磁気パターン検出装置
【課題】磁気センサ素子の切替え時に発生するノイズの乗った信号が、磁気パターンの検出に用いられることを低減できる磁気パターン検出装置を提供すること。
【解決手段】複数の磁気センサ素子４０を順次に切り替えるチャンネル切り替え動作を行いながら媒体２の磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置１は、各磁気センサ素子４０から順次に出力される検出信号を時系列検出信号に合成して増幅する増幅部７０と、増幅部７０から出力される時系列検出信号に基づいて磁気パターンを検出する磁気パターン検出部１００を備える。増幅部７０と磁気パターン検出部１００はアナログスイッチ１０１により接続されており、アナログスイッチ１０１は各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点を含む所定時間オフ状態にされる。この結果、時系列検出信号において、チャンネル切り替えに起因するノイズが含まれている期間がマスクされる。
【解決手段】複数の磁気センサ素子４０を順次に切り替えるチャンネル切り替え動作を行いながら媒体２の磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置１は、各磁気センサ素子４０から順次に出力される検出信号を時系列検出信号に合成して増幅する増幅部７０と、増幅部７０から出力される時系列検出信号に基づいて磁気パターンを検出する磁気パターン検出部１００を備える。増幅部７０と磁気パターン検出部１００はアナログスイッチ１０１により接続されており、アナログスイッチ１０１は各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点を含む所定時間オフ状態にされる。この結果、時系列検出信号において、チャンネル切り替えに起因するノイズが含まれている期間がマスクされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体が取り付けられた物体や磁気インクで印刷が施された紙幣等といった媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性体が取り付けられたカード等の物体や、磁気インクで印刷が施された紙幣等の媒体から磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置では、媒体を着磁位置および読取位置をこの順番で経由する媒体搬送経路に沿って搬送し、着磁位置でマグネットによる媒体の着磁を行い、読取位置で媒体が通過する際の磁束変化を磁気センサ素子で検出し、磁気センサ素子から出力された検出信号を信号処理部で信号処理している。
【０００３】
特許文献１に記載の磁気パターン検出装置は媒体の通過方向と直交する方向に複数の磁気センサ素子を搭載しており、これらの磁気センサ素子を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えて、媒体の磁気パターンを検出する。各磁気センサ素子はバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するものであり、バイアス磁界を発生させるための励磁コイルと、磁気パターンを検出するための検出コイルを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、複数の磁気センサ素子を搭載している多チャンネル型の磁気パターン検出装置では、各磁気センサ素子の励磁コイルを励磁するための励磁信号を増幅するためのアンプと、各磁気センサ素子のそれぞれから出力された検出信号を増幅するためのアンプのそれぞれが磁気センサ素子の数だけ必要となるので、装置の製造コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、励磁信号を増幅するためのアンプを１つとして、マルチプレクサを介してアンプと複数の磁気センサ素子を接続することにより、単一チャンネルの励磁信号を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割し、各磁気センサ素子の励磁コイルを対応するチャンネルの分割励磁信号によって励磁することが考えられる。また、検出信号を増幅するためのアンプを１つとして、このアンプと複数の磁気センサ素子をマルチプレクサを介して接続することによって、各磁気センサ素子の検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えながら合成し、しかる後に増幅して、単一チャンネルの時系列検出信号を出力することが考えられる。しかし、チャンネル切り替えを行いながら磁気センサ素子の励磁コイルを励磁すると、チャンネル切替え時に生じるノイズが時系列検出信号に乗り、磁気パターン検出部に入力されるという問題がある。時系列検出信号にノイズが含まれると、磁気パターン検出部による媒体の磁気パターンの検出精度の低下を招く。
【０００７】
本発明の課題は、上記の問題点に鑑みて、複数のチャンネルを切り替えて用いる場合に、切替え時に発生するノイズの乗った信号が磁気パターンの検出に用いられることを回避或いは低減することができる磁気パターン検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、
単一チャンネルの励磁信号を発生する励磁信号発生部と、
前記単一チャンネルの励磁信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する信号時分割部と、
励磁コイルおよび検出コイルを備えた磁気センサ素子が前記多チャンネルに対応する個数分配置されており、各磁気センサ素子の前記励磁コイルが対応するチャンネルの前記分割励磁信号によって励磁される多チャンネルの磁気検出部と、
前記磁気検出部の各磁気センサ素子の前記検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を、前記一定のタイミングおよび前記一定の順次で切り替えながら合成して単一チャンネルの時系列検出信号を出力する信号合成部と、
前記時系列検出信号に基づいて前記磁気検出部を通過する媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部と、
前記信号合成部から前記磁気パターン検出部に対する前記時系列検出信号の供給路を遮断するためのアナログスイッチと、
前記時分割励磁信号による各磁気センサ素子の前記励磁コイルの励磁開始時点において、当該励磁開始時点を含む所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えて前記供給路を遮断するスイッチ制御部とを有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、信号合成部から磁気パターン検出部に入力される時系列検出信号は、チャンネル切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性が高い期間、すなわち、磁気センサ素子の励磁コイルの励磁開始時点を含む所定の時間がアナログスイッチのオフ状態によってマスクされる。従って、チャンネル切替え時に発生するノイズが乗った時系列検出信号が、磁気パターン検出部に入力されて信号処理されることを回避或いは低減できる。よって、媒体の磁気パターンを精度よく検出できる。
【００１０】
本発明において、前記信号時分割部は、前記励磁信号を増幅する１つの第１アンプと、前記第１アンプからの出力を分割して前記時分割励磁信号を生成する第１マルチプレクサとを備えており、前記信号合成部は、多チャンネルの前記検出信号を合成する第２マルチプレクサと、前記第２マルチプレクサからの出力を増幅して前記時系列検出信号として出力する１つの第２アンプを備えていることが望ましい。このようにすれば、１つのアンプで励磁信号を増幅することが可能となる。また、１つのアンプで時系列検出信号を増幅することが可能となる。従って、装置の製造コストを抑えることができる。
【００１１】
本発明において、前記励磁信号は、交番電流であり、各磁気センサ素子の前記励磁コイルの前記励磁開始時点は、前記交番電流がゼロクロスするゼロクロス時点であり、前記スイッチ制御部は、前記励磁開始時点と一致する第１のゼロクロス時点と、当該第１のゼロクロス時点の次に前記交番電流がゼロクロスする第２のゼロクロス時点を含む前記所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えることが望ましい。交番電流である励磁電流がゼロクロスするゼロクロス時点でチャンネルを切り替えれば、切り替えられた磁気センサ素子の励磁コイルにおいて励磁電流が急峻に流されることがないので、切り替え時に発生するノイズを抑制することができる。また、チャンネル切り替え時に発生するノイズの大きさは電流変化の時間微分に比例するので、電流変化の小さいゼロクロス時点でチャンネルを切り替えれば、ノイズを小さく抑えることができる。また、信号合成部から磁気パターン検出部へ出力される時系列検出信号を交番電流が２回ゼロクロスする時点を含むようにマスクすれば、時系列検出信号においてチャンネルの切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性の高い期間を確実にマスクできる。
【００１２】
本発明において、ソフトウエア割り込みによって定期的に生成される切替制御信号を出力する切替制御信号出力部と、ハードタイマと、前記切替制御信号および前記ハードタイマのタイマ信号に基づいて、前記信号時分割部および前記信号合成部において各チャンネルを切り替えるための切替信号を出力する同期出力部とを有しており、前記同期出力部は、前記切替制御信号が出力されると、前記切替制御信号を記憶保持し、しかる後に、前記切替信号として前記タイマ信号に同期させた前記切替制御信号を前記信号時分割部および前記信号合成部に出力することが望ましい。このようにすればチャンネル切り替えのための切替信号を、資源が限られているハードタイマを消費することなく生成することができる。また、ソフトウエア割り込みにより生成された切替制御信号がそのまま信号時分割部および信号合成部のチャンネルを切り替えるための切替信号とした場合には、他の処理の影響によって切替制御信号の生成に遅延が生じ、所定タイミングでチャンネルを切り替えられずジッタが発生することがあるが、生成された切替制御信号は、ハードタイマのタイマ信号に基づいて動作する同期出力部を介して信号時分割部および信号合成部に入力されるので、各チャンネルをタイマ信号に基づく一定のタイミングで確実に切り替えることができる。また、チャンネル切替動作にジッタが発生しないので、ノイズの発生も抑制できる。
【００１３】
本発明において、前記アナログスイッチがオフに切り替えられている間、前記供給路の電位を０にクランプするクランプ部を有していることが望ましい。このようにすれば、アナログスイッチがオフ状態となり、増幅部と磁気パターン検出部との間が電気的に遮断状態となったときに、磁気パターン検出部への入力がフローティングとなることを回避できる。また、電位を０にクランプすることにより、磁気パターン検出部への入力をノイズ発生が無い状態と同一のレベルにすることができる。
【００１４】
本発明において、各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れていることが望ましい。このようにすれば、２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子の検出コイルから同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算させて異常値が出力されることを回避できる。また、磁気センサ素子が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。
【００１５】
本発明において、順次に励磁される前記励磁コイルを備える２つの前記磁気センサ素子は、同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力し、各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なっていることが望ましい。このようにすれば、時分割励磁信号の重なり期間によって２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁された状態となると、２つの磁気センサ素子の検出コイルから逆極性の検出信号が出力され、これらの検出信号が打ち消しあう。従って、異常値の出力やノイズの発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アナログスイッチの動作によって、チャンネルの切り替え時に発生するノイズの乗った検出信号が、信号合成部を介して磁気パターン検出部に入力されることを回避或いは低減できる。従って、多チャンネル型の磁気パターン検出装置によって媒体の磁気パターンを精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の磁気パターン検出装置の構成を示す説明図である。
【図２】磁気パターン検出装置が搭載する磁気センサ装置の説明図である。
【図３】磁気センサ装置に用いた磁気センサ素子の説明図である。
【図４】磁気パターン検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】チャンネル切り替え動作のタイムチャートなどである。
【図６】媒体に形成される各種磁気インクの特性等を示す説明図である。
【図７】磁気パターン検出装置において種類の異なる磁気パターンが形成された媒体から磁気パターンの有無を検出する原理を示す説明図である。
【図８】各時分割励磁信号の間を一定時間空けた場合の検出波形の説明図である。
【図９】各時分割励磁信号の間を励磁信号の１周期分の時間空けた場合の説明図である。
【図１０】各時分割励磁信号を一定時間重ねた場合の検出波形の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気パターン検出装置を説明する。
【００１９】
（全体構成）
図１は、本発明に係る磁気パターン検出装置の構成を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、磁気パターン検出装置の要部構成を模式的に示す説明図、および断面構成を模式的に示す説明図である。
【００２０】
図１に示す磁気パターン検出装置１は、銀行券、有価証券等の媒体２から磁気を検知して真偽判別や種類の判別を行なう装置であり、ローラやガイド（図示せず）等によってシート状の媒体２を媒体移動路１１に沿って移動させる搬送装置１０と、この搬送装置１０による媒体移動路１１の途中位置で媒体２から磁気を検出する磁気センサ装置２０とを有している。本形態において、ローラやガイドは、アルミニウム等といった非磁性材料から構成されている。本形態において、磁気センサ装置（磁気検出部）２０は、媒体移動路１１の下方に配置されているが、媒体移動路１１の上方に配置されることもある。いずれの場合も、磁気センサ装置２０は、センサ面２１を媒体移動路１１に向けるように配置される。
【００２１】
媒体２には、媒体２の移動方向Ｘに延在する細幅の磁性領域２ａに磁気インクによって磁気パターンが付されており、かかる磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気インクによる形成されている。例えば、媒体２には、ハード材を含む磁気インキにより印刷された第１の磁気パターンと、ソフト材を含む磁気インキにより印刷された第２の磁気パターンとが形成されている。そこで、本形態の磁気パターン検出装置１は、媒体２における磁気パターン毎の有無を残留磁束密度レベルおよび透磁率レベルの双方に基づいて検出する。また、本形態において、かかる２種類の磁気パターンの検出を行なうための磁気センサ装置２０は共通である。
【００２２】
（磁気センサ装置の構成）
図２は、本発明に係る磁気センサ装置２０の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置２０における磁気センサ素子の等のレイアウトを示す説明図、および磁気センサ素子の向きを示す説明図である。
