JP2007533204A - 周波数可変無線認証（ｒｆｉｄ）タグ - Google Patents

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Abstract

自身の共振周波数を動的に変動させて、電磁気的「タグ間」結合の潜在的影響を減少または除去する各種の無線認証（ＲＦＩＤ）タグ１２について記載する。ＲＦＩＤタグは、例えば、第１の共振周波数に同調された主アンテナ１４と、主アンテナの共振周波数を動的に変化させるスイッチング回路１８とを含んでいる。スイッチング回路は、容量素子、誘導素子またはそれの組合せ等の電気素子を選択的に結合させて、ＲＦＩＤタグの共振周波数を変動させることができる。ＲＦＩＤタグは、主アンテナの共振周波数を調整するために、電気素子をいつ主アンテナに選択的に接続すべきかを判定する検知回路を含んでいてよい。

Description

本発明は、物品管理用の無線認証（ＲＦＩＤ）システムに関し、より具体的にはＲＦＩＤタグに関する。
無線認証（ＲＦＩＤ）技術は、輸送、製造、廃棄物管理、郵便物追跡、航空手荷物照合、および高速道路通行料管理を含む、実質的にあらゆる産業において広く利用されている。典型的なＲＦＩＤシステムは、複数のＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤタグと通信すべくアンテナを備えた少なくとも１個のＲＦＩＤ読取装置または検出システム、およびＲＦＩＤ読取装置を制御するコンピュータ装置を含んでいる。ＲＦＩＤ読取装置は、タグにエネルギーまたは情報を提供可能な送信器、およびタグから識別情報その他の情報を受信可能な受信器を含んでいる。コンピュータは、ＲＦＩＤ読取装置が取得した情報を処理する。
一般に、タグから受信される情報は、特定のアプリケーションに固有であるが、タグが固定された物品を識別する場合が多い。物品とは、製造物、本、ファイル、動物または個人、あるいは実質的に他の任意の有形物であってよい。物品には追加的なデータも与えることができる。製造工程の間にタグを用いて、例えば、製造中の自動車のシャーシの塗装色その他の有用な情報を示すことができる。
ＲＦＩＤ読取装置の送信器は、アンテナを介してＲＦ信号を出力して、情報を搬送するＲＦ信号をタグが返信できるようにする電磁場を生成する。送信器はアンプを利用して変調された出力信号によりアンテナを駆動する。
従来のタグは、内部電源を含む「能動的」タグ、またはＲＦＩＤ読取装置アンテナが生成した電磁場からエネルギーを与えられる「受動的」タグであった。エネルギーを与えられたならば、タグは所定のプロトコルを用いて通信を行なうことにより、ＲＦＩＤ読取装置が１個以上のタグから情報を受信可能にする。コンピュータ装置は、ＲＦＩＤ読取装置から情報を受信して、データベースの更新等の何らかの動作を実行することにより情報管理システムとして機能する。また、コンピュータ装置は送信器を介してタグにプログラム・データを書き込む装置として機能することができる。
一般に、無線認証（ＲＦＩＤ）タグは、自身の共振周波数を自動的且つ動的に変動させて電磁気的「タグ間」結合の潜在的影響を減少または除去するものとして記述される。ある種の環境において、物品間の距離は制限されており、読取装置アンテナが生成した電磁場内に複数の物品が同時に存在してもよい。その結果、物品に取り付けられたいくつかのＲＦＩＤタグ間に電磁的な「結合」が発生して、いくつかのタグの共振周波数にシフトが生じる結果となる。共振周波数におけるシフトにより、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤ読取装置と情報交換する能力が損なわれる虞がある。
本明細書に記載する技術は、ＲＦＩＤタグが無線周波数エネルギーを後方散乱させる共振周波数を変化させることにより、タグ間結合に起因して生じる共振周波数における変動を自動的に補償する。このように、実質的なタグ間電磁結合が発生する場合においても、本技術によりＲＦＩＤタグが有効なＲＦＩＤ通信を維持できるようになる。
一実施形態において、ＲＦＩＤタグは、第１の共振周波数に同調された主アンテナと、主アンテナの共振周波数を動的に変化させるスイッチング回路とを含んでいる。
別の実施形態における方法は、関連付けられた共振周波数において無線認証（ＲＦＩＤ）タグの主アンテナを動作させるステップと、主アンテナの共振周波数を動的に変化させるステップとを含んでいる。
別の実施形態におけるＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤ呼掛け装置と、物品に関連付けられたＲＦＩＤタグであって、物品に関する情報を取得すべく当該呼掛け装置が呼掛けるＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤ呼掛け装置から取得した情報を処理するコンピュータ装置を含んでいる。ＲＦＩＤタグは、第１の共振周波数に同調された主アンテナと、主アンテナに電気的に接続されていて、関連付けられた物品の情報を格納する集積回路と、主アンテナの共振周波数を調整すべく１個以上の要素を主アンテナに選択的に接続するスイッチング回路とを含んでいる。
本発明の１個以上の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明に開示する。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明と図面、および請求項から明らかになろう。
従来の無線認証（ＲＦＩＤ）システムにおいて、ＲＦＩＤタグが互いに近接して配置された場合、ＲＦＩＤタグが互いに干渉し合う虞がある。そのようなタグ同士の電磁結合の結果、タグの共振周波数のシフトが生じる場合があることが判明している。シフトされた共振周波数は、タグへの給電に十分な誘導電流を所定の１個のＲＦＩＤタグに与えることができない場合があるため、ＲＦＩＤタグが呼掛け装置の検出可能な周波数の範囲外にある要因となる。
