JP5365053B2 - Ｒｆｉｄ通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＲＦＩＤ通信装置に係り、詳しくはＲＦタグ等のスキャンに有利な電波ビームを用いたＲＦＩＤ通信装置に関する。

従来からＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）通信装置（以下、従来装置という）は、広く知られている。このＲＦＩＤ通信装置は、識別しようとする対象物を搬送する搬送路の適所に設置されて搬送路上を搬送される対象物の存在、識別等を行うものである。対象物の存在、識別等は、搬送路上を搬送される対象物に付されたＲＦＩＤタグに対してＲＦＩＤ通信装置のアンテナから電波を照射してＲＦＩＤタグからの反射電波をＲＦＩＤ通信装置のアンテナで受信し、受信した信号を処理してタグ情報を取得して行われる。

特許文献１には、受信した電波を起動電源として応答信号を発信するタグ情報の読み取りを行うタグ情報読み取り装置が開示されている。この装置の特徴部分は、各々、異なる指向性を有する複数のアンテナ毎に、タグと通信するためのアクセスパラメータを設定したことにある。これにより、アクセスパラメータの方向毎の適正化を図っている。
また、特許文献２には、複数のアクティブ・モジュールを有するフェーズドアレイ空中線の生成ビームを制御するビーム制御装置が開示されている。この装置の特徴部分は、フェーズドアレイ空中線に印加される電気信号の位相演算に起因して生ずる送信／受信の不可能な時間の発生を回避するために、演算結果の各位相器への出力を揃えることにある。
特開２００２−０７４２７９号公報 特公平０７−１０５６５８号公報

ところで、上述した従来装置には、以下に記述するような幾つかの技術的課題がある。
ＲＦＩＤ通信装置のアンテナからＲＦタグが付された対象物に対して放射される電波には、有効でない電波も含まれる。この電波をシールドして放射させないようにするために、アンテナの有効でない放射角全面をシールドするには難しさがある。特に、アンテナ背面及び側面への電波漏洩が必ず発生するが、このシールドには難点が生ずる。
このような電波の放射があるため、隣接するＲＦＩＤ通信装置間との干渉問題が発生し、これによるＲＦＩＤタグの誤通信という現象も発生する。
ＲＦＩＤ通信装置において、感度を高め、読み取り率を上げようとすると、上述した干渉問題が増大してしまう。

また、ＲＦＩＤ通信装置で読み取らなければならない読み取り対象が多くある場合に、アンチ・コリジョン処理をすると、読み取りに時間が掛かる上、読み取り率の低下を来たす。
また、ＲＦＩＤ通信装置では、物品の読み取り範囲への進入、読み取の範囲からの離脱を検出する必要があるが、それらの検出に別途センサーを設置している。
そのため、設置コストの増大、設置性の悪化を来たす．センサーの設置からＲＦＩＤゲートの幅が広くなるという問題も派生する。
また、読み取り対象による電波の散乱や反射によって、読み取り範囲外のＲＦＩＤタグとの誤通信が惹起してしまうという技術的課題も生ずる。

また、特許文献１は、受信した電波を起動電源として応答信号を発信するタグ情報の読み取りを行うタグ情報読み取り装置を開示しているとは言うものの、そこで解決しようとする技術的課題に対する解決手段の特徴部分は、各々、異なる指向性を有する複数のアンテナ毎に、タグと通信するためのアクセスパラメータを設定したことにあって、上述の従来装置で問題とする技術的課題についての着眼点とは大いに異なるものであって、その技術的課題は解決されないままにあると言える。

この関係は、また、特許文献２にも言える事項である。それは、特許文献２に開示されるビーム制御装置において、フェーズドアレイ空中線に何らの新規な構成について開示されるところはなく、その装置の特徴部分は、フェーズドアレイ空中線に印加される電気信号の位相演算に起因して生ずる送信／受信の不可能な時間の発生を回避するために、演算結果の各位相器への出力を揃えることにあるからである。

