JPWO2016046892A1 - データキャリアおよびデータキャリアシステム - Google Patents

Abstract

データキャリア２には、コンパレータ４１、コンデンサ４２、コンパレータ動作調整用抵抗４３、抵抗分圧回路４４および無効電流用抵抗４５が備えられている。コンデンサ４２は、ＰＤ（フォトダイオード）２１のカソードとコンパレータ４１のマイナス入力端子との間に介在されている。コンパレータ動作調整用抵抗４３は、一次電池２７１のプラス端子とコンパレータ４１のマイナス入力端子との間に介在されている。抵抗分圧回路４４は、複数の分圧用抵抗４４１，４４２を直列接続して構成されている。抵抗分圧回路４４の一端は、一次電池２７１のプラス端子に接続されている。分圧用抵抗４４１と別の分圧用抵抗４４２との接続点は、コンパレータ４１のプラス入力端子に接続されている。

Description

本発明は、データキャリアおよびリーダライタを含むデータキャリアシステムに関する。

たとえば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）は、近距離無線通信により、データキャリア（ＲＦタグ、ＩＣタグ、ＩＤタグ）に内蔵されたＩＣチップにデータを読み書きする技術として広く知られている。

ＲＦＩＤは、データ伝送方式により、電波式と磁界式（電磁誘導式）とに大別される。電波式では、リーダライタのアンテナとデータキャリアのアンテナとの間でデータを乗せた電波が送受される。磁界式では、リーダライタのコイルアンテナとデータキャリアのコイルアンテナとが電磁誘導により結合されて、リーダライタとデータキャリアとの間でデータが送受信される。

電波式および磁界式には、それぞれ一長一短がある。

電波式は、比較的安価に製造することができ、汎用性が高いという利点を有している。また、データキャリアで整流により電力を発生させることができるので、データキャリアを電源（電池）が不要なパッシブタグとして構成することができる。その反面、電波式は、交信距離が長く設定されていると、リーダライタが特定のデータキャリアだけでなく、その周辺のデータキャリアとも交信するという欠点を有している。さらに、金属面での電波の反射や水への電波の吸収による影響を受けやすく、また、電波法による規制の問題や他の無線機器との干渉の問題なども有している。

磁界式は、塵埃などの影響を受けにくく、周辺環境の悪い所でも使用することができるという利点を有している。また、データキャリアで共振により電力を発生させることができるので、電波式と同様、データキャリアをパッシブタグとして構成することができる。その反面、磁界式は、交信距離が短いうえ、電磁誘導による結合のために、リーダライタとデータキャリアとの位置関係に精度が要求されるという欠点を有している。また、磁界式には、周波数が低いため、通信速度が遅いという欠点もある。

特開２００１−１８４４６７号公報

そこで、本願発明者は、光学式のデータキャリアおよびリーダライタからなるデータキャリアシステムを開発することを考えた。光学式のデータキャリアシステムは、電波式および磁界式と比較して、交信距離、指向性および混信などの面で有利であり、工場の生産ラインなどでの取り扱いが容易である。また、光学式のデータキャリアシステムでは、データキャリアとリーダライタとの間で転送されるデータの大容量化を図ることができる。

ただし、データキャリアからリーダライタへのデータ転送のために、データキャリアに搭載されたＬＥＤなどの光源を発光させなければならず、その発光に比較的大きな電力が必要になる。

たとえば、交信時にリーダライタからデータキャリアに強力な光を照射し、データキャリアの受光素子（たとえば、フォトダイオード）で発生した電力をコンデンサに蓄えて、その蓄えられた電力をデータキャリアの動作電力として使用する構成が考えられる。この構成において、データキャリアに一次電池が搭載されていない場合、データキャリアとリーダライタとが交信可能エリアに入ってから、コンデンサへの充電が開始されるため、短時間で大きな電力をコンデンサに蓄えることが困難であり、データキャリアからリーダライタへのデータ転送速度が制限される。したがって、データキャリアには、動作電力を賄うための一次電池を搭載することが好ましい。

しかしながら、データキャリアでは、リーダライタとの交信時以外の待機時に、リーダライタからの受信が可能なように受信回路を動作させておく必要があるため、一次電池が消耗する。また、待機時に、太陽光や照明光などの直流外乱光が受光素子に入射すると、受光素子に起電力が発生し、その起電力による電流が一次電池を流れることによっても、一次電池が消耗する。そのため、大きな容量の一次電池が必要になり、データキャリアが大型化してしまう。

本発明の目的は、待機時における電源電力の消費を抑制することができる、データキャリアおよびそのデータキャリアを含むデータキャリアシステムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るデータキャリアは、リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアであって、ダイオードからなる受光素子と、直流電圧を発生する電源と、受光素子および電源に接続された受信回路とを備え、受信回路は、コンパレータと、受光素子のカソードとコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンデンサと、コンデンサよりもコンパレータ側において、電源のプラス端子とコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンパレータ動作調整用抵抗と、複数の分圧用抵抗の直列回路からなり、一端が電源のプラス端子に接続され、２個の分圧用抵抗間の接続点がコンパレータのプラス入力端子に接続された抵抗分圧回路と、コンデンサよりも受光素子側において、受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗とを含む。

