磁気異方性検出に基づく磁気バーコードシステムの 研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

磁気異方性検出に基づく磁気バーコードシステムの 研究

渡邊, 直幸

九州大学システム情報電気電子システム工学

https://doi.org/10.11501/3163936

出版情報：Kyushu University, 1999, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：

~

磁気異方性検出に基づく 磁気バーコードシステムの研究

平成 11 年 7 月

渡 漫 直 幸

目次

第l章 序 論

1.1  研 究 の 背 景

1.2 磁気バーコードシステム 1.

3 

本論文の目的と構成

11つ

‑ A

斗寸

第2章 磁気異方性を利用する磁気バーコードシステム

2.1  磁 気 異 方 性 の 検 出 原 理 7  2.2  磁 気 異 方 性 を 用 い た バ ー コ ー ド 検 出 原 理 7 

2.3  磁気バーコードシステムの構成 10 

2.4  単 一 パ ー の 検 出 波 形 10 

2.5  _{直 交}8の 字 型 検 出 素 子 の 基 本 特 性 16 

2.5.1  出 力 特 性 16 

2.5.2  角 度 特 性 19 

2.5.3  周 波 数 特 性 19 

2.5.4  リフトオフ特性 19 

2.6  バーコードの種類 24 

2.7  高 密 度 化 の た め の 方 法 24 

2.7.1  検 出 素 子 の 改 良 27 

2.7.2  バーコードの改良 27 

2.8  バーコード分離特性 32 

2.9  本章のまとめ 36 

第

3

章 磁性インキ印刷バーコードの読み取り特性 3.1  ノてーコード印刷技術

3.2  磁性インキ印刷バーコード

勺j o o

司 ︑

d勺﹃

3.3  磁性インキ印刷パーの基本特性 38 

3.3.1  出 力 特 性 38 

3.3.2  インキ特性 42 

3.4  相 対 的 検 出 位 置 と 出 力 波 形 と の 関 係 42 

3.5  バーコード読み取り特性 49 

3.6  高 出 力 化 の た め の 検 出 素 子 構 造 の 改 良 49 

3.7  3値 化 の 可 能 性 52 

3.8  本章のまとめ 56 

第4章 マイクロ検出素子によるバーコード検出

4.1  マイクロ検出素子の構造 57 

4.2  磁 気 異 方 性 検 出 原 理 57 

4.3  バーコード検出のメカニズム 61 

4.4  マイクロ検出素子の基本特性 63 

4.4.1  出 力 特 性 63 

4.4.2  磁性インキ特性 63 

4.4.3  励 磁 周 波 数 特 性 68 

4.4.4  リフトオフ特性 68 

4.5  パー幅と出力ピーク値の関係 68 

4.6  マイクロ検出素子のバーコード分離 72 

4.6.1  バーコード分離特性 72 

4.6.2  バーコード分離のメカニズム 75 

4.7  ノてー聞のスペースと出力ピーク値の関係 75 

4.8  バーコードのアレイイヒ 78 

4.9  _{バーコード出力の}2値 化 78 

4.10  _{本章のまとめ} 83 

ー11‑

第5章 総括

5 . 1 

結論

5.2  今後の展開

参 考 文 献

謝 辞

84  85 

86 

90 

第 l章 序 論

1  .  1 

研 究 の 背 景

近 年 、 社 会 シ ス テ ム の 多 く の も の が 数 値 デ ー タ 化 さ れ 、 シ ス テ ム の 情 報 化 は 著 し く 進 歩 し て い る 。 こ の 中 に お い て 、 必 要 な 情 報 を 電 気 信 号 に 変 換 す る セ ン サ は 、 シ ス テ ム に 情 報 や デ ー タ を 高 速 、 正 確 に 取 り 込 む 入 力 装 置 と し て 重 要 な 役 割 を 果 たしている [1。]

中 で も 、 物 体 に 附 随 す る 自 然 あ る い は 人 工 的 な 情 報 を 自 動 的 に 読 み 取 る 自 動 認 識 技 術[2]は 、 面 倒 な 入 力 作 業 を 減 ら し 、 シ ス テ ム の 効 率 化 を 可 能 に す る 技 術 で あ る 。 こ れ に は 、 直 接 認 識 と 間 接 認 識 の 方 法 が あ る 。 直 接 認 識 法 は 、 例 え ば 、 人 間 の 指 紋 、 瞳 孔 、 声 紋 等 の 身 体 的 特 徴 を 認 識 し 、 本 人 認 証 を 行 う も の[3，4]で 、 セ キ ュ リ テ イ が 重 要 な 分 野 に 一 部 利 用 さ れ て い る が 、 高 度 な 情 報 処 理 が 必 要 で あ り 、 多 数 の 認 識 対 象 を 高 速 に 処 理 す る の に は 適 し て い な い 。 間 接 認 識 法 は 、 例 え ば 、 商 品 名 、 価 格 、 重 量 、 送 付 先 等 の 情 報 を デ ー タ 化 し 、 そ の 商 品 に 添 付 す る こ と で 識 別 、 分 類 を 行 う も の[5]で あ る 。 バ ー コ ー ド シ ス テ ム は 、 後 者 に 属 す る 自 動 認 識 技 術 の 一 つ で あ り 、 現 在 、 物 流 等 の 分 野 に 広 く 利 用 さ れ て い る 。

バ ー コ ー ド シ ス テ ム に は 、 そ の 検 出 媒 体 に よ り 大 別 し て 、 光 方 式 と 磁 気 方 式 が ある [6]0前 者 は 光 の 反 射 率 の 違 い を

2

値 化 媒 体 と し た も の で 、 後 者 は 透 磁 率 や 導 電 率 の 違 い を

2

値化媒体としたものである。

光 バ ー コ ー ド シ ス テ ム は 高 速 で 、 比 較 的 安 価 な シ ス テ ム で あ り 、 今 日 見 ら れ る よ う な 大 規 模 な 流 通 管 理 シ ス テ ム の 簡 略 化 、 自 動 化 を 可 能 と し た [7，8]0 しかし、

こ の 光 方 式 は 可 視 コ ー ド で あ る こ と か ら 、 屋 外 で の 流 通 や FA端 末 等 の 環 境 下 に お い て は 、 バ ー コ ー ド 表 面 や バ ー コ ー ド リ ー ダ 一 面 に 汚 れ や 水 滴 等 が 付 着 し 、 正 確 な デ ー タ 読 み 取 り が 困 難 と な る 欠 点 が あ っ た 。 一 方 、 回 数 券 や 商 品 券 等 の 金 券 や プ リ ペ イ ド カ ー ド は 、 社 会 シ ス テ ム の 利 便 性 を 高 め る た め 現 在 広 く 利 用 さ れ て お り 、 自 動 認 識 と 共 に そ の 偽 造 防 止 が 重 要 な 技 術 課 題 と な っ て い る[9]。 こ の た め

プ リ ペ イ ド カ ー ド に は 、 利 用 金 額 や 利 用 状 況 を 記 録 す る 機 能 と と も に 、 識 別 の た め の 固 定 情 報 を 保 持 す る 機 能 が 必 要 と な る 。 後 者 の 固 定 情 報 記 録 の た め に 、 不 可 視 化 の 容 易 な 磁 気 バ ー コ ー ド が 多 く 使 わ れ て お り 、 偽 造 防 止 等 セ キ ュ リ テ ィ の 向 上に一定の役割を果たしている。

