(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質問器と、移動体に取り付けられる面積が１／１０λ以下で且つ並列共振の入力回路を有するＩＣタグとがマイクロ波信号により交信して前記ＩＣタグの固有の識別データを非接触で読み取り識別する移動体識別装置において、
前記質問器の結合回路は、マイクロストリップラインによる結合線路と、前記結合線路の先端に形成されるマイクロストリップラインによるλｇ／４インピーダンス変成器と、前記λｇ／４インピーダンス変成器の先端に一体的に形成される並列共振回路からなる結合器共振部とにより構成され、前記結合器共振部は、先端部に凹部が形成された円筒状誘電体と、前記円筒状誘電体の外周に巻回されるコイルと、前記コイルに並列に接続されて並列共振回路を構成するコンデンサとを備え、前記ＩＣタグが前記凹部に入ることで前記ＩＣタグの入力回路と電磁誘導結合することを特徴とする移動体識別装置。
【請求項２】
質問器と、移動体に取り付けられる面積が１／１０λ以下で且つ並列共振の入力回路を有するＩＣタグとがマイクロ波信号により交信して前記ＩＣタグの固有の識別データを非接触で読み取り識別する移動体識別装置において、
前記質問器の結合回路は、同軸線路による結合線路と、前記結合線路の先端に形成される同軸線路によるλｇ／４インピーダンス変成器と、前記λｇ／４インピーダンス変成器の先端に一体的に形成される並列共振回路からなる結合器共振部とにより構成され、前記結合器共振部は、先端部に凹部が形成された円筒状誘電体と、前記円筒状誘電体の外周に巻回されるコイルと、前記コイルに並列に接続されて並列共振回路を構成するコンデンサとを備え、前記ＩＣタグが前記凹部に入ることで前記ＩＣタグの入力回路と電磁誘導結合することを特徴とする移動体識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯の電波を使用し、目視では容易に識別できないような小さいサイズのＩＣタグを識別する移動体識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、商品や物品等の移動体にＩＣタグ（応答器）を取り付け、このＩＣタグに予め設定されている固有の識別データを非接触で読み取る移動体識別装置が考えられている。この移動体識別装置は、物品等に取り付けられるＩＣタグと、ホスト側に接続される質問器からなり、質問器から送信されるマイクロ波帯の電波をＩＣタグが受信して応答する。ＩＣタグは、質問器との間における電波を送受信するアンテナと、このアンテナにより受信した電波を電源として動作し、予め記憶している固有のコード情報を出力するＩＣチップからなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＩＣタグは、使用するマイクロ波の波長に比較して十分に大きいアンテナを有するＩＣチップを使用しており、質問器とＩＣタグとの間でアンテナ例えばダイポールアンテナ等を使用し、放射電磁界による結合を行なって通信を行なうことができる。
【０００４】
しかし、ＩＣチップは、近年益々小型化されており、最近ではアンテナ部分または結合回路を含むＩＣチップによるタグ面積が使用するマイクロ波の波長（λ）に比較して十分小さいもの、例えば約１／１０λ以下のものが考えられている。このようにＩＣチップが非常に小さくなると、アンテナとして放射電磁界による十分な結合ができず、質問器とＩＣタグとの間の通信が不可能になる。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ＩＣタグにマイクロ波の波長に比較して十分に小さいＩＣチップを使用する場合であっても、質問器とＩＣタグとの間で通信を確実に行なうことができる移動体識別装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、質問器と、移動体に取り付けられる面積が１／１０λ以下で且つ並列共振の入力回路を有するＩＣタグとがマイクロ波信号により交信して前記ＩＣタグの固有の識別データを非接触で読み取り識別する移動体識別装置において、
前記質問器の結合回路は、マイクロストリップラインによる結合線路と、前記結合線路の先端に形成されるマイクロストリップラインによるλｇ／４インピーダンス変成器と、前記λｇ／４インピーダンス変成器の先端に一体的に形成される並列共振回路からなる結合器共振部とにより構成され、前記結合器共振部は、先端部に凹部が形成された円筒状誘電体と、前記円筒状誘電体の外周に巻回されるコイルと、前記コイルに並列に接続されて並列共振回路を構成するコンデンサとを備え、前記ＩＣタグが前記凹部に入ることで前記ＩＣタグの入力回路と電磁誘導結合することを特徴とする。
第２の発明は、質問器と、移動体に取り付けられる面積が１／１０λ以下で且つ並列共振の入力回路を有するＩＣタグとがマイクロ波信号により交信して前記ＩＣタグの固有の識別データを非接触で読み取り識別する移動体識別装置において、
