JP4156676B2

JP4156676B2 - 送信装置、電気的に符号化した物品を遠隔識別するシステム及び方法

Info

Publication number: JP4156676B2
Application number: JP50844599A
Authority: JP
Inventors: ロイドシェップス，ジョナサン; チャールズジョンソン，ヘンリー; リン，ミンロン
Original assignee: Secom Co Ltd
Current assignee: Secom Co Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: WO1999003061A1; KR100300264B1; CN1231040A; TW398158B; KR20000068522A; BR9805599A; EP0890928A2; EP0890928A3; CA2242945A1; ID21025A; MY124265A; CN1113314C; HK1022198A1

Description

技術分野
本発明は電気的に符号化した物品、例えばICカード、タグ又はバッジ等を遠隔識別するシステムに関し、更に詳しくは、複数の物品が同時に質問領域に存在している場合でも、それらの中から１つの符号化された物品を高速識別する能力を持ったシステムを提供する。
背景技術
1995年７月27日に公表された日本国特表平7−506902号、1996年３月26日に付与された米国特許第5,502,445号並びに1996年２月13日に付与された米国特許第5,491,482号は、共に電気的に符号化した物品（例えば、タグ、バッジ等）を遠隔識別するシステム及び方法を開示している。これら特許の詳細についてはここでは省略するが、ここに開示された電子質問及び識別（Ｉ／Ｉ）システムは、質問／読み取りユニット（以下、Ｉ／Ｒユニット、又は単に質問器と略称する）及び複数のバッジを含んでいる。この質問器は、その近くに画定される定義域、即ち質問領域内にあるバッジに対してマイクロ波信号を送出する。各バッジに設けた電子回路は質問信号を処理し、この質問信号に応答して、バッジが質問器に信号を返送する。質問器は、この返送された応答信号を基に、返送信号上の符号化された特定の変調を解析して各バッジを識別する。
更に詳しく言えば、各バッジは独特な識別値を記憶している複数のIDレジスタ（例えば、Ａ−レジスタ、Ｂ−レジスタ、等々）を含んでいる。すなわち、特定のレジスタに記憶されている特定の値は独特なものではないが、複数のレジスタの値を纏めて得た値は、そのバッジを独特のものとして識別する。質問器は各バッジに識別値を検索させ、その検索値を質問器に送らせる。このバッジ識別を達成するため、システムは“２つのパス”による処理を実行する。第１パスの間、システムは質問領域内のバッジを作動させるための質問ビームを発生する。システムは質問信号を繰り返し送信して、バッジにそのIDレジスタからの値を送信させる。この第１パスは、バッジの各レジスタから全ての値を送らせる。即ち、質問領域内の全てのバッジの全てのＡ−レジスタにあるデータを要求し、次いで全てのＢ−レジスタにあるデータを要求し、次いで全てのＣ−レジスタというように要求をする。こうして得た識別値は、質問器に接続したコンピュータに記憶される。このコンピュータは、記憶した値を、その値が検出されたバッジ内の特定のレジスタにより定義されるグループに分類する。即ち、バッジから返送された各値は、種々の値と種々のレジスタとを関係付けた配列形式に記憶される。“第２パス”の間、分類されたグループは、バッジに特定の符号化組合せを送ることによって区分けされる。この場合、符号化組合せは分類された値の解析から導かれる。この特定の符号化組合せは第２の質問信号に応答するバッジを独特に識別する。
このシステムでは、IDレジスタからデータを収集蓄積するのに、質問領域内にあるバッジに対し繰り返しポーリングを掛け、一回につき一つのレジスタのレジスタデータを検索している。即ち、全てのＡ−レジスタにポーリングを掛け、次ぎに全てのＢ−レジスタにポーリングを掛ける。従って、この一回一値方式の処理は比較的遅い処理となる。
そのため、複数の電気的に符号化されたバッジを高速で識別するシステム及び方法が、この技術分野で必要となる。
発明の開示
