テラヘルツ光を用いた紙葉類の真偽判別方法および装置
【課題】紙葉類にインクによる印刷が施されている場合であっても、インクの有無に関係なく、紙葉類の真偽を判定することである。
【解決手段】検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の屈折率を算出し、算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別する。
【効果】紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光の反射率または反射光量に基いて紙葉類の屈折率を算出できる。そして、算出した屈折率を予め設定された屈折率と比較することで、紙葉類の真偽判別を正確に行うことができる。
【解決手段】検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の屈折率を算出し、算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別する。
【効果】紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光の反射率または反射光量に基いて紙葉類の屈折率を算出できる。そして、算出した屈折率を予め設定された屈折率と比較することで、紙葉類の真偽判別を正確に行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紙葉類にテラヘルツ光を照射し、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信し、受信した信号から紙葉類の屈折率を求めて、紙葉類の屈折率が所望の屈折率であるか否かにより紙葉類の真偽を判別する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の紙質判別方法が開示されている。
特許文献１に記載の方法では、紙質を判別する際に、判別対象の紙に３７０ｎｍの短波長光、および４２０〜１０００ｎｍの長波長光を照射する。そして、それぞれの照射光について得られる紙の吸光度差に基づいて、紙質を判別する。紙の吸光度は、紙質によって相違するため、繊維の並びに依存する濃淡パターンのように、紙の製造工程の相違による影響を受けることなく、紙質を判別することが可能である。
【０００３】
また、短波長光と長波長光とを併用することにより、湿度などの環境要因や紙の劣化などによる吸光度への影響を抑制することができる。
この結果、特許文献１によれば、安定して紙質を判別することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１５２６０号公報
【特許文献２】特開２００５−９２７１２号公報
【特許文献３】特願２００８−１５５７１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の紙質判別方法は、安定して紙質を判別することが可能である反面、紙にインクによる印刷が施されている場合には、その印刷色によっては、光が吸収されてしまい、反射率が紙質に依存しなくなって、紙質の判別を正確にできないという課題がある。たとえば、紙にインクによる印刷が施されている場合において、その印刷部に青色〜近赤外光を照射した場合には、印刷部のインクによって光が吸収されてしまい、反射率が変化するという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２には、青色発光ダイオードを用いて紙質による光の透過率の相違を測定し、紙幣の真偽判定を行える旨の内容が記載されている。しかしながら、この先行技術の場合も、紙幣に青色系のインクで印刷が施されている場合には、青色発光ダイオードで照射される光はインクにより反射または吸収されて透過しないので、その透過率を正確に測れないという課題がある。
【０００７】
ところで、本願発明者は、特許文献３において、テラヘルツ光を用いて紙葉類を検査する方法を提案した。すなわち、紙葉類（紙幣、商品券、証券類、免許証、クレジットカードなど）に対し、テラヘルツ領域（電波と赤外の間の領域）の電磁波、すなわちテラヘルツ光を照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を測定することにより、紙葉類の厚さを検出するという発明を提案した。
【０００８】
今回は、テラヘルツ光を用いることにより、紙葉類にインクによる印刷が施されている場合であっても、インクの有無に関係なく、紙葉類の屈折率を検出して、検出した屈折率に基づいて紙葉類の真偽を判定するための方法および装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出し、算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、検査対象である紙葉類の厚みを検知する厚み検知ステップを含み、厚み検知ステップにおいて検知された紙葉類の厚みを用い、前記紙葉類の基材の屈折率を算出することを特徴とする、請求項１記載の紙葉類の真偽判別方法である。
請求項３記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、各偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出した偏光Ｐ波のテラヘルツ反射光および偏光Ｓ波のテラヘルツ反射光の反射光量の比を算出し、前記反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、紙葉類の表面および裏面で反射される各テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、テラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射率の比を算出し、該反射率の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する装置であって、検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射するための送信子と、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信するための受信子と、前記受信子で受信されたテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出する屈折率算出手段と、前記屈折率算出手段で算出された屈折率に基づいて、紙葉類の真偽を判別する判別手段と、含むことを特徴とする紙葉類の真偽判別装置である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記検査対象である紙葉類の厚みを検出するための厚み検出装置をさらに備え、前記紙葉類の屈折率を算出する手段は、前記厚み検出装置で検出された紙葉類の厚み情報に基づいて紙葉類の屈折率を計算することを特徴とする、請求項５記載の紙葉類の真偽判別装置である。
請求項７記載の発明は、前記テラヘルツ光を紙葉類に対して照射する送信子および紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する受信子は、送信・受信対ユニットとなっており、かつ、当該送信・受信対ユニットは、少なくとも２組設けられていて、一方はテラヘルツ光の偏光Ｐ波の送信および受信を行い、他方はテラヘルツ光の偏光Ｓ波の送信および受信を行うことを特徴とする、請求項５または６記載の紙葉類の真偽判別装置である。
【００１４】
請求項８記載の発明は、前記演算手段は、テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射光量の比を算出し、当該反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置である。
請求項９記載の発明は、前記演算手段は、前記テラヘルツ光の偏光Ｐ波と偏光Ｓ波との反射率の比を算出し、当該反射率の比が所定の値の範囲内にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、テラヘルツ光を用い、テラヘルツ光を紙葉類に照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光の反射率または反射光量に基いて紙葉類の屈折率を算出できる。そして、算出した屈折率を予め設定された屈折率と比較することで、紙葉類の真偽判別を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明により紙葉類を検査する原理を示す。
【図２】図２は、テラヘルツ光を利用した紙葉類の真偽判別装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２に示す装置を用いて実際に測定した各種の紙の屈折率と厚さとの関係を示す図である。
