ＲＦＩＤタグの位置を検出する位置検出装置
【課題】ＲＦＩＤシステムにおいて、比較的小型の装置でＲＦＩＤタグの位置を検出する。
【解決手段】アンテナ手段１０１は、指向性を有し、ＲＦＩＤタグ１０４から発生する高調波信号を受信する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１が指向する方向を制御する。出力手段１０３は、アンテナ手段１０１が指向するそれぞれの方向について、その方向に対応する位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する。
【解決手段】アンテナ手段１０１は、指向性を有し、ＲＦＩＤタグ１０４から発生する高調波信号を受信する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１が指向する方向を制御する。出力手段１０３は、アンテナ手段１０１が指向するそれぞれの方向について、その方向に対応する位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを用いてデータキャリアを認識するＲＦＩＤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは、データを記憶する記憶部と、無線通信を行うアンテナとを有し、非接触でデータの読み書きが可能な電子デバイスである。このようなデバイスを物品に取り付けておけば、非接触でその物品の管理を行うことができる。
【０００３】
従来のＲＦＩＤタグは、図１４に示すように、アンテナ１２、スイッチ１３、抵抗１４、整流回路１５、およびデータ処理回路１６を備え、例えば、９５３ＭＨｚのリーダライタ１１からの質問信号として、無変調の連続波を受信する。このとき、整流回路１５は、受信した連続波から電源電圧を生成し、データ処理回路１６に供給する。
【０００４】
スイッチ１３および抵抗１４は可変負荷回路を形成し、データ処理回路１６は、スイッチ１３をオン／オフすることでタグの負荷を変化させて、応答信号を生成する。そして、アンテナ１２は、受信した質問信号と同じ周波数で、応答信号をリーダライタ１１に返信する。
【０００５】
このＲＦＩＤタグの等価回路は、図１５に示すようになる。Ｖ、Ｒant 、およびＲL は、アンテナ開放電圧、アンテナ放射抵抗、およびタグの負荷をそれぞれ表す。このとき、ＲLとＲant の比率が変化するにつれて、アンテナ再放射電力Ｖ2 ／Ｒant は、図１６のように変化する。
【０００６】
質問信号の受信時および論理“０”のデータの送信時は、スイッチ１３はオフのままであり、通常、ＲL ／Ｒant ＝１に設定されている。これに対して、論理“１”のデータの送信時は、スイッチ１３がオンとなる。これにより、タグ回路に抵抗１４が並列に接続されるため、ＲLが減少し、ＲL ／Ｒant の値も減少する（例えば、ＲL ／Ｒant ＝０．５）。したがって、図１６の再放射特性によれば、アンテナ再放射電力が増大し、大きな電力で電磁波が送信される。
【０００７】
このように、ＲＦＩＤタグは、タグの負荷を変えることによりアンテナ１２からの再放射の大きさを変化させて、リーダライタ１１に応答信号を返信する。
このようなＲＦＩＤシステムにおいて、高調波を用いて近接するリーダライタ間の電波干渉を防止する方法（例えば、下記の特許文献１を参照）や、ＲＦＩＤタグの表面に設けた反射体を光学的に検出してタグの位置を特定する方法（例えば、下記の特許文献２を参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平０８−２２７４６８号公報
【特許文献２】特開平０４−０８９２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来のＲＦＩＤシステムには、次のような問題がある。
ＲＦＩＤタグが複数ある場合、リーダライタが応答信号を受信することにより、タグが存在することは認識できるが、その位置を特定するのは困難である。また、ＲＦＩＤタグが貼られていない物品や、付加されたタグが故障しているような物品の存在は、認識することができない。
【０００９】
ＲＦＩＤタグから返信される特定の周波数の応答信号により位置を特定するためには、その周波数での非常に細いビーム（指向性）を有するアンテナを製作しなければならない。例えば、９５３ＭＨｚのＲＦＩＤシステムでは、波長が約３１ｃｍであるため、その整数倍の距離間隔以上で複数のアンテナ素子を配置したアレイアンテナが必要となる。
【００１０】
図１７は、このような狭ビームアンテナの例を示している。この狭ビームアンテナは、所定の間隔で配置された４つのアンテナ素子２１−１〜２１−４からなり、面積が７００ｍｍ四方となるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１１】
特許文献２に記載された位置特定方法では、ＲＦＩＤ回路とは連動しない反射板を用いているため、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや故障の検出には利用することができない。また、リーダライタ側に発光素子を設ける必要がある。
【００１２】
本発明の第１の課題は、ＲＦＩＤシステムにおいて、比較的小型の装置でＲＦＩＤタグの位置を検出することである。
本発明の第２の課題は、ＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや物品に付加されたＲＦＩＤタグの故障を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
図１は、本発明の位置検出装置の原理図である。この位置検出装置は、アンテナ手段１０１、制御手段１０２、および出力手段１０３を備え、非接触でデータの読み書きが可能なＲＦＩＤタグ１０４の位置を検出する。
【００１４】
アンテナ手段１０１は、指向性を有し、ＲＦＩＤタグ１０４から発生する高調波信号を受信する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１が指向する方向を制御する。出力手段１０３は、アンテナ手段１０１が指向するそれぞれの方向について、その方向に対応する位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する。
【００１５】
ＲＦＩＤタグ１０４は、リーダライタから受信した連続波の周波数の整数倍の周波数を持つ高調波信号を発生する。アンテナ手段１０１は、制御手段１０２からの指示に従って指向性を変化させ、指向する方向から送信されてくる高調波信号を受信して、高調波信号を受信したか否かを示す情報を出力手段１０３に提供する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１に指示した方向を示す情報を出力手段１０３に提供する。
【００１６】
出力手段１０３は、アンテナ手段１０１および制御手段１０２から提供された情報に基づいて、それぞれの方向が指す位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを、併せて出力する。
【００１７】
これにより、アンテナ手段１０１が指向する複数の位置のそれぞれについて、高調波信号を発生するＲＦＩＤタグ１０４が存在するか否かの情報を得ることができる。
また、ＲＦＩＤタグ１０４が高調波信号の代わりに光を発生するようにすれば、その光を撮像して画像を表示することにより、ＲＦＩＤタグ１０４の位置を検出することができる。
【００１８】
例えば、後述する図６において、アンテナ手段１０１は、高調波受信アンテナ６０４および高調波受信器６０７に対応し、制御手段１０２および出力手段１０３は、位置制御器６０６およびモニタ６０８にそれぞれ対応する。
【００１９】
