JP5612782B1 - 磁気検出デバイス、磁気センサ及び紙幣鑑別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサの分解能を向上させる。【解決手段】磁気センサ１が、電源に接続された磁気抵抗素子１００と、磁気抵抗素子１００を流れる電流に基づいて電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタ１０３と、電荷蓄積キャパシタ１０３と磁気抵抗素子１００とを電気的に接続するか否かを切り替える電荷蓄積スイッチ１０２と、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を放電するか否かを切り替える電荷放電スイッチ１０４と、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える電荷出力スイッチ１０５と、を有する複数の電荷蓄積回路１１が設けられた磁気検出デバイス１０を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気検出デバイス、磁気センサ及び当該磁気検出デバイスを備える紙幣鑑別装置に関する。

従来、被検体の移動方向に対して直交する方向に複数の磁気検出デバイスが配置された磁気センサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

図１１は、従来の磁気センサ５の概略構造図である。磁気センサ５には、複数の磁気抵抗素子５０（５０−１〜５０−５）がケース６０の上面に設けられている。磁気抵抗素子５０は、磁気の大きさに応じて抵抗値が変化する素子である。

それぞれの磁気抵抗素子５０は、リード線を介して、端子７０（７０−１〜７０−５）に接続されている。磁気を帯びた被検体を、磁界中に置かれた磁気抵抗素子５０の上部で移動させると、磁気抵抗素子５０は、被検体の移動による磁気の変化を検出することで、被検体の存在を検出することができる。

特許第３８７９７７７号公報

ところで、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）等の紙幣を扱う装置においては、紙幣の種類や真贋が判定される。画像認識技術を用いることにより、紙幣の種類や真贋を判定することができるが、印刷技術の向上により、画像を模倣した偽札を製造しやすくなってきている。

そこで、磁性インク（磁性体）を用いて紙幣を印刷することにより、磁気を用いて紙幣の種類や真贋を判定するという試みがされている。しかしながら、従来の磁気センサは、それぞれに端子が設けられた磁気抵抗素子を一列に配置して構成されているので、磁気抵抗素子の配置密度が端子の大きさにより制限されており、複数の磁気抵抗素子を高密度に配置することができなかった。したがって、磁気センサの分解能を高められず、磁気を用いて紙幣の種類や真贋を判定することは困難であった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗素子の配置密度を高められる磁気検出デバイスを提供することにより、磁気センサの分解能を向上させることを目的とする。

本発明の第１の態様に係る磁気検出デバイスは、電源に接続された磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子を流れる電流に基づいて電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、前記電荷蓄積キャパシタと前記磁気抵抗素子とを電気的に接続するか否かを切り替える電荷蓄積スイッチと、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を放電するか否かを切り替える電荷放電スイッチと、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える電荷出力スイッチと、を有する複数の電荷蓄積回路を備える。前記磁気抵抗素子と前記電荷蓄積スイッチとの間に、前記磁気抵抗素子の特性と前記電荷蓄積キャパシタの容量とに基づいて定められる抵抗値の抵抗が設けられていてもよい。

上記の磁気検出デバイスは、前記複数の電荷蓄積回路を制御する制御回路を備え、前記複数の電荷蓄積回路が有する前記磁気抵抗素子は、共通の電源に接続されており、前記複数の電荷蓄積回路が有する前記電荷蓄積スイッチは、共通の電荷蓄積信号に応じて、それぞれの前記電荷蓄積回路が有する前記電荷蓄積キャパシタと前記磁気抵抗素子とを接続するか否かを切り替え、前記複数の電荷蓄積回路が有する前記電荷放電スイッチは、共通の電荷放電信号に応じて、それぞれの前記電荷蓄積回路が有する前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を放電するか否かを切り替え、前記制御回路は、外部から入力される駆動クロックに基づいて、前記複数の電荷蓄積回路が有する前記電荷出力スイッチを制御する。

上記の制御回路は、例えば、前記複数の電荷蓄積回路から、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力させる一の前記電荷蓄積回路を選択するための複数の素子選択信号を前記駆動クロックに基づいて生成する。

前記複数の電荷蓄積回路が有する前記電荷出力スイッチは、前記複数の素子選択信号のうち、それぞれの前記電荷蓄積回路を選択するための素子選択信号に基づいて、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える。

上記の磁気検出デバイスは、前記複数の電荷出力スイッチを介して前記電荷蓄積キャパシタのそれぞれから順次出力される電荷に基づいて生成される出力信号を増幅する出力増幅器を備えてもよい。

