JP4305420B2 - Interrogator - Google Patents
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Description
本発明は、外部と情報の無線通信を行う無線タグを検出する無線タグ検出システムに用いる質問器に関する。 The present invention relates to an interrogator used in a wireless tag detection system that detects a wireless tag that performs wireless communication of information with the outside.
応答器としての小型の無線タグに対し、質問器としてのリーダ/ライタより非接触で問い合わせの送信及び返答の受信を行うことで、無線タグの情報の読み取り/書き込みを行うRFID(Radio Frequency Identification)システムが知られている。 RFID (Radio Frequency Identification) that reads / writes information of a wireless tag by transmitting and receiving an inquiry and receiving a response from a reader / writer as an interrogator to a small wireless tag as a responder The system is known.
例えばラベル状の無線タグに備えられた無線タグ回路素子は、所定の無線タグ情報を記憶するIC回路部とこのIC回路部に接続されて情報の送受信を行うアンテナとを備えている。IC回路部は、上記アンテナで受信された信号を復調して解釈するとともに、メモリに記憶された情報信号に基づいて上記受信した搬送波を変調反射しアンテナを介して質問器へ返信する。 For example, a wireless tag circuit element included in a label-like wireless tag includes an IC circuit unit that stores predetermined wireless tag information and an antenna that is connected to the IC circuit unit and transmits / receives information. The IC circuit unit demodulates and interprets the signal received by the antenna, modulates and reflects the received carrier wave based on the information signal stored in the memory, and returns it to the interrogator via the antenna.
この際、上記のような無線通信における復調処理を高感度に行うために、従来、質問器のアンテナによる指向性(特にメインローブ)を制御する手法が行われている。また一般に、質問器と上記無線タグ回路素子との無線通信においては、質問器側のアンテナの偏波面方向と上記無線タグ回路素子の偏波面方向とが合致しているときが最も通信感度がよく、ずれるほど通信感度が低くなる。そこで、質問器側のアンテナのメインローブ及び偏波面を可変に制御する手法が既に提唱されている(例えば、特許文献1参照)。 At this time, in order to perform demodulation processing in wireless communication as described above with high sensitivity, conventionally, a technique for controlling directivity (particularly, main lobe) by an interrogator antenna has been used. In general, in wireless communication between the interrogator and the RFID circuit element, the communication sensitivity is best when the polarization plane direction of the antenna on the interrogator side and the polarization plane direction of the RFID tag circuit element match. , The communication sensitivity becomes lower as the deviation occurs. Therefore, a method for variably controlling the main lobe and the polarization plane of the interrogator antenna has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この従来技術の質問器では、アンテナから出力された質問信号を、可変電波反射板で反射させて無線タグへと送信する。このとき、反射板変更手段で上記可変電波反射板の反射面の形状又は位置を変更することで反射後の質問信号の伝播方向(メインローブ)を適宜設定する。また、質問器のアンテナが、相互に直交する2つのダイポールアンテナと移相器とを有し、移相器から各ダイポールアンテナに相互に90度の位相差をもたせることで、無線タグから直線偏波で送信される応答信号と円偏波で送信される応答信号のいずれも受信可能としている。これらメインローブと偏波面との可変制御により、質問器の読み取り(サーチ)対象である無線タグの存在方向や姿勢が種々様々である場合でも、それに関係なく当該無線タグと確実に通信を行えるよう図られている。
上記従来技術では、メインローブの方向を可変に設定でき、また偏波面についても複数の態様に対応可能である。しかしながら、偏波面については直線偏波と円偏波との切り替えが可能であるに過ぎず、ダイポールアンテナのような直線的なアンテナを通常備えている無線タグに対して円偏波を用いるため、通信距離が比較的短くなってしまう(言い換えれば通信距離が長くなると通信が不可能となる)という欠点があった。 In the above prior art, the direction of the main lobe can be set variably, and the polarization plane can also correspond to a plurality of modes. However, for the polarization plane, it is only possible to switch between linearly polarized waves and circularly polarized waves, and because circularly polarized waves are used for radio tags that normally have a linear antenna such as a dipole antenna, There is a drawback that the communication distance becomes relatively short (in other words, communication becomes impossible when the communication distance becomes long).
本発明の目的は、比較的遠い距離であっても、無線タグの姿勢に関係なく確実に無線タグ回路素子との無線通信を行える質問器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an interrogator that can reliably perform wireless communication with a wireless tag circuit element regardless of the posture of the wireless tag even at a relatively long distance.
第1発明は、質問対象の無線タグ回路素子と無線通信を行うためのアンテナ手段と、前記アンテナ手段によるメインローブの方向又は位置を反復的に変化させるメインローブ制御手段と、このメインローブ制御手段により前記アンテナ手段のメインローブの方向又は位置が変化するときに、少なくとも、同一のメインローブの方向又は位置において複数の態様が可能となるように前記アンテナ手段の無線通信時の偏波面を変化させる偏波面制御手段と、前記アンテナ手段を介した前記無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出するタグ姿勢検出手段を有することを特徴とする。 The first invention is an antenna means for performing wireless communication with the RFID tag circuit element to be interrogated, a main lobe control means for repeatedly changing the direction or position of the main lobe by the antenna means, and the main lobe control means When the direction or position of the main lobe of the antenna means changes due to, the plane of polarization of the antenna means during wireless communication is changed so that a plurality of modes are possible at least in the same main lobe direction or position. It has tag attitude | position detection means which detects the attitude | position direction of the said RFID tag circuit element according to the communication result of a polarization plane control means and the said RFID tag circuit element via the said antenna means.
一般に、アンテナどうしの無線通信では、両者の偏波面が平行関係にあるときが通信感度が高く、それらが平行でなくなり交差角をもつようになるに従い通信感度が低下していく。この性質を利用し、本願第1発明においては、タグ姿勢検出手段が、アンテナ手段による無線タグ回路素子との通信結果に応じ、その通信が良好なほど無線タグ回路素子の偏波面がアンテナ手段による偏波面方向と略平行に近づくとみなし、これによって無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することができる。 In general, in wireless communication between antennas, the communication sensitivity is high when the planes of polarization of both are in a parallel relationship, and the communication sensitivity decreases as they become non-parallel and have a crossing angle. Utilizing this property, in the first invention of this application, the tag orientation detection means is in accordance with the result of communication with the RFID tag circuit element by the antenna means, and the polarization plane of the RFID tag circuit element is determined by the antenna means as the communication is better. Assuming that the direction of polarization plane is nearly parallel, the orientation direction of the RFID circuit element can be detected.
第2発明は、上記第1発明において、前記アンテナ手段から受信した信号強度を検出する信号強度検出手段を有し、前記タグ姿勢検出手段は、前記信号強度検出手段の検出結果に基づき、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することを特徴とする。 According to a second invention, there is provided signal strength detection means for detecting the signal strength received from the antenna means in the first invention, wherein the tag attitude detection means is configured to detect the wireless signal based on a detection result of the signal strength detection means. It is characterized by detecting the orientation direction of the tag circuit element.
信号強度検出手段で検出した信号強度が大きいほど、タグ姿勢検出手段は無線タグ回路素子の偏波面がアンテナ手段による偏波面方向と略平行に近づくとみなし、これによって無線タグ回路素子の姿勢方向(貼付されている物品の姿勢を含む)を検出することができる。 As the signal strength detected by the signal strength detection means is larger, the tag orientation detection means regards that the polarization plane of the RFID tag circuit element is substantially parallel to the polarization plane direction of the antenna means, and thereby the orientation direction of the RFID tag circuit element ( Including the posture of the affixed article).
第3発明は、上記第2発明において、異なる複数の偏波面態様において前記信号強度検出手段でそれぞれ検出した複数の信号強度値を記憶する記憶手段を有し、前記タグ姿勢検出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の信号強度値のうち最大のものを与えた前記偏波面の態様に応じ、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することを特徴とする。 According to a third invention, there is provided storage means for storing a plurality of signal intensity values respectively detected by the signal intensity detection means in a plurality of different polarization planes in the second invention, wherein the tag attitude detection means is the memory The posture direction of the RFID circuit element is detected according to the mode of the polarization plane that gives the maximum signal intensity value stored in the means.
信号強度検出手段で検出した信号強度が最大のものは、無線タグ回路素子の偏波面がアンテナ手段による偏波面方向に対し最も平行に近くなることから、記憶手段に各偏波面態様における信号強度を記憶しておきこれを比較して最大のものを抽出し当該偏波面方向を割り出すことで、無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することができる。 When the signal strength detected by the signal strength detection means is the largest, the polarization plane of the RFID circuit element is closest to the direction of the polarization plane of the antenna means. The orientation direction of the RFID tag circuit element can be detected by storing and extracting the maximum one and determining the polarization plane direction.
