JPWO2005106525A1 - 無線タグ通信装置 - Google Patents

Abstract

無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供する。周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波Ｆｃを送信するための質問波送信部５０と、その質問波送信部５０から送信される複数種類の質問波Ｆｃに応じて無線タグ１４から返信される複数種類の応答波Ｆｒを受信してそれぞれ復調するＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０と、それらＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０による複数種類の応答波Ｆｒの復調結果に基づいて前記無線タグ１４との間の距離ｄを算出する距離算出部５４とを、含むことから、前記無線タグ１４との間で通信を行うことによりその無線タグ１４との間の距離ｄを好適に求めることができる。

Description

本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置の改良に関する。

所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の無線タグ通信装置（質問器）により非接触にて情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。このＲＦＩＤシステムは、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理や検査工程等の様々な分野において実用が期待されている。

ところで、上記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグの相対移動速度を検出する無線タグ通信装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載された変調バックスキャッタシステムがそれである。この技術によれば、質問波に応じて無線タグから返信される応答波を受信して互いに直交するＩ相信号及びＱ相信号に変換した後、ドップラーシフトの原理によりそれらＩ相信号及びＱ相信号に基づいて上記無線タグの運動の有無、延いては無線タグ通信装置に対する移動速度を検出することができる。

特開平１１−１３６１６１号公報

しかし、前記従来の技術では、前記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグの前記無線タグ通信装置に対する移動速度は検出できるものの、その無線タグとの間の距離を検出することはできなかった。特に、比較的近距離のＲＦＩＤ通信に関して斯かる距離を求める技術はなかった。すなわち、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置の開発が求められていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、所定の情報が記憶された無線タグとの間で非接触にて情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、その質問波送信部から送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、その受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部とを、含むことを特徴とするものである。

このようにすれば、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、その質問波送信部から送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、その受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部とを、含むことから、前記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。すなわち、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供することができる。

ここで、好適には、前記受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を互いに直交するＩ相信号及びＱ相信号に変換して直交復調するものである。このようにすれば、直交検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置において前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波から変換されたＩ相信号とＱ相信号との比に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、直交検波形式の復調回路を備えた無線タグ通信装置において実用的な態様で前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

また、好適には、前記質問波の主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部に供給するための主搬送波位相制御部を含み、その受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波をその主搬送波位相制御部により供給される位相が制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調するものである。このようにすれば、ホモダイン検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置において前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

また、好適には、前記質問波送信部は、周波数のそれぞれ異なる第１の質問波及び第２の質問波を送信するものであり、前記受信復調部は、その質問波送信部から送信される第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグから返信される第１の応答波及び第２の応答波を受信してそれぞれ復調するものである。このようにすれば、必要にして十分な質問波及び応答波により前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

また、好適には、前記第１の質問波及び第２の質問波の周波数は、互いに割り切れない値である。このようにすれば、前記無線タグとの間の距離を更に好適に求めることができる。

また、好適には、前記距離算出部は、前記受信復調部による前記第１の応答波の復調結果に基づいて求められる第１の距離候補群と、前記第２の応答波の復調結果に基づいて求められる第２の距離候補群とを比較して、前記第１の距離候補群及び第２の距離候補群に共通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグとの間の距離として算出するものである。このようにすれば、実用的な態様で前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

また、好適には、前記質問波送信部は、前記第１の質問波及び第２の質問波を交互に送信するものである。このようにすれば、必要にして十分な質問波を簡単な構成により送信することができる。

また、好適には、前記質問波送信部は、前記複数種類の質問波を同時に送信するものである。このようにすれば、可及的速やかに前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波の強度に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、更に好適に前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグとの間の通信可能距離に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、更に好適に前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

本発明が好適に適用される通信システムの構成を説明する図である。 本発明の一実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である。 図１の無線タグに含まれる無線タグ回路を説明するブロック線図である。 図３の無線タグ回路に含まれる制御部による返信制御に用いられる副搬送波及びその副搬送波が所定の情報信号によって符号化された符号化信号を例示する図である。 図２の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートである。 図５の制御における候補列からのタグ位置決定制御を説明するフローチャートである。 図２の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御の原理を説明する図である。 図２の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御の他の一例を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である。 図９の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートである。 図２に示す無線タグ通信装置２台からそれぞれ異なる質問波を無線タグに向け同時に送信する様子を説明する図である。

