無線タグ通信装置
【課題】環境の湿度変化によるアンテナの通信性能の劣化防止を図る。
【解決手段】リーダアンテナユニット３は、通信アンテナ１１と湿度検出用アンテナ１２とを有する。通信アンテナ１１は、正極板２２と負極板２３とにより構成されたマイクロストリップアンテナであり、湿度検出用アンテナ１２は、正極板２２とは別の正極板３２と、通信アンテナ１１と共通の負極板２３と、正極板３２及び負極板２３の間に配置された誘電体３３とにより構成されたマイクロストリップアンテナである。マッチング回路２４に可変コンデンサ４３を設け、湿度検出用アンテナ１２で検出した環境の湿度変化による容量成分の変化を打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御する。
【解決手段】リーダアンテナユニット３は、通信アンテナ１１と湿度検出用アンテナ１２とを有する。通信アンテナ１１は、正極板２２と負極板２３とにより構成されたマイクロストリップアンテナであり、湿度検出用アンテナ１２は、正極板２２とは別の正極板３２と、通信アンテナ１１と共通の負極板２３と、正極板３２及び負極板２３の間に配置された誘電体３３とにより構成されたマイクロストリップアンテナである。マッチング回路２４に可変コンデンサ４３を設け、湿度検出用アンテナ１２で検出した環境の湿度変化による容量成分の変化を打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグと無線通信により情報送受信可能な無線タグ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信では、その通信に用いられるアンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、通信性能を向上できることが知られている。上記のような共振周波数に配慮した従来技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。
【０００３】
この従来技術では、無線タグ通信装置と通信を行う無線タグが、アンテナ共振回路からの受信レベルを検出する検出手段と、受信レベルに応じた出力電圧を供給する供給手段とを備えている。この無線タグは、受信データ状態を示すフレームエラーレートによって、アンテナ共振回路の共振周波数とクオリティファクタとをそれぞれ調整する。これにより、この無線タグは、より正確にアンテナ共振回路を調整し、無線タグ通信装置との通信環境を最適に設定することができる。
【特許文献１】特開２００２−３３４３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、無線タグの利用の普及及び拡大により、無線タグ及び無線タグ通信装置が日常的に使用されるとともに、多種多様な用途に使用されるようになっている。例えば天気のよい比較的乾燥した日に使用される場合もあれば、天気のよくない比較的湿度の高い日に使用される場合もある。また、屋外の通風の良好な乾いた状態にて使用される場合もあれば、湿度の高い倉庫内で使用される場合もある。
【０００５】
上記のように使用環境によって湿度が変化すると、無線タグ通信装置に備えられた通信アンテナの構成材料の特性、例えば誘電率などが変化するため通信アンテナの特性インピーダンスが変化し、通信アンテナの共振周波数自体が変化する。上記従来技術では、このような湿度による共振周波数の変動については特に配慮されていない。この結果、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能が劣化するおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は、使用環境の湿度が変化した場合でも、良好な通信性能を確保することができる、無線タグ通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、情報を記憶する記憶部を備えたＩＣ回路部と情報を送受信するタグアンテナとを備えた無線タグに対し、無線通信を行う通信アンテナと、前記通信アンテナに接続され、当該通信アンテナを介して前記無線タグと情報の送受信を行う高周波回路と、周囲の湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により検出した湿度実測値を用いて、前記通信アンテナの実際の容量成分を算出する容量算出手段と、予め記憶された前記通信アンテナの基準容量と、前記容量算出手段により算出された前記実際の容量成分との、偏差を算出する偏差算出手段と、前記高周波回路に対し、前記通信アンテナと並列に接続された可変コンデンサと、前記偏差算出手段により算出された偏差に対応した電圧を、前記可変コンデンサに印加する印加電圧制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
一般に、無線通信では、その通信に用いられる通信アンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、信頼性を向上できることが知られている。しかしながら、無線通信で用いる周波数を通信アンテナの共振周波数に設定していたとしても、湿度が変化すると通信アンテナの構成材料が吸湿することにより、その特性、例えば誘電率などが変化するため通信アンテナの特性インピーダンスが変化し、通信アンテナの共振周波数自体が変化してしまう。
【０００９】
そこで、本願第１発明においては、通信アンテナと並列に可変コンデンサを接続し、この可変コンデンサの容量を制御することによって通信アンテナの特性インピーダンスの変化分を補い、共振周波数の変化を防止する。すなわち、湿度検出手段が周囲の湿度を検出し、その検出した湿度実測値を用いて、容量算出手段が通信アンテナの実際の特性インピーダンスである容量成分を算出する。そして、偏差算出手段が、通信アンテナの標準性能として予め予定され記憶された基準特性インピーダンスである基準容量と、上記実際の容量成分との偏差を算出し、その偏差を上記可変コンデンサの容量変化で補えるよう、対応した電圧を印加電圧制御手段が可変コンデンサに印加する。
【００１０】
これにより、湿度の変化による通信アンテナの特性インピーダンスの変化を打ち消すようなインダクタ成分を可変コンデンサによって生成できるので、全体として、通信アンテナの共振周波数が湿度変化前と同等に保たれる。この結果、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。
【００１１】
第２発明は、上記第１発明において、前記湿度検出手段は、前記通信アンテナと少なくとも一部分を共用した、湿度検出用アンテナであることを特徴とする。
【００１２】
湿度検出をアンテナで行い、かつその一部分を通信アンテナと共用することにより、容易に通信アンテナ近傍の湿度を測定できる上、設置スペースの低減やコストダウンを図ることができる。
【００１３】
第３発明は、上記第２発明において、前記通信アンテナは、第１正極板と、第１負極板とにより構成された第１マイクロストリップアンテナであり、前記湿度検出用アンテナは、前記第１正極板とは別の第２正極板と、前記第１マイクロストリップアンテナと共通の前記第１負極板と、前記第２正極板及び前記第１負極板の間に配置された誘電体と、により構成された第２マイクロストリップアンテナであることを特徴とする。
【００１４】
これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成する湿度検出用アンテナを、負極板を通信アンテナと共通化した形で設けることができる。
【００１５】
第４発明は、上記第２発明において、前記通信アンテナは、第３正極板と、第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置された通信アンテナ用誘電体と、により構成された第３マイクロストリップアンテナであり、前記湿度検出用アンテナは、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３正極板と、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置され前記通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い湿度検出用誘電体と、により構成された第４マイクロストリップアンテナであることを特徴とする。
【００１６】
これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成する湿度検出用アンテナを、正極板と負極板とを通信アンテナと共通化した形で設けることができる。また、湿度検出用に通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い誘電体を用いることで、湿度測定の精度を高めることが可能になる。
【００１７】
第５発明は、上記第１発明において、前記湿度検出手段は、前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けられた、湿度センサであることを特徴とする。
