(57)【要約】【課題】リーダ・ライタとＲＦＩＤ装置との間で非接触無線通信を行う際の温度特性やばらつきによる問題を解決する。【解決手段】ＲＦＩＤ装置において、温度検出部３４と、その温度検出部３４で検出された温度に応じて、同調部１２で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト部３１，３２とを備える構成とした。また、リーダ・ライタにおいても、同様に温度検出部と、その温度検出部で検出された温度に応じて、同調部で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト部とを備える構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波を検出して近距離無線通信を行うＲＦＩＤ装置において、
前記リーダ・ライタと無線通信を行うアンテナと、
前記アンテナに接続された同調部と、
前記同調部で同調された信号を処理する通信処理部と、
温度検出部と、
前記温度検出部で検出された温度に応じて、前記同調部で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト部とを備えたことを特徴とする
ＲＦＩＤ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、
前記周波数シフト部は、前記同調手段を構成するコンデンサと並列接続された可変容量ダイオードで構成し、
前記可変容量ダイオードの容量値を、前記温度検出部で検出された温度に応じて制御することを特徴とする
ＲＦＩＤ装置。
【請求項３】
請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、
前記アンテナに第１及び第２のコンデンサを並列接続し、
前記第１のコンデンサを前記同調部とし、前記第２のコンデンサを前記周波数シフト部とし、
前記温度検出部が検出した温度に応じて前記第２のコンデンサを選択的に接続させる構成としたことを特徴とする
ＲＦＩＤ装置。
【請求項４】
請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、
前記温度検出部と前記周波数シフト部での周波数シフト量との対応のデータを記憶する記憶部を備えたことを特徴とする
ＲＦＩＤ装置。
【請求項５】
所定の周波数の搬送波を送信して、ＲＦＩＤ装置からの応答波を検出して近距離無線通信を行うリーダ・ライタ装置において、
前記ＲＦＩＤ装置と無線通信を行うアンテナと、
前記アンテナに接続された同調部と、
前記アンテナから前記搬送波を送信させる送信信号処理部と、
前記同調手段で同調された受信信号を処理する受信処理部と、
温度検出部と、
前記温度検出手部検出された温度に応じて、前記同調部で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト部とを備えたことを特徴とする
リーダ・ライタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型のＩＣカード等と称される近距離無線通信機能を備えたＲＦＩＤ装置、及びそのＲＦＩＤ装置と無線通信を行うリーダ・ライタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交通機関の乗車券、会員証や社員証、店での代金決済手段用のカード等として、非接触型のＩＣカードの利用が急速に広まっている。非接触型のＩＣカードは、近接したリーダ・ライタとの間で無線通信を行って、認証処理を行うので、財布やパスケースなどの中に入れたままで使用でき、磁気カードなどに比べて使い勝手がよい。
【０００３】
また、このような非接触型のＩＣカード（或いはＩＣカードと同等の機能の回路部品）を、携帯電話端末などの携帯用の電子機器に内蔵させて、これらの機器を使用して、同様の認証や決済を行えるようにすることが実用化されている。なお、携帯端末にＩＣカード機能部を組み込む場合などには、ＩＣカード機能部が必ずしもカード型の形状をしているとは限らないが、以下の説明ではＩＣカードと称した場合、特に説明がない限りはＩＣカード機能を有する部分を含むものである。また、この種の非接触型のＩＣカードは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）や無線ＩＣタグなどとも称され、単体で使用される場合でもカード型以外にラベル型、コイン型、スティック型など、種々の形状のものがあるが、ここでは便宜上ＩＣカードと称する。
【０００４】
ＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、ＩＣカード機能部が作動するようにしてある。即ち、ＩＣカード側では、リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波に同調させる処理を行って、その検出された搬送波をＡＳＫ(Amplitude shift keying)変調などで変調して、リーダ・ライタ側にデータを送るようしてある。
【０００５】
