(57)【要約】  概して、本開示は、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）読取りシステムを開示する。具体的には、このＲＦＩＤ読取りシステムは、好ましくは携帯式であり、少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその位置の両方を決定するものである。【選択図】図１
2011509454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物を使用者が位置決めするのを支援するためのポータブル無線ＩＣタグ（「ＲＦＩＤ」）読取りシステムであって、
コンピュータと、
ユーザーインターフェイスと、
ＲＦＩＤ読取り器と、
電磁界を生成するためのアンテナと、を備え、前記アンテナが、ローブ電界構成及び零電界構成の間で電子的に切り替わって、ＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその位置を決定することが可能である、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２】
前記零電界構成の電力半値角が、前記ローブ電界構成の電力半値角より小さい、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項３】
前記読取り器の動作レンジが、前記ＲＦＩＤ読取り器の出力電力の制御によって制限される、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項４】
前記コンピュータが、前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間の距離が増加しているか減少しているかを決定する、請求項３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項５】
少なくとも１つの慣性センサーを更に備える、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項６】
前記コンピュータが、前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間の相対的角度方向を決定する、請求項５に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの慣性センサーを更に備え、前記読取り器の動作レンジが、前記ＲＦＩＤ読取り器の出力電力の制御によって制限され、前記コンピュータが、前記電力の設定及び前記慣性センサーに関するデータを収集して前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間のおよその距離を見積もる、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項８】
前記コンピュータが、前記アンテナに対する複数のＲＦＩＤタグ付き関心対象品の位置を決定し、前記複数の物品全ての間の移動距離を最小化するように前記複数の物品全てへの移動のための順序を決定する、請求項７に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項９】
前記ユーザーインターフェイスが、前記使用者に情報を提供するための視覚的、音声的、又は触感的インジケータを備える、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１０】
前記システムが検索のステータスを通信し、前記ユーザーインターフェイスが、使用者が前記ＲＦＩＤシステムにデータ入力することを可能にする、請求項９に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１１】
前記ユーザーインターフェイスがディスプレイを含み、前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象品の相対的な位置を表示する、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１２】
前記アンテナが電磁界を生成するためのアンテナアレイを備え、前記アンテナアレイが第１の無線周波数（「ＲＦ」）要素と第２のＲＦ要素とを備え、前記第１のＲＦ要素と前記第２のＲＦ要素とが同相で駆動されてローブ電界構成を生成し、前記第１のＲＦ要素と前記第２のＲＦ要素とが位相外れで駆動されて零電界構成を生成する、請求項１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１３】
少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物を使用者が位置決めするのを支援するためのポータブル無線ＩＣタグ（「ＲＦＩＤ」）読取りシステムであって、
コンピュータと、
ユーザーインターフェイスと、
ＲＦＩＤ読取り器と、