【００１８】
通信アンテナとは別に湿度センサを設置する場合にその湿度センサをアンテナユニットに設けることにより、高精度に容量制御を行い、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【００１９】
第６発明は、上記第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記可変コンデンサを、前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けたことを特徴とする。
【００２０】
共振周波数の変化を打ち消すための可変コンデンサをアンテナユニットに設けることにより、通信アンテナの特性インピーダンスを導電路に合わせることが可能になりこの部分での信号の反射ロスを低減することで、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、使用環境の湿度が変化した場合でも、良好な通信性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態のリーダを無線タグが貼付されている物品の情報読み取りに適用した場合の一例を表す図である。
【図２】リーダの概略システム構成を表す機能ブロック図である。
【図３】リーダにおけるＣＰＵ、ＲＦ通信制御部、及びリーダアンテナユニットの詳細構成を表す機能ブロック図である。
【図４】リーダアンテナユニットの正極板を下面側にして下方から見た斜視図、及びリーダアンテナユニット３の断面図である。
【図５】リーダのＲＦ回路構成部の等価回路図である。
【図６】湿度変化に対する共振周波数一定制御を説明するフローチャートである。
【図７】湿度と比誘電率εとの関係を表すグラフである。
【図８】通信アンテナの一部領域に高誘電体を配置して湿度検出用アンテナを構成する変形例のリーダアンテナユニットを表す図である。
【図９】通信アンテナとは別体の湿度検出手段を設置する場合のリーダアンテナユニットを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に示すように、無線タグ通信装置としてのリーダ１は、携帯型であり、略直方体形状の筐体に収容された本体制御部２を有している。この本体制御部２の筐体には、長手方向の一方の端部にリーダアンテナユニット３が設けられているとともに、筐体の一方の平面部に操作部７と表示部８が設けられている。リーダ１は、通信領域２０に存在する無線タグＴから、無線通信により物品Ｂに関する情報を読み取る。
【００２５】
リーダ１の機能的構成を図２を用いて説明する。図２において、リーダ１は、上述したように、本体制御部２と、給電線である同軸ケーブル１３と、リーダアンテナユニット３とを有している。
【００２６】
本体制御部２は、ＣＰＵ４と、不揮発性記憶装置５と、上記操作部７と、メモリ６と、表示部８と、高周波回路としてのＲＦ通信制御部９とを備えている。
【００２７】
無線タグＴの無線タグ回路部Ｔｏは、情報を記憶するＩＣ回路部１５０と、情報を送受信するタグアンテナ１５１とを備えている。
【００２８】
ＲＦ通信制御部９は、上記同軸ケーブル１３で接続されたリーダアンテナユニット３を介し、上記無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０に記憶された、タグＩＤを含む無線タグ情報へアクセスする。
【００２９】
ＣＰＵ４は、ＲＦ通信制御部９を介し、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０から読み出された信号を処理して情報を読み出すとともに、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０へアクセスするための各種コマンド等を生成する。
【００３０】
不揮発性記憶装置５は、ハードディスク装置やフラッシュメモリからなり、物品Ｂの管理状況などの各種情報を記憶する。メモリ６は、例えばＲＡＭやＲＯＭ等から構成される。操作部７は、使用者からの指示や情報が入力される。表示部８は、各種情報やメッセージを表示する。
【００３１】
リーダアンテナユニット３は、マイクロストリップアンテナからなる通信アンテナ１１と、マッチング回路２４と、湿度検出手段としての湿度検出用アンテナ１２とを備える。マッチング回路２４は、通信アンテナ１１までの接続回線とのインピーダンス整合を行う。湿度検出用アンテナ１２は、通信アンテナ１１の周囲の湿度を検出する。
【００３２】
図３を用いて、ＲＦ通信制御部９の詳細構成を説明する。
【００３３】
ＲＦ通信制御部９は、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０の無線タグ情報にアクセスするための質問波を生成し、同軸ケーブル１３及びリーダアンテナユニット３を介し送信する送信部２１２と、リーダアンテナユニット３により受信された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波を入力する受信部２１３と、送受分離器２１４とから構成される。
【００３４】
送信部２１２は、水晶振動子２１５Ａと、Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）２１５Ｂと、Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＶＣＯ）２１５Ｃと、送信乗算回路２１６と、可変送信アンプ２１７とを備えている。
【００３５】
水晶振動子２１５Ａは、基準周波数を発生する。ＰＬＬ２１５Ｂは、ＣＰＵ４の制御信号に基づいて、水晶振動子２１５Ａにより発生した周波数と、ＶＣＯ２１５Ｃが発生した周波数とを比較し、ＶＣＯ２１５Ｃが所定周波数の搬送波を発生させるようＶＣＯ２１５Ｃの制御電圧を出力する。発生される搬送波は、例えばＵＨＦ帯、マイクロ波帯、あるいは短波帯の周波数を用いている。
【００３６】
送信乗算回路２１６は、上記ＣＰＵ４から供給される信号に基づいて上記発生させられた搬送波を変調する。この例では、送信乗算回路２１６は、ＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＡＳＫ」信号に基づく振幅変調を実行する。なお、振幅変調の場合は、送信乗算回路２１６代えて増幅率可変アンプ等を用いてもよい。また、質問波は上記のように変調した信号すなわち変調波に限られず、単なる搬送波のみの場合もある。
【００３７】
可変送信アンプ２１７は、送信乗算回路２１６により変調された変調波を増幅する。可変送信アンプ２１７は、この例では、ＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＰＷＲ」信号によって決定される増幅率による増幅を行う。可変送信アンプ２１７の出力は、送受分離器２１４及び同軸ケーブル１３を介してリーダアンテナユニット３のマッチング回路２４、通信アンテナ１１に伝達され、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０に供給される。
【００３８】
受信部２１３は、Ｉ相受信乗算回路２１８と、Ｉ相バンドパスフィルタ２１９と、Ｉ相受信アンプ２２１と、Ｉ相リミッタ２２０と、Ｑ相受信乗算回路２２２と、Ｑ相バンドパスフィルタ２２３と、Ｑ相受信アンプ２２５と、Ｑ相リミッタ２２４とを備えている。
【００３９】
Ｉ相受信乗算回路２１８は、リーダアンテナユニット３の通信アンテナ１１で受信され、マッチング回路２４、同軸ケーブル１３、及び送受分離器２１４を介し入力された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波と、上記搬送波とを乗算し、復調する。
【００４０】
Ｉ相バンドパスフィルタ２１９は、Ｉ相受信乗算回路２１８の出力から必要な帯域の信号のみを取り出す。Ｉ相受信アンプ２２１は、Ｉ相バンドパスフィルタ２１９の出力を増幅する。Ｉ相リミッタ２２０は、Ｉ相受信アンプ２２１の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する。
【００４１】
Ｑ相受信乗算回路２２２は、リーダアンテナユニット３で受信された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波と、発生された搬送波が移相器２２７により位相を９０°遅らせた信号とを、乗算する。
【００４２】
Ｑ相バンドパスフィルタ２２３は、Ｑ相受信乗算回路２２２の出力から必要な帯域の信号のみを取り出す。Ｑ相受信アンプ２２５は、Ｑ相バンドパスフィルタ２２３の出力を増幅する。Ｑ相リミッタ２２４は、Ｑ相受信アンプ２２５の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する。
【００４３】