図９は、従来のＩＣカード機能部の構成例を示した図である。ループアンテナ１１の一端ａ及び他端ｂを、ＬＳＩで構成されたＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続してあり、ＲＦＩＤ回路ブロック１４内で無線通信の処理が行われる。ここで、ループアンテナ１１の一端ａと他端ｂとの間には、同調用コンデンサ１２が接続してあり、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２の特性で同調周波数が決まる。さらに、他端ｂ側には、整流用のダイオード１３が接続してある。ＩＣカード機能部が携帯電話端末に内蔵されている場合には、ＲＦＩＤ回路ブロック１４が無線電話用回路ブロック１５に接続してある。
【０００６】
図１０は、従来のリーダ・ライタの構成例を示した図である。リーダ・ライタとしての送信処理及び受信処理を行う、ＬＳＩで構成されたＲＦＩＤ通信用回路ブロック２１には、送信ブロック２２と受信ブロック２７とが接続してあり、送信ブロック２２の出力端と受信ブロック２７の入力端とが、同調回路２５を介してアンテナ２６に接続してある。送信ブロック２２に供給される送信信号は、変調回路２３で変調された後、ドライブ回路２４で所定の送信出力に増幅された後、同調回路２５側に供給される。受信ブロック２７は、フィルタ２８及びアンプ２９を備え、同調周波数の近傍の受信信号を取り出して、ＲＦＩＤ通信用回路ブロック２１内の復調部に、受信信号を供給する構成としてある。
【０００７】
特許文献１には、非接触型のＩＣカードが備える同調回路についての開示がある。
【特許文献１】特開２００３−６７６９３号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９に示すように、ＩＣカード機能部は、電磁誘導で無線通信を行うためのループアンテナが必要である。このループアンテナとリーダ・ライタに設置された専用のアンテナとの間で無線通信が行われるが、両アンテナは搬送波周波数に合わせて同調をとっており、伝送特性が最適になるように組まれている。
【０００９】
しかしながら、両アンテナの同調周波数は温度特性を持っているため、温度変化によって通信性能に影響を受けてしまう問題があった。つまり、常温で最適化された同調周波数が、温度変化によってずれることによる通信性能の劣化を従来防ぐことは不可能であった。
【００１０】
また、両アンテナの同調周波数の個体ばらつきについても、従来ばらつきを無くすような処理は行ってなく、単にＩＣカードの製造時に、一定の規格範囲内の部品を選別するなどの作業を行う程度であり、通信性能に問題を起こすような場合が多々あった。
【００１１】
図１１を参照して、温度特性と個体ばらつきの問題について説明すると、図１１の横軸は同調周波数を示し、図中のほぼ中点が適正な同調周波数であるとすると、リーダ・ライタと無線通信が可能な通信距離Ｌは、適正な同調周波数から上下にずれるに従って短くなる弓なりに変化する特性となる。図１１では、３つの温度特性ａ，ｂ，ｃを示してあり、温度の変化に比例して、同調周波数が変化する。ここで、図１１に示すように規格で通信可能距離が決められているとすると、特性ｂの場合にはある温度でほぼ最大の通信距離が得られるが、同調周波数が低い特性ａの場合や、同調周波数が高い特性ｃの場合には温度によっては、規格で定められた通信可能距離を満たせなくなる可能性がある。このような好ましくない特性のばらつきによる問題があった。
【００１２】
なお、ここまでの説明では、主としてＩＣカード側（ＲＦＩＤ側）での問題について説明したが、温度特性による同調周波数ずれについては、リーダ・ライタ側の同調回路でも同様な問題がある。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、リーダ・ライタとＲＦＩＤ装置との間で無線通信を行う際の温度特性やばらつきによる問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＲＦＩＤ装置又はリーダ・ライタにおいて、温度検出部と、その温度検出部で検出された温度に応じて、同調部で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト部とを備えたものである。
【００１５】
このようにしたことで、使用される環境の温度に応じて同調周波数がシフトするが、その周波数のシフト分が周波数シフト部の作用で補正されて、同調周波数の変動がなくなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、その周波数のシフト分が周波数シフト部の作用で補正されて、同調周波数の変動がなくなり、規定された同調周波数でＲＦＩＤ装置とリーダ・ライタとの間で近距離無線通信が行えるようになる。この同調周波数補正処理は、回路的な対策で行われるため、アンテナ形状や装置形状などに制約がなく、装置の設計自由度が向上する。また、ほぼ完全な温度補償ができるため、結果的に通信状態が安定するようになり、実使用上での制限が無くなり、ユーザの使い勝手が向上する。さらに、ＲＦＩＤ装置又はリーダ・ライタの製造ばらつきによる通信性能の劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。
