JP5100149B2 - 光ファイバ照明装置およびこれを備えたホログラム検査装置 - Google Patents

Description

この発明は紙葉類、カード等の検査媒体に対して照明光を照射する光ファイバ照明装置、および検査媒体に付されたホログラムを検査するホログラム検査装置に関する。

エンボスホログラムに代表される回折型光学的変化素子（以下、回折型ＯＶＤ）は、表面に光の回折現象を引き起こす加工がされた素子であり、回折パターンにより光の回折・干渉現象に起因する鮮やかな色彩を発光する模様を有している。ホログラムに特定の角度から光を入射させると、正反射光とは別に回折格子のピッチや方向に従って特定の角度に回折光を反射する。ホログラムは、通常の印刷とは異なる光学的な特徴を有しているため、商品券、有価証券等の紙葉類やクレジットカード等のカード類のセキュリティスレッドとして用いられ、真贋を判別する目的として実現化されている。

このような紙葉類やカード類の品質管理を目的として、これら紙葉類、カード類に付されたホログラムを検査する種々の検査装置が提案されている。このような検査装置として、ホログラムに特定の角度から光を当て、回折発光がなされる位置に受光系を配置してホログラムの真贋を判定する装置が知られている。例えば、特許文献１には、測定光を投光する投光系とホログラムの回折パターンにより反射回折された複数の反射回折光をそれぞれ検出する複数個の受光系とを用いて真贋判定を行う検査装置が開示されている。また、例えば、特許文献２には、ホログラムを照明する照明装置として、複数のセルフォック（登録商標）レンズを所定の角度で並べて光を照射する装置が開示されている。

一般に、セルフォックレンズに比較して安価な光ファイバを用いた照明装置は、光ファイバライトガイドを有し、光ファイバの素線が光ファイバライトガイドの出射面に対し、垂直に並べて配設されている。光ファイバライトガイドの一端は、光源側に配置され、光源から発光された光が光ファイバ内を伝い、もう一端の出射面から射出される。
特開２００１−３０７１７３号公報 特開２００２−２２１４９４号公報

ホログラムの反射回折光を検出する場合、ホログラムに特定の角度から光を照射する必要がある。この際、従来の光ファイバライトガイドを用いて特定の角度からホログラムに光を照射する場合、光ファイバライトガイドの出射面はホログラムに対して特定の角度傾けて配置される。この場合、被照射領域において、光ファイバライトガイドの出射面に近い部分では光が強く集中し、出射面に遠い部分では光が弱く拡散する。そのため、検出視野内の光の広がりと光強度が不均一となる。このような照明を用いるホログラム検出装置では、検出視野内全体の情報が安定して得られず、検出精度に悪影響を与える。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、検出領域を安定した広がりおよび光強度で照明することができる光ファイバ照明装置、およびこれを備えたホログラム検査装置を提供することにある。

この発明の態様に係るホログラム検査装置は、回折反射が生じる光の入射角度が異なる複数の回折パターンを有するホログラムを検査するホログラム検査装置であって、光源と、それぞれ複数の素線で形成され前記光源から光を導き出射端から出射する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの出射側端部を支持しているとともに、前記ホログラムが付された検査媒体に平行に対向する出射面を有したガイド部材と、を備え、前記複数の光ファイバの出射側端部は前記ガイド部材の出射面に対し、９０度を含まず、かつ、前記異なる入射角度傾斜して配設され、前記ホログラムに対して互いに異なる複数の入射角度で光を照射する照明装置と、前記複数の光ファイバからの光の照射を制御する制御部と、前記ホログラムの複数の回折パターンからの異なる複数の回折光を撮像する単一の撮像部と、前記撮像部で撮像された複数の画像を画像処理する画像処理部と、前記処理画像からホログラムの欠損、疲弊、真偽判定を行う判定処理部と、を備えている。