一般に、結果として生じる周波数シフトの規模は、ＲＦＩＤタグ間の距離、タグの大きさ、タグ間に生じる同一平面上の重なりの程度、および重なるタグの総数に依存する。複数のタグが重なり合う位置に互いに一定の近接位置に配置された場合に、タグ間結合に起因する周波数シフトのある例示的な大きさを以下の表１に示す。表１において、Ａはタグの高さ、Ｂはタグの幅、Ｎは重なり合うタグの個数、Ｘは連続するタグ間の距離、Ｆは結果として生じるタグの共振周波数である。表１に示す例示的な測定値は下方周波数シフトであるが、タグ結合により生じた周波数シフトは上方周波数シフトであってもよい。表１から分かるように、１０個の重なり合うタグ間の電磁結合により、タグが約２ＭＨｚで応答する周波数をシフトされ得るため、読取装置が首尾よくタグと通信できなくなるか、または読み取り囲が大幅に縮小される場合がある。
Figure 2007533204
図１は、自身の共振周波数を自動的且つ動的に変動させてタグ間結合の潜在的影響を減少または除去させるＲＦＩＤタグ１２を示すブロック図である。特に、ＲＦＩＤタグ１２は、タグ間結合が生じる環境だけでなくタグ間結合が生じない環境において機能すべく、自身の共振周波数を動的に変化させる。換言すれば、ＲＦＩＤタグ１２は、ＲＦＩＤタグ１２の共振周波数を変化させることにより、タグ間結合に起因して生じる共振周波数のシフトを自動的に補償して、ＲＦＩＤタグ１２に給電するのに十分な電流レベルが誘導されるようにし、これにより効果的なＲＦＩＤ通信を維持する。
図１に示す実施形態において、ＲＦＩＤタグ１２は、多くの場合「ＲＦＩＤチップ」と呼ばれる集積回路１６と電気的に結合される主アンテナ１４を含んでいる。主アンテナ１４は、特定の周波数、例えば、ＲＦＩＤシステムの動作周波数、動作周波数より低い周波数、またはＲＦＩＤシステムの動作周波数より高い周波数のいずれかに同調されている。集積回路１６は、多くの場合、ＲＦＩＤタグ１２が取り付けられた物品に関連する情報を保存する内部メモリ（図示せず）を含んでいる。
動作時には、主アンテナ１４は、当分野で公知の方法でソースからＲＦエネルギーを受信して、ＲＦエネルギーを後方散乱させる。ＲＦＩＤ読取装置または検出システム等の呼び掛け装置がＲＦＩＤタグ１２から情報を、より具体的にはＲＦＩＤ１２タグが関連付けられた物品に関する情報を取得する信号を提供するのは、この後方散乱されたＲＦエネルギーである。ＲＦＩＤタグ１２は、タグ間結合に起因してタグの関連する共振周波数が変動する状況を補償すべく、主アンテナ１４が共振する周波数を自動的に変化させるスイッチング回路１８を含んでいる。スイッチング回路１８は、例えば、容量または誘導素子等の回路素子を選択的にスイッチイン（接続）／スイッチアウト（切断）することにより、主アンテナ１４の共振周波数を調整して２個以上の共振周波数の間で交替するようにできる。例えば、主アンテナ１４は、初期状態では、タグ間結合が生じる状況を補償すべく周囲のＲＦＩＤシステムの動作周波数より高い周波数に同調されていてよい。従って、ある場合には、タグ間結合により主アンテナ１４の関連する共振周波数が低下して、ＲＦＩＤタグ１２に給電するのに十分な電流を主アンテナ１４に誘導させる。タグ結合または干渉が存在しない場合、スイッチング回路１８は自動的に容量素子を主アンテナ１４と並列に接続して、主アンテナ１４が共振する周波数を低下させることにより、関連する共振周波数を周辺システムの周波数まで下げることができる。続いて、タグ間結合が存在する場合、スイッチング回路１８は容量素子を切断することにより、主アンテナ１４の関連する共振周波数をＲＦＩＤシステムの動作周波数まで再び上昇させることができる。
いくつかの実施形態において、ＲＦＩＤタグ１２へのエネルギーが遮断された、すなわち、主アンテナ１４がＲＦ場に存在しない場合に、スイッチング回路１８が主アンテナ１４の共振周波数を調整することができる。換言すれば、スイッチング回路１８は各々の起動サイクルにおいて主アンテナ１４の共振周波数を調整することができる。例えば、スイッチング回路１８は１個以上の回路素子を自動的に接続または切断することができ、主アンテナ１４に、第１の起動サイクルの間は第１の周波数で、また第２の起動サイクルの間は第２の周波数で共振させる。本実施形態において、ＲＦＩＤタグ１２は、ＲＦＩＤタグ１２用にどの共振周波数が最適かを決定する機構を必要としない。あるいは、スイッチング回路１８は単一の起動サイクルの間、主アンテナ１４の共振周波数を自動的に調整することができる。本実施形態において、ＲＦＩＤタグ１２は、主アンテナ１４が適当な周波数で共振しているか否かを判定して、誘導電圧がＲＦＩＤタグ１２に電力を供給するには不十分な場合には、主アンテナ１４の共振周波数を調整する。
いくつかの実施形態において、ＲＦＩＤタグ１２は、スイッチング回路１８が主アンテナ１４の共振周波数を変更すべきか否かを判定するために用いる検知アンテナ２０等の検知回路を含んでいてよい。換言すれば、主アンテナ１４を用いてＲＦＩＤ通信を行ない、一方、検知アンテナ２０を用いてスイッチング回路１８が主アンテナ１４の共振周波数を変更すべきか否かを判定する。スイッチング回路１８は、主アンテナ１４と検知アンテナ２０のどちらがより最適な周波数で動作しているか、すなわち、システム周波数により近いかに基づいて、主アンテナ１４の共振周波数を自動的に調整する。このように、検知アンテナ２０を、タグ間結合が存在するか否かを判定または検知するものと見なすことができ、スイッチング回路１８は基本的に、タグ間結合が検出されたか否かに基づいて主アンテナ１４の共振周波数を調整することにより、ＲＦＩＤタグ１２に給電するのに十分な電流を主アンテナが誘導できるようにする。その結果、検知アンテナ２０は主アンテナ１４に比べて小さくてよく、必ずしもＲＦＩＤタグ１２自身に給電するほどの大きさでなくてもよい。
例えば、検知アンテナ２０はＲＦＩＤシステムの動作周波数に同調されてよく、主アンテナ１４はＲＦＩＤシステムの動作周波数より高い周波数に同調されてよい。動作周波数が約１３．５６ＭＨｚであるＲＦＩＤシステムにおいて、例えば、検知アンテナ２０は約１３．５６ＭＨｚに同調されてよく、主アンテナ１４は約２０ＭＨｚに同調されてよい。その結果、検知アンテナ２０が十分な電流を誘導するのは、（１）ＲＦＩＤタグ１２が、検知アンテナの同調された周波数とほぼ同じ周波数のＲＦ場に配置されている場合、（２）検知アンテナが不十分なタグ間結合を検知した、すなわち、検知アンテナがシステム周波数の近くで動作している場合である。この誘導電流により、スイッチング回路１８は容量素子を主アンテナ１４と並列に接続し、その結果、主アンテナ１４の共振周波数が低下する。このように、主アンテナ１４の共振周波数は、初期の高周波から周辺ＲＦＩＤシステムの動作周波数まで自動的に下げられる。
