JP2009033517A - 非接触交信装置および非接触交信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアンテナを使用する場合の交信時間を大幅に短縮するとともに、ＲＦＩＤタグとの交信処理を効率良く行えるようにする。
【解決手段】タグ５の移動方向に沿って並び、交信領域の一部が重なり合うように配備された２つのアンテナ１Ａ，２Ｂに、アンテナ間で同期のとれた搬送波を送信させる。この状態下でタグ５が最初に入る交信領域（たとえば４Ａ）に対応するアンテナ（たとえば１Ａ）からコマンドを送信し、このコマンド送信に対する双方のアンテナ１Ａ，１Ｂの受信信号を用いてタグ５からの応答信号を復号する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体メモリを内蔵するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグと非接触の交信を行う技術に属するもので、特に、それぞれ異なる範囲が交信領域となるように配備された複数のアンテナを制御して、ＲＦＩＤタグとの交信を行うための装置および方法に関する。

内部電源を持たないＲＦＩＤタグ（以下、単に「タグ」という場合もある。）と交信するアンテナは、所定周波数の搬送波によりタグを電磁的に結合させて、タグに交信に必要な電力を発生させ、この状態下で所定のコマンド信号を搬送波に載せてタグに送信する。アンテナからのコマンドに対してＲＦＩＤタグが応答すると、その応答信号により搬送波の状態が変化する。よってアンテナ側では、コマンド送信後の所定期間内における搬送波を処理することにより、コマンドの内容を復調することができる（特許文献１参照。）。

特許第３８７４００７号公報

さらに従前より、交信対象のタグを限定したり、タグの位置を認識したり、移動するタグとの交信を安定して行う等の課題を解決するために、この種のアンテナを複数台用いて１つのタグに対する交信を行うことが提案されている。

たとえば、下記の特許文献２には、２つのアンテナをそれぞれの無線通信ゾーンが交差するように配備し、移動するタグ（無線カード）が各アンテナからのコマンド信号（起動コード）をともに閾値を超えるレベルで受信したときに応答するようにして、混信を防止することが記載されている。また特許文献３には、質問器の通信領域に複数の受信専用アンテナを配備して、質問器からの信号に対する移動体からの応答信号を各受信専用アンテナにより受信し、質問器が復調した応答信号と一致する信号を受信したアンテナの受信エリアに基づいて移動体の位置を特定することが記載されている。

特開平７−９５１１９号公報 特開平８−１４９０４１号公報

複数のアンテナにより１つのＲＦＩＤタグとの交信を行う場合には、一般に、図９に示されるような流れで処理が行われる。

図９において、「第１アンテナ」と「第２アンテナ」とは、それぞれ交信領域の一部が互いに重なり合うように配備されており、第１アンテナ、第２アンテナの順にタグとの交信が行われる。いずれのアンテナによる交信でも、まずアンテナからの搬送波によりタグに電力を発生させ（以下、この状態を「タグの起動」という。）、その状態下でアンテナからコマンドを送信する。さらに、このコマンド送信から所定時間が経過するまでの期間を、タグからの応答を受信可能な期間（以下、この状態を「応答受信」という。）に設定し、その間のアンテナの受信信号を処理する（応答受信期間中の斜線のパターンで示す範囲が実際に応答信号を受信している期間である。）。さらにこの後は、各アンテナの受信信号を用いて、タグからの応答内容を認識する処理などが行われる。

しかし、上記のように各アンテナによる処理をシリアルに行う方法では、タグと交信するアンテナを切り替えて、コマンド送信および応答受信を繰り返す必要があるため、必然的に交信時間が長くなる。しかも、アンテナの交信領域にタグが存在しない場合でも、各アンテナによるコマンド送信および応答受信が繰り返されるので、無駄時間が多くなる。またタグを移動させながら交信を行う場合には、その移動速度に追随できず、交信に失敗するおそれがある。

この発明は、これらの問題に着目し、複数のアンテナを使用する場合の交信時間を大幅に短縮するとともに、簡単な信号処理によってＲＦＩＤタグとの交信処理を効率良く行えるようにすることを、課題とする。

上記の課題を解決するための非接触交信装置は、交信領域の一部がそれぞれ他の交信領域の一部に重なるように配備された複数のアンテナを制御して、ＲＦＩＤタグと非接触の交信を行うもので、各アンテナからの搬送波がすべて同期のとれた状態になるように制御する第１の制御手段と、複数のアンテナのいずれか１つにＲＦＩＤタグへのコマンドを送信させた後に、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとを前記同期のとれた搬送波によりコマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を受信可能な状態に設定する第２の制御手段と、上記のコマンドの送信後に、受信可能状態に設定された各アンテナのコマンド送信後の受信信号を処理することによって、コマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する信号処理手段とを、具備する。

上記の構成によれば、複数のアンテナのうちの１つからのコマンドに対してタグが応答したときに、このタグが他のアンテナの交信領域にも入っていると、そのアンテナもコマンドを送信したアンテナと同時にタグからの応答信号を受信する。この結果、これらのアンテナの受信信号から応答信号の内容を読み取ることが可能になる。

このように、１つのコマンドに対する応答信号を、交信領域に重なり部分が設定された複数のアンテナに同時に受信させることにより、アンテナ毎に個別にコマンドの送信や応答信号の受信を行う場合に比べ、交信の時間を大幅に短縮することができる。また、応答信号を受信できるように設定されたアンテナでは、搬送波がすべて同期のとれた状態になっているので、アンテナ間で搬送波に干渉が起こるのを防止できる。よって、いずれのアンテナからも信頼性の高い受信信号を得ることができ、応答信号の復号の精度を確保することができる。

また、コマンドを送信していないアンテナでも、コマンドに対するタグからの応答信号を受信することができるので、交信対象のタグが隣の交信領域に移動した後に応答が行われた場合でも、その移動先の交信領域に対応するアンテナの受信信号を用いて応答信号を復号することが可能になる。また、どのアンテナがタグからの応答信号を受信したかによって、応答時点におけるタグの位置を特定することが可能になる。