本発明は、遠隔識別システムの動作速度を実質的に改良された物品を提供することにより上記従来システムに付随する不利な点を克服する。特に、本発明は、電気的に符号化した物品（例えば、トランシーババッジ、バッジ、タグ等）と、質問器と、コンピュータとを含むシステム及びこのシステムに付随する動作法を提供する。質問器は無線周波数、例えばマイクロ波信号を用いた所定の命令、即ち質問信号を送信する。バッジはその命令を解読して、それに対応する応答信号を送信する。コンピュータはバッジからの返送データを処理して、そのバッジを識別する。
更に詳しくは、バッジは復調器、信号プロセッサ、及び変調器を含み、これら復調器及び変調器は質問器からの質問信号を受信する共通のアンテナに接続されている。復調器は質問信号を復調して、信号プロセッサに対して符号化された命令を与えることが出来る。また、信号プロセッサはカウンタ、命令復号器、比較器、及びバッジを独特に識別するコードワードを収納した複数のIDレジスタを含んでいる。多くの命令が命令復号器によって復号されるが、特徴的な命令は、質問信号に応答するように、信号プロセッサの要素を“セットアップ”する命令である。この独特のセットアップ命令を受信すると、命令復号器はカウンタをゼロ（０）にリセットし、特定のIDレジスタを選択して、比較器にカウンタのカウント値と、選択したIDレジスタの内容の比較を実行させる。質問器によってセットアップ命令が送られた後、質問器は変調していない搬送波（CW）信号を送信する。この信号がCW信号と同じ周波数の方形波信号として構成される。この方形波信号はＮ個に分周され、カウンタのクロックとして使用される。従って、カウンタはＮ番目のカウント毎に増分する。同様に、CW信号を与える質問器は、送信したCWサイクルのＮ番目のカウント毎に増分する同様の回路を含んでいる。こうして、バッジカウンタと質問器のカウンタ間に同期が取られる。
カウンタの各カウント毎に、バッジカウンタの値は、選択されたIDレジスタ値（コードワード）と比較される。この比較で両者間に一致が生じたとき、比較器はクロック周期の期間中、変調器を作動させ、変調器は質問器にパルスを送る。質問器がこの変調信号を検出すると、質問器はその内部カウント値（現バッジカウント値と同じ）をメモリに記憶する。この処理は、全てのIDレジスタについてポーリングが終了するまで、各IDレジスタに対して反復される。
次いで、Ｉ／Ｒユニットのコンピュータは、ポーリングを掛けた特定のレジスタと、質問信号に応答した全てのバッジの受信したIDレジスタ値とを関連付ける。その情報を基にして、質問器はバッジに対し第２の走査を掛けて、各バッジを独特に識別する。この第２の走査については、米国特許第5,502,445号が詳細に開示している。
【図面の簡単な説明】
本発明の教示するところは、添付図面を参照して述べる以下の詳しい説明を考慮することによって容易に理解されよう。添付図中：
図１は、本発明によるトランシーババッジを利用する遠隔識別システムの概要を示す図；
図２は本発明によるトランシーババッジのブロック図；
図３は本発明の実施例による符号化された物品の遠隔識別過程を示す流れ図；
図４は本発明のトランシーババッジに用いる波形及びタイミングを示す図；そして、
図５は本発明による質問器のブロック図である。
理解を容易にするため、同一要素の指示に当たっては、出来る限り各図共通の同一参照番号を使用した。
発明を実施するための最良の形態
図１は電子質問及び識別（Ｉ／Ｉ）システム100の概容を示す図であって、このシステム100は、一つ以上の質問／読み取り（Ｉ／Ｒ）ユニット102、一つ以上のバッジ（タグ）104、送信アンテナ108及び受信アンテナ109、及び中央コンピュータ122を含んでいる。Ｉ／Ｒユニット102は適当な無線周波数、例えばマイクロ波周波数で動作し、マイクロ波（無線周波数）ビーム106を伝送する。バッジ104（個々の従業員を独特に識別する）は、選択した位置に設けたＩ／Ｒユニット102の指向性アンテナ108から送信されるビーム106によって質問を受ける。更に、各Ｉ／Ｒユニット102は送信用アンテナ108に非常によく似た受信用アンテナ109を有している。このＩ／Ｒユニット102は、それぞれのケーブル120を介して、中央コンピュータ122に接続されている。