JP4281616B2

JP4281616B2 - 無線タグ通信システム及び無線タグ通信装置

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Publication number: JP4281616B2
Application number: JP2004143523A
Authority: JP
Inventors: 拓也永井; 裕二清原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: CN1954507A; CN1954507B; JP2005328252A

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及び無線タグ通信システムの改良に関する。

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、前記無線タグ通信装置の通信距離は、通常、数メートル程度に制限されるものであるため、単一の質問器のみでは比較的広い空間に配置された無線タグとの間で好適に情報の通信を行うことができなかった。そこで、前記無線タグ通信装置の通信範囲を広げるための技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載された質問器システムがそれである。この技術によれば、複数の質問器及びそれら複数の質問器を制御する制御端末から成る無線タグ通信装置において、それぞれの質問器に設けられたアンテナの通信範囲を重複させて、それら複数の質問器と無線タグとの間で同一の信号により無線通信を行うことで、上記無線タグ通信装置の通信範囲を広げることができるとされている。

特開２００３−２８３３６７号公報

しかし、前記従来の技術では、前記複数の質問器にそれぞれ設けられたアンテナの通信範囲が重なるようにそれら複数の質問器相互間の距離を比較的短くする必要があり、多くの質問器を配設しなければならないという不具合があった。また、内的な電力供給源を含まない所謂パッシブタグ（passive tag）では、複数の送信信号を同時に受けることにより通信が不可能となるものが一般的であり、前記複数の質問器にそれぞれ設けられたアンテナの通信範囲が重なる部分では、好適な通信が行われないおそれがあった。すなわち、必要十分な台数にて通信範囲を可及的に広げる無線タグ通信装置及び無線タグ通信システム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、必要十分な台数にて通信範囲を可及的に広げる無線タグ通信装置及び無線タグ通信システムを提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本第１発明の要旨とするところは、無線タグに向けて所定の送信信号を送信すると共に、その送信信号に応じて無線タグから返信される返信信号を受信してその無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置を複数台含む無線タグ通信システムであって、前記無線タグ通信装置は、前記送信信号を送信するための複数のアンテナ素子を備え、それら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれの位相を制御することによりその送信信号の送信指向性を制御することで、前記無線タグ通信装置の通信範囲と、他の無線タグ通信装置の通信範囲とが重ならないように、それら無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御手段と、前記通信範囲内において前記他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行う無線タグが存在するか否かを判定する無線タグ通信判定手段とを、含み、前記送信制御手段は、前記無線タグ通信判定手段の判定が肯定される場合には、前記送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更するものであることを特徴とするものである。

また、前記目的を達成するために、本第２発明の要旨とするところは、上記第１発明の無線タグ通信システムに用いられる無線タグ通信装置であって、前記無線タグからの返信信号を受信するための複数のアンテナ素子と、それら複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれの位相を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する受信制御手段とを、含むことを特徴とするものである。

このように、前記第１発明によれば、前記無線タグ通信装置は、前記送信信号を送信するための複数のアンテナ素子を備え、それら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれの位相を制御することによりその送信信号の送信指向性を制御することで、前記無線タグ通信装置の通信範囲と、他の無線タグ通信装置の通信範囲とが重ならないように、それら無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御手段と、前記通信範囲内において前記他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行う無線タグが存在するか否かを判定する無線タグ通信判定手段とを、含み、前記送信制御手段は、前記無線タグ通信判定手段の判定が肯定される場合には、前記送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更するものであることから、複数の無線タグ通信装置相互間の距離を可及的に長くとることができることに加え、前記無線タグが複数の送信信号を同時に受けることを実用的な態様で好適に防止できる。また、前記他の無線タグ通信装置が前記通信範囲とは異なる通信範囲において通信動作を行うことができることから、複数の無線タグ通信装置による通信範囲を可及的に広げることができる。すなわち、必要十分な台数にて通信範囲を可及的に広げる無線タグ通信システムを提供することができる。

また、前記第１発明は、好適には、前記通信範囲内に存在する前記無線タグの位置を検出する無線タグ位置検出手段を含むものである。このようにすれば、通信対象である無線タグの位置を知ることができる。

また、前記第２発明によれば、前記無線タグからの返信信号を受信するための複数のアンテナ素子と、それら複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれの位相を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する受信制御手段とを、含むことを特徴とするものであることから、前記第１発明の無線タグ通信システムにおいて、前記無線タグからの返信信号を好適に受信できる。

ここで、前記第２発明において、好適には、前記送信制御手段は、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれの振幅を制御し得るものであり、前記受信制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信された受信信号それぞれの振幅を制御し得るものである。このようにすれば、前記送信指向性及び受信指向性を更に好適に定めることができる。

また、好適には、前記無線タグ通信判定手段の判定に係る通信範囲は、前記受信制御手段により制御された前記受信信号の受信指向性に基づいて定められるものである。このようにすれば、前記判定の対象となる通信範囲を好適に定めることができる。

また、好適には、前記送信制御手段は、前記送信信号の送信指向性が前記受信信号の受信指向性と等しくなるように前記複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれの位相を制御するものである。このようにすれば、前記無線タグとの間で高感度の通信を行うことができる。また、送信範囲と受信範囲とを一致させることができるため、他の無線タグ通信装置と通信中の無線タグが送信範囲に存在するか否かを好適に判定することができ、斯かる他の無線タグ通信装置と通信中である無線タグに送信信号を送信することを防止できる。