好ましい態様による装置では、信号処理手段には、処理対象のアンテナの中から、コマンド送信後の受信信号に対する復号処理結果に基づきタグからの応答信号を受信したアンテナを判別する手段と、この判別結果に基づき交信対象のタグの場所を特定する手段とが含まれる。

上記の態様によれば、タグからの応答信号の内容のほかにタグの場所を認識することができるから、交信を有効にする範囲を限定したり、タグを追跡する用途に有用な装置を提供することができる。

上記構成の装置の他の好ましい一態様は、タグが一方向に沿って移動するとともに、各アンテナが、それぞれの交信領域がＲＦＩＤタグの移動方向に沿って順に並び、かつ隣り合う交信領域間に重なりが生じるように配備されることを前提とする。この場合、第２の制御手段は、タグが最初に入る交信領域に対応するアンテナにコマンドを送信させる。また信号処理手段は、コマンド送信後の各アンテナの受信信号の論理和演算を実行し、この論理和演算の結果を用いてタグからの応答信号を復号する。

上記の構成によれば、コマンドが送信されてから応答信号が送出されるまでの間に、コマンドを送信したアンテナの交信領域からタグが出てしまった場合でも、他のアンテナにより応答信号を受信することができる。また、各アンテナの受信信号の論理和演算を実行することにより、応答が行われる間にその応答信号を受信できるアンテナが切り替わっても、応答信号全体を簡単に復号することが可能になる。したがって、タグが高速で移動する場合でも、支障なく交信を行うことが可能になる。

より好ましい態様の装置では、信号処理手段は、各アンテナの受信信号を同期するタイミングでサンプリングし、サンプリングの都度、上記の論理和演算を実行する。このようにすれば、各アンテナが同時に受信した信号の論理和を精度良く求めることができるから、応答信号の復号の精度も高めることができる。

タグが一方向に沿って移動することを前提とした他の好ましい態様では、第２の制御手段は、同一のタグに対する複数のコマンドを順次いずれかのアンテナに送信させるとともに、タグが最初に入る交信領域に対応するアンテナを最初のコマンドを送信するコマンドとして初期設定する。そして以後、コマンドを送信したアンテナに対してタグの移動方向側に別のアンテナが存在することを条件に、これらのアンテナがタグからの応答信号を受信したか否かをそれぞれの受信信号に対する復号処理の結果に基づき判別し、各アンテナがともに応答信号を受信したと判別したとき、上記した別のアンテナがコマンドを送信するアンテナになるよう切り替えて、次のコマンドを送信させる。
なお、応答信号を受信したアンテナがコマンドを送信したアンテナのみであった場合には、次のコマンドも前回と同じアンテナに送信させる。

上記の構成によれば、１つのタグに対して複数サイクルの交信を行う場合に、交信対象のタグが移動しても、常にタグとの交信が可能なアンテナからコマンドを送信でき、交信を支障なく行うことができる。

上記構成の装置では、第１の制御手段は、全てのアンテナに同期のとれた搬送波を常時送出させることができる。このように構成したときの好ましい態様では、第２の制御手段は、コマンドの送信を行わせるアンテナに、当該アンテナの交信領域に入ったタグの起動に要する時間をおいてコマンドを送信させた後、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとの受信信号をコマンドの送信から所定時間が経過するまで取り込んで復号処理を実行する。

上記の態様によれば、コマンドの送信前に、このコマンドを送信するアンテナの交信領域にタグが入って搬送波により起動していれば、このタグにコマンドを伝え、応答信号を受信することが可能になる。またタグが交信領域にあるか否かに関わらず、交信に関する一連の処理を一定の周期をもって進行させることができる。

全てのアンテナに同期のとれた搬送波を常時送出させる場合の他の好ましい態様では、第２の制御手段は、各アンテナにそれぞれ自己の交信領域に入ったタグを検出するための交信処理を繰り返し実行させ、最初にタグを検出したアンテナにタグへのコマンドの送信を行わせる。そして、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとの受信信号をコマンドの送信から所定時間が経過するまで取り込んで復号処理を実行する。

上記において、「自己の交信領域に入ったタグを検出するための交信処理」とは、たとえば交信領域に入って起動したタグに内部の基本情報の送信を要求するコマンドを送信する処理と、このコマンドに対するタグからの応答信号を受け付ける処理をいう。このコマンドの送信と応答信号の受付を繰り返す間に、実際にタグが交信領域に入って起動して交信に成功すると、以後は、この交信に成功したアンテナのみからタグに対する本格的なコマンド（タグに実行させる処理を具体的に示すもの）が送信されることになる。

上記の態様によれば、いずれかのアンテナの交信領域にタグが入れば、そのタグを検出して交信を行うことが可能になる。よって、タグの進入位置や移動方向が一意に定まらない場合でも、安定して交信を行うことが可能になる。

ただし、全てのアンテナが常時搬送波を送出していなくとも、交信制御は可能である。たとえば、コマンドを送信するアンテナ以外のアンテナを、コマンドが送信されるまで休止状態にした後、コマンドが送信されたことに応じて搬送波の送出を行う状態にしてもよい。

つぎに、上記した課題を解決するための非接触交信方法では、交信領域の一部がそれぞれ他の交信領域の一部に重なるように配備された複数のアンテナのいずれか１つにＲＦＩＤタグへのコマンドを送信させた後に、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとに、これらのアンテナ間で同期のとれた搬送波を連続送出させることによりコマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を受信できるようにし、これらのアンテナの受信信号を処理することによってタグからの応答信号を復号する。

上記の方法では、各アンテナをそれぞれ共通の制御装置に接続し、この制御装置で生成した搬送波を各アンテナに供給することにより、各アンテナからの搬送波を同期させることができる。
一方、各アンテナを相互に接続し、前記ＲＦＩＤタグへのコマンドを送信したアンテナからその他のアンテナに搬送波を分配することにより、各アンテナからの搬送波を同期させることもできる。たとえばリーダライタの機能を併せ持つアンテナをコマンド送信用のアンテナとして配備するとともに、このアンテナに基本的な交信の機能のみを有するアンテナを接続し、前者のアンテナから後者のアンテナに搬送波を分配することができる。

