JP2000512784A - 磁気感知および読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 磁化容易軸を有する磁気タグの存在を感知する検出器であって、前記検出器は、（１）使用に際して前記磁気タグがそこを通りぬけるか横切って通過する空間領域を規定するよう置かれる磁石または磁石の配列を含み、前記磁石の配置およびその結果生ずる磁界パターンは、前記磁気タグが前記空間領域を通りぬけるかまたは横切って通過する際に前記磁気タグの磁化の極性における変化を引き起こすようにされ、さらに、（２）磁気タグが前記空間領域を通りぬけるかまたは横切って通過する際に前記磁気タグによって発される磁気双極放射を検出するよう配されるレシーバコイルを含む。前記レシーバコイルは好ましくは、さまざまな層において巻線を有する三次元コイルを形成するよう導電トラックが相互接続されるプリント基板のアセンブリとして構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気読取装置 この発明は、磁気読取装置に関し、より特定的には、磁気タグに記憶された情 報を読取るための検出器（または読取機）に関する。 先の特許出願（ＧＢ ９５０６９０９−２およびＰＣＴ／ＧＢ９６／００８２ ３（ＷＯ９６／３１７９０として公開））において、我々は、磁気ナル（magnet ic null）を含む空間の領域を磁性材料が通過する際にそれら磁性材料の動態を 利用することに基づいた空間内磁気問合せのための新規な技術を記載した。特に 、我々の先の出願には、その数および空間上の配置が情報を表現する１つ以上の 磁気素子を含む受動タグが、遠隔で読取可能なデータキャリヤとしてどのように 機能し得るかが記載されている。 我々の先の出願において、我々は、永久磁石または電磁石のいずれかを用いて 磁気ナルを生じさせる、数多くの考えられ得るシステム実施例を記載した。さら に、我々は、非常に低い飽和保磁力および高い透磁率の磁気素子を用いるタグに 対して特に適当であるいくつかの考えられ得るシステム実現例を記載した。これ らの実現例は、重ね合せられた低振幅交番問合せ磁界の調波を検出した。しかし ながら、これら先の出願に記載される構成は、すべて、重ね合せられた交番問合 せ磁界を必要とすることなく、タグが磁気ナルを通過することによって生ずるベ ースバンド信号で動作してもよい。必要とされる場合には、ナル走査磁界を付加 することによって、静止タグが読取られるようにしてもよい。 さらに、開示されるこの基本技術は低飽和保持力材料に限定されるものではな く、本願は、非常に低い範囲（１Ａ／ｍ以下）から非常に高い範囲（３０，００ ０Ａ／ｍ以上）にわたる飽和保磁力を伴う磁性材料から作られる素子を含むタグ に対して問合せを行なうことができる検出器にも関する。このタイプの実施例は 高飽和保磁力材料に対して特に有効であり、なぜならば、それは、他の態様では そのような材料にとって必要とされるであろう高振幅ａ．ｃ．問合せ磁界に対す る必要性を回避するからである。他の利点としては、高速のデータ速度、および 簡易性が含まれる。本発明は、広範囲の飽和保磁力を有する材料から作られる磁 気素子を既に含む機密文書および銀行券といったアイテムから情報を抽出するこ とに対して特に好適である。 本発明に従うと、磁気タグの存在を感知するための検出器であって、（１）使 用に際して磁気タグが中を通りぬけるかまたは横切って通過する空間領域を規定 するよう配される磁石または磁石の配列を含み、その（それらの）磁石の配置お よびその結果生ずる磁界パターンは、磁気タグがその空間領域を通るかまたは横 切って通過する際にその磁気タグの磁化の極性における変化を引き起こすような ものであり、さらに、（２）磁気タグが該空間領域を通りぬけるかまたは横切っ て通過する際にそのタグによって発される磁気双極放射を検出するよう配される レシーバコイルを含む検出器が提供される。 一実施例において、この検出器は、磁気対向に配される永久磁石の対を含み、 それら永久磁石間の空間は、前述の空間領域を規定し、使用に際して磁気タグが 通過するスロットの形式で与えられる。別の実施例では、この検出器は単一の永 久磁石を含み、前述の空間領域は、磁石の一表面より上の空間からなる領域によ って構成され、磁気タグは、使用に際して、上述の磁石表面上を、それに近接し て通過する。 以下に記載されるように、レシーバコイルをプリント基板のアセンブリとして 作製し、コイルの巻線がそれらプリント基板上の導電経路によって構成され、そ れらプリント基板は三次元コイルをもたらすよう相互接続されると、特に有利で ある。 以下、媒体または高飽和保磁力材料を含有する移動するタグからの情報の非接 触読取に特に適用可能である構成について記載する。