JP4796335B2 - 識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば紙幣、磁気カード、その他の有価証券等の磁性体を含む印刷物を識別する識別装置に関する。

紙幣等の印刷物は、その真偽を識別するために予め磁性体が混入されているものが多い。磁性体の混入の方法としては、インクに予め磁性体を含ませておく方法や、紙の繊維中に磁性体を含ませておく方法等様々な方法がある。
そして、このように磁性体を含ませた印刷物の磁気特性を測定し、この磁気特性に基づいて真偽を識別する識別装置が従来より知られている。

従来の識別装置を図６に基づいて説明する。
この識別装置１０においては、磁気センサ１２としてコイルを用いている。識別装置１０は、磁気センサ１２に対して交流を印加する励磁電源１３を設け、磁性体を含む印刷物１１を走査することにより、コイルを貫く磁束Ｈの変化に基づいてコイルに誘導起電力が生じるので、これに基づいて磁気特性を測定しようとするものである。

従来の他の識別装置を図７に基づいて説明する。
この識別装置１５の磁気センサ１６は、一部にギャップ１７が形成されたリング状のコア１８を採用し、このギャップ１７を挟んだ一方側の部位に１次巻線２０を巻回し、ギャップ１７を挟んだ他方側の部位に２次巻線２１を巻回した構成を採用している。
１次巻線２０には交流電源２２から矩形波が入力され、２次巻線２１から取り出された信号に基づいて信号処理回路２４が磁性体の有無を検出する。

特開平９−２７０５７号公報（図２等） 特開２００２−２３０６１７号公報（図１等）

特許文献１に開示されているような磁気センサを用いた場合、印刷物の移動に伴う磁束の変化を捉えていることや、特許文献１の図７に示されているようなデジタル化処理の影響により、実際に印刷物のどの場所にどの程度の磁性体が含まれているかということを検出することができず、印刷物の真偽の識別に正確性を欠くおそれがあると言う課題がある。

特許文献２に開示されているようなリング状の一部にギャップを有するコアを用い、１次巻線と２次巻線をギャップを挟んだ同一のコアに巻回した磁気センサを採用した場合には、コアに設けられているギャップ近傍に磁性体が位置すると、ギャップにおける透磁率の変化に伴い２次巻線に出力される出力電圧が変化する。したがって、特許文献１のように印刷物を移動させなくては磁気特性の検出ができない構造とは異なり、印刷物の停止や移動速度の変化等があっても磁性体の検出を行なうことはできる。

しかしながら、特許文献２に開示されているような磁気センサを用いた場合にあっては、２次巻線から出力される出力電圧の電圧変化量がわずかであるため、出力電圧を増幅させるための増幅回路も２段にせざるを得ない。
すると、２段の増幅回路の途中には、ＤＣ成分をカットするためのＡＣカップリング用のコンデンサを設けざるを得ず、最終的な出力信号にコンデンサによる微分要素が乗ってきてしまい、結局は正確な磁性特性を得ることができなくなるおそれがあるという課題がある。

本発明者等は上記課題を解決すべく検討した結果、コアのギャップにおける透磁率の変化に伴って２次巻線から得られる信号の変化に基づいて印刷物の識別を行なう装置において、増幅回路に入力させる前段で何らかの手段で増幅率を高めることができれば、2段の増幅回路を必要としなくとも磁気特性を得ることができる構成に想到した。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、印刷物を移動させることなく実際の印刷物のどこにどの程度の磁性体が含まれているかを正確に検出できる磁気センサを用い、この磁気センサから得られた信号から真偽の識別を正確に行なうことができる識別装置を提供することにある。