Ｉ／Ｒユニット102から送信されるマイクロ波ビーム106によって、質問を受けている間、一つ又は複数のバッジ104はＩ／Ｒユニット102の受信アンテナ109に、変調信号を送り返すことによって、その問いに電気的に答える。この変調信号は、各バッジに記憶されている種々の識別値を含んでいる。従って、それぞれのバッジ104は、符号化され、電気的に記憶されたID番号によって、独特に自己を識別している。後述するように、各バッジは２^NxB−１個以上の異なる数の一つによって符号化される。ここで、ＮはIDデータレジスタの数を示し、Ｂは１レジスタ当たりのビット数を示す。１つのバッジが識別されると、その識別されたバッジの電子回路は直ちに非応答モード、即ち“パワーダウン”モードに入り、（一度識別された）バッジがビーム106の範囲に在る限り、そのバッジはＩ／Ｒユニット102に対する応答を継続しない。または、特殊な命令（例えばリセット信号）によって非応答モードを解除されない限り応答しない。
図２は本発明によるトランシーババッジ104のブロック図である。このトランシーババッジ104は、アンテナ200、スクエアラ（squarer）202、復調器204、信号プロセッサ206、及び変調器210を含んでいる。アンテナ200は、Ｉ／Ｒユニット102からの質問信号を受信する。アンテナ200は、スクエアラ202に接続している。スクエアラ202に於いて、質問信号は論理レベルの信号に変換される。この信号は、受信信号から２進符号化された命令又はデータを抽出する復調器204に伝達される。この復調器204は信号プロセッサ206と接続している。信号プロセッサ206は復調信号を処理して、受信した質問信号に含まれる特定の命令を解読する。また、信号プロセッサ206は、質問信号中の復号化された情報に応答する応答信号（例えば、変調器イネーブル信号）を発生する。応答信号は変調器210に伝達される。変調器210はアンテナ200に接続され、応答信号をＩ／Ｒユニット102に送信する。
更に明確に言えば、信号プロセッサ206は、命令復号器212、分周器214、カウンタ216、比較器218、及び独特にバッジを識別するコードワードを含む複数のIDレジスタ220を含んでいる。復調器204は命令復号器212に接続される。命令復号器212は復調器204から受信した命令に基づいて、他の装置、例えばカウンタ216、比較器218、及びIDレジスタ220等に制御信号を送る。命令復号器212によって処理される命令の包括的なリストについては、米国特許第5,491,482号が開示している。
分周器214は、スクエアラ202から送信された信号をＮに分周する。カウンタ216は各Ｎ番目のサイクルをカウントすることができ、命令復号器212によってゼロ（０）にリセットされる。また、命令復号器212は、セットアップ信号を受信すると、カウンタ216及び分周器214をリセットする。比較器218は命令復号器212からの制御ロジックに基づいて、カウンタの値（DATA-A）を、IDレジスタ220内のデータレジスタの何れか一つの内容（DATA-B）と比較する。IDレジスタ220は、識別コードを保持するデータ記憶レジスタであって、例えば32ビットのコードは４個の８ビットのコードワードレジスタに記録することが出来る。比較器218から発生される変調器イネーブル信号に応答して、変調器210は変調信号をアンテナ200を介してＩ／Ｒユニット102に送信する。
以下の例では、それぞれ８ビット幅のIDレジスタＡ，Ｂ，Ｃ、及びＤを参照して説明する。しかし、本発明はこの例に限定されるものではなく、そのレジスタ数が幾つであっても、又その幅が幾らであってもよいことを理解されたい。図３の流れ図、及び図４のタイミング図を参照するに、本発明の動作はステップ302から始まり、ステップ304へと進む。このステップ304では、セットアップ命令が質問器（Ｉ／Ｒユニット）102から送られる。この命令が命令復号器212によって復号されると、比較器218がセットされ、この比較器218によってカウンタ216の値が、IDレジスタ220のＡ−レジスタの内容と比較される。また、このセットアップ命令は、カウンタ216と分周器214をゼロ（０）にリセットする。このセットアップ命令の送出直後、変調していない無線周波数（rf）信号（搬送波（CW）信号として知られる）が質問器102によって送信される（ステップ306）。このCW信号はスクエアラ202によって、入力信号Ｆ₀を方形波にした信号Ｆ₀′に変換される。分周器214は方形波信号Ｆ₀′をＮ個に分周し、カウンタ216は各Ｎ番目のサイクルのカウントを開始する。また、同時に質問器102内の分周器501及びカウンタ502（図５参照）も送信したCW信号の各Ｎ番目のサイクルをカウントする。カウンタ216は、質問器102から送信されてくる信号に基づいてカウント動作を行うから、カウンタ216とカウンタ502の動作は同期している。こうして、トランシーババッジ104のカウンタ216は１つのカウント値を発生し、質問器102はトランシーババッジ104が発生したカウント値と同一なカウント値の“コピー”を発生する。