上記構成によれば、検出領域を安定した広がりおよび光強度で照明することができる光ファイバ照明装置、およびホログラムを安定して検出可能なホログラム検査装置を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係るホログラム検査装置について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ホログラム検査装置は、検査媒体として、ホログラム１０が付されたカード１２を保持するとともに所定方向Ｂに沿って搬送する支持搬送機構１４、ホログラム１０を含むカード１２の表面、つまり、検査面１２ａに検査用の照明光を照射する光ファイバ照明装置１６、およびホログラムからの回折光を撮像する撮像部２０を備えている。

ホログラム１０は、カード１２に貼付された例えば、円形の金属箔１０ａと、この金属箔に形成された所望形状の回折パターン（回折格子）１０ｂとを有している。回折パターン１０ｂは、所定の格子方向を有している。ホログラム１０は、特定の角度から可視光が照射されると、回折パターン１０ｂに対応した回折光を反射し虹色の特徴パターンを表示する。

検査対象のホログラム１０から回折光が現れる条件は、ホログラムの回折パターン１０ｂの向きとピッチにより決まる。図３に示すように、入射光が、回折パターン１０ｂに直交する方向で最適化した入射角度（仰角）θ１および回転角φ１（搬送方向Ｂと直行する方向Ｙあるいは搬送方向Ｂに対する入射光がなす角度）にてホログラム１０へ照射されると、回折パターン１０ｂから、正反射光が角度θ１で現れ、入射角と正反射光角に挟まれた間で回折光が観測される。

図４（ａ）に示すように、図３の矢印ａ方向から見た場合、入射光が、仰角θ１と回転各φ１とを合成した角度α１にてホログラム１０へ照射されると、回折パターン１０ｂから、正反射光が角度α１で現れ、入射角と正反射光角に挟まれた間で回折光が観測される。同様に、図４（ｂ）に示すように、図３の矢印ｂ方向から見た場合、入射光が、仰角θ１と回転各φ１とを合成した角度β１にてホログラム１０へ照射されると、回折パターン１０ｂから、正反射光が角度β１で現れ、入射角と正反射光角に挟まれた間で回折光が観測される。

支持搬送機構１４は、例えば、複数のローラ２２および図示しないベルト等により構成され、カード１２を弛み無く張った状態で所定位置に保持するとともに、光ファイバ照明装置１６および撮像部２０に対して所定方向Ｂに沿って相対的に搬送する。

図１および図２に示すように、光ファイバ照明装置１６は、光源２４と、複数の素線２６ａの束で形成された光ファイバ２６と、光ファイバの出射側端部を支持したガイド部材としてのライトガイド２８とを備えている。光源２４としては、例えば、蛍光管やハロゲン光源が用いられる。

図１、図２、図５、図６に示すように、光ファイバ２６の基端部は光源２４に光学的に接続され、出射側端部はライトガイド２８に支持されている。光ファイバ２６は、光源２４から出射された光を導き、出射端から出射する。ライトガイド２８は、例えば、アルミニウムにより直方体形状に形成され、平坦な出射面３０を有している。ライトガイド２８は、出射面３０がカード１２の検査面１２ａと平行に対向した状態で、カードの上方に配設されている。

光ファイバ２６の出射端部を支持したライトガイド２８は、カード１２に対して所定の角度位置に配設され、ホログラム１０の回折パターン１０ｂにより回折画像が得られるように最適化した指向性を有する照明光をホログラムに照射する。すなわち、ライトガイド２８は、カード１２に付された回折パターン１０ｂを有するホログラム１０に対して、少なくともひとつ以上の回折パターンが回折光を発光し、その回折光が撮像部２０に入射する角度α１の位置に配置されている。

光ファイバ２６の出射側端部において、光ファイバを構成している複数の素線２６ａはライトガイド２８内に埋め込まれ、その出射端はライトガイドの出射面３０に位置している。複数の素線２６ａは、それぞれ出射面３０に対して、９０度を含まない所定の角度θ１だけ傾斜して位置している。素線２６ａの傾斜角度α１は、検査対象となるホログラム１０から反射回折光を生じる特定の入射角（仰角）θ１と回転角φ１とを合成した角度に一致している。また、複数の素線２６ａは、ライン状に並んで配置され、例えば、カード１２の搬送方向Ｂと直行する方向に沿って一列に並んでいる。

