ＲＦＩＤ装置およびＲＦＩＤ装置システム
【課題】パワーセービング機能を持ち、他装置との干渉がより少ないＲＦＩＤ装置を提供する。
【解決手段】リーダ３は、複数のアンテナ５〜８とこのアンテナをアレー化し、更に各アンテナからの信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス１からの複数の出力信号を切り替えスイッチ制御によって選択できる。このＲＦＩＤ装置はアレーアンテナの高利得化によってパーセービング機能をもつ。また、リーダ３がキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることにより、他装置との干渉がより少ないシステムになる。
【解決手段】リーダ３は、複数のアンテナ５〜８とこのアンテナをアレー化し、更に各アンテナからの信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス１からの複数の出力信号を切り替えスイッチ制御によって選択できる。このＲＦＩＤ装置はアレーアンテナの高利得化によってパーセービング機能をもつ。また、リーダ３がキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることにより、他装置との干渉がより少ないシステムになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣタグからＩＤ番号等を読んだり、ＩＣタグにＩＤ番号等を書いたりするＲＦＩＤ装置およびＲＦＩＤ装置をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ装置の一例として、その構成図を図６に示す。図６でＲＦＩＤ装置は、送受信用アンテナ８１、同軸ケーブル８５、リーダ８２、コンピュータ８４、そして通信ケーブル８３から構成されている。
【０００３】
リーダ８２は内部に無線用高周波送受信回路、変復調回路、制御回路等を持ち、アンテナ８１を介して、ＩＣタグに電磁波を送信して、ＩＣタグからの電磁波を受信する。そのとき受信信号にはＩＣタグのＩＤ番号（ＩＣタグ識別番号）等の情報が含まれる。
【０００４】
コンピュータ８４はリーダ８２を制御していて、ＩＣタグにＩＤ番号等の読み書き開始命令を出したり、使用周波数チャネル、送信信号パワー、受信方式等のパラメータが設定できる。
【０００５】
リーダとＩＣタグの送受信範囲はアンテナから放射される電磁波のあるレベルにおける到達範囲によって決まり、詳細にはリーダの送信パワー、受信感度、アンテナの指向性によって決定される。
【０００６】
実際に室内等で用いる場合には、送受信範囲は床面、壁面等からの反射などの影響を受け、電波暗室で測定されるようなアンテナ指向性とは異なる形をしている。しかしながら、送受信範囲とアンテナ指向性には強い相関があり、例えば高利得アンテナほど送受信範囲は長い。
【０００７】
また使用周波数やリーダの送信パワー、アンテナ利得などは法律で規定されており、特に送信パワーとアンテナ利得はその和がある値以下でなければならず、例えば高い利得のアンテナを使う場合は、その分送信パワーを下げなければならない。
【０００８】
また、リーダは電波を送信する前に、他のＲＦＩＤ装置からの電波がどれくらいの電界強度で放射されているかを調べなければならない場合もあり、この電界強度がある値以上だと、電波を出すことができない場合がある。
【０００９】
そして、リーダが電波を出し続けられる時間もある一定の長さを超えることができず、他のＲＦＩＤ装置のリーダがそのときに電波を出すことが可能である。これをＬＢＴ（リッスン ビフォーア トーク）またはキャリアセンスといい、他のＲＦＩＤ装置との干渉を回避する技術である。
【００１０】
リーダを複数のアンテナと接続する場合には、アンテナスイッチでアンテナを自動的に切り替える方法がある。このときのアンテナスイッチの切り替えアルゴリズムには様々なものがあり、一定時間毎に切り替えるものや検出されるタグの割合でアンテナを選択する時間に重み付けを行うものなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題はＲＦＩＤ装置などにおいて、他のＲＦＩＤ装置などとの干渉が問題になることである。ＲＦＩＤ装置は単独で用いられることは少なく、複数で存在する場合が多い。その場合、隣接したＲＦＩＤ装置との間で干渉が発生し、読み取りができなくなったり、読み取り速度が落ちる場合がある。特に大規模ＲＦＩＤ装置ではより一層問題は深刻である。
【００１２】
これは特に複数のＲＦＩＤ装置が同じ周波数チャネルを使った場合顕著であるが、近い周波数チャネルでも影響がでる。使用できる周波数チャネルが比較的少ない場合には、隣接したＲＦＩＤ装置で異なる周波数チャネルを割り当てても、結局は同じ周波数チャネルを繰り返し使うことは避けられないので、干渉は大変問題である。
【００１３】
前述のキャリアセンス技術も干渉回避技術の一つで、干渉を避けるために、電波が出ていないことを検出してから、電波を出すものである。しかしながら、同じ周波数チャネルの他のＲＦＩＤ装置が電磁波を出している場合、電波を出す時間が遅そくなり、その結果読み取り速度が遅くなる。複数のＲＦＩＤ装置をネットワークでつないだ大規模なＲＦＩＤ装置システムの場合、システムとして機能しなくなる場合もある。
【００１４】
また、リーダのパワーが１Ｗ程になると、その消費電力も多くなる。複数台のリーダが設置される場合は特にその傾向は顕著である。本発明を用いると、その消費電力を大幅に削減しても、例えば１／４ほどにしても、その性能は落ちることは、ほとんどない。
【００１５】
本発明は、この干渉低減と送信パワー低減を同時に実現する発明であり、その用途は多岐にわたる。また本発明はキャリアセンス技術をより有効に活用できる技術でもあり、本技術によってキャリアセンスの性能は格段に向上する。また、アンテナ切り替えスイッチを使うため、リーダの動作アルゴリズムによっては、読み取り速度の向上、干渉のより一層の低減が可能である。
【００１６】
また、本発明によると、複数のＲＦＩＤ装置をネットワーク化し、上位のコンピュータによって一元管理できるので、複数のＲＦＩＤ装置のビームを選択するときに、システム全体の干渉が小さくなるようなアルゴリズムで管理できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置であって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を同軸ケーブルで接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各同軸ケーブルで接続し、この各同軸ケーブルの高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと同軸ケーブルで接続されるリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダが内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１または請求項２記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１、請求項２または請求項３に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグの読み取り状態を監視して、読み取り可能な新しいＩＣタグがないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置の複数個をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムであって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を同軸ケーブルで接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各同軸ケーブルで接続し、この各同軸ケーブルの高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと同軸ケーブルで接続されたリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置の複数個をネットワークでシステムコンピュータに接続し、各ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチを各ＲＦＩＤ装置間干渉が低減するように上記システムコンピュータで一元管理することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダの一部または全部が内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項８に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６または請求項７記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項９に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６、請求項７または請求項８記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置のコンピュータをなくし、その機能を上記システムコンピュータに持たせることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１０に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチの選択アルゴリズムで、任意のＲＦＩＤ装置の任意の切り替えスイッチの選択を基準にして、他のＲＦＩＤ装置の選択する切り替えスイッチを決めることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、高利得アンテナを使うため、ＲＦＩＤ読取装置のパワーセービング効果があり、また同時に、通常のアンテナよりも細いビームを方向を切り替えて使うため、干渉低減効果もある。
【００２８】
また、ＬＢＴを使用して送信できない場合にも、異なる方向のビームに切り替えて、すぐにまたＬＢＴができるので、時間的損失がより少なく、読み取り速度の向上が望める。これはＬＢＴの弱点を補うと共に、より一層の高度化を実現する。
【００２９】
また、本発明によると、複数のＲＦＩＤ装置をネットワーク化し、上位のコンピュータによって一元管理できるので、複数のＲＦＩＤ装置のビームを選択するときに、システム全体の干渉が小さくなるようなアルゴリズムで管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に本発明の第１の実施例を示す。この図において１はバトラーマトリックス回路である。この回路については後程説明する。３はリーダであり、ＩＣタグへＩＤ番号等の読み書きを行う。このリーダについても後ほど詳しく説明する。２は切り替えスイッチであり、バトラーマトリックス回路からの４本の高周波信号のうち１つを選択して、リーダに入力させる働きをする。９，１０，１１，１２，１３，２０，２１，２２，２３は同軸ケーブルであり、高周波信号を伝送する。１４は制御ラインであり、切り替えスイッチがどの同軸ケーブルからの高周波信号を選択するかの制御を行う。５，６，７，８はそれぞれアンテナであり、本実施例ではこの４つのアンテナで４素子リニアアレーアンテナを構成する。１５は通信ケーブルで、リーダ３とコンピュータ４を接続する。コンピュータはリーダの制御を行う。
【００３１】
ここでまずバトラーマトリックス回路について説明する。図２にバトラーマトリックス回路の内部について示す。図２で３１，３２，３３，３４はそれぞれハイブリッド回路である。３５，３６は移相器で４５度位相を遅らせる。３７から５０まではそれぞれ伝送線路で高周波信号が伝送する。通常は回路の性質上、特性インピーダンス５０オームの伝送線路で、同軸ケーブルやマイクロストリップラインで構成される。
【００３２】
ここでハイブリッド回路について説明する。図３にハイブリッド回路を示す。ハイブリッド回路３１は通常マイクロストリップラインなどで構成される。ここでハイブリッド回路は、伝送線路３７，３９，４５，４８から高周波信号が入出力される。ここでは伝送線路４５からの高周波入力信号の動作について説明する。その他の伝送信号３７，３９，４８からの高周波入力信号もハイブリッド回路が左右、上下対称なので、全く同様に考えられる。
【００３３】
伝送線路４５からの高周波入力信号は伝送線路３７，３９へ２分割されて出力する。ただし、伝送線路３９へ出力する高周波信号は伝送線路３７へ出力する高周波信号より位相が９０度遅れている。また伝送線路４５からの高周波入力信号は伝送線路４８へは出力されない。
【００３４】
そこで図２でバトラーマトリックス回路への伝送線路４１からの高周波入力信号は、ひとつの移相器と三つのハイブリッド回路を通るので、それぞれある位相差を持って伝送線路３７，３８，３９，４０に出力される。ここでこの位相差とは伝送線路４１から伝送線路３７，３８，３９，４０に至る４つの伝送線路において、ハイブリッド回路の速い方の信号の位相を０度、遅い方の信号の位相を−９０度とし、４経路の伝送線路の長さをすべて同じとして０度と考え、更に−４５度移相器の位相を−４５度としたときのすべての位相を足したものである。
【００３５】
伝送線路４１から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０のこの位相差はそれぞれ（−４５度、−９０度、−１３５度，−１８０度）である。また、伝送線路４２から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−１３５度、０度、−２２５度、−９０度）である。伝送線路４３から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−９０度、−２２５度、０度、−１３５度）である。伝送線路４４から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−１８０度、−１３５度、−９０度，−４５度）である。
【００３６】
このように、バトラーマトリックス回路は伝送線路４１，４２，４３，４４からの高周波入力信号が上記の位相差をもって、伝送線路３７，３８，３９，４０に出力される性質をもつ。
【００３７】
次にアレーアンテナのビームの向く方向について説明する。バトラーマトリックス回路に図１の９の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−４５度、−９０度、−１３５度、−１８０度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が−４５度となるため、アレーアンテナのビームは１８の方向を向くことになる。
【００３８】
バトラーマトリックス回路に図１の１０の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−１３５度、０度、−２２５度、−９０度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が１３５度となるため、アレーアンテナのビームは１６方向を向くことになる。
【００３９】
バトラーマトリックス回路に図１の１１の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−９０度、−２２５度、０度、−１３５度）となるため、４素子アレーアンテナ隣り合った各アンテナ間の位相差が−１３５度となるため、アレーアンテナのビームは１９の方向を向くことになる。
【００４０】
バトラーマトリックス回路に図１の１２の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−１８０度、−１３５度、−９０度、−４５度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が４５度となるため、アレーアンテナのビームは１７の方向を向くことになる。
【００４１】
このようにバトラーマトリックス回路の入力する伝送線路を選択することにより、４素子アレーアンテナのビームの方向を変更することができる。
【００４２】
この例ではアンテナからの送信について説明した。しかしながらバトラーマトリックス回路は入出力を入れ替えても、その動作原理は全く同様であり、またアレーアンテナも送受信に関して、アンテナの原理より同等とみなせるので、このビーム選択の原理はアレーアンテナへの受信に関しても同様である。
