(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤレス給電対応の無線タグリーダおよび無線タグを提供する。【解決手段】無線タグリーダ１は、無線タグ２へのワイヤレス給電を開始した後、リーダＩＤまたは読取対象のタグＩＤをワイヤレス給電の高周波電力に重畳して無線タグ２へ通知し、無線タグ２は、無線タグリーダ１から通知されたＩＤ情報に応じて、自身のタグＩＤを通知するか否かを判定し、通知すると判定した場合、ワイヤレス給電されている電力に対する負荷値を変動制御して、自身のタグＩＤを無線タグリーダ１へ通知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の無線タグへ非接触で電力を供給し、前記無線タグが通知するタグＩＤ情報を受信する無線タグリーダであって、
変動する電場または磁場を生成して前記無線タグへ電力を供給するワイヤレス給電手段と、前記ワイヤレス給電手段の所定の部位を流れる電流の電流値変動を検出する電流値変動検出手段と、前記電流値変動検出手段が検出した電流値変動に含まれているタグＩＤ情報を抽出するタグＩＤ情報抽出手段と、を有し、
前記ワイヤレス給電手段が前記無線タグへ電力を供給している際に、前記電流値変動検出手段が前記無線タグ側の負荷変動に起因する電流値変動を検出した場合に、前記タグＩＤ情報抽出手段は前記電流値変動に含まれているタグＩＤ情報を抽出することを特徴とする負荷変動型無線タグリーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の無線タグリーダであって、
前記ワイヤレス給電手段が出力する変動する電場または磁場に所定の情報を重畳する情報重畳手段をさらに有し、前記情報重畳手段は自無線タグリーダまたは読取対象の無線タグに係わるＩＤ情報を前記変動する電場または磁場に重畳することを特徴とする負荷変動型無線タグリーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の無線タグリーダであって、
前記ワイヤレス給電手段が出力する変動する電場または磁場に前記ＩＤ情報を重畳して出力した場合に、所定の時間内に前記電流値変動検出手段が電流値変動を検出しないならば、前記ワイヤレス給電手段を停止する、または対象の無線タグが近傍に存在していない旨の情報を自無線タグリーダが備える表示部に表示することを特徴とする負荷変動型無線タグリーダ。
【請求項４】
所定の無線タグリーダからワイヤレス給電により非接触で電力を受電し、自無線タグが記憶しているタグＩＤ情報を通知する無線タグであって、
前記無線タグリーダが生成した変動する電場または磁場により非接触で電力を受電するワイヤレス受電手段と、タグＩＤ情報を記憶するＩＤ情報記憶手段と、前記ワイヤレス受電手段が受電した電力を印加する所定の負荷の値を電子的に変動させる負荷変動手段と、前記負荷変動手段を制御して前記タグＩＤ情報を前記無線タグリーダへ通知するＩＤ情報通知手段と、を有し、
前記ワイヤレス受電手段が電力を受電した場合に、前記ＩＤ情報通知手段は前記負荷変動手段を制御して前記タグＩＤ情報に応じて前記負荷の値を変動させることを特徴とする負荷変動型無線タグ。
【請求項５】
請求項４に記載の無線タグであって、
前記変動する電場または磁場に重畳された前記無線タグリーダが通知するＩＤ情報を抽出するＩＤ情報抽出手段をさらに有し、前記ＩＤ情報抽出手段が予め定められた所定のＩＤ情報を抽出したならば前記ＩＤ情報通知手段は前記タグＩＤ情報を前記無線タグリーダへ通知し、前記リーダＩＤ情報抽出手段が予め定められた所定のＩＤ情報を抽出しないならば前記ＩＤ情報通知手段は前記タグＩＤ情報を前記無線タグリーダへ通知しないことを特徴とする負荷変動型無線タグ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の無線タグリーダまたは無線タグであって、
