JP2015164318A - Rfidリーダに適用可能なアレイアンテナシステムおよびアルゴリズム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】RFIDタグ2と通信するアレイアンテナシステムは、複数のアンテナエレメント10と、電子的に制御可能な可変移相器8と、1:N電力分配器又はN:1電力結合器6と、アレイ状態制御ブロックとで構成する。制御アルゴリズムで制御されるアレイ状態制御ブロックは、可変移相器8の位相を制御する。アレイアンテナシステムは、パレット上のケースの集合体及び品物をまとめて保管している棚及び他の材料が存在する倉庫で適用され、バッテリレス又はパッシブRFIDタグを読み取る処理に適用可能である。
【選択図】図1
Description
・媒質は、自由空間など、均質であるか、あるいは均質に十分近く、アレイの制御では均質媒質が想定されるようになっている。
・媒質は、保護用レードーム、アレイと相互作用する支持構造、グランドプレーンまたはほぼグランドプレーン、または、異なる均質またはほぼ均質の媒質で満たされた近くの半空間など、一定の既知の因子により均質なものとは異なる。
・媒質は、壁、木または他の構造物を含む環境によって例示されるように、伝搬に対して潜在的に悪影響を及ぼすほど十分に不均質であるが、アンテナシステムは、場合により、例えば指示方向など、その角感度の調整以外、この周囲の材料の特定の構成に特有の調整を行わない。
・アレイは、マルチパスなど、逆の伝搬特性の影響を緩和する調整をまさに行うが、「レーキ受信器」の場合のように、アレイ設定を適合させるために、所期の焦点から生じる信号の存在を必要とする。
・アレイは、未知の場所から発する信号に対するその応答を最大にする調整を行うが、内蔵型の電源を有するトランスポンダまたは変調器にアレイを適合させる場合のように、アレイ設定を適合させるために、その場所から発し、かつその場所に特有の(他の場所から発している可能性のある類似の信号とは、何らかの点で異なる)信号の存在を必要とする。
・アレイは、不要信号を軽減する調整を行い、その場合、当然、アレイアンテナパターンにおける所期のヌルの場所または方向から生じる信号がある。
ロ位相角の励起がアンテナエレメントの端末に加えられるとき、タグのアンテナ端子で生じたRF電圧の、Cnと示す振幅、および、γnと示す位相角である。よって、図1に示す各伝搬チャネルを、特定の周波数にて、複素数表現Cnexp{jγn}によって特徴付けることができ、この複素数表現は、アレイエレメントアンテナ端子とRFタグアンテナ端子の間の、その周波数での複素定常状態伝達関数を表す。
ある定義された制約を達成するために、入力電力がアレイ状態毎に調整される場合、振幅制御について多くてもN−1個の自由度がある。すべてのN個のエレメントの位相および振幅の組み合わせにより、別々に、合計2N−2個の自由度を生じることができる。
御状態の数が限られている場合、または、探索の実行に要する時間が、品物の迅速な移動を伴う応用例ほどには重大でない場合、そうである。後者の場合の一例は、倉庫全体で行われた電子的在庫である場合があり、1つの完成された在庫処理が一晩で実施されることは、手作業による在庫処理を超える非常に大きい改善に相当する。しかし、より時間が重要な応用例では、エレメント毎に、比較的多数のアレイエレメントおよび/または比較的多数の制御ビットを利用しており、探索処理を修正するために有用である場合がある。
数における次のN−1ビットは、各制御デバイスについての次の最上位ビットを表す(例えば、すべての移相器について90°ビット)、などとなる。この2進数をゼロで開始し、すべての状態が達成されるまで1ずつインクリメントすることにより、段階的な分解能の探索パターンの結果となる。
単一のアレイシステムに関連付けられたコントローラは、使用可能なアレイ状態毎の成功した読み取りの数の現在高、および、対応する、好ましいアレイ状態の順序付きリストを維持することができる。それが読み取るタグに関連付けられた特定のアイテムについての情報を含む、データベースにアクセスすることにより、単一のアレイに関連付けられたコントローラはまた、タグ集合体の様々なカテゴリについての好ましいアレイ状態の別々のリストを作成および維持することもできる。別法として、アレイ状態に応じた読み取り性能を、類似のRFIDアプリケーションにおけるいくつかの類似のアレイシステム、および、好ましい状態について処理された総合のデータについて、蓄積することができる。
・P1=リーダアンテナポート1から検出された入射電力の場合、真。
・P2=リーダアンテナポート2から検出された入射電力の場合、真。
・S1=RFスイッチがポート1を選択するように設定される場合、真。
・S2=RFスイッチがポート2を選択するように設定される場合、真。
における可変利得RF増幅器61を示し、遠距離場における放射妨害波に対する適用可能な規制上の制約を受けて、アレイ状態毎に利用される電力が、アクティブな読み取りボリューム内の局所電磁場レベルを最大にするように最適化されることを可能とする。
信信号を、様々なアンテナエレメントの1つまたはすべてに入射し、アンテナアレイシステムによって無線周波数信号ポートへ伝達される信号として定義することができる。無線周波数増幅を、前記無線周波数信号チャネルのいずれか一方または両方に組み込んで、送信信号、受信信号、または、送信信号および受信信号の両方の電力レベルを上げてもよい。
Claims (66)
- 入力RF信号を受信するよう構成されたRF入力ポートであって、前記入力RF信号は少なくとも1つのRFIDタグを読み取るのに適している、RF入力ポートと、
複数のアンテナであって、前記複数のアンテナの各々は、アンテナ入力信号が入力されたときに、関心領域内で前記複数のアンテナの各々がRF場を生成するように構成され、前記複数のアンテナのうちの1つ又は複数のアンテナは、前記関心領域内の任意の場所でRF場を生成するよう構成された、複数のアンテナと、