前記質問器の結合回路は、同軸線路による結合線路と、前記結合線路の先端に形成される同軸線路によるλｇ／４インピーダンス変成器と、前記λｇ／４インピーダンス変成器の先端に一体的に形成される並列共振回路からなる結合器共振部とにより構成され、前記結合器共振部は、先端部に凹部が形成された円筒状誘電体と、前記円筒状誘電体の外周に巻回されるコイルと、前記コイルに並列に接続されて並列共振回路を構成するコンデンサとを備え、前記ＩＣタグが前記凹部に入ることで前記ＩＣタグの入力回路と電磁誘導結合することを特徴とする。
【０００７】
上記のように質問器の結合回路及び応答器の結合回路を並列共振回路にて構成し、両者を近付けた場合に電磁誘導結合するように構成したことにより、ＩＣタグの面積が使用するマイクロ波の波長に比較して十分に小さく、例えば約１／１０λ以下でアンテナの放射電磁界による十分な結合ができない場合であっても、質問器とＩＣタグとの間を電磁誘導結合によって確実に結合でき、ＩＣタグのＩＤ等を読み取って移動体を識別することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る移動体識別装置の構成図である。図１において、１０は質問器で、変調・送信部１１及び受信・復調部１２を備えている。変調・送信部１１は、マイクロ波を所定の送信データで変調し、方向性結合器１３及びサーキュレータ１４を介して質問器結合回路１５に入力する。
【０００９】
一方、上記質問器１０と通信を行なうＩＣタグ２０は、ＩＣチップ２１と入力回路２２からなり、商品や物品等に装着されて使用される。上記ＩＣタグ２０は、入力回路２２を含むＩＣチップ２１のタグ面積が、使用するマイクロ波の波長に比較して十分小さいもの、例えば約１／１０λ以下のものである。
【００１０】
上記質問器１０の結合回路１５とＩＣタグ２０の入力回路２２が所定の距離に近付くと両者が結合し、質問器１０の変調・送信部１１から出力されるマイクロ波帯の信号が方向性結合器１３、サーキュレータ１４及び結合回路１５を介してＩＣタグ２０の入力回路２２へ送られる。また、上記変調・送信部１１の出力信号の一部は、方向性結合器１３を介して受信・復調部１２に入力される。
【００１１】
上記ＩＣタグ２０は、質問器１０の結合回路１５から送られてくる信号を入力回路２２で受信し、ＩＣチップ２１に入力する。ＩＣチップ２１は、上記受信信号から駆動電力を生成して内部の論理回路を動作させ、固有の識別データを入力回路２２を介して質問器１０に返送する。
【００１２】
質問器１０は、ＩＣタグ２０から返送される識別データを結合回路１５及びサーキュレータ１４を介して受信・復調部１２に入力する。受信・復調部１２は、方向性結合器１３を介して入力される変調・送信部１１の出力信号からクロック信号を抽出してＩＣタグからの識別データを復調し、タグデータを生成して処理回路（図示せず）へ出力する。
【００１３】
次に、上記質問器１０に設けられている結合回路１５の具体的な構成について説明する。
図２は、上記結合回路１５の基本的構成について示したものである。図２において、３１はサーキュレータ１４に接続される結合回路１５の入力端子で、その入力インピーダンス（Ｚo）が例えば５０Ωに設定されている。上記入力端子３１には、特性インピーダンスが５０Ωの結合線路３２を接続し、その先端部にλｇ（伝送波長）／４インピーダンス変成器３３を形成する。そして、このλｇ／４インピーダンス変成器３３の先端に結合器共振部３４を設けている。この結合器共振部３４は、ＩＣタグ２０の入力回路２２と結合する部分で、並列共振回路によりハイインピーダンス構成としたもので、その詳細については後述する。
【００１４】
図３は、上記質問器１０の結合回路１５をマイクロストリツプ構成とした場合の例を示したものである。図３において、４１は長方形の絶縁基板で、先端部４２を幅狭に形成している。上記絶縁基板４１には、上面の中央に沿ってマイクロストリツプライン（銅箔）４３を形成すると共に、下面全体にマイクロストリツプラインのグランド面（銅箔）４４を形成する。上記マイクロストリップライン４３は、先端部におけるλｇ／４の長さだけ細く形成し、λｇ／４インピーダンス変成器３３を構成している。そして、上記絶縁基板４１の先端に結合器共振部３４を設けている。
【００１５】
図４は、上記質問器１０の結合回路１５を同軸線路構成とした場合の例を示したものである。図４において、５１は同軸線路で、中心導体線路５２を先端よりλｇ／４の長さだけ突出させてλｇ／４インピーダンス変成器３３を構成している。この場合、同軸線路５１の外側に外部シールド５３を施すと共に、λｇ／４インピーダンス変成器３３部分の中心導体線路５２の外側に外部シールド５４を施している。そして、上記中心導体線路５２の先端部に結合器共振部３４を設けている。
【００１６】
図５は、上記結合器共振部３４の詳細を示したものである。図５において、６１は円筒状誘電体で、先端に凹部６２を形成している。この凹部６２の面積は、ＩＣタグ２０を構成するＩＣチップ２１の面積の数倍、例えば４倍程度に設定される。
【００１７】
