JP5653425B2 - Ｒｆｉｄシステム - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤリーダおよびＲＦＩＤシステムに関する。

ＲＦＩＤシステム自体は、先行技術から公知であり、ＲＦＩＤシステムでは高周波無線信号を用いて無線周波数（ＲＦ）帯で通信を行う。このようなＲＦＩＤシステムは、例えばＷＯ２００８／１４５５０５Ａ１から知られている。

そこで、本発明の目的は、改善されたＲＦＩＤリーダおよび改善されたＲＦＩＤシステムを提供することである。

本発明の目的は、いずれの場合にも独立請求項の特徴により達成される。本発明の実施形態は、従属請求項に記載される。

本発明の実施形態によると、送信アンテナと受信アンテナをと有するＲＦＩＤリーダが提供される。送信アンテナは、受信アンテナから第１の距離に位置し、送信アンテナは、第１平面内に位置する送信アンテナコイルを有し、受信アンテナは、第２の平面内に位置する受信アンテナコイルを有する。ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤドキュメントを、送信アンテナから第２の距離の位置に位置決めをする手段を有する。送信アンテナは受信アンテナとＲＦＩＤドキュメントが位置決めされる位置との間に位置する。

これに関連して、ＲＦＩＤドキュメントは、例えばいわゆるＲＦＩＤチップのようなＲＦＩＤ回路を含んだ任意のドキュメントを意味するものと理解される。ＲＦＩＤドキュメントは、ＲＦＩＤ回路を利用して、ＲＦＩＤリーダからＲＦ信号を受信し、ＲＦＩＤリーダにＲＦ信号を送信することができる。

ＲＦ送信のために、ＲＦ信号はＲＦ搬送波上で変調されてよく、搬送波は、例えば１３．５６ＭＨｚのメガヘルツ帯の周波数であってよい。

ＲＦＩＤドキュメントは特に、例えば身分証明書、特に個人識別カード、パスポート、運転免許証、社員証、あるいは、銀行カード、クレジットカードその他の支払い手段、または入場券、受託書、査証等の証明書のような、有用文書またはセキュリティ文書を意味するものと理解される。ＲＦＩＤドキュメントは、紙製および／またはプラスチック製のドキュメント本体を有する。特に、ドキュメントはＩＣカードであってよい。

これに関連して、ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤドキュメントとＲＦ信号をやり取りできる任意の装置、特にＲＦＩＤドキュメントの電子メモリからデータを読み出すための装置を意味するものと理解される。

本発明の実施形態は、送信アンテナに対するＲＦＩＤドキュメントの位置決めにより、ＲＦＩＤドキュメントから送信アンテナへと送られるＲＦＩＤ信号は反射され、ＲＦＩＤ信号は、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）で受信アンテナにより受信されるので、特に有利である。

本発明の一実施形態によると、第２の距離は、第１の距離の少なくとも０．７倍である。第２の距離は、好ましくは、第１の距離の少なくとも０．８倍である。特に、第１および第２の距離は等しくてもよい。第２の距離が第１の距離よりもずっと長く、例えば第１の距離の２倍または３倍であってもよい。

本発明の一実施形態によると、送信アンテナコイルおよび受信アンテナコイルは、互いに同心円状に位置してよい。送信アンテナコイルおよび／または受信アンテナコイルは、例えば円形または方形であってよい。

本発明の一実施形態によると、第１および第２の平面は、互いに平行であってよい。また、所定位置にＲＦＩＤドキュメントがあるときに、ＲＦＩＤドキュメントの位置決めをする手段は、ＲＦＩＤドキュメントのドキュメントアンテナコイルが送信アンテナコイルおよび受信アンテナコイルと同心円状となるように設計される。また、所定位置にＲＦＩＤドキュメントがあるときに、ＲＦＩＤドキュメントの位置決めをする手段は、ドキュメントアンテナコイルが配置される第３の平面が、第１および第２の平面と平行となるように設計されてよい。

本発明の一実施形態によると、ＲＦＩＤリーダは、特に所定位置で磁界強度が７．５Ａ／ｍより大きい磁界を発生するために送信アンテナに接続されたＲＦ送信機を有してよい。ＲＦ送信機は、所定位置で磁界強度が７．５Ａ／ｍより大きい搬送波を送出する。ＲＦ送信機は、所定位置にＲＦＩＤドキュメントがあるときに、ＲＦＩＤドキュメントにＲＦ信号を送出するために、搬送波上でＲＦ信号を変調することができる。

