JP6565881B2 - 無線タグ通信システム - Google Patents

Description

本発明は、タグとリーダーライターとを備えた無線タグ通信システムに関し、特に搬送波信号の周波数及び電波強度を制御するための技術に関する。

無線タグ通信システムでは、リーダーライターが、送信対象とするデータに応じて変調した搬送波信号をタグに送信する。一方、タグでは、リーダーライターからの搬送波信号を受信して復調してデータを保持する。また、タグは、リーダーライターに対し、保持しているデータに応じて変調した副搬送波信号を送信する。一方、リーダーライターでは、タグからの副搬送波信号を受信して復調し、タグで保持しているデータを読み取る。

ところで、上記のような無線タグ通信システムでは、タグへの搬送波信号の周波数が当該タグの共振周波数からずれていた場合、リーダーライターとタグとの間の通信可能な距離が低下する。しかしながら、リーダーライターとタグの間の通信距離を伸ばすために、リーダーライターの搬送波信号の電波強度（出力）を大きくすると、この搬送波信号によって周辺機器に悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで、従来の無線タグ通信システムでは、例えば下記特許文献１に示されるように、リーダーライターの搬送波信号の周波数を可変させつつ、搬送波信号の電波強度を検知する。そして、通信に適した電波強度及び周波数を求めて、この求めた周波数を搬送波信号の周波数に用いることにより、搬送波信号の電波強度を必要以上に大きくしない技術が提案されている。

特開２００７−２１２６９８号公報

しかしながら、上記のような従来の無線タグ通信システムでは、通信に適した電波強度及び周波数を求めるために、リーダーライターとタグとの間でデータ通信を開始する毎に、搬送波信号の周波数を、互いに異なる数多くの周波数に変更する必要がある。このため、この従来の無線タグ通信システムでは、データ通信を行う毎に、データ通信を開始するまでに時間を要した。また、外来ノイズが生じているときに、搬送波信号の周波数を変更すると、電波強度の選択（ひいては、搬送波信号の周波数の選択）を適切に行えないことがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、外来ノイズの影響を受けることなく電波強度を適切に決定しつつ、データ通信を開始するまでに要する時間を短縮することを目的とする。

本発明の一局面に係る無線タグ通信システムは、タグと、前記タグとの間でデータ通信を行うリーダーライターとを備えた無線タグ通信システムであって、前記タグは、当該タグの共振周波数を予め記憶したメモリーを備え、前記リーダーライターは、前記タグに送信する搬送波信号を生成する搬送波生成部と、前記搬送波生成部によって生成された搬送波信号の周波数を設定する周波数設定部と、前記周波数設定部によって周波数が変更された搬送波信号の電波強度を設定する電波強度設定部と、前記電波強度設定部によって電波強度が設定された前記搬送波信号を前記タグに送信するアンテナと、前記周波数設定部及び前記電波強度設定部を制御する制御部と、前記タグとの間が予め設定されている距離である場合に前記タグとの通信に用いる搬送波信号の共振周波数と、当該共振周波数で前記タグとデータ通信が可能な最低限の電波強度との関係を記憶している記憶部と、を備え、前記制御部は、前記タグとの通信開始時に前記搬送波信号を前記アンテナから前記タグに送信させ、前記タグは、当該搬送波信号を前記リーダーライターから受信したときに、前記メモリーに記憶されている当該タグの共振周波数を読み出して、前記リーダーライターに副搬送波として送信し、前記リーダーライターの前記制御部は、前記タグから送信されてきた前記副搬送波が示す共振周波数に対応する前記最低限の電波強度を前記記憶部から読み出し、前記周波数設定部が前記搬送波信号の周波数を、前記副搬送波が示す共振周波数に設定し、前記電波強度設定部が当該搬送波信号の電波強度を、前記読み出した前記最低限の電波強度に設定する。

本発明によれば、外来ノイズの影響を受けることなく電波強度を適切に決定しつつ、データ通信を開始するまでに要する時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る無線タグ通信システムの要部構成を示すブロック図である。 図１に示したリーダーライターでの動作の流れを示すフローチャートである。 図１に示した記憶部に記憶されている情報の具体例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる無線タグ通信システムについて図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線タグ通信システムの要部構成を示すブロック図である。本実施形態の無線タグ通信システム１は、リーダーライター２と、パッシブ型又はアクティブ型のタグ３とを備えている。リーダーライター２は、タグ３との間でデータ通信を行う。

具体的にいえば、無線タグ通信システム１では、リーダーライター２は送信対象とするデータに応じて搬送波信号を変調して、この変調された搬送波信号をタグ３に送信し、また、タグ３から受信した副搬送波信号を復調して、データを生成し外部に出力する。

