(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号を出力する第１の制御手段と、前記第１の信号を外部に送信する送信コイルを少なくとも含む第１のコイル手段とを備えた本体装置と、
前記第１のコイル手段の送信コイルに対向して配置された、前記送信コイルとほぼ同じ大きさの同調コイルを含み、前記第１の信号の周波数と同調する同調回路を備えた同調回路手段と、
前記送信コイルより小さい受信コイルを少なくとも含む第２のコイル手段と、前記本体装置より送信される前記第１の信号を前記第２のコイル手段の受信コイルを介して受信し、前記受信した第１の信号に基づいて所定の制御を行う第２の制御手段とを備えたタグと、
を具備し、
前記送信コイルと前記同調コイルは、両者の中心軸が一致するように、且つ両者の間に前記タグが通過する通路を確保することができるように、所定の間隔で配置され、
前記第１のコイル手段の送信コイルは、前記通路を通過するように移動する前記タグに対して磁界を供給するためのものであることを特徴とするデータキャリアシステム。
【請求項２】
前記タグの第２の制御手段は、前記受信した第１の信号に基づいて第２の信号を発生する手段を有し、前記タグの第２のコイル手段は、前記第２の信号を送信する送信コイルを含み、前記本体装置の第１のコイル手段は前記タグの送信コイルにより送信された前記第２の信号を受信する受信コイルを含むことを特徴とする請求項１記載のデータキャリアシステム。
【請求項３】
前記タグの第２のコイル手段の受信コイルと送信コイルは、１つの共通の送受信コイルの形に形成されることを特徴とする請求項２記載のデータキャリアシステム。
【請求項４】
前記本体装置の前記第１のコイル手段の前記送信コイルと受信コイルは同心に配列されたループ状円形のコイルに形成され、受信コイルの半径は送信コイルの半径よりも小さいことを特徴とする請求項３記載のデータキャリアシステム。
【請求項５】
前記本体装置の第１のコイル手段の受信コイルと同心に配列されたループ状円形の第２の同調コイルと、該第２の同調コイルに並列に接続された第２のコンデンサを含み、前記タグより送信される前記第２の信号の周波数に同調する第２の同調回路を備えた第２の同調回路手段を備えることを特徴とする請求項４記載のデータキャリアシステム。
【請求項６】
前記第２の同調コイルは、前記本体装置の前記第１のコイル手段の受信コイルの内面積の４分の１またはそれより小さく、前記タグの第２のコイル手段の送受信コイルの内面積より大きい内面積をもつことを特徴とする請求項５記載のデータキャリアシステム。
【請求項７】
前記送信コイルと同調コイルの各々の大きさを、同じ内面積をもった円形コイルの半径で表すとしたとき、前記第１のコイル手段の送信コイルの大きさがＲで、前記同調回路の同調コイルの大きさがｒで表せる場合、Ｒはｒにほぼ等しく、前記第１のコイル手段と前記同調回路手段との間の距離Ｄの値は２Ｒ≦Ｄ≦３Ｒの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載のデータキャリアシステム。
【請求項８】
送信コイルと受信コイルを含む第２のコイル手段と、前記受信コイルを介して外部より第１の信号を受けて、その受信した第１の信号に基づいて各種制御を行い、少なくとも第２の信号を発生する制御手段と、前記第２の信号を前記送信コイルを介して外部に送信する手段を備えたタグと、
前記タグの第２のコイル手段の前記受信コイルと電磁結合して、前記タグに信号を送信する、前記受信コイルより大きい円形ループ状の送信コイルと、前記タグの第２のコイル手段の送信コイルと電磁結合して、前記タグより送信される信号を受信し、かつ前記円形ループ状の送信コイルと同心に配置された、前記第２のコイル手段の前記送信コイルより大きな円形ループ状の受信コイルとを含む第１のコイル手段と、を備えた本体装置と、
前記第１のコイル手段の受信コイルと同心に配置された円形ループ状の同調コイルと、該同調コイルに並列に接続された同調コンデンサを含む同調回路を含む同調回路手段と、
を具備し、
前記第１のコイル手段の送信コイルは、前記本体装置の近傍に確保された通路を通過するように移動する前記タグに対して磁界を供給するものであることを特徴とするデータキャリアシステム。
【請求項９】
