JP4893374B2

JP4893374B2 - 質問器、無線認証システム

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Publication number: JP4893374B2
Application number: JP2007054678A
Authority: JP
Inventors: 武志興梠; 秀生鍋嶋; 秀樹武長; 真理竹田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: JP2008219509A

Description

本発明は、無線通信を用いて入退室の管理や物品管理を行うための質問器及び無線認証システムである。

従来、壁面やゲート等に固定された質問器と、ユーザに携行されたり物品に装着されたりする応答器（ＩＣタグ）とを有し、応答器が前記質問器に搭載される起動装置から非接触で起動されて情報を受け、前記質問器に搭載される認証装置へ情報を無線送信する非接触ＩＣタグシステム又はＩＣカードシステムなどの無線認証システムが広く知られている。図１４は、無線認証システムの典型的な従来技術を示すブロック図であり、図１５は、無線認証システムが部屋の入退室管理に使用される例の説明図である。

図１４に示す無線認証システムが例えば図１５に示すように部屋３の入退室管理に使用される場合、質問器１は、制御部１１で生成した起動信号を、ＬＦ帯送信部１２において、誘導磁界の信号成分に重畳し、増幅してＬＦアンテナ１３から第１の無線通信方式（ＬＦ）にて予め定められた周期で応答器２に向けて間欠的に送信する。これにより、応答器２の周囲には認証エリア５が形成され、その認証エリア５内に入ったユーザＭが所持する応答器２では、質問器１からの起動信号をＬＦアンテナ２１で受信した後に、ＬＦ帯受信部２２が制御部２３を起動し、該制御部２３は自身に予め設定されている固有の識別情報（ＩＤ）を含む応答信号を生成し、ＲＦ送受信部２４からＲＦアンテナ２５を介して、第２の無線通信方式（ＵＨＦ）にて、応答器２に対して返信する。

前記応答信号は、質問器１のＲＦアンテナ１４からＲＦ送受信部１５で受信され、前記制御部１１に入力されて、応答した応答器を識別する。識別した応答器が予め登録された識別情報を有するものであれば、制御部１１は、前記ＲＦ送受信部１５からＲＦアンテナ１４を介して、前記第２の無線通信方式（ＵＨＦ）にて、認証完了した応答器２の識別情報をＡＣＫ信号として送信する。そのＡＣＫ信号をＲＦアンテナ２５からＲＦ送受信部２４で受信すると、制御部２３は応答信号の送信を終了する。制御部１１は、また、認証を完了した際には、表示部１６やブザー１８によりその旨を示す表示や音出力を行うとともに、ドアＤの解錠動作を行う。

このようにＬＦ帯（長波帯：３０〜３００ｋＨｚ）の起電力で応答器２を起動させて、制御部２３が、ＲＦ送受信部２４に、内蔵電池２６を電源として、ＵＨＦ帯（極超短波帯：３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）の応答信号を返信させる従来技術として、例えば下記特許文献１がある。このような構成で、前記認証エリア５を、１．５〜２ｍの比較的狭い範囲に正確に規定することができるようになっている。また、ＵＨＦ帯のＲＦ送受信部２４の消費電力が１０〜２０ｍＡと大きいのに対して、ＬＦ帯のＬＦ帯受信部２２が数μＡの微弱な電力で起動するので、待機状態でＲＦ送受信部２４を使用しないことで、前記内蔵電池２の電力消費を抑え、応答器２の長寿命化が図られている。なお、他の従来技術として、下記特許文献２もある。
特開２００６−７２７０６号公報特開平１１―１１０５０１号公報

このような無線通信システムにおいては、応答器が起動信号を受信できる距離（認証エリアの大きさ）を、当該無線通信システムの使用目的等に応じて調節できる機能が要求される。従来の無線通信システムでは、応答器の受信感度を調節する機構を該応答器に設置し、応答器が起動信号を受信できる距離を調節できるようにしたものが存在する。しかしながら、この場合、質問器の送信出力は固定であるため、応答器の受信感度を下げた場合には、その受信感度に相応しい送信出力を超える送信出力で質問器が起動信号を送信することとなるため、無駄なエネルギーが消費される。また、新たな質問器が既設の質問器に隣接して設置される状況では、質問器の送信出力は固定であると、各質問器から送信される起動信号が干渉する場合もある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、エネルギー効率の悪化や起動信号の干渉を防止又は抑制しつつ、認証エリアを調節可能な無線認証システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、応答器に送信すべき内容を示す送信データで搬送波を変調してなる起動信号を第１の無線通信方式により起動可能エリア内に存在する前記応答器に送信アンテナから間欠的に送信して該応答器を起動させ、予め個別に設定された識別情報を含む応答信号を第２の無線通信方式により前記応答器から受信して、前記応答信号に基づき前記応答器の認証を行う質問器であって、前記起動信号を前記応答器に送信する送信部を備え、前記送信部は、更に、前記搬送波を分周する分周部を備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定された分周比で分周された搬送波を前記送信データで変調し、この変調処理後の信号を用いて、共振周波数が分周前の搬送波の周波数と同じである前記送信アンテナを駆動する質問器である。

