JP2017122598A - 磁気検出装置、紙葉類識別装置、および磁気検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検知対象の磁気検出におけるノイズの影響を低減する磁気検出装置を提供する。【解決手段】磁気検出装置１００は、周期的な発振信号を発生して出力する発振回路ＯＳＣと、印加される磁束の変化に応じて変化する抵抗値を有する磁気抵抗素子ＭＲを有し、この抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧を出力する基準電圧生成回路ＶＧＣと、前記磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するように前記検知対象Ｚを搬送する搬送部Ｆと、前記発振信号と、前記基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号を出力する比較器ＣＯＭＰと、前記比較結果信号のパルス幅の変化に基づいて、前記検知対象の磁気特性を判定する判定回路ＤＣと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気抵抗（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を用いた磁気検出装置、紙葉類識別装置、および磁気検出方法に関する。

従来、磁気センサとして磁気抵抗素子を用いた磁気検出装置が知られている。

このような従来の磁気検出装置には、磁気パターンのエッジ部分の検出のみならず、紙幣等に印刷された磁気パターン内部に含まれる磁性粉の微弱な濃淡変化に対応した磁束の変化を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この従来の磁気検出装置では、出力信号検出手段を、磁束の変化の影響を受けない位置に配置したので、磁束変化検出手段に印加される一定な外部磁界と磁気パターンに含まれる磁性体微粒子との磁気的相互作用に基づいた磁束の変化の影響を受けることがなくなり、磁束変化検出手段の抵抗値の変化分のみを磁束の変化に比例した出力信号として検出する。

特開２００５−３７３３７号公報

上述の特許文献１に開示されたような一般的な信号処理回路において、磁気抵抗素子から出力される信号の変化量は微小である。そのため、磁気抵抗素子の抵抗値の変化を磁気検出の判定に用いる場合には、判定に使用できるレベルまで高ゲインのアンプを用いて当該信号を増幅する必要がある。その結果、電気信号に乗った微小なノイズが増幅され、Ｓ／Ｎ比が低下する場合があった。

また、その他にも、ＯＰアンプのポップコーンノイズ、コンデンサのピエゾノイズのように、電子部品に固有な性質に基づくノイズも、当該信号処理回路に影響を及ぼす場合があった。

したがって、磁気抵抗素子を用いた磁気検出においてノイズの影響を低減可能な技術が望まれている。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、検知対象の磁気検出におけるノイズの影響を低減することが可能な磁気検出装置、紙葉類識別装置、及び磁気検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った磁気検出装置は、検知対象の磁気を検出する磁気検出装置であって、周期的な発振信号を発生して出力する発振回路と、印加される磁束の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を有し、この抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧を出力する基準電圧生成回路と、前記磁気抵抗素子の近傍を通過するように前記検知対象を搬送する搬送部と、前記発振信号と、前記基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号を出力する比較器と、前記比較結果信号のパルス幅の変化に基づいて、前記検知対象の磁気特性を判定する判定回路と、を備えることを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記発振信号は、三角波またはノコギリ波であることを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記比較器は、一端に前記基準電圧が供給される第１の抵抗と、一端に前記発振信号が供給される第２の抵抗と、第１の入力端子に前記第１の抵抗の他端が接続され、第２の入力端子に前記第２の抵抗の他端が接続され、前記第１の抵抗の他端の電圧と前記第２の抵抗の他端の電圧とを比較した結果に基づいて、出力端子から前記比較結果信号を出力するコンパレータと、を備えることを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記比較結果信号を整流する処理回路をさらに備え、前記判定回路は、前記処理回路により整流された比較結果信号のパルス幅に基づいて、前記磁気特性を判定することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記判定回路は、前記処理回路により整流された前記比較結果信号が入力され、前記比較結果信号をアナログ/デジタル変換した判定結果信号を出力するＡＤコンバータを含むことを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記判定回路は、前記比較結果信号のパルス幅とパルス周期からデューティー比を算出し、算出した前記デューティー比の変化に基づいて、前記磁気特性を判定することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記検知対象は、軟磁性体又は硬磁性体の少なくとも何れかを含み、前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過する前、又は、前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過しているときの少なくとも何れかにおいて、前記検知対象に磁界を印加する印加部を、さらに備えることを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記判定回路は、前記算出したデューティー比と、予め設定された基準値とを比較することにより、前記検知対象の磁気特性を判定することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記比較器は、前記発振信号が前記基準電圧未満である場合には、前記比較結果信号のレベルを、前記パルス波を構成する第１のレベルにし、前記発振信号が前記基準電圧以上である場合には、前記比較結果信号のレベルを、前記第１のレベルと異なる第２のレベルにすることを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記搬送部は、前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過するときに、前記検知対象が出力する磁気が前記磁気抵抗素子に一時的に印加されるように、前記検知対象を搬送することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記搬送部は、前記検知対象が予め設定された一定の搬送速度で前記磁気抵抗素子の近傍を通過するように、前記検知対象を搬送することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記磁気抵抗素子は、一端が一定の電源電圧を出力する電源に接続され、他端が前記基準電圧を出力する分圧出力端子に接続された第１の磁気抵抗素子と、一端が前記分圧出力端子に接続され、他端が接地に接続された第２の磁気抵抗素子と、を含むことを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子は、同じ磁気抵抗効果の特性を有することを特徴とする。

