複合無線通信システム
【課題】異なる二つの通信方式を用いて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダをにて構成される複合無線通信システムにおいて、無線タグの内蔵バッテリの残容量が不足したときでも、無線タグに応答動作させることを可能とする。
【解決手段】複合無線通信システム１のタグリーダ２は、第１の通信方式にて質問信号を送信し、第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部２１と、第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部２２を有する。一方、無線タグ５は、バッテリ５２と、質問信号を受信する第１のタグ通信部５３と、第２のタグ通信部５４を有する。第１のタグ通信部５３は、第２のタグ通信部５４が応答可能な場合にバッテリ５２の供給電圧を使用して第２のタグ通信部５４から第２の応答信号を送信させ、第２のタグ通信部５４が応答不能な場合に質問信号から生成した電圧を使用して第１の応答信号を送信する。
【解決手段】複合無線通信システム１のタグリーダ２は、第１の通信方式にて質問信号を送信し、第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部２１と、第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部２２を有する。一方、無線タグ５は、バッテリ５２と、質問信号を受信する第１のタグ通信部５３と、第２のタグ通信部５４を有する。第１のタグ通信部５３は、第２のタグ通信部５４が応答可能な場合にバッテリ５２の供給電圧を使用して第２のタグ通信部５４から第２の応答信号を送信させ、第２のタグ通信部５４が応答不能な場合に質問信号から生成した電圧を使用して第１の応答信号を送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合無線通信システムに関し、特に、異なる二つの通信方式にて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダを用いた複合無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線自動識別（以下、ＲＦＩＤという）システムを利用した各種サービスが提供されている。ＲＦＩＤシステムを構成する無線タグには、通信方式及び使用される無線周波数帯が異なる様々な種類のものがあり、提供するサービスに適した特性のものが利用される。例えば、無線タグにおいて採用される通信方式には、無線タグ内にバッテリを持たずにタグリーダからの質問信号に応答するパッシブ型、無線タグに内蔵されたバッテリを使用して自発的に信号を出力するアクティブ型、タグリーダからの質問信号を受信して駆動され、内蔵されたバッテリを使用して応答するセミアクティブ型がある。また、無線周波数帯としては、長波帯、短波帯、超極短波帯、マイクロ波帯などが使用される。
【０００３】
昨今、ＲＦＩＤシステムの適用範囲はさらに多様化しており、複数種類の通信方式による無線通信機能を併用したシステムも提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示されたシステムにおいて使用される無線タグは、電磁誘導方式でリーダから質問信号を受信し、内蔵バッテリを使用して特定小電力無線により応答信号を送出している。
【０００４】
電磁誘導方式を用いる場合は、リーダから送出される質問信号の到達範囲を比較的高精度で規定することができ、また、無線タグが低消費電力で質問信号を受信できる利点を持つ。しかし、無線タグから、質問信号の到達範囲と同程度の範囲まで到達可能な応答信号を出力するためには、大きな電力を必要とするため、バッテリの電力消費が著しくなってしまう。また、リーダ側に設置されるアンテナも大型化しなければならない。一方、特定小電力無線による無線通信を用いる場合は、無線タグの駆動電源としてバッテリを必要とするが、低消費電力で、かつ小さなアンテナを用いて通信範囲を長距離化することができる。
そのため、上記のシステムは、電磁誘導方式と特定小電力無線それぞれの長所を併せて活用することで、無線タグの内蔵バッテリの電力消費を抑制しつつ、高精度で無線タグを検出可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３５０８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、無線タグが特定小電力無線でリーダの問い掛けに応答するためには、上記のようにバッテリを必要とする。そのため、従来のＲＦＩＤシステムでは、バッテリの残容量がなくなった場合、無線タグはリーダに対して応答不可能となる。よって、例えばドアの開閉などの通行制御にこのＲＦＩＤシステムを採用して、無線タグの応答によって通行規制を解除する（例えば、ドアを解錠する）場合、内蔵バッテリの残容量がなくなった無線タグの所持者は、通行規制を解除する術がなくなってしまうことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不足したときでも、無線タグに応答動作をさせることが可能な複合無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するための本発明は、異なる二つの通信方式を用いて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダにて構成され、所定領域内に存在する無線タグをタグリーダにて検出する複合無線通信システムを提供する。係る複合無線通信システムにおいて、タグリーダは、第１の通信方式にて質問信号を送信し、無線タグから送信された第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部と、無線タグから送信された第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部とを有する。一方、無線タグは、バッテリと、タグリーダから送信された質問信号を受信し、質問信号から生成した電圧を使用して第１の通信方式による第１の応答信号を送信する第１のタグ通信部と、バッテリの供給電圧を使用して第２の通信方式による第２の応答信号を送信する第２のタグ通信部を有する。そして第１のタグ通信部は、質問信号を受信したとき、第２のタグ通信部が応答信号を送信可能な状態である場合には、第２のタグ通信部から第２の応答信号を送信させ、第２のタグ通信部が応答信号を送信不能な状態である場合には、第１のタグ通信部から第１の応答信号を送信させる。
【０００９】
また、本発明に係る複合無線通信システムにおいて、第１のタグ通信部は、質問信号を受信したときのバッテリからの供給電圧が所定値未満である場合に、第２のタグ通信部は応答信号を送信不能な状態であると判定し、その質問信号の受信によって生じた生成電圧を使用して第１の応答信号を送信することが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明に係る複合無線通信システムにおいて、第２の通信方式は、第１の通信方式よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式であることが好ましい。なお、第１の通信方式として、電磁誘導方式または電波方式による無線通信を、第２の通信方式として、特定小電力無線または微弱無線を利用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る複合無線通信システムは、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不足したときでも、無線タグにバッテリを使用しないパッシブ応答動作をさせることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る複合無線通信システムを、出入管理システムに適用した場合の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図１は、出入管理システム１の概略構成を示す。