JP3579281B2

JP3579281B2 - ワイヤレスｉｄタグ読み取り書き込み装置

Info

Publication number: JP3579281B2
Application number: JP03242799A
Authority: JP
Inventors: 章雄岡本; 尚文鈴木; 秀樹中嶋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: JP2000231606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流磁界を通信媒体とし、通信用のアンテナコイルと、半導体メモリ等の記憶素子と、送受信回路、及びこれらを制御する回路を有する電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグに対して、データを読み取り書き込むためのワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代のデータキャリアとして注目されている、ＩＣメモリを利用したデータキャリア（以後ＩＤタグと呼ぶ）システムは、従来の磁気テープによるカード等に比べ大きなメモリ容量を有することや、データの解読や偽造がしにくいといった安全性の高さが特徴となっている。とりわけ、読み取り器と接触することなく通信できる、ワイヤレスＩＤタグシステムは、ＩＤタグに記憶された情報の読み取り動作が簡単であるため、近年急速に普及しつつある。これらの中で、長波帯で電磁誘導を利用するシステムでは、ＩＤタグの動作に必要な電力を読み取り器から供給する事が可能で、かつ１ｍ程度の通信距離が確保できるため、利用範囲は非常に広く、各方面へのシステムの導入が検討されている。
【０００３】
従来のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置は、送信アンテナは、平面形状のコイルまたはコア入りのソレノイダルコイルが１つ用いられており、一定電流方向の電流を流す構造のものであった。すなわち、図８に示すように、受信アンテナコイル１０５を有する送受信回路１０４の円形送信コイル１０２に電流を流すことにより、これに対向しておかれた電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ１０６の、タグ側送受信用円形コイル１０７に直交する磁場（矢印）を発生する事で通信を行なっていた。しかしながら、電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ１０６が各方面で使われるようになると、磁力線の分布が、必ずしも図８で示すような単純なもので無い場合も生じる。例えば、マンホール管理のためにマンホール鉄蓋にタグを設置する等、金属板に開けた穴の中にワイヤレスＩＤタグを設置する場合、図９に示すように、穴の内部では板表面に直角な方向の磁界は急激に減衰するため、ＩＤタグの通信には使えない。一方、金属板表面に平行な方向の磁界は、穴の内部に於いても大きな強度で存在でき、穴内部に設置したＩＤタグとの通信では、金属面に平行な方向の磁界を利用する必要がある。平行な方向の磁界の変化を効率的にとらえるため、８字コイルが提案され（特願平８−１５６８２５号）通信距離を大きく伸ばすことができた。この事情は金属穴の中だけではなく、金属表面にＩＤタグを置いた場合にも同様であり、金属面に平行な方向の磁界を利用する必要がある場合は多い。一方、絶縁体板上もしくは空中に設置されたものでは従来通り、板面に垂直な磁場を用いる方が効率が良い。このため、これまでは使用用途に応じて送信アンテナが異なる複数のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置を用いる必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、絶縁体板上や空中、金属表面や金属に開けた穴の内部等、ワイヤレスＩＤタグの設置条件によらず、効率の良い通信が可能な、ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するたに本発明は、交流磁界を通信媒体とし、通信用のアンテナコイル、記憶素子、送受信回路、及びこれらを制御する回路を有する電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグに対して、データを読み取り書き込むためのワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、ほぼ同一平面上に並べて配置された２つのコイルからなり、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに交流磁界を送信してデータを送信する送信アンテナと、前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルの電流の向きを制御する手段とを有し、前記アンテナコイルとして円形コイルを含む通常のコイルを用いたワイヤレスＩＤタグに対してデータを送信する場合には、前記電流の向きを制御する手段によって、前記２つのコイルに同一方向の電流を流すことにより、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに対して垂直な磁場成分が強く発生するようにし、前記アンテナコイルとして８字形コイルを用いたワイヤレスＩＤタグに対してデータを送信する場合には、前記電流の向きを制御する手段によって、前記２つのコイルに逆方向の電流を流すことにより、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに対して水平な磁場成分が強く発生するようにすることを特徴とするものである。
