JP2000251030A - データ通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導による非接触データ通信装置におい
て、タグの方向にかかわらずデータ通信を行えるように
すること。 【解決手段】 物品を搬送する搬送経路１１上に通信領
域１４を設ける。通信領域１４にタグの入口側の開口面
から所定角度傾けて送受信ループコイルＬ１，Ｌ２を配
置する。送受信ループコイルＬ１，Ｌ２のいずれか一方
に通過する信号の位相を９０度シフトさせる９０度シフ
ター回路２３を設ける。こうすれば通信領域で回転磁界
が得られるため、タグ１３がｚ軸に沿ってどの方向を向
いている場合であってもデータ通信が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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６−252809号には、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。この場合には図１０に示すよう
に、リードライトヘッド１００に平面状の平行なアンテ
ナコイル１０１，１０２を接続する。各アンテナ内には
送信コイル１０３と受信コイル１０４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１０１，１０２の間の比較的広い通信領域１０５の範
囲でタグ１０６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１１（ａ）に示すよ
うに２つのアンテナコイル１０１，１０２の面とタグ１
０６のコイルが設けられる面とがほぼ平行であれば、ほ
ぼ通信領域１０５で通信ができるが、図１１（ｂ）に示
すようにタグ１０６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】又図１０に矢印で示すように、通信領域１
０５の開口面から不要磁束が漏れるため、電波法上等何
らかの対策が必要であるという問題点があった。

【０００７】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。又
通信領域の開口面からの不要磁界の放射を抑えるように
したデータ通信装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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，第２の送受信
ループコイルと、前記第１，第２のいずれか一方の送受
信ループコイルに接続され、送受信信号の位相をシフト
させる位相シフト手段と、前記送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、送信データに基づいて前記送受信コイ
ルを駆動する送信部と、を有する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、請求項１のデー
タ通信装置において、前記第１，第２の送受信ループコ
イルは、夫々の送受信ループコイルで成す面を直角にな
るように配置するものであり、前記位相シフト手段は、
前記送受信信号の位相を９０度シフトさせることを特徴
とするものである。

【００１０】本願の請求項３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，第２の送受信ループコイルと、前記第１，
第２の送受信ループコイルを前記通信領域の第１の面に
垂直な軸に沿って９０°回転させた位置に、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３，第４の
送受信ループコイルと、前記第１，第２のいずれか一方
の送受信ループコイル、及び前記第３，第４のいずれか
一方の送受信ループコイルに夫々接続され、送受信信号
の位相をシフトさせる第１，第２の位相シフト手段と、
前記第１，第２の送受信ループコイル又は第３，第４の
送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
にあるタグに信号を送信する送信部と、を有することを
特徴とするものである。

【００１１】本願の請求項４の発明は、請求項３のデー
タ通信装置において、前記第１，第２の送受信ループコ
イルは、夫々のコイルで成す面を直角になるように配置
するものであり、前記第３，第４の送受信ループコイル
は夫々のコイルで成す面を直角になるように配置するも
のであり、前記第１，第２の位相シフト手段は、前記送
受信信号の位相を夫々９０度シフトさせることを特徴と
するものである。

【００１２】本願の請求項５の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項のデータ通信装置において、前記通信領域
の開口部の端面に沿って設けられ、外部への不要磁束の
漏れを防止するリングコイルを設けたことを特徴とする
ものである。

【００１３】本願の請求項６の発明は、請求項１〜５の
いずれか１項のデータ通信装置において、所定間隔隔て
て前記通信領域の外周部をその内周に含む筒状のシール
ド部材を設けたことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
によるデータ通信装置を示す斜視図、図２はその信号処
理部のブロック図である。本実施の形態によるデータ通
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に情報を書込む識別システムに用い
られる。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。

【００１５】次に送受信用のコイルについて図１，図３
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°の角度で第１，第２の送受信ル
ープコイルＬ１，Ｌ２を対称に設ける。図３はこの直方
体状の通信領域１４を上から見た図である。送受信ルー
プコイルＬ１，Ｌ２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、送受信ループコイルＬ
１，Ｌ２が含まれる２つの面のなす角を直角とする。こ
れらの２つのループコイルを第１グループの送受信ルー
プコイルとする。この送受信ループコイルＬ１，Ｌ２
は、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。

