JP2008283702A - 識別装置および識別システム - Google Patents

Abstract

【課題】タグおよびこのようなタグを内蔵する識別装置及びシステムが確実に作動するには、品物の間隔を十分にとらなければならない。このような“密度”制限により速度および効率が制限される傾向がある。
【解決手段】第１の信号を受信して第２の信号を送信する識別装置（１）を含み、この装置は第１の信号を受信して電圧を発生する受信手段（３５）と、装置（１）が第１の状態にあるか第２の状態にあるかを選択する状態選択手段（４１）を有する集積回路（３７）と、受信手段（３５）および集積回路（３７）間の接続（３９）と、第２の信号を発生する送信手段（４５）を含む識別装置及びそれを内蔵するシステム。本発明は複数の識別装置（１）に質問する質問機（４３）を含むシステム（５０）も含んでいる。
【選択図】図１０

Description

（発明の分野）
本発明は識別装置およびそれを内蔵するシステムに関する。

本発明は主として小包、文書、または郵便処理システム用無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)タグ等として開発され、以後これらの応用に関して説明する。しかしながら、本発明はこれら特定の使用分野に限定されず、在庫管理、在庫品管理システム、その他の応用にも適している。

（背景）
能動ＲＦＩＤタグが知られており、一般的に集積回路（ＩＣ）に電気的に接続された共振同調アンテナコイルを含んでいる。このようなＲＦＩＤタグの例は米国特許第5,517,194号(キャロル(Carrol)他)、米国特許第4,546,241号(ウォルトン(Walton))、米国特許第5,550,536号(フラクセル(Flaxel))、および米国特許第5,153,583号(マードック(Murdoch))がある。

ＲＦＩＤを利用するシステムは、典型的に、同調アンテナコイルの共振周波数において磁界を発生する質問機(interrogator)を含んでいる。コイルが磁界内に配置されると、両者は結合してコイル内に電圧が発生する。コイル内の電圧はコイルのＱにより拡大されてＩＣへ電力を供給する。この電力により、ＩＣは最後に質問機へ送信される符号化識別信号を発生することができる。

同調アンテナコイルへ流入する共振電流はコイルの領域内にも磁界を発生するため制約が生じる。すなわち、第２のコイルを有する第２のタグ等の物体が第１のコイルの近くに配置されると、第１のコイル（および、第２のコイル）により発生する電圧はこれら各磁界の部分的相殺、または完全な相殺、により低減される。次に、それにより電力が低減して第１のタグ（および、恐らくは第２のタグも）は質問機へ確実に識別信号を与えることができない。

そのため、小荷物取扱サービス、郵便集配サービス、在庫管理サービス、等のこのようなタグを利用する多くの分野では“稠密な”構成において処理することができない。すなわち、タグおよびこのようなタグを内蔵するシステムが確実に作動するには、このような品物の間隔を十分にとらなければならない。このような“密度”制限により速度および効率が制限される傾向がある。

本明細書における従来技術の検討は受取人が本発明を理解するのを助けるためになされ、本発明の分野における知れわたった一般的知識の範囲を容認するものではない。

（発明の概要）
従来技術の１つ以上の欠点を克服する、もしくは、少なくとも実質的に改善する、あるいは、少なくとも有用な代替策を提供することが本発明の目的である。

本発明の第１の態様に従って、無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)装置が提供され、それは、
質問信号を受信するアンテナ、および、
アンテナに接続され質問信号に応答するトランシーバ、を含み、
トランシーバはアンテナから選択的に電流を引き出す。

好ましくは、トランシーバは第１の状態および第２の状態間で切替わり、第１の状態中にトランシーバにより引き出される電流は第２の状態中に引き出される電流よりも大きい。より好ましくは、トランシーバは第１の状態よりも第２の状態をより頻繁に選択する。さらに、好ましくは、第２の状態を選択する確率は第１の状態を選択する確率の少なくとも２倍である。

好ましい実施例では、トランシーバは動作サイクルを有し、そのサイクル中に、トランシーバは第１または第２の状態にある。好ましくは、トランシーバは１/２よりも小さい確率で第１の状態を選択する。より好ましくは、確率は１/４よりも小さい。さらに、好ましくは、確率が１/１６以下である。したがって、第１の状態は各サイクルにおいて必ずしも選択されない。信号の使用において、質問信号は予め定められたエリア内で質問機により発生する。好ましくは、装置は２サイクル以上信号フィールド内に維持される。より好ましくは、装置は少なくとも選択される第１の状態の確率の逆数に等しいサイクル数だけフィールド内に維持される。

好ましい形では、第１の状態および第２の状態の選択は予め定められたアルゴリズムに基づいている。好ましいアルゴリズムの例は乱数または擬似乱数である。

好ましくは、アンテナおよびトランシーバは共通基板に搭載される。より好ましくは、アンテナはコイル内に発生される電流は質問信号に応答する。

好ましくは、第１の状態中に、トランシーバにより引き出される電流はその動作を許すものである。すなわち、第１の状態は正規状態であり、第２の状態はスタンバイ状態である。たとえば、正規状態では電流は関連するクロック回路、信号処理回路、等に供給される。この状態では、電流によりトランシーバは識別信号を発生することもできる。

より好ましくは、トランシーバは電流を頼りにアンテナを駆動して識別信号を送信する。一実施例では、装置は独立した送信アンテナを含みトランシーバはその独立した送信アンテナを駆動して識別信号を送信する。いずれの場合も、アンテナから引き出される電流は識別信号を発生および送信する電力源である。

好ましくは、装置はオンボード電源が無い点において受動的である。しかしながら、本発明はオンボード電源の寿命が延ばされる能動装置にも応用することができる。

本発明の第２の態様に従って、無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)装置が提供され、その装置は、
質問信号を受信しその信号に応答してアンテナ電流をサポートするアンテナを有し、
アンテナに接続されてアンテナ電流を第１の状態と第２の状態間で切替えるカップリングを有し、第１の状態のアンテナ電流は第２の状態のアンテナ電流よりも大きく、
カップリングに接続されかつアンテナ電流から得られる動作電流を引き出すトランシーバを有し、質問信号に選択的に応答して識別信号を発生することを、備える。

