JP2007096482A - Ｒｆｉｄシステム，リーダ及びタグ - Google Patents

Abstract

【課題】 使用するタグの種類が同一である場合でも、リーダ側が必要に応じて通信対象を限定して通信を行うことができるＲＦＩＤシステムを提供する。
【解決手段】 ＲＦＩＤタグ１４を、リーダ１によって送信される受信電力と動作レベル記憶メモリ２２に記憶されている下限値とを比較して、受信電力が下限値以上である場合にリーダ１に対して応答を返すように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定の電力を送信するリーダと、送信された電力を受信して動作するタグとで構成されるＲＦＩＤシステム、また、そのシステムに使用されるリーダ及びタグに関する。

ＲＦＩＤシステムは、例えば物流などの分野で広く利用されている。そして、物流の形態によっては、夫々にタグが付された複数の商品を１つのコンテナに収容し、そのコンテナ自体にも識別用のタグが付されている場合がある。斯様な場合において、リーダによってコンテナに付されているタグだけを認識しようとしても、その内部に収容されている商品のタグまでを認識してしまうという問題がある。
例えば、特許文献１には、タグに相当する無線通信媒体の種類に応じて送信電力レベルを設定し、通信を行なう無線通信媒体処理装置が開示されている。
特開２００２−３６８６２９号公報

即ち、特許文献１は、使用するタグの種類が異なることを前提とした技術であり、使用するタグの種類が同一である場合に発生する上記のような問題を解決することはできない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用するタグの種類が同一である場合でも、リーダ側が必要に応じて通信対象を限定して通信を行うことができるＲＦＩＤシステム、また、そのシステムに使用されるリーダ及びタグを提供することにある。

請求項１記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグは、リーダによって送信される受信電力と記憶手段に記憶されている下限値とを比較して、受信電力が下限値以上である場合にリーダに対して応答を返す。即ち、リーダは、特定のタグとだけ通信を行う必要がある場合は、通信対象とするタグが記憶保持している下限値以上の電力を与えるように送信を行うようにすれば良い。従って、使用するタグの種類が同一である場合でも、リーダ側が必要に応じて通信対象を限定して通信を行うことが可能となる。

請求項２記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグは、リーダによって送信される受信電力を記憶手段に記憶されている上限値とも比較して、受信電力が下限値以上で且つ上限値以下であった場合に、リーダに対して応答を返す。従って、リーダは、特定のタグとだけ通信を行う必要がある場合は、通信対象とするタグが記憶保持している下限値以上で且つ上限値以下となる電力を与えるように送信を行えば良いので、２個若しくは２群以上のタグを夫々異なる通信対象とする場合に、排他制御が容易となる。

請求項３記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグは、リーダによって送信された電力レベル設定コマンドを受信すると、そのコマンドフレーム中に配置されている受信電力レベルを記憶手段に書込んで設定する。従って、リーダは、電力レベル設定コマンドを送信することで、その時々に応じて通信対象に選択すべきタグを決定することが可能となる。

請求項４記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグが備える比較手段による比較動作が、リーダより送信されるコマンドが電力レベル設定コマンド以外のコマンドである場合に有効となるように構成する。従って、リーダがタグに電力レベル設定コマンドを送信した場合、タグは、受信電力レベルにかかわらず、その送信されたコマンドを受け入れることが可能となる。

請求項５記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグが備える電力検出手段は、受信電力によって得られるタグの動作電源電圧をＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換して比較手段に出力する。従って、比較手段は、Ａ／Ｄ変換された受信電力の検出値と、記憶手段に記憶されている下限値及び／又は上限値とを、デジタルデータとして比較することができる。

請求項６記載のＲＦＩＤシステムによれば、タグが備える記憶手段を、書換え可能な不揮発性メモリで構成するので、一度書き込まれて記憶されたデータは、タグの動作用電源の供給が断たれた場合でも保持することができる。

