(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タグ上の１つの磁気エレメントの位置または２つ以上の磁気エレメントの相対位置を決定する方法であって、前記磁気エレメントは非線形的な磁気特性および磁化の優先的軸を有し、前記方法は、
（１）前記磁気エレメントが位置するまたは位置すると予想される照会ゾーンに磁界を印加するステップを含み、前記磁界は、（ｉ）前記磁気エレメントから独立して位置する磁界発生手段が発生するものであり、（ii）前記照会ゾーン内には、第１の方向に分解される前記磁界の成分がゼロである第１の領域があり、前記第１の領域に隣接する複数の領域内において、前記第１の方向に分解される磁界の成分は、前記磁気エレメントをまたは前記磁気エレメントの一部を飽和させるのに十分であり、（iii）前記第１の方向は、前記磁気エレメントまたは各磁気エレメントの前記優先的軸と整列するまたは整列可能であり、前記方法はさらに、
（２）前記磁界および前記磁気エレメント間に、前記磁気エレメントの磁気の優先的軸の方向における相対運動を生じさせて、前記磁気エレメントの少なくとも一部または各磁気エレメントの少なくとも一部が順に磁気的に飽和して前記第１の領域に入るようにするステップと、
（３）前記相対運動中の、前記磁気エレメントまたは各磁気エレメントの磁気応答を検出するステップと、
（４）前記磁気応答または各磁気応答の発生時間から、前記磁気エレメントの位置または前記磁気エレメントの相対位置を決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の領域は、前記磁気エレメントまたは前記磁気エレメントの一部を飽和させるのに十分な磁界が存在する領域に隣接する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ａ）前記第１の領域は面にあり、（ｂ）前記飽和させる磁界は前記面の近傍で発生する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記照会ゾーンの一部内において前後に掃引するようにされる、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記相対運動は、前記磁気エレメントに前記照会ゾーンを横断させることによって生じさせる、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記相対運動は、前記印加された磁界を前記磁気エレメントの上で掃引することによって生じさせる、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項７】
前記磁気エレメントは細長く、前記磁界のゼロの磁界方向は、前記相対運動中、前記磁気エレメントの主軸に沿って延びる、請求項１−６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記磁気エレメントは薄膜またはホイルの形状であり、前記磁界のゼロの磁界方向は、前記相対運動中、前記膜またはホイルの磁気感度の軸に整列する、請求項１−７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記磁界は、極性が逆である２つの磁界を前記照会ゾーンに印加することにより確立される、請求項１−８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記２つの磁界の印加は、直流を搬送する１つ以上のコイルを使用することにより実現される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記磁界は、１つ以上の永久磁石を使用することにより確立される、請求項１−10のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数のコイルは実質的に一定の電流を搬送する、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のコイルは、予め定められたサイクルで大きさが変化する電流を搬送するため、前記第１の領域の位置は、予め定められた態様で振動する、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の永久磁石は、予め定められたサイクルに従い大きさが変化する電流を搬送する１つまたは複数のコイルを伴うため、前記第１の流域の位置は予め定められた態様で振動する、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記相対運動は、交番磁界を前記磁界に印加することによって生じさせる、請求項１−14のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記磁界と前記磁気エレメントとの間の相対運動は、直流磁界に重畳された低振幅の交番磁界を印加することにより生じさせる、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記低振幅の交番磁界の周波数は、10Hzから100kHzの範囲にある、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁気エレメントの磁気応答の検出は、前記第１の領域を通過することにより磁化の状態が変化する際に、印加された交流磁界から前記磁気エレメントが生じさせる調波の観察を含む、請求項１−17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記磁気エレメントは、前記照会ゾーンへの露出の前に物体に固定され、磁気エレメントの照会中に前記物体の場所を求めることができる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記磁界は、低振幅で高周波数の照会磁界を前記照会ゾーンに印加した結果として、前記磁気エレメントを繰返し横断するようにされる、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記磁界は、３組の互いに直交する磁界源によって発生され、次に、各走査について、前記磁気エレメントから出力される調波の中心の位置を算出する、請求項19または20に記載の方法。
【請求項２２】
３組の直交するコイルを継続的に励起させて、継続的に回転する磁界の方向を生じさせ、前記磁界の方向は、対象とする体積を、予め定められた幅の制御された掃引においてカバーする、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記磁気エレメントは、前記照会ゾーンへの露出の前に、ある物品の上に、物品の価格および／または物品を構成する商品の性質といった特徴が同じである前記および他の物品独自の、予め定められた態様で配置され、それにより、個々の物品または物品の種類を、物品のデータ特徴によって識別できる、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
個々の物品の集合が有する前記磁気エレメントの予め定められた配置によってコード化された物品の価格を合計するステップをさらに含み、前記物品の集合は、前記照会ゾーンを通して移動するようにされ、前記方法中に受けた信号を処理することにより、個々のデータ値の、必要な和を生成する、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
タグ上の１つの磁気エレメントの位置または２つ以上の磁気エレメントの相対位置を決定するための装置であって、前記磁気エレメントは非線形的な磁気特性および磁化の優先的軸を有し、前記装置は、