【００１８】
本例においては、非接触型のＩＣカードであるＲＦＩＤ装置として構成させた例としてある。ＲＦＩＤ装置は、単体のＩＣカードの場合と、携帯電話端末装置に内蔵されたＩＣカード機能部のいずれでもよい。
【００１９】
図１は本例のＲＦＩＤ装置の構成例を示した図である。ループアンテナ１１の一端ａ及び他端ｂを、ＬＳＩで構成されたＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続してあり、ＲＦＩＤ回路ブロック１４内で無線通信の処理が行われる。ここで、ループアンテナ１１の一端ａと他端ｂとの間には、同調用コンデンサ１２が接続してあり、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２の特性で同調周波数が決まる。同調周波数としては、リーダ・ライタから送信される例えば１３．５６ＭＨｚの搬送波を受信するために、１３．５６ＭＨｚに設定する。さらに、他端ｂ側には、整流用のダイオード１３が接続してある。
【００２０】
ＲＦＩＤ回路ブロック１４には、リーダ・ライタからの搬送波から２１２ｋＨｚでＡＳＫ変調されたデータを取り出すための復調回路、負荷スイッチング用スイッチ回路、クロック抽出回路、無線通信プロトコルの上位レイヤを実現する通信制御部、メモリなどが内蔵されている。ＩＣカード機能部が携帯電話端末に内蔵されている場合には、ＲＦＩＤ回路ブロック１４が無線電話用回路ブロック１５に接続してある。
【００２１】
ここまでは従来例として図９に示した構成と同じである。そして本例においては、ループアンテナ１１の一端ａと他端ｂとの間に、同調用コンデンサ１２と並列に、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２の直列回路を接続してある。コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２の接続点には、後述する制御部３３からコンデンサ容量を制御する電圧が供給される構成としてある。
【００２２】
制御部３３は、温度特性を補償する処理を制御するものであり、温度検出部３４とメモリ３５が接続してある。温度検出部３４については、例えば図２に示すように、抵抗器３６とサーミスタ３７との直列回路を、電源電圧Ｖccが得られる端子と接地電位部との間に接続してあり、抵抗器３６とサーミスタ３７との接続中点に得られる電圧を、アナログ／デジタル変換器３７に供給して、デジタルデータに変換し、その変換されたデータを制御部３３に供給する。このように構成したことで、周囲の温度に応じてサーミスタ３７の抵抗値が変化し、制御部３３に供給される電圧データが変化し、制御部３３ではその電圧データから周囲温度を判断できる。
【００２３】
そして、制御部３３に接続されたメモリ３５には、温度と同調周波数の補正値との対応が変換データ用テーブルとして記憶させてあり、検出した温度（電圧データ）に応じた補正電圧値を、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２の接続点に供給する電圧値に設定する。アナログ／デジタル変換器３７での温度検出データの取り込みは、本例の場合、ＲＦＩＤ装置でリーダ・ライタからの搬送波を検出している場合にだけ行う構成としてある。
【００２４】
メモリ３５に記憶させる補正値については、ＲＦＩＤ装置の製造時などに、このＲＦＩＤ装置の通信特性を測定して記憶（記録）させる。
【００２５】
図３のフローチャートは、この補正値の記録処理の例を示した図である。以下、図３のフローチャートに基づいて処理を説明すると、メモリ３５に特性を記憶させるための初期値測定処理が開始されると（ステップＳ１１）、特性を測定するＲＦＩＤ装置を一定の温度（例えば２５℃）の環境内に配置し、その状態で同調周波数を測定する。なお、一定の温度であることを、温度検出部３４の出力から判断した上で、同調周波数の測定に移るようにしてもよい。このときの測定では、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２との直列回路による補正がない状態（あるいは補正状態が初期状態）で測定する。そして、測定された同調周波数が、規定された同調周波数の規格範囲内であるか否か判断する（ステップＳ１２）。ここで、規定範囲内にある場合には、メモリ３５に記憶させる値を初期値のままで、終了させる（ステップＳ１３）。
【００２６】