請求項７記載のＲＦＩＤシステムによれば、リーダを、送信手段を介して送信する信号の電力レベルが変更可能となるように構成し、複数のタグを、リーダにより送信される電力を受信した場合に、応答する条件としての受信電力範囲が異なる設定となるように構成する。そして、リーダは、複数のタグから通信対象とするものを選択すると、その通信対象に応じた送信電力レベルを設定して通信を行う。従って、複数のタグの種類が同一である場合でも、リーダは、自身が送信する電力レベルを適宜変更することで、それらのタグの一部を通信対象として選択することができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図６を参照して説明する。図１は、ＲＦＩＤタグ用のリーダ（但し、データの書き込み機能も備えている）１の電気的構成を示す機能ブロック図である。リーダ（通信装置）１は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ，制御手段）２によって制御される。データ符号化部３は、ＣＰＵ２より出力される送信データを例えばマンチェスタ符号などに符号化してＡＳＫ変調器４に出力する。

ＡＳＫ変調器４は、高周波発振器５より出力されるキャリア（搬送波）と、データ符号化部３より出力される符号化された送信信号（変調信号）とを乗算することでＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調した被変調信号を高周波増幅器６に出力する。また、高周波増幅器６のゲインはＣＰＵ２によって制御され、高周波増幅器６は、設定されたゲインで入力信号を増幅すると、フィルタ７に出力する。フィルタ７は、フィルタリングした送信信号を、サーキュレータ８を介してアンテナ（送信手段）９に出力する。すると、送信信号が電磁波としてアンテナ９より外部に送信される。ＣＰＵ２は、以上の送信系によってＲＦＩＤタグ側にコマンドを送信する。

また、サーキュレータ８には受信側のフィルタ１０の入力端子が接続されており、アンテナ９並びにサーキュレータ８を介して受信された信号はフィルタリングされた後、復調器であるミキサ１１に与えられて復調される。ミキサ１１には、復調用に周波発振器５より出力されるキャリアが与えられている。復調された信号は、２値化処理用のコンパレータ１２において２値化されると、データ復元部１３において復号化される。そして、復号化された受信データはＣＰＵ２に出力される。即ち、ＣＰＵ２は、以上の受信系によってＲＦＩＤタグからのレスポンス（返信）を受信する。

図２は、ＲＦＩＤタグ１４の電気的構成を示す機能ブロック図である。ＲＦＩＤタグ１４は、アンテナ（受信手段）１５を介してリーダ１により送信された信号を受信すると、電源再生回路１６において受信した信号を整流平滑して電源を再生する。そして、再生された電源は、レギュレータ１７及び受信電力検出器（電力検出手段）１８に与えられる。レギュレータ１７は、電源再生回路１６によって再生された電源を所定の電圧に安定化させて、ＲＦＩＤタグ１４の各部に供給する。

また、受信信号は、復調／変調器１９に与えられて復調され、復調信号がＣＰＵ／ロジック部２０（以下、単にＣＰＵと称す）に出力される。受信電力検出器１８は、Ａ／Ｄ変換回路を備えて構成され、電源再生回路１６で再生された電源の電圧をＡ／Ｄ変換したデータを比較判断部（比較手段）２１に出力する。比較判断部２１は、マグニチュードコンパレータで構成され、受信電力検出器１８より出力される上記データと、ＣＰＵ２０によって動作レベル記憶メモリ（記憶手段）２２に書き込まれ、出力されるデータとを比較する。そして、両者の比較結果をＣＰＵ２０に出力する。

動作レベル記憶メモリ２２は、書換え可能な不揮発性のメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭで構成されている。そして、ＣＰＵ２０は、後述するようにリーダ１によって動作レベル設定コマンドが送信されると、そのコマンドフレーム内にセットされる動作電力レベル値を、動作レベル記憶メモリ２２に書き込んで記憶させるようになっている。
ここで、「動作電力レベル」とは、リーダ１によってコマンドが送信された場合に、ＲＦＩＤタグ１４がそのコマンドを実行してレスポンスを送信するか否かを判定するための下限電力レベル（電圧値）である。従って、比較判断部２１は、受信電力検出器１８より出力されるデータが、動作レベル記憶メモリ２２に書き込まれたデータ以上である場合にアクティブとなる比較判定信号を、ＣＰＵ２０に出力するように構成されている。
また、ＣＰＵ２０が、復調／変調器１９に送信データを出力すると、復調／変調器１９は、リーダ１によって送信されている搬送波を負荷変調することで、リーダ１側に応答データを送信するようになっている。