前記同調コイルは、前記本体装置の第１のコイル手段の受信コイルよりも大きいサイズを持つことを特徴とする請求項８記載のデータキャリアシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本体装置とタグの間で信号を伝送するデータキャリアシステムに関し、特に本体装置の送受信コイルとタグの送受信コイルとの間の電磁結合を利用して、電源を備えた本体装置と、電源を持たないタグの間で信号を伝送するデータキャリアシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばスキーリフトのゲートシステムには、本体装置とタグとの間で無線により信号を送受するデータキャリアシステムが利用されている。タグは、送受信機構とメモリとを有するものであり、スキーヤーの腕に腕時計のようにして取り付けられる。メモリには、各種のデータ、例えば、リフトの使用期限、リフトに乗ることができる残り回数等が記憶されている。本体装置は、タグに対して質問を発している。スキーヤーが本体装置の近くを通過すると、タグは、本体装置からの信号を受信し、この受信した信号から電力を得て動作を開始する。そして、タグは、質問の内容に応じたデータをメモリから読み出して、本体装置に送信する。本体装置は、かかるタグから送信されたデータに基づいて、リフト使用の可否を判断し、ゲートの開閉を制御する。このようなデータキャリアシステムは、スキーリフトのゲートシステムだけでなく、鉄道の自動改札システム、タグを商品に取り付けて商品の盗難を防止するシステム等、さまざまな用途に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかるデータキャリアシステムでは、本体装置の近くを通過する各種のタグを個々に認識できるように、本体装置とタグとの間で信号を送受できる通信距離を、通常、約２０ｃｍ程度としている。ところで、データキャリアシステムの用途によっては、通信距離を伸ばしたい場合がある。このためには、例えば、本体装置から強い信号を出力するようにすればよい。しかし、タグは受信した信号から電力を得て動作を行うため、この方法では、本体装置はかなり出力を上げなければならない。しかも、本体装置から非常に近いところを通過するタグに対しても、本体装置は強い信号を送信することになるので、本体装置での電力が無駄になってしまう。
【０００４】
この種のシステムとして、例えば U.S.Patent No.5,500,651, entitled “System and Method for Reading Multiple RF-ID Transponders" issued to J.Schuermann or corresponding Japanese Patent Kokai JP-A-8-180152  には、トランスポンダと読取器（reader）の間で信号を送受信するシステムが開示されている。しかし、この特許の発明は、１つの読取器の近くに多数のトランスポンダが存在する場合に、読取器が、トランスポンダ間のコンフリクトなしに各トランスポンダを読取ることを目的としており、読取器とトランスポンダの間の可能通信距離を大きくすることについての何らの考慮も払われていない。
【０００５】
本発明の目的は、電源と送受信コイルを備えた本体装置と、送受信コイルを備え前記本体装置から供給される電力により作動するタグとの間で信号を伝送するデータキャリアシステムにおいて、前記本体装置の前記電源のPower を大きくすることなく、前記本体装置とタグとの間の前記信号の伝送距離を増加する手段を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデータキャリアシステムは、第１の信号を出力する第１制御手段と、前記第１の信号を外部に送信する送信コイルを少なくとも含む第１のコイル手段とを備えた本体装置と；前記第１のコイル手段の送信コイルに対向して配置された同調コイルを含み、前記第１の信号の周波数と同調する同調回路を備えた同調回路手段と；少なくとも受信コイルを含む第２コイル手段と、前記本体装置より送信される前記第１の信号を前記第２コイル手段の受信コイルを介して受信し、前記受信した第１の信号に基づいて所定の制御を行う第２の制御手段とをもったタグ、を備える。
【０００８】
本発明においては、本体装置の送信コイルと対向して同調回路の同調コイルを設け、モニタすべきタグを本体装置と同調回路の間を通過させるようにしているので、本体装置の送信コイルとタグの受信コイルの間の電磁結合が強化され、本体装置とタグとの間の信号の伝達効率を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態であるデータキャリアシステムについて添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１（Ａ）に示すデータキャリアシステムは、本体装置としての質問機１０と、タグ（tag ）３０と、第一同調回路５０と、第二同調回路７０とを備えるものである。このタグ３０は、例えば名刺サイズの大きさであり、所定の物体に取り付けられる。かかるデータキャリアシステムでは、質問機１０の近くを通過するタグ３０と質問機１０との間で信号を送受することにより、質問機１０がタグ３０に記憶された所定のデータを受け取る。
【００１１】
質問機１０は、コントローラ１１からの信号をタグ３０に送信するための送信コイル２１と、タグからの信号を受信するための受信コイル２２を有す。一方、タグ３０は質問機１０からの信号を受信するための受信コイル３１ａを有す。また、第１同調回路５０は同調コイル５１を備える。第１同調回路５０は、質問機１０とタグ３０の間で信号を安定して送受信する距離を増大するため設けられたもので、第１同調回路５０を設けたことに本発明の特徴がある。
