JPWO2016052613A1 - 画像読取装置 - Google Patents

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Abstract

シート状の被読取媒体(1)がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面(P)の一方の側に設けられ、搬送面(P)に直交する方向に異なる磁極を有する磁石(11)および磁石(11)の搬送面(P)の側の磁極に設けられたヨーク(12)を具備し、搬送面(P)に直交する方向に磁界を発生する磁気回路と、磁気回路と搬送面(P)の間に設けられ、被読取媒体(1)が搬送面(P)を搬送される際に、磁気読み取り領域(202)で磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する磁気抵抗効果素子チップ(14)と、搬送面(P)を挟んで磁気回路と対向する側に設けられ、搬送面(P)の磁気読み取り領域(202)に光を照射する導光体(4)と、搬送面(P)を挟んで磁気回路と対向する側に設けられた、結像光学系(5)および受光部(7)と、を備える。

Description

この発明は、磁気読取を含む画像読取に関する。より詳しくは、シート状の被読取媒体の画像情報および磁気パターン情報(磁気情報)を検出する画像読取装置に関する。
従来、シート状の被読取媒体、例えば紙幣、小切手または金券等の有価証券を取り扱う装置、例えば自動取引装置、通帳記帳機または自動券売機等において、画像読取および磁気読取などのセンサが設けられて、被読取媒体の印刷模様の光学画像および磁気パターンなど様々な情報を取得している。例えば、特許文献1の紙葉類取扱装置では、画像読取および磁気読取のセンサが、自動取引装置内に独立して配置されており、各センサで読み取った情報を位置が相互に無関係な情報として扱っている。
光学センサと磁気センサを備えるものではないが、例えば特許文献2には、主走査方向に複数個配置されそれぞれが独立した結像光学系を備える画像読取装置が記載されている。特許文献2の画像読取装置では、結像光学系をそれぞれ備えた複数のセルが、セル間で結像画像が補完可能なように各列の各セルを主走査方向にて千鳥状に配置されている。そして、各セルで撮像した画像情報を合成して原稿画像を作成する。
特開2012−84059号公報 特開2012−143003号公報
特許文献1に記載の紙葉類取扱装置の構成においては、画像読取装置と磁気読取装置が設けられているものの、それぞれが個別に配置されているため、それぞれの読み取り位置および読み取り範囲が異なり、取得した情報を関連づけた1つの情報として処理することができない。また、光学画像と磁気パターンは画像としての関係がないので、特許文献2の画像読取装置における画像情報の合成のように、それらを合成することはできない。
この発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることが可能な画像読取装置を得ることを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明に係る画像読取装置は、磁気成分を含むシート状の被読取媒体がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面の一方の側に設けられ、搬送面に直交する方向に異なる磁極を有する磁石および磁石の搬送面の側の磁極に設けられたヨークを具備し、搬送面の第1の磁気読み取り領域で搬送面に直交する方向に磁界を発生する磁気回路と、磁気回路と搬送面の間に設けられ、被読取媒体が搬送面を搬送される際に、第1の磁気読み取り領域で磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する磁気抵抗効果素子と、搬送面を挟んで磁気回路と対向する側に設けられ、搬送面の第1の磁気読み取り領域に光を照射する第1の光源と、搬送面を挟んで磁気回路と対向する側に設けられた、第1の結像光学系および第1の受光部と、を備え、第1の結像光学系は、搬送面の第1の磁気読み取り領域における搬送方向の少なくとも一部を含む光学読み取り領域を第1の受光部に結像するものである。
この発明によれば、光学画像の読み取り位置と磁気読み取り位置とで、読み取り範囲が重複しているので、光学画像と磁気パターンの情報が同時に取得され、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、被読取媒体の識別精度を向上できる。
この発明の実施の形態1に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態1に係る画像読取装置の斜視図である。 実施の形態1に係る光学読取部の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態1に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態1に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面における磁力線図である。 実施の形態1に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。 光学読み取り領域と磁気読み取り領域を示す図である。 光学読み取り領域と磁気読み取り領域の変形例を示す図である。 この発明の実施の形態2に係る光学読み取り領域と磁気読み取り領域を示す図である。 この発明の実施の形態3に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態3に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態3に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面における磁力線図である。 実施の形態3に係る磁気読取部の検出動作を示す図である。 実施の形態3に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子の位置に来たときの磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。 この発明の実施の形態4に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態4に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態4に係る磁気読取部の検出動作を示す図である。 実施の形態4に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子の位置に来たときの磁界ベクトル図である。 被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。 