JP6523122B2 - 磁性体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体検出装置に関する。

紙幣等に代表される紙葉類には、偽造防止対策として磁性体を含む磁気インクを用いた印刷や、磁性体を用紙に練りこんだ物が使用されており、これらを検出することによって、紙葉類の真偽を特定する手法が用いられている。
これら磁性体等を検出する方法としては、永久磁石によってバイアスされた強磁場下で紙葉類が搬送される際に、紙葉類中に含まれる磁気インクによって変化する微小な磁場変化を、磁気検出素子を用いて電圧信号に変換して検出する方法がある。その際、磁気検出素子として、ホール素子を用いる方式が考えられる。

このホール素子を用いた磁性体量検出方法として、例えば、特開２００３−１４９３１３号公報（特許文献１）に記載された技術が知られている。
特許文献１に記載された技術について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、紙幣等の紙葉類に印刷された磁気インク中の微弱な磁性体をホール素子で検出する磁性体検出装置の要部の構成を概略的に示したものである。
図６において、被検出部である紙葉類１０１は、その表面に印刷された磁気インク等の磁性体１０１ａを有し、図示しないベルト等により図示矢印Ａ方向に搬送されて磁気検出部１０２上を通過する。磁気検出部１０２は、一方の極（例えば、Ｎ極）が紙葉類１０１の表面と向かい合うように配設された永久磁石１０３と、永久磁石１０３の一方の極（例えば、Ｎ極）上に密着固定された検出用のホール素子１０４と、永久磁石１０３の他方の極（例えば、Ｓ極）上に密着固定された補償用のホール素子１０５と、を備える。図６では、保護用ケースや磁石の固定具等は省いている。

図６に示す磁性体検出装置において、永久磁石１０３のＮ極から出力された磁力線はＳ極に戻るが、その磁力線の一部はホール素子１０４、１０５をそれぞれ貫通する。この際、ホール素子１０４、１０５の各電源端子に概略同等の電圧或いは電流を印加することにより、ホール素子１０４、１０５の各信号端子に磁力線の密度に比例した電圧が出力される。図６の場合、ホール素子１０４とホール素子１０５とは、永久磁石１０３のＮ極及びＳ極の対称位置にそれぞれ配設して略同等の磁力線の密度下にあるため、ホール素子１０４、１０５からは、絶対値が略同等であり、符号が反対の電圧が出力される。

永久磁石１０３は、ホール素子１０４及びホール素子１０５に一定のバイアス磁場を付与するものであり、このバイアス磁場が紙葉類１０１に設けられた磁性体１０１ａにより変化し、検出用のホール素子１０４を貫通する磁力線の密度が増加する。この磁力線の密度の増加がホール素子１０４の出力電圧の増加となる。
今、紙葉類１０１が搬送されて、磁気検出部１０２上に磁性体１０１ａが接近すると、磁力線の一部は磁性体１０１ａに引き寄せられるため、ホール素子１０４を貫通する磁力線の密度が増加し、磁性体１０１ａがホール素子１０４上に来た時点で、ホール素子１０４を貫通する磁力線の密度は最大となる。一方、補償用のホール素子１０５の磁力線の密度は、磁性体１０１ａから距離が離れているため変化しない。結果として、検出用のホール素子１０４と補償用のホール素子１０５とで出力電圧の絶対値に差が生じる。この電圧の絶対値差を取り出せば、磁性体１０１ａによって変化した検出信号を取り出すことができる。

図７は、ホール素子１０４及びホール素子１０５の各差動出力電圧の差分を取り増幅する信号処理回路の一例である。図７において、ホール素子１０４の両信号端子１０４ａ、１０４ｂは、差動増幅器１１１の両入力端子に接続されると共に、ホール素子１０５の両信号端子１０５ａ、１０５ｂは、差動増幅器１１２の両入力端子に接続される。そして、差動増幅器１１１、１１２の各出力端子は、それぞれの信号出力電圧の極性が逆になるようにして可変抵抗器１１３の両端に接続されている。可変抵抗器１１３の可動端子は、直流増幅器１１４の入力端子に接続されている。この状態で、磁気検出部１０２上に磁性体１０１ａが近づくにつれて検出用のホール素子１０４の出力電圧が増加し、直流増幅器１１４で増幅されて出力される、補償用のホール素子１０５の出力電圧との差分は増加する。
なお、実際の磁性体検出装置では、紙葉類１０１の搬送方向に対して直角の方向に複数個の磁気検出部１０２が配置され、この磁気検出部１０２の個数、及びピッチにより主走査方向の検出幅、および分解能が決定される。

特開２００３−１４９３１３号公報

ホール素子を用いて磁気を検出するようにしたホール素子方式は高い精度で磁性体量を検出することができる。その一方で、ホール素子の出力電圧は、永久磁石による大きな直流オフセット電圧と、磁性体を有する紙葉類搬送時の磁場の変化による出力電圧とが合成された電圧として出力されるため、ホール素子の出力電圧から直流オフセット電圧成分をキャンセルし、紙葉類搬送時の磁気インク等の磁性体による磁場の変化による出力電圧のみを取り出す必要がある。
また、紙葉類搬送時の磁場の変化による出力電圧は非常に微小であり、ホール素子の出力電圧は、後段の処理により大きく増幅する必要がある（通常、１０００倍以上）。

