(57)【要約】【課題】パッシブ方式を採用し、簡単な構成で小型かつ安価なモジュールを用いた指向性の広い無線通信システムを得る。【解決手段】情報を記憶するとともに無線信号の送受信処理が可能な無線ＩＣチップと、該無線ＩＣチップを搭載し、所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路を設けた給電回路基板とからなる電磁結合モジュール１が自動車１００のナンバープレート２０に取り付けられている。また、路側帯１５１にはリーダ１６１を備えた路側機１６０が配置されている。電磁結合モジュール１はリーダ１６１からの信号をナンバープレート２０を介して受信して共振回路を共振させ、受信信号を無線ＩＣチップに供給し、該無線ＩＣチップに記憶されている情報をナンバープレート２０を介してリーダ１６１へ送信する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を記憶するとともに無線信号の送受信処理が可能な無線ＩＣチップと、該無線ＩＣチップを搭載し、所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路を設けた給電回路基板とからなる電磁結合モジュールと、
前記電磁結合モジュールが搭載され、該電磁結合モジュールと電磁界結合して放射板として機能する車両用ナンバープレートと、
車両の通行可能な箇所に配置されたリーダと、を備え、
前記電磁結合モジュールは前記リーダからの信号を前記ナンバープレートを介して受信して前記共振回路を共振させ、受信信号を前記無線ＩＣチップに供給し、該無線ＩＣチップに記憶されている情報を前記ナンバープレートを介して前記リーダへ送信すること、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
第１及び第２の前記リーダが車両の進行方向に沿って配置されており、第１及び第２のリーダでの読取り信号に基づいて車両を識別するとともに車速を検出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１及び第２のリーダの間であり、かつ、第１のリーダの近傍に第３のリーダが配置され、車両の進行方向に沿って第１のリーダとは反対方向であり、かつ、第２のリーダの近傍に第４のリーダが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記電磁結合モジュールは前記ナンバープレートの裏面に接着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記電磁結合モジュールは前記ナンバープレートに内蔵されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記共振回路はインダクタを含んでいることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４又は請求項５に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムを用いて車両の識別や車速の検出に用いることのできる無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のナンバープレートに、車両登録番号や自動車登録ファイルに記載されている情報などを記憶した無線識別装置を取り付けた電子ナンバープレート（スマートプレート）の検討、開発が進められている。スマートプレートでは、交通要所の路側やゲートなどに設置されたデータターミナルから無線信号を車両の無線識別装置に送信し、通過車両からその車両情報を得ることにより、該車両を識別する。これにより、高速道路料金や駐車料金などの自動徴収が可能になり、盗難車の発見、交通法規違反の発見などを容易に行うことができる。
【０００３】
従来、この種の車両に搭載される無線識別装置は、特許文献１に記載されているように、受信アンテナ、送信アンテナ、信号増幅回路、制御回路、メモリ、変調回路などでモジュール化して構成されており、車両のバッテリーや電池を駆動源とするアクティブ方式が検討されていた。
【０００４】
しかしながら、このような無線識別装置にあっては、モジュールの部品点数が多くて構成的に複雑で大型化し、高価であり、かつ、アクティブ方式ではバッテリーへの接続回路が必要であり、電池を使用する場合には電池の寿命により使用不能になるなどの問題点を有していた。さらに、モジュールと一体化されたアンテナを使用しているため、モジュールの小型化に伴ってアンテナも小型にする必要があり、小型のアンテナでは十分な信号放射特性が得られず、指向性も狭くなるという問題点をも生じていた。
【０００５】
また、特許文献２には、電子ナンバープレートを用いた車両速度検出方法が記載されている。この検出方法では、交差点に侵入した車両に対して路側に設置した路側通信装置から信号を送信し、電子ナンバープレートから対応した情報を路側通信装置に返信し、この送受信により車両情報を取得する。さらに、路側通信装置とは別にマイクロ波を用いたレーダを配置し、そのレーダから周期的にマイクロ波を車両に照射することにより車両の速度を検出する。
