JP2007265272A - Ｒｆｉｄ自動追尾システム、ｒｆｉｄ自動追尾方法、そのシステム又は方法に用いられるタグ通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動や衝撃が発生する環境下にタグ通信装置を設置した場合や携帯型のタグ通信装置を用いる場合のように、タグ通信装置が変位し易い状況下に置かれている場合であっても、タグ通信装置においてＲＦＩＤタグとの安定した通信領域を確保するのに好適なＲＦＩＤ自動追尾システム、ＲＦＩＤ自動追尾方法、タグ通信装置を提供する。
【解決手段】タグ通信装置（リーダライタ３）のアンテナ４の変位量を検知手段５が検知し、その検知結果に応じて前記アンテナ４の指向性を前記ＲＦＩＤタグ２の方向に向くように通信制御手段５が制御する構成を採用することにより、例えば振動や衝撃などによって前記タグ通信装置のアンテナ４が変位したときは、その変位量に応じて当該アンテナ４の指向性がＲＦＩＤタグ２の方向を向くように制御されるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動や衝撃などが発生する劣悪な環境下でも、タグ通信装置においてＲＦＩＤタグとの安定した通信領域を確保するのに好適なＲＦＩＤ自動追尾システム、ＲＦＩＤ自動追尾方法、そのシステム又は方法に用いられるタグ通信装置に関する。

ＲＦＩＤタグとリーダライタとの間でアンテナを介して無線通信を行うＲＦＩＤ通信システムにおいて、振動や衝撃などが生じる劣悪な環境にリーダライタとそのアンテナを設置した場合や、携帯型のリーダライタを用いる場合には、振動などによりリーダライタのアンテナが動いてしまい不安定となることから、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間で安定した通信領域を確保できないことがある。

上記のような不具合を解決するための公知技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。この特許文献１の技術は、例えば図７（ａ）の位置にあるＲＦＩＤタグ２が同図（ｂ）の位置まで移動して、リーダライタ３においてＲＦＩＤタグ２からの応答信号が弱くなったら、同図（ｃ）のようにリーダライタ３のアンテナの指向性を制御する、すなわちリーダライタ３のアンテナから放射される電波のビームを両側に振り、一方側へ電波のビームを振ったときのＲＦＩＤタグ２との通信結果と、他方側へ電波のビームを振ったときのＲＦＩＤタグ２との通信結果とを見比べて、ＲＦＩＤタグ２の移動方向を検知するものである。

従って、上記のような特許文献１の技術を利用すると、例えば図８（ａ）の位置にあるリーダライタ３とそのアンテナが振動や衝撃などにより図８（ｂ）の位置まで変位したときには、同図（ｃ）のように電波のビームを振り、その結果得られる２つの通信結果のうち強い方、すなわちＲＦＩＤタグ２からの応答信号が強いときのビームの振り方向へ電波のビームを向けるように設定することで、当該電波のビームの追尾が可能であると考えられる。

しかしながら、上記のような追尾方式によると、ＲＦＩＤタグ２との通信結果を利用するため、例えば周囲に反射体などが存在するマルチパス環境においては通信結果が低下する箇所が多数存在することから、高精度の追尾は困難であり、リーダライタ３においてＲＦＩＤタグ２との安定した通信領域を確保することができないという問題点がある。この問題は、特に振動や衝撃などが発生する劣悪な環境下にリーダライタ３が設置された場合や、携帯型のリーダライタを用いる場合に生じる。

特開２００５−３４５１９８号公報

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、振動や衝撃が発生する環境下にタグ通信装置とそのアンテナを設置した場合や携帯型のタグ通信装置を用いる場合などのように、タグ通信装置のアンテナが変位し易い環境下に置かれている場合でも、タグ通信装置においてＲＦＩＤタグとの安定した通信領域を確保するのに好適なＲＦＩＤ自動追尾システム、ＲＦＩＤ自動追尾方法、タグ通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、図１にも示したように、本発明に係るＲＦＩＤ自動追尾システムは、ＲＦＩＤタグ（２）と、前記ＲＦＩＤタグと電波を介して無線通信を行うためのアンテナ（４）を備えたタグ通信装置（３）と、前記アンテナの変位量を検知する検知手段（５）と、前記検知手段での検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御する指向性制御手段（６Ａ）と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るＲＦＩＤ自動追尾方法は、ＲＦＩＤタグ（２）と電波を介して無線通信を行うためのアンテナ（４）を備えたタグ通信装置（３）における該アンテナの変位量を検知し、この検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御することを特徴とする。

