JP4723157B2 - 電子的な物品監視および識別装置、システムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、電子的な物品監視および識別装置に関し、より詳細には、電子的な物品識別を含む電子的な物品監視タグおよび関連するシステムおよび方法に関する。
関連技術の説明
管理された区域からの物品の許可のない移動を防止または抑止するために、電子的な物品監視（ＥＡＳ）システムを提供することが公知である。通常のシステムにおいて、管理された区域の出口に設けられた電磁界と相互作用するように設計されたタグが、保護されるべき物品に取り付けられる。タグが磁界の中、すなわち、「問合せ地帯」に持ち込まれると、タグの存在が検出され、警報を生成するなどの適切な行動が取られる。
【０００２】
高調波検出または磁界擾乱検出によってＥＡＳタグ信号を検出する、いくつかのタイプのＥＡＳシステムが利用できる。米国特許第３，８１０，１４７号は、ＬＣ共振回路を含むＥＡＳマーカまたはタグを開示している。タグは、通常、タグの共振周波数を含む掃引周波数を送信することによって問い合わされる。タグは問合せ地帯内の受信機によって検出され、受信機は、ＬＣ回路の共振による同調周波数での問合せ磁界の変化を検出する。正確な共振周波数を有するタグを製造することは、厳しい製造公差が必要とされ、その公差によって、より高価なタグとなる可能性がある。より手ごろなタグを製造するために、製造公差が軽減され、その結果、タグによって少しシフトする可能性のある共振周波数がもたらされる。共振周波数の変動を有する、より手ごろなタグを問合せるために、個別周波数を送信するよりも大きな電力使用を必要とする可能性のある掃引周波数が送信される。
【０００３】
改良されたタグおよび関連するＥＡＳシステムは、ＬＣ共振回路を利用し、ＬＣ共振回路は、磁界に晒されると、「巨大磁気インピーダンス」（ＧＭＩ）効果を示す磁気材料を含む。以下で詳細に説明するように、ＧＭＩ効果は、磁界に晒された時の磁気材料のインピーダンスの大幅な変化である。磁気材料は、ワイヤまたはリボンであってもよく、回路の一部を形成するために、はんだ、メッキまたはエッチングによってＬＣ回路に結合される。磁気インピーダンス材料に関するさらなる情報は、米国特許第５，９９４，８９９号などの種々の出版源において見出される。
【０００４】
送信された低周波磁界は、磁気材料と相互作用して、ＧＭＩ効果を生ずる。磁界によるＧＭＩ効果によって、磁気材料のインピーダンスが変わる。材料のインピーダンスの変化は、材料の抵抗値を変化させ、ＬＣ回路の品質係数（Ｑ）を変える。Ｑの変化は、共振時のＬＣ回路の出力レベルを変える。実際に、ＬＣ回路および磁気材料は、低周波磁界によって、送信された共振または搬送周波数を変調する。したがって、タグは、共振周波数の側波帯を生じ、その側波帯は、適当な検出機器によって検出される。
【０００５】
タグは、ＬＣ回路の同調共振周波数で第１の信号を送信すると同時に、低周波交流磁界を含む第２の信号を送信することによって、問い合わされる。磁気材料であるために、タグは、共振「搬送波」周波数と低周波磁界を混合して、適当なＥＡＳ受信機によって検出されることができる共振周波数の側波帯を形成する。
【０００６】
側波帯検出は、高調波検出または磁界擾乱検出を改良したものである。高調波または基本周波数の変化を検出する時、搬送波信号自体は雑音源である。検出される信号は小さいため、たとえ少ない量の搬送波雑音でも所望の信号をマスクする。側波帯検出によって、搬送波周波数は、側波帯の検出をマスクする雑音源ではなくなる。上述した側波帯を生成するタグに加えて、米国特許第４，７３６，２０７号は、マイクロ波タグを開示しており、マイクロ波タグは、同調ダイポール・アンテナおよび２つの問合せ信号を混合し、第２の信号によって変調された第１の信号を再放射する非線形回路デバイスを含む。
【０００７】
ＥＡＳに加えて、物品についての識別データを収集することによって、管理された区域からの物品の移動を促進および容易にすることに対する要求が現在存在している。本明細書で使用されるように、識別データは、保護され、監視され、保持され、売られ、棚卸しされ、または、そうでなければ何らかの方法で、管理されるか、または分散される、物品または対象物に関する、収集され、格納され、または使用される任意のデータを意味する。たとえば、小売事業所は、物品の識別、価格に関する情報および適切な在庫管理データを収集したいと望む。現在、バー・コードは、このタイプのデータのいくらかを提供している。しかし、バー・コードは、読むだけの少量のデータを提供するのみであって、バー・コード・リーダまたはスキャナは、物品に取り付けられたバー・コードを適切に読むために、バー・コードと視覚的に整列しなければならず、チェックアウトまたは在庫処理を遅延させる。