上記Ｉ相リミッタ２２０から出力される信号「ＲＸＳ−Ｉ」及びＱ相リミッタ２２４から出力される信号「ＲＸＳ−Ｑ」は、ＣＰＵ４に入力されて処理される。Ｉ相受信アンプ２２１及びＱ相受信アンプ２２５の出力は、強度検出手段としてのＲｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＲＳＳＩ)回路２２６にも入力され、それらの信号の強度を示す信号「ＲＳＳＩ」がＣＰＵ４に入力される。
【００４４】
以上のようにして、リーダ１では、Ｉ−Ｑ直交復調によって無線タグ回路部Ｔｏからの応答波の復調が行われる。
【００４５】
また、リーダアンテナユニット３には、湿度検出用アンテナ１２、マッチング回路２４、及び通信アンテナ１１が備えられている。湿度検出用アンテナ１２は、ＲＦ通信制御部９内に設けられた湿度検出部２３０に接続されている。湿度検出部２３０は、湿度検出用アンテナ１２の静電容量を測定し、その測定結果をＣＰＵ４に出力する。
【００４６】
マッチング回路２４は、通信アンテナ１１を、同軸ケーブル１３及び送受分離器２１４を介し送信部２１２又は受信部２１３に接続した際に、通信アンテナ１１及び同軸ケーブル１３の間の不整合によるエネルギーの伝達損失を抑えるためのインピーダンス整合を行う。
【００４７】
ＣＰＵ４は、上記湿度検出部２３０より入力された上記測定結果に基づき、マッチング回路２４内に設けられた可変コンデンサ４３（後述の図５参照）の容量値を決め、その容量になるよう可変コンデンサ４３の印加電圧Ｖｆを制御することで、通信アンテナ１１及び同軸ケーブル１３の間の整合を取る。
【００４８】
リーダアンテナユニット３の外観を図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。上述したように、リーダアンテナユニット３は、第１マイクロストリップアンテナとしての通信アンテナ１１と、マッチング回路２４と、第２マイクロストリップアンテナとしての湿度検出用アンテナ１２とを有している。
【００４９】
通信アンテナ１１は、間隔をあけて配置された、第１正極板としての正極板２２と第１負極板としての負極板２３と、これら正極板２２及び負極板２３の間に配置された誘電体４４（空気でも良い）とを有する、平板形状のマイクロストリップアンテナである。正極板２２は、負極板２３より小さく、負極板２３の相対する端部の一方側に寄せるように配置されている。正極板２２には給電点２５が設けられている。給電点２５は、負極板２３側のマッチング回路２４及びマイクロストリップライン２６を介し、ＲＦ通信制御部９に接続されている。これにより、ＲＦ通信制御部９が、通信アンテナ１１を介した無線タグＴとの無線通信の制御を行う。
【００５０】
湿度検出用アンテナ１２は、上記通信アンテナ１１より小形でマイクロストリップアンテナ形状に設けられている。湿度検出用アンテナ１２は、負極板２３を上記通信アンテナ１１と共有している。すなわち、湿度検出用アンテナ１２は、上記負極板２３と、通信アンテナ１１の正極板２２とは別の、第２正極板としての正極板３２と、誘電体３３とにより構成されている。また、正極板３２は、負極板２３のうち、通信アンテナ１１から離間する隅部に配置されている。誘電体３３は、正極板３２と負極板２３との間に配置された高吸収性材質つまり高吸湿性材質により構成されている。
【００５１】
湿度検出用アンテナ１２の検出信号はＲＦ回路制御部９の上記湿度検出部２３０へ出力され、湿度検出用アンテナ１２の静電容量を測定することにより、周囲環境の湿度を検出する。湿度検出用アンテナ１２は、周囲環境の湿度変化により誘電体３３の比誘電率μが変化すると、それに応じて静電容量が変化するので、検出電圧から周囲環境の湿度を検出することができる。これにより、湿度検出用アンテナ１２は、湿度センサとして機能するのである。
【００５２】
図５に、マッチング回路２４及び通信アンテナ１１の等価回路図を示す。
【００５３】
一般に、無線通信では、その通信に用いられる通信アンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、信頼性を向上できることが知られている。しかしながら、無線通信で用いる周波数を通信アンテナ１１のＬＣ共振周波数に設定していたとしても、マイクロストリップアンテナからなる通信アンテナ１１の場合、湿度が変化すると正電極２２及び負電極２３の間の容量成分が変化し、通信アンテナ１１の特性インピーダンスが変化する。その結果、通信アンテナ１１の共振周波数自体が変化してしまう。
【００５４】
そこで、本実施形態では、マッチング回路２４において、通信アンテナ１１に対し並列となるように、素子特性値が既知である可変コンデンサ４３が接続される。そして、ＣＰＵ４が、湿度検出用アンテナ１２で検出した周囲環境の湿度に基づき、上記のように変化した後の、実際の正電極２２及び負電極２３の間の容量成分Ｃ′を算出する。その後、ＣＰＵ４が、通信アンテナ１１について予め予定された、正電極２２と負電極２３の間の容量成分の基準容量Ｃと、上記実際の容量成分Ｃ′との差分すなわち偏差△Ｃが算出される。
【００５５】
そして、ＣＰＵ４は、上記差分△Ｃを打ち消すような可変コンデンサ４３への印加電圧Ｖｆを、差分△Ｃと可変コンデンサ４３の素子特性値とから算出する。ＣＰＵ４は、算出した印加電圧Ｖｆを可変コンデンサ４３の両端の端子Ａ−Ａに印加し、可変コンデンサ４３のコンデンサ容量を制御する。これにより、ＲＦ通信制御部９側から見たときの通信アンテナ１１の特性インピーダンスを一定に保つことができる。この結果、周囲環境の湿度変化があっても、通信アンテナ１１のコンデンサ容量を一定に維持し、通信アンテナ１１の共振周波数を一定値に保持することができる。
【００５６】
上記の湿度変化に対する共振周波数一定制御を、図６のフローチャートにより詳細に説明する。まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ４は、湿度検出用アンテナ１２が周囲環境の湿度を定期的に所定の頻度で検出することにより、ＲＦ通信制御部９を介し、湿度情報を取得する。
【００５７】
その後、ステップＳ２において、ＣＰＵ４は、ステップＳ１で取得された湿度情報から、通信アンテナ１１の比誘電率εを算出する。このときの算出手法は、例えば以下のようにすればよい。すなわち、予め、通信アンテナ１１に使用する誘電体４４について、湿度と比誘電率εとの関係が、実測され、例えばメモリ６に記憶されている。図７は、その実測結果の一例である。この例では、横軸に湿度をとるとともに縦軸に比誘電率εをとり、各種の材質ごとに、比誘電率の値の測定結果をプロットしている。このプロットした点に基づき適宜の手法により近似式を算出しておく。これにより、上記取得した湿度情報に当該近似式を適用することで、対応する比誘電率εを求めることができる。あるいは、上記実測結果より、湿度と比誘電率εとの相関を表すテーブルを予め作成しておいて、当該関係テーブルを参照して比誘電率εを求めるようにしてもよい。
【００５８】
その後、ステップＳ３で、ＣＰＵ４は、上記ステップＳ２で算出された比誘電率εから、正電極２２及び負電極２３の間の実際の容量成分Ｃ′を算出する。すなわち、マイクロストリップアンテナを用いた比誘電率εの通信アンテナ１１の容量成分Ｃ′は、
Ｃ′＝εＳ／Ｄ
により求めることができる。なお、Ｓは、通信アンテナ１１の正極板２２と負極板２３との対向面積であり、Ｄは、電極間距離である。
【００５９】
その後、ステップＳ４において、ＣＰＵ４は、上記の実際の容量成分Ｃ′と、通信アンテナ１１の標準性能として予め予定され本体制御部２のメモリ６に記憶された基準容量Ｃとの差分△Ｃ＝Ｃ−Ｃ′を算出する。
【００６０】
そして、ステップＳ５において、ＣＰＵ４は、上記ステップＳ４で算出したコンデンサ容量の差分△Ｃと、可変コンデンサ４３の既知の素子特性値とを用いて、可変コンデンサ４３がコンデンサ容量の差分△Ｃを打ち消すための印加電圧Ｖｆを算出する。そして、ＣＰＵ４は、通信制御部９を介し、上記算出した印加電圧Ｖｆを出力する。言い換えれば、図５の等価回路における端子Ａ−Ａ間に、電圧Ｖｆを印加する。これにより、電圧Ｖｆが可変コンデンサ４３に印加される結果、上記差分△Ｃを打ち消す形で通信アンテナ１１の全体のコンデンサ容量が前述の基準容量Ｃに修正される。この結果、周囲環境の湿度変化があっても、通信アンテナ１１の共振周波数が湿度変化前と同等に保持される。
【００６１】
以上において、図６のフローチャートのステップＳ２及びステップＳ３が、各請求項記載の容量算出手段を構成し、ステップＳ４が偏差算出手段を構成し、ステップＳ５が印加電圧制御手段を構成する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態においては、ＣＰＵ４が、湿度検出用アンテナ１２で検出した湿度から通信アンテナ１１の正電極２２及び負電極２３の間の実際の容量成分Ｃ′を算出し、基準容量Ｃとの差分△Ｃを算出する。そして、ＣＰＵ４は、上記コンデンサ容量の差分△Ｃに対応した印加電圧Ｖｆを可変コンデンサ４３に印加し、上記差分△Ｃを打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御する。これにより、湿度変化による通信アンテナ１１の共振周波数の変化を防止することができる。この結果、通信アンテナ１１を用いたリーダ１において、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。
