JP4029365B2 - データキャリアシステム - Google Patents
データキャリアシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4029365B2 JP4029365B2 JP32464897A JP32464897A JP4029365B2 JP 4029365 B2 JP4029365 B2 JP 4029365B2 JP 32464897 A JP32464897 A JP 32464897A JP 32464897 A JP32464897 A JP 32464897A JP 4029365 B2 JP4029365 B2 JP 4029365B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- signal
- tag
- transmission
- tuning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 113
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 22
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 16
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Selective Calling Equipment (AREA)
- Devices For Checking Fares Or Tickets At Control Points (AREA)
Description
【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
Claims (9)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32464897A JP4029365B2 (ja) | 1996-11-29 | 1997-11-26 | データキャリアシステム |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8-319519 | 1996-11-29 | ||
JP31951996 | 1996-11-29 | ||
JP32464897A JP4029365B2 (ja) | 1996-11-29 | 1997-11-26 | データキャリアシステム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10215210A JPH10215210A (ja) | 1998-08-11 |
JP4029365B2 true JP4029365B2 (ja) | 2008-01-09 |
Family
ID=26569750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32464897A Expired - Fee Related JP4029365B2 (ja) | 1996-11-29 | 1997-11-26 | データキャリアシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4029365B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4732850B2 (ja) * | 2005-10-13 | 2011-07-27 | 吉川アールエフシステム株式会社 | アンテナ装置 |
JP4422712B2 (ja) * | 2006-11-21 | 2010-02-24 | 株式会社スマート | 共振器付フィールド改善システム |
JPWO2012132841A1 (ja) * | 2011-03-29 | 2014-07-28 | ソニー株式会社 | 給電装置、給電システムおよび電子機器 |
JP2013084139A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Universal Entertainment Corp | 識別情報アクセス装置 |
JP2013179560A (ja) * | 2012-02-01 | 2013-09-09 | Sumida Corporation | ワイヤレス通信システム、ならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置。 |
JP5798974B2 (ja) * | 2012-04-13 | 2015-10-21 | 株式会社ユニバーサルエンターテインメント | 識別情報アクセス装置 |
JP6204767B2 (ja) * | 2013-09-17 | 2017-09-27 | 日立マクセル株式会社 | 非接触電力伝送装置 |
JP6006383B2 (ja) * | 2015-07-24 | 2016-10-12 | 株式会社ユニバーサルエンターテインメント | チップトレイ構造体 |
CN114124147B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-01-12 | 北京交大思诺科技股份有限公司 | 一种小型化应答器 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP32464897A patent/JP4029365B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10215210A (ja) | 1998-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6952167B2 (en) | Noncontact communication medium and noncontact communication system | |
EP0209588B1 (en) | Identification system | |
US5218343A (en) | Portable field-programmable detection microchip | |
JP3293610B2 (ja) | 電磁トランスポンダ及び端末間の距離の検出 | |
US6118367A (en) | Data carrier system | |
EP0409880B1 (en) | Actuator and communication system | |
US6282407B1 (en) | Active electrostatic transceiver and communicating system | |
US5701121A (en) | Transducer and interrogator device | |
US9294157B2 (en) | Radio-frequency identification system | |
JP2000341884A (ja) | 非常に密な結合で動作する電磁トランスポンダ | |
JP3475996B2 (ja) | 非接触icカードシステム、icカード用のカードリーダ及びicカード | |
JPH10145987A (ja) | 電力伝送システムおよびicカード並びにicカードを用いた情報通信システム | |
KR100293131B1 (ko) | 전력전송시스템,전력전송/통신시스템및리더및/또는라이터 | |
JP4029365B2 (ja) | データキャリアシステム | |
JP2006004015A (ja) | バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きrfid応答器 | |
US6525649B1 (en) | Non-contact communication system and interrogator used therefor | |
JPH09321652A (ja) | 無線通信装置 | |
WO1993009516A1 (en) | Non-contact automatic fare collection system | |
JP3496383B2 (ja) | データ通信装置 | |
KR100704623B1 (ko) | 복수의 rfid 태그 인식 방법 및 이를 위한 rfid시스템 | |
JP3845195B2 (ja) | Icカードシステム | |
US11551017B2 (en) | RFID system with improved signal transmission characteristics | |
JP3578013B2 (ja) | Idタグ用送受信装置 | |
JPH0750621A (ja) | 識別システム | |
JPH07218626A (ja) | 送受信回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040903 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070614 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070731 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070921 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071004 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101026 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131026 Year of fee payment: 6 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |