JP3334009B2 - 非接触伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、駅務で用い
られる自動改札機の送受信アンテナと、送受信アンテナ
を備えた定期券等の媒体との間で信号、電力の伝送を行
なうタッチレスパスゲート装置のような非接触伝送装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例の非接触伝送装置としては
ループコイルにより構成された自動改札機側の単一の送
受信アンテナ（リードライトアンテナ）と、定期券等の
媒体側の送受信アンテナとの間で信号、電力の伝送を行
なうように構成した装置がある。

【０００３】しかし、上述のリードライトアンテナは略
平面的に構成され、単一の該リードライトアンテナを用
いた場合には、このリードライトアンテナに対して媒体
を略平行に位置させた時に良好な通信が得られる反面、
リードライトアンテナに対して媒体を略垂直に位置させ
た時には通信が不能となる問題点があり、要するに、媒
体のリードライトアンテナに対する姿勢の如何により本
来の通信エリア内においても通信不能が発生する問題点
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、複数のアンテナを用いると共に、これらア
ンテナからの受信信号の和、差を演算し、振幅が最大の
信号を受信信号として選択することで、通信エリア内で
媒体が如何なる姿勢をとっても確実な受信を行なうこと
ができる非接触伝送装置の提供を目的とする。

【０００５】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、和信号選択、差信号
選択に対応して複数のアンテナに対する送信電流の位相
を切換えることで、通信エリア内で媒体が如何なる姿勢
をとっても確実な送信を行なうことができる非接触伝送
装置の提供を目的とする。

【０００６】この発明の請求項３記載の発明は、インピ
ーダンスの高いアンテナの接続組合せを使用すること
で、通信エリア内で媒体が如何なる姿勢をとっても確実
な通信を行なうことができる非接触伝送装置の提供を目
的とする。

【０００７】この発明の請求項４記載の発明は、媒体を
保持する利用客に、該媒体の保持姿勢を規制することな
く、至便性の向上を図ることができる自動改札機の提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、発生磁界の方向が互いに異なるように配設さ
れた複数のアンテナと、上記複数のアンテナからの受信
信号の和および差を演算する演算手段と、上記演算手段
により演算された信号のうち振幅が最大の信号を受信信
号として選択する選択手段とを備えた非接触伝送装置で
あることを特徴とする。

【０００９】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記選択手段によ
り、いずれの信号が選択されたかにより、一つのアンテ
ナの送信電流の位相を基準にしたとき、他のアンテナの
送信電流の位相を前記選択に対応させてそれぞれ同位相
（０度）または逆位相（π、または１８０度）に切換え
る送信極性切換手段を備えた非接触伝送装置であること
を特徴とする。

【００１０】この発明の請求項３記載の発明は、発生磁
界の方向が互いに異なるように配設された複数のアンテ
ナと、上記アンテナの接続状態の切換えで該アンテナの
位相を切換える位相切換え手段と、上記アンテナの通信
エリアに通信媒体が差出されたとき、上記位相切換え手
段が各アンテナの位相を組替えた各組合せのインピーダ
ンスを測定するインピーダンス測定手段と、上記インピ
ーダンス測定手段の測定に基づいてインピーダンスの高
いアンテナの組合せを選択する選択手段とを備えた非接
触伝送装置であることを特徴とする。

【００１１】この発明の請求項４の発明は、前記請求項
１、２または３記載の非接触伝送装置を備えた自動改札
機であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】この発明の請求項１記載の発明によれば、上述
の演算手段は発生磁界の方向が互に異なるように配設さ
れた複数のアンテナからの受信信号の和および差をそれ
ぞれ演算し、上述の選択手段は演算手段により演算され
た信号のうち振幅が最大の信号を受信信号として選択す
る。

【００１３】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上述の送信極性切換手段は上記選択手段により、いずれ
の演算された受信信号が選択されたかにより、一つのア
ンテナの送信電流の位相を基準にして、他のアンテナの
送信電流の位相を前記選択に対応させてそれぞれ同位相
（０度）または逆位相（π、または１８０度）に切換え
る。

【００１４】この発明の請求項３記載の発明によれば、
インピーダンス測定手段の測定に基づいて選択手段が選
択したインピーダンスの高いアンテナの組合せで通信を
実行する。

【００１５】この発明の請求項４記載の発明によれば、
アンテナの通信エリアに非接触媒体が如何なる姿勢を取
ってもデットゾーンなく相互間の通信ができて、改札処
理が実行できる。