符号の説明

１０：通信システム、１２、７０：無線タグ通信装置、１６：主搬送波発生部、１８：ＰＬＬ、２０：ＶＣＯ、２２：主搬送波変調部、２４：送信信号増幅部、２６：アンテナ、１４：無線タグ、２８：Ｉ相信号変換部（受信復調部）、３０：Ｑ相信号変換部（受信復調部）、３２：送受信分離部、３４：Ｉ相信号ＢＰＦ、３６：Ｉ相信号増幅部、３８：Ｑ相信号ＢＰＦ、４０：Ｑ相信号増幅部、４２：ＲＳＳＩ回路、４４：制御部、５０：質問波送信部、５２：信号処理部（受信復調部）、５４：距離算出部、５６：無線タグ回路、５８：アンテナ、６０：クロック部、６２：電源部、６４：変／復調部、６６：制御部、６８：メモリ部、７２：移相回路、７４：受信復調部、７６：復調信号ＢＰＦ、７８：復調信号増幅部、８０：搬送波位相制御部

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が好適に適用される通信システム１０の構成を説明する図である。この通信システム１０は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置１２と、単数乃至は複数（図１では単数）の無線タグ１４とから構成される所謂ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムであり、上記無線タグ通信装置１２はそのＲＦＩＤシステムの質問器として、上記無線タグ１４は応答器としてそれぞれ機能する。すなわち、上記無線タグ通信装置１２から質問波Ｆ_ｃ（送信信号）が上記無線タグ１４に向けて送信されると、その質問波Ｆ_ｃを受信した上記無線タグ１４において所定の情報信号（データ）によりその質問波Ｆ_ｃが変調され、応答波Ｆ_ｒ（返信信号）として上記無線タグ通信装置１２に向けて返信されることで、その無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間で情報の通信が行われる。なお、図１におけるＤは、上記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の距離（無線タグ通信装置１２のアンテナ２４と無線タグ１４のアンテナ５８との間の距離）を示している。

図２は、本実施例の無線タグ通信装置１２の電気的構成を説明する図である。この図２に示すように、本実施例の無線タグ通信装置１２は、上記質問波Ｆ_ｃの主搬送波を発生させる基準周波数発生部１６と、その基準周波数発生部１６により発生させられる基準波と制御部４４からの制御信号とに基づいて主搬送波の周波数を設定するＰＬＬ（Phase Locked Loop）１８と、その主搬送波の周波数をＰＬＬ１８からの制御電圧に応じて制御するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）２０と、そのＶＣＯ２０により制御された所定の周波数の主搬送波を所定の制御信号ＴＸ‐ＡＳＫに基づいて振幅変調して送信信号を生成する主搬送波変調部２２と、その主搬送波変調部２２から出力される送信信号を所定の制御信号ＴＸ‐ＰＷＲに基づいて増幅する送信信号増幅部２４と、その送信信号増幅部２４から出力される送信信号を質問波Ｆ_ｃとして通信対象である無線タグ１４に向けて送信すると共に、その質問波Ｆ_ｃに応じてその無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒを受信する送受信共用のアンテナ２６と、そのアンテナ２６により受信された受信信号をπ／２ラジアンの位相差を持つ２つの信号により互いに直交するＩ相信号及びＱ相信号に変換するＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０と、上記送信信号増幅部２４から出力される送信信号を上記アンテナ２６に供給すると共に、そのアンテナ２６により受信された受信信号を上記Ｉ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０に供給する送受信分離部３２と、そのＩ相信号変換部２８から出力されるＩ相信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出するＩ相信号ＢＰＦ（Band Pass Filter）３４と、そのＩ相信号ＢＰＦ３４から出力されるＩ相信号を増幅するＩ相信号増幅部３６と、上記Ｑ相信号変換部３０から出力されるＱ相信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出するＱ相信号ＢＰＦ３８と、そのＱ相信号ＢＰＦ３８から出力されるＱ相信号を増幅するＱ相信号増幅部４０と、上記Ｉ相信号増幅部３６及びＱ相信号増幅部４０から出力されるＩ相信号及びＱ相信号の強度を検出するＲＳＳＩ（Recieved Signal Strength Indicator）回路４２と、上記無線タグ通信装置１２の動作を制御する制御部４４とを、備えて構成されている。ここで、上記Ｉ相信号変換部２８、Ｑ相信号変換部３０、及び後述する信号処理部５４が受信復調部に対応する。また、上記送受信分離部３２としては、サーキュレータ若しくは方向性結合器等が好適に用いられる。