【０００６】
しかしながら、このような検出方法では、車両の情報を取得する手段と車速を検出する手段とが必要となり、システムが複雑になるという問題点を有していた。また、特許文献１に記載の無線識別装置と同様に専用のアンテナを用いており、モジュールの小型化による指向性の劣化も避けられなかった。
【特許文献１】実用新案登録第２５３４８９０号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、パッシブ方式を採用し、簡単な構成で小型かつ安価なモジュールを用いた指向性の広い無線通信システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記目的を達成するとともに、走行中の車両の識別と車速の検出を同時に行うことのできる無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、第１の発明に係る無線通信システムは、
情報を記憶するとともに無線信号の送受信処理が可能な無線ＩＣチップと、該無線ＩＣチップを搭載し、所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路を設けた給電回路基板とからなる電磁結合モジュールと、
前記電磁結合モジュールが搭載され、該電磁結合モジュールと電磁界結合して放射板として機能する車両用ナンバープレートと、
車両の通行可能な箇所に配置されたリーダと、を備え、
前記電磁結合モジュールは前記リーダからの信号を前記ナンバープレートを介して受信して前記共振回路を共振させ、受信信号を前記無線ＩＣチップに供給し、該無線ＩＣチップに記憶されている情報を前記ナンバープレートを介して前記リーダへ送信すること、
を特徴とする。
【００１０】
第１の発明に係る無線通信システムにおいて、無線ＩＣチップは、車両登録番号や自動車登録ファイルに記載されている情報などが記憶されており、路側などに設置したリーダからの信号を受けて記憶されている情報を返信する。無線ＩＣチップは給電回路基板上に搭載され、該給電回路基板を介してナンバープレートと一体化され、ナンバープレートが信号の放射板として機能する。電磁結合モジュールはナンバープレートの任意の箇所に接着によって簡単に搭載することができ、比較的面積の大きいナンバープレートが放射板として機能するため、送受信信号の指向性が広くなる。
【００１１】
また、電磁結合モジュールは、無線ＩＣチップと給電回路を設けた給電回路基板という簡単な小型の構成からなり、しかも、リーダからの受信信号（電磁波）によって共振し、この受信信号を駆動源とするパッシブ方式であり、バッテリーや電池を必要としていない。従って、バッテリーへの接続回路は不要であり、電池の寿命によって使用不能になるおそれはない。
【００１２】
そして、ナンバープレートから放射する送信信号の周波数及び無線ＩＣチップに供給する受信信号の周波数は、給電回路基板における共振回路の共振周波数で実質的に決まるため、種々の形状、大きさのナンバープレートに搭載しても、また、ナンバープレートのどのような位置に搭載しても、周波数特性が変化することがなく、安定した周波数特性が得られる。
【００１３】
第２の発明に係る無線通信システムは、前記第１の発明に係る無線通信システムにおいて、第１及び第２のリーダが車両の進行方向に沿って配置されており、第１及び第２のリーダでの読取り信号に基づいて車両を識別するとともに車速を検出することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る無線通信システムにおいては、車両の進行方向に沿って配置された第１及び第２のリーダにて車両のナンバープレートに搭載された電磁結合モジュールに信号を送信して返信された情報から車両を識別し、かつ、第１及び第２のリーダにて情報を受信したタイミングから車速を検出する。これにて、一つの通信システムで走行中の車両の識別と車速の検出を同時に行うことができる。
【００１５】
第２の発明に係る無線通信システムにおいて、第１及び第２のリーダの間であり、かつ、第１のリーダの近傍に第３のリーダが配置され、車両の進行方向に沿って第１のリーダとは反対方向であり、かつ、第２のリーダの近傍に第４のリーダが配置されていてもよい。車速が速すぎて第１又は第２のリーダとの送受信が成立しない場合、補助的に第３又は第４のリーダを使用する。即ち、第１又は第２のリーダからの送信信号に対する車両からの応答信号を第３又は第４のリーダにて受信する。
【００１６】
第１及び第２の発明に係る無線通信システムにおいて、ナンバープレートは金属製であっても、あるいは誘電体（例えば、樹脂製）であってもよい。ここで誘電体とは誘電率が１以上のものをいう。電磁結合モジュールの入出力部の特性インピーダンスと誘電体界面の特性インピーダンスを合わせることで誘電体内に電磁波が入力され、誘電体が電磁放射体として機能する。
【００１７】
