JP2007064765A - Ｒｆｉｄタグ装置、ｒｆｉｄリーダライタ装置及び距離測定システム - Google Patents

Ｒｆｉｄタグ装置、ｒｆｉｄリーダライタ装置及び距離測定システム Download PDF

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Abstract

【課題】 低コスト、高速及び／又は高精度に、ＲＦＩＤタグ装置及びＲＦＩＤリーダライタ間の距離を測定することを課題とする。
【解決手段】 アンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して送信する送信回路とを有するＲＦＩＤタグ装置（１０２）が提供される。また、アンテナを介して信号を送信する送信回路と、送信した信号の大きさを示す信号をアンテナを介して受信し、その受信した信号を基に距離情報に変換する変換回路とを有するＲＦＩＤリーダライタ装置（１０１）が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ装置、ＲＦＩＤリーダライタ装置及び距離測定システムに関する。
下記の特許文献１には、案内空間内の物又は場所に対して取り付けられ、通信距離の異なる複数のアンテナを備え、到来する質問波に応答して、前記各アンテナから当該アンテナに対応する一意的な識別情報を含む応答波を発する目的地ＲＦＩＤと、複数の読取手段が同一目的地ＲＦＩＤごと認識した識別情報の組み合わせから、各目的地ＲＦＩＤの前記案内空間内での位置を判定する位置判定手段とを有する目的地案内システムが記載されている。しかし、複数のアンテナを使う場合、システムとしてのコストが高くなる。
また、特許文献１には、案内空間内の物又は場所に対して取り付けられ、到来する質問波に応答して一意的な識別情報を含む応答波を発する目的地ＲＦＩＤと、送受信方向が相互に異なる複数の読取手段であって、到達距離が段階的に異なる質問波を順に発し、各段階の質問波に対する各目的地ＲＦＩＤからの応答波の受信の有無から、各目的地ＲＦＩＤごとにその目的地ＲＦＩＤの当該読取手段からみた存在距離範囲を判定する複数の読取手段と、同一目的地ＲＦＩＤについて前記各読取手段で判定された存在距離範囲の組合せに基づき、前記案内空間内における前記目的地ＲＦＩＤの位置を判定する位置判定手段とを有する目的地案内システムが記載されている。しかし、到達距離が段階的に異なる質問波を順に発する場合には、その制御パーツが必要になり、コストが高くなると共に、複数回の異なる質問波でアクセスするため、長時間を要するという問題がある。
また、下記の特許文献２には、検出器がＲＦＩＤタグからの戻りの無線信号の時間、強度又は波形形状を検出してＲＦＩＤタグの距離を決定するシステムが記載されている。しかし、この方法ではＲＦＩＤタグが複数ある場合、応答していないＲＦＩＤタグでも反射が存在するため、距離を正確に測ることが困難である。
また、下記の特許文献３には、行動データを記録する行動範囲に各々設置された複数のリーダと、これら各リーダから送信される信号を返信する複数のトランスポンダと、これら複数のトランスポンダから返信され、リーダに蓄積される所定のデータをネットワークを通じて統計処理するデータ処理機とを備えている行動データ処理システムが記載されている。
特開２００１−１１６５８３号公報 特表２００２−５２５６４０号公報 特開２００１−９２８８５号公報
以上のように、上記のシステムでは、コストが高く、長時間を要し、距離を正確に測定することが困難であるという問題がある。
本発明の目的は、低コスト、高速及び／又は高精度に、ＲＦＩＤタグ装置及びＲＦＩＤリーダライタ間の距離を測定することである。
本発明の一観点によれば、アンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して送信する送信回路とを有するＲＦＩＤタグ装置が提供される。
本発明の他の観点によれば、アンテナを介して信号を送信する送信回路と、前記送信した信号の大きさを示す信号をアンテナを介して受信し、その受信した信号を基に距離情報に変換する変換回路とを有するＲＦＩＤリーダライタ装置が提供される。
複数のアンテナを使用せず、到達距離が段階的に異なる質問波を順に発することもないので、コストを低減することができる。また、複数回の異なる質問波でアクセスするのではないので、高速に距離を測定することが可能になる。また、ＲＦＩＤリーダライタ装置がＲＦＩＤタグ装置からの戻りの無線信号の時間、強度又は波形形状を検出してＲＦＩＤタグの距離を決定するシステムに比べ、信号のばらつきが小さく、信号の電力が大きいので、雑音耐力が高く、距離を正確に測定することができる。
図１は、本発明の実施形態による距離測定システムの構成例を示す図である。距離測定システムは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）リーダライタ装置１０１及びＲＦＩＤタグ装置１０２を有する。以下、ＲＦＩＤリーダライタ装置を単にリーダライタといい、ＲＦＩＤタグ装置を単にタグという。