次に、本実施例の作用について図３乃至図６も参照して説明する。図３は、ＲＦＩＤタグ１４のＣＰＵ２０による制御内容を示すフローチャートである。ＣＰＵ２０は、リーダ１より何らかのコマンドを受信するまで待機しており（ステップＳ１）、コマンドを受信すると（「ＹＥＳ」）、受信したコマンドが動作電力レベル設定コマンドか否かを判断する（ステップＳ２）。
動作電力レベル設定コマンドを受信すると（ステップＳ２，「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４に移行して受信したコマンドを実行する。この場合は、上述したようにコマンドフレーム内にセットされる動作電力レベル値を、動作レベル記憶メモリ２２に書き込んで記憶させる。それから、リーダ１にレスポンスを送信する（ステップＳ５）。

ここで、図４（ａ）には、動作電力レベル設定コマンドのフレーム構成の一例を示す。コマンドフレームは、以下のように構成されている。
ＣＭＤ１：動作電力レベル設定コマンドコード
ＦＬＡＧ：コマンドの送信対象を全てのタグとするか、特定のタグとするかを
選択するフラグ
ＵＩＤ：特定のタグを選択する場合に設定するタグのＩＤ
ＬＥＶＥＬ：動作電力レベル値（下限値）
ＣＲＣ：フレーム誤り検出用のチェックコード（Cyclic Redundancy Check）

また、図４（ｂ）には、ＲＦＩＤタグ１４が送信するレスポンスのフレーム構成の一例を示す。レスポンスフレームは、以下のように構成されている。
ＦＬＡＧ：正常終了、またはエラー終了を示すフラグ
ＣＯＤＥ：エラー終了した場合のエラー内容を示すコード
ＣＲＣ：フレーム誤り検出用のチェックコード

図５は、リーダ１によって設定される動作電力レベルと、各レベルに対応する電圧設定値の一例を示す。この場合、レベルは「１〜３」の３段階となっており、夫々のレベルに対応する電圧値は、３．５Ｖ，２．５Ｖ，１．５Ｖとなっている。
そして、図６は、リーダ１がＲＦＩＤタグ１４に動作電力レベル設定コマンドを送信した場合における、リーダ１，ＲＦＩＤタグ１４，動作レベル記憶メモリ２２間の処理の流れを示すシーケンス図である。

再び図３を参照する。以上のようにして、リーダ１より動作電力レベル設定コマンドが送信され、ＲＦＩＤタグ１４が、動作電力レベル値を動作レベル記憶メモリ２２に書き込んで記憶させたとする。それ以降に、リーダ１より動作電力レベル設定コマンド以外のコマンドが送信されると、ＣＰＵ２０は、ステップＳ２で「ＮＯ」と判断し、比較判断部２１より出力される比較判定信号がアクティブとなっているか否かを判断する（ステップＳ３）。

比較判定信号がインアクティブであれば（「ＮＯ」）、その時の受信電力レベルが設定された動作電力レベル未満であるから、ＣＰＵ２０は、送信されたコマンドを実行することなくステップＳ１に戻る。一方、比較判定信号がアクティブであれば（「ＹＥＳ」）、その時の受信電力レベルが設定された動作電力レベル以上であるから、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４に移行して受信したコマンドを実行し、レスポンスを送信する（ステップＳ５）。
従って、リーダ１は、通信対象を一部のＲＦＩＤタグ１４に限定して通信を行う必要がある場合は、最初に動作電力設定レベル「１〜３」を夫々設定するようにコマンドを送信する。そして、最初は自身の送信電力レベルが「３」以上で且つ「２」未満となるように高周波増幅器６のゲインを設定してコマンドを送信する。すると、動作電力設定レベルが「３」であるＲＦＩＤタグ１４だけが、その送信に応答する。

