(57)【要約】【課題】設置箇所が金属又は非金属であっても、効率良く誘導起電力を供給できる共振周波数へ自動的に調整するアンテナ自動調整方法を提供する。【解決手段】自動調整機能付きループアンテナ３０は、リーダライタからの変調信号をループアンテナ部３５０から電磁界で出力するとともに、このときの磁界から得られる誘導起電力を無共振ループアンテナ部３７４で取得し、取得した誘導起電力に基づいて、その通信環境で最適となるように切替制御部３７５で共振回路部３３０内の共振素子の組み合わせを切り替えるようフィードバック制御することを特徴としている。これにより、自動調整機能付きループアンテナ３０は、ＲＦＩＤシステムの通信環境において最適な共振周波数で磁界を発生させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生させるアンテナの共振周波数を所望の共振周波数となるように調整するアンテナ自動調整方法であって、
前記磁界の範囲に設けられ共振回路を備えず前記アンテナとの結合が低くなるよう設定された無共振ループアンテナによって前記アンテナから得た誘導起電力の振幅を測定し、
測定した前記誘導起電力の振幅が最大となるように前記アンテナの共振周波数を制御する
ことを特徴とするアンテナ自動調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ自動調整方法に係り、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)のアンテナ特性を自動的に調整するアンテナ自動調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤは、ＩＣチップが内蔵されたＲＦタグとＲＦタグ上の情報を読み書きするリーダライタとの間の無線通信による識別技術である。ＲＦＩＤは、リーダライタの内蔵する一つのループアンテナで複数のＲＦタグを一括読み取り可能であることや、ＲＦタグ内のメモリを書換可能であることや、非金属であれば遮蔽物があっても透過して通信可能であることなど、耐環境性と優れた通信性能を有している。そのため、ＲＦＩＤは、鉄道の自動改札や企業の出退勤管理、物流の在庫管理等に広く利用されている。
【０００３】
ところで、リーダライタとＲＦタグとは、互いに効率よく交信ができるように予め所定の共振周波数に調整されていることが一般的である。このとき、交信を行うループアンテナの近傍に金属や誘電体があると、予め調整された共振周波数とは異なる共振周波数となり、交信に影響を及ぼすことが知られている。
【０００４】
そこで、特許文献１の技術では、ＲＦタグ内のアンテナ共振回路で受信した電磁波を整流し整流された電圧を検出する受信レベル検出回路を備えており、取得した受信電圧に応じてアンテナ共振回路内の共振調整回路を制御することで、ＲＦタグの共振周波数を変えて受信エラーを起こさないようにしている。この共振調整回路は、二個のコンデンサがスイッチにより接続の切替が制御可能に構成されており、受信電圧に応じてコンデンサ容量を増減させて共振周波数を変えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３４３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術は、ＲＦタグが、リーダライタから発生する磁界から効率良く誘導起電力を得るために自身の共振周波数を調整するものであり、通信対象の相手にどのように効率良く誘導起電力を供給するかについて考慮されていない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、設置箇所が金属又は非金属であっても、効率良く交信を行える共振周波数へ自動的に調整するアンテナ自動調整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】
本発明のアンテナ自動調整方法は、磁界を発生させるアンテナの共振周波数を所望の共振周波数となるように調整するアンテナ自動調整方法であって、前記磁界の範囲に設けられ共振回路を備えず前記アンテナとの結合が低くなるよう設定された無共振ループアンテナによって前記アンテナから得た誘導起電力の振幅を測定し、測定した前記誘導起電力の振幅が最大となるように前記アンテナの共振周波数を制御することを特徴とする。
本発明のアンテナ自動調整方法は、更に、所定の共振素子の組み合わせによって所望の共振周波数でアンテナから磁界を発生させるアンテナ自動調整方法であって、前記磁界の範囲に設けられ共振回路を備えず前記アンテナとの結合が低くなるよう設定された無共振ループアンテナによって前記アンテナから得た誘導起電力の振幅を測定し、測定した前記誘導起電力の振幅が最大となるように前記共振素子の前記組み合わせを変えて前記共振周波数を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