この構成は、タグ材料を飽 和させるのに必要とされる磁界が高く、飽和保磁力から独立している場合（たと えば、タグ要素の形状ファクタが十分でなく、かつしたがって、減磁作用のため 、透磁率が低い場合）のような状況に対しても適当である。この構成は、１つ以 上の強力な永久磁石によってつくり出される磁気ナルを用いる。磁石の力の選択 は、狭い中央点ナル領域に隣接する領域におけるピーク磁界がタグ材料を飽和さ せるのに十分であるようになされる。明らかに、高飽和保磁力タグ材料の場合、 このことは強力な磁石を必要とする。このような、典型的にはサマリウムおよび コバルトのような希土類元素を含有する合金から形成される構成素子は、市場に おい て、さまざまな製造業者から日常的に入手可能である。 磁性が軟らかい軸が移動の方向に配向される状態で配される、磁性材料からな る１つ以上の素子を含む移動するタグがナル領域を通過するとき、その磁性材料 の磁化は極性を変える。この極性変化はタグからの磁気双極放射のパルスを引き 起こし、この放射は好適に位置決めされたレシーバコイルによって容易に検出さ れ得る。この実現例では、静的ナル面および移動するタグを伴い、次いで、レシ ーバコイルにおいて誘起される信号の振幅はそのタグ要素の磁化の変化の割合に 関連するため、信号振幅はタグの速度に関連することになる。 本発明をより理解するため、および本発明をどのようにして実施するかを示す ため、例示の形で添付の図面をここで参照する。 図１は、この発明の検出器が基づく磁気の動態を示す。 図２は、この発明の第１の実施例を示す。 図３は、この発明の第２の実施例を示す。 図４は、この発明において用いられるレシーバコイルを構成するための好まし い方法を示す。 図５は、この発明において用いられる１つの有利なコイルのジオメトリを概略 的に示す。 図６は、この発明において用いられるコイルおよび磁石の構成を示す。 ここで図面を参照して、図１（ａ）および１（ｂ）は、質問機のナル領域を通 過する際のタグ要素子の磁化の変化と、レシーバコイルにおいて誘起される信号 の形とを示す。「ナル領域」とは、その上ではタグ材料が飽和状態にない空間領 域を意味する。これは、図１（ａ）図１（ｂ）において示される例は、タグ要素 の長さがナルの幅に匹敵する場合である。より長いタグ要素の場合では、そのタ グ要素がナル領域にまたがっている時間の間に、そのタグ要素のさまざまな部分 がそのナル領域に入ってそこから出る。誘起されたパルスの持続期間はしたがっ て、図１（ｃ）に概略的に示されるように、延長される。 図２は、スロット読取機の形態をとる本発明の一実施例を示す。この実現例で は、明瞭に示すために、単純なレシーバコイル構成が示されている。このコイル 構成は、やさしい環境、特にコイル面積が小さい場合に対しては十分なものであ る。しかしながら、大きな外部磁気ノイズ源が存在するような環境（たとえば、 読取機が、シールドされない電気モータを含む機械の一部である場合）、または コイル面積が大きい環境では、２つの同軸・逆相・直列接続コイルを含む、より 複雑なレシーバコイルが好ましい。この構成における外側コイルは、内側コイル よりも巻きを少なくすることにより、等しくはあるが反対である双極モーメント を与える（面積×巻き数の積）。この構成は、軸上の外部遠距離場信号に対して は感度が低いが、コイル対の中心におけるタグ要素に対しては十分な感度を保持 する。したがって、それは、単純な単一のコイルに比して、干渉による影響がよ り少ない。 図３は、最高約５００エルステッドまでの飽和保磁力を伴う、長さが最小約１ ｍｍまでの磁気素子を読取るのに好適な片面読取機の形式をとる本発明の第２の 実施例を示す。この読取機の感度はコイルの表面から０〜１ｍｍの範囲にわたっ ておおよそ一様であり、最大利用可能範囲は２ｍｍ周囲である。この実施例では 、寸法が、長さ１５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１０ｍｍで、ｃ．１．０テスラの表面 磁界を伴う、十分に飽和した、焼結されたＮｄＦｅ永久磁石によって、静的磁界 を作り出す。レシーバコイル全体は、２つの、逆相の、接続されたコイルからな り、換言すれば、８の字構成として形成される。各コイルは、幅１．６ｍｍ×長 さ１０ｍｍの巻形上に巻かれ、７０回積重ねて巻かれた０．１ｍｍ直径の、エナ メルを被せられた銅線を含む。この構成により、タグからの磁気双極放射への十 分な結合が与えられ、さらに、感度がコイルからの距離とともに急速に減少する 。このような感度分布は、大きな外部磁気ノイズ源が存在するような環境（たと えば、読取機が、シールドされない電気モータを含む機械の一部である場合）に おける動作に対して望ましい。レシーバコイルからの低レベル出力は低ノイズ計 測増幅器において１０００倍に増幅されるが、この装置は、たとえば、アナログ ・デバイシーズ ＡＭＰ−０２７（Analogue devices ＡＭＰ−０２７）集積回 路のような装置が好適である。