１０９ｂを通過する硬貨からの反射光が光電変換素子１１０ａと１１０ｂ上に結像し、上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力Ｖ10、Ｖ30が増加し始める。この変化は上記光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力端に接続された増幅器１３１と１３２で増幅された後、交流信号のみを取出すハイパスフィルタ１３９,１４０によって変化成分のみが抽出され加算回路１４１に入力される。
【０１７２】
上記加算回路１４１の出力端には増幅器１４２が接続されていて、増幅器１４２は上記変化信号をさらに増幅してコンパレータ１４３へ出力し、コンパレータ１４３は予め決められた信号レベルと上記増幅器１４２の出力を比較して上記増幅器１４２の出力が上記固定の信号レベルを超えた時にハイレベルの信号を出力する。
【０１７３】
このようにして硬貨が上記エリアに到達した瞬間を検出する。ここで加算回路１４１により光電変換素子１１０ａと光電変換素子１１０ｂの出力を加算しているのは硬貨の上記エリア１０９ａと１０９ｂへの到達を反射光を先に検知した方の受光素子の信号によって出来るだけ早いタイミングで検出する目的のためである。
【０１７４】
ステップＳ１０９で硬貨通過検出回路１４４の出力がハイレベルになると、各光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力がサンプリングされ（ステップＳ１０９）、ＣＰＵ１２０からのコントロール信号によってピークホールド回路１４９は光電変換素子１１０ｄより出力される信号をサンプルホールドし、ピーク値（図３４の（ｂ）に示すＶ４ｍａｘ）をメモリーする（ステップＳ１１０）。
【０１７５】
続いて、ステップＳ１１１で、上記ピーク値にて光電変換素子１１０ａ〜１１０ｄの出力Ｖ10〜Ｖ40を除算して規格化された光電変換素子出力（Ｖ1〜Ｖ4）を算出し、硬貨の汚れや傷等による反射率の変化を補償する。即ち、光電変換素子１１０ｄの長辺方向の長さは識別すべき最小径の硬貨径よりも短く、またその短辺方向の長さは識別すべき穴明き硬貨の穴径か又はそれよりも短いので、上記エリア１０９dが搬送される硬貨１０４によって完全に包含された時に上記光電変換素子１１０ｄの出力がピークとなり、この時の上記光電変換素子１１０ｄの出力を上記硬貨１０４の反射率の基準値として用いる事が出来る。
【０１７６】
次に、上記規格化された光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力Ｖ1とＶ3を比較して、一致していなければステップＳ１０９に戻って再び各光電変換素子の出力を取り込み、上記ステップを繰り返す（ステップＳ１１２）。そして、上記硬貨が上記エリア１０９ａと１０９ｃのちょうど中間に達した時、つまり図３４のｔ４時点において、上記規格化された２つの光電変換素子出力Ｖ1とＶ3とが一致し、この信号を受けてＣＰＵ１２０は光電変換素子１１０ａと１１０ｂの出力を取り込んで上記のピーク値にて規格化してＶ1とＶ2を算出し、それらのデータを所定の番地に記憶する（ステップＳ１１３）。
【０１７７】
また、同様にして光電変換素子１１０dの出力を取り込み（ステップＳ１１４）、その出力Ｖ40をピーク値にて規格化してＶ4を求め、所定の番地に記憶する（ステップＳ１１５）。次に、ステップＳ１１６で、上記規格化された光電変換素子出力Ｖ1とＶ2を加算してＶdを算出し、硬貨の直径Ｄを算出する（ステップＳ１１７）。ここで、上記のＶdの値は硬貨の直径に対してほぼリニアーに変化して一義的に定まるので、予めこの関係式をプログラミングしておけば上記Ｖd値より上記硬貨の直径Ｄを算出することが出来る。
【０１７８】
次に、上記の所定の番地に記憶された光電変換素子１１０ｄの規格化データＶ4の値を予め定められた一定の値ｋと比較し、上記Ｖ4の値が上記一定値ｋよりも小さい場合には上記硬貨の中央部からの反射光量が少ないので穴明き硬貨と判定し、また上記Ｖ4の値が上記一定値ｋよりも大きい場合には上記硬貨の中央部からの反射光量が穴明き硬貨の場合に比べて相対的に多いので穴無し硬貨と判定する（ステップＳ１１８）。
【０１７９】
そして、前者の場合には、上記Ｖ4の値より上記硬貨の穴の直径Ｈを算出し（ステップＳ１２０）、後者の場合には、穴の直径を示す変数Ｈを０に設定する（ステップＳ１１９）。即ち、上記Ｖ4は上記硬貨の穴の無い部分からの反射光（硬貨による反射光のピーク値）と、穴を含む部分からの反射光（硬貨の中心が光電変換素子１１０ａと１１０ｃとの中央にある時の光電変換素子１１０dの出力）との比であるから、穴の直径に比例していて、穴の直径と上記反射光量との関係を事前に基準硬貨を用いて測定し、記憶しておいた基準データと上記検出された光電変換素子出力に基づいて求められたＶ4とを対比する事で上記硬貨の穴の直径を求めるものである。
【０１８０】
次に、上記のようにして求められた直径Ｄと穴の直径Ｈとに基づいて上記硬貨の選別を行なう。即ち、直径Ｄが予め設定されたａとｂとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は５００円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２１、Ｓ１２２、Ｓ１２３、Ｓ１３３）。
【０１８１】
また、直径Ｄが予め設定されたｃとdとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は１０円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１２６、Ｓ１３３）。