上記の磁気検出デバイスは、前記複数の電荷出力スイッチを介して前記電荷蓄積キャパシタのそれぞれから出力される電荷を蓄積する複数の電荷転送キャパシタと、前記複数の電荷転送キャパシタのそれぞれの間に設けられており、前記駆動クロックに同期して順次開閉されることで前記複数の電荷転送キャパシタのそれぞれに蓄積された電荷を隣接する前記電荷転送キャパシタに転送する複数の転送スイッチと、前記複数の転送スイッチのうちの最終段の転送スイッチから出力される電荷に基づいて生成される出力信号を増幅する出力増幅器と、を備えてもよい。上記の出力増幅器は、前記複数の電荷出力スイッチから前記出力信号を受ける入力端子をグランドに接続するか否かを切り替えるリセットスイッチを有してもよい。

本発明の第２の態様に係る磁気センサは、磁気検出デバイスを複数備え、ぞれぞれの前記磁気検出デバイスにより磁気を検出する。

本発明の第３の態様に係る紙幣鑑別装置は、磁束を発生する磁束発生部と、前記磁束発生部が発生する前記磁束を通過させることができる位置に設けられた、上記の磁気検出デバイスを有する磁気センサと、前記磁束発生部により発生される前記磁束が届く範囲内の位置で紙幣を搬送する紙幣搬送部と、前記磁気検出デバイスが検出した磁気に基づいて、前記紙幣の種別を判定する判定部と、を備える。

本発明によれば、磁気センサの分解能を向上できるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る磁気センサの概略構造図である。 磁気検出デバイスの構成を示す図である。 出力増幅器の構成を示す図である。 電荷蓄積回路の構成を示す図である。 磁気抵抗素子の概略構成を示す図である。 図２に示した磁気検出デバイスの動作タイミング図である。 磁気センサを用いて紙幣を鑑別する紙幣鑑別装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る磁気検出デバイスの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る磁気センサの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る磁気センサにおける複数の磁気検出デバイスの接続構成を示す図である。 第４の実施形態に係る磁気センサにおける複数の磁気検出デバイスの接続構成を示す図である。 従来の磁気センサの概略構造図である。

＜第１の実施形態＞
［磁気センサ１の構造］
図１は、第１の実施形態に係る磁気センサ１の概略構造図である。
磁気センサ１は、磁気検出デバイス１０と、ケース２０と、端子３０とを備える。磁気検出デバイス１０は、ケース２０の上面に設けられている。ケース２０は、例えば合成樹脂製の板状部材である。端子３０−１は、磁気検出デバイス１０に信号を入力するための端子である。端子３０−２は、磁気検出デバイス１０から信号を出力するための端子である。なお、端子３０−１の一部を信号の出力に用いてもよく、端子３０−２の一部を信号の入力に用いてもよい。

［磁気検出デバイス１０の構成］
図２は、磁気検出デバイス１０の構成を示す図である。磁気検出デバイス１０は、複数の電荷蓄積回路１１（１１−１〜１１−ｎ）と、制御回路１２と、出力増幅器１３とを有する半導体デバイスである。電荷蓄積回路１１は、検出した磁気の強さに応じた電荷を蓄積する回路である。複数の電荷蓄積回路１１には、共通の電源、電荷蓄積信号及び電荷放電信号が入力されており、電荷蓄積信号に応じて電荷蓄積回路１１に電荷が蓄積され、電荷放電信号に応じて、電荷蓄積回路１１に蓄積された電荷が放電される。

また、電荷蓄積回路１１は、入力された素子選択信号に応じて、蓄積された電荷を出力する。それぞれの電荷蓄積回路１１の出力部は互いに接続されており、素子選択信号により選択された電荷蓄積回路１１に蓄積された電荷により生じる電圧が、素子出力信号として出力増幅器１３へと出力される。

制御回路１２は、複数の電荷蓄積回路１１を制御する。制御回路１２は、複数の電荷蓄積回路１１から、後述する電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を出力させる一の電荷蓄積回路１１を選択するための複数の素子選択信号を駆動クロックに基づいて生成する。具体的には、制御回路１２は、入力される駆動クロックに同期して、蓄積された電荷を出力させる電荷蓄積回路１１を順次選択する素子選択信号を生成し、それぞれの電荷蓄積回路１１に素子選択信号を入力する。制御回路１２は、初期化信号に応じて初期化され、電荷蓄積回路１１−１から電荷蓄積回路１１−ｎまでのそれぞれの電荷蓄積回路１１に、順次、素子選択信号を入力する。

出力増幅器１３は、素子出力信号の電圧を増幅して外部に出力する。出力増幅器１３は、出力リセット信号により初期化され、外部への出力を停止するとともに、複数の電荷蓄積回路１１と出力増幅器１３との間に残留する電荷を放電する。例えば、全ての電荷蓄積回路１１が電荷の出力を完了した後に、出力増幅器１３を初期化することにより、次の磁気検出時にオフセットが生じることを防止できる。