このシステムの帯域幅は、低域フィルタによって 規定され、これは、たとえばＴＬ０８４型のような低コストオペアンプに基づく 周知の技術を用いて実施される。最適な信号対ノイズ比は、フィルタ帯域幅が最 大信号帯域幅に一致するときに与えられる。最小の長さが１ｍｍの磁気素子を有 し、 １０ｍ／秒の速度で移動するタグの場合、５Ｋｈｚの帯域幅が適当である。 今説明した構成では、磁石に対するコイルの動きによる誘起された電圧を回避 するよう、その構造は十分な機械的安定性を確実に有することが重要である。関 連の技術は、産業用金属検出器において既に用いられているものであり、たとえ ば、タグがレシーバコイルと直接接触するのを防ぐ手段、コイルおよびマグネッ トをその支持構造に強力に接合し、その構造を外部の振動から断絶する、などが ある。 上述の実施例の効果は、それらの構成のうち特定の領域に対し注意を向けるこ とによって増大されるかもしれない。これらは、コイルのジオメトリおよび作製 に関するものであり；マルチチャネル設計における複数コイルの挟み込み；およ びそれらコイルに対する永久磁石の配置である。これらは、すべて、検出過程に おける性能を向上させた。特に、関連の磁性材料の検出のためのＦＮ（フライン グ・ナル）ヘッドの性能は以下の４つの要因により制限される： １）レシーバコイル感度 − コイルにより発生される内部ノイズを設定する ）そのコイルの電気抵抗に対する、（ピックアップされる信号を規定する）アン テナを形成するコイルにおける巻き数により決定される。 ２）遠距離場（周囲の）電磁ノイズ源に対するコイルの鈍感度。これは平衡な アンテナジオメトリ（四重極または高次応答）を必要とする。 ３）ナル領域と連続する領域における磁界の強度、およびナルを通るそれの傾 き。 ４）バイアス磁界磁石に対する、アンテナの構造上の剛性。 これらの考慮に基づいた設計特徴を以下に記載する。 特に有利な構造は、ＦＮヘッドにおいて必要とされるコイルを構成するべく、 複数層プリント基板または「ＰＣＢ」（電子回路を実施するために広く用いられ るとおりの）の使用からくる。このような回路上のパターンはリソグラフィで形 成されて、非常に精密なコイルのジオメトリが達成されがつ量生産において容易 に再生産されることを可能にする。構造のこの形態は、非常に精密な「コイル巻 線」を可能にし、複数層リソグラフィＰＣＢ生産において達成可能な精密な三次 元許容誤差を利用したさまざまな特殊なアンテナの生産が構想され得る。このコ イル形成は、各層上においてトラックからなる特定のジオメトリを用い、次いで 、標準的な貫通層相互接続法を用いてこれらを接続することにおいて実現される 。加えて、さまざまな適用例に対するスケーリングコイルも非常に単純なものと なり、従来のコイル巻線技法では達成することが困難であったようなコイル構造 も比較的簡単なものになる。 図４は、この技法の一例である。これは、そのスキームの１つの特定の実現例 の重要な物理的パラメータを示す。図４ａにおいて、リソグラフィ手段を用いて 実現される金属トラックの図形（従来のコイルにおけるワイヤの等価物）の基本 概念を見ることができる。これらのトラックは、次いで、相互接続されて三次元 コイルを形成し、各層上のトラックは巻線を形成する状態になっている（図４（ ｂ）。実際には、我々は、２０を越えるＰＣＢ層を用いてコイルを実施した。 重なったジオメトリは、特定の適用例において利点を有し得る。たとえば、単 一の平衡コイル構成は、外部の干渉に対して過度に敏感になるため、大きな領域 にわたっての検出に対しては好適ではない。この問題は、重なった検出領域を有 する多数のより小さなコイルで所望の面積を覆うことにより克服される。図５は 、これを達成し得る１つの方法を示しており、コイルのパターンは複数層基板が 有する異なる層上にエッチングされている。 さらに、ＰＣＢ構造は本来剛性であり、このことは、磁石に対するコイル巻線 の移動を防ぐのに有益である。そのような、たとえばヘッドへの偶然の衝撃によ って引き起こされる移動は、コイルにおいて望ましくないノイズ電圧を引き起こ し、したがって性能を劣化させることになるだろう。 さらなるデザインの改善では、永久磁石の表面がコイルの中央を通るまで延ば される。これは、磁石表面がコイルのレベル水準より下であるような設計に比し て、当該領域における磁界強度および傾斜磁界を増大させ、解像度もしくは信号 レベルまたはそれらの両方を高くする。延ばされた極片を伴う磁石を用いた実現 例を図６に示す。これは、ＰＣＢコイルを用いているが、従来の態様で巻かれた コイルで実現されることもできる。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年１２月２２日（１９９８．１２．２２） 【補正内容】 磁気感知および読取装置 この発明は、磁気感知および読取装置に関し、より特定的には、磁気タグまた は磁気素子に記憶された情報を読取るための検出器（または読取機）に関する。 