JP2017520849A - 硬貨検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構造で、高精度、高感度と広いダイナミック線形範囲を有する硬貨検出システムを提供すること。【解決手段】硬貨検出システムは、信号励磁源１、駆動回路２、励磁コイル３、被検出硬貨４、径方向磁界勾配計５、軸方向磁界勾配計６、アナログフロントエンド回路７及びプロセッサ８を備える。信号励磁源及び駆動回路により励磁コイルを励磁した後、励磁コイルは被検出硬貨の軸方向に平行な励磁磁界１０を発生させ、励磁磁界の影響を受けて、被検出硬貨内部に渦電流を発生させて誘導磁界１１を誘導し、径方向磁界勾配計及び軸方向磁界勾配計がそれぞれ被検出硬貨の径方向および軸方向における磁界成分を検出し、検出信号はアナログフロントエンド回路へ送信されて増幅され、送信された増幅信号はプロセッサで処理され出力され、出力信号の振幅及び位相等の情報に基づいて被検出硬貨の材料、デザイン、単位等の情報を取得する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、硬貨検出システムに関し、特に、磁気抵抗センサを用いて磁界勾配計を形成する硬貨検出システムに関する。

硬貨は、現代社会においては不可欠なものであって、人類が物質を交換するために必要なツールであり、日常生活において膨大な流通量がある。硬貨がますます幅広く使用されるにつれて、交通、金融等では、硬貨の単位や真偽の判定、硬貨の計算といったアプリケーションへの依存度が高まってきている。現在、硬貨の計算及び真偽の判定には、主に以下の幾つかの方法がある。

（１）硬貨に対して交番磁界を印加し、その後、誘導された渦電流場を測定し硬貨の材料を判定して、その真偽を識別する方法がある。このような方法では、主に誘導コイルまたは誘導コイルとホールセンサとの組み合わせにより硬貨の軸方向磁界を測定するが、特徴を識別する信号を測定できるのは一種類のみであるため、類似する共振周波数、振幅または位相を有する異なる硬貨に対しては、真偽を正確に判定することができない。

（２）複数の磁気抵抗センサを用いてセンサユニットアレイを構成し、硬貨周囲の磁界分布を検出することによって、硬貨の単位及びその真偽を判定する方法がある。例えば、特許出願ＣＮ１０３６１７６６９Ａには硬貨検出装置が開示されているが、その装置でも一方向のみの信号しか検出できず、類似する直径を有し、かつ同一方向に類似するレスポンスを有する硬貨に対しては、判定結果の精度は十分に高くはなく、その測定結果には印加したパルス場により生成された新たな信号が含まれるため、この信号を除去するための後処理が必要となるので、処理プロセスが煩雑となり、その分解能が低減する恐れがある。

（３）送信コイルに対して可変周波数入力を行い、異なる周波数点で受信機の出力を測定することによって、硬貨の真偽を検出する方法がある。例えば、米国特許出願ＵＳ４０８６５２７に開示される試験方法では、出力信号の振幅、位相、共振周波数等の情報を取得できるものの、依然として単軸センサを用いているので、類似する特徴を有するいくつかの硬貨を識別することは非常に困難である。また、励磁のためのパルス場を利用した後でパルス場を除去する方法や位相変移などの方法で真偽を検出しても良いが、それらの方法も、同様にして特徴を識別する信号を測定できるのは一種類のみであるため、類似する特徴を有する硬貨を正確に識別することができない。また、硬貨を偽造する技術も更に向上しており、これらの既存の硬貨検出装置では、交通機関や金融などの現代社会における硬貨検出に対する高精度な要求に応えることができなくなってきている。

目的は、シンプルな構造で、高精度、高感度と広いダイナミック線形範囲を有する硬貨検出システムを提供することにある。

本実施形態に係る硬貨検出システムは、励磁コイル、径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計を備え、前記励磁コイルは、被検出硬貨に軸方向の励磁磁界を印加することに用いられ、前記励磁磁界は前記被検出硬貨内部に渦電流を誘導させ、前記渦電流は誘導磁界を発生させ、前記径方向磁界勾配計は少なくとも２つの径方向磁気抵抗センサを含み、かつ前記軸方向磁界勾配計は少なくとも２つの軸方向磁気抵抗センサを含み、前記径方向磁気抵抗センサおよび前記軸方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記励磁コイルの中心面または中心点に対して対称に分布され、前記径方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの相対する両側と前記被検出硬貨の径方向における前記誘導磁界の磁界成分の差を検出することに用いられ、前記軸方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの相対する両側と前記被検出硬貨の軸方向における前記誘導磁界の磁界成分の差を検出することに用いられ、前記相対する両側は前記励磁コイルの軸方向に沿って対向する両側であり、前記励磁コイルは、前記被検出硬貨の表面と前記励磁コイルの中心面とが平行で、かつ前記被検出硬貨の表面と前記中心面との間の距離が少なくとも前記励磁コイル高さの半分となるように配置されることを特徴とする。

