JP4752640B2 - アクティブタグシステム - Google Patents

Description

本願発明は、上壁面等に固定された質問器と、ユーザーが持ち歩く応答器との間で、無線通信することで入退室管理等を行うアクティブタグシステムに関するものである。

従来から、特開２００４−３２８６０５号公報（特許文献１）に示されるように、入退室管理を行う無線ＩＣタグシステムが知られている。この無線ＩＣタグシステムは、図７に示すように、二つの送信アンテナ９１，９１、一つの受信アンテナ９２、アンテナ切替回路９３、及び制御回路９４を具備する質問器と、パッシブ型のＩＣタグが搭載された応答器と（不図示）から成っている。

質問器は、一定時間毎に二つの送信アンテナ９１を切り替えて質問信号を送信するようになっており、この二つの送信アンテナ９１のどちらかに応答器を近づけることで、応答器は質問信号を受信すると共に電力供給を受ける。この後、応答器は、質問信号に対する応答信号を送信し、質問器の受信アンテナ９２で受信される。この際、質問器の制御回路９４は、受信された応答信号がどの送信アンテナ９１から送信された質問信号に対する応答なのかを特定しており、どの送信アンテナ９１に応答器が近づいたかを検知することができる。

したがって、この無線ＩＣタグシステムは、電気錠が取り付けられた扉の内側と外側にそれぞれ送信アンテナ９１を設置し、一方を入室用、他方を退室用とすることで、電気錠の施錠、解錠に加えて、入室と退室の記録を残す入退室管理を行うことができる。
特開２００４−３２８６０５号公報

しかしながら、上記従来例である無線ＩＣタグシステムにあっては、一台の質問器に対して二つの送信アンテナ９１を備える必要があり、送信アンテナ９１，９１が一つのものと比べてコストが高くなっていた。

又、このシステムを長距離での交信が可能なアクティブ型ＩＣタグを用いたアクティブタグシステムに適応する場合は、電気錠の内側で携行されている応答器であっても、電気錠の外側に設置された送信アンテナ９１の質問信号を受信してしまう可能性があり、正しく入退室の記録を残すことができない。したがって、この場合は、二つの送信アンテナ９１は、質問信号が互いに干渉しない距離だけ離して設置するか、或いは、遮蔽板等を設けて質問信号の送信方向を規制する必要があり、施工上の制限が多いシステムであった。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、有効に入退室管理等を行うことができ、且つ、安価で容易に施工できる質問器を具備するアクティブタグシステムを提供することである。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、無線で質問信号を送信する質問送信部及び、応答器から返送された応答信号を受信する応答受信部を具備した質問器と、質問信号を受信する質問受信部、質問信号を受信すると自己の識別情報を含む応答信号を無線で返送する応答送信部、及び応答器の動作電源を供給する電池を具備した応答器とを備えたアクティブタグシステムにおいて、質問送信部は、質問信号を無線送信するための磁界を生成する送信ループアンテナを備えており、送信ループアンテナは、中心軸が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されており、質問受信部は、水平方向及び垂直方向の二方向の前記磁界成分を受信し、応答送信部は、応答信号の返送の際に、各成分の受信強度を表す信号を加えて返送するようになしたことを特徴としている。

又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載のアクティブタグシステムにおいて、質問受信部は、前記磁界成分を受信する受信ループアンテナを複数有しており、各受信ループアンテナは中心軸が互いに直交するように設けられていることを特徴としている。

又、本願請求項３記載の発明では、無線で質問信号を送信する質問送信部及び、応答器から返送された応答信号を受信する応答受信部を具備した質問器と、質問信号を受信する質問受信部、個別の識別情報を有しており質問信号を受信すると自己の識別情報を含む応答信号を無線で返送する応答送信部、及び応答器の動作電源を供給する電池を具備した応答器とを備えたアクティブタグシステムにおいて、質問送信部は、質問信号を無線送信するための磁界を生成する送信ループアンテナを備えており、送信ループアンテナは、中心軸が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されており、質問受信部は、水平方向、或いは垂直方向のいずれか一方向の前記磁界成分のみを受信するようになしたことを特徴としている。

