(57)【要約】【課題】パターン分解能が高く、特性の安定した磁気識別センサ及びそれを用いた磁気識別装置を提供する。【解決手段】表面に磁気量分布を有する媒体９０に磁界を印加する磁石１０と、磁石１０のＮＳ方向を法線とし、磁石１０のＮＳ軸と交わる平面上に配置された磁界検出素子３０を具備する。そして、磁石１０の極性に対して逆極性で、媒体９０の移動方向に沿うように磁石１０に隣接して補助磁石２０を配置する。また、補助磁石２０と媒体９０の移動平面との距離を磁石１０と媒体９０の移動平面との距離より大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気量分布を有する媒体に磁界を印加する磁石と、前記磁石のＮＳ方向を法線とし、且つ、前記磁石のＮＳ軸と交わる平面上に配置された磁界検出素子とを有する磁気識別センサであって、
前記磁石の極性に対して逆極性で、且つ、前記媒体の移動方向に沿うように前記磁石に隣接して補助磁石を配置したことを特徴とする磁気識別センサ。
【請求項２】
前記補助磁石と前記媒体の移動平面との距離は、前記磁石と前記媒体の移動平面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気識別センサ。
【請求項３】
前記磁石と補助磁石は、前記媒体の移動方向に対して直交する方向に延長して配置され、前記磁界検出素子は前記直交する方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気識別センサ。
【請求項４】
前記磁界検出素子は、その磁界検出方向が前記媒体の移動方向に対して直交する方向に配置され、前記磁界検出素子の両側に、それぞれ磁石とその磁石を挟む２つの補助磁石が前記磁石の極性に対して逆極性で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気識別センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気識別センサと、
参照信号を記憶する手段と、
前記磁気識別センサにより検出された前記媒体の磁気量分布の検出信号と前記参照信号とを比較して前記媒体を識別する手段と、
を有することを特徴とする磁気識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有価証券や紙幣等、磁気インク等の磁性材料を含有する媒体の磁気量分布を検出する磁気識別センサ及びそれを用いた磁気識別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気インク等の磁性材料を含有する媒体を識別または鑑別するセンサとして、磁気ヘッドや磁気抵抗素子を用いたものが知られている。これに対して、本願発明者は、特許文献１で磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子等の高感度な磁界検出素子を用いた磁性体検出センサを提案している。
【０００３】
このセンサは磁石のＮＳ極の中央付近に磁界検出素子を配置することで、高々数十エルステッドの検出磁界範囲しか持たない高感度な磁界検出素子を有効に動作させることが可能である。
【特許文献１】特開２００６−１８４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、磁石の一方の磁極に媒体を近接して検出するため、媒体に加わる磁界の拡がりが大きく、磁界検出素子は広範囲に発生した磁化の磁界を同時に検出してしまう。このため、磁気インクで描画された媒体等の磁気量分布を検出する際にパターン分解能が低いという課題がある。
【０００５】
磁界の広がりを抑えるには、磁気シールドで囲う方法が容易に考えられるが、この方法ではシールド材の透磁率の温度特性や設置誤差に伴う磁界分布の変化が問題となる。即ち、磁界検出素子に加わるバイアス磁界の変化や媒体に加わる磁界分布の変化により、センサの特性に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、パターン分解能が高く、特性の安定した磁気識別センサ及びそれを用いた磁気識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、磁気量分布を有する媒体に磁界を印加する磁石と、前記磁石のＮＳ方向を法線とし、且つ、前記磁石のＮＳ軸と交わる平面上に配置された磁界検出素子とを有する磁気識別センサであって、前記磁石の極性に対して逆極性で、且つ、前記媒体の移動方向に沿うように前記磁石に隣接して補助磁石を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、媒体に加わる磁界の拡がりを抑えられ、検出の寄与が大きい媒体の表面に平行な磁化の発生する領域を狭めることができる。そのため、パターン分解能の高い磁気識別センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、発明を実施するための最良の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る磁気識別センサの一実施形態を示す図である。なお、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は上から見た図であり、図１（ｃ）は横から見た図である。本発明に係る磁気識別センサ１は、例えば、有価証券や紙幣等、磁気インク等の磁性材料を含有する媒体の磁気量分布を検出するのに用いられる。
