JP2009031267A - リーダライタ、及び物品仕分システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグの配列順序とアンテナに対する移動方向を識別することができるリーダライタを提供する。
【解決手段】このリーダライタ５０は、ＶＣＯ２の出力信号の位相を、基準となる入力信号の位相に同期させるＰＬＬ回路１と、ＰＬＬ回路１の制御電圧に基づいて所定の周波数を発振するＶＣＯ２と、ＶＣＯ２から発信された信号をマイクロ波に変調する変調器３と、マイクロ波の方向により向きを決定するサーキュレータ５と、マイクロ波を発信してタグ７からの反射波を受信するアンテナ６と、ｓｉｎ波を復調するミキサ９と、ｃｏｓ波を復調するミキサ１１と、ミキサ９の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１２と、ミキサ１１の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１３と、Ａ／Ｄコンバータ１４とＡ／Ｄコンバータ１６から位相を演算する演算器１５と、を備えて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リーダライタ、及び物品仕分システムに関し、さらに詳しくは、マイクロ波方式により通信を行う非接触情報記録媒体への情報の読み書きを行なうリーダライタであって、移動する複数の非接触情報記録媒体の情報を一括して読み取る際の情報識別技術に関するものである。

電波を利用したＲＦＩＤシステムは、電源を持たないパッシブ型の非接触ＩＣタグに対しても、数十ｃｍ〜数ｍという長い交信可能距離を持つ。しかし、非接触ＩＣタグとの交信可能距離は、非接触ＩＣタグに搭載されたアンテナの向きなどの諸要因により容易に変化するため一定ではなく、また、電波の反射等の影響により、非連続的な分布（情報が読める部分と読めない部分）を持つという特性がある。このため、実際の交信可能エリアも、大きな広がりを持ちながらも境界を定義することができない、曖昧なものとなる傾向がある。
そして、この交信可能エリアの曖昧さから、ベルトコンベア上で荷物につけられたタグを順に読み取るといった、タグの順序や移動状態を正確に識別することが要求されるシステムにおいては、対象外のタグと交信することを避けるために、タグ間隔の制限、アンテナ出力の制限、電波の物理的遮蔽（読み取る物品毎に電波遮蔽カーテンにより囲う）等、多くの制限・対策が必要となり、運用上に難があった。
特許文献１には、指向性の強い少数のアンテナで、通信不能部分の無い広い通信領域をカバーできるタグ通信用アンテナについて開示されている。
特開２００６−２００８３公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術では、ＲＦＩＤリーダ／ライタに用いられるタグ通信用アンテナは、送信する電波のビームをスキャンできるビームスキャンアンテナであること、ビームはスキャン方向に指向性の強いビームであること、ビームのスキャンはスキャン方向を含む面が最も強い反射波の生じる反射面である床面と交わるように行われること、等の制約条件が多いため、場所によっては、アンテナを最適な位置に設置できないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、リーダライタから発信された電波とＲＦＩＤタグから反射された電波の遅延時間に基づいて、各ＲＤＩＤタグとアンテナの距離の変化を求めることにより、ＲＦＩＤタグの配列順序とアンテナに対する移動方向を識別することができるリーダライタを提供することを目的とする。
また、他の目的は、ＲＦＩＤタグがアンテナ正面を通過したことを遅延なく検出することである。
また、他の目的は、向きや位置が一定ではないＲＦＩＤタグの読取を確実に行なうことである。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、電波を利用して非接触情報記録媒体に情報を読み書きするリーダライタであって、前記非接触情報記録媒体に電波を送信する送信手段と、該電波の一部を前記非接触情報記録媒体が変調した反射波を復調する復調手段と、前記反射波の遅延時間を求める演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより、電波の送受信を仲介するアンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることを特徴とする。
本発明は、マイクロ波を利用して非接触情報記録媒体と通信を行うマイクロ波方式におけるリーダライタであり、リーダライタから送信した電波（マイクロ波）は、非接触情報記録媒体により変調されて反射波としてリーダライタにより受信される。このとき発信した電波と反射波との間には、距離に応じた遅延時間が生じる。本発明はこの遅延時間を演算して求めることにより、非接触情報記録媒体とアンテナの距離の変化を求めるものである。これにより、移動する非接触情報記録媒体の距離の変化を把握することにより、移動するシステムにおいて、読み取り領域内の複数の非接触情報記録媒体の配列順序と移動状態を識別することができる。
請求項２は、前記非接触情報記録媒体に電波を送信する送信手段と、該電波の一部を前記非接触情報記録媒体が変調した反射波を復調する直交復調器等の位相変調の復調手段と、該復調手段により復調された信号を演算して前記反射波の遅延時間を求める演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより、電波の送受信を仲介するアンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることを特徴とする。
直交復調器により得たＩＱ信号を演算することにより、タグとの通信を行うと同時に、遅延時間の差分を得る。

