ＲＦＩＤシステム及びリーダライタ
【課題】物体感知センサが無くても、リーダライタでＲＦＩＤを検知し、ＲＦＩＤを読み書きする変調波をタイミングよく送出できる技術を提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤ２０１のＩＣチップの中の整流回路または復調回路の非線形特性を利用して、リーダライタ１０１から異なる２つ以上の周波数の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤ２０１がこの２つの以上の周波数の無変調波を受けてＩＣチップの中の整流回路または復調回路で発する高調波歪みを、リーダライタ１０１が受信する。これにより、特別な物体感知センサがなくてもＲＦＩＤ２０１を検知し、ＲＦＩＤ２０１を読み書きする変調波を送出することができる。
【解決手段】ＲＦＩＤ２０１のＩＣチップの中の整流回路または復調回路の非線形特性を利用して、リーダライタ１０１から異なる２つ以上の周波数の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤ２０１がこの２つの以上の周波数の無変調波を受けてＩＣチップの中の整流回路または復調回路で発する高調波歪みを、リーダライタ１０１が受信する。これにより、特別な物体感知センサがなくてもＲＦＩＤ２０１を検知し、ＲＦＩＤ２０１を読み書きする変調波を送出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術に関し、特に、ＲＦＩＤの検出技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、ＲＦＩＤの検出技術においては、例えば、ＲＦＩＤの信号を複数の指向性アンテナで受信し、ＲＦＩＤの位置を検知する技術が考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３５１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無線通信でＲＦＩＤ（ＩＣカード、無線タグ等）に保存されているデータの読み書きを行うＲＦＩＤシステムは、図１（ａ）のように、一般的にはリーダライタと呼ばれる端末（質問器）と、複数のＲＦＩＤ２０１（応答器）から構成される。ＲＦＩＤ２０１は、図１（ｂ）に示すように、ＩＣチップ２１０とアンテナ２２０等から構成され、リーダライタ１０１は、ＲＦＩＤ２０１に対して無変調波又は変調波を送り、ＲＦＩＤ２０１はリーダライタ１０１から発射された電磁波を受信及び復調し、必要に応じて内蔵データによって再発射し、これをリーダライタ１０１が受信及び復調する。
【０００４】
ＲＦＩＤシステムは、物流・流通用途で使用されることが多く、例えば図２のように、フォークリフト３０２に積載された物品３０３のパレット、ケース又はダンボール等に貼り付けられたＲＦＩＤをリーダライタで読み書きしたり、図３のようにベルトコンベア３０４で流れてくる物品３０３に貼り付けられたＲＦＩＤを読み書きするようなアプリケーションが考えられている。
【０００５】
現状、周期的にある一定間隔で流れてくるＲＦＩＤが貼付された物品を読み書きする場合、リーダライタはＲＦＩＤを読み書きする変調波データを周期的に出して、ＲＦＩＤを読み書きすればいいが、非周期的にＲＦＩＤが来る場合、リーダライタは変調波データを出すタイミングがずれて、ＲＦＩＤを読み書きすることができないことがある。その様子を図４に示す。
【０００６】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、リーダライタ１０１は周期的にＲＦＩＤを読み書きするコマンドをt0, t2, t4, t6のタイミングで送信する。ベルトコンベア３０４に載ったＲＦＩＤ２０１は、t2タイミングでリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいった場合、ＲＦＩＤ２０１はコマンド２を受信し、t3タイミングで応答することができる（図４（ｂ））。次に、ＲＦＩＤ２０１がt3タイミングでリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいった場合、ＲＦＩＤ２０１はt4タイミングで送信されるコマンド３を受信し、t5タイミングで応答しようとするが、リーダライタ１０１の読み書きエリア外で、応答することができなくなる（図４（ｃ））。
【０００７】
このように、ＲＦＩＤがリーダライタの読み書きエリア内に入ってくるタイミングによってＲＦＩＤを読み書きすることができないので、ＲＦＩＤを検出する為にリーダライタの他に赤外線センサなどの物体感知センサを取り付け、事前に物品を検出した後、リーダライタからＲＦＩＤを読み書きする変調波を送出していた。その様子を図５に示す。
【０００８】
図５は、リーダライタ１０１の他に物体感知センサ５０１が設置され、物体感知センサ５０１とリーダライタ１０１がコントローラ５０２によって制御される。物体感知センサ５０１は、ＲＦＩＤ２０１がリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいってくる直前に検知するように設置されている。例えば、ＲＦＩＤ２０１がリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいってくるt3タイミング直前のt2からt3タイミングで物体感知センサ５０１がＲＦＩＤ２０１を検出するようにし、ＲＦＩＤ２０１を検知したら物体感知センサ５０１からコントローラ５０２にＲＦＩＤを検出したことを通知し、その後、コントローラ５０２はリーダライタ１０１に対して、ＲＦＩＤ２０１を読み書きするコマンド１を送信するよう通知し、リーダライタ１０１はt3タイミングでコマンド１を送信することでＲＦＩＤ２０１からの応答を受信することができる。
【０００９】
非周期的にくるＲＦＩＤ２０１を読み書きする場合、リーダライタ１０１はＲＦＩＤ２０１を読み書きする変調波を送出するタイミングがわからず、ＲＦＩＤ２０１を読み書きすることができず、通り過ぎることもある。
