JP2012150633A

JP2012150633A - 近距離通信装置

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Publication number: JP2012150633A
Application number: JP2011008555A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Hashizume; 智一橋爪
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグと通信していないときの消費電力を抑え、高い省電力効果を得る。
【解決手段】ＲＦＩＤリーダライタ装置１は、ＲＦＩＤタグ２との通信を行うアンテナ部１１と、アンテナ部１１に搬送波を出力する搬送波出力部１２と、アンテナ部１１に対して電力を供給し、その反射波を監視することでアンテナ部１１の特性インピーダンスの変化を検出する不整合検出部１３とを備える。そして、搬送波出力部１２は、不整合検出部１３が検出した特性インピーダンスの変化に基づいて搬送波の出力を停止・再開を切り替える。また、搬送波出力部１２と不整合検出部１３は、アンテナ部１１に対して並列に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の搬送波を用いて情報を送信する情報担体と通信を行う近距離通信装置に関する。

近年、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術の発展により、ＲＦＩＤタグやＲＦＩＤカード（以下、これらをまとめて「ＲＦＩＤタグ」と記載する）が普及している。
ＲＦＩＤタグとの通信を行うＲＦＩＤリーダライタ装置は、アンテナから電磁波を出力し、当該電磁波の反射波を用いてＲＦＩＤタグとの通信を行う。そのため、ＲＦＩＤリーダライタ装置は、常時アンテナから電磁波を出力しておく必要があった。しかしながら、ＲＦＩＤタグとの通信が行われていないときにもアンテナから電磁波を出力することとなるため、不要に電力を消費することとなるという問題があった。

なお、通信を行うときだけ電磁波を出力するようにする方法として、通信を行うときにスイッチを押下するなど、手動で出力の調整を行う方法が挙げられる。
また、特許文献１には、永久磁石が組み込まれたＲＦＩＤタグを用い、ＲＦＩＤリーダライタ装置が磁力を検出したか否かに基づいて、電磁波の出力を制御する方法が開示されている。
また、特許文献２には、ＲＦＩＤリーダライタ装置のアンテナと搬送波の増幅回路との間に、インピーダンスの不整合を検出する検出回路を備え、当該検出回路がインピーダンスの不整合を検出した際に、増幅回路への電力供給を弱める方法が開示されている。

特開２００１−２４３４３２号公報特開２００８−１０８０４３号公報

しかしながら、手動で出力の調整を行う方法を用いた場合、利用者にとって不便になるという問題があり、また、特許文献１に記載の方法を用いる場合、永久磁石が組み込まれていないＲＦＩＤタグが通信できなくなってしまうという問題がある。
また、特許文献２に記載の方法を用いた場合、電力の消費を低減させることはできるが、増幅回路への電力供給を停止させないため、省電力効果が低いという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、所定の搬送波を用いて情報を送信する情報担体と通信を行う近距離通信装置であって、前記情報担体との通信を行うアンテナ部と、前記アンテナ部に搬送波を出力する搬送波出力部と、前記アンテナ部に対して電力を供給し、その反射波を監視することで、前記アンテナ部の特性インピーダンスの変化を検出する検出部と前記検出部が検出した特性インピーダンスの変化に基づいて、前記搬送波出力部からの搬送波の出力を停止・再開を制御する搬送波制御部とを備え、前記搬送波出力部と前記検出部は、前記アンテナ部に対して並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、搬送波出力部と検出部とが並列に接続されているため、搬送波出力部からの搬送波の出力を停止させても、検出部による特性インピーダンスの変化の検出を行うことができる。これにより、情報担体がアンテナ部に近接していないときに搬送波の出力を停止することができるため、より高い省電力効果を得ることができる。