第4発明は、上記第1乃至第3発明のいずれかにおいて、前記アンテナ手段を介した、所定の目標通信領域内に配置された位置補正用無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記タグ姿勢検出手段の検出基準データを補正するデータ補正手段を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the tag according to any one of the first to third aspects of the present invention, according to a communication result with the position correcting RFID circuit element disposed in a predetermined target communication area via the antenna means. Data correction means for correcting detection reference data of the posture detection means is provided.
例えば予め所定の目標通信領域内の確かな位置に位置補正用無線タグ回路素子を配置しておき、これと通信したときに質問器側の検出基準データ(位置や方向を特定するときの基準位置や基準方角等)をデータ補正手段で補正することにより、タグ姿勢検出手段において誤差の少ない高精度なタグ姿勢方向の検出を行うことができる。 For example, a position correction RFID circuit element is arranged in advance at a certain position within a predetermined target communication area, and when it communicates with this, detection reference data on the interrogator side (reference position for specifying position and direction) Or the reference direction or the like is corrected by the data correction unit, the tag posture detection unit can detect the tag posture direction with high accuracy and with less error.
第5発明は、上記第1乃至第4発明のいずれかにおいて、前記アンテナ手段を介した、所定の目標通信領域内に配置された出力設定用無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記無線通信時の送信信号出力を制御する送信制御手段を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the wireless communication is performed according to a result of communication with the output setting RFID tag circuit element disposed in a predetermined target communication area via the antenna unit. It has the transmission control means which controls the transmission signal output at the time of communication, It is characterized by the above-mentioned.
例えば予め所定の目標通信領域の外延部等の所定の位置に出力設定用無線タグ回路素子を配置しておき、少なくともこの出力設定用無線タグ回路素子と良好な通信を行えるように送信制御手段が送信信号出力を制御することで、目標通信領域の全域を確実に通信可能エリアとすることができる。 For example, an output setting RFID tag circuit element is disposed in advance in a predetermined position such as an extension of a predetermined target communication area, and at least the transmission control means can perform good communication with the output setting RFID tag circuit element. By controlling the transmission signal output, the entire target communication area can be reliably set as the communicable area.
第6発明は、上記第5発明において、前記送信制御手段は、前記目標通信領域の形状に基づき、前記メインローブ制御手段により変化する前記メインローブの方向又は位置に応じて前記無線通信時の送信信号出力を変化させることを特徴とする。 In a sixth aspect based on the fifth aspect , the transmission control means performs transmission during the wireless communication according to the direction or position of the main lobe changed by the main lobe control means based on the shape of the target communication area. The signal output is changed.
例えば目標通信領域の形状に基づき、その外延部のうちアンテナ手段からの距離が最小となる位置やアンテナ手段からの距離が最大となる位置に出力設定用無線タグ回路素子を配置しておき、そのような距離の差に応じて過不足なく良好な通信を行えるように送信制御手段が送信信号出力を制御することで、無駄な電力消費を防止しつつ、目標通信領域の全域を確実に通信可能エリアとすることができる。 For example, based on the shape of the target communication area, the output setting RFID circuit element is arranged at the position where the distance from the antenna means is the smallest or the position where the distance from the antenna means is the maximum, The transmission control means controls the transmission signal output so that good communication can be performed without excess or deficiency according to the difference in distance, so that it is possible to reliably communicate over the entire target communication area while preventing wasteful power consumption. It can be an area.
[0040] [0040]
[0041] [0041]
第7発明は、上記第1乃至第6発明のいずれかにおいて、前記アンテナ手段は、送信用アンテナ機能及び受信用アンテナ機能を兼ね備えた八木アンテナであることを特徴とする。
A seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, the antenna means is a Yagi antenna having both a transmitting antenna function and a receiving antenna function.
送受信を兼ねた八木アンテナを用いる場合であっても、メインローブの反復変化動作と偏波面の変化動作とを組み合わせ、八木アンテナと無線タグ回路素子とで偏波面を高確率で一致させることで、比較的遠い距離であっても確実に無線タグ回路素子との無線通信を行うことができる。 Even when using a Yagi antenna that also serves for transmission and reception, combining the main lobe repetitive change operation and the change operation of the polarization plane, by matching the polarization plane with the Yagi antenna and the RFID circuit element with high probability, Wireless communication with the RFID tag circuit element can be reliably performed even at a relatively long distance.
本発明によれば、比較的遠い距離であっても、無線タグの姿勢に関係なく高い感度で無線タグ回路素子との無線通信を行うことができる。 According to the present invention, wireless communication with a wireless tag circuit element can be performed with high sensitivity regardless of the posture of the wireless tag even at a relatively long distance.
以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、例えば建造物内のフロアモニター用に本発明を適用した例であり、また後述するメインローブの反復変化動作と偏波面の変化動作を機械的構成により行うものである。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an example in which the present invention is applied to, for example, a floor monitor in a building, and performs a main lobe repetitive change operation and a polarization plane change operation, which will be described later, by a mechanical configuration.
図1は、本実施形態によるリーダを用いた無線タグ検出システムの概略を表すシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of a wireless tag detection system using a reader according to the present embodiment.
図1において、この無線タグ検出システムSは、所定の広さのフロアFL内の無線タグを検出するための質問器である1つのリーダ100と、これらリーダ100に適宜の通信ネットワーク(回線、無線等)NWで接続された操作・表示装置(管理サーバ)500とから構成されている。管理サーバ500での操作入力による指示信号等が通信ネットワークNWを介しリーダ100へ出力され、リーダ100からは検出(検索)対象の無線タグTについての検出信号等が管理サーバ500へと出力される。
In FIG. 1, this wireless tag detection system S includes a
管理サーバ500は、例えばパソコンで構成されており、操作部(操作手段)、表示部、CPU、ROM、RAM等を備えている。操作部は、操作入力手段として適宜のキー、ボタン、スイッチ、パッド等を備えており、表示やサーチ等に係わる種々の操作入力が行えるようになっている。
The
図2は、上記フロアFLの側壁に設置された状態の上記リーダ100の外観を側面から見た側面図である。
FIG. 2 is a side view of the external appearance of the
図2において、リーダ100は、後述する制御部を内部に備えて側壁WLに直接固定する固定本体部101と、この固定本体部101から固定的に突設した支持軸102と、この支持軸102の先端に設けられた角度調節ヒンジ103と、首振り駆動器(方向駆動手段、メインローブ制御手段)107とを有している。首振り駆動器107は、上記角度調節ヒンジ103に連結する固定軸104と、この固定軸104と直列に配置された回動軸105と、上記固定軸104と回動軸105との間に設けられそれら2軸104,105を軸心周りに相対的に回転駆動可能な首振り用モータ106とを備えている。
In FIG. 2, the
またリーダ100には、上記回動軸105と直交する配置に備えたアンテナ回転軸108と、回動軸105の先端に固定されたアンテナ回転器(回転駆動手段、偏波面制御手段)110と、このアンテナ回転器110の内部に設けられ、アンテナ回転軸108をその軸心周りに回転駆動可能なアンテナ回転用モータ109と、そのアンテナ回転軸108の先端に直交する配置で放射器(詳しくは後述する)を固定されたアンテナ(装置側アンテナ、アンテナ手段)111とを備えている。
The
角度調節ヒンジ103は、首振り駆動器107の固定軸104を伏仰するように回動させて任意の角度で固定可能となっており、図2中に示す例ではアンテナ回転器110のアンテナ回転軸108を略水平の姿勢とする角度で固定している。
The