好ましくは、前記硬貨検出システムは、更に、前記励磁コイルを励磁させるための信号励磁源および駆動回路と、前記径方向磁界勾配計および前記軸方向磁界勾配計が生成した信号を増幅するためのアナログフロントエンド回路と、前記アナログフロントエンド回路が出力した増幅信号の実部成分および虚部成分を算出するためのプロセッサと、を備える。

好ましくは、前記信号励磁源により生成された信号は交流信号であり、前記交流信号は少なくとも一つの周波数成分から構成され、前記プロセッサは、各周波数成分に対応する増幅信号の実部成分および虚部成分を算出する。

好ましくは、前記信号励磁源は、更に、前記交流信号の継続時間に直流信号を印加することに用いられ、前記励磁コイルにより発生させた励磁磁界は直流磁界と交流磁界との重畳磁界である。

好ましくは、前記被検出硬貨の材料が強磁性材料である場合、あるいは前記被検出硬貨の表面が強磁性材料でコーティングされている場合には、出力信号の増幅値は前記直流磁界が印加された後に低減され、前記検出硬貨の材料が導体である場合には、出力信号の増幅値は前記直流磁界の影響を受けない。

好ましくは、前記硬貨検出システムは、各種類の硬貨に対応する実部成分および虚部成分の振幅値を検出可能である。

好ましくは、前記励磁コイルは、単一コイル、または複数のコイルを積層して構成されるアレイコイルであり、前記励磁コイルによって囲まれる円周の直径は前記被検出硬貨の直径より大きい。

好ましくは、前記径方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの内側エッジかつ前記被検出硬貨エッジの下方に配置され、前記径方向磁気抵抗センサは、前記励磁コイルの中心に対して対称に配置され、前記軸方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの内側に配置され、かつ前記被検出硬貨の中心の下側に配置または近接され、前記軸方向磁気抵抗センサは、前記励磁コイルの軸方向に沿って前記励磁コイルの中心に対して対称配置される。

好ましくは、前記硬貨検出システムは、更に、第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢを備え、前記径方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置され、前記軸方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置され、前記励磁コイルは、前記第１のＰＣＢと第２のＰＣＢとの間で固定され、前記被検出硬貨は、前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置される。

好ましくは、前記径方向磁気抵抗センサはＸ軸リニアセンサであり、前記軸方向磁気抵抗センサはＺ軸リニアセンサであり、前記Ｘ軸リニアセンサの検知方向は前記被検出硬貨の径方向に対して平行であり、前記Ｚ軸リニアセンサの検知方向は前記被検出硬貨の軸方向に対して平行である。

好ましくは、前記Ｘ軸リニアセンサおよび前記Ｚ軸リニアセンサは、単一抵抗器、ハーフブリッジまたはフルブリッジの構成のものであり、前記単一抵抗器、ハーフブリッジのブリッジアームまたはフルブリッジのブリッジアームは、一つまたは複数の互いに電気的に接続される磁気抵抗素子により構成される。

好ましくは、前記磁気抵抗素子は、Ｈａｌｌ、ＳＭＲＥ（半導体磁気抵抗素子）、ＡＭＲ、ＧＭＲまたはＴＭＲ素子である。

好ましくは、前記硬貨検出システムは、更に、位置決め装置を有し、前記位置決め装置は、前記被検出硬貨を前記径方向磁界勾配計および前記軸方向磁界勾配計の一側に近接させるように前記被検出硬貨を位置決めする。

本実施形態は、従来の技術に比べて、以下のような技術的効果を奏する。

（１）径方向および軸方向の磁界勾配計を用いて被検出硬貨によって誘導される渦電流磁界の径方向および軸方向の磁界成分を検出することにより、両軸測定を実現し、励磁磁界の影響を受けることなく、測定の精度を大きく向上させることができる。