また、後述する図８において、アンテナ手段１０１は、高調波受信アンテナ８０１および高調波受信器６０７に対応し、制御手段１０２および出力手段１０３は、位置制御器６０６およびモニタ６０８にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００２０】
高調波信号は基本波の２倍以上の周波数を持つため、その波長は基本波の１／２以下となる。このため、受信アンテナの指向性を確保するために必要な、アンテナ素子間の間隔が小さくなり、小型の受信アンテナでＲＦＩＤタグの位置を検出することができる。また、高調波信号の代わりに光を発生するＲＦＩＤタグを用いれば、受信アンテナは不要になるため、装置はさらに小型化される。
【００２１】
いずれの場合も、リーダライタから連続波を受信したときにＲＦＩＤタグが反応するため、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや故障の検出にも利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態のＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤタグに、受信した高周波信号の高調波を発生する回路、または光を発生する回路を付加し、タグから発生する高調波や光を利用してその位置を検出する。
【００２３】
高調波を発生する素子としては、ダイオード、トランジスタ等の非線形素子が用いられ、光を発生する素子としては、発光ダイオード等の発光素子が用いられる。以下の実施形態では、非線形素子としてダイオードを用い、発光素子として発光ダイオードを用いている。
【００２４】
例えば、高調波を用いた場合は、リーダライタとタグが質問信号／応答信号をやりとりする波長より短い波長を受信すればよい。このため、細いビームに必要なアンテナ素子間の間隔が小さくなり、比較的小型の受信アンテナでタグの位置を特定できるようになる。上述した特許文献１では、通信の干渉を抑えるために高調波を用いており、本発明とは高調波の使用目的が異なる。
【００２５】
また、光を用いた場合は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子を用いてタグの位置を特定することができる。
図２は、高調波発生回路としてＲＦＩＤタグの整流回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、ダイポールアンテナ２０１、スイッチ２０２、抵抗２０３、整流回路２０４、およびデータ処理回路２０５を備え、整流回路２０４は、ダイオード２１１、２１２、およびキャパシタ２１３、２１４を含む。データ処理回路２０５には記憶回路やロジック回路が含まれ、その負荷抵抗は等価的にＲと表記される。
【００２６】
スイッチ２０２および抵抗２０３は可変負荷回路を形成し、データ処理回路２０５は、変調信号によりスイッチ２０２をオン／オフすることでタグの負荷を変化させて、応答信号を生成する。そして、ダイポールアンテナ２０１は、リーダライタから受信した質問信号と同じ周波数で、応答信号をリーダライタに返信する。
【００２７】
通常の整流回路では、ダイオード２１１とダイオード２１２の特性およびサイズを等しくして高調波の発生を抑えている。これに対して、本実施形態では、この特性を変更するか、あるいは２つのダイオードのサイズを異ならせることで、他の無線システムに影響を与えないレベルの高調波を発生させる。
【００２８】
図３は、図２の整流回路２０４で発生する高調波の例を示している。この例では、９５３ＭＨｚの基本波に対して、その２倍の周波数の２次高調波と３倍の周波数の３次高調波が発生している。例えば、３次高調波を位置検出に利用すれば、図１７に示したような形状の受信アンテナを、その１／３の大きさに小型化することができる。
【００２９】
ここで、ダイオード２１１およびダイオード２１２の好ましい特性およびサイズについて説明する。高調波が他の無線システムに悪影響を与えないためには、一般的に、基本波の−６０ｄＢ程度の電力の信号が発生できればよい。
【００３０】
図４は、奇数次の高調波を発生させる場合のアンテナ波形の例を示している。横軸は位相を表し、縦軸はアンテナに発生する電圧を表す。通常、ダイオード２１１および２１２がオンとなるしきい値電圧４０３は、整流回路２０４の変換効率を高めるために、０Ｖ近くに設定される。したがって、受信波形４０１と相似の電圧波形がアンテナ２０１から再放射されるため、その場合は高調波はほとんど発生しない。
【００３１】
高調波を発生させるためにしきい値電圧４０３をａに設定すると、整流回路２０４により発生する高調波を含んだ成分は、電圧波形４０２のようになる。アンテナ２０１と回路が整合しているとき、アンテナ２０１から再放射される信号電圧は、次式で表される。
・基本波
（４／π）（ａ・ｓｉｎθ−（１／２）・ｓｉｎ２θ）
・ｎ次高調波成分（ｎは奇数）
（４／π）（（ａ／ｎ）・ｓｉｎ（ｎθ）−（１／（ｎ＋１））・ｓｉｎ（（ｎ＋１）θ）＋（１／（ｎ−１））・ｓｉｎ（（ｎ−１）θ））
ただし、元の波形の振幅を１とし、元の波形において信号値がａとなる位相をπ／２−θおよびπ／２＋θとし、信号値が−ａとなる位相を３π／２−θおよび３π／２＋θとする。この場合、θはａの関数として求められる。したがって、適切な高調波を発生させるためには、上式を用いて、基本波とｎ次高調波の電力比が−６０ｄＢになるようにａを決定すればよい。
【００３２】
図５は、偶数次の高調波を発生させる場合のアンテナ波形の例を示している。通常、ダイオード２１１とダイオード２１２のサイズは、高調波の発生を防ぐために、同じサイズに設定されている。これらのダイオードのサイズを異ならせると、アンテナ２０１から再放射される高周波信号の波形は、電圧波形５０１のようになり、正電圧側と負電圧側の振幅の大きさが等しくなくなる。
【００３３】
ここで、大きい方の半周期の振幅を１、小さい方の半周期の振幅をｂ（ｂ＜１）とすると、アンテナ２０１と回路が整合している場合、アンテナ２０１から再放射される信号電圧は、次式で表される。
・基本波
（１＋ｂ）／２
・ｎ次高調波成分（ｎは偶数）
２（１−ｂ）／（π（ｎ2 −１））
したがって、適切な高調波を発生させるためには、上式を用いて、基本波とｎ次高調波の電力比が−６０ｄＢになるようにｂを決定し、ｂを２つのダイオードのサイズ比として用いればよい。
【００３４】
さらに、ａおよびｂの値は、アンテナ２０１の周波数特性をも考慮して決定することが望ましい。高調波ではアンテナ放射インピーダンスが基本波の約１０倍程度となり、アンテナ利得は約１．５倍程度となる。このことから考えて、−６０ｄＢの高調波信号は、回路的には−４０ｄＢ程度の差を持つように設計すればよい。
【００３５】
例えば、２次〜５次高調波を位置検出に用いる場合、好ましいａおよびｂの値は次のようになる。
・３次高調波
ａ≧０．０２５（しきい値電圧はアンテナに発生する電圧振幅の２．５％以上）
・５次高調波
ａ≧０．００４（しきい値電圧はアンテナに発生する電圧振幅の４％以上）
・２次高調波
ｂ≦０．９８（２つのダイオードのサイズを２％以上異ならせる）
・４次高調波
ｂ≦０．８９５（２つのダイオードのサイズを１０．５％以上異ならせる）
図６は、このようなＲＦＩＤタグが発生する高周波信号を用いた位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、多数のダンボール箱等の物品６０１に付加されたＲＦＩＤタグ６０２と、リーダライタ６０３、高調波受信アンテナ６０４、回転制御機構６０５−１、６０５−２、位置制御器６０６、高調波受信器６０７、およびモニタ６０８を備える。
【００３６】
リーダライタ６０３は、無変調の連続波を質問信号としてＲＦＩＤタグ６０２に送信するとともに、トリガ信号を高調波受信アンテナ６０４に送信する。ＲＦＩＤタグ６０２は、受信波と同じ周波数の基本波により応答信号を出力するとともに、その高調波信号も出力する。リーダライタ６０３は、基本波の応答信号を受信し、高調波受信アンテナ６０４は、トリガ信号により起動されて高調波信号を受信する。