【０００６】
また本発明は、前記ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、前記電流の向きを制御する手段が、前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルの電気的接続を、手動あるいは電動のスイッチで切り替える手段であることを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明は、前記ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、前記電流の向きを制御する手段が、前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルに与える信号の位相をシフトさせる手段であることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明は、前記ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、前記電流の向きを制御する手段が、前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルを、手動あるいは電動で機械的に回転させる手段であることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、前記ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルから交流磁界を受信してデータを受信する受信アンテナを前記送信アンテナと共用することを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記ワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルから交流磁界を受信してデータを受信する受信アンテナが、前記送信アンテナに対しほぼ平行とほぼ垂直の方向を向いた２つのコイルからなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置は、送信アンテナコイルに２つ以上のコイルを用いており、１つ以上のコイルの電流の向きを制御する手段が具備されている。この電流の向きを制御する手段を用いて、２つのコイル間に、同一方向の電流を流すと、タグ側送受信アンテナに対して垂直な磁場成分が強く発生し、絶縁体板上や空中にＩＤタグを置いた時、効率の高い通信が可能である。一方、電流の向きを制御する手段を用いて、２つのコイル間に、逆方向の電流を流すと、タグ側送受信アンテナに対して水平な磁場成分が強く発生し、金属板や金属穴中にＩＤタグを置いた時、効率の高い通信が可能となる。このように、本発明のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置を用いれば、ＩＤタグの設置場所によらず、効率の高い通信が可能である。
【００１２】
【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例を詳細に説明する。図において、矢印の入った細線は磁界の方向を示し、コイルにつけた太い矢印は電流の向きを示す。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施形態例を示す構成説明図である。すなわち、送信アンテナ３０５は、半円形状の２つのコイル３０１，３０２からなり、ほぼ同一の平面上に円形状になるように並べて配置されている。３０３はコイルの電流の向きを制御するスイッチであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄの４つの端子と、その間の接続切り替えの接点（図示せず）からなる。コイル３０１の配線は固定であり、一端は端子ｂに他端は送受信回路３０４の第１の端子に接続されている。コイル３０２の両端は端子ａおよびｄに接続されており、端子ｃは送受信回路３０４の第２の端子に接続されている。スイッチ３０３の接点の接続は、ａとｂ、ｃとｄの端子を接続する組み合わせと、ａとｃ、ｂとｄの端子を接続する組み合わせの何れかを選択することができる。ａとｂ、ｃとｄの端子を接続すると２つのコイル３０１，３０２には逆向きに電流がながれ、ａとｃ、ｂとｄの端子を接続すると２つのコイル３０１、３０２には同一方向に電流が流れる。なお、第１の実施形態例では受信アンテナは送信アンテナ３０５と共用になっている。
【００１４】
図２及び図３は本発明の第１の実施形態例に係るワイヤレスＩＤタグへの書き込みの動作を示す。図２は金属穴中のワイヤレスＩＤタグへの書き込みの場合を示す。すなわち、スイッチ３０３のａとｂ、ｃとｄの端子が接続されており、２つのコイル３０１、３０２には逆方向の電流が流れる。この時、磁場Ｂの様子は図２のようになり、金属板４２０の穴中では金属面に水平方向の成分が強くなる。金属板４２０の穴中に設置された電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ４０６側の送受信用コイル４０８は、この水平磁場を効率的に受けるため、８字形コイルが使用されている。一方、図３は絶縁体板上のワイヤレスＩＤタグへの書き込みの場合を示す。すなわち、スイッチ３０３のａとｃ、ｂとｄの端子が接続されており、２つのコイル３０１、３０２には同一方向の電流が流れる。この時、磁場Ｂの様子は図３のようになり、絶縁体板４２１の表面に垂直方向の成分が強くなる。絶縁体板４２１の表面に設置された電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ４０６側の送受信用コイル４０７は、この垂直磁場を効率的に受けるため、通常の円形コイルが使用されている。このように、コイル３０１、３０２に流れる電流の向きを切り替えることにより、絶縁体板４２１上や空中、金属板４２０表面や金属に開けた穴の内部等、ワイヤレスＩＤタグの設置条件によらず、効率の良い通信が可能となる。