（２）被検出硬貨を配置していない時は、２つの磁界勾配計は何ら励磁信号を表示しないので、励磁信号は飽和効果を発生させることなく、ゲインを可能な限り向上させることができ、これにより分解能を向上させることができる。

（３）径方向および軸方向の磁界勾配計はリニア磁気抵抗センサ（例えば、ＴＭＲセンサ）により構成されるので、これにより、硬貨検出システムの感度を向上させることができるとともに、動的リニア範囲を拡大させることができ、それに加えて、磁気抵抗センサはコイルと比較して小型で低コストであるため、硬貨検出システムの構成をさらにコンパクトにすることができ、コストも低減させることができる。

（４）本実施形態における２つの磁界勾配計は、システム応答に対して温度補償が可能で、熱ドリフトエラーを排除することができる。

本実施形態に係る硬貨検出システムの概略構成を示す図である。 本実施形態に係る硬貨検出システムの一部の細部断面を示す図である。 本実施形態に係る硬貨検出システムの一部の細部上面を示す図である。 測定周波数が１ＫＨｚである場合の硬貨周囲磁界の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。 測定周波数が１ＫＨｚである場合の硬貨周囲磁界の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。 測定周波数が１０ＫＨｚである場合の硬貨周囲磁界の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。 測定周波数が１０ＫＨｚである場合の硬貨周囲磁界の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。 異なる材料の硬貨によって誘導された渦電流場の実部成分および虚部成分と周波数との間の関係に関する算出結果である。 異なる材料の硬貨によって誘導された渦電流場の実部成分および虚部成分と周波数との間の関係に関する算出結果である。 異なる材料の硬貨によって誘導された渦電流場の実部成分および虚部成分と周波数との間の関係に関する算出結果である。 異なる材料の硬貨によって誘導された渦電流場の実部成分および虚部成分と周波数との間の関係に関する算出結果である。 中国の１元硬貨と１角硬貨に対するテスト結果を示す曲線である。 中国の１元硬貨と１角硬貨に対するテスト結果を示す曲線である。 周波数が１６０Ｈｚと９８００Ｈｚとで１０種類の硬貨を測定した場合の測定結果である。 ２種類の硬貨に対して、それぞれ軸方向磁界勾配計および径方向磁界勾配計が測定して取得した出力曲線である。 ２種類の硬貨に対して、それぞれ軸方向磁界勾配計および径方向磁界勾配計が測定して取得した出力曲線である。 軸方向および径方向の磁界成分が異なる周波数で異なる種類の硬貨を測定した場合の測定結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る硬貨検出システムを説明する。
図１は、本実施形態に係る硬貨検出システムの概略構成を示す図である。硬貨検出システムは、信号励磁源１、駆動回路２、励磁コイル３、被検出硬貨４、径方向磁界勾配計５、軸方向磁界勾配計６、アナログフロントエンド回路７及びプロセッサ８を備える。動作時には、信号励磁源１および駆動回路２により励磁コイル３を励磁した後、励磁コイル３は被検出硬貨４の軸方向に対して平行となる励磁磁界１０を発生させ、この励磁磁界１０の影響を受けて、被検出硬貨４内部に渦電流を発生させて磁界１１を誘導し、径方向磁界勾配計５および軸方向磁界勾配計６がそれぞれ被検出硬貨４の径方向および軸方向における励磁コイル３の相対する両側の磁界１１の磁界成分の差を検出する。

ここで、相対する両側とは、励磁コイル軸方向（図２における縦方向の破線で示された方向）に沿って対向する両側であり、本実施形態では上下両側を指すものとする。そして、検出信号はアナログフロントエンド回路７へ送信されて増幅され、アナログフロントエンド回路７から送信された増幅信号はプロセッサ８で処理され出力端９を介して出力される。ここで、プロセッサ８は、ＭＣＵまたはＤＳＰを含み、その出力信号は磁界信号に変換され得る電圧信号であり、この磁界信号は実部および虚部を含むものである。