【００１２】
さて、ここで質問機１０、第１同調回路５０、タグ３０の使用時における位置関係について図１（Ｂ）を参照して説明する。質問機１０の送信コイル２１は平面状で、円形または長方形好ましくは正方形に作られる。一方、第１同調回路５０の同調コイル５１も平面状で、好ましくは送信コイル２１と同じ形状につくられる。送信コイル２１が半径ｒの円形の場合、好ましくは同調コイル５１は半径Ｒの円形とし、好ましくはＲ≒ｒとする。また送信コイル２１が正方形の場合、同調コイル２１も正方形とし、好ましくは両者の一辺を同じ長さとする。さらに、図１（Ｂ）に示すように、送信コイル２１と同調コイル５０とは、実質的に互いに平行でかつ同軸、すなわち送信コイル２１の中心軸が同調コイル５０の中心軸と一致するように配置する。タグ３０は、後で説明するように送受信共通のコイル３１ａを１つの平面上に配置して形成するか、または送信コイル３１ａと受信コイル３２ａとを別個に作り、それらを一つの平面上に配置して形成する。
【００１３】
データキャリアシステムとして使用されるとき、タグは図１（Ｂ）に示すように、そのコイル３１ａの平面が、質問機１０のコイル２１の平面と実質的に平行になるような姿勢で、質問機１０のコイル２１と第１同調回路のコイル５１の間の通路１００を通過するよう移動する。このタグの移動は、使用者が手にタグを持って、所定の通路を通過させるようにしても良く、あるいはタグを通路１００を通して自動送りする機構をもった移送機を設けてもよい。質問機１０と第１同調回路５０は、タグの内容を監視するタグモニタ装置として機能する。
【００１４】
質問機１０は、図２に示すように、コントローラ１１、ＦＳＫ変調回路１２、電力増幅器１３、フィルタ１４、受信アンプ１５、検波回路１６、送信コイル２１、受信コイル２２とを有する。ここで、コントローラ１１、ＦＳＫ変調回路１２、電力増幅器１３を含む回路部分を第１制御手段と呼ぶ。
通常、タグはランダムに通路１００を通過するので、質問機１０は所定の周期、例えば１〜１０回／ｓｅｃの割合で特定の呼び信号を繰り返し発信し、それを受け取ったタグは特定の確認信号を発生する。質問機１０はその特定の確認信号を受信したとき、タグが現在通路１００を通過していると判断して、正規の質問に関する信号を発信する。コントローラ１１は、タグに対する呼び信号、正規の質問に関する信号のような信号の発信の制御、及びタグより受信する確認信号、質問信号に対する回答等の内容の判断を実行する。
【００１５】
ＦＳＫ変調回路１２は、コントローラ１１から送られた二値信号を、異なる二つの周波数の信号の組み合わせによって表現されるＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調信号に変調するものである。このＦＳＫ変調回路１２は、具体的には、図３に示すように、発振器１２１と、第一分周器１２２と、第二分周器１２３と、第三分周器１２４と、データレジスタ１２５と、バンドパスフィルタ１２６とを有する。
【００１６】
データレジスタ１２５には、コントローラ１１から送られた二値信号Ｓ1 が格納される。データレジスタ１２５は、この二値信号Ｓ1 を制御信号Ｓ2 として第一分周器１２２に供給する。発振器１２１より出力される基準クロックＣは、第一分周器１２２に送られる。ここで、基準クロックＣの周波数は１６．０ＭＨｚである。第一分周器１２２は、データレジスタ１２５からの制御信号Ｓ2 に応じて１６分周又は１７分周に分周比を切り替えることにより、基準クロックＣを分周する。例えば、制御信号Ｓ2 が「１」であるときに、第一分周器１２２は１６分周動作し、制御信号Ｓ2 が「０」であるときに、第一分周器１２２は１７分周動作する。また、第二分周器１２３は、第一分周器１２２の出力信号Ｓ3 を８分周する。第二分周器１２３の出力信号Ｓ4 は、バンドパスフィルタ１２６に出力されると共に、第三分周器１２４に送られる。
【００１７】
第三分周器１２４は、第二分周器１２３の出力信号を１６分周する。第三分周器１２４の出力信号Ｓ5 は、データレジスタ１２５のクロック端子（不図示）にデータクロックとして供給される。第一分周器１２２の分周比を切り替えるための制御信号Ｓ2 は、第三分周器１２４の出力信号Ｓ5 （すなわち、第一分周器１２２の出力信号を１２８分周した信号）に同期して、データレジスタ１２５から第一分周器１２２に供給される。従って、制御信号Ｓ2 が“０”のときは、第二分周器１２３の出力信号Ｓ4 の周波数は、
（１６ＭＨｚ／１７）×（１／８）＝１１７．６４７ｋＨｚ
であり、制御信号Ｓ2 が“１”のときは、第二分周器１２３の出力信号Ｓ4 の周波数は、
（１６ＭＨｚ／１６）×（１／８）＝１２５ｋＨｚ
となる。第三分周器１２４は、上記の信号Ｓ4 の１６サイクル毎に、信号Ｓ5 を発生し、信号Ｓ5 に応答して、データレジスタ１２５は、次の二値信号Ｓ2 を第一分周器１２２に与える。
