JP2013117751A

JP2013117751A - タグ

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Publication number: JP2013117751A
Application number: JP2011263586A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ohashi; 徹也大橋; Hideki Takenaga; 秀樹武長
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-13

Abstract

【課題】起動信号の受信処理時のみならず、応答信号の送信処理時においてもアンテナで受信した電波からの電力を効率よく利用できるようにしたタグを提供する。
【解決手段】起動信号によりアンテナ回路１５で生じる起電力から無線回路１３を駆動する電力を生成するタグ１０において、前記アンテナ回路１５には平面コイルが含まれ、前記無線回路１３が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体から生じる第１起電力から第１駆動電力を生成し、前記無線回路１３が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部から生じる第２起電力から第２駆動電力を生成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、起動信号の受信処理及び応答信号の送信処理を行う無線タグに関し、特に、アンテナで受信した電波から得た電力を効率よく利用する技術に関する。

タグリーダと信号の送受信を行う無線タグ（以下、「タグ」という。）の動作には、電源供給の方法の違いによって２つの動作モードがある。
内蔵した電源（例えば電池）からの電力で動作するアクティブモードと、外部からの電磁波から得た電力で動作するパッシブモードである。通常、アクティブモードで動作するタグは、電池切れの場合にも認証できるように、パッシブモードでも動作する機能を備えている。

アクティブモードとパッシブモードでは、通信距離が異なり、アクティブモードでは、数ｍ（メートル）、パッシブモードでは数ｃｍ（センチメートル）である。パッシブモードでは、タグをタグリーダにかざす必要があるため、近接認証モードとも呼ばれ、電池切れの場合だけでなく、重要エリアへの入退出等を厳重に管理したい場合などにも用いられる。

これら両モードで動作し、アクティブモードでは、ＬＦ（ＬｏｗＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯で起動信号を受信し、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯で応答信号を送信し、パッシブモードでは、ＬＦ帯で起動信号を受信し、受信した電波から得た電力を利用してＬＦ帯で応答信号を送信するタグが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１０８０３９号公報

しかしながら、タグが送信する応答信号を、タグリーダで確実に受信させるために、応答信号の送信強度をできるだけ大きくするには、起動信号受信処理時に比べて大きな電力が必要となり、無線回路で消費する電流が大きく変化する。この変化のため、電力供給側から無線回路をみた入力インピーダンス（以下、「無線回路のインピーダンス」という。）が、受電のためのアンテナのインピーダンスと整合しなくなり、応答信号の送信処理時に、受信した電波からの電力を効率よく利用できないという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、起動信号の受信処理時のみならず、応答信号の送信処理時においてもアンテナで受信した電波からの電力を効率よく利用できるようにしたタグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグであって、前記アンテナ回路には平面コイルが含まれており、前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力から第１駆動電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力から第２駆動電力を生成することを特徴とする。

ここで、前記平面コイル全体の巻数と前記平面コイル全体の面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、起動信号の受信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第１インピーダンスであり、前記第１起電力は、前記第１インピーダンスに応じた起電力であり、前記平面コイルの一部の巻数と前記平面コイルの前記一部で形成される面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、応答信号の送信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第２インピーダンスであり、前記第２起電力は、前記第２インピーダンスに応じた起電力であるとしてもよい。

ここで、前記平面コイルにおいて、当該平面コイルの一端を起点として前記平面コイルの前記一部を形成する位置に接続端子が設けられ、前記平面コイルの前記一端は、前記アンテナ回路と接続されており、前記アンテナ回路は、応答信号の送信の際には、前記平面コイルの他端と前記無線回路とが接続された状態から前記接続端子と前記無線回路とが接続される状態へと切り替えるとしてもよい。

ここで、前記アンテナ回路は、応答信号を送信する処理の終了の際には、前記接続端子と前記無線回路とが接続された状態から前記平面コイルの前記他端と前記無線回路とが接続される状態へと切り替えるとしてもよい。
ここで、前記アンテナ回路で受信する電波は、ＬＦ帯の電波であり、前記応答信号の送信は、ＲＦ帯で行うとしてもよい。

また、本発明は、電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグであって、平面コイルを含み、前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力を生成するアンテナ回路と、前記無線回路の動作中に当該無線回路のインピーダンスを繰返し測定するインピーダンス測定部とを備え、前記アンテナ回路は、前記インピーダンス測定部での測定結果に基づいて、前記第１起電力の生成から前記第２起電力の生成への切り替え、及び前記第２起電力の生成から前記第１起電力の生成への切り替えの何れかを行い、前記起動信号を受信するための駆動電力は前記第１起電力から生成され、前記応答信号を送信するための駆動電力は前記第２起電力から生成されることを特徴とする。

上記の構成によると、タグは、起動信号の受信処理時のみならず、応答信号の送信処理時においてもアンテナで受信した電波からの電力を効率よく利用することが可能となる。

実施の形態１に係るタグを用いたタグ認証システムの概略構成図。タグ認証システムの起動信号と応答信号との送受信のタイミングを示す図。タグの無線回路での起動信号受信処理時と応答信号送信処理時の消費電流を示す図。実施の形態１のタグの機能構成を示すブロック図。（ａ）タグリーダの起動信号におけるデータの構成図。（ｂ）タグの応答信号におけるデータの構成図。（ａ）起動信号受信時における平面コイルの巻数とサイズとを説明する図。（ｂ）応答信号送信時における平面コイルの巻数とサイズとを説明する図。実施の形態１の平面コイルの接続端子切替え処理のフローチャート。実施の形態２のタグの機能構成を示すブロック図。実施の形態２の平面コイルの接続端子ＩＤとその接続端子で接続した場合のＬＦアンテナ回路のインピーダンス値の対応テーブルのデータ構造及び内容例を示す図。実施の形態２のタグの信号送受信の処理のフローチャート。実施の形態２のタグのＬＦアンテナ回路における平面コイルの接続端子切替え処理のフローチャート。

