非接触式情報通信システム
【課題】
コストを低廉に抑えつつも、通信距離を大幅に長くすることができる非接触式情報通信システムを提供する。
【解決手段】
ＩＣタグ２０に対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムについて、送電アンテナ３を有するＬＣ回路２と、送電アンテナ３の共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器５とを具備する送電装置１と、受電アンテナ１３を有するＬＣ回路１２を具備する受電装置１１とを備え、送電アンテナ３及び受電アンテナ１３は平坦なループアンテナとして、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間で電磁共鳴を生じさせる。そして、送電装置１は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、送電アンテナがＩＣタグからの返信波を受信する。
コストを低廉に抑えつつも、通信距離を大幅に長くすることができる非接触式情報通信システムを提供する。
【解決手段】
ＩＣタグ２０に対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムについて、送電アンテナ３を有するＬＣ回路２と、送電アンテナ３の共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器５とを具備する送電装置１と、受電アンテナ１３を有するＬＣ回路１２を具備する受電装置１１とを備え、送電アンテナ３及び受電アンテナ１３は平坦なループアンテナとして、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間で電磁共鳴を生じさせる。そして、送電装置１は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、送電アンテナがＩＣタグからの返信波を受信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁共鳴現象を利用してＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から非接触式情報通信システムによって、ＩＣタグに対して情報の読み書きを行う技術が知られている。そのなかでも、ＩＣタグのコイルとリーダ・ライタのアンテナコイルを磁束結合させて、エネルギー・信号を伝達する電磁誘導方式による情報通信システムが一般に知られている。
【０００３】
例えば、パッシブタグでは、リーダ・ライタからの電波をエネルギー源として動作するＲＦタグで、電池を内蔵する必要がない。タグのアンテナはリーダ・ライタからの電波の一部を反射し、ＩＤ情報はこの反射波に乗せて返される。
【０００４】
一方、アクティブタグは、電池を内蔵したＩＣタグである。このアクティブタグは、通信時に自らの電力で電波を発するものである。
【０００５】
このようなＩＣタグを利用した情報通信システムについては、例えば、鉄道の料金管理システムに代表されるように、種々の技術が実用化されている。また、そのほかにも、以下のように種々の技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、内部に収容され、ＲＦＩＤタグが取り付けられている物品の情報にアクセス可能な運搬用物品収容ケースに関する技術が提案されている。この運搬用物品収容ケースは、ＲＦＩＤタグと通信する内蔵アンテナは少なくとも１つのパッチアンテナを含み、内蔵アンテナのアンテナ面がＲＦＩＤタグのアンテナと対向する位置に設けられる。そして、内蔵アンテナに接続されたケースの外表面に設けられ、ＲＦＩＤリーダ・ライタと通信するための通信用構造体を備え、ＲＦＩＤリーダ・ライタはケースを開けずに内部の物品の情報にアクセスすることができるようにしたものである。
【０００７】
他にも、特許文献２には、管理情報を読取可能に記憶したコイルオンチップが装着された記憶媒体を収納する収納ケースに関する技術が提案されている。この収納ケースは、コイルオンチップが通信可能な範囲に設けられ、コイルオンチップが行う非接触通信を中継するブースターを備えたものである。そして、リーダ・ライタ装置は、このブースターを介して、コイルオンチップとの間で非接触通信を行って、管理情報を読み取っている。
【０００８】
また、非接触で情報通信を行うに際し、電磁誘導を行うためのアンテナの形体についても種々の技術が提案されている。
【０００９】
例えば、特許文献３には、誘電体基板の両端部に形成された一対の主アンテナ素子と、この一対の主アンテナ素子の間に形成された補助アンテナ素子と、一対の主アンテナ素子の間に接続された整合部とを備えたアンテナに関する技術が提案されている。このアンテナは、一対の主アンテナ素子、補助アンテナ素子及び整合部が、誘電体基板の片面に形成され、補助アンテナ素子は、両端部が一対の主アンテナ素子の整合部が接続されている側の近傍に設けられており、補助アンテナ素子の両端部の形状が、一対の主アンテナ素子の前記整合部が接続されている側の形状に沿った形状とされている。
【００１０】
また、特許文献４には、非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダ・ライタ用のアンテナ装置に関する技術が提案されている。このアンテナ装置は、電磁界を放射しＩＣカード側のループコイルと磁気結合してデータの送受信を行うループコイルを有し、ループコイルは、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔を異ならせた非対称形状とされている。
【００１１】
他方、非接触式情報通信システムでは、電磁誘導方式とは異なり、電波方式で通信を行う技術もある。この電波方式では、タグ内部に整流回路が内蔵されており、リーダ・ライタからの電波を整流して直流に直し、それを電源として、ＩＣタグ内のＩＣが動作する。通常、リーダ・ライタからの電波は、プリアンブルに続きコマンドｂｉｔ列で変調されたものであり、その後に無変調のキャリアが続く。プリアンブルの部分で、ＩＣの初期動作に必要なだけのエネルギーが蓄えられ、コマンドｂｉｔ列を復調して解釈し、無変調キャリアの部分で反射波に返答を乗せて情報を返すというものである。
【００１２】
例えば、特許文献５には、ＲＦＩＤタグと通信を行う読書き機と別体の電波発信手段を使用し、該電波発信手段から発信される電力生成用電波をＲＦＩＤタグの電力供給に用いた非接触式情報通信システムに関する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１０７８８８公報
【００１４】
【特許文献２】特開２００５−３３９６６３公報
【００１５】
【特許文献３】特開２００５−２４４７７８公報
【００１６】
【特許文献４】特開２００４−１１８４４０公報
【００１７】
【特許文献５】特開２００６−２１７３９３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述の特許文献１〜４に記載された技術は、パッシブタグを利用したものであり、係るパッシブタグはＩＣタグに電源を設けていないため、システムを安価にすることができる反面、通信距離が短く、最大でも約１ｍ程度しかないという不都合な点がある。
【００１９】
一方、アクティブタグは、電池を内蔵したＩＣタグである。このアクティブタグは、通信時に自らの電力で電波を発するため、通信距離がパッシブタグに比べ長く取れる。その反面、電池をＩＣタグに設けなければならないため、高価となってしまう。また、特許文献５に記載された技術では、電波を発信させる必要が生じる。
【００２０】
本発明者は、こうした問題点を解決するために研究を進めてきた。本発明者は、この研究の過程で、非接触式情報通信システムにおいて、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることについても取り組んできた。こうした研究の結果、本発明者は、リーダ・ライタが、ＩＣタグから返信された負荷変調による信号を確実に受信することが限界を向上させるために最も重要な条件であることを解明した。
【００２１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、第１に、コストを低廉に抑えつつも、通信距離を大幅に長くすることができる非接触式情報通信システムを提供することであり、第２に、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために本発明では、ＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムであって、送電アンテナを有するＬＣ回路と、前記送電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器とを具備する送電装置と、受電アンテナを有するＬＣ回路を具備する受電装置と、を備え、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは平坦なループアンテナであり、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、前記送電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記送電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、電磁共鳴現象を利用するので、従来の電磁誘導方式の通信とは異なり、通信距離を大幅に長くすることができる。
【００２４】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナは、前記ＩＣタグからの返信波を転送する転送用アンテナと、この転送用アンテナから転送された前記ＩＣタグからの返信波を受信可能な受信用アンテナとから構成され、前記送電装置は、前記転送用アンテナに接続された無変調送信部をさらに備え、前記受信用アンテナは、直列に接続された複数のアンテナから構成され、前記転送用アンテナは、前記受信用電アンテナの間に配置され、前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとの間で電磁共鳴を発生させていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、ＩＣタグからの返信波が受信用アンテナの出力波によって妨げられることがなくなり、受信用アンテナが確実にＩＣタグからの返信波を受信する。そのため、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることができる。
【００２６】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとは、前記ＩＣタグからの返信波を前記送電アンテナと前記送電専用アンテナとの間で電磁共鳴させる範囲内に配置させていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、転送用アンテナと受信用アンテナとの間でＩＣタグからの返信波を電磁共鳴させるので、受信用アンテナが確実にＩＣタグからの返信波を受信する。
【００２８】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナが、基板と、該基板に導電性材料を略渦巻状に積層した導電性材料層とから構成されたことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、送電アンテナ及び受電アンテナを所望の形態に容易に形成することができる。このため、電磁共鳴現象を発生させやすい形態のループアンテナを容易に形成できると共に、同アンテナをＩＣタグからの反射波を受信するために好適な形態のアンテナとすることが容易に可能となる。
【００３０】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、非接触式情報通信システムは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとが、前記導電性材料層を有する面を相互に対向して配置されていることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、送電を極めて遠距離で行うことができる。
【００３２】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、非接触式情報通信システムは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとは前記導電性材料層を有する面を同一方向に向けて配置されていることを特徴とする。
【００３３】
この発明では、同一平面上に送電アンテナと受電アンテナを配置してシステムを構成することができる。このため、床面や机に送電アンテナ及び受電アンテナを配置してシステムを構築することができる。
【００３４】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナの誘電性材料層は、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナによって形成される磁界を相互に相手方に向けて偏向させるように、偏心して前記基板に積層されていることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、同一平面上に送電アンテナと受電アンテナを配置してシステムを構成した場合においても、電磁共鳴現象を発生させやすくする。
【００３６】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記受電装置は、前記受電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記受電装置のＣＬ回路に入力させる変調器を備え、前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、前記受電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記受電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、受電装置をレピータ装置として機能させるだけにとどまらず、受電装置をリーダ・ライタ装置として機能させることができる。