【００６３】
また本実施形態では特に、通信アンテナ１１を正極板２２と負極板２３とによるマイクロストリップアンテナとして構成している。そして、湿度検出用アンテナ１２を、通信アンテナ１１の正極板２２とは別の正極板３２と、通信アンテナ１１と共通の負極板２３と、該正極板３２及び負極板２３の間に配置された誘電体３３とにより構成している。これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成され湿度センサとして機能する湿度検出用アンテナ１２を、負極板を通信アンテナ１１と共通化した形で設けることができる。この結果、設置スペースの低減やコストダウンを図ることができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
【００６５】
（１）通信アンテナの一部領域に高誘電体を配置し湿度検出用アンテナを構成する場合
上記実施形態では、湿度検出用アンテナ１２と通信アンテナ１１とで負極板２３を共有したが、本発明はこれに限られない。すなわち、通信アンテナの一部領域に、通信アンテナの誘電体よりも高い吸湿性を有する材質の高誘電体を配置することで、負極板及び正極板の両方を湿度検出用アンテナ１２と通信アンテナ１１とで共有してもよい。
【００６６】
このような変形例のリーダアンテナユニット３Ａを図８を用いて説明する。図８は、上記実施形態の図４に対応する図である。上記実施形態におけるリーダアンテナユニット３と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。
【００６７】
リーダアンテナユニット３Ａは、第３マイクロストリップアンテナとしての通信アンテナ１１Ａと、マッチング回路２４と、湿度検出手段として機能する湿度検出用アンテナ１２Ａとを有している。
【００６８】
通信アンテナ１１Ａは、対向するように間隔をあけて配置された、第３正極板としての正極板２７及び第３負極板としての負極板２８と、これら正極板２７及び負極板２８の間の大部分の領域に配置された、通信アンテナ用誘電体としての誘電体２９とを備えている。
【００６９】
第４マイクロストリップアンテナとしての湿度検出用アンテナ１２Ａは、上記通信アンテナ１１Ａと一体に設けられている。湿度検出用アンテナ１２Ａは、通信アンテナ１１Ａと共通の上記正極板２７と、通信アンテナ１１Ａと共通の上記負極板２８と、これら正極板２７及び負極板２８の間の、上記大部分の領域以外の領域（図８（ｂ）中の下方の領域）に配置された誘電体３０とを備えている。
【００７０】
湿度検出用誘電体としての誘電体３０には、上記通信アンテナ１１Ａの誘電体２９よりも吸湿性の高い材質、すなわち高吸湿性材質の高誘電体が用いられている。これにより、正極板２７、負極板２８、及び誘電体３０からなる組立て体が湿度検出用に適するように構成されている。
【００７１】
上記以外の構成は、前述の実施形態と同様である。
【００７２】
以上のように構成した本変形例によれば、正極板２７、誘電体３０、及び負極板２８により構成する湿度検出用アンテナ１２Ａを、正極板と負極板とを通信アンテナ１１Ａと共通化した形で設けることができる。
【００７３】
（２）リーダアンテナユニットに通信アンテナとは別体の湿度検出手段を設置する場合
上記実施形態及び（１）の変形例では、リーダアンテナユニット３に、湿度検出手段として、通信アンテナ１１と一部共有する形の湿度検出用アンテナ１２を設けたが、これに限られない。すなわち、リーダアンテナユニット３に、通信アンテナ１１とは別体の湿度検出手段を設けてもよい。
【００７４】
このような変形例のリーダアンテナユニット３Ｂを図９により説明する。上記実施形態及び（１）の変形例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。この例では、リーダアンテナユニット３Ｂが、ベルトコンベア３４で搬送される図示しない物品の検品ゾーンに設けられた検査ゲート３５の両側に設置されている。リーダアンテナユニット３Ｂは、通信アンテナ１１Ｂと、この通信アンテナ１１Ｂの接続回線とのインピーダンスマッチングをとるマッチング回路２４と、通信アンテナ１１Ｂとは別体の湿度センサ３６とを備えている。
【００７５】
本変形例の無線タグ通信装置としてのリーダ１′では、図９に示すように、通信アンテナ１１Ａ，１１Ｂと離れた場所に本体制御部２が設けられている。詳細な説明は省略するが、本体制御部２には前述のＲＦ通信制御部９やＣＰＵ４等が備えられている。ＣＰＵ４が、湿度センサ３６で検出した湿度から通信アンテナ１１Ｂと等価なコンデンサ４２の実際のコンデンサ容量Ｃ′を算出し、基準容量Ｃとの差分△Ｃを算出する。そして、ＣＰＵ４は、上記コンデンサ容量の差分△Ｃに対応した印加電圧Ｖｆをマッチング回路２４の可変コンデンサ４３に印加し、上記差分△Ｃを打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御し、湿度変化による通信アンテナ１１Ｂの共振周波数の変化を防止する。
【００７６】
本変形例によっても、上記実施形態と同様、通信アンテナ１１Ｂを用いたリーダ１′において、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。また、通信アンテナ１１Ｂとは別の湿度センサ３６を設ける場合に、当該湿度センサ３６をリーダアンテナユニット３Ｂに設置したことにより、通信アンテナ１１Ｂの全体の容量制御を高精度に行い、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【００７７】
（３）その他
なお、以上において、正極板と負極板とその間に配置される誘電体（空気層を含む）とにより構成される既存のマイクロストリップアンテナを、全体として通信アンテナ及び湿度検出用アンテナとして機能させ、上記同様に動作させるようにしてもよい。
【００７８】
なお、上記フローチャートは本発明を上記フローに示す手順に限定するものではなく、発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。
【００７９】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００８０】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１，１′，１″ リーダ（無線タグ通信装置）
２ 本体制御部
３，３Ａ〜Ｃ リーダアンテナユニット
４ ＣＰＵ
６ メモリ
９ ＲＦ通信制御部
１１，１１Ａ，Ｂ 通信アンテナ
１２，１２Ａ 湿度検出用アンテナ
２２，２７，３２ 正極板
２３，２８ 負極板
２４ マッチング回路
２９,３０,３３ 誘電体
４３ 可変コンデンサ
１５０ ＩＣ回路部
１５１ タグアンテナ
Ｔ 無線タグ
Ｔｏ 無線タグ回路部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグと無線通信により情報送受信可能な無線タグ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信では、その通信に用いられるアンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、通信性能を向上できることが知られている。上記のような共振周波数に配慮した従来技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。
【０００３】
この従来技術では、無線タグ通信装置と通信を行う無線タグが、アンテナ共振回路からの受信レベルを検出する検出手段と、受信レベルに応じた出力電圧を供給する供給手段とを備えている。この無線タグは、受信データ状態を示すフレームエラーレートによって、アンテナ共振回路の共振周波数とクオリティファクタとをそれぞれ調整する。これにより、この無線タグは、より正確にアンテナ共振回路を調整し、無線タグ通信装置との通信環境を最適に設定することができる。
【特許文献１】特開２００２−３３４３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、無線タグの利用の普及及び拡大により、無線タグ及び無線タグ通信装置が日常的に使用されるとともに、多種多様な用途に使用されるようになっている。例えば天気のよい比較的乾燥した日に使用される場合もあれば、天気のよくない比較的湿度の高い日に使用される場合もある。また、屋外の通風の良好な乾いた状態にて使用される場合もあれば、湿度の高い倉庫内で使用される場合もある。
【０００５】