前記磁気検出装置において、前記第２の磁気抵抗素子は、前記第１の磁気抵抗素子に隣接するように、前記第１の磁気抵抗素子に対して所定の配置方向に配置され、前記配置方向と、前記検知対象の搬送方向とは、平行になるように設定されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った紙葉類識別装置において、前記検知対象は、磁気インクを含む紙葉類であり、前記磁気検出装置と、前記磁気検出装置を制御するとともに、前記磁気検出装置の前記判定回路の判定結果の情報を含む判定結果信号に基づいて前記紙葉類を識別する制御部と、前記制御部による識別結果を記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った磁気検出方法は、検知対象の磁気を検出する磁気検出方法であって、周期的な発振信号を発生して出力するステップと、磁気抵抗素子の近傍を通過するように前記検知対象を搬送するステップと、前記発振信号と、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて変化する前記基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号を出力するステップと、前記比較結果信号のパルス幅の変化に基づいて、前記検知対象の磁気特性を判定するステップと、を備えることを特徴とする。

前記磁気検出方法において、前記発振信号は、三角波またはノコギリ波であることを特徴とする。

前記磁気検出方法において、検知対象が磁気抵抗素子の近傍を通過する前に、検知対象に磁界を印加するステップを、さらに備えることを特徴とする。

本発明に係る磁気検出装置、紙葉類識別装置、及び磁気検出方法によれば、検知対象の磁気検出におけるノイズの影響を低減することができる。

図１は、本発明の一態様である実施形態に係る紙葉類識別装置１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す磁気検出装置１００の構成の一例を示す図である。 図３は、図２に示す比較器ＣＸに入力される発振信号Ｅｉｎ及び基準電圧ＶＲＥＦ、及び比較器ＣＸが出力する比較結果信号Ｅｏｕｔの信号波形の一例を示す図である。 図４は、基準電圧生成回路ＶＧＣ（磁気抵抗素子ＭＲ）に対する検知対象Ｚの磁性体が存在する領域Ｚａの位置と、処理回路ＲＥＣにおいて増幅されて出力される比較結果信号Ｅｂとの関係を示す概念図である。 図５は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第１の磁気抵抗素子ＭＲ１に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。 図６は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の中間に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。 図７は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第２の磁気抵抗素子ＭＲ２に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。 図８は、磁気検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

第１の実施形態

図１は、本発明の一態様である実施形態に係る紙葉類識別装置１０００の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す磁気検出装置１００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、紙葉類識別装置１０００は、磁気検出装置１００と、制御部ＣＯＮと、記憶部Ｍと、通信部５０と、を備える。

磁気検出装置１００は、検知対象の磁気を検出し、この検出結果に応じて、検知対象の磁気特性を判定するようになっている。検知対象Ｚは、例えば、磁気インクを含む、紙幣、金券の紙葉類である。検知対象Ｚは、軟磁性体又は硬磁性体の少なくとも何れかを、例えば、既述の磁気インクに含む。