【００３８】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記受電アンテナが受信する受信波と前記送電アンテナが受信する受信波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、送電アンテナがＩＣタグからの反射波を受信する際に受電アンテナからの送電アンテナに対する送電によりＩＣタグからの反射波がマスキングされてしまうことを防止でき、送電アンテナが受信したＩＣタグからの反射波を適切に変調・復調できる。同様に、受電アンテナが受信したＩＣタグからの反射波を適切に変調・復調できる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、伝送方式として電磁共鳴現象を利用するので、従来の電磁誘導方式の通信とは異なり、通信距離を大幅に長くすることができる。そのため、従来ではＩＣタグが伝送装置の１ｍ程度の範囲に存在しなければＩＣタグに対して情報の読み書きを行えなかったものを数十ｍ〜百数十ｍ離れた位置からでもＩＣタグに対して情報の読み書きを行うことができるようになる。
【００４１】
また、システムをＬＣ回路と変調器とで構成することができるので低廉なコストでシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る非接触式情報通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの一例を示すループアンテナの平面図である。
【図３】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図４】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図５】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図６】送電アンテナ及び受電アンテナの導電性材料層を有する面を相互に対向して配置して構成した非接触式情報通信システムの説明図である。
【図７】送電アンテナ及び受電アンテナの導電性材料層を有する面を同方向に向けて配置して構成した非接触式情報通信システムの説明図である。
【図８】送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数を変化させた際の電磁共鳴現象の発生状態を表すグラフである。
【図９】受電装置からも送電を行った非接触式情報通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図１０】ＩＣタグからの返信波を受信するために必要な条件を検討するために用いた実験装置を構成する送電装置の概要を示すブロック図である。
【図１１】図１とは別形態に係る本発明の非接触式情報通信システムを構成する送電装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す送電装置に用いられている転送用アンテナ及び無変調送信部のブロック図である。
【図１３】図１１とは別形態に係る本発明の非接触式情報通信システムを構成する送電装置の基本構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００４４】
図１は、本発明の非接触式通信システムの一実施形態の基本構成に関するブロック図を示している。
【００４５】
本発明に係る非接触式通信システムは、所定の電磁共鳴周波数で電磁共鳴現象を発生させ、発生された電磁共鳴現象を利用して通信を行うシステムである。この非接触式通信システムは、電磁共鳴現象を発生させて電力を送信する送電装置１と、発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置１１とを備えている。
【００４６】
送電装置１は、信号発信部６と、ＬＣ回路２と、信号発信部６からの信号を受けてＬＣ回路２に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器５とを備えている。ＬＣ回路２はコンデンサ４とコイルとから構成された共振回路である。このＬＣ回路２を構成しているコイルが電力を送信するための送電アンテナ３である。そして、送電アンテナ３は、平坦なループアンテナとして構成されている。一方、受電装置１１は、信号発信部１６と、ＬＣ回路１２と、信号発生器１６からの信号を受けてＬＣ回路１２に対して所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器１５とを備えている。ＬＣ回路１２はコンデンサ１４とコイルとからなる共振回路であり、コイルが送電された電力を受信する受電アンテナ１３として構成されている。そして、受電アンテナ１３も、平坦なループアンテナとして構成されている。
【００４７】
送電装置１の信号発信部６は、ある周波数の信号を変調・復調器５に出力する。信号が入力された変調・復調器５は、信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路２に出力する。さらに、信号発信部６は、所定のデータ信号を変調・復調器５に出力する。この信号が入力された変調・復調器５は、データ信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路２に出力する。
【００４８】
これらの信号を受けたＬＣ回路２は共振現象が生じる。そして、ＬＣ回路２のコイルを構成する送電アンテナ３は、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を受電装置１１の受電アンテナ１３に対して送電する。
【００４９】
受電アンテナ１３は、送電装置１の送電アンテナ３から電磁磁気共鳴現象によって伝送されてきた伝送電力を受信する。受信された電力はＬＣ回路１２を介して図示しない負荷部等へ出力され、この負荷部等で消費される。なお、受電アンテナ１３が受信したデータ信号は、変調・復調器１６へ入力され、データ信号の復元が可能となっている。
【００５０】
このような非接触式通信システムを利用して、送電装置１をリーダ・ライタ装置として機能させてＩＣタグ２０との間で情報通信が次のようにして行われる。
【００５１】
一般に、ＩＣタグ２０には、起電力を発生させるアンテナコイルと、このアンテナコイルに接続されたＩＣチップが設けられている。このようなＩＣタグ２０を、送電装置１と受電装置１１との間で電磁共鳴現象が生じている空間内に位置させると、ＩＣタグ２０は、送電装置１からの送電を内部に設けられたコイルが受電する。ＩＣタグ２０のアンテナコイルは送電装置１からの送電を受けて起電力を生じさせる。そして、送電装置１からの送電波の一部を反射し、ＩＣタグ２０に記録された情報はこの反射波に乗せて返される。これにより、ＩＣタグ２０に記録された情報を読み込む。また、送電装置１から送られるデータ信号に基づいてＩＣタグ２０への情報の書き込みが行われる。
【００５２】
また、上述したように、受電装置１１は受信した信号を復元可能に構成されており、レピータ装置として機能する。すなわち、送電装置１が読み込んだＩＣタグ２０の情報等のデータ信号は、送電装置１から受電装置１１に対しても送信される。受電装置１１は受信したデータ信号を変調・復調器１５へ入力させ、この変調・復調器１５で復元する。
【００５３】
なお、本発明の非接触式通信システムで読み書きされるＩＣタグ２０は、シールラベル、コイン、キー、カプセル、カードなど様々な形状のものを対象としている。また、携帯電話などの携帯端末も情報を読み書きする対象に含めることができる。
【００５４】
次に、この非接触式通信システムの送電アンテナ３及び受電アンテナ１３を構成するループアンテナの種々の形態について説明する。
【００５５】
図２は、形成される磁界を偏向させないループアンテナ３０の一例を示している。
【００５６】
このループアンテナ３０は、板状の基板３１と、基板３１の表面に積層された導電性材料層３２とから構成されている。導電性材料層３２は、導電性材料が基板３１の表面に、基板３１の外形である四角形を外から内へ順次小さくして略渦巻状に積層して形成されている。この図２に示したループアンテナ３０は、導電性材料層３２を外から内へ４重にループさせてコイルを形成させている。そして、基板３１の中央部３３にはコイルを構成する導電性材料層３２が存在しない部位が設けられている。なお、ループの数は、必要に応じ、２重、３重、又は５重以上に形成してもよい。
【００５７】
図３は、別の形態のループアンテナ４０を示している。
【００５８】
この図３に示すループアンテナ４０は、２重ループとなるように導電性材料層４２が基板４１に積層されたものである。外側の第１ループ４３は、基板４１の外縁のやや内側を基板の外縁に沿って略四角形に形成されている。一方、内側の第２ループ４４は、その外形が略十字となるように形成されている。すなわち、第２ループ４４は四角形の４角の部位を内側に折り込ませ、太字の十字の外縁を沿うような形状をなしている。そして、基板４１の中央部４５にはコイルを構成する導電性材料層４２が存在しない部位が設けられている。なお、このループアンテナ４０についても、必要に応じ、３重以上のループを形成させてもよい。
【００５９】
図４は、さらに別の形態のループアンテナ５０を示している。
【００６０】
図４に示したループアンテナ５０は、４重ループとなるように導電性材料層５２が基板５１に積層されたものである。このループアンテナ５０の各ループ５３，５４，５５，５６は、内外の方向に対して凹凸する部位がループの延びる周方向に連なるように導電性材料層５２が基板５１の表面に積層されている。このため、外側のループと内側のループとの間に形成される隙間部分は矩形波のように形成されている。
【００６１】
なお、中央部５７にはループアンテナ５０の長手方向に複数の導電性材料帯５８が延びるように設けられている。この導電性材料帯５８自体はアンテナのコイルそれ自体を構成するものではなく、形成する磁界を適宜制御するためのものである。
【００６２】
このループアンテナ５０についても、必要に応じ、２重、３重、又は５重以上にループを形成してもよい。
【００６３】
図５は、さらに別の形態に係るループアンテナ６０を示している。
【００６４】
このループアンテナ６０は２重ループのアンテナである。基板６１の中央部６５にはアンテナのコイルである導電性材料層６２の存在しない略十字に形成された部位が存在する。コイルを構成する導電性材料層６２はその周囲に配される。なお、説明容易のため、図５の左端に示すように、図５の横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向として説明する。
【００６５】
このループアンテナ６０は、Ｙ方向において、中心線ＣＬより上側に磁界が偏向して形成されるように偏心させてループが形成されている。外側の第１ループ６３は、中心線ＣＬの下側では、Ｙ方向について狭く形成された部位６３ｂを間に挟んで広く形成された部位６３ａがＸ方向に並ぶようにして形成されている。Ｙ方向に広く形成された部位６３ａは、その内縁端が中心線ＣＬより上側に位置するように形成されている。一方、中心線の上側でも、Ｙ方向について狭く形成された部位６３ｄを間に挟んで広く形成された部位６３ｃがＸ方向に並ぶようにして形成されている。そして、Ｙ方向に広く形成された部位６３ｃは、その内縁端が中心線ＣＬより上側に位置するように形成されている。中心線ＣＬの下側の部位と上側の部位とは、図５に示された状態で、基板６１の右縁部で一定の幅に形成された部位６３ｅで相互に連絡されている。
【００６６】
内側に位置する第２ループ６４は、その外縁が第１ループの凹凸に沿って形成されている。一方、第２ループ６４の内縁は、上述の導電性材料層の存在しない略十字に形成された中央部６５に沿って形成されている。そのため、Ｘ方向の両端には、Ｙ方向に張り出す部位６４ａが形成されている一方で、中央の部位は矩形波のように形成されている。
【００６７】
そして、ループアンテナ６０の中央に設けられた導電性材料層の存在しない略十字に形成された中央部６５には、複数の導電性材料帯６６が配列されている。この導電性材料帯６６自体も、アンテナのコイルを構成しないものである。
【００６８】
以上に説明した図２〜図５に示したループアンテナ３０，４０，５０，６０を使用する場合、電磁共鳴を効果的に発生させるためには、ＬＣ回路２に１３ＭＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数の信号を入力するとよい。この場合、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とが数ｍ〜百数十ｍの間隔で配置されていても、送電アンテナ３から受電アンテナ１３に送電させることができる。このため、ＩＣタグ２０が電磁共鳴現象の生じている空間内にさえ存在すれば、リーダ・ライタ装置として機能する送電装置１から数ｍ〜百数十ｍ離れていたとしても、確実にＩＣタグ２０に対して情報を読み書きさせることができる。
【００６９】
なお、本発明に係る非接触式情報通信システムは、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とを相互に対向させて配置する場合、送電アンテナ３及び受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面を双方共に同一の向きに向けて配置する場合のいずれについても適用することができる。
【００７０】
図６は、送電アンテナ３の導電性材料層が設けられた面と、受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面とを対向させて送電する場合の例を示したものである。この態様で送電する際には、例えば、図２〜図４に示したループアンテナ３０，４０，５０のように磁界を偏向させずに形成するループアンテナを使用するとよい。この図６に示すように送電アンテナ３及び受電アンテナ１３双方の導電性材料層が設けられた面を対向させて配置した場合、通信距離を長くとることができる。
【００７１】
図７は、送電アンテナ３の導電性材料層が設けられた面及び受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面を、双方共に上側に向けて送電する場合の一例を示している。この態様で送電する場合には、電磁共鳴現象を生じ易くするために、例えば図５に示したループアンテナ６０のように、相手方のアンテナに向けて磁界が偏向して形成されるループアンテナを使用することが好ましい。もっとも、磁界を偏向させずに形成するループアンテナを使用することを何ら妨げない。
【００７２】
次に、電磁共鳴現象と、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間の結合係数の関係について説明する。
【００７３】
