JP6454228B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば紙幣、有価証券などの紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置に関するものである。

最近、偽造された紙幣や有価証券等はますます精巧になり、真偽を見分け難くなっている。

一方、偽造防止・真偽識別のために、紙葉類に多種類の高度なセキュリティー対策が施されている。例えば、紙葉類に印刷パターンの細かな磁性体を配置したり、磁気特性の異なる複数の磁性体を複数配置したりしている。

従来の磁気センサ装置は、主な構成要素として、紙葉類に含まれる磁性体を磁化させるための磁界発生部と、磁化された磁性体の磁界強度を電圧等に変換する磁電変換素子と、磁電変換素子からの出力を検出する検出部と、を備えており、この検出部において、紙葉類に含まれる磁性体が検出される。従来の多くの磁気センサ装置には、紙葉類に含まれる磁性体の有無を認識する能力しかなく、紙葉類に含まれる上述した磁性体を用いたセキュリティー対策を十分には検出することができない。そこで紙葉類に含まれる磁性体の磁気量もしくは磁性体の量まで検出できるように、二つの磁電変換素子を対にして、これらの差動出力を検出する装置が開発された。しかしながら、後述するように、二つの磁電変換素子を対にしたときの問題点は解決されていない。

上述の磁界発生部では、通常永久磁石や電磁コイルにより、紙葉類の搬送路上に磁界(バイアス磁界と呼ぶ)を発生させる。また磁電変換素子には、磁気抵抗素子、磁気ヘッド、ホール素子などが用いられる。磁電変換素子はバイアス磁界中に設置され、紙葉類がその近傍を通過すると、紙葉類に含まれる磁性体によってバイアス磁界が変化するために、その出力が変化する。この出力信号を検出することによって磁性体が検出される。

ところで、紙葉類に含まれる磁性体によるバイアス磁界の変化に対してバイアス磁界自身は圧倒的に大きい。そのため、前記の検出部において、磁電変換素子からの出力が飽和状態になり、バイアス磁界の変化分を検出することができない。したがって、バイアス磁界の変化分を検出するためには、磁電変換素子から元のバイアス磁界の部分を除いた出力を引き出す必要がある。
その方法として、従来の磁気センサ装置では、基本的に、二つの磁電変換素子を対にして、共通のバイアス磁界の中に配置し、これらを電気的に直列に接続して、その差動電圧あるいは差動電流を出力信号としている。

例えば、特許文献１では、磁気抵抗素子とこの磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える永久磁石をセットにし、これらのセットで用いられる二つの磁気抵抗素子を電気的に直列に接続して、これらのセットの差動電圧を出力としている。

また、特許文献２では、電圧入力端子とグランド端子との間に磁気抵抗素子を直列接続し、該直列接続された複数の磁気抵抗素子接続部に接続された電圧出力端子から、前記複数の磁気抵抗素子によって分圧される電圧を出力信号とする磁気検出部を備えた磁気センサ装置に関するものである。この磁気センサ装置における磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子は、一つの磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側に配置しないように、感磁部を配置している。

また、特許文献３では、二つのホール素子が、共通のバイアス磁界を受けるように、永久磁石の両端に配置される。紙葉類が通過する方のホール素子では、紙葉類に含まれる磁性体によってバイアス磁界が変化するためにその出力も変化するが、他方のホール素子は紙葉類の通過の影響を受けないためにその出力は変化しない。したがって、これらのホール素子の差動出力は、バイアス磁界のうちで紙葉類に含まれる磁性体によって変化した分に比例した、言い換えれば、紙葉類に含まれる磁性体の磁束密度（本文献の表現では磁性体の量）に比例した信号を示している。

特開２０００−３４６６０５号公報 特開２００５−３７３３７号公報 特開２００３−１４９３１３号公報

しかしながら、これらの従来の方法では、複数の磁電変換素子を複数個所で使用するため、磁電変換素子の特性や磁界発生部の個体差や温度など環境変化の影響に対する個体差によって、磁電変換素子に共通のバイアス磁界を受けることが困難であり、複数の磁電変換素子の差動出力の変動が避けられない。

本発明は、従来の磁気センサ装置における上記の問題点を解決するためになされたものであり、磁界発生部や磁電変換素子など各部材の個体差や環境変化の影響が少なく、磁電変換素子からの出力が安定し、紙葉類に含まれる磁性体の有無だけでなく、さらに、高度な偽造防止・真偽識別対策として用いられている磁気特性の異なる複数の磁性体の磁気量あるいは磁性体の量までも、安定して検出できる磁気センサ装置を提供することを目的とする。

搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出するための、本発明の磁気センサ装置は、前記搬送路における前記紙葉類の搬送方向に対して直交する平面のうち、任意の方向にバイアス磁界を発生させる磁界発生部と、前記バイアス磁界の中にあって、前記搬送路と前記磁界発生部の間に設けられた、前記バイアス磁界と同一方向の磁界強度を検出する磁電変換素子と、前記磁電変換素子の出力値をオフセットで表すために、その基準点を与えるための補正部と、前記磁電変換素子の出力信号と前記補正部の出力信号を入力して、これらの差動出力を増幅する増幅部と、前記増幅部の出力信号に基づいて紙葉類に含まれる磁性体を判定する判定部と、を備えており、前記磁電変換素子は磁界強度に対して直線的に変化する。

本発明の装置において、補正部を設けて、紙葉類に含まれている磁性体による変動分をオフセットで検出することで、磁電変換素子の出力から、このバイアス磁界による部分を差し引いて、変動分を検出することができる。さらに、前記磁電変換素子は磁界強度に対して直線的に変化する素子を用いることで、磁界発生部など各構成部材の個体差に対する影響を避けて紙葉類に含まれている磁性体による磁束密度の変動分を磁気量として高精度に検出することができる。たとえば、ホール素子は常に磁界強度に対して直線的に変化するので、磁電変換素子としてホール素子を用いることで、各構成部材の個体差が大きくても、個体差の影響を避けて磁気量を高精度に検出することができる。

なお、磁界発生部を紙葉類の搬送方向に対して直交に磁界を発生させるよう配置し、磁電変換素子は搬送路と磁界発生部の間で設けられ、磁電変換素子の検出方向がその磁界方向と同一方向に検出するように備えればよく、たとえば、図２の構成でＤ３方向に磁界を発生させて磁電変換素子をＤ３方向に検出してもよいが、Ｄ２方向に磁界を発生させて磁電変換素子をＤ２方向に検出するものでもよい。

前記磁界発生部には、紙葉類に含まれるすべての磁性体が飽和磁化された状態になるように、１０^３Ｏｅ以上の磁界強度を発生させる。
前記補正部には、例えば、ＤＡコンバータにて任意の出力電流を与えることができる。なお、本発明では、任意の出力電流を与えることができればよいので、例えば任意の電圧を設定できるＤＡコンバータから固定抵抗にて任意の電流に変換してもよいし、また、定電圧を可変抵抗にて任意の電流に変換してもよい。

また、磁界発生部と磁電変換素子の標準特性を定め、この標準特性の磁気センサ装置での前記磁電変換素子の出力値をバイアス磁界の基準点に与えたときの補正部の出力を理想オフセット値として指定する。そして、磁界発生部や磁電変換素子が標準特性と異なる磁気センサ装置の出力は、指定された理想オフセット値と紙葉類が搬送されていないときにバイアス磁界の基準点に与えたときの補正部の出力を用いて、標準出力に換算することができる。

さらに、本発明では、特定の紙葉類などを標準媒体として指定する。標準特性の磁気センサ装置に標準媒体を搬送させたときの出力値を理想出力基準値として指定する。そして、磁気センサ装置に標準媒体を搬送させたときの出力値を基準値として不揮発性メモリに記憶する。磁界発生部や磁電変換素子が標準特性と異なる磁気センサ装置の出力は、指定された理想出力基準値および記憶された基準値を用いて、標準出力に換算することができる。

さらに、前記増幅部からの出力値が前記磁電変換素子の出力値をオフセットで表すための基準点になるように、前記増幅部からの出力値を増幅部の入力にフィードバックするフィードバック制御部と、前記フィードバック制御部と前記補正部を切り替えて前記増幅部に入力する切替手段とを備え、前記フィードバック制御部により、前記増幅部からの出力値が前記基準点に戻るフィードバック時間は、紙葉類全体が前記磁気センサ装置を通過する時間よりも長い遅延時間を有するよう設ける。