電磁界を生成するためのアンテナアレイと、を備え、前記アンテナアレイが第１の無線周波数（「ＲＦ」）要素と第２のＲＦ要素とを備え、前記第１のＲＦ要素及び前記第２のＲＦ要素が同相駆動されてローブ電界構成を生成し、前記第１のＲＦ要素と前記第２のＲＦ要素が位相外れで駆動されて零電界構成を生成し、前記アンテナアレイがローブ電界構成と零電界構成との間で電子的に切り替えられて、ＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその位置を決定することが可能である、ポータブル無線ＩＣタグ読取りシステム。
【請求項１４】
前記零電界構成の電力半値角が、前記ローブ電界構成の電力半値角より小さい、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１５】
前記読取り器の動作レンジが前記ＲＦＩＤ読取り器の出力電力の制御によって制限される、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１６】
前記コンピュータが、前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間の距離が増加しているか減少しているかを決定する、請求項１５に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つの慣性センサーを更に備える、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つの慣性センサーを更に備え、前記読取り器の動作レンジが、前記ＲＦＩＤ読取り器の出力電力の制御によって制限され、前記コンピュータが、前記電力の設定及び前記慣性センサーに関するデータを収集して前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間のおよその距離を見積もる、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項１９】
前記コンピュータが、前記アンテナと前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物との間の相対的角度方向を決定する、請求項１７に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２０】
前記コンピュータが、前記アンテナに対する複数のＲＦＩＤタグ付き関心対象品の位置を決定し、前記複数の物品の全ての間の移動距離を最小化するように前記複数の物品全てへの移動のための順序を決定する、請求項１８に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２１】
前記ユーザーインターフェイスが、前記使用者に情報を提供するための視覚的、音声的、又は触感的インジケータを備える、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２２】
前記システムが検索のステータスを通信し、前記ユーザーインターフェイスが、使用者が前記ＲＦＩＤシステムにデータ入力することを可能にする、請求項２１に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２３】
前記ユーザーインターフェイスがディスプレイを含み、前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象品の位置を表示する、請求項１３に記載のポータブルＲＦＩＤ読取りシステム。
【請求項２４】
少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物を使用者が位置決めするのを支援する方法であって、
少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物を使用者が位置決めするのを支援するためのポータブル無線ＩＣタグ（「ＲＦＩＤ」）読取りシステムを提供する工程であり、前記システムが、
コンピュータと、
ユーザーインターフェイスと、
ＲＦＩＤ読取り器と、
電磁界を生成するためのアンテナと、を備え、前記アンテナが、ローブ電界構成及び零電界構成の間で電子的に切り替わって、ＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその位置を決定することができる、工程と、
対象物と関連付けられたＲＦＩＤタグを有する関心対象物の存在を決定する工程と、
前記ローブ電界構成と零電界構成との間で電子的に切り替わって、対象物と関連付けられたＲＦＩＤタグを有する前記関心対象物の位置を決定する工程と、を含む方法。
【請求項２５】
少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物を使用者が位置決めするのを支援する方法であって、
ローブ電界構成を有する電磁界を生成する工程と、
指定されたエリアをスキャニングする工程と、
ＲＦＩＤタグ付き関心対象物全体の角度レンジが前記電磁界内で読取られたことを決定する工程と、