この発明によれば、質問器に、前記起動可能エリアの大きさに応じて送信出力が可変に構成された送信部を備えたので、応答器の受信感度に相応しい送信出力に調節することが可能となり、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができる。また、質問器の送信出力が可変であるため、新たな質問器を既設の質問器に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器の起動可能エリアを前記既設の質問器の起動可能エリアに干渉しないように、前記新たな質問器や既設の質問器の送信出力を調節することができる。
また、比較的簡単な構成で、認証エリアを調節できる機能を実現することができるとともに、前記分周比を可変とすることで、送信出力の可変範囲を比較的大きく設定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の質問器において、前記送信部は、前記変調処理後の信号のデューティを変えるデューティ比可変部を備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定されたデューティを有する変調処理後の信号を用いて前記送信アンテナを駆動するものである。

この発明によれば、比較的簡単な構成で、認証エリアを調節できる機能を実現することができるとともに、前記デューティを０（％）〜５０（％）までの範囲で可変とすることで、送信出力の可変範囲を比較的大きく設定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の質問器において、前記送信部は、前記変調処理後の信号の信号レベルを増幅する増幅部と、前記増幅部の増幅処理に用いる増幅率を変化させるゲイン可変部とを備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定された増幅率で前記増幅部により増幅された信号を用いて前記送信アンテナを駆動するものである。

この発明によれば、比較的簡単な構成で、認証エリアを調節できる機能を実現することができるとともに、前記増幅率を可変とすることで、送信出力の可変範囲を比較的大きく設定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の質問器において、前記送信部は、前記送信アンテナの一方の端子に接続され、前記変調処理後の信号を第１の増幅率で増幅する第１のアンプ部と、前記変調処理後の信号を第２の増幅率で前記第１のアンプ部による増幅処理に対して逆位相で差動増幅するための第２のアンプ部と、前記第２のアンプ部と前記送信アンテナの他方の端子に接続され、前記第２のアンプ部を前記送信アンテナの他方の端子に対して接続する状態と遮断する状態との間で切り替えるアンプ部切替部とを備え、前記第１、第２のアンプ部のうち、前記起動可能エリアの大きさに応じて前記送信アンテナに接続されたアンプ部を用いて前記変調処理後の信号を増幅し、この増幅した信号を用いて前記送信アンテナを駆動するものである。

この発明によれば、アンプ部切替部により、前記第２のアンプ部を前記送信アンテナの他方の端子に対して接続する状態に設定されたときには、前記第１、第２のアンプ部の両方を用いて前記変調処理後の信号が増幅され、前記第２のアンプ部を前記送信アンテナの他方の端子に対して遮断する状態に設定されたときには、前記第１のアンプ部のみを用いて前記変調処理後の信号が増幅される。

このように、本発明では比較的簡単な構成で、認証エリアを調節できる機能を実現することができるとともに、設けるアンプ部の数に応じて送信出力を段階的に切り替えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の質問器において、前記送信部は、電磁界の放射強度が異なる複数の送信アンテナと、前記変調処理後の信号を出力する対象の送信アンテナを前記複数の送信アンテナの中から前記起動可能エリアの大きさに応じて択一的に選択するためのアンテナ切替部とを備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて選択された送信アンテナを用いて前記起動信号を応答器に送信するものである。

この発明によれば、アンテナ切替部により、前記複数の送信アンテナの中から１の送信アンテナが択一的に選択され、その送信アンテナを用いて起動信号の送信が行われる。

このように、本発明では比較的簡単な構成で、認証エリアを調節できる機能を実現することができるとともに、設ける送信アンテナの数に応じて送信出力を段階的に切り替えることができる。

請求項６に記載の発明は、応答器に送信すべき内容を示す送信データで搬送波を変調してなる起動信号を第１の無線通信方式により起動可能エリア内に存在する前記応答器に送信アンテナから間欠的に送信する起動装置と、前記起動信号に応答して起動し、予め個別に設定された識別情報を含む応答信号を第２の無線通信方式により送信する応答器と、前記応答信号に基づいて前記応答器の認証を行う認証装置とを備えて成る無線認証システムであって、前記起動装置及び認証装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の質問器を構成する無線認証システムである。

この発明によれば、無線認証システムにおいて、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明による作用が得られる。

本発明によれば、エネルギー効率の悪化や起動信号の干渉を防止又は抑制しつつ、認証エリアを調節可能な無線認証システムを実現することができる。

本発明に係る無線認証システムの実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る無線認証システムの電気的な構成の一例を示す図である。図１に示すように、無線認証システム１００は、質問器３１と応答器３２とを備えて構成されている。

質問器３１は、制御部４で生成した起動信号を、無線送信処理部（ＬＦ帯送信回路）４２において誘導磁界の信号成分（搬送波）に重畳し、増幅してコイルとコンデンサとからなる共振回路を有するＬＦアンテナ４３から第１の無線通信方式（ＬＦ）により応答器３２に向けて一定の周期で同報送信する。これにより、質問器３１に周囲には、応答器３２が起動し質問器３１との間で通信可能となる認証エリア（前記起動可能エリアに相当）５が形成される。

応答器３２は、例えばユーザ等により携行される。前記認証エリア５内に進入したユーザにより携行される応答器３２は、質問器３１からの起動信号をＬＦアンテナ５１で受信した後に、無線受信処理部（ＬＦ帯受信回路）５２が制御部５３を起動し、該制御部５３は内蔵電池５６を電源として、自身に予め設定されている固有の識別情報（ＩＤ）を含む応答信号を生成し、該応答信号を、無線送信処理部（ＲＦ送信回路）５４からＲＦアンテナ５５を介して、第２の無線通信方式（ＵＨＦ）により質問器３１に対して返信する。