図１に示すように、出入管理システム１は、通行規制を行う出入口の扉（図示せず）近傍に設置された一つ以上のタグリーダ２と、各タグリーダ２によって管理され、それぞれ出入口の扉に設けられた電気錠３と、管理用制御装置４と、無線タグ５とを有する。出入管理システム１では、電気錠３は通常時において施錠されている。そして、無線タグ５を所持した利用者がタグリーダ２の読み取り範囲内（例えば、タグリーダ２の周囲約２ｍ以内）に入ると、タグリーダ２からの質問信号に無線タグ５が反応して応答信号を送信する。応答信号には、他の無線タグと識別するための識別コード（以下、ＩＤコードという）が含まれる。タグリーダ２がその応答信号を受信して、無線タグ５の情報から利用者が正当な権限を有することを確認すると、タグリーダ２は管理下の電気錠３を一時的に解錠制御して、利用者の通行を可能にする。またタグリーダ２は、ＬＡＮなどの通信網６を介して接続された管理用制御装置４へ、応答した無線タグ５のＩＤコード、解錠及び施錠時刻、タグリーダ２自身のＩＤコードなどを送信する。管理用制御装置４は、それらの情報を、利用者の通行履歴情報として、内蔵された記録装置（図示せず）に保存する。
【００１３】
ここで、無線タグ５は、短い距離であれば内蔵バッテリの電力を使用せず受動的に応答（パッシブ応答）が可能な近距離無線通信方式と、応答に内蔵バッテリを必要とするが、近距離無線通信方式と比べて低消費電力で長い距離の応答が可能な長距離無線通信方式の二通りの通信方式によりタグリーダ２と通信可能であり、内蔵バッテリの残容量に応じて何れか一方の通信方式を選択して応答信号を送信する。これにより、無線タグ５の内蔵バッテリの残容量が不足している場合でも、至近距離であればタグリーダ２と無線タグ５間の通信を可能として、電気錠３を解錠できなくなる事態が防止される。
以下、出入管理システム１の各部について詳細に説明する。
【００１４】
図２に、タグリーダ２の機能ブロック図を示す。タグリーダ２は、ＬＦ送受信部２１、ＲＦ受信部２２、電源部２３、外部インターフェース部２４、及び制御部２５を有する。
【００１５】
ＬＦ送受信部２１は、近距離無線通信方式による通信手段であり、電磁誘導方式にて無線タグ５と無線通信する。そのために、ＬＦ送受信部２１は、変調部、復調部及びアンテナコイルを有する。本実施形態では、ＬＦ送受信部２１は、変調部で変調した電波（即ち、質問信号）を、135kHz帯の長波（すなわち、ＬＦ波）を利用して、タグリーダ２の周囲２ｍの範囲に対してアンテナコイルから送信する。
ＬＦ送受信部２１は、質問信号を所定の間隔で繰り返し送信する。例えば、ＬＦ送受信部２１は、0.2sec長の質問信号を送信すると、複数の無線タグ５からの応答信号の衝突を防止する（アンチコリジョン）ために0.2secの間待機する。ＬＦ送受信部２１は、その動作を繰り返し行って、連続的に質問信号を送信する。
また、ＬＦ送受信部２１は、無線タグ５からＬＦ応答信号を受信すると、そのＬＦ応答信号を復調部にて復調し、制御部２５へ渡す。
【００１６】
以下、質問信号の構成について説明する。質問信号は、先頭から順に、プリアンブル、変調データ、無変調搬送波で構成される。
プリアンブルは、クロック同期のための同期ビット列である。また無線タグ５は、このプリアンブル部分の電波を利用して、無線タグ５が内蔵する回路を駆動するのに必要な電力を蓄える。そこで、質問信号のプリアンブルは、無線タグ５が内蔵バッテリを使用せずにＬＦ応答信号を送信するのに十分な電力を蓄えることができるだけの長さを持つ。そのため、無線タグ５をタグリーダ２の至近距離に近づけるだけで、無線タグ５は内蔵バッテリを使用しなくても、タグリーダ２に対するパッシブ型の応答動作を容易に行える。
変調データは、無線タグ５を制御するためのコマンドビット列を変調部により変調したものである。そのコマンドビット列は、タグリーダ２を他のタグリーダと識別するためのＩＤコードを含む。
無変調搬送波は、無線タグ５がパッシブ動作する場合、すなわちＬＦ波で応答する場合において、無線タグ５が応答信号に含めるデータを搬送するための領域である。
【００１７】
ＲＦ受信部２２は、長距離無線通信方式による通信手段であり、ＬＦ送受信部２１よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式にしたがって、無線タグ５からの応答信号を受信する。本実施形態では、ＲＦ受信部２２は、使用周波数が400MHz帯の特定小電力無線を利用して、無線タグ５からのＲＦ波による応答信号（以下、ＲＦ応答信号という）を受信する。この場合、ＲＦ受信部２２は、小型のアンテナを用いて数ｍ〜数十ｍの通信距離を確保できる。ＲＦ受信部２２は、復調部とアンテナで構成される。そしてＲＦ受信部２２は、無線タグ５からのＲＦ応答信号をアンテナを介して受信すると、復調部によりその応答信号を復調して、制御部２５へ渡す。またＲＦ受信部２２は、ＬＦ送受信部２１とは独立して動作することができる。
【００１８】
電源部２３は、外部電源と接続され、その外部電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換して、タグリーダ２の各部に電力を供給する回路である。また電源部２３は、停電時にも、一定期間タグリーダ２が動作可能なように、バッテリを有していてもよい。
【００１９】
外部インターフェース部２４は、タグリーダ２により管理される電気錠３と接続するインターフェース回路と、他のタグリーダ及び管理用制御装置４と通信網６を介して通信するための通信インターフェース回路を有する。そして外部インターフェース部２４は、制御部２５から出力され、電気錠３を解錠または施錠するための制御信号を、そのタグリーダ２の管理下にある電気錠３へ送信する。また、外部インターフェース部２４は、通信網６を介して管理用制御装置４へ、そのタグリーダ２に応答した無線タグ５のＩＤコード、タグリーダ２自身のＩＤコード、解錠または施錠した電気錠３の識別情報、解錠及び施錠時刻などを送信する。
【００２０】
制御部２５は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びその周辺回路で構成される。制御部２５は、タグリーダ２の各部を制御する。そして制御部２５は、ＬＦ送受信部２１から質問信号を一定の間隔で連続的に繰り返し送信させる。
また制御部２５は、ＲＦ受信部２２またはＬＦ送受信部２１にて無線タグ５からの応答信号が受信され、復調されると、無線タグ５のＩＤコードを受け取る。そして制御部２５は、その受信したＩＤコードを、メモリに記憶されている、登録済み無線タグの登録ＩＤコードと照合し、一致するものがあるか否かを判定する。そして無線タグ５から受信したＩＤコードが何れかの登録ＩＤコードと一致する場合、制御部２５は、その無線タグ５を正当権限を有するものとして認証し、管理下の電気錠３へ外部インターフェース部２４を介して一時的に解錠するための解錠信号を出力する。また制御部２５は、外部インターフェース部２４及び通信網６を介して、管理用制御装置４へ、無線タグ５のＩＤコードなどの利用者の通行履歴情報を送信する。
【００２１】
一方、無線タグ５から受信したＩＤコードが何れの登録ＩＤコードとも一致しない場合、制御部２５は、管理下の電気錠３を施錠した状態のまま維持し、管理用制御装置４へ、不正タグ情報として、無線タグ５のＩＤコードを送信する。またタグリーダ２が液晶ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカなどから構成される報知部を有している場合、制御部２５は、その報知部を介して、利用者に対して無線タグ５が不正なものであることを報知するようにしてもよい。
【００２２】
図３に、無線タグ５の機能ブロック図を示す。無線タグ５は、メモリ５１、バッテリ５２、ＬＦ送受信部５３、ＲＦ送信部５４及び制御部５５を有する。
【００２３】
メモリ５１は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＲＡＭ（登録商標）などの不揮発性メモリで構成される。そしてメモリ５１は、無線タグ５を他の無線タグと識別するためのＩＤコードを保持する。