本発明にかかる識別装置によれば、磁性体を含む印刷物を識別するための識別装置において、前記印刷物に相対する位置に設けられるギャップを有し、１次巻線および２次巻線を有するコアからなる磁気センサと、該磁気センサの１次巻線に入力させる交流信号を発生する信号発生手段と、前記磁気センサの１次巻線を含めて構成される共振回路と、前記磁気センサの２次巻線から得られる検出信号を増幅する増幅手段と、該増幅手段によって増幅された増幅信号に基づいて印刷物の真偽を識別する識別手段とを具備し、前記信号発生手段は、前記共振回路における共振点から外れた所定の周波数を発振周波数として設定していることを特徴としている。
この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
すなわち、磁気センサの1次巻線には信号発生手段で発生した交流信号が入力され、印刷物が磁気センサのギャップに相対したとき、ギャップ間の透磁率が変化するのでそれに伴って、2次巻線から得られる検出信号の電圧値が変動する。この検出信号の電圧値の変動は、増幅手段によって増幅される。ここで、信号発生手段は、交流信号の発振周波数を、1次巻線を構成要素とする共振回路の共振点ではなく、共振点から外れた位置における周波数とする。すなわち、発振周波数を横軸、検出信号の電圧値を縦軸にとった場合の共振回路の共振特性のピーク値である共振点から左右どちらかにずれた位置における周波数を発振周波数となるように設定がなされる。このため、コアのギャップの透磁率の変化（磁気回路の磁気抵抗変化）に伴う2次巻線に現れる検出信号の電圧値の変化量を大きくとることができ、磁気センサ自体で増幅度を稼ぐことができる。このため、増幅手段を２段にしなくともよく、ＡＣカップリング等による影響が無い正確な磁気特性を把握することができる。
なお、信号発生手段は、共振点から外れた位置であって、且つ交流信号の発振周波数の変化量に対する検出信号の電圧値の変化量が最も大きくなるときの周波数を発振周波数とするとよい。

また、前記磁気センサが磁性体を検出していない時に、前記信号発生手段の発振周波数を掃引しつつ前記検出信号の電圧値を測定することにより、前記共振回路の共振特性の変動が生じた場合であっても、前記信号発生手段が出力する交流信号の発振周波数が、前記共振回路における共振点から外れた周波数となるように、自動的に発振周波数を調整する周波数調整手段を具備することを特徴としている。
すなわち、共振回路の共振特性は周囲の温度変化等により変動することもあるが、この場合に、最初に設定しておいた周波数を変えずに常に同じ周波数の交流信号を発振していると、最適な動作点がずれてしまい増幅度を大きくとることができなくなってしまうおそれもある。そこで、このような構成を採用することによって、共振特性が変動したような場合であっても、信号発生手段の発振周波数を常に最適な動作点にとることができ、安定して正確な検出信号を得ることができる。また、周波数調整手段は、共振点から外れた位置であって、且つ交流信号の発振周波数の変化量に対する検出信号の電圧値の変化量が最も大きくなるときの周波数を発振周波数となるように自動調整するとよい。

さらに、前記増幅手段は、基準電圧値と前記検出信号の電圧値とを比較してその差分を増幅する差動アンプであり、前記差動アンプのドリフトに対して前記基準電圧値を調整する基準電圧値調整手段が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することにより、差動アンプのドリフトが生じている場合であっても、基準電圧値を調整することで差動アンプから出力される増幅信号の電圧値を常に安定させることができ、正確な識別を行なうことができる。

なお、前記磁気センサは、前記コアがコの字状に形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、コの字の開口部分がコアのギャップに該当し、ギャップ間隔が従来の構成よりも広くなるように設けられる。一般的に磁気回路を構成するギャップの間隔が広がるとその分磁気抵抗も大きくなるので２次巻線から得られる検出信号の電圧変化もわずかになってしまうが、本発明では共振点からずらした位置を動作点として増幅度を稼いいるので、この点におけるデメリットは少ない。したがって、ギャップ間隔を広げることで検出信号の磁性体の検出領域が従来の狭ギャップの場合よりも広がり、より広範囲の磁性体の検出が可能となった。具体的には、磁気センサに相対する印刷物の一方の面における磁性体の検出だけでなく、磁気センサに相対していない他方の面における磁性体の有無も合わせて検出可能となった。

本発明の識別装置によれば、印刷物を移動させなくとも磁気を検出でき、しかも得られた増幅信号に余計な成分を含ませないようにすることができるので、実際の印刷物のどこにどの程度の磁性体が含まれているかを正確に把握でき、真偽判別の正確性を増すことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、識別装置の概略構成を示すブロック図である。まず、図１に基づいて識別装置の上位概念的構成および原理について説明する。
識別装置３０は、磁性体を含む印刷物（図示せず）の磁気特性を測定し、測定した磁気特性に基づいて印刷物の真偽を識別する装置である。また、印刷物は、送りローラその他の手段により所定の方向に移動させるものとし、印刷物全体の磁性体の分布状態を電気信号として得られるような構成となっている。ここでは、印刷物に含まれる磁性体の分布状態のことを磁気特性としている。

印刷物の磁気特性は、磁気センサ３２が検出する。
磁気センサ３２は、印刷物に向けて開口しているギャップ３３が形成されたコの字状のコア３４に、1次巻線３６と2次巻線３８とが巻回されて構成されている。1次巻線３６は、コア３４のギャップ３３を挟んだ一方側の端部３４ａに巻回され、2次巻線３８は、コア３４のギャップ３３を挟んだ他方側の端部３４ｂに巻回されている。