さらに、本発明に係るタグ通信装置は、電波を介してＲＦＩＤタグ（２）と無線通信を行うためのアンテナ（４）を備えたタグ通信装置（３）であって、前記タグ通信装置は、前記アンテナの変位量を検知する検知手段（５）と、前記検知手段での検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御する指向性制御手段（６Ａ）と、を備えることを特徴とする。

前記「ＲＦＩＤタグ」としては、例えば、電池などの電源を有しておらず、ＲＦＩＤリーダライタから電波で送電された電力によって回路が動作し、ＲＦＩＤリーダライタと無線通信を行うパッシブタイプのＲＦＩＤタグや、電池などの電源を有するアクティブタイプのＲＦＩＤタグが含まれる。

前記「アンテナ」としては、例えばビームスキャンアンテナのように、外部に送信する電波のビームを絞った指向性の強いアンテナであって、その指向性を制御できるようにしたものが適用される。

前記「タグ通信装置」としては、例えば前記例示のビームスキャンアンテナを有するＲＦＩＤリーダライタ、ＲＦＩＤリーダ、ＲＦＩＤライタが含まれる。

前記「検知手段」としては、ジャイロなどを用いて構成することができ、振動や衝撃などによりアンテナが移動したときに、そのアンテナの移動の方向と距離を当該アンテナの変位量として検知するように構成してよい。尚、ジャイロとしては、例えば、コマを用いた回転型ジャイロ、棒やリングの振動を用いた振動型ジャイロ、サニャック効果を用いる光ファイバジャイロなどの光学式ジャイロなどを採用してよい。

前記「アンテナの指向性を制御する」ことには、例えば、ビームスキャンアンテナのように、複数のアンテナ素子が外部へ送信する電波の位相をずらすことにより、目的の方向に電波のビームを向ける方式が含まれる。

前記「アンテナを備えたタグ通信装置」は、タグ通信装置とアンテナとが構造的に一体化したものでもよいし、それらが構造的に分離したものでもよい。タグ通信装置とアンテナとが一体化した構造の場合は、振動や衝撃などによりタグ通信装置が移動すると、アンテナも同じように一緒に移動することから、アンテナの変位量を検知する代わりに、タグ通信装置の変位量を検知し、このタグ通信装置の変位量をアンテナの変位量に換算して利用してもよい。

＜本発明の利用形態＞
本発明に係るＲＦＩＤ自動追尾システム、ＲＦＩＤ自動追尾方式、タグ通信装置は、振動や衝撃が発生する環境、例えば工場内の荷物などに取り付けられたＲＦＩＤタグと同工場内に設置されたタグ通信装置との間で無線通信を行うシステムとして利用されるほか、後方車両から前方車両を追尾するシステムに利用することも考えられる。この場合、ＲＦＩＤタグは前方車両に取り付けられ、アンテナを備えるタグ通信装置は後方車両に搭載される。この構成によると、走行による振動で後方車両のアンテナの位置が振動方向に変位すると、その変位量に応じて当該アンテナの指向性が制御されるから、前方車両のＲＦＩＤタグとの安定した通信領域を確保することができ、振動する走行中の後方車両から前方車両を確実に追尾することが可能となる。