バッテリ５２は、無線タグ５に内蔵される小型電池で構成され、制御部５５を介して無線タグ５の各部を駆動するための電力を供給する。またバッテリ５２に使用される小型電池は、交換可能または充電可能なタイプであることが好ましい。
【００２４】
ＬＦ送受信部５３は、近距離無線通信方式による通信手段であり、電磁誘導方式にてタグリーダ２と無線通信する。本実施形態では、ＬＦ送受信部５３は、135kHz帯のＬＦ波を利用して、タグリーダ２のＬＦ送受信部２１と無線通信する。そのために、ＬＦ送受信部５３は、アンテナコイル５３１と、コンデンサと整流回路を有する電圧生成手段５３２と、組み込み型のプロセッサ回路を有する信号処理手段５３３と、バッテリ５２の残容量を監視する電源監視手段５３４とを有する。ＬＦ送受信部５３は、タグリーダ２から質問信号を受信しない間は、バッテリ５２より供給される電力を利用して、信号受信の待機に必要な電力のみを消費する低消費電力モードで動作する。
一方、ＬＦ送受信部５３は、アンテナコイル５３１を介して、タグリーダ２のＬＦ送受信部２１のアンテナコイルとの電磁誘導により、タグリーダ２から質問信号を受信すると、電圧生成手段５３２は電磁誘導によって得た交流電圧を直流電圧に整流し、ＬＦ送受信部５３を駆動するために利用される生成電圧として蓄積する。そして信号処理手段５３３は、生成電圧またはバッテリ５２からの供給電圧によって動作し、受信した質問信号を復調する。
【００２５】
電源監視手段５３４は、バッテリ５２の残容量が、無線タグ５がＲＦ応答信号を送信するのに十分な量であるか否かを判定する。そのために、電源監視手段５３４は、制御部５５を介して供給されているバッテリ５２からの供給電圧が所定値以上か否かを検出し、検出結果を信号処理手段５３３へ出力する。その所定値は、例えば、ＲＦ送信部５４がＲＦ応答信号を送信するために、ＲＦ送信部５４及び制御部５５を駆動するのに必要な電圧値である。
【００２６】
信号処理手段５３３は、タグリーダ２から質問信号を受信したときのバッテリ５２の残容量に応じて、異なる処理を実行する。電源監視手段５３４から、バッテリ５２からの供給電圧が所定値以上であることを示す検出結果を受信した場合、信号処理手段５３３は、ＲＦ送信部５４から所定の応答信号を送信できるように、復調信号を制御部５５へ渡す。
【００２７】
一方、電源監視手段５３４から、バッテリ５２からの供給電圧が所定値未満であることを示す検出結果を受信した場合、信号処理手段５３３は、バッテリ５２からの供給電圧を利用せず、電圧生成手段５３２による生成電圧を使用してＬＦ送受信部５３自体から送信するためのＬＦ応答信号を生成する。そのために、信号処理手段５３３は、メモリ５１から無線タグ５のＩＤコードを読み出して、質問信号に含まれる無変調搬送波をそのＩＤコードで変調する。そして信号処理手段５３３は、質問信号のプリアンプル部分を利用して電圧生成手段５３２により生成された生成電圧を使用して、アンテナコイル５３１からＬＦ応答信号を出力する。このように、ＬＦ送受信部５３は、質問信号の受信に伴う誘導起電力を使用してパッシブ応答することが可能である。
【００２８】
ここで、無線タグ５がバッテリ切れのときにタグリーダ２との距離が離れ過ぎていると、質問信号の受信により生成される電力は小さく、ＬＦ送受信部５３を駆動するために必要な電力を得ることができない。またＬＦ送受信部５３がＬＦ応答信号を送信できたとしても、タグリーダ２までの距離を飛ばすのに必要な生成電圧が得られていなければ、タグリーダ２がそのＬＦ応答信号を受信することができない。そこで、ＬＦ応答信号を生成及び送信して、タグリーダ２にそのＬＦ応答信号を受信させるためには、無線タグ５は質問信号を受信可能な距離（例えば、２ｍ）よりもタグリーダ２に接近している必要がある。すなわち、無線タグ５は、タグリーダ２の至近距離（例えば、数cm〜数十cm以内）にある場合に、バッテリ５２を利用せずに、質問信号の受信による誘導起電力を使用して、ＬＦ応答信号をタグリーダ２へ伝達（パッシブ応答）できる。
【００２９】
ＲＦ送信部５４は、長距離無線通信方式による通信手段であり、ＬＦ送受信部５３よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式にしたがって、タグリーダ２へ応答信号を送信する。本実施形態では、ＲＦ送信部５４は、使用周波数が400MHz帯の特定小電力無線を利用する。このため、ＲＦ送信部５４は、小型のアンテナを用いて、数ｍ〜数十ｍの範囲に、ＲＦ応答信号を到達させることができる。また、特定小電力無線を利用することにより、ＬＦ応答信号を同じ距離だけ飛ばす場合と比較して、無線タグ５がＲＦ応答信号を送信するための消費電力は非常に小さくて済む。ＲＦ送信部５４は、変調手段５４１とアンテナ５４２を有する。そして変調手段５４１は、制御部５５からの応答信号送信指示にしたがって、ＲＦ応答信号を生成する。そのＲＦ応答信号には、無線タグ５が受信した質問信号に含まれたタグリーダ２のＩＤコードと、メモリ５から読み出された無線タグ５のＩＤコードを含む。生成されたＲＦ応答信号は、アンテナ５４２から送信される。
【００３０】
制御部５５は、組み込み型のＣＰＵ及びその周辺回路で構成される。そして制御部５５は、バッテリ５２からの供給電圧を利用して動作し、無線タグ５の各部を制御する。制御部５５は、質問信号を受信していない間、バッテリ５２の電力消費を抑制するために、ＬＦ送受信部５３を上記の低消費電力モードで動作させるとともに、制御部５５自体も、ＣＰＵの動作クロックを停止させ、周辺回路のみ動作するスリープモードで動作する。さらに、質問信号の受信に必要のないＲＦ送信部５４への電源供給を停止し、動作オフ状態としておく。
そして制御部５５は、ＬＦ送受信部５３が受信した質問信号の復調信号が入力されると、ＲＦ送信部５４を駆動し、ＲＦ応答信号を出力するよう制御する。このとき、制御部５５は、復調信号に含まれたタグリーダ２のＩＤコードと、メモリ５から読み出された無線タグ５のＩＤコードをＲＦ送信部５４に転送する。
【００３１】
図４に、質問信号受信時における、無線タグ５の応答動作のフローチャートを示す。最初に、無線タグ５のＬＦ送受信部５３が質問信号を受信すると、無線タグ５は待機状態から移行し、応答動作を開始する。そして、ＬＦ送受信部５３は、質問信号の受信処理を行う（ステップＳ４０１）。具体的には、ＬＦ送受信部５３の電圧生成手段５３２は、質問信号に含まれるプリアンブル部を利用して、電磁誘導によって誘導起電力を生成し、蓄積する。またＬＦ送受信部５３の信号処理手段５３３は、質問信号を復調する。
【００３２】
その後、信号処理手段５３３は、ＬＦ送受信部５３の電源監視手段５３４が検出しているバッテリ５２の残容量が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ４０２）。バッテリ５２の残容量が所定値未満であると判定された場合（すなわち、バッテリ５２の残容量がＲＦ応答信号を送信するのに不足している場合）、信号処理手段５３３は、バッテリ５２からの供給電圧を使用せず、電圧生成手段５３２により生成された生成電圧のみを利用して、ＬＦ応答信号を生成し、ＬＦ送受信部５３のアンテナコイル５３１からＬＦ応答信号を送信する（ステップＳ４０３）。
【００３３】
一方、ステップＳ４０２において、バッテリ５２の残容量が所定値以上であると判定された場合（すなわち、バッテリ５２の残容量がＲＦ応答信号を送信するのに十分な量である場合）、信号処理手段５３３は復調信号を無線タグ５の制御部５５へ出力する。そして制御部５５は、バッテリ５２からの供給電圧を使用して、ＲＦ送信部５４を駆動し、ＲＦ応答信号を生成させる（ステップＳ４０４）。そして、ＲＦ送信部５４のアンテナ５４２から、ＲＦ応答信号を送信する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０３またはＳ４０５の後、無線タグ５は応答動作を終了し、再び待機状態となる。
【００３４】