請求項３は、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定して前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることにより、前記非接触情報記録媒体の配列順序と前記アンテナに対する移動方向を識別することを特徴とする。
例えば、アンテナが固定され、非接触情報記録媒体が一定速度で移動する場合、距離と時間との関係は２次関数となる。即ち、１つの移動する非接触情報記録媒体に注目したとき、所定方向からアンテナに近づき、最もアンテナに近づいた位置から遠ざかって行く。つまり、非接触情報記録媒体のベクトルの向きと大きさから移動方向と速度を認識することができる。これにより、非接触情報記録媒体の並び順とアンテナからの移動方向を識別することができる。
請求項４は、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定して前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることにより、前記非接触情報記録媒体が前記アンテナに最接近したタイミングを識別することを特徴とする。
非接触情報記録媒体がアンテナに最接近したタイミングは、そのベクトルの向きが変化する直前である。即ち、距離と時間との関係から導かれた２次関数の極小点が、非接触情報記録媒体がアンテナに最接近した時である。これにより、非接触情報記録媒体がアンテナを通過した時間を個別に管理することができる。

請求項５は、前記制御手段は、前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度を演算する相対速度演算部を備え、該相対速度演算部により前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度がゼロであることを演算したときに、前記非接触情報記録媒体が移動していることを条件として前記非接触情報記録媒体が前記アンテナ正面を通過したと判断することを特徴とする。
アンテナから遠い場所では相対速度は実速度に近いが、アンテナに近づくほど相対速度は低下し、アンテナ正面で０となり、同時に移動方向の正負が反転する。この相対速度の特徴を利用することで、非接触情報記録媒体の通過の検出が可能である。しかし、アンテナ正面に来たことを判定するためには、相対速度＝０の点を検出することとなるが、タグが停止する場合などにも相対速度＝０となることがあり、誤検出する虞があった。そこで、本発明では、検出部に非接触情報記録媒体の移動についての情報を与え、非接触情報記録媒体とアンテナの相対速度＝０で、かつ非接触情報記録媒体が停止していない（絶対速度＞０）という条件を判定に利用することで、確実にかつ迅速にアンテナ正面をタグが通過しつつあることを検出することができる。
請求項６は、前記非接触情報記録媒体の移動ベクトルと鉛直の関係を持つように配置した複数のアンテナを備え、前記制御手段は、前記相対速度演算部により前記各アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度がゼロか、若しくは該相対速度の符号が同一であることを演算したときに該非接触情報記録媒体が前記アンテナ正面を通過したと判断することを特徴とする。
複数のアンテナを時分割で切替ながら通信を行うとすると、一つのアンテナあたりの通信機会が減少する。これにより、通過時間測定の精度が低下するという問題があった。また、アンテナによって異なる傾向となった場合に、どのアンテナを信頼したら良いかという判別を行う必要があった。即ち、それぞれのアンテナと非接触情報記録媒体との距離は異なるため、それぞれの相対速度ｖ（ｔ）は一致しないが、ｖ（ｔ）＝０となるｔ、また、ｖ（ｔ）の符号は同一となる。そこで本発明では、非接触情報記録媒体とアンテナとの相対速度を取得し、ｖ（ｔ）の符号、もしくは、ｖ（ｔ）＝０となる点を利用して通過識別をすることで、どのアンテナで取得した値かを意識せずに、通過の識別を行うことができる。

請求項７は、請求項１乃至６の何れか一項に記載のリーダライタと、電波の送受信を仲介するアンテナと、物品に係る情報を記録した非接触情報記録媒体を取り付けた物品と、該物品を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送されてくる物品の通過を検知する検知手段と、前記搬送手段により搬送された物品を仕分けする仕分手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより前記アンテナと前記物品との距離の変化を求めて、該物品の搬送順序と前記アンテナに対する移動方向を識別し、前記検知手段が該物品の通過を検知すると、先頭の物品が通過したと判断して、当該物品に係る仕分けを実行することを特徴とする。
本発明は、移動する物品を識別して自動的に仕分する仕分システムに関するものである。即ち、本発明のリーダライタを備え、例えば、ベルトコンベアの近傍にアンテナを配置して、物品に取り付けられた非接触情報記録媒体との情報の授受を行い、その情報から物品の並び順とアンテナからの移動方向を識別する。また、それらの物品を仕分するために、物品が通過したことを検知する検知手段と、実際に物品を仕分する仕分機を備える。そして、ＰＣ等から構成される制御手段は、並び順と移動方向を記憶しておき、検知手段が物品の通過を検知すると、並び順の最も先頭の物品が通過したと判断して、当該物品に係る仕分けを実行する。これにより、読み取り領域内の物品が移動しても、正確にその並び順を把握して、正確に仕分けることができる。