【００２３】
図１および図２（ａ）に示すように、磁気センサ装置２０は、媒体２に磁界を印加する磁界印加用磁石３０と、磁界を印加した後の媒体２にバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する磁気センサ素子４０と、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０を覆う非磁性のケース２５とを備えている。磁気センサ装置２０は、媒体移動路１１と略同一平面を構成するセンサ面２１と、センサ面２１に対して媒体２の移動方向の両側に連接する斜面部２２、２３とを備えており、かかる形状は、ケース２５の形状によって規定されている。
【００２４】
磁気センサ装置２０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向に延在しており、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向に複数、配列されている。本形態において、磁気センサ装置２０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向のうち、移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに延在しており、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０は、移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに複数、配列されている。
【００２５】
本形態において、磁界印加用磁石３０は、磁気センサ素子４０に対して媒体２の移動方向の両側に磁界印加用第１磁石３１と磁界印加用第２磁石３２として配置されており、矢印Ｘ１で示す媒体２の移動方向に沿って、磁界印加用第１磁石３１、磁気センサ素子４０および磁界印加用第２磁石３２がこの順に配置されている。また、矢印Ｘ２で示す媒体２の移動方向に沿って、磁界印加用第２磁石３２、磁気センサ素子４０および磁界印加用第１磁石３１がこの順に配置されており、媒体２が矢印Ｘ１で示す方向および矢印Ｘ２で示す方向のいずれの方向に移動した場合でも、媒体２の磁気特性を検出することができる。ここで、磁気センサ素子４０は、磁界印加用第１磁石３１と磁界印加用第２磁石３２との中間位置に配置されており、磁界印加用第１磁石３１との磁気センサ素子４０との離間距離と、磁界印加用第２磁石３２と磁気センサ素子４０との離間距離が等しい。なお、磁界印加用第１磁石３１、磁気センサ素子４０および磁界印加用第２磁石３２はいずれも、媒体２の移動方向で重なる位置に配置されている。
【００２６】
本形態において、磁界印加用磁石３０（磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２）は、フェライトやネオジウム磁石等の永久磁石３５を備えている。磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２のいずれにおいても、永久磁石３５は、センサ面２１に位置する側と、センサ面２１が位置する側とは反対側とが異なる極に着磁されている。永久磁石３５において、センサ面２１の側に位置する面が媒体２に対する着磁面３５０として機能する。
【００２７】
磁界印加用磁石３０に用いた複数の永久磁石３５はいずれも、サイズや形状は同一であるが、各々は、以下の向きに配置されている。まず、磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２のいずれにおいても、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙで隣り合う永久磁石３５同士は、互いに反対の向きに着磁されている。すなわち、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに配列された複数の永久磁石３５のうち、１つの永久磁石３５は、媒体移動路１１側に位置する端部がＮ極に着磁され、媒体移動路１１側とは反対側に位置する端部はＳ極に着磁されているが、この永久磁石３５に対して媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙで隣り合う永久磁石３５は、媒体移動路１１側に位置する端部がＳ極に着磁され、媒体移動路１１側とは反対側に位置する端部はＮ極に着磁されている。なお、本形態では、媒体２の移動方向で対向する磁界印加用第１磁石３１の永久磁石３５と磁界印加用第２磁石３２の永久磁石３５とは、磁気センサ素子４０を挟んで異なる極が対向している。但し、媒体２の移動方向で対向する磁界印加用第１磁石３１の永久磁石３５と磁界印加用第２磁石３２の永久磁石３５とは、磁気センサ素子４０を挟んで同じ極が対向するように配置されることもある。
【００２８】
（磁気センサ素子の構成）
図３は、本発明に係る磁気センサ装置２０に用いた磁気センサ素子４０の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁気センサ素子４０の正面図、この磁気センサ素子４０に対する励磁波形の説明図、および磁気センサ素子４０からの出力信号の説明図である。なお、図３（ａ）では、図面に対して垂直な方向で媒体２が移動する状態を示してある。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、磁気センサ素子４０はいずれも、薄板状であり、幅方向Ｗ４０のサイズは厚さ方向Ｔ４０の寸法に比して大である。かかる磁気センサ素子４０は、媒体２の移動方向Ｘに厚さ方向Ｔ４０を向けて配置されており、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙには幅方向Ｗ４０が向いている。
【００３０】
磁気センサ素子４０は、両面がセラミック等からなる厚さ０．３mm〜１mm程度の薄板状の非磁性部材４７により覆われている。かかる磁気センサ素子４０は、磁気シールドケース（図示せず）に収納されていることもある。この場合、磁気シールドケースは、媒体移動路が位置する上方が開口しており、磁気センサ素子４０は、媒体移動路１１に向けて磁気シールドケースから露出した状態にある。
【００３１】
図１（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）、および図３（ａ）に示すように、磁気センサ素子４０は、センサコア４１と、センサコア４１に巻回された励磁コイル４８と、センサコア４１に巻回された検出コイル４９とを備えている。本形態において、センサコア４１は、磁気センサ素子４０の幅方向Ｗ４０に延在する胴部４２と、胴部４２から媒体２の媒体移動路１１の側に向けて突出する集磁用突部４３とを備えている。ここで、集磁用突部４３は、胴部４２の幅方向Ｗ４０の両端部から媒体２の媒体移動路１１の側に向けて突出した２つの集磁用突部４３１、４３２として構成されており、２つの集磁用突部４３１、４３２は、幅方向Ｗ４０で離間している。また、センサコア４１は、胴部４２から集磁用突部４３とは反対側に突出した突部４４を備えており、本形態において、突部４４は、胴部４２の幅方向Ｗ４０の両端部から媒体２の媒体移動路１１の側とは反対側に向けて突出した２つの突部４４１、４４２として構成されている。
【００３２】
このように構成したセンサコア４１に対して、励磁コイル４８は、胴部４２において集磁用突部４３１、４３２で挟まれた部分に巻回されている。また、検出コイル４９は、集磁用突部４３に巻回されており、本形態において、検出コイル４９は、センサコア４１の２つの集磁用突部４３（集磁用突部４３１、４３２）のうち、集磁用突部４３１に巻回された検出コイル４９１と、集磁用突部４３２に巻回された検出コイル４９２とからなる。ここで、２つの検出コイル４９１、４９２は、集磁用突部４３１、４３２に対して互いに逆方向に巻回されている。また、２つの検出コイル４９１、４９２は、１本のコイル線を集磁用突部４３１、４３２に対して連続して巻回してなるため、２つの検出コイル４９１、４９２は、直列に電気的に接続されている。なお、２つの検出コイル４９１、４９２を各々集磁用突部４３１、４３２に巻回した後、直列に電気的に接続してもよい。
【００３３】
このように構成した磁気センサ素子４０は、幅方向Ｗ４０および集磁用突部４３の突出方向(高さ方向Ｖ４０)の双方に対して直交する厚さ方向Ｔ４０が媒体２の移動方向Ｘに向くように配置されており、磁気センサ素子４０において集磁用突部４３（集磁用突部４３１、４３２）および検出コイル４９（検出コイル４９１、４９２）が離間する幅方向Ｗ４０は、媒体２の移動方向Ｘに対して直交する媒体幅方向Ｙに向いている。
【００３４】
磁気センサ素子４０において、励磁コイル４８には、図４を参照して後述する励磁回路５０から交番電流（図３（ｂ）参照）からなる励磁信号が印加される。このため、図３（ａ）に示すように、センサコア４１の周りには、バイアス磁界が形成されるとともに、検出コイル４９からは、検出信号として、図３（ｃ）に示す検出波形の信号が出力されることになる。ここで、図３（ｃ）に示す検出波形は、励磁信号により発生する磁束の時間的な微分信号であり、励磁信号の時間的な微分信号に近いものとなる。
【００３５】
本形態において、磁気センサ素子４０のセンサコア４１は、図１（ｂ）に示すように、非磁性の第１基板４１ａと非磁性の第２基板４１ｂとの間に磁性材料層４１ｃが挟まれた構造になっている。本形態において、磁性材料層４１ｃは、第１基板４１ａの一方面に接着層（図示せず）によって接着されたアモルファス（非晶質）金属の磁性材料からなる薄板状のアモルファス金属箔からなり、かかる第１基板４１ａの一方面には、磁性材料層４１ｃを間に挟むように第２基板４１ｂが接着層によって接合されている。
【００３６】
（信号処理部の構成）
図４は、本発明に係る磁気パターン検出装置１の電気的構成を示すブロック図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、回路部の要部全体の構成を示す説明図、および回路部のうち、増幅部周辺の構成を示す説明図である。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）に示す回路部５は、図３（ｂ）に示す交番電流を各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８に励磁信号として印加する励磁回路（信号時分割部）５０と、検出コイル４９に電気的に接続された信号処理部６０とを備えている。信号処理部６０は検出コイル４９から出力される検出信号から、残留磁束密度レベルに対応する第１信号Ｓ１、および透磁率レベルに対応する第２信号Ｓ２を生成する。信号処理部６０は、磁気センサ素子４０から出力された検出信号を増幅する増幅部（信号合成部）７０と、増幅部７０から出力された信号からピーク値およびボトム値を抽出する抽出部８０と、Ａ／Ｄコンバータ９１を備えたデジタル信号処理部（励磁信号発生部）９０とを有している。抽出部８０およびデジタル信号処理部９０は媒体２の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部１００を構成しており、増幅部７０と磁気パターン検出部１００はアナログスイッチ１０１およびゼロクランプ部１０２を介して接続されている。
【００３８】
励磁回路５０は、励磁信号の供給を受ける１つの励磁用ドライバアンプ５１と、励磁用ドライバアンプ５１の後段に接続されたマルチプレクサ５２を備えている。励磁回路５０は、単一チャンネルの励磁信号を増幅し、しかる後に、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する。すなわち、マルチプレクサ５２は、切替信号に基づいて、増幅された増幅励磁信号を時分割して各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８に一定のタイミングおよび一定の順次で供給する。切替信号は、デジタル信号処理部９０からフリップフロップ（同期出力部）５３を介してマルチプレクサ５２に入力される。
【００３９】
増幅部７０は、複数の磁気センサ素子４０に接続されたマルチプレクサ７１と、マルチプレクサ７１の後段に接続されたアンプ７２を備えている。増幅部７０は、磁気センサ装置２０の各磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される多チャンネルの検出信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えながら合成し、しかる後に増幅して、単一チャンネルの時系列検出信号を出力する。すなわち、マルチプレクサ７１は、切替信号に基づいて、検出信号が出力される磁気センサ素子４０を、複数の磁気センサ素子４０の中から一定のタイミングおよび一定の順次でアンプ７２に接続する。切替信号は、フリップフロップ５３からマルチプレクサ７１に入力される。
【００４０】
アナログスイッチ１０１は、増幅部７０から磁気パターン検出部１００に対する時系列検出信号の供給路１０１ａを所定の時間遮断するためのものである。アナログスイッチ１０１は、スイッチ切替信号に基づいて制御され、時分割励磁信号による各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点において、この励磁開始時点を含む所定時間オフに切り替えられて供給路１０１ａを電気的に遮断する。スイッチ切替信号は、フリップフロップ５３およびタイミング調整部５４を介してアナログスイッチ１０１に入力されている。
【００４１】
ゼロクランプ部１０２は、接地されたアナログスイッチ１０３を備えている。アナログスイッチ１０３は、スイッチ切替信号に基づいて制御され、アナログスイッチ１０１がオフ状態となる所定期間、供給路１０１ａの電位を０にクランプする。スイッチ切替信号は、フリップフロップ５３およびタイミング調整部５４を介してアナログスイッチ１０３に入力される。
【００４２】
抽出部８０は、クランプ回路８２と、クランプ回路８２から出力された信号のオフセット調整を行なうオフセット調整部８３とを備えている。クランプ回路８２は、増幅部７０から出力された時系列検出信号を整流する第１ダイオード８２１と、増幅部７０から出力された時系列検出信号の極性反転を行なう極性反転回路８２２と、極性反転回路８２２において極性反転された信号を整流する第２ダイオード８２３とを備えている。従って、オフセット調整部８３は、第１ダイオード８２１からの出力に対する第１オフセット調整回路８３１と、第２ダイオード８２３からの出力に対する第２オフセット調整回路８３２とを備えており、第１オフセット調整回路８３１および第２オフセット調整回路８３２は、オフセット調整用基準電圧生成回路８３１ａ、８３２ａと、オペアンプ８３１ｂ、８３２ｂとを備えている。オフセット調整部８３には、デジタル信号処理部９０からのタイマ信号が入力される。オフセット調整部８３は、タイマ信号に基づいて、磁気センサ素子４０が切り替えられる毎に、オフセットを更新する。
【００４３】
また、抽出部８０は、オフセット調整部８３の後段にホールド回路８４を備えており、ホールド回路８４の後段にゲイン設定部８５を備えている。ホールド回路８４は、第１オフセット調整回路８３１からの出力信号のピーク値をホールドする第１ピークホールド回路８４１と、第２オフセット調整回路８３２からの出力信号のピーク値をホールドする第２ピークホールド回路８４２とを備えている。ここで、第２オフセット調整回路８３２には、増幅部７０から出力された信号を極性反転回路８２２で極性反転した後、第２ダイオード８２３で整流した後の信号が入力されている。このため、第２ピークホールド回路８４２は、増幅部７０から出力された増幅信号のボトム値をホールドするボトムホールド回路に相当する。
【００４４】