好ましくは、第１の状態中にトランシーバは質問信号に応答して識別信号を発生する。より好ましくは、第２の状態において装置はアンテナ電流を第１および第２の状態間で切替える目的だけで質問信号に応答する。すなわち、第１の状態は正規電流状態であり、第２の状態は低電流すなわちスタンバイ状態である。

また、好ましくは、アンテナはトランシーバに応答して識別信号を送信する。しかしながら、他の実施例では、装置はトランシーバに応答して識別信号を送信する独立したアンテナを含んでいる。

本発明の第３の態様に従って、第１の態様のＲＦＩＧタグと一定の順序に配列される品物を識別するシステムが提供され、このシステムは、
質問フィールドを提供する質問機と、
各品物に搭載される複数の識別装置とを含み、この装置は、
フィールド内に同時発生的に配置され、そのフィールドに応答してアンテナ電流を供給する各アンテナと、
アンテナに接続されて電流を動作状態およびスタンバイ状態間で選択的に切替えて全ての電流が同時に動作状態とはならないようにする各トランシーバと、を含み、
トランシーバは電流に応答して各品物に特定の識別データを含む識別信号を与え、さらに、
識別信号を処理して識別データを抽出し各品物を識別する受信機を含んでいる。

好ましくは、動作状態中にトランシーバにより引き出される電流はスタンバイ状態中に引き出される電流よりも大きい。より好ましくは、トランシーバは動作状態よりもスタンバイ状態をより頻繁に選択する。さらに好ましくは、第２の状態を選択する確率は第１の状態を選択する確率の少なくとも２倍である。

好ましい実施例では、トランシーバは開始および終了のある動作サイクルを有し、そのサイクル中に、トランシーバは第１または第２の状態にある。また、好ましくは、トランシーバは１/２よりも小さい確率を有する第１の状態を選択する。より好ましくは、確率は１/４よりも小さい。さらに好ましくは、確率は１/１６以下である。

好ましい形では、状態の選択は予め定められたアルゴリズムに基づいている。好ましいアルゴリズムの例はトランシーバの状態選択を決定するのに使用される乱数または擬似乱数である。

好ましくは、各トランシーバが第１の状態にある時に識別信号が送信される。より好ましくは、トランシーバは各アンテナを使用して識別信号を送信する。しかしながら、他の実施例では、装置はトランシーバが識別信号を送信するのに使用する各第２のアンテナを含んでいる。

本発明の第４の態様に従って、無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)装置が提供され、この装置は、
質問信号に応答してアンテナ電流を供給するアンテナを有し、
正規状態およびスタンバイ状態間の選択を行うトランシーバを有し、正規状態中に、トランシーバは質問信号に応答して識別信号を発生し、スタンバイ状態中は、質問信号に応答して正規状態およびスタンバイ状態間の選択しか行わないこと、を含んでいる。

好ましくは、質問信号が存在しなければ装置は非活性である。逆に、質問信号が存在すれば、装置は正規状態またはスタンバイ状態にある。好ましくは、正規状態は持続時間が短く、そのため、質問信号が存在すれば装置は優勢的にスタンバイ状態にある。好ましくは、スタンバイ状態中に、装置は正規およびスタンバイ状態間の選択の目的で質問信号にしか応答しない。

本発明の第５の態様に従って、無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)装置用電源調整器が提供され、この装置は、質問信号を受信し識別信号を送信するアンテナ、および質問信号に応答して識別信号を発生するトランシーバを有する。調整器は、
トランシーバへ供給電圧を与える電流カップリングを有し、第１の状態においてアンテナから第１の電流を引き出し、第２の状態において第１の電流よりも小さい第２の電流をアンテナから引き出す。

本発明の第６の態様に従って、第１の信号を受信して第２の信号を送信する識別装置が提供され、この装置は、
第１の信号を受信しそれを利用して電圧を発生する受信手段を有し、電圧から第１の電流を発生し、
受信手段内の第１の電流の量を選択的に制御する集積回路を有し、
受信手段と集積回路間の接続を有し、
第２の信号を発生する送信手段を有し、
装置が第１の状態であるか第２の状態であるかを選択する状態選択手段を有し、
装置が第１の状態にある時は、第２の状態に関して、比較的大量の第１の電流が受信手段中を流れ、
装置が第２の状態にある時は、第１の状態に関して、比較的少量の第１の電流が受信手段中を流れる。

本発明の第７の態様に従って、品物を識別するシステムが提供され、このシステムは、
第１の信号を発生する信号発生器と、
複数の品物と、
各々が個別の各品物に関連付けられる複数の識別装置と、を含み、
各装置が、
第１の信号を受信しそれを利用して電圧を発生する受信手段を有し、
受信手段は電圧から第１の電流を発生し、
受信手段内の第１の電流の量を選択的に制御する集積回路を有し、
受信手段および集積回路間の接続を有し、
第２の信号を発生する送信手段を有し、
装置が第１の状態であるか第２の状態であるかを選択する状態選択手段を有し、
装置が第１の状態にある時は、第２の状態に関して、比較的大量の第１の電流が受信手段中を流れ、
装置が第２の状態にある時は、第１の状態に関して、比較的少量の第１の電流が受信手段中を流れる。

（発明の詳細な説明）
図面の象徴的表現に関する序文解説
次に、添付図を参照して、単なる例として本発明の好ましい実施例について説明する。
初めに図３−１１，および１５−１８は本発明の好ましい実施例の“象徴的”モデルであり、図２は従来技術タグの“象徴”であることに注目願いたい。対照的に、図１は本発明の略表現である。