それから、リーダ１は、動作電力設定レベルが「３」のＲＦＩＤタグ１４が応答しないように「スリープ」させるコマンドを送信し、次に自身の送信電力レベルが「２」以上で且つ「１」未満となるようにゲインを設定してコマンドを送信する。すると、動作電力設定レベルが「２」であるＲＦＩＤタグ１４だけがその送信に応答する。
同様にして、動作電力設定レベルが「２」のＲＦＩＤタグ１４にも「スリープ」させるコマンドを送信し、次に自身の送信電力レベルが「１」以上となるようにゲインを設定してコマンドを送信すれば、動作電力設定レベルが「１」であるＲＦＩＤタグ１４だけがその送信に応答するようになる。

以上のように本実施例によれば、ＲＦＩＤタグ１４は、リーダ１によって送信される受信電力と動作レベル記憶メモリ２２に記憶されている下限値とを比較して、受信電力が下限値以上である場合にリーダ１に対して応答を返すように構成した。即ち、リーダ１は、特定のＲＦＩＤタグ１４とだけ通信を行う必要がある場合は、それらのＲＦＩＤタグ１４が記憶保持している下限値以上の電力を与えるように送信を行えば良いので、使用するＲＦＩＤタグ１４の種類が同一である場合でも、リーダ１側が必要に応じて通信対象を限定して通信を行うことが可能となる。

また、ＲＦＩＤタグ１４の受信電力検出器１８は、受信電力によって得られる動作電源電圧をＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換して比較判断部２１に出力するので、比較判断部２１は、Ａ／Ｄ変換された受信電力の検出値と、動作レベル記憶メモリ２２に記憶されている下限値とをデジタルデータで比較することができる。そして、ＲＦＩＤタグ１４が備える動作レベル記憶メモリ２２を、書換え可能な不揮発性メモリで構成したので、一度書き込まれて記憶されたデータは、ＲＦＩＤタグ１４の動作用電源の供給が断たれた場合でも保持することができる。
更に、ＲＦＩＤタグ１４が備える比較判断部２１による比較動作が、リーダ１より送信されるコマンドが、電力レベル設定コマンド以外のコマンドである場合に有効としたので、リーダ１が電力レベル設定コマンドを送信した場合、ＲＦＩＤタグ１４は、その時の受信電力レベルにかかわらず送信されたコマンドを受け入れることができる。

（第２実施例）
図７乃至図１０は本発明の第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例の構成は、リーダ１は基本的に第１実施例と同様であるが、図７に示すＲＦＩＤタグ３１の構成が若干異なっている。また、リーダ１は、ＲＦＩＤタグ３１に対して動作電力レベル設定コマンドを送信する場合に、第１実施例と同様の動作電力レベルの下限値に加えて、上限値も設定するように構成されている。

図７に示すように、ＲＦＩＤタグ３１の動作レベル記憶メモリ（記憶手段）３２には、ＣＰＵ３３によって動作電力レベルの上限値及び下限値が書き込まれ、それらのデータが比較判断部３４に出力されている。そして、比較判断部（比較手段）３４は、下限比較用と上限比較用のコンパレータを２つ備えており、夫々の比較判定信号は、受信電力検出器１８より出力されるデータが下限値以上ある場合、上限値以下である場合にアクティブとなってＣＰＵ３３に出力されるように構成されている。

次に、第２実施例の作用について図８乃至図１０も参照して説明する。図８は、図４（ａ）相当図の動作電力レベル設定コマンドのフレーム構成を示すもので、図４（ａ）と異なる部分のみ説明する。
ＣＭＤ２：動作電力レベル設定コマンドコード
ＬＥＶＥＬ＿ＭＩＮ：動作電力レベル下限値
ＬＥＶＥＬ＿ＭＡＸ：動作電力レベル上限値
即ち、フレーム中には動作電力レベルの上限値が追加されている。また、ＲＦＩＤタグ３１が送信するレスポンスフレームは、図４（ｂ）に示すものと同様である。