【０１８２】
また、直径Ｄが予め設定されたeとｆとの範囲内にあって、かつ上記硬貨が穴明き硬貨でない場合は１００円硬貨として処理し、穴明き硬貨の場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１２７、Ｓ１２８、Ｓ１２９、Ｓ１３３）。
【０１８３】
また、直径Ｄが予め設定されたｇとｈとの範囲内にあって、かつ上記硬貨の穴の大きさＨがｌとｍとの間にある場合には５０円硬貨として処理し、穴明き硬貨でない場合には偽造硬貨として処理する（ステップＳ１３０、Ｓ１３１、Ｓ１３２、Ｓ１３３）。
【０１８４】
上記選別出力に基づき上記硬貨が上記の円形物体識別装置を通過した事を光電変換素子１１０ｄの出力変化より確認した後にフラッパー制御回路１５０の出力でフラッパー機構１５１を駆動して金種毎の仕分け、格納を行なう。
（実施形態７）
本実施形態７は、上述した実施形態５、６と同様に、硬貨の外形と穴の有無とを検出して硬貨を識別する場合であるものの、硬貨の外形は透過式光学系を用い、硬貨の穴の有無は反射式光学系を用いている。また、穴の有無だけでなく、穴の大きさをも検出する構成としている。
【０１８５】
図３５は、本実施形態７に係る円形物体識別装置を示す正面図であり、図３６は硬貨と光電変換素子との位置関係を説明するための正面図、図３７は硬貨と光電変換素子との位置関係の他の例を説明するための正面図、図３８は上記円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図、図３９は上記円形物体識別装置に設けられた投光系に備わったマスクを示す正面図、図４０は上記円形物体識別装置に設けられた受光系に備わった受光素子基板を示す正面図である。
【０１８６】
この円形物体識別装置は、図３５に示すように被識別対象である硬貨２０１が上方を搬送される搬送通路の底部を構成する底板２００を有し、この底板２００は光学的に硬貨２０１を識別する為に無色透明なガラス板にて構成されている。底板２００の上方には、上記硬貨２０１の上面に接触して上記硬貨２０１を強制的に搬送するための搬送ベルト２０２が設けられている。搬送ベルト２０２による硬貨２０１の搬送域の上方には、微小な光源２０３が設けられ、この光源２０３は上記搬送通路を移動してくる硬貨２０１を一様に照明する。上記光源２０３と上記硬貨２０１の搬送域との間には投光マスク２０４が設けられ、この投光マスク２０４は上記光源２０３から投影される光を所定のエリアに規制して不要な光の発生を防止する。
【０１８７】
なお、この照明エリアは後述する３つの光電変換素子２０５、２０６、２０７全体をカバーする様に設定されている。光電変換素子２０５〜２０７は上記ガラス板２００の下側表面に形成された長方形状のアモルファスシリコンホトダイオードであり、図３６または図３７にて示す様に硬貨２０１の搬送方向に対して直交する方向で搬送通路の両側の図の位置に配置されている。即ち、光電変換素子２０５と光電変換素子２０６は硬貨２０１の搬送通路の上流側で、上記搬送通路の両側で上記搬送通路の幅方向中心に対して対称となる位置に配置されている。
【０１８８】
上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６とは少なくとも上記搬送ベルト２０２の幅の分だけ離して上記の位置に配置されており、識別すべき最大径の硬貨が上記搬送通路を通過した際に、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６に入射する、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光がすべて上記硬貨によって遮られる事のない様にまた、識別すべき最小径の硬貨が上記搬送通路を通過した際に、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光の一部が必ず上記硬貨によって遮られる様に上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６の長さが決められている。
【０１８９】
光電変換素子２０７は、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０６に対して搬送通路の下流側に配置されていて、識別すべき最小径の硬貨が通過時に上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７に入射する、上記光源２０３からのマスク２０４を経た照明光の一部が同時に遮られるような間隔で上記光電変換素子２０５と平行に上記搬送通路の片側に配置されている。
【０１９０】
上記ガラス板２００の下側には投光系２０８が設けられ、この投光系２０８は、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の中間で搬送通路の幅方向中央に対して搬送方向に対して直交または平行する長方形状の光を斜め方向より投射する。
【０１９１】
上記投光系２０８は、後述する部品を保持する為のホルダー２０８ａと、光源２０８ｂと、上記光源２０８ｂより投射された光を平行にして投影する為のレンズ２０８ｃと、上記レンズ２０８ｃの直前に配置されたマスク２０８ｄとを有し、マスク２０８ｄは上記投影光を上述した長方形状に整形する。また、上記ガラス板２００の下側には上記硬貨２０１によって正反射された上記投光系２０８からの光を検出する為の受光系２０９が設けられている。この受光系２０９はホルダー２０９ａと、上記正反射光を集光するためのレンズ２０９ｂと、上記レンズ２０９ｂの結像面に配置された光電変換素子を搭載した受光素子基板２０９ｃとから構成される。