他のタグがＲＦＩＤタグ１２に近接している場合、検知アンテナ２０は十分なタグ間結合を検知して、自身の共振周波数をＲＦＩＤシステムの動作周波数よりも低く下げる。その結果、検知アンテナ２０により誘導された電流が所定の閾値よりも低く下がることにより、スイッチング回路１８が容量素子を主アンテナ１４から切断するか、あるいはＲＦＩＤタグ１２において容量素子が接続された状態にない場合、スイッチング回路１８は動作しない。しかし、容量素子を切断したことによる主アンテナ１４の共振周波数の増大は、タグ間結合に起因してＲＦＩＤシステムの動作周波数まで低下する。このように、ＲＦＩＤタグ１２は、他のＲＦＩＤタグが存在してタグ間結合を生じるか否かに関わらず、主アンテナ１４の共振周波数を自動的に調整して通信を実現する。
図１のＲＦＩＤタグ１２は単一の検知アンテナしか含んでいないが、ＲＦＩＤタグ１２が２種以上の周波数で共振可能にすべく、ＲＦＩＤタグ１２が複数の検知アンテナおよび高次のスイッチング回路を含んでいてよい。例えば、ＲＦＩＤタグ１２は、異なる周波数に同調する２個の検知アンテナを含んでいてよい。本実施形態において、スイッチング回路１８はオプションとして、複数の回路素子を接続および切断して主アンテナ１４の共振周波数を調整することにより、検知アンテナの共振周波数およびタグ結合の程度に応じて、ＲＦＩＤタグ１２が３種の異なる周波数で共振できるようにする。追加的な検知アンテナを用いて粒度を増すことにより、スイッチング回路１８がタグ間結合に対応して、ＲＦＩＤシステムの動作周波数またはその付近で共振するように主アンテナ１４を制御することができる。
図２は、自身の共振周波数を動的に調整可能なＲＦＩＤタグ２２の例示的な一実施形態を示す回路図である。図に示す実施形態において、ＲＦＩＤタグ２２は、主アンテナ１４、検知アンテナ２０、およびスイッチング回路１８を含んでいる。スイッチング回路１８は、近接して配置された他のＲＦＩＤタグとのタグ間結合を補償すべく主アンテナ１４の共振周波数を変化させるために、容量素子２４を主アンテナ１４と選択的に並列接続および切断する。特に、スイッチング回路１８は、検知アンテナ２０により誘導された電流の量に基づいて、容量素子２４を主アンテナ１４と並列接続および切断する。
その結果、スイッチング回路１８を、検知アンテナ２０がシステム動作周波数付近で動作しているか、またはタグ間結合に起因する共振周波数の減少を検知したか否かに基づいて、主アンテナ１４の共振周波数を動的に制御するものと見なすことができる。換言すれば、スイッチング回路１８は、主アンテナ１４と検知アンテナ２０のどちらが最適周波数、すなわちＲＦＩＤシステムの動作周波数に最も近い周波数で動作しているかを判定し、この判定に従って容量素子２４を接続（スイッチイン）／切断（スイッチアウト）する。
図２に示すように、主アンテナ１４は、容量素子２６および誘導素子２８として表わされている。例えば、容量素子２６は、主アンテナ１４を形成すべく製造された導電トレースの容量特徴だけでなく、主アンテナ１４に電気的に結合された集積回路（図示せず）の静電容量を表わすことができる。誘導素子２８は、主アンテナ１４を形成する導電トレースのインダクタンスを表わすことができる。検知アンテナ２０もまた、容量素子３０および誘導素子３２を含んでいて、検知アンテナ２０を形成すべく製造された導電トレースの容量および誘導特徴を表わすことができる。
スイッチング回路１８は、ダイオード３４、分圧器３８を形成すべく構成された抵抗器３６Ａおよび３６Ｂ、トランジスタ４０、並びに容量素子２４を含んでいる。ダイオード３４は、分圧器３８によりトランジスタ４０へ印加すべく、アンテナ１４、２０により誘導された電流から生じる電圧を維持し、それによりスイッチング回路１８のスイッチング機能を制御する。分圧器３８は、容量素子２４の主アンテナ１４との並列接続のスイッチングを制御する。
分圧器３８の抵抗器３６Ａ、３６Ｂは、トランジスタ４０がオンになる閾値を制御すべく選択することができる。例えば、抵抗器３６Ａの抵抗が抵抗器３６Ｂの抵抗より大きい場合、トランジスタ４０は、検知アンテナ２０からより多くの誘導電流を受けてオンになる。上述のように、トランジスタ４０は分圧器３８の両端の電圧により制御され、当該電圧は検知アンテナ２０内で誘導された電流に正比例する。トランジスタ４０はこのように、起動時に容量素子２４を主アンテナ１４と並列に接続し、停止時に容量素子２４の接続を切断するスイッチとして機能する。
具体的には、ＲＦＩＤタグ２２がＲＦ場に配置された場合、例えば、呼掛け装置がＲＦＩＤタグ２２に呼掛けを試みる場合に、各々の電流が主アンテナ１４および検知アンテナ２０内で誘導される。隣接するタグがＲＦＩＤタグ２２から離れて過ぎて不十分なタグ間結合が生じた場合、検知アンテナ２０がＲＦＩＤシステムの動作周波数、すなわち、呼掛け装置がＲＦエネルギーを発する周波数に同調されているために、検知アンテナ２０内で誘導された電流は主アンテナ１４内で誘導された電流より強い。検知アンテナ２０内の高電流は、分圧器３８の両端の電圧を、トランジスタ４０をオンにするのに十分高く上昇させ、それにより容量素子２４を主アンテナ１４と並列に接続する。このように、トランジスタ４０は、分圧器３８の電圧が制御された閾値の設定ポイントを上回った場合に起動されるスイッチとして機能する。容量素子２６と並列に容量素子２４を配置することにより、容量素子２４の静電容量に基づいて、主アンテナ１４の共振周波数が、例えば、２０ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚへ下がる。容量素子２４は、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ等、蓄電容量を有する任意の素子を含んでいてよい。