上記のように使用環境によって湿度が変化すると、無線タグ通信装置に備えられた通信アンテナの構成材料の特性、例えば誘電率などが変化するため通信アンテナの特性インピーダンスが変化し、通信アンテナの共振周波数自体が変化する。上記従来技術では、このような湿度による共振周波数の変動については特に配慮されていない。この結果、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能が劣化するおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は、使用環境の湿度が変化した場合でも、良好な通信性能を確保することができる、無線タグ通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、情報を記憶する記憶部を備えたＩＣ回路部と情報を送受信するタグアンテナとを備えた無線タグに対し、無線通信を行う通信アンテナと、前記通信アンテナに接続され、当該通信アンテナを介して前記無線タグと情報の送受信を行う高周波回路と、周囲の湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により検出した湿度実測値を用いて、前記通信アンテナの実際の容量成分を算出する容量算出手段と、予め記憶された前記通信アンテナの基準容量と、前記容量算出手段により算出された前記実際の容量成分との、偏差を算出する偏差算出手段と、前記高周波回路に対し、前記通信アンテナと並列に接続された可変コンデンサと、前記偏差算出手段により算出された偏差に対応した電圧を、前記可変コンデンサに印加する印加電圧制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
一般に、無線通信では、その通信に用いられる通信アンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、信頼性を向上できることが知られている。しかしながら、無線通信で用いる周波数を通信アンテナの共振周波数に設定していたとしても、湿度が変化すると通信アンテナの構成材料が吸湿することにより、その特性、例えば誘電率などが変化するため通信アンテナの特性インピーダンスが変化し、通信アンテナの共振周波数自体が変化してしまう。
【０００９】
そこで、本願第１発明においては、通信アンテナと並列に可変コンデンサを接続し、この可変コンデンサの容量を制御することによって通信アンテナの特性インピーダンスの変化分を補い、共振周波数の変化を防止する。すなわち、湿度検出手段が周囲の湿度を検出し、その検出した湿度実測値を用いて、容量算出手段が通信アンテナの実際の特性インピーダンスである容量成分を算出する。そして、偏差算出手段が、通信アンテナの標準性能として予め予定され記憶された基準特性インピーダンスである基準容量と、上記実際の容量成分との偏差を算出し、その偏差を上記可変コンデンサの容量変化で補えるよう、対応した電圧を印加電圧制御手段が可変コンデンサに印加する。
【００１０】
これにより、湿度の変化による通信アンテナの特性インピーダンスの変化を打ち消すようなインダクタ成分を可変コンデンサによって生成できるので、全体として、通信アンテナの共振周波数が湿度変化前と同等に保たれる。この結果、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。
【００１１】
第２発明は、上記第１発明において、前記湿度検出手段は、前記通信アンテナと少なくとも一部分を共用した、湿度検出用アンテナであることを特徴とする。
【００１２】
湿度検出をアンテナで行い、かつその一部分を通信アンテナと共用することにより、容易に通信アンテナ近傍の湿度を測定できる上、設置スペースの低減やコストダウンを図ることができる。
【００１３】
第３発明は、上記第２発明において、前記通信アンテナは、第１正極板と、第１負極板とにより構成された第１マイクロストリップアンテナであり、前記湿度検出用アンテナは、前記第１正極板とは別の第２正極板と、前記第１マイクロストリップアンテナと共通の前記第１負極板と、前記第２正極板及び前記第１負極板の間に配置された誘電体と、により構成された第２マイクロストリップアンテナであることを特徴とする。
【００１４】
これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成する湿度検出用アンテナを、負極板を通信アンテナと共通化した形で設けることができる。
【００１５】
第４発明は、上記第２発明において、前記通信アンテナは、第３正極板と、第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置された通信アンテナ用誘電体と、により構成された第３マイクロストリップアンテナであり、前記湿度検出用アンテナは、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３正極板と、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置され前記通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い湿度検出用誘電体と、により構成された第４マイクロストリップアンテナであることを特徴とする。
【００１６】
これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成する湿度検出用アンテナを、正極板と負極板とを通信アンテナと共通化した形で設けることができる。また、湿度検出用に通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い誘電体を用いることで、湿度測定の精度を高めることが可能になる。
【００１７】
第５発明は、上記第１発明において、前記湿度検出手段は、前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けられた、湿度センサであることを特徴とする。
【００１８】
通信アンテナとは別に湿度センサを設置する場合にその湿度センサをアンテナユニットに設けることにより、高精度に容量制御を行い、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【００１９】
第６発明は、上記第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記可変コンデンサを、前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けたことを特徴とする。
【００２０】
共振周波数の変化を打ち消すための可変コンデンサをアンテナユニットに設けることにより、通信アンテナの特性インピーダンスを導電路に合わせることが可能になりこの部分での信号の反射ロスを低減することで、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、使用環境の湿度が変化した場合でも、良好な通信性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態のリーダを無線タグが貼付されている物品の情報読み取りに適用した場合の一例を表す図である。
【図２】リーダの概略システム構成を表す機能ブロック図である。
【図３】リーダにおけるＣＰＵ、ＲＦ通信制御部、及びリーダアンテナユニットの詳細構成を表す機能ブロック図である。
【図４】リーダアンテナユニットの正極板を下面側にして下方から見た斜視図、及びリーダアンテナユニット３の断面図である。
【図５】リーダのＲＦ回路構成部の等価回路図である。
【図６】湿度変化に対する共振周波数一定制御を説明するフローチャートである。
【図７】湿度と比誘電率εとの関係を表すグラフである。
【図８】通信アンテナの一部領域に高誘電体を配置して湿度検出用アンテナを構成する変形例のリーダアンテナユニットを表す図である。
【図９】通信アンテナとは別体の湿度検出手段を設置する場合のリーダアンテナユニットを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に示すように、無線タグ通信装置としてのリーダ１は、携帯型であり、略直方体形状の筐体に収容された本体制御部２を有している。この本体制御部２の筐体には、長手方向の一方の端部にリーダアンテナユニット３が設けられているとともに、筐体の一方の平面部に操作部７と表示部８が設けられている。リーダ１は、通信領域２０に存在する無線タグＴから、無線通信により物品Ｂに関する情報を読み取る。
【００２５】
リーダ１の機能的構成を図２を用いて説明する。図２において、リーダ１は、上述したように、本体制御部２と、給電線である同軸ケーブル１３と、リーダアンテナユニット３とを有している。
【００２６】
本体制御部２は、ＣＰＵ４と、不揮発性記憶装置５と、上記操作部７と、メモリ６と、表示部８と、高周波回路としてのＲＦ通信制御部９とを備えている。
【００２７】
無線タグＴの無線タグ回路部Ｔｏは、情報を記憶するＩＣ回路部１５０と、情報を送受信するタグアンテナ１５１とを備えている。
【００２８】
ＲＦ通信制御部９は、上記同軸ケーブル１３で接続されたリーダアンテナユニット３を介し、上記無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０に記憶された、タグＩＤを含む無線タグ情報へアクセスする。
【００２９】