以上説明してきたように、本発明を適用した複合無線通信システムでは、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が十分な場合には、監視範囲を高精度に設定でき、且つ、無線タグの待機電力が小さいＬＦ波を使用した電磁誘導方式にて質問し、ＬＦ波を利用するよりも小型のアンテナ且つ低消費電力で通信可能範囲の広い特定小電力無線を利用して、タグリーダに応答する。そのため、係るシステムは、利用者が無線タグをタグリーダにかざすなどの動作を必要とせずにタグリーダと無線タグ間で確実かつ低消費電力な通信が可能となる。さらに、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不十分な場合、無線タグはタグリーダから受信した質問信号に基づいて生成した電力を使用して応答信号を送信する。そのため、係るシステムは、無線タグの内蔵バッテリの残容量がなくなったときでも、タグリーダと無線タグ間の通信が可能となる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、タグリーダ２及び無線タグ５のそれぞれは、ＬＦ送受信部の代わりに、短波帯の電波を利用した電磁誘導方式の無線通信を行う短距離送受信部を有してもよい。同様に、タグリーダ２及び無線タグ５のそれぞれは、ＬＦ送受信部の代わりに、ＵＨＦ／超極短波帯またはマイクロ波帯の電波を利用した電波方式の無線通信を行う短距離送受信部を有してもよい。電波方式の無線通信を利用する場合、無線タグ５の短距離送受信部は、ＬＦ応答信号を送信する際、電波反射を利用してパッシブ応答する。
【００３６】
また、タグリーダ２のＲＦ受信部及び無線タグ５のＲＦ送信部は、微弱無線を利用するものであってもよい。あるいは、ＲＦ受信部及びＲＦ送信部は、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、IEEE802.11a,b,g,nなどの無線ＬＡＮ規格に従って動作するものであってもよい。ただし、ＲＦ送信部から送信される応答信号の通信可能範囲は、各ＬＦ送受信部の通信可能範囲と同等か、それよりも広いことが好ましい。このようにＲＦ送信部で使用する通信方式を選択することにより、電磁誘導方式と比較して低消費電力で広い通信可能範囲を確保できるため、無線タグの内蔵バッテリの残容量が十分な通常時の応答を、確実かつ低消費電力で行うことができる。
また、上記の実施形態では、無線タグ５のＬＦ送受信部はバッテリからの供給電圧を監視することでＲＦ送信部が応答可能な状態であるか否か判断しているが、制御部からバッテリ残容量の低下信号を受けて応答不能な状態であるとの判断結果を保持するように構成してもよい。また、ＲＦ送信部の動作状態（電源のＯＮ／ＯＦＦ）を監視するように構成してもよい。
【００３７】
さらに、上記の実施形態のように、ＲＦ送信部から送信される応答信号の到達範囲が数m〜数十mに及ぶ場合、タグリーダから、ＲＦ受信部を独立させて、ＲＦ受信機能を司る応答受信器として構成してもよい。この場合、特に複数のタグリーダが応答受信器と通信網を介して接続されている場合、一つの応答受信器で、複数のタグリーダのそれぞれに対する無線タグからのＲＦ応答信号を受信して、ＲＦ応答信号に含まれるタグリーダのＩＤコードに対応するタグリーダに応答信号を伝送することができるので、システム全体のコストを抑制することができる。
【００３８】
さらに、無線タグ５のバッテリ５２の残容量が少なくなると、そのことを利用者に警告するようにしてもよい。例えば、無線タグ５は、ＬＥＤをさらに有し、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信すると残容量がなくなる程度であると推定された場合、ＬＥＤを発光させてバッテリ切れを利用者に警告するようにしてもよい。なお、電源監視手段５３４は、バッテリ５２からの供給電圧と、上記のバッテリ切れの判定に用いる所定値よりも高い第２の所定値とを比較し、その供給電圧が、第２の所定値未満であるとき、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信できる程度であると推定する。あるいは、電源監視手段５３４により、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信すると残容量がなくなる程度であると推定された場合において、無線タグ５のＲＦ送信部５４は、ＲＦ応答信号にバッテリ５２の残容量が少ないことを示す警告信号を含ませてもよい。この場合、タグリーダ２は、受信したＲＦ応答信号にその警告信号が含まれていると、タグリーダ２に設けられた報知部を介して、利用者に対して、所持している無線タグ５のバッテリ切れを警告するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、タグリーダ２は、無線タグ５に強制的にＬＦ波で応答信号を送信させるように指示するための操作部を備えてもよい。この場合、操作部は、例えば、タグリーダ２の表面に配置された１または複数の操作ボタンスイッチで構成される。そして操作部が操作されると（例えば、操作部の操作ボタンが押下されると）、タグリーダ２は、無線タグ５の内蔵バッテリの残容量がない場合でも、無線タグ５とタグリーダ２間で通信できるよう、救済動作を実行する。具体的には、操作部を操作して救済動作が実行されると、タグリーダ２は、上記のＬＦ送受信部２１から送信される質問信号に、応答信号をＬＦ波で送信させるコマンドを含ませる。一方、無線タグ５は、質問信号に含まれるコマンドを調べて、応答信号をＬＦ波で送信する旨のコマンドを検出すると、ＬＦ送受信部５３により、ＬＦ応答信号を送信する。
【００４０】
さらにまた、本発明に係る複合無線システムの用途は、上記の出入管理システムに限られない。例えば、特開２００６−３５０８６１号公報に開示されたような、利用者の移動方向に応じた制御を行うセキュリティシステムにも、本発明を適用することができる。
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る複合無線通信システムを適用した出入管理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態により使用されるタグリーダの機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態により使用される無線タグの機能ブロック図である。
【図４】質問信号受信時の無線タグの応答動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 出入管理システム（複合無線通信システム）
２ タグリーダ
３ 電気錠
４ 管理用制御装置
５ 無線タグ
６ 通信網
２１ ＬＦ送受信部
２２ ＲＦ受信部
２３ 電源部
２４ 外部インターフェース部
２５ 制御部
５１ メモリ
５２ バッテリ
５３ ＬＦ送受信部
５４ ＲＦ送信部
５５ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合無線通信システムに関し、特に、異なる二つの通信方式にて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダを用いた複合無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線自動識別（以下、ＲＦＩＤという）システムを利用した各種サービスが提供されている。ＲＦＩＤシステムを構成する無線タグには、通信方式及び使用される無線周波数帯が異なる様々な種類のものがあり、提供するサービスに適した特性のものが利用される。例えば、無線タグにおいて採用される通信方式には、無線タグ内にバッテリを持たずにタグリーダからの質問信号に応答するパッシブ型、無線タグに内蔵されたバッテリを使用して自発的に信号を出力するアクティブ型、タグリーダからの質問信号を受信して駆動され、内蔵されたバッテリを使用して応答するセミアクティブ型がある。また、無線周波数帯としては、長波帯、短波帯、超極短波帯、マイクロ波帯などが使用される。
【０００３】