データキャリアとリーダライタとの間では、データを乗せた光（データにより変調された光）が送受される。

データキャリアには、コンパレータ、コンデンサ、コンパレータ動作調整用抵抗、抵抗分圧回路および無効電流用抵抗を含む構成の受信回路が備えられている。コンデンサは、受光素子のカソードとコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されている。コンパレータ動作調整用抵抗は、コンデンサよりもコンパレータ側において、電源のプラス端子とコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されている。抵抗分圧回路は、複数の分圧用抵抗を直列接続して構成されている。抵抗分圧回路の一端は、電源のプラス端子に接続されている。分圧用抵抗と別の分圧用抵抗との接続点は、コンパレータのプラス入力端子に接続されている。これにより、コンパレータのプラス入力端子には、その分圧用抵抗と別の分圧用抵抗との接続点の電位（抵抗分圧回路の出力電圧）が基準電圧として入力される。無効電流用抵抗は、受光素子のカソードとアノードとの間に介在されている。

受光素子に光が入射していない状態では、コンパレータのマイナス入力端子の電位（電源の電圧）がプラス入力端子の電位（抵抗分圧回路の出力電圧）以上であり、コンパレータの出力端子からローレベル信号が出力される。

受光素子に太陽光や照明光などの直流外乱光が入射し、リーダライタからの信号光が入射していない状態では、受光素子に直流外乱光による起電力が生じる。受光素子のカソードとコンパレータのマイナス入力端子との間にコンデンサが介在されているので、受光素子に起電力が生じていても、コンパレータ動作調整用抵抗に電流が流れず、起電力による電流（無効電流）は、無効電流用抵抗を流れる。そのため、電源の電力が消費されない。

よって、リーダライタからの信号光が受光素子に入射していない待機時における電源電力の消費を抑制することができる。

リーダライタからパルス状の信号光（光パルス）が出力され、その信号光がデータキャリアの受光素子に入射すると、受光素子に生じる起電力の大きさが変化する。この起電力の大きさの変化に応じて、コンパレータ動作調整用抵抗、コンデンサおよび受光素子に電流が流れ、コンパレータのマイナス入力端子の電位が変化する。そして、コンパレータのマイナス入力端子の電位がプラス入力端子の電位を下回る期間、コンパレータの出力端子からハイレベル信号が出力される。

よって、リーダライタからの信号光が受光素子に入射する通信時は、コンパレータの出力端子から出力される信号から受信データ（リーダライタから送信されたデータ）を得ることができる。

本発明の他の局面に係るデータキャリアは、リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアであって、ダイオードからなる受光素子と、コンパレータと、コンパレータの一方の入力端子に接続され、受光素子に生じる起電力の大きさの変化に応じて電位が変化する入力回路と、電源の直流電圧を所定の基準電圧に降圧して、当該基準電圧をコンパレータの他方の入力端子に入力する抵抗分圧回路と、受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗とを含む。

データキャリアとリーダライタとの間では、データを乗せた光（データにより変調された光）が送受される。

データキャリアには、コンパレータ、入力回路、抵抗分圧回路および無効電流用抵抗が備えられている。コンパレータの一方の入力端子には、入力回路が接続されている。入力回路の電位、つまりコンパレータの一方の入力端子に入力される電位は、受光素子に生じる起電力の大きさの変化に応じて変化する。コンパレータの他方の入力端子には、抵抗分圧回路から電源の直流電圧を所定の基準電圧に降圧して生成された基準電圧が入力される。無効電流用抵抗は、受光素子のカソードとアノードとの間に介在されている。

受光素子に太陽光や照明光などの直流外乱光が入射し、リーダライタからの信号光が入射していない状態では、受光素子に直流外乱光による起電力が生じる。この起電力の大きさはほぼ変化しないので、入力回路の機能により、コンパレータの一方の入力端子に入力される電位がほぼ変化しない。そのため、受光素子に起電力が生じていても、コンパレータの出力端子から出力される信号のレベルは、受光素子に光が入射していない状態から変化しない。このとき、起電力による電流（無効電流）は、無効電流用抵抗を流れる。そのため、電源の電力が消費されない。

よって、リーダライタからの信号光が受光素子に入射していない待機時における電源電力の消費を抑制することができる。

リーダライタからパルス状の信号光（光パルス）が出力され、その信号光がデータキャリアの受光素子に入射すると、受光素子に生じる起電力の大きさが変化する。この起電力の大きさの変化に応じて、コンパレータのマイナス入力端子の電位が変化する。そして、コンパレータのマイナス入力端子の電位がプラス入力端子の電位を超える期間、コンパレータの出力端子から出力される信号のレベルが反転する。

よって、リーダライタからの信号光が受光素子に入射する通信時は、コンパレータの出力端子から出力される信号から受信データ（リーダライタから送信されたデータ）を得ることができる。

データキャリアは、データを記憶する記憶部と、受信回路から出力される信号から受信データを取得し、当該受信データに基づいて、記憶部に記憶されているデータを用いた送信データを生成する制御部とをさらに備えていてもよい。