送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間で生じる電磁共鳴現象は、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との結合係数に影響を受ける。ここで送電アンテナ３と受電アンテナ１３と間の結合係数をｋ、送電アンテナ３のＱ値をＱ１、受電アンテナ１３のＱ値をＱ２とすると、結合係数ｋと二つのコイルのＱ１，Ｑ２値との間には（１）式に示す関係が成立する。
【００７４】
ｋ＝１／√（Ｑ１・Ｑ２）・・・（１）
【００７５】
この（１）式から明らかなように、結合係数はＱ値が大きくなれば小さくなり、Ｑ値が小さくなれば大きくなる。
【００７６】
また、Ｑ値は次の（２）式のように表すことができる。
【００７７】
Ｑ＝１／Ｒ・√（Ｌ／Ｃ）・・・（２）
【００７８】
この（２）式から明らかなように、ＬＣ回路の抵抗値ＲとコンデンサＣの容量が大きくなればＱ値は小さくなり、インダクタンスＬの値が大きくなればＱ値は大きくなる。
【００７９】
したがって、（１）式、（２）式から、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との結合係数ｋは、ＬＣ回路の抵抗値Ｒ又はコンデンサＣの容量を大きくするか、あるいはインダクタンスＬの値を小さくすることで大きくすることができる。逆に、ＬＣ回路の抵抗値Ｒ又はコンデンサＣの容量を小さくするか、あるいはインダクタンスＬの値を大きくすることで小さくすることができる。
【００８０】
そして、ＬＣ回路において、共振現象を生じさせる周波数は次の（３）式のように表すことができる。
【００８１】
ｆ＝１／（２π√（Ｌ・Ｃ））・・・（３）
【００８２】
図８は、送電装置１の回路に関し、電力が３．５Ｗ、回路抵抗が５０Ωとなるように設計した際に、電磁共鳴現象の発生状態が結合係数ｋにより理論的にどのように変化をするかを示したグラフである。図８の横軸は周波数を、縦軸はマグニチュードをそれぞれ表している。
【００８３】
図８において、Ａの曲線は、結合係数ｋの値が大きい場合（例えば、ｋ＝０．１４）、即ち、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは密結合の状態にある場合を示している。この場合、周波数が約１２ＭＨｚ〜約１５ＭＨｚの間では、ピークとなる共振周波数は、約１３ＭＨｚのときと、約１４．２ＭＨｚのときの２つとなる。Ｂの曲線に示すように、結合係数ｋを小さくすると（例えばｋ＝０．０８）、ピークとなる共振周波数は次第に接近し、約１３．２ＭＨｚのときと約１３．８ＭＨｚのときの２つとなる。
【００８４】
図８のＣの曲線に示すように、結合係数ｋをさらに小さくすると（例えば、ｋ＝０．０６）、ピークとなる共振周波数は、約１３．５６ＭＨｚのときの１ヶ所だけとなる。このとき、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは臨界結合の状態にある。そして、図８のＤの曲線やＥの曲線に示すように結合係数ｋを臨界結合の状態からさらに小さくすると（例えば、ｋ＝０．０４，ｋ＝０．０２）、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは疎結合の状態となり、共鳴の強さが小さくなる。
【００８５】
以上に示した（１）式から（３）式、及び図８に示した電磁共鳴現象の発生状況により、電磁共鳴現象を利用してＩＣタグ２０に対して情報を読み書きするのに好適な抵抗値Ｒ、コンデンサＣの容量及びインダクタンスＬの値を決定することになる。
【００８６】
以上、送電装置１から受電装置１１に向けて送電する形態の非接触式情報通信システムについて説明したが、受電装置１１からも送電装置１に向けて送電を行い、送電装置１及び受電装置１１の双方をリーダ・ライタ装置として機能させて非接触式情報通信システムを形成することもできる。
【００８７】
図９は、その構成を図１に示した非接触式情報通信システムと同様である。この図９に示す実施形態では、受電装置１１からも送電を行っている。
【００８８】
受電装置１１の信号発信部１６は、ある周波数の信号を変調・復調器１５に出力する。信号が入力された変調・復調器１５は、信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路１２に出力する。さらに、信号発信部１６は、所定のデータ信号を変調・復調器１５に出力する。この信号が入力された変調・復調器１５は、データ信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路１２に出力する。
【００８９】
これらの信号を受けたＬＣ回路１２は共振現象が生じる。そして、ＬＣ回路１２のコイルを構成する送電アンテナ３は、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を送電装置１の送電アンテナ３に対して送電する。
【００９０】
このため、ＩＣタグ２０を、送電装置１と受電装置１１との間で電磁共鳴現象が生じている空間内に位置させると、ＩＣタグ２０は、受電装置１１からの送電を受けて起電力を生じさせる。そして、受電装置１１からの送電波の一部を反射し、ＩＣタグ２０に記録された情報はこの反射波に乗せて返される。これにより、ＩＣタグ２０に記録された情報を読み込む。また、受電装置１１から送られるデータ信号に基づいてＩＣタグ２０への情報の書き込みも行われる。
【００９１】
このようにして送電装置１のみならず、受電装置１１からも送電を行った場合、送電装置１の送電アンテナ３がＩＣタグ２０からの反射波を受信する際に、受電アンテナ１３からの送電をも受信し、ＩＣタグ２０からの反射波を適切に受信できないことが想定できる。すなわち、ＩＣタグ２０からの反射波は、この反射波と同一の搬送波周波数である受電装置１１からの強い送電によりマスキングされてしまう。そのため、送電装置１はＩＣタグ２０からの反射波の存在を確認できなくなる。
【００９２】
こうした不都合を回避するため、この非接触式情報通信システムでは、次のように同期する手法を採用することが挙げられる。
【００９３】
この非接触式情報通信システムにおいて、無変調送信機として別回路で磁界出力する場合、送電アンテナ３からの送電と受電アンテナ１３からの送電とを同期するように位相制御を行う。例えば、送電アンテナ３から送電されて受電アンテナ１３が受信する送電波と、受電アンテナ１３から送電されて送電アンテナ３が受信する送電波とを比較し、両者の位相が一致するように制御部を設け、この制御部によって同期を行うようにする。そうすれば、ＩＣタグ２０からの反射波を送電アンテナ１１が受信する際に、送電装置１１での変調・復調の妨害を阻止でき、同様に、ＩＣタグ２０からの反射波を受電アンテナ１３が受信する際に、受電装置１１での変調・復調の妨害を阻止できる。
【００９４】
この他に、アンテナを直列に接続することによって変調・復調の妨害が生じることを防止する方法がある。一般に、機器を直列に接続すること、即ち、数珠つなぎにすることをデイジーチェーンという。こうしたデイジーチェーンでアンテナをつなぎ、２枚のアンテナ１１，１３同士を同期させる手段を採ることも挙げられる。すなわち、この非接触情報通信システムにおいて、送電装置１及び受電装置１１の双方に設けられたＬＣ回路を利用して、２枚のアンテナの周波数、位相がずれないように制御する。この手段を採って出力先を一つにすれば、位相のずれが生じることがなく、変調・復調の妨害が生じることを確実に防止できる。
【００９５】
こうしたデイジーチェーンでアンテナをつなぐ構成について、さらに詳細を説明する。
【００９６】
一般に、ＩＣタグに記録されている情報を読み込むためには、次の３つの条件が満たされることが必要であると考えられている。
【００９７】
即ち、（１）ＩＣタグを起電させるために必要な電力が、送信電波を送り出すリーダ・ライタ側から送信されていること、（２）ＩＣタグが、リーダ・ライタから送信された送信信号を確実に受信すること、及び（３）リーダ・ライタが、ＩＣタグから返信された負荷変調による信号を確実に受信することである。
【００９８】
本発明者は、こうした条件について、図１０に示す実験装置を用いて様々な実験を行った。この図１０に示す装置は、非接触情報通信システムの送電装置１００であり、この送電装置１００はリーダ・ライタ１０１の他に無変調送信部１０５をさらに備えている。また、送電アンテナは、ＩＣタグ２０からの返信波を転送する転送用アンテナ１０８と、この転送用アンテナ１０８から転送されたＩＣタグ２０からの返信波を受信可能な受信用アンテナ１０３とから構成されている。そして、転送用アンテナ１０８は無変調送信部１０５に接続され、受信用アンテナ１０３はリーダ・ライタ１０１に接続されている。こうした送電装置１００は、転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０３との間で電磁共鳴を発生させている。
【００９９】
こうした実験装置を用いて実験を重ねた結果、上記の条件（１）及び条件（２）は、ＩＣタグ２０に記録されている情報を読み込むための限界を向上させることに、ほとんど寄与していないことが判明した。
【０１００】
即ち、無変調送信部１０５の送信出力に対するＩＣタグ２０と転送用アンテナ１０８との距離を十分に短く設定したにも拘わらず、ＩＣタグ２０と受電アンテナとの距離を伸長させることができなかったのである。ＩＣタグ２０と送電アンテナとの距離を十分に短く設定しているので、ＩＣタグ２０は確実に起電されている。ＩＣタグ２０が起電されているにも拘わらず、情報を読み取ることができないという結果しか得られなかったのである。
【０１０１】
こうした結果から、ＩＣタグ２０を起電させるために必要な電力が、送信電波を送り出すリーダ・ライタ１０１側から送信されていることは、ＩＣタグ２０に記録されている情報を読み込むための限界を向上させることに、ほとんど影響を与えないということを意味する。
【０１０２】
本発明者は、受電装置と受電装置との間で行われている強い送電が、ＩＣタグ２０からの反射波を受信することの妨げになっていることに着目した。そして、ＩＣタグ２０からの反射波を受信することを妨げないようにシステムを組むことにした。以下、こうした非接触式情報通信システムについて説明する。
【０１０３】
図１１は、送電装置１２０の受信用アンテナ１０２，１０３をデイジーチェーンで接続した非接触式情報通信システムをモデル的に示した図である。なお、図１１は、非接触式情報通信システムの送電装置１２０のみを示し、受電装置は特に示していないが、図１に示した非接触式情報通信システムと同様に、送電装置１２０により発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置とを備えている。
【０１０４】
送電装置１２０は、リーダ・ライタ１０１と、無変調送信部１０５と、３つの送電アンテナとを備えている。なお、図１１に示した送電装置１２０の構成と図１０に示した送電装置１００の構成とが同一のものについては図面に同一の符号を付している。
【０１０５】
３つの送電アンテナのうち、図１１の左右両側に配置された２つのアンテナは受信用アンテナ１０２，１０３であり、中央に配置された１つのアンテナは転送用アンテナ１０８である。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、デイジーチェーンで接続され、リーダ・ライタ１０１に接続されている。転送用アンテナ１０８は、無変調送信部１０５に接続されている。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、ある程度の距離を空けて配置され、転送用アンテナ１０８は、これら２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間に配置されている。転送用アンテナ１０８と２つの受信用アンテナ１０２，１０３とのそれぞれの間隔は、ＩＣタグ２０からの返信波を転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴させることができる範囲内に設定される。
【０１０６】
リーダ・ライタ１０１は、図１に示した非接触式情報通信システムの送電装置１２０と基本構成が同様であり、特に図示していないが、信号発信部、ＬＣ回路、及び信号発信部からの信号を受けてＬＣ回路に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器と、を備えている。ただし、図１１に示す送電装置１２０のＬＣ回路を構成しているコイルは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３である。この２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、平坦なループアンテナである。
【０１０７】
図１２は、転送用アンテナ１０８及び無変調送信部１０５のブロック図を示している。無変調送受信部１０５は、電源部１１０と、所望の周波数の信号を発信する発振部１１２と、この発振部１１２からの信号を増幅させる電力増幅部１１４と、発振部１１２からの信号を所望のタイミングで電力増幅部１１４へ発信するように制御している制御部１１１と、を備えている。制御部１１１と発振部１１２とは電源部１１０にパラレルに接続されている。これらの制御部１１１及び発振部１１２は、ゲート回路１１３を介して電力増幅部１１４に接続されている。ゲート回路１１３は、２つの入力信号が同時に入力された場合にのみ出力信号を出力するＡＮＤ回路である。そして、転送用アンテナ１０８は、電力増幅部１１４に接続されている。
【０１０８】
無変調送信部１０５は、発振部１１２と制御部１１１とがＡＮＤ回路からなるゲート回路１１３で接続されているので、発振部１１２及び制御部１１１の双方から信号が発振された場合にのみ電力増幅部１１４に信号を送るようになっている。
【０１０９】
こうした送電装置１２０は、無変調送信部１０５に接続された転送用アンテナ１０８が大きな出力によって、伝送電力を受電装置の受電アンテナに対して送電する。これに対して、受信用アンテナ１０２，１０３は２つのアンテナに分割され、２つの受信用アンテナ１０２，１０３がデイジーチェーンで接続されている。そのため、各々の受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられている。受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられているので、ＩＣタグ２０からの返信波は、受信用アンテナ１０２，１０３の出力に妨げられることなく確実に受信用アンテナ１０２，１０３に受信される。
【０１１０】
こうし送電装置１２０の送電アンテナは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３の出力が低く、かつ、ある程度の距離を空けて配置されているため、２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間で電磁共鳴が生じることはない。一方、２つの受信用アンテナ１０２，１０３と転送用アンテナ１０８との間では、それぞれ電磁共鳴される。