昨今、ＲＦＩＤシステムの適用範囲はさらに多様化しており、複数種類の通信方式による無線通信機能を併用したシステムも提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示されたシステムにおいて使用される無線タグは、電磁誘導方式でリーダから質問信号を受信し、内蔵バッテリを使用して特定小電力無線により応答信号を送出している。
【０００４】
電磁誘導方式を用いる場合は、リーダから送出される質問信号の到達範囲を比較的高精度で規定することができ、また、無線タグが低消費電力で質問信号を受信できる利点を持つ。しかし、無線タグから、質問信号の到達範囲と同程度の範囲まで到達可能な応答信号を出力するためには、大きな電力を必要とするため、バッテリの電力消費が著しくなってしまう。また、リーダ側に設置されるアンテナも大型化しなければならない。一方、特定小電力無線による無線通信を用いる場合は、無線タグの駆動電源としてバッテリを必要とするが、低消費電力で、かつ小さなアンテナを用いて通信範囲を長距離化することができる。
そのため、上記のシステムは、電磁誘導方式と特定小電力無線それぞれの長所を併せて活用することで、無線タグの内蔵バッテリの電力消費を抑制しつつ、高精度で無線タグを検出可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３５０８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、無線タグが特定小電力無線でリーダの問い掛けに応答するためには、上記のようにバッテリを必要とする。そのため、従来のＲＦＩＤシステムでは、バッテリの残容量がなくなった場合、無線タグはリーダに対して応答不可能となる。よって、例えばドアの開閉などの通行制御にこのＲＦＩＤシステムを採用して、無線タグの応答によって通行規制を解除する（例えば、ドアを解錠する）場合、内蔵バッテリの残容量がなくなった無線タグの所持者は、通行規制を解除する術がなくなってしまうことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不足したときでも、無線タグに応答動作をさせることが可能な複合無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するための本発明は、異なる二つの通信方式を用いて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダにて構成され、所定領域内に存在する無線タグをタグリーダにて検出する複合無線通信システムを提供する。係る複合無線通信システムにおいて、タグリーダは、第１の通信方式にて質問信号を送信し、無線タグから送信された第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部と、無線タグから送信された第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部とを有する。一方、無線タグは、バッテリと、タグリーダから送信された質問信号を受信し、質問信号から生成した電圧を使用して第１の通信方式による第１の応答信号を送信する第１のタグ通信部と、バッテリの供給電圧を使用して第２の通信方式による第２の応答信号を送信する第２のタグ通信部を有する。そして第１のタグ通信部は、質問信号を受信したとき、第２のタグ通信部が応答信号を送信可能な状態である場合には、第２のタグ通信部から第２の応答信号を送信させ、第２のタグ通信部が応答信号を送信不能な状態である場合には、第１のタグ通信部から第１の応答信号を送信させる。
【０００９】
また、本発明に係る複合無線通信システムにおいて、第１のタグ通信部は、質問信号を受信したときのバッテリからの供給電圧が所定値未満である場合に、第２のタグ通信部は応答信号を送信不能な状態であると判定し、その質問信号の受信によって生じた生成電圧を使用して第１の応答信号を送信することが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明に係る複合無線通信システムにおいて、第２の通信方式は、第１の通信方式よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式であることが好ましい。なお、第１の通信方式として、電磁誘導方式または電波方式による無線通信を、第２の通信方式として、特定小電力無線または微弱無線を利用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る複合無線通信システムは、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不足したときでも、無線タグにバッテリを使用しないパッシブ応答動作をさせることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る複合無線通信システムを、出入管理システムに適用した場合の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図１は、出入管理システム１の概略構成を示す。図１に示すように、出入管理システム１は、通行規制を行う出入口の扉（図示せず）近傍に設置された一つ以上のタグリーダ２と、各タグリーダ２によって管理され、それぞれ出入口の扉に設けられた電気錠３と、管理用制御装置４と、無線タグ５とを有する。出入管理システム１では、電気錠３は通常時において施錠されている。そして、無線タグ５を所持した利用者がタグリーダ２の読み取り範囲内（例えば、タグリーダ２の周囲約２ｍ以内）に入ると、タグリーダ２からの質問信号に無線タグ５が反応して応答信号を送信する。応答信号には、他の無線タグと識別するための識別コード（以下、ＩＤコードという）が含まれる。タグリーダ２がその応答信号を受信して、無線タグ５の情報から利用者が正当な権限を有することを確認すると、タグリーダ２は管理下の電気錠３を一時的に解錠制御して、利用者の通行を可能にする。またタグリーダ２は、ＬＡＮなどの通信網６を介して接続された管理用制御装置４へ、応答した無線タグ５のＩＤコード、解錠及び施錠時刻、タグリーダ２自身のＩＤコードなどを送信する。管理用制御装置４は、それらの情報を、利用者の通行履歴情報として、内蔵された記録装置（図示せず）に保存する。
【００１３】
ここで、無線タグ５は、短い距離であれば内蔵バッテリの電力を使用せず受動的に応答（パッシブ応答）が可能な近距離無線通信方式と、応答に内蔵バッテリを必要とするが、近距離無線通信方式と比べて低消費電力で長い距離の応答が可能な長距離無線通信方式の二通りの通信方式によりタグリーダ２と通信可能であり、内蔵バッテリの残容量に応じて何れか一方の通信方式を選択して応答信号を送信する。これにより、無線タグ５の内蔵バッテリの残容量が不足している場合でも、至近距離であればタグリーダ２と無線タグ５間の通信を可能として、電気錠３を解錠できなくなる事態が防止される。
以下、出入管理システム１の各部について詳細に説明する。
【００１４】
図２に、タグリーダ２の機能ブロック図を示す。タグリーダ２は、ＬＦ送受信部２１、ＲＦ受信部２２、電源部２３、外部インターフェース部２４、及び制御部２５を有する。
【００１５】
ＬＦ送受信部２１は、近距離無線通信方式による通信手段であり、電磁誘導方式にて無線タグ５と無線通信する。そのために、ＬＦ送受信部２１は、変調部、復調部及びアンテナコイルを有する。本実施形態では、ＬＦ送受信部２１は、変調部で変調した電波（即ち、質問信号）を、135kHz帯の長波（すなわち、ＬＦ波）を利用して、タグリーダ２の周囲２ｍの範囲に対してアンテナコイルから送信する。
ＬＦ送受信部２１は、質問信号を所定の間隔で繰り返し送信する。例えば、ＬＦ送受信部２１は、0.2sec長の質問信号を送信すると、複数の無線タグ５からの応答信号の衝突を防止する（アンチコリジョン）ために0.2secの間待機する。ＬＦ送受信部２１は、その動作を繰り返し行って、連続的に質問信号を送信する。
また、ＬＦ送受信部２１は、無線タグ５からＬＦ応答信号を受信すると、そのＬＦ応答信号を復調部にて復調し、制御部２５へ渡す。
【００１６】