前記ＲＦＩＤタグ付き関心対象物が前記角度レンジのほぼ中央にあることを決定する工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）読取りシステムに関する。具体的には、このＲＦＩＤ読取りシステムは、好ましくはポータブルであり、少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及び概略位置の両方を決定するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）技術は、輸送、製造、廃棄物管理、郵便物の追跡、航空機での手荷物照合、及び有料道路の通行料金管理を含む、実質的に全ての産業において幅広く使用されるようになった。ＲＦＩＤシステムは、図書館あるいは小売店のような保護されたエリアから許可なく物品が取り出されることを防ぐためにしばしば使用される。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムは、多くの場合、保護される物品に取り付けられたＲＦＩＤタグを検出するための、保護領域の出口付近に配置される問い合わせゾーン又は通路を含む。それぞれのタグは、通常、それが取り付けられる物品を一意的に識別する情報を含む。物品は、本、製造物品、車両、動物若しくは個人、又は実質的にいかなる他の有形の物品であってもよい。また、特定の用途に必要とされる追加データが物品に提供され得る。
【０００４】
タグを検出するために、ＲＦリーダは、アンテナを通してＲＦ信号を出力し、問い合わせ通路内に電磁界を創出する。この電磁界は、通路内のタグを作動させる。そして、タグが特徴的な応答を生成する。具体的には、いったん作動されると、タグは、所定のプロトコルを使用して通信し、ＲＦＩＤリーダが通路内の１つ以上のタグから識別情報を受信できるようにする。
【０００５】
既知の多様な無線周波数（「ＲＦ」）アンテナ及びＲＦＩＤシステムがあり、例えば、米国特許第４，０１２，７４０号、同第６，４８６，７８０号、同第５，０３０，９５９号、日本国特許第２００６−０５０４７７号、同第２００５−２６９４０３号、同第２００５−１９５３４１号、及び英国特許第２，３８８，９６３号などである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
利用可能なＲＦＩＤ読取りシステムは目覚しい商業的成功を収めてきたが、関心対象の物品の存在のみでなくより多くの情報を使用者に提供するために、既存のポータブルＲＦＩＤシステムの性能を更に改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点は、ポータブル無線識別（「ＲＦＩＤ」）読取りシステムを提供する。少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物の位置を使用者が決定するのを助けるためのポータブルＲＦＩＤ読取りシステムは、コンピュータと、ユーザーインターフェイスと、ＲＦＩＤ読取り器と、電磁界を生成するためのアンテナとを具備するものであり、このアンテナは、ローブ電界構成（lobe field arrangement）と零電界構成（null field arrangement）との間を電子的に切り替えて、ＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその相関的位置を決定することができる。
【０００８】
本発明の別の観点は、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステムを提供する。少なくとも１つのＲＦＩＤタグ付き関心対象物の位置を使用者が決定するのを助けるためのこのポータブルＲＦＩＤ読取りシステムは、コンピュータと、ユーザーインターフェイスと、ＲＦＩＤ読取り器と、電磁界を生成するためのアンテナアレイとを具備するものであり、このアンテナアレイは第１の無線周波数（「ＲＦ」）要素と第２のＲＦ要素とを備え、この第１のＲＦ要素と第２のＲＦ要素とが同相駆動されてローブ電界構成を生成し、この第１のＲＦ要素と第２のＲＦ要素とが位相外れで駆動されて零電界構成を生成するものであり、このアンテナアレイをローブ電界構成と零電界構成との間で電子的に切り替えて、ＲＦＩＤタグ付き関心対象物の存在及びおよその相対的位置を決定することが可能である。
【０００９】
本発明の上記の「課題を解決するための手段」は、本発明が開示する各実施形態又は全ての実施例を説明することを意図するものではない。次に続く図面及び詳細説明が、例証となる実施形態をより具体的に例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は添付図面を参照して更に説明されるが、その際、同様の構造は、いくつかの図面を通して同様の数字によって参照される。
【図１】本発明のポータブルＲＦＩＤ読取りシステムの一実施形態の斜視図。
【図２】ベースハウジングの一部分が取り除かれた、図１のＲＦＩＤ読取りシステムの側面図。
【図３】図１のＲＦＩＤ読取りシステムのブロック図。
【図４】ローブ電界構成及び零電界構成の両方を図示するアンテナパターン。
【図４ａ】図４の零電界構成を図示する三次元図。
【図４ｂ】図４のローブ電界構成を図示する三次元図。
【図５】ローブ電界構成及び零電界構成の両方を含む図１のＲＦＩＤ読取りシステム。
【図６Ａ】３つの異なる位置での、ローブ電界構成及び零電界構成を提供する図１のＲＦＩＤ読取りシステムの略図。
