JP3014142B2 - 誘導性結合された情報検索システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般に、質問システムと組み合わされたト
ランスポンダのような、誘導性結合された電磁界エネル
ギーの送信及び検出システムに係り、より詳細には、誘
導性結合されたトランスポンダの信号強度とその検出能
力とを高めるように誘導性結合されたトランスポンダの
サブキャリア信号を変調及び検出する方法及び装置に係
る。

先行技術 家屋やペットや自動車のような多くの物体は、ある識
別手段を必要とする。公知の多くの識別方法では、識別
媒体を目で見て質問し、家屋の読取番号や、自動車のラ
イセンスプレートや、動物の襟章又は烙印といった識別
データを抽出することが必要である。米国特許第3,732,
465号及び第3,752,960号に開示された電子感知・アクチ
ュエータシステムのように、物体に組み合わせて離れた
ところから電子的に通信できる電子識別タグも作られて
いる。

前記特許に開示されたシステムは、信号送信・受信コ
イルを有する能動素子を備え、これは、受動電気回路の
付近に電磁界を送信することにより動作し、コイルと受
動回路を誘導的に結合する。この受動回路は、送信され
た電磁界に特性変化を生じさせるように動作し、この特
性変化を受信コイルに関連した電子回路で検出し、これ
を用いてシステムのある動作モードをトリガーすること
ができる。このようなシステムは、上記の目で見て識別
するシステムに関連した幾つかの制約を解消するが、実
際には電子的なキーを越えるものではなく、実際上目で
検査できるタグより少ない情報しか能動素子へ送れな
い。

更に精巧な電子システムは励磁コイルを使用して、高
強度の電磁エネルギーフィールドを電子タグ又はトラン
スポンダの付近に送信する。トランスポンダは、その送
信された磁界により誘導的に伝達される電気エネルギー
によって付勢されて、変調された識別信号を出力するよ
うに動作し、この信号は、励磁コイルの付近に配置され
た誘導性結合の受信コイルにより検出することができ
る。米国特許第4,262,632号に開示されたように、多く
のこれら装置の受動タグ又はトランスポンダ素子は、送
信された質問信号から電磁エネルギーを受け取るコイル
であって、そのトランスポンダに関連した識別回路によ
り発生された識別信号を再送信するコイルを備えてい
る。トランスポンダ内の電気制御回路は、このトランス
ポンダコイルから受け取ったエネルギーを変換及び整流
し、そしてトランスポンダの識別回路を動作するのに用
いる直流電源を形成する。

充分に大きなキャパシタ又はバッテリのような駐留電
源を使用するトランスポンダは、数ヤードから数千フィ
ートまでの非常に大きな距離にわたって識別信号を送信
することができる。しかしながら、小さな動物を識別す
るような幾つかの用途では、バッテリ又はキャパシタを
収容するのに必要な密封パッケージのサイズが、その意
図された使い方に対して大き過ぎるものになる。

電子的なキーとして単純に動作する以上の働きをする
真の受動的トランスポンダを開発するために多大な努力
が払われている。家畜の体内に安全に植え込んで実用的
な距離から質問することのできるトランスポンダがあれ
ば、全ての家畜を個々に識別することを要求する欧州経
済共同体で実施されている幾つかの条例に関連した問題
を低減する助けとなろう。

このようなトランスポンダを形成するある努力によっ
てヨーロッパ特許第258,415号に開示された注射器で植
え込み可能なトランスポンダが提供されている。該特許
及び他の関連特許、例えば、米国特許第3,859,624号、
第3,689,885号、第4,532,932号及び第4,361,153号に開
示されたシステムには、実時間で動作し、従って、ある
種の著しいエネルギー蓄積手段を必要としない受動素子
が示されている。しばしば、インターロゲータ（質問装
置）又はリーダー（読取装置）と称されるこれらシステ
ムの送信・受信ユニットは、典型的に、単一、二重又は
三重のコイル構成を備え、これは、識別ユニットの付近
に高強度の電磁界を送信すると共に、インターロゲータ
のリーダーコイルの付近にトランスポンダによって再送
信された識別信号を受信するのに用いられる。

このようなシステムの検出範囲は、一般に、非常に制
約されたものである。というのは、インターロゲータが
トランスポンダから離されるにつれて、トランスポンダ
によって発生された電磁界の強さが受信器においてl/d⁵
に低下するからである。但し、ｄは受信コイルとトラン
スポンダコイルとの間の距離である。実際に計算したと
ころによれば、６ないし８インチの距離において、トラ
ンスポンダからの識別信号を搬送する磁界の強度は、ヨ
ーロッパ特許第258,415号に開示されたものと同様の装
置では、質問信号をトランスポンダへ搬送する磁界の強
度の推定10億分の１に過ぎない。従って、識別信号を検
出するには、インターロゲータを通常はトランスポンダ
の相当に至近点に配置しなければならない。この制約
は、当然、全ての物体を読み取りのためにこのように至
近点に近づけることができないので、かかる装置の利用
性を甚だしく限定する。

ヨーロッパ特許第258,415号の明細書には、そこに開
示されたシステムが数インチの距離において再送信信号
を検出するように動作することが述べられているが、こ
の明細書に従って構成された装置は、実際にはこのよう
な範囲を得ることはできず、一般に、トランスポンダの
約１インチ以内に配置されたときだけしか有効でないと
分かった。このような小さな範囲内で動作するように制
限される識別装置は、特に大きな動物又は猛獣や或いは
容易に接近できない他の物体を識別するのに使用すべき
ときに、その有用性が限定される。

