(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の存在を検出するシステムであって、
所定の１次周波数を有する第１の電磁波信号を放射する送信器と、
前記第１の電磁波信号の受信に応答して第２の電磁波信号を発生するために前記物品に固定された共振タグと、
前記第２の電磁波信号を受信する受信器とを備え、
前記共振タグは、前記１次周波数で共振する第１の共振回路と、前記１次周波数と異なる所定の２次周波数でそれぞれ共振する少なくとも１つの第２の共振回路とを備え、
前記第２の電磁波信号は、前記１次周波数及び前記少なくとも１つの第２の共振回路の各２次周波数を有し、
前記送信器は、前記所定の１次周波数で前記第１の電磁波信号を放射するように設けられており、
前記少なくとも１つの第２の共振回路は前記第１の共振回路に電磁的に結合されており、
前記受信器の出力端子にコンピュータが接続され、
前記コンピュータは、前記受信器により受信された第２の電磁波信号を処理し、前記第２の電磁波信号に前記少なくとも１つの第２の共振回路の各２次周波数が検出されたときに出力信号を発生し、
前記共振タグは、実質的に平面状の誘電性基板を備え、
前記誘電性基板は、対向する第１及び第２の主面を有し、かつ前記第１及び第２の共振回路を形成するように、前記第１及び第２の主面上にそれぞれ第１及び第２の導電性パターンを有し、
前記第１の共振回路は、前記誘電性基板の第１の主面上に形成された第１のインダクタを含み、
前記少なくとも１つの第２の共振回路はそれぞれ、第２のインダクタを備え、
前記第１のインダクタと、前記少なくとも１つの第２の共振回路の各第２のインダクタはそれぞれ、前記第１の導電性パターンの一部であり、かつ前記誘電性基板の前記第１の主面上に形成されたシステム。
【請求項２】
前記第１の共振回路は、前記少なくとも１つの第２の共振回路を励振させる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の共振回路の励振は前記第１の共振回路の励振に依存する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の電磁波信号はパルス振幅変調されている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記コンピュータはまた前記１次周波数を検出し、前記１次周波数及び前記少なくとも１つの第２の共振回路の各２次周波数が共に検出されたときにのみ出力信号を発生する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記受信器は前記１次周波数及び前記前記少なくとも１つの第２の共振回路の各２次周波数に順次的に同調される請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記１次周波数と前記２次周波数は互いに調波関係にない請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記共振タグは、誘導性素子及び容量性素子のみを含む受動型である請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記送信器は非掃引の送信器である請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記送信器は前記受信器が信号を受信するときには信号を送信していない請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
物品の存在を検出するための方法であって、
１次周波数で共振する第１の共振回路と、前記１次周波数と異なる所定の２次周波数でそれぞれ共振する少なくとも１つの第２の共振回路とを有する共振タグを、実質的に平面状の誘電性基板上に形成するステップと、
前記共振タグを物品に固定するステップと、
送信器から、前記１次周波数で第１の電磁波信号を送信して、前記共振タグを前記第１の電磁波信号にさらすステップと、
前記共振タグにより、前記第１の電磁波信号の受信に応答して、前記第１の共振回路の１次周波数に対応する１次周波数成分と、前記少なくとも１つの第２の共振回路の各２次周波数に対応する所定の２次周波数成分を含む第２の電磁波信号を発生するステップと、
受信器により、前記第２の電磁波信号を受信するステップと、
前記受信器に、コンピュータを接続するステップと、
前記受信された第２の電磁波信号を前記コンピュータにより処理するステップと、
前記第２の電磁波信号に前記２次周波数成分が検出されたときに、前記コンピュータにより、出力信号を発生するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記第１の電磁波信号はパルス振幅変調されている請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記出力信号を発生するステップは、前記１次周波数成分及び前記２次周波数成分が共に検出されたときにのみ出力信号を発生するステップを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記１次周波数成分及び前記２次周波数成分は順次的に検出される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記共振タグを形成するステップは、
前記実質的に平面状の誘電性基板の対向する第１及び第２の主面上に、第１の導電性パターンと第２の導電性パターンとを、それぞれ形成することと、
前記誘電性基板の第１の主面上に第１のインダクタを形成して、前記第１の共振回路を形成することと、