ＣＰＵ４は、ＲＦ通信制御部９を介し、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０から読み出された信号を処理して情報を読み出すとともに、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０へアクセスするための各種コマンド等を生成する。
【００３０】
不揮発性記憶装置５は、ハードディスク装置やフラッシュメモリからなり、物品Ｂの管理状況などの各種情報を記憶する。メモリ６は、例えばＲＡＭやＲＯＭ等から構成される。操作部７は、使用者からの指示や情報が入力される。表示部８は、各種情報やメッセージを表示する。
【００３１】
リーダアンテナユニット３は、マイクロストリップアンテナからなる通信アンテナ１１と、マッチング回路２４と、湿度検出手段としての湿度検出用アンテナ１２とを備える。マッチング回路２４は、通信アンテナ１１までの接続回線とのインピーダンス整合を行う。湿度検出用アンテナ１２は、通信アンテナ１１の周囲の湿度を検出する。
【００３２】
図３を用いて、ＲＦ通信制御部９の詳細構成を説明する。
【００３３】
ＲＦ通信制御部９は、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０の無線タグ情報にアクセスするための質問波を生成し、同軸ケーブル１３及びリーダアンテナユニット３を介し送信する送信部２１２と、リーダアンテナユニット３により受信された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波を入力する受信部２１３と、送受分離器２１４とから構成される。
【００３４】
送信部２１２は、水晶振動子２１５Ａと、Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）２１５Ｂと、Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＶＣＯ）２１５Ｃと、送信乗算回路２１６と、可変送信アンプ２１７とを備えている。
【００３５】
水晶振動子２１５Ａは、基準周波数を発生する。ＰＬＬ２１５Ｂは、ＣＰＵ４の制御信号に基づいて、水晶振動子２１５Ａにより発生した周波数と、ＶＣＯ２１５Ｃが発生した周波数とを比較し、ＶＣＯ２１５Ｃが所定周波数の搬送波を発生させるようＶＣＯ２１５Ｃの制御電圧を出力する。発生される搬送波は、例えばＵＨＦ帯、マイクロ波帯、あるいは短波帯の周波数を用いている。
【００３６】
送信乗算回路２１６は、上記ＣＰＵ４から供給される信号に基づいて上記発生させられた搬送波を変調する。この例では、送信乗算回路２１６は、ＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＡＳＫ」信号に基づく振幅変調を実行する。なお、振幅変調の場合は、送信乗算回路２１６代えて増幅率可変アンプ等を用いてもよい。また、質問波は上記のように変調した信号すなわち変調波に限られず、単なる搬送波のみの場合もある。
【００３７】
可変送信アンプ２１７は、送信乗算回路２１６により変調された変調波を増幅する。可変送信アンプ２１７は、この例では、ＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＰＷＲ」信号によって決定される増幅率による増幅を行う。可変送信アンプ２１７の出力は、送受分離器２１４及び同軸ケーブル１３を介してリーダアンテナユニット３のマッチング回路２４、通信アンテナ１１に伝達され、無線タグ回路部ＴｏのＩＣ回路部１５０に供給される。
【００３８】
受信部２１３は、Ｉ相受信乗算回路２１８と、Ｉ相バンドパスフィルタ２１９と、Ｉ相受信アンプ２２１と、Ｉ相リミッタ２２０と、Ｑ相受信乗算回路２２２と、Ｑ相バンドパスフィルタ２２３と、Ｑ相受信アンプ２２５と、Ｑ相リミッタ２２４とを備えている。
【００３９】
Ｉ相受信乗算回路２１８は、リーダアンテナユニット３の通信アンテナ１１で受信され、マッチング回路２４、同軸ケーブル１３、及び送受分離器２１４を介し入力された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波と、上記搬送波とを乗算し、復調する。
【００４０】
Ｉ相バンドパスフィルタ２１９は、Ｉ相受信乗算回路２１８の出力から必要な帯域の信号のみを取り出す。Ｉ相受信アンプ２２１は、Ｉ相バンドパスフィルタ２１９の出力を増幅する。Ｉ相リミッタ２２０は、Ｉ相受信アンプ２２１の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する。
【００４１】
Ｑ相受信乗算回路２２２は、リーダアンテナユニット３で受信された無線タグ回路部Ｔｏからの応答波と、発生された搬送波が移相器２２７により位相を９０°遅らせた信号とを、乗算する。
【００４２】
Ｑ相バンドパスフィルタ２２３は、Ｑ相受信乗算回路２２２の出力から必要な帯域の信号のみを取り出す。Ｑ相受信アンプ２２５は、Ｑ相バンドパスフィルタ２２３の出力を増幅する。Ｑ相リミッタ２２４は、Ｑ相受信アンプ２２５の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する。
【００４３】
上記Ｉ相リミッタ２２０から出力される信号「ＲＸＳ−Ｉ」及びＱ相リミッタ２２４から出力される信号「ＲＸＳ−Ｑ」は、ＣＰＵ４に入力されて処理される。Ｉ相受信アンプ２２１及びＱ相受信アンプ２２５の出力は、強度検出手段としてのＲｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＲＳＳＩ)回路２２６にも入力され、それらの信号の強度を示す信号「ＲＳＳＩ」がＣＰＵ４に入力される。
【００４４】
以上のようにして、リーダ１では、Ｉ−Ｑ直交復調によって無線タグ回路部Ｔｏからの応答波の復調が行われる。
【００４５】
また、リーダアンテナユニット３には、湿度検出用アンテナ１２、マッチング回路２４、及び通信アンテナ１１が備えられている。湿度検出用アンテナ１２は、ＲＦ通信制御部９内に設けられた湿度検出部２３０に接続されている。湿度検出部２３０は、湿度検出用アンテナ１２の静電容量を測定し、その測定結果をＣＰＵ４に出力する。
【００４６】
マッチング回路２４は、通信アンテナ１１を、同軸ケーブル１３及び送受分離器２１４を介し送信部２１２又は受信部２１３に接続した際に、通信アンテナ１１及び同軸ケーブル１３の間の不整合によるエネルギーの伝達損失を抑えるためのインピーダンス整合を行う。
【００４７】
ＣＰＵ４は、上記湿度検出部２３０より入力された上記測定結果に基づき、マッチング回路２４内に設けられた可変コンデンサ４３（後述の図５参照）の容量値を決め、その容量になるよう可変コンデンサ４３の印加電圧Ｖｆを制御することで、通信アンテナ１１及び同軸ケーブル１３の間の整合を取る。
【００４８】
リーダアンテナユニット３の外観を図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。上述したように、リーダアンテナユニット３は、第１マイクロストリップアンテナとしての通信アンテナ１１と、マッチング回路２４と、第２マイクロストリップアンテナとしての湿度検出用アンテナ１２とを有している。
【００４９】
通信アンテナ１１は、間隔をあけて配置された、第１正極板としての正極板２２と第１負極板としての負極板２３と、これら正極板２２及び負極板２３の間に配置された誘電体４４（空気でも良い）とを有する、平板形状のマイクロストリップアンテナである。正極板２２は、負極板２３より小さく、負極板２３の相対する端部の一方側に寄せるように配置されている。正極板２２には給電点２５が設けられている。給電点２５は、負極板２３側のマッチング回路２４及びマイクロストリップライン２６を介し、ＲＦ通信制御部９に接続されている。これにより、ＲＦ通信制御部９が、通信アンテナ１１を介した無線タグＴとの無線通信の制御を行う。
【００５０】
湿度検出用アンテナ１２は、上記通信アンテナ１１より小形でマイクロストリップアンテナ形状に設けられている。湿度検出用アンテナ１２は、負極板２３を上記通信アンテナ１１と共有している。すなわち、湿度検出用アンテナ１２は、上記負極板２３と、通信アンテナ１１の正極板２２とは別の、第２正極板としての正極板３２と、誘電体３３とにより構成されている。また、正極板３２は、負極板２３のうち、通信アンテナ１１から離間する隅部に配置されている。誘電体３３は、正極板３２と負極板２３との間に配置された高吸収性材質つまり高吸湿性材質により構成されている。
【００５１】
湿度検出用アンテナ１２の検出信号はＲＦ回路制御部９の上記湿度検出部２３０へ出力され、湿度検出用アンテナ１２の静電容量を測定することにより、周囲環境の湿度を検出する。湿度検出用アンテナ１２は、周囲環境の湿度変化により誘電体３３の比誘電率μが変化すると、それに応じて静電容量が変化するので、検出電圧から周囲環境の湿度を検出することができる。これにより、湿度検出用アンテナ１２は、湿度センサとして機能するのである。
【００５２】
図５に、マッチング回路２４及び通信アンテナ１１の等価回路図を示す。
【００５３】