タグ１０２は、アンテナ部１０３及びタグＩＣ１０４を有する。リーダライタ１０１及びタグ１０２は、相互に無線信号で通信を行うことができる。リーダライタ１０１は、タグ１０２に対してＩＤ番号（識別子）を問い合わせるためのＩＤ番号質問波（質問信号）を送信することができる。タグ１０２は、そのＩＤ番号質問波を受信すると、自己のＩＤ番号をリーダライタ１０１に送信する。タグ１０２は、１個でも複数個でもよい。タグ１０２が複数ある場合には、各タグ１０２が異なるＩＤ番号を持つ。リーダライタ１０１は、例えば、ＩＤ番号の下１桁を指定し、上記のＩＤ番号質問波を送信することができる。タグ１０２は、指定された下１桁のＩＤ番号を持つものだけが、それに応答してＩＤ番号をリーダライタ１０１に送信する。このようにして、リーダライタ１０１は、タグ１０２のＩＤ番号を認識することができる。
リーダライタ１０１及びタグ１０２間の相対的な距離ＬＥは変化する。リーダライタ１０１の位置が固定され、タグ１０２が移動する場合がある。また、タグ１０２の位置が固定され、リーダライタ１０１が移動する場合がある。距離測定システムは、リーダライタ１０１及びタグ１０２間の距離ＬＥを測定することができる。リーダライタ１０１は、ＩＤ番号を指定してタグ１０２に距離を問い合わせるための距離質問波（距離質問信号）をアンテナを介して送信することができる。タグ１０２は、その距離質問波を受信すると、指定されたＩＤ番号を持つ場合には、アンテナを介して受信した距離質問波の大きさを示す信号をＩＤ番号と共にアンテナを介してリーダライタ１０１に送信する。
タグ１０２がリーダライタ１０１から受信する信号の電力（以下、受信電力という）は、リーダライタ１０１とタグ１０２の通信距離（以下、通信距離という）ＬＥに対して相関がある。タグ１０２は、その受信信号の電力の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換し、リーダライタ１０１に返信する機能を持つ。これにより、距離測定システムは、通信距離ＬＥを正確に測定することができる。
例えば、通信の搬送波（キャリア）周波数にＵＨＦ帯を用いた場合、受信電力は通信距離ＬＥの２乗に反比例するという関係が成り立つ。通信距離１ｍで受信電力１８ｍＷであれば、通信距離２ｍで受信電力４．５ｍＷ、通信距離３ｍで受信電力２ｍＷとなる。
図２は、通信距離ＬＥ及び受信電圧ＶＡの関係を示すグラフである。横軸は通信距離ＬＥを示し、縦軸は受信電圧ＶＡを示す。図１に示すように、アンテナ部１０３はアンテナ抵抗Ｒａ及び開放電圧（受信電圧）ＶＡで表される。開放電圧ＶＡは、次式で表される。ここで、ＰＡは受信電力である。抵抗Ｒａは、例えば１ｋΩである。
ＶＡ＝√（２×ＰＡ×Ｒａ）
すなわち、開放電圧ＶＡは、通信距離ＬＥに反比例する。このような特性があるため、開放電圧ＶＡに準じた電流を抽出する信号抽出回路３０６（図３）を用いることにより、距離情報を持つ電流が抽出できる。タグ１０２は、この電流をアナログ形式からデジタル形式に変換し、リーダライタ１０１に距離情報を持つ電流の大きさを送信することができる。リーダライタ１０１は、電流の大きさを受信し、それを基に距離情報に変換することができる。
タグ１０２は、リーダライタ１０１から受信した信号の大きさを検出する。その信号の大きさは、電流の大きさでも電圧の大きさでもよく、図２の関係を基に距離情報に変換される。その変換は、リーダライタ１０１で行ってもよいし、タグ１０２で行ってもよい。すなわち、タグ１０２は、信号の大きさを距離情報に変換し、その変換した距離情報をリーダライタ１０１に送信してもよい。
図３は、図１のタグ１０２の構成例を示す図である。タグ１０２は、リーダライタ１０１（図１）から照射される高周波信号から直流電源を得るとともに、同じ高周波信号から信号データを抽出するため、アンテナ部１０３、変調回路３０１、整流回路３０２、充電容量Ｃａ、シャントレギュレータ３０３、復調回路３０４、デジタル信号処理部３０５及び信号抽出回路（電流モニタ）３０６を有する。
アンテナ部１０３は、所定の信号データが重畳された高周波信号を受信し、アンテナコイルによりアンテナ誘起電圧ＶＡを発生させる。高周波信号は、リーダライタ１０１（図１）によって生成され、信号データに応じてＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調などの振幅変調が施されている。そして、アンテナ部１０３の持つ所定の抵抗Ｒａによって、整流回路３０２に入力電圧ＶＢを発生させる。
整流回路３０２は、アンテナ部１０３によって受信された高周波信号を整流して電源信号成分を取り出す回路であり、アンテナ部１０３が発生させる整流回路３０２の入力電圧ＶＢから整流後の電源電圧ＶＤＤ１を生成する。整流回路３０２の回路構成は、特に限定されないが、その例を後に図４を参照しながら説明する。
充電容量Ｃａは、電源電圧ＶＤＤ１を充電する。シャントレギュレータ３０３は、電圧制御回路であって、整流回路３０２によって電源用として整流した後の電源電圧ＶＤＤ１を一定に保つように常に電圧を監視し、短絡電流の制御を行う。すなわち、電圧が高い場合には短絡電流を増やすことで定電圧に保つように制御を行っている。これは、主としてリーダライタ１０１（図１）からの距離ＬＥによる電源電圧の変動を安定化させるためのものであるが、同時に搬送波に信号データが振幅変調されて振幅が変動する場合でも電圧を安定化させるよう作用する。
