JP5928103B2 - 無線通信用磁界発生装置、無線通信装置及び無線通信用磁界発生方法 - Google Patents

Description

開示の技術は無線通信用磁界発生装置、無線通信装置及び無線通信用磁界発生方法に関する。

ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ（以下、「ＲＦタグ」という）は、外部に設置されたコイル（外部コイル）によって発生された所定周波数の給電用磁界が供給されると、供給された給電用磁界が作用することで誘導電流を誘起する。そして、誘起された誘導電流を駆動用電力として取得する。外部コイルは、給電用磁界の発生時期とは異なる時期に特定信号を示す周波数の信号用磁界を発生させ、ＲＦタグは、信号用磁界が供給されると、供給された信号用磁界が作用することで、誘起された誘導電流から特定信号を取得する。

特開２００６−１３５９２８号公報 ＷＯ２００８／１４００３７

しかしながら、外部コイルは単体である上、給電用磁界及び信号用磁界を時分割で発生させるため、ＲＦタグは給電と特定信号の受信とを同時に行うことができない。ＲＦタグに給電と特定信号の受信とを同時に行わせるためには、給電用磁界及び信号用磁界を時分割せずに発生させる方法が考えられる。しかし、この場合、ＲＦタグの給電を十分に行わせるために給電用磁界の強度を大きくすると、信号用磁界が予め定められた領域の外側へ漏出してしまう虞がある。逆に、信号用磁界が予め定められた領域の外側へ漏出しないように給電用磁界を小さくすると、ＲＦタグの給電が十分に行われなくなる虞がある。

開示の技術は、給電及び特定信号の送受を同時期に行う場合に信号用磁界が予め定められた領域の外側に漏出することを抑制することが目的である。

開示の技術は、無線通信装置により、所定周波数の給電用磁界が供給されると、供給された給電用磁界が作用することで誘起される誘導電流を駆動用電力として取得する。また、開示の技術は、無線通信装置により、特定信号を示す周波数の信号用磁界が供給されると、供給された信号用磁界が作用することで誘起される誘導電流から特定信号を抽出する。また、開示の技術は、給電用磁界発生部により、給電用磁界を、予め定められた領域に設けられた第１のコイルによって発生させる。そして、開示の技術は、予め定められた領域に設けられた第２のコイルにより、予め定められた領域の外側に信号用時間が漏出しない磁界強度で信号用磁界を発生させる。

開示の技術は、給電及び特定信号の送受を同時期に行う場合に信号用磁界が予め定められた領域の外側に漏出することを抑制することができる、という効果を有する。

実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る無線通信用磁界発生装置の構成の一例を示す概略構成図である。 実施形態に係るＲＦタグに含まれるループコイル及びソレノイドコイルの配置例を示す配置図である。 実施形態に係るＲＦタグの電気系の要部構成の一例を示す構成図である。 実施形態に係るＲＦタグに含まれるマイクロコンピュータの電気系の要部構成の一例を示す構成図である。 実施形態に係る容量値設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る無線通信用磁界発生装置の構成の変形例を示す概略構成図である。 比較例に係る無線通信システムの構成の一例を示す概略構成図である。 比較例に係るＲＦタグの要部構成の一例を示すブロック図である。 比較例に係る無線通信システムにより磁気共鳴を起こすための構成の一例を示す等価回路である。 図１０に示す構成に対して表１に示すパラメータを用いて磁気共鳴を起こした場合のトリガコイルからＲＦタグへ伝送される電力と周波数との対応関係の一例を示すグラフである。 図１０に示す構成に対して表１に示すパラメータを用いて磁気共鳴を起こした場合のトリガコイルからＲＦタグへ伝送される電力の伝送効率と周波数との対応関係の一例を示すグラフである。 給電用磁界及び信号用磁界を発生させた場合の給電用磁界の強度と信号用磁界の漏出磁界強度との対応関係の一例を示すグラフである。 給電用磁界及び信号用磁界を発生させた場合の給電用磁界の強度と信号用磁界の漏出磁界強度との対応関係の一例を示すグラフである。

［比較例］
以下、開示の技術の実施形態の説明に先立ち、開示の技術の比較例を説明する。図８には、本比較例に係る無線通信システム２００の概略構成が示されている。図８に示すように、無線通信システム２００は、ＲＦタグ２０２及び無線通信環境提供装置２０４を備えている。ＲＦタグ２０２は、利用者の個々によって所持されており、外部から供給された所定周波数の給電用磁界が供給されると、供給された給電用磁界が作用することで誘起される誘導電流を駆動用電力として取得する。また、ＲＦタグ２０２は、現在位置が領域Ａ内であることを示す識別信号を示す信号用磁界が外部から供給されると、供給された信号用磁界が作用することで誘起される誘導電流から識別信号を抽出する。そして、ＲＦタグ２０２は、識別信号を抽出すると、ＲＦタグ２０２を特定するＩＤを示すＩＤ信号を外部の所定送信先へ無線で送信する。

一方、無線通信環境提供装置２０４は、交流磁界を発生させるトリガコイル２０６及びＲＦタグ２０２から無線で送信されたＩＤ信号を受信する上記の所定送信先としてのリーダ２０８を備えている。トリガコイル２０６は、上記の交流磁界として、給電用磁界と信号用磁界とを交互に（時分割で）発生させる。