しかし、隣接するＲＦＩＤタグがＲＦＩＤタグ２２に近接している場合、結果として生じるタグ間結合により、主アンテナ１４および検知アンテナ２０の両方が共振する周波数が低下する。タグ結合により主アンテナ１４の共振周波数が充分低下したならば、主アンテナ１４は検知アンテナ２０よりもＲＦＩＤシステムの動作周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）に近い周波数で共振する。これが生じた場合、主アンテナ１４内で誘導された電流が増大して、分圧器３８の電圧を閾値設定ポイントよりも低く下げる。従って、トランジスタ４０が停止されて、容量素子２４は主アンテナ１４との並列接続から切断される。このように、隣接するタグとのタグ間結合は、ＲＦＩＤシステムが動作している周波数の付近で主アンテナ１４が動作するように、主アンテナ１４の周波数を離調させることにより、離調無しではタグ干渉が生じる虞のある環境において、ＲＦＩＤタグ２２が首尾よくＲＦＩＤ読取装置と通信できるようにする。
図２に示す例示的なタグ２２は２個の周波数でのみ動作するが、２個より多くの周波数で動作すべく可変周波数タグを設計することができる。例えば、タグ２２は、４個の検知アンテナと、ＲＦＩＤシステムの動作周波数に最も近い周波数で動作するアンテナを選択する４択スイッチを含んでいてよい。更に、図２の例においてスイッチング回路１８は容量素子を主アンテナ１４と並列に接続するが、スイッチング回路は容量素子を主アンテナ１４と直列に接続して、容量素子を短絡させて、あるいは誘導素子を主アンテナ１４と直列または並列に接続して、またはこれらを組み合わせて、主アンテナ１４の共振周波数を変化させることができる。例えば、検知アンテナ２０内で誘導された電流が所望の閾値を超えた場合に、主アンテナ１４の共振周波数を増大させるべく、主アンテナ１４を１３．５６ＭＨｚに同調させ、検知アンテナ２０を２０ＭＨｚに同調させ、また検知回路１８が容量素子２６を短絡させることができる。また、いくつかの実施形態において、スイッチング回路１８は、分流器または他の何らかの回路応答測定器を用いて、アンテナ１４、２０のどちらがより最適な周波数で動作しているかを測定することができる。図２に示す実施形態は、集積回路１６内の複数の回路素子、単一の回路素子、またはその組合せにより実装することができる。
図３は、自身の共振周波数を動的に調整可能なＲＦＩＤタグ４４の別の実施形態を示すブロック図である。図に示す実施形態において、ＲＦＩＤタグ４４は、アンテナ４２の追加的なループとして誘導素子４８Ａ、４８Ｂを選択的に含めるべく、誘導素子４８Ａと４８Ｂとを切替えるスイッチ４６を含んでいる。このように、スイッチ４６は、ＲＦＩＤタグ４４が共振する周波数を変動させることが可能である。
誘導素子４８Ａ、４８Ｂは、アンテナ４２の追加的なループを形成すべく製造された導電トレースの部分を含んでいる。しかし、誘導素子４８Ａ、４８Ｂは、インダクタンスを有する任意の素子であっても、あるいは完全に別個のアンテナであってもよい。図３の例に示すように、誘導素子４８Ａは、誘導素子４８Ｂより物理的に短い。従って、ＲＦＩＤタグ４４は、スイッチが誘導素子４８Ｂに接触している時よりも、スイッチ４６が誘導素子４８Ａと接触するように配置されている場合に、より高い周波数で共振する。
スイッチ４６は、低出力微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ、コンデンサ・スイッチ、または他のスイッチング素子を含んでいてよい。スイッチ４６は、例えば単一の起動サイクルの最中に、または起動サイクルが交替する時点で、誘導素子４８Ａと誘導素子４８Ｂの間を自動的に切替えるべく設計されている。一実施形態において、スイッチ４６は、交替する起動サイクルにおいてＲＦＩＤタグ４４の共振周波数を変化させる低出力ＭＥＭＳスイッチを含んでいる。本実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ４６は位置の切替えに、集積回路１６が正常に機能するために必要な電力よりも少ない電力しか要しない。従って、ＲＦＩＤタグ４４が受けた給電がＭＥＭＳスイッチ４６を起動させるのに十分であるが、集積回路１６に給電するには十分でない場合、ＭＥＭＳスイッチは、集積回路１６に給電するのに十分な電流／電圧をＲＦエネルギーから引き出そうとして、位置を変える。ＭＥＭＳスイッチ４６は、例えば、毎回ＲＦＩＤタグ４４が給電を停止された後で、位置を変えることができる。このように、ＲＦＩＤタグ４４は、一つおきの起動サイクルにおいて、２個の異なる周波数、例えば１３．５６ＭＨｚおよび２０ＭＨｚで交互に共振する。
呼掛け装置は、従って、ある位置における全てのＲＦＩＤタグの第１の読み取りを試みることができる。第１の読み取りの間、ＲＦＩＤタグの第１のサブセットは、タグの現在の状態に応じて、システム動作周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚで共振すべく設定されていて、残りのタグは第２の周波数、例えば、２０ＭＨｚで共振すべく設定されている。タグ間結合が生じない場合、呼掛け装置は第１の読み取りサイクルの間に第１のサブセットと通信し、次いで電磁場を除去および再適用してＲＦＩＤタグに自身の共振周波数を変えさせる。その結果、タグの第１のサブセットが第２の周波数で動作すべく設定され、残りのタグはシステム周波数で動作すべく設定される。このように、呼掛け装置は、２個以下の呼掛けサイクル内でタグと通信することが可能になる。
しかし、第１の呼掛けサイクルの間にタグ間結合が存在する場合、ＲＦＩＤタグの共振周波数を低下させることができる。特に、システム動作周波数で動作すべく設定された一部または全てのＲＦＩＤタグが、呼掛け装置に応答する周波数範囲よりも低く下げられる。従って、隣接するタグとのタグ間結合を検知するこれらのＲＦＩＤタグは、呼掛け機器と首尾よく通信することができない虞がある。しかし、システム動作周波数で共振すべく設定された、タグ間結合を検知しないＲＦＩＤタグは、呼掛け装置と首尾よく通信することが可能になる。また、第２の周波数、例えば２０ＭＨｚで動作すべく設定された一部または全てのＲＦＩＤタグの共振周波数も同様に、動作周波数の近くまで低下して、呼掛け装置と通信することが可能になる。
