JP4956152B2 - センサ・タグの多面影像方式 - Google Patents

Description

本発明はデータの読み書きができ、ＩＤコード等を読み取るためのコイルを介して非接触でできるＩＣを利用しモジュール化したり、タグとする時、タグやセンサが金属面に接して用いる場合、著しく性能が落ちることを防ぐために金属面に沿った電流や磁流を用いる方式に関し、更に難しい条件として、金属が上下や左右にあり、金属に挟まれて使用する場合、一般は磁界が通らなくなるが、このような金属面の影響を逆に利用し、多面影像（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｍａｇｅ）により、タグやセンサの磁界を一定の空間に閉じ込め、何倍かの強さに増強して、センサとタグ間の結合を大きくする技術に関する。

従来のＩＣタグは一般にコイルの軸方向、即ち磁界方向の肉厚が薄く、円周方向にコイルを巻く形状のものが多く、この形のものでは金属面の上に貼り付けたり置いたりすると、影像（イメージ）効果により逆起電力によりコイルの磁界が打ち消される方向になる。

これを改善するために磁気シートを金属面とコイルとの間に挿入し、磁界を逃し、金属面の影響をできるだけ少なくする方式もとられている。また金属面電流を積極的に利用し、影像（イメージ）により倍となった磁束をコイルで結合させ、コイルに発生させる電圧を２倍にさせる方式も取られている。
実用新案登録第３１２１５７７号公報

本発明はこれらのＩＣタグやセンサが更に複数の金属面の間に挟まれた場合に、更に条件が悪化するのが一般であるが、複数の金属面により多重影像（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｍａｇｅ）が発生し、更に感度が上昇する。物理的に説明すると磁束が狭空間に凝縮され、密になることにより、感度が上がることになる。更に隣との分離（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が金属面によって必然的に行われる。これをＭＩＳＥＭＡＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｍａｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｔａｇ）と呼ぶ。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）平行に対向配置された２つの平面状の、または湾曲状の金属面に挟まれた空間に、前記金属面と平行な軸の周囲に巻かれたコイル、又は前記金属面と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有するセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、前記コイルまたは前記磁性体の中を通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、前記２つの金属面に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（２）平行に対向配置された複数の平面状の、または湾曲状の金属面に挟まれた複数の空間に、前記金属面と平行な軸の周囲に巻かれたコイル、又は前記金属面と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有する複数のセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、前記コイルまたは前記磁性体の中を通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、該コイル又は該磁性体を挟む前記２つの金属面に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（３）１つの面が解放された５つの金属面よりなる直方体形状の箱体の内部に、
前記開放された面に垂直な軸を有するコイルの巻かれた磁性体と、該コイルの巻かれた磁性体の両側に設置された前記開放された面に垂直な軸を有する２つのコイルの巻かれない磁性体を有するセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、前記コイルの巻かれた磁性体の端部と前記２つのコイルの巻かれない磁性体の端部が前記箱体の内部において連結されており、前記コイルの巻かれた磁性体により前記金属面に発生する誘導電流が閉路を形成する場合においても、前記２つのコイルの巻かれない磁性体により発生する起電力により前記誘導電流が打ち消されることを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（４）中心軸が同一の半径の異なる２つの金属円筒に挟まれた空間に、
前記中心軸と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有するセンサあるはタグが設置されている状態において、前記コイルのなかを通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、前記２つの金属円筒に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（５）中心軸が同一の半径の異なる３つの金属円筒に挟まれた２つの空間に、前記中心軸と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体と、該磁性体と前記中心軸に対して対称位置に配置されるコイルの巻かれない磁性体を有するセンサ及びまたはタグがそれぞれ設置されている状態において、前記コイルの中を通る磁界の帰路となる磁界が、前記コイルの巻かれない磁性体の内部を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（６）前記金属円筒が、断面形状が楕円、多角形である金属筒であることを特徴とする前記（４）または（５）に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（７）前記金属円筒または前記金属筒の一方の端部が連結されており、かつ前記コイルの巻かれた磁性体と前記コイルの巻かれない磁性体が、前記一方の端部で連結されていることを特徴とする前記（５）または（６）に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（８）前記金属面に挟まれた一または複数の空間に、前記コイルを有するタグと前記コイルを有するセンサを一組として配置することを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（９）カードが挿入される開口部を有する既存の構造体に、前記（１）乃至（８）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（１０）コンピュータ、金型、部品の間に挟まれたタグをセンシングする場合に、前記（１）乃至（８）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（１１）蒸着、塗装、コーティングすることによって、磁界の通る複数の紙、プラスチック材の表面に形成された金属フィルムの金属面の間に挟まれたタグをセンシングする場合に、前記（１）乃至（８）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（１２）前記（１）乃至（８）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式において、周囲の金属面によりインダクタンスの変化を受けた状態において共振周波数をあらかじめ調整することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
（１３）前記（１）乃至（１０）のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を用いて、コンピュータシステムの応用システム、デバイスを構築することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。