より大きな読み取り距離を維持することがトランスポ
ンダシステムに期待される場合には、システムの多数の
異なる特性を考慮しなければならない。ある読み取り距
離を増大又は維持するためには、トランスポンダによっ
て送信された識別信号を検出するインターロゲータの性
能を向上させねばならない。トランスポンダシステムの
読み取り距離を抑える制約は、トランスポンダからリー
ダーへ送られる信号に強度の関係する。従って、インタ
ーロゲータとトランスポンダとの間に効率的な誘導性結
合が存在してトランスポンダが動作のためのエネルギー
をできるだけ多く受け取れるよう確保することが重要で
あるだけでなく、トランスポンダからインターロゲータ
へ送信される信号の強度を最大にすることも重要であ
る。

公知のトランスポンダシステムは、一般に、インター
ロゲータとトランスポンダとの間に効率的な結合を与え
ないだけでなく、トランスポンダ信号の強度を上げるこ
ともできない。公知のシステムがトランスポンダ信号の
強度を上げられない１つの理由は、インターロゲータの
送信及び受信コイルの物理的及び電気的な構成上、トラ
ンスポンダ信号の周波数をインターロゲータ信号と著し
く異ならせる必要があり、これにより、サブキャリア信
号の周波数及び振幅が制限されることである。例えば、
米国特許第3,689,885号には、そのカラム７の11ないし1
7行目に、「キャリアの時間ベース信号を例えばf₂＝450
KHzの比較的高い周波数にしそして電磁電力フィールド
を例えばf₁＝50KHzの低い周波数にすることにより、電
磁コード情報フィールドと電磁電力フィールドとの間の
干渉が最小にされる」と述べられている。

又、多くの公知トランスポンダシステムの効率及び速
度は、サブキャリアを変調するのに用いる変調技術の形
式によって制約される。多くの公知システムは、トラン
スポンダのサブキャリアを変調するのに周波数シフトキ
ーイング変調を用いており、これは、一般に、非常に複
雑な回路を使用すると共に、サブキャリアのデータ搬送
レートを著しく制限する。米国特許第3,964,024号に
は、サブキャリアを変調するための位相シフト変調を用
いたトランスポンダシステムが開示されており、トラン
スポンダに必要とされる回路の複雑さを低減し、帯域巾
の効率を一般的に増大しそしてサブキャリアのデータレ
ートを増加する技術が開示されている。しかしながら、
この変調技術では、トランスポンダに２つのコイルを別
々に配置して設け、その一方のコイルでインターロゲー
タからの電力を受け取りそして他方のコイルで識別信号
を送信することが必要である。更に、位相変化が生じる
たびにデータビットが高又は低へシフトするので、この
技術は、入ってくる信号又は送信信号の位相シフトを生
じるトランスポンダの向きの変化を予期するものではな
い。

従って、トランスポンダユニットに電力供給するに充
分な高エネルギー磁界を送信できると同時に、局所化さ
れた再送信磁界を相当な距離において且つ相当な信頼性
で検出できる送信及び検出システムが要望されている。

発明の概要 そこで、本発明の目的は、高強度の磁界を送信できる
と同時に局部的な低強度磁界を検出できるような新規な
電磁界送信及び検出システムを提供することである。

本発明の別の目的は、高強度の磁界或いは他の均一な
電磁障害又はノイズが存在する中で局部的な低強度磁界
を正確に検出することのできる新規な電磁界送信及び検
出システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、低エネルギー磁界の送信源
から少なくとも６ないし８インチの範囲内で非常に低エ
ネルギーの磁界を正確に検出することのできる新規な電
磁界送信及び検出システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、トランスポンダにより送信
されたサブキャリア信号を、該信号の振幅を最大とする
ように変調するための方法及び装置を提供することであ
る。

本発明の更に別の目的は、移動するトランスポンダに
よって送信されたサブキャリア信号を、そのサブキャリ
アをインターロゲータで正確に検出するよう変調するた
めの方法及び装置を提供することである。

簡単に説明すると、本発明の好ましい実施例は、トラ
ンスポンダ及びインターロゲータ（質問装置）を含むト
ランスポンダシステムを具備し、このインターロゲータ
は、トランスポンダを誘導的に付勢するための高強度の
電磁界を発生する送信コイルと、トランスポンダによっ
て再放射された低強度の電磁界を受信するための２つの
受信コイルとを有している。送信コイルは、実質的に多
角形の体積空間を取り巻く１つ以上の導電性巻線を備え
ている。受信コイルは、送信コイルの体積空間内に互い
に直径方向に対向配置されそして差動回路関係で互いに
電気的接続され、その出力は、２つの受信コイルがほぼ
等しい量のエネルギーを受け取るときに最小となり、そ
して一方の受信コイルが他方の受信コイルよりも多量の
電磁エネルギーをトランスポンダから受け取るときに最
大となる。トランスポンダは、識別回路を付勢及び駆動
するために高強度電磁界から電源信号及びクロックパル
スの両方を導出するためのコイルを使用している。次い
で、トランスポンダの識別回路は、クロックパルスの周
波数を８分割してそのメモリアレイ及び論理ネットワー
クを駆動し、キャリア周波数の16サイクルごとに新たな
データビットが調時出力されるようにする。メモリアレ
イは、その入力クロックパルスの立ち上がりエッジで新
たなデータビットを発生するように構成されている。こ
れにより、メモリアレイ内部に効果的な２分割段が形成
され、これは、キャリアの16サイクルごとに新たなデー
タビットの出力を生じさせる。次いで、この同じクロッ
クパルスを用いて、キャリア周波数の1/2でサブキャリ
アが発生される。キャリア周波数の1/2をサブキャリア
周波数として選択することにより、送信されるサブキャ
リアの振幅が最大にされる。このサブキャリアは、次い
で、論理ネットワークの出力によって位相変調され、サ
ブキャリアの８サイクルごとに１ビットがエンコードさ
れるようにする。これは、キャリアの16サイクルごとに
１ビットに対応する。又、トランスポンダは、トランス
ポンダコイルの迅速な連続短絡を防止する二重パルスロ
ックアウト回路も備えている。