【００１５】
なお、８字形状のコイルにおいてクロスポイントに、巻き数分の接続を切り替えるスイッチをつければ、８字形の１つのループを１つのコイルとみなせるので、第１の実施形態例のスイッチ３０３、コイル３０１、３０２と同様の効果が得られる事は明らかである。また、コイル３０１、３０２はほぼ同一平面上に並べて配置されているとしているが、シミュレーションによれば、２０度〜３０度互いにコイルの向きがずれていたとしても、同様の効果が得られることが分かっている。
【００１６】
図５は本発明の第２の実施形態例を示す構成説明図である。送信アンテナの構造は、第１の実施形態例と同様に、半円形状の２つのコイル５０１，５０２からなり、ほぼ同一の平面上に円形状になるように並べて配置されている。送受信回路５０４には２つの信号出力線５１０と５１１が設けられており、それぞれコイル５０１とコイル５０２に接続されている。送受信回路５０４は、ディジタル信号処理制御部５１２、排他論理和ゲート５１３、２つのアナログ出力回路５１４，５１５、およびアナログ受信回路５１８からなり、図４のように接続されている。ディジタル信号処理制御部５１２から発生された矩形のディジタル信号は、ディジタル信号処理制御部５１２の端子Ｔ１から、アナログ出力回路５１４には直接送りこまれると共に、アナログ出力回路５１５には排他論理和ゲート５１３を介して送りこまれる。前記アナログ出力回路５１４，５１５では、矩形のディジタル信号から交流成分が取り出され、増幅して出力する機能を有する。受信アンテナは、送信アンテナに平行なコイル５０５と、送信アンテナに垂直なコイル５０９の２つが設けられており、それぞれアナログ受信回路５１８に接続されている。
【００１７】
ディジタル信号処理制御部５１２の端子Ｔ２からは制御信号が出されており、これが排他論理和ゲート５１３の他方の端子に入力される。排他論理和ゲート５１３からの出力は図５及び図６に示すように決まる。すなわち、制御信号（Ｔ２）が０のときは、アナログ出力回路５１５へは端子Ｔ１からの信号がそのまま入力され、制御信号（Ｔ２）が１のときは、アナログ出力回路５１５へは端子Ｔ１からの信号が反転されて入力される。ディジタル信号処理制御部５１２からの信号がアナログ出力回路５１４，５１５を通過すると、２つの信号出力線５１０と５１１には、制御信号（Ｔ２）が０の時は同相信号が抽出され、制御信号（Ｔ２）が１の時は逆相信号が抽出される。すなわち、制御信号（Ｔ２）により信号出力線５１０と５１１に抽出される信号に位相シフトを与えることができる。この関係は信号波形の位相が途中でずれた場合にも同様であり、コイル５０１，５０２に生じる電流の向きは、制御信号（Ｔ２）が０の時は同一方向、制御信号（Ｔ２）が１の時は逆方向となる。図４中には、金属板５２０の穴中の電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ５０６に書き込む場合、すなわち制御信号（Ｔ２）が１の場合の、書き込み時の電流の向き、磁界の様子を示してある。５０８はタグ側送受信用８字形コイルである。
【００１８】
受信時には、金属穴内や金属板上のワイヤレスＩＤタグの場合には、図４のようにタグ側の送受信用アンテナに８字形コイル５０８を用いなければならないので、受信アンテナ付近には送信アンテナに対し水平な磁界が生じる。このため受信アンテナとして、送信アンテナに垂直なコイル５０９を用いて受信する。受信した信号がアナログ受信回路５１８に導入され、フィルタ等により有効な信号成分のみを取り出して、ＡＤ（アナログーディジタル）変換後ディジタル信号処理制御部５１２に送りこまれる。絶縁体板や空中にワイヤレスＩＤタグが設置された場合には、タグ側の送受信アンテナに通常の円形コイルを用いるので、受信アンテナ付近に送信アンテナに対し垂直な磁界が生じる。このため受信アンテナとして、送信アンテナに水平なコイル５０５を用いて受信し、上記と同様にディジタル信号処理制御部５１２に送りこまれる。
【００１９】
これにより、絶縁体上あるいは空中、金属表面や金属に開けた穴の内部等、ワイヤレスＩＤタグの設置条件によらず、効率の良い通信が可能となる。
【００２０】
図７には、本発明の第３の実施形態例を示す構成説明図である。すなわち、本実施形態例では送信アンテナ７０５は、２つの長方形状のコイル７０１と７０２からなっており、それらは送受信回路７０４から固定の配線で繋がっている。片方のコイル７０２だけがその中心の軸７０６で回転できるようになっており、コイル７０２を回転することにより、コイル７０１，７０２に流れる電流の向きを、２つのコイル７０１，７０２で同じもしくは反対にすることができる。受信アンテナは送信アンテナと共用とする。これにより、磁場の向きが制御でき上記の両実施形態例と同様に、絶縁体上あるいは空中、金属表面や金属に開けた穴の内部等、ワイヤレスＩＤタグの設置条件によらず、効率の良い通信が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置では、送信アンテナに２つ以上のコイルを用い、１つ以上のコイルの、電流の向きを制御する手段が具備されている事で、発生する交流磁場の方向成分を制御できるため、絶縁体上や空中、金属表面や金属に開けた穴の内部等、ワイヤレスＩＤタグの設置条件によらず、効率の良い通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す構成説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態例に係る動作状態を示す構成説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態例に係る動作状態を示す構成説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例を示す構成説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態例に係る排他論理和ゲートの出力を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態例に係るアナログ出力回路の入力を示す説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態例を示す構成説明図である。
