DE102010035469A1

DE102010035469A1 - Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten

Info

Publication number: DE102010035469A1
Application number: DE102010035469A
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Paul; Dr. Schützmann Jürgen
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten, der einen Magneten zum Magnetisieren eines Wertdokuments aufweist und mindestens ein magnetoresistives Element zum Detektieren von Magnetsignalen des Wertdokuments, wobei das magnetoresistive Element in dem Magnetfeld des Magneten angeordnet ist. Der dem Wertdokument zugewandte magnetische Pol des Magneten weist eine Vertiefung auf. Diese Vertiefung ist derart ausgebildet und das magnetoresistive Element ist relativ zu dem Magneten derart angeordnet ist, dass das Magnetfeld des Magneten am Ort des magnetoresistiven Elements senkrecht zu einer Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements orientiert ist, entlang der das magnetoresistive Element für Magnetfelder empfindlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Wertdokumenten, die den Sensor aufweist.
Zur Prüfung von Wertdokumenten werden üblicherweise Sensoren verwendet, mit denen die Art der Wertdokumente bestimmt wird und/oder mit denen die Wertdokumente auf Echtheit und/oder auf ihren Zustand geprüft werden. Derartige Sensoren werden z. B. zur Prüfung von Banknoten, Schecks, Ausweisen, Kreditkarten, Scheckkarten, Tickets, Gutscheinen und dergleichen verwendet. Die Wertdokumente werden üblicherweise in einer Vorrichtung zur Wertdokumentbearbeitung geprüft, in der, je nach den zu prüfenden Wertdokumenteigenschaften, einer oder mehrere unterschiedliche Sensoren enthalten sind.
Zur Prüfung von magnetischen Eigenschafen eines Wertdokuments werden Magnetsensoren verwendet, die Magnetsignale von magnetischen Materialien des Wertdokuments detektieren, z. B. von Magnetpigmenten, die auf das Wertdokument aufgebracht sind. Manche Magnetsensoren detektieren Magnetsignale, die das Wertdokument ohne Einwirkung eines angelegten Magnetfelds erzeugt. Bei bestimmten magnetischen Materialien werden die Magnetsignale des Wertdokuments jedoch unter Einwirkung eines Magnetfelds detektiert. Zum Nachweis von weichmagnetischem Magnetmaterial des Wertdokuments wird das Wertdokument z. B. einem Magnetfeld ausgesetzt, das das weichmagnetische Magnetmaterial magnetisiert, während es durch den Magnetsensor erfasst wird.
Viele Magnetsensoren weisen Magnetowiderstandselemente auf, durch die die Magnetsignale des Wertdokuments detektiert werden. Diese werden üblicherweise durch ein Magnetfeld, das parallel zu deren Empfindlichkeitsrichtung orientiert ist, magnetisch vorgespannt, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Moderne magnetoresistive Elemente, wie z. B. GMR, AMR-Elemente, ermöglichen eine höhere Ortsauflösung bei der Detektion von Magnetsignalen und benötigen keine magnetische Vorspannung, um eine große Empfindlichkeit entlang ihrer Empfindlichkeitsrichtung zu erreichen. Magnetfelder, die parallel zu deren Empfindlichkeitsrichtung verlaufen, verschieben jedoch den Signaloffset des Ausgangssignals dieser magnetoresistiven Elemente. Wenn ein derartiges Element im Magnetfeld eines Permanentmagneten angeordnet wird, um Magnetsignale zu detektieren, so kann das Magnetfeld des Magneten den Empfindlichkeitsbereich des magnetoresistiven Elements erheblich reduzieren. Bereits übliche Permanentmagnete liefern eine Magnetfeldstärke, die zu einer Sättigung des Ausgangssignals derartiger magnetoresistiver Elemente führen kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Magnetsensor anzugeben, der ein Magnetfeld zum Magnetisieren eines Wertdokuments bereitstellt und Magnetsignale des Wertdokuments, unter Einwirkung des Magnetfelds, in einem verbesserten Empfindlichkeitsbereich detektieren kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die vorliegende Erfindung löst die oben genannte Aufgabe durch eine besondere Form des Magneten und durch eine besondere Anordnung des Magneten relativ zu dem magnetoresistiven Element. Der erfindungsgemäße Sensor weist einen Magneten auf, der ein Magnetfeld zum Magnetisieren eines zu prüfenden Wertdokuments bereitstellt, und mindestens ein magnetoresistives Element zum Detektieren von Magnetsignalen des Wertdokuments. Das magnetoresistive Element ist in dem Magnetfeld des Magneten angeordnet, das zum Magnetisieren des zu prüfenden Wertdokuments verwendet wird. Der Magnet stellt ein Magnetfeld bereit, das im Erfassungsbereich des magnetoresistiven Elements auf das vorbeitransportierte Wertdokument einwirkt, damit die Magnetsignale des Wertdokuments unter Einwirkung des Magnetfelds detektiert werden können. Der Magnet ist derart angeordnet, dass er ein Magnetfeld zum Magnetisieren des Wertdokuments in einer Magnetisierungsrichtung bereitstellt, die im Wesentlichen senkrecht zur Wertdokumentsebene orientiert ist, die das Wertdokument bei dessen Prüfung aufspannt.
