MITSUBISHI DENKI GIHO

特集論文

入退室管理システム向け
新型ハンズフリー認証装置

関 輝夫＊
三田尚義＊

New Model of Handsfree Authentication Device for Access Control System
Teruo Seki, Takayoshi Sanda

要旨（1）ハンズフリータグ（以下“タグ”という。
）を携帯していれに密着させて認証可能とする密着通信認証機能を搭載する

ば，扉に近づくだけで解錠できる新型ハンズフリー認証装ことで，電池消耗時の継続利用（代替手段）を実現した。ま置を開発し，2017年４月に発売開始した。特長を次に示す。

た，タグの内部構造を最適化し，タグのサイズを従来比で⑴約30％小型化した。

機器を一体化して施工性向上と原価低減を実現⑶

従来のハンズフリーアンテナとハンズフリーコントロー

電波干渉防止機能で隣接扉設置への制約を回避

ラの２台構成を一体化し，かつ外形寸法はハンズフリーア

隣接する扉にハンズフリーアンテナを設置する場合，送ンテナ相当とした。これによって，機器の施工性を向上さ

信電波同士の干渉でタグが正常に認証されないことがある。

せるとともに原価低減を実現した。

そのため，従来機種ではアンテナの送信電波が重複するよ⑵

密着通信認証機能とタグの小型化で利便性を向上

うな複数台設置を制限していた。新型機種ではアンテナ同タグはセミアクティブ方式のRFID（Radio Frequency

士が同時に電波を送信しないように制御する電波干渉防止IDentification）で，電池を内蔵している。従来はタグの電機能をアンテナ本体に搭載し，機器の追加をせずに隣接扉池が消耗すると電池交換まで認証が不可能となり運用に支での設置を可能にした（最大４台まで同時制御可能）。

障をきたす場面があったが，タグをハンズフリーアンテナ

アンテナ ・ コントローラの一体型機器
密着通信マーク（マークにタグをかざすことで認証）

管理パソコン

専用通信

IDコントローラ

タグの小型化（従来比 ・ 約30%小型化）

新型機種の特長
・ 2台構成を一体化
・ 密着通信認証機能の搭載
・ タグの小型化
・ 電波干渉防止機能の搭載

新型機種従来機種

アンテナ機器コントローラ機器

ハンズフリー認証装置

LAN
非接触カードリーダー
扉（電気錠）

インタホン付
カードリーダー

指透過認証装置

その他認証端末（一例）

入退室管理システム MELSAFETYシリーズ の基本構成とハンズフリー認証装置
入退室管理システム MELSAFETYシリーズ では，認証端末との接続にIDコントローラを使用する。認証端末は非接触カードリーダー，指透過認証装置をはじめ複数の機種があり，ハンズフリー認証装置はその一つである。新型機種ではアンテナとコントローラの一体化，タグの小型化等の開発を行っており，図では新型機種と従来機種の機器サイズを比較できる縮小比率にしている。

稲沢製作所＊27（521）

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ブ型RFID方式によって，タグを携帯すれば扉に近づくだ

1．ま え が きけで認証できる運用を実現する。標準アンテナでは最大タグを携帯して扉に近づくだけで解錠可能な認証装置と2.5m，長距離アンテナでは最大4.5mまでタグを認証するして，2011年に“ハンズフリー認証装置”を市場投入した。

ことができる（図１）。また，次の三つの認証モードを備え以降，その利便性の高さが評価され，特に工場や病院等でており，セキュリティーレベルや用途に応じて選択可能で多く採用されている。更に，従来機種からアンテナ一体化，ある（図２）。

タグ小型化や電波性能向上等を図った新型ハンズフリー認⑴

ハンズフリーモード
タグを携帯すれば，ハンズフリーアンテナに近づくだけ証装置を開発し，2017年４月に発売開始した。
本稿では，新型ハンズフリー認証装置の開発内容とその⑵特長について述べる。

センサモードタグを携帯し，ハンズフリーアンテナに手をかざすこと

2．ハンズフリー認証装置（2）2. 1で自動的に認証。

で認証。入退室の意志のない人が扉付近を通過した際の誤ハンズフリー認証装置の仕組み解錠を防止。

ハンズフリー認証装置は，125kHz（LF（Low Frequency）帯，従来機種は135kHz）と315MHz（UHF（Ultra HighFrequency）帯）の二つの電波帯を利用したセミアクティ⑶