ゲイン設定部８５は、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値のゲインを設定するゲイン設定用第１アンプ８５１（メインアンプ）と、第２ピークホールド回路８４２（ボトムホールド回路）でホールドされた値のゲインを設定するゲイン設定用第２アンプ８５２（メインアンプ）とを備えており、第１ピークホールド回路８４１および第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値を所定のゲインに設定してデジタル信号処理部９０のＡ／Ｄコンバータ９１に出力する。ゲイン設定部８５には、デジタル信号処理部９０からのタイマ信号が入力される。ゲイン設定部８５は、タイマ信号に基づいて、磁気センサ素子４０が切り替えられる毎に、ゲインを更新する。
【００４５】
デジタル信号処理部９０は、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値と、第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値とを加算して第１信号Ｓ１を生成する加算回路９２と、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値と、第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値とを減算して第２信号Ｓ２を生成する減算回路９３とを備えている。また、デジタル信号処理部９０は、制御信号出力部（切替制御信号出力部）９４と、タイマ信号を出力するハードタイマ９５を備えている。
【００４６】
制御信号出力部９４は、ソフトウエア割り込みにより定期的に生成される切替制御信号をフリップフロップ５３に出力する。フリップフロップ５３にはハードタイマ９５のタイマ信号が入力されており、フリップフロップ５３はこの切替制御信号を、タイマ信号に同期させた切替信号としてマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力する。
【００４７】
ここで、切替制御信号をタイマ信号に同期させた切替信号は、タイミング調整部５４を介することにより、スイッチ切替信号としてアナログスイッチ１０１およびアナログスイッチ１０３に入力される。タイミング調整部５４は、アナログスイッチ１０１をオフ状態に維持するとともに、アナログスイッチ１０３をオン状態に維持する所定時間を設定している。すなわち、制御信号出力部９４、ハードタイマ９５、フリップフロップ５３、およびタイミング調整部５４によって、アナログスイッチ１０１およびアナログスイッチ１０３を制御するスイッチ制御部が構成されている。
【００４８】
このように構成したデジタル信号処理部９０からは、上位の制御部(図示せず)に対して第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２が出力され、上位の制御部では、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２に基づいて媒体２の真偽を判定する。より具体的には、上位の制御部には、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２を磁気センサ素子４０と媒体２との相対位置情報に関係づけて、記録部に予め記録されている比較パターンとの照合を行って媒体２の真偽を判定する判定部を備えており、かかる判定部は、ＲＯＭ或いはＲＡＭ等といった記録部（図示せず）に予め記録されているプログラムに基づいて所定の処理を行い、媒体２の真偽を判定する。
【００４９】
（チャンネル切り替え動作）
次に、図５を参照して、複数の磁気センサ素子４０の中から駆動する磁気センサ素子４０を順次に切り替えるチャンネル切り替え動作を説明する。図５（ａ）は、ハードタイマ９５、オフセット調整部８３によるオフセットの更新、ソフトウエア割り込みによって生成される切替制御信号、チャンネルの切替時点を示すタイミングチャートであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）と同一の時間軸における時分割励磁信号および時系列検出信号の波形の説明図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）と同一の時間軸におけるアナログスイッチのスイッチ切替信号を示すタイミングチャートである。本例では、図５（ｂ）に示すように、増幅磁信号をマルチプレクサ５２によって時分割することにより生成されている各時分割励磁信号は時系列で連続している。従って、チャンネルの切り替え時点ｔ１と、新たに駆動される磁気センサ素子４０の励磁開始時点が一致している。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、タイマ信号は、所定周期で一定時間だけ信号レベルをＨｉｇｈからＬｏｗに変化させる。オフセット調整部８３は、タイマ信号の立ち下り時点ｔ０でオフセットを更新する。切替制御信号はタイマ信号の立ち上がり時点ｔ１の直前までにソフトウエア割り込みにより生成されて、制御信号出力部９４からフリップフロップ５３に出力される。
【００５１】
ここで、フリップフロップ５３は、入力されている切替制御信号をタイマ信号の立ち上がり時点ｔ１で切替信号としてマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力している。この結果、タイマ信号の立ち上がり時点ｔ１がチャンネルの切り替え時点となり、次の磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点となる。チャンネルの切替時点は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、交番電流である時分割励磁信号の値が０となる第１のゼロクロス時点Ｕ１に一致している。
【００５２】
次に、スイッチ切替信号は、図５（ｃ）に示すように、タイマ信号の立ち下り時点ｔ０で信号レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに移行し、その後、所定時間だけＨｉｇｈ状態が維持された後に、Ｌｏｗに戻る。アナログスイッチ１０１はスイッチ切替信号がＨｉｇｈのときに、オフとされ、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間の供給路１０１ａを電気的に遮断する。本例では、アナログスイッチ１０１がオフ状態に維持される所定時間は、タイミング調整部５４によって調整され、交番電流である時分割励磁信号が２回ゼロクロスする時間よりも長く設定されている。この結果、アナログスイッチは、チャンネルが切り替わる第１のゼロクロス時点Ｕ１と、この第１のゼロクロス時点Ｕ１の次に時分割励磁信号がゼロクロスする第２のゼロクロス時点Ｕ２を含む間、オフ状態とされる。
【００５３】
ここで、アナログスイッチ１０１が供給路１０１ａを遮断している間、ゼロクランプ部１０２は供給路１０１ａの電位を０にクランプしている。
【００５４】
（検出原理）
図６は、本発明に係る磁気パターン検出装置１において媒体２に形成される各種磁気インクの特性等を示す説明図である。図７は、本発明に係る磁気パターン検出装置１において種類の異なる磁気パターンが形成された媒体２から磁気パターンの有無を検出する原理を示す説明図である。
【００５５】
まず、図１および図２に示す矢印Ｘ１の方向に媒体２が移動する際に媒体２の真偽を判定する原理を説明する。本形態において、媒体２の磁性領域２ａには、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気パターンが形成されている。より具体的には、媒体２には、ハード材を含む磁気インキにより印刷された第１の磁気パターンと、ソフト材を含む磁気インキにより印刷された第２の磁気パターンとが形成されている。ここで、ハード材を含む磁気インキは、図６（ｂ１）にヒステリシスループによって、残留磁束密度Ｂｒや透磁率μ等を示すように、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒのレベルは高いが、透磁率μは低い。これに対して、ソフト材を含む磁気インキは、図６（ｃ１）にそのヒステリシスループを示すように、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒのレベルは低いが、透磁率μは高い。
【００５６】
従って、以下に説明するように、残留磁束密度Ｂｒと透磁率μとを測定すれば、磁気インキの材質の判別を行なうことができる。より具体的には、透磁率μは保磁力Ｈｃと相関性を有しているので、本形態では、残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとを測定していることになり、かかる残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとの比は、磁気インキ（磁性材料）によって相違する。それ故、磁気インキの材質の判別を行なうことができる。また、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μ（保磁力Ｈｃ）の測定値は、インキの濃淡や、媒体２と磁気センサ装置２０との距離により変動するが、本形態では、磁気センサ装置２０が同一位置で残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μ（保磁力Ｈｃ）を測定するため、残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとの比によれば、磁気インキの材質を確実に判別することができる。
【００５７】
本形態の磁気パターン検出装置１において、媒体２が矢印Ｘ１で示す方向に移動して磁気センサ装置２０を通過する際、まず、磁界印加用第１磁石３１から媒体２に磁界が印加され、磁界が印加された後の媒体２が磁気センサ素子４０を通過する。それまでの間、磁気センサ素子４０の検出コイル４９からは、図６（ａ３）に示すように、図６（ａ２）に示すセンサコア４１のＢ−Ｈカーブに対応する信号が出力される。従って、図４に示す加算回路９２から出力される第１信号Ｓ１、および減算回路９３から出力される第２信号Ｓ２は各々、図６（ａ４）に示す通りである。
【００５８】
ここで、フェライト粉等のハード材を含む磁気インキにより第１の磁気パターンが媒体２に形成されていると、かかる第１の磁気パターンは、図６（ｂ１）に示すように、高レベルの残留磁束密度Ｂｒを有する。このため、図７（ａ１）に示すように、磁界印加用磁石３０を媒体２が通過した際、第１の磁気パターンは、磁界印加用磁石３０からの磁界により、磁石となる。このため、磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される信号は、図６（ｂ２）に示すように、第１の磁気パターンから直流的なバイアスを受けて、図６（ｂ３）および図７（ａ２）に示す波形に変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧およびボトム電圧が矢印Ａ１、Ａ２で示すように、同一の方向にシフトするとともに、ピーク電圧のシフト量とボトム電圧のシフト量が相違する。しかも、かかる信号Ｓ０は、媒体２の移動に伴って変化する。従って、図４に示す減算回路９３から出力される第１信号Ｓ１は、図６（ｂ４）に示す通りであり、磁気センサ素子４０を媒体２の第１の磁気パターンが通過するたびに変動する。ここで、ハード材を含む磁気インクにより形成された第１の磁気パターンは、透磁率μが低いため、信号Ｓ０のピーク電圧およびボトム電圧のシフトに影響しているのは、第１の磁気パターンの残留磁束密度Ｂｒだけと見做すことができる。それ故、図４に示す加算回路９２から出力される第２信号Ｓ２は、磁気センサ素子４０を媒体２の第１の磁気パターンが通過しても変動せず、図６（ｂ４）に示す信号と同様である。
【００５９】
これに対して、軟磁性ステンレス紛等のソフト材を含む磁気インキにより第２の磁気パターンが媒体２に形成されていると、かかる第２の磁気パターンのヒステリシスループは、図６（ｃ１）に示すように、図６（ｂ１）に示すハード材を含む磁気インクによる第１の磁気パターンのヒステリシスカーブの内側を通り、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。このため、磁界印加用磁石３０を媒体２が通過した後も、第２の磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。但し、第２の磁気パターンは透磁率μが高いため、図７（ｂ１）に示すように、磁性体として機能する。このため、磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される信号は、図６（ｃ２）に示すように、第２の磁気パターンの存在によって透磁率μが高くなっている分、図６（ｃ３）および図７（ｂ２）に示す波形に変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧は矢印Ａ３で示すように高い方にシフトする一方、ボトム電圧は、矢印Ａ４で示すように低い方にシフトする。その際、ピーク電圧のシフト量とボトム電圧のシフト量は絶対値が略等しい。しかも、かかる信号Ｓ０は、媒体２の移動に伴って変化する。従って、図４に示す加算回路９２から出力される第２信号Ｓ２は、図６（ｃ４）に示す通りであり、磁気センサ素子４０を媒体２の第２の磁気パターンが通過するたびに変動する。ここで、ソフト材を含む磁気インクにより形成された第２の磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒが低いため、信号のピーク電圧およびボトム電圧のシフトに影響しているのは、第２の磁気パターンの透磁率μだけと見做すことができる。それ故、図４に示す減算回路９３から出力される第１信号Ｓ１は、磁気センサ素子４０を媒体２の第２の磁気パターンが通過しても変動せず、図６（ｃ４）に示す信号と同様である。
【００６０】
このように、本形態の磁気パターン検出装置１では、減算回路９３において磁気センサ素子４０から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算した第１信号Ｓ１は、磁気パターンの残留磁束密度レベルに対応する信号であり、かかる第１信号Ｓ１を監視すれば、ハード材を含む磁気インキにより形成された第１の磁気パターンの有無および形成位置を検出することができる。また、加算回路９２において磁気センサ素子４０から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算した第２信号Ｓ２は、磁気パターンの透磁率μに対応する信号であり、かかる第２信号Ｓ２を監視すれば、ソフト材を含む磁気インキにより形成された第２の磁気パターンの有無および形成位置を検出することができる。それ故、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気パターンの媒体２における磁気パターン毎の有無および形成位置を残留磁束密度レベルおよび透磁率レベルの双方に基づいて識別することができる。
【００６１】
また、磁気特性が第１の磁気パターンと第２の磁気パターンの中間に位置するような磁気パターンについては、図６（ｄ１）に示すように、ヒステリシスループが、図６（ｂ１）に示すハード材の磁気パターンのヒステリシスループと図６（ｃ１）に示すソフト材の磁気パターンのヒステリシスループとの中間に位置するので、図６（ｄ４）に示す信号パターンを得ることができ、かかる磁気パターンについても、有無や形成位置を検出することができる。
【００６２】
（作用効果）
【００６３】
本例では、励磁用ドライバアンプ５１の後段にマルチプレクサ５２が設けられ、マルチプレクサ５２の後段に複数の磁気センサ素子４０が設けられている。従って、励磁用ドライバアンプ５１から出力された増幅励磁信号は、マルチプレクサ５２によっての複数の磁気センサ素子４０のそれぞれに順次出力される。よって、１つの励磁用ドライバアンプ５１で複数の磁気センサ素子４０に増幅励磁信号を供給することができる。
【００６４】
また、本例では、複数の磁気センサ素子４０の後段にマルチプレクサ７１が設けられ、マルチプレクサ７１の後段にアンプ７２が設けられている。従って、複数の磁気センサ素子４０から出力された検出信号は、マルチプレクサ７１によって合成されてアンプ７２に順次出力される。よって、複数の磁気センサ素子４０から出力された検出信号を１つのアンプ７２で増幅することができる。
