JP2008078965A - Non-contact communication system, non-contact communication method, and image forming device using non-contact communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触通信システム、非接触通信方法に関し、特に、画像形成装置に適用可能な非接触通信システム、非接触通信方法の改良に関するものである。 The present invention relates to a non-contact communication system and a non-contact communication method, and more particularly to improvement of a non-contact communication system and a non-contact communication method applicable to an image forming apparatus.
近年、非接触型の情報記憶媒体として、受信した高周波信号から得られる電力を電源として動作する非接触ICタグ(RFID(Radio Frequency IDentification)タグとも呼ばれる)が用いられている。この非接触ICタグへの電力の供給や、情報の読み出し/書き込みは、無線空間を介して、リーダライタにより行われる。 In recent years, a non-contact IC tag (also referred to as an RFID (Radio Frequency IDentification) tag) that operates using power obtained from a received high-frequency signal as a power source has been used as a non-contact type information storage medium. Supply of power to the non-contact IC tag and reading / writing of information are performed by a reader / writer via a wireless space.
このような非接触通信システムにおいて、ICタグとリーダライタとの通信範囲を拡大する場合には、(1)リーダライタのアンテナから発生させる磁界を大きくする。(2)ICタグの共振周波数を調整し、ICタグからの返信信号の強度を大きくする。(3)補助のアンテナシートのようなものを追加する(例えば、特許文献1参照)などの方法がある。 In such a non-contact communication system, when expanding the communication range between the IC tag and the reader / writer, (1) the magnetic field generated from the reader / writer antenna is increased. (2) The resonance frequency of the IC tag is adjusted to increase the strength of the return signal from the IC tag. (3) There is a method such as adding an auxiliary antenna sheet (see, for example, Patent Document 1).
ここで、特許文献1には、補助用のアンテナシートを用いて、ICタグ及びリーダライタ間の垂直方向の通信を可能とする非接触通信システムが開示されている。
Here,
一般に、かかる非接触通信システムにおいて、バッテリーレスのICタグを用いた非接触通信(RFID)では、ICタグはリーダライタのアンテナから発信された通信搬送波(以下、キャリア波とも称する)を電力として使用しているため、ICタグの共振周波数がキャリア波の周波数と近いほど受信感度が良くなり、少ない磁界強度でもICタグの動作が可能となる。しかし、ICタグからの返信信号をリーダライタが確実に受信するためには、例えば、通信距離が10cm前後の領域になると、リーダライタのアンテナから発生させる磁界を大きくするだけでは不十分となり、ICタグの共振周波数を調整して、ICタグからの返信信号の強度を大きくするといった方策が必要となる。 In general, in such a contactless communication system, in contactless communication (RFID) using a batteryless IC tag, the IC tag uses a communication carrier wave (hereinafter also referred to as a carrier wave) transmitted from an antenna of a reader / writer as power. Therefore, the closer the resonance frequency of the IC tag is to the frequency of the carrier wave, the better the reception sensitivity and the operation of the IC tag is possible even with a small magnetic field strength. However, in order for the reader / writer to reliably receive the reply signal from the IC tag, for example, when the communication distance is about 10 cm, it is not sufficient to increase the magnetic field generated from the reader / writer antenna. It is necessary to adjust the resonance frequency of the tag to increase the strength of the return signal from the IC tag.
ところで、上記のようにICタグの共振周波数を調整し、ICタグからの返信信号の強度を大きくすると、ICタグの受信感度が低下し、ICタグが動作するのに最低限必要な磁界強度(以下、最小動作磁界とも称する)が悪化する(より多くの磁界が必要となる)ため、共振周波数を高くしたICタグと、アンテナ出力があまり高くない小型アンテナ(例えば、日本国電波法の微弱無線局や高周波利用設備に該当するもの)とを組み合わせると、安定して通信できない場合が生じる。 By the way, when the resonance frequency of the IC tag is adjusted as described above and the strength of the return signal from the IC tag is increased, the reception sensitivity of the IC tag is lowered, and the minimum magnetic field strength (required for the operation of the IC tag) Hereinafter, since the minimum operating magnetic field is deteriorated (more magnetic field is required), an IC tag having a higher resonance frequency and a small antenna whose antenna output is not so high (for example, the Japan Radio Law's weak radio) When combined with a station or high-frequency equipment), stable communication may occur.
具体的には、距離1cm前後の近接通信では、ICタグが動作に必要な最小動作磁界を得ていれば、両者が近接しているため返信信号は十分な強度となることが一般的で、リーダライタ側の磁界強度(アンテナ電力)の不足により、通信エラーが生じることが多い。一方、距離10cm前後の離隔通信では、ICタグが最小動作磁界を得ていても、リーダライタがICタグからの返信信号を受信できずに(返信信号の強度不足により)通信エラーが生じることが多い。 Specifically, in proximity communication at a distance of about 1 cm, if the IC tag has obtained the minimum operating magnetic field necessary for operation, the return signal is generally strong enough because both are close to each other. Communication errors often occur due to insufficient magnetic field strength (antenna power) on the reader / writer side. On the other hand, in remote communication at a distance of about 10 cm, even if the IC tag obtains a minimum operating magnetic field, the reader / writer cannot receive a reply signal from the IC tag (due to insufficient strength of the reply signal), resulting in a communication error. Many.
特に、小型アンテナを用いたリーダライタの場合には、世界各国で使用することを前提に、各国の電波法の認可取得を容易にするため、アンテナ出力をギリギリまで絞っていることが多いため、かかる小型アンテナとICタグとを組み合わせて非接触通信を行う際に、ICタグの最小動作磁界が悪化(増大)することは、直ちに非接触通信の不安定化に繋がり易い。 In particular, in the case of reader / writers using small antennas, the antenna output is often limited to the last minute in order to make it easy to obtain approval of the radio law of each country on the assumption that it will be used in various countries around the world. When non-contact communication is performed by combining such a small antenna and an IC tag, deterioration (increase) of the minimum operating magnetic field of the IC tag tends to immediately lead to instability of non-contact communication.
そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ICタグとリーダライタとの通信距離に応じた安定な通信が可能となる非接触通信システム、非接触通信方法及びこれを用いた画像形成装置を簡易に提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is a non-contact communication system and non-contact communication capable of stable communication according to the communication distance between the IC tag and the reader / writer. It is an object of the present invention to simply provide a communication method and an image forming apparatus using the communication method.
上記目的を達成するために、本発明の非接触通信システムは、所定の通信搬送波にて非接触通信を行うリーダライタと、その共振周波数が、前記リーダライタの送信周波数よりも高い第1の共振周波数に設定されたICタグと、所定の場合に、前記ICタグの共振周波数を前記第一の共振周波数から、リーダライタの送信周波数と略同等の第二の共振周波数に低減する共振周波数低減手段とを備えることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a non-contact communication system according to the present invention includes a reader / writer that performs non-contact communication using a predetermined communication carrier wave, and a first resonance whose resonance frequency is higher than a transmission frequency of the reader / writer. An IC tag set to a frequency and, in a predetermined case, resonance frequency reduction means for reducing the resonance frequency of the IC tag from the first resonance frequency to a second resonance frequency substantially equal to the transmission frequency of the reader / writer Are provided.
一般に、ICタグの最小動作磁界を改善して、安定した非接触通信を実現するという観点からは、ICタグの共振周波数をリーダライタの送信周波数と同等に設定することが望ましい。しかし、ICタグとリーダライタとの通信距離が所定の距離(例えば、1cm)を超える場合には、ICタグの共振周波数をリーダライタの送信周波数よりも高い方に偏移させて、ICタグからの返信信号の強度を増大した方が、最大通信距離の拡大、すなわち、より安定した非接触通信の実現に寄与できることが判明している。 In general, from the viewpoint of improving the minimum operating magnetic field of the IC tag and realizing stable non-contact communication, it is desirable to set the resonance frequency of the IC tag to be equal to the transmission frequency of the reader / writer. However, when the communication distance between the IC tag and the reader / writer exceeds a predetermined distance (for example, 1 cm), the resonance frequency of the IC tag is shifted higher than the transmission frequency of the reader / writer, It has been found that increasing the strength of the return signal can contribute to the expansion of the maximum communication distance, that is, the realization of more stable non-contact communication.
そこで、本発明に係る非接触通信システムにおいては、その共振周波数が、予めリーダライタの送信周波数よりも高く設定されたICタグを用いて、ICタグとの通信距離が所定の距離を越える場合には、ICタグからの返信信号の強度の増大を図ると共に、所定の距離以内の非接触通信に関しては、共振周波数低減手段により、ICタグの共振周波数をリーダライタの送信周波数と略同等に低減して最小動作磁界の改善を図り、これにより、通信距離に応じた最適な非接触通信を可能としている。 Therefore, in the non-contact communication system according to the present invention, when an IC tag whose resonance frequency is set in advance higher than the transmission frequency of the reader / writer is used and the communication distance with the IC tag exceeds a predetermined distance. In addition to increasing the strength of the reply signal from the IC tag, for non-contact communication within a predetermined distance, the resonance frequency reducing means reduces the resonance frequency of the IC tag to be substantially equal to the transmission frequency of the reader / writer. In this way, the minimum operating magnetic field is improved, thereby enabling optimal non-contact communication according to the communication distance.
また、前記共振周波数低減手段は、前記リーダライタとICタグとの通信距離が所定の距離以下の場合に、ICタグの共振周波数を前記送信周波数と略同等に低減する補助アンテナを、前記ICタグと対向配置することにより構成することができる。 Further, the resonance frequency reducing means includes an auxiliary antenna that reduces the resonance frequency of the IC tag substantially equal to the transmission frequency when the communication distance between the reader / writer and the IC tag is a predetermined distance or less. It can comprise by opposingly arranging.
このように構成した場合は、近接通信の場合に、ICタグの共振周波数を低減してその最小動作磁界を改善し、これにより、非接触通信の安定化に寄与することができる共振周波数低減手段を容易に実現することができる。 When configured in this way, in the case of proximity communication, the resonance frequency of the IC tag is reduced to improve its minimum operating magnetic field, thereby contributing to stabilization of non-contact communication. Can be easily realized.
さらに、前記第1の共振周波数は、リーダライタの送信周波数よりも、概ねICタグからリーダライタへの返信信号の周波数分だけ、高く設定されていてもよい。 Further, the first resonance frequency may be set higher than the transmission frequency of the reader / writer by about the frequency of the return signal from the IC tag to the reader / writer.
この場合には、第1の共振周波数が、概ねICタグからリーダライタへの返信信号の周波数分だけ、リーダライタの送信周波数よりも高く設定されているので、ICタグからリーダライタへの返信強度を最適に増大させることができる。 In this case, since the first resonance frequency is set to be higher than the transmission frequency of the reader / writer by the frequency of the response signal from the IC tag to the reader / writer, the response strength from the IC tag to the reader / writer is set. Can be optimally increased.