温度など環境変化によって、増幅部からの出力が変化する時間は、紙葉類を搬送する時間と比較して、圧倒的に長い。したがって、フィードバック制御部は紙葉類を搬送する時間より長く前記増幅部からの出力値を基準点に戻るようにすることで、環境変化部分を差し引いて、紙葉類を通過するときの磁界変動分を検出することができる。

また、増幅部の入力をフィードバック制御部と補正部を切り替えて増幅部の入力へ接続することで、磁界発生部や磁電変換素子など各構成部材の個体差に対する影響だけでなく環境変化の影響も避けて磁気量を高精度に検出することができる。

前記磁電変換素子を、前記紙葉類の搬送方向に対して直交する方向に、紙葉類の幅全体にわたって複数並べて配置すると、紙葉類を通過した時の、紙葉類全面の磁界変化を磁気量として検出することができる。

さらに、前記記憶部は各磁電変換素子の基準値を記憶する容量を備え、各々基準値を複数記憶するよう構成する。この構成によって、磁気センサ面に対して、磁電変換素子や磁界発生部の個体差による出力差もばらつきにより、搬送路上で磁界強度や磁界検出感度が異なっても、各磁電変換素子はすべて標準出力に換算することができる。

本発明は、磁界発生部や磁電変換素子の個体差、および環境変化の影響に対するこれらの個体差を適切に除いて、磁電変換素子の出力から、紙葉類の磁性体による部分のみを正確に取り出し、紙葉類に含まれるすべての磁性体を、高精度で安定して検出することができる。
さらには、これらの経時的な変化も適切補正して、標準に定めた磁気センサ装置の出力に補正することができる。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置１を搭載した概略断面図である。 磁気センサ装置１の構成とその中で発生する磁界の様子を概略的に示す断面図である。 第１の実施形態の磁電変換素子４と検出部７の信号処理回路を説明する説明図である。 補正部のオフセット調整について原理を説明した説明図である。 補正部のオフセット調整について原理を説明した説明図である。 紙葉類Ｓの一例を示した概略図である。 磁性体Ａの磁化曲線を示した図である。 磁性体Ｂの磁化曲線を示した図である。 磁性体Ｃの磁化曲線を示した図である。 第２の実施形態の磁電変換素子と検出部の信号処理回路を説明する説明図。 第３の実施形態の磁電変換素子と検出部の信号処理回路を説明する説明図。 第４の実施形態の磁電変換素子と検出部の信号処理回路を説明する説明図。 フィードバック制御部によるフィードバック制御の態様について説明するための図であり、フィードバック制御前の出力と時間との関係の一例が示されている。 フィードバック制御部によるフィードバック制御の態様について説明するための図であり、フィードバック制御部に遅延時間を設けなかったときの出力と時間との関係の一例が示されている。 フィードバック制御部によるフィードバック制御の態様について説明するための図であり、フィードバック制御部に遅延時間を設けた時の出力と時間との関係の一例が示されている。 第４の実施形態に係る磁気センサ装置の構成を上から概略的に示す図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ装置１の概略断面図である。紙葉類Ｓには、例えば、磁気インク、磁気スレッドなどを用いて磁気パターンＭが印刷されており、この磁気センサ装置１は、紙葉類Ｓに含まれる磁気パターンＭの磁気量を検出するものである。

搬送路２は、間隔Ｇで、紙葉類Ｓの幅よりもやや大きい幅で、搬送方向Ｄ１に向かって形成されている。紙葉類Ｓは、上流搬送ローラー２１によって搬送路２の中に送り込まれ、磁気センサ装置１に対向するセンサ対向ローラー２３で下流搬送ローラー２２に向かってさらに搬送される。センサ対向ローラー２３は、紙葉類Ｓが磁気センサ装置１に近づくように、Ｄ３の方向に向けて押し下げる機能も有する。このようにして紙葉類Ｓが磁気センサ装置１上を通過する間に紙葉類Ｓの磁性体が検出される。次いで、紙葉類Ｓは下流搬送ローラー２２で搬送路から排出される。

図２は磁気センサ装置１の構成とその中で発生する磁界の様子を概略的に示す断面図である。
磁界発生部３は、通常、永久磁石で構成されており、バイアス磁界を形成する。磁電変換素子４付近の磁界強度は、１０^３Ｏｅ以上に設定されている。この例では、Ｎ極が上側、Ｓ極が下側となるように、磁界発生部３は、磁電変換素子４の下に設けられている。磁界発生部３の周囲には、図２に示すようなループ状の磁束が形成され、特に、磁電変換素子４の近傍では、紙葉類Ｓの搬送方向（図１参照）に対して垂直なバイアス磁界が形成されている。