【００３７】
高調波受信アンテナ６０４は、図７に示すように、所定の間隔で平面上に配置された複数のアンテナ素子を備え、２つの回転軸を有する。アンテナ素子としては、例えば、パッチアンテナが用いられ、その配置間隔は、例えば、受信する高調波の波長程度である。回転制御機構６０５−１および６０５−２は、位置制御器６０６からの位置情報を示す制御信号に従って、高調波受信アンテナ６０４をそれぞれの回転軸を中心として回転させる。これにより、広範囲に渡って機械的に、高調波受信アンテナ６０４のビームを振ることができる。
【００３８】
位置制御器６０６は、現在の高調波受信アンテナ６０４のビームの向きを示す信号をモニタ６０８に出力する。高調波受信器６０７は、高調波受信アンテナ６０４からの信号を受け取り、所定の高調波を受信したか否かを示す信号をモニタ６０８に出力する。そして、モニタ６０８は、位置制御器６０６からの信号が示す方向を、ＲＦＩＤタグ６０２が存在する方向とみなして表示平面の位置座標に変換し、それぞれの位置から高調波を受信したか否かを示す情報を、画面上に表示する。
【００３９】
この情報は、図６に示されるように画像で表示するのが望ましいが、テキスト等で表示してもよい。オペレータは、モニタ６０８に表示された情報から、それぞれのＲＦＩＤタグ６０２の位置を認識することができる。この場合、ＲＦＩＤタグ６０２が付加されていない物品６０１や、故障したＲＦＩＤタグ６０２が付加された物品６０１の位置には、高調波受信を示す情報が表示されないので、ＲＦＩＤタグ６０２の貼り忘れや故障を検出することもできる。
【００４０】
機械的にビームを振る方法以外に、複数のアンテナ素子の位相を電気的に変化させる方法により、ＲＦＩＤタグの位置を検出することも可能である。図８は、このような位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、図６の高調波受信アンテナ６０４および回転制御機構６０５−１、６０５−２を、高調波受信アンテナ８０１および位置情報変換器８０２に置き換えた構成を有する。ＲＦＩＤタグ６０２、リーダライタ６０３、位置制御器６０６、高調波受信器６０７、およびモニタ６０８の動作は、図６の場合と同様である。
【００４１】
高調波受信アンテナ８０１は、図９に示すようなフェーズドアレイビームアンテナであり、所定の間隔で平面上に配置された多数のアンテナ素子９０１と、それぞれのアンテナ素子９０１に接続された同数の可変位相器９０２を備える。この高調波受信アンテナ８０１は、リーダライタ６０３からのトリガ信号により起動されて、高調波信号を受信する。
【００４２】
アンテナ素子９０１としては、例えば、パッチアンテナが用いられ、その配置間隔は、例えば、受信する高調波の波長程度である。可変位相器９０２の位相差は、位置情報変換器８０２からの制御信号に従って変化する。各可変位相器９０２は、各アンテナ素子９０１が出力する信号の位相を、その制御信号に応じた位相差だけ変化させて、高調波受信器６０７に出力する。
【００４３】
位置情報変換器８０２は、位置制御器６０６からの位置情報を示す制御信号を、それぞれの可変位相器９０２の位相差を示す制御信号に変換して、高調波受信アンテナ８０１に出力する。
【００４４】
高調波受信器６０７は、可変位相器９０２から出力される信号を用いて、特定の方向から受信した信号のみを検知することができる。例えば、すべての可変位相器９０２の位相差を０に設定すると、真正面からの高調波のみが検知され、それ以外の方向からの高調波は検知されない。また、それぞれの位相差を異ならせることで、検知される高調波の方向を任意に変化させることができる。
【００４５】
位置制御器６０６は、現在の高調波受信アンテナ８０１のビームの向きを示す信号をモニタ６０８に出力し、高調波受信器６０７は、所定の高調波を受信したか否かを示す信号をモニタ６０８に出力する。こうして、モニタ６０８の画面上には、図６の場合と同様に、それぞれの位置から高調波を受信したか否かを示す情報が表示される。
【００４６】
図８のＲＦＩＤシステムは、高調波受信アンテナ８０１の構成が図６の場合より複雑になるが、機械的な動作が不要なため、処理が速く、故障が少ないという利点を備えている。
【００４７】
ところで、図２のＲＦＩＤタグでは、整流回路２０４を利用して高調波を発生させているが、その他の回路を利用することも可能である。図１０は、高調波発生回路としてＲＦＩＤタグの可変負荷回路を利用する例を示している。
【００４８】
このＲＦＩＤタグは、アンテナ１００１、スイッチ１００２、ダイオード１００３、抵抗１００４、整流回路１００５、およびデータ処理回路１００６を備える。このうち、アンテナ１００１、スイッチ１００２、抵抗１００４、およびデータ処理回路１００６の動作は、図２のダイポールアンテナ２０１、スイッチ２０２、抵抗２０３、およびデータ処理回路２０５の動作と同様である。整流回路１００５は、高調波を発生しない通常の整流回路に相当する。
【００４９】
このように、可変負荷回路に直列にダイオード１００３を挿入することで、スイッチ１００２がオンのとき、すなわち論理“１”の送信時に、ダイオード１００３の非線形特性により高調波を発生させることができる。この場合も、図６または図８に示したシステムにより、ＲＦＩＤタグの位置が検出される。
【００５０】
次に、図１１から図１３までを参照しながら、ＲＦＩＤタグに発光回路を設けた実施形態を説明する。
図１１は、発光回路としてＲＦＩＤタグの整流回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、図２の構成において整流回路２０４を整流回路１１０１に置き換えた構成を有し、整流回路１１０１は、整流回路２０４のダイオード２１１を、赤外線または可視光の発光ダイオード１１０２に置き換えた構成を有する。これにより、整流回路１１０１の動作時に発光ダイオード１１０２から光が発生する。
【００５１】
なお、整流回路２０４のダイオード２１１の代わりに、ダイオード２１２を発光ダイオードに置き換えても、同様の効果が得られる。
図１２は、発光回路としてＲＦＩＤタグの可変負荷回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、図１０の構成においてダイオード１００３を発光ダイオード１２０１に置き換えた構成を有する。これにより、論理“１”の送信時に発光ダイオード１２０１から光が発生する。
【００５２】
図１３は、このようなＲＦＩＤタグが発生する光を用いた位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、多数の物品６０１に付加されたＲＦＩＤタグ１３０１と、リーダライタ６０３、カメラ１３０２、およびモニタ１３０３を備える。このうち、リーダライタ６０３の動作は、図６の場合と同様である。
【００５３】
ＲＦＩＤタグ１３０１は、リーダライタ６０３に対する応答信号を出力するとともに、光を発生させる。カメラ１３０２は、光電変換を行うＣＣＤ等の撮像素子を備え、リーダライタ６０３からのトリガ信号により起動されて物品６０１を撮像し、画像情報をモニタ１３０３に出力する。モニタ１３０３は、受け取った画像情報を画面上に表示する。
【００５４】
オペレータは、モニタ１３０３に表示された輝点の位置から、反応しているＲＦＩＤタグ１３０１の位置を認識することができる。この場合、ＲＦＩＤタグ１３０１が付加されていない物品６０１や、故障したＲＦＩＤタグ１３０１が付加された物品６０１の位置には輝点が表示されないので、ＲＦＩＤタグ１３０１の貼り忘れや故障を検出することもできる。
【００５５】
（付記１）非接触でデータの読み書きが可能な無線タグの位置を検出する位置検出装置であって、
指向性を有し、前記無線タグから発生する高調波信号を受信するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段が指向する方向を制御する制御手段と、