また、給電回路基板に設けた共振回路は、インダクタを含んでいてもよく、さらには、コンデンサとインダクタとによって集中定数型共振回路で構成してもよい。集中定数型共振回路はＬＣ直列共振回路又はＬＣ並列共振回路であってもよく、あるいは、複数のＬＣ直列共振回路又は複数のＬＣ並列共振回路を含んで構成されていてもよい。共振回路は分布定数型共振回路で構成することも可能であり、その場合共振回路のインダクタはストリップラインなどで形成することになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な構成で小型化されかつ安価な電磁結合モジュールをナンバープレートに搭載するだけで、バッテリーや電池が不要なパッシブ方式であって指向性の広いスマートプレートを提供でき、路側などに設置したリーダから車両を自動識別できる無線通信システムを構成することができる。また、一つの通信システムで走行中の車両の識別と車速の検出を同時に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る無線通信システムの実施例について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
（ナンバープレートの構成、図１〜図３参照）
本発明に係る無線通信システムに使用されるナンバープレートの第１例を図１に示す。このナンバープレート２０は、金属あるいは樹脂などの誘電体からなり、その裏面には、電磁結合モジュール１が接着されている。電磁結合モジュール１は、情報を記憶するとともに無線信号の送受信処理が可能な無線ＩＣチップ５と、該無線ＩＣチップ５を搭載し、所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路を設けた給電回路基板１０とで構成されている。無線ＩＣチップ５に記憶されている情報とは、例えば、車両登録番号や自動車登録ファイルに記載されている車検情報などである。
【００２１】
図２はナンバープレート２０の第２例を示し、前記電磁結合モジュール１をカバー２１で封止したものである。図３はナンバープレート２０の第３例を示し、電磁結合モジュール１を内蔵したものである。詳しくは、ナンバープレート２０の一部に凹所２２を形成し、該凹所２２に電磁結合モジュール１を収容し、テープ２３で封止したものである。
【００２２】
電磁結合モジュール１を搭載する面は、ナンバープレート２０の裏面、表面のいずれであってもよい。電磁結合モジュール１は２〜３ｍｍ程度の厚みであるので、既存の凹部に取り付けることも十分に可能である。プレート２０の裏面に搭載すれば、信号放射面である表面に電磁結合モジュール１が存在しないので、安定した信号放射特性を得ることができる。また、電磁結合モジュール１を封止すれば、耐環境性が向上する。
【００２３】
前記第２例のように、カバー２１を用いる場合、カバー２１に発光素子を設け、ハンディリーダで予め電磁結合モジュール１と通信試験を行い、正常であれば発光素子を点灯させるようにしてもよい。目視で電磁結合モジュール１の動作不良を確認できる。
【００２４】
なお、図１〜図３はナンバープレート２０と電磁結合モジュール１を模式的に示すもので、両者のサイズは正確な縮尺比で対応するものではない。ちなみに、電磁結合モジュール１のサイズは縦横最大で３ｃｍ程度、厚みは最大で３ｍｍ程度である。
【００２５】
（電磁結合モジュールの具体例、図４〜図６参照）
図４及び図５に示す一具体例である電磁結合モジュール１は、無線ＩＣチップ５と、上面に無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０とで構成され、ナンバープレート２０上に絶縁性接着剤１８にて貼着されている。無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路を含み、必要な情報がメモリされており、給電回路基板１０に内蔵された給電回路１６と直接に電気的に接続されている。
【００２６】
給電回路１６は、所定の周波数を有する送信信号をナンバープレート２０に供給するための回路、及び／又は、ナンバープレート２０で受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ５に供給するための回路であり、送受信信号の周波数で共振する共振回路を備えている。
【００２７】
給電回路基板１０には、ヘリカル型のインダクタンス素子Ｌ及びキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなる集中定数型のＬＣ直列共振回路にて構成した給電回路１６が内蔵されている。詳しくは、図６に示すように、給電回路基板１０は誘電体からなるセラミックシート１１Ａ〜１１Ｇを積層、圧着、焼成したもので、接続用電極１２とビアホール導体１３ａを形成したシート１１Ａ、キャパシタ電極１４ａを形成したシート１１Ｂ、キャパシタ電極１４ｂとビアホール導体１３ｂを形成したシート１１Ｃ、ビアホール導体１３ｃを形成したシート１１Ｄ、導体パターン１５ａとビアホール導体１３ｄを形成したシート１１Ｅ、ビアホール導体１３ｅを形成したシート１１Ｆ（１枚もしくは複数枚）、導体パターン１５ｂを形成したシート１１Ｇからなる。なお、各セラミックシート１１Ａ〜１１Ｇは磁性体のセラミック材料からなるシートであってもよく、給電回路基板１０は従来から用いられているシート積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程により容易に得ることができる。