1.2  磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム

磁 気 を 用 い て 情 報 を 記 録 す る 方 法[10]と し て は 、 磁 気 記 録 と 総 称 さ れ る 磁 気 デ ィ ス ク や 磁 気 テ ー プ を 用 い る 書 き 換 え 可 能 な 記 録 方 式[11 ]が広く用いられている。

こ れ は 、 情 報 蓄 積 媒 体 と し て は 優 れ て い る が 、 強 磁 界 に よ る 情 報 の 消 失 、 不 正 な 情 報 読 み 取 り や 改 ざ ん 等 に 対 し 対 策 を 施 す こ と は 容 易 で な く 、 セ キ ュ リ テ イ の た め の 固 定 識 別 情 報 の 担 体 と し て は 問 題 を 残 し て い る 。 一 方 、 磁 気 バ ー コ ー ド は 、 磁 性 体 小 片 の 配 列 パ タ ー ン に よ っ て 情 報 を 記 録 す る た め に 固 定 情 報 の み の 記 録 で あ る が 、 強 磁 界 に よ る 情 報 の 消 失 は 無 く 、 情 報 の 改 ざ ん や 不 正 読 み 取 り に 対 す る 対 策 が 比 較 的 容 易 で あ る 。 こ の た め 、 プ リ ペ イ ド カ ー ド の 固 定 情 報 の 記 録 に 現 在 広く用いられている。

従 来 の 磁 気 方 式 バ ー コ ー ド 読 み 取 り の 方 式 に は 、 非 破 壊 検 査 で 用 い ら れ る 渦 電 流探傷[12・16] の 原 理 が 多 く 用 い ら れ て い る 。 こ れ は 、 交 流 源 で 励 磁 さ れ る コ イ ル か ら 発 生 す る 磁 束 が 、 そ の 近 傍 に 存 在 す る 物 質 の 透 磁 率 や 導 電 率 の 違 い を 読 み 取 るもの[17]で あ り 、 最 も 簡 単 な 動 作 原 理 を 図1‑1に 示 す 。 コ イ ル 近 傍 に 何 も 存 在 し な い 場 合 、 励 磁 コ イ ル か ら 発 生 す る 磁 束 を φ1と す る 。 コ イ ル 近 傍 に 導 体 板 が 存 在 す る と 、 導 体 板 中 に は φlに よ り 渦 電 流 が 誘 起 さ れ 、 こ の 電 流 に よ り φ lとは 逆 向 き の 反 抗 磁 束φ 2が 生 じ 、 コ イ ル に 鎖 交 す る 磁 束 が 減 少 す る 。 つ ま り 、 導 体 板 の 出 現 に よ り 磁 束 が φ lから φ1‑ φ 2へ 変 化 し て お り 、 こ の 磁 束 変 化 を 検 出 す れ ば 、 導 体 板 の 有 無 で コ ー ド 化 さ れ た バ ー コ ー ド を 読 み 取 る こ と が で き る 。 図 1‑1で は 、 検 出 コ イ ル を 差 動 構 造 に し 、 磁 束 の 変 化 分 の み を 測 定 で き る 回 路 を 示 し て い る 。 従 来 の バ ー コ ー ド は 一 般 に 、 光 方 式 と の 親 和 性 を 持 た せ る た め 光 方 式 パ ー

磁気コア

励磁コイル 検出コイル

ヘ

ノ ^•

•

図1‑1 従来の磁気バーコード読み取り原理 (差動検出方式)

‑3‑

コ ー ド パ タ ー ン の 明 暗 の 縞 に 対 応 し て 、 磁 気 的 な 性 質 ( 例 え ば 透 磁 率 や 保 磁 力 等 ) の 異 な る 材 料 を 配 置 し て 構 成 さ れ る 。 こ の 読 み 取 り 方 式 に は 、 印 加 磁 界 の 種 類 に よ り 直 流 バ イ ア ス 方 式 、 交 流 バ イ ア ス 方 式 に 分 け ら れ る [18]⁰ 直 流 バ イ ア ス 方 式 は 、 定 電 流 源 、 や 永 久 磁 石 に よ り 一 定 磁 束 を 印 加 し 、 パ ー の 通 過 時 に 発 生 す る 磁 束 量 変 化 を 読 み 取 る も の で あ る 。 こ の 場 合 、 出 力 電 圧 は 磁 束 の 時 間 変 化

dφ/d 

t  で 与 え ら れ 、 出 力 を 符 号 と し て 認 識 す る た め に は パ ー の 位 置 を 特 定 す る 同 期 信 号 が 必 要 と な る 。 一 般 的 な 方 法 は 、 位 置 と 時 間 を 比 例 定 数 に よ り l対 lに 対 応 づ け る 方 法 で 、 こ の 場 合 に は 、 等 速 ス キ ャ ン す る 機 構 が 必 要 と な る 。 ま た 、 パ ー と ス ペ ー ス の 磁 気 的 性 質 の 違 い も し く は そ の 有 無 と い う 単 純 な

2

値 化 に よ り バ ー コ ー ド が 与 え ら れ て い る た め 、 そ の 情 報 の 分 析 は 比 較 的 容 易 で あ り 、 セ キ ュ リ テ イ 確 保の点で問題がある。

1.3 

本 論 文 の 目 的 と 構 成

本 論 文 は 、 上 述 の 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム の セ キ ュ リ テ イ の 向 上 な ら び に 情 報 の 高 密 度 化 を 目 的 と し て 、 磁 気 異 方 性 を コ ー デ イ ン グ に 利 用 す る 新 し い 原 理 に 基 づ く バ ー コ ー ド シ ス テ ム を 提 案 し 、 そ れ を 用 い て 試 作 し た シ ス テ ム の バ ー コ ー ド 読 み 取 り 特 性 に つ い て 述 べ る 。 本 論 文 は 全 5章からなる。

第

2

章 で は 、 直 交

8

の 字 型 コ イ ル 対 を 検 出 素 子 と す る 磁 気 異 方 性 を 利 用 す る 新 し い 磁 気 ノ く ー コ ー ド シ ス テ ム を 提 案 し 、 こ の バ ー コ ー ド 読 み 取 り 特 性 に つ い て 述 べ る 。 こ の 検 出 素 子 に 対 応 す る パ ー は 、 ス キ ャ ン 方 向 に 対 し て +4 5 0 方 向 に 傾 け た 細 長 い 磁 性 あ る い は 非 磁 性 の 金 属 箔 で 実 現 で き 、 交 流 励 磁 磁 界 に 対 す る 磁 気 異 方 性 は 形 状 に よ っ て 与 え ら れ る 。

次 に 、 本 方 式 に お い て 、 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 方 向 幅 縮 小 化 と そ れ に 伴 う バ ー コ ー ド の 改 良 を 行 い 、 情 報 の 高 密 度 化 が 図 れ る こ と を 示 す 。

