JP2006295905A

JP2006295905A - 情報処理装置

Info

Publication number: JP2006295905A
Application number: JP2006068685A
Authority: JP
Inventors: Jun Koyama; 潤小山
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】リーダ／ライタに接続されたアンテナユニットにおいて、アンテナ回路の共振容量が温度の影響を受けやすいといった問題を課題とする。
【解決手段】アンテナ回路と、受信信号発生回路、マイクロコンピュータ、送信信号発生回路、レベル検出回路、及びＤ／Ａコンバータを有するリーダ／ライタ装置と、を有し、受信信号発生回路は、マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、送信信号発生回路は、マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、Ｄ／Ａコンバータは、マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、レベル検出回路は、マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、アンテナ回路は、アンテナ、共振容量、及び可変容量素子を有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信など非接触手段により、必要な情報を記憶させ、或いは情報を読み取るための情報処理装置に関する。本発明は特にＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用ＩＣチップ（ＩＤチップ、ＩＣタグ、ＩＤタグ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグ、トランスポンダともいう）の情報の読み込み、書き込みを行うためのリーダ／ライタ装置（質問器、インテロゲータ、コントローラともいう）に関する。

コンピュータ技術の発展や、画像認識技術の向上によって、バーコードなどの媒体を用いた情報認識が広く普及し、商品データの認識などに用いられている。今後はさらに多量の情報認識が実施されると予想される。その一方、バーコードによる情報読み取りなどでは、バーコードリーダーがバーコードとの接触を必要とすることや、バーコードに記録される情報量があまり多くできないという欠点があり、非接触の情報認識および媒体の記憶容量増大が望まれている。

このような要望から、近年、非接触型のＲＦＩＤ用ＩＣチップ（以下、ＩＣチップという）、及びリーダ／ライタ装置（以下、リーダ／ライタという）が開発されている。ＩＣチップとはＩＣチップ内のメモリ回路に必要な情報を記憶し、非接触手段、一般的には無線手段を用い、リーダ／ライタにより内部の情報を読み取るものである。このようなＩＣチップに記憶された情報を読み取る情報処理装置の実用化によって、商品流通などの簡素化、低コスト化、高いセキュリティの確保が可能になるものと期待されている。

ＩＣチップを用いたＲＦＩＤシステムの概要について図１３を用いて説明する。図１３は従来技術として、特許文献１に開示されているリーダ／ライタのブロック図について示したものである。図１３は、ＩＣチップ１３０１、リーダ／ライタ１３０２、上位装置１３０３により構成される。ここで上位装置１３０３は、リーダ／ライタ１３０２を介して、ＩＣチップ１３０１に対しデータ処理命令、データ処理結果のやりとりをし、個体情報の判別を管理する。

リーダ／ライタ１３０２は、受信部１３０４、送信部１３０５、制御部１３０６、インターフェース部１３０７、アンテナ１３０８、共振容量１３０９で構成される。制御部１３０６は、インターフェース部１３０７を介した上位装置１３０３の制御により、データ処理命令、データ処理結果について、受信部１３０４、送信部１３０５を制御する。送信部１３０５はＩＣチップ１３０１に送信するデータ処理命令を変調し、アンテナ１３０８から電磁波として出力する。また受信部１３０４は、アンテナ１３０８で受信された電磁波を復調し、データ処理結果として制御部１３０６に出力する。

受信部１３０４及び送信部１３０５に接続され、ＬＣ並列共振回路を構成するアンテナ１３０８及び共振容量１３０９（以下、アンテナ回路１３１０という）は、受信時には、ＩＣチップ１３０１により出力された電磁波によってアンテナ回路１３１０に誘導される起電力を電気的信号として受信する。また、送信時には、アンテナ回路１３１０に誘導電流を供給し、アンテナ１３０８よりＩＣチップ１３０１に電磁波を送信する。

なお、詳細については割愛するが、ＩＣチップ１３０１においてもアンテナと共振容量で構成されたＬＣ並列共振回路を有し、リーダ／ライタ１３０２のアンテナ１３０８から電磁波を受信し、リーダ／ライタ１３０２のアンテナ１３０８へ電磁波を送信している。

上述のアンテナ回路１３１０は、アンテナ１３０８のインダクタンスと共振容量１３０９の容量値によって決まる固有の共振周波数ｆ０を持っている。ＲＦＩＤシステムにおいて個体情報の通信を行う場合、リーダ／ライタ１３０２のアンテナ回路１３１０の共振周波数ｆ０をある程度、送信部１３０５より出力される送信周波数ｆｃに合わせ込む必要がある。ここでアンテナ回路１３１０の共振周波数ｆ０は、式（１）に示すように設定されている。式（１）において、ＬおよびＣは、アンテナ１３０８のインダクタンスＬおよび共振容量１３０９のキャパシタンスＣをそれぞれ表している。

ｆ０＝１／｛２π（ＬＣ）^１／２｝（１）

この共振周波数ｆ０は、送信部１３０５から出力される送信周波数ｆｃに一致させることでもっとも効率的に送受信が可能になる。そのためアンテナ回路１３１０において、共振周波数ｆ０は、送信周波数ｆｃと等しくなるように予め設定される。

なお、送受信される周波数は、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどがあり、それぞれＩＳＯ規格などが設定される。また、送受信の際の変調・復調方式も規格化されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２５００９６号公報特開２００１−２５０３９３号公報

前述したようにリーダ／ライタに接続されたアンテナ回路の共振周波数ｆ０は、アンテナのインダクタンスと共振容量の容量値で決まる。しかしながら、リーダ／ライタに接続されたアンテナ回路において、アンテナのインダクタンスは温度の影響を受けにくいが、共振容量の容量値は温度の影響を受けやすい。