対応する複数のアンテナ入力信号を前記入力RF信号から生成する手段であって、前記複数のアンテナ入力信号の各々のアンテナ入力信号は、前記少なくとも1つのRFIDタグを読み取るのに適しており、前記複数のアンテナ入力信号が同時に前記複数のアンテナに入力されるとき、対応する複数のRF場が前記関心領域内で同時に生成される、手段と
前記複数のRF場を変化させることによって、前記複数のアンテナの状態を変更する状態コントローラであって、第1の期間中に第1の状態を生成し、第2の期間中に第2の状態を生成する、状態コントローラとを備え、
前記状態コントローラは、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第1の少なくとも1つの位相、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第1の少なくとも2つの振幅の比、
前記複数のアンテナのうちの第1の少なくとも1つの放射パターン、および
前記複数のアンテナのうちの第2の少なくとも1つの偏波、
のうち、1つまたは複数を変化させることによって、前記複数のRF場を変化させ、
前記複数のアンテナ入力信号はN個のアンテナ入力信号であり、前記複数のアンテナ入力信号の位相の変化にはN個の自由度があり、前記複数のアンテナ入力信号のうちの前記第1の少なくとも1つは、M個のアンテナ入力信号であり、M<Nである、アンテナシステム。 - 前記複数のアンテナ入力信号を生成する前記手段は、電力分配器を備え、前記入力RF信号は、前記電力分配器に入力され、前記複数のアンテナ入力信号は、前記電力分配器から出力される、請求項1に記載のシステム。
- 前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも1つの位相を変化させることによって、前記複数のRF場を変化させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも2つの振幅の比を変化させることによって、前記複数のRF場を変化させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記状態コントローラは、前記複数のアンテナのうち少なくとも1つの放射パターンを変化させることによって、前記複数のRF場を変化させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記状態コントローラは、前記複数のアンテナのうち少なくとも1つの偏波を変化させることによって、前記複数のRF場を変化させる、請求項1に記載のシステム。
- RFIDリーダをさらに備え、前記RFIDリーダは前記RF入力ポートに結合され、前記入力RF信号を提供する、請求項1に記載のシステム。
- RFレシーバをさらに備え、前記RFレシーバは受信RF信号を受信し、前記受信RF信号は、前記複数の前記RF場が前記少なくとも1つのRFIDタグの1つまたは複数に入射することによるものである、請求項1に記載のシステム。
- 前記レシーバは前記複数のアンテナを備える、請求項8に記載のシステム。
- 前記受信された受信RF信号は、前記RF入力ポートから出力されたものである、請求項8に記載のシステム。
- RFレシーバをさらに備え、前記RFレシーバは受信RF信号を受信し、前記受信RF信号は、前記複数の前記RF場が前記少なくとも1つのRFIDタグの1つまたは複数に入射することによるものである、請求項7に記載のシステム。
- 前記受信された受信RF信号は、前記RF入力ポートから前記RFIDリーダへ出力される、請求項11に記載のシステム。
- 前記レシーバは第2の複数のアンテナを備える、請求項8に記載のシステム。
- 第2の状態コントローラをさらに備え、前記第2の状態コントローラは、
前記第2の複数のアンテナによって受信されるような複数の受信された受信RF信号のうちの第1の少なくとも1つの位相、
前記複数の受信された受信RF信号のうちの少なくとも2つの振幅の比、
前記第2の複数のアンテナのうちの少なくとも1つの放射パターン、および
前記第2の複数のアンテナのうちの1つまたは複数の偏波、
のうち、1つまたは複数を変化させることによって、前記第2の複数のアンテナの受信状態を変更する、請求項13に記載のシステム。 - 前記第2の状態コントローラは、前記第1の期間中に第1の受信状態を生成し、前記第2の期間中に第2の受信状態を生成する、請求項14に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナの遠距離場領域に位置する、1つまたは複数のRFIDタグをさらに備える、請求項7に記載のシステム。
- 前記遠距離場領域は2D2/λ以上であり、ただし、Dは、放射方向に垂直な複数のアンテナにおけるアンテナの最大寸法であり、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項16に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナの放射近接場に位置する、1つまたは複数のRFIDタグをさらに備える、請求項7に記載のシステム。
- 前記放射近接場は、3λ−2D2/λの範囲内であり、ただし、Dは、放射方向に垂直な複数のアンテナにおけるアンテナの最大寸法であり、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項18に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナから3λ以上離れて位置する、1つまたは複数のRFIDタグをさらに備え、ただし、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項7に記載のシステム。