出力信号は、硬貨の材料、大きさ、デザインや、径方向磁界勾配計５および軸方向磁界勾配計６に対する硬貨の配置に影響を受けるものであり、配置の異なりによる影響を回避するために、位置決め柱により被検出硬貨を位置決めする。異なる硬貨は標準値を有するので、検出結果と標準値とを対比して分析することによって、硬貨の単位及びその真偽を判定することができる。本実施形態においては、信号励磁源１は、正弦波信号であるか、または、一つあるいは複数の周波数成分を含む交流信号であってもよい。そして、交流信号で励磁した後に検出が実行され、その測定結果は標準値と対比分析される。なお、交流信号で励磁して出力信号が検出された後に、外部の永久磁石により生成された直流磁界を被検出硬貨４に対して印加してもよい。さらに、この直流磁界は、信号励磁源１を介して励磁コイル３に直流信号を供給することによって発生させるようにしてもよい。本実施形態では、交流信号で励磁して出力信号が検出された後に、信号励磁源１を介して励磁コイル３に直流信号を供給することによって発生させた直流磁界を被検出硬貨４に対して印加し、再度、出力信号を検出する。この場合、材料が導体の硬貨の場合は、その測定結果は影響を受けないが、材料が強磁性材料または表面に強磁性層（例えば、ニッケル）をコーティングしている硬貨の場合は、その測定結果が変化して出力信号の振幅値が低減する傾向を示すので、これにより、硬貨真偽の識別精度を更に向上させることができる。

図２は、本実施形態に係る硬貨検出システムにおける励磁コイル、被検出硬貨、径方向磁界勾配計、軸方向磁界勾配計等の細部断面を示す図であり、図３は、本実施形態に係る硬貨検出システムにおける励磁コイル、被検出硬貨、径方向磁界勾配計、軸方向磁界勾配計等の細部上面を示す図である。

径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計は、励磁コイルにより囲まれ、それぞれ２つのＸ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’および２つのＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’を含む。Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’は、励磁コイル３の内側エッジに配置され、励磁コイル３に対して中心対称に位置されているだけでなく、被検出硬貨４のエッジの下方にて対称にも位置されている。Ｚ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’は、励磁コイル３に対して中心対称に位置されているだけでなく、被検出硬貨４の中心の下方にも位置されており、被検出硬貨４の中心の下側に近接されていてもよい。Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’を対称に配置する目的は、（１）被検出硬貨が無い状態で励磁磁界を有する場合に、径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計の出力信号がいずれも０になるようにすること、（２）被検出硬貨がある状態では、径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計が対応する磁界勾配を測定できるようにすることにある。本実施形態では、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’は、励磁コイル３の同じ左側または右側で、かつ上下対称に配置するようにしても良い。当然ながら、径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計は励磁コイルの外部に配置しても良く、本実施形態では特に限定しない。

Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６は、被検出硬貨４の近隣にあるＰＣＢ１３に設置され、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６’は、被検出硬貨４から離間したＰＣＢ１４に設置され、ＰＣＢ１３とＰＣＢ１４は同等のものである。Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’の検知方向は、被検出硬貨４の径方向と平行、即ち、被検出硬貨４の中心からエッジに向かう方向となり、Ｚ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’の検知方向は被検出硬貨４の軸方向に平行、即ち、被検出硬貨４の中心から外側へ向かう方向となる。

図２では、ＰＣＢ１３およびＰＣＢ１４の配置方向が逆になるため、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’の検知方向は、それぞれ互いに平行な方向が逆になる。本実施形態では、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’は、勾配フルブリッジ構成であり、そのブリッジアームは一つまたは複数の互いに電気的に接続されるＴＭＲ素子により構成される。なお、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’は、単一抵抗器または勾配ハーフブリッジ構成であり、そのブリッジアームは同様に一つまたは複数の互いに電気的に接続されるＨａｌｌ、ＡＭＲまたはＧＭＲ等の磁気抵抗素子により構成されても良い。励磁コイル３は、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５、１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６、１６’を囲むように、２つのＰＣＢ１３、１４の間に配置される。なお、励磁コイル３は単一コイルであるが、信号を増強し、かつ信号によって発生された被検出硬貨４周囲の磁界をより均一にする必要があるのであれば、この時点で、励磁コイル３として複数のコイルを積層して構成したアレイコイルを用いても良い。

