(57)【要約】  長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムが、複数の物理的に分離した送信機を含む。各送信機は、それぞれのエネルギービームをエネルギー位置に向けるように構成される。そのエネルギー位置にタグが存在する。タグは、エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積し、センサデータを検知し、タグに接続されたコンデンサが動作電圧レベルまで充電された後にセンサデータをリーダに送信するように構成される。コンデンサは、受信エネルギーによって充電される。コントローラが、タグのデバイス応答に応答して、複数の送信機の各々のエネルギー位置において、各それぞれのエネルギービームのそれぞれの周波数と、それぞれの位相及びそれぞれの極性の少なくとも一方とを調節し、エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するように構成される。【選択図】図３
2019504600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムであって、
第１のエネルギービームをエネルギー位置に向けるように構成された第１の送信機と、
前記第１の送信機から物理的に分離されて、前記エネルギー位置に第２のエネルギービームを向けるように構成された第２の送信機と、
前記エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積し、センサデータを検知し、前記エネルギー位置に存在してから一定期間後に前記センサデータをリーダに送信するように構成された、前記エネルギー位置におけるタグと、
前記タグのデバイス応答に応答して、前記エネルギー位置において、前記第１のエネルギービームの第１の周波数を前記第２のエネルギービームの第２の周波数と調節するとともに、前記第１のエネルギービームの第１の位相及び第１の極性の少なくとも一方を前記第２のエネルギービームのそれぞれの第２の位相及びそれぞれの第２の極性と調節し、前記エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するように構成されたコントローラと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記リーダは、前記第１の送信機と一体化されて前記第１のエネルギービームを方向付け、前記第１の送信機のアンテナを用いて前記センサデータを受け取る、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記リーダは、前記第１の送信機と一体化されて前記第１のエネルギービームを方向付け、前記第１の送信機の第１のアンテナを用いて前記センサデータを受け取り、第２のリーダが、前記第２の送信機と一体化されて前記第２のエネルギービームを方向付け、前記第２の送信機の第２のアンテナを用いて前記センサデータを受け取る、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記デバイス応答は、前記タグから後方散乱を用いて通信される、前記タグにおける受信信号強度インジケータ及び前記受信エネルギーの大きさの一方である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記タグは、前記タグが前記受信エネルギーを受け取ったことに応答して動作電圧レベルまで充電されるように構成されたコンデンサをさらに含み、前記期間は、前記コンデンサに接続された電圧モニタによって測定される、前記コンデンサを前記動作電圧レベルまで充電するための充電時間に等しい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記タグは、前記コンデンサが前記動作電圧レベルまで充電されていない間は前記タグのメモリのデフォルト内容を送信するように構成され、前記コンデンサが前記動作電圧レベルまで充電された後は前記センサデータを検知して送信するように構成される、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記メモリの前記デフォルト内容は、前記メモリのクリア状態を表すクリアデータ値、前記コンデンサの未充電状態を表すセマフォ、前記センサデータが最後の送信以降に検知されたかどうかを表すセマフォ、前記メモリがクリアされた時刻を表すタイムスタンプ値、及び前記受信エネルギーの信号強度を表す受信信号強度インジケータ、のうちの１つ又は２つ以上を含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記タグは、前記タグが前記受信エネルギーを受け取ったことに応答して、前記センサデータを検知し、前記センサデータを前記タグのメモリに保存し、前記センサデータを保存した後にセマフォを設定し、前記セマフォが設定されて前記リーダによってクエリが行われた場合にのみ前記センサデータを前記リーダに送信するように構成され、前記期間は、前記タグが前記エネルギー位置に存在した後に前記タグが前記セマフォを設定するための検知時間に等しい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記期間は、一定の継続時間である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記エネルギー位置は、前記期間後に新たなエネルギー位置に移動し、前記エネルギー位置は、複数の参照タグから少なくとも部分的に特定され、各参照タグは、前記それぞれの参照タグにおける前記受信エネルギーの信号強度に対応するそれぞれの受信信号強度インジケータを送信する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記それぞれの第１の送信機又は第２の送信機と同じ周波数を有するバックグラウンドエネルギーを検出したことに応答して前記第１の送信機及び前記第２の送信機の少なくとも一方を停止するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