また、本発明に係る画像形成装置は、上記非接触通信システムと、記録媒体に所定の画像形成を行う画像形成手段とを備え、前記リーダライタは、装置筐体内に固定設置され、前記ICタグは、前記装置筐体と着脱可能な交換部品に設けられていると共に、該交換部品の装着状態において、前記ICタグは、前記リーダライタと対向するように配置され、前記補助アンテナは、前記交換部品に対して着脱可能に設けられていると共に、装着状態において、前記ICタグを挟んで前記リーダライタと対向するように配置され、前記交換部品を装置筐体から取り外した状態では、前記補助アンテナを介さずに前記ICタグとの非接触通信を行い、前記交換部品を装置筐体に取り付けた状態では、前記補助アンテナを介して前記ICタグと前記リーダライタとの非接触通信を行うことを特徴とするものである。 An image forming apparatus according to the present invention includes the non-contact communication system and image forming means for forming a predetermined image on a recording medium, and the reader / writer is fixedly installed in the apparatus housing, and the IC tag Is provided on a replacement part that can be attached to and detached from the apparatus casing, and in the mounted state of the replacement part, the IC tag is arranged to face the reader / writer, and the auxiliary antenna is connected to the replacement part. The auxiliary antenna is provided so as to be detachable with respect to a component, and is disposed so as to face the reader / writer with the IC tag sandwiched in the mounted state. In a state in which contactless communication with the IC tag is performed without using the antenna and the replacement part is attached to the apparatus housing, the IC tag and the reader are connected through the auxiliary antenna. It is characterized in that perform non-contact communication with the writer.
このように構成した本発明に係る画像形成装置では、交換部品を画像形成装置から取り外した状態、例えば、工場・倉庫内における出荷段階では、補助アンテナを介さずに、工場・倉庫等に設けられた出力の大きな大型アンテナを用いて、出荷直前に交換部品に設けられたICタグの読み出し/書き込みを行うことができるので、当該交換部品の在庫の低減及び在庫の最適化を図ることができる。 In the image forming apparatus according to the present invention configured as described above, in a state where the replacement part is removed from the image forming apparatus, for example, in the shipping stage in the factory / warehouse, the image forming apparatus is provided in the factory / warehouse without using the auxiliary antenna. In addition, since a large antenna having a large output can be used to read / write an IC tag provided on a replacement part immediately before shipment, it is possible to reduce the inventory of the replacement part and optimize the inventory.
一方、交換部品を画像形成装置に取り付けた状態では、補助アンテナを介して装置内に固設されたリーダライタと非接触通信を行うことにより、ICタグの共振周波数をリーダライタの送信周波数と同程度に低減して最小動作磁界を改善し、これにより、近接通信における通信エラーの発生を未然に防止して、画像品質の確保に必要な情報の的確な読み出し/書き込みを可能とすると共に、装置筐体内における機器レイアウトの自由度の増大を図ることができる。 On the other hand, in a state where the replacement part is attached to the image forming apparatus, the resonance frequency of the IC tag is made equal to the transmission frequency of the reader / writer by performing non-contact communication with a reader / writer fixed in the apparatus via the auxiliary antenna. The minimum operating magnetic field is reduced to a certain extent, thereby preventing the occurrence of communication errors in near field communication, enabling accurate reading / writing of information necessary for ensuring image quality, and the device The degree of freedom of device layout in the housing can be increased.
また、本発明に係る非接触通信方法は、所定の通信搬送波にて非接触通信を行うリーダライタと、その共振周波数が、前記リーダライタの送信周波数よりも高い第1の共振周波数に設定されたICタグとを用い、前記ICタグとの通信距離が所定の距離以内の場合には、前記第1の共振周波数を前記送信周波数と略同等な第2の共振周波数に低減する補助アンテナを前記ICタグの近傍に配置すると共に、小型アンテナを有するリーダライタを用いて前記ICタグとの非接触通信を行い、前記ICタグとの通信距離が所定の距離を超える場合には、大型アンテナを有するリーダライタを用いて、前記第1の共振周波数にて前記ICタグとの非接触通信を行うことを特徴とするものである。 In the non-contact communication method according to the present invention, the reader / writer that performs non-contact communication using a predetermined communication carrier wave and the resonance frequency thereof are set to a first resonance frequency that is higher than the transmission frequency of the reader / writer. When an IC tag is used and a communication distance with the IC tag is within a predetermined distance, an auxiliary antenna that reduces the first resonance frequency to a second resonance frequency substantially equal to the transmission frequency is provided as the IC tag. A reader having a large antenna is disposed near the tag and performs non-contact communication with the IC tag using a reader / writer having a small antenna, and the communication distance with the IC tag exceeds a predetermined distance. Non-contact communication with the IC tag is performed at the first resonance frequency using a writer.
ここで、小型アンテナとは、各国の電波法への対応が比較的容易に処理できるレベルの電波強度に設定されたもの(例えば、日本国の電波法でいうと、微弱無線局や高周波利用設備に該当するもの)をいうものとする。一方、大型アンテナとは、磁界強度が10cm程度まで到達するように、アンテナサイズを大型化し、小型アンテナよりも強い電波強度を出力できるような送信回路を備えたもの(例えば、日本国の電波法でいうと、型式認証や特定無線設備としての登録が必要なレベルの電波強度を有するもの)をいうものとする。 Here, a small antenna is one that is set to a level of radio wave intensity that can be handled with relative ease in each country's radio wave law (for example, a radio station or high-frequency equipment in the Japanese radio wave law). That fall under this category). On the other hand, a large antenna is one that has a transmission circuit that can output a stronger radio wave intensity than a small antenna so that the antenna size is increased so that the magnetic field strength reaches about 10 cm (for example, the Japanese Radio Law. In other words, it shall have a radio wave intensity at a level that requires type authentication and registration as a specific radio equipment).
また、リーダライタとは、図8に模式的に示すような、送受信回路、制御回路等の電気回路及びアンテナを有する通信機器全般を総称するものとする。 In addition, the reader / writer is a general term for all communication devices having an electric circuit such as a transmission / reception circuit and a control circuit and an antenna as schematically shown in FIG.