ところで、前述のように、ホール素子の出力電圧を増幅する場合、増幅する前の増幅回路への入力段階で直流オフセット電圧成分を正確にキャンセルできていないと増幅後の出力電圧が増幅回路の電圧上下限値に張り付いてしまうことになる。さらに、ホール素子の磁気感度には温度ドリフトがあり、直流オフセット電圧が温度変動と共に変化してしまうため、温度にトラッキングして直流オフセット電圧をキャンセルする機構が必要である。
実際には、複数のホール素子間で、磁気感度及び磁気感度の温度係数にばらつきが存在するため、検出用のホール素子１０４と補償用のホール素子１０５との出力電圧の差分を取ったとしても温度ドリフトの影響は完全にはキャンセル出来ず、他の補償回路を追加するか、ホール素子の特性を素子対毎に管理する等の対策が必要となり、製造コスト増の原因となる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、紙葉類等に印刷された磁気インク中に含まれる磁性体量をホール素子によって検出する磁性体検出装置において、複雑な補償回路や、ホール素子の磁気感度及び磁気感度の温度係数等の特性管理を必要とせずに、ホール素子毎の磁気感度の温度ドリフト成分をキャンセルすることの可能な磁性体検出装置を提供することにある。

本発明の一態様による磁性体検出装置は、紙葉類を搬送する搬送部と、搬送部の近傍に配置され、磁場を発生させる磁場発生部と、磁場発生部が発生する磁場を検出する磁気検出素子と、磁気検出素子の出処理する信号処理回路と、を備え、信号処理回路は、磁気検出素子の後段に配置され、入力信号から帰還信号を減算する第１の減算部と、記第１の減算部の出力信号が入力される第１の増幅回路と、第１の増幅回路の出力信号が入力され、帰還信号を出力する第２の増幅回路と、を有し、第２の増幅回路はローパスフィルタ機能を備えることを特徴としている。

また、本発明の他の態様による信号処理回路は、磁場を発生させる磁場発生部の近傍を搬送される紙葉類の移動に伴う前記磁場の変動を検出する磁気検出素子の出処理する信号処理回路であって、磁気検出素子の後段に配置され、入力信号から帰還信号を減算する第１の減算部と、第１の減算部の出力信号が入力される第１の増幅回路と、第１の増幅回路の出力信号が入力され、帰還信号を出力する第２の増幅回路と、を有し、第２の増幅回路はローパスフィルタ機能を備えることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、複雑な補償回路やホール素子の磁気感度及び磁気感度の温度係数等の特性管理を必要とせずに、ホール素子毎の磁気感度の温度ドリフトにも対応した直流オフセット電圧のキャンセルを行うことができる。

本発明を適用した磁性体検出装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態における信号処理回路の一例を示すブロック図である。 磁束密度と信号処理回路の伝達特性との関係を表す説明図である。 印加磁場と直流オフセット電圧との対応を示す特性図の一例である。 本発明の第２実施形態における信号処理回路の一例を示すブロック図である。 従来の磁性体検出装置の一例を示す構成図である。 従来の信号処理回路の一例を示す構成図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という）について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。
磁性体検出装置１０は、図１に示すように、検出対象である紙葉類１を搬送するための搬送部２と、磁気検出部３と、利得調整部４と、モード切り替え部５と、を備える。磁性体検出装置１０は複数の磁気検出部３を備えており、図１では３つの磁気検出部３を備える。なお、３つに限らず、任意数の磁気検出部３を設けることができる。
紙葉類１は、その表面に印刷された磁気インク等の磁性体１ａを有する。紙葉類１としては、例えば、紙幣、商品券、ビール券等が挙げられる。

搬送部２は、図１に示すように例えば下部ベルト２ａと、下部ベルト２ａと向かい合うように配置される上部ベルト２ｂ及び２ｃとを備える。上部ベルト２ｂ及び上部ベルト２ｃは、下部ベルト２ａの長手方向に間隔を空けて配置され、紙葉類１は、下部ベルト２ａと上部ベルト２ｂとの間に挟まれた状態で図示矢印Ａで示す搬送方向に搬送され、上部ベルト２ｂと上部ベルト２ｃとの隙間部分で、下部ベルト２ａのみにより搬送された後、下部ベルト２ａと上部ベルト２ｃとの間に挟み込まれ、再度上下のベルトに挟まれた状態で搬送される。

なお、搬送部２は、後述の検出用ホール素子Ｈ１において検出される、磁性体１ａの移動に伴う磁性体量の変動に影響を及ぼさない素材で形成される。
また、図１では、搬送部２は、下部ベルト２ａと上部ベルト２ｂ及び２ｃとにより紙葉類１を挟んで搬送する場合について説明しているが、これに限るものではない。紙葉類１を搬送することができ、且つ検出用ホール素子Ｈ１において検出される磁性体１ａの移動に伴う磁性体量の変動に影響を及ぼさない搬送部であれば適用することができる。
磁気検出部３は、センサ部１１と信号処理回路１２とを備える。