上記制御部４４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含んで構成され、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータであり、前記無線タグ１４への質問波Ｆ_ｃの送信処理動作及びその質問波Ｆ_ｃに応じてその無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒの受信処理動作等の基本的な制御に加えて、図１に示す通信対象である無線タグ１４との間の距離ｄを検出する距離検出制御を実行する。斯かる制御を実行するため、上記ＰＬＬ１８及びＶＣＯ２０を制御すると共に、上記送信信号増幅部に制御信号ＴＸ‐ＰＷＲを供給することにより周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波Ｆ_ｃを前記アンテナ２６から前記無線タグ１４に向けて送信するための質問波送信部５０と、上記Ｉ相信号増幅部３６及びＱ相信号増幅部４０から出力されるＩ相信号及びＱ相信号に基づいて上記アンテナ２６により受信された受信信号を直交復調すると共に、上記主搬送波変調部２２に制御信号ＴＸ‐ＡＳＫを供給する等の信号処理を行う信号処理部５２と、その信号処理部５２による複数種類の応答波Ｆ_ｒの復調結果に基づいて前記無線タグ１４との間の距離ｄを算出する距離算出部５４とを、機能的に含んでいる。

図３は、前記無線タグ１４に含まれる無線タグ回路５６を説明するブロック線図である。この図３に示すように、前記無線タグ１４は、前記無線タグ通信装置１２からの質問波Ｆ_ｃを受信すると共に、その質問波Ｆ_ｃに応じてその無線タグ通信装置１２に向けて応答波Ｆ_ｒを送信するためのアンテナ５８と、そのアンテナ部５８により受信された質問波Ｆ_ｃからクロック信号を抽出して副搬送波を発生させ制御部６６に供給するクロック部６０と、上記アンテナ５８により受信される質問波Ｆ_ｃの一部を整流してエネルギ源とする電源部６２と、上記アンテナ５８に接続されて信号の変調及び復調を行う変／復調部６４と、上記無線タグ回路５６の動作を制御する制御部６６と、所定の情報の記憶及び読み出しが可能なメモリ部６８とを、備えて構成されている。上記制御部６６は、前記無線タグ生成装置１２と通信を行うことにより上記メモリ部６８に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ部５８により受信された質問波Ｆ_ｃを上記変／復調部６４において上記メモリ部６８に記憶された情報信号に基づいて変調したうえで応答波Ｆ_ｒとしてそのアンテナ部５８から反射返信する返信制御等の基本的な制御を実行する。

図４は、上記制御部６６による返信制御に用いられる副搬送波及びその副搬送波が所定の情報信号によって符号化された符号化信号を例示する図である。上記アンテナ５８により前記無線タグ通信装置１２からの質問波Ｆ_ｃが受信されると、上記電源部６２により整流されるその質問波Ｆ_ｃの一部をエネルギ源として上記クロック部６０により所定の副搬送波（サブキャリア）が発生させられる。次に、上記制御部６６によりコマンドフレームの解析が行われて上記副搬送波が上記メモリ部６８に記憶された情報信号に基づいて符号化（１次変調）されて上記変／復調部６４に入力される。例えば、図４に示すデータ１では副搬送波を用いた符号化が行われ、データ０では副搬送波を用いない符号化が行われている。そして、その変／復調部６４においてその符号化信号に基づいて前記無線タグ通信装置１２から受信された質問波Ｆ_ｃが変調（２次変調）されて、上記アンテナ５８から応答波Ｆ_ｒとして前記無線タグ通信装置１２に向けて送信される。なお、斯かる副搬送波の周波数は、前記Ｉ相信号ＢＰＦ３４、Ｑ相信号ＢＰＦ３８の通過帯域に含まれるように予め設定される。

図５は、前記無線タグ通信装置１２の制御部４４によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。また、図６は、図５のＳＢにおける候補列からのタグ位置決定制御を説明するフローチャートである。

先ず、ステップ（以下、ステップを省略する）ＳＡ１において、前記ＶＣＯ２０により発生させられる主搬送波の周波数ｆ_ｃが前記ＰＬＬ１８によりｆ_１に設定される。この周波数ｆｃは２πω_ｃであり、ω_ｃは主搬送波の角周波数である。次に、ＳＡ２において、前記主搬送波が所定の制御信号ＴＸ‐ＡＳＫに基づいて前記主搬送波変調部２２により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号ＴＸ‐ＰＷＲに基づいて前記送信信号増幅部２４により増幅されて前記アンテナ２６から質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信される。この質問波Ｆ_ｃは、振幅をＡとして次の（１）式のように表される。

次に、ＳＡ３において、ＳＡ２にて送信された質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒが前記アンテナ２６により受信される。この応答波Ｆ_ｒは、前述した図４に示すデータ１の部分では、次の（２）式のように表される。なお、この（２）式におけるω_ｓは副搬送波の角周波数であり、その副搬送波ｆ_ｓはｓｉｎω_ｓｔである。また、Ｂは反射効率、ｍは変調度を示しており、例えば、ｍ＝１すなわち変調度１００％の変調が行われる。

