特開 2024-11808 高周波磁界センサ及び盗難防止システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011808

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】高周波磁界センサ及び盗難防止システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20240118BHJP

   G01V 3/12 20060101ALI20240118BHJP

   G08B 13/24 20060101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 D

G01V3/12 A

G08B13/24

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022114072

(22)【出願日】2022-07-15

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-11-04

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．掲載年月日：令和４年１月１８日 掲載アドレス： ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｏｏｋｐａｒｋ．ｎｅ．ｊｐ／ｃｍ／ｉｅｅｊ／ｄｅｔａｉｌ／ＩＥＥＪ－２０２２０１２１Ａ００９０１－０１１－ＰＤＦ／ ２．開催日：令和４年１月２１日 集会名：一般社団法人電気学会２０２２年１月２１日マグネティックス研究会 ３．掲載年月日：令和４年５月３０日 掲載アドレス： ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｏｏｋｐａｒｋ．ｎｅ．ｊｐ／ｃｍ／ｉｅｅｊ／ｄｅｔａｉｌ／ＩＥＥＪ－２０２２０６０２Ｘ０１４０１－００８－ＰＤＦ／ ４．開催日：令和４年６月２日 集会名：一般社団法人電気学会２０２２年６月２日－２０２２年６月３日マグネティックス／リニアドライブ合同研究会

(71)【出願人】

【識別番号】517205767

【氏名又は名称】笹田磁気計測研究所株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】513006036

【氏名又は名称】アイアンドティテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】笹田 一郎

(72)【発明者】

【氏名】石野 連信郎

【テーマコード（参考）】

2G017

2G105

5C084

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AC01

2G017AC09

2G017AD04

2G017AD05

2G017BA03

2G017BA05

2G105AA01

2G105BB12

2G105DD02

2G105EE01

2G105FF13

2G105GG03

2G105HH01

2G105JJ03

5C084AA03

5C084AA09

5C084AA13

5C084BB32

5C084CC11

5C084CC33

5C084CC34

5C084DD21

5C084DD25

5C084DD26

5C084EE07

5C084GG07

5C084GG09

5C084GG21

5C084GG38

5C084GG71

(57)【要約】

【課題】高周波磁界を高感度で検出することができる高周波磁界センサ、及び、これを用いた盗難防止システムを提供する。
【解決手段】ピックアップコイル１が、高周波磁界に基づく信号を受信する。入力コイル４が、ピックアップコイル１に対し、抵抗３を介して電気的に接続されている。センサヘッド５が、励磁電流が流れる細長い磁性体５１、及び、磁性体５１の外側に巻回された検出コイル５２を含み、入力コイル４の内側に配置されている。同期検波器８が、検出コイル５２に誘起される誘起電圧に含まれる前記高周波磁界の周波数ｆ_ｓ成分と励磁周波数ｆ_ｃ成分とを用いた掛算処理により、前記誘起電圧を同期検波し、低周波成分である｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜成分として抽出する。
【選択図】 図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波磁界を検出するための高周波磁界センサであって、
前記高周波磁界に基づく信号を受信するピックアップコイルと、
前記ピックアップコイルに対し、抵抗を介して電気的に接続された入力コイルと、
励磁電流が流れる細長い磁性体、及び、前記磁性体の外側に巻回された検出コイルを含み、前記入力コイルの内側に配置されたセンサヘッドと、
前記検出コイルに誘起される誘起電圧に含まれる前記高周波磁界の周波数ｆ_ｓ成分と励磁周波数ｆ_ｃとを用いた掛算処理により、前記誘起電圧を同期検波し、低周波成分である｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜成分を抽出する同期検波器とを備える、高周波磁界センサ。

【請求項2】

前記励磁電流には、直流成分及び交流成分が含まれる、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項3】

前記直流成分により発生する直流磁界は、前記交流成分により発生する交流磁界の振幅よりも大きい、請求項２に記載の高周波磁界センサ。

【請求項4】

前記励磁電流には、交流成分が含まれ、直流成分は含まれない、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項5】

前記励磁電流には、直流成分が含まれ、交流成分は含まれない、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項6】

前記励磁周波数ｆ_ｃは、｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜≦ｆ_ｃ／１０を満たし、
前記同期検波器は、通過周波数がｆ_ｃ／１０以下である低域通過フィルタを備える、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項7】

前記入力コイル及び前記センサヘッドの外側を覆う磁気シールドをさらに備える、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項8】

前記ピックアップコイルと前記入力コイルとの間に設けられ、通電をオン状態又はオフ状態に切り替えるスイッチをさらに備える、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項9】

前記高周波磁界に基づく信号を発生させるためのバースト信号の送信中は前記スイッチをオフ状態とし、その後に前記スイッチをオン状態に切り替えることにより、前記ピックアップコイルで受信するリンギングダウン信号に基づいて、前記高周波磁界を検出する、請求項８に記載の高周波磁界センサ。

【請求項10】

前記磁性体は、磁性ワイヤからなる磁性体である、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項11】

前記磁性体は、無磁歪組成のアモルファス磁性体である、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項12】

前記ピックアップコイルで受信するリンギングダウン信号の波形と、予め定められた波形との相関関係に基づいて、前記高周波磁界を検出する、請求項１に記載の高周波磁界センサ。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか一項に記載の高周波磁界センサと、
バースト信号送信部と、
前記バースト信号送信部により前記高周波磁界を発生する共振タグとを備える、盗難防止システム。

【請求項14】

床及び／又は天井の複数のエリアに前記高周波磁界センサが設けられ、
前記高周波磁界センサからの検出信号に基づいて、前記高周波磁界が検出された前記エリアを特定する、請求項１３に記載の盗難防止システム。

【請求項15】

前記共振タグは、アモルファス薄帯又はフェライトコアを用いたタグである、請求項１３に記載の盗難防止システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波磁界を検出するための高周波磁界センサ、及び、これを用いた盗難防止システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

盗難防止システムの一例として、音響磁気（ＡＭ：Acousto-Magnetic）方式の電子商品監視（ＥＡＳ：Electronic Article Surveillance）を行うセキュリティシステムが知られている。このシステムで使用されるタグ（ＡＭアモルファスラベルタグ）は、例えば下記特許文献１に開示されるようなアモルファス金属製の薄板が複数枚平行に並べられた構造で、５８ｋＨｚの電波に共振するように作られている。

【0003】

当該セキュリティシステムは、送信アンテナ及び受信アンテナを備える。具体的には、送信アンテナからの高周波磁界を非常に短い間隔でＯＮ又はＯＦＦに切り替えてバースト波として送信し、この送信アンテナからのバースト波を受けたタグが共振し、タグ自ら微弱高周波磁界を出す。タグからの微弱高周波磁界は、指数関数的に減衰するリンギングダウン高周波磁界であり、このリンギングダウン高周波磁界を受信アンテナで検出する。受信アンテナの磁界センサでは、検出するリンギングダウン高周波磁界の時間的な間隔、周波数及び減衰具合に基づいて、タグであるか否かを判断する。また、このシステムで使用されるタグは５８ｋＨｚで共振するタグであればよいので、フェライトコアにコイルを巻き、キャパシタンスをつけて、ＬＣ共振周波数を５８ｋＨｚに調整したタグ（ＡＭフェライトハードタグ）も使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５９８２２８２号明細書

【特許文献2】米国特許第８１２５３３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のようなＡＭ方式の盗難防止システムでは、下記の課題があった。まず、タグからの信号が極めて微弱であり、その信号を大きくするためにアンテナ送信出力を大きくする必要があった。しかし、送信出力を大きくすると周りの電子機器への影響が大きくなるため、アンテナの送信出力をできるだけ小さくすることが求められていた。

【0006】

一方、受信回路はタグからの微弱信号を受けるために、タグからの微弱なリンギングダウン信号を高感度で受信する仕組みが必要であった。しかし、現在のＡＭ方式の受信アンテナは面積が大きく、ターン数の大きな受信コイルが必要であり、小型化が困難であった。また、受信回路の増幅率を大きくする必要もあった。

【0007】

共振タグからの微弱な共振信号そのものを大きくするアプローチとして、フェライトコアを使用し、５８ｋＨｚの共振回路を構成したタグ（フェライトハードタグ）で出力を大きくするというアプローチも実用化されている。また、アモルファスタグの出力を大きくするアプローチとして、アモルファス薄帯の枚数を増やすようなアプローチも実現している（例えば、特許文献２参照）。

【0008】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高周波磁界を高感度で検出することができる高周波磁界センサ、及び、これを用いた盗難防止システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明に係る高周波磁界センサは、高周波磁界を検出するための高周波磁界センサであって、ピックアップコイルと、入力コイルと、センサヘッドと、同期検波器とを備える。前記ピックアップコイルは、前記高周波磁界に基づく信号を受信する。前記入力コイルは、前記ピックアップコイルに対し、抵抗を介して電気的に接続されている。前記センサヘッドは、励磁電流が流れる細長い磁性体、及び、前記磁性体の外側に巻回された検出コイルを含み、前記入力コイルの内側に配置されている。前記同期検波器は、前記検出コイルに誘起される誘起電圧に含まれる前記高周波磁界の周波数ｆ_ｓ成分と励磁周波数ｆ_ｃとを用いた掛算処理により、前記誘起電圧を同期検波し、低周波成分である｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜成分を抽出する。

【0010】

このような構成によれば、励磁周波数ｆ_ｃと高周波磁界の周波数ｆ_ｓとの間に周波数混合を生じさせ、低周波成分である｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜成分を抽出することにより、当該低周波成分を用いて高周波磁界を高感度で検出することができる。