【００１６】さて送受信ループコイルＬ１，Ｌ２には夫
々マッチング回路２１，２２が接続される。マッチング
回路２１，２２は送受信ループコイルＬ１，Ｌ２とイン
ピーダンス整合をとるものであり、図４に回路図を示す
ようにコイルとコンデンサによって構成される。マッチ
ング回路２２は９０度シフター回路２３に接続される。
９０度シフター回路２３は、送信信号及び受信した信号
の位相を９０度シフトさせる位相シフト手段であり、こ
こでは図４に示すように２つのコイルとコンデンサがＴ
形に接続されたものを用いている。マッチング回路２１
と９０度シフター回路２３とは分配・加算器２４に接続
されている。分配・加算器２４は送信信号を２分割して
マッチング回路２１，９０度シフター回路２３に与える
ものであり、又マッチング回路２１と９０度シフター回
路２３から加えられた受信信号を加算して出力するもの
である。

【００１７】分配・加算器２４には図２に示すように切
換スイッチ２５を介して送信部２６及び受信部２７が接
続される。送信部２６は図２に示すようにＩＤコントロ
ーラ３１から得られる信号から送信信号を生成するもの
であり、受信部２７は受信信号を復号してＩＤコントロ
ーラ３１に出力するものである。送信部２６はＩＤコン
トローラ３１から得られる送信データを符号化する符号
化回路３２，ＡＳＫ変調回路３３，送信アンプ３４を含
んで構成されている。又受信回路２７は受信した信号を
増幅する受信アンプ３５，増幅された出力を検波する検
波回路３６及び検波された信号を復号化する復号化回路
３７を含んで構成される。復号化回路３７は検波された
信号を復号化し、受信信号ＲｘＤとしてＩＤコントロー
ラ３１に出力するものである。

【００１８】次に２つの送受信ループコイルＬ１，Ｌ２
とタグ１３との通信について図３を用いて説明する。送
受信ループコイルＬ１とＬ２に加えられる信号は位相差
が９０度あるため、通信領域１４では磁束はｘｙ平面を
中心として回転することとなる。従って図３（ａ）〜
（ｃ）に示すようにタグ１３のコイルの面に垂直な法線
がｘ軸方向，ｙ軸方向及びｘｙ平面のどの方向に向いて
いる場合であっても、タグ１３のコイルと鎖交する磁束
があるため、タグ１３に信号を伝達することができる。
又タグ１３から発生した信号を送受信ループコイルＬ
１，Ｌ２で受信し、９０度シフター回路２３でその位相
を９０度シフトさせることによって、タグ１３からの信
号を受信することができる。このようにタグ１３は図３
（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つの送受信ループコイルＬ１，Ｌ２から送信
信号を伝送し、又受信信号を得ることができ、同一の感
度でデータ通信が可能となる。

【００１９】図５はこのような本実施の形態によるデー
タ通信装置の通信領域１４での感度を示す図であり、図
５（ａ）はタグ１３のコイルの面がｙ軸と平行な場合、
図５（ｂ）はタグ１３のコイルの面がｘ軸と平行な場合
を示している。本実施の形態では通信領域を上面から見
た場合に、タグ１３がｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれの
方向に向いている場合であっても、ほぼ同一の感度を有
し、タグ１３の向きにかかわらずデータ通信が可能であ
ることが示される。

【００２０】ここで図６に示すように通信領域の両側に
送受信ループコイルＬ１１，Ｌ１２を対向して配置した
場合の送受信コイル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つの送受信ループコイルＬ１，Ｌ２で
得られる受信感度とを比較する。図６に示す対向型送受
信ループコイルＬ１１，Ｌ１２と、図１の２つの送受信
ループコイルＬ１，Ｌ２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
場合には対向型の送受信ループコイル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。ここで各送受
信ループコイルに電流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
磁束と送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送受信コイル等に
比べて十分小さく、夫々の送受信ループコイルによって
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場合、送受信ループ
コイルＬ１１，Ｌ１２が作る磁束は送受信ループコイル
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／√３π
ａ

【００２１】本実施の形態による送受信ループコイルＬ
１，Ｌ２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、本発明による送
受信ループコイルの中心での受信感度は約１．５倍優れ
ていることがわかる。