第１の読み取りで全ての検出可能なタグを読んだ後で、呼掛け装置は自動的にＲＦ場を除去して、第２の呼掛けサイクルを開始することにより、ＲＦＩＤタグのＭＥＭＳスイッチに位置を変えさせる。第２の呼掛けサイクルの間、第１の呼掛けを試みた際に呼掛け装置と通信できなかった全てのタグは、インダクタンスが変えられたため第２の読み取りで読み取り可能になる。特に、第２の呼掛けサイクルの間、当初はシステム動作周波数で共振すべく設定されていたタグの第１のサブセットは、ここで第２の動作周波数、例えば、２０ＭＨｚで共振すべく設定される。第１の呼掛けサイクルの間に、タグ間結合のために通信が不成功であったこれら一部のタグは、ここで第２の共振周波数から、システム動作周波数により近い周波数へ、タグ間結合により離調されて、呼掛け装置との通信に成功する。第２の読み込みサイクルの間、当初は第２の周波数で共振すべく設定されていたＲＦＩＤタグが、システム動作周波数で共振すべく設定される。第１の読み込みサイクルの間に通信できなかったタグ、すなわち、タグ間結合を検知していなかったタグは、ここで呼掛け装置との通信に成功する。このように、本設定では、呼掛け装置は、２個以下の読み込みサイクルで全てのＲＦＩＤタグを読み込むことが可能である。２個より多い追加的な誘導素子、例えば３個以上の誘導素子を用いるＲＦＩＤタグ４４の実施形態の場合、追加的な呼掛けサイクルを用いて、全てのＲＦＩＤタグがタグ間結合の有無に関わらず通信に成功することを保証することができる。これらの呼掛けサイクルを統合して、当該位置に同時に存在する物品の正確なログを取得すべく呼掛け装置により記録することができる。
代替的な実施形態では、スイッチ４６は容量素子をアンテナ４２に選択的に接続（スイッチイン）／切断（スイッチアウト）してアンテナの共振周波数を変化させる。ＲＦ場を適用したならば、ＲＦＩＤタグ４４は第１の周波数、例えば、ＲＦＩＤシステムの動作周波数（１３．５６ＭＨｚ）で共振する一方、コンデンサは電荷の蓄電を開始する。コンデンサが十分な電荷を蓄電した直後、すなわち、延長された期間ＲＦ場に存在していた場合に、スイッチ４６を「帯電」スイッチ位置に切替える。図３に示す例において、帯電スイッチ位置は、誘導素子４８Ｂに接触する位置であってよい。「帯電」スイッチ位置において、ＲＦＩＤタグ４４は、十分なタグ間結合が生じた場合に、例えば、２０ＭＨｚに通信が実現できるようにする第２の周波数で共振する。コンデンサを「帯電」スイッチ位置を保つことが不可能な程度にコンデンサがエネルギーを喪失した後、例えば、呼掛けサイクルが終了した後で、スイッチ４６は「未帯電」スイッチ位置へ戻る。このように、スイッチ４６は、例えば最初に１３．５６ＭＨｚで共振する既定スイッチ位置を有する。このように、ＲＦＩＤタグ４４は、ＲＦ読取装置と首尾よく通信が行なえることを保証すべく、単一の起動サイクルの間に自身の共振周波数を自動的に変動させる。換言すれば、この構成では、呼掛け装置は２個の別々の呼掛けサイクルを適用する必要がない。
図３の例では、ＲＦＩＤタグ４４のスイッチ４６が、長さの異なる２個のトレースを切り替えてアンテナ４２のインダクタンスを変化させるが、Ｎ通りの異なる周波数バリエーションを許すべく、ＲＦＩＤタグ４４がＮ個の異なるトレース長および１対Ｎスイッチを用いてもよい。さらに、スイッチ４６を用いて、容量素子、誘導素子またはそれらの組合せ等、他のタイプの素子を接続してＲＦＩＤタグ４４の共振周波数を自動的に調整することができる。また、ＲＦＩＤタグ４４は、図２に関して述べたような検知回路を含んでいて、どちらのスイッチ位置によりアンテナ４２を最適周波数で動作させるのかに基づいて、ＲＦＩＤタグ４４がスイッチ位置を選択可能にすることにより、ＲＦＩＤタグ４４を自動調節することができる。図３の実施形態は、ＲＦＩＤチップ内の単一のタグ素子上の複数の「タグ素子」、またはその組合せにより実装することができる。
図４は、自身の共振周波数を自動調節して隣接タグとの結合を補償する、図２のＲＦＩＤタグ２２等のＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートである。最初に、ＲＦＩＤタグ２２がＲＦ場に配置される（５０）。例えば、ＲＦＩＤタグ２２は、ＲＦＩＤタグから情報を取得しようと試みているＲＦＩＤ検出装置または読取装置アンテナからＲＦエネルギーを受け取ることができる。ＲＦＩＤタグ２２が配置されているＲＦ場は、主アンテナ１４および検知アンテナ２０の両方において電流を誘導する。
一般に、スイッチング回路１８は、適当な周波数、すなわち呼掛け装置に応答する周波数範囲で共振すべく、ＲＦＩＤシステムの動作周波数より高い共振周波数に設定されている主アンテナ１４を離調するのに十分なタグ間結合を、ＲＦＩＤタグ２２が検知しているか否かを判定する（５４）。例えば、スイッチング回路１８は、検知アンテナ２０内で誘導された電流が、閾値を超えて自身を上昇させる程度に十分大きいか否かを判定することができる。スイッチング回路１８が、生じたタグ間結合が不十分である、すなわち、検知アンテナ２０内で誘導された電流が閾値より大きいと判定したならば、トランジスタ４０はオンになり（５６）、容量素子２４を主アンテナ１４と並列に接続する（５８）。上述のように、容量素子２４は主アンテナ１４の静電容量を増大させることにより、主アンテナ１４の共振周波数を高周波数、例えば、２０ＭＨｚから、システム動作周波数、例えば１３．５６ＭＨｚまで低下させる（６２）。
スイッチング回路１８が、主アンテナ１４をより高い共振周波数からシステム動作周波数へ離調させるのに十分なタグ間結合が生じていると判定したならば、スイッチング回路はトランジスタ４０をオフにするか、あるいはトランジスタ４０はオフのままである（６０）。その結果、主アンテナ１４は、より高い周波数で共振すべく設定されるが、隣接するタグが近接している状態でのタグ間結合により離調される（６２）。このように、ＲＦＩＤタグ２２は、主アンテナ１４により誘導された電流に対する検知アンテナ２０により誘導された電流に基づいて制御されるトランジスタ４０を用いて、タグ間結合を補償するために、自身を自動調節してシステム動作周波数における共振を実現する。他の実施形態において、他の種類の検知およびスイッチング機構を用いてＲＦＩＤタグ２２を自動調節することができる。