本発明にあっては、上記の如く、タグ通信装置のアンテナの変位量を検知し、その検知結果に応じて前記アンテナの指向性をＲＦＩＤタグの方向に向くように制御する構成を採用した。このため、振動や衝撃などによってタグ通信装置のアンテナが変位すると、その変位量に応じて当該アンテナの指向性がＲＦＩＤタグの方向を向くように制御される。しかも、その制御はＲＦＩＤタグとの通信結果を利用せず、検知手段で検知したアンテナの変位量を利用するものであるから、振動や衝撃が発生する環境下にタグ通信装置とそのアンテナを設置した場合や携帯型のタグ通信装置を用いる場合などのように、タグ通信装置のアンテナが変位し易い環境下に置かれた場合でも、相対的に変位するＲＦＩＤタグに対して前記アンテナからの電波のビームを高精度に追尾させることができ、タグ通信装置においてＲＦＩＤタグとの安定した通信領域を確保することができるなどの作用効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を適用したＲＦＩＤ通信システムの概略構成図である。同図のＲＦＩＤ通信システム１は、ＲＦＩＤタグ２とリーダライタ（タグ通信装置）３とから構成され、ＲＦＩＤタグ２とリーダライタ３との間の無線通信により、リーダライタ３がＲＦＩＤタグ２に対して情報の読み書きを行うものである。

ＲＦＩＤタグ２は、無線通信用ＩＣ（Integrated Circuit）、記憶部、およびリーダライタ３との間で電波を介して無線通信を行うためのアンテナなどを備えて構成される。この種のＲＦＩＤタグ２としては、例えば、前述したパッシブタイプやアクティブタイプのものが使用される。

リーダライタ３は、アンテナ４、検知手段５、通信制御手段６、および通信処理手段７を備えている。

リーダライタ３が送受信する電波の周波数帯域は、８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ前後のいわゆるＵＨＦ帯としている。このような周波数帯域の電波を用いることにより、リーダライタ３は、数ｍ〜数十ｍ程度の距離範囲内に位置するＲＦＩＤタグ２と通信可能となる。尚、本実施形態においては、ＵＨＦ帯を用いた通信を想定しているが、これに限定されるものではなく、ＲＦＩＤタグ向けの周波数帯域としての１３．５６ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯などの周波数帯域を用いてもよく、さらには、無線による通信を行うことが可能なその他の周波数帯による通信が行われてもよい。

リーダライタ３のアンテナ４は、ＲＦＩＤタグ２との間で電波を介して無線通信を行うために用いられる。本実施形態では、該アンテナ４の具体的構成として、前述の通り指向性が強く、指向性の制御が可能なビームスキャンアンテナ４０を採用した。本実施形態のビームスキャンアンテナ４０は、図２に示したように、複数のアンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋを配列し、それぞれのアンテナ素子に対応して位相器４１Ａ、４１Ｂ〜４１Ｋを一つずつ接続した構造である。また、このビームスキャンアンテナ４０は、各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋが送信する電波の位相を位相器４１Ａ、４１Ｂ〜４１Ｋで所定量ずらすことにより、目的の方向に電波のビームを向けることができ、その指向性が変化するものである。

例えば、全てのアンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋが同じ位相で電波を送信する場合には、ビームスキャンアンテナ４０から放射される電波は前記アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋの配列方向に垂直な方向の平面波として伝搬する。このアンテナ素子の配列方向に垂直な電波の伝搬方向を図２のように角度θ（ｒａｄ）だけ傾斜させるためには、次式を満たすように各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋが送信する電波の位相をずらせばよい。

図２に示したように、送信または受信する電波の波長をλ（ｍ）とし、基準となるアンテナ素子４０Ａとｋ番目のアンテナ素子４０Ｋとの距離をｄｋ（ｍ）とし、図２に破線で示される等位相面のうち、基準となるアンテナ素子４０Ａを通る等位相面と、ｋ番目のアンテナ素子４０Ｋとの距離をｌｋ（ｍ）とすると、基準となるアンテナ素子４０Ａの位相に対するｋ番目のアンテナ素子４０Ｋの位相のずれψｋは次式となる。