【図６Ｂ】３つの異なる位置での、ローブ電界構成及び零電界構成を提供する図１のＲＦＩＤ読取りシステムの略図。
【図６Ｃ】３つの異なる位置での、ローブ電界構成及び零電界構成を提供する図１のＲＦＩＤ読取りシステムの略図。
【図７ａ】いくつかのＲＦＩＤタグ付き物品を有する一室の概略立面図を図示。
【図７ｂ】本発明のＲＦＩＤ読取りシステムの使用者の移動時間を最小化する経路を含む、図７ａと類似の図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一般に、多様なＲＦアンテナ及びＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグを通常有する特定の関心対象品の存在を決定するものとして既知である。しかし、使用者に対するＲＦＩＤタグ付き物品の実際の位置を決定し、使用者が探している品を見つけるために使用者に行き方を提供するシステムは少ない。本発明のＲＦＩＤ読取りシステムは、使用者が探しているＲＦＩＤタグ付き物品の存在を決定することと、使用者がＲＦＩＤでスキャニングしたエリアに対するその物品のおよその位置を直ちに提供することとの両方において使用者を支援する。以下に詳述するように、このＲＦＩＤ読取りシステムは、この目的を達成するために異なる電磁界構成を使用して、ＲＦＩＤタグ付き関心対象品に対する読取り器のおよその距離及び角度方向を感知することにより、そのような物品の概略位置を使用者に提供する。
【００１２】
ＲＦＩＤタグは、典型的に、動作可能にアンテナに接続された集積回路を含み、この集積回路は、ソースから無線周波数（「ＲＦ」）エネルギーを受信し、ＲＦエネルギーを当該技術において周知のやり方で後方散乱する。後方散乱されたＲＦエネルギーはＲＦＩＤタグが調節した信号を提供して、ＲＦＩＤタグ及びそれに関連付けられた物品に関する情報を通信する。請求項を含む本明細書で使用される物品のようなＲＦＩＤタグ付き品は、何らかの方法で品に関連付けられたＲＦＩＤタグを指す。例えば、ＲＦＩＤタグを接着剤で品に取り付けること、若しくはファイルのような品に埋め込むこと、又は、ＲＦＩＤタグをその品の近くに位置づけることができる。
【００１３】
図１及び２は、本発明のＲＦＩＤ読取りシステムの一実施形態を示す。ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、ポータブル又は携帯式ＲＦＩＤ読取りシステムの例である。図１は、使用者の手で保持できる手持ち式のシステムの実施形態を例示しているが、システムをポータブルにする他の構成も想像される。例えば、ＲＦＩＤ読取りシステム１０を移動式カートに取り付けることができる。
【００１４】
図１及び２を参照すると、本発明のＲＦＩＤ読取りシステム１０は、好ましくは、コンピュータ１２と、ユーザーインターフェイス１４と、ＲＦＩＤ読取り器１６と、アンテナ３８とを含む。好ましくは、図１及び図２が示すように、コンピュータ１２、ユーザーインターフェイス１４、ＲＦＩＤ読み取り器１６、及びアンテナ３８の全てが、単一の一体化されたユニットで提供される。好ましくは、アンテナ３８はアンテナ要素のアレイである。図１及び２では、ＲＦＩＤ読取りシステム３８は、第１のアンテナ要素４０と第２のアンテナ要素４２との２つのアンテナ要素を含む。このシステムのユーザーインターフェイス１４は、検索のステータスを通信することと、所望により使用者がデータを入力することとを可能にするように設計される。ユーザーインターフェイス１４の１つの実施例は、使用者を特定の品に導くために有用な表示４４と表示灯４６Ａ、４６Ｂとを含む。しかし、ユーザーインターフェイス４４は多くの形態を採ることができ、例えば、ユーザーインターフェイスは、特定の音のような可聴インジケータ、又は振動のような触覚的に感知されるインジケータを含む、使用者を特定の品に導く多様なフィードバックシステムを含むことができる。ユーザーインターフェイス４４は、使用者が情報をＲＦＩＤ読取りシステム１０に入力することを可能にするキーパッドを含むことができるか、又は表示に記載された品を選択するために上下にカーソルを動かすためのキーを含むことができるか、又はタッチスクリーン表示を含むことができる。ユーザーインターフェイスは、ＲＦＩＤタグが問合せソースからの問合せを受信すべき速度に応じて使用者がペースを保つために、又は読取り器１０に対するＲＦＩＤタグのおよその位置を指示するために、所望の間隔で繰り返し生成される音声信号を含むことができる。ユーザーインターフェイス４４は、ユニットと一体化するか、又は分離させることができる。分離させる場合、使用者が、見ること、感知すること、又は聞くことが容易にできる「着用可能な」デバイスを含む、多様な方法で設計することができる。
【００１５】