このような本発明に係る非接触通信方法によれば、所定の通信距離以内の場合には、補助アンテナを用いて、ICタグの共振周波数をリーダライタの送信周波数と同等レベルに低減することにより、例えば、電波法上の認可取得が容易な小型アンテナの適用を容易にすると共に、所定の通信距離を越える場合には、補助アンテナを用いずに、ICタグの返信信号の強度を増大させて通信距離の増大を図ると共に、大型アンテナを用いることにより最小動作磁界の悪化を補償して、通信距離に応じた最適な非接触通信を容易に確立することができる。 According to such a non-contact communication method according to the present invention, by using an auxiliary antenna within a predetermined communication distance, the resonance frequency of the IC tag is reduced to a level equivalent to the transmission frequency of the reader / writer. For example, it is easy to apply a small antenna that is easy to obtain approval under the Radio Law, and when exceeding a predetermined communication distance, increase the strength of the return signal of the IC tag without using an auxiliary antenna. It is possible to easily establish optimal non-contact communication according to the communication distance by increasing the communication distance and compensating for the deterioration of the minimum operating magnetic field by using a large antenna.
さらに、前記補助アンテナは、前記ICタグを介して前記リーダライタと反対側で、前記ICタグに対向配置してもよい。 Furthermore, the auxiliary antenna may be disposed opposite to the IC tag on the side opposite to the reader / writer via the IC tag.
この場合には、補助アンテナを、ICタグを介してリーダライタと反対側で、当該ICタグに対向配置させるので、補助アンテナをICタグとリーダライタとの間に配置する場合に比し、ICタグやリーダライタのレイアウト自由度の増大を図りつつ、非接触通信の通信距離の実質的拡大を図ることができる。 In this case, since the auxiliary antenna is disposed opposite to the IC tag on the side opposite to the reader / writer via the IC tag, the IC is compared with the case where the auxiliary antenna is disposed between the IC tag and the reader / writer. It is possible to substantially increase the communication distance of non-contact communication while increasing the layout flexibility of the tag and the reader / writer.
本発明によれば、ICタグとリーダライタとの通信距離に応じた安定な通信が可能となる非接触通信システム、非接触通信方法及びこれを用いた画像形成装置を簡易に実現することができる。 According to the present invention, it is possible to easily realize a non-contact communication system, a non-contact communication method, and an image forming apparatus using the same that enable stable communication according to the communication distance between the IC tag and the reader / writer. .
以下に、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の一実施の形態に係る非接触通信装置の概略構成について、図1を参照して説明する。 First, a schematic configuration of a non-contact communication apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1(a)に示すように、本発明に係る非接触通信システム1は、ICタグ10と、このICタグ10と対向配置されるリーダライタ20と、所定の場合に、ICタグ10を挟んで、リーダライタ20と反対側にて、ICタグ10と対向配置される補助アンテナ30とから構成されている。
As shown in FIG. 1 (a), a
ICタグ10は、従来公知のICタグを用いることができ、基板上にアンテナコイル、送受信回路、変復調回路、電源回路、不揮発性メモリ等が実装されており、アンテナコイルにより受信されたリーダライタ20からの送信波に基づき、電源回路により動作電源を確保すると共に、復調回路により受信信号を復調して制御信号を抽出し、この制御信号に基づいて、例えば、メモリに記憶されている内容の読み出し/書き込みを行い、その結果を変調回路により変調してリーダライタ20に返信するようになっている。
A conventionally known IC tag can be used as the
同様に、リーダライタ20も、従来公知の構成を採用することができ、基板上にループアンテナ、送受信回路、変復調回路等が実装されており、ICタグ10への制御信号を例えば、ASK変調(Amplitude Shift keying)して送信すると共に、ICタグ10からの返信信号を復調して所定の情報を抽出するようになっている。
Similarly, the reader /
さらに、本実施の形態において、共振周波数低減手段を構成する補助アンテナ30は、その等価回路を図1(b)に示すように、例えば、基板上にコイルパターンを形成し、コンデンサを実装したものであり、一組のコイルパターンとコンデンサとが直列に接続されて直列共振を行うようになっている。
Further, in the present embodiment, the
ところで、一般に、このようなICタグ10とリーダライタ20とを用いて非接触通信を行う場合に、ICタグ10はリーダライタ20のアンテナから発信された通信(送信)搬送波(以下、キャリア波とも称する)を電力として使用しているため、図2(a)に示すように、ICタグ10の共振周波数がキャリア波の周波数と近いほど受信感度が良くなり、少ない磁界強度でも動作可能となる。ここで、図2(a)は、ICタグ10の最小動作磁界と共振周波数との関係を模式的に示す図であり、同図より、キャリア波の周波数(本例では、13.56MHz)近傍で最小動作磁界(A/m)は最小となり、最も効率よくICタグ10が動作することが理解される。
By the way, generally, when performing non-contact communication using such an