【０１９２】
なお、硬貨と上記投影光束との位置関係を図３６と図３７に示す。図で矢印で示した方向が硬貨の搬送方向である。図３８は、上記投光系２０８と受光系２０９の展開図である。受光レンズ２０９ｂは上記マスク２０８dの像を上記基板２０９ｃ上の光電変換素子に結像させるように設定されている。
【０１９３】
図３９は、上記マスク２０８ｄを示す正面図、図４０は上記受光素子基板２０９ｃの平面図である。受光素子基板２０９ｃには、図４０に示すように２つの光電変換素子２１１と２１２とを有し、光電変換素子２１１は、上記レンズ２０９ｂの光軸センターに配置された円形のもので、上記搬送通路の中央部からの反射光、即ち硬貨の中央部からの反射光を受光する。光電変換素子２１２は上記光電変換素子２１１が設けられた円形領域および配線部を除いた長方形状のもので、上記搬送通路の主として周辺寄りの領域、即ち硬貨の周辺寄りの部分からの反射光を受光する様に配置・構成されている。上記光電変換素子２１１の出力と２１２の出力との差、または比を求める事で搬送される硬貨２０１の穴の有無や穴の大きさ（半径または直径）が測定される。
【０１９４】
図４１は、硬貨の搬送に伴う上記光電変換素子２０５、２０７、２１１、２１２の出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。図でｔｌは硬貨２０１の影が光電変換素子２０５の受光面上にかかり始めた時点を、ｔ２は上記硬貨２０１の先端が上記投光系２０８の投影光路（光電変換素子２１１と２１２の受光光路）内にかかり始めた時点を、ｔ３は上記硬貨２０１の影が光電変換素子２０７の受光面上にかかり始めた時点を、ｔ４は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０５と２０７の中間位置にある時を、ｔ５は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０５を照明する上記光源２０３からのマスク２０４を経た光路より外れ始めた時点を、ｔ６は上記硬貨２０１の後端が上記投光系２０８の投影光路（光電変換素子２１１と２１２の受光光路）より外れ始めた時点を、ｔ７は上記硬貨２０１が上記光電変換素子２０７を照明する上記光源２０３からのマスク２０４を経た光路より外れ始めた時点を示している。
【０１９５】
ここで、図３１から図３４にて説明したのと同様に、上記硬貨２０１が上記搬送通路の同じ側に平行に並んで配置された上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の中間に来た時点ｔ４において、上記光電変換素子２０５と２０７の受光面上に投影される上記硬貨２０１の影の面積が等しくなり、上記光電変換素子２０５と光電変換素子２０７の出力が等しくなる（Ｖｂ）。よって、識別タイミングを判定できる。そして、このタイミングのときの光電変換素子２０５、２０６および２０７の少なくとも２以上の出力を用いて硬貨の外形を検出できる。また、この時点において上記光電変換素子２１１は上記硬貨２０１の中央部からの反射光を、光電変換素子２１２は上記硬貨２０１の上記中央部の両側からの反射光を受光する事となり、例えば上記硬貨２０１が穴明き硬貨の場合には上記投光系２０８からの投影光の一部が上記硬貨２０１の穴の部分を通過し、その部分からの反射光が減少して上記光電変換素子２１１の出力が少なくなる。
【０１９６】
これに対して光電変換素子２１２は上記硬貨２０１の周辺部からの反射光を受光しているのでその出力は大きく、上記光電変換素子２１１と２１２の出力ＶcとＶaとの差または比を求める事によって上記硬貨の穴の有無と穴の大きさを検出する事が出来る。
【０１９７】
したがって、本実施形態７による場合は、硬貨の外形と穴の有無と穴の大きさとに基づいて硬貨を識別できるので、正確な硬貨識別が可能になる。
【０１９８】
なお、上記各実施形態１〜７においては、硬貨の外形（直径）と厚み、または、硬貨の外形（直径）と穴の有無、または、硬貨の外形（直径）と穴の大きさに基づいて硬貨を識別する場合を説明しているが、本発明はこれに限らず、硬貨の外形のみに基づいて硬貨の識別を行うようにしてもよい。また、本発明は、硬貨の外形（直径）と厚みと穴の有無とに基づき、または、硬貨の外形（直径）と厚みと穴の有無と穴の大きさとに基づき硬貨を識別するようにしてもよい。
【０１９９】
また、上記各実施形態１〜７においては、硬貨の識別を行う場合を例に挙げているが、本発明はこれに限らず、メダルや他の円形物体の識別にも同様に適用することができる。
【０２００】
また、上述した実施形態では光電変換素子としてホトダイオードやアモルファスシリコンホトダイオードを例に挙げているが、本発明はこれらのホトダイオードに限らず他の光電変換素子を使用することができる。
【０２０１】
【発明の効果】