第

3

章 で は 、 実 用 性 を 考 慮 し 、 磁 性 イ ン キ 印 刷 に よ り 製 作 し た バ ー コ ー ド に 対 し読み取り実験を行い、

2

イ 直 化 検 出 が 十 分 可 能 で あ る こ と を 示 す 。 ま た 、 検 出 素

子 と パ ー の 相 対 角 に よ っ て 、 出 力 波 形 パ タ ー ン に 違 い が 出 る こ と を 示 し 、 そ の 理

由を述べている。

第4章 で は 、 磁 気 異 方 性 が 検 出 可 能 な Dhale型 の 検 出 素 子 を マ イ ク ロ 化 し 、 直 交 8の 字 型 コ イ ル 対 を 越 え る 情 報 の 高 密 度 化 を 追 求 し た。 2本 の パ ー と ス ペ ー ス で 構 成 さ れ る 基 本 パ タ ー ン の 読 み 取 り 実 験 か ら 、 プ ロ ー ブ の 分 解 能 に つ い て 調 べ 、 本方式では、

2

つ の パ ー 聞 の ス ペ ー ス 幅 だ け で で な く 、 パ ー 幅 自 体 も 分 解 能 に 寄 与 す る こ と を 示 す。

第 5章 は 、 本 論 文 の 結 論 お よ び 今 後 の 展 開 に つ い て 述 べ る。

‑ 5 ‑

第 2章 磁気異方性を利用する磁気バーコードシステム

こ こ で 用 い る 磁 気 異 方 性 検 出 素 子 は l対 の 直 交

8

の字型コイルからなり、 トル ク セ ン サ 用 の 検 出 ヘ ッ ド と し て 考 案 さ れ た も の で あ る[19]。 こ の 検 出 素 子 は 、 励 磁 コ イ ル 、 検 出 コ イ ル か ら 構 成 さ れ て お り 、 交 流 励 磁 磁 束 が 、 近 接 し て 置 か れ た 磁 性 体 や 導 電 体 に よ っ て 異 方 的 に 分 布 さ せ ら れ る と 、 検 出 コ イ ル に 磁 束 が 鎖 交 し 出 力 が 生 じ る 。 こ の 性 質 に よ っ て 、 磁 性 体 や 導 電 体 に お け る 傷 や 欠 陥 な ど を 検 出 できる[20]0 な ぜ な ら 、 磁 性 体 表 面 に 存 在 す る 小 さ な 傷 、 穴 や 内 部 応 力 は 、 透 磁 率 に 異 方 性 を 引 き 起 こ し 、 ま た 、 非 磁 性 体 表 面 に お い て も 、 交 流 磁 束 に よ り 生 じ る 渦 電 流 を 変 化 さ せ る た め 、 磁 束 分 布 を 異 方 的 に す る か ら で あ る 。

本 章 で は 、 磁 気 異 方 性 を 与 え る 磁 性 体 片 か ら な る パ ー と そ れ を 検 出 す る 直 交

8

の 字 型 コ イ ル 対 で 構 成 さ れ る 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム[21] を 提 案 し 、 そ の 読 み 取

り 実 験 か ら 、 本 シ ス テ ム が 、 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム と し て 利 用 で き る こ と を 実 証 す る 。 本 シ ス テ ム で は 、 パ ー が 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 方 向 に 対 し て +4 5 ⁰ もし

く は ‑4 5 ⁰ に 傾 け て 配 置 さ れ る と い う 形 状 か ら 、 出 力 は そ の 傾 き に 対 応 し た 正 お よ び 負 の 値 で 与 え ら れ 、 等 速 ス キ ャ ン を 必 要 と し な い と い う 特 徴 を 持 つ 。 ま た 、 従 来 の 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム は 、 パ ー の 有 無 と い う 単 純 な 符 号 の 配 列 で あ る た め 、 情 報 の 漏 洩 や 改 ざ ん に 対 す る セ キ ュ リ テ イ 保 持 に は 限 界 が あ っ た 。 本 シ ス テ ム に お い て は 、 バ ー の 製 作 工 程 に は 従 来 と ほ と ん ど 差 は な い が 、 パ ー の 形 状 や 読 み 取 り 方 式 が 従 来 と 異 な り 、 セ キ ュ リ テ ィ の 向 上 が 見 込 ま れ る 。

こ の シ ス テ ム に お い て 、 ま ず 、 磁 気 異 方 性 を 用 い た バ ー コ ー ド 検 出 の 原 理 を 述 べ る 。 次 に 、 こ の 原 理 に 基 づ き 、 検 出 素 子 を 試 作 し 、 単 一 パ ー を 用 い た 基 本 特 性 に つ い て 調 べ 、 本 シ ス テ ム が バ ー コ ー ド シ ス テ ム と し て 利 用 可 能 で あ る こ と を 述 べ る 。 さ ら に 、 情 報 の 高 密 度 化 を 目 的 と し て 、 バ ー コ ー ド ス キ ャ ン 方 向 へ の 幅 を 小 さ く し た 検 出 素 子 の 製 作 と そ れ に 伴 う バ ー コ ー ド の 改 良 を 行 い 、 バ ー コ ー ド 読 み 取 り 特 性 を 調 べ 、 情 報 の 高 密 度 化 が 可 能 で あ る こ と を 示 す 。

2 . 1 磁 気 異 方 性 の 検 出 原 理

8

の 字 型 コ イ ル 対 を 直 交 し て 重 ね て 配 置 し た 構 造 か ら な る 磁 気 異 方 性 検 出 素 子 の 動 作 原 理 を 図2・1に 示 す 。 磁 気 異 方 性 が な い 場 合 ( 図2・1(a)) 、 励 磁 コ イ ル に よ り 生 じ る 磁 束 は 、 検 出 コ イ ル に は 鎖 交 し な い 。 結 晶 磁 気 異 方 性 、 磁 歪 磁 気 異 方 性 、 圧 延 磁 気 異 方 性 、 形 状 磁 気 異 方 性 等[22‑24]、 い ず れ か の 要 因 で 磁 気 異 方 性 が 存 在 す る 場 合 ( 図2‑1(b)) 、 励 磁 コ イ ル か ら 生 じ る 磁 束 は 、 こ の 磁 気 異 方 性 の 磁 化 容 易 軸 方 向 に 曲 げ ら れ 、 検 出 コ イ ル に 鎖 交 す る 磁 束 成 分 が 出 現 し 、 検 出 コ イ ル に は 電 磁 誘 導 の 法 則 か ら 出 力 電 圧 が 発 生 す る 。 こ の よ う に 、 直 交

8

の 字 型 コ イ ル 対 か ら な る 検 出 素 子 は 、 磁 気 異 方 性 を 検 出 コ イ ル に 鎖 交 す る 磁 束 の 変 化 と し て 検 出 が 可 能 で あ る 。 こ の よ う な 磁 気 異 方 性 検 出 は 、 本 研 究 の 他 に 、 す で に 珪 素 鋼 板 の 結 晶 粒 イ メ ー ジ ン グ[25、] トルク検出 [26]、 鉄 板 に お け る 応 力 検 出[27]等 に 利 用 されている。