一方、ICタグ10の返信信号の強度は、キャリア波に返信信号(以下、サブキャリア波とも称する)の周波数分を加算したような形で返信されるため、図2(b)に示すように、ICタグ10の共振周波数が、キャリア波の周波数より概ねサブキャリア波の周波数分だけ高い方が、返信信号の強度(mV)は増大する。ここで、図2(b)は、ICタグ10の返信信号の強度(mV)と、ICタグ10の共振周波数との関係を模式的に示す図であり、同図より、キャリア波の周波数(本例では、13.56MHz)にサブキャリア波の周波数(本例では、0.84MHz)を加えた14.40MHz近傍でICタグの返信強度が最大となることが理解される。
On the other hand, the strength of the reply signal of the
上記のような関係から、通信エラーの原因は、距離1cm前後の非接触通信ではリーダライタ20の磁界強度(アンテナ電力)の不足が主要因となるのに対し、距離10cm前後の非接触通信では返信信号の強度不足が主要因となる。
From the above relationship, the cause of communication errors is mainly due to insufficient magnetic field strength (antenna power) of the reader /
すなわち、例えば、ICタグ10とリーダライタ20とが同一機器内に近接(例えば、距離1cm前後)配置された状態で互いに非接触通信を行う場合には、ICタグ10とリーダライタ20とが近接しているため返信信号は十分な強度となるが、リーダライタ20側のアンテナ電力(磁界)不足で通信エラーとなることが多い。従って、ICタグ10の共振周波数を、リーダライタ20の送信周波数と同等にして、ICタグ10の最小動作磁界を改善(減少)させることが安定した非接触通信に寄与することとなる。
That is, for example, when the
一方、ICタグ10と離隔した状態(例えば、距離10cm程度)で非接触通信を行う場合には、ICタグ10が最小動作磁界を得ていても、リーダライタ20が返信信号を受信できずに通信エラーとなることが多いので、ICタグ10の共振周波数を高周波側に偏移させて返信信号の強度を増大させた方が、安定した非接触通信に寄与することとなる。
On the other hand, when performing non-contact communication in a state separated from the IC tag 10 (for example, a distance of about 10 cm), the reader /
そこで、本発明に係る非接触通信方法においては、次にようにして、ICタグ10とリーダライタ20との離隔距離に応じた適切な非接触通信を可能としている。以下に、本発明に係る非接触通信方法について説明する。
Therefore, in the non-contact communication method according to the present invention, appropriate non-contact communication according to the separation distance between the
まず、ICタグ10の共振周波数を、リーダライタ20の送信周波数よりも高い第一の共振周波数R1に設定する。具体的には、ICタグ10の共振周波数をR1とし、リーダライタ20の送信周波数f0(例えば、13.56MHz)、ICタグ10の返信信号周波数をf1(例えば、0.84MHz)としたとき、R1≒f0+f1となるように、共振周波数R1を設定する。このようにICタグ10の共振周波数R1を、キャリア波の周波数f0よりも高周波の領域に偏移させることにより、ICタグ10からの返信信号の強度が増大する。
First, the resonance frequency of the
そして、ICタグ10とリーダライタ20との通信距離が、1cm程度の近接通信を行う場合には、図1(b)に示したような補助アンテナ30及び小型アンテナ(例えば、電波法の微弱無線局や高周波利用設備に該当するもの)を有するリーダライタ20とを用いて、非接触通信を行う。具体的には、補助アンテナ30を、ICタグ10を介して、リーダライタ20と反対側で、ICタグ10と対向するように配置して、ICタグ10とリーダライタ20との非接触通信を行う。これにより、ICタグ10の共振周波数をキャリア波の周波数と略同等である第二の共振周波数R2まで低減させて最小動作磁界を改善して、近接通信における安定した非接触通信を実現すると共に、例えば、画像形成装置等を構成する機器へICタグ10やリーダライタ20を装着して非接触通信を行う際に、ICタグ10とリーダライタ20との間に補助アンテナ30を配置する構成に比し、当該機器のレイアウトの自由度の増大を図ることができる。
When close proximity communication is performed with a communication distance between the
一方、ICタグ10とリーダライタ20との通信距離が、10cm程度の離隔通信を行う場合には、大型アンテナを有するリーダライタ20Aを用いて通信を行う。すなわち、最初から距離10cm前後での非接触通信を考慮した大型アンテナを用いて通信を行うことにより、その共振周波数R1がキャリア波の周波数f0より高く設定されたICタグ10の最小動作磁界が悪化しても、その分、リーダライタ20Aの大型アンテナから発生される磁界強度を増大させることにより、離隔通信における安定した非接触通信を実現することができる。
On the other hand, when remote communication is performed with a communication distance of about 10 cm between the
このように、ICタグ10との通信距離に応じて、小型アンテナ+補助アンテナ30による送受信、若しくは大型アンテナによる送受信を使い分けることにより、通信条件に応じたICタグ10とリーダライタ20との最適な非接触通信が可能となる。
As described above, according to the communication distance to the
次に、上述した非接触通信方法による最大通信距離の検証結果について、図3〜図5を参照してさらに説明する。ここで、図3は、補助アンテナを用いずに小型アンテナのみを用いた場合の最大通信距離の検証結果を示す図であり、図4は、小型アンテナ+補助アンテナを用いた場合の最大通信距離の検証結果を示す図である。また、図5は、大型アンテナを用いた場合の最大通信距離の検証結果を示す図である。 Next, the verification result of the maximum communication distance by the non-contact communication method described above will be further described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a diagram showing the verification result of the maximum communication distance when only the small antenna is used without using the auxiliary antenna, and FIG. 4 is the maximum communication distance when the small antenna + auxiliary antenna is used. It is a figure which shows the verification result. FIG. 5 is a diagram showing a verification result of the maximum communication distance when a large antenna is used.
