磁性传感器与应用其的纸币识别装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于自动售货机或售票机等各种自动服务机器的纸币识别装置。背景技术
近年来，随着自动售货机或售票机等所售商品的多样化和高额化，使用除一千日元面值以外高额纸币的纸币识别装置越来越受到广泛的应用。特别是从2000年7月发行二千日元面值纸币以来，能够使用包括二千日元面值高额纸币的机器越来越多。另一方面，随着复印机和彩色打印机等办公设备的进步，使用通过这些高精度复制装置而制成的伪造纸币的犯罪也有增加的倾向，这就要求进一步提高纸币识别装置的识别能力，将犯罪防止于未然。
过去，在纸币识别装置中，磁头被用来作为检测需要识别的纸币特征的传感器。
但是，用这种以往的磁性传感器，对于将磁性介质紧贴磁性传感器的情况时虽然具有足够的灵敏度，而对于像纸币这样具有一定厚度、并在两面带有磁性特征的媒体而言，因检测灵敏度低而无法进行高精度的检测，因而存在无法提高纸币识别装置识别精度的问题。发明内容
本发明提供一种磁性传感器与应用其的纸币识别装置，其中包括：用于检测通过基板表面一侧的磁性介质而设置在基板表面的人工栅极MR元件；把由人工栅极MR元件引出的布线端子与基板用树脂密封为一体地保持体；在保持体基板的背面一侧施加垂直于人工栅极MR元件面的辅助磁场的磁石。附图说明
图1是本发明实施例1的磁性传感器的侧面剖面图。
图2是本发明实施例1的人工栅极MR元件的剖面图。
图3是本发明实施例1的磁性传感器的俯视图。
图4是本发明实施例1的罩有外壳的磁性传感器的侧面局部剖视图。
图5是本发明实施例1的罩有外壳的磁性传感器的正面局部剖视图。
图6是本发明实施例1的罩有外壳的磁性传感器的组装图。
图7是本发明实施例1的采用磁性传感器的纸币识别装置的剖视图。
图8是本发明实施例1的采用磁性传感器的纸币识别装置的方框图。
图9是本发明实施例1的由纸币识别装置的磁性传感器输出的信号图。
图10是本发明实施例1的由纸币识别装置的取样保持电路输出的信号图。
图11是本发明实施例2的磁性传感器的俯视图。
图12是本发明实施例2的采用磁性传感器的纸币识别装置的方框图。具体实施方式
下面，参照附图就本发明实施例做一说明。
实施例1
图1是本发明实施例1的磁性传感器的侧面剖面图。
在图1中，人工栅极磁性电阻元件(以下称之为人工栅极MR元件)1形成在陶瓷基板2的表面。如图2所示，该人工栅极MR元件1通过把10(埃)至30厚的Cu(铜)所形成的非磁性层3，与20至40厚的Ni(镍)、Fe(铁)和Co(钴)的混合物所形成的磁性层4交替叠加而构成。
另外，要想识别纸币，叠加10层以上是重要的。在本实施例1中，采用了在由陶瓷形成的基板2上叠加15层的结构，并用保护膜5做了表面处理。
这样的人工栅极MR元件1，在其断面上非磁性层3与磁性层4交替叠加，并当施加垂直方向的磁场时磁性层之间的电阻会产生变化。因此，利用这一性质可以检测微弱的磁场变化。
对如上所述形成的人工栅极MR元件1多层膜，通过蚀刻形成图3所示形状的电路。也就是说，使两个人工栅极MR元件1A和1B串联连接，再使其连接点与导体图形6A连接并使其两端与图形6B和6C连接，然后使这些图形6A、6B和6C经通孔7A、7B和7C分别与布线端子8A、8B和8C(参照图5)连接。
这样，通过设置使磁性介质顺次地从两个人工栅极MR元件1A、1B的前面通过，可以用简单的电路构成检测出磁性的变化。
在图1中，用于将人工栅极MR元件1的信号引到外部的布线端子8，被安装在基板2的背面。并且，通过通孔7与人工栅极MR元件1连接。保持体9用树脂将基板2和布线端子8的基板2一侧密封为一体。与做成向下张开的近似四方形的凹部10镶嵌配合的磁石11，被埋设安装在该凹部10内。