前記ワイヤレス給電手段または前記ワイヤレス受電手段は特定の周波数に共鳴する磁界共鳴方式であることを特徴とする負荷変動型無線タグリーダまたは無線タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグシステムを構成する無線タグリーダおよび無線タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の管理や物流の管理等において、ＩＤ情報を記憶している無線タグ（ＲＦＩＤ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、および非接触で無線タグからＩＤ情報を読み取る無線タグリーダが適用されている。無線タグには、ＩＤ情報を含む電波を自ら発信するアクティブ型と、無線タグリーダが放出する電波の電波エネルギーで動作し、その電波の反射波をＩＤ情報で変調するパッシブ型がある。アクティブ型は電波を自ら発信するのでＩＤを通知できる範囲が比較的広いが（例えば、数ｍ）、電池で動作するので定期的な電池交換が必要であるという制約がある。一方、パッシブ型は無線タグリーダが放出する電波の電波エネルギーで動作するため、電池が不要であるものの、ＩＤを通知できる範囲が狭いという制約がある（例えば、数ｃｍ）。
【０００３】
これを改善する技術として、電磁波、超音波、共鳴する磁場や電場、レーザー光等を介して、電力を無線で供給する所謂ワイヤレス給電技術を、無線タグリーダおよび無線タグに適用することが考えられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は誘導電力転送システムに係わる技術であり、この技術を無線タグリーダおよび無線タグに適用するには、不特定多数の無線タグからＩＤ情報を効率良く読み込むための配慮が不足している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３０４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、読取可能な範囲を比較的自由に設定できると共に、不特定多数の無線タグからＩＤ情報を効率良く読み込むことが可能な、ワイヤレス給電対応の無線タグリーダおよび無線タグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による無線タグリーダは、所定の無線タグへ非接触で電力を供給し、前記無線タグが通知するタグＩＤ情報を受信する無線タグリーダであって、変動する電場または磁場を生成して前記無線タグへ電力を供給するワイヤレス給電手段と、前記ワイヤレス給電手段の所定の部位を流れる電流の電流値変動を検出する電流値変動検出手段と、前記電流値変動検出手段が検出した電流値変動に含まれているタグＩＤ情報を抽出するタグＩＤ情報抽出手段と、を有し、前記ワイヤレス給電手段が前記無線タグへ電力を供給している際に、前記電流値変動検出手段が前記無線タグ側の負荷変動に起因する電流値変動を検出した場合に、前記タグＩＤ情報抽出手段は前記電流値変動に含まれているタグＩＤ情報を抽出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による無線タグは、所定の無線タグリーダからワイヤレス給電により非接触で電力を受電し、自無線タグが記憶しているタグＩＤ情報を通知する無線タグであって、前記無線タグリーダが生成した変動する電場または磁場により非接触で電力を受電するワイヤレス受電手段と、タグＩＤ情報を記憶するＩＤ情報記憶手段と、前記ワイヤレス受電手段が受電した電力を印加する所定の負荷の値を電子的に変動させる負荷変動手段と、前記負荷変動手段を制御して前記タグＩＤ情報を前記無線タグリーダへ通知するＩＤ情報通知手段と、を有し、前記ワイヤレス受電手段が電力を受電した場合に、前記ＩＤ情報通知手段は前記負荷変動手段を制御して前記タグＩＤ情報に応じて前記負荷の値を変動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、読取可能な範囲を従来のアクティブ型と同等に比較的自由に設定できると共に、従来のパッシブ型と同様に電池交換が不要な不特定多数の無線タグからＩＤ情報を効率良く読み込むことが可能な、ワイヤレス給電対応の無線タグリーダおよび無線タグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による無線タグリーダおよび無線タグの全体構成図
【図２】本発明による無線タグリーダおよび無線タグのシーケンス図
【図３】本発明による無線タグリーダの内部ブロック構成図
【図４】本発明による無線タグの内部ブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を併用して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明による無線タグリーダおよび無線タグによる負荷変動型無線タグシステム（以下、本システムと略すこともある）の全体構成図である。