【００１０】
また、ＲＦＩＤシステムと物体感知センサ５０１を取り付けて、上記ＲＦＩＤ２０１の取りこぼしを防いだとしても、物体感知センサ５０１を取り付けることで、システム制御として煩雑になるのに加え、コスト的にもアップすることが容易にわかる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、物体感知センサが無くても、リーダライタでＲＦＩＤを検知し、ＲＦＩＤを読み書きする変調波をタイミングよく送出できる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
ＲＦＩＤのＩＣチップの中の整流回路または復調回路の非線形特性を利用して、リーダライタから異なる２つ以上の周波数の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤがこの２つ以上の周波数の無変調波または変調波を受けてＩＣチップの中の整流回路または復調回路で発する高調波歪みを、リーダライタが受信する。これにより、特別な物体感知センサがなくても、ＲＦＩＤを検知し、ＲＦＩＤを読み書きする変調波を送出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
（１）リーダライタでＲＦＩＤを検出して、タイミングよくＲＦＩＤを読み書きする変調波（コマンド）を送出し、ＲＦＩＤを読み書きすることが可能となる。
【００１７】
（２）ＲＦＩＤの種類や通信方式に関係なく、リーダライタでＲＦＩＤを検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
図６に、本発明の実施の形態１によるＲＦＩＤのブロック図を示す。ＲＦＩＤは、ＩＣチップ２１０とアンテナ２２０から構成される。ＩＣチップ２１０は、電源整流回路／変調回路２１１、復調回路（データ化）２１２、クロック発振回路２１３、受信系論理回路２１４、送信系論理回路２１５、制御系論理回路２１６及びメモリ２１７などから構成される。ＲＦＩＤの種類によっては、この他に電池を搭載しているものもある。
【００２０】
電池を持たないいわゆるパッシブ型ＲＦＩＤは、リーダライタから出力される電磁波を動作電力として動作する為、ＩＣチップの電源整流回路を通して、ＩＣチップ２１０の各ブロックに電圧Vddが供給される。
【００２１】
図７に、この電源整流回路の一般的な回路を示す。電源整流回路は、ダイオード及び容量で構成され、微弱な電圧を動作電圧まで昇圧する。この時、ダイオードは非線形素子なので、非線形素子に入力される電圧をVi、出力電圧をVoutとすると、ViとVoutは（式１）で表すことができる。
【００２２】
また、電池を持ついわゆるアクティブ型ＲＦＩＤにおいては、電源整流回路が無い場合もあるが、復調回路も電源整流回路と同等の非線形素子を持っており、（式１）は全てのＲＦＩＤに共通の特性を示している。
【００２３】
Vout=α0+α1Vin+α2Vin2+α3Vin3+ -------- （式1）
α0,α1,α2,α3, ------ は、非線形素子の特性によって決まる比例定数
ここで、リーダライタが異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤがこの２つの周波数の無変調波または変調波を受けた時に、アンテナ２２０を介してＩＣチップ２１０の電源整流回路／変調回路２１１または復調回路２１２に入力されるので、非線形素子であるダイオード出力Voutは、（式２）で表される。
【００２４】
Vout=α0+α1(A1cosω1t+A2cosω2t)+α2(A1cosω1t+A2cosω2t)2
+α3(A1cosω1t+A2cosω2t)3+ -------- （式２）
（式２）の右辺を展開し、直流成分と基本周波数成分ω1,ω2を除くと、それぞれの周波数成分は、（式３）から（式９）のようになる。
【００２５】
Vout[ω1±ω2]=α2A1A2cos(ω1+ω2)t+α2A1A2cos(ω1-ω2)t （式３）
Vout[2ω1±ω2]=(3/4)α3A12A2cos(2ω1+ω2)t+(3/4)α3A12A2cos(2ω1-ω2)t （式４）
Vout[2ω2±ω1]=(3/4)α3A22A1cos(2ω2+ω1)t+(3/4)α3A22A1cos(2ω2-ω1)t （式５）
Vout[2ω1]=(1/2)α2A12cos(2ω1)t （式６）
Vout[2ω2]=(1/2)α2A22cos(2ω2)t （式７）
Vout[3ω1]=(1/4)α3A13cos(3ω1)t （式８）
Vout[3ω2]=(1/4)α3A23cos(3ω2)t （式９）
図８に、（式３）から（式９）を周波数軸で示した図を示す。なお、図８は概念図であり、各周波数におけるレベルは、正確ではない。このようにＲＦＩＤは、リーダライタから出力される異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を受けて、ＩＣチップ回路の非線形性の特性により、様々な歪み波が生成され、アンテナを通して発することがわかる。
【００２６】
リーダライタは、異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を送信し続けると共に、ＲＦＩＤから発せられる、この歪み波を受信することで、ＲＦＩＤを検出することが可能となる。
【００２７】
通常は、送信周波数に近い３次相互変調歪み成分である2ω1-ω2、2ω2-ω1を受信するのがリーダライタ受信回路の複雑さがなく一般的であるとは思うが、その他の歪み波を受信してもよい。また、本例では、リーダライタが異なる２つの周波数の無変調波または変調波を送信する例を取り上げたが、３つ以上の異なる周波数でもＲＦＩＤは歪み波を発生するので、２つの異なる周波数に限ったことではない。
【００２８】
これにより、特別な物体感知センサが無くても、リーダライタでＲＦＩＤを検知することが可能である。
【００２９】