2  .  2 

磁 気 異 方 性 を 用 い た バ ー コ ー ド 検 出 原 理

直 交

8

の 字 型 コ イ ル 対 に よ る 検 出 素 子 に 関 し て は 、 検 出 素 子 に 対 し て 斜 め 方 向 に 磁 化 容 易 軸 が 存 在 す る 場 合 に そ の 磁 気 異 方 性 が 検 出 可 能 で あ る 。 最 も 簡 単 に 磁 気 異 方 性 を 与 え る に は 、 透 磁 率 の 高 い 磁 性 薄 帯 を 短 冊 状 に 切 り 出 し 、 そ の 形 状 磁 気 異 方 性 を 利 用 す れ ば よ い 。 そ こ で 、 検 出 素 子 に 対 し て 斜 め 方 向 が 磁 化 容 易 軸 方 向 と な る よ う に 磁 性 薄 帯 を 配 置 し た も の を パ ー と す る こ と で 、 容 易 に バ ー コ ー ド を構成できる[28]⁰ 図2‑2に 磁 気 異 方 性 を 利 用 す る 磁 気 ノ て ー コ ー ド シ ス テ ム の バ ー コ ー ド 検 出 原 理 を 示 す 。 パ ー が な い 場 合 ( 図2‑2(a)) 、 励 磁 磁 束 は 検 出 コ イ ル に 鎖 交 し な い が 、 パ ー と な る 磁 性 薄 帯 を +

4 

5 ⁰ 方 向 に 配 置 し た 場 合 ( 図2‑2(b)) 、 励 磁 磁 束 は 磁 化 容 易 軸 で あ る +4 

50

方 向 に 曲 げ ら れ 、 検 出 コ イ ル に 鎖 交 す る 磁 束 が 現 れ 出 力 を 得 る 。 ま た 、 磁 性 薄 帯 の 向 き が ‑4 5 ⁰ 方 向 の 場 合 ( 図2‑2(c)) 、 鎖 交 す る 磁 束 の 向 き が 反 転 し 、 励 磁 コ イ ル と 検 出 コ イ ル で 得 ら れ る 出 力 電 圧 の 同

ー7‑

(a)  異方性のない場合

I:::~叩

， / 〆V

(b)  異方性のある場合

#2 

#2 

図2‑1 磁気異方性検出原理

(実際は、

#2

コ イ ル は #

1

コイル の上に重ねて配置される)

Vout =0 

Vout 

#2 

(a)  パ ー の な い 場 合

#2 

(b)  パ ー の あ る 場 合 (

+ 

4 5 ^{0  )} 

#2 

(c)  バ ー の あ る 場 合 (‑

4  5 

^{0  )} 

図2‑2 磁 気 バ ー コ ー ド 検 出 原 理 (実際は、 # 2コ イ ル は #1コイル

の上に重ねて配置される)

‑9‑

Vout=O 

期 出 力 の 符 号 は 逆 に な る 。 つ ま り 、 磁 性 薄 帯 の 傾 き の 正 負 に 対 応 し て 、 正 負 出 力 が 得 ら れ る こ と に な り 、 各 々 を 1、

0

の 2値 コ ー ド と し て 対 応 づ け る と 、 傾 き の 異 な る 磁 性 薄 帯 の 並 び は コ ー ド の 系 列 を 表 し 、 磁 気 異 方 性 を 用 い た 磁 気 ノ て ー コ ー

ドシステムとして利用可能となる。

2.3  磁気ノてーコードシステムの構成

図

2 ‑ 3

に 直 交

8

の 字 型 検 出 素 子 の 構 造 を 示 す 。 直 径

O.2mm

の 銅 線 を 、 励 磁 側

4

タ ー ン 、 検 出 側 10タ ー ン 巻 い て 8の 字 型 コ イ ル 対 を 製 作 し 、 励 磁 効 率 向 上 の た めに

6.5mmX6.5mmX10.0mm

の 角 柱 形

Mn‑Zn

フ ェ ラ イ ト に 幅 1 .

5mm

、 深 さ

O.6mm

の 十 字 溝 を 超 音 波 加 工 器 に よ り 製 作 し た 磁 心 と 組 み 合 わ せ た 。 こ の 検 出 素 子 の 空 気 中 に お け る 励 磁 側 の イ ン ダ ク タ ン ス L、 等 価 直 列 抵 抗 rとQ ファクタを 表

2 ‑ 1

に 示 す 。 励 磁 電 流 は

100mA

とし、

LCR

メ ー タ を 用 い て 測 定 し た も の で あ る 。 ま た 、 バ ー コ ー ド に は 、 1 .

0mmX  5 . 0mm

の 短 冊 状 に 切 り 出 し た 厚 さ

25μm

の

M e t g l a s  2705M

ア モ ル フ ァ ス リ ボ ン を 、 ス キ ャ ン 方 向 に 対 し て +

4 5 

⁰ もしくは

‑ 4 5 ⁰ に 傾 け て 配 置 し た も の を 単 一 バ ー と す る 。

こ れ ら の 検 出 素 子 な ら び に バ ー コ ー ド を 用 い た バ ー コ ー ド 検 出 の 測 定 概 略 図 を 図

2 ‑ 4

に 、 測 定 回 路 を 図

2 ‑ 5

に 示 す 。 検 出 コ イ ル は 励 磁 磁 束 の 鎖 交 成 分 を 選 択 的 に 検 出 す る 仕 組 み に な っ て お り 、 検 出 コ イ ル の 誘 起 電 圧 を 励 磁 電 圧 で 同 期 整 流 し て 直 流 出 力 を 得 て い る 。 こ れ に よ り 、 パ ー に 対 応 し た 出 力 が 正 負 直 流 電 圧 で 得 ら れ る。

2.4 

単 一 パ ー の 検 出 波 形

こ の 検 出 素 子 に お け る ス キ ャ ン 方 向 に 関 す る 励 磁 磁 束 は 図

2 ‑ 6 ( a )

に示すように、

中 央 と そ の 両 側 の 銅 線 付 近 に 発 生 し て い る 。 そ れ ら の 磁 束 の 向 き は 逆 で あ り 、 中

2 2

直交

8

の字型コイル対

#2 

フェライト磁心

図2‑3 直交

8

の字型検出素子の構造

‑EA 

‑ ‑E A

•  

表2‑1 直交

8

の字型検出素子の周波数特性 Frequency  L(μH)  r(D) 

Q 

20kHz  12.030  0.863  1.75  40kHz  12.024  0.871  3.47  60kHz  12.023  0.884  5.13  80kHz  12.023  0.899  6.72  100kHz  12.002  0.917  8.22 

巻線直流抵抗 0.861D 

Scanning direction 

  . .