このようなことから、読み取り範囲に対して、読み取り用の電波を限定して照射すると同時に、照射範囲を一次元でなく、二次元に動かすことにより、ヌルポイントの回避、電波の漏洩や、読み取り範囲外のＲＦＩＤタグとの誤通信を抑制し得るＲＦＩＤ通信装置の開発が望まれている。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ＲＦタグ等の対象物に対するスキャンを一方向では滑らかにきめ細かく、他の方向では粗く行うことのできるＲＦＩＤ通信装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の構成は、搬送路上を搬送される対象物に対して電波ビームを照射して上記対象物に付された高周波読み取り可能なタグ情報を読み取りエリア内にて読み取るＲＦＩＤ通信装置に係り、上下方向に配列された複数のアンテナ素子からなる垂直アンテナ素子列と左右方向に配列された複数のアンテナ素子からなる水平アンテナ素子列とが互いに交差する２次元フェーズドアレイアンテナと、上記垂直アンテナ素子列のアンテナ素子に接続され、各アンテナ素子にスキャン信号を印加する複数の垂直移相器と、上記水平アンテナ素子列のアンテナ素子に接続され、各アンテナ素子にスキャン信号を印加する複数の水平移相器と、上記垂直移相器と上記水平移相器とに読み取り用信号を供給する信号供給手段と、複数の上記垂直移相器の位相を制御して、上記垂直アンテナ素子列から放射される上記電波ビームを上下方向にスキャンすると共に、複数の上記水平移相器の位相を制御して、上記水平アンテナ素子列から放射される上記電波ビームを左右方向にスキャンする位相制御手段と、上記対象物の上記読み取りエリアへの進入、および、上記読み取りエリアからの離脱の判定を、上記位相制御手段によって、放射される上記電波ビームが上記左右方向にスキャンされる際、受信した反射電波ビームの乱れ、又は、反射電波ビームのドップラーシフトを検出することで行う手段とを備えてなることを特徴としている。

この発明の構成によれば、ＲＦタグ等の対象物に対するスキャンを一方向（ＲＦタグ等の読み取り方向）では滑らかにきめ細かく行い、他の方向（対象物の進入／離脱方向）では粗く行うので、対象物の読み取り／検出に即した効率の良いビーム・スキャンを行うことができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

実施形態１

図１は、この発明の実施形態１であるＲＦＩＤ通信装置の構成を示す図、図２は、同ＲＦＩＤ通信装置の左右方向の移相器についての構成を示す図、図３は、同ＲＦＩＤ通信装置の２次元２次元フェーズドアレイアンテナのスキャン態様を説明する図、また、図４は、同ＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナを搬送路の片側に設置した例を示す図である。
この実施形態のＲＦＩＤ通信装置１は、２次元フェーズドアレイアンテナを構成する複数の、上下方向において相対的に密なアンテナ素子配列により、水平方向に拡がったファンビームを滑らかにきめ細かく上下に振り（スキャンし）、その後に、上記ファンビームを、複数の、相対的に左右方向に疎なアンテナ素子配列によって左右方向（水平方向）に粗く振る（スキャンする）装置に係り、図１に示すように、２次元フェーズドアレイアンテナ１０と、読み取り装置本体１２と、分配器１４と、垂直移相器１６_ｉ（ｉ＝１，２，…，１０のうちの１つ、）と、水平移相器１８_ｉｊ（ｊ＝１，２，３のうちの１つ）と、スキャン制御部２０と、合成器２２とから概略構成されている。

２次元フェーズドアレイアンテナ１０は、アンテナ素子Ｒ_ｉｊと、電波吸収体１０ＡＵ，１０ＡＳとから構成されている。アンテナ素子Ｒ_ｉｊは、二次元配置で構成され、図１及び図３上で上下方向において相対的に密なアンテナ素子配列（以下、単に密なアンテナ素子配列という）Ｒ_１１，Ｒ_２１，…，Ｒ_{１０ １}、Ｒ_１２，Ｒ_２２，…，Ｒ_{１０ ２}、Ｒ_１３，Ｒ_２３，…，Ｒ_{１０ ３}、図１及び図３上で左右方向において密なアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔に対して相対的に疎なアンテナ素子配列（以下、単に疎なアンテナ素子配列という）Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１３、Ｒ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２３、…，Ｒ_{１０ １}，Ｒ_{１０ ２}，Ｒ_{１０ ３}とで構成される。
密なアンテナ素子配列のアンテナ素子数は、十分な指向性を呈し、サイドローブの抑制を果たすため、最低で３本、出来れば４又は５本以上で構成する。また、疎なアンテナ素子配列は、十分な指向性を呈し、サイドローブの抑制を果たすため、最低で２本、出来れば３本以上で構成する。

また、電波吸収体１０ＡＵは、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の上方に設けられ、２次元フェーズドアレイアンテナ１０から上下方向に放射されるサイドローブを抑制するためのものであり、電波吸収体１０ＡＳは、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の左右に設けられ、２次元フェーズドアレイアンテナ１０から左右方向に放射されるサイドローブを抑制するためのものである。