長距離無線周波数識別タグの充電方法であって、
第１の送信機が、第１のエネルギービームをエネルギー位置に向けるステップと、
前記第１の送信機から物理的に分離した第２の送信機が、前記エネルギー位置に第２のエネルギービームを向けるステップと、
前記エネルギー位置におけるタグが、前記エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積するステップと、
前記蓄積された受信エネルギーを用いてセンサデータを検知するステップと、
前記タグが前記エネルギー位置に存在してから一定期間後に、前記蓄積された受信エネルギーを用いて前記タグからリーダに前記センサデータを送信するステップと、
コントローラが、前記タグのデバイス応答に応答して、前記エネルギー位置において、前記第１のエネルギービームの第１の周波数を前記第２のエネルギービームの第２の周波数と調節するとともに、前記第１のエネルギービームの第１の位相及び第１の極性の少なくとも一方を前記第２のエネルギービームのそれぞれの第２の位相及びそれぞれの第２の極性と調節し、前記エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記タグの前記デバイス応答は、前記タグにおける前記受信エネルギーの測定値である受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）から判定される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記タグは、後方散乱を用いて前記デバイス応答を通信し、該デバイス応答は、前記タグにおける前記受信エネルギーの大きさに基づく、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記蓄積するステップは、前記タグに接続されたコンデンサを充電して前記受信エネルギーを蓄積するステップをさらに含み、前記方法は、
前記コンデンサ上の動作電圧レベルを測定して受信エネルギーの量を決定するステップをさらに含み、
前記タグは、前記コンデンサが前記動作電圧レベルまで充電されていない間は前記タグのメモリのデフォルト内容を送信し、
前記タグは、前記コンデンサが前記動作電圧レベルまで充電された後は前記センサデータを検知して送信する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサデータを検知した後に前記センサデータを保存するステップと、
前記センサデータを保存したことに応答してセマフォを設定するステップと、
前記セマフォが設定されているときの前記リーダによるクエリのみに応答して、前記保存されたセンサデータを送信するステップと、
をさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記それぞれの参照タグにおける前記受信エネルギーの信号強度に対応するそれぞれの受信信号強度インジケータを送信する複数の参照タグから前記エネルギー位置を特定するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記それぞれの第１の送信機又は第２の送信機と同じ周波数を有するバックグラウンドエネルギーを前記コントローラが検出したことに応答して前記第１の送信機及び前記第２の送信機の少なくとも一方を停止するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムであって、
各々がそれぞれのエネルギービームをエネルギー位置に向けるように構成された複数の物理的に分離した送信機と、
前記エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積し、センサデータを検知し、前記タグに接続されたコンデンサが前記受信エネルギーによって動作電圧レベルまで充電された後に前記センサデータをリーダに送信するように構成された、前記エネルギー位置におけるタグと、
前記タグのデバイス応答に応答して、前記複数の送信機の各々の前記エネルギー位置において、各それぞれのエネルギービームのそれぞれの周波数と、それぞれの位相及びそれぞれの極性の少なくとも一方とを調節し、前記エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するように構成されたコントローラと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記デバイス応答は、前記タグから後方散乱を用いて通信される、前記タグにおける受信信号強度インジケータ及び前記受信エネルギーの大きさの一方である、
請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１６年１月８日に出願された「無電池型長距離ＲＦＩＤタグの充電（ＣＨＡＲＧＩＮＧ  ＢＡＴＴＥＲＹ−ＬＥＳＳ  ＬＯＮＧ−ＲＡＮＧＥ  ＲＦＩＤ  ＴＡＧＳ）」という名称の同時係属中の米国仮特許出願第６２／２７６，２８５号に対する優先権を主張する実用特許出願であり、この文献はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示は、一般に無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグのための無線エネルギー伝達に関し、具体的には、ＲＦＩＤタグの充電範囲を拡大することに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、倉庫内の商品の識別及び環境センシング目的を含む様々な異なる環境で使用されている。タグとリーダとの間の読み取り範囲は、タグのエネルギー蓄積能力によって制限される。