上記の非接触交信装置および非接触交信方法では、複数のアンテナのいずれか１つからのみコマンドを送信し、そのコマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を、コマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとで同時に受け付けられるようにしたので、交信に要する時間を大幅に短縮することができる。また、タグからの応答信号を受信する際には、受信が可能になるアンテナの搬送波をすべて同期のとれた状態にするので、アンテナ間に干渉が生じることがなく、複数のアンテナの受信信号を同時に処理しても精度の良い復号処理を行うことができる。

図１は、ＲＦＩＤシステムの構成例を示す。
このＲＦＩＤシステムは、内部電源を持たない複数のＲＦＩＤタグ５と順に交信して、タグ５の内部メモリに書き込まれたデータを読み取ったり、新たなデータに書き換えるなどの処理を実行するもので、同一の性能を具備する２つのアンテナ１Ａ，１Ｂと、これらのアンテナ１Ａ，１Ｂの動作を制御するコントローラ２と、パーソナルコンピュータなどによる上位機器３とが含まれる。

各タグ５は、図中の矢印Ｄ_ＡまたはＤ_Ｂの方向に沿って順に移動する。
アンテナ１Ａ，１Ｂは、それぞれの交信領域４Ａ，４Ｂがタグ５の移動方向に沿って並び、かつ一部が重なり合うようにして配備される。以下、各アンテナ１Ａ，１Ｂに個別に言及する場合には、アンテナ１Ａを「第１アンテナ１Ａ」、アンテナ１Ｂを「第２アンテナ１Ｂ」という。また第１アンテナ１Ａの交信領域４Ａのうち第２アンテナ１Ｂの交信領域４Ｂに含まれない範囲を領域ｒ１といい、第２アンテナ１Ｂの交信領域４Ｂのうち第１アンテナの交信領域４Ａに含まれない範囲を領域ｒ２といい、双方の交信領域４Ａ，４Ｂが重なる範囲を領域ｒ３という。

コントローラ２は、一般に「リーダライタ」と呼ばれるもので、アンテナ１Ａ，１Ｂに、高周波のキャリア信号を供給してタグ５との交信に必要な搬送波を発生させる。また、上位機器３からのコマンド信号を受けたときは、このコマンド信号によりキャリア信号を変調したものを、アンテナ１Ａ，１Ｂに供給する。さらに、コマンド送信後の搬送波に重畳された信号成分（受信信号）を抽出し、この受信信号からコマンドに対するタグ５からの応答信号を復号する。この応答信号は、タグの制御部で生成された応答データを交信用の規則に基づき加工したものであるので、さらにコントローラ２では、交信信号から元の応答データを復元して、上位機器３に送信する。

各アンテナ１Ａ，１Ｂからは、常時搬送波が送出されている。各タグ５は、それぞれ最初に入った交信領域（領域４Ａまたは４Ｂ）内の搬送波によりその領域に対応するアンテナ（１Ａまたは１Ｂ）に電磁結合して起動し、コマンドを受け付けられる状態になる。

上記のＲＦＩＤシステムでは、２つのアンテナ１Ａ，１Ｂを用いることによって、交信を有効にする範囲を限定したり、交信が可能になる範囲を拡張する。さらに、２つのアンテナを用いる場合の交信にかかる時間を従来より大幅に短縮しながら、交信の精度を確保するための工夫がなされている。

以下、図２〜４を用いて、各種の交信方法を具体的に説明する。なお、これらの例では、説明を簡単にするために、各タグ５には１種類のコマンドのみが送信されるものとする。

図２は、交信対象のタグ５を領域ｒ１，ｒ２，ｒ３のいずれかに停止させて交信を行う場合の各アンテナ１Ａ，１Ｂおよびタグ５の動作を示す。この場合には、タグ５が停止すべき領域から応答を返した場合の交信を有効とする。以下、この交信を「領域限定方式の交信」という。

この種の交信は、たとえば所定の間隔おきに配列された複数のタグ５を順に交信領域４Ａまたは４Ｂに搬入しながら、交信を行う場合に適用される。この場合に、タグ５の移動経路がアンテナの設置位置からある程度遠ざかっても交信が可能になるようにするには、アンテナの交信領域を広めに設定する必要がある。しかし、交信領域を広げると、交信対象外のタグ５も交信領域内に入ってコマンドに反応し、処理結果に誤りが生じるおそれがある。

領域限定方式の交信では、コマンドに対するタグ５からの応答信号を受信するのみならず、応答したときのタグ５の位置を認識し、その位置によって受信した応答信号を有効なものとして取り扱うか否かを判別する。タグ５の位置は、第１アンテナ１Ａおよび第２アンテナ１Ｂがタグ５からの応答信号を受信できたか否かによって認識される。
さらにこの実施例では、タグ５を起動させたアンテナのみからコマンドを送信し、このコマンドに対するタグ５からの応答信号を双方のアンテナ１Ａ，１Ｂに受信させることによって、交信に要する時間の短縮をはかっている。

図２の例では、アンテナ側の動作として、「タグ起動」「コマンド送信」「応答受信」の３つの処理を示しているが、「タグ起動」および「応答受信」では、信号成分の載らない搬送波が送出され、「コマンド送信」では、所定のコマンド信号の信号成分を載せた搬送波が送出される。コントローラ２では、タグ５の起動のための時間や応答信号の受信に要する時間を管理しながらコマンドの送信を行い、コマンド送信後の所定時間内に各アンテナ１Ａ，１Ｂから入力された受信信号を処理する。以下の図３，４の例でも、同様の制御により、「タグ起動」「コマンド送信」「応答受信」の各処理が実行される。
なお、図２，３とも、各アンテナ１Ａ，１Ｂの「応答受信」の期間のうち、実際にタグ５からの応答信号を受信できている期間を斜線のパターンにより示している。

図２（１）（２）の例では、第１アンテナ１Ａからコマンドを受信し、このコマンドに対するタグ５からの応答信号を双方のアンテナ１Ａ，１Ｂで受信するようにしている。この場合に、タグ５が交信領域４Ａに停止していれば、第１アンテナ１Ａからの搬送波によって起動した後に、第１アンテナ１Ａからのコマンドを受信し、コマンドに応じた処理を行うとともに、応答信号を送信する。