信号抽出回路（電流モニタ）３０６は、整流回路１２に流れる電流を検出（モニタ）し、電流値に応じた抽出信号Ａ１を生成し、復調回路３０４へ出力する。整流回路３０２では、受信された高周波信号を整流しているが、高周波信号は信号データに応じて振幅変調されており、整流される電流もこれに伴って変動している。信号抽出回路（電流モニタ）３０６では、整流回路３０２に流れる電流の電流値を検出することにより、信号データを復調するための抽出信号を生成する。特に、シャントレギュレータ３０３によって短絡電流を消費して整流後の電源電圧変動を抑えている場合、受信した高周波信号に重畳されている信号データの“０”、“１”に応じた振幅の変化に応じてシャントレギュレータ３０３が短絡電流を制御することになる。このため、電源電圧が一定に保たれている状態であっても、整流回路３０２に流れる電流は、信号データに応じて変化する。すなわち、整流回路３０２に流れる電流の変化を検出することで、信号データを抽出することができる。
復調回路３０４は、信号抽出回路（電流モニタ）３０６から入力される抽出信号Ａ１に基づき、信号データを復調し、デジタル信号を生成する。また、復調回路３０４は、信号Ａ１の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換する。これらのデジタル信号は、デジタル信号処理部３０５で信号処理される。デジタル信号処理部３０５は、ＩＤ番号質問波を受信したときには自己のＩＤ番号を送信処理し、距離質問波を受信したときには受信電流Ａ１の大きさを送信処理する。変調回路３０１は、デジタル信号処理部３０５から送られる送信信号に応じてアンテナ部１０３のインピーダンスに変調をかける。送信信号は、アンテナ部１０３からリーダライタ１０１に無線送信される。
図４は、図３の整流回路３０２及び信号抽出回路３０６の構成例を示す回路図である。整流回路３０２は、ｐチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）電界効果トランジスタ４０１で構成される。トランジスタ４０１は、ゲート端子及びソース端子が相互に接続され、ダイオードを構成する。整流回路３０２は、半波整流を行う。信号抽出回路４０２は、ｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ４０２で構成される。トランジスタ４０１及び４０２は、相互にゲートが接続されるため、同じサイズであれば、同じドレイン電流Ａ１が流れる。すなわち、電流Ａ１は、整流回路４０１により整流された信号と同じ電流値になる。なお、トランジスタ４０２のサイズをトランジスタ４０１のサイズの１／１００にすれば、トランジスタ４０２にはトランジスタ４０１の１／１００の電流が流れる。信号抽出回路３０６は、電流Ａ１を抽出して、復調回路３０４（図３）に出力する。
整流回路３０２を構成するトランジスタ４０１は、ドレイン端子にアンテナ部１０３との接続点が接続され、ソース端子が充電容量Ｃａ及び次段のシャントレギュレータ３０３に接続され、ゲート端子とソース端子が接続される。このトランジスタ４０１は、入力電圧ＶＢの変化に応じてドレイン端子にかかる電圧がソース端子の電圧を超えたときドレイン−ソース間を電流が流れることによって、整流を行う。信号抽出回路３０６を構成するトランジスタ４０２は、ドレイン端子が整流回路３０２とアンテナ部１０３の接続点に接続され、ソース端子が復調回路３０４に接続され、ゲート端子が整流素子であるトランジスタ４０１のゲート端子と共通に接続される。この電流モニタ用のトランジスタ４０２は、入力電圧ＶＢの変化に応じて整流回路３０２のトランジスタ４０１に電流が流れるとき、ドレイン電流Ａ１が流れる。このように、トランジスタ４０２は、トランジスタ４０１に電流が流れるとき、その電流値に応じた抽出電流信号Ａ１を生成することができる。
このような構成の整流回路３０２及び信号抽出回路３０６を有するタグ１０２の動作について説明する。信号データの“０”、“１”に応じて振幅変調された高周波信号がアンテナ部１０３より受信され、信号データ“０”の場合のアンテナ誘起電圧ＶＡ１もしくは信号データ“１”の場合のアンテナ誘起電圧ＶＡ２に応じた入力電圧ＶＢ１もしくはＶＢ２が整流回路３０２に入力される。整流回路３０２は、入力信号から電源信号成分を取り出し、電源電圧ＶＤＤ１を発生させる。シャントレギュレータ３０３は、電源電圧ＶＤＤ１を監視し、電源電圧ＶＤＤ１が一定となるように短絡電流を制御する。すなわち、整流回路３０２の入力電圧ＶＢ１、もしくは入力電圧ＶＢ２に応じて変化する整流回路３０２の出力電圧を短絡電流の制御によって一定に保つ。信号抽出回路３０６は、この電流変化を抽出信号として検出し、復調回路３０４へ出力する。なお、信号抽出回路３０６の抽出する電流信号Ａ１は、整流回路３０２を構成する整流素子のオン抵抗に依存しない。
図６は、開放電圧（受信電圧）ＶＡの波形例を示す図である。開放電圧ＶＡは、周期Ｔ２の信号データが周期Ｔ１の搬送波で変調されている。例えば、周期Ｔ１は１ｎｓ、周期Ｔ２は２５μｓである。信号データは、“０”又は“１”のデジタル信号である。ピーク部ＰＫは例えば信号データ“１”を示し、ボトム部ＢＴは信号データ“０”を示す。