【００６５】
さらに、本例では、励磁信号（励磁電流）がゼロクロスする第１のゼロクロス時点Ｕ１でチャンネルを切り替えている。この結果、切り替えられた磁気センサ素子４０において、励磁コイル４８に励磁電流が急峻に流されることがないので、チャンネル切り替え時に発生するノイズを抑制することができる。また、このようなチャンネル切り替え時のノイズの大きさは電流変化の時間微分に比例するので、電流変化の小さい第１のゼロクロス時点Ｕ１でチャンネルを切り替えることによって、ノイズを小さく抑えることができる。
【００６６】
また、本例は、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間の供給路１０１ａにアナログスイッチ１０１が配置されており、増幅部７０から出力される時系列検出信号は、磁気センサ素子４０の切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性が高い期間、すなわち、磁気センサ素子４０の励磁開始時点を含む所定の時間がアナログスイッチ１０１のオフ状態によってマスクされる。この結果、磁気センサ素子４０の切り替え時に発生するノイズの乗った時系列検出信号が、磁気パターン検出部１００に入力されることを回避或いは低減できるので、媒体２の磁気パターンを精度よく検出できる。
【００６７】
さらに、本例では、増幅部７０から磁気パターン検出部１００へ出力される時系列検出信号を、交番電流が２回ゼロクロスする第１のゼロクロス時点Ｕ１および第２のゼロクロス時点Ｕ２を含むようにマスクしているので、時系列検出信号において磁気センサ素子４０の切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性の高い期間を確実にマスクできる。
【００６８】
また、本例では、ゼロクランプ部１０２によって、アナログスイッチ１０１のオフ状態のときに、増幅部７０と磁気パターン検出部との間の供給路１０１ａの電位を０にクランプしている。従って、アナログスイッチ１０１がオフ状態となり、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間が電気的に遮断状態となっているときに、磁気パターン検出部１００への入力がフローティングとなることを回避できる。また、電位を０にクランプすることにより、磁気パターン検出部１００への入力をノイズ発生が無い状態と同一のレベルにすることができる。
【００６９】
さらに、本例では、マルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１がチャンネルを切り替えるための切替信号は、ソフトウエア割り込みによる切替制御信号を、タイマ信号に同期させて出力したものである。従って、資源が限られているハードタイマの消費を抑えることができる。また、ソフトウエア割り込みにより生成された切替制御信号がそのままマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１のチャンネルを切り替えるための切替信号としている場合には、他の処理の影響によって切替制御信号の生成に遅延が生じ、所定タイミングでチャンネルを切り替えられずジッタが発生することがあるが、生成された切替制御信号は、ハードタイマ９５のタイマ信号に基づいて動作するフリップフロップ５３を介してマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力されるので、磁気センサ素子４０をタイマ信号に基づくタイミングで確実に切り替えることができる。この結果、チャンネルを切り替えるチャンネル切り替え動作でジッタが発生しないので、ノイズの発生も抑制できる。
【００７０】
また、本例では、ソフトウエア割り込みによる切替制御信号をハードタイマ９５のタイマ信号と同期させた切替信号をスイッチ切替信号としてアナログスイッチ１０１に出力してアナログスイッチ１０１のオン・オフのタイミングを決定している。従って、チャンネル切り替えタイミングとアナログスイッチ１０１のオフのタイミングの時間的相互関係が一定となり、励磁信号の２つのゼロクロスを確実に含んだ期間、アナログスイッチ１０１をオフにすることができる。
【００７１】
（その他の実施の形態）
上記の例では、励磁信号をマルチプレクサ５２によって時分割することにより生成されている各時分割励磁信号は時系列で連続しているが、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れているものとしてもよい。
【００７２】
図８（ａ）は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１／４周期分の時間よりも短い一定時間を空けて生成された場合における時分割励磁信号の波形の説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。本例では、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号との間に時間を空けて生成したので、駆動している磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ１が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも早い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも遅い時点となっている。
【００７３】
本例によれば、図８（ｂ）に示すように、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算されて異常値が出力されることを回避できる。また、２つの磁気センサ素子４０が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。
【００７４】
図９に示す例は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１周期分の時間を空けて生成される場合を示している。図９（ａ）は、本例の磁気パターン検出装置１Ａの電気的構成を示すブロック図であり、増幅部周辺の構成を示す説明図である。図９（ｂ）は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１周期分の時間を空けて生成された場合における時分割励磁信号の波形の説明図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。なお、本例の本例の磁気パターン検出装置１Ａは、励磁回路５０の前段に追加したスイッチ部５５を除いて上記の磁気パターン検出装置１と同様の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、スイッチ部５５は、励磁用ドライバアンプ５１の前段に接続された前段第１マルチプレクサ５６を備えている。前段第１マルチプレクサ５６は、スイッチ制御信号に基づいて制御され、励磁用ドライバアンプ５１への励磁信号の供給路５５ａを一定のタイミングで励磁信号の１周期分の時間Ｔ０遮断する。また、スイッチ部５５は、接地された前段第２マルチプレクサ５７を備えている。前段第２マルチプレクサ５７はスイッチ制御信号に基づいて制御され、前段第１マルチプレクサ５６がオフ状態となり励磁信号の供給路５５ａを遮断している間、供給路５５ａの電位を０にクランプする。
【００７６】
本例では、図９（ｂ）に示すように、駆動している磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ１が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも当該励磁信号の１／２周期分の時間だけ早い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも当該励磁信号の１／２周期分の時間だけ遅い時点となっている。従って、励磁コイル４８（Ｎｃｈ）の励磁終了時点Ｖ１と、磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２との間には、励磁信号の１周期分の時間Ｔ０が空いている。
【００７７】
本例によれば、図９（ｃ）に示すように、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算されて異常値が出力されることを回避できる。また、２つの磁気センサ素子４０が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。さらに、本例によれば、励磁電流の値が０となっている時間が長く、この励磁電流の値が０となっている励磁信号の１周期分の時間Ｔ０の間にチャンネルを切り替えればよいので、切替信号によるチャンネル切り替えタイミングに関する規制を緩めることができる。
【００７８】
次に、複数の磁気センサ素子４０において、順次に切り替えられえる２つの磁気センサ素子４０が同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力するように構成しておき、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるように生成してもよい。ここで、２つの磁気センサ素子４０が同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力するように構成するためには、連続して駆動される２つの磁気センサ素子４０の間で、センサコアに対する励磁コイル４８の巻き回し方向や検出コイル４９の巻き回し方向を異なるものに変更する。
【００７９】
図１０（ａ）は、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるようにした場合の時分割励磁信号の波形の説明図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。本例では、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるように生成した結果、駆動されている磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ３が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも遅い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ４が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも早い時点となっている。
【００８０】
本例では、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁された状態となると、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から逆極性の検出信号が出力されるので、これらの検出信号が打ち消しあう。従って、時系列検出信号が生成される際に異常値が出力されることを防止できる。
【符号の説明】
【００８１】
１・磁気パターン検出装置、２・媒体、２ａ・磁性領域、５・回路部、１０・搬送装置、１１・媒体移動路、２０・磁気センサ装置、２１・センサ面、２２・斜面部、２５・ケース、３０・磁界印加用磁石、３１・磁界印加用第１磁石、３２・磁界印加用第２磁石、３５・永久磁石、４０・磁気センサ素子、４１・センサコア、４１ａ・第１基板、４１ｂ・第２基板、４１ｃ・磁性材料層、４２・胴部、４３・集磁用突部、４４・突部、４７・非磁性部材、４８・励磁コイル、４９・検出コイル、５０・励磁回路、５０・励磁部、５１・マルチプレクサ（第１切替素子）、５１・励磁用ドライバアンプ、５２・マルチプレクサ（第２切替素子）、５３・フリップフロップ（同期出力部）、５４・タイミング調整部、５５・スイッチ部、５５ａ・供給路、５６・前段第１マルチプレクサ、５７・前段第２マルチプレクサ、６０・信号処理部、７０・増幅部、７１・マルチプレクサ、７２・アンプ、８０・抽出部、８２・クランプ回路、８３・オフセット調整部、８４・ホールド回路、８５・ゲイン設定部、９０・デジタル信号処理部、９１・コンバータ、９２・加算回路、９３・減算回路、９４・制御信号出力部（切替制御信号出力部）、９５・ハードタイマ、１００・磁気パターン検出部、１０１・アナログスイッチ、１０２・ゼロクランプ部、１０３・アナログスイッチ、３５０・着磁面、４３１・４３２・集磁用突部、４４１・４４２・突部、４９１・４９２・検出コイル、８２１・ダイオード、８２２・極性反転回路、８２３・ダイオード、８３１・第１オフセット調整回路、８３１ａ・オフセット調整用基準電圧生成回路、８３１ｂ・オペアンプ、８３２・第２オフセット調整回路、８４１・第１ピークホールド回路、８４２・第２ピークホールド回路、８５１・ゲイン設定用第１アンプ、８５２・ゲイン設定用第２アンプ、Ｂｒ・残留磁束密度、Ｈｃ・保磁力、Ｓ０・信号、Ｓ１・第１信号、Ｓ２・第２信号、ｔ０・タイマ信号の立ち下がり時点、ｔ１・タイマ信号の立ち上がり時点、Ｔ４０・厚さ方向、Ｕ１・第１のゼロクロス時点、Ｕ２・第２ゼロクロス時点、Ｖ４０・高さ方向、Ｗ４０・幅方向、Ｘ・移動方向、Ｘ１・矢印、Ｘ２・矢印、Ｙ・媒体幅方向、μ・透磁率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体が取り付けられた物体や磁気インクで印刷が施された紙幣等といった媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性体が取り付けられたカード等の物体や、磁気インクで印刷が施された紙幣等の媒体から磁気パターンを検出する磁気パターン検出装置では、媒体を着磁位置および読取位置をこの順番で経由する媒体搬送経路に沿って搬送し、着磁位置でマグネットによる媒体の着磁を行い、読取位置で媒体が通過する際の磁束変化を磁気センサ素子で検出し、磁気センサ素子から出力された検出信号を信号処理部で信号処理している。
【０００３】
特許文献１に記載の磁気パターン検出装置は媒体の通過方向と直交する方向に複数の磁気センサ素子を搭載しており、これらの磁気センサ素子を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えて、媒体の磁気パターンを検出する。各磁気センサ素子はバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するものであり、バイアス磁界を発生させるための励磁コイルと、磁気パターンを検出するための検出コイルを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、複数の磁気センサ素子を搭載している多チャンネル型の磁気パターン検出装置では、各磁気センサ素子の励磁コイルを励磁するための励磁信号を増幅するためのアンプと、各磁気センサ素子のそれぞれから出力された検出信号を増幅するためのアンプのそれぞれが磁気センサ素子の数だけ必要となるので、装置の製造コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、励磁信号を増幅するためのアンプを１つとして、マルチプレクサを介してアンプと複数の磁気センサ素子を接続することにより、単一チャンネルの励磁信号を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割し、各磁気センサ素子の励磁コイルを対応するチャンネルの分割励磁信号によって励磁することが考えられる。また、検出信号を増幅するためのアンプを１つとして、このアンプと複数の磁気センサ素子をマルチプレクサを介して接続することによって、各磁気センサ素子の検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えながら合成し、しかる後に増幅して、単一チャンネルの時系列検出信号を出力することが考えられる。しかし、チャンネル切り替えを行いながら磁気センサ素子の励磁コイルを励磁すると、チャンネル切替え時に生じるノイズが時系列検出信号に乗り、磁気パターン検出部に入力されるという問題がある。時系列検出信号にノイズが含まれると、磁気パターン検出部による媒体の磁気パターンの検出精度の低下を招く。