前記応答信号は、質問器３１のＲＦアンテナ４４から無線受信処理部（ＲＦ受信回路）４５で受信され、前記制御部４に入力される。制御部４は、この応答信号に含まれる識別情報に基づき応答した応答器を識別する。識別した応答器がユーザＩＤやグループＩＤなどで予め登録された識別情報を有するものであれば、制御部４は、表示部４６とブザー４８とで認証完了を示す音の出力や表示を行うとともに、ドアの解錠を行う一方、識別した応答器が予め登録された識別情報を有さないものであるときには、施錠状態を維持するとともに、表示部４６とブザー４８とで警告表示や警告音出力を行う。

このようにＬＦ帯（長波帯：３０〜３００ｋＨｚ）の起電力で応答器３２を起動させて、制御部５３が、無線送信処理部５４に、内蔵電池５６を電源として、ＵＨＦ帯（極超短波帯：３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）の応答信号を返信させることで、前記認証エリア８を、１．５〜２ｍの比較的狭い範囲に正確に規定することができるとともに、ＵＨＦ帯の無線送信処理部５４の消費電力が１０〜２０ｍＡと大きくても、ＬＦ帯の無線受信処理部５２が数μＡの微弱な電力で起動するので、待機状態で無線送信処理部５４を使用しないことで、前記内蔵電池５６の電力消費を抑え、応答器３２の長寿命化が図られている。

本実施形態では、前記ＵＨＦ帯に対して、応答器３２側では無線送信処理部５４が用いられ、質問器３１側では無線受信処理部４５が用いられ、逆方向の通信が行われない単方向通信である。代わりに、質問器３１の制御部４は、ＡＣＫ信号となる認証を完了した応答器３２の識別情報（ＩＤ）を、前記起動信号の次回送信フレームに含め、前記無線送信処理部４２において誘導磁界の信号成分に重畳させ、第１の無線通信方式（ＬＦ）にて応答器３２に向けて送信させる。前記ＡＣＫ信号をＬＦアンテナ５１から無線受信処理部５２で受信すると、制御部５３は、表示部５７に表示を行うとともに、応答信号の送信を終了する。

ユーザは、前記認証エリア５内に入ったかどうかわからず、早期に認証させたい場合には、操作スイッチ５８を操作することで、制御部５３は前記無線受信処理部５２を起動し、前記起動信号を強制受信させる。

図２は、本実施形態における質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。図２に示すように、無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１と、変調信号生成部４２２と、デューティ比可変部４２３と、アンプ部４２４とを備えて構成されている。

無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１により搬送波を生成し、制御部４で生成された送信データで前記キャリア生成部４２１により生成された搬送波を変調信号生成部４２２により変調する。なお、キャリア生成部４２１により生成される搬送波の周波数と前記ＬＦアンテナ４３の共振周波数とは一致する。

また、デューティ比可変部４２３は、変調信号生成部４２２から出力される変調信号のデューティを変えるものである。アンプ部４２４は、デューティ比可変部４２３により設定されたデューティを有する変調信号（電圧パルス）を増幅し、この増幅した電圧パルスによりＬＦアンテナ４３を駆動するためのものである。

図３（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナ４３の入力信号の波形を示すタイムチャートであり、同図（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の波形を示す図である。

図３（ａ），（ｃ）に示すように、変調信号生成部４２２により生成される変調信号は、或るデューティを有する矩形波（パルス）の信号であり、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、前述のパルスをＬＦアンテナ４３に供給することで、該パルスの周期と同じ周期の正弦波電流がＬＦアンテナ４３に流れる。

そして、これらの図から判るように、変調信号生成部４２２により生成された変調信号のデューティをデューティ比可変部４２３により変えることで、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値を変えることができる。なお、変調信号の周波数は一定のままである。すなわち、図３（ａ）に示すように、前記変調信号のデューティＤを相対的に大きくする（Ｄ＝Ｄ１）と、図３（ｂ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に大きくなり（Ａ＝Ａ１）、図３（ｃ）に示すように、前記変調信号のデューティＤを相対的に小さくする（Ｄ＝Ｄ２＜Ｄ１）と、図３（ｄ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に小さくなる（Ａ＝Ａ２＜Ａ１）。

質問器３１は、「１」のディジタル信号を、図３（ａ），（ｃ）に示すような所定数のパルスで表現し、該パルスをＬＦアンテナ４３に出力する。このパルスによってＬＦアンテナ４３には図３（ｂ），（ｄ）に示すようなアンテナ電流が流れ、該ＬＦアンテナ４３から前記アンテナ電流の大きさに応じた強度の電磁界が発生する。応答器３２においては、この電磁界により電力が生成され、この電力の積算値が予め設定された閾値を超えると、質問器３１から「１」のディジタル信号が送信されたものと認識する。

したがって、応答器３２が質問器３１から或る距離に存在する場合に、図３（ａ）に示すパルスで図３（ｂ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成したときに該起動信号が前記応答器３２に受信されたとしても、図３（ｃ）に示すパルスで図３（ｄ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成しても、応答器３２内で生成される電力が前記閾値を超えず、前記起動信号が前記応答器３２に未受信となる場合が発生する。すなわち、パルスのデューティを変えることで、質問器３１の送信強度が変化し、認証エリア５の大きさが変化する。