【００１８】
バンドパスフィルタ１２６は、第二分周器１２３の出力信号Ｓ4 の波形を正弦波にして信号帯域を抑えるものである。バンドパスフィルタ１２６から出力される信号はＦＳＫ変調信号Ｓ6 として、電力増幅器１３に送られて増幅された後、送信コイル２１に出力される。このＦＳＫ変調信号Ｓ6 の周波数は信号Ｓ4 の周波数と同じで、制御信号Ｓ2 が「１」のときに１２５ｋＨｚとなり、制御信号Ｓ2 が「０」のときに約１１７ｋＨｚとなる。このように、質問機１０では、これら二つの周波数の信号を切り換えることにより、質問を送信コイル２１からタグ３０に発する。なお、質問機から発信される１つの質問は例えば１２ビットで形成される。
【００１９】
フィルタ１４は、受信コイル２２で受信した信号のうち、所定の周波数のものを取り出すものである。フィルタ１６で取り出された信号は、受信アンプ１５で増幅された後、検波回路１６に送られる。検波回路１６は、受信アンプ１５で増幅された信号を、二値信号に復調するものである。この二値信号はコントローラ１１に出力される。
【００２０】
本発明者等は、送信コイル２１の大きさを決定するに際して以下の検討を行った。半径ｒの円形コイルに電流Ｉを流したときに、そのコイルの中心から中心軸上の距離ｄの位置における磁界の強さＨは、
Ｈ＝ｎＩｒ2 ／２（ｒ2 ＋ｄ2 ）3/2                   ・・・・（１）
で与えられる。ここで、ｎはコイルの巻数である。また、コイルで消費される電力Ｐは、ＬＩ2 ／２で与えられるコイルに蓄積される最大エネルギーに比例する。ここで、Ｌはコイルの自己インダクタンスである。円形コイルの場合、自己インダクタンスＬは、コイルの半径ｒの二乗、従ってコイルの面積に比例する。ところで、電流Ｉやコイルの半径ｒを大きくするほど、コイルでの消費電力Ｐが多くなるが、実際問題として、コイルでの消費電力Ｐには限界がある。このため、電力Ｐが一定であるという条件の下で（１）式を考えることにする。
【００２１】
いま、コイルの半径ｒ＝１ｃｍ、距離ｄ＝０．１ｃｍであるときに（１）式で与えられる磁界の強さをＨ0 とする。このとき、電力Ｐが一定であるという条件の下に、ある半径ｒに対して、距離ｄと磁界強度比Ｈ／Ｈ0 との関係を描くと、図７に示すグラフのようになる。ここで、系列１はコイルの半径ｒを１ｃｍとした場合、系列２はコイルの半径ｒを２ｃｍとした場合、系列３はコイルの半径ｒを５ｃｍとした場合、系列４はコイルの半径ｒを１０ｃｍとした場合、系列５はコイルの半径ｒを２０ｃｍとした場合、系列６はコイルの半径ｒを３０ｃｍとした場合、系列７はコイルの半径ｒを５０ｃｍとした場合である。
【００２２】
このグラフから分かるように、距離ｄが非常に短いとき、例えばｄ＝０．１ｃｍのときは、半径ｒが小さいコイルほど、磁界の強さＨが大きく、逆に距離ｄが大きいときは、例えばｄ＝１００ｃｍのときは、半径ｒが大きいコイルほど、磁界の強さＨが大きくなる。また距離ｄがその中間で一定とすると、例えばｄ＝１０ｃｍとすると、距離ｄとほぼ等しい半径ｒ＝１０ｃｍのコイルが最大の磁界の強さＨをつくる。従って、半径ｒが距離ｄとほぼ等しいときが電力的に有利であることが分かる。一方、経済的には装置をできるだけコンパクトにすることが望ましいので、大きいコイルを用いることは望ましくない。従って、本実施例では使用電力をできるだけ小さく、かつ装置をコンパクトにするため、送信コイル２１として、半径ｒが約２０ｃｍの平面ループ状のコイルを用いる。送信コイルの形状は、必ずしも円形とは限らず、たとえば四角形でもよい。四角形のコイルを用いる場合は、それと同じ面積の円形コイルの半径に換算して、その換算された半径が２０ｃｍになるようにする。
【００２３】
また、受信コイル２２としては、送信コイル２１よりも一回り小さくした、半径が約１５ｃｍである平面ループ状のものを用いている。送信コイル２１と受信コイル２２は、同一平面上に中心を一致させて配置される。
第一同調回路５０は、図１に示すように、平面ループ状のコイル５１と、コイル５１に並列に接続されたコンデンサ５２とを有するものである。この第一同調回路５０のコイル５１とコンデンサ５２で決定される同調周波数は、質問機１０からタグ３０に送られる信号の周波数と略同じになるように設定される。前述の如く、本実施形態では、１２５ｋＨｚと１１７ｋＨｚの二つの信号が送信されるので、この同調周波数は、その二つの信号の周波数の平均値、すなわち、１２１ｋＨｚとしている。また、コイル５１の半径Ｒは、前述の如く質問機１０の送信コイル２１の半径ｒと同じく、約２０ｃｍである。
【００２４】
図１（Ｂ）に示すように、第一同調回路５０の平面状コイル５１と質問機１０の平面状コイル２１は互いに平行に、かつ好ましくはその中心軸が一致するように配置される。また、タグ３０がコイル５１と送信コイル２１の間の通路１００を通って移動するとき、質問機１０からの信号を受信する。質問機１０と第一同調回路５０とは、その間を通過するタグの内容をモニタするタグモニタとして機能する。
