(57)【要約】【課題】  送信スケジュール管理回路を用いずに間欠動作を可能にした低電力なアクティブ無線タグおよびその駆動方法を実現する。【解決手段】  電池を動作電源として所定の信号を送信する無線送信回路および第１のアンテナを備えたアクティブ無線タグにおいて、所定の電波を受信する第２のアンテナと、第２のアンテナで受信した電波からエネルギー供給を受けて発電する発電器と、電圧検知回路とを備え、電圧検知回路は発電器の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は電源オン信号の入力により電池を動作電源として所定の信号を第１のアンテナから送信し、その後にリセット信号を電圧検知回路に出力し、電圧検知回路はリセット信号の入力により発電器の出力電圧を０にリセットして電源オフ信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は動作を停止する構成である。【選択図】        図１
2006229558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を動作電源として所定の信号を送信する無線送信回路および第１のアンテナを備えたアクティブ無線タグにおいて、
所定の電波を受信する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナで受信した電波からエネルギー供給を受けて発電する発電器と、
前記発電器の出力電圧を検知し、その出力電圧に応じて前記無線送信回路に対して電源オン／オフ信号を出力する電圧検知回路とを備え、
前記電圧検知回路は前記発電器の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を前記無線送信回路に出力し、前記無線送信回路は電源オン信号の入力により前記電池を動作電源として所定の信号を前記第１のアンテナから送信し、その後にリセット信号を前記電圧検知回路に出力し、前記電圧検知回路はリセット信号の入力により前記発電器の出力電圧を０にリセットして電源オフ信号を前記無線送信回路に出力し、前記無線送信回路は電源オフ信号の入力により前記電池からの電力供給を遮断して動作を停止する構成である
ことを特徴とするアクティブ無線タグ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブ無線タグにおいて、
前記電圧検知回路は、前記発電器の出力電圧を入力するシュミットトリガー回路を含み、該出力電圧が所定の閾値以上になるときに前記電池を動作電源として前記電源オン信号を出力する構成であることを特徴とするアクティブ無線タグ。
【請求項３】
請求項１に記載のアクティブ無線タグにおいて、
前記電池を動作電源とし、前記無線送信回路の無線周波数制御に用いる所定の周期信号を出力する水晶発振器を備え、
前記水晶発振器は、前記電圧検知回路から出力される電源オン／オフ信号に応じて間欠動作する構成である
ことを特徴とするアクティブ無線タグ。
【請求項４】
請求項１に記載のアクティブ無線タグにおいて、
前記所定の電波として、電波発信源から定期的または常時送信される無線信号を前記第２のアンテナに受信する構成であることを特徴とするアクティブ無線タグ。
【請求項５】
請求項１または請求項４に記載のアクティブ無線タグにおいて、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、同じ帯域の電波を送受信する１つのアンテナとして構成されることを特徴とするアクティブ無線タグ。
【請求項６】
電池を動作電源として所定の信号を送信する無線送信回路および第１のアンテナを備えたアクティブ無線タグの駆動方法において、
所定の電波を受信する第２のアンテナで受信した電波からエネルギー供給を受けて発電器が発電し、
前記発電器の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を前記無線送信回路に出力し、
前記無線送信回路は電源オン信号の入力により前記電池を動作電源として所定の信号を前記第１のアンテナから送信し、その後にリセット信号を出力し、
前記リセット信号により前記発電器の出力電圧を０にリセットして電源オフ信号を前記無線送信回路に出力し、
前記無線送信回路は電源オフ信号の入力により前記電池からの電力供給を遮断して動作を停止する
ことを特徴とるすアクティブ無線タグの駆動方法。
【請求項７】
請求項６に記載のアクティブ無線タグの駆動方法において、