図１に示す操作部４７は、本実施形態においては、前記パルスのデューティを変化させる操作を行うためのものであり、この操作部４７を操作することで、デューティ比可変部４２３が前記パルスのデューティを変化させ、ひいては認証エリア５の大きさを変えることができる。例えば、操作部４７により、前記パルスのデューティを図３（ａ）に示すデューティＤ１から図３（ｃ）に示すデューティＤ２に変える操作を行うことで、認証エリア５の大きさを小さくすることができ、逆に、前記パルスのデューティＤ２を図３（ｃ）に示すデューティＤ１から図３（ａ）に示すデューティに変える操作を行うことで、認証エリア５の大きさを小さくすることができる。

以上のように、本実施形態では、変調信号生成部４２２から出力される変調信号のデューティを変えることができるように構成したので、ＬＦアンテナ４３の送信強度を変化させることができ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリアに干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。図４に示すように、無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１と、変調信号生成部４２２と、ゲイン可変部４２５と、アンプ部４２４とを備えて構成されている。なお、キャリア生成部４２１、変調信号生成部４２２及びアンプ部４２４の構成については、前記第１の実施形態のものと略同様の構成を有するので、それらの説明は省略し、また、第１の実施形態と同一の符号を付している。

ゲイン可変部４２５は、アンプ部４２４による増幅処理に用いる増幅率（ゲイン）を変化させるものである。アンプ部４２４は、変調信号生成部４２２により出力される変調信号（パルス信号）を、ゲイン可変部４２５により設定された増幅率で増幅し、この増幅した変調信号をＬＦアンテナ４３に出力するものである。

図５（ａ）は、ＬＦアンテナ４３の入力信号の波形を示すタイムチャートであり、同図（ｂ）は、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の波形を示す図である。

図５（ａ），（ｃ）から判るように、変調信号生成部４２２により生成された変調信号の電圧値を変更することで、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値を変えることができる。すなわち、図５（ａ）に示すように、前記ゲインを相対的に大きくし前記変調信号の電圧値Ｖを相対的に大きくする（Ｖ＝Ｖ１）と、図５（ｂ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に大きくなり（Ａ＝Ａ３）、図５（ｃ）に示すように、前記ゲインを相対的に小さくし前記変調信号の電圧値を相対的に小さくする（Ｖ＝Ｖ２＜Ｖ１）と、図５（ｄ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に小さくなる（Ａ＝Ａ４＜Ａ３）。

前述したように、応答器３２は、質問器３１により生成された電磁界により電力を生成し、この電力の積算値が予め設定された閾値を超えると、質問器３１から「１」のディジタル信号が送信されたものと認識する。

したがって、応答器３２が質問器３１から同一距離に存在する場合に、図５（ａ）に示すパルスで図５（ｂ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成したときに該起動信号が前記応答器３２に受信されたとしても、図５（ｃ）に示すパルスで図５（ｄ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成しても、応答器３２内で生成される電力が前記閾値を超えず、前記起動信号が前記応答器３２に未受信となる場合が発生する。すなわち、パルスの電圧値を変えることで、質問器３１の送信強度が変化し、認証エリア５の大きさが変化する。

図１に示す操作部４７は、本実施形態では、前記ゲイン可変部４２５により設定する増幅率を変える操作を行うためのものであり、この操作部４７を操作することで、前記ゲイン可変部４２５が前記パルスの電圧値を変化させ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。例えば、操作部４７により、前記パルスの電圧値を図５（ａ）に示す電圧値Ｖ１から図５（ｃ）に示す電圧値Ｖ２に変える操作を行うことで、認証エリア５の大きさを小さくすることができ、逆に、前記パルスの電圧値Ｖ２を図５（ｃ）に示す電圧値Ｖ２から図５（ａ）に示す電圧値Ｖ１に変える操作を行うことで、認証エリア５の大きさを小さくすることができる。

以上のように、本実施形態では、変調信号生成部４２２から出力される変調信号の電圧値を変えることができるように構成したので、ＬＦアンテナ４３の送信強度を変化させることができ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリア５に干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態における質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。図６に示すように、無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１と、変調信号生成部４２２と、第１アンプ部４２６ａと、第２アンプ部４２６ｂと、アンプ部切替部４２７とを備えて構成されている。なお、キャリア生成部４２１及び変調信号生成部４２２の構成については、前記第１の実施形態のものと略同様の構成を有するので、それらの説明は省略し、第１の実施形態と同一の符号を付している。

第１アンプ部４２６ａ及び第２アンプ部４２６ｂは、前記変調信号を互いに逆位相で差動増幅可能に構成されており、第１アンプ部４２６ａは、変調信号生成部４２２とＬＦアンテナ４３の一方の端子とに接続されている。また、第２アンプ部４２６ｂは、変調信号生成部４２２に接続されている。

さらに、第２アンプ部４２６ｂとＬＦアンテナ４３との間には、アンプ部切替部４２７が設置されており、このアンプ部切替部４２７は、ＬＦアンテナ４３の他方の端子に接続された端子Ｔ１と、第２アンプ部４２６ｂの端子に接続された端子Ｔ２と、グランドに接続された端子Ｔ３と、切片Ｌ１とを備えて成り、ＬＦアンテナ４３の前記他方の端子に接続する対象を、第２アンプ部４２６ｂとグランドとの間で切り替えるものである。