図３は、出力増幅器１３の構成を示す図である。出力増幅器１３は、リセットスイッチ１３１及び増幅器１３２を有する。リセットスイッチ１３１は、出力リセット信号に応じて、複数の電荷出力スイッチ１０５から出力信号を受ける入力端子をグランドに接続するか否かを切り替える。リセットスイッチ１３１が導通状態になると、電荷出力スイッチ１０５を介して電荷蓄積キャパシタ１０３から出力される電荷が、グランドへと放電される。リセットスイッチ１３１は、例えばトランジスタにより構成される。

［電荷蓄積回路１１の構成］
図４Ａは、電荷蓄積回路１１の構成を示す図である。電荷蓄積回路１１は、磁気抵抗素子１００と、抵抗１０１と、電荷蓄積スイッチ１０２と、電荷蓄積キャパシタ１０３と、電荷放電スイッチ１０４と、電荷出力スイッチ１０５とを有する。

図４Ｂは、磁気抵抗素子１００の概略構成を示す図である。磁気抵抗素子１００は、例えば、ＩｎＳｂから構成される半導体磁気抵抗素子や強磁性薄膜金属による異方性磁気抵抗素子等である。磁気抵抗素子１００は、検出した磁気の大きさに応じて抵抗が変化する素子であり、検出した磁気が増加すると、抵抗値が増加する。

磁気抵抗素子１００は、磁気抵抗１１１、ダミー抵抗１１２、ダミー抵抗１１３及び磁気抵抗１１４から構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の抵抗変化量を増幅する差動増幅器１１５とを有している。磁気抵抗１１１及び磁気抵抗１１４は、検出した磁気の大きさに応じて抵抗が増加する。ダミー抵抗１１２及びダミー抵抗１１３の抵抗値は、磁気の大きさに応じて変化しない。

磁気抵抗素子１００は、電源に接続されており、磁気抵抗素子１００の抵抗値変化に応じた大きさの電流が磁気抵抗素子１００を流れる。したがって、磁気抵抗素子１００が検出した磁気の大きさに応じて、磁気抵抗素子１００を流れる電流値が変化する。磁気抵抗素子１００を流れる電流は、抵抗１０１及び電荷蓄積スイッチ１０２を介して電荷蓄積キャパシタ１０３に入力され、電荷蓄積キャパシタ１０３には、電流値に応じた量の電荷が蓄積される。

抵抗１０１は、磁気抵抗素子１００と電荷蓄積スイッチ１０２との間に設けられており、磁気抵抗素子１００の特性と電荷蓄積キャパシタ１０３の容量とに基づいて定められる抵抗値を有する。抵抗１０１は、磁気を検出した状態において磁気抵抗素子１００を流れる電流で電荷蓄積キャパシタ１０３が飽和するのを防止するために、電荷蓄積キャパシタ１０３に流れ込む電流を調整する機能を有する。抵抗１０１の抵抗値は、電荷蓄積キャパシタ１０３に電荷を蓄積する時間の長さにさらに基づいて定められてもよい。例えば、電荷蓄積キャパシタ１０３に電荷を蓄積する時間が長ければ長いほど、抵抗１０１の抵抗値を大きくする。抵抗１０１が可変抵抗であり、電荷蓄積キャパシタ１０３に電荷を蓄積する時間に応じて、抵抗値を変化させてもよい。

電荷蓄積スイッチ１０２は、電荷蓄積キャパシタ１０３と磁気抵抗素子１００とを電気的に接続するか否かを切り替える。すなわち、電荷蓄積スイッチ１０２を非導通状態（以下、開状態という）にすると、電荷蓄積キャパシタ１０３と磁気抵抗素子１００とは電気的に接続されていない状態になる。電荷蓄積スイッチ１０２を導通状態（以下、閉状態という）にすると、電荷蓄積キャパシタ１０３と磁気抵抗素子１００とが電気的に接続された状態になり、磁気抵抗素子１００を流れる電流により、電荷蓄積キャパシタ１０３に電荷が蓄積される。電荷蓄積スイッチ１０２は、外部から入力される電荷蓄積信号に応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる。電荷蓄積スイッチ１０２は、例えばトランジスタにより構成される。

電荷蓄積キャパシタ１０３は、電荷蓄積スイッチ１０２とグランドとの間に設けられている。電荷蓄積キャパシタ１０３における電荷蓄積スイッチ１０２と接続されている側は、電荷放電スイッチ１０４及び電荷出力スイッチ１０５とも接続されている。電荷蓄積キャパシタ１０３は、電荷蓄積スイッチ１０２が閉状態の期間、磁気抵抗素子１００を流れる電流に基づいて電荷を蓄積する。