また、図９は図５相当図である。この場合、レベルは「１，２」の２段階となっており、夫々のレベルに対応する電圧値は、レベル「１」が２．５Ｖ〜３．０Ｖ，レベル「２」が１．５Ｖ〜２．０Ｖとなっている。そして、図１０に示すフローチャートにおいて、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断すると、ステップＳ４では、コマンドフレーム内にセットされる動作電力レベルの下限値並びに上限値を、動作レベル記憶メモリ３２に書き込んで記憶させる。

それ以降に、リーダ１より動作電力レベル設定コマンド以外のコマンドが送信されると、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２で「ＮＯ」と判断し、比較判断部３４より出力される下限比較判定信号がアクティブとなっているか否かを判断する（ステップＳ３´，実質的にステップＳ３に等しい）。そして、下限比較判定信号がアクティブとなっていれば（「ＹＥＳ」）、続いて上限比較判定信号がアクティブとなっているか否かを判断する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、上限比較判定信号がインアクティブであれば（「ＮＯ」）、ＣＰＵ３３は、送信されたコマンドを実行することなくステップＳ１に戻る。一方、上限比較判定信号がアクティブであれば（「ＹＥＳ」）、その時の受信電力レベルが設定された動作電力レベルの下限値以上且つ上限値以下となっているから、ＣＰＵ３３は、ステップＳ４に移行して受信したコマンドを実行し、レスポンスを送信する（ステップＳ５）。

従って、第２実施例の場合、リーダ１は、通信対象を一部のＲＦＩＤタグ３１に限定して通信を行う必要がある場合は、最初に動作電力設定レベル「１，２」を夫々設定するようにコマンドを送信する。そして、最初は自身の送信電力レベルが「１」に相当する範囲となるように高周波増幅器６のゲインを設定してコマンドを送信する。すると、動作電力設定レベルが「１」に設定されているＲＦＩＤタグ３１だけが、その送信に応答する。
それから、リーダ１は、自身の送信電力レベルが「２」に相当する範囲となるようにゲインを設定してコマンドを送信する。すると、動作電力設定レベルが「２」に設定されているＲＦＩＤタグ３１だけがその送信に応答する。

以上のように第２実施例によれば、複数のＲＦＩＤタグ３１を、リーダ１により送信される電力を受信した場合に、応答する条件としての受信電力範囲が異なる設定となるように構成し、リーダ１は、複数のＲＦＩＤタグ３１から通信対象とするものを選択すると、その通信対象に応じた送信電力レベルを設定して通信を行うようにした。
従って、複数のＲＦＩＤタグ３１の種類が同一であっても、リーダ１は、自身が送信する電力レベルを適宜変更することで、それらの一部を通信対象として選択することができる。また、リーダ１は、特定のＲＦＩＤタグ３１とだけ通信を行う必要がある場合は、通信対象とするＲＦＩＤタグ３１が記憶保持している下限値以上で且つ上限値以下となる電力を与えるように送信を行えば良いので、２個若しくは２群以上のＲＦＩＤタグ３１を夫々異なる通信対象とする場合に、排他制御が容易となる。

また、ＲＦＩＤタグ３１は、リーダ１によって送信された電力レベル設定コマンドを受信すると、そのコマンドフレーム中に配置されている受信電力レベルを動作レベル記憶メモリ３２に書込んで設定するので、リーダ１は、その時々に応じて通信対象に選択すべきＲＦＩＤタグ３１を決定することができる。
尚、上記実施例のような電力設定は、特に搬送波周波数がＵＨＦ帯（例えば、９５３ＭＨｚ程度）であるものについて有効である。