図９にリーダライタの構成例のブロック図を、図１０にそのリーダライタにおける処理フローチャートを示す。図１０の状態Ａでは、リーダライタは、異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を同時に送信する為、制御系１１４からの制御により発振器１１３から２つの送信系１１１へω1,ω2の周波数を出力し、送信系１１１はその異なる２つの周波数を搬送周波数として送信アンテナ１，２を通して発射する。
【００３０】
リーダライタの受信においては、受信アンテナで受信した2ω1−ω2の周波数を受信系１１２内部の増幅器で増幅した後、制御系１１４からの制御により発振器１１３から2ω1−ω2+ωIFの周波数を出力し、ミキサにて中間周波数（ωIF）に周波数変換を行い、その後フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、ωIFのレベルがXdBm以上であれば、状態Ｂに遷移してＲＦＩＤとの通信を行う。 XdBm未満の時は状態Ａのままでω1,ω2を送信、 2ω1−ω2を受信し続ける。
【００３１】
リーダライタ状態Ｂでは、通常のＲＦＩＤとの通信を行う。ここでは、ω1周波数を使用してＲＦＩＤと通信を行う例を示す。リーダライタは、状態Ｂになると制御系からの制御により、発振器１１３のポート１，２からω1の周波数を出力し、送信系にて変調又は無変調され送信アンテナ１，２からω1の変調又は無変調波が発射される。ＲＦＩＤの受信では受信アンテナからω1の受信を行う為、発振器１１３のポート３からω1+ωIFが出力され、受信波ω1とω1+ωIFとがミキサされ、ωIFに周波数変換される。その後、フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、復調回路にてデータ検出を行い、ＲＦＩＤとの通信を行う。
【００３２】
以上、リーダライタでＲＦＩＤを検出できることを示したが、ＲＦＩＤを検出した後のリーダライタの動作例を図１１に示す。
【００３３】
リーダライタは１０１、周波数ω1, ω2を連続して送出すると同時に、2ω1-ω2を受信するようにする。ＲＦＩＤ２０１がリーダライタの読み書きエリアに入って来ると、ＲＦＩＤ２０１は３次相互変調歪み波 2ω1-ω2を発するので、リーダライタ１０１は2ω1-ω2を受信し、ＲＦＩＤ２０１が読み書きエリアにあることを検知し、ＲＦＩＤ２０１に対してコマンドを送信し、コマンドに対するＲＦＩＤ２０１からの応答を受信する。その後、引き続き別のＲＦＩＤ２０１を検出する為に、周波数ω1, ω2を連続して送出する。
【００３４】
本例は、リーダライタが異なる２周波数を送出し、３次相互変調歪み波 2ω1-ω2を受信してＲＦＩＤを検出する例を示したが、その他の歪み波（例えば、2ω2-ω1，2ω1+ω2，2ω2+ω1など）を受信してＲＦＩＤを検出してもよい。また、リーダライタが２つの周波数以上を送出または１つの周波数を送出してＲＦＩＤから発せられる歪み波、高調波を受信してＲＦＩＤを検出してもよい。
【００３５】
リーダライタが１つの周波数を送出する例を次の実施の形態２で説明する。
【００３６】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、リーダライタが２つの異なる周波数を送出してＲＦＩＤを検知する例をとり上げたが、リーダライタが１つの周波数ω1しか送出できない場合には、ＲＦＩＤのＩＣチップの非線形特性により、（式１０）で示すVoutとなる。
【００３７】
Vout=α0+α1A1cosω1t+α2(A1cosω1t)2+α3(A1cosω1t)3+ ---- （式１０）
（式１０）の右辺を展開し、直流成分と基本周波数成分ω1を除くと、（式１１）、（式１２）に示すように基本周波数の２倍、３倍の周波数成分が出力される。
【００３８】
Vout[2ω1]=(1/2)α2A12cos(2ω1)t （式１１）
Vout[3ω1]=(1/4)α3A13cos(3ω1)t （式１２）
図１２に、（式１１）、（式１２）を周波数軸で示した図を示す。
【００３９】
このようにリーダライタから１つの周波数を送出したとしても、ＲＦＩＤの非線形特性により２倍、３倍の高調波が発せられ、この高調波をリーダライタが受信することで、ＲＦＩＤを検知することが可能である。
【００４０】
図１３にリーダライタの構成例のブロック図を、図１４にそのリーダライタの処理フローチャートを示す。図１４の状態Ａでは、リーダライタは、制御系１１４からの制御により発振器１１３から送信系１１１へω1の周波数の無変調波を出力し、送信系１１１はω1を搬送周波数として送信アンテナ１を通して発射する。
【００４１】
リーダライタの受信においては、受信アンテナで受信した2ω1の周波数を受信系１１２内部の増幅器で増幅した後、制御系１１４からの制御により発振器１１３から2ω1+ωIFの周波数を出力し、ミキサにて中間周波数（ωIF）に周波数変換を行い、その後フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、ωIFのレベルがXdBm以上であれば、状態Ｂに遷移してＲＦＩＤとの通信を行う。 XdBm未満の時は状態Ａのままでω1を送信、 2ω1を受信し続ける。
【００４２】
リーダライタ状態Ｂでは、通常のＲＦＩＤとの通信を行う。ここでは、ω1周波数を使用してＲＦＩＤと通信を行う例を示す。リーダライタは、状態Ｂになると制御系１１４からの制御により、発振器１１３のポート１からω1の周波数を出力し、送信系１１１にて変調又は無変調され、送信アンテナ１からω1の変調又は無変調波が発射される。ＲＦＩＤの受信では受信アンテナからω1の受信を行う為、発振器のポート２からω1+ωIFが出力され、受信波ω1とω1+ωIFとがミキサされ、ωIFに周波数変換される。その後、フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、復調回路にてデータ検出を行い、ＲＦＩＤとの通信を行う。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ），（ｂ）は一般的なＲＦＩＤシステムの構成を示す図である。