【０００８】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）は、無線周波数（ＲＦ）問合せおよび応答周波数を利用して、電子的な物品識別（ＥＡＩ）機能を果たす。ＲＦＩＤにおいて、ＲＦ問合せ信号に応答して、ＲＦ識別情報によって応答するタグは、識別するべき物品に取り付けられる。今のところ、ＲＦＩＤタグは、物品識別情報、価格情報、在庫管理に好適であり、販売の日時と場所、販売価格および物品製造認証性情報のような情報を受信し、格納することができる。しかし、ＲＦＩＤタグは、ＥＡＳ検出の失敗を生じる可能性のある、ある材料に近接する時にはシールドを施す必要のあることおよび同調がはずれやすいことと同様に検出範囲が制限されているために、ＥＡＳ用途に好適ではない。今のところ、物品の識別および保護が望まれる場合、ＥＡＳタグおよびＲＦＩＤタグは両方とも物品に取り付けられなければならない。
【０００９】
米国特許第５，８５９，５８７号は、同じタグ・ハウジング内に統合されたＲＦＩＤおよびＥＡＳタグを開示している。‘５８７号の開示におけるＲＦＩＤおよびＥＡＳ機能は、１つの筐体内に配置された、電気的に分離された、個別の機能である。現在、ＥＡＳおよびＥＡＩ機能の両方を組み合わせるタグに対する要望が存在している。
【００１０】
発明の簡単な概要
本発明によれば、電子的な物品監視および識別タグおよびシステムが備わっている。本発明の第１の態様において、タグは、第１および第２の放射信号を含む放射エネルギー源からのエネルギーを結合する。タグ内の混合部材は、第１および第２の信号を混合して、第１の信号の側波帯を発生させ、側波帯はタグによって再放射される。制御器は、識別するべき物品と関連する、制御器内部に格納されたコードに従って、混合部材を回路内に投入および回路から排除するように切り換えを行う。混合部材が投入および排除するように切り換わるにつれて、タグによって発生された側波帯は、格納されたコ−ドに従って、順次に放射されるであろう。受信機は、側波帯を検出し、また復号器は、タグからの受信側波帯放出のシーケンスに従って格納されたコードを回復する。
【００１１】
タグによって受信された放射エネルギーは制御器に対して電力を提供する。制御器が電力供給されている間、タグは、格納されたデータ・コードに対応したシーンケンスで、生成された側波帯を再放射し続けるであろう。結合されたエネルギーが事前に選択された最小レベル未満に低下すると、制御器は非活動化する。制御器が非活動化されている時、混合部材は回路内に投入されたままで、第１および第２の信号を混合し続けて、側波帯を発生させる。側波帯は、タグが放射エネルギー場から取り除かれるまで、連続して生成され、再放射される。したがって、タグは、結合されたエネルギーが事前に選択された最小レベルを超えている時、ＥＡＳタグおよびＥＡＩタグとして動作し、結合されたエネルギーが事前に選択された最小レベル未満に低下する時、したがって、制御機を非活動化させる時、ＥＡＳタグとして動作し続ける。
【００１２】
本発明の一実施形態において、事前に選択された共振周波数を有するＬＣ回路を形成するインダクタおよびコンデンサは、第１および第２の信号を含む放射エネルギーに結合する。混合部材は、磁界に晒される時にＧＭＩ効果を示す磁気材料のセグメントである。ＧＭＩ効果は、以下で詳細に説明されるように、磁界に晒された時の材料のインピーダンスの大幅な変化である。
【００１３】
一実現おいて、磁気材料はＬＣ回路に接続されたワイヤまたはリボンであり、ＬＣ回路は交流磁界に晒されると、抵抗が変わる。磁気材料の抵抗の変化はＬＣ回路のＱを変える。ＬＣ回路によって受信された放射エネルギーがその共振周波数および低周波磁界を含む時、磁気材料は回路のＱを変え、２つの信号の変調を生ずる。２つの信号の変調すなわち混合は、共振周波数の側波帯を生成し、側波帯は、その後、従来の方法で検出可能である。制御器は、混合部材を回路内に投入および回路から排除するように切り換える制御を行う。
【００１４】
制御器は、電力整流器を通してＬＣ回路から電力を受信し、磁気材料の両端に接続したスイッチを含み、スイッチは、閉成している時はいつも磁気材料を短絡する。スイッチ制御は、論理制御ユニットによって提供され、論理制御ユニットは、識別するべき物品に関連する、事前に選択されたコードを格納する不揮発性メモリに接続される。側波帯の生成は、スイッチが閉成して、磁気材料を短絡する時に非活動化する。したがって、側波帯は、スイッチを順次開閉することにより、順次生成することができる。スイッチを閉成することが不揮発性メモリに格納されたデジタル・データ・コードに対応する場合、側波帯は、格納されたコードに従って生成されるであろう。検出器は側波帯を受信し、復号器は、検出された側波帯放出から、格納されたデジタル・コードを再構成できる。整流器に対して結合された電力が事前に選択された最小レベル未満に低下する時、電力整流器は制御器を非活動化させる。スイッチは通常開成（ＮＯ）であり、制御器が非活動化されている時、開成状態のままである。したがって、磁気材料は、制御器が非活動化されている時、２つの信号を混合するＬＣ回路内にあり続け、タグはＥＡＳタグとして機能する。
【００１５】