その場合、制御部は、サブスレッショルド領域で動作するＣＭＯＳ構造を有するＬＳＩにより構成されていることが好ましい。

ＭＯＳＦＥＴをサブスレッショルド領域で動作させることにより、ＬＳＩをｎＡ（ナノアンペア）オーダの極めて微小な電力で動作させることができる。このＬＳＩにより、制御部が構成されることにより、データキャリアの動作電力を低減させることができ、とくに交信時における電源電力の消費を抑制することができる。

データキャリアは、発光素子と、電源の直流電圧を使用して、発光素子に駆動電流を供給する駆動回路とをさらに備え、制御部は、送信データに基づいて、駆動回路から発光素子に供給される駆動電流を制御してもよい。

その場合、発光素子は、複数備えられており、複数の発光素子は、駆動回路に共通に接続され、駆動回路から供給される駆動電流により同時に発光することが好ましい。

複数の発光素子が同期して発光することにより、１つの発光素子に塵埃などの異物が付着していても、他の発光素子からの発光により、リーダライタに送信データを送信することができる。

発光素子は、ＬＥＤであることが好ましい。

ＬＥＤは、パルス点灯を容易に制御することが可能な点光源であるので、発光素子にＬＥＤが用いられることにより、強度がパルス状に変化する光を発光素子から容易に出力させることができる。また、ＬＥＤは、拡散光源であるので、データキャリアからの送信に比較的広い指向性を持たせることができる。そのため、ＬＥＤがリーダライタの受光素子と光軸の方向に対向していなくても、データキャリアからリーダライタに送信データを送信することができる。

本発明のさらに他の局面に係るデータキャリアシステムは、リーダライタと、リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアとを含むデータキャリアシステムであって、データキャリアは、ダイオードからなる受光素子と、直流電圧を発生する電源と、受光素子および電源に接続された受信回路とを備え、受信回路は、コンパレータと、受光素子のカソードとコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンデンサと、コンデンサよりもコンパレータ側において、電源のプラス端子とコンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンパレータ動作調整用抵抗と、複数の分圧用抵抗の直列回路からなり、一端が電源のプラス端子に接続され、２個の分圧用抵抗間の接続点がコンパレータのプラス入力端子に接続された抵抗分圧回路と、コンデンサよりも受光素子側において、受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗とを含む。

この構成によれば、データキャリアに関して述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

リーダライタは、リーダライタ側発光素子と、リーダライタ側受光素子と、リーダライタ側発光素子から出力される光の強度を相対的に小さい強度に設定し、当該状態において、リーダライタ側受光素子によるデータキャリアからの受光光量が第１レベル以上であれば、リーダライタ側発光素子から出力される光の強度を相対的に大きい強度に設定する強度設定部と、リーダライタ側発光素子から出力される光の強度が相対的に大きい強度に設定された状態において、リーダライタ側受光素子によるデータキャリアからの受光光量が第１レベルよりも低く設定された第２レベル以上であることを条件に、リーダライタ側受光素子が受けた光に乗せられたデータを取り出すリーダライタ側復調部とを備えていてもよい。

リーダライタ側発光素子から相対的に小さい強度の光が出力され、これに応答して、リーダライタ側受光素子がデータキャリアから第１レベル以上の光量を受光すると、データキャリアがリーダライタの交信可能エリアに入ったと判断することができる。そして、データキャリアがリーダライタの交信可能エリアに入っている状態では、リーダライタ側発光素子から相対的に大きい強度の光が出力される。また、リーダライタ側受光素子がデータキャリアから第１レベルよりも低く設定された第２レベル以上の光量を受光すると、その光に乗せられたデータを取り出すようにリーダライタ側復調部が制御されることにより、リーダライタの受信感度が上げられる。そのため、データキャリアとリーダライタとの間で安定した交信を行うことができる。

本発明によれば、データキャリアにおいて、待機時における電源電力の消費を抑制することができる。一方、リーダライタからの信号光がデータキャリアの受光素子に入射する通信時は、その信号光に乗せられた受信データを得ることができる。

本発明の一実施形態に係るデータキャリアシステムの構成を示すブロック図である。 データキャリアおよびリーダライタの電気的構成を示すブロック図である。 データキャリアの受信回路の構成を示す回路図である。 リーダライタからの光の出力態様（コンパレータの出力端子からの信号の出力態様）とデータ（符号）との関係を説明するための図である。 工場などに固定的に配置される機器に取り付けられるデータキャリアの構成の一例を示すブロック図である。 ワイヤーハーネス端子の圧着作業に用いるプレス装置に取り付けられるデータキャリアの構成の一例を示すブロック図である。 複数の発光素子（ＬＥＤ）を備えるデータキャリアの構成を示すブロック図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデータキャリアシステム１の構成を示すブロック図である。

データキャリアシステム１は、データを保持するデータキャリア２と、データキャリア２に対してデータを読み書きするリーダライタ３とを含む。データキャリア２とリーダライタ３との間での通信には、光が搬送波として用いられる。すなわち、データキャリアシステム１は、データキャリア２とリーダライタ３との間で光を搬送波とする交信を行う光学式データキャリアシステムである。