ここで、良く知られているように、アンテナ素子配列が密であればあるほど、滑らかできめ細かい照射が可能となり、アンテナ素子配列が疎であればあるほど、粗い照射となる。

読み取り装置本体１２は、分配器１４と、合成器２２と、スキャン制御部２０とに接続され、読み取り用信号をＲＦ出力から分配器１４へ供給すると共に、合成器２２からの読み取った信号をＲＦ入力で受信し、スキャン制御部２０に対してスキャン制御信号を供給する。
垂直移相器１６_ｉと水平移相器１８_ｉｊとは、図２に示すように、垂直移相器１６_ｉ毎に分配器１７_ｉを介して水平移相器１８_ｉｊの各々に接続されている。すなわち、垂直移相器１６_１、１６_２…、１６_１０は、分配器１７_１、１７_２…、１７_１０を介して水平移相器１８_１ｊ、１８_２ｊ…、１７_{１０ ｊ}に接続されている。
水平移相器１８_ｉｊの各々は、所定数の固定遅延線で構成され、それらの固定遅延線がスイッチを介して対応するアンテナ素子に接続される。それらのスイッチは、後述する位相制御信号によってオン／オフされる。

垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊの各々は、上述した読み取り用信号の位相を次のように変えて２次元フェーズドアレイアンテナ１０の対応するアンテナ素子Ｒ_ｉｊへ供給する。すなわち、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊの各々から出力される信号の位相は、所定数の位相セットとされる。このような位相セットとなっている位相を持つ信号の各々が、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の対応するアンテナ素子へ印加されて２次元フェーズドアレイアンテナ１０から照射される電波の波面を平面波として放射される。
その電波を上下方向には滑らかできめ細かく動かし、左右方向には粗く動くのには、各信号間に与えられる位相セットの位相変化分を電波の動かし方に応じた値に設定して位相セットを制御する。この位相セットの制御は、後述する位相制御信号によって行う。
なお、上記位相セットの制御は、照射する電波の波面が平面波となるような制御である必要性は、必ずしもなく、ビーム拡がりを防止する収束波面、或るいは複数方向に照射するような波面を構成してもよい。

スキャン制御部２０は、読み取り装置本体１２から供給されるスキャン制御信号に基づいて上下制御出力部２０ＵＤから垂直移相器１６_ｉの各各へ格別の位相制御信号が供給され、左右スキャン制御部２０ＬＲから水平移相器１８_ｉｊの各各へ格別の位相制御信号が供給される。垂直移相器１６_ｉの各各へ供給される位相制御信号、及び水平移相器１８_ｉｊの各各へ供給される位相制御信号は、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊの各各に上記位相セットの制御を生ぜしめる信号の各各である。

スキャン制御部２０の上下制御出力部２０ＵＤから垂直移相器１６_ｉへの各各へ供給される位相制御信号、及び左右スキャン制御部２０ＬＲから水平移相器１８_ｉｊの各各へ供給される位相制御信号は、電波の照射方向、アンテナ素子配列のアンテナ素子間の距離、及び位相器からこれに接続されるアンテナ素子までの信号伝播時間によって決定される位相に、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊの各々の位相を制御する。この制御により、上述の位相セットが制御される。
垂直移相器１６_ｉへの位相制御信号の供給後に、水平移相器１８_ｉｊへの位相制御信号の供給が行われる。

合成器２２は、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊ対応に設けられる受信用の各移相器（図示せず）を介してアンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々から入力される受信信号を合成し、その合成信号を読み取り装置本体１２のＲＦ入力へ転送する。
受信用の各移相器は、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊの位相制御と所定のタイミング関係で上記各受信信号の位相を制御する。この位相制御は、スキャン制御部２０によって行われる。
また、図４に示す前方検出範囲ＦＤＥ及び後方検出範囲ＢＷＥに電波吸収体を設置することが望ましい。この電波吸収体は、これとほぼ同じ働きをする金属ベルトの周期配置等を用いる。金属ベルトの周期配置は、導電体と非導電体からの反射波の位相に差異が生ずるので、そこから少し離れた位置での電場強度が低下し、反射防止となる。

次に、図１乃至図４を参照して、この実施形態の動作について説明する。
この実施形態は、２次元フェーズドアレイアンテナ１０を通路の対象物搬送方向の片側に設置した例（図４）を示す。
ＲＦＩＤ通信装置１の２次元フェーズドアレイアンテナ１０の上下方向を通路Ｐに対して垂直にして設置される場合について説明する。その２次元フェーズドアレイアンテナ１０のアンテナ素子Ｒ_ｉｊは、ｉが１、２、３、…、１０で、ｊが１、２、３である例とする。
読み取り装置本体１２から読み取り用信号が、分配器１４を介して、垂直移相器１６_１，１６_２，…，１６_１０の各々へ供給され、これらの垂直移相器から対応する分配器１７_ｉを介して水平移相器１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…，１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}へ供給される。