前記アンテナ手段が指向するそれぞれの方向について、該方向に対応する位置情報と、該方向から前記高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする位置検出装置。
（付記２）前記制御手段からの制御信号に従って、前記アンテナ手段を回転軸を中心として回転させる回転制御手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子を含むことを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
（付記３）前記制御手段からの制御信号を位相制御信号に変換する変換手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子と、それぞれのアンテナ素子から出力される信号の位相を該位相制御信号に従って変化させる複数の可変位相器を含むことを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
（付記４）リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から高調波信号を発生する高調波発生手段と、
前記質問信号に対する応答信号と前記高調波信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
（付記５）前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする付記４記載の無線タグ。
（付記６）前記整流手段は、前記非線形素子として、所定値以上のしきい値電圧を有する２つのダイオードを含むことを特徴とする付記５記載の無線タグ。
（付記７）前記しきい値電圧は、受信した連続波の電圧振幅の２．５％以上であることを特徴とする付記６記載の無線タグ。
（付記８）前記整流手段は、前記非線形素子として、サイズの異なる２つのダイオードを含むことを特徴とする付記５記載の無線タグ。
（付記９）前記２つのダイオードのうち一方のサイズは、他方のサイズの８９．５％以下であることを特徴とする付記８記載の無線タグ。
（付記１０）前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする付記４記載の無線タグ。
（付記１１）リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から光を発生する発光手段と、
前記質問信号に対する応答信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
（付記１２）前記発光手段は、発光素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする付記１１記載の無線タグ。
（付記１３）前記発光手段は、発光素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする付記１１記載の無線タグ。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の位置検出装置の原理図である。
【図２】第１のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図３】高調波を示す図である。
【図４】第１のアンテナ波形を示す図である。
【図５】第２のアンテナ波形を示す図である。
【図６】第１の位置検出システムの構成図である。
【図７】第１の受信アンテナを示す図である。
【図８】第２の位置検出システムの構成図である。
【図９】第２の受信アンテナを示す図である。
【図１０】第２のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１１】第３のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１２】第４のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１３】第３の位置検出システムの構成図である。
【図１４】従来のＲＦＩＤシステムの構成図である。
【図１５】ＲＦＩＤタグの等価回路を示す図である。
【図１６】ＲＦＩＤタグのアンテナ再放射電力を示す図である。
【図１７】９３５ＭＨｚ帯域ビームアンテナを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、６０３ リーダライタ
１２、１００１ アンテナ
１３、２０２、１００２ スイッチ
１４、２０３、１００４ 抵抗
１５、２０４、１００５、１１０１ 整流回路
１６、２０５、１００６ データ処理回路
２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、９０１ アンテナ素子
１０１ アンテナ手段
１０２ 制御手段
１０３ 出力手段
１０４、６０２、１３０１ ＲＦＩＤタグ
２０１ ダイポールアンテナ
２１１、２１２、１００３ ダイオード
２１３、２１４ キャパシタ
４０１、４０２、５０１ 波形
４０３ しきい値電圧
６０１ 物品
６０４、８０１ 高調波受信アンテナ
６０５−１、６０５−２ 回転制御機構
６０６ 位置制御器
６０７ 高調波受信器
６０８ モニタ
８０２ 位相情報変換器
９０２ 可変位相器
１１０２、１２０１ 発光ダイオード
１３０２ カメラ
１３０３ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを用いてデータキャリアを認識するＲＦＩＤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは、データを記憶する記憶部と、無線通信を行うアンテナとを有し、非接触でデータの読み書きが可能な電子デバイスである。このようなデバイスを物品に取り付けておけば、非接触でその物品の管理を行うことができる。
【０００３】
従来のＲＦＩＤタグは、図１４に示すように、アンテナ１２、スイッチ１３、抵抗１４、整流回路１５、およびデータ処理回路１６を備え、例えば、９５３ＭＨｚのリーダライタ１１からの質問信号として、無変調の連続波を受信する。このとき、整流回路１５は、受信した連続波から電源電圧を生成し、データ処理回路１６に供給する。
【０００４】
スイッチ１３および抵抗１４は可変負荷回路を形成し、データ処理回路１６は、スイッチ１３をオン／オフすることでタグの負荷を変化させて、応答信号を生成する。そして、アンテナ１２は、受信した質問信号と同じ周波数で、応答信号をリーダライタ１１に返信する。
【０００５】
このＲＦＩＤタグの等価回路は、図１５に示すようになる。Ｖ、Ｒant 、およびＲL は、アンテナ開放電圧、アンテナ放射抵抗、およびタグの負荷をそれぞれ表す。このとき、ＲLとＲant の比率が変化するにつれて、アンテナ再放射電力Ｖ2 ／Ｒant は、図１６のように変化する。
【０００６】
質問信号の受信時および論理“０”のデータの送信時は、スイッチ１３はオフのままであり、通常、ＲL ／Ｒant ＝１に設定されている。これに対して、論理“１”のデータの送信時は、スイッチ１３がオンとなる。これにより、タグ回路に抵抗１４が並列に接続されるため、ＲLが減少し、ＲL ／Ｒant の値も減少する（例えば、ＲL ／Ｒant ＝０．５）。したがって、図１６の再放射特性によれば、アンテナ再放射電力が増大し、大きな電力で電磁波が送信される。
【０００７】
このように、ＲＦＩＤタグは、タグの負荷を変えることによりアンテナ１２からの再放射の大きさを変化させて、リーダライタ１１に応答信号を返信する。
このようなＲＦＩＤシステムにおいて、高調波を用いて近接するリーダライタ間の電波干渉を防止する方法（例えば、下記の特許文献１を参照）や、ＲＦＩＤタグの表面に設けた反射体を光学的に検出してタグの位置を特定する方法（例えば、下記の特許文献２を参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平０８−２２７４６８号公報