【図２】物品に貼られたＲＦＩＤをフォークリフトで運ぶ時に、リーダライタでＲＦＩＤを読み書きする時のＲＦＩＤシステムを示す図である。
【図３】物品に貼られたＲＦＩＤがベルトコンベアで移動している時に、リーダライタでＲＦＩＤを読み書きする時のＲＦＩＤシステムを示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）はリーダライタが、ベルトコンベアで移動しているＲＦＩＤを読み書きするタイミングを示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は物体感知センサを使用して、リーダライタが、ベルトコンベアで移動しているＲＦＩＤを読み書きするタイミングを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤ内のＩＣチップの回路の中で、電源整流回路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤがリーダライタから異なる２つの周波数の無変調波を受けて、歪み波を発生した時の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、リーダライタの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において、リーダライタの処理を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１において、リーダライタを使用してＲＦＩＤを検出、読み書きするタイミングを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２において、ＲＦＩＤがリーダライタから１つの周波数を受けて、歪み波を発生した時の周波数特性を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２において、リーダライタの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２において、リーダライタの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ リーダライタ
１０２ 電磁波（無変調波又は変調波）
１０３ リーダライタ本体
１１０ ＲＦ（Radio Frequency）回路
１１１ 送信系
１１２ 受信系
１１３ 発振器
１１４ 制御系
１２０ ＣＰＵ
１３０，２１７ メモリ
１４０，２２０ アンテナ
２０１ ＲＦＩＤ
２１０ ＩＣチップ
２１１ 電源整流回路／変調回路
２１２ 復調回路
２１３ クロック発振回路
２１４ 受信系論理回路
２１５ 送信系論理回路
２１６ 制御系論理回路
３０１ リーダライタアンテナを取り付けるゲート等
３０２ フォークリフト
３０３ 物品
３０４ ベルトコンベア
５０１ 物体感知センサ
５０２ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術に関し、特に、ＲＦＩＤの検出技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、ＲＦＩＤの検出技術においては、例えば、ＲＦＩＤの信号を複数の指向性アンテナで受信し、ＲＦＩＤの位置を検知する技術が考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３５１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無線通信でＲＦＩＤ（ＩＣカード、無線タグ等）に保存されているデータの読み書きを行うＲＦＩＤシステムは、図１（ａ）のように、一般的にはリーダライタと呼ばれる端末（質問器）と、複数のＲＦＩＤ２０１（応答器）から構成される。ＲＦＩＤ２０１は、図１（ｂ）に示すように、ＩＣチップ２１０とアンテナ２２０等から構成され、リーダライタ１０１は、ＲＦＩＤ２０１に対して無変調波又は変調波を送り、ＲＦＩＤ２０１はリーダライタ１０１から発射された電磁波を受信及び復調し、必要に応じて内蔵データによって再発射し、これをリーダライタ１０１が受信及び復調する。
【０００４】
ＲＦＩＤシステムは、物流・流通用途で使用されることが多く、例えば図２のように、フォークリフト３０２に積載された物品３０３のパレット、ケース又はダンボール等に貼り付けられたＲＦＩＤをリーダライタで読み書きしたり、図３のようにベルトコンベア３０４で流れてくる物品３０３に貼り付けられたＲＦＩＤを読み書きするようなアプリケーションが考えられている。
【０００５】
現状、周期的にある一定間隔で流れてくるＲＦＩＤが貼付された物品を読み書きする場合、リーダライタはＲＦＩＤを読み書きする変調波データを周期的に出して、ＲＦＩＤを読み書きすればいいが、非周期的にＲＦＩＤが来る場合、リーダライタは変調波データを出すタイミングがずれて、ＲＦＩＤを読み書きすることができないことがある。その様子を図４に示す。
【０００６】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、リーダライタ１０１は周期的にＲＦＩＤを読み書きするコマンドをt0, t2, t4, t6のタイミングで送信する。ベルトコンベア３０４に載ったＲＦＩＤ２０１は、t2タイミングでリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいった場合、ＲＦＩＤ２０１はコマンド２を受信し、t3タイミングで応答することができる（図４（ｂ））。次に、ＲＦＩＤ２０１がt3タイミングでリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいった場合、ＲＦＩＤ２０１はt4タイミングで送信されるコマンド３を受信し、t5タイミングで応答しようとするが、リーダライタ１０１の読み書きエリア外で、応答することができなくなる（図４（ｃ））。