図５は、図３のＲＦＩＤタグ４４等、ＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートであり、当該タグは、主アンテナ１４が最適周波数で共振しているか否かを検知することなく、主アンテナ１４の共振周波数を動的に変化させるスイッチ４６（本例では容量スイッチ）を含んでいる。最初に、ＲＦＩＤタグ４４はＲＦ場内に配置され（６４）、当該タグはＲＦＩＤシステムの動作周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚ等の第１の周波数で共振するようデフォルト設定されている（６６）。しかし、タグ結合が存在する場合、共振周波数は恐らく、タグが呼掛け装置と通信可能である周波数範囲よりも低く下げられる。
電磁場の結果として、容量スイッチ４６は電荷の蓄電を開始する（６８）。容量スイッチ４６の電荷が十分な電荷を蓄電したならば、「帯電」スイッチ位置へ切替え（７０）、ＲＦＩＤタグ４４は第２の周波数、例えば、２０ＭＨｚで共振する（７２）。隣接するタグ間にタグ間結合が存在する場合、アンテナ４２は上述のように、より高い共振周波数からより低い動作周波数まで離調される。このように、ＲＦＩＤタグ４４の共振周波数は、単一の起動サイクルの間に変動して、２個の別々の呼掛けサイクルを必要とせずに呼掛け装置との通信が確実に行えるようにする。コンデンサが十分な電荷を喪失した後、例えば、呼掛け場が除去された場合、容量スイッチ４６は「帯電」スイッチ位置を維持することが不可能になり、容量スイッチは再び「未帯電」スイッチ位置へ切替えられる（７４）。
図６は、図３のＲＦＩＤタグ４４等、ＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートであり、当該タグは、主アンテナ１４が最適周波数で共振しているか否かを検知せずに、主アンテナ１４の共振周波数を動的に変化させるＭＥＭＳスイッチを含んでいる。本例では、スイッチ４６は、上述のように起動サイクル間に主アンテナ１４の共振周波数を動的に変化させるＭＥＭＳスイッチを含んでいる。
最初に、ＲＦＩＤタグ４４がＲＦ場に配置され（７６）、ＲＦＩＤタグ４４は、ＲＦＩＤシステムの動作周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）等、第１の周波数で共振すべく設定される（７８）。しかし、タグ間結合が生じたならば、ＲＦＩＤタグ４４の共振周波数を、呼掛け装置に応答する周波数範囲よりも低く下げられて、ＲＦＩＤタグが呼掛け装置と首尾よく通信できない恐れがある。例えば、呼掛け装置が第１の呼掛けサイクルに応答する全てのＲＦＩＤタグを読み取った後、続いてＲＦ場が除去されて（８０）、ＭＥＭＳスイッチ４６に位置を変えさせる（８２）。次のＲＦ場が、例えば、次の呼掛けサイクルの間に、ＲＦＩＤタグ４４に適用されたならば（８４）、ＲＦＩＤタグはより高い周波数、例えば、２０ＭＨｚで共振すべく設定構成され（８６）、隣接するタグとのタグ間結合が存在すれば離調される。
図７は、タグ間結合が生じる虞のある環境における通信を支援すべく、自身の共振周波数を変動可能なＲＦＩＤタグを利用できる例示的なＲＦＩＤシステム８８を示すブロック図である。図７に示す例において、ＲＦＩＤシステム８８を用いて文書およびファイルを管理する。ＲＦＩＤシステム８８は、例えば、法律事務所、政府機関、あるいは事業、犯罪、医療記録等の文書やファイルを作成して保存するその他施設内に装備することができる。
実施に際して、これらのファイルは多くの保管区域９０、例えば、図７に示すように、開架棚９０Ａ、キャビネット９０Ｂ、垂直ファイル・セパレータ９０Ｃ、カート９０Ｄ、パッド９０Ｅまたは同様の場所に配置することができる。保管区域９０は、単一のファイル保管室ではなく、組織内の複数の場所に設置することができる。例えば、保管区域９０は特定の場所、例えば文書整理棚等に関連付けることができ、従って、「専用」棚と称するか、またはそのように見なせる。また後述するように、保管区域９０は、例えば、病院や診療所、法律事務所、会計事務所、仲介業者、または銀行等、個々のオフィスその他の区域の近くに設置することができる。
いくつかの実施形態において、保管区域９０は「知的保管区域」あってよい。「知的保管区域」という用語は一般に、システム８８内の文書やファイルの追跡および発見を支援するＲＦＩＤ呼掛け機能を備えた、文書その他の品目用の保管区域を指す。特に、知的保管区域は、各々の保管区域に保管されている品目に関連付けられたＲＦＩＤタグを読み取って、ＲＦＩＤタグから読み取った情報を、情報蓄積のため、例えば、関係データベース管理システム（ＲＤＢＭＳ）の１個以上のデータベース内に集中データストアを提供する物品管理システム９２へ伝送すべく用いる１個以上のアンテナを含んでいてよい。当該情報は、例えば、ファイルや文書がどこに存在するかを示す位置情報を含んでいてよい。ファイル追跡システム９２が、ネットワークその他を介して１個以上のコンピュータに接続されて、個人が様々な場所からこれらの品目に関するデータにアクセス可能にすることができる。例えば、ユーザーがファイル追跡システム９２を用いて、当該データストアからファイル位置情報を検索して、保管区域の１箇所で当該品目が最後に置かれた場所をユーザーに報告することができる。
図７に示すような環境において、ファイルや文書、より具体的には、それらの物品に関連付けられたＲＦＩＤタグ間の距離は、一般に最小距離に固定することができない。本明細書に記載している技術に従い、システム８８のＲＦＩＤタグは、知的保管区域等の呼掛け装置との通信を支援すべく、自身の共振周波数を動的且つ自動的に変動させる。その結果、タグ間結合が生じるかもしれないが、ＲＦＩＤタグはシステム８８のＲＦＩＤ呼掛け装置との通信の信頼性を向上させることができる。