タグの処理能力が高くなるにつれて限りある蓄積エネルギーの消費量も増加し、これによってさらに読み取り範囲が制限される。さらに、この範囲は、タグとリーダとの間の伝送媒体によって制限されることもある。例えば、製造を容易にするために自動車に埋め込まれたタグ、又は衣料品に埋め込まれたタグでは、タグとリーダとの間に自由空間以外に材料が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、タグは、電池を用いてエネルギーを蓄積するが、これによってタグのコスト及びサイズが増加する。これとは別に、近接場技術も使用されてきたが、このような技術は短距離（例えば、約数センチメートル）に制限され、誘導結合又は静電結合に依拠する。ＲＦＩＤタグは、テザリングを伴わない環境において危険なほど高レベルの電力を使用することなく、又はＲＦＩＤへの給電に使用される充電ステーションの配置に過度の制約を課すことなく長距離にわたって給電を受ける効率的な方法を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
理解されるように、本明細書で開示するような実施形態は、少なくとも以下を含む。１つの実施形態では、長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムが、第１のエネルギービームをエネルギー位置に向けるように構成された第１の送信機を含む。第２の送信機が、このエネルギー位置に第２のエネルギービームを向けるように構成される。第２の送信機は、第１の送信機とは物理的に分離している。エネルギー位置にはタグが存在する。タグは、エネルギー位置から受け取ったエネルギーを蓄積し、センサデータを検知し、タグがエネルギー位置に存在してから一定期間後にセンサデータをリーダに送信するように構成される。コントローラが、タグのデバイス応答に応答して、エネルギー位置において、第１のエネルギービームの第１の周波数を第２のエネルギービームの第２の周波数と調節するとともに、第１のエネルギービームの第１の位相及び第１の極性の一方を第２のエネルギービームのそれぞれの第２の位相及びそれぞれの第２の極性と調節して、エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するように構成される。
【０００６】
長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムの別の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はこれらのいずれかの組み合わせを含む。リーダは、第１の送信機と一体化されて第１のエネルギービームを方向付け、第１の送信機のアンテナを用いてセンサデータを受け取る。リーダは、第１の送信機と一体化されて第１のエネルギービームを方向付け、第１の送信機の第１のアンテナを用いてセンサデータを受け取り、第２のリーダが、第２の送信機と一体化されて第２のエネルギービームを方向付け、第２の送信機の第２のアンテナを用いてセンサデータを受け取る。デバイス応答は、タグから後方散乱を用いて通信される、受信信号強度インジケータ、及びタグにおける受信エネルギーの大きさの一方である。タグは、タグが受信エネルギーを受け取ったことに応答して動作電圧レベルまで充電されるように構成されたコンデンサをさらに含み、上記期間は、コンデンサに接続された電圧モニタによって測定される、コンデンサを動作電圧レベルまで充電するための充電時間に等しい。タグは、コンデンサが動作電圧レベルまで充電されていない間はタグのメモリのデフォルト内容を送信するように構成され、コンデンサが動作電圧レベルまで充電された後はセンサデータを検知して送信するように構成される。メモリのデフォルト内容は、メモリのクリア状態を表すクリアデータ値、コンデンサの未充電状態を表すセマフォ、センサデータが最後の送信以降に検知されたかどうかを表すセマフォ、メモリがクリアされた時刻を表すタイムスタンプ値、及び受信エネルギーの信号強度を表す受信信号強度インジケータ、のうちの１つを含む。タグは、センサデータを検知し、センサデータをタグのメモリに保存し、タグが受信エネルギーを受け取ったことに応答してセンサデータを保存した後にセマフォを設定し、セマフォが設定されてリーダによってクエリが行われた場合にのみセンサデータをリーダに送信するように構成され、期間は、タグがエネルギー位置に存在した後にタグがセマフォを設定するための検知時間に等しい。この期間は、一定の継続時間である。エネルギー位置は、この期間後に新たなエネルギー位置に移動し、エネルギー位置は、複数の参照タグから少なくとも部分的に特定され、各参照タグは、それぞれの参照タグにおける受信エネルギーの信号強度に対応するそれぞれの受信信号強度インジケータを送信する。コントローラは、それぞれの第１の送信機又は第２の送信機と同じ周波数を有するバックグラウンドエネルギーを検出したことに応答して第１の送信機及び第２の送信機の少なくとも一方を停止するように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、長距離無線周波数識別タグの充電方法が、第１の送信機が第１のエネルギービームをエネルギー位置に向けるステップを含む。第１の送信機から物理的に分離した第２の送信機が、このエネルギー位置に第２のエネルギービームを向ける。タグが、エネルギー位置において、エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積する。蓄積された受信エネルギーを用いてセンサデータを検知する。タグがエネルギー位置に存在してから一定期間後に、蓄積された受信エネルギーを用いてタグからリーダにセンサデータを送信する。コントローラが、タグのデバイス応答に応答して、エネルギー位置において、第１のエネルギービームの第１の周波数を第２のエネルギービームの第２の周波数と調節するとともに、第１のエネルギービームの第１の位相及び第１の極性の一方を第２のエネルギービームのそれぞれの第２の位相及びそれぞれの第２の極性と調節して、エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化する。