データキャリアシステム１は、たとえば、工場の生産ラインを流れる製品の管理に使用される。この場合、データキャリア２が工場の生産ラインを流れる各製品に取り付けられ、リーダライタ３が各生産ラインに対して固定的に配置される。そして、各製品の流れに伴い、データキャリア２がリーダライタ３の交信可能エリアに入ると、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信により、データキャリア２に保持されている製品に関する情報がリーダライタ３に収集される。周期的または任意のタイミングで、各リーダライタ３がホストＰＣ４に接続されて、リーダライタ３に収集された情報がリーダライタ３からホストＰＣ４に転送される。これにより、ホストＰＣ４において、複数の生産ラインを流れる製品を一元的に管理することができる。

図２は、データキャリア２およびリーダライタ３の電気的構成を示すブロック図である。

データキャリア２は、ＰＤ（フォトダイオード）２１、ＬＥＤ２２、制御部２３、メモリ２４、変調部２５、復調部２６および電源部２７を備えている。

制御部２３は、ＣＰＵを含む構成であり、サブスレッショルド領域で動作するＣＭＯＳ構造を有するＬＳＩにより構成されている。制御部２３は、メモリ２４に格納されているプログラムを実行し、メモリ２４に対するデータの書込／読出など、各部の動作を制御する。

メモリ２４は、たとえば、フラッシュメモリからなる。

変調部２５は、ＬＥＤ２２に駆動電流を供給する駆動回路（ドライバ）２５１を含む。データキャリア２からリーダライタ３へのデータ（送信データ）の送信時に、当該データに基づいて、制御部２３により駆動回路２５１が制御されて、ＬＥＤ２２がパルス点灯される。これにより、当該データがＬＥＤ２２から出力されるパルス光に乗せられて送信される。

復調部２６は、受信回路２６１を含む。受信回路２６１については、後述する。

電源部２７は、一次電池２７１を含む。電源部２７は、一次電池２７１の電力を制御部２３、メモリ２４、変調部２５および復調部２６に供給する。一次電池２７１には、たとえば、二酸化マンガンリチウム電池が採用されている。具体的には、電池容量およびサイズの観点から、一次電池２７１には、たとえば、コイン型リチウム電池「ＣＲ２０２５」が採用されている。

リーダライタ３は、ＬＤ（レーザダイオード）３１、ＰＤ（フォトダイオード）３２、制御部３３、メモリ３４、変調部３５、復調部３６、電源部３７および外部インタフェース３８を備えている。

ＬＤ３１は、たとえば、赤色レーザダイオードである。

制御部３３は、ＣＰＵを含む構成であり、メモリ２４に格納されているプログラムを実行し、メモリ３４に対するデータの書込／読出など、各部の動作を制御する。

メモリ３４は、たとえば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）からなる。

変調部３５は、ＬＥＤ２２に駆動電流を供給する駆動回路（ドライバ）３５１を含む。リーダライタ３からデータキャリア２へのデータの送信時に、当該データに基づいて、制御部３３により駆動回路３５１が制御されて、ＬＤ３１がパルス点灯される。これにより、当該データがＬＤ３１から出力される光に乗せられて送信される。

復調部３６は、受信回路３６１を含む。データキャリア２から出力される信号光がＰＤ３２に入射すると、ＰＤ３２に光起電力効果による起電力が生じる。ＰＤ３２の起電力は、信号光の強度に応じて変化する。受信回路３６１では、ＰＤ３２の起電力の変化に応じてハイレベル／ローレベルが切り替わる信号が生成される。この信号は、受信回路３６１から制御部３３に出力される。制御部３３では、受信回路３６１から出力される信号がデータに変換されて、そのデータがデータキャリア２からの受信データとして取得される。

電源部３７は、制御部３３、メモリ３４、変調部３５および復調部３６に電力を供給する。電源部３７は、たとえば、内蔵バッテリを電源として備えていてもよいし、外部電源（たとえば、商用交流電源、ＵＳＢバスパワーなど）から各部の動作電力を生成する回路を備えていてもよい。

外部インタフェース３８は、ホストＰＣ４（図１参照）との通信のためのインタフェースである。外部インタフェース３８には、たとえば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースが採用されている。

図３は、データキャリア２の受信回路２６１（復調部２６）の構成を示す回路図である。図４は、リーダライタ３からの光の出力態様（コンパレータの出力端子からの信号の出力態様）とデータ（符号）との関係を説明するための図である。

受信回路２６１は、コンパレータ４１、コンデンサ４２、コンパレータ動作調整用抵抗４３、抵抗分圧回路４４および無効電流用抵抗４５を含む。

コンパレータ４１は、プラス入力端子４１１、マイナス入力端子４１２および出力端子４１３を有している。

コンデンサ４２は、ＰＤ２１のカソードとコンパレータ４１のマイナス入力端子４１２との間に介在されている。具体的には、コンデンサ４２の一方の電極は、ＰＤ２１のカソードに配線４６を介して接続されている。コンデンサ４２の他方の電極は、コンパレータ４１のマイナス入力端子４１２に配線４７を介して接続されている。