＜実施の形態１＞
＜１−１．概要＞
図１は、実施の形態に係るタグ１０を用いたタグ認証システム１の概略構成図である。タグ認証システム１は、タグリーダ２０とタグ１０とで構成される。なお、制御ユニット２１、ＬＦ送信ユニット２２、ＲＦ受信回路２３、及びＲＦアンテナ２４を含む構成をタグリーダ２０と呼ぶ。

扉３０は電気錠３１で施錠されており、電気錠３１は、タグリーダ２０の制御ユニット２１の指示に従って、施解錠される。
図２は、タグ認証システム１の起動信号と応答信号との送受信のタイミングを示す図である。
タグリーダ２０のＬＦ送信ユニット２２は、制御ユニット２１の指示に従って一定周期ｃｔ（例えば、５００ミリ秒）ごとに、ＬＦ帯（例えば１３５ｋＨｚ）で起動信号を送信する。起動信号の送信にかかる時間はｓｔ（例えば１０２．６ミリ秒）である。タグリーダ２０は、起動信号の送信が終わった後に、タグ１０が応答信号の送信処理にかかる時間に相当する時間もタグ１０に電力を供給するために引き続き搬送波を送信する。ユーザが、タグ１０をＬＦ送信ユニット２２にかざすと、ＬＦ送信ユニット２２のＬＦアンテナ（不図示）の平面コイルとタグ１０のＬＦアンテナ回路（後述）の平面コイルとの間の電磁誘導によって起電力が生じ、タグ１０に電力が供給される。

タグ１０は、供給された電力によって、起動信号に含まれるデータを処理し、ＲＦ帯（例えば、４２６ＭＨｚ）で応答信号を送信する。応答信号の送信にかかる時間はｒｔ（例えば２５ミリ秒）である。このように、タグ１０は、タグリーダ２０からの起動信号を受信し、応答信号を送信するが、図３に示すように、応答信号送信処理時では、ＲＦ帯の電波を用いて起動信号の受信時よりも遠くに応答信号が到達するように送信するので、タグ１０の無線回路（後述）の消費電流が大きく異なる。同図では、無線回路の消費電流は、起動信号受信処理時では、数ｍＡ（ミリアンペア）（例えば１．２ｍＡ）であり、一方、応答信号送信処理時では、消費電流は十数ｍＡ（例えば１０ｍＡ）であり、無線回路での消費電流は、起動信号受信処理時と応答信号送信処理時で大きな差がある。

タグ１０の無線回路は、一定の電圧（例えば３Ｖ（ボルト））で動作するように設計されているので、消費電流が大きく変化するということは、この無線回路のインピーダンスが大きく変化することを意味する。ＬＦアンテナ回路を、起動信号受信処理時での無線回路のインピーダンスと整合するように設計すると、応答信号送信処理時には、ＬＦアンテナ回路のインピーダンスが無線回路のインピーダンスと整合しなくなる。このため、このようなタグでは、応答信号送信処理時にタグリーダ２０から得られる電力を効率よく利用できない。

そこで、タグ１０は、ＬＦアンテナ回路の平面コイルの外側に位置する一端からの巻数が応答信号送信処理時での無線回路のインピーダンスと整合するインピーダンスの巻数となるように平面コイルの途中の位置に、無線回路と接続するための接続端子を備え、応答信号を送信する際に平面コイルの外側に位置する一端とこの接続端子とで無線回路に接続するように接続端子を切替え、タグリーダ２０から得られる電力を効率よく利用できるようにする。

タグリーダ２０は、タグ１０からの応答信号をＲＦアンテナ２４を介してＲＦ受信回路２３で受信し、制御ユニット２１は、応答信号に基づき、タグ１０が予め登録されているタグか否かを認証し、予め登録されているタグと認証された場合には電気錠３１の解錠を行う。このようにして、ユーザは電気錠３１が解錠された扉３０から入室することができる。

以下、本実施の形態１に係るタグ１０について図面を参照しながら説明する。
＜１−２．機能構成＞
図４は、タグ１０の機能ブロック図である。
タグ１０は、制御回路１１、記憶部１２、無線回路１３、ＲＦアンテナ１４、ＬＦアンテナ回路１５、切替器１６、給電回路１７、電源１８、及び電源切替器１９を備える。

制御回路１１は、受信した起動信号１００に含まれるタグリーダＩＤや動作モードのフラグの情報を処理する起動信号受信処理機能、起動信号１００に含まれるデータに基づいて応答信号２００を生成し、応答信号２００の送信を制御する応答信号送信処理機能、タグリーダ２０の起動信号に含まれる動作モード（アクティブモード又はパッシブモード）に応じて、電源１８又は給電回路１７のどちらかを無線回路１３に接続するように切替えるための制御を行う機能、及び起動信号受信処理時と応答信号送信処理時におけるＬＦアンテナ回路の切替えを制御する機能を有する。なお、制御回路１１は、制御プログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、前記制御プログラムを格納するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及び不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）を含んで構成され、制御回路１１の機能は、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。