【００４３】
図１で切り替えスイッチ２では、伝送線路９，１０，１１，１２と伝送線路１３の間の切り替えを行っており、リーダは、この切り替えスイッチを制御することにより、バトラーマトリックス回路の任意の入力を選択できる。
【００４４】
そして次に、リーダについて説明する。本発明のリーダの動作をフローチャートに基づいて説明する。図４に本発明におけるリーダの動作の一実施例を示す。
【００４５】
５１でリーダに読み取りの指示が出されると、パラメータｎ＝１に設定される。次に５２では図１の切り替えスイッチ２を制御線１４で制御して、スイッチｎを選択する。ここではスイッチ１に設定する。このフローチャートにおけるスイッチ１，２，３，４はそれぞれ図１において伝送線路９，１０，１１，１２を選択するスイッチとする。すなわち、このスイッチを選択することにより、リーダ入力は伝送線路９，１０，１１，１２の中の任意の伝送線路を選択できる。上記で説明したように、伝送線路９，１０，１１，１２を選択することにより、指向性パターン１６，１７，１８，１９の中の任意の指向性を選択することができる。そのためスイッチ２を切り替えることにより、リーダはある任意の指向性を選択可能になる。
【００４６】
５３では、まず周波数ｆを設定し、その受信電界強度をある特定時間ｔ受信する。周波数ｆは、ＲＦＩＤの場合、法律等で決められている。周波数は複数の中から選択する。特定時間ｔ受信するのは、ある一定期間受信電界強度を測定することによって、そのチャネルを使っている他の装置がないであろうことを確認するためである。
【００４７】
５４ではその受診電界強度がある閾値ｈ以上であるか判定する。もしある閾値ｈ以上の場合は（５４Ｙ）、そのチャネルを使っている他の装置があるので、その周波数でのタグ読み取りを断念して、６２へ進む。６２ではスイッチ番号を１増やして、５２へ戻る。スイッチは４つなので、スイッチ番号は１，２，３，４しかなく、４の次は１へ戻る。
【００４８】
この５３，５４の動作はＬＢＴ（リッスン ビフォーア トーク）あるいはキャリアセンスと呼ばれる技術である。本発明ではこのＬＢＴを指向性可変アンテナと組み合わせて、例えある指向性でタグの読み取りができなくても、他の指向性でタグの読みとりを試みるものである。
【００４９】
これは指向性が変われば、タグが読み取れる可能性があり、更に干渉する対象の装置にも指向性可変アンテナが使われている場合は、その可能性は増える。本発明の指向性アンテナはビームが通常のアンテナより狭く、相手の干渉源となる確率が少ないためである。
【００５０】
本発明のアンテナは通常の複数素子のアレーアンテナとほぼ同じビーム幅をもち、これは１つのアンテナよりも高利得な分だけ狭い。またお互いにビームの角度が変わるため、例えば２つの装置が正対していても、お互いにビームが正対する確率は通常の可変しないアンテナより確実に低くなり、２つの装置で同時にタグが読み取り可能となる。通常のアンテナではビームが常に正対するので、同時には読み取りができず、ＬＢＴにより時間的に分割することになる。
【００５１】
ＬＢＴにより、他の装置がその周波数で読み取りを行っていないと判断した場合には（５４Ｎ）、読み取りを開始する。これは５５で電波を放射し、５６でＩＣタグからの電波を受信することによって行われる。新しいＩＣタグが検出された場合には（５７Ｙ）、一定時間が来るまで読み取りを続ける（５８Ｎ）。新しいタグが検出されない場合には（５７Ｎ）、６２へ戻り、前述の動作説明のように、異なった方向のビームでまたＬＢＴを行う。
【００５２】
これは、本発明では全ての読み取り領域をカバーするために、時分割して異なる指向性でタグ読み取りを行うため、タグの読み取り速度を上げるためである。これはタグの存在する密度の濃い指向性の読み取り時間をより多くすることによって可能である。
【００５３】
５８である角度の指向性での読み取りが一定時間経過した場合、読み取り終了指示がきているかどうか（５９）確認して、そうでない場合は（５９Ｎ）、６２に戻る。５９で読み取り終了指示がきている場合（５９Ｙ）、終了する。このとき読み取り終了指示は、図１のパーソナルコンピュータ１５から出される。
【００５４】
次に本発明を利用した場合のパワー低減の仕組みを説明する。アンテナ利得を高くすれば、その分リーダの送信出力を抑えることが可能である。例えばアンテナ利得６ｄＢｉ、送信出力１Ｗのとき、同じ距離だけ飛ばすのにアンテナ利得１２ｄＢｉ、送信出力０．２５ＷのＲＦＩＤ装置で実現できる。高利得アンテナの場合、それだけ送信出力を抑えることが可能である。
【００５５】
但し、ビームが細くなって読み取り範囲が狭くなるので、本発明ではバトラーマトリックス回路を用いて、ビームを４方向に可変することにより、この欠点をカバーしている。本発明を用いると、リーダの送信出力を抑えながら、従来と同じ範囲を読むことが可能である。
【００５６】
また本発明では干渉を抑える効果もある。バトラーマトリックス回路は、細いビームを４方向に切り替えながら操作するため、同時に空間に放射されるエネルギーは従来のものに比べ１／４である。これはリーダの送信パワーが１／４になっていることからも説明できる。このことから、本発明はリーダの送信パワーを低減できる省エネ型のＲＦＩＤ装置を構築できるとともに、干渉低減効果もある。
【００５７】
そして、本発明では指向性を切り替えて使うビーム操作をＬＢＴ（リッスン ビフォーアトーク）やタグの存在するビームに重み付けを行うアルゴリズムと組み合わせているため、従来技術の単なる組み合わせでなく、全く新しい考え方によるＲＦＩＤ装置の構築が可能である。
【００５８】
このことについてもう少し詳しく説明する。ビームを４方向に切り替えて使うと、一つのビームでＬＢＴを使うよりも、ビームを出さないで待つ時間が短縮される傾向がある。これは、干渉源が本発明のＲＦＩＤ装置である場合、すなわち干渉源が細いビームを持つＲＦＩＤ装置である場合、より一層効果がある。
【００５９】
また、欠点としてビームを切り替えて使用するため、全体の読み取り時間がひとつのビームを使う場合よりも長くかかる傾向があるが、これをカバーするためタグの存在するビームに重み付けを行っている。
【００６０】
ビーム切り替え操作によって作られるビームは、それらが全く違った方向に放射されるため、ＬＢＴの効果をより一層増大させることが可能である。これは本発明を用いたＲＦＩＤ装置のあるビームに対して干渉源となるＲＦＩＤ装置が存在する場合でも、本発明のＲＦＩＤ装置の他のビームでは干渉源とはならない場合があることから、明らかである。
【００６１】
本発明の実施例ではバトラーマトリックス回路は４入力、４出力としたが、本発明はこれに限らず、２入力、２出力、あるいは８入力、８出力でも効果が得られる。
【００６２】
２入力、２出力の場合にバトラーマトリックス回路は１個のハイブリッド回路で構成され、非常に単純な構成で実現できる。この場合２方向の切り替えになり、効果は幾分少なくなるが、切り替えスイッチが２入力になり、応用面からは有用である。
【００６３】
８入力、８出力のバトラーマトリックス回路の場合は本発明の効果は増大する。それはこのバトラーマトリックス回路が４入力、４出力のものと比べて更に高利得化されるため、リーダのパワーセービング効果が更に大きいからである。但し８個の切り替え方向になるため、１個のビームが８時分割されて運用される。またこれと共にアンテナの面積が大きくなるのは、欠点である。
【００６４】
本発明の実施例では電子式スイッチをリーダの外部に設けたが、切り替えスイッチはリーダ内部に内蔵して、内部で制御を行っても、全く同様の効果が得られる。この場合、リーダへの高周波信号の入力ポートは４本になるが、構成がすっきりする利点があり、有用である。
【００６５】
また、本発明の実施例ではＩＣタグの読み取りについて説明したが、書き込み機能があっても、何ら問題はない。書き込み機能の場合には、切り替えスイッチを順番に切り替えて書き込めばよい。
【００６６】
次に本発明の第２の実施例について図５に示す。７１は例えばＬＡＮケーブルなどの通信ケーブルである。これはコンピュータ７６と各ＲＦＩＤ装置１〜４をネットワーク化している。７２〜７５がそれぞれＲＦＩＤ装置１〜４である。
【００６７】