Das magnetoresistive Element weist eine Empfindlichkeitsrichtung auf, entlang der es zum Detektieren von Magnetfeldern ausgebildet ist. Die Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements ist im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung orientiert, entlang der das Wertdokument magnetisiert wird, und im Wesentlichen parallel zur Wertdokumentebene. Die Magnetfeldstärke, die der Magnet zum Magnetisieren des Wertdokuments am Ort des zu prüfenden Wertdokuments senkrecht zur Wertdokumentebene bereitstellt, beträgt mindestens 40 kA/m, vorzugsweise mindestens 80 kA/m.
Der Magnet ist ein Permanentmagnet, der zwei einander gegenüber liegende magnetische Pole aufweist, und ist derart angeordnet, dass einer der Pole dem zu prüfenden Wertdokument zugewandt ist und der andere Pol von dem zu prüfenden Wertdokument abgewandt ist. Das magnetoresistive Element ist im Magnetfeld des magnetischen Pols angeordnet, der, bei der Prüfung des Wertdokuments, dem Wertdokument zugewandt ist. Beim Prüfen des Wertdokuments befindet sich das zu prüfende Wertdokument auf der von dem Magneten abgewandten Seite des magnetoresistiven Elements, d. h. das magnetoresistive Element ist zwischen dem Magneten und dem zu prüfenden Wertdokument angeordnet. Vorzugsweise ist das magnetoresistive Element in einem Abstand von höchstens 10 mm zu dem magnetischen Pol des Magneten angeordnet, der dem Wertdokument zugewandt ist. Das Wertdokument wird zu seiner Prüfung so positioniert, dass zumindest ein Teilbereich des Wertdokuments durch das Magnetfeld des Magneten im Wesentlichen senkrecht zur Wertdokumentebene magnetisiert wird. Das magnetoresistive Element detektiert die Magnetsignale dieses Wertdokument-Teilbereichs, während dieser durch das Magnetfeld des Magneten magnetisiert wird.
Derjenige magnetische Pol des Magneten, der dem zu prüfenden Wertdokument zugewandt ist, weist eine Vertiefung auf. Die Vertiefung ist derart ausgebildet, und das magnetoresistive Element ist derart im Magnetfeld des Magneten angeordnet, dass das Magnetfeld des Magneten am Ort des magnetoresistiven Elements senkrecht zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements orientiert ist. Die Vertiefung ist insbesondere als konkave Wölbung in dem magnetischen Pol ausgebildet, der dem Wertdokument zugewandt ist. Die Vertiefung kann auch einen eckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann die Vertiefung als Nut in dem magnetischen Pol ausgebildet sein, der dem Wertdokument zugewandt ist. Durch die Vertiefung wird der Verlauf der Magnetfeldlinien so beeinflusst, dass in einem Raumbereich A, der etwas oberhalb des magnetischen Pols liegt und in dem das magnetoresistive Element angeordnet wird, das Magnetfeld durchgehend senkrecht zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements verläuft. Die Magnetfeldkomponente parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements wird durch diese Anordnung erheblich reduziert wird. Das Magnetfeld des Magneten nimmt also am Ort des magnetoresistiven Elements eine Richtung ein, entlang der das magnetoresistive Element für Magnetfelder unempfindlich ist.
Vorzugsweise ist die Vertiefung derart ausgebildet, dass diejenige Magnetfeldkomponente, die das Magnetfeld des Magneten parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements aufweist, in dem Raumbereich A, in dem das magnetoresistive Element enthalten ist, durchgehend eine Magnetfeldstärke aufweist, die kleiner ist als eine Sättigungsmagnetfeldstärke, die das magnetoresistive Element in der Empfindlichkeitsrichtung aufweist. Bevorzugt liegt die Magnetfeldkomponente parallel zur Empfindlichkeitsrichtung dabei bei höchstens 80% der Sättigungsmagnetfeldstärke des magnetoresistiven Elements, besonders bevorzugt bei höchstens 60% seiner Sättigungsmagnetfeldstärke.