そして、ステップＳ１２で規格範囲内でないと判断した場合には、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２との直列回路を使用して同調周波数を補正するための補正値を算出し（ステップＳ１４）、その算出した補正値をメモリ３５に記憶させる。記憶後には、その記憶された補正値の電圧を、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２との接続点に印加し（ステップＳ１５）、再度同調周波数の測定を行う（ステップＳ１６）。そして、その測定した同調周波数が、規定された同調周波数の規格範囲内であるか否か判断する（ステップＳ１７）。ここで、規定範囲内にある場合には、ステップＳ１３に移って調整処理を終了させる。また、規定範囲内にないと判断した場合には、ステップＳ１１に戻り、初期値測定処理が再実行され、調整が完了するまで図３のフローチャートの処理が実行される。なお、同調周波数の測定や、補正値の算出処理については、ＲＦＩＤ装置に接続された別体の調整装置（図示せず）で行うようにしてもよい。また、ステップＳ１４で算出される補正データは、一定温度での補正データであるが、メモリ３５に記憶される補正データとしては、このＲＦＩＤ装置が使用される温度範囲内での各温度での補正データが記憶される。
【００２７】
このようにして調整が完了したＲＦＩＤ装置を使用する際には、図４のフローチャートに示す処理が実行される。まず、制御部３３では、リーダ・ライタからの搬送波を検出してリーダ・ライタに接近したか否か判断される（ステップＳ２１）。リーダ・ライタからの搬送波を検出しない場合には、そのまま待機する。リーダ・ライタからの搬送波をＲＦＩＤ回路ブロック１４側で検出して、リーダ・ライタに接近したと判断した場合には、アナログ／デジタル変換器３８（図２）での処理を開始させて、温度検出データの取り込みをオンさせる（ステップＳ２２）。サーミスタ３７側への電源電圧の供給についても、通常時にはオフさせて、このときにオンさせてもよい。
【００２８】
そして、制御部３３で検出された温度に応じた補正データを、メモリ３５の記憶データから判断する（ステップＳ２３）。この判断した補正データを使用して、コンデンサ３１と可変容量ダイオード３２の接続点に供給する電圧値を設定して、同調周波数を補正する（ステップＳ２４）。このようにして同調周波数の補正が行われた後には、リーダ・ライタからの搬送波を検出しない状態か（即ちリーダ・ライタから離れたか）否か判断する（ステップＳ２５）。リーダ・ライタからの搬送波を検出している状態が継続している場合には、ステップＳ２３及びＳ２４の処理が繰り返される。
【００２９】
そして、リーダ・ライタから離れたと判断した場合には、アナログ／デジタル変換器３８での処理を停止させて、温度検出データの取り込みをオフさせ（ステップＳ２６）、ステップＳ２１の判断に戻る。
【００３０】
このようにして、ＲＦＩＤ装置が使用される環境の温度に合わせて、同調周波数が補正されることで、同調周波数の温度による変動を除去することができ、常に正確な同調周波数でリーダ・ライタとの無線通信を行うことができる。図５は、周囲温度と同調周波数との関係を示した図である。図中に実線で示した補正なしの特性は、温度の変化に比例して同調周波数が直線的に変化している。これに対して、本例の場合には、検出した温度に対応した補正処理を行うことで、破線で示すようにどの温度でもほぼ一定の同調周波数に補正され、周囲温度に変化があっても一定の同調周波数で通信が行える。
【００３１】
図６は、同調周波数と通信距離との関係を、本例の同調周波数補正が行われた場合を当て嵌めて示した例である。既に説明したように、ＲＦＩＤ装置の同調周波数と通信距離との関係としては、リーダ・ライタと無線通信が可能な通信距離Ｌが、適正な同調周波数から上下にずれるに従って短くなる弓なりに変化する特性である。ここで、本例の場合にはどの温度で使用されても一定の適正同調周波数が維持される同調周波数特性ｘが得られ、リーダ・ライタとの無線通信可能な距離が最も長い距離に維持され、良好な無線通信特性が常時得られる。１つ１つのＲＦＩＤ装置の同調周波数のばらつきについても同時に補正され、どのＲＦＩＤ装置についても同調周波数特性ｘを持つようになり、常に規格で決められた通信可能距離を維持できる効果も有する。
【００３２】
なお、同調周波数を変える構成として、図１の構成では可変容量ダイオードを使用する構成としたが、他の構成で同調周波数を変える構成としてもよい。例えば、図７に示したように、同調用コンデンサ１２と並列に、スイッチ４１とコンデンサ５１との直列回路，スイッチ４２とコンデンサ５３との直列回路，スイッチ４３とコンデンサ５３との直列回路５３との３つを接続する構成とし、同調用コンデンサ１２と並列接続されるコンデンサの容量を複数段階に可変設定する構成とする。そして、各スイッチ４１〜４３の開閉を、制御部３３で検出した温度に応じて制御する。その他の部分は、図１に示したＲＦＩＤ装置と同様の構成とする。このように構成したことで、検出温度に応じて各スイッチ４１〜４３の開閉制御を適正に行うことで、同調周波数の補正を行うことができる。図７では３つの補正用コンデンサ５１〜５３を設ける構成としたが、コンデンサやスイッチの数はこれに限定されるものではない。各コンデンサの容量値についても、同じ値である必要はない。
【００３３】
さらに別の構成で、温度に応じた同調周波数の補正を行うようにしてもよい。
【００３４】
また、上述例では、メモリ３５にデータ変換用のテーブルを記憶させるようにしたが、例えば温度データから補正電圧値を求める演算式と、その式に必要な定数をメモリ３５に記憶させて、その演算式の演算で必要な補正電圧値（図７の場合にはスイッチ開閉状態の値）などを得るようにしてもよい。