次に、ＳＡ３′において、後述するＳＡ９と同様に質問波Ｆ_ｃの送信が停止される。

次に、ＳＡ４において、前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の通信において電波の往復により発生する質問波Ｆ_ｃと応答波Ｆ_ｒの位相差θ_１が算出され、タグ位置候補列ｄ_１が決定される。前記アンテナ２６により受信される受信信号Ｒ_ｓは、電波の往復による減衰率をＣとして次の（３）式のように表される。この受信信号Ｒ_ｓは、前記Ｉ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０によりＩ相信号Ｒ_ｓｉ及びＱ相信号Ｒ_ｓｑに変換される。このＩ相信号Ｒ_ｓｉは、次の（４）式のように表され、前記Ｉ相信号ＢＰＦ３４を通過して前記制御部４４に入力される信号は、次の（５）式のように表される。また、Ｑ相信号Ｒ_ｓｑは、次の（６）式のように表され、前記Ｑ相信号ＢＰＦ３８を通過して前記制御部４４に入力される信号は、次の（７）式のように表される。前記制御部４４では、次の（８）式に従ってＩ相信号Ｒ_ｓｉとＱ相信号Ｒ_ｓｑとの比であるｔａｎθ_ｃが算出され、それによりＱ相信号Ｒ_ｓｑが０以上の場合には、次の（９）式のようにθ_ｃが算出され、Ｑ相信号Ｒ_ｓｑが０未満の場合には、次の（１０）式のようにθ_ｃが算出される。この（９）及び（１０）式において、ｎは０と自然数であり、ｎ＝０,１，２，３，…である。また、Ｒ_ｓｑ／Ｒ_ｓｉをＲで示している。前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の通信において電波が距離ｄを往復することにより発生する位相差θ_ｃは、質問波Ｆ_ｃの波長をλ_ｃ（＝３×１０^８／ｆ_１［ｍ］）として、２πｎの項を省略すると次の（１１）式のように表される。従って、斯かる通信において電波が往復する距離Ｄの最小値は、次の（１２）式のように表され、この（１２）式の値にλｎ／２を加算した値から無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との距離Ｄの候補であるタグ位置候補列ｄ_１が決定される。

次に、ＳＡ５において、前記ＶＣＯ２０により発生させられる主搬送波の周波数ｆ_ｃが前記ＰＬＬ１８によりｆ_２に設定される。好適には、このＳＡ５にて設定される周波数ｆ_２と前記ＳＡ１にて設定される周波数ｆ_１とは、互いに割り切れない値とされる。

次に、ＳＡ６において、前記基準周波数発生部１６により主搬送波が発生させられてＳＡ５にて設定された周波数ｆ_２に制御され、所定の制御信号ＴＸ‐ＡＳＫに基づいて前記主搬送波変調部２２により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号ＴＸ‐ＰＷＲに基づいて前記送信信号増幅部２４により増幅されて前記アンテナ２６から質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信される。

次に、ＳＡ８において、ＳＡ６にて送信された質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒが前記アンテナ２６により受信される。次に、ＳＡ８において、前述したＳＡ４と同様の処理により前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の通信において電波の往復により発生する位相差θ_２が算出され、タグ位置候補列ｄ_２が決定される。次に、ＳＡ９において、前記ＶＣＯ２０の発振が停止させられて前記アンテナ２６からの質問波Ｆ_ｃの送信が停止される。そして、図６に示す候補列からのタグ位置決定制御が行われた後、本ルーチンが終了させられる。

図６に示す候補列からのタグ位置決定制御では、先ず、ＳＢ１において、ｎ_１及びｎ_２（ｆ_１、ｆ_２にそれぞれ対応するｎ）が共に０とされる。次に、ＳＢ２において、前述した（１２）式からｄ_１及びｄ_２が算出される。次に、ＳＢ３において、｜ｄ_１−ｄ_２｜が所定値Ｅ未満であるか否かが判断される。このＳＢ３の判断が肯定される場合には、ＳＢ４において、前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の距離（無線タグ通信装置１２のアンテナ２４と無線タグ１４のアンテナ５８との間の距離）Ｄがｄ_１であると決定された後、本ルーチンが終了させられるが、ＳＢ３の判断が否定される場合には、ＳＢ５において、ｎ_１が３であるか否かが判断される。このＳＢ５の判断が否定される場合には、ＳＢ８において、ｎ_１に１が加算された後、ＳＢ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ５の判断が肯定される場合には、ＳＢ６において、ｎ_２が３であるか否かが判断される。このＳＢ６の判断が肯定される場合には、ＳＢ７において、エラーであるとされた後、本ルーチンが終了させられるが、ＳＢ６の判断が否定される場合には、ＳＢ９において、ｎ_１が０とされ、ＳＢ１０において、ｎ_２に１が加算された後、ＳＢ２以下の処理が再び実行される。以上の制御において、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ５、及びＳＡ６が前記質問波送信部５０の動作に、ＳＡ３及びＳＡ７が信号処理部５２（受信復調部）の動作に、ＳＡ４、ＳＡ８、及びＳＢが距離算出部５４の動作にそれぞれ対応する。なお、ＳＢ３の判断では、｜ｄ_１−ｄ_２｜が所定値Ｅ未満であるか否かが判断されているが、これは予想される計測誤差を踏まえて解が定まらず前記無線タグ１４との間の距離が求まらなくなることを未然に防止するためであり、複数のタグ位置候補列ｄ１、ｄ２の精度やＳＢ５、ＳＢ６で判断される自然数の上限（本実施例では３）を勘案して決定される。