- 前記アンテナアレイから3λだけ離れたところより近くに位置する、1つまたは複数のRFIDタグをさらに備え、ただし、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項7に記載のシステム。
- 前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち前記少なくとも1つの前記位相を、対応する少なくとも1つの移相器を介して変化させ、前記少なくとも1つの移相器の各々は、前記複数のアンテナ入力信号のうちの少なくとも1つの対応するアンテナ入力信号を受信し、前記対応するアンテナ入力信号を変化された位相で前記複数のアンテナのうちの前記対応するアンテナに出力する、請求項3に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナの各アンテナは、前記複数のアンテナのうち別のアンテナのλ/2内であり、ただし、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナのうち各アンテナは、前記複数のアンテナのうち最も近い隣接したアンテナから、λ/2からλの範囲内で離れており、ただし、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナのうち各アンテナは、前記複数のアンテナのうち最も近い隣接したアンテナからλより多く離れており、ただし、λは、前記複数のRF場の波長である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナのうち前記少なくとも1つの前記放射パターンを変化させることは、前記複数のアンテナのうち前記少なくとも1つのビーム形状を変化させることを備える、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナのうち前記少なくとも1つの前記放射パターンを変化させることは、前記複数のアンテナのうち前記少なくとも1つのビーム指向角を変化させることを備える、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナの少なくとも2つの同じアンテナは、前記第1の状態および前記第2の状態において、前記複数のRF場のうち1つを生成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナは、少なくとも4つのアンテナを備える、請求項1に記載のシステム。
- 1つまたは複数のRFIDタグを読み取る方法であって、
1つまたは複数のRFIDタグを関心領域内で位置決めすること、
複数のアンテナを位置決めすることであって、前記複数のアンテナの各々は、アンテナ入力信号が前記複数のアンテナの各々に入力されたときに前記関心領域内でRF場を生成するように構成され、前記複数のアンテナのうちの1つ又は複数のアンテナは、前記関心領域内の任意の位置においてRF場を生成するよう構成されていること、
入力RF信号を受信することであって、前記入力RF信号は、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち少なくとも1つを読み取るのに適していること、
対応する複数のアンテナ入力信号を前記受信された入力RF信号から生成することであって、前記複数のアンテナ入力信号の各々は、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち少なくとも1つを読み取るのに適していること、
前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のRF場は第1の期間中に第1の状態であり、それによって、対応する第1の複数のRF場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成されるようにすること、
第1の受信RF信号を受信することであって、前記第1の受信RF信号は、前記第1の期間中に生成された前記複数のRF場が、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つに入射することによるものであること、
前記第1の受信RF信号を処理して、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つが前記関心領域に存在するかどうかを決定すること、
前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち前記対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のRF場は第2の期間中に第2の状態であり、それによって、対応する第2の複数のRF場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成され、前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して変化させられていること、
第2の受信RF信号を受信することであって、前記第2の受信RF信号は、前記第2の期間中に生成された前記複数のRF場が、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つに入射することによるものであること、および、
前記第2の受信RF信号を処理して、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つが前記関心領域内に存在するかどうかを決定することを備え、