前記所定の電波として、電波発信源から定期的または常時送信される無線信号を前記第２のアンテナに受信することを特徴とするアクティブ無線タグの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作電源として用いる電池を内蔵したアクティブ無線タグおよびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線タグには、電池を内蔵しないパッシブ無線タグと、電池を内蔵するアクティブ無線タグがある。図６は、従来のパッシブ無線タグシステムの構成例を示す。図において、無線タグ６１は、リーダ６２の交信領域に入るまでは待ち受け状態であり、リーダ６２の交信領域に入ったときにリーダ６２から必要な電力やクロックの供給を受け、リーダ６２との間でデータの送受信を行う。
【０００３】
図７は、アクティブ無線タグの構成例を示す。図において、アクティブ無線タグは動作電源として用いる電池７１を内蔵しており、無線送信回路７２は電池７１から電力の供給を受けて所定のデータ（例えば無線タグのＩＤ情報）をアンテナ７３からリーダ（図外）へ送信する。ここで、消費電力を抑えて電池交換の頻度を少なくする、あるいは電池交換を不要とするために、無線送信回路７２は、送信スケジュール管理回路７４から出力される電源オン／オフ信号によって送信スケジュールが制御され、間欠動作するようになっている。例えば、送信スケジュール管理回路７４が数秒ごとに電源オン信号を無線送信回路７２に送出するように設定されている場合には、無線タグは数秒ごとに間欠動作して所定の信号を送信することになる。
【０００４】
ただし、無線送信回路７２における無線周波数制御や送信スケジュール管理回路７４における送信スケジュール制御は、水晶発振器７５からの高精度周期信号に基づいて行われている。したがって、送信スケジュール管理回路７４や水晶発振器７５は常時動作させておく必要があった。
【非特許文献１】Klaus Finkenzeller著、ＲＦＩＤハンドブック、日刊工業新聞社、2004年５月31日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パッシブ無線タグシステムは、無線伝送に用いる電力をリーダ側から電波によって供給しなければならない。このため、無線タグで必要な電力を得るには、無線タグとリーダとの距離を長くすることができなかった。
【０００６】
一方、アクティブ無線タグの場合は、リーダから電力の供給を受ける必要がないのでリーダとの距離を長くすることができ、パッシブ無線タグシステムとは異なる用途への適用が可能になっている。しかし、送信スケジュールを管理するための送信スケジュール管理回路７４や水晶発振器７５を常時動作させておく必要があり、そこでの消費電力の低減が課題になっていた。
【０００７】
本発明は、送信スケジュール管理回路を用いずに間欠動作を可能にした低電力なアクティブ無線タグおよびその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電池を動作電源として所定の信号を送信する無線送信回路および第１のアンテナを備えたアクティブ無線タグにおいて、所定の電波を受信する第２のアンテナと、第２のアンテナで受信した電波からエネルギー供給を受けて発電する発電器と、発電器の出力電圧を検知し、その出力電圧に応じて無線送信回路に対して電源オン／オフ信号を出力する電圧検知回路とを備え、電圧検知回路は発電器の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は電源オン信号の入力により電池を動作電源として所定の信号を第１のアンテナから送信し、その後にリセット信号を電圧検知回路に出力し、電圧検知回路はリセット信号の入力により発電器の出力電圧を０にリセットして電源オフ信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は電源オフ信号の入力により電池からの電力供給を遮断して動作を停止する構成である。
【０００９】
また、電圧検知回路は、発電器の出力電圧を入力するシュミットトリガー回路を含み、該出力電圧が所定の閾値以上になるときに電池を動作電源として電源オン信号を出力する構成である。
【００１０】
また、電池を動作電源とし、無線送信回路の無線周波数制御に用いる所定の周期信号を出力する水晶発振器を備え、水晶発振器は、電圧検知回路から出力される電源オン／オフ信号に応じて間欠動作する構成としてもよい。
【００１１】
また、所定の電波として、電波発信源から定期的または常時送信される無線信号を第２のアンテナに受信する構成である。
【００１２】
また、第１のアンテナと第２のアンテナは、同じ帯域の電波を送受信する１つのアンテナとして構成してもよい。
【００１３】