すなわち、図１に示すように、本発明の好ましい実施例は受信機部３５、１つ以上の機能を有する集積回路３７、２つの間の接続３９、装置が第１の状態にあるか第２の状態にあるかを決定する状態選択手段４１、および、好ましくはアンテナ４７の形の送信手段４５により構成される。やはり、これらのコンポーネントは図３−１１，および１５−１８に象徴的に反映される。

本発明の第１の実施例
無線周波数識別(“ＲＦＩＤ”)装置すなわちタグ１の形の本発明の第１の実施例が図３に象徴的に例示されている。タグは質問信号を受信する多巻コイル３を含んでいる。集積回路(ＩＣ)４の形のトランシーバがコイル３に接続され質問信号に応答する。他の実施例では、他の装置がトランシーバとして使用され、このような装置は当業者ならば容易に判る。この実施例では、コイル３および回路４は普通の一般的に矩形の基板２上に搭載される。他の好ましい実施例では、ＩＣはメモリ４２を含んでいる。

２つの“状態”
回路４は第１の状態および第２の状態間で切替わり、質問信号の存在下で第１の状態中に回路４によりコイル３から引き出される電流は、第２の状態中に引き出される電流よりも大きい。より詳細には、回路４はサイクルの持続時間だけ第１または第２の状態をランダムに選択する電流サイクルを有する。各個別タグによるサイクル中の状態のランダムな選択により、第１の状態において２つの隣接タグが同時に動作するリスクが低減される。

さらに、この実施例では、回路４による第２の状態の選択は第１の状態の選択よりもおよそ１６倍確率が高い。すなわち、回路４が高い電流を引き出して隣接タグおよびそれ自体の性能をそれらの相互結合により危うくする確率は１/１６である。したがって、タグは従来技術のタグにより達成できるものよりも遥かに小さい空間分離で動作することができる。

状態選択手段はデジタル回路により実現される。これらの回路は選定アルゴリズムまたは方法に従って電流状態を選択するように設計される。状態選択回路を実現するのに使用することができるいくつかの方法がある。論理ゲートを使用して状態選択を決定する専用論理回路を作り出すことができる。論理アレイからなる状態エンジンを状態選択機能を実現するように設計ことができる。マイクロコントローラまたはプロセッサが選択アルゴリズムまたは方法を符号化するソフトウェア命令を実行することができる。好ましい実施例はマイクロコントローラにより制御される論理アレイである。マイクロコントローラソフトウェアは選択アルゴリズムまたは方法の低速部を実行し、論理アレイは選択アルゴリズムまたは方法の高速部を実行する。

規模
基板２はおよそ８０ｍｍ×５０ｍｍであり、一緒に積層されてコイル３および回路４をカプセル化する複数の層を含んでいる。この実施例では、タグ１の厚さはおよそ０.３ｍｍである。他の実施例では、タグ１の寸法はそれよりも大きかったり小さかったりする。すなわち、一般的にタグは梱包その他の品物内に遮られることなく内蔵されるような大きさとすることが好ましい。

識別信号を送信するのに使用される装置
好ましい実施例では、コイル３はトランシーバにより発生される識別信号を送信する。他の実施例では、第２の独立したアンテナコイルが識別信号を送信するのに使用される。

質問信号を受信するのに使用される装置
この実施例では、アンテナはコイル３であるが、他の装置を利用して質問信号を受信することができる。このような代替装置の例が図１６，１７および１８に示されている。図１６では、質問信号は非特定的すなわち一般的な受信装置３１により受信される。図１７に示すダイポールアンテナは放射された質問信号を受信するのに使用される。他の実施例（図示せず）では、装置３１はモノポールである。さらに、図１８に示すようなもう１つの実施例では、装置３１は電気的、容量性、または質問信号を受信する容量性アンテナを含んでいる。さらに、当業者ならば、ここに記載された教示から本発明はさらに他の受信装置に応用することができ、アンテナの選択や質問信号の特定の形式により制限されないことを理解できる。

従来技術タグの典型的動作
本発明の実施例についてさらに記述する前に、典型的な従来技術タグの動作を調べる。典型的なタグは図２に略示するような回路５を含んでいる。特に、質問フィールドによりアンテナコイル内に電圧Ｖ１が誘起され、アンテナコイルＬ１はキャパシタＣ１を同調させることにより同調される。したがって、Ｌ１およびＣ１は共振同調回路を形成し、この回路は電圧Ｖ１をアンテナコイルのロードされたＱだけ拡大する。同調回路の両端間に生じるＡＣ電圧は整流器６により整流され、ＤＣ出力電圧が蓄積キャパシタＣ２上に蓄積される。ＩＣのＤＣ負荷はＲ１で表される。

図１１は対応する機能が対応表記法で示されている、従来技術回路５に対する回路モデルを示す。アンテナコイルはインダクタンスＬ１および直列抵抗Ｒ５によるコイル損失で表される。同調容量および回路漂遊容量はＣ１で表され、整流器およびＩＣ回路の損失はＲ３で表される。Ｌ１およびＣ１により形成される同調回路内を循環する共振電流はＩ１であり、Ｒ３への出力電流はＩ２である。

キャパシタＱ(Qc=w.R3.C1)が通常全体共振Ｑを支配する。典型的に、Ｑｃは１０および４０間の値を有する。比率Ｉ１/Ｉ２＝Ｑであるため、共振電流Ｉ１は出力電流Ｉ２よりも遥かに大きい。

前記したことから、この種のタグがごく接近すると共振電流により発生される磁界は、相互インダクタンスを介して、近接タグと結合するためＶ１は減少する。言い換えれば、一度タグがごく接近する、すなわち、互いにおよそ５０ｍｍ以内となると、このような“干渉”によりタグの確実な動作が損なわれる。