【０００７】
このように、ＲＦＩＤがリーダライタの読み書きエリア内に入ってくるタイミングによってＲＦＩＤを読み書きすることができないので、ＲＦＩＤを検出する為にリーダライタの他に赤外線センサなどの物体感知センサを取り付け、事前に物品を検出した後、リーダライタからＲＦＩＤを読み書きする変調波を送出していた。その様子を図５に示す。
【０００８】
図５は、リーダライタ１０１の他に物体感知センサ５０１が設置され、物体感知センサ５０１とリーダライタ１０１がコントローラ５０２によって制御される。物体感知センサ５０１は、ＲＦＩＤ２０１がリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいってくる直前に検知するように設置されている。例えば、ＲＦＩＤ２０１がリーダライタ１０１の読み書きエリアにはいってくるt3タイミング直前のt2からt3タイミングで物体感知センサ５０１がＲＦＩＤ２０１を検出するようにし、ＲＦＩＤ２０１を検知したら物体感知センサ５０１からコントローラ５０２にＲＦＩＤを検出したことを通知し、その後、コントローラ５０２はリーダライタ１０１に対して、ＲＦＩＤ２０１を読み書きするコマンド１を送信するよう通知し、リーダライタ１０１はt3タイミングでコマンド１を送信することでＲＦＩＤ２０１からの応答を受信することができる。
【０００９】
非周期的にくるＲＦＩＤ２０１を読み書きする場合、リーダライタ１０１はＲＦＩＤ２０１を読み書きする変調波を送出するタイミングがわからず、ＲＦＩＤ２０１を読み書きすることができず、通り過ぎることもある。
【００１０】
また、ＲＦＩＤシステムと物体感知センサ５０１を取り付けて、上記ＲＦＩＤ２０１の取りこぼしを防いだとしても、物体感知センサ５０１を取り付けることで、システム制御として煩雑になるのに加え、コスト的にもアップすることが容易にわかる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、物体感知センサが無くても、リーダライタでＲＦＩＤを検知し、ＲＦＩＤを読み書きする変調波をタイミングよく送出できる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
ＲＦＩＤのＩＣチップの中の整流回路または復調回路の非線形特性を利用して、リーダライタから異なる２つ以上の周波数の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤがこの２つ以上の周波数の無変調波または変調波を受けてＩＣチップの中の整流回路または復調回路で発する高調波歪みを、リーダライタが受信する。これにより、特別な物体感知センサがなくても、ＲＦＩＤを検知し、ＲＦＩＤを読み書きする変調波を送出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
（１）リーダライタでＲＦＩＤを検出して、タイミングよくＲＦＩＤを読み書きする変調波（コマンド）を送出し、ＲＦＩＤを読み書きすることが可能となる。
【００１７】
（２）ＲＦＩＤの種類や通信方式に関係なく、リーダライタでＲＦＩＤを検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
図６に、本発明の実施の形態１によるＲＦＩＤのブロック図を示す。ＲＦＩＤは、ＩＣチップ２１０とアンテナ２２０から構成される。ＩＣチップ２１０は、電源整流回路／変調回路２１１、復調回路（データ化）２１２、クロック発振回路２１３、受信系論理回路２１４、送信系論理回路２１５、制御系論理回路２１６及びメモリ２１７などから構成される。ＲＦＩＤの種類によっては、この他に電池を搭載しているものもある。
【００２０】
電池を持たないいわゆるパッシブ型ＲＦＩＤは、リーダライタから出力される電磁波を動作電力として動作する為、ＩＣチップの電源整流回路を通して、ＩＣチップ２１０の各ブロックに電圧Vddが供給される。
【００２１】
図７に、この電源整流回路の一般的な回路を示す。電源整流回路は、ダイオード及び容量で構成され、微弱な電圧を動作電圧まで昇圧する。この時、ダイオードは非線形素子なので、非線形素子に入力される電圧をVi、出力電圧をVoutとすると、ViとVoutは（式１）で表すことができる。
【００２２】
また、電池を持ついわゆるアクティブ型ＲＦＩＤにおいては、電源整流回路が無い場合もあるが、復調回路も電源整流回路と同等の非線形素子を持っており、（式１）は全てのＲＦＩＤに共通の特性を示している。
【００２３】
Vout=α0+α1Vin+α2Vin2+α3Vin3+ -------- （式1）
α0,α1,α2,α3, ------ は、非線形素子の特性によって決まる比例定数
ここで、リーダライタが異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を送出し、ＲＦＩＤがこの２つの周波数の無変調波または変調波を受けた時に、アンテナ２２０を介してＩＣチップ２１０の電源整流回路／変調回路２１１または復調回路２１２に入力されるので、非線形素子であるダイオード出力Voutは、（式２）で表される。
【００２４】
Vout=α0+α1(A1cosω1t+A2cosω2t)+α2(A1cosω1t+A2cosω2t)2
+α3(A1cosω1t+A2cosω2t)3+ -------- （式２）
（式２）の右辺を展開し、直流成分と基本周波数成分ω1,ω2を除くと、それぞれの周波数成分は、（式３）から（式９）のようになる。
【００２５】
Vout[ω1±ω2]=α2A1A2cos(ω1+ω2)t+α2A1A2cos(ω1-ω2)t （式３）
Vout[2ω1±ω2]=(3/4)α3A12A2cos(2ω1+ω2)t+(3/4)α3A12A2cos(2ω1-ω2)t （式４）
Vout[2ω2±ω1]=(3/4)α3A22A1cos(2ω2+ω1)t+(3/4)α3A22A1cos(2ω2-ω1)t （式５）