ここでタグ５が図１の領域ｒ１に位置している場合には、図２（１）に示すように、第１アンテナ１Ａは、タグ５からの応答信号を受信することができるが、第２アンテナ１Ｂでは、応答信号を受信することはできない。
一方、タグ５が図１の領域ｒ３に位置している場合には、図２（２）に示すように、第１、第２の双方のアンテナ１Ａ，１Ｂで応答信号を受信することができる。

図２（３）の例では、上記の各例とは逆に、第２アンテナ１Ｂからコマンドが送信される。ここで、タグ５が領域ｒ２に位置している場合には、第２アンテナ１Ｂはタグ５からの応答信号を受信することができるが、第１アンテナ１Ａでは、応答信号を受信することはできない。また、タグ５が領域ｒ３に位置している場合には、第２アンテナ１Ｂからのコマンドに対し、図２（２）の例と同様に、第１および第２の双方のアンテナ１Ａ，１Ｂで応答信号を受信することができる。

したがって、タグ５が領域ｒ１または領域ｒ２に位置するときの交信を有効とする場合には、当該領域を交信領域に含むアンテナからコマンドを送信し、タグ５からの応答信号をコマンドを送信したアンテナのみが受信できたときを「交信成功」とする。一方、タグが領域ｒ３に位置するときの交信を有効とする場合には、いずれか一方のアンテナからコマンドを送信し、タグ５からの応答信号を双方のアンテナ１Ａ，１Ｂが受信できたときを「交信成功」とする。

なお、上記の交信に使用するアンテナは２個に限らず、３個以上のアンテナを使用してもよい。この場合には、全てのアンテナの交信領域の重なる範囲のみでの交信を有効としたり、応答信号を受信できたアンテナの組み合わせにより、タグの位置を細かく特定するなどの処理を行うことができる。
また上記のタグ５の位置認識処理は、つぎの図３のように、タグ５を移動させながら交信を行う場合にも適用することができる。

図３の例は、第１および第２のアンテナ１Ａ，１Ｂの各交信領域４Ａ，４Ｂを包含する範囲での交信を有効とするものである（すなわちタグ５がアンテナ１Ａ，１Ｂの少なくとも一方と交信できれば良いと考える）。以下、この交信を「領域拡大方式の交信」という。

領域拡大方式の交信は、タグ５を移動させながら交信を行う場合に有用である。タグ５を停止させない場合に１つのアンテナで交信すると、コマンドをタグ５に送信できても、応答信号を受信する途中でタグ５が交信領域を抜けてしまう可能性がある。図３の例では、タグ５が１つのアンテナの交信領域を抜けた後も、別のアンテナにおいて応答信号を引き続き受信する。

図３（１）はタグ５が矢印Ｄ_Ａの方向に沿って移動する場合の動作例を示し、図３（２）はタグ５が矢印Ｄ_Ｂの方向に沿って移動する場合の動作例を示す。これらの例が示すように、領域拡大方式の交信でも、基本的には領域限定方式の交信と同様に、タグ５を起動させたアンテナからコマンドを送信し、そのコマンドに対するタグ５からの応答信号を、各アンテナが同時に受信する。

ただし、タグ５が移動する場合には、その位置によって、応答信号を受信できるアンテナが変わる。この変化とタグ５の位置との関係を明確にするために、図３（１）（２）では、アンテナ１Ａ，１Ｂやタグ５の動作とともに、タグ５が含まれる領域を示している。

タグ５が矢印Ｄ_Ａの方向に沿って移動する場合には、図３（１）に示すように、タグ５はアンテナ１Ａの交信領域４Ａ中の領域ｒ１に入って起動し、アンテナ１Ａからのコマンドを受け付けた後に応答を開始する。図３（１）の例では、応答の開始時点では、タグ５はまだ領域ｒ１内にあるため、応答信号を受信するのはアンテナ１Ａのみとなる。この後、タグ５が領域ｒ１から領域ｒ３に移動すると、アンテナ１Ａ，１Ｂの双方が応答信号を受信する状態になる。さらにタグ５が領域ｒ３から領域ｒ２に移動すると、アンテナ１Ａでは応答信号を受信できなくなるが、アンテナ１Ｂは引き続き応答信号を受信することができる。

タグ５が矢印Ｄ_Ｂの方向に沿って移動する場合には、図３（２）に示すように、タグ５はアンテナ１Ｂの交信領域４Ｂ中の領域ｒ２に入って起動し、アンテナ１Ｂからのコマンドを受け付けた後に応答を開始する。図３（２）の例では、応答の開始時点では、タグ５はまだ領域ｒ２内にあるため、応答信号を受信するのはアンテナ１Ｂのみとなる。この後、タグ５が領域ｒ２から領域ｒ３に移動すると、アンテナ１Ｂおよび１Ａの双方が応答信号を受信するようになる。さらにしばらくして、タグ５が領域ｒ３から領域ｒ１に移動すると、アンテナ１Ｂでは応答信号を受信できなくなるが、アンテナ１Ａでは引き続き応答信号を受信する。

このように、この実施例の領域拡大方式の交信処理では、タグ５を起動させたアンテナからコマンドを送信した後に、双方のアンテナ１Ａ，１Ｂで同時に受信を行うので、応答信号の送出中にタグ５が位置する領域が変わっても、アンテナ１Ａ，１Ｂの少なくとも一方で応答信号を受け付けることができる。

しかし、タグ５からの応答が行われている間に応答信号を受信するアンテナが切り替わると、アンテナ１Ａ，１Ｂのいずれも、単体では、応答信号の全体を受信できないことになる。そこでこの実施例では、応答受信の期間中のアンテナ１Ａ，１Ｂの受信信号を対象に、両信号の論理和演算を実行し、この演算結果を用いて応答信号の全内容を復号するようにしている。このようにすれば、応答信号を受信するアンテナの切り替わりがどの時点で生じても、その切り替わりが応答受信の期間内であれば、完全な状態の応答信号を復号することが可能になる。よって、移動するタグ５との交信を支障なく行うことができる。