検知手段５は、振動や衝撃などによるアンテナ４の変位を検知する手段であって、当該アンテナ４の変位を監視し、アンテナ４の変位量を含む監視データを通信制御手段６へ送信する。この種の検知手段５としては、ジャイロなどを用いて構成することができ、振動や衝撃などによりアンテナ４が移動したときに、そのアンテナ４の移動の方向と距離を当該アンテナ４の変位量として検知するように構成してよい。この構成の場合、例えば、図１（ｂ）に示すＰ１の場所に設置したリーダライタ３とＰ０の位置にあるＲＦＩＤタグとの間で通信が行われるものとした場合において、リーダライタ３のアンテナ４が振動または衝撃などにより前記Ｐ１の位置からＰ２の位置まで移動したとき、検知手段５では、当該アンテナ４の変位量として、同図（ｃ）のようにＰ１からＰ２までの移動距離と移動方向を検知する。一方、アンテナ４がＰ１の場所からＰ３の位置まで移動したとき、検知手段５では、同図（ｄ）のようにＰ１からＰ３までの移動距離と移動方向を検知する。尚、移動方向の検知についてはジャイロが行うようにしてよく、また、移動距離の検知については加速度センサが行うようにしてもよい。

通信制御手段６は、送信データ（コマンドなど）を通信処理手段７へ送信したり、通信処理手段から受信データ（レスポンス）を受信したりするほか、さらに、検知手段５からアンテナ４の変位の監視データを受信する。また、この通信制御手段６は、指向性制御手段６Ａとして、前記検知手段５での検知結果、すなわち監視データから検出したアンテナ４の変位量に応じて当該アンテナ４の指向性を制御する処理機能も備えている。この指向性の制御に係わる処理機能は、ビームスキャンアンテナ４０の指向性がＲＦＩＤタグ２の方向を向くようにするために、後述するスキャン制御信号をビームスキャンアンテナ４０のスキャン制御部１６へ送出することにより、前述のように各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ〜４０Ｋが送信する電波の位相を位相器４１Ａ、４１Ｂ〜４１Ｋで所定量ずらすものである。

通信制御手段６におけるアンテナ４の指向性の制御を前述の例で説明する。例えば、図１（ｂ）に示すＰ１の場所からＰ２の位置までアンテナ４が移動したときには、前述の通り検知手段５で検知したＰ１からＰ２までのアンテナ移動距離と移動方向、ならびに最初にアンテナ４を設置した位置Ｐ１とＲＦＩＤタグ２の位置Ｐ０とにより予め一義的に決まってくるＰ１からＰ０までの距離と方向という情報を用いて、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ０の３点を結ぶ三角形を想定し、その一辺（Ｐ２とＰ０とを結ぶ線分）の傾斜角度をスキャン角度θ１とする。そして、スキャン角度θ１で表される方向（目的の方向）、すなわちＲＦＩＤタグ２の方向に電波のビームが向くように、通信制御手段６はアンテナ４（ビームスキャンアンテナ４０）の指向性を制御する。この指向性の制御については、前述した通り、ビームスキャンアンテナ４０の場合はその各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが送信する電波の位相をずらすものであってよい。

尚、以上説明したスキャン角度θ１の導出方式（以下「第１の導出方式」という）によると、Ｐ１の場所からＰ３の位置までアンテナ４が移動したときのスキャン角度は、図１（ｄ）に示すようなθ２となり、このスキャン角度θ２で表される方向、すなわちＲＦＩＤタグ２の方向に電波のビームが向くように、通信制御手段６は、ビームスキャンアンテナ４０の指向性を制御する。

通信処理手段７は、送信処理として、通信制御手段６から受信したデータ（例えばリード／ライト要求信号などの送信データ）を搬送信号に重畳するという変調の処理や、変調された搬送信号を増幅してアンテナ４へ送信する処理などを行うとともに、また、受信処理として、アンテナ４を介してＲＦＩＤタグ２から受信した信号からデータ（例えば前記リード／ライト要求信号に応じてＲＦＩＤタグ２から送信された応答信号に含まれている受信データ）を抽出するという復調の処理などを行う。

図３は、前記第１の導出方式でスキャン角度を導出してビームスキャンを行う場合におけるリーダライタ３の構成と、リーダライタ３が備えるビームスキャンアンテナ４０の構成を示したブロック図である。

図３のリーダライタ３において、発信器８は搬送信号を生成する。変調部９は搬送信号を変調して送信信号を生成する。この変調により生成される送信信号は、通信制御手段６から受信した送信データを搬送信号に重畳させたものである。搬送信号の変調の方式については、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調に限定されるものではなく、例えばＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調など、その他のディジタル変調方式を採用してもよい。電力増幅部１０は前記送信信号の増幅を行う。この増幅された送信信号はサーキュレータ１１を介してビームスキャンアンテナ４０へ送信される。