図７に示すように、ライトガイド２８内には、複数のＶ字溝３１が並んで形成され、複数の素線２６ａは、それぞれＶ字溝３１内に係合した状態で、所定の角度位置に位置決めされている。

光ファイバ２６の出射端からカード１２上に照射された照射光は、カード１２の搬送方向Ｂと直行する方向に延びた細長い照射領域Ｅを有している。複数の素線２６ａは、照射領域Ｅがホログラム１０の幅よりも充分広くなるように、充分な数、および充分な長さに並べられている。なお、ライトガイド２８内において、素線２６ａは、一列に限らず、複数列に並べて配置してもよい。

図１に示すように、撮像部２０は、カード１２に対してライトガイド２８と同一面側に設けられ、ホログラム１０からの反射回折光を受光する位置に配設されている。撮像部２０として、例えば、ラインセンサが用いられ、カード１２の搬送方向Ｂと直行する方向に沿って配置され、光ファイバ照明装置１６の照射領域Ｅと対向している。撮像部２０としては、ラインセンサの他、モノクロポイントフォトセンサ、カラーポイントフォトセンサ、モノクロＣＣＤセンサ、カラーＣＣＤセンサ等を用いることができる。

図１および図２に示すように、ホログラム検査装置は、撮像部２０により受光および撮像された検出データを演算処理し特徴を抽出する画像処理部２５、画像処理部で得られた検出画像と判定基準メモリ３２に記憶されている基準データとを比較し、ホログラム１０の真贋およびホログラム１０の損傷、欠損を判別する判別処理回路３４、光源２４を駆動する光源ドライバ３６、および装置全体の動作を制御する制御部４０を備えている。判別処理回路３４は判別処理部として機能する。

次に、以上のように構成されたホログラム検査装置の検査動作について説明する。
図１および図２に示すように、角度α１の入射光に対し垂直方向に回折反射する回折パターン１０ｂを持つホログラム１０が添付されたカード１２は、支持搬送機構１４により搬送方向Ｂに搬送される。光源２４をオンし、ライトガイド２８に設けられた光ファイバ２６の出射端からカード１２上のホログラム１０に向けて照明光を照射する。カード１２上のホログラム１０が照射領域Ｅを通過すると、角度α１に傾けられた光ファイバから一定に照射される光により、ホログラム１０内の回折パターン１０ｂ全域から安定した回折反射光が垂直方向に反射する。ホログラム１０に対する入射光が仰角θ１、回転角φ１の時に回折パターン１０ｂの回折光は最も強度が強く撮像部２０に入射する。ホログラム１０からの回折光は、撮像部２０によって受光される。撮像部２０は、受光した回折光を電気信号に変換し、画像処理部２５へ入力する。

画像処理部２５は、撮像部２０から入力された検出データを演算処理し１次元あるいは２次元の画像として特徴を抽出する。ホログラム１０上の回折パターン１０ｂに欠け、剥がれ等による欠損がある場合、欠損部分からの反射回折光は検出されない。また、ホログラム１０に傷、しわ等による表面状態が劣化する疲弊がある場合は、回折光が無かったり、強度が弱い状態となる。また、当然存在するべき回折パターン１０ｂが存在しない場合、あるいは、異なる回折パターンがあった場合は、まったく回折反射光が無い現象となる。判別処理回路３４は、画像処理部２５から送られた画像データと、判定基準メモリ３２に記憶されている基準データと比較し、ホログラム１０の損傷、欠損、真偽を判別する。

以上のように構成されたホログラム検査装置および光ファイバ照明装置によれば、ライトガイド２８の出射面に対し所定の角度α１となるように光ファイバ２６の素線２６ａをライン状に並べて配置し、また、ライトガイドの出射面を検査媒体の検査面と平行に配置している。これにより、各素線２６ａの出射端と検査面との垂直距離は、全ての素線について一定となる。そのため、検査視野内、つまり、照射領域Ｅにおいて、光ファイバ２６から照射される光の広がりおよび光強度を均一にすることができる。従って、光ファイバ２６から射出される特定の照射角度α１を含む光で、ホログラム１０全体を均一に照射することができる。これにより、ホログラム１０全域から安定した反射回折光を得ることができ、この反射回折光を用いることにより、ホログラムの欠損、疲弊、真偽を高精度でかつ安定して検出することが可能となる。