【０００７】
本発明の課題は、上記の問題点に鑑みて、複数のチャンネルを切り替えて用いる場合に、切替え時に発生するノイズの乗った信号が磁気パターンの検出に用いられることを回避或いは低減することができる磁気パターン検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、
単一チャンネルの励磁信号を発生する励磁信号発生部と、
前記単一チャンネルの励磁信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する信号時分割部と、
励磁コイルおよび検出コイルを備えた磁気センサ素子が前記多チャンネルに対応する個数分配置されており、各磁気センサ素子の前記励磁コイルが対応するチャンネルの前記分割励磁信号によって励磁される多チャンネルの磁気検出部と、
前記磁気検出部の各磁気センサ素子の前記検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を、前記一定のタイミングおよび前記一定の順次で切り替えながら合成して単一チャンネルの時系列検出信号を出力する信号合成部と、
前記時系列検出信号に基づいて前記磁気検出部を通過する媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部と、
前記信号合成部から前記磁気パターン検出部に対する前記時系列検出信号の供給路を遮断するためのアナログスイッチと、
前記時分割励磁信号による各磁気センサ素子の前記励磁コイルの励磁開始時点において、当該励磁開始時点を含む所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えて前記供給路を遮断するスイッチ制御部とを有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、信号合成部から磁気パターン検出部に入力される時系列検出信号は、チャンネル切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性が高い期間、すなわち、磁気センサ素子の励磁コイルの励磁開始時点を含む所定の時間がアナログスイッチのオフ状態によってマスクされる。従って、チャンネル切替え時に発生するノイズが乗った時系列検出信号が、磁気パターン検出部に入力されて信号処理されることを回避或いは低減できる。よって、媒体の磁気パターンを精度よく検出できる。
【００１０】
本発明において、前記信号時分割部は、前記励磁信号を増幅する１つの第１アンプと、前記第１アンプからの出力を分割して前記時分割励磁信号を生成する第１マルチプレクサとを備えており、前記信号合成部は、多チャンネルの前記検出信号を合成する第２マルチプレクサと、前記第２マルチプレクサからの出力を増幅して前記時系列検出信号として出力する１つの第２アンプを備えていることが望ましい。このようにすれば、１つのアンプで励磁信号を増幅することが可能となる。また、１つのアンプで時系列検出信号を増幅することが可能となる。従って、装置の製造コストを抑えることができる。
【００１１】
本発明において、前記励磁信号は、交番電流であり、各磁気センサ素子の前記励磁コイルの前記励磁開始時点は、前記交番電流がゼロクロスするゼロクロス時点であり、前記スイッチ制御部は、前記励磁開始時点と一致する第１のゼロクロス時点と、当該第１のゼロクロス時点の次に前記交番電流がゼロクロスする第２のゼロクロス時点を含む前記所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えることが望ましい。交番電流である励磁電流がゼロクロスするゼロクロス時点でチャンネルを切り替えれば、切り替えられた磁気センサ素子の励磁コイルにおいて励磁電流が急峻に流されることがないので、切り替え時に発生するノイズを抑制することができる。また、チャンネル切り替え時に発生するノイズの大きさは電流変化の時間微分に比例するので、電流変化の小さいゼロクロス時点でチャンネルを切り替えれば、ノイズを小さく抑えることができる。また、信号合成部から磁気パターン検出部へ出力される時系列検出信号を交番電流が２回ゼロクロスする時点を含むようにマスクすれば、時系列検出信号においてチャンネルの切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性の高い期間を確実にマスクできる。
【００１２】
本発明において、ソフトウエア割り込みによって定期的に生成される切替制御信号を出力する切替制御信号出力部と、ハードタイマと、前記切替制御信号および前記ハードタイマのタイマ信号に基づいて、前記信号時分割部および前記信号合成部において各チャンネルを切り替えるための切替信号を出力する同期出力部とを有しており、前記同期出力部は、前記切替制御信号が出力されると、前記切替制御信号を記憶保持し、しかる後に、前記切替信号として前記タイマ信号に同期させた前記切替制御信号を前記信号時分割部および前記信号合成部に出力することが望ましい。このようにすればチャンネル切り替えのための切替信号を、資源が限られているハードタイマを消費することなく生成することができる。また、ソフトウエア割り込みにより生成された切替制御信号がそのまま信号時分割部および信号合成部のチャンネルを切り替えるための切替信号とした場合には、他の処理の影響によって切替制御信号の生成に遅延が生じ、所定タイミングでチャンネルを切り替えられずジッタが発生することがあるが、生成された切替制御信号は、ハードタイマのタイマ信号に基づいて動作する同期出力部を介して信号時分割部および信号合成部に入力されるので、各チャンネルをタイマ信号に基づく一定のタイミングで確実に切り替えることができる。また、チャンネル切替動作にジッタが発生しないので、ノイズの発生も抑制できる。
【００１３】
本発明において、前記アナログスイッチがオフに切り替えられている間、前記供給路の電位を０にクランプするクランプ部を有していることが望ましい。このようにすれば、アナログスイッチがオフ状態となり、増幅部と磁気パターン検出部との間が電気的に遮断状態となったときに、磁気パターン検出部への入力がフローティングとなることを回避できる。また、電位を０にクランプすることにより、磁気パターン検出部への入力をノイズ発生が無い状態と同一のレベルにすることができる。
【００１４】
本発明において、各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れていることが望ましい。このようにすれば、２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子の検出コイルから同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算させて異常値が出力されることを回避できる。また、磁気センサ素子が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。
【００１５】
本発明において、順次に励磁される前記励磁コイルを備える２つの前記磁気センサ素子は、同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力し、各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なっていることが望ましい。このようにすれば、時分割励磁信号の重なり期間によって２つの磁気センサ素子の励磁コイルが同時に励磁された状態となると、２つの磁気センサ素子の検出コイルから逆極性の検出信号が出力され、これらの検出信号が打ち消しあう。従って、異常値の出力やノイズの発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アナログスイッチの動作によって、チャンネルの切り替え時に発生するノイズの乗った検出信号が、信号合成部を介して磁気パターン検出部に入力されることを回避或いは低減できる。従って、多チャンネル型の磁気パターン検出装置によって媒体の磁気パターンを精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の磁気パターン検出装置の構成を示す説明図である。
【図２】磁気パターン検出装置が搭載する磁気センサ装置の説明図である。
【図３】磁気センサ装置に用いた磁気センサ素子の説明図である。
【図４】磁気パターン検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】チャンネル切り替え動作のタイムチャートなどである。
【図６】媒体に形成される各種磁気インクの特性等を示す説明図である。
【図７】磁気パターン検出装置において種類の異なる磁気パターンが形成された媒体から磁気パターンの有無を検出する原理を示す説明図である。
【図８】各時分割励磁信号の間を一定時間空けた場合の検出波形の説明図である。
【図９】各時分割励磁信号の間を励磁信号の１周期分の時間空けた場合の説明図である。
【図１０】各時分割励磁信号を一定時間重ねた場合の検出波形の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気パターン検出装置を説明する。
【００１９】
（全体構成）
図１は、本発明に係る磁気パターン検出装置の構成を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、磁気パターン検出装置の要部構成を模式的に示す説明図、および断面構成を模式的に示す説明図である。
【００２０】
図１に示す磁気パターン検出装置１は、銀行券、有価証券等の媒体２から磁気を検知して真偽判別や種類の判別を行なう装置であり、ローラやガイド（図示せず）等によってシート状の媒体２を媒体移動路１１に沿って移動させる搬送装置１０と、この搬送装置１０による媒体移動路１１の途中位置で媒体２から磁気を検出する磁気センサ装置２０とを有している。本形態において、ローラやガイドは、アルミニウム等といった非磁性材料から構成されている。本形態において、磁気センサ装置（磁気検出部）２０は、媒体移動路１１の下方に配置されているが、媒体移動路１１の上方に配置されることもある。いずれの場合も、磁気センサ装置２０は、センサ面２１を媒体移動路１１に向けるように配置される。
【００２１】
媒体２には、媒体２の移動方向Ｘに延在する細幅の磁性領域２ａに磁気インクによって磁気パターンが付されており、かかる磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気インクによる形成されている。例えば、媒体２には、ハード材を含む磁気インキにより印刷された第１の磁気パターンと、ソフト材を含む磁気インキにより印刷された第２の磁気パターンとが形成されている。そこで、本形態の磁気パターン検出装置１は、媒体２における磁気パターン毎の有無を残留磁束密度レベルおよび透磁率レベルの双方に基づいて検出する。また、本形態において、かかる２種類の磁気パターンの検出を行なうための磁気センサ装置２０は共通である。
【００２２】
（磁気センサ装置の構成）
図２は、本発明に係る磁気センサ装置２０の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置２０における磁気センサ素子の等のレイアウトを示す説明図、および磁気センサ素子の向きを示す説明図である。
【００２３】
図１および図２（ａ）に示すように、磁気センサ装置２０は、媒体２に磁界を印加する磁界印加用磁石３０と、磁界を印加した後の媒体２にバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する磁気センサ素子４０と、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０を覆う非磁性のケース２５とを備えている。磁気センサ装置２０は、媒体移動路１１と略同一平面を構成するセンサ面２１と、センサ面２１に対して媒体２の移動方向の両側に連接する斜面部２２、２３とを備えており、かかる形状は、ケース２５の形状によって規定されている。
【００２４】
磁気センサ装置２０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向に延在しており、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向に複数、配列されている。本形態において、磁気センサ装置２０は、媒体２の移動方向Ｘと交差する方向のうち、移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに延在しており、磁界印加用磁石３０および磁気センサ素子４０は、移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに複数、配列されている。
【００２５】
本形態において、磁界印加用磁石３０は、磁気センサ素子４０に対して媒体２の移動方向の両側に磁界印加用第１磁石３１と磁界印加用第２磁石３２として配置されており、矢印Ｘ１で示す媒体２の移動方向に沿って、磁界印加用第１磁石３１、磁気センサ素子４０および磁界印加用第２磁石３２がこの順に配置されている。また、矢印Ｘ２で示す媒体２の移動方向に沿って、磁界印加用第２磁石３２、磁気センサ素子４０および磁界印加用第１磁石３１がこの順に配置されており、媒体２が矢印Ｘ１で示す方向および矢印Ｘ２で示す方向のいずれの方向に移動した場合でも、媒体２の磁気特性を検出することができる。ここで、磁気センサ素子４０は、磁界印加用第１磁石３１と磁界印加用第２磁石３２との中間位置に配置されており、磁界印加用第１磁石３１との磁気センサ素子４０との離間距離と、磁界印加用第２磁石３２と磁気センサ素子４０との離間距離が等しい。なお、磁界印加用第１磁石３１、磁気センサ素子４０および磁界印加用第２磁石３２はいずれも、媒体２の移動方向で重なる位置に配置されている。
【００２６】
本形態において、磁界印加用磁石３０（磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２）は、フェライトやネオジウム磁石等の永久磁石３５を備えている。磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２のいずれにおいても、永久磁石３５は、センサ面２１に位置する側と、センサ面２１が位置する側とは反対側とが異なる極に着磁されている。永久磁石３５において、センサ面２１の側に位置する面が媒体２に対する着磁面３５０として機能する。
【００２７】
磁界印加用磁石３０に用いた複数の永久磁石３５はいずれも、サイズや形状は同一であるが、各々は、以下の向きに配置されている。まず、磁界印加用第１磁石３１および磁界印加用第２磁石３２のいずれにおいても、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙで隣り合う永久磁石３５同士は、互いに反対の向きに着磁されている。すなわち、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙに配列された複数の永久磁石３５のうち、１つの永久磁石３５は、媒体移動路１１側に位置する端部がＮ極に着磁され、媒体移動路１１側とは反対側に位置する端部はＳ極に着磁されているが、この永久磁石３５に対して媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙで隣り合う永久磁石３５は、媒体移動路１１側に位置する端部がＳ極に着磁され、媒体移動路１１側とは反対側に位置する端部はＮ極に着磁されている。なお、本形態では、媒体２の移動方向で対向する磁界印加用第１磁石３１の永久磁石３５と磁界印加用第２磁石３２の永久磁石３５とは、磁気センサ素子４０を挟んで異なる極が対向している。但し、媒体２の移動方向で対向する磁界印加用第１磁石３１の永久磁石３５と磁界印加用第２磁石３２の永久磁石３５とは、磁気センサ素子４０を挟んで同じ極が対向するように配置されることもある。
【００２８】
（磁気センサ素子の構成）