図７は、前記タグ位置検出制御の原理を説明する図である。前記距離算出部５４は、前記複数種類の質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される複数種類の応答波Ｆ_ｒの復調結果に基づいてその無線タグ１４との間の距離Ｄを算出するものであり、本実施例では、その無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒから変換されたＩ相信号Ｒ_ｓｉとＱ相信号Ｒ_ｓｑとの比に基づいてその無線タグ１４との間の距離Ｄを算出する態様について説明している。図５のフローチャートに示すタグ位置検出制御では、前記質問波送信部５０により周波数ｆ_１である第１の質問波及び周波数ｆ_２である第２の質問波が交互に送信され、それら第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグ１４から返信される第１の応答波及び第２の応答波が受信されてそれぞれ復調される。そして、前記距離算出部５４により第１の応答波の復調結果に基づいて求められる第１の距離候補群（候補列）ｄ_１と、第２の応答波の復調結果に基づいて求められる第２の距離候補群ｄ_２とが比較されて、それら第１の距離候補群ｄ_１及び第２の距離候補群ｄ_２に共通して含まれる値のうち最小のもの、すなわちｎ_１＝１、ｎ_２＝１に対応する値が前記無線タグ１４との間の距離Ｄとして算出される。なお、本実施例ではｎ１＝１、ｎ２＝１のときとなる。

図８は、前記無線タグ通信装置１２の制御部４４によるタグ位置検出制御の他の一例を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。なお、この態様では、図１１に示すように、周波数ｆ_１の主搬送波を発生させるための第１の無線タグ通信装置１２ａと、その周波数ｆ_１とは互いに割り切れない値である周波数ｆ_２の主搬送波を発生させるための第２の無線タグ通信装置１２ｂとがそれぞれ個別に設けられており、それら無線タグ通信装置１２ａ及び１２ｂと前記無線タグ１４との間でそれぞれ情報や制御の通信が行われることにより、その無線タグ１４との距離が算出される。また、無線タグ通信装置１２ａ及び１２ｂは、同一の無線タグ１４と通信を行うので時間的に異なるタイミングで通信を行うように制御される。或いはまた、同時に通信を行う場合には同一の無線タグ１４と通信を行うために周波数が異なるだけで内容、タイミングが同一の質問波を送信するように制御される。

先ず、ＳＣ１において、前記ＶＣＯ２０により発生させられる主搬送波の周波数ｆ_ｃが前記ＰＬＬ１８によりｆ_１、ｆ_２に設定される。次に、ＳＣ２において、上記第１の無線タグ通信装置１２ａにおいて発生させられた周波数ｆ_１の主搬送波が所定の制御信号ＴＸ‐ＡＳＫに基づいて前記主搬送波変調部２２により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号ＴＸ‐ＰＷＲに基づいて前記送信信号増幅部２４により増幅されて前記アンテナ２６から質問波Ｆ_ｃ１として前記無線タグ１４に向けて送信される。また、上記第２の無線タグ通信装置１２ｂでは、周波数ｆ_２の無変調の主搬送波が前記送信信号増幅部２４により増幅されて前記アンテナ２６から質問波Ｆ_ｃ２として前記無線タグ１４に向けて送信される。すなわち、周波数ｆ_１である第１の質問波及び周波数ｆ_２である第２の質問波が前記無線タグ１４に向けて同時に送信される。次に、前記信号処理部５２の動作に対応するＳＣ３において、ＳＣ２にて送信された第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグ１４から返信される第１の応答波及び第２の応答波が前記アンテナ２６により受信される。