前記誘電性基板の第１の主面上に第２のインダクタを形成して、前記少なくとも１つの第２の共振回路を形成することとを含む請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願への参照】
本願は、「識別データを有するマルチ周波数タグ」と題する米国仮出願６０／２０２，３９１号（２０００年５月８日出願）の利益を主張する。
【０００２】
【発明の背景】
【０００３】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には無線周波数システムに関し、より詳しくは、共振タグを検知してその共振タグに保存された情報を確認する無線周波数システムに関する。
【０００４】
【従来技術】
小売店舗や、図書館などのその他の施設から、商品や物品が盗まれたり許可なく持ち出されることを検知して防止するための無線周波数システムが普及してきている。このような保安システムは、一般に、電子的物品保安（ＥＡＳ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｒｔｉｃｌｅ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ）システムと呼ばれており、タグを保護対象物品に係着したり固定したりして用いている。
【０００５】
タグの大きさ、形状、様式は、使用する特定のＥＡＳシステムの種類や、物品およびその包装の種類および大きさなどに応じて、様々であって良い。このようなＥＡＳシステムは、一般に、保護対象物品が監視保安領域ないし監視保安領域ゾーンを通過したりこれに接近した際に共振タグの存在を検知するために設置される。多くの場合には、監視保安領域は小売店舗やその他の施設の出入口またはその近くに設けてある。
【０００６】
広く普及し人気のある種類の電子的物品保安システムの１つでは共振回路を内蔵した共振タグを用いており、この共振タグは、所定の特性を有する電磁場による呼掛けを受けた際に、単一の所定の検出周波数で共振する。共振タグを取付けた物品が監視領域に侵入したり通過する際に、共振タグは保安システムが発する電磁場に曝される。
【０００７】
その電磁場に曝されると共振タグ内に電流が誘起され、これが、監視領域内に生成されている電磁場を変化させる。共振タグ内に誘起される電流の強度および位相は、共振タグから保安システムまでの距離と、印加する電磁場の周波数と、共振タグの共振周波数と、共振タグのＱ値と、の関数である。共振タグが存在することによって引き起こされる監視領域内の電磁場の変化が保安システムによって検出される。
【０００８】
次いで、保安システムは、検出した信号の状態を所定の選択基準に基づいて判断し、この監視領域内の電磁場の変化が共振タグの存在によるものかその他の要因によるものかを判定する。保安システムが電磁場の変化を共振タグの存在によるものと判定した場合には、アラームを発して、警備員やその他の適切な人員に通報する。
【０００９】
上述の種類の電子的物品保安システムは有効に機能するが、誤警報という点で、未だ限界がある。誤警報は、共振タグが実際には監視領域内に存在しないにも拘わらず、監視領域内に生成されている電磁場が共振タグおよび保安システム以外の要因によって乱されたり変化した際に、所定の判定基準を適用しても、未だ、共振タグが監視領域内に存在してアラームの原因になっているかのように判定される場合に起こる。
【００１０】
ここ数年来、このような保安システムは、共振タグ識別において多数の選択基準を用いるという点や、疑わしい共振タグ信号に対して統計的テストを行うという点で、著しく高度化している。しかし、用途によっては、誤警報の回数が依然として多すぎる。したがって、このような電子的物品保安システムで使用する共振タグが従来の共振タグ以上に多くの情報を出力することによって、電子的保安システムが、監視領域内などに共振タグが存在する際に得られる信号をその他の要因による類似の信号から区別できるようにすることが必要である。
【００１１】
電子的保安システムに対して追加情報を出力する１つの方法は、呼掛け信号に対して、この呼掛け信号とは異なる周波数で応答するか、または、１つより多くの周波数で応答するタグを用いることである。従来技術でこれらの特徴の１つを有するタグを構成するためには、トランジスタ等の能動素子、または、整流器ないしダイオード等の非線形素子を用いることが必要である；しかし、従来の製造方法では共振タグを平面的な受動素子として製造しており、上述の素子の製造には適さない。
【００１２】
電子的保安システムに対して追加情報を出力する別の方法は、相異なる共振周波数を有する２つ以上の共振タグを用いることによって保護対象物品を確実に保護することである。たとえば、第２の共振タグの共振周波数を第１の共振タグの共振周波数から所定量だけずらしても良い。この方法では、所定量だけ離れた周波数を有する２つ以上の信号のそれぞれが共振タグ信号として機能することによって、監視領域内に多数の共振タグが存在することになり、共振タグの検出信頼性が向上する；これは、その他の要因によって多数の信号が発せられると共にそれぞれの信号が所定の各周波数を有する確率は極めて低くなるからである。
【００１３】
相異なる周波数で共振する複数の共振タグを各々の物品に対して用いるという着想は一般には受入れられていない；それは、これらの共振タグどうしが干渉し合うことによってこれらの共振周波数が予期しない周波数に変化してしまうことを避けるためには、タグどうしを物理的に十分な距離で離さなければならないからである。共振タグどうしを実質的に距離をおいて位置させる場合には、少なくとも、これらの共振タグを個別に取付ける操作が必要になり、共振タグを適用するためのコストが著しく増化する。更に、ある保護対象物品は、２つ以上のタグどうしを相互作用を避けられるだけ離しておく程大きくない場合がある。共振タグどうしを相当の距離離すこともまた取付け方向に影響し、それ故複数タグからの信号強度に影響を与え、その１つ又はそれ以上のタグの検出感度を限定することがある。