平面あるいは湾曲する金属面に挟まれた空間において、センサあるいはタグが存在するとき、金属面による複数のイメージを利用して感度を上げ、かつ金属面閉路による逆相電流の発生を押さえることにより、感度の低下を押さえ、かつ多数のタグやセンサを夫々を組として、分離することにより、完全にタグ間の干渉を押さえるだけでなく、多数のセンサの取付位置におけるタグの分離を自動的に行うことができるＭＩＳＥＭＡＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｍａｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｔａｇ）方式により、多数の難解なＲＦＩＤタグ並びにＳｅｎｓｏｒの応用を解決している。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

次に本発明にかかるセンサ・タグの多面鏡方式（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｍａｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｔａｇ）の具体例を図面を参照にして説明する。

図１の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第一の実施例の説明図で、図１（ａ）は金属板Ｍｔ_１と絶縁板Ｉｎｓを挟む形で下方に置かれた金属板Ｍｔ_２が置かれている。絶縁された２枚の金属板の間に角形のコイル２が巻かれて、電流ｉが流されている場合に示す。

図１（ａ’）はコイルが更に細長く、曲げ部分が曲率を持たせている場合を示す。図１（ｂ）は金属板を薄い板で構成し、磁性体（磁路）６にコイルを巻き、磁性体を通る磁界が紙面の背後に向かって進むような場合を示し、コイル２の電流ｉが矢印のように流れていることを示す。また金属面に挟まれた空間Ｓでは磁界は手前に向う矢印の方向となっている場合を示す。金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２は有限の大きさで開放ＯＰされているか無限に広い平面と等価であるとしている。

図１（ｃ）は図１（ｂ）の角形コアを横から見た断面図で、磁性体（磁路）６にコイル２が巻かれ、これに電流が流されている場合を示す。図１（ｂ）の場合は図１（ｃ）のＡ断面側からみた場合で、図１（ｄ）の場合は図１（ｃ）のＣ断面側からみた場合の電流や磁界を例示するものである。

図１（ｅ）はタグＴを２枚の金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２の間に狭めた場合を示す。磁性体（磁路）６にコイル２を巻き、ＩＣ３をコイルの両端に接続している場合を示す。周波数ｆ＝１３．５６ＭＨｚを使用する場合は、数マイクロヘンリ程度のコイル２の共振をとるため、ＩＣの内蔵やキャパシティーをＣとするとき、コイルのインダクタンスをＬとし、次の関係が成立するような条件をとればほぼ最大の結合を得ることができる。

具体的にはＣ≒２２ＰＦとするとき、インダクタンスＬ≒６μＨ程度となる。インダクタンスは金属面の間に挟まれた状態での値に調整しておいた方が、共振周波数のずれによる感度の低下をまぬがれるが、片面金属板対応の調整を行っていれば充分に使用できる。一般にコイルの近傍に金属面があるときは標遊容量の増加により共振周波数は高い方に移る。

図２（ａ）は金属面鏡の効果により、金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２の存在により一個の磁性体に巻かれたコイル本体Ｒが存在するだけで多重反射（多重影像）効果により無限に上下にＩ_１１，Ｉ_１２，・・・・，Ｉ_１３，・・・と次々に多数の無限に続く（実際には距離によって影響は小さくなる）影像が現れることを示している。対向板２枚の鏡の間に立ってみると無限に続く影響をみることができる。

即ち物理的には一枚の金属板のみの場合、金属面により磁界は一方のみに片寄り、他方には現れないため、磁界は２倍の強さ（６ｄＢ上昇）となるが、更にもう一枚の金属面により挟まれることにより、磁界は２枚の金属の間に閉じ込められるので、この二枚の空間に強い磁界を凝縮し発生させることができるので、磁界を打ち消すどころか強い磁界を金属面の隙間に発生させることができるのである。上下のイメージにより上下の磁界は打ち消された左右のみに磁界が残ることからも容易に理解することができる。

図２（ｂ）は図２（ａ）の場合のタグやセンサを横から見た場合を示し、磁性体（磁路）６の内部には右から左へ貫く磁界を、この外側では磁性体の手前と後側では左側から右側へ抜ける磁界が存在している。金属板を磁性体の端部に近い所で切る（ＣＷ部）ことにより、強い磁界は外部に現れるので、この磁界を拾いセンシングすることができる。

図２（ｃ）には上部からみたこの磁界分布を示すもので、図２（ｂ）の磁性体（磁路）６と金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２に挟まれた空間の磁界の分布を示している。

先に説明したように、コイルを巻かれた磁性体コアが単独で空間に存在するときは３６０°の空間に磁界がほぼ均一に広がるが、金属面を１枚置くことにより、この半分の１８０°の空間に磁界が集められ、これにより２倍の磁界が得られるようになったが、更にもう一枚の金属板により、この二枚の金属板（金属面）の空間の中に磁界が挟み込まれる状態となり、磁界が減少するどころか集中し強い磁界が得られ、これを有効に利用することができる。コイルの中心軸に発生する磁界Ｈのみならず、側面の磁界も金属面の側面から漏れて来るのでこれを利用することもできる。