かかる磁気センサ３２は、1次巻線３６に交流信号が入力されることで、コア３４に磁気回路がギャップ３３を介して形成される。コア３４内の磁気抵抗は、コア３４を形成するフェライト等の透磁率、コア３４の断面積および経路長によって決まり、ギャップ３３における磁気抵抗は、空気の透磁率、ギャップの断面積およびギャップ３３の幅によって決まる。そして、ギャップ３３を含めたコア３４全体の磁気抵抗は、ギャップ３３以外の部分のコア３４の磁気抵抗とギャップ３３の磁気抵抗の和である。
したがって、ギャップ３３近傍に磁性体を含む印刷物が位置すると、ギャップ３３における透磁率の変化によりコア３４全体の磁気抵抗が変化する。このため、2次巻線３８から取り出される信号の電圧値の変化により、磁性体を含む印刷物の磁性体の分布状態を検出できるのである。

本実施形態では、１次巻線３６と２次巻線３８の巻き数比を１：２．５にしており、２次巻線３８からは、１次巻線３６に入力される交流信号の電圧値の２．５倍の電圧値の検出信号が得られるように設定している。

1次巻線３６に入力される交流信号は、信号発生器４０によって生成される。生成された交流信号は、フィルタ４２を介して波形整形され、共振回路４４に入力される。なお、後述する具体的な構成のように、信号発生器４０が発生する交流信号としては矩形波であり、フィルタ４２により正弦波となるように整形してもよい。
共振回路４４は、磁気センサ３２の1次巻線３６がその一部を構成している。具体的には、後述するようにコンデンサと1次巻線３６とで共振回路４４が構成される。

磁気センサ３２の2次巻線３８から取り出される検出信号は、平滑回路４６に入力され、直流信号に変換される。
平滑回路４６によって直流信号に変換された検出信号は、増幅回路４８に入力される。増幅回路４８においては、最終的に磁気特性による印刷物の真偽の識別が行ない得る程度に、検出信号を所定の増幅率で増幅し、増幅信号を生成する。

増幅信号は、識別器５０に入力される。
識別器５０では、被測定物である印刷物の正しい磁気特性の波形を予めメモリ等に記憶させておく。そして、識別器５０は、増幅回路４８から入力されてきた増幅信号を、予め記憶させておいた印刷物の磁性体の分布波形と比較し、測定した印刷物の真偽を識別する。

なお、信号発生器４０では、生成する交流信号の発振周波数は、共振回路４４の共振点からずれた位置に設定している。このことを図２に基づいて説明する。
図２は、共振回路４４の共振特性（曲線（１））を示している。具体的には、図２のグラフは横軸に磁気センサ３２の1次巻線３６に入力させる交流信号の周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸に交流信号の周波数を変化させたときの2次巻線３８に現れる誘導電圧の電圧値（Ｖ）を示している。これによると、1次巻線３６に入力する周波数を変化させていくと、2次巻線３８に現れる電圧値は、所定の周波数をピークとした波形となる。

信号発生器４０では、ピーク値である共振点Ａから外れた位置であって、最も波形の傾きが大きい位置Ｂを動作点として発信周波数を設定する。図２では、共振点よりも低周波数側が傾きが大きいため、低周波数側の所定の位置Ｂを動作点として設定している。
このように、信号発生器４０の発振周波数を、周波数の変化に対して2次巻線３８の誘導電圧が最も大きくなるような周波数に設定することにより、磁気センサ３２における磁気抵抗の変化に対しての2次巻線３８の誘導電圧の変化量も大きくとることができるので、増幅回路４８へ検出信号を入力させる前に増幅度を大きく稼いでおくことができ、増幅回路４８の増幅率を大きく上げずに済む。

続いて、図３に基づいて、識別装置の更に具体的な構成について説明する。
なお、図１に示した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
ＣＰＵ５２は、矩形波発振機能５５と識別機能５０とを有しており、特許請求の範囲でいう信号発振手段および識別手段の双方を兼ねている構成である。

ＣＰＵ５２の矩形波発振機能５５からは、矩形波が出力される。出力される矩形波の周波数は、図２で説明したように、共振回路４４の共振点から外れた位置であり、且つ周波数の変化に対して2次巻線３８の誘導電圧が最も大きくなるような周波数に設定されている。
矩形波は、インバータＵ１へ入力される。インバータＵ１のようなゲート回路を経由させることで、負荷変動に対して回路の安定化が図れる。