Wenn das magnetoresistive Element einem Magnetfeld ausgesetzt werden würde, das entlang der Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements diese Sättigungsmagnetfeldstärke erreicht oder übersteigt, so wurde das Ausgangssignal des magnetoresistiven Elements sättigen. Die Vertiefung ist daher derart ausgebildet, und das magnetoresistive Element derart im Magnetfeld des Magneten angeordnet, dass eine Sättigung des Ausgangssignals des magnetoresistiven Elements vermieden wird. Beispielsweise ist die Vertiefung derart ausgebildet ist, dass eine Magnetfeldkomponente, die das Magnetfeld des Magneten parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements aufweist, in dem Raumbereich A, in dem das magnetoresistive Element enthalten ist, durchgehend eine Magnetfeldstärke von höchstens 10 kA/m aufweist, vorzugsweise von höchstens 5 kA/m, besonders bevorzugt von höchstens 2 kA/m.
Der Raumbereich A ist so groß, dass das magnetoresistive Element in vollem Umfang darin enthalten ist. Damit kann erreicht werden, dass an jedem Ort des magnetoresistiven Elements diejenigen Magnetfeldkomponente des Magnetfelds, die parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements verläuft, erheblich geringer ist als die Sättigungsmagnetfeldstärke des magnetoresistiven Elements. Bevorzugt ist das Magnetfeld des Magneten derart ausgebildet und das magnetoresistive Element ist derart angeordnet, dass eine magnetische Vorspannung des magnetoresistiven Elements entlang seiner Empfindlichkeitsrichtung vermieden wird. Das magnetoresistive Element ist insbesondere etwa mittig zur Vertiefung angeordnet. Bevorzugt beträgt die Ausdehnung des Raumbereichs parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements mindestens 0,6 mm, insbesondere mindestens 1 mm.
Um den Verlauf der Magnetfeldlinien wie gewünscht beeinflussen zu können, sind folgende Eigenschaften der Vertiefung bevorzugt: Die Breite der Vertiefung parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements ist mindestens doppelt so groß, bevorzugt mindestens dreimal so groß, wie die Ausdehnung des magnetoresistiven Elements entlang seiner Empfindlichkeitsrichtung. Außerdem beträgt die Vertiefungsbreite bevorzugt mindestens 50% der Magnetbreite, die der Magnet parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresisitven Elements aufweist. Senkrecht zur Oberfläche des magnetischen Pols, in dem die Vertiefung ausgebildet ist, weist die Vertiefung bevorzugt eine Tiefe von mindestens 20% der Vertiefungsbreite parallel zur Empfindlichkeitsrichtung auf. Und bevorzugt ist die Vertiefung mit mindestens einer Tiefe von 0,5 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm ausgebildet.
Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Magneten kann ein vergleichbarer Magnet, der gemäß dem Stand der Technik aber keine Vertiefung aufweist, z. B. ein quaderförmiger Permanentmagnet, in keinem Raumbereich ein derartiges Magnetfeld bereitstellen, das über den Raumbereich gemittelt, parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung ein derart geringe mittlere Magnetfeldstärke aufweist. Die Vertiefung des erfindungsgemäßen Magneten ist derart ausgebildet, dass eine Magnetfeldkomponente, die das Magnetfeld des Magneten parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements aufweist, in dem Raumbereich A eine mittlere Magnetfeldstärke aufweist, die reduziert ist im Vergleich zu einer mittleren Magnetfeldstärke, die der Magnet ohne diese Vertiefung parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung in dem Raumbereich A bereitstellen würde. Vorzugsweise wird durch die Vertiefung diese mittlere Magnetfeldstärke im Vergleich zu dem Fall desselben Magneten ohne Vertiefung mindestens um 50% reduziert.
Die Magnetfeldkomponente, die der Magnet parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements bereitstellt, kann durch Verbreitern des Magneten in diese Richtung weiter reduziert werden. Gegenüber der erfindungsgemäßen Form des Magneten ist ein sehr breiter Magnet jedoch nachteilig, da dieser einen viel größeren Platzbedarf hat. Die Erfindung ermöglicht daher außerdem eine kompaktere Bauform des Magnetsensors im Vergleich zu einem Magnetsensor mit sehr breitem Magnet. Für den erfindungsgemäßen Magnetsensors kann daher ein relativ schmaler Magnet verwendet werden. Beispielsweise weist der Magnet parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements eine Magnetbreite von höchstens 20 mm auf. Besonders einfach kann der Magnet des erfindungsgemäßen Magnetsensors aus einem Permanentmagneten durch Ausbilden der Vertiefung in einem der Pole des Permanentmagneten hergestellt werden.