本発明によれば、アンテナもしくは非接触ＩＣタグ、もしくはその両方が移動するシステムにおいて、非接触ＩＣタグとアンテナの距離の変化方向と、その変化量を検出することが可能となる。
また、アンテナもしくは非接触ＩＣタグ、もしくは両方が移動するシステムにおいて、交信可能エリア内に複数の非接触ＩＣタグが存在する場合でも、その順序・移動状態を識別することが可能となり、読み取ったＩＤと非接触ＩＣタグを正確に対応付けることが可能となる。
また、その変化方向・変化量から、非接触ＩＣタグとアンテナが最も近づいたタイミングを知ることができ、非接触ＩＣタグの位置の取得が可能となる。
更に、アンテナと非接触ＩＣタグとの距離の変化方向、またその変化量などの情報からタグをフィルタリングすることで、様々な用途に応用が可能である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の一実施形態に係るリーダライタのブロック図である。このリーダライタ５０は、ＶＣＯ２の出力信号の位相を、基準となる入力信号の位相に同期させるＰＬＬ回路１と、ＰＬＬ回路１の制御電圧に基づいて所定の周波数を発振するＶＣＯ２と、ＶＣＯ２から発信された信号をマイクロ波（電波）に変調する変調器３と、マイクロ波を増幅する増幅器４と、マイクロ波の方向により向きを決定するサーキュレータ５と、マイクロ波を発信して非接触ＩＣタグ（以下、単にタグと呼ぶ）７からの反射波を受信するアンテナ６と、サーキュレータ５により合成された合成波を増幅する増幅器８と、ＶＣＯ２の信号と増幅器８により増幅された信号を加算重畳してｓｉｎ波を復調するミキサ９と、ＶＣＯ２の信号を９０°移相器１０により移相した信号と増幅器８により増幅された信号を加算重畳してｃｏｓ波を復調するミキサ１１と、ミキサ９の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１２と、ミキサ１１の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１３と、ＢＰＦ１２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１４と、ＢＰＦ１３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１６と、Ａ／Ｄコンバータ１４とＡ／Ｄコンバータ１６から位相を演算する演算器１５と、を備えて構成されている。
電波を利用したＲＦＩＤシステムでは、タグ７に与えた電波（ＣＷ波）の一部を、タグ７が変調を加えて戻す（振幅・位相を変化させて反射させる）ことにより、タグ７からリーダライタ５０への通信を行っている。
リーダライタ５０には「自ら発信した電波の反射波（後方散乱波）」が戻ることとなるが、この後方散乱波は、タグ７とアンテナ６との間を往復した波であるため、自ら発信した電波に対しタグ７とアンテナ６の距離の倍に比例した遅延を持った波であると考えることができる。

本実施形態では、この後方散乱波の遅延時間の差分を測定することにより、アンテナ６とタグ７との距離の変化の認識を行う。
ここで、リーダライタ５０に接続されたアンテナ６から送信されるＣＷ波を

・・・（１）
とした時（Ａとθ_Cは回路による決まる一定値）、同じアンテナ６で受信されるタグ７からの後方散乱波は、以下のように表せる。

・・・（２）
ｌ［ｍ］はタグ−アンテナ間の距離、ｃは電波の速度［ｍ／ｓ］、Ｂは空間やタグでの減衰を表す係数、θ_Tはタグでの反射時の位相変化である。電波を利用するＲＦＩＤにおいては、タグ７からリーダライタ５０への通信を行う際、タグ７で加えられる変調により、このＢとθ_Tが変化する。