ｉ）磁界を発生するための手段を含み、前記磁界は、第１の方向に分解される磁界の成分がゼロである第１の領域を含み、前記第１の領域に隣接する複数の領域内において、前記第１の領域に分解される磁界の成分は前記タグまたは前記タグの一部を飽和させるのに十分であり、前記装置はさらに、
ii）前記磁気エレメントまたは各磁気エレメントと前記磁界との相対運動に対する、前記磁気エレメントまたは各磁気エレメントの磁気応答を検出するための手段を含む、装置。
【請求項２６】
前記磁界を発生するための手段は、ギャップの回りの環状アレイ状に配置された複数の永久磁石を含み、前記永久磁石の極は、各磁石の一方の極性（たとえば北）の極が前記環状アレイの内側に位置し反対の極性（たとえば南）の極が前記環状アレイの外側に位置するように配置され、コイルが、前記永久磁石の近傍に、前記環状アレイと同軸で配置される、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
前記永久磁石はポリマー結合フェライト磁石である、請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
請求項25、26または27に記載の装置を含む位置センサ。
【請求項２９】
周波数2fの信号源と電気出力を与えるための出力手段とを含む電気回路をさらに含み、前記信号源は、前記出力手段に、（ｉ）前記信号源の信号の周波数を２分の１にするための手段と、（ii）実質的に周波数2fの信号を拒絶するように配置された第１のフィルタ手段と、（iii）周波数ｆのエネルギに同調するようにされ、磁気的にコード化されたタグに向けてエネルギを放射するようにされたトランスミッタコイルと受取ったエネルギに応答して前記タグにより放射されたエネルギを受取るためのレシーバコイル（前記トランスミッタコイルと同じコイルでもよい）とを含み、前記タグが前記放射されたエネルギによって影響を受けるように配置される、同調回路手段と、（iv）実質的に周波数ｆのエネルギを拒絶し周波数2fのエネルギを通過させるように配置された第２のフィルタ手段とにより接続され、前記出力手段は、前記第２のフィルタ手段の出力の振幅および前記信号源と前記第２のフィルタ手段の出力との間の位相差の関数である出力を与えるように配置され、前記磁界を発生するための手段は、前記トランスミッタコイルおよびレシーバコイルと関連付けられ、使用時、前記第１の領域を通して移動する磁気的にコード化されたタグも、前記トランスミッタコイルおよびレシーバコイルと相互作用する、請求項25に記載の装置。
【請求項３０】
磁気マーカまたはタグであって、１つ以上の線形アレイに配置された複数の別個の磁気活性領域を有する基板を特徴とし、前記磁気活性領域は、磁化の優先的軸を有する薄膜または回転溶融材料からなり、前記磁化の優先的軸は前記（または各）線形アレイと整列する、磁気マーカまたはタグ。
【請求項３１】
前記磁気活性領域、または前記磁気活性領域間のスペース、またはその双方は、不均一であることを特徴とする、請求項30に記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３２】
前記磁化の優先的軸は、回転溶融材料の長手方向のアニールにより発生する、請求項30または31に記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３３】
前記別個の磁気活性領域は、磁化可能材料の別個の領域の連続領域から形成され、前記磁化可能材料の別個の領域が磁化されて前記磁気活性領域間にスペースを生じさせる、請求項30、31または32に記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３４】
前記タグは直交するように配置された２つの線形アレイを有する、請求項30−33のいずれか１つに記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３５】
相対的に長くて薄くその長さに沿って磁化の優先的軸を有するストリップの形状である、請求項30−34のいずれか１つに記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３６】
前記磁気活性領域各々は形状および大きさが実質的に同じである、請求項30−35のいずれか１つに記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３７】
前記磁気活性領域の間隔は均一である、請求項30−36のいずれか１つに記載の磁気マーカまたはタグ。
【請求項３８】
前記磁気活性領域の間隔は不均一である、請求項31に記載の磁気マーカまたはタグ。
【発明の詳細な説明】
本発明は実際的な技術の範囲内における磁気特性の実施に関し、磁気マーカーまたは識別タグに関連して空間磁気照会（interrogation）の新しい技術を用いる。より特定的には、しかし排他的ではなく、本発明は照会ゾーン内の磁気マーカーまたはタグの存在および／または位置を決定するための方法、磁気タグを識別するための方法（たとえば、所与のタグを他のものと区別するためにその所与のタグを識別する）、これらの方法を実施するためのシステム、このような方法およびシステムで用いるための磁気タグ、ならびにこのようなタグにデータを記憶し、かつこのようなタグからデータを後で遠隔に検索することに関する。
ここで用いられている「タグ」および「マーカー」の用語は互いに入替え可能に用いられており、これは多くの異なる応用で用いることができ、さらにその磁気的品質に応じて、（ａ）タグの存在（およびそのタグが付いている物の存在）または（ｂ）タグの識別（およびそれが装着されている物の識別）を示し、または所与の座標に対するタグ（およびそれが付いている物）の正確な位置を規定するため、または（たとえば保護区域内に入るために、またはたとえば公的輸送網での発券の目的のため）アクセスコードを与えるために、または一般的にある物または１組の物を他の物と区別するために用いられる。
さらに、ここで用いられる「acフィールド」および「DCフィールド」の用語は交流（ac）または直流（DC）を運ぶ電気的導体に関連する特性を有する磁界を意味する。
この発明のタグ、方法およびシステムは上記で示したように多様な応用を有する。これらは、在庫管理、発券、自動購入システム、作業進行のモニタリング、セキュリティタギング、アクセスコントロール、偽造防止、および物体の位置（特に［たとえば外科的措置におけるプローブ］用具の正確な位置付け）を含む（しかしこれらには限定されない）。
先行技術
いくつかの受動データタグシステムが現在利用可能である。最も広く用いられているものは、バーコードとして知られている、光学的に読取られる線の印刷パターンに基づいている。このようなシステムのタグエレメントは、典型的にはただのインクおよび紙であるので、コストが非常に低い。読取装置も相対的にコストが低く、典型的にレーザビームの走査を用いる。多くの応用において、バーコードの実際の欠点は、読取装置とタグとの間に照準線が必要なことである。
照準線が可能でない応用においては、光学的伝送を用いないシステムが開発されている。最も人気があるのは、タグおよびイントロゲータエレクトロニクス間の結合のために磁気誘導を用いる。これらは典型的に50kHzから1MHzの周波数範囲における交番磁界で動作し、一般的に受取りおよび伝送機能を扱うために、さらにデータ記憶および操作を与えるために、集積電子回路（「チップ」）を用いる。バッテリが必要になることを避けるために、チップのための電力はアンテナコイルによって受けとられる照会信号の整流によって得られる。伝えられる電力を増加させるために、かつ不要な信号および干渉に対して区別するために、コイルは照会信号搬送周波数の周波数においてキャパシタで共振される。この種類の典型的な製品は、テキサスインスツルメンツ社によって製造されるTIRISシステムである。