Das magnetoresistive Element kann durch einen Chip bereitgestellt werden, der einen oder mehrere magnetoresistive Abschnitte aufweisen kann. Die Tatsache, dass das magnetoresistive Element in dem Raumbereich A enthalten ist, bedeutet, dass zumindest die magnetoresistiven Abschnitte des Chips in dem Raumbereich A vollständig enthalten sind. Falls der Chip in einem Gehäuse angeordnet ist, können die Gehäuseteile und die elektrischen Kontakte des Gehäuses innerhalb oder auch außerhalb des Raumbereichs A angeordnet sein.
Der Magnetsensor kann ein einzelnes magnetoresistives Element aufweisen, er kann aber auch mehrere magnetoresistive Elemente aufweisen, die jeweils in demselben Raumbereich A oder in verschiedenen Raumbereichen A enthalten sind. Der Magnetsensor kann auch eines oder mehrere weitere magnetoresistive Elemente aufweisen, die nicht in einem Raumbereich A enthalten sind. Insbesondere kann der Magnetsensor eine Sensorzeile aufweisen, die aus mehreren magnetoresistiven Elementen gebildet ist. Damit kann das Wertdokument vollflächig magnetisch geprüft werden. Der Magnetsensor kann auch eine oder mehrere weitere Sensorzeilen mit jeweils einer Vielzahl magnetoresistiver Elemente aufweisen. Diese können außerhalb des Magnetfelds des Magneten angeordnet sein und dazu ausgebildet sein, die Magnetisierung des Wertdokuments ohne Einwirkung eines Magnetfelds zu detektieren.
Das Magnetfeld des Magneten kann durch Umgebungsbedingungen modifiziert werden, z. B. durch den Einfluss eines äußeren Magnetfelds, eines stromdurchflossenen elektrischen Leiters, eines magnetischen Gegenstands oder einer magnetischen Abschirmung, die in der Nähe des Magneten angeordnet sein können. Da sich durch diese Einflüsse im Allgemeinen die Magnetfeldstärke und der Verlauf der Magnetfeldlinien verändern, können sich dadurch auch die Lage und die Ausdehnung des Raumbereichs A verändern. Die Vertiefung des Magneten kann gezielt in Abhängigkeit derartiger Umgebungsbedingungen ausgebildet werden, unter denen der Magnetsensor betrieben werden soll. Zum Beispiel kann die Form, Lage und Größe der Vertiefung an die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasst sein.
Das magnetoresistive Element ist vorzugsweise auf dem magnetischen Pol des Magneten angeordnet, der, bei der Prüfung des Wertdokuments, dem Wertdokument zugewandt ist. Auf dem magnetischen Pol ist vorzugsweise ein Träger angeordnet, auf dem das magnetoresistive Element befestigt ist. Bevorzugt sind der Magnet, der Träger und das magnetoresistive Element miteinander vergossen, um deren Relativposition zu fixieren. Damit wird sichergestellt, dass das magnetoresistive Element auch bei mechanischen Schwankungen, stets korrekt im Raumbereich A angeordnet bleibt. Andernfalls könnten derartige mechanische Schwankungen das Ausgangssignal des magnetoresistiven Elements negativ beeinflussen.
Das oder die magnetoresistiven Elemente sind bevorzugt als GMR-Elemente (GMR: giant magneto resistance) oder als AMR-Elemente (AMR: anisotropic magneto resistance) ausgebildet, sie können aber auch als TMR-Elemente (tunneling magneto resistance), SdT-Elemente (Spin-dependent-tunneling) oder Spinventil-Elemente ausgebildet sein.
Der Magnetsensor kann insbesondere zur Prüfung eines an dem Magnetsensor vorbeitransportierten Wertdokuments eingerichtet sein. Die Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements ist in diesem Fall bevorzugt parallel zu Transportrichtung des Wertdokuments orientiert. Der Magnetsensor kann aber auch zur statischen Prüfung eines Wertdokuments ausgebildet sein, bei der das Wertdokument ohne Relativbewegung zwischen Magnetsensor und Wertdokument geprüft wird.