記憶部１２は、不揮発性メモリ等の記憶媒体より実現され、システム管理者による登録操作によって予め登録された自機の識別情報（以下、「タグＩＤ」という。）を記憶している。
無線回路１３は、ＬＦアンテナ回路１５を介して起動信号１００を受信し、受信した起動信号１００に含まれるデータを制御回路１１に送り、制御回路１１で生成した応答信号２００を受け取り、ＲＦアンテナ１４を介して送信する機能を有する。

起動信号１００のデータ構成を図５（ａ）に示す。
起動信号１００は、同図に示すように、ＰＲ（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）１０１、ＵＷ（ＵｎｉｑｕｅＷｏｒｄ）１０２、リーダＩＤ１０３、フラグ１０４、及びＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）１０５で構成される。
ＰＲ１０１は、起動信号１００のデータの始まりを示すビット列（同期符号）であり、ＵＷ１０２は、いわゆるフレーム同期信号である。

リーダＩＤ１０３は、起動信号１００の送信元であるタグリーダ２０の識別情報である。
フラグ１０４は、アクティブモードとパッシブモードのうち、どちらの動作モードで通信するかを示す情報である。本実施の形態１では、アクティブモードで通信する場合を「０」、パッシブモードで通信する場合を「１」とする。以下、フラグ１０４が「０」の起動信号をアクティブモードの起動信号といい、「１」の起動信号をパッシブモードの起動信号と呼ぶ。

ＣＲＣ１０５は、起動信号１００を受信したタグ１０が起動信号１００に誤りが発生しているか否かを検出するためのデータである。
次に、図５（ｂ）に応答信号２００のデータ構造を示す。
応答信号２００は、ＰＲ２０１、ＵＷ２０２、リーダＩＤ２０３、タグＩＤ２０４、及びＣＲＣ２０５で構成され、制御回路１１で生成される。

ＰＲ２０１は、応答信号２００のデータの始まりを示すビット列（同期符号）であり、ＵＷ２０２は、いわゆるフレーム同期信号である。また、ＣＲＣ２０５は、応答信号２００を受信したタグリーダ２０が、応答信号２００に誤りが発生しているか否かを検出するためのデータである。
リーダＩＤ２０３は、タグリーダ２０の識別情報を表し、この応答信号２００がどのタグリーダからの起動信号に応じたものかを示すものである。すなわち、この応答信号２００は、リーダＩＤ２０３で示されるタグリーダから送信された起動信号に対して送信された応答信号であることになる。

タグＩＤ２０４は、タグ１０の識別情報であり、自機の記憶部１２に予め記憶しているタグＩＤに基づいて生成される。
ＬＦアンテナ回路１５は、起動信号を受信するものである。ＬＦアンテナ回路１５には、アンテナとして設けられた平面コイルと、コンデンサとからなる共振器が形成されており、当該共振器は接続端子Ｎ１、Ｎ２を有する。接続端子Ｎ１は、平面コイルの外側に位置する一端からの巻数及び当該巻数で定まる平面コイルの面積から特定されるインピーダンスが起動信号受信処理時の無線回路１３のインピーダンスと整合する位置に存在する。ここでは、平面コイル全体から特定されるインピーダンスが、起動信号受信処理時における無線回路１３のインピーダンスと整合している。接続端子Ｎ２は、平面コイルの外側に位置する一端からの巻数及び当該巻数で定まる平面コイルの面積から特定されるインピーダンスが応答信号送信処理時の無線回路１３のインピーダンスと整合する位置に存在する。ここでは、平面コイルの一部から特定されるインピーダンスが、応答信号送信処理時における無線回路１３のインピーダンスと整合している。起動信号受信時における平面コイルの巻数と、平面コイルのサイズとの一例を図６（ａ）に示す。また、応答信号送信時における平面コイルの巻数と、平面コイルのサイズとの一例を図６（ｂ）に示す。起動信号受信時では、平面コイルの外側に位置する一端と、平面コイルの他端となる接続端子Ｎ１とからなる巻数は５０であり、平面コイルの縦横の長さは、それぞれ３８ｍｍである。ここで、縦横の長さは、平面コイルの外側の辺と内側の辺との中間位置で形成される辺の長さである。また、応答信号送信時では、平面コイルの外側に位置する一端と、平面コイルの他端となる接続端子Ｎ２とからなる巻数は２０であり、平面コイルの縦横の長さは、それぞれ４４ｍｍである。通常、インピーダンスはインダクタンスに比例している。つまり、コイルのインダクタンスの増減に応じて、ＬＦアンテナ回路１５のインピーダンスも増減する。ここで、インダクタンス（Ｌ）は、数式“Ｌ＝ｋ×μ×Ａ×Ｎ＾２／ｄ”で算出される。なお、ｋは長岡係数、μは透磁率、Ａは平面コイルの面積、Ｎは巻数及びｄが平面コイルの厚さである。また、面積は、平面コイルの外側の辺と巻数によって定まる内側の辺との中間位置で形成される辺からなる四角形の面積である。例えば、図６（ａ）に示す巻き数５０の場合には、面積は１辺が３８ｍｍからなる四角形の面積である。図６（ａ）に示す巻き数２０の場合には、面積は１辺が４４ｍｍからなる四角形の面積である。上記の数式によると、インダクタンスはコイルの面積、及び巻数の２乗に比例する。つまり、コイルの面積、及び巻数を減少させることで、インダクタンスを減少、つまりはインピーダンスを減少させることができ、応答信号送信処理時に無線回路１３のインピーダンスとインピーダンス整合をとることができる。なお、図６（ａ）、（ｂ）に示す起動信号受信時及び応答信号送信時それぞれにおける平面コイルの巻数及びサイズは、一例であり、これに限定されない。起動信号受信時及び応答信号送信時それぞれにおいて、無線回路１３のインピーダンスとインピーダンス整合するよう、起動信号受信時及び応答信号送信時それぞれにおける平面コイルの巻数及びサイズが決定されていればよい。