ステップ308に於いて、カウンタ216の値がレジスタＡの値に等しい時、比較器218は変調器210に対して信号（変調器イネーブル信号）を発生する。次いで、変調器210はＮ番目の時間間隔の間、アンテナ200に対して信号（アンテナ変調信号）を出力する（ステップ310）。このアンテナ200に出力する信号は、Ｆ₀′の倍数を取るか、又はＦ₀′を被除数とする商を取るかすることによってＦ₀′と関係付けることが出来る。しかし、もし２以上のタグ104が同じIDレジスタ220内で同一値を有していれば、各タグ104はこの同一信号を実質的に同一時間に送信することになる。ここで、２以上のタグ104から送信される信号が180°の位相差を持つと、信号のキャンセルが生じる。それ故、信号は当業者にとって周知の他の方法、例えば各バッジ104に別々の発振器を設けることによって発生させるのが好ましい。他の実施例では、個々のタグ104は、Ｎ番目の時間間隔の間にランダムな時間で信号を送信できるようにしている。アンテナ200に対して出力したアンテナ変調信号は、質問器102に向けて送信され、その検出器503によって検出される。質問器102がこの変調信号を検出すると、そのカウンタ502はIDレジスタ220のＡ−レジスタに含まれる値を示す。例えば、図４のタイミング図は、Ａ−レジスタが値“３”を含んでいる時の、カウント“３”で生ずる変調器イネーブル信号を示している。
ステップ312に於いて、質問器102はＮ×256サイクルが送信されるまでCW信号を送信し続ける（256＝２⁸、即ち、８ビットのレジスタが表すことの出来る値の数）。もし複数のバッジ104が動作領域内に在れば、この間に質問器102は複数の応答を受信する。上述のように、もし複数のバッジ104がそれらのＡ−レジスタに同じ値を持っていれば、複数のバッジ104はそれらの変調器210を同時に作動させる。しかし、質問器104は1以上のバッジ104を同時に識別する必要はない。この時点で質問器102が唯一必要とすることは、あるバッジ104が特定のＡ−レジスタ値に対応する特定の時間に応答したことを判定することである。
ステップ314では、質問器102は全てのIDレジスタ220が質問を受けたかどうかを判定する。もし、まだ質問を受けていないものがあれば、ステップ304からステップ312までの動作を繰り返す。但し、この反復動作では、ステップ304に於いて送信される命令は、バッジ104の比較器218がカウンタ出力とＢ−レジスタの内容を比較するように変更される。こうして、Ｃ−レジスタ、Ｄ−レジスタについても同様に、ステップ304からステップ312までの動作が繰り返される。即ち、ステップ314に於ける条件が真となるまで繰り返される。
全てのIDレジスタ220に関して、この走査シーケンスが実行された後、質問器102は動作領域、即ち質問領域内にある全てのバッジ104に対する各IDレジスタ220に対して、可能性のあるIDレジスタ内容のリストを収納する。しかし、複数のバッジ104がある場合には、質問器102にとって、レジスタ値のどのセットが、特定のバッジ104に全て属しているかが判らない。動作領域内の個々のバッジ104について、どのセットかを決めるためにステップ316に於いて区分けルーチンが実行される。この部分の処理は、上述の米国特許第5,502,445号に記載されている識別ルーチンの“第２パス”部分と同じである。