図２（ｄ）ではこれら閉じ込められた磁界は他に影響を及ぼさないので、更に同様のコイルやタグを多段に積むことにより、干渉のないかつ強力な夫々の磁界を構成できるので、例えば一般例としてのコイルユニットＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，・・・・，Ｒ_ｎ等のコイル間の干渉なしに同時に動作させることができる。コイルユニットＲ_１に流れる電流をｉ_１とし、これにより発生する磁界をＨ_１とすると、他のコイルユニットＲ_２，Ｒ_３，Ｒ_４についても同様にｉ_２，ｉ_３，ｉ_４の電流により磁界Ｈ_２，Ｈ_３，Ｈ_４が発生する。

図２（ｅ）はこのような構造のコイルやタグを横側から見た場合で、タグやセンサとの結合は金属面の切り口の窓の部分ＣＷから取り出すことができる。また、プローブを同様に金属面の間に挿入することにより、磁界結合を行うことができる。

後述のようにセンサコイルとタグを一対とし、二枚の金属板（金属面）に挟まれた空間に同一の条件で置くことにより、独立したセンサ・タグの結合環境を作ることができる。

結合用の窓は磁性体コアの置き場所や方向によって種々の方法が取れるが、磁界の向きによってタグやセンサの実際的な使用例について後図によって説明する。

図のコイルに流れる電流ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４により発生する磁界Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，Ｈ_４は図２（ｄ）と同様である。

図３は図２のような状態に置かれた２枚の金属板の一方のみをコイルが巻かれた磁性体の角の部分に沿ってふさぐように接続した場合を示している。従って、開いているのは左方の空間のみとなり、右側の磁界は反射されて左の空間のみに集中されることになる。これは右側にもう一対の影像が発生したものと同様の状態となる。

図４は、更に図３に示す左側に残された空間を狭くするように金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３の間に狭い空間を残し、接触しないように金属板（金属面）Ｍ_４，Ｍ_５，Ｍ_６を嵌め込んだ場合を示す。この場合には磁界は金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３の面と金属板（金属面）Ｍ_４，Ｍ_５，Ｍ_６の面の間に生じた隙間を通ることになる。同図では磁性体（磁路）のみで示しているが、図３等と同じように磁性体にコイルを巻いた場合でも同じであるので例を省略する。

これにより、あたかも磁性体（磁路）６が金属に埋め込まれている状態に見えても両金属面が接触しないように構成されていることにより、この隙間を磁界が通ることにより、内部のタグやセンサをこの隙間の磁界を使ってセンシングすることができる。金属埋め込みタグや金属埋め込みセンサの応用例である。

図５（ａ）は金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２に挟まれ、コイルを巻いた磁性体（磁路）６の左、右の空間に狭間Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４が生じるように金属板（金属面）Ｍ_４，Ｍ_５，Ｍ_６，Ｍ_７，Ｍ_８，Ｍ_９を埋め込んだ場合を示す。金属間は短絡していないので、それぞれの間隙には電位が生じ、従って磁界もこの狭間Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を通過することができる。

図５（ｂ）は隙間を上下の金属板の間のみとし、この隙間を更に狭めた場合を示す。図２のように磁界の開口部が広くなるのを防ぐ目的で隙間を両側で狭くした場合に相当する。図５（ａ），（ｂ）ともに磁性体（磁路）のみで説明しているが、この場合もコイルを用いた場合も同様なので省略している。

次に図６（ａ）には上下の金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２が両側で金属短絡面Ｓｈで接続短絡されており、円形電流が発生し、磁界の通過を打ち消すように動く場合には、中心部の磁性体（磁路）６のみでなく、両側に帰路となる磁性体（磁路）６′，６″を配置させることにより、コイルに流れる電流による起電力ＩＶを帰路の磁路による起電力−ＩＶ／２により、両側で打ち消すことにより、金属面閉路に沿って発生する誘導円形電流による磁界が打ち消されることを防ぐことができる。

即ち、図に示すように真中の磁路による誘起される起電力（誘起電流）はＩＶであるが、左側の磁路による起電力（誘起電流）は−ＩＶ／２で、右のそれは−ＩＶ／２となり、

となるので、誘導円形電流は零となり、逆相電流は流れない。

図６（ｂ）には、図６（ａ）を上から見た場合の動作原理を示す。

磁界の進む方向、即ち軸の方向が有限であまり長くしたくない場合、磁路を設けて真中の磁性体と両側の磁性体を継ぎこの中を磁界を通させるので、磁気の軸方向が有限でも磁界は透磁率の高い磁性体の磁路に沿って曲がって、左右対称に組んだ両側の磁路に沿って曲がって戻って来てくれる。従って窪みの空間に薄形のセンサやタグを埋め込む応用を行うことができる。この例では両側に磁路を設けたが、片側のみでも効果を上げることもできる。