次に、ＳＣ４において、前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の通信において電波の往復により発生する位相差θ_１、θ_２が算出され、タグ位置候補列ｄ_１、ｄ_２が決定される。位相差θ_１は、周波数ｆ_１の第１の質問波に対応する値であり、その位相差θ_１及び質問波の波長λ_１に基づいて次の（１３）式に示すような第１の距離候補群ｄ_１が求められる（λｎ／２の項を省略）。また、位相差θ_２は、周波数ｆ_２の第２の質問波に対応する値であり、その位相差θ_２及び質問波の波長λ_２に基づいて同様に次の（１４）式に示すような第２の距離候補群ｄ_２が求められる（λｎ／２の項を省略）。

次に、ＳＣ５において、前記ＲＳＳＩ回路４２により検出される受信信号強度が所定値Ｋ１未満であるか否か、すなわち受信信号強度が比較的小さいか否かが判断される。このＳＣ５の判断が肯定される場合には、ＳＣ６において、ｎ＝０とされた後、ＳＣ１０以下の処理が実行されるが、ＳＣ５の判断が否定される場合には、ＳＣ７において、前記ＲＳＳＩ回路４２により検出される受信信号強度が所定値Ｋ２（Ｋ１よりも大きい値）未満であるか否か、すなわち受信信号強度が中程度であるか否かが判断される。このＳＣ７の判断が肯定される場合には、ＳＣ８において、ｎ＝１とされた後、ＳＣ１０以下の処理が実行されるが、ＳＣ７の判断が否定される場合、すなわち受信信号強度が比較的大きいと判断される場合には、ＳＣ９において、ｎ＝２とされた後、ＳＣ１０において、周波数ｆ_１、ｆ_２の両方についてｎが決定されたか否かが判断される。このＳＣ１０の判断が否定される場合には、ＳＣ５以下の処理が再び実行されるが、ＳＣ１０の判断が肯定される場合には、ＳＣ１１において、前記アンテナ２６からの質問波Ｆ_ｃの送信が停止された後、本ルーチンが終了させられる。前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の距離は一定であることから、このようにしてｄ_１＝ｄ_２の関係を満たすｎ_１、ｎ_２（ｆ_１、ｆ_２にそれぞれ対応するｎ）が求められる。以上の制御において、ＳＣ１及びＳＣ２が前記質問波送信部５０の動作に、ＳＣ４乃至ＳＣ１０が前記距離算出部５４の動作にそれぞれ対応する。なお、周波数ｆ_１、ｆ_２は、それらの波長λ１、λ２に対して前記無線タグ１４との通信可能距離Ｄａに対して次の（１５）式を満たすように選ばれるものである。また、図７に例示した周波数ｆ_１、ｆ_２の波長差は、位相計測誤差に相当する距離誤差よりも十分に大きく設定されており、その計測誤差によりｎの選択を誤らないように好適に定められている。

このように、本実施例によれば、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波Ｆ_ｃを送信するための質問波送信部５０（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ５、ＳＡ６、ＳＣ１、及びＳＣ２）と、その質問波送信部５０から送信される複数種類の質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される複数種類の応答波Ｆ_ｒを受信してそれぞれ復調する受信復調部すなわちＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０と、それらＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０による複数種類の応答波Ｆ_ｒの復調結果に基づいて前記無線タグ１４との間の距離ｄを算出する距離算出部５４（ＳＡ４、ＳＡ８、ＳＢ、ＳＣ５乃至ＳＣ１０）とを、含むことから、前記無線タグ１４との間で通信を行うことによりその無線タグ１４との間の距離ｄを好適に求めることができる。すなわち、無線タグ１４との間の距離を検出し得る無線タグ通信装置１２を提供することができる。

また、前記信号処理部５２（ＳＡ３及びＳＡ７）は、前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒを互いに直交するＩ相信号Ｒ_ｓｉ及びＱ相信号Ｒ_ｓｑに変換して直交復調するものであるため、直交検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置１２において前記無線タグ１４との間の距離を好適に求めることができる。

また、前記距離算出部５４は、前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒから変換されたＩ相信号Ｒ_ｓｉとＱ相信号Ｒ_ｓｑとの比に基づいてその無線タグ１４との間の距離ｄを算出するものであるため、直交検波形式の復調回路を備えた無線タグ通信装置１２において実用的な態様で前記無線タグ１４との間の距離を求めることができる。

また、前記質問波送信部５０は、周波数のそれぞれ異なる第１の質問波及び第２の質問波を送信するものであり、前記信号処理部５２は、その質問波送信部５０から送信される第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグ１４から返信される第１の応答波及び第２の応答波を受信してそれぞれ復調するものであるため、必要にして十分な質問波Ｆ_ｃ及び応答波Ｆ_ｒにより前記無線タグ１４との間の距離を好適に求めることができる。