前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第1の少なくとも1つの位相を変化させること、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第1の少なくとも2つの振幅の比を変化させること、
前記複数のアンテナのうちの第1の少なくとも1つの放射パターンを変化させること、および
前記複数のアンテナのうちの、第2の少なくとも1つの偏波を変化させること、
のうちの1つまたは複数によって、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して、変化され、
前記複数のアンテナ入力信号はN個のアンテナ入力信号であり、前記複数のアンテナ入力信号の位相の変化にはN個の自由度があり、前記複数のアンテナ入力信号のうちの前記第1の少なくとも1つは、M個のアンテナ入力信号であり、M<Nである方法。 - 前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、前記複数のアンテナ入力信号のうちの少なくとも1つの位相を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して変化している、請求項30に記載の方法。
- 前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、前記複数のアンテナ入力信号のうち、少なくとも2つの振幅の比を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して変化している、請求項30に記載の方法。
- 前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、前記複数のアンテナのうち、少なくとも1つの放射パターンを変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して変化している、請求項30に記載の方法。
- 前記関心領域内で生成された前記第2の複数のRF場は、前記複数のアンテナのうち、少なくとも1つの偏波を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第1の複数のRF場と比較して変化している、請求項30に記載の方法。
- a)前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち前記対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のアンテナは少なくとも1つの追加の期間中に少なくとも1つの追加の状態であり、それによって、前記対応する少なくとも1つの追加の複数のRF場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成されるようにすること、および
b)少なくとも1つの追加の受信RF信号を受信することであって、前記少なくとも1つの追加の受信RF信号は、前記少なくとも1つの追加の期間中に生成された前記複数のRF場が、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つに入射することによるものであり、前記関心領域内で生成された前記少なくとも1つの追加の複数のRF場の各々は、前記第1の複数のRF場と比較して変化しており、前記第2の複数のRFと比較して変化しており、前記関心領域内で生成されたその他の少なくとも1つの追加の複数のRF場と比較して変化しており、および
c)前記少なくとも1つの追加の受信RF信号を処理して、前記1つまたは複数のRFIDタグのうち前記少なくとも1つが前記関心領域内に存在するかどうかを決定することをさらに備える、請求項30に記載の方法。 - 基準が満たされるまで、a、bおよびcを繰り返すことをさらに備える、請求項35に記載の方法。
- 前記基準は、前記関心領域内の前記1つまたは複数のRFIDタグのすべてが読み取られることである、請求項35に記載の方法。
- 前記基準は、前記少なくとも1つの追加の状態のすべての状態が利用されたことである、請求項37に記載の方法。
- 前記基準は、ある期間が過ぎたことである、請求項37に記載の方法。
- 前記基準は、終了信号が受信されることである、請求項37に記載の方法。
- 前記第1の受信RF信号を受信し、前記第2の受信RF信号を受信することは、RFレシーバを介して実施される、請求項30に記載の方法。
- 前記RFレシーバは前記複数のアンテナを備える、請求項41に記載の方法。
- 前記RFレシーバは第2の複数のアンテナを備える、請求項41に記載の方法。
- 前記入力RF信号を受信することは、前記入力RF信号をRFIDリーダから受信することを備える、請求項30に記載の方法。
- 前記第1の受信RF信号を前記RFIDリーダへ入力すること、および
前記第2の受信RF信号を前記RFIDリーダへ入力することをさらに備える、請求項44に記載の方法。 - 前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも1つの前記位相を変化させることは、少なくとも1つの可変時間遅延によって達成される、請求項3に記載のシステム。
- 前記複数のRF場を変化させることは、アナログ発振回路によって生成されるアナログ電圧によって制御された制御エレメントを使用することを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の状態、前記第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態が順序付けられ、タグを読み取る確率が統計的により高い状態が、前記順序付けにおいてより早く配置されるようにする、請求項35に記載の方法。