【００１０】
図１（ａ）に示すように磁石１０のＮＳ方向を法線とする平面上に磁界検出素子３０が配置され、磁石１０と逆極性の補助磁石２０が磁石１０と隣接して配置されている。磁石１０は表面に磁気量分布を有する媒体９０に対して磁界を印加する。補助磁石２０は後述するようにパターン分解能を向上させるものである。
【００１１】
磁気パターンを有する媒体９０は、磁界検出素子３０が配置された平面と平行に磁石１０の一方の磁極に近接して図１（ａ）のＤ方向に移動し、磁界検出素子３０によって磁気量分布を検出する。磁界検出素子３０は磁石１０のＮＳ方向を法線とし、磁石１０のＮＳ軸と交わる平面上に配置されている。磁石１０及と補助磁石２０は、同じ温度特性を持つように同じ材質の磁石であることが好ましいが、異なる材質であっても良い。
【００１２】
磁界検出素子３０は、基板４０上にミアンダ状の磁性膜５０が形成され、その両端に電極６０が形成されている。磁界検出素子３０は高周波電流を印加することで磁気インピーダンス素子として動作する。磁界検出素子３０の磁界検出方向は図１のＥ方向である。磁界検出素子３０はこれに限定されるものではなく、薄膜コイルを積層した直交フラックスゲート素子等も好適に用いることが可能である。
【００１３】
次に、本発明により分解能が向上する理由を説明する。以下の説明で使用する座標軸は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように定義する。ｘ軸は、媒体９０の移動方向Ｄに平行で、媒体９０面上にあり、磁石１０のＮＳ軸の延長線と交わる。原点Ｏは、磁石１０の磁界検出素子３０側の側面を含む面とｘ軸の交点にとる。ｙ軸は媒体９０の面内、ｚ軸は媒体９０の面に垂直とする。
【００１４】
また、説明の為の一例として、磁石１０のｘ方向の大きさが１ｍｍ程度の場合を扱うが、以下の説明はこの大きさに依存するものではなく、分解能向上の効果が得られる条件を限定しているものではない。また、磁石の形成する磁界の大きさや、グラフ上に現れる数値も一例であり、これらに限定されることなく、本発明の効果が得られる。
【００１５】
図２及び図３は補助磁石２０の有無による媒体９０上の発生磁化の分布、磁界の拡がり、磁界検出素子３０の検出信号を示す。図２は補助磁石が無い場合、図３は補助磁石がある場合の媒体９０上の発生磁化の分布、磁界の拡がり等を示す。
【００１６】
補助磁石２０が無い場合には、図２（ｂ）に示すような磁界が媒体９０に加わる。ここで、グラフの横軸は媒体９０上の位置ｘ［ｍｍ］であり、縦軸は媒体９０の面上に形成される磁界の大きさＨｘ（ｘ）［Ｏｅ］、及び、Ｈｚ（ｘ）［Ｏｅ］である。グラフの実線はｘ方向の磁界Ｈｘの分布、破線はｚ方向の磁界Ｈｚの分布である。この磁界分布により、媒体９０上の磁性材料を含有する位置では図２（ａ）に示すような磁化が生じる（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２等の矢印は磁化示す）。
【００１７】
図２（ｃ）は図４に示すストライプ状の磁気インクパターン９１を有する媒体９０を、図２（ａ）のＤ方向に移動させた場合の磁界検出素子３０の検出信号を示す。図４の例では、媒体の中央付近に幅２ｍｍのストライプパターン９１が形成されている。図２（ｃ）のグラフの横軸は、ストライプパターン９１の位置ｘｍ［ｍｍ］である。ｘｍは、図１（ｃ）に示すようにｘ軸上のストライプパターン９１の位置として定義される。
【００１８】
図２（ｃ）の縦軸は磁界検出素子３０のインピーダンス変化に応じた出力電圧Ｖｏｕｔ［μＶ］であるが、その数値は磁界検出素子の感度や駆動回路に依存するものであり、あくまでも一例である。ストライプパターン９１には媒体９０の移動に伴って図２（ａ）に示すようにＭ２、Ｍ１、Ｍ０、…の磁化が順次生じる。それらの磁界の磁界検出方向（Ｅ方向）成分が磁界検出素子３０により検出され、図２（ｃ）に示す検出信号が得られる。
【００１９】
これに対して、磁石１０に隣接して補助磁石２０を有する場合には、補助磁石２０の磁力と寸法を最適に設定することにより、媒体９０上の磁界分布は図３（ｂ）に示すようになり、磁石１０に対して補助磁石２０側の磁界の拡がりを抑えることができる。ここで、グラフの縦横軸、及び、実線、破線の定義は、図２と同様である。