以下、質問信号の構成について説明する。質問信号は、先頭から順に、プリアンブル、変調データ、無変調搬送波で構成される。
プリアンブルは、クロック同期のための同期ビット列である。また無線タグ５は、このプリアンブル部分の電波を利用して、無線タグ５が内蔵する回路を駆動するのに必要な電力を蓄える。そこで、質問信号のプリアンブルは、無線タグ５が内蔵バッテリを使用せずにＬＦ応答信号を送信するのに十分な電力を蓄えることができるだけの長さを持つ。そのため、無線タグ５をタグリーダ２の至近距離に近づけるだけで、無線タグ５は内蔵バッテリを使用しなくても、タグリーダ２に対するパッシブ型の応答動作を容易に行える。
変調データは、無線タグ５を制御するためのコマンドビット列を変調部により変調したものである。そのコマンドビット列は、タグリーダ２を他のタグリーダと識別するためのＩＤコードを含む。
無変調搬送波は、無線タグ５がパッシブ動作する場合、すなわちＬＦ波で応答する場合において、無線タグ５が応答信号に含めるデータを搬送するための領域である。
【００１７】
ＲＦ受信部２２は、長距離無線通信方式による通信手段であり、ＬＦ送受信部２１よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式にしたがって、無線タグ５からの応答信号を受信する。本実施形態では、ＲＦ受信部２２は、使用周波数が400MHz帯の特定小電力無線を利用して、無線タグ５からのＲＦ波による応答信号（以下、ＲＦ応答信号という）を受信する。この場合、ＲＦ受信部２２は、小型のアンテナを用いて数ｍ〜数十ｍの通信距離を確保できる。ＲＦ受信部２２は、復調部とアンテナで構成される。そしてＲＦ受信部２２は、無線タグ５からのＲＦ応答信号をアンテナを介して受信すると、復調部によりその応答信号を復調して、制御部２５へ渡す。またＲＦ受信部２２は、ＬＦ送受信部２１とは独立して動作することができる。
【００１８】
電源部２３は、外部電源と接続され、その外部電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換して、タグリーダ２の各部に電力を供給する回路である。また電源部２３は、停電時にも、一定期間タグリーダ２が動作可能なように、バッテリを有していてもよい。
【００１９】
外部インターフェース部２４は、タグリーダ２により管理される電気錠３と接続するインターフェース回路と、他のタグリーダ及び管理用制御装置４と通信網６を介して通信するための通信インターフェース回路を有する。そして外部インターフェース部２４は、制御部２５から出力され、電気錠３を解錠または施錠するための制御信号を、そのタグリーダ２の管理下にある電気錠３へ送信する。また、外部インターフェース部２４は、通信網６を介して管理用制御装置４へ、そのタグリーダ２に応答した無線タグ５のＩＤコード、タグリーダ２自身のＩＤコード、解錠または施錠した電気錠３の識別情報、解錠及び施錠時刻などを送信する。
【００２０】
制御部２５は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びその周辺回路で構成される。制御部２５は、タグリーダ２の各部を制御する。そして制御部２５は、ＬＦ送受信部２１から質問信号を一定の間隔で連続的に繰り返し送信させる。
また制御部２５は、ＲＦ受信部２２またはＬＦ送受信部２１にて無線タグ５からの応答信号が受信され、復調されると、無線タグ５のＩＤコードを受け取る。そして制御部２５は、その受信したＩＤコードを、メモリに記憶されている、登録済み無線タグの登録ＩＤコードと照合し、一致するものがあるか否かを判定する。そして無線タグ５から受信したＩＤコードが何れかの登録ＩＤコードと一致する場合、制御部２５は、その無線タグ５を正当権限を有するものとして認証し、管理下の電気錠３へ外部インターフェース部２４を介して一時的に解錠するための解錠信号を出力する。また制御部２５は、外部インターフェース部２４及び通信網６を介して、管理用制御装置４へ、無線タグ５のＩＤコードなどの利用者の通行履歴情報を送信する。
【００２１】
一方、無線タグ５から受信したＩＤコードが何れの登録ＩＤコードとも一致しない場合、制御部２５は、管理下の電気錠３を施錠した状態のまま維持し、管理用制御装置４へ、不正タグ情報として、無線タグ５のＩＤコードを送信する。またタグリーダ２が液晶ディスプレイ、ＬＥＤ、スピーカなどから構成される報知部を有している場合、制御部２５は、その報知部を介して、利用者に対して無線タグ５が不正なものであることを報知するようにしてもよい。
【００２２】
図３に、無線タグ５の機能ブロック図を示す。無線タグ５は、メモリ５１、バッテリ５２、ＬＦ送受信部５３、ＲＦ送信部５４及び制御部５５を有する。
【００２３】
メモリ５１は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＲＡＭ（登録商標）などの不揮発性メモリで構成される。そしてメモリ５１は、無線タグ５を他の無線タグと識別するためのＩＤコードを保持する。
バッテリ５２は、無線タグ５に内蔵される小型電池で構成され、制御部５５を介して無線タグ５の各部を駆動するための電力を供給する。またバッテリ５２に使用される小型電池は、交換可能または充電可能なタイプであることが好ましい。
【００２４】
ＬＦ送受信部５３は、近距離無線通信方式による通信手段であり、電磁誘導方式にてタグリーダ２と無線通信する。本実施形態では、ＬＦ送受信部５３は、135kHz帯のＬＦ波を利用して、タグリーダ２のＬＦ送受信部２１と無線通信する。そのために、ＬＦ送受信部５３は、アンテナコイル５３１と、コンデンサと整流回路を有する電圧生成手段５３２と、組み込み型のプロセッサ回路を有する信号処理手段５３３と、バッテリ５２の残容量を監視する電源監視手段５３４とを有する。ＬＦ送受信部５３は、タグリーダ２から質問信号を受信しない間は、バッテリ５２より供給される電力を利用して、信号受信の待機に必要な電力のみを消費する低消費電力モードで動作する。
一方、ＬＦ送受信部５３は、アンテナコイル５３１を介して、タグリーダ２のＬＦ送受信部２１のアンテナコイルとの電磁誘導により、タグリーダ２から質問信号を受信すると、電圧生成手段５３２は電磁誘導によって得た交流電圧を直流電圧に整流し、ＬＦ送受信部５３を駆動するために利用される生成電圧として蓄積する。そして信号処理手段５３３は、生成電圧またはバッテリ５２からの供給電圧によって動作し、受信した質問信号を復調する。
【００２５】
電源監視手段５３４は、バッテリ５２の残容量が、無線タグ５がＲＦ応答信号を送信するのに十分な量であるか否かを判定する。そのために、電源監視手段５３４は、制御部５５を介して供給されているバッテリ５２からの供給電圧が所定値以上か否かを検出し、検出結果を信号処理手段５３３へ出力する。その所定値は、例えば、ＲＦ送信部５４がＲＦ応答信号を送信するために、ＲＦ送信部５４及び制御部５５を駆動するのに必要な電圧値である。
【００２６】
信号処理手段５３３は、タグリーダ２から質問信号を受信したときのバッテリ５２の残容量に応じて、異なる処理を実行する。電源監視手段５３４から、バッテリ５２からの供給電圧が所定値以上であることを示す検出結果を受信した場合、信号処理手段５３３は、ＲＦ送信部５４から所定の応答信号を送信できるように、復調信号を制御部５５へ渡す。
【００２７】
一方、電源監視手段５３４から、バッテリ５２からの供給電圧が所定値未満であることを示す検出結果を受信した場合、信号処理手段５３３は、バッテリ５２からの供給電圧を利用せず、電圧生成手段５３２による生成電圧を使用してＬＦ送受信部５３自体から送信するためのＬＦ応答信号を生成する。そのために、信号処理手段５３３は、メモリ５１から無線タグ５のＩＤコードを読み出して、質問信号に含まれる無変調搬送波をそのＩＤコードで変調する。そして信号処理手段５３３は、質問信号のプリアンプル部分を利用して電圧生成手段５３２により生成された生成電圧を使用して、アンテナコイル５３１からＬＦ応答信号を出力する。このように、ＬＦ送受信部５３は、質問信号の受信に伴う誘導起電力を使用してパッシブ応答することが可能である。
【００２８】
