JP3711745B2

JP3711745B2 - データ通信装置

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Publication number: JP3711745B2
Application number: JP12465798A
Authority: JP
Inventors: 敏哉北川
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: JPH11316807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物流システム，電子回数券システム等の非接触識別システムに用いられるデータ通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来組立搬送ラインや物流システムで用いられる物品識別システムや電子回数券システム等においては、物品を識別して管理するシステムが必要となる。そこで特開平１−163991号のように識別対象物にメモリを有するタグ（データキャリア又はＩＤカードともいう）を設け、電磁誘導によって非接触データ伝送を行い、タグに必要な情報を書込んだり、必要に応じてその情報を読出すようにした識別システムが提案されている。このようなタグは荷物やパレット等に取付けられ、又は使用者が所持しており、荷物等の搬送経路や入退室ゲートの側方に配置されたデータ通信装置からタグに必要なデータを書込み又は読出すように構成される。
【０００３】
このような従来の識別システムにおいては、データ通信装置は送信用アンテナコイル，受信用アンテナコイルと制御部から成り立っており、送受信アンテナコイルは一体に形成されたコイルユニットや２つのコイルを兼用させたものもある。そして従来の識別システムでは、送受信アンテナコイルとタグとを対向させてデータ通信を行っている。このような場合に通信距離を大きくするには送受信アンテナコイルの形状を大きくするか、送信時のパワーを大きくする必要がある。しかしタグ側での受信エネルギーは送受信アンテナコイルからタグまでの距離の３乗に反比例するため、通信距離を大きくするためには送信電力を大幅に大きくしなければならなくなり、実用上十分な距離が得られないという欠点があった。
【０００４】
そこで例えば特開平６−282809号は、送信アンテナコイルと受信アンテナコイルを１組としてこれを２組使用し、互いに同軸上で対向させるようにしてアンテナコイルを配置し、通信領域を拡大するようにした構成が示されている。これは図２６に示すように、リードライトヘッド２００に平面状の平行なアンテナコイル２０１，２０２を接続する。各アンテナ内には送信コイル２０３と受信コイル２０４とが夫々同軸に封入されている。このようにすればこれらのアンテナコイル２０１，２０２の間では比較的広い範囲でタグ２０５との間の通信が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の識別システムによれば、図２７（ａ）に示すように２つのアンテナコイル２０１，２０２の面とタグ２０５のコイルが設けられる面とがほぼ平行であれば、比較的広い範囲で通信ができるが、図２７（ｂ）に示すようにタグの面がこれと垂直方向であれば通信領域が狭くなり、タグとの通信がほとんどできなくなるという欠点があった。従って例えば物流システム等において物品にタグを取付けてベルトコンベア上等を搬送する場合には、タグが取付けられる向きが一定していなければ通信を行うことができず、応用範囲が限られてしまうという欠点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、通信領域内ではタグの向きにかかわらず通信できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、前記各グループの受信ループコイルは、夫々互いに対称な２つの受信ループコイルを１組として、受信ループコイルの夫々に互いに平行な複数組の受信ループコイルを前記通信領域に沿って所定間隔を隔てて配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項２の発明は、タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、前記各グループの受信ループコイルは、夫々互いに対称な２つの受信ループコイルを１組として、受信ループコイルの夫々に互いに平行な複数組の受信ループコイルを前記通信領域に沿って所定間隔を隔てて配置し、前記各グループ毎の夫々の受信ループコイルで構成される面が互いに直交するように配置されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項３の発明は、請求項１のデータ通信装置において、前記各グループの受信ループコイルは、通信領域の第１，第２の面に沿ってその端部を折り曲げて形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項４の発明は、タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、前記受信部は、前記夫々のグループの各受信ループコイルの出力を夫々検波する検波回路と、前記各検波回路の出力を各グループ毎に夫々加算する加算回路と、を有し、前記受信部は、前記各加算回路の出力を復号化する復号化回路と、前記復号化回路の出力のうち受信信号強度の高い加算回路より出力される復号化出力を選択する選択回路と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項５の発明は、タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、前記受信部は、前記各グループの受信ループコイルの各グループ毎に設けられ、各グループの一方の受信ループコイルの出力の位相を反転するπ位相シフト手段と、前記各グループ毎に、前記一方の受信ループコイルの出力を前記π位相シフト手段を介して入力し、他方の受信ループコイルの出力を直接入力して加算する第１，第２の加算回路と、前記夫々の受信ループコイルの出力を直接入力して加算する第３の加算回路と、を有し、前記受信部は、前記各加算回路の出力を復号化する復号化回路と、前記復号化回路の出力のうち受信信号強度の高い加算回路より出力される復号化出力を選択する選択回路と、を有することを特徴とするものである。