各ＲＦＩＤ装置は前述した本発明の装置で４つのアンテナと４入力、４出力バトラーマトリックス回路とリーダとパソコンで構成される。尚本実施例では、各ＲＦＩＤ装置１〜４にコンピュータが含まれる必要は必ずしもない。それは、コンピュータ７６がネットワークを通じて、各ＲＦＩＤ装置１〜４を制御できるからである。本実施例では各ＲＦＩＤ装置１〜４はパソコンを含まない場合について説明する。
【００６８】
各ＲＦＩＤ装置１〜４は上記で説明したように４つの異なる方向へのアンテナ指向性ビームを持つ。ここでは、アンテナアレイからのアンテナ指向性ビームを単にビームと表現する。図ではこのビームを７７〜８０の各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す。これは各ＲＦＩＤ装置内の制御によって任意に選択できる。したがってコンピュータ７６は、各ＲＦＩＤ装置の放射する任意のビームを設定できる。ここで各ＲＦＩＤ装置のアンテナ切り替えタイミングを同一として、それぞれ４回切り替えて、また始めに戻ることとする。
【００６９】
以上の条件で考えると、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ，７８Ｃ）（７７Ｂ、７８Ｄ）（７７Ｃ、７８Ａ）（７７Ｄ、７８Ｂ）。これらは隣同士のＲＦＩＤ装置のビームがなるべく正対しないように選んだ。
【００７０】
ここでＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームが（７７Ｂ、７８Ｄ）を例にとって説明する。ＲＦＩＤ装置１からの電波はビーム７７ＢによってＲＦＩＤ装置２の方に向かって放射される。このときＲＦＩＤ装置２のビームが７８Ｂだったら、ＲＦＩＤ装置２のアンテナの感度がＲＦＩＤ装置１の方に向いているのでこの２つのＲＦＩＤ装置の干渉の度合いは大きい。しかしながら、本実施例ではＲＦＩＤ装置２の感度は７８Ｄの方を向いているので、ＲＦＩＤ装置１からの干渉波の影響はより少ない。
【００７１】
このことから、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームの組み合わせが、上記のとき干渉が少ないことが説明できる。
【００７２】
またＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置３のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ、７９Ａ）（７７Ｂ、７９Ｂ）（７７Ｃ、７９Ｃ）（７７Ｄ、７９Ｄ）。これらは隣同士のＲＦＩＤ装置のビームがなるべく影響がないように選んだ。
【００７３】
これらの組み合わせから、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２とＲＦＩＤ装置３とＲＦＩＤ装置４のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ、７８Ｃ、７９Ａ、８０Ｃ）（７７Ｂ、７８Ｄ、７９Ｂ、８０Ｄ）（７７Ｃ、７８Ａ、７９Ｃ、８０Ａ）（７７Ｄ、７８Ｂ、７９Ｄ、８０Ｂ）。
【００７４】
今はＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２、そしてＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置３の干渉を考えての設計だったが、設計するときの考え方は他にもあり、それは様々である。
【００７５】
本発明を用いたＲＦＩＤ装置を複数個使うＲＦＩＤ装置システムの場合、その全体のビームを一元管理して切り替えることによって、ＲＦＩＤ装置間の干渉を大幅に減ずることが可能である。
【００７６】
また、本発明を用いたＲＦＩＤ装置を複数個使うＲＦＩＤ装置システムの場合、その全体のビームを一元管理して切り替えるときに、ある任意のシステムのある任意のビームを基準として考えるとシステムがスムーズに動作する。
【００７７】
本発明の第２の実施例では、ＲＦＩＤ装置１のビーム７７Ａを基準にして考えている。しかしながら、基準はこの他の任意のＲＦＩＤ装置の任意のビームについて設定できるので、より一層柔軟なＲＦＩＤ装置システムの構築が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図
【図２】バトラーマトリックスの回路図
【図３】ハイブリッド回路の構成図
【図４】リーダの動作原理を説明するためのフローチャート
【図５】本発明の第２の実施例を示す構成図
【図６】従来例の構成図
【符号の説明】
【００７９】
１ バトラーマトリックス回路
２ 切り替えスイッチ
３ リーダ
４ コンピュータ
５〜８ アンテナ
９〜１３ 同軸ケーブル
１４ 制御ライン
１５ 通信ケーブル
２１〜２４ ハイブリッド回路
２５，１６ 移相器
２７〜４０ 高周波伝送線路
５１〜６０、６２ フローチャートを説明するための処理を表す図
７１ 通信ケーブル
７２〜７５ ＲＦＩＤ装置
７６ コンピュータ
７７Ａ〜７７Ｄ ＲＦＩＤ装置１のアンテナ指向性
７８Ａ〜７８Ｄ ＲＦＩＤ装置２のアンテナ指向性
７９Ａ〜７９Ｄ ＲＦＩＤ装置３のアンテナ指向性
８０Ａ〜８０Ｄ ＲＦＩＤ装置４のアンテナ指向性
８１ アンテナ
８２ リーダ
８３ 通信ケーブル
８４ コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣタグからＩＤ番号等を読んだり、ＩＣタグにＩＤ番号等を書いたりするＲＦＩＤ装置およびＲＦＩＤ装置をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ装置の一例として、その構成図を図６に示す。図６でＲＦＩＤ装置は、送受信用アンテナ８１、同軸ケーブル８５、リーダ８２、コンピュータ８４、そして通信ケーブル８３から構成されている。
【０００３】
リーダ８２は内部に無線用高周波送受信回路、変復調回路、制御回路等を持ち、アンテナ８１を介して、ＩＣタグに電磁波を送信して、ＩＣタグからの電磁波を受信する。そのとき受信信号にはＩＣタグのＩＤ番号（ＩＣタグ識別番号）等の情報が含まれる。
【０００４】
コンピュータ８４はリーダ８２を制御していて、ＩＣタグにＩＤ番号等の読み書き開始命令を出したり、使用周波数チャネル、送信信号パワー、受信方式等のパラメータが設定できる。
【０００５】
リーダとＩＣタグの送受信範囲はアンテナから放射される電磁波のあるレベルにおける到達範囲によって決まり、詳細にはリーダの送信パワー、受信感度、アンテナの指向性によって決定される。
【０００６】
実際に室内等で用いる場合には、送受信範囲は床面、壁面等からの反射などの影響を受け、電波暗室で測定されるようなアンテナ指向性とは異なる形をしている。しかしながら、送受信範囲とアンテナ指向性には強い相関があり、例えば高利得アンテナほど送受信範囲は長い。
【０００７】
また使用周波数やリーダの送信パワー、アンテナ利得などは法律で規定されており、特に送信パワーとアンテナ利得はその和がある値以下でなければならず、例えば高い利得のアンテナを使う場合は、その分送信パワーを下げなければならない。
【０００８】
また、リーダは電波を送信する前に、他のＲＦＩＤ装置からの電波がどれくらいの電界強度で放射されているかを調べなければならない場合もあり、この電界強度がある値以上だと、電波を出すことができない場合がある。
【０００９】
そして、リーダが電波を出し続けられる時間もある一定の長さを超えることができず、他のＲＦＩＤ装置のリーダがそのときに電波を出すことが可能である。これをＬＢＴ（リッスン ビフォーア トーク）またはキャリアセンスといい、他のＲＦＩＤ装置との干渉を回避する技術である。
【００１０】
リーダを複数のアンテナと接続する場合には、アンテナスイッチでアンテナを自動的に切り替える方法がある。このときのアンテナスイッチの切り替えアルゴリズムには様々なものがあり、一定時間毎に切り替えるものや検出されるタグの割合でアンテナを選択する時間に重み付けを行うものなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題はＲＦＩＤ装置などにおいて、他のＲＦＩＤ装置などとの干渉が問題になることである。ＲＦＩＤ装置は単独で用いられることは少なく、複数で存在する場合が多い。その場合、隣接したＲＦＩＤ装置との間で干渉が発生し、読み取りができなくなったり、読み取り速度が落ちる場合がある。特に大規模ＲＦＩＤ装置ではより一層問題は深刻である。