タグは、個別部品で作られるか、またはその上に導電層を形成された基板の上に作製され、インダクタおよびコンデンサを提供する。磁気部材および／または制御器もまた、基板上に形成されるか、または個別にされて、基板上の部品に接続されることができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態において、マイクロ波周波数帯に同調したダイポ−ル・アンテナは放射されたエネルギーに結合する。混合部材は、ダイオードか、またはダイオードと同様な電気的特性を有する他の非線形回路デバイスである。ダイオードは電界によって作動させられ、公知の方法（例えば米国特許第４，７３６，２０７号を参照されたい）で２つの信号を変調する。
【００１７】
制御器スイッチは、ダイオードの両端に接続され、磁気部材に対して上述したように動作する。スイッチが開成になると、ダイオードおよびダイポール・アンテナを含むタグは、タグによって再放射される側波帯を形成する２つの放射信号を受信して変調する。スイッチが閉成すると、ダイオードは短絡され、側波帯が生成されない。上述したように、スイッチは、格納されたデジタル・データ・コードに従って順次開閉されることができる。検出器は、側波帯を検出し、復号器は、識別するべき物品に関連するデジタル・データ・コードを再構成することができる。
【００１８】
結合されたエネルギーが事前に選択された最小レベル未満に低下すると、制御器は非活動化し、スイッチは開成のままになる。タグが２つの信号の放射エネルギー内に留まっている間、側波帯は連続して生成される。したがって、制御器が非活動化されている時、タグは従来のマイクロ波ＥＡＳタグとして振る舞い、窃盗抑止を提供する。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、それぞれ第１および第２の周波数で第１および第２の信号を送信する、ＥＡＳおよびＥＡＩシステムが提供され、第１および第２の信号は、信号混合部材を有するタグによって混合され、タグは、第２の周波数によって変調された第１の周波数の側波帯を生成して、再放射する。タグは、送信された信号によって電力供給される制御器を含み、制御器は、識別するべき物品に関連する、格納されたデータ・コードに従って、混合部材をスイッチ・オンおよびスイッチ・オフする。検出器は、再放射された側波帯を検出し、復号器は、受信された側波帯に従ってデ−タ・コードを復号する。データ・コードは、タグ内の不揮発性メモリに格納され、適当な再プログラムをタグに送信することによって変更できる。不揮発性メモリは、電子的に消去可能なプログム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）またはそれと均等デバイスである。
【００２０】
第１の実施において、タグは、ＬＣ回路および磁界に晒されるとＧＭＩ効果を示す磁気材料で作られた混合部材を含む。第１の信号は、ＬＣ回路の共振周波数で放射し、第１の周波数より低い周波数である、第２の信号はＧＭＩ効果を提供する磁界である。
【００２１】
第２の実施において、タグは、ダイポール・アンテナおよび電界によって作動するダイオード信号混合部材を含む。タグの共振周波数は、マイクロ波周波数帯域内にある。第２の信号は、第１の信号より周波数が低く、ダイオードを作動させる電界を発生する。
【００２２】
本発明の第３の態様において、ＥＡＳおよびＥＡＩシステムの動作方法が提供され、その方法は以下のことを含む。同調回路および信号混合部材を含むタグを提供すること。前記同調回路の共振周波数で第１の信号を送信すること。第１の信号より低い周波数で第２の信号を送信することであって、前記第２の信号が前記信号混合部材を作動させる、前記送信すること。識別するべき物品に関連する、事前に選択されたデータ・コードに従って信号混合部材を順次ターン・オンおよびターン・オフすること。第１の信号および第２の信号を混合する信号混合部材によって生成された、第１の信号の側波帯を検出すること。そして、検出された側波帯から事前に選択されたデータ・コードを復号すること。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、ＲＦＩＤのような電子的な物品識別も提供する電子的な物品監視タグを提供することである。
本発明の別の目的は、２つの信号を混合して、検出可能な側波帯信号を発生する信号混合部材を含み、また識別するべき物品に関連する、格納されたデータ・コードに従って混合部材を順次スイッチ・オンおよびスイッチ・オフする制御器を含む、ＥＡＳおよびＲＦＩＤタグを提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、２つの周波数で問合せをし、側波帯信号を検出し、そして検出された側波帯信号から、識別するべき物品に関連する、格納されたデータ・コードを復号する、ＥＡＳおよびＲＦＩＤシステムを提供することである。
【００２５】
本発明のさらに別の目的は、２つの周波数で問合せをし、側波帯信号を検出し、そして検出された側波帯信号から、識別するべき物品に関連する、格納されたデータ・コードを復号する、ＥＡＳおよびＲＦＩＤシステムの動作方法を提供することである。
【００２６】
本発明の他の目的、利点および用途は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明によって明らかにされるであろう。
発明の詳細な説明