本発明の一実施形態によるＲＦＩＤリーダライタの構成を示す概略ブロック図である。ＲＦＩＤリーダライタ装置の動作を示すフローチャートである。アンテナ回路にＲＦＩＤタグが近づいたときの、変化する実測データを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるＲＦＩＤリーダライタ装置１の構成を示す概略ブロック図である。
ＲＦＩＤリーダライタ装置１（近距離通信装置）は、アンテナ回路１１１、整合回路１１２、搬送波制御回路１２１、増幅回路１２２、ＬＣＲ検出回路１３１、制御命令出力回路１３２を備える。
アンテナ回路１１１と整合回路１１２は、直列に接続されることでアンテナ部１１を構成する。また、搬送波制御回路１２１と増幅回路１２２は、直列に接続されることで搬送波出力部１２を構成する。また、ＬＣＲ検出回路１３１と制御命令出力回路１３２は、直列に接続されることで不整合検出部１３（検出部）を構成する。そして、搬送波出力部１２と不整合検出部１３とは、アンテナ部１１に対して並列に接続されている。

アンテナ回路１１１は、搬送波出力部１２から電力が供給され、当該電力により電磁波を出力し、ＲＦＩＤタグ２（情報担体）との通信を行う。なお、ＲＦＩＤタグ２は、パッシブタグであり、アンテナ回路１１１の近傍の数センチメートルの範囲内に近接させることで、アンテナ回路１１１との相互インダクタンスによる誘導起電力によって電力供給を受け、信号通信を行うこととなる。
整合回路１１２は、ＲＦＩＤタグ２の非近接時において、搬送波出力部１２及び不整合検出部１３に接続する側の特性インピーダンスと、アンテナ回路１１１に接続する側の特性インピーダンスを整合させることで、アンテナ回路１１１に供給される電力を反射させないように構成される。
ここで、アンテナ回路１１１にＲＦＩＤタグ２が近接すると、アンテナ回路１１１とＲＦＩＤタグ２との間で容量結合が発生するため、アンテナ回路１１１の特性インピーダンスが変化する。そのため、整合回路１１２において、搬送波出力部１２及び不整合検出部１３と接続する側の特性インピーダンスとアンテナ回路１１１と接続する側の特性インピーダンスとの間に不整合が発生し、アンテナ回路１１１の共振点がずれることとなる。

搬送波制御回路１２１は、アンテナ部１１に電力を供給することで、アンテナ部１１を介してＲＦＩＤタグ２との通信を行う。そのため、搬送波制御回路１２１がアンテナ部１１に対して供給する電力は、ＲＦＩＤタグ２との通信を行うための搬送波で変調される。また、搬送波制御回路１２１は、アンテナ部１１からＲＦＩＤタグ２との通信により得られる信号を入力する。また、搬送波制御回路１２１は、制御命令出力回路１３２から電力供給の停止を命令する停止命令を受け付けると、アンテナ部１１への電力供給を停止し、電力供給の開始を命令する開始命令を受け付けると、アンテナ部１１への電力供給を開始する。
増幅回路１２２は、搬送波制御回路１２１から入力した通信信号のフィルタリング及び増幅を行う。

ＬＣＲ検出回路１３１は、アンテナ部１１に対して電力を供給し、供給した電力の反射波を監視することで、インピーダンスの不整合を検出する。ＬＣＲ検出回路１３１がアンテナ部１１に電力を供給することで、ＲＦＩＤタグ２がアンテナ回路１１１に近接したときにアンテナ部１１の特性インピーダンスが変化し、アンテナ部１１と不整合検出部１３との間のインピーダンス整合が崩れることとなる。なお、インピーダンスの不整合の検出する方法としては、Ｓパラメータ、特性インピーダンス、ＶＳＷＲ（電圧定在波比：ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）、反射係数等の値を監視する方法が挙げられる。
制御命令出力回路１３２は、ＬＣＲ検出回路１３１によって検出されたインピーダンスの状態が整合から不整合に変化したときに、搬送波制御回路１２１に開始命令を出力し、インピーダンスの状態が不整合から整合に変化したときに、搬送波制御回路１２１に停止命令を出力する。

次に、本実施形態によるＲＦＩＤリーダライタ装置１の動作について説明する。
図２は、ＲＦＩＤリーダライタ装置１の動作を示すフローチャートである。
ＲＦＩＤリーダライタ装置１の電源を投入すると、搬送波制御回路１２１は、スリープモードに移行し、アンテナ部１１への電力供給を行わない（ステップＳ１）。これにより、アンテナ回路１１１からは電磁波が出力されない状態となる。に、ＲＦＩＤリーダライタ装置１は、管理者などによる操作や割り込み処理などにより、外部から処理の終了要求を入力したか否かを判定する（ステップＳ２）。ＲＦＩＤリーダライタ装置１は、外部から終了要求を入力していないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＬＣＲ検出回路１３１は、アンテナ部１１の特性インピーダンス、ＶＳＲＷ、反射係数もしくはＳパラメータを監視する。