センサ部１１は、永久磁石１１ａと磁性体検出用の検出用ホール素子Ｈ１とを備える。
永久磁石１１ａは、一方の極、例えばＮ極が下部ベルト２ａと向かい合うように配置される。つまり、下部ベルト２ａにより搬送される紙葉類１の一方の表面と向かい合うように配置される。
検出用ホール素子Ｈ１は、永久磁石１１ａの、下部ベルト２ａと向かい合う側の極、この場合Ｎ極上に密着固定される。
センサ部１１は、上部ベルト２ｂと上部ベルト２ｃとの隙間部分と向かい合うように配置される。また、センサ部１１は、搬送方向Ａと直交する方向に沿って配置される。例えば搬送方向と直交する方向に沿って等間隔に配置される。なお、センサ部１１の配置位置はこれに限るものではなく、例えば、紙葉類１の磁性体１ａの既知の配置位置に基づき、搬送過程において、磁性体１ａが検出用ホール素子Ｈ１と向かい合う位置にセンサ部１１を配置してもよい。また、紙葉類１の幅方向のランダムな位置と検出用ホール素子Ｈ１が向かい合うようにセンサ部１１を配置してもよく、任意の位置に配置することができる。

また、図１では、検出用ホール素子Ｈ１を、上部ベルト２ｂと上部ベルト２ｃとの隙間部分と向かい合うように配置しているが、これに限るものではなく、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力信号変動を検出することができれば、搬送部２に対してどの位置に配置してもよく、搬送部２の構造に合わせて、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力信号変動を検出することができる位置に配置すればよい。
このような構成において、紙葉類１が搬送されない状態では、永久磁石１１ａのＮ極から出力された磁力線はＳ極に戻るが、その磁力線の一部は検出用ホール素子Ｈ１を貫通する。この際、検出用ホール素子Ｈ１の電源端子に電圧又は電流を印加することにより、検出用ホール素子Ｈ１の差動信号端子に磁力線の密度に比例した電圧差が出力される。

永久磁石１１ａは、検出用ホール素子Ｈ１に一定のバイアス磁場を付与するもので、このバイアス磁場が紙葉類１上の磁性体１ａにより変化し、検出用ホール素子Ｈ１を貫通する磁力線の密度が増加する。この磁力線の密度の増加が検出用ホール素子Ｈ１の出力信号の増加となって表れる。
信号処理回路１２は、検出用ホール素子Ｈ１からの出力電圧差を入力し、この出力電圧差信号から、永久磁石１１ａによる一定のバイアス磁場に相当する直流オフセット電圧成分をキャンセルし、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力電圧変動のみを増幅し、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴとして出力する。

図２は、信号処理回路１２の一例を示す構成図である。
信号処理回路１２は、減算回路２１と、増幅回路２２と、減算回路２３と、増幅回路２４と、ローパスフィルタを含む増幅回路２５と、Ａ／Ｄ変換部２６と、制御部２７と、Ｄ／Ａ変換部２８と、を備える。なお、増幅回路２５は、ローパスフィルタ機能を有さない増幅回路とローパスフィルタから構成されていても良い。
減算回路２１は、検出用ホール素子Ｈ１からの出力電圧差ＨｏｕｔとＤ／Ａ変換部２８からの出力信号ＶＤとを入力し、出力電圧差Ｈｏｕｔから出力信号ＶＤを減算し、減算結果を出力信号Ｖ１として出力する。

信号処理回路１２は、オフセット補正モードと、磁性体検出モードの２つのモードで動作し、モード切り替え部５によりモード切り替えが行われる。
オフセット補正モードとは、紙葉類１を搬送させない状態で、各検出用ホール素子Ｈ１の直流オフセット電圧成分をキャンセルするモードである。磁性体検出モードとは、紙葉類１を搬送させて紙葉類１に含まれる磁性体量を検出するモードである。
増幅回路２２は、減算回路２１からの出力信号Ｖ１を利得Ｇ１で増幅し、出力信号Ｖ２として出力する。

減算回路２３は、増幅回路２２からの出力信号Ｖ２を入力すると共に、スイッチＳＷ１を介して増幅回路２５の出力信号Ｖ５を入力する。減算回路２３は、スイッチＳＷ１が短絡状態のときには、出力信号Ｖ２から出力信号Ｖ５を減算して減算結果を出力信号Ｖ３として出力し、スイッチＳＷ１が開放状態のときには、出力信号Ｖ２をそのまま出力信号Ｖ３として出力する。スイッチＳＷ１はモード切り替え部５によって制御される。モード切り替え部５は、オフセット補正モードのときにはスイッチＳＷ１を開放状態に制御し、磁性体検出モードのときにはスイッチＳＷ１を短絡状態に制御する。

増幅回路２４は、利得調整可能な増幅回路であって、利得調整部４からの利得コントロール信号ＧＣＮＴにより利得Ｇ２が調整される。増幅回路２４は、減算回路２３の出力信号Ｖ３を利得Ｇ２で増幅し、出力信号Ｖ４として出力する。
増幅回路２５は、カットオフ周波数がｆｃ３であるローパスフィルタを含み、増幅回路２４の出力信号Ｖ４を利得Ｇ３で増幅すると共にローパスフィルタ処理を行い、出力信号Ｖ５として出力する。
ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ３は、ｆｔ＜Ｇ２×Ｇ３×ｆｃ３＜ｆｍの値に設定される。