コンパレータ動作調整用抵抗４３の一端は、電源部３７の一次電池２７１のプラス端子に接続されている。コンパレータ動作調整用抵抗４３の他端は、配線４７に接続されている。すなわち、コンパレータ動作調整用抵抗４３は、一次電池２７１のプラス端子とコンパレータ４１のマイナス入力端子４１２との間に介在されている。

コンパレータ４１の出力端子４１３は、制御部２３に接続されている。

抵抗分圧回路４４は、２個の分圧用抵抗４４１，４４２を直列接続して構成されている。抵抗分圧回路４４の一端は、一次電池２７１のプラス端子に接続されている。分圧用抵抗４４１，４４２の接続点４４３は、コンパレータ４１のプラス入力端子４１１に接続されている。抵抗分圧回路４４の他端およびＰＤ２１のアノードは、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。

なお、抵抗分圧回路４４は、３個以上の分圧用抵抗を直列接続して構成されていてもよい。

無効電流用抵抗４５は、ＰＤ２１のカソードとアノードとの間に介在されている。具体的には、無効電流用抵抗４５の一端は、配線４６に接続されている。無効電流用抵抗４５の他端は、グランドに接続されている。

ＰＤ２１に光が入射していない状態では、ＰＤ２１に直流外乱光による起電力が生じず、ＰＤ２１のカソードに接続された配線４６に電流が流れないので、その配線４６にコンデンサ４２を介して接続された配線４７に電流が流れない。そのため、配線４７の電位は、電源部３７の一次電池２７１のプラス端子と同電位である。一方、抵抗分圧回路４４には、電流が流れる。抵抗分圧回路４４のマイナス側の分圧用抵抗４４２には、比較的抵抗値の大きい抵抗が用いられており、抵抗分圧回路４４に流れる電流は、たとえば、１００ｎＡ程度の微小電流である。コンパレータ４１のプラス入力端子４１１には、一次電池２７１の起電圧からプラス側の分圧用抵抗４４１での電位降下分を差し引いた電圧が供給される。したがって、コンパレータ４１のマイナス入力端子４１２の電位は、プラス入力端子４１１の電位よりも高く、コンパレータ４１の出力端子からは、ローレベル信号が出力される。

ＰＤ２１に太陽光や照明光などの直流外乱光が入射し、リーダライタ３からの信号光が入射していない状態では、ＰＤ２１に直流外乱光による起電力（直流電力）が生じる。このとき、ＰＤ２１のカソードに接続された配線４６に電流が流れるが、ＰＤ２１のカソードとコンパレータ４１のマイナス入力端子４１２との間にコンデンサ４２が介在されているので、ＰＤ２１に直流外乱光による起電力が生じていても、配線４７には電流が流れない。そのため、コンパレータ４１のマイナス入力端子４１２の電位は、プラス入力端子４１１の電位よりも高く、コンパレータ４１の出力端子からは、ローレベル信号が出力される。配線４６を流れる電流（無効電流）は、無効電流用抵抗４５を流れる。

このように、ＰＤ２１にリーダライタ３からの信号光が入射しておらず、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信が行われていない待機状態では、配線４６に電流が流れない。そのため、電源部３７の一次電池２７１の電力の消費は、抵抗分圧回路４４を流れる微小電流による消費分のみである。よって、受信回路２６１の構成では、リーダライタからの信号光がＰＤ２１に入射していない待機時における一次電池２７１の電力（電源電力）の消費を抑制することができる。その結果、一次電池２７１の寿命を延ばすことができる。

待機状態、すなわち、生産ラインを流れる製品に取り付けられたデータキャリア２がリーダライタ３との交信可能エリアに入る前の状態では、リーダライタ３では、ＬＤ３１から出力される光の強度が相対的に小さい強度に設定されている。そして、制御部３３により、変調部３５の駆動回路３５１が制御されて、そのＬＤ３１から出力される強度の小さい光に乗せて、交信の開始を指示する交信開始コマンドが繰り返し送信される。

交信開始コマンドは、「１」および「０」の羅列（ビット列）により表現されるデータである。データ「１」および「０」は、図４に示されるように、ＬＤ３１の１回の点灯時間Ｔｏｎを固定として、ＬＤ３１の点灯から次の点灯までの時間間隔の長短により送信される。たとえば、ＬＥＤ３１の点灯から相対的に短い時間Ｔ１の経過後にＬＥＤ３１が再び点灯されることにより、データ「１」が送信される。一方、ＬＥＤ３１の点灯から相対的に長い時間Ｔ０の経過後にＬＥＤ３１が再び点灯されることにより、データ「０」が送信される。