又、本願請求項４記載の発明では、上記請求項１〜３いずれか一項記載のアクティブタグシステムにおいて、応答器は、応答器の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えており、姿勢検知手段の姿勢検知結果をもとに、受信した前記磁界成分が水平方向であるか垂直方向であるかを判断するようになしたことを特徴としている。

本願請求項１記載のアクティブタグシステムにおいては、送信ループアンテナは、中心軸が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されているため、送信ループアンテナの片側では水平成分の磁界が、逆側では垂直成分の磁界が主として生成される。したがって、応答器が受信した磁界の水平成分及び垂直成分の磁界強度を測定し、その情報を応答信号に加えて質問器へと返送することで、送信ループアンテナのどちら側で質問信号を受信したのかを正確に判断することができる。よって、有効に入退室管理が行え、且つ、安価で容易に施工できる質問器を具備したアクティブタグシステムとなる。

又、質問器には、送信ループアンテナを一つ設ければよいので、送信ループアンテナを二つ設ける場合と比べて安価に製造することができる。更に、送信ループアンテナを備える質問器を設ける位置に規制はなく、遮蔽板等を設ける必要がないため、質問器を容易に設置することができる。

又、本願請求項２記載のアクティブタグシステムにおいては、応答器には、互いに直交する複数の受信ループアンテナが設けられているため、質問器が生成した磁界を水平成分と垂直成分とに分けて受信することができる。

又、本願請求項３記載のアクティブタグシステムにおいては、請求項１と同様に送信ループアンテナの片側では水平成分の磁界が、逆側では垂直成分の磁界が主として生成されており、応答器は一方の磁界成分のみを受信するようになしている。したがって、応答器が送信ループアンテナの片側のみでしか質問信号を受信しないように制御することができる。又、応答器には受信ループアンテナが一つしか設けられていないため、複数設けられている場合に比べて安価に製造することができ、応答器をより小型化することも可能となる。

又、本願請求項４記載のアクティブタグシステムにおいては、姿勢検知手段を設けて受信した磁界成分の方向を判断できるようになしているため、携行される応答器の姿勢の変化に影響されることなく正確に磁界成分の検知をすることが可能となる。

図１〜４は、本願発明の第一実施形態であるアクティブタグシステムを示している。このアクティブタグシステムは、無線で質問信号を送信する質問送信部１１及び、応答器２から返送された応答信号を受信する応答受信部１４を具備した質問器１と、質問信号を受信する質問受信部２１、個別の識別情報を有しており質問信号を受信すると自己の識別情報を含む応答信号を無線で返送する応答送信部２４、及び応答器２の動作電源を供給する電池２８を具備した応答器２とを備えている。

又、質問送信部１１は、質問信号を無線送信するための磁界３を生成する送信ループアンテナ１２を有しており、送信ループアンテナ１２は、中心軸４１が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されている。又、質問受信部２１は、磁界成分を受信する受信ループアンテナ２２を複数有しており、各受信ループアンテナ２２は中心軸４２が互いに直交するように設けられている。更に、質問受信部２１は、水平方向及び垂直方向の二方向の前記磁界成分を受信し、応答送信部２４は、応答信号の返送の際に、各成分の受信強度を表す信号を加えて返送するようになしたことを特徴としている。

以下、この実施形態のアクティブタグシステムを、より具体的詳細に説明する。図３に示すように、このアクティブタグシステムは、電気錠の取り付けられた扉５付近に質問器１を取り付け、ユーザーは応答器２を携行することで、ハンズフリーで電気錠の施錠、解錠を行えるものであり、更に、質問器１において、電気錠の施錠、解錠と共に入退室管理を行うものである。又、アクティブタグシステムの構成は、図１に示すように、大別して質問信号を送信する質問器１と、質問信号を受信して応答信号を送信する応答器２とを備えている。