図７（ａ），（ｂ）は、磁路が無限（可成り長いｄ）に続き、かつ金属面が両側とも絶縁されるか開放されているかを示す。奥行を考える必要がないので、磁性体をそのまま真直ぐにのばして使用する場合を示す。一般にはロスがあるし、透磁率も有限であるので途中で漏れた磁界は帰路の磁路をつたって戻って来るので、それ程長い距離の磁路を保つことができない。磁性体の透磁率、磁路の厚み、太さ、電流や電力の大きさ等によって磁界の磁路の長さｄは変わる。図７（ａ）は前面の断面図を示し、図７（ｂ）は上面図を示す。

図８（ａ）はセンサ側から見た場合で、紙やプラスチックの数ミリの厚みの書類やプラスチック板の下方にタグが取付けられている状態を説明する図である。図によると、紙やプラスチック板Ｐでできた数ミリの厚みのものにタグＴ_１，・・・Ｔ_ｎを取付け、タグの上または下方に金属板（金属面）Ｍ_１を当てがうことにより、互いの干渉を発生させないようにすることができ、かつ先に説明したように金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２，・・・Ｍ_ｎにセパレートされた状態と同じ条件を作ることができる場合を示している。タグＴはプラスチックのケースや板の先に挿入して用いることもできる。この場合には平面で構成できる。

先の説明からも分かる通り、紙やプラスチックの厚みｔは１ｍｍ〜５ｍｍ程度の薄くても干渉がなく、夫々のタグの識別をすることができた。

図８（ｂ）は、書類や分類対象物Ｐの下方にタグＴ_１と金属膜Ｍ_１Ｆが取付けられ、下方にあるセンサ（Ｓｅｎ）から発せられる磁界と結合し、多数のタグＴ_１，・・・，Ｔ_ｎが読まれている場合を示す。タグＴにはコイルとＩＣを省略している。タグＴは縦に置かれ、磁界は上下に垂直に向いて両側に広がる破線で示すようなモードであるので、センサ（ｓｅｎ）側のコイルＣは平面的に巻かれており、磁性体板ＭＰの上に平面的に取付けられている構造となる。

コイルの両端には整合を取るための整合部Ｍｔｃが取付けられ、磁性体板ＭＰや下方の金属の影響や上方にのるタグや物体の影響を含めた全体の整合や共振をとるようにしている。整合部Ｍｔｃの先にはケーブルＷを介してリーダライタＲ／Ｗがあり、この先には読み取りや管理をするコンピュータが置かれている。

図８（ｃ）はタグＴ_１が横になっており、磁界が左右に水平に向いて発生し、下方のセンサ（Ｓｅｎ）の磁性体板ＭＰに縦に巻かれたコイルＣに流れる電流Ｉにより発生する磁界と結合している。タグＴ_１にもコイルとしてＩＣは省略している。

図８（ｂ）のようにタグＴが縦となり垂直の磁界と結合するように構成する場合もあるし、図８（ｃ）のようにタグＴが横になり、水平の磁界と結合するように構成する場合があり、どちらかを使う場合もあるが、図８（ｃ）の方がセンサとの通信距離をやや大きくとれることができる。

次に僅かな例として、円筒の磁性体コアにコイルが巻かれている場合の例を図９に示す。

円筒磁性体に対して平らな板は図９（ａ）のように隙間が大きくなるため、図９（ｂ）は円筒の円周を囲むように金属面を曲げて円筒状のイメージが外側に発生するようにし、円の半径方向に磁界の通る平らな隙間を設けるようにしている。図９（ｃ）は金属板を３分割した状態の場合、図９（ｄ）は４分割した状態の場合を示す。

基本的には角形の磁性体コアによる場合と同じであるが、角形の場合には曲面にする必要がなく、平面で構成できるので作り易い。円筒の場合は特別な場合である。

図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）には別の実施例を示す。曲面による金属板（金属面）に挟まれた空間に磁界の帰路となる空間を小さな湾曲する空間で実現する場合を示す。

図１、図２に示すように磁性体（磁路）６を挟む上下の金属板は、理想的には無限平面であるため金属面により円形電流は発生せず、誘導電流による逆相の磁界が発生することはない。

図６や図７のように磁界の帰路を磁性体を別に設けることによって磁界が広がることを阻止し、かつ円形電流が発生しないように打ち消すような起電力を発生させることにより、磁界が周囲の金属に影響を受けないように構成することもできる。

図１０（ａ）は磁性体（磁路）６を挟む上下の金属板（金属面）Ｍ_１，Ｍ_２を変形させ、同心円の円筒状に構成し、磁界の帰路とする空間を構成した場合を示す。ちょうど図１の金属平板を丸めた場合と等価となっている。

２つの円筒は絶縁されているので閉路となることはない。また例えば外側の金属面に反時計方向の電流が流れた場合でも内側の金属面に時計方向に電流が流れ、誘導電流による影響が零となる。図は円筒形にしているが、電気的に同様な機能をもたせれば楕円でも多角形でも構成できる。これにより無限平面が必要なくなり有限の平面内でも磁界を導くことができる。