Vout[2ω1]=(1/2)α2A12cos(2ω1)t （式６）
Vout[2ω2]=(1/2)α2A22cos(2ω2)t （式７）
Vout[3ω1]=(1/4)α3A13cos(3ω1)t （式８）
Vout[3ω2]=(1/4)α3A23cos(3ω2)t （式９）
図８に、（式３）から（式９）を周波数軸で示した図を示す。なお、図８は概念図であり、各周波数におけるレベルは、正確ではない。このようにＲＦＩＤは、リーダライタから出力される異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を受けて、ＩＣチップ回路の非線形性の特性により、様々な歪み波が生成され、アンテナを通して発することがわかる。
【００２６】
リーダライタは、異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を送信し続けると共に、ＲＦＩＤから発せられる、この歪み波を受信することで、ＲＦＩＤを検出することが可能となる。
【００２７】
通常は、送信周波数に近い３次相互変調歪み成分である2ω1-ω2、2ω2-ω1を受信するのがリーダライタ受信回路の複雑さがなく一般的であるとは思うが、その他の歪み波を受信してもよい。また、本例では、リーダライタが異なる２つの周波数の無変調波または変調波を送信する例を取り上げたが、３つ以上の異なる周波数でもＲＦＩＤは歪み波を発生するので、２つの異なる周波数に限ったことではない。
【００２８】
これにより、特別な物体感知センサが無くても、リーダライタでＲＦＩＤを検知することが可能である。
【００２９】
図９にリーダライタの構成例のブロック図を、図１０にそのリーダライタにおける処理フローチャートを示す。図１０の状態Ａでは、リーダライタは、異なる２つの周波数（ω1,ω2）の無変調波または変調波を同時に送信する為、制御系１１４からの制御により発振器１１３から２つの送信系１１１へω1,ω2の周波数を出力し、送信系１１１はその異なる２つの周波数を搬送周波数として送信アンテナ１，２を通して発射する。
【００３０】
リーダライタの受信においては、受信アンテナで受信した2ω1−ω2の周波数を受信系１１２内部の増幅器で増幅した後、制御系１１４からの制御により発振器１１３から2ω1−ω2+ωIFの周波数を出力し、ミキサにて中間周波数（ωIF）に周波数変換を行い、その後フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、ωIFのレベルがXdBm以上であれば、状態Ｂに遷移してＲＦＩＤとの通信を行う。 XdBm未満の時は状態Ａのままでω1,ω2を送信、 2ω1−ω2を受信し続ける。
【００３１】
リーダライタ状態Ｂでは、通常のＲＦＩＤとの通信を行う。ここでは、ω1周波数を使用してＲＦＩＤと通信を行う例を示す。リーダライタは、状態Ｂになると制御系からの制御により、発振器１１３のポート１，２からω1の周波数を出力し、送信系にて変調又は無変調され送信アンテナ１，２からω1の変調又は無変調波が発射される。ＲＦＩＤの受信では受信アンテナからω1の受信を行う為、発振器１１３のポート３からω1+ωIFが出力され、受信波ω1とω1+ωIFとがミキサされ、ωIFに周波数変換される。その後、フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、復調回路にてデータ検出を行い、ＲＦＩＤとの通信を行う。
【００３２】
以上、リーダライタでＲＦＩＤを検出できることを示したが、ＲＦＩＤを検出した後のリーダライタの動作例を図１１に示す。
【００３３】
リーダライタは１０１、周波数ω1, ω2を連続して送出すると同時に、2ω1-ω2を受信するようにする。ＲＦＩＤ２０１がリーダライタの読み書きエリアに入って来ると、ＲＦＩＤ２０１は３次相互変調歪み波 2ω1-ω2を発するので、リーダライタ１０１は2ω1-ω2を受信し、ＲＦＩＤ２０１が読み書きエリアにあることを検知し、ＲＦＩＤ２０１に対してコマンドを送信し、コマンドに対するＲＦＩＤ２０１からの応答を受信する。その後、引き続き別のＲＦＩＤ２０１を検出する為に、周波数ω1, ω2を連続して送出する。
【００３４】
本例は、リーダライタが異なる２周波数を送出し、３次相互変調歪み波 2ω1-ω2を受信してＲＦＩＤを検出する例を示したが、その他の歪み波（例えば、2ω2-ω1，2ω1+ω2，2ω2+ω1など）を受信してＲＦＩＤを検出してもよい。また、リーダライタが２つの周波数以上を送出または１つの周波数を送出してＲＦＩＤから発せられる歪み波、高調波を受信してＲＦＩＤを検出してもよい。
【００３５】
リーダライタが１つの周波数を送出する例を次の実施の形態２で説明する。
【００３６】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、リーダライタが２つの異なる周波数を送出してＲＦＩＤを検知する例をとり上げたが、リーダライタが１つの周波数ω1しか送出できない場合には、ＲＦＩＤのＩＣチップの非線形特性により、（式１０）で示すVoutとなる。
【００３７】
Vout=α0+α1A1cosω1t+α2(A1cosω1t)2+α3(A1cosω1t)3+ ---- （式１０）
（式１０）の右辺を展開し、直流成分と基本周波数成分ω1を除くと、（式１１）、（式１２）に示すように基本周波数の２倍、３倍の周波数成分が出力される。
【００３８】
Vout[2ω1]=(1/2)α2A12cos(2ω1)t （式１１）
Vout[3ω1]=(1/4)α3A13cos(3ω1)t （式１２）
図１２に、（式１１）、（式１２）を周波数軸で示した図を示す。
【００３９】
このようにリーダライタから１つの周波数を送出したとしても、ＲＦＩＤの非線形特性により２倍、３倍の高調波が発せられ、この高調波をリーダライタが受信することで、ＲＦＩＤを検知することが可能である。
【００４０】