ここで、無線タグ５がバッテリ切れのときにタグリーダ２との距離が離れ過ぎていると、質問信号の受信により生成される電力は小さく、ＬＦ送受信部５３を駆動するために必要な電力を得ることができない。またＬＦ送受信部５３がＬＦ応答信号を送信できたとしても、タグリーダ２までの距離を飛ばすのに必要な生成電圧が得られていなければ、タグリーダ２がそのＬＦ応答信号を受信することができない。そこで、ＬＦ応答信号を生成及び送信して、タグリーダ２にそのＬＦ応答信号を受信させるためには、無線タグ５は質問信号を受信可能な距離（例えば、２ｍ）よりもタグリーダ２に接近している必要がある。すなわち、無線タグ５は、タグリーダ２の至近距離（例えば、数cm〜数十cm以内）にある場合に、バッテリ５２を利用せずに、質問信号の受信による誘導起電力を使用して、ＬＦ応答信号をタグリーダ２へ伝達（パッシブ応答）できる。
【００２９】
ＲＦ送信部５４は、長距離無線通信方式による通信手段であり、ＬＦ送受信部５３よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式にしたがって、タグリーダ２へ応答信号を送信する。本実施形態では、ＲＦ送信部５４は、使用周波数が400MHz帯の特定小電力無線を利用する。このため、ＲＦ送信部５４は、小型のアンテナを用いて、数ｍ〜数十ｍの範囲に、ＲＦ応答信号を到達させることができる。また、特定小電力無線を利用することにより、ＬＦ応答信号を同じ距離だけ飛ばす場合と比較して、無線タグ５がＲＦ応答信号を送信するための消費電力は非常に小さくて済む。ＲＦ送信部５４は、変調手段５４１とアンテナ５４２を有する。そして変調手段５４１は、制御部５５からの応答信号送信指示にしたがって、ＲＦ応答信号を生成する。そのＲＦ応答信号には、無線タグ５が受信した質問信号に含まれたタグリーダ２のＩＤコードと、メモリ５から読み出された無線タグ５のＩＤコードを含む。生成されたＲＦ応答信号は、アンテナ５４２から送信される。
【００３０】
制御部５５は、組み込み型のＣＰＵ及びその周辺回路で構成される。そして制御部５５は、バッテリ５２からの供給電圧を利用して動作し、無線タグ５の各部を制御する。制御部５５は、質問信号を受信していない間、バッテリ５２の電力消費を抑制するために、ＬＦ送受信部５３を上記の低消費電力モードで動作させるとともに、制御部５５自体も、ＣＰＵの動作クロックを停止させ、周辺回路のみ動作するスリープモードで動作する。さらに、質問信号の受信に必要のないＲＦ送信部５４への電源供給を停止し、動作オフ状態としておく。
そして制御部５５は、ＬＦ送受信部５３が受信した質問信号の復調信号が入力されると、ＲＦ送信部５４を駆動し、ＲＦ応答信号を出力するよう制御する。このとき、制御部５５は、復調信号に含まれたタグリーダ２のＩＤコードと、メモリ５から読み出された無線タグ５のＩＤコードをＲＦ送信部５４に転送する。
【００３１】
図４に、質問信号受信時における、無線タグ５の応答動作のフローチャートを示す。最初に、無線タグ５のＬＦ送受信部５３が質問信号を受信すると、無線タグ５は待機状態から移行し、応答動作を開始する。そして、ＬＦ送受信部５３は、質問信号の受信処理を行う（ステップＳ４０１）。具体的には、ＬＦ送受信部５３の電圧生成手段５３２は、質問信号に含まれるプリアンブル部を利用して、電磁誘導によって誘導起電力を生成し、蓄積する。またＬＦ送受信部５３の信号処理手段５３３は、質問信号を復調する。
【００３２】
その後、信号処理手段５３３は、ＬＦ送受信部５３の電源監視手段５３４が検出しているバッテリ５２の残容量が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ４０２）。バッテリ５２の残容量が所定値未満であると判定された場合（すなわち、バッテリ５２の残容量がＲＦ応答信号を送信するのに不足している場合）、信号処理手段５３３は、バッテリ５２からの供給電圧を使用せず、電圧生成手段５３２により生成された生成電圧のみを利用して、ＬＦ応答信号を生成し、ＬＦ送受信部５３のアンテナコイル５３１からＬＦ応答信号を送信する（ステップＳ４０３）。
【００３３】
一方、ステップＳ４０２において、バッテリ５２の残容量が所定値以上であると判定された場合（すなわち、バッテリ５２の残容量がＲＦ応答信号を送信するのに十分な量である場合）、信号処理手段５３３は復調信号を無線タグ５の制御部５５へ出力する。そして制御部５５は、バッテリ５２からの供給電圧を使用して、ＲＦ送信部５４を駆動し、ＲＦ応答信号を生成させる（ステップＳ４０４）。そして、ＲＦ送信部５４のアンテナ５４２から、ＲＦ応答信号を送信する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０３またはＳ４０５の後、無線タグ５は応答動作を終了し、再び待機状態となる。
【００３４】
以上説明してきたように、本発明を適用した複合無線通信システムでは、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が十分な場合には、監視範囲を高精度に設定でき、且つ、無線タグの待機電力が小さいＬＦ波を使用した電磁誘導方式にて質問し、ＬＦ波を利用するよりも小型のアンテナ且つ低消費電力で通信可能範囲の広い特定小電力無線を利用して、タグリーダに応答する。そのため、係るシステムは、利用者が無線タグをタグリーダにかざすなどの動作を必要とせずにタグリーダと無線タグ間で確実かつ低消費電力な通信が可能となる。さらに、無線タグに内蔵されたバッテリの残容量が不十分な場合、無線タグはタグリーダから受信した質問信号に基づいて生成した電力を使用して応答信号を送信する。そのため、係るシステムは、無線タグの内蔵バッテリの残容量がなくなったときでも、タグリーダと無線タグ間の通信が可能となる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、タグリーダ２及び無線タグ５のそれぞれは、ＬＦ送受信部の代わりに、短波帯の電波を利用した電磁誘導方式の無線通信を行う短距離送受信部を有してもよい。同様に、タグリーダ２及び無線タグ５のそれぞれは、ＬＦ送受信部の代わりに、ＵＨＦ／超極短波帯またはマイクロ波帯の電波を利用した電波方式の無線通信を行う短距離送受信部を有してもよい。電波方式の無線通信を利用する場合、無線タグ５の短距離送受信部は、ＬＦ応答信号を送信する際、電波反射を利用してパッシブ応答する。
【００３６】
また、タグリーダ２のＲＦ受信部及び無線タグ５のＲＦ送信部は、微弱無線を利用するものであってもよい。あるいは、ＲＦ受信部及びＲＦ送信部は、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、IEEE802.11a,b,g,nなどの無線ＬＡＮ規格に従って動作するものであってもよい。ただし、ＲＦ送信部から送信される応答信号の通信可能範囲は、各ＬＦ送受信部の通信可能範囲と同等か、それよりも広いことが好ましい。このようにＲＦ送信部で使用する通信方式を選択することにより、電磁誘導方式と比較して低消費電力で広い通信可能範囲を確保できるため、無線タグの内蔵バッテリの残容量が十分な通常時の応答を、確実かつ低消費電力で行うことができる。
また、上記の実施形態では、無線タグ５のＬＦ送受信部はバッテリからの供給電圧を監視することでＲＦ送信部が応答可能な状態であるか否か判断しているが、制御部からバッテリ残容量の低下信号を受けて応答不能な状態であるとの判断結果を保持するように構成してもよい。また、ＲＦ送信部の動作状態（電源のＯＮ／ＯＦＦ）を監視するように構成してもよい。
【００３７】
さらに、上記の実施形態のように、ＲＦ送信部から送信される応答信号の到達範囲が数m〜数十mに及ぶ場合、タグリーダから、ＲＦ受信部を独立させて、ＲＦ受信機能を司る応答受信器として構成してもよい。この場合、特に複数のタグリーダが応答受信器と通信網を介して接続されている場合、一つの応答受信器で、複数のタグリーダのそれぞれに対する無線タグからのＲＦ応答信号を受信して、ＲＦ応答信号に含まれるタグリーダのＩＤコードに対応するタグリーダに応答信号を伝送することができるので、システム全体のコストを抑制することができる。