ここで、タグ→リーダライタ間における通信がＡＳＫ変調により行われる場合には、１を表すシンボルに同期して遅延時間の測定を行うものとすると、θ_Tをタグ固有のある一定の値とすることができる。
また、ＢＰＳＫ変調の場合では、１または０を表すシンボルに同期して遅延時間の測定を行うものとすると、θ_Tをタグ固有のある一定値θ_T1、もしくは、θ_T2（＝θ_T1＋π）のどちらかの値とすることができる。同様に、その他の位相変調においても、あるシンボルに同期して遅延時間の測定を行うことで、θ_Tをタグ固有のある一定の値とすることができる。
このように、タグ７との通信を行う際に、そのシンボルと同期して遅延時間を測定することにより、タグ７で反射される際の位相が安定し、θ_Tを定数値とみなすことができる。また、変調のかけられた後方散乱波を対象として測定を行うことで、変化を持たない後方散乱波（反射波）を、ＢＰＦ１２、１３により除去することが可能となり、周囲の金属物や通信状態に無いタグからの反射等の影響を排除することができる。
更に、タグ７からリーダライタ５０への通信を行う際に遅延時間を測定しているため、アンチコリジョン機能を持つプロトコルのもとでは、通信相手となるタグを一つに限定した条件の下で遅延時間の測定を行うことが可能となり、複数のタグが存在する環境においても、特定のタグの後方散乱波のみを選択して遅延時間を測定することと、その通信で得られたデータ（ＩＤ）と遅延時間を関連付けて管理することが可能となる。

次に、後方散乱波の遅延時間の測定について説明する。ＣＷ波と共通の信号源から作成されるローカル信号

・・・（３）
を使用して、直交検波を行うことによって行う。
これにより、以下のＩＱ信号が得られる。

・・・（４）

・・・（５）
ここで、Ｃとθ_Rは、直交検波の操作により付加される変数であるが、Ｃは回路により決まる値であるため一定値と考えることができる。また、ローカル信号とＣＷ波は、同じ信号源からの信号であるため、その位相差を回路により決まる一定値とみなすことができ、これにより、θ_Rも回路により決まる一定値とみなすことができる。

このＩＱ信号をＡ／Ｄ変換器１４、１６により取り込み、演算器１５により、位相θ_r

・・・（６）
を得る。
ここで、θ_c・θ_T・θ_Rはいずれも定数値とみなせるため、ｌをｔの関数とすれば、θ_rは以下のように表すことができる。

・・・（７）
ここで、距離の変化Δｌがλ_c／４を超えない内に、再度θ_rの取得を行うことで、このθ_rから遅延時間の差分を得ることができる。
そして、

・・・（８）
であれば、この通信で得られたＩＤを持つタグはアンテナから離れる方向に動いているといえ、また、

・・・（９）
であれば、この通信で得られたＩＤを持つタグはアンテナに近づく方向に動いているといえる。

ここで、タグ７もしくはアンテナ６、もしくは両方が移動し、また、その移動方向・速度が一定であるシステムであれば、距離ｌ（ｔ）は２次関数により表され、ｄｌ／ｄｔ＝０となるのは、両者の距離が極小となる点であるので（タグとアンテナの移動方向・速度が同一ではない場合）、ｄｌ／ｄｔ＝０となる点、即ちｄθ／ｄｔ＝０となる点は、タグとアンテナの距離が最短となる位置といえる。
これにより、ｄθ／ｄｔを得ることにより、タグ７とアンテナ６が最も接近したタイミングを検出することができる。さらに、ここで、移動方向・速度が同じであり、かつ、同一の線上を移動するタグ同士に対しては、このｄθ／ｄｔの大小比較により、タグの順序を決定することができるといえる。

図８はタグ７とアンテナ６との距離と位置との関係を示す図である。図９はタグ７とアンテナ６との相対速度を示す図である。図８、９はタグ７の移動速度を１（ｃｍ／ｓ）、アンテナ６正面での距離が５０（ｃｍ）の場合を示す。
アンテナ６正面で相対速度が反転することを利用した通過検出では、タグ７が検知エリア内で停止する可能性がある場合、確実に通過を検出するためには、進入してきた場合とは逆の相対速度を持つことを確認するまで待つ必要があった。このため、検出時には、そのタグ７はアンテナ６から既に離れつつあり、通過を検出したタグに対する操作をする上で問題があった。
そこで本発明では、「タグの通過検出」において、通過検出部にタグの移動、もしくは、タグがついている搬送物の移動についての情報を与え、「タグが移動している」、かつ、「アンテナとの相対速度が０である」という条件により通過の検出を行う。
但し、ａはタグの速度［ｍ／ｓ］、ｌはアンテナ正面での距離［ｍ］、Ｔａはアンテナ正面を通過するタイミング［ｓ］とする。