励磁コイル３により囲まれる円周直径は、被検出硬貨４の直径と同等あるいはそれよりも大きい。励磁コイル３は、上下のＰＣＢ１３、１４によって被検出硬貨４をその一側に配置させるように位置決めされる。本実施形態では、被検出硬貨４は、励磁コイル３の上に配置される。具体的には、被検出硬貨４の表面が励磁コイル３の中心面（図２における横方向の破線で示される方向）に平行となるように、かつ被検出硬貨４の表面と励磁コイル３中心面との間の距離が少なくとも励磁コイル高さＨの半分となるように、被検出硬貨４が配置される。励磁コイル３における電流方向は、図２における１７、１８で示すように、１７から入り１８から出ていく方向で、電流方向が励磁コイルの中心面に平行である。Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５および１５’で発生した磁界方向は同一であり、Ｚ軸リニア磁気抵抗センサ１６および１６’で発生した磁界方向も同一であるが、それらの検知方向は互いに逆方向になっているので、演算により互いに相殺することができ、測定結果に対して影響を与えることはない。Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６は、被検出硬貨４によって誘導される渦電流場に対して勾配磁界測定を構成するように、Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ１５’およびＺ軸リニア磁気抵抗センサ１６’に比べて被検出硬貨４に近い位置に配置される。図２および図３における位置決め柱１２は、被検出硬貨４の位置の違いによる影響を避けるために被検出硬貨４を位置決めするためのものであるが、位置決め柱１２の位置は図に示すものに限定されず、例えば、図に示す位置の対向側に配置しても良い。

図４Ａ−４Ｂは、測定周波数を１ＫＨｚとし、材料をステンレス鋼としその表面をニッケルでコーティングした被検出硬貨を使用して測定した場合の被検出硬貨によって誘導される渦電流場の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。図における配置０は、硬貨の中心点を示す。曲線１９、２２は、軸方向磁界勾配計のアナログ結果であり、曲線２０、２１は径方向磁界勾配計のアナログ結果である。図４Ａからわかるように、軸方向磁界成分は硬貨中心付近で最大となるよう均一に分布されるが、径方向磁界成分は硬貨のエッジで最大となっている。図４Ａと図４Ｂを比較すると、硬貨によって誘導される渦電流場の実部成分は測定配置により大きく影響されることがわかる。

図５Ａ−５Ｂは、測定周波数を１０ＫＨｚとし、材料をステンレス鋼としその表面をニッケルでコーティングした被検出硬貨を使用して測定した場合の被検出硬貨によって誘導される渦電流場の実部成分および虚部成分と測定位置との関係曲線である。曲線２３、２６は、軸方向磁界勾配計のアナログ結果であり、曲線２４、２５は、径方向磁界勾配計のアナログ結果である。図４の場合で上述した内容は、図５の場合でも同様に導くことができる。

図６Ａ−６Ｄは、異なる材料の硬貨によって誘導された渦電流場の実部成分および虚部成分と周波数との間の関係に関する算出結果である。図６Ａでは、被検出硬貨の材料は純ニッケルであり、図６Ｂでは、被検出硬貨の材料はステンレス鋼でその表面には厚さ１００ｕｍのニッケルをコーティングしたものであり、図６Ｃでは、被検出硬貨の材料はステンレス鋼でその表面には厚さ１０ｕｍのニッケルをコーティングしたものであり、図６Ｄでは、被検出硬貨の材料は純ステンレス鋼である。また、曲線２７、３１、３５、３９は、径方向磁界勾配計で測定された実部成分であり、曲線２８、３２、３６、４０は径方向磁界勾配計で測定された虚部成分であり、曲線２９、３３、３７、４１は、軸方向磁界勾配計で測定された実部成分であり、曲線３０、３４、３８、４２は、軸方向磁界勾配計で測定された虚部成分である。これらの図によれば、異なる材料の硬貨に対しては測定結果が異なり、実部成分は磁気伝導特性を有する材料に対してより敏感であるのに対して、虚部成分は渦電流に対して敏感である。したがって、各周波数に対応する実部成分と虚部成分に基づいて、硬貨の単位、材料等の情報を取得することができる。

図７Ａ−７Ｂは、中国の１元硬貨と１角硬貨に対するテスト結果を示す曲線である。曲線４４、４５および曲線４８、４９は、それぞれ軸方向磁界勾配計で測定された実部成分および虚部成分であり、曲線４３、４６および曲線４７、５０は、それぞれ径方向磁界勾配計で測定された実部成分および虚部成分である。これら２つの図を比較すれば、異なる単位の硬貨に対しては出力結果が異なる。測定結果と標準値を比較することにより、被検出硬貨の単位及びその真偽を判断することができる。