また、制御部ＣＯＮは、磁気検出装置１００を制御するとともに、磁気検出装置１００の検出部Ｄ（図２の判定回路ＤＣ）が出力する判定結果信号Ｓｏｕｔに基づいて検知対象（紙葉類）Ｚの種類等を識別するようになっている。

この制御部ＣＯＮは、例えば、図１に示すように、紙葉類識別部１０と、搬送制御部２０と、磁気検出制御部３０と、処理部４０と、を備える。

例えば、紙葉類識別部１０は、検知対象（紙葉類）Ｚの検出された磁気特性に応じた判定結果信号Ｓｏｕｔと、予め検知対象となる検知対象（紙葉類）Ｚに関して記憶部Ｍに記憶されている基準値とを比較することにより、検知対象（紙葉類）Ｚの種類等を特定する機能を有する。

具体的には、例えば、検知対象Ｚが米国紙幣である場合には、記憶部Ｍには予め１ドル、２ドル、５ドル、１０ドル、２０ドル、５０ドル及び１００ドルの各紙幣の磁気特性の基準値が記憶されている。そして、処理中の検知対象（紙葉類）Ｚの検出された磁気特性に応じた判定結果信号Ｓｏｕｔが、各基準値と比較される。その結果、検知対象（紙葉類）Ｚの検出された磁気特性に応じた判定結果信号Ｓｏｕｔが、１００ドル紙幣の磁気特性の基準値と所定範囲内で一致するとともに他の金種の磁気特性の基準値と所定範囲を超えて異なる場合に、この検知対象（紙葉類）Ｚを１００ドル紙幣であると判定する。

なお、例えば、紙葉類識別部１０は、検知対象（紙葉類）Ｚを撮像部（図示せず）により撮像した画像と、予め検知対象となる検知対象（紙葉類）Ｚに関して記憶部Ｍに記憶されている基準画像とを比較することにより、検知対象（紙葉類）Ｚの種類等を特定する機能をさらに有するようにしてもよい。

具体的には、例えば、検知対象Ｚが米国紙幣である場合には、記憶部Ｍには予め１ドル、２ドル、５ドル、１０ドル、２０ドル、５０ドル及び１００ドルの各紙幣の基準画像が記憶されている。そして、処理中の検知対象（紙葉類）Ｚを撮像した画像の特徴部分が、各基準画像と比較される。その結果、検知対象（紙葉類）Ｚを撮像した画像が、１００ドル紙幣の基準画像と所定範囲内で一致するとともに他の金種の基準画像と所定範囲を超えて異なる場合に、この検知対象（紙葉類）Ｚを１００ドル紙幣であると判定するようにしてもよい。

なお、検知対象とする検知対象（紙葉類）Ｚが紙幣である場合には、紙葉類識別部１０は、このように金種識別を行う他、紙幣が本物であるか否かを判定する真偽識別や、紙幣が所定基準を満たし再利用可能な紙幣であるか否かを判定する正損識別等の処理を行うこともできる。このような紙葉類の識別処理は、紙幣識別装置の分野において従来から利用されている技術であるため、詳細な説明は省略する。

この制御部２０は、例えば、各種の処理を実現するためのソフトウェアプログラムと、当該ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵと、当該ＣＰＵによって制御される各種ハードウェア等によって構成されている。各部の動作に必要なソフトウェアプログラムやデータの保存には、記憶部Ｍや、別途専用に設けられたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリやハードディスク等が利用される。

また、搬送制御部２０は、検知対象Ｚを搬送する、磁気検出装置１００の搬送部Ｆを、制御するようになっている。

また、磁気検出制御部３０は、検知対象Ｚの磁気を検出する、磁気検出装置１００の検出部Ｄを、制御するようになっている。

また、処理部４０は、各部の動作に必要な各種の処理を実行するようになっている。

また、記憶部Ｍは、揮発性又は不揮発性のメモリやハードディスク等の記憶装置で構成され、紙葉類識別装置１０００で行われる処理に必要な各種のデータを記憶するために利用される。

この記憶部Ｍは、制御部ＣＯＮによる識別結果を記憶するようになっている。また、記憶部Ｍは、検知対象（紙葉類）Ｚの判定処理等を行うために利用される各種の基準値と、これらに関連する情報とを記憶している。また、記憶部Ｍは、検知対象（紙葉類）Ｚを撮像した各画像の全体又は特徴部の判定処理等を行うために利用される各種の基準画像と、これらに関連する情報とを記憶している。