磁電変換素子４は、このバイアス磁界の中にあり、その出力は、このバイアス磁界の磁束密度に比例する。紙葉類Ｓが磁電変換素子４上を通過する際、紙葉類Ｓに含まれている磁性体によって、このバイアス磁界が変化する。磁電変換素子４はこの変化したバイアス磁界を検出する。

保護カバー５は、紙葉類Ｓなどから、磁電変換素子４を保護するカバーであり、非磁性体（たとえば、リン青銅）で構成されている。ケース６は、磁界発生部３と磁電変換素子４を収納する筐体である。磁界発生部３と磁電変換素子４は、ほぼ密閉された状態で、相互の位置関係が動かないように固定されている。

検知部７は、磁電変換素子４の出力から、紙葉類Ｓに含まれている磁性体によるバイアス磁界の変化分だけを取り出して、高精度で紙葉類Ｓの磁性体を検出する。

図３は、第１の実施形態における、磁電変換素子４と検知部７の信号処理回路を示す。検知部７は、電源部３１、増幅部３２、補正部３３、判定部３４から成る。

磁電変換素子４は、ＭＶＣＣ用電圧入力端子、ＭＧＮＤ用グランド端子とＶout-ＡおよびＶout-Ｂ用の二つの電圧出力端子を備えている。電源部３１に接続するＭＶＣＣとＭＧＮＤの間には常に一定の電圧が保持されている。二つの電圧出力端子Ｖout-ＡとＶout-Ｂ間の電圧差（以下では、磁電変換素子の出力と呼ぶ）は、磁電変換素子４を通過する磁束密度に比例する。なお、本実施形態では、ＭＶＣＣとＭＧＮＤの間を定電圧にしているが、定電流にしてもよい。

電源部３１は、さらに増幅部３２、補正部３３および判定部３４を駆動するための定電圧源ＶＣＣ、ならびに基準電圧源ＶＯ（後述）を生成する。これらは共通のグランドＧＮＤを有する。

増幅部３２は、２段のオペアンプＯＰ１、ＯＰ２を備え、前段のオペアンプＯＰ１の入力端子には磁電変換素子からの出力電圧Ｖout-Ａ、Ｖout-Ｂ、および補正部３３からの出力電圧Ｖoffが接続される。さらに詳細に説明すると、オペアンプＯＰ１には、抵抗Ｒaを介してＶout-Ａが接続されており、非反転入力端子には抵抗Ｒbを介してＶout-Ｂが接続されている。また、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、補正部３３からの出力とともに、抵抗Ｒcを介して基準電圧Ｖ０に接続されており、出力端子Ｖout-Ｃは抵抗Ｒdを介して反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗ＲaとＲbの抵抗値は同じであり、抵抗ＲcとＲdの抵抗値は同じである。そして、抵抗ＲcとＲdの抵抗値は、抵抗ＲaとＲbの所定倍(例えば10倍程度)に設定されている。

後端のオペアンプＯＰ２の入力には、前段のオペアンプＯＰ１の出力が抵抗Ｒeを介して反転入力端子に接続されており、もう一方の非反転入力端子には、基準電源Ｖ０が接続されている。そして、オペアンプＯＰ２の出力端子Ｖout-Ｄは抵抗Ｒfを介して反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒfの抵抗値は、抵抗Ｒeの所定倍(例えば100倍程度)に設定されている。

補正部３３は、例えば、ＤＡコンバータにて構成され、任意の電流を出力することができる。そうすることにより、磁電変換素子４の出力から、バイアス磁界による部分を除いて、紙葉類Ｓの磁性体による変化分のみを取り出すことができる。言い換えると、磁電変換素子４の出力のうちで、バイアス磁界による部分を基準点とし、紙葉類Ｓの磁性体による変化分をオフセットとして得るためのものである。