共振キャパシタの除去
互いにごく接近するタグに対しては、これらの共振電流は解消されることが重要であることが発明者により理解されてきている。それにより、発明者は共振キャパシタをアンテナコイルから分離することによりこれらの共振電流を解消できることを確認している。しかしながら、たとえ図２に示すような従来技術装置から共振キャパシタを除去しても、コイル５から引き出されるアンテナ電流は複数のタグをぎっしり積重ねられるようにするにはまだ大きすぎる。特に、たとえ共振キャパシタが無くても、このようなタグが互いに数ｍｍ以内に配置されると、タグは確実には動作しない。

第２の状態における電流の最小化
アンテナコイル電流が非常に小さくなる、あるいは、場合によってはゼロになると、コイルは質問フィールドに対して見えやすくなる(transparent)。この状態において、アンテナコイルは（ａ）質問フィールドに影響を及ぼさず、（ｂ）低電流状態のこれらのタグは正規の電流状態のこれらのタグの動作と干渉しない。

低電流状態では、タグ１は完全に機能的ではない。すなわち、コイルから引き出される電流は必要な回路機能しか活かされないように低減される。好ましい実施例では、電流は３０μＡ程度である。理想的には、電流はゼロであるか、あるいはできるだけ最小限に抑えられる。

他の実施例では、電流を最小限に抑えることは下記の方法を含むさまざまな方法の中の１つ以上の方法により実現される。
１． 回路により実施される必要な機能を最小限に抑える。
２． 低電力回路を利用する。広く理解されているように、低電力回路は従来の回路よりも遥かに設計が困難である。低電力回路は動作電流が少なく引き出す電流も少なくなる。低電流状態において動作し続けなければならないこれらの回路に対して低電力回路を使用すると、低電流状態中に引き出される電流が低減される。
３． オンボード(onboard)エネルギ蓄積装置、特に、容量性装置の使用。オンボードエネルギ蓄積装置は低電流状態における回路の動作に必要な電流を供給する。たとえば、容量性装置は正規の電流状態中に充電し蓄積された電荷を低電流状態中に使用してアンテナから引き出される電流を最小限に抑えることができる。あるいは、バッテリを使用して低電流状態電流を供給することができる。

より一般的には、アンテナコイルから見たインピーダンスはできるだけ大きくなければならない。これは低電流状態において特にそうである。すなわち、アンテナ電流の量はコイルから見た抵抗性および無効負荷またはそのいずれかの量に比例する。コイル電流の量が大きすぎると、コイル対コイル磁気干渉によりタグの確実な動作は停止してしまう。

動作
共振キャパシタを含まない図３の実施例では、質問フィールドによりアンテナコイルＬ１内に電圧Ｖ１が誘起される。さらに、アンテナ電圧は整流されてＤＣ蓄積キャパシタＣ２上に蓄積される。発生電流は象徴的スイッチＳＷ１により管理される。

Ａ．象徴的スイッチ
２つの状態はスイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１およびＲ２により象徴的に反映することができる。重要なことは、これらは２つの状態を反映するために利用されるもので、実際上、本発明の一部ではない。

言い換えれば、スイッチＳＷ１は２つの異なる“状態”における装置の動作を反映する。本質的に、これはそれぞれ低電流状態および正規電流状態において回路４により提供される負荷を表す抵抗Ｒ１およびＲ２によりさらに象徴的に実現される。

ここに教示されていることから、当業者ならば回路を無効にさせてそれらの消費電流を低減する多くの既知の方法を理解することができ、その全てを必要な機能を達成するのに応用することができる。たとえば、マイクロプロセッサを“スタンバイ”または“スリープ”状態とするためのさまざまなハードウェアおよびソフトウェア方法がある。

Ｂ．象徴的スイッチにより入力される電流
低電流および正規電流状態において回路４により引き出される電流の変化はアンテナコイルの電流変化に対応する。低電流状態ではアンテナ電流は数１０μＡであり、正規電流状態ではアンテナ電流は数１００μＡである。特に、典型的な値は低電流状態では７０μＡであり、正規電流状態では３００μＡである。

図３では、低電流状態は開かれるスイッチＳＷ１およびＲ２を介して引き出される電流Ｉｑにより象徴的に表される。低電流状態では、零入力電流Ｉｑが象徴的に引き出される。電流Ｉｑは非常に小さく典型的には数１０μＡである。この実施例では、ＩｑはＣＭＯＳメモリ内に格納されたＲＡＭデータを維持し、論理機能を作動させ、アナログ回路に給電するのに使用される電流を表す。

さらに、正規電流状態は閉じられるＳＷ１により象徴的に表され回路４の機能の全ての活性化を反映する。正規電流状態では、電流ＩｃおよびＩｑが引き出される。正規電流状態において回路４により引き出される全電流（Ｉｑ＋Ｉｃ）は典型的におよそ３００μＡであるが、実施例毎に著しく変動する。

図３の“モデル”
図１２はタグ１に対する回路モデルを示す。特に、
（ａ）質問フィールドによりアンテナコイルＬ１内に電圧Ｖ１が誘起される。
（ｂ）インピーダンスＺ１はアンテナコイルの直列インピーダンスおよび任意の直列接続インピーダンスを表す。
（ｃ）Ｒ４は回路４の等価ＡＣ抵抗値を象徴的に表す。
（ｄ）電流Ｉ２がアンテナコイルからＲ４へ流入する。
（ｅ）Ｒ４両端間の電圧Ｖ４はＬ１および回路４のアンテナ端子の電圧を象徴的に表し、図３に示すように、それは整流されてＤＣ蓄積キャパシタＣ２上に蓄積される。

したがって、Ｖ４はＶ１マイナスＬ１およびＺ１を流れる電流Ｉ２によるＬ１およびＺ１内の電圧降下に等しい。すなわち、
Ｖ４＝Ｖ１−Ｉ２.（Ｚ１＋ｊｗＬ１）
となり、ここに、ｊｗはラジアン/秒で表される複素周波数である。この方程式は次の２つの形に書き換えることができる。
Ｉ２＝（Ｖ１−Ｖ４）/（Ｚ１＋ｊｗＬ１） および
Ｉ２＝Ｖ１/（Ｒ４＋Ｚ１＋ｊｗＬ１）