この発明の実施の形態5に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態5に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。 この発明の実施の形態6に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 この発明の実施の形態7に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。 この発明の実施の形態8に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお図中、同等または相当する部分には、同じ符号を付す。図中のX軸、Y軸およびZ軸は、被読取媒体がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面に原点が設定された直交座標系を示す。X軸方向(X軸正方向)は、被読取媒体の搬送方向である。Z軸方向(Z軸正方向、Z軸負方向)は、シート面に直交する方向である。Y軸方向は、シート面内の搬送方向に直交する方向である。Y軸方向は、画像読取装置の主走査方向である。シート面の搬送方向は、画像読取装置の副走査方向である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。図2は、実施の形態1に係る画像読取装置の斜視図である。本実施の形態の画像読取装置は、光学画像だけではなく磁気パターンをも読み取るが、ここでは画像読取装置という。ただし、光学読み取りが主で、磁気読み取りが従というわけではない。
この発明の実施の形態1における画像読取装置は、紙幣、有価証券または小切手など、磁気成分を含むシート状の被読取媒体1が、そのシート面の方向に沿って搬送される搬送面Pの一方の側(図1では上側、すなわちZ軸正方向側)に光学読取部2が配置される。搬送面Pの他方の側(図1では下側、すなわちZ軸負方向側)に、磁気読取部3が配置される。
光学読取部2と磁気読取部3の間に被読取媒体1を通過させることで、光学読取部2では被読取媒体1の先頭位置情報および模様情報等の光学画像を取得し、磁気読取部3では被読取媒体1内にある磁性体を検知して磁気パターンを取得する。なお、被読取媒体1内にある磁性体は、磁気インクによって印刷されたものを含む。つまり、被読取媒体1内にある磁性体とは、被読取媒体1の表面に存在するものも含む。被読取媒体1が搬送される面を搬送面P、搬送される方向(図1では左から右、すなわちX軸正方向)を搬送方向または副走査方向という。搬送面Pに平行でかつ搬送方向(副走査方向)に直交する方向(図1の紙面に直交する方向)を主走査方向という。光学読取部2は、主走査方向(搬送方向(副走査方向)に直交する方向、すなわちY軸方向)における光学画像を被読取媒体1から取得するものである。磁気読取部3は、主走査方向における磁気パターンを被読取媒体1から取得するものである。
光学読取部2は、密着イメージセンサ(以下CISとも称す)、カメラまたは縮小光学系などで構成される。光学読取部2の構成を、CISを例として説明する。光学読取部2において筐体8に、導光体4、結像光学系5および受光部7が収納され、それぞれ決まった位置に保持されている。導光体4は、主走査方向の端部にLED等の発光素子(図示せず)を備え、主走査方向側面の光出射部から光を搬送面Pの光学読み取り領域201に照射する光源である。結像光学系5は、導光体4から出射されて被読取媒体1によって反射された光を集光し、受光部7に結像する。受光部7は、センサ基板6に載置され、結像光学系5で結像された光学読み取り領域201の像を電気信号に変換する。筐体8の搬送面P側は、導光体4から出射される光および被読取媒体1で反射された光を透過する、ガラスまたはアクリル板等で形成された透過体9で覆われている。透過体9は、導光体4、結像光学系5および受光部7を保護する。
磁気読取部3は、N極とS極が搬送面Pに直交する方向に、+Z方向にN極が−Z方向にS極が並んだ磁石11、ヨーク(磁性キャリア)12、ヨーク20、非磁性キャリア13、磁気抵抗効果素子チップ(MRチップ)14、およびMRチップ14の出力端子が接続された基板15を備える。ヨーク(磁性キャリア)12は、磁石11の搬送面P側の搬送面Pに対向する端面に配置されており、MRチップ14が実装されている。非磁性キャリア13には、基板15、およびMRチップ14の出力を増幅するアンプIC(図示せず)等が実装されている。ヨーク20は、磁石11の搬送面Pから遠い側の端面に接するように配置されている。ヨーク12とヨーク20は、磁界均一性を向上させるために配置されている。なお、磁気回路は、磁石11、ヨーク12およびヨーク20を備えている。もちろん、磁石11のみを磁気回路としてもよい。また、磁気読取部3から磁気回路を除いた構成を磁気読取部3と称してもよいし、MRチップ14だけを磁気読取部3と称してもよい。
MRチップ14は、ヨーク12の搬送面P側に載置され、搬送面Pの磁気読み取り領域202で磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する。MRチップ14は、磁気読み取り領域202の磁気情報(磁気パターン情報)を検知し抵抗値の変化として電気的に出力する。MRチップ14から出力された電気信号は、出力を増幅するアンプIC(図示せず)および基板15を経由して信号線17で信号処理基板16に伝送される。信号処理基板16は、MRチップ14から出力された電気信号を処理して、磁気パターンの情報を出力する。磁石11、ヨーク12、ヨーク20、非磁性キャリア13、MRチップ14、基板15および信号線17は、筐体19に収納され、決まった位置に保持される。信号処理基板16は、筐体19の搬送面Pと反対側に取り付けられる。筐体19の搬送面P側は、MRチップ14を保護する非磁性体のカバー18で覆われている。
図3は、実施の形態1に係る光学読取部の主走査方向に直交する断面図である。図3は、図1の光学読取部2を拡大した図である。導光体4の主走査方向の端部に設けられたLED(図示せず)から発した光が導光体4に入射し、導光体4内を主走査方向に伝播する。導光体4は、断面が真円形状または略円形であり、主走査方向に沿って光を散乱または反射させる光散乱層(光散乱領域)が形成されている。光散乱層は、導光体4表面に白色のシルク印刷パターンまたは蒸着パターンで構成される。別の方法として導光体4に切溝を設ける方法、または導光体4の表面を粗くする方法で光散乱層を構成してもよい。主走査方向に亘って均一な光の放射が得られるように、光散乱層を、そのパターン形状およびパターンピッチを適宜調整して形成する。
導光体4の内部導光路を通過する光は光散乱層で散乱され、導光体4の光の伝播方向中心軸に対して光散乱層と対向する部分の出射部(光出射部)から被読取媒体1側に放射される。導光体4から出射した光は、搬送面P(被読取媒体1)の光学読み取り領域201を照明する。