図２において、開放電圧ＶＡが６Ｖであれば、通信距離ＬＥが１ｍであると判定することができる。容量Ｃａに蓄積される電源電圧ＶＤＤ１は、例えば３Ｖである。整流回路３０２の電圧降下は、例えば０．３Ｖである。抵抗Ｒａは、例えば１ｋΩである。その場合、電圧ＶＢが３．３Ｖ（＝３＋０．３）を超えたときのみ、電流Ａ１が流れる。すなわち、電流Ａ１は、開放電圧ＶＡが３．３Ｖを超えた信号波形に対応する。開放電圧ＶＡが６Ｖの時、抵抗Ｒａを流れる電流Ａ１は、次式で表される。
Ａ１＝（６Ｖ−３．３Ｖ）／１ｋΩ＝２．７ｍＡ
図５は、図１の復調回路３０４の構成例を示す図である。ピーク検出回路５０１は、電流信号Ａ１のピーク部ＰＫ（図６）を検出する。ボトム検出回路５０２は、電流信号Ａ１のボトム部ＢＴ（図６）を検出する。中間レベル検出回路５０３は、ピーク検出回路５０１で検出されたピーク部ＰＫの電流値Ａ２とボトム部５０２で検出されたボトム部ＢＴの電流値Ａ３との中間値（平均値）Ａ４を検出する。コンパレータ５０４は、電流信号Ａ１及び中間値Ａ４を比較し、比較結果をデジタルデータ信号Ａ５としてデジタル信号処理部３０５に出力する。例えば、電流信号Ａ１が中間信号Ａ４より大きければデータ信号Ａ５として“１”を出力し、電流信号Ａ１が中間信号Ａ４より小さければデータ信号Ａ５として“０”を出力する。Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換回路５０５は、デジタル信号処理部３０５からスタート信号ＳＴを入力すると、ピーク部ＰＫの電流値Ａ２をアナログ形式からデジタル形式に変換し、デジタル信号Ａ６をデジタル信号処理部３０５に出力する。
上記のように、ピーク部ＰＫを検出してピーク電流値Ａ２をデジタル信号に変換することにより、データ内容に依存しない受信信号（電流）の大きさを測定することができる。これにより、正確な距離情報を得ることができる。なお、Ａ／Ｄ変換回路５０５において、ピーク電流値Ａ２の代わりに、ボトム電流値Ａ３をアナログ形式からデジタル形式に変換してもよい。
図７は、図３のデジタル信号処理部３０５の構成例を示す図である。ロジック回路７０１は、復調回路３０４からデータ信号Ａ５を入力し、そのデータ信号Ａ５のコマンドに応じた処理を行う。そのコマンド内でＩＤ番号が指定されているときには、そのＩＤ番号と自己のＩＤ番号が同じときのみ、ロジック回路７０１は処理を行う。
ロジック回路７０１は、リーダライタ１０１からＩＤ番号質問波を受信したときには、メモリ７０４内の自己のＩＤ番号を読み出し、送信回路７０５に送信指示する。送信回路７０５は、そのＩＤ番号を送信信号Ａ７として出力する。
デジタル信号処理部３０５は、受信信号の大きさを示す信号Ａ６をそのままリーダライタ１０１に送信する場合には変換回路７０２が不要である。パラレル／シリアル変換回路７０３は、例えば７ビットの信号Ａ６をパラレルからシリアルに変換し、送信回路７０５に出力する。ロジック回路７０１は、リーダライタ１０１から距離質問波を受信したときには、信号Ａ６を送信するように送信回路７０５に指示する。送信回路７０５は、信号Ａ６のシリアル信号をＩＤ番号と共に送信信号Ａ７として出力する。
次に、変換回路７０２を設ける場合を説明する。変換回路７０２は、図２のグラフと同様に、電流Ａ６から通信距離ＬＥに変換するためのテーブル又は変換式を有し、電流Ａ６から通信距離ＬＥへの変換を行う。パラレル／シリアル変換回路７０３は、その通信距離ＬＥの信号をパラレルからシリアルに変換し、送信回路７０５に出力する。ロジック回路７０１は、リーダライタ１０１から距離質問波を受信したときには、通信距離ＬＥを送信するように送信回路７０５に指示する。送信回路７０５は、通信距離ＬＥのシリアル信号をＩＤ番号と共に送信信号Ａ７として出力する。
送信信号Ａ７は、変調回路３０１により変調され、アンテナ部１０３からリーダライタ１０１に無線送信される。
また、ロジック回路７０１は、距離質問波（コマンド）を受信すると、Ａ／Ｄ変換のスタート信号ＳＴをＡ／Ｄ変換回路５０５に出力する。Ａ／Ｄ変換回路５０５は、スタート信号ＳＴが入力されると、アナログ形式からデジタル形式への変換を開始する。
また、Ａ／Ｄ変換回路５０５は、スタート信号ＳＴにかかわらずにアナログ形式からデジタル形式への変換を行ってもよい。そのデジタル信号又は距離情報は、復調回路３０５内に記憶される。ロジック回路７０１は、距離質問波（コマンド）を受信すると、その記憶されている上記のデジタル信号又は距離情報を送信処理することができる。
図８は、図５のＡ／Ｄ変換回路５０５の構成例を示す回路図である。Ａ／Ｄ変換回路５０５は、フラッシュ型Ａ／Ｄ変換器８０１、Ａ／Ｄインターフェース８０２、エンコーダ８０３、レジスタ８０４及びコントローラ８０５を有する。