図４は、領域拡大方式の交信の他の例を示す。
前出の図２や図３の例は、アンテナ１Ａまたは１Ｂからコマンドを一括で送信するものであったが、図４の例では、ノイズにより交信に失敗する可能性を考慮して、コマンドを複数のパケットに分割し、各パケットを順に送信するようにしている。

ノイズにより交信に失敗した場合には、同じ交信をやり直す必要があるため、コマンドの容量が大きいと、失敗した交信や再交信により処理時間にロスが生じ、タグ５の移動に対応できない可能性がある。このため、図４の例では、コマンドを分割して送信することにより、交信失敗時の処理時間のロスが少なくなるようにしている。さらに、毎時の交信について、図２，３の例と同内容の処理を行うことにより、交信に要する処理時間を短縮できるようにしている。ただし、タグ５を移動させながら交信を行うため、コマンドを送信するアンテナを固定すると、交信の途中でコマンドがタグ５に届かなくなる可能性があり、タグ５の位置の変化に応じてコマンドを送信するアンテナを切り替える必要がある。

図４の例では、上記の点を考慮して、コマンドに対するタグ５からの応答信号を受け付けたのが当該コマンドを送信したアンテナのみである場合は、つぎのコマンドも前回と同じアンテナから受信し、双方のアンテナ１Ａ，１Ｂとも応答信号を受信できる状態になったときに、つぎのコマンドを送信するアンテナを切り替えるようにしている。なお、図４では、タグ側の応答処理を示すボックス内にその応答時のタグが含まれる領域を併記している。

図４（１）は、タグ５が矢印Ｄ_Ａの方向に沿って移動する場合の動作例を示す。この場合、初期状態では、タグ５を起動させた第１アンテナ１Ａからコマンドが送信され、その後、アンテナ１Ａ，１Ｂが同時に応答受信状態となる。図の斜線部分に示すように、タグ５が領域ｒ１にある間は、実際に応答信号を受信するのは第１アンテナ１Ａのみとなる。この受信状態が続く間は、コマンドを送信するアンテナは、第１アンテナ１Ａのまま維持される。

所定時間後にタグ５が領域ｒ３に移動すると、タグ５からの応答信号をアンテナ１Ａ，１Ｂの双方で受信するようになる。このような受信状態になると、以後のコマンドは、第２アンテナ１Ｂから送信される。したがって、この後にタグ５が領域ｒ３から領域ｒ２に移動してアンテナ１Ａとの交信が不可能になっても、タグ５に全てのコマンドを届けることができ、また各コマンドに対するタグ５からの応答信号も支障なく受信することができる。

図４（２）は、タグ５が矢印Ｄ_Ｂの方向に沿って移動する場合の動作例である。この場合には、図４（１）の例とは反対に、当初は第２アンテナ１Ｂからコマンドが送信され、この第２アンテナ１Ｂのみがタグ５からの応答信号を受信する。アンテナ１Ａ，１Ｂの双方でタグ５からの応答信号を受信する状態になると、以後のコマンドを送信するアンテナは、第１アンテナ１Ａに切り替えられる。

なお、コマンドを送信するアンテナが切り替えられた後も、アンテナ１Ａ，１Ｂともに応答受信を行うが、タグ５と交信できなくなったアンテナ（図４（１）の場合には第１アンテナ１Ａ、図４（２）の場合には第２アンテナ１Ｂ）の受信信号を処理する必然性はなくなる。このため図４では、タグ５との交信ができなくなったアンテナの応答受信期間を、点線枠で示している。

また、図３や図４の交信処理でも、使用するアンテナは２個に限らず、３個以上のアンテナを使用してもよい。この場合、各アンテナ１Ａ，１Ｂは、タグの移動方向に沿って順に並び、かつ隣り合う交信領域間に重なりが生じるようにして配備される。また、図４の処理について３以上のアンテナを用いる場合には、毎時のコマンドに対し、そのコマンドを送信したアンテナとその隣のアンテナ（タグの移動方向側に配置されているものに限る。）との受信信号のみを処理し、その他のアンテナを処理対象からはずすようにしてもよい。この場合にも、処理対象としたた双方のアンテナからタグからの応答信号を受信できた場合に、次回のコマンドを送信するアンテナが切り替えられる。

図５は、コントローラ２の構成を詳細に示したＲＦＩＤシステムのブロック図である。
この実施例のコントローラ２には、マイクロコンピュータによる制御部２１のほか、アンテナ１Ａ，１Ｂ毎に送信部２２Ａ，２２Ｂおよび受信部２３Ａ，２３Ｂが設けられている（図５では、第１アンテナ１Ａ側の送受信部２２Ａ，２３Ａを「第１送信部２２Ａ」「第１受信部２３Ａ」とし、第２アンテナ１Ｂ側の送受信部２２Ｂ，２３Ｂを「第２送信部２２Ｂ」「第２受信部２３Ｂ」とする。）。さらに、このコントローラ２には、各種の設定操作のための設定部２４や、この設定部２４による設定内容などを表示するための表示部２５とが設けられる。

制御部２１は、図示しない発振回路からの高周波パルスに基づき、所定周波数のキャリア信号を出力する。このキャリア信号の伝送ラインは二分され、それぞれ第１および第２の送信部２２Ａ，２２Ｂに入力される。また制御部２１からは、受信信号のサンプリングのためのクロック信号（以下「受信クロック信号」という。）も出力されるが、この受信クロック信号の伝送ラインも二分され、それぞれ第１および第２の受信部２３Ａ，２３Ｂに入力される。

このほか、制御部２１と各送信部２２Ａ，２２Ｂとの間には、コマンド信号の伝送ラインが送信部毎に個別に設けられる。コマンドの送信の際には、タグ５の移動方向に基づき、最初にタグ５が入る交信領域に対応する送信部にのみコマンドが供給される。
さらに各受信部２３Ａ，２３Ｂと制御部２１との間には、それぞれ受信信号の伝送ラインが受信部毎に個別に設けられる。