また、通信部５０は、紙葉類識別装置１０００の外部からの信号を受信し、紙葉類識別装置１０００から外部へ信号を送信する機能を有する。

この通信部５０によって、例えば、外部からの信号を受信して、制御部ＣＯＮの動作設定を変更したり、記憶部Ｍに記憶されているソフトウェアプログラムやデータの更新、追加及び削除の処理を行ったり、紙葉類識別装置１０００による検知対象（紙葉類）Ｚの識別結果を外部へ出力することができる。

ここで、図１、図２に示すように、磁気検出装置１００は、磁気検出部Ｄと、搬送部Ｆと、を備える。

磁気検出部Ｄは、例えば、図２に示すように、発振回路ＯＳＣと、基準電圧生成回路ＶＧＣと、比較器ＣＸと、搬送部Ｆと、処理回路（整流回路）ＲＥＣと、判定回路ＤＣと、印加部Ａと、を備える。

発振回路ＯＳＣは、周期的な発振信号Ｅｉｎを発生して出力するようになっている。この発振信号Ｅｉｎは、例えば、三角波またはノコギリ波である。

また、基準電圧生成回路ＶＧＣは、上記磁気抵抗素子ＭＲの抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧ＶＲＥＦを出力するようになっている。この基準電圧生成回路ＶＧＣは、例えば、図２に示すように、印加される磁束の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子ＭＲ（第１の磁気抵抗素子ＭＲ１、第２の磁気抵抗素子ＭＲ２）を有する。
ここで、基準電圧生成回路ＶＧＣの磁気抵抗素子ＭＲは、例えば、図２に示すように、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と、第２の磁気抵抗素子ＭＲ２と、を含む。

第１の磁気抵抗素子ＭＲ１は、一端が一定の電源電圧を出力する電源ＶＳに接続され、他端が基準電圧ＶＲＥＦを出力する分圧出力端子ＤＮに接続されている。

第２の磁気抵抗素子ＭＲ２は、一端が分圧出力端子ＤＮに接続され、他端が接地に接続されている。

すなわち、基準電圧生成回路ＶＧＣは、電源ＶＳが出力する電源電圧を第１、第２の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２で分圧した分圧電圧を、分圧出力端子ＤＮから基準電圧ＶＲＥＦとして出力する。

なお、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２は、同じ磁気抵抗効果の特性を有する。

また、第２の磁気抵抗素子ＭＲ２は、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１に隣接するように、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１に対して所定の配置方向Ｙに配置されている。そして、この配置方向Ｙと、検知対象Ｚの搬送方向Ｘとは、例えば、平行になるように設定される。

また、印加部Ａは、検知対象Ｚが磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過する前に、検知対象Ｚに磁界を印加するようになっている。

これにより、検知対象Ｚの硬磁性体が、磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過する前に、着磁される。したがって、検知対象Ｚの硬磁性体の磁束を検出する磁気抵抗素子ＭＲで検出することができる。

さらに、印加部Ａは、検知対象Ｚが磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過しているときに、検知対象Ｚに磁界を印加するようになっている。

これにより、検知対象Ｚの軟磁性体が、磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過しているときに、着磁される。したがって、検知対象Ｚの軟磁性体の磁束を検出する磁気抵抗素子ＭＲで検出することができる。

また、搬送部Ｆは、配置方向Ｙに平行に、搬送方向Ｘに沿って、磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するように検知対象Ｚを搬送するようになっている。この搬送部Ｆは、例えば、検知対象Ｚを搬送するローラ等の搬送機構を備える。

この搬送部Ｆは、検知対象Ｚが磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するときに、検知対象Ｚが出力する磁気が磁気抵抗素子ＭＲに一時的に印加されるように、搬送方向Ｘに沿って検知対象Ｚを搬送する。特に、搬送部Ｆは、検知対象Ｚが予め設定された一定の搬送速度で磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するように、搬送方向Ｘに沿って検知対象Ｚを搬送する。

また、比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎと基準電圧ＶＲＥＦとを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号Ｅｏｕｔを出力するようになっている。