また、好適には、前記受信制御手段は、前記受信信号の受信指向性が前記送信信号の送信指向性と等しくなるように前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれの位相を制御するものである。このようにすれば、前記無線タグとの間で高感度の通信を行うことができる。また、送信範囲と受信範囲とを一致させることができるため、他の無線タグ通信装置と通信中の無線タグが送信範囲に存在するか否かを好適に判定することができ、斯かる他の無線タグ通信装置と通信中である無線タグに送信信号を送信することを防止できる。

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、本第２発明の一実施例である無線タグ通信システム１０（以下、単に通信システム１０と称する）の構成を説明する図である。この通信システム１０は、本第１発明の一実施例である単数乃至は複数台（図１では２台）の無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ（以下、特に区別しない場合には単に無線タグ通信装置１２と称する）と、単数乃至は複数（図１では３つ）の無線タグ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に無線タグ１４と称する）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。例えば、上記無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂからそれぞれ送信信号である質問波Ｆ_ｃ１、Ｆ_ｃ２が上記無線タグ１４ａ、１４ｂ、１４ｃに向けて送信されると、その質問波Ｆ_ｃ１を受信した上記無線タグ１４ａ、１４ｂそれぞれにおいて所定の情報信号（データ）によりその質問波Ｆ_ｃ１が変調され、返信信号である応答波Ｆ_ｒ１、Ｆ_ｒ２として上記無線タグ通信装置１２ａに向けて返信されることで、その無線タグ通信装置１２ａと無線タグ１４ａ、１４ｂとの間で情報の通信が行われる。また、上記質問波Ｆ_ｃ２を受信した上記無線タグ１４ｃにおいて所定の情報信号によりその質問波Ｆ_ｃ２が変調され、返信信号である応答波Ｆ_ｒ３として上記無線タグ通信装置１２ｂに向けて返信されることで、その無線タグ通信装置１２ｂと無線タグ１４ｃとの間で情報の通信が行われる。

図２は、上記無線タグ通信装置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、上記無線タグ通信装置１２は、上記送信信号の主搬送波を発生させるための主搬送波発生部１６と、その主搬送波発生部１６により発生させられた主搬送波を後述する送信データ生成手段３９により生成された送信情報信号（送信データ）に基づいて変調して上記送信信号を生成する送信信号変調部１８と、その送信信号変調部１８により変調された送信信号を上記無線タグ１４に向けて送信すると共に、その送信信号に応じてその無線タグ１４から返信される返信信号を受信するための複数（図２では３本）の送受信アンテナ素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送受信アンテナ素子２０と称する）と、それら複数の送受信アンテナ素子２０から送信される送信信号の送信指向性を制御すると共に、それら複数の送受信アンテナ素子２０により受信される受信信号の受信指向性を制御するための指向性制御部２２と、その指向性制御部２２から供給される送信信号を各送受信アンテナ素子２０に供給すると共に、それら送受信アンテナ素子２０により受信された受信信号をその指向性制御部２２に供給する複数（図２では３つ）の送受信分離部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送受信分離部２４と称する）と、所定の周波数の局所信号を発生させる局所信号発生部２６と、上記指向性制御部２２から供給される受信信号それぞれにその局所信号発生部２６により発生させられる局所信号を掛け合わせることでダウンコンバートする複数（図２では３つ）のダウンコンバータ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、それらダウンコンバータ２８によりダウンコンバートされた受信信号の復調処理をはじめとする上記無線タグ通信装置１２の動作を制御する制御部３０とを、備えて構成されている。ここで、上記送受信分離部２４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。また、上記指向性制御部２２は、上記送信信号変調部１８から供給される送信信号それぞれの位相を制御する複数（図２では３つ）の送信信号位相制御部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号位相制御部３２と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図２では３つ）の送信信号振幅制御部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号振幅制御部３４と称する）とを、備えており、それら送信信号位相制御部３２及び送信信号振幅制御部３４を介して上記複数の送受信アンテナ素子２０から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその送信信号の送信指向性を制御する。また、上記複数の送受信分離部２４から供給される受信信号それぞれの位相を制御する複数（図２では３つ）の受信信号位相制御部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号位相制御部３６と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図２では３つ）の受信信号振幅制御部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号振幅制御部３８と称する）とを、備えており、それら受信信号位相制御部３６及び受信信号振幅制御部３８を介して上記複数の送受信アンテナ素子２０により受信された受信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその受信信号の受信指向性を制御する。

上記制御部３０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、送信データの生成、送信信号位相制御部３２及び送信信号振幅制御部３４の制御量の決定、受信信号位相制御部３６及び受信信号振幅制御部３８の制御量の決定、前記無線タグ１４に向けて前記送信信号を送信する送信制御、その送信信号に応じて前記無線タグ１４から返信される返信信号を受信する受信制御、受信された受信信号を復調する復調制御、他の無線タグ通信装置１２との相互通信制御、及び無線タグ１４の位置検出制御等を実行する。斯かる制御を実行するため、送信データ生成手段３９、送信制御手段４０、受信制御手段４２、受信信号合成手段４４、受信信号復調手段４６、無線タグ通信判定手段４８、無線タグ位置検出手段５０、及び質問器相互通信手段５２を機能的に含んでいる。