【００２８】
以上のシート１１Ａ〜１１Ｇを積層することにより、ヘリカルの巻回軸がナンバープレート２０と平行なインダクタンス素子Ｌと、該インダクタンス素子Ｌの両端にキャパシタ電極１４ｂが接続され、かつ、キャパシタ電極１４ａがビアホール導体１３ａを介して接続用電極１２に接続されたキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が形成される。そして、基板側電極パターンである接続用電極１２が半田バンプ６を介して無線ＩＣチップ５のチップ側電極パターン（図示せず）と電気的に接続される。
【００２９】
即ち、給電回路１６を構成する素子のうち、コイル状電極パターンであるインダクタンス素子Ｌから、磁界を介して、ナンバープレート２０に送信信号を給電し、また、ナンバープレート２０からの受信信号は、磁界を介して、インダクタンス素子Ｌに給電される。そのため、給電回路基板１０において、共振回路を構成するインダクタンス素子Ｌ、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２のうち、インダクタンス素子Ｌがナンバープレート２０に近くなるようにレイアウトすることが望ましい。
【００３０】
図５に電磁結合モジュール１の等価回路を示す。この電磁結合モジュール１は、図示しないリーダから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）をナンバープレート２０で受信し、プレート２０と主として電磁界的に結合している給電回路１６（インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなるＬＣ直列共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を入力信号に反射変調を与え、給電回路１６にて所定の周波数に整合した後、給電回路１６のインダクタンス素子Ｌから、磁界結合を介してナンバープレート２０に送信信号を伝え、ナンバープレート２０からリーダに送信する。
【００３１】
なお、給電回路１６とナンバープレート２０との結合は、磁界を介しての結合が主であるが、電界を介しての結合が存在していてもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁界を介しての結合を意味する。
【００３２】
電磁結合モジュール１において、無線ＩＣチップ５は給電回路１６を内蔵した給電回路基板１０上に電気的に直接に接続されており、給電回路基板１０は無線ＩＣチップ５とほぼ同じ面積であり、かつ、リジッドであるため、無線ＩＣチップ５を極めて精度よく位置決めして搭載することが可能である。しかも、給電回路基板１０はセラミック材料からなり、耐熱性を有するため、無線ＩＣチップ５を給電回路基板１０に半田付けすることができる。
【００３３】
また、給電回路１６においては、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２で構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。ナンバープレート２０から放射される信号の共振周波数は、給電回路１６の自己共振周波数に実質的に相当し、信号の最大利得は、給電回路１６のサイズ、形状、給電回路１６とナンバープレート２０との距離及び媒質の少なくともいずれか一つで実質的に決定される。
【００３４】
また、無線ＩＣチップ５の後段に、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が挿入されているため、この素子Ｃ１，Ｃ２で低周波数のサージをカットすることができ、無線ＩＣチップ５をサージから保護できる。
【００３５】
なお、共振回路は無線ＩＣチップ５のインピーダンスとナンバープレート２０のインピーダンスを整合させるためのマッチング回路を兼ねていてもよい。あるいは、給電回路基板１０は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子で構成された、共振回路とは別に設けられたマッチング回路をさらに備えていてもよい。共振回路にマッチング回路の機能をも付加しようとすると、共振回路の設計が複雑になる傾向がある。共振回路とは別にマッチング回路を設ければ、共振回路、マッチング回路をそれぞれ独立して設計できる。
【００３６】
（無線通信システム、図７参照）
次に、以上説明した電磁結合モジュール１を取り付けたナンバープレート２０を用いた無線通信システムについて説明する。
【００３７】