設置箇所が金属又は非金属であっても、効率良く交信を行える共振周波数へ自動的に調整するアンテナ自動調整方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係るＲＦＩＤシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る自動調整部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る切替制御部と共振回路部との接続関係を示す簡易図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る自動調整の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態２に係る自動調整の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
本実施形態のＲＦＩＤシステムは、自動調整機能付きループアンテナを接続したリーダライタが、制御ＰＣによる制御に従ってＲＦタグとの間でデータの送受信を行うものであり、自動調整機能付きループアンテナを備えていることに特徴がある。この自動調整機能付きループアンテナは、ループアンテナから発生する磁界から得られる誘導起電力を測定するための無共振ループアンテナと、ループアンテナに接続されている共振素子の組み合わせを切り替える切替制御手段とを有している。自動調整機能付きループアンテナは、リーダライタからの変調信号をループアンテナから電磁界で出力するとともに、このときの磁界から得られる誘導起電力を無共振ループアンテナで取得し、取得した誘導起電力に基づいて、その通信環境で最適となるように共振回路の共振素子の組み合わせを切り替えるようフィードバック制御することを特徴としている。これにより、自動調整機能付きループアンテナは、ＲＦＩＤシステムの通信環境において最適な共振周波数でリーダライタから磁界を発生させることができる。以下、図を参照して本実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
まず、本実施形態のＲＦＩＤシステムの全体構成について図１を参照しながら説明する。
本実施形態のＲＦＩＤシステムは、ＲＦタグ４０と、自動調整機能付きループアンテナ３０を介してＲＦタグ４０の情報を読み書きするリーダライタ２０と、リーダライタ２０を制御するとともにリーダライタ２０が読み取った情報を処理する制御ＰＣ１０とで構成される。
【００１３】
ＲＦタグ４０は、ＩＣタグやデータキャリヤ、トランスポンダ等と呼ばれ、不図示のループアンテナとＩＣチップとを内蔵している。ＲＦタグ４０は、リーダライタ２０に接続された自動調整機能付きループアンテナ３０から出力される変調された磁界から起電力を得てＩＣチップを駆動し、内蔵しているループアンテナでＩＣチップ内のメモリ情報に基づく所定の応答データを電磁界により、自動調整機能付きループアンテナ３０を介してリーダライタ２０に出力する。
【００１４】
リーダライタ２０は、ＲＦタグ４０を駆動する電力とＲＦタグ４０に対する質問データとを常時又は間欠に自動調整機能付きループアンテナ３０を介して電磁界で出力する。リーダライタ２０は、その磁界から起電力を得られる１つ又は複数のＲＦタグ４０から応答データを受信して、ＲＦタグ４０から得た情報を制御ＰＣ１０に送信する。また、リーダライタ２０は、ＲＦタグ４０の情報を書き換えることもできる。
【００１５】
制御ＰＣ１０は、パーソナルコンピュータやサーバなどであり、リーダライタ２０を制御する制御信号をリーダライタ２０に送信するとともに、リーダライタ２０から受信したＲＦタグ４０の情報の処理を行う。なお、リーダライタ２０は、制御ＰＣ１０による制御ではなく、リーダライタ２０自身によって直接制御可能としてもよい。
【００１６】
自動調整機能付きループアンテナ３０は、通信環境において最適な共振周波数となるように自動調整しながらＲＦタグ４０と交信する。具体的には、自動調整機能付きループアンテナ３０は、入出力端子部３１０とループアンテナ部３５０と共振回路部３３０と自動調整部３７０とを備えている。
【００１７】
入出力端子部３１０は、リーダライタ２０と自動調整機能付きループアンテナ３０とを高周波ケーブルや制御ケーブル等を介して接続する外部インターフェイスであり、ＲＦ信号と制御信号との入出力を行う。このとき、ＲＦ信号及び制御信号は、それぞれ入出力端子部３１０内の異なる端子から入出力されてもよいし、同じ端子から入出力されてもよい。入出力端子部３１０は、リーダライタ２０と共振回路部３３０との間でＲＦ信号の入出力を行い、リーダライタ２０と自動調整部３７０との間で制御信号の入出力を行う。