【００２０】
この時、媒体９０に発生する磁化は図３（ａ）に示すようになり、磁化の発生する範囲を狭めることが可能となる。図３（ａ）に矢印で示すＭ２’、Ｍ１’、Ｍ０’等は磁化を示すものである。
【００２１】
また、シート状の媒体の場合には、媒体に垂直方向の磁化は磁気モーメントが非常に小さく、磁界検出素子３０から遠ざかるに従ってそれの発生する磁界は急激に減衰する。このため、図３（ａ）の磁化Ｍ２’から磁界検出素子３０に加わる磁界は小さく、Ｍ２’の磁化は殆ど検出されない。
【００２２】
本実施形態では、磁石１０に隣接して補助磁石２０を配置することにより、磁化の発生する範囲を狭めると同時に磁界検出素子３０による検出範囲も狭めることができる。図３（ｃ）は図４の媒体９０を図１の磁界検出素子３０で検出した検出信号を示す。ここで、グラフの書式は図２と同様である。図３（ｃ）の検出信号は、図２（ｃ）の検出信号に比べて同じパターンの検出が狭い範囲で行われていることを示す。つまり、図３（ｃ）に矢印で示す範囲が図２（ｃ）に矢印で示す範囲に比べて狭くなっている。
【００２３】
図５は本発明の磁気識別センサの他の実施形態を示す斜視図である。図５では図１と同一部分には同一符号を付している。図５（ａ）は補助磁石２０の位置を媒体９０から遠ざかる方向にずらした実施形態を示す。即ち、本実施形態の磁気識別センサ２においては補助磁石２０と媒体１０の移動平面との距離が磁石１０と媒体９０の移動平面との距離よりも大きくなっている。磁石１０と補助磁石２０との極性は、図１の実施形態の場合と同様に逆極性である。
【００２４】
図５（ａ）の実施形態では、補助磁石２０の位置を最適化することで、図１と同様に磁界の拡がりを抑えることができる。図５（ａ）の構成では補助磁石２０に磁石１０と同じものを用いることができるメリットがある。即ち、図１の構成では所望の磁界分布を得るには補助磁石２０の形状を磁石１０とは異なるものにする必要があるが、図５（ａ）のように２つの磁石をずらして配置すれば、同じ形状・材質の磁石を用いても所望の磁界分布が得られる。
【００２５】
図５（ｂ）は図５（ａ）の構成を媒体９０の移動方向（Ｄ方向）と直交する方向に連続的に延長した実施形態を示す。本実施形態の磁気識別センサ３は磁界検出素子３０もその移動方向（Ｄ方向）と直交する方向に複数配置されている。磁石１０と補助磁石２０は図１と同様に逆極性に配置されている。図５（ｂ）の実施形態では、媒体全体の磁気量分布を漏れなく検出することが可能となる。また、磁石１０の形状が細長くなるため、図１の補助磁石２０を延長した形状では脆く、取り扱いが難しくなる。図５（ｂ）の構成では補助磁石２０の磁石１０とのずれ量を調整するのが好ましい。
【００２６】
図５（ｃ）は媒体９０の移動方向と直交する方向に磁界検出素子３０の磁界検出方向（Ｅ方向）を向けた場合の実施形態を示す。図５（ｃ）の磁気識別センサ４では、磁石１０の両側に補助磁石２０、２２が配置され、磁石１１の両側に２１、２３が配置されている。つまり、磁界検出素子３０の両側に、それぞれ磁石とそれを挟む２つの補助磁石が配置されている。一方の磁石１０に隣接する補助磁石２０と２２は磁石１０の極性に対して逆極性である。他方側の磁石１１に隣接する補助磁石２１と２３も磁石１１の極性に対して逆極性である。
【００２７】
図７はこの図５（ｃ）の構成で媒体９０に発生する磁化分布のイメージと、媒体９０に加わる磁界分布、及び磁界検出素子３０の出力信号を示す。図７（ａ）は図５（ｃ）を上から見た図、図７（ｂ）は媒体９０に加わる磁界分布、図７（ｃ）は磁界検出素子３０の検出信号を示す。
【００２８】
また、図７との比較として、図６は補助磁石が無い場合の磁化分布のイメージ等を示す。図６（ａ）は補助磁石が無い場合の上から見た図、図６（ｂ）は媒体９０に加わる磁界分布、図６（ｃ）は磁界検出素子３０の検出信号を示す。媒体９０には図４のものを用いるものとする。図６、及び、図７の書式は図２と同様であり、座標軸の方向も同様であるが、座標系の原点は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）のように磁石１０と１１のＮＳ軸の中線上に定義している。
【００２９】
検出に最も寄与する磁界検出方向（Ｅ方向）の磁界Ｈｙ（ｘ）の拡がりは、図６（ｂ）と比較して図７（ｂ）では大幅に狭まっている。これに伴って、発生する磁化も図６（ａ）に比較して図７（ａ）では磁界検出素子３０の近傍のみに範囲が狭くなっており、図４の媒体のストライプパターンの検出は図６（ｃ）に比較して図７（ｃ）では短い範囲で検出が完了していることが分かる。
【００３０】