【００１２】
これは特に複数のＲＦＩＤ装置が同じ周波数チャネルを使った場合顕著であるが、近い周波数チャネルでも影響がでる。使用できる周波数チャネルが比較的少ない場合には、隣接したＲＦＩＤ装置で異なる周波数チャネルを割り当てても、結局は同じ周波数チャネルを繰り返し使うことは避けられないので、干渉は大変問題である。
【００１３】
前述のキャリアセンス技術も干渉回避技術の一つで、干渉を避けるために、電波が出ていないことを検出してから、電波を出すものである。しかしながら、同じ周波数チャネルの他のＲＦＩＤ装置が電磁波を出している場合、電波を出す時間が遅そくなり、その結果読み取り速度が遅くなる。複数のＲＦＩＤ装置をネットワークでつないだ大規模なＲＦＩＤ装置システムの場合、システムとして機能しなくなる場合もある。
【００１４】
また、リーダのパワーが１Ｗ程になると、その消費電力も多くなる。複数台のリーダが設置される場合は特にその傾向は顕著である。本発明を用いると、その消費電力を大幅に削減しても、例えば１／４ほどにしても、その性能は落ちることは、ほとんどない。
【００１５】
本発明は、この干渉低減と送信パワー低減を同時に実現する発明であり、その用途は多岐にわたる。また本発明はキャリアセンス技術をより有効に活用できる技術でもあり、本技術によってキャリアセンスの性能は格段に向上する。また、アンテナ切り替えスイッチを使うため、リーダの動作アルゴリズムによっては、読み取り速度の向上、干渉のより一層の低減が可能である。
【００１６】
また、本発明によると、複数のＲＦＩＤ装置をネットワーク化し、上位のコンピュータによって一元管理できるので、複数のＲＦＩＤ装置のビームを選択するときに、システム全体の干渉が小さくなるようなアルゴリズムで管理できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置であって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を同軸ケーブルで接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各同軸ケーブルで接続し、この各同軸ケーブルの高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと同軸ケーブルで接続されるリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダが内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１または請求項２記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１、請求項２または請求項３に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置は、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグの読み取り状態を監視して、読み取り可能な新しいＩＣタグがないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置の複数個をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムであって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を同軸ケーブルで接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各同軸ケーブルで接続し、この各同軸ケーブルの高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと同軸ケーブルで接続されたリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置の複数個をネットワークでシステムコンピュータに接続し、各ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチを各ＲＦＩＤ装置間干渉が低減するように上記システムコンピュータで一元管理することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダの一部または全部が内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項８に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６または請求項７記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項９に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６、請求項７または請求項８記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置のコンピュータをなくし、その機能を上記システムコンピュータに持たせることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１０に記載された発明に係るＲＦＩＤ装置システムは、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチの選択アルゴリズムで、任意のＲＦＩＤ装置の任意の切り替えスイッチの選択を基準にして、他のＲＦＩＤ装置の選択する切り替えスイッチを決めることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、高利得アンテナを使うため、ＲＦＩＤ読取装置のパワーセービング効果があり、また同時に、通常のアンテナよりも細いビームを方向を切り替えて使うため、干渉低減効果もある。
【００２８】
また、ＬＢＴを使用して送信できない場合にも、異なる方向のビームに切り替えて、すぐにまたＬＢＴができるので、時間的損失がより少なく、読み取り速度の向上が望める。これはＬＢＴの弱点を補うと共に、より一層の高度化を実現する。
【００２９】
また、本発明によると、複数のＲＦＩＤ装置をネットワーク化し、上位のコンピュータによって一元管理できるので、複数のＲＦＩＤ装置のビームを選択するときに、システム全体の干渉が小さくなるようなアルゴリズムで管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に本発明の第１の実施例を示す。この図において１はバトラーマトリックス回路である。この回路については後程説明する。３はリーダであり、ＩＣタグへＩＤ番号等の読み書きを行う。このリーダについても後ほど詳しく説明する。２は切り替えスイッチであり、バトラーマトリックス回路からの４本の高周波信号のうち１つを選択して、リーダに入力させる働きをする。９，１０，１１，１２，１３，２０，２１，２２，２３は同軸ケーブルであり、高周波信号を伝送する。１４は制御ラインであり、切り替えスイッチがどの同軸ケーブルからの高周波信号を選択するかの制御を行う。５，６，７，８はそれぞれアンテナであり、本実施例ではこの４つのアンテナで４素子リニアアレーアンテナを構成する。１５は通信ケーブルで、リーダ３とコンピュータ４を接続する。コンピュータはリーダの制御を行う。
【００３１】
ここでまずバトラーマトリックス回路について説明する。図２にバトラーマトリックス回路の内部について示す。図２で３１，３２，３３，３４はそれぞれハイブリッド回路である。３５，３６は移相器で４５度位相を遅らせる。３７から５０まではそれぞれ伝送線路で高周波信号が伝送する。通常は回路の性質上、特性インピーダンス５０オームの伝送線路で、同軸ケーブルやマイクロストリップラインで構成される。
【００３２】
ここでハイブリッド回路について説明する。図３にハイブリッド回路を示す。ハイブリッド回路３１は通常マイクロストリップラインなどで構成される。ここでハイブリッド回路は、伝送線路３７，３９，４５，４８から高周波信号が入出力される。ここでは伝送線路４５からの高周波入力信号の動作について説明する。その他の伝送信号３７，３９，４８からの高周波入力信号もハイブリッド回路が左右、上下対称なので、全く同様に考えられる。
【００３３】