この比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎが基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、比較結果信号Ｅｏｕｔのレベルを、パルス波を構成する第１のレベル（“Ｈｉｇｈ”レベル）にする。この第１のレベル（“Ｈｉｇｈ”レベル）が、パルス部分になる。

一方、比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎが基準電圧ＶＲＥＦ以上である場合には、比較結果信号Ｅｏｕｔのレベルを、第１のレベルと異なる第２のレベル（“Ｌｏｗ”レベル）にする。

この比較器ＣＸは、例えば、図２に示すように、第１の抵抗Ｒ１と、第２の抵抗Ｒ２と、コンパレータＣＯＭＰと、を備える。

第１の抵抗Ｒ１は、一端が基準電圧生成回路ＶＧＣの出力（分圧出力端子ＤＮ）に接続され、他端が第１の入力端子Ｉａに接続されている。この第１の第１の抵抗Ｒ１は、一端に基準電圧ＶＲＥＦが供給されるようになっている。

また、第２の抵抗Ｒ２は、一端に発振信号Ｅｉｎが供給されるようになっている。

なお、第１、第２の磁気抵抗素子ＭＲは、例えば、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等である。

また、コンパレータＣＯＭＰは、第１の入力端子Ｉａに第１の抵抗Ｒ１の他端が接続され、第２の入力端子Ｉｂに第２の抵抗Ｒ２の他端が接続されている。

このコンパレータＣＯＭＰは、第１の抵抗Ｒ１の他端の電圧と第２の抵抗Ｒ２の他端の電圧とを比較した結果に基づいて、出力端子Ｉｃから比較結果信号Ｅｏｕｔを出力するようになっている。

ここで、図３は、図２に示す比較器ＣＸに入力される発振信号Ｅｉｎ及び基準電圧ＶＲＥＦ、及び比較器ＣＸが出力する比較結果信号Ｅｏｕｔの信号波形の一例を示す図である。

比較器ＣＸには、一定の振幅を有する周期的な発振信号の一例である三角波が発振信号Ｅｉｎとして入力される。比較器ＣＸには、基準電圧も入力される。

図３に示すように、比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎが基準電圧ＶＲＥＦ未満である場合には、比較結果信号Ｅｏｕｔのレベルを、パルス波を構成する第１のレベル（“Ｈｉｇｈ”レベル）にする。この第１のレベル（“Ｈｉｇｈ”レベル）が、パルス部分になる。

一方、比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎが基準電圧ＶＲＥＦ以上である場合には、比較結果信号Ｅｏｕｔのレベルを、第１のレベルと異なる第２のレベル（“Ｌｏｗ”レベル）にする。

図３に示す比較結果信号Ｅｏｕｔは、基準電圧ＶＲＥＦが電圧レベル２１０である場合について示している。

なお、基準電圧ＶＲＥＦは、直列に配置された第１、第２の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２の抵抗値の分圧比に応じて変化する。当該分圧比は、磁気抵抗素子ＭＲと検知対象Ｚの磁性体との位置関係や磁束の大きさ（検知対象に含まれる磁性体の量）に応じて変化し、この変化に応じて、基準電圧ＶＲＥＦは電圧レベル２２０、２３０に変化する。

上記ように、検知対象Ｚの磁性体が磁気抵抗素子ＭＲ上を一定の搬送速度で通過すると、二つの第１、第２の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２の抵抗値が変化し、基準電圧ＶＲＥＦが変化する。発振信号Ｅｉｎの振幅が一定の場合、当該基準電圧ＶＲＥＦの変化に応じて上記パルスの幅が変化する。このパルスの幅の変化は、デューティー比の変化として検出可能となる。

また、図２に示すように、処理回路ＲＥＣは、比較結果信号Ｅｏｕｔを整流して（必要に応じて増幅して）、比較結果信号Ｅｂを出力するようになっている。

また、判定回路ＤＣは、比較結果信号Ｅｏｕｔ（若しくは比較結果信号Ｅｂ）のパルス幅の変化に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定し、この判定結果の情報を含む判定結果信号Ｓｏｕｔを出力するようになっている。この判定回路ＤＣは、処理回路ＲＥＣが比較結果信号Ｅｏｕｔを増幅する場合、増幅後の信号レベルを用いて、検知対象Ｚにおける磁性体の磁気特性を判定する。