〆 ミ

図2‑4 測定概略図

‑13‑

X‑Yレコーダ

己 l

^{検 出 ￨ ￨励磁}

ノfソコン

川 氏intosh

斗

_GPIE  ^{ロックインアンフ。}

(a)  _{測定システム}

検出素子

ロックインアンフ。

励磁 検出 _{入力 出力}

内部発振器出力

一

^{・ 圃 聞 ‑}

(b)  検出回路図

図2‑5 測定システムと検出回路図

・

^t

スキャン方向

( a )  

励磁コイルによる磁束

磁化容易軸方向

(b)  ‑4 5 0 方向に

容易軸がある場合 (c) 

+ 

4 5 ⁰ 方向に 容易軸がある場合

図2‑6 検出素子における励磁磁束の様子 (素子の中央にバーが位置する場合)

ー15‑

券ー

性 薄 帯 が 図2‑6(b)、図2‑6(c)の よ う に 存 在 す る 場 合 、 励 磁 磁 束 は 磁 性 薄 帯 の 長 手 方 向 で あ る 磁 化 容 易 軸 方 向 に 傾 き 、 検 出 コ イ ル に 鎖 交 す る 磁 束 成 分 作 用 掛 け の 矢 印 ) が 現 れ る 。 出 力 と し て 関 与 す る の は 、 検 出 コ イ ル の 中 央 の 銅 線 付 近 の 磁 束 で あ り 、

こ れ 以 外 の 磁 束 は 原 理 的 に 読 み 取 り に 影 響 し な い。こ の こ と を ふ ま え て 、 ス キ ャ ン 方 向 か ら +4 5 0 に 配 置 さ れ た パ ー の 上 を 検 出 素 子 が 通 過 す る 場 合 の 出 力 波 形 に つ い て 考 え る 。 ま ず 、 検 出 コ イ ル の 片 端 に パ ー が か か り 、 出 力 が 得 ら れ る 。次 に 、 中 央 に く る と 先 ほ ど と は 符 号 が 逆 の 出 力 が 得 ら れ 、 も う 一 方 の 端 に く る と 、 ま た 出 力 の 極 性 が 反 転 す る 。こ の 一 連 の 流 れ を 中 央 で 得 ら れ る 出 力 を 正 と し て 模 式 的 に 示 す と 図

2 ‑ 7 ( a )

の よ う な 出 力 波 形 が 得 ら れ る と 考 え ら れ る。一方、 ‑

4 5 

⁰  に 配 置 さ れ た パ ー の 場 合 は 、 図

2 ‑ 7 ( b )

の よ う な +4 5 0 の 場 合 の 出 力 の 正 負 が 反 転 し た 波 形 と な る。 し た が っ て 、 パ ー の 傾 き に 対 応 し て 、 波 形 の 極 性 の 反 転 す る 出 力 が 得 ら れ 、 こ れ を 符 号 化 す れ ば バ ー コ ー ド シ ス テ ム と し て 用 い る こ と が で き る 。 得 ら れ る 出 力 波 形 を 符 号 化 す る 方 法 に は 、 波 形 の パ タ ー ン マ ッ チ ン グ[29]等 の 方 法 が あ る が 、 本 論 文 で は 、 簡 単 に 中 央 の ピ ー ク 波 形 を パ ー の 出 力 と す る こ と とする。

2 . 5  直 交 8の 字 型 検 出 素 子 の 基 本 特 性

2 . 5 . 1  出 力 特 性

直 交 8の 字 型 検 出 素 子 で 2.3節 で 述 べ た 単 一 パ ー を そ れ ぞ れ ス キ ャ ン し た 結 果 が図2‑8で あ る 。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mA、リフト オ フ ( 検 出 素 子 と バ ー と の 距 離 ) 0.1 m mとした。こ れ よ り 、 パ ー の 傾 き に 対 応

し た 出 力 結 果 が 、 図

2 ‑ 7

の 模 式 的 解 析 に よ っ て 得 ら れ た 波 形 パ タ ー ン と 同 様 に 得 ら れ て お り 、 バ ー コ ー ド シ ス テ ム と し て 用 い る こ と が 可 能 で あ る こ と が わ か る 。 波 形 が 左 右 対 称 で な い の は 、 検 出 素 子 製 作 を 手 作 業 で 行 っ た た め 、 検 出 素 子 の 対 称 性 が 得 ら れ て い な い か ら だ と 考 え ら れ る 。

(a)  バー傾き正(十 45 ⁰  )の場合

(b)  パ ー 傾 き 負 (‑4 5 0  )の場合

図2‑7 出力波形の模式図

‑1 7‑

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40 

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S c a n  p a t h  (mm) 

の場合 (a) 

+ 

4 5 ⁰ 

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( ﹀ E

吉 )

(日 言︒

20  25  5  10  15 

S c a n  p a

出

(mm)

‑40  0 

の場合

直交

8

の字型検出素子の単一パー出力特性 (b) ‑ 4 5 

図2‑8

2 .5 .2  角 度 特 性

次 に 、 パ ー の 傾 き 角 と 出 力 の 関 係 を 調 べ た 。 こ こ で 、 図2・9で 示 す よ う に 、 励 磁 コ イ ル 側 の 中 央 の 銅 線 方 向 、 す な わ ち 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 垂 直 方 向 を 基 準 と し て 、 ノ く ー が 右 に 傾 く 場 合 を 正 、 左 に 傾 く 場 合 を 負 と し て パ ー の 傾 き 角 を 定 義 す る 。 こ のとき、 1.Omm X 5. Omolの 短 冊 状 に 切 り 出 し た 厚 さ 25μmのMetglas2705Mアモ ル フ ア ス リ ボ ン を 単 一 パ ー と し 、 そ の の 傾 き を

0

⁰ _から

90

⁰ ま で 変 化 さ せ 、 各 角 度 に お い て 得 ら れ る 出 力 波 形 の 最 大 値 を プ ロ ッ ト し た も の が 図2‑10で あ る 。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mA、 リ フ ト オ フ 0.1mmと し た 。 こ れ よ り 、 傾 き に 対 応 し て 出 力 の ピ ー ク 値 は 変 化 し 、 傾 き 4 5 ⁰ で 最 大 値 を と る こ と が わ か る 。 ま た 、 検 出 原 理 の 対 称 性 か ら 、 負 の 傾 き ‑4 5 ⁰ で 最 小 値 が 得 ら れ る こ と も 明 ら か で あ る 。 し た が っ て 、 直 交

8

の 字 型 検 出 素 子 に お い て 、 パ ー の 傾 き が +4 5 ⁰ の と き そ れ ぞ れ 出 力 最 大 と な り 、 検 出 に 効 果 的 で あ る 。

こ こ で 、 パ ー の 角 度 に 対 応 し て 出 力 の 最 大 値 が 変 化 す る こ と を 利 用 す れ ば 、 各 バ ー の 角 度 を コ ー ド 化 し て 、 3値 や 4値 で 符 号 化 し た バ ー コ ー ド を 構 成 す る こ と

も 可 能 で あ る と 考 え ら れ る [30]0 

2 . 5 .3  周 波 数 特 性

励 磁 周 波 数 と 出 力 ピ ー ク 値 と の 関 係 を 示 し た も の が 図2‑11で あ る 。 リ フ ト オ フ は 0.1mmと し た 。 こ れ よ り 、 励 磁 電 流 の 増 加 と と も に 出 力 ピ ー ク 値 は 増 加 し 、 励 磁 周 波 数 が 高 く な る ほ ど そ の 様 子 は 顕 著 に な る 。 ま た 、 励 磁 電 流 が 大 き く な る と 出 力 ピ ー ク 値 は 飽 和 し て い く 傾 向 が 見 ら れ る 。 こ れ は 、 検 出 素 子 の コ ア と し て 用 い た フ ェ ラ イ ト の 磁 束 が 飽 和 し て い る た め で あ る と 考 え ら れ る 。