上記円筒状誘電体６１の外周にインダクタンスとしてコイル（集中定数）６３を巻回すると共に、このコイル６３に並列にキャパシタンスとしてコンデンサ（集中定数）６４を設け、上記コイル６３とコンデンサ６４の接続点の一方を信号端子６５、他方を接地端子６６とする。
【００１８】
すなわち、図６の等価回路に示すようにコイル６３とコンデンサ６４により並列共振回路を構成してハイインピーダンスとなるようにし、その一端を信号端子６５に接続し、他端を接地端子６６に接続する。
【００１９】
そして、上記信号端子６５を図３のマイクロストリップライン４３あるいは図４の中心導体線路５２に接続し、接地端子６６を図３のグランド面４４あるいは図４の外部シールド５３に接続する。
【００２０】
一方、ＩＣタグ２０の入力回路２２においても、質問器１０の結合回路１５と同様にインダクタンス及びキャパシタンスにより並列共振回路を構成し、ハイインピーダンスになるようにしている。
【００２１】
図７は、質問器１０の結合回路１５をＩＣタグ２０の入力回路２２に近付けて電磁誘導結合させた場合の結合状態を等価回路により示したものである。図７において、Ｌは上記結合回路１５のコイル６３によるインダクタンス、Ｃはコンデンサ６４によるキャパシタンス、ｒは回路の直列抵抗を示している。また、Ｌ１はＩＣタグ２０の入力回路２２を構成する並列共振回路のインダクタンス、Ｃ１はキャパシタンス、ｒ１は回路の並列抵抗を示している。また、Ｍは上記質問器結合回路１５のインダクタンスＬとＩＣタグ入力回路２２のインダクタンスＬ１との間の相互インダクタンスである。なお、上記直列抵抗ｒと並列抵抗ｒ１との関係は、「ｒ１≫ｒ」、「ｒ＝０」である。
【００２２】
図８は、質問器１０の結合回路１５における円筒状誘電体６１の先端に形成した凹部６２内にＩＣタグ２０の入力回路２２が僅かに挿入された場合の結合状態を等価回路により示したものである。このように結合回路１５を構成する円筒状誘電体６１の先端に凹部６２を形成し、この凹部６２内にＩＣタグ２０が入るように構成することにより、質問器結合回路１５とＩＣタグ入力回路２２の結合をより確実に行なうことができる。
【００２３】
上記のようにＩＣタグ２０の面積が使用するマイクロ波の波長に比較して例えば約１／１０λ以下で、アンテナの放射電磁界による十分な結合ができない場合であっても、質問器１０の結合回路１５及びＩＣタグ２０の入力回路２２を並列共振回路にて構成することにより、両者を近付けた場合に電磁誘導結合させることができ、質問器１０とＩＣタグ２０との間の通信を行なうことが可能となる。また、上記結合回路１５を構成する円筒状誘電体６１の先端に凹部６２を形成し、この凹部６２内にＩＣタグ２０が入るように構成することにより、質問器１０とＩＣタグ２０との位置の特定について容易に対向し得るシステム構成が可能となり、低コスト化並びに小型化を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、質問器結合回路及び応答器結合回路を並列共振回路にて構成し、両者を近付けた場合に電磁誘導結合するようにしたので、ＩＣタグの面積が使用するマイクロ波の波長に比較して十分に小さく、例えば約１／１０λ以下でアンテナの放射電磁界による十分な結合ができない場合であっても、質問器とＩＣタグとの間を電磁誘導結合により確実に結合でき、ＩＣタグのＩＤ等を読み取って移動体を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る移動体識別装置の構成図。
【図２】同実施形態における質問器結合回路の基本的構成を示す図。
【図３】同実施形態における質問器結合回路をマイクロストリップ構成とした場合の外観斜視図。
【図４】同実施形態における質問器結合回路を同軸線路構成とした場合の外観斜視図。
【図５】同実施形態における質問器結合回路の結合器共振部の構成図。
【図６】図５における結合器共振部の等価回路を示す図。
【図７】質問器結合回路を応答器結合回路に近付けて電磁誘導結合させた場合の結合状態を等価回路により示した図。
【図８】質問器結合回路における絶縁体の先端に形成した凹部内に応答器結合回路が僅かに挿入された場合の結合状態を等価回路により示した図。
【符号の説明】
１０…質問器
１１…変調・送信部
１２…受信・復調部
１３…方向性結合器
１４…サーキュレータ
１５…質問器結合回路
２０…ＩＣタグ
２１…ＩＣチップ
２２…ＩＣタグの入力回路
３１…入力端子
３２…結合線路
３３…λｇ／４インピーダンス変成器
３４…結合器共振部
４１…絶縁基板
４２…先端部
４３…マイクロストリップライン
４４…グランド面
５１…同軸線路
５２…中心導体線路
５３、５４…外部シールド
６１…円筒状誘電体
６２…凹部
６３…コイル
６４…コンデンサ
６５…信号端子
６６…接地端子
【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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