【０１１１】
送電装置１２０は、さらに、無変調送信部１０５の出力時間を制御する同期手段（不図示）を備えている。この同期手段はコンピュータによって制御され、無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを同期させている。具体的には、転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを比較し、両送電波の位相が一致するように位相の制御を行っている。
【０１１２】
このような位相制御を行って両送電波の同期を行うことによって、受信用アンテナ１０２，１０３が受信したＩＣタグ２０からの反射波をリーダ・ライタ１０１が変調・復調する際に、転送用アンテナ１０８からの送電波が、リーダ・ライタ１０１の変調・復調を妨害してしまうことを阻止できる。
【０１１３】
こうした非接触式情報通信システムは次のように作用する。
【０１１４】
まず、無変調送信部１０５の動作を具体的に説明する。この無変調送信部１０５をＡＣ電源に接続すると、発振部１１２は動作する。この発振部１１２は１３．５６ＭＨｚの信号を発信する。そして制御部１１１からの信号と発振部１１２から信号とによってゲート回路１１３が作動し、電力増幅部１１４への信号をＯＮ／ＯＦＦする。ゲート回路１１３がＯＮされて電力増幅部１１４に信号が発信されると、電力増幅部１１４によって増幅され、転送用アンテナ１０８から送信される。
【０１１５】
なお、転送用アンテナ１０８の出力と送受信用アンテナ１０２，１０３の出力とは、同期するように制御されている。そのため、出力波が形成する波の形状は、図８と同様に示した場合に、中央の左右両側で１つずつ山が形成されることがなく、中央で１つの山が形成される。
【０１１６】
こうした転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３とからなる送電アンテナは、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を受電装置の受電アンテナに対して送電する。送電装置１２０と受電装置との間に位置するＩＣタグ２０は、送電装置１２０１からの送電によって起電され、ＩＣタグ２０に記録された情報は、送電装置１２０に返信される。
【０１１７】
無変調送信部１０５は送信機としてのみ機能するので、無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８は、ＩＣタグ２０からの返信波を受信することはない。ＩＣタグ２０からの返信波は、転送用アンテナ１０８と送受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴されて受信用アンテナ１０２，１０３に転送される。既述のように、各々の受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられているので、ＩＣタグ２０からの返信波は、受信用アンテナ１０２，１０３の出力によって妨げられることなく受信用アンテナ１０２，１０３によって受信される。
【０１１８】
なお、本発明者は、図１１に示す非接触式情報通信システムを用いて動作の確認テストを行ったところ、電源部１１０としてＡＣアダプターに接続すれば、送信出力がない場合でも以上に説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができることを確認することができた。こうした原理について考察する。
【０１１９】
ＡＣアダプターに接続されるだけで動作するということは、ゲート回路１１３がＯＦＦの状態でも、無変調送信部１０５の電源部１１０を構成している電源回路を経由して、わずかな信号が転送用アンテナ１０８側に供給されているということができる。こうした信号は漏れ電力であるから、その電力はわずか数十ｍＷ以下であると考えられる。
【０１２０】
無変調送信部１０５からの送電波は、電源回路を経由した漏れ電力に基づくものであるため、信号源のインピーダンスは、数Ωから数百ｋΩと非常に高いと考えられる。これに対し、ＩＣタグ２０の変調方式は負荷変調であり、アンテナを介して送信出力回路の負荷を可変させて変調するものである。そして、リーダ・ライタ１０１は、送信出力の電圧の微妙な変化を、フィルターを通して取り出すことによって復調している。そのため、負荷変調の場合、信号源インピーダンスが高いと負荷による影響が大きくなり、変調率が高くなる。
【０１２１】
無変調送信部１０５から送電される漏れ電力に基づく送電波は、リーダ・ライタ１０１からの送電波に比べて大きく変調されたと考えられる。また、無変調送電部からの漏れ送電出力は小さいため、変調電力に換算しても大きくないが、リーダ・ライタ１０１の読み取り可能なレベルに達したと考えられる。
【０１２２】
ここで、変調されるのは、リーダ・ライタ１０１からの出力ではなく、無変調送信部１０５からの出力である。この無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８上の変調波は、リーダ・ライタ１０１に接続された受信用アンテナ１０２，１０３と無変調送電部に接続された転送用アンテナ１０８が比較的近い距離に配置されている場合に、アンテナ間の電磁共鳴現象によって受信用アンテナ１０２，１０３に伝わる。
【０１２３】
こうした原理に基づいて、電源部１１０としてＡＣアダプターに接続すれば、送信出力がない場合でも同様の作用効果を得ることができると考察される。
【０１２４】
なお、図１１に示す非接触式情報通信システムの送電装置１２０を用いた場合、無変調送信部１０５の電源をＯＦＦにした場合に、ＩＣタグ２０からの返信波を最も効果的に読み取ることができる。こうした結果は、無変調送信部１０５に設けられているＬＣ回路が効果的に機能したことによると、考察することができる。すなわち、無変調送信部１０５は、直列に過大なコイルとキャパシタとが存在することによるものである。
【０１２５】
次に、図１３を参照して、図１１とは別形態の非接触式情報通信システムの送電装置１３０について説明する。この送電装置１３０は、２つの無変調送信部１０５を備えている。なお、送電装置１３０は、無変調送電部が２つ設けられていること以外は、図１１に示す送電装置１３０と基本構成は、同様である。そのため、図１３の各構成には、図１１と同様の符号を付して送電装置１３０の概要を説明する。なお、図１３は、非接触式情報通信システムの送電装置１３０のみを示し、受電装置は特に示していないが、非接触式情報通信システムは、送電装置１３０により発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置を備えている。
【０１２６】
送電装置１３０は、リーダ・ライタ１０１と、無変調送信部１０５と、４つの送電アンテナとを備えている。
【０１２７】
４つのアンテナのうち、図１３の左右両側に配置された２つのアンテナは受信用アンテナ１０２，１０３であり、中央に配置された２つのアンテナは転送用アンテナ１０８である。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、デイジーチェーンで接続され、リーダ・ライタ１０１に接続されている。転送用アンテナ１０８は、無変調送電部１０５に接続されている。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、ある程度の距離を空けて配置され、２つの転送用アンテナ１０８は、これら２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間に配置されている。これらの転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間隔は、ＩＣタグ２０からの返信波を転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴させることができる範囲内に設定される。
【０１２８】
リーダ・ライタ１０１は、図１に示した非接触式情報通信システムの送電装置１３０と基本構成が同様であり、信号発振部、ＬＣ回路、及び信号発振部からの信号を受けてＬＣ回路に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器と、を備えている。なお、ＬＣ回路を構成しているコイルは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３である。この２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、平坦なループアンテナである。
【０１２９】
無変調送受信機は、図１２に示したブロック図のように、電源部１１０と、所望の周波数の信号を発信する発振部１１２と、この発振部１１２からの信号を増幅させる電力増幅部１１４と、発振部１１２からの信号を所望のタイミングで電力増幅部１１４へ発信するように制御している制御部１１１と、を備えている。制御部１１１と発振部１１２とはＡＣ電源部１１０にパラレルに接続されている。これらの制御部１１１及び発振部１１２は、ゲート回路１１３を介して電力増幅部１１４に接続されている。ゲート回路１１３は、２つの入力信号が同時に入力された場合にのみ出力信号を出力するＡＮＤ回路である。そして、転送用アンテナ１０８は、電力増幅部１１４に接続されている。
【０１３０】
なお、図１３に示す送電装置１３０についても、無変調送信部１０５の出力時間を制御する同期手段（不図示）を備えことによって、無変調送電部１０５に接続された２つの転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを同期させるとよい。送電装置１３０に同期手段を設けることによって、両送電波の同期を行うことによって、受信用アンテナ１０２，１０３が受信したＩＣタグ２０からの反射波をリーダ・ライタ１０１が変調・復調する際に、転送用アンテナ１０８からの送電波が、リーダ・ライタ１０１の変調・復調を妨害することを阻止する。
【０１３１】
こうした図１３に示す送電装置１３０を用いれば、ＩＣタグ２０からの返信波を読み取ることができる距離をさらに伸ばすことができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１…送電装置
２…ＬＣ回路
３…送電コイル
４…コンデンサ
５…変調・復調器
６…信号発信部
１１…送電装置
１２…ＬＣ回路
１３…送電コイル
１４…コンデンサ
１５…変調・復調器
１６…信号発信部
２０…ＩＣタグ
３０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
３１…基板
３２…導電性材料層
４０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
４１…基板
４２…導電性材料層
５０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
５１…基板
５２…導電性材料層
６０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
６１…基板
６２…導電性材料層
１００…送電装置
１０１…リーダ・ライタ
１０２…受信用アンテナ
１０３…受信用アンテナ
１０５…無変調送信部
１０８…転送用アンテナ
１１０…電源部
１１１…制御部
１１２…発振部
１１３…ゲート回路
１１４…電力増幅部
１２０…送電装置
１３０…送電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁共鳴現象を利用してＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から非接触式情報通信システムによって、ＩＣタグに対して情報の読み書きを行う技術が知られている。そのなかでも、ＩＣタグのコイルとリーダ・ライタのアンテナコイルを磁束結合させて、エネルギー・信号を伝達する電磁誘導方式による情報通信システムが一般に知られている。
【０００３】
例えば、パッシブタグでは、リーダ・ライタからの電波をエネルギー源として動作するＲＦタグで、電池を内蔵する必要がない。タグのアンテナはリーダ・ライタからの電波の一部を反射し、ＩＤ情報はこの反射波に乗せて返される。
【０００４】
一方、アクティブタグは、電池を内蔵したＩＣタグである。このアクティブタグは、通信時に自らの電力で電波を発するものである。
【０００５】
このようなＩＣタグを利用した情報通信システムについては、例えば、鉄道の料金管理システムに代表されるように、種々の技術が実用化されている。また、そのほかにも、以下のように種々の技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、内部に収容され、ＲＦＩＤタグが取り付けられている物品の情報にアクセス可能な運搬用物品収容ケースに関する技術が提案されている。この運搬用物品収容ケースは、ＲＦＩＤタグと通信する内蔵アンテナは少なくとも１つのパッチアンテナを含み、内蔵アンテナのアンテナ面がＲＦＩＤタグのアンテナと対向する位置に設けられる。そして、内蔵アンテナに接続されたケースの外表面に設けられ、ＲＦＩＤリーダ・ライタと通信するための通信用構造体を備え、ＲＦＩＤリーダ・ライタはケースを開けずに内部の物品の情報にアクセスすることができるようにしたものである。
【０００７】
他にも、特許文献２には、管理情報を読取可能に記憶したコイルオンチップが装着された記憶媒体を収納する収納ケースに関する技術が提案されている。この収納ケースは、コイルオンチップが通信可能な範囲に設けられ、コイルオンチップが行う非接触通信を中継するブースターを備えたものである。そして、リーダ・ライタ装置は、このブースターを介して、コイルオンチップとの間で非接触通信を行って、管理情報を読み取っている。
【０００８】
また、非接触で情報通信を行うに際し、電磁誘導を行うためのアンテナの形体についても種々の技術が提案されている。
【０００９】
例えば、特許文献３には、誘電体基板の両端部に形成された一対の主アンテナ素子と、この一対の主アンテナ素子の間に形成された補助アンテナ素子と、一対の主アンテナ素子の間に接続された整合部とを備えたアンテナに関する技術が提案されている。このアンテナは、一対の主アンテナ素子、補助アンテナ素子及び整合部が、誘電体基板の片面に形成され、補助アンテナ素子は、両端部が一対の主アンテナ素子の整合部が接続されている側の近傍に設けられており、補助アンテナ素子の両端部の形状が、一対の主アンテナ素子の前記整合部が接続されている側の形状に沿った形状とされている。