先の特許出願（ＧＢ ９５０６９０９−２およびＰＣＴ／ＧＢ９６／００８２ ３（ＷＯ９６／３１７９０として公開））において、我々は、磁気ナル（magnet ic null）を含む空間の領域を磁性材料が通過する際にそれら磁性材料の動態を 利用することに基づいた空間内磁気問合せのための新規な技術を記載した。特に 、我々の先の出願には、その数および空間上の配置が情報を表現する１つ以上の 磁気素子を含む受動タグが、遠隔で読取可能なデータキャリヤとしてどのように 機能し得るかが記載されている。 ＷＯ９６／３１７９０（１９９６年１０月１０日公開）において、磁気ナルは 、「所与の線形方向における磁界の成分がゼロである、空間内の、点、線、面ま たは体積」−該文書の第３頁第３４行〜第４頁第２行を参照されたい−と定義さ れている。 我々の先の出願において、我々は、永久磁石または電磁石のいずれかを用いて 磁気ナルを生じさせる、数多くの考えられ得るシステム実施例を記載した。さら に、我々は、非常に低い飽和保磁力および高い透磁率の磁気素子を用いるタグに 対して特に適当であるいくつかの考えられ得るシステム実現例を記載した。これ らの実現例は、重ね合せられた低振幅交番問合せ磁界の調波を検出した。しかし ながら、これら先の出願に記載される構成は、すべて、重ね合せられた交番問合 せ磁界を必要とすることなく、タグが磁気ナルを通過することによって生ずるベ ースバンド信号で動作してもよい。必要とされる場合には、ナル走査磁界を付加 することによって、静止タグが読取られるようにしてもよい。 さらに、開示されるこの基本技術は低飽和保持力材料に限定されるものではな く、本願は、非常に低い範囲（１Ａ／ｍ以下）から非常に高い範囲（３０，００ ０Ａ／ｍ以上）にわたる飽和保磁力を伴う磁性材料から作られる素子を含むタグ に対して問合せを行なうことができる検出器にも関する。このタイプの実施例は 高飽和保磁力材料に対して特に有効であり、なぜならば、それは、他の態様では そのような材料にとって必要とされるであろう高振幅ａ．ｃ．問合せ磁界に対す る必要性を回避するからである。他の利点としては、高速のデータ速度、および 簡易性が含まれる。本発明は、広範囲の飽和保磁力を有する材料から作られる磁 気素子を既に含む機密文書および銀行券といったアイテムから情報を抽出するこ とに対して特に好適である。したがって、ここにおいて用いられる「タグ」とい う語は、その範囲内において、機密文書および銀行券といったアイテムを含む、 と理解される。 ＵＳ−Ａ−３ ９６４ ０４２（Ｄ１−ギャロット（Garrott））には、鉄ま たは他の磁性材料からなる機械部品が外れてその機械の飼草処理部品を損傷する 、ということが明らかによくある飼草収穫機に特に関連して、たとえばナットお よびボルトのような鉄を含有する物体を検出するための金属検出器が記載されて いる。この金属検出器は、永久磁石を利用することによって静的磁界を発生させ るものであり、これら永久磁石の配置は、その機械内を通過する外来金属物体と 交差する第１の面内において、逆の極性の極間を磁力線が延びるようになされる 。検出コイルは、永久磁石のまわりにおいて、第１の面に垂直である第２の面内 に配される。示されるように、このコイルは水平面内に位置決めされる。このコ イルは、したがって、垂直面（つまり、コイルのそれに対して垂直である）内に 生ずる磁束変化に対して感度を有する。この示される実施例では、４つの磁極が 以下の構成にて配される： これは、接触する状態に並んで配される概ね蹄鉄状の断面の２つの磁石を用いる ことにより達成される。したがって、磁気の途切れが２つあり、それらは、両方 とも、それら２つの磁石の間の接触面を通過する垂直面内に生ずる。このような 構成では、磁気ナル（Ｄ１の図２および図３のジオメトリでは垂直面内にある） を通る、容易な磁化の軸を有する磁気素子の通過を検出することはできない。こ れは、Ｄ１において用いられるコイル配置は、垂直方向における磁束変化には敏 感であるが、水平方向における変化には鈍感だからである。対照的に、仮に、磁 気タグが、その磁気構造内を、Ｄ１の図２に示される矢印の方向に移動する場合 には、垂直方向には磁束の変化は全く起こらないだろうが、動きの方向（つまり 水平面内）では磁束の変化があるだろう。さらに、Ｄ１の第６欄第１〜２９行で は、小さな対称形の金属物体が磁気ナルを通過する場合、その検出はありそうに ないことが明らかにされている。 ＥＰ−Ａ−０ ２９５ ０８５（Ｄ２−サイエンティフィック・ジェネリクス ・リミテッド（Scientific Generics Ltd））には、磁気問合せを用いて物品の 存在を判断することができるよう、コード化された形式で配される予め選択され た磁気タグをそれら物品に適用することによって、それら物品の存在を検出する 方法が記載されている。