【図４】図４は、着色されているＮＩＰ（Non Impact Printer）用紙を測定した結果およびインクジェット用紙を測定した結果を示す表である。
【図５】図５は、ＯＣＲ用紙の周波数特性の測定結果を示す図である。
【図６】図６は、周波数０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光を用い、入射角度４５°で、厚さが１００ミクロンの紙を測定した場合の、振幅反射率と屈折率の関係を示す図である。
【図７】図７は、屈折率が１．５の場合の、紙の厚さ変化から振幅反射率変化を求めた図である。
【図８】図８は、Ｐ波において、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす図であり、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとしたＳ波における振幅対厚さの関係を示す。
【図９】図９は、Ｓ波において、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす図であり、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとしたＰ波における振幅対厚さの関係を示す。
【図１０】図１０は、Ｐ波／Ｓ波の振幅比と、紙の厚さとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０から屈折率と振幅比との関係を求めた図である。
【図１２】図１２は、図２に示す真偽判別装置の演算判別処理部２８のメモリに予め登録されている判別対象物の厚み情報および屈折率情報の例示内容を示す図である。
【図１３】図１３は、図２に示す真偽判別装置の判別動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下には、この発明の実施形態について具体的に説明をする。
＜発明の原理・概要＞
（１）この発明の検査対象は紙葉類（紙幣、有価証券、証拠証券その他の紙類、免許証、クレジットカードその他のカード類など）である。この発明は、これら紙葉類自体の屈折率を検出して、紙葉類の真偽を判定するものである。
（２）検査にはテラヘルツ光を用いる。
【００１８】
（ａ）この明細書で、テラヘルツ光とは、波長が２５μｍ〜１０ｍｍ（＝周波数が１２ＴＨｚ〜３０ＧＨｚ）の周波数帯域の電磁波のことをいう。テラヘルツ光は、テラヘルツ波、テラヘルツ電磁波などとも称されることがあるが、この明細書では、テラヘルツ光と称する。
（ｂ）使用するテラヘルツ光の波長は、検査対象である紙葉類の厚さと相関する。紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を用いる。好ましくは、テラヘルツ光の波長は０．３〜２ｍｍ、換言すれば、周波数が０．１５〜１．０ＴＨｚのものを用いる。検査の感度が良いからである。
【００１９】
（ｃ）使用するテラヘルツ光は、連続波（ＣＷ：Continuous Wave）であって、単一周波数のコヒーレント光が好ましい。
（３）図１に、この発明により紙葉類を検査する原理を示す。
テラヘルツ光放射素子（送信子）１１は、０．１５〜１．０ＴＨｚの周波数のテラヘルツ光１２を照射することができる。このテラヘルツ光１２は、検査対象である紙葉類１４の一面１４１へ照射される。テラヘルツ光１２の入射角度は、紙葉類１４の一面１４１に対して角度φ１（０≦φ１＜（π／２）（単位はラジアン））である。もし、垂直入射の場合には、φ１＝０となる。
【００２０】
テラヘルツ光１２は、乾性の物質を透過し易い性質を有するので、紙葉類１４を透過し易く、紙葉類１４内での吸収による影響を受けにくい。また、紙葉類１４にインクによる印刷が施されている場合であっても、インクによる影響を受けにくい。
かかる性質のテラヘルツ光１２は、その一部が紙葉類１４の一面１４１で反射されてテラヘルツ反射光１２１となる一方、その一部１２２は紙葉類１４内へ進入する。そして進入したテラヘルツ光１２２の一部は紙葉類１４の他面１４２で反射され、テラヘルツ反射光１２３は紙葉類１４内を戻り、一面１４１から外部へテラヘルツ反射光１２４として出力される。
【００２１】
紙葉類１４内へ進入したテラヘルツ光１２２の一部は、紙葉類１４の他面１４２から外側へ透過するテラヘルツ透過光１２５となる。
さらに、紙葉類１４内を戻るテラヘルツ反射光１２３の一部は、紙葉類１４の一面１４１で再反射され、反射光１２６となって紙葉類１４内を進み、その一部は紙葉類１４の他面１４２で再反射されて反射光１２７となり、紙葉類１４の一面１４１から外部へテラヘルツ反射光１２８として出力される。さらに、反射光１２６の一部は紙葉類１４の他面１４２から外側へ出力されるテラヘルツ透過光１２９となる。
【００２２】
このように、紙葉類１４へ入射するテラヘルツ光１２は、紙葉類１４の一面１４１および他面１４２で多重反射され、一面１４１側から少なくともテラヘルツ反射光１２１および１２４が出力される。これら２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４はテラヘルツ光検出素子（受光子）１６で検出される。
テラヘルツ光検出素子１６で検出されるテラヘルツ反射光には、上述した通り、紙葉類１４の一面（表面）１４１で反射された第１反射光１２１および他面（裏面）１４２で反射された第２反射光１２４の２種類が含まれている。これら２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４は、紙葉類１４内を厚さｄ方向に往復したか否かの違いを有し、この違いは２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４の位相差となる。そして、位相差のある２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４は干渉し合うので、その干渉の強さまたは振幅反射率を検知することができる。検知した干渉の強さまたは振幅反射率は、位相差と相関しており、その位相差は紙葉類１４の厚さｄと相関関係があるので、紙葉類１４の厚さを検出することができる。
【００２３】
ところで、テラヘルツ光を用いると、紙葉類１４の厚さｄに依存せずに、紙葉類１４の屈折率を求めることが可能であり、この発明はこれを前提としてなされたものである。
一般に、図１において、紙葉類１４の振幅反射率ｒは、下記の式（１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
このように、紙葉類１４にテラヘルツ光１２を照射した場合の振幅反射率ｒは、上記式（１）〜（７）によって計算することができる。
つまり、紙葉類１４の振幅反射率ｒは、紙葉類の厚さ、屈折率、入射角度、周波数および偏光方向の関数Ｆとして、次のように表わすことができる。
振幅反射率ｒ＝Ｆ（厚さ、屈折率、入射角度、周波数、偏光方向）
ここで、各パラメータを分類すると次のようになる。
【００２６】
測定値：
（ｉ）紙葉類の振幅反射率（反射強度）
未知数：求めたい値
（ｉｉ）紙葉類の厚さ（但し、他の手段を使うことで、同時計測も可
能）
（ｉｉｉ）紙葉類の屈折率（テラヘルツ光の周波数に依存しており、こ
の値が紙葉類の光学特性を示す１つの指標である。）
設定可能値：
（ｉｖ）テラヘルツ光の入射角度
（ｖ）テラヘルツ光の周波数
（ｖｉ）テラヘルツ光の偏光方向；Ｐ波（入射面に平行）、Ｓ波（入射
面に垂直）
従って、未知数としては、（ｉｉ）「紙葉類の厚さ」、および、（ｉｉｉ）「紙葉類の屈折率」の２つの値になる。つまり、同じ対象物（紙葉類）に対し、設定可能な値を変えて最低２つの測定量を得られれば、紙葉類の「厚さ」および「屈折率」を求めることが可能である。
【００２７】
換言すれば、テラヘルツ光の入射角度および周波数を設定して、振幅反射率または反射強度（＝振幅の二乗）を測定すれば、紙葉類の厚さ、屈折率を求めることが可能である。
厚さ、屈折率を求めるには、以下の条件が必要である。
（１）紙に印刷されたインクによる吸収・反射がない。
（２）透過光が検出可能な程度に、光が紙葉類を透過すること。
【００２８】
この条件を満たす光は、表１に示す様に、テラヘルツ光が最適である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
テラヘルツ光（テラヘルツ周波数帯域）においては、紙葉類は［表1］の条件を満たす。よって、本願発明では、テラヘルツ光を有効活用して、紙葉類の屈折率を求め、紙葉類の真偽判別を行える発明が完成された。
＜真偽判別装置の具体例＞
図２は、テラヘルツ光を利用した紙葉類の真偽判別装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００３１】