図3より理解されるように、小型のアンテナを用いたリーダライタ20を使用して非接触通信を行った場合、ICタグ10の共振周波数がキャリア波の周波数(例えば、13.56MHz)に対してズレていると通信可能距離が低下することがわかる。これは、近接通信を行う場合には、ICタグ10の返信信号の強度よりも最小動作磁界の大きさの方が、非接触通信の安定性に与える影響が大きいためと考えられ、特に、ICタグ10の共振周波数が、高周波側に偏移しているほど通信可能距離が低減する傾向が大きいことがわかる。
As can be understood from FIG. 3, when non-contact communication is performed using the reader /
一方、本発明に係る補助アンテナ30を用いた場合には、ICタグ10の共振周波数が低減するので、図4に示すように、共振周波数が高く設定されたICタグ10であっても、最大通信距離が改善されることがわかる。
On the other hand, when the
具体的には、例えば、図3に示したように、ICタグ10の共振周波数をリーダライタ20の送信周波数(キャリア波周波数f0:13.56MHz)と略同等に設定し、補助アンテナ30を用いずに非接触通信を行った場合には、最大通信距離は約17mmであるのに対し、ICタグ10の共振周波数を高周波側に偏移させた場合(例えば、14.6MHz)には、その最大通信距離は、約11mmに低減してしまう。
Specifically, for example, as shown in FIG. 3, the resonance frequency of the
これに対して、図4に示すように、ICタグ10の共振周波数を高周波側に偏移(例えば、14.2MHz)させて、その共振周波数が15.07MHzの補助アンテナ30を、ICタグ10との離隔距離dが10〜15mmとなるように配置した場合には、最大通信距離が17〜18mmとなる。すなわち、ICタグ10の共振周波数を高周波側に偏移させた場合でも、補助アンテナ30を用いることにより、その最大通信距離が、補助アンテナ30を用いない場合の最大通信距離(約17mm)と同等以上に改善されることが理解される(図中、(4)14.2MHzタグ+15.07MHz)。同様に、ICタグ10の共振周波数を14.2MHz、補助アンテナ30の共振周波数を14.35MHzに設定し、ICタグ10との離隔距離dが10〜15mmとなるように配置した場合(図中、(3)14.2MHzタグ+14.35MHz)にも、最大通信距離が17〜18mmとなり、補助アンテナ30を用いない場合の最大通信距離約17mmと同等以上に改善されることが分かる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the resonance frequency of the
一方、ICタグ10の共振周波数を14.2MHzに設定し、補助アンテナの共振周波数を12.96MHzに設定した場合(図中、(1)14.2MHzタグ+12.96MHz)及びICタグ10の共振周波数を14.2MHzに設定し、補助アンテナの共振周波数を13.72MHzに設定した場合(図中、(2)14.2MHzタグ+13.72MHz)の場合には、その最大通信距離を、補助アンテナ30を用いない場合の最大通信距離(約17mm)と同程度には改善できないことが分かる。
On the other hand, when the resonance frequency of the
すなわち、最大通信距離の改善効果は、補助アンテナ30の共振周波数と、補助アンテナ30とICタグ10との離隔距離d(図1参照)とによって変化するが、上記共振周波数を14〜15MHzに設定した補助アンテナ30を、10〜15mmの離隔距離dに配置した場合に、良好な通信距離が得られることが分かった。
That is, the improvement effect of the maximum communication distance varies depending on the resonance frequency of the
次に、補助アンテナ30を用いずに大型アンテナのみを用いた場合には、図5に示されるように、ICタグ10の共振周波数がキャリア波周波数f0(本例では、13.56MHz)よりも高い周波数領域にて安定した通信性能が得られ、特に、概ねサブキャリア波の周波数f1分だけ高い周波数領域に偏移しているとき(本例では、14.40MHz)が、最大の通信距離が得られることが理解される。
Next, when only the large antenna is used without using the
これは、大型アンテナを用いて非接触通信を行う場合には、ICタグ10の動作磁界を増大させることよりもICタグ10からの返信信号を増大させることの方が、より非接触通信の安定性に寄与し、特に、ICタグ10の共振周波数が、キャリア波の周波数f0よりも概ねサブキャリア波の周波数f1分だけ高い周波数領域にズレているときが、ICタグ10の返信信号の強度が最適に増大され、通信距離の改善効果が高いためであると考えられる。
This is because when non-contact communication is performed using a large antenna, it is more stable for non-contact communication to increase the return signal from the
以上より、本発明に係る非接触通信方法を用いれば、その共振周波数がリーダライタ20の送信周波数よりも高周波側に偏移して設定されたICタグ10と、小型アンテナを有するリーダライタ20との間で、近接通信(例えば、距離1cm程度)を行う場合には、補助アンテナ30をICタグ10の近傍10〜15mmに配置することにより、最小動作磁界を改善して、リーダライタ20の送信周波数と同等な共振周波数を有するICタグ10の場合と同等な最大通信距離が得られると共に、これよりも離れた離隔通信の場合には、大型アンテナを使用することにより、返信信号の強度増大を維持しつつ最小動作磁界の悪化を補償して安定した非接触通信を行うことが可能となる。すなわち、同一のICタグ10に対して、離隔距離に応じた最適な非接触通信を実現することができる。
As described above, when the non-contact communication method according to the present invention is used, the
なお、一般に、大型アンテナの場合には、工場や倉庫などの限られた場所で、生産や在庫の管理などに使用することを前提としており、電波法の認可取得は、それを使用する国・地域だけで対応すれば良いため、磁界強度(アンテナ電力)の設定についても自由度が大きく、柔軟な設定が可能となる。 In general, large antennas are assumed to be used for production and inventory management in limited places such as factories and warehouses. Since it suffices to deal with only in the area, the setting of the magnetic field strength (antenna power) has a high degree of freedom and enables flexible setting.
これに対して、小型アンテナの場合には、大量生産して、複写機などの製品に組み込まれ、様々な国や地域に出荷することを前提としているため、電波法の認可取得も出荷先全てに対して必要となり、国や地域ごとに異なる法律や認証手続きに対応する必要があり、様々な規制に少しでも容易に対応したいという要請から、磁界強度(アンテナ電力)を必要最小限に絞り込む必要があり、安易に磁界強度(アンテナ電力)を大きくすることはできない。 On the other hand, in the case of small antennas, it is assumed that they are mass-produced, incorporated into products such as copiers, and shipped to various countries and regions. It is necessary to comply with different laws and certification procedures in each country and region, and it is necessary to narrow down the magnetic field strength (antenna power) to the minimum necessary in response to a request to respond to various regulations as easily as possible. Therefore, the magnetic field strength (antenna power) cannot be easily increased.
こうした電波法上の認可取得への対応という観点からも、本発明の非接触通信システム、非接触通信方法によれば、大型アンテナ、小型アンテナの用途に応じた適切な使い分けが可能となると共に、それぞれの場合における安定した非接触通信が可能となる。 From the standpoint of responding to the approval under the Radio Law, according to the non-contact communication system and non-contact communication method of the present invention, it is possible to properly use large antennas and small antennas according to the use, Stable contactless communication in each case is possible.