また、前記第１の質問波及び第２の質問波の周波数は、互いに割り切れない値であるため、前記無線タグ１４との間の距離を更に好適に求めることができる。

また、前記距離算出部５４は、前記第１の応答波の復調結果に基づいて求められる第１の距離候補群ｄ_１と、前記第２の応答波の復調結果に基づいて求められる第２の距離候補群ｄ_２とを比較して、前記第１の距離候補群ｄ_１及び第２の距離候補群ｄ_２に共通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグ１４との間の距離Ｄとして算出するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４との間の距離を求めることができる。

また、前記質問波送信部５０は、前記第１の質問波及び第２の質問波を交互に送信するものであるため、必要にして十分な質問波Ｆ_ｃを簡単な構成により送信することができる。

また、前記質問波送信部５０は、前記複数種類の質問波Ｆ_ｃを同時に送信するものであるため、可及的速やかに前記無線タグ１４との間の距離Ｄを求めることができる。

また、前記距離算出部５４は、前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒの強度に基づいてその無線タグ１４との間の距離Ｄを算出するものであるため、更に好適にその無線タグ１４との間の距離ｄを求めることができる。

また、前記距離算出部５４は、前記無線タグ１４との間の通信可能距離Ｄに基づいてその無線タグ１４との間の距離を算出するものであるため、更に好適にその無線タグ１４との間の距離Ｄを求めることができる。

続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の第１実施例と重複する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は、本発明の第２実施例である無線タグ通信装置７０の電気的構成を説明する図である。この図２に示すように、本第２実施例の無線タグ通信装置７０は、前記基準周波数発生部１６から出力される前記質問波Ｆ_ｃの主搬送波を分配し且つ所定の位相制御信号に基づいてその位相を制御する移相回路７２と、前記アンテナ２６により受信された受信信号をその移相回路７２から供給される位相制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調する受信復調部７４と、その受信復調部７４から出力される復調信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出する復調信号ＢＰＦ７６と、その復調信号ＢＰＦ７６から出力される復調信号を増幅する復調信号増幅部７８とを、備えて構成されている。この無線タグ通信装置７０におけるＲＳＳＩ４２は、上記復調信号増幅部７８から出力される復調信号の信号強度を検出する。また、本第２実施例の無線タグ通信装置７０の制御部４４には、上記位相回路７２に所定の位相制御信号を供給するための搬送波位相制御部８０が機能的に備えられている。

図１０は、上記無線タグ通信装置７０の制御部４４によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。

先ず、ＳＤ１において、前記基準周波数発生部１６により発生させられる主搬送波の周波数ｆ_ｃが前記ＰＬＬ１８によりｆ_１に設定され、前記ＶＣＯ２０によりその周波数ｆ_１に固定される。次に、ＳＤ２において、前記基準周波数発生部１６により主搬送波が発生させられてＳＤ１にて設定された周波数ｆ_１に制御され、所定の制御信号ＴＸ‐ＡＳＫに基づいて前記主搬送波変調部２２により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号ＴＸ‐ＰＷＲに基づいて前記送信信号増幅部２４により増幅されて前記アンテナ２６から質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信される。

次に、ＳＤ３において、前記移相回路７２における位相制御量φ及びＲＳＳＩの最大値であるＲＳＳＩ_ｍａｘが共に０とされる。次に、ＳＤ４において、ＳＤ２にて送信された質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒが前記アンテナ２６により受信され、前記受信復調部７４において前記移相回路７２から供給される位相制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調される。そして、前記ＲＳＳＩ４２によりその受信復調部７４から出力される復調信号の信号強度ＲＳＳＩが検出される。前記受信復調部７４から出力される復調信号は、１＋ｍｓｉｎω_ｓｔをＭとおいて、次の（１６）式のように表される。

