JP4663200B2 - 無線周波数検出識別システム - Google Patents
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Description
【関連出願への参照】
本願は、「識別データを有するマルチ周波数タグ」と題する米国仮出願60/202,391号(2000年5月8日出願)の利益を主張する。
【0002】
【発明の背景】
【0003】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には無線周波数システムに関し、より詳しくは、共振タグを検知してその共振タグに保存された情報を確認する無線周波数システムに関する。
【0004】
【従来技術】
小売店舗や、図書館などのその他の施設から、商品や物品が盗まれたり許可なく持ち出されることを検知して防止するための無線周波数システムが普及してきている。このような保安システムは、一般に、電子的物品保安(EAS:electronic article security)システムと呼ばれており、タグを保護対象物品に係着したり固定したりして用いている。
【0005】
タグの大きさ、形状、様式は、使用する特定のEASシステムの種類や、物品およびその包装の種類および大きさなどに応じて、様々であって良い。このようなEASシステムは、一般に、保護対象物品が監視保安領域ないし監視保安領域ゾーンを通過したりこれに接近した際に共振タグの存在を検知するために設置される。多くの場合には、監視保安領域は小売店舗やその他の施設の出入口またはその近くに設けてある。
【0006】
広く普及し人気のある種類の電子的物品保安システムの1つでは共振回路を内蔵した共振タグを用いており、この共振タグは、所定の特性を有する電磁場による呼掛けを受けた際に、単一の所定の検出周波数で共振する。共振タグを取付けた物品が監視領域に侵入したり通過する際に、共振タグは保安システムが発する電磁場に曝される。
【0007】
その電磁場に曝されると共振タグ内に電流が誘起され、これが、監視領域内に生成されている電磁場を変化させる。共振タグ内に誘起される電流の強度および位相は、共振タグから保安システムまでの距離と、印加する電磁場の周波数と、共振タグの共振周波数と、共振タグのQ値と、の関数である。共振タグが存在することによって引き起こされる監視領域内の電磁場の変化が保安システムによって検出される。
【0008】
次いで、保安システムは、検出した信号の状態を所定の選択基準に基づいて判断し、この監視領域内の電磁場の変化が共振タグの存在によるものかその他の要因によるものかを判定する。保安システムが電磁場の変化を共振タグの存在によるものと判定した場合には、アラームを発して、警備員やその他の適切な人員に通報する。
【0009】
上述の種類の電子的物品保安システムは有効に機能するが、誤警報という点で、未だ限界がある。誤警報は、共振タグが実際には監視領域内に存在しないにも拘わらず、監視領域内に生成されている電磁場が共振タグおよび保安システム以外の要因によって乱されたり変化した際に、所定の判定基準を適用しても、未だ、共振タグが監視領域内に存在してアラームの原因になっているかのように判定される場合に起こる。
【0010】
ここ数年来、このような保安システムは、共振タグ識別において多数の選択基準を用いるという点や、疑わしい共振タグ信号に対して統計的テストを行うという点で、著しく高度化している。しかし、用途によっては、誤警報の回数が依然として多すぎる。したがって、このような電子的物品保安システムで使用する共振タグが従来の共振タグ以上に多くの情報を出力することによって、電子的保安システムが、監視領域内などに共振タグが存在する際に得られる信号をその他の要因による類似の信号から区別できるようにすることが必要である。
【0011】
電子的保安システムに対して追加情報を出力する1つの方法は、呼掛け信号に対して、この呼掛け信号とは異なる周波数で応答するか、または、1つより多くの周波数で応答するタグを用いることである。従来技術でこれらの特徴の1つを有するタグを構成するためには、トランジスタ等の能動素子、または、整流器ないしダイオード等の非線形素子を用いることが必要である;しかし、従来の製造方法では共振タグを平面的な受動素子として製造しており、上述の素子の製造には適さない。
【0012】
電子的保安システムに対して追加情報を出力する別の方法は、相異なる共振周波数を有する2つ以上の共振タグを用いることによって保護対象物品を確実に保護することである。たとえば、第2の共振タグの共振周波数を第1の共振タグの共振周波数から所定量だけずらしても良い。この方法では、所定量だけ離れた周波数を有する2つ以上の信号のそれぞれが共振タグ信号として機能することによって、監視領域内に多数の共振タグが存在することになり、共振タグの検出信頼性が向上する;これは、その他の要因によって多数の信号が発せられると共にそれぞれの信号が所定の各周波数を有する確率は極めて低くなるからである。
【0013】
相異なる周波数で共振する複数の共振タグを各々の物品に対して用いるという着想は一般には受入れられていない;それは、これらの共振タグどうしが干渉し合うことによってこれらの共振周波数が予期しない周波数に変化してしまうことを避けるためには、タグどうしを物理的に十分な距離で離さなければならないからである。共振タグどうしを実質的に距離をおいて位置させる場合には、少なくとも、これらの共振タグを個別に取付ける操作が必要になり、共振タグを適用するためのコストが著しく増化する。更に、ある保護対象物品は、2つ以上のタグどうしを相互作用を避けられるだけ離しておく程大きくない場合がある。共振タグどうしを相当の距離離すこともまた取付け方向に影響し、それ故複数タグからの信号強度に影響を与え、その1つ又はそれ以上のタグの検出感度を限定することがある。
