JPWO2008032356A1

JPWO2008032356A1 - 無線認識ｉｃタグ用リーダおよび無線認識ｉｃタグシステム

Info

Publication number: JPWO2008032356A1
Application number: JP2008534160A
Authority: JP
Inventors: 宇佐美　光雄; 光雄宇佐美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2010-01-21
Also published as: WO2008032356A1; EP2058955A4; EP2058955A1; CN101507130A; US20090267745A1

Abstract

例えば、無線認識ＩＣタグからアンテナ１０５を介して受信した反射電磁波を、複雑な回路によらず、容量１０７，１１０とダイオード１０８，１０９で処理する。容量１０７，１１０とダイオード１０８，１０９の組み合わせにより、反射電磁波の電圧を積分する。反射電磁波は、無線認識ＩＣタグからの信号“０”と信号“１”により電圧が異なる。その結果、受信信号線１１３に出力される積分値も異なるため、無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、信号“０”と信号“１”を識別することができる。積分を利用するために、微弱な信号でも識別可能である。

Description

本発明は無線により認識を行う無線認識ＩＣタグ用リーダおよび無線認識ＩＣタグシステムに関し、経済的な回路を形成する技術分野に属する。

無線認識ＩＣタグは、読み取り性、セキュリティ性、小型化などで従来のバーコードよりすぐれた機能をもっている。この無線認識ＩＣタグは経済性の向上により、広く普及するものと考えられている。この場合、携帯端末にも無線認識ＩＣタグの読み取り機が搭載されることにより、どこでも簡便に無線認識ＩＣタグを読み取る必要が出てくる。このために無線認識ＩＣタグ用リーダを経済的に作成するための簡便な回路が必要とされる。

特許文献１（特開２００５−１０１８９２号）においては、バックスキャッタ方式を用いて行われる通信において、反射変調信号を遅延素子により、無線認識ＩＣタグおよび無線認識ＩＣタグ用リーダの制御を簡便に行おうとする方法が示されている。

特許文献２（特開２０００−４９６５４号）においては、あらかじめ決められた一定時間間隔で、リーダからのアンテナ出力電力を２倍の強度差により２種類のアンテナ出力電力を設定することにより無線認識ＩＣタグと無線認識ＩＣタグ用リーダの制御を簡便に行おうとする方法が示されている。
特開２００５−１０１８９２号公報特開２０００−４９６５４号公報

本発明では、無線認識ＩＣタグ用リーダを携帯端末に搭載するために、簡便な回路を提供するものである。ＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯は無線認識ＩＣタグにおいて、通信距離拡大に有効な周波数である。しかし、１３．５６ＭＨｚ帯や１２５ｋＨｚ帯と比較して周波数が高いために、受信回路が複雑であった。そのために、回路を簡潔することが困難で、回路規模や消費電力が大きく、携帯端末に入れるためには困難であった。簡潔な回路であればワンチップの集積回路化する場合にも有利であるが、従来の文献ではこのような効率化については示されていない。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による無線認識ＩＣタグ用リーダは、無線認識ＩＣタグからの反射電磁波を複雑な回路によらず、容量とダイオードで処理するものとなっている。容量とダイオードの組み合わせにより、反射電磁波の電圧を積分する。反射電磁波は、無線認識ＩＣタグからの信号“０”と信号“１”により電圧が異なる。その結果、積分値も異なるため、無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、信号“０”と信号“１”を識別することができる。このように、積分回路によって反射電磁波を識別する構成とすることで、無線認識ＩＣタグ用リーダを小さい回路規模で実現可能となる。また、積分を利用するために、微弱な信号でも識別できる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、素子数が少なく経済性に優れた無線認識ＩＣタグ用リーダおよび無線認識ＩＣタグシステムを実現可能となる。