次に、第２の実施形態に係るホログラム検査装置について説明する。
第１の実施形態では、１種類の回折パターンを有したホログラムを検査する装置について説明したが、第２の実施形態によれば、ホログラム検査装置は、複数種類の回折パターンを有するホログラムを検査可能に構成されている。

図８に示すように、検査媒体に付されたホログラム１０が仰角θ１、回転角φ１で入射する光に回折反射する回折パターン１０ｂ、および仰角θ２、回転角φ２で入射する光に回折反射する回折パターン１０ｃを有している場合、光ファイバ照明装置１６の光ファイバ２６は、それぞれ回折パターン１０ａ、１０ｂに対応して異なる角度α１（θ１とφ１とを合成した角度）、α２（θ２とφ２とを合成した角度）に傾斜して配設された複数の素線を備えている。

すなわち、図９および図１０に示すように、光ファイバ２６の出射側端部において、光ファイバを構成している複数の第１素線２６ａはライトガイド２８内に埋め込まれ、その出射端はライトガイドの出射面３０に位置している。複数の第１素線２６ａは、それぞれ出射面３０に対して、９０度を含まない所定の角度α１だけ傾斜して位置している。第１素線２６ａの傾斜角度α１は、検査対象となるホログラム１０の回折パターン１０ｂから反射回折光を生じる特定の入射角（仰角）θ１と回転角φ１とを合成した角度に一致している。また、複数の素線２６ａは、ライン状に並んで配置され、例えば、カード１２の搬送方向Ｂと直行する方向に沿って一列に並んでいる。

光ファイバ２６の出射側端部において、光ファイバを構成している複数の第２素線２６ｂはライトガイド２８内に埋め込まれ、その出射端はライトガイドの出射面３０に位置している。複数の第２素線２６ｂは、それぞれ出射面３０に対して、９０度を含まない所定の角度α２だけ傾斜して位置している。第２素線２６ｂの傾斜角度α２は、検査対象となるホログラム１０の回折パターン１０ｃから反射回折光を生じる特定の入射角（仰角）θ２と回転角φ２とを合成した角度に一致している。複数の第２素線２６ｂは、ライン状に並んで配置され、例えば、カード１２の搬送方向Ｂと直行する方向に沿って一列に並んでいる。また、出射面３０において、複数の第２素線２６ｂは、第１素線２６ｂと間隔を置いて互いにほぼ平行に並んで設けられている。なお、本実施形態において、光ファイバ２６の基端は、共通の光源２４に接続されている。

ライトガイド２８は、その出射面３０が、検査媒体としてのカード１２の検査面１２ａと平行に対向する位置に配設されている。このように、射出面に対し角度α１、α２となるように光ファイバの第１素線２６ａおよび第２素線２６ｂをライン状に配設し、ライトガイド２８を上記のように配置することにより、ホログラム１０の回折パターン１０ｂ、１０ｃのいずれに対しても安定した反射回折光が得られる。

ホログラムが角度αｎ（ｎ＝１，２，３、・・・）の複数の入射光に各々回折反射する回折パターンｎを持つとき、ライトガイド２８の射出部に、出射面３０に対し角度αｎとなるように各々光ファイバの素線をライン状に複数配設し、ライトガイドの出射面３０がホログラムが設けられた検査面と平行になるように配置することで、ホログラムのそれぞれの回折パターンｎはその全域で安定した回折反射することになる。