【0014】
様々な無線周波数システムの中には、RFID(radio frequency identification:無線周波数識別)システムと一般に呼ばれているものがあり;このシステムでは、共振タグを取付けた対象物品を識別したり、この物品を移動すべき宛先を識別するために共振タグを用いる。共振回路タグを物品識別のため用いることは、光学的バーコードを用いる方法より有利である;それは、不明瞭にする汚れの問題がなく、また、タグ検出システムに対して共振タグを正確に位置決めする必要がないからである。
【0015】
一般に、RFIDシステムで使用する共振タグでは、この共振タグ上に印刷され、エッチングされ、又はタグに貼り付けるなどされた共振回路パターンを活性化(または非性化)することによって、物品に関する情報を格納する。典型的には、多重同調回路検出を用いるシステムは、一つの共振回路の一つの周波数をもつ信号で各共振回路に順次的に呼掛けを行い、その後、検出さるべき同調回路の各々からの再放射エネルギーを待つ。相異なる各周波数で呼掛けを順次的に行わなければならないことの結果は、物品処理可能速度が制限された遅い検出システムとなることである。
【0016】
本発明では、受信共振回路に電磁的に結合された複数の共振回路を備えているタグを用いる。受信周波数でのパルスを用いた呼掛けがあると、このタグは、それぞれの共振回路の共振周波数に対応した周波数成分(複数)をもつ検出可能な電磁波信号を放射する。
したがって、本発明によれば、相異なる周波数を有する別個のタグを物品に取付ける必要なしに、電子的物品保安システムにおける誤報を低減できる;更に、本発明によれば、RFIDシステムにおけるタグに記録した情報も利用できる。
【0017】
【発明の開示】
【0018】
簡潔に述べれば、本発明は物品の存在を検出するシステムを具備し、そのシステムは:所定の1次周波数で第1の電磁波信号を放射する送信器と;前記物品に取付けられ、その第1の電磁波信号を受信したことに応じて第2の電磁波信号を生成する共振タグであって、その第2の電磁波信号が1次周波数でありまた1次周波数とは異なる所定の2次周波数である共振タグと;その第2の電磁波信号を受信する受信器と;そして、その受信器の出力端に接続されたコンピュータであって、そのコンピュータは受信された第2の電磁波信号を処理して、第2の電磁波信号中に2次周波数が検出された際に出力信号を生成するコンピュータと;を備えている。
【0019】
本発明はさらに、相異なる共振周波数を有する複数の共振回路に保存した情報の存在を判定する無線周波数のシステムであって、そのシステムは:所定の1次周波数で第1の電磁波信号を放射する送信器と、前記複数の共振回路を備えた共振タグであって、共振回路の各々は相異なる共振周波数の1つで共振するのであり、前記タグは前記第1の電磁波信号を受信し且つこの第1の電磁波信号を受信した際には第2の電磁波信号を生成するのであり、第2の電磁波信号は複数の2次周波数を含むのであり、複数の2次周波数の各々は前記複数の共振回路の共振周波数の1つに対応している共振タグと、第2の電磁波信号を受信する受信器と、そして受信器の出力端に接続されたコンピュータであって、受信した第2の電磁波信号を処理して前記複数の2次周波数の存在を検出し、前記情報に対応する出力信号を生成するコンピュータと、を備えているシステム。
【0020】
本発明はまた、物品の存在を検出する方法を具え、その方法は:前記物品に共振タグを取付けるステップと、所定の1次周波数で第1の電磁波信号を放射するステップと、前記第1の電磁波信号を受信したことに応答して第2の電磁波信号を生成するステップであって、前記第2の電磁波信号が前記1次周波数でありまた1次周波数とは異なる所定の2次周波数であるところのステップと、前記第2の電磁波信号を受信するステップと、前記受信した第2の電磁波信号を処理するステップ、そして、前記第2の電磁波信号中に前記2次周波数を検出した際には出力信号を生成するステップと、を備えている方法である。
【0021】
本発明はまた、相異なる共振周波数を有する複数の共振回路に保存された情報の存在を判定する方法を具え、その方法は:前記複数の共振回路を共振タグに備えるステップと;所定の1次周波数で第1の電磁波信号を放射するステップと;前記共振タグにおける前記第1の電磁波信号を受信して、この前記第1の電磁波信号を受信したことに応じて第2の電磁波信号を生成するステップであって、前記第2の電磁波信号は複数の2次周波数を具備し、その複数の2次周波数の各々は前記複数の共振回路の共振周波数の1つに対応しているところのステップと;前記第2の電磁波信号を受信するステップと;そして、前記受信した第2の電磁波信号を処理して前記複数の2次周波数の存在を検出するステップと;及び前記情報に対応する出力信号を生成するステップと;を備えている。
【0022】
上述の発明の開示と、以下の発明を実施するための最良の形態は、添付図面を参照すればよりよく理解されるであろう。本発明を説明するためのこれらの図には、現時点で好適な実施例を示してある。しかし、これらの図に示した構成や実施方法の細部によって本発明が制約されるものではない。