各垂直移相器及び各水平移相器への上記信号の供給と共に、スキャン制御部２０の上下スキャン制御出力部２０ＵＤから上述した位相制御信号の各々が、垂直移相器１６_１，１６_２，…，１６_１０の各々の位相制御入力へ供給されると共に、スキャン制御部２０の左右スキャン制御出力部２０ＬＲから上述した位相制御信号の各々が、水平移相器１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…，１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}の各々の位相制御入力へ供給される。

各垂直移相器及び各水平移相器から出力されるスキャン信号は、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の対応するアンテナ素子アンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々に印加されると、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の密なアンテナ素子配列Ｒ_１１，Ｒ_２１，Ｒ_３１，…，Ｒ_{１０ １}、Ｒ_１２，Ｒ_２２，…，Ｒ_{１０ ２}、…、Ｒ_１３，Ｒ_２３，…，Ｒ_{１０ ３}からは、図３及び図４のＵ及びＤで示すように、ＲＦタグの読み取り範囲ＲＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＲＢが上下方向に振られつつ照射される。
また、そのファンビームは、疎なアンテナ素子配列Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１３、Ｒ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２３、…、Ｒ_{１０ １}，Ｒ_{１０ ２}，Ｒ_{１０ ３}によって、図３及び図４のＦＤＢ及びＢＤＢで示すように、ＲＦタグの読み取り範囲ＲＥの対象物搬送方向前後に振られつつ照射される。

これにより、対象物、例えば、ＲＦタグへの照射は、滑らかにきめ細かく行うこができる。この二次元のビームスキャンにより読み取り率の向上が得られる。上記照射により、反射電波との干渉によるヌルポイントの発生を抑制することができる。このヌルポイントの発生は、ビームを左右に振ることによってその発生位置が移動され、この移動と対象物の移動と両々相俟ってＲＦタグがヌルポイントに位置し続けるのを大幅に除去することができる。
また、上記照射により、対象物への電波の指向性が高められ、これにより、読み取り範囲以外への電波の漏洩、誤通信やコリジョンの抑制を達成することができる。誤通信の抑制には、読み取り対象範囲に対して部分的に照射することにより応答遅延時間を用いて誤応答の抑制等がある。コリジョンの抑制により、読み取りの高速化も達成できる。

このファンビームの照射と共に、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の疎なアンテナ素子配列１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…，１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}からは、図４に示すように、ＲＦタグの前方検出範囲ＦＤＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＦＤＢが照射されると共に、ＲＦタグの後方検出範囲ＢＷＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＢＷＢが照射される。
これにより、対象物、例えば、ＲＦタグへの照射は、粗く行うこができる。この照射により、読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定が、追加のセンサーを設けることなく、可能になり、設置コストの低減、設置の容易性という効果も得られる。読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定は、反射電波の乱れや、反射電波のドップラーシフトの検出で行う。
前方検出範囲ＦＤＥ及び後方検出範囲ＢＤＥに設置される電波吸収体により、床での反射波を抑制することができる。

また、アンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々から入力される受信信号は、垂直移相器１６_ｉ及び水平移相器１８_ｉｊ対応に設けられる受信用の各移相器（図示せず）における受信信号に対する位相制御がスキャン制御部２０によって行われる。位相制御された各受信信号が合成器２２において合成された後、読み取り装置本体１２のＲＦ入力へ転送される。

このように、この実施形態の構成によれば、対象物への照射を、滑らかにきめ細かく行うこができる。二次元のビームスキャンにより読み取り率の向上が得られる。上記照射により、反射電波との干渉によるヌルポイントの発生を抑制することができる。また、上記照射により、対象物への電波の指向性が高められ、これにより、読み取り範囲以外への電波の漏洩、誤通信やコリジョンの抑制を達成することができる。誤通信の抑制には、読み取り対象範囲に対して部分的に照射することにより応答遅延時間を用いて誤応答の抑制等がある。コリジョンの抑制により、読み取りの高速化も達成できる。
また、対象物への照射を、粗く行うこができる。この照射により、読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定が、追加のセンサーを設けることなく、可能になり、設置コストの低減、設置の容易性という効果も得られる。読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定は、反射電波の乱れや、反射電波のドップラーシフトの検出で行う。