判定部３４では、増幅部３２の出力オペアンプＯＰ２の出力Ｖout-Ｄを読み取り、搬送路２で搬送される紙葉類Ｓの磁性体を検出し、紙葉類Ｓを識別する。

図４Ａ、図４Ｂは、図３の補正部３３によるオフセット調整の原理を説明した説明図である。
図４Ａの直線Ａ１の実線部分は、バイアス磁界を変化させたときの、ホール素子で構成された磁電変換素子４の出力を増幅部３２で増幅した出力電圧（オペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖout-Ｄ）の関係を示す。Ｒは増幅部３２の実際の出力範囲である。一点鎖線部分は、増幅部３２の出力範囲が実際よりも広いと仮定したときの、バイアス磁界とＶout-Ｄとの仮想的な関係を示す。実際に磁界発生部３が発生しているバイアス磁界に対応する増幅部３２の仮想出力電圧Ｖbiasは、紙葉類Ｓの磁性体によるバイアス磁界の変動分に対応する増幅部３２の出力電圧ΔＶ１に比べて圧倒的に大きい。そのため、ΔＶ１は増幅部３２の飽和出力に埋没して検出できない。

そこで、図４Ｂのように、磁気センサ装置１に紙葉類Ｓが存在しない状態で、磁電変換素子４の出力から補正部３３で調整した出力電圧Ｖoffを差し引いて、ＶbiasをＲ内の基準電圧Ｖ０まで引き下げる。その後、紙葉類Ｓが通過する時の増幅部３２の出力電圧を、ＶＯを基準とするオフセット値にすることにより、ΔＶ１に対応するΔＶ２を検出することができる。

判定部３４は、増幅部３２の出力を読み取り、搬送路２で搬送される紙葉類Ｓの磁性体を検出し、紙葉類Ｓを識別する。

図５は、紙葉類Ｓの一例を示す概念図である。この紙葉類Ｓには、例えば、飽和磁束密度の異なる３種類の磁性体ａ，ｂ，ｃが用いられている。以下に説明するように、このような紙葉類Ｓが磁気センサ装置１を通過するときにも、磁性体ａ，ｂ，ｃの磁束強度に対して磁電変換素子４で感磁した磁気量の出力を安定して得られる。

この例では、一部の数字が磁性体ａを含む磁気インクにより印刷されており、他の一部の数字が磁性体ｂを含む磁気インクにより印刷されている。また、幅方向Ｄ２に沿って、磁性体ｃを含む磁気インクによる印刷がなされている。ただし、紙葉類Ｓに印刷された磁性体パターンＭは、上記のようなパターンに限られるものではない。また、使用される磁性体ａ，ｂ，ｃも３種類に限られるものではなく、例えば２種類以下であってもよいし、４種類以上であってもよい。

図６Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ磁界中に磁性体ａ、ｂおよびｃを置いたときのＢ−Ｈカーブを示す。

図６Ａに示すように、磁性体ａは、磁界強度がＨａのときに飽和磁束密度Ｂａに達する。したがって、磁界強度がＨａより高くなっても、磁束密度はＢａからほとんど上昇しない。磁性体ｂと磁性体ｃについても同様である（図６Ｂ、図６Ｃ参照）。

各磁性体ａ，ｂ，ｃは、複数の磁電変換素子４によってそれぞれ検出されるが（図１０参照）、これらの磁電変換素子４は、すべてＨａ，Ｈｂ，Ｈｃのいずれよりも大きい磁界強度Ｈを有する共通のバイアス磁界中に設置されている。この磁界強度Ｈは、ほとんどの磁性体に対して１０^３Ｏｅ以上である。

バイアス磁界が、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃのいずれか、あるいはすべてよりも小さいときには、磁性体ａ，ｂ，ｃのいずれか、あるいはすべての磁束密度が飽和に達せず、図６Ａ、ＢおよびＣが示すように不安定な状態にある。これに対して、本実施形態のように、磁界強度Ｈを有するバイアス磁界を用いると、すべての磁性体が飽和磁束密度に達し、磁電変換素子４を感磁する磁気量の出力が安定する。

図７は、本発明の第２の実施形態を示す。この回路には、第１の実施形態を示す図３の判定部３４に不揮発性の記憶媒体を用いた記憶部３５が加えられている。なお、第１の実施形態と同一部分には同じ符号が付されている。一般に、磁電変換素子４の、磁束密度に対する出力の比例係数には、多少の個体差があり、出力にも個体差が生じることが知られている。また、磁界発生部３の性能にも個体差がある。本実施形態により、これらの影響が除かれ、磁性体の検出能力が安定に保持される。