また、タグ７の移動方向・速度が一定とはいえないシステムであれば、両者の距離が極小となる点だけでなく、タグの移動が停止した場合にもｄｌ／ｄｔ＝０となりえる。
このようなシステムにおいては、検出部にタグの移動についての情報を与え、タグが停止していない（絶対速度＞０）という条件を判定に加えることで、ｄｌ／ｄｔ＝０となる点、即ちｄθ／ｄｔ＝０となる点は、タグとアンテナの距離が最短となる位置とする。また、アンテナ６が移動し、その移動方向・速度が一定でない場合も、同様にアンテナが停止していない（絶対速度＞０）という条件を判定に加える。
尚、タグの移動情報を検出部に与えるものとしては、ベルトコンベア等の搬送手段を使用する場合は、その機器の制御情報。外部センサを利用して、タグが付けられている物の移動、速度、位置、また、距離を監視する情報。同期する搬送ライン上にある荷物の移動を赤外線センサ等で検知した情報。また、リーダ自身にタグの移動を検出する機能を組み込み、リーダ単体でタグの移動を判断し、検出を行う。

即ち、リーダライタ５０は、マイクロ波を利用してタグ７と通信を行うマイクロ波方式におけるリーダライタである。従って、リーダライタ５０から送信した電波（マイクロ波）は、タグ７により変調されて反射波としてリーダライタ５０により受信される。このとき発信した電波と反射波の間には、距離に応じた遅延時間が生じる。本実施形態はこの遅延時間を演算して求めることにより、タグ７とアンテナ６の距離の変化を求めるものである。これにより、移動するタグ７の距離の変化を把握することにより、移動するシステムにおいて、読み取り領域内の複数のタグの配列順序と移動状態を識別することができる。
尚、直交変調とは、ｓｉｎ波とｃｏｓ波を９０度位相をずらして（直交して）加算重畳することにより、合成波の振幅は、ｓｉｎ波の振幅がゼロとなる位相のときに、ｃｏｓ波の最大振幅になり、ｃｏｓ波の振幅がゼロとなる位相のときに、ｓｉｎ波の最大振幅になるように合成振幅が生成される。即ち、２つの信号を１つの合成波にまとめて変調することができる。本実施形態はこの原理により変調された合成波から直交復調することによりｓｉｎ波（発信した電波）とｃｏｓ波（反射波）を復調する。

図２は、タグが移動した場合のアンテナとタグの距離との関係を示す模式図である。この図では、タグ７を取り付けた物品ａ、物品ｂ、物品ｃが所定の間隔を維持して矢印Ａの方向に移動しているものとする。そして、図２では、アンテナ６と物品ａの距離がｌａ、アンテナ６と物品ｂの距離がｌｂ、アンテナ６と物品ｃの距離がｌｃとなる。
例えば、アンテナ６が固定され、タグ７が一定速度で移動する場合、距離と時間との関係は２次関数となる。即ち、１つの移動するタグに注目したとき、所定方向（矢印Ａの上流側）からアンテナ６に近づき、最もアンテナ６に近づいた位置から遠ざかって行く。つまり、タグのベクトルの向きと大きさから移動方向と速度を認識することができる。これにより、物品ａ、ｂ、ｃの並び順とアンテナ６からの移動方向を識別することができる。

図３は、図２の動作を更に詳細に説明するための図である。縦軸にアンテナ６（原点）と物品ａ、ｂ、ｃまでの距離を示し、横軸に通過時間を示す。この図から明らかなように、物品ａはアンテナ６までの距離がｌａのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌａとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７に従って減少してくる（近づいてくる）。また、物品ｂはアンテナ６までの距離がｌｂのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌｂとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７の極小点（最接近）にある。また、物品ｃはアンテナ６までの距離がｌｃのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌｃとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７に従って増加してくる（遠ざかる）。
このように移動する物品に対して、上記式（１）〜（７）を演算することにより、アンテナ６もしくはタグ７、もしくはその両方が移動するシステムにおいて、タグ７とアンテナ６の距離の変化方向と、その変化量を検出することが可能となる。
これにより、アンテナ６もしくはタグ７、もしくは両方が移動するシステムにおいて、交信可能エリア内に複数のタグが存在する場合でも、その順序・移動状態を識別することが可能となり、読み取ったＩＤとタグを正確に対応付けることが可能となる。また、その変化方向・変化量から、タグ７とアンテナ６が最も近づいたタイミングを知ることができ、タグの位置の取得が可能となる。他にも、アンテナとタグとの距離の変化方向、またその変化量などの情報からタグをフィルタリングすることで、様々な用途に応用が可能であると考えられる。