【００２３】
本願の請求項６の発明は、タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、互いに平行な第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とすると、前記第１，第２の面に対して夫々所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、前記第１グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、前記送信コイルを駆動する送信部と、前記通信領域内で前記タグの方向をチルトさせるチルト機構と、を有することを特徴とするものである。
【００２４】
本願の請求項７の発明は、請求項６のデータ通信装置において、前記チルト機構は、通信領域に前記タグが進入した後に駆動することを特徴とするものである。
【００２５】
本願の請求項８の発明は、請求項１のデータ通信装置において、前記複数組の受信ループコイルは、夫々独立して形成され、その出力を加算する加算を有することを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明の第１の実施の形態によるデータ通信装置とこれに接続される送信アンテナ及び受信アンテナを示す図である。本実施の形態による識別システムのデータ通信装置は、搬送経路１１上を搬送される物品１２にタグ１３を張り付け、電磁誘導によりタグ１３のデータを読取り、又はタグ１３に情報を書込むものである。図１において搬送方向を−ｙ軸とし、破線で示す直方体状の部分はタグ１３とデータ通信を行う搬送経路１１上の通信領域１４とする。この通信領域１４を形成する各面のうち搬送経路１１と垂直な入口側、及び出口側を夫々第１，第２の面１４ａ，１４ｂとする。図３（ａ）はこの通信領域１４に設けられる送信コイルを示している。送信コイルはこの直方体状の通信領域１４の各面、即ちｙｚ平面上の直方体の両側に設けられるｘ軸送信コイルＬ１とＬ２、又通信領域の入口側及び出口側の面１４ａ，１４ｂに沿って設けられるｙ軸送信コイルＬ３，Ｌ４、及び上面と下面に夫々設けられるｚ軸送信コイルＬ５，Ｌ６によって構成されている。図２に示すようにＩＤコントローラ２１から出力される送信データＴｘＤは符号化回路２２により符号化され、変調回路２３で変調信号に変換される。変調信号はアンテナ選択回路２４を介して送信ドライバ回路２５，２６，２７のいずれかに選択的に信号が与えられる。そして送信ドライバ回路２５，２６，２７によって、ｘ軸方向の送信コイルＬ１，Ｌ２とｙ軸方向の送信コイルＬ３，Ｌ４及びｚ軸方向の送信コイルＬ５，Ｌ６が順次駆動されることとなる。
【００２８】
又送信側のアンテナは図３（ａ）に示すように３軸の対向アンテナを用いることなく、図３（ｂ）に示すように通信領域１４の側面と上面に沿ってＬ字形に形成した送信コイルＬ７を用いてもよい。更にＬ字形の送信コイルＬ７の側面に平面状のループアンテナＬ８を加え、これらを４５°の位相差をもって同時に駆動するようにしてもよい。
【００２９】
次に受信側のアンテナ及び受信部の回路構成について図１を用いて説明する。この実施の形態では、直方体状の通信領域１４の入口側の第１の面１４ａ、及び出口側の第２の面１４ｂに約４５°の角度でｚ軸に平行に対称な２つのｘｙ平面受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１を設ける。図４はこの直方体状の通信領域１４を上から見た図である。受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１は通信領域１４を形成する他の４面に沿ってループ状に形成され、２つの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１のなす面を直角とする。これらの２つのループコイルを第１グループの受信ループコイルとする。これらの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１と送信コイルＬ１〜Ｌ６とが第１，第２の面１４ａ，１４ｂを開放した角筒状の図示しないフレーム内に封入されている。
【００３０】
さて受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１は図１に示すように夫々受信アンプ３１，３２に接続される。受信アンプ３１，３２はフィルタと増幅器を有しており、増幅出力は夫々検波回路３３，３４に与えられる。検波回路３３，３４は各ループコイルで受信した信号を検波するものであり、検波出力は加算回路３５により加算される。この加算出力は復号化回路３６に与える。復号化回路３６は加算した信号を復号化し、受信信号ＲｘＤとしてＩＤコントローラ２１に出力するものである。
【００３１】