【００２２】次に本発明の第２の実施の形態について図
７を用いて説明する。この実施の形態において第１の実
施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省
略する。この実施の形態では、通信領域１４に第１の実
施の形態と同様に第１グループの送受信ループコイルＬ
１，Ｌ２を設け、これをｙ軸方向に沿って９０°回転さ
せた第２グループの送受信ループコイルＬ３，Ｌ４を設
けたものである。送受信ループコイルＬ３，Ｌ４には夫
々マッチング回路４１，４２が接続される。マッチング
回路４２は第１の実施の形態と同様に９０度シフター回
路４３が接続され、マッチング回路４１と９０度シフタ
ー回路４３は分配・加算器４４に接続される。分配・加
算器２４と４４とは切換器４５を介して送受信部２６，
２７に接続される。切換器４５は第１のタイミングで送
信部２６を分配・加算器２４に、第２のタイミングで受
信部２７を分配・加算器２４に切換えると共に、第３の
タイミングで送信部２６を分配・加算器４４に、第４の
タイミングで受信部２７を分配・加算器４４に切換え
る。このように時分割で第１，第２の送受信ループコイ
ルＬ１，Ｌ２と第３，第４の送受信ループコイルＬ３，
Ｌ４とを切換える。こうすれば送受信ループコイルＬ
１，Ｌ２を駆動する場合には、図３に示すようにｘｙ方
向のいずれにタグ１３が回転していても通信領域１４に
あればデータ通信が可能である。送受信コイルＬ３，Ｌ
４が駆動する場合には、タグ１３がｙｚ方向のいずれの
向き、即ちｘ軸の周りに回転していてもその方向にかか
わらずデータ通信が可能となる。

【００２３】図８（ａ）は本発明の第３の実施の形態に
よるデータ通信装置の送受信ループコイルの構成を示す
図である。本図に示すように送受信ループコイルＬ１，
Ｌ２の形状及び信号処理部は第１の実施の形態と同様で
ある。この実施の形態ではｘｚ平面に沿って通信領域１
４の開口の面、例えば第１の面１４ａの外側に図示のよ
うにショートリングコイルＬ５を設けたものである。こ
のようなショートリングコイルＬ５を用いることによっ
て通信領域の外部に漏れる不要な磁界を大幅に少なくす
ることができる。又図８（ｂ）に示すようにショートリ
ングコイルＬ６にコンデンサＣ１を設け、この共振周波
数をデータ通信に使用する周波数、例えば13.56 ＭＨｚ
と一致させるようにしてもよい。こうすれば不要磁界の
除去効果をコンデンサを用いない場合に比べて共振回路
のＱ倍とすることができる。

【００２４】次に本発明の第４の実施の形態について図
９を用いて説明する。この実施の形態では図９に示すよ
うに、タグ１３が通過する第１の面１４ａ，第２の面１
４ｂの開口部以外の部分を被うように、アルミニウム等
の非磁性体の金属板によって筐体状に構成したシールド
５１を設けたものである。シールド５１は金属板によっ
て通信領域から結合の影響が出ないように通信領域の外
周部分に一定の間隔を隔てて取付ける。こうすれば通信
領域の側方から外部に漏れる不要磁束を効果的に防止す
ることができる。又通信領域の側方からのノイズの侵入
を軽減することができる。尚シールド５１は非磁性体の
金属に限らず、磁性体金属材料を用い、その面に電波吸
収体を貼り付けたものを使用してもよい。又筐体シール
ドを用いて第３の実施の形態によるキャンセルコイルを
取付けるようにしてもよい。

【００２５】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。

【００２６】又前述した実施の形態では、第１，第２の
送受信ループコイルＬ１，Ｌ２の面で成す角度、第３，
第４の送受信ループコイルの面で成す角度を共に９０°
としているが、９０°に限定されているものではなく、
９０°を含む一定の範囲内（例えば８５°〜９５°）に
角度を設定するようにしてもよい。又位相シフト手段で
ある９０度シフター回路２３，４３の位相シフト量につ
いても９０°に限定されているものではなく、９０°を
含む一定の範囲内の角度（例えば８５°〜９５°）とし
てもよい。更に図４に示すようにコイルとコンデンサか
ら成るＴ型の位相シフター回路２３に代えて、ケーブル
を延長しその長さを調整して所望の位相角をシフトさせ
る回路とすることもできる。

