JP2005210397A - Ｒｆ−ｉｄ送受信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦ−ＩＤの操作範囲を広げることができるＲＦ−ＩＤ送受信システム及び方法を提供する。
【解決手段】ＲＦ−ＩＤ２０，２１がチャージャー１６の電力伝送範囲内に入ると、チャージャー１６は、ＲＦ−ＩＤ２０，２１に電磁波を放射して電力の伝送を行う。電力が伝送されたＲＦ−ＩＤ２０は、読み書き機器１１の無線通信範囲内に配置されている。その結果、ＲＦ−ＩＤ２０は、読み書き用の電磁波２２を読み書き機器１１に送信する。それに対して、電力が供給されたＲＦ−ＩＤ２１は、読み書き機器１１の無線通信範囲外にある。その結果、ＲＦ−ＩＤ２１は、電力源が確保されているために待機状態にあり、読み書き機器１１の無線通信範囲内に入ると読み書き用の電磁波を読み書き機器１１に送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリーを内蔵しないタイプ、すなわち、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤ(radio frequency-identifier)を操作するための電磁波の送信及びＲＦ−ＩＤから読み書き用の電磁波の受信を無線通信範囲内で行うＲＦ−ＩＤ送受信システム及び方法に関する。
明細書中、ＲＦ−ＩＤとは、電磁波エネルギーを受信し、そのエネルギーを自己の電力源とする能動的情報機器を意味するものとする。したがって、単に自己の持つ情報を送出するだけの機能のＲＦ−ＩＤだけでなく、音、振動、光等を駆動させる機能を有するもの、温度、気圧等の検知器の情報を取り扱う機能を有するもの、さらには、それらの駆動部及び検知部を能動的に取り扱い、必要な情報だけを送信するものも含まれる。

近年開発されたＲＦ−ＩＤは、バーコードに代わる識別子として注目を集めている。現在、その応用が盛んになってきており、書籍の万引き防止、小売店の清算システム、偽札防止、航空貨物等の多様な用途開発が行われている（例えば、非特許文献１〜４参照）。

ＲＦ−ＩＤは、使用周波数帯、読み書き方式、操作距離等の仕様を異にする多種多様なものが開発されている。このＲＦ−ＩＤを大きく分類すると、バッテリーを内蔵するものとバッテリーを内蔵しないものの二つに分類される。

これらのうち、バッテリーを内蔵しないものは、バッテリー内の水銀などの有害な化学物質を有しないため、環境負荷が少なく、また、バッテリー体積を有しないため、小型軽量化に有利である。そのため、バッテリーを内蔵しないタイプは、バッテリーを内蔵するタイプよりも多く利用され、また、多様な用途開発も行われつつある。

図１は、バッテリーを内蔵しないタイプ、すなわち、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤの内部構造を示す図である。このＲＦ−ＩＤは、図示しない読み書き機器との通信を行うとともに電力源となる電磁波を受信するアンテナ１と、信号受信回路２と、信号送信回路３と、記憶回路４と、制御回路５と、高周波整流回路６とを具える。このＲＦ−ＩＤは、アンテナ１に入る高周波エネルギーを高周波整流回路６によって整流して、直流電力を取得することによって動作する。

図２は、従来のＲＦ−ＩＤ送受信システムを示す図である。このＲＦ−ＩＤ送受信システムは、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤ１１を操作するための電磁波の送信及びＲＦ−ＩＤ１１からの読み書き用の電磁波の受信をアンテナによって行う読み書き機器１２を具える。

読み書き機器１２のアンテナ１３は、ＲＦ−ＩＤ１１を操作するための電磁波（図示せず）の送信及びＲＦ−ＩＤ１１からの読み書き用の電磁波１４の受信の他に、ＲＦ−ＩＤの電力源となる電磁波１５を送信する役割も有する。その結果、これらの電磁波の放射は、同一方向及び範囲となり、ＲＦ−ＩＤの電力源となる電磁波を送信する範囲（電力伝送範囲）は、ＲＦ−ＩＤ１１を操作するための電磁波の送信及びＲＦ−ＩＤ１１からの読み書き用の電磁波の受信範囲（無線通信範囲）内に存在する。
福田朗，"RFIDタグを活用した航空手荷物管理システム実証実験と今後の展開，"月刊バーコード，日本工業出版，pp.1-5，Jan．2002. 後藤浩一，"鉄道自動改札システムにおけるIT，"電子情報通信学会誌，Vol.86 No.5,pp.345-350, May 2003. 寺内信之，他，"ＲＦＩＤを用いたリサイクルシステム，" デンソーテクニカルレビュー Vol.7 No.1, pp.96-103, 2002. 栗原雅, ``特集 ＩＣタグの真実 −実用化への険しい道−,''Nikkei Computer, pp.48-67, 2003.8.11.