【００１２】
図１により、本システムの構成および機能概要について説明する。１は本発明による無線タグリーダであり、２は無線タグリーダ１と通信を行う本発明による無線タグである。なお、無線タグの数Ｎ（任意の整数）の上限は、無線タグ２が記憶するＩＤ情報（以下、ＩＤと略すこともある）の桁数に依存する。
【００１３】
無線タグリーダ１は、商用電源あるいは電池で動作し、定期的または非定期に近傍の無線タグ２に対してワイヤレス給電により電力を供給する。その際、無線タグリーダ１自身のＩＤ情報、または読み取り対象のＩＤ情報を、その電力に重畳してもよい。
【００１４】
無線タグ２は、無線タグリーダ１からのワイヤレス給電による電力を受電して動作し、無線タグ２内部に記憶されているタグＩＤ情報を無線タグリーダ１へ通知する。なお、条件によっては、タグＩＤ情報を無線タグリーダ１へ通知しないこともある（後述）。
【００１５】
図２は、無線タグリーダ１および無線タグ２のシーケンス図である。以下、図２により、本システムにおける電力および信号の流れを説明する。
【００１６】
無線タグリーダ１は、定期的な自動起動または所定の操作による非定期な手動起動で起動すると（Ｓ２１１）、磁界共鳴の高周波電力によりワイヤレス給電を開始する（Ｓ２１２）。すると、無線タグ２は無線タグリーダ１からの電力を受電し（Ｓ２２１）、その電力により無線タグ２が起動する（Ｓ２２２）。
【００１７】
無線タグリーダ１からのワイヤレス給電の高周波電力には無線タグリーダ１のリーダＩＤまたは読取対象のタグＩＤのＩＤ情報が重畳されていることもある（Ｓ２３０）。無線タグ２はこのＩＤ情報を抽出し、タグＩＤを通知すべきか否かを判定する（Ｓ２２３）。この判定は、例えば、ワイヤレス給電してきた無線タグリーダ１が登録されている無線タグリーダであるか否か、或いは、自無線タグのタグＩＤが無線タグリーダ１の求めているＩＤ情報か否かを判定する。
【００１８】
なお、タグＩＤを通知すべきか否かの判定条件は、後述の図４に示す通知条件登録部２９に予め登録されている。具体的には、Ｓ２３０で通知されるＩＤ情報と通知条件登録部２９に登録されているＩＤ情報を照合し、自身のＩＤ情報を通知すべきか否かを判定する。例えば、特定の無線タグリーダに対して通知する条件であれば、無線タグリーダ１は自身のリーダＩＤをＳ２３０で通知する。また、自無線タグを狙い撃ちにした無線タグリーダに対して通知する条件であれば、無線タグリーダ１は目的の無線タグ２のタグＩＤをＳ２３０で通知する。
【００１９】
Ｓ２２３において、通知すべきと判定した場合（Ｓ２２３，ＹＥＳ）、無線タグ２はタグＩＤ毎に異なるタイムウェイト（Ｓ２２４）の後に（例えば、数ｍ秒〜数秒）、自身のタグＩＤを無線タグリーダ１に通知する（Ｓ２３１）。なお、このタイムウェイトは、無線タグリーダ１がワイヤレス給電しているエリアに複数の無線タグ２が存在していた場合において、複数の無線タグ２が通知してくる複数のタグＩＤ情報の衝突を防止するためであり、例えば、ＩＤ値に所定の定数を乗算してタイムウェイト値（遅延時間）を演算すればよい。
【００２０】
ＩＤ情報が検出されない場合、または通知すべきでないと判定した場合（Ｓ２２３，ＮＯ）、無線タグ２はＳ２３１をスキップしてタグＩＤを通知しない。
【００２１】
ところで、図示していないが、Ｓ２２３の判定でタグＩＤを通知しないと判定する場合（Ｓ２２３，ＮＯ）は、Ｓ２３０によるＩＤ情報の通知待ちがタイムアウトした場合も含むことは言うまでもない。さらに、無線タグ２に通知条件が登録されていない場合は、Ｓ２３０によるＩＤ情報の通知の有無に係わらず、Ｓ２２３をＹＥＳ側に抜けて、自身のタグＩＤを無線タグリーダ１に通知すればよい（Ｓ２３１）。
【００２２】
無線タグリーダ１は、Ｓ２１２でワイヤレス給電を開始した後、またはＳ２３０で無線タグリーダ１のリーダＩＤまたは読取対象のタグＩＤのＩＤ情報を通知した後、Ｓ２３１で無線タグ２が通知してくるタグＩＤの受信を監視する（Ｓ２１３）。タグＩＤを受信すると（Ｓ２１３，ＹＥＳ）、Ｓ２１５へ進み、読取結果として、そのタグＩＤに係わる情報を表示する。なお、Ｓ２１５において、複数の無線タグ２から複数のタグＩＤを受信した場合は、受信した全タグＩＤに係わる情報を表示する。
【００２３】