上述したように本発明の円形物体識別装置による場合には、一対の光電変換素子の一方および第３の光電変換素子が円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時点における、一対の光電変換素子の検出値および第３の光電変換素子の検出値のうちの２値または３値に基づいて把握される円形物体の外形認識により円形物体を識別する構成である故に、円形物体の搬送方向に離隔した２つの光電変換素子が円形物体を捉えた時を識別タイミングと判定し、円形物体の外形認識に基づいて円形物体を正確に識別することが可能になり、よって光電変換素子による簡単な構成であっても、円形物体の識別タイミングを正確に検出して円形物体を確実に識別可能とし得る円形物体識別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置を硬貨の識別に適用した状態を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置のＹ方向における断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置のＸ方向における断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置に備わった遮光マスクの詳細を示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置に備わった第２の遮光マスクの詳細を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置により硬貨の厚みを測定する原理の説明図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置における一対のホトダイオードの出力を加算した出力が硬貨の外形サイズに対してリニアーに変化することを示す図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置において、搬送方向に対して直交する方向に搬送誤差が生じている状態を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置において、各ホトダイオード面上の照度に照度差が生じた場合に発生する測定エラーを防止する理由の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の全体的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態１に係る円形物体識別装置の全体的な動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置における硬貨とホトダイオードとの位置関係を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施形態２に係る円形物体識別装置において用いるフレネルレンズを示す平面図である。
【図１６】本発明の実施形態３に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１７】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図１８】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置における光学系を展開した状態を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態４に係る円形物体識別装置における硬貨と光照射位置との関係を示す説明図である。
【図２０】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図２１】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における投光系の投影光束を説明するための正面図である。
【図２２】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置において、硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図である。
【図２３】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における硬貨より反射した投影光の受光面上における結像状態を示した正面図である。
【図２４】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置における円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図２５】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例を示す正面図である。
【図２６】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例における投光系の投影光束を説明するための正面図である。
【図２７】本発明の本実施形態５に係る円形物体識別装置の他の例における硬貨より反射した投影光の受光面上における結像状態を示した正面図である。
【図２８】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置における硬貨と投影光束との位置関係及び硬貨面上における投影光束の形状を説明するための正面図である。
【図３０】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図３１】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置に備わった制御回路を示すブロック図である。
【図３２】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すフローチャート（前半部）である。
【図３３】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すフローチャート（後半部）である。
【図３４】本発明の実施形態６に係る円形物体識別装置の全体的な動作を示すタイミングチャートである。