共振容量として用いられるコンデンサは、小型化が求められるため、強誘電体を母体とした容量の大きいコンデンサが用いられている。チタン酸バリウムに代表される強誘電体は、１０００以上の大きな比誘電率を持ち、電子機器に幅広く使用されており、汎用性が高い。しかしながら、強誘電体を母体としたコンデンサでは、静電容量の温度依存性が比較的大きく、静電容量や誘電損失の変化が大きい。

そのため、アンテナユニットにおいて、周囲の温度が変化するとそれに併せて共振容量の値も変化し、式（１）から明らかなように、アンテナ回路の共振周波数ｆ０が変化してしまっていた。そのため、データを受信するＩＣチップにおいて、受信電圧レベルが低下するといった問題があった。

アンテナ回路に入力される送信周波数ｆｃは、送信部に水晶振動子などを用いることによって、温度に対する変化を数ｐｐｍに抑えることが可能である。しかしながら、上述のように強誘電体を母体としたコンデンサを有するアンテナ回路では、静電容量の温度依存性は比較的大きく、共振容量の変化は数％になることもある。そのため、周囲の温度が変化する毎に共振周波数ｆ０が変化し、アンテナ回路から送信される信号が減衰してしまうという問題があった。

本発明は上述の諸問題を鑑みて案出されたもので、アンテナ回路の共振周波数ｆ０を温度に依存することなく定期的に補正し、周囲の温度が変化してもアンテナ回路から放出される信号を一定に入出力し、ＩＣチップの情報の読み込み、書き込みを行うための情報処理装置を提供するものである。

上述の諸問題を解決するため、本発明においては、新たな情報処理装置を提供するものである。

より具体的には、本発明の情報処理装置は、アンテナ回路と、受信信号発生回路、マイクロコンピュータ、送信信号発生回路、レベル検出回路、及びＤ／Ａコンバータを有するリーダ／ライタ装置と、を有し、前記受信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続され、前記送信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、前記Ｄ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、前記レベル検出回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、前記アンテナ回路は、アンテナ、共振容量、及び可変容量素子を有する構成とした。

さらに別の本発明の情報処理装置は、アンテナ回路と、受信信号発生回路、送信信号発生回路、レベル検出回路、第１のＤ／Ａコンバータ、第２のＤ／Ａコンバータ、マイクロコンピュータ及びマッチング回路を有するリーダ／ライタ装置と、を有し、前記受信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続され、前記送信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及びアンテナ回路に接続されており、前記第１のＤ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、前記第２のＤ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記マッチング回路に接続されており、前記レベル検出回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、前記アンテナ回路は、アンテナ、共振容量、及び第１の可変容量素子を有し、前記マッチング回路は第２の可変容量素子を有する構成とした。

さらに別の本発明の情報処理装置は、アンテナ、共振容量、及び可変容量素子を有するアンテナ回路と、前記アンテナ回路で受信した電圧信号を復調し、復調された電圧信号をマイクロコンピュータに出力する受信信号発生回路と、前記マイクロコンピュータから出力された電圧信号を変調し、変調された電圧信号を前記アンテナ回路に送信する送信信号発生回路と、前記可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力するＤ／Ａコンバータと、前記変調された電圧信号と、前記Ｄ／Ａコンバータからの前記可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号と、が入力されたときの前記アンテナ回路における出力値を検出し、前記出力値を前記マイクロコンピュータに出力するレベル検出回路を有する構成とした。

さらに別の本発明の情報処理装置は、アンテナ、共振容量、及び第１の可変容量素子を有するアンテナ回路と、前記アンテナ回路で受信した電圧信号を復調し、復調された電圧信号をマイクロコンピュータに出力する受信信号発生回路と、前記マイクロコンピュータから出力された電圧信号を変調し、変調された電圧信号を前記アンテナ回路に送信する送信信号発生回路と、第２の可変容量素子を有するマッチング回路と、前記第１の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力する第１のＤ／Ａコンバータと、前記第２の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力する第２のＤ／Ａコンバータと、前記変調された電圧信号と、前記第１のＤ／Ａコンバータからの前記１の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号と、が入力されたときの前記アンテナ回路における出力値を検出し、前記出力値を前記マイクロコンピュータに出力するレベル検出回路を有する構成とした。

また本発明のレベル検出回路は、ダイオード、コンデンサ、及びＡ／Ｄコンバータを有する構成であってもよい。

また本発明のレベル検出回路は、アンテナ回路における出力値の検出を定期的に行う構成であってもよい。

また本発明の可変容量素子は、可変容量ダイオード、カップリングコンデンサ、及び電圧供給抵抗を有する構成であってもよい。

また本発明のアンテナは、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナのいずれかを有する構成であってもよい。

本発明の第１の構成をとることによって、アンテナ回路から送信される信号の出力が最大になるような動作を定期的に行うことができる情報処理装置を提供することができる。そのため周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量の値が変化しても、最大の信号を得ることができる情報処理装置を提供することができる。また、本発明の構成をとる情報処理装置は、温度環境の変化に限らず、共振容量が変化するあらゆる環境下においても定期的にアンテナ回路から出力される信号の出力が最大になるような動作を行うことができる。