図１を参照すると、本発明は、１で包括的に例示され、１は、放射エネルギーを受信および送信するエネルギー結合デバイス２、２つの信号を混合する混合デバイス４および事前にプログラムされたコードに従って混合デバイス４の動作を制御する制御器６を備える。エネルギー結合デバイス２は、制御器６に対して電力を提供する。
【００２７】
図２を参照すると、本発明の一実施形態において、インダクタ８およびコンデンサ１０を備える共振ＬＣ回路は、エネルギー結合デバイス２を形成する。磁界に晒されると巨大磁気インピーダンス効果を示す、以下で詳細に説明される、磁気材料で作られた磁気部材１２は、インダクタ８およびコンデンサ１０によって形成されたＬＣループ内で直列に接続される混合デバイス４を形成する。制御器６は、磁気部材１２の両端に並列に接続される。
【００２８】
図３を参照すると、図２の実現が、タグ５として例示され、タグ５において、インダクタ８およびコンデンサ１０は、ＬＣ共振ループ回路３を形成する。インダクタ８およびコンデンサ１０は、ＬＣ回路３の共振周波数が、現在のＲＦＩＤシステムと適合する、任意の周波数であるように選択される（１３．５６ＭＨｚと２５．５０ＭＨｚが本明細書で選択された特定の２つの実施例である）。
【００２９】
ＧＭＩ効果は、磁界に晒された時の材料のインピーダンスの大幅な変化である。磁気インピーダンス効果は、通常、磁界による数パーセントのインピーダンス変化である。磁界に晒された時に、変化が、約１０倍のインピーダンス変化のように、比較的大きい時、効果は「巨大」である。効果の大きさは、材料の幾何学的形状および磁界の周波数によって影響される。
【００３０】
磁気材料１２は、１１６ミクロンの直径を有する、コバルトをベースとするワイヤのような、６ｃｍ長さの適当なアモルファス材料の形態をとることができる。アモルファス・コバルト合金ワイヤは、回転水中鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ）または溶融急冷法のような従来の技術によって形成されることができる。ワイヤを電流アニーリングすることによって、ワイヤの透磁率が向上し、周辺異方性が生成される可能性がある。ＧＭＩ特徴を有する薄膜を、鋳造アモルファス・ワイヤの代わりに使用することができる。
【００３１】
磁気部材１２は、交流磁界に晒されるとインピーダンスを変える、ＬＣ回路３に接続されたワイヤまたはリボンである。インピーダンスの変化は、磁気部材１２の抵抗を変え、ＬＣ回路３のＱを変える。ＬＣ回路３によって受信された、送信されたエネルギーは、ＬＣ回路の共振周波数および低周波数磁界を含む。低周波磁界によって、磁気部材１２は抵抗を変え、したがってＬＣ回路３のＱを変える。低周波磁界からのＱの変化は、共振周波数および低周波数信号の変調を生ずる。２つの信号の変調すなわち混合は、共振周波数の側波帯を生成し、側波帯は、タグによって再放射され、従来の方法によって検出可能である。
【００３２】
図４は、図３に示す共振回路３を含むタグ２０の側面図である。タグ２０は、タグ５の一実施を例示する。タグ２０に対する構造的支持は、従来の基板２２によって提供される。基板２２の上側に形成された導電トレース層２４は、コンデンサ１０の１つのプレートを除いて、共振回路３の全要素に対応することができる。磁気部材１２および制御器６は、別個に示されていないが、導電トレース層２４に含まれる。別法として、磁気部材１２および／または制御器６は、層２４に接続された別の部品（図示せず）であってもよい。
【００３３】
基板２２の反対（底部）側に備わっている第２の導電層２６は、上側導電層２４に含まれない、コンデンサ部１０を構成する。第２の導電層２６を、基板２２の、第１の導電層２４とは反対側に配置する代わりに、誘電体層（図示せず）が第１の導電層２４上に形成され、第２の導電層２６が誘電体層の上部に形成されてもよい。
【００３４】
図５は、磁気部材１２の長さに沿って印加した、ＤＣバイアス磁界のレベルの変動が、掃引された問合せ信号に応答するタグ５から出力される信号レベルにどれほど影響を与えるかを例示する。７つの異なるＤＣバイアス磁界のレベルにそれぞれ対応する、７つのトレースが図５に示される。参照数字３０でラベル付けされる、上部トレースは、０．１１エルステッド（Ｏｅ）のバイアス・レベルに対応する。３２とラベル付けされた、次のトレースは、０．２８Ｏｅのバイアス・レベルに対応する。３４とラベル付けされた、次のトレースは、０．４０Ｏｅのバイアス磁界レベルに対応する。トレース３６は、０．４９Ｏｅのバイアス磁界レベルに対応する。参照数字３８によって指示される、次のトレースは、０．６３Ｏｅのバイアス磁界レベルに対応する。トレース４０は、０．７１Ｏｅのバイアス磁界レベルに対応し、参照数字４２によって指示される、底部トレースは、０．８３Ｏｅのバイアス磁界レベルに対応する。
【００３５】
図５は、約０．１１Ｏｅまたはそれ以下の、まさに最小のバイアス磁界で、タグ５が、それ自体の同調周波数、本実施例では６．７２５ＭＨｚで、大きな共振を示すことを示している。共振周波数は、現在のＲＦＩＤシステムと適合するように、１３．５６ＭＨｚまたは２５．５０ＭＨｚのような、所望される他のどんな周波数にでも変更できることが理解されるべきである。バイアス磁界が、１エルステッドの１０分の１で計測される、わずかな量だけ増やされていくにつれて、回路の共振は、約０．８Ｏｅのバイアス磁界レベルでほぼ無くなるまで減少していく。共振の減少は、バイアス磁界によって磁気部材１２に与えられるＧＭＩ効果による。磁気部材１２の抵抗値変化は、共振回路のＱを変える。