本発明のこれら及び他の目的は、添付図面に示された
好ましい実施例の以下の詳細な説明から当業者に確実に
明らかとなろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい実施例による電磁送信及び
検出装置の応用例を示す部分破断斜視図である。

図２は、本発明の好ましい実施例による図１の装置の
送信コイル及び受信コイルの部分破断斜視図である。

図３は、本発明の好ましい実施例による装置の受信コ
イルの差動回路関係を示す概略図である。

図４は、本発明の送信コイル及び受信コイルの別の実
施例を示す部分破断斜視図である。

図５は、本発明の好ましい実施例によるトランスポン
ダ組立体回路を示す回路図である。

図６は、本発明の好ましい実施例によるインターロゲ
ータ／受信器回路を示す回路図である。

図７は、トランスポンダの種々の位置及びインターロ
ゲータ／受信器の種々の位置に現れる変調波形の間の関
係を示すタイミング図である。

図８は、本発明の好ましい実施例により変調された典
型的なビットシーケンスのビット流を示すタイミング図
である。

図９は、図５の全波ブリッジ整流器を示す回路図であ
る。

好ましい実施例 図１は、線路12に沿って走行してインターロゲータ
（質問装置）又はリーダー（読取装置）14の前面を通過
する貨車10を示している。貨車の前部に識別ボックス16
が取り付けられており、これは、本発明の好ましい実施
例によるトランスポンダ装置を含んでおり、これについ
ては、図５ないし９を参照して以下で詳細に説明する。

この識別装置はリーダー14の至近距離内を通過するよ
うに配置され、リーダー14は、識別ボックスに高強度の
電磁界を送信するための送信コイル20と、識別ボックス
16の送信器によって再送信された低強度の電磁界を受信
するための一般的に22で示す２つの受信コイルとを備え
ている。発電機18は送信コイルに電力を供給し、高強度
の電磁界を発生する。表示及び記憶装置19はリーダー14
の出力を受け取り、そこに含まれた識別信号の内容を記
憶すると共に表示部21に表示する。

リーダー14は、本発明の説明上、受動的な識別装置と
通信するように示されているが、本発明の電磁送信及び
検出装置は、均一な高強度電磁界が存在する中で低強度
の電磁界を正確に検出することが必要な多数の用途のい
ずれにも使用できることに注意されたい。

本発明の好ましい実施例による送信コイル20と２つの
差動式受信コイル22とを示した図２を参照して、リーダ
ー14の動作を説明する。これらのコイルを形成するのに
用いる巻線の数及びコイルの形状は、著しく変更でき
る。一般に、コイルは実質的に多角形であり、多角形と
は多数の辺をもつ図形を意味するものと定義されそして
円は真円ではなくて多数の直線で形成されるものと仮定
する。従って、コイルの巻線は実質的に多角形の体積空
間を取り巻き、リーダーの大きな外側の送信コイル20
は、一般に銅線24を多角形に約20ターン巻いたものより
成り、直径又は多角形直径が約５ないし６インチのコイ
ルが形成される。

全ての実施例において、送信コイル20と差動受信コイ
ル22は、図１に示すように位置設定できるよう適当な非
導電性支持構造体に普通に取り付けられる。本発明のコ
イルを支持するのに必要な形式の支持面は、公知であ
り、即ち手持ちのピストル型スキャナ構造体及びロッド
状アンテナ又はスキャナ構造体であり、多数の異なる形
状のいずれかでコイルを支持するように構成することが
できる。以下に述べるように、本発明の多数の別の実施
例では、図１とは異なる仕方で構成された支持構造体を
必要とする。この点について、支持体は、コイルへの又
はコイルからの電磁エネルギーの通過を著しく妨げない
やり方で且つそのような材料で構成しなければならない
ことに注目することのみが重要である。

コイルの抵抗によって消費され得る以上の電気エネル
ギーがコイルに存在するように充分な電力が送信コイル
20に供給されるときには、磁束フィールド26及び28のよ
うな実質的にトロイダル状の電磁エネルギーフィールド
が発生される。電磁束フィールド26及び28は三次元的な
ものであり、送信コイルの多角形体積を取り巻きそして
図２に示す定められた範囲内に束縛されないものである
が、それらの電磁束フィールドは、図示明瞭化のために
破線26及び28で示されている。又、電磁束フィールドの
基本的な形状は、以下で詳細に述べるように送信コイル
20に対する差動受信コイル22に配置によって異なること
にも注意されたい。

識別ボックス16のトランスポンダ組立体30のような受
動的な識別装置が送信コイル20の送信及び付勢範囲内に
あるときには、送信フィールド内に含まれたエネルギー
の若干が誘導性結合を介してトランスポンダ組立体30へ
転送される。送信フィールドからトランスポンダの受信
コイル（図２には示さないが、図５に示す）によって抽
出された電圧を用いて、トランスポンダの電子式別回路
を付勢し、次いで、変調した識別信号（電流の形態）を
トランスポンダのコイルを経て返送することができる。
誘導性結合によって生じるエネルギーの量は小さく且つ
そのエネルギーのある量を用いてトランスポンダの電子
回路が作動されるので、トランスポンダのコイルは、非
常に局部的な性質の非常に低強度の電磁界を再送信する
ことしかできない。

差動受信コイル22は２つの実質的に多角形のコイル32
及び34より成り、これらは差動回路の関係に互いに電気
的に接続され、電磁エネルギーによりコイル内に誘起さ
れた電気信号が互いに差し引かれて差の出力信号を形成
する。差動コイル22の概略表示が図３に示されてる。

受信コイル32及び34は、送信コイルの体積空間内で著
しく離れた点に配置される。好ましくは、受信コイル及
び送信コイルは同一平面上にあり、受信コイルは直径方
向に対向した位置に配置される。受信コイルは送信コイ
ルの体積空間内に配置されるので、両受信コイルは磁束
フィールド26及び28とのリンク関係を分担する。受信コ
イルを直径方向に対向させ、受信コイルが磁束フィール
ドの実質的に同じ部分とリンクされるように確保し、受
信コイルの出力が差し引かれたときにその差がゼロに近
づくようにするのが好ましい。

又、受信コイルをある程度大きな距離で分離して、両
受信コイルがトランスポンダから等しい強さの送信を受
けないようにすることも望ましい。トランスポンダフィ
ールドの強度は典型的に受信コイルにおいてl/d⁵の割合
で降下するので、受信コイルを分離すると、トランスポ
ンダフィールドのエネルギーを主として一方の受信コイ
ルのみによって受信するよう確保する上で助けとなる。
当然、差動受信コイルは、直径方向に対向しない位置で
あって従って大きな距離で分離されない位置に配置され
た場合にも機能する。それ故、受信コイルが互いに隣接
配置されない限り、トランスポンダから各受信コイルに
よって受信されるエネルギーにある程度大きな差が生じ
ることになる。

又、受信コイルの関連部分により、両コイルは、一般
に、その付近の他の送信源によって生じたほぼ同じレベ
ルの実質的に均一の障害エネルギーも受信することに注
意されたい。受信コイル20内に受信コイル22を位置設定
することは、実質的に等しく且つ逆向きの送信フィール
ドの存在を許すと共に、他の実質的に均一なフィールド
を２つのコイルの差動特性によって打ち消すことができ
るという点で、本発明の重要な特徴である。従って、受
信コイルを電気的に差動接続して個々のコイルの出力信
号を互いに差し引くことにより、２つのコイルがほぼ等
しい量のエネルギーを受け取るときにほぼゼロ電圧振幅
となりそして一方の受信コイルが他方の受信コイルより
も多量のエネルギーを電磁界から受け取るときに最大電
圧振幅となるような合成出力信号を発生することができ
る。

或いは又、ある場合には、リーダー14の送信及び検出
フィールドによってカバーされる範囲又はエリアを修正
することも所望される。これを行うために考えられる方
法は、受信コイルの形状又は物理的な構成を変更する
か、受信コイルを送信コイルの平面から離すように移動
するか、或いは受信コイルをある角度だけ回転して、そ
の中心軸がもはや送信コイル20のＹ軸に平行とならない
ようにすることである。

しかしながら、受信コイル又は受信コイルの位置をこ
のように変更するときには、一方の受信コイルのほうが
他方の受信コイルよりもトランスポンダフィールドのよ
り多くのエネルギーをさえ切れるように、或いは差動コ
イルがトランスポンダの存在を正確に検出できないよう
に、リーダーシステムの電気的な対称性を維持しなけれ
ばならないことに注意するのが重要である。又、変更に
よって受信コイルを異なる強度又は可変強度の磁束フィ
ールドにリンクさせる場合には、受信コイルの物理的又
は電気的特性を対応的に変更して、たとえ受信コイルが
受信エネルギーに対して対称的でなくても、両方のコイ
ルが実質的に均一なフィールドに曝されたときに、差の
出力信号をゼロにできるようにすることに注意すること
も重要である。

リーダーを図２に示すように構成したときには、リー
ダー14が少なくとも８インチまで離れた距離においてト
ランスポンダ30の存在を正確に検出できると分かってい
る。この場合も、公知技術以上の検出範囲のこの増加
は、トランスポンダの電磁界が主として一方の受信コイ
ルのみによって検出されるときにそのトランスポンダ電
磁界以外の全ての電磁界の相対的な存在を打ち消すこと
のできるリーダーの能力に関係している。又、このよう
な距離においてトランスポンダ組立体30を検出するリー
ダー14の能力は、以下で述べる本発明の好ましい実施例
のトランスポンダ組立体及び変更技術によって促進され
る。

図１に示された種々のコイルの特定の構成を参照すれ
ば、トランスポンダ30は、送信コイル20によって発生さ
れた磁界を受信するように位置設定される。前記したよ
うに、トランスポンダによって再送信される電磁界38の
強度は、送信コイルで効果的に検出できないほど小さな
ものである。しかしながら、トランスポンダの電磁界38
は、受信コイル34の検出可能な範囲内にある。これは、
コイル32の出力とコイル34の出力との差をとったとき
に、その合成出力信号の振幅が、電磁界38によって転送
されるエネルギーに対応する量だけゼロ電圧より大き
く、これがトランスポンダの存在を指示し、電磁界38内
に含まれた変調された識別信号を検出できることから言
えることである。換言すれば、送信コイルの円筒状体積
空間内に２つの受信コイルを配置したことにより、トラ
ンスポンダの電磁界に対して高い感度を与えると共に、
送信器の電磁界に対して低い感度を与える。