【００１０】
また、特許文献４には、非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダ・ライタ用のアンテナ装置に関する技術が提案されている。このアンテナ装置は、電磁界を放射しＩＣカード側のループコイルと磁気結合してデータの送受信を行うループコイルを有し、ループコイルは、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔を異ならせた非対称形状とされている。
【００１１】
他方、非接触式情報通信システムでは、電磁誘導方式とは異なり、電波方式で通信を行う技術もある。この電波方式では、タグ内部に整流回路が内蔵されており、リーダ・ライタからの電波を整流して直流に直し、それを電源として、ＩＣタグ内のＩＣが動作する。通常、リーダ・ライタからの電波は、プリアンブルに続きコマンドｂｉｔ列で変調されたものであり、その後に無変調のキャリアが続く。プリアンブルの部分で、ＩＣの初期動作に必要なだけのエネルギーが蓄えられ、コマンドｂｉｔ列を復調して解釈し、無変調キャリアの部分で反射波に返答を乗せて情報を返すというものである。
【００１２】
例えば、特許文献５には、ＲＦＩＤタグと通信を行う読書き機と別体の電波発信手段を使用し、該電波発信手段から発信される電力生成用電波をＲＦＩＤタグの電力供給に用いた非接触式情報通信システムに関する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１０７８８８公報
【００１４】
【特許文献２】特開２００５−３３９６６３公報
【００１５】
【特許文献３】特開２００５−２４４７７８公報
【００１６】
【特許文献４】特開２００４−１１８４４０公報
【００１７】
【特許文献５】特開２００６−２１７３９３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述の特許文献１〜４に記載された技術は、パッシブタグを利用したものであり、係るパッシブタグはＩＣタグに電源を設けていないため、システムを安価にすることができる反面、通信距離が短く、最大でも約１ｍ程度しかないという不都合な点がある。
【００１９】
一方、アクティブタグは、電池を内蔵したＩＣタグである。このアクティブタグは、通信時に自らの電力で電波を発するため、通信距離がパッシブタグに比べ長く取れる。その反面、電池をＩＣタグに設けなければならないため、高価となってしまう。また、特許文献５に記載された技術では、電波を発信させる必要が生じる。
【００２０】
本発明者は、こうした問題点を解決するために研究を進めてきた。本発明者は、この研究の過程で、非接触式情報通信システムにおいて、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることについても取り組んできた。こうした研究の結果、本発明者は、リーダ・ライタが、ＩＣタグから返信された負荷変調による信号を確実に受信することが限界を向上させるために最も重要な条件であることを解明した。
【００２１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、第１に、コストを低廉に抑えつつも、通信距離を大幅に長くすることができる非接触式情報通信システムを提供することであり、第２に、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために本発明では、ＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムであって、送電アンテナを有するＬＣ回路と、前記送電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器とを具備する送電装置と、受電アンテナを有するＬＣ回路を具備する受電装置と、を備え、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは平坦なループアンテナであり、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、前記送電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記送電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、電磁共鳴現象を利用するので、従来の電磁誘導方式の通信とは異なり、通信距離を大幅に長くすることができる。
【００２４】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナは、前記ＩＣタグからの返信波を転送する転送用アンテナと、この転送用アンテナから転送された前記ＩＣタグからの返信波を受信可能な受信用アンテナとから構成され、前記送電装置は、前記転送用アンテナに接続された無変調送信部をさらに備え、前記受信用アンテナは、直列に接続された複数のアンテナから構成され、前記転送用アンテナは、前記受信用電アンテナの間に配置され、前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとの間で電磁共鳴を発生させていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、ＩＣタグからの返信波が受信用アンテナの出力波によって妨げられることがなくなり、受信用アンテナが確実にＩＣタグからの返信波を受信する。そのため、ＩＣタグの情報を読み込むための限界を向上させることができる。
【００２６】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとは、前記ＩＣタグからの返信波を前記送電アンテナと前記送電専用アンテナとの間で電磁共鳴させる範囲内に配置させていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、転送用アンテナと受信用アンテナとの間でＩＣタグからの返信波を電磁共鳴させるので、受信用アンテナが確実にＩＣタグからの返信波を受信する。
【００２８】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナが、基板と、該基板に導電性材料を略渦巻状に積層した導電性材料層とから構成されたことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、送電アンテナ及び受電アンテナを所望の形態に容易に形成することができる。このため、電磁共鳴現象を発生させやすい形態のループアンテナを容易に形成できると共に、同アンテナをＩＣタグからの反射波を受信するために好適な形態のアンテナとすることが容易に可能となる。
【００３０】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、非接触式情報通信システムは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとが、前記導電性材料層を有する面を相互に対向して配置されていることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、送電を極めて遠距離で行うことができる。
【００３２】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、非接触式情報通信システムは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとは前記導電性材料層を有する面を同一方向に向けて配置されていることを特徴とする。
【００３３】
この発明では、同一平面上に送電アンテナと受電アンテナを配置してシステムを構成することができる。このため、床面や机に送電アンテナ及び受電アンテナを配置してシステムを構築することができる。
【００３４】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナの誘電性材料層は、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナによって形成される磁界を相互に相手方に向けて偏向させるように、偏心して前記基板に積層されていることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、同一平面上に送電アンテナと受電アンテナを配置してシステムを構成した場合においても、電磁共鳴現象を発生させやすくする。
【００３６】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記受電装置は、前記受電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記受電装置のＣＬ回路に入力させる変調器を備え、前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、前記受電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記受電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、受電装置をレピータ装置として機能させるだけにとどまらず、受電装置をリーダ・ライタ装置として機能させることができる。
【００３８】
本発明に係る非接触式情報通信システムにおいて、前記受電アンテナが受信する受信波と前記送電アンテナが受信する受信波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、送電アンテナがＩＣタグからの反射波を受信する際に受電アンテナからの送電アンテナに対する送電によりＩＣタグからの反射波がマスキングされてしまうことを防止でき、送電アンテナが受信したＩＣタグからの反射波を適切に変調・復調できる。同様に、受電アンテナが受信したＩＣタグからの反射波を適切に変調・復調できる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、伝送方式として電磁共鳴現象を利用するので、従来の電磁誘導方式の通信とは異なり、通信距離を大幅に長くすることができる。そのため、従来ではＩＣタグが伝送装置の１ｍ程度の範囲に存在しなければＩＣタグに対して情報の読み書きを行えなかったものを数十ｍ〜百数十ｍ離れた位置からでもＩＣタグに対して情報の読み書きを行うことができるようになる。
【００４１】
また、システムをＬＣ回路と変調器とで構成することができるので低廉なコストでシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る非接触式情報通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの一例を示すループアンテナの平面図である。
【図３】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図４】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図５】図１に示す非接触式情報通信システムに使用される送電アンテナ及び受電アンテナの別の一例を示すループアンテナの平面図である。
【図６】送電アンテナ及び受電アンテナの導電性材料層を有する面を相互に対向して配置して構成した非接触式情報通信システムの説明図である。
【図７】送電アンテナ及び受電アンテナの導電性材料層を有する面を同方向に向けて配置して構成した非接触式情報通信システムの説明図である。
【図８】送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数を変化させた際の電磁共鳴現象の発生状態を表すグラフである。
【図９】受電装置からも送電を行った非接触式情報通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図１０】ＩＣタグからの返信波を受信するために必要な条件を検討するために用いた実験装置を構成する送電装置の概要を示すブロック図である。
【図１１】図１とは別形態に係る本発明の非接触式情報通信システムを構成する送電装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す送電装置に用いられている転送用アンテナ及び無変調送信部のブロック図である。
【図１３】図１１とは別形態に係る本発明の非接触式情報通信システムを構成する送電装置の基本構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００４４】
図１は、本発明の非接触式通信システムの一実施形態の基本構成に関するブロック図を示している。
【００４５】
本発明に係る非接触式通信システムは、所定の電磁共鳴周波数で電磁共鳴現象を発生させ、発生された電磁共鳴現象を利用して通信を行うシステムである。この非接触式通信システムは、電磁共鳴現象を発生させて電力を送信する送電装置１と、発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置１１とを備えている。
【００４６】
送電装置１は、信号発信部６と、ＬＣ回路２と、信号発信部６からの信号を受けてＬＣ回路２に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器５とを備えている。ＬＣ回路２はコンデンサ４とコイルとから構成された共振回路である。このＬＣ回路２を構成しているコイルが電力を送信するための送電アンテナ３である。そして、送電アンテナ３は、平坦なループアンテナとして構成されている。一方、受電装置１１は、信号発信部１６と、ＬＣ回路１２と、信号発生器１６からの信号を受けてＬＣ回路１２に対して所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器１５とを備えている。ＬＣ回路１２はコンデンサ１４とコイルとからなる共振回路であり、コイルが送電された電力を受信する受電アンテナ１３として構成されている。そして、受電アンテナ１３も、平坦なループアンテナとして構成されている。
【００４７】
送電装置１の信号発信部６は、ある周波数の信号を変調・復調器５に出力する。信号が入力された変調・復調器５は、信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路２に出力する。さらに、信号発信部６は、所定のデータ信号を変調・復調器５に出力する。この信号が入力された変調・復調器５は、データ信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路２に出力する。
【００４８】