【００３６】
図６は、６．７２５ＭＨｚの信号で励起された時に、タグ５から出力される信号レベルが、数十エルステッドで計測される、バイアス磁界値の範囲にわたって、どれほど変化するかを例示する。図６において４４で示される中心スパイクは、共振の大きな減少を表しており、大きな減少は、バイアス磁界レベルの絶対値がほぼゼロ・レベルからわずかの量だけ増えた時に起こる。その後、バイアス磁界レベルの絶対値が数十エルステッドだけ増え続けるにつれて、共振の量はしだいに増えていく。約７５または８０Ｏｅで、最高の程度の共振が再び得られる。
【００３７】
図７は、水平方向の大きな目盛りで表されているように、スパイク４４に近い、図６のグラフの部分を例示する。図５でも見られたように、ＤＣバイアス磁界の絶対値が約０．８Ｏｅまで増えるにつれて、信号レベルは非常に低いレベルまで減少する。したがって、図５〜７に例示するように、タグ５の共振出力は、印加される磁界のレベルに従って振幅が変わる。印加された磁界が、時間変動する低周波磁界である場合、タグ５は、時間変動する磁界の周波数によって変調された６．７２５ＭＨｚ搬送周波数を有する、振幅変調された応答を生ずるであろう。振幅変調において公知であるように、タグ５は、共振周波数の検出可能な側波帯を生ずる。
【００３８】
図８は、本発明によって提供された、６．７２５ＭＨｚ搬送波信号および３１ｍＯｅのピーク振幅を有する１ｋＨｚ磁界の両方で励起したタグに印加されたバイアス磁界の変化によって、側波帯信号強度がどれほど変わるかを例示する。図８において４６で示されるように、ゼロ・バイアス磁界レベル近傍の谷を除いて、１Ｏｅまたはそれ以下の絶対値を有するバイアス磁界レベルに対して、側波帯信号強度が比較的高いことが観察されるであろう。谷４６は、図７の搬送波信号強度／バイアス磁界曲線の原点でのゼロ傾斜による。実際に、地球磁界の影響は、通常、タグを谷領域４６から少し偏らせるのに十分である。約＋／−３Ｏｅのバイアス磁界の印加によって、タグがかなりの側波帯信号を生成することを十分に防ぐであろうことも、図８から理解されるであろう。
【００３９】
図９を参照すると、タグ５の制御器６の好ましい実施形態が例示され、図３に示すように、ＢとＣで磁気部材１２の両端に、またＡ，ＢおよびＣでＬＣ回路３に接続される。制御器６は、磁気部材１２の切り換えを制御する。スイッチ１４は、ＢとＣで、磁気部材１２の両端に並列に接続され、論理制御ユニット１６によって、開成状態と閉成状態を切り換える。スイッチ１４が閉成する時、磁気部材１２は短絡され、効果的にＬＣ回路３からはずされる。スイッチ１４が開成する時、磁気部材１２はＬＣ回路３内にある。論理制御ユニット１６は、不揮発性メモリ・デバイス１８に格納された事前にプログラムされたコードに従ってスイッチ１４を開成および閉成する。メモリ・デバイス１８は、電子的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）または好ましくは電子的に消去可能な、プログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）またはデジタル情報を格納するための均等デバイスであってもよい。
【００４０】
制御器６は、ＬＣ共振回路３に接続された電力整流器１９によって電力供給される。電力整流器１９は、ＬＣ回路３から受信される電力が十分なレベルである限り、論理制御ユニット１６に対してＤＣ電力を供給する。電力整流器１９への電力が事前に選択された最小レベル未満に低下する場合、電力は、もはや論理制御ユニット１６へ供給されないであろう。スイッチ１４は、通常開成（ＮＯ）であるように選択され、電力がもはや論理制御ユニット１６へ供給されない時、スイッチ１４は開成のままになって、磁気部材１２はＬＣ回路３内に切り換え投入されたままになるであろう。
【００４１】
磁気部材１２が、スイッチ１４が開成になることによって、ＬＣ回路３に切り換え投入されると、タグ５は、検出可能な側波帯を形成し、かつ再放射する送信された共振周波数および低周波数磁界を混合する。スイッチ１４を閉成することによって、磁気部材１２が短絡されてＬＣ回路３からはずれると、混合も側波帯も生成しない。
【００４２】
図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、スイッチ１４の状態が図１０Ａにおいて２８で例示され、タグ５から受信された、対応する復調された信号が図１０Ｂにおいて２９で例示される。時間シーケンス０〜１でスイッチ１４は開成し、側波帯が生成される。時間シーケンス１〜２でスイッチ１４は閉成し、側波帯は生成されない。時間シーケンス２〜３でスイッチ１４は閉成し、側波帯は生成されない。時間シーケンス３〜４でスイッチ１４は開成し、側波帯が生成される。以下同様。論理制御ユニット１６は切り換えを制御し、切り替えシーケンスは、不揮発性メモリ１８に格納されたコードによって供給される。格納されたコードは、関心のある物品に関連する識別情報であってもよい。