本願にて用いられるような問合せ磁界の使用は全く開示 されていない。 ＵＳ−Ａ−５ ３９７ ９８５（Ｄ３０−ダブリュー・ディビッド・ケネディ （W．David Kennedy））には、内側に導入されたトランスデューサが回転しなが らその長さに沿って移動する導電性ケーシングの電磁作像の方法が開示されてい る。磁束密度変動の測定がなされる。 ＧＢ−Ａ−２ ０７１ ３３６（ドドゥーコ（Doduco））には、２つの永久磁 石間に位置決めされる双安定磁気素子を用いる位置エンコーダが開示されている 。この双安定磁気素子は、そのまわりに、ＡＣ磁界を伝達する励磁コイルと、検 出器コイルとが巻付けられる。 本発明に従うと、磁化容易軸を有する磁気タグの存在を感知するための検出器 であって、（１）（ｉ）磁石または（ii）磁気対向に配される１対の磁石を含み 、その磁石またはそれらの磁石は、使用に際して磁気タグが中を通りぬけるかま たは横切って通過する空間領域を規定するよう配されるものであり、その（それ らの）磁石の配置およびその結果生ずる磁界パターンは、磁気タグがその空間領 域内において磁気ナルを通過する際にその磁気タグの磁化の極性における変化を 引き起こすようなものであり、さらに、（２）（単一の磁石が用いられる場合に は）その磁石の１つの極より上かつ付近に位置決めされるか、または（２つの磁 石が用いられる場合には）磁石の対の間に位置決めされるレシーバコイルであっ て、磁気タグの磁化容易軸が移動の方向に配向される状態でそのタグが該磁気ナ ルを通過する際にそのタグによって発される磁気双極放射を検出するよう配され るレシーバコイルを含む検出器が提供される。 一実施例において、この検出器は、磁気対向に、つまり同様の極が互いの方へ 向けられる状態で配される永久磁石の対を含み、それら永久磁石間の空間は、前 述の空間領域を規定し、使用に際して磁気タグが通過するスロットの形式で与え られる。別の実施例では、この検出器は単一の永久磁石を含み、前述の空間領域 は、磁石の一表面より上の空間からなる領域によって構成され、磁気タグは、使 用に際して、上述の磁石表面上を、それに近接して通過する。 以下に記載されるように、レシーバコイルをプリント基板のアセンブリとして 作製し、コイルの巻線がそれらプリント基板上の導電経路によって構成され、そ れらプリント基板は二次元コイルをもたらすよう相互接続されると、特に有利で ある。 以下、媒体または高飽和保磁力材料を含有する移動するタグまたは素子からの 情報の非接触読取に特に適用可能である構成について記載する。この構成は、タ グ材料を飽和させるのに必要とされる磁界が高く、飽和保磁力から独立している 場合（たとえば、タグ要素の形状ファクタが十分でなく、かつしたがって、減磁 作用のため、透磁率が低い場合）のような状況に対しても適当である。この構成 は、１つ以上の強力な永久磁石によってつくり出される磁気ナルを用いる。磁石 の力の選択は、狭い中央点ナル領域に隣接する領域におけるピーク磁界がタグ材 料を飽和させるのに十分であるようになされる。明らかに、高飽和保磁力タグ材 料の場合、このことは強力な磁石を必要とする。このような、典型的にはサマリ ウムおよびコバルトのような希土類元素を含有する合金から形成される構成素子 は、市場において、さまざまな製造業者から日常的に入手可能である。 磁性が軟らかい軸（つまり、磁化容易軸）が移動の方向に配向される状態で配 される、磁性材料からなる１つ以上の素子を含む移動するタグまたはアイテムが ナル領域を通過するとき、その磁性材料の磁化は極性を変える。この極性変化は タグからの磁気双極放射のパルスを引き起こし、この放射は好適に位置決めされ たレシーバコイルによって容易に検出され得る。この実現例では、静的ナル面お よび移動するタグを伴い、次いで、レシーバコイルにおいて誘起される信号の振 幅はその磁気素子の磁化の変化の割合に関連するため、信号振幅はタグの速度に 関連することになる。 本発明をより理解するため、および本発明をどのようにして実施するかを示す ため、例示の形で添付の図面をここで参照する。 図１は、この発明の検出器が基づく磁気の動態を示す。 図２は、この発明の第１の実施例を示す。 図３は、この発明の第２の実施例を示す。 図４は、この発明において用いられるレシーバコイルを構成するための好まし い方法を示す。 図５は、この発明において用いられる１つの有利なコイルのジオメトリを概略 的に示す。 図６は、この発明において用いられるコイルおよび磁石の構成を示す。 ここで図面を参照して、図１（ａ）および１（ｂ）は、質問機のナル領域を通 過する際の磁気素子の磁化の変化と、レシーバコイルにおいて誘起される信号の 形とを示す。この磁気ナルは、その上では磁気素子が飽和状態にない空間領域に 対応する。これは、図１（ａ）において、タグの長さが磁気ナルの幅以下である 状態に対して示されている。図１（ｂ）は、タグ要素の長さが（図１（ａ）にあ るように）ナル幅に匹敵する場合にレシーバコイルにおいて誘起される電圧を示 す。より長いタグ要素の場合では、そのタグ要素がナル領域にまたがっている時 間の間に、そのタグ要素のさまざまな部分がそのナル領域に入ってそこから出る 。誘起されたパルスの持続期間はしたがって、図１（ｃ）に概略的に示されるよ うに、延長される。 図２は、スロット読取機の形態をとる本発明の一実施例を示す。この実現例で は、明瞭に示すために、単純なレシーバコイル構成が示されている。このコイル 構成は、やさしい環境、特にコイル面積が小さい場合に対しては十分なものであ る。しかしながら、大きな外部磁気ノイズ源が存在するような環境（たとえば、 読取機が、シールドされない電気モータを含む機械の一部である場合）、または コイル面積が大きい環境では、２つの同軸・逆相・直列接続コイルを含む、より 複雑なレシーバコイルが好ましい。この構成における外側コイルは、内側コイル よりも巻きを少なくすることにより、等しくはあるが反対である双極モーメント を与える（面積×巻き数の積）。この構成は、軸上の外部遠距離場信号に対して は感度が低いが、コイル対の中心におけるタグ要素に対しては十分な感度を保持 する。したがって、それは、単純な単一のコイルに比して、干渉による影響がよ り少ない。 示されるように、「スロット」を規定する２つの磁石は、−（この例では）南 極が互いの方へ向けられている状態で−磁気対向している状態にある。基本的な 磁気理論では、力線は各南極に隣接する領域では圧縮され、２つの磁石間の体積 内に位置するナル領域が存在する、と示されている。磁気素子の磁化容易軸が移 動の方向に整列する状態で、その磁気素子が矢印の方向でスロットに接近するに つれ、それは、（図２において示されるように水平面内にある）移動の方向にお ける磁界の成分を経験する結果、その移動の方向に磁化される。基本的な磁気理 論では、この成分磁界は、スロットの方に近づくと最大にまで増大し、次いで、 スロット内においては磁気ナルのところで０にまで減少する、と示されている。 タグがそのスロットを通って移動し続けると、そのタグは、再び、移動の方向に おける磁界の成分を経験するが、今度は、その成分の方向は、タグがスロットに 近づきつつあるときに経験された成分磁界に比して逆転している。したがって、 タグの磁化の偏極は、磁気ナルを通る通過で逆転されている。この磁化逆転の結 果、磁気双極放射が発せられ、それがコイルによって検出される。 図３は、最高約５００エルステッドまでの飽和保磁力を伴う、長さが最小約１ ｍｍまでの磁気素子を読取るのに好適な片面読取機の形式をとる本発明の第２の 実施例を示す。この読取機の感度はコイルの表面から０〜１ｍｍの範囲にわたっ ておおよそ一様であり、最大利用可能範囲は２ｍｍ周囲である。この実施例では 、寸法が、長さ１５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１０ｍｍで、ｃ．１．０テスラの表面 磁界を伴う、十分に飽和した、焼結されたＮｄＦｅ永久磁石によって、静的磁界 を作り出す。図２に関連して上に説明したように、ハイパワー磁石によって生ず る力線を考慮することにより、どのようにして、タグまたはアイテム内の磁気素 子が、まず１回の偏極において磁化され、次いで、逆の意味において、それらが 磁石の表面上を通過する際に磁化されるかがわかる。タグの、磁石上における移 動の中間点において、水平磁界は０であり、換言すれば、磁気素子は磁気ナルを 経験する。レシーバコイル全体は、２つの、逆相の、接続されたコイルからなり 、換言すれば、８の字構成として形成される。各コイルは、幅１．６ｍｍ×長さ １０ｍｍの巻形上に巻かれ、７０回積重ねて巻かれた０．１ｍｍ直径の、エナメ ルを被せられた銅線を含む。この構成により、タグからの磁気双極放射への十分 な結合が与えられ、さらに、感度がコイルからの距離とともに急速に減少する。 このような感度分布は、大きな外部磁気ノイズ源が存在するような環境（たとえ ば、読取機が、シールドされない電気モータを含む機械の一部である場合）にお ける動作に対して望ましい。レシーバコイルからの低レベル出力は低ノイズ計測 増幅器において１０００倍に増幅されるが、この装置は、たとえば、アナログ・ デバイシーズ ＡＭＰ−０２７（Analogue devices ＡＭＰ−０２７）集積回路 のような装置が好適である。このシステムの帯域幅は、低域フィルタによって規 定され、これは、たとえばＴＬ０８４型のような低コストオペアンプに基づく周 知の技術を用いて実施される。最適な信号対ノイズ比は、フィルタ帯域幅が最大 信号帯域幅に一致するときに与えられる。最小の長さが１ｍｍの磁気素子を有し 、１０ｍ／秒の速度で移動するタグの場合、５Ｋｈｚの帯域幅が適当である。 図２に示されるタグは３つの磁気素子を伴って示され、図３のそれは４つの磁 気素子を伴って示される。