電荷蓄積キャパシタ１０３の電圧Ｖ_ｏｕｔは、電荷蓄積スイッチ１０２が閉状態となっている時間である閉時間Ｔ、電源電圧Ｖ_ｃｃ、電荷蓄積キャパシタ１０３の容量値、並びに磁気抵抗素子１００及び抵抗１０１の直列抵抗値Ｒに基づいて、以下のように表される。Ｔ、Ｖ_ｃｃ、Ｃが一定値である場合、Ｖ_ｏｕｔは、Ｒにより決定される。

磁気抵抗素子１００は、外部磁気の強さに応じて抵抗値が変化するので、外部磁気の強さに応じて磁気抵抗素子１００及び抵抗１０１の直列抵抗値Ｒが変化する。したがって、外部磁気の強さに応じて電荷蓄積キャパシタ１０３の電圧Ｖ_ｏｕｔも変化する。

電荷放電スイッチ１０４は、電荷蓄積キャパシタ１０３とグランドとの間に設けられている。電荷放電スイッチ１０４は、電荷放電信号に応じて、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を放電するか否かを切り替える。電荷放電スイッチ１０４が閉状態になると、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷がグランドに放電される。電荷放電スイッチ１０４は、例えばトランジスタにより構成される。

電荷出力スイッチ１０５は、素子選択信号に応じて、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える。具体的には、電荷出力スイッチ１０５が閉状態の場合に、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷は、図２に示した出力増幅器１３へと出力される。電荷出力スイッチ１０５は、例えばトランジスタにより構成される。

図２に示したように、磁気検出デバイス１０は、電荷蓄積回路１１を複数有しており、複数の電荷蓄積回路１１には、共通の電源、電荷蓄積信号及び電荷放電信号が入力されている。複数の電荷蓄積回路１１が有する磁気抵抗素子１００は、共通の電源に接続されている。複数の電荷蓄積回路１１が有する電荷蓄積スイッチ１０２は、共通の電荷蓄積信号に応じて、それぞれの電荷蓄積回路１１が有する電荷蓄積キャパシタ１０３と磁気抵抗素子１００とを接続するか否かを切り替える。

また、複数の電荷蓄積回路１１が有する電荷放電スイッチ１０４は、共通の電荷放電信号に応じて、それぞれの電荷蓄積回路１１が有する電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を放電するか否かを切り替える。制御回路１２は、外部から入力される駆動クロックに基づいて、複数の電荷蓄積回路１１が有する電荷出力スイッチ１０５を制御する。

また、複数の電荷蓄積回路１１が有する電荷出力スイッチ１０５は、複数の素子選択信号のうち、それぞれの電荷蓄積回路１１を選択するための素子選択信号に基づいて、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える。出力増幅器１３は、複数の電荷出力スイッチ１０５を介して電荷蓄積キャパシタ１０３のそれぞれから順次出力される電荷に基づいて生成される出力信号を増幅する。

図５は、図２に示した磁気検出デバイス１０の動作タイミング図である。
電荷蓄積信号がハイレベルの期間中、電荷蓄積スイッチ１０２が閉状態になり、磁気抵抗素子１００及び抵抗１０１を流れる電流に基づく電荷が電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積される。そして、上記の数１で示される電圧Ｖ_ｏｕｔが出力される。

駆動クロックに応じて、素子選択信号１、素子選択信号２、・・・、素子選択信号ｎが順次、駆動クロックの１周期の長さだけハイレベルになる。素子選択信号がハイレベルの期間、対応する電荷蓄積回路１１の電荷出力スイッチ１０５が閉状態になり、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷が、順次、出力増幅器１３に出力される。素子出力信号は出力増幅器１３において増幅され、装置出力信号として出力される。

素子選択信号がハイレベルになるそれぞれの期間のうち、最後の所定の期間においては出力リセット信号がハイレベルになり、出力増幅器１３がリセットされる。その後、次の素子選択信号がハイレベルになるタイミングで出力リセット信号が解除されてロウレベルになり、次の電荷蓄積回路１１の電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷が出力される。

電荷蓄積回路１１−１から電荷蓄積回路１１−ｎまでの全ての電荷蓄積回路１１から電荷が出力されると、電荷放電信号がハイレベルに変化し、全ての電荷蓄積回路１１の電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷が放電される。また、初期化信号がハイレベルに変化し、制御回路１２が初期化される。制御回路１２が初期化されてから所定の時間の経過後に、電荷蓄積信号をハイレベルに変化させることにより、再び磁気の測定を開始することができる。磁気検出デバイス１０は、以上のサイクルを繰り返すことにより、継続的に磁気を測定することができる。