Ｉ２調整
前記したことから、電圧Ｖ１およびインダクタンスＬ１が固定されているものとすると、Ｉ２はＶ４，Ｒ４またはＺ１を変動させて調整される。たとえば、
１． Ｉ２はＶ４を変えて変動される。すなわち、出力電圧を増加することによりコイル端子により多くの電圧が現れてアンテナコイルから引き出される電流は少なくなる。
２． Ｉ２はＲ４を変えて変動される。すなわち、回路４のＡＣ抵抗値を増加することによりアンテナコイルから引き出される電流は少なくなる。
３． Ｉ２はＺ１を変えて変動される。すなわち、Ｚ１に直列に追加インピーダンスを挿入することにより、アンテナコイルインピーダンス内に大きな電圧降下が生じてアンテナコイルから引き出される電流は少なくなる。

このような技術を内蔵する実施例を以下に図６，７，および８の状況において記述する。当業者ならば、これらの実施例の要素を結合してＩ２の代替調整方法を提供できることが理解される。

代替実施例
Ａ．電圧増倍器を有する実施例
図４において、集積回路７は整流器ではなく電圧増倍器回路８を含んでいる。共振同調が無い場合、コイル電圧はＱにより拡大されないため比較的低いので、これは有利である。補償するために、回路８は回路７へ供給される電圧を増加して回路が低いコイル電圧で動作できるようにし、低いコイル電圧は低い質問フィールドしか必要としない。

図５において、集積回路９は倍電圧回路１０を含んでいる。他の実施例では、３倍や４倍等の他のタイプの電圧増倍器が使用される。多くの好ましい実施例で使用されるコイルのインピーダンスレベルは低く、２００Ω程度であるため、電圧増倍器との接続に理想的に適している。

Ｂ．トランジスタを有する実施例
図６において、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＴ１の形のスイッチが正規電流状態または低電流状態を選択するのに使用される。（Ｔ１のドライブはトランシーバにより提供される）。トランジスタＴ１が閉じられまた開かれると、回路はそれぞれ倍電圧器および全波整流器として作用する。

倍電圧器は２の電圧利得を有し、チップの負荷インピーダンスを８倍に変換する。対照的に、全波整流器は１の電圧利得を有し、負荷インピーダンスを２倍に変換する。したがって、倍電圧回路はアンテナコイルから著しく大きい電流を引き出すため、正規電流状態整流器として作用する。対照的に、全波整流器は低電流状態中はスイッチ“オン”される。

Ｃ．追加インピーダンスを有する実施例
図６において、回路１１は低電流状態にある時にアンテナコイルＬ１に直列に追加インピーダンスＺ２を与えるサブ回路１２を含んでいる。Ｚ２は抵抗値、キャパシタンス、インダクタンスまたはそれらのいずれかまたは全ての組合せとすることができる。追加インピーダンスによりそれ自体の両端間の電圧が降下してＩ２が減少する。これは低電流状態中にアンテナから引き出される電流を低減するのに有利である。

図７に示すような他の実施例では、回路１２は整流器のＤＣ側に配置され抵抗Ｒ３がＩ２を低減するのに使用される。

Ｄ．分路調整器を有する実施例
図８に示す実施例は分路調整器１６を利用して集積回路へ供給される動作電圧を制御する回路１５を含んでいる。分路回路の動作の詳細な説明は米国特許第5,045,770号に記載されている。

本質的に、ＩＣの動作電圧は低電流状態の動作電圧，ＶＡ＋ＶＢ，が正規電流状態の動作電圧ＶＢよりも高くなるように変えられる。ＩＣがより高い動作電圧である時は、装置のトランシーバ部分は低電流で作動し、そのためアンテナから引き出される電流は低い。

低電流状態動作電圧はＩＣ技術の制約条件が与えられたとしてできるだけ高く設定される。この実施例では、たとえば、ＶＡ＋ＶＢ＝４.２ＶまたＶＢ＝２.１Ｖである。

Ｅ．直列調整器を有する実施例
図９の実施例は直列調整器を利用して動作電圧を制御する回路を含んでいる。調整器への入力電圧は回路が低電流状態へ切替わる時に増加する。

装置を内蔵するシステム
図１２は宝石の在庫品システムとしての本発明の実施例の応用を示す。予め、このプロセスは手動で達成されているため、時間を消耗し誤りを生じ易い。

この実施例では、１００の小さな封筒が厚紙製の箱内に水平に積重ねられ、各封筒は宝石およびその特性に関するリポートを格納している。図１３からお判りのように、装置の信頼性に影響を与えることなく複数のＲＦＩＤタグ１を互いに数ｍｍ以内に配置することができる。

各タグ１は格納された宝石の特性がプログラムされるため、その特定して符号化された信号は箱内の各タグの識別だけでなく各封筒内に含まれる宝石の識別を示すデータを質問機に提供する。したがって、宝石の箱全体が１回の自動的プロセスで説明される。封筒を箱から取り出して互いに“安全な”距離に離す必要はない。

このようにして、安全確保も一層容易に維持される。たとえば、質問機は安全な保管物格納エリアと顧客サービスエリア間の通路（そこを通って箱が配置される）に配置することができる。好ましくは、箱を前進させる職員もタグを有してそれらの識別を決定できるようにする。

“状態”の決定
前記したように、図１３で使用されるような、ぎっしり積み重ねられたもしくは間隔がとられたタグの動作の信頼度を最大化するために、タグは２つの電流状態のいずれかで動作する。任意の時間に、タグの小部分はタグが質問機に応答する正規電流状態にあり、タグの残りはタグが完全には機能しない低電流状態にある。したがって、タグが互いに数ｍｍ以内で作動しなければならない図１２の実施例では、個別タグが正規状態である確率は１/１６となる。