次に２つの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１とタグ１３との通信について図４，図５を用いて説明する。まず図４（ａ），図５（ａ）に示すようにタグ１３のコイルの面がｘ軸に垂直方向、即ちタグ１３がｙｚ平面にある場合には、タグのコイル面の法線方向はｘ軸であるため、タグから放射される磁束は受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の双方と鎖交する。従って受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の双方で誘導電流が生じる。図５の受信ループコイルの矢印は電流方向を示しており、このとき受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１を図５（ａ）に示すように接続しておくと、タグからの誘導電流が打ち消されることとなる。従って図１に示すように２つの受信ループコイルからの出力を夫々独立して増幅検波し、検波出力を加算回路３５で加算する。又図４（ｂ），図５（ｂ）に示すようにタグ１３のコイル面の法線方向がｙ軸方向である場合には、その磁束により受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の双方に鎖交する。このとき図５（ｂ）に示すように２つの受信ループコイルを接続しておくと、タグからの誘導電流は加算されることとなる。一方図４（ｃ），図６に示すようにタグ１３の法線方向がｘ軸から４５°傾いてタグ１３の面と受信ループコイルＬ２０の面とが一致している場合には、受信ループコイルＬ２１からの出力は得られないが、受信ループコイルＬ２０から出力が得られることとなる。又タグ１３の面が受信ループコイルＬ２１の面と一致していれば、受信ループコイルＬ２１のみから出力が得られる。このようにタグ１３は図４（ａ）に示す状態からｚ軸方向に沿ってどのように回転しても、２つの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１から受信信号を得ることができる。
【００３２】
ここで図３（ａ）に示す送信コイルＬ１，Ｌ２等と同軸に、図７に示すように従来の受信コイルＬ１１，Ｌ１２を対向して配置した場合の受信コイルＬ１１，Ｌ１２に得られる受信感度と、図１に示すように第１，第２の面１４ａ，１４ｂから４５°傾けた２つの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１で得られる受信感度とを比較する。図７に示す２つの対向型受信コイルＬ１１，Ｌ１２と図１の２つの受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１とで形成される立方体を同一の大きさの立方体とし、各辺が２ａの正方形とする。この場合には対向型の受信コイルＬ１１，Ｌ１２の一辺は２ａの正方形となり、受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１は２√２ａ×２ａの長方形となる。ここで各受信コイルに電流Ｉを流した場合にタグの位置に生じる磁界強度を算出することによって、タグが発生する磁束と受信ループコイルとの鎖交量とは相互結合の持つ対称性があることから、受信感度を比較することができる。ここではタグのコイルの面積は受信コイル等に比べて十分小さく、夫々の受信ループコイルが中心点で生じる磁界強度はタグのコイルの範囲内で均一として算出する。従来の対向型受信コイルの磁界強度では、受信コイルＬ１１，Ｌ１２が作る磁束は受信コイルに流す電流をＩとすると、ｘ軸方向の成分となり、その磁界強度Ｈｐは次式で与えられる。
Ｈｐ＝２Ｉ／√３πａ
【００３３】
本実施の形態による受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の中心部に作る磁束は２つの磁界の合成成分のｘ軸方向に作る磁界とすると、磁界強度Ｈｒは次式で与えられる。
Ｈｒ＝３Ｉ／√３πａ
このように磁界強度比は１．５となり、本発明による受信ループコイルは中心での受信感度は約１．５倍優れていることがわかる。しかも前述したようにタグがどの方向を向いていてもほぼ同一の受信感度で受信できるという優れた特徴がある。
【００３４】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図８（ａ），（ｂ）は第２の実施の形態による受信ループコイル部分の斜視図及び上面図である。送信部及び受信側の信号処理部は前述した第１の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。この実施の形態ではｘｙ平面受信ループコイルＬ２０とＬ２１との成す角度を９０°以下とし、開口面側と受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１との角度θを４５°以上としたものである。こうすれば受信ループコイルの面がｙ軸方向に近づくため、タグ１３のコイル面の法線がｘ方向を向いているときに双方の受信ループコイルの対向面積が増え、鎖交磁束も増えることとなる。従ってタグ１３がｘ軸方向に向いている場合の受信感度を高くすることができる。又角度θを４５°以下とすれば、タグ１３がｙ軸方向を向いている場合の受信感度を高くすることができる。
【００３５】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。送信部及び受信側の信号処理部は前述した第１の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。本実施の形態は図９に示すように、対称なｘｙ平面受信ループコイルＬ２０−１と受信ループコイルＬ２１−１とを１組の受信ループコイルとすると、４組の受信ループコイルＬ２０−１，Ｌ２１−１〜Ｌ２０−４，Ｌ２１−４を所定の間隔を隔ててｙ軸方向に配置する。こうして通信領域１４をｙ軸方向に拡大すると共に、受信感度を向上させるようにしたものである。こうすれば広い範囲での通信が可能となり、搬送経路１１を搬送される物品１２の搬送速度が大きい場合や、書込み又は読出しのデータ量が多い場合にも、確実に通信することができる。