他のマルチビットデータタグシステムは、従来の高周波無線技術、または表面音響波または磁気ひずみ現象に基づく技術を用いている。
本発明
本発明はとりわけ新しい種類の受動データタグシステムの使用に関し、これは非常に高い透磁率の磁気材料を少量用い、さらに照会のための走査された磁界を用いる。磁気材料は薄いホイル、ワイヤまたは膜の形をとることができるので、自己支持タグを形成するために基板に、たとえば紙またはプラスチック材料に、直接結合できる。
代替的に、磁気材料はタグが付けられる物の構造の中に組込むことができる。したがって、タグは磁気材料を物の表面に付ける、または磁気材料を物の本体内に埋込むことにより、問題の物の本来の場所に形成されることができる。
本発明は「磁気ナル」を含む磁界を利用し、この「磁気ナル」の用語は磁界の成分が所与の線方向においてゼロである空間の点、線、面または体積を意味するものとして用いられる。この条件を満たすことができる空間体積は非常に小さくてもよく、正確な位置付けが決定される本発明の特定の実施例をもたらす。典型的に、磁気ナルは比較的小さな線形範囲で現存する。磁気ナルがあるところでは、所与の線形方向に対して直交する方向における磁界の成分は実質的であり得る（さらに多くの場合そうである）ことが理解される。本発明のいくつかの実施例では、このような実質的な直交フィールドが望ましい。
磁気ナルを作成する１つの方法は反対の磁界源を用いることである。これらは電流を運ぶワイヤのコイル、または永久磁石（小規模なシステムに適する）、またはコイルおよび永久磁石の組合せであり得る。１つのコイルまたは永久磁石が用いられる場合、特定の方向に存在する磁気ナルを実施することも可能である。
大規模な応用では、磁界源は好ましくは直流を運ぶコイルである。
本発明は磁気ナルに対するマーカーの通過を行なうために、磁気マーカーと印加された磁界との間の相対的運動を用いる。これは印加された磁界に対してマーカーを動かすことにより、またはマーカーを固定した位置に保持しながら磁界をその上でスキャンすることにより達成される。一般的に、本発明は（ｉ）（磁気ナルでの）０磁界、および（ii）高い一般的に飽和している磁界における、マーカーの磁気的態様の差を利用する。
本発明のタグ
本発明の１つの局面に従って、線形アレイにおいて複数個の別個の磁気的に活性な領域を持つことに特徴付けられる磁気マーカーまたはタグが提供される。別個の磁気活性領域はたとえば紙またはプラスチック材料のような基板上に支持される、または自分で支持され得る。代替的に、磁気エレメントは物品自体の製造の際にその物品内または上に組込まれることができる。これは、たとえばそのものが商品、たとえば在庫目的のためのタグを有する小売品である場合、またはそのものがチケットまたはセキュリティパスである場合に適する。
上記のタグは高い透磁率を有する連続する帯で形成されることができ、その別個の領域の磁気特性は永久的にまたは一時的に変化させられている。このような工程は、高い透磁率を有する帯の選択された領域から始めることができ、一般に磁気透磁性を取除くまたは減じることによってその磁気特性を変えるよう処理され、または高い透磁率の磁気材料と非常に近接して位置付けられる、たとえばその上にまたは隣接して位置付けられる磁化可能ストリップがついている高い透磁性材料のストリップであり、選択された領域が磁化されている。比較的簡単な実施例では、各磁気活性領域は同じ磁気特性を有するが、より複雑な実施例では、各磁気活性領域は異なる磁気特性を有することができ、それによって各々が独自の磁気特性を有し、さらに独自の磁気識別およびシグネチャ（適切な読取装置によって処理された場合）を有する多数のタグをアセンブルすることができる。
本発明はタグと印加された磁界との間の相対的運動を用いるので、タグ読取装置からの出力信号の時間領域と、タグの磁気活性領域および磁気活性領域間のギャップ間の長さに関する大きさとの間に対応があることが理解される。この意味において、活性領域およびその間のギャップは、光学バーコードのエレメント（黒いバーまたは隣接するバー間の白いギャップ）と類似して機能する。これにより、活性領域の磁気特性の変化性がタグの「識別」の一部を生成するのに用いられることができるように、隣接する磁気活性領域間の線形スペースも用いることができる。各々が独自の識別を有する、膨大な数のタグが本発明に従って作成できることが理解される。
タグは磁気活性領域の線形アレイを有するものとして記載されているが、タグは実際には２つ以上のこのような線形アレイを有し得る。これらは、互いに平行にまたは互いに直交して、または所望の幾何学的配置で並べられる。このようなタグの読取を簡単にするために、平行および／または直交するアレイが好ましい。
本発明のタグを製造する適切な技術は従来のラベル（すなわち磁気マーカー）製造において周知である。適切な磁気材料も周知でありかつ広範囲に利用可能であり、好ましくは少なくとも103の外因的比透磁率を有する透磁性の高い材料である。磁気材料の保磁性はタグの意図される用途に依存する。磁気材料は好ましくは長くて薄い帯、または薄膜の形にあり、これらの形により主な内部減磁の影響を回避する。適切なストリップ材料はたとえばバキュームシュメルツェ（Vacuumschmeltze）（ドイツ）、アライドシグナルコーポレイション（Allied Signal Corp.）（米国）、およびユニチカ（日本）のような商業的供給者から容易に入手することができる。小売セキュリティタグ応用のために、現在IST社（ベルギー）によって大量に製造されている薄膜材料も本発明で用いるのに適する。
検出／識別方法
上記で定義したタグに加えて、本発明は磁気マーカーの存在を検出するおよび／またはこのようなマーカーを識別するための多様な役に立つ方法を提供する。多くの場合、これらの方法は本発明のタグと関連して用いられていることが意図されているが、これは本発明の方法の前提条件ではない。
本発明の第２の局面に従って、所定の照会ゾーン内の磁気タグまたはマーカーを照会する方法が提供され、タグはたとえばタグに磁気的にストアされたデータを読取るために、またはその存在を検出するためにタグの応答を用いるために、および／または照会ゾーン内のその位置を決定するために、高い透磁性を有する磁気材料を含み、照会方法はタグを順次（１）十分な磁力を有する磁界にさらして高い透磁性を有する磁気材料を飽和する、および（２）ここで規定される磁気ナルにさらすステップを含むことに特徴付けられる。
好ましくは、磁気ナルは照会ゾーン内において所定の領域を前後に掃引する。走査周波数（すなわち磁気ナルの掃引周波数）は好ましくは比較的低く、たとえば１−500Hzである。便宜的に、フィールドパターンは（ａ）前記磁気ナルが面内に存在する、および（ｂ）飽和フィールドは前記面に隣接して起こるように配置される。
本発明の第３の局面に従って、所定の照会ゾーン内における磁気エレメントの存在および／または位置を決定するための方法が提供され、磁気エレメントは所定の磁気特性を有し、この方法は（１）前記照会ゾーン内において、磁気エレメント（飽和フィールド）全部を、またはその一部を飽和するのに十分な磁界がある領域に隣接した０磁界（磁気ナル）の比較的小さな領域を含む磁気フィールドパターンを確立し、前記比較的小さな領域は磁気エレメントが通過している、または通過することができる、または通過するべき領域と一致し、（２）前記磁界および前記磁気エレメント間で相対的運動を引き起こして、前記磁気ナルが所定の態様で磁気エレメントの少なくとも一部を横切るようにし、（３）前記相対的運動の際に磁気エレメントがもたらす磁気応答を検出するステップによって特徴付けられる。