【００３８】
さらに、無線タグ５のバッテリ５２の残容量が少なくなると、そのことを利用者に警告するようにしてもよい。例えば、無線タグ５は、ＬＥＤをさらに有し、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信すると残容量がなくなる程度であると推定された場合、ＬＥＤを発光させてバッテリ切れを利用者に警告するようにしてもよい。なお、電源監視手段５３４は、バッテリ５２からの供給電圧と、上記のバッテリ切れの判定に用いる所定値よりも高い第２の所定値とを比較し、その供給電圧が、第２の所定値未満であるとき、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信できる程度であると推定する。あるいは、電源監視手段５３４により、バッテリ５２の残容量が数回ＲＦ応答信号を送信すると残容量がなくなる程度であると推定された場合において、無線タグ５のＲＦ送信部５４は、ＲＦ応答信号にバッテリ５２の残容量が少ないことを示す警告信号を含ませてもよい。この場合、タグリーダ２は、受信したＲＦ応答信号にその警告信号が含まれていると、タグリーダ２に設けられた報知部を介して、利用者に対して、所持している無線タグ５のバッテリ切れを警告するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、タグリーダ２は、無線タグ５に強制的にＬＦ波で応答信号を送信させるように指示するための操作部を備えてもよい。この場合、操作部は、例えば、タグリーダ２の表面に配置された１または複数の操作ボタンスイッチで構成される。そして操作部が操作されると（例えば、操作部の操作ボタンが押下されると）、タグリーダ２は、無線タグ５の内蔵バッテリの残容量がない場合でも、無線タグ５とタグリーダ２間で通信できるよう、救済動作を実行する。具体的には、操作部を操作して救済動作が実行されると、タグリーダ２は、上記のＬＦ送受信部２１から送信される質問信号に、応答信号をＬＦ波で送信させるコマンドを含ませる。一方、無線タグ５は、質問信号に含まれるコマンドを調べて、応答信号をＬＦ波で送信する旨のコマンドを検出すると、ＬＦ送受信部５３により、ＬＦ応答信号を送信する。
【００４０】
さらにまた、本発明に係る複合無線システムの用途は、上記の出入管理システムに限られない。例えば、特開２００６−３５０８６１号公報に開示されたような、利用者の移動方向に応じた制御を行うセキュリティシステムにも、本発明を適用することができる。
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る複合無線通信システムを適用した出入管理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態により使用されるタグリーダの機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態により使用される無線タグの機能ブロック図である。
【図４】質問信号受信時の無線タグの応答動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 出入管理システム（複合無線通信システム）
２ タグリーダ
３ 電気錠
４ 管理用制御装置
５ 無線タグ
６ 通信網
２１ ＬＦ送受信部
２２ ＲＦ受信部
２３ 電源部
２４ 外部インターフェース部
２５ 制御部
５１ メモリ
５２ バッテリ
５３ ＬＦ送受信部
５４ ＲＦ送信部
５５ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる二つの通信方式を用いて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダにて構成され、所定領域内に存在する前記無線タグを前記タグリーダにて検出する複合無線通信システムにおいて、
前記タグリーダは、
第１の通信方式にて質問信号を送信し、前記無線タグから送信された該第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部と、
前記無線タグから送信された第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部とを有し、
前記無線タグは、
バッテリと、
前記タグリーダから送信された前記質問信号を受信し、前記質問信号から生成した電圧を使用して前記第１の通信方式による前記第１の応答信号を送信する第１のタグ通信部と、
前記バッテリの供給電圧を使用して前記第２の通信方式による前記第２の応答信号を送信する第２のタグ通信部を有し、
前記第１のタグ通信部は、前記質問信号を受信したとき、前記第２のタグ通信部が応答信号を送信可能な状態である場合に前記第２のタグ通信部から前記第２の応答信号を送信させ、前記第２のタグ通信部が応答信号を送信不能な状態である場合に前記第１のタグ通信部から前記第１の応答信号を送信させる、
ことを特徴とする複合無線通信システム。
【請求項２】
前記第１のタグ通信部は、前記質問信号を受信したときの前記バッテリからの供給電圧が所定値未満である場合に、前記第２のタグ通信部は応答信号を送信不能な状態であると判定し、当該質問信号の受信によって生じた生成電圧を使用して前記第１の応答信号を送信する、請求項１に記載の複合無線通信システム。
【請求項３】
前記第２の通信方式は、前記第１の通信方式よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式である、請求項１または２に記載の複合無線通信システム。
【請求項１】
異なる二つの通信方式を用いて無線通信可能な無線タグ及びタグリーダにて構成され、所定領域内に存在する前記無線タグを前記タグリーダにて検出する複合無線通信システムにおいて、
前記タグリーダは、
第１の通信方式にて質問信号を送信し、前記無線タグから送信された該第１の通信方式による第１の応答信号を受信する第１のリーダ通信部と、
前記無線タグから送信された第２の通信方式による第２の応答信号を受信する第２のリーダ通信部とを有し、
前記無線タグは、
バッテリと、
前記タグリーダから送信された前記質問信号を受信し、前記質問信号から生成した電圧を使用して前記第１の通信方式による前記第１の応答信号を送信する第１のタグ通信部と、
前記バッテリの供給電圧を使用して前記第２の通信方式による前記第２の応答信号を送信する第２のタグ通信部を有し、
前記第１のタグ通信部は、前記質問信号を受信したとき、前記第２のタグ通信部が応答信号を送信可能な状態である場合に前記第２のタグ通信部から前記第２の応答信号を送信させ、前記第２のタグ通信部が応答信号を送信不能な状態である場合に前記第１のタグ通信部から前記第１の応答信号を送信させる、
ことを特徴とする複合無線通信システム。
【請求項２】
前記第１のタグ通信部は、前記質問信号を受信したときの前記バッテリからの供給電圧が所定値未満である場合に、前記第２のタグ通信部は応答信号を送信不能な状態であると判定し、当該質問信号の受信によって生じた生成電圧を使用して前記第１の応答信号を送信する、請求項１に記載の複合無線通信システム。
【請求項３】
前記第２の通信方式は、前記第１の通信方式よりも低消費電力で広い通信可能範囲を得られる通信方式である、請求項１または２に記載の複合無線通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２１８７１３（Ｐ２００９−２１８７１３Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５８１７９（Ｐ２００８−５８１７９）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００１０８０８５）セコム株式会社 (596)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００１０８０８５）セコム株式会社 (596)
【Ｆターム（参考）】
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