【0011】

（２）前記励磁電流には、直流成分及び交流成分が含まれていてもよい。

【0012】

このような構成によれば、基本周波型直交フラックスゲートを用いたセンサヘッドにより、高周波磁界を高感度で検出することができる。

【0013】

（３）前記直流成分により発生する直流磁界は、前記交流成分により発生する交流磁界の振幅よりも大きいことが好ましい。

【0014】

このような構成によれば、低雑音化を向上することができる。

【0015】

（４）前記励磁電流には、交流成分が含まれ、直流成分は含まれなくてもよい。

【0016】

このような構成によれば、倍周波直交フラックスゲートを用いたセンサヘッドにより、高周波磁界を高感度で検出することができる。

【0017】

（５）前記励磁電流には、直流成分が含まれ、交流成分は含まれなくてもよい。

【0018】

このような構成によれば、入力コイルが磁性体の保磁力を越えるような磁界を与え、磁性体内に磁壁移動が生じ、検出コイルに磁気雑音を引き起こす恐れがある場合に、磁気雑音を抑制することができる。

【0019】

（６）前記励磁周波数ｆ_ｃは、｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜≦ｆ_ｃ／１０を満たし、前記同期検波器は、通過周波数がｆ_ｃ／１０以下である低域通過フィルタを備えることが好ましい。

【0020】

このような構成によれば、｜ｆ_ｃ－ｆ_ｓ｜周波数の低周波成分を３次ないし５次のローパスフィルタを用いて容易に抽出することができる。

【0021】

（７）前記高周波磁界センサは、前記入力コイル及び前記センサヘッドの外側を覆う磁気シールドをさらに備えていてもよい。

【0022】

このような構成によれば、検出対象となる高周波磁界以外の不要な磁界入力に対して高周波磁界センサが作動することを防止できる。

【0023】

前記高周波磁界センサは、前記ピックアップコイルと前記抵抗の間に、入力インピーダンスが大きく、出力インピーダンスが小さい１以上の電圧増幅率を持つ雑音の小さな増幅器を備えても良い。このようにすれば、ピックアプコイルに電流を流すことなく誘起電圧を検知し、その誘起電圧に比例する電流を抵抗を介して入力コイルに通電することができる。

【0024】

（８）前記高周波磁界センサは、スイッチをさらに備えていてもよい。前記スイッチは、前記ピックアップコイルと前記入力コイルとの間に設けられ、通電をオン状態又はオフ状態に切り替える。

【0025】

このような構成によれば、必要に応じてスイッチをオン状態からオフ状態に切り替えることにより、センサヘッドに大きな磁界入力が加わり高周波磁界センサが飽和することを回避できる。

【0026】

（９）前記高周波磁界センサは、前記高周波磁界に基づく信号を発生させるためのバースト信号の送信中は前記スイッチをオフ状態とし、その後に前記スイッチをオン状態に切り替えることにより、前記ピックアップコイルで受信するリンギングダウン信号に基づいて、前記高周波磁界を検出してもよい。

【0027】

このような構成によれば、バースト信号の送信中にセンサヘッドに大きな磁界入力が加わり高周波磁界センサが飽和することを回避しつつ、高周波磁界を高感度で検出することができる。

【0028】

（１０）前記磁性体は、磁性ワイヤからなる磁性体であってもよい。

【0029】

このような構成によれば、簡単な構成により高周波磁界を高感度で検出することができる。

【0030】

（１１）前記磁性体は、無磁歪組成のアモルファス磁性体であってもよい。

【0031】

このような構成によれば、高周波磁界をより高感度で検出することができる。

【0032】

（１２）前記高周波磁界センサは、前記ピックアップコイルで受信するリンギングダウン信号の波形と、予め定められた波形との相関関係に基づいて、前記高周波磁界を検出してもよい。

【0033】

このような構成によれば、リンギングダウン信号の波形に基づいて、高周波磁界をより高感度で検出することができる。

【0034】

（１３）本発明に係る盗難防止システムは、前記高周波磁界センサと、バースト信号送信部と、前記バースト信号送信部により前記高周波磁界を発生する共振タグとを備える。

【0035】

このような構成によれば、共振タグから発生する高周波磁界を高周波磁界センサにより高感度で検出し、共振タグが取り付けられた商品の盗難を防止することができる。

【0036】

（１４）床及び／又は天井の複数のエリアに前記高周波磁界センサが設けられ、前記高周波磁界センサからの検出信号に基づいて、前記高周波磁界が検出された前記エリアを特定してもよい。

【0037】

このような構成によれば、共振タグから発生する高周波磁界が検出されたエリアを特定することができるため、共振タグが取り付けられた商品の盗難を効果的に防止することができる。

【0038】

（１５）前記共振タグは、アモルファス薄帯又はフェライトコアを用いたタグであってもよい。

【0039】

このような構成によれば、アモルファス薄帯又はフェライトコアを用いた共振タグから、高周波磁界を高周波磁界センサにより高感度で検出し、当該共振タグが取り付けられた商品の盗難を防止することができる。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、高周波磁界を高感度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】倍周波型平行フラックスゲートの基本構造を示す図である。

【図2】倍周波直交フラックスゲート及び基本周波型直交フラックスゲートの基本構造を示す図である。

【図3】回転磁化モデルを示した図である。

【図4】基本周波型直交フラックスゲートの励磁磁界の時間波形を示す図である。

【図5】入力磁界の増加に対する鎖交磁束の時間波形変化を示す図である。

【図6】軸方向透磁率の大きさと励磁磁界との関係を表す図である。

【図7】高周波磁界センサの実施例を示す概略図である。

【図8】掛算処理について説明するための図である。

【図9】掛算処理について説明するための図である。

【図10】掛算処理について説明するための図である。

【図11】掛算処理について説明するための図である。

【図12】棒状コアからなる磁性体を用いた高周波磁界センサを示す概略図である。

【図13】スイッチを用いた高周波磁界センサを示す概略図である。

【図14】ＬＣ共振マーカーを５２．６ｋＨｚのバースト磁界中に置き、共振の確立とバースト磁界遮断後の減衰振動を非接触で観察したときの波形を示す図である。

【図15】高周波磁界センサを用いた盗難防止システムの一例を示す概略図である。

【図16】図１５の送信アンテナコイルに５２．６ｋＨｚのバースト電流を印加した結果を示す図である。

【図17】タグとピックアップコイルの距離が２．３ｍの時の実験波形を示す図である。

【図18】バースト電流波形の一例を示す図である。

【図19】励磁コイルの向きを９０度回転して検出コイルとの直接的カップリングを排除した場合の波形を示す図である。

【図20】タグとピックアップコイルの距離が２ｍの時の実験波形を示す図である。

【図21】相互相関のテンプレートとして利用した理論的減衰振動応答のバースト信号終了後１ｍｓの波形を示す図である。

【図22】アモルファス共振タグと検出コイル間の距離２ｍの場合の相互相関処理の結果を示す図である。

【図23】アモルファス共振タグと検出コイル間の距離２．３ｍの場合の相互相関処理の結果を示す図である。

【図24】ＡＭ方式ＥＡＳアンテナの動作説明図である。

【図25】ＡＭ方式ＥＡＳアンテナのバースト送信波形とＡＭフェライトタグの反応信号波形を示す図である。

【図26】ＦＭ－ＯＦＧによるＡＭアモルファスタグの受信信号を２．３ｍの位置で観測した波形を示す図である。

【図27】ＡＭフェライトタグから３ｍの位置にピックアップコイルを置いた場合の受信信号波形を示す図である。

【図28】縦型アンテナを用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。

【図29】天井アンテナを用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。

【図30】狭い間口の床アンテナを用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。

【図31】巾広間口の床アンテナを用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。

【図32】巾広間口の床アンテナ及び天井アンテナを用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

１．従来技術からの改良点
本実施形態に係る高周波磁界センサの送信部分は、ＡＭ方式のセキュリティシステム（盗難防止システム）の現状において、送信出力信号を電波法基準より十分小さくして周りの電子機器への影響を小さくした状態での運用を実現するものである。この技術は、米国特許第１００４９５４７号明細書（出願人：アイアンドティテック株式会社）にも開示されている通りであり、電界強度は、電波法の基準である送信コイルからλ／２π離れた地点での電界強度１５μＶ／ｍに対して、３μＶ／ｍ程度（基準の約１／５程度）の十分低い電界強度で動作するものである。

【0043】

送信出力が小さいＡＭ送信コイルで、ＡＭアモルファスラベルタグやＡＭフェライトハードタグなどの受動タグを励磁して観測されるリンギングダウン信号（減衰振動波形の信号）は非常に小さく、これらのタグから受信装置までの距離を大きくすることは困難であった。本実施形態の大きな特徴は、受信回路の改良に関するものである。

【0044】

従来、微弱な磁界強度の計測にはフラックスゲート技術が使われているが、計測できる周波数範囲はＤＣ～１ｋＨｚ程度であり、通常ＡＭ方式のセキュリティシステムで用いられている５８ｋＨｚ帯では使用できなかった。そこで、本実施形態では、フラックスゲート技術の改良として下記改良を施した。
（１）ＡＭ送信バースト波は５８ｋＨｚで、この５８ｋＨｚに共振したＡＭタグからの５８ｋＨｚ帯の比較的高周波の磁界は、ピックアップコイルとその受信信号を受ける増幅器で電流へ変換する。
（２）電流に変換された受信信号は細長いセンサヘッド周囲に巻き回された入力コイルを用いてフラックスゲート磁界センサへ磁界入力として与える。
（３）フラックスゲート磁界センサの励磁周波数ｆ_ｃを５８ｋＨｚに数ｋＨｚ差まで接近させれば、５８ｋＨｚの高周波磁界と励磁周波数ｆ_ｃとの間に周波数混合を生じさせることによって、入力された磁界信号の包絡線特性を保持しつつ、周波数が５８ｋＨｚとｆ_ｃとの差周波数へダウンコンバートされた磁界信号として検出できることを利用する。