伝送線路４５からの高周波入力信号は伝送線路３７，３９へ２分割されて出力する。ただし、伝送線路３９へ出力する高周波信号は伝送線路３７へ出力する高周波信号より位相が９０度遅れている。また伝送線路４５からの高周波入力信号は伝送線路４８へは出力されない。
【００３４】
そこで図２でバトラーマトリックス回路への伝送線路４１からの高周波入力信号は、ひとつの移相器と三つのハイブリッド回路を通るので、それぞれある位相差を持って伝送線路３７，３８，３９，４０に出力される。ここでこの位相差とは伝送線路４１から伝送線路３７，３８，３９，４０に至る４つの伝送線路において、ハイブリッド回路の速い方の信号の位相を０度、遅い方の信号の位相を−９０度とし、４経路の伝送線路の長さをすべて同じとして０度と考え、更に−４５度移相器の位相を−４５度としたときのすべての位相を足したものである。
【００３５】
伝送線路４１から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０のこの位相差はそれぞれ（−４５度、−９０度、−１３５度，−１８０度）である。また、伝送線路４２から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−１３５度、０度、−２２５度、−９０度）である。伝送線路４３から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−９０度、−２２５度、０度、−１３５度）である。伝送線路４４から高周波信号が入力されたとすると、伝送線路３７，３８，３９，４０の位相差はそれぞれ（−１８０度、−１３５度、−９０度，−４５度）である。
【００３６】
このように、バトラーマトリックス回路は伝送線路４１，４２，４３，４４からの高周波入力信号が上記の位相差をもって、伝送線路３７，３８，３９，４０に出力される性質をもつ。
【００３７】
次にアレーアンテナのビームの向く方向について説明する。バトラーマトリックス回路に図１の９の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−４５度、−９０度、−１３５度、−１８０度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が−４５度となるため、アレーアンテナのビームは１８の方向を向くことになる。
【００３８】
バトラーマトリックス回路に図１の１０の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−１３５度、０度、−２２５度、−９０度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が１３５度となるため、アレーアンテナのビームは１６方向を向くことになる。
【００３９】
バトラーマトリックス回路に図１の１１の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−９０度、−２２５度、０度、−１３５度）となるため、４素子アレーアンテナ隣り合った各アンテナ間の位相差が−１３５度となるため、アレーアンテナのビームは１９の方向を向くことになる。
【００４０】
バトラーマトリックス回路に図１の１２の伝送線路から高周波信号を入力すると、バトラーマトリックス回路の出力は（−１８０度、−１３５度、−９０度、−４５度）となるため、４素子アレーアンテナは隣り合った各アンテナ間の位相差が４５度となるため、アレーアンテナのビームは１７の方向を向くことになる。
【００４１】
このようにバトラーマトリックス回路の入力する伝送線路を選択することにより、４素子アレーアンテナのビームの方向を変更することができる。
【００４２】
この例ではアンテナからの送信について説明した。しかしながらバトラーマトリックス回路は入出力を入れ替えても、その動作原理は全く同様であり、またアレーアンテナも送受信に関して、アンテナの原理より同等とみなせるので、このビーム選択の原理はアレーアンテナへの受信に関しても同様である。
【００４３】
図１で切り替えスイッチ２では、伝送線路９，１０，１１，１２と伝送線路１３の間の切り替えを行っており、リーダは、この切り替えスイッチを制御することにより、バトラーマトリックス回路の任意の入力を選択できる。
【００４４】
そして次に、リーダについて説明する。本発明のリーダの動作をフローチャートに基づいて説明する。図４に本発明におけるリーダの動作の一実施例を示す。
【００４５】
５１でリーダに読み取りの指示が出されると、パラメータｎ＝１に設定される。次に５２では図１の切り替えスイッチ２を制御線１４で制御して、スイッチｎを選択する。ここではスイッチ１に設定する。このフローチャートにおけるスイッチ１，２，３，４はそれぞれ図１において伝送線路９，１０，１１，１２を選択するスイッチとする。すなわち、このスイッチを選択することにより、リーダ入力は伝送線路９，１０，１１，１２の中の任意の伝送線路を選択できる。上記で説明したように、伝送線路９，１０，１１，１２を選択することにより、指向性パターン１６，１７，１８，１９の中の任意の指向性を選択することができる。そのためスイッチ２を切り替えることにより、リーダはある任意の指向性を選択可能になる。
【００４６】
５３では、まず周波数ｆを設定し、その受信電界強度をある特定時間ｔ受信する。周波数ｆは、ＲＦＩＤの場合、法律等で決められている。周波数は複数の中から選択する。特定時間ｔ受信するのは、ある一定期間受信電界強度を測定することによって、そのチャネルを使っている他の装置がないであろうことを確認するためである。
【００４７】
５４ではその受診電界強度がある閾値ｈ以上であるか判定する。もしある閾値ｈ以上の場合は（５４Ｙ）、そのチャネルを使っている他の装置があるので、その周波数でのタグ読み取りを断念して、６２へ進む。６２ではスイッチ番号を１増やして、５２へ戻る。スイッチは４つなので、スイッチ番号は１，２，３，４しかなく、４の次は１へ戻る。
【００４８】
この５３，５４の動作はＬＢＴ（リッスン ビフォーア トーク）あるいはキャリアセンスと呼ばれる技術である。本発明ではこのＬＢＴを指向性可変アンテナと組み合わせて、例えある指向性でタグの読み取りができなくても、他の指向性でタグの読みとりを試みるものである。
【００４９】
これは指向性が変われば、タグが読み取れる可能性があり、更に干渉する対象の装置にも指向性可変アンテナが使われている場合は、その可能性は増える。本発明の指向性アンテナはビームが通常のアンテナより狭く、相手の干渉源となる確率が少ないためである。
【００５０】
本発明のアンテナは通常の複数素子のアレーアンテナとほぼ同じビーム幅をもち、これは１つのアンテナよりも高利得な分だけ狭い。またお互いにビームの角度が変わるため、例えば２つの装置が正対していても、お互いにビームが正対する確率は通常の可変しないアンテナより確実に低くなり、２つの装置で同時にタグが読み取り可能となる。通常のアンテナではビームが常に正対するので、同時には読み取りができず、ＬＢＴにより時間的に分割することになる。
【００５１】
ＬＢＴにより、他の装置がその周波数で読み取りを行っていないと判断した場合には（５４Ｎ）、読み取りを開始する。これは５５で電波を放射し、５６でＩＣタグからの電波を受信することによって行われる。新しいＩＣタグが検出された場合には（５７Ｙ）、一定時間が来るまで読み取りを続ける（５８Ｎ）。新しいタグが検出されない場合には（５７Ｎ）、６２へ戻り、前述の動作説明のように、異なった方向のビームでまたＬＢＴを行う。
【００５２】
これは、本発明では全ての読み取り領域をカバーするために、時分割して異なる指向性でタグ読み取りを行うため、タグの読み取り速度を上げるためである。これはタグの存在する密度の濃い指向性の読み取り時間をより多くすることによって可能である。
【００５３】
５８である角度の指向性での読み取りが一定時間経過した場合、読み取り終了指示がきているかどうか（５９）確認して、そうでない場合は（５９Ｎ）、６２に戻る。５９で読み取り終了指示がきている場合（５９Ｙ）、終了する。このとき読み取り終了指示は、図１のパーソナルコンピュータ１５から出される。
【００５４】
次に本発明を利用した場合のパワー低減の仕組みを説明する。アンテナ利得を高くすれば、その分リーダの送信出力を抑えることが可能である。例えばアンテナ利得６ｄＢｉ、送信出力１Ｗのとき、同じ距離だけ飛ばすのにアンテナ利得１２ｄＢｉ、送信出力０．２５ＷのＲＦＩＤ装置で実現できる。高利得アンテナの場合、それだけ送信出力を抑えることが可能である。