コントローラ８０５は、それぞれ、制御信号ＶＤＩＶ２、ＶＤＩＶ４、ＶＤＩＶ８、ＶＤＩＶ１６、ＶＤＩＶ３２及びＶＭＵＬ２を介して、セレクタ８２１〜８２６を制御する。除算器８１１は、受信電流Ａ２を１／２にして出力する。セレクタ８２１は、制御信号ＶＤＩＶ２に応じて、受信電流Ａ２又は除算器８１１の出力信号を選択して出力する。除算器８１２は、セレクタ８２１の出力信号を１／２にして出力する。セレクタ８２２は、制御信号ＶＤＩＶ４に応じて、セレクタ８２１の出力信号又は除算器８１２の出力信号を選択して出力する。除算器８１３は、セレクタ８２２の出力信号を１／２にして出力する。セレクタ８２３は、制御信号ＶＤＩＶ８に応じて、セレクタ８２２の出力信号又は除算器８１３の出力信号を選択して出力する。除算器８１４は、セレクタ８２３の出力信号を１／２にして出力する。セレクタ８２４は、制御信号ＶＤＩＶ１６に応じて、セレクタ８２３の出力信号又は除算器８１４の出力信号を選択して出力する。除算器８１５は、セレクタ８２４の出力信号を１／２にして出力する。セレクタ８２５は、制御信号ＶＤＩＶ３２に応じて、セレクタ８２４の出力信号又は除算器８１５の出力信号を選択して出力する。乗算器８１６は、セレクタ８２５の出力信号を２倍にして出力する。セレクタ８２６は、制御信号ＶＭＵＬ２に応じて、セレクタ８２５の出力信号又は乗算器８１６の出力信号を選択して出力する。スイッチ８２７は、制御信号ＶＴに応じて、セレクタ８２６の出力信号を演算器８３１〜８３８に出力する。
演算器８３１〜８３８は、セレクタ８２６の出力信号を、それぞれ１倍、１５／１６倍、１４／１６倍、１３／１６倍、１２／１６倍、１１／１６倍、１０／１６倍、９／１６倍して出力する。コンパレータ８４１〜８４８は、それぞれ演算器８３１〜８３８の出力信号と基準電流ＩＢとを比較し、比較結果をＡ／Ｄインターフェース８０２を介してエンコーダ８０３に出力する。
エンコーダ８０３は、コンパレータ８４１〜８４８の比較結果をエンコードし、下位４ビットのデジタル信号ＶＹを出力する。コントローラ８０５は、セレクタ８２１〜８２６の選択状態に応じて、レジスタ８０４に上位３ビットのデジタル信号ＶＥを出力する。７ビットのデジタル信号Ａ６は、上位３ビット信号ＶＥ及び下位４ビット信号ＶＹからなり、Ａ／Ｄ変換回路５０５の出力信号となる。
セレクタ８２１〜８２６は、受信電流Ａ２を２倍〜１／３２倍の大きさにすることができる。上位３ビット信号ＶＥは、その倍率に対応する。コンパレータ８４１〜８４８は、さらに、その信号を１倍〜９／１６倍した信号と基準電流ＩＢとの比較を行い、１／１６精度の比較を行う。その比較結果が、下位４ビット信号ＶＹに対応する。コントローラ８０５は、コンパレータ８４１の出力信号に対応する信号ＶＤＯＷＮ及びコンパレータ８４８の出力信号に対応する信号ＶＵＰに応じて、制御を行う。以上の構成により、Ａ／Ｄ変換回路５０５は、アナログ信号Ａ２をデジタル信号Ａ６に変換することができる。
以上のように、Ａ／Ｄ変換回路５０５は、演算器８１１〜８１６及びセレクタ８２１〜８２６により、受信した信号値を２Ｍ倍又は２Ｍ分の１（Ｍは自然数）にし、それを基に基準信号値ＩＢと比較することにより、その受信した信号値をアナログ形式からデジタル形式に変換する。
また、Ａ／Ｄ変換回路５０５は、演算器８３１〜８３８により、その２Ｍ倍又は２Ｍ分の１にされた信号値をＮ／Ｐ倍（Ｎ及びＰは自然数）し、それを基準信号値ＩＢと比較することにより、その受信した信号値をアナログ形式からデジタル形式に変換する。
図９は、図８の基準電流ＩＢを生成するための回路の構成例を示す回路図である。基準電圧発生回路（ＢＧＲ）９０１は、基準電圧Ｖ１を生成する。コンパレータ９０２は、電圧Ｖ１及びＶ２を比較し、その比較結果をｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ９０５のゲートに出力する。電圧Ｖ２は、トランジスタ９０５のドレイン電圧である。トランジスタ９０５のドレインは、抵抗９０４を介してグランドに接続される。トランジスタ９０５のソースは電源電圧に接続される。ｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ９０６は、ゲートがトランジスタ９０５のゲートに接続され、ソースが電源電圧に接続される。トランジスタ９０６のドレイン電流が基準電流ＩＢとなる。
コンパレータ９０２及びトランジスタ９０５の働きにより、電圧Ｖ２は電圧Ｖ１と同じになる。電圧Ｖ１及びＶ２は、例えば１．２Ｖである。抵抗９０４は、例えば１．２ＭΩである。抵抗９０４を流れる電流ＩＡは、１．２Ｖ／１．２ＭΩ＝１μＡである。トランジスタ９０５及び９０６は、カレントミラー回路を構成し、電流ＩＡ及びＩＢは同じになる。これにより、基準電流ＩＢは、１μＡの定電流となる。
図１０は、図１のリーダライタ１０１の構成例を示す図である。上記のタグ１０２が信号の大きさをリーダライタ１０１に送信する場合には、リーダライタ１０１は変換回路１００６を必要とする。これに対し、上記のタグ１０２が距離情報をリーダライタ１０１に送信する場合には、リーダライタ１０１は変換回路１００６が不要である。
リーダライタ１０１は、タグ１０２に無線信号で電源を供給し、タグ１０２と無線通信を行うため、アンテナ部１００１、共用器１００２、増幅器１００３、直交ミキサ１００４、フィルタ１００７、復調器１００８、発振器１００９、フィルタ１０１０、ＡＳＫ変調器１０１１、増幅器１０１２、及び処理回路１００５を有する。以下、動作を説明する。