質問器１は、図１に示すように、質問送信部１１と、応答受信部１４と、質問制御部１７とを具備している。質問送信部１１は、送信回路１３と送信ループアンテナ１２とを備えており、送信回路１３は送信ループアンテナ１２に印加する交流電流を制御し、送信ループアンテナ１２は送信回路１３からの交流電流を受けて質問信号を無線送信する。この際、送信ループアンテナ１２は、図２に示すように、送信ループアンテナ１２を中心に対称なＬＦ周波数帯の交流磁界３を発生させ、質問信号を重畳して送信している。

応答受信部１４は、受信アンテナ１５と受信回路１６とを有しており、受信アンテナ１５は応答器２からの応答信号を受信し、受信回路１６は受信した応答信号を質問制御部１７へと伝送する。質問制御部１７は、ＣＰＵ等からなる全体の制御を担う制御手段であって、電気錠の開錠が許可されているメンバーのIDを記録したチェックリスト（不図示）を保持している。このチェックリストに記録されたＩＤは、随時、書き換えることも可能である。又、質問制御部１７は、質問器１と接続された電気錠（不図示）との間においても信号の授受を行っている。

応答器２は、図１に示すように、質問受信部２１と、応答送信部２４と、応答制御部２７と、電池２８とを具備している。質問受信部２１は、中心軸４２が水平方向及び水平方向と直交する垂直方向である二つの受信ループアンテナ２２と受信回路２３とを有しており、各受信ループアンテナ２２は中心軸４２と同じ方向の磁界成分を有する質問信号を受信する。又、受信回路２３は、各受信ループアンテナ２２が受信した磁界成分の磁界強度を磁界強度情報として質問信号と共に応答制御部２７へと伝送する。

応答送信部２４は、送信回路２６と送信アンテナ２５とを備えており、送信回路２６は自己の識別情報となるＩＤを記憶しており、送信アンテナ２５を制御して、送信アンテナ２５から質問器１へと応答信号を無線送信する。応答制御部２７は、ＣＰＵを備える全体の制御を担う制御手段であり、電池２８は応答器２全体の動作電力を供給している。なお、ＩＤは応答制御部２７で記憶していてもよい。

質問器１は、図３に示すように、扉５の上方の上壁６において、送信ループアンテナ１２が水平方向に対して傾斜角θを持つように取り付けられている。この傾斜角θは０°[deg]〜９０°[deg]の間で定められている。又、送信ループアンテナ１２は前述したように、送信ループアンテナ１２を中心に対称な磁界３を発生させており、傾斜角を持って取り付けられた際には、図３に示すように、上壁６の片側（図３に向かって扉５の左側）では主として垂直成分の磁界３が生成され、逆側（図３に向かって扉５の右側）では主として水平成分の磁界３が生成される。

なお、図３には、送信ループアンテナ１２が質問器１に内蔵された構造を示しているが、送信ループアンテナ１２はケーブルで結線され質問器１本体とは分離して備えられていてもよい。

応答器２は、扉５の通過を認証されるユーザーが携行しており、一方の受信ループアンテナ２２は、中心軸４２が扉５の表面に直交する方向を向き、他方の受信ループアンテナ２２は、中心軸４２が扉５の表面に平行な垂直方向を向くように固定されている。

図４には、送信ループアンテナ１２が送信する磁界３の水平成分磁界強度を測定した実験結果を示している。ここで、送信ループアンテナ１２は、インダクタンス430μHのフェライトアーバンアンテナであり、このアンテナを所定角傾斜させて、床から2.2mの位置において、周波数134kHz、アンテナ電流1.2Ap-pで磁界３を送信している。具体的な傾斜角は、30°[deg]，50°[deg]，60°[deg]の三パターンで実験している。又、送信された磁界３は、床から1.2mの位置において受信した水平磁界強度を測定したものである。