ボタンモードタグを携帯してハンズフリーアンテナに近づき，タグのボタンを押すことで認証。

ハンズフリーアンテナ

標準アンテナ
HFA－310
IDコントローラ

長距離アンテナ
HFA－340

タグ応答電波（315MHz）

HFタグ
TAG－310アンテナ送信電波（125kHz）

約0.25～4.50m（調整可能）

図１．ハンズフリー認証の仕組み

アンテナ

アンテナ

自動扉

7cm以内

タグ

センサ

自動扉
タグ

タグ

①ハンズフリーモード（自動認証）

モード別包含関係

ハンズフリーモード

ボタン押す②センサモード（手をかざしたときだけ認証）

センサモード③ボタンモード（ボタンを押したときだけ認証）

ボタンモード

図２．三つの認証モード
28
（522）

三菱電機技報・Vol.92・No.9・2018

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認証操作をしなくても，自動的に認証可能⒜

車椅子に乗車したままでも認証して扉が開く

車に乗車したまま，カーゲートを開閉可能

オフィス／工場／病院

⒝

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⒞

駐車場

異物混入のリスクを少なくすることが可能⒟

病院／特別老人養護施設

食品工場

図３．ハンズフリー認証装置の導入イメージ

2. 2

ハンズフリー認証装置の導入イメージ（1）ハンズフリー認証装置は，セキュリティー性と利便性の両立を求める事務所の他，手がふさがりやすい倉庫や衛生面に考慮が必要な食品工場，フォークリフト等に乗車したまま認証したい製造工場等での導入を想定しており，非接触カードリーダー，指透過認証装置等の認証装置との差別化を図っている（図３）。

従来のハンズフリーコントローラ

従来のハンズフリーアンテナ

3．新型ハンズフリー認証装置の特長
3. 1

一体化

コントローラ一体型アンテナ

従来機種でのハンズフリーアンテナとハンズフリーコントローラの２台構成を一体化し，かつ外形寸法はアンテナ１台分を維持して（図４），約35％の原価低減を達成した。
機器の一体化は次の二つの取組みによって実現している。
⑴

無線制御基板の開発
従来のコントローラ部に搭載する無線制御ユニットとアンテナ部に搭載するインタフェース基板を一体化した無線

新型ハンズフリーアンテナ

図４．コントローラとアンテナの一体化

制御基板を開発した（図５）。
⑵制御基板と無線制御基板の重畳配置

ハンズフリーコントローラ

２枚の基板の間隔を約７mmとした重畳配置を実施した。
回路及び電源回路とマイコン等制御モジュールの配置を極力離すよう配慮している
（図６）
。
3. 2

密着通信認証機能の搭載

従来機種

この配置ではノイズによる誤動作防止のため，電波送受信

ハンズフリーアンテナ

制御基板

インタ
フェース基板LFアンテナUHFアンテナ

無線制御ユニット

タグはセミアクティブ方式RFIDであり，ボタン電池を内蔵している。従来ではタグの電池が切れた際に電池交換“無線制御ユニット”を基板化し，同一基板上に“インタフェース基板”の回路を一体化まで認証が不可能となり運用に支障をきたす場面があったが，タグをハンズフリーアンテナに密着させて認証可能にする密着通信認証機能を搭載することで，電池消耗時での密着通信認証機能は，非接触カードリーダーと同様にパッシブ方式RFIDで実現しており，タグへの給電機能を含む専用アンテナが必要となる。3. 1節で述べたとおり，機器一体化によって部品配置スペースに制約があるため，新型機種継続利用（代替手段）を可能にした（図７）。

LFアンテナ制御基板

無線制御基板UHFアンテナ密着通信用アンテナ

極力小型のアンテナを選定して搭載している（図６右下位

新型ハンズフリーアンテナ置）。タグは密着通信用アンテナに近接すると，アンテナ

図５．アンテナ機器一体化の設計変更

入退室管理システム向け新型ハンズフリー認証装置・関・三田

29（523）

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アンテナ部

制御基板部

29.0mmLED
29.0mm

各種設定用に DIP ／ロータリスイッチを配置
79.5mmボタン

密着通信アンテナ

52.0mmLED
10.0mm⒜

従来ハンズフリータグ

10.5mm⒝

新型ハンズフリータグ

図８．タグのサイズ比較

制御基板と無線制御基板の重畳配置

DIP：Dual In－line Package

図６．ハンズフリーアンテナ内蔵基板
従来タグ

電池

LF受信ICボタン

汎用マイコンボタン

UHF送信ICLFアンテナUHFアンテナ

別部品であった無線用 IC と汎用マイコンを専用マイコンによって集約化

図７．密着通信のイメージ

電池
新型タグ

密着通信マークの位置にタグを近づけることで通信可能

LFアンテナスマート・キー向け専用マイコン

ボタン

UHFアンテナ
密着通信アンテナ

ボタンからの磁束をタグ内部で電流に変換し，そのエネルギーによってICを駆動させる。この電磁誘導などの原理を用い

図９．タグ搭載部品削減の設計変更た動作によって，電池の切れたタグとアンテナでの電波送受信が可能になる。
3. 3

タグの小型化
制御基板及び防水構造

タグの内部構造を最適化することで，タグのサイズを従来比で約30％小型化するとともに，約20％の原価低減を達成した（図８）。これは，次の二つの取組みによって実現している。
⑴