【特許文献２】特開平０４−０８９２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来のＲＦＩＤシステムには、次のような問題がある。
ＲＦＩＤタグが複数ある場合、リーダライタが応答信号を受信することにより、タグが存在することは認識できるが、その位置を特定するのは困難である。また、ＲＦＩＤタグが貼られていない物品や、付加されたタグが故障しているような物品の存在は、認識することができない。
【０００９】
ＲＦＩＤタグから返信される特定の周波数の応答信号により位置を特定するためには、その周波数での非常に細いビーム（指向性）を有するアンテナを製作しなければならない。例えば、９５３ＭＨｚのＲＦＩＤシステムでは、波長が約３１ｃｍであるため、その整数倍の距離間隔以上で複数のアンテナ素子を配置したアレイアンテナが必要となる。
【００１０】
図１７は、このような狭ビームアンテナの例を示している。この狭ビームアンテナは、所定の間隔で配置された４つのアンテナ素子２１−１〜２１−４からなり、面積が７００ｍｍ四方となるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１１】
特許文献２に記載された位置特定方法では、ＲＦＩＤ回路とは連動しない反射板を用いているため、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや故障の検出には利用することができない。また、リーダライタ側に発光素子を設ける必要がある。
【００１２】
本発明の第１の課題は、ＲＦＩＤシステムにおいて、比較的小型の装置でＲＦＩＤタグの位置を検出することである。
本発明の第２の課題は、ＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや物品に付加されたＲＦＩＤタグの故障を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
図１は、本発明の位置検出装置の原理図である。この位置検出装置は、アンテナ手段１０１、制御手段１０２、および出力手段１０３を備え、非接触でデータの読み書きが可能なＲＦＩＤタグ１０４の位置を検出する。
【００１４】
アンテナ手段１０１は、指向性を有し、ＲＦＩＤタグ１０４から発生する高調波信号を受信する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１が指向する方向を制御する。出力手段１０３は、アンテナ手段１０１が指向するそれぞれの方向について、その方向に対応する位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する。
【００１５】
ＲＦＩＤタグ１０４は、リーダライタから受信した連続波の周波数の整数倍の周波数を持つ高調波信号を発生する。アンテナ手段１０１は、制御手段１０２からの指示に従って指向性を変化させ、指向する方向から送信されてくる高調波信号を受信して、高調波信号を受信したか否かを示す情報を出力手段１０３に提供する。制御手段１０２は、アンテナ手段１０１に指示した方向を示す情報を出力手段１０３に提供する。
【００１６】
出力手段１０３は、アンテナ手段１０１および制御手段１０２から提供された情報に基づいて、それぞれの方向が指す位置情報と、その方向から高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを、併せて出力する。
【００１７】
これにより、アンテナ手段１０１が指向する複数の位置のそれぞれについて、高調波信号を発生するＲＦＩＤタグ１０４が存在するか否かの情報を得ることができる。
また、ＲＦＩＤタグ１０４が高調波信号の代わりに光を発生するようにすれば、その光を撮像して画像を表示することにより、ＲＦＩＤタグ１０４の位置を検出することができる。
【００１８】
例えば、後述する図６において、アンテナ手段１０１は、高調波受信アンテナ６０４および高調波受信器６０７に対応し、制御手段１０２および出力手段１０３は、位置制御器６０６およびモニタ６０８にそれぞれ対応する。
【００１９】
また、後述する図８において、アンテナ手段１０１は、高調波受信アンテナ８０１および高調波受信器６０７に対応し、制御手段１０２および出力手段１０３は、位置制御器６０６およびモニタ６０８にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００２０】
高調波信号は基本波の２倍以上の周波数を持つため、その波長は基本波の１／２以下となる。このため、受信アンテナの指向性を確保するために必要な、アンテナ素子間の間隔が小さくなり、小型の受信アンテナでＲＦＩＤタグの位置を検出することができる。また、高調波信号の代わりに光を発生するＲＦＩＤタグを用いれば、受信アンテナは不要になるため、装置はさらに小型化される。
【００２１】
いずれの場合も、リーダライタから連続波を受信したときにＲＦＩＤタグが反応するため、ＲＦＩＤタグの貼り忘れや故障の検出にも利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態のＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤタグに、受信した高周波信号の高調波を発生する回路、または光を発生する回路を付加し、タグから発生する高調波や光を利用してその位置を検出する。
【００２３】
高調波を発生する素子としては、ダイオード、トランジスタ等の非線形素子が用いられ、光を発生する素子としては、発光ダイオード等の発光素子が用いられる。以下の実施形態では、非線形素子としてダイオードを用い、発光素子として発光ダイオードを用いている。
【００２４】
例えば、高調波を用いた場合は、リーダライタとタグが質問信号／応答信号をやりとりする波長より短い波長を受信すればよい。このため、細いビームに必要なアンテナ素子間の間隔が小さくなり、比較的小型の受信アンテナでタグの位置を特定できるようになる。上述した特許文献１では、通信の干渉を抑えるために高調波を用いており、本発明とは高調波の使用目的が異なる。
【００２５】
また、光を用いた場合は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子を用いてタグの位置を特定することができる。
図２は、高調波発生回路としてＲＦＩＤタグの整流回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、ダイポールアンテナ２０１、スイッチ２０２、抵抗２０３、整流回路２０４、およびデータ処理回路２０５を備え、整流回路２０４は、ダイオード２１１、２１２、およびキャパシタ２１３、２１４を含む。データ処理回路２０５には記憶回路やロジック回路が含まれ、その負荷抵抗は等価的にＲと表記される。
【００２６】
スイッチ２０２および抵抗２０３は可変負荷回路を形成し、データ処理回路２０５は、変調信号によりスイッチ２０２をオン／オフすることでタグの負荷を変化させて、応答信号を生成する。そして、ダイポールアンテナ２０１は、リーダライタから受信した質問信号と同じ周波数で、応答信号をリーダライタに返信する。
【００２７】
通常の整流回路では、ダイオード２１１とダイオード２１２の特性およびサイズを等しくして高調波の発生を抑えている。これに対して、本実施形態では、この特性を変更するか、あるいは２つのダイオードのサイズを異ならせることで、他の無線システムに影響を与えないレベルの高調波を発生させる。
【００２８】
図３は、図２の整流回路２０４で発生する高調波の例を示している。この例では、９５３ＭＨｚの基本波に対して、その２倍の周波数の２次高調波と３倍の周波数の３次高調波が発生している。例えば、３次高調波を位置検出に利用すれば、図１７に示したような形状の受信アンテナを、その１／３の大きさに小型化することができる。