図７（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナ４３の入力信号の波形を示すタイムチャートであり、同図（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の波形を示す図である。

切片Ｌ１により端子Ｔ１と端子Ｔ２とが接続されたときには、図７（ａ）に示すように、第１アンプ部４２６ａ及び第２アンプ部４２６ｂにより前記変調信号が互いに逆位相で差動増幅された信号（パルス）がＬＦアンテナ４３に入力される。また、図７（ｂ）に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ３とが接続されたときには、前記変調信号が第１アンプ部４２６ａにのみ増幅された信号（パルス）が前記ＬＦアンテナ４３に入力される。

図７（ａ），（ｃ）から判るように、第１アンプ部４２６ａ及び第２アンプ部４２６ｂにより前記変調信号が互いに逆位相で差動増幅された信号は、第１アンプ部４２６ａにのみ増幅された増幅信号に比して２倍の振幅を有するものとなる（Ｖ３＝２×Ａ４）。これにより、図７（ｂ），（ｄ）に示すように、第１アンプ部４２６ａ及び第２アンプ部４２６ｂにより前記変調信号が互いに逆位相で差動増幅される場合は、第１アンプ部４２６ａにのみ増幅される場合に比して、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅も２倍となる（Ａ５＝２×Ａ６）。

したがって、応答器３２が質問器３１から同一距離に存在する場合に、図７（ａ）に示すパルスで図７（ｂ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成したときに該起動信号が前記応答器３２に受信されたとしても、図７（ｃ）に示すパルスで図７（ｄ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成しても、応答器３２内で生成される電力が前記閾値を超えず、前記起動信号が前記応答器３２に未受信となる場合が発生する。すなわち、パルスの振幅値を変えることで、質問器３１の送信強度が変化し、認証エリア５の大きさが変化する。

図１に示す操作部４７は、本実施形態では、前記アンプ部切替部４２７による切替動作を指示する入力操作を行うためのものであり、この操作部４７を操作することで、前記アンプ部切替部４２７がＬＦアンテナ４３の前記他方の端子に接続する対象を、第２アンプ部４２６ｂとグランドとの間で切り替える。例えば、操作部４７により端子Ｔ１と端子Ｔ２とを接続させる操作を行うことで、前記パルスの振幅値が図７（ａ）に示す電圧値Ｖ３から図７（ｃ）に示す電圧値Ｖ４に変化し、これにより、認証エリア５の大きさを小さくすることができ、端子Ｔ１と端子Ｔ３とを接続させる操作を行うことで、前記パルスの電圧値Ｖ２を図５（ｃ）に示す電圧値Ｖ２から図５（ａ）に示す電圧値Ｖ１に変化し、これにより認証エリア５の大きさを小さくすることができる。

以上のように、本実施形態では、変調信号生成部４２２から出力される変調信号の振幅値を変えることができるように構成したので、ＬＦアンテナ４３の送信強度を変化させることができ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリア５に干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。

なお、本実施形態では、ＬＦアンテナ４３に接続及び遮断される対象が第２アンプ部４２６ｂのみであるが、これに限らず、増幅率が互いに異なる複数のアンプ部が図略の切替部により択一的に接続可能に構成してもよい。この場合、差動増幅信号の振幅値を複数段階で切り替えることができるため、認証エリア５の大きさをより精度よく設定することができる。

（第４の実施形態）
図８は、本実施形態における質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。図８に示すように、無線送信処理部は、キャリア生成部４２１と、分周切替部４２８と、変調信号生成部４２２と、アンプ部４２４とを備えて構成されている。なお、キャリア生成部４２１、変調信号生成部４２２及びアンプ部４２４の構成については、前記第１の実施形態のものと略同様の構成を有するので、それらの説明は省略し、また、第１の実施形態におけるキャリア生成部４２１、変調信号生成部４２２及びアンプ部４２４と同一の符号を付している。

分周切替部４２８は、キャリア生成部４２１により生成された搬送波を所定の分周比で分周するものである。変調信号生成部４２２は、制御部４で生成された送信データで、前記分周切替部４２８により分周された搬送波を変調し、その変調信号をアンプ部４２４に入力する。

図９（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナ４３の入力信号の波形を示すタイムチャートであり、同図（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の波形を示す図である。

図９（ａ）〜（ｄ）から判るように、キャリア生成部４２１により生成される搬送波を所定の分周比で分周することで、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値を変えることができる。すなわち、図９（ａ）は、キャリア生成部４２１により生成される搬送波の周波数と、前記ＬＦアンテナ４３の共振周波数とが同一である場合（周波数＝１／Ｔ１）における前記出力波形を示すものであり、図９（ｃ）に示すように、キャリア生成部４２１により生成される搬送波を所定の分周比１／ｎで分周する（図９（ｃ）では、分周比＝１／３に設定されている）と、ＬＦアンテナ４３への出力信号におけるｎ次の高調波成分とＬＦアンテナ４３の共振周波数とが一致する。したがって、図９（ｄ）に示すように、このときにＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａ８は、キャリア生成部４２１により生成される搬送波の周波数と前記ＬＦアンテナ４３の共振周波数とが同一である場合の振幅値Ａ７の約１／ｎになる（図９（ｄ）では、Ａ８≒Ａ７×（１／３））。