本発明は、電池を動作電源として所定の信号を送信する無線送信回路および第１のアンテナを備えたアクティブ無線タグの駆動方法において、所定の電波を受信する第２のアンテナで受信した電波からエネルギー供給を受けて発電器が発電し、発電器の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は電源オン信号の入力により電池を動作電源として所定の信号を第１のアンテナから送信し、その後にリセット信号を出力し、リセット信号により発電器の出力電圧を０にリセットして電源オフ信号を無線送信回路に出力し、無線送信回路は電源オフ信号の入力により電池からの電力供給を遮断して動作を停止する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、受信電波のエネルギーにより発電する発電器の起電力を無線タグの送信トリガーとして用いることにより、送信スケジュール管理回路を用いずに無線タグを間欠動作させることができる。これにより、極めて低電力なアクティブ無線タグを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明のアクティブ無線タグの構成例を示す。図において、無線送信回路１１および水晶発振器１２は、電池１３から電力の供給を受けて所定の信号をアンテナ１４からリーダ（図外）へ送信する。無線送信回路１１における無線周波数制御は、水晶発振器１２からの高精度周期信号に基づいて行われる。
【００１６】
本発明の特徴は、所定の電波を受信するアンテナ１５と、アンテナ１５で受信した電波からエネルギー供給を受けて発電する発電器１６と、発電器１６の出力電圧に応じて無線送信回路１１および水晶発振器１２に対して電源オン／オフ信号を出力する電圧検知回路１７を備えるところにある。なお、ここで想定している所定の電波は、パッシブ無線タグシステムでリーダから送信される電波と異なり、例えば携帯電話や携帯端末や放送局などの電波発信源から定期的または常時送信される無線信号である。したがって、リーダは無線タグからの送信信号を受信できる位置にあればよい。
【００１７】
本発明のアクティブ無線タグの動作手順（駆動方法）について、図１および図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１８】
アンテナ１５が所定の電波を受信すると、発電器１６と受信電波からエネルギー供給を受けて発電動作を開始する（Ｓ１）。このとき、無線送信回路１１および水晶発振器１２はオフである。発電器１６は、受信電波のエネルギーによって出力電圧を徐々に高めていく。電圧検知回路１７は発電器１６で昇圧された出力電圧を検知し、発電器１６の出力電圧が所定の閾値以上になったときに電源オン信号を無線送信回路１１および水晶発振器１２に出力する（Ｓ２，Ｓ３）。無線送信回路１１および水晶発振器１２は、電源オン信号の入力により電池１３を動作電源として所定の信号（例えば無線タグのＩＤ情報）をアンテナ１４から送信し、その後にリセット信号を電圧検知回路１７に出力する（Ｓ４）。電圧検知回路１７は、リセット信号の入力により発電器１６の出力電圧を０にリセットし、電源オフ信号を無線送信回路１１および水晶発振器１２に出力する（Ｓ５）。無線送信回路１１および水晶発振器１２は、電源オフ信号の入力により電池１３からの電力供給を遮断して動作を停止する。以上の動作を繰り返す。
【００１９】
なお、電圧検知回路１７の閾値を調整することにより、無線タグ（無線送信回路１１および水晶発振器１２）が動作開始するための電波強度、例えば無線タグと電波発信源との距離を設定することができる。また、電圧検知回路１７の閾値に応じて発電器１６の出力電圧が所定の閾値以上となる時間を調整することにより、無線タグが動作するタイミングを設定することができる。
【００２０】
このように、本発明のアクティブ無線タグは、所定の電波の受信をトリガーとして間欠動作する構成であり、無線タグ自身による送信スケジュール管理が不要である。すなわち、従来のアクティブ無線タグにおける送信スケジュール管理回路７４を用いずに、無線送信回路１１および水晶発振器１２を間欠動作させることができる。これにより、極めて低消費電力なアクティブ無線タグを実現することができる。
【００２１】
図３は、発電器１６の構成例を示す。図において、アンテナ１５からの信号は、マッチング回路２１を介して複数のトランジスタおよびキャパシタを用いた多段の昇圧回路２２に入力され、段数に対応する出力電圧が出力される。ここでは、５段構成の昇圧回路２２を示すが、段数に応じて出力電圧が異なり、またその出力電圧が得られるまでの時間が異なる。本発電器の出力は、電圧検知回路１７で電圧を検知するためだけに用いられる。このため無負荷であり、例えば約10メートル以内にある携帯電話等から送信された弱い電波でも十分な発電が可能である。また、例えばＦＭ放送などの放送電波に対しても発電が可能である。