送信データ生成手段３９は、前記送信信号を変調するための所定の送信情報信号である送信データを生成して前記送信信号変調部１８に供給する。送信制御手段４０は、前記無線タグ通信装置１２の通信範囲と、他の無線タグ通信装置（質問器）の通信範囲とが重ならないように前記送信信号位相制御部３２及び送信信号振幅制御部３４の制御量を決定する。好適には、後述する無線タグ通信判定手段４８の判定が肯定される場合、すなわち通信範囲内において上記他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行っている無線タグ１４が存在すると判定される場合には、前記送信信号振幅制御部３４からの出力を最小にする等して前記送信信号の送信を制限乃至は禁止する。また、好適には、上記他の無線タグ通信装置による送信信号の送信タイミングと異なるタイミングで前記送信信号を送信することで、前記無線タグ通信装置１２の通信範囲と、上記他の無線タグ通信装置の通信範囲とが重ならないように前記送信信号の送信を制御する。ここで、上記他の無線タグ通信装置とは、例えば、前記無線タグ通信装置１２ａに対する無線タグ通信装置１２ｂ等であり、前記無線タグ１４との間で情報の通信を行い得る無線タグ通信装置を広く指している。また、前記無線タグ通信装置１２の通信範囲とは、通信対象である無線タグ１４に十分な強度の送信信号を届けられる範囲、換言すれば、その送信信号に応じて通信対象である無線タグ１４により返信信号を返信させ得る送信信号を届けられる範囲を指している。

上記送信制御手段４０は、また、好適には、前記複数の送受信アンテナ素子２０から送信される送信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御し、その送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更することで、前記無線タグ通信装置１２の通信範囲と、他の無線タグ通信装置の通信範囲とが重ならないように前記送信信号の送信を制御する。すなわち、上記送信制御手段４０は、前記指向性制御部２２を介して各送信信号の位相を制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子２０から成る送信アンテナを送信用フェイズドアレイアンテナ（Phased Array Antenna）として制御する。或いは、前記指向性制御部２２を介して各送信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子２０から成る送信アンテナを送信用アダプティブアレイアンテナ（Adaptive Array Antenna）として制御する。好適には、前記送信信号の送信指向性が後述する受信制御手段４２により制御される受信信号の受信指向性と等しくなるように前記複数の送受信アンテナ素子２０により送信される送信信号それぞれの位相及び／又は振幅を制御する。また、好適には、後述する受信信号合成手段４４における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記送信信号の送信指向性を定める。

受信制御手段４２は、前記複数の送受信アンテナ素子２０により受信される受信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する。すなわち、前記指向性制御部２２を介して各受信信号の位相を制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子２０から成る受信アンテナを受信用フェイズドアレイアンテナとして制御する。或いは、前記指向性制御部２２を介して各受信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子２０から成る受信アンテナを受信用アダプティブアレイアンテナとして制御する。好適には、後述する受信信号合成手段４４における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記受信信号の受信指向性を定める。

受信信号合成手段４４は、前記複数の送受信アンテナ素子２０によりそれぞれ受信される受信信号を合成する。上記受信制御手段４２により前記指向性制御部２２を介してそれぞれ位相及び振幅が制御された受信信号がこの受信信号合成手段４４により合成されることで、前記複数の送受信アンテナ素子２０から成る受信アンテナの受信指向性が定まる。

受信信号復調手段４６は、上記信号合成手段４４により合成された前記複数の送受信アンテナ素子２０からの受信信号を復調する。好適には、ＡＭ方式により受信信号をＡＭ復調した後、その復調信号をＦＭ復号化して前記無線タグ１４により返信された情報信号を読み出す。

無線タグ通信判定手段４８は、前記通信範囲内において前記他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行う無線タグ１４が存在するか否かを判定する。例えば、前記他の無線タグ通信装置から送信された送信信号に応じて前記無線タグ１４から返信される返信信号が前記複数の送受信アンテナ２０により受信されるか否かを判定する。好適には、上記判定に係る通信範囲は、前記受信制御手段４２により制御された前記受信信号の受信指向性に基づいて定められる。

無線タグ位置検出手段５０は、前記通信範囲内に存在する前記無線タグ１４の位置を検出する。好適には、前記受信信号合成手段４４における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記受信制御手段４２により定められた受信指向性と、その時点における受信信号の強度とに応じて通信対象である無線タグ１４の位置を検出する。