実施形態２

図５は、この発明の実施形態２であるＲＦＩＤ通信装置の構成を示す図である。
この実施形態の構成が、実施形態１のそれと異なるところは、２次元フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子毎に、垂直移相器及び水平移相器を設け、これらの移相器の移相制御を同時に行うようにした点である。
すなわち、この実施形態のＲＦＩＤ通信装置１Ａは、アンテナ素子Ｒ_ｉｊ（ｉ＝１，２，…，１０のうちの１つ、ｊ＝１，２，３のうちの１つ）毎に、垂直移相器１６_ｉｊ及び水平移相器１８_ｉｊを設け、その垂直移相器１６_ｉｊ及び水平移相器１８_ｉｊの各々へ分配器１４Ａから読み取り用信号へ供給すると共に、各移相器で読み取り用信号の位相を実施形態１で述べたと同等の位相セットで同時に制御し得る位相制御信号を、スキャン制御部２０Ａの上下スキャン制御出力２０ＵＤＡ及び左右スキャン制御出力２０ＬＲＡから出力するようにスキャン制御部２０Ａを構成したことにこの実施形態の特徴部分がある。

この特徴部分に伴って、合成器２２Ａも、垂直移相器１６_ｉｊ及び水平移相器１８_ｉｊ対応に設けられる受信用の各移相器（図示せず）を介してアンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々から入力される受信信号を合成し、その合成信号を読み取り装置本体１２のＲＦ入力へ転送する。
そして、受信用の各移相器は、垂直移相器１６_ｉｊ及び水平移相器１８_ｉｊの位相制御と所定のタイミング関係で上記各受信信号の位相を制御する。この位相制御は、スキャン制御部２０Ａによって行われる。
この実施形態のその他の構成は、実施形態１と同じであるので、それらの構成については、逐一の説明を省略する。

次に、図５を参照して、この実施形態の動作について説明する。
この実施形態は、２次元フェーズドアレイアンテナ１０を通路の対象物搬送方向の片側に設置し、ＲＦＩＤ通信装置１Ａの２次元フェーズドアレイアンテナ１０の上下方向を通路Ｐに対して垂直にして設置する場合の例であることは、実施形態１と同様である。そして、その２次元フェーズドアレイアンテナ１０のアンテナ素子Ｒ_ｉｊは、ｉが１、２、３、…、１０で、ｊが１、２、３であることも同じである。

読み取り装置本体１２から読み取り用信号が、分配器１４Ａを介して、垂直移相器１６_１１，１６_２１，…，１６_{１０ １}、１６_２１，１６_２２，…，１６_{１０ ２}、１６_３１，１６_３２，…，１６_{１０ ３}の各々へ供給されると共に、水平移相器１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…，１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}へ供給される。

各垂直移相器及び各水平移相器への上記信号の供給と同時に、スキャン制御部２０Ａの上下スキャン制御出力部２０ＵＤＡから上述した位相制御信号の各々が、垂直移相器１６_１１，１６_２１，…１６_{１０ １}、１６_２１，１６_２２，…１６_{１０ ２}、１６_１３，１６_２３，…、１６_{１０ ３}の各々の位相制御入力へ供給されると共に、スキャン制御部２０Ａの左右スキャン制御出力部２０ＬＲＡから上述した位相制御信号の各々が、水平移相器１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…、１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}の各々の位相制御入力へ供給される。

各垂直移相器及び各水平移相器から出力されるスキャン信号は、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の対応するアンテナ素子アンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々に印加されると、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の密なアンテナ素子配列Ｒ_１１，Ｒ_２１，Ｒ_３１，…，Ｒ_{１０ １}、Ｒ_２１，Ｒ_２２，…，Ｒ_{１０ ２}、…、Ｒ_１３，Ｒ_２３，…，Ｒ_{１０ ３}からは、図４のＵ及びＤで示すように、ＲＦタグの読み取り範囲ＲＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＲＢが上下方向に振られつつ照射される。

これにより、対象物、例えば、ＲＦタグへの照射は、滑らかにきめ細かく行うこができる。この二次元のビームスキャンにより読み取り率の向上が得られる。上記照射により、反射電波との干渉によるヌルポイントの発生を抑制することができる。このヌルポイントの発生は、ビームを左右に振ることによってその発生位置が移動され、この移動と対象物の移動と両々相俟ってＲＦタグがヌルポイントに位置し続けるのを大幅に除去することができる。
また、上記照射により、対象物への電波の指向性が高められ、これにより、読み取り範囲以外への電波の漏洩、誤通信やコリジョンの抑制を達成することができる。誤通信の抑制には、読み取り対象範囲に対して部分的に照射することにより応答遅延時間を用いて誤応答の抑制等がある。コリジョンの抑制により、読み取りの高速化も達成できる。