図１３にリーダライタの構成例のブロック図を、図１４にそのリーダライタの処理フローチャートを示す。図１４の状態Ａでは、リーダライタは、制御系１１４からの制御により発振器１１３から送信系１１１へω1の周波数の無変調波を出力し、送信系１１１はω1を搬送周波数として送信アンテナ１を通して発射する。
【００４１】
リーダライタの受信においては、受信アンテナで受信した2ω1の周波数を受信系１１２内部の増幅器で増幅した後、制御系１１４からの制御により発振器１１３から2ω1+ωIFの周波数を出力し、ミキサにて中間周波数（ωIF）に周波数変換を行い、その後フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、ωIFのレベルがXdBm以上であれば、状態Ｂに遷移してＲＦＩＤとの通信を行う。 XdBm未満の時は状態Ａのままでω1を送信、 2ω1を受信し続ける。
【００４２】
リーダライタ状態Ｂでは、通常のＲＦＩＤとの通信を行う。ここでは、ω1周波数を使用してＲＦＩＤと通信を行う例を示す。リーダライタは、状態Ｂになると制御系１１４からの制御により、発振器１１３のポート１からω1の周波数を出力し、送信系１１１にて変調又は無変調され、送信アンテナ１からω1の変調又は無変調波が発射される。ＲＦＩＤの受信では受信アンテナからω1の受信を行う為、発振器のポート２からω1+ωIFが出力され、受信波ω1とω1+ωIFとがミキサされ、ωIFに周波数変換される。その後、フィルタ、増幅器を通して復調回路及びレベル検出回路へ入力され、復調回路にてデータ検出を行い、ＲＦＩＤとの通信を行う。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ），（ｂ）は一般的なＲＦＩＤシステムの構成を示す図である。
【図２】物品に貼られたＲＦＩＤをフォークリフトで運ぶ時に、リーダライタでＲＦＩＤを読み書きする時のＲＦＩＤシステムを示す図である。
【図３】物品に貼られたＲＦＩＤがベルトコンベアで移動している時に、リーダライタでＲＦＩＤを読み書きする時のＲＦＩＤシステムを示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）はリーダライタが、ベルトコンベアで移動しているＲＦＩＤを読み書きするタイミングを示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は物体感知センサを使用して、リーダライタが、ベルトコンベアで移動しているＲＦＩＤを読み書きするタイミングを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤ内のＩＣチップの回路の中で、電源整流回路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＲＦＩＤがリーダライタから異なる２つの周波数の無変調波を受けて、歪み波を発生した時の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、リーダライタの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において、リーダライタの処理を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１において、リーダライタを使用してＲＦＩＤを検出、読み書きするタイミングを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２において、ＲＦＩＤがリーダライタから１つの周波数を受けて、歪み波を発生した時の周波数特性を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２において、リーダライタの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２において、リーダライタの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ リーダライタ
１０２ 電磁波（無変調波又は変調波）
１０３ リーダライタ本体
１１０ ＲＦ（Radio Frequency）回路
１１１ 送信系
１１２ 受信系
１１３ 発振器
１１４ 制御系
１２０ ＣＰＵ
１３０，２１７ メモリ
１４０，２２０ アンテナ
２０１ ＲＦＩＤ
２１０ ＩＣチップ
２１１ 電源整流回路／変調回路
２１２ 復調回路
２１３ クロック発振回路
２１４ 受信系論理回路
２１５ 送信系論理回路
２１６ 制御系論理回路
３０１ リーダライタアンテナを取り付けるゲート等
３０２ フォークリフト
３０３ 物品
３０４ ベルトコンベア
５０１ 物体感知センサ
５０２ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤと、
前記ＲＦＩＤと通信するリーダライタとを有し、
前記リーダライタは、２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を発し、
前記ＲＦＩＤは、その２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受けて、その２つ以上の周波数とは異なった周波数成分を持つ歪み波を発し、
前記リーダライタは、その歪み波を受信することを特徴するＲＦＩＤシステム。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記リーダライタは、前記ＲＦＩＤが発する歪み波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項３】
請求項１記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記ＲＦＩＤは、前記リーダライタからの２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受け、内部整流回路または受信回路の非直線性により、３次歪み波を生成することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項４】