質問器相互通信手段５２は、他の無線タグ通信装置１２との間で相互に通信を行う。斯かる他の無線タグ通信装置１２とは、例えば、前記無線タグ通信装置１２ａに対する無線タグ通信装置１２ｂ等であり、図２に示す構成を有する別の無線タグ通信装置１２である。上記質問器相互通信手段５２は、例えば、前記他の無線タグ通信装置１２に自機の質問器番号（無線タグ通信装置１２のＩＤ）を送信したり、前記他の無線タグ通信装置１２から送信されるその無線タグ通信装置１２の質問器番号を受信したり、その質問器番号及び受信方向を組み合わせて記憶したり、前記他の無線タグ通信装置１２を呼び出したり、前記他の無線タグ通信装置１２からの呼び出しに応じて応答信号を発信したりといった制御を行うと共に、それら他の無線タグ通信装置１２との間で同期して作動するための通信制御を実行する。前記通信システム１０に含まれる複数台の無線タグ通信装置１２は、上記質問器相互通信手段５２の通信内容に基づいて互いに同期して通信動作を行う。すなわち、前記複数台の無線タグ通信装置１２にそれぞれ含まれる送信制御手段４０は、それら無線タグ通信装置１２相互間で通信範囲が重ならないように同期をとって前記送信信号を送信するように各無線タグ通信装置１２の動作をそれぞれ独立に制御する。好適には、それら無線タグ通信装置１２相互間で同期をとって異なる送信タイミングで前記送信信号を送信することで、前記無線タグ１４との通信タイミングを時間的にずらして、それら無線タグ通信装置１２相互間で通信範囲が重ならないように制御する。

前記複数台の無線タグ通信装置１２にそれぞれ含まれる送信制御手段４０は、また、好適には、それら無線タグ通信装置１２相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を時間的に漸次変更することで、それら無線タグ通信装置１２相互間で通信範囲が重ならないように制御する。図３は、前記無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御の一例を説明する図である。この図３は、１対の壁を有する通路７０における１方の壁に前記無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂが隣接して配設された態様を示しており、それら無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂからタイミングＴ_１において送信される送信信号の送信指向性を実線で、タイミングＴ_２において送信される送信信号の送信指向性を破線で、タイミングＴ_３において送信される送信信号の送信指向性を一点鎖線で、タイミングＴ_４において送信される送信信号の送信指向性を二点鎖線で、それぞれ示している。このように、隣接して配設された無線タグ通信装置１２相互間で同期をとって、同方向に同期的に駆動される１対のワイパーの様に前記送信信号の送信指向性を時間的に漸次変更することにより、それら無線タグ通信装置１２相互間で通信範囲が重ならないように制御することができる。また、図４に示すように、上記通路７０における前記無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂが配設された壁とは反対側の壁に他の無線タグ通信装置１２ｃが配設された態様であっても、それら無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性角度を変更することにより、それら無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ相互間で通信範囲が重ならないように制御することができる。更に、図５に示すように、四方に壁を有する室７２内に４台の無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが配設された態様であっても、それら無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性角度を変更することにより、それら無線タグ通信装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ相互間で通信範囲が重ならないように制御することができる。なお、上記無線タグ通信装置１２ｃ、１２ｄは、図２に示す無線タグ通信装置１２と同様の構成を有する本発明の一実施例である。

図６は、前記無線タグ１４の構成を説明する図である。この図６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に備えられた複数の送受信アンテナ素子２０から成るアンテナとの間で、或いはその無線タグ通信装置１２とは異なる質問器との間で信号の送受信を行うためのアンテナ部６０と、そのアンテナ部６０により受信された搬送波を整流する整流部６２と、その整流部６２により整流された搬送波のエネルギを蓄積するための電源部６４と、上記アンテナ部６０により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部７２に供給するクロック抽出部６６と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部６８と、上記アンテナ部６０に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部７０と、上記整流部６２、クロック抽出部６６、及び変復調部７０等を介して上記無線タグ１４の作動を制御するための制御部７２とを、備えて構成されている。この制御部７２は、前記無線タグ通信装置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６０により受信された搬送波を上記変復調部７０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反射波として上記アンテナ部６０から反射返信する制御等の基本的な制御を実行する。上記アンテナ部６０は、好適には、一対の線状エレメントから成る半波長ダイポールアンテナである。

図７乃至図１１は、前記無線タグ通信装置１２の制御部３０による前記無線タグ１４との間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置１２との間の相互通信処理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。以下、このフローチャートに従って前記無線タグ通信装置１２による前記無線タグ１４との間の情報通信動作及び他の無線タグ通信装置１２との間の相互通信動作について説明する。

先ず、図７のステップ（以下、ステップを省略する）ＳＡにおいて、図８に示す隣接する無線タグ通信装置１２（質問器）の検出制御が行われる。次に、ＳＢにおいて、図９及び図１０に示す隣接する無線タグ通信装置１２との間で同期をとるための制御が行われる。次に、ＳＣにおいて、図１１に示す無線タグ１４の検出通信制御が行われる。次に、ＳＤにおいて、制御の繰り返し試行回数がｎ回（例えば、１００回）以上であるか否かが判断される。このＳＤの判断が否定される場合には、ＳＣ以下の処理が再び実行されるが、ＳＤの判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられる。