図３は、本発明に係る磁気センサ装置２０に用いた磁気センサ素子４０の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁気センサ素子４０の正面図、この磁気センサ素子４０に対する励磁波形の説明図、および磁気センサ素子４０からの出力信号の説明図である。なお、図３（ａ）では、図面に対して垂直な方向で媒体２が移動する状態を示してある。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、磁気センサ素子４０はいずれも、薄板状であり、幅方向Ｗ４０のサイズは厚さ方向Ｔ４０の寸法に比して大である。かかる磁気センサ素子４０は、媒体２の移動方向Ｘに厚さ方向Ｔ４０を向けて配置されており、媒体２の移動方向Ｘと直交する媒体幅方向Ｙには幅方向Ｗ４０が向いている。
【００３０】
磁気センサ素子４０は、両面がセラミック等からなる厚さ０．３mm〜１mm程度の薄板状の非磁性部材４７により覆われている。かかる磁気センサ素子４０は、磁気シールドケース（図示せず）に収納されていることもある。この場合、磁気シールドケースは、媒体移動路が位置する上方が開口しており、磁気センサ素子４０は、媒体移動路１１に向けて磁気シールドケースから露出した状態にある。
【００３１】
図１（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）、および図３（ａ）に示すように、磁気センサ素子４０は、センサコア４１と、センサコア４１に巻回された励磁コイル４８と、センサコア４１に巻回された検出コイル４９とを備えている。本形態において、センサコア４１は、磁気センサ素子４０の幅方向Ｗ４０に延在する胴部４２と、胴部４２から媒体２の媒体移動路１１の側に向けて突出する集磁用突部４３とを備えている。ここで、集磁用突部４３は、胴部４２の幅方向Ｗ４０の両端部から媒体２の媒体移動路１１の側に向けて突出した２つの集磁用突部４３１、４３２として構成されており、２つの集磁用突部４３１、４３２は、幅方向Ｗ４０で離間している。また、センサコア４１は、胴部４２から集磁用突部４３とは反対側に突出した突部４４を備えており、本形態において、突部４４は、胴部４２の幅方向Ｗ４０の両端部から媒体２の媒体移動路１１の側とは反対側に向けて突出した２つの突部４４１、４４２として構成されている。
【００３２】
このように構成したセンサコア４１に対して、励磁コイル４８は、胴部４２において集磁用突部４３１、４３２で挟まれた部分に巻回されている。また、検出コイル４９は、集磁用突部４３に巻回されており、本形態において、検出コイル４９は、センサコア４１の２つの集磁用突部４３（集磁用突部４３１、４３２）のうち、集磁用突部４３１に巻回された検出コイル４９１と、集磁用突部４３２に巻回された検出コイル４９２とからなる。ここで、２つの検出コイル４９１、４９２は、集磁用突部４３１、４３２に対して互いに逆方向に巻回されている。また、２つの検出コイル４９１、４９２は、１本のコイル線を集磁用突部４３１、４３２に対して連続して巻回してなるため、２つの検出コイル４９１、４９２は、直列に電気的に接続されている。なお、２つの検出コイル４９１、４９２を各々集磁用突部４３１、４３２に巻回した後、直列に電気的に接続してもよい。
【００３３】
このように構成した磁気センサ素子４０は、幅方向Ｗ４０および集磁用突部４３の突出方向(高さ方向Ｖ４０)の双方に対して直交する厚さ方向Ｔ４０が媒体２の移動方向Ｘに向くように配置されており、磁気センサ素子４０において集磁用突部４３（集磁用突部４３１、４３２）および検出コイル４９（検出コイル４９１、４９２）が離間する幅方向Ｗ４０は、媒体２の移動方向Ｘに対して直交する媒体幅方向Ｙに向いている。
【００３４】
磁気センサ素子４０において、励磁コイル４８には、図４を参照して後述する励磁回路５０から交番電流（図３（ｂ）参照）からなる励磁信号が印加される。このため、図３（ａ）に示すように、センサコア４１の周りには、バイアス磁界が形成されるとともに、検出コイル４９からは、検出信号として、図３（ｃ）に示す検出波形の信号が出力されることになる。ここで、図３（ｃ）に示す検出波形は、励磁信号により発生する磁束の時間的な微分信号であり、励磁信号の時間的な微分信号に近いものとなる。
【００３５】
本形態において、磁気センサ素子４０のセンサコア４１は、図１（ｂ）に示すように、非磁性の第１基板４１ａと非磁性の第２基板４１ｂとの間に磁性材料層４１ｃが挟まれた構造になっている。本形態において、磁性材料層４１ｃは、第１基板４１ａの一方面に接着層（図示せず）によって接着されたアモルファス（非晶質）金属の磁性材料からなる薄板状のアモルファス金属箔からなり、かかる第１基板４１ａの一方面には、磁性材料層４１ｃを間に挟むように第２基板４１ｂが接着層によって接合されている。
【００３６】
（信号処理部の構成）
図４は、本発明に係る磁気パターン検出装置１の電気的構成を示すブロック図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、回路部の要部全体の構成を示す説明図、および回路部のうち、増幅部周辺の構成を示す説明図である。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）に示す回路部５は、図３（ｂ）に示す交番電流を各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８に励磁信号として印加する励磁回路（信号時分割部）５０と、検出コイル４９に電気的に接続された信号処理部６０とを備えている。信号処理部６０は検出コイル４９から出力される検出信号から、残留磁束密度レベルに対応する第１信号Ｓ１、および透磁率レベルに対応する第２信号Ｓ２を生成する。信号処理部６０は、磁気センサ素子４０から出力された検出信号を増幅する増幅部（信号合成部）７０と、増幅部７０から出力された信号からピーク値およびボトム値を抽出する抽出部８０と、Ａ／Ｄコンバータ９１を備えたデジタル信号処理部（励磁信号発生部）９０とを有している。抽出部８０およびデジタル信号処理部９０は媒体２の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部１００を構成しており、増幅部７０と磁気パターン検出部１００はアナログスイッチ１０１およびゼロクランプ部１０２を介して接続されている。
【００３８】
励磁回路５０は、励磁信号の供給を受ける１つの励磁用ドライバアンプ５１と、励磁用ドライバアンプ５１の後段に接続されたマルチプレクサ５２を備えている。励磁回路５０は、単一チャンネルの励磁信号を増幅し、しかる後に、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する。すなわち、マルチプレクサ５２は、切替信号に基づいて、増幅された増幅励磁信号を時分割して各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８に一定のタイミングおよび一定の順次で供給する。切替信号は、デジタル信号処理部９０からフリップフロップ（同期出力部）５３を介してマルチプレクサ５２に入力される。
【００３９】
増幅部７０は、複数の磁気センサ素子４０に接続されたマルチプレクサ７１と、マルチプレクサ７１の後段に接続されたアンプ７２を備えている。増幅部７０は、磁気センサ装置２０の各磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される多チャンネルの検出信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替えながら合成し、しかる後に増幅して、単一チャンネルの時系列検出信号を出力する。すなわち、マルチプレクサ７１は、切替信号に基づいて、検出信号が出力される磁気センサ素子４０を、複数の磁気センサ素子４０の中から一定のタイミングおよび一定の順次でアンプ７２に接続する。切替信号は、フリップフロップ５３からマルチプレクサ７１に入力される。
【００４０】
アナログスイッチ１０１は、増幅部７０から磁気パターン検出部１００に対する時系列検出信号の供給路１０１ａを所定の時間遮断するためのものである。アナログスイッチ１０１は、スイッチ切替信号に基づいて制御され、時分割励磁信号による各磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点において、この励磁開始時点を含む所定時間オフに切り替えられて供給路１０１ａを電気的に遮断する。スイッチ切替信号は、フリップフロップ５３およびタイミング調整部５４を介してアナログスイッチ１０１に入力されている。
【００４１】
ゼロクランプ部１０２は、接地されたアナログスイッチ１０３を備えている。アナログスイッチ１０３は、スイッチ切替信号に基づいて制御され、アナログスイッチ１０１がオフ状態となる所定期間、供給路１０１ａの電位を０にクランプする。スイッチ切替信号は、フリップフロップ５３およびタイミング調整部５４を介してアナログスイッチ１０３に入力される。
【００４２】
抽出部８０は、クランプ回路８２と、クランプ回路８２から出力された信号のオフセット調整を行なうオフセット調整部８３とを備えている。クランプ回路８２は、増幅部７０から出力された時系列検出信号を整流する第１ダイオード８２１と、増幅部７０から出力された時系列検出信号の極性反転を行なう極性反転回路８２２と、極性反転回路８２２において極性反転された信号を整流する第２ダイオード８２３とを備えている。従って、オフセット調整部８３は、第１ダイオード８２１からの出力に対する第１オフセット調整回路８３１と、第２ダイオード８２３からの出力に対する第２オフセット調整回路８３２とを備えており、第１オフセット調整回路８３１および第２オフセット調整回路８３２は、オフセット調整用基準電圧生成回路８３１ａ、８３２ａと、オペアンプ８３１ｂ、８３２ｂとを備えている。オフセット調整部８３には、デジタル信号処理部９０からのタイマ信号が入力される。オフセット調整部８３は、タイマ信号に基づいて、磁気センサ素子４０が切り替えられる毎に、オフセットを更新する。
【００４３】
また、抽出部８０は、オフセット調整部８３の後段にホールド回路８４を備えており、ホールド回路８４の後段にゲイン設定部８５を備えている。ホールド回路８４は、第１オフセット調整回路８３１からの出力信号のピーク値をホールドする第１ピークホールド回路８４１と、第２オフセット調整回路８３２からの出力信号のピーク値をホールドする第２ピークホールド回路８４２とを備えている。ここで、第２オフセット調整回路８３２には、増幅部７０から出力された信号を極性反転回路８２２で極性反転した後、第２ダイオード８２３で整流した後の信号が入力されている。このため、第２ピークホールド回路８４２は、増幅部７０から出力された増幅信号のボトム値をホールドするボトムホールド回路に相当する。
【００４４】
ゲイン設定部８５は、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値のゲインを設定するゲイン設定用第１アンプ８５１（メインアンプ）と、第２ピークホールド回路８４２（ボトムホールド回路）でホールドされた値のゲインを設定するゲイン設定用第２アンプ８５２（メインアンプ）とを備えており、第１ピークホールド回路８４１および第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値を所定のゲインに設定してデジタル信号処理部９０のＡ／Ｄコンバータ９１に出力する。ゲイン設定部８５には、デジタル信号処理部９０からのタイマ信号が入力される。ゲイン設定部８５は、タイマ信号に基づいて、磁気センサ素子４０が切り替えられる毎に、ゲインを更新する。
【００４５】
デジタル信号処理部９０は、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値と、第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値とを加算して第１信号Ｓ１を生成する加算回路９２と、第１ピークホールド回路８４１でホールドされた値と、第２ピークホールド回路８４２でホールドされた値とを減算して第２信号Ｓ２を生成する減算回路９３とを備えている。また、デジタル信号処理部９０は、制御信号出力部（切替制御信号出力部）９４と、タイマ信号を出力するハードタイマ９５を備えている。
【００４６】
制御信号出力部９４は、ソフトウエア割り込みにより定期的に生成される切替制御信号をフリップフロップ５３に出力する。フリップフロップ５３にはハードタイマ９５のタイマ信号が入力されており、フリップフロップ５３はこの切替制御信号を、タイマ信号に同期させた切替信号としてマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力する。
【００４７】
ここで、切替制御信号をタイマ信号に同期させた切替信号は、タイミング調整部５４を介することにより、スイッチ切替信号としてアナログスイッチ１０１およびアナログスイッチ１０３に入力される。タイミング調整部５４は、アナログスイッチ１０１をオフ状態に維持するとともに、アナログスイッチ１０３をオン状態に維持する所定時間を設定している。すなわち、制御信号出力部９４、ハードタイマ９５、フリップフロップ５３、およびタイミング調整部５４によって、アナログスイッチ１０１およびアナログスイッチ１０３を制御するスイッチ制御部が構成されている。
【００４８】
このように構成したデジタル信号処理部９０からは、上位の制御部(図示せず)に対して第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２が出力され、上位の制御部では、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２に基づいて媒体２の真偽を判定する。より具体的には、上位の制御部には、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２を磁気センサ素子４０と媒体２との相対位置情報に関係づけて、記録部に予め記録されている比較パターンとの照合を行って媒体２の真偽を判定する判定部を備えており、かかる判定部は、ＲＯＭ或いはＲＡＭ等といった記録部（図示せず）に予め記録されているプログラムに基づいて所定の処理を行い、媒体２の真偽を判定する。
【００４９】
（チャンネル切り替え動作）
次に、図５を参照して、複数の磁気センサ素子４０の中から駆動する磁気センサ素子４０を順次に切り替えるチャンネル切り替え動作を説明する。図５（ａ）は、ハードタイマ９５、オフセット調整部８３によるオフセットの更新、ソフトウエア割り込みによって生成される切替制御信号、チャンネルの切替時点を示すタイミングチャートであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）と同一の時間軸における時分割励磁信号および時系列検出信号の波形の説明図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）と同一の時間軸におけるアナログスイッチのスイッチ切替信号を示すタイミングチャートである。本例では、図５（ｂ）に示すように、増幅磁信号をマルチプレクサ５２によって時分割することにより生成されている各時分割励磁信号は時系列で連続している。従って、チャンネルの切り替え時点ｔ１と、新たに駆動される磁気センサ素子４０の励磁開始時点が一致している。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、タイマ信号は、所定周期で一定時間だけ信号レベルをＨｉｇｈからＬｏｗに変化させる。オフセット調整部８３は、タイマ信号の立ち下り時点ｔ０でオフセットを更新する。切替制御信号はタイマ信号の立ち上がり時点ｔ１の直前までにソフトウエア割り込みにより生成されて、制御信号出力部９４からフリップフロップ５３に出力される。
【００５１】
ここで、フリップフロップ５３は、入力されている切替制御信号をタイマ信号の立ち上がり時点ｔ１で切替信号としてマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力している。この結果、タイマ信号の立ち上がり時点ｔ１がチャンネルの切り替え時点となり、次の磁気センサ素子４０の励磁コイル４８の励磁開始時点となる。チャンネルの切替時点は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、交番電流である時分割励磁信号の値が０となる第１のゼロクロス時点Ｕ１に一致している。