【００１６】

【発明の効果】このように、この発明の請求項１記載の
発明によれば、複数のアンテナを発生磁界の方向が互に
異なるように配設すると共に、上述の演算手段でこれら
各アンテナからの受信信号の和および差を演算し、選択
手段で振幅が最大の信号を受信信号として選択するの
で、通信エリア内において媒体が如何なる姿勢をとって
も確実な受信を行なうことができる効果がある。

【００１７】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、和信号選択、
差信号選択に対応して上述の送信極性切換手段が複数の
アンテナに対する送信電流の位相を送信が最適となるよ
うに切換えるので、受信時と同様にして、通信エリア内
において媒体が如何なる姿勢をとっても確実な送信を行
なうことができる効果がある。

【００１８】この発明の請求項３記載の発明によれば、
インピーダンスの高いアンテナの組合せで通信を実行す
るので、アンテナと非接触媒体との結合の大きい状態が
得られて確実な通信ができ、アンテナのデットゾーンが
なくなる効果がある。

【００１９】この発明の請求項４記載の発明によれば、
自動改札機は上記請求項１、２または３記載の非接触伝
送装置を備えているので、媒体を保持する利用客に、該
媒体の通信エリア内における保持姿勢を何等規制するこ
となく、至便性の向上を図ることができる効果がある。

【００２０】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は本発明の非接触伝送装置を備えた自動改
札機を示し、図１において、開閉扉１，２いわゆるゲー
トを有する自動改札機本体３を設け、この自動改札機本
体３には従前の接触タイプの磁気券４を投入する投入口
５と、この磁気券４を放出する放出口６とを形成する一
方、媒体としての非接触券７との間で信号もしくは電力
または双方の伝送を行なう複数のリードライトアンテナ
８，９を内蔵している。

【００２１】この実施例では一方のリードライトアンテ
ナ８を自動改札機本体３に水平に配置し、他方のリード
ライトアンテナ９を自動改札機本体３に垂直に配置する
ことで、ループコイルにより構成される各リードライト
アンテナ８，９の中心部における発生磁界（受信磁界お
よび送信磁界）の方向が互に直交するように構成してい
る。

【００２２】図２は非接触伝送装置の系統図で、水平に
配置した一方のリードライトアンテナ８は受信アンテナ
１０と送信アンテナ１１とを備え、同様に垂直に配置し
た他方のリードライトアンテナ９は受信アンテナ１２と
送信アンテナ１３とを備えている。

【００２３】上述の各リードライトアンテナ８，９にお
けるそれぞれの受信アンテナ１０，１２は演算部１４、
選択部１５を介して受信部１６に接続する一方、送信部
１７には送信極性切換部１８を介して上述の各リードラ
イトアンテナ８，９におけるそれぞれの送信アンテナ１
１，１３を接続している。

【００２４】一方、ＣＰＵ２０は受信部１６からの受信
信号の入力に基づいてＲＯＭ１９に格納されたプログラ
ムに従って、送信部１７を駆動し、ＲＡＭ２１は必要な
データを記憶する。さらにアンテナ制御部２２は送信部
１７の駆動時に上述の送信極性切換部１８を切換制御す
る。

【００２５】ここで、上述の演算部１４は複数のリード
ライトアンテナ８，９（詳しくは受信アンテナ１０，１
２）からの受信信号の和および差を演算する演算手段で
ある。また上述の選択部１５は、上述の演算部１４によ
り演算された信号のうち振幅が最大の信号を受信信号と
して選択する選択手段である。

【００２６】さらに上述の送信極性切換部１８は、上述
の選択部１５により和信号が選択された時、複数のリー
ドライトアンテナ８，９の送信アンテナ１１，１３に対
する送信電流を同位相とし、上述の選択部１５により差
信号が選択された時、複数のリードライトアンテナ８，
９の送信アンテナ１１，１３に対する送信電流を逆位相
とする送信極性切換手段である。ただし、アンテナコイ
ルの巻き方向や、端子の接続方法により、発生する磁界
の位相は変化する。ここでは、図９において、送信アン
テナ１１にアンテナ面の上向き（紙面に向かって上向
き）に磁界が発生するするように送信電流を流した場合
に、送信アンテナ１３にアンテナ面の左向き（紙面に向
かって左向き）に磁界が発生するような送信電流を同位
相、送信アンテナ１３にアンテナ面の右向き（紙面に向
かって右向き）に磁界が発生するような送信電流を逆位
相と定義する。この定義は反対であってもよい。すなわ
ち、和信号が選択された場合に送信電流を逆位相、差信
号が選択された場合に送信電流を同位相とする定義であ
ってもよい。その場合には、後述の図８、図１０に対し
て、図９と図１１の対応が入れ替わる。