【００４３】
図１０Ａおよび１０Ｂで見られるように、格納されたデジタル・コードは、検出された側波帯信号シーケンスから容易に復号されることができる。したがって、タグ５はＥＡＳタグと同様にＲＦＩＤタグとして機能する。整流器１９によって受信された電力が事前に選択された最小値未満に低下する時に起こるように、スイッチ１４が開成のままになる時、側波帯は生成され続け、タグ５はＥＡＳタグとして検出可能なままになるであろう。
【００４４】
図１１は、本発明によって提供されるＥＡＳおよびＲＦＩＤシステムを例示する。参照番号５０は、包括的に本発明によって提供されるＥＡＳ／ＲＦＩＤシステムを示す。１つのシステム部品は、タグの同調周波数の信号を問合せ地帯５４に送信する単一周波数送信機５２である。送信機５２によって生成された信号は、タグ５が同調する、事前に選択された共振周波数に一致するように選択される。
【００４５】
システム５０の別の部品は、変調磁界送信機５６である。送信機５６は、問合せ地帯５４に対して、送信機５２によって送信される搬送波信号の周波数よりかなり低い周波数で交流変動する磁界を送信する。たとえば、交流磁界の周波数は、メガヘルツ範囲の共振周波数に対して約１ｋＨｚであってもよい。
【００４６】
送信機５６は適当なアンテナによって交流磁界を生成することができる。アンテナを駆動して、交流磁界を生成する回路を設計することは、十分に当業者の能力の範囲内である。
【００４７】
タグ５の磁気要素１２によって示されるＧＭＩ効果のために、タグ５のＱ値は、上述したように、送信機５６によって生成される磁界の周波数で繰り返し減少する。その結果、タグ５は、送信機５６によって送信された磁界の周波数を送信機５２によって送信された搬送波信号と混合するように作動して、搬送波信号の側波帯を形成する。問合せ地帯５４内のこの側波帯信号は、誤った警報を生成する可能性がほとんど無い状態で、側波帯検出器５８によって容易に受信され、かつ確実に検出される。側波帯検出器５８はまた図１１に示すＥＡＳ／ＲＦＩＤシステム５０の一部を構成し、また当業者によって難なく設計されることができる。
【００４８】
側波帯検出は、高調波または磁界擾乱検出を改良したものである。高調波または基本周波数の変化を検出する時、搬送波信号自体が雑音源となる。検出されている信号は小さく、小さな量の搬送波雑音でも所望の信号をマスクする。側波帯検出によって、搬送波周波数は、側波帯の検出をマスクする雑音源ではなくなる。
【００４９】
復号器６０は、側波帯検出器５８に接続されて、検出された信号から、送信されたコード・シーケンスを回復する。送信されたコードは、上述したように、タグ５内の不揮発性メモリ１８に事前にプログラムされる。好ましい実施形態において、格納されたデジタル・コードは、適当なプログラム・コード送信機６２によって修正されることができ、送信機６２は、搬送波送信機５２または磁界送信機５６を通して、タグ５に直接送信できる。図９を再び参照すると、データ６４は、論理制御ユニット１６によって受信されることができ、論理制御ユニット１６は、メモリ１８のプログラミング制御を操作する。
【００５０】
図１２を参照すると、当技術分野で公知の従来のマイクロ波周波数タグによって制御器６が利用されるタグ７として、本発明の第２の実施形態が例示される。上述したように、米国特許第４，７３６，２０７号は、マイクロ波タグを開示しており、このタグは、同調ダイポール・アンテナおよび２つの問合せ信号を混合し、第２の信号によって変調された第１の信号を再放射する非線形回路デバイスを含む。図１を再び参照すると、マイクロ波の実施形態において、エネルギー結合デバイス２は、ダイポール・アンテナ７０を備え、２つの信号の混合を実行する混合デバイス４はダイオード７２を備える。ダイオード７２は当技術分野では公知の方法でアンテナ７０に接続される。図１１で例示したＥＡＳ／ＲＦＩＤシステムは、約９００ＭＨｚ〜約３ＧＨｚのマイクロ波帯域に対して必要な周波数シフトを有し、またタグ５をタグ７で置き換えて、図１２のマイクロ波の実施形態によって利用されることができる。
【００５１】
他のＥＡＳタグは、エネルギー結合デバイス２および混合デバイス４が実装されている限り、図１に例示するように、制御器６とともに利用されることができる。たとえば、別の実施形態において、磁気部材１２は、別様に実装されることができる。共振回路のＱを変えるのに利用される抵抗性部材の代わりに磁気を利用して直接インダクタンス値を変え、それによって、同調回路の共振周波数をシフトする。タグの共振周波数は、送信された低周波磁界に従って変わるであろう。その後、２つの送信された周波数は、変調されて、側波帯を形成するであろう。
【００５２】
本発明の変更および修正を、本発明の範囲を逸脱することなく行うことができることが理解されるべきである。本発明の範囲は、本明細書で開示された特定の実施形態に限定されるものとしてではなく、上述の開示に照らして読まれる時に、併記の特許請求の範囲に従って解釈されるべきであることもまた理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概略ブロック図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態の概略ブロック図である。