【００５２】
次に、スイッチ切替信号は、図５（ｃ）に示すように、タイマ信号の立ち下り時点ｔ０で信号レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに移行し、その後、所定時間だけＨｉｇｈ状態が維持された後に、Ｌｏｗに戻る。アナログスイッチ１０１はスイッチ切替信号がＨｉｇｈのときに、オフとされ、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間の供給路１０１ａを電気的に遮断する。本例では、アナログスイッチ１０１がオフ状態に維持される所定時間は、タイミング調整部５４によって調整され、交番電流である時分割励磁信号が２回ゼロクロスする時間よりも長く設定されている。この結果、アナログスイッチは、チャンネルが切り替わる第１のゼロクロス時点Ｕ１と、この第１のゼロクロス時点Ｕ１の次に時分割励磁信号がゼロクロスする第２のゼロクロス時点Ｕ２を含む間、オフ状態とされる。
【００５３】
ここで、アナログスイッチ１０１が供給路１０１ａを遮断している間、ゼロクランプ部１０２は供給路１０１ａの電位を０にクランプしている。
【００５４】
（検出原理）
図６は、本発明に係る磁気パターン検出装置１において媒体２に形成される各種磁気インクの特性等を示す説明図である。図７は、本発明に係る磁気パターン検出装置１において種類の異なる磁気パターンが形成された媒体２から磁気パターンの有無を検出する原理を示す説明図である。
【００５５】
まず、図１および図２に示す矢印Ｘ１の方向に媒体２が移動する際に媒体２の真偽を判定する原理を説明する。本形態において、媒体２の磁性領域２ａには、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気パターンが形成されている。より具体的には、媒体２には、ハード材を含む磁気インキにより印刷された第１の磁気パターンと、ソフト材を含む磁気インキにより印刷された第２の磁気パターンとが形成されている。ここで、ハード材を含む磁気インキは、図６（ｂ１）にヒステリシスループによって、残留磁束密度Ｂｒや透磁率μ等を示すように、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒのレベルは高いが、透磁率μは低い。これに対して、ソフト材を含む磁気インキは、図６（ｃ１）にそのヒステリシスループを示すように、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒのレベルは低いが、透磁率μは高い。
【００５６】
従って、以下に説明するように、残留磁束密度Ｂｒと透磁率μとを測定すれば、磁気インキの材質の判別を行なうことができる。より具体的には、透磁率μは保磁力Ｈｃと相関性を有しているので、本形態では、残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとを測定していることになり、かかる残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとの比は、磁気インキ（磁性材料）によって相違する。それ故、磁気インキの材質の判別を行なうことができる。また、残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μ（保磁力Ｈｃ）の測定値は、インキの濃淡や、媒体２と磁気センサ装置２０との距離により変動するが、本形態では、磁気センサ装置２０が同一位置で残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μ（保磁力Ｈｃ）を測定するため、残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｃとの比によれば、磁気インキの材質を確実に判別することができる。
【００５７】
本形態の磁気パターン検出装置１において、媒体２が矢印Ｘ１で示す方向に移動して磁気センサ装置２０を通過する際、まず、磁界印加用第１磁石３１から媒体２に磁界が印加され、磁界が印加された後の媒体２が磁気センサ素子４０を通過する。それまでの間、磁気センサ素子４０の検出コイル４９からは、図６（ａ３）に示すように、図６（ａ２）に示すセンサコア４１のＢ−Ｈカーブに対応する信号が出力される。従って、図４に示す加算回路９２から出力される第１信号Ｓ１、および減算回路９３から出力される第２信号Ｓ２は各々、図６（ａ４）に示す通りである。
【００５８】
ここで、フェライト粉等のハード材を含む磁気インキにより第１の磁気パターンが媒体２に形成されていると、かかる第１の磁気パターンは、図６（ｂ１）に示すように、高レベルの残留磁束密度Ｂｒを有する。このため、図７（ａ１）に示すように、磁界印加用磁石３０を媒体２が通過した際、第１の磁気パターンは、磁界印加用磁石３０からの磁界により、磁石となる。このため、磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される信号は、図６（ｂ２）に示すように、第１の磁気パターンから直流的なバイアスを受けて、図６（ｂ３）および図７（ａ２）に示す波形に変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧およびボトム電圧が矢印Ａ１、Ａ２で示すように、同一の方向にシフトするとともに、ピーク電圧のシフト量とボトム電圧のシフト量が相違する。しかも、かかる信号Ｓ０は、媒体２の移動に伴って変化する。従って、図４に示す減算回路９３から出力される第１信号Ｓ１は、図６（ｂ４）に示す通りであり、磁気センサ素子４０を媒体２の第１の磁気パターンが通過するたびに変動する。ここで、ハード材を含む磁気インクにより形成された第１の磁気パターンは、透磁率μが低いため、信号Ｓ０のピーク電圧およびボトム電圧のシフトに影響しているのは、第１の磁気パターンの残留磁束密度Ｂｒだけと見做すことができる。それ故、図４に示す加算回路９２から出力される第２信号Ｓ２は、磁気センサ素子４０を媒体２の第１の磁気パターンが通過しても変動せず、図６（ｂ４）に示す信号と同様である。
【００５９】
これに対して、軟磁性ステンレス紛等のソフト材を含む磁気インキにより第２の磁気パターンが媒体２に形成されていると、かかる第２の磁気パターンのヒステリシスループは、図６（ｃ１）に示すように、図６（ｂ１）に示すハード材を含む磁気インクによる第１の磁気パターンのヒステリシスカーブの内側を通り、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。このため、磁界印加用磁石３０を媒体２が通過した後も、第２の磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。但し、第２の磁気パターンは透磁率μが高いため、図７（ｂ１）に示すように、磁性体として機能する。このため、磁気センサ素子４０の検出コイル４９から出力される信号は、図６（ｃ２）に示すように、第２の磁気パターンの存在によって透磁率μが高くなっている分、図６（ｃ３）および図７（ｂ２）に示す波形に変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧は矢印Ａ３で示すように高い方にシフトする一方、ボトム電圧は、矢印Ａ４で示すように低い方にシフトする。その際、ピーク電圧のシフト量とボトム電圧のシフト量は絶対値が略等しい。しかも、かかる信号Ｓ０は、媒体２の移動に伴って変化する。従って、図４に示す加算回路９２から出力される第２信号Ｓ２は、図６（ｃ４）に示す通りであり、磁気センサ素子４０を媒体２の第２の磁気パターンが通過するたびに変動する。ここで、ソフト材を含む磁気インクにより形成された第２の磁気パターンは、残留磁束密度Ｂｒが低いため、信号のピーク電圧およびボトム電圧のシフトに影響しているのは、第２の磁気パターンの透磁率μだけと見做すことができる。それ故、図４に示す減算回路９３から出力される第１信号Ｓ１は、磁気センサ素子４０を媒体２の第２の磁気パターンが通過しても変動せず、図６（ｃ４）に示す信号と同様である。
【００６０】
このように、本形態の磁気パターン検出装置１では、減算回路９３において磁気センサ素子４０から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算した第１信号Ｓ１は、磁気パターンの残留磁束密度レベルに対応する信号であり、かかる第１信号Ｓ１を監視すれば、ハード材を含む磁気インキにより形成された第１の磁気パターンの有無および形成位置を検出することができる。また、加算回路９２において磁気センサ素子４０から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算した第２信号Ｓ２は、磁気パターンの透磁率μに対応する信号であり、かかる第２信号Ｓ２を監視すれば、ソフト材を含む磁気インキにより形成された第２の磁気パターンの有無および形成位置を検出することができる。それ故、磁界を印加したときの残留磁束密度Ｂｒおよび透磁率μが異なる複数種類の磁気パターンの媒体２における磁気パターン毎の有無および形成位置を残留磁束密度レベルおよび透磁率レベルの双方に基づいて識別することができる。
【００６１】
また、磁気特性が第１の磁気パターンと第２の磁気パターンの中間に位置するような磁気パターンについては、図６（ｄ１）に示すように、ヒステリシスループが、図６（ｂ１）に示すハード材の磁気パターンのヒステリシスループと図６（ｃ１）に示すソフト材の磁気パターンのヒステリシスループとの中間に位置するので、図６（ｄ４）に示す信号パターンを得ることができ、かかる磁気パターンについても、有無や形成位置を検出することができる。
【００６２】
（作用効果）
【００６３】
本例では、励磁用ドライバアンプ５１の後段にマルチプレクサ５２が設けられ、マルチプレクサ５２の後段に複数の磁気センサ素子４０が設けられている。従って、励磁用ドライバアンプ５１から出力された増幅励磁信号は、マルチプレクサ５２によっての複数の磁気センサ素子４０のそれぞれに順次出力される。よって、１つの励磁用ドライバアンプ５１で複数の磁気センサ素子４０に増幅励磁信号を供給することができる。
【００６４】
また、本例では、複数の磁気センサ素子４０の後段にマルチプレクサ７１が設けられ、マルチプレクサ７１の後段にアンプ７２が設けられている。従って、複数の磁気センサ素子４０から出力された検出信号は、マルチプレクサ７１によって合成されてアンプ７２に順次出力される。よって、複数の磁気センサ素子４０から出力された検出信号を１つのアンプ７２で増幅することができる。
【００６５】
さらに、本例では、励磁信号（励磁電流）がゼロクロスする第１のゼロクロス時点Ｕ１でチャンネルを切り替えている。この結果、切り替えられた磁気センサ素子４０において、励磁コイル４８に励磁電流が急峻に流されることがないので、チャンネル切り替え時に発生するノイズを抑制することができる。また、このようなチャンネル切り替え時のノイズの大きさは電流変化の時間微分に比例するので、電流変化の小さい第１のゼロクロス時点Ｕ１でチャンネルを切り替えることによって、ノイズを小さく抑えることができる。
【００６６】
また、本例は、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間の供給路１０１ａにアナログスイッチ１０１が配置されており、増幅部７０から出力される時系列検出信号は、磁気センサ素子４０の切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性が高い期間、すなわち、磁気センサ素子４０の励磁開始時点を含む所定の時間がアナログスイッチ１０１のオフ状態によってマスクされる。この結果、磁気センサ素子４０の切り替え時に発生するノイズの乗った時系列検出信号が、磁気パターン検出部１００に入力されることを回避或いは低減できるので、媒体２の磁気パターンを精度よく検出できる。
【００６７】
さらに、本例では、増幅部７０から磁気パターン検出部１００へ出力される時系列検出信号を、交番電流が２回ゼロクロスする第１のゼロクロス時点Ｕ１および第２のゼロクロス時点Ｕ２を含むようにマスクしているので、時系列検出信号において磁気センサ素子４０の切り替えに起因して生じるノイズが含まれている可能性の高い期間を確実にマスクできる。
【００６８】
また、本例では、ゼロクランプ部１０２によって、アナログスイッチ１０１のオフ状態のときに、増幅部７０と磁気パターン検出部との間の供給路１０１ａの電位を０にクランプしている。従って、アナログスイッチ１０１がオフ状態となり、増幅部７０と磁気パターン検出部１００の間が電気的に遮断状態となっているときに、磁気パターン検出部１００への入力がフローティングとなることを回避できる。また、電位を０にクランプすることにより、磁気パターン検出部１００への入力をノイズ発生が無い状態と同一のレベルにすることができる。
【００６９】
さらに、本例では、マルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１がチャンネルを切り替えるための切替信号は、ソフトウエア割り込みによる切替制御信号を、タイマ信号に同期させて出力したものである。従って、資源が限られているハードタイマの消費を抑えることができる。また、ソフトウエア割り込みにより生成された切替制御信号がそのままマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１のチャンネルを切り替えるための切替信号としている場合には、他の処理の影響によって切替制御信号の生成に遅延が生じ、所定タイミングでチャンネルを切り替えられずジッタが発生することがあるが、生成された切替制御信号は、ハードタイマ９５のタイマ信号に基づいて動作するフリップフロップ５３を介してマルチプレクサ５２およびマルチプレクサ７１に出力されるので、磁気センサ素子４０をタイマ信号に基づくタイミングで確実に切り替えることができる。この結果、チャンネルを切り替えるチャンネル切り替え動作でジッタが発生しないので、ノイズの発生も抑制できる。
【００７０】
また、本例では、ソフトウエア割り込みによる切替制御信号をハードタイマ９５のタイマ信号と同期させた切替信号をスイッチ切替信号としてアナログスイッチ１０１に出力してアナログスイッチ１０１のオン・オフのタイミングを決定している。従って、チャンネル切り替えタイミングとアナログスイッチ１０１のオフのタイミングの時間的相互関係が一定となり、励磁信号の２つのゼロクロスを確実に含んだ期間、アナログスイッチ１０１をオフにすることができる。
【００７１】
（その他の実施の形態）
上記の例では、励磁信号をマルチプレクサ５２によって時分割することにより生成されている各時分割励磁信号は時系列で連続しているが、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れているものとしてもよい。
【００７２】
図８（ａ）は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１／４周期分の時間よりも短い一定時間を空けて生成された場合における時分割励磁信号の波形の説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。本例では、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号との間に時間を空けて生成したので、駆動している磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ１が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも早い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも遅い時点となっている。
【００７３】
本例によれば、図８（ｂ）に示すように、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算されて異常値が出力されることを回避できる。また、２つの磁気センサ素子４０が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。