したがって、応答器３２が質問器３１から同一距離に存在する場合に、図９（ａ）に示すパルスで図９（ｂ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成したときに該起動信号が前記応答器３２に受信されたとしても、図９（ｃ）に示すパルスで図９（ｄ）に示すアンテナ電流をＬＦアンテナ４３内に発生させて起動信号を生成しても、応答器３２内で生成される電力が前記閾値を超えず、前記起動信号が前記応答器３２に未受信となる場合が発生する。すなわち、パルスの周期を変える（搬送波を分周し、且つその分周比を変える）ことで、認証エリア５の大きさが変化する。

図１に示す操作部４７は、本実施形態では、前記分周切替部４２８により設定する分周比を変える操作を行うためのものであり、この操作部４７を操作することで、前記分周切替部４２８が前記搬送波の分周比を変化させる。これにより、認証エリア５の大きさを変えることができる。例えば、操作部４７により、分周比を図９（ａ）に示す「１」から図９（ｃ）に示す「１／ｎ」に変える操作（前記パルスの周期を図９（ａ）に示す周期Ｔ１から図９（ｃ）に示す周期Ｔ２に変える操作）を行うことで、認証エリア５の大きさを小さくすることができ、逆に、分周比を図９（ｃ）に示す「１／ｎ」から図９（ａ）に示す「１」に変える操作（前記パルスの周期Ｔ２を図９（ｃ）に示す周期Ｔ２から図９（ａ）に示す周期Ｔ１に変える操作）を行うことで、認証エリア５の大きさを大きくすることができる。

以上のように、本実施形態では、キャリア生成部４２１により生成される搬送波を所定の分周比で分周することができるように構成したので、ＬＦアンテナ４３の送信強度を変化させることができ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリア５に干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。

なお、本実施形態では、前記搬送波を予め定められた１つの分周比で分周するかしないかを指定可能に構成したが、これに限らず、分周する場合の分周比を予め複数設定し、分周する場合の分周比を指定可能に構成してもよい。この場合、搬送波の周期を複数段階で切り替えることができるため、認証エリア５の大きさをより精度よく設定することができる。

（第５の実施形態）
図１０は、本実施形態における質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。図１０に示すように、本実施形態においては、質問器３１が、電磁界の放射強度が異なる複数のＬＦアンテナ（図１０では、２種類のＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂ）が設けられていると共に、アンプ部４２４に接続する対象のＬＦアンテナを前記複数のＬＦアンテナ間で切り替えるアンテナ切替部４２９を備えているところに特徴を有している。

無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１、変調信号生成部４２２、アンプ部及びアンテナ切替部４２９を備えて構成されており、キャリア生成部４２１により搬送波を生成し、制御部４で生成された送信データで前記キャリア生成部４２１により生成された搬送波を変調信号生成部４２２により変調し、その変調信号がアンプ部４２４に入力される。アンプ部４２４は、ＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂの一方の端子にそれぞれ接続されており、変調信号生成部４２２から出力された変調信号（電圧パルス）を所定の増幅率で増幅し、アンテナ切替部４２９により接続されているＬＦアンテナ４３ａ又はＬＦアンテナ４３ｂを前述の増幅した変調信号によって駆動する。

アンテナ切替部４２９は、ＬＦアンテナ４３ａの他方の端子に接続された端子Ｔ４と、ＬＦアンテナ４３ｂの他方の端子に接続された端子Ｔ５と、アンプ部４２４の端子に接続された端子Ｔ６と、切片Ｌ２とを備えて成り、アンプ部４２４に接続する対象を、ＬＦアンテナ４３ａとＬＦアンテナ４３ｂとの間で切り替えるものである。

図１１は、ＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂのアンテナ電流に対する電磁界の放射強度の特性を示す図であり、例えばＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂにアンテナ電流Ｉ１が流れる場合に生成される電磁界の放射強度は、ＬＦアンテナ４３ａ側では放射強度Ｂ１となり、ＬＦアンテナ４３ｂ側では放射強度Ｂ２（＜Ｂ１）となる。

各ＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂから放射される電磁界の放射強度は、同一のアンテナ電流のもとでは、ＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂに備えられるコイルの巻き数やコイル径に応じて決定する。したがって、これらのパラメータをＬＦアンテナ４３ａとＬＦアンテナ４３ｂとで異ならせることで、ＬＦアンテナ４３ａ，４３ｂの放射強度を互いに異ならせることができる。

したがって、応答器３２が質問器３１から同一距離に存在する場合に、ＬＦアンテナ４３ａを用いて起動信号を送信したときに該起動信号が前記応答器３２に受信されたとしても、ＬＦアンテナ４３ｂを用いて起動信号を送信しても、応答器３２内で生成される電力が前記閾値を超えず、前記起動信号が前記応答器３２に未受信となる場合が発生する。すなわち、ＬＦアンテナ４３により生成する電磁界の放射強度を変えることで、認証エリア５の大きさが変化する。

図１に示す操作部４７は、本実施形態では、前記アンテナ切替部４２９により接続する対象をＬＦアンテナ４３ａとＬＦアンテナ４３ｂとの間で切り替える操作を行うためのものであり、この操作部４７を操作することで、前記アンテナ切替部４２９がアンプ部４２４と接続する対象を、ＬＦアンテナ４３ａとＬＦアンテナ４３ｂとの間で切り替える。