ＲＦＩＤリーダは、さらにＲＦＩＤドキュメントからＲＦＩＤリーダへと送られるＲＦ信号が磁界に重畳されるよう、所定位置で７．５Ａ／ｍより大きな磁界強度の磁界を生成する受信期間内において、ＲＦ送信機を制御するように設計された制御手段を有してよい。このためＲＦＩＤリーダは、ＲＦ信号がＲＦＩＤリーダからＲＦＩＤドキュメントに送出される送信期間内においてのみならず、ＲＦ信号がＲＦＩＤドキュメントからＲＦＩＤリーダへと送られる受信期間内においても、搬送波が送信されるように設計されてよい。実施形態によっては、送信期間または受信期間の期間中ずっと搬送波が送信されず、例えばパルス化する手法のように、中断を伴って、あるいは磁界強度を変化させながら、送信されてもよい。

搬送波の高い磁界強度にもかかわらず、ＲＦＩＤリーダの受信アンテナの補助により、ＲＦＩＤドキュメントから送出されるＲＦ信号の信頼性の高い受信が可能である点で、特に有利である。これは、ＲＦＩＤドキュメントから送信アンテナへと送られるＲＦ信号が反射され、受信アンテナが反射されたＲＦ信号を受信することにより達成される。送信アンテナから受信アンテナまでの距離、および送信アンテナからＲＦＩＤドキュメントまでの距離は、ほぼ同一であるので、反射されたＲＦ信号は受信アンテナの位置において特に強い。

ＲＦＩＤドキュメントから送られるＲＦ信号の受信アンテナによる良好な受信は、第２の距離、つまり送信アンテナからＲＦＩＤドキュメントまでの距離が、第１の距離、つまり送信アンテナと受信アンテナの距離、よりも大幅に大きい場合であっても依然として可能である。なぜなら、この場合も、受信アンテナにより受信させる反射された信号と重畳された搬送波との間の信号対雑音比が比較的高いからである。

本発明の一実施形態によると、搬送波の磁界強度は、１０Ａ／ｍよりも大きく、具体的には１５Ａ／ｍより大きく、具体的には最大で２０Ａ／ｍまでである。磁界強度が高いため、適切に高い電力がＲＦＩＤドキュメントに供給し得る。これはＲＦＩＤドキュメントが貯蔵エネルギーを持たず、または貯蔵エネルギーの容量が小さく、それゆえにＲＦＩＤドキュメントを動作させるため継続的な電力供給が要求される場合に、特に都合がよい。これは一次電池が集積化されていないＲＦＩＤドキュメントにとって特に都合がよい。これは一次電池を有さない身分証明書、および、ドキュメントによる大きな電力消費のために必要である一次電池が頻繁に交換される必要があり、さもなければその寿命が著しく限定される身分証明書にとって非常に都合がよい。

表示装置、特に発光型の表示装置が統合されたＲＦＩＤドキュメントの本発明の実施形態も非常に都合がよい。すなわち、動作のために、発光型の表示装置は比較的大きな電力を必要とし、その大きな電力は、ＲＦ送信機により生成された搬送波の高い磁界強度のため、ドキュメントアンテナの補助のもとでドキュメントに供給されてよい。

本発明の一実施形態によると、送信アンテナと受信アンテナとの間の第１の距離は、５ｍｍと２５ｍｍとの間であってよい。

本発明の一実施形態によると、ＲＦＩＤリーダは、送信アンテナから第２の距離にＲＦＩＤドキュメントのための支持表面を有する。このため、ＲＦＩＤドキュメントの位置決めをする手段は、支持表面により形成される。支持表面は、ＲＦＩＤリーダに対して支持表面により形成される平面内にＲＦＩＤドキュメントを位置決めすべく、ガイド端またはその他の位置決め補助部材を有してよい。

本発明の一実施形態によると、ＲＦＩＤリーダは、近距離無線通信（ＮＦＣ）規格に準拠してＲＦＩＤドキュメントと通信するように設計される。

本発明は、他の側面において、本発明に係るリーダと少なくとも１つのＲＦＩＤドキュメントとを含むＲＦＩＤシステムに関する。ＲＦＩＤドキュメントは、第３の平面に配置されるドキュメントアンテナコイルを有するドキュメントアンテナを備える。ＲＦＩＤドキュメントが所定位置にあるとき、ドキュメントアンテナコイルは送信アンテナコイルおよび／または受信アンテナコイルに対して同軸的に広がることができる。さらに、ＲＦＩＤドキュメントは、ＲＦＩＤドキュメントが所定位置にあるときに、ドキュメントアンテナが配置される第３の平面が第１および第２の平面と平行に広がるように設計されてよい。