本発明の第２の構成を取ることによって、第１の構成の効果に加えて、定期的にアンテナユニットとリーダ／ライタとのインピーダンス整合を行うことができる。そのため周囲温度が変化しても、アンテナユニットとリーダ／ライタとのインピーダンス整合をとることができる。また、本発明の構成をとる情報処理装置は、温度環境の変化に限らず、共振容量の値が変化するあらゆる環境下においても定期的にアンテナユニットとリーダ／ライタとのインピーダンス整合をとることができる。

以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）

図１は本発明の第１の構成による情報処理装置の構成を示すブロック図である。図１は、リーダ／ライタ１０１、アンテナユニット１０２、コンピュータ１０３、ＩＣチップ１０４により構成される。ここでコンピュータ１０３は、リーダ／ライタ１０１に接続されたアンテナユニット１０２を介して、ＩＣチップ１０４に対しデータ処理命令、データ処理結果のやりとりをし、個体情報の判別を管理する。

リーダ／ライタ１０１は、受信信号発生回路１０５、送信信号発生回路１０６、レベル検出回路１０７、Ｄ／Ａ（デジタル−アナログ）コンバータ１０８、マイクロコンピュータ１０９で構成される。マイクロコンピュータ１０９は、コンピュータ１０３の制御により、データ処理命令、データ処理結果について、受信信号発生回路１０５、送信信号発生回路１０６と電圧信号を送受信する。送信信号発生回路１０６はＩＣチップ１０４に送信するデータ処理命令の電圧信号を変調し、変調された電圧信号をアンテナユニット１０２から電磁波として出力する。また受信信号発生回路１０５は、アンテナユニット１０２で受信された電磁波によって生じた電圧信号を復調し、復調された電圧信号をデータ処理結果としてマイクロコンピュータ１０９に出力する。つまり、マイクロコンピュータ１０９は送信信号発生回路１０６にデータを出力し、また受信信号発生回路１０５より出力される受信データを処理する。

なお、送信信号発生回路において、送信するデータ処理命令の電圧信号の変調は、振幅変調であってもよいし、位相変調、周波数変調であってもよい。なお送信信号発生回路において、振幅変調を採用した場合は、ＩＣチップ側の受信した電磁波を復調するための回路に、ダイオードを用いた包絡線検波を用いることができる。包絡線検波は単純な回路で行うことができるため、小型化されたＩＣチップを読み取るための情報処理装置を提供することができる。

アンテナユニット１０２は、アンテナ回路１１０を有し、アンテナ回路１１０は共振容量１１１、可変容量素子１１２、アンテナ１１３とから構成される。アンテナ回路１１０において、共振容量１１１、可変容量素子１１２、アンテナ１１３は並列に接続され、それぞれ一方の電極は接地されている。なお、可変容量素子は外部から入力された電圧信号により、容量を可変することができる素子のことである。

なお、アンテナユニットにおいて、アンテナ回路は複数設ける構成であってもよい。また、本発明の情報処理装置において、受信用と送信用のアンテナ回路を別々に設ける構成であってもよい。また、複数のアンテナ回路を設ける場合は、アンテナ回路に併せて、受信信号発生回路、送信信号発生回路を複数も受ける構成であってもよい。

なお、本明細書において、接続されるとは、特にことわりのない限り、電気的な接続のことを指すものとする。

レベル検出回路１０７は、アンテナユニット１０２での出力する信号の大きさを検出する回路である。図２にレベル検出回路１０７の構成例について示す。レベル検出回路１０７は、ダイオード２０１、コンデンサ２０２、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ２０３より構成される。アンテナユニット１０２がＩＣチップ１０４に送信した出力信号は、ダイオード２０１に入力され、半波整流波として出力される。出力された半波整流波は、コンデンサ２０２によって平滑化される。平滑化された出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ２０３によりアナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号化された出力値はマイクロコンピュータ１０９に出力される。

なお、上記レベル検出回路１０７において、整流回路、平滑回路を組み合わせることで、アンテナユニット１０２がＩＣチップ１０４に送信した出力信号を直流電流化したが、出力信号の大きさを検出できる回路であれば何でもよい。例えば、図３に示すようにチョークコイル２０４を使用したレベル検出回路を用いてもよい。チョークコイル２０４を使用することによって平滑化する際の電圧変動を小さくすることができる。

Ｄ／Ａコンバータ１０８はマイクロコンピュータからのデジタル信号をアナログ直流電圧の信号に変換するものである。Ｄ／Ａコンバータとしては、公知のＤ／Ａコンバータを用いればよい。例えば、入力されるビット数対応した複数の電圧供給線にスイッチング素子を配し、デコーダを介してスイッチング素子を選択的に駆動してデジタル信号をアナログ直流電圧の信号に変換すればよい。勿論、デジタル信号をアナログ直流電圧の信号として出力することが可能な回路であればどのような回路でも適用することもできる。

次にアンテナユニット１０２のアンテナ回路１１０について、図１よりさらに詳細に図４に示す。図４におけるアンテナ回路１１０はアンテナ１１３、共振容量１１１、可変容量素子１１２とから構成されたＬＣ並列共振回路である。アンテナ回路１１０における可変容量素子１１２は、カップリングコンデンサ４０１、電圧供給抵抗４０２、可変容量ダイオード４０３によって構成されている。電圧供給抵抗４０２は、Ｄ／Ａコンバータ１０８に接続されている。

なお、本実施の形態において、電圧供給抵抗は電圧源のインピーダンスを高くするために用いる。勿論、電圧源のインピーダンスを高くする構成であれば他の構成を用いてもよい。また、カップリングコンデンサは可変容量素子部への直流電圧の印加を遮断するために用いる。勿論、可変容量素子部への直流電圧の印加を遮断する構成であれば他の構成を用いてもよい。