また、読取りシステム１０は、本明細書に記述したタイプの多様な機能を可能にするために、ＲＦＩＤ書込み器、電源１８、及びソフトウェアを含むことが好ましい。ＲＦＩＤ読取り器／書込み器は、市販の読取り器であるＷＪコミュニケーションズ（WJ Communications, Inc.）（カリフォルニア州サンノゼ）のパーツ番号ＭＰＲ７０００を含むことができる。コンピュータとしては、例えば、スリーコム社（3Com Company）（カリフォルニア州サンタクララ）から入手可能な「パームトップ（palm-top）」すなわち手持ち携帯コンピュータである「パームパイロット（Palm Pilot）」（登録商標）を提供できる。あるいは、３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール）の市販の３Ｍ  ８０３  ＲＦＩＤ読取りシステムと類似のコンピュータでもよい。ポータブルコンピュータは、オペレーティングシステムと、タッチスクリーンディスプレイと、ユーザーインターフェイスを発展させるいくつかのボタンと、再充電ステーションと、別のコンピュータとこのシステムとの間でデータ転送するためのドッキングステーションと、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステムに周辺機器を接続するための１つ以上のポートと、蓄電池電源１８とを含むことができる。また、いくつかの装置は、バーコードスキャナーのような組込み周辺機器も含む場合がある。ファインダーは、上記３Ｍ製品に備え付けられていた。
【００１６】
上述のパームパイロット（Palm Pilot）又は他のＰＤＡのようなポータブルコンピュータの使用によって、以下に記述したタイプの多数の実時間機能を実現できることは、ＲＦＩＤ読取りシステムと離れたコンピュータ、データベース、ソフトウェアシステム等とが相互作用する必要があるシステムとは対照的である。
【００１７】
このＲＦＩＤ読取りシステムは、また、一体式電源を含むことが好ましいが、使用者の手首に巻いて着用できるタイプの、より大きい電源と連結してもよい。一体式電源の場合、この電源はプロセッサに給電してもしなくてもよく、ドッキングステーションに接続したときに再充電することができる。携帯式コンピュータを使用するときは、コンピュータは独自の電源を含むことができ、情報のアップロード及び／又はダウンロードのためにドッキングステーションに接続されたときに再充電することができる。
【００１８】
ポータブルＲＦＩＤ読取りシステム１０と別のプロセシングステーションの間でデータを転送するための数多くのオプションがある。データをアップロード又はダウンロードするために、ドッキングステーションのアプローチを使用できる。この方法を使用して、例えば、具体的な物品の検索を実行する前に品の識別情報をアップロードすることができる。リンクは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０と別のプロセッサとの間のドッキングステーションとして、又は無線若しくはケーブルによるダウンロード及び／又はアップロードとして、又は無線又はケーブルによる実時間のリンクとして、又は他の任意の、そのようなデータの転送に好適なやり方で、実施することができる。
【００１９】
好ましくは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、アンテナ要素４０、４２と、ハンドル部分３６と、ベース部分３４とを支持する支持部材５０を含む。ユーザーインターフェイス１４及びコンピュータ１２は、ハンドル部分の上に実装される。ベース部分３４は、ベース部分に実装された複数の構成要素（電圧又は電力調整器２２、慣性センサー２０、電力スプリッター２４、位相制御回路２６、マイクロコントローラ２８、減衰器５２、及び蓄電池１８のような電源）を含む。図３は、これらの構成要素のほとんどを示すブロック図であり、ＲＦＩＤ読取り器１６とアンテナ３８の相互接続方法の説明に便利である。ＲＦＩＤ読取り器１６を２つのアンテナ要素４０、４２に相互接続するために、ＲＦＩＤ読取り器１６からの信号を電力スプリッタ２４で分割してから位相制御回路２６に接続し、次にそれを２つのアンテナ要素４０、４２に接続する。この構成は、信号経路を同時に送信及び受信する働きをする。
【００２０】
アンテナアレイ３８のＲＦＩＤアンテナ要素４０、４２は、１／２波長間隔で置かれるのが好ましい。一実施形態で使用されるアンテナ要素は、９１５ＭＨｚ八木アンテナである。そのようなアンテナは導波器と、リフレクタと、被駆動構成要素とを含む。市販の八木アンテナの一例は、ラムジーエレクトロニクス（Ramsey Electronics）から入手可能である。パーツ番号ＬＰＹ９１５のこれらのアンテナを、ニューヨーク州ビクター所在のラムジーエレクトロニクス（Ramsey Electronics）からｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒａｍｓｅｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．ｃｏｍを介して購入した。米国特許第６，３０７，５２１号は、被駆動構成要素とのインピーダンスマッチを開示している。
【００２１】
ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、好ましくは、アンテナ３８に対するＲＦＩＤタグ付き関心対象品の概略の機首方位、方位、経路、又は位置の計算を支援する慣性センサー２０を少なくとも１つ含む。慣性センサー２０は、水平面（ｘｙ面）での回転を感知する角速度センサーであり、ここで、速度信号をいったん積分して、水平面での相対的な角配向を算出する。ここで述べておくが、角速度センサーは北又は西のような絶対角配向を決定することはできないが、何度回転されたか、及びその角動作の方向が時計回りか反時計回りかを決定できる。１つ以上の慣性センサー２０を使用することは、より確実な位置の提供を支援することになる。好適な慣性センサーの一例は、パーツ番号ＡＤＩＳ１６１００としてアナログデバイシズ（Analog Devices, Inc）（マサチューセッツ州ノーウッド）から市販されているものである。現在利用可能な慣性センサーは、ＲＦＩＤタグ付き関心対象品の精密又は正確な位置を決定できないが、やがて技術の改善につれて精密度が増加するものと期待される。しかし、現在市販されているセンサーは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０に対するＲＦＩＤタグ付き関心対象品の概略の方向を多様なやり方で提供することによって、タグ付き関心対象品に対する概略の機首方位、方位、経路又は位置を提供し、使用者がＲＦＩＤタグ付き関心対象物を位置決めするのを支援することができる。当業者は、特定の任意の用途に望ましい、位置の精密さ又は正確さにとって適切な市販の入手可能な慣性センサーを選択できる。
【００２２】
好ましい一実施形態では、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、電波スペクトルの極超短波帯（ＵＨＦ）で動作するように構成される。しかし、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、電波スペクトルの他の周波数帯、例えば高周波数帯で、動作するように構成することもできる。
【００２３】
更に詳述するように、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステム１０は、物品のレンジ内で起動されたとき、又はＲＦＩＤタグ付き品がローブ電界若しくは零電界構成内であるときはいつでも、ＲＦＩＤタグ付き物品を問合せ、識別することができる。例えば、システムと関連付けられたトリガ４８によって断続的な起動を提供して、ＲＦＩＤシステム１０に電力が要求される経過時間を最小化することができる。読取り距離は多くの因子の関数であるが、現在の技術と、システムが動作することが予想される周波数とを鑑みると、最高９．１４メートル（３０インチ）が期待される。いくつかの用途では、デバイスの動作レンジを制限することによって、より近いレンジで物品と関連付けられたＲＦＩＤタグのみをデバイスが問い合わせるようにすることが望ましい場合がある。好ましくは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０がタグ付き関心対象品に近づくにつれて出力電力が減少する。その他の場合は、最長の利用可能な動作レンジが望まれる。他の用途では、蓄電池パックからのより長い連続動作を可能にするために出力電力（したがって読取りレンジ）を制御することが好ましい場合がある。読取りレンジはアンテナの設計及びアンテナに対するＲＦＩＤタグの配向によってもまた影響されることになる。読取りレンジ、蓄電池重量、及び蓄電池の再充電又は交換までの寿命がしばしば互いに依存しあうことを理解すべきである。デバイスの特定の用途に基づく多様なトレードオフを想定できる。
【００２４】
動作に際して、ポータブルシステムの特に有用な機能は、読取りシステム１０がスキャンした物品に関する実時間の情報を得ることである。すなわち、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステムはＲＦＩＤタグから情報を得て、その情報を直ちに表示するか、又はそのタグ付き物品に関連する、システム内に保管された情報を直ちに表示する。このことは、使用者に対して情報が表示される前に離れた情報データベースとドッキングするか、さもなければ通信しなくてはならないデバイスとは対照的である。本発明のポータブルＲＦＩＤ読取りシステムは、離れたデータベースとドッキング又は通信する機能が望まれる場合には、そのようにすることもできる。
【００２５】
図４、４ａ、４ｂは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０によって生成された多様な電界構成を説明するのに便利である。図４は、本発明のＲＦＩＤ読取りシステム１０によって作り出される電磁界の実際の試験データを図示する２次元のアンテナパターンであり、ｘｙ平面を通る零電界構成７０の一実施形態と、ローブ電界構成６０の一実施形態とを含む。図４ａ及び４ｂは図４と同じ電磁界の三次元表現を図示し、図４ａは零電界構成７０を表し、図４ｂはローブ電界構成６０を表す（図４ａはアンテナパターンの部分的表面の表現を図示する）。下記に詳述するように、ローブ構成及び零構成は、ＲＦＩＤタグ付き物品の位置を特定するのに有用である。
【００２６】