例えば、操作部４７により端子Ｔ４と端子Ｔ６とを接続させる操作を行うことで、アンプ部４２４の出力信号が前記ＬＦアンテナ４３ａに流れて相対的に大きな放射強度の電磁界が生成され、これにより認証エリア５の大きさを大きくすることができる。一方、操作部４７により端子Ｔ５と端子Ｔ６とを接続させる操作を行うことで、アンプ部４２４の出力信号が前記ＬＦアンテナ４３ｂに流れて相対的に小さな放射強度の電磁界が生成され、これにより認証エリア５の大きさを小さくすることができる。

以上のように、本実施形態では、電磁界の放射強度特性が異なる複数のアンテナを設け、駆動信号を供給する対象を前記複数のアンテナの中から択一的に選択できるように構成したので、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリア５に干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。なお、設けるＬＦアンテナの数は２つに限られるものではない。

なお、本件は、前記実施形態に代えて又は前記実施形態に加えて、次のような変形形態も含むものである。

（１）前記第１〜第５の実施形態の技術思想は適宜組み合わせることができる。図１２は、その組み合わせの一例を示す質問器３１の電気的な構成を示す図であり、特に第１の実施形態における変調信号のデューティを変える技術思想と、第２の実施形態におけるアンプ部４２４の増幅率（ゲイン可変部４２５により設定されるゲイン）を変える技術思想とを組み合わせた場合の無線送信処理部４２の具体的な構成を示している。

無線送信処理部４２は、キャリア生成部４２１、変調信号生成部４２２、デューティ比可変部４２３、アンプ部４２４及びゲイン可変部４２５を備えて構成されている。キャリア生成部４２１により搬送波を生成し、制御部４で生成された送信データで前記キャリア生成部４２１により生成された搬送波を変調信号生成部４２２により変調し、その変調信号がアンプ部４２４に入力される。

また、デューティ比可変部４２３は、変調信号生成部４２２から出力される変調信号のデューティを変え、アンプ部４２４は、デューティ比可変部４２３により設定されたデューティを有する変調信号（電圧パルス）を、ゲイン可変部４２５により設定された増幅率で増幅し、この増幅した信号をＬＦアンテナ４３に出力する。

図１３（ａ）は、ＬＦアンテナ４３の入力信号の波形を示すタイムチャートであり、同図（ｂ）は、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の波形を示す図である。

前述したように、変調信号生成部４２２により生成された変調信号のデューティをデューティ比可変部４２３により変えることで、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値を変えることができる。また、前記変調信号の電圧値を変更する（アンプ部４２４の増幅率）ことで、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値を変えることができる。すなわち、図１３（ａ）に示すように、前記変調信号のデューティＤを相対的に大きくし（Ｄ＝Ｄ３）、且つ、前記変調信号の電圧値Ｖを相対的に大きくする（Ｖ＝Ｖ５）と、図１３（ｂ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に大きくなる（Ａ＝Ａ９）。一方、図１３（ｃ）に示すように、前記変調信号のデューティＤを相対的に小さくし（Ｄ＝Ｄ４＜Ｄ３）、且つ、前記変調信号の電圧値を相対的に小さくする（Ｖ＝Ｖ６＜Ｖ５）と、図１３（ｄ）に示すように、ＬＦアンテナ４３に流れるアンテナ電流の振幅値Ａは相対的に小さくなる（Ａ＝Ａ１０＜Ａ９）。

この場合、図１に示す操作部４７は、前記デューティ比可変部４２３により設定するデューティを入力するための入力操作部と、ゲイン可変部４２５により設定されるゲイン（アンプ部４２４の増幅率）を入力するための入力操作部とを備えて構成される。

このような構成によっても、ＬＦアンテナ４３の送信強度を変化させることができ、ひいては、認証エリア５の大きさを変えることができる。その結果、応答器３２の受信感度に相応しい送信出力に調節することができ、無駄なエネルギーの発生を防止又は抑制することができるとともに、新たな質問器３１を既設の質問器３１に隣接して設置する状況であっても、前記新たな質問器３１の認証エリアが前記既設の質問器３１の認証エリア５に干渉しないように前記新たな質問器３１の送信出力を調節することができる。

なお、ここでは、第１の実施形態における変調信号のデューティを変える技術思想と、第２の実施形態におけるアンプ部４２４の増幅率（ゲイン可変部４２５により設定されるゲイン）を変える技術思想とを組み合わせた実施形態について説明したが、これに限らず、前記第１、第２の実施形態における技術思想と、第３の実施形態のように変調信号の差動増幅の実行の有無を切り替える技術思想と、第４の実施形態のように搬送波の分周比を変える技術思想と、第５の実施形態のように電磁界の放射強度特性の異なる複数のアンテナを設け、利用するアンテナを択一的に選択する技術思想との中から、２以上の技術思想を任意に選択し、選択した技術思想を組み合わせて無線認証システムを構築することで、認証エリア５の大きさの調整精度を向上することができる。また、組み合わせる技術思想が多いほど、認証エリア５の調整精度を向上することができる。