该磁石11设置在基板2的背面，在人工栅极MR元件1的垂直方向施加辅助磁场。该磁力的大小约为20mT(毫泰斯拉)。另外，通过施加15mT至30mT范围的辅助磁场，可以非常灵敏地检测出经磁性印刷而在纸币上形成的微弱磁性。
该磁石11是由在树脂底料或橡胶底料中分散混入铁氧体磁性粉末所形成的材料构成，因而容易加工。
纸币12与人工栅极MR元件1构成对向。另外，在图1中，把人工栅极MR元件1A、1B统一表示为人工栅极MR元件1。同样地，图形6是图形6A、6B和6C的，通孔7是通孔7A、7B和7C的，布线端子8是布线端子8A、8B和8C的统称。
这样，图1所示的磁性传感器13被收纳在树脂制外壳15内后成为磁性传感器27。图4是其侧面的局部剖视图，图5是正面的局部剖视图，图6是组装图。在图4、图5中，在树脂制外壳15的开口侧15A设置有薄形的树脂制盖子16。该盖子16是保护人工栅极MR元件1的。该盖子16因由液晶聚合物形成，所以即使做薄也能得到足够强度，因而可以把其厚度做到大约0.15mm，因此，可以尽可能减少磁性传感器27的灵敏度下降。
盖子16可以通过注射成型大量生产，也没有必要像金属制外壳那样实施电镀来提高防腐性或耐磨性，因而可以减少工序。
形成在盖子16侧面的孔17，与设置在外壳15上的爪18相配合将盖子16弹性嵌套固定。由于外壳15和盖子16均由树脂形成，所以通过弹性变形可以用一个动作简单地实施安装。另外，因为没有露出在纸币输送面附近的导电部，所以可以抑制静电放电。
设置在外壳15上的爪19，设在开口侧15A的相反一侧，并穿过开设在印刷电路部20上的孔21，以弹性状态将外壳15固定在印刷电路板20上。另外，凸台部22一体地设在外壳15的后面，由螺钉23可靠地固定在印刷电路板20上。在图6中，设在外壳15的爪19一侧的凸部24，与设在印刷电路板20上的凹部25镶嵌配合构成定位。
空隙28形成在保持体9与印刷电路板20之间。在该空隙28内设有人工栅极MR元件1的输出信号所要输入的最初的电路即放大电路。其结果，由于能缩短微弱信号电平的布线，因而可以增强抵抗外部干扰的能力。由于缩短了磁性传感器与电路零件之间的距离，所以不易受到外部干扰等影响，并且可以实现纸币识别装置的小型化。
另外，在设有外壳15的凸台部22一侧的槽26内插入布线端子8。
图6为组装图，磁性传感器13收纳在外壳15内，并盖有盖子16。该盖子16不仅可以防止灰尘侵入人工栅极MR元件1内，还具有对抗外力的保护作用。另外，因人工栅极MR元件1的灵敏度高，即使盖上这种盖子也不会使灵敏度下降而给动作带来妨碍。
另外，爪19插入印刷电路板20的孔21内。凸台部22由螺钉23固定在印刷电路板20上。
如上所述，本实施例1的磁性传感器27，因采用了人工栅极MR元件1所以灵敏度高。另外，由于设置了在垂直于人工栅极MR元件1的方向施加辅助磁场的磁石11，所以在检测印刷油墨中所含微量磁性体的应用中能获得高灵敏度，因而可以提高纸币识别装置的识别精度。
再有，由于磁石11埋设于形成在保持体9上的凹部10，所以磁石11的位置被固定，因而相对于震动等能够得到稳定的输出。
另外，由于保持体9收纳在树脂制外壳15内，所以不仅可以抑制来自外部的静电放电入侵，还便于零件的管理。
另外，由于布线端子8受到槽26的限定，所以使布线端子8容易插入印刷电路板20。
下面，就纸币识别装置做一说明。图7是采用通过图4、图5、图6所说明的本实施例的磁性传感器27的纸币识别装置的剖视图。
在图7中，纸币12的插入口31连接着纸币12的通路32。而且，在该通路32的壁面上安装有本实施例1的磁性传感器27。另外，在该通路32上设有由滑轮33和皮带34构成的输送装置。滚子35压住纸币12，纸币12的出口36设在通路32的终端。