また、図３のリーダライタ３において、周波数変換部１３は、ビームスキャンアンテナ４０を介してＲＦＩＤリーダライタ２から受信した受信信号を、より低い周波数に変換する。復調部１４は、周波数変換後の受信信号から復調により受信データを抽出する。

さらに、図３のリーダライタ３において、通信制御手段６は、検知手段５から受信した監視データよりビームスキャンアンテナ４０の変位量を検出し、その変位量に応じたスキャン角度（θ１やθ２など）を前記第１の導出方式で導出する処理や、そのスキャン角度で表される方向に電波のビームが向くようにするためのスキャン制御信号を生成し、生成したスキャン制御信号を後述するビームスキャンアンテナ４０のスキャン制御部１６へ送信する処理なども行う。また、この通信制御手段６は、検知手段５から受信したビームスキャンアンテナ４０の変位の監視データを基に、当該ビームスキャンアンテナ４０が移動したかどうかの判断処理も行う。

図３のリーダライタ３が備える同図のビームスキャンアンテナ４０は、前述したアンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと位相器４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを備えるほか、分配合成器１５とスキャン制御部１６を備えている。分配合成器１５は、サーキュレータ１１から受信した変調後の送信信号を各位相器４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｂに分配する。分配合成器１５は、ＲＦＩＤタグ２から各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが受信した受信信号を合成してリーダライタ３へ送信する。リーダライタ３では、その合成された受信信号がサーキュレータ１１およびバンドパスフィルタ１２を介して前記周波数変換部１３に入力される。また、スキャン制御部１６は、通信制御手段６から受信したスキャン制御信号に基づき各位相器４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを制御する。この制御は、各アンテナ素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが送信する電波の位相をずらすことで、ビームスキャンアンテナ４０から放射される電波のビームが目的の方向、すなわち前記スキャン角度（θ１やθ２など）で表される方向を向くようにするものである。

図３に示した通信制御手段６における処理動作のうち、前記第１の導出方式によるスキャン角度（θ１やθ２など）の導出からビームスキャンが行われるまでの一連の処理動作について、図４のフローチャートを用いて簡単に説明する。尚、このフローチャートに示した一連の処理は、所定の場所に設置したリーダライタ３の動作開始などをトリガとして開始される。

図４の例では、処理が開始されると、検知手段５において、ビームスキャンアンテナ４０の変位を監視する処理動作が開始されるとともに、通信制御手段６において、その監視データを基にビームスキャンアンテナ４０が移動したかどうかの判断が行われる（ＳＴ１０）。ここで、移動していないと判断した場合には前記ＳＴ１０の処理に戻る（ＳＴ１０のＮ）。一方、移動したと判断した場合には、通信制御手段６において、前記監視データからビームスキャンアンテナ４０の変位量を検出し（ＳＴ１０のＹ、ＳＴ１１）、その変位量に応じたスキャン角度を前記第１の導出方式で導出する（ＳＴ１２）。そして、導出したスキャン角度で表される方向に電波のビームが向くようにするためのスキャン制御信号を生成してビームスキャンアンテナ４０のスキャン制御部１６へ送信する（ＳＴ１３）。そうすると、ビームスキャンアンテナ４０において、ビームスキャンが行われ、ビームスキャンアンテナ４０から放射される電波のビームが目的の方向、すなわち前記スキャン角度で表される方向を向くように設定され（ＳＴ１４）、この処理が終了する。

ところで、スキャン角度θ１を導出するための前記第１の導出方式においては、予め一義的に決まるＰ１からＰ０までの距離と方向を利用したが、これに代えて、第２の導出方式として、移動後のアンテナ４の位置からＲＦＩＤタグ２までの距離と、移動後のアンテナ４の位置から見たＲＦＩＤタグ２の方向とを推定し、これらを利用する方式を採用することもできる。