図９には、ＲＦタグ２０２の要部構成の一例が示されている。ＲＦタグ２０２は、信号抽出部２１０、ＩＤ送信部２１２及び二次電池２１４を備えている。信号抽出部２１０は、アンテナとして動作するコイル（図示省略）を含み、外部から信号用磁界が供給されると、供給された信号用磁界が作用することでコイルに誘起される誘導電流から識別信号を抽出する。信号抽出部２１０にはＩＤ送信部２１２が接続されており、信号抽出部２１０は、誘導電流から抽出した識別信号をＩＤ送信部２１２へ出力する。ＩＤ送信部２１２は、信号抽出部２１０から識別信号が入力されると、ＩＤ信号をリーダ２０８へ無線で送信する。

ＲＦタグ２０２は、磁気共鳴給電方式により受電を行っている。ここで言う「磁気共鳴給電方式」とは、磁気共鳴を利用した給電方式のことを指す。すなわち、トリガコイル２０６で発生された給電用磁界がＲＦタグ２０２内のコイル（図示省略）を貫通することで誘起される誘導電流を、給電用磁界に対して共振する共振回路の共振現象を利用して駆動用電力として取得する給電方式のことである。図９に示す例では、信号抽出部２１０が、給電用磁界に対して共振する共振回路（図示省略）を備えている。信号抽出部２１０は、トリガコイル２０６で発生された給電用磁界が供給されることでコイルに誘起される誘導電流を、共振回路の共振現象を利用して駆動用電力として取得する。信号抽出部２１０には二次電池２１４が接続されており、信号抽出部２１０は、取得した駆動用電力を二次電池２１４に蓄電する。この二次電池２１４に蓄えられた駆動用電力はＩＤ送信部２１２やＲＦタグ２０２内のその他の各駆動素子に供給されて消費される。

図１０には、無線通信システム２００により磁気共鳴を起こすための概略構成の一例を示す等価回路が示されている。また、図１１には、図１０に示す構成において、交流電源Ｅの電圧を１Ｖとし、抵抗Ｒｘの抵抗値を１０Ωとし、表１に示すパラメータを用いて磁気共鳴を起こした場合に、周波数の変化に対する電力（伝送電力Ｐ）の推移の一例が示されている。ここで言う「伝送電力Ｐ」とは、例えばトリガコイル２０６からＲＦタグ２０２へ伝送される電力を指す。また、図１２には、図１１に示す伝送電力Ｐに係る伝送効率の推移の一例が示されている。

図１１に示す例では、図１０に示す構成に対して表１のＮｏ．３に示すパラメータを適用した場合の共振周波数における伝送電力が、図１０に示す構成に対して表１のＮｏ．１又はＮｏ．２のパラメータを適用した場合よりも大きいことが示されている。図１１に示す例では、共振周波数が１ＭＨｚのときに伝送電力が最大となる。しかし、トリガコイル２０６とＲＦタグ２０４との位置関係の変化、領域Ａ内に存在する物体の特性の変化（例えば導電率）及びその物体の位置の変化などによっては、共振周波数がずれてしまう。図１１及び図１２に示すように、共振周波数が例えば１ＭＨｚから０．９５ＭＨｚへずれると、二次電池２１４に対する供給電力（伝送電力×伝送効率）は１ＭＨｚの場合と比較して約８４％低下する。

従って、ＲＦタグ２０４が最大の電力供給を受けるためには、無線通信環境提供装置２０４の共振回路（例えば図１０に示すＬ_１，Ｃ_１）及びＲＦタグ２０２の共振回路（例えば図１０に示すＬ_２，Ｃ_２）の少なくとも一方のパラメータの調整が必要になる。この場合、パラメータの調整を何れの共振回路で行うにしても、給電用磁界及び信号用磁界は共に同じトリガコイルによって発生されるため、給電用磁界及び信号用磁界の何れかを対象にして調整しなければならない。このように何れか一方を対象にして共振回路のパラメータの調整を行うと、他方の磁界の伝達効率が悪化するという課題がある。

図１３には、トリガコイル２０６によって給電用磁界及び信号用磁界を発生させた場合のＳ／Ｎ比と給電用磁界強度との対応関係の一例が示されている。なお、ここで言う「Ｓ／Ｎ比」とは、給電用磁界の強度に対する信号用磁界の強度の割合を意味する。給電用磁界及び信号用磁界は、トリガコイル２０６に流す交流電流の周波数を時分割で変調することでトリガコイル２０６によって発生される。この場合、単に交流電流の周波数を時分割で変調するだけなので、給電用磁界と信号用磁界との間で強度の違いが殆ど現れない。そのため、図１３に「比較例」として表記して示すように、Ｓ／Ｎ比は給電用磁界の強度の変化に対してほぼ一定に推移する。