【００２５】
タグ３０は、そのコイル３１ａが、コイル３１ａと質問機１０の送信コイル２１との間の通信の最大可能距離内の位置を通過するように通路１００と質問機１０との間の距離が設定される。一方、第一同調回路５０は、後述のように質問機１０とタグ３０の間の通信可能距離を増大するため設けられ、タグ３０の通路１００は質問機１０の送信コイル２１と第一同調回路５０のコイル５１の間に位置するように設定される。本発明においては、コイル５１と送信コイル２１との間隔Ｄは約５０ｃｍとしている。この間隔の設定については後で詳述する。
【００２６】
第二同調回路７０は図１（Ａ）に示すように、平面ループ状のコイル７１と、コイル７１に並列に接続されたコンデンサ７２とを有する。この第二同調回路７０のコイル７１とコンデンサ７２で決定される同調周波数は、タグ３０から質問機１０に送られる信号の周波数とほぼ同じ周波数、例えば、約６０ｋＨｚに設定される。また、コイル７１は、コイル２１より小さな半径、例えば約７．５ｃｍとし、コイル７１とコイル２１は同一平面上に同心状に配置する。
【００２７】
尚、送信コイル２１、受信コイル２２、及びコイル７１を同一平面上に中心を一致させて配置したのは、質問機１０のコンパクト化を図るためである。
次に、本実施形態のデータキャリアシステムに用いられるタグ３０について説明する。タグ３０は、図４（Ａ）に示すように、共振回路３１と、整流回路３５と、平滑回路３６と、ＦＳＫ検波回路４１と、コントローラ４２と、ＲＯＭ４３と、ＲＡＭ４４と、送信回路４５とを有する。ここで、ＦＳＫ検波回路４１、コントローラ４２、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４、送信回路４５が、本発明の第二制御手段に対応する。このタグ３０には、通常、メンテナンス等の観点から、バッテリ等は使われない。タグ３０は、共振回路３１で受信した信号から電力を得ることにより、動作する。このため、タグ３０には整流回路３５及び平滑回路３６を設けている。
【００２８】
共振回路３１は、送信コイル２１と電磁結合する送受信用コイル３１ａと、コンデンサ３１ｂとを有する。送受信用コイル３１ａは、質問機１０の送信コイル２１との間で電磁結合して送信コイル２１からの信号を受信すると共に、質問機１０に信号を送るための磁界を発生するものである。共振回路３１の共振周波数は、質問機１０のＦＳＫ変調回路１２から送信コイル２１に送られる交流信号の周波数と略同じになるように設定される。ＦＳＫ変調回路１２は送信コイル２１に１２５ｋＨｚと１１７ｋＨｚの二つの交流信号を送っているので、この共振回路３１の共振周波数は、その二つの交流信号の周波数の平均値、すなわち、１２１ｋＨｚとしている。
【００２９】
図４（Ａ）では、送受信兼用のコイル３１ａを用いているが、コイル３１ａを受信専用に用い、送信専用コイル３２ａを別個に設けても良い。その場合、送信コイル３２ａは、図４（Ｂ）に示すように送信回路４５に接続され、それと並列にコンデンサ３２ｂが接続される。
送受信コイル３１ａは、平らな樹脂フィルムの両面にそれぞれ、導電材料の所定形状の渦巻き状パターンをプリントして形成した２つのコイル部分を直列接続してつくられる。送信コイルと受信コイルを別個に形成する場合も同様に、各コイルを２つのコイル部分に分けて、それぞれのコイル部分を同心状に樹脂フィルムの両面にプリントして作る。タグを構成する各種のＩＣは、樹脂フィルムの送受信コイルの形成されていない部分に適宜形成される。
【００３０】
また、送受信コイル３１ａの大きさは、質問機１０の受信コイルより小さく円形コイルの場合その直径が約３〜４ｃｍで、四角形コイルの場合同じ面積の円形コイルの直径に換算した値が約３〜４ｃｍとし、その巻き数は約５０回としている。
共振回路３１の送受信コイル３１ａには、送信コイル２１で発生した磁界によって誘導された起電力が発生する。その起電力による誘導電流は、整流回路３５で整流された後、平滑回路３６で平滑にされる。平滑回路３６は、抵抗３６ａと、ツェナーダイオード３６ｂと、コンデンサ３６ｃとを有する。このコンデンサ３６ｃに電荷が蓄えられて、その容量で定まった電圧が電源電圧となる。この電源電圧は、ＦＳＫ検波回路４１、コントローラ４２、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４、送信回路４５に供給され、これにより、各部が動作を開始する。本実施形態では、タグ３０は、１３Ｖｐｐの誘導起電力（最大値が６．５Ｖである誘導起電力）で正常に動作するように設計されている。尚、平滑回路３６にツェナーダイオード３６ｂを設けているのは、電圧が一定値以上に上がってしまい、各部が破壊されるのを防止するためである。
【００３１】