2  .  5  .4 

リ フ ト オ フ 特 性

リ フ ト オ フ と 出 力 ピ ー ク 値 と の 関 係 を 示 し た も の が 図2‑12(a)である。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mAと し た 。 こ れ よ り 、 バ ー コ ー ド 使 用 の 諸 条 件 に よ り 、 リ フ ト オ フ や 出 力 ピ ー ク 値 は 制 限 さ れ る が 、 本 検 出 に お い て は 、

‑19‑

。 ⁼⁰

θ<0  。 ^>0

スキャン方向

~

#  1

コイル

図2‑9 バーコード角度の定義

30 1--………--+---~-……

201…………トメ……十一一一…j……ー…・…¥:‑‑‑;

10 十‑‑J‑‑‑‑‑!・・……

15  30  45  60  75 

A n g l e  ( d e g )  

40 

( ﹀

E )

吉岳 コ

O

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ω仏

90 

直交

8

の字型検出素子のパ一角度特性

ハUハU

図2‑10

‑21^伺

Frequency (妊

1 Z )

40 

• 1 0 0  

‑‑1トー80

) (   6 0  

一一口一一40

‑ 0 ‑ ‑

2 0  

ハUハU ハUハU1j

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ハ︐ ︑ U j

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n ハU.AU

4 c  

x E ハU

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1 2 0  

図

2 ‑ 1 1

_直交

8

の字型検出素子の励磁周波数特性

2 . 5  

ト『トー←ーベ

2.0  1.0  1.5  Lift‑off (mm) 

1 5  

0.0  35  30  (﹀ 呂) 苫岳 コ

O

﹃ 吋 V

ω仏

(a)出力ピーク値とリフトオフの関係

2 . 5  

0.21

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2.0  0.6・…

ハUハUハUハU ハU唱 . ︐

A

百円 日言

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牛 刀ω 一 N 刃包

O﹄

Z

(b)オフセット電圧を差しヲ￨いた場合の 出力ピーク値とリフトオフの関係

(最大出力値で正規化)

直交

8

の字型検出素子のリフトオフ特性 (励磁周波数100kHz、励磁電流100mA) 図

2 ‑ 1 2

‑23‑

O.6mm

の リ フ ト オ フ で 約

17mV

の 出 力 が 得 ら れ て い る。 ま た 、 リ フ ト オ フ が 大 き く な る と 、 ピ ー ク 値 は あ る 一 定 値 に 収 束 し て い る。 こ の 出 力 は 、 検 出 素 子 製 作 時 に お け る 素 子 の 非 対 称 性 等 に よ り 生 じ た オ フ セ ッ ト 出 力 で あ る と 考 え ら れ る。 この オ フ セ ッ ト 出 力 を 差 し 引 き 、 そ の 中 の 最 大 出 力 電 圧 値 で 正 規 化 し た も の が 図

2

^・12(b)で あ る 。 こ れ よ り 、 リ フ ト オ フ

O.lmm

の 出 力 を

l

とすると、

0.4mm

で、は

0 . 1 5

、1.

0mm

では

0 . 0 2 6

と 出 力 電 圧 の 低 下 が 顕 著 に わ か る 。

2  . 6  

バ ー コ ー ド の 種 類

本 方 式 で は 磁 気 異 方 性 を 与 え る よ う な も の で あ れ ば 、 ど の よ う な 構 造 の も の で も パ ー と す る こ と が 原 理 的 に は 可 能 で あ り 、 そ の 例 を 図

2 ‑ 1 3

に 示 す 。 図

2 ‑ 1 3 ( a )

は、 磁 性 薄 帯 を 短 冊 状 に 切 り 出 し た も の で 、 最 も 簡 単 な 方 法 で あ る 。 図 2‑13(b)は 、 非 磁 性 薄 帯 に ス リ ッ ト を 施 す も の で 、 作 用 と し て は 図

2 ‑ 1 3 ( a )

と 同 じ で あ る。 これら の 背 景 に そ れ ぞ れ 交 流 磁 界 に 対 し て 磁 気 特 性 が 逆 に な る も の を 配 置 し た 図

2 ‑ 1 3 ( c )

、 (d)は 、 そ の 磁 気 異 方 性 を 強 め る こ と に な り 、 出 力 向 上 が 図 れ る 。 実 際 、 図 2‑13(b) の パ タ ー ン を

10μm

厚 銅 箔 に

0.3mmX5.0mm

の ス リ ッ ト を 施 し て 製 作 し 、 銅 箔 の み の も の と 厚 さ

25μm

の

M e t g l a s2705M

ア モ ル フ ア ス リ ボ ン 上 に 張 り 合 わ せ た も の ( 図

2 ‑ 1 3 ( d )

に 相 当 ) を ス キ ャ ン し た 結 果 が 図

2 ‑ 1 4

である。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数

100kHz

、 励 磁 電 流

100mA

、 リ フ ト オ フ

0.2mm

と し た 。 こ れ よ り 、 銅 箔 の 背 景 に ア モ ル フ ァ ス リ ボ ン を 置 い た も の が 置 か な い も の の 約

3 . 6

倍 の 出 力 が 得 ら れ て お り 、 磁 性 ・ 非 磁 性 を 組 み 合 わ せ た バ ー コ ー ド を 用 い る こ と で 高 出 力 化 が 図 れ る ことカぎわかる。

2  .7 

高 密 度 化 の た め の 方 法

磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム は 実 用 性 を 考 え た 場 合 、 プ リ ペ イ ド カ ー ド 等 の 限 ら れ た 領 域 に 情 報 を 与 え る 必 要 が あ り 、 小 さ な ス ペ ー ス に よ り 多 く の 情 報 を 持 た せ る

(a)強磁性体ストリップ _(b)スリットのある導電箔

(c)  導電箔上の強磁性体ストリップ _(d)磁性箔上のスリットのある導電箔

図2‑13 パーの構成例

‑ 2 5 ‑

20 

戸 ︑

J

‑ つ 釘

一 ハ

U

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一 ペノ 釘

一

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M

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‑‑ lL O 

ハUハUハUハUハUハU

1 2 3 4 5  

( ﹀ E )

吉弘 吉︒

図2‑14 スリットのある導電箔における (  背景磁性箔の有無による出力の比較

with， withoutは そ れ ぞ れ 図2‑13(d)，図2‑13(b)に相当)

高 情 報 密 度 バ ー コ ー ド シ ス テ ム が 望 ま れ る 。 本 方 式 で は 、 パ ー が 傾 け て 配 置 さ れ る た め 、 パ ー の ス キ ャ ン 方 向 へ の 投 影 長 が パ ー 長 と な る が 、 磁 束 は 広 が り を も つ た め そ の 距 離 も 含 め た 、 い わ ゆ る lピ ッ ト 長 は こ れ よ り 大 き く な る 。 前 述 の 直 交 8の 字 型 検 出 素 子 と +