一般的に言えば、タグが質問フィールド内に長く配置されるほど、正規状態確率は低くなることがある。数個のタグしかない他の実施例では、タグが正規状態である確率も低下することがある。このような状況では、タグ間の間隔はさらに減少できることがある。

状態の選択は予め定められたアルゴリズムを使用して行われる。好ましいアルゴリズムの例は乱数または擬似乱数アルゴリズムである。

Ａ．自律的選択
好ましい実施例では、タグはそれらの状態を自律的にランダムに選択する。すなわち、タグは電流状態をランダムに選択し、コマンドおよびデータまたはそのいずれかを受信し、または返答を送信し、次に、新しい電流状態をランダムに選択する。

Ｂ．質問信号への応答性
別の実施例では、タグに指令して新しい電流状態を選択させるのに質問信号が使用され、タグはそれらの電流状態をランダムに選択する。これらの質問信号は、ある実施例では、質問フィールド内の短い中断の形をとる。このような中断の例は単一中断および符号化中断（符号はタグにさまざまな電流状態選択を行うよう指令する中断のシーケンスである）を含んでいる。

さらに別の実施例では、質問フィールドの他の形の変調を使用してタグに電流状態の選択を指令する。このような変調の例は振幅、位相および周波数変調を含んでいる。

Ｃ．確率
タグ間の結合が信頼できる動作を許すのに十分低減される場合を除き、正規状態を選択するタグの精密な比率は重要ではない。作動するタグの確率すなわち比率はタグの数および間隔を適合させるように選択しなければならず、経験により決定することができる。

さらに、アルゴリズムは“ｎ”状態選択毎に少なくとも１回は正規電流状態となることをタグが保証されるように構成することができ、“ｎ”は正規状態を選択する確率の逆数である。これを保証する単純な方法は固定数の選択後に選択されていなければ、正規電流状態の選択を強制することである。この固定数の値を選択してタグの数および間隔を適合させることができる。

Ｄ．特定タグ数の使用
あるいは、各タグは特定数等の固定数に応じて電流状態を選択する。このような好ましい実施例では、タグはその数の一部分を使用して電流状態を選択する。特に、図１２の実施例では、各タグの特定数は４ビットマスク値を含んでいる。４ビット値は質問機中断の数またはタグが正規電流状態に入る前に受信したコマンドの数を表す。質問機により送信されるフィールドはコマンドをタグへ送信するように変調することができる。パルス、振幅、周波数および位相等のフィールドを変調するさまざまな方法が広く使用され理解されている。

もう１つの実施例では、タグが正規状態を出るたびにマスクを変更することができる。このようにして、同じ数の隣接タグが同時に正規電流状態へ移動することが防止される。

より小さいおよび長いマスクを使用してより長いおよび小さい確率を選択することができる。また、それぞれ０，１，２，３，４および５のマスクを利用して１，１/２，１/４，１/８，１/１６および１/３２の確率を選択できるように、マスクの長さを増減することができる。

もう１つの応用が図１４に示されており、ここでタグ１は積層封筒２３の２つの切取層２１および２２間に配置されている。タグ１は層間から突き出るように図示されているが、それは単なる図解のためにすぎない。使用時にタグ１は層により完全に密閉されることが判る。重要なことは、タグ１はいくつかの同様なタグにごく接近していても作動できるため、確実に質問できることである。

さらなる応用
図１９は本発明の好ましい実施例に従ったシステム５０を示す。図からお判りのように、質問機４３は複数の装置１を統合する。

郵便封筒に対して、ユーザは宛先および内容情報を含んで封筒の選別を容易にするようにタグ１を予めプログラムすることができる。さらに、ある実施例では、タグは意図した受取人に対して暗号化メッセージで予めプログラムすることができる。急便(courier)封筒に対して、急便は意図した受取人、封筒の内容、必要な配達の優先順位、その他のデータを含むようにタグを予めプログラムすることができる。

図１５においてタグ１は封筒の２つの層間に挟まれているが、別の実施例では、それは他の手段により取り付けられる。たとえば、一実施例はタグを選択的に受け入れるために封筒の外層上に形成されたプラスチックポケットを使用する。もう1つの実施例では、タグは単純に他の内容を有する封筒内に配置される。さらに、小包に取り付けると、緩く梱包された小包と隣接小包はしばしば分離されずに互いに直接寄りかかるため、本発明は特に有利である。当業者ならばここに示す教示から他の代替策も自明である。

本発明のもう1つの実施例では、タグは封止可能な品物に対する梱包内に配置される。品物を梱包内に配置した後で、タグは内容の量および質を示すデータを含むようにプログラムされる。それにより梱包ポイントから最終販売ポイントへの配送および在庫管理が容易になる。この実施例はコンピュータソフトウェアに対する梱包に応用する時に特に有利である。しかしながら、それはコンパクトディスク、玩具、集積回路、書籍、および一緒にぎっしり梱包して保管または輸送する任意の商品にも応用できる。

より複雑な実施例では、いくつかのタグが単一品物と関連付けられる。急便が使用する封筒の場合、１つのタグは急便機構しか読出しできないデータを含み、もう１つのタグは封筒の差出人および受取人しか読出しできないデータを含んでいる。

質問機
質問機４３は固定設置装置であるか、あるいは、他の実施例では携帯装置である。いずれの場合にも、質問機は好ましくはＲＦフィールドの形の質問信号を提供し、それはそのフィールド内の各タグにより検出され、かつ選択的に応答される。

再利用性および信頼性
好ましい実施例のＲＦＩＤタグは再プログラマブルであるため再利用可能なリソースを提供する。さらに、バーコードとは異なり、それらは物理的に乱暴な取扱いにより容易に使用不能となることがない。