ＦＳＫ検波回路４１は、送受信用コイル３１ａが受信したＦＳＫ変調信号を検波するものである。ＦＳＫ検波回路４１は、具体的には、図５に示すように、発振器４１１と、ゲート信号検出回路４１２と、ゲート回路４１３と、カウンタ回路４１４と、メモリ４１５と、判定回路４１６とを備える。
共振回路３１が受信したＦＳＫ変調信号（入力信号）Ｓ11は、ゲート信号検出回路４１２に入力される。ゲート信号検出回路４１２から出力されたゲート信号Ｓ12は、ゲート回路４１３の制御端子に供給される。発振器４１１の出力Ｓ13は、ゲート回路４１３を介して、カウンタ回路４１４に送られる。カウンタ回路４１４の出力は、メモリ４１５と判定回路４１６の第一の入力端子に供給され、さらに、メモリ４１５の出力は、判定回路４１６の第二の入力端子に供給される。入力信号Ｓ11はＦＳＫ変調されており、その変調サイクルは、キャリア信号の１６サイクル分となっている。従って、質問機から伝送されコイル３１ａで受信するディジタルデータの１ｂｉｔ当たりの周期は、キャリア信号の１６サイクル分となる。尚、発振器４１１の発信周波数は３ＭＨｚに設定されている。
【００３２】
図６（ａ）に入力信号Ｓ11の波形を、図６（ｂ）にゲート信号検出回路４１２で検出されたゲート信号Ｓ12を、図６（ｃ）に発振器４１１の出力Ｓ13を、図６（ｄ）にゲート回路４１３の出力Ｓ14を示す。ゲート信号検出回路４１２は、図６（ｂ）に示すように、入力信号Ｓ11の４周期分の時間巾のゲート信号Ｓ12を、１周期分又は２周期分の間隔を開けて取り出している。これは、入力信号Ｓ11のＦＳＫ変調サイクルがキャリア信号の１６サイクル分になっていることに対応している。すなわち、入力信号Ｓ11の１周期分の間隔ｔ1 を２回、入力信号Ｓ11の２周期分の間隔ｔ2 を１回、さらにゲート信号Ｓ12の期間ｔ3 を３回、これらを合わせると、ゲート信号検出回路４１２が入力信号Ｓ11の１６サイクルで繰り返し動作するように、ゲート信号Ｓ12の間隔を設定してある。これを１変調サイクルとする（図６におけるＨ1 の期間）。
【００３３】
ゲート回路４１３は、図６（ｂ）に示されるゲート信号Ｓ12の期間ｔ3 だけ発振器４１１の出力Ｓ13をカウンタ回路４１４に送る。カウンタ回路４１４は、ゲート回路４１３を介して送られた発振器４１１の出力Ｓ13をカウントし、メモリ４１５と判定回路４１６に供給する。メモリ４１５には１変調サイクルにわたる三つのゲート信号期間ｔ3 のそれぞれのカウント値Ｃ′1 ，Ｃ′2 ，Ｃ′3 を記憶する。判定回路４１６では、次の変調サイクル期間にカウンタ回路４１４からそれぞれ供給されるカウント値を、対応するゲート信号期間ｔ3 毎に比較する。すなわち、図６（ｄ）で示すカウント値Ｃ′1 ，Ｃ′2 ，Ｃ′3 を１変調サイクル期間前のカウント値Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と比較する。入力信号Ｓ11がＦＳＫ変調を受けたキャリア周波数の高い側の周波数ｆHIGH（＝１２５ｋＨｚ）の場合とキャリア周波数の低い側の周波数ｆLOW （＝１１７ｋＨｚ）の場合とでは、カウント値が４以上異なるので、カウント値の差を比較することで入力信号がＦＳＫ変調を受けたキャリア周波数の高い側の周波数ｆHIGHかキャリア周波数の低い側の周波数ｆLOW かを判定できる。なお、質問機からタグに送られる信号の最初に“１”または“０”の既知の二値信号を含め、それのキャリア周波数を基準にして、その後の二値信号が“０”であるか“１”であるかを判定する。この判定回路４１６の結果は、コントローラ４２に出力される。
【００３４】
ＲＯＭ４３には所定のプログラムが記憶され、ＲＡＭ４４には所定のデータが記憶されている。コントローラ４２は、ＦＳＫ検波回路４１から出力された信号に基づいて質問機１０からの質問の内容を判断し、その質問に応じた信号を送信回路４５に送ったりするものである。具体的には、タグ３０が質問機１０の近くに存在することを認識させるための信号、タグ３０のＩＤ情報に関する信号、ＲＡＭ４４に記憶されたデータに関する信号等を送信回路４４に出力する。
【００３５】
送信回路４５は、コントローラ４２からの信号に基づいて、送受信用コイル３１ａで受信して得られた電源電流を変調することにより、その受信した信号をＡＭ変調して送信するものである。かかる送信回路４５は、抵抗と、スイッチとを有するものである。スイッチを閉じると、電源電流は抵抗を流れ、抵抗で電力が消費されることになり、一方、スイッチを開くと、電源電流は抵抗を通らずそのまま流れることになる。送信回路４５が、コントローラ４２からの二値信号に応じて、スイッチの開閉を制御すると、電源の負荷が変化し、共振回路３１のコイル３１ａに発生する磁界も変動する。これにより、共振回路３１で受信した信号は、受信と同時にＡＭ変調がかけられて、磁界が発生することになる。例えば、周波数が１２５ｋＨｚである信号を受信したときに、変調周波数が６２．５ｋＨｚである信号を送り返すようにしている。従って、本実施形態では、タグ３０に送信コイルと受信コイルを別個に設ける必要がなく、一つのコイルで送信と受信を兼用することができる。尚、抵抗３６ａは、送信回路４５から整流回路３５に供給された電流が平滑回路３６の側にあまり多く流れないように、バランスをとる役割を果たす。