【００５５】
但し、ビームが細くなって読み取り範囲が狭くなるので、本発明ではバトラーマトリックス回路を用いて、ビームを４方向に可変することにより、この欠点をカバーしている。本発明を用いると、リーダの送信出力を抑えながら、従来と同じ範囲を読むことが可能である。
【００５６】
また本発明では干渉を抑える効果もある。バトラーマトリックス回路は、細いビームを４方向に切り替えながら操作するため、同時に空間に放射されるエネルギーは従来のものに比べ１／４である。これはリーダの送信パワーが１／４になっていることからも説明できる。このことから、本発明はリーダの送信パワーを低減できる省エネ型のＲＦＩＤ装置を構築できるとともに、干渉低減効果もある。
【００５７】
そして、本発明では指向性を切り替えて使うビーム操作をＬＢＴ（リッスン ビフォーアトーク）やタグの存在するビームに重み付けを行うアルゴリズムと組み合わせているため、従来技術の単なる組み合わせでなく、全く新しい考え方によるＲＦＩＤ装置の構築が可能である。
【００５８】
このことについてもう少し詳しく説明する。ビームを４方向に切り替えて使うと、一つのビームでＬＢＴを使うよりも、ビームを出さないで待つ時間が短縮される傾向がある。これは、干渉源が本発明のＲＦＩＤ装置である場合、すなわち干渉源が細いビームを持つＲＦＩＤ装置である場合、より一層効果がある。
【００５９】
また、欠点としてビームを切り替えて使用するため、全体の読み取り時間がひとつのビームを使う場合よりも長くかかる傾向があるが、これをカバーするためタグの存在するビームに重み付けを行っている。
【００６０】
ビーム切り替え操作によって作られるビームは、それらが全く違った方向に放射されるため、ＬＢＴの効果をより一層増大させることが可能である。これは本発明を用いたＲＦＩＤ装置のあるビームに対して干渉源となるＲＦＩＤ装置が存在する場合でも、本発明のＲＦＩＤ装置の他のビームでは干渉源とはならない場合があることから、明らかである。
【００６１】
本発明の実施例ではバトラーマトリックス回路は４入力、４出力としたが、本発明はこれに限らず、２入力、２出力、あるいは８入力、８出力でも効果が得られる。
【００６２】
２入力、２出力の場合にバトラーマトリックス回路は１個のハイブリッド回路で構成され、非常に単純な構成で実現できる。この場合２方向の切り替えになり、効果は幾分少なくなるが、切り替えスイッチが２入力になり、応用面からは有用である。
【００６３】
８入力、８出力のバトラーマトリックス回路の場合は本発明の効果は増大する。それはこのバトラーマトリックス回路が４入力、４出力のものと比べて更に高利得化されるため、リーダのパワーセービング効果が更に大きいからである。但し８個の切り替え方向になるため、１個のビームが８時分割されて運用される。またこれと共にアンテナの面積が大きくなるのは、欠点である。
【００６４】
本発明の実施例では電子式スイッチをリーダの外部に設けたが、切り替えスイッチはリーダ内部に内蔵して、内部で制御を行っても、全く同様の効果が得られる。この場合、リーダへの高周波信号の入力ポートは４本になるが、構成がすっきりする利点があり、有用である。
【００６５】
また、本発明の実施例ではＩＣタグの読み取りについて説明したが、書き込み機能があっても、何ら問題はない。書き込み機能の場合には、切り替えスイッチを順番に切り替えて書き込めばよい。
【００６６】
次に本発明の第２の実施例について図５に示す。７１は例えばＬＡＮケーブルなどの通信ケーブルである。これはコンピュータ７６と各ＲＦＩＤ装置１〜４をネットワーク化している。７２〜７５がそれぞれＲＦＩＤ装置１〜４である。
【００６７】
各ＲＦＩＤ装置は前述した本発明の装置で４つのアンテナと４入力、４出力バトラーマトリックス回路とリーダとパソコンで構成される。尚本実施例では、各ＲＦＩＤ装置１〜４にコンピュータが含まれる必要は必ずしもない。それは、コンピュータ７６がネットワークを通じて、各ＲＦＩＤ装置１〜４を制御できるからである。本実施例では各ＲＦＩＤ装置１〜４はパソコンを含まない場合について説明する。
【００６８】
各ＲＦＩＤ装置１〜４は上記で説明したように４つの異なる方向へのアンテナ指向性ビームを持つ。ここでは、アンテナアレイからのアンテナ指向性ビームを単にビームと表現する。図ではこのビームを７７〜８０の各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す。これは各ＲＦＩＤ装置内の制御によって任意に選択できる。したがってコンピュータ７６は、各ＲＦＩＤ装置の放射する任意のビームを設定できる。ここで各ＲＦＩＤ装置のアンテナ切り替えタイミングを同一として、それぞれ４回切り替えて、また始めに戻ることとする。
【００６９】
以上の条件で考えると、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ，７８Ｃ）（７７Ｂ、７８Ｄ）（７７Ｃ、７８Ａ）（７７Ｄ、７８Ｂ）。これらは隣同士のＲＦＩＤ装置のビームがなるべく正対しないように選んだ。
【００７０】
ここでＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームが（７７Ｂ、７８Ｄ）を例にとって説明する。ＲＦＩＤ装置１からの電波はビーム７７ＢによってＲＦＩＤ装置２の方に向かって放射される。このときＲＦＩＤ装置２のビームが７８Ｂだったら、ＲＦＩＤ装置２のアンテナの感度がＲＦＩＤ装置１の方に向いているのでこの２つのＲＦＩＤ装置の干渉の度合いは大きい。しかしながら、本実施例ではＲＦＩＤ装置２の感度は７８Ｄの方を向いているので、ＲＦＩＤ装置１からの干渉波の影響はより少ない。
【００７１】
このことから、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２のビームの組み合わせが、上記のとき干渉が少ないことが説明できる。
【００７２】
またＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置３のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ、７９Ａ）（７７Ｂ、７９Ｂ）（７７Ｃ、７９Ｃ）（７７Ｄ、７９Ｄ）。これらは隣同士のＲＦＩＤ装置のビームがなるべく影響がないように選んだ。
【００７３】
これらの組み合わせから、ＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２とＲＦＩＤ装置３とＲＦＩＤ装置４のビームの組み合わせは、以下のとき比較的干渉が少ない。（７７Ａ、７８Ｃ、７９Ａ、８０Ｃ）（７７Ｂ、７８Ｄ、７９Ｂ、８０Ｄ）（７７Ｃ、７８Ａ、７９Ｃ、８０Ａ）（７７Ｄ、７８Ｂ、７９Ｄ、８０Ｂ）。
【００７４】
今はＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置２、そしてＲＦＩＤ装置１とＲＦＩＤ装置３の干渉を考えての設計だったが、設計するときの考え方は他にもあり、それは様々である。
【００７５】
本発明を用いたＲＦＩＤ装置を複数個使うＲＦＩＤ装置システムの場合、その全体のビームを一元管理して切り替えることによって、ＲＦＩＤ装置間の干渉を大幅に減ずることが可能である。
【００７６】
また、本発明を用いたＲＦＩＤ装置を複数個使うＲＦＩＤ装置システムの場合、その全体のビームを一元管理して切り替えるときに、ある任意のシステムのある任意のビームを基準として考えるとシステムがスムーズに動作する。
【００７７】
本発明の第２の実施例では、ＲＦＩＤ装置１のビーム７７Ａを基準にして考えている。しかしながら、基準はこの他の任意のＲＦＩＤ装置の任意のビームについて設定できるので、より一層柔軟なＲＦＩＤ装置システムの構築が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図
【図２】バトラーマトリックスの回路図
【図３】ハイブリッド回路の構成図
【図４】リーダの動作原理を説明するためのフローチャート
【図５】本発明の第２の実施例を示す構成図
【図６】従来例の構成図
【符号の説明】
【００７９】
１ バトラーマトリックス回路
２ 切り替えスイッチ