切替器１６は、制御回路１１の指示に従って、起動信号受信処理時と応答信号送信処理時で無線回路１３と接続する接続端子Ｎ１、Ｎ２を選択的に切替えるスイッチである。
給電回路１７は、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ整流回路、平滑コンデンサＣ１、定電圧にするためのツェナーダイオードＤ５から構成され、タグリーダ２０からの電波によってＬＦアンテナ回路１５の平面コイルに誘起された起電力による交流電流を、一定電圧（例えば３Ｖ）の直流電流に変換して、無線回路１３へ電力供給する回路である。各素子の動作は、周知なので説明は省略する。

電源１８は、例えばコイン形リチウム電池で構成されており、アクティブモード動作時にタグ１０の各回路を動作させるための電力を供給する。
電源切替器１９は、無線回路１３に電力を供給する回路を、パッシブモードでは給電回路１７に、アクティブモードでは電源１８に各々切替えるためのスイッチである。
＜１−３．動作＞
図７は、タグ１０の制御回路１１の処理を示すフローチャートである。

タグ１０の電源スイッチ（不図示）がＯＮにされると、タグ１０は初期化され、電源スイッチがＯＮされた直後は、無線回路１３は電源１８と接続され、起動信号受信時のＬＦアンテナ回路の接続端子Ｎ１が無線回路１３と接続された状態となる。
タグリーダ２０は、起動信号１００と電力供給のための搬送波とを連続して繰返し（例えば５００ミリ秒ごとに）送信している。制御回路１１は、このタグリーダ２０からの起動信号１００を受信した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、パッシブモードの起動信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、受信した起動信号１００に含まれるフラグ１０４の値が「１」の場合にパッシブモードの起動信号であると判断する（ステップＳ１１：ＹＥＳ）。

制御回路１１は、ステップＳ１１でＹＥＳの場合には、無線回路１３と給電回路１７とが接続されていない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）には、無線回路１３から電源１８を切断して、無線回路１３と給電回路１７とを接続させる指示を電源切替器１９に送る。電源切替器１９は、制御回路１１の指示に従って、無線回路１３から電源１８を切断して、給電回路１７と無線回路１３とを接続する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１２でＹＥＳの場合には、無線回路１３と給電回路１７とが接続しており、タグ１０はパッシブモードで動作する状態であるので無線回路１３に電力を供給するための回路を切替える必要はない。
ステップＳ１２でＹＥＳの場合又はステップＳ１３の処理が完了した場合、制御回路１１は、起動信号１００に含まれるリーダＩＤ１０３の情報から得たリーダＩＤと、記憶部１２から得た自機のタグＩＤとを含む応答信号２００を生成し、無線回路１３へ送る（ステップＳ１４）。

次に、制御回路１１は、切替器１６に無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路１５の接続端子を応答信号送信処理時での無線回路１３のインピーダンスと整合するインピーダンスの巻数の接続端子Ｎ２に切替える指示を送る。切替器１６は、制御回路１１の指示に従って無線回路１３と接続する接続端子を接続端子Ｎ１から接続端子Ｎ２に切替える（ステップＳ１５）。

無線回路１３は、タグリーダ２０の送信する電波を受けてＬＦアンテナ回路１５に生じた電力を用いて、制御回路１１から送られた応答信号２００をＲＦアンテナ１４を介して送信する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６の処理が完了したら、制御回路１１は、切替器１６に無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路１５の接続端子を応答信号送信処理時での無線回路１３のインピーダンスと整合するインピーダンスとなる巻数の接続端子Ｎ２から、起動信号受信処理時での無線回路１３のインピーダンスと整合するインピーダンスの巻数の接続端子Ｎ１に切替える指示を送る。切替器１６は、制御回路１１の指示に従って無線回路１３と接続する接続端子を接続端子Ｎ１に切替える（ステップＳ１７）。

一方、起動信号１００がパッシブモードの起動信号でない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、すなわちアクティブモードの起動信号の場合に、制御回路１１は、無線回路１３と電源１８が接続していなければ（ステップＳ１８：ＮＯ）、無線回路１３から給電回路１７を切断して、無線回路１３と電源１８とを接続させる指示を電源切替器１９に送る。電源切替器１９は、制御回路１１の指示に従って、無線回路１３から給電回路１７を切断して、電源１８と無線回路１３とを接続する（ステップＳ１９）。なお、ステップＳ１８でＹＥＳの場合は、無線回路１３と電源１８とが接続しており、タグ１０はアクティブモードで動作する状態であるので無線回路１３に電力を供給するための回路を切替える必要はない。

次に、制御回路１１は、ステップＳ１４と同様の手順で応答信号２００を生成し、無線回路１３に送る（ステップＳ２０）。
無線回路１３は、電源１８の電力を用いて、制御回路１１から送られた応答信号２００をＲＦアンテナ１４を介して送信する（ステップＳ２１）。
ステップＳ１７の処理又はステップＳ２１の処理が完了したら制御回路１１は、ステップＳ１０から処理を繰り返す。

以上により、実施の形態１のタグ１０は、パッシブモードにおいて、起動信号受信処理時と応答信号送信処理時に、無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路の平面コイルの接続端子を、各々の動作時における無線回路１３のインピーダンスと整合するインピーダンスとなる巻数の接続端子と接続するように切替えることによって、タグリーダ２０から得られる電力を効率よく利用することができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態１のタグ１０では、起動信号受信処理時と応答信号送信処理時で無線回路１３の消費電流が大きく異なることが予め分かっているので、各々の処理を実行する際に無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路の接続端子を切替える実施の形態を説明した。