Der Magnetsensor kann zum Einbauen in eine Vorrichtung zur Wertdokumentbearbeitung vorgesehen sein, in der die Wertdokumente geprüft und sortiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung von Wertdokumenten kann als Vorrichtung zur Wertdokumentbearbeitung ausgebildet sein, in die Wertdokumente zu deren Prüfung eingegeben werden können, oder als Vorrichtung, die zum Einbauen in eine solche Vorrichtung vorgesehen ist. Die Vorrichtung zur Wertdokumentbearbeitung kann eine Bearbeitungsmaschine für Banknoten und/oder Schecks, ein Geldautomat, ein Bezahlautomat oder ähnliches sein. Die Vorrichtung kann aber auch eine Vorrichtung sein, das keine Sortierung der Wertdokumente durchführt. Insbesondere kann die Vorrichtung eine autarke Messvorrichtung zum Prüfen der magnetischen Eigenschaften eines einzelnen Wertdokuments sein, das manuell in die Vorrichtung eingelegt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der folgenden Figuren erläutert.
Es zeigen:
1a Seitenansicht eines magnetoresistiven Elements im Magnetfeld eines Magneten, der keine Vertiefung aufweist,
1b Seitenansicht eines magnetoresistiven Elements im Magnetfeld eines Magneten mit Vertiefung,
2a Prüfung eines Wertdokuments durch einen Magnetsensor mit einer Zeile magnetoresistiver Elemente und einem Magneten mit einer Vertiefung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
2b–c Schnittansichten eines Magnetsensors mit einer Zeile magnetoresistiver Elemente und einem Magneten mit einer Vertiefung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
2d–f 3D-Ansichten eines Magnetsensors mit einem magnetoresistiven Element und einem Magneten mit einer Vertiefung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
3 beispielhafter Verlauf der Magnetfeldstärke der parallel zur Empfindlichkeitsrichtung des magnetoresistiven Elements orientierten Magnetfeldkomponente.
In 1a ist schematisch ein Permanentmagnet 9 und der Verlauf seiner magnetischen Feldlinien in der Nähe seiner magnetischen Pole S und N dargestellt. In einem Abstand oberhalb des Pols S (entlang der z-Achse) ist ein magnetoresistives Element 15 angeordnet, dessen Empfindlichkeitsrichtung E in x-Richtung weist. Die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten 9 verlaufen schräg durch das magnetoresistive Element 15. Durch die x-Magnetfeldkomponente des Magnetfelds ist das magnetoresistive Element 15 demzufolge einem Magnetfeld ausgesetzt, das parallel zu seiner Empfindlichkeitsrichtung E verläuft. Ein derartiges Magnetfeld führt zu einer magnetischen Vorspannung des magnetoresistiven Elements. Wird als magnetoresistives Element z. B. ein AMR-, GMR- oder TMR-Element verwendet, so kann eine derartige magnetische Vorspannung den Empfindlichkeitsbereich des magnetoresistiven Elements deutlich einschränken.
1b zeigt schematisch eine Anordnung aus einem magnetoresistiven Element 15 und einem Magneten 10, die Bestandteile eines erfindungsgemäßen Magnetsensors 1 sind. Der Magnet 10 stellt ein Magnetfeld zum Magnetisieren eines zu prüfenden Wertdokuments 2 bereit, das entlang einer Transportrichtung T an dem Magnetsensor 1 vorbeitransportiert wird. Das magnetoresistive Element 15 detektiert Magnetsignale desjenigen Wertdokumentabschnitts, der sich in dem Erfassungsbereich des magnetoresistiven Elements 15 befindet, unter Einwirkung des Magnetfelds H. Im Erfassungsbereich des magnetoresistiven Elements 15 wirkt auf das Wertdokument 2 ein Magnetfeld, das im Wesentlichen senkrecht zur Wertdokumentebene W orientiert ist und das das magnetische Material des Wertdokuments 2 im Wesentlichen parallel zur z-Achse magnetisiert. Das magnetoresistive Element 15 liefert Magnetsignale entsprechend der x-Komponente des Magnetfelds des in z-Richtung magnetisierten Wertdokuments 2.