図７に示すように、前記ナンバープレート２０を取り付けた自動車１００が道路１５０を矢印Ａ方向に走行している場合、電磁結合モジュール１の放射指向性は一点鎖線で示す領域Ｂである。路側帯１５１に配置された路側機１６０のリーダ１６１からは高周波信号が放射される。リーダ１６１から放射された高周波信号をナンバープレート２０で受信し、前述のごとく、給電回路１６が共振し、無線ＩＣチップ５に記憶されている情報（登録番号などの車両情報）をナンバープレート２０から放射してリーダ１６１に送信する。即ち、ナンバープレート２０は電子ナンバープレート（スマートプレート）として機能する。このような信号の交換は、交信領域Ｂがリーダ１６１を通過する間隔Ｂ’の間で行われる。
【００３８】
また、路側機１６０には図示しない制御装置が設置され、リーダ１６１の制御、送信信号の制御、受信信号の解析を行い、かつ、離れた場所に設置されている中央制御装置との交信を行う。路側機１６０の制御を中央制御装置にて行ってもよい。
【００３９】
時速８０ｋｍで走行する車両は毎秒２２．２ｍ進む。現在９００ＭＨｚ帯のパッシブ型ＲＦＩＤでの読取り距離は１０ｍ程度で、読取り速度は６４０ｋｂｉｔ／秒であり、９６ｂｉｔを読むのに０．１５ミリ秒でよい。本実施例のごとく広い指向性を有する場合、０．４５秒の起電時間があれば十分に通信可能である。
【００４０】
なお、リーダ１６１は、車両が通行する場所であれば、路側帯以外にも、高速道路のゲートや駐車場など、どのような場所にも設置することができ、車両を識別することができる。
【００４１】
本無線通信システムにおいて、電磁結合モジュール１は、無線ＩＣチップ５と給電回路基板１０という簡単な小型の構成からなり、しかも、リーダ１６１からの受信信号（電磁波）によって共振し、この受信信号を駆動源とするパッシブ方式であり、バッテリーや電池を必要としていない。従って、バッテリーへの接続回路は不要であり、電池の寿命によって使用不能になるおそれはない。また、比較的面積の大きいナンバープレート２０が放射板として機能するため、送受信信号の指向性が広くなる。
【００４２】
（車速の検出、図８参照）
前記無線通信システムを用いて車速を検出するには、図８に示すように、路側帯１５１に自動車１００の進行方向Ａに沿って第１のリーダ１６１と第２のリーダ１６２を配置する。そして、リーダ１６１，１６２での読取り信号に基づいて自動車１００を識別するとともに、その車速を検出する。
【００４３】
即ち、第１のリーダ１６１及び第２のリーダ１６２がそれぞれ自動車１００の交信領域Ｂに入ると、電磁結合モジュール１が応答して車両情報を第１のリーダ１６１及び第２のリーダ１６２に送信する。これにて、リーダ１６１，１６２が自動車１００の車両情報を取得する。同時に、リーダ１６１，１６２による電磁結合モジュール１からの受信タイミングの時間差とリーダ１６１，１６２間の距離Ｘに基づいて車速を検出する。
【００４４】
なお、リーダ１６１，１６２の間であり、リーダ１６１の近傍に第３のリーダ１６３を配置し、リーダ１６２の近傍であり、リーダ１６１とは反対方向に第４のリーダ１６４を配置してもよい。例えば、自動車１００が１８０ｋｍ／ｈの高速で通過すると、電磁結合モジュール１が起動しない間に交信領域Ｂがリーダ１６１又はリーダ１６２を通過してしまうおそれがある。このような場合、直ちに第３のリーダ１６３又は第４のリーダ１６４が交信領域Ｂに入り、電磁結合モジュール１と通信することにより自動車１００の車両情報を取得し、かつ、車速検出のタイミング信号を取得することができる。
【００４５】
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線通信システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００４６】
特に、給電回路基板の内部構成である共振回路の細部は任意である。さらに、無線ＩＣチップを給電回路基板上に接続するのに、半田バンプ以外の処理を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電磁結合モジュールを備えたナンバープレートの第１例を示す斜視図である。
【図２】電磁結合モジュールを備えたナンバープレートの第２例を示す斜視図である。
【図３】電磁結合モジュールを備えたナンバープレートの第３例を示す断面図である。
【図４】電磁結合モジュールの具体例を示す断面図である。
【図５】前記電磁結合モジュールの等価回路図である。
【図６】前記電磁結合モジュールの給電回路基板を示す分解斜視図である。
【図７】本発明に係る無線通信システムの使用例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る無線通信システムによる車速検出の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣチップ
１０…給電回路基板
１６…給電回路
２０…ナンバープレート
１００…自動車
１６１，１６２，１６３，１６４…リーダ
Ｌ…インダクタンス素子
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタンス素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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