【００３６】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。送信部及び受信側の信号処理部は前述した第１の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。本実施の形態は図１０に示すように、通信領域が一定の範囲Ｌに限定されている場合に受信ループコイルＬ２０−１〜Ｌ２０−３，Ｌ２１−１〜Ｌ２１−３の間隔を限定範囲Ｌ内にとどめるために、その一部を折り曲げて第１，第２の面に沿うように構成したものである。この場合には複数個のループアンテナを用いても限定範囲Ｌ内に受信ループコイルをとどめることができる。
【００３７】
図１１（ａ）は本発明の第５の実施の形態によるデータ通信装置の受信ループコイルの構成を示す斜視図、図１１（ｂ）はその上面図である。この実施の形態によるデータ通信装置の送信部については第１の実施の形態と同一であるので、詳細な説明を省略する。又この実施の形態においても、搬送経路の入口側、ＸＺ面に平行で相対向する２面のうち手前の面を第１面、出口側、即ちＸＺ面に平行な背後の面を第２の面とすると、第１，第２の面を含んで形成される立方体状の領域を通信領域１４とする。通信領域１４を形成する面に沿って第１の実施の形態と同様に第１グループのｘｙ平面受信データコイルＬ２０，Ｌ２１を設ける。受信データコイルＬ２０，Ｌ２１を第１，第２の面の中心点を貫くｙ軸方向に沿って９０°回転させた位置に、第２グループの受信ループコイル、即ちｙｚ平面受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３を設ける。又これに接続される受信部は図１２に示すように、受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の出力は前述した第１の実施の形態と同様に、夫々受信アンプ３１，検波回路３３及び受信アンプ３２，検波回路３３に与えられ、加算回路３５によって加算される。又ｙｚ平面の受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３は夫々フィルタ及び増幅器から成る受信アンプ４１，４２に接続される。各受信アンプ４１，４２ではループコイルＬ２２，Ｌ２３に得られる受信出力が増幅され、検波回路４３，４４を介して加算回路４５に与えられる。加算回路３５，４５の出力は加算回路４６によって加算され、更に加算出力が復号化回路４７に与えられる。復号化回路４７の出力は受信データＲｘＤとしてＩＤコントローラ２１に加えられる。
【００３８】
この場合にはタグ１３のコイル面の法線方向がｘｙ平面上のどの向きを向いていても図５，図６に示すように受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１によって受信可能であり、更に受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３によってコイル面の法線がｙｚ平面のどの向きであってもこれと同様に受信が可能である。更にタグコイルの法線がｘｙ平面もしくはｙｚ平面に対して傾いている場合には、受信ループコイルＬ２０〜Ｌ２３の全てに誘導電圧が発生する。従ってこれらの出力を加算回路３５，４５及び４６で加算することによって、タグの向きによらず全方向での受信が可能となる。
【００３９】
次に本発明の第６の実施の形態について図１３〜図１５を用いて説明する。本実施の形態では送信部及び受信部の受信ループコイルの構成については、第５の実施の形態と同様である。本実施の形態では第１，第２グループの受信ループコイルＬ２０〜Ｌ２３の出力を夫々スイッチ回路５１〜５４に接続する。スイッチ回路５１〜５４は受信制御パルス発生回路５５からのタイミング信号Ｇ１により、送信回路が動作していないタイミングで各受信ループコイルの出力を受信アンプ３１，３２，４１，４２に入力するものである。受信アンプ３１，３２，４１，４２はフィルタ及び増幅器を有しており、受信制御パルス発生回路５５からのタイミング信号Ｇ２によりスイッチ回路５１〜５４からの各受信ループコイルの出力をフィルタリング及び増幅するものである。増幅出力は夫々検波回路３３，３４，４３，４４に与えられる。検波回路３３，３４，４３，４４はタイミング信号Ｇ３によってその増幅出力を検波し、復号化回路５６〜５９に出力するものである。又復号化回路５６〜５９は各検波回路の出力を夫々復号化するものであり、その出力はデータ選択回路６０に与えられる。データ選択回路６０は各復号化回路の出力のうち有効で誤りのない復号化データＲｘＤ、又は最も入力レベルの高い受信ループコイルからの信号を復号したデータＲｘＤを選択して、ＩＤコントローラ２１に出力するものである。
【００４０】
図１４はここで用いられるスイッチ回路５１〜５４を示す回路図である。各スイッチ回路５１〜５４は同一の構成を有しているため、スイッチ回路５１について説明する。スイッチ回路はスイッチング用のＦＥＴＪ１とこのＦＥＴＪ１を動作させるトランジスタＱ１，ＭＯＳＦＥＴＭ１を含んで構成されている。スイッチ回路５１は受信制御パルス発生回路５５から入力されるタイミング信号Ｇ１により送信のタイミングでジャンクションＦＥＴＪ１をオフとし、その他のタイミングでＦＥＴＪ１をオン状態として受信ループコイルを次段の受信アンプに接続するものである。
【００４１】