はじめに、標準品として定めた紙葉類、もしくは紙葉類に代わる、例えば、磁気特性が一様で、安定している、特製の磁気印刷物である標準媒体を準備する（以下、標準品として定めた紙葉類も標準媒体に含める）。標準磁気センサ装置は、標準に定めたバイアス磁界の強度Ｈ１があらかじめ規定されており、出力が標準的な値、例えば、当該製品の平均的な値を有する標準磁電変換素子が用いられている。この標準媒体を、標準磁気センサ装置に搬送させたときの増幅部３２の出力を、判定部３４を介して記憶部３５に、標準出力（基準値）として記憶する。記憶部３５には、例えば、記録媒体として、Ｆlash Ｍemoryなどが用いられる。

つぎに、磁界発生部３と磁電変換素子４が標準磁電変換素子と異なる第２の磁気センサ装置を準備する。この装置に、上記の標準媒体を搬送したときの出力を媒体出力（理想出力基準値）とする。
この磁気センサ装置に紙葉類Ｓを搬送したときの出力を紙葉類出力とすれば、おなじ紙葉類Ｓを標準磁気センサ装置に搬送したときには、次式で算出される紙葉類補正出力が得られる。
紙葉類補正出力 ＝ 紙葉類出力×（標準出力 ／ 媒体出力）
つまり、任意の磁気センサ装置の出力を、標準磁気センサ装置の出力に換算することができる。上述の方法によって、磁界発生部３や磁電変換素子４の個体差の影響が除去され、紙葉類Ｓに含まれる磁性体を、標準磁気センサ装置の出力に補正することができる。
複数の磁電変換素子４が用いられている場合には、各磁電変換素子４ごとにバイアス出力を測定し、上式の紙葉類Ｓの補正出力を決定する。

図８は、本発明の第３の実施形態を示す。この回路には、第２の実施形態を示す図７の補正部３３のVoff出力を判定部３４が読み取れるようになっている。なお、第２の実施形態と同一部分には同じ符号が付されている。一般に、磁電変換素子４の、磁束密度に対する出力の比例係数には、多少の個体差があり、出力にも個体差が生じることが知られている。また、磁界発生部３の性能にも個体差がある。本実施形態により、これらの影響が除かれ、磁性体の検出能力が安定に保持される。

はじめに、標準磁気センサ装置は、標準に定めたバイアス磁界の強度Ｈ１があらかじめわかっており、出力が標準的な値、例えば、当該製品の平均的な値を有する標準磁電変換素子が用いられている。この標準磁気センサ装置の磁電変換素子４の出力のうちで、バイアス磁界の強度Ｈ１による部分を基準点にオフセットしたときの、補正部３３のＶｏｆｆ出力が、標準バイアス出力としてあらかじめ測定されている。

つぎに、磁界発生部３と磁電変換素子４が標準磁電変換素子と異なる第２の磁気センサ装置を準備する。この磁界発生部３によるバイアス磁界の強度Ｈ２による部分を基準点にオフセットしたときの、補正部３３のＶｏｆｆ出力を、バイアス出力とする。
この磁気センサ装置に紙葉類Ｓを搬送したときの出力を紙葉類出力とすれば、おなじ紙葉類Ｓを標準磁気センサ装置に搬送したときには、次式で算出される紙葉類補正出力が得られる。
紙葉類補正出力 ＝ 紙葉類出力×（標準バイアス出力／バイアス出力）
つまり、任意の磁気センサ装置の出力を、標準磁気センサ装置の出力に換算することができる。
上述の方法によって、磁界発生部３や磁電変換素子４の個体差の影響が除去され、紙葉類Ｓに含まれる磁性体を、標準磁気センサ装置の出力に補正することができる。
複数の磁電変換素子４が用いられている場合には、各磁電変換素子４ごとにバイアス出力を測定し、上式の紙葉類Ｓの補正出力を決定する。

本発明の第４の実施形態を示す図９では、第３の実施形態を示す図８にフィードバック制御部３６が追加されている。図１０Ａは、第３実施形態の増幅部３２からの出力信号Vout-Dと時間との関係の一例が示されている。一般的に磁気センサ装置１はスタートアップの時以外は常時紙葉類Ｓが搬送されているために、磁気センサ装置１に紙葉類Ｓが存在しない状態がわからない。そのため、補正部３３が磁電変換素子４の出力から、バイアス磁界による部分を取り除く時間がない。