実施の形態２では、パッシブモードで動作する場合に、無線回路１３のインピーダンスの変化を検知して、無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路の接続端子を切替えるタグ１０ｂについて、実施の形態１で示したものと変更のない点についての説明は省略し、変更ある点を重点的に説明する。
＜２−１．構成＞
タグ１０ｂとタグ１０との違いは、タグ１０ｂには、図８に示すように、インピーダンス測定回路１１１が給電回路１７の出力端子と電源切替器１９との間に設けられ、制御回路１１ｂは、起動信号受信処理時と応答信号送信処理時におけるＬＦアンテナ回路の平面コイルの接続端子の切替えを制御する機能の代わりに、インピーダンス測定回路１１１の抵抗Ｒの両端の電圧を測定し、動作中の無線回路１３のインピーダンスを計算し、インピーダンスの計算結果に基づいて無線回路１３に接続する平面コイルの接続端子の切替えを制御する機能を有する点である。

また、記憶部１２ｂは、タグ１０ｂのＬＦアンテナ回路１５の平面コイルに備えた各々の接続端子を特定するための接続端子ＩＤとその接続端子で無線回路１３に接続した場合のＬＦアンテナ回路１５のインピーダンス値とを対応付けた対応テーブル３００を予め記憶している点で異なる。
図９に対応テーブル３００のデータ構造を示す。

対応テーブル３００は、項目として、平面コイルの接続端子ＩＤ３０１とその接続端子で無線回路１３に接続した場合のＬＦアンテナ回路１５のインピーダンス値３０２とを有する。
図９の対応テーブル３００には、ＬＦアンテナ回路１５の平面コイルの巻数が、起動信号送信処理時での無線回路１３のインピーダンスに整合したインピーダンスの巻数の平面コイルの接続端子Ｎ１と、応答信号送信処理時での無線回路１３のインピーダンスに整合したインピーダンスの巻数の平面コイルの接続端子Ｎ２と、各々の接続端子で接続した場合のＬＦアンテナ回路１５のインピーダンス値とが対応づけて予め記憶されている。

インピーダンス測定回路１１１は、抵抗値Ｒ１（例えば１０Ω（オーム））の抵抗Ｒで構成される回路で、抵抗Ｒの両端は、電圧を測定するために無線回路１３に接続されている。そして、制御回路１１ｂは、インピーダンス測定回路１１１の抵抗Ｒの両端間の電圧Ｅｒ１を繰返し測定する。抵抗Ｒに流れる電流Ｉｒ１は、無線回路１３に流れる電流であり、Ｉｒ１＝Ｅｒ１／Ｒ１で計算できる。

無線回路１３は一定電圧Ｅｃで動作するので電流Ｉｒ１が流れているときの無線回路１３のインピーダンスＺｃはＺｃ＝Ｅｃ／Ｉｒ１で計算できる。すなわち、インピーダンスＺｃは、Ｚｃ＝Ｅｃ／Ｅｒ１×Ｒ１で計算できる。Ｅｃ、Ｒ１の値はタグ１０ｂの設計時に予め分かっているので、電圧Ｅｒ１を計測することによって、動作中の無線回路１３のインピーダンスＺｃが計算できる。

制御回路１１ｂは、給電回路１７から電力が供給されている間、抵抗Ｒの両端の電圧を繰返し測定し（例えば、２ミリ秒ごとに測定し）、その電圧値に基づいて、インピーダンスＺｃを計算する。次に、インピーダンスＺｃと記憶部１２ｂの対応テーブル３００のインピーダンス値と比較し、最も近いインピーダンス値に対応した平面コイルの接続端子を選択し、選択した接続端子で無線回路１３と接続するように切替器１６に指示する。切替器１６は、制御回路１１ｂが指示した接続端子に切替える。

このようにして、動作中の無線回路１３のインピーダンスを繰返し測定することによって、各々の動作時の無線回路１３のインピーダンスに整合したインピーダンスのＬＦアンテナ回路となる平面コイルの巻数の接続端子でＬＦアンテナ回路１５と無線回路１３とを接続することができる。
＜２−２．動作＞
図１０に制御回路１１ｂの信号の送受信の処理のフローチャートを示す。

なお、制御回路１１ｂは、ステップＳ３１、ステップＳ３５、及びステップＳ３６の処理をパッシブモードで実行する間、割り込み処理によって後述するＬＦアンテナ回路１５の平面コイルの接続端子切替え処理を行い、無線回路１３と接続する平面コイルの接続端子を切替える。
タグリーダ２０は、起動信号１００と電力供給のための搬送波とを連続して繰返し（例えば５００ミリ秒ごとに）送信している。制御回路１１ｂは、このタグリーダ２０からの起動信号１００を受信し、起動信号１００のリーダＩＤ１０３と、フラグ１０４との値を取得する（ステップＳ３１）。