データキャリア２がリーダライタ３との交信可能エリアに入ると、そのデータキャリア２のＰＤ２１に交信開始コマンドを乗せた光（信号光）が入射する。リーダライタ３からの信号光がデータキャリア２のＰＤ２１に入射すると、ＰＤ２１に生じる起電力の大きさが変化する。この起電力の大きさの変化に応じて、コンパレータ動作調整用抵抗４３、コンデンサ４２およびＰＤ２１に電流が流れ、コンパレータ４１のマイナス入力端子４１２の電位が変化する。そして、コンパレータ４１のマイナス入力端子４１２の電位がプラス入力端子４１１の電位を下回る期間、コンパレータ４１の出力端子４１３からハイレベル信号が出力される。

制御部２３では、コンパレータ４１の出力端子４１３から出力される信号からデータ（符号）が復号される。

すなわち、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信が開始されていない状態で、コンパレータ４１の出力端子４１３からハイレベル信号が出力されると、制御部２３により、それ以降、コンパレータ４１の出力端子４１３からローレベル信号が時間Ｔ０よりも長い一定時間にわたって出力され続けるまで、その出力端子４１３から出力される信号がデータに復号される。コンパレータ４１の出力端子４１３からハイレベル信号が出力されてから次のハイレベル信号が出力されるまでの時間が相対的に短い時間Ｔ１であれば、制御部２３により、データ「１」が取得される。一方、コンパレータ４１の出力端子４１３からハイレベル信号が出力されてから次のハイレベル信号が出力されるまでの時間が相対的に長い時間Ｔ０であれば、制御部２３により、データ「０」が取得される。

そして、制御部２３では、その取得された一連のビット列が交信開始コマンドに対応したものであるかが判定される。

ビット列が交信開始コマンドに対応したものであれば、制御部２３により、リーダライタ３からの交信開始コマンドを受信したと判断される。この場合、制御部２３により、変調部２５の駆動回路２５１が制御されて、ＬＥＤ２２がパルス点灯し、交信を承認する旨の交信承認データがＬＥＤ２２から出力される光に乗せて送信される。

交信承認データを乗せた光がリーダライタ３のＰＤ３２に入射すると、リーダライタ３では、制御部３３により、復調部３６の受信回路３６１から出力される信号から交信承認データが取得される。

たとえば、受信回路３６１には、感度（基準電圧）が相違する２個のコンパレータが並列に設けられている。交信承認データを乗せた光の受光時には、相対的に低感度のコンパレータ（たとえば、プラス入力端子に基準電圧が入力される構成では、相対的に低い基準電圧が入力されるコンパレータ）が出力する信号から交信承認データが取得されない場合、相対的に高感度のコンパレータが出力する信号から交信承認データが取得されても、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信は開始されない。相対的に低感度のコンパレータが出力する信号から交信承認データが取得されると、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信が開始される。

データキャリア２とリーダライタ３との間での交信が開始されると、リーダライタ３では、データキャリア２との安定した交信を行うために、ＬＤ３１から出力される光の強度が相対的に大きい強度に変更される。

その後、制御部３３により、変調部３５の駆動回路３５１が制御されて、データキャリア２に所定データの送信を要求する送信要求コマンドがＬＤ３１から出力される光に乗せて送信される。

送信要求コマンドを乗せた光がデータキャリア２のＰＤ２１に入射すると、前述の交信開始コマンドの場合と同様に、制御部２３により、コンパレータ４１の出力端子４１３から出力される信号がデータに復号される。この復号により、送信要求コマンドが取得される。送信要求コマンドの取得に応答して、制御部２３により、メモリ２４から所定データが読み出される。そして、制御部２３により、変調部２５の駆動回路２５１が制御されて、ＬＥＤ２２がパルス点灯し、メモリ２４から読み出された所定データがＬＥＤ２２から出力される光に乗せて送信される。

所定データを乗せた光がリーダライタ３のＰＤ３２に入射すると、リーダライタ３では、制御部３３により、復調部３６の受信回路３６１から出力される信号から所定データが取得される。そして、制御部３３により、その所定データがメモリ３４に書き込まれる。

データキャリア２とリーダライタ３との交信の開始後は、たとえば、相対的に高感度のコンパレータが出力する信号からデータが取得される。これにより、データキャリア２からの光が微弱であっても、リーダライタ３では、そのデータキャリア２からの光に乗せられたデータを良好に取得することができる。

その後、制御部３３により、変調部３５の駆動回路３５１が制御されて、データキャリア２との交信を終了する旨の交信終了コマンドがＬＤ３１から出力される光に乗せて送信される。

交信終了コマンドを乗せた光がデータキャリア２のＰＤ２１に入射すると、制御部２３により、コンパレータ４１の出力端子４１３から出力される信号がデータに復号されて、交信終了コマンドが取得される。この交信終了コマンドの取得に応答して、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信が終了となる。

なお、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信の開始後、ＬＤ３１から出力される光の強度が相対的に小さい強度から相対的に大きい強度とに切り替えられるとしたが、ＬＤ３１から出力される光の強度は、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信の開始の前後で一定であってもよい。

また、リーダライタ３の復調部３６の受信回路３６１には、感度が相違する２個のコンパレータが並列に設けられているとしたが、受信回路３６１に設けられるコンパレータの個数は、１個であってもよい。