移動後のアンテナ４の位置からＲＦＩＤタグ２までの距離を算出により推定する手法については後述する。また、移動後のアンテナ４の位置から見たＲＦＩＤタグ２の方向の推定については、例えば、最も基本的な手法として公知のビームフォーマ法や、これより高い分解能特性を有するものとして公知のCapon法、最大エントロピー法や他の線形予測法（LP: Linear Prediction）、さらに最小ノルム法（Min-Norm）、MUSICそしてESPRITなど、各種の手法を採用することができる。

前記第２の導出方式を採用した場合、例えば、図１（ｅ）に示すＰ１の場所からＰ４の位置までビームスキャンアンテナ４０（アンテナ４）が移動したときには、検知手段５で検知されるＰ１からＰ４までのアンテナ移動距離と移動方向、ならびに移動後のビームスキャンアンテナ４０の位置からＲＦＩＤタグ２までの距離と方向という情報を用いて、Ｐ１、Ｐ４、Ｐ０の３点を結ぶ三角形を想定し、その一辺（Ｐ４とＰ０を結ぶ線分）の傾斜角度がスキャン角度θ３になる。

図５は、前記第２の導出方式でスキャン角度を導出してビームスキャンを行う場合におけるリーダライタ３の構成と、リーダライタ３が備えるビームスキャンアンテナ４０の構成を示したブロック図である。

図５のリーダライタ３が備える同図のビームスキャンアンテナ４０の構成は、図３のリーダライタ３が備える同図のビームスキャンアンテナ４０と同様であるため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

図５のリーダライタ３において、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）部１７は、ビームスキャンアンテナ４０から送信される送信信号の搬送周波数を設定するものであり、ＰＬＬ回路によって構成される。変調部９はＰＬＬ部１７および発信器８によって生成された搬送信号を変調して送信信号を生成する。この変調により生成される送信信号は、通信制御手段６から受信した送信データを搬送信号に重畳させたものである。本実施形態では、変調部９はＡＳＫ変調によって送信信号を生成する。尚、変調方式としては、ＡＳＫ変調に限定されるものではなく、ＦＳＫ変調、ＰＳＫ変調など、その他のディジタル変調方式を採用してもよい。電力増幅部１０は、送信信号の増幅を行う。

また、図５のリーダライタ３において、通信制御手段６は、検知手段５から受信した監視データよりビームスキャンアンテナ４０の変位量を検出し、その変位量に応じたスキャン角度（θ３など）を前記第２の導出方式で導出する処理や、そのスキャン角度で表される方向に電波のビームが向くようにするためのスキャン制御信号を生成し、生成したスキャン制御信号を後述するビームスキャンアンテナ４０のスキャン制御部１６へ送信する処理なども行う。また、この通信制御手段６においても、図３のリーダライタ３における通信制御手段６と同じく、検知手段５から受信したビームスキャンアンテナ４０の変位の監視データを基に、当該ビームスキャンアンテナ４０が移動したかどうかの判断処理を行うようにしている。

さらに、図５のリーダライタ３は、９０°位相シフト部１８、周波数変換部としての第１及び第２のミキサ１９Ａ、１９Ｂと、距離推定部２０を備えている。９０°位相シフト部１８は、ＰＬＬ部１７および発信器８によって生成された搬送信号の位相を９０°変化させる。第１のミキサ１９Ａは、サーキュレータ１１およびバンドパスフィルタ１２を介してビームスキャンアンテナ４０から受信した受信信号と、ＰＬＬ部１７および発信器８によって生成された搬送信号とを掛け合わせることによってＩ信号を生成する。第２のミキサ１９Ｂは、サーキュレータ１１およびバンドパスフィルタ１２を介してビームスキャンアンテナ４０から受信した受信信号と、９０°位相シフト部１８で位相が９０°変化させられた搬送信号とを掛け合わせることによってＱ信号を生成する。そして、距離推定部２０は、前記のＩ信号とＱ信号を基にビームスキャンアンテナ４０からＲＦＩＤタグ２までの距離を算出する。この距離の算出は具体的には次のように行われる。