リーダライタ１０１はＬＡＮ１０１３とで情報信号の受信又はタイミング情報の送信を処理回路１００５を介して行なう。処理回路１００５は自身で生成したコマンドおよびＬＡＮ１０１３から受信した情報信号をフィルタ１０１０へ出力する。フィルタ１０１０はプロセッサ１００５からのデータの帯域を制限した信号としてＡＳＫ変調器１０１１へ出力する。ＡＳＫ変調器１０１１は発振器１００９からの搬送信号をフィルタ１０１０からの信号にてＡＳＫ（振幅変調）される。また、ＡＳＫ信号は増幅器１０１２で増幅され、共用器１００２、アンテナ１００１を介してＲＦタグに向けて送信する。
次に、リーダーにおけるＲＦタグからの信号（アンテナの反射率を変えて変調した信号のことを示す）の受信動作については、図１０を用いて以下のとおり説明する。
アンテナ１００１は受信した信号（以下、変調信号と称す。）を、共用器１００２を介し、増幅器１００３で増幅して直交ミキサ１００４に出力する。直交ミキサ１００４は増幅された変調信号を発振器１００９の出力によりＩＦ信号に復調する。フィルタ１００７はＬＰＦで、高周波成分を除去することで、ＩＦ信号の隣接チャンネル間干渉を抑えるのに使用している。
復調器１００８はフィルタ１００７からの信号をデータに復調して、プロセッサ１００５へ出力する。プロセッサ１００５は復調されたデータを処理する、またはプロセッサ１００５はＬＡＮ１０１３にタグから読み込んだデータ等を出力する。
まず、リーダライタ１０１がタグ１０２から距離情報を受信した場合を説明する。その場合、処理回路１００５は、復調された信号を基に直ちに距離情報を得ることができる。
次に、リーダライタ１０１がタグ１０２から信号の大きさを受信した場合を説明する。処理回路１００５内の変換回路１００６は、図７の変換回路７０２と同様であり、復調された信号の大きさを距離情報に変換する。これにより、処理回路１００５は、距離情報を得ることができる。
また、信号の大きさをそのままＬＡＮへ出力し、ＬＡＮに接続された別のシステム２０１内に変換回路２００１があり、これが図７の変換回路と同様であり、復調された信号の大きさを距離情報に変換する場合もある。
以上のように、リーダライタ１０１は、アンテナを介して信号をタグ１０２へ送信する。次に、タグ１０２は、リーダライタ１０１からアンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換し、そのデジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介してリーダライタ１０１へ送信する。次に、リーダライタ１０１は、その送信された信号をアンテナを介してタグ１０２から受信して距離情報を得る。リーダライタ１０１が上記のデジタル形式の信号を受信したときには、その受信した信号を基に距離情報に変換する。
少なくとも１個の移動可能なタグ１０２に対して２次元又は３次元に固定された複数のリーダライタ１０１を設ければ、複数のリーダライタ１０１とタグ１０２との間のそれぞれの距離を測定することができる。これにより、リーダライタ１０１は、タグ１０２の２次元座標又は３次元座標の位置を演算して求めることができる。
また、少なくとも１個の移動可能なリーダライタ１０１に対して２次元又は３次元に固定された複数のタグ１０２を設ければ、複数のタグ１０２とリーダライタ１０１との間のそれぞれの距離を測定することができる。これにより、リーダライタ１０１は、リーダライタ１０１の２次元座標又は３次元座標の位置を演算して求めることができる。
本実施形態は、上記の特許文献１に比べ、複数のアンテナを使用せず、到達距離が段階的に異なる質問波を順に発することもないので、コストを低減することができる。また、複数回の異なる質問波でアクセスするのではないので、高速に距離を測定することが可能になる。また、本実施形態は、上記の特許文献２のようにリーダライタがタグからの戻りの無線信号の時間、強度又は波形形状を検出してタグの距離を決定するシステムに比べ、信号のばらつきが小さく、信号の電力が大きいので、雑音耐力が高く、距離を正確に測定することができる。
また、本実施形態は、上記の特許文献２のようにリーダライタがタグで反射した戻り信号を測定する場合に比べ、タグの反射係数のバラツキに依存しない。また、本実施形態のタグが受信する電力は、特許文献２の反射してさらに減衰した後にリーダライタに届く信号に比べ、はるかに大きいため、雑音耐力が高い。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の実施形態は、例えば以下のように種々の適用が可能である。
（付記１）
アンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して送信する送信回路と
を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ装置。
（付記２）
さらに、前記受信した信号を整流する整流回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記整流された信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記３）
さらに、前記整流された信号を基に電源電圧を充電するための容量を有することを特徴とする付記２記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記４）