Der Magnet 10 weist an seinem magnetischen Pol S eine Vertiefung 11 auf, die sich auf den Verlauf der Feldlinien des Magnetfelds H auswirkt. Durch die Vertiefung 11 wird erreicht, dass die Feldlinien, ausgehend vom magnetischen Pol S, nicht sofort schräg auseinander laufen, sondern in einer bestimmten Raumbereich A, der oberhalb des magnetischen Pols S liegt, parallel zur z-Achse verlaufen. Das magnetoresistive Element 15 wird gezielt in diesem Raumbereich A angeordnet, um es parallel zu seiner Empfindlichkeitsrichtung E einer möglichst geringen Magnetfeldstärke auszusetzen. Im Raumbereich A ist die x-Magnetfeldkomponente H_x des Magnetfelds H bevorzugt durchgehend vernachlässigbar gering im Vergleich zu einer Sättigungsmagnetfeldstärke, bei der das Ausgangssignal des magnetoresistiven Elements 15 sättigt. Die gezeigte, als konkave Wölbung ausgebildete Vertiefung kann alternativ aber auch einen eckigen Querschnitt aufweisen.
Die Reduzierung der Magnetfeldkomponente H_x lässt sich nur in dem begrenzten Raumbereich A erreichen. Das magnetoresistive Element wird gezielt in diesem Raumbereich A angeordnet, in dem die Magnetfeldkomponente H_x sehr gering ist. Als Positionen des magnetoresistiven Elements in der x-z-Ebene kommen solche Positionen in Frage, an denen die Magnetfeldstärke der H_x-Magnetfeldkomponente unterhalb eines bestimmten Maximalwerts H_max liegt. Dieser Maximalwert H_max hängt von dem jeweils verwendeten magnetoresistiven Element ab. Beispielsweise beträgt H_max etwa 10 kA/m. Innerhalb des Raumbereichs A ist H_x durchgehend geringer als H_max. Der Raumbereich A kann entlang der x-Achse z. B. eine Ausdehnung von bis zu einigen Millimetern aufweisen. Die Lage und Größe des Raumbereichs A hängt von der Geometrie der Vertiefung 11 sowie von den Abmessungen und dem Material des Magneten 10 ab. Beispielsweise beträgt die Tiefe t der Vertiefung 11 mindestens 0,5 mm. Der Abstand d des magnetoresistiven Elements 15 von dem magnetischen Pol S kann z. B. bis zu 10 mm betragen. Parallel zur Empfindlichkeitsrichtung E des magnetoresistiven Elements 15 weist die Vertiefung bevorzugt eine Vertiefungsbreite b von mindestens 50% der Breite B des Magneten 10 auf. Die Vertiefungsbreite beträgt außerdem mindestens das Doppelte der Ausdehnung des magnetoresistiven Elements 15 entlang der Empfindlichkeitsrichtung E.
2a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Magnetsensors 1, der eine in y-Richtung orientierte Sensorzeile aus acht magnetoresistiven Elementen 15 aufweist. Die einzelnen magnetoresistiven Elemente 15 sind auf einer Leiterplatte 14 angeordnet, die auf dem Magnet 10 befestigt ist (Verdrahtung der magnetoresistiven Elemente 15 auf der Leiterplatte 14 nicht gezeigt). Die Leiterplatte 14 ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 5 verbunden, die die detektierten Magnetsignale der magnetoresistiven Elemente 15 weiterverarbeitet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 5 kann Bestandteil des Magnetsensors 1 sein oder eine externe Einrichtung. Oberhalb der Sensorzeile aus magnetoresistiven Elementen 15 wird ein Wertdokument 2 entlang Transportrichtung T vorbeitransportiert. Das Wertdokument 2 weist z. B. einen Abschnitt 3 auf, der mit Magnetpigmenten versehen ist.
Der Magnet 10 aus 2a weist eine längliche Vertiefung 11 auf, die in y-Richtung geradlinig ausgebildet ist. Auch in diesem Fall ergibt sich ein Raumbereich A mit vernachlässigbar geringer Magnetfeldstärke in x-Richtung. Der Raumbereich A ist in diesem Fall parallel zur Vertiefung 11 (entlang der y-Richtung) ausgebildet und daher ebenfalls länglich. Parallel zur Vertiefung 11 ist die Sensorzeile mit den magnetoresistiven Elementen 15 angeordnet. Um diese jeweils innerhalb des Raumbereichs A zu positionieren, wird eine passende Dicke der Leiterplatte gewählt oder es werden zusätzliche Abstandselemente verwendet. Die Empfindlichkeitsrichtung der magnetoresistiven Elemente 15 kann in x-Richtung und/oder in y-Richtung orientiert sein. Um auch an den äußersten magnetoresistiven Elementen 15 eine y-Magnetfeldkomponente des Magnetfelds H mit geringer Magnetfeldstärke zu erhalten, wird der Magnet 10 so gewählt, dass er in y-Richtung beidseitig über die Sensorzeile übersteht.