图8是使用本实施例1的磁性传感器27的纸币识别装置的方框图。在图8中，磁性传感器27具有近似同样性能的两个人工栅极MR元件1A、1B在基板2上形成串联连接，并且连接在电源40和地之间。这两个人工栅极MR元件1A和1B相对于纸币的行进方向，设置为人工栅极MR元件1A和1B的顺序。
并且，这两个人工栅极MR元件1A、1B的连接点的图形6A与放大电路41的输入端连接。该放大电路41的输出信号，输入取样保持电路42，其输出信号经模/数转换电路(以下称之为A/D转换电路)43，与微型计算机44内的识别电路45连接。
另外，取样信号电路46，与取样保持电路42和A/D转换电路43连接。在存储器47内存放有纸币12的识别信息等。
下面，就如上所述的纸币识别装置的动作做一说明。
首先，磁性传感器27的人工栅极MR元件1A检测出附着在纸币12上的磁性体的磁性，因而人工栅极MR元件1A的电阻下降，所以连接点6A的电压上升。
接着，磁性传感器27的人工栅极MR元件1A和1B都检测出附着在纸币12上的磁性体的磁性。这时，人工栅极MR元件1A、和1B的电阻都下降，所以连接点6A的电压变为电源40电压的一半。
接着，附着在纸币12上的磁性体的磁性从人工栅极MR元件1A离开，变成仅有人工栅极MR元件1B的检测。这样，人工栅极MR元件1A的电阻上升，而人工栅极MR元件1B的电阻下降，所以连接点6A的电压下降。
当附着在纸币12上的磁性体的磁性从人工栅极MR元件1B离开后，人工栅极MR元件1A和人工栅极MR元件1B的电阻都上升，连接点6A的电压恢复到初始状态(电源40电压的一半)。
如上所述，依据附着在纸币12上的磁性体磁性的大小，磁性传感器27输出具有如图9所示特征的信号。该信号经放大电路41放大后，输入取样保持电路42。
使用该取样保持电路42的目的是，为了防止因磁性传感器27输出的信号为宽度较窄的脉冲状信号而产生的A/D转换电路43中的读取错误。
因此，在该取样保持电路42内通过将信号的峰值如图10所示地保持一定时间，使在A/D转换电路43的读取可以可靠地进行。该取样保持电路42，保持信号的最大电平，但经过一定时间在A/D转换电路43的读取结束后，通过取样信号电路46的信号进行复位。维持该峰值的所定时间，应大于A/D转换电路43的取样信号周期。另外，在图9、图10中，横轴为时间(毫秒)，纵轴为电平(毫伏)。其次，纸币12的磁信号，在A/D转换电路43转换为数字信号，通过识别电路45判定纸币12的真伪或纸币12的种类。
这样，在本实施例1中，由于采用了人工栅极MR元件1的磁性传感器27，所以能实现识别精度高的纸币识别装置。
另外，由于采用了人工栅极MR元件1的磁性传感器27所以灵敏度高，因而即使将纸币12背面朝向地插入也可以进行对所插入纸币12的识别。
另外，识别电路45的判定，是根据例如在纸币12的所定位置附近的信号最大值的大小来识别判定的。这时，由于人工栅极MR元件1的磁性传感器27的灵敏度高并且可以测出精密的纸币12的特征，因而可以实现识别精度高的纸币识别装置。
另外，以可以通过在纸币12的所定位置附近的信号最大值和最小值之比进行识别判定。这时，因利用了极大值与极小值之比，所以相对而言不易受环境影响。
另外，在判定中，也可以利用磁性传感器27输出信号的信号输出电平的极大值和极小值的产生顺序进行识别判定。在这种情况下，通过充分利用随时间轴而变化的信号的产生顺序和电平，可以实现识别精度高的纸币识别装置。
另外，也可以利用磁性传感器27的峰值信号输出所对应的纸币12上的位置、和这时的峰值信号电平、与在所定位置的信号输出电平之间的差进行识别判定。在这种情况下，通过充分利用信号所对应的纸币12上的位置和电平，可以实现识别精度高的纸币识别装置。
