JP4953665B2 - 磁気センサ装置および識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、コアに対してコイルが巻回されたバルク型の磁気センサ素子を備えた磁気センサ装置、およびこの磁気センサ装置を用いた識別装置に関するものである。

コアにコイルが巻回されたバルク型の磁気センサ装置は、磁気量（透磁率）に比例したアナログ信号を出力することができるため、紙幣などの識別装置において、紙幣に磁気インクにより印刷されたパターンを検出し、紙幣の真贋や種類を識別するのに用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このような磁気センサ装置において、磁気センサ素子のコイルから出力されるセンサ信号は、図７に示すような交流信号であるため、紙幣などに印刷されたパターンの検出を行うには、まず、かかる交流信号に対して全波整流回路で整流を行った後、平滑して直流信号に変換する検波方式が多用されている。
特開２００４−３１８５４１号公報

しかしながら、検波方式で得られた出力電圧は、基準電圧から波高値電圧までのＶ0-pの約０．７倍の出力しか得ることができないという問題点がある。また、検波方式では信号処理速度が遅いため、紙幣識別装置の処理速度が遅いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、検波方式と比較して高レベルの信号を得ることができ、かつ、処理速度の向上も図ることができる磁気センサ装置、および識別装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、コアにコイルが巻回された磁気センサ素子と、該磁気センサ素子からの信号出力を処理する信号処理回路とを有する磁気センサ装置において、
前記磁気センサ素子は、前記信号処理回路を共通にして複数、配置され、前記信号処理回路は、前記複数の磁気センサ素子から出力される前記センサ信号を切替指令信号に基づいて時系列的に処理するための切替指令手段と、前記コイルから出力されるセンサ信号のピーク値を第１キャパシタで保持して検出するピークホールド回路と、前記センサ信号のボトム値を第２キャパシタで保持して検出するボトムホールド回路と、前記ピーク値と前記ボトム値との差を求める差動回路とを有するとともに、前記ピークホールド回路および前記ボトムホールド回路に対しては、前記切替指令信号に同期するディスチャージ指令信号により前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタに放電を行わせて前記ピーク値および前記ボトム値をリセットする放電回路を備えていることを特徴とする。

本発明では、センサ信号のピーク値とボトム値との差を求めるため、検波方式を用いた場合と比較して、信号のレベルが約３倍であり、Ｓ／Ｎ比が約３倍改善される。また、信号処理回路でのトータルゲインが約１／３になるため、信号処理回路の温度特性を向上することもできる。さらに、信号処理速度の向上を図ることができる。さらにまた、信号処理速度が高いので、複数の磁気センサ素子を用いた場合に、複数の磁気センサ素子のセンサ信号を共通の信号処理回路で時系列的に処理することが可能であり、信号処理回路の構成を簡素化できる。

本発明において、前記磁気センサ素子は、前記コイルとして用いた第１のコイルと第２のコイルの差動を前記センサ信号として出力する差動型磁気センサ素子であることが好ましい。このように構成すると、温度などの環境変化の影響を受けないため、高い精度での検出を行うことができる。

この場合において、前記第１のコイルは、励磁コイルであり、前記第２のコイルは、差動検出用のコイルであり、前記切替指令手段は、切替指令信号により前記複数の磁気センサ素子への励磁を時系列的に処理する構成を採用できる。

本発明に係る磁気センサ装置は識別装置に用いることができ、この場合、前記磁気センサ素子は、媒体の表面に印刷された磁性材料の印刷パターンに対応する出力信号を出力し、前記差動回路からの出力信号に基づいて前記媒体の真偽および種類のうちの少なくとも一方を識別することになる。

本発明において、前記磁気センサ素子は、例えば、前記媒体の相対移動方向と交差する方向に複数、配置されている構成を採用することができる。

本発明では、センサ信号のピーク値とボトム値との差を求めるため、検波方式を用いた場合と比較して、信号のレベルが約３倍であり、Ｓ／Ｎ比が約３倍改善される。また、信号処理回路でのトータルゲインが約１／３になるため、信号処理回路の温度特性を向上することもできる。さらに、信号処理速度の向上を図ることができる。さらにまた、信号処理速度が高いので、複数の磁気センサ素子を用いた場合に、複数の磁気センサ素子のセンサ信号を共通の信号処理回路で時系列的に処理することが可能であり、信号処理回路の構成を簡素化できる。

図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置を用いた紙葉類識別装置を説明する。

（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した紙葉類識別装置（磁気センサ装置）の要部構成を示す構成図、およびこの紙葉類識別装置に使用される自励式の磁気センサ素子の説明図である。