制御基板
及び防水構造

搭載部品数の削減⒜

新型タグでは，スマート・キー向けの専用マイコンを新従来機種

⒝

新型機種

図10．タグの内部構造規採用することで無線通信ICの二つを削減し，基板の小型化を実現した（図９）。
⑵内部構造の見直し

3. 4

電波干渉防止機能の搭載

タグの内部は基板部品に加えて，電波法対応の改造防止

隣接する扉にハンズフリーアンテナを設置する場合，送構造（高剛性樹脂）と防水構造（パッキン）を持つ。新タグで信電波同士が干渉することでタグが正常に認証されないこは二つの構造を一体化する再設計を行い，更なる小型化をとがある。そのため従来機種ではアンテナの送信電波が重実現した（図10）。

複するような複数台設置を制限していた。新型機種ではア30（524）

三菱電機技報・Vol.92・No.9・2018

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IDコントローラ
1CH
a

a
アンテナ1
同期マスタ（1）

アンテナ2
同期スレーブ（2）

2CH
a

タグ
アンテナ 2電波範囲

アンテナ 1
電波範囲

電波範囲が重複しないよう，電波出力を絞るか，設置位置を離す必要がある。

a
アンテナ3
同期スレーブ（3）3CH（1）→（2）→（3）→（4）→（1）…の順番で電波送信するよう制御。制御は同期マスタが行う。

従来機種

a ： 通信線： IDコントローラ通信線： 同期信号線
CH： CHannel

4CH
同期接続

アンテナ4
同期スレーブ（4）図12．同期接続と送信順序⑵将来拡張向け機能搭載
タグにアンテナからのLF電波受信強度（Received Sig-nal Strength Indication：RSSI）の測定機能を搭載した。
これによって，タグとアンテナの位置関係及び移動（接近，タグアンテナ 1
電波範囲

アンテナ 2
電波範囲同期制御することで，電波送信範囲を重複させた設置が可能になる。
新型機種

図11．電波送信エリア重複時の同期接続横切り）を判別することが可能になる。
⑶

施工性・保守性改善
アンテナ表ケースに脱落防止構造を採用するとともに，ケース取付けねじを正面から奥行き方向に対して斜め配置とすることで施工時の下方スペースに制約がある場合の設置に配慮した。また，施工時や保守時の無線性能確認を，アンテナとタグだけで簡易実施するための単体無線テスト

ンテナ同士が同時に電波を送信しないよう制御する電波干機能を実装した。

渉防止機能をアンテナ本体に搭載することで，隣接扉等へ4．むの設置を可能にした
（図11）
。

すび

この機能は，同期機能で実現しており，アンテナの中三菱統合ビルセキュリティーシステム“MELSAFETY

で１台が親機（マスタ）となり，その他のアンテナ子機（スシリーズ”の認証端末である新型ハンズフリー認証装置にレーブ）が電波を出力するタイミングを制御する。送信タ

ついて述べた。新型機種の開発で施工性向上，利便性向上，イミングは“1：マスタ”“2～4：スレーブ”の４種類とし，原価低減を実現し，導入を更に促進することができた。

送信周期は１台について約150msで接続台数に応じて増

今後は，エレベーターとの連携やRSSI測定機能を活用加する（図12）。同期させるアンテナ同士は同期専用の信したセキュリティーゲートへの応用，タグ所持者の居場所号線を接続（最大４台）し，マスタ，スレーブの設定やアン把握など，新型ハンズフリー認証装置を応用したセキュリ

テナ台数，スレーブ番号の設定は，アンテナ基板上のDIPティーソリューションを広げていくことで，製品競争力のスイッチによって行う。

更なる強化を図っていく。

3. 5

その他機能改善参 考 文 献先に述べた大規模な設計変更に加えて，新型ハンズフ
リー認証装置では次のような機能改善も行っている。
⑴⑴ 上 野 一 巳：
“MELSAFETY－G”に よ る 入 退 室 管 理

無線通信の高速化

システムのリニューアル，三菱電機技報，91，No.3，LF及びUHFの通信速度を約２倍にし，また電文の内容を一部集約することで，通信所要時間を約250msから約150msに短縮した。

入退室管理システム向け新型ハンズフリー認証装置・関・三田

196～200（2017）⑵

星野一郎，ほか：ハンズフリー入退室管理システム，
三菱電機技報，86，No.8，469～472（2012）

31（525）