（距離の算出の具体例）
この具体例においては、リーダライタ３がＲＦＩＤタグに対してリード／ライト要求信号（以下「要求信号」という）を送信し、ＲＦＩＤタグがそれに応じて応答信号を返信するものとする。また、リーダライタ３は、前記要求信号を２回送信するとともに、各要求信号の送信における搬送周波数を互いに異ならせるものとする。すなわち、リーダライタ３における通信制御手段６は、１回目の要求信号の送信時には第１の周波数ｆ_１で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部１７を制御し、２回目の要求信号の送信時には第１の周波数ｆ_１とは異なる第２の周波数ｆ_２で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部１７を制御する。そして、上記のような第１の周波数ｆ_１で送信された要求信号をＲＦＩＤタグ２が受信すると、同じく第１の周波数ｆ_１で応答信号がＲＦＩＤタグ２からリーダライタ３へ返信されるものとする。

以上の条件の下、ビームスキャンアンテナ４０からＲＦＩＤタグ２までの往復距離を２ｒとした場合、この２ｒの往復距離を伝搬してビームスキャンアンテナ４０で受信される信号は、搬送信号の周波数をｆ_１とすると、次式で表される。

上式において、ｔは時間、ｓ_１（ｔ）は周波数ｆ_１の搬送信号によって伝送される信号の状態、Ｄ（ｔ）は変調部５ＢにおいてＡＳＫ変調が行われた場合のベースバンド信号、Ａは搬送信号自体の振幅、φ_１は２ｒの往復距離を信号が伝搬することによる位相の変化量を、それぞれ示している。この場合において、前記第１のミキサ１９Ａで生成されるＩ信号の状態をＩ_１（ｔ）とし、また、前記第２のミキサ１９Ｂで生成されるＱ信号の状態をＱ_１（ｔ）とすると、Ｉ_１（ｔ）とＱ_１（ｔ）はそれぞれ次式で表される。

以上より、Ｉ信号およびＱ信号に基づいて、周波数ｆ_１の搬送信号による信号の位相の変化量φ_１は、次の式で求められる。

同様に、周波数ｆ_２の搬送信号による信号の位相の変化量φ_２は、次の式で求められる。

以上のようにして、距離推定部２０はＩ信号とＱ信号から位相の変化量φ_１およびφ_２を取得する。そして、距離推定部２０では、上記のように取得した位相の変化量φ_１およびφ_２に基づいて、ビームスキャンアンテナ４０からＲＦＩＤタグ２までの距離ｒを次の式によって算出する。

そして、上記のように算出された距離ｒは、移動後のビームスキャンアンテナ４０の位置からＲＦＩＤタグ２までの距離として、距離推定部２０から通信制御手段６へ出力される。

図５に示した通信制御手段６における処理動作のうち、前記第２の導出方式によるスキャン角度（θ３など）の導出からビームスキャンが行われるまでの一連の処理動作について、図６のフローチャートを用いて簡単に説明する。尚、このフローチャートに示した一連の処理は、所定の場所に設置したリーダライタ３の動作開始などをトリガとして開始される。

図６の例では、処理が開始されると、検知手段５において、ビームスキャンアンテナ４０の変位を監視する処理動作が開始されるとともに、通信制御手段６において、その監視データを基にビームスキャンアンテナ４０が移動したかどうかの判断が行われる（ＳＴ２０）。ここで、移動していないと判断した場合には前記ＳＴ１０の処理に戻る（ＳＴ２０のＮ）。一方、移動したと判断した場合には、通信制御手段６において、前記監視データからビームスキャンアンテナ４０の変位量を検出するとともに（ＳＴ２０のＹ、ＳＴ２１）、距離推定部２０において、移動後のビームスキャンアンテナ４０の位置からＲＦＩＤタグ２までの距離が算出される（ＳＴ２２）。

次に、通信制御手段６において、前記第２の導出方式でスキャン角度が導出される。すなわち、検知手段５で検知したビームスキャンアンテナ４０の移動の方向と距離、ならびに移動後のビームスキャンアンテナの位置からＲＦＩＤタグ２までの距離と方向という情報を用いてスキャン角度が導出される（Ｓｔ２３）。そして、この導出したスキャン角度で表される方向に電波のビームが向くようにするためのスキャン制御信号を生成してビームスキャンアンテナ４０のスキャン制御部１６へ送信する（Ｓｔ２４）。そうすると、ビームスキャンアンテナ４０において、ビームスキャンが行われ、ビームスキャンアンテナ４０から放射される電波のビームが目的の方向、すなわち前記スキャン角度で表される方向を向くように設定され（Ｓｔ２５）、この処理が終了する。