【0023】
【発明の詳細な記述】
各図面を通じて、対応する要素には同じ参照符号を付す;図1は、好適な一実施例に係る、物品を検出するための、および/または、特定の電磁的特性を有するタグを取付けた物品に関する情報を識別するためのRF(radio frequency:無線周波数)システム10のブロック図である。RFシステム10は、所定のパルス幅とパルスレートと搬送波周波数とを有する無線周波数電磁波のパルスを監視識別ゾーンに向けて放射する方式であるいわゆるパルス受信型(pulselisten system)であることが好ましい。各パルスを監視識別ゾーンに向けて放射した後、RFシステム10は監視識別ゾーン内の電磁場を調べて、特定の電磁的特性を有するタグを取付けた物品が監視識別ゾーン内に存在するか否かを判定する。
【0024】
RFシステム10は、1つ以上の所定の1次周波数で第1の電磁波信号を放射する送信器12を備えていることが好ましい。送信器12は、従来技術に係るD級プッシュプルRF増幅器から構成されており、パルス期間が約5マイクロ秒で搬送波周波数が13.5MHz域にあるパルス振幅変調信号を生成する。しかし、考慮されうるように、送信器12の出力信号の搬送波周波数は13.5MHzには限定されない。1.5MHzという低い周波数及び7000MHzという高い範囲の搬送波周波数も本発明の範囲の内である。さらにパルス振幅変調信号のパルス幅は5マイクロ秒に限定されない。当業者には理解されるように、送信器12のパルス幅はRFシステム10で使用する特定のタグの特性に整合するように選択されるであろうし、そのような設計上の選択は本発明の精神と範囲の内である。
【0025】
好適な実施例においては、周波数シンセサイザ52が設けてある。この周波数シンセサイザ52は、「数値制御発振器を用いた共振回路検出及び測定システム」の標題の米国特許出願番号09/315,452号、米国特許番号 号に記載されているデジタル周波数シンセサイザと同様のデジタル周波数シンセサイザと同様であることが好ましい;その特許の技術内容の全体はこの引用により本明細書に包含される。周波数シンセサイザ52は、送信器12を1次周波数で動作させるための第1の出力信号を出力する。周波数シンセサイザ52は、スーパヘテロダイン受信器14の従来型ミキサ40を動作させるための第2の出力信号も出力する。周波数シンセサイザ52からの第2の出力信号の周波数は、後述のように、RFシステム10の動作モードの選択に応じて、1次周波数と同一であっても良く、1次周波数と異なっていても(すなわち2次周波数であっても)良い。
【0026】
RFシステム10は更に、送信器12からの第1の電磁波信号を受信し、かつこの第1の電磁波信号を受信した際には第2の電磁波信号を生成するためのデュアル周波数共振タグ20を備えている。この第2の電磁波信号は、第1の電磁波信号の1次周波数に対応する(第1の)周波数成分と、1次周波数とは異なる所定の2次周波数に対応する第2の周波数成分とを有している。
【0027】
図2には、本発明の第1の好適な実施例に係るデュアル周波数共振タグ20の電気回路図を示す。デュアル周波数共振タグ20は、第1の誘導性素子であるインダクタンスLpと、第2の誘導性素子であるインダクタンスLsと、第1の容量性素子であるキャパシタンスCpと、第2の容量性素子であるキャパシタンスCsという4つの回路素子を備えている。上述のインダクタおよびキャパシタは、1次周波数で共振する第1の共振回路と、2次周波数で共振する第2の共振回路とを構成する。第1および第2の共振回路は互いに電磁的に結合されていることが好ましい。必要な場合には、図2に破線で示したように、誘導性素子や容量性素子などの回路素子を更に追加しても良い;それらの回路素子Lk、LnおよびCk、Cnは、第1の磁気回路と電磁的に結合した追加の共振回路を構成する。
【0028】
図2に示したように、第2のインダクタンスLsは第2のキャパシタンスCsと直列に接続されている。第1のキャパシタンスCpは第1のインダクタンスLpと並列に接続されている。直列回路(LsとCsの)が並列回路(LpおよびCp)の両端間に接続されている。インダクタLpおよびLsは互いに結合係数Kで磁気的に結合していることが好ましい。しかし、第1および第2の共振回路の間の結合を、容量性結合または抵抗性結合を用いて行っても良い。インダクタンスLp、Ls、キャパシタンスCp、Cs、結合係数Kの値は、図2のように構成したデュアル周波数共振タグ20が同時に第1および第2の共振周波数で共振するように選択する。
【0029】
第1の共振回路の共振周波数は、国際電気通信連合(ITU)が規定した産業科学医療(ISM:industrial, scientific and medical)周波数帯に位置していることが好ましい。現在のISM周波数帯は、13MHz、27MHz、430〜460MHz、902〜916MHz及び2350〜2450MHzを含んでいる。第2の共振回路の共振周波数は、EASシステムに割当てられた周波数帯に位置していることが好ましい;それは現在約1.95MHz、3.25MHz、4.75MHz及び8.2MHzを含んでいる。
【0030】