図４は、本発明の物品仕分システムの構成を示すブロック図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。この物品仕分システム１００は、図１に記載のリーダライタ５０と、電波の送受信を仲介するアンテナ６と、図示しない搬送手段により搬送されてくる物品の通過を検知するセンサ（検知手段）２１と、搬送手段により搬送された物品を仕分けする仕分機（仕分手段）２２と、ＰＣ（制御手段）２０と、を備え、ＰＣ２０は、演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することによりアンテナ６と物品との距離の変化を求めて、物品の並び順とアンテナ６からの移動方向を識別し、センサ２１が物品の通過を検知すると、並び順の最も先頭の物品が通過したと判断して、当該物品に係る仕分けを実行する。
即ち、本実施形態は、移動する物品を識別して自動的に仕分する仕分システムに関する発明である。即ち、図１のリーダライタ５０を備え、例えば、ベルトコンベアの近傍にアンテナ６を配置して、物品に取り付けられたタグ７と情報の授受を行い、その情報から物品の並び順とアンテナ６からの移動方向を識別する。また、それらの物品を仕分するために、物品が通過したことを検知するセンサ２１と、実際に物品を仕分する仕分機２２を備える。そして、ＰＣ２０は、並び順と移動方向を記憶しておき、センサ２１が物品の通過を検知すると、並び順の最も先頭の物品が通過したと判断して、当該物品に係る仕分けを実行する。これにより、読み取り領域内の物品が移動しても、正確にその並び順を把握して、正確に仕分けることができる。

図５は、本発明の仕分システムの動作の一例を説明するための模式図である。同じ構成要素には図１、及び図４と同じ参照番号を付して説明する。本実施形態では、説明を簡略化するために、ベルトコンベア２３上には、物品ａ〜ｄが載置され、それぞれに当該物品に関する情報（タグＩＤ、ルート情報等）を記憶したタグ７が取り付けられている。また、物品の並び順は、先頭からａ、ｂ、ｃ、ｄとする。また、ベルトコンベア２３は矢印Ａの方向に移動する。また、アンテナ６の読み取り可能領域は６ａとする。

図６は、図５の仕分システムの動作を説明するフローチャートである。図５を参照して説明する。リーダライタ５０は、読み取り可能領域６ａにある物品ａ、ｂ、ｃのタグ７の情報を一括して読み取る（Ｓ１）。ＰＣ２０はリーダライタ５０が読み取った情報から各タグの遅延時間を演算する（Ｓ２）。また、ＰＣ２０は遅延時間の差分から各物品ａ、ｂ、ｃまでの距離と方向を求める（Ｓ３）。この図では、物品ａはアンテナ６から遠ざかる方向に移動しており、物品ｂはアンテナ６に最接近しており、物品ｃはアンテナ６に近づいてきていることを認識する。そして、これらの演算結果から、物品の並び順が先頭からａ、ｂ、ｃであることを認識する（Ｓ４）。この情報は、ＰＣ２０内のメモリに記憶する（Ｓ５）（図７参照）。ここでセンサ２１が物品を検出したかをチェックする（Ｓ６）。このチェックは何時発生するか分からないので、割り込み処理により行われるのが好ましい。ステップＳ６でセンサ２１がＯＦＦ（Ｓ６でＮＯ）のときは、ステップＳ１に戻って繰り返す。ステップＳ６でセンサ２１がＯＮ（Ｓ６でＹＥＳ）のときは、メモリに記憶されている先頭の物品名ａから、ルート先を判別する（Ｓ７）。この例では、物品ａのルート先はＢであるので、仕分機２２は物品ａをルートＢになるように仕分操作を行なう（Ｓ８）（図７（ａ）参照）。次に、仕分が完了した物品ａのデータは必要ないので消去して、図７（ｂ）にように次の物品ｂを先頭に繰り上げてＳ１に戻って繰り返す（Ｓ９）。