図１４には、トリガコイル２０６によって給電用磁界及び信号用磁界を発生させた場合の給電用磁界の強度と信号用磁界の漏出磁界強度との対応関係の一例が「比較例」として表記して示されている。ここで言う「漏出磁界強度」とは、図８に示す領域Ａに隣接する領域、すなわち、図８に示す領域Ｂの所定位置で測定された信号用磁界の磁界強度のことを指す。無線通信環境提供装置２０４では、ＲＦタグ２０２の給電効率を高めようとして給電用磁界の強度を大きくすると、それに伴って信号用磁界の強度も大きくなる。そのため、トリガコイル２０６によって磁気共鳴給電で最低限必要とされる磁界強度（必要給電用磁界強度）で給電用磁界が発生されると、領域Ｂの所定位置へ漏出限界磁界強度を上回る磁界強度で信号用磁界が漏出してしまう場合がある。なお、ここで言う「漏洩限界磁界強度」とは、領域Ａから漏れ出ても問題ない磁界強度の上限値を意味する。

信号用磁界が領域Ａの外側へ漏出することを防止する方法としては、例えば信号用磁界を発生させるために供する交流電流（以下、「信号用交流電流」という）の振幅を小さくすることで、信号用磁界の強度を弱める方法が考えられる。しかし、この場合、給電用磁界を発生させるのに供する交流電流（以下、「給電用交流電流」という）と信号用交流電流との振幅の異なる２種類の交流電流をトリガコリル２０６に供給することとなり、複雑な制御が要求される。磁界強度が微弱な信号用磁界を発生させるための信号用交流電流を給電用交流電流に重畳する方法も考えられるが、この場合は、図１４に「比較例」として表記して示すように必要給電用磁界強度を超えると信号用磁界が給電用磁界と共に領域Ｂへ漏出してしまう。

［実施形態］
次に開示の技術の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、以下の説明では、開示の技術に係る無線通信装置の一例としてＲＦタグを挙げて説明する。また、以下では、磁気共鳴給電方式で誘起された誘導電流をＲＦタグの駆動用電力として蓄電するアクティブ方式のＲＦタグを例に挙げて説明するが、開示の技術はこれに限定されるものではない。開示の技術は、例えば、二次電池を有しないＲＦタグ（磁気共鳴現象を利用して得られた駆動用電力を蓄電せずに即座に消費するパッシブ方式のＲＦタグ）に対しても適用可能である。

図１には、本実施形態に係る無線通信システム１０の構成の一例を示すブロック図が示されている。図１に示すように、無線通信システム１０は、ＲＦタグ１２及び無線通信環境提供装置１４を備えている。なお、無線通信環境提供装置１４は、屋内に設置され、ＲＦタグ１２は、無線通信環境提供装置１４が設置された屋内を移動する利用者に各々所持される。ＲＦタグ１２は、電力取得部１６及び信号取得部１８を備えている。電力取得部１６は、給電用磁界が貫通する第１貫通面３５Ａ（後述）を有するループコイル３５（後述）を備え、コイル３５に給電用磁界が貫通することでループコイル３５に誘導電流を誘起し、誘起した誘導電流を駆動用電力として取得する。

信号取得部１８は、信号用磁界が貫通すると共に第１貫通面３５Ａと交差するように配置された第２貫通面３９Ａ（後述）を有するソレノイドコイル３９（後述）を備えている。そして、ソレノイドコイル３９に信号用磁界が貫通することでソレノイドコイル３９に誘導電流を誘起し、誘起した誘導電流から開示の技術における特定信号の一例である上記の識別信号を取得する。そして、識別信号を抽出すると、ＲＦタグ１２を特定するＩＤを示すＩＤ信号を外部の所定送信先へ無線で送信する。

一方、無線通信環境提供装置１４は、無線通信用磁界発生装置２０、リーダ２２、データ管理サーバ２４及び位置管理サーバ２６を備えている。無線通信用磁界発生装置２０は、第１のコイル２８、第２のコイル３０、及び開示の技術における給電用磁界発生部及び信号用磁界発生部の一例である交流電流供給部３２を備えている。図２に示すように、第１のコイル２８は、開示の技術における予め定められた領域の一例である領域Ａに設けられており、給電用磁界を発生させる。第２のコイル３０は、領域Ａに設けられており、信号用磁界を領域Ａの外側に漏出しないように発生させる。

交流電流供給部３２には、第１のコイル２８及び第２のコイル３０が個別に接続されており、交流電流供給部３２は、給電用交流電流を第１のコイル２８に供給すると共に、信号用交流電流を第２のコイル３０に供給する。従って、第１のコイル２８は、交流電流供給部３２から給電用交流電流が供給されることで給電用磁界を発生させ、第２のコイル３０は、交流電流供給部３２から信号用交流電流が供給されることで、信号用磁界を発生させる。

リーダ２２は、ＲＦタグ１２から無線で送信されたＩＤ信号を受信する。無線通信環境提供装置１４は、複数の管理対象領域に各々設けられる一方、データ管理サーバ２４は、複数の管理対象領域に対して共通に設けられており、全ての管理対象領域を対象にして、個々のＲＦタグ１２が管理対象領域に入った時間や回数などを管理する。位置管理サーバ２６は、個々の管理対象領域毎に設けられており、ＲＦタグ１２が管理対象領域に入った時間や回数などを管理する。リーダ２２には、データ管理サーバ２４及び位置管理サーバ２６が個別に接続されている。従って、データ管理サーバ２４及び位置管理サーバ２６の各々は、リーダ２２で受信されたＩＤ信号を取得することができる。