図８に示す隣接する無線タグ通信装置１２の検出制御では、先ず、ＳＡ１において、０乃至１の乱数が発生させられる。次に、ＳＡ２において、ＳＡ１にて発生させられた乱数が閾値Ｔｈ_１（例えば、４／５程度）以上であるか否かが判断される。このＳＡ２の判断が肯定される場合には、ＳＡ３において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０により構成される送信アンテナの送信指向性及び受信アンテナの受信指向性が共に無指向性に設定され、ＳＡ４において、自機の質問器番号が所定時間繰り返し発信された後、ＳＡ１０の判断が実行されるが、ＳＡ２の判断が否定される場合には、ＳＡ５において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０により構成される受信アンテナの受信指向性が設定される。次に、ＳＡ６において、前記他の無線タグ通信装置１２からの信号の受信動作が行われる。次に、ＳＡ７において、前記他の無線タグ通信装置１２からの信号が前記複数の送受信アンテナ素子２０により受信されたか否かが判断される。このＳＡ７の判断が肯定される場合には、ＳＡ８において、受信された他の無線タグ通信装置１２の質問器番号と方向とが組み合わされて記憶された後、ＳＡ９の判断が実行されるが、ＳＡ７の判断が否定される場合には、ＳＡ９において、全方向の受信動作が完了したか否かが判断される。このＳＡ９の判断が否定される場合には、ＳＡ５以下の処理が再び実行されるが、ＳＡ９の判断が肯定される場合には、ＳＡ１０において、前記他の無線タグ通信装置１２を検出するための通信動作がｍ回終了したか否かが判断される。このＳＡ１０の判断が否定される場合には、ＳＡ１以下の処理が再び実行されるが、ＳＡ１０の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられた後、図９及び図１０に示す隣接する無線タグ通信装置１２との間で同期をとるための制御が実行される。

図９及び図１０に示す隣接する無線タグ通信装置１２との間で同期をとるための制御では、先ず、図９のＳＢ１において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０により構成される送信アンテナの送信指向性及び受信アンテナの受信指向性が共に無指向性に設定される。次に、ＳＢ２において、０乃至１の乱数が発生させられる。次に、ＳＢ３において、ＳＢ２にて発生させられた乱数が閾値Ｔｈ_２（例えば、４／５程度）以上であるか否かが判断される。このＳＢ３の判断が否定される場合には、ＳＢ１０において、前記他の無線タグ通信装置１２からの信号の受信動作が行われた後、ＳＢ１１の判断が実行されるが、ＳＢ３の判断が肯定される場合には、ＳＢ４において、前述したＳＡ８にて記憶された前記他の無線タグ通信装置１２を呼び出すための呼出動作が行われる。次に、ＳＢ５において、ＳＢ４にて行われた呼び出しに応じて前記他の無線タグ通信装置１２からの応答があった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、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、自機における応答があった他の無線タグ通信装置１２方向の通信タイミングが決定される。次に、ＳＢ７において、ＳＢ６にて決定された通信タイミングが上記応答があった他の無線タグ通信装置１２に向けて送信される。次に、ＳＢ８において、上記応答があった他の無線タグ通信装置１２からの返信信号が許可信号であるか否かが判断される。このＳＢ８の判断が否定される場合には、通信タイミングの値が変更されてＳＢ６以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ８の判断が肯定される場合には、ＳＢ９において、隣接する全ての無線タグ通信装置１２との間で通信が完了したか否かが判断される。このＳＢ９の判断が肯定される場合には、図１０に示すＳＢ１７以下の処理が実行されるが、ＳＢ９の判断が否定される場合には、ＳＢ２以下の処理が再び実行される。

ＳＢ１１の判断が否定される場合、すなわち他の無線タグ通信装置１２による自機の呼び出しがないと判断される場合には、ＳＢ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ１１の判断が肯定される場合、すなわち他の無線タグ通信装置１２による自機の呼び出しがあると判断される場合には、ＳＢ１２において、前記他の無線タグ通信装置１２に向けて応答信号が発信される。次に、ＳＢ１３において、前記他の無線タグ通信装置１２から送信されたその無線タグ通信装置１２における自機方向の通信タイミングが受信される。次に、ＳＢ１４において、ＳＢ１３にて受信された通信タイミングによる前記他の無線タグ通信装置１２の送信動作を許可するか否かが判断される。このＳＢ１４の判断が肯定される場合には、ＳＢ１５において、前記他の無線タグ通信装置１２に向けて許可信号が返信された後、ＳＢ９以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ１４の判断が否定される場合には、ＳＢ１６において、前記他の無線タグ通信装置１２に向けて不許可信号が返信された後、ＳＢ１３以下の処理が再び実行される。