［紙幣鑑別装置５００の構成］
図６は、磁気センサ１を用いて紙幣を鑑別する紙幣鑑別装置５００の概略構成を示す図である。紙幣鑑別装置５００は、磁気センサ１と、磁束発生部２と、判定部３と、紙幣搬送部４とを備える。

磁束発生部２は、例えば、図６において点線の矢印で示す磁束を発生する永久磁石である。磁束発生部２は、磁気センサ１に設けられた磁気検出デバイス１０の磁気検出領域よりも大きい領域において磁束を発生することができ、磁気検出デバイス１０と対向するように設けられている。磁気センサ１は、磁束発生部２が発生する磁束を通過させることができる位置に設けられている。磁気センサ１と磁束発生部２との間には空隙があり、紙幣搬送部４の制御により、磁束発生部２により発生される磁束が届く範囲内の位置にある空隙中を紙幣Ｓが搬送される。

判定部３は、磁気センサ１の装置出力信号を受けて、磁気センサ１が検出した磁気に基づいて、紙幣Ｓの種別を判定する。具体的には、判定部３は、紙幣搬送部４と磁気センサ１とを制御し、紙幣Ｓが搬送されている間の装置出力信号のレベルを検出する。判定部３は、磁気検出デバイス１０が有する複数の電荷蓄積回路１１のそれぞれが出力する期間における装置出力信号のレベルに基づいて、それぞれの電荷蓄積回路１１が検出した磁束の変化を検出する。すなわち、判定部３は、複数の電荷蓄積回路１１が出力する装置出力信号のレベルに基づいて、紙幣Ｓの特定の位置における複数の電荷蓄積回路１１の配列方向の磁性体の分布を検出する。

さらに、判定部３は、紙幣Ｓが搬送される間に、定期的に磁気センサ１を初期化し、磁束の変化を複数回にわたって検出する。すなわち、判定部３は、紙幣Ｓの搬送に同期して複数の電荷蓄積回路１１が出力する装置出力信号のレベルに基づいて、複数の電荷蓄積回路１１の配列方向と直交する紙幣Ｓの搬送方向の磁性体の分布を検出する。

以上のとおり、判定部３は、複数の電荷蓄積回路１１の配列方向と、当該配列方向に直交する紙幣Ｓの搬送方向とにおいて、磁性体の分布を検出することができる。すなわち、判定部３は、紙幣Ｓの領域内の磁性体の分布を検出できる。判定部３は、検出した磁性体の分布を、予めメモリ（不図示）に記憶されている、紙幣の種別ごとの磁気の強さの分布と比較することにより、搬送されている紙幣Ｓの種別を判定する。

なお、以上の説明においては、紙幣Ｓが磁束発生部２と磁気センサ１との間を搬送される構成について説明したが、紙幣Ｓが、他の位置を搬送される構成であってもよい。例えば、磁気センサ１が、磁気検出デバイス１０と端子３０との間に磁束発生部２を有しており、紙幣Ｓが、磁束発生部２により発生される磁束が届く範囲内の位置で搬送される構成であってもよい。

［第１の実施形態における効果］
以上のとおり、第１の実施形態に係る電荷蓄積回路１１によれば、外部から入力される電荷蓄積信号に基づいて、磁気抵抗素子１００において検出された磁気の強さに応じた電荷を蓄積し、素子選択信号に同期して、電荷出力スイッチ１０５を介して電荷を出力できる。複数の電荷蓄積回路１１を縦続接続して構成される磁気検出デバイス１０においては、共通の電荷蓄積信号及び電荷放電信号を用いて複数の電荷蓄積回路１１を制御し、複数の電荷蓄積回路１１から出力される信号を、共通の素子出力信号として出力することができる。したがって、電荷蓄積回路１１ごとに入力端子及び出力端子を設ける必要がないので、複数の電荷蓄積回路１１を、半導体プロセスを用いて高密度に配置することができる。その結果、高い分解能で磁気を検出することが可能になるという効果を奏する。さらに、複数の電荷蓄積回路１１の配置密度が高いので、１つの磁気検出デバイス１０内の場所による出力値のばらつきを小さくすることができるという効果も奏する。

また、第１の実施形態に係る電荷蓄積回路１１によれば、複数の電荷出力スイッチ１０５を介して電荷蓄積キャパシタ１０３のそれぞれから順次出力される電荷に基づいて生成される出力信号が出力増幅器１３に入力される。電荷出力スイッチ１０５は、例えばトランジスタにより構成することができ、電荷蓄積回路１１を構成する各部を同一の半導体プロセスを用いて容易に製造することができるので、本実施形態によれば、高い分解能の磁気センサを安価に実現することができる。