次に、受信した起動信号１００がパッシブモードの起動信号か否かを判断する（ステップＳ３２）。具体的には、受信した起動信号１００のフラグ１０４の値が「１」である場合にパッシブモードの起動信号であると判断する（ステップＳ３２：ＹＥＳ）。
ステップＳ３２でＹＥＳの場合に、制御回路１１ｂは、無線回路１３と給電回路１７が接続されていない場合（ステップＳ３３：ＮＯ）には、無線回路１３から電源１８を切断して、無線回路１３と給電回路１７とを接続させる指示を電源切替器１９に送る。電源切替器１９は、制御回路１１の指示に従って、無線回路１３と電源１８とを切断して、給電回路１７と無線回路１３とを接続する（ステップＳ３４）。なお、ステップＳ３３でＹＥＳの場合には、無線回路１３と給電回路１７とが接続しており、タグ１０ｂはパッシブモードで動作する状態であるので無線回路１３に電力を供給するための回路の切替は必要ない。

ステップＳ３３でＹＥＳの場合又はステップＳ３４の処理が完了した場合、制御回路１１ｂは、起動信号１００に含まれるリーダＩＤ１０３の情報から得たリーダＩＤと、記憶部１２ｂから得た自機のタグＩＤとを含む応答信号２００を生成し、無線回路１３へ送る（ステップＳ３５）。
無線回路１３は、制御回路１１ｂから送られた応答信号２００をＲＦアンテナ１４を介して送信する（ステップＳ３６）。

一方、起動信号１００がパッシブモードの起動信号でない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、すなわちアクティブモードの起動信号の場合に、制御回路１１ｂは、無線回路１３と電源１８とが接続していなければ（ステップＳ３７：ＮＯ）、無線回路１３から給電回路１７を切断して、無線回路１３と電源１８とを接続させる指示を電源切替器１９に送る。電源切替器１９は、制御回路１１ｂの指示に従って、無線回路１３から給電回路１７を切断して、無線回路１３と電源１８とを接続する（ステップＳ３８）。なお、ステップＳ３７でＹＥＳの場合は、無線回路１３と電源１８とが接続しており、タグ１０ｂはアクティブモードで動作する状態であるので無線回路１３に電力を供給するための回路の切替は必要ない。

次に、制御回路１１ｂは、ステップＳ３５と同様の手順で応答信号２００を生成し、無線回路１３に送る（ステップＳ３９）。
無線回路１３は、電源１８の電力を用いて、制御回路１１ｂから送られた応答信号２００をＲＦアンテナ１４を介して送信する（ステップＳ４０）。
ステップＳ３６の処理又はステップＳ４０の処理が完了したら制御回路１１ｂは、ステップＳ３１から処理を繰り返す。

次に、タグ１０ｂが、パッシブモードで、ステップＳ３１、ステップＳ３５、及びステップＳ３６の処理を実行中に、割り込み処理によって動作中の無線回路１３のインピーダンスに整合したインピーダンスとなるＬＦアンテナ回路１５の平面コイルの接続端子を切替える処理について説明する。
図１１に制御回路１１ｂのＬＦアンテナ回路１５の平面コイルの接続端子切替え処理のフローチャートを示す。

タグ１０ｂが、タグリーダ２０にかざされると、タグ１０ｂのＬＦアンテナ回路１５に起電力が生じ、給電回路１７で一定電圧の直流電流に変換された電流がインピーダンス測定回路１１１の抵抗Ｒに流れる。制御回路１１ｂは、インピーダンス測定回路１１１の抵抗Ｒの両端間の電圧Ｅｒ１を測定し（ステップＳ４１）、インピーダンスＺｃをＺｃ＝Ｅｃ／Ｅｒ１×Ｒ１の式で計算する（ステップＳ４２）。

制御回路１１ｂは、記憶部１２ｂに予め記憶している対応テーブル３００の各々の接続端子ＩＤ３０１に対応したインピーダンス値３０２とインピーダンスＺｃの値とを比較する（ステップＳ４３）。具体的には、制御回路１１ｂは、各々の接続端子ＩＤ３０１に対応したインピーダンス値３０２の値とＺｃとの差の絶対値を計算し、最も差の絶対値が小さいインピーダンス値の接続端子ＩＤの接続端子を無線回路１３と接続する接続端子として選択する。制御回路１１ｂは、選択した接続端子ＩＤの接続端子と無線回路１３とを接続する指示を切替器１６へ送る。切替器１６は、制御回路１１ｂが選択した接続端子と無線回路１３とを接続する（ステップＳ４４）。

制御回路１１ｂは、ステップＳ４４の処理が完了したら、ステップＳ４１からの処理を繰返す。
以上により、実施の形態２のタグ１０ｂは、各処理を実行している間の無線回路のインピーダンスを、接続端子切替え処理の割り込みを繰返し行うことによって測定し、その測定結果に基づいて、無線回路１３と接続するＬＦアンテナ回路１５の平面コイルの接続端子を動作中の無線回路１３のインピーダンスと整合する接続端子に切替えることができる。

＜変形例＞
以上、本発明に係るタグを、実施の形態に基づいて説明したが、以下のように変形することも可能であり、本発明は上述した実施の形態で示した通りのタグに限られないことは勿論である。
（１）実施の形態１、２では、切替器１６は、接続端子Ｎ１と接続端子Ｎ２とを切り替えたが、これに限らない。

切替器１６は、平面コイルの外側の端と、接続端子Ｎ２とを切り替えてもよい。
（２）実施の形態１、２では、タグリーダの起動信号の送信周期を５００ミリ秒ごととしたがこれに限らない。
起動信号の送信周期は、起動信号の送信処理に必要な時間と応答信号の送信処理に必要な時間を足した時間以上の間隔であればよい。

（３）実施の形態１では、図３に示すように、タグリーダ２０が起動信号と電力供給のための搬送波との連続送信を繰返し行うものとして説明した。しかしながら、起動信号と電力供給のための搬送波とを連続して送信することは必須ではなく、起動信号の送信後に、電力供給のための搬送波を送信すれば足りる。すなわち、起動信号の送信と電力供給のための搬送波の送信との間に多少時間が空いてもよい。