【００２９】
ここで、ダイオード２１１およびダイオード２１２の好ましい特性およびサイズについて説明する。高調波が他の無線システムに悪影響を与えないためには、一般的に、基本波の−６０ｄＢ程度の電力の信号が発生できればよい。
【００３０】
図４は、奇数次の高調波を発生させる場合のアンテナ波形の例を示している。横軸は位相を表し、縦軸はアンテナに発生する電圧を表す。通常、ダイオード２１１および２１２がオンとなるしきい値電圧４０３は、整流回路２０４の変換効率を高めるために、０Ｖ近くに設定される。したがって、受信波形４０１と相似の電圧波形がアンテナ２０１から再放射されるため、その場合は高調波はほとんど発生しない。
【００３１】
高調波を発生させるためにしきい値電圧４０３をａに設定すると、整流回路２０４により発生する高調波を含んだ成分は、電圧波形４０２のようになる。アンテナ２０１と回路が整合しているとき、アンテナ２０１から再放射される信号電圧は、次式で表される。
・基本波
（４／π）（ａ・ｓｉｎθ−（１／２）・ｓｉｎ２θ）
・ｎ次高調波成分（ｎは奇数）
（４／π）（（ａ／ｎ）・ｓｉｎ（ｎθ）−（１／（ｎ＋１））・ｓｉｎ（（ｎ＋１）θ）＋（１／（ｎ−１））・ｓｉｎ（（ｎ−１）θ））
ただし、元の波形の振幅を１とし、元の波形において信号値がａとなる位相をπ／２−θおよびπ／２＋θとし、信号値が−ａとなる位相を３π／２−θおよび３π／２＋θとする。この場合、θはａの関数として求められる。したがって、適切な高調波を発生させるためには、上式を用いて、基本波とｎ次高調波の電力比が−６０ｄＢになるようにａを決定すればよい。
【００３２】
図５は、偶数次の高調波を発生させる場合のアンテナ波形の例を示している。通常、ダイオード２１１とダイオード２１２のサイズは、高調波の発生を防ぐために、同じサイズに設定されている。これらのダイオードのサイズを異ならせると、アンテナ２０１から再放射される高周波信号の波形は、電圧波形５０１のようになり、正電圧側と負電圧側の振幅の大きさが等しくなくなる。
【００３３】
ここで、大きい方の半周期の振幅を１、小さい方の半周期の振幅をｂ（ｂ＜１）とすると、アンテナ２０１と回路が整合している場合、アンテナ２０１から再放射される信号電圧は、次式で表される。
・基本波
（１＋ｂ）／２
・ｎ次高調波成分（ｎは偶数）
２（１−ｂ）／（π（ｎ2 −１））
したがって、適切な高調波を発生させるためには、上式を用いて、基本波とｎ次高調波の電力比が−６０ｄＢになるようにｂを決定し、ｂを２つのダイオードのサイズ比として用いればよい。
【００３４】
さらに、ａおよびｂの値は、アンテナ２０１の周波数特性をも考慮して決定することが望ましい。高調波ではアンテナ放射インピーダンスが基本波の約１０倍程度となり、アンテナ利得は約１．５倍程度となる。このことから考えて、−６０ｄＢの高調波信号は、回路的には−４０ｄＢ程度の差を持つように設計すればよい。
【００３５】
例えば、２次〜５次高調波を位置検出に用いる場合、好ましいａおよびｂの値は次のようになる。
・３次高調波
ａ≧０．０２５（しきい値電圧はアンテナに発生する電圧振幅の２．５％以上）
・５次高調波
ａ≧０．００４（しきい値電圧はアンテナに発生する電圧振幅の４％以上）
・２次高調波
ｂ≦０．９８（２つのダイオードのサイズを２％以上異ならせる）
・４次高調波
ｂ≦０．８９５（２つのダイオードのサイズを１０．５％以上異ならせる）
図６は、このようなＲＦＩＤタグが発生する高周波信号を用いた位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、多数のダンボール箱等の物品６０１に付加されたＲＦＩＤタグ６０２と、リーダライタ６０３、高調波受信アンテナ６０４、回転制御機構６０５−１、６０５−２、位置制御器６０６、高調波受信器６０７、およびモニタ６０８を備える。
【００３６】
リーダライタ６０３は、無変調の連続波を質問信号としてＲＦＩＤタグ６０２に送信するとともに、トリガ信号を高調波受信アンテナ６０４に送信する。ＲＦＩＤタグ６０２は、受信波と同じ周波数の基本波により応答信号を出力するとともに、その高調波信号も出力する。リーダライタ６０３は、基本波の応答信号を受信し、高調波受信アンテナ６０４は、トリガ信号により起動されて高調波信号を受信する。
【００３７】
高調波受信アンテナ６０４は、図７に示すように、所定の間隔で平面上に配置された複数のアンテナ素子を備え、２つの回転軸を有する。アンテナ素子としては、例えば、パッチアンテナが用いられ、その配置間隔は、例えば、受信する高調波の波長程度である。回転制御機構６０５−１および６０５−２は、位置制御器６０６からの位置情報を示す制御信号に従って、高調波受信アンテナ６０４をそれぞれの回転軸を中心として回転させる。これにより、広範囲に渡って機械的に、高調波受信アンテナ６０４のビームを振ることができる。
【００３８】
位置制御器６０６は、現在の高調波受信アンテナ６０４のビームの向きを示す信号をモニタ６０８に出力する。高調波受信器６０７は、高調波受信アンテナ６０４からの信号を受け取り、所定の高調波を受信したか否かを示す信号をモニタ６０８に出力する。そして、モニタ６０８は、位置制御器６０６からの信号が示す方向を、ＲＦＩＤタグ６０２が存在する方向とみなして表示平面の位置座標に変換し、それぞれの位置から高調波を受信したか否かを示す情報を、画面上に表示する。
【００３９】
この情報は、図６に示されるように画像で表示するのが望ましいが、テキスト等で表示してもよい。オペレータは、モニタ６０８に表示された情報から、それぞれのＲＦＩＤタグ６０２の位置を認識することができる。この場合、ＲＦＩＤタグ６０２が付加されていない物品６０１や、故障したＲＦＩＤタグ６０２が付加された物品６０１の位置には、高調波受信を示す情報が表示されないので、ＲＦＩＤタグ６０２の貼り忘れや故障を検出することもできる。
【００４０】
機械的にビームを振る方法以外に、複数のアンテナ素子の位相を電気的に変化させる方法により、ＲＦＩＤタグの位置を検出することも可能である。図８は、このような位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、図６の高調波受信アンテナ６０４および回転制御機構６０５−１、６０５−２を、高調波受信アンテナ８０１および位置情報変換器８０２に置き換えた構成を有する。ＲＦＩＤタグ６０２、リーダライタ６０３、位置制御器６０６、高調波受信器６０７、およびモニタ６０８の動作は、図６の場合と同様である。
【００４１】
高調波受信アンテナ８０１は、図９に示すようなフェーズドアレイビームアンテナであり、所定の間隔で平面上に配置された多数のアンテナ素子９０１と、それぞれのアンテナ素子９０１に接続された同数の可変位相器９０２を備える。この高調波受信アンテナ８０１は、リーダライタ６０３からのトリガ信号により起動されて、高調波信号を受信する。
【００４２】
アンテナ素子９０１としては、例えば、パッチアンテナが用いられ、その配置間隔は、例えば、受信する高調波の波長程度である。可変位相器９０２の位相差は、位置情報変換器８０２からの制御信号に従って変化する。各可変位相器９０２は、各アンテナ素子９０１が出力する信号の位相を、その制御信号に応じた位相差だけ変化させて、高調波受信器６０７に出力する。
【００４３】
位置情報変換器８０２は、位置制御器６０６からの位置情報を示す制御信号を、それぞれの可変位相器９０２の位相差を示す制御信号に変換して、高調波受信アンテナ８０１に出力する。
【００４４】
高調波受信器６０７は、可変位相器９０２から出力される信号を用いて、特定の方向から受信した信号のみを検知することができる。例えば、すべての可変位相器９０２の位相差を０に設定すると、真正面からの高調波のみが検知され、それ以外の方向からの高調波は検知されない。また、それぞれの位相差を異ならせることで、検知される高調波の方向を任意に変化させることができる。