光学読み取り領域201を照明した光は、被読取媒体1で反射され、散乱光として結像光学系である結像光学系5に入射し、結像光学系5で集光されて、光学読み取り領域201が受光部7に結像される。受光部7では、結像された光学読み取り領域201の像をフォトダイオード等で受光して電気信号に変換する。受光部7から出力される電気信号は、センサ基板6で信号処理され、光学読み取り領域201の光学画像が得られる。
図4は、実施の形態1に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。図4は、図1の磁気読取部3を拡大した図である。図5は、実施の形態1に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面における磁力線図である。
磁石11から発せられた磁力線100は、磁石11のN極からヨーク12を通り空間に出射される。磁石11のN極部に配置されたヨーク12では磁力線100が集中し、ヨーク12上面近傍(磁石11の搬送路側端部近傍)の磁束密度が大きくなる。ヨーク12から空間に出射された磁力線100は、ヨーク20へ入射し、磁石11のS極へと戻る。このような形状のヨーク12、ヨーク20を使用することにより、磁力線100が空間を通過する部分が小さくなるので、大きな磁束密度が得られる。
磁気読取部3の検出原理について図6A〜図6Cを用いて説明する。磁界ベクトル(磁束密度)23はMRチップ14の位置における磁力線100の方向を示す。垂直方向成分23aは、磁界ベクトル23の搬送面Pに垂直な成分を示す。搬送方向成分23bは、磁界ベクトル23の、搬送方向の成分(Hx)を示す。
空間に出射された磁力線100は、主走査方向に直交する断面で磁石11の中心線11aの左右に広がる形で分布する。図5のMRチップ14上のMR素子14a(図示せず)は、中心線11aより少し搬送方向にずれた位置に配置されており、MR素子14aにおいては、磁束密度の大きな垂直方向成分23aと同時に、搬送方向成分23bもわずかに存在する。以下、磁気読取部3の作用を説明する。
実施の形態1では、MR素子14aが設置された位置において、大きな磁束密度の垂直方向成分23aが存在するのと同時に小さい搬送方向成分23bも存在している。これはMR素子14aを磁石11の中心線11aから少し離れた位置に設置することを考えているからである。このように配置することで、MR素子14aが適切に作動するために必要な搬送方向のバイアス磁界をMR素子14aに与えることができる。
このような状態のところへ磁性体を含む被読取媒体1が通過すると、磁界分布が変化する。この時、MR素子14aに印加されている磁界ベクトル23の方向がわずかに変化する。磁界ベクトル23の方向の変化はわずかでも、搬送方向成分23bの割合としては大きな変化が発生するので、MR素子14aでこの変化を十分検知できる。
図6Aは、実施の形態1に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。磁力線100は、MR素子14aが配置されている付近では、搬送面Pに交差する交差磁界である垂直方向成分23aがベクトルの主成分である。MR素子14aが磁石11の中心線11aより少し搬送方向にずれているため、図6Aに示すように、磁界ベクトル23は、垂直方向から少しだけ搬送方向に傾いている。この磁界の搬送方向成分23bがMR素子14aのバイアス磁界として作用している。
図6Bは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。磁性体を含む被読取媒体1が磁気読み取り領域202に近づいてくると、図6Bに示すように、磁界ベクトル23が被読取媒体1に吸い寄せられるように被読取媒体1側に傾く。そのため磁界ベクトル23の搬送方向成分23bが小さくなる。図6Bでは、被読取媒体1がない場合の磁界ベクトル23を二点鎖線で示す。
図6Cは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。図6Cでも、被読取媒体1がない場合の磁界ベクトル23を二点鎖線で示す。磁性体を含む被読取媒体1が離れていくと、図6Cに示すように、磁界ベクトル23が被読取媒体1に引っ張られるように被読取媒体1側に傾くため、搬送方向成分23bが大きくなる。被読取媒体1の磁性体が搬送方向に移動することにより、搬送方向成分23bを感磁するMR素子14aの抵抗値が変化する。したがって、被読取媒体1の通過により、搬送方向の搬送方向成分23bが変化するので、搬送成分を感磁するMR素子14aの抵抗値が変化し、被読取媒体1の磁気成分を検知することができる。
この磁界ベクトル23の変化は被読取媒体1の磁性体が通過することによりもたらされるものであるから、このような構成にすることにより、被読取媒体1の通過を検知できる。その結果、被読取媒体1によるわずかな磁界の変化を読み取ることができる。
図7は、光学読み取り領域と磁気読み取り領域を示す図である。受光部7と、MRチップ14は、主走査方向に延在し、光学読み取り領域(被照射領域)201と磁気読み取り領域202は、主走査方向に長い形状をしている。図1および図7において光学読取部2の光学読み取り領域(被照射領域)201と磁気読取部3の磁気読み取り領域202は一致するように配置されている。したがって、導光体4は、搬送面Pの磁気読み取り領域202に光を照射している。このように読み取り領域が一致することにより、同時に同一場所の画像情報と磁気情報が得られるので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、精度の高い情報を得ることができる。
図8は、光学読み取り領域と磁気読み取り領域の変形例を示す図である。図8では、光学読取部2の光学読み取り領域(被照射領域)201と磁気読取部3の磁気読み取り領域202が、主走査方向には一致しているものの、搬送方向にはずれて一部が重複している。光学読取部2の光学読み取り領域(被照射領域)201と磁気読取部3の磁気読み取り領域202が全て一致しているわけではないが、搬送方向に重複する領域があるので、重複領域については、同時に同一場所の画像情報と磁気情報が得られる。そのため、光学画像と磁気パターンの誤差のない精度の良いデータが得られ、紙幣または有価証券等の被読取媒体1の適合性判定が精度良く実施できる。なお、光学読取部2の光学読み取り領域(被照射領域)201と磁気読取部3の磁気読み取り領域202が、主走査方向に重複してずれている場合も、同様の作用効果を奏する。
なお、本実施の形態1では、光学読取部2としてCISを用いる例を説明した。実施の形態1の光学読取部2はCISには限らない。光学読取部2として、光学読み取り領域201をCCD(電荷結合素子)イメージセンサまたはCMOSイメージセンサなどの撮像素子に縮小結像する光学系を用いてもよい。
実施の形態2.