トランスポンダの小さな電磁界を感知するために、受
信コイル32及び34は充分に多数のワイヤ巻回数、即ち60
0ターンで形成して、トランスポンダのこのフィールド
を充分に感知できるようにしなければならない。又、２
つの受信コイルの多角形の直径も、送信コイルの直径よ
り各々小さくなければならないが、これは、電気的な対
称性が維持されるならば、絶対的な要件ではない。好ま
しい実施例においては、受信コイル22の各々は送信コイ
ルの直径のほぼ20％である。従って、送信コイルの直径
が５ないし６インチであるときには、受信コイルの直径
が約3/4ないし１−1/4インチでなければならない。

本発明の別の実施例が図４に示されており、この場合
は、２つの受信コイル132及び134が互いに上下関係で配
置され、送信コイル20の中心軸に沿って実質的に同軸的
に配置される。トランスポンダ30は、一度に送信コイル
20の片側にしか配置できないので、トランスポンダのフ
ィールド38のエネルギーは一般に一方の受信コイルのみ
に電気信号を誘起し他方には誘起しない。受信コイル13
2及び134は送信コイル20に対して実質的に対称的に配置
されているので、受信コイルは、磁束フィールド126及
び128の実質的に同じ部分とリンクする。従って、２つ
の受信コイルの差動コイル効果により、送信コイルの高
強度フィールドが存在しても、トランスポンダの低強度
磁界を検出することができる。

又、本発明の２つの受信コイルは、送信コイルの体積
空間内で多数の他の形状及び位置に成形、配置及び方向
付けして、上記好ましい実施例及び別の実施例を参照し
て述べた差動検出効果を達成できることが予想される。

本発明の差動受信コイル22は、トランスポンダ組立体
の信号を検出することのできる範囲を拡張できるが、ト
ランスポンダのフィールド38の強度が増加された場合に
は、この範囲を更に拡張することができ、又は少なくと
も維持することができる。トランスポンダ組立体のサイ
ズ又は複雑さを増加せずにトランスポンダの信号強度を
増加することが所望されるので、このような電力を導出
するために、公知技術で知られていない種々の手段を開
発しなければならない。本発明の好ましい実施例による
トランスポンダ組立体回路30を概略的に示した図５を参
照して、１つのこのような手段を実証する。

トランスポンダ30は、主として、２つの部分、即ちコ
イル202と、トランスポンダの他部分を構成する電子部
品を含む集積回路とで構成される。トランスポンダ30が
インターロゲータ14の範囲内にくると、コイル202の巻
回に電流が誘起されて流れ、コイルの巻回にまたがって
交流電圧が発生する。この交流電圧は全波ブリッジ整流
器204へ入力されて整流され、その動作については図９
を参照して説明するが、正の直流電圧Vccと基準電圧Vss
とを発生する。

ノード206は、ブリッジの「クロック側」の基準点を
示している。又、このノードは、この同じ交流電圧を分
割し、クロック回復回路208への入力として用いること
ができる。ブリッジの他方の側は、Ｎ−チャンネルFET2
10が存在するので「FET側」と称し、その機能について
は以下で詳細に説明する。クロック回復回路208は、交
流電圧入力の正弦波から、回路の他部分を駆動するため
の長方形のクロックパルスを発生する。

リプルカウンタとして構成された一連のトグル式フリ
ップ−フロップより成る周波数分割器212は、回復回路
の出力を８で分割する。送信フィールドの好ましいキャ
リア周波数は134KHzでありそして好ましいサブキャリア
周波数は67KHzであるので、以下で説明するように、ク
ロックパルスを８で分割することにより、メモリアレイ
214及び論理ネットワーク216は、キャリア周波数の16サ
イクルごとに新たなデータビットをシリアルに調時出力
する。このサイクル数は、次いで、67KHzサブキャリア
の８サイクルごとのあり得べき位相シフトに対応する。
従って、サブキャリアのビット周期は、８個の67KHzサ
イクル長さ、即ち119マイクロ秒であり、これは8375ビ
ット／秒のデータ送信レートを生じる。

メモリアレイ214は64ビットデータを含み（もっと大
きなアレイも考えられるが）、これらはこのメモリアレ
イが設置された特定のトランスポンダを識別するのに用
いられる。この64ビットメモリアレイ214によって出力
されたデータビットは論理ネットワーク216に送られ、
このネットワークは、メモリアレイ214から論理「０」
がシフトして出されたときにフリップ−フロップ220に
対して位相選択スイッチ218の位置をトグルする。クロ
ック回復回路208により出力されたクロックパルスによ
って駆動されるフリップ−フロップ220は、論理ネット
ワーク216により出力されたデータビットを67KHzのサブ
キャリア周波数で位相変調するのに用いられる。位相選
択スイッチ218が論理ネットワークによってＱからＱへ
移動されたときに、１つの67KHzパルスがスキップさ
れ、FET210のゲート駆動信号に180゜の位相シフトを生
じさせる。これとは逆に、位相選択スイッチ218がＱか
らＱへ移動されたときには、ゲート駆動信号にパルスが
追加され、サブキャリアの位相を逆方向にシフトする。