【0045】

このように、フラックスゲートの高感度低雑音性をＡＭ共振タグ信号のＡＭ受信系に組み込むことによって、その受信範囲を大幅に拡大できるようにしたものである。具体的には、従来は１ｍ程度の受信範囲（共振タグと受信アンテナ間の距離）を例えば３ｍ程度に拡大することができる。この場合、フラックスゲートは他の磁界入力に対しても作動するので、センサヘッドは高性能磁気シールドによって磁気遮蔽する必要がある。本実施形態では、ピックアップコイルとして、例えば、直径４ｃｍでターン数が８０程度の小型のコイルを用いることができる。ピックアップコイルは、空芯コイルであってもよいし、内側に磁性体が配置されていてもよい。

【0046】

後の説明のために、フラックスゲートを用いた上述の検出方式を「周波数混合型フラックスゲート技術」と呼称する。従来の技術では、例えば、３０ｃｍ幅の送信と受信を一本で機能させるＡＭ送受信アンテナでは、ＡＭアモルファスラベルタグからなるタグからアンテナまでの距離は８０～９０ｃｍ、ＡＭフェライトハードタグからなるタグからアンテナまでの距離は１．０ｍ～１．１ｍというのが一般的である。しかし、本実施形態の技術を使用すれば、従来より小さな受信コイルでタグからの受信距離を２倍以上拡大することができる。

【0047】

ただし、検出対象となる高周波磁界は、５８ｋＨｚに限らず、例えば３０ｋＨｚなどの他の周波数帯で使用されるＡＭタグ以外の方式のセキュリティ（バースト波セキュリティ）にも本発明を適用可能である。

【0048】

２．周波数混合型フラックスゲート技術
本実施形態では、フラックスゲート技術の中でも基本波型直交フラックスゲートを用いるものを詳述するので、一般的なフラックスゲートに対比させながら基本波型直交フラックスゲートの動作を説明し、その後、周波数混合動作について説明する。以降、フラックスゲートを「ＦＧ」（FluxGate）、基本波型直交フラックスゲートを「ＦＭ－ＯＦＧ」（Fundamental Mode Otrhogonal FluxGate）と略記する。

【0049】

（２－１）倍周波型ＦＧと基本波型直交ＦＧ
図１は、倍周波型平行フラックスゲートの基本構造を示す図である。この基本形は、１９３６年にAschenbrennerとGoubauによって発表された（H. Aschenbrenner and G. Goubau, Hochfrequenrtecnik und Elektroakustik, Band 47, Heft 6, pp.177-181 (1936)）。外部検出磁界の大きさは、コアの交流励磁周波数をｆとした場合、２倍周波数２ｆで同期検波した出力で得られるが、磁気コアを磁化反転させるのでバルクハウゼン雑音が発生するという問題があった。この図１から分かるように、励磁コイルと検出コイルの２つが必要であり、構造は次に説明する直交型に比べ複雑化する。

【0050】

次にPalmerの発表（T. M. Palmer, Proc. IEE (London), Vol.100, pt.B, pp.545-550 (1953)）による倍周波直交フラックスゲート（倍周波直交ＦＧ）がある。また笹田（特許第４５６５０７２号）による基本周波型直交フラックスゲート（ＦＭ－ＯＦＧ）がある。これらを図２に示す。図２は、倍周波直交フラックスゲート及び基本周波型直交フラックスゲートの基本構造を示す図である。図２において、波形ｉは励磁電流波形、波形ｖは誘起電圧波形、ｆは励磁周波数を示す。

【0051】

図２Ａに示す倍周波直交フラックスゲート、及び、図２Ｂに示す基本周波型直交フラックスゲートは、いずれも磁性ワイヤコアと検出コイルの２つの構成要素からなり、図１の平行フラックスゲートより構造が簡単である。図２の２つのフラックスゲートの違いは、図２Ａの倍周波直交フラックスゲートでは励磁電流の極性が交番するが、図２Ｂの基本周波型直交フラックスゲートでは励磁電流は単極性（図では常に正極性）である。この違いによって、基本周波型直交フラックスゲートではワイヤコアからのバルクハウゼン雑音が抑制され、倍周波直交フラックスゲートではバルクハウゼン雑音が発生する。

【0052】

図２Ａの倍周波直交フラックスゲートでは、励磁電流に交流成分が含まれ、直流成分は含まれない。一方、図２Ｂの基本周波型直交フラックスゲートでは、励磁電流に直流成分及び交流成分が含まれ、直流成分により発生する直流磁界は、交流成分により発生する交流磁界の振幅よりも大きい。図２Ｂの基本周波型直交フラックスゲートでは、交流励磁電流に、その振幅よりも大きな直流電流を重畳することによって基本波モードが現れ、しかも格段に低雑音化できる。

【0053】

（２－２）ＦＭ－ＯＦＧにおける周波数混合動作
基本波型直交フラックスゲートのセンサヘッドには、直流バイアスされた交流励磁電流を流すが、これによってセンサヘッドのコアの軸方向透磁率は励磁周波数の周期で変化する。説明のため、以下では細長いコアの長手方向をｚ軸としている。検出コイルへの誘起電圧は、入力される磁界Ｈと軸方向透磁率μ_ｚの積である軸方向磁束密度Ｂｚに、コイル巻き回数nＮとセンサヘッドのコアの実行断面積Ｓをかけて得られる鎖交磁束φｚ（＝ｎＳμ_ｚＨ）を時間微分したものである。入力磁界が直流ないし低周波であれば、誘起電圧は透磁率の周期的変化によって発生するのが主であるが、入力磁界そのものが励磁周波数に近い高周波であれば、透磁率の定数成分による磁束成分からも大きな誘起電圧が発生する。この２番目の誘起電圧が励磁に同期して検波されるとき、励磁周波数（ｆ_ｃＨｚとする）と入力された高周波磁界の周波数（ｆ_ｓＨｚとする）との間に周波数混合が起き、（ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ）周波数成分と｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜周波数成分とが生成される。この低周波側の成分｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜は、基本波型直交フラックスゲートの検出周波数帯より上にある高周波磁界を高感度に検出する手段として利用することができる。この場合の動作を周波数軸で説明すれば次のようになる。

【0054】

励磁周波数ｆ_ｃ、基本波型直交フラックスゲートの本来の検出周波数帯を０～Δｆとすれば、ｆ_ｃ±Δｆの周波数軸上に存在する高周波磁界を０～Δｆへ周波数変換（ダウンコンバート）して検出する。この点で普通のインダクションコイル型センサとは大きく異なるが、ＡＭ共振タグのリンギングダウン信号の受信装置に使用することができる。基本波型直交フラックスゲートにおいてどのようにして周波数混合が起きるのかについては、これまであまり研究者の興味を引かず、ビート現象の１つとして考えられていた。周波数混合において重要なのは、ＦＭ－ＯＦＧのセンサヘッドのコアの軸方向透磁率（感度軸方向の透磁率）の定数成分であるが、励磁電流によって周期的に変化する透磁率からどのようにして導かれるのかについて詳述し、周波数混合を利用する高周波磁界検出系の構成法と実験結果について述べる。

【0055】

（２－２－１）基本波型直交フラックスゲートコアの長手方向透磁率［μ_ｚ］
基本波型直交フラックスゲート（ＦＭ－ＯＦＧ）では、細長い金属磁性薄帯あるいは磁性ワイヤからなる磁性体がセンサヘッドのコア（細長い磁性体）に用いられ、コアに直流バイアスされた交流励磁電流が通電される。コアには、その外側を取り囲むように、コアの長さ全体あるいはそれより短い範囲に検出コイルが巻回され、その検出コイルには入力磁界に対する応答磁束が鎖交する。このように、センサヘッドは、励磁電流が流れる磁性体、及び、磁性体の外側に巻回された検出コイルを含む。

【0056】

コアのスキンデプスより外側にある表層部における磁化の振る舞いがフラックスゲートの動作を決定づけるが、それに関係する諸量は、コアの飽和磁化Ｊｓ、コアの表層部に存在する磁気異方性Ｋ、入力磁界（検出対象磁界）Ｈ、および励磁磁界Ｈｅｘである。これらの諸量によって記述される図３の回転磁化モデルによってフラックスゲートの動作は説明される。

【0057】

図３は、回転磁化モデルを示した図である。この図３で、コアの長手方向をz軸として、入力磁界Ｈはｚ軸方向に入力され、コアに通電される直流バイアスされた交流励磁電流が作る磁界Ｈｅｘ（＝Ｈｄｃ＋Ｈａｃ）はコアの周方向にある。磁気異方性は、一軸磁気異方性で表現されている。磁気異方性定数の大きさＫと円周方向からのなす角α、および飽和磁化Ｊｓは、コアの磁性体の性質に起因する。Ｈは計測する未知の量で、励磁磁界Ｈｅｘは時間の関数である。図３の角θは、下記式（１）で表される磁気エネルギーＥを最小化する方向として決定されるので、θによる式（１）の導関数＝０とした方程式（２）からθを求めることができる。