タグ３では、リーダーライター２への送信対象とするデータに応じた副搬送波信号を生成する。タグ３は、この生成した副搬送波信号をリーダーライター２に送信する。

図１に示すように、リーダーライター２は、通信制御ユニット４、搬送波生成部５、増幅器６、周波数設定部７、電波強度設定部８、アンテナ９、包絡線検波部１０、オペアンプ１１、及び各コンデンサＣ１、Ｃ２等を備えて構成されている。

通信制御ユニット４は、制御部４１と、記憶部４２とを備えている。通信制御ユニット４は、タグ３との通信に必要な制御を行う。なお、リーダーライター２とタグ３との距離は予め決められた固定値である。

制御部４１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ等のプロセッサーを用いて構成されており、リーダーライター２の全体的な動作制御を司る。

記憶部４２は、ＲＡＭ(Random Access Memory）等を用いて構成されている。記憶部４２は、タグ３との間の距離が上記予め定められた固定値である場合においてタグ３との送信に用いる搬送波信号の共振周波数と、当該共振周波数でタグ３とデータ通信が可能な最低限の電波強度との関係を記憶している。また、記憶部４２には、制御部４１によりタグ３から取得された、タグ３のメモリー３１に記憶されているタグ３の共振周波数（後述）が書き込まれる。

また、復調回路１２は、包絡線検波部１０、オペアンプ１１、及びコンデンサＣ２を備える。復調回路１２は、タグ３からの副搬送波信号を復調する。

搬送波生成部５は、制御部４１からの指示信号に基づいて、規定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波信号を発振して増幅器６に出力する。

増幅器６は、制御部４１からの指示信号に基づいて、搬送波生成部５からの搬送波信号を振幅変調して出力する。増幅器６では、制御部４１からの指示信号に基づいて、増幅率を制御し、周波数設定部７に出力される搬送波信号を変調する。

周波数設定部７は、制御部４１から入力される指示信号に従って増幅器６からの搬送波信号の周波数を変更して出力する。

電波強度設定部８は、制御部４１から指示信号を入力したときに、その入力した指示信号に従って周波数設定部７からの搬送波信号の電波強度を変更して出力する。

アンテナ９は、搬送波信号を送受信する。アンテナ９は、電波強度設定部８から出力された搬送波信号を送信するとともに、タグ３から送信されてきた副搬送波信号を受信する。

電波強度設定部８によって電波強度が設定された搬送波信号、及びアンテナ９で受信された副搬送波信号は、コンデンサＣ１を介して包絡線検波部１０に入力される。包絡線検波部１０は、倍電圧回路で構成され、搬送波信号及び副搬送波信号を受信し、この受信した受信信号の包絡線を抽出し、この包絡線に対応するアナログ信号を出力する。

包絡線検波部１０から出力された包絡線に対応するアナログ信号の高周波成分（包絡線の立ち上がり及び立下りに対応する信号）は、コンデンサＣ２を通じてオペアンプ１１に加えられる。オペアンプ１１の一対の入力端子には、その包絡線の立ち上がり及び立下りに対応する信号及び分圧によるＤＣオフセット電圧ｖｆが加えられ、オペアンプ１１の出力端子からは、包絡線に対応するデジタル信号が出力される。

タグ３は、メモリー３１と、交信制御部３２と、アンテナ３３とを備える。

メモリー３１には、リーダーライター２との通信に用いるタグ３の共振周波数を予め記憶している。更に、メモリー３１には、リーダーライター２からの搬送波信号を復調して得られたデータが記憶される。

交信制御部３２は、リーダーライター２との間での交信を制御する。アンテナ３３は、リーダーライター２との間で搬送波及び副搬送波の送受信による情報送受信を行う。

タグ３の共振周波数は、例えばタグ３の製品出荷時などにおいて、このタグ３単体で測定された値であり、メモリー３１に予め書き込まれる。本実施形態の無線タグ通信システム１では、リーダーライター２及びタグ３が規定の距離（上記予め定められた固定値）で設置された場合に、リーダーライター２からタグ３に対して、最初のデータ通信が行われる前に、メモリー３１に予め書き込まれた共振周波数がリーダーライター２に読み取られて、当該リーダーライター２から送信される搬送波信号に適用される。