一般に、無線通信では、その通信に用いられる通信アンテナの周波数特性に最も適する周波数、すなわち共振周波数を用いることで、信頼性を向上できることが知られている。しかしながら、無線通信で用いる周波数を通信アンテナ１１のＬＣ共振周波数に設定していたとしても、マイクロストリップアンテナからなる通信アンテナ１１の場合、湿度が変化すると正電極２２及び負電極２３の間の容量成分が変化し、通信アンテナ１１の特性インピーダンスが変化する。その結果、通信アンテナ１１の共振周波数自体が変化してしまう。
【００５４】
そこで、本実施形態では、マッチング回路２４において、通信アンテナ１１に対し並列となるように、素子特性値が既知である可変コンデンサ４３が接続される。そして、ＣＰＵ４が、湿度検出用アンテナ１２で検出した周囲環境の湿度に基づき、上記のように変化した後の、実際の正電極２２及び負電極２３の間の容量成分Ｃ′を算出する。その後、ＣＰＵ４が、通信アンテナ１１について予め予定された、正電極２２と負電極２３の間の容量成分の基準容量Ｃと、上記実際の容量成分Ｃ′との差分すなわち偏差△Ｃが算出される。
【００５５】
そして、ＣＰＵ４は、上記差分△Ｃを打ち消すような可変コンデンサ４３への印加電圧Ｖｆを、差分△Ｃと可変コンデンサ４３の素子特性値とから算出する。ＣＰＵ４は、算出した印加電圧Ｖｆを可変コンデンサ４３の両端の端子Ａ−Ａに印加し、可変コンデンサ４３のコンデンサ容量を制御する。これにより、ＲＦ通信制御部９側から見たときの通信アンテナ１１の特性インピーダンスを一定に保つことができる。この結果、周囲環境の湿度変化があっても、通信アンテナ１１のコンデンサ容量を一定に維持し、通信アンテナ１１の共振周波数を一定値に保持することができる。
【００５６】
上記の湿度変化に対する共振周波数一定制御を、図６のフローチャートにより詳細に説明する。まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ４は、湿度検出用アンテナ１２が周囲環境の湿度を定期的に所定の頻度で検出することにより、ＲＦ通信制御部９を介し、湿度情報を取得する。
【００５７】
その後、ステップＳ２において、ＣＰＵ４は、ステップＳ１で取得された湿度情報から、通信アンテナ１１の比誘電率εを算出する。このときの算出手法は、例えば以下のようにすればよい。すなわち、予め、通信アンテナ１１に使用する誘電体４４について、湿度と比誘電率εとの関係が、実測され、例えばメモリ６に記憶されている。図７は、その実測結果の一例である。この例では、横軸に湿度をとるとともに縦軸に比誘電率εをとり、各種の材質ごとに、比誘電率の値の測定結果をプロットしている。このプロットした点に基づき適宜の手法により近似式を算出しておく。これにより、上記取得した湿度情報に当該近似式を適用することで、対応する比誘電率εを求めることができる。あるいは、上記実測結果より、湿度と比誘電率εとの相関を表すテーブルを予め作成しておいて、当該関係テーブルを参照して比誘電率εを求めるようにしてもよい。
【００５８】
その後、ステップＳ３で、ＣＰＵ４は、上記ステップＳ２で算出された比誘電率εから、正電極２２及び負電極２３の間の実際の容量成分Ｃ′を算出する。すなわち、マイクロストリップアンテナを用いた比誘電率εの通信アンテナ１１の容量成分Ｃ′は、
Ｃ′＝εＳ／Ｄ
により求めることができる。なお、Ｓは、通信アンテナ１１の正極板２２と負極板２３との対向面積であり、Ｄは、電極間距離である。
【００５９】
その後、ステップＳ４において、ＣＰＵ４は、上記の実際の容量成分Ｃ′と、通信アンテナ１１の標準性能として予め予定され本体制御部２のメモリ６に記憶された基準容量Ｃとの差分△Ｃ＝Ｃ−Ｃ′を算出する。
【００６０】
そして、ステップＳ５において、ＣＰＵ４は、上記ステップＳ４で算出したコンデンサ容量の差分△Ｃと、可変コンデンサ４３の既知の素子特性値とを用いて、可変コンデンサ４３がコンデンサ容量の差分△Ｃを打ち消すための印加電圧Ｖｆを算出する。そして、ＣＰＵ４は、通信制御部９を介し、上記算出した印加電圧Ｖｆを出力する。言い換えれば、図５の等価回路における端子Ａ−Ａ間に、電圧Ｖｆを印加する。これにより、電圧Ｖｆが可変コンデンサ４３に印加される結果、上記差分△Ｃを打ち消す形で通信アンテナ１１の全体のコンデンサ容量が前述の基準容量Ｃに修正される。この結果、周囲環境の湿度変化があっても、通信アンテナ１１の共振周波数が湿度変化前と同等に保持される。
【００６１】
以上において、図６のフローチャートのステップＳ２及びステップＳ３が、各請求項記載の容量算出手段を構成し、ステップＳ４が偏差算出手段を構成し、ステップＳ５が印加電圧制御手段を構成する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態においては、ＣＰＵ４が、湿度検出用アンテナ１２で検出した湿度から通信アンテナ１１の正電極２２及び負電極２３の間の実際の容量成分Ｃ′を算出し、基準容量Ｃとの差分△Ｃを算出する。そして、ＣＰＵ４は、上記コンデンサ容量の差分△Ｃに対応した印加電圧Ｖｆを可変コンデンサ４３に印加し、上記差分△Ｃを打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御する。これにより、湿度変化による通信アンテナ１１の共振周波数の変化を防止することができる。この結果、通信アンテナ１１を用いたリーダ１において、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。
【００６３】
また本実施形態では特に、通信アンテナ１１を正極板２２と負極板２３とによるマイクロストリップアンテナとして構成している。そして、湿度検出用アンテナ１２を、通信アンテナ１１の正極板２２とは別の正極板３２と、通信アンテナ１１と共通の負極板２３と、該正極板３２及び負極板２３の間に配置された誘電体３３とにより構成している。これにより、正極板、誘電体、及び負極板により構成され湿度センサとして機能する湿度検出用アンテナ１２を、負極板を通信アンテナ１１と共通化した形で設けることができる。この結果、設置スペースの低減やコストダウンを図ることができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
【００６５】
（１）通信アンテナの一部領域に高誘電体を配置し湿度検出用アンテナを構成する場合
上記実施形態では、湿度検出用アンテナ１２と通信アンテナ１１とで負極板２３を共有したが、本発明はこれに限られない。すなわち、通信アンテナの一部領域に、通信アンテナの誘電体よりも高い吸湿性を有する材質の高誘電体を配置することで、負極板及び正極板の両方を湿度検出用アンテナ１２と通信アンテナ１１とで共有してもよい。
【００６６】
このような変形例のリーダアンテナユニット３Ａを図８を用いて説明する。図８は、上記実施形態の図４に対応する図である。上記実施形態におけるリーダアンテナユニット３と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。
【００６７】
リーダアンテナユニット３Ａは、第３マイクロストリップアンテナとしての通信アンテナ１１Ａと、マッチング回路２４と、湿度検出手段として機能する湿度検出用アンテナ１２Ａとを有している。
【００６８】
通信アンテナ１１Ａは、対向するように間隔をあけて配置された、第３正極板としての正極板２７及び第３負極板としての負極板２８と、これら正極板２７及び負極板２８の間の大部分の領域に配置された、通信アンテナ用誘電体としての誘電体２９とを備えている。
【００６９】
第４マイクロストリップアンテナとしての湿度検出用アンテナ１２Ａは、上記通信アンテナ１１Ａと一体に設けられている。湿度検出用アンテナ１２Ａは、通信アンテナ１１Ａと共通の上記正極板２７と、通信アンテナ１１Ａと共通の上記負極板２８と、これら正極板２７及び負極板２８の間の、上記大部分の領域以外の領域（図８（ｂ）中の下方の領域）に配置された誘電体３０とを備えている。
【００７０】
湿度検出用誘電体としての誘電体３０には、上記通信アンテナ１１Ａの誘電体２９よりも吸湿性の高い材質、すなわち高吸湿性材質の高誘電体が用いられている。これにより、正極板２７、負極板２８、及び誘電体３０からなる組立て体が湿度検出用に適するように構成されている。
【００７１】
上記以外の構成は、前述の実施形態と同様である。
【００７２】
以上のように構成した本変形例によれば、正極板２７、誘電体３０、及び負極板２８により構成する湿度検出用アンテナ１２Ａを、正極板と負極板とを通信アンテナ１１Ａと共通化した形で設けることができる。
【００７３】
（２）リーダアンテナユニットに通信アンテナとは別体の湿度検出手段を設置する場合
上記実施形態及び（１）の変形例では、リーダアンテナユニット３に、湿度検出手段として、通信アンテナ１１と一部共有する形の湿度検出用アンテナ１２を設けたが、これに限られない。すなわち、リーダアンテナユニット３に、通信アンテナ１１とは別体の湿度検出手段を設けてもよい。
【００７４】