本発明の第４の局面に従って、所定の磁気特性を有する磁気エレメントを識別する方法が提供され、この方法は（１）磁気エレメントの少なくとも一部において磁気飽和を引き起こすのに十分な第１の磁界に磁気エレメントをさらし、（２）次に磁気エレメントを０磁界（すなわち磁気ナル）の条件にさらし、０磁界は相対的に小さな体積を占め、前記第１の磁界と隣接し、（３）印加された磁界と前記磁気エレメントとの間に相対的運動を引き起こして前記磁気ナルが所定の態様で磁気エレメントの少なくとも一部を横切るようにし、（４）前記相対的運動の際に磁気エレメントがもたらす磁気応答を検出するステップによって特徴付けられる。
上記で規定している識別方法において、磁気エレメントは必要な磁気条件が生成される照会ゾーン内で有利に横切るようになっている。
本発明は第５の局面において、予め定められた磁気特性を有する磁気エレメントを識別する方法を提供する。この方法は以下のステップにより特徴付けられるものである。（１）磁気エレメントを照会ゾーンに入らせる。照会ゾーンにおいては、磁気エレメントまたはその一部を飽和させるのに十分な磁界がある領域（飽和磁界）に隣接する０磁界（磁気ナル）の比較的小さな領域を含む磁界パターンが確立されている。（２）磁気エレメントを飽和磁界を通して移動させて磁気ナルに到達するようにする。（３）上記磁気ナルが予め定められた態様で磁気エレメントの少なくとも一部を横切るように上記磁界と上記磁気エレメントとの間に相対運動を生じさせる。（４）上記相対運動中結果として生じる磁気エレメントの磁気応答を検出する。
磁気エレメントおよび磁界間の相対運動は、有利には磁気エレメント上方に印加される磁界を掃引することによって発生し得る。その代わりとして、この相対運動を、交番磁界を一般には静的な磁界パターンに印加することにより生じさせることができる。
上記の方法を実行する上で、磁気エレメントの好ましい実施例は、細長いものであり、磁気ナルが上記磁気エレメントの主軸に沿い延在するように配置されるものであるか、または薄膜の形状であり、その場合磁気ナルが薄膜材料の磁気感度の軸に整列して延在するように配置されるものであるかのいずれかが良い。
上に規定された方法において利用される磁界または磁界パターンは、極性が反対である２つの磁界により確立することができる。これは、直流を搬送する１つ以上のコイルを使用することによって、または１つ以上の永久磁石を使用することによって、またはコイルおよび磁石を組合せることによって好都合にも可能となる。
コイルを使用する場合は、コイルが実質的に定電流を搬送するように配置して固定点において磁気ナルを維持するようにしてもよい。その代わりとしては、１つまたは複数のコイルが予め定められた周期で変化する大きさを有する電流を搬送し、磁気ナルの位置が予め定められた態様で振動するようにする。本明細書ではこれを「飛行するナル」として説明する。１つまたは複数のコイルと永久磁石とが用いられるときに同様の配置を利用して飛行するナルを得るようにしてもよい。
本発明のさらなる局面に従って、以下のステップにより特徴付けられる、磁気エレメントの存在および／または位置を決定する方法が提供される。（１）磁界を、磁気エレメントが位置するまたは位置すると予想される場所に印加する。この磁界は、磁界源により生じる２つの反対の磁界成分を含み、これは結果として上記磁界源の中間の位置（この位置はわかっているものであるか、計算可能なものである）でナル磁界（磁気ナル）を生じさせる。（２）上記磁界と上記磁気エレメントとの間に相対運動を生じさせる。（３）結果として生じる、上記相対運動中の磁気エレメントの磁気応答を検出する。
磁界および磁気エレメント間の相対運動は、DCフィールドに重ね合された比較的振幅の小さな交番磁界を印加することにより可能であろう。一般に、このような振幅の小さな交番磁界は、10Hzから100kHz、好ましくは50Hzから50kHz、最も有利には500Hzから5kHzの範囲の周波数を有する。
ある実施例では、コイルは実質的に定電流を搬送し固定点で磁気ナルを維持する。他の実施例では、コイルは予め定められた周期で振幅が変化する電流を搬送し、そのため磁気ナルの位置は予め定められた態様で振動する。
本発明に従う方法では、磁気エレメントの磁気応答の検出は、印加されたACフィールドの高調波の観測を含み、この高調波は、磁気エレメントが磁気ナルを通過することによって磁化状態が変化して発生する。
上記のように、このシステムは０または非常に周波数の低い走査フィールド、および50Hzから50kHzの範囲のHF（高周波）で動作する。これは、信号が薄い金属ホイルを含む多くの材料を良好に透過することを考慮するものである。さらに、国際規定では、高磁界がこうした低周波数で伝送されることが認められている。
本発明の好ましい実施例は、低周波の誘導性磁気照会を利用し、複雑で高価なタグを必要としない多ビットデータタグシステムを提供する。
本発明の他の局面に従って、物の特性、たとえば物の価格および／または物を構成する商品の性質を示すデータにより、予め定められた物の組における個々の物をコーディングおよび／またはラベル付けする方法が提供される。この方法の特徴は、各物に、その物に特有のまたは同じ特徴たとえば物の価格またはその物を構成する商品の性質を共有するその物とその他の物とに特有の、予め定められた配置の磁気ゾーンを有する磁気タグまたはマーカーを与えることである。この磁気タグまたはマーカーは、印加された磁界による照会を受けやすく、タグまたはマーカーの磁気特性を示すすなわち磁気タグまたはマーカーを有する物の性質を示す応答を発生する。
発明の基礎
さらなる実施例について説明する前に、適切なところで比較的簡単な実施例を引用し、本発明のいくつかの基礎的な局面について述べることが役立つであろう。
本発明の重要な局面は、以下で明らかにされるように、照会ゾーンにおいて生み出される磁界の形式である。この磁界により、非常に小さな空間領域が照会されることができる。この磁界を発生するための手段を本明細書では以降「イントロゲータ」とする。このイントロゲータはある簡単な形では、軸が一致するように配置された間隔が密である同一のコイルの対からなる。このコイルは、巻きの方向が反対でありかつDC電流が通るように接続される。これによってコイル軸において反対の磁界が発生するため、０磁界すなわち磁気ナルの位置が、コイル軸に沿いコイルの中間で生じる。コイルにおける電流のレベルは、２つのコイルのいずれかの中心に配置された透磁性の高い磁気材料の小さなサンプルを多大に飽和させるようなものである。非常に振幅の小さなAC電流がまた、２つのコイルを通して反対方向に流れるようにされるため、ACフィールドにより生じる総和はコイルの間の中間で発生する。これは、接地の戻りを伴い、２つのコイルの接合部に適切な電流源を接続することによって容易に可能である。このAC電流の周波数は一般的には約2kHzであるが、この値は重要ではなく、適切な周波数は広範囲にまたがっている。このAC電流は、磁気タグと相互作用し検出可能な応答を発生する照会フィールドを生じさせる。このAC電流の他の効果は、０磁界すなわち磁気ナルの位置がごくわずかだけコイル軸に沿う中間の位置あたりで発振するようにすることである（これは何らかの非常に大きな偏位よりもむしろウォブルまたは発振である）。
加えて、さらなる低周波のAC電流をコイルに与えて、低周波の走査フィールド（０であり得る）を発生させることができる。この走査フィールドの周波数は（存在するときには）、比較的周波数の高い照会フィールドの多くの周期が、磁気ナル領域がタグの上方を通過するときに発生するのに十分低くなければならない。一般的には照会フィールドの周波数（ωａ）の走査フィールドの周波数（ωｂ）に対する比率は、100:1のオーダであるが、この発明の動作に有害な影響を与えることなく、かなり広範囲にわたって変化させることが可能であることがわかるであろう。