つまり、本実施形態の無線タグ通信システム１では、リーダーライター２において、タグ３に対する最初のデータ通信（送信対象とするデータを示す搬送波及び副搬送波をタグ３との間で送受信すること）を行う前に、制御部４１は、電波強度設定部８により電波強度が最大電波強度とされた搬送波信号をタグ３に送信することにより、タグ３のメモリー３１に記憶されている当該タグ３の共振周波数を読み取る。また、制御部４１は、読み取ったタグ３の共振周波数に対応付けて記憶されている、当該共振周波数での通信に用いることが可能な最低限の電波強度を読み出し、かつ、周波数設定部７によりタグへの搬送波信号の周波数を上記共振周波数に変更させた後、電波強度設定部８により上記搬送波信号の電波強度を、上記読み出した最低限の電波強度に変更させる（詳細は後述）。

以下、上記のように構成された無線タグ通信システム１での動作について具体的に説明する。図２は、図１に示したリーダーライターでの動作の流れを示すフローチャートである。図３は、図１に示した記憶部に記憶されている情報の具体例を示す図である。尚、以下の説明では、リーダーライター２での動作について主に説明する。また、以下の説明では、リーダーライター２とタグ３との距離が予め決められた固定値で設置された状況下における処理を説明する。

リーダーライター２では、タグ３との間で最初のデータ通信（送信対象とするデータを示す搬送波及び副搬送波をタグ３との間で送受信すること）を行う前に、まず、制御部４１は、記憶部４２にタグ３の共振周波数が記憶されているか否かについて判別する（Ｓ１）。

ここで、制御部４１が、タグ３の共振周波数が記憶部４２に記憶されていると判断した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御部４１は、タグ３との間でデータ通信が既に行われていると判断する。そして、制御部４１は、タグ３への送信対象とするデータに応じて、搬送波信号を変調させ、記憶部４２に記憶されているタグ３の共振周波数、かつ、この共振周波数での最低限の電波強度に設定した搬送波信号を用いて（Ｓ６）、タグ３へのデータ通信を行う（Ｓ７）。

一方、制御部４１は、タグ３の共振周波数が記憶されていないと判断した場合（Ｓ１でＮＯ）、タグ３のメモリー３１に予め記憶されている当該タグ３の共振周波数を取得するための処理を開始させる。

具体的には、制御部４１は、増幅器６の指示信号を出力して、搬送波生成部５により生成された搬送波の増幅率を変更させることにより、タグ３に対して、メモリー３１に記憶されている当該タグ３の共振周波数をリーダーライター２側に通知するように要求するコマンド（データ）に応じた搬送波信号に変調させる。

更に、制御部４１は、電波強度設定部８に対して、タグ３へ送信される搬送波信号の電波強度を最大電波強度に変更する指示信号を出力する。この指示信号に従って、電波強度設定部８は、周波数設定部７からの搬送波信号の電波強度を、最大電波強度に設定する（Ｓ２）。そして、最大電波強度に設定された搬送波信号が、アンテナ９からタグ３に送信される。また、このように、タグ３に対しては、最大電波強度にした搬送波信号を送信しているので、リーダーライター２は、タグ３との間で確実にデータ送信（つまり、タグ３の共振周波数の読み取り動作）を確実に行うことが可能である。

なお、上記Ｓ２においては、制御部４１は、電波強度設定部８により、タグ３へ送信される搬送波信号の電波強度を最大電波強度に設定させているが、必ずしも最大強度に限られず、最大強度ではない他の予め定められた電波強度に設定するようにしてもよい。

その後、上記搬送波信号がタグ３のアンテナ３３で受信されると、交信制御部３２は、メモリー３１に記憶されているタグ３の共振周波数を読み出す。更に交信制御部３２は、読み出した当該共振周波数を含んだ副搬送波信号を生成する。この生成された副搬送波は、アンテナ３３からリーダーライター２に送信される。

そして、リーダーライター２では、アンテナ９がタグ３からの副搬送波信号を受信すると、受信された副搬送波信号は復調回路１２で復調されて、副搬送波信号が示すデータ、すなわち、上記共振周波数が抽出される。この抽出された共振周波数は記憶部４２に記憶される（Ｓ３）。

続いて、制御部４１は、タグ３との通信に用いる搬送波信号の周波数を、上記記憶部４２に記憶した共振周波数に変更する（Ｓ４）。すなわち、制御部４１は、周波数設定部７に対して、指示信号を出力することにより、タグ３との通信に用いる搬送波信号の周波数を、周波数設定部７に、記憶部４２に記憶した上記共振周波数に変更させる。