各送信部２２Ａ，２２Ｂおよび各受信部２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ対応するアンテナ１Ａ，１Ｂ内のアンテナコイル（図示せず。）に接続されている。各送信部２２Ａ，２２Ｂには、変調回路やインピーダンス整合のための回路などが含まれており、これらの回路により、制御部２１からのキャリア信号をコマンド信号により振幅変調した信号を生成し、対応するアンテナ１Ａ，１Ｂに出力する。

コマンド信号は、コマンドの具体的な内容を表すパルス信号であって、コマンドの送出時期には、コマンドの内容に応じてハイレベル状態とローレベル状態とが切り替えられる。ただし、コマンドが送出されていない時期はローレベルとなるので、送信部２２Ａ，２２Ｂから送出されるのは、キャリア信号のみとなる。
この実施例では、各送信部２２Ａ，２２Ｂに同一のキャリア信号を与えているので、アンテナ１Ａ，１Ｂからも、この同一のキャリア信号による同期のとれた搬送波が送出される。よって、図１のように、各アンテナ１Ａ，１Ｂの交信領域４Ａ，４Ｂが重なり合っても、アンテナ間で干渉が起こるおそれがなく、コマンドの送信や応答信号の受信を支障なく行うことができる。

各受信部２３Ａ，２３Ｂには、図示しない検波回路やフィルタ回路などが含まれており、これらの回路により、アンテナコイルから伝達された信号のうちキャリア信号の成分を除く信号成分を受信信号として検出する。さらに各受信部２３Ａ，２３Ｂには、受信信号を一定時間おきにサンプリングするサンプリング回路や、サンプリングされた信号を２値化するための比較回路などが含められている。受信信号にタグ５からの応答信号が含まれている場合には、受信部２３Ａ，２３Ｂの各回路の処理によって、当該応答信号を復号することができる。

制御部２１では、各受信部２３Ａ，２３Ｂから入力された受信信号の変化のパターンに基づき、この信号にタグ５からの応答信号が含まれているかどうかを判別する。また応答信号が含まれている場合には、その信号から応答データを復元して、上位機器３に送信する。

なお、各受信部２３Ａ，２３Ｂにおける受信信号のサンプリングは、制御部２１からの受信クロック信号に基づいて実行される。また図３に示した領域拡張型の交信を行う場合には、制御部２１において、各受信部２３Ａ，２３Ｂから２値の受信信号を取り込む都度、その入力信号の論理和を求めるので、各受信部が同じタイミングで受信した信号の論理和を精度良く求めることができる。
ただし、この論理和演算は、制御部２１で行う方法に限らず、各受信信号を制御部２１外のＯＲ回路に入力し、ＯＲ回路からの出力を制御部２１に入力してもよい。

また、図５の構成のうち、送信部２２Ａ，２２Ｂや受信部２３Ａ，２３Ｂはアンテナ１Ａ，１Ｂ内に設けることもできる。
また上記の例では、２つのアンテナ１Ａ，１Ｂをコントローラ２に接続したが、これに代えて、コントローラ２が一方のアンテナとして機能するようにしてもよい。この場合のコントローラ２は、自装置で生成したキャリア信号を内部のアンテナコイルと外部のアンテナとに供給しながら、図２〜４のいずれかの交信処理が行われるように制御を行うことになる。

また、図５の構成では、第１、第２のアンテナ１Ａ，１Ｂのいずれか一方のみが搬送波を送信すれば良い場合（タグ５の起動やコマンド送信を行う場合）でも、双方のアンテナ１Ａ，１Ｂから同期するタイミングで搬送波が出力されるが、これに代えて、応答受信期間以外は、コマンドの送信を行うアンテナのみに搬送波を送信させてもよい。

図６は、図２に示した領域限定型の交信を行う場合にコントローラ２で実行される処理の流れを示す。なお、この例では、タグ５が図１の矢印Ｄ_Ａの方向に沿って搬入されるものとして、１つのタグ５との交信に要する処理の流れを示す。

まず最初のステップであるＳＴ１０１では、上位機器３からのコマンドを受信する。受信が終了すると、タグ５の起動に必要な時間が経過するまで待機し（ＳＴ１０２）、しかる後にＳＴ１０３に進んで第１アンテナ１Ａにコマンドを送信させる。

コマンドの送信が終了すると、つぎのＳＴ１０４では、各アンテナ１Ａ，１Ｂからの受信信号の取り込みおよび応答データの復元処理を開始する。この処理が、あらかじめ設定された受信期間が経過するまで実行されると、ＳＴ１０５が「ＹＥＳ」となる。以下、各アンテナ１Ａ，１Ｂがタグ５からの応答信号を受信したか否か（具体的には、各受信信号から応答データを復元できたか否か）により、交信の成否やタグの場所を判定する。

この例では、コマンドを送信したアンテナ１Ａが応答信号を受信することを、交信成功の必須要件としている。アンテナ１Ａの受信信号から応答データを復元できなかった場合には、ＳＴ１０６が「ＮＯ」となってＳＴ１０７に進み、交信に失敗したと判定する。アンテナ１Ａの交信領域４Ａ内にタグ５が入る前にコマンドが送信された場合には、このような判定が行われることになる。

上記に対し、第１アンテナ１Ａの受信信号からは応答データを復元できたが、第２アンテナ１Ｂの受信信号からは応答データを復元できなかった場合には、ＳＴ１０６が「ＹＥＳ」、ＳＴ１０８が「ＮＯ」となってＳＴ１０９に進み、タグ５は領域ｒ１内にあると判定する。

第１アンテナ１Ａおよび第２アンテナ１Ｂの双方の受信信号から同じ応答データを復元できた場合には、ＳＴ１０６，１０８が「ＹＥＳ」となってＳＴ１１０に進み、タグ５は領域ｒ３にあると判定する。

上記のように、各アンテナ１Ａ，１Ｂの受信状態に基づく判定を行った後は、ＳＴ１１１に進み、上記の判定結果を復元した応答データとともに上位機器３に送信する。ただし、交信失敗と判定した場合には、その判定結果のみを送信する。

なお、第２アンテナ１Ｂからコマンドを送信する場合には、各アンテナ１Ａ，１Ｂに対する制御が逆転するが、処理の流れは、図６と同様である。この場合には、アンテナ１Ｂの受信信号から応答データを復元できることが交信成功の必須の要件となり、領域ｒ２および領域ｒ３のいずれかにタグ５が位置すると判定されることになる。