なお、可変容量ダイオード（バラクタダイオード、バリキャップともいう）は、ｐｎ接合したダイオードの両端にかかる電圧の大きさによって、そこで生じる空乏層が誘電体として働き、半導体内のｐ型、ｎ型領域が導体として働く。つまり、可変容量ダイオードは、ｐｎ接合したダイオードに対し印加した逆バイアスの電圧によって生じる空乏層、およびｐ型、ｎ型領域が容量として働くことを利用したものである。換言すれば、可変容量ダイオードは、ｐｎ接合したダイオードに逆バイアスの電圧を印加することで静電容量を変化させ、容量を可変させるものである。図５に可変容量ダイオードの印加される逆バイアス電圧と容量の関係について簡単に示す。可変容量ダイオードはこの入力された逆バイアス電圧が増加することにより空乏層の幅が変化し容量を減少させ、逆バイアス電圧が減少することにより空乏層の幅が変化し容量を増加させることができる。

なおアンテナには、電波法に定められた範囲内で目的見合った大きさのアンテナであればよい。送受信される信号は、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどがあり、それぞれＩＳＯ規格などが設定される。具体的なアンテナとしては、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナなどが用いればよい。またアンテナの形状はＩＣチップに接続されるアンテナの形状、偏波に見合ったものを選択すればよい。具体的には、ダイポールアンテナであれば折り返しダイポールアンテナであってもよい。ループアンテナであれば、円形ループアンテナ、方形ループアンテナであってもよい。パッチアンテナであれば円形パッチアンテナ、方形パッチアンテナであってもよい。

なお、パッチアンテナの場合、セラミック等の誘電材料を用いたアンテナを用いればよい。パッチアンテナの基板として用いる誘電材料の誘電率を高くすることによってアンテナを小型化することができる。また、パッチアンテナの場合、機械強度が高いため、繰り返し使用することが可能である。

なお、パッチアンテナの誘電材料は、セラミック、有機樹脂、又はセラミックと有機樹脂の混合物等で形成することができる。セラミックの代表例としては、アルミナ、ガラス、フォルステライト等が挙げられる。さらには、複数のセラミックを混合して用いてもよい。また、高い誘電率を得るためには、誘電体層を、強誘電体材料で形成することが好ましい。強誘電体材料の代表例としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、二オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が挙げられる。さらには、複数の強誘電体材料を混合して用いてもよい。

次に、本発明の動作について説明する。まず、本発明は特定の周期、たとえば１０分間に一度アンテナ回路から放出される信号のキャリブレーションを行う、この時間１０分はあくまで例でありこれに限定されない。キャリブレーションは以下の手順で行われる。

まず、送信信号発生回路１０６から送信周波数ｆｃを有する無変調信号がアンテナ回路１１０に入力される。ここで、無変調信号とは、送信信号発生回路１０６がマイクロコンピュータ１０９からの信号を送信信号発生回路１０６で振幅変調、周波数変調、位相変調せずに出力する信号のことをいう。

そして、送信信号発生回路１０６から無変調信号がアンテナ回路１１０に入力された状態で、マイクロコンピュータ１０９よりＤ／Ａコンバータ１０８の出力電圧を変化させる。すると、Ｄ／Ａコンバータ１０８の出力電圧が入力される可変容量素子１１２の容量値が変化し、アンテナ回路１１０の共振周波数ｆ０が変化する。そして、可変容量素子１１２の容量値の変化に対応して、アンテナ回路１１０から出力される信号も変化する。

送信信号発生回路１０６からの無変調信号をアンテナ回路１１０が出力すると共に、レベル検出回路１０７には、アンテナ回路１１０が出力した信号が入力される。

レベル検出回路１０７は、アンテナ回路１１０からの信号を整流化、平滑化の後、アナログ信号をデジタル信号に変換して、マイクロコンピュータ１０９に出力する。マイクロコンピュータ１０９はこのデジタル信号をみて、Ｄ／Ａコンバータ１０８の出力電圧がどの値の時に、送信信号発生回路１０６からの無変調信号がアンテナ回路１１０で最大に出力されるかを判断する。

そして、マイクロコンピュータ１０９は、非キャリブレーション時に、Ｄ／Ａコンバータ１０８からの出力電圧により変化するアンテナ回路１１０から出力される信号について最大になるように設定をおこなう。このＤ／Ａコンバータ１０８からアンテナ回路１１０への出力の設定は、次のキャリブレーション時まで保持される。

このようにして、定期的にアンテナ回路１１０から出力される信号の出力が最大になるような動作を行うので、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化しても、最大の信号を得ることができる。

なお、本発明の第１の構成は、温度変化に起因した共振容量の変化に限らず、共振容量が変化するあらゆる環境下においても定期的にアンテナ回路から放出される信号の出力が最大になるような動作を行うことができる。
（実施の形態２）

図６は本発明の第２の構成による情報処理装置の構成を示すブロック図である。図６は、リーダ／ライタ６０１、アンテナユニット６０２、コンピュータ６０３、ＩＣチップ６０４により構成される。ここでコンピュータ６０３は、リーダ／ライタ６０１に接続されたアンテナユニット６０２を介して、ＩＣチップ６０４に対しデータ処理命令、データ処理結果のやりとりをし、個体情報の判別を管理する。