図１０に示すように、ライトガイド２８の出射面３０側には、第１素線２６ａの出射端および第２素線２６ｂの出射端を開閉するシャッター機構５０が設けられている。このシャッター機構５０は、第１素線２６ａの出射端を閉塞する位置と、開放する位置との間を摺動自在に出射面３０に設けられた第１シャッター５２ａ、第１シャッターを駆動する駆動部５４ａ、第２素線２６ｂの出射端を閉塞する位置と、開放する位置との間を摺動自在に出射面３０に設けられた第２シャッター５２ｂ、および第２シャッターを駆動する駆動部５４ｂを有している。駆動部５４ａ、５４ｂは、前述した制御部４０によって制御される。シャッター機構５０は、光ファイバを構成する複数の素線の内、いずれかの角度で配置された素線からの光照射のみを許容する照射制御手段を構成している。

すなわち、ホログラム１０がｎ個の回折パターンを持つとき、例えば、ｎ個すべての回折パターンから反射回折光を得る場合、第１および第２シャッター５２ａ、５２ｂはいずれも開放位置に切換えられる。そして、ｎ個の回折パターンに対応する角度αｎのすべての光ファイバ素線、ここでは、２つの回折パターンに対応する第１素線２６ａおよび第２素線２６ｂから光を照射してやればよい。

また、ｎ個の回折パターンの中から特定の回折パターンｍだけから反射回折光を得たい場合は、その特定の回折パターンに対応する特定の角度αｍの光ファイバのみから光を照射してやればよい。この場合、本実施形態では、反射回折光を得たい回折パターンに対応する第１あるいは第２素線のシャッターを開け、他方のシャッターを閉じて光の出射を規制する。

第２の実施形態において、ホログラム検査装置の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
以上のように構成されたホログラム検査装置および光ファイバ照明装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、検査媒体に複数の回折パターンが付されている場合でも、複数の回折パターンに対応する光ファイバを用いることにより、すべての回折パターンについて高精度にかつ安定して欠損、疲弊、真偽を検出することができる。

例えば、２つの回折パターン１０ｂ、１０ｃが存在している場合、図１１に示すように、２つの回折パターンに対応する２つの角度α１、α２の第１素線および第２素線からの照射制御を行う。すなわち、回折パターン１０ｂ用の第１素線２６ａから光を照射する間は、第１シャッター５２ａを開放するとともに、第２シャッター５２ｂを閉じて回折パターン１０ｃに対応する第２素線２６ｂから光を照射しない。また、回折パターン１０ｃ用の第２素線２６ｂから光を照射する間は、第２シャッター５２ｂを開放するとともに、第１シャッター５２ａを閉じて回折パターン１０ｂに対応する第１素線２６ａから光を照射しない。このサイクルを細かく繰り返すことよって、それぞれの回折パターン１０ｂ、１０ｃからの反射回折光は、交互に撮像部２０に入射する。それにより、各々の回折パターンについて独立に検査することができる。

上述した第２の実施形態において、光ファイバ２６は、単一の光源２４から光を受ける構成としたが、図１２に示すように、第１素線２６ａからなる光ファイバ２６と第２素線２６ｂからなる光ファイバ２６とをそれぞれ独立した２つの光源に別々に接続する構成としてもよい。