図１（ａ）において、紙葉類識別装置１は、紙幣や小切手などの紙葉２の紙面に形成されているパターンを検出して、その真贋や種類を識別するための磁気センサ装置である。すなわち、紙葉２には、磁気インクなどの磁性材料により印刷パターン２１が形成されており、この印刷パターン２１を検出することにより、紙葉２の真贋や種類を識別する。

紙葉類識別装置１は、紙葉２を搬送路３に沿って搬送する搬送機構（図示せず）と、搬送路３の途中位置に配置された磁気センサ素子１００と、この磁気センサ素子１００に交流の励磁電流を供給する励磁回路（図１（ａ）には図示せず）と、磁気センサ素子１００からの出力を処理する信号処理回路（図１（ａ）には図示せず）などを備えている。

また、本形態の紙葉類識別装置１は、搬送路３の幅方向（紙葉２の搬送方向に交差する方向）に向かって複数の磁気センサ素子１００が所定の間隙を空けて配置された多チャンネル型であり、磁気センサ素子１００は、搬送される紙葉２のうち、その上方位置を通る部位のパターンを時系列に検出する。なお、紙葉２の搬送方向は矢印Ｗで示してある。

磁気センサ素子１００は、図１（ｂ）に示すように、自励式であり、溝部１６が開口するセンサ面１１０を備えたコア体１１と、溝部１６内に配置されたパターン検出用の励磁コイル１２とを備えている。より具体的に説明すると、コア体１１は、水平部１１１と、その中央、一方の端部、および他方の端部から搬送路およびその反対側に向けて延びた計６枚の垂直板部１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７とを備えており、垂直板部１１２、１１３、１１４の上端面によってセンサ面１１０が構成されている。このため、コア体１１には、垂直板部１１２、１１３の間、および垂直板部１１２、１１４の間に、センサ面１１０で開口する溝部１６が形成され、この溝部１６内には、垂直板部１１２を巻回するように、巻線ボビン（図示せず）に巻回されたボイスコイルからなるパターン検出用の励磁コイル１２（第１のコイル）が配置されている。

また、コア体１１には、垂直板部１１５、１１６の間、および垂直板部１１５、１１７の間にも、センサ面１１０とは反対側で開口する溝部１７が形成され、この溝部１７内には垂直板部１１５を巻回するように、巻線ボビン（図示せず）に巻回されたボイスコイルからなる差動検出用のコイル１５（第２のコイル）が配置されている。なお、溝部１６、１７には、励磁コイル１２および差動検出用のコイル１５が装着された後、樹脂が充填されることがある。

ここで、磁気センサ素子１００は、差動型であるため、パターン検出用の励磁コイル１２と差動検出用のコイル１５とは直列に接続され、その両端に励磁電流に供給される。そして、パターン検出用の励磁コイル１２と差動検出用のコイル１５との接続点から信号が出力される。

このような出力信号では、紙葉２において印刷パターン２１が形成されている領域が磁気センサ素子１００の下方を通過する期間、印刷パターン２１によって透磁率が上昇するため、出力が高まる一方、印刷パターン２１が形成されている領域が通過した後は、出力が低下する。なお、図１（ａ）に示すように、紙葉２に対してアルミニウムなどのホログラムパターンが形成されている場合、ホログラムパターンが形成されている領域が磁気センサ素子１００の下方を通過する期間では、ホログラムパターンに渦電流が発生するため、出力がさらに低下する。従って、後述する信号処理回路において、各磁気センサ素子１００から出力されるセンサ信号を直流信号に変換し、かつ、この直流信号により得られた信号パターンを照合すれば、紙葉２の真贋や種類を識別することができる。

（信号処理回路の構成）
図２（ａ）、（ｂ）は、本形態の紙葉類識別装置１に用いた信号処理回路の要部の構成図、およびこの信号処理回路の各段階での信号波形を示す説明図である。図３および図４は、本形態の紙葉類識別装置１に用いた駆動回路全体の構成図、および信号処理回路の回路図である。なお、図４には、図３に示す増幅回路の図示を省略してある。

本形態では、差動型の磁気センサ素子１００を用いて信号検出を行うにあたって、紙葉類識別装置１は、図２（ａ）に示すように、磁気センサ素子１００の各パターン検出用の励磁コイル１２、および差動検出用のコイル１５に励磁電流を供給するための発振子４１および励磁回路４０と、複数の磁気センサ素子１００に対して共通の信号処理回路５とを有している。

本形態において、信号処理回路５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気センサ素子１００から出力されるセンサ信号のピーク値を検出するピークホールド回路５１と、磁気センサ素子１００から出力されるセンサ信号のボトム値を検出するボトムホールド回路５２と、ピークホールド回路５１から検出されたピーク値とボトムホールド回路５２から検出されたボトム値との差を求め、増幅する差動増幅回路５３（差動回路）とを備えている。