【０００８】
長距離無線周波数識別タグの充電方法の別の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はこれらのいずれかの組み合わせを含む。タグのデバイス応答は、タグにおける受信エネルギーの測定値である受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）から判定される。タグは、後方散乱を用いてデバイス応答を通信し、デバイス応答は、タグにおける受信エネルギーの大きさに基づく。蓄積するステップは、タグに接続されたコンデンサを充電して受信エネルギーを蓄積するステップをさらに含み、方法は、コンデンサ上の動作電圧レベルを測定して受信エネルギーの量を決定するステップをさらに含み、タグは、コンデンサが動作電圧レベルまで充電されていない間はタグのメモリのデフォルト内容を送信し、コンデンサが動作電圧レベルまで充電された後はセンサデータを検知して送信する。センサデータを検知した後にセンサデータを保存し、センサデータを保存したことに応答してセマフォを設定し、セマフォが設定されている時のリーダによるクエリのみに応答して、保存されたセンサデータを送信する。それぞれの参照タグにおける受信エネルギーの信号強度に対応するそれぞれの受信信号強度インジケータを送信する複数の参照タグからエネルギー位置を特定する。それぞれの第１の送信機又は第２の送信機と同じ周波数を有するバックグラウンドエネルギーをコントローラが検出したことに応答して第１の送信機及び第２の送信機の少なくとも一方を停止する。
【０００９】
別の実施形態では、長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムが、複数の物理的に分離した送信機を含む。各送信機は、それぞれのエネルギービームをエネルギー位置に向けるように構成される。エネルギー位置におけるタグが、エネルギー位置から受け取った受信エネルギーを蓄積し、センサデータを検知し、タグに接続されたコンデンサが受信エネルギーによって動作電圧レベルまで充電された後にセンサデータをリーダに送信するように構成される。コンデンサは、受け取ったエネルギーによって充電される。コントローラが、タグのデバイス応答に応答して、複数の送信機の各々のエネルギー位置において、各それぞれのエネルギービームのそれぞれの周波数と、それぞれの位相及びそれぞれの極性の少なくとも一方とを調節して、エネルギー位置におけるエネルギーレベルを最大化するように構成される。
【００１０】
長距離無線周波数識別タグを充電するためのシステムの別の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はこれらのいずれかの組み合わせを含む。デバイス応答は、タグから後方散乱を用いて通信される、受信信号強度インジケータ、及びタグにおける受信エネルギーの大きさの一方である。
【００１１】
本発明は一例として示すものであり、同様の要素を同じ参照記号によって示す添付図によって限定されるものではない。図中の要素は、単純化及び明確化のために示すものであって必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】送信機及びＲＦＩＤリーダの動作モードの様々な分類の概略図である。
【図２】ＲＦＩＤタグ及び参照タグの動作モードの様々な分類の概略図である。
【図３】一体化された送信機及びＲＦＩＤリーダを含むシステムの第１の実施形態の概略図である。
【図４】図３に示すシステムの動作方法のフローチャート表現である。
【図５】ＲＦＩＤ検知とＲＦＩＤ通信とを一時的に分離したシステムの第２の実施形態の概略図である。
【図６】図５に示すシステムの動作方法のフローチャート表現である。
【図７】第３の実施形態によるバブルウォーキング法のフローチャート表現である。
【図８】ＲＦＩＤ参照タグとのバブルウォーキングを用いて動作範囲を改善したシステムの第４の実施形態の概略図である。
【図９】図８に示すシステムの動作方法のフローチャート表現である。
【図１０】周波数干渉を最低限に抑えながら本開示の実施形態を既存の無線インフラストラクチャと統合する方法のフローチャート表現である。
【図１１】本開示の実施形態による長距離無線周波数識別タグの充電方法のフローチャート表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で説明するシステム及び方法の実施形態は、ＲＦＩＤタグを用いた長距離充電及び通信を提供することによって、パッシブ型無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの読み取り範囲を拡大してその能力を高める。システムは、無線充電のためのサブシステムと、ＲＦＩＤ通信のためのサブシステムとを含む。本明細書における例では、ＥＰＣクラス１ジェネレーション２（ＥＰＣ  Ｃｌａｓｓ１  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ２）プロトコルに類似する長距離ＵＨＦ  ＲＦＩＤプロトコルを利用するが、これらの例は、あらゆるリーダトークファーストプロトコル又はタグトークファーストプロトコルに容易に一般化することができる。
【００１４】
図１及び図２は、異なるタグ、ＲＦＩＤリーダ及び送信機の実装の動作モードの例示的な分類を表す図である。以下では、これらの分類の組み合わせを用いて動作範囲の拡大をもたらす異なる実施形態を示す。図１を参照して分かるように、本発明者らは、送信機がＲＦＩＤリーダとどのように接続又は一体化されているか（１１０）、送信機が電力のみを送信するか、それとも電力とデータの両方を送信するか（１２０）、並びに送信機における周波数、位相及び極性のうちの少なくとも１つに関する決定がＲＦＩＤタグからのフィードバックに基づくか、参照タグからのフィードバックに基づくか、それともいずれのフィードバックにも基づかないか（１３０）、に基づいてシステムを分類する。１つの実施形態では、送信機の周波数が、ＲＦＩＤタグのフィードバックを必要とせずに局所的に調整される。