好適な実施例における第1の共振回路の共振周波数は約13.56MHzであり、また、第2の共振回路の共振周波数は約8.2MHzである。このようなデュアル周波数共振タグ20の周波数要件を満たすようにインダクタンスおよびキャパシタンスの値を選択する方法は当業者には良く知られているので、本明細書では説明を省略する。キャパシタンスは集中回路定数でも、後述のようにインダクタンス内の分散回路定数として構成しても良い。
【0031】
図3は、図2に示した電気回路を用いたデュアル周波数共振タグ20の平面図である。デュアル周波数共振タグ20は、第1の主面つまり面24と、その反対側の第2の主面つまり面26とを有する実質的に平面状の誘電性基板22を備えている。基板22は、絶縁性で、比較的薄く、誘電体として使用可能である限り、どんな固体材料、複合構造、その他の材料であっても良い。基板22は、高分子材料であるポリエチレン等の絶縁性誘電体材料から構成されていることが好ましい。しかし、当業者には明らかであるように、基板22を構成するのにその代わりに、他の誘電体材料を用いても良い。図3に示したように、基板22は透明である。しかし、透明性は基板22の特性として要求されるのではない。
【0032】
上述のように、共振タグ20の回路素子は、基板22の両主面つまり面24、26の上に導電性材料でパターン形成することにより構成されている。すなわち、第1の導電性パターン28(図3では淡色で示してある)は基板22の第1の主要側面24(図3では、便宜的に共振タグ20の裏側としてある)の上に形成されている。また、第2の導電性パターン60(図3では濃色で示してある)は基板22の第2の主要側面26の上に形成されている。これらの導電性パターン28、60は、電子的物品保安システム技術の当業者には良く知られている方法によって、既知の種類の導電性材料を用いて基板表面24、26上に形成して良い。エッチレジストインク等を用いた印刷で所望の材料部分を保護した後に、不要部分を化学的方法で除去するというサブトラクティング(減算的)プロセス(すなわちエッチング)によって導電性材料をパターン形成することが好ましい。
【0033】
好適な実施例では、この導電性材料はアルミニウムである。しかし、その他の導電性材料(例えば金、ニッケル、銅、青銅、黄銅、高密度グラファイト、導電性エポキシ銀ペースト、等)をアルミニウムの代わりに使用しても良く、その場合でも共振タグ20の性質や動作に影響はない。同様に、その他の方法(ダイシング等)を用いて基板22上に導電性パターン28、60を形成しても良い。共振タグ20は、「平面状回路製造プロセス」に関する米国特許3,913,219号に記載されている種類のプロセスを用いて製造しても良い;この米国特許の技術内容はこの引用により本明細書に包含される。しかし、必要な場合には、その他の製造プロセスを用いても良い。
【0034】
先に述べたように、第1および第2の導電性パターン28、60が協働して上述の共振回路を構成している。図3に示した例では、インダクタンスすなわち誘導性素子Lp、Lsは、それぞれ、第1の導電性パターン28の一部分である誘導コイル62、64として形成されている。したがって、インダクタンスLp、Lsは基板22の第1の主面24上に形成されている。これら2つの誘導コイル62、64は、図示したように同方向に巻回して、これらの間に特定の量の誘導性結合を形成することが好ましい。
【0035】
更に、容量性素子すなわちキャパシタンスCp、Csのそれぞれの第1の電極板66、68は、基板22の第1の主面24上の第1の導電性パターン28の一部分として形成されている。また、容量性素子すなわちキャパシタンスCp、Csの各々の第2の電極板70、72は、第2の導電性パターン60の一部分として形成され、基板22の第2の主面26上に置かれている。好ましくは基板22を貫通して直接的電気接続が延在し、これが第1の導電性パターン28を第2の導電性パターン60に電気的に接続し、;それによって、基板22の両側面を常に継続的にほほ同じ静電レベルに維持する。
【0036】
図3では、第1の導電性パターン28は、コイル部分62の最も内側の端部にほぼ正方形の一つのランド74を含んでおり、それが第1のインダクタンスLpを形成している。同様に、ほぼ正方形の一つのランド78が第2の導電性パターン60の一部分として形成されており、これは導電性のビーム80によって第2の導電性パターン60部分に接続している;それの中に、第1のキャパシタンスCpの第2の電極板70が形成されている。
【0037】
図3に示したように、導電性ランド74、78は互いに整列して(並んで)いる。第1の導電性パターン28の導電性ランド74と第2の導電性パターン60の導電性ランド78との間に溶接によって直接的な電気接続(図示しない)が形成されている。好ましくはランド74、78の間の直接的な電気接続が、電子的物品保安システム技術の当業者に良く知られている方法によって形成する。
【0038】
図4に、好適な実施例におけるデュアル周波数タグ20のプロトタイプをパルス幅5マイクロ秒および搬送波周波数13.56MHzを有するパルス電磁場で照射した後の過渡応答を示すプロット(グラフ)を示す。このプロトタイプは、13.56MHzと8.2MHzとの両方の周波数で同時に共振するように設計されている。このプロトタイプは、1インチの銅テープで製作した矩形ループアンテナの中央部に置かれ、このアンテナに無線周波数(RF)信号を印加することによって電磁場が照射された。
【0039】