さらに、前記容量に充電される電源電圧を一定に保つために短絡電流量を制御するシャントレギュレータを有することを特徴とする付記３記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記５）
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記受信した信号の電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記６）
さらに、前記受信した信号の電流をモニタするためのモニタ回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記モニタされた電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記５記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記７）
さらに、前記受信した信号のピーク部を検出するためのピーク検出回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたピーク部の信号をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記８）
さらに、前記受信した信号のボトム部を検出するためのボトム検出回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたボトム部の信号をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記９）
前記アナログ／デジタル変換回路は、特定のコマンドを受信したときに、アナログ形式からデジタル形式への変換を開始することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１０）
前記送信回路は、特定のコマンドを受信したときに、前記信号を送信することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１１）
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記受信した信号値を２Ｍ倍又は２Ｍ分の１（Ｍは自然数）にし、それを基に基準信号値と比較することにより、前記受信した信号値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１２）
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記２Ｍ倍又は２Ｍ分の１にされた信号値をＮ／Ｐ倍（Ｎ及びＰは自然数）し、それを基準信号値と比較することにより、前記受信した信号値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１３）
前記送信回路は、前記デジタル形式の信号を距離情報に変換し、その距離情報をアンテナを介して送信することを特徴とする付記１記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１４）
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記受信した信号の電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記４記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１５）
さらに、前記整流された信号の電流をモニタするためのモニタ回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記モニタされた電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１４記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１６）
さらに、前記モニタされた電流のピーク部を検出するためのピーク検出回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたピーク部の電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１５記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１７）
さらに、前記モニタされた電流のボトム部を検出するためのボトム検出回路を有し、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたボトム部の電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする付記１５記載のＲＦＩＤタグ装置。
（付記１８）
アンテナを介して信号を送信する送信回路と、
前記送信した信号の大きさを示す信号をアンテナを介して受信し、その受信した信号を基に距離情報に変換する変換回路と
を有することを特徴とするＲＦＩＤリーダライタ装置。