また、本形態の紙葉類識別装置１では、磁気センサ素子１００が複数、形成された多チャンネル型であるため、図３に示すように、紙葉類識別装置１では、クロック信号発生回路５０から出力されるクロック信号に基づいて、各々が磁気センサ素子１００を備えたチャンネルｃｈ１〜ｃｈ１６の切替を行うロジック回路５４が用いられ、このロジック回路５４は、切替指令信号により第１のアナログスイッチ回路５６を制御し、励磁回路４０から各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ１６に対応する磁気センサ素子１００への励磁を制御する。また、ロジック回路５４は、切替指令信号により第２のアナログスイッチ回路５７を制御し、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ１６に対応する磁気センサ素子１００から信号処理回路５への信号出力を制御する。従って、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ１６に対応する磁気センサ素子１００は、ロジック回路５４による制御の下、励磁回路４０から順次、時系列的に励磁され、かつ、信号処理回路５にセンサ信号を出力する。また、ロジック回路５４は、信号処理回路５に信号入力するチャンネルｃｈ１〜ｃｈ１６が切り換わる度にディスチャージ指令信号により信号処理回路５をリセットする。このように、ロジック回路５４は、信号処理回路５において、複数の磁気センサ素子１００から出力されるセンサ信号を時系列的に処理するための切替指令手段として機能している。

このような信号処理回路５は、より具体的には、磁気センサ素子１００からの差動出力を増幅する増幅回路５８と、この増幅回路５８で増幅された出力信号のピーク値を検出するピークホールド回路５１と、増幅回路５８で増幅された出力信号のボトム値を検出するボトムホールド回路５２と、ピーク値とボトム値との差を求める差動増幅回路５３と、オフセット補正指令信号およびゲイン補正指令信号に基づいて、差動増幅回路５３からの出力に対してオフセット調整およびゲイン調整を行う調整回路５９とを有しており、調整回路５９を経て出力される差動増幅回路５３からのアナログ出力は、所定のデジタル信号化処理が施されて、パターン照合に用いられる。

これらの回路のうち、ピークホールド回路５１、およびボトムホールド回路５２は、図４に示すように構成されている。ピークホールド回路５１は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ６、キャパシタＣ１およびオペアンプＸ２などにより構成され、切替指令信号によって選択されたチャネルの磁気センサ素子１００から出力されたセンサ信号のピーク値をキャパシタＣ１で保持する。ボトムホールド回路５２は、ダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５、キャパシタＣ２およびオペアンプＸ４などにより構成され、切替指令信号によって選択されたチャネルの磁気センサ素子１００から出力されたセンサ信号のボトム値をキャパシタＣ２で保持する。また、ピークホールド回路５１およびボトムホールド回路５２の各々に対しては、放電回路５１０、５２０が形成されており、放電回路５１０、５２０は、切替指令信号に同期するディスチャージ指令信号によりトランジスタＱ２、Ｑ１がオンオフすることにより、キャパシタＣ１、Ｃ２に放電を行わせ、その前に選択されていたチャンネルのピーク値およびボトム値をリセットする。

このように構成した信号処理回路５においては、図５（ａ）に示す波形Ｓ０のディスチャージ指令信号がピークホールド回路５１およびボトムホールド回路５２に出力された後、ピークホールド回路５１およびボトムホールド回路５２に対しては、図５（ａ）に波形Ｓ１で示すセンサ信号が出力される。その結果、ピークホールド回路５１およびボトムホールド回路５２で保持されるピーク値およびボトム値は、波形Ｓ２、Ｓ３で示すように変化する。従って、差動増幅回路５３からは、図５（ａ）に示す波形Ｓ４のアナログ信号が出力される。このように、センサ信号は、振幅が増大した後、減衰していくが、本形態では、ピークホールド回路５１およびボトムホールド回路５２で保持されたピーク値およびボトム値の差動信号が差動増幅回路５３からアナログ信号として出力される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の紙葉類識別装置１では、信号処理回路５が、磁気センサ素子１００からの出力信号のピーク値を検出するピークホールド回路５１と、磁気センサ素子１００からの出力信号のボトム値を検出するボトムホールド回路５２と、ピーク値とボトム値との差を求める差動増幅回路５３とを備えている。このため、本形態の紙葉類識別装置１から出力される信号を図５（ｂ）に示し、検波方式を用いた従来例の信号を図５（ｃ）に示すように、本形態によれば、信号のレベルが約３倍であり、Ｓ／Ｎ比が約３倍改善される。また、本形態によれば、信号処理回路５でのトータルゲインが約１／３になるため、信号処理回路５の温度特性を向上することもできる。