次に、ＬＣＲ検出回路１３１は、監視している値に変化があったか否か、つまりアンテナ部１１の特性インピーダンスの不整合を検出したか否かを判定する（ステップＳ３）。ＬＣＲ検出回路１３１が、監視している値に変化がなく、アンテナ部１１の特性インピーダンスが整合していると判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、スリープモードの動作を継続する。他方、ＬＣＲ検出回路１３１が、監視している値に変化があり、アンテナ部１１の特性インピーダンスが不整合であると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御命令出力回路１３２は、搬送波制御回路１２１に電力供給の開始を命令する開始命令を出力する（ステップＳ４）。搬送波制御回路１２１は、制御命令出力回路１３２から開始命令を受け付けると、スリープモードを解除し、電力の供給を開始する（ステップＳ５）。つまり、ＲＦＩＤタグ２がアンテナ回路１１１に近接し、ＲＦＩＤタグ２とＲＦＩＤリーダライタ装置１との間で通信を開始できる状態になると、ＲＦＩＤリーダライタ装置１のスリープモードが解除され、アンテナ回路１１１から電磁波が出力される。これにより、搬送波制御回路１２１は、アンテナ部１１を介してＲＦＩＤタグ２との通信を開始する（ステップＳ６）。

次に、ＬＣＲ検出回路１３１は、監視している値に変化があったか否か、つまりアンテナ部１１の特性インピーダンスが整合するように変化したか否かを判定する（ステップＳ７）。ＬＣＲ検出回路１３１が、監視している値に変化がなく、アンテナ部１１の特性インピーダンスが不整合のままであると判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ６に戻り、ＲＦＩＤタグ２との通信動作を継続する。他方、ＬＣＲ検出回路１３１が、監視している値に変化があり、アンテナ部１１の特性インピーダンスが整合するように変化したと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御命令出力回路１３２は、搬送波制御回路１２１に電力供給の停止を命令する停止命令を出力する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１に戻り、ＲＦＩＤリーダライタ装置１は再度スリープモードに移行し電磁波の出力を停止する。

以後、ＲＦＩＤタグ２がＲＦＩＤリーダライタ装置１に接近するたびに上記のことが繰り返される。そして、ステップＳ２において、外部から終了要求を入力したと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、処理を終了する。なお、再度、ＲＦＩＤリーダライタ装置１の電源が投入された場合、ステップＳ１より処理が開始される。

図３は、アンテナ回路１１１にＲＦＩＤタグ２が近づいたときの、変化する実測データを示す図である。図３に示す実測データの値は、ＳパラメータのＳ_１１値であり、ＬＣＲ検出回路１３１がアンテナ回路１１１に電力を供給したときに、ＬＣＲ検出回路１３１に反射する信号の大きさを示す値である。
日本では主に１３．５６ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯の３周波数帯のパッシブ型のＲＦＩＤリーダライタ装置１が使われている。図３に示す実測データは、このうち１３．５６ＭＨｚ帯ＲＦＩＤリーダライタ装置１によるものである。

ＲＦＩＤタグ２とアンテナ回路１１１との距離が、８０ｍｍのとき（図３（Ａ）参照）及び７０ｍｍのとき（図３（Ｂ）参照）（ＲＦＩＤタグ２がアンテナ回路１１１に近接していない状態）は、アンテナ部１１における共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなっている。つまり、アンテナ回路１１１においてＲＦＩＤタグ２の影響を受けていないことがわかる。

他方、ＲＦＩＤタグ２とアンテナ回路１１１との距離が、１０ｍｍのとき（図３（Ｃ）参照）及び１ｍｍのとき（図３（Ｄ）参照）（ＲＦＩＤタグ２がアンテナ回路１１１に近接している状態）は、アンテナ部１１における共振周波数が１３．５６ＭＨｚと異なる値となっている。つまり、アンテナ回路１１１とＲＦＩＤタグ２との間で容量結合が発生し、アンテナ部１１の特性インピーダンスが変化したことがわかる。このように、共振周波数の変化をＬＣＲ検出回路１３１で検知し、ＲＦＩＤリーダライタ装置１からの電磁波出力制御のトリガとして使用することで、適切な電力制御を行うことができる。