データキャリア２の復調部２６の受信回路２６１に、コンパレータ４１よりも高感度のコンパレータがコンパレータ４１と並列に設けられて、データキャリア２とリーダライタ３との間での交信の開始後は、その高感度のコンパレータが出力する電流からデータが取得されてもよい。これにより、データキャリア２のＰＤ２１に入射する信号光（リーダライタ３から出力される光）が微弱であっても、データキャリア２では、その信号光に乗せられたデータを良好に取得することができる。

データキャリア２では、制御部２３がサブスレッショルド領域で動作するＣＭＯＳ構造を有するＬＳＩにより構成されている。これにより、制御部２３の動作電力を低減させることができ、制御部２３の動作による一次電池２７１の電力の消費を抑制することができる。その結果、一次電池２７１の寿命をさらに延ばすことができる。

ＬＥＤ２２は、パルス点灯を容易に制御できる点光源である。データキャリア２では、発光素子としてＬＥＤ２２が用いられているので、強度がパルス状に変化する光を容易に出力させることができる。また、ＬＥＤ２２は、拡散光源であるので、データキャリア２からの送信に比較的広い指向性を持たせることができる。そのため、そのため、ＬＥＤ２２がリーダライタ３のＰＤ３２と光軸の方向に対向していなくても、データキャリア２からリーダライタ３に送信データを送信することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、データキャリア２が生産ラインを流れる製品などの移動体に取り付けられた場合を取り上げたが、データキャリア２は、工場などに固定的に配置される機器に取り付けられて、当該機器の状態を記憶保持するために用いられてもよい。

図５は、工場などに固定的に配置される機器に取り付けられるデータキャリア２の構成の一例を示すブロック図である。

図５に示されるように、データキャリア２が取り付けられる機器には、機器の状態を検出する検出器５１が取り付けられる。検出器５１には、ＬＥＤ５２が備えられ、データキャリア２には、そのＬＥＤ５２とフォトカプラを構成するフォトトランジスタ６１が備えられている。検出器５１により機器の状態が検出されると、ＬＥＤ５２とフォトトランジスタ６１との間で、その機器の状態を表す電気信号が光に変換され、当該光が再び電気信号に戻されることにより、検出器５１からデータキャリア２に機器の状態が送信される。データキャリア２が機器の状態を受信すると、制御部２３により、その受信した機器の状態がメモリ２４に書き込まれる。

機器の状態としては、たとえば、機器の温度、機器の使用環境の温度および／または湿度、機器の動作回数（たとえば、プレス装置におけるプレス回数）、機器で生産された良品および／または不良品の数量などが挙げられる。

機器の状態がデータキャリア２に記憶保持されていれば、たとえば、機器における不良発生時や不良率が増加した場合に、リーダライタ３によりデータキャリア２から機器の状態を読み出して、その読み出した情報を不良発生原因の解析や不良発生の対策に役立てることができる。その結果、製品の品質向上を図ることができる。

また、データキャリア２が工場などに固定的に配置される機器に取り付けられる場合、データキャリア２に当該機器の状態を検出する構成が備えられていてもよい。

データキャリア２がワイヤーハーネス端子の圧着作業に用いるプレス装置に取り付けられる場合、データキャリア２には、たとえば、図６に示されるように、圧電変換素子（ピエゾ素子）７１と、圧電変換素子７１の出力信号からアプリケータの上下動した際の固有振動を検出する検出回路７２と、検出回路７２による固有振動の検出回数を計数する計数回路７３とが備えられる。そして、計数回路７３により計数された回数が制御部２３に入力され、制御部２３により、その回数がメモリ２４に書き込まれる。

この構成によれば、リーダライタ３によりデータキャリア２からメモリ２４に記憶保持されている回数（使用回数）を読み出すことにより、プレス装置に用いられている消耗品の寿命（耐用期間）を良好に管理することができる。

また、データキャリア２には、複数の発光素子が備えられてもよい。たとえば、図７に示されるように、データキャリア２には、２個のＬＥＤ２２１，２２２が備えられてもよい。この場合、２個のＬＥＤ２２１，２２２は、同期してパルス点灯されて、各ＬＥＤ２２１，２２２から出力される光に送信データが乗せられるとよい。これにより、１つのＬＥＤ２２１に塵埃などの異物が付着していても、他のＬＥＤ２２２からの発光により、リーダライタ３に送信データを送信することができる。

また、リーダライタ３により、データキャリア２にデータが送信されて、そのデータがデータキャリア２のメモリ２４に書き込まれてもよい。たとえば、データキャリア２が取り付けられる機器に校正を必要とする部材が備えられている場合、校正が行われた時に、その日時または次に校正を行うべき時期がデータキャリア２のメモリ２４に書き込まれてもよい。また、データキャリア２が取り付けられる機器に交換を必要とする部材が備えられている場合、交換が行われた時に、その日時または次に交換を行うべき時期がデータキャリア２のメモリ２４に書き込まれてもよい。これにより、リーダライタ３によりデータキャリア２から機器の状態などの情報を読み出す際に、校正時期または交換時期に関する情報を併せて読み出すことにより、校正時期または交換時期までの期間を取得することができる。