図２には、第１のコイル２８及び第２のコイル３０の配置例が示されている。図２に示すように、第１のコイル２８はループ状に形成されており、給電用磁界が貫通する給電用磁界貫通面３４を有している。給電用磁界貫通面３４の一例としては、第１のコイル２８の開口面が挙げられる。第２のコイル３０もループ状に形成されており、信号用磁界が貫通する信号用磁界貫通面３６を有している。信号用磁界貫通面３６の一例としては、第２のコイル３０の開口面が挙げられる。第１のコイル２８及び第２のコイル３０は共に領域Ａに設けられている。第１のコイル２８は領域Ａの側面に設けられ、第２のコイル３０は領域Ａの上面に設けられており、給電用磁界貫通面３４と信号用磁界貫通面３６とが略直交している。

図３には、ＲＦタグ１２に含まれるループコイル３５及びソレノイドコイル３９の配置例が示されている。図３に示すように、ループコイル３５は、第１のコイル２８によって発生された給電用磁界が貫通する第１貫通面３５Ａを有している。第１貫通面３５Ａの一例としてはループコイル３５の開口面が挙げられる。ソレノイドコイル３９は、第２のコイル３０によって発生された信号用磁界が貫通する第２貫通面３９Ａを有している。第２貫通面３９Ａの一例としてはソレノイドコイル３９の開口面が挙げられる。

ところで、ループコイル３５には様々な方向から給電用磁界が入ってくる。ループコイル３５を給電用磁界が貫通すると、貫通した給電用磁界を打ち消す方向にも磁界（反磁界）が発生する。この反磁界が作用することで、第１貫通面３５Ａ上において、第１貫通面３５Ａを貫通する給電用磁界の磁力線の方向が最も揃う領域が現れる。そこで、ループコイル３５及びソレノイドコイル３９は、一例として図３に示すように第１貫通面３５Ａ上おける第１貫通面３５Ａを貫通する給電用磁界の磁力線の方向が最も揃う領域で第２貫通面３９Ａが第１貫通面３５Ａと略直交するように配置されている。なお、第１貫通面３５Ａ上において、第１貫通面３５Ａを貫通する磁界の磁力線の方向が最も揃う領域は、実機による実験やシミュレーションなどによって特定することができる。

図４には、ＲＦタグ１２の電気系の要部構成の一例を示す構成図が示されている。図４に示すように、電力取得部１６は、直列共振回路４０、充電制御部４２及び蓄電部４４を備えている。共振回路４０は、ループコイル３５及び可変コンデンサ４６を有し、所定周波数の給電用磁界に対して共振する直列共振回路である。また、共振回路４０は、トランス５０の一部を含んで構成されている。トランス５０は、一次巻線５２及び二次巻線５４を備えており、共振回路４０では、ループコイル３５、可変コンデンサ４６及びトランス５０の一次巻線５２が直列に接続されている。従って、共振回路４０は、ループコイル３５の第１貫通面３５Ａに給電用磁界が貫通することで誘起される誘導電流を、共振現象を利用してＲＦタグ１２の駆動用電力としてトランス５０の一次巻線５２から取得することができる。

充電制御部４２は、トランス５０の二次巻線５４、ダイオード５６，５８，６０，６２、コンデンサ６４、抵抗７０，７２、昇圧器７４及び開示の技術における測定部の一例である電圧測定部７６を備えている。トランス５０の二次巻線５４の一端はダイオード５６のカソードに接続されており、二次巻線５４の他端はダイオード５８のカソードに接続されている。ダイオード５６，５８のアノードは接地されている。ダイオード５６のカソードはダイオード６０のアノードに、ダイオード５８のカソードはダイオード６２のアノードに各々接続されている。

ダイオード６０，６２のカソードは、一端が接地された電圧測定部７６の他端に接続されている。従って、電圧測定部７６は、共振回路４０で取得され、トランス５０及びダイオード５６，５８，６０，６２で形成された全波整流回路を経由して供給された駆動用電力の電圧値を測定することができる。

ダイオード６０，６２のカソードは、コンデンサ６４を介して接地された昇圧器７４の入力端にも接続されている。昇圧器７４の出力端は、直列に接続された抵抗７０，７２を介して接地されている。抵抗７０，７２の接続点はコンデンサ６４の非接地側の電極に接続されている。従って、昇圧器７４は、共振回路４０で取得された駆動用電力を昇圧して出力端から出力することができる。

蓄電部４４は、供給された電力を蓄えると共に、ＲＦタグ１２に含まれる複数の駆動素子の各々に対して駆動用電力を供給する。蓄電部４４は、コンデンサ６６を備えている。コンデンサ６６の一方の電極は昇圧器７４の出力端に接続されており、他方の電極は接地されている。従って、蓄電部４４は、昇圧器７４から供給された駆動用電力をコンデンサ６６に蓄電することができる。そして、蓄電部４４は、コンデンサ６６に蓄えられた駆動用電力を電圧測定部７６、ＩＤ送信部１００（後述）及びマイクロコンピュータ１０２，１０６（後述）などの各部に供給し、これらの各部は蓄電部４４から供給された駆動用電力を消費しながら作動する。

信号取得部１８は、誘導電流誘起部１８Ａ及びＩＤ送信部１００を含んで構成されている。誘導電流誘起部１８Ａは、並列共振回路７８、抵抗８０，８２，８４，８６，８８，９０、コンデンサ９２、ダイオード９４、ＮＰＮトランジスタ９６及びＰチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下、「ＰＭＯＳトランジスタ」という）９９を備えている。