３ リーダ
４ コンピュータ
５〜８ アンテナ
９〜１３ 同軸ケーブル
１４ 制御ライン
１５ 通信ケーブル
２１〜２４ ハイブリッド回路
２５，１６ 移相器
２７〜４０ 高周波伝送線路
５１〜６０、６２ フローチャートを説明するための処理を表す図
７１ 通信ケーブル
７２〜７５ ＲＦＩＤ装置
７６ コンピュータ
７７Ａ〜７７Ｄ ＲＦＩＤ装置１のアンテナ指向性
７８Ａ〜７８Ｄ ＲＦＩＤ装置２のアンテナ指向性
７９Ａ〜７９Ｄ ＲＦＩＤ装置３のアンテナ指向性
８０Ａ〜８０Ｄ ＲＦＩＤ装置４のアンテナ指向性
８１ アンテナ
８２ リーダ
８３ 通信ケーブル
８４ コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置であって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を伝送線路で接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各伝送線路で接続し、この各伝送線路の高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと伝送線路で接続されるリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダが内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグの読み取り状態を監視して、読み取り可能な新しいＩＣタグがないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項６】
アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置の複数個をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムであって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を伝送線路で接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各伝送線路で接続し、この各伝送線路の高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと伝送線路で接続されたリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置の複数個をネットワークでシステムコンピュータに接続し、各ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチを各ＲＦＩＤ装置間干渉が低減するように上記システムコンピュータで一元管理することを特徴とするＲＦＩＤ装置システム。
【請求項７】
請求項６記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダの一部または全部が内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項９】
請求項６、請求項７または請求項８記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置のコンピュータをなくし、その機能を上記システムコンピュータに持たせることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項１０】
請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチの選択アルゴリズムで、任意のＲＦＩＤ装置の任意の切り替えスイッチの選択を基準にして、他のＲＦＩＤ装置の選択する切り替えスイッチを決めることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項１】
アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置であって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を伝送線路で接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各伝送線路で接続し、この各伝送線路の高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと伝送線路で接続されるリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダが内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがキャリアセンスを行い、電磁波を放射できないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤ装置において、上記リーダがＩＣタグの読み取り状態を監視して、読み取り可能な新しいＩＣタグがないときには、すぐに切り替えスイッチを切り替えることを特徴としたＲＦＩＤ装置。
【請求項６】
アンテナと電磁波を利用してＩＣタグのＩＤ番号等の情報を読み取るためのリーダと制御用コンピュータを備えたＲＦＩＤ装置の複数個をネットワーク化したＲＦＩＤ装置システムであって、アレー化された複数のアンテナとこの複数のアンテナからの高周波信号を伝送線路で接続し、更に各アンテナからの高周波信号に位相差を設けて合成するバトラーマトリックス回路とこのバトラーマトリックス回路からの複数の高周波信号を各伝送線路で接続し、この各伝送線路の高周波信号から１つを選択し、リーダから制御される切り替えスイッチと上記選択された信号を伝送するために、この切り替えスイッチと伝送線路で接続されたリーダとこのリーダを制御するコンピュータを備えたことを特徴とするＲＦＩＤ装置の複数個をネットワークでシステムコンピュータに接続し、各ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチを各ＲＦＩＤ装置間干渉が低減するように上記システムコンピュータで一元管理することを特徴とするＲＦＩＤ装置システム。
【請求項７】
請求項６記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダの一部または全部が内部に上記切り替えスイッチを内蔵し、外部には切り替えスイッチを持たないことを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記リーダがＩＣタグへのＩＤ番号等の書き込み機能を備えることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項９】
請求項６、請求項７または請求項８記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置のコンピュータをなくし、その機能を上記システムコンピュータに持たせることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【請求項１０】
請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載のＲＦＩＤ装置システムにおいて、上記ＲＦＩＤ装置の切り替えスイッチの選択アルゴリズムで、任意のＲＦＩＤ装置の任意の切り替えスイッチの選択を基準にして、他のＲＦＩＤ装置の選択する切り替えスイッチを決めることを特徴としたＲＦＩＤ装置システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２１１６７３（Ｐ２００９−２１１６７３Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９５５２３（Ｐ２００８−９５５２３）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（５０７０３６０８３）株式会社アムスク (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（５０７０３６０８３）株式会社アムスク (1)
【Ｆターム（参考）】
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