Ｎ−チャンネルFET210は、67KHzゲート駆動信号の位
相に基づいてブリッジの「FET側」を周期的に短絡する
ように働き、トランスポンダコイル202のまわりのフィ
ールドを所望の情報で変調する。従って、ゲート駆動信
号に１つのパルスが加えられたとすると、FET210は、１
つの列に２つの134KHzサイクル中ブリッジ整流器を短絡
する。トランスポンダ回路への電力はコイル202から得
られそしてブリッジが短絡するとトランスポンダが短い
周期に電力を受け取るのを防止するので、FET210が１つ
の列に２つのサイクル中コイル202を短絡するのを許す
と、トランスポンダの電力を許容レベル以下に下降させ
てしまう。ブリッジを長い時間にわたって短絡するのを
回避するために、二重パルスロックアウト回路222が追
加され、この余計なパルスをFET210へのゲート駆動信号
入力から除去する。従って、この余計なパルスはパルス
ロックアウト回路222に吸い込まれ、FET210へ入力され
る実際の波形には現れない。パルスロックアウト回路は
多数の種々の形式の技術に使用されるが、このような回
路を好ましい実施例に使用することは本発明の重要な特
徴である。というのは、１つのコイルを用いて回路を付
勢すると共にその出力を送信することにより、公知技術
で教示される個別コイルの必要性を排除できるからであ
る。

本発明の更に別の顕著な特徴は、メモリアレイ214に
記憶されたデジタルデータでサブキャリア信号を位相変
調する仕方にある。67KHzサブキャリアの位相は、論理
「０」が送信されると変化するが、論理「１」が送信さ
れるときには変化ないことに注意するのが重要である。
公知技術で教示されたように、論理「０」が１つの位相
に指定されそして論理「１」が他の位相に指定されたと
きには、欠落ビット、即ちトランスポンダ及びインター
ロゲータの向きの再整列により生じる位相変化により、
送信されているデータの誤った解釈が生じることがあ
る。本発明の位相変調技術は、公知システムで生じるこ
とのある論理「１」と論理「０」の誤った交換を防止す
る。というのは、本発明ではサブキャリアの絶対位相の
変化しか監視せず、公知技術で教示されたように絶対位
相を監視しないからである。従って、受信信号の絶対位
相は、インターロゲータがトランスポンダに対して移動
するときに変化することになり、トランスポンダの識別
データを正確に読み取るというシステムの能力には影響
しない。この変調技術は、図７及び８について以下に詳
細に説明する。

本発明の更に別の特徴は、サブキャリアを変調する周
波数に関連したものである。公知技術について述べたよ
うに、このような装置は、典型的に、サブキャリアをキ
ャリア周波数の1/10で変調し、インターロゲータが送信
信号と受信信号を区別し易くする。公知システムでは13
4KHzのキャリア周波数が使用されていたと仮定すれば、
その信号の主スペクトル成分は13.4KHzで現れることに
なる。従って、キャリア信号の下方及び上方の側波帯を
保持するエネルギーは、各々、120.6KHz（134−13.4）
及び147.4KHz（134＋13.4）と計算される。サブキャリ
アをこの周波数で変調すると、サブキャリアを障害励起
信号から大きな周波数の広がりで分離することにより受
信器の設計を簡単にするが、120.6KHz及び147.4KHzの両
側波帯へとダンプされるエネルギーがここでは浪費エネ
ルギーとなる。というのは、受信コイルは、これらの周
波数及びサブキャリア周波数を聞き取るように同調され
ていないからである。更に、13.4KHzのサブキャリア信
号は、高い周波数のサブキャリアで得られるデータレー
トで変調することができない。データレートはコード読
み取り時間を決定する上で重要なファクタであるから、
使用できるデータレートは、特に移動するトランスポン
ダを質問することに対して重要な要件となる。

本発明ではサブキャリアがキャリア周波数の1/2で変
調される。67KHzでコイル電流を変調することにより、
３つの主スペクトル成分、即ち67KHzのサブキャリア
と、134KHzキャリア信号のまわりの上下の側波帯とが生
じる。上方の側波帯は201KHz（134＋67）であって浪費
エネルギーであるが、下方の側波帯は67KHzであって、
コイル電流の67KHz成分の真上に入り、これにより、67K
Hzの送信信号の強度を増強及び増加させる。強いトラン
スポンダ信号は大きな読み取り距離に直接関係している
ので、この強度の増加は非常に重要である。更に、この
サブキャリア周波数は高いデータ送信レートを考慮して
いることにより、トランスポンダがインターロゲータか
らおそらく大きな距離にわたって離れる前にデータをト
ランスポンダから何回も読み取ることができる。

図６は、本発明の好ましい実施例によるインターロゲ
ータ／受信回路の回路図である。励磁器230は、送信コ
イル20を上記の134KHzキャリア信号で駆動する。差動受
信コイル32及び34は、トランスポンダ30によって放射さ
れた変調された67KHzサブキャリア信号を収集し、大き
な134KHz送信信号が受信器232の感度を妨げないように
する。この受信回路232は、バンドパス及びノッチフィ
ルタ、低ノイズ増幅器及びリミッタのような種々の段で
構成され、受信コイルによって収集された位相変調され
た67KHzサブキャリアを回復するように動作する。その
回復された信号は比較回路234へ送られ、該回路はゼロ
交差検出により受信器の正弦波出力を「方形化」する。
この信号は、位相検出器236へ送られる。この位相検出
器236は、励磁器230からトリガ信号を受け取るフリップ
−フロップである。比較器234から受け取った信号は、1
34KHz送信電流と同期している（必ずしもそれと同相で
はないが）ので、受信信号の位相変化を回復するように
位相検出器を容易にトリガすることができる。これらの
位相変化はマイクロプロセッサ238によって記録され、
該マイクロプロセッサは、トランスポンダの正しい識別
コードを抽出し、識別データ信号を適宜記憶又は表示の
ために出力する。