次にこの実施の形態の動作について図１５のタイムチャートを用いて説明する。図１５（ａ）は図２に示す符号化回路２２から変調回路２３に出力されるパルス幅変調信号ＰＷＭを示しており、図１５（ｂ）はこれによっていずれかの送信コイルより送出される送信波形を示している。又図１５（ｃ）はこの送信に応じて受信ループコイルに得られる受信波形を示しており、図１５（ｄ）は受信制御パルス発生回路５５から出力されるタイミング信号Ｇ１である。本図に示すように断続的に送信し、送信が停止している間の残響の有無によって信号を受信する残響制御方式によるデータ通信装置では、残響停止期間にスイッチ回路５１〜５４のタイミング信号Ｇ１がＨレベルとなる。そしてこのタイミング信号Ｇ１よりわずかに狭いタイミング信号Ｇ２の間に受信アンプ３１，３２，４１，４２を動作させることにより、図１５（ｆ）に示す出力が得られる。更にこれより狭いタイミング信号Ｇ３によって検波及び復号化することにより、図１５（ｈ）に示す検波波形及び復号化データＲｘＤが得られる。データ選択回路６０はこのうち誤りのない復号化データを選択して出力するものである。
【００４２】
次に本発明の第７の実施の形態について図１６を用いて説明する。本実施の形態では受信ループコイルＬ２０の出力をそのまま加算回路６１に入力し、ループコイルＬ２０の出力をπ位相シフト回路６２を介して加算回路６１に入力する。又受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の出力を直接加算回路６３に入力する。加算回路６１，６３はこれらの入力を加算するもので、加算出力は受信アンプ６４，６５によってフィルタリング及び増幅する。そして検波回路６６，６７により各出力を検波し、ｘ軸方向の受信信号，ｙ軸方向の受信信号として出力するものである。これらの検波出力は夫々復号化回路によって復号化して誤りのない復号化データＲｘＤを選択して出力してもよく、又検波回路６６，６７の出力を加算して復号化してもよい。
【００４３】
この実施の形態では図５（ｂ）に示すようにタグ１３のコイル面の法線方向がｙ軸方向に等しければ、受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１の出力は同相となるため、大きなレベルで同相の出力が得られ、これをそのまま加算することによって加算回路６３よりｙ軸方向の信号が得られる。又タグ１３の法線方向がｘ軸方向であれば、図５（ａ）に示すように２つのループコイルＬ２０，Ｌ２１の信号は逆相で打ち消されるため、加算回路６３には出力が得られない。このときπ位相シフト回路６２によって位相を反転させることによって、加算回路６１の出力に高いレベルの信号が得られる。このためｘ軸方向とｙ軸方向との受信信号を独立して得ることができる。これらは第６の実施の形態と同様に独立して復号化し、データ選択回路によって誤りのない信号を選択して復号化データＲｘＤとする。又ｚ軸方向を信号を得るためには、図１１に示すように第２グループの受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３を用いて、一方のループコイルの出力をπ位相シフト回路を介して加算することによって、ｚ軸方向の受信出力を得ることができる。この場合にはｘ軸，ｙ軸更にｚ軸の受信信号を夫々独立して得ることができる。この場合も夫々独立して復号化し、データ選択回路により１つの復号化データを選択する。又各軸の受信信号をそのまま加算して復号化してもよい。
【００４４】
次に本発明の第８の実施の形態について説明する。この実施の形態では図１７に示すようにπ位相シフト回路に代えてπ／２位相シフト回路７１を用いたものであり、加算回路６１は受信ループコイルＬ２０の出力及びπ／２位相シフト回路７１の出力を加算する。受信アンプ６４はこの出力を増幅し、検波回路６６を介して検波するものである。前述したように２つのｘｙ平面受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１からの出力として常に同一又は逆位相の出力が得られる。このため一方の出力をπ／２だけ位相シフトすることにより、加算回路６１には常にπ／２だけ位相がずれた信号が入力される。従ってこれを加算することによって振幅レベルの高い信号が得られる。
【００４５】
例えば図１８（ａ），（ｂ）に示すように、受信ループコイルＬ２０の出力ＩＮ１と受信ループコイルＬ２１の出力ＩＮ２が反転している場合には、π／２位相シフト回路７１の出力は図１８（ｃ）に示す信号ＩＮ３となる。従って図１８（ａ），（ｃ）の信号を加算することによって、図１８（ｄ）に示すように元の位相からπ／４だけずれた√２倍の出力が得られる。このためｘｙ平面において高感度で受信が可能となる。又この場合には１組の受信アンプ及び検波回路によって信号を得ることができる。更に図１１に示すように第２グループの受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３を用いることによって、ｙｚ平面でも同様にして受信することができる。
【００４６】
次に本発明の第９の実施の形態について図１９を用いて説明する。この実施の形態では受信ループコイルは図１１に示すようにｘｙ平面受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１とｙｚ平面受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３を用いる。そして第７の実施の形態と同様に、π位相シフト回路６２を用いてｘ軸の受信出力を取り出し、復号化回路６８によって復号化する。又ｙｚ平面受信ループコイルＬ２２，Ｌ２３の一方をπ位相シフト回路８１を介して加算回路８２で加算し、ｚ軸の受信出力を取り出す。そして受信アンプ８３を介して検波回路８４によって検波し、復号化回路８５により復号化する。こうすればｚ軸の受信出力を得ることができる。全ての受信ループコイルＬ２０〜Ｌ２３を加算回路８６によって加算し、ｙ軸の受信出力を取り出す。そして受信アンプ８７を介して検波回路８８で検波する。そしてその出力を復号化回路８９によって復号化する。データ選択回路９０はこれらの復号化回路の出力のうち正常に受信できた出力のみを選択して、受信データＲｘＤとして出力する。こうすれば第５の実施の形態と同様に、タグ１３の方向にかかわらずタグ１３からの信号を受信することができる。この場合各軸毎に独立して復号化することなく検波出力を加算して復号化してもよい。又一定レベル以上のＳ／Ｎ比の信号を選択的に加算し復号化するようにしてもよい。こうすれば信号が得られていない軸方向の受信出力は加算されていないため、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００４７】