図７はＰＣ内のメモリに記憶された物品の並び順を示す図である。このメモリには、例えば図５の場合の記憶内容である。図７（ａ）には、メモリの先頭アドレス（ＡＡ）には物品名２４が「ａ」、ルート先２５が「Ｂ」と記憶されている。アドレス（ＢＢ）には物品名２４が「ｂ」、ルート先２５が「Ａ」と記憶されている。アドレス（ＣＣ）には物品名２４が「ｃ」、ルート先２５が「Ｃ」と記憶されている。次に、物品ａの仕分が完了すると、図７（ｂ）のように、アドレス（ＡＡ）に記憶されていた物品ａが消去されて、アドレス「ＢＢ」に記憶されている物品ｂをアドレス「ＡＡ」に繰り上げて記憶する。以下、順次繰り上げて記憶する。これにより、新たに物品ｂが先頭にある物品となる。
図９より、アンテナから遠い場所では相対速度は実速度に近いが、アンテナに近づくほど相対速度は低下し、アンテナ正面で０となり、同時に、移動方向の正負が反転する。この相対速度の特徴を利用することで、タグの通過の検出が可能である。
そこで、本発明では、検出部にタグの移動についての情報を与え、タグとアンテナの相対速度＝０で、且つ、タグが停止していない（絶対速度＞０）という条件を判定に利用することで、確実にかつ迅速にアンテナ正面をタグが通過しつつあることを検出することができる。
ここで、タグがアンテナに近付く際の相対速度を正とした場合、アンテナとタグとの相対速度＝０となるか、もしくは、アンテナとタグとの相対速度が負に変化し相対速度０の点を通り越したと判断できる場合で、且つ、タグが移動中（絶対速度＞０）であるといえる場合に、アンテナ正面にタグが来たと判断する。

本発明により、タグがアンテナ正面に来たことを遅延無しに検出することが可能となる。これにより、検出を行ったアンテナにおいて、引き続きタグに対する操作を行うことが容易となり、また、タグの情報に基づいて、その後の動作を決定するシステムのリアルタイム性を向上させることが可能となる。
その具体例として、タグを持った人が来たことを検出し、来た順番や時間といった情報をタグに書き込む。また、タグを持った人が来たことを検出し、タグの情報を元にゲートを開く・閉じるといった操作を行う。また、タグを持った人が来たことを検出し、その場でタグの情報を元に、表示や指示を出す。また、タグの付いた荷物が来たことを検出し、その場で表示することで、目視によるチェックと連動させる。

図１０はタグの移動ベクトルと各アンテナの位置関係を示す模式図である。
向きや位置が一定ではないタグの読取を行うためには、タグがどの方向に指向性のヌル点を持つか、また、どの方向からなら通信が成功するかが事前に分からないため、タグに対してそれぞれ異なる角度を持つアンテナをあらかじめ複数（ＡＮＴ１〜３）用意して、それらを切替ながら読取を行う必要がある。この場合、タグがアンテナ正面を通過した時間を知るためには、複数のアンテナで同時に通過の検出する必要がある。しかし、複数のアンテナを時分割で切替ながら通信を行うとすると、一つのアンテナ当たりの通信機会が減少する。これにより、通過時間測定の精度が低下するという問題があった。また、アンテナによって異なる傾向となった場合に、どのアンテナを信頼すれば良いかという判別を行う必要があった。
尚、複数のアンテナをごく短い時間で切替ながら読取を行うことで、一つのリーダを用いて、異なる角度から読み取りを行うことができる。これにより、どの方向に指向性のヌル点を持つか分からないタグに対しても、確実な読取を期待できるが、ここで、受信強度・受信成功回数などの傾向からタグの通過を求めるとすると、以下のような問題がある。即ち、アンテナ毎に全く異なる傾向を示す可能性がある。また、 ｎ個のアンテナを取り付けるとすると、通信機会が１／ｎ以下となる。まず、前者の問題は、タグのアンテナに指向性があるため、回避は困難である。このため、アンテナ毎の検出となり、どのアンテナからの情報を信頼すれば良いかという解決しがたい問題が発生するが、それだけでなく後者の影響で精度が低下する。

例えば、アンテナ切替単位時間ｍ［ｍｓ］毎にｎ個のアンテナを切り替えるとすると、各アンテナにおいて、ｍ×（ｎ−１）［ｍｓ］のデータ空白期間が存在することとなり、アンテナ１枚の場合に比べて、時間検出精度が劣るといえる。
そこで、本発明では、全てのアンテナからの情報を同列に評価することができるようにすることで、アンテナ１つの場合と同等の精度の通過検出を実現する。まず、図１０のように全てのアンテナは、１つの面上に配置するとする。そして、このアンテナ配置面は、タグの移動ベクトルと鉛直の関係を持つようにする。
例えば、タグの移動ベクトルが（α，０，０）と表される時は、各アンテナはｙｚ面に配置する。この時、タグの位置がどのような位置をとっても、全てのアンテナに対してタグの最短距離となる点は、ｙｚ面（アンテナ配置面）上に存在するといえる。即ち、全てのアンテナにおける、タグとの距離が最短となる点は同一になるといえる。それぞれのアンテナとタグとの距離は異なるため、それぞれの相対速度ｖ（ｔ）は一致しないが、ｖ（ｔ）＝０となるｔ、また、ｖ（ｔ）の符号は同一となる。
そこで、タグとアンテナとの相対速度を取得し、ｖ（ｔ）の符号、もしくは、ｖ（ｔ）＝０となる点を利用した通過識別をすることで、どのアンテナで取得した値かを意識せずに、通過の識別を行うことができる。この時、常に相対速度の測定が成功するとすれば、何個のアンテナを使用するか、どのくらいの時間毎にアンテナを切り替えるかといったことによらず、１つのアンテナで測定した場合と同様の時間間隔で測定することが可能であり、同等の精度を得ることができるといえる。