4 

5 ⁰ に 傾 い た パ ー か ら な る シ ス テ ム で は 、 パ ー 長 は 約 3.5mmで 、 あ り 、 検 出 素 子 幅 ( 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 方 向 幅 ) は6.5mm、 lピット 長 は 約8.0mmと 大 き く 、 縮 小 化 が 必 要 で あ る 。

2  .  7  .  1 

検 出 素 子 の 改 良

前 述 の 直 交

8

の 字 型 検 出 素 子 の 検 出 素 子 幅 は 、 パ ー 長 に 比 べ 大 き く 、 こ の 幅 の 縮 小 化 に よ り 高 密 度 化 が 図 れ る と 考 え ら れ る [31]0 そ こ で 、 検 出 素 子 幅 を 小 さ く

した、図2‑15に 示 す よ う な 検 出 素 子 を 製 作 し た 。 直 交

8

の 字 型 コ イ ル 対 の 構 造 は そ の ま ま で 、 縦 横 比 が 変 化 し た 形 に な っ て い る 。 各 検 出 素 子 の サ イ ズ を 表2^・2に、 励 磁 側 の イ ン ダ ク タ ン ス L、 等 価 直 列 抵 抗 r、Qフ ァ ク タ を LCRメ ー タ に よ り 測 定 し た 結 果 を 表2‑3に 示 す 。 検 出 素 子 Iは 、 比 較 の た め に 2. 3節 で 述 べ た 直 交 8 の 字 型 検 出 素 子 で あ る 。 こ の 検 出 素 子

I

、

E

お よ び

E

を用いて、

2 .  5  .2

節 と 同 様 な 角 度 特 性 を 調 べ た 結 果 が 図2‑16で あ る 。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mA、 リ フ ト オ フ O.lmmと し た 。 各 角 度 に お け る 出 力 の 最 大 値 を プ ロ ッ ト

し て お り 、 検 出 素 子 の 縮 小 化 に 伴 い 、 出 力 の 大 き さ が 素 子 ご と に 変 化 し た た め 、 各 素 子 で 得 ら れ た 波 形 の 最 大 値 で 正 規 化 し て い る 。 こ れ よ り 、 検 出 素 子

E

で 最 大 出 力 を 得 る パ 一 角 度 は 4 5 ⁰ 、 検 出 素 子

E

では 30 ⁰ と 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 方 向 幅 を 小 さ く す る に つ れ て 小 さ く な っ て お り 、 検 出 素 子 皿 で は パ ー 長 を パ ー の 長 手 方 向 の 距 離 の 半 分 す な わ ち 2.5mmま で 小 さ く で き る こ と が わ か る 。 し た が っ て 、 検 出 素 子 の 検 出 素 子 幅 の 縮 小 化 に よ り 、 情 報 の 高 密 度 化 が 図 れ る 。

2  .7 .  2 

バ ー コ ー ド の 改 良

前 節 で は 、 検 出 素 子 の ス キ ャ ン 方 向 幅 を 小 さ く す れ ば 、 パ ー の 傾 き 角 。 を 小 さ く で き 、 パ ー 長 を 小 さ く で き る こ と が わ か っ た 。 し か し 、 パ ー の 傾 き 角 が Oに近

‑27‑

#2 

し J

f~x l 

図2‑15 高密度化のための改良型検出素子 (XがYに比べ縮小化)

表2‑2 情報高密度化のための検出素子サイズ

サイズ (rnm) コイル (turns) 検出素子

X  Y  D  W 

# 

1 

# 

2 

6.5  6.5  6.0  1.5  1 0  1 0  E  2.5  5.0  3.0  0.5  1 0  1 0  回 1 . 5  3.0  3.0  0.3 

8  8 

(  1

は図3‑1に示す直交

8

の字型検出素子)

‑29^・

表2・3 改良型検出素子の周波数特性

表2‑3‑1 検出素子Eの周波数特性

Frequency  L(μH)  r(O) 

Q 

20kHz  5.782  3.203  0.23  40kHz  5.780  3.203  0.45  60kHz  5.780  3.207  0.68  80kHz  5.780  3.210  0.90  100kHz  5.771  3.210  1.13  巻線直流抵抗 3.2010 

表2・3・2 検出素子皿の周波数特性

Frequency  L(μH)  r(O) 

Q 

20kHz  38.604  9.569  0.51  40kHz  38.574  9.657  1.01  60kHz  38.557  9.792  1.49  80kHz  38.526  9.981  1.94  100kHz  38.480  10.208  2.37  巻線直流抵抗 9.5520 

検出素子

1.0 

0.8 

0.2 

百 円 ご

20U48弘

吉

N一 一

何 日 ﹄

OZ

75  90  30  45  60 

Angle (deg)  15 

ハUハu n u  

改良型検出素子のパ一角度特性

図2‑16

‑31‑

づ く と 、 検 出 素 子 の 僅 か な 傾 き や 非 対 称 性 が 大 き く 影 響 し 、 読 み 取 り を 誤 る 可 能 性 が あ る た め 、 パ ー の 傾 き 角 を 小 さ く す る 方 法 に よ る 高 密 度 化 に も 限 界 が あ る 。 そ こ で 、 磁 気 異 方 性 を 有 し た ま ま パ ー の ス キ ャ ン 方 向 幅 を 小 さ く で き る よ う な パ ー パ タ ー ン を 提 案 す る 。 こ れ は 、 +45⁰ も し く は ‑45⁰  に 傾 け た 磁 性 体 を 等 間 隔 ご と に 垂 直 方 向 に 平 行 に 配 置 す る も の で あ り 、 30μm併 ア モ ル フ ア ス ワ イ ヤ 18本 を 用 い て 構 成 し た も の を 図2・17に 示 す 。 こ の パ ー (+45⁰ 方 向 ) 1個 を 、 表2‑2の 検 出 素 子 皿 で ス キ ャ ン し た 結 果 が 図2‑18である。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mA、 リ フ ト オ フ 0.2mm と し た 。 こ の 場 合 の ピ ッ ト 長 は 約2.0mm、で あ り 、 前 述 の 直 交

8

の 字 型 検 出 素 子 に お け る ピ ッ ト 長8.0mmに 比 べ か な り 高 密 度 になっていることがわかる。

2 . 8  バ ー コ ー ド 分 離 特 性

ノ て ー コ ー ド を 構 成 す る 場 合 、 隣 接 す る パ ー の 影 響 が な い よ う に 間 隔 を 設 け て パ ー を 配 置 し な け れ ば な ら な い 。 前 述 の 高 密 度 化 の た め の 検 出 素 子Eとパーを用いて、

2

つ の パ ー が 隣 接 す る 場 合 を 調 べ る 。 本 方 式 で は 、 出 力 が 正 負 で 与 え ら れ る た め しきい値を OVと す る こ と が で き 、 隣 接 す る パ ー が 異 な る 場 合 、 出 力 は 必 ず ゼ ロ ク ロ ス す る た め 識 別 は 容 易 で あ る 。 し か し 、 隣 接 す る パ ー が 同 じ 場 合 は 、 出 力 が し き い 値 レ ベ ル 程 度 ま で 戻 ら な い と 識 別 は 困 難 に な る 。 そ こ で 、 前 節 よ り lビット 長 が 約 2.0mmで 、 あ る こ と か ら 、 隣 接 す る パ ー が 異 な る 場 合 、 同 じ 場 合 の