図８は図５（ｂ）の磁気識別センサをケース内に収納して実際の完成品とした場合の一例を示す。図５（ｂ）の構成に加えてシールド７０とプレート８０が設置されている。磁石１０及び補助磁石２０は同形状で、高さ１．７×幅１．０×奥行き４０ｍｍの細長い形状の磁石であり、フェライトの焼結磁石を用いている。
【００３１】
補助磁石２０は磁石１０に対して媒体９０から離れる方向に０．６ｍｍ移動した位置に配置され、媒体９０に加わる磁界の拡がりを最適に抑えている。磁界検出素子３０はチタン酸カルシウムのセラミック基板上にＦｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性膜がミアンダパターンに形成され、それの両端にＣｕの電極が形成されている。
【００３２】
磁界検出素子３０は図９の駆動回路に接続され、高周波電流を印加することで磁気インピーダンス素子として動作する。磁界検出素子３０にはバイアス磁界として磁石１０と補助磁石２０の作る合成磁界が加わっている。シールド７０には、例えば、コの字形に成形されたパーマロイ板が用いられ、媒体９０が接触するプレート８０には、例えば、ＳＵＳ板に無電解Ｎｉメッキを施したものが用いられる。プレート８０は図９の駆動回路１００の接地部に接続されている。
【００３３】
図１０（ａ）は図８の構成での検出信号を示す。この例では、図１０（ｃ）に示す媒体９０を一定の速度で移動させて、２つのストライプパターン９１を検出したものである。グラフの横軸は時間（×１０ｍｓ）であり、縦軸は図９の駆動回路の出力Ｖｏｕｔ［ｍＶ］である。また、図１０（ｂ）は図８の構成で補助磁石２０が無い場合の検出信号を示す。グラフの書式は図１０（ａ）と同様である。図１０（ｂ）では２本のパターンを分解できないのに対して図１０（ａ）の本発明の磁気識別センサによる検出では２本のパターンを分解できている。
【００３４】
図１１は本発明の磁気識別センサを用いた磁気識別装置の一実施形態を示す。媒体９０の検出には図１または図５の磁気識別センサが用いられ、センサ駆動回路１００には、例えば、図９の回路が用いられる。センサ駆動回路１００の出力信号はＡ／Ｄ変換器１０１でＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ１０２に取り込まれる。
【００３５】
ＣＰＵ１０２では、Ａ／Ｄ変換器１０１からの磁気識別センサで検出された媒体の磁気量分布の検出信号と、予め記憶手段としてのメモリ１０３に記憶された参照信号とを比較し、その比較結果に基づいて判定信号を出力する。本発明の磁気識別センサはパターン分解能が高いため、より詳細な磁気量分布を検出することができ、媒体の種別や真偽判定を高精度で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る磁気識別センサの一実施形態を示す図である。
【図２】補助磁石が無い場合の媒体上の磁化分布、磁界の拡がり、磁界検出素子の検出信号を示す図である。
【図３】本発明の場合の媒体上の磁化分布、磁界の拡がり、磁界検出素子の検出信号を示す図である。
【図４】媒体の一例を示す平面図である。
【図５】本発明の磁気識別センサの他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５（ｃ）の構成で補助磁界が無い場合の媒体に発生する磁化分布、媒体に加わる磁界分布、磁界検出素子の検出信号を示す図である。
【図７】図５（ｃ）の構成で媒体に発生する磁化分布、媒体に加わる磁界分布、磁界検出素子の検出信号を示す図である。
【図８】本発明の磁気識別センサをケースに収納して完成品とした場合の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の磁気識別センサの駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１０】図８の構成で補助磁界がある場合と無い場合で磁気識別センサの出力波形を比較して示す図である。
【図１１】本発明の磁気識別センサを用いた磁気識別装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図６、図７の座標系の原点を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１〜４  磁気識別センサ
９    磁気識別装置
１０、１１  磁石
２０〜２３  補助磁石
３０  磁界検出素子
４０  基板
５０  磁性膜
６０  電極膜
７０  シールド
８０  プレート
９０  媒体
９１  磁性材料
１００  駆動回路
１０１  Ａ／Ｄ変換器
１０２  ＣＰＵ
１０３  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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