図１は本発明を適用したＲＦＩＤ通信システムの説明図であり、同図（ａ）はＲＦＩＤシステムの概略構成図、（ｂ）はタグ通信装置としてのリーダライタが変位したときに制御されたアンテナの指向性の説明図、（ｃ）は図中Ｐ１からＰ２にリーダライタが変位したときのスキャン角度の説明図、（ｄ）は図中Ｐ１からＰ３にリーダライタが変位したときのスキャン角度の説明図、（ｅ）は図中Ｐ１からＰ４にリーダライタが変位したときのスキャン角度の説明図である。 位相器を利用して指向性を制御するビームスキャンアンテナの説明図。 第１の導出方式でスキャン角度を導出してビームスキャンを行う場合におけるリーダライタの構成と、リーダライタが備えるビームスキャンアンテナの構成を示したブロック図。 通信制御手段における処理動作のうち、第１の導出方式によるスキャン角度の導出からビームスキャンが行われるまでの一連の処理動作を示した流れ図。 第２の導出方式でスキャン角度を導出してビームスキャンを行う場合におけるリーダライタの構成と、リーダライタが備えるビームスキャンアンテナの構成を示したブロック図。 通信制御手段における処理動作のうち、第２の導出方式によるスキャン角度の導出からビームスキャンが行われるまでの一連の処理動作を示した流れ図。 特許文献１に開示された公知技術の説明図。 リーダライタが変位したときに特許文献１に開示された公知技術を利用して電波のビームを追尾させる方法の説明図。

符号の説明

１ ＲＦＩＤタグ通信システム
２ ＲＦＩＤタグ
３ リーダライタ（タグ通信装置）
４ アンテナ
５ 検知手段
６ 通信制御手段
７ 通信処理手段
８ 発信器
９ 変調部
１０ 電力増幅部
１１ サーキュレータ
１２ バンドパスフィルタ
１３ 周波数変換部
１４ 復調部
１５ 分配合成器
１６ スキャン制御部
１７ ＰＬＬ部
１８ ９０°位相シフト部
１９Ａ 第１のミキサ
１９Ｂ 第２のミキサ
２０ 距離推定部
４０ ビームスキャンアンテナ
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ アンテナ素子
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 位相器

Claims (6)

1. ＲＦＩＤタグと、
   前記ＲＦＩＤタグと電波を介して無線通信を行うためのアンテナを備えたタグ通信装置と、
   前記アンテナの変位量を検知する検知手段と、
   前記検知手段での検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御する指向性制御手段と、を有すること
   を特徴とするＲＦＩＤ自動追尾システム。
2. 前記アンテナは、外部に送信する電波のビームを絞った指向性の強いアンテナであってその指向性を制御できるようにしたビームスキャンアンテナからなること
   を特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤ自動追尾システム。
3. ＲＦＩＤタグと電波を介して無線通信を行うためのアンテナを備えたタグ通信装置における該アンテナの変位量を検知し、この検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御すること
   を特徴とするＲＦＩＤ自動追尾方法。
4. 前記アンテナは、外部に送信する電波のビームを絞った指向性の強いアンテナであってその指向性を制御できるようにしたビームスキャンアンテナからなること
   を特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤ自動追尾方法。
5. 電波を介してＲＦＩＤタグと無線通信を行うためのアンテナを備えたタグ通信装置であって、
   前記タグ通信装置は、
   前記アンテナの変位量を検知する検知手段と、
   前記検知手段での検知結果に応じて前記アンテナの指向性を前記ＲＦＩＤタグの方向に向くように制御する指向性制御手段と、を備えること
   を特徴とするタグ通信装置。
6. 前記アンテナは、外部に送信する電波のビームを絞った指向性の強いアンテナであってその指向性を制御できるようにしたビームスキャンアンテナからなること
   を特徴とする請求項５に記載のタグ通信装置。

Images