JP4330035B2

JP4330035B2 - 紙葉類磁気特性検出装置

Info

Publication number: JP4330035B2
Application number: JP2008543335A
Authority: JP
Inventors: 和廣山川; 哲男神田
Original assignee: 株式会社アヅマシステムズ
Priority date: 2007-06-24
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2009244249A; WO2009001527A1; JPWO2009001527A1

Description

本発明は、紙幣、有価証券、書類、郵便物などの紙葉類の磁気的な特性を検出する紙葉類磁気特性検出装置に関する。

紙幣、有価証券、書類、郵便物などの紙葉類の磁気的な特性（磁気インクの濃淡や種類、メタルスレッドの有無や種類、トナーの濃淡や種類、磁気インクやトナーで描かれた文字や絵柄のパターンなど）を検出する紙葉類磁気特性検出装置が知られている。この種の紙葉類磁気特性検出装置には、様々な検出方式があるが、特に、紙葉類を着磁しながら磁気抵抗素子（ＭＲ素子）などの磁気検出素子で紙葉類の磁気的な特性を検出する方式や（例えば、特許文献１参照）、紙葉類を着磁又は着磁することなく磁気ヘッドで紙葉類の磁気的な特性を検出する方式が広く用いられている。
特許第４０２４９６４号公報

しかしながら、上記従来の紙葉類磁気特性検出装置では、磁気抵抗素子に生じる僅かな抵抗値変化や、磁気ヘッドの検出コイルに生じる僅かなインダクタンス変化をアンプで多段階に増幅しているため、ノイズの影響を受けやすく、高精度な検出が困難であった。

また、磁気抵抗素子を用いる紙葉類磁気特性検出装置では、永久磁石などの着磁手段が必須となるだけでなく、非磁性金属を検出できないという欠点がある。例えば、アルミからなるメタルスレッドや、アルミ粉を含むインクを検出することができない。

上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された請求項１の発明は、紙葉類の磁気的な特性を検出する紙葉類磁気特性検出装置であって、紙葉類の磁気的な特性に応じてインダクタンスが変化する検出コイルと、所定の基準周波数でかつ一定振幅の発振波を連続して自律的に発振すると共に、帰還回路を備え、該帰還回路に配置された前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、発振回路から出力される発振波の位相ズレを検出する検出回路とを備え、検出コイルは、ギャップ部を存してループ状の磁路を形成するコアに巻装されて磁気ヘッドを構成し、発振回路の発振駆動に応じて、紙葉類のギャップ部近接領域を集中的に励磁すると共に、該領域の磁気的な特性をインダクタンスの変化として検出し、検出回路は、発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを検出することを特徴とする紙葉類磁気特性検出装置である。このようにすると、紙葉類の磁気的な特性を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、紙葉類の磁気的な特性（透磁率、渦電流損など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて紙葉類の磁気的な特性を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の検出を行うことができる。また、磁気ヘッドを用いる検出方式であるため、紙葉類を着磁しなくても紙葉類の磁気的な特性を検出できるだけでなく、渦電流損によるインダクタンス変化にもとづいて、アルミスレッドなどの非磁性金属も検出することができる。
請求項２の発明は、発振回路はシュミット発振回路であることを特徴とする請求項１記載の紙葉類磁気特性検出装置である。
請求項３の発明は、前記検出回路は、紙葉類の基準領域の磁気的な特性を検出し、該検出値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、紙葉類の検出対象領域の磁気的な特性を検出する磁気特性検出手段と、検出対象領域の検出値と記憶した基準値との差分を求める差分検出手段とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の紙葉類磁気特性検出装置である。このようにすると、温度誤差などを排除し、検出精度をさらに向上させることができる。

本発明の実施形態に係る紙葉類磁気特性検出装置の構成を示すブロック図である。（Ａ）は磁気ヘッドの平面図、（Ｂ）は磁気ヘッドの縦断面図である。発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図である。発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。検出回路の全体的な処理手順を示すフローチャートである。検出回路のカウント数設定処理手順を示すフローチャートである。検出回路の磁気特性検出処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１紙葉類磁気特性検出装置
２磁気ヘッド
３発振回路
３ａ帰還回路
４検出回路
５コア
５ａギャップ部
６金属ケース
７封止材
８基板
Ｃコンデンサ
ＩＮＶシュミットインバータ
Ｌ検出コイル
Ｓ紙葉類

次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る紙葉類磁気特性検出装置の構成を示すブロック図である。この図に示される紙葉類磁気特性検出装置１は、紙幣などの紙葉類Ｓの磁気的な特性を検出するためのものであって、検出コイルＬ（磁気ヘッド２）、発振回路３及び検出回路４を備えて構成されている。