【００１５】
図２を参照すると、本発明者らは、タグが送信機から電力を受け取ってＲＦＩＤリーダと通信するシステムをタグ側において区別している。いくつかの実施形態では、「送信機」をパワーアクセスポイント（ＰＡＰ）とも呼ぶ。１つの実施形態では、送信機から受け取られるエネルギーとＲＦＩＤリーダとの通信とが同じ周波数範囲で動作（１６１）することによってタグが１つのアンテナしか必要とせず、或いは異なる周波数範囲（１６０）で動作する。また、タグは、動作のために常にタグにエネルギーを供給する必要がある市販のパッシブＵＨＦ  ＲＦＩＤタグなどの非常に小さな容量（１７１）から、数分間にわたってエネルギーを蓄積できる非常に大きな容量（１７３）までの幅がある異なるエネルギー蓄積要件（１７０）を有することができる。タグは、タグ設計において設計する必要があるカスタムハードウェア（１９０）に基づいて区別することも、タグが自機のＲＳＳＩ値を送信機又はＲＦＩＤリーダのどちらに返送するか（１８０）に基づいて区別することもできる。さらに、タグは、ＲＳＳＩ値を送信することができ（１８１）、パッシブ又はセミパッシブタグの場合には後方散乱データからＲＳＳＩ値が推測される（１８２）。
【００１６】
図１及び図２の例示的な分類は、（図１の）送信機の分類と（図２の）互換性のあるタグの分類とを選択することを考慮した多岐にわたる可能な組み合わせを示すものである。単一システムでは、可能な組み合わせの多くに互換性がある。例えば、所与の分類の送信機は、複数の異なる分類のタグ（又は送信エネルギーの受信機）と通信し、又はこのようなタグに電力を供給することができる。以下の実施形態は使用事例を示すためのものであり、送信機及びタグの分類の異なる組み合わせを制限するものとして解釈すべきではない。
【００１７】
第１の実施形態
第１の実施形態は、ＲＦＩＤリーダと送信機とを一体化することによってタグの処理能力を拡大する方法を提供する。送信機は、連続波（ＣＷ）エネルギービームを用いて、タグを励起させるのに必要な電力を送信するだけでなく、通信データも送信する。通信データ信号の位相又は極性のいずれかが同期する（例えば、２又は３以上の送信機の位相が調節される）場合には、通信範囲が拡大される。通信データ信号の位相と極性がいずれも同期する場合には、通信範囲がさらに拡大される。１つの実施形態では、このシステムを用いてパッシブセンサタグの処理能力を拡大することができる。別の実施形態では、このシステムを用いて市販のパッシブタグの範囲を拡大することができる。タグの読み取りには、標準的なＲＦＩＤプロトコル又はカスタムプロトコルを使用することができる。
【００１８】
図３に、送信機とＲＦＩＤリーダとを一体化してパッシブタグの処理能力を高めるシステムの実施形態を表す。送信機がＲＦＩＤリーダと一体化されているので、このシステムは図１の分類１１７に相当する。また、この一体型システムは、連続波を送信してタグに給電を行うだけでなくＲＦＩＤデータも送信し、従って図１の１２２にも関連する。送信機システムとＲＦＩＤリーダシステムは、同じ周波数範囲で動作する（図２の１６１）。例えば、送信機は、ＲＦＩＤリーダがタグを読み取るために使用するものと同じ周波数でタグに電力を送信する。タグは、検知用の電子機器（図２の１７２又は１７３）を起動させるためのエネルギーを蓄積する必要があり、パッシブＲＦＩＤタグ及びセンサ（１９３）などのカスタムハードウェアを必要とする。ＲＳＳＩを取得するためのカスタム電子機器が存在しない場合には、ＲＦＩＤタグがＲＳＳＩ値を送信することもでき（１８１）、或いはタグが受信信号の後方散乱のみを行い、ＲＳＳＩリーダにおいてＲＳＳＩを推測することもできる（１８２）。
【００１９】
図３では、ＲＦＩＤリーダと送信機とが一体化されている。本発明者らは、２つの異なる実装について検討する。第１の実装では、１つの送信機（例えば、２０１）のみがＲＦＩＤリーダの役割を果たし、ＲＦＩＤコマンドを送信してタグのデータを受け取ることができる。他の全ての送信機は、送信機／リーダ２０１と同じ周波数でＣＷエネルギーのみを送信する。第２の実装では、全ての送信機がＲＦＩＤリーダの役割を果たし、エネルギー及びＲＦＩＤコマンドを送信してタグのデータを受け取る。図４に示すプロトコルの例では、第１の実装について検討する。送信機は、コンピュータシステム２２０から遠隔制御される。タグ２１０は、ＲＦＩＤリーダと通信するためのアンテナとパッシブタグＩＣ（２１１）とを含む。また、タグは、コンデンサ（２１５）などの記憶素子と、コンデンサ２１５が十分に充電された時にセンサロジックをオンに切り替えるための電圧モニタ回路（２１２）と、センサ及びマイクロコントローラシステム（２１３）とで構成される。センサデータが取得されると、シリアルＩ２Ｃバスなどのバス（２１４）を用いてパッシブタグＩＣ（２１１）の内部メモリにデータが通信される。
【００２０】