より詳しくは、この判定回路ＤＣは、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス幅とパルス周期からデューティー比を算出し、算出したデューティー比の変化に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定する。特に、判定回路ＤＣは、算出したデューティー比と、予め設定された基準値とを比較することにより、検知対象Ｚの磁気特性を判定する。この基準値は、例えば、記憶部Ｍに記憶されている。

このように、判定回路ＤＣは、比較器ＣＸが出力する比較結果信号Ｅｏｕｔのデューティー比の変化を整流して、当該変化を電圧の増減としてとらえる。このようにすると、磁気インク（磁性体）の存在に基づく信号を同じレベルの変化として得るための増幅器の増幅率は、例えば、従来の約１０分の１にできる。その結果、回路素子からのノイズのその他の変動成分も抑えることができるため、Ｓ／Ｎ比が改善され得る。

なお、判定回路ＤＣは、例えば、処理回路ＲＥＣにより整流された比較結果信号Ｅｂが入力され、比較結果信号Ｅｂをアナログ/デジタル変換した判定結果信号Ｓｏｕｔを出力するＡＤ（Analog to Digital）コンバータを含むようにしてもよい。

すなわち、判定回路ＤＣとして、高速かつ高分解能のＡＤコンバータを使用すれば、処理回路ＲＥＣ（整流回路）を使用することなく、デジタル回路として磁気検出装置１００を構成することもできる。

なお、本実施形態においては、判定回路ＤＣは、処理回路ＲＥＣにより整流された比較結果信号Ｅｂのパルス幅に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定して、判定結果信号Ｓｏｕｔを出力するようになっている。なお、この処理回路ＲＥＣは、必要に応じて、省略されていてもよい。この場合、判定回路ＤＣは、コンパレータＣＯＭＰが出力した比較結果信号Ｅｏｕｔが直接入力され、この比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス幅に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定して、判定結果信号Ｓｏｕｔを出力する。

ここで、以上のような構成を有する磁気検出装置１００の検知対象Ｚの磁気特性を判定回路が判定するための動作特性について説明する。

図４は、基準電圧生成回路ＶＧＣ（磁気抵抗素子ＭＲ）に対する検知対象Ｚの磁性体が存在する領域Ｚａの位置と、処理回路ＲＥＣにおいて増幅されて出力される比較結果信号Ｅｂとの関係を示す概念図である。

図４に示すように、検知対象（ここでは、紙幣）Ｚは、磁気検出装置１００の基準電圧生成回路ＶＧＣ（磁気抵抗素子ＭＲ）に対して、搬送方向Ｘに搬送される。このとき、開始地点Ｓａから終了地点Ｓｂまでの範囲から磁性体が検出され得る。

信号波形３３０は、処理回路ＲＥＣにおいて増幅された比較結果信号Ｅｂを示す。比較結果信号Ｅｏｕｔのレベル（変化量）は微小であるため、このレベルをそのまま判定に用いることは好ましくない。そこで、増幅後の比較結果信号Ｅｂを判定に用いることが好ましい。この場合、既述のように、信号の増幅率は、例えば、従来の磁気検出装置における増幅率の１０分の１程度に抑えることができる。

そのため、磁気検出装置１００における回路素子に起因するノイズ等の影響を抑制することができる。

ここで、図５は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第１の磁気抵抗素子ＭＲ１に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。また、図６は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の中間に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。また、図７は、検知対象Ｚが基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍（特に第２の磁気抵抗素子ＭＲ２に近接）を搬送方向Ｘに通過しているとき位置関係における、比較器ＣＸの入力波形と出力波形との一例を示す図である。なお、図５〜図７において、簡単のため、検知対象Ｚの尺度を、小さくして表記している。

例えば、図５に示すように、検知対象Ｚ（すなわち、磁性体）が第１の磁気抵抗素子ＭＲ１に近接して搬送方向Ｘに通過しているとき、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値が大きくなるため、基準電圧ＶＲＥＦが低下する。これにより、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス波のパルス幅Ｗａが狭くなる。

その後、図６に示すように、検知対象Ｚ（すなわち、磁性体）が第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の中間に近接して搬送方向Ｘに通過しているとき、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値が小さくなるとともに第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値が大きくなるため、基準電圧ＶＲＥＦが上昇する。これにより、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス波のパルス幅Ｗｂがパルス幅Ｗａよりも広くなる。