（２）前記各実施形態では、操作部４７を質問器３１に備え、該操作部４７の操作をトリガとして質問器３１の送信出力を変更する処理を実行するようにしたが、これに限らず、質問器３１の送信出力を変更するための操作部を応答器３２に備えるようにしてもよい。この場合、応答器３２に備えられた操作部が操作されると、質問器３１の送信出力の変更内容を示す信号を該応答器３２から質問器３１に送信し、質問器３１がこの信号に基づいて前記各実施形態のうちのいずれかの送信出力変更処理を実行するようにするとよい。

本発明に係る無線認証システムの第１の実施形態の電気的な構成を示す図である。第１の実施形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナの入力信号の波形を示すタイムチャートであり、（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナに流れるアンテナ電流の波形を示す図である。第２の実施形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナの入力信号の波形を示すタイムチャートであり、（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナに流れるアンテナ電流の波形を示す図である。第３の実施形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナの入力信号の波形を示すタイムチャートであり、（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナに流れるアンテナ電流の波形を示す図である。第４の実施形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナの入力信号の波形を示すタイムチャートであり、（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナに流れるアンテナ電流の波形を示す図である。第５の実施形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。２種類のアンテナの特性を示すグラフである。変形形態における質問器の電気的な構成を示す図であり、特に無線送信処理部の具体的な構成を示す図である。図１２に示す変形形態において、（ａ），（ｃ）は、ＬＦアンテナの入力信号の波形を示すタイムチャートであり、（ｂ），（ｄ）は、ＬＦアンテナに流れるアンテナ電流の波形を示す図である。無線認証システムの典型的な従来技術を示すブロック図である。図１４に示す無線認証システムが部屋の入退室管理に使用される例の説明図である。

符号の説明

Ｌ１，Ｌ２切片
Ｔ１〜Ｔ６端子
４，５３制御部
５認証エリア
３１質問器
３２応答器
４２，５４無線送信処理部
４３，４３ａ，４３ｂ，５１ＬＦアンテナ
４４，５５ＲＦアンテナ
４５，５２無線受信処理部
４６，５７表示部
４７操作部
４８ブザー
５６内蔵電池
５８操作スイッチ
１００無線認証システム
４２１キャリア生成部
４２２変調信号生成部
４２３デューティ比可変部
４２４アンプ部
４２５ゲイン可変部
４２６ａ，４２６ｂアンプ部
４２７アンプ部切替部
４２８分周切替部
４２９アンテナ切替部

Claims

応答器に送信すべき内容を示す送信データで搬送波を変調してなる起動信号を第１の無線通信方式により起動可能エリア内に存在する前記応答器に送信アンテナから間欠的に送信して該応答器を起動させ、予め個別に設定された識別情報を含む応答信号を第２の無線通信方式により前記応答器から受信して、前記応答信号に基づき前記応答器の認証を行う質問器であって、
前記起動信号を前記応答器に送信する送信部を備え、
前記送信部は、更に、前記搬送波を分周する分周部を備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定された分周比で分周された搬送波を前記送信データで変調し、この変調処理後の信号を用いて、共振周波数が分周前の搬送波の周波数と同じである前記送信アンテナを駆動する質問器。
前記送信部は、前記変調処理後の信号のデューティを変えるデューティ比可変部を備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定されたデューティを有する変調処理後の信号を用いて前記送信アンテナを駆動する請求項１に記載の質問器。
前記送信部は、前記変調処理後の信号の信号レベルを増幅する増幅部と、前記増幅部の増幅処理に用いる増幅率を変化させるゲイン可変部とを備え、前記起動可能エリアの大きさに応じて設定された増幅率で前記増幅部により増幅された信号を用いて前記送信アンテナを駆動する請求項１または２に記載の質問器。
前記送信部は、
前記送信アンテナの一方の端子に接続され、前記変調処理後の信号を第１の増幅率で増幅する第１のアンプ部と、
前記変調処理後の信号を第２の増幅率で前記第１のアンプ部による増幅処理に対して逆位相で差動増幅するための第２のアンプ部と、
前記第２のアンプ部と前記送信アンテナの他方の端子に接続され、前記第２のアンプ部を前記送信アンテナの他方の端子に対して接続する状態と遮断する状態との間で切り替えるアンプ部切替部とを備え、
前記第１、第２のアンプ部のうち、前記起動可能エリアの大きさに応じて前記送信アンテナに接続されたアンプ部を用いて前記変調処理後の信号を増幅し、この増幅した信号を用いて前記送信アンテナを駆動する請求項１ないし３のいずれかに記載の質問器。
前記送信部は、電磁界の放射強度が異なる複数の送信アンテナと、前記変調処理後の信号を出力する対象の送信アンテナを前記複数の送信アンテナの中から前記起動可能エリアの大きさに応じて択一的に選択するためのアンテナ切替部とを備え、
前記起動可能エリアの大きさに応じて選択された送信アンテナを用いて前記起動信号を応答器に送信する請求項１ないし４のいずれかに記載の質問器。
応答器に送信すべき内容を示す送信データで搬送波を変調してなる起動信号を第１の無線通信方式により起動可能エリア内に存在する前記応答器に送信アンテナから間欠的に送信する起動装置と、前記起動信号に応答して起動し、予め個別に設定された識別情報を含む応答信号を第２の無線通信方式により送信する応答器と、前記応答信号に基づいて前記応答器の認証を行う認証装置とを備えて成る無線認証システムであって、
前記起動装置及び認証装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の質問器を構成する無線認証システム。