蓄電部４４のコンデンサ６６の一方の電極は、アノードが接地されたダイオード９４のカソードに抵抗８０を介して接続されている。また、蓄電部４４のコンデンサ６６の一方の電極は、直列に接続された抵抗８４，８６を介してＮＰＮトランジスタ９６のコレクタに接続されている。ＮＰＮトランジスタ９６のベースはダイオード９４のカソードに接続されており、ＮＰＮトランジスタ９６のエミッタは接地されている。また、蓄電部４４のコンデンサ６６の一方の電極は、ＰＭＯＳトランジスタ９９のソースに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ９９のドレインは、抵抗８８の一端に接続されている。抵抗８８の他端は、抵抗９０の一端に接続されており、抵抗９０の他端は接地されている。また、ＰＭＯＳトランジスタ９９のゲートは抵抗８４，８６の接続点（分圧点）に接続されている。

並列共振回路７８は、ソレノイドコイル３９及びコンデンサ９８が並列に接続されて構成されている。ソレノイドコイル３９及びコンデンサ９８の一方の接続点は接地されており、他方の接続点は、直列に接続された抵抗８２及びコンデンサ９２を介してダイオード９４のカソードに接続されている。

抵抗８８，９０の接続点（分圧点）は、ＩＤ送信部１００の入力端に接続されている。従って、誘導電流誘起部１８Ａは、ソレノイドコイル３９に信号用磁界が貫通されることで誘導電流を誘起し、誘起した誘導電流を復調してＩＤ送信部１００へ供給することができる。

ＩＤ送信部１００は、入力された識別信号が予め定められた信号の場合にＩＤ信号をリーダ２２へ無線送信する。ＩＤ送信部１００は、ＩＤ送信部１００全体の動作を制御するマイクロコンピュータ１０２及び信号を無線送信するアンテナ１０４を備えている。ＩＤ送信部１００の入力端はＡ／Ｄ変換器（図示省略）などを介してマイクロコンピュータ１０２に接続されており、マイクロコンピュータ１０２はＤ／Ａ変換器（図示省略）などを介してアンテナ１０４に接続されている。従って、マイクロコンピュータ１０２は、誘導電流誘起部１８Ａから誘導電流が供給されると、供給された誘導電流から識別信号を抽出することができる。そして、抽出した識別信号が予め定められた信号の場合、ＲＦタグ１２を特定するＩＤ信号をアンテナ１０４を介してリーダ２２へ送信することができる。

また、ＲＦタグ１２は、マイクロコンピュータ１０６を備えている。マイクロコンピュータ１０６には、可変コンデンサ４６及び電圧測定部７６が個別に接続されている。マイクロコンピュータ１０６は、取得部１０８、制御部１１０、設定部１１２及び記憶部１１４を備えている。取得部１０８は、電力取得部１６によって電力が取得されている状態で、可変コンデンサ４６の容量を変化させ、電圧測定部７６によって測定された電圧値が最大値となったときの可変コンデンサ４６の容量値を取得する。

制御部１１０は、取得部１０８によって取得された可変コンデンサ４６の容量値を記憶部１１４に記憶させる。また、制御部１１０は、記憶部１１４に記憶されている容量値と異なる容量値が取得部１０８によって取得された場合、記憶部１１４に記憶されている容量値に代えて、最新の容量値を記憶部１１４に記憶させる。

設定部１１２は、記憶部１１４に容量値が記憶されている場合、電力取得部１６によって電力が取得されていない状態で、可変コンデンサ４６の容量値を、記憶部１１４に記憶されている容量値に設定する。

図５には、マイクロコンピュータ１０６の電気系の要部構成の一例が示されている。図５に示すように、マイクロコンピュータ１０６は、ＣＰＵ１１６、メモリ１１８及び不揮発性の記憶部１２０を備え、これらはアドレスバスやシステムバス等を含んで構成されたバス１２２を介して互いに接続されている。なお、記憶部１２０は、フラッシュメモリなどによって実現できる。記憶媒体としての記憶部１２０には、容量値設定処理プログラム１２４が記憶されている。

ＣＰＵ１１６は、記憶部１２０から容量値設定処理プログラム１２４を読み出してメモリ１１８に展開し、容量値設定処理プログラム１２４が有するプロセスを順次実行する。容量値設定処理プログラム１２４は、取得プロセス１２６、制御プロセス１２８及び設定プロセス１３０を有する。ＣＰＵ１１６は、取得プロセス１２６を実行することで、図４に示す取得部１０８として動作する。

図４に示す制御部１１０及び設定部１１２がマイクロコンピュータ１０６で実現される場合、記憶部１２０は図４に示す記憶部１１４として用いられる。これにより、容量値設定処理プログラム１２４に含まれる制御プロセス１２８を実行したマイクロコンピュータ１０６が、制御部１１０として機能し、設定プロセス１３０を実行したマイクロコンピュータ１０６が、設定部１１２として機能することになる。