リーダ／ライタ６０１は、受信信号発生回路６０５、送信信号発生回路６０６、レベル検出回路６０７、第１のＤ／Ａコンバータ６０８Ａ、第２のＤ／Ａコンバータ６０８Ｂ、マイクロコンピュータ６０９、マッチング回路６１５で構成される。マイクロコンピュータ６０９は、コンピュータ６０３の制御により、データ処理命令、データ処理結果について、受信信号発生回路６０５、送信信号発生回路６０６と電圧信号を送受信する。送信信号発生回路６０６はＩＣチップ６０４に送信するデータ処理命令の電圧信号を変調し、変調された電圧信号をアンテナユニット６０２から電磁波として出力する。また受信信号発生回路６０５は、アンテナユニット６０２で受信された電磁波によって生じた電圧信号を復調し、復調された電圧信号をデータ処理結果としてマイクロコンピュータ６０９に出力する。つまり、マイクロコンピュータ６０９は送信信号発生回路６０６にデータを出力し、また受信信号発生回路６０５より出力される受信データを処理する。

本発明の第２の実施の形態である図６においてはアンテナ回路だけでなく、マッチング回路にも可変容量素子を適応する。マッチング回路もＬＣ共振を用いており、共振容量が温度で変化すると信号が低下する原因となるため、アンテナ回路と同様に可変容量を用いて、共振周波数を最適化したものである。そのため、温度環境の変化に限らず、共振容量が変化するあらゆる環境下においても定期的にアンテナユニットとリーダ／ライタとのインピーダンス整合をとることができる。そして、本発明の情報処理回路は、温度環境の変化に限らず、良好な通信を可能にする。

アンテナユニット６０２は、アンテナ回路６１０を有し、アンテナ回路６１０は共振容量６１１、可変容量素子６１２、アンテナ６１３とから構成される。アンテナ回路６１０において、共振容量６１１、可変容量素子６１２、アンテナ６１３は並列に接続され、それぞれ一方の電極は接地されている。なお、可変容量素子は外部から入力された電圧信号により、容量を可変することができる素子のことである。なお、アンテナユニット１０２のアンテナ回路１１０の詳細については、実施の形態１で示した図４と同様である。

リーダ／ライタ６０１、アンテナユニット６０２のインピーダンス整合をとるためのマッチング回路６１５は、共振容量６１６、可変容量素子６１７、コイル６１８Ａ、コイル６１８Ｂとから構成される。マッチング回路６１５において、共振容量６１６、可変容量素子６１７は並列に接続され、それぞれ一方の電極は接地されている。また、共振容量６１６、可変容量素子６１７の他方の電極は、コイル６１８Ａ、６１８Ｂが接続されている。

マッチング回路６１５について、図６よりさらに詳細に図７に示す。図７におけるマッチング回路６１５は共振容量６１６、可変容量素子６１７、コイル６１８Ａ、コイル６１８Ｂとから構成される。マッチング回路６１５における可変容量素子６１７は、カップリングコンデンサ７０１、電圧供給抵抗７０２、可変容量ダイオード７０３によって構成されている。電圧供給抵抗７０２は、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ｂに接続されている。

なお、本実施の形態において図７に示したマッチング回路は一例であって、図７の構成に示したマッチング回路に限定されるものではない。本発明の情報処理装置におけるマッチング回路は、共振容量を有するマッチング回路であれば何でもよい。なお、マッチング回路には、設計するリーダ／ライタ、アンテナ回路間のインピーダンスの抵抗成分、リアクタンス成分に応じて、インピーダンス整合をとるためのコイル、コンデンサを適宜設ければよい。

なお、可変容量ダイオードの詳細については、実施の形態１で示した図６と同様である。

レベル検出回路６０７は、アンテナユニット６０２での出力する信号の大きさを検出する回路である。レベル検出回路６０７の構成例については、実施の形態１で示した図２、図３の構成と同様である。

Ｄ／Ａコンバータ６０８Ａ、６０８Ｂはマイクロコンピュータ６０９からのデジタル信号をアナログ直流電圧に変換するものである。Ｄ／Ａコンバータとしては、公知のＤ／Ａコンバータを用いればよい。例えば、入力されるビット数対応した複数の電圧供給線にスイッチング素子を配し、デコーダを介してスイッチング素子を選択的に駆動してデジタル信号をアナログ直流電圧に変換すればよい。勿論、デジタル信号をアナログ直流電圧の信号として出力することが可能な回路であればどのような回路でも適用することもできる。

なおアンテナには、電波法に定められた範囲内で目的見合った大きさのアンテナであればよい。送受信される信号は、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどがあり、それぞれＩＳＯ規格などが設定される。具体的なアンテナとしては、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナなどが用いればよい。またアンテナの形状はＩＣチップ内のアンテナの形状、偏波に見合ったものを選択すればよい。具体的には、ダイポールアンテナであれば折り返しダイポールアンテナであってもよい。ループアンテナであれば、円形ループアンテナ、方形ループアンテナであってもよい。パッチアンテナであれば円形パッチアンテナ、方形パッチアンテナであってもよい。

まず、送信信号発生回路６０６から送信周波数ｆｃを有する無変調信号がアンテナ回路６１０に入力される。ここで、無変調信号とは、送信信号発生回路６０６がマイクロコンピュータ６０９からの信号を送信信号発生回路６０６で振幅変調、周波数変調、位相変調せずに出力する信号のことをいう。

そして、送信信号発生回路６０６から無変調信号がアンテナ回路６１０に入力された状態で、マイクロコンピュータ６０９よりＤ／Ａコンバータ６０８Ａの出力電圧を変化させる。すると、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ａの出力電圧が入力される可変容量素子６１２の容量値が変化し、アンテナ回路６１０の共振周波数ｆ０が変化する。そして、可変容量素子６１２の容量値の変化に対応して、アンテナ回路６１０から出力される信号も変化する。