タグＩＤの受信しないまま（Ｓ２１３，ＮＯ）、タイムアウトした場合は（Ｓ２１４，ＹＥＳ）、読取結果として、タグＩＤ未検出の旨を表示する（Ｓ２１５）。
【００２４】
Ｓ２１５の後、無線タグリーダ１はワイヤレス給電を停止する（Ｓ２１６）。これに伴い、無線タグ２もワイヤレス受電を停止する（Ｓ２２５）。
【００２５】
次に、無線タグリーダ１の内部ブロック構成および機能について説明する。図３は本発明による無線タグリーダ１の内部ブロック構成の例である。
【００２６】
リーダ制御部１０は無線タグリーダ１内の各部を制御する。電源部１１は商用電源あるいは電池等の電源から、各部へ所定の電圧を供給する。高周波電源部１２は電源部１１からの電力を磁界共鳴用の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ）に変換する手段であって、リーダ制御部１０からの指示で起動／停止する。マッチング回路部１３は、高周波電源部１２からの高周波電力を磁界共鳴により給電するためのマッチング回路である。
【００２７】
ＩＤ情報重畳部１４は、リーダ制御部１０から出力されるＩＤ情報を、マッチング回路部１３から出力される高周波電力に重畳する手段であり、例えば、マッチング回路部１３からの高周波電力をＩＤ情報で変調する（例えば、ＡＳＫ変調、ＰＳＫ変調、ＰＷＭ変調等）。この変調を高周波電源部１２の内部で実行するようにしてもよい。なお、このＩＤ情報の重畳は、図２のＳ２３０の無線タグリーダ１側に対応する処理である。
【００２８】
電流変動検出部１５は、給電デバイス１６に流入する高周波電力の電流値変動を監視し、検出した電流値変動をタグＩＤ抽出部１７へ出力して、無線タグ２からのＩＤ情報を受信させる。この電流値変動は、無線タグ２がワイヤレス受電した電力が印加される負荷変動部２４の負荷値の変動に起因し、無線タグ２は負荷値の変動をタグＩＤの値に応じて制御している（詳細は後述する）。
【００２９】
給電デバイス１６は、給電用のコイルを含むデバイスであって、磁界共鳴用の高周波電力による変動電磁界を、無線タグ２へ放出する。
【００３０】
タグＩＤ抽出部１７は、電流変動検出部１５から入力する電流値変動、即ち、無線タグ２の負荷値変動に変調（例えば、ＡＳＫ変調、ＰＳＫ変調，ＰＷＭ変調等）されているタグＩＤ情報を受信する。なお、このタグＩＤ情報の受信は、図２のＳ２３１の無線タグリーダ１側に対応する処理である。
【００３１】
リーダＩＤ記憶部１８は自無線タグリーダに固有なリーダＩＤを予め記憶している。表示部１９は、無線タグ２から読み出したタグＩＤを表示する。もし、無線タグリーダ１周辺に無線タグ２が存在しない場合は、未検出の旨の表示を行う。なお、読み出したタグＩＤは表示のみではなく、他の装置や所定の宛先へ伝送するようにしても良い（図示せず）。
次に、無線タグ２の内部ブロック構成および機能について説明する。図４は本発明による無線タグ２の内部ブロック構成の例である。
【００３２】
タグ制御部２０は無線タグ２内の各部を制御する。受電デバイス２１は、無線タグリーダ１からワイヤレス給電される電力を受電するコイルを含むデバイスであり、無線タグリーダ１から放出された磁界共鳴用の変動電磁界を受けとる。マッチング回路部２２は、受電デバイス２１が受取った変動電磁界から磁界共鳴により高周波電力を受電するためのマッチング回路である。
【００３３】
電力変換部２３は、受電した高周波電力を所定の直流電圧に変換し、蓄電部２５を充電するとともに、無線タグリーダ１からワイヤレス給電を受電していることをタグ制御部２０へ通知する。
【００３４】
負荷変動部２４は、無線タグリーダ１へタグＩＤを通知する手段であり、タグ制御部２０からの指示により、負荷値を一定周期（例えば、１００ＫＨｚ）で変動させると共に、タグＩＤ記憶部２７に記憶されているタグＩＤの値に応じて負荷値変動を変調する（例えば、ＡＳＫ変調，ＰＳＫ変調，ＰＷＭ変調等）。この負荷値を変動および変調する手段は、電力変換部２３から入力された電圧に対して直列または並列に電子的に抵抗値を制御できる素子（例えば、電界効果トランジスタ）を挿入し、その抵抗値をタグＩＤの値に応じて変動するように制御すればよい。すると、その抵抗値変動に応じて受電デバイス２１からの入力電流の変動が発生し、その電流値変動がワイヤレス給電の給電元である無線タグリーダ１の給電デバイス１６を流れる電流値変動として伝わる。なお、この負荷変動によるタグＩＤ情報の通知は、図２のＳ２３１の無線タグ２側に対応する処理である。
【００３５】