従来のＲＦ−ＩＤ送受信システムでは、電力伝送範囲が短い（一般的には２ｍ）ので、ＲＦ−ＩＤ１１の操作範囲が短くなるという不都合がある。したがって、ＲＦ−ＩＤ１１の操作範囲を広げることが所望されている。

本発明の目的は、他の不都合が生じることなくＲＦ−ＩＤの操作範囲を広げることができるＲＦ−ＩＤ送受信システム及び方法を提供することである。

本発明によるＲＦ−ＩＤ送受信システムは、
バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及び前記ＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行う読み書き機器と、
前記ＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行う少なくとも一つのチャージャーとを具え、
前記読み書き機器による前記読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内に、前記ＲＦ−ＩＤが配置されると、前記読み書き用の電磁波が前記読み書き機器に送信されるようにしたことを特徴とする。

本発明によるＲＦ−ＩＤ送受信方法は、
バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及び前記ＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行う読み書き機器を用いたＲＦ−ＩＤ送受信方法であって、
前記ＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行うステップと、
その電力が伝送されたＲＦ−ＩＤが、前記読み書き機器による前記読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内に配置されると、前記読み書き用の電磁波を前記読み書き機器に送信することを特徴とする。

本発明によれば、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及び前記ＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行う読み書き機器を用いたＲＦ−ＩＤ送受信方に際し、ＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行い、その電力が伝送されたＲＦ−ＩＤが、読み書き機器による読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内に配置されると、読み書き用の電磁波を読み書き機器に送信する。

このようにＲＦ−ＩＤに対する電力の伝送を行うことによって、ＲＦ−ＩＤの操作範囲を、読み書き機器による読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内すなわち無線通信範囲内（一般的には１０ｍ以内）まで広げることができる。

好適には、無線通信範囲全体でのＲＦ−ＩＤへの電力の伝送が可能となるように複数のチャージャーを配置する。なお、電磁波として任意の種類の電磁波を使用することができるが、変換効率及び伝送効率の観点からマイクロ波を使用するのが好適である。

また、ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波をパルス波で構成した場合、電力の伝送範囲を一様にするという観点から好適であり、ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波を連続波で構成した場合、電力の伝送距離を長くするという観点から好適である。

本発明によるＲＦ−ＩＤ送受信システム及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明によるＲＦ−ＩＤ送受信システムを示す図である。このＲＦ−ＩＤ送受信システムは、読み書き装置１１の他に、ＲＦ−ＩＤに電磁波（例えば、マイクロ波）を放射して電力の伝送を行うチャージャー１６，１７を具える。なお、読み書き機器１１のアンテナ１３及びチャージャー１６，１７のアンテナ１８，１９をそれぞれ、半波長ダイポールアンテナとする。

本実施の形態の動作を説明する。ＲＦ−ＩＤ２０，２１がチャージャー１６の電力伝送範囲内に入ると、チャージャー１６は、ＲＦ−ＩＤ２０，２１に電磁波を放射して電力の伝送を行う。電力が伝送されたＲＦ−ＩＤ２０は、読み書き機器１１の無線通信範囲内に配置されている。その結果、ＲＦ−ＩＤ２０は、読み書き用の電磁波２２を読み書き機器１１に送信する。それに対して、電力が供給されたＲＦ−ＩＤ２１は、読み書き機器１１の無線通信範囲外にある。その結果、ＲＦ−ＩＤ２１は、電力源が確保されているために待機状態にあり、読み書き機器１１の無線通信範囲内に入ると読み書き用の電磁波を読み書き機器１１に送信する。

本実施の形態によれば、チャージャーによるＲＦ−ＩＤに対する電力の伝送を行うことによって、ＲＦ−ＩＤの操作範囲を、読み書き機器１１による無線通信範囲内まで広げることができる。