次に、本発明に係る非接触通信システムが適用される画像形成装置について、図6及び図7を参照して説明する。ここで、図6は、本発明に係る非接触通信システムが適用可能な画像形成装置の概略構成を示す模式図であり、図7は、交換部品であるトナーカートリッジに対する補助アンテナの取り付け例を示す模式図である。 Next, an image forming apparatus to which the non-contact communication system according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an image forming apparatus to which the non-contact communication system according to the present invention is applicable, and FIG. 7 shows an example of attaching an auxiliary antenna to a toner cartridge as a replacement part. It is a schematic diagram.
図6において、本実施の形態における画像形成装置50は、電子写真方式を採用しており、例えば不図示の画像読取装置より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、不図示のパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に基づいて、感光体ドラム、露光ユニット、現像ユニット、定着ユニットなどを備えた従来公知の画像形成手段により記録媒体上に画像形成が行われるようになっている。
In FIG. 6, an
そして、例えば、画像形成装置本体50と着脱可能に設けられた各色用の複数のトナーカートリッジ60(図では、簡単のため1個のトナーカートリッジで代表している)を備え、このトナーカートリッジ60から供給されるトナーを用いて、不図示の画像形成手段により記録媒体に所望の画像が形成される。ここで、ICタグ10は、このトナーカートリッジ60に取り付けられていると共に、補助アンテナ30もトナーカートリッジ60に着脱自在に取り付けられるようになっている。また、リーダライタ20は、略方形の基板(例えば、23mm×45mm)内に、小型アンテナ部分(例えば、23mm×17mm)を有し、画像形成装置50の本体側に固定設置されていると共に、装置コントローラ70と接続されており、この装置コントローラ70からの制御指令に基づき、ICタグ10と非接触通信を行うようになっている。さらに、本実施の形態において、ICタグ10とリーダライタ20とは、トナーカートリッジ60を画像形成装置本体50に取り付けた状態で、約1cm程度の間隔を設けて互いに対向配置されるようになっている。
For example, the image forming apparatus
次に、本発明に係る補助アンテナ30が着脱自在に組み込まれるトナーカートリッジ60の構成例について、図7を参照してさらに説明する。なお、本例では、便宜上、円筒状のトナーカートリッジ60を用い、ICタグ10は、円筒状トナーカートリッジ60の周面に取り付けられおり、また、リーダライタ20は、このICタグ10と近接して対向する位置に取り付けられているものとする。
Next, a configuration example of the
図7(a)に示すように、円筒状トナーカートリッジ60の一側面60aには、スリット状の開口を有しトナーカートリッジの長手方向に延在する凹部60bが形成されている。そして、図7(b)に示すように、補助アンテナ30をこの凹部60bに差し込み、あるいは引き抜くことにより、補助アンテナ30のトナーカートリッジ60に対する着脱が可能となっている。なお、この凹部60bは、補助アンテナ30を装着した(差し込んだ)状態で、補助アンテナ30とICタグ10とが略平行に対向配置するように形成されており、トナーカートリッジ60が画像形成装置50から取り外された状態、例えば、交換部品であるトナーカートリッジ60が、ユニットとして梱包されている出荷段階では、補助アンテナ30は取り外された状態であり、トナーカートリッジ60を梱包箱から取り出して、画像形成装置50の装着する段階で、補助アンテナ30を、トナーカートリッジ60に装着するようになっている。
As shown in FIG. 7A, a
なお、上述したトナーカートリッジ60の構成例は、あくまでも例示であり、トナーカートリッジ60が取り外された状態では、補助アンテナ30が機能せず、トナーカートリッジ60を画像形成装置50に取り付けた状態で、補助アンテナ30が機能するように構成されていればよい。例えば、図8(c)に示すように、補助アンテナ30を予めトナーカートリッジ60内に埋め込んでおくと共に、補助アンテナ30の近傍に、この補助アンテナ30を覆うように、剥離可能なシールド用金属箔(例えば、アルミ箔)31を配置し、画像形成装置50に取り付ける際に、このシールド用金属箔31を引き剥がすように構成してもよい。
Note that the above-described configuration example of the
さらに、ICタグ10が取り付けられる対象としては、上述したトナーカートリッジ60に限定されるものではなく、例えば、感光体ドラム、現像ユニット、定着ユニットなどの交換部品あるいは、これらが一体にユニット化された交換ユニットにも当然に適用可能である。
Further, the target to which the
このような非接触通信システムが適用された画像形成装置50では、例えば、製品出荷段階では、工場内あるいは倉庫内において、補助アンテナ30が取り付けられておらず、梱包箱に収められた状態のトナーカートリッジ60やその他の交換部品(例えば感光体ドラムカートリッジ)等の交換ユニットとの間で、大型アンテナを用いて非接触通信を行うことにより、出荷直前に梱包箱の外部から納入先によって異なるデータ(例えば、納入先の会社コード等)を書き込むことができる。
In the
一方、従来は、小型アンテナを使用した場合の通信性能に配慮してICタグの共振周波数を調整していたため、大型アンテナを使っても通信距離が伸びず、梱包箱の外部からデータを書き込むことはできなかった。つまり、例えばトナーカートリッジ60等については、梱包箱に収める前に必要なデータを書き込む必要があるため、トナーカートリッジ自体は同じであっても納入先ごとにデータを作成・管理しなければならず、納入先ごとの在庫が必要となっていた。
On the other hand, since the resonance frequency of the IC tag was adjusted in consideration of the communication performance when using a small antenna, the communication distance does not increase even if a large antenna is used, and data is written from the outside of the packing box. I couldn't. That is, for example, for the
これに対して本発明によれば、大型アンテナを使用した場合の通信距離を伸ばすことができるため、納入先ごとに書き込むべきデータが異なっていても、出荷の直前に梱包箱の外部から当該データを書き込むことにより、納入先ごとに在庫を持つ必要がなくなり、大幅な在庫量の低減を図ることが可能となって適正な在庫管理の実現に寄与することができる。 On the other hand, according to the present invention, since the communication distance when a large antenna is used can be extended, even if the data to be written differs for each delivery destination, the data from the outside of the packing box immediately before shipment. By writing, it becomes unnecessary to have a stock for each delivery destination, and it is possible to greatly reduce the amount of stock and contribute to the realization of proper stock management.