本発明に関連する他の利点
従来技術のシステムでは、タグは小荷物等の品物を識別するのに使用され１ｍまでの距離で作動するように設計されるため、このような技術の応用はタグが十分間隔をとられている状況に限定される。それとは著しく対照的に、本発明の好ましい実施例はびっしり積重ねても確実に作動し続ける。

典型的な応用は、タグデータが各手紙の自動的選別を制御するのに使用される、手紙束に取り付けられるＲＦＩＤタグの識別である。しかしながら、本発明はこの特定の使用分野に限定されるものではない。たとえば、本発明のさまざまな態様を靴表甲、靴底、ダイヤモンド、および宝石類等の品物の識別および在庫管理に使用するシステムへ応用することができる。

さらに、在庫管理を容易にできる他に、本発明はこれらの品物の自動化選別を容易にする。これは宝石取扱いシステムの状況において、また、各郵便物片がタグを含む郵便物取扱いシステムの状況においても良く例示される。

したがって、好ましい実施例は品物識別、在庫管理等のさまざまな用途に有利に応用することができる。積重ねられる時等の“密集”範囲内で確実に作動する能力を有することにより、出願人のタグおよびシステムは手動介入の必要なしにこれらのプロセスをばら荷で自動的に行うことができる。したがって、本発明の好ましい実施例は従来技術のシステムを凌ぐ多くの著しい利点を提供する。

いくつかの特定例に関して本発明を記述してきたが、当業者ならば本発明は他の多くの形で実施できることがお判りであろう。

本発明の好ましい実施例に従った装置の略図である。 従来技術のタグの象徴的回路図である。 本発明の一実施例に従ったＲＦＩＤ装置の象徴的回路図である。 電圧増倍器を含む本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 倍電圧回路を含む本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 倍電圧回路および全波整流器の両方を含む本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 アンテナの集電効率を変える回路を含む本発明のもう１つの代替実施例の象徴的回路図である。 集電効率を変える回路がＤＣ側にある本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 動作電圧を変える回路を含む本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 直列電圧調整器回路を含む本発明のもう１つの実施例の象徴的回路図である。 図２の従来技術回路に対する回路モデルである。 図３の装置に対する回路モデルである。 各々が図３に従った装置を含む複数の積重ねられた封筒の斜視図である。 図３の装置の平面図である。 本発明のもう１つの態様に従った小包の切取斜視図である。 アンテナコイルが一般的な質問信号受信装置により置換される、図３のそれの代替象徴的実施例である。 アンテナコイルがダイポールアンテナにより置換される、図３のそれの代替象徴的実施例である。 アンテナコイルが容量性アンテナにより置換される、図３のそれの代替象徴的実施例である。 本発明の好ましい実施例に従ったシステムの略図である。

Claims (69)