検出コイルＬは、紙葉類Ｓの磁気的な特性をインダクタンスの変化として検出するように配置される。具体的に説明すると、本発明の検出コイルＬは、ギャップ部５ａを存してループ状の磁路を形成するコア５に巻装されて磁気ヘッド２を構成しており、発振回路３の発振駆動に応じて、紙葉類Ｓのギャップ部近接領域を集中的に励磁し、該領域の磁気的な特性をインダクタンスの変化として検出するようになっている。尚、コア５は、パーマロイ、センダスト、フェライト、アモルファスなどの高透磁率材料を用いて形成されるものであり、本実施形態では、Ｃ型のものを用いているが、ギャップ部５ａを存してループ状の磁路を形成するものであれば、形状に制限はない。

発振回路３は、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレが生じるように構成される。例えば、シュミット発振回路の帰還回路３ａに検出コイルＬを配置すれば、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレが生じる発振回路３を構成することができる。

シュミット発振回路は、シュミットインバータ、シュミットＮＡＮＤゲートなどが備えるシュミットトリガ回路のヒステリシス特性を利用した発振回路であり、例えば、シュミットインバータＩＮＶと、シュミットインバータＩＮＶの入力側に接続されるコンデンサＣと、シュミットインバータＩＮＶの出力をシュミットインバータＩＮＶの入力側に帰還させる帰還回路３ａと、この帰還回路３ａに介在する抵抗要素とを備えて構成されている。

初期状態のシュミット発振回路では、コンデンサＣに電荷が溜まっていないため、コンデンサＣの両端の電圧は０Ｖとなっている。このとき、シュミットインバータＩＮＶは、入力側電圧ＶｉｎがＶ_Ｌ以下なので、出力がＨレベル（５Ｖ）となる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが５Ｖのときは、帰還回路３ａを介してシュミットインバータＩＮＶの入力側に電流が流れるので、コンデンサＣに電荷が徐々に溜まり、その両端の電圧が上昇する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶ_Ｈに達すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＬレベル（０Ｖ）に切換わる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが０Ｖになると、コンデンサＣが放電し、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧Ｖｉｎが徐々に降下する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶ_Ｌまで降下すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＨレベルに切換わる。

以上の動作の繰り返しにより、シュミットインバータＩＮＶの出力側から所定周波数の矩形波について、図３，４で明らかなように一定振幅のものが連続して得られる。そして、シュミット発振回路の発振周波数ｆ（＝１／Ｔ）は、蓄電期間Ｔ_Ｈと放電期間Ｔ_Ｌにより決まり、蓄電期間Ｔ_Ｈと放電期間Ｔ_Ｌは、コンデンサＣ及び抵抗要素の定数により決まる。したがって、抵抗要素として帰還回路３ａに検出コイルＬを配置すれば、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じてシュミット発振回路の発振波に位相ズレを生じさせることができる。

なお、本発明の発振回路がシュミット発振回路に限定されないことは勿論であり、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路であれば、ＣＲ発振回路、ＬＣ発振回路、水晶発振回路などを用いてもよい。

検出回路４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する磁気特性検出処理を行う。

検出回路４は、発振回路３から発振される発振波の位相ズレにもとづいて紙葉類Ｓの磁気的な特性を検出するにあたり、発振波の位相ズレを蓄積させて測定するように構成される。具体的には、発振回路３から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するようになっている。

このような検出回路４によれば、紙葉類Ｓの磁気的な特性を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路３から出力される発振波においては、紙葉類Ｓの磁気的な特性（透磁率、渦電流損など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて紙葉類Ｓの磁気的な特性を高精度に検出できる。また、検出回路４は、発振回路３から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路３の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路３の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の検出を行うことができる。また、磁気ヘッド２を用いる検出方式であるため、紙葉類Ｓを着磁しなくても紙葉類Ｓの磁気的な特性を検出できるだけでなく、渦電流損によるインダクタンス変化にもとづいて、アルミスレッドなどの非磁性金属も検出することができる。

図２の（Ａ）は、磁気ヘッドの平面図、図２の（Ｂ）は、磁気ヘッドの縦断面図である。これらの図に示すように、磁気ヘッド２は、コア５及び検出コイルＬを収容した金属ケース（磁気シールドケース）６内に、絶縁性樹脂材からなる封止材７を充填し、該封止材７を適宜の方法で硬化させることにより構成されるものであるが、本実施形態の磁気ヘッド２においては、金属ケース６内に発振回路３も収容している。