このような変形例のリーダアンテナユニット３Ｂを図９により説明する。上記実施形態及び（１）の変形例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。この例では、リーダアンテナユニット３Ｂが、ベルトコンベア３４で搬送される図示しない物品の検品ゾーンに設けられた検査ゲート３５の両側に設置されている。リーダアンテナユニット３Ｂは、通信アンテナ１１Ｂと、この通信アンテナ１１Ｂの接続回線とのインピーダンスマッチングをとるマッチング回路２４と、通信アンテナ１１Ｂとは別体の湿度センサ３６とを備えている。
【００７５】
本変形例の無線タグ通信装置としてのリーダ１′では、図９に示すように、通信アンテナ１１Ａ，１１Ｂと離れた場所に本体制御部２が設けられている。詳細な説明は省略するが、本体制御部２には前述のＲＦ通信制御部９やＣＰＵ４等が備えられている。ＣＰＵ４が、湿度センサ３６で検出した湿度から通信アンテナ１１Ｂと等価なコンデンサ４２の実際のコンデンサ容量Ｃ′を算出し、基準容量Ｃとの差分△Ｃを算出する。そして、ＣＰＵ４は、上記コンデンサ容量の差分△Ｃに対応した印加電圧Ｖｆをマッチング回路２４の可変コンデンサ４３に印加し、上記差分△Ｃを打ち消すように可変コンデンサ４３の容量を制御し、湿度変化による通信アンテナ１１Ｂの共振周波数の変化を防止する。
【００７６】
本変形例によっても、上記実施形態と同様、通信アンテナ１１Ｂを用いたリーダ１′において、通信信頼性が低下したり、通信距離が短くなったり等、通信性能の劣化を防止することができる。また、通信アンテナ１１Ｂとは別の湿度センサ３６を設ける場合に、当該湿度センサ３６をリーダアンテナユニット３Ｂに設置したことにより、通信アンテナ１１Ｂの全体の容量制御を高精度に行い、通信性能の劣化を確実に防止することができる。
【００７７】
（３）その他
なお、以上において、正極板と負極板とその間に配置される誘電体（空気層を含む）とにより構成される既存のマイクロストリップアンテナを、全体として通信アンテナ及び湿度検出用アンテナとして機能させ、上記同様に動作させるようにしてもよい。
【００７８】
なお、上記フローチャートは本発明を上記フローに示す手順に限定するものではなく、発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。
【００７９】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００８０】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１，１′，１″ リーダ（無線タグ通信装置）
２ 本体制御部
３，３Ａ〜Ｃ リーダアンテナユニット
４ ＣＰＵ
６ メモリ
９ ＲＦ通信制御部
１１，１１Ａ，Ｂ 通信アンテナ
１２，１２Ａ 湿度検出用アンテナ
２２，２７，３２ 正極板
２３，２８ 負極板
２４ マッチング回路
２９,３０,３３ 誘電体
４３ 可変コンデンサ
１５０ ＩＣ回路部
１５１ タグアンテナ
Ｔ 無線タグ
Ｔｏ 無線タグ回路部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を記憶する記憶部を備えたＩＣ回路部と情報を送受信するタグアンテナとを備えた無線タグに対し、無線通信を行う通信アンテナと、
前記通信アンテナに接続され、当該通信アンテナを介して前記無線タグと情報の送受信を行う高周波回路と、
周囲の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出した湿度実測値を用いて、前記通信アンテナの実際の容量成分を算出する容量算出手段と、
予め記憶された前記通信アンテナの基準容量と、前記容量算出手段により算出された前記実際の容量成分との、偏差を算出する偏差算出手段と、
前記高周波回路に対し、前記通信アンテナと並列に接続された可変コンデンサと、
前記偏差算出手段により算出された偏差に対応した電圧を、前記可変コンデンサに印加する印加電圧制御手段と
を有することを特徴とする無線タグ通信装置。
【請求項２】
前記湿度検出手段は、
前記通信アンテナと少なくとも一部分を共用した、湿度検出用アンテナである
ことを特徴とする請求項１記載の無線タグ通信装置。
【請求項３】
前記通信アンテナは、
第１正極板と、第１負極板とにより構成された第１マイクロストリップアンテナであり、
前記湿度検出用アンテナは、
前記第１正極板とは別の第２正極板と、前記第１マイクロストリップアンテナと共通の前記第１負極板と、前記第２正極板及び前記第１負極板の間に配置された誘電体と、により構成された第２マイクロストリップアンテナである
ことを特徴とする請求項２記載の無線タグ通信装置。
【請求項４】
前記通信アンテナは、
第３正極板と、第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置された通信アンテナ用誘電体と、により構成された第３マイクロストリップアンテナであり、
前記湿度検出用アンテナは、
前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３正極板と、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置され前記通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い湿度検出用誘電体と、により構成された第４マイクロストリップアンテナである
ことを特徴とする請求項２記載の無線タグ通信装置。
【請求項５】
前記湿度検出手段は、
前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けられた、湿度センサである
ことを特徴とする請求項１記載の無線タグ通信装置。
【請求項６】
前記可変コンデンサを、
前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の無線タグ通信装置。
【請求項１】
情報を記憶する記憶部を備えたＩＣ回路部と情報を送受信するタグアンテナとを備えた無線タグに対し、無線通信を行う通信アンテナと、
前記通信アンテナに接続され、当該通信アンテナを介して前記無線タグと情報の送受信を行う高周波回路と、
周囲の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出した湿度実測値を用いて、前記通信アンテナの実際の容量成分を算出する容量算出手段と、
予め記憶された前記通信アンテナの基準容量と、前記容量算出手段により算出された前記実際の容量成分との、偏差を算出する偏差算出手段と、
前記高周波回路に対し、前記通信アンテナと並列に接続された可変コンデンサと、
前記偏差算出手段により算出された偏差に対応した電圧を、前記可変コンデンサに印加する印加電圧制御手段と
を有することを特徴とする無線タグ通信装置。
【請求項２】
前記湿度検出手段は、
前記通信アンテナと少なくとも一部分を共用した、湿度検出用アンテナである
ことを特徴とする請求項１記載の無線タグ通信装置。
【請求項３】
前記通信アンテナは、
第１正極板と、第１負極板とにより構成された第１マイクロストリップアンテナであり、
前記湿度検出用アンテナは、
前記第１正極板とは別の第２正極板と、前記第１マイクロストリップアンテナと共通の前記第１負極板と、前記第２正極板及び前記第１負極板の間に配置された誘電体と、により構成された第２マイクロストリップアンテナである
ことを特徴とする請求項２記載の無線タグ通信装置。
【請求項４】
前記通信アンテナは、
第３正極板と、第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置された通信アンテナ用誘電体と、により構成された第３マイクロストリップアンテナであり、
前記湿度検出用アンテナは、
前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３正極板と、前記第３マイクロストリップアンテナと共通の前記第３負極板と、前記第３正極板及び前記第３負極板の間に配置され前記通信アンテナ用誘電体よりも吸湿率の高い湿度検出用誘電体と、により構成された第４マイクロストリップアンテナである
ことを特徴とする請求項２記載の無線タグ通信装置。
【請求項５】
前記湿度検出手段は、
前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けられた、湿度センサである
ことを特徴とする請求項１記載の無線タグ通信装置。
【請求項６】
前記可変コンデンサを、
前記通信アンテナを含むアンテナユニットに設けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の無線タグ通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７１９３４（Ｐ２０１１−７１９３４Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３５１９（Ｐ２００９−２２３５１９）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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