オシロスコープに接続されたプローブを用いて、送信信号がオフにされた時点でのプロトタイプタグの近傍の残留電磁場(リングダウン)が計測された。図4は、時間領域でのリングダウン信号には少なくとも2つの周波数成分が含まれていることを明瞭に示している。図4に示された時間領域での信号は、次いで高速フーリエ変換(FFT:fast Fourier transform)を適用することによって周波数領域での信号データに変換された。図4に示されたデータにFFTを適用した結果が図5に示されている;この周波数スペクトルでの明瞭なピークには約13.56MHzと約8.2MHzに明瞭なピークが見られる。
【0040】
RFシステム10の好適な実施例は、アンテナ30からアンテナスイッチ50とバンドパスフィルタ32とを通して第2の電磁信号を受信し、受信したRF信号をベースバンド信号に変換するための、従来型設計のスーパヘテロダイン受信器14をも備えている。その受信器は、無線周波数増幅器36と、バンドパスフィルタ38と、ミキサ40と、ローパスフィルタ42と、A/D変換器44とを備えている。無線周波数増幅器36とバンドパスフィルタ38は検出したい信号をカバーするための帯域をもっている。好適な実施例では、無線周波数増幅器36とバンドパスフィルタは約5.0MHz〜約15.0MHzの範囲の帯域幅をもっている。無線周波数増幅器36とバンドパスフィルタ38のバンドパス特性は、設計上の必要に応じて、単一の実質的に平坦なバンドパス特性であっても、マルチプル・パス・バンドの特性であっても、あるいは複数の狭い帯域幅に同調可能なものであっても良い。
【0041】
好ましくは、バンドパスフィルタ38の出力端はミキサ40に接続されている。ミキサ40は、バンドパスフィルタ38からの出力信号と周波数シンセサイザ52からの第2の出力信号とを受信して、バンドパスフィルタ38からの出力信号と周波数シンセサイザ52からの第2の出力信号と、を共に乗算することによって、バンドパスフィルタ38からの出力信号の周波数をベースバンド信号に変換する。ベースバンド信号をA/D変換器44に印加する前に、ミキサ40からの出力はローパスフィルタ42によってフィルタ処理される。A/D変換器44は、アナログベースバンド信号をコンピュータ46の入力に適合するデジタル信号に変換する。当業者ならば認識できるであろうが、受信器14は約5.0MHz〜約15.0MHzの周波数範囲の信号の受信と言うことに限定されることはない。考えられるように、1.5MHzという低い周波数から7000MHzという高い周波数まで受信可能な受信器は本発明の精神および範囲の内である。
【0042】
RFシステム10は更に、第1の電磁信号を放射し、タグ20から受信した第2の電磁信号を受信器14に入力するアンテナ30を備えている。好ましくは、そのアンテナは、アンテナ30の近傍の場には検出・識別ゾーンを作り出し遠方の場では電磁場を一般に打消すループアンテナである。好適なアンテナは、「送受信ループアンテナ」と題する米国特許5,602,556号に開示されているものである;その全体は、参照により本明細書に包含される。しかし、その他の種類のアンテナを用いても良い。送信器12が第1の電磁信号を送信している時、すなわち「パルス期間」中、にはアンテナ30はアンテナスイッチ50によって送信器12に接続されており、第2の電磁信号を受信したい時、すなわち「リスン(聴取)期間」中には、それは受信器14に接続されている。
【0043】
好適な実施例に係るRFシステム10は、受信器14の出力端に接続されたコンピュータ46を更に備えている。コンピュータ46は受信した第2の電磁信号を処理し、受信された第2の電磁信号の性質が所定の判定基準に合致する場合には出力信号を生成する。下に述べるように、出力信号を生成するための判定基準は、2次周波数のみの検出であっても良く、または、1次周波数と2次周波数の両方を検出することであっても良い。このような、共振タグの存在を検出する処理は当業者には良く知られているから、簡単のために本明細書ではこれ以上開示しない。コンピュータ46はまた、RFシステム10の全体的タイミング調整と制御と行う。
【0044】
好ましくは、コンピュータ46は、テキサス・インスツルメント・コーポレーションから入手可能なTMS320C54Xのようなファミリの中から選択された商業的に入手可能なデジタル信号処理コンピュータと、揮発性ランダムアクセスメモリ(RAM)と、不揮発性読出し専用メモリ(ROM)とを備えている。ROMに格納されコンピュータチップおよびRAMで実行されるコンピュータ実行可能ソフトウエアコードが、制御配線34を通して制御信号を供給することによってRFシステム10を制御して、周波数シンセサイザ52の周波数と、送信器12の出力信号のパルス幅と、アンテナスイッチ50の位置とを制御する。
【0045】
図6および図7は、好適な実施例による2つの電磁的に結合された共振回路を備えた共振タグ20を検出するためのRFシステム10の動作を図示するタイミング図、および、プロセス100の関連フローチャートである。t0〜t1の時間(ステップ102)には、コンピュータ46が周波数シンセサイザ52を制御して1次周波数で信号を生成させ、アンテナスイッチ50を制御して送信器12をアンテナ30に接続させ、送信器12のゲートをオンにして無線周波数エネルギーのパルスを生成させ、所定の1次周波数で第1の電磁信号を形成させる。時刻t2からt3(ステップ104)には、コンピュータ46がアンテナスイッチ50を制御してアンテナ30を受信器14に接続することによって、受信器14が1次周波数で第2の電磁信号を受信する準備を行う。
【0046】