これらの信号を受けたＬＣ回路２は共振現象が生じる。そして、ＬＣ回路２のコイルを構成する送電アンテナ３は、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を受電装置１１の受電アンテナ１３に対して送電する。
【００４９】
受電アンテナ１３は、送電装置１の送電アンテナ３から電磁磁気共鳴現象によって伝送されてきた伝送電力を受信する。受信された電力はＬＣ回路１２を介して図示しない負荷部等へ出力され、この負荷部等で消費される。なお、受電アンテナ１３が受信したデータ信号は、変調・復調器１６へ入力され、データ信号の復元が可能となっている。
【００５０】
このような非接触式通信システムを利用して、送電装置１をリーダ・ライタ装置として機能させてＩＣタグ２０との間で情報通信が次のようにして行われる。
【００５１】
一般に、ＩＣタグ２０には、起電力を発生させるアンテナコイルと、このアンテナコイルに接続されたＩＣチップが設けられている。このようなＩＣタグ２０を、送電装置１と受電装置１１との間で電磁共鳴現象が生じている空間内に位置させると、ＩＣタグ２０は、送電装置１からの送電を内部に設けられたコイルが受電する。ＩＣタグ２０のアンテナコイルは送電装置１からの送電を受けて起電力を生じさせる。そして、送電装置１からの送電波の一部を反射し、ＩＣタグ２０に記録された情報はこの反射波に乗せて返される。これにより、ＩＣタグ２０に記録された情報を読み込む。また、送電装置１から送られるデータ信号に基づいてＩＣタグ２０への情報の書き込みが行われる。
【００５２】
また、上述したように、受電装置１１は受信した信号を復元可能に構成されており、レピータ装置として機能する。すなわち、送電装置１が読み込んだＩＣタグ２０の情報等のデータ信号は、送電装置１から受電装置１１に対しても送信される。受電装置１１は受信したデータ信号を変調・復調器１５へ入力させ、この変調・復調器１５で復元する。
【００５３】
なお、本発明の非接触式通信システムで読み書きされるＩＣタグ２０は、シールラベル、コイン、キー、カプセル、カードなど様々な形状のものを対象としている。また、携帯電話などの携帯端末も情報を読み書きする対象に含めることができる。
【００５４】
次に、この非接触式通信システムの送電アンテナ３及び受電アンテナ１３を構成するループアンテナの種々の形態について説明する。
【００５５】
図２は、形成される磁界を偏向させないループアンテナ３０の一例を示している。
【００５６】
このループアンテナ３０は、板状の基板３１と、基板３１の表面に積層された導電性材料層３２とから構成されている。導電性材料層３２は、導電性材料が基板３１の表面に、基板３１の外形である四角形を外から内へ順次小さくして略渦巻状に積層して形成されている。この図２に示したループアンテナ３０は、導電性材料層３２を外から内へ４重にループさせてコイルを形成させている。そして、基板３１の中央部３３にはコイルを構成する導電性材料層３２が存在しない部位が設けられている。なお、ループの数は、必要に応じ、２重、３重、又は５重以上に形成してもよい。
【００５７】
図３は、別の形態のループアンテナ４０を示している。
【００５８】
この図３に示すループアンテナ４０は、２重ループとなるように導電性材料層４２が基板４１に積層されたものである。外側の第１ループ４３は、基板４１の外縁のやや内側を基板の外縁に沿って略四角形に形成されている。一方、内側の第２ループ４４は、その外形が略十字となるように形成されている。すなわち、第２ループ４４は四角形の４角の部位を内側に折り込ませ、太字の十字の外縁を沿うような形状をなしている。そして、基板４１の中央部４５にはコイルを構成する導電性材料層４２が存在しない部位が設けられている。なお、このループアンテナ４０についても、必要に応じ、３重以上のループを形成させてもよい。
【００５９】
図４は、さらに別の形態のループアンテナ５０を示している。
【００６０】
図４に示したループアンテナ５０は、４重ループとなるように導電性材料層５２が基板５１に積層されたものである。このループアンテナ５０の各ループ５３，５４，５５，５６は、内外の方向に対して凹凸する部位がループの延びる周方向に連なるように導電性材料層５２が基板５１の表面に積層されている。このため、外側のループと内側のループとの間に形成される隙間部分は矩形波のように形成されている。
【００６１】
なお、中央部５７にはループアンテナ５０の長手方向に複数の導電性材料帯５８が延びるように設けられている。この導電性材料帯５８自体はアンテナのコイルそれ自体を構成するものではなく、形成する磁界を適宜制御するためのものである。
【００６２】
このループアンテナ５０についても、必要に応じ、２重、３重、又は５重以上にループを形成してもよい。
【００６３】
図５は、さらに別の形態に係るループアンテナ６０を示している。
【００６４】
このループアンテナ６０は２重ループのアンテナである。基板６１の中央部６５にはアンテナのコイルである導電性材料層６２の存在しない略十字に形成された部位が存在する。コイルを構成する導電性材料層６２はその周囲に配される。なお、説明容易のため、図５の左端に示すように、図５の横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向として説明する。
【００６５】
このループアンテナ６０は、Ｙ方向において、中心線ＣＬより上側に磁界が偏向して形成されるように偏心させてループが形成されている。外側の第１ループ６３は、中心線ＣＬの下側では、Ｙ方向について狭く形成された部位６３ｂを間に挟んで広く形成された部位６３ａがＸ方向に並ぶようにして形成されている。Ｙ方向に広く形成された部位６３ａは、その内縁端が中心線ＣＬより上側に位置するように形成されている。一方、中心線の上側でも、Ｙ方向について狭く形成された部位６３ｄを間に挟んで広く形成された部位６３ｃがＸ方向に並ぶようにして形成されている。そして、Ｙ方向に広く形成された部位６３ｃは、その内縁端が中心線ＣＬより上側に位置するように形成されている。中心線ＣＬの下側の部位と上側の部位とは、図５に示された状態で、基板６１の右縁部で一定の幅に形成された部位６３ｅで相互に連絡されている。
【００６６】
内側に位置する第２ループ６４は、その外縁が第１ループの凹凸に沿って形成されている。一方、第２ループ６４の内縁は、上述の導電性材料層の存在しない略十字に形成された中央部６５に沿って形成されている。そのため、Ｘ方向の両端には、Ｙ方向に張り出す部位６４ａが形成されている一方で、中央の部位は矩形波のように形成されている。
【００６７】
そして、ループアンテナ６０の中央に設けられた導電性材料層の存在しない略十字に形成された中央部６５には、複数の導電性材料帯６６が配列されている。この導電性材料帯６６自体も、アンテナのコイルを構成しないものである。
【００６８】
以上に説明した図２〜図５に示したループアンテナ３０，４０，５０，６０を使用する場合、電磁共鳴を効果的に発生させるためには、ＬＣ回路２に１３ＭＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数の信号を入力するとよい。この場合、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とが数ｍ〜百数十ｍの間隔で配置されていても、送電アンテナ３から受電アンテナ１３に送電させることができる。このため、ＩＣタグ２０が電磁共鳴現象の生じている空間内にさえ存在すれば、リーダ・ライタ装置として機能する送電装置１から数ｍ〜百数十ｍ離れていたとしても、確実にＩＣタグ２０に対して情報を読み書きさせることができる。
【００６９】
なお、本発明に係る非接触式情報通信システムは、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とを相互に対向させて配置する場合、送電アンテナ３及び受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面を双方共に同一の向きに向けて配置する場合のいずれについても適用することができる。
【００７０】
図６は、送電アンテナ３の導電性材料層が設けられた面と、受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面とを対向させて送電する場合の例を示したものである。この態様で送電する際には、例えば、図２〜図４に示したループアンテナ３０，４０，５０のように磁界を偏向させずに形成するループアンテナを使用するとよい。この図６に示すように送電アンテナ３及び受電アンテナ１３双方の導電性材料層が設けられた面を対向させて配置した場合、通信距離を長くとることができる。
【００７１】
図７は、送電アンテナ３の導電性材料層が設けられた面及び受電アンテナ１３の導電性材料層が設けられた面を、双方共に上側に向けて送電する場合の一例を示している。この態様で送電する場合には、電磁共鳴現象を生じ易くするために、例えば図５に示したループアンテナ６０のように、相手方のアンテナに向けて磁界が偏向して形成されるループアンテナを使用することが好ましい。もっとも、磁界を偏向させずに形成するループアンテナを使用することを何ら妨げない。
【００７２】
次に、電磁共鳴現象と、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間の結合係数の関係について説明する。
【００７３】
送電アンテナ３と受電アンテナ１３との間で生じる電磁共鳴現象は、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との結合係数に影響を受ける。ここで送電アンテナ３と受電アンテナ１３と間の結合係数をｋ、送電アンテナ３のＱ値をＱ１、受電アンテナ１３のＱ値をＱ２とすると、結合係数ｋと二つのコイルのＱ１，Ｑ２値との間には（１）式に示す関係が成立する。
【００７４】
ｋ＝１／√（Ｑ１・Ｑ２）・・・（１）
【００７５】
この（１）式から明らかなように、結合係数はＱ値が大きくなれば小さくなり、Ｑ値が小さくなれば大きくなる。
【００７６】
また、Ｑ値は次の（２）式のように表すことができる。
【００７７】
Ｑ＝１／Ｒ・√（Ｌ／Ｃ）・・・（２）
【００７８】
この（２）式から明らかなように、ＬＣ回路の抵抗値ＲとコンデンサＣの容量が大きくなればＱ値は小さくなり、インダクタンスＬの値が大きくなればＱ値は大きくなる。
【００７９】
したがって、（１）式、（２）式から、送電アンテナ３と受電アンテナ１３との結合係数ｋは、ＬＣ回路の抵抗値Ｒ又はコンデンサＣの容量を大きくするか、あるいはインダクタンスＬの値を小さくすることで大きくすることができる。逆に、ＬＣ回路の抵抗値Ｒ又はコンデンサＣの容量を小さくするか、あるいはインダクタンスＬの値を大きくすることで小さくすることができる。
【００８０】
そして、ＬＣ回路において、共振現象を生じさせる周波数は次の（３）式のように表すことができる。
【００８１】
ｆ＝１／（２π√（Ｌ・Ｃ））・・・（３）
【００８２】
図８は、送電装置１の回路に関し、電力が３．５Ｗ、回路抵抗が５０Ωとなるように設計した際に、電磁共鳴現象の発生状態が結合係数ｋにより理論的にどのように変化をするかを示したグラフである。図８の横軸は周波数を、縦軸はマグニチュードをそれぞれ表している。
【００８３】
図８において、Ａの曲線は、結合係数ｋの値が大きい場合（例えば、ｋ＝０．１４）、即ち、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは密結合の状態にある場合を示している。この場合、周波数が約１２ＭＨｚ〜約１５ＭＨｚの間では、ピークとなる共振周波数は、約１３ＭＨｚのときと、約１４．２ＭＨｚのときの２つとなる。Ｂの曲線に示すように、結合係数ｋを小さくすると（例えばｋ＝０．０８）、ピークとなる共振周波数は次第に接近し、約１３．２ＭＨｚのときと約１３．８ＭＨｚのときの２つとなる。
【００８４】
図８のＣの曲線に示すように、結合係数ｋをさらに小さくすると（例えば、ｋ＝０．０６）、ピークとなる共振周波数は、約１３．５６ＭＨｚのときの１ヶ所だけとなる。このとき、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは臨界結合の状態にある。そして、図８のＤの曲線やＥの曲線に示すように結合係数ｋを臨界結合の状態からさらに小さくすると（例えば、ｋ＝０．０４，ｋ＝０．０２）、送電アンテナ３と受電アンテナ１３とは疎結合の状態となり、共鳴の強さが小さくなる。
【００８５】
以上に示した（１）式から（３）式、及び図８に示した電磁共鳴現象の発生状況により、電磁共鳴現象を利用してＩＣタグ２０に対して情報を読み書きするのに好適な抵抗値Ｒ、コンデンサＣの容量及びインダクタンスＬの値を決定することになる。
【００８６】
以上、送電装置１から受電装置１１に向けて送電する形態の非接触式情報通信システムについて説明したが、受電装置１１からも送電装置１に向けて送電を行い、送電装置１及び受電装置１１の双方をリーダ・ライタ装置として機能させて非接触式情報通信システムを形成することもできる。
【００８７】
図９は、その構成を図１に示した非接触式情報通信システムと同様である。この図９に示す実施形態では、受電装置１１からも送電を行っている。
【００８８】
受電装置１１の信号発信部１６は、ある周波数の信号を変調・復調器１５に出力する。信号が入力された変調・復調器１５は、信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路１２に出力する。さらに、信号発信部１６は、所定のデータ信号を変調・復調器１５に出力する。この信号が入力された変調・復調器１５は、データ信号を所定の電磁共鳴周波数の信号に変調してＬＣ回路１２に出力する。
【００８９】
これらの信号を受けたＬＣ回路１２は共振現象が生じる。そして、ＬＣ回路１２のコイルを構成する送電アンテナ３は、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を送電装置１の送電アンテナ３に対して送電する。
【００９０】
このため、ＩＣタグ２０を、送電装置１と受電装置１１との間で電磁共鳴現象が生じている空間内に位置させると、ＩＣタグ２０は、受電装置１１からの送電を受けて起電力を生じさせる。そして、受電装置１１からの送電波の一部を反射し、ＩＣタグ２０に記録された情報はこの反射波に乗せて返される。これにより、ＩＣタグ２０に記録された情報を読み込む。また、受電装置１１から送られるデータ信号に基づいてＩＣタグ２０への情報の書き込みも行われる。
【００９１】
このようにして送電装置１のみならず、受電装置１１からも送電を行った場合、送電装置１の送電アンテナ３がＩＣタグ２０からの反射波を受信する際に、受電アンテナ１３からの送電をも受信し、ＩＣタグ２０からの反射波を適切に受信できないことが想定できる。すなわち、ＩＣタグ２０からの反射波は、この反射波と同一の搬送波周波数である受電装置１１からの強い送電によりマスキングされてしまう。そのため、送電装置１はＩＣタグ２０からの反射波の存在を確認できなくなる。