例えば、図１０Ａには、フィードバック制御前の増幅部３２からの出力信号Vout-Dと時間との関係の一例が示されている。図１０Ａの一点鎖線で示すように、スタートアップの時から周囲温度などの環境変化がなければ、搬送路２を紙葉類Ｓが搬送されているときの増幅部３２からの出力電圧Vout-Dは、時間が経過してもほぼ一定で、磁性体のある場所を通過したときのみ出力ΔＶに変化が現れる。しかし、磁気センサ装置１が環境変化の要因により、例えば図１０Ａに実線で示すように、Vout-Dが飽和した場合には、磁性体のある場所を通過したときの出力が変化しない。本実施形態により、これらの影響が除かれ、磁性体の検出能力が安定に保持される。

フィードバック制御部３６は、オペアンプOP3、抵抗Rg、Rh、Ri、コンデンサCiを備える。オペアンプOP3の反転入力端子には増幅部３２からの出力Vout-Dが抵抗Rgを介して接続されている。非反転入力端子は基準電圧Ｖ０が接続されている。オペアンプOP3の出力端子は抵抗Rhを介して反転入力端子に接続されている。そして、抵抗Rhの抵抗値は、抵抗Rgの所定倍(例えば1倍)に設定されている。さらにOP3の出力端子には、抵抗Ri、コンデンサCiにて形成された遅延回路３７を経由してVout-Eが出力される。この遅延回路３７の遅延時間は搬送路２上で紙葉類Ｓ全体が磁気センサ装置１を通過する時間よりはるかに長い時間Ｔで設定された定数である。つまり、Vout-EはVout-DとVOの所定倍の差動出力を遅延時間Ｔにて増幅される。

ＳＷ（切替手段）はフィードバック制御部３６からの出力Vout-Eと基準電圧Ｖ０を切り替えるスイッチである。たとえば、磁気センサ装置１のスタートアップ時と通常時の二つのステータスに分け、スタートアップ時では、ＳＷを基準電圧Ｖ０に接続するよう切り替えることで、基準電圧Ｖ０を増幅部３２のオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続する。その後通常時では、ＳＷはフィードバック部の出力Vout-Eに接続するよう切り替えることで、フィードバック制御部３６からの出力Vout-Eを増幅部３２のオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続する。つまり、スタートアップ時では、オペアンプＯＰ２の出力端子Ｖout-Ｄは補正部３３にて基準電圧Ｖ０を変化させることによりオフセット調整を行い、通常時は、常にVout−Dは遅延時間Ｔ後には常にＶＯに固定するようにする。

図１０Ｂは、識別中のフィードバック制御部３６によるフィードバック制御の態様について説明するための図である。図１０Ｂの実線で示すように、例えばフィードバック部３６を設けても、フィードバック部３６に遅延時間Ｔを設けなければ、増幅部３２からの出力電圧Vout-DはＶＯに固定され、紙葉類Ｓを搬送しても増幅部３２の出力電圧Vout-Dは変化しない。

図１０Ｃは、識別中のフィードバック制御部３６によるフィードバック制御の態様について説明するための図である。フィードバック部３６に搬送路２を紙葉類Ｓが搬送される際に磁気センサ装置１を通過する時間Ｔ１を基準として、この時間Ｔ１よりもはるかに長い所定時間Ｔ２（例えば紙葉類Sが磁気センサ装置を通過する時間Ｔ１の５倍）の遅延時間を設けることで、経時変化が起こる所定時間Ｔ２以上では増幅部３２からの出力電圧Vout-DはＶＯに固定されるが、紙葉類Ｓが搬送されている時間Ｔ１内では、増幅部３２の出力信号Vout-DはＶＯに固定されず、磁電変換素子４からの変動出力を検出することができる。

なお、本実施形態ではスタートアップ時と通常時の二つのステータスに分けたが、この形態に限らず、例えば、紙葉類Ｓがない状態と紙葉類Ｓ検出中状態のステータスのように磁気センサ装置１に紙葉類Ｓが存在しない状態がわかればよい。

図１１は、第５の実施形態にかかわる磁気センサ装置１の構成を、搬送路２の上から見て、概略的に示す図である。なお、第１の実施形態を示す図２と同一部分には同じ符号を付している。