図９の制御に続いて、図１０のＳＢ１７において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０により構成される送信アンテナの送信指向性及び受信アンテナの受信指向性が共に無指向性に設定される。次に、ＳＢ１８において、０乃至１の乱数が発生させられる。次に、ＳＢ１９において、ＳＢ１８にて発生させられた乱数が上記閾値Ｔｈ_２以上であるか否かが判断される。このＳＢ１９の判断が否定される場合には、ＳＢ２６において、前記他の無線タグ通信装置１２からの信号の受信動作が行われた後、ＳＢ２７の判断が実行されるが、ＳＢ１９の判断が肯定される場合には、ＳＢ２０において、前記他の無線タグ通信装置１２を呼び出すための呼出動作が行われる。次に、ＳＢ２１において、ＳＢ２０にて行われた呼び出しに応じて前記他の無線タグ通信装置１２からの応答があったか否かが判断される。このＳＢ２１の判断が否定される場合には、ＳＢ１８以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ２１の判断が肯定される場合には、ＳＢ２２において、自機が通信を行った隣接する他の無線タグ通信装置１２の通信回数（全ての方向に対して通信を行うのに必要な回数）がそれら他の無線タグ通信装置１２に向けて発信される。次に、ＳＢ２３において、前記他の無線タグ通信装置１２それぞれが通信を行った隣接する他の無線タグ通信装置１２の台数が受信される。次に、ＳＢ２４において、隣接する全ての無線タグ通信装置１２との間で通信が完了したか否かが判断される。このＳＢ２４の判断が否定される場合には、ＳＢ１８以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ２４の判断が肯定される場合には、ＳＢ２５において、自機及び通信を行った隣接する他の無線タグ通信装置１２のうち通信回数が最大である無線タグ通信装置１２におけるその通信回数が検出され、それをもって本ルーチンが終了させられた後、図１１に示す無線タグ１４の検出通信制御が実行される。

ＳＢ２７の判断が否定される場合、すなわち他の無線タグ通信装置１２による自機の呼び出しがないと判断される場合には、ＳＢ１８以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ２７の判断が肯定される場合、すなわち他の無線タグ通信装置１２による自機の呼び出しがあると判断される場合には、ＳＢ２８において、前記他の無線タグ通信装置１２に向けて応答信号が発信される。次に、ＳＢ２９において、前記他の無線タグ通信装置１２が通信を行った隣接する他の無線タグ通信装置１２の通信回数が受信される。次に、ＳＢ３０において、自機が通信を行った隣接する他の無線タグ通信装置１２の通信回数が発信された後、ＳＢ２４以下の処理が再び実行される。

図１１に示す無線タグ１４の検出通信制御では、先ず、ＳＣ１において、ｉ＝１とされる。次に、ＳＣ２において、所定値Ｔ_ｉが自機により通信を行うタイミングであるか否かが判断される。このＳＣ２の判断が否定される場合には、ＳＣ７において、前記他の無線タグ通信装置１２が通信を行う間待機させられた後、ＳＣ５以下の処理が実行されるが、ＳＣ２の判断が肯定される場合には、ＳＣ３において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ２０により構成される送信アンテナの送信指向性及び受信アンテナの受信指向性が共に所定の指向性方向Ｄ_ｉに設定される。次に、ＳＣ４において、前記主搬送波発生部１６及び送信信号変調部１８等が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０からＳＣ３にて設定された指向性方向Ｄ_ｉに向けて送信信号が送信され、通信対象である無線タグ１４の検出が行われる。次に、ＳＣ５において、ｉに１が加算された後、ＳＣ６において、ｉが予め定められた最大通信回数に達したか否かが判断される。このＳＣ６の判断が否定される場合には、ＳＣ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＣ６の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられた後、図７に示すＳＤの処理が実行される。

以上の図７乃至図１１に示す制御において、ＳＡ３、ＳＢ１、ＳＢ６、ＳＢ１７、及びＳＣが前記送信制御手段４０の動作に、ＳＡ３、ＳＡ５、ＳＢ１、ＳＢ１７、及びＳＣが前記受信制御手段４２の動作に、ＳＣ４が前記受信信号合成手段４４及び受信信号復調手段４６の動作に、ＳＡ及びＳＢが前記無線タグ通信判定手段４８及び質問器相互通信手段５２の動作に、ＳＣ１乃至ＳＣ７が前記無線タグ位置検出手段５０の動作に、それぞれ対応する。

このように、本実施例によれば、前記無線タグ通信装置１２の通信範囲と、他の無線タグ通信装置１２の通信範囲とが重ならないように前記送信信号の送信を制御する送信制御手段４０（ＳＡ３、ＳＢ１、ＳＢ６、ＳＢ１７、及びＳＣ）を含むことから、複数の無線タグ通信装置１２相互間の距離を可及的に長くとることができることに加え、前記無線タグ１４が複数の送信信号を同時に受けることを好適に防止できる。すなわち、必要十分な台数にて通信範囲を可及的に広げる無線タグ通信装置１２を提供することができる。

また、前記送信制御手段４０は、前記他の無線タグ通信装置１２による送信信号の送信タイミングと異なるタイミングで前記送信信号を送信するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４が複数の送信信号を同時に受けることを防止できる。

また、前記送信信号を送信するための複数の送受信アンテナ素子２０を備え、前記送信制御手段４０は、前記複数の送受信アンテナ素子２０により送信される送信信号それぞれの位相を制御することによりその送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４が複数の無線タグ通信装置１２からの送信信号を同時に受けることを防止できる。

また、前記通信範囲内において前記他の無線タグ通信装置１２との間で情報の通信を行う無線タグ１４が存在するか否かを判定する無線タグ通信判定手段４８（ＳＡ及びＳＢ）を含み、前記送信制御手段４０は、その無線タグ通信判定手段４８の判定が肯定される場合には、前記送信信号の送信を禁止するものであるため、他の無線タグ通信装置１２と通信中である無線タグ１４に送信信号を送信することを防止できる。