次に、制御部４１は、上記共振周波数に対応付けられた最低限の電波強度を記憶部４２から読み出して取得する（Ｓ５）。記憶部４２には、図３に示すように、リーダーライター２とタグ３との間の距離（タグ３との間の予め設定されている距離）が予め定められた固定値（例えば５ｍｍ）である場合における、タグ３の共振周波数と、この共振周波数でリーダーライター２がタグ３とデータ通信を行うことができる最低限の電波強度との関係が記憶されている。例えば、制御部４１は、読み取ったタグ３の共振周波数が例えばｆ7であるときには、記憶部４２から上記最低限の電波強度α7を取得する。

続いて、制御部４１は、電波強度設定部８により、タグ３への搬送波信号の電波強度を、上記取得した最低限の電波強度に変更させる（Ｓ６）。すなわち、制御部４１は、電波強度設定部８に対して、指示信号を出力することにより、タグ３との通信に用いる搬送波信号の電波強度を、上記取得した最低限の電波強度に変更させる。これにより、リーダーライター２とタグ３との間での通信が確保され、かつ、搬送波信号の電波強度が必要以上に大きくならないようにできるので、電波強度の過大のために搬送波信号によって周辺機器に悪影響が生じることを極力抑えることが可能になる。

続いて、制御部４１は、上記共振周波数及び電波強度からなる搬送波を用いてタグ３へのデータ送信を開始する（Ｓ７）。制御部４１は、タグ３に送信するデータを含ませて搬送波信号を変調させた後、アンテナ９を介してその変調後の搬送波信号をタグ３に送信する。

なお、上述したように、Ｓ１において、タグ３の共振周波数が記憶部４２に記憶されている場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御部４１は、当該共振周波数と、この共振周波数に対応付けられている最低限の電波強度からなる搬送波信号を用いてタグ３へのデータ通信を行うため、リーダーライター２が、例えばタグ３との間で２回目以降のデータ通信を行う場合等には、タグ３との間での共振周波数を取得するための上記Ｓ２〜Ｓ５の処理を行うことなく、タグ３に対するデータ通信を即座に開始することができる。

このように、本実施形態に係る無線タグ通信システム１では、タグ３は、リーダーライター２との通信に用いる共振周波数を予め記憶したメモリー３１を備えている。リーダーライター２の制御部４１は、タグ３との最初のデータ通信を行う前に、電波強度設定部８でタグ３への搬送波信号の電波強度を、最大電波強度に変更させてタグ３に送信することにより、タグ３のメモリー３１に記憶されている当該タグ３の共振周波数を取得する。そして、制御部４１は、周波数設定部７によりタグ３との通信に用いる搬送波信号の周波数を、当該取得したタグ３の共振周波数に設定させ、電波強度設定部８により当該搬送波信号の電波強度を、当共振周波数に対応付けられた最低限の電波強度に設定させる。

このため、本実施形態に係る無線タグ通信システム１では、上記従来例と異なり、リーダーライター２はタグ３とのデータ通信を行う毎に、数多くの周波数に変更して搬送波信号を送信して電波強度を検知する必要がない。このため、本実施形態に係る無線タグ通信システム１では、タグ３とのデータ通信を確立するまでに要する時間を短縮できる。また、本実施形態に係る無線タグ通信システム１では、上記取得したタグ３の共振周波数を搬送波信号の周波数に用いて、この共振周波数で通信が可能な最低強度の電波強度を搬送波信号に用いる電波強度とするので、通信に用いる共振周波数及び電波強度を決定するためにタグ３との間で多くの通信を行う必要がない。このため、外来ノイズが生じているときでも、その外来ノイズの影響を受けることなく、電波強度を適切に決定することが可能になる。

なお、本実施形態では、５ｍｍの距離がタグ３との間の予め設定されている距離として用いられているとともに、記憶部４２がこのタグ３との間の予め設定されている距離が５ｍｍである場合でのタグ３への搬送波信号の周波数と、タグ３とデータ通信を行うことができる最低限の電波強度との関係（図３）を予め記憶している構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、通信制御ユニット４に予めタグ３との距離が設定されるとともに、記憶部４２がこの予め設定されているタグ３との間の距離と、タグ３への搬送波信号の周波数と、タグ３とデータ通信を行うことができる最低限の電波強度との関係を記憶部４２に予め記憶するものであれば何等限定されない。

具体的には、データ通信を行う前に、例えばリーダーライター２とタグ３との離間距離を検知して、この検知した離間距離をタグ３との間の予め設定されている距離として通信制御ユニット４に予め設定するとともに、記憶部４２に対して、この設定したタグ３との間の予め設定されている距離である場合でのタグ３への搬送波信号の周波数と、タグ３とデータ通信を行うことができる最低限の電波強度との関係を予め記憶させる構成でもよい。