なお、ここでは容量値設定処理プログラム１２４を記憶部１２０から読み出す場合を例示したが、必ずしも最初から記憶部１２０に記憶させておく必要はない。例えば、マイクロコンピュータ１２０に接続されて使用されるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの任意の「可搬型の物理媒体」に先ずは容量値設定処理プログラム１２４を記憶させておいてもよい。そして、マイクロコンピュータ１２０がこれらの可搬型の物理媒体から容量値設定処理プログラム１２４を取得して実行するようにしてもよい。また、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などを介してマイクロコンピュータ１２０に接続される他のコンピュータまたはサーバ装置などに容量値設定処理プログラム１２４を記憶させておいてもよい。この場合、マイクロコンピュータ１２０がこれらから容量値設定処理プログラム１２４を取得して実行すればよい。

次に本実施形態の作用を説明する。図２に示す領域Ａでは、第２のコイル３０によって信号用磁界が領域Ａの上面から下面に向けて発生される。また、第２のコイル３０によって発生される信号用磁界とは別に、第２のコイル３０とは別体の第１のコイル２８によって給電用磁界が発生されるので、信号用磁界をＲＦタグ１２の給電に寄与させる必要はない。そのため、交流電流供給部３２は、第２のコイル３０により、信号用磁界を、領域Ａの外側へ漏出しない程度の強度で発生させることができる。よって、領域Ａの側周面を取り囲む領域（例えば領域Ｂ）へ信号用磁界が漏出することを抑制することができる。また、第１のコイル２８と第２のコイル３０とが別々に設けられているので、無線通信用磁界発生装置２０に含まれる共振回路とＲＦタグ１２内の共振回路４０のパラメータの調整を独立して行うことができる。なお、無線通信用磁界発生装置２０のパラメータの調整は設置時行われる。

ＲＦタグ１２を所持している利用者が領域Ａ内に存在する場合、信号用磁界がソレノイドコイル３９の第２貫通面３９Ａを貫通する。第２貫通面３９Ａは、第１貫通面３５Ａ上おける第１貫通面３５Ａを貫通する給電用磁界の磁力線の方向が最も揃う領域で第１貫通面３５Ａと略直交するように配置されている。そのため、ループコイル３５及びソレノイドコイル３９の相互インダクタンスの影響が軽減される。よって、信号用磁界がソレノイドコイル３９を貫通し易くなり、信号用磁界の強度が領域Ａの外側へ漏出しない程度の微弱な強度であったとしてもソレノイドコイル３９で信号用磁界に応じた誘導電流が誘起される。

このように信号用磁界がソレノイドコイル３９を貫通すると、ソレノイドコイル３９に誘導電流が流れる。誘導電流誘起部１８Ａは、ソレノイドコイル３９に流れる誘導電流を復調して、復調した誘導電流をＩＤ送信部１００に供給する。ＩＤ送信部１００は、誘導電流が供給され、供給された誘導電流から特定される識別信号が予め定められた信号の場合、ＩＤ信号をリーダ２２へ無線送信する。

領域Ａでは、信号用磁界と交差するように第１のコイル２８によって給電用磁界が発生される。ＲＦタグ１２を所持している利用者が領域Ａ内に存在する場合、給電用磁界がループコイル３５の第１貫通面３５Ａを貫通し、これによってループコイル３５に誘導電流が流れる。電力取得部１６は、ループコイル３５に流れる誘導電流を駆動用電力として取得し、取得した駆動用電力を蓄電部４４に蓄える。ここで、ループコイル３５を貫通する給電用磁界の周波数と共振回路４０の共振周波数とが一致すると、共振回路４０が共振し、駆動用電力の取得効率が最大となり、蓄電部４４への蓄電効率が最大となる。

図１３には、本実施形態に係る無線通信システム１０を用いた場合の給電用磁界の強度とＳ／Ｎ比との対応関係の一例がパターンＡとして示されている。図１３に示すように、比較例の場合は給電用磁界の強度が変化してもＳ／Ｎ比がほぼ一定に推移しているのに対し、本実施形態に係る無線通信システム１０を用いた場合は給電用磁界の強度が増大するに従ってＳ／Ｎ比が低下している。これは、本実施形態に係る無線通信システム１０を用いた場合、給電用磁界の強度が大きくなるに従って信号用磁界の強度と給電用磁界の強度との差が大きくなっていることを意味している。つまり、信号用磁界が給電用磁界に依存していないということである。従って、本実施形態に係る無線通信システム１０では、給電用磁界の強度を大きくすることで、信号用磁界を領域Ａの外側へ漏出させることなく、ＲＦタグ１２へ供給する電力を増大させることができる。

図１４には、本実施形態に係る無線通信システム１０を用いた場合の給電用磁界の強度と信号用磁界の強度との対応関係の一例がパターンＡとして示されている。図１４に示すように、比較例の場合は信号用磁界の強度が漏洩限界磁界強度を超えなければ要求される給電用磁界の強度を得ることができなかった。これに対し、本実施形態に係る無線通信システム１０を用いた場合は、信号用磁界の強度が漏洩限界磁界強度を超えることなく、要求される給電用磁界の強度を得ることができる。つまり、給電用磁界の強度を大きくしても信号用磁界の強度に影響を及ぼさないので、単一のコイルで給電用磁界と信号用磁界とを発生させる場合（比較例の場合）と比較して、信号用磁界が領域Ａの外側へ漏出することを抑制することができる。