（付記１９）
ＲＦＩＤリーダライタ装置及びＲＦＩＤタグ装置を有する距離測定システムであって、
前記ＲＦＩＤリーダライタ装置は、
アンテナを介して信号を前記ＲＦＩＤタグ装置へ送信する第１の送信回路と、
前記送信後に信号をアンテナを介して前記ＲＦＩＤタグ装置から受信して距離情報を得る処理回路とを有し、
前記ＲＦＩＤタグ装置は、
前記ＲＦＩＤリーダライタ装置からアンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して前記ＲＦＩＤリーダライタ装置へ送信する第２の送信回路とを有することを特徴とする距離測定システム。
（付記２０）
前記処理回路は、前記受信した信号を基に距離情報に変換することを特徴とする付記１９記載の距離測定システム。
本発明の実施形態による距離測定システムの構成例を示す図である。 通信距離及び受信電圧の関係を示すグラフである。 タグの構成例を示す図である。 整流回路及び信号抽出回路の構成例を示す回路図である。 復調回路の構成例を示す図である。 受信電圧の波形例を示す図である。 デジタル信号処理部の構成例を示す図である。 Ａ／Ｄ変換回路の構成例を示す回路図である。 基準電流を生成するための回路の構成例を示す回路図である。 リーダライタの構成例を示す図である。
符号の説明
１０１ リーダライタ
１０２ タグ
１０３ アンテナ部
１０４ タグＩＣ
３０１ 変調回路
３０２ 整流回路
３０３ シャントレギュレータ
３０４ 復調回路
３０５ デジタル信号処理部
３０６ 信号抽出回路

Claims (10)

  1. アンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
    前記デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して送信する送信回路と
    を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ装置。
  2. 前記アナログ／デジタル変換回路は、前記受信した信号の電流値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  3. さらに、前記受信した信号のピーク部を検出するためのピーク検出回路を有し、
    前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたピーク部の信号をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  4. さらに、前記受信した信号のボトム部を検出するためのボトム検出回路を有し、
    前記アナログ／デジタル変換回路は、前記検出されたボトム部の信号をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  5. 前記アナログ／デジタル変換回路は、特定のコマンドを受信したときに、アナログ形式からデジタル形式への変換を開始することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  6. 前記送信回路は、特定のコマンドを受信したときに、前記信号を送信することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  7. 前記アナログ／デジタル変換回路は、前記受信した信号値を２Ｍ倍又は２Ｍ分の１（Ｍは自然数）にし、それを基に基準信号値と比較することにより、前記受信した信号値をアナログ形式からデジタル形式に変換することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  8. 前記送信回路は、前記デジタル形式の信号を距離情報に変換し、その距離情報をアンテナを介して送信することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ装置。
  9. アンテナを介して信号を送信する送信回路と、
    前記送信した信号の大きさを示す信号をアンテナを介して受信し、その受信した信号を基に距離情報に変換する変換回路と
    を有することを特徴とするＲＦＩＤリーダライタ装置。
  10. ＲＦＩＤリーダライタ装置及びＲＦＩＤタグ装置を有する距離測定システムであって、
    前記ＲＦＩＤリーダライタ装置は、
    アンテナを介して信号を前記ＲＦＩＤタグ装置へ送信する第１の送信回路と、
    前記送信後に信号をアンテナを介して前記ＲＦＩＤタグ装置から受信して距離情報を得る処理回路とを有し、
    前記ＲＦＩＤタグ装置は、
    前記ＲＦＩＤリーダライタ装置からアンテナを介して受信した信号の大きさをアナログ形式からデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
    前記デジタル形式の信号又はそれを基にした信号をアンテナを介して前記ＲＦＩＤリーダライタ装置へ送信する第２の送信回路とを有することを特徴とする距離測定システム。
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