【図８】従来のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置によるデータ送信時における磁力線とアンテナの関係を示す構成説明図である。
【図９】金属に開けた穴の内部での磁界強度の深さ依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０２円形送信コイル
１０４，３０４，５０４，７０４送受信回路
１０５，５０５，５０９受信アンテナコイル
１０６，４０６，５０６電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグ
１０７，４０７タグ側送受信用円形コイル
３０１，３０２，５０１，５０２半円形送信コイル
３０３電流の方向を切り替えるためのスイッチ
３０５，７０５送信アンテナ
４０８，５０８タグ側送受信用８字形コイル
４２０，５２０金属板
４２１絶縁体板
５１０，５１１送受信回路の２つの信号出力線
５１２ディジタル信号処理制御部
５１３排他論理和ゲート
５１４，５１５アナログ出力回路
５１６，５１７共振用コンデンサ
５１８アナログ受信回路、
７０１，７０２長方形送信コイル
７０６軸

Claims

交流磁界を通信媒体とし、通信用のアンテナコイル、記憶素子、送受信回路、及びこれらを制御する回路を有する電磁誘導型のワイヤレスＩＤタグに対して、データを読み取り書き込むためのワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
ほぼ同一平面上に並べて配置された２つのコイルからなり、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに交流磁界を送信してデータを送信する送信アンテナと、
前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルの電流の向きを制御する手段とを有し、
前記アンテナコイルとして円形コイルを含む通常のコイルを用いたワイヤレスＩＤタグに対してデータを送信する場合には、
前記電流の向きを制御する手段によって、前記２つのコイルに同一方向の電流を流すことにより、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに対して垂直な磁場成分が強く発生するようにし、
前記アンテナコイルとして８字形コイルを用いたワイヤレスＩＤタグに対してデータを送信する場合には、
前記電流の向きを制御する手段によって、前記２つのコイルに逆方向の電流を流すことにより、前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルに対して水平な磁場成分が強く発生するようにする
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。
請求項１記載のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
前記電流の向きを制御する手段が、
前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルの電気的接続を、手動あるいは電動のスイッチで切り替える手段である
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。
請求項１記載のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
前記電流の向きを制御する手段が、
前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルに与える信号の位相をシフトさせる手段である
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。
請求項１記載のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
前記電流の向きを制御する手段が、
前記２つのコイルのうち少なくとも一方のコイルを、手動あるいは電動で機械的に回転させる手段である
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。
請求項１、２又は４記載のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルから交流磁界を受信してデータを受信する受信アンテナを前記送信アンテナと共用する
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。
請求項１、２、３又は４記載のワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置において、
前記ワイヤレスＩＤタグのアンテナコイルから交流磁界を受信してデータを受信する受信アンテナが、前記送信アンテナに対しほぼ平行とほぼ垂直の方向を向いた２つのコイルからなる
ことを特徴とするワイヤレスＩＤタグ読み取り書き込み装置。