また、図６の例では、交信対象のタグ５の場所を判定して、その判定結果を復元された応答データとともに上位機器３に送信するようにした（交信が有効かどうかは、上位機器３またはこれを使用するユーザが判断することになる。）が、処理内容はこれに限定されるものではない。たとえば領域ｒ３内での交信のみを有効とするのであれば、アンテナ１Ａ，１Ｂの双方の受信信号から応答データを復元できた場合のみ、その応答データを上位機器３に送信し、その他の場合には、交信に失敗した旨を送信するようにしてもよい。

図７は、図３に示した領域拡大型の交信を行う場合の制御の流れを示す。なお、この例でも、タグ５は矢印Ｄ_Ａの方向に沿って搬入され、第１アンテナ１Ａがコマンドを送信するアンテナとして設定されているものとする。

この処理でも、図６の例と同様に、上位機器３からのコマンドを受信した後、タグ５の起動に必要な時間の経過を待って、コマンドを送信する（ＳＴ２０１〜２０３）。

コマンドの送信が終了すると、ＳＴ２０４に進み、各アンテナ１Ａ，１Ｂの受信信号に対する処理を開始する。ここでは、各受信部２３Ａ，２３Ｂよりサンプリングおよび２値化処理後の受信信号を入力しながら、毎時の入力信号の論理和演算を行い、さらに論理和演算の結果から応答データを復元する。

この後、受信期間が経過すると、ＳＴ２０５が「ＹＥＳ」となる。ここで論理和演算の結果から応答データを復元できた場合には、ＳＴ２０６が「ＹＥＳ」となってＳＴ２０７に進み、復元した応答データを上位機器３に送信する。一方、応答データを復元できなかった場合には、ＳＴ２０６が「ＮＯ」となってＳＴ２０８に進み、交信に失敗した旨を示す情報を上位機器３に送信する。

図８は、図４に示したコマンドを分割して送信するタイプの交信を行う場合の制御の流れを示す。この例でも、タグ５は矢印Ｄ_Ａの方向に沿って搬入され、第１アンテナ１Ａがコマンドを送信するアンテナとして初期設定されるものとする。

この例では、あらかじめ、１回のコマンドに含めるデータ容量が決められていることを前提とする。なお、この送信容量については、コントローラ２内にデフォルトで設定されるが、設定部２４を用いてユーザが適宜変更することも可能である。
また、この例では、領域ｒ１，ｒ２，ｒ３により特定される範囲に含まれるタグ５は、常に１個になるように、タグ５の移動速度が制御されているものとする。

最初のステップであるＳＴ３０１で上位機器３からのコマンドを受信すると、つぎのＳＴ３０２で、上記の送信容量に基づき、コマンドをＮ個（Ｎ≧２）に分割する。

つぎのＳＴ３０３では、交信回数を計数するためのカウンタｎに初期値の１をセットし、タグ５の起動に要する時間が経過するのを待って、ｎの値により特定されるコマンド（１番目のコマンド）を第１アンテナ１Ａから送信する（ＳＴ３０４，３０５）。コマンドの送信が終了すると、ＳＴ３０６では、各アンテナ１Ａ，１Ｂからの受信信号の取り込みおよび応答データの復元処理を開始する（この処理は図６のＳＴ１０４と同様のものである。）。

この後、受信期間を経過すると、ＳＴ３０７が「ＹＥＳ」となる。また、第１アンテナ１Ａがタグ５からの応答信号を受信した場合には、ＳＴ３０８も「ＹＥＳ」となってＳＴ３０９に進み、当該受信信号から復元したデータを一時保存する。さらに、ＳＴ３１０からＳＴ３１１に進んでｎの値を１つ大きな値に更新する。

先の交信時のタグ５が領域ｒ１にある場合には、第２アンテナ１Ｂの受信信号から応答データを復元できないため、ＳＴ３１２が「ＮＯ」となってＳＴ３０４に戻る。よって、更新後のｎにより特定されるコマンド（第２のコマンド）も、第１アンテナ１Ａから送信されることになる。

以下、第１および第２のアンテナ１Ａ，１Ｂの受信信号から同様の応答データを復元できるようになるまで、毎時のコマンドはいずれも第１アンテナ１Ａから送信される。この場合に、ノイズの発生などによりタグ５にコマンドが届かなかったり、タグ５からの応答信号が第１アンテナ１Ａに届かなかったりして交信に失敗した場合には、ＳＴ３０８が「ＮＯ」となり、ｎの値を交信せずにＳＴ３０４に戻る。よって、交信に失敗した場合には、前回と同じコマンドが再送信されることになる。

所定の時点で、第１および第２の各アンテナ１Ａ，１Ｂの受信信号から同一の応答データを受信すると、ＳＴ３１２が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ３１３以下の処理が実行される。
この場合にも、タグ５の起動に要する時間の経過を待ってｎ番目のコマンドを第２アンテナ１Ｂから送信する。このコマンド送信が終了すると、ＳＴ３１５では、第２アンテナ１Ｂの受信信号の取り込みおよび応答データの復元処理を開始する。

この後、受信期間が経過すると、ＳＴ３１６が「ＹＥＳ」となり、さらに第２アンテナが応答信号を受信した場合には、ＳＴ３１７が「ＹＥＳ」となる。これらの判定が「ＹＥＳ」となるとＳＴ３１８に進み、復元した応答データの保存を行う。

以下も同様に、ｎの値をＮになるまで順次更新しつつ、毎時のｎにより特定されるコマンドを第２アンテナ１Ｂから送信し、その信号に対する第２アンテナ１Ｂからの受信信号を処理する。なお、この間に、ノイズ等の影響により第２アンテナ１Ｂがタグ５からの応答信号を受信できなかった場合には、ｎの値を更新せずにＳＴ３１７からＳＴ３１３に戻るので、前回と同じコマンドが再送信される。

最終的にｎの値がＮとなると、ＳＴ３２１に進み、ＳＴ３０９またはＳＴ３１８の処理により保存されたＮ個の応答データを読み出し、１つのデータに統合する。さらにＳＴ３２２では、統合された応答データを最終結果として上位機器３に送信する。