また、ｎ個中の１個のアンテナでタグの相対速度の測定が全く成功しなかったとしても、その影響による空白期間は、アンテナ切替単位時間ｍ［ｍｓ］分に抑えることが可能であり、精度への影響は比較的少なくすることができる。
また、ここで、全てのアンテナを同一面に設置できない場合には、その面と平行な任意の面Ａ上に設置するとし、タグの移動速度と面間の距離からｔの補正を行った上で、比較することもできる。これにより、多方向からタグの読取を行う際の通過検出の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るリーダライタのブロック図である。 タグが移動した場合のアンテナとタグの距離との関係を示す模式図である。 図２の動作を更に詳細に説明するための図である。 本発明の物品仕分システムの構成を示すブロック図である。 本発明の仕分システムの動作の一例を説明するための模式図である。 図５の仕分システムの動作を説明するフローチャートである。 ＰＣ内のメモリに記憶された物品の並び順を示す図である。 タグ７とアンテナ６との距離と位置との関係を示す図である。 タグ７とアンテナ６との相対速度を示す図である。 タグの移動ベクトルと各アンテナの位置関係を示す模式図である。

符号の説明

１ ＰＬＬ回路、２ ＶＣＯ、３ 変調器、４、８ 増幅器、５サーキュレータ、６ アンテナ、７ タグ、９、１１ ミキサ、１２、１３ ＢＰＦ、１４、１６ Ａ／Ｄコンバータ、１５ 演算器、５０ リーダライタ

Claims (7)

1. 電波を利用して非接触情報記録媒体に情報を読み書きするリーダライタであって、前記非接触情報記録媒体に電波を送信する送信手段と、該電波の一部を前記非接触情報記録媒体が変調した反射波を復調する復調手段と、前記反射波の遅延時間を求める演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより、電波の送受信を仲介するアンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることを特徴とするリーダライタ。
2. 前記非接触情報記録媒体に電波を送信する送信手段と、該電波の一部を前記非接触情報記録媒体が変調した反射波を復調する直交復調器等の位相変調の復調手段と、該復調手段により復調された信号を演算して前記反射波の遅延時間を求める演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより、電波の送受信を仲介するアンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ。
3. 前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定して前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることにより、前記非接触情報記録媒体の配列順序と前記アンテナに対する移動方向を識別することを特徴とする請求項１または２に記載のリーダライタ。
4. 前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定して前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との距離の変化を求めることにより、前記非接触情報記録媒体が前記アンテナに最接近したタイミングを識別することを特徴とする請求項１または２に記載のリーダライタ。
5. 前記制御手段は、前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度を演算する相対速度演算部を備え、該相対速度演算部により前記アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度がゼロであることを演算したときに、前記非接触情報記録媒体が移動していることを条件として前記非接触情報記録媒体が前記アンテナ正面を通過したと判断することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のリーダライタ。
6. 前記非接触情報記録媒体の移動ベクトルと鉛直の関係を持つように配置した複数のアンテナを備え、前記制御手段は、前記相対速度演算部により前記各アンテナと前記非接触情報記録媒体との相対速度がゼロか、若しくは該相対速度の符号が同一であることを演算したときに該非接触情報記録媒体が前記アンテナ正面を通過したと判断することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のリーダライタ。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のリーダライタと、電波の送受信を仲介するアンテナと、物品に係る情報を記録した非接触情報記録媒体を取り付けた物品と、該物品を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送されてくる物品の通過を検知する検知手段と、前記搬送手段により搬送された物品を仕分けする仕分手段と、制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記演算手段により演算された遅延時間の差分を測定することにより前記アンテナと前記物品との距離の変化を求めて、該物品の搬送順序と前記アンテナに対する移動方向を識別し、前記検知手段が該物品の通過を検知すると、先頭の物品が通過したと判断して、当該物品に係る仕分けを実行することを特徴とする物品仕分システム。

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