なお、磁気検出デバイス１０において、隣接する２つの電荷蓄積回路１１を同時に選択することにより、感度を２倍に高めることができる。同様に、Ｎ個の電荷蓄積回路１１を同時に選択することにより、感度をＮ倍に高めることもできるので、用途に応じて、分解能及び感度を選択することができる。

また、本実施形態に係る磁気検出デバイス１０においては、任意の電荷蓄積回路１１を選択することができる。したがって、例えば、一つごとに電荷蓄積回路１１を選択することにより、間引き読み出しをすることにより高速化することもできる。このようにすることで、磁気検出デバイス１０を搭載した磁気抵抗素子１００においては、設定を変更するのみで、例えば使用される国の紙幣の種類に応じて最適な分解能で磁気を検出することができる。

＜第２の実施形態＞
［蓄積された電荷を順次転送する］
図７は、第２の実施形態に係る磁気検出デバイス１０の構成を示す図である。本実施形態に係る磁気検出デバイス１０は、複数の電荷転送キャパシタ１０６（１０６−１〜１０６−ｎ）、及び複数の電荷転送スイッチ１０７（１０７−１〜１０７−（ｎ−１））を有する点で、図２に示した、それぞれの電荷蓄積回路１１からの素子出力信号が互いに接続された磁気検出デバイス１０と異なる。

複数の電荷転送キャパシタ１０６のそれぞれは、それぞれの電荷蓄積回路１１に設けられた電荷出力スイッチ１０５を介して電荷蓄積キャパシタ１０３から出力される電荷を蓄積する。すなわち、電荷転送キャパシタ１０６−ｋ（ｋは１からｎのいずれかの自然数）は、電荷出力スイッチ１０５−ｋを介して電荷蓄積キャパシタ１０３−ｋから出力される電荷を蓄積する。

複数の電荷転送スイッチ１０７は、複数の電荷転送キャパシタ１０６のそれぞれの間に設けられており、駆動クロックに同期して順次開閉されることで複数の電荷転送キャパシタ１０６のそれぞれに蓄積された電荷を隣接する電荷転送キャパシタ１０６に転送する。例えば、電荷転送スイッチ１０７−１は、電荷転送キャパシタ１０６−１と電荷転送キャパシタ１０６−２との間に設けられており、電荷転送スイッチ１０７−２は、電荷転送キャパシタ１０６−２と電荷転送キャパシタ１０６−３との間に設けられている。

電荷転送スイッチ１０７−１が閉状態になると、電荷転送キャパシタ１０６−１に蓄積されている電荷が、電荷転送キャパシタ１０６−２に転送される。電荷転送スイッチ１０７−１が閉状態の間、電荷転送スイッチ１０７−２は開状態になっており、電荷転送キャパシタ１０６−２に転送された電荷は、電荷転送スイッチ１０７−２が開状態の間、電荷転送キャパシタ１０６−２に保持される。続いて、電荷転送スイッチ１０７−２が閉状態になると、電荷転送スイッチ１０７−１は開状態になり、電荷転送キャパシタ１０６−２に蓄積されている電荷が、電荷転送キャパシタ１０６−３に転送される。

このように、電荷転送スイッチ１０７−１を基準にして奇数番目の電荷転送スイッチ１０７が閉状態の間は、偶数番目の電荷転送スイッチ１０７を開状態とし、奇数番目の電荷転送スイッチ１０７が開状態の間は、偶数番目の電荷転送スイッチ１０７を閉状態とする２相駆動方式により、それぞれの電荷転送キャパシタ１０６に蓄積されている電荷を、電荷転送キャパシタ１０６の構造により定められる向きに、バケツリレーのようにして転送することができる。なお、隣接する電荷転送キャパシタ１０６の間に複数の電荷転送スイッチ１０７を設け、複数の電荷転送スイッチ１０７の開状態及び閉状態を制御する３相駆動方式、４相駆動方式を用いてもよい。

以上のように、それぞれの電荷転送キャパシタ１０６に蓄積された電荷は、順次、出力増幅器１３へと転送される。出力増幅器１３は、複数の電荷転送スイッチ１０７のうちの最終段の電荷転送スイッチ１０７から出力される電荷に基づいて生成される出力信号を、フローティングゲインアンプ等で電荷電圧変換して増幅する。