【００１４】
様々な無線周波数システムの中には、ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：無線周波数識別）システムと一般に呼ばれているものがあり；このシステムでは、共振タグを取付けた対象物品を識別したり、この物品を移動すべき宛先を識別するために共振タグを用いる。共振回路タグを物品識別のため用いることは、光学的バーコードを用いる方法より有利である；それは、不明瞭にする汚れの問題がなく、また、タグ検出システムに対して共振タグを正確に位置決めする必要がないからである。
【００１５】
一般に、ＲＦＩＤシステムで使用する共振タグでは、この共振タグ上に印刷され、エッチングされ、又はタグに貼り付けるなどされた共振回路パターンを活性化（または非性化）することによって、物品に関する情報を格納する。典型的には、多重同調回路検出を用いるシステムは、一つの共振回路の一つの周波数をもつ信号で各共振回路に順次的に呼掛けを行い、その後、検出さるべき同調回路の各々からの再放射エネルギーを待つ。相異なる各周波数で呼掛けを順次的に行わなければならないことの結果は、物品処理可能速度が制限された遅い検出システムとなることである。
【００１６】
本発明では、受信共振回路に電磁的に結合された複数の共振回路を備えているタグを用いる。受信周波数でのパルスを用いた呼掛けがあると、このタグは、それぞれの共振回路の共振周波数に対応した周波数成分（複数）をもつ検出可能な電磁波信号を放射する。
したがって、本発明によれば、相異なる周波数を有する別個のタグを物品に取付ける必要なしに、電子的物品保安システムにおける誤報を低減できる；更に、本発明によれば、ＲＦＩＤシステムにおけるタグに記録した情報も利用できる。
【００１７】
【発明の開示】
【００１８】
簡潔に述べれば、本発明は物品の存在を検出するシステムを具備し、そのシステムは：所定の１次周波数で第１の電磁波信号を放射する送信器と；前記物品に取付けられ、その第１の電磁波信号を受信したことに応じて第２の電磁波信号を生成する共振タグであって、その第２の電磁波信号が１次周波数でありまた１次周波数とは異なる所定の２次周波数である共振タグと；その第２の電磁波信号を受信する受信器と；そして、その受信器の出力端に接続されたコンピュータであって、そのコンピュータは受信された第２の電磁波信号を処理して、第２の電磁波信号中に２次周波数が検出された際に出力信号を生成するコンピュータと；を備えている。
【００１９】
本発明はさらに、相異なる共振周波数を有する複数の共振回路に保存した情報の存在を判定する無線周波数のシステムであって、そのシステムは：所定の１次周波数で第１の電磁波信号を放射する送信器と、前記複数の共振回路を備えた共振タグであって、共振回路の各々は相異なる共振周波数の１つで共振するのであり、前記タグは前記第１の電磁波信号を受信し且つこの第１の電磁波信号を受信した際には第２の電磁波信号を生成するのであり、第２の電磁波信号は複数の２次周波数を含むのであり、複数の２次周波数の各々は前記複数の共振回路の共振周波数の１つに対応している共振タグと、第２の電磁波信号を受信する受信器と、そして受信器の出力端に接続されたコンピュータであって、受信した第２の電磁波信号を処理して前記複数の２次周波数の存在を検出し、前記情報に対応する出力信号を生成するコンピュータと、を備えているシステム。
【００２０】
本発明はまた、物品の存在を検出する方法を具え、その方法は：前記物品に共振タグを取付けるステップと、所定の１次周波数で第１の電磁波信号を放射するステップと、前記第１の電磁波信号を受信したことに応答して第２の電磁波信号を生成するステップであって、前記第２の電磁波信号が前記１次周波数でありまた１次周波数とは異なる所定の２次周波数であるところのステップと、前記第２の電磁波信号を受信するステップと、前記受信した第２の電磁波信号を処理するステップ、そして、前記第２の電磁波信号中に前記２次周波数を検出した際には出力信号を生成するステップと、を備えている方法である。
【００２１】
本発明はまた、相異なる共振周波数を有する複数の共振回路に保存された情報の存在を判定する方法を具え、その方法は：前記複数の共振回路を共振タグに備えるステップと；所定の１次周波数で第１の電磁波信号を放射するステップと；前記共振タグにおける前記第１の電磁波信号を受信して、この前記第１の電磁波信号を受信したことに応じて第２の電磁波信号を生成するステップであって、前記第２の電磁波信号は複数の２次周波数を具備し、その複数の２次周波数の各々は前記複数の共振回路の共振周波数の１つに対応しているところのステップと；前記第２の電磁波信号を受信するステップと；そして、前記受信した第２の電磁波信号を処理して前記複数の２次周波数の存在を検出するステップと；及び前記情報に対応する出力信号を生成するステップと；を備えている。
【００２２】
上述の発明の開示と、以下の発明を実施するための最良の形態は、添付図面を参照すればよりよく理解されるであろう。本発明を説明するためのこれらの図には、現時点で好適な実施例を示してある。しかし、これらの図に示した構成や実施方法の細部によって本発明が制約されるものではない。
【００２３】
【発明の詳細な記述】