【００２７】図３は図２に示した非接触伝送装置の受信
アンテナ１０，１２と選択部１５の出力段との間の具体
的回路構成を示し、各受信アンテナ１０，１２の出力ラ
イン２３，２４，２５，２６のうちの一方の出力ライン
２３，２５を加算器２７に接続し、他方の出力ライン２
４，２６を減算器２８に接続すると共に、加算器２７の
一方の出力ライン２９と減算器２８の一方の出力ライン
３０とを選択回路３１に接続し、加算器２７の他方の出
力ライン３２と減算器２８の他方の出力ライン３３とを
切換スイッチ３４の各切換え端子３４ａ，３４ｂに各別
に接続し、同切換スイッチ３４のコモン端子３４ｃを図
２に示す受信部１６に接続している。

【００２８】なお、上述の選択部１５は選択回路３１と
切換スイッチ３４とから構成され、上述の選択回路３１
は整流器、比較器、インバータ（反転回路）およびスイ
ッチにより構成することができる。

【００２９】而して、媒体としての非接触券７が図３の
姿勢αの時には、両受信アンテナ１０，１２が共に非接
触券７の同じ面に対向しているので、各部ｄ，ｅ，ｆ，
ｇの信号波形は図４の如くなり、選択回路３１は切換ス
イッチ３４を一側の切換え端子３４ａに切換えて振幅が
最大の信号を受信信号として選択し、非接触券７が図３
の姿勢βの時には、各受信アンテナ１０，１２が非接触
券７の表裏の異なる面に対向しているので、各部ｄ，
ｅ，ｆ，ｇの信号波形は図５の如くなり、選択回路３１
は切換スイッチ３４を他側の切換え端子３４ｂに切換え
て振幅が最大の信号を受信信号として選択し、非接触券
７が図３の姿勢γの時には、一方の受信アンテナ１２の
み非接触券７の面に対向しているので、各部ｄ，ｅ，
ｆ，ｇの信号波形は図６の如くなり、選択回路３１は切
換スイッチ３４を何れか一方の切換え端子３４ａ，３４
ｂに切換えて振幅が最大の信号を受信信号として選択す
るように構成している。

【００３０】図７は非接触券７のアンテナおよび制御回
路を示し、ループコイルにより構成される送受信アンテ
ナ３５には受信部３６、送信部３７、電源部３８を接続
する一方、ＣＰＵ４０は受信部３６からの入力に基づい
てＲＯＭ３９に格納されたプログラムに従って、ＥＥ・
ＰＲＯＭ（Electrically Erasable ProgrammableＲＯ
Ｍ、電気的消去再書き込み可能ＲＯＭ）４１、送信部３
７を駆動制御し、またＲＡＭ４２は必要なデータ等を記
憶する。

【００３１】図８乃至図１１は図２に示す非接触伝送装
置の送信側の回路構成および送信磁界の発生状態を示
し、電源４３に増幅器４４を接続し、この増幅器４４の
出力段４５をライン４６を介して切換スイッチ４７の一
側の切換端子４７ａに接続する一方、この切換スイッチ
４７の他側の切換端子４７ｂはアースに、コモン端子４
７ｃは一方の送信アンテ１３の一端にそれぞれ接続して
いる。

【００３２】また上述の増幅器４４の出力段４５をライ
ン４８を介して切換えスイッチ４９の一側の切換端子４
９ａに接続する一方、この切換スイッチ４９の他側の切
換端子４９ｂはアースに、コモン端子４９ｃは一方の送
信アンテナ１３の他端にそれぞれ接続している。さらに
上述の増幅器４４の出力段４５に、ライン５０を介して
他方の送信アンテナ１１、ライン５１、アースをこの順
に接続している。

【００３３】そして媒体としての非接触券７が図３、図
９に示す姿勢αの時に対応して、選択部１５で和信号
（図４参照）が選択された時、送信極性切換部１８は各
切換スイッチ４７，４９を図８の如く切換えて、２つの
送信アンテナ１１，１３に対する送信電流ｉ１，ｉ２を
同図に示すように同位相とし、図９に示すように各送信
アンテナ１１，１３からの各送信磁界（transmitting
magnetic field ）ＴＭＦ１，ＴＭＦ２が同じ方向から
非接触券７を通るように形成し、非接触券７が図３、図
１１に示す姿勢βの時に対応して、選択部１５で差信号
（図５参照）が選択された時、送信極性切換部１８は各
切換スイッチ４７，４９を図１０の如く切換えて、２つ
の送信アンテナ１１，１３に対する送信電流ｉ１，ｉ２
を同図に示すように逆位相とし、図１１に示すように各
送信アンテナ１１，１３からの各送信磁界ＴＭＦ３が同
じ方向から非接触券７を通るように形成する。