図9は、この発明の実施の形態2に係る光学読み取り領域と磁気読み取り領域を示す図である。図9において、磁気読取部3の磁気読み取り領域202は、光学読み取り領域201の主走査方向の一部である。紙幣または有価証券の磁気情報部が被読取媒体1の一部に限られる、あるいは、磁気情報部の判定すべき部分が限られるなど、被読取媒体1の主走査方向全体を読み取る必要がない場合には、図9の構成とすることにより、磁気読取部3の磁気読み取り領域202を磁性体が通過すると想定される領域に限定することができる。磁気読み取り領域202を限定することにより、磁気読取部3が小型化され、部品点数の削減にも繋がる。なお、光学読取部2の光学読み取り領域201と磁気読取部3の磁気読み取り領域202は、副走査方向に重複しているので、実施の形態1と同様の作用効果が得られる。
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。図11は、実施の形態3に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。図11は、図10の磁気読取部3を拡大した図である。実施の形態3は実施の形態1において磁気読取部3の構成を変更したものであり、光学読取部2の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態3における磁気読取部3は、硬磁性体を含むインクで印刷された、あるいは、硬磁性体の物質を含んで形成された、紙幣または小切手等の、硬磁性体を有する被読取媒体1の硬磁性体のみを検知する場合の構成である。磁石11は、搬送方向(X方向)に並んだN極とS極の磁極を有し、+X方向にS極を、−X方向にN極を有する。磁石11を主走査方向に直交する面(XZ面)で見て、磁石11の搬送面Pに対向する面以外を覆うようにヨーク21が設けられる。磁石11の搬送面Pに対向する面に非磁性キャリア13が設けられる。磁気抵抗効果素子チップ(MRチップ)14は、磁石11のN極とS極の間で、非磁性キャリア13と被読取媒体1との間に配置される。MRチップ14の出力端子は基板15に接続される。図10および図11では、磁石11のN極とS極間の中央部にMRチップ14が配置されている。
図12は、実施の形態3に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面における磁力線図である。実施の形態3の磁気読取部3の構成によると、図12に示すように磁力線100は磁石11のN極端のヨークから磁石11のS極端のヨークへ発生している漏れ磁界であり、ほぼ、搬送方向(X方向)に沿っている。図12において、磁石11のN極から発せられた磁界は、ヨーク21の内部を通り磁石11のS極へ入射している。このように、磁石11の周囲をヨーク21で覆うと、磁界はヨーク21に集中する。ところで、図12に示すように、磁石11の上側にはヨークが無いため、微小ではあるが、磁力線の一部は空間すなわちヨーク21の外部に放出されて、磁石11のN極側のヨークから磁石11のS極側のヨークへと発生する漏れ磁界が存在する。MRチップ14は、磁石11のN極とS極間の中央部に配置されているので、磁気読み取り領域202では、磁界は搬送方向に平行と見なすことができる。この発明の実施の形態3では、この微小な漏れ磁界をバイアス磁界として用いる。
図13は、実施の形態3に係る磁気読取部の検出動作を示す図である。図13において、MRチップ14上のMR素子14a(図示せず)が配置された位置のバイアス磁界100は、予め磁化された硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bがMR素子14aに接近し、その後、遠ざかるに伴って変化する。MR素子14aは、前述のように磁石11およびヨーク21により動作に適切なバイアス磁界100を与えられているので、高感度で硬磁性体1aによるバイアス磁界100の変化を検知することができる。以下、図14A〜図14Dを用いて、詳しく説明する。
図14Aは、実施の形態3に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。図14Bは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。図14Cは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子の位置に来たときの磁界ベクトル図である。図14Dは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。図14A〜図14Dは、実施の形態3に係る磁気読取部の検出原理を説明する磁界変化を示す。図13において、磁力線100で形成されるバイアス磁界100は、MRチップ14が配置されている付近では、搬送経路に平行な成分が主成分となっている。このバイアス磁界100のX方向成分がMRチップ14のバイアス磁界100として作用している。これをバイアス磁界のX方向成分100xとする。
図14Aは、予め磁化された硬磁性体1aが無いときのバイアス磁界100のX方向成分Hxの大きさと方向を示している。図14B〜図14Dにおいてバイアス磁界100に平行している点線矢印は、図14Aにおけるバイアス磁界100の大きさを示す。例えば、図14Aに示すように、+X方向にN極が生じ−X方向にS極が生じる方向に予め磁化された硬磁性体1aがMR素子14aに近づいてくると、図14Bに示すように、MR素子14aの位置において、バイアス磁界100のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが同じ方向となる。そのため、MR素子14aに印加されるバイアス磁界100x(Hx)が大きくなる。
硬磁性体1aがMR素子14aの位置に来ると、図14Cに示すように、MR素子14aの位置において、バイアス磁界100のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが反対方向となる。そのため、MR素子14aに印加されるバイアス磁界100x(Hx)が小さくなる。硬磁性体1aがMR素子14aから離れていくと、図14Dに示すように、MR素子14aの位置において、バイアス磁界100のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが同じ方向となる。そのため、MR素子14aに印加されるバイアス磁界100x(Hx)が大きくなる。これにより、X方向成分を感磁するMR素子14aの抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。すなわち、硬磁性体1a(被読取媒体1)が通過するに従って、搬送方向(X方向)のバイアス磁界100x(Hx)の大きさが変化するので、X方向成分を感磁するMR素子14aの抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。
バイアス磁界100の変化は、硬磁性体1aの通過によりもたらされるものであるから、実施の形態3のような構成にすることにより、硬磁性体1aの通過を検知できることになる。その結果、硬磁性体1aによる僅かな磁界の変化を読み取ることが可能な磁気読取部3を提供できる。このように磁気読取部3を構成すれば、MRチップ14付近では、磁石11、ヨーク21により、紙幣などの被読取媒体1(硬磁性体1a)には、ほとんど磁界が印加されない。被読取媒体1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体は検知しないので、硬磁性体と軟磁性体とを区別することが可能となる。
上記のように磁気読取部3を構成することにより、硬磁性体1aを高感度で検知し、さらに軟磁性体に対しては感度がほぼ無いため、硬磁性体と軟磁性体を区別することが可能な磁気センサを提供することができる。
本構成によれば、被読取媒体1にほとんど磁界が印加されない。そのため自ら磁界を発生しない軟磁性体は検知されないため、自ら磁界を発生する硬磁性体のみ検出することが可能となる。
実施の形態3でも図10に示すように、光学読み取り領域201と磁気読み取り領域202が一致しており、同時に同一場所の画像情報と硬磁性体の磁気情報が得られるので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、精度の高い情報を得ることができる。
実施の形態4.