その後、図６に示すように、検知対象Ｚ（すなわち、磁性体）が第２の磁気抵抗素子ＭＲ２に近接して搬送方向Ｘに通過しているとき、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値がさらに小さくなるとともに第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値がさらに大きくなるため、基準電圧ＶＲＥＦがさらに上昇する。これにより、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス波のパルス幅Ｗｃがパルス幅Ｗｂよりも広くなる。

このように、検知対象Ｚ（すなわち、磁性体）が基準電圧生成回路ＶＧＣの近傍を通過することにより、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス波のパルス幅が、変化することとなる。

そして、既述のように、判定回路ＤＣは、このようにして変化する比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス幅とパルス周期からデューティー比を算出し、算出したデューティー比の変化に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定するものである。

次に、以上のような構成、磁気特性を有する磁気検出装置１００の動作フローの一例について説明する。ここで、図８は、磁気検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、磁気検出装置１００の発振回路ＯＳＣは、周期的な発振信号Ｅｉｎを発生して出力する（ステップＳ１）。この発振信号Ｅｉｎは、比較器ＣＸに入力される。

そして、磁気検出装置１００の印加部Ａは、検知対象Ｚが磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過する前に、検知対象Ｚに磁界を印加する（ステップＳ２）。なお、検知対象Ｚが磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するときにも、検知対象Ｚに磁界を印加するようにしてもよい。

そして、磁気検出装置１００の搬送部Ｆは、磁気抵抗素子ＭＲの近傍を通過するように検知対象Ｚを搬送する（ステップＳ３）。

そして、磁気検出装置１００の基準電圧生成回路ＶＧＣは、磁束の変化に基づく磁気抵抗素子ＭＲの抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧ＶＲＥＦを出力する（ステップＳ４）。この基準電圧ＶＲＥＦは、比較器ＣＸに入力される。

そして、磁気検出装置１００の比較器ＣＸは、発振信号Ｅｉｎと、磁気抵抗素子ＭＲの抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧ＶＲＥＦとを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号Ｅｏｕｔを出力する（ステップＳ５）。

そして、磁気検出装置１００の判定回路ＤＣは、比較結果信号Ｅｏｕｔ（Ｅｂ）のパルス幅の変化に基づいて、検知対象Ｚの磁気特性を判定する（ステップＳ６）。
以上のようにして、本実施形態に係る磁気検出装置１００によれば、検知対象Ｚの磁気特性は、比較結果信号Ｅｏｕｔのパルス幅として捉えられて、比較結果信号Ｅｏｕｔのデューティー比に基づいて検知対象Ｚの磁気特性を判定する。これにより、例えば、検知対象Ｚから得られる信号の増幅率を従来の技術を用いる場合の増幅率の１０分の１程度に抑制することができる。結果として、Ｓ／Ｎ比が向上し、また、ノイズの影響を低減することができる。

また、判定回路ＤＣに高速で高分解能なＡＤコンバータを用いることにより、パルス幅に基づくデューティー比の変化をデジタルデータとして得ることができる。その結果、磁気検出装置１００をデジタル回路で構成することもできる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０００ 紙葉類識別装置
１００ 磁気検出装置
ＣＯＮ 制御部
Ｍ 記憶部
５０ 通信部
１０ 紙葉類識別部
２０ 搬送制御部
３０ 磁気検出制御部
４０ 処理部
Ｄ 磁気検出部
Ｆ 搬送部
ＯＳＣ 発振回路
ＶＧＣ 基準電圧生成回路
ＣＸ 比較器
Ｆ 搬送部
ＲＥＣ 処理回路（整流回路）
ＤＣ 判定回路
Ａ 印加部

Claims (18)