送信信号発生回路６０６からの無変調信号をアンテナ回路６１０が出力すると共に、レベル検出回路６０７には、アンテナ回路６１０が出力した信号が入力される。

レベル検出回路６０７は、アンテナ回路６１０からの信号を整流化、平滑化の後、アナログ信号をデジタル信号に変換して、マイクロコンピュータ６０９に出力する。マイクロコンピュータ６０９はこのデジタル信号をみて、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ａの出力電圧がどの値の時に、送信信号発生回路６０６からの無変調信号がアンテナ回路６１０で最大に出力されるかを判断する。

そして、マイクロコンピュータ６０９は、非キャリブレーション時に、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ａからの出力電圧により変化するアンテナ回路６１０から出力される信号について最大になるように設定をおこなう。このＤ／Ａコンバータ６０８Ａからアンテナ回路６１０への出力の設定は、次のキャリブレーション時まで保持される。

アンテナ回路の最適化を行った後、マッチング回路の最適化を行う。まず、送信信号発生回路６０６から送信周波数ｆｃを有する無変調信号がアンテナ回路６１０に入力される。

そして、送信信号発生回路６０６から無変調信号がアンテナ回路６１０に入力された状態で、マイクロコンピュータ６０９よりＤ／Ａコンバータ６０８Ｂの出力電圧を変化させる。すると、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ｂの出力電圧が入力される可変容量素子６１７の容量値が変化し、アンテナ回路６１０の共振周波数ｆ０が変化する。そして、可変容量素子６１７の容量値の変化に対応して、アンテナ回路６１０から出力される信号も変化する。

レベル検出回路６０７は、アンテナ回路６１０からの信号を整流化、平滑化の後、アナログ信号をデジタル信号に変換して、マイクロコンピュータ６０９に出力する。マイクロコンピュータ６０９はこのデジタル信号をみて、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ｂの出力電圧がどの値の時に、送信信号発生回路６０６からの無変調信号がアンテナ回路６１０で最大に出力されるかを判断する。

そして、マイクロコンピュータ６０９は、非キャリブレーション時に、Ｄ／Ａコンバータ６０８Ｂからの出力電圧により変化するアンテナ回路６１０から出力される信号について最大になるように設定をおこなう。このＤ／Ａコンバータ６０８Ｂからアンテナ回路６１０への出力の設定は、次のキャリブレーション時まで保持される。

なお、共振周波数の最適化の順序は、マッチング回路、アンテナ回路の順に調整しても良い。

このようにして、定期的に信号の出力が最大になるような動作を行うので、周囲温度が変化し、アンテナ回路及びマッチング回路の共振容量値が変化しても、最大の信号を得ることができる。

なお、本発明の第２の構成は、実施の形態１で示した本発明の第１の構成の効果に加えて、温度変化に起因した共振容量の変化に限らず、共振容量が変化するあらゆる環境下においても定期的にアンテナユニットとリーダ／ライタとのインピーダンス整合をとることができる。

本実施例において、本発明の具体的な実施例について説明する。本発明の情報処理装置は、ＩＣカード、ＩＣタグ、紙幣、パスポート、電子機器、バッグ及び衣類等のＩＣチップを具備したあらゆる物品の読み取りに用いることができる。ここでは、ＩＣチップを具備した物品の例について図８〜１０を用いて説明する。

図８はＩＣカード用情報処理装置に上記実施の形態で示した本発明のリーダ／ライタを適用した例について示したものである。ＩＣカード用情報処理装置は、ＩＣカードに内蔵されたＩＣチップ内の個人の識別、現金を使わない代金の決済情報、あるいは電子マネーといった情報の読み込み／書き込みを行うことができる。

図８において、８０１はＩＣカード、８０２はＩＣチップ、８０３はリーダ／ライタ、８０４は操作部、８０５はコンピュータである。ＩＣカード８０１に内蔵されたＩＣチップ８０２の情報は、リーダ／ライタ８０３を介して読み込み／書き込みが行われ、コンピュータ８０５に情報が蓄積される。

本発明の情報処理装置は、常設型の情報処理装置、または携帯型情報処理装置に限らず、あらゆる形状に適用することが可能であり、様々な環境下（亜熱帯、砂漠、寒冷地等）、もしくは寒暖の差が激しい地域においても、定期的に信号の出力が最大になるような動作を行うので、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化しても、最大の信号を得ることができる。その結果、ＩＣチップの情報の読み取れない等の不具合を少なくすることができる。

図９（Ａ）、（Ｂ）はＩＣチップ用情報処理装置に上記実施の形態で示した本発明のリーダ／ライタを適用した例について示したものである。図９（Ａ）、（Ｂ）において、９０１はリーダ／ライタ、９０２はＩＣチップ、９０３は物品、９０４はバッグ、９０５はコンピュータである。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、スーパーマーケットなどの小売店で商品を扱う際の商品管理を行うためのＩＣチップ９０２を物品９０３に貼付した例であり、本発明はリーダ／ライタ９０１によってバッグ９０４内の物品９０３に貼り付けされたＩＣチップ９０２に内蔵された物品についての個体情報の読み取り／書き込みを行うことによって、コンピュータ９０５に照会し、万引きなどの被害を防ぐことも可能である。バッグ９０４内の物品９０３に貼り付けされたＩＣチップ９０２に内蔵された物品９０３の個体情報について、店舗での購入について代金の授受等の情報の読み取り／書き込みを行うことができる。