［第２の実施形態における効果］
以上のとおり、第２の実施形態に係る磁気検出デバイス１０によれば、複数の電荷転送スイッチ１０７が、複数の電荷転送キャパシタ１０６のそれぞれの間に設けられており、駆動クロックに同期して順次開閉されることで複数の電荷転送キャパシタ１０６のそれぞれに蓄積された電荷を隣接する電荷転送キャパシタ１０６に転送する。磁気検出デバイス１０がこのような構成を有することにより、複数の電荷蓄積回路１１が有する電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を一斉に電荷転送キャパシタ１０６に転送することができるので、複数の磁気検出デバイス１０が同一のタイミングで磁気を検出することができる。また、電荷蓄積キャパシタ１０３に蓄積された電荷を電荷転送キャパシタ１０６に転送する期間以外の時間を磁気検出期間とすることができるので、磁気抵抗素子１００の感度性能を最大限に引き出すことができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態に係る磁気センサ１の構成を示す図である。図８に示した磁気センサ１は、第１の実施形態に係る磁気検出デバイス１０を複数備える点で図１に示した磁気センサ１と異なり、他の点で同じである。

図９は、第３の実施形態に係る磁気センサ１における複数の磁気検出デバイス１０の接続構成を示す図である。それぞれの複数の磁気検出デバイス１０には、共通の電荷蓄積信号、電荷放電信号、初期化信号、駆動クロック、出力リセット信号が入力されている。また、複数の磁気検出デバイス１０からの出力信号は、互いに接続された状態で出力増幅器１３に入力され、出力増幅器１３において増幅されて出力される。

それぞれの磁気検出デバイス１０は、初期化信号が入力されてから、それぞれの磁気検出デバイス１０に割り当てられた時間が経過した後に、それぞれの磁気検出デバイス１０が有する複数の電荷蓄積回路１１に対して素子選択信号を出力する。このようにすることで、それぞれの磁気検出デバイス１０が有する複数の電荷蓄積回路１１が、それぞれ異なるタイミングで電荷を出力することができる。

それぞれの磁気検出デバイス１０は、隣接する複数の磁気検出デバイス１０の間で、電荷の出力が完了したタイミングを示す信号を送受信してもよい。具体的には、例えば、磁気検出デバイス１０−１の全ての電荷蓄積回路１１が電荷の出力を完了すると、磁気検出デバイス１０−１は、磁気検出デバイス１０−２に出力完了信号を入力する。磁気検出デバイス１０−２は、磁気検出デバイス１０−１から出力完了信号を受けると、磁気検出デバイス１０−２が有する複数の電荷蓄積回路１１に対して、順次素子選択信号を出力する。

［第３の実施形態における効果］
以上のとおり、第３の実施形態に係る磁気センサ１によれば、複数の磁気検出デバイス１０により磁気センサ１を構成することができるので、任意の幅で高密度に磁気を検出できる磁気センサを容易に構成できる。

＜第４の実施形態＞
図１０は、第４の実施形態に係る磁気センサ１における複数の磁気検出デバイス１０の接続構成を示す図である。図１０に示す磁気検出デバイス１０は、第２の実施形態に係る磁気検出デバイス１０であり、電荷転送キャパシタ１０６に蓄積された電荷をバケツリレーのようにして転送できる。

複数の磁気検出デバイス１０は、それぞれの磁気検出デバイス１０の間でもバケツリレーのようにして電荷を転送できるように、それぞれの磁気検出デバイス１０の最終段の電荷転送キャパシタ１０６−ｎの後段には電荷転送スイッチ１０７−ｎが設けられており、電荷転送スイッチ１０７−ｎを介して、隣接する磁気検出デバイス１０の初段の電荷転送キャパシタ１０６−１と接続されている。

全ての磁気検出デバイス１０が有する複数の電荷転送スイッチ１０７を同期して動作させるために、磁気検出デバイス１０は、例えば、全ての磁気検出デバイス１０が有する電荷転送スイッチ１０７を統括的に制御する制御部を有する。磁気検出デバイス１０は、当該制御部を有する代わりに、隣接する磁気検出デバイス１０の間で同期信号を送受信し、複数の電荷転送スイッチ１０７を同期して動作させてもよい。
［第４の実施形態における効果］
以上のとおり、第４の実施形態に係る磁気センサ１によれば、複数の磁気検出デバイス１０により磁気センサ１を構成することができるので、任意の幅で高密度に磁気を検出できる磁気センサを容易に構成できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上記の実施形態においては、電荷蓄積回路１１が抵抗１０１を有する場合について説明したが、磁気抵抗素子１００の感度と電荷蓄積キャパシタ１０３の容量との関係が所定の条件を満たせば、電荷蓄積回路１１が抵抗１０１を有しなくてもよい。また、上記の実施形態においては、各スイッチはトランジスタにより構成される例について説明したが、各スイッチは、導通状態と非導通状態とを切り替えることができれば、他の素子が用いられてもよい。