図１０と図１０に対応する図８とに示すように、ある硬貨に対し、ある周波数である方向における測定結果が同一または類似であることがあり、その場合は被検出硬貨の単位やその真偽の判断が困難であるので、そういった状況では、複数の周波数に対応する出力結果を組み合わせて判断する必要がある。

図１０と図８からわかるように、日本の１円硬貨および１０円硬貨に対して測定周波数を９８００Ｈｚとした場合、その軸方向磁界勾配計の測定結果は同一となるので、径方向磁界勾配計の測定結果との組み合わせでのみ被検出硬貨の単位を識別することができる。また、中国の１角硬貨と５角硬貨に対して測定周波数を９８００Ｈｚとした場合、その径方向と軸方向の磁界成分の振幅値が非常に近くて識別が困難である。この場合は、測定周波数を１６０Ｈｚとして、日本の１００円硬貨と米国の５セント硬貨とでちょうど前例とは逆になる場合の測定結果を組み合わせることにより、被検出硬貨の単位を正確に識別することができる。測定周波数が１６０Ｈｚである場合、径方向と軸方向の磁界成分の振幅値は非常に近いので、測定周波数が９８００Ｈｚである場合の測定結果との組み合わせでのみ、正確に識別することができる。

ある硬貨に対しは、ある方向における磁界成分の振幅幅が非常に近いため、単軸の磁界勾配計を使用して測定した場合は識別が困難である。例えば、日本の１００円硬貨と米国の５セント硬貨の場合を例として、図９Ａ−９Ｂに示す。

図９Ａは、軸方向磁界勾配計で測定したＺ軸方向における磁界成分の振幅値と周波数との間の関係を示す曲線であり、図９Ｂは、径方向磁界勾配計で測定したＸ軸方向における磁界成分の振幅値と周波数との間の関係を示す曲線である。

これらの２つの図からわかるように、この２種類の硬貨の測定結果は、測定周波数が０−１０ＫＨｚの範囲内では軸方向（即ち、Ｚ軸方向）において類似し、２．５−１０ＫＨｚの範囲内では径方向（即ち、Ｘ軸方向）において差異がある。したがって、軸方向（Ｚ軸方向）の磁界成分のみを測定した場合は、硬貨の単位を判断するのが困難であり、径方向（Ｘ軸方向）における測定結果との組み合わせでのみ硬貨の単位を正確に判断することができる。また、ある硬貨に対しては、軸方向における測定結果に差異があるものの、径方向おける測定結果が類似する可能性もありので、径方向および軸方向における磁界成分を同時に測定することにより初めて硬貨の単位を正確に識別することができ、更に、測定結果と標準結果とを比較することによりその真偽を判断することができる。本実施形態に係る硬貨検出システムにおいては、径方向および軸方向の磁界成分を同時に測定しているので、その測定結果に基づいて精度良く硬貨の単位および真偽の判定を行うことができる。

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。

１ 信号励磁源
２ 駆動回路
３ 励磁コイル
４ 被検出硬貨
５ 径方向磁界勾配計
６ 軸方向磁界勾配計
７ アナログフロントエンド回路
８ プロセッサ
９ 出力端
１０ 励磁磁界
１１ 誘導磁界
１２ 位置決め柱
１３、１４ ＰＣＢ
１５、１５’ Ｘ軸リニア磁気抵抗センサ
１６、１６’ Ｚ軸リニア磁気抵抗センサ

Claims (13)