図４の実験結果から、傾斜させた送信ループアンテナ１２から2.0m程度離れた左右の二つの位置においては、水平磁界強度に明確な違いがでることがわかる。これは、垂直成分磁界強度を同じ条件で測定した場合においても同様の結果を得ている（不図示）。なお、傾斜角θは応答器２が固定される高さや送信ループアンテナ１２から発する磁界強度に応じて適宜設定されるものである。

以下にこのアクティブタグシステムの使用動作について説明する。なお、図３に示す扉５の図面に対して左側を室内とし、図面に対して右側を室外とする。まず、上壁６に取り付けられた質問器１は、質問信号を略定期的に送信し続けており、図３に示すような磁界３を室内外に生成する。この扉５に応答器２を携行したユーザーが近づくと、応答器２が有する二つの受信ループアンテナ２２は、水平成分及び垂直成分の磁界３をそれぞれ受信することで質問信号を受信する。受信した質問信号は、受信回路２３により各成分の磁界強度情報を加えて応答制御部２７へと伝送される。応答制御部２７は、質問信号を受けると、加えて伝送された磁界強度情報を送信回路２６へと伝送し、送信回路２６は送信アンテナ２５を介して磁界強度情報及びＩＤを含む応答信号を質問器１へと無線送信する。

なお、応答器２は、質問信号を受信するまでは、質問受信部２１以外の部分は動作していないスリープ状態になっており、電池２８が無駄に消費されるのを防いでいる。

無線送信された応答信号は、質問器１の受信アンテナ１５で受信され、受信回路１６によって質問制御部１７へと伝送される。質問制御部１７では、応答信号に含まれたＩＤと、予め設定されたチェックリストとを照合し、許可されたＩＤであれば電気錠に許可信号を伝送し、扉５を開錠させる。更に、質問制御部１７では、応答信号に含まれた磁界強度情報をもとに、応答器２を携行したユーザーが室内にいるのか室外にいるのかを判断し、位置情報としてＩＤや時刻情報と共に記録している。この位置情報の判断は、例えば、磁界強度情報において垂直成分が水平成分の磁界強度よりも高い場合は、ユーザーが室内にいると判断し、磁界強度が逆の場合は、室外にいると判断するようになっている。

次に、扉５が開錠されて、ユーザーが扉５から入室あるいは退室した場合は、上記の扉５に近づいた場合と同じ信号のやりとりが質問器１と応答器２との間で交わされる。この際、質問器１が受ける応答信号に含まれた磁界強度情報は、室内と室外とで磁界成分の方向が異なるため、扉５に近づいた場合とは逆の磁界強度を示すことになる。したがって、質問制御部１７では、同じＩＤで室内及び室外の二つの位置情報を記録する。この位置情報から、例えば、短時間のうちに位置情報で「室内」と記録した後、「室外」と記録していれば、このＩＤのユーザーは退室したことがわかり、逆の場合は入室したことがわかるため、入退室の管理がなされる。

したがって、この実施形態のアクティブタグシステムにおいては、送信ループアンテナ１２は、中心軸４１が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されているため、送信ループアンテナ１２の片側では水平成分の磁界３が、逆側では垂直成分の磁界３が主として生成され、送信ループアンテナ１２の両側で成分の異なる磁界３を発生させることができる。

更に、応答器２には、水平方向及び垂直方向の互いに直交する二つの受信ループアンテナ２２が設けられているため、質問器１が生成した磁界３を水平成分と垂直成分とに分けて受信することができる。したがって、応答器２が、受信した磁界３の水平成分及び垂直成分の強度を応答信号に加えて返送することで、送信ループアンテナ１２のどちら側で質問信号を受信したのかを正確に記録することができる。