この装置には、テラヘルツ光センサ１０が備えられている。テラヘルツ光センサ１０には、第１レーザー１１および第２レーザー１２が備えられている。これら第１レーザー１１および第２レーザー１２は、たとえば１．５μｍ帯域の通信用ＤＦＢレーザー（分布帰還型レーザー）で構成することが可能である。第１レーザー１１から出力されるレーザー光（波長λ１）は光ファイバ１３およびファイバカプラ１４を経由し、また、第２レーザー１２から出力されるレーザー光（波長λ２）は光ファイバ１５およびファイバカプラ１４を経由して、ファイバカプラ１４で混合されたレーザー光は、光ファイバ１６および１７を介して第１送信子１８および第２送信子１９へ与えられる。また、バイアス電圧発生源２０で発生されるバイアス電圧が、第１送信子１８および第２送信子１９へ与えられる。
【００３２】
第１送信子１８および第２送信子１９は、たとえばＵＴＣ−ＰＤ（単一走行キャリア−フォトダイオード）で構成することができる。第１送信子１８および第２送信子１９では、与えられるレーザー光の差周波に応じた周波数のテラヘルツ光を生成し、当該テラヘルツ光を照射（出力）する。
すなわち、第１送信子１８および第２送信子１９では、それぞれ、第１レーザー１１のレーザー光の周波数と第２レーザー１２のレーザー光の周波数の差のテラヘルツ領域の周波数を有するテラヘルツ光を照射位置に向けて放射する。照射位置には、紙幣Ｂが搬送されて来る前は、金属の基準板１００が位置されている。この金属基準板１００は、表面が鏡面仕上げされたアルミニウム板、ステンレス板その他の金属板である。金属基準板１００に照射されるテラヘルツ光は、金属基準板１００によりほぼ１００％反射される。
【００３３】
この反射されたテラヘルツ光は、それぞれ、第１送信子１８および第２送信子と対をなして設けられた第１受信子２１および第２受信子２２で受信される。そして受信されたテラヘルツ反射光の信号は第１プリアンプ２５および第２プリアンプ２６へ与えられる。そして、各プリアンプ２５、２６において増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ等を含む演算判定処理部２８へ与えられて、基準受信量（基準反射光量）として記憶される。
【００３４】
次いで、金属基準板１００が退避され、紙幣Ｂが搬送され、第１送信子１８および第２送信子１９では、それぞれ、第１レーザー１１のレーザー光の周波数と第２レーザー１２のレーザー光の周波数の差のテラヘルツ領域の周波数を有するテラヘルツ光を紙葉類Ｂの表面に向けて放射する。放射されたテラヘルツ光は紙葉類Ｂで反射され、それぞれ、第１送信子１８および第２送信子１９と対をなして設けられた第１受信子２１および第２受信子２２で受信される。そして受信されたテラヘルツ反射光の信号は、第１プリアンプ２５および第２プリアンプ２６へ与えられる。そして、各プリアンプ２５、２６において増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ等を含む演算判定処理部２８へ与えられる。
【００３５】
ここに、第１受信子２１および第２受信子２２は、たとえばＳＢＤ（ショットキバリアダイオード）で構成することが可能である。そしてこの場合には、センサの信号は、テラヘルツ光のパワーに比例しているので、振幅反射率を求める場合は、出力信号の平方根を求めればよい。
図２に示す構成において、第１送信子１８および第１受信子２１の対１０ａ、第２送信子１９および第２受信子２２の対１０ｂは、共に、ユニット化されているのが、配置や取り扱いに便利で好ましい。
【００３６】
また、第１送信子１８および第１受信子２１の対１０ａと、第２送信子１９および第２受信子２２の対１０ｂとは、同じ構成を有しているが、両者は、回転角を９０°異ならせて設置されている。
このため、偏光方向を見ると、第１送信子１８からＰ偏光波が放射され、紙葉類Ｂで反射されて第１受信子２１で受信されるテラヘルツ光は、Ｐ偏光のテラヘルツ光である。また、第２送信子１９からＳ偏光波が放射され、紙葉類Ｂで反射されて第２受信子２２で受信されるテラヘルツ光は、Ｓ偏光のテラヘルツ光である。
【００３７】
ここで、テラヘルツ光の周波数について説明しておく。
第１レーザー１１、第２レーザー１２から出力される各レーザー光の波長をそれぞれλ１、λ２とすると、第１送信子１８および第２送信子１９から放射されるテラヘルツ光の周波数ｆは、
ｆ＝ｃ・（λ２−λ１）／λ１・λ２
となる。ここに、ｃは光速である。
【００３８】
図２に示す判別装置には、さらに、紙葉類Ｂの厚みを検出するためのメカ式厚み検出装置３０が備えられている。メカ式厚み検出装置３０は、一対のローラー３１ａ、３１ｂ間に紙葉類Ｂを挟み、ローラー３１ａ、３１ｂの少なくとも一方の変位量をセンサ３２により検出する構成を備えている。センサ３２は、角度センサ、変位センサ等で構成することが可能である。このセンサ３２の検出出力は、演算判定処理部２８へ与えられる。
【００３９】
真偽判別装置には、さらに、操作・表示パネル２９が備えられている。操作・表示パネル２９により、予め設定可能な値を演算判定処理部２８に設定したり、演算判定処理部２８で判定処理された結果を操作・表示部２９に表示させることが可能である。
次に、図２に示す装置を用いて実際に測定した各種の紙の屈折率と厚さとの関係を、図３に示す。図３のグラフは、０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光により、（１）耐水耐油用紙、（２）ＯＣＲ用紙、（３）インクジェット用紙を測定し、得られた屈折率と厚さとの関係を示している。
【００４０】
図３において、各用紙の屈折率は前述の式（７）から求めたものである。
図３から、紙の種類によって屈折率が異なること、言い換えれば屈折率により紙の種類を判別可能であることが理解できる。
図４は、着色されているＮＩＰ（Non Impact Printer）用紙を測定した結果およびインクジェット用紙を測定した結果を示す表である。
【００４１】
可視光で反射率を測定したときには、Ｒ、Ｇ、Ｂごとに、それぞれ用紙の「色情報」を反映した値が得られる。従って、可視光領域で用紙を測定すると、反射率は用紙の色毎に変わり、同一の用紙であるか否かの判別が困難であることがわかる。
一方、テラヘルツ光で測定すると、色情報は反射率に反映されずに、紙の１つの特性値として屈折率を計測することができ、同じ性質を持った紙か否かの判別が可能であることがわかる。
【００４２】
図４において、同じ坪量、厚さで作られているＮＩＰ用紙は、「色」が変わっているにもかかわらず、テラヘルツ光で測定した場合は、屈折率が同一であることがわかる。
これに対して、インクジェット紙は、ＮＩＰ用紙と坪量は同じであるが、厚さが異なり、屈折率も異なっている。
従って、図４の測定結果から、紙質が同一であれば、その紙に付された色情報は屈折率に関与しないことが検証されている。
【００４３】
さらに、図５に、ＯＣＲ用紙の周波数特性の測定結果を示す。図５において、横軸は周波数であり、縦軸は振幅反射率比（反射のＰ波とＳ波との比）を表わしている。
図５から、Ｐ波とＳ波との振幅反射率比は、周波数が変わってもほぼ一定であることが理解できる。
テラヘルツ光を用いて紙葉類を測定する場合において、紙葉類の厚さがわかれば、未知数は屈折率ｎのみの１つとなり、前述した式（１）〜（７)を用いて、逐次代入法により紙葉類の屈折率ｎ２が求まる。
【００４４】
図２に示す装置では、紙葉類の厚さはメカ式厚み検出装置３０により検出されるから、演算判定処理部２８では、上述の式（１）〜（７）を用いて、逐次代入法により紙葉類の屈折率ｎ２を算出することができる。
図６に、周波数０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光を用い、入射角度４５°で、厚さが１００ミクロンの紙を測定した場合の、振幅反射率と屈折率の関係を示す。
【００４５】
図６に示すように、たとえば振幅反射率が０．４のとき、紙の屈折率が１．５であることがわかる。従って、図２に示す装置において振幅反射率を測定することにより、測定した紙（紙葉類）の屈折率を求めることができる。
反対に、屈折率がわかっていれば、紙の厚さを知ることができる。図７には、屈折率が１．５の場合の、紙の厚さ変化から振幅反射率変化を求めた図を示す。
【００４６】
図８、９に、Ｐ波、Ｓ波のそれぞれにおいて、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす。図８、９のグラフでは、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとした。
図８は、Ｓ波における振幅反射率対厚さの関係を示し、図９は、Ｐ波における振幅反射率対厚さの関係を示す。
【００４７】
さらに、図１０に、Ｐ波／Ｓ波の振幅反射率比と、紙の厚さとの関係を示す。図１０を参照すると、特徴的なこととして、各屈折率において紙の厚さに対して屈折率が同一であれば振幅反射率比が大きく変化せず、ほぼ一定であることがわかる。