In den 2b und 2c ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ebenfalls eine in y-Richtung verlaufende Sensorzeile aus mehreren magnetoresistiven Elementen 15 verwendet wird. 2b zeigt einen Schnitt durch den Magneten 10 dieses Ausführungsbeispiels entlang der x-Achse, 2c einen entsprechenden Schnitt entlang der y-Achse. In dem Abschnitt entlang der y-Achse, in dem die magnetoresistiven Elemente 15 angeordnet sind, verläuft die Vertiefung 11 geradlinig. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel läuft die Vertiefung 11 dieses Magneten 10 an ihren y-Enden aber nicht geradlinig aus, sondern ist an ihren y-Enden konkav nach oben (in z-Richtung) geformt. Analog zur x-Richtung lässt sich durch diese konkave Form erreichen, dass auch an den äußersten magnetoresistiven Elementen 15 die y-Magnetfeldkomponente des Magnetfelds H gering gehalten wird. Um für alle magnetoresistiven Elemente 15 eine geringe y-Magnetfeldkomponente des Magnetfelds zu erhalten, reicht es dann aus, dass der Magnet 10 in y-Richtung beidseitig nur geringfügig über die Sensorzeile übersteht.
In den 2d, 2e und 2f ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Magnet 10 für ein einzelnes magnetoresistives Element 15 verwendet wird. Die Vertiefung 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht länglich ausgebildet, sondern entlang der x-Richtung und y-Richtung näherungsweise etwa gleich ausgedehnt, z. B. kreisförmig. Die Vertiefung 11 kann aber alternativ natürlich auch einseitig länger ausgebildet sein, z. B. bei Verwendung eines rechteckigen magnetoresistiven Elements 15. In 2d ist der Magnet 10 mit einer aufgeschnittenen Ecke gezeigt, so dass die Vertiefung 11 sichtbar ist. 2e zeigt zusätzlich die auf der Vertiefung 11 angeordnete Leiterplatte 14 mit dem darauf befestigten magnetoresistiven Element 15. In 2f ist die Vertiefung (gestrichelt eingezeichnet) durch die Leiterplatte 14 verdeckt.
3 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Magnetfeldstärke der x-Magnetfeldkomponente H_x des Magnetfelds H, das der Magnet 10 erzeugt. Der gezeigte Verlauf gilt für eine bestimmte z-Position, die innerhalb des Raumbereichs A liegt. Die Magnetfeldstärke des Magneten ist als durchgezogene Linie eingezeichnet. Zusätzlich ist mit der gestrichelten Linie die Magnetfeldstärke eines quaderförmigen Permanentmagneten eingezeichnet, der sich von dem Magneten 10 nur dadurch unterscheidet, dass die Vertiefung 11 fehlt, vgl. 1a. Bis auf die exakte Position x = 0 führt der quaderförmige Magnet an allen x-Positionen zu einer erheblichen Magnetfeldstärke H_x, die übliche magnetoresistive Elemente zur Sättigung bringen würde. Beim Verlauf der Magnetfeldstärke des Magneten 10 mit Vertiefung 11 (durchgezogene Linie) ergibt sich entlang der x-Achse zwischen x = –1 mm und x = +1 mm dagegen ein breiter x-Abschnitt mit nahezu verschwindender Magnetfeldstärke H_x. Ein GMR-, AMR- oder TMR-Element 15 üblicher Größe kann bequem in diesem x-Abschnitt angeordnet werden.
Anhand des Magnetfeldverlaufs aus 3 und analogen Verläufen für andere z-Positionen, kann festgestellt werden, an welchen Positionen der x-z-Ebene, d. h. in welchem Raumbereich A, die Magnetfeldstärke H_x geeignet gering ist, um dort ein bestimmtes magnetoresistives Element 15 anzuordnen und zum Detektieren von Magnetsignalen zu benutzen. Der Abschnitt zwischen x = –0,5 mm und x = +0,5 mm könnte z. B. für ein magnetoresistives Element 15 mit einem Sättigungsmagnetfeld von 1 kA/m verwendet werden. In Abhängigkeit der Art des jeweiligen magnetoresistiven Elements 15, insbesondere in Abhängigkeit seines Sättigungsmagnetfelds, ergeben sich im Allgemeinen verschieden große Raumbereiche A geeigneter Magnetfeldstärke H_x. Bei einem magnetoresistiven Element 15, dessen Sättigungsmagnetfeld 10 kA/m beträgt, würde sich sogar noch ein größerer Raumbereich A zur Anordnung des magnetoresistiven Elements 15 ergeben.