１つの透磁性の高い磁気材料を含むタグを、磁気０の面の発振が生じるところの下方の領域を通してコイル軸に沿い通過させるとき、このタグは始めはDC磁界により完全に飽和させられるだろう。次にゼロ磁界領域を通過するときにそのＢ−Ｈループの上方で一時的に駆動されるだろう。最後にもう一度飽和させられるであろう。磁気材料が「活性」であるところが上方にある領域、すなわち磁気変化を受けている領域は物理的には小さく、DCフィールドの振幅、ACフィールドの振幅、および磁気材料の特徴によって決定される。この領域は容易に大きさを1mm未満とすることができる。交番磁界のレベルが、タグにおける磁気材料を飽和させるのに必要なものを大きく下回っているならば、AC信号の高調波は、タグが、イントロゲータフィールドの０磁界領域に入り、変化するフィールドに応答する際に発生させるだろう。タグは狭い０磁界領域にまたがっているため、そのＢ−Ｈループの線形部分で駆動され、基本的な照会周波数のみを発散することにより相互作用するであろう。したがって、タグが０磁界領域から離れるときには、再び高調波の照会フィールド周波数を発するであろう。０磁界領域で発生される磁界に対する感度が高くなるように配置されるがイントロゲータコイルに直接結合しないレシーバコイルは、このような信号のみを受取るであろう。タグがコイル軸に沿い通過する際のこの信号の時間に伴う変化により、０磁界領域を通る磁気材料の両端の通過が明らかに示される。
照会ゾーンは非常に狭い可能性があるため、個々の磁気材料は、ごくわずかな距離だけ離されている隣接するものから区別可能である。当然、この磁気材料は、タグが意図される特定的な応用例に合うように選択される。適切な磁気材料は以下に述べるように市場で入手できるものである。
ラベルの軸に沿い設けられた多数のゾーンまたは多数の磁気材料を含むタグを考慮するならば、各ゾーンまたは各磁気材料が０磁界領域を通過するにつれて、その存在および両端の位置を検出できることが理解されるだろう。そうすれば、個々のゾーンまたは個々の磁気材料の長さおよび間隔を用いて特定的なコードのシーケンスを表わすことは簡単なことになる。多数の異なるコーディング方法が可能であり、１つの効率的な配置は、データがコードにおけるラインの間隔および幅により表わされる、光学式バーコードに対して用いられるコーディング方法と同様のものを使用することである。
上記のシステムは、単軸タグ（たとえば長さに沿い磁軸を有する異方性材料のワイヤまたは薄いストリップ）がコイルアセンブリを通して物理的に移動するときにその単軸タグを走査することを考慮している。タグおよび照会フィールド間の相対運動は、フィールドを静止させタグを移動させるまたはその反対にして可能である。必要ならば、この方法を自己走査とし、たとえばDC駆動電流を２つのイントロゲータコイルに変調することにより、０磁界領域がコイルの軸の適切な部分を走査するようにして静止しているタグの照会ができる。この発振の大きさは少なくとも、タグの最大寸法に等しいものとする必要があり、好ましくはかなり大きくすることによって照会ゾーンにおける正確なタグの位置決めの必要性を回避しなければならない。
元のものに直交する２つの軸に配置されるさらなるコイルを用いることによって、無作為の配向のタグを、順次的なフィールド走査により読取ることができる。これは、３つの面からの信号の相関関係の多大な複雑さを含むが、利用できる空間分解能が非常に高いため、共通する照会体積に同時に存在する多くのタグを読取ることができる。これは、日常の小売販売品のタグ付けといったような応用例には非常に有効であり、たとえば売場（POS）での買物のバッグの自動価格合計計算を可能にするであろう。このように、この発明は、物の価格のラベル付け、および売上高の計算を行なう（在庫関連データ処理を用いまたは用いずに）売場（POS）システムに適用できる。
単純な線形のタグの大きさは、個々のエレメントの長さ、その間隔、および必要なデータビットの数に依存する。バキュームシュメルツェ（独）およびアライドシグナル（米）といった供給者から入手できる、「回転溶融」合金ホイルなどの、市場で入手できる透磁性の高い材料のストリップを用いると、使用できる個々のエレメントの最小の長さは、おそらく数ミリメートルのオーダである。その理由は、非常に高い固有透磁性（一般には105）よりむしろ形状の要因が、外因性透磁性に勝っており、長さが短い場合満足のゆく動作に対しては透磁性が不十分なためである。
この理由のため、透磁性の高い磁気材料の非常に薄い膜を使用することが魅力的である。非常に薄いとすれば（理想的には１μｍ未満）、高い透磁性は維持するようにして、面積がわずか20mm2以下の小さな二次元の片（正方形、ディスク他）に切断することができる。こうすることによって、市場で入手できる高透磁性のホイルから製造されるエレメントの場合に可能な長さよりも短い長さのタグが可能となる。適切な薄膜材料はIST（ベルギー）より市場で入手できる。
このプログラミングのタイプを拡大させて、小売セキュリティシステムにおいて警報を発生する複合タグを防止するのにもまた使用できる（このような警報は窃盗を間違って示すものであり、小売業者および購入者双方を当惑させるものである）。もしタグの異なる領域が異なる静的フィールドレベルでバイアスされるならば、小売のセキュリティシステムを通過する際に異なるときに信号を発生するであろう。これは、このようなシステムにおけるラベルシグネチャを複雑にし、警報の発生を防止するであろう。本発明では、読取システムにより、このような磁気のバイアスにより生じる時間シフトされた信号を扱うことが可能になる。
上記においてタグコーディングについて、物理的に離された磁気エレメントを基礎として説明してきた。しかしながらエレメントを物理的に離すことは重要ではなく、データをタグにプログラミングすることは、選択された領域において連続する磁気エレメントの高透磁性を壊すことにより可能である。これはたとえば、非晶質合金の再結晶温度を上回るまで局所的加熱を行なうことにより、または材料の打抜きもしくは細工により可能である。さらに重要なことは、中間的または高い保磁力の磁気材料からなる隣接するバイアスエレメントにストアされた磁気パターンにより、高透磁性材料の連続エレメントの領域を磁気的に孤立させる能力である。このような複合タグは、適切な磁気記録ヘッドを用いてバイアスエレメントに磁気パターンを書込むことにより簡単にコーディングできる。必要であれば、タグを消去（ACフィールドで消磁することにより）し、新規のデータで再プログラミングすることができる。
上記の方法はまた、二次元でデータをストアするタグに対して動作するように拡張できる。これは、さらにコンパクトなタグを考慮する。なぜなら、非常に好都合な形式であると同様、薄膜の断片のＮ×Ｎ配列からなるタグは、同じ数の断片の線形的な配列よりもコーディングの潜在能力がはるかに高いからである。この理由は、所与の領域において設定可能なさらに多くの独自の断片の相互関係があるためである。
さらなる実施例
位置感知のための空間磁気走査の使用
データタグを読取るための照会空間に加えて、０磁界の面を空間中に移動させる（または、物を面中に移動させる）この新しい技術は、透磁性の高い材料の小さいアイテムについての正確な位置情報を与えるために用いられ得る。