なお、上記の処理では、コマンドを送信するアンテナを第１アンテナ１Ａから第２アンテナ１Ｂに切り替えた後は、第１アンテナ１Ａの受信信号を処理しないようにしたが、これに限らず、いずれの場合にも双方のアンテナ１Ａ，１Ｂの信号を処理するようにしてもよい。この場合、図６の例にならって、交信の都度、タグがどの領域に含まれるかを判定すれば、その判定結果によりタグの移動速度を認識したり、アンテナ１Ａ，１Ｂの配置を調整することができる。

また、図８では、１つのコマンドを分割して順に送信する場合の処理例を示したが、それぞれ内容が異なる複数のコマンドを１つのタグ５に順に送信する場合にも、この図８と同様の処理を実行することができる。

ＲＦＩＤシステムの構成例を示す説明図である。 領域限定方式の交信処理の例を示す説明図である。 領域拡張方式の交信処理の例を示す説明図である。 領域拡張方式の交信により同一のタグと複数回の交信を行う例を示す説明図である。 ＲＦＩＤシステムのうち、コントローラの構成を詳細に示したブロック図である。 図２の交信を行う場合の制御の流れを示すフローチャートである。 図３の交信を行う場合の制御の流れを示すフローチャートである。 図４の交信を行う場合の制御の流れを示すフローチャートである。 複数のアンテナを用いた従来の交信処理の例を示す説明図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ アンテナ
２ コントローラ
４Ａ，４Ｂ 交信領域
２１ 制御部

Claims (8)

1. 交信領域の一部がそれぞれ他の交信領域の一部に重なるように配備された複数のアンテナを制御して、ＲＦＩＤタグと非接触の交信を行う装置であって、
   各アンテナからの搬送波がすべて同期のとれた状態になるように制御する第１の制御手段と、
   前記複数のアンテナのいずれか１つにＲＦＩＤタグへのコマンドを送信させた後に、少なくとも前記コマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとを前記同期のとれた搬送波により前記コマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を受信可能な状態に設定する第２の制御手段と、
   前記コマンドの送信後に、前記受信可能状態に設定された各アンテナの受信信号を処理することによって、前記コマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する信号処理手段とを、
   具備することを特徴とする非接触交信装置。
2. 前記信号処理手段には、処理対象のアンテナの中から、前記コマンド送信後の受信信号に対する復号処理結果に基づきＲＦＩＤタグからの応答信号を受信したアンテナを判別する手段と、この判別結果に基づき交信対象のＲＦＩＤタグの場所を特定する手段とが含まれる、請求項１に記載された非接触交信装置。
3. 前記ＲＦＩＤタグは一方向に沿って移動するとともに、各アンテナが、それぞれの交信領域がＲＦＩＤタグの移動方向に沿って順に並び、かつ隣り合う交信領域間に重なりが生じるように配備されており、
   前記第２の制御手段は、前記ＲＦＩＤタグが最初に入る交信領域に対応するアンテナに前記ＲＦＩＤタグへのコマンドを送信させ、前記信号処理手段は、前記コマンド送信後の各アンテナの受信信号を対象にした論理和演算を実行し、この論理和演算の結果を用いて前記ＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する、請求項１に記載された非接触交信装置。
4. 前記信号処理手段は、各アンテナの受信信号を同期するタイミングでサンプリングし、サンプリングの都度、前記論理和演算を実行する、請求項３に記載された非接触交信装置。
5. 前記ＲＦＩＤタグは一方向に沿って移動するとともに、各アンテナは、それぞれの交信領域がＲＦＩＤタグの移動方向に沿って順に並び、かつ隣り合う交信領域間に重なりが生じるように配備されており、
   前記第２の制御手段は、同一のＲＦＩＤタグに対する複数のコマンドを順次いずれかのアンテナに送信させるとともに、前記ＲＦＩＤタグが最初に入る交信領域に対応するアンテナを最初のコマンドを送信するアンテナとして初期設定し、以後、コマンドを送信したアンテナに対してＲＦＩＤタグの移動方向側に別のアンテナが存在することを条件に、これらのアンテナが前記ＲＦＩＤタグからの応答信号を受信したか否かをそれぞれの受信信号に対する復号処理の結果に基づき判別し、各アンテナがともに前記応答信号を受信したと判別したとき、前記別のアンテナがコマンドを送信するアンテナになるよう切り替えて、次のコマンドを送信させる、請求項１に記載された非接触交信装置。
6. 前記第１の制御手段は、全てのアンテナに前記同期のとれた搬送波を常時送出させ、 前記第２の制御手段は、前記コマンドの送信を行わせるアンテナに、当該アンテナの交信領域に入ったＲＦＩＤタグの起動に要する時間をおいてコマンドを送信させた後、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとの受信信号を前記コマンドの送信から所定時間が経過するまで取り込んで復号処理を実行する、請求項１に記載された非接触交信装置。
7. 前記第１の制御手段は、全てのアンテナに前記同期のとれた搬送波を常時送出させ、
   前記第２の制御手段は、各アンテナにそれぞれ自己の交信領域内に入ったＲＦＩＤタグを検出するための交信処理を繰り返し実行させ、最初にＲＦＩＤタグを検出したアンテナに前記ＲＦＩＤタグへのコマンドの送信を行わせた後、少なくともコマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとの受信信号を前記コマンドの送信から所定時間が経過するまで取り込んで復号処理を実行する、請求項１に記載された非接触交信装置。
8. 交信領域の一部がそれぞれ他の交信領域の一部に重なるように配備された複数のアンテナを制御して、ＲＦＩＤタグと非接触の交信を行う方法であって、
   前記複数のアンテナのいずれか１つにＲＦＩＤタグへのコマンドを送信させた後に、少なくとも前記コマンドを送信したアンテナと当該アンテナと交信領域が重なるアンテナとに、これらのアンテナ間で同期のとれた搬送波を連続送出させることにより前記コマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答信号を受信できるようにし、これらのアンテナの受信信号を処理することによってＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する、ことを特徴とする非接触交信方法。

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