Claims

Sensor (1) zur Prüfung von Wertdokumenten, umfassend: – einen Magneten (10) zum Magnetisieren eines durch den Sensor zu prüfenden Wertdokuments (2), wobei der Magnet (10) derart angeordnet ist, dass, bei der Prüfung des Wertdokuments, ein magnetischer Pol (S, N) des Magneten (10) dem Wertdokument (2) zugewandt ist, und derart, dass der Magnet (10) ein Magnetfeld (H) zum Magnetisieren des Wertdokuments (2) in einer Magnetisierungsrichtung (z) bereitstellt, die, bei der Prüfung des Wertdokuments (2), im Wesentlichen senkrecht zur Wertdokumentebene (W) orientiert ist, – mindestens ein magnetoresistives Element (15) zum Detektieren von Magnetsignalen des Wertdokuments (2), wobei das magnetoresistive Element (15) in dem Magnetfeld (H) des Magneten (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Wertdokument (2) zugewandte magnetische Pol (S, N) des Magneten (10) eine Vertiefung (11) aufweist und dass die Vertiefung (11) derart ausgebildet ist und das magnetoresistive Element (15) relativ zu dem Magneten (10) derart angeordnet ist, dass das Magnetfeld (H) des Magneten (10) am Ort des magnetoresistiven Elements (15) senkrecht zu einer Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) orientiert ist, entlang der das magnetoresistive Element (15) zum Detektieren von Magnetfeldern ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) derart ausgebildet ist, dass eine Magnetfeldkomponente (H), die das Magnetfeld (H) des Magneten (10) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) aufweist, in einem Raumbereich A, in dem das magnetoresistive Element (15) enthalten ist, durchgehend eine Magnetfeldstärke aufweist, die kleiner ist als eine Sättigungsmagnetfeldstärke, die das magnetoresistive Element (15) entlang der Empfindlichkeitsrichtung (E) aufweist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) derart ausgebildet ist, dass eine Magnetfeldkomponente (H_x), die das Magnetfeld (H) des Magneten (10) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) aufweist, in dem Raumbereich A, in dem das magnetoresistive Element (15) enthalten ist, durchgehend eine Magnetfeldstärke von höchstens 10 kA/m aufweist, vorzugsweise von höchstens 5 kA/m, besonders bevorzugt von höchstens 2 kA/m.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) derart ausgebildet ist, dass eine Magnetfeldkomponente (H_x), die das Magnetfeld (H) des Magneten (10) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) aufweist, in dem Raumbereich A eine mittlere Magnetfeldstärke aufweist, die reduziert ist im Vergleich zu einer mittleren Magnetfeldstärke, die der Magnet (10) ohne die Vertiefung (11) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) in dem Raumbereich A bereitstellen würde.
Sensor nach einem oder mehreren Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumbereich A parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) eine Ausdehnung von mindestens 0,6 mm aufweist, vorzugsweise von mindestens 1 mm.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) als konkave Wölbung des Magneten (10) ausgebildet ist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoresistive Element (15), beim Prüfen des Wertdokuments, zwischen dem Magneten (10) und dem zu prüfenden Wertdokument (2) angeordnet ist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoresistive Element (15) etwa mittig zur Vertiefung (11) angeordnet ist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoresistive Element (15) von dem magnetischen Pol (S, N), der dem Wertdokument zugewandt ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung (z) einen Abstand (d) von höchstens 10 mm aufweist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) eine Vertiefungsbreite (b) aufweist, die mindestens doppelt, vorzugsweise mindestens dreimal, so groß ist wie die Ausdehnung des magnetoresistiven Elements (15) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E).
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) senkrecht zur Oberfläche des magnetischen Pols (S, N), in dem die Vertiefung ausgebildet ist, eine Tiefe (t) aufweist, die mindestens 20% einer Vertiefungsbreite (b) der Vertiefung beträgt, die diese parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) aufweist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) eine Vertiefungsbreite (b) aufweist, die mindestens 50% der Magnetbreite (B) beträgt, die der Magnet (10) parallel zu der Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) aufweist.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) parallel zu der Magnetisierungsrichtung (z) eine Tiefe (t) von mindestens 0,5 mm aufweist, vorzugsweise von mindestens 1 mm.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeitsrichtung (E) des magnetoresistiven Elements (15) parallel zu einer Transportrichtung (T) orientiert ist, entlang der das Wertdokument, bei dessen Prüfung, an dem Sensor (1) vorbei transportiert wird.
Vorrichtung zur Prüfung von Wertdokumenten, die einen Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.