インバータＵ１から出力された矩形波は、フィルタ４２に入力される。ここで、フィルタ４２は、コイルＬ１、コイルＬ１と直列に接続されたコンデンサＣ２、およびコイルＬ１とコンデンサＣ２に対してＴ字状にＧＮＤ側に接続されるように配置されたコンデンサＣ１から構成されており、フィルタ４２に入力された矩形波は、正弦波に近い波形に波形整形される。波形整形された交流信号は、共振回路４４へ出力される。

共振回路４４は、磁気センサ３２の1次巻線３６と、1次巻線３６に対して並列に接続されたコンデンサＣ３とから構成されている。
また、磁気センサ３２の2次巻線３８から出力される検出信号は、ダイオードＤ１とコンデンサＣ４とから構成される平滑回路４６に入力される。平滑回路４６に入力された検出信号は、所定電圧以下の信号がカットされ、直流信号として増幅回路４８に入力される。

増幅回路４８は、ＯＰアンプＵ２が差動アンプとして検出信号を増幅するように構成されている。平滑回路４６から出力された検出信号は、抵抗Ｒ１を介してＯＰアンプＵ２の−入力端子に入力される。また、ＯＰアンプＵ２の出力信号は、抵抗Ｒ２を介してフィードバックされて−入力端子に入力される。
ＯＰアンプＵ２の＋入力端子には、ＣＰＵ５２が出力した基準電圧信号ａが入力される。また、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３の抵抗値により、ＯＰアンプＵ２の増幅度（ゲイン）が決定される。

増幅回路４８から出力される増幅信号ｂは、識別機能５０を有するＣＰＵ５２に入力される。ＣＰＵ５２には、正しい印刷物の磁気特性５６が記憶されたメモリが接続されているか、またはＣＰＵ５２内のメモリ領域に正しい印刷物の磁気特性５６が記憶されており、ＣＰＵ５２は、実際に測定された印刷物の増幅信号ｂと、予め記憶されている磁気特性とを比較し、印刷物の真偽を判断する。

また、ＣＰＵ５２には、矩形波の発振周波数を、最も磁気抵抗の変化量が大きい点で動作できるような周波数となるように、自動的に調整する周波数調整機能５７が設けられている。
以下、周波数調整機能５７の動作について説明する。
ＣＰＵ５２には、平滑回路４６で平滑された後の検出信号ｃが常時入力される。ＣＰＵ５２の周波数調整機能５７は、磁性体を含む印刷物を検出していない時において、矩形波の発振周波数を、予め設定した所定の発振周波数の前後で掃引する。

周波数掃引した結果、温度変化等の原因によって、共振特性の共振点が初期の値から変動していることもある（図２の曲線（２））。かかる場合に、矩形波の発振周波数を最初に設定した値のままにしておくと、最も磁気抵抗の変化量が大きい点での動作ができない。
そこで、ＣＰＵ５２の周波数調整機能５７は、共振点が変動してずれていることを検出した場合には、図２の曲線（２）における共振点Ｃから外れた位置であり、且つ周波数の変化に対して2次巻線３８の誘導電圧が最も大きくなるような位置Ｄにおける周波数を、新たに矩形波の発振周波数として設定する。
本実施形態では、このような動作は常時行ない、常に最適な周波数となるように設定している。

また、ＣＰＵ５２には、ＯＰアンプＵ２のドリフトによる増幅信号ｂの変動を調整するために、ＯＰアンプＵ２に入力する基準電圧値を調整する基準電圧値調整機能５８が設けられている。
すなわち、基準電圧値調整機能５８は、ＣＰＵ５２内に常時入力される、平滑回路４６で磁性体を含む印刷物を検出していない時に平滑された後の検出信号ｃの電圧値を常時チェックし、印刷物の導入が無いにもかかわらず電圧値に変動が合った場合には、ＯＰアンプＵ２にドリフトが生じたものとしてＯＰアンプＵ２に出力する基準電圧値を変更して基準電圧信号ａを出力し、ＯＰアンプＵ２における検出信号の電圧値と基準電圧値との差を変更させ、ドリフトによる電圧値の変動を抑えるようにする。

なお、本実施の形態においては、磁気センサ３２のコア３４をコの字状にして、コアのギャップ３３をコの字の開口部分とするようにした。すなわち、本実施形態のコア３４は、従来から良く知られている磁気センサのコアよりもギャップの間隔が非常に大きいものとして構成される。
このため、印刷物において磁気センサ３２が相対している面の磁性体の分布状況だけでなく、磁気センサ３２が相対している面の裏側の面の磁性体の分布についても測定が可能となった。この点について、以下に検証する。