このことは、この実施形態が判別対象としている紙葉類の厚さは、たとえば８０〜１２０μｍ程度であるから、その場合、屈折率が１．２〜１．８程度の範囲で変化する。よって、屈折率に基づいて、紙葉類の真偽判別が行えることが実証されている。
【００４８】
より具体的に述べると、真偽判別を必要とする紙葉類としては、紙幣、商品券、パスポート等であるが、これらの用紙は上述の範囲内に入るため、屈折率に基づいてこれら紙葉類の真偽を判別することが可能である。
図１１は、図１０から屈折率と振幅反射率比との関係を求めた図である。点線が計算で求めた結果であり、実線が近似式である。
【００４９】
近似式は、
屈折率ｎ＝０．８９＋２．０２×振幅反射率比
の式に基づいて求めた。この式により、紙葉類の屈折率を求めることができる。
この実施例、すなわち図２に示す真偽判別装置によれば、検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する。また、メカ式厚み検出装置３０により検査する紙葉類の厚さを検出する。そしてその結果、紙葉類の屈折率を求めることができる。
【００５０】
検査対象である紙葉類が、予め定められた紙葉類（たとえば紙幣）である場合には、その紙幣の屈折率は既知であり、予め登録されており、登録された屈折率と測定により求められた屈折率とを対比することにより、検査対象である紙幣（紙葉類）の真偽判別を行うことができる。
図１２は、図２に示す真偽判別装置の演算判別処理部２８のメモリに予め登録されている判別対象物の厚み情報および屈折率情報の例示である。判別対象となる紙葉類の厚み情報および屈折率情報は、予め既知であるから、これら情報がメモリに登録されている。
【００５１】
この装置では、テラヘルツ光を用いて、判別対象物である紙葉類の振幅反射率を求め、その振幅反射率に基づいて屈折率を算出する。算出された屈折率が、予め設定されている判別対象物の屈折率と一致するか否かにより、判別対象物である紙葉類の真偽判別を行うことができるものである。
図１３は、図２に示す真偽判別装置の判別動作を説明するためのフローチャートである。
【００５２】
図１３を参照して説明すると、まず、測定対象物に応じて、使用するテラヘルツ光の周波数、測定対象物の厚み情報、屈折率情報が設定登録される（ステップＳ１）。
そして、装置は、テラヘルツ光センサ１０（１０ａ、１０ｂ）により、テラヘルツ光を用いて、測定対象物の振幅反射率検出処理を行う（ステップＳ２）。
振幅反射率検出処理では、まず、照射位置に金属基準板１００が配置される（図２において、金属基準板１００が上方へ変位されて、照射位置に配置される。）。そして、ステップＳ１で設定されたテラヘルツ光を金属基準板１００に照射し、そのテラヘルツ反射光を受信して、基準受信量（基準反射光量）として記憶する（ステップＳ２−１）。次いで、金属基準板１００を退避させる（図２において破線で示されるように、金属基準板１００を下方へ変位させて、退避位置にする。）（ステップＳ２−１）。そして、照射位置に測定対象物である紙葉類Ｂが搬送されてくるので、設定されたテラヘルツ光を紙葉類Ｂに照射し、そのテラヘルツ反射光を受信する（ステップＳ２−３）。
【００５３】
そして、演算判定処理部２８では、
判別に用いる反射光＝（測定対象物（紙葉類Ｂ）の反射光）
÷（金属基準板１００の反射光）
という演算を、ステップＳ−２で行う。
また、メカ式厚み検出装置３０により、測定対象物の厚みが検出される（ステップＳ３）。
【００５４】
そして、メカ式厚み検出装置３０で検出された厚みと、メモリに設定されている検出対象物の予め登録された厚みとが一致するか否かの判別がされる（ステップＳ４）。測定された厚みが、登録されている厚みと異なる場合には、測定対象物は正しい厚みを有していないから、測定対象物は偽であると判定される（ステップＳ８）。
一方、メカ式厚み検出装置３０で検出された厚みと、設定されている厚みとが一致する場合には、演算判定処理部２８において、テラヘルツ光センサ１０で得られた振幅反射率と、検出された厚みとに基づいて、測定対象物の屈折率が算出される（ステップＳ５）。
【００５５】
そして、算出された屈折率が、予め設定されている測定対象物の屈折と対比される（ステップＳ６）。その結果、演算された屈折率が登録された屈折率と異なる場合には、測定対象物は偽であると判別される（ステップＳ８）。
一方、演算された屈折率とメモリに設定されている屈折率とが一致する場合には、測定対象物は真であると判定される（ステップＳ７）。
【００５６】
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１１ テラヘルツ光放射素子（送信子）
１２ テラヘルツ光
１４、Ｂ 紙葉類
１６ テラヘルツ光検出素子（受信子）
１０ テラヘルツ光センサ
１１ 第１レーザー
１２ 第２レーザー
１８ 第１送信子
１９ 第２送信子
２１ 第１受信子
２２ 第２受信子
２８ 演算判定処理部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紙葉類にテラヘルツ光を照射し、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信し、受信した信号から紙葉類の屈折率を求めて、紙葉類の屈折率が所望の屈折率であるか否かにより紙葉類の真偽を判別する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の紙質判別方法が開示されている。
特許文献１に記載の方法では、紙質を判別する際に、判別対象の紙に３７０ｎｍの短波長光、および４２０〜１０００ｎｍの長波長光を照射する。そして、それぞれの照射光について得られる紙の吸光度差に基づいて、紙質を判別する。紙の吸光度は、紙質によって相違するため、繊維の並びに依存する濃淡パターンのように、紙の製造工程の相違による影響を受けることなく、紙質を判別することが可能である。
【０００３】
また、短波長光と長波長光とを併用することにより、湿度などの環境要因や紙の劣化などによる吸光度への影響を抑制することができる。
この結果、特許文献１によれば、安定して紙質を判別することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１５２６０号公報
【特許文献２】特開２００５−９２７１２号公報
【特許文献３】特願２００８−１５５７１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の紙質判別方法は、安定して紙質を判別することが可能である反面、紙にインクによる印刷が施されている場合には、その印刷色によっては、光が吸収されてしまい、反射率が紙質に依存しなくなって、紙質の判別を正確にできないという課題がある。たとえば、紙にインクによる印刷が施されている場合において、その印刷部に青色〜近赤外光を照射した場合には、印刷部のインクによって光が吸収されてしまい、反射率が変化するという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２には、青色発光ダイオードを用いて紙質による光の透過率の相違を測定し、紙幣の真偽判定を行える旨の内容が記載されている。しかしながら、この先行技術の場合も、紙幣に青色系のインクで印刷が施されている場合には、青色発光ダイオードで照射される光はインクにより反射または吸収されて透過しないので、その透過率を正確に測れないという課題がある。
【０００７】
ところで、本願発明者は、特許文献３において、テラヘルツ光を用いて紙葉類を検査する方法を提案した。すなわち、紙葉類（紙幣、商品券、証券類、免許証、クレジットカードなど）に対し、テラヘルツ領域（電波と赤外の間の領域）の電磁波、すなわちテラヘルツ光を照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を測定することにより、紙葉類の厚さを検出するという発明を提案した。
【０００８】
今回は、テラヘルツ光を用いることにより、紙葉類にインクによる印刷が施されている場合であっても、インクの有無に関係なく、紙葉類の屈折率を検出して、検出した屈折率に基づいて紙葉類の真偽を判定するための方法および装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出し、算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、検査対象である紙葉類の厚みを検知する厚み検知ステップを含み、厚み検知ステップにおいて検知された紙葉類の厚みを用い、前記紙葉類の基材の屈折率を算出することを特徴とする、請求項１記載の紙葉類の真偽判別方法である。