本発明の情報処理装置は、常設型の情報処理装置、または携帯型情報処理装置に限らずあらゆる形状に適用することが可能であり、様々な環境下（亜熱帯、砂漠、寒冷地等）、もしくは寒暖の差が激しい地域においても、定期的に信号の出力が最大になるような動作を行うので、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化しても、最大の信号を得ることができる。その結果、ＩＣチップの情報の読み取れない等の不具合を少なくすることができる。

図１０はＩＣタグ用情報処理装置に上記実施の形態で示した本発明のリーダ／ライタを適用した例について示したものである。図１０において、１００１はリーダ／ライタ、１００２はＩＣチップ、１００３はＩＣタグ、１００４は衣服、１００５はコンピュータである。

図１０は、ＩＣチップ１００２を内蔵したＩＣタグ１００３が取り付けられた衣服１００４の商品管理の例であり、本発明はリーダ／ライタ１００１によってこのＩＣタグ１００３内におけるＩＣチップ１００２の情報の読み取り／書き込みを行うことによって、コンピュータ１００５に照会し、在庫管理を容易にすることが可能である。

なお、本実施例に示した例はごく一例であり、これらの用途に限定するものではないことを付記する。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化する条件下においても、本発明の情報処理装置は物品の個体認識用のＩＣチップの情報の読み込み／書き込みを最大の信号にて行うことが可能である。また、本実施例は上記実施の形態のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。

本実施例においてセキュリティ確保を目的として、多様な物品へＩＣチップを実装し、各所に設けられた情報処理装置において実装された物品の情報について読み込み／書き込みを行う場合を説明する。セキュリティ確保とは、盗難防止又は犯罪防止の面から捉えることができる。

本実施例においては、屋外において、自動車などの走行物にＩＣチップを実装し、各所に設けられたリーダ／ライタによって走行中の自動車の情報の読み込み／書き込みを行う場合について説明する。

図１１に示すように、自動車にＩＣチップを実装する。例えば、自動車１１０１のナンバープレート、フロントガラス、ハンドル等にＩＣチップを実装することができる。図１１において、１１０２は道路、１１０３は支柱、１１０４はＩＣチップ、１１０５Ａ、１１０５Ｂ、１１０５Ｃはリーダ／ライタである。

ＩＣチップ１１０４には、製造日、製造場所、車種、所有者の個人情報等の基本事項を記録する。このような基本事項は、書き換え、付け替えを未然に防止することができるように、ＭＲＯＭ等の書き換え不能なメモリを用いて記録し、物品の内部に埋め込んでおくとよい。

図１１に示すように、道路１１０２を走行する自動車１１０１の情報を特定するためにリーダ／ライタを道路１１０２の至る所に配置する。上方よりリーダ／ライタで自動車１１０１のＩＣチップ１１０４の情報を読み込み／書き込みを行う場合には、リーダ／ライタ１１０５Ａを支柱１１０３に固定すればよい。また図１１のように、下方よりリーダ／ライタで自動車１１０１のＩＣチップ１１０４の情報を読み込み／書き込みを行う場合には、道路１１０２表面に設けられた道路標識等に、リーダ／ライタ１１０５Ｂを予め埋め込んでおいてもよい。また、走行中でも自動車１１０１のＩＣチップ１１０４の情報を読み込み／書き込みを行う場合は、リーダ／ライタ１１０５Ｃを自動車の走行方向に等間隔で配列して設ければよい。

図１２にフローチャートの概略について示す。リーダ／ライタは、走行中の自動車に設けられたＩＣチップ１１０４の情報を読み出し、盗難された自動車かどうか犯罪に使われた自動車でないかについて、リーダ／ライタに接続されたコンピュータのデータベースに照会する。そして、盗難された自動車かどうか犯罪に使われた自動車に該当する場合にはコンピュータは、直ちに警察、所有者等に連絡し、該当する車両に警告を発することができる。

本発明の情報処理装置には、上記実施の形態で示したリーダ／ライタを適用する。屋外にリーダ／ライタを設置する場合、季節や天候等の様々な条件により、外気気温が上下し、そのため周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化する。本発明は様々な環境下（亜熱帯、砂漠、寒冷地等）、もしくは寒暖の差の激しい地域においても、定期的に信号の出力が最大になるような動作を行うので、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化しても、最大の信号を得ることができる。その結果、ＩＣチップの情報の読み取れない等の不具合を少なくすることができる。

また、本発明の情報処理装置は、全ての道路に配置する必要がなく、交通量の多い幹線道路や、空港や港につながる道路に予め配置すればよい。

なお、本実施例において、走行物は自動車としたが、これに限定されない。本実施例は、鉄道上を走行する列車であってもよいし、歩道を走行する人間、動物、または自転車であってもよい。もちろん、走行物に搭載した物品の情報を取得する手段として、リーダ／ライタを用いて、データベースに照会してもよい。この場合、ＩＣチップは盗難物のおそれのある物品等に予め貼り付けしておけばよい。

なお、本実施例に示した例はごく一例であり、これらの上述の例に限定するものではないことを付記する。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、周囲温度が変化し、アンテナ回路の共振容量値が変化する条件下においても、本発明の情報処理装置は物品の個体認識用のＩＣチップの情報の読み込み／書き込みを最大の信号にて行うことが可能である。また、本実施例は実施形態のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。

本発明の実施の形態１の構成を示すブロック図。本発明のレベル検出回路の回路図。本発明のレベル検出回路の回路図。本発明のアンテナ回路の回路図。可変容量素子についての印加電圧と容量の関係図。本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図。本発明のマッチング回路の回路図。本発明の実施例１の一形態を示す図。本発明の実施例１の一形態を示す図。本発明の実施例１の一形態を示す図。本発明の実施例２の一形態を示す図。本発明の実施例２の一形態を示すフローチャート図。従来の情報処理装置について示した図。