【００７４】
図９に示す例は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１周期分の時間を空けて生成される場合を示している。図９（ａ）は、本例の磁気パターン検出装置１Ａの電気的構成を示すブロック図であり、増幅部周辺の構成を示す説明図である。図９（ｂ）は、各時分割励磁信号が、時系列で次の時分割励磁信号との間に励磁信号の１周期分の時間を空けて生成された場合における時分割励磁信号の波形の説明図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。なお、本例の本例の磁気パターン検出装置１Ａは、励磁回路５０の前段に追加したスイッチ部５５を除いて上記の磁気パターン検出装置１と同様の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、スイッチ部５５は、励磁用ドライバアンプ５１の前段に接続された前段第１マルチプレクサ５６を備えている。前段第１マルチプレクサ５６は、スイッチ制御信号に基づいて制御され、励磁用ドライバアンプ５１への励磁信号の供給路５５ａを一定のタイミングで励磁信号の１周期分の時間Ｔ０遮断する。また、スイッチ部５５は、接地された前段第２マルチプレクサ５７を備えている。前段第２マルチプレクサ５７はスイッチ制御信号に基づいて制御され、前段第１マルチプレクサ５６がオフ状態となり励磁信号の供給路５５ａを遮断している間、供給路５５ａの電位を０にクランプする。
【００７６】
本例では、図９（ｂ）に示すように、駆動している磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ１が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも当該励磁信号の１／２周期分の時間だけ早い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも当該励磁信号の１／２周期分の時間だけ遅い時点となっている。従って、励磁コイル４８（Ｎｃｈ）の励磁終了時点Ｖ１と、磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ２との間には、励磁信号の１周期分の時間Ｔ０が空いている。
【００７７】
本例によれば、図９（ｃ）に示すように、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることがないので、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から同時に検出信号が出力され、時系列検出信号として合成される際に加算されて異常値が出力されることを回避できる。また、２つの磁気センサ素子４０が隣接配置されている場合は、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁されることによるノイズの発生を防止できる。さらに、本例によれば、励磁電流の値が０となっている時間が長く、この励磁電流の値が０となっている励磁信号の１周期分の時間Ｔ０の間にチャンネルを切り替えればよいので、切替信号によるチャンネル切り替えタイミングに関する規制を緩めることができる。
【００７８】
次に、複数の磁気センサ素子４０において、順次に切り替えられえる２つの磁気センサ素子４０が同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力するように構成しておき、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるように生成してもよい。ここで、２つの磁気センサ素子４０が同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力するように構成するためには、連続して駆動される２つの磁気センサ素子４０の間で、センサコアに対する励磁コイル４８の巻き回し方向や検出コイル４９の巻き回し方向を異なるものに変更する。
【００７９】
図１０（ａ）は、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるようにした場合の時分割励磁信号の波形の説明図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す場合における各磁気センサ素子４０の検出コイル４９からの検出信号の波形の説明図である。本例では、各時分割励磁信号を、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なるように生成した結果、駆動されている磁気センサ素子４０（Ｎｃｈ）の励磁コイル４８の励磁終了時点Ｖ３が、励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも遅い時点となり、次に駆動される磁気センサ素子４０（Ｎ＋１ｃｈ）の励磁開始時点Ｖ４が励磁電流のゼロクロス時点Ｕ１よりも早い時点となっている。
【００８０】
本例では、２つの磁気センサ素子４０の励磁コイル４８が同時に励磁された状態となると、２つの磁気センサ素子４０の検出コイル４９から逆極性の検出信号が出力されるので、これらの検出信号が打ち消しあう。従って、時系列検出信号が生成される際に異常値が出力されることを防止できる。
【符号の説明】
【００８１】
１・磁気パターン検出装置、２・媒体、２ａ・磁性領域、５・回路部、１０・搬送装置、１１・媒体移動路、２０・磁気センサ装置、２１・センサ面、２２・斜面部、２５・ケース、３０・磁界印加用磁石、３１・磁界印加用第１磁石、３２・磁界印加用第２磁石、３５・永久磁石、４０・磁気センサ素子、４１・センサコア、４１ａ・第１基板、４１ｂ・第２基板、４１ｃ・磁性材料層、４２・胴部、４３・集磁用突部、４４・突部、４７・非磁性部材、４８・励磁コイル、４９・検出コイル、５０・励磁回路、５０・励磁部、５１・マルチプレクサ（第１切替素子）、５１・励磁用ドライバアンプ、５２・マルチプレクサ（第２切替素子）、５３・フリップフロップ（同期出力部）、５４・タイミング調整部、５５・スイッチ部、５５ａ・供給路、５６・前段第１マルチプレクサ、５７・前段第２マルチプレクサ、６０・信号処理部、７０・増幅部、７１・マルチプレクサ、７２・アンプ、８０・抽出部、８２・クランプ回路、８３・オフセット調整部、８４・ホールド回路、８５・ゲイン設定部、９０・デジタル信号処理部、９１・コンバータ、９２・加算回路、９３・減算回路、９４・制御信号出力部（切替制御信号出力部）、９５・ハードタイマ、１００・磁気パターン検出部、１０１・アナログスイッチ、１０２・ゼロクランプ部、１０３・アナログスイッチ、３５０・着磁面、４３１・４３２・集磁用突部、４４１・４４２・突部、４９１・４９２・検出コイル、８２１・ダイオード、８２２・極性反転回路、８２３・ダイオード、８３１・第１オフセット調整回路、８３１ａ・オフセット調整用基準電圧生成回路、８３１ｂ・オペアンプ、８３２・第２オフセット調整回路、８４１・第１ピークホールド回路、８４２・第２ピークホールド回路、８５１・ゲイン設定用第１アンプ、８５２・ゲイン設定用第２アンプ、Ｂｒ・残留磁束密度、Ｈｃ・保磁力、Ｓ０・信号、Ｓ１・第１信号、Ｓ２・第２信号、ｔ０・タイマ信号の立ち下がり時点、ｔ１・タイマ信号の立ち上がり時点、Ｔ４０・厚さ方向、Ｕ１・第１のゼロクロス時点、Ｕ２・第２ゼロクロス時点、Ｖ４０・高さ方向、Ｗ４０・幅方向、Ｘ・移動方向、Ｘ１・矢印、Ｘ２・矢印、Ｙ・媒体幅方向、μ・透磁率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一チャンネルの励磁信号を発生する励磁信号発生部と、
前記単一チャンネルの励磁信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する信号時分割部と、
励磁コイルおよび検出コイルを備えた磁気センサ素子が前記多チャンネルに対応する個数分配置されており、各磁気センサ素子の前記励磁コイルが対応するチャンネルの前記分割励磁信号によって励磁される多チャンネルの磁気検出部と、
前記磁気検出部の各磁気センサ素子の前記検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を、前記一定のタイミングおよび前記一定の順次で切り替えながら合成して単一チャンネルの時系列検出信号を出力する信号合成部と、
前記時系列検出信号に基づいて前記磁気検出部を通過する媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部と、
前記信号合成部から前記磁気パターン検出部に対する前記時系列検出信号の供給路を遮断するためのアナログスイッチと、
前記時分割励磁信号による各磁気センサ素子の前記励磁コイルの励磁開始時点において、当該励磁開始時点を含む所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えて前記供給路を遮断するスイッチ制御部とを有していることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号時分割部は、前記励磁信号を増幅する１つの第１アンプと、前記第１アンプからの出力を分割して前記時分割励磁信号を生成する第１マルチプレクサとを備えており、
前記信号合成部は、多チャンネルの前記検出信号を合成する第２マルチプレクサと、前記第２マルチプレクサからの出力を増幅して前記時系列検出信号として出力する１つの第２アンプを備えていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記励磁信号は、交番電流であり、
各磁気センサ素子の前記励磁コイルの前記励磁開始時点は、前記交番電流がゼロクロスするゼロクロス時点であり、
前記スイッチ制御部は、前記励磁開始時点と一致する第１のゼロクロス時点と、当該第１のゼロクロス時点の次に前記交番電流がゼロクロスする第２のゼロクロス時点を含む前記所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
ソフトウエア割り込みによって定期的に生成される切替制御信号を出力する切替制御信号出力部と、
ハードタイマと、
前記切替制御信号および前記ハードタイマのタイマ信号に基づいて、前記信号時分割部および前記信号合成部において各チャンネルを切り替えるための切替信号を出力する同期出力部とを有しており、
前記同期出力部は、前記切替制御信号が出力されると、前記切替制御信号を記憶保持し、しかる後に、前記切替信号として前記タイマ信号に同期させた前記切替制御信号を前記信号時分割部および前記信号合成部に出力することを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記アナログスイッチがオフに切り替えられている間、前記供給路の電位を０にクランプするクランプ部を有していることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項６】
請求項１または２において、
各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項７】
請求項１または２において、
順次に励磁される前記励磁コイルを備える２つの前記磁気センサ素子は、同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力し、
各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なっていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項１】
単一チャンネルの励磁信号を発生する励磁信号発生部と、
前記単一チャンネルの励磁信号を、一定のタイミングおよび一定の順次で切り替わる多チャンネルの時分割励磁信号に分割する信号時分割部と、
励磁コイルおよび検出コイルを備えた磁気センサ素子が前記多チャンネルに対応する個数分配置されており、各磁気センサ素子の前記励磁コイルが対応するチャンネルの前記分割励磁信号によって励磁される多チャンネルの磁気検出部と、
前記磁気検出部の各磁気センサ素子の前記検出コイルから出力される多チャンネルの検出信号を、前記一定のタイミングおよび前記一定の順次で切り替えながら合成して単一チャンネルの時系列検出信号を出力する信号合成部と、
前記時系列検出信号に基づいて前記磁気検出部を通過する媒体の磁気パターンを検出する磁気パターン検出部と、
前記信号合成部から前記磁気パターン検出部に対する前記時系列検出信号の供給路を遮断するためのアナログスイッチと、
前記時分割励磁信号による各磁気センサ素子の前記励磁コイルの励磁開始時点において、当該励磁開始時点を含む所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えて前記供給路を遮断するスイッチ制御部とを有していることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号時分割部は、前記励磁信号を増幅する１つの第１アンプと、前記第１アンプからの出力を分割して前記時分割励磁信号を生成する第１マルチプレクサとを備えており、
前記信号合成部は、多チャンネルの前記検出信号を合成する第２マルチプレクサと、前記第２マルチプレクサからの出力を増幅して前記時系列検出信号として出力する１つの第２アンプを備えていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記励磁信号は、交番電流であり、
各磁気センサ素子の前記励磁コイルの前記励磁開始時点は、前記交番電流がゼロクロスするゼロクロス時点であり、
前記スイッチ制御部は、前記励磁開始時点と一致する第１のゼロクロス時点と、当該第１のゼロクロス時点の次に前記交番電流がゼロクロスする第２のゼロクロス時点を含む前記所定の時間だけ前記アナログスイッチをオフに切り替えることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
ソフトウエア割り込みによって定期的に生成される切替制御信号を出力する切替制御信号出力部と、
ハードタイマと、
前記切替制御信号および前記ハードタイマのタイマ信号に基づいて、前記信号時分割部および前記信号合成部において各チャンネルを切り替えるための切替信号を出力する同期出力部とを有しており、
前記同期出力部は、前記切替制御信号が出力されると、前記切替制御信号を記憶保持し、しかる後に、前記切替信号として前記タイマ信号に同期させた前記切替制御信号を前記信号時分割部および前記信号合成部に出力することを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記アナログスイッチがオフに切り替えられている間、前記供給路の電位を０にクランプするクランプ部を有していることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項６】
請求項１または２において、
各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号との間が一定時間離れていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【請求項７】
請求項１または２において、
順次に励磁される前記励磁コイルを備える２つの前記磁気センサ素子は、同一の磁束の変化に対して逆極性の検出信号を出力し、
各時分割励磁信号は、時系列で次の時分割励磁信号と一定時間重なっていることを特徴とする磁気パターン検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２３７５６（Ｐ２０１２−１２３７５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６３０４（Ｐ２０１０−２７６３０４）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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