ここで、図３に示すように、ｆｔは、磁性体検出装置１０が置かれた環境下における温度変化により生じる磁性体量の変動の周波数特性、つまり温度ドリフト成分の周波数相当の周波数である。温度ドリフト成分の周波数は例えば実験等により検出され、ｆｔは、例えば１０ｍＨｚに設定される。
また、ｆｍは、磁性体１ａの移動に伴い生じる磁性体量の変動の周波数相当の周波数である。
ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ３を、ｆｔ＜Ｇ２×Ｇ３×ｆｃ３＜ｆｍを満足するように設定することによって、図２に示す信号処理回路１２の伝達特性は、図３に示す特性線Ｌで示す特性を有することになる。つまり、直流オフセット成分及び温度ドリフト成分を抑制し、磁性体による磁場変動成分は抑制しないハイパスフィルタ特性を有する。なお、図３において、横軸は周波数、縦軸は、磁束密度又は伝達特性のゲインを示す。

Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅回路２４の出力信号Ｖ４をデジタル信号に変換し、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴとして出力する。
制御部２７及びＤ／Ａ変換部２８は、モード切り替え部５によって、モードの切り替えが行われる。
制御部２７は、例えばコンパレータ等を含んで構成され、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴを入力とする。
そして、オフセット補正モード時には、制御部２７は、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴが零となるようにＤ／Ａ変換部２８の出力信号ＶＤを調整するための制御信号ＤＡＣＮＴを生成し、生成した制御信号ＤＡＣＮＴをＤ／Ａ変換部２８に出力すると共に、利得調整部４に出力する。またＤ／Ａ変換部２８は、制御部２７からの制御信号ＤＡＣＮＴをアナログ信号に変換し、出力信号ＶＤとして出力する。

一方、磁性体検出モード時には、Ｄ／Ａ変換部２８は、直前のオフセット補正モード時の制御信号ＤＡＣＮＴの値を保持している。つまり、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴが零となるように出力信号ＶＤを調整したときの制御信号ＤＡＣＮＴの収束値を保持している。そして、Ｄ／Ａ変換部２８は、磁性体検出モード時には、保持しているＤＡＣＮＴの値をアナログ信号に変換し、出力信号ＶＤとして出力する。
ここで、増幅回路２２及び２４による総利得Ｇ１×Ｇ２は、紙葉類１が検出用ホール素子Ｈ１上を搬送されたときの検出用ホール素子Ｈ１から出力される最大出力信号がＡ／Ｄ変換部の入力レンジを超えないレベルとなるように設定すればよい。

利得調整部４には、各磁気検出部３からオフセット補正モード時に設定された制御信号ＤＡＣＮＴの収束値が入力される。利得調整部４は、各磁気検出部３の制御信号ＤＡＣＮＴの収束値に基づき、検出用ホール素子Ｈ１の固体間の、磁電変換利得のばらつきを抑制するための利得コントロール信号ＧＣＮＴを生成し、これを各磁気検出部３が備える増幅回路２４に出力する。
モード切り替え部５は、磁性体検出装置１０を、オフセット補正モードと磁性体検出モードとのうちのいずれのモードで動作させるかに応じて、利得調整部４、及び信号処理回路１２の各部（スイッチＳＷ１、制御部２７及びＤ／Ａ変換部２８）の動作モードを切り替える。
また、磁性体検出装置１０は図示しない故障診断部を備えており、各磁気検出部３からの制御信号ＤＡＣＮＴに基づき故障診断を行う。

次に、上記第１実施形態の動作を説明する。
磁性体検出装置１０を起動すると、モード切り替え部５は、まず、磁性体検出装置１０を、紙葉類１を搬送させないオフセット補正モードで動作させる。具体的には、モード切り替え部５は、スイッチＳＷ１を開放状態に制御すると共に、制御部２７及びＤ／Ａ変換部２８に対して、オフセット補正モードでの動作を指示する。
なお、ここでは、起動時にオフセット補正モードで動作させる場合について説明するが、起動時に限るものではなく、例えば、所定数の紙葉類１に対して磁性体検出を行ったときにオフセット補正モードで動作させてオフセット補正を行うようにしてもよく、任意のタイミングで動作させることができる。

紙葉類１が搬送されていない状態では、検出用ホール素子Ｈ１は、バイアス磁場による直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）を出力する。この状態で、スイッチＳＷ１を開放させ、減算回路２３は増幅回路２２の出力信号Ｖ２をそのまま出力するようにしておく。
この状態で、制御部２７はＡ／Ｄ変換部２６の出力をモニターしながら、Ｄ／Ａ変換部２８への制御信号ＤＡＣＮＴを切り替え、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零となるように制御する。これにより、検出用ホール素子Ｈ１の直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）をキャンセルすることができる。また制御部２７は、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零となるように制御信号ＤＡＣＮＴを切り替えていったときの制御信号ＤＡＣＮＴの収束値を利得調整部４に出力する。