【００３６】
このようにしてタグ３０の送受信用コイル３１ａから送信された信号は、質問機１０の受信コイル２２で受信される。質問機１０のフィルタ１４は、この受信した信号のサイドバンド（side band ）だけを抽出する。そして、この抽出したサイドバンドは、受信アンプ１５で増幅された後、検波回路１６で復調されることになる。
【００３７】
次に、本発明者等が本実施形態のデータキャリアシステムについて行った実験について説明する。
最初に、本発明者等は、かかるデータキャリアシステムにおいて、第一同調回路５０を設けたときと、設けないときとで、質問機１０からタグ３０に信号を送信できる通信距離がどう変化するかを調べた。
【００３８】
まず、データキャリアシステムから第一同調回路５０を取り外した。そして、タグ３０の送受信用コイル３１ａが質問機１０の送信コイル２１と対向するように、タグ３０と質問機１０の距離を十分に小さく、例えば０．１ｃｍとした（状態▲１▼）。この状態▲１▼では、タグ３０に約３０Ｖｐｐの誘導起電力が発生し、タグ３０は良好に動作していた。次に、タグ３０を質問機１０から、送受信用コイル３１ａと送信コイル２１とが対向する方向に沿って徐々に離していった。すると、タグ３０に発生する誘導起電力が徐々に減少し、その距離が約３０ｃｍになると誘導起電力が約１３Ｖｐｐより低くなり、タグ３０は完全な動作ができなくなった。さらに、タグ３０を質問機１０から離していき、その距離が約４０ｃｍになると、タグ３０は、誘導起電力が約９Ｖｐｐになって、完全に動作を停止した。そして、タグ３０を、この約９Ｖｐｐの誘導起電力を有する位置に固定した（状態▲２▼）。本発明者等は、この状態▲２▼において、第一同調回路５０のコイル５１が質問機１０の送信コイル２１と対向するように、第一同調回路５０を、タグ３０に対して質問機１０と反対側の位置に設置した。すると、タグ３０には約１３Ｖｐｐの誘導起電力が発生し、タグ３０は動作を再開するようになった。このように、本発明者等は、第一同調回路５０を設けることにより、質問機１０からの信号が強くなり、質問機１０からタグ３０に信号を送信できる通信距離が伸びることを見い出した。
【００３９】
また、本発明者等は、更に詳しく実験を行い、この通信距離が、質問機１０の送信コイル２１と第一同調回路５０のコイル５１との距離Ｄ、及びコイル５１の内面積（又は半径）に依存するという結果を得た。
すなわち、距離Ｄが送信コイル２１の半径よりも大きい場合には、コイル５１の内面積を、送信コイル２１の内面積に等しいかそれより大きくすることが必要である。これは、円形コイルがつくる磁界は、円形コイルの半径に比べて十分近い距離のところでは、ほぼ一様であるが、円形コイルの半径よりも十分遠い距離のところでは、磁界は距離の３乗に反比例して弱くなる。このため、コイル５１を送信コイル２１の半径よりも遠い距離に置いた場合は、コイル５１の大きさを送信コイル２１の大きさに等しいか、それより大きくしなければならない。実際問題として、同調コイルを送信コイルに比べて非常に大きくすることは困難であるので送信コイルと同じ大きさの同調コイルを用いるものとする。すなわち、送信コイルと同調コイルの大きさを、同じ大きさの円形コイルの半径に換算して表すとし、送信コイルの大きさをＲ、同調コイルの大きさをｒとすると、Ｒ＝ｒである。この場合距離Ｄは、２Ｒ≦Ｄ≦３Ｒの式を満足する値とする。
【００４０】
本発明者等は、送信コイル２１の半径が約２０ｃｍ、送信コイル２１とコイル５１との距離Ｄが約５０ｃｍ、コイル５１の半径が約２０ｃｍであるとき、第一同調回路５０を設けることにより、通信距離が約５割アップすることを確認した。この場合は、送信コイル２１とタグ３０の送受信用コイル３１ａとコイル５１とを一直線上に配置し、各コイルのつくる平面を平行にして、実験を行った。また、条件をいろいろ変えて実験を行ったところ、通信距離は少なくとも１割から２割アップした。この通信距離がわずか１割増加するといっても、電力に換算して考えると、これは非常に効果的なことである。
【００４１】
尚、本発明者等が調べたところでは、コイル５１の巻数を変えたり、コイル５１の中にコアを入れても影響がなかった。
次に、本発明者等は、かかるデータキャリアシステムにおいて、第二同調回路７０を設けたときと、設けないときとで、タグ３０から質問機１０に信号を送信できる通信距離がどう変化するかを調べた。この実験の結果、第二同調回路７０を設けることにより、上記と同様に、タグ３０からの信号が強くなり、通信距離が伸びることが分かった。この場合は、タグ３０の送受信用コイル３１ａが小さいことを考慮すると、第二同調回路７０のコイル７１としては、受信コイル２２の内面積の四分の一以下であって送受信用コイル３１ａの内面積よりも大きい内面積を有するものを用いることが望ましい。
【００４２】
