JP2005328433A

JP2005328433A - 無線式データキャリアシステム

Info

Publication number: JP2005328433A
Application number: JP2004146187A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Satake; 茂佐武
Original assignee: Welcat Inc
Current assignee: Idec Auto ID Solutions Co Ltd
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】
送信機と受信機、応答器の距離が離れていても十分な感度が得られ、応答器が小型である無線式データキャリアシステムであって、さらには、１つの問いかけに対して複数の応答がある場合でも信号処理が可能な無線式データキャリアシステムを提供する。
【解決手段】
無線式データキャリアシステムは、送信アンテナ１３を持つ送信機１０と、送信アンテナ１３の磁界フィールド域に配置される受信アンテナ３１を持つ受信機３０とを有し、送信アンテナ１３が発振する電波の共振回路と、自己が保持しているデータに対応して負荷変調信号を該共振回路にあたえるスイッチ回路とを有する応答器２が、前記磁界フィールド域であって送信アンテナ１３から受信アンテナ３１に到る中途を通過、あるいは中途に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信機からの無線通信で応答器（データキャリア）のデータを受信機で読み取ることができるデータキャリアシステムに関するものである。

特定な部屋への入退室管理、スキー場のリフト券、鉄道の乗車券、駐車場の入出車管理、高速道路の通行券、電子マネー、商品の万引き防止などに質問器／応答器（リーダライタ／データキャリア）のシステムが使用されている。質問器と応答器の間は無線通信で接続されている。質問器は、ホストコンピュータと有線または無線で接続された固定設置型であり、その指示にもとづいて応答器のデータを読み取り、応答器に対してデータを書込む。応答器は、カード形、コイン形、あるいは箱形の形状をしており、人が携帯したり、商品や自動車等に取付けられて移動する。

従来の無線式データキャリアシステムの無線通信は、図１０に示すように、質問器４のコイル４１と応答器５のコイル５１との結合により通信を行うものである。応答器５は電源回路５３により動作する。電源回路５３は、質問器コイル４１から恒常的に発振される電波を応答器コイル５１で誘導した電力を利用する。

質問器コイル４１から発振された送信変調信号は応答器コイル５１で検出され、復調回路５４で復調する。復調された信号に対する応答器５から質問器４への応答は、以下のようにしてなされる。応答器５の保持するデータに対応する送信回路５５からの信号でスイッチ回路５７が動作して負荷が切換わると応答器コイル５１の電流が変化し、質問器コイル４１の誘導電流が変化する。すなわち質問器コイル４１を電気→磁気/磁気→電気の変換素子とみれば質問器４の出力振幅が応答器５の負荷（データに対応）の有無によって変化する。この出力振幅の変化を応答器５からの応答信号とする。

かかる負荷変調方式の質問器４と応答器５との間の無線通信で、質問器４から応答器５までの距離は離れていても十分な感度が得られれば、使いやすいものになる。そのためには、質問器および応答器のアンテナ（コイル）サイズを大きくしてアンテナ利得を上げるか、あるいは質問器の送信出力を上げなければならない。いずれで対応するにしろ、できる限りの小型化が望まれる応答器が大型化することは避けられない。

特許文献１には通信距離を長くするため、質問器の送信コイルを複数設けた構成が示されている。また特許文献２には、質問器に専用のピックアップコイルを設け、ピックアップコイルは送信コイルより口径を小さくした構成が示されている。

特開平６−２５２８０９特開２００２−３１４４５７

一方、特許文献１や特許文献２に示されたような従来のデータキャリアシステムでは１つの質問器のエリアに複数の応答器が同時にある場合には、１つの問かけに対して複数の応答あり、信号処理ができない。このような干渉乃至は衝突（collision）を回避するため、応答はあるが信号処理ができない場合には、再度問かけする衝突回避（anti-collision）の処理がなされている。

本発明は、応答器が小型で、また応答器での距離が離れていても十分な感度が得られる無線式データキャリアシステムを提供することを目的とする。さらに本発明は、1つの問いかけに対して複数の受信機が応答を得られるデータキャリアシステムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に係る発明は、送信アンテナを持つ送信機と、該送信アンテナの磁界フィールド域に配置される受信アンテナを持つ受信機とを有し、該送信アンテナが発振する電波の共振回路と、自己が保持しているデータに対応して負荷変調信号を該共振回路にあたえるスイッチ回路とを有する応答器が、前記磁界フィールド域であって送信アンテナから受信アンテナに到る中途を通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする無線式データキャリアシステムである。