このようにすると、ノイズの影響を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の紙葉類磁気特性検出装置１では、紙葉類Ｓの磁気的な特性に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、発振回路３を金属ケース６内に収容することにより、外乱磁界によるＳＮ比の低下を抑制でき、その結果、蓄積される誤差成分を減らし、検出精度を向上させることができる。

また、金属ケース６内に収容した発振回路３は、検出コイルＬと共に封止材７で封止することが好ましい。その理由は、発振回路３の振動などに起因するＳＮ比の低下を抑制し、検出精度をさらに向上させることができるからである。

また、検出回路４も、金属ケース６内に収容することが好ましい。その理由は、検出回路４を外乱磁界から保護し、検出精度をさらに向上させることができるからである。

また、金属ケース６内に収容した検出回路４は、検出コイルＬと共に封止材７で封止したことが好ましい。その理由は、検出回路４の振動などに起因するＳＮ比の低下を抑制し、検出精度をさらに向上させることができるからである。

また、発振回路３及び検出回路４を金属ケース６内に収容する場合は、発振回路３及び検出回路４を同一の基板８上に構成することが好ましい。例えば、基板８の一方の面に発振回路３を実装し、基板８の他方の面に検出回路４を実装する。このようにすると、発振回路３及び検出回路４を金属ケース６内にコンパクトに収容できるだけでなく、金属ケース６に対する発振回路３及び検出回路４の組込み作業を簡略化することができる。

また、検出回路４は、後述するように、紙葉類Ｓの基準領域の磁気的な特性を検出し、該検出値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、紙葉類Ｓの検出対象領域の磁気的な特性を検出する磁気特性検出手段と、検出対象領域の検出値と記憶した基準値との差分を求める差分検出手段とを備えることが好ましい。このようにすると、温度誤差などを排除し、検出精度をさらに向上させることができる。

次に、本発明における発振波の位相ズレ蓄積作用について、図３及び図４を参照して説明する。

図３は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図、図４は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。これらの図に示す波形は、一回の検出処理における発振回路３の出力波形であって、発振回路３から出力される発振波の数をカウントし、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するにあたり、発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを１００とした場合の波形であり、上側の波形は、紙葉類Ｓが磁気ヘッド２に接触していない場合を示し、下側の波形は、紙葉類Ｓの磁気インク部分又はメタルスレッド部分が磁気ヘッド２に接触している場合を示している。これらの図から明らかなように、検出波形の始端部、つまり発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎが少ない段階では、位相ズレがあまり蓄積されていないため、その差が明確ではないが（図３参照）、カウント数Ｎが多くなると、発振波の位相ズレが蓄積され、その差が明確になるので、位相ズレの測定が容易になることがわかる（図４参照）。

次に、検出回路４の具体的な検出処理手順について、図５〜図７を参照して説明する。

図５は、検出回路の全体的な処理手順を示すフローチャート、図６は、検出回路のカウント数設定処理手順を示すフローチャート、図７は、検出回路の磁気特性検出処理手順を示すフローチャートである。図５に示すように、検出回路４は、後述するカウント数変更処理（Ｓ１）を実行しながら、検出開始信号の入力を判断し（Ｓ２）、該判断結果がＹＥＳになったら、基準領域信号の入力を判断する（Ｓ３）。そして、この判断結果がＹＥＳになったら、後述する磁気特性検出処理（Ｓ４）を実行して、紙葉類Ｓにおける基準領域の磁気的な特性を検出し、該検出値を基準値として記憶する（Ｓ５：基準値記憶手段）。つぎに、検出対象領域信号の入力を判断し（Ｓ６）、該判断結果がＹＥＳになったら、磁気特性検出処理（Ｓ７：磁気特性検出手段）を実行して、紙葉類Ｓにおける検出対象領域の磁気的な特性を検出すると共に、該検出値と基準値の差分を演算し、所定形式の信号として出力する（Ｓ８：差分検出手段）。そして、紙葉類Ｓにおける検出対象領域の磁気特性検出（Ｓ７、Ｓ８）は、検出対象領域信号がＯＦＦになるまで繰り返される（Ｓ９）。

図６に示すように、カウント数変更処理は、上位コントローラなどから入力されるカウント数変更信号に応じて（Ｓ１１）、発振波カウント数Ｎを変更する処理である（Ｓ１２）。また、図７に示すように、磁気特性検出処理は、カウンタクリア処理（Ｓ２１）と、発振波カウント処理（Ｓ２２、Ｓ２３）と、測定時間読み込み処理（Ｓ２４）とを行う。カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ２１）。また、発振波カウント処理は、発振回路３から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ２２）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ２３）。また、測定時間読み込み処理は、発振波のカウント数がＮになったタイミングで、時間計測カウンタ値を読み込む処理である（Ｓ２４）。