また、実施の形態１では図３に示すように、タグ１０が電力供給のための搬送波を受信するタイミングで、その受信直前に受信した起動信号に対する応答信号の送信を開始する例を説明した。しかしながら、応答信号の送信開始のタイミングは、給電回路１７のコンデンサＣ１の容量に応じて適宜変更でき、例えば、電力供給のための搬送波の受信完了までに、その直前に受信した起動信号に対する応答信号の送信を開始してもよい。

（４）実施の形態１、２のタグの給電回路の整流回路をダイオード４つのブリッジ回路の構成としたがこれに限らない。
ＬＦアンテナ回路からの交流の電流を整流できる構成であればどのような整流回路であってもよい。
（５）実施の形態１、２では、起動信号の受信はＬＦ帯で行い、応答信号の送信はＲＦ帯で行う例を説明した。このＬＦ帯は起動信号の受信の周波数帯の一例であり、ＲＦ帯は応答信号の送信の周波数帯の一例にすぎず、起動信号の受信はＬＦ帯に限られず、また、応答信号の送信はＲＦ帯に限らない。
但し、パッシブモードで動作する場合でも、タグがアクティブモードで動作する場合の起動信号の受信に用いる周波数帯及び応答信号の送信に用いる周波数帯とそれぞれ同じ周波数帯を用いて信号を送受信することが望ましい。

また、実施の形態１、２では、タグ認証システムを例として説明したが、本発明に係るタグは、例えば、所在管理システムなど他のシステムに使われるものとしてもよい。
また、実施の形態１、２では、１つの扉に対して入退出を管理する場合を例にして説明したが、例えば、複数の扉の入退出を管理する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、１つの制御ユニットが各扉に係る認証を行うようにしてもよいし、複数の制御ユニットが各扉に係る認証を分担してもよい。

（６）実施の形態２のタグでは、無線回路のインピーダンスを計算して、無線回路に接続するコイルの接続端子の切替を行ったがこれに限らない。
例えば、実施の形態２のタグでは、無線回路の動作電圧は一定なので、無線回路のインピーダンスは、無線回路に流れる電流に反比例する。また、無線回路に流れる電流は、インピーダンス測定回路の抵抗に流れる電流であり、この抵抗の両端の電圧に比例する。このことより、インピーダンス測定回路の抵抗の両端の電圧又はこの抵抗に流れる電流の変化に基づいて無線回路に接続するコイルの接続端子を切替えても良い。

（７）実施の形態１、２のタグでは、切替える接続端子を２つとして説明したが切替える接続端子は２つに限らない。
無線回路のインピーダンスが大きく変化するのが、起動信号の受信処理時と応答信号の送信処理時の２つの処理時であることを前提として説明したので切替える接続端子を２つとした。しかし、タグが行う種々の処理において、無線回路のインピーダンスが大きく変化する場合が複数あれば、各々の処理時に無線回路のインピーダンスと整合するインピーダンスのＬＦアンテナ回路となるコイルの巻数で接続できるようコイルの途中に複数の接続端子を設けて、コイルの両端を含む複数の接続端子のうち２つの接続端子を選んで無線回路に接続するようにしてもよい。

（８）上記実施の形態１、２において、平面コイルの形状は、四角形状としたが、これに限定されない。
平面コイルの形状は、他の形状、例えば円形状であってもよい。
平面コイルの形状が円形状である場合の面積とは、平面コイルの外側の円に対する半径と巻数によって定まる内側の円に対する半径との中間値を半径とする円の面積である。

（９）上記実施の形態及び変形例を組み合わせるとしてもよい。
＜補足＞
以下、更に本発明の一実施形態に係るタグの構成及びその変形例と各効果について説明する。
（ａ）本発明の一実施形態に係る、電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグは、前記アンテナ回路には平面コイルが含まれており、前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力から第１駆動電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力から第２駆動電力を生成することを特徴とする。

この構成のタグは、起動信号受信時及び応答信号送信時のそれぞれの処理に応じて、平面コイル全体を用いて生成した第１起動電力及び平面コイルの一部を用いて生成した第２起電力を用いるので、タグリーダからの電波による電力を効率よく無線回路に供給することができる。
（ｂ）また、前記平面コイル全体の巻数と前記平面コイル全体の面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、起動信号の受信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第１インピーダンスであり、前記第１起電力は、前記第１インピーダンスに応じた起電力であり、前記平面コイルの一部の巻数と前記平面コイルの前記一部で形成される面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、応答信号の送信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第２インピーダンスであり、前記第２起電力は、前記第２インピーダンスに応じた起電力であるとしてもよい。

この構成のタグは、起動信号の受信処理を実行する際には、アンテナ回路のインピーダンスは、受信処理時での無線回路のインピーダンスと整合するものとし、応答信号の送信処理を実行する際には、アンテナ回路のインピーダンスは、送信処理時での無線回路のインピーダンスと整合するものとしている。従って、起動信号の受信処理を実行する際、及び応答信号の送信処理を実行する際には、タグリーダからの電波による電力を効率よく無線回路に供給することができる。

（ｃ）また、前記平面コイルにおいて、当該平面コイルの一端を起点として前記平面コイルの前記一部を形成する位置に接続端子が設けられ、前記平面コイルの前記一端は、前記アンテナ回路と接続されており、前記アンテナ回路は、応答信号の送信の際には、前記平面コイルの他端と前記無線回路とが接続された状態から前記接続端子と前記無線回路とが接続される状態へと切り替えるとしてもよい。