利得調整部４は、各磁気検出部３の制御部２７から、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零となるように調整したときの制御信号ＤＡＣＮＴの収束値を入力し、これら制御信号ＤＡＣＮＴの収束値に基づき、各磁気検出部３の増幅回路２４への利得コントロール信号ＧＣＮＴを生成し出力する。利得調整部４では、例えば、各制御信号ＤＡＣＮＴが一定値に収束したとき、つまり、制御部２７での制御が終了したと判定されるときに、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零になったとみなし、このときの制御信号ＤＡＣＮＴを取得する。なお、これに限るものではなく、例えば、制御部２７から、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零になったとみなすことのできる状態であることを通知する信号を出力するようにしてもよく、要は、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零であるとみなすことのできるときの制御信号ＤＡＣＮＴを、利得調整部４が取得することができればよい。

ここで、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零となるように制御信号ＤＡＣＮＴを制御した状態では、Ｄ／Ａ変換部２８の出力信号ＶＤ≒直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）である。そのため、このときの制御信号ＤＡＣＮＴの値から、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）の値を予測することができる。
ホール素子の入出力特性は図４に示すように、原点を通る直線で表される。なお、図４において、横軸は磁束密度、縦軸はホール素子の出力電圧である。
このため、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）が予測出来れば、次式（１）によって磁電変換利得を求めることが出来る。なお、式（１）中のＢｎは検出用ホール素子Ｈ１への印加磁場である。
磁電変換利得＝Ｈｏｕｔ（ＤＣ）／Ｂｎ ……（１）

利得調整部４は、各磁気検出部３における磁電変換利得が同一となるように、増幅回路２４への利得コントロール信号ＧＣＮＴを生成し出力する。
各磁気検出部３の増幅回路２４では、入力される利得コントロール信号ＧＣＮＴに基づき利得調整を行う。
これによって、検出用ホール素子Ｈ１の直流オフセットと、信号利得の固体間ばらつきによる、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴのばらつきが抑制されることになる。
また、磁性体検出装置１０の図示しない故障診断部では、各磁気検出部３の制御部２７から制御信号ＤＡＣＮＴを入力し、これらに基づいて前述の手順で故障診断を行う。

つまり、制御部２７は、Ａ／Ｄ変換部２６の出力ＡＤＯＵＴが零となるように制御信号ＤＡＣＮＴを調整するため、制御信号ＤＡＣＮＴはやがてある値に収束する。また、Ａ／Ｄ変換部２６の出力が零となるときの制御信号ＤＡＣＮＴは、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）相当の値を示し、検出用ホール素子Ｈ１に固体間にばらつきがあったとしても、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）相当の値からある程度の範囲内の値を示す。
したがって、制御信号ＤＡＣＮＴが収束しないとき、或いは、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）相当の値からある程度の範囲内の値を示さないときには、検出用ホール素子Ｈ１が異常、或いは、制御部２７等磁気検出部３のいずれかの部位の異常とみなすことができる。

このようにして、利得調整部４による、各信号処理回路１２の増幅回路３３に対する利得調整が終了すると、モード切り替え部５は、磁性体検出装置１０を磁性体検出モードで動作させる。
磁性体検出モードでは、スイッチＳＷ１が短絡されるため、増幅回路２４の出力信号Ｖ４は増幅回路２５を介して増幅回路２４の入力に帰還される。
また、Ｄ／Ａ変換部２８は、直前のオフセット補正モード時の制御信号ＤＡＣＮＴの収束値を保持しておき、磁性体検出モードでは、保持しているＤＡＣＮＴの収束値をアナログ信号に変換し、出力信号ＶＤとして出力する。

ここで、増幅回路２４の利得Ｇ２と増幅回路２５の利得Ｇ３とが、Ｇ２×Ｇ３≫１の関係を満足するものとすると、増幅回路２４の出力信号Ｖ４の伝達関数は次式（２）のように示される。なお（２）式中のｓは、ｓ−平面上の複素数である。
Ｖ４
≒Ｇ１×Ｇ２×（ｓ＋ｆｃ３）／（ｓ＋Ｇ２×Ｇ３×ｆｃ３）×（Ｈｏｕｔ−ＶＤ）
……（２）
（２）式から、出力信号Ｖ４は、検出用ホール素子Ｈ１の出力Ｈｏｕｔに対してハイパス特性が掛かった特性となる。

通常、紙葉類１搬送時の、紙葉類１の磁性体量に伴う磁場変動の周波数は数百Ｈｚ以上であるのに対し、紙葉類１の搬送中の温度変化に伴うホール素子の出力信号の温度ドリフト成分の周波数は１Ｈｚよりも十分に遅い。
このことを利用して、図３に示すように、前述のハイパス特性の周波数帯域を、検出用ホール素子Ｈ１の出力信号の温度ドリフト成分の周波数帯域よりも速く、紙葉類１搬送時の磁場変動の周波数帯域よりも遅い帯域に設定することにより、温度変化による検出用ホール素子Ｈ１の直流オフセット信号の変化分はハイパス特性によりキャンセルされ、紙葉類１搬送時の、紙葉類１が有する磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力信号のみ増幅して出力することが可能となる。