次に本発明の第１０の実施の形態について図２０を用いて説明する。この実施の形態では図２０に示すように、タグの通過する第１の面１４ａ，第２の面１４ｂの開口部以外の部分を被うように、アルミニウム等の金属板によって筐体状に構成したシールド１０１を施したものである。この場合には両側の開口部にはタグが通過する部分を除いて、枠状のシールド部材１０２を設けておく。こうすれば開口部より外部ノイズの侵入を軽減することができる。
【００４８】
次に本発明の第１１の実施の形態について説明する。図２１は受信アンテナ部の構成を示す概略図であり、開口部から見た受信ループコイル部分を示している。本実施の形態は送信コイル，受信ループコイルを収納したフレーム１００の外周部に前述したシールド１０１を設けると共に、フレーム１００とシールド材との間に一定の間隙を設けて筒状の高磁性材料から成る磁路となる筐体１０３を設けたものである。この筐体はフェライトやアモルファスシートで構成するものとする。こうすればシールド１０１への鎖交磁束量が減少して損失が小さくなるため、受信感度の低下を抑制することができる。
【００４９】
次に本発明の第１２の実施の形態について図２２を用いて説明する。この実施の形態ではｘｙ平面受信ループコイルＬ２１と連続させて開口部分にキャンセル用のループを形成したものである。受信ループコイルＬ２０やＬ２２，Ｌ２３についてもこのような巻線を設けるが、図２２では記載を省略して示している。このキャンセルループＬ２１−Ｃは通信領域の第１の面１４ａに沿って設け、受信ループコイルＬ２１とは巻く方向を図示のように逆方向とする。このようなキャンセルループを設けることによって、外部からのノイズとなる磁束が侵入した場合にも、外部ノイズは開口部のキャンセルループＬ２１−Ｃ及び通信領域の開口面から斜めに配置された受信ループコイルＬ２１とほぼ同時に鎖交し、その電流方向が逆位相となるため誘導電流を打ち消すことができる。しかし通信領域１４内のタグ１３からの信号成分は受信ループコイルＬ２１とのみ鎖交するため、受信ループコイルとの端部より信号成分を得ることができる。
【００５０】
次に本発明の第１３の実施の形態について図２３を用いて説明する。この実施の形態では第１の実施の形態等と同様に、２つのｘｙ平面受信ループコイルＬ２０，Ｌ２１を用いるが、図２３では省略している。このためタグ１３のコイル面がｚ軸と平行であれば全ての方向を検出することができるが、タグのコイル面の法線がｚ軸方向にあれば検出することができなくなる。そのため通信領域１４内でタグ１３に付された荷物をチルト式のコンベアを介して少なくとも４５°傾けるものとする。即ち押圧部１１１〜１１３は通信領域内で搬送台上の荷物１２を押圧して傾けるチルト機構である。こうすればタグ１３のコイル面の法線方向がｚ軸方向であった場合にも、タグを傾けたときにデータ通信を行うことができる。尚この押圧部１１１〜１１３は通信領域１４にタグが入ったことを検知して動作させるようにしてもよい。
【００５１】
次に本発明の第１４の実施の形態について図２４を用いて説明する。この実施の形態では第３の実施の形態等と同様に、ｙ軸方向に複数組の受信ループコイルを用いて通信領域をｙ軸方向に広げる場合に、各受信ループコイルを最小単位、例えば１ターンで構成し、各受信ループコイルを加算回路１２１，１２２によって加算したものである。ｙ軸方向に通信領域を広げる場合には、複数の受信ループコイルＬ２０−１〜Ｌ２０〜ｎを用いてこれらのコイルを１つの巻線で構成してもよい。しかし送受信を同時に行うデータ通信装置では、送信コイルからの影響により受信コイルには高い電圧が誘起される。従って最小ターン数で多数の受信ループコイルを用いることが好ましい。この場合には各受信ループコイルを独立させ、夫々の出力をそのまま加算回路１２１，１２２で加算することが好ましい。こうすれば受信ループコイルに誘起される送信の回り込み電圧が分圧されて小さくなるため、受信回路の保護を容易に行うことができる。
【００５２】
図２５は本発明の第１５の実施の形態による受信ループコイルの構成を示す概略図である。この実施の形態では受信ループコイルをｘ軸及びｙ軸とｘ軸とに垂直な３軸方向の受信ループコイルＬ３０〜Ｌ３２を用いて構成する。この場合にはタグ１３の搬送経路１３１は各軸から４５°傾いた方向を搬送ラインとする。図２５（ｂ）はｙ軸方向から見た受信ループコイルＬ３０〜Ｌ３１とタグ１３の搬送経路１３１を示している。この場合には３つの受信ループコイルの出力を第１の実施の形態と同様に検波した後加算してもよく、２つの受信ループコイルの出力をπ／２位相シフト回路を介して加算し、各軸毎の出力を得るようにしてもよい。更にこれらの出力の全てを加算して復号化することもできる。
【００５３】
尚前述した各実施の形態において通信領域は直方体状としているが、第１，第２の面を被うものであれば円柱状など他の形状の通信領域としてもよいことはいうまでもない。
【００５４】