【0058】

【数1】

図４は、基本周波型直交フラックスゲートの励磁磁界の時間波形を示す図である。図４のように励磁磁界Ｈｅｘ＝Ｈｄｃ＋Ｈａｃ・ｓｉｎωｔ（Ｈａｃ≦Ｈｄｃ）が時間変化するので、時間の有限サンプル点でＨｅｘの時系列を算出し、その各値を式（２）に代入してθの時系列を計算する。

【0059】

一般に、磁束密度Ｂは真空の透磁率μ_０（μ_０＝４π×１０^－７）を用いてＢ＝Ｊ＋μ_０Ｈと表されるが，Ｊ＞＞μ_０Ｈが成り立つ場合はＢ≒Ｊと見なして良い。特にＨが微弱な入力磁界（例えばＨ＜１Ａ/ｍ）であるとして議論する場合はＪｚ＞＞μ_０Ｈを仮定しても問題なく、Ｂｚ≒Ｊｚ＝Ｊｓ・ｓｉｎθと見なして良い。

【0060】

図５は、入力磁界の増加に対する鎖交磁束の時間波形変化を示す図である。図５では、励磁磁界によって周期的に時間変化している正規化磁化（Ｊｚ／Ｊｓ）が入力磁界Ｈによってどのように変化するのかについて、ＨをΔＨステップで数段階変化させて計算した結果を示している。この数値計算では、物性値としてＪｓ＝０．７Ｔ、Ｋ＝７Ｊｏｕｌｅ／ｍ^３、α＝１０°とし、Ｈｄｃは直径１２０μｍのワイヤに４０ｍＡの直流電流を流した時、Ｈａｃは振幅が３０ｍＡの交流電流を流した時のワイヤ表面での値とし（Ｈｄｃ≒１０６Ａ／ｍ、Ｈａｃ≒８０Ａ／ｍ）、そしてΔＨ＝０．１Ａ／ｍとしている。

【0061】

図５の曲線群間隔から軸方向（増分）透磁率ΔＢｚ／ΔＨの振る舞いを知ることができる。図５で隣接する曲線間隔が大きいのは、一周期間で正規化した時間で見ると０．７５の付近で、逆に間隔が小さい所は０．２５の付近である。これを励磁磁界との関係で見ると、Ｈｅｘ／Ｈｄｃが小さい所でΔＢｚ／ΔＨが大きく、Ｈｅｘ／Ｈｄｃが大きいところでΔＢｚ／ΔＨが小さいことが分かる。図５で各時間に対して曲線群の間隔の大きさを読み取り、図４で同様に励磁磁界の大きさを読み取って、媒介変数である時間tを消去すれば、軸方向透磁率と励磁磁界との関係を求めることができる。

【0062】

図６は、軸方向透磁率の大きさと励磁磁界との関係を表す図である。図６の曲線は下に凸でかつ単調である。細線は曲線の両端点をつないだ補助線で、曲線の曲がり具合が目視できるようにしている。曲線の変化は単調であるので２次までの項で近似できる。これを実際に計算すると（増分）透磁率の近似式は以下の式（３）ようになる。

【数2】

【0063】

Ｈｅｘ／Ｈｄｃ＝（１＋Ｈａｃ／Ｈｄｃ・ｓｉｎωｔ）と元に戻してｓｉｎωｔの次数ごとに整理し、定数項をｋ_０、ｓｉｎωｔの１次の項の係数をｋ_１、同２次の項の係数をｋ_２とすると、以下の式（４）のように一般化した形にできる。

【数3】

【0064】

図６の場合について各係数の大きさを示すと、以下の式（５）のようになる。ｋ_０とｋ_２は正で、ｋ_１は負になるが、その絶対値に桁違いの大きさの差は無い。

【数4】

【0065】

（２－２－２）周波数混合と検出コイル誘起電圧
検出コイル誘起電圧は、検出コイルへの鎖交磁束φｚを求め、それを時間微分することで計算することができる。入力磁界Ｈが基本波型直交フラックスゲート（ＦＭ－ＯＦＧ）の作用で検出コイルへ鎖交する磁束を表現する関係式は、コアの実行断面積Ｓ、コイル巻き回数ｎとすれば、式（４）の透磁率にＨ・ｎ・Ｓの積を乗じたものとなる。式（４）を更に調波成分で表現すれば、下記式（６）が得られる。

【数5】

【0066】

式（６）のφｚの他にも、検出コイルへ鎖交する磁束がある。図５のＨ_ｉｎ＝０に対応するＪｚの成分（太い実線で表示）は、入力磁界が無くても検出コイルに鎖交する磁束を生成することを意味しており、検出においてはオフセットの原因となる。Ｈ＝０の場合に現れる鎖交磁束は、式（６）で与えられる磁束に時間波形は相似であるので、この影響を入力磁界Ｈに定数磁界Ｈ_ｏｆｆとして加算して表現することができる。オフセットまで考えた鎖交磁束の式は下記式（７）のようになる。

【数6】

【0067】

入力磁界をＨ＝ｈ・ｓｉｎω_ｓｔ、励磁角周波数をω_ｃとして、式（７）の鎖交磁束を具体的に表せば、下記式（８）のようになる。

【数7】

【0068】

これを時間で微分すると、下記式（９）のように検出コイルに誘起する電圧が得られる。

【数8】

【0069】

通常動作の基本波型直交フラックスゲートではω_ｓ＜＜ω_ｃの関係にあり、式（９）は、ω_ｓを係数に持つ項を落として次の式（１０）ように近似できる。

【数9】

【0070】

（２－２－３）周波数混合と同期検波操作
同期検波は、変調波に振幅１のキャリア波ｃｏｓω_ｃｔを乗じて得られる低周波成分を抽出する操作である。ＦＭ－ＯＦＧでは、式（９）ないし式（１０）の誘起電圧を更に増幅して同期検波を行い磁界信号を得るが、増幅操作は電圧を相似拡大するだけである。同期検波によってどのような周波数成分が抽出されるのかについては、増幅操作は何の影響も及ぼさないので、ここでは増幅操作を無視する。式（１０）の第１括弧内の第一項は、キャリア波ｃｏｓω_ｃｔの包絡線がｈ・ｓｉｎω_ｓｔで変化するように変調を受けた波形（変調波）である。この変調波にｃｏｓω_ｃｔを掛ければ、以下の式（１０－１）の右辺第一項で示す様に、低周波成分ｓｉｎω_ｓｔを分離できるので、ローパスフィルタを用いてこれを取り出すことができる。

【数10】

【0071】

左辺のキャリア波形がｃｏｓ（ω_ｃｔ＋ψ）のように位相ψを持つ場合は、これに合わせて同期検波でもψの位相調整をしたｃｏｓ（ω_ｃｔ＋ψ）を乗じる。掛け算の後に配置されるローパスフィルタの遮断角周波数は、通常ω_ｃの１／１０以下である。式（１０）の第一括弧内の第二項の誘起電圧波形は、同第一項と同じ包絡線を持つが、角周波数ω_cでの同期検波によって低周波成分は出現しないので除去される。このように、ω_ｓ＜＜ω_ｃの関係にある通常動作での基本波型直交フラックスゲートでは、式（９）の第二括弧の第二項がその出力を決定する。透磁率について言えば、式（４）の第二項が決定的役割を果たす。

【0072】

Ｈ_ｏｆｆを係数に持つオフセット項にｃｏｓω_ｃｔを掛けると、
（オフセット項）ｃｏｓω_ｃｔ→定数項，ｓｉｎω_ｃｔ，ｃｏｓ２ω_ｃｔ，ｓｉｎ３ω_ｃｔ
となるが、直流オフセットを表す定数項以外はローパスフィルタで除去される。

【0073】

一方、例えば｜ω_ｓ－ω_ｃ｜≦ω_ｃ／１０となる程度にω_ｓがω_ｃに接近している場合は、ω_sを係数に持つ項を落とした式（１０）のような近似はできない。式（９）の誘起電圧に同期検波操作を行うために、キャリア波であるｃｏｓω_ｃｔを掛ける。これによって式（９）の各項からどのような周波数成分が出てくるかを以下に示す。
（第一項）ｃｏｓω_ｃｔ→ｃｏｓ（ω_ｃ－ω_ｓ）ｔ，ｃｏｓ（ω_ｃ＋ω_ｓ）ｔ
（第二項）ｃｏｓω_ｃｔ→ｓｉｎω_ｓt，ｓｉｎ（２ω_ｃ－ω_ｓ）ｔ，ｓｉｎ（２ω_ｃ＋ω_ｓ）ｔ
（第三項）ｃｏｓω_ｃｔ→ｃｏｓ（ω_ｃ－ω_ｓ）ｔ，ｃｏｓ（ω_ｃ＋ω_ｓ）ｔ，ｃｏｓ（３ω_ｃ－ω_ｓ）ｔ，ｃｏｓ（３ω_ｃ＋ω_ｓ）ｔ
第四項はオフセット項で式（１０）で議論した上述のとおりである。

【0074】

上記において、第一項と第三項から取り出せる（ω_ｃ－ω_ｓ）の周波数成分は、ローパスフィルタの遮断角周波数をω_ｃ／１０程度に設定しておけば、十分に同期検波によって検出できる周波数である。式（９）の誘起電圧を同期検波して得られる（ω_ｃ－ω_ｓ）の角周波数成分の総和について計算した結果を下記式（１１）に示す。