請求項３記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、各偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出した偏光Ｐ波のテラヘルツ反射光および偏光Ｓ波のテラヘルツ反射光の反射光量の比を算出し、前記反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、紙葉類の表面および裏面で反射される各テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、テラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射率の比を算出し、該反射率の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する装置であって、検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射するための送信子と、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信するための受信子と、前記受信子で受信されたテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出する屈折率算出手段と、前記屈折率算出手段で算出された屈折率に基づいて、紙葉類の真偽を判別する判別手段と、含むことを特徴とする紙葉類の真偽判別装置である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記検査対象である紙葉類の厚みを検出するための厚み検出装置をさらに備え、前記紙葉類の屈折率を算出する手段は、前記厚み検出装置で検出された紙葉類の厚み情報に基づいて紙葉類の屈折率を計算することを特徴とする、請求項５記載の紙葉類の真偽判別装置である。
請求項７記載の発明は、前記テラヘルツ光を紙葉類に対して照射する送信子および紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する受信子は、送信・受信対ユニットとなっており、かつ、当該送信・受信対ユニットは、少なくとも２組設けられていて、一方はテラヘルツ光の偏光Ｐ波の送信および受信を行い、他方はテラヘルツ光の偏光Ｓ波の送信および受信を行うことを特徴とする、請求項５または６記載の紙葉類の真偽判別装置である。
【００１４】
請求項８記載の発明は、前記演算手段は、テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射光量の比を算出し、当該反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置である。
請求項９記載の発明は、前記演算手段は、前記テラヘルツ光の偏光Ｐ波と偏光Ｓ波との反射率の比を算出し、当該反射率の比が所定の値の範囲内にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、テラヘルツ光を用い、テラヘルツ光を紙葉類に照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光の反射率または反射光量に基いて紙葉類の屈折率を算出できる。そして、算出した屈折率を予め設定された屈折率と比較することで、紙葉類の真偽判別を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明により紙葉類を検査する原理を示す。
【図２】図２は、テラヘルツ光を利用した紙葉類の真偽判別装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２に示す装置を用いて実際に測定した各種の紙の屈折率と厚さとの関係を示す図である。
【図４】図４は、着色されているＮＩＰ（Non Impact Printer）用紙を測定した結果およびインクジェット用紙を測定した結果を示す表である。
【図５】図５は、ＯＣＲ用紙の周波数特性の測定結果を示す図である。
【図６】図６は、周波数０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光を用い、入射角度４５°で、厚さが１００ミクロンの紙を測定した場合の、振幅反射率と屈折率の関係を示す図である。
【図７】図７は、屈折率が１．５の場合の、紙の厚さ変化から振幅反射率変化を求めた図である。
【図８】図８は、Ｐ波において、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす図であり、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとしたＳ波における振幅対厚さの関係を示す。
【図９】図９は、Ｓ波において、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす図であり、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとしたＰ波における振幅対厚さの関係を示す。
【図１０】図１０は、Ｐ波／Ｓ波の振幅比と、紙の厚さとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０から屈折率と振幅比との関係を求めた図である。
【図１２】図１２は、図２に示す真偽判別装置の演算判別処理部２８のメモリに予め登録されている判別対象物の厚み情報および屈折率情報の例示内容を示す図である。
【図１３】図１３は、図２に示す真偽判別装置の判別動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下には、この発明の実施形態について具体的に説明をする。
＜発明の原理・概要＞
（１）この発明の検査対象は紙葉類（紙幣、有価証券、証拠証券その他の紙類、免許証、クレジットカードその他のカード類など）である。この発明は、これら紙葉類自体の屈折率を検出して、紙葉類の真偽を判定するものである。
（２）検査にはテラヘルツ光を用いる。
【００１８】
（ａ）この明細書で、テラヘルツ光とは、波長が２５μｍ〜１０ｍｍ（＝周波数が１２ＴＨｚ〜３０ＧＨｚ）の周波数帯域の電磁波のことをいう。テラヘルツ光は、テラヘルツ波、テラヘルツ電磁波などとも称されることがあるが、この明細書では、テラヘルツ光と称する。
（ｂ）使用するテラヘルツ光の波長は、検査対象である紙葉類の厚さと相関する。紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を用いる。好ましくは、テラヘルツ光の波長は０．３〜２ｍｍ、換言すれば、周波数が０．１５〜１．０ＴＨｚのものを用いる。検査の感度が良いからである。
【００１９】
（ｃ）使用するテラヘルツ光は、連続波（ＣＷ：Continuous Wave）であって、単一周波数のコヒーレント光が好ましい。
（３）図１に、この発明により紙葉類を検査する原理を示す。
テラヘルツ光放射素子（送信子）１１は、０．１５〜１．０ＴＨｚの周波数のテラヘルツ光１２を照射することができる。このテラヘルツ光１２は、検査対象である紙葉類１４の一面１４１へ照射される。テラヘルツ光１２の入射角度は、紙葉類１４の一面１４１に対して角度φ１（０≦φ１＜（π／２）（単位はラジアン））である。もし、垂直入射の場合には、φ１＝０となる。
【００２０】
テラヘルツ光１２は、乾性の物質を透過し易い性質を有するので、紙葉類１４を透過し易く、紙葉類１４内での吸収による影響を受けにくい。また、紙葉類１４にインクによる印刷が施されている場合であっても、インクによる影響を受けにくい。
かかる性質のテラヘルツ光１２は、その一部が紙葉類１４の一面１４１で反射されてテラヘルツ反射光１２１となる一方、その一部１２２は紙葉類１４内へ進入する。そして進入したテラヘルツ光１２２の一部は紙葉類１４の他面１４２で反射され、テラヘルツ反射光１２３は紙葉類１４内を戻り、一面１４１から外部へテラヘルツ反射光１２４として出力される。
【００２１】
紙葉類１４内へ進入したテラヘルツ光１２２の一部は、紙葉類１４の他面１４２から外側へ透過するテラヘルツ透過光１２５となる。
さらに、紙葉類１４内を戻るテラヘルツ反射光１２３の一部は、紙葉類１４の一面１４１で再反射され、反射光１２６となって紙葉類１４内を進み、その一部は紙葉類１４の他面１４２で再反射されて反射光１２７となり、紙葉類１４の一面１４１から外部へテラヘルツ反射光１２８として出力される。さらに、反射光１２６の一部は紙葉類１４の他面１４２から外側へ出力されるテラヘルツ透過光１２９となる。
【００２２】
このように、紙葉類１４へ入射するテラヘルツ光１２は、紙葉類１４の一面１４１および他面１４２で多重反射され、一面１４１側から少なくともテラヘルツ反射光１２１および１２４が出力される。これら２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４はテラヘルツ光検出素子（受光子）１６で検出される。