この構成のタグは、応答信号の送信処理を実行する際に、アンテナ回路のインピーダンスが第２インピーダンスとなる位置に備えられた接続端子で無線回路と接続するように切替えることができる。従って、応答信号の送信処理を実行する際に、タグリーダからの電波による電力を効率よく無線回路に供給することができる。
（ｄ）また、前記アンテナ回路は、応答信号を送信する処理の終了の際には、前記接続端子と前記無線回路とが接続された状態から前記平面コイルの前記他端と前記無線回路とが接続される状態へと切り替えるとしてもよい。

この構成のタグは、応答信号の送信処理が終了した際に、アンテナ回路のインピーダンスが第２インピーダンスから第１インピーダンスとなるように、平面コイルについて当該平面コイルの一部利用から全体利用へと切替えることができる。従って、起動信号の受信処理の際に、タグリーダからの電波による電力を効率よく無線回路に供給することができる。

（ｅ）また、前記アンテナ回路で受信する電波は、ＬＦ帯の電波であり、前記応答信号の送信は、ＲＦ帯で行うとしてもよい。
この構成のタグは、ＬＦ帯で送信された起動信号を受信し、ＲＦ帯で応答信号を送信することができる。従って、この構成のタグは、内蔵電池からの電力を利用することなく、アクティブモードと同様の動作をすることができる。

（ｆ）また、本発明の一実施形態に係る、電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグは、平面コイルを含み、前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力を生成するアンテナ回路と、前記無線回路の動作中に当該無線回路のインピーダンスを繰返し測定するインピーダンス測定部とを備え、前記アンテナ回路は、前記インピーダンス測定部での測定結果に基づいて、前記第１起電力の生成から前記第２起電力の生成への切り替え、及び前記第２起電力の生成から前記第１起電力の生成への切り替えの何れかを行い、前記起動信号を受信するための駆動電力は前記第１起電力から生成され、前記応答信号を送信するための駆動電力は前記第２起電力から生成されることを特徴とする。

この構成のタグは、動作中の無線回路のインピーダンスの変化を繰返し測定して、そのインピーダンスの変化に応じて、第１起電力の生成及び第２起電力の生成の何れかに切替えることができる。通常、起動信号受信時の無線回路のインピーダンスと、応答信号送信時の無線回路のインピーダンスとは、異なっている。そこで、タグが、動作中の無線回路のインピーダンスの変化をインピーダンス測定部により検出することで、起動信号受信処理と応答信号送信処理との切り替えを認識することができる。従って、タグは、動作中の無線回路のインピーダンスを繰返し測定することで、各処理に応じた起電力の生成を行うことができるので、タグリーダからの電波による電力を効率よく無線回路に供給することができる。

１タグ認証システム
１０、１０ｂ、１０ｃタグ
１１制御回路
１２記憶部
１３無線回路
１４、２４ＲＦアンテナ
１５ＬＦアンテナ回路
１６切替器
１７給電回路
１９電源切替器
２１制御ユニット
２２ＬＦ送信ユニット
２３ＲＦ受信回路

Claims

電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグであって、
前記アンテナ回路には平面コイルが含まれており、
前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力から第１駆動電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力から第２駆動電力を生成する
ことを特徴とするタグ。
前記平面コイル全体の巻数と前記平面コイル全体の面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、起動信号の受信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第１インピーダンスであり、
前記第１起電力は、前記第１インピーダンスに応じた起電力であり、
前記平面コイルの一部の巻数と前記平面コイルの前記一部で形成される面積とから定まる前記アンテナ回路のインピーダンスは、応答信号の送信の際の電力供給側からみた前記無線回路の入力インピーダンスと整合する第２インピーダンスであり、
前記第２起電力は、前記第２インピーダンスに応じた起電力である
ことを特徴とする請求項１に記載のタグ。
前記平面コイルにおいて、当該平面コイルの一端を起点として前記平面コイルの前記一部を形成する位置に接続端子が設けられ、
前記平面コイルの前記一端は、前記アンテナ回路と接続されており、
前記アンテナ回路は、応答信号の送信の際には、前記平面コイルの他端と前記無線回路とが接続された状態から前記接続端子と前記無線回路とが接続される状態へと切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のタグ。
前記アンテナ回路は、応答信号を送信する処理の終了の際には、前記接続端子と前記無線回路とが接続された状態から前記平面コイルの前記他端と前記無線回路とが接続される状態へと切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載のタグ。
前記アンテナ回路で受信する電波は、ＬＦ帯の電波であり、前記応答信号の送信は、ＲＦ帯で行う
ことを特徴とする請求項１に記載のタグ。
電波によりアンテナ回路に誘起される起電力から無線回路を駆動する電力を生成するタグであって、
平面コイルを含み、前記無線回路が起動信号を受信する際には、前記平面コイル全体に誘起される第１起電力を生成し、前記無線回路が応答信号を送信する際には、前記平面コイルの一部に誘起される第２起電力を生成するアンテナ回路と、
前記無線回路の動作中に当該無線回路のインピーダンスを繰返し測定するインピーダンス測定部とを備え、
前記アンテナ回路は、前記インピーダンス測定部での測定結果に基づいて、前記第１起電力の生成から前記第２起電力の生成への切り替え、及び前記第２起電力の生成から前記第１起電力の生成への切り替えの何れかを行い、
前記起動信号を受信するための駆動電力は前記第１起電力から生成され、前記応答信号を送信するための駆動電力は前記第２起電力から生成される
ことを特徴とするタグ。