図１０（ｂ）は磁界の帰路となる磁性体（磁路）６′を更に同一円筒の隙間に加えることによって、磁界を通り易くしたものである。図１０（ｃ）は励振される磁性体（磁路）６及び帰路となる磁路両方とも、あるいは片方の磁路の断面を大きくとり、磁界が通り易くした場合を示す。図１０（ｂ）や図１０（ｃ）は図７の平板を丸めた場合と等価になっている。このような構造により、それ程大きな空間を要せずともセンシング用の信号を磁路の長さｄに伝送でき、金属内部のセンシングや金属を通した信号の伝送を可能にすることができる。

図７の場合と同じように、磁性体の透磁率、磁路の厚み、太さ、電流や電力の大きさ、円の曲率等によって磁路の長さｄは変わる。

図１１は、図１０の応用で、図６の場合のように磁路の奥行ｄｓが比較的短い場合に磁路が短絡されたり、開放されたりしないように終端部で磁性体（磁路）６″を加え、磁路の連続を計っている場合を示す。これにより金属中でも磁界は金属に悪影響を受けずに通過することができる。例えば金属を丸い穴を穿ち、Ｕ形の磁性体棒を中の金属板（金属面）Ｍ_２と共に埋め込む方式を取ることもできる。磁性体（磁路）６，６′，６″の何れかの部分にセンサコイルやＩＣタグ部を取付けてもよい。図１１（ａ）の左図は正面から見た所で、右は横から見た所である。金属体ＭＢの中にＵ字形の試験管の底のような構造の円の大きさの異なる管を重ね、その隙間にＵ字形の磁性体磁路を挿入した場合で、磁界は磁路伝って帰って来る。いわば馬蹄形磁石のような構造となっている。図１１（ｂ）は金属体ＭＢを２重円筒が貫き、この隙間の棒状磁性体を伝って裏側に磁界を作る例を示す。即ち、少し厚みｄ_Ｍのある金属でも磁界を通すことができる例である。

図１２（ａ），（ｂ）は、円筒平面を更に複数にした場合の例で、独立した回路として用いることもできるし、帰路として用いることもできる例を示している。円筒においても平面の図２，図３，図６，図７，図８の例と同じように多段に構成できる例を示している。図１１（ａ）の場合と同じく図１２（ａ）は金属体に入る底が平らな円筒を更に一層増やした例を横から見た場合である。図１２（ｂ）は図１１（ｂ）の場合と同じように金属体を突き抜けて利用する場合を示す。コイルの電流ｉ_１，ｉ_２はそれぞれが独立しており、磁性体（磁路）６_１，６_１′，６_１″も独立している。

図１３は磁気カードや他のカードのスリットの長穴に本発明のセンサやタグを利用して図６のような構造の平形やセンサ（ＭＩＳＥＭＡＳ）を用いることにより、磁界を金属スリット（Ｓｌｉｔ）の外に出すことができ、従って鍵の磁気カードの穴を利用して非接触のＩＣカードと通信させることができる例を示す。

また、ＡＴＭや券買機用の使用しない穴を用いることも可能となる。これにより、センサとカードとの照合がリーダライタＲ／Ｗを介して行われ、制御器Ｄｅｃにより正否の判定がなされ、電気金属の制御を行う回路（Ｋｅｙ Ｃｏｎｔ）によりモータ等の機械的な動作部Ｍｅｃｈを制御し、鍵は開錠され取手ｈａｎｄｌｅにより扉を開けることができる。電力ＰＳは商用電源からとってもよいし、一次電池や他のエネルギーによる得られてもよい。

図１４は本発明のＭＩＳＥＭＡＳの他の応用例である。

金属板（金属面）Ｍｔを持つコンピュータや金属面等に金属対応タグを貼りつけて管理を行う場合に、金属の壁の間にタグＴが挟まれる状況になる。このような状態においては、一般のタグは動作しない。金属面に沿う磁界やこれと直角な面電流と結合する金属対応タグを用いることにより、金属板や金属面の影響をプラスにすることができる。

コンピュータとコンピュータの間にはマウスや電源を置くための台ＰＢを置き、タグＴの磁界を阻害しないようにする。棚は木でもプラスチックでもよい。場合によっては金属でも構成できる。

コンピュータを置く棚の表面にはプラスチック板Ｐｓが敷かれており、この下方に１０ｍｍ前後の厚みの板状磁性体にコイルＣを巻いた。センサ（Ｓｅｎ）が金属板（金属面）を介して金属棚ＭＳの上に置かれている。コイルＣには電流Ｉが流され、この電流Ｉによって磁界Ｈが発生させられている。

コイルの端部には整合部Ｍｔｃを介してリーダライタＲ／Ｗが取付けられ、この先でコンピュータに接続され管理されている。

図１５には幅の狭い１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の個別の物体をＭＩＳＥＭＡＳを用いて選別したり、識別したりする場合の応用例を示す。幅１０ｍｍ以上のものと幅の広い個体の識別は漏洩が少なくなり、結合が小さくなるので可能であるが、幅の狭い場合には磁界の漏洩を押さえ乍ら、かつ結合を大きくするために磁束φを増しながら隣との結合を小さくしなければならないので、磁束を単純に大きくすることでは解決しない。間隔や幅が狭い状況ではコイルのターン数等もとり難いので、コイルの中心部に磁性体を設けて磁束を増やすことができる。