【図３】 図２の実施形態の略図である。
【図４】 図３の実施形態によって作製されたタグの典型的な側面図である。
【図５】 タグに印加されるＤＣバイアス磁界の典型的なレベルを示すための、図３の実施形態において使用するタグ共振回路の信号トレースを例示するグラフである。
【図６】 図５のタグの搬送波信号強度レベルを例示するグラフである。
【図７】 バイアス磁界原点近傍の図６のグラフの一部を例示するグラフである。
【図８】 図５のタグの側波帯信号強度レベルを例示するグラフである。
【図９】 本発明において使用する制御器の一実施形態の概略ブロック図である。
【図１０】 図１０Ａは、本発明によって作製されたタグの切り換えおよび側波帯の生成を例示するグラフである。
図１０Ｂは、本発明によって作製されたタグの切り換えおよび側波帯の生成を例示するグラフである。
【図１１】 本発明によるＥＡＳおよびＲＦＩＤシステムの概略ブロック図である。
【図１２】 本発明の第２の実施形態の概略ブロック図である。

Claims (21)

1. 第１の周波数の第１の信号と第２の周波数の第２の信号を含む送信されたエネルギーを受信し、かつ前記エネルギーを再放射するためのエネルギー結合手段と、
   前記第１の信号と第２の信号を混合して、前記エネルギー結合手段によって再放射するために側波帯信号を形成するための手段と、
   識別するべき物品に関連する、事前に選択されて、格納されたデータ・コードに従って、混合するための前記手段をオンおよびオフに切り換えるための制御器と、
   を備える電子的な物品監視および識別タグ。
2. 前記エネルギー結合手段は、インダクタおよびコンデンサを備える、請求項１に記載のタグ。
3. 混合するための前記手段は、前記インダクタおよび前記コンデンサに接続された磁気部材を備える、請求項２に記載のタグ。
4. 前記第２の信号は磁界であり、また前記磁気部材は、前記磁界が前記磁気部材に印加された時にインピーダンスを比較的大幅に変えることによって、巨大磁気インピーダンス効果を示す、請求項３に記載のタグ。
5. 前記第１の周波数は約１３．５６ＭＨｚであり、また前記第２の周波数は前記第１の周波数より低い、請求項４に記載のタグ。
6. 前記第１の周波数は約２５．５０ＭＨｚであり、また前記第２の周波数は前記第１の周波数より低い、請求項４に記載のタグ。
7. 前記エネルギー結合手段は、事前に選択された最小レベルより低い、前記送信された信号を受信した時に前記制御器を非活動化し、前記制御器が非活動化されている時に混合するための手段がオンの状態になる手段をさらに備え、前記側波帯信号は連続して形成され、かつ再放射される、請求項１に記載のタグ。
8. 前記制御器は、前記エネルギー結合手段に接続された電力整流器と、前記電力整流器に接続された論理制御ユニットと、前記混合するための手段および前記論理制御ユニットに接続された切り換えユニットと、前記論理制御ユニットに接続されたプログラム可能な不揮発性メモリ・モジュールとを備え、前記メモリ・モジュールは、前記事前に選択されて格納されたデータ・コードの記憶部を備え、前記コードは変更可能である、請求項７に記載のタグ。
9. 前記エネルギー結合手段は、ダイポール・アンテナを備える、請求項１に記載のタグ。
10. 前記混合するための手段は、前記ダイポール・アンテナに接続されたダイオードと、前記事前に選択されて格納されたデータ・コードに従って前記ダイオードを一時的に、また連続して短絡するために前記ダイオードに接続された前記制御器とを備える、請求項９に記載のタグ。
11. 前記ダイポール・アンテナから受信した前記送信されたエネルギーが事前に選択された最小レベル未満に下がった時に前記制御器を非活動化し、前記制御器が非活動化されている時、前記混合するための手段がオンに切り換えられ、前記エネルギー結合手段から前記側波帯を再放射し続ける、請求項１０に記載のタグ。
12. 前記制御器は、前記ダイポール・アンテナに接続された電力整流器と、前記電力整流器に接続された論理制御ユニットと、前記ダイオードおよび前記論理制御ユニットに接続された切り換えユニットと、前記論理制御ユニットに接続されたプログラム可能な不揮発性メモリ・モジュールとを備え、前記メモリ・モジュールは前記事前に選択されたデータ・コードの記憶部を備え、前記コードは変更可能である、請求項１１に記載のタグ。
13. 前記第１の周波数は、約９００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数範囲にあり、前記第２の周波数は前記第１の周波数より低い、請求項１２に記載のタグ。
14. 基板と、
    前記基板上に形成されたインダクタと、
    前記基板上に形成され、かつ前記インダクタに接続されたコンデンサと、前記インダクタと前記コンデンサが共振回路を画定し、
    前記インダクタおよび前記コンデンサに接続された磁気部材と、