第５の実施形態は、紙葉類Ｓの搬送方向と直交する方向に、磁電変換素子４１、４２、４３、・・・を複数個配列して、紙葉類の幅方向に分布する磁性体の検出を同時に行うものである。永久磁石からなる磁界発生部３によって、すべての磁電変換素子に、１０^３Ｏｅ以上の磁界強度が一様に与えられる。すべての磁電変換素子に対して、図３、図７、図８あるいは図９に示した信号処理回路がそれぞれ設けられる。

図１１では、複数個のホール素子４１、４２、４３、・・・を磁界発生部３の長辺方向に一列に配設したが、これに限定されるものでなく、例えば、磁界発生部３の長辺方向に、千鳥状に配設してもよい。

その他の構成は第１の実施形態と同一であり、図１１におけるＤ１方向の断面図は図２と同様である。

以上説明したように、本発明によれば、磁電変換素子の基本単位として、従来のような複数の磁電変換素子の対ではなく、一つの磁電変換素子を用いて、磁界発生部や磁電変換素子の個体差、および環境変化の影響に対するこれらの個体差を適切に除いて、磁電変換素子の出力から、紙葉類の磁性体による部分のみを正確に取り出し、紙葉類に含まれるすべての磁性体を、高精度で安定して検出することができる。
さらには、これらの経時的な変化も適切に補正して、標準に定めた磁気センサ装置の出力に補正することができる。

１ 磁気センサ装置
２ 搬送路
２１ 上流搬送ローラー
２２ 下流搬送ローラー
２３ センサ対向ローラー
３ 磁界発生部
４、４１、４２、４３、・・・ 磁電変換素子
５ 保護カバー
６ ケース
７ 検知部
３１ 電源部
３２ 増幅部
３３ 補正部
３４ 判定部
３５ 記憶部
３６ フィードバック制御部
３７ 遅延回路

Claims (8)

1. 搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置であって、
   前記搬送路における前記紙葉類の搬送方向に対して直交する平面のうち、任意の方向にバイアス磁界を発生させる磁界発生部と、
   前記バイアス磁界の中にあって、前記搬送路と前記磁界発生部の間に設けられた、前記バイアス磁界と同一方向の磁界強度を検出する磁電変換素子と、
   前記磁電変換素子の出力値をオフセットで表すために、その基準点を与えるための補正部と、
   前記磁電変換素子の出力信号と前記補正部の出力信号を入力して、これらの差動出力を増幅する増幅部と、
   前記増幅部からの出力値に基づいて紙葉類に含まれる磁性体の特性を判定する判定部と、
   前記増幅部からの出力値が前記基準点になるように、前記増幅部からの出力値を増幅部の入力にフィードバックするフィードバック制御部と、
   前記フィードバック制御部と前記補正部を切り替えて前記増幅部に入力する切替手段とを備え、
   前記フィードバック制御部により、前記増幅部からの出力値が前記基準点になるフィードバック時間は、紙葉類全体が前記磁気センサ装置を通過する時間よりも長い遅延時間を有することを特徴とする磁気センサ装置。
2. 磁電変換素子が、ホール素子である請求項１記載の磁気センサ装置。
3. 前記磁界発生部は、前記紙葉類が通過する前記磁電変換素子上の前記搬送路で、１０ ^３ Ｏｅ以上の磁界強度を発生する請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記補正部は、ＤＡコンバータにより任意の出力を与える請求項１〜３のいずれかに記載の磁気センサ装置。
5. 前記磁電変換素子の出力値を所定のバイアス磁界の基準点に与えたときの前記補正部の出力と紙葉類が搬送されていないときの前記補正部の出力との比で補正する手段を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気センサ装置。
6. あらかじめ既知の磁性体の含まれた基準媒体が搬送されたときの前記磁電変換素子からの出力値から基準値を算出して記憶する記憶部を備え、
   紙葉類が搬送されているときの前記増幅部からの出力値を
   前記記憶部で記憶された既知の基準媒体の基準値と
   前記既知の基準媒体の理想出力基準値との比で
   補正する手段を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気センサ装置。
7. 前記磁電変換素子は磁界強度に対して直線的に変化することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気センサ装置。
8. 前記磁電変換素子は、前記搬送路における紙葉類の搬送方向に対して直交する方向に複数並べて配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁気センサ装置。

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