符号の説明

１０１リーダ／ライタ
１０２アンテナユニット
１０３コンピュータ
１０４ＩＣチップ
１０５受信信号発生回路
１０６送信信号発生回路
１０７レベル検出回路
１０８Ｄ／Ａコンバータ
１０９マイクロコンピュータ
１１０アンテナ回路
１１１共振容量
１１２可変容量素子
１１３アンテナ
２０１ダイオード
２０２コンデンサ
２０３Ａ／Ｄコンバータ
２０４チョークコイル
４０１カップリングコンデンサ
４０２電圧供給抵抗
４０３可変容量ダイオード
６０１リーダ／ライタ
６０２アンテナユニット
６０３コンピュータ
６０４ＩＣチップ
６０５受信信号発生回路
６０６送信信号発生回路
６０７レベル検出回路
６０８ＡＤ／Ａコンバータ
６０８ＢＤ／Ａコンバータ
６０９マイクロコンピュータ
６１０アンテナ回路
６１１共振容量
６１２可変容量素子
６１３アンテナ
６１５マッチング回路
６１６共振容量
６１７可変容量素子
６１８Ａコイル
６１８Ｂコイル
７０１カップリングコンデンサ
７０２電圧供給抵抗
７０３可変容量ダイオード
８０１ＩＣカード
８０２ＩＣチップ
８０３リーダ／ライタ
８０５コンピュータ
９０１リーダ／ライタ
９０２ＩＣチップ
９０３物品
９０４バッグ
９０５コンピュータ
１００１リーダ／ライタ
１００２ＩＣチップ
１００３ＩＣタグ
１００４衣服
１００５コンピュータ
１１０１自動車
１１０２道路
１１０３支柱
１１０４ＩＣチップ
１１０５Ａリーダ／ライタ
１１０５Ｂリーダ／ライタ
１１０５Ｃリーダ／ライタ
１３０１ＩＣチップ
１３０２リーダ／ライタ
１３０３上位装置
１３０４受信部
１３０５送信部
１３０６制御部
１３０７インターフェース部
１３０８アンテナ
１３０９共振容量
１３１０アンテナ回路

Claims

アンテナ回路と、
受信信号発生回路、マイクロコンピュータ、送信信号発生回路、レベル検出回路、及びＤ／Ａコンバータを有するリーダ／ライタ装置と、を有し、
前記受信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記送信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記Ｄ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記レベル検出回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記アンテナ回路は、アンテナ、共振容量、及び可変容量素子を有することを特徴とする情報処理装置。
アンテナ回路と、
受信信号発生回路、送信信号発生回路、レベル検出回路、第１のＤ／Ａコンバータ、第２のＤ／Ａコンバータ、マイクロコンピュータ及びマッチング回路を有するリーダ／ライタ装置と、を有し、
前記受信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記送信信号発生回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記第１のＤ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記第２のＤ／Ａコンバータは、前記マイクロコンピュータ及び前記マッチング回路に接続されており、
前記レベル検出回路は、前記マイクロコンピュータ及び前記アンテナ回路に接続されており、
前記アンテナ回路は、アンテナ、共振容量、及び第１の可変容量素子を有し、
前記マッチング回路は第２の可変容量素子を有することを特徴とする情報処理装置。
アンテナ、共振容量、及び可変容量素子を有するアンテナ回路と、
前記アンテナ回路で受信した電圧信号を復調し、復調された電圧信号をマイクロコンピュータに出力する受信信号発生回路と、
前記マイクロコンピュータから出力された電圧信号を変調し、変調された電圧信号を前記アンテナ回路に送信する送信信号発生回路と、
前記可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力するＤ／Ａコンバータと、
前記変調された電圧信号と、前記Ｄ／Ａコンバータからの前記可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号と、が入力されたときの前記アンテナ回路における出力値を検出し、前記出力値を前記マイクロコンピュータに出力するレベル検出回路を有することを特徴とする情報処理装置。
アンテナ、共振容量、及び第１の可変容量素子を有するアンテナ回路と、
前記アンテナ回路で受信した電圧信号を復調し、復調された電圧信号をマイクロコンピュータに出力する受信信号発生回路と、
前記マイクロコンピュータから出力された電圧信号を変調し、変調された電圧信号を前記アンテナ回路に送信する送信信号発生回路と、
第２の可変容量素子を有するマッチング回路と、
前記第１の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力する第１のＤ／Ａコンバータと、
前記第２の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号を出力する第２のＤ／Ａコンバータと、
前記変調された電圧信号と、前記第１のＤ／Ａコンバータからの前記第１の可変容量素子の容量を変化させるための電圧信号と、が入力されたときの前記アンテナ回路における出力値を検出し、前記出力値を前記マイクロコンピュータに出力するレベル検出回路を有することを特徴とする情報処理装置。
請求項３または４において、前記レベル検出回路はダイオード、コンデンサ、及びＤ／Ａコンバータを有することを特徴とする情報処理装置。
請求項３乃至５のいずれか一において、前記レベル検出回路は、前記出力値の検出を定期的に行うことを特徴とする情報処理装置。
請求項１乃至６のいずれか一において、前記可変容量素子は可変容量ダイオード、カップリングコンデンサ、及び電圧供給抵抗を有することを特徴とする情報処理装置。
請求項１乃至７のいずれか一において、前記アンテナは、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナのいずれかであることを特徴とする情報処理装置。