送信アンテナ、受信アンテナおよびドキュメントアンテナの可能である最も完全対称な配置は、ＲＦＩＤドキュメントから送信コイルへ送信されたＲＦ信号を本質的に完全に反射し、それに対応して受信アンテナによるＲＦ信号の良好な受信をもたらす点で特に有利である。特に、送信アンテナ、受信アンテナ、およびドキュメントアンテナは同じ直径であってよい。

送信アンテナ、受信アンテナ、およびドキュメントアンテナのコイルの数は、それぞれの場合に要求される電圧に依存する。送信アンテナは、例えば１から８個の送信アンテナコイルを有してよく、具体的には２個の送信アンテナを有する。受信アンテナは、例えば１から５個の受信アンテナコイルを有してよく、具体的には１個の受信アンテナを有する。ドキュメントアンテナは、例えば２から６個のドキュメントアンテナコイルを有してよく、具体的には５または６個のドキュメントアンテナを有する。

本発明の実施形態は、図面は以下の内容を示す図面を参照しつつ、より詳細に以下で説明される。

本発明によるＲＦＩＤリーダおよび本発明によるＲＦＩＤシステムの一実施形態のブロック図を示す ＲＦＩＤリーダ上にＲＦＩＤドキュメントが位置決めされた後における、図１の実施形態を示す。 ＲＦＩＤドキュメントから送られる磁界およびＲＦ信号の反射の概略図を示す。

以下では、対応する要素は同一の参照番号により示される。

図１は、送信アンテナ１０２および受信アンテナ１０４を備えるＲＦＩＤリーダ１００を示す。

送信アンテナ１０２は、第１の平面１０８に広がる少なくとも１つの送信アンテナコイル１０６を有する。同様に、受信アンテナ１０４は、第２の平面１１２に広がる少なくとも１つの受信アンテナコイル１１０を有する。平面１０８および１１２は、互いに平行であってよい。送信アンテナ１０２および受信アンテナ１０４は、互いから第１の距離１１４に位置する。

ＲＦＩＤリーダ１００は、送信アンテナ１０２により放射される搬送波を発生するよう設計されたＲＦ発生器１１８を有するＲＦ送信機１１６を更に備える。ＲＦ送信機１１６は、ＲＦ信号を搬送波上で変調する変調器１２０を更に有する。

ＲＦＩＤリーダ１００は、ＲＦＩＤドキュメント１２４から送られたＲＦ信号を受信するために受信アンテナ１０４に接続された受信機１２２を更に備える。

ＲＦＩＤリーダ１００は、プログラム命令１２８を実行するプロセッサ１２６を更に備え、それにより、送信機１１６および／または受信機１２２が制御される。

ＲＦＩＤリーダ１００は、送信アンテナ１０２および受信アンテナ１０４に対するＲＦＩＤドキュメント１２４の位置決めをする手段を備える。本実施例の場合、位置決めをする手段は、ＲＦＩＤリーダ１００の上面に位置する支持表面１３０により形成される。支持表面１３０は、垂直方向に突出する突起１３２を有し、突起１３２は、ＲＦＩＤドキュメント１２４を支持表面１３０上で位置決めするガイド端を形成する。

ＲＦＩＤドキュメント１２４は、第３の平面１３６に広がる少なくとも１つのドキュメントアンテナコイル１３４を有するドキュメントアンテナを備える。ドキュメントアンテナは、ＲＦＩＤドキュメント１２４に電力を供給するとともに、ＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号を送信するために利用される。

ＲＦＩＤドキュメント１２４は、例えば、いわゆるＲＦＩＤチップのような回路１３８を備える。回路１３８は、ＲＦＩＤドキュメント１２４のドキュメント本体に統合されてよい。回路１３８は、電子メモリ１４２、表示装置１４６のためのドライバ１４４とともに、プログラム命令を実行するプロセッサ１４０を備え、これらは同様にドキュメント本体に統合されてよい。