首振り駆動器107において、首振り用モータ106は固定軸104と回動軸105の間に例えば図示しないギヤ機構を介して連結されており、その首振り用モータ106は固定本体部101の内部に備えられている後述の制御部から入力される制御信号によって、回動軸105を介しアンテナ回転器110及びアンテナ111を(回動軸105の軸心まわりの)任意の回転方向に首振り駆動する(後に示す図3参照)。
In the swinging
アンテナ回転器110は、例えば全体が円筒形状に形成されてその一方の端面の中心からアンテナ回転軸108を突出させており、アンテナ回転器110の内部のアンテナ回転用モータ109が例えば後述する制御部からの制御信号により図示しないギヤ機構を介してアンテナ回転軸108を回転駆動する。
The
図3は、上記フロアFLの側壁に設置された状態の上記リーダ100を図2中III方向から見た上面図である。
FIG. 3 is a top view of the
図3において、破線で示す首振り駆動器107によりアンテナ回転器110及びアンテナ111を首振り駆動することで、アンテナ111のメインローブMを首振り駆動器107の回動軸周り方向(図3中A両回転方向)に連続的に首振り駆動(=メインローブMの首振り挙動の反復変化動作)させる。
In FIG. 3, the
図4は、上記フロアFLの側壁に設置された状態の上記リーダ100を図2中IV方向から見た正面図である。
FIG. 4 is a front view of the
図4において、アンテナ111は、この例では、中央給電型1/2波長ダイポールで構成された放射器111aと、この放射器111aをそれぞれ挟むよう並設された導波器111bと反射器111cを一つずつ有する3素子型の八木アンテナであり、導波器111b、放射器111a及び反射器111cはそれぞれの中央部分で同一の支持器(導体軸)111dにより一体的に固定され、また放射器111aの中央の給電部分でアンテナ回転器110のアンテナ回転軸108と直交固定されている。このような八木アンテナを用いた構成により、アンテナ111によるメインローブMの方向(指向性方向)は、アンテナ回転軸108の軸線と平行な直線上に位置することとなる。また、これら導波器111b、放射器111a及び反射器111cからなるアンテナ111から放射された電波の伝播方向に交差して電界(その方向の一例をEで表す。後述の図8参照)が発生され、その電界の振動方向を含む面である偏波面Hがこの例では放射器111a、導波器111b、反射器111cを含む面となっている(言い換えれば偏波方向が放射器111aと平行となっている。図2、図3参照)。なお、図は偏波面Hを概念的に示している。なお、アンテナ111として八木アンテナを一例に示したが、指向性を持たせられるアンテナであればこれに限られるものではなく、例えばパッチアンテナ等の平面アンテナ等を用いてもよい。
In FIG. 4, the
また、アンテナ回転器110に備えられたアンテナ回転用モータ109の(図3参照)の駆動により、アンテナ回転軸108(図3参照)及びアンテナ111をアンテナ回転軸108の軸心周りに回転駆動することで、アンテナ111から放射される偏波面Hの方向をアンテナ回転軸108の軸心周りに90°異なる2つの角度位置のいずれかに切り替えるよう回転(=偏波面の変化動作)させる。
Further, the antenna rotation shaft 108 (see FIG. 3) and the
図5は、上記リーダ100の機能的構成を表す機能ブロック図である。上記図2〜図4と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a functional configuration of the
図5において、この例では、フロアFLの側壁に直接固定する固定本体部101の内部に、上記首振り用モータ106及び上記アンテナ回転用モータ109にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するとともにアンテナ111を介して通信制御を行う制御部120が備えられている。
In FIG. 5, in this example, control signals for driving are output to the
この制御部120は、CPU(中央演算装置)121と、上記ネットワークNWを介した信号授受の制御を行うネットワーク通信制御部122と、例えばRAMやROM等からなるメモリ123と、CPU121からの指令に応じて上記首振り駆動器107に備えられた首振り用モータ106に制御信号を出力する首振り用モータ駆動部124と、CPU121からの指令に応じて上記アンテナ回転器110に備えられた上記アンテナ回転用モータ109に制御信号を出力するアンテナ回転用モータ駆動部125と、アンテナ111を介し無線タグTに備えられたアンテナ151と通信制御を行うRF通信制御部140とを備えている。なお、上記首振り用モータ106及び上記アンテナ回転用モータ109の回転角度の制御は、ロータリエンコーダを用いて回転角度を検出したりモータ自体にステッピングモータを用いたりするなど公知の回転角制御によって行えばよい。
The
図6は、上述したリーダ100の検索(サーチ)対象である物品・部材等に添付された無線タグTに備えられ、上記アンテナ151を含む無線タグ回路素子Toの機能的構成の一例を表すブロック図である。
FIG. 6 is a block showing an example of the functional configuration of the RFID circuit element To including the
図6において、無線タグ回路素子Toは、リーダ100と例えばUHF帯又はマイクロ波帯等の高周波を用いて非接触で信号の送受信を行う上記アンテナ151(タグ側アンテナ)と、このアンテナ151に接続されたIC回路部150とを有している。
In FIG. 6, the RFID circuit element To is connected to the
IC回路部150は、アンテナ151により受信された搬送波を整流する整流部152と、この整流部152により整流された搬送波のエネルギを蓄積しIC回路部150の駆動電源とするための電源部153と、上記アンテナ151により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部(後述)157に供給するクロック抽出部154と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部155と、上記アンテナ151に接続された変復調部156と、上記整流部152、クロック抽出部154、及び変復調部156等を介して無線タグ回路素子Toの作動を制御するための制御部157とを備えている。
The
変復調部156は、アンテナ151により受信された上記リーダ100のアンテナ(後述)からの通信信号の復調を行うとともに、上記制御部157からの返信信号に基づき、リーダ100のアンテナより受信された搬送波を変調反射する。
The
制御部157は、上記変復調部156により復調された受信信号を解釈し、上記メモリ部155において記憶された情報信号に基づいて返信信号を生成し、上記変復調部156により返信する制御等の基本的な制御を実行する。
The
クロック抽出部154は、受信した信号からクロック成分を抽出して制御部157にクロックを抽出するものであり、受信した信号のクロック成分の速度に対応したクロックを制御部157に供給する。
The
図7は、上記RF通信制御部140の詳細構成をアンテナ111とともに表す機能ブロック図である。
FIG. 7 is a functional block diagram showing the detailed configuration of the RF
図7において、アンテナ111は、送信アンテナと受信アンテナとを兼ねた1つの八木アンテナで構成されている。
In FIG. 7, the
RF通信制御部140は、上記アンテナ111を介し上記無線タグ回路素子ToのIC回路部150の情報(無線タグ情報)へアクセスする(読み取り又は書き込みを行う)ための送信部212及び受信部213と、送受分離器214とを有し、無線タグ回路素子ToのIC回路部150から読み取ら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素子ToのIC回路部150へアクセスするためのアクセス情報を生成する機能を含む上記CPU121と接続されている。
The RF
送信部212は、アンテナ111を介し無線タグ回路素子Toに対して信号を送信するものであり、無線タグ回路素子ToのIC回路部150の無線タグ情報にアクセスする(読み取り/書き込みを行う)ための搬送波を発生させる水晶発振回路215と、上記CPU121から供給される信号に基づいて上記搬送波発生部により発生させられた搬送波を変調(この例ではCPU121からの「TX_ASK」信号に基づく振幅変調)する送信乗算回路216(但し「TX_ASK信号」の場合は増幅率可変アンプ等を用いてもよい)と、その送信乗算回路216により変調された変調波を増幅(この例ではCPU121からの「TX_PWR」信号によって増幅率を決定される増幅)する送信アンプ217とを備えている。そして、上記搬送波発生部により発生される搬送波は、好適には周波数300MHz以上とされ、望ましくは900MHz近傍あるいは2.45GHz近傍とされ、上記送信アンプ217の出力は、送受分離器214を介してアンテナ111に伝達されて無線タグ回路素子ToのIC回路部150に供給される。
The
受信部213は、アンテナ111で受信され送受分離器214を経た無線タグ回路素子Toからの反射波と上記搬送波発生部により発生させられた搬送波とを掛け合わせる受信第1乗算回路218と、その受信第1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ための第1バンドパスフィルタ219と、この第1バンドパスフィルタ219の出力を増幅する受信第1アンプ221と、この受信第1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第1リミッタ220と、アンテナ111で受信され送受分離器214を経た無線タグ回路素子Toからの反射波と上記搬送波発生部により発生された後に移相器227で位相を90°遅らせた搬送波とを掛け合わせる受信第2乗算回路222と、その受信第2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ための第2バンドパスフィルタ223と、この第2バンドパスフィルタ223の出力を増幅する受信第2アンプ225と、この受信第2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第2リミッタ224とを備えている。そして、上記第1リミッタ220から出力される信号「RXS−I」及び第2リミッタ224から出力される信号「RXS−Q」は、上記CPU121に入力されて処理される。
The
また、受信第1アンプ221及び受信第2アンプ225の出力は、RSSI(Received Signal Strength Indicator)回路226(信号強度検出手段)にも入力され、それらの信号の強度を示す信号「RSSI」がCPU121に入力される。このようにして、本実施形態のリーダ100のRF通信制御部140では、I−Q直交復調によって無線タグ回路素子Toからの反射波の復調が行われる。
The outputs of the reception
CPU121は、いわゆるマイクロコンピュータであり、詳細な図示を省略するが、中央演算処理装置であるCPU、ROM、及びRAM等から構成され、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。このCPU121は、上述した受信部213からの受信信号等を入力した後所定の演算処理を行い、上述した送信部212への増幅制御信号及び変調制御信号等を出力する。
The
なお、上記CPU121は、例えば上記ネットワーク通信制御部122(又はそれとは別の入出力インターフェイス)を介し、図示しないルートサーバ、他の端末、汎用コンピュータ、及び情報サーバ等との間で情報のやりとりが可能なように構成してもよい。
The
以上の構成において、本実施形態のリーダ100の最も大きな特徴は、首振り駆動器107でアンテナ111によるメインローブMの方向を反復的に変化させ、その際、アンテナ回転器110によって、少なくとも、同一のメインローブMの方向において複数の態様が可能となるようにアンテナ111の偏波面Hの態様(この例では回転角度)を変化させることである。
In the above configuration, the most significant feature of the
特にこの実施形態では、首振り駆動器107の首振り挙動の反復動作における一単位に連動して、アンテナ回転器110が、アンテナ111の偏波面Hの方向を、予め定められた第1方向とこの第1方向と略直交する第2方向の2つの方向(態様)とに順次切り替えている。図8は本実施形態のリーダ100によって行われる上記首振り挙動及び上記アンテナ回転動作の組合せを模式的に示した図であり、図8(a)は一の方向における首振り挙動を示す図、図8(b)は逆方向における首振り挙動を示す図である。なお、図示の煩雑を避けるために、アンテナ回転器110、アンテナ回転軸108、アンテナ111のみを示して他の部材の図示を省略する。
Particularly in this embodiment, in conjunction with one unit in the repetitive operation of the swing behavior of the
図8(a)において、首振り挙動の一の方向としての往路では、八木アンテナ111の放射器111aを縦方向(図中紙面に向かって手前と奥の方向)となるような姿勢とし、これによってアンテナ111からの偏波面Hをその縦方向の放射器111aを含む面としている。この状態で上記往路の首振り挙動を行うことにより、無線通信の指向方向であるメインローブMを広い略扇形範囲に届かせることができるとともに、この範囲において、タグ側アンテナ151の偏波面が略同じ縦方向の姿勢である無線タグ回路素子Toに対して偏波面が略一致し、高い通信感度を確保することができる。
In FIG. 8 (a), in the forward path as one direction of the swing behavior, the radiator 111a of the