ＲＦＩＤシステム８８は、１３．５６ＭＨｚ等の電磁スペクトルの周波数範囲で動作し、許容可能な周波数変動が±７ｋＨｚであり、多くの場合、産業、科学および医療（ＩＳＭ）用途に用いられる。しかし、ＲＦＩＤアプリケーションに他の周波数を用いてもよく、本発明はこれに限定されない。例えば、倉庫等の大規模保管区域におけるＲＦＩＤシステムでは、約９００ＭＨｚで動作するＲＦＩＤシステムを用いてもよい。
本発明の各種の実施形態について記載してきた。これらおよび他の実施形態は添付の請求項の範囲に含まれる。
タグ間結合の潜在的影響を減少または除去すべく自身の共振周波数を自動的且つ動的に変動させるＲＦＩＤタグを示すブロック図である。 自身の共振周波数を動的に調整可能なＲＦＩＤタグの例示的な一実施形態を示す回路図である。 自身の共振周波数を動的に調整可能なＲＦＩＤタグの別の実施形態を示す模式図である。 図２のＲＦＩＤタグ等、自身の共振周波数を自動調節して隣接タグとの結合を補償するＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートである。 図３のＲＦＩＤタグ等、自身の共振周波数を動的に変化させる容量スイッチを含むＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートである。 図３のＲＦＩＤタグ等、自身の共振周波数を動的に変化させるためにＭＥＭＳスイッチを含むＲＦＩＤタグの例示的な動作を示すフローチャートである。 タグ間結合が生じる可能性のある環境における通信を支援すべく、自身の共振周波数を変動可能なＲＦＩＤタグを利用する例示的なＲＦＩＤシステムを示すブロック図である。

Claims (39)

  1. 第１の共振周波数に同調された主アンテナと、
    前記主アンテナの共振周波数を動的に変化させるスイッチング回路とを含む、無線認証（ＲＦＩＤ）タグ。
  2. 容量素子を更に含み、前記スイッチング回路が、前記主アンテナの共振周波数を変化させるべく、前記容量素子を選択的に前記主アンテナと電気的に接続する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  3. 前記スイッチング回路が、前記主アンテナの共振周波数を低下させるべく、前記容量素子を前記主アンテナと並列に接続する、請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
  4. 前記容量素子が、コンデンサ、ダイオード、およびトランジスタのうち１つを含む、請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
  5. 誘導素子を更に含み、前記スイッチング回路が、前記主アンテナの共振周波数を動的に変化させるべく、前記誘導素子を選択的に前記主アンテナと電気的に接続する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  6. 第１の長さを有する第１の導電トレースと、
    第２の長さを有する第２の導電トレースと、を更に含み、第１の長さが第２の長さより長く、更に、前記スイッチング回路が、前記主アンテナの共振周波数を変化させるべく、前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースを前記主アンテナと選択的に接続する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  7. 前記スイッチング回路が、共振周波数を変化させるべく異なる電気素子を選択するマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含む、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  8. 前記スイッチング回路が、蓄積された電荷に基づいて、前記主アンテナの共振周波数を変化させる容量スイッチを含む、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  9. 隣接するタグとの電磁結合の量を検出する検知回路を更に含み、前記スイッチング回路が、検出された電磁結合の量に基づいて、前記主アンテナの共振周波数を選択的に増減させる、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  10. 前記スイッチング回路が、前記検知回路内の電流が閾値を超えた場合にオンになるトランジスタを含む、請求項９に記載のＲＦＩＤタグ。
  11. 前記スイッチング回路が更に、前記トランジスタがオンになる閾値を調整する分圧器を実現すべく構成された第１の抵抗器および第２の抵抗器を含む、請求項１０に記載のＲＦＩＤタグ。
  12. 第２の共振周波数に同調された検知アンテナを更に含み、前記スイッチング回路が、前記検知アンテナ内で誘導された電流の量に基づいて、前記主アンテナの共振周波数を変化させる、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  13. 前記主アンテナと前記検知アンテナが同一平面上にある、請求項１２に記載のＲＦＩＤタグ。
  14. 前記検知アンテナが約１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）に同調されていて、前記主アンテナが約２０ＭＨｚに同調されている、請求項１２に記載のＲＦＩＤタグ。
  15. 前記スイッチング回路が、前記ＲＦＩＤタグに無線周波数場を適用または除去した際に、前記主アンテナの共振周波数を自動的に変化させる、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  16. 前記主アンテナと電気的に結合されていて、関連付けられた物品の情報を格納し、前記主アンテナを介して前記情報をＲＦＩＤ読取装置へ伝送するＲＦＩＤ集積回路を更に含む、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  17. 無線認証（ＲＦＩＤ）タグの主アンテナを、関連付けられた共振周波数で動作させるステップと、