次に、ＣＰＵ１１６が容量値設定処理プログラム１２４を実行することで、ＲＦタグ１２のマイクロコンピュータ１０６によって行われる供給処理について、図６を参照して説明する。図６に示す容量値設定処理は、電力取得部１６により電力の取得が開始されたときに行なわれる。ステップ１５４では、取得部１０８により、電圧測定部７６で測定された電圧値が取得される。次のステップ１５６では、取得部１０８により、上記のステップ１５４で取得された電圧値が、本容量値設定処理が行われてから最大の電圧値であるか否かが判定される。本ステップ１５６において、上記のステップ１５４で取得された電圧値が、本容量値設定処理が行われてから最大の電圧値でない場合は判定が否定されてステップ１６２へ移行する。本ステップ１５６において、上記のステップ１５４で取得された電圧値が、本容量値設定処理が行われてから最大の電圧値である場合は判定が肯定されてステップ１５８へ移行する。

ステップ１５８では、取得部１０８により、現時点で設定されている可変コンデンサ４６の容量値が取得される。次のステップ１６０では、制御部１１０により、上記のステップ１５８で取得された容量値が記憶部１１４に記憶される。ここでは、記憶部１１４に既に容量値が記憶されている場合には現時点で記憶されている容量値に代えて上記のステップ１５８で取得された最新の容量値が記憶される。次のステップ１６２では、取得部１０８により、後述のステップ１６４で可変コンデンサの容量値が所定回数変更されたか否かが判定される。例えば、「所定回数」をＮ回とした場合、初期容量値を中心にして容量値を加算する方向にＮ／２回変更され、初期容量値を中心にして容量値を減算する方向にＮ／２回変更されたか否かが判定される。ここで言う「初期容量値」とは、例えば本容量値設定処理が開始された時点で可変コンデンサ４６に対して設定されていた容量値のことである。本ステップ１６２において、容量値が所定回数変更されていない場合は判定が否定されてステップ１６４へ移行する。

ステップ１６４では、取得部１０８により、可変コンデンサ４６に対して現時点で設定されている容量値が所定の大きさだけ変更される。ここで言う「現時点で設定されている容量値」とは、例えば本容量値設定処理が初めて行われた場合にはデフォルトで設定されている容量値のことであり、本容量値設定処理が２回目以降に行われた場合には後述するステップ１７２で設定された容量値のことである。

一方、ステップ１６２において、容量値が所定回数変更されている場合は判定が肯定されてステップ１６８へ移行する。ステップ１６８では、設定部１１２により、可変コンデンサ４６の容量値が記憶部１１４に記憶されている容量値（上記のステップ１６０で記憶部１１４に記憶された容量値）となるように制御される。次のステップ１７０では、設定部１１２により、電力取得部１６が駆動用電力の取得中であるか否かが判定される。本ステップ１７０において、駆動用電力の取得中である場合は判定が肯定されてステップ１６８へ戻る。本ステップ１７０において、駆動用電力の取得中でない場合は判定が否定されてステップ１７２へ移行する。ステップ１７２では、設定部１１２により、可変コンデンサ４６の容量値が記憶部１１４に記憶されている容量値（上記のステップ１６０で記憶部１１４に記憶された容量値）に設定され、その後、本容量値設定処理を終了する。

このように本実施形態では、駆動用電力を取得する毎に駆動用電力が最大となる容量値、すなわち、共振回路４０で共振が生じる容量値を探索し、探索して得られた容量値を、次に駆動用電力を取得する際の可変コンデンサ４６の容量値の初期設定値とする。これにより、最大の給電効率が得られる容量値を迅速に得ることができる。

上記では、第１のコイル２８及び第２のコイル３０を、給電用磁界貫通面３４と信号用磁界貫通面３６とが略直交するように配置した場合を例示したが、開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０を用いてもよい。図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０は、図２に示す無線通信環境提供装置２０と比較して、第１のコイル２８及び第２のコイル３０を、給電用磁界貫通面３４と信号用磁界貫通面３６とが対向するように配置した点が異なっている。

図１３には、本実施形態に係る図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０を用いた場合の給電用磁界の強度とＳ／Ｎ比との対応関係の一例がパターンＢとして示されている。図１３に示すように、図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０を用いた場合にも、図２に示す無線通信用磁界発生装置２０を用いた場合と同様に、給電用磁界の強度が増大するに従ってＳ／Ｎ比が低下している。従って、無線通信用磁界発生装置１４０を用いても、給電用磁界の強度を大きくすることで、信号用磁界を領域Ａの外側へ漏出させることなく、蓄電部４４への蓄電効率を最大にすることができる。

図１４には、本実施形態に係る図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０を用いた場合の給電用磁界の強度と信号用磁界の強度との対応関係の一例がパターンＢとして示されている。図１４に示すように、図７に示す無線通信用磁界発生装置１４０を用いた場合にも、図２に示す無線通信用磁界発生装置２０を用いた場合と同様に、信号用磁界の強度が漏洩限界磁界強度を超えることなく、要求される給電用磁界の強度を得ることができる。つまり、給電用磁界の強度を大きくしても信号用磁界の強度に影響を及ぼさないので、単一のコイルで給電用磁界と信号用磁界とを発生させる場合（比較例の場合）と比較して、信号用磁界が領域Ａの外側へ漏出することを抑制することができる。