【数11】

【0075】

実測によって式（１１）の出力の角周波数ω_ｍが得られて、それからω_ｓを逆算する場合、ω_ｃ＞ω_ｓであるかω_ｃ＜ω_ｓであるかに注意しなければならない。実際にはω_ｍ＝ω_ｃ－ω_ｓであるか、ω_ｍ＝ω_ｓ－ω_ｃである。これを識別するために、ω_ｃを可変にできるようにしておく必要がある。ω_ｃを大きくして出力波形の角周波数が小さくなれば、ω_ｍ＝ω_ｓ－ω_ｃの場合であり、逆に出力波形の角周波数が大きくなれば、ω_ｍ＝ω_ｃ－ω_ｓの場合である。

【0076】

（２－２－４）高周波磁界の検出器の実施例
高周波磁界検出用ＦＭ－ＯＦＧは、低周波磁界検出用の通常の直交フラックスゲートの構成法において、必要に応じて励磁周波数を可変にできる励磁回路方式を用いる。検出したい周波数があらかじめ判明している場合は、固定周波の励磁回路を用いることもできる。また、高周波磁界を検出対象とするので、ピックアップコイルを用いてあらかじめ磁束から電圧への変換を行い、この電圧を増幅し、抵抗を用いて電圧から電流へ変換して、ＦＭ－ＯＦＧのセンサヘッドの周囲に巻き回した入力コイルにこれを供給して磁界入力とすることができる。この場合、センサヘッド周りは環境磁界から遮蔽することが好ましい。

【0077】

図７は、高周波磁界センサ１００の実施例を示す概略図である。この高周波磁界センサ１００は、高周波磁界を検出するためのセンサであって、ピックアップコイル１、増幅器２、抵抗３、入力コイル４、センサヘッド５、磁気シールド６、前置増幅器７及び同期検波器８などを備えている。

【0078】

ピックアップコイル１は、共振タグなどから発生する高周波磁界に基づく信号を受信する。当該信号は、例えば減衰振動信号（周波数ｆ_ｓ）である。ピックアップコイル１には、増幅器２及び抵抗３を介して、入力コイル４が電気的に接続されている。増幅器２は、ピックアップコイル１で受信した微弱な減衰振動信号（周波数ｆ_ｓ）を増幅する。この増幅器２は、大きな入力インピーダンス及び小さな出力インピーダンスを有する。増幅器２により増幅された電圧は、抵抗３により電流に変換される。ただし、ピックアップコイル１が大きい場合には、増幅器２を省略することも可能である。この場合は、ピックアップコイル１側から見て高インピーダンス、入力コイル４側から見て低インピーダンスとなるようインピーダンス変換回路を設けることが好ましい。

【0079】

センサヘッド５は、磁性体５１及び検出コイル５２を含む。磁性体５１は、磁束を効率よく導入できるよう（反磁界効果が小さくなるよう）細長い形状を有しており、その外側に検出コイル５２が巻回されている。磁性体５１に励磁電流を流すことにより、検出コイル５２に誘起電圧が誘起される。センサヘッド５は、入力コイル４の内側に配置され、これにより、入力コイル４及び検出コイル５２が磁性体５１を中心とする同軸上に配置されている。ピックアップコイル１で受信した減衰振動信号（周波数ｆ_ｓ）は、磁性体５１の長さ方向に受信信号に相似な減衰振動磁界を発生するよう入力コイル４に与えられる。磁気シールド６は、入力コイル４及びセンサヘッド５の外側を覆うケース状の部材であり、センサヘッド５を外部の外乱磁場から遮蔽する。ただし、磁気シールド６は省略されてもよい。

【0080】

検出コイル５２には、前置増幅器７を介して、同期検波器８が電気的に接続されている。これにより、検出コイル５２に誘起される誘起電圧が、前置増幅器７により増幅されて同期検波器８に入力される。前置増幅器７は、同期検波器８の手前に設けられ、同期検波する前に信号を増幅するが、この構成に限らず、同期検波後の低周波に変換された信号に対して増幅器を設けても良い。ただし、前置増幅器７は、感度を向上するために有効であるが、省略することも可能である。

【0081】

同期検波器８は、検出コイル５２から前置増幅器７を介して入力される電圧を同期検波するための回路であり、掛算器８１及びローパスフィルタ（低域通過フィルタ）８２を含む。掛算器８１では、検出コイル５２に誘起される共振タグなどの検出対象の高周波磁界に基づく減衰振動信号の周波数ｆ_ｓと励磁周波数ｆ_ｃを用いた掛算処理により、誘起電圧の同期検波が行われる。ローパスフィルタ８２は、掛算器８１による掛算処理に基づいて、低周波成分である｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜成分を抽出し、高周波磁界センサ１００の出力信号として出力する。掛算器８１は、例えばアナログスイッチを含み、同期検波器８への入力電圧をＶｉとすれば、周波数ｆ_ｃの半周期はＶｉを出力し、他の半周期では－Ｖｉを出力する。このように、励磁周波数ｆ_ｃの半サイクルで＋１倍したものを取り、残りの半サイクルで－１倍したものを取る。このように掛算器８１のもう１つの入力は励磁周波数ｆ_ｃの制御信号（例えば±１の矩形波）である。

【0082】

以下、高周波磁界センサ１００の構成について、さらに具体的に説明する。センサヘッド５は、通常のＦＭ－ＯＦＧのものと同様に、磁性体５１としての磁性ワイヤコアをＵの字型（実際にはわずかに隙間のあるヘアピンのような形状）に曲げ、その周囲に検出コイル５２が巻き回されている。検出コイル５２のターン数をｎ１とする。更にその外側には検出コイル５２と同軸上に入力コイル４が巻き回されている。入力コイル４のターン数をｎ２とする。図７では、２つのコイル（入力コイル４及び検出コイル５２）は断面によって表示している。Ｕの字型のワイヤコアには直接励磁電流が供給される。

【0083】

基本周波型直交フラックスゲートを用いたセンサヘッド５では、励磁電流は直流成分と交流成分を含み、ｉｄｃ＋ｉａｃ・ｓｉｎ（ω_ｃｔ＋ψ）で表される。直流成分ｉｄｃは交流成分の振幅値ｉａｃより大きく設定される。交流成分は、必要に応じて位相調整される。ピックアップコイル１と増幅器２を用いることによって、検出感度を高くすることができる。センサヘッド５に磁界を入力する入力コイル４が、検出コイル５２への誘起電圧を短絡することが無いように、入力コイル４に電流を供給する回路は十分大きな抵抗を持つことが好ましい。

【0084】

検出コイル５２から見た入力コイル４側の抵抗はＲ（ｎ１／ｎ２）^２になるが、１００ｋΩ以上あれば十分である。例えばｎ１＝１０００、ｎ２＝２０とすれば、Ｒ＞４０Ωとすれば良い。また、ピックアップコイル１の電圧を増幅する回路の帯域は、必要以上に広くするよりも、ω_ｃ／（２π）±１０ｋＨｚあれば良い。センサヘッド５の周囲には、環境磁界を遮蔽する磁気シールド６を配置する。センサヘッド５の外径を８ｍｍ程度に製作し、入力コイル４の外径を１０ｍｍ程度にすることは容易であるので、磁気シールド６は多層円筒型とすることができる。この場合、最内層の直径を１１ｍｍとすれば、高透磁率の磁性薄帯を用いて３層構造にして、円筒軸方向のシールド比が４０００程度の円筒型磁気シールドは容易に製作することができる。

【0085】

以上の入力磁界の周波数とＦＭ－ＯＦＧの励磁磁界周波数との間で周波数混合が生じるプロセスの本質は、磁性体５１の透磁率の定数項と励磁周波数ｆ_ｃの２次の項をとおして、周波数ｆ_ｓの信号磁界が検出コイル５２に鎖交磁束を発生し、その時間微分として現れる周波数ｆ_ｓの電圧を、周波数ｆ_ｃに同期した同期検波器で検波することによって、ｓｉｎ［２πｆ_ｓｔ］とｓｉｎ［２πｆ_ｃｔ］との間で乗算が引き起こされるものである。そして、本発明では、乗算の結果発生する和（ｆ_ｓ＋ｆ_ｃ）と差｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜の周波数成分のうち、低周波成分｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜のみを抽出する。励磁周波数ｆ_ｃは、｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜≦ｆ_ｃ／１０を満たすように設定されることが好ましい。この場合、ローパスフィルタ８２の通過周波数は、ｆ_ｃ／１０以下である。乗算操作は同期検波の本質であるので、入力される高周波磁界を電圧に変えて適宜増幅し、同期検波し、低周波成分のみをローパスフィルタ８２で抽出すれば、上述した発明を実装することができる。

【0086】

上記の演算（掛算処理）について、図８～図１１を用いてさらに詳細に説明する。図８～図１１は、掛算処理について説明するための図である。図８に示すような矩形波は、奇数高調波の正弦波の集まりであり（Ｆｏｕｒｉｅｒ級数理論）、第２ｎ－１高調波の振幅を１／（２ｎ－１)とした総和で表される。ここにｎ＝１，２，３・・・である。これを５つの波形について図９に例示する。

【0087】

図９に示す波形は、振幅の一番大きいものから順に、図９Ａの基本波（振幅１／１）、図９Ｂの３倍波（振幅１／３）、図９Ｃの５倍波（振幅１／５）、図９Ｄの７倍波（振幅１／７）、図９Ｅの９倍波（振幅１／９）である。これらの波形を加算すれば、図１０に示すように、矩形波に漸近する。図１１は、４９次までの総和を示しており、さらに矩形波に漸近していることが分かる。