図15は、この発明の実施の形態4に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。図16は、実施の形態4に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。図16は、図15の磁気読取部3を拡大した図である。実施の形態4は実施の形態1において磁気読取部3の構成を変更したものであり、光学読取部2の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態4における磁気読取部3は実施の形態3と同様、硬磁性体を含むインクで印刷された、あるいは、硬磁性体の物質を含んで形成された、紙幣または小切手等の、硬磁性体を有する被読取媒体1の硬磁性体のみを検知する場合の構成である。図15において、磁石11は、搬送面Pに直交する方向(Z方向)に並んだN極とS極の互いに異なる磁極を有し、+Z方向にN極を、−Z方向にS極を有している。ヨーク22は、磁石11の搬送面Pに対向する面に配置され、ヨーク20は、磁石11のヨーク22が配置された面以外を覆うように配置されている。MRチップ14は、図15においては、磁石11のN極側のヨーク22および磁石11の搬送方向の長さの中央部で、ヨーク22と被読取媒体1の搬送経路との間に配置されている。
実施の形態4に係る磁気読取部3の構成では、磁石11の搬送面P側にヨーク22が配置され、磁石11のヨーク22が配置された面以外を覆うようにヨーク20が配置されている。そのため、実施の形態1に比べて、磁極からヨーク22を超えてZ方向へ向かう磁界が小さくなり、X方向へ向かう磁界が大きくなる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、磁石11、ヨーク22およびヨーク20により紙幣(硬磁性体)に印加される磁界を小さく抑えることが可能である。その結果、自らは磁界を発生しない軟磁性体の検知レベルが下がるため、硬磁性体と軟磁性体を区別することが可能となる。
図17は、実施の形態4に係る磁気読取部の検出動作を示す図である。実施の形態4に係る磁気読取部3では、図17に示すように磁極からヨーク22を超えてZ方向にヨーク20へ向かう微小磁界をバイアス磁界100として用いる。磁石11の搬送面Pにおける漏れ磁界は極めて小さく、軟磁性体は磁界を発生しないため、軟磁性体が磁気読み取り領域202に近づいてきても、バイアス磁界100は変化しない。従って、軟磁性体は、磁気読取部3では検知されない。
例えば、図17に示すように、+X方向にN極が生じ−X方向にS極が生じる方向に予め磁化された硬磁性体1aは、自ら硬磁性体磁界1bを発するため、硬磁性体1aがMR素子14aに近づいて通過すると、バイアス磁界は、図18A〜図18Dに示すように変化する。磁気読取部3における硬磁性体1aの検出原理について、図18A〜図18Dを参照して説明する。
図18Aは、実施の形態4に係る磁気抵抗効果素子における磁界ベクトル図である。図17のMRチップ14上のMR素子14a(図17不図示)は、磁石11の搬送方向の中心線11aより少し搬送方向にずれた位置に配置されており、MR素子14aにおいては、磁束密度の垂直方向成分23aと同時に、搬送方向成分23bが存在する。なお、図18Aでは、磁界ベクトル23は、搬送方向側すなわち+X方向側に若干傾いている。
実施の形態4では、MR素子14aが設置された位置において、磁束密度の垂直方向成分23aが存在するのと同時に搬送方向成分23bも存在している。これはMR素子14aを磁石11の中心線11aから少し離れた位置に設置されているからである。このように配置することで、MR素子14aが適切に作動するために必要な搬送方向のバイアス磁界をMR素子14aに与えることができる。
このような状態のところへ磁性体を含む被読取媒体1(硬磁性体1a)が通過すると、磁界分布が変化する。この時、MR素子14aに印加されている磁界ベクトル23の方向がわずかに変化する。磁界ベクトル23の方向の変化はわずかでも、搬送方向成分23bの割合としては大きな変化が発生するので、MR素子14aでこの変化を十分検知できる。
図18Aにおいて、磁界ベクトル23は、MR素子14aが配置されている付近では、搬送面Pに交差する交差磁界である垂直方向成分23aと搬送方向成分23bは同程度の大きさである。MR素子14aが磁石11の中心線11aより少し搬送方向にずれているため、図18Aに示すように、磁界ベクトル23は、垂直方向から搬送方向に傾いている。この磁界の搬送方向成分23bがMR素子14aのバイアス磁界として作用している。
図18Bは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子に近づくときの磁界ベクトル図である。例えば、図18Bに示すように、+X方向にN極が生じ−X方向にS極が生じる方向に予め磁化された磁性体(硬磁性体1a)を含む被読取媒体1がMR素子14aに近づいてくると、図18Bに示すように、MR素子14aの位置において、磁界ベクトル23のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが同じ方向となる。したがって、磁界ベクトル23は、被読取媒体1(硬磁性体1a)が持つ硬磁性体磁界1bと合成され、被読取媒体1(硬磁性体1a)から離れるように搬送方向側(+X方向)に傾く。そのため磁界ベクトル23の搬送方向成分23bが大きくなる。図18Bでは、被読取媒体1(硬磁性体1a)がない場合の磁界ベクトル23を点線矢印で示す。