具体的には、帰還される周波数帯域が５０Ｈｚ以下、より好ましくは１０Ｈｚ以下、さらに好ましくは１Ｈｚ以下で、且つ１０ｍＨｚ以上となるように、増幅回路２５に含まれるローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ３を次式（３）に従って設定すればよい。
ｆｃ３＝帰還の周波数帯域／（Ｇ２×Ｇ３） ……（３）
このようにして、増幅回路２４の利得Ｇ２を調整した後、磁性体検出モードに移行し、スイッチＳＷ１を短絡する。そして、増幅回路２４の出力信号Ｖ４の、増幅回路２４の入力への帰還が収束した後、紙葉類１の搬送を開始する。

この状態では、検出用ホール素子Ｈ１の出力Ｈｏｕｔに含まれる直流オフセットの温度ドリフト成分は、減算回路２３によりキャンセルされるため、増幅回路２４の出力信号Ｖ４は、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動成分相当の信号となる。これにより、各磁気検出部３から出力される磁性体検出信号ＡＤＯＵＴは、温度ドリフト成分を含む直流オフセット成分Ｈｏｕｔ（ＤＣ）が除去され、且つ信号利得の個体間バラツキが除去された、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動成分をより高精度に反映した信号となる。
したがって、これら各磁気検出部３から出力される磁性体検出信号ＡＤＯＵＴに基づいて、例えば磁性体の有無、或いは紙葉類１における磁性体の位置検出等を行うことによって、磁性体量に基づく各種検出をより高精度に行うことができる。

また、ホール素子の磁気感度のばらつきによる利得ばらつきを除去する場合、従来技術において紙葉類を搬送する前に利得の補正をする場合には、何らかの補正用の磁性体印字パターンを搬送し、そこから利得を計算し補正する必要があり、システムが複雑になるだけでなく、製造コスト増の原因ともなる。
しかしながら、第１実施形態においては、磁性体印字パターン等を必要とすることなく、ホール素子毎の利得ばらつきの補正を行うことができ、すなわち、システムの複雑化を伴うことなく実現することができる。

また、各磁気検出部３に含まれるセンサ部１１を、１つのホール素子を含むことで実現することができるため、従来のように２つのホール素子を必要とする場合に比較してその分、コスト削減を図ることも可能である。
ここで、永久磁石１１ａが磁場発生部に対応し、検出用ホール素子Ｈ１が磁気検出素子に対応し、減算回路２３が第１の減算部に対応し、増幅回路２４が第１の増幅回路に対応し、増幅回路２５が第２の増幅回路に対応し、減算回路２１が第２の減算部に対応している。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
なお、第２実施形態における磁性体検出装置は、磁気検出部３の信号処理回路の構成が異なることを除いて第１実施形態における磁性体検出装置と同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
第２実施形態における磁性体検出装置の信号処理回路１２ａは、第１実施形態における信号処理回路１２と同様に、検出用ホール素子Ｈ１からの出力電圧差信号を入力し、この電圧差信号から、永久磁石１１ａによる一定のバイアス磁場に相当する直流オフセット電圧成分をキャンセルし、磁性体１ａの磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力電圧変動のみを増幅し、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴとして出力する。

信号処理回路１２ａは、減算回路３１と、増幅回路３２と、増幅回路３３と、Ａ／Ｄ変換部３４と、デジタル増幅回路３５と、Ｄ／Ａ変換部３７と、を備える。
減算回路３１は、検出用ホール素子Ｈ１からの出力電圧差信号Ｈｏｕｔを入力し、電圧差信号Ｈｏｕｔから、Ｄ／Ａ変換部３７からの出力信号ＶＤを減算し、減算結果を出力信号Ｖ１１として出力する。
増幅回路３２は、減算回路２１からの出力信号Ｖ１１を利得Ｇ１で増幅し、出力信号Ｖ１２として出力する。

増幅回路３３は、利得調整可能な増幅回路であって、利得調整部４からの利得コントロール信号ＧＣＮＴにより利得Ｇ２の調整がなされる。増幅回路３３は、増幅回路３２の出力信号Ｖ１２を利得Ｇ２で増幅し、出力信号Ｖ１３として出力する。
Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅回路３３の出力信号Ｖ１３をデジタル信号に変換し、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴとして出力する。
デジタル増幅回路３５は、カットオフ周波数がｆｃ３であるローパスフィルタを含み、Ａ／Ｄ変換部３４の出力ＡＤＯＵＴを利得Ｇ３で増幅すると共に、ローパスフィルタ処理を行い、出力信号ＤＡＣＮＴとしてＤ／Ａ変換部３７に出力する。

ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ３は、第１実施形態における増幅回路２５に含まれるローパスフィルタと同様に、ｆｔ＜Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３×ｆｃ３＜ｆｍの値に設定される。
また、デジタル増幅回路３５は、オフセット補正モード時には、出力信号ＤＡＣＮＴを利得調整部４に出力する。
利得調整部４は、オフセット補正モード時には、デジタル増幅回路３５からの出力信号ＤＡＣＮＴを入力し、各磁気検出部３における磁電変換利得が同一となるように、増幅回路３３への利得コントロール信号ＧＣＮＴを生成し出力する。