本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。

たとえば、リーダライタ３の発光素子として、赤色レーザダイオードからなるＬＤ（レーザダイオード）３１が備えられているとした。これに限らず、リーダライタ３の発光素子は、赤色以外の色のレーザ光を出力するレーザダイオードであってもよい。また、リーダライタ３の発光素子は、レーザダイオードに限らず、ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤは、赤色ＬＥＤであってもよいし、赤外ＬＥＤであってもよい。

たとえば、リーダライタ３がデータキャリア２から比較的離れた位置で操作される長距離ハンディタイプのものである場合、リーダライタ３の発光素子として、赤色レーザが採用されることが好ましい。赤色レーザが採用されることにより、リーダライタ３から出力されるレーザ光がデータキャリア２に照射されていることを視認することができる。リーダライタ３がデータキャリア２から比較的近い位置で操作される短距離ハンディタイプまたは固定的に配置される固定タイプのものである場合、リーダライタ３の発光素子として、赤色ＬＥＤまたは赤外ＬＥＤが採用されてもよい。たとえば、短距離ハンディタイプのリーダライタ３には、赤色ＬＥＤが採用され、固定タイプのリーダライタ３には、赤外ＬＥＤが採用されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ データキャリアシステム
２ データキャリア
３ リーダライタ
２１ ＰＤ（受光素子）
２２ ＬＥＤ（発光素子）
２３ 制御部
２４ メモリ（記憶部）
２５ 変調部
２６ 復調部
２７ 電源部
４１ コンパレータ
４２ コンデンサ（入力回路）
４３ コンパレータ動作調整用抵抗
４４ 抵抗分圧回路
４５ 無効電流用抵抗
４６ 配線（入力回路）
２２１ ＬＥＤ（発光素子）
２２２ ＬＥＤ（発光素子）
２５１ 駆動回路
２６１ 受信回路
２７１ 一次電池
４１１ プラス入力端子
４１２ マイナス入力端子
４４１ 分圧用抵抗
４４２ 分圧用抵抗
４４３ 接続点

Claims (7)

1. リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアであって、
   ダイオードからなる受光素子と、
   直流電圧を発生する電源と、
   前記受光素子および前記電源に接続された受信回路と
   を備え、
   前記受信回路は、
   コンパレータと、
   前記受光素子のカソードと前記コンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンデンサと、
   前記コンデンサよりも前記コンパレータ側において、前記電源のプラス端子と前記コンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンパレータ動作調整用抵抗と、
   複数の分圧用抵抗の直列回路からなり、一端が前記電源のプラス端子に接続され、２個の前記分圧用抵抗間の接続点が前記コンパレータのプラス入力端子に接続された抵抗分圧回路と、
   前記コンデンサよりも前記受光素子側において、前記受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗と
   を含む、データキャリア。
2. リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアであって、
   ダイオードからなる受光素子と、
   直流電圧を発生する電源と、
   コンパレータと、
   前記コンパレータの一方の入力端子に接続され、前記受光素子に生じる起電力の大きさの変化に応じて電位が変化する入力回路と、
   前記電源の直流電圧を所定の基準電圧に降圧して、当該基準電圧を前記コンパレータの他方の入力端子に入力する抵抗分圧回路と、
   前記受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗と
   を含む、データキャリア。
3. データを記憶する記憶部と、
   前記受信回路から出力される信号から受信データを取得し、当該受信データに基づいて、前記記憶部に記憶されているデータを用いた送信データを生成する制御部と
   をさらに備える、請求項１に記載のデータキャリア。
4. 前記制御部は、サブスレッショルド領域で動作するＣＭＯＳ構造を有するＬＳＩにより構成されている、請求項３に記載のデータキャリア。
5. 発光素子と、
   前記電源の直流電圧を使用して、前記発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記送信データに基づいて、前記駆動回路から前記発光素子に供給される駆動電流を制御する、請求項４に記載のデータキャリア。
6. 前記発光素子は、複数備えられており、
   複数の前記発光素子は、前記駆動回路に共通に接続され、前記駆動回路から供給される駆動電流により同時に発光する、請求項５に記載のデータキャリア。
7. リーダライタと、前記リーダライタとの間で光を搬送波とする通信を行うデータキャリアとを含むデータキャリアシステムであって、
   前記データキャリアは、
   ダイオードからなる受光素子と、
   直流電圧を発生する電源と、
   前記受光素子および前記電源に接続された受信回路と
   を備え、
   前記受信回路は、
   コンパレータと、
   前記受光素子のカソードと前記コンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンデンサと、
   前記コンデンサよりも前記コンパレータ側において、前記電源のプラス端子と前記コンパレータのマイナス入力端子との間に介在されたコンパレータ動作調整用抵抗と、
   複数の分圧用抵抗の直列回路からなり、一端が前記電源のプラス端子に接続され、２個の前記分圧用抵抗間の接続点が前記コンパレータのプラス入力端子に接続された抵抗分圧回路と、
   前記コンデンサよりも前記受光素子側において、前記受光素子のカソードとアノードとの間に介在された無効電流用抵抗と
   を含む、データキャリアシステム。

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