【0088】

図７に示す掛算器８１で矩形波を掛けて、ローパスフィルタ８２で低周波成分のみを抽出することにより、矩形波の基本波であるｓｉｎ［２πｆ_ｃｔ］を掛けたものだけを取り出したことになる。つまり、矩形波を信号波に掛ければ、実質的にｓｉｎ［２πｆ_ｓｔ］×ｓｉｎ［２πｆ_ｃｔ］が行われる。この結果をローパスすれば、ｓｉｎ［２π｜ｆ_ｓ－ｆ_ｃ｜ｔ］の成分が出力される。

【0089】

重要となるのは、入力高周波磁界をできるだけ雑音を排して電圧に変換する手段である。ＦＭ－ＯＦＧを用いる場合は、センサヘッド５の磁性体５１の透磁率の定数項と励磁周波数の２次の項がこのために作用したが、定数項のみを用いることにすれば、ＦＭ－ＯＦＧのセンサヘッド部分を棒状のコア（磁性体５１）とそれに巻き回した検出コイル５２としてのソレノイドコイル（インダクションコイルと呼称する）に置き換えることができる。微弱な高周波磁界を検出することを目的とする場合、検出コイル５２によって高周波電圧に変換され、適宜増幅器やさらに直列に接続される抵抗によって電流に変換されるが、それもまた微弱である。微弱な電流が磁性体５１の周りに巻き回された入力コイル４に通電されるが、それによって生じる磁界もまた微少である。引き起こされた磁界が磁性体５１の保磁力よりも十分小さければ、磁性体内部では磁壁移動は起きず、ピンニングされた点から遠い磁壁部分の振動によって磁束変化が可逆的に生じ、バルクハウゼン雑音は抑制される。インダクションコイルには雑音の少ない高周波の誘起電圧が現れ、これをｆ_ｃで同期検波すれば、式（１１）でｋ_２＝０とした成分が得られる。

【0090】

図１２は、棒状コアからなる磁性体５１を用いた高周波磁界センサ１００を示す概略図である。この例では、図７の構造において、ＦＭ－ＯＦＧのセンサヘッド５を棒状コアからなる磁性体５１で置換したものとなっている。仮に検出したい高周波磁界が想定より大きく、入力コイル４が作る磁界が棒状コアからなる磁性体５１の保磁力を越える位に大きくなる場合は、磁気雑音を発生することになるが、時間波形としての入力磁界の情報、つまり周波数（この場合は差周波数）や振幅値等の情報の抽出は、大きな信号出力が対象となるので問題無く可能である。

【0091】

図１３は、スイッチ９を用いた高周波磁界センサ１００を示す概略図である。ピックアップコイル１と入力コイル４との間の配線の一部には、通電をオン状態又はオフ状態に切り替えるスイッチ９が設けられている。この例では、増幅器２と抵抗３との間にスイッチ９が設けられているが、これに限らず、例えば抵抗３と入力コイル４との間にスイッチ９が設けられていてもよい。共振素子を含む共振タグからの減衰振動磁界を検出する場合は、バースト磁界によるセンサ系の飽和を回避するために、図１３に示すスイッチ９をオン状態からオフ状態に切り替えることにより、入力を遮断することができる。

【0092】

入力コイル４が磁性体５１の保磁力を越えるような磁界を与え、磁性体５１内に磁壁移動が生じ、インダクションコイル（検出コイル５２）に磁気雑音を引き起こす恐れがある場合、図３のＨｄｃのみを与えて磁気雑音を抑制することができる。すなわち、磁性体５１に、直流成分及び交流成分を含む励磁電流を流すのではなく、直流成分のみ（ｉｄｃ）が含まれ、交流成分は含まれない励磁電流を流せばよい。この場合の電流は機能的には励磁電流と言うよりバイアス電流あるいは直流磁化電流と言うべきである。この場合、Ｈａｃは存在しないが、Ｈｄｃが磁性体５１の表層部を磁化飽和させる程度に十分大きければ、磁化のプロセスは磁化回転になる。つまり磁壁の移動が発生しないので、磁気雑音を抑制することができる。あるいは、磁性体５１に電流を流さない構成であってもよい。

【0093】

ＡＭ（音響磁気）方式ＥＡＳ（電子商品監視）セキュリティシステムのように、エネルギー蓄積素子からなるタグの有無を検出しようとする場合は、タグの励磁に比較的大きな磁界を必要とする。この場合、ピックアップコイル１を通してセンサヘッド５に大きな磁界入力が加わるのでＦＭ－ＯＦＧセンサは飽和する危険性がある。このため、短期間のタグ励磁（通常バースト波形）を加えている期間は入力コイル４をピックアップコイル１及び増幅器２から切り離し、タグ励磁終了後にスイッチ９を閉じてエネルギー蓄積素子からの減衰振動磁界を検出するようにする方法が望ましい。

【0094】

＜５２．６ｋＨｚ共振マーカーの例＞
スイッチ９の開閉は、例えば励磁バースト波の印加期間ＨまたはＬのロジックレベルのタイミングパルスを用い、アナログスイッチにて行うことができる。以下、検証実験を行った。

【0095】

ピックアップコイル１には直径４ｃｍ、ターン数８０のコイルを用い、増幅率１００の増幅器２及び抵抗Ｒ＝４７Ωを用いて、入力コイル４は２３ターンとした。タグの模擬として、以下のように製作したＬＣ共振マーカーを用いた。厚さが２０μｍ程度のＭｅｔｇｌａｓ２７１４ａアモルファス磁性薄帯の３ｍｍ幅のものを、長さを２０ｍｍ程度に切り揃え、それらを３６枚重ねてコアとした。コイル巻き枠は３Ｄプリンターで作製し、０．３ｍｍ径の銅線を施した。銅線の両端に４７ｎＦのコンデンサを接続し、５２．６ｋＨｚで共振するマーカーを製作した。共振回路の損失をrとすると，共振のQと共振角周波数ω_ｒ及びインダクタンスＬを用いてｒ＝ω_ｒＬ/Ｑと表せる。これらのパラメータを用いて、減衰振動は下記式（１２）及び式（１３）で表される。

【数12】

【0096】

図１４は、ＬＣ共振マーカーを５２．６ｋＨｚのバースト磁界中に置き、共振の確立とバースト磁界遮断後の減衰振動を非接触で観察したときの波形を示す図である。バースト磁界はｔ＝０の時点で遮断され、直後からエネルギー放出に伴う減衰振動磁界が観測される。このマーカーを用いて図１５のような配置で回路の動作実験を行った。

【0097】

図１５は、高周波磁界センサ１００を用いた盗難防止システムの一例を示す概略図である。この盗難防止システムには、高周波磁界センサ１００の他に、高周波磁界を発生するタグ（マーカー）２００と、タグ２００をタグ励磁するためのバースト信号送信部３００とが含まれる。バースト信号送信部３００は、互いに直列接続された正弦波発生器３０１、励磁コイル３０２及び励磁コイル３０２の誘導負荷を補償するキャパシタンス３０３を備えている。励磁コイル３０２は内径１１ｃｍ、巻き数５６ターンのコイルで、これに５２．６ｋＨｚのバースト電流を印加した。

【0098】

図１６は、図１５の送信アンテナコイルに５２．６ｋＨｚのバースト電流を印加した結果を示す図である。図１６Ａがダウンコンバートされた出力波形、図１６Ｂがスイッチコントロールパルス（Ｈレベルでスイッチオープン）、図１６Ｃが図１５のスイッチ９の右端の電圧波形、図１６Ｄがバースト電流波形を示している。この図１６には、バースト電流が作る大きな磁界が検出コイル５２へ誘起する電圧によって引き起こされる大きい電流がインプットコイルに供給されるのを防ぐために、バースト期間はスイッチ９を開き（オフ状態）、そして、バースト電流終了後速やかにスイッチ９を閉じることで（オン状態）、タグ２００による減衰振動磁界を差周波数に変換（ダウンコンバート）して検出できていることが示されている。

【0099】

＜５８ｋＨｚフェライトハードタグの例（タグとピックアップコイル間の距離＝２．３ｍ）＞
次に、５８ｋＨｚの共振周波数を持つ実際に使用されているフェライトコアを用いたＡＭフェライトハードタグ（ＬＣ共振タグ）に対する実験結果を示す。励磁コイル３０２は、内径１１ｃｍ、巻き数５６ターンのコイルで、タグ２００は励磁コイル３０２の中心に置き、励磁コイル３０２の軸方向にタグ２００の長手方向を合わせ、その延長線上にピックアップコイル１をその軸も平行となるように配置した。

【0100】

図１７は、タグ２００とピックアップコイル１の距離が２．３ｍの時の実験波形を示す図である。図１７ａが本実施形態に係る高周波磁界センサの出力波形で、２．３ｍ離れた所でも大きな信号として検出できている。また，図１７ｂはスイッチコントロールパルス、図１７ｃは励磁コイル３０２に流れる電流である。タグ励磁によってタグ２００のフェライトコアの磁束振幅が大きくなるにつれて、励磁コイル３０２に逆起電力を発生するので、電流は流れにくくなる。逆に、バースト期間が終了すると、タグ２００からの磁束鎖交により位相が反転した電流が現れ、指数関数的に減衰する。この様子を図１８に示す。