ポータブルＲＦＩＤデバイスが物理的に小さいこと、つまりＲＦＩＤデバイスの可動性を改善することは、多くの場合、便利である。しかし、使用されている波長に対してアンテナが電気的に小さいとき、アンテナはあまり指向性でない。概して、指向性は、与えられた周波数に対するアンテナのサイズに比例する。そのような電気的に小さいアンテナは、物品の有無を検出するために有用であるが、物品が見つかる場所のおよその方向を提供するには有用でない。本明細書で使用される用語「電気的に小さい」とは、使用される波長の１０分の１以下の物理的寸法を有するアンテナを指す。より大きいアンテナは、より小さいアンテナより大きい指向性を有する。より高い指向性を有する電気的に大きいアンテナを、アレイ内の要素である電気的に小さい低指向性アンテナのアレイを用いて創出することができる。本発明では、より小さいアンテナのアレイを形成してより大きいアンテナを創出することで、より指向性の大きいアンテナを創出する。ＲＦアレイ要素４０、４２の間隔及び相対的位相同期は、アンテナアレイ３８の性能を決定する上で重要な因子である。ＲＦ要素４０、４２の位相は電子的に制御することができ、そのようなアンテナアレイ３８は、一般に「フェイズドアレイアンテナ」と呼ばれる。一実施形態では、ＲＦアレイ要素は最適な性能のために１／２〜１波長間隔にするのが好ましい。一実施形態では、アンテナ要素４０、４２はｙ方向に１／２波長、離間される。したがって、アレイ３８内のアンテナ要素の数が増加するにつれて、アンテナ３８のサイズが増し、概して、アンテナの指向性は改善される。アンテナの指向性の増加が言及されるとき、アンテナの主ローブ電界の角度幅が減少することを意味する。そのような主ローブ電界の角度幅の一例は図４に図示した角度αであり、角度αはローブ電界構成の電力半値角を表す。一実施形態で、角度αは約１１５°である。しかし、当業者は、所望の用途に依存して他の角度を選択できる。図４で、主ローブ電界は参照番号６０ａとして示され、副ローブ電界は参照番号６０ｂとして示されている。主ローブ電界は典型的にアンテナ３８の真正面にあり、副ローブ電界は典型的にアンテナ３８の真後ろにある。好ましい実施形態では、副ローブ６０ｂは最小化又は排除される。アンテナアレイは、また、ＲＦ信号の放射又は受信においてアンテナが無効である零点又は角度領域を有するように設計してもよい。零電界構成の一例を、零点７２を提供する、７０ａと指定された１つのローブ部分及び７０ｂと指定されたもう１つのローブ部分を有する図４に図示する。好ましい一実施形態では、角を成す零領域７２は主ローブの角度幅と比べて狭い場合がある。そのような主零電界の角度幅の一例は図４に図示した角度βであり、角度βは零電界構成の電力半値角を表す。一実施形態で角度βは約３５°であるが、当業者は所望の用途に依存して他の角度を選択できる。図５及び６Ａ〜６Ｃを参照して下記に詳述するように、本発明は、ＲＦＩＤタグ付き物品の角位置を見出す試みをするときに利点を提供するために、より高い角度分解能の零点を利用するように設計される。最低２つの要素を伴うアンテナアレイを使用し、２つのアンテナ要素４０、４��の相対的位相に依存してローブ電界構成６０又は零電界構成７０を創出することができる。２つのアンテナ要素４０、４２が同相で駆動されるとき、ローブ電界構成６０が創出される。２つのアンテナ要素４０、４２が位相外れで駆動されるとき、零点７２を有する零電界構成７０が創出され、図４に示すように、零点はローブ電界６０ａの角支点間距離（角度α）より小さい角支点間距離（角度β）であるのが好ましい。零点７２が形成されるとき、零点７２のそれぞれの側に角度を成してオフセットした２つのローブ７０ａ及び７０ｂによって零点が実際に画定される。いずれの構成も、単独でポータブルＲＦＩＤ読取り器と共に使用するのに最適でない場合があるものの、１つの構成から別の構成に電気的に急速に切り替えられる能力は利点をもたらす。下記に図５及び６Ａ〜Ｃを参照して詳述するように、これらの利点は、ローブ又は零点アンテナ構成を使用してＲＦＩＤタグ付き物品を最初に検出し、より高い角度分解能の零点を使用して物品の角位置を識別するのを支援する能力を含むことができる。
【００２７】
図５は、ポータブルＲＦＩＤ読取りシステム１０と、読取りシステムに対する３つの異なる位置にある、位置Ａ、Ｂ、及びＣとラベル付けされた代表的なＲＦＩＤタグ１００と、アンテナ３８が創出する零電界７０及びローブ電界６０とを図示する。典型的には、これらの電界の１つだけが任意の時にアンテナ３８により創出され得るが、位相制御回路２６を電子的に制御して、１つの電界から別の電界に急速に切り替えることができる。位相制御回路２６はマイクロコントローラ２８の制御下にあり、マイクロコントローラ２８が零電界構成７０又はローブ電界構成６０を選択することを可能にする。ローブ電界６０が選択されたとき、位置Ｂ及びＣにあるＲＦＩＤタグ１００は読取られるが、位置Ａにあるタグは読取られない。零電界が選択されたとき、図５の位置ＢにあるＲＦＩＤタグは読取られるが、位置Ａ及びＣにあるタグ１００は読取られない。この情報に基づき、１）ＲＦＩＤタグＣは、ローブ電界６０で読取られるが零電界７０では読取られないので、読取りレンジ内のシステム１０のアンテナ３８の概して中央前方にあること、２）ＲＦＩＤタグＢは零電界とローブ電界との両方で読取られるので、アンテナ３８の中央から外れた前方左又は右にあること、及び３）位置Ａにあるタグはアンテナの読取りレンジ内にないこと、を決定できる。付加的情報がなければ、ＲＦＩＤ読取りシステム１０はＲＦＩＤタグＢが中央の左か右かを決定することができない。相対的参照角として、タグＣに向かって中央前方の方向を参照配向角０度と見なす。