【００３５】
また、図２に示したサーミスタを使用した温度検出構成は一例であり、その他の構成で温度検出を行うようにしてもよい。図１に示した制御部３３やメモリ３５についても、ＲＦＩＤ回路ブロック１４とは別体の回路としてあるが、ＲＦＩＤ回路ブロック１４に内蔵させてもよい。
【００３６】
また、図１の構成では、ＲＦＩＤ装置を他の機器に内蔵させる例として、携帯電話端末装置に無線ＩＣタグである非接触ＩＣカード機能を内蔵させた例を示したが、携帯電話端末装置以外の携帯端末装置（例えばＰＤＡ：Personal Digital Assistanceなどの携帯用情報処理端末）に、ＲＦＩＤ装置に相当する、ＩＣカードやＩＣタグを内蔵又は装着させた場合にも適用可能である。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図８を参照して説明する。本実施の形態においては、ＲＦＩＤ装置（ＩＣカード）と近距離無線通信を行うリーダ・ライタに適用した例としたものである。本例ではリーダ・ライタに、第１の実施の形態で説明した、温度に応じた同調周波数補正処理を行うようにしたものである。
【００３８】
図８は、本例のリーダ・ライタの構成例を示したものである。リーダ・ライタとしての送信処理及び受信処理を行う、ＬＳＩで構成されたＲＦＩＤ通信用回路ブロック２１には、送信ブロック２２と受信ブロック２７とが接続してあり、送信ブロック２２の出力端と受信ブロック２７の入力端とが、同調回路６１を介してアンテナ２６に接続してある。送信ブロック２２に供給される送信信号は、変調回路２３で変調された後、ドライブ回路２４で所定の送信出力に増幅された後、同調回路２５側に供給される。受信ブロック２７は、フィルタ２８及びアンプ２９を備え、同調周波数の近傍の受信信号を取り出して、ＲＦＩＤ通信用回路ブロック２１内の復調部に、受信信号を供給する構成としてある。
【００３９】
ここまでは従来例として説明した構成と同様の構成であるが、本例においては、同調回路６１とアンテナ２６との特性で決まる同調周波数を、同調回路６１内での容量可変処理などで調整できる構成としてある。容量可変処理については、例えば既に第１の実施の形態で説明した可変容量ダイオードなどが適用可能である。
【００４０】
同調回路６１内での同調周波数の制御は、制御部６２により制御される。制御部６２には温度検出部６３とメモリ６４とが接続してあり、温度検出部６３で検出した温度データを、メモリ６４に記憶された変換テーブルのデータなどを使用して、同調周波数の補正に必要なデータを得て、その補正データを同調回路６１に供給して、温度による同調周波数のずれを補正する。１つ１つのリーダ・ライタ装置が持つ同調周波数のばらつきについても同時に補正する。
【００４１】
このように構成したことで、リーダ・ライタの同調周波数を温度変化によらず一定に維持でき、ＲＦＩＤ装置との近距離無線通信を常時良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＲＦＩＤ装置の例を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の温度検出部の例を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による補正値の記録例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態による補正処理例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態による温度補正特性例を示す特性図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による補正された特性例を示す特性図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるリーダ・ライタの例を示す構成図である。
【図９】従来のＲＦＩＤ装置の一例を示す構成図である。
【図１０】従来のリーダ・ライタの一例を示す構成図である。
【図１１】従来の温度特性を持つ場合の同調周波数と通信可能距離との関係の例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…ループアンテナ部、１２…同調用コンデンサ、１３…整流ダイオード、１４…ＲＦＩＤ回路ブロック、１５…無線電話用回路ブロック、２１…ＲＦＩＤ通信用回路ブロック、２２…送信ブロック、２３…変調回路、２４…ドライブ回路、２５…同調部、２６…アンテナ、２７…受信ブロック、２８…フィルタ、２９…アンプ、３１…コンデンサ、３２…可変容量ダイオード、３３…制御部、３４…温度検出部、３５…メモリ、３６…抵抗器、３７…サーミスタ、３８…アナログ／デジタル変換器、４１，４２，４３…スイッチ、５１，５２，５３…コンデンサ、６１…同調部、６２…制御部、６３…温度検出部、６４…メモリ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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