各図面を通じて、対応する要素には同じ参照符号を付す；図１は、好適な一実施例に係る、物品を検出するための、および／または、特定の電磁的特性を有するタグを取付けた物品に関する情報を識別するためのＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：無線周波数）システム１０のブロック図である。ＲＦシステム１０は、所定のパルス幅とパルスレートと搬送波周波数とを有する無線周波数電磁波のパルスを監視識別ゾーンに向けて放射する方式であるいわゆるパルス受信型（ｐｕｌｓｅｌｉｓｔｅｎ  ｓｙｓｔｅｍ）であることが好ましい。各パルスを監視識別ゾーンに向けて放射した後、ＲＦシステム１０は監視識別ゾーン内の電磁場を調べて、特定の電磁的特性を有するタグを取付けた物品が監視識別ゾーン内に存在するか否かを判定する。
【００２４】
ＲＦシステム１０は、１つ以上の所定の１次周波数で第１の電磁波信号を放射する送信器１２を備えていることが好ましい。送信器１２は、従来技術に係るＤ級プッシュプルＲＦ増幅器から構成されており、パルス期間が約５マイクロ秒で搬送波周波数が１３.５ＭＨｚ域にあるパルス振幅変調信号を生成する。しかし、考慮されうるように、送信器１２の出力信号の搬送波周波数は１３.５ＭＨｚには限定されない。１.５ＭＨｚという低い周波数及び７０００ＭＨｚという高い範囲の搬送波周波数も本発明の範囲の内である。さらにパルス振幅変調信号のパルス幅は５マイクロ秒に限定されない。当業者には理解されるように、送信器１２のパルス幅はＲＦシステム１０で使用する特定のタグの特性に整合するように選択されるであろうし、そのような設計上の選択は本発明の精神と範囲の内である。
【００２５】
好適な実施例においては、周波数シンセサイザ５２が設けてある。この周波数シンセサイザ５２は、「数値制御発振器を用いた共振回路検出及び測定システム」の標題の米国特許出願番号０９／３１５，４５２号、米国特許番号 号に記載されているデジタル周波数シンセサイザと同様のデジタル周波数シンセサイザと同様であることが好ましい；その特許の技術内容の全体はこの引用により本明細書に包含される。周波数シンセサイザ５２は、送信器１２を１次周波数で動作させるための第１の出力信号を出力する。周波数シンセサイザ５２は、スーパヘテロダイン受信器１４の従来型ミキサ４０を動作させるための第２の出力信号も出力する。周波数シンセサイザ５２からの第２の出力信号の周波数は、後述のように、ＲＦシステム１０の動作モードの選択に応じて、１次周波数と同一であっても良く、１次周波数と異なっていても（すなわち２次周波数であっても）良い。
【００２６】
ＲＦシステム１０は更に、送信器１２からの第１の電磁波信号を受信し、かつこの第１の電磁波信号を受信した際には第２の電磁波信号を生成するためのデュアル周波数共振タグ２０を備えている。この第２の電磁波信号は、第１の電磁波信号の１次周波数に対応する（第１の）周波数成分と、１次周波数とは異なる所定の２次周波数に対応する第２の周波数成分とを有している。
【００２７】
図２には、本発明の第１の好適な実施例に係るデュアル周波数共振タグ２０の電気回路図を示す。デュアル周波数共振タグ２０は、第１の誘導性素子であるインダクタンスＬｐと、第２の誘導性素子であるインダクタンスＬｓと、第１の容量性素子であるキャパシタンスＣｐと、第２の容量性素子であるキャパシタンスＣｓという４つの回路素子を備えている。上述のインダクタおよびキャパシタは、１次周波数で共振する第１の共振回路と、２次周波数で共振する第２の共振回路とを構成する。第１および第２の共振回路は互いに電磁的に結合されていることが好ましい。必要な場合には、図２に破線で示したように、誘導性素子や容量性素子などの回路素子を更に追加しても良い；それらの回路素子Ｌｋ、ＬｎおよびＣｋ、Ｃｎは、第１の磁気回路と電磁的に結合した追加の共振回路を構成する。
【００２８】
図２に示したように、第２のインダクタンスＬｓは第２のキャパシタンスＣｓと直列に接続されている。第１のキャパシタンスＣｐは第１のインダクタンスＬｐと並列に接続されている。直列回路（ＬｓとＣｓの）が並列回路（ＬｐおよびＣｐ）の両端間に接続されている。インダクタＬｐおよびＬｓは互いに結合係数Ｋで磁気的に結合していることが好ましい。しかし、第１および第２の共振回路の間の結合を、容量性結合または抵抗性結合を用いて行っても良い。インダクタンスＬｐ、Ｌｓ、キャパシタンスＣｐ、Ｃｓ、結合係数Ｋの値は、図２のように構成したデュアル周波数共振タグ２０が同時に第１および第２の共振周波数で共振するように選択する。
【００２９】
第１の共振回路の共振周波数は、国際電気通信連合（ＩＴＵ）が規定した産業科学医療（ＩＳＭ：ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，  ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ａｎｄ  ｍｅｄｉｃａｌ）周波数帯に位置していることが好ましい。現在のＩＳＭ周波数帯は、１３ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４３０〜４６０ＭＨｚ、９０２〜９１６ＭＨｚ及び２３５０〜２４５０ＭＨｚを含んでいる。第２の共振回路の共振周波数は、ＥＡＳシステムに割当てられた周波数帯に位置していることが好ましい；それは現在約１.９５ＭＨｚ、３.２５ＭＨｚ、４.７５ＭＨｚ及び８.２ＭＨｚを含んでいる。
【００３０】
好適な実施例における第１の共振回路の共振周波数は約１３.５６ＭＨｚであり、また、第２の共振回路の共振周波数は約８.２ＭＨｚである。このようなデュアル周波数共振タグ２０の周波数要件を満たすようにインダクタンスおよびキャパシタンスの値を選択する方法は当業者には良く知られているので、本明細書では説明を省略する。キャパシタンスは集中回路定数でも、後述のようにインダクタンス内の分散回路定数として構成しても良い。