従って、センサコイルとタグとの距離を近づけ、かつ金属面Ｍによる多重影像効果による磁界の集中と増強を行い、この金属面Ｍにより隣のセンサやタグを結合しないようにシールドを同時に行うことができる。センサコイルやタグのコイルとの距離が構造上取り難い場合には、磁性体による磁路で磁界を誘導し、コイル間の距離が離れていてもコイル間の結合を容易にすることができるし、磁界が磁性体に集中し外に広がり難く、よって漏洩磁界も減り、実現し易い環境を作る。

図１５（ａ）はプリント基板ＰＣＢに細長いコイルをエッチングして構成した場合の実施例の上面図である。目的の検出体の幅に合わせたコイル幅と長さを選び、かつ夫々のコイルＳＣ_１，ＳＣ_２，ＳＣ_３，・・・ＳＣ_ｎ間で結合がないように遮蔽（シールド）金属板Ｍ_１′，Ｍ_２′，Ｍ_３′・・・Ｍ_ｎ′を設置し、漏洩や隣接コイルの結合を遮蔽する。

夫々のコイルＳＣ_１，ＳＣ_２，ＳＣ_３，・・・ＳＣ_ｎのコイル端部の片端は共通にし、接地ｇにする等の方法をとり他端は個別にスイッチング回路や整合回路を経てリーダライタＲ／Ｗに接続される。

図１５（ｂ）は図１５（ａ）の斜視図であり、遮蔽効果を大きくするために金属板（金属面）Ｍ_１′，Ｍ_２′，・・・Ｍ_ｎ′を夫々のコイルＳＣ_１，ＳＣ_２・・・ＳＣ_ｎに対して幅広く、かつコイルのついたプリント基板ＰＣＢより高くとっている。金属面Ｍはプリント基板ＰＣＢのスリットに嵌め込まれるように上下に収まっている。センサ同士、センサとタグを含めた結合回路が他の影響を及ぼしたり、受けたりしないような適当な大きさであればよい。基板の下方にあるのはコイルの端子から外部に接続するコネクタ部ＣＮである。このようにセンサアンテナを個別に設けることによってタグの位置まで特定できるので、単に図８や図１４の実施例とは異なる。

図１５（ｃ）は薄い数ｍｍ幅の箱Ｂの下方に細長いタグコイルＴＣ_１によるタグが取付けられ、この下方にタグをセンシングするセンサコイルＳＣ_１が取付けられ、遮蔽金属板Ｍ_１′，Ｍ_２′によりタグのコイルやセンサコイルから漏れる磁界を遮蔽している様子を示す。

図１５（ｄ）はセンサコイルＳＣの部分とタグコイルＴＣの部分とタグコイルに接続されたＩＣの部分を大きく示した説明図である。両コイル間の結合は二枚の金属板の遮蔽された空間で行われる。従って他と分離することができる。

図１５（ｅ）は先の例と異なり、センサコイルＳＣも側面（背面）に取付け、タグコイルＴＣも外側（背面）に取付けられ、金属遮蔽板も側面（背面）に取付けられている場合を示す。

図１６（ａ）はセンサコイルＳＣやタグコイルＴＣの磁界を集中させたり、磁束を大きくしたりするためにセンサコイルに磁性体ＳＭｇとタグコイルに磁性体Ｔｍｇを用いた場合を示す。コイル同士が近づくか、あるいは磁性体同士が近づくかによって、センサとタグの結合を強くすることできる。タグコイルＴＣにはＩＣが取付けられている。

図１６（ｂ）は角形磁性体６Ｓ，６Ｔにソレノイド形にコイル２Ｓ，２Ｔを巻いて、センサＳｅｎとタグＴを組み合わせた場合の例で、この場合には小形にでき、かつセンサとタグとの結合も強力にできる。

磁界は磁性体の周辺に集中するので、金属面Ｍも小さくて済む。一般にセンサの数は少ないので、高価でも特性が優れているものを選ぶ場合もあり、図１６（ｂ）のセンサを選ぶ場合もある。図１６（ｂ）のタグは小形であるが、少々高価であるので、図１６（ａ）の平面形コイルによるタグを選ぶ場合もあり、夫々センサやタグの構造や形状は使い方により適当に選べばよい。

金属板（金属面）はセンサとタグの構造により連続したものを用いずともよい。センサ側の金属とタグ側の金属が夫々分かれて構成されていても遮蔽の効果はあるが、さもないと金属の不連続面の隙間から磁界が漏れ、隣のセンサコイルやタグコイルと結合するので気を付けなければいけない。