次に、ＳＤ５において、ＳＤ４にて検出された復調信号強度ＲＳＳＩが最大値ＲＳＳＩ_ｍａｘより大きいか否かが判断される。このＳＤ５の判断が否定される場合には、ＳＤ８以下の処理が実行されるが、ＳＤ５の判断が肯定される場合には、ＳＤ６において、ＲＳＳＩがその最大値ＲＳＳＩ_ｍａｘとされ、ＳＤ７において、位相制御量φがその最大値φ_ｍａｘとされた後、ＳＤ８において、位相制御量φが２π以上であるか否かが判断される。このＳＤ８の判断が肯定される場合には、ＳＤ９において、前記アンテナ２６からの質問波Ｆ_ｃの送信が停止された後、本ルーチンが終了させられるが、ＳＤ８の判断が否定される場合には、ＳＤ１０において、位相制御量φに所定値φ_ｓｔｅｐが加算された後、ＳＤ４以下の処理が再び実行される。以上のようにして復調信号強度ＲＳＳＩが最大となるように前記移相回路７２における位相制御量φを設定することで、第１の周波数ｆ_１について前記無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間の通信において電波の往復により発生する位相差の候補列θ_１が次の（１７）式のように求められる。また、第２の周波数ｆ_２についても同様に位相差の候補列θ_２が次の（１８）式のように求められる。そして、前述の第１実施例と同様にｎ_１、ｎ_２が求められ、前記無線タグ１４との間の距離Ｄが算出される。以上の制御において、ＳＤ１及びＳＤ２が前記質問波送信部５０の動作に、ＳＤ４が前記信号処理部５２の動作に、ＳＤ５乃至ＳＤ８、ＳＤ１０が前記距離算出部５４及び搬送波位相制御部８０の動作にそれぞれ対応する。

このように、本第２実施例によれば、前記質問波Ｆ_ｃの主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部７４に供給するための移相回路７２及び主搬送波位相制御部８０（ＳＤ５乃至ＳＤ８、ＳＤ１０）を含み、前記受信復調部７４は、前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒをその移相回路７２により供給される位相が制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調するものであるため、ホモダイン検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置７０において前記無線タグ１４との間の距離Ｄを好適に求めることができる。

また、前記距離算出部５４は、前記受信復調部７４により復調される復調信号の強度ＲＳＳＩに基づいてその無線タグ１４との間の距離Ｄを算出するものであるため、更に好適にその無線タグ１４との間の距離Ｄを求めることができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

例えば、前述の実施例において、前記質問波送信部５０、信号処理部５２、距離算出部５４、主搬送波位相制御部８０等は、何れも前記制御部４４の制御機能として備えられたものであったが、それぞれ個別の制御装置として備えられたものであっても構わない。

また、前述の実施例において、前記距離算出部５４は、前記質問波送信部５０から送信される第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグ１４から返信される第１の応答波及び第２の応答波に基づいてその無線タグ１４との距離ｄＤを検出するものであったが、前記質問波送信部５０から送信されるそれぞれ周波数が異なる３種類以上の質問波に応じて前記無線タグ１４から返信される同じく３種類以上の応答波に基づいてその無線タグ１４との距離ｄを検出するものであってもよい。このようにすれば、前記無線タグ１４との距離Ｄを更に正確に求めることができる。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

Claims (11)

1. 所定の情報が記憶された無線タグとの間で非接触にて情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、
   周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、
   該質問波送信部から送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、
   該受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部と
   を、含むことを特徴とする無線タグ通信装置。
2. 前記受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を互いに直交するＩ相信号及びＱ相信号に変換して直交復調するものである請求項１の無線タグ通信装置。
3. 前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波から変換されたＩ相信号とＱ相信号との角度差に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項２の無線タグ通信装置。
4. 前記質問波の主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部に供給するための搬送波位相制御部を含み、該受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を該搬送波位相制御部により供給される位相が制御された搬送波に基づいてホモダイン復調するものである請求項１の無線タグ通信装置。
5. 前記質問波送信部は、周波数のそれぞれ異なる第１の質問波及び第２の質問波を送信するものであり、前記受信復調部は、該質問波送信部から送信される第１の質問波及び第２の質問波に応じて前記無線タグから返信される第１の応答波及び第２の応答波を受信してそれぞれ復調するものである請求項１から４の何れかの無線タグ通信装置。
6. 前記第１の質問波及び第２の質問波の周波数は、互いに割り切れない値である請求項５の無線タグ通信装置。
7. 前記距離算出部は、前記受信復調部による前記第１の応答波の復調結果に基づいて求められる第１の距離候補群と、前記第２の応答波の復調結果に基づいて求められる第２の距離候補群とを比較して、前記第１の距離候補群及び第２の距離候補群に共通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグとの間の距離として算出するものである請求項５又は６の無線タグ通信装置。
8. 前記質問波送信部は、前記第１の質問波及び第２の質問波を交互に送信するものである請求項５から７の何れかの無線タグ通信装置。
9. 前記質問波送信部は、前記複数種類の質問波を同時に送信するものである請求項１から７の何れかの無線タグ通信装置。
10. 前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波の強度に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項１から９の何れかの無線タグ通信装置。
11. 前記距離算出部は、前記無線タグとの間の通信可能距離に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項１から１０の何れかの無線タグ通信装置。

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