【００２７】又通信方式として、ループコイルからタグ
への送信時にキャリアを断続させてそのデューティ比を
変化させ、タグからの信号の受信時には一定のデューテ
ィ比の信号を送出し、タグ側で残響を制御することによ
って双方向通信する残響制御方式を用いることができ
る。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。

【００２８】

【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３，４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５，６の発明では、外部に漏れる不要磁
束を少なくすることができるという効果が得られる。

【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
置の使用状態及び送受信ループコイルと周辺回路の構成
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及
び受信部の構成を示す図である。

【図３】送受信ループコイルとタグとの関連を示す図で
ある。

【図４】この実施の形態のマッチング回路，９０度シフ
ター回路及び分配・加算器の構成を示す回路図である。

【図５】本実施の形態によるデータ通信装置のタグの法
線がｘ軸方向及びｙ軸方向に向いている場合の磁界強度
分布を示す図である。

【図６】従来の対向型受信コイルとタグを示す斜視図で
ある。

【図７】本発明の第２の実施の形態によるデータ通信装
置の送受信ループコイルとその周辺回路を示すブロック
図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態による送受信ループ
コイルを示す斜視図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態による送受信ループ
コイルを示す斜視図である。

【図１０】従来の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１１】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 ２１，２２，４１，４２ マッチング回路 ２３，４３ ９０度シフター回路 ２４，４４ 分布・加算器 ２５ 切換スイッチ ２６ 送信部 ２７ 受信部 ３１ ＩＤコントローラ ３２ 符号化回路 ３３ ＡＳＫ変調回路 ３４ 送信アンプ ３５ 受信アンプ ３６ 検波回路 ３７ 復号化回路 ４５ 切換器 ５１ シールド Ｌ１〜Ｌ４ 送受信ループコイル Ｌ５，Ｌ６ ショートリングコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F022 EE02 LL31 MM08 MM42 5B058 CA17 KA24 YA06 YA20 5K012 AA01 AA04 AB05 AC06 AC08 AC10 AE13 BA03 BA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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，第２の送受信ループコイルと、 前記第１，第２のいずれか一方の送受信ループコイルに
   接続され、送受信信号の位相をシフトさせる位相シフト
   手段と、 前記送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、 送信データに基づいて前記送受信コイルを駆動する送信
   部と、を有することを特徴とするデータ通信装置。
2. 【請求項２】 前記第１，第２の送受信ループコイル
   は、夫々の送受信ループコイルで成す面を直角になるよ
   うに配置するものであり、 前記位相シフト手段は、前記送受信信号の位相を９０度
   シフトさせるものであることを特徴とする請求項１記載
   のデータ通信装置。
3. 【請求項３】 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，第２の送受信ループコイルと、 前記第１，第２の送受信ループコイルを前記通信領域の
   第１の面に垂直な軸に沿って９０°回転させた位置に、
   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
   ３，第４の送受信ループコイルと、 前記第１，第２のいずれか一方の送受信ループコイル、
   及び前記第３，第４のいずれか一方の送受信ループコイ
   ルに夫々接続され、送受信信号の位相をシフトさせる第
   １，第２の位相シフト手段と、 前記第１，第２の送受信ループコイル又は第３，第４の
   送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、 前記通信領域にあるタグに信号を送信する送信部と、を
   有することを特徴とするデータ通信装置。
4. 【請求項４】 前記第１，第２の送受信ループコイル
   は、夫々のコイルで成す面を直角になるように配置する
   ものであり、 前記第３，第４の送受信ループコイルは夫々のコイルで
   成す面を直角になるように配置するものであり、 前記第１，第２の位相シフト手段は、前記送受信信号の
   位相を夫々９０度シフトさせるものであることを特徴と
   する請求項３記載のデータ通信装置。
5. 【請求項５】 前記通信領域の開口部の端面に沿って設
   けられ、外部への不要磁束の漏れを防止するリングコイ
   ルを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   項記載のデータ通信装置。
6. 【請求項６】 所定間隔隔てて前記通信領域の外周部を
   その内周に含む筒状のシールド部材を設けたことを特徴
   とする請求項１〜５のいずれか１項記載のデータ通信装
   置。