【００３１】
図３は、図２に示した電気回路を用いたデュアル周波数共振タグ２０の平面図である。デュアル周波数共振タグ２０は、第１の主面つまり面２４と、その反対側の第２の主面つまり面２６とを有する実質的に平面状の誘電性基板２２を備えている。基板２２は、絶縁性で、比較的薄く、誘電体として使用可能である限り、どんな固体材料、複合構造、その他の材料であっても良い。基板２２は、高分子材料であるポリエチレン等の絶縁性誘電体材料から構成されていることが好ましい。しかし、当業者には明らかであるように、基板２２を構成するのにその代わりに、他の誘電体材料を用いても良い。図３に示したように、基板２２は透明である。しかし、透明性は基板２２の特性として要求されるのではない。
【００３２】
上述のように、共振タグ２０の回路素子は、基板２２の両主面つまり面２４、２６の上に導電性材料でパターン形成することにより構成されている。すなわち、第１の導電性パターン２８（図３では淡色で示してある）は基板２２の第１の主要側面２４（図３では、便宜的に共振タグ２０の裏側としてある）の上に形成されている。また、第２の導電性パターン６０（図３では濃色で示してある）は基板２２の第２の主要側面２６の上に形成されている。これらの導電性パターン２８、６０は、電子的物品保安システム技術の当業者には良く知られている方法によって、既知の種類の導電性材料を用いて基板表面２４、２６上に形成して良い。エッチレジストインク等を用いた印刷で所望の材料部分を保護した後に、不要部分を化学的方法で除去するというサブトラクティング（減算的）プロセス（すなわちエッチング）によって導電性材料をパターン形成することが好ましい。
【００３３】
好適な実施例では、この導電性材料はアルミニウムである。しかし、その他の導電性材料（例えば金、ニッケル、銅、青銅、黄銅、高密度グラファイト、導電性エポキシ銀ペースト、等）をアルミニウムの代わりに使用しても良く、その場合でも共振タグ２０の性質や動作に影響はない。同様に、その他の方法（ダイシング等）を用いて基板２２上に導電性パターン２８、６０を形成しても良い。共振タグ２０は、「平面状回路製造プロセス」に関する米国特許３，９１３，２１９号に記載されている種類のプロセスを用いて製造しても良い；この米国特許の技術内容はこの引用により本明細書に包含される。しかし、必要な場合には、その他の製造プロセスを用いても良い。
【００３４】
先に述べたように、第１および第２の導電性パターン２８、６０が協働して上述の共振回路を構成している。図３に示した例では、インダクタンスすなわち誘導性素子Ｌｐ、Ｌｓは、それぞれ、第１の導電性パターン２８の一部分である誘導コイル６２、６４として形成されている。したがって、インダクタンスＬｐ、Ｌｓは基板２２の第１の主面２４上に形成されている。これら２つの誘導コイル６２、６４は、図示したように同方向に巻回して、これらの間に特定の量の誘導性結合を形成することが好ましい。
【００３５】
更に、容量性素子すなわちキャパシタンスＣｐ、Ｃｓのそれぞれの第１の電極板６６、６８は、基板２２の第１の主面２４上の第１の導電性パターン２８の一部分として形成されている。また、容量性素子すなわちキャパシタンスＣｐ、Ｃｓの各々の第２の電極板７０、７２は、第２の導電性パターン６０の一部分として形成され、基板２２の第２の主面２６上に置かれている。好ましくは基板２２を貫通して直接的電気接続が延在し、これが第１の導電性パターン２８を第２の導電性パターン６０に電気的に接続し、；それによって、基板２２の両側面を常に継続的にほほ同じ静電レベルに維持する。
【００３６】
図３では、第１の導電性パターン２８は、コイル部分６２の最も内側の端部にほぼ正方形の一つのランド７４を含んでおり、それが第１のインダクタンスＬｐを形成している。同様に、ほぼ正方形の一つのランド７８が第２の導電性パターン６０の一部分として形成されており、これは導電性のビーム８０によって第２の導電性パターン６０部分に接続している；それの中に、第１のキャパシタンスＣｐの第２の電極板７０が形成されている。
【００３７】
図３に示したように、導電性ランド７４、７８は互いに整列して（並んで）いる。第１の導電性パターン２８の導電性ランド７４と第２の導電性パターン６０の導電性ランド７８との間に溶接によって直接的な電気接続（図示しない）が形成されている。好ましくはランド７４、７８の間の直接的な電気接続が、電子的物品保安システム技術の当業者に良く知られている方法によって形成する。
【００３８】
図４に、好適な実施例におけるデュアル周波数タグ２０のプロトタイプをパルス幅５マイクロ秒および搬送波周波数１３.５６ＭＨｚを有するパルス電磁場で照射した後の過渡応答を示すプロット（グラフ）を示す。このプロトタイプは、１３.５６ＭＨｚと８.２ＭＨｚとの両方の周波数で同時に共振するように設計されている。このプロトタイプは、１インチの銅テープで製作した矩形ループアンテナの中央部に置かれ、このアンテナに無線周波数（ＲＦ）信号を印加することによって電磁場が照射された。
【００３９】
オシロスコープに接続されたプローブを用いて、送信信号がオフにされた時点でのプロトタイプタグの近傍の残留電磁場（リングダウン）が計測された。図４は、時間領域でのリングダウン信号には少なくとも２つの周波数成分が含まれていることを明瞭に示している。図４に示された時間領域での信号は、次いで高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を適用することによって周波数領域での信号データに変換された。図４に示されたデータにＦＦＴを適用した結果が図５に示されている；この周波数スペクトルでの明瞭なピークには約１３.５６ＭＨｚと約８.２ＭＨｚに明瞭なピークが見られる。