そしてこの往路の首振り挙動を終えた後に、アンテナ回転器110によってアンテナ111を90°回転させてアンテナ111の放射器111aを横方向(図中紙面と平行な方向)となるような姿勢とし、これによってアンテナ111からの偏波面Hをその横方向の放射器111aを含む面としている。この状態で、図8(b)に示す逆方向の復路の首振り挙動を行うことにより、往路と同様にメインローブMを広い範囲に届かせることができるとともに、この範囲においてタグ側アンテナ151の偏波面が略同じ横方向の姿勢である無線タグ回路素子Toに対して偏波面が略一致し、高い通信感度を確保することができる。
Then, after finishing the forward swing motion, the
以上説明したように、本実施形態のリーダ100においては、アンテナ111を介し質問対象の無線タグ回路素子Toと無線通信を行う際、まず首振り駆動器107によってアンテナ111のメインローブMの方向が反復的に変化される。この反復変化動作によりメインローブMを比較的広い範囲にわたって届かせることができ、また、比較的遠い距離に位置する無線タグ回路素子Toを通信可能エリアに収めることができる。そしてこのとき、アンテナ回転器110によってアンテナ111の偏波面Hが変化し、少なくとも同一メインローブ方向において異なる複数の態様の偏波面(上記の例では縦方向のときの放射器111aを含む偏波面Hと、横方向のときの放射器111aを含む偏波面Hの2態様)が実現される。
As described above, in the
これにより、一方の態様においてアンテナ111と無線タグTの無線タグ回路素子Toに備えられたアンテナ151との偏波面の一致が不十分であったとしても、もう一方の態様においてはアンテナ111と無線タグ回路素子Toのアンテナ151との偏波面を一致できる可能性が高くなり、良好な通信感度を確保することができる。以上のようにして、メインローブMの反復変化動作と偏波面Hの変化動作とを組み合わせることにより、無線タグT(あるいはこれが添付された物品)の姿勢に関わらず、また、比較的遠い距離であっても確実に無線タグ回路素子Toとの無線通信を行うことができる。
Thereby, even if the polarization plane coincides between the
また、本実施形態では特に、アンテナ回転器110は、首振り駆動器107の反復動作の一単位(往路と復路)に略連動してアンテナ111の偏波面Hの態様(方向)を変化させることにより、メインローブMの反復変化動作と偏波面Hの変化動作とを連動させて組み合わせ、アンテナ111と無線タグ回路素子Toとで偏波面を高確率で一致させることができる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、アンテナ回転器110が、アンテナ111の無線通信時の偏波面Hを、予め定められた複数の態様(この例では上記縦方向のときの放射器111aを含む偏波面Hと、横方向のときの放射器111aを含む偏波面Hの2態様)に順次切り替えて変化させることにより、アンテナ111の偏波面Hを順次切り替えながら無線タグ回路素子Toとの偏波面一致を探ることができ、偏波面を高確率で一致させることができる。
In this embodiment, in particular, the
なお、上記第1実施形態は、本発明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。 The first embodiment can be variously modified without departing from the spirit and technical idea of the present invention. Hereinafter, such modifications will be described in order.
(1−1)平行移動によりメインローブを反復変化動作させる場合
上記第1実施形態においては、メインローブMの反復変化動作をアンテナ111の首振り挙動により行っていたが、これに限られず、例えばアンテナ111の平行移動によりメインローブMの反復変化動作を行ってもよい。
(1-1) When the main lobe is repeatedly changed by parallel movement In the first embodiment, the main lobe M is repeatedly changed by the swinging behavior of the
図9は、メインローブを平行移動により反復変化動作させる変形例の平行移動動作及びアンテナ回転動作を模式的に示した図であり、図9(a)は一の方向における平行移動動作を示す図、図9(b)は逆方向における平行移動動作を示す図であって、上記第1実施形態における図8に相当する図である。なお、図示の煩雑を避けるために、アンテナ回転器110、アンテナ回転軸108、アンテナ111のみを示して他の部材の図示を省略している。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a translation operation and an antenna rotation operation of a modification in which the main lobe is repeatedly changed by translation, and FIG. 9A is a diagram showing the translation operation in one direction. FIG. 9B is a view showing the parallel movement operation in the reverse direction, and corresponds to FIG. 8 in the first embodiment. In addition, in order to avoid the complexity of illustration, only the
図9(a)において、平行移動動作の一の方向としての往路では、八木アンテナ111の放射器111aを縦方向(図中紙面に向かって略手前及び略奥側の方向)となるような姿勢とし、これによってアンテナ111からの偏波面Hをその縦方向の放射器111aを含む面(第1方向)としている。そしてこの往路の平行移動動作を終えた後に、アンテナ回転器110によってアンテナ111を90°回転させてアンテナ111の放射器111aを横方向(図中紙面と略平行な方向)となるような姿勢とし、これによってアンテナ111からの偏波面Hをその横方向の放射器111aを含む面(第2方向)としている。なお、特に図示していないが、上記アンテナ回転器110の平行移動動作は、送りネジを用いたスライダーや、リニアモータなどの公知のアクチュエータを用いて行うことが可能である。
In FIG. 9A, in the forward path as one direction of the parallel movement operation, the attitude of the radiator 111a of the
本変形例では、この往復路の平行移動動作により、無線通信の指向方向である直線的なメインローブMを広い矩形範囲に届かせることができ、上記第1実施形態と同様にその矩形範囲内おいてアンテナ111の偏波面Hと無線タグ回路素子Toの偏波面を高確率で一致させることができる。この結果、無線タグT(あるいはこれが添付された物品)の姿勢に関わらず、また、比較的遠い距離であっても確実に無線タグ回路素子Toとの無線通信を行うことができる。
In the present modification, the linear main lobe M, which is the directing direction of the wireless communication, can reach a wide rectangular range by the parallel movement operation of the round-trip path, and within the rectangular range as in the first embodiment. Thus, the polarization plane H of the
(1−2)周回首振り挙動によりメインローブを反復変化動作させる場合
上記第1実施形態においては、メインローブMの反復変化動作をアンテナ111の首振り挙動により行っていたが、これに限られず、例えば周回首振り挙動によりメインローブMの反復変化動作を行ってもよい。
(1-2) When the main lobe is repetitively changed by the swiveling behavior of the lap In the first embodiment, the repetitive changing operation of the main lobe M is performed by the swinging behavior of the
図10は、メインローブMを周回首振り挙動により反復変化動作させる変形例のリーダ300の外観側面図であり、上記第1実施形態における図2に相当する図である。上記第1実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
FIG. 10 is an external side view of a modified example of the
図10において、本変形例のリーダ300の本体固定部301はフロアFLの天井RFに固定設置されており、アンテナ回転器110は、直交する配置の2対の回転軸302,303と一つのリング304からなる公知の自在継ぎ手(ユニバーサルジョイント)305を介して本体固定部301に設置されている。また、本体固定部301の中央に周回首振り用モータ306が備えられており、アンテナ回転器110はそのアンテナ回転軸108が突出している側と逆側の端面において、傾斜する姿勢方向に配置されたリンク307を介して周回首振り用モータ306の回転軸と連結しており、これによってアンテナ回転軸108の姿勢方向は天井RFの壁面(水平面)とある一定の仰角をなす配置となっている。
In FIG. 10, the main
以上の構成において、周回首振り用モータ306と自在継ぎ手305とリンク307で周回首振り駆動器(メインローブ制御手段)308が構成される。この周回首振り駆動器308によれば、周回首振り用モータ306が一方向で回転し続けることにより、アンテナ回転軸108の延長方向に位置するメインローブMが天井FRの壁面に対してある一定の仰角をなしつつ全周(360°)にわたって周回首振り挙動による反復変化動作を行うことができる。
In the above configuration, the orbital swing motor (main lobe control means) 308 is configured by the
そして、メインローブMの周回首振り挙動が1回転(360°)するごとにアンテナ回転器110によってアンテナ111を90°回転させて(上述の例では第1方向→これと90°ずらした第2方向→さらに90°ずらした第1方向→‥)八木アンテナ111の放射器111a及びその偏波面Hの方向を切り替える。
The
本変形例では、このように周回首振り駆動器308によりメインローブMの方向又は位置を、一方向(時計回り又は反時計回り)への周回首振り挙動を用いて反復的に変化させることで、同じメインローブ方向を多数回にわたって(例えば同じ周期で)繰り返す、反復的な変化を実現することができる。そして、上記第1実施形態と同様にアンテナ111の偏波面Hと無線タグ回路素子Toの偏波面を高確率で一致させることができる。
In the present modification, the direction or position of the main lobe M is repeatedly changed by using the orbital swing behavior in one direction (clockwise or counterclockwise) by the
なお、本変形例では、メインローブMの周回首振り挙動が1回転(360°)するごとにアンテナ回転器110によってアンテナ111を90°ずつ回転させて八木アンテナ111の放射器111a及びその偏波面Hの方向を切り替えたが、これに限られず、メインローブMの周回首振り挙動が1回転(360°)単位以外のタイミングでアンテナ111の姿勢(言い換えれば偏波面Hの方向)を90°ずつ切り替えるようにしてもよい。その場合には、90°異なる第1方向と第2方向と両方の偏波面HでそれぞれメインローブMの周回首振り方位の全体にわたってカバーできるように、メインローブMの周回首振り挙動及び偏波面Hの変化動作を繰り返し行うよう設定すればよい。
In this modification, the
(1−3)目標通信領域の形状に応じて無線通信時の送信信号出力を変化させる場合
上記第1実施形態においては、メインローブMの首振り挙動(周回首振り挙動)の全挙動範囲にわたって常に同じ送信信号出力で無線通信を行っていたが、これに限られず、目標通信領域の形状に応じて出力値を変化させるようにしてもよい。
(1-3) When changing the transmission signal output during wireless communication according to the shape of the target communication area In the first embodiment, over the entire behavior range of the swing behavior (circular swing motion) of the main lobe M. Although wireless communication is always performed with the same transmission signal output, the present invention is not limited to this, and the output value may be changed according to the shape of the target communication area.