ＲＦＩＤと、
前記ＲＦＩＤと通信するリーダライタとを有し、
前記リーダライタは、ある１つの周波数の無変調波または変調波を発し、
前記ＲＦＩＤは、その周波数の無変調波または変調波を受けて、その周波数の２倍または３倍の周波数の高調波を発し、
前記リーダライタは、その２倍または３倍の周波数の高調波を受信することを特徴するＲＦＩＤシステム。
【請求項５】
請求項４記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記リーダライタは、前記ＲＦＩＤが発する２倍または３倍の周波数の高調波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項６】
請求項４記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記ＲＦＩＤは、前記リーダライタからの前記ある１つの周波数の無変調波または変調波を受け、内部整流回路または受信回路の非直線性により、２倍または３倍の周波数の高調波を生成することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項７】
ＲＦＩＤと通信するリーダライタであって、
２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を発する送信部と、
その２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受けた前記ＲＦＩＤが発する、その２つ以上の周波数とは異なった周波数成分を持つ歪み波を受信する受信部と、
を有することを特徴するリーダライタ。
【請求項８】
請求項７記載のリーダライタにおいて、
前記ＲＦＩＤが発する歪み波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするリーダライタ。
【請求項１】
ＲＦＩＤと、
前記ＲＦＩＤと通信するリーダライタとを有し、
前記リーダライタは、２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を発し、
前記ＲＦＩＤは、その２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受けて、その２つ以上の周波数とは異なった周波数成分を持つ歪み波を発し、
前記リーダライタは、その歪み波を受信することを特徴するＲＦＩＤシステム。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記リーダライタは、前記ＲＦＩＤが発する歪み波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項３】
請求項１記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記ＲＦＩＤは、前記リーダライタからの２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受け、内部整流回路または受信回路の非直線性により、３次歪み波を生成することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項４】
ＲＦＩＤと、
前記ＲＦＩＤと通信するリーダライタとを有し、
前記リーダライタは、ある１つの周波数の無変調波または変調波を発し、
前記ＲＦＩＤは、その周波数の無変調波または変調波を受けて、その周波数の２倍または３倍の周波数の高調波を発し、
前記リーダライタは、その２倍または３倍の周波数の高調波を受信することを特徴するＲＦＩＤシステム。
【請求項５】
請求項４記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記リーダライタは、前記ＲＦＩＤが発する２倍または３倍の周波数の高調波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項６】
請求項４記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記ＲＦＩＤは、前記リーダライタからの前記ある１つの周波数の無変調波または変調波を受け、内部整流回路または受信回路の非直線性により、２倍または３倍の周波数の高調波を生成することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項７】
ＲＦＩＤと通信するリーダライタであって、
２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を発する送信部と、
その２つ以上の異なる周波数の無変調波または変調波を受けた前記ＲＦＩＤが発する、その２つ以上の周波数とは異なった周波数成分を持つ歪み波を受信する受信部と、
を有することを特徴するリーダライタ。
【請求項８】
請求項７記載のリーダライタにおいて、
前記ＲＦＩＤが発する歪み波を受信し、前記ＲＦＩＤがあるのを検知し、前記ＲＦＩＤと通常の通信を行うことを特徴とするリーダライタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１７３０７（Ｐ２００８−１７３０７Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８８１９０（Ｐ２００６−１８８１９０）
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、ＵＨＦ帯電子タグの製造技術及び実装技術の開発 委託研究、産業活再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、ＵＨＦ帯電子タグの製造技術及び実装技術の開発 委託研究、産業活再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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