図１７は薄いファイルやケースや箱Ｆ等の管理棚の実施例を示す。図１５や図１６に示すようなセンサが棚の底や背面の所定の位置に取付けられており、そのセンサの位置に合わせてファイルやＣＤ，ＤＶＤ等のケースや箱Ｆ等の所定の位置にタグのコイルも取付けられている。今タグが１００個ある場合の例を考えると、選び出す特定のファイルケース箱のＩＤを読み取って、置かれている場所を例えば５０番と示し、かつ下方の表示用ＬＥＤのランプが点灯するようにしておけば探す必要がなくなる。仕切板ＳＰには一部または全部に金属を利用しているのでファイルやケース、箱Ｆ等の支えにもなるし、隣の信号との分離をする役目も行う。

このような棚は色々な整理棚に応用できる。一般にセンサ間やタグ間の間隔が狭くなって来ると干渉が起き、読めなくなったりダブルに読んだりして正確性がなくなるが、本発明のＭＩＳＥＭＡＳ方式は薄い物体でも選別が可能となる。

図１８には多数のタグをセンサを切り換え乍らセンシングし、その中から必要なタグあるいはタグが取付けられている物体を選び出すためのブロック図を示す。

センサＳがＮ個あり、この上にタグＴがＮ個（即ち物体がＮ個）あり、このセンサの端子を次々に電子的あるいは機械的スイッチＳＷＣで切り換えて行き、この時の信号をリーダライタＲ／Ｗで読んで行き、制御装置（Ｃｏｎｔ）やコンピュータＰＣに記録する。

この信号はコンピュータにも伝送され、記録され表示される。何のセンサの位置かはスイッチがオンとなっている部分で見分けがつき、この動作を制御器やコンピュータＰＣが記録しているので、選別することが可能になる。スイッチの切り換え時間や周期は任意であるが、夫々のタグの読み書き時間より長くなければならない。一般に０．１〜０．２秒内に読み書きできる。

読み書きが終わったところでスイッチを切り換えを行って行けばよい。

１秒間に１００〜４００個を読めるタグやリーダの場合ははもっと早く切り換えることができる。読み取り完了の信号を受けながら順次切り換えて行くことができる。

必要なファイルをあらかじめコンピュータＰＣにより選んでおけばその位置が照合し選ばれた後、制御装置（Ｃｏｎｔ）によりその位置に相当するＬＥＤが点燈する。若しファイルや箱等を自動的に取り出すようなメカニズムを取付ければ、これも自動的に行うことができる。

以上のような一般に難しい干渉の起こり易い近接するセンサやタグの読み取りの場合でも、本発明の多重影像法と分離方式（ＭＩＳＥＭＡＳ）を使用することにより、センサの設置やタグを取付けた物体の選別が可能となり、金属面電流や磁路の有効な利用が可能となった。

（ａ），（ａ’），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は本発明のセンサ・タグの多面影像方式の原理を説明する図である。 （ａ）は上下の金属面により多重に発生する影像を説明する図、（ｂ），（ｃ）は上下の金属面に挟まれた空間の磁界を説明する図、（ｄ），（ｅ）は上下の金属面によるセンサ・タグの分離方式を説明する図である。 ３面の多重影像の説明図である。 金属面による閉路を作らないで４面の多重影像を得る説明図である。 （ａ），（ｂ）は金属面による閉路を作らない別の４面の多重影像を得る説明図である。 （ａ），（ｂ）は金属面による閉路があり、誘導電流により逆相電流が発生し易くなる場合でも、磁路による帰路を作り誘導電流が零となるようにした場合の図である。 （ａ），（ｂ）は金属による閉路がない場合でも帰路となる磁路を設け、有限の幅の金属板を使えるようにした場合を示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は物体に多重影像方式を利用し、タグの干渉なく識別を可能にした場合を示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は円形の磁性体にソレノイドコイルを巻いた場合による場合の多重影像方式を示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は多重円筒面による多重影像方式を示す図である。 （ａ），（ｂ）は多重円筒面と磁性体（磁路）を用いて金属中に磁界を伝送する方式を示す図である。 （ａ），（ｂ）は更に円筒面を増やした場合を示す図である。 図６に示すセンサをドアのカード挿入口に応用した場合を示す図である。 コンピュータ等の金属面に金属タグを取付け、本発明の多重影像方式を応用した場合を示す図である。 （ａ），（ｂ）は多数のセンサの分離方式を説明する図、（ｃ），（ｄ），（ｅ）は多数のセンサとタグの分離方式を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は多重影像空間にセンサとタグを閉じ込めた場合を示す図である。 薄いファイル、ケース、箱等の収納とこれらの場所を管理する棚の図である。 収納棚の選別方式の説明図である。