【００３４】図示実施例は上記の如く構成するものにし
て、以下作用を説明する。利用客が非接触券７を保持し
て、この非接触券７を図１に示す自動改札機本体３の通
信エリア内に位置させた時、図２に示す演算部１４は発
生磁界の方向が互いに異なるように配設された複数のリ
ードライトアンテナ８，９における各受信アンテナ１
０，１２からの受信信号の和および差をそれぞれ演算
し、また選択部１５は上述の演算部１４により演算され
た信号のうち振幅が最大の信号を受信信号として選択す
る。

【００３５】すなわち、非接触券７が姿勢αの時には図
４に示す和信号を、姿勢βの時には図５に示す差信号
を、姿勢γの時には図６に示す和信号および差信号の何
れか一方の信号を受信信号として選択する。

【００３６】このように振幅が最大の信号を受信信号と
して選択するので、通信エリア内において非接触券７が
図３に示す姿勢α、β、γの如何なる姿勢をとっても確
実な受信を行なうことができる効果があり、加えて通信
信号のレベル変動を制御することができるので、信頼性
の向上を図ることができる効果がある。

【００３７】また上述の送信極性切換部１８は選択部１
５により和信号が選択された時、複数のリードライトア
ンテナ８，９における各送信アンテナ１１，１３に対す
る送信電流を図８に示す如く同位相とし、上述の選択部
１５により差信号が選択された時、各送信アンテナ１
１，１３に対する送信電流を図１０に示す如く逆位相と
する。

【００３８】このため、非接触券７の姿勢α、β、γの
如何にかかわらず、送信アンテナ１１，１３からの送信
磁界ＴＭＦ１，ＴＭＦ２，ＴＭＦ３は該非接触券７内を
通るので、受信時と同様にして、通信エリア内において
媒体（非接触券７参照）が如何なる姿勢をとっても確実
な送信を行なうことができる効果がある。なお、送信電
流に関して、同位相、逆位相の定義が反対の場合には、
受信側で説明した図４、図５での受信信号波形の位相と
は表現上合わなくなるが、受信側と送信側とは別個に考
えればよいので矛盾はない。

【００３９】さらに上記構成の自動改札機においては非
接触券７を保持する利用客に、該非接触券７の通信エリ
ア内における保持姿勢を何等規制しないので、至便性の
大幅な向上を図ることができる効果がある。

【００４０】図１２は非接触伝送装置の他の実施例を示
す受信側回路の構成であって、水平に配置した受信アン
テナ１０と垂直に配置した受信アンテナ１２との間に約
４５度のスラント状に配置した受信アンテナ５２を設
け、これら各受信アンテナ１０，１２，５２からの各受
信信号の和および差を複数の加算器５３，５４，５５お
よび複数の減算器５６，５７，５８からなる演算部５９
で図１２に示すようにａ＋ｂ、ａ−ｂ，ｂ−ｃ，ｂ＋
ｃ，ａ＋ｃ，ａ−ｃにそれぞれ演算し、これら各演算結
果を次段の選択回路６０に入力し、この選択回路６０で
上記演算結果のうちの振幅が最大の信号を受信信号とし
て選択し、選択された最大振幅の受信信号を次段の受信
部（図示せず）に出力すべく構成している。

【００４１】このように上記各受信アンテナ１０，１
２，５２を約４５度毎に配置した場合には、非接触券７
が通信エリア内において如何なる姿勢をとってもより一
層確実な受信を行なうことができる効果がある。

【００４２】図１３は非接触伝送装置のさらに他の実施
例を示す受信側回路の構成であって、受信アンテナ１
０，１２，５２はそれぞれ角９０度に位置をずらせた
Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の指向性をもって配設している。
さらに、スイッチ６１，６２によって受信アンテナ１
０，１２に発生する受信電圧の位相が受信アンテナ５２
に対して０（同方向）、または、π（１８０度、逆方
向）に切換えられるように構成しており、各受信アンテ
ナ１０，１２，５２は直列に接続される。