したがって、別の局面に従うと、この発明は、物体の正確な位置を判断する方法であって、（ａ）透磁性の高い磁気材料の小片を物体に固定するステップと、（ｂ）上述の物体が配置される領域に、磁界源によって発生され、上述の磁界源の中間の位置にナル磁界を生じる、２つの反対の磁界成分を含んだ磁界を印加するステップと、（ｃ）上述の領域に低振幅かつ高周波の照会フィールドを印加するステップと、（ｄ）ナル磁界の位置を予め定められた移動範囲において前後にゆっくりと掃引させるステップと、（ｅ）上述の印加された磁界と上述の磁気材料の小片との間の磁気相互作用を観察するステップと、（ｆ）上述の磁気相互作用の検討と、上述の印加された磁界および上述の磁気材料の小片に関連した既知の磁気パラメータとから物体の位置を計算するステップとを含むことを特徴とする方法を提供する。都合のよいことに、透磁性の高い磁気材料の小片は薄いホイル、ワイヤまたは薄膜の形態である。
この発明のこの局面は、その位置が測定されるべきである物体が外科用器具、たとえば外科用プローブまたは針である場合に特に興味深い。この発明はたとえば手術中の外科用プローブの位置を正確に判断する。
この技術は比較的限られた体積内における非常に小さいマーカの正確な位置について理想的であり、これは多数のマーカを別個に分解できる。これはまた外来の金属物体に対して低い感度を示す。
磁気タグまたはマーカは典型的に、EASタグにおいて用いられるものに類似した1cmの長さ（所望であればより長い）の無定形ワイヤ（非腐食性、90ミクロン以下の直径）であり得るか、または、適切なプロセス発展では、柔らかい磁気材料の薄層でスパッタコーティングされた短い長さ（たとえば1cm）の針であり得る。
患者の頭部の周囲で用いられると、説明されるマーカでの0.1mmの分解能が達成できる。校正についての何らかの措置がとられ、他の磁気材料が用いられるならば精度がこの値に近づく可能性もあるが、最適な性能のためには、頭部に近い、硬いが開いた構造が望ましい。用いられる磁界レベルは日常的な磁石（たとえば台所のドアの留め金など）によって発生されるよりも低い。
この技術は特に、プローブの位置を三次元かつ高い精度でつきとめることが必要である脳外科に適用される。したがって、この発明に従って小さい磁気マーカをこのようなプローブまたは針の上に用いることが可能である。この場合、主要な利点はマーカからの信号が適切なときに検出および分解されればよいだけであることであり、分解能は０磁界面の位置によって決定され、検出されたマーカ信号の信号対ノイズ比によって決定されるものではない。このため、用いられるマーカは非常に少なくなる。
単一の軸位置センサが上述されたタグ読取システムと類似した１組のコイルで実現される。これは、DC磁界勾配を発生するためにDC電流を運ぶ１組の反対のコイルと、DC磁界が０に近い小領域においてマーカを飽和状態に対して出し入れするために比較的均一な低レベルAC磁界を印加する手段と、0DC磁界の面の位置を照会されるべき体積の周囲に移動させるよう、可変の強度および極性の比較的均一なDC磁界を印加する手段とを含む。
異方性マーカ、すなわち、優先的な磁軸を有したものが磁界をその長さに沿って分解する。このようなマーカはたとえば、磁気材料の長くかつ薄いエレメントを用いることによってか、またはさらに低いアスペクト比を有する磁気材料の区域の適切な処理、たとえば、回転溶融された磁気材料の一般に長方形のパッチを長手方向にアニールすることによって得ることができる。検討される単一の軸位置センサの場合、自由度は５つある（ｘ、ｙ、ｚおよび２つの角（軸を中心とするマーカの回転は影響を及ぼさない））。３つの直交した完全な組のコイルがコイルの組の各々において順に均一なDC磁界の３つの走査を行なうことによって十分な情報を獲得できる。第１の走査は他の組からの磁界がないものであり、第２の走査は他の組の１つからの均一なDC磁界でのものであり、第３は他の組からのDC磁界でのものである。これは全体で９つの走査を与え、これらは以下の表におけるように表わすことができ、そこで磁界源はａ、ｂおよびｃとして識別され、走査は１−９の番号を付けられる（走査順序は重要ではない）。
0003647462.tif 000002
各走査から必要とされる唯一の情報はその走査におけるマーカからの高調波出力の中心の位置である。次に、これら９つのDC磁界値はマーカのxyz−シータ−ファイ座標に変換できる。まず、頭部がコイルの中に入れられる前にシステムは単に所望の位置のマーカを保持することによって用いられることができ、次に、頭部がコイルに配置されると、マーカは同じ信号が得られるまで移動され得る。
関心のある領域を走査するのに必要な時間がより少ないという利点を有する順次照会の代替例は、関心のあるすべての方向を走査するように磁界勾配を連続して回転させることである。これは適切な連続波形で３組のコイルを駆動することによって、達成できる。たとえば、ｘ、ｙおよびｚ面におけるコイルが以下の式によって与えられる電流Ix、IyおよびIzで駆動されるならば適切な走査フィールドが生じる。
Ix＝cosωat（Acosωbt−sinωbt.sinωct）−sinωat.cosωct
Iy＝sinωat（Acosωbt−sinωbt.sinωct）＋cosωat.cosωct
Iz＝Asinωbt＋cosωbt.sinωct
ここで、ωａ＝印加された磁界の回転の全体の周波数
ωｂ＝ナル走査周波数
ωｃ＝照会周波数
Ａ  ＝振幅比ωb:ωｃ
これらのパラメータの典型的な値（限定的でない）は以下のとおりである。
Ａ＝10;
周波数比ωa:ωｂ＝1:10;そして
周波数比ωb:ωｃ＝1:400
図面の説明
この発明はここで添付の図面を参照して説明される。
図１は、この発明のタグ読取システムの基本エレメントを示す。
図２は、図１の配列で所望の磁界パターンを発生する１つのモードを示した回路図である。
図３は、タグの磁気応答を図１の読取システム内のその位置に関連付ける。
図４は、磁気ナルが永久磁石で生じる場所を示す。
図５は、所望の磁界パターンを発生するためにコイルおよび永久磁石を利用する、この発明の実施例を示す。
図６は、所望の磁界パターンを発生するために１対の永久磁石を利用する、この発明の実施例を示す。
図７は、所望の磁界パターンを発生するために、コイル備えた環状アレイに配置された複数個の永久磁石を利用する、この発明の実施例を示す。
図８は、この発明に従ったタグイントロゲータの１つの実施例の概略回路図である。
図９は、この発明に従ったタグの選択を示す。
図10は、外科手術に適用されるようなこの発明の実施例を示す。
図１を参照すると、概略的な配列が示され、ここでタグ１は２つのコイルTx1およびTx2の中間に位置決めされる。タグは図9aに示される型のものであり、すなわち、各々が透磁性の高い磁気合金材料、たとえば約105の固有透磁率を有するバキュームシュメルツェ6025回転溶融リボンである複数個の磁気エレメントを有した簡単な線形タグである。図１に示されるエレメントに関連したさまざまなパラメータについてのこの説明で与えられる値が単に例のために与えられたものであり、１つの有益な実施例を示すものであることは読者によって認識される。これらのパラメータの単位はシステムの全体の大きさとその意図される機能とに従って必然的に変化する。タグの分離した磁気活性領域を構成する磁気エレメントは10mm×1mm×25ミクロンの寸法を有し、隣接したエレメント間の間隔は1mmである。２つのコイルは約20cmだけ間隔を空けられ、各々は典型的には45cm×45cmの正方形の形状に巻かれた0.56mmの銅ワイヤの450回転分を含む。各コイルは６オームの抵抗と100mHのインダクタンスとを有する。コイルTx1およびTx2の各々は直流Ｉを運び、その上にはより小さい交流ｉが重ねられ、典型的に、直流Ｉは3Aのオーダであり、重ねられた交流ｉは50mAのオーダである。交流ｉは比較的高い周波数、典型的には約2kHzである。
上述されたようなシステムでは、２つのコイルにおける交流および直流は磁界パターンを発生し、そこで、２つのコイルに平行にそれらの中間の面にある点で矢印ｘの方向に磁気ナルが存在する。図１では、この中間面のｘ座標およびｙ座標はそれぞれ線２および線３によって表わされる。