図18Cは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子の位置に来たときの磁界ベクトル図である。図18Cでも、被読取媒体1(硬磁性体1a)がない場合の磁界ベクトル23を点線矢印で示す。磁性体を含む被読取媒体1(硬磁性体1a)がMR素子14aの位置に来ると、図18Cに示すように、MR素子14aの位置において、磁界ベクトル23のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが反対方向となる。したがって、磁界ベクトル23は、被読取媒体1(硬磁性体1a)が持つ硬磁性体磁界1bと合成され、搬送方向と反対側(−X方向)に傾くため、搬送方向成分23bが小さくなる。
図18Dは、被読取媒体が磁気抵抗効果素子から離れるときの磁界ベクトル図である。図18Dでも、被読取媒体1(硬磁性体1a)がない場合の磁界ベクトル23を点線矢印で示す。磁性体を含む被読取媒体1(硬磁性体1a)がMR素子14aから離れていくと、図18Dに示すように、MR素子14aの位置において、磁界ベクトル23のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界1bのX方向成分の方向とが同じ方向となる。したがって、磁界ベクトル23は、被読取媒体1(硬磁性体1a)が持つ硬磁性体磁界1bと合成され、被読取媒体1(硬磁性体1a)に吸い寄せられるように搬送方向側(+X方向)に傾く。そのため磁界ベクトル23の搬送方向成分23bが大きくなる。被読取媒体1(硬磁性体1a)の磁性体が搬送方向に移動することにより、搬送方向成分23bを感磁するMR素子14aの抵抗値が変化する。したがって、被読取媒体1(硬磁性体1a)の通過により、磁界ベクトル23の搬送方向の搬送方向成分23bが変化するので、搬送方向成分を感磁するMR素子14aの抵抗値が変化し、被読取媒体1(硬磁性体1a)の磁気成分を検知することができる。
図15に示すように、光学読み取り領域201と磁気読み取り領域202が一致しており、同時に同一場所の画像情報と硬磁性体の磁気情報が得られるので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、精度の高い情報を得ることができる。
実施の形態5.
図19は、この発明の実施の形態5に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。図20は、実施の形態5に係る磁気読取部の主走査方向に直交する断面図である。図20は、図19の磁気読取部3を拡大した図である。実施の形態5は実施の形態1において磁気読取部3の構成を変更したものであり、光学読取部2の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態5における磁気読取部3は、実施の形態3および実施の形態4と同様、硬磁性体を含むインクで印刷された、あるいは、硬磁性体の物質を含んで形成された、紙幣または小切手等の、硬磁性体を有する被読取媒体1の硬磁性体のみを検知する場合の構成である。図19において、磁石11は、搬送面Pに直交する方向(Z方向)に並んだN極とS極の互いに異なる磁極を有し、+Z方向にN極を、−Z方向にS極を有する。ヨーク22は、磁石11の搬送面Pに対向する面に配置され、ヨーク20は磁石11のヨーク22が配置された面以外を覆い、さらに搬送面P側に突出するように配置されている。MRチップ14は、図19において、磁石11の搬送面P側のヨーク22および磁石11の搬送方向の長さの中央部で、ヨーク22と被読取媒体1の搬送面Pとの間に配置されている。
実施の形態5の磁気読取部3の構成では、磁石11のN極側端部の搬送方向側面にヨーク22、磁石11のヨーク22に面した部位以外を覆い搬送経路側に突出するようにヨーク20が配置されている。そのため、実施の形態4に比べてさらに、磁極からヨーク22を超えてZ方向へ向かう磁界が小さくなり、X方向へ向かう磁界がより大きくなる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、実施の形態4に比べて、MRチップ14付近において、磁石11、ヨーク22およびヨーク20により紙幣(硬磁性体)に印加される磁界をさらに小さくすることが可能である。その結果、自らは磁界を発生しない軟磁性体の検知レベルがさらに小さくなるので、硬磁性体と軟磁性体とをより区別すること可能となる。
図19に示すように、光学読み取り領域201と磁気読み取り領域202が一致しており、同時に同一場所の画像情報と硬磁性体の磁気情報が得られるので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、精度の高い情報を得ることができる。
実施の形態6.