    前記主アンテナの共振周波数を動的に変化させるステップとを含む方法。
  18. 前記共振周波数を動的に変化させるステップが、前記主アンテナの共振周波数を選択的に増減すべく、容量素子を主アンテナに選択的に接続するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記容量素子がコンデンサ、ダイオード、およびトランジスタのうち１つを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記共振周波数を動的に変化させるステップが、前記主アンテナの共振周波数を変化させるべく、誘導素子を前記主アンテナと選択的に接続するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  21. 前記共振周波数を動的に変化させるステップが、前記主アンテナの共振周波数を変化させるべく、前記主アンテナに第１の長さを有する第１の導電トレース、または第２の長さを有する第２の導電トレースを選択的に接続するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  22. 前記ＲＦＩＤタグと隣接するＲＦＩＤタグ間の電磁結合の量を検出するステップと、
    前記検出された電磁結合の量に基づいて、前記主アンテナに関連付けられた共振周波数を動的に変化させるステップと、を更に含む、請求項１７に記載の方法。
  23. 前記ＲＦＩＤタグが、前記主アンテナと関連付けられた共振周波数とは異なる共振周波数を有する検知アンテナを含み、前記共振周波数を動的に変化させるステップが、検知アンテナ内で誘導された電流が閾値を上回った場合に前記主アンテナに関連付けられた共振周波数を動的に変化させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  24. 前記検知アンテナの共振周波数が約１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）に同調されていて、前記主アンテナの共振周波数が約２０ＭＨｚに同調されている、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記共振周波数を動的に変化させるステップが、前記ＲＦＩＤタグに無線周波数場を適用または除去した際に、前記主アンテナの共振周波数を動的に変化させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  26. ＲＦＩＤ呼掛け装置と、
    物品に関連付けられたＲＦＩＤタグであって、前記呼掛け装置が前記物品に関する情報を取得すべく呼掛けるＲＦＩＤタグと、
    前記ＲＦＩＤ呼掛け装置から取得された情報を処理するコンピュータ装置とを含み、
    前記ＲＦＩＤタグが、第１の共振周波数に同調された主アンテナと、前記主アンテナと電気的に結合されていて前記関連付けられた物品の情報を格納する集積回路と、前記主アンテナの共振周波数を調整すべく、１個以上の素子を前記主アンテナと選択的に接続するスイッチング回路とを含む、無線認証（ＲＦＩＤ）システム。
  27. 前記１個以上の素子が容量素子を含み、前記スイッチング回路が、前記容量素子を前記主アンテナと選択的に接続する、請求項２６に記載に記載のシステム。
  28. スイッチング回路が、前記主アンテナの共振周波数を低下させるべく、前記容量素子を前記主アンテナと並列に接続する、請求項２７に記載のシステム。
  29. 前記容量素子が、コンデンサ、ダイオード、およびトランジスタのうち１つを含む、請求項２７に記載のシステム。
  30. 前記１個以上の素子が誘導素子を含み、前記スイッチング回路が前記誘導素子を前記主アンテナと選択的に接続する、請求項２６に記載のシステム。
  31. 前記１個以上の素子が、第１の長さを有する第１の導電トレースと、第２の長さを有する第２の導電トレースとを含み、前記スイッチング回路が、前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースを前記主アンテナと選択的に接続する、請求項２６に記載のシステム。
  32. 前記スイッチング回路が、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチと容量スイッチのうち１つを含む、請求項２６に記載のシステム。
  33. 隣接するＲＦＩＤタグとの電磁結合の量を検出する検知回路を更に含み、前記スイッチング回路が、検出された電磁結合の量に基づいて、前記主アンテナの共振周波数を選択的に増減させるべく前記１個以上の素子を前記主アンテナと選択的に接続する、請求項２６に記載のシステム。
  34. 前記検知回路が、前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数に同調する検知アンテナを含み、前記スイッチング回路が、前記センサアンテナ内の電流が閾値を超えた場合に前記１個以上の素子を前記主アンテナと選択的に接続する、請求項３３に記載のシステム。
  35. 前記スイッチング回路が、前記検知アンテナ内の電流が閾値を超えた場合にオンとなるトランジスタを含む、請求項３４に記載のシステム。
  36. 前記スイッチング回路が更に、前記トランジスタがオンになる閾値を調整する分圧器を実現すべく構成された第１の抵抗器および第２の抵抗器を含む、請求項３５に記載のシステム。
  37. 前記主アンテナと前記検知アンテナが同一平面上にある、請求項３３に記載のシステム。
  38. 前記検知アンテナが約１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）に同調されていて、前記主アンテナが約２０ＭＨｚに同調されている、請求項３３に記載のシステム。
  39. 前記スイッチング回路が、前記ＲＦＩＤタグに無線周波数場を適用または除去した際に、前記主アンテナの共振周波数を自動的に変化させる、請求項２６に記載のシステム。
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