【００４５】
位置制御器６０６は、現在の高調波受信アンテナ８０１のビームの向きを示す信号をモニタ６０８に出力し、高調波受信器６０７は、所定の高調波を受信したか否かを示す信号をモニタ６０８に出力する。こうして、モニタ６０８の画面上には、図６の場合と同様に、それぞれの位置から高調波を受信したか否かを示す情報が表示される。
【００４６】
図８のＲＦＩＤシステムは、高調波受信アンテナ８０１の構成が図６の場合より複雑になるが、機械的な動作が不要なため、処理が速く、故障が少ないという利点を備えている。
【００４７】
ところで、図２のＲＦＩＤタグでは、整流回路２０４を利用して高調波を発生させているが、その他の回路を利用することも可能である。図１０は、高調波発生回路としてＲＦＩＤタグの可変負荷回路を利用する例を示している。
【００４８】
このＲＦＩＤタグは、アンテナ１００１、スイッチ１００２、ダイオード１００３、抵抗１００４、整流回路１００５、およびデータ処理回路１００６を備える。このうち、アンテナ１００１、スイッチ１００２、抵抗１００４、およびデータ処理回路１００６の動作は、図２のダイポールアンテナ２０１、スイッチ２０２、抵抗２０３、およびデータ処理回路２０５の動作と同様である。整流回路１００５は、高調波を発生しない通常の整流回路に相当する。
【００４９】
このように、可変負荷回路に直列にダイオード１００３を挿入することで、スイッチ１００２がオンのとき、すなわち論理“１”の送信時に、ダイオード１００３の非線形特性により高調波を発生させることができる。この場合も、図６または図８に示したシステムにより、ＲＦＩＤタグの位置が検出される。
【００５０】
次に、図１１から図１３までを参照しながら、ＲＦＩＤタグに発光回路を設けた実施形態を説明する。
図１１は、発光回路としてＲＦＩＤタグの整流回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、図２の構成において整流回路２０４を整流回路１１０１に置き換えた構成を有し、整流回路１１０１は、整流回路２０４のダイオード２１１を、赤外線または可視光の発光ダイオード１１０２に置き換えた構成を有する。これにより、整流回路１１０１の動作時に発光ダイオード１１０２から光が発生する。
【００５１】
なお、整流回路２０４のダイオード２１１の代わりに、ダイオード２１２を発光ダイオードに置き換えても、同様の効果が得られる。
図１２は、発光回路としてＲＦＩＤタグの可変負荷回路を利用する例を示している。このＲＦＩＤタグは、図１０の構成においてダイオード１００３を発光ダイオード１２０１に置き換えた構成を有する。これにより、論理“１”の送信時に発光ダイオード１２０１から光が発生する。
【００５２】
図１３は、このようなＲＦＩＤタグが発生する光を用いた位置検出システムの構成例を示している。このシステムは、多数の物品６０１に付加されたＲＦＩＤタグ１３０１と、リーダライタ６０３、カメラ１３０２、およびモニタ１３０３を備える。このうち、リーダライタ６０３の動作は、図６の場合と同様である。
【００５３】
ＲＦＩＤタグ１３０１は、リーダライタ６０３に対する応答信号を出力するとともに、光を発生させる。カメラ１３０２は、光電変換を行うＣＣＤ等の撮像素子を備え、リーダライタ６０３からのトリガ信号により起動されて物品６０１を撮像し、画像情報をモニタ１３０３に出力する。モニタ１３０３は、受け取った画像情報を画面上に表示する。
【００５４】
オペレータは、モニタ１３０３に表示された輝点の位置から、反応しているＲＦＩＤタグ１３０１の位置を認識することができる。この場合、ＲＦＩＤタグ１３０１が付加されていない物品６０１や、故障したＲＦＩＤタグ１３０１が付加された物品６０１の位置には輝点が表示されないので、ＲＦＩＤタグ１３０１の貼り忘れや故障を検出することもできる。
【００５５】
（付記１）非接触でデータの読み書きが可能な無線タグの位置を検出する位置検出装置であって、
指向性を有し、前記無線タグから発生する高調波信号を受信するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段が指向する方向を制御する制御手段と、
前記アンテナ手段が指向するそれぞれの方向について、該方向に対応する位置情報と、該方向から前記高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする位置検出装置。
（付記２）前記制御手段からの制御信号に従って、前記アンテナ手段を回転軸を中心として回転させる回転制御手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子を含むことを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
（付記３）前記制御手段からの制御信号を位相制御信号に変換する変換手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子と、それぞれのアンテナ素子から出力される信号の位相を該位相制御信号に従って変化させる複数の可変位相器を含むことを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
（付記４）リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から高調波信号を発生する高調波発生手段と、
前記質問信号に対する応答信号と前記高調波信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
（付記５）前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする付記４記載の無線タグ。
（付記６）前記整流手段は、前記非線形素子として、所定値以上のしきい値電圧を有する２つのダイオードを含むことを特徴とする付記５記載の無線タグ。
（付記７）前記しきい値電圧は、受信した連続波の電圧振幅の２．５％以上であることを特徴とする付記６記載の無線タグ。
（付記８）前記整流手段は、前記非線形素子として、サイズの異なる２つのダイオードを含むことを特徴とする付記５記載の無線タグ。
（付記９）前記２つのダイオードのうち一方のサイズは、他方のサイズの８９．５％以下であることを特徴とする付記８記載の無線タグ。
（付記１０）前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする付記４記載の無線タグ。
（付記１１）リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から光を発生する発光手段と、
前記質問信号に対する応答信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
（付記１２）前記発光手段は、発光素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする付記１１記載の無線タグ。
（付記１３）前記発光手段は、発光素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする付記１１記載の無線タグ。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の位置検出装置の原理図である。
【図２】第１のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図３】高調波を示す図である。
【図４】第１のアンテナ波形を示す図である。
【図５】第２のアンテナ波形を示す図である。
【図６】第１の位置検出システムの構成図である。
【図７】第１の受信アンテナを示す図である。
【図８】第２の位置検出システムの構成図である。
【図９】第２の受信アンテナを示す図である。