又、質問器１には、送信ループアンテナ１２を一つ設ければよいので、送信ループアンテナ１２を二つ設ける場合と比べて安価に製造することができる。更に、質問器１を設ける位置に規制がなくなり、遮蔽板等を設ける必要がないため、質問器１を容易に設置することができる。

又、質問器１を電気錠の取り付けられた扉５付近に設け、応答器２を扉５から出入りするユーザーに携行させることで、ユーザーの位置情報を質問器１に正確に記録することができるため、入退室管理を行うことができる。

図５は、第二の実施形態であるアクティブタグシステムの応答器２を示している。なお、ここでは、上記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

このアクティブタグシステムにおいて応答器２は、図５に示すように中心軸４２が水平或いは垂直方向のどちらか一方である受信ループアンテナ２２を一つしか設けてない。又、受信回路２３は、受信ループアンテナ２２が受信する磁界強度を測定し、既定の磁界強度に達しない場合は質問信号を応答制御部２７へと伝送しないようになしている。この設定により、応答器２は、扉５の内側と外側において、主に受信ループアンテナ２２の中心軸４２と同方向の磁界３が生成されている側においてのみ応答信号を送信するようになっている。

したがって、例えば、応答器２が水平方向の受信ループアンテナ２２を有しており、質問器１が図３と同じ磁界３を生成している場合、応答器２は入室時にのみ応答信号を質問器１に送信し、質問器１による電気錠への許可信号の伝送、及びＩＤ等の記録も入室時のみとなる。又、電気錠は、外側から扉５を開ける場合は許可信号を受けた時にのみ開錠し、内側から扉５を開ける場合は許可信号を受けなくても常に開錠するようになっている。

したがって、この実施形態のアクティブタグシステムにおいては、応答器２が送信ループアンテナ１２の片側のみでしか質問信号を受信しないように制御することができ、質問器１を電気錠の取り付けられた扉５付近に取り付け、応答器２を扉５から出入りするユーザーに携行させることで、扉５からの入室を管理することができる。又、応答器２には受信ループアンテナ２２が一つしか設けられていないため、複数設けられている場合に比べて安価に製造することができ、応答器２をより小型化することも可能となる。

なお、応答器２が、水平方向ではなくて、垂直方向の送信ループアンテナ１２を有している場合は、扉５からの退室を管理することができる。

図６は、第三の実施形態であるアクティブタグシステムの応答器２を示している。なお、ここでは、上記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。このアクティブタグシステムにおいて応答器２は、図６に示すように、中心軸４２が水平方向で互いに直交するものが二つと、中心軸４２が垂直方向となるものが一つで、計三つの受信ループアンテナ２２を有している。

又、応答器２は、自己の姿勢を検知するための姿勢検知手段２９を具備しおり、この姿勢検知手段２９には、例えば、３軸の磁気センサ（ジャイロコンパス）、３軸の加速度センサの両方を組み合わせるか、或いはどちらか一方だけを用いた姿勢検知センサと制御用ＩＣとを搭載したものを用いることができる。

姿勢検知手段２９は、常時応答器２の姿勢を検知しており、応答制御部２７は、その検知結果をもとに二つの受信ループアンテナ２２を選択する選択信号を受信回路２３へと伝送する。受信回路２３はこの選択信号により、二つの受信ループアンテナ２２に応答器２が生成する水平、垂直方向の磁界成分を受信させている。すなわち、応答制御部２７は、応答器２の姿勢が変わるたびに、各磁界成分を受信させる受信ループアンテナ２２を選択しなおしており、受信回路２３から受ける磁界強度情報も、姿勢検知結果から水平、垂直方向を識別して送信回路２６へと伝送している。

したがって、この実施形態のアクティブタグシステムにおいては、姿勢検知結果をもとに各磁界成分を受信する二つの受信ループアンテナ２２を選択するようになっているため、携行される応答器２の姿勢の変化に影響されることなく、正確に磁界成分の検知が可能となり、正確に入退室の管理を行うことができる。