本実施形態のデータキャリアシステムでは、送信コイルに対向して配置されたループ状のコイルを有し、送信コイルから送られる信号の周波数に同調する第一同調回路を設けたことにより、送信コイルから送信される信号を強くすることができる。また、送信コイルのつくる平面上に送信コイルと同心円状に配置されたループ状のコイルを有し、タグの送受信用コイルから送信される信号の周波数に同調する第二同調回路を設けたことにより、送受信用コイルからの信号を強くすることができる。従って、質問機の出力を上げることなく、質問機とタグとの間で信号を送受できる通信距離を伸ばすことができる。また、かかる通信距離拡大の効果を逆に利用すれば、タグの送受信用コイルとして小さいものを用いても、送受信用コイルを小さくしないときの通信距離を維持することができるので、タグの小型化を図ることができるという効果もある。
【００４３】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、第二同調回路のコイルを、質問機の送信コイルのつくる平面上に同心円状に配置した場合について説明したが、第二同調回路のコイルは必ずしも質問機の送信コイルと同一平面上に配置する必要はなく、例えば、質問機の後方に配置してもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、質問機の近くを通過するタグと質問機との間で信号を送受することにより、質問機がタグに記憶された所定のデータを受け取る場合について説明したが、タグは、質問機から信号を受信するのみで、信号を送信しないものであってもよい。例えば、タグとして、信号を受信したときに光を発するようなものを用いた場合にも、本発明のデータキャリアシステムを適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、本体装置の本体用送信コイルに対向して配置されたループ状の第一同調コイルを有し、本体用送信コイルから送信される信号の周波数に同調する第一同調回路を設けたことにより、本体用送信コイルから送信される信号を強くすることができるので、本体装置の出力を上げることなく、本体装置からタグに信号を送信できる通信距離を伸ばすことができるデータキャリアシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の一実施形態であるデータキャリアシステムの構成を概略的に示す図、（Ｂ）は、（Ａ）のデータキャリアシステムの、送信コイル、第１同調回路、タグの位置的関係を示す図である。
【図２】図１（Ａ）のデータキャリアシステムの、質問機（interrogator）の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の質問機のＦＳＫ検波回路の構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は、データキャリアシステムにおける、タグの送信コイルと受信コイルを共通にした場合の概略構成を示すブロック図、（Ｂ）は、タグの送信コイルと受信コイルを別個に設けた場合の、送信コイルの部分の構成を示す図である。
【図５】図４（Ａ）のタグのＦＳＫ検波回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図５のＦＳＫ検波回路の動作を説明するための、各部の信号波形を示す図である。
【図７】円形コイルの中心軸上の磁界強度と円形コイルの中心からの距離との関係を、電力一定の条件下での円形コイルの半径をパラメータとして示すグラフである。
【符号の説明】
１０    質問機
１１    コントローラ
１２    ＦＳＫ変調回路
１３    電力増幅器
１４    フィルタ
１５    受信アンプ
１６    検波回路
２１    送信コイル
２２    受信コイル
３０    タグ
３１    共振回路
３１ａ    送受信用コイル
３１ｂ    コンデンサ
３５    整流回路
３６    平滑回路
３６ａ    抵抗
３６ｂ    ツェナーダイオード
３６ｃ    コンデンサ
４１    ＦＳＫ検波回路
４２    コントローラ
４３    ＲＯＭ
４４    ＲＡＭ
４５    送信回路
５０    第一同調回路
５１    コイル
５２    コンデンサ
７０    第二同調回路
７１    コイル
７２    コンデンサ
１２１    発振器
１２２    第一分周器
１２３    第二分周器
１２４    第三分周器
１２５    データレジスタ
１２６    バンドパスフィルタ
４１１    発振器
４１２    ゲート信号検出回路
４１３    ゲート回路
４１４    カウンタ回路
４１５    メモリ
４１６    判定回路
【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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