上記した本発明の回路の変調技術及び動作は、図７及
び８から良く理解されよう。図７は、トランスポンダの
種々の位置に現れる変調波形と、インターロゲータ／受
信器の種々の位置に現れる波形との間の関係を示すタイ
ミング図である。曲線（Ａ）ないし（Ｋ）は、１つの位
相シフト、即ち論理「０」のエンコードの送信を示して
いる。論理「１」の送信は示していない。というのは、
論理「１」は２つのビット周期にわたって位相シフトが
生じないときしか送信されず、従って、論理「１」の送
信を示すためには２つの全ビット周期に対して同じ繰り
返し波形を示すことになるからである。

曲線（Ａ）ないし（Ｅ）は、トランスポンダの動作を
示しており、互いに同相である。曲線（Ｆ）ないし
（Ｈ）は、インターロゲータ／受信器の動作を示してい
る。曲線（Ｆ）ないし（Ｈ）は互いに同相であるが、曲
線（Ａ）ないし（Ｅ）に対してはほとんど同相にはなら
ない。というのは、トランスポンダと受信コイルの異な
った向きが２つの信号グループの相対的な位相を変える
からである。同様に、位相検出器236の動作について示
した曲線（Ｉ）ないし（Ｋ）も、互いに同相であるが、
曲線（Ｆ）ないし（Ｈ）に対しては位相シフトしてい
る。

曲線（Ａ）は、ノード206で測定したときにブリッジ
整流器204の「クロック側」に現れる134KHzのキャリア
信号である。曲線（Ｂ）は、クロックパルス回復回路20
8によって出力される回復されたクロック信号である。
曲線（Ｃ）は、二重パルスロックアウト回路222から出
力されたゲート駆動信号である。この信号が67KHzサブ
キャリアの変調に基づいて通常は１つおきのクロックパ
ルスごとに高レベルになったときに、FET210は上記のよ
うに整流ブリッジの「EFT側」を短絡する。しかし、上
記のように、ある位相変化により余計な高レベルパルス
がゲート駆動信号に追加され、１つの列の２つの134KHz
サイクル中コイル202を不所望に短絡することがある。
曲線（Ｃ）は、この追加パルス240（破線で示す）が二
重パルスロックアウト回路222によって除去されない場
合にゲート駆動信号にいかに現れるかを示している。

曲線（Ｄ）は、トランスポンダのコイル202にまたが
って現れる電圧信号を表している。正弦波のチョップさ
れたパルスは、FET210がゲート駆動信号によってオンに
されることによるものである。位相選択スイッチ218及
びパルスロックアウト回路222によりゲート駆動信号が
通常のパルスをスキップすると、曲線（Ｄ）は１つの列
に２つの高レベルパルスを留まらせる。曲線（Ｅ）はト
ランスポンダのコイル202に流れる電流である。コイル2
02がFET210によって短絡されることにより大きな電流ピ
ークが生じ、これは曲線（Ｄ）の電圧波形の変化に対応
する。

曲線（Ｆ）は、トランスポンダ30から受信コイル32及
び34により受け取った信号に関連するビット周期であ
る。曲線（Ｇ）は、受信回路232のアナログ出力であ
る。曲線（Ｈ）は、比較器234が受信器の出力を「方形
化」した後のその出力を表している。受信器／インター
ロゲータとトランスポンダ30との向きの相違により、受
信器／インターロゲータ内の信号を表す曲線は、トラン
スポンダ内の信号を表す曲線の位相に対して距離Δ_１だ
けずらされている。

同様に、励磁器230の送信出力である曲線（Ｉ）は、
曲線（Ａ）によって表された信号と同じ周波数を有する
が、システムの向きの相違により、通常は曲線（Ａ）と
同相ではない。例えば、図７に示すように、曲線（Ｉ）
ないし（Ｋ）は曲線（Ｆ）ないし（Ｈ）から距離Δ_２だ
けすらされて示されており、Δ_２はΔ_１より大きい。曲
線（Ｊ）は、位相検出器236をトリガするのに用いる励
磁器230の同期出力である。曲線（Ｊ）の立ち上がりエ
ッジは、位相検出器236への曲線（Ｉ）とクロック曲線
（Ｈ）とのゼロ交差に対応する。曲線（Ｊ）の立ち上が
りエッジは、曲線（Ｈ）の低レベルパルスを示す線に沿
ってタイミングを合わせてどこへでも自由に移動し、所
望の位相変化が起きるまでその位相変化は生じない。所
望の位相変化の後に、曲線（Ｊ）の立ち上がりエッジ
は、曲線（Ｈ）の高レベルパルスを示す線に沿ってタイ
ミングを合わせてどこへでも自由に移動するが、次の位
相変化までは位相が変化しない。

位相整列のこの移動性は、不所望な位相変化を生じる
ことなく同期パルスと比較器出力との間の位相関係の変
化を考慮できるものであるから、本発明の顕著な効果で
ある。位相変化はある状態において生じるが、マイクロ
プロセッサ238は特定の時間の位相変化のみを探すよう
に設計されているから、このような変化は一般にトラン
スポンダの識別コードの誤った読みを生じない。加え
て、たとえ位相変化がトランスポンダの識別コードの適
切な読みに衝撃を与えても、システムのデータレート及
び帯域巾効率は、トランスポンダがその範囲から動いて
出る機会を得る前にシステムによって充分な読みを得ら
れるようなものである。最後に、位相検出フリップ−フ
ロップの出力である曲線（Ｋ）は、入ってくる67KHzサ
ブキャリア信号の絶対位相を示している。マイクロプロ
セッサはこの位相信号を検査して、位相がビット周期で
変化するときにデコードされたデータ出力にゼロを指定
する。