また、本形態の紙葉類識別装置１では信号処理速度の向上を図ることができるので、紙葉２の搬送速度、すなわち、紙葉２に対する識別処理速度を向上することができる。また、本形態の紙葉類識別装置１では信号処理速度が高いので、複数の磁気センサ素子１００の出力を共通の信号処理回路５で時系列的に処理でき、信号処理回路５の構成を簡素化できる。

［その他の実施の形態］
上記形態では、紙葉類識別装置１に本発明を適用した例であったが、磁気センサ素子１００と媒体とのギャップ特性を利用して、磁性材料の位置を検出する位置センサなどとして用いた場合に本発明を適用してもよい。

また、上記形態では、自励式の磁気センサ素子１００を用いた場合を例に説明したが、他励式の磁気センサ素子１００を用いた場合に本発明を適用してもよい。

さらに、上記形態では、差動型の磁気センサ素子１００を用いた場合を例に説明したが、１本のコイルがコアに巻回された磁気センサ素子を用いた場合に本発明を適用してもよい。この場合の磁気センサ素子としては、図６（ａ）に示すように、水平板部１１１から１枚の垂直板部１１２が延びたＴ字型のコア体１１において、垂直板部１１２にコイル１２が巻回されたもの、あるいは図６（ｂ）に示すように、水平板部１１１から３枚の垂直板部１１２、１１３、１１４が一方側に延びたＥ字型のコア体１１において、中央の垂直板部１１２のコイル１２が巻回されたものを用いることができるなど、磁気センサ素子１００については各種タイプのものを用いることができる。

（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した紙葉類識別装置の要部構成を示す構成図、およびこの紙葉類識別装置に使用される自励式の磁気センサ素子の説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る紙葉類識別装置に用いた信号処理回路の要部の構成図、およびこの信号処理回路の各段階での信号波形を示す説明図である。 本発明に係る紙葉類識別装置に用いた駆動回路全体の構成図である。 本発明に係る紙葉類識別装置に用いた信号処理回路の回路図である。 本発明に係る紙葉類識別装置に用いた信号処理回路で用いられる信号の波形図である。 本発明に係る紙葉類識別装置で使用可能な別の磁気センサ素子の説明図である。 従来の信号処理方法の説明図である。

符号の説明

１ 紙葉類識別装置
２ 紙葉
５ 信号処理回路
１１ コア体
１２ パターン検出用の励磁コイル
１５ 差動検出用のコイル
５１ ピークホールド回路
５２ ボトムホールド回路
１００ 磁気センサ素子

Claims (5)

1. コアにコイルが巻回された磁気センサ素子と、該磁気センサ素子からの信号出力を処理する信号処理回路とを有する磁気センサ装置において、
   前記磁気センサ素子は、前記信号処理回路を共通にして複数、配置され、
   前記信号処理回路は、前記複数の磁気センサ素子から出力される前記センサ信号を切替指令信号に基づいて時系列的に処理するための切替指令手段と、前記コイルから出力されるセンサ信号のピーク値を第１キャパシタで保持して検出するピークホールド回路と、前記センサ信号のボトム値を第２キャパシタで保持して検出するボトムホールド回路と、前記ピーク値と前記ボトム値との差を求める差動回路とを有するとともに、前記ピークホールド回路および前記ボトムホールド回路に対しては、前記切替指令信号に同期するディスチャージ指令信号により前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタに放電を行わせて前記ピーク値および前記ボトム値をリセットする放電回路を備えていることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 請求項１において、前記磁気センサ素子は、前記コイルとして用いた第１のコイルと第２のコイルの差動を前記センサ信号として出力する差動型磁気センサ素子であることを特徴とする磁気センサ装置。
3. 請求項２において、
   前記第１のコイルは、励磁コイルであり、
   前記第２のコイルは、差動検出用のコイルであり、
   前記切替指令手段は、前記切替指令信号により前記複数の磁気センサ素子への励磁を時系列的に処理することを特徴とする磁気センサ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに規定する磁気センサ装置を用いた識別装置において、
   前記磁気センサ素子は、媒体の表面に印刷された磁性材料の印刷パターンに対応する出力信号を出力し、
   前記差動回路からの出力信号に基づいて前記媒体の真偽および種類のうちの少なくとも一方を識別することを特徴とする識別装置。
5. 請求項４において、前記磁気センサ素子は、前記媒体の相対移動方向と交差する方向に複数、配置されていることを特徴とする識別装置。

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