このファンビームの照射と同時に、２次元フェーズドアレイアンテナ１０の疎なアンテナ素子配列１８_１１，１８_１２，１８_１３、１８_２１，１８_２２，１８_２３、…、１８_{１０ １}，１８_{１０ ２}，１８_{１０ ３}からは、図３に示すように、ＲＦタグの前方検出範囲ＦＤＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＦＤＢが照射されると共に、ＲＦタグの後方検出範囲ＢＷＥに対して水平方向に拡がったファンビーム（扇形ビーム）ＦＷＢが照射される（図４）。
これにより、対象物、例えば、ＲＦタグへの照射は、粗く行うこができる。この照射により、読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定が、追加のセンサーを設けることなく、可能になり、設置コストの低減、設置の容易性という効果も得られる。読み取り範囲への対象物の進入や離脱の判定は、反射電波の乱れや、反射電波のドップラーシフトの検出で行う。
前方検出範囲ＦＤＥ及び後方検出範囲ＢＤＥに設置される電波吸収体により、床での反射波を抑制することができる。

また、アンテナ素子Ｒ_ｉｊの各々から入力される受信信号は、垂直移相器１６_ｉｊ及び水平移相器１８_ｉｊ対応に設けられる受信用の各移相器（図示せず）における受信信号に対する位相制御がスキャン制御部２０Ａによって行われる。位相制御された各受信信号が合成器２２Ａにおいて合成された後、読み取り装置本体１２のＲＦ入力へ転送される。
このように、この実施形態の構成によれば、実施形態１と同効が得られる。

実施形態３

図６は、この発明の実施形態３であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
この実施形態の構成は、実施形態１又は２での２次元フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子を４５度に傾いた正方格子の格子点に配置して構成した点である。
この実施形態の２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ａは、密なアンテナ素子配列と疎なアンテナ素子配列で構成されるが、その密なアンテナ素子配列も、疎なアンテナ素子配列も、実施形態１又は２で記載する構成条件を満たす。この実施形態においても、密なアンテナ素子配列は、図６上で上下方向であり、疎なアンテナ素子配列は、図６上で左右方向である。
この構成以外のこの実施形態の構成は、実施形態１又は２と同じであるので、同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その逐一の説明は省略する。

次に、図６を参照して、この実施形態の動作について説明する。
上述のように構成される２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ａも、読み取り装置本体１２と、分配器１４，１４Ａと、垂直移相器１６_ｉ又は１６_ｉｊと、水平移相器１８_ｉｊと、スキャン制御部２０，２０Ａとによって、実施形態１又は２と同様の駆動態様で駆動される。
したがって、この実施形態においても、実施形態１又は２と同効が得られる。

実施形態４

図７は、この発明の実施形態４であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
この実施形態の構成は、４５度に傾いた正方格子を図７上で上下方向に圧縮し、左右方向に引き伸ばした格子点に、実施形態１又は２での２次元フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子を配置して構成した点である。
この実施形態の２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｂは、密なアンテナ素子配列と疎なアンテナ素子配列で構成されるが、その密なアンテナ素子配列も、疎なアンテナ素子配列も、実施形態１又は２で記載する構成条件を満たす。この実施形態においても、密なアンテナ素子配列は、図７上で上下方向であり、疎なアンテナ素子配列は、図７上で左右方向である。
この構成以外のこの実施形態の構成は、実施形態１又は２と同じであるので、同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その逐一の説明は省略する。

次に、図７を参照して、この実施形態の動作について説明する。
上述のように構成される２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｂも、読み取り装置本体１２と、分配器１４，１４Ａと、垂直移相器１６_ｉ又は１６_ｉｊと、水平移相器１８_ｉｊと、スキャン制御部２０，２０Ａとによって、実施形態１又は２と同様の駆動態様で駆動される。
したがって、この実施形態においても、実施形態１又は２と同効が得られる。

実施形態５

図８は、この発明の実施形態５であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
この実施形態の構成は、実施形態１又は２での２次元フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子をハニカム方格子の格子点に配置して構成した点である。
この実施形態の２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｃは、密なアンテナ素子配列と疎なアンテナ素子配列で構成されるが、その密なアンテナ素子配列も、疎なアンテナ素子配列も、実施形態１又は２で記載する構成条件を満たす。この実施形態においても、密なアンテナ素子配列は、図８上で上下方向であり、疎なアンテナ素子配列は、図８上で左右方向である。
この構成以外のこの実施形態の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その逐一の説明は省略する。