1次周波数で受信器14によって受信された第2の電磁信号はコンピュータ46で処理されて(ステップ106)、この信号が、1次周波数での共振タグ20のリングダウン信号を評価するための所定の判定基準に合致するか否かが判定される;この判定基準はコンピュータ46に格納されている。リングダウン信号用の格納されている判定基準に受信信号が合致した場合には、時間t4〜t5(ステップ108)において、コンピュータ46は1次周波数で第1の電磁信号を再送信する。リングダウン信号が所定の判定基準に合致しない場合にはステップ102が反復される。時間t6〜t7(ステップ110)には、コンピュータ46は周波数シンセサイザ52を制御して所定の2次周波数で信号を生成し、アンテナスイッチ50を制御してアンテナ30を受信器14に接続させて、受信器14が2次周波数で第2の電磁信号を受信する準備を行う。
【0047】
受信器14によって2次周波数で受信された第2の電磁信号はコンピュータ46で処理されて(ステップ112)、この信号が、2次周波数での共振タグ20のリングダウン信号を評価するため同様にコンピュータ46に格納されている所定の判定基準に合致するかどうかが判定される。2次周波数でのリングダウン信号用の格納されている判定基準にその受信信号が合致する場合には、コンピュータ46は検出ゾーン内に共振タグ20が存在することを示すアラームを発する(ステップ114)。リングダウン信号が所定の判定基準に合致しない場合には、共振タグ20を検出する処理はステップ102に戻る。
【0048】
当業者には認識できるであろうが、共振タグ20からのリングダウン信号を1次周波数と2次周波数の両方において検出することは、干渉のある環境下で作用するEASシステムにおける誤警報率を著しく低減する。しかし、さらに当業者には認識できるであろうが、本実施例で説明したように第2の電磁信号の1次周波数成分と2次周波数成分とを順次的に検出する必要はない。つまり、1次周波数の一回の放射に基づいて1次周波数と2次周波数とが同時に検出されても良い。更に、共振タグ20の検出を、1次周波数のみ、または2次周波数のみ、の検出に基づいて行うことも本発明の精神および範囲の内である。
【0049】
実際には、共振タグ20を構成している共振回路の共振周波数は製造上の許容範囲をもっており、その結果リングダウン周波数の周波数を所定の1次および2次の周波数から、共振タグ20の検出を低下するのに充分なだけ変移してもよい。好ましくは、第1の共振回路の共振周波数が容認できる程所定の1次周波数に近いように、共振タグ20の第1の共振回路をレーザ光線その他の手段を用いてトリミングする。この場合には、1次周波数を受信するための帯域幅を狭め、2次周波数を受信するための帯域幅を広げて、2次周波数における第2の共振回路の許容範囲を広げるようにしてもよい。別のやり方としては、第2の共振回路をトリミングして所定の2次周波数に近づけても良い。
【0050】
共振タグ20の第1および/または第2の共振回路が、受信器14の最大許容RF帯域幅に比較して著しく大きい共振周波数不定性をもつ場合には、下記のいずれかの方法が利用できる。
【0051】
a. パルス聴取型EASシステムで普通に行われているように、第1の共振回路の不確定性範囲(uncertainty range)にわたって第1の電磁信号の周波数をスキャンする;そして1次周波数の検出が示された場合には、
(1)第2の共振回路の不定性範囲をカバーするようなRF帯域幅を用いるところの、受信器14を用いること。
(2)FFT等を用いるなどで提供された並列フィルタを用いて第2の共振回路の不確定性範囲をカバーすること又は
(3)1次周波数を連続的に再放射しそして第2の共振回路の不確定性範囲をスキャンすること、により: 1次周波数での検出が示されたときに、示された1次周波数で第1の電磁信号を再送信して、2次周波数で第2の電磁信号を検出する。
【0052】
b. 第1の共振回路の周波数の不確定性範囲にわたって第1の電磁信号の周波数をスキャンし;1次周波数を放出する毎に:
(1)受信器14における第2の共振回路の不確定性範囲をカバーするところのRF帯域幅を用いるか、
(2)FFT等で提供される並列フィルタを用いて第2の共振回路の不確定性範囲をカバーするか、又は、
(3)1次周波数を連続的に再放射し且つ第2の共振回路の不確定性範囲をスキャンすること、により:2次周波数で第2の電磁信号を検出する。
【0053】
本発明は、EAS監視機能に関しては、1つまたは2つの共振回路のリングダウン信号を検出することにより検出ゾーン内に共振タグ20が存在することを検出することだけに限定されない。本発明はまた、その範囲内に、相異なる周波数で共振するように構成された2つ以上の共振回路を備えた単一のタグ(図2参照)を用いた無線周波数識別(RFID)能力をも含む。そのようなタグは、1次周波数で共振する1つの第1の共振回路と、複数の第2の共振回路とを備えているであろう、その第2の共振回路の各々は相異なる周波数で共振し、そのような第2の共振回路の各々が第1の共振回路に電磁的に結合されている。
【0054】
たとえば、共振タグ20は、1次周波数の1つの第1の共振回路と、各々が附随機器の検出周波数範囲内の相異なる共振周波数で共振する4つの相異なる共振回路とを備えうるだろう。このタグの様々な共振回路が共振する特定の周波数を識別することによって、タグから識別情報を得ることが可能である。
【0055】