蓄電部２５は電力変換部２３から供給される直流電圧を蓄電し、各部に供給する。蓄電するデバイスはキャパシタや電気二重層コンデンサ，リチウムイオン２次電池等が適用可能である。なお、無線タグリーダ１からのワイヤレス給電に瞬断が無いなら、蓄電部２５は無くてもよい。
【００３６】
ＩＤ情報抽出部２６はマッチング回路部２２が受電した高周波電力に重畳しているＩＤ情報（例えば、リーダＩＤ）を抽出し、タグ制御部２０へ通知する。なお、このＩＤ情報の抽出は、図２のＳ２３０の無線タグ２側に対応する処理である。タグＩＤ記憶部２７は自身のタグＩＤを記憶している。
【００３７】
遅延時間演算部２８は無線タグリーダ１がワイヤレス給電しているエリアに複数の無線タグ２が存在していた場合において、複数の無線タグ２が同時にＩＤを送信し、タグＩＤ情報が衝突してしまう現象を防止するため、ＩＤ送信タイミングを各無線タグ２毎にずらすための遅延時間を発生させる。遅延時間としては、タグＩＤ毎に異なる値とすればよく、例えば、ＩＤ値に所定の定数を乗算した値とすれば、同一の遅延時間は存在しない。発生した遅延時間はタグ制御部２０に通知する。なお、タグＩＤ毎に異なる値の遅延時間を予めタグ制御部２０に記憶していてもよく、その場合、遅延時間演算部２８は無くてもよい。
【００３８】
通知条件登録部２９は、タグＩＤ記憶部２７に記憶されている自身のタグＩＤを通知する条件を登録する。例えば、特定の無線タグリーダ１に対してのみ自身のタグＩＤを通知する条件ならば、その特定の無線タグリーダ１のリーダＩＤを登録する。また、自無線タグを探索している無線タグリーダ１に対して反応する条件ならば、タグＩＤ記憶部２７に記憶されている自身のタグＩＤを通知条件登録部２９にも登録しておけばよい。
【００３９】
そして、ＩＤ情報抽出部２６が抽出したＩＤ情報が、通知条件登録部２９に登録されているＩＤ情報と一致した場合に、タグ制御部２０は無線タグリーダ１に対してタグＩＤを通知するようにすればよい。さらに、通知条件登録部２９にＩＤ情報が登録されていない場合、タグ制御部２０は、ワイヤレス給電に無条件で反応し、当該無線タグリーダ１へ自身のタグＩＤを通知するようにすればよい。なお、通知条件登録部２９へのＩＤ情報の登録は、例えば、通常の無線タグライターで書き込むことにより実現できる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態の一例を説明した。本発明の実施形態として磁界共鳴型のワイヤレス給電を例に説明したが、電磁結合型のワイヤレス給電等でもよいことは言うまでもない。また、磁界共鳴型であれば無線タグ側は特定の共鳴周波数に対して反応するので、無線タグの種別毎に共鳴周波数を変えても良い。
【００４１】
本発明によれば、読取可能な範囲を従来のアクティブ型と同等に比較的自由に設定できると共に、従来のパッシブ型に電池交換が不要な不特定多数の無線タグからＩＤ情報を効率良く読み込むことが可能な、ワイヤレス給電対応の無線タグリーダおよび無線タグを提供することができる。
【００４２】
特に、無線タグ側に通知条件を登録し、通知条件に応じてタグＩＤを通知するか否かを制御することもできるので、特定の無線タグリーダや特定のタグＩＤを通知された場合にのみ反応する対象指定型無線タグシステム（例えば、特殊物品の在庫管理用途）や、任意の無線タグリーダに反応する汎用型無線タグシステム（例えば、一般的な在庫管理用途）や、対象指定型無線タグと汎用型無線タグが混在する混在型無線タグシステム等、柔軟な無線タグシステムを提供することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・無線タグリーダ
２・・・無線タグ
１０・・・リーダ制御部
１１・・・電源部
１２・・・高周波電源部
１３・・・マッチング回路部
１４・・・ＩＤ情報重畳部
１５・・・電流変動検出部
１６・・・給電デバイス
１７・・・タグＩＤ抽出部
１８・・・リーダＩＤ記憶部
１９・・・表示部
２０・・・タグ制御部
２１・・・受電デバイス
２２・・・マッチング回路部
２３・・・電力変換部
２４・・・負荷変動部
２５・・・蓄電部
２６・・・ＩＤ情報抽出部
２７・・・タグＩＤ記憶部
２８・・・遅延時間演算部
２９・・・通知条件登録部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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