テラヘルツ光検出素子１６で検出されるテラヘルツ反射光には、上述した通り、紙葉類１４の一面（表面）１４１で反射された第１反射光１２１および他面（裏面）１４２で反射された第２反射光１２４の２種類が含まれている。これら２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４は、紙葉類１４内を厚さｄ方向に往復したか否かの違いを有し、この違いは２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４の位相差となる。そして、位相差のある２種類のテラヘルツ反射光１２１、１２４は干渉し合うので、その干渉の強さまたは振幅反射率を検知することができる。検知した干渉の強さまたは振幅反射率は、位相差と相関しており、その位相差は紙葉類１４の厚さｄと相関関係があるので、紙葉類１４の厚さを検出することができる。
【００２３】
ところで、テラヘルツ光を用いると、紙葉類１４の厚さｄに依存せずに、紙葉類１４の屈折率を求めることが可能であり、この発明はこれを前提としてなされたものである。
一般に、図１において、紙葉類１４の振幅反射率ｒは、下記の式（１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
このように、紙葉類１４にテラヘルツ光１２を照射した場合の振幅反射率ｒは、上記式（１）〜（７）によって計算することができる。
つまり、紙葉類１４の振幅反射率ｒは、紙葉類の厚さ、屈折率、入射角度、周波数および偏光方向の関数Ｆとして、次のように表わすことができる。
振幅反射率ｒ＝Ｆ（厚さ、屈折率、入射角度、周波数、偏光方向）
ここで、各パラメータを分類すると次のようになる。
【００２６】
測定値：
（ｉ）紙葉類の振幅反射率（反射強度）
未知数：求めたい値
（ｉｉ）紙葉類の厚さ（但し、他の手段を使うことで、同時計測も可
能）
（ｉｉｉ）紙葉類の屈折率（テラヘルツ光の周波数に依存しており、こ
の値が紙葉類の光学特性を示す１つの指標である。）
設定可能値：
（ｉｖ）テラヘルツ光の入射角度
（ｖ）テラヘルツ光の周波数
（ｖｉ）テラヘルツ光の偏光方向；Ｐ波（入射面に平行）、Ｓ波（入射
面に垂直）
従って、未知数としては、（ｉｉ）「紙葉類の厚さ」、および、（ｉｉｉ）「紙葉類の屈折率」の２つの値になる。つまり、同じ対象物（紙葉類）に対し、設定可能な値を変えて最低２つの測定量を得られれば、紙葉類の「厚さ」および「屈折率」を求めることが可能である。
【００２７】
換言すれば、テラヘルツ光の入射角度および周波数を設定して、振幅反射率または反射強度（＝振幅の二乗）を測定すれば、紙葉類の厚さ、屈折率を求めることが可能である。
厚さ、屈折率を求めるには、以下の条件が必要である。
（１）紙に印刷されたインクによる吸収・反射がない。
（２）透過光が検出可能な程度に、光が紙葉類を透過すること。
【００２８】
この条件を満たす光は、表１に示す様に、テラヘルツ光が最適である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
テラヘルツ光（テラヘルツ周波数帯域）においては、紙葉類は［表1］の条件を満たす。よって、本願発明では、テラヘルツ光を有効活用して、紙葉類の屈折率を求め、紙葉類の真偽判別を行える発明が完成された。
＜真偽判別装置の具体例＞
図２は、テラヘルツ光を利用した紙葉類の真偽判別装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００３１】
この装置には、テラヘルツ光センサ１０が備えられている。テラヘルツ光センサ１０には、第１レーザー１１および第２レーザー１２が備えられている。これら第１レーザー１１および第２レーザー１２は、たとえば１．５μｍ帯域の通信用ＤＦＢレーザー（分布帰還型レーザー）で構成することが可能である。第１レーザー１１から出力されるレーザー光（波長λ１）は光ファイバ１３およびファイバカプラ１４を経由し、また、第２レーザー１２から出力されるレーザー光（波長λ２）は光ファイバ１５およびファイバカプラ１４を経由して、ファイバカプラ１４で混合されたレーザー光は、光ファイバ１６および１７を介して第１送信子１８および第２送信子１９へ与えられる。また、バイアス電圧発生源２０で発生されるバイアス電圧が、第１送信子１８および第２送信子１９へ与えられる。
【００３２】
第１送信子１８および第２送信子１９は、たとえばＵＴＣ−ＰＤ（単一走行キャリア−フォトダイオード）で構成することができる。第１送信子１８および第２送信子１９では、与えられるレーザー光の差周波に応じた周波数のテラヘルツ光を生成し、当該テラヘルツ光を照射（出力）する。
すなわち、第１送信子１８および第２送信子１９では、それぞれ、第１レーザー１１のレーザー光の周波数と第２レーザー１２のレーザー光の周波数の差のテラヘルツ領域の周波数を有するテラヘルツ光を照射位置に向けて放射する。照射位置には、紙幣Ｂが搬送されて来る前は、金属の基準板１００が位置されている。この金属基準板１００は、表面が鏡面仕上げされたアルミニウム板、ステンレス板その他の金属板である。金属基準板１００に照射されるテラヘルツ光は、金属基準板１００によりほぼ１００％反射される。
【００３３】
この反射されたテラヘルツ光は、それぞれ、第１送信子１８および第２送信子と対をなして設けられた第１受信子２１および第２受信子２２で受信される。そして受信されたテラヘルツ反射光の信号は第１プリアンプ２５および第２プリアンプ２６へ与えられる。そして、各プリアンプ２５、２６において増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ等を含む演算判定処理部２８へ与えられて、基準受信量（基準反射光量）として記憶される。
【００３４】
次いで、金属基準板１００が退避され、紙幣Ｂが搬送され、第１送信子１８および第２送信子１９では、それぞれ、第１レーザー１１のレーザー光の周波数と第２レーザー１２のレーザー光の周波数の差のテラヘルツ領域の周波数を有するテラヘルツ光を紙葉類Ｂの表面に向けて放射する。放射されたテラヘルツ光は紙葉類Ｂで反射され、それぞれ、第１送信子１８および第２送信子１９と対をなして設けられた第１受信子２１および第２受信子２２で受信される。そして受信されたテラヘルツ反射光の信号は、第１プリアンプ２５および第２プリアンプ２６へ与えられる。そして、各プリアンプ２５、２６において増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ等を含む演算判定処理部２８へ与えられる。
【００３５】
ここに、第１受信子２１および第２受信子２２は、たとえばＳＢＤ（ショットキバリアダイオード）で構成することが可能である。そしてこの場合には、センサの信号は、テラヘルツ光のパワーに比例しているので、振幅反射率を求める場合は、出力信号の平方根を求めればよい。
図２に示す構成において、第１送信子１８および第１受信子２１の対１０ａ、第２送信子１９および第２受信子２２の対１０ｂは、共に、ユニット化されているのが、配置や取り扱いに便利で好ましい。
【００３６】
また、第１送信子１８および第１受信子２１の対１０ａと、第２送信子１９および第２受信子２２の対１０ｂとは、同じ構成を有しているが、両者は、回転角を９０°異ならせて設置されている。
このため、偏光方向を見ると、第１送信子１８からＰ偏光波が放射され、紙葉類Ｂで反射されて第１受信子２１で受信されるテラヘルツ光は、Ｐ偏光のテラヘルツ光である。また、第２送信子１９からＳ偏光波が放射され、紙葉類Ｂで反射されて第２受信子２２で受信されるテラヘルツ光は、Ｓ偏光のテラヘルツ光である。
【００３７】
ここで、テラヘルツ光の周波数について説明しておく。
第１レーザー１１、第２レーザー１２から出力される各レーザー光の波長をそれぞれλ１、λ２とすると、第１送信子１８および第２送信子１９から放射されるテラヘルツ光の周波数ｆは、
ｆ＝ｃ・（λ２−λ１）／λ１・λ２
となる。ここに、ｃは光速である。
【００３８】
図２に示す判別装置には、さらに、紙葉類Ｂの厚みを検出するためのメカ式厚み検出装置３０が備えられている。メカ式厚み検出装置３０は、一対のローラー３１ａ、３１ｂ間に紙葉類Ｂを挟み、ローラー３１ａ、３１ｂの少なくとも一方の変位量をセンサ３２により検出する構成を備えている。センサ３２は、角度センサ、変位センサ等で構成することが可能である。このセンサ３２の検出出力は、演算判定処理部２８へ与えられる。
【００３９】
真偽判別装置には、さらに、操作・表示パネル２９が備えられている。操作・表示パネル２９により、予め設定可能な値を演算判定処理部２８に設定したり、演算判定処理部２８で判定処理された結果を操作・表示部２９に表示させることが可能である。
次に、図２に示す装置を用いて実際に測定した各種の紙の屈折率と厚さとの関係を、図３に示す。図３のグラフは、０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光により、（１）耐水耐油用紙、（２）ＯＣＲ用紙、（３）インクジェット用紙を測定し、得られた屈折率と厚さとの関係を示している。