また、上記の説明では、制御部４１は、タグ３との最初のデータ通信を行う前に、タグ３のメモリー３１から当該タグ３の共振周波数をリーダーライター２が取得する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばタグ３とのデータ通信を行う毎、あるいは最初のデータ通信を行った時から所定時間を経過した後にデータ通信を行う時点などで、タグ３の共振周波数をリーダーライター２が取得する構成としてもよい。

本発明の他の実施形態に係る無線タグ通信システム１は、不図示の画像形成システムに適用可能である。前記画像形成システムは、トナーコンテナ及び画像形成装置を備える。

前記画像形成装置は、トナーコンテナ保持部と、画像形成部と、給紙部と、搬送部と、定着部と、排出部と、を備える。前記トナーコンテナ保持部は、前記トナーコンテナを保持する筐体と、リーダーライター２と、を備える。リーダーライター２は、タグ３と通信を行うことで前記トナーコンテナの識別情報、トナー収容量やトナーコンテナの利用状況等の情報を取得する。前記画像形成部は、画像を担持する像担持体（感光体ドラム）と、前記像担持体の表面を均一に帯電させる帯電装置と、前記均一に帯電された前記像担持体の表面にレーザー光で静電潜像を形成する露光装置と、トナーを前記像担持体表面に移動させることで前記静電潜像にトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体表面上に担持された前記トナー像をシート又はベルトに転写する転写装置と、を備える。前記給紙部は、シートを収容し、前記搬送部に給紙する。前記搬送部は、前記給紙部から給紙されたシートを前記画像形成部に搬送する。前記定着部は、前記シートに転写されたトナー像をシートに加熱及び加圧することで定着させる。前記排出部は、前記画像形成装置の外側に設けられ、トナーが定着されたシートを保持する。

前記トナーコンテナは、タグ３と、画像を形成するトナーを収容する筐体と、を備える。タグ３は、トナーコンテナの識別情報、トナー収容量やトナーコンテナの利用状況等の情報を保持する。

上記構成を採用する前記画像形成システムは、外来ノイズの影響を受けることなく電波強度を適切に決定しつつ、データ通信を開始するまでに要する時間を短縮することができるため、トナーコンテナを装着した後、迅速に画像形成可能な状態にすることができる。

また、図１乃至図３を用いて説明した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

１ 無線タグ通信システム
２ リーダーライター
５ 搬送波生成部
６ 増幅器
７ 周波数設定部
８ 電波強度設定部
４１ 制御部
４２ 記憶部
３ タグ
３１ メモリー

Claims (2)

1. タグと、前記タグとの間でデータ通信を行うリーダーライターとを備えた無線タグ通信システムであって、
   前記タグは、
   当該タグの共振周波数を予め記憶したメモリーを備え、
   前記リーダーライターは、
   前記タグに送信する搬送波信号を生成する搬送波生成部と、
   前記搬送波生成部によって生成された搬送波信号の周波数を設定する周波数設定部と、
   前記周波数設定部によって周波数が変更された搬送波信号の電波強度を設定する電波強度設定部と、
   前記電波強度設定部によって電波強度が設定された前記搬送波信号を前記タグに送信するアンテナと、
   前記周波数設定部及び前記電波強度設定部を制御する制御部と、
   前記タグとの間が予め設定されている距離である場合に前記タグとの通信に用いる搬送波信号の共振周波数と、当該共振周波数で前記タグとデータ通信が可能な最低限の電波強度との関係を記憶している記憶部と、を備え、
   前記制御部は、前記タグとの通信開始時に前記搬送波信号を前記アンテナから前記タグに送信させ、
   前記タグは、当該搬送波信号を前記リーダーライターから受信したときに、前記メモリーに記憶されている当該タグの共振周波数を読み出して、前記リーダーライターに副搬送波として送信し、
   前記リーダーライターの前記制御部は、前記タグから送信されてきた前記副搬送波が示す共振周波数に対応する前記最低限の電波強度を前記記憶部から読み出し、前記周波数設定部が前記搬送波信号の周波数を、前記副搬送波が示す共振周波数に設定し、前記電波強度設定部が当該搬送波信号の電波強度を、前記読み出した前記最低限の電波強度に設定する無線タグ通信システム。
2. 前記制御部は、前記タグとの通信開始時に、前記電波強度設定部により電波強度を最大電波強度に設定した前記搬送波信号を前記アンテナから前記タグに送信させ、
   前記タグは、前記最大電波強度からなる前記搬送波信号を前記リーダーライターから受信したときに、前記メモリーに記憶されている当該タグの共振周波数を読み出して、前記リーダーライターに副搬送波として送信する請求項１に記載の無線タグ通信システム。