各磁気検出部３の増幅回路３３では、入力される利得コントロール信号ＧＣＮＴに基づき利得調整を行う。
ここで、増幅回路３２及び増幅回路３３の総利得Ｇ１×Ｇ２は、紙葉類１が検出用ホール素子Ｈ１上を搬送されたときの検出用ホール素子Ｈ１から出力される最大出力信号がＡ／Ｄ変換部の入力レンジを超えないレベルとなるように設定すればよい。
そして、モード切り替え部５は、磁性体検出装置１０を、オフセット補正モードと磁性体検出モードとのうちのいずれのモードで動作させるかに応じて、利得調整部４、及びデジタル増幅回路３５の動作モードを切り替える。
また、磁性体検出装置１０の故障診断部（図示せず）は、各磁気検出部３からの出力信号ＤＡＣＮＴに基づき上記第１実施形態と同様の手順で故障診断を行う。

次に、上記第２実施形態の動作を説明する。
信号処理回路１２ａでは、Ａ／Ｄ変換部３４の出力ＡＤＯＵＴがデジタル増幅回路３５によって増幅され、その出力信号ＤＡＣＮＴがＤ／Ａ変換部３７によってアナログ信号ＶＤに変換され、検出用ホール素子Ｈ１の電圧差信号Ｈｏｕｔに帰還される。これにより、Ａ／Ｄ変換部３４の出力ＡＤＯＵＴが零となるように帰還が掛かる。ここで、簡単のため、Ａ／Ｄ変換部３４の利得×Ｄ／Ａ変換部３７の利得＝１とし、Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３≫１とすると、増幅回路３３の出力信号Ｖ１３の伝達関数は次式（４）のように示される。なお、（４）式中のｓは、ｓ−平面上の複素数である。
Ｖ１３≒Ｇ１×Ｇ２×（ｓ＋ｆｃ３）／（ｓ＋Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３×ｆｃ３）×（Ｈｏｕｔ−ＶＤ） ……（４）

（４）式から、出力信号Ｖ１３は、検出用ホール素子Ｈ１の出力Ｈｏｕｔに対してハイパス特性が掛かった特性となることがわかる。第１実施形態における説明と同様の理由から、この帰還の帯域を５０Ｈｚ以下、より好ましくは１０Ｈｚ以下、さらに好ましくは１Ｈｚ以下で、且つ１０ｍＨｚ以上となるように、ローパスフィルタを含むデジタル増幅回路３５のカットオフ周波数ｆｃ３を次式（５）に従って設定する。
ｆｃ３＝帰還の周波数帯域／（Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３） ……（５）
そして、磁性体検出装置１０を起動すると、モード切り替え部５では、まず、磁性体検出装置１０をオフセット補正モードで動作させる。すなわち、紙葉類１を搬送させない状態で、検出用ホール素子Ｈ１から、バイアス磁場による直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）を出力させる。すると、前記帰還により、Ａ／Ｄ変換部３４の出力ＡＤＯＵＴは一定期間後に零に収束する。

利得調整部４は、収束後のデジタル増幅回路３５の出力信号ＤＡＣＮＴを取得し、各磁気検出部３における磁電変換利得が同一となるように増幅回路３３の利得を調整する。これにより、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴに含まれる検出用ホール素子Ｈ１の個体間の信号利得のばらつきが抑制される。
紙葉類１が搬送されてない状態では、検出用ホール素子Ｈ１は、直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）のみを出力を出力している。帰還後の収束後のＤ／Ａ変換部３７の出力信号ＶＤは、ＶＤ≒直流オフセット信号Ｈｏｕｔ（ＤＣ）であり、出力信号ＤＡＣＮＴの値から、直流オフセット電圧Ｈｏｕｔ（ＤＣ）の値を予測することができる。このため、第１実施形態と同様に、前記（１）式から磁電変換利得を求めることができる。
また、各磁気検出部３のデジタル増幅回路３５の出力信号ＤＡＣＮＴをもとに、図示しない故障診断部により故障診断が行われる。

次に、モード切り替え部５は、磁性体検出装置１０を磁性体検出モードで動作させ、紙葉類１を搬送させる。紙葉類１の搬送は、増幅回路３３の利得調整後、磁性体検出信号ＡＤＯＵＴが安定した後に開始する。
この状態における検出用ホール素子Ｈ１の出力電圧Ｈｏｕｔには、紙葉類１の磁性体量に伴う磁場変動と温度ドリフト成分を含む直流オフセット電圧Ｈｏｕｔ（ＤＣ）と、が含まれるが、デジタル増幅回路３５におけるローパスフィルタ処理により、温度ドリフト成分を含む直流オフセット電圧成分Ｈｏｕｔ（ＤＣ）が抽出されこれがＤ／Ａ変換部３７を介して減算回路３１で減算される。このため、検出用ホール素子Ｈ１の出力Ｈｏｕｔから温度ドリフト成分を含む直流オフセット電圧成分がキャンセルされることになる。したがって、紙葉類１の磁性体量に伴う磁場変動に相当する出力電圧信号のみを個体ばらつきが調整された正確な利得で増幅して出力することが可能となり、この場合も、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、紙葉類１に磁性体を含む磁気インクで印刷した場合について説明したが、これに限るものではなく、磁性体を用紙に練りこんだものであっても適用することができる。
また、上記実施形態では、磁気検出部３を３つ備える場合について説明したが、これに限るものではなく、磁気検出部３の数は限定されない。磁気検出部３の数は１つであってもよく、この場合には、検出用ホール素子Ｈ１の個体間のばらつきを調整しなくともよい。
ここで、永久磁石１１ａが磁場発生部に対応し、検出用ホール素子Ｈ１が磁気検出素子に対応し、減算回路３１が第１の減算部に対応し、増幅回路３３が第１の増幅回路に対応し、デジタル増幅回路３５が第２の増幅回路に対応している。