1. 検知対象の磁気を検出する磁気検出装置であって、
   周期的な発振信号を発生して出力する発振回路と、
   印加される磁束の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を有し、この抵抗値の変化に基づいて変化する基準電圧を出力する基準電圧生成回路と、
   前記磁気抵抗素子の近傍を通過するように前記検知対象を搬送する搬送部と、
   前記発振信号と、前記基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号を出力する比較器と、
   前記比較結果信号のパルス幅の変化に基づいて、前記検知対象の磁気特性を判定する判定回路と、を備える
   ことを特徴とする磁気検出装置。
2. 前記発振信号は、三角波またはノコギリ波であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記比較器は、
   一端に前記基準電圧が供給される第１の抵抗と、
   一端に前記発振信号が供給される第２の抵抗と、
   第１の入力端子に前記第１の抵抗の他端が接続され、第２の入力端子に前記第２の抵抗の他端が接続され、前記第１の抵抗の他端の電圧と前記第２の抵抗の他端の電圧とを比較した結果に基づいて、出力端子から前記比較結果信号を出力するコンパレータと、を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
4. 前記比較結果信号を整流する処理回路をさらに備え、
   前記判定回路は、
   前記処理回路により整流された比較結果信号のパルス幅に基づいて、前記磁気特性を判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
5. 前記判定回路は、前記処理回路により整流された前記比較結果信号が入力され、前記比較結果信号をアナログ/デジタル変換した判定結果信号を出力するＡＤコンバータを含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の磁気検出装置。
6. 前記判定回路は、
   前記比較結果信号のパルス幅とパルス周期からデューティー比を算出し、算出した前記デューティー比の変化に基づいて、前記磁気特性を判定する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
7. 前記検知対象は、軟磁性体又は硬磁性体の少なくとも何れかを含み、
   前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過する前、又は、前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過しているときの少なくとも何れかにおいて、前記検知対象に磁界を印加する印加部を、さらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出回路。
8. 前記判定回路は、前記算出したデューティー比と、予め設定された基準値とを比較することにより、前記検知対象の磁気特性を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
9. 前記比較器は、
   前記発振信号が前記基準電圧未満である場合には、前記比較結果信号のレベルを、前記パルス波を構成する第１のレベルにし、
   前記発振信号が前記基準電圧以上である場合には、前記比較結果信号のレベルを、前記第１のレベルと異なる第２のレベルにする
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出装置。
10. 前記搬送部は、前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過するときに、着磁された前記検知対象の磁気特性を前記磁気抵抗素子が検知できるように、前記検知対象を搬送する
    ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
11. 前記搬送部は、前記検知対象が予め設定された一定の搬送速度で前記磁気抵抗素子の近傍を通過するように、前記検知対象を搬送する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気検出装置。
12. 前記磁気抵抗素子は、
    一端が一定の電源電圧を出力する電源に接続され、他端が前記基準電圧を出力する分圧出力端子に接続された第１の磁気抵抗素子と、
    一端が前記分圧出力端子に接続され、他端が接地に接続された第２の磁気抵抗素子と、を含む
    ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
13. 前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子は、同じ磁気抵抗効果の特性を有することを特徴とする請求項１２に記載の磁気検出装置。
14. 前記第２の磁気抵抗素子は、前記第１の磁気抵抗素子に隣接するように、前記第１の磁気抵抗素子に対して所定の配置方向に配置され、
    前記配置方向と、前記検知対象の搬送方向とは、平行になるように設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の磁気検出装置。
15. 前記検知対象は、磁気インクを含む紙葉類であり、
    請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の前記磁気検出装置と、
    前記磁気検出装置を制御するとともに、前記磁気検出装置の前記判定回路の判定結果の情報を含む判定結果信号に基づいて前記紙葉類を識別する制御部と、
    前記制御部による識別結果を記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする紙葉類識別装置。
16. 検知対象の磁気を検出する磁気検出方法であって、
    周期的な発振信号を発生して出力するステップと、
    磁気抵抗素子の近傍を通過するように前記検知対象を搬送するステップと、
    前記発振信号と、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて変化する前記基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいたパルス波を含む比較結果信号を出力するステップと、
    前記比較結果信号のパルス幅の変化に基づいて、前記検知対象の磁気特性を判定するステップと、を備える
    ことを特徴とする磁気検出方法。
17. 前記発振信号は、三角波またはノコギリ波であることを特徴とする請求項１６に記載の磁気検出方法。
18. 前記検知対象が前記磁気抵抗素子の近傍を通過する前に、前記検知対象に磁界を印加するステップを、さらに備える
    ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気検出方法。

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