図11は、四方を壁面で囲まれたフロアFLを目標通信領域としてその形状に基づき無線通信時の送信信号出力を制御する様子を説明する図であり、図11(a)はメインローブMが長い距離で壁面に到達する状態を示す図、図11(b)はメインローブMが短い距離で壁面に到達する状態を示す図である。なお、この図示する例では、フロアFLの天井RFに設置されてメインローブMの周回首振り挙動を行う上記第2変形例によるリーダ300を用いた場合を示している。
FIG. 11 is a diagram for explaining a state in which the transmission signal output during wireless communication is controlled based on the shape of the floor FL surrounded by walls on all four sides as a target communication region. FIG. FIG. 11B is a diagram illustrating a state in which the main lobe M reaches the wall surface at a short distance. In the illustrated example, a case is shown in which the
図11(a)において、フロアFLの天井RFに設置されたリーダ300は周回首振り挙動によりメインローブMをフロアFLの床面及び直交する2つの側壁で囲まれた下方隅部CNに向けている状態となっている。この際には、リーダ300からのメインローブMが比較的長い距離で壁面に到達することになり、この下方隅部CNまで通信可能エリアとするには比較的高い送信信号出力が必要となる。
In FIG. 11A, the
図11(b)において、リーダ300は周回首振り挙動によりメインローブMをリーダ300に最も近い側壁WLと直交する方向に向けている状態となっている。この際には、リーダ300からのメインローブMが比較的短い距離で壁面に到達することになり、比較的低い送信信号出力でこの壁面WLでの到達部分までを通信可能エリアとすることができる。
In FIG. 11B, the
本変形例では、上記のような目標通信領域形状に応じた出力制御を行うに際し、その出力設定を行うための出力設定用無線タグ回路素子ToP(図示せず)を上記目標通信領域の所定箇所(例えば上記の例では側壁WLや下方隅部CN)に設け、この出力設定用無線タグ回路素子ToPに対する通信結果に応じ、無線通信時の送信信号出力を制御する(=送信制御手段)。 In this modification, when performing output control according to the target communication area shape as described above, an output setting RFID circuit element ToP (not shown) for performing output setting is provided at a predetermined location in the target communication area. (For example, in the above example, it is provided on the side wall WL or the lower corner CN), and the transmission signal output at the time of wireless communication is controlled (= transmission control means) according to the communication result with respect to the output setting RFID circuit element ToP.
ここで、出力設定用無線タグ回路素子ToPとは、予めそのタグ側アンテナ151の偏波面がリーダ300の装置側アンテナの偏波面Hと一致するように姿勢を決めて配置しておく。そして、リーダ300が、少なくとも当該出力設定用無線タグ回路素子ToPと良好な通信を行えるように出力値を確保しつつ、上記図示したように下方隅部CNのようにリーダ300から比較的距離が遠い位置にメインローブMが向くときには比較的大きい送信信号出力とし、壁面WLのようにリーダ300から比較的距離が近い位置にメインローブMが向くときには比較的小さい送信信号出力とする。
Here, the RFID tag circuit element ToP for output setting is arranged in advance such that its orientation is determined so that the polarization plane of the tag-
以上のように通常のフロアでは、メインローブMの反復変化動作を行った際にアンテナ111から目標通信領域の境界(フロア壁面)までの距離が変化する場合がほとんどであり、そのような距離の差に応じて過不足なく良好な通信を行えるよう送信信号出力を可変制御することで無駄な電力消費を防止しつつ、目標通信領域の全域(周回首振り挙動の全周)を確実に通信可能エリアとすることができる。このとき上記のように適宜の箇所に設けた出力設定用無線タグ回路素子ToPを送信目標とすることで、さらに確実に出力無駄のない通信を行うことができるが、単にCPU121に目標通信領域の形状を反映させたプログラムを実行させることにより送信信号出力の制御を行わせるようにしてもよいことはいうまでもない。
As described above, in the normal floor, when the main lobe M is repeatedly changed, the distance from the
(1−4)その他
上記実施形態においては、アンテナ回転用モータ109がアンテナ回転軸108を回転駆動することでアンテナ111による偏波面Hの態様(この例では)を変化させたが、これに限られない。すなわち、例えばアンテナ回転器110自体等、アンテナ回転軸108の支持部材を適宜の駆動手段で回転駆動させ、これによって偏波面Hの態様を変化させてもよい。この場合も同様の効果を得る。また、上記実施形態においては、首振り用モータ106の駆動力でアンテナ回転器110自体を回転させることでアンテナ111によるメインローブMの方向を変化させたが、これに限られない。すなわち、アンテナ回転軸108又はアンテナ111のみを適宜の駆動手段で首振り駆動させ、これによってメインローブMの方向を変化させてもよい。この場合も同様の効果を得る。
( 1-4 ) Others In the above embodiment, the
次に、本発明の第2の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、メインローブMの反復変化動作と偏波面Hの変化動作を電気的構成により行うものである。なお、各図において、上記第1実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the repetitive changing operation of the main lobe M and the changing operation of the polarization plane H are performed by an electrical configuration. In each figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment, and the description will be omitted as appropriate.