尚前述した第６の実施の形態では残響制御方式について説明しているが、他の各実施の形態においても残響制御方式を用いることができることはいうまでもない。又残響制御方式以外に他の種々の方式、例えば送信側では無変調キャリアを連続して送信し、タグ側では送信データに応じて受信アンテナのインピーダンスを変化させることにより応答するロードスイッチング方式によっても、データ伝送を行うことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１，６，９の発明によるデータ通信装置は、タグのコイル面が第１の面に平行な状態から第１の面に垂直な所定の軸に沿ってどの方向に回転しても、データ通信を行うことができる。更に請求項２〜２０のデータ通信装置によれば、タグの方向がいずれの方向であっても通信領域内で非接触データ通信を行うことができるという効果が得られる。又請求項１〜２０の発明では、従来の対向型の受信ループコイルを用いた場合に比べて、受信の信号強度を高くすることができるという効果が得られる。更に請求項４，５の発明では、通信領域を第１，第２の面の間を広げるように拡大することができる。又請求項１４〜１６の発明では、外部からのノイズを少なくすることができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態によるデータ通信装置の送信部の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態によるデータ通信装置の送信アンテナの構成を示す斜視図である。
【図４】受信ループコイルとタグとの関連を示す図である。
【図５】受信ループコイルとタグの方向及び誘導電流を示す斜視図（その１）である。
【図６】受信ループコイルとタグの方向及び誘導電流を示す斜視図（その２）である。
【図７】従来の対向型受信コイルとタグを示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による受信コイルを示す斜視図及び上面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による受信ループコイルを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による受信ループコイルを示す斜視図及び上面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態による受信ループコイルの斜視図及び上面図である。
【図１２】本実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本実施の形態によるデータ通信回路のスイッチ回路の一例を示す回路図である。
【図１５】本実施の形態によるデータ通信装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の第７の実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示すブロック図である。
【図１８】本実施の形態によるデータ受信装置の各部の波形を示す波形図である。
【図１９】本発明の第９の実施の形態によるデータ通信装置の受信部の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第１０の実施の形態によるデータ通信装置の通信領域を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第１１の実施の形態によるデータ通信装置の通信領域を開口部から見た断面図である。
【図２２】本発明の第１２の実施の形態によるデータ通信装置の受信ループコイルを示す図である。
【図２３】本発明の第１３の実施の形態によるデータ通信装置とこれに取付けられるチルト機構を示す概略図である。
【図２４】本発明の第１４の実施の形態によるデータ通信装置の受信ループコイルと受信信号処理部の一部分を示す図である。
【図２５】本発明の第１５の実施の形態によるデータ通信装置の受信ループコイルの概略図である。
【図２６】従来の非接触識別システムにおけるデータ通信装置のリードライトヘッドとアンテナコイルを示す斜視図である。
【図２７】従来の２つの平面型アンテナコイルを用いた場合の通信領域を示す図である。
【符号の説明】
１１搬送経路
１２物品
１３タグ
２１ＩＤコントローラ
２２復号化回路
２３変調回路
２４アンテナ選択回路
２５〜２７送信ドライバ回路
３１，３２，４１，４２受信アンプ
３３，３４，４３，４４，６６，６７，８４，８８検波回路
３５，４５，４６，６１，６３，８２，８６，１２１，１２２加算回路
３６，４７，６８，８５，８９復号化回路
５１〜５４スイッチ回路
６０，９０データ選択回路
６２，８１ π位相シフト回路
７１ π／２位相シフト回路
１０１シールド
１０３筐体
１１１〜１１３押圧部
Ｌ１〜Ｌ８送信コイル
Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２０−１〜Ｌ２０−４，Ｌ２１−１〜Ｌ２１−４ｘｙ平面受信ループコイル
Ｌ２２，Ｌ２３ｙｚ平面受信ループコイル
Ｌ２１−Ｃキャンセルループ
Ｌ３０〜Ｌ３２受信ループコイル

Claims

タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、
互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、
前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、
前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、
前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、