2

つ の 場 合 に つ い て 、 そ の パ 一 間 隔 を 2.0mmと し て 配 置 し 、 ス キ ャ ン し た 結 果 が 図2・19で あ る 。 測 定 条 件 は 、 励 磁 周 波 数 100kHz、 励 磁 電 流 100mA、 リ フ ト オ フ O.2mmと し た 。 こ れ よ り 、 隣 接 す る パ ー が 異 な る 場 合 ( 図2‑19(a)) は 容 易 に 識 別 で き 、 隣 接 す る パ ー が 同 じ 場 合 ( 図2‑19(b)) で も 、 出 力 は OV付 近 ま で 戻 っ て い る た め 識 別 が 十 分 可 能 で あ る こ と が わ か る 。 し た が っ て 、 検 出 素 子

E

に よ る こ の バ ー コ ー ド パ タ ー ン に お い て は 、 隣 接 す る パ 一 間 の 距 離 を2.0mmと す る バ ー コ ー ド が 構 成 される。

45  45 

13.0mm  13.0mm 

→ ←   → ←  

m m ハU m m n u  

図2‑17 高密度化のためのバーパターン

0.8  0.6 

0.2 

。

0.4 

E

( ﹀

百

)

円 同 言 ︒

5  6 

高密度パーの出力特性 2 3 4   Scan path (mm) 

ー0.2 0 

図2‑18

E ( ﹀

) 吉 (日 言︒

0.8  0.6 

。

0.4  0.2 

‑0.2 

ハU

4EEA 

4  6  8 

S c a n  p a

出

(mm)

2 

ー0.6 0 

(a)逆パターン

1.4  1.2 

0.2 

。

0.8 

0.6  0.4  E ( ﹀

) 吉 会コ

︒

ハU

省E'A

4  6  8 

S c a n  p a

出

(mm)

2 

‑0.2  0 

(b)向ノぐターン

高密度ノてー

2

本配置した場合の出力特性 図2‑19

‑35‑

2  .  9 

本 章 の ま と め

本 章 で は 、 磁 気 異 方 性 を 利 用 し た 新 し い 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム を 提 案 し 、 そ の バ ー コ ー ド 検 出 の 原 理 に つ い て 述 べ た 。 ま た 、 そ れ を 実 現 す る よ う な 検 出 素 子 お よ び バ ー コ ー ド を 用 い て バ ー コ ー ド 検 出 を 行 い 、 磁 気 異 方 性 を 用 い た 磁 気 バ ー

コ ー ド シ ス テ ム と し て 利 用 が 可 能 で あ る こ と を 示 し た。本 方 式 は 、 パ ー に 対 応 し た 正 負 出 力 が 得 ら れ る 検 出 で あ り 、 ス キ ャ ン 速 度 に 依 ら な い 測 定 で 、 そ の 独 特 な

ノてー形状よりセキュリテイの向上も見込まれるバーコードシステムである。また、

情 報 の 高 密 度 化 を 目 的 と し て 、 検 出 素 子 の 縮 小 化 、 バ ー パ タ ー ン の 改 良 を 行 い 、 約 4倍 の 高 密 度 化 が 可 能 と な っ た。 さ ら に 、 高 密 度 検 出 素 子 と パ ー パ タ ー ン で バ ー コ ー ド を 構 成 す る 際 に 基 本 と な る 2本 の パ ー の 組 み 合 わ せ を 考 察 し 、 バ ー コ ー ド 検出を行った結果、 2.0mm/bitの バ ー コ ー ド 構 成 が 可 能 で あ る こ と が わ か っ た。

第 3 章 磁 性 イ ン キ 印 刷 バ ー コ ー ド の 読 み 取 り 特 性

本 章 で は 、 実 用 性 を 考 慮 し 、 第

2

章 で 述 べ た 磁 気 バ ー コ ー ド シ ス テ ム に お い て 、 安 価 で 量 産 化 が 可 能 な 磁 性 イ ン キ 印 刷 に よ り 製 作 さ れ た バ ー コ ー ド を 用 い 、 そ の 検 出 特 性 に つ い て 述 べ る 。 ま た 、 高 密 度 化 に よ る 検 出 素 子 、 パ ー の 小 型 化 お よ び 、 磁 性 イ ン キ 印 刷 バ ー コ ー ド に よ る 出 力 の 低 下 を 改 善 す る 方 法 を 提 案 し 、 高 出 力 化 についても言及する。

3  . 

1  バ ー コ ー ド 印 刷 技 術

光 方 式 の バ ー コ ー ド 製 作 は 、 光 の 反 射 率 の 異 な る 明 暗 パ タ ー ン が 形 成 で き れ ば よ く 、 バ ー コ ー ド 印 刷 対 象 に 応 じ て 、 サ ー マ ル 発 色 、 リ ボ ン 転 写 、 イ ン ク ジ ェ ッ ト 印 字 、 印 刷 等 の 技 術 が 用 い ら れ て い る [32]⁰ 実 用 性 を 考 慮 し 、 安 価 で 量 産 性 の あ る バ ー コ ー ド 製 作 を 磁 気 式 に 導 入 す る 場 合 、 印 刷 技 術 を 用 い る の が 好 ま し い 。 中 で も 、 印 刷 部 に 厚 盛 り が で き 、 磁 性 材 料 含 有 量 を 多 く で き る ス ク リ ー ン 印 刷 が 適 し て お り 、 現 在 、 プ リ ペ イ ド カ ー ド の 磁 気 ノ て ー コ ー ド 製 作 に も こ の ス ク リ ー ン 印 刷 が 用 い ら れ て い る [33]⁰ 

ス ク リ ー ン 印 刷 技 術 を 磁 気 式 に 用 い る 場 合 、 い く つ か の 問 題 点 が 生 じ る 。 ま ず 、 顔 料 と な る 磁 性 材 料 の 粒 子 の 大 き さ で あ る o 粒 子 の 大 き さ は 、 版 の 目 詰 ま り や 印 刷 む ら に 関 係 し 、 ま た 、 粒 子 の 形 状 は ミ ク ロ 的 な 磁 気 異 方 性 を 与 え る 要 因 と な る 。

ま た 、 顔 料 と 接 着 剤 ( パ イ ン ダ ー ) の 割 合 と 磁 気 特 性 、 印 刷 の 安 定 性 ( 耐 久 性 ) な ど 、 印 刷 技 術 に お い て は 様 々 な 条 件 が 複 雑 に 関 わ っ て い る [34]0 そ の た め 、 目 的 に 応 じ た 磁 性 材 料 、 パ イ ン ダ ー や そ の 割 合 の 選 択 が 必 要 と な る が 、 今 回 は 磁 気 印 刷 に 用 い ら れ る 一 般 的 な 磁 性 材 料 お よ び パ イ ン ダ ー を 用 い て 製 作 さ れ た も の を 用いた。

‑37‑