【図３５】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置を示す正面図である。
【図３６】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置における硬貨と光電変換素子との位置関係を説明するための正面図である。
【図３７】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置における硬貨と光電変換素子との位置関係の他の例を説明するための正面図である。
【図３８】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に備わった投光系と受光系との関係を展開して示す模式図である。
【図３９】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に設けられた投光系に備わったマスクを示す正面図である。
【図４０】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置に設けられた受光系に備わった受光素子基板を示す正面図である。
【図４１】本発明の実施形態７に係る円形物体識別装置の受光素子基板に設れられた光電変換素子の出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【図４２】従来の円形物体識別装置により硬貨の直径の検出内容を説明する図である。
【符号の説明】
４、６１、８１、１０４ 硬貨（円形物体）
６、７、８、９、６２、６３、６４、６５、７２、７３、７４、７５、８４、８５、８６、８７、８８、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ ホトダイオード（光電変換素子）
１０、７６ 第１の光源
１２、７７ 第２の光源
６６ 点光源
８２、１０６ 投光系
８２ａ ＬＥＤ
８３、１０７ 受光系
８３ｂ 受光素子基板
１０６ｂ 光源
Claims (26)
- 被識別対象である円形物体が搬送されていく搬送域の両側の縁に関する明暗境界を検出視野内とする一対の光電変換素子と、その一方の光電変換素子による検出視野より搬送方向にずれた位置にある搬送域の縁に関する明暗境界を検出視野内とする第３の光電変換素子とを有し、上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力に基づいて円形物体が特定位置に達したことを検出し、その検出時点における、上記一対の光電変換素子の検出値および第３の光電変換素子の検出値のうちの２値または３値に基づいて把握される円形物体の外形認識により円形物体を識別することを特徴とする円形物体識別装置。
- 上記一対の光電変換素子の少なくとも片方および上記第３の光電変換素子が、最小径円形物体および最大径円形物体の縁に関する明暗境界を検出するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の円形物体識別装置。
- 上記一対の光電変換素子が搬送域の幅方向中央より等距離の位置の上方に設けられ、かつ上記第３の光電変換素子が上記距離と同一距離だけ上記幅方向中央から離れた位置の上方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の円形物体識別装置。
- 上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子を照明する単一の光源が、これら光電変換素子とは上記搬送域を挟んで反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記光源とは別に第２の光源と、この第２の光源にて照明される第４の光電変換素子とが設けられ、これら第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みも測定することを特徴とする請求項４に記載の円形物体識別装置。
- 上記光源および上記第２の光源が搬送域に対して同じ側に、上記一対の光電変換素子、上記第３の光電変換素子および上記第４の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して同じ側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の円形物体識別装置。
- 上記光源と上記第２の光源とが搬送域に対して反対側に、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源とは反対側であって、搬送域に対して上記第４の光電変換素子と反対側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の円形物体識別装置。
- 上記光源からの光を上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子へ平行光として照明するレンズ系が設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の円形物体識別装置。
- 予め求めている円形物体の直径と厚みとの関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽を判定することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、
上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、