【００９２】
こうした不都合を回避するため、この非接触式情報通信システムでは、次のように同期する手法を採用することが挙げられる。
【００９３】
この非接触式情報通信システムにおいて、無変調送信機として別回路で磁界出力する場合、送電アンテナ３からの送電と受電アンテナ１３からの送電とを同期するように位相制御を行う。例えば、送電アンテナ３から送電されて受電アンテナ１３が受信する送電波と、受電アンテナ１３から送電されて送電アンテナ３が受信する送電波とを比較し、両者の位相が一致するように制御部を設け、この制御部によって同期を行うようにする。そうすれば、ＩＣタグ２０からの反射波を送電アンテナ１１が受信する際に、送電装置１１での変調・復調の妨害を阻止でき、同様に、ＩＣタグ２０からの反射波を受電アンテナ１３が受信する際に、受電装置１１での変調・復調の妨害を阻止できる。
【００９４】
この他に、アンテナを直列に接続することによって変調・復調の妨害が生じることを防止する方法がある。一般に、機器を直列に接続すること、即ち、数珠つなぎにすることをデイジーチェーンという。こうしたデイジーチェーンでアンテナをつなぎ、２枚のアンテナ１１，１３同士を同期させる手段を採ることも挙げられる。すなわち、この非接触情報通信システムにおいて、送電装置１及び受電装置１１の双方に設けられたＬＣ回路を利用して、２枚のアンテナの周波数、位相がずれないように制御する。この手段を採って出力先を一つにすれば、位相のずれが生じることがなく、変調・復調の妨害が生じることを確実に防止できる。
【００９５】
こうしたデイジーチェーンでアンテナをつなぐ構成について、さらに詳細を説明する。
【００９６】
一般に、ＩＣタグに記録されている情報を読み込むためには、次の３つの条件が満たされることが必要であると考えられている。
【００９７】
即ち、（１）ＩＣタグを起電させるために必要な電力が、送信電波を送り出すリーダ・ライタ側から送信されていること、（２）ＩＣタグが、リーダ・ライタから送信された送信信号を確実に受信すること、及び（３）リーダ・ライタが、ＩＣタグから返信された負荷変調による信号を確実に受信することである。
【００９８】
本発明者は、こうした条件について、図１０に示す実験装置を用いて様々な実験を行った。この図１０に示す装置は、非接触情報通信システムの送電装置１００であり、この送電装置１００はリーダ・ライタ１０１の他に無変調送信部１０５をさらに備えている。また、送電アンテナは、ＩＣタグ２０からの返信波を転送する転送用アンテナ１０８と、この転送用アンテナ１０８から転送されたＩＣタグ２０からの返信波を受信可能な受信用アンテナ１０３とから構成されている。そして、転送用アンテナ１０８は無変調送信部１０５に接続され、受信用アンテナ１０３はリーダ・ライタ１０１に接続されている。こうした送電装置１００は、転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０３との間で電磁共鳴を発生させている。
【００９９】
こうした実験装置を用いて実験を重ねた結果、上記の条件（１）及び条件（２）は、ＩＣタグ２０に記録されている情報を読み込むための限界を向上させることに、ほとんど寄与していないことが判明した。
【０１００】
即ち、無変調送信部１０５の送信出力に対するＩＣタグ２０と転送用アンテナ１０８との距離を十分に短く設定したにも拘わらず、ＩＣタグ２０と受電アンテナとの距離を伸長させることができなかったのである。ＩＣタグ２０と送電アンテナとの距離を十分に短く設定しているので、ＩＣタグ２０は確実に起電されている。ＩＣタグ２０が起電されているにも拘わらず、情報を読み取ることができないという結果しか得られなかったのである。
【０１０１】
こうした結果から、ＩＣタグ２０を起電させるために必要な電力が、送信電波を送り出すリーダ・ライタ１０１側から送信されていることは、ＩＣタグ２０に記録されている情報を読み込むための限界を向上させることに、ほとんど影響を与えないということを意味する。
【０１０２】
本発明者は、受電装置と受電装置との間で行われている強い送電が、ＩＣタグ２０からの反射波を受信することの妨げになっていることに着目した。そして、ＩＣタグ２０からの反射波を受信することを妨げないようにシステムを組むことにした。以下、こうした非接触式情報通信システムについて説明する。
【０１０３】
図１１は、送電装置１２０の受信用アンテナ１０２，１０３をデイジーチェーンで接続した非接触式情報通信システムをモデル的に示した図である。なお、図１１は、非接触式情報通信システムの送電装置１２０のみを示し、受電装置は特に示していないが、図１に示した非接触式情報通信システムと同様に、送電装置１２０により発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置とを備えている。
【０１０４】
送電装置１２０は、リーダ・ライタ１０１と、無変調送信部１０５と、３つの送電アンテナとを備えている。なお、図１１に示した送電装置１２０の構成と図１０に示した送電装置１００の構成とが同一のものについては図面に同一の符号を付している。
【０１０５】
３つの送電アンテナのうち、図１１の左右両側に配置された２つのアンテナは受信用アンテナ１０２，１０３であり、中央に配置された１つのアンテナは転送用アンテナ１０８である。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、デイジーチェーンで接続され、リーダ・ライタ１０１に接続されている。転送用アンテナ１０８は、無変調送信部１０５に接続されている。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、ある程度の距離を空けて配置され、転送用アンテナ１０８は、これら２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間に配置されている。転送用アンテナ１０８と２つの受信用アンテナ１０２，１０３とのそれぞれの間隔は、ＩＣタグ２０からの返信波を転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴させることができる範囲内に設定される。
【０１０６】
リーダ・ライタ１０１は、図１に示した非接触式情報通信システムの送電装置１２０と基本構成が同様であり、特に図示していないが、信号発信部、ＬＣ回路、及び信号発信部からの信号を受けてＬＣ回路に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器と、を備えている。ただし、図１１に示す送電装置１２０のＬＣ回路を構成しているコイルは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３である。この２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、平坦なループアンテナである。
【０１０７】
図１２は、転送用アンテナ１０８及び無変調送信部１０５のブロック図を示している。無変調送受信部１０５は、電源部１１０と、所望の周波数の信号を発信する発振部１１２と、この発振部１１２からの信号を増幅させる電力増幅部１１４と、発振部１１２からの信号を所望のタイミングで電力増幅部１１４へ発信するように制御している制御部１１１と、を備えている。制御部１１１と発振部１１２とは電源部１１０にパラレルに接続されている。これらの制御部１１１及び発振部１１２は、ゲート回路１１３を介して電力増幅部１１４に接続されている。ゲート回路１１３は、２つの入力信号が同時に入力された場合にのみ出力信号を出力するＡＮＤ回路である。そして、転送用アンテナ１０８は、電力増幅部１１４に接続されている。
【０１０８】
無変調送信部１０５は、発振部１１２と制御部１１１とがＡＮＤ回路からなるゲート回路１１３で接続されているので、発振部１１２及び制御部１１１の双方から信号が発振された場合にのみ電力増幅部１１４に信号を送るようになっている。
【０１０９】
こうした送電装置１２０は、無変調送信部１０５に接続された転送用アンテナ１０８が大きな出力によって、伝送電力を受電装置の受電アンテナに対して送電する。これに対して、受信用アンテナ１０２，１０３は２つのアンテナに分割され、２つの受信用アンテナ１０２，１０３がデイジーチェーンで接続されている。そのため、各々の受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられている。受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられているので、ＩＣタグ２０からの返信波は、受信用アンテナ１０２，１０３の出力に妨げられることなく確実に受信用アンテナ１０２，１０３に受信される。
【０１１０】
こうし送電装置１２０の送電アンテナは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３の出力が低く、かつ、ある程度の距離を空けて配置されているため、２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間で電磁共鳴が生じることはない。一方、２つの受信用アンテナ１０２，１０３と転送用アンテナ１０８との間では、それぞれ電磁共鳴される。
【０１１１】
送電装置１２０は、さらに、無変調送信部１０５の出力時間を制御する同期手段（不図示）を備えている。この同期手段はコンピュータによって制御され、無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを同期させている。具体的には、転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを比較し、両送電波の位相が一致するように位相の制御を行っている。
【０１１２】
このような位相制御を行って両送電波の同期を行うことによって、受信用アンテナ１０２，１０３が受信したＩＣタグ２０からの反射波をリーダ・ライタ１０１が変調・復調する際に、転送用アンテナ１０８からの送電波が、リーダ・ライタ１０１の変調・復調を妨害してしまうことを阻止できる。
【０１１３】
こうした非接触式情報通信システムは次のように作用する。
【０１１４】
まず、無変調送信部１０５の動作を具体的に説明する。この無変調送信部１０５をＡＣ電源に接続すると、発振部１１２は動作する。この発振部１１２は１３．５６ＭＨｚの信号を発信する。そして制御部１１１からの信号と発振部１１２から信号とによってゲート回路１１３が作動し、電力増幅部１１４への信号をＯＮ／ＯＦＦする。ゲート回路１１３がＯＮされて電力増幅部１１４に信号が発信されると、電力増幅部１１４によって増幅され、転送用アンテナ１０８から送信される。
【０１１５】
なお、転送用アンテナ１０８の出力と送受信用アンテナ１０２，１０３の出力とは、同期するように制御されている。そのため、出力波が形成する波の形状は、図８と同様に示した場合に、中央の左右両側で１つずつ山が形成されることがなく、中央で１つの山が形成される。
【０１１６】
こうした転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３とからなる送電アンテナは、電磁共鳴現象を生じさせ、この電磁共鳴現象を利用して伝送電力を受電装置の受電アンテナに対して送電する。送電装置１２０と受電装置との間に位置するＩＣタグ２０は、送電装置１２０１からの送電によって起電され、ＩＣタグ２０に記録された情報は、送電装置１２０に返信される。
【０１１７】
無変調送信部１０５は送信機としてのみ機能するので、無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８は、ＩＣタグ２０からの返信波を受信することはない。ＩＣタグ２０からの返信波は、転送用アンテナ１０８と送受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴されて受信用アンテナ１０２，１０３に転送される。既述のように、各々の受信用アンテナ１０２，１０３の出力は小さく抑えられているので、ＩＣタグ２０からの返信波は、受信用アンテナ１０２，１０３の出力によって妨げられることなく受信用アンテナ１０２，１０３によって受信される。
【０１１８】
なお、本発明者は、図１１に示す非接触式情報通信システムを用いて動作の確認テストを行ったところ、電源部１１０としてＡＣアダプターに接続すれば、送信出力がない場合でも以上に説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができることを確認することができた。こうした原理について考察する。
【０１１９】
ＡＣアダプターに接続されるだけで動作するということは、ゲート回路１１３がＯＦＦの状態でも、無変調送信部１０５の電源部１１０を構成している電源回路を経由して、わずかな信号が転送用アンテナ１０８側に供給されているということができる。こうした信号は漏れ電力であるから、その電力はわずか数十ｍＷ以下であると考えられる。
【０１２０】
無変調送信部１０５からの送電波は、電源回路を経由した漏れ電力に基づくものであるため、信号源のインピーダンスは、数Ωから数百ｋΩと非常に高いと考えられる。これに対し、ＩＣタグ２０の変調方式は負荷変調であり、アンテナを介して送信出力回路の負荷を可変させて変調するものである。そして、リーダ・ライタ１０１は、送信出力の電圧の微妙な変化を、フィルターを通して取り出すことによって復調している。そのため、負荷変調の場合、信号源インピーダンスが高いと負荷による影響が大きくなり、変調率が高くなる。
【０１２１】
無変調送信部１０５から送電される漏れ電力に基づく送電波は、リーダ・ライタ１０１からの送電波に比べて大きく変調されたと考えられる。また、無変調送電部からの漏れ送電出力は小さいため、変調電力に換算しても大きくないが、リーダ・ライタ１０１の読み取り可能なレベルに達したと考えられる。
【０１２２】
ここで、変調されるのは、リーダ・ライタ１０１からの出力ではなく、無変調送信部１０５からの出力である。この無変調送電部１０５に接続された転送用アンテナ１０８上の変調波は、リーダ・ライタ１０１に接続された受信用アンテナ１０２，１０３と無変調送電部に接続された転送用アンテナ１０８が比較的近い距離に配置されている場合に、アンテナ間の電磁共鳴現象によって受信用アンテナ１０２，１０３に伝わる。
【０１２３】
こうした原理に基づいて、電源部１１０としてＡＣアダプターに接続すれば、送信出力がない場合でも同様の作用効果を得ることができると考察される。
【０１２４】