この発明の磁気タグが、方向ｘに、一般には２つのコイルの中心点の間に規定される長手軸に沿って移動して、図１に示される２つのコイルを通過させられるならば、これは座標２および３によって規定される中間面において磁界極性反転を経験する。磁界の極性に変化が生じるのは、図１の肉太の矢印によって示されるように、DC電流が第１のコイルではある方向に流れ、別のコイルでは反対の方向に流れるためである。中間面において、第１のコイルに流れる直流によって発生された磁界成分は、他のコイルに流れる直流によって発生された磁界成分をちょうど相殺する。
タグが第１のコイルの中心を介して移動するときに、これはその磁気的に活性したエレメントを飽和させるに足る高磁界を経験し、磁界強度が中間面に向かって移動する際に低下すると、磁気材料はそのヒステリシス曲線によって示されるように低下する磁界によって影響される。磁気ナルの近傍では、タグの磁気エレメントの磁化方向が逆転する。
図１に示される比較的高い周波数の交流ｉはコイルTx1およびTx2の各々において同一である。
交流は上述されたように広い範囲の周波数を有することができ、図１の配列での典型的な動作値は約2kHzである。この比較的低い振幅の交流の効果は、座標２、３によって規定される中間面を２つのコイルの中心点の間に規定される長手軸に沿う幾何学的な中心点を中心として発振させることである。言い換えると、磁気ナルを含む面は交流の周波数で小さい空間的領域において前後に発振またはウォブルする。
図２は、AC磁界と組合された反対のDC磁界を与えるための簡単な回路を示す。キャパシタC1はAC駆動周波数でコイルTx1およびTx2のインダクタンスにより共振するように選択され、これらコイルの各々は６オームの抵抗と100ミリヘンリーのインダクタンスとを有する。C1のための典型的な値は0.1μＦである。C2はAC駆動周波数で有効な短絡として作用するように選択されたキャパシタであり、このコンポーネントのための典型的な値は22μＦである。DC電源は典型的に３アンペアで30ボルトを与え、AC源は典型的に2v  rmsで2kHzの周波数において交流を与える。
図３は、単一の磁気エレメントの磁化が図１のコイルTx1およびTx2の間に規定された磁界パターン内の異なった位置で時間とともにいかに変化するかを示す。容易に例示するために、磁気ナルを含んだ面の発振は肉太のダブルヘッドの
0003647462.tif 000003
４によって表わされ、面の末端の位置はそれぞれ破線５および６によって表わされ、限界面５および６の間の中心点は破線７によって表わされる。図３の右側の位置では、印加されたAC磁界が正（H+）の磁界値と負（H-）の磁界値との間で時間とともに変化して示される。印加されたAC磁界のグラフの下では、磁気エレメントのネット磁化が位置１、位置２などとして左側に示された５つの幾何学的位置の各々において時間とともにいかに変化するかを示す５つのグラフがある。面５および６は磁界の極性の逆転が生じる領域の限界を規定する。実際問題として、面５と面６との間の間隔は典型的には1mmのオーダであり、所与の磁気材料では、この距離はコイルにおけるAC電流および／またはDC電流の振幅を変化させることによってある範囲内で随意減少または増加できる。
磁気エレメントは常に、面５、６および７に直交する線形磁軸を有する。
位置１において、磁気エレメントの端部は面６に隣接し、この状態においては磁気エレメントは常に、正の磁界を経験し、そのネット磁化は時間によって変化しない。位置２において、エレメントの先端は中間面７に到達する。しかし、磁気材料のうち多くは依然として限界面６の外側にある。したがって、ナル面は磁気材料の一部としか相互作用することができず、この結果、時間によって変化するネット磁化は、示される反復パターンを有し、すなわち、直線の正の値の部分を有し、この後、０の方に下がり、その後その元の正の値まで上がる、一般的には正弦波形のアークを有する。
位置３において、磁気材料は中間面７に対して対称に位置付けられる。ここで、ネット磁化対時間のプロットは、印加AC磁界の周波に対応する周波を有する正弦波を含む。位置４において、磁気エレメントの大部分は常に負の磁界を経験し、エレメントのうち小さな部分は極性逆転を経験し、これにより、示されるようなネット磁化対時間のプロットが得られる。位置４が実際には位置２の反転であることは、これらの２つの位置の磁化プロットの関係に反映されており、位置４に関するプロットは実際には位置２に関するプロットの鏡像であるが、曲線部分が時間的にシフトしていることがわかるであろう。
最後に、位置５において、すべてのタグが負の磁界を経験し、タグの部分で磁界極性の逆転を経験する部分はない。したがってネット磁化は時間によって変化せず、示されるような一定の負の値である。
このような磁気エレメントを含むタグがコイルの軸に沿って０磁界領域を通過する時、それは始めはDC磁界によって完全に飽和することとなる。次に、タグは、０磁界領域を通過する際に、そのＢ−Ｈループ上に駆動される。最後にそれは再び飽和することとなる。磁気材料がその上を移動する部分は「活性」であり、すなわちこの部分は磁気変化を経験し、物理的には小さく、かつDC磁界の振幅、AC磁界の振幅および磁気材料の特性によって決定する。この領域の大きさを1mm未満にすることは容易に可能である。交番磁界のレベルが、タグの磁気材料を飽和するのに必要なレベルよりも十分に低ければ、タグが０磁界領域（位置１から２）に入り、変化する磁界に応答すると、タグによってAC信号の高調波が発生することとなる。狭い０磁界領域（位置３）にタグが跨がると、タグはそのＢ−Ｈループの線形部分上に駆動され、かつ基本的な照会周波のみを発散することにより相互作用する。次に、タグが０磁界領域を出ると（位置４から５へ）、それは再び照会フィールド周波の高調波を発生することとなる。
レシーバ（Rx）コイルであって、０磁界領域に発生した磁界に対して感度が高くなるよう配置されるが、イントロゲータ（Tx）コイルに直接結合されないものは、これらの信号のみを受取ることとなる。このような構成は、低相互結合を有するよう物理的に配置された別個のTxおよびRxコイルを用いるか、または（TxおよびRxの機能の両方を有する）単一のコイルを、TxおよびRx経路において適切にフィルタリングすることを伴って用いることにより達成することができる。コイルの軸に沿ってタグが通る時間による、この信号の変化により、０磁界領域を通る磁気材料の両端の通過が明らかに示される。
タグと、それが経験する磁界との間のこのような相互作用の結果は図3bに示される。ここでは、磁気ナルが発振する領域４が縮小して示され、番号付の・は位置１から５の各々におけるタグの中間の場所を表わす。（印加周波の第２の高調波によって示される）タグによる高調波信号の発生は、タグが、限界面５および６によって規定される領域、すなわち磁界極性逆転が起こるゾーンに入る位置において明らかである。システムが対称であるため、単一の磁気エレメントにより２つのピーク8aおよび8bが生ずることとなる。これは、位置２および４が冗長であることによる。
次に図４を参照して、単純な棒状磁石によって存在する力の線（すなわち磁気の形状）が示される。棒状磁石の縦軸と交差し、紙面に直交する面Ｘ−Ｙによって磁気ナル面が形成される。したがって、ナル面に対して直交するように配置された感度の高い磁軸を有する磁気エレメントは経路Ａ−Ｂまたは経路Ｃ−Ｄのいずれかを横切る際に磁気ナルを経験することとなる。このため、このような磁気タグの存在を検出するか、またはこのようなタグによって伝えられる情報を読取るために、照会システムの部分として、単純な棒状磁石を用いることができる。