この実施形態では、コンデンサ上に十分な電荷が収集されるまでセンサ２１３がオンに切り替わらず、従ってタグがパッシブタグとして動作して比較的広い読み取り範囲を達成する。通常、読み取り範囲は、タグを複雑化する（例えば、さらなる電子機器を追加する）ことによって狭くなる。従って、タグ２１０では、十分なエネルギーが収集されるまで、（２１３などの）電力を大量消費する電子機器はオンにならない。送信機をオンに切り替えてコンデンサ２１５を充電することにより、検知のためのさらなるエネルギーが収集される。図４に、図３に示すシステムのプロトコルの実装を示す。本発明者らは、１つの送信機のみがＲＦＩＤリーダ（例えば、２０１）と一体化され及び／又はＲＦＩＤリーダを使用する第１の実装について検討する。最初に、リーダ（２０１）がタグの読み取りを開始する。読み取り範囲内には、複数のタグが存在することができる。リーダ（２０１）は、標準的なＲＦＩＤプロトコルを用いて１つのタグ（２１０）を読み取る（例えば、単体化する）。タグは、リーダがタグにコマンドを送信（３０１）した後にタグの識別番号（ＩＤ）で応答する（３１１）。リーダ（２０１）は、タグを識別した後に、タグのメモリの内容を読み取るためのさらなるコマンドを送信し続ける。このコマンドをＲＥＡＤコマンドと呼ぶ。ＲＥＡＤコマンドの送信中、他の送信機（２０２、２０３）はオンに切り替わり、及び／又はタグにさらなるエネルギーを供給するように指示される。送信機２０２及び２０３は、送信機／リーダ２０１と同じ周波数でＣＷエネルギーを送信するように調節する。この実施形態では、タグが、同じメモリ位置の内容でＲＥＡＤコマンドに応答する（３１２）。リーダ／送信機２０１は、タグから応答を受け取り、ＲＳＳＩを抽出し、送信機の位相を調整して別のＲＥＡＤコマンドを送信する（３０２）。タグにさらなるエネルギーが供給されるにつれ、タグ側のコンデンサが充電される。十分なエネルギーが供給されると、センサがオンに切り替わって検知を実行し、検知したデータをメモリ位置に保存する。この時点で、このメモリ位置の内容はそれまでと異なるようになる（３１３）。リーダは、ＲＥＡＤコマンドを用いてこのメモリ位置を次に読み取った後に新たな値を読み取り、すなわちタグが検知を実行したことになる（３０３）。この場合、リーダ２０１は他のタグの読み取りに進む。様々な実施形態では、タグのメモリが、読み取られた時点でクリアされる。別の実施形態では、タグのメモリが、メモリが更新又はクリア（例えば、センサデータの不在を表す予約値に設定）されたことを示すセマフォを含む。別の実施形態では、タグのメモリが、メモリが更新された時刻を示すローカルクロックのタイムスタンプを含む。
【００２１】
別の実施形態は、同じメモリ位置の内容を送信する代わりに、十分なエネルギーが供給される前に読み取りコマンドなどのＲＥＡＤコマンドに応答して、受け取られるＲＳＳＩ値を推定してＲＳＳＩ値を送信できるタグを含む。この実装は、送信機の位相を調整するのには有利であるが、タグのハードウェアの複雑性を高め、従ってタグの読み取り範囲に影響することがある。
【００２２】
システムは、単に範囲を拡大することに加えてタグの局所化を実行することもできる。ＲＦＩＤリーダでは、ＲＳＳＩ値だけでなく複数の送信機の位相も分かっているので、この情報を用いてタグの位置を推定することができる。
【００２３】
第２の実施形態
第２の実施形態は、ＲＦＩＤリーダとの通信から一時的に検知を分離することによってタグの処理能力を拡大する方法を含む。システムは、１又は２以上のＲＦＩＤリーダと、少なくとも２つの送信機とで構成される。タグが送信機によって「充電」されると検知が行われ、検知されたデータが保存される。データは、標準的なＲＦＩＤインターフェイスを用いて読み取ることができる。このシステムの実施形態は、本明細書で説明する他のＲＦＩＤセンサ−タグシステムに比べると、ＲＦＩＤリーダとの通信とは異なる時点で検知が行われるので、検知を行うためにＲＦＩＤリーダとの通信中にさらなるエネルギーを供給する必要がない。１つの実施形態では、標準的なＲＦＩＤプロトコルを用いて検知データを読み取ることができ、別の実施形態では、大型の保存データ配列を読み取るように最適化されたカスタムプロトコルが使用される。１つの実施形態では、タグがエネルギーバブル内に存在する時には常に充電され、別の実施形態では、後方散乱を通じて送信及び／又は通信されるＲＳＳＩ値を用いてタグにエネルギーを向けることができる。本開示の文脈内で使用する「エネルギーバブル（ｂｕｂｂｌｅ  ｏｆ  ｅｎｅｒｇｙ）」という用語は、複数の送信機（例えば、２０１、２０２及び２０３）によって放出されるエネルギービームの周波数、位相及び極性のうちの少なくとも１つが一致するという建設的効果に起因して、これらの送信機によって送信されるエネルギーが「バブル」を取り囲むエネルギーよりも十分に大きな場所を意味する。この建設的エネルギーが発生する物理的空間は、泡（バブル）の形状に類似することができるが、そのように限定する必要はない。同様に、「バブルウォーキング」という用語は、１又は２以上の送信機の（位相及び／又は極性の修正を含めて）ビームステアリングを修正することによってエネルギーバブルを異なる場所に移動させることを意味する。
【００２４】
図５に、ＲＦＩＤタグへのクエリを開始するＲＦＩＤリーダ（４３０）と、タグ上の記憶素子４１５を充電して検知を開始する送信機（４０１、４０２及び４０３）と、ＲＦＩＤセンサタグ（４１０）とを含む、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの処理能力を高めるシステムを示す。図１及び図２の分類を見ると、送信機（４０１〜４０３）及びＲＦＩＤリーダは、ソフトウェア（１１２及び１１６）のみを通じて接続された別個のモジュールであり、送信機は、連続波を送信してタグに給電を行うことしかせず（１２１）、１つの実施形態では、ＲＦＩＤタグ又は受信機からＲＳＳＩフィードバックが行われ（１３２）、別の実施形態ではフィードバックが行われない（１３１）。送信機は、ＲＦＩＤリーダと同じ周波数（１６１）又は異なる周波数（１６２）で動作する。例えば、送信機は、タグがＲＦＩＤリーダと通信するために使用する周波数と同じ周波数又は異なる周波数でタグにエネルギービームを送信する。図５に示す例では、送信機とＲＦＩＤリーダがいずれも同じ周波数範囲で動作すると仮定する。記憶素子は、長時間にわたってエネルギーを蓄積する必要がないので最小限とすることができる（１７１）。１つの実施形態では、タグが、送信機によって励起された時にＲＳＳＩ値を送信し（１８１）、或いは別の実施形態では、タグが、送信機によって励起された時にＲＳＳＩ値を送信しない（１８３）。タグのカスタム設計が必要である（１９３）。
【００２５】
この例では、ＲＦＩＤリーダ（４３０）と送信機（４０１、４０２及び４０３）とが同じ周波数範囲内で動作するので、計算ユニット４２０上で実行されるソフトウェアは時分割多重化に関与する。リーダと送信機が時分割多重方式で動作するので、市販のリーダを使用することができる。