次に、図８を参照して、この実施形態の動作について説明する。
上述のように構成される２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｃも、読み取り装置本体１２と、分配器１４，１４Ａと、垂直移相器１６_ｉ又は１６_ｉｊと、水平移相器１８_ｉｊと、スキャン制御部２０，２０Ａとによって、実施形態１又は２と同様の駆動態様で駆動される。
したがって、この実施形態においても、実施形態１又は２と同効が得られる。

実施形態６

図９は、この発明の実施形態６であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
この実施形態の構成は、実施形態１又は２での２次元フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子を図９上で左右方向に引き伸ばしたハニカム格子の格子点に配置して構成した点である。
この実施形態の２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｄは、密なアンテナ素子配列と疎なアンテナ素子配列で構成されるが、その密なアンテナ素子配列も、疎なアンテナ素子配列も、実施形態１又は２で記載する構成条件を満たす。この実施形態においても、密なアンテナ素子配列は、図９上で上下方向であり、疎なアンテナ素子配列は、図９上で左右方向である。
この構成以外のこの実施形態の構成は、実施形態１又は２と同じであるので、同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その逐一の説明は省略する。

次に、図９を参照して、この実施形態の動作について説明する。
上述のように構成される２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｄも、読み取り装置本体１２と、分配器１４，１４Ａと、垂直移相器１６_ｉ又は１６_ｉｊと、水平移相器１８_ｉｊと、スキャン制御部２０，２０Ａとによって、実施形態１又は２と同様の駆動態様で駆動される。
したがって、この実施形態においても、実施形態１と同効が得られる。

実施形態７

図１０は、この発明の実施形態７であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。
この実施形態は、実施形態１乃至実施形態６の２次元フェーズドアレイアンテナ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ又は１０Ｄのいずれかを通路の搬送方向の両側に設置した例である。この設置により、実施形態１乃至実施形態６と同様の機能を奏することができる。
２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｒ、１０Ｌを設けることによって、高読み取り率、低漏洩を達成することができる。
この構成に加えて、左右のアンテナ背面、アンテナ間の通路若しくは天井、さらにはゲート間の床や、前方検出エリア、後方検出エリアに電波吸収体３０を設ける。
この実施形態で得られる効果の向上が図れる。

実施形態８

図１１は、この発明の実施形態８であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。
この実施形態は、実施形態１乃至実施形態６の２次元フェーズドアレイアンテナ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ又は１０Ｄのいずれかを通路上方の天井に設置した例である。この設置により、実施形態１乃至実施形態６と同様の機能を奏することができる。

実施形態９

図１２は、この発明の実施形態９であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。
この実施形態は、実施形態１乃至実施形態６の２次元フェーズドアレイアンテナ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ又は１０Ｄのいずれかを通路上方、左右上方及び左右に設置した例である。すなわち、通路上方に２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｕ、左右上方に２次元フェーズドアレイアンテナ１０ＬＵ，１０ＲＵ、左右に２次元フェーズドアレイアンテナ１０Ｌ，１０Ｒを設けて実施形態１乃至実施形態６と同様の機能を奏さんとするものである。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。
例えば、２次元フェーズドアレイアンテナを例にして説明したが、少なくとも２個のアンテナ素子を有するアンテナ等においても、この発明を実施し得る。

ここに開示している電波ビームのスキャン方法及びこれを用いたＲＦＩＤ通信装置は、電波ビームのスキャンを要する同種の通信装置でも利用し得る。

この発明の実施形態１であるＲＦＩＤ通信装置の構成を示す図である。 同ＲＦＩＤ通信装置の左右方向の移相器についての構成を示す図である。 同ＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナのスキャン態様を説明する図である。 同ＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナを搬送路の片側に設置した例を示す図である。 この発明の実施形態２であるＲＦＩＤ通信装置の構成を示す図である。 この発明の実施形態３であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。 この発明の実施形態４であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。 この発明の実施形態５であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。 この発明の実施形態６であるＲＦＩＤ通信装置に用いられる２次元フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。 この発明の実施形態７であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。 この発明の実施形態８であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。 この発明の実施形態９であるＲＦＩＤ通信装置の２次元フェーズドアレイアンテナの他の設置例を示す図である。