【００１８】
共振回路部３３０は、コンデンサなどの共振素子を複数有しており、ループアンテナ部３５０に接続されている。また、各共振素子は、後述する切替制御部３７５のスイッチ素子にそれぞれ接続されている。共振回路部３３０は、切替制御される共振素子とループアンテナ部３５０とによって所望の共振周波数となるように制御される。なお、共振回路部３３０内のすべての共振素子が切替制御部３７５のスイッチ素子によって切替制御可能としてもよいし、その一部を切替制御可能としてもよい。本実施形態では、その一部を切替制御可能とし、共振回路部３３０内に切替制御部３７５によって切替制御されない共振素子があるものとして説明する。
【００１９】
ループアンテナ部３５０は、共振回路部３３０に接続されており、共振回路部３３０を介して入力されるＲＦ信号に応じた電磁界を発生する。ループアンテナ部３５０は、共振回路部３３０内の共振素子の接続によって所望の共振周波数に調整されるので、ループアンテナ部３５０のサイズや形状を自由にできる。
【００２０】
自動調整部３７０は、リーダライタ２０からの制御信号に従って又は自動調整部３７０に設けられたスイッチ等による直接制御によって、ループアンテナ部３５０から発生する磁界から得られる誘導起電力を測定し、通信環境で最適な誘導起電力となるように共振回路部３３０内の共振素子を切替制御する。以下、図２を参照して、自動調整部３７０の構成を詳細に説明する。
【００２１】
自動調整部３７０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）３７２とメモリ３７１とＡＤ変換部３７３と無共振ループアンテナ部３７４と切替制御部３７５とを備えている。
【００２２】
まず、図３を参照して、この切替制御部３７５と前述の共振回路部３３０との接続関係について説明する。切替制御部３７５は、複数のスイッチ素子３７５０で構成されており、各スイッチ素子３７５０は、共振回路部３３０の共振素子３３００に接続されている。切替制御部３７５は、ＭＰＵ３７２から出力される制御信号に基づいてスイッチ素子３７５０の切替制御を行い、各スイッチ素子３７５０に接続されている共振素子３３００の組み合わせを切り替える。このとき切替制御部３７５は、スイッチ素子３７５０に接続される共振素子３３００の数を増減させたり、定数の異なる共振素子３３００の組み合わせとなったりするようスイッチ素子３７５０を組み合わせる。これにより、切替制御部３７５は、スイッチ素子３７５０の切替制御によって変化する共振素子３３００の組み合わせによって共振回路部３３０のインピーダンスを変化させられるので、共振回路部３３０の共振周波数を自在に調整できる。なお、スイッチ素子３７５０の代わりにダイオード等を用いてもよい。
【００２３】
図２に戻り、無共振ループアンテナ部３７４は、ループアンテナ部３５０から発生する磁界の範囲内に設置されており、その磁界から得た誘導起電力をＡＤ変換部３７３に出力する。つまり、無共振ループアンテナ部３７４は、ループアンテナ部３５０の磁界モニタ用のアンテナとして機能している。無共振ループアンテナ部３７４は、ループアンテナ部３５０のアンテナ特性に影響を与えないように、共振回路を有しておらず、ループアンテナ部３５０との結合が低くなるように設定されている。無共振ループアンテナ部３７４は、自動調整部３７０などのプリント基板のパターンを用いて作成してもよいし、ケーブルを用いて作成してもよい。
【００２４】
また、無共振ループアンテナ部３７４は、ループアンテナ部３５０の共振周波数に対してアンテナ周囲長が０．２λ以下となっている。例えば、ループアンテナ部３５０が、１３．５６ＭＨｚであるなら、無共振ループアンテナ部３７４はその周囲長が４．４ｍ（短縮率含まず）以下となる。ただし、本実施形態では、磁界モニタ用のアンテナとして無共振ループアンテナ部３７４を使用しているため、４．４ｍでは邪魔になる場合もあり、実際はもっと小さい周囲長にして用いるとよい。
【００２５】
ＡＤ変換部３７３は、無共振ループアンテナ部３７４から出力される誘導起電力の振幅をデジタル変換してＭＰＵ３７２に出力する。なお、ＡＤ変換部３７３は、ＭＰＵ３７２に内蔵されていてもよい。
【００２６】
ＭＰＵ３７２は、所定のプログラムが記憶された不図示の記憶部とその記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することで本実施形態の各種動作を実現する不図示の情報処理部とを備えている。ＭＰＵ３７２は、ＡＤ変換部３７３から出力される誘導起電力の振幅とそのときのスイッチ素子３７５０の組み合わせとを関連付けて測定結果としてメモリ３７１に記憶させる。
【００２７】