また、上記では、ループコイル３５で誘起された誘導電流を駆動用電力として取得し、ソレノイドコイル３９に誘起された誘導電流から識別信号を取得する場合を例示したが、開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば、ループコイル３５に代えてソレノイドコイルを用いて誘導電流を誘起し、誘起された誘導電流を駆動用電力として取得すると共に、ソレノイドコイル３９に代えてループコイルを用いて誘導電流を誘起し、誘起された誘導電流から識別信号を取得してもよい。また、ループコイル３５に誘起された誘導電流を駆動用電力として取得すると共に、ソレノイドコイル３９に代えてループコイルに誘導電流を誘起させ、誘起された誘導電流から識別信号を取得してもよい。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１６ 電力取得部
１８ 信号取得部
２０，１４０ 無線通信用磁界発生装置
２８ 第１のコイル
３０ 第２のコイル
３２ 交流電流供給部
３４ 給電用磁界貫通面
３５ ループコイル
３５Ａ 第１貫通面
３６ 信号用磁界貫通面
３９ ソレノイドコイル
３９Ａ 第２貫通面
４０ 共振回路
４６ 可変コンデンサ
７６ 電圧測定部
１０８ 取得部
１１０ 制御部
１１２ 設定部
１１４ 記憶部

Claims (10)

1. 所定周波数の給電用磁界が供給されると、供給された前記給電用磁界が作用することで誘起される誘導電流を駆動用電力として取得し、特定信号を示す周波数の信号用磁界が供給されると、供給された前記信号用磁界が作用することで誘起される誘導電流から前記特定信号を抽出する無線通信装置に供給する前記給電用磁界を、予め定められた領域に設けられた第１のコイルによって発生させる給電用磁界発生部と、
   前記予め定められた領域に設けられた第２のコイルにより、前記予め定められた領域の外側に前記信号用磁界が漏出しない磁界強度で前記信号用磁界を発生させる信号用磁界発生部と、
   を含む無線通信用磁界発生装置。
2. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記第１のコイルにおける前記給電用磁界が貫通する給電用磁界貫通面と前記第２のコイルにおける前記信号用磁界が貫通する信号用磁界貫通面とが対向するように配置された請求項１に記載の無線通信用磁
   界発生装置。
3. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記第１のコイルにおける前記給電用磁界が貫通する給電用磁界貫通面と前記第２のコイルにおける前記信号用磁界が貫通する信号用磁界貫通面とが略直交するように配置された請求項１に記載の無線通信用
   磁界発生装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信用磁界発生装置の前記給電用磁界発生部によって発生された前記給電用磁界が貫通する給電用コイルを有し、該給電用コイルに前記給電用磁界が貫通することで誘導電流を誘起し、誘起した誘導電流を駆動用電力として取得する電力取得部と、
   前記信号用磁界発生部によって発生された前記信号用磁界が貫通すると共に前記給電用コイルの磁界貫通面と磁界貫通面が交差するように配置された信号用コイルを有し、前記信号用コイルに前記信号用磁界が貫通することで誘導電流を誘起し、誘起した誘導電流から前記特定信号を取得する信号取得部と、
   を含む無線通信装置。
5. 前記給電用コイルは、ループコイルであり、
   前記信号用コイルは、ソレノイドコイルである請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記ループコイル及び前記ソレノイドコイルは、前記ループコイルの磁界貫通面上における該ループコイルを貫通する前記給電用磁界の磁力線の方向が最も揃う領域で前記ソレノイドコイルの磁界貫通面が前記ループコイルの磁界貫通面に略直交するように配置された請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記電力取得部は、前記給電用磁界発生部によって発生された前記所定周波数の前記給電用磁界に対して共振する共振回路を更に含み、前記給電用コイルの磁界貫通面に前記給電用磁界が貫通することで誘起される誘導電流を、前記共振回路の共振現象を利用して前記駆動用電力として取得する請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の無線通信装置。
8. 前記共振回路は、可変コンデンサを有する直列共振回路であり、
   前記駆動用電力に相当する物理量を測定する測定部と、
   前記電力取得部によって電力が取得されている状態で、前記可変コンデンサの容量を変化させ、前記測定部によって測定された前記物理量が最大値となったときの前記可変コンデンサの容量値を取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記可変コンデンサの容量値を記憶部に記憶させる制御部と、
   前記記憶部に前記容量値が記憶されている場合、前記電力取得部によって電力が取得されていない状態で、前記可変コンデンサの前記容量値を、前記記憶部に記憶されている前記容量値に設定する設定部と、
   を含む請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記制御部は、前記取得部によって前記容量値が新たに取得される度に、前記記憶部に記憶されている前記容量値に代えて、前記新たな容量値を前記記憶部に記憶させる請求項８に記載の無線通信装置。
10. 予め定められた領域に第１のコイル及び第２のコイルを設け、
    所定周波数の給電用磁界が供給されると、供給された前記給電用磁界が作用することで誘起される誘導電流を駆動用電力として取得し、特定信号を示す周波数の信号用磁界が供給されると、供給された前記信号用磁界が作用することで誘起される誘導電流から前記特定信号を抽出する無線通信装置に供給する前記給電用磁界を、前記第１のコイルにより発生させ、
    前記第２のコイルにより、前記予め定められた領域の外側に前記信号用磁界が漏出しない磁界強度で前記信号用磁界を発生させる無線通信用磁界発生方法。

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