1. 励磁コイル、径方向磁界勾配計および軸方向磁界勾配計を備え、
   前記励磁コイルは、被検出硬貨に軸方向の励磁磁界を印加することに用いられ、前記励磁磁界は前記被検出硬貨内部に渦電流を誘導させ、前記渦電流は誘導磁界を発生させ、
   前記径方向磁界勾配計は少なくとも２つの径方向磁気抵抗センサを含み、かつ前記軸方向磁界勾配計は少なくとも２つの軸方向磁気抵抗センサを含み、
   前記径方向磁気抵抗センサおよび前記軸方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記励磁コイルの中心面または中心点に対して対称に分布され、
   前記径方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの相対する両側と前記被検出硬貨の径方向における前記誘導磁界の磁界成分の差を検出することに用いられ、
   前記軸方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの相対する両側と前記被検出硬貨の軸方向における前記誘導磁界の磁界成分の差を検出することに用いられ、
   前記相対する両側は前記励磁コイルの軸方向に沿って対向する両側であり、
   前記励磁コイルは、前記被検出硬貨の表面と前記励磁コイルの中心面とが平行で、かつ前記被検出硬貨の表面と前記中心面との間の距離が少なくとも前記励磁コイル高さの半分となるように配置されることを特徴とする硬貨検出システム。
2. 前記励磁コイルを励磁させるための信号励磁源および駆動回路と、
   前記径方向磁界勾配計および前記軸方向磁界勾配計が生成した信号を増幅するためのアナログフロントエンド回路と、
   前記アナログフロントエンド回路が出力した増幅信号の実部成分および虚部成分を算出するためのプロセッサと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬貨検出システム。
3. 前記信号励磁源により生成された信号は交流信号であり、
   前記交流信号は少なくとも一つの周波数成分から構成され、
   前記プロセッサは、各周波数成分に対応する増幅信号の実部成分および虚部成分を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の硬貨検出システム。
4. 前記信号励磁源は前記交流信号の継続時間に直流信号を印加することに用いられ、前記励磁コイルにより発生させた励磁磁界は直流磁界と交流磁界との重畳磁界である、ことを特徴とする請求項３に記載の硬貨検出システム。
5. 前記被検出硬貨の材料が強磁性材料である場合、あるいは前記被検出硬貨の表面が強磁性材料でコーティングされている場合には、出力信号の増幅値は前記直流磁界が印加された後に低減され、前記検出硬貨の材料が導体である場合には、出力信号の増幅値は前記直流磁界の影響を受けない、ことを特徴とする請求項４に記載の硬貨検出システム。
6. 前記硬貨検出システムは、各種類の硬貨に対応する実部成分および虚部成分の振幅値を検出可能である、ことを特徴とする請求項３に記載の硬貨検出システム。
7. 前記励磁コイルは、単一コイル、または複数のコイルを積層して構成されるアレイコイルであり、前記励磁コイルによって囲まれる円周の直径は前記被検出硬貨の直径より大きい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬貨検出システム。
8. 前記径方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの内側エッジかつ前記被検出硬貨エッジの下方に配置され、
   前記径方向磁気抵抗センサは、前記励磁コイルの中心に対して対称に配置され、
   前記軸方向磁界勾配計は、前記励磁コイルの内側に配置され、かつ前記被検出硬貨の中心の下側に配置または近接され、
   前記軸方向磁気抵抗センサは、前記励磁コイルの軸方向に沿って前記励磁コイルの中心に対して対称配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の硬貨検出システム。
9. 前記硬貨検出システムは、第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢを備え、
   前記径方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置され、
   前記軸方向磁気抵抗センサは、それぞれ前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置され、
   前記励磁コイルは、前記第１のＰＣＢと第２のＰＣＢとの間で固定され、
   前記被検出硬貨は、前記第１のＰＣＢおよび第２のＰＣＢ上に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の硬貨検出システム。
10. 前記径方向磁気抵抗センサはＸ軸リニアセンサであり、
    前記軸方向磁気抵抗センサはＺ軸リニアセンサであり、
    前記Ｘ軸リニアセンサの検知方向は前記被検出硬貨の径方向に対して平行であり、
    前記Ｚ軸リニアセンサの検知方向は前記被検出硬貨の軸方向に対して平行である、ことを特徴とする請求項１、２、７または８に記載の硬貨検出システム。
11. 前記Ｘ軸リニアセンサおよび前記Ｚ軸リニアセンサは、単一抵抗器、ハーフブリッジまたはフルブリッジの構成のものであり、前記単一抵抗器、ハーフブリッジのブリッジアームまたはフルブリッジのブリッジアームは、一つまたは複数の互いに電気的に接続される磁気抵抗素子により構成される、ことを特徴とする請求項１０に記載の硬貨検出システム。
12. 前記磁気抵抗素子は、Ｈａｌｌ、ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲまたは半導体磁気抵抗素子である、ことを特徴とする請求項１１に記載の硬貨検出システム。
13. 前記硬貨検出システムは位置決め装置を有するとともに、
    前記位置決め装置は前記被検出硬貨を前記径方向磁界勾配計および前記軸方向磁界勾配計の一側に近接させるように前記被検出硬貨を位置決めする、ことを特徴とする請求項１、２、７または８に記載の硬貨検出システム。

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