【００４０】
ＲＦシステム１０の好適な実施例は、アンテナ３０からアンテナスイッチ５０とバンドパスフィルタ３２とを通して第２の電磁信号を受信し、受信したＲＦ信号をベースバンド信号に変換するための、従来型設計のスーパヘテロダイン受信器１４をも備えている。その受信器は、無線周波数増幅器３６と、バンドパスフィルタ３８と、ミキサ４０と、ローパスフィルタ４２と、Ａ／Ｄ変換器４４とを備えている。無線周波数増幅器３６とバンドパスフィルタ３８は検出したい信号をカバーするための帯域をもっている。好適な実施例では、無線周波数増幅器３６とバンドパスフィルタは約５.０ＭＨｚ〜約１５.０ＭＨｚの範囲の帯域幅をもっている。無線周波数増幅器３６とバンドパスフィルタ３８のバンドパス特性は、設計上の必要に応じて、単一の実質的に平坦なバンドパス特性であっても、マルチプル・パス・バンドの特性であっても、あるいは複数の狭い帯域幅に同調可能なものであっても良い。
【００４１】
好ましくは、バンドパスフィルタ３８の出力端はミキサ４０に接続されている。ミキサ４０は、バンドパスフィルタ３８からの出力信号と周波数シンセサイザ５２からの第２の出力信号とを受信して、バンドパスフィルタ３８からの出力信号と周波数シンセサイザ５２からの第２の出力信号と、を共に乗算することによって、バンドパスフィルタ３８からの出力信号の周波数をベースバンド信号に変換する。ベースバンド信号をＡ／Ｄ変換器４４に印加する前に、ミキサ４０からの出力はローパスフィルタ４２によってフィルタ処理される。Ａ／Ｄ変換器４４は、アナログベースバンド信号をコンピュータ４６の入力に適合するデジタル信号に変換する。当業者ならば認識できるであろうが、受信器１４は約５.０ＭＨｚ〜約１５.０ＭＨｚの周波数範囲の信号の受信と言うことに限定されることはない。考えられるように、１.５ＭＨｚという低い周波数から７０００ＭＨｚという高い周波数まで受信可能な受信器は本発明の精神および範囲の内である。
【００４２】
ＲＦシステム１０は更に、第１の電磁信号を放射し、タグ２０から受信した第２の電磁信号を受信器１４に入力するアンテナ３０を備えている。好ましくは、そのアンテナは、アンテナ３０の近傍の場には検出・識別ゾーンを作り出し遠方の場では電磁場を一般に打消すループアンテナである。好適なアンテナは、「送受信ループアンテナ」と題する米国特許５，６０２，５５６号に開示されているものである；その全体は、参照により本明細書に包含される。しかし、その他の種類のアンテナを用いても良い。送信器１２が第１の電磁信号を送信している時、すなわち「パルス期間」中、にはアンテナ３０はアンテナスイッチ５０によって送信器１２に接続されており、第２の電磁信号を受信したい時、すなわち「リスン（聴取）期間」中には、それは受信器１４に接続されている。
【００４３】
好適な実施例に係るＲＦシステム１０は、受信器１４の出力端に接続されたコンピュータ４６を更に備えている。コンピュータ４６は受信した第２の電磁信号を処理し、受信された第２の電磁信号の性質が所定の判定基準に合致する場合には出力信号を生成する。下に述べるように、出力信号を生成するための判定基準は、２次周波数のみの検出であっても良く、または、１次周波数と２次周波数の両方を検出することであっても良い。このような、共振タグの存在を検出する処理は当業者には良く知られているから、簡単のために本明細書ではこれ以上開示しない。コンピュータ４６はまた、ＲＦシステム１０の全体的タイミング調整と制御と行う。
【００４４】
好ましくは、コンピュータ４６は、テキサス・インスツルメント・コーポレーションから入手可能なＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘのようなファミリの中から選択された商業的に入手可能なデジタル信号処理コンピュータと、揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、不揮発性読出し専用メモリ（ＲＯＭ）とを備えている。ＲＯＭに格納されコンピュータチップおよびＲＡＭで実行されるコンピュータ実行可能ソフトウエアコードが、制御配線３４を通して制御信号を供給することによってＲＦシステム１０を制御して、周波数シンセサイザ５２の周波数と、送信器１２の出力信号のパルス幅と、アンテナスイッチ５０の位置とを制御する。
【００４５】
図６および図７は、好適な実施例による２つの電磁的に結合された共振回路を備えた共振タグ２０を検出するためのＲＦシステム１０の動作を図示するタイミング図、および、プロセス１００の関連フローチャートである。ｔ０〜ｔ１の時間（ステップ１０２）には、コンピュータ４６が周波数シンセサイザ５２を制御して１次周波数で信号を生成させ、アンテナスイッチ５０を制御して送信器１２をアンテナ３０に接続させ、送信器１２のゲートをオンにして無線周波数エネルギーのパルスを生成させ、所定の１次周波数で第１の電磁信号を形成させる。時刻ｔ２からｔ３（ステップ１０４）には、コンピュータ４６がアンテナスイッチ５０を制御してアンテナ３０を受信器１４に接続することによって、受信器１４が１次周波数で第２の電磁信号を受信する準備を行う。
【００４６】
１次周波数で受信器１４によって受信された第２の電磁信号はコンピュータ４６で処理されて（ステップ１０６）、この信号が、１次周波数での共振タグ２０のリングダウン信号を評価するための所定の判定基準に合致するか否かが判定される；この判定基準はコンピュータ４６に格納されている。リングダウン信号用の格納されている判定基準に受信信号が合致した場合には、時間ｔ４〜ｔ５（ステップ１０８）において、コンピュータ４６は１次周波数で第１の電磁信号を再送信する。リングダウン信号が所定の判定基準に合致しない場合にはステップ１０２が反復される。時間ｔ６〜ｔ７（ステップ１１０）には、コンピュータ４６は周波数シンセサイザ５２を制御して所定の２次周波数で信号を生成し、アンテナスイッチ５０を制御してアンテナ３０を受信器１４に接続させて、受信器１４が２次周波数で第２の電磁信号を受信する準備を行う。