通过适当地组合上述判定方法，可以更加提高识别精度。
实施例2
实施例2是采用四个人工栅极MR元件1而构成的磁性传感器。下面，以其与实施例1的不同点为中心做一说明。
另外，对于与实施例1相对应的部分，分别对应地附加带百位数的符号，而省略了说明。
图11是实施例2的磁性传感器的俯视图。把用实施例1的图2所说明的人工栅极MR元件1的多层膜，经蚀刻形成图11所示形状的电路。也就是说，形成串联连接的四个人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D的串联体，使这四个连接点分别与导体图形106A、106B、106C、106D连接，在使这些图形106A、106B、106C、106D经通孔107A、107B、107C、107D分别与布线端子108A、108B、108C、108D连接。也就是说，相互对称地被设置在陶瓷基板102上并构成桥型联接。
这样，通过设置成使磁性介质顺次地从图11所示的四个人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D的前面通过，可以以简单的电路构成更精密地检测磁性的变化。
在与图1对应时，将人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D统一表现为人工栅极MR元件1。
同样，图形6是图形106A、106B、106C、106D的、通孔7是通孔107A、107B、107C、107D的、布线端子8是布线端子108A、108B、108C、108D的统称。
图12是使用实施例2的磁性传感器127的纸币识别装置的方框图。该磁性传感器127除了由四个人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D所形成之外，与在实施例1中所说明的磁性传感器27一样。
磁性传感器127具有近似同样性能的四个人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D在基板102上构成串联联接，四个连接点中图形106C和106B与电源40连接，图形106A和106D与差分放大电路141的输入端连接。这四个人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D相对于纸币的行进方向设置为人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D的顺序。差分放大电路141后面的电路构成，与实施例1中的图8相同。
下面，对如上所述构成的纸币识别装置中，与实施例1不同部分的动作做一说明。
也就是说，以人工栅极MR元件101A、101B、101C、101D的顺序对附着在纸币12上的磁性体的磁性进行检测。与实施例1的图8同样连接点106A和106D的电压按顺序变化，在附着在纸币12上的磁性体的磁性从人工栅极MR元件101D离开的时刻所有的电压都返回初始状态。
图12由于是检测连接点106A和106D之间的电压变化的方式，因而可以减少外来磁性干扰对磁性传感器127的影响。
另外，在此省略说明的部分与实施例1同样的。
如上所述，本发明的磁性传感器，为了检测从基板的表面一侧通过的磁性介质，将设在基板表面的人工栅极，和由该人工栅极引出的布线端子用树脂密封成一体形成保持体，在该保持体基板的背面一侧，设置有在与人工栅极的垂直方向施加辅助磁场的磁石。由于使用了人工栅极，所以可以得到灵敏度高的磁性传感器，即使是印刷在纸币背面的磁性油墨也可以检测，因而可以进行以任何朝向插入的纸币识别。
另外，由于设置了在与人工栅极面垂直方向施加辅助磁场的磁石，所以可以将该磁性传感器用于纸币识别装置，因而可以提高纸币识别装置的识别精度。