符号の説明

１、１Ａ ＲＦＩＤ通信装置
１０ ２次元フェーズドアレイアンテナ（アンテナ）
１２ 読み取り装置本体（信号供給手段の一部）
１４ 分配器（信号供給手段の一部）
２０ スキャン制御部（位相制御手段）
２２ 合成器
１６_ｉ 垂直移相器（第１の移相器）
１６_ｉｊ 垂直移相器（第１の移相器）
１７_ｉ 分配器（信号供給手段の残部）
１８_ｉｊ 水平移相器（第２の移相器）
Ｒ_ｉｊ アンテナ素子（垂直アンテナ素子列、水平アンテナ素子列）

Claims (10)

1. 搬送路上を搬送される対象物に対して電波ビームを照射して前記対象物に付された高周波読み取り可能なタグ情報を読み取りエリア内にて読み取るＲＦＩＤ通信装置であって、
   上下方向に配列された複数のアンテナ素子からなる垂直アンテナ素子列と左右方向に配列された複数のアンテナ素子からなる水平アンテナ素子列とが互いに交差する２次元フェーズドアレイアンテナと、
   前記垂直アンテナ素子列のアンテナ素子に接続され、各アンテナ素子にスキャン信号を印加する複数の垂直移相器と、
   前記水平アンテナ素子列のアンテナ素子に接続され、各アンテナ素子にスキャン信号を印加する複数の水平移相器と、
   前記垂直移相器と前記水平移相器とに読み取り用信号を供給する信号供給手段と、
   複数の前記垂直移相器の位相を制御して、前記垂直アンテナ素子列から放射される前記電波ビームを上下方向にスキャンすると共に、複数の前記水平移相器の位相を制御して、前記水平アンテナ素子列から放射される前記電波ビームを左右方向にスキャンする位相制御手段と、
   前記対象物の前記読み取りエリアへの進入、および、前記読み取りエリアからの離脱の判定を、前記位相制御手段によって、放射される前記電波ビームが前記左右方向にスキャンされる際、受信した反射電波ビームの乱れ、又は、反射電波ビームのドップラーシフトを検出することで行う手段とを備えてなることを特徴とするＲＦＩＤ通信装置。
2. 前記垂直アンテナ素子列は、上下方向に相対的に密に配列されてなると共に、前記水平アンテナ素子列は、左右方向に相対的に粗に配列されてなることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤ通信装置。
3. 前記位相制御手段は、複数の前記垂直移相器の位相を制御して、前記垂直アンテナ素子列から放射される前記電波ビームを滑らかにきめ細かく上下方向に走査すると共に、複数の前記水平移相器の位相を制御して、前記水平アンテナ素子列から放射される前記電波ビームを粗く左右方向に走査することを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤ通信装置。
4. 前記位相制御手段における位相制御は、前記垂直移相器の各各で前記読み取り用信号に与える位相のセット内の各位相変化分を小さく、前記水平移相器の各各で前記読み取り用信号に与える位相のセット内の各位相変化分を大きくすることを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤ通信装置。
5. 前記垂直移相器は、前記水平アンテナ素子列毎に設けられ、前記水平移相器は、分配器を介して前記垂直移相器に接続されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＲＦＩＤ通信装置。
6. 前記水平移相器は、前記２次元フェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子毎に設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のＲＦＩＤ通信装置。
7. 前記各アンテナ素子に接続された受信用移相器と、該受信用移相器に接続された合成器と、前記受信用移相器の位相を制御する位相制御手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のＲＦＩＤ通信装置。
8. 前記各アンテナ素子は、前記垂直アンテナ素子列と前記水平アンテナ素子列とが直交するアンテナ素子配列軸に対して４５度傾いた正方格子の各格子点、前記アンテナ素子配列軸のうちの一方のアンテナ素子配列軸の方向において圧縮し、かつ、該方向に直角な方向に引き伸ばした正方格子の各格子点、ハニカム格子の各格子点、又は、前記アンテナ素子配列軸の一方のアンテナ素子配列軸に対して直角な方向に引き伸ばされたハニカム格子の各格子点に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のＲＦＩＤ通信装置。
9. 前記２次元フェーズドアレイアンテナを前記通路の側面に、上部に又は該上部から前記側面へ傾斜して配設して構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のＲＦＩＤ通信装置。
10. 前記搬送路に設置される前記２次元フェーズドアレイアンテナによる読み取り空間と電波吸収上所定の関係にある位置に又はサイズの電波吸収体を設けることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のＲＦＩＤ通信装置。

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