第２の高調波信号を発生することにより、タグ検出システムの基礎を成すことができる。タグが、単なる単一の磁気エレメントではなく、ｎ磁気エレメントの線形アレイを含むならば、タグから出力される第２の高調波は２つのｎピークを含むこととなり、各々のタイプは図3bに示される。磁気エレメントのサイズおよび磁気特性が全く同じである場合には、ピークは同じプロファイルを有することとなり、各ピークにより、一定の領域のエンベロープが規定されることとなる。個々の磁気エレメント間のスペースにより、振幅対時間のプロット上の、２つのピークの相対的な位置が影響を受けることとなる。たった今述べたこのような単純なタグの使用にこの発明が制限されないことが認められるであろう。異なったサイズおよび磁気特性を有し、かつ磁気タグの長さに沿って不均一なスペースを有する磁気エレメントを用いることにより、より複雑な信号パターンが生ずることとなるが、これらのパターンは、所与のタグ構築の特性である。数、磁気特性および一連の磁気エレメントの位置を変化することにより、多数の磁気タグであって、それらの各々がそれ自身に特有な特性を有し、それゆえに、図１から３のシステムに関連して用いられる場合に、特有な信号を発生し得るものを製造することが可能である。
さらに、この発明は、与えられた交番周波の第２の高調波を観察することに限られないことが認められるであろう。この特定的な高調波は例示の目的で選択されている。なぜなら、全く（またはごく僅かしか）第２の高調波内容を有さない伝送信号（Tx出力）の発生は比較的容易であるため、Tx信号とタグの応答とを十分に区別することが可能であり、さらには、この周波数は、タグから出力された高調波エネルギの合計のうち比較的大きな割合を占めるからである。
次に図５を参照して、この発明に従った単純なタグリーダの概略的な構成が示され、このリーダは永久磁石10と、磁石の１つの面に隣接して置かれたコイル11とを用いる。この実施例において、読取られるタグが、コイル11を通る経路Ｃ−Ｄまたはコイル上の経路Ａ−Ｂに沿って通過し得る。タグは、それらの磁軸がタグの移動方向に整列するよう配向されなければならない。図５において、示されるように、磁気ナル面は12に位置付けられる。
次に図６を参照して、磁軸が整列して位置付けられた２つの永久磁石と、互いに対向する似たポールとの使用が示される。このような構成により、ナル面13が生じ、必要な、タグの移動方向が矢印14で示される。ここでもまた、タグの磁軸は移動方向と整列しなければならない。図７は、磁気ナル面を発生するよう複数の永久磁石を用いるタグリーダヘッドの簡単な実施例を示す。示されるように、ポリマー結合された10個のフェライト磁石が、内向きに向かい合う似たポールを備えて環状アレイに配置される。示されるように、共通の伝送／受取コイルL1が磁石の環内に置かれる。タグは、マグネットのループの中心においてナル面を通過する際に読取られる。
次に図８を参照して、この発明に従った照会システムの１つの実施例が示される。これは、単一コイルL1を所望の磁界パターンを発生するトランスミッタ（Tx）コイルおよびレシバ（Rx）コイルの両方として作用するよう用いることに基づく。このシステムは、タグの検出／識別のための基準としてタグの、第２の高調波出力を用いる。回路コンポーネントC1およびL2は周波数2fにおいて共振トラップを形成して、Tx出力においてこの周波の信号を非常に低いレベルまで下げ、C2は周波数ｆにおいてL1と共振し、さらにコンポーネントC3、C4、L1およびL3はフィルタを形成して、伝送された周波数ｆにおける信号を拒絶しながら、周波数2fにおいて、必要な信号をタグから通過させる。
この回路から得られた出力はローパスフィルタを通ってアナログデジタル変換器（ADC）へ、その後デジタル信号プロセッサに送られる。これらのコンポーネントおよび特に信号プロセッサは照会装置の、意図される用途に適合するよう構成されるであろう。信号処理の性質およびそれが達成される手段はすべて従来の技術であるため、ここではさらに説明しない。
図９は、この発明に従った磁気テープの基本的な構造を示す。図9aはタグ100を示し、このタグ100は（たとえば紙またはプラスチック材料の）支持媒体101と、磁気活性領域102、103、104、105および106の線形アレイとを含む。各磁気活性領域は、（たとえばバキュームシュメルツェ6025である）高透磁性磁気材料のパッチから形成され、この磁軸はタグの長さに沿って整列する。各パッチの面積は約10mm2であり、基板101に接着して固定される。
パッチ101から105の大きさおよび磁気特性は同じであり、かつ均一にスペースをあけられたギャップ110、111および112はすべて同じである。しかしながら、113において点線で示される位置において１つのパッチが欠けているかのように、パッチ105と106との間のギャップは大きい。
タグ100は、111101とコーディングされた６ビットタグとして働く（０は領域113である）。
機能的に等しいタグ120は基板121から形成され、これは磁気エレメント122から126を保持し、かつ「ギャップ」127を有する。この実施例において、磁気エレメントは（たとえばバキュームシュメルツェ6025である）高透磁性磁気材料のストリップまたはワイヤの形であり、典型的には長さが約5mmであり、幅が1mmであり、厚さが約15ミクロンである。
図9bは６ビットのラミネートタグ130の代替的な構成を示す。このタグは図9aにおけるように111101にコーディングされている。ここで、連続層または（ワイヤ、ストリップ、薄膜またはホイルの形態である）高透磁性磁気材料131の長さおよび基板133は、それらの間に磁気バイアス層132を挟持する。バイアス層は予め定められた領域において磁化され、この領域は134、135、136、137および138で示される磁気活性領域を発生するよう、上にある高透磁性材料に影響を及ぼす。領域139は活性ではないため、０の磁界をなす。図８のような照会システムによって読出されると、タグ100、120および130によって発生した出力が図9dに示されるものとなる。
より複雑なタグが図9cに示される。ここでは、磁気活性領域の、一連の平行な線形アレイが存在し、これらは４×４のアレイを発生し、ここでは磁気活性領域が存在する（「１」としてコーディングされる）か、または存在しない（「０」としてコーディングされる）。
図10は、手術の用途のためにこの発明に従って用いられる、３組のコイルの一般的な構成を示す。３組のコイルはすべて互いに直交する向きに配置されて、キャビティを規定し、このキャビティの中には患者の頭部200が位置付けられ得る。第１のコイル組はコイル201aおよび201bを含み、第２の組はコイル202aおよび202bを含み、第３の組はコイル203aおよび203bを含む。図面において、２つの手術用プローブ204および205が、患者の頭蓋内に位置付けられて概略的に示される。プローブの各々はその末端に、たとえば上記の図９に参照して説明されたような磁気タグ206および207を有する。タグの磁気エレメントは（拡張データの保持というよりも）その存在に関する情報を与えるためにのみ必要であるため、比較的単純なタグが好ましい。高透磁性磁気材料の、単一の磁気エレメントがプローブの先端に置かれるだけで十分である。先に詳細に説明した態様でコイルが動作する。この発明によって、プローブの両端の位置を高精度で決定し、複雑な種々の手順を、正確に、かつ正常な組織への損傷を最少にするよう実施することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３ｂ】
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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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