次に、図４を参照して、具体的に自動調整機能付きループアンテナ３０による自動調整のフローを説明する。なお、予めメモリ３７１には、切替制御部３７５内のスイッチ素子３７５０の全組み合わせが記憶されている。このスイッチ素子３７５０の全組み合わせを実行することで、共振回路部３３０内の切り替え制御可能な共振素子３３００の全組み合わせによりそれぞれ異なる共振周波数の磁界がループアンテナ部３５０から発生する。
【００２８】
まず、ステップＡ１０で、自動調整部３７０は、所定の共振素子３３００の組み合わせとなるように、切替制御部３７５のスイッチ素子３７５０を切り替える。これによって、ループアンテナ部３５０からは、この共振素子３３００の組み合わせによる共振周波数の磁界が発生する。次にステップＡ２０で、自動調整部３７０は、ループアンテナ部３５０から発生する磁界によって無共振ループアンテナ部３７４に供給される誘導起電力の振幅をＡＤ変換部３７３でＡＤ変換して測定する。ステップＡ３０で、自動調整部３７０は、測定した誘導起電力の振幅と、このときのスイッチ素子３７５０の組み合わせとを関連付けて測定結果としてメモリ３７１に記憶する。
【００２９】
ステップＡ４０で、自動調整部３７０は、切替制御部３７５のスイッチ素子３７５０の切り替えについて全組み合わせが終了したかどうかを判断する。ステップＡ４０で、自動調整部３７０は、スイッチ素子３７５０の全組み合わせの切り替えが未終了であると判断すると、ステップＡ１０に戻り、未組み合わせのスイッチ素子３７５０の組み合わせにスイッチ素子３７５０を切り替える。
【００３０】
一方、自動調整部３７０は、ステップＡ４０で、スイッチ素子３７５０の全組み合わせの切り替えが終了したと判断すると、ステップＡ５０に進み、ステップＡ３０で、メモリ３７１に記憶された測定結果の中から誘導起電力の振幅が最大であるスイッチ素子３７５０の組み合わせを検索する。誘導起電力の振幅が最大であるということは、ＲＦタグ４０が十分に大きい誘導起電力を得られるということであるので、そのインピーダンスによれば使用環境上で安定した通信を行えるからである。
【００３１】
ステップＡ６０で、自動調整部３７０は、検索した誘導起電力の振幅が最大となるスイッチ素子３７５０の組み合わせに変更し、本処理を終える。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、設置箇所の金属の有無等、使用環境の変化で共振周波数が影響を受けた場合に、ＲＦタグ４０との通信に適した共振周波数へ自動で調整できる。また、リーダライタ２０のループアンテナ部３５０にＲＦタグ４０を近接させることにより、ＲＦタグ４０内のループアンテナがループアンテナ部３５０の共振周波数に影響を与える場合にも、ＲＦタグ４０に安定した誘導起電力を供給できる共振周波数へ自動で調整できる。
【００３３】
なお、一度使用環境に適した共振周波数へ調整した後は、全ての組み合わせを検証するのではなく、誘導起電力の振幅が最大となるインピーダンスに近い値となるスイッチ素子３７５０の組み合わせをメモリ３７１に記憶された中からいくつか選択し、その中から現在の通信環境で最も誘導起電力の振幅が大きくなる組み合わせに切り替えるとよい。これにより、自動調整に掛かる時間を減らすことができる。また、この選択機能の有無や切替数等は、ユーザによって設定可能とするとよい。
【００３４】
また、ループアンテナ部３５０に供給されている電圧を直接検知し、その測定結果を用いて共振周波数を調整することも可能であるものの、この場合、検知した電圧が入射波のときに最大値とし、反射波のときに最小値とすればＲＦタグ４０に最大電力を供給できるが、測定判断するための回路が複雑となってしまう。本実施形態によれば、ループアンテナ部３５０から発生した磁界に基づいて共振周波数の調整を行うので、無共振ループアンテナ部３７４で得られる誘導起電力の振幅が最大のときにＲＦタグ４０への供給電力が最大となり、単純な構成で測定判断ができる。
【００３５】
また、本実施形態では、リーダライタ２０に自動調整機能付きループアンテナ３０を接続する構成としたが、ＲＦタグ４０に接続する構成としてもよい。
【００３６】
＜実施形態２＞
通常であれば、前述した誘導起電力の振幅が最大であるときのインピーダンスで安定した通信を行えるが、通信環境によっては誘導起電力の振幅が最大であるときに安定した通信を行えない場合がある。このような問題を解消するため、本実施形態では、通信環境で最も安定した通信を行えるスイッチ素子３７５０の組み合わせとするための処理を行う。本実施形態の処理は、ソフト処理であるため、装置の構成は実施形態１と同様であり、その説明を省略する。以下、新たに追加されたソフト処理についてのみ図５を参照して説明する。
【００３７】
図５は、本実施形態の自動調整機能のフローチャートである。ステップＡ１０〜ステップＡ５０までの処理については、実施形態１と同じであるため、説明を省略する。
【００３８】