１・・・磁気センサ、２・・・磁束発生部、３・・・判定部、５・・・磁気センサ、１０・・・磁気検出デバイス、１１・・・電荷蓄積回路、１２・・・制御回路、１３・・・出力増幅器、２０・・・ケース、３０・・・端子、５０・・・磁気検出デバイス、６０・・・ケース、７０・・・端子、１００・・・磁気抵抗素子、１０１・・・抵抗、１０２・・・電荷蓄積スイッチ、１０３・・・電荷蓄積キャパシタ、１０４・・・電荷放電スイッチ、１０５・・・電荷出力スイッチ、１０６・・・電荷転送キャパシタ、１０７・・・電荷転送スイッチ、１１１・・・磁気抵抗、１１２・・・ダミー抵抗、１１３・・・ダミー抵抗、１１４・・・磁気抵抗、１３１・・・リセットスイッチ、１３２・・・増幅器、５００・・・紙幣鑑別装置

Claims (9)

1. 共通の電源に接続された複数の電荷蓄積回路と、複数の電荷転送キャパシタと、複数の転送スイッチと、前記複数の電荷蓄積回路を制御する制御回路とを備える磁気検出デバイスであって、
   前記電荷蓄積回路は、
   前記電源に接続された磁気抵抗素子と、
   前記磁気抵抗素子を流れる電流に基づいて電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、
   前記電荷蓄積キャパシタと前記磁気抵抗素子とを電気的に接続するか否かを切り替える電荷蓄積スイッチと、
   前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を放電するか否かを切り替える電荷放電スイッチと、
   駆動クロックに同期して、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える電荷出力スイッチと、
   を有し、
   前記電荷蓄積スイッチは、共通の電荷蓄積信号に応じて、それぞれの前記電荷蓄積回路が有する前記電荷蓄積キャパシタと前記磁気抵抗素子とを接続するか否かを切り替え、
   前記電荷放電スイッチは、共通の電荷放電信号に応じて、それぞれの前記電荷蓄積回路が有する前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を放電するか否かを切り替え、
   前記複数の電荷転送キャパシタは、前記複数の電荷出力スイッチを介して前記電荷蓄積キャパシタのそれぞれから出力される電荷を蓄積し、
   前記複数の転送スイッチは、前記複数の電荷転送キャパシタのそれぞれの間に設けられており、前記駆動クロックに同期して順次開閉されることで前記複数の電荷転送キャパシタのそれぞれに蓄積された電荷を隣接する前記電荷転送キャパシタに転送する、
   磁気検出デバイス。
2. 前記電荷蓄積回路が、前記磁気抵抗素子と前記電荷蓄積スイッチとの間に、前記磁気抵抗素子の特性と前記電荷蓄積キャパシタの容量とに基づいて定められる抵抗値の抵抗を有する、
   請求項１に記載の磁気検出デバイス。
3. 前記抵抗は、前記電荷蓄積キャパシタに電荷を蓄積する時間の長さに対応する抵抗値を有する、
   請求項２に記載の磁気検出デバイス。
4. 前記複数の電荷蓄積回路から、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力させる一の前記電荷蓄積回路を選択するための複数の素子選択信号を前記駆動クロックに基づいて生成する制御回路をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気検出デバイス。
5. 前記複数の電荷蓄積回路が有する前記電荷出力スイッチは、前記複数の素子選択信号のうち、それぞれの前記電荷蓄積回路を選択するための素子選択信号に基づいて、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を出力するか否かを切り替える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気検出デバイス。
6. 前記複数の転送スイッチのうちの最終段の転送スイッチから出力される電荷に基づいて生成される出力信号を増幅する出力増幅器をさらに備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気検出デバイス。
7. 前記出力増幅器は、前記複数の電荷出力スイッチから前記出力信号を受ける入力端子をグランドに接続するか否かを切り替えるリセットスイッチを有する、
   請求項６に記載の磁気検出デバイス。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気検出デバイスを複数備え、ぞれぞれの前記磁気検出デバイスにより磁気を検出する磁気センサ。
9. 磁束を発生する磁束発生部と、
   前記磁束発生部が発生する前記磁束を受ける位置に設けられた、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気検出デバイスを有する磁気センサと、
   前記磁束発生部により発生される前記磁束が届く範囲内の位置で紙幣を搬送する紙幣搬送部と、
   前記磁気検出デバイスが検出した磁気に基づいて、前記紙幣の種別を判定する判定部と、
   を備える紙幣鑑別装置。

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