紙の一方の面のみに所定の分布領域に磁性体を塗布し、他方の面には磁性体を全く塗布しなかった試験用の印刷物を対象として、本実施形態の識別装置を用いて実際に試験用の印刷物の磁気特性を測定した。
測定した磁気特性の結果を図４に示す。
このグラフの上にある波形が、試験用の印刷物の磁性体が塗布された側を磁気センサ３２に相対させて測定した場合ものであり、下にある波形が、磁性体が塗布されていない側を磁気センサ３２に相対させて測定したものである。

このグラフによれば、磁性体が塗布された側の磁気特性と、磁性体が塗布されていない側の磁気特性とは、レベルが異なるだけであり、全く同一形状の波形となることが確認できた。レベルが異なるのは、磁性体が塗布されていない側では紙の厚さ分だけ磁性体の磁束が減少しているためと思われる。
このように、本実施形態の識別装置を用いると、印刷物の表裏どちらを磁気センサに相対させても、印刷物が含む磁性体の検出が可能となり、印刷物の表裏双方を測定しなくともどちらか一方の面を測定するだけで正確に識別できる。このため、印刷物の真偽の識別を正確に行えると共に、識別するために印刷物を走査する時間も短時間で済むこととなる。

なお上述してきた実施形態では、磁気センサ３２の1次巻線３６と2次巻線３８は、ギャップ３３を挟んだ両端部にそれぞれ設けられていた。
しかしながら、本発明の磁気センサ３２としてはこのような形態に限定されることはなく、図５に示すように、ギャップ３３に対向する部位に1次巻線３６と2次巻線３８を重ねてコア３４に巻回するような構成であってもよい。

識別装置は、紙幣の真偽の識別や、その他磁気特性により真偽を識別できるように設けられた有価証券等、様々な印刷物の識別に利用可能である。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明の概略構成を示すブロック図である。 共振特性を示すグラフである。 本発明の回路構成を示す回路図である。 一方の面に磁性体を塗布し、他方の面には磁性体を塗布していない印刷物のそれぞれの面に磁気センサを相対させて実際に磁気特性を測定したときのグラフである。 磁気センサの他の形態を示す説明図である。 従来の識別装置の概要を示す説明図である。 従来のその他の識別装置の概要を示す説明図である。

符号の説明

３０ 識別装置
３２ 磁気センサ
３３ ギャップ
３４ コア
３６ １次巻線
３８ ２次巻線
４０ 信号発生器
４２ フィルタ
４４ 共振回路
４６ 平滑回路
４８ 増幅回路
５０ 識別器（識別機能）
５５ 矩形波発振機能
５６ 正しい印刷物の磁気特性
５７ 周波数調整機能
５８ 基準電圧値調整機能
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ コイル
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｕ１ インバータ
Ｕ２ ＯＰアンプ

Claims (4)

1. 磁性体を含む印刷物を識別するための識別装置において、
   前記印刷物に相対する位置に設けられるギャップを有し、１次巻線および２次巻線を有するコアからなる磁気センサと、
   該磁気センサの１次巻線に入力させる交流信号を発生する信号発生手段と、
   前記磁気センサの１次巻線を含めて構成される共振回路と、
   前記磁気センサの２次巻線から得られる検出信号を増幅する増幅手段と
   該増幅手段によって増幅された増幅信号に基づいて印刷物の真偽を識別する識別手段とを具備し、
   前記信号発生手段は、
   前記共振回路における共振点から外れた所定の周波数を発振周波数として設定していることを特徴とする識別装置。
2. 前記磁気センサが磁性体を検出していない時に、前記信号発生手段の発振周波数を掃引しつつ前記検出信号の電圧値を測定することにより、
   前記共振回路の共振特性の変動が生じた場合であっても、前記信号発生手段が出力する交流信号の発振周波数が、前記共振回路における共振点から外れた周波数となるように、自動的に発振周波数を調整する周波数調整手段を具備することを特徴とする請求項１記載の識別装置。
3. 前記増幅手段は、基準電圧値と前記検出信号の電圧値とを比較してその差分を増幅する差動アンプであり、
   前記差動アンプのドリフトに対して前記基準電圧値を調整する基準電圧値調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の識別装置。
4. 前記磁気センサは、前記コアがコの字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の識別装置。