自動調整部３７０は、ステップＡ５０でメモリ３７１に記憶済みの測定結果から誘導起電力の振幅が最大となるスイッチ素子３７５０の組み合わせを検索すると、ステップＡ５１で、誘導起電力の振幅が最大となるスイッチ素子３７５０の組み合わせから補正を掛けた組み合わせへ変更する。この補正を掛けた組み合わせとは、通信環境で最も安定した通信を行えるスイッチ素子３７５０の組み合わせである。
【００３９】
具体的には、事前にいろいろな読み取り環境のデータを取得して記憶し、その読み取り環境に合わせたスイッチ素子３７５０の組み合わせに変更することが考えられる。例えば、銅版○○ｃｍの距離に設置している場合はスイッチ素子３７５０の組み合わせを誘導起電力が最大となる所定の組み合わせより△個多くＯＮにする等である。また、スイッチ素子３７５０の各組み合わせの後のＲＦタグ４０の読み取り結果を測定し、最も安定した通信を行っている組み合わせに変更してもよい。例えば、各組み合わせで例えば１０回ずつ読み取りを行い、最もＲＦタグ４０の読み取り枚数が多い組み合わせに変更する等である。
【００４０】
この読み取り枚数が多い組み合わせに変更する補正について補足する。無共振ループアンテナ部３７４に発生する誘導起電力が最大になるときに、ＲＦタグ４０へ最も多くの誘導起電力が供給される。しかし、供給される誘導起電力が最大となる状態が、読み取り枚数が最大となる状態（安定した通信を行える状態に相当）と一致しない場合が存在する。そのため、誘導起電力が最大のときの組み合わせと、読み取り枚数が最大のときの組み合わせの差分（例えば、誘導起電力の差分）を取得しておき、自動調整時にはこれらの差分を考慮した組み合わせに補正する切替制御を行う。ここで、差分の取得をどのようなタイミングで行うかは様々であるが、例えば一定時間毎に各組み合わせで例えば１０回ずつの読み取りを行って差分を取得し、取得した差分で次の自動調整時に補正処理を行う、といった方法が考えられる。
【００４１】
そして、ステップＡ５２で、自動調整部３７０は、このような処理による補正後のスイッチ素子３７５０の組み合わせとなるよう切替制御部３７５のスイッチ素子３７５０の組み合わせを切り替えて、自動調整フローを終了する。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、ＲＦタグ４０が最大供給電力を得ているにも係らず、複雑な通信環境のせいでリーダライタ２０と交信を行えない場合であっても、事前調査された通信環境に合わせた共振周波数となるようスイッチ素子３７５０を切替制御したり、最も読み取り能力の高いスイッチ素子３７５０の組み合わせに切替制御したりするので、安定した通信が行える。
【００４３】
以上、本実施形態を概説すると、本発明のアンテナ自動調整方法は、磁界を発生させるアンテナの共振周波数を所望の共振周波数となるように調整するアンテナ自動調整方法であって、前記磁界の範囲に設けられ共振回路を備えず前記アンテナとの結合が低くなるよう設定された無共振ループアンテナによって前記アンテナから得た誘導起電力の振幅を測定し、測定した前記誘導起電力の振幅が最大となるように前記アンテナの共振周波数を制御することを特徴とする。
また、本発明のアンテナ自動調整方法は、更に、所定の共振素子の組み合わせによって所望の共振周波数でアンテナから磁界を発生させるアンテナ自動調整方法であって、前記磁界の範囲に設けられ共振回路を備えず前記アンテナとの結合が低くなるよう設定された無共振ループアンテナによって前記アンテナから得た誘導起電力の振幅を測定し、測定した前記誘導起電力の振幅が最大となるように前記共振素子の前記組み合わせを変えて前記共振周波数を制御することを特徴とする。
また、予め記憶された通信環境のデータに合わせて前記共振周波数を制御してもよい。
また、前記組み合わせで所定回数の交信を行い、最も交信能力の高い前記組み合わせによる前記共振周波数となるよう制御してもよい。
【００４４】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々様々に変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・制御ＰＣ
２０・・・リーダライタ
４０・・・ＲＦタグ
３０・・・自動調整機能付きループアンテナ
３１０・・・入出力端子部
３３０・・・共振回路部
３５０・・・ループアンテナ部
３７０・・・自動調整部
３７１・・・メモリ
３７２・・・ＭＰＵ
３７３・・・ＡＤ変換部
３７４・・・無共振ループアンテナ部
３７５・・・切替制御部
３３００・・共振素子
３７５０・・スイッチ素子
【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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