上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の円形物体識別装置。 - 上記一対の光電変換素子の各出力信号の基準値を記憶する記憶手段と、
上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、上記判定手段からの識別タイミング信号、上記記憶手段の基準値、上記一対の光電変換素子の各出力信号を入力し、識別タイミング信号を入力した時の上記各出力信号を基準値により除算して規格化する規格化手段と、
上記規格化手段にて規格化された各信号を加算する加算手段と、
上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段とを具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の円形物体識別装置。 - 上記第２の光源と第４の光電変換素子にて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界との位置関係と、上記第３の光電変換素子および上記一対の光電変換素子の一つにて捉えられる円形物体の縁に関する明暗境界と上記光源との位置関係とに基づいて円形物体の厚みを検出する厚み検出手段を備えることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記搬送域に対して、上記一対の光電変換素子および上記第３の光電変換素子が光源と同じ側に設けられ、各光電変換素子が円形物体からの反射光を捉えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記一対の光電変換素子の出力が一定レベル以上に達すると、円形物体の通過を示す信号を出力することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記一対の光電変換素子の他方と上記第３の光電変換素子との中間位置に第５の光電変換素子が設けられ、この第５の光電変換素子の出力に基づき円形物体に設けられる穴の有無が検出されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の円形物体識別装置。
- 上記第５の光電変換素子の出力に基づき検出された穴の有無に基づいて円形物体の真偽が判定されることを特徴とする請求項１５に記載の円形物体識別装置。
- 予め求めている円形物体の直径と穴の有無との関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定されることを特徴とする請求項１５に記載の円形物体識別装置。
- 予め求めている円形物体の直径、厚みおよび穴の有無の関係に基づく識別データと、これらの実測値とに基づき円形物体の真偽が判定されることを特徴とする請求項１５に記載の円形物体識別装置。
- 上記光源からの放射光を平行光とするレンズと、レンズを透過した平行光を部分的に遮光して円形物体に照射させるマスクとが設けられていることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記一対の光電変換素子、第３の光電変換素子および第５の光電変換素子の前に、円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の円形物体識別装置。
- 上記光源からの放射光を所定エリアの光束にするマスクを有することを特徴とする請求項１５、１６、１７、１８または２０に記載の円形物体識別装置。
- 円形物体からの反射光を集光するレンズが設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の円形物体識別装置。
- 上記第５の光電変換素子は、その中央部に位置する第１受光部と、その外側を包囲する第２受光部とを有し、第１受光部と第２受光部の出力の比または差に基づいて、円形物体に設けられる穴の有無に加えて穴の径をも検出することを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の円形物体識別装置。
- 上記第５の光電変換素子を照明する第３の光源が別に設けられていることを特徴とする請求項２３に記載の円形物体識別装置。
- 上記一方の光電変換素子および第３の光電変換素子の出力信号が入力され、両光電変換素子が共に円形物体の縁部に関する明暗境界を検出した時の出力信号に基づいて識別タイミングを判定して識別タイミング信号を出力する判定手段と、
上記判定手段からの識別タイミング信号を入力すると共に上記一対の光電変換素子の出力信号を入力し、識別タイミング信号の入力時における一対の光電変換素子の各出力信号を加算する加算手段と、
上記加算手段にて加算された信号を入力し、その加算された信号と、予め設定されている演算式とに基づいて円形物体の直径を算出する手段と、
上記第５の光電変換素子からの出力を入力し、そのピーク値を検出するピークホールド回路と、
上記第５の光電変換素子からの出力を記憶し、その記憶値とピークホールド回路からのピーク値との比により円形物体の穴径を算出する手段とを具備することを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれかに記載の円形物体識別装置。 - 上記ピークホールド回路に記憶されたピーク値に基づいて各光電変換素子の出力を規格化した値により円形物体の直径と穴径とを算出することを特徴とする請求項２５に記載の円形物体識別装置。
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