送信機の送信アンテナを発振した電波は、その磁界フィールド域にある応答器の共振回路に誘導電流を生じさせる。このときデータに対応してスイッチ回路がオンオフして誘導電流の負荷が変動し、これが受信機の受信アンテナで受信される。

送信アンテナと受信アンテナの相対位置関係は、必ずしも対向する必要はなく、送信アンテナの磁界フィールド域であれば足り、同一面にあってもよい。

ここにいう自己が保持しているデータとは、応答器の読取書込可能なメモリあるいは読取専用メモリに記憶されているデータである。

同じく請求項２に係る発明は、複数の該応答器が該送信アンテナから該受信アンテナに到る中途を同時に通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする請求項１に記載の無線式データキャリアシステムである。

複数の該応答器は、全て同一のデータを保持していてもよいし、各々異なったデータを保持していてもよい。

請求項３に係る発明は、該送信機が一に対して複数の受信機を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線式データキャリアシステムである。

すなわち、送信機の送信アンテナの磁界フィールド域に、複数の受信機の受信アンテナが配置される。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の無線式データキャリアシステムにおいて、複数の該応答器が該送信アンテナから該受信アンテナに到る中途を同時に通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする無線式データキャリアシステムである。

本発明の無線式データキャリアシステムによれば、送信機の送信アンテナと受信機の受信アンテナとを分けたことにより送受信できる磁界フィールド域が長くなり、磁界フィールド域にある応答器の共振回路が効率よく共振する。そのため、送信機−応答器−受信機の距離が長くても正確な応答が高Ｓ／Ｎ比で受信機に返される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面により詳細に説明するが、本発明の範囲はこれの形態に限定されるものではない。

図１は本発明を適用する無線式データキャリアシステムの一例であって、その要部を示すブロック回路図である。図中、１０送信機、３０は受信機である。送信機１０および受信機３０は、図示外のホストコンピュータに連結されることもある固定設置の装置である。２は応答器でＩＣ（集積回路）カードになっており、人が携帯できる。

送信機１０において、１３はアンテナ、１４は増幅部、１５は変調部、１６は発振部、１７は制御回路Ｃ.Ｃ.である。発振部１６は水晶発振子、増幅器を有し、キャリア波を発振する。変調部１５は、スリーステートロジック回路を有し、制御回路１７からの１００％変調指示端子100/10＃の信号、または１０％変調指示端子10/100＃の信号に、端子MODから入力する質問データを重畳して出力する。１００％変調の質問データ、または１０％変調の質問データがアンド回路によりキャリア波に重畳された変調波は、増幅部１４にて増幅され、多重変調搬送波としてアンテナ１３から発振する。

受信機３０において、３１はアンテナ、３２はインピーダンス（ＩＰ）変換部、３３は検波部、３４は増幅部、３５は復調回路部ＱＵＡＤ、３６は二値化回路部、３７は制御回路Ｃ.Ｃ.である。アンテナ３１にて受信した多重変調搬送波は、ＬＣ回路よりなるインピーダンス変換部３２にてアンテナのインピーダンスから入力インピーダンスに変換される。この多重変調搬送波は、検波部３３のダイオードにて検波され主搬送波（キャリア波）が除去され副搬送波が取り出される。これを増幅部３４で電力増幅し、復調回路部３５にて周波数検波され副搬送波が平滑化除去される。これを二値化回路部３６にて２値化信号にデコードして制御回路３７へ入力させる。

図２は、図１に示した無線式データキャリアシステムの応答器２の構成を示すブロック図である。応答器２は、アンテナコイル２１とコンデンサ２２からなるＬＣ共振回路、スイッチ回路２３、信号発生回路２４、記憶回路２５、パッシブ電源回路２６を有している。

図１および図２に示した無線式データキャリアシステムの動作を図３に示すタイムチャートにしたがい説明する。

制御回路１７からの質問データは、変調部１５にて発振部１６の発振周波数に変調され、送信アンテナ１３から図３(Ａ)に示す波形が発振する。その電波は磁界フィールド域内の応答器２を通ってアンテナ３１で受信される。

一方、応答器２は、アンテナ１３からの電波による誘導でアンテナコイル２１に誘導電流が生じ、その電流によってパッシブ電源回路２６によって動作する。信号発生回路２４により読み出された図３(Ｂ)に示す応答データに対応し、スイッチ回路２３がオンオフしてアンテナコイル２１の負荷が変化し(図３(Ｃ)の点線示参照)、電流が変動する。そのため、磁界に変化が生じて受信アンテナ３１で受信される波形は図３(Ｃ)の実線に示すように応答データが重畳されることになる。