ここで好適な実施例では、好適な検出周波数範囲は約10MHz〜30MHzにわたって延びる。しかし、これ以外の周波数範囲も用うる。技術の現状の装置製造を用いれば、2つ以上の共振回路を備えている安価な無線周波数識別タグを商業的な量で生産することができ、そのような共振タグでは、各共振回路の共振周波数が設定周波数に対して±200KHzの精度を有するように制御でき唯一のサインを確立することができる。
【0056】
この方法では、10〜30MHzの検出周波数範囲内で、互いに重複せず干渉もしない相異なる共振周波数を有する50までの共振回路を得ることができる。このようにして、あるタグが4つの共振回路を備え、その第1の共振回路が検出周波数範囲内の第1の選択周波数(たとえば14.4MHz)で共振できるものと仮定すれば、このタグの残りの3つの共振回路については検出周波数範囲内で49の利用可能な周波数が残る。
【0057】
そうすると、第2の共振周波数を検出周波数範囲内の第2の周波数、たとえば15.6MHz、で共振するように選択できるであろうし、そのタグの他の2つの共振回路については48の可能な周波数が残るだろう。第3の共振周波数を選択し、タグが検出周波数範囲内の第3の周波数(たとえば20MHz)で共振するように製造することができ、その共振タグの第4の共振回路については検出周波数範囲内で47の可能な周波数が残るだろう。
【0058】
次にその第4の共振周波数を選択し、そのタグが検出周波数範囲内の、たとえば19.2MHzの第4の周波数で共振するように製造できるだろう。呼掛けられた際に応答するこれらの4つの識別可能な共振周波数と、固有の(唯一の)サインとを有するタグには特定の識別番号に割当てることができるだろう。検出周波数範囲内での潜在的可能性のある周波数の個数により、各々別の4つの周波数をもつ共振回路をもつ共振タグは、約520万の組合せ、すなわち約22ビットのデータを持つことができる。
【0059】
図8は、RFIDタグの1次周波数で呼掛けを行い、N個の2次周波数の各々で所定のリングダウン信号の存在/非存在を検出することによって、RFIDタグの共振周波数を識別する図1に示したRFシステム10を用いるための好適なプロセス200のフローチャートである。ステップ202では、コンピュータ46が周波数シンセサイザ52を制御して1次周波数で信号を生成し、アンテナスイッチ50を制御して送信器12をアンテナ30に接続させ、送信器12のゲートをオンにし、RFエネルギーのパルスを生成して、所定の1次周波数で第1の電磁信号を形成する。
【0060】
ステップ204では、コンピュータ46がアンテナスイッチ50を制御してアンテナ30を受信器14に接続することにより、受信器14が1次周波数で第2の電磁信号を受信するよう準備させる。1次周波数で受信器14によって受信された第2の電磁信号はコンピュータ46で処理され(ステップ206)、その信号が、1次周波数での共振タグ20のリングダウン信号を評価するための所定の判定基準に合致するか否かが判定される;そのような判定基準はコンピュータ46に格納されている。
【0061】
もし受信信号が、リングダウン信号用の保存されている判定基準に合致した場合には、コンピュータ46はカウンタを整数値「1」(“one”)に設定し(ステップ208)、1次周波数で第1の電磁信号を再送信する(ステップ210)。ステップ212では、コンピュータ46が周波数シンセサイザ52を制御してK番目の所定の2次周波数で信号を生成すると共に、アンテナスイッチ50を制御してアンテナ30を受信器14に接続させ、それによって、その受信器がK番目の2次周波数で第2の電磁信号を受信する準備を行う。
【0062】
受信器14によってその2次周波数で受信された第2の電磁信号が処理され、所定のリングダウンのサイン(シグネイチャー)の判定基準に合致するかが判定される;そしてその結果はコンピュータ46内に記憶される(ステップ214)。ステップ216では、カウンタの現在値が、受信すべき2次周波数の個数を表す数「N」と比較される。
【0063】
カウンタの値KがNより小さい場合には、処理200はステップ210に続けられる。もしカウンタの値KがNに等しければ、プロセス200は、どの2次周波数が所定のリングダウンのサインをもっていて受信されたかを通知されてプロセス200が完了し(ステップ218)、そしてRFIDプロセス200がステップ202で再び開始される。
【0064】
要約すれば、本発明は、単一の(1次)周波数で共振タグに対して呼掛け(インテロゲイティング)を行い、1次周波数とは異なる周波数で共振する1つ以上の共振回路によって、タグ内に保存された情報を受信する、システムおよび方法を提供する。したがって、本発明は、EASシステムの誤警報率を低減する手段と、単一の(1次)周波数のみで電磁エネルギーを照射することによりRFIDタグに呼掛けを行い、このRFIDタグに格納された情報を受信する手段とを提供する。
【0065】
当業者によれば、本発明の広い発明コンセプトから乖離することなく上述の実施例に様々な変更を加え得ることが認識できるであろう。したがって、本発明は開示された特定の実施例に限定されないことが理解され、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の精神および範囲の内の様々な変更をカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好適な一実施例に係る高周波検出識別システムのブロック図