この場合、光源２４ａはドライバ３６ａを介して制御部４０に接続され、光源２４ｂはドライバ３６ｂを介して制御部４０に接続されている。そして、制御部４０によって、光源２４ａ、２４ｂのオン／オフ切換えを制御することにより、所望の光ファイバから選択的に光を照射する照射制御としてもよい。例えば、図１１に示したように、制御部４０によって光源２４ａおよび光源２４ｂを交互に点灯・消灯し、このサイクルを細かく繰り返すことよって、回折パターン１０ｂ、１０ｃからの反射回折光を交互に取得することができる。これにより、前述した第２の実施形態と同様に、複数の回折パターンを有したホログラムについて高精度にかつ安定して欠損、疲弊、真偽を検出することができる。
なお、照射制御方法は、上記に限られたものではなく、ｎ個の光ファイバの照射をコントロールできるものであれば良い。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、検査対象となるホログラムが付された検査媒体は、前述したカードに限らず、商品券、有価証券等の紙葉類や他の検査媒体としてもよい。上述した実施形態では、検査媒体と搬送しながらホログラムを検査する構成としたが、これに限らず、所定位置に保持された検査媒体のホログラムを検査する構成としてもよい。また、第２の実施形態においては、２種類の回折パターンを有したホログラムを検査する構成について説明したが、３種類以上の回折パターンを有したホログラムを検査することもできる。この場合、それぞれ各回折パターン特有の仰角に対応して角度傾斜した素線を複数設ければよい。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るホログラム検査装置を示す斜視図。 図２は、上記ホログラム検査装置全体の構成を示すブロック図。 図３は、ホログラムに対する入射光と反射回折光とを示す図。 図４は、ホログラムの回折光と反射光とを示す図。 図５は、前記ホログラム検査装置のライトガイドを示す側面図および照射領域を示す平面図。 図６は、図５の線Ｃ−Ｃに沿った前記ライトガイドの断面図。 図７は、図５の線Ｄ−Ｄに沿った前記ライトガイドの断面図。 図８は、複数の回折パターンを有したホログラムを示す平面図。 図９は、この発明の第２の実施形態に係るホログラム検査装置のライトガイドを示す側面図。 図１０は、上記第２の実施形態に係るホログラム検査装置のライトガイドの出射面側を示す平面図。 図１１は、出射光の照射制御を示すタイミングチャート。 図１２は、この発明の他の実施形態に係る光ファイバ照明装置を示す図。

符号の説明

１０…ホログラム、１０ｂ、１０ｃ…回折パターン、１２…カード、
１２ａ…検査面、１４…支持搬送機構、１６…光ファイバ照明装置、２０…撮像部、
２４、２４ａ、２４ｂ…光源、２６…光ファイバ、２６ａ…素線、２６ｂ…第２素線、
２８…ライトガイド、３０…出射面、２５…画像処理部、３２…判定基準メモリ、
３４…判定処理回路、４０…制御部、５０…シャッター機構、
５２ａ…第１シャッター、５２ｂ…第２シャッター

Claims (8)

1. 回折反射が生じる光の入射角度が異なる複数の回折パターンを有するホログラムを検査するホログラム検査装置であって、
   光源と、それぞれ複数の素線で形成され前記光源から光を導き出射端から出射する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの出射側端部を支持しているとともに、前記ホログラムが付された検査媒体に平行に対向する出射面を有したガイド部材と、を備え、前記複数の光ファイバの出射側端部は前記ガイド部材の出射面に対し、９０度を含まず、かつ、前記異なる入射角度傾斜して配設され、前記ホログラムに対して互いに異なる複数の入射角度で光を照射する照明装置と、
   前記ホログラムの複数の回折パターンからの異なる複数の回折光を撮像する単一の撮像部と、
   前記複数の光ファイバからの光の照射を制御する制御部と、
   前記撮像部で撮像された複数の画像を画像処理する画像処理部と、
   前記処理画像からホログラムの欠損、疲弊、真偽判定を行う判定処理部と、
   を具備するホログラム検査装置。
2. 前記複数の光ファイバの前記複数の素線の出射端は、前記出射面に位置している請求項１に記載のホログラム検査装置。
3. 前記各光ファイバの複数の素線の出射端は、前記出射面においてライン状に並んで設けられている請求項１又は２に記載のホログラム検査装置。
4. 前記複数の光ファイバの内、所望の入射角度の光ファイバからの光照射のみを許容する照射制御手段を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のホログラム検査装置。
5. 前記照射制御手段は、前記複数の光ファイバの各々の出射端を開閉するシャッター機構を備えている請求項４に記載のホログラム検査装置。
6. 前記光源は、前記複数の光ファイバにそれぞれ接続された複数の独立した光源を含み、前記照射制御手段は、前記複数の光源をオン／オフ切換えする制御部を備えている請求項４に記載のホログラム検査装置。
7. 前記撮像部は、ラインイメージセンサを有している請求項１に記載のホログラム検査装置。
8. 前記検査媒体を前記照明装置および撮像部に対して相対的に移動させる搬送機構を備えている請求項１に記載のホログラム検査装置。

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