【００４７】
受信器１４によって２次周波数で受信された第２の電磁信号はコンピュータ４６で処理されて（ステップ１１２）、この信号が、２次周波数での共振タグ２０のリングダウン信号を評価するため同様にコンピュータ４６に格納されている所定の判定基準に合致するかどうかが判定される。２次周波数でのリングダウン信号用の格納されている判定基準にその受信信号が合致する場合には、コンピュータ４６は検出ゾーン内に共振タグ２０が存在することを示すアラームを発する（ステップ１１４）。リングダウン信号が所定の判定基準に合致しない場合には、共振タグ２０を検出する処理はステップ１０２に戻る。
【００４８】
当業者には認識できるであろうが、共振タグ２０からのリングダウン信号を１次周波数と２次周波数の両方において検出することは、干渉のある環境下で作用するＥＡＳシステムにおける誤警報率を著しく低減する。しかし、さらに当業者には認識できるであろうが、本実施例で説明したように第２の電磁信号の１次周波数成分と２次周波数成分とを順次的に検出する必要はない。つまり、１次周波数の一回の放射に基づいて１次周波数と２次周波数とが同時に検出されても良い。更に、共振タグ２０の検出を、１次周波数のみ、または２次周波数のみ、の検出に基づいて行うことも本発明の精神および範囲の内である。
【００４９】
実際には、共振タグ２０を構成している共振回路の共振周波数は製造上の許容範囲をもっており、その結果リングダウン周波数の周波数を所定の１次および２次の周波数から、共振タグ２０の検出を低下するのに充分なだけ変移してもよい。好ましくは、第１の共振回路の共振周波数が容認できる程所定の１次周波数に近いように、共振タグ２０の第１の共振回路をレーザ光線その他の手段を用いてトリミングする。この場合には、１次周波数を受信するための帯域幅を狭め、２次周波数を受信するための帯域幅を広げて、２次周波数における第２の共振回路の許容範囲を広げるようにしてもよい。別のやり方としては、第２の共振回路をトリミングして所定の２次周波数に近づけても良い。
【００５０】
共振タグ２０の第１および／または第２の共振回路が、受信器１４の最大許容ＲＦ帯域幅に比較して著しく大きい共振周波数不定性をもつ場合には、下記のいずれかの方法が利用できる。
【００５１】
ａ．    パルス聴取型ＥＡＳシステムで普通に行われているように、第１の共振回路の不確定性範囲（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ  ｒａｎｇｅ）にわたって第１の電磁信号の周波数をスキャンする；そして１次周波数の検出が示された場合には、
（１）第２の共振回路の不定性範囲をカバーするようなＲＦ帯域幅を用いるところの、受信器１４を用いること。
（２）ＦＦＴ等を用いるなどで提供された並列フィルタを用いて第２の共振回路の不確定性範囲をカバーすること又は
（３）１次周波数を連続的に再放射しそして第２の共振回路の不確定性範囲をスキャンすること、により：  １次周波数での検出が示されたときに、示された１次周波数で第１の電磁信号を再送信して、２次周波数で第２の電磁信号を検出する。
【００５２】
ｂ．    第１の共振回路の周波数の不確定性範囲にわたって第１の電磁信号の周波数をスキャンし；１次周波数を放出する毎に：
（１）受信器１４における第２の共振回路の不確定性範囲をカバーするところのＲＦ帯域幅を用いるか、
（２）ＦＦＴ等で提供される並列フィルタを用いて第２の共振回路の不確定性範囲をカバーするか、又は、
（３）１次周波数を連続的に再放射し且つ第２の共振回路の不確定性範囲をスキャンすること、により：２次周波数で第２の電磁信号を検出する。
【００５３】
本発明は、ＥＡＳ監視機能に関しては、１つまたは２つの共振回路のリングダウン信号を検出することにより検出ゾーン内に共振タグ２０が存在することを検出することだけに限定されない。本発明はまた、その範囲内に、相異なる周波数で共振するように構成された２つ以上の共振回路を備えた単一のタグ（図２参照）を用いた無線周波数識別（ＲＦＩＤ）能力をも含む。そのようなタグは、１次周波数で共振する１つの第１の共振回路と、複数の第２の共振回路とを備えているであろう、その第２の共振回路の各々は相異なる周波数で共振し、そのような第２の共振回路の各々が第１の共振回路に電磁的に結合されている。
【００５４】
たとえば、共振タグ２０は、１次周波数の１つの第１の共振回路と、各々が附随機器の検出周波数範囲内の相異なる共振周波数で共振する４つの相異なる共振回路とを備えうるだろう。このタグの様々な共振回路が共振する特定の周波数を識別することによって、タグから識別情報を得ることが可能である。
【００５５】
ここで好適な実施例では、好適な検出周波数範囲は約１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚにわたって延びる。しかし、これ以外の周波数範囲も用うる。技術の現状の装置製造を用いれば、２つ以上の共振回路を備えている安価な無線周波数識別タグを商業的な量で生産することができ、そのような共振タグでは、各共振回路の共振周波数が設定周波数に対して±２００ＫＨｚの精度を有するように制御でき唯一のサインを確立することができる。
【００５６】