【００２６】
この実施形態は、検知及び処理をＲＦＩＤ通信から分離する。送信機は、一定期間にわたってエネルギーバブルを１箇所に集中させる。この期間後には、空間全体がカバーされるまでエネルギーバブルを空間内の隣接位置に集中させる。タグが送信機によって充電されると（４１５）（例えば、タグがエネルギーバブル内に来ると）、ユニット４１３内で検知及び処理が行われ、検知されたデータがタグのメモリ（４１２）に保存される。ＲＦＩＤリーダは、関心のある全てのタグを含む空間全体を送信機が照射した後でオンに切り替わって検知データを読み取る。ＲＦＩＤリーダとの通信中には、タグ上のセンサ及びマイクロコントローラ（４１３）をオンに切り替えるほど十分なエネルギーが存在しない場合があるので、ＲＦＩＤ通信中はこれらがオフに切り替わる。従って、達成できる読み取り範囲は従来のパッシブタグの範囲であり、１０ｍ超である。従って、この実施形態は、現在のＲＦＩＤシステムの範囲を拡大せずにむしろ維持する一方で、タグにさらなる処理能力を追加する。従来のＲＦＩＤセンサタグは、センサが検知を行うのにＲＦＩＤリーダからのエネルギーを必要とするように設計されているのでこれを行うことができず、従って読み取り範囲が狭くなる。
【００２７】
図６に、図５で説明したシステムに対応するプロトコルの例を示す。図６には、送信機とＲＦＩＤリーダが同時に動作しないことを示す。最初のステップでは、環境内の全ての電子タグを充電し（５０１）、或いは読み取りたいと望むタグを含む空間全体をスキャンする（５０２）。タグは、送信機からエネルギーを受け取ると検知を実行し、検知した情報をメモリに保存し、タグのメモリに新たな値が書き込まれたことを示すセマフォを更新する（５１１）。ＲＦＩＤリーダは、タグを読み取るとタグに個別にクエリを行う。ＲＦＩＤリーダは、タグのＩＤを読み取った後に、１つのＲＥＡＤコマンドを送信してメモリ内のセマフォの状態をチェックする（５２１）。タグは、セマフォが保存されているメモリ位置の内容を送信する（５１２）。セマフォの値が「１」である場合、リーダは、センサデータが保存されているメモリ位置の内容が送信されるように要求する別のＲＥＡＤコマンドを送信する（５２２）。タグは、メモリ位置の内容を読み取ってデータを送信する（５１３）。その後、タグは、セマフォの値をリセットする。次に、リーダは、別のタグの読み取りに進むことができる（５２３）。別の実施形態では、セマフォの値が、ＲＦＩＤリーダが次のＲＥＡＤコマンドを送信すべきである旨を示す「０」又は他の何らかの値である。リーダが、タグが十分なエネルギーを受け取っていない場合などに起こり得る、特定のタグ上のセマフォが設定されていないことを発見した場合、（計算ユニット４２０上で実行されているソフトウェアなどの）上位レベルのソフトウェアが、この特定のタグの位置にエネルギーバブルが集中する期間を延ばすことができる。
【００２８】
別の実施形態では、送信機とＲＦＩＤリーダとが異なる周波数範囲で動作する。従って、時分割多重は不要になる。しかしながら、タグは、少なくとも２つのアンテナと、２つの対応するＲＦユニットとを有する。
【００２９】
第３の実施形態
第３の実施形態では、タグが送信機によって充電され、その後にＲＦＩＤリーダによって素早く読み取られる。この実施形態では、エネルギーバブルが１箇所に集中した後に移動し、その後に１回のＲＦＩＤ読み取りシーケンスが続く。１つの実施形態では、タグが標準的なＲＦＩＤタグである。別の実施形態では、タグが、少なくとも１つの送信機によって照射された時にＲＳＳＩ値を後方散乱する。図７に、第３の実施形態を実装するシーケンスを示す。
【００３０】
第４の実施形態
第４の実施形態は、送信機によって送信されるエネルギーのバブルウォーキングを使用する。最初に、１つの送信機のみがその周囲の空間を励起させる。送信機から離れた領域は、建設的干渉からの恩恵を受ける。一定期間にわたり、空間内の１箇所においてエネルギーバブルが形成されて維持される。１つの実施形態では、参照タグの位置に対する較正を伴わずにこれが行われる。様々な実施形態では、複数のアルゴリズムのうちの１つ又は２つ以上を用いてエネルギーバブルの位置が推定される。１つの実施形態では、送信機の位置、既知の送信周波数及び送信位相、並びに自由空間伝搬モデルの仮定に基づいてバブルの位置が推定される。別の実施形態では、エネルギーバブルの位置が参照タグを用いて較正される。様々な実施形態では、参照タグが既知の場所に配置され、送信機によって照射された時にＲＳＳＩ値を提供する。エネルギーバブルの位置が較正された後には、参照タグに対する他の位置を推定することができる。
【００３１】
図８に、ＲＦＩＤタグについてのクエリを開始するＲＦＩＤリーダ（７３０）と、ＲＦＩＤリーダと通信するとともに超コンデンサ（７１２）などの記憶素子を含む少なくとも１つのＲＦＩＤタグ（７１０）と、ＲＦＩＤタグにエネルギーを向けるとともに超コンデンサを充電することができる送信機（７０１、７０２及び７０３）と、ＲＦＩＤリーダと送信機の両方の送信を制御するコントローラ（７２０）とを含む、ＲＦＩＤセンサタグの範囲７０４を拡大するシステムを示す。また、様々な実施形態では、このシステムが、戦略地点に配置されてこれらの特定の地点にエネルギーを向けるのに役立つ参照タグを含む（７４１及び７４２）。
【００３２】
図１及び図２の分類を参照すると、送信機（７０１、７０２及び７０３）及びＲＦＩＤリーダ（７３０）は、ソフトウェア（１１２及び１１６）のみを通じて接続された異なるハードウェアユニットであり、送信機は、連続波を送信してタグに給電を行うことしかせず（１２１）、ＲＦＩＤタグからのフィードバックは行われない（１３１）。しかしながら、参照タグを使用する場合には、これらの参照タグが送信機にＲＳＳＩを提供する（１３３）。様々な実施形態では、両システムが同じ周波数範囲内で動作すると仮定した図７に示す例とは対照的に、送信機がＲＦＩＤリーダと同じ周波数で（１６１）又は異なる周波数で（１６２）動作する。タグにおける記憶素子は大型である必要がある（１７３）。タグは、送信機によって照射された時にＲＳＳＩを送信しない（１８３）。大型の記憶素子が必要であるため、タグのカスタム設計が必要である（１９０）。