前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、
前記各グループの受信ループコイルは、夫々互いに対称な２つの受信ループコイルを１組として、受信ループコイルの夫々に互いに平行な複数組の受信ループコイルを前記通信領域に沿って所定間隔を隔てて配置したことを特徴とするデータ通信装置。
タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、
互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、
前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、
前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、
前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、
前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、
前記各グループの受信ループコイルは、夫々互いに対称な２つの受信ループコイルを１組として、受信ループコイルの夫々に互いに平行な複数組の受信ループコイルを前記通信領域に沿って所定間隔を隔てて配置し、
前記各グループ毎の夫々の受信ループコイルで構成される面が互いに直交するように配置されたものであることを特徴とするデータ通信装置。
前記各グループの受信ループコイルは、通信領域の第１，第２の面に沿ってその端部を折り曲げて形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のデータ通信装置。
タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、
互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、
前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、
前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、
前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、
前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、
前記受信部は、
前記夫々のグループの各受信ループコイルの出力を夫々検波する検波回路と、
前記各検波回路の出力を各グループ毎に夫々加算する加算回路と、を有し、
前記受信部は、
前記各加算回路の出力を復号化する復号化回路と、
前記復号化回路の出力のうち受信信号強度の高い加算回路より出力される復号化出力を選択する選択回路と、を有することを特徴とするデータ通信装置。
タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、
互いに平行で相対向する第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とし、前記第１，第２の面に対して所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、
前記第１グループの各受信ループコイルを前記通信領域の第１，第２の面の中心点を貫く軸に沿って９０°回転させた位置に、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた第２グループの受信ループコイルと、
前記第１，第２グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、
前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、
前記送信コイルを駆動する送信部と、を有し、
前記受信部は、
前記各グループの受信ループコイルの各グループ毎に設けられ、各グループの一方の受信ループコイルの出力の位相を反転するπ位相シフト手段と、
前記各グループ毎に、前記一方の受信ループコイルの出力を前記π位相シフト手段を介して入力し、他方の受信ループコイルの出力を直接入力して加算する第１，第２の加算回路と、
前記夫々の受信ループコイルの出力を直接入力して加算する第３の加算回路と、を有し、
前記受信部は、
前記各加算回路の出力を復号化する復号化回路と、
前記復号化回路の出力のうち受信信号強度の高い加算回路より出力される復号化出力を選択する選択回路と、を有することを特徴とするデータ通信装置。
タグとの間で電磁誘導により非接触データ通信を行うデータ通信装置であって、
互いに平行な第１，第２の面で囲まれる領域を通信領域とすると、前記第１，第２の面に対して夫々所定角度傾け、前記通信領域を形成する面に沿って巻かれた互いに対称な第１グループの受信ループコイルと、
前記第１グループの受信ループコイルからの出力によって前記通信領域にあるタグからの信号を受信する受信部と、
前記通信領域に配置された複数の送信コイルと、
前記送信コイルを駆動する送信部と、
前記通信領域内で前記タグの方向をチルトさせるチルト機構と、を有することを特徴とするデータ通信装置。
前記チルト機構は、通信領域に前記タグの進入を検知し、その検知出力に基づいて前記タグの方向をチルトさせる押圧部であることを特徴とする請求項６記載のデータ通信装置。
前記複数組の受信ループコイルは、夫々独立して形成され、その出力を加算する加算を有することを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。