本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す図面である。本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの波形を示す図面である。本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの波形を示す別の図面である。本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す別の図面である。本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す別の図面である。本発明の無線認識ＩＣタグシステムの構成例を示す図面である。本発明の前提として検討した無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す図面である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施例１）
本発明の実施例の説明をするために、本発明での無線認識ＩＣタグと無線認識ＩＣタグ用リーダの位置付けについて述べることにする。図６は、本発明の無線認識ＩＣタグシステムの構成例を示す図面である。本発明の無線認識ＩＣタグシステムは、送受信回路６０２、アンテナ１０５および制御回路（第１回路）６０１を含む無線認識ＩＣタグ用リーダと、無線認識ＩＣタグチップ６０６ならびに無線認識ＩＣタグアンテナ６０５を含む無線認識ＩＣタグなどによって構成される。なお、制御回路６０１は、場合によっては無線認識ＩＣタグ用リーダの外部に設けることも可能である。

無線通信を行う際には、まず、制御回路６０１から制御信号１１２が送受信回路６０２に送られる。その制御信号線１１２を受けて、送受信回路６０２に接続したアンテナ１０５から、送信電磁波６０３が送信される。無線認識ＩＣタグチップ６０６には無線認識ＩＣタグアンテナ６０５が搭載されており、送信電磁波６０３のエネルギと信号を受け取る。このエネルギは無線認識ＩＣタグチップ６０６内にある整流回路により無線認識ＩＣタグチップ６０６の内部電圧が上昇して動作可能状態となる。また、送信電磁波６０３からの変調信号によって、無線認識ＩＣタグチップ６０６が動作して、内部のメモリ回路が動作する。メモリの情報は１ビットずつ反射電磁波６０４によってアンテナ１０５に送信される。受信した信号は送受信回路６０２によって復調されて、受信信号線１１３によって、制御回路６０１に送られる。この受信信号は制御回路６０１内で処理され、ネットワークまたはパソコン、携帯端末等と接続して、アプリケーション用ソフトに受け渡されて有効に利用される。

図１は本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す図面である。高周波発生器１０１はＮＯＲ回路１０２に接続されている。このＮＯＲ回路には制御信号線１１２も接続されている。ＮＯＲ回路１０２からの出力は送信線１０３として、サーキュレータ１０４に入力される。サーキュレータ１０４はアンテナ１０５が接続されていて、アンテナ１０５からの反射波受信信号は受信線１０６に出力される。

受信線１０６の受信信号は第１の容量１０７に入力される。この第１の容量１０７は受信信号の振幅電圧を固定する役割を果たしている。この第１の容量１０７の出力は第１のダイオード１０８と第２のダイオード１０９に入力される。この第１のダイオード１０８は受信信号の最下位のレベルを固定する役割を果たしている。第２のダイオード１０９はエネルギを一方向に伝達する役割をもっている。第２のダイオード１０９の出力は第２の容量１１０に接続されている。第２の容量１１０は第２のダイオード１０９からのエネルギを蓄積する役割をもっている。第２の容量のエネルギをタイミングよく放電する機能はスイッチとなるＭＯＳトランジスタ１１１によって実現される。ＭＯＳトランジスタ１１１は制御信号線１１２によって制御される。第２の容量１１０の出力は受信信号線１１３として出力される。このように、本発明の回路は１系統で済んでおり、図７に示すような第１の検波回路とか第２の検波回路といった２系統の回路を用意する必要がない。

図７に周波数で検波を行う無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す。高周波発生器１０１はＮＯＲ回路１０２に接続されている。このＮＯＲ回路には制御信号線１１２も接続されている。ＮＯＲ回路１０２からの出力は送信線１０３として、サーキュレータ１０４に入力される。サーキュレータ１０４はアンテナ１０５が接続されていて、アンテナ１０５からの反射波受信信号は受信線１０６に出力される。受信線１０６と送信線１０３の高周波信号はそれぞれ、第１の２分配器７０１と第２の２分配器７０２とで２つの信号に分配される。第１の２分配器７０１の２本の出力信号のうち１本は９０度位相シフト回路７０９によって位相シフトされる。第１の検波回路７０３は第１の２分配器７０１と第２の２分配器７０２とで２つの信号に分配された１本の信号を用いて信号を検波する。具体的には高速ミキサー回路などが使用される。この信号の出力は第１の増幅回路７０４によって増幅されさらにバンドパスフィルタなどを利用した第１のデータ再生回路７０５によって再生されＯＲ回路７１０に入力される。