図12は、本実施形態のリーダ400の機能的構成の詳細を表す機能ブロック図であり、上記第1実施形態における図5に相当する図である。
FIG. 12 is a functional block diagram showing details of the functional configuration of the
図12において、リーダ400は、制御部120と、アンテナ(アンテナ手段)130とを有している。
In FIG. 12, the
制御部120は、CPU121と、ネットワーク通信制御部122と、メモリ123(記憶手段)と、アンテナ130を介し無線タグTに備えられたアンテナ151と通信制御を行うRF通信制御部140′とを備えている。
The
図13は、上記RF通信制御部140′及びアンテナ130の詳細構成を表す機能ブロック図であり、上記第1実施形態の図7に相当する図である。
FIG. 13 is a functional block diagram showing detailed configurations of the RF
図13において、アンテナ130は、1つの送信アンテナ(アンテナ素子)10と、複数(この例では8つ)の受信アンテナ(アンテナ素子)11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11H(但し煩雑防止のため一部図示省略、以下同様)とから構成されている。また、各受信アンテナ11A〜11Hは2つのアンテナを一体に構成して互いに直交する偏波面を電気的に切り替え可能な兼用アンテナ(マイクロストリップアンテナ)で構成されており、各兼用アンテナの内部にはCPU121からの切替信号により切り替えられる偏波面切替スイッチ(切替手段、偏波面制御手段)12を備えている。
In FIG. 13, an
RF通信制御部140′は、上記送信アンテナ10及び受信アンテナ11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hを介し上記無線タグ回路素子ToのIC回路部150の情報(無線タグ情報)へアクセスする(読み取り又は書き込みを行う)ための送信部212及び受信部213と、受信アンテナ11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hにそれぞれ係わる位相制御ユニット(制御手段、メインローブ制御手段)203A,203B,203C,203D,203E,203F,203G,203Hと、これら位相制御ユニット203A〜203Hからの出力を加算する合波器205とを有し、無線タグ回路素子ToのIC回路部150から読み取ら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素子ToのIC回路部150へアクセスするためのアクセス情報を生成する機能を含む上記CPU121と接続されている。
The RF
位相制御ユニット203A,203B,203C,203D,203E,203F,203G,203Hは、CPU121からの位相制御信号を入力しこれに応じて受信アンテナ11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hにおける受信電波信号の位相をそれぞれ可変に設定する移相器206A,206B,206C,206D,206E,206F,206G,206Hと、CPU121からの信号を入力しこれに応じて移相器206A,206B,206C,206D,206E,206F,206G,206Hから入力した信号を可変に増幅し上記合波器205に出力する可変ゲインアンプ(増幅率可変アンプ)208A,208B,208C,208D,208E,208F,208G,208Hとを備えている。
The
送信部212は、送信アンテナ10を介し無線タグ回路素子Toに対して信号を送信するものであり、図7における送信部212と同等のものである。
The
受信部213は、図7における受信部213とほぼ同等のものであり、異なっている点は、受信アンテナ11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hで受信され上記位相制御ユニット203A,203B,203C,203D,203E,203F,203G,203Hを経て合波器205で合波された無線タグ回路素子Toからの反射波を受信第1乗算回路218で上記搬送波発生部により発生させられた搬送波とを掛け合わせる点である。
The receiving
また、CPU121は、上述した受信部213からの受信信号等を入力した後所定の演算処理を行い、上述した送信部212への増幅制御信号及び変調制御信号、位相制御ユニット203A〜203Hへの位相制御信号、各受信アンテナ(兼用アンテナ)11A〜11Hの偏波面切替スイッチ12への切替信号等を出力する。
Further, the
以下、上記受信アンテナ11A〜11Hを構成する兼用アンテナについて詳しく説明する。 Hereinafter, dual-purpose antennas constituting the reception antennas 11A to 11H will be described in detail.
図14(a)は、上記兼用アンテナの詳細構造を表す側面図であり、図14(b)はその断面図である。これら図14(a)及び図14(b)において、兼用アンテナ11は、一方側(図中上側)にマイクロストリップアンテナ素子11aを備え、他方側(図中下側)に地板11bを備え、それらに挟まれるように中間に誘電体11cを備えている。
FIG. 14A is a side view showing the detailed structure of the dual-purpose antenna, and FIG. 14B is a cross-sectional view thereof. 14 (a) and 14 (b), the dual-
地板11b及び誘電体11cの径方向2箇所にはそれぞれ貫通孔11ba、11caが備えられている。そして、一端がRF通信制御部140′に接続された(後述の図15参照)兼用アンテナ11への給電線としてのマイクロストリップライン50が偏波面切替スイッチ12に接続され、さらにこの偏波面切替スイッチ12から分岐するように接続された2本の給電線50Aがそれぞれ貫通孔11ba,11caを介してマイクロストリップアンテナ素子11aの2箇所に設けた給電点P1,P2へと延設され、接続されている。
Through holes 11ba and 11ca are provided at two locations in the radial direction of the
図15(a)は、マイクロストリップアンテナ素子11a及び誘電体11cの上面概略構造を表す斜視図であり、図15(b)は地板11bの下面概略構造を表す斜視図である。また図15(c)は兼用アンテナ11及びRF通信制御部140′の電気的接続関係を表す説明図である。
FIG. 15A is a perspective view illustrating the schematic top surface structure of the microstrip antenna element 11a and the dielectric 11c, and FIG. 15B is a perspective view illustrating the schematic bottom surface structure of the
これら図15(a)〜(c)において、上記アンテナ素子11a上には、前述した2つの給電点Pとして、一の方向の第1偏波面Hhを兼用アンテナ11に生じさせるための第1偏波用給電点P1と、上記第1偏波面Hhと直交する方向の第2偏波面Hvを兼用アンテナ11に生じさせるための第2偏波用給電点P2とが設けられている。
15A to 15C, on the antenna element 11a, the first polarization for causing the
そして各兼用アンテナ11が備える偏波面切替スイッチ12は、図15(a)中第1偏波側に切り替えられたときには所定の方向の第1偏波面Hhを構成してそれとほぼ同じ方向で偏波面を構成している無線タグ回路素子Toから高い感度で信号を受信し、第1偏波用給電点P1から偏波面切替スイッチ12を経て位相制御ユニット203へ導く。また偏波面切替スイッチ12はその一方で、図15(a)中第2偏波側に切り替えられたときには上記第1偏波面Hhと直交する方向の第2偏波面Hvを構成してそれとほぼ同じ方向の偏波面を構成している無線タグ回路素子Toから高い感度で信号を受信し、第2偏波用給電点P2から偏波面切替スイッチ12を経て位相制御ユニット203へ導く。
The polarization
このような兼用アンテナ11によれば、上記第1偏波用給電点P1への給電により生じる第1偏波面Hhは、上記第2偏波用給電点P2への給電により生じる第2偏波面Hvと略直交するように構成されている。
According to such dual-
図16は、上記のようなフロアFL内のモニター(無線タグTの検出)を行うために、リーダ400の制御部120に備えられたCPU121が行う制御手順を表すフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a control procedure performed by the
図16において、管理サーバ500(図1参照)からリーダ400に向けて送信された動作開始指示信号がネットワークNW及びネットワーク通信制御部122を介しCPU121に入力されると、このフローが開始される。
In FIG. 16, when the operation start instruction signal transmitted from the management server 500 (see FIG. 1) to the
まず、ステップS101で各受信アンテナ11A〜11Hの偏波面切替スイッチ12に切替信号を出力し、各受信アンテナ11A〜11Hの偏波面を第1偏波面Hhに設定する。
First, in step S101, a switching signal is output to the polarization
次に、ステップ102へ移り、メインローブ方向角θを初期角θaを設定する。ここで、リーダ400は、サーチ時において各受信アンテナ11A〜11HのメインローブMの方向(=受信指向性の方向)を単一方向に保持しつつその方向を変化させるいわゆるフェイズドアレイ制御を行うものである。その際、ある基準位置(例えばリーダ400から見て正面より真左側方向を0°)からのメインローブ方向の角度(以下適宜、メインローブ方向角という)をθとして、このメインローブ方向角θを初期角θaから所定刻みθSTEPごとに変化させることとなる。
Next, the process proceeds to step 102 where the main lobe direction angle θ is set to the initial angle θa. Here, the
そして、ステップS103に移る。ステップS103では、メインローブ方向角θの値に応じ、受信アンテナ11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hに係る位相を決定し、これに対応した位相制御信号を位相制御ユニット203A,203B,203C,203D,203E,203F,203G,203Hに出力する。
Then, the process proceeds to step S103. In step S103, the phases related to the receiving
具体的には、一般に、受信電波の隣接するアンテナ素子間での受信信号の位相差は、隣接する受信アンテナ素子の間隔をd、受信電波の波長をλ、メインローブ方向角をθとして(2・π・d・cosθ)/λで表されることから、対応する位相差が位相制御ユニット203A〜203Hにそれぞれ与えられる。
Specifically, in general, the phase difference of the received signal between adjacent antenna elements of the received radio wave is expressed as (2) where d is the interval between adjacent receive antenna elements, λ is the wavelength of the received radio wave, and θ is the main lobe direction angle. Since π · d · cos θ) / λ, the corresponding phase difference is given to the
その後、ステップS104で、上記のように受信アンテナ11A〜11Hの位相を設定した(言いかえればメインローブ方向角θを設定した)条件のもと、送信アンテナ10よりサーチ対象無線タグTに対する呼びかけ信号であるScrollID信号を出力させる。詳細には、「TX_ASK」信号を生成して送信乗算回路216に出力し、送信乗算回路216で対応する上記振幅変調が行われアクセス情報としての「Scroll ID」信号となる。一方CPU121は「TX_PWR」信号を生成して送信アンプ217に出力し、送信アンプ217でその「TX_PWR」信号に基づく増幅率で信号増幅が行われ、最終的に送信アンテナ10を介し送信され、サーチ対象である無線タグTの無線タグ回路素子Toからの返信を促す。
Thereafter, in step S104, a call signal for the search target RFID tag T from the
その後、ステップS105で、上記「Scroll ID」信号に対応してサーチ対象の無線タグTの無線タグ回路素子Toから送信された返答信号(=リプライ信号;タグ識別情報等の無線タグ情報)を受信アンテナ11A〜11Hより受信し、位相制御ユニット203A〜203Hでその位相を制御し、合波器205及び受信部213を介し取り込む。このときのRSSI回路226からの受信信号強度信号「RSSI」が入力され、その値がステップS106でメモリ123に記憶される。