この波形(Ｃ)がアンテナ３１で受信され、受信機３０で検波復調されて応答データ（(Ｂ)参照）に対応する受信データとして制御回路３７に入る。この受信データは、制御回路３７にて制御回路１７の質問データと比較され、応答データとしての適否が評価される。または制御回路１７および制御回路３７が接続されているホストコンピューターにて比較される。

上記実施の形態は、一対の送信機１０と受信機３０に一の応答器２を使用しているが、一の送信機１０に複数の受信機３０または複数の応答器でもよい。図４の実施形態は、一対の送信機１０と受信機３０に二の応答器２を使用した例である。応答器２は二以上であっても構わない。図５の実施形態は、一の送信機１０と二の受信機３０に二の応答器２を使用した例である。受信機３０は二以上であっても構わない。また応答器２は二以上であっても構わない。

また、図４、図５の実施の形態では、一の送信機１０の問いかけに対して複数の応答があるが、それぞれの受信機３０と一の送信機１０とが別の通信手段（応答器を経由しない通信手段）を持つことにより衝突回避（anti-collision）の処理が実現可能である。ここにいう別の通信手段は、図６に示すようなオープンコレクタ方式、図７に示すような無線通信による方式がある。

図８の実施形態は、一の送信機１０と二の受信機３０に一の応答器２を使用した例である。受信機３０は二以上であっても構わない。

尚、これらの図では送信機と受信機を対向して描いているが、必ずしもこのような配置である必要はなく、磁界フィールド域であれば、例えば図９に示すような、並列に並んだ構成でもよい。要は送信機１０が発振する磁界フィールド域に受信機３０があり、送信機１０と受信機３０の磁界フィールド中間に応答器２があれば使用できる。

本発明の上記形態の無線式データキャリアシステムの性能を調べた。

送信機１０の送信アンテナ１３、受信機３０の受信アンテナ３１を、夫々４５０×３００ｍｍの矩形とし、図１に示した送信機１０および受信機３０を試作した。送信機１０から１Ｗの送信電力で搬送波を送信し送信機１０で受信した。その結果、アンテナ１３とアンテナ３１との通信距離が８０ｃｍ以上でも通信可能であった。従来の送受信一体型の質問器（図８参照）では、アンテナを４５０×３００ｍｍとし、１Ｗの送信電力にすると通信距離が４０〜５０ｃｍであった。この比較から、本発明の実施例で試作した送信機１０および受信機３０は、従来の質問器より磁界フィールド域が大幅に長くなっていることが分かる。

本発明を適用する無線式データキャリアシステムの一実施形態を示すブロック回路図である。

本発明を適用する無線式データキャリアシステムの応答器の一実施形態を示すブロック回路図である。

本発明を適用する無線式データキャリアシステムの上記実施形態のタイムチャート図である。

本発明を適用する無線式データキャリアシステムの上記実施形態とは別な実施形態を示すブロック回路図である。

従来の無線式データキャリアシステムを示すブロック回路図である。

符号の説明

２・５は応答器、４は質問器、１０は送信機、１３はアンテナ、１４は増幅部、１５は変調部、１６は発振部、１７は制御回路、２１はコイル、２３はスイッチ回路、２４は信号発生回路、２５は記憶回路、２６はパッシブ電源回路、３０は受信機、３１はアンテナ、３２はインピーダンス（ＩＰ）変換部、３３は検波部、３４は増幅部、３５は復調回路部ＱＵＡＤ、３６は二値化回路部、３７は制御回路、４１・５１はコイル、５２はコンデンサ、５３は電源回路、５４は復調回路、５５は送信回路、５７はスイッチ回路である。

Claims

送信アンテナを持つ送信機と、該送信アンテナの磁界フィールド域に配置される受信アンテナを持つ受信機とを有し、該送信アンテナが発振する電波の共振回路と、自己が保持しているデータに対応して負荷変調信号を該共振回路にあたえるスイッチ回路とを有する応答器が、前記磁界フィールド域であって送信アンテナから受信アンテナに到る中途を通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする無線式データキャリアシステム。
複数の該応答器が該送信アンテナから該受信アンテナに到る中途を同時に通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする請求項１に記載の無線式データキャリアシステム。
該送信機が一に対して複数の受信機を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線式データキャリアシステム。
請求項３に記載の無線式データキャリアシステムにおいて、複数の該応答器が該送信アンテナから該受信アンテナに到る中途を同時に通過、あるいは中途に配置されることを特徴とする無線式データキャリアシステム。