【００３３】
図９に、ＲＦＩＤセンサタグを読み取るためのプロトコルを示す。送信機は、数秒間にわたって特定の場所にエネルギーを集中させる（８０１）。あるタグがたまたまその場所に来た場合、このタグの記憶素子が充電される（８１１）。その後、送信機がオフに切り替わり、ＲＦＩＤリーダがオンに切り替わる。ＲＦＩＤリーダは、その読み取り範囲内のタグにクエリを行う（８２１）。タグの記憶素子が充電されると、タグはセミパッシブタグの機能を果たして広い読み取り範囲を達成することができる。リーダは、タグのＩＤを読み取る。タグがセンサタグである場合には、タグが検知を実行し（８１２）、検知されたデータがリーダによって読み取られる（ステップ８２２及び８１３）。その後、リーダは、他のタグに対するクエリを継続する（８２３）。送信機は、他のタグが応答しなかった後に再びオンになるが、今度は数秒間にわたって異なる場所にエネルギーを集中させて（８０２）、手順全体を繰り返す。
【００３４】
１つの実施形態では、既知の場所に配置された参照タグを使用する。これらのタグは、ＲＳＳＩを検出して送信機にＲＳＳＩ値を通信することができる。この場合、これらのタグを用いてエネルギーバブルを集中させることができる。さらなる実施形態では、参照タグに対して少なくとも近似的に既知の位置に存在する物体内又は物体上にパッシブセンサタグ７１０を配置する。例えば、パッシブセンサタグは、組み立てライン上の車の中に存在し、組み立てライン内のパッシブセンサタグが読み取られる特定の位置に参照タグを配置する。これにより、例えばパッシブセンサタグからＲＳＳＩを受け取る必要なく、物体上又は物体内の特定の位置にエネルギーバブルを集中させることができる。
【００３５】
別の実施形態では、送信機とＲＦＩＤリーダとが１つのシステムに一体化される。この場合、市販のパッシブタグを使用することができる。送信機は、しばらくの間エネルギーバブルを１箇所に集中させ、その後に送信機のうちの１つがリーダとしての役割を果たす。ＲＦＩＤリーダは、エネルギーバブル内のタグを読み取り、従ってこの実施形態は、さらに広い範囲を達成することができる。
【００３６】
図１０に、ＲＦＩＤシステムが同じ周波数帯域内で動作する市販のＲＦＩＤリーダ及び他の無線装置と共存するように設計された実施形態の方法を示す。周波数帯域内で（例えば、コントローラが）何らかのエネルギーを検出した場合、送信機は送信を行わない。このように、市販のＲＦＩＤの展開に送信機を追加し、時分割多重方式で協働させることができる。
【００３７】
図１１に、長距離ＲＦＩＤタグの充電方法を示す。１０００において、あるエネルギー位置に第１のエネルギービームを向ける。１００２において、このエネルギー位置に第２のエネルギービームを向ける。他の実施形態では、２つよりも多くのエネルギービームを使用して、各エネルギービームをこのエネルギー位置に向ける。本明細書で使用する「エネルギー位置（ｅｎｅｒｇｙ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）」という用語は、第１及び第２のエネルギービームの建設的干渉に起因して周辺領域よりも高いエネルギー密度を有する位置を意味する。
【００３８】
１００４において、各エネルギービームの周波数と、位相及び極性の少なくとも一方とを調節される。１つの例では、第１のエネルギービームの周波数を第２のエネルギービームの周波数に調節し、第１のエネルギービームの位相と第２のエネルギービームの位相とを調節する。「調節（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」という用語は、エネルギー位置における調節を意味する。２つのそれぞれのビームの周波数を「調節する」ことは、２つのビームの周波数を同じにすることを意味する。２つのそれぞれのビームの位相を「調節させる」ことは、２つのビームの位相を同じにすることを意味する。２つのそれぞれのビームの極性を「調節する」ことは、２つのビームの極性を同じにすることを意味する。１００６において、タグが、エネルギー位置において受け取ったエネルギーを（例えば、コンデンサを充電することによって）蓄積する。１００８において、タグがセンサデータを検知する。１０１０において、このセンサデータを遅延後にリーダに送信する。
【００３９】
本明細書では、特定の実施形態を参照しながら本発明を説明したが、以下の特許請求の範囲に示す本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を行うことができる。従って、明細書及び図は、制約的な意味ではなく例示的な意味で評価すべきであり、全てのこのような修正は本発明の範囲に含まれるように意図される。本明細書において特定の実施形態に関して説明したあらゆる利益、利点、又は問題解決策は、特許請求の範囲の一部又は全部の決定的な、必須の又は不可欠な特徴又は要素として解釈すべきものではない。
【００４０】
別途述べていない限り、「第１の」及び「第２の」などの用語は、これらの用語が表す要素同士を任意に区別するために使用するものである。従って、これらの用語は、必ずしもこのような要素の時間的な又はその他の優先順位付けを示すためのものではない。
【符号の説明】
【００４１】
２０１〜２０３  送信機
２１０  タグ
２１１  メモリを有するパッシブタグＩＣ
２１２  電圧モニタリング
２１３  センサ及びマイクロコントローラ
２１４  バス
２１５  コンデンサ
２２０  コンピュータシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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