図21は、この発明の実施の形態6に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。実施の形態6は、磁気読取部3の搬送方向に並んで、光学読取部(第2の光学読取部)200を備える。実施の形態6の画像読取装置は、実施の形態1の構成に光学読取部200を追加したものである。光学読取部200は、搬送面Pの磁気読取部3の側に配置される。光学読取部200は、導光体(第2の導光体)24、結像光学系(第2の結像光学系)25および受光部(第2の受光部)27から構成される。導光体24、結像光学系25および受光部27は、実施の形態1の導光体4、結像光学系5および受光部7とそれぞれ同等である。受光部27は、信号処理基板16に載置される。結像光学系25は、搬送面Pの磁気回路側の光学読み取り領域(第2の光学読み取り領域)101を、受光部27に結像する。信号処理基板16は、受光部27から出力される電気信号を処理して、光学読み取り領域101の光学画像を得る。
実施の形態6では、実施の形態1に加えて、光学読取部200が搬送面Pの磁気読取部3の側に配置される。そのため、被読取媒体1の磁気読取部3側にある光学読み取り領域(101)の画像情報も得られる。よって、実施の形態6の画像読取装置では、被読取媒体1の両面の画像情報が得られる。その結果、被読取媒体1の識別精度がさらに向上する。
なお、磁気読取部3の磁気回路については、実施の形態1、3から5のどの構成を選んでもよい。すなわち、実施の形態3、実施の形態4または実施の形態5の画像読取装置に、光学読取部200を組み合わせる構成を採ることができる。
実施の形態7.
図22は、この発明の実施の形態7に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。実施の形態7は、実施の形態6の構成に加えて、光学読取部2の搬送方向に並んで、磁気読取部(第2の磁気読取部(硬磁性体読取部))300を備える。磁気読取部300は、搬送面Pの光学読取部2の側に配置される。磁気読取部300は、N極とS極が搬送方向に並んだ磁石31、ヨーク41、非磁性キャリア33、磁気抵抗効果素子チップ(MRチップ)34、およびMRチップ34の出力端子が接続された基板35を備える。MRチップ34から出力された電気信号は、出力を増幅するアンプIC(図示せず)および基板35を経由して信号線37でセンサ基板6に伝送される。センサ基板6は、MRチップ34から出力された電気信号を処理して、磁気パターンの情報を出力する。
実施の形態7では、実施の形態6に加えて、硬磁性体を検出する磁気読取部300が搬送面Pの光学読取部2の側に配置される。そのため、被読取媒体1の磁気読取部3側で磁気画像の軟磁性体の情報が得られ、さらに光学読取部2の側では硬磁性体の情報を得られる。よって、実施の形態7の画像読取装置では、被読取媒体1の両面の画像情報が得られるばかりでなく、軟磁性体、硬磁性体両方の磁気情報が得られる。その結果、被読取媒体1の識別精度がさらに向上する。
図22に示すように、光学読み取り領域101と磁気読み取り領域102が一致しており、同時に同一場所の画像情報と硬磁性体の磁気情報が得られるので、読み取った光学画像および磁気パターンと、光学画像および磁気パターンの位置関係とを関連づけることができる。その結果、精度の高い情報を得ることができる。
なお、磁気読取部300(第2の磁気読取部)については、実施の形態3〜5のどの構成を選んでもよい。実施の形態7の磁気読取部300は、実施の形態3の磁気読取部3と同様の構成である。磁気読取部300として、実施の形態4または実施の形態5の磁気読取部3と同様の構成を採ることができる。また、図22で、画像読取装置を180°回転させた構成にしてもよい。それは、図22で搬送方向を逆にするのと同じである。
実施の形態7で、被読取媒体1の磁気読取部3側の面の画像情報を読み取る必要がなければ、光学読取部200を備えなくてもよい。その場合、磁気読取部300を搬送面Pの磁気読取部3と同じ側に配置することもできる。
実施の形態8.
図23は、この発明の実施の形態8に係る画像読取装置の主走査方向に直交する断面図である。実施の形態8は、実施の形態6の構成に加えて、光学読取部2に導光体(第3の導光体)44を備える。導光体44は、搬送面Pの光学読取部2の側、すなわち、光学読取部200に対向する側に配置される。導光体44の光は搬送面Pの光学読み取り部101と反対側に照射される。導光体44の光軸(破線矢印)は、結像光学系25の光軸(実線矢印)と同一である。すなわち、結像光学系25において、導光体44の光は被読取媒体1の反対側から照射され、導光体44の光軸(破線矢印)と、導光体24からの光が被読取媒体1で反射し結像光学系25に入射する光(実線矢印)の光軸は同一である。よって、受光部27は、導光体24からの光が被読取媒体1で反射した反射光と、導光体44からの光が被読取媒体1を透過した透過光とを受光する。
実施の形態8では、実施の形態6の構成に加えて、透過光を照射する導光体44が搬送面Pの光学読取部200に対向する側に配置される。そのため、被読取媒体1が紙幣のすかし部のように、透光性の模様を有する場合は、導光体44からの透過光により被読取媒体1のすかし画像情報が得られる。よって、実施の形態8では、被読取媒体1の両面の反射画像情報および軟磁性体の磁気情報が得られるばかりでなく、すかし画像情報が得られる。その結果、被読取媒体1の識別精度がさらに向上する。
光学読取部200で、透過光の画像のみを得るのでよければ、導光体24を備えなくてもよい。その場合、結像光学系25および受光部27を、搬送面Pの結像光学系5と同じ側に配置し、導光体44を、搬送面Pの磁気読取部3側に配置してもよい。
実施の形態1から実施の形態8の構成は、例示であって、本発明はそれらの構成に限定されるものではない。例えば、磁石11または磁石31の磁極の配列は、図示の場合に限られず、それぞれ、N極とS極が逆に配列されていても構わない。また、それぞれの実施の形態で、被読取媒体1の搬送方向は、図示と逆であっても構わない。
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態および変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
本出願は、2014年10月3日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む、日本国特許出願2014−204376号に基づく優先権を主張するものである。日本国特許出願2014−204376号の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