各IDレジスタ220の“走査”に要する時間は、走査命令の送信に要する時間Ｔ_tに、バッジ104が応答に要する時間Ｔ_rを加えた時間である。８ビット幅のレジスタの場合は、応答時間はＴ_r＝256×（Ｎ）×（１／ｆ）となる。ここで、ｆはCW信号の周波数（Hz）を示す。それ故、上記の例で言えば、IDルーチンの全体パスの実行に約４×（Ｔ_t＋Ｔ_r）秒掛かる。実際には、積（Ｎ）×（１／ｆ）は、バッジ104からデータを受信するためのビット期間Ｐ_rである。命令が８ビットの長さを持っているとすると、質問器102からバッジ104への走査命令の送信に要する時間は、約（８）×（Ｐ_t）となる。ここで、Ｐ_tはバッジ104にデータを送信するためのビット期間である。従って、４つのレジスタの場合、全走査時間は（1024）×（Ｐ_r）＋（32）×（Ｐ_t）となる。しかし、実際の時間は、命令間に於けるビットとギャップの同期を取るため、これよりは多少長くなる。
システムのビット送受信速度によっては、米国特許第5,502,445号に開示の処理に較べて、第１走査ルーチンの実行に要する時間をかなり短縮することが出来る。ここに開示の方法では、可能性のある各レジスタ値に対して及び各バッジ104に対して、複数バイトの命令シーケンスが質問器102からバッジ104に送信され、これらの命令の殆どが、バッジ104からの応答のための時間を必要としている。４つの８ビットのレジスタを使用するここに挙げた例では、質問器102は以下の命令シーケンスを255回送らなければならない。即ち：

IDレジスタ220に４つの異なる値を持つ１個のバッジ104がある場合、従来方法では、最低784の命令がバッジ104に対して送られなければならない。勿論、272の命令（疑問符“？”の付いた）が、バッジ104からの応答を待たなければならない。命令が８ビット、ビット伝送期間がＰ_t、１ビットの応答時間がＰ_rだとすると、必要な時間は6272（Ｐ_t）＋272（Ｐ_r）となる。ビット速度がほぼ同等だとしても、この従来方法は上記技術に較べて可成りな長時間となる。即ち、本発明による走査時間が32（Ｐ_t）＋1024（Ｐ_r）となるのに対して、従来技術による走査時間は6272（Ｐ_t）＋272（Ｐ_r）となる。
以上、本発明の教示するところを組み入れた種々の実施例を詳細に述べてきたが、当業者であれば、これら教示を更に組み入れた多くの変形実施例を、容易に考案することが可能である。

Claims

質問信号に応答して信号を送信する装置であって、この装置は：
前記質問信号を復調する復調器と、
この復調器に接続され、前記質問信号に含まれるセットアップ命令を解読すると共に、搬送波信号のサイクルをカウントするカウンタを始動させる信号プロセッサと、
前記信号プロセッサに接続され、カウンタがこの信号プロセッサに記憶されているコードワードと一致したカウント値を得たことを前記信号プロセッサが示したとき、パルスを送信する変調器とを含むことを特徴とする送信装置。
前記信号プロセッサは：
前記復調器に接続され、前記セットアップ命令を解読する命令復号器と、
前記搬送波信号の周波数を整数値Ｎによって分周して、第１分周信号を発生する第１分周器と、
この第１分周器に接続され、前記第１分周信号のサイクルをカウントして、そのカウント値を発生するカウンタと、
少なくとも一つのコードワードを記憶するコード記憶装置と、
このコード記憶装置及び前記カウンタに接続され、前記カウント値と選択されたコードワードとを比較し、前記カウント値が前記選択されたコードワードに一致したとき、変調器イネーブル信号を発生する比較器とを含むことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
変調器信号を与える手段を更に含み、前記変調器が前記変調器イネーブル信号によって動作可能とされたとき、前記変調器が、アンテナ変調信号として前記変調器信号を送信する請求項２に記載の送信装置。
電気的に符号化された物品を識別するシステムであって、このシステムは：
セットアップ命令及び搬送波信号を含む質問信号を送信する質問器と；
この質問器に接続され、前記質問信号に対する応答信号を処理するコンピュータと、
前記質問信号に応答する電気的に符号化された物品とを含み、この物品は：
前記質問信号を復調する復調器と、
この復調器に接続され、セットアップ命令を解読すると共に、前記質問信号に含まれる搬送波信号のサイクルをカウントするカウンタを始動させる信号プロセッサと、
前記信号プロセッサに接続され、カウンタがこの信号プロセッサに記憶されているコードワードと一致したカウント値を得たことを前記信号プロセッサが示したとき、パルスを送信する変調器とを含むことを特徴とする電気的に符号化した物品を遠隔識別するシステム。