このように、本実施形態によれば、ＲＦＩＤタグ２がＲＦＩＤリーダライタ装置１にかざされない限り、ＲＦＩＤリーダライタ装置１はスリープモードとなっており、電磁波を出力しなくなる。これにより、余計な電力消費を抑えることができる。特に、本実施形態によれば、搬送波出力部１２と不整合検出部１３とが並列に接続されているため、搬送波出力部１２からの電力の供給を停止させても、不整合検出部１３による電力の供給によって特性インピーダンスの変化の検出を行うことができる。これにより、ＲＦＩＤタグ２がアンテナ回路１１１に近接していないときに搬送波出力部１２からの電力供給を停止することができるため、より高い省電力効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、ＲＦＩＤリーダライタ装置１は電磁波を一時的に送信することとなる為、ＲＦＩＤリーダライタ装置１周囲にある電子機器等への電磁波の影響を抑えることができる。
また、本実施形態によれば、ＲＦＩＤリーダライタ装置１のスリープモード解除は自動で行われるので、手動でスリープモードを解除する必要がない。また、ＲＦＩＤタグ２がＲＦＩＤリーダライタ装置１から離れることで、ＲＦＩＤリーダライタ装置１は自動的にスリープモードへ移行する。これにより、人手を介してスリープモードの切り替えを行う必要がなく、利便性が高い。

また、本実施形態によれば、ＲＦＩＤリーダライタ装置１のアンテナ部１１は、ＲＦＩＤタグ２が近接していないときに特性インピーダンスが整合するように設計されている。これにより、スリープモード時にＬＣＲ検出回路１３１が出力する電力の量を低減させることができるため、省電力効果を得ることができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、ＲＦＩＤタグ２がパッシブタグであり、ＲＦＩＤリーダライタ装置１がパッシブ型のＲＦＩＤタグ２と通信を行うものである場合を説明したが、これに限られず、例えばＲＦＩＤタグ２がアクティブタグであり、ＲＦＩＤリーダライタ装置１がアクティブ型のＲＦＩＤタグ２と通信を行うものであっても、同様の効果を得ることができる。

１…ＲＦＩＤリーダライタ装置２…ＲＦＩＤタグ１１…アンテナ部１２…搬送波出力部１３…不整合検出部１１１…アンテナ回路１１２…整合回路１２１…搬送波制御回路１２２…増幅回路１３１…ＬＣＲ検出回路１３２…制御命令出力回路

Claims

所定の搬送波を用いて情報を送信する情報担体と通信を行う近距離通信装置であって、
前記情報担体との通信を行うアンテナ部と、
前記アンテナ部に搬送波を出力する搬送波出力部と、
前記アンテナ部に対して電力を供給し、その反射波を監視することで、前記アンテナ部の特性インピーダンスの変化を検出する検出部と
前記検出部が検出した特性インピーダンスの変化に基づいて、前記搬送波出力部からの搬送波の出力を停止・再開を制御する搬送波制御部と
を備え、
前記搬送波出力部と前記検出部は、前記アンテナ部に対して並列に接続されていることを特徴とする近距離通信装置。
前記アンテナ部は、前記情報担体が近接していない場合に当該アンテナ部に接続された伝送路との特性インピーダンスが整合する特性を有し、
前記検出部は、前記アンテナ部の特性インピーダンスの変化を検出することで、特性インピーダンスの不整合を検出し、
前記搬送波制御部は、前記検出部が特性インピーダンスの不整合を検出したときに、前記搬送波出力部からの搬送波の出力を停止させ、前記検出部が特性インピーダンスの不整合を検出しなくなったときに、前記搬送波出力部からの搬送波の出力を再開させる
ことを特徴とする請求項１に記載の近距離通信装置。
前記検出部は、前記アンテナ部と前記搬送波出力部との間の特性インピーダンス、電圧定在波比、反射係数、またはＳパラメータの変化を検出することで、前記アンテナ部の特性インピーダンスの変化を検出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の近距離通信装置。