【００４０】
図３において、各用紙の屈折率は前述の式（７）から求めたものである。
図３から、紙の種類によって屈折率が異なること、言い換えれば屈折率により紙の種類を判別可能であることが理解できる。
図４は、着色されているＮＩＰ（Non Impact Printer）用紙を測定した結果およびインクジェット用紙を測定した結果を示す表である。
【００４１】
可視光で反射率を測定したときには、Ｒ、Ｇ、Ｂごとに、それぞれ用紙の「色情報」を反映した値が得られる。従って、可視光領域で用紙を測定すると、反射率は用紙の色毎に変わり、同一の用紙であるか否かの判別が困難であることがわかる。
一方、テラヘルツ光で測定すると、色情報は反射率に反映されずに、紙の１つの特性値として屈折率を計測することができ、同じ性質を持った紙か否かの判別が可能であることがわかる。
【００４２】
図４において、同じ坪量、厚さで作られているＮＩＰ用紙は、「色」が変わっているにもかかわらず、テラヘルツ光で測定した場合は、屈折率が同一であることがわかる。
これに対して、インクジェット紙は、ＮＩＰ用紙と坪量は同じであるが、厚さが異なり、屈折率も異なっている。
従って、図４の測定結果から、紙質が同一であれば、その紙に付された色情報は屈折率に関与しないことが検証されている。
【００４３】
さらに、図５に、ＯＣＲ用紙の周波数特性の測定結果を示す。図５において、横軸は周波数であり、縦軸は振幅反射率比（反射のＰ波とＳ波との比）を表わしている。
図５から、Ｐ波とＳ波との振幅反射率比は、周波数が変わってもほぼ一定であることが理解できる。
テラヘルツ光を用いて紙葉類を測定する場合において、紙葉類の厚さがわかれば、未知数は屈折率ｎのみの１つとなり、前述した式（１）〜（７)を用いて、逐次代入法により紙葉類の屈折率ｎ２が求まる。
【００４４】
図２に示す装置では、紙葉類の厚さはメカ式厚み検出装置３０により検出されるから、演算判定処理部２８では、上述の式（１）〜（７）を用いて、逐次代入法により紙葉類の屈折率ｎ２を算出することができる。
図６に、周波数０．２５ＴＨｚのテラヘルツ光を用い、入射角度４５°で、厚さが１００ミクロンの紙を測定した場合の、振幅反射率と屈折率の関係を示す。
【００４５】
図６に示すように、たとえば振幅反射率が０．４のとき、紙の屈折率が１．５であることがわかる。従って、図２に示す装置において振幅反射率を測定することにより、測定した紙（紙葉類）の屈折率を求めることができる。
反対に、屈折率がわかっていれば、紙の厚さを知ることができる。図７には、屈折率が１．５の場合の、紙の厚さ変化から振幅反射率変化を求めた図を示す。
【００４６】
図８、９に、Ｐ波、Ｓ波のそれぞれにおいて、屈折率ｎ＝一定としたときの振幅反射率と紙の厚さとの関係を表わす。図８、９のグラフでは、測定に用いたテラヘルツ光は、入射角度４５°で照射し、周波数は０．２５ＴＨｚとした。
図８は、Ｓ波における振幅反射率対厚さの関係を示し、図９は、Ｐ波における振幅反射率対厚さの関係を示す。
【００４７】
さらに、図１０に、Ｐ波／Ｓ波の振幅反射率比と、紙の厚さとの関係を示す。図１０を参照すると、特徴的なこととして、各屈折率において紙の厚さに対して屈折率が同一であれば振幅反射率比が大きく変化せず、ほぼ一定であることがわかる。
このことは、この実施形態が判別対象としている紙葉類の厚さは、たとえば８０〜１２０μｍ程度であるから、その場合、屈折率が１．２〜１．８程度の範囲で変化する。よって、屈折率に基づいて、紙葉類の真偽判別が行えることが実証されている。
【００４８】
より具体的に述べると、真偽判別を必要とする紙葉類としては、紙幣、商品券、パスポート等であるが、これらの用紙は上述の範囲内に入るため、屈折率に基づいてこれら紙葉類の真偽を判別することが可能である。
図１１は、図１０から屈折率と振幅反射率比との関係を求めた図である。点線が計算で求めた結果であり、実線が近似式である。
【００４９】
近似式は、
屈折率ｎ＝０．８９＋２．０２×振幅反射率比
の式に基づいて求めた。この式により、紙葉類の屈折率を求めることができる。
この実施例、すなわち図２に示す真偽判別装置によれば、検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に照射し、紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する。また、メカ式厚み検出装置３０により検査する紙葉類の厚さを検出する。そしてその結果、紙葉類の屈折率を求めることができる。
【００５０】
検査対象である紙葉類が、予め定められた紙葉類（たとえば紙幣）である場合には、その紙幣の屈折率は既知であり、予め登録されており、登録された屈折率と測定により求められた屈折率とを対比することにより、検査対象である紙幣（紙葉類）の真偽判別を行うことができる。
図１２は、図２に示す真偽判別装置の演算判別処理部２８のメモリに予め登録されている判別対象物の厚み情報および屈折率情報の例示である。判別対象となる紙葉類の厚み情報および屈折率情報は、予め既知であるから、これら情報がメモリに登録されている。
【００５１】
この装置では、テラヘルツ光を用いて、判別対象物である紙葉類の振幅反射率を求め、その振幅反射率に基づいて屈折率を算出する。算出された屈折率が、予め設定されている判別対象物の屈折率と一致するか否かにより、判別対象物である紙葉類の真偽判別を行うことができるものである。
図１３は、図２に示す真偽判別装置の判別動作を説明するためのフローチャートである。
【００５２】
図１３を参照して説明すると、まず、測定対象物に応じて、使用するテラヘルツ光の周波数、測定対象物の厚み情報、屈折率情報が設定登録される（ステップＳ１）。
そして、装置は、テラヘルツ光センサ１０（１０ａ、１０ｂ）により、テラヘルツ光を用いて、測定対象物の振幅反射率検出処理を行う（ステップＳ２）。
振幅反射率検出処理では、まず、照射位置に金属基準板１００が配置される（図２において、金属基準板１００が上方へ変位されて、照射位置に配置される。）。そして、ステップＳ１で設定されたテラヘルツ光を金属基準板１００に照射し、そのテラヘルツ反射光を受信して、基準受信量（基準反射光量）として記憶する（ステップＳ２−１）。次いで、金属基準板１００を退避させる（図２において破線で示されるように、金属基準板１００を下方へ変位させて、退避位置にする。）（ステップＳ２−１）。そして、照射位置に測定対象物である紙葉類Ｂが搬送されてくるので、設定されたテラヘルツ光を紙葉類Ｂに照射し、そのテラヘルツ反射光を受信する（ステップＳ２−３）。
【００５３】
そして、演算判定処理部２８では、
判別に用いる反射光＝（測定対象物（紙葉類Ｂ）の反射光）
÷（金属基準板１００の反射光）
という演算を、ステップＳ−２で行う。
また、メカ式厚み検出装置３０により、測定対象物の厚みが検出される（ステップＳ３）。
【００５４】
そして、メカ式厚み検出装置３０で検出された厚みと、メモリに設定されている検出対象物の予め登録された厚みとが一致するか否かの判別がされる（ステップＳ４）。測定された厚みが、登録されている厚みと異なる場合には、測定対象物は正しい厚みを有していないから、測定対象物は偽であると判定される（ステップＳ８）。
一方、メカ式厚み検出装置３０で検出された厚みと、設定されている厚みとが一致する場合には、演算判定処理部２８において、テラヘルツ光センサ１０で得られた振幅反射率と、検出された厚みとに基づいて、測定対象物の屈折率が算出される（ステップＳ５）。
【００５５】
そして、算出された屈折率が、予め設定されている測定対象物の屈折と対比される（ステップＳ６）。その結果、演算された屈折率が登録された屈折率と異なる場合には、測定対象物は偽であると判別される（ステップＳ８）。
一方、演算された屈折率とメモリに設定されている屈折率とが一致する場合には、測定対象物は真であると判定される（ステップＳ７）。
【００５６】
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１１ テラヘルツ光放射素子（送信子）
１２ テラヘルツ光
１４、Ｂ 紙葉類
１６ テラヘルツ光検出素子（受信子）
１０ テラヘルツ光センサ
１１ 第１レーザー
１２ 第２レーザー
１８ 第１送信子
１９ 第２送信子
２１ 第１受信子
２２ 第２受信子
２８ 演算判定処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、
紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、
検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出し、