図４は、パルス波又は連続波によって構成した電磁波をチャージャー列から放射したときの２５ｃｍ、５０ｃｍ、７０ｃｍ及び１００ｃｍ離れた位置の平均受信電力を示す図である。この場合、各チャージャーからの出力を５０ｍWとし、３ｍ幅の廊下に適用するものとする。図４において、０ｄBを、１個のチャージャーから２５ｃｍ離れた位置で得られる平均受信電力とし、廊下中央を零とした±１．５ｍの範囲（廊下幅３ｍ）の受信電力を示す。

図４に示すように、パルス波の場合にはチャージャーから７０ｃｍ以内又は連続波の場合にはチャージャーから１００ｃｍ以内である場合、電力を伝送可能な箇所が点在する。ここで、安定した電力の供給（伝送）が行われる２５ｃｍ及び５０ｃｍ離れた位置について、パルス波と連続波の各々の０ｄＢを超える範囲を積算して両者の長さを比較すると、次の結果が得られる。
（１）２５ｃｍ離れた位置では、幅３ｍのうちパルス幅は約２．１ｍであり、連続波は約１．４ｍとなる。
（２）５０ｃｍ離れた位置では、幅３ｍのうちパルス幅は約０．７ｍであり、連続波は約１．４ｍとなる。

したがって、パルス波の場合には、チャージャーに近づくに従って電力の供給可能な領域が広がるので、電力の伝送範囲を一様にするという観点から好適である。それに対して、連続波の場合、供給距離を長くすることができるので、電力の伝送距離を長くするという観点から好適である。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及びＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行うとともにＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行う読み書き機器について説明したが、バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及びＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信のみを行う読み書き機器を用いることもできる。

また、チャージャーの個数及び配置を任意に選択することができ、読み書き装置及びチャージャーのアンテナを、半波長ダイポールアンテナ以外の任意の種類のアンテナ（例えば、マイクロストリップアンテナ）を用いることができる。さらに、電磁波の波長を、マイクロ波の波長範囲以外の任意の範囲でも選択することができる。

バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤの内部構造を示す図である。 従来のＲＦ−ＩＤ送受信システムを示す図である。 本発明によるＲＦ−ＩＤ送受信システムを示す図である。 パルス波又は連続波によって構成した電磁波をチャージャー列から放射したときの２５ｃｍ、５０ｃｍ、７０ｃｍ及び１００ｃｍ離れた位置の平均受信電力を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ 信号受信回路
３ 信号送信回路
４ 記憶回路
５ 制御回路
６ 高周波整流回路
１１，２０，２１ ＲＦ−ＩＤ
１２ 読み書き機器
１３，１８，１９ アンテナ
１４，１５，２２ 電磁波
１６，１７ チャージャー

Claims (8)

1. バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及び前記ＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行う読み書き機器と、
   前記ＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行う少なくとも一つのチャージャーとを具え、
   前記読み書き機器による前記読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内に前記ＲＦ−ＩＤが配置されると、前記読み書き用の電磁波を前記読み書き機器に送信することを特徴とするＲＦ−ＩＤ送受信システム。
2. 前記電磁波をマイクロ波としたことを特徴とする請求項１記載のＲＦ−ＩＤ送受信システム。
3. 前記ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波を連続波によって構成したことを特徴とする請求項１記載のＲＦ−ＩＤ送受信システム。
4. 前記ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波をパルス波によって構成したことを特徴とする請求項１記載のＲＦ−ＩＤ送受信システム。
5. バッテリーレスタイプのＲＦ−ＩＤを操作するための電磁波の送信及び前記ＲＦ−ＩＤからの読み書き用の電磁波の受信を行う読み書き機器を用いたＲＦ−ＩＤ送受信方法であって、
   前記ＲＦ−ＩＤに電磁波を放射して電力の伝送を行うステップと、
   その電力が伝送されたＲＦ−ＩＤが、前記読み書き機器による前記読み書き用の電磁波の受信が可能な範囲内に配置されると、前記読み書き用の電磁波を前記読み書き機器に送信することを特徴とするＲＦ−ＩＤ送受信方法。
6. 前記ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波をマイクロ波としたことを特徴とする請求項５記載のＲＦ−ＩＤ送受信方法。
7. 前記ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波を連続波によって構成したことを特徴とする請求項５記載のＲＦ−ＩＤ送受信方法。
8. 前記ＲＦ−ＩＤに放射される電磁波をパルス波によって構成したことを特徴とする請求項５記載のＲＦ−ＩＤ送受信方法。

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