    識別するべき物品に関連する、前記事前に選択されて格納されたデータ・コードに従って前記磁気部材を一時的に、また連続して短絡するために前記磁気部材に接続された制御器と、を備え、
    前記磁気部材は、磁界が前記磁気部材に印加されている時にインピーダンスを比較的大幅に変えることによって、巨大磁気インピーダンス効果を示す、
    電子的な物品監視および識別タグ。
15. 前記インダクタおよび前記コンデンサから受信された電力は、事前に選択された最小レベル以下に下がる時に、前記制御器を非活動化するための手段をさらに備え、前記磁気部材は、前記制御器が非活動化されている時に短絡されていない、請求項１４に記載のタグ。
16. 前記制御器は、前記インダクタおよび前記コンデンサに接続された電力整流器と、前記電力整流器に接続された論理制御ユニットと、前記磁気部材および前記論理制御ユニットに接続された切り換えユニットと、前記論理制御ユニットに接続されたプログラム可能な不揮発性メモリ・モジュールとを備え、前記メモリ・モジュールは、前記事前に選択されて格納されたデータ・コードの記憶部を備え、前記コードは変更可能である、請求項１５に記載のタグ。
17. 第１の周波数の第１の信号および第２の周波数の第２の信号を生成し、前記第２の信号は、前記第１の周波数より低い第２の周波数の磁界である問合せ手段と、
    前記第１の信号と前記第２の信号を受信するためのエネルギー結合手段、前記第１の信号と前記第２の信号を混合し、かつ前記エネルギー結合手段によって再放射するために、前記第１の周波数の側波帯信号を生成するための手段であって、前記第２の信号から磁気インピーダンス効果を示す磁気部材を備える手段、および、識別するべき物品に関連する、事前に選択されて格納されたデータ・コードに従って、前記混合するための手段をオンおよびオフに切り換えるための制御器を有するタグと、
    前記側波帯を検出するための検出手段と、
    前記側波帯から、前記事前に選択されて格納されたデータ・コードを復号するための復号器と、
    を備える電子的な物品監視および識別システム。
18. 前記事前に選択されて格納されたデータ・コードを変更する手段をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
19. 同調回路と信号混合部材を備えるタグを提供するステップと、
    前記同調回路の共振周波数で第１の信号を送信するステップと、
    前記第１の信号より低い周波数で第２の信号を送信し、前記第２の信号が前記信号混合部材を作動させるステップと、
    識別するべき物品に関連する、事前に選択されたデータ・コードに従って前記信号混合部材を順次ターン・オンおよびターン・オフするステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号を混合する前記信号混合部材によって生成された、前記第１の信号の側波帯を検出するステップと、
    前記検出された側波帯から前記事前に選択されたデータ・コードを復号するステップと、
    を含む電子的な物品監視および識別システムを動作させる方法。
20. 前記タグを提供する前記ステップは、同調ＬＣ回路と、磁界に晒された時に磁気インピーダンス効果を示す磁気信号混合部材とを提供するステップと、および、
    前記ＬＣ回路の共振周波数で前記第１の信号を送信するステップと、
    前記第１の信号より低い周波数で前記第２の信号を送信し、前記第２の信号が前記磁界を含むステップと、
    識別するべき物品に関連する、前記事前に選択されたデータ・コードに従って前記磁気信号混合部材を順次ターン・オンおよびターン・オフするステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号を混合する前記磁気信号混合部材によって生成された、前記第１の信号の側波帯を検出するステップと、
    前記検出された側波帯から前記事前に選択されたデータ・コードを復号するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記タグを提供する前記ステップは、同調ダイポール・アンテナと、電界に晒されることによって作動するダイオード信号混合部材とを提供するステップと、および、
    前記同調ダイポール・アンテナの共振周波数で前記第１の信号を送信するステップと、
    前記第１の信号より低い周波数で前記第２の信号を送信し、前記第２の信号が前記電界を含むステップと、
    識別するべき物品に関連する、前記事前に選択されたデータ・コードに従って前記ダイオード信号混合部材を瞬間的にまた順次に不動作にするステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号を混合する前記ダイオード信号混合部材によって生成された、前記第１の信号の側波帯を検出するステップと、
    前記検出された側波帯から前記事前に選択されたデータ・コードを復号するステップとを含む、請求項１９に記載の方法。

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