１つ以上の画像は電子メモリ１４２に格納されてよい。ドキュメントアンテナを介してＲＦＩＤドキュメント１２４に電力が供給されているとき、プロセッサ１４０によるプログラム命令の実行が開始され、画像を表示装置１４６に表示するようドライバ１４４を制御するためにメモリ１４２がアクセスされる。例えば、ＲＦＩＤドキュメント１２４は、電子的な個人識別カードとして設計されてよく、それにより１以上の識別写真が表示装置１４６上に出力される。表示装置１４６は、具体的には発光型のディスプレイ、特にＯＬＥＤディスプレイとして設計されてよい。

さらに、例えばＲＦＩＤドキュメント１２４の保有者に関する情報、具体的には名前、住所、誕生日等、および／または指紋、虹彩スキャンデータのような生体情報が、メモリ１４２に格納されてよい。ＲＦＩＤリーダ１００は、ＲＦ通信を介してメモリ１４２からこれらのデータを読み取ることができる。この目的のために、ＲＦＩＤリーダ１００とＲＦＩＤドキュメント１２４の一方的なまたは相互の認証、具体的には、基本アクセス制御（Basic Access Control protocol）プロトコルおよび／または拡張アクセス制御（Extended Access Control protocol）プロトコルによる認証が、必要とされてよい。

図２は、ＲＦＩＤドキュメント１２４が、ＲＦＩＤリーダ１００とＲＦＩＤドキュメント１２４との間のＲＦ信号の交換が行われる位置に持ち込まれた後のＲＦＩＤリーダ１００を示す。この位置おいて、ドキュメントアンテナは、送信アンテナからの距離が距離１１４の少なくとも０．７倍である第２の距離１４８に位置する。例えば、距離１４８は、距離１１４とほぼ等しく、または距離１４８は距離１１４より大きい。

この位置において、好ましくは、平面１３６は平面１０８および１１２と平行である。送信アンテナコイル１０６、受信アンテナコイル１１０、およびドキュメントアンテナコイル１３４は、好ましくは、同心円状に位置し、さらに、送信アンテナ１０２、受信アンテナ１０４、およびドキュメントアンテナは、好ましくは同じ直径である。

ＲＦＩＤリーダ１００とＲＦＩＤドキュメント１２４の間のＲＦ通信のために、送信機は、プログラム命令１２８の実行によりプロセッサ１２６によって制御され、送信アンテナ１０２の補助のもと、搬送波を放射する。ドキュメントアンテナコイル１３４を利用することにより、搬送波からの電力がＲＦＩＤドキュメント１２４に供給される。この電力は、プロセッサ１４０によるプログラム命令の実行を開始させ、表示装置１４６に画像が表示される。

変調器１２０は、送信期間において、ＲＦ信号を搬送波上で変調するためにプロセッサ１２６により制御される。送信アンテナ１０２の補助のもと、ＲＦ信号は放射され、ドキュメントアンテナを利用して受信されてよい。ＲＦ信号の情報コンテンツは、プロセッサ１４０によるプログラム命令の実行によって処理され、次に応答ＲＦ信号がプロセッサ１４０により生成される。応答ＲＦ信号は、送信期間に続く受信期間において、ＲＦＩＤドキュメント１２４により送信される。応答ＲＦ信号は、受信アンテナ１０４の補助のもと、受信されてよい。応答ＲＦ信号は、受信機１２２により復調され、受信されたデータはプロセッサ１２６に入力されて更なる処理段階を経る。

ＲＦＩＤリーダ１００による搬送波の放射は、応答ＲＦ信号が搬送波に重畳されるように、受信期間においても発生してよい。配置の対称性により、受信アンテナ１０４の補助のもと、ＲＦ信号を高い信頼性で受信することができる。

図３は、送信アンテナ１０２から放射される搬送波１５０の磁界を外略的に示す。ドキュメントアンテナ１５２により第２の距離１４８すなわちΔｚ１において発生される量Δψの磁界変調は、送信アンテナコイル１０６により反射され、対応する磁界は、距離１１４すなわち−Δｚ２においてΔΨ変化する。量Δｚ１およびΔｚ２が等しいとき、理想的にはΔψはΔΨと等しい。

このため、ＲＦ信号への応答の結果としてドキュメントアンテナ１５２により磁界変化Δψが起こるとき、完全に対称な配置では、受信アンテナ１０４の位置でΔΨと等しい磁界変化となる。反射された応答ＲＦ信号は、対応して、同時に搬送波１５０が送信アンテナ１０２により比較的高い磁界強度で放射されたとしても、受信アンテナ１０４により容易に受信されてよい。