- 前記第1の状態、前記第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態が順序付けられ、RFIDタグが読み取られたアレイ状態が、前記順序付けにおいてより早く配置されるようにする、請求項48に記載の方法。
- 前記タグを読み取る確率は、固定構成における特定のタグの集合体に適用される、請求項49に記載の方法。
- 読み取られたRFIDタグは、固定構成における特定のタグの集合体からなる、請求項48に記載の方法。
- 前記タグを読み取る確率は、集合体のカテゴリに適用される、請求項50に記載の方法。
- 前記タグを読み取るという証明された履歴は、集合体のカテゴリに適用される、請求項51に記載の方法。
- 前記複数のアンテナを第1の状態、第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態の1つから他に変更するために、1つまたは複数の電子制御エレメントが、前記関心領域内で生成された前記複数のRF場を変化させるのに用いられ、前記関心領域内で生成された前記複数のRF場を変化させるために、前記電子制御エレメントにデジタルコマンドが与えられ、前記第1の状態、前記第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態は、すべての可能な状態を含み、前記可能な状態は、前記電子制御エレメントに与えられ得る前記デジタルコマンドの可能な組み合わせに対応する、請求項35に記載の方法。
- 前記複数のアンテナを第1の状態、第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態の1つから他に変更するために、1つまたは複数の電子制御エレメントが、前記関心領域内で生成された前記複数のRF場を変化させるのに用いられ、前記関心領域内で生成された前記複数のRF場を変化させるために、前記電子制御エレメントにデジタルコマンドが与えられ、前記第1の状態、前記第2の状態、及び前記少なくとも1つの追加の状態は、前記デジタルコマンドのN個の最上位ビットのすべての可能な順列が最初に循環されるように、順序付けられており、ここで、Nは整数である、請求項54に記載の方法。
- 新たに識別されたタグのレポートを検出するために、前記RFIDリーダおよび/または前記RFIDリーダのコントローラからのデータが監視され、連続する新しいタグ識別の間の間隔が検出から算出され、前記新しいタグ識別の間の間隔が特定の閾値よりも長いとき、前記複数のアンテナの前記状態が変更される、請求項45に記載の方法。
- 前記RFIDリーダの伝送が監視かつ処理され、バーストの持続時間、信号ギャップおよび周波数ホップなど、前記伝送からの信号特性が、前記リーダの読み取りサイクルに対する前記リーダの状況を確認するために使用される、請求項45に記載の方法。
- 前記信号特性は、個々の読み取りサイクルが損なわれることを避けるように状態移行の時間を調節するために利用される、請求項57に記載の方法。
- 少なくとも前記第1の状態又は前記第2の状態で、前記関心領域内で生成された前記複数のRF場が、前記少なくとも1つのRFIDタグの1つに入射されるときに、前記少なくとも1つのRFIDタグの1つが、前記関心領域内で生成されたRF場によって生成された前記第2の受信RF信号よりも高い強度を持つ受信RF信号を生成することとなり、前記入力RF信号は前記複数のアンテナのいずれか1つに入力されたときに、前記少なくとも1つのRFIDタグの1つに入射される、請求項1に記載のシステム。
- 前記関心領域内で生成されたRF場が前記1つまたは複数のRFIDタグの少なくとも1つに入射されることで、少なくとも前記第1の受信RF信号又は前記第2の受信RF信号は、第3の受信RF信号よりも高い強度を持ち、前記RF場は前記入力RF信号を前記複数のアンテナのいずれか1つに入力する際に生成される、請求項30に記載の方法。
- 前記関心領域内の少なくとも1つの場所のために、前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の前記少なくとも1つの位置でRF場を生成するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の任意の位置でRF場を生成するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記関心領域内の少なくとも1つの場所のために、前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の前記少なくとも1つの位置でRF場を生成するよう構成されている、請求項30に記載の方法。
- 前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の任意の位置でRF場を生成するよう構成されている、請求項30に記載の方法。
- 1つまたは複数の補助の受信アンテナをさらに備え、前記1つまたは複数の付属の受信アンテナは、リアルタイムで前記複数のRF場の遠距離場電磁界強度を感知し、前記複数のアンテナから伝送される電力の強度は、前記1つまたは複数の補助のアンテナで感知された前記遠距離場電磁界強度に基づいてリアルタイムで調整される、請求項1に記載のシステム。
- 前記関心領域内に1つまたは複数の補助の受信アンテナを位置決めすることと、
前記1つ又は複数の補助の受信アンテナを介して前記複数のRF場の遠距離場電磁界強度をリアルタイムで感知することと、
前記複数のアンテナから伝送される電力の強度を、前記1つまたは複数の保母の受信アンテナで感知された前記遠距離場電磁界強度に基づいてリアルタイムで調整することと、をさらに備えた、請求項30に記載の方法。
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