Thereafter, in step S105, a response signal (= reply signal; wireless tag information such as tag identification information) transmitted from the wireless tag circuit element To of the wireless tag T to be searched in response to the “Scroll ID” signal is received. The signals are received from the
そしてステップS107で、θが、予めメインローブ方向角θを順次変化させるときの最終値として設定されたθEND(例えばリーダ400において円周方向に2周サーチする場合にはθEND=θa+720°、4周サーチする場合にはθEND=θa+1440°等)に等しくなったかどうかを判定する。最初はθ=θaであるから判定が満たされず、ステップS108に移る。
In step S107, θ is set in advance as a final value when the main lobe direction angle θ is sequentially changed (for example, when the
ステップS108では、θが、初期角θaに360°の整数倍(n×360°:n=整数)を加えた角度であるか否か、つまりリーダ400が円周方向にちょうどn周したか否かを判定し、判定が満たされない通常の場合にはそのままステップS110へ移り、判定が満たされた場合にはステップS109で各受信アンテナ11A〜11Hの偏波面切替スイッチ12に切替信号を出力し偏波面の切り替え(第1偏波面Hhから第2偏波面Hvへ、又は第2偏波面Hvから第1偏波面Hhへ切り替え)を行ってステップS110へ移る。ステップS110では、予め定められたθSTEP(例えばθSTEP=15°等の360°を整数で割った値)だけ加え、ステップS102に戻り、同様の手順を繰り返す。
In step S108, whether θ is an angle obtained by adding an integral multiple of 360 ° (n × 360 °: n = integer) to the initial angle θa, that is, whether the
こうしてステップS103〜ステップS110を繰り返してθの値にθSTEPを小刻みに加え、全受信アンテナ11A〜11Hによって生じるメインローブ(指向性)Mの方向を単一方向に保持しつつそのメインローブ方向角θを徐々に変化させるとともに、メインローブMの方向を(この例では)n周回転させるごとに各受信アンテナ11A〜11Hの偏波面をそれまでと直交する偏波面に一斉に切り替えながら、信号送信及び受信を繰り返しその都度受信信号を記憶していく。 In this way, steps S103 to S110 are repeated, and θSTEP is added to the θ value in small increments, and the main lobe direction angle θ is maintained while maintaining the direction of the main lobe (directivity) M generated by all the receiving antennas 11A to 11H in a single direction. , And each time the direction of the main lobe M is rotated n times (in this example), the polarization planes of the receiving antennas 11A to 11H are simultaneously switched to the polarization planes orthogonal to the signal transmission, The reception signal is stored each time the reception is repeated.
このようにリーダ400は初期角θaからθSTEPを加えながらメインローブ方向角θを変化させることから、θSTEPずつメインローブ方向角をずらして(回転するように)サーチを行うこととなる。ここで、少なくとも2周以上(θEND≧θa+720°)サーチを行うことで、各受信アンテナは第1偏波面と第2偏波面でそれぞれ少なくとも1周以上サーチできる。そしてθ=θENDになったらステップS107の判定が満たされ、ステップS111に移る。
In this way, the
ステップS111では、上記繰り返しの間にステップS108で記憶した信号強度に基づき、無線タグTの存在する(リーダ400から見た相対的な)指向性方向(タグ方向)θTを決定する(例えば最も信号強度が大きかったメインローブ方向角方向とする)。 In step S111, the directivity direction (tag direction) θT in which the wireless tag T exists (relative to the reader 400) is determined based on the signal strength stored in step S108 during the repetition (for example, the most signal) The main lobe direction angle direction was high intensity).
その後、ステップS112に移り、上記タグ方向θTをタグ位置情報として含むタグ位置情報信号を、ネットワーク122通信部及び通信ネットワークNWを介して管理サーバ500に送信し、このフローを終了する。
Thereafter, the process proceeds to step S112, a tag position information signal including the tag direction θT as tag position information is transmitted to the
以上説明したように、本実施形態のリーダ400においては、CPU121で複数の受信アンテナ11A〜11Hにおける受信信号の例えば移相や振幅等を電気的に制御し、複数の受信アンテナ11A〜11HによるメインローブMの方向又は位置を反復的に(この例では回転運動的に)変化させる。この反復変化動作によりメインローブMを比較的広い範囲にわたって届かせることができるので、比較的遠い距離に位置する無線タグ回路素子Toを通信可能エリアに収めることができる。そしてこのとき、各受信アンテナ11A〜11Hを構成する兼用アンテナ11が偏波面の異なる複数のアンテナを予め備え、これを偏波面切替スイッチ12で切り替えて選択的に使用してアンテナとしての偏波面方向を切り替えることで、少なくとも同一メインローブ方向(又は位置)において異なる複数の態様の偏波面(上記の例では第1偏波面Hhと第2偏波面Hvの2態様)が実現される。
As described above, in the
これにより、一方の態様(上記の例では第1偏波面Hh)においてアンテナ111と無線タグTの無線タグ回路素子Toに備えられたアンテナ151との偏波面の一致が不十分であったとしても、もう一方の態様(上記の例では第2偏波面Hv)においてはアンテナ111と無線タグ回路素子Toのアンテナ151との偏波面を一致できる可能性が高くなり、良好な通信感度を確保することができる。以上のようにして、メインローブMの反復変化動作と偏波面Hの変化動作とを組み合わせることにより、無線タグT(あるいはこれが添付された物品)の姿勢に関わらず、また、比較的遠い距離であっても確実に無線タグ回路素子Toとの無線通信を行うことができる。
As a result, even in one aspect (first polarization plane Hh in the above example), even if the polarization planes of the
なお、上記第2実施形態においても、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。 In the second embodiment, various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea of the second embodiment. Hereinafter, such modifications will be described in order.
(2−1)検出対象の無線タグ回路素子Toの姿勢方向を検出する場合
すなわち、例えば上記第2実施形態の装置側アンテナ130を介した無線タグ回路素子Toとの通信結果に応じ、無線タグ回路素子Toの姿勢方向を検出するようにしてもよい(=タグ姿勢検出手段)。
(2-1) When detecting the orientation direction of the RFID circuit element To to be detected That is, according to the communication result with the RFID circuit element To via the device-
一般に、アンテナどうしの無線通信では、両者の偏波面が平行関係にあるときが通信感度が高く、それらが平行でなくなり交差角を持つようになるに従い通信感度が低下していく。この性質を利用し、アンテナ130による無線タグ回路素子Toとの通信結果に応じ、その通信が良好なほど(例えば上記RSSI回路226の信号強度が大きいほど)無線タグ回路素子Toの偏波面がアンテナ130による偏波面方向と略平行に近づくとみなすことができるので、これに基づき無線タグ回路素子Toの配置状態における姿勢方向(貼付されている物品の姿勢を含む)を検出することができる。
In general, in wireless communication between antennas, communication sensitivity is high when the polarization planes of both antennas are in parallel relation, and the communication sensitivity decreases as they become non-parallel and have a crossing angle. Using this property, depending on the communication result of the
具体的には、図16に示したフローを実行する際に、異なる複数の偏波面態様(偏波面方向)においてRSSI回路226でそれぞれ検出した複数の受信信号強度値をメモリ123に記憶している。したがって、それら複数の偏波面態様それぞれでの受信信号強度値(上記の例では、例えば第1偏波面Hhで最大となった受信信号強度値と、第2偏波面Hvで最大となった受信信号強度値)を比較し、そのうちの最大のものを与えた偏波面の方向を決定する。受信信号強度が最大のものは、無線タグ回路素子Toの偏波面がアンテナ130による偏波面方向に対し最も平行に近くなっていることから、当該偏波面方向を割り出すことで、無線タグ回路素子Toの姿勢方向を検出することができるのである。
Specifically, when executing the flow shown in FIG. 16, a plurality of received signal intensity values respectively detected by the
(2−2)無線タグ回路素子を用いて位置検出補正を行う場合
すなわち例えば、予め所定の目標通信領域内の確かな位置(別途の方法で精密に位置測定が済んでいる箇所)に位置補正用無線タグ回路素子ToLを配置しておく。そしてリーダ側からこの位置補正用無線タグ回路素子ToLと通信を行い、リーダ側で検出した当該無線タグ回路素子ToLの位置検出データ(位置や方向を特定するときの基準位置や基準方角等)を、上記精密に測定された位置測定データと対比させ、これに合致するようにリーダ側の位置検出データを補正する(=データ補正手段)。これにより、上記(2−1)の変形例で説明したタグ姿勢検出手段において誤差の少ない高精度なタグ姿勢方向の検出を行うことができる。
(2-2) When performing position detection correction using a RFID circuit element In other words, for example, position correction to a certain position in a predetermined target communication area in advance (a place where precise position measurement has been completed by another method) A wireless tag circuit element ToL is disposed. Then, communication with the RFID circuit element ToL for position correction is performed from the reader side, and position detection data of the RFID circuit element ToL detected on the reader side (reference position and reference direction when specifying the position and direction, etc.) Then, the position measurement data on the reader side is corrected so as to match the position measurement data measured precisely and match the position measurement data (= data correction means). Thereby, the tag attitude | position detection means demonstrated in the modification of said (2-1) can detect the tag attitude | position direction with few errors with high precision.