一方、補助アンテナ30が装着されたトナーカートリッジ60や交換ユニットが画像形成装置に取り付けられた使用状態では、補助アンテナ30を介して非接触通信を行うことにより、画像形成装置50に搭載された小型アンテナを有するリーダライタ20は、例えば、トナーカートリッジ60に搭載されたICタグ10に記憶保持されたそのタグIDを安定して読み込むことができる。このように、トナーカートリッジ60やその他の消耗品(感光体ドラムカートリッジなどの交換ユニット)から画像品質の確保に必要な情報を読み込むことで、当該機器を的確に機能させることができる。
On the other hand, in a use state where the
すなわち、本発明に係る非接触通信システムが適用された画像形成装置においては、画像形成装置50などの装置内に取り付けられ、アンテナ電力を最小限に設定調整された小型アンテナとも、工場や倉庫などに備え付けられた大型アンテナとも1種類のICタグ10により適切で安定した非接触通信が可能となり、使用状態における画像品質の確保に必要なデータの送受信や出荷段階における適正な在庫量の実現といった、用途に応じた多様な機能を実現することができる。特に、画像形成装置50内に設けられた小型アンテナは磁界強度が最小限に絞り込まれており、かつ、当該アンテナとICタグ10とは、トナーカートリッジ60等の交換部品を装置に装着した後は、互いの位置関係が固定されるため、本発明に係る非接触通信システム及び非接触通信方法を適用することで、非接触通信による多様な機能を広い範囲で安定して実現することができる。
That is, in the image forming apparatus to which the non-contact communication system according to the present invention is applied, a small antenna that is installed in an apparatus such as the
1:非接触通信システム、10:ICタグ、20:リーダライタ、30:補助アンテナ、31:シールド用金属箔、50:画像形成装置、60:トナーカートリッジ、60b:凹部、70:装置コントローラ、d:離隔距離、f0:キャリア波周波数、f1:サブキャリア波周波数、R1:第一の共振周波数、R2:第二の共振周波数 1: contactless communication system, 10: IC tag, 20: reader / writer, 30: auxiliary antenna, 31: metal foil for shielding, 50: image forming apparatus, 60: toner cartridge, 60b: recess, 70: apparatus controller, d : Separation distance, f 0 : carrier wave frequency, f 1 : subcarrier wave frequency, R 1 : first resonance frequency, R 2 : second resonance frequency
Claims (6)
その共振周波数が、前記リーダライタの送信周波数よりも高い第1の共振周波数に設定されたICタグと、
所定の場合に、前記ICタグの共振周波数を前記第一の共振周波数から、リーダライタの送信周波数と略同等の第二の共振周波数に低減する共振周波数低減手段と
を備えることを特徴とする非接触通信システム。 A reader / writer that performs non-contact communication using a predetermined communication carrier;
An IC tag whose resonance frequency is set to a first resonance frequency higher than the transmission frequency of the reader / writer;
Resonance frequency reduction means for reducing the resonance frequency of the IC tag from the first resonance frequency to a second resonance frequency substantially equal to the transmission frequency of the reader / writer in a predetermined case. Contact communication system.
前記リーダライタは、装置筐体内に固定設置され、
前記ICタグは、前記装置筐体と着脱可能な交換部品に設けられていると共に、該交換部品の装着状態において、前記ICタグは、前記リーダライタと対向するように配置され、
前記補助アンテナは、前記交換部品に対して着脱可能に設けられていると共に、装着状態において、前記ICタグを挟んで前記リーダライタと対向するように配置され、
前記交換部品を装置筐体から取り外した状態では、前記補助アンテナを介さずに前記ICタグとの非接触通信を行い、
前記交換部品を装置筐体に取り付けた状態では、前記補助アンテナを介して前記ICタグと前記リーダライタとの非接触通信を行うことを特徴とする画像形成装置。 The non-contact communication system according to claim 2 or 3, and an image forming means for forming a predetermined image on a recording medium,
The reader / writer is fixedly installed in the apparatus housing,
The IC tag is provided in a replacement part that can be attached to and detached from the apparatus housing, and the IC tag is disposed so as to face the reader / writer when the replacement part is mounted.
The auxiliary antenna is provided so as to be detachable from the replacement part, and is disposed so as to face the reader / writer with the IC tag interposed therebetween in the mounted state.
In a state where the replacement part is removed from the apparatus housing, non-contact communication with the IC tag is performed without using the auxiliary antenna,
An image forming apparatus comprising: a contactless communication between the IC tag and the reader / writer via the auxiliary antenna when the replacement part is attached to the apparatus housing.
前記ICタグとの通信距離が所定の距離以内の場合には、前記第1の共振周波数を前記送信周波数と略同等な第2の共振周波数に低減する補助アンテナを前記ICタグの近傍に配置すると共に、小型アンテナを有するリーダライタを用いて前記ICタグとの非接触通信を行い、
前記ICタグとの通信距離が所定の距離を超える場合には、大型アンテナを有するリーダライタを用いて、前記第1の共振周波数にて前記ICタグとの非接触通信を行うことを特徴とする非接触通信方法。 Using a reader / writer that performs non-contact communication with a predetermined communication carrier wave, and an IC tag whose resonance frequency is set to a first resonance frequency higher than the transmission frequency of the reader / writer,
When the communication distance with the IC tag is within a predetermined distance, an auxiliary antenna that reduces the first resonance frequency to a second resonance frequency substantially equal to the transmission frequency is disposed in the vicinity of the IC tag. In addition, non-contact communication with the IC tag is performed using a reader / writer having a small antenna,
When a communication distance with the IC tag exceeds a predetermined distance, contactless communication with the IC tag is performed at the first resonance frequency using a reader / writer having a large antenna. Contactless communication method.
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