【図１０】第２のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１１】第３のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１２】第４のＲＦＩＤタグの構成図である。
【図１３】第３の位置検出システムの構成図である。
【図１４】従来のＲＦＩＤシステムの構成図である。
【図１５】ＲＦＩＤタグの等価回路を示す図である。
【図１６】ＲＦＩＤタグのアンテナ再放射電力を示す図である。
【図１７】９３５ＭＨｚ帯域ビームアンテナを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、６０３ リーダライタ
１２、１００１ アンテナ
１３、２０２、１００２ スイッチ
１４、２０３、１００４ 抵抗
１５、２０４、１００５、１１０１ 整流回路
１６、２０５、１００６ データ処理回路
２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、９０１ アンテナ素子
１０１ アンテナ手段
１０２ 制御手段
１０３ 出力手段
１０４、６０２、１３０１ ＲＦＩＤタグ
２０１ ダイポールアンテナ
２１１、２１２、１００３ ダイオード
２１３、２１４ キャパシタ
４０１、４０２、５０１ 波形
４０３ しきい値電圧
６０１ 物品
６０４、８０１ 高調波受信アンテナ
６０５−１、６０５−２ 回転制御機構
６０６ 位置制御器
６０７ 高調波受信器
６０８ モニタ
８０２ 位相情報変換器
９０２ 可変位相器
１１０２、１２０１ 発光ダイオード
１３０２ カメラ
１３０３ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触でデータの読み書きが可能な無線タグの位置を検出する位置検出装置であって、
指向性を有し、前記無線タグから発生する高調波信号を受信するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段が指向する方向を制御する制御手段と、
前記アンテナ手段が指向するそれぞれの方向について、該方向に対応する位置情報と、該方向から前記高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記制御手段からの制御信号に従って、前記アンテナ手段を回転軸を中心として回転させる回転制御手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記制御手段からの制御信号を位相制御信号に変換する変換手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子と、それぞれのアンテナ素子から出力される信号の位相を該位相制御信号に従って変化させる複数の可変位相器を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】
リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から高調波信号を発生する高調波発生手段と、
前記質問信号に対する応答信号と前記高調波信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
【請求項５】
前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする請求項４記載の無線タグ。
【請求項６】
前記整流手段は、前記非線形素子として、所定値以上のしきい値電圧を有する２つのダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の無線タグ。
【請求項７】
前記整流手段は、前記非線形素子として、サイズの異なる２つのダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の無線タグ。
【請求項８】
前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする請求項４記載の無線タグ。
【請求項９】
リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から光を発生する発光手段と、
前記質問信号に対する応答信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
【請求項１】
非接触でデータの読み書きが可能な無線タグの位置を検出する位置検出装置であって、
指向性を有し、前記無線タグから発生する高調波信号を受信するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段が指向する方向を制御する制御手段と、
前記アンテナ手段が指向するそれぞれの方向について、該方向に対応する位置情報と、該方向から前記高調波信号を受信したか否かを示す受信情報とを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記制御手段からの制御信号に従って、前記アンテナ手段を回転軸を中心として回転させる回転制御手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記制御手段からの制御信号を位相制御信号に変換する変換手段をさらに備え、前記アンテナ手段は、所定の間隔で配置された複数のアンテナ素子と、それぞれのアンテナ素子から出力される信号の位相を該位相制御信号に従って変化させる複数の可変位相器を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】
リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から高調波信号を発生する高調波発生手段と、
前記質問信号に対する応答信号と前記高調波信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
【請求項５】
前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、受信した連続波から電源電圧を生成する整流手段を含むことを特徴とする請求項４記載の無線タグ。
【請求項６】
前記整流手段は、前記非線形素子として、所定値以上のしきい値電圧を有する２つのダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の無線タグ。
【請求項７】
前記整流手段は、前記非線形素子として、サイズの異なる２つのダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の無線タグ。
【請求項８】
前記高調波発生手段は、非線形素子を有し、前記応答信号を生成する可変負荷手段を含むことを特徴とする請求項４記載の無線タグ。
【請求項９】
リーダライタからの質問信号として、無変調の連続波を受信する受信手段と、
受信した連続波から光を発生する発光手段と、
前記質問信号に対する応答信号を送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線タグ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１３】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１３】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１５５５５４（Ｐ２００７−１５５５５４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５２５８４（Ｐ２００５−３５２５８４）
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月６日（２００５．１２．６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]