図１（ａ）〜１（ｃ）を考慮すれば、図２および図３ の装置は、これらのタグを読取って、数において、そのタグに存在する磁気素子 の数に対応する信号であって、その特性がそれら磁気素子の長さに依存する信号 を与えることがわかる（図１（ｂ）および１（ｃ）を比較されたい）。こうして 、これら装置は、タグに対して、読取機として機能する。 今説明した構成では、磁石に対するコイルの動きによる誘起された電圧を回避 するよう、その構造は十分な機械的安定性を確実に有することが重要である。関 連の技術は、産業用金属検出器において既に用いられているものであり、たとえ ば、タグがレシーバコイルと直接接触するのを防ぐ手段、コイルおよびマグネッ トをその支持構造に強力に接合し、その構造を外部の振動から断絶する、などが ある。 上述の実施例の効果は、それらの構成のうち特定の領域に対し注意を向けるこ とによって増大されるかもしれない。これらは、コイルのジオメトリおよび作製 に関するものであり；マルチチャネル設計における複数コイルの挟み込み；およ びそれらコイルに対する永久磁石の配置である。これらは、すべて、検出過程に おける性能を向上させた。特に、関連の磁性材料の検出のためのＦＮ（フライン グ・ナル）ヘッドの性能は以下の４つの要因により制限される： １）レシーバコイル感度 − コイルにより発生される内部ノイズを設定する ）そのコイルの電気抵抗に対する、（ピックアップされる信号を規定する）アン テナを形成するコイルにおける巻き数により決定される。 ２）遠距離場（周囲の）電磁ノイズ源に対するコイルの鈍感度。これは平衡な アンテナジオメトリ（四重極または高次応答）を必要とする。 ３）ナル領域と連続する領域における磁界の強度、およびナルを通るそれの傾 き。 ４）バイアス磁界磁石に対する、アンテナの構造上の剛性。 これらの考慮に基づいた設計特徴を以下に記載する。 特に有利な構造は、ＦＮヘッドにおいて必要とされるコイルを構成するべく、 複数層プリント基板または「ＰＣＢ」（電子回路を実施するために広く用いられ るとおりの）の使用からくる。このような回路上のパターンはリソグラフィで形 成されて、非常に精密なコイルのジオメトリが達成されかつ量生産において容易 に再生産されることを可能にする。構造のこの形態は、非常に精密な「コイル巻 線」を可能にし、複数層リソグラフィＰＣＢ生産において達成可能な精密な三次 元許容誤差を利用したさまざまな特殊なアンテナの生産が構想され得る。このコ イル形成は、各層上においてトラックからなる特定のジオメトリを用い、次いで 、標準的な貫通層相互接続法を用いてこれらを接続することにおいて実現される 。加えて、さまざまな適用例に対するスケーリングコイルも非常に単純なものと なり、従来のコイル巻線技法では達成することが困難であったようなコイル構造 も比較的簡単なものになる。 図４は、この技法の一例である。これは、そのスキームの１つの特定の実現例 の重要な物理的パラメータを示す。図４ａにおいて、リソグラフィ手段を用いて 実現される金属トラックの図形（従来のコイルにおけるワイヤの等価物）の基本 概念を見ることができる。これらのトラックは、次いで、相互接続されて三次元 コイルを形成し、各層上のトラックは巻線を形成する状態になっている（図４（ ｂ）。実際には、我々は、２０を越えるＰＣＢ層を用いてコイルを実施した。 重なったジオメトリは、特定の適用例において利点を有し得る。たとえば、単 一の平衡コイル構成は、外部の干渉に対して過度に敏感になるため、大きな領域 にわたっての検出に対しては好適ではない。この問題は、重なった検出領域を有 する多数のより小さなコイルで所望の面積を覆うことにより克服される。図５は 、これを達成し得る１つの方法を示しており、コイルのパターンは複数層基板が 有する異なる層上にエッチングされている。 さらに、ＰＣＢ構造は本来剛性であり、このことは、磁石に対するコイル巻線 の移動を防ぐのに有益である。そのような、たとえばヘッドへの偶然の衝撃によ って引き起こされる移動は、コイルにおいて望ましくないノイズ電圧を引き起こ し、したがって性能を劣化させることになるだろう。 さらなるデザインの改善では、永久磁石の表面がコイルの中央を通るまで延ば される。これは、磁石表面がコイルのレベル水準より下であるような設計に比し て、当該領域における磁界強度および傾斜磁界を増大させ、解像度もしくは信号 レベルまたはそれらの両方を高くする。延ばされた極片を伴う磁石を用いた実現 例を図６に示す。これは、ＰＣＢコイルを用いているが、従来の態様で巻かれた コイルで実現されることもできる。 請求の範囲 １．