また、前記無線タグ１４からの返信信号を受信するための複数の送受信アンテナ素子２０と、それら複数の送受信アンテナ素子２０により受信される受信信号それぞれの位相を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する受信制御手段４２（ＳＡ３、ＳＡ５、ＳＢ１、ＳＢ１７、及びＳＣ）とを、含むものであるため、前記無線タグ１４からの返信信号を好適に受信できる。

また、前記送信制御手段４０は、前記複数の送受信アンテナ素子２０から送信される送信信号それぞれの振幅を制御し得るものであり、前記受信制御手段４２は、前記複数の送受信アンテナ素子２０により受信された受信信号それぞれの振幅を制御し得るものであるため、前記送信指向性及び受信指向性を更に好適に定めることができる。

また、前記無線タグ通信判定手段４８の判定に係る通信範囲は、前記受信制御手段４２により制御された前記受信信号の受信指向性に基づいて定められるものであるため、前記判定の対象となる通信範囲を好適に定めることができる。

また、前記送信制御手段４０は、前記送信信号の送信指向性が前記受信信号の受信指向性と等しくなるように前記複数の送受信アンテナ素子２０により送信される送信信号それぞれの位相を制御するものであるため、前記無線タグ１４との間で高感度の通信を行うことができる。また、送信範囲と受信範囲とを一致させることができるため、他の無線タグ通信装置と通信中の無線タグ１４が送信範囲に存在するか否かを好適に判定することができ、斯かる他の無線タグ通信装置と通信中である無線タグ１４に送信信号を送信することを防止できる。

また、前記受信制御手段４２は、前記受信信号の受信指向性が前記送信信号の送信指向性と等しくなるように前記複数の送受信アンテナ素子２０により受信される受信信号それぞれの位相を制御するものであるため、前記無線タグ１４との間で高感度の通信を行うことができる。また、送信範囲と受信範囲とを一致させることができるため、他の無線タグ通信装置と通信中の無線タグ１４が送信範囲に存在するか否かを好適に判定することができ、斯かる他の無線タグ通信装置と通信中である無線タグ１４に送信信号を送信することを防止できる。

また、前記通信範囲内に存在する前記無線タグ１４の位置を検出する無線タグ位置検出手段５０（ＳＣ１乃至ＳＣ７）を含むものであるため、通信対象である無線タグ１４の位置を知ることができる。

また、前記複数台の無線タグ通信装置１２にそれぞれ含まれる送信制御手段４０は、それら無線タグ通信装置１２相互間で通信範囲が重ならないように同期をとって前記送信信号を送信するものであるため、必要十分な台数にて安定して通信範囲を可及的に広げる無線タグ通信システム１０を提供することができる。

また、前記複数台の無線タグ通信装置１２にそれぞれ含まれる送信制御手段４０は、それら無線タグ通信装置１２相互間で同期をとって異なる送信タイミングで前記送信信号を送信するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４が複数の送信信号を同時に受けることを防止できる。

また、前記複数台の無線タグ通信装置１２にそれぞれ含まれる送信制御手段４０は、それら無線タグ通信装置１２相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定めるものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４が複数の送信信号を同時に受けることを防止できる。

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。

図１２は、前記無線タグ通信装置１２の制御部３０による前記無線タグ１４との間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置（質問器）との間で通信中である前記無線タグ１４の検出処理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、ＳＥ１において、前記指向性制御部２２が制御されて前記複数の送受信アンテナ素子２０により構成される送信アンテナの送信指向性及び受信アンテナの受信指向性が設定される。次に、ＳＥ２において、前記無線タグ１４から送信される返信信号の受信動作が行われる。次に、前記無線タグ通信判定手段４８の動作に対応するＳＥ３において、他の無線タグ通信装置との間で通信中である無線タグ１４があるか否か、すなわちＳＥ２にて所定の無線タグ１４からの返信信号が受信されたか否かが判断される。このＳＥ３の判断が肯定される場合には、その無線タグ１４に向けての前記送信信号の送信は行われず、ＳＥ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＥ３の判断が否定される場合には、ＳＣにおいて、前述した図１１に示す無線タグ１４の検出通信制御が行われた後、ＳＥ４において、全方向の無線タグ１４の検出動作が完了したか否かが判断される。このＳＥ４の判断が否定される場合には、ＳＥ１以下の処理が再び実行されるが、ＳＥ４の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられる。以上のように、本発明の無線タグ通信装置１２は、前記質問器相互通信手段５２等の構成を含まない従来の無線タグ通信装置から送信された送信信号に応じて無線タグ１４から返信される返信信号を受信することで、斯かる他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行う無線タグ１４が存在するか否かを判定するものであってもよい。このようにすれば、従来の無線タグ通信装置を含んで構成される無線タグ通信システムにおいても、前記無線タグ１４が複数の無線タグ通信装置からの送信信号を同時に受けることを防止できる。