【００２２】
図４は、電圧検知回路１７の構成例を示す。図において、発電器１６の出力電圧は電圧検知端子からシュミットトリガー回路３１に入力され、電圧検知端子の電圧が所定の閾値に達すると、出力回路３２を介して電源オン信号が出力される。なお、シュミットトリガー回路３１には、図１に示す電池１３から電源電圧が印加されているが、電圧検知端子の電圧が閾値になる瞬間にのみ電流が流れ、それ以外の状態では電流が流れないので、電圧検知回路１７の消費電力は極めて小さい。
【００２３】
さらに、電圧検知回路１７から電圧オン信号が出力されて無線送信回路１１および水晶発振器１２が動作し、所定の信号を送信したのちに無線送信回路１１からリセット信号が電圧検知回路１７に出力される。このリセット信号は、電圧検知端子に接続されたトランジスタ３３をオンとし、発電器１６の出力電圧（電圧検知端子の電圧）を０にリセットする。これにより、電圧検知回路１７は電源オフ信号を出力し、無線送信回路１１および水晶発振器１２は動作を停止する。したがって、無線送信回路１１、水晶発振器１２および電圧検知回路１７は、発電器１６の出力電圧が閾値を超えた瞬間にのみ動作することになり、無線タグとしての電力消費はわずかとなり、電池１３の交換頻度を大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
なお、図１に示す構成では、アクティブ無線タグの送信信号の周波数を高精度に制御するために水晶発振器１２を用いる例を示した。しかし、アンテナ１４にインパルス状の信号を供給することによりアンテナ帯域全体を用いて通信するインパルス無線システムの場合には水晶発振器は不要であり、このようなアクティブ無線タグにも本発明の適用が可能である。
【００２５】
また、図１に示す構成では、アクティブ無線タグからの送信に用いるアンテナ１４と、所定の電波を受信するアンテナ１５が異なる例を示した。しかし、同じ帯域の電波を送信および発電器１６へのエネルギー供給に用いる場合には、１本のアンテナを共用するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、本発明のアクティブ無線タグの発電器１６の発電に供する電波と利用形態について説明する。例えば美術館等のイベント会場において、入館する客が携帯する携帯電話を電波発信源として想定する。イベント会場の各所に配置されたアクティブ無線タグは、携帯電話からの電波の受信に応じて所定の信号（例えば無線タグに設定されたＩＤ情報）を送信すると、その信号を位置情報に変換することにより、携帯電話の位置、すなわち客の位置や密度等を収集することが可能となる。
【００２７】
また、携帯電話から発せられる電波を受信したときだけアクティブ無線タグが間欠動作して所定の信号（例えば別途測定される温度情報）を送信するようにすれば、客が入館している時間帯と閉館している無人の時間帯で、空調管理に用いる温度情報の収集周期を変化させることができる。この場合の動作イメージを図５(1) のタイムチャートとして示す。これにより、きめの細かい空調管理とアクティブ無線タグの消費電力の低減の両立を図ることができる。
【００２８】
また、電圧検知回路１７の閾値を調整し、発電器１６の出力電圧が閾値以上になるまでの時間を設定することにより、例えばＦＭ放送などの微弱な放送電波を利用してアクティブ無線タグを間欠動作させることが可能となる。この場合の動作イメージを図５(2) のタイムチャートとして示す。本例では、アクティブ無線タグは定常的に電波を受信できるため、間欠動作の時間間隔は一定となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のアクティブ無線タグの構成例を示す図。
【図２】本発明のアクティブ無線タグの動作手順を示すフローチャート。
【図３】発電器１６の構成例を示す図。
【図４】電圧検知回路１７の構成例を示す図。
【図５】本発明のアクティブ無線タグの動作例を示すタイムチャート。
【図６】従来のハッシブ無線タグシステムの構成例を示す図。
【図７】従来のアクティブ無線タグの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１１  無線送信回路
１２  水晶発振器
１３  電池
１４  アンテナ
１５  アンテナ
１６  発電器
１７  電圧検知回路
２１  マッチング回路
２２  昇圧回路
３１  シュミットトリガー回路
３２  出力回路
３３  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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