(2−3)その他
なお、上記第2の実施形態では、上記兼用アンテナ(受信アンテナ)11のように直交する2つの偏波面を構成するアンテナよりも、より多くの姿勢方向で偏波面を切り替えて構成できるアンテナを用いることで、より確実に、比較的遠い距離であっても無線タグ回路素子Toとの無線通信を行うことができる。また、上記(2−1)や上記(2−2)の変形例でも、上記兼用アンテナ(受信アンテナ)11のように直交する2つの偏波面を構成するアンテナよりも、より多くの姿勢方向で偏波面を切り替えて構成できるアンテナを用いることで、より誤差の少ない高精度なタグ姿勢方向の検出を行える効果がある。
(2-3) Others In the second embodiment, the polarization plane is switched in more posture directions than the antennas that form two orthogonal polarization planes such as the dual-purpose antenna (reception antenna) 11. By using an antenna that can be configured, it is possible to more reliably perform wireless communication with the RFID circuit element To even at a relatively long distance. Also, in the modified examples of (2-1) and (2-2) above, in more posture directions than the antennas that form two orthogonal polarization planes such as the dual-purpose antenna (receiving antenna) 11. By using an antenna that can be configured by switching the polarization plane, there is an effect that the tag orientation direction can be detected with less error and with high accuracy.
また、上記第2実施形態では、移相制御ユニット203A〜203Hで、アンテナ素子による指向性を一つの方向のみ強くなるように保持しその方向を順次変化させつつ無線タグTへ送信するよう制御するフェイズドアレイ制御を行う場合を説明したが、これに限られない。すなわち、各アンテナ素子での受信信号に基づき、公知の手法により、各アンテナ素子による指向性を、通信対象(無線タグT)からの受信感度が最適となるように制御するアダプティブアレイ制御等、他の指向性制御を行ってもよい。この場合も同様の効果を得る。
Further, in the second embodiment, the phase
なお、上記2つの実施形態にそれぞれに係る変形例は、実施形態の区別に係わらず適宜組み合わせて構成することも可能である。 It should be noted that the modified examples according to the two embodiments described above can be combined as appropriate regardless of the distinction between the embodiments.
また、以上においては、無線タグ回路素子ToのIC回路部150から情報を読み取る処理を行う場合を例にとって説明したが、これに限られず、情報の書き込みが可能な無線タグ回路素子Toを備えた無線タグTの無線タグ情報通信装置に本発明を適用してもよい。この場合も同様の効果を得る。
In the above description, the case where information is read from the
なお、以上で用いた「Scroll All ID」信号、「Scroll ID」信号等は、EPC globalが策定した仕様に準拠しているものとする。EPC globalは、流通コードの国際機関である国際EAN協会と、米国の流通コード機関であるUniformed Code Council(UCC)が共同で設立した非営利法人である。なお、他の規格に準拠した信号でも、同様の機能を果たすものであればよい。 It is assumed that the “Scroll All ID” signal, the “Scroll ID” signal, and the like used above comply with the specifications established by EPC global. EPC global is a non-profit corporation established jointly by the International EAN Association, which is an international organization of distribution codes, and the United Code Code Council (UCC), which is an American distribution code organization. Note that signals conforming to other standards may be used as long as they perform the same function.
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。 In addition, although not illustrated one by one, the present invention is implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
10 送信アンテナ(アンテナ手段)
11A〜H 受信アンテナ、兼用アンテナ(アンテナ手段)
12 偏波面切替スイッチ(偏波面制御手段)
100 リーダ(質問器)
107 首振り駆動器(メインローブ制御手段)
110 アンテナ回転器(偏波面制御手段)
111 アンテナ(アンテナ手段、八木アンテナ)
123 メモリ(記憶手段)
130 アンテナ(アンテナ手段)
300 リーダ(質問器)
308 周回首振り駆動器(メインローブ制御手段)
400 リーダ(質問器)
500 管理サーバ
FL フロア(目標通信領域)
S 無線タグ検出システム
T 無線タグ
To 無線タグ回路素子
10 Transmitting antenna (antenna means)
11A to H Receiving antenna, dual-purpose antenna (antenna means)
12 Polarization plane changeover switch (Polarization plane control means)
100 reader (interrogator)
107 Swing drive (main lobe control means)
110 Antenna rotator (polarization plane control means)
111 antenna (antenna means, Yagi antenna)
123 Memory (storage means)
130 Antenna (antenna means)
300 Reader (Interrogator)
308 Orbital swing drive (main lobe control means)
400 Reader (Interrogator)
500 Management server FL floor (target communication area)
S wireless tag detection system T wireless tag To wireless tag circuit element
Claims (7)
前記アンテナ手段によるメインローブの方向又は位置を反復的に変化させるメインローブ制御手段と、
このメインローブ制御手段により前記アンテナ手段のメインローブの方向又は位置が変化するときに、少なくとも、同一のメインローブの方向又は位置において複数の態様が可能となるように前記アンテナ手段の無線通信時の偏波面を変化させる偏波面制御手段と、
前記アンテナ手段を介した前記無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出するタグ姿勢検出手段を有することを特徴とする質問器。 Antenna means for performing wireless communication with the RFID tag circuit element to be interrogated;
Main lobe control means for repeatedly changing the direction or position of the main lobe by the antenna means;
When the direction or position of the main lobe of the antenna means is changed by the main lobe control means, at least during the wireless communication of the antenna means so that a plurality of modes are possible in the same direction or position of the main lobe. A polarization control means for changing the polarization plane;
An interrogator comprising tag orientation detection means for detecting the orientation direction of the RFID circuit element in accordance with a result of communication with the RFID circuit element via the antenna means.
前記アンテナ手段から受信した信号強度を検出する信号強度検出手段を有し、
前記タグ姿勢検出手段は、前記信号強度検出手段の検出結果に基づき、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することを特徴とする質問器。 The interrogator of claim 1 ,
Signal strength detection means for detecting the signal strength received from the antenna means;
The interrogator characterized in that the tag orientation detection means detects the orientation direction of the RFID circuit element based on the detection result of the signal strength detection means.
異なる複数の偏波面態様において前記信号強度検出手段でそれぞれ検出した複数の信号強度値を記憶する記憶手段を有し、
前記タグ姿勢検出手段は、前記記憶手段に記憶された複数の信号強度値のうち最大のものを与えた前記偏波面の態様に応じ、前記無線タグ回路素子の姿勢方向を検出することを特徴とする質問器。 The interrogator according to claim 2 ,
Storage means for storing a plurality of signal intensity values respectively detected by the signal intensity detection means in different polarization planes;
The tag orientation detection means detects the orientation direction of the RFID circuit element in accordance with the aspect of the polarization plane that gives the maximum signal intensity value stored in the storage means. Interrogator to ask.
前記アンテナ手段を介した、所定の目標通信領域内に配置された位置補正用無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記タグ姿勢検出手段の検出基準データを補正するデータ補正手段を有することを特徴とする質問器。 The interrogator according to any one of claims 1 to 3 ,
Data correction means for correcting the detection reference data of the tag attitude detection means according to the result of communication with the position correction RFID circuit element arranged in the predetermined target communication area via the antenna means. A characteristic interrogator.
前記アンテナ手段を介した、所定の目標通信領域内に配置された出力設定用無線タグ回路素子との通信結果に応じ、前記無線通信時の送信信号出力を制御する送信制御手段を有することを特徴とする質問器。 The interrogator according to any one of claims 1 to 4 ,
It has a transmission control means for controlling the transmission signal output at the time of the wireless communication according to the communication result with the power setting RFID circuit element arranged in the predetermined target communication area via the antenna means. Interrogator.
前記送信制御手段は、前記目標通信領域の形状に基づき、前記メインローブ制御手段により変化する前記メインローブの方向又は位置に応じて前記無線通信時の送信信号出力を変化させることを特徴とする質問器。 The interrogator according to claim 5 ,
The transmission control means changes the transmission signal output during the wireless communication according to the direction or position of the main lobe changed by the main lobe control means based on the shape of the target communication area. vessel.
前記アンテナ手段は、送信用アンテナ機能及び受信用アンテナ機能を兼ね備えた八木アンテナであることを特徴とする質問器。 The interrogator according to any one of claims 1 to 6 ,
The interrogator is a Yagi antenna having a transmitting antenna function and a receiving antenna function.
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