１００ ＲＦＩＤリーダ
１０２ 送信アンテナ
１０４ 受信アンテナ
１０６ 送信アンテナコイル
１０８ 平面
１１０ 受信アンテナコイル
１１２ 平面
１１４ 距離
１１６ ＲＦ送信機
１１８ ＲＦ発生器
１２０ 変調器
１２２ 受信機
１２４ ＲＦＩＤドキュメント
１２６ プロセッサ
１２８ プログラム命令
１３０ 支持表面
１３２ 突起
１３４ ドキュメントアンテナコイル
１３６ 平面
１３８ 回路
１４０ プロセッサ
１４２ 電子メモリ
１４４ ドライバ
１４６ 表示装置
１４８ 距離
１５０ 搬送波
１５２ ドキュメントアンテナ

Claims (13)

1. 送信アンテナと受信アンテナとを備えるＲＦＩＤリーダと、ＲＦＩＤドキュメントとを備えるＲＦＩＤシステムであって、
   前記送信アンテナは前記受信アンテナから第１の距離に位置し、
   前記送信アンテナは第１の平面内に位置する送信アンテナコイルを有し、
   前記受信アンテナは、第２の平面内に位置する受信アンテナコイルを有し、
   前記送信アンテナコイルおよび前記受信アンテナコイルは、互いに同心円状に位置し、
   ＲＦＩＤドキュメントを前記送信アンテナから第２の距離の位置に位置決めする手段が設けられ、当該位置決めする手段は前記ドキュメントのための支持表面を有し、当該支持表面は垂直方向に突出する少なくとも１つのガイド端により区画されており、
   前記送信アンテナは前記受信アンテナと前記位置との間に位置し、
   前記ＲＦＩＤドキュメントは、少なくとも１つのドキュメントアンテナコイルを有するドキュメントアンテナを備え、前記少なくとも１つのドキュメントアンテナコイルは第３の平面に配置され、
   前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記ドキュメントアンテナは、直径が同じであり、
   前記ＲＦＩＤドキュメントが前記位置に位置する場合に、前記ドキュメントアンテナコイルは前記送信アンテナコイルおよび前記受信アンテナコイルと同心円状であり、かつ前記第１の平面、前記第２の平面、前記第３の平面および前記支持表面は互いに平行である、
   ＲＦＩＤシステム。
2. 前記第２の距離は、前記第１の距離の少なくとも０．７倍である、請求項１に記載のＲＦＩＤシステム。
3. 前記第２の距離は、前記第１の距離の少なくとも０．８倍である、請求項２に記載のＲＦＩＤシステム。
4. 前記第１および前記第２の距離は等しい、請求項１に記載のＲＦＩＤシステム。
5. 前記位置において７．５Ａ／ｍより大きな磁界強度の磁界を発生するＲＦ送信機と、
   ＲＦ受信機と、
   ７．５Ａ／ｍより大きな磁界強度の前記磁界を発生する受信期間において、前記ＲＦＩＤドキュメントにより送信されるＲＦ信号が前記磁界に重畳されるように前記ＲＦ送信機が制御される制御手段と
   を備える請求項１から４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
6. 前記磁界強度は、１０Ａ／ｍより強い、請求項５に記載のＲＦＩＤシステム。
7. 前記磁界強度は、１５Ａ／ｍより強い、請求項６に記載のＲＦＩＤシステム。
8. 前記磁界強度は、上限が２０Ａ／ｍまでである、請求項５から７のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
9. 前記ＲＦ送信機は、１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数を送信するように設計された、請求項５から８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
10. 前記第１の距離が５ｍｍと２５ｍｍの間である、請求項１から９のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
11. 前記ＲＦＩＤリーダは、近距離無線通信（ＮＦＣ）規格により前記ＲＦＩＤドキュメントと通信する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
12. 前記ドキュメントアンテナは、前記ドキュメントのＲＦＩＤ回路に電力を供給する、請求項１から１１のいずれか１項に記載のＲＦＩＤシステム。
13. 前記ＲＦＩＤドキュメントは発光型の表示装置を備え、前記ドキュメントアンテナが前記表示装置に電力を供給する、請求項１から１２の何れか１項に記載のＲＦＩＤシステム。

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