図８は、上記の説明、特に図７の説明に従って変調さ
れたビット流の典型的なビットシーケンスを示すタイミ
ング図である。図示されたように、最初のビット周期は
高レベルであるが、第２のビット周期は最初の位相変化
において低レベルに切り換わる。第３のビット周期の始
めには位相が変化しないので、第３のビット周期は高レ
ベルである。新たな位相変化により第４のビット周期は
低レベルとなり、その後の位相変化により第５のビット
周期は低レベルに留まる。従って、ビット流「101001
1」により、第８サイクルに入るときの信号の位相変化
は常に論理「０」となり、論理「１」となるような変化
はない。

図９には、全波ブリッジ整流器204が詳細に示されて
いる。コイル202から整流器204へ入力される交流電圧の
正の揺動は、ダイオード250及び252によりV_ccにクラン
プされる。Ｐ−チャンネルFET254は、コイル202の片側
の負の揺動をＰ−チャンネルFET254のスレッシュホール
ド電圧（約−1.0ボルト）にクランプし、一方、集積回
路の本来の構造技術によって形成された寄生トランジス
タ256は、コイル202の他側の負の揺動を−V_be（約−0.6
ボルト）にクランプする。このように、コイルの交流電
圧は全波整流されそしてそれにより得られた直流電圧が
集積回路にV_ccとして印加される。

トランスポンダと送信コイルとの間の距離は一定でな
いので、誘起される交流コイル電圧には大巾な変化が生
じ易いことに注意されたい。しかしながら、ブリッジ回
路204は、交流コイル電圧が変化するたびにV_ccに生じる
であろう変化を低減することができる。大きな距離にお
いては、トランジスタ256が単にダイオードとして働い
て交流コイル電圧を整流するが、トランスポンダが送信
コイルに接近するように移動しそしてV_ccが増加すると
きには、トランジスタ256が強力にオンとなって相当の
コレクタ電流を引出し、これにより、アースへの電流を
分路することによってV_ccを減少する。又、本発明の好
ましい実施例の効果として注目すべきことは、トランジ
スタ256に対し、寄生トランジスタ又はそのための何等
かのトランジスタをV_cc分路レギュレータとして使用す
ることにより、トランスポンダを励起コイルの真上に配
置しても、動作電力の大巾な増加の結果としてトランス
ポンダ回路に故障又はダメージを招かないことである。

特定の実施例について本発明を説明したが、その修正
及び変更が当業者に容易に明らかであろう。それ故、本
発明の真の精神及び範囲内に入るこれらの全ての変更や
修正は請求の範囲内に網羅されるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 7/26 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｈ (56)参考文献 特開 昭52−57765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−161451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−14558（ＪＰ，Ａ) 国際公開89／5549（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 5/00 H04B 7/26 H01Q 7/00 H01Q 21/06 G06K 17/00 G06K 19/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導性結合された情報検索システムであっ
   て： 電磁界を送信し、位相変調されたサブキャリア信号を受
   信し、そしてこの位相変調されたサブキャリア信号を分
   析してそれにより運ばれた情報を検出するための質問手
   段を有し、この質問手段が： 支持手段と； 上記電磁界を発生させるのに用いる第１の電力信号を発
   生する手段と； 上記支持手段に固定され、上記第１電力信号を受け取っ
   て上記電磁界を送信するための送信コイルであって、中
   心軸をもつ実質的に多角形の体積空間を取り巻く１以上
   の導電性巻線を含んでいて、上記体積内に磁束フィール
   ドを発生するような送信コイルと； 上記体積空間内で著しく離れた点に配置されて上記磁束
   フィールドの部分とリンク関係をもつようにされた第１
   及び第２の受信コイルであって、これらの受信コイルは
   互いに差動回路関係に電気的に接続されて、上記送信コ
   イルにより送られた電磁エネルギーによってこれらの第
   １及び第２受信コイルに誘起される電気信号の大きさが
   互いに実質的に等しく且つ逆向きになるようにされ、こ
   れにより、上記位相変調されたサブキャリア信号によっ
   て発生されこれらの受信コイルの少なくとも一方を通過
   する電磁エネルギーが、一方の受信コイルに、他方の受
   信コイルよりも大きな電気信号を誘起させると共に、上
   記発生されたエネルギー及び上記サブキャリア信号によ
   り運ばれた情報の量に対応する電流を上記差動回路に通
   流させる第１及び第２の受信コイルと； 上記差動回路に流れる上記電流に応答し、上記情報を分
   析及び表示するように働く処理手段と；を有し、 上記情報検索システムは、更に、トランスポンダを有
   し、このトランスポンダが： 上記電磁界を受け取りそしてその電磁界を交流電力信号
   に変換するように働くトランスポンダコイルであって、
   位相変調された電力信号も受け取って上記位相変調され
   たサブキャリア信号で上記フィールドを変調するように
   も働くトランスポンダコイルと； 上記情報でエンコードされるトランスポンダ回路組立体
   であって、このトランスポンダ回路組立体は、上記トラ
   ンスポンダコイルと通信して上記交流電力信号を受け取
   りそして上記情報を上記トランスポンダコイルに出力
   し、上記トランスポンダ回路組立体は、上記位相変調さ
   れた電力信号により上記電磁界を位相変調するデジタル
   制御手段を有し、上記位相変調された電力信号は、上記
   情報の若干を表す論理「０」データビットを送信すべき
   ときには位相を変化させそして上記情報の若干を表す論
   理「１」データビットを送信すべきときには位相を変化
   させないように変調されるトランスポンダ回路組立体
   と；を有し、 これにより、送信されているデータビットの論理を正し
   く決定しそして上記情報を検出するために、上記質問手
   段が上記サブキャリア信号の位相の絶対的な変化のみを
   分析すればよいようにしたことを特徴とする誘導性結合
   された情報検索システム。