本発明は上記し且図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
電力レベルの設定電圧は一例であり、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
第２実施例において、比較判断部３４を、コンパレータ及びロジック回路の組み合わせにより、受信電力検出器１８より出力されるデータが、下限値以上で且つ上限値以下である場合にアクティブとなる比較判定信号を、ＣＰＵ３３に出力するように構成しても良い。この場合、ＣＰＵ３３のソフトウエアによる判断処理を軽減することができる。
動作電力設定レベルは、リーダによってＲＦＩＤタグに書き込むものに限らず、ＲＦＩＤタグのＲＯＭなどに予めセットされていても良い。

本発明の第１実施例であり、ＲＦＩＤタグ用のリーダの電気的構成を示す機能ブロック図 ＲＦＩＤタグの電気的構成を示す機能ブロック図 ＲＦＩＤタグのＣＰＵによる制御内容を示すフローチャート （ａ）は動作電力レベル設定コマンドのフレーム構成、（ｂ）はＲＦＩＤタグが送信するレスポンスのフレーム構成の一例を示す図 リーダによって設定される動作電力レベルと、各レベルに対応する電圧設定値の一例を示す図。 リーダがＲＦＩＤタグに動作電力レベル設定コマンドを送信した場合における、リーダ，ＲＦＩＤタグ，動作レベル記憶メモリ間の処理の流れを示すシーケンス図 本発明の第２実施例を示す図２相当図 図４（ａ）相当図 図５相当図 図３相当図

符号の説明

図面中、１はリーダ、９はアンテナ（送信手段）、１４はＲＦＩＤタグ、１５はアンテナ（受信手段）、１８は受信電力検出器（電力検出手段，Ａ／Ｄ変換回路）、２１は比較判断部（比較手段）、２２は動作レベル記憶メモリ（記憶手段，不揮発性メモリ）、３１はＲＦＩＤタグ、３２は動作レベル記憶メモリ（記憶手段，不揮発性メモリ）、３４は比較判断部（比較手段）を示す。

Claims (9)

1. 所定の電力を送信する送信手段を備えるリーダと、
   このリーダによって送信される電力を受信する受信手段と、前記受信電力を検出する電力検出手段と、受信電力の下限値が記憶される記憶手段と、前記受信電力と前記下限値とを比較する比較手段とを備え、前記受信電力が前記下限値以上である場合に前記リーダに対して応答を返すタグとで構成されることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
2. 前記記憶手段には、受信電力の上限値も記憶され、
   前記比較手段は、前記受信電力を前記上限値とも比較し、
   前記タグは、前記検出された受信電力が前記下限値以上で且つ前記上限値以下であった場合に、前記リーダに対して応答を返すことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤシステム。
3. 前記リーダは、コマンドフレーム中に受信電力レベルを配置した電力レベル設定コマンドを送信し、
   前記タグは、前記電力レベル設定コマンドを受信すると、当該コマンドフレーム中の受信電力レベルを前記記憶手段に書込んで設定することを特徴とする請求項１又は２記載のＲＦＩＤシステム。
4. 前記比較手段による比較動作は、前記リーダより送信されるコマンドが、前記電力レベル設定コマンド以外のコマンドである場合に有効となるように構成されていることを特徴とする請求項３記載のＲＦＩＤシステム。
5. 前記電力検出手段は、前記受信電力によって得られるタグの動作電源電圧をＡ／Ｄ変換して、前記比較手段に出力するＡ／Ｄ変換回路を有して構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のＲＦＩＤシステム。
6. 前記記憶手段は、書換え可能な不揮発性メモリによって構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のＲＦＩＤシステム。
7. 送信手段を介して送信する信号の電力レベルを変更可能に構成されるリーダと、
   このリーダによって送信される電力を受信した場合に、当該リーダに対して応答する条件としての受信電力範囲が異なるように設定される複数のタグとで構成され、
   前記リーダは、前記複数のタグから通信対象とするものを選択し、前記通信対象に応じた送信電力レベルを設定して通信を行うように構成されていることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
8. 請求項３，４又は７記載のＲＦＩＤシステムに使用されることを特徴とするリーダ。
9. 請求項１乃至７の何れかに記載のＲＦＩＤシステムに使用されることを特徴とするタグ。
   

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