磁化容易軸を有する磁気タグの存在を感知する検出器であって、前記検出器 は、（１）（ｉ）磁石または（ii）磁気対向状態で配される１対の磁石のいずれ かを含み、前記磁石は、使用に際して前記磁気タグがそこを通りぬけるか横切っ て通過する空間領域を規定するよう置かれ、前記磁石の配置およびその結果生ず る磁界パターンは、前記磁気タグが前記空間領域内における磁気ナルを通過する 際に前記磁気タグの磁化の極性における変化を引き起こすようにされ、前記検出 器はさらに、（２）逆相構成にて接続されるコイルの１つ以上の対を含むレシー バコイルを含み、前記コイルは、（単一の磁石が用いられる場合には）前記磁石 の一方の極より上かつ付近に位置決めされ、または（２つの磁石が用いられる場 合には）前記磁石の対の間に位置決めされ、磁気タグの磁化容易軸が移動の方向 に配向される状態で前記磁気タグが前記磁気ナルを通過する際に前記磁気タグに よって発される磁気双極放射を検出するよう配される、検出器。 ２．磁気対向状態で配される永久磁石の対を含み、前記磁石間の空間は、前記空 間領域を規定し、使用に際して前記磁気タグが通過して送られるスロットの形式 をとる、請求項１に記載の検出器。 ３．単一の永久磁石を含み、前記空間領域は、前記磁石の一表面より上の空間の 領域からなり、前記磁気タグは、使用に際して、前記磁石の前記面上を、それに 近接して通過させられる、請求項１に記載の検出器。 ４．前記レシーバコイルは、幾何学的に重なった構成にて配される複数の相互接 続されたコイルを含む、請求項１、２または３に記載の検出器。 ５．前記コイルはプリント基板のアセンブリの形式をとり、前記コイルの巻線は 前記基板上の導電経路によって構成され、前記基板は三次元コイルを形成するよ う相互接続される、請求項１、２、３または４に記載の検出器。 ６．前記または各前記磁石は、前記レシーバコイルの巻線の間を延びる極片を含 む、先行する請求項のいずれかに記載の検出器。 ７．前記レシーバコイルに接続される信号処理手段をさらに含む、先行する請求 項のいずれかに記載の検出器。 ８．前記信号処理手段は、前記磁気タグに記憶される情報に対応するかまたは相 関する出力信号を発生させるよう構成され配される、請求項７に記載の検出器。 ９．前記信号処理手段は、入力が前記レシーバコイルに接続されかつ出力が低域 フィルタに接続される低ノイズ計測増幅器を含む、請求項８に記載の検出器。 １０．請求項１に記載される検出器を含む銀行券読取機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 クロスフィールド，マイケル・デイビッド イギリス、シィ・ビィ・１ ６・エス・デ ィ ケンブリッジシャー、ウエスト・ウィ ックハム、バートン・エンド、パーン・ド リフト、19 (72)発明者 マッキナン，アレキサンダー・ウィルソン イギリス、シィ・ビィ・３ ９・エヌ・エ イチ ケンブリッジシャー、グラントチェ スター、コートゥン・ロード、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁気タグの存在を感知する検出器であって、前記検出器は、（１）使用に際 して前記磁気タグがそこを通りぬけるか横切って通過する空間領域を規定するよ う置かれる磁石または磁石の配列を含み、前記磁石の配置およびその結果生ずる 磁界パターンは、前記磁気タグが前記空間領域を通りぬけるかまたは横切って通 過する際に前記磁気タグの磁化の極性における変化を引き起こすようにされ、さ らに、（２）磁気タグが前記空間領域を通り抜けるかまたは横切って通過する際 に前記磁気タグによって発される磁気双極放射を検出するよう配されるレシーバ コイルを含む、検出器。 ２．磁気対向状態で配される永久磁石の対を含み、前記磁石間の空間は、前記空 間領域を規定し、使用に際して前記磁気タグが通過して送られるスロットの形式 をとる、請求項１に記載の検出器。 ３．単一の永久磁石を含み、前記空間領域は、前記磁石の一表面より上の空間の 領域からなり、前記磁気タグは、使用に際して、前記磁石の前記面上を、それに 近接して通過させられる、請求項１に記載の検出器。 ４．前記レシーバコイルは逆相構成で接続された１つ以上のコイル対を含む、請 求項１、２または３に記載の検出器。 ５．前記レシーバコイルは、幾何学的に重なった構成にて配される複数の相互接 続されたコイルを含む、請求項３に記載の検出器。 ６．前記コイルはプリント基板のアセンブリの形式をとり、前記コイルの巻線は 前記基板上の導電経路によって構成され、前記基板は三次元コイルを形成するよ う相互接続される、請求項４または５に記載の検出器。 ７．前記または各前記磁石は、前記レシーバコイルの巻線の間を延びる極片を含 む、先行する請求項のいずれかに記載の検出器。 ８．前記レシーバコイルに接続される信号処理手段をさらに含む、先行する請求 項のいずれかに記載の検出器。 ９．前記信号処理手段は、前記磁気タグに記憶される情報に対応するかまたは相 関する出力信号を発生させるよう構成され配される、請求項８に記載の検出器。 １０．前記信号処理手段は、入力が前記レシーバコイルに接続されかつ出力が低 域フィルタに接続される低ノイズ計測増幅器を含む、請求項８または９に記載の 検出器。