符号の説明

Ｉｎｓ 絶縁板
Ｒ コイル本体
Ｃ コイル
ｔ 紙やプラスチックの厚み
ＳＣ，ＳＣ_１，ＳＣ_２，ＳＣ_３，・・ＳＣ_ｎ （センサ）コイル
ＴＣ，ＴＣ_１ タグコイル
Ｔ，Ｔ_１，・・・Ｔ_ｎ タグ
Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，・，Ｒ_ｎ 一般例としてのタグ
Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４ 狭間
ＣＷ 金属面の切り口の窓の部分
ＭＰ 磁性体板
ＭＳ 金属棚
Ｍｇ 磁性体
Ｍ 金属面
Ｍｔｃ 整合部
Ｍｔ 金属金属板（金属面）
Ｍ_１〜Ｍ_９ 金属板（金属面）
Ｍ_１′，Ｍ_２′，Ｍ_３′，・・Ｍ_ｎ′ 遮蔽(シールド)板
Ｍ_１Ｆ 金属膜
Ｒ／Ｗ リーダライタ
ｉ，ｉ_１〜ｉ_３ 電流
Ｉ 電流
Ｓ 空間
ＯＰ 開放
Ｓｅｎ センサ
ＩＶ，−ＩＶ／２ 起電力
ｄ 磁路の長さ
ｄｓ 磁路の奥行
ｄ_Ｍ 厚み
ＳＰ 仕切板
ＰＢ 台
Ｐ 対象物
Ｐｓ プラスチック板
ＰＳ 電力
ＭＩＳＥＭＡＳ センサ
ｈａｎｄｌｅ 取手
Ｈ，Ｈ_１〜Ｈ_４ 磁界
ＰＣＢ プリント基板
ＣＮ コネクタ部
Ｂ，Ｆ 箱
ＳＷＣ スイッチ
Ｃｏｎｔ 制御装置
Ｄｅｃ 制御器
Ｓｈ 金属短絡面
Ｗ ケーブル
ＭＢ 金属体
２Ｓ，２Ｔ コイル
６Ｓ，６Ｔ 角形磁性体
６_１，６_１′，６_１″ 磁性体（磁路）
Ｍｅｃｈ 動作部
ＰＳ 電力
Ｋｅｙ Ｃｏｎｔ 電気金属の制御を行う回路
ｇ 接地
ＳＭｇ，ＴＭｇ 磁性体

Claims (13)

1. 平行に対向配置された２つの平面状の、または湾曲状の金属面に挟まれた空間に、前記金属面と平行な軸の周囲に巻かれたコイル、又は前記金属面と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有するセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、
   前記コイルまたは前記磁性体の中を通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、前記２つの金属面に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
2. 平行に対向配置された複数の平面状の、または湾曲状の金属面に挟まれた複数の空間に、前記金属面と平行な軸の周囲に巻かれたコイル、又は前記金属面と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有する複数のセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、
   前記コイルまたは前記磁性体の中を通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、該コイル又は該磁性体を挟む前記２つの金属面に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
3. １つの面が解放された５つの金属面よりなる直方体形状の箱体の内部に、
   前記開放された面に垂直な軸を有するコイルの巻かれた磁性体と、該コイルの巻かれた磁性体の両側に設置された前記開放された面に垂直な軸を有する２つのコイルの巻かれない磁性体を有するセンサ及びまたはタグが設置されている状態において、
   前記コイルの巻かれた磁性体の端部と前記２つのコイルの巻かれない磁性体の端部が前記箱体の内部において連結されており、
   前記コイルの巻かれた磁性体により前記金属面に発生する誘導電流が閉路を形成する場合においても、前記２つのコイルの巻かれない磁性体により発生する起電力により前記誘導電流が打ち消されることを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
4. 中心軸が同一の半径の異なる２つの金属円筒に挟まれた空間に、
   前記中心軸と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体を有するセンサあるはタグが設置されている状態において、
   前記コイルのなかを通る磁界と該磁界の帰路となる磁界が、前記２つの金属円筒に挟まれた空間を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
5. 中心軸が同一の半径の異なる３つの金属円筒に挟まれた２つの空間に、
   前記中心軸と平行な軸を有するコイルの巻かれた磁性体と、該磁性体と前記中心軸に対して対称位置に配置されるコイルの巻かれない磁性体を有するセンサ及びまたはタグがそれぞれ設置されている状態において、
   前記コイルの中を通る磁界の帰路となる磁界が、前記コイルの巻かれない磁性体の内部を通過することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
6. 前記金属円筒が、断面形状が楕円、多角形である金属筒であることを特徴とする請求項４または５に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
7. 前記金属円筒または前記金属筒の一方の端部が連結されており、かつ前記コイルの巻かれた磁性体と前記コイルの巻かれない磁性体が、前記一方の端部で連結されていることを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
8. 前記金属面に挟まれた一または複数の空間に、前記コイルを有するタグと前記コイルを有するセンサを一組として配置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
9. カードが挿入される開口部を有する既存の構造体に、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
10. コンピュータ、金型、部品の間に挟まれたタグをセンシングする場合に、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
11. 蒸着、塗装、コーティングすることによって、磁界の通る複数の紙、プラスチック材の表面に形成された金属フィルムの金属面の間に挟まれたタグをセンシングする場合に、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を採用することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
12. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式において、周囲の金属面によりインダクタンスの変化を受けた状態において共振周波数をあらかじめ調整することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。
13. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセンサ及びまたはタグの多面影像方式を用いて、コンピュータシステムの応用システム、デバイスを構築することを特徴とするセンサ及びまたはタグの多面影像方式。

Images