【００４３】この切換え接続状態は、例えば、受信アン
テナ１０，１２，５２の受信電圧を順にａ，ｂ，ｃとし
たとき、受信アンテナ５２に対して受信アンテナ１０，
１２の位相を０度、１８０度に切り換えることにより、
４通りの接続状態が得られ、そのとき、 ａ＋ｂ＋ｃ −ａ＋ｂ＋ｃ ａ−ｂ＋ｃ −ａ−ｂ＋ｃ のような合成電圧となる。その切換え制御は、例えば、
図２で示すＣＰＵ２０で制御される切換え回路６３によ
り実行される。

【００４４】インピーダンス測定回路６４はスイッチ６
５を介して高周波電源６６を前述の直列に接続された受
信アンテナ１０，１２，５２に印加したときのインピー
ダンスＺ＝Ｅ／Ｉを測定し、この測定は前述の切換え回
路６３により切換えられたアンテナ１０，１２，５２の
各接続状態を測定し、その測定値は前述のＣＰＵに入力
されて、各接続状態の内の最もインピーダンスの高いも
のが選択される。

【００４５】すなわち、図１４に示すように、インピー
ダンスの高い受信アンテナ１０，１２，５２の接続状態
が、該受信アンテナ１０，１２，５２と非接触券７との
結合が大きいので、通信効率が良好となる。なお、上述
の例ではリードライトアンテナの受信アンテナ１０，１
２，５２のみについて説明しているが、送信アンテナに
ついても上述と同様に回路を構成して、インピーダンス
の高い接続状態の送信アンテナを使用して送信する。こ
のように、インピーダンスの高いアンテナの接続により
送受信することで、アンテナのデットゾーンがなくな
り、確実な通信が得られる。

【００４６】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の演算手段は、演算部１４および演
算部５９に対応し、以下同様に、選択手段は、選択部１
５および選択回路６０に対応し、送信極性切換手段は、
送信極性切換部１８に対応し、位相切換え手段は、ＣＰ
Ｕで制御される切換え回路６３に対応し、インピーダン
ス測定手段は、インピーダンス測定回路６４に対応し、
高いインピーダンスを選択する選択手段は、ＣＰＵの処
理に対応するも、この発明は、上述の実施例の構成のみ
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の非接触伝送装置を備えた自動改札機
の斜視図。

【図２】 同自動改札機の系統図。

【図３】 非接触伝送装置の受信側回路構成を示す回路
図。

【図４】 図３の媒体姿勢αに対応する各部の波形図。

【図５】 図３の媒体姿勢βに対応する各部の波形図。

【図６】 図３の媒体姿勢γに対応する各部の波形図。

【図７】 非接触券側の制御回路ブロック図。

【図８】 非接触伝送装置の送信側回路構成を示す回路
図。

【図９】 送信電流同位相時の発生送信磁界を示す説明
図。

【図１０】 送信極性切換部による切換状態を示す回路
図。

【図１１】 送信電流逆位相時の発生送信磁界を示す説
明図。

【図１２】 非接触伝送装置における受信側回路構成の
他の実施例を示す回路図。

【図１３】 非接触伝送装置における受信側回路構成の
他の実施例を示す回路図。

【図１４】 インピーダンスと結合の大きさとの関係を
示す図。

【符号の説明】

８，９…リードライトアンテナ １４…演算部 １５…選択部 １８…送受信極性切換部 ５９…演算部 ６０…選択回路 ６３…切換え回路 ６４…インピーダンス測定回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発生磁界の方向が互いに異なるように配設
   された複数のアンテナと、 上記複数のアンテナからの受信信号の和および差を演算
   する演算手段と、 上記演算手段により演算された信号のうち振幅が最大の
   信号を受信信号として選択する選択手段とを備えた非接
   触伝送装置。
2. 【請求項２】上記選択手段により、いずれの信号が選択
   されたかにより、一つのアンテナの送信電流の位相を基
   準にしたとき、他のアンテナの送信電流の位相を前記選
   択に対応させてそれぞれ同位相または逆位相に切換える
   送信極性切換手段を備えた請求項１記載の非接触伝送装
   置。
3. 【請求項３】発生磁界の方向が互いに異なるように配設
   された複数のアンテナと、 上記アンテナの接続状態の切換えで該アンテナの位相を
   切換える位相切換え手段と、 上記アンテナの通信エリアに通信媒体が差出されたと
   き、上記位相切換え手段が各アンテナの位相を組替えた
   各組合せのインピーダンスを測定するインピーダンス測
   定手段と、 上記インピーダンス測定手段の測定に基づいてインピー
   ダンスの高いアンテナの組合せを選択する選択手段とを
   備えた非接触伝送装置。
4. 【請求項４】前記請求項１、２または３記載の非接触伝
   送装置を備えた自動改札機。