【図2】 好適な実施例に係るデュアル周波数共振タグの電器回路図
【図3】 図2の電気回路図と同等の電気回路を有するデュアル周波数と共振タグの上面平面図
【図4】 図2の回路のプロトタイプの時間領域での応答を示すグラフ
【図5】 図2の回路のプロトタイプの周波数領域での応答を示すグラフ
【図6】 図1の高周波システムの呼掛け応答特性を示す図
【図7】 物品の存在を検出する高周波システムの動作を示すフローチャート
【図8】 複数の共振回路に記録した情報の存在を判定する高周波システムの動作を示すフローチャート
Claims (15)
- 物品の存在を検出するシステムであって、
所定の1次周波数を有する第1の電磁波信号を放射する送信器と、
前記第1の電磁波信号の受信に応答して第2の電磁波信号を発生するために前記物品に固定された共振タグと、
前記第2の電磁波信号を受信する受信器とを備え、
前記共振タグは、前記1次周波数で共振する第1の共振回路と、前記1次周波数と異なる所定の2次周波数でそれぞれ共振する少なくとも1つの第2の共振回路とを備え、
前記第2の電磁波信号は、前記1次周波数及び前記少なくとも1つの第2の共振回路の各2次周波数を有し、
前記送信器は、前記所定の1次周波数で前記第1の電磁波信号を放射するように設けられており、
前記少なくとも1つの第2の共振回路は前記第1の共振回路に電磁的に結合されており、
前記受信器の出力端子にコンピュータが接続され、
前記コンピュータは、前記受信器により受信された第2の電磁波信号を処理し、前記第2の電磁波信号に前記少なくとも1つの第2の共振回路の各2次周波数が検出されたときに出力信号を発生し、
前記共振タグは、実質的に平面状の誘電性基板を備え、
前記誘電性基板は、対向する第1及び第2の主面を有し、かつ前記第1及び第2の共振回路を形成するように、前記第1及び第2の主面上にそれぞれ第1及び第2の導電性パターンを有し、
前記第1の共振回路は、前記誘電性基板の第1の主面上に形成された第1のインダクタを含み、
前記少なくとも1つの第2の共振回路はそれぞれ、第2のインダクタを備え、
前記第1のインダクタと、前記少なくとも1つの第2の共振回路の各第2のインダクタはそれぞれ、前記第1の導電性パターンの一部であり、かつ前記誘電性基板の前記第1の主面上に形成されたシステム。 - 前記第1の共振回路は、前記少なくとも1つの第2の共振回路を励振させる請求項1記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの第2の共振回路の励振は前記第1の共振回路の励振に依存する請求項1記載のシステム。
- 前記第1の電磁波信号はパルス振幅変調されている請求項1記載のシステム。
- 前記コンピュータはまた前記1次周波数を検出し、前記1次周波数及び前記少なくとも1つの第2の共振回路の各2次周波数が共に検出されたときにのみ出力信号を発生する請求項1記載のシステム。
- 前記受信器は前記1次周波数及び前記前記少なくとも1つの第2の共振回路の各2次周波数に順次的に同調される請求項5記載のシステム。
- 前記1次周波数と前記2次周波数は互いに調波関係にない請求項1記載のシステム。
- 前記共振タグは、誘導性素子及び容量性素子のみを含む受動型である請求項1記載のシステム。
- 前記送信器は非掃引の送信器である請求項1記載のシステム。
- 前記送信器は前記受信器が信号を受信するときには信号を送信していない請求項1記載のシステム。
- 物品の存在を検出するための方法であって、
1次周波数で共振する第1の共振回路と、前記1次周波数と異なる所定の2次周波数でそれぞれ共振する少なくとも1つの第2の共振回路とを有する共振タグを、実質的に平面状の誘電性基板上に形成するステップと、
前記共振タグを物品に固定するステップと、
送信器から、前記1次周波数で第1の電磁波信号を送信して、前記共振タグを前記第1の電磁波信号にさらすステップと、
前記共振タグにより、前記第1の電磁波信号の受信に応答して、前記第1の共振回路の1次周波数に対応する1次周波数成分と、前記少なくとも1つの第2の共振回路の各2次周波数に対応する所定の2次周波数成分を含む第2の電磁波信号を発生するステップと、
受信器により、前記第2の電磁波信号を受信するステップと、
前記受信器に、コンピュータを接続するステップと、
前記受信された第2の電磁波信号を前記コンピュータにより処理するステップと、
前記第2の電磁波信号に前記2次周波数成分が検出されたときに、前記コンピュータにより、出力信号を発生するステップとを含む方法。 - 前記第1の電磁波信号はパルス振幅変調されている請求項11記載の方法。
- 前記出力信号を発生するステップは、前記1次周波数成分及び前記2次周波数成分が共に検出されたときにのみ出力信号を発生するステップを含む請求項11記載の方法。
- 前記1次周波数成分及び前記2次周波数成分は順次的に検出される請求項13記載の方法。
- 前記共振タグを形成するステップは、
前記実質的に平面状の誘電性基板の対向する第1及び第2の主面上に、第1の導電性パターンと第2の導電性パターンとを、それぞれ形成することと、
前記誘電性基板の第1の主面上に第1のインダクタを形成して、前記第1の共振回路を形成することと、
前記誘電性基板の第1の主面上に第2のインダクタを形成して、前記少なくとも1つの第2の共振回路を形成することとを含む請求項11記載の方法。
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