なお、姿勢検知手段は、常時応答器２の姿勢を検知するのではなく、平常時は動作しないスリープ状態であり、質問信号を受信した後に動作を開始するものであってもよい。この場合は、平常時においては、応答制御部２７も動作している必要がないため、質問受信部２１以外の部分は全てスリープ状態になり、電池が無駄に消費されるのを防ぐことができる。

又、このアクティブタグシステムにおいて、応答制御部２７は、一つの受信ループアンテナ２２を選択し、第二実施形態と同様に、水平、垂直のどちらか一方の磁界成分を受信させるものであってもよい。この場合は、水平方向の磁界成分を受信させる場合は、中心軸４２が扉５に直交している受信ループアンテナ２２を選択し、垂直方向の磁界成分を受信させる場合は、中心軸４２が垂直方向を向いている受信ループアンテナ２２を選択するようになっている。

又、図６には受信ループアンテナ２２を三つ設けた場合を示しているが、受信ループアンテナの数は三つに限られるものではなく、コスト面の制約がなければいくつ設けていてもよい。

本願発明の第一の実施形態であるアクティブタグシステムを示すブロック図。 同アクティブタグシステムにおける送信ループアンテナの生成する磁界を示す正面図。 同アクティブタグシステムにおける質問器の取り付け状態及び磁界を示す側面図。 同アクティブタグシステムにおける質問器が生成する磁界の水平成分磁界強度。 本願発明の第二の実施形態であるアクティブタグシステムの応答器を示すブロック図。 本願発明の第三の実施形態であるアクティブタグシステムの応答器を示すブロック図。 従来例である無線ＩＣタグシステムを示すブロック図。

符号の説明

１ 質問器
11 質問送信部
12 送信ループアンテナ
14 応答受信部
２ 応答器
21 応答受信部
22 受信ループアンテナ
24 応答送信部
28 電池
29 姿勢検知手段
３ 磁界
41 中心軸
42 中心軸

Claims (4)

1. 無線で質問信号を送信する質問送信部及び、応答器から返送された応答信号を受信する応答受信部を具備した質問器と、質問信号を受信する質問受信部、質問信号を受信すると自己の識別情報を含む応答信号を無線で返送する応答送信部、及び動作電源を供給する電池を具備した応答器とを備えたアクティブタグシステムにおいて、
   質問送信部は、質問信号を無線送信するための磁界を生成する送信ループアンテナを備えており、送信ループアンテナは、中心軸が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されており、質問受信部は、水平方向及び垂直方向の二方向の前記磁界成分を受信し、応答送信部は、応答信号の返送の際に、各成分の受信強度を表す信号を加えて返送するようになしたことを特徴とするアクティブタグシステム。
2. 質問受信部は、前記磁界成分を受信する受信ループアンテナを複数有しており、各受信ループアンテナは中心軸が互いに直交するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のアクティブタグシステム。
3. 無線で質問信号を送信する質問送信部及び、応答器から返送された応答信号を受信する応答受信部を具備した質問器と、質問信号を受信する質問受信部、個別の識別情報を有しており質問信号を受信すると自己の識別情報を含む応答信号を無線で返送する応答送信部、及び動作電源を供給する電池を具備した応答器とを備えたアクティブタグシステムにおいて、
   質問送信部は、質問信号を無線送信するための磁界を生成する送信ループアンテナを備えており、送信ループアンテナは、中心軸が水平方向、或いは垂直方向に対して角度を有するように固定されており、質問受信部は、水平方向、或いは垂直方向のいずれか一方向の前記磁界成分のみを受信するようになしたことを特徴とするアクティブタグシステム。
4. 応答器は、応答器の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えており、姿勢検知手段の姿勢検知結果をもとに、受信した前記磁界成分が水平方向であるか垂直方向であるかを判断するようになしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載のアクティブタグシステム。

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