この方法では、１０〜３０ＭＨｚの検出周波数範囲内で、互いに重複せず干渉もしない相異なる共振周波数を有する５０までの共振回路を得ることができる。このようにして、あるタグが４つの共振回路を備え、その第１の共振回路が検出周波数範囲内の第１の選択周波数（たとえば１４.４ＭＨｚ）で共振できるものと仮定すれば、このタグの残りの３つの共振回路については検出周波数範囲内で４９の利用可能な周波数が残る。
【００５７】
そうすると、第２の共振周波数を検出周波数範囲内の第２の周波数、たとえば１５.６ＭＨｚ、で共振するように選択できるであろうし、そのタグの他の２つの共振回路については４８の可能な周波数が残るだろう。第３の共振周波数を選択し、タグが検出周波数範囲内の第３の周波数（たとえば２０ＭＨｚ）で共振するように製造することができ、その共振タグの第４の共振回路については検出周波数範囲内で４７の可能な周波数が残るだろう。
【００５８】
次にその第４の共振周波数を選択し、そのタグが検出周波数範囲内の、たとえば１９.２ＭＨｚの第４の周波数で共振するように製造できるだろう。呼掛けられた際に応答するこれらの４つの識別可能な共振周波数と、固有の（唯一の）サインとを有するタグには特定の識別番号に割当てることができるだろう。検出周波数範囲内での潜在的可能性のある周波数の個数により、各々別の４つの周波数をもつ共振回路をもつ共振タグは、約５２０万の組合せ、すなわち約２２ビットのデータを持つことができる。
【００５９】
図８は、ＲＦＩＤタグの１次周波数で呼掛けを行い、Ｎ個の２次周波数の各々で所定のリングダウン信号の存在／非存在を検出することによって、ＲＦＩＤタグの共振周波数を識別する図１に示したＲＦシステム１０を用いるための好適なプロセス２００のフローチャートである。ステップ２０２では、コンピュータ４６が周波数シンセサイザ５２を制御して１次周波数で信号を生成し、アンテナスイッチ５０を制御して送信器１２をアンテナ３０に接続させ、送信器１２のゲートをオンにし、ＲＦエネルギーのパルスを生成して、所定の１次周波数で第１の電磁信号を形成する。
【００６０】
ステップ２０４では、コンピュータ４６がアンテナスイッチ５０を制御してアンテナ３０を受信器１４に接続することにより、受信器１４が１次周波数で第２の電磁信号を受信するよう準備させる。１次周波数で受信器１４によって受信された第２の電磁信号はコンピュータ４６で処理され（ステップ２０６）、その信号が、１次周波数での共振タグ２０のリングダウン信号を評価するための所定の判定基準に合致するか否かが判定される；そのような判定基準はコンピュータ４６に格納されている。
【００６１】
もし受信信号が、リングダウン信号用の保存されている判定基準に合致した場合には、コンピュータ４６はカウンタを整数値「１」（“ｏｎｅ”）に設定し（ステップ２０８）、１次周波数で第１の電磁信号を再送信する（ステップ２１０）。ステップ２１２では、コンピュータ４６が周波数シンセサイザ５２を制御してＫ番目の所定の２次周波数で信号を生成すると共に、アンテナスイッチ５０を制御してアンテナ３０を受信器１４に接続させ、それによって、その受信器がＫ番目の２次周波数で第２の電磁信号を受信する準備を行う。
【００６２】
受信器１４によってその２次周波数で受信された第２の電磁信号が処理され、所定のリングダウンのサイン（シグネイチャー）の判定基準に合致するかが判定される；そしてその結果はコンピュータ４６内に記憶される（ステップ２１４）。ステップ２１６では、カウンタの現在値が、受信すべき２次周波数の個数を表す数「Ｎ」と比較される。
【００６３】
カウンタの値ＫがＮより小さい場合には、処理２００はステップ２１０に続けられる。もしカウンタの値ＫがＮに等しければ、プロセス２００は、どの２次周波数が所定のリングダウンのサインをもっていて受信されたかを通知されてプロセス２００が完了し（ステップ２１８）、そしてＲＦＩＤプロセス２００がステップ２０２で再び開始される。
【００６４】
要約すれば、本発明は、単一の（１次）周波数で共振タグに対して呼掛け（インテロゲイティング）を行い、１次周波数とは異なる周波数で共振する１つ以上の共振回路によって、タグ内に保存された情報を受信する、システムおよび方法を提供する。したがって、本発明は、ＥＡＳシステムの誤警報率を低減する手段と、単一の（１次）周波数のみで電磁エネルギーを照射することによりＲＦＩＤタグに呼掛けを行い、このＲＦＩＤタグに格納された情報を受信する手段とを提供する。
【００６５】
当業者によれば、本発明の広い発明コンセプトから乖離することなく上述の実施例に様々な変更を加え得ることが認識できるであろう。したがって、本発明は開示された特定の実施例に限定されないことが理解され、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の精神および範囲の内の様々な変更をカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な一実施例に係る高周波検出識別システムのブロック図
【図２】  好適な実施例に係るデュアル周波数共振タグの電器回路図
【図３】  図２の電気回路図と同等の電気回路を有するデュアル周波数と共振タグの上面平面図
【図４】  図２の回路のプロトタイプの時間領域での応答を示すグラフ
【図５】  図２の回路のプロトタイプの周波数領域での応答を示すグラフ
【図６】  図１の高周波システムの呼掛け応答特性を示す図
【図７】  物品の存在を検出する高周波システムの動作を示すフローチャート
【図８】  複数の共振回路に記録した情報の存在を判定する高周波システムの動作を示すフローチャート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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