【0101】

図１８は、バースト電流波形の一例を示す図である。バースト波は５８ｋＨｚ正弦波電流の２７サイクルからなり、ｔ≒－５０μｓ付近で終了し逆位相電流が導通し始める。この逆位相電流は、レンツの法則よりタグ２００からの磁束変化を打ち消す方向の磁束を誘起するが、タグ２００と励磁コイル３０２の幾何学的サイズの違いにより、遠方で励磁コイル３０２に誘起された電流からの磁界が残存し、偽の信号を発生していないか念のために簡単な実験で確認した。その方法は、励磁コイル３０２の向きを９０度回転し、検出コイル５２の軸に垂直になるよう配置しつつ、タグ２００は励磁コイル３０２の中心から当該励磁コイル３０２の半径の距離だけ離し、かつ励磁コイル３０２の円周部に近接させ、その向きは検出コイル５２の感度方向に平行となるように向けた。その結果を図１９に示す。

【0102】

図１９は、励磁コイル３０２の向きを９０度回転して検出コイル５２との直接的カップリングを排除した場合の波形を示す図である。この図１９において、ｔ＞０区間のバースト電流後に現れる逆位相に誘起される電流波形が小さいことからも、タグ２００の磁束振幅は図１７に比べ小さいことがわかるが、それでもタグ２００からの減衰振動波形は明瞭に検出されている。

【0103】

＜５８ｋＨｚアモルファス共振タグの例（タグとピックアップコイル間の距離＝２ｍ）＞
次に、フェライトコアを用いるタグ２００に比べて断面積が小さいアモルファス薄帯を用いたアモルファス共振タグについても同様に検出実験を行った。この場合、タグ２００から検出コイル５２までの距離は２ｍとした。その結果を図２０に示す。

【0104】

図２０は、タグ２００とピックアップコイル１の距離が２ｍの時の実験波形を示す図である。図２０において、ｔ＞０での減衰振動波形は明瞭に観察できる。また、アモルファス共振タグの共振はフェライトハードタグに比べて損失が小さく、減衰振動の持続時間は長い。

【0105】

図１７、図１９及び図２０の検出出力波形を比べると、図１９の背景雑音波形が他に比べ少し周波数が高くかつ振幅が大きいのがわかるが、これは実験値である福岡で観測される６０ｋＨｚの電波時計の標準電波の磁界成分の影響の差である。６０ｋＨｚの標準電波の振幅は、ディジタル符号に応じて１００％出力と１０％出力の間で切り替えられ、時間的に変化している。ｆ_ｃ＝ω_ｃ／２π＝５４．１ｋＨｚであるので、タグ２００からの減衰振動磁界の周波数はほぼ５８ｋＨｚ－５４．１ｋＨｚ＝３．９ｋＨｚであるが、電波時計の標準電波の周波数は６０ｋＨｚであるので、その影響は６０ｋＨｚ－５４．１ｋＨｚ＝５．９ｋＨｚに現れることによる。

【0106】

３．信号処理法
本実施形態におけるタグ検出能力を高めるための信号処理法について説明する。高周波磁界センサの出力波形に、理論式で予測される減衰振動の形に類似の波形が含まれていれば、タグ２００が応答したということであり、タグありと判断でき、逆に類似の波形が含まれていなければ、タグ無しと判断できる。この識別をするための方法の１つが、応答波形と理論的な減衰振動波形の間の相互相関である。すなわち、高周波磁界センサの出力波形と、予め定められた波形との相関関係に基づいて、高周波磁界を検出することができる。

【0107】

周波数混合を通して観測される減衰振動の理想的な場合は、下記式（１４）で与えられる。

【数13】

【0108】

これは、他の系との相互誘導が無視できる場合である。この式（１４）で、減衰特性は指数関数によって規定され、振動波形は周波数混合によって差周波の振動数を持つｓｉｎ関数で表される。例えばタグ２００をタグ励磁する励磁コイル３０２とタグ２００が接近していて、両者の磁気結合が強い場合は、タグ２００の共振周波数とタグ２００の共振のＱは影響を受けて変化する場合がある。相互相関計算の実施にあたっては、Ｑとω_ｒのうち、ω_ｒが計算への影響が大きいので、その調整をする必要が出てくる。

【0109】

アモルファス共振タグの場合、周囲に存在するコイルとの相互誘導が無い場合は５８ｋＨｚで共振するが、例えば内径１１ｃｍ、５６ターンの励磁コイル３０２が５８ｋＨｚ近傍の周波数でインダクタンスを補償するキャパシタンスが直列接続されている場合、タグ２００と励磁コイル３０２の両方とも共振周波数が接近しており、両者の結合が強い場合は共振周波数が周波数軸上５８ｋＨｚの上下２ヶ所に分離する（例えば、コロナ社，原田他著，基礎電子回路7.4 節「複合同調増幅器」昭和61年10月発行）。アモルファス共振タグを、その長手方向を磁界方向に平行配置し、内径１１ｃｍ、５６ターンの励磁コイル３０２の内側２ｃｍ程度に接近させた場合、高い方の周波数は５８．８ｋＨｚとなった。そこで、ω_ｒ＝２π×５８.８００とし、Ｑ＝２００として減衰振動のテンプレートを式（１４）により作成した。

【0110】

図２０のアモルファス共振タグの応答波形のうち、同図中段のインプットコイルを切り離すパルス波形の立ち下がりタイミングから０．１６ｍ秒～１．３６ｍｓの応答波形を切り出し、図２１のテンプレートで相互相関関数値の最大値を抽出する。図２１は、理論的減衰振動応答からバースト信号終了後１ｍｓを切り取って相互相関のテンプレートとした波形を示す図である。アモルファス共振タグが無い場合の応答波形に対しても同様の操作を行う。

【0111】

波形の抽出数１９個に対して、アモルファス共振タグと検出コイル間の距離２ｍおよび２．３ｍに対し実験を行ったところ、それぞれ図２２、図２３に示す様な結果を得た。図２２は、アモルファス共振タグと検出コイル間の距離２ｍの場合の相互相関処理の結果を示す図である。図２３は、アモルファス共振タグと検出コイル間の距離２．３ｍの場合の相互相関処理の結果を示す図である。この２つから、タグあり、タグ無し信号を分離できることが分かる。

【0112】

今回の実験で距離２ｍの場合は、タグありタグ無しの場合に対する信号強度に明瞭な差があり、分離は容易であるが、距離２．３ｍの場合はかろうじて分離ができる程度となった。しかし、この結果が分離検出法の可能性を否定するものでは無く検出コイルの最適化、励磁方法の最適化を実施することによって改善することは容易である。

【0113】

距離２ｍの場合の信号強度と距離２．３ｍの場合の信号強度の比は、（２／２．３）の３乗（≒０．６５）程度に減衰するが、図２２、図２３はこの関係に沿う値になっている。一方、ＮｏＴａｇとして示されている破線の結果（環境雑音を含むシステム雑音）は両者でほぼ同一レベルである。

【0114】

４．周波数混合型フラックスゲート技術のＡＭ方式ＥＡＳセキュリティアンテナへの応用
ここでは、周波数混合型フラックスゲート技術のＡＭ方式ＥＡＳセキュリティシステムへの応用、ＡＭラベルタグおよびＡＭフェライトハードタグの出力リンギングダウン信号の検出について述べる。

【0115】

（４－１）ＡＭアンテナの基本動作
５８ｋＨｚ前後の共振周波数を持つ小さな棒状フェライト磁心をコアとするＡＭフェライトハードタグや、５８ｋＨｚの共振周波数をもつＡＭアモルファスタグを用いるセキュリティシステムがＡＭ方式ＥＡＳシステムとして実用化されている。

【0116】

図２４は、ＡＭ方式ＥＡＳアンテナの動作説明図である。本実施形態では、高周波磁界に基づく信号を発生させるためのバースト信号の送信中はスイッチ９をオフ状態とし、その後にスイッチ９をオン状態に切り替えることにより、ピックアップコイル１で受信するリンギングダウン信号に基づいて、高周波磁界を検出する。すなわち、本実施形態の基本構成は図１５にあるように送信ウインドの間、送信アンテナコイルとしての励磁コイル３０２からバースト信号を送信し、その間タグ信号の受信系ではスイッチ９をオフ状態として、受信ウインドの間、スイッチ９をオン状態に切り替える。この場合、図１５のようにバースト信号を送信する励磁コイル３０２とリンギングダウン信号を受信するピックアップコイル１を別々に設ける構成に限らず、バースト信号を送信する送信アンテナコイルとしての励磁コイル３０２と、受信アンテナコイルとしてのピックアップコイル１を１つの同一のコイルとする構成であってもよい。

【0117】

図２４では、ＡＣ電源（６０Ｈｚもしくは５０Ｈｚ）の一定位相のところで５８ｋＨｚのバースト信号を送信する。バースト信号は、バースト送信ウインド（約１．６ｍｓ）の間送信し、その後に受信ウインドを一定時間開いて、タグ２００からの反応信号があるか否かを検出する。

【0118】

図２５は、ＡＭ方式ＥＡＳアンテナのバースト送信波形とＡＭフェライトタグの反応信号波形を示す図である。図２５Ａは応答信号の波形、図２５Ｂはバースト信号の波形を示している。図２５に示す通り、バースト終了時点からＡＭフェライトタグにリンギングダウン波形が見られる。

【0119】

ＡＭアモルファスラベルタグやＡＭフェライトハードタグのＡＭ共振タグは、エネルギー蓄積素子であり、タグ励磁期間にエネルギーを充電し、タグ励磁を取り去ると短時間で減衰振動とともにエネルギーを放電する。放電時の減衰振動磁界に着目し、ＦＭ－ＯＦＧ技術を使用すれば、共振タグからの磁界は時間選択的に検出可能であり、しかも高感度でダイナミックレンジの小さいＡＭアンテナの磁界検出センサとして利用できる。