1. 第１の状態および第２の状態間で切替えることができる切替型インピーダンスを有する装置であって、前記装置は、第１の状態においては電圧増倍器として作動し、第２の状態においては整流器として作動する装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記装置は信号を受信する受信手段を含み、該装置は第１の状態および第２の状態間を切替えることにより前記受信手段内の電流の量を選択的に制御するように構成される装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、第１の状態において前記受信手段を介して引き出される電流は第２の状態において前記受信手段を介して引き出される電流よりも大きい装置。
4. 請求項２または３に記載の装置であって、前記受信手段は前記装置の１つ以上の電圧入力端子に接続される装置。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の装置であって、前記受信手段はアンテナ回路内のコイルを含む装置。
6. 請求項２から５のいずれか１項に記載の装置であって、前記受信手段は実質的に２００Ωのインピーダンスを有する装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の装置であって、前記整流器の１つ以上の出力電圧端子間に負荷が接続される装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記負荷は集積回路を含む装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１の状態は動作状態であり前記第２の状態はスタンバイ状態である装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の装置であって、前記切替型インピーダンスはキャパシタと直列のスイッチを含む装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記切替型インピーダンスのスイッチはＭＯＳＦＥＴを含む装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置であって、前記切替型インピーダンスは前記整流器の第１の入力端子と第１の出力電圧端子間に接続される装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は前記第１および第２の状態間で切替えられる時に抵抗を変えて動作電圧を制御する直列調整器を含む装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、前記装置は前記直列調整器と直列の受信手段を含み、受信手段は信号を受信するように構成される装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は前記直列調整器と直列の負荷を含む装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は第１および第２の状態間で切替えられる時に動作電圧を制御する分路調整器を含む装置。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置であって、前記電圧増倍器は負荷インピーダンスを８倍変換する装置。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置であって、前記整流器は負荷インピーダンスを２倍変換する装置。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は前記第２の状態にある時は、前記第１の状態に関して、比較的少量の電流となるように電流を制御するように構成される装置。
20. 請求項１９に記載の装置であって、前記第１の状態において電流は数百μＡであり前記第２の状態において電流は数十μＡである装置。
21. 請求項１９または２０に記載の装置であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ５０μＡよりも少ない装置。
22. 請求項１９または２０に記載の装置であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ３０μＡよりも少ない装置。
23. 請求項１９または２０に記載の装置であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ１５μＡよりも少ない装置。
24. 請求項１９または２０に記載の装置であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ１μＡとおよそ４．９９μＡの間である装置。
25. 請求項１９から２４のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２の状態において前記比較的少量の第１の電流は前記比較的大量の第１の電流およそ５０％よりも少ない装置。
26. 請求項１から２５のいずれか１項に記載の装置であって、前記切替型インピーダンスは前記第１の状態よりも頻繁に前記第２の状態を選出するように構成される装置。
27. 請求項１から２６のいずれか１項に記載の装置であって、前記スイッチはアルゴリズムに従って前記第１および前記第２の状態を選出するのに使用される装置。
28. 請求項１から２７のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は前記第２の状態において全波ブリッジ整流器として作動する装置。
29. 請求項１から２８のいずれか１項に記載の装置であって、前記電圧増倍器は増加した出力電圧を供給する装置。
30. 請求項１から２９のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１の状態において前記装置は倍電圧器として作動する装置。
31. 請求項１から３０のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は無線周波数識別装置において利用される装置。
32. 請求項１から３１のいずれか１項に記載の装置であって、前記無線識別周波数装置は受動的である装置。
33. 請求項１から３２のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２の状態において電流はＣＭＯＳメモリ内に格納されたＲＡＭデータを維持し、論理機能を動作させるのに使用される装置。
34. 請求項１から３３のいずれか１項に記載の装置であって、オンボード・エネルギ蓄積装置を含む装置。
35. 電流を選択的に制御する方法であって、前記方法は第１の状態または第２の状態の一方において動作できる装置を提供するステップと、前記装置にインピーダンスを接続して前記装置が前記第１の状態および前記第２の状態間で切替えられるようにするステップを含み、第１の状態において装置は電圧増倍器として作動し、第２の状態において装置は整流器として作動する方法。
36. 請求項３５に記載の方法であって、前記方法は受信手段を使用して信号を受信し、前記第１の状態および前記第２の状態間を切替えることにより前記受信手段内の電流量を選択的に制御するステップを含む方法。
37. 請求項３６に記載の方法であって、前記第１の状態において受信手段を介して引き出される電流は前記第２の状態において前記受信手段を介して引き出される電流よりも大きい方法。
38. 請求項３６または３７に記載の方法であって、前記受信手段は前記装置の１つ以上の電圧出力端子に接続される方法。
39. 請求項３６から３８のいずれか１項に記載の方法であって、前記受信手段はアンテナ回路内のコイルを含む方法。
40. 請求項３６から３９のいずれか１項に記載の方法であって、前記受信手段は実質的に２００Ωのインピーダンスを有する方法。
41. 請求項３５から４０のいずれか１項に記載の方法であって、前記整流器の１つ以上の出力電圧端子間に負荷が接続される方法。
42. 請求項４１に記載の方法であって、前記負荷は集積回路を含む方法。
43. 請求項３５から４２のいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の状態は動作状態であり前記第２の状態はスタンバイ状態である方法。
44. 請求項３５から４３のいずれか１項に記載の方法であって、前記切替型インピーダンスはキャパシタと並列のスイッチを含む方法。
45. 請求項４４に記載の方法であって、前記切替型インピーダンスのスイッチはＭＯＳＦＥＴを含む方法。
46. 請求項３５から４５のいずれか１項に記載の方法であって、前記切替型インピーダンスは前記整流器の第１の入力端子と第１の出力電圧端子間に接続される方法。
47. 請求項３５から４６のいずれか１項に記載の方法であって、前記装置は前記第１および第２の状態間で切替えられる時に抵抗を変えて動作電圧を制御する直列調整器を含む方法。
48. 請求項４７に記載の方法であって、前記装置は前記直列調整器と直列の受信手段を含み、前記受信手段は信号を受信するように構成される方法。
49. 請求項３５から４８のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は前記直列調整器と直列の負荷を含む方法。
50. 請求項３５から４９のいずれか１項に記載の方法であって、前記装置は前記第１および第２の状態間で切替えられる時に動作電圧を制御する分路調整器を含む方法。
51. 請求項３５から４９のいずれか１項に記載の方法であって、前記電圧増倍器は負荷インピーダンスを８倍変換する方法。
52. 請求項３５から５１のいずれか１項に記載の方法であって、前記整流器は負荷インピーダンスを２倍変換する方法。
53. 請求項３５から５２のいずれか１項に記載の方法であって、前記装置は前記第２の状態にある時は、前記第１の状態に関して、比較的少量の電流となるように電流を制御するように構成される方法。
54. 請求項５３に記載の方法であって、前記第１の状態において前記電流は数百μＡであり前記第２の状態において前記電流は数十μＡである方法。
55. 請求項５３または５４に記載の方法であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ５０μＡよりも少ない方法。
56. 請求項５３または５４に記載の方法であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ３０μＡよりも少ない方法。
57. 請求項５３または５４に記載の方法であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ１５μＡよりも少ない方法。
58. 請求項５３または５４に記載の方法であって、前記第２の状態において前記比較的少量の電流はおよそ１μＡとおよそ４．９９μＡの間である方法。
59. 請求項５３から５８のいずれか１項に記載の方法であって、前記第２の状態において前記比較的少量の第１の電流は前記比較的大量の第１の電流の５０％よりも少ない方法。
60. 請求項３５から５９のいずれか１項に記載の方法であって、前記切替型インピーダンスは前記第１の状態よりも頻繁に前記第２の状態を選出するように構成される方法。
61. 請求項３５から６０のいずれか１項に記載の方法であって、前記スイッチはアルゴリズムに従って前記第１および前記第２の状態を選出するのに使用される方法。
62. 請求項３５から６１のいずれか１項に記載の方法であって、前記装置は前記第２の状態において全波ブリッジ整流器として作動する方法。
63. 請求項３５から６２のいずれか１項に記載の方法であって、電圧増倍器は増加した出力電圧を供給する装置。
64. 請求項３５から６３のいずれか１項に記載の方法であって、前記電圧増倍器は倍電圧器である方法。
65. 請求項３５から６４のいずれか１項に記載の方法であって、前記装置は無線周波数識別装置において利用される方法。
66. 請求項３５から６５のいずれか１項に記載の方法であって、前記無線識別周波数装置は受動的である方法。
67. 請求項３５から６６のいずれか１項に記載の方法であって、前記第２の状態において電流はＣＭＯＳメモリ内に格納されたＲＡＭデータを維持し、論理機能を動作するのに使用される方法。
68. 請求項３５から６７のいずれか１項に記載の方法であって、オンボード・エネルギ蓄積装置を含む方法。
69. 請求項３５から６８のいずれか１項に記載の方法であって、インピーダンスの結合はスイッチによりイネーブルされる方法。

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