なお、図１１に示す非接触式情報通信システムの送電装置１２０を用いた場合、無変調送信部１０５の電源をＯＦＦにした場合に、ＩＣタグ２０からの返信波を最も効果的に読み取ることができる。こうした結果は、無変調送信部１０５に設けられているＬＣ回路が効果的に機能したことによると、考察することができる。すなわち、無変調送信部１０５は、直列に過大なコイルとキャパシタとが存在することによるものである。
【０１２５】
次に、図１３を参照して、図１１とは別形態の非接触式情報通信システムの送電装置１３０について説明する。この送電装置１３０は、２つの無変調送信部１０５を備えている。なお、送電装置１３０は、無変調送電部が２つ設けられていること以外は、図１１に示す送電装置１３０と基本構成は、同様である。そのため、図１３の各構成には、図１１と同様の符号を付して送電装置１３０の概要を説明する。なお、図１３は、非接触式情報通信システムの送電装置１３０のみを示し、受電装置は特に示していないが、非接触式情報通信システムは、送電装置１３０により発生された電磁共鳴現象によって電力を受信する受電装置を備えている。
【０１２６】
送電装置１３０は、リーダ・ライタ１０１と、無変調送信部１０５と、４つの送電アンテナとを備えている。
【０１２７】
４つのアンテナのうち、図１３の左右両側に配置された２つのアンテナは受信用アンテナ１０２，１０３であり、中央に配置された２つのアンテナは転送用アンテナ１０８である。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、デイジーチェーンで接続され、リーダ・ライタ１０１に接続されている。転送用アンテナ１０８は、無変調送電部１０５に接続されている。２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、ある程度の距離を空けて配置され、２つの転送用アンテナ１０８は、これら２つの受信用アンテナ１０２，１０３の間に配置されている。これらの転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間隔は、ＩＣタグ２０からの返信波を転送用アンテナ１０８と受信用アンテナ１０２，１０３との間で電磁共鳴させることができる範囲内に設定される。
【０１２８】
リーダ・ライタ１０１は、図１に示した非接触式情報通信システムの送電装置１３０と基本構成が同様であり、信号発振部、ＬＣ回路、及び信号発振部からの信号を受けてＬＣ回路に対し所定の電磁共鳴周波数の信号を印加する変調・復調器と、を備えている。なお、ＬＣ回路を構成しているコイルは、２つの受信用アンテナ１０２，１０３である。この２つの受信用アンテナ１０２，１０３は、平坦なループアンテナである。
【０１２９】
無変調送受信機は、図１２に示したブロック図のように、電源部１１０と、所望の周波数の信号を発信する発振部１１２と、この発振部１１２からの信号を増幅させる電力増幅部１１４と、発振部１１２からの信号を所望のタイミングで電力増幅部１１４へ発信するように制御している制御部１１１と、を備えている。制御部１１１と発振部１１２とはＡＣ電源部１１０にパラレルに接続されている。これらの制御部１１１及び発振部１１２は、ゲート回路１１３を介して電力増幅部１１４に接続されている。ゲート回路１１３は、２つの入力信号が同時に入力された場合にのみ出力信号を出力するＡＮＤ回路である。そして、転送用アンテナ１０８は、電力増幅部１１４に接続されている。
【０１３０】
なお、図１３に示す送電装置１３０についても、無変調送信部１０５の出力時間を制御する同期手段（不図示）を備えことによって、無変調送電部１０５に接続された２つの転送用アンテナ１０８からの送電波と受信用アンテナ１０２，１０３からの送電波とを同期させるとよい。送電装置１３０に同期手段を設けることによって、両送電波の同期を行うことによって、受信用アンテナ１０２，１０３が受信したＩＣタグ２０からの反射波をリーダ・ライタ１０１が変調・復調する際に、転送用アンテナ１０８からの送電波が、リーダ・ライタ１０１の変調・復調を妨害することを阻止する。
【０１３１】
こうした図１３に示す送電装置１３０を用いれば、ＩＣタグ２０からの返信波を読み取ることができる距離をさらに伸ばすことができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１…送電装置
２…ＬＣ回路
３…送電コイル
４…コンデンサ
５…変調・復調器
６…信号発信部
１１…送電装置
１２…ＬＣ回路
１３…送電コイル
１４…コンデンサ
１５…変調・復調器
１６…信号発信部
２０…ＩＣタグ
３０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
３１…基板
３２…導電性材料層
４０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
４１…基板
４２…導電性材料層
５０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
５１…基板
５２…導電性材料層
６０…ループアンテナ（送電アンテナ、受電アンテナ）
６１…基板
６２…導電性材料層
１００…送電装置
１０１…リーダ・ライタ
１０２…受信用アンテナ
１０３…受信用アンテナ
１０５…無変調送信部
１０８…転送用アンテナ
１１０…電源部
１１１…制御部
１１２…発振部
１１３…ゲート回路
１１４…電力増幅部
１２０…送電装置
１３０…送電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムであって、
送電アンテナを有するＬＣ回路と、前記送電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器とを具備する送電装置と、
受電アンテナを有するＬＣ回路を具備する受電装置と、を備え、
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは平坦なループアンテナであり、
前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、
前記送電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記送電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする非接触式情報通信システム。
【請求項２】
前記送電アンテナは、前記ＩＣタグからの返信波を転送する転送用アンテナと、この転送用アンテナから転送された前記ＩＣタグからの返信波を受信可能な受信用アンテナとから構成され、
前記送電装置は、前記転送用アンテナに接続された無変調送信部をさらに備え、
前記受信用アンテナは、直列に接続された複数のアンテナから構成され、
前記転送用アンテナは、前記受信用電アンテナの間に配置され、
前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとの間で電磁共鳴を発生させていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項３】
前記送電装置は、前記転送用アンテナからの送電波と前記受信用アンテナからの送電波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項４】
前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとは、前記ＩＣタグからの返信波を前記送電アンテナと前記送電専用アンテナとの間で電磁共鳴させる範囲内に配置させていることを特徴とする請求項２又は３に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項５】
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは、基板と、該基板に導電性材料を略渦巻状に積層した導電性材料層とから構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項６】
前記送電アンテナと前記受電アンテナとは、前記導電性材料層を有する面を相互に対向して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項７】
前記送電アンテナと前記受電アンテナとは前記導電性材料層を有する面を同一方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項８】
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナの誘電性材料層は、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナによって形成される磁界を相互に相手方に向けて偏向させるように、偏心して前記基板に積層されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項９】
前記受電装置は、前記受電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記受電装置のＣＬ回路に入力させる変調器を備え、
前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、
前記受電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記受電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項１０】
前記受電アンテナが受信する受信波と前記送電アンテナが受信する受信波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項１】
ＩＣタグに対して情報を読み書きする非接触式情報通信システムであって、
送電アンテナを有するＬＣ回路と、前記送電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記ＬＣ回路に入力する変調器とを具備する送電装置と、
受電アンテナを有するＬＣ回路を具備する受電装置と、を備え、
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは平坦なループアンテナであり、
前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、
前記送電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記送電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする非接触式情報通信システム。
【請求項２】
前記送電アンテナは、前記ＩＣタグからの返信波を転送する転送用アンテナと、この転送用アンテナから転送された前記ＩＣタグからの返信波を受信可能な受信用アンテナとから構成され、
前記送電装置は、前記転送用アンテナに接続された無変調送信部をさらに備え、
前記受信用アンテナは、直列に接続された複数のアンテナから構成され、
前記転送用アンテナは、前記受信用電アンテナの間に配置され、
前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとの間で電磁共鳴を発生させていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項３】
前記送電装置は、前記転送用アンテナからの送電波と前記受信用アンテナからの送電波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項４】
前記転送用アンテナと前記受信用アンテナとは、前記ＩＣタグからの返信波を前記送電アンテナと前記送電専用アンテナとの間で電磁共鳴させる範囲内に配置させていることを特徴とする請求項２又は３に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項５】
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナは、基板と、該基板に導電性材料を略渦巻状に積層した導電性材料層とから構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項６】
前記送電アンテナと前記受電アンテナとは、前記導電性材料層を有する面を相互に対向して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項７】
前記送電アンテナと前記受電アンテナとは前記導電性材料層を有する面を同一方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項８】
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナの誘電性材料層は、前記送電アンテナ及び前記受電アンテナによって形成される磁界を相互に相手方に向けて偏向させるように、偏心して前記基板に積層されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項９】
前記受電装置は、前記受電アンテナの共鳴周波数に応じた信号を前記受電装置のＣＬ回路に入力させる変調器を備え、
前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間で電磁共鳴を生じさせ、
前記受電装置は、電磁共鳴された磁界内に位置するＩＣタグに対し、発生された電磁共鳴によって電力を供給し、前記受電アンテナが前記ＩＣタグからの返信波を受信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触式情報通信システム。
【請求項１０】
前記受電アンテナが受信する受信波と前記送電アンテナが受信する受信波とを同期させる同期手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載の非接触式情報通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５１８６９（Ｐ２０１３−５１８６９Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６５７１６（Ｐ２０１２−１６５７１６）
【出願日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．コイル オン チップ
【出願人】（５１１１８５６５６）アールエフ・アンテナ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．コイル オン チップ
【出願人】（５１１１８５６５６）アールエフ・アンテナ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]