算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項２】
検査対象である紙葉類の厚みを検知する厚み検知ステップを含み、
厚み検知ステップにおいて検知された紙葉類の厚みを用い、前記紙葉類の基材の屈折率を算出することを特徴とする、請求項１記載の紙葉類の真偽判別方法。
【請求項３】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、
各偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出した偏光Ｐ波のテラヘルツ反射光および偏光Ｓ波のテラヘルツ反射光の反射光量の比を算出し、
前記反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項４】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、
紙葉類の表面および裏面で反射される各テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、テラヘルツ反射光を検出し、
検出したテラヘルツ反射光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射率の比を算出し、
該反射率の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項５】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する装置であって、
検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射するための送信子と、
紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信するための受信子と、
前記受信子で受信されたテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出する屈折率算出手段と、
前記屈折率算出手段で算出された屈折率に基づいて、紙葉類の真偽を判別する判別手段と、
を含むことを特徴とする紙葉類の真偽判別装置。
【請求項６】
前記検査対象である紙葉類の厚みを検出するための厚み検出装置をさらに備え、
前記紙葉類の屈折率を算出する手段は、前記厚み検出装置で検出された紙葉類の厚み情報に基づいて紙葉類の屈折率を計算することを特徴とする、請求項５記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項７】
前記テラヘルツ光を紙葉類に対して照射する送信子および紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する受信子は、送信・受信対ユニットとなっており、かつ、当該送信・受信対ユニットは、少なくとも２組設けられていて、一方はテラヘルツ光の偏光Ｐ波の送信および受信を行い、他方はテラヘルツ光の偏光Ｓ波の送信および受信を行うことを特徴とする、請求項５または６記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項８】
前記演算手段は、テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射光量の比を算出し、
当該反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項９】
前記演算手段は、前記テラヘルツ光の偏光Ｐ波と偏光Ｓ波との反射率の比を算出し、
当該反射率の比が所定の値の範囲内にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項１】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、
紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、
検出したテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出し、
算出した屈折率が所定の屈折率であるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項２】
検査対象である紙葉類の厚みを検知する厚み検知ステップを含み、
厚み検知ステップにおいて検知された紙葉類の厚みを用い、前記紙葉類の基材の屈折率を算出することを特徴とする、請求項１記載の紙葉類の真偽判別方法。
【請求項３】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さの数分の１〜数倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、
各偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出した偏光Ｐ波のテラヘルツ反射光および偏光Ｓ波のテラヘルツ反射光の反射光量の比を算出し、
前記反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項４】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する方法であって、
検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を偏光Ｐ波および偏光Ｓ波に制限し、偏光Ｐ波および偏光Ｓ波をそれぞれ紙葉類に対して照射し、
紙葉類の表面および裏面で反射される各テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波毎に、テラヘルツ反射光を検出し、
検出したテラヘルツ反射光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射率の比を算出し、
該反射率の比が所定の値の範囲にあるか否かに基づいて、紙葉類の真偽を判別することを特徴とする紙葉類の真偽判別方法。
【請求項５】
テラヘルツ光を用いて紙葉類の真偽を判別する装置であって、
検査対象である紙葉類の厚さ〜その厚さの約２０倍の波長のテラヘルツ光を紙葉類に対して照射するための送信子と、
紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を受信するための受信子と、
前記受信子で受信されたテラヘルツ反射光に基づいて紙葉類の基材の屈折率を算出する屈折率算出手段と、
前記屈折率算出手段で算出された屈折率に基づいて、紙葉類の真偽を判別する判別手段と、
を含むことを特徴とする紙葉類の真偽判別装置。
【請求項６】
前記検査対象である紙葉類の厚みを検出するための厚み検出装置をさらに備え、
前記紙葉類の屈折率を算出する手段は、前記厚み検出装置で検出された紙葉類の厚み情報に基づいて紙葉類の屈折率を計算することを特徴とする、請求項５記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項７】
前記テラヘルツ光を紙葉類に対して照射する送信子および紙葉類で反射されるテラヘルツ反射光を検出する受信子は、送信・受信対ユニットとなっており、かつ、当該送信・受信対ユニットは、少なくとも２組設けられていて、一方はテラヘルツ光の偏光Ｐ波の送信および受信を行い、他方はテラヘルツ光の偏光Ｓ波の送信および受信を行うことを特徴とする、請求項５または６記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項８】
前記演算手段は、テラヘルツ光の偏光Ｐ波および偏光Ｓ波の反射光量の比を算出し、
当該反射光量の比が所定の値の範囲にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置。
【請求項９】
前記演算手段は、前記テラヘルツ光の偏光Ｐ波と偏光Ｓ波との反射率の比を算出し、
当該反射率の比が所定の値の範囲内にあるか否かにより紙葉類の真偽を判別することを特徴とする、請求項７記載の紙葉類の真偽判別装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−３４１７３（Ｐ２０１１−３４１７３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７４９２（Ｐ２００９−１７７４９２）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００１４３２）グローリー株式会社 (1,344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００１４３２）グローリー株式会社 (1,344)
【Ｆターム（参考）】
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