また、図１３は、前記無線タグ通信装置１２の制御部３０による前記無線タグ１４との間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置（質問器）との間で通信中である前記無線タグ１４の他の検出処理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。この図に示すＳＥ１乃至ＳＥ４の処理は、上述した図１２の制御と同じ処理であるため、その説明を省略する。図１２の制御において、ＳＥ３の判定が肯定される場合、すなわち他の無線タグ通信装置との間で通信中である無線タグ１４があると判定される場合には、ＳＥ５において、前記指向性制御部２２が制御されて前記送信信号の送信指向性が制御され、前記通信範囲が検出された無線タグ１４を含まない範囲に変更される。このように、前記送信制御手段４０は、前記無線タグ通信判定手段４８の判定が肯定される場合には、前記送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更するものであるため、他の無線タグ通信装置と通信中である無線タグ１４に送信信号を送信することを実用的な態様で防止できることに加え、前記通信範囲とは異なる通信範囲において通信動作を行うことができることから、複数の無線タグ通信装置による通信範囲を可及的に広げることができる。

また、前述の実施例において、前記送信制御手段４０、受信制御手段４２、受信信号合成手段４４、受信信号復調手段４６、無線タグ通信判定手段４８、及び無線タグ位置検出手段５０は、何れも前記制御部３０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、それらの制御は、ディジタル信号処理によるものであるとアナログ信号処理によるものであるとを問わない。

また、前述の実施例において、前記無線タグ通信装置１２は、前記無線タグ１４に向けて前記送信信号を送信すると共に、その送信信号に応じて無線タグ１４から返信される返信信号を受信するための複数の送受信アンテナ素子２０を備えたものであったが、前記無線タグ１４に向けて前記送信信号を送信するための複数の送信アンテナ素子と、その送信信号に応じて無線タグ１４から返信される返信信号を受信するための複数の受信アンテナ素子とを、それぞれ個別に備えたものであっても構わない。

また、前述の実施例において、前記送信制御手段４０は、前記複数の送受信アンテナ素子２０から送信される各送信信号の位相及び振幅を制御することで前記送信指向性を制御するものであったが、各送信信号の位相のみを制御するものであってもよい。斯かる構成によっても前記通信範囲を好適に定めることができる。同様に、前記受信制御手段４２は、各受信信号の位相のみを制御することにより前記受信指向性を制御するものであっても構わない。

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。

本第２発明の一実施例である無線タグ通信システムの構成を説明する図である。本第１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２の無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御の一例を説明する図である。図２の無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御の他の一例を説明する図である。図２の無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御の更に別の一例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２の無線タグ通信装置の制御部による無線タグとの間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置との間の相互通信処理を説明するフローチャートである。図７の制御に含まれる隣接する無線タグ通信装置の検出制御を説明するフローチャートである。図７の制御に含まれる隣接する無線タグ通信装置との間で同期をとるための制御を説明するフローチャートの一部である。図７の制御に含まれる隣接する無線タグ通信装置との間で同期をとるための制御を説明するフローチャートの一部である。図７の制御に含まれる通信対象である無線タグの検出通信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無線タグとの間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置との間で通信中である無線タグの検出処理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無線タグとの間の情報通信処理及び他の無線タグ通信装置との間で通信中である無線タグの他の検出処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０：無線タグ通信システム
１２：無線タグ通信装置
１４：無線タグ
２０：送受信アンテナ素子
４０：送信制御手段
４２：受信制御手段
４８：無線タグ通信判定手段
５０：無線タグ位置検出手段

Claims

無線タグに向けて所定の送信信号を送信すると共に、該送信信号に応じて無線タグから返信される返信信号を受信して該無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置を複数台含む無線タグ通信システムであって、
前記無線タグ通信装置は、
前記送信信号を送信するための複数のアンテナ素子を備え、それら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれの位相を制御することにより該送信信号の送信指向性を制御することで、前記無線タグ通信装置の通信範囲と、他の無線タグ通信装置の通信範囲とが重ならないように、それら無線タグ通信装置相互間で同期をとって前記送信信号の送信指向性を定める送信制御手段と、
前記通信範囲内において前記他の無線タグ通信装置との間で情報の通信を行う無線タグが存在するか否かを判定する無線タグ通信判定手段と
を、含み、
前記送信制御手段は、前記無線タグ通信判定手段の判定が肯定される場合には、前記送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更するものであることを特徴とする無線タグ通信システム。
前記通信範囲内に存在する前記無線タグの位置を検出する無線タグ位置検出手段を含むものである請求項１の無線タグ通信システム。
請求項１又は２の無線タグ通信システムに用いられる無線タグ通信装置であって、
前記無線タグからの返信信号を受信するための複数のアンテナ素子と、
それら複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれの位相を制御することにより該受信信号の受信指向性を制御する受信制御手段と
を、含むことを特徴とする無線タグ通信装置。
前記送信制御手段は、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれの振幅を制御し得るものであり、前記受信制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信された受信信号それぞれの振幅を制御し得るものである請求項３の無線タグ通信装置。
前記無線タグ通信判定手段の判定に係る通信範囲は、前記受信制御手段により制御された前記受信信号の受信指向性に基づいて定められるものである請求項３又は４の無線タグ通信装置。
前記送信制御手段は、前記送信信号の送信指向性が前記受信信号の受信指向性と等しくなるように前記複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれの位相を制御するものである請求項３から５の何れかの無線タグ通信装置。
前記受信制御手段は、前記受信信号の受信指向性が前記送信信号の送信指向性と等しくなるように前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれの位相を制御するものである請求項３から６の何れかの無線タグ通信装置。