1 被読取媒体、1a 硬磁性体、1b 硬磁性体磁界、2 光学読取部、3 磁気読取部、4 導光体、5 結像光学系、6 センサ基板、7 受光部、8 筐体、9 透過体、11 磁石、11a 中心線、12 ヨーク、13 非磁性キャリア、14 磁気抵抗効果素子チップ(MRチップ)、14a MR素子、15 基板、16 信号処理基板、17 信号線、18 カバー、19 筐体、20 ヨーク、21 ヨーク、22 ヨーク、23 磁界ベクトル、23a 垂直方向成分、23b 搬送方向成分、24 導光体(第2の導光体)、25 結像光学系(第2の結像光学系)、27 受光部(第2の受光部)、31 磁石、33 非磁性キャリア、34 磁気抵抗効果素子チップ(MRチップ)、35 基板、37 信号線、41 ヨーク、44 導光体(第3の導光体)、100 磁力線(バイアス磁界)、101 光学読み取り領域(第2の光学読み取り領域)、102 磁気読み取り領域(第2の磁気読み取り領域)、200 光学読取部(第2の光学読取部)、201 光学読み取り領域、202 磁気読み取り領域、300 磁気読取部(第2の磁気読取部)、P 搬送面。

Claims (7)

  1. 磁気成分を含むシート状の被読取媒体がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面の一方の側に設けられ、該搬送面に直交する方向に異なる磁極を有する磁石および前記磁石の前記搬送面の側の磁極に設けられたヨークを具備し、前記搬送面の第1の磁気読み取り領域で前記搬送面に直交する方向に磁界を発生する磁気回路と、
    前記磁気回路と前記搬送面の間に設けられ、前記被読取媒体が前記搬送面を搬送される際に、前記第1の磁気読み取り領域で前記磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する磁気抵抗効果素子と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられ、前記搬送面の前記第1の磁気読み取り領域に光を照射する第1の光源と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられた、第1の結像光学系および第1の受光部と、
    を備え、
    前記第1の結像光学系は、前記搬送面の前記第1の磁気読み取り領域における搬送方向の少なくとも一部を含む第1の光学読み取り領域を前記第1の受光部に結像する、画像読取装置。
  2. 磁気成分を含むシート状の被読取媒体がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面の一方の側に設けられ、前記搬送面の磁気読み取り領域で搬送方向に平行な方向に磁界を発生する磁気回路と、
    前記磁気回路と前記搬送面の間に設けられ、前記被読取媒体が前記搬送面を搬送される際に、前記磁気読み取り領域で前記磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する磁気抵抗効果素子と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられ、前記搬送面の前記磁気読み取り領域に光を照射する第1の光源と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられた、第1の結像光学系および第1の受光部と、
    を備え、
    前記第1の結像光学系は、前記搬送面の前記磁気読み取り領域における搬送方向の少なくとも一部を含む第1の光学読み取り領域を前記第1の受光部に結像する、画像読取装置。
  3. 磁気成分を含むシート状の被読取媒体がそのシート面の方向に沿って搬送される搬送面の一方の側に設けられ、搬送方向に平行な方向に異なる磁極を有する磁石および前記磁石の両方の磁極に設けられたヨークを具備し、前記搬送面の磁気読み取り領域で前記搬送方向に平行な方向に磁界を発生する磁気回路と、
    前記磁気回路と前記搬送面の間に設けられ、前記被読取媒体が前記搬送面を搬送される際に、前記磁気読み取り領域で前記磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する磁気抵抗効果素子と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられ、前記搬送面の前記磁気読み取り領域に光を照射する第1の光源と、
    前記搬送面を挟んで前記磁気回路と対向する側に設けられた、第1の結像光学系および第1の受光部と、
    を備え、
    前記第1の結像光学系は、前記搬送面の前記磁気読み取り領域における搬送方向の少なくとも一部を含む第1の光学読み取り領域を前記第1の受光部に結像する、画像読取装置。
  4. 前記搬送面の前記磁気回路の側に設けられ、前記磁気回路の側から前記搬送面の第2の光学読み取り領域に、光を照射する第2の光源と、
    前記搬送面の前記磁気回路の側に設けられた、第2の結像光学系および第2の受光部と、
    を備え、
    前記第2の結像光学系は、前記第2の光学読み取り領域を前記第2の受光部に結像する、請求項1から3のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  5. 前記搬送面を挟んで前記第2の結像光学系と対向する側に設けられ、前記搬送面の前記第2の光学読み取り領域の反対側から、前記第2の結像光学系の光軸と同じ光軸の光を照射する、第3の光源を備える請求項4に記載の画像読取装置。
  6. 前記搬送面の前記第1の磁気読み取り領域とは異なる第2の磁気読み取り領域に、前記被読取媒体の搬送方向に平行な方向に磁界を発生する第2の磁気回路と、
    前記第2の磁気回路と前記搬送面の間に設けられ、前記被読取媒体が前記搬送面を搬送される際に、前記第2の磁気読み取り領域で前記磁界の搬送方向成分の強度変化を検出する第2の磁気抵抗効果素子と、
    を備える請求項1に記載の画像読取装置。
  7. 前記第2の磁気回路および前記第2の磁気抵抗効果素子は、前記搬送面の前記第1の受光部側に設けられ、
    前記搬送面を挟んで前記第2の磁気回路と対向する側に設けられ、前記搬送面の第2の光学読み取り領域に、光を照射する第2の光源と、
    前記搬送面を挟んで前記第2の磁気回路と対向する側に設けられた、第2の結像光学系および第2の受光部と、
    を備え、
    前記第2の結像光学系は、前記搬送面の前記第2の磁気読み取り領域における前記搬送方向の少なくとも一部を含む前記第2の光学読み取り領域を前記第2の受光部に結像する、請求項6に記載の画像読取装置。
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