第２の検波回路７０６は第１の２分配器７０１と第２の２分配器７０２とで２つの信号に分配された１本の信号を用いて信号を検波する。第１の検波回路７０３と異なるのは９０度位相シフト回路７０９によって位相シフトされた信号が入るところである。この回路には具体的には高速ミキサー回路などが使用される。この信号の出力は第２の増幅回路７０７によって増幅されさらにバンドパスフィルタなどを利用した第２のデータ再生回路７０８によって再生されＯＲ回路７１０に入力される。ＯＲ回路７１０の出力は受信信号線１１３に信号出力される。このように、送信信号の高周波数、たとえばＵＨＦ帯の９５０ＭＨｚとか、２．４５ＧＨｚ帯とかの周波数で検波しているため、無線認識ＩＣタグと無線認識ＩＣタグ用リーダの通信距離によって受信波の位相変動が発生し、それを補償するための位相シフト機能をもっていたため、回路規模が増大していた。図１記載の構成によれば受信回路を簡潔に構成することが可能となる。

図２は本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの波形を示す図面である。波形Ａは図１の制御信号線１１２の信号を示している。波形Ｂは図１の送信線１０３の信号を示している。波形Ｃは図１の受信線１０６の信号を示している。波形Ｄは図１の受信信号線１１３の信号を示している。信号Ａによって、高周波発生器１０１の信号がＮＯＲ回路１０２によって制御されて信号Ｂのような波形が出力される。同時に信号Ａによって、ＭＯＳトランジスタ１１１がオンの後にオフされて、第２の容量１１０の電荷が放電される。

信号Ｃは無線認識ＩＣタグからの信号であって、信号振幅が大きなものと小さなものとに分かれる。信号振幅が大きなものは論理“１”を示し、小さなものは論理“０”を示している。信号Ｄは信号Ｃを積分した値が出力されたものである。これは第１の容量１０７と第１のダイオード１０８により蓄えた電荷を第２のダイオード１０９により整流し、第２の容量１１０に電荷をためていくことにより積分していく。図２に示す電圧Ｖ１にいたる時間を、制御回路６０１によって計測すれば、“１”か“０”を判別することができる。すなわち、図２に示すようにＶ１に至る時間をＴ１またはＴ２とすれば、Ｔ１がＴ２より小であればＴ１の場合は“１”を示し、Ｔ２の場合は“０”を示していることになる。Ｔ１とＴ２を相対的に比較していればよいので、精度を高くすることが可能となる。比較することによって、図６の無線認識ＩＣタグチップ６０６からのデータが“０”か“１”かを判別して図６の無線認識ＩＣタグチップ６０６のＩＤ番号を図６の送受信回路６０２および制御回路６０１で判読することができる。

以上のように、整流および積分回路を用いて検波を行うと、回路規模または消費電力などの点で経済性に優れた無線認識ＩＣタグ用リーダおよび無線認識ＩＣタグシステムを実現可能となる。また、これらの検波回路内にはアクティブな素子が含まれないことから、安定した動作が実現可能となる。更に、積分を利用するため、微弱な信号を扱うことができる。なお、このような検波回路は、図６で示される無線認識ＩＣタグチップ６０６の受信回路でも同じ構成をとることが可能である。