前記信号プロセッサは：
前記復調器に接続され、前記セットアップ命令を解読する命令復号器と、
前記搬送波信号の周波数を整数値Ｎによって分周して、第１分周信号を発生する第１分周器と、
この第１分周器に接続され、前記第１分周信号のサイクルをカウントして、そのカウント値を発生するカウンタと、
少なくとも一つのコードワードを記憶するコード記憶装置と、
このコード記憶装置及び前記カウンタに接続され、前記カウント値と選択されたコードワードとを比較し、前記カウント値が前記選択されたコードワードに一致したときには、変調器イネーブル信号を発生する比較器とを含むことを特徴とする請求項４に記載の電気的に符号化した物品を遠隔識別するシステム。
変調器信号を与える手段を更に含み、前記変調器が前記変調器イネーブル信号によって動作可能とされたとき、前記変調器が、アンテナ変調信号として前記変調器信号を送信する請求項５に記載の電気的に符号化した物品を遠隔識別するシステム。
電気的に符号化された物品内で、質問信号に応答する方法であって、この方法は：
セットアップ命令の後に続く搬送波信号を含む前記質問信号を受信する段階と、
前記搬送波の周波数を整数Ｎで分周し、第１分周信号を発生する段階と、
この第１分周信号内のサイクルをカウントし、カウント値を発生する段階と、
このカウント値をコードワードと比較する段階と、
前記コードワードが前記カウント値と一致したとき、変調器イネーブル信号を発生する段階と、
この変調器イネーブル信号が生じたとき、パルスを送信する段階とを含むことを特徴とする電気的に符号化された物品内で質問信号に応答する方法。
前記カウント値を複数のコードワードと比較し、カウント値が前記複数のコードワードの何れかと一致したとき、変調器イネーブル信号を発する段階を、前記比較段階が更に含むことを特徴とする請求項７に記載の電気的に符号化された物品内で質問信号に応答する方法。
電気的に符号化された物品に対する質問方法であって、この方法は：
セットアップ命令の後に続く搬送波信号を含む前記質問信号を質問器から送信する段階と、
電気的に符号化された物品内で前記質問信号を受信する段階と、
搬送波信号の周波数を整数値Ｎによって分周して、第１分周信号を発生する段階と、
前記第１分周信号のサイクルをカウントして、そのカウント値を発生する段階と、
このカウント値とコードワードを比較する段階と、
前記コードワードが前記カウント値に一致したときに、変調器イネーブル信号を発生する段階と、
前記変調器イネーブル信号が発生したとき、パルスを送信する段階とを含む電気的に符号化された物品に対する質問方法。
前記カウント値を複数のコードワードの中の選択された一つと比較し、複数のコードワードの各々についてこの方法を繰り返し、カウント値が前記複数のコードワードの何れかと一致したとき、変調器イネーブル信号を発する段階を、前記比較段階が更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電気的に符号化された物品に対する質問方法。
前記質問器内に於いて、搬送波信号の周波数を整数Ｎによって分周して、第１分周信号のコピーを発生する段階と、
前記第１分周信号のコピーのサイクルをカウントして、質問器のカウント値を発生する段階と、
質問器が前記複数のコードワードの各々に関し、前記の送信されたパルスを受信したとき、質問器のカウント値を記憶する段階とを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電気的に符号化された物品に対する質問方法。
前記質問器内に於いて、搬送波信号の周波数を整数Ｎによって分周して、第１分周信号のコピーを発生する段階と、
前記第１分周信号のコピーのサイクルをカウントして、質問器のカウント値を発生する段階と、
質問器が前記の送信されたパルスを受信したとき、質問器のカウント値を記憶する段階とを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電気的に符号化された物品に対する質問方法。
搬送波信号の周波数を整数Ｍによって分周して、第２分周信号を発生する段階と、
前記パルスを変調して前記第２分周信号を送信する段階を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電気的に符号化された物品に対する質問方法。