【0120】

テストでは、フェライトをコアとする５８ｋＨｚ共振ＡＭハードタグおよびＡＭアモルファスラベルタグと、直径３．９ｃｍ、８０ターンのピックアップコイル、負帰還を利用しない基本波型直交フラックスゲート（ＦＭ－ＯＦＧ）を用いた。

【0121】

（４－２）検出コイルに多巻線ピックアップコイルを使用した例
タグ２００と検出コイル５２は、一直線上に配置される。検出用のピックアップコイル１への励磁磁界の直接カップリングをブランキングするために、スイッチ９を使用することにより励磁周波数付近の信号に特化した小さなダイナミックレンジの受信回路を構成した。

【0122】

（４－２－１）アモルファスＡＭラベルの検出（タグとピックアップ間の距離＝２．３ｍ）
図２６は、ＦＭ－ＯＦＧによるＡＭアモルファスタグの受信信号を２．３ｍの位置で観測した波形を示す図である。図２６Ａがダウンコンバートされた出力波形、図２６Ｂがスイッチコントロールパルス（Ｈレベルでスイッチオープン）、図２６Ｃが図１５のスイッチ９の右端の電圧波形、図２６Ｄがバースト電流波形を示している。タグ２００は、励磁コイル３０２の中心に配置されている。

【0123】

図２６では、バースト波を印加している区間でスイッチ９がＨレベル（オフ状態）となり、このとき同時に高周波磁界センサへの信号入力が遮断される。コイル電流は、タグ２００との相互作用により指数関数的になっているが、バーストを０にしても相互作用の結果減衰振動電流が誘起されていることが分かる。

【0124】

（４－２－２）フェライトＡＭハードタグの検出（タグとピックアップコイル間の距離＝３ｍ）
図２７は、ＡＭフェライトタグから３ｍの位置にピックアップコイル１を置いた場合の受信信号波形を示す図である。図２７Ａがダウンコンバートされた出力波形、図２７Ｂがスイッチコントロールパルス（Ｈレベルでスイッチオープン）、図２７Ｃがバースト電流波形を示している。励磁コイル３０２は直径１１ｃｍの巻き枠に５６ターン、平均で７７ｍＡｒｍｓ（５８ｋＨｚ）を流している。この励磁コイル３０２の中心にタグ２００が配置されている。

【0125】

図２７においても、バースト波を印加している区間でスイッチ９がＨレベル（オフ状態）となり、このとき同時に高周波磁界センサへの信号入力が遮断される。コイル電流は、タグ２００との相互作用により指数関数的になっているが、バーストを０にしても相互作用の結果減衰振動電流が誘起されていることが分かる。

【0126】

５．各種アンテナへの応用
（５－１）縦型アンテナへの応用例
床に起立するように設置される縦型アンテナを用いて、タグ２００から発生する高周波磁界を検出する盗難防止システムにおいて、従来の縦型アンテナは、大きな送信アンテナと大きな受信アンテナを備えている。従来のアンテナは、共振タグの微弱信号を受ける必要があるため大きな受信アンテナを必要とし、そのコイル面積とターン数を大きくする必要があった。しかし、本発明によれば、小さな受信アンテナ部で共振タグの信号を受信できるため、縦型アンテナのサイズを大幅に小型にすることができる。

【0127】

図２８は、縦型アンテナ４００を用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。図２８では、片方のアンテナが送受信アンテナ、他方が送受信アンテナもしくは受信アンテナを構成し、それぞれのアンテナコイルは０の字状の０ループアンテナコイルもしくは８の字状の８ループアンテナコイルであってよい。これらの１対の縦型アンテナ４００間においてタグ２００を検出する場合が示されている。

【0128】

図２８の縦型アンテナ４００では、送信ウインドの時、送信アンテナからタグ２００にバースト信号を送信し、受信ウインドの時、タグ２００からのリンギングダウン信号を受信アンテナで受信する。この際、受信部に本発明を利用することにより、受信アンテナ部を大幅に小さくすることができるので、送信アンテナを含めてアンテナ全体を大幅に小さくできる。また、小さな受信アンテナ部であるが、検出感度が高いので、アンテナからタグ２００までの受信距離を従来の２倍以上に広げることができる。受信アンテナ部は、本発明のピックアップコイル１として作用させることができる。

【0129】

（５－２）天井アンテナへの応用例
図２９は、天井アンテナ５００を用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。図２９では、天井アンテナ５００が天井に間隔を隔てて複数配置され、これらの天井アンテナ５００の下方においてタグ２００を検出する場合が示されている。

【0130】

天井に設置される複数の天井アンテナ５００の間隔は、例えば約３ｍである。天井アンテナ５００のコイルは、バースト信号送信時（送信ウインド期間）は送信アンテナ（励磁コイル３０２）として機能し、タグ共振信号受信時（受信ウインド期間）は受信アンテナ（ピックアップコイル１）として機能する。

【0131】

ただし、天井アンテナ５００が送信アンテナ及び受信アンテナの両方として機能するような構成に限らず、送信アンテナを別途設けてもよい。この場合、送信アンテナは受信アンテナと同数である必要はなく、例えば１つの送信アンテナに対して複数の受信アンテナが対応付けられた構成であってもよい。

【0132】

（５－３）床アンテナへの応用例
図３０は、狭い間口の床アンテナ６００を用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。図３０では、１つの床アンテナ６００が床に配置され、この床アンテナ６００の上方においてタグ２００を検出する場合が示されている。

【0133】

約２～３ｍ以内の狭い間口であれば、図３０のように１つの床アンテナ６００を用いてタグ２００を検出することができる。床アンテナ６００は、バースト波送信ウインドの時、送信アンテナ（励磁コイル３０２）として機能し、受信ウインドの時、受信アンテナ（ピックアップコイル１）として機能する。床アンテナ６００としては、フラットケーブルアンテナなどのワンターンアンテナを用いてもよい。

【0134】

ただし、床アンテナ６００は、受信アンテナとして機能する際のタグ２００からの信号の受信感度を上げるために、複数ターンのピックアップコイルが用いられてもよい。すなわち、図３０ではワンターンアンテナの例を示しているが、複数ターンアンテナが用いられてもよい。また、床アンテナ６００が送信アンテナ及び受信アンテナの両方として機能するような構成に限らず、送信アンテナを別途設けてもよい。

【0135】

図３１は、巾広間口の床アンテナ６００を用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。図３１では、複数の床アンテナ６００が床に配置され、これらの床アンテナ６００の上方においてタグ２００を検出する場合が示されている。床アンテナ６００では、送信アンテナ（励磁コイル３０２）としてワンターンアンテナを設置できる。

【0136】

ワンターンアンテナでは、約１０～２０ｍのような巾広間口であっても、送信ウインド時、バースト信号を送信できるが、受信ウインド時、受信系のピックアップアンテナとして使用すると、共振タグを巾広間口のどの位置で検出したのかを分からないことが起こる。このため、受信系のピックアップアンテナ１だけは、天井または床に約３ｍ間隔で設置する必要がある。この場合、ピックアップコイル１はワンターンであってもよいし、複数ターンであってもよい。

【0137】

具体的には、床の複数のエリアＲに、床アンテナ６００を含む高周波磁界センサが設けられ、各床アンテナ６００を介して得られる検出信号に基づいて、タグ２００が検出されたエリアＲを特定することができる。

【0138】

ただし、床アンテナ６００が送信アンテナ及び受信アンテナの両方として機能するような構成に限らず、送信アンテナを別途設けてもよい。この場合、送信アンテナは受信アンテナと同数である必要はなく、例えば１つの送信アンテナに対して複数の受信アンテナが対応付けられた構成であってもよい。

【0139】

図３２は、巾広間口の床アンテナ６００及び天井アンテナ５００を用いた盗難防止システムの構成例を示す概略図である。図３２では、巾広のワンターンもしくは複数ターンの床送信アンテナ６００、もしくは複数の床送信アンテナ６００が床に配置されるとともに、複数の天井受信アンテナ５００が天井に配置され、これらの天井アンテナ５００の下方においてタグ２００を検出する場合が示されている。

【0140】

約１０～２０ｍのような巾広間口であっても、送信ウインド時、床に設置した床アンテナ６００（励磁コイル３０２としてのワンターンアンテナ）でバースト信号を送信し、受信ウインドの時、天井に設置した天井アンテナ５００（受信系のピックアップコイル１）でタグ２００からのリンギングダウン信号を受信する。

【0141】

上記実施形態では、周波数混合技術を使ったＦＭ－ＯＦＧ技術の応用として、ＡＭ方式盗難防止アンテナへの応用について述べたが、この技術は、ＡＭ方式盗難防止アンテナの周波数以外の共振タグを使用するセキュリティシステム、及び、セキュリティ分野以外の定常高周波信号の受信や共振減衰信号の受信に使えることは言うまでもないことである。

【符号の説明】

【0142】

１ ピックアップコイル
２ 増幅器
３ 抵抗
４ 入力コイル
５ センサヘッド
６ 磁気シールド
７ 前置増幅器
８ 同期検波器
９ スイッチ
５１ 磁性体
５２ 検出コイル
８１ 掛算器
８２ ローパスフィルタ
１００ 高周波磁界センサ
２００ タグ
３００ バースト信号送信部
３０１ 正弦波発生器
３０２ 励磁コイル
３０３ キャパシタンス
４００ 縦型アンテナ
５００ 天井アンテナ
６００ 床アンテナ

【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14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】