（実施例２）
この実施例で説明する無線認識ＩＣタグ用リーダは、図１と同じ回路構成を用いて、図１のＤの受信波形の波高値を判別の手段として用いるものである。

図３は本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの波形を示す別の図面である。波形Ａは図１の制御信号線１１２の信号を示している。波形Ｂは図１の送信線１０３の信号を示している。波形Ｃは図１の受信線１０６の信号を示している。波形Ｄは図１の受信信号線１１３の信号を示している。信号Ａによって、高周波発生器１０１の信号がＮＯＲ回路１０２によって制御されて信号Ａのような波形が出力される。同時に信号Ａによって、ＭＯＳトランジスタ１１１がオンの後にオフされて、第２の容量１１０の電荷が放電される。信号Ｃは無線認識ＩＣタグからの信号であって、信号振幅が大きなものと小さなものとに分かれる。信号振幅が大きなものは論理“１”を示し、小さなものは論理“０”を示している。信号Ｄは信号Ｃを積分した値が出力されたものである。

図３に示すように、信号Ｄのサンプル時間をＴ３と固定して、その時点での電圧をＶ２またはＶ３とすれば、Ｖ２がＶ３より大であればＶ２の場合は“１”を示し、Ｖ３の場合は“０”を示していることになる。Ｖ２とＶ３を相対的に比較していればよいので、精度を高くすることが可能となる。２つの電圧は、制御回路６０１内の差動増幅回路などを用いて高精度に比較することで、読み取り分解能を上げることが可能となる。

（実施例３）
図４は本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す別の図面である。ＮＯＲ回路１０２の出力はフィードバック線４０１によって入力に戻されていて、自己発振機能をもっている。このＮＯＲ回路には制御信号線１１２も接続されている。ＮＯＲ回路１０２からの出力は送信線１０３として、サーキュレータ１０４に入力される。サーキュレータ１０４はアンテナ１０５が接続されていて、アンテナ１０５からの反射波受信信号は受信線１０６に出力される。受信線１０６の受信信号は第１の容量１０７に入力される。この第１の容量１０７は受信信号の振幅電圧を固定する役割を果たしている。この第１の容量１０７の出力は第１のダイオード１０８と第２のダイオード１０９に入力される。この第１のダイオード１０８は受信信号の最下位のレベルを固定する役割を果たしている。第２のダイオード１０９はエネルギを一方向に伝達する役割をもっている。第２のダイオード１０９の出力は第２の容量１１０に接続されている。第２の容量１１０は第２のダイオード１０９からのエネルギを蓄積する役割をもっている。第２の容量のエネルギをタイミングよく放電する機能はＭＯＳトランジスタ１１１によって実現される。

この図４の回路では特別な高周波発振器を必要としていない。そのために、回路規模を縮小することが可能となる。制御信号１１２の信号は高周波発振器の制御とＭＯＳトランジスタ１１１を介して、第２の容量の制御を行っていることを共通化していて、回路を簡便にしている。これによる波形は図２および図３に示す波形と同じである。

（実施例４）
図５は本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダの回路を示す別の図面である。ブルーツースによる高周波発生回路５０１によって、高周波を発生させてＮＯＲ回路１０２に入力している。このＮＯＲ回路には制御信号線１１２も接続されている。ＮＯＲ回路１０２からの出力は送信線１０３として、サーキュレータ１０４に入力される。サーキュレータ１０４はアンテナ１０５が接続されていて、アンテナ１０５からの反射波受信信号は受信線１０６に出力される。受信線１０６の受信信号は第１の容量１０７に入力される。この第１の容量１０７は受信信号の振幅電圧を固定する役割を果たしている。この第１の容量１０７の出力は第１のダイオード１０８と第２のダイオード１０９に入力される。この第１のダイオード１０８は受信信号の最下位のレベルを固定する役割を果たしている。第２のダイオード１０９はエネルギを一方向に伝達する役割をもっている。第２のダイオード１０９の出力は第２の容量１１０に接続されている。第２の容量１１０は第２のダイオード１０９からのエネルギを蓄積する役割をもっている。第２の容量のエネルギをタイミングよく放電する機能はＭＯＳトランジスタ１１１によって実現される。