叙述の如く構成された本実施形態によれば、紙葉類Ｓの磁気的な特性を検出する紙葉類磁気特性検出装置１であって、紙葉類Ｓの磁気的な特性に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルＬと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路３と、発振回路３から出力される発振波の位相ズレを検出する検出回路４とを備え、検出コイルＬは、ギャップ部５ａを存してループ状の磁路を形成するコア５に巻装されて磁気ヘッド２を構成し、発振回路３の発振駆動に応じて、紙葉類Ｓのギャップ部近接領域を集中的に励磁すると共に、該領域の磁気的な特性をインダクタンスの変化として検出し、検出回路４は、発振回路３から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを検出するので、紙葉類Ｓの磁気的な特性を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路３から出力される発振波においては、紙葉類Ｓの磁気的な特性（透磁率、渦電流損など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて紙葉類Ｓの磁気的な特性を高精度に検出できる。

また、検出回路４は、発振回路３から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路３の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路３の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の検出を行うことができる。また、本発明の紙葉類磁気特性検出装置１は、磁気ヘッド２を用いる検出方式であるため、紙葉類Ｓを着磁しなくても紙葉類Ｓの磁気的な特性を検出できるだけでなく、渦電流損によるインダクタンス変化にもとづいて、アルミスレッドなどの非磁性金属も検出することができる。

また、磁気ヘッド２は、コア５及び検出コイルＬを収容する金属ケース６を有し、発振回路３は、磁気ヘッド２の金属ケース６内に収容されるので、ノイズの影響を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の紙葉類磁気特性検出装置１では、紙葉類Ｓの磁気的な特性に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、発振回路３を金属ケース６内に収容することにより、外乱磁界によるＳＮ比の低下を抑制でき、その結果、蓄積される誤差成分を減らし、検出精度を向上させることができる。

また、金属ケース６内に収容した発振回路３を検出コイルＬと共に封止材７で封止したので、発振回路３の振動などに起因するＳＮ比の低下を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。

また、金属ケース６内に、発振回路３及び検出回路４を収容したので、発振回路３及び検出回路４を外乱磁界から保護し、検出精度をさらに向上させることができる。

また、金属ケース６内に収容した発振回路３及び検出回路４を検出コイルＬと共に封止材７で封止したので、発振回路３や検出回路４の振動などに起因するＳＮ比の低下を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。

また、発振回路３及び検出回路４を同一基板８上に構成して金属ケース６内に収容したので、発振回路３及び検出回路４を金属ケース６内にコンパクトに収容できるだけでなく、金属ケース６に対する発振回路３及び検出回路４の組込み作業を簡略化することができる。

また、検出回路４は、紙葉類Ｓの基準領域の磁気的な特性を検出し、該検出値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、紙葉類Ｓの検出対象領域の磁気的な特性を検出する磁気特性検出手段と、検出対象領域の検出値と記憶した基準値との差分を求める差分検出手段とを備えるので、温度誤差などを排除し、検出精度をさらに向上させることができる。

本発明は、紙幣、有価証券、書類、郵便物などの紙葉類の磁気的な特性を検出する紙葉類磁気特性検出装置に関するものであって、紙葉類の磁気的な特性を高精度に検出することができ、蓄積された位相ズレにもとづいて紙葉類の磁気的な特性を高精度に検出できる。また、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の検出を行うことができる。

Claims

紙葉類の磁気的な特性を検出する紙葉類磁気特性検出装置であって、
紙葉類の磁気的な特性に応じてインダクタンスが変化する検出コイルと、
所定の基準周波数でかつ一定振幅の発振波を連続して自律的に発振すると共に、帰還回路を備え、該帰還回路に配置された前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、
発振回路から出力される発振波の位相ズレを検出する検出回路とを備え、
検出コイルは、
ギャップ部を存してループ状の磁路を形成するコアに巻装されて磁気ヘッドを構成し、発振回路の発振駆動に応じて、紙葉類のギャップ部近接領域を集中的に励磁すると共に、該領域の磁気的な特性をインダクタンスの変化として検出し、
検出回路は、
発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを検出する
ことを特徴とする紙葉類磁気特性検出装置。
発振回路はシュミット発振回路であることを特徴とする請求項１記載の紙葉類磁気特性検出装置。
前記検出回路は、
紙葉類の基準領域の磁気的な特性を検出し、該検出値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、
紙葉類の検出対象領域の磁気的な特性を検出する磁気特性検出手段と、
検出対象領域の検出値と記憶した基準値との差分を求める差分検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１または２記載の紙葉類磁気特性検出装置。