＜その他＞
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されるものではない。その技術的思想の範囲内において、当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えてもよく、そのような変更が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
また、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ 紙葉類
１ａ 磁性体
２ 搬送部
３ 磁気検出部
４ 利得調整部
５ モード切り替え部
１０ 磁性体検出装置
１１ センサ部
１２、１２ａ 信号処理回路
２１、２３ 減算回路
２２、２４、２５ 増幅回路
２６ Ａ／Ｄ変換部
２７ 制御部
２８ Ｄ／Ａ変換部
３１ 減算回路
３２、３３ 増幅回路
３５ デジタル増幅回路
３４ Ａ／Ｄ変換部
３６ 制御部
３７ Ｄ／Ａ変換部
Ｈ１ 検出用ホール素子

Claims (13)

1. 紙葉類を搬送する搬送部と、
   前記搬送部の近傍に配置され、磁場を発生させる磁場発生部と、
   前記磁場発生部が発生する磁場を検出する磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を備え、
   前記信号処理回路は、
   前記磁気検出素子の後段に配置され、入力信号から帰還信号を減算する第１の減算部と、
   前記第１の減算部の出力信号が入力される第１の増幅回路と、
   前記第１の増幅回路の出力信号が入力され、前記帰還信号を出力する第２の増幅回路と、
   を有し、
   前記第２の増幅回路はローパスフィルタ機能を備える磁性体検出装置。
2. 前記第１の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路のカットオフ周波数との積は１０ｍＨｚ以上所定周波数以下であり、
   前記所定周波数は、前記搬送部による前記紙葉類の移動に伴い生じる磁場変動の周波数相当の値である請求項１に記載の磁性体検出装置。
3. 前記第１の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路のカットオフ周波数との積は１０ｍＨｚ以上５０Ｈｚ以下である請求項１に記載の磁性体検出装置。
4. 前記信号処理回路は、前記第１の増幅回路の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部の出力が入力され、後段に配置されたＤ／Ａ変換部の出力を制御する制御部と、
   前記磁気検出素子の後段であり且つ前記第１の減算部の前段に設けられ、入力される信号から前記Ｄ／Ａ変換部の出力を減算する第２の減算部と、を備える
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の磁性体検出装置。
5. 前記紙葉類による磁場変動が生じない状態にあるとき、前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換部の出力が零となるように前記Ｄ／Ａ変換部の出力を制御する請求項４に記載の磁性体検出装置。
6. 前記Ｄ／Ａ変換部は、前記紙葉類による磁場変動が生じない状態にあるときに前記制御部により前記Ａ／Ｄ変換部の出力が零となるように前記Ｄ／Ａ変換部の出力が制御されたときの前記Ｄ／Ａ変換部の出力を保持し、
   前記紙葉類による磁場変動が生じる状態にある間、保持している前記Ｄ／Ａ変換部の出力を前記第２の減算部に出力する請求項５に記載の磁性体検出装置。
7. 前記信号処理回路は、さらに第１の増幅回路の出力信号をＡ／Ｄ変換し、前記第２の増幅回路に出力するＡ／Ｄ変換部と、
   前記第２の増幅回路の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部と、
   を備え、
   前記第１の減算部は入力される信号から前記Ｄ／Ａ変換部の出力を減算する請求項１から請求項３の何れか１項に記載の磁性体検出装置。
8. 前記磁気検出素子はホール素子である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁性体検出装置。
9. 複数の前記信号処理回路の各々には、それぞれ１つのホール素子の出力が入力される請求項８に記載の磁性体検出装置。
10. 前記磁気検出素子と当該磁気検出素子に対応する前記信号処理回路とを複数組備えると共に利得調整部を備え、
    前記利得調整部は、前記紙葉類による磁場変動が生じない状態における前記各信号処理回路の前記第１の増幅回路の出力に基づいて、前記第１の増幅回路それぞれの利得を調整する請求項１から請求項９の何れか１項に記載の磁性体検出装置。
11. 磁場を発生させる磁場発生部の近傍を搬送される紙葉類の移動に伴う前記磁場の変動を検出する磁気検出素子の出力信号を処理する信号処理回路であって、
    前記磁気検出素子の後段に配置され、入力信号から帰還信号を減算する第１の減算部と、
    前記第１の減算部の出力信号が入力される第１の増幅回路と、
    前記第１の増幅回路の出力信号が入力され、前記帰還信号を出力する第２の増幅回路と、
    を有し、
    前記第２の増幅回路はローパスフィルタ機能を備える信号処理回路。
12. 前記第１の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路のカットオフ周波数との積は１０ｍＨｚ以上所定周波数以下であり、
    前記所定周波数は、前記紙葉類の移動に伴い生じる前記磁場の変動の周波数相当の値である請求項１１に記載の信号処理回路。
13. 前記第１の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路の利得と前記第２の増幅回路のカットオフ周波数との積は１０ｍＨｚ以上５０Ｈｚ以下である請求項１１に記載の信号処理回路。

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