ブルーツースは２．４５ＧＨｚで動作する近距離通信方式である。この方式は携帯端末でも取り入れられていることが多い。このために、このブルーツースの発振機能を活用することは回路を共通化する簡便性ができて有効である。波形は図２および図３と同じである。また、ブルーツースを利用しても、その他の回路構成は実施例１と変わらない。高周波発振器はさまざまな回路があるが、ブルーツースを利用することにより、本来のブルーツースの機能と兼用することが可能となる特徴がある。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の無線認識ＩＣタグ用リーダは、特に、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等といった小型化が要求されるモバイル機器に適用して有益な技術であり、これに限らず、様々な無線通信機器に対して広く適用可能である。

Claims

無線認識ＩＣタグからの反射電磁波を受信する無線認識ＩＣタグ用リーダであって、
前記反射電磁波を積分する受信回路と、
前記受信回路によって積分された信号に基づいて前記反射電磁波の強度を判別する第１回路とを備えることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項１記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記第１回路は、前記反射電磁波の強度を、前後の相対的強度比較によって判別することを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項１記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記無線認識ＩＣタグ用リーダは、前記無線認識ＩＣタグに向けて送信電磁波を送信する際のトリガとなる第１信号を備え、
前記受信回路での積分値は、前記第１信号に同期してリセットされることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項１記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記無線認識ＩＣタグ用リーダは、ブルーツース通信を行うためのブルーツース回路を備え、前記ブルーツース回路の発振機能を兼用で用いることで前記無線認識ＩＣタグに向けて送信する送信電磁波を生成することを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項１記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記無線認識ＩＣタグ用リーダは、携帯電話機に備わっていることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
送信電磁波を生成する高周波発生器と、
前記高周波発生器で生成された送信電磁波を第１信号に同期して出力する第２回路と、
前記第２回路で出力された送信電磁波を無線認識ＩＣタグに向けて送信し、前記無線認識ＩＣタグからの反射電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信された反射電磁波を整流するダイオードと、
前記ダイオードで整流された信号の積分値を蓄えるコンデンサと、
前記第１信号に同期して前記コンデンサを放電するスイッチとを具備し、
前記コンデンサが蓄えた積分値が判別されることで、前記無線認識ＩＣタグからの情報が取得されることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項６記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記第２回路は、前記高周波発生器の出力と前記第１信号とが入力されるＮＯＲ回路であることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
請求項６記載の無線認識ＩＣタグ用リーダにおいて、
前記高周波発生器と前記第２回路は、出力の帰還信号と前記第１信号とが入力されるＮＯＲ回路によって実現されることを特徴とする無線認識ＩＣタグ用リーダ。
無線認識ＩＣタグおよび無線認識ＩＣタグ用リーダを含み、前記無線認識ＩＣタグ用リーダが前記無線認識ＩＣタグに向けて送信電磁波を送信し、前記無線認識ＩＣタグからの反射電磁波を前記無線認識ＩＣタグ用リーダが受信する無線認識ＩＣタグシステムであって、
前記無線認識ＩＣタグ用リーダは、
前記反射電磁波を積分する受信回路と、
前記受信回路によって積分された信号に基づいて前記反射電磁波の強度を判別する第１回路とを備えることを特徴とする無線認識ＩＣタグシステム。
請求項９記載の無線認識ＩＣタグシステムにおいて、
前記第１回路は、前記反射電磁波の強度を、前後の相対的強度比較によって判別することを特徴とする無線認識ＩＣタグシステム。
請求項９記載の無線認識ＩＣタグシステムにおいて、
前記無線認識ＩＣタグ用リーダは、前記無線認識ＩＣタグに向けて電磁波を送信する際のトリガとなる第１信号を備え、
前記受信回路での積分値は、前記第１信号に同期してリセットされることを特徴とする無線認識ＩＣタグシステム。