【００２８】
図６は、アンテナが回転されて電界が弧全体をスイープした場合に、これら３つのＲＦＩＤタグ１００Ａ〜１００Ｃの相対的角度位置をいかにより一意的に特定化できるかを示すために便利である。図６ａ〜６ｃは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０が３つの異なる位置で左から右にスイープするに際した電界を図示する。図６ａに図示したように、アンテナが参照配向角である０度から反時計回りに約１５度回転すると、ローブ電界６０はＲＦＩＤタグＡを読取るが、零電界７０は読取りらない。次にこの情報を慣性センサー２０からの角度情報と共に使用して、ＲＦＩＤタグ１００Ａの位置が、参照角度０度として適宜定義されたおよそ中央前方の機首方位にあることが先に決定されたＲＦＩＤタグ１００Ｃへの機首方位の左約１５度の機首方位にあることを推測できる。この配向からアンテナ３８が時計回りに回転するにつれ、図６ｂに図示したようにアンテナ３８はやがて再び相対角度０度を通ってスイープする。アンテナ３８が図６ｂの角度位置を通ってスイープする間、ローブ電界６０はタグＣを読取ることができるが、零点７２を生成しているアンテナ３８は読み取りをせず、したがって、タグＣが約０度の相対的機首方位に尚あることが確認される。アンテナが時計回りに回転し続け、０度の参照角度の右約１０度の相対角度を通ってスイープするにつれて、図６ｃに図示するように、ローブ電界６０はタグＢを読取ることができるが、零電界７０のローブ７０ａ、７０ｂはＲＦＩＤタグ１００Ｂを読取ることができない。したがって、ＲＦＩＤ読取りシステム１０がローブ電界６０は用いるが零電界７０は用いずに特定のＲＦＩＤタグ１００を読取るとき、特定のＲＦＩＤタグ１００はアンテナ３８の概して中央前方になくてはならない。慣性センサー２０から派生する、アンテナ３８の角度配向と組み合わされたこの情報は、ＲＦＩＤ読取りシステム１０の読取りレンジ内の多様なＲＦＩＤタグ１００への機首方位の相対的角度をマイクロコントローラ２８が決定することを可能にする。
【００２９】
狭い零電界７０を伴わず、慣性センサー２０を伴わずに、広いローブ電界６０だけが使用され、関心対象のＲＦＩＤタグ１００が読取られる度にビープ音を発するようにＲＦＩＤ読取り器が設計された場合、使用者はガイガーカウンタのようなポータブルＲＦＩＤ読取り器を使用して単一の特定のタグの位置を見出すことができる。しかし、広いローブ６０は正確な方向の情報を提供することができないので、本発明のＲＦＩＤ読取りシステムによって提供される情報と比較して、このＲＦＩＤタグの位置決めプロセスは最適ではない。関心対象のＲＦＩＤタグ１００が多用な方向にある場合、読取り器は、ほぼどの方向に向けられたときも関心対象のタグの１つを見出すことに応答してビープ音を発することになり、使用者を混乱させることになるので、ＲＦＩＤ読取り器を用いていくつかのＲＦＩＤタグ１００を同時に位置決めする能力は非常に困難になる場合がある。ＲＦＩＤタグ１００がアンテナ３８の読取り範囲内にあると仮定して、慣性センサー２０と、どのＲＦＩＤタグ（１つ又は複数）がどの角度配向で読取られたかを相関できるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ２８とを追加することは、特にアンテナ３８が３６０度全回転スイープした後に、関心対象のそれぞれのＲＦＩＤタグが位置決めされるおよその角度方向又は機首方位を決定するのを助ける。関心対象のそれぞれのＲＦＩＤタグに関する角機首方位情報を、グラフィック又は音響によるユーザーインターフェイスを介してユーザーに提示することができる。
【００３０】
慣性センサー２０と、関心対象のＲＦＩＤタグ１００が読取られる度にビープ音又は触感を提供するよう設計されたＲＦＩＤ読取り器とを用いずに、零電界７０のみが使用された場合、読取り器が関心対象のＲＦＩＤタグ１００に直接向いていないときにのみ読取り器がビープ音を発することになるので、使用者はおそらく混乱するであろう。このプロセスは、また、様々な方向に位置付けられたいくつかのＲＦＩＤタグ１００の位置を使用者が同時に識別しようと試みた場合、更に混乱を来たし、また、ほぼどの方向に向けられたときにもＲＦＩＤ読取り器１０がビープ音を発することになる。このシナリオでは、慣性センサー２０とマイクロコントローラ２８とを追加することは偉大な便益である。読取り器アンテナ３８が回転するにつれて、零電界７０は弧を描いてスイープする。慣性センサー２０は、マイクロコントローラ２８に角度配向情報を提供する。次に、マイクロコントローラ２８はこの情報を相関して、多様なＲＦＩＤタグ１００のそれぞれがどの角度配向において読取り可能か不可能かを決定する。アンテナ３８が連続的に１方向に回転するにつれて、零点７２内に入る前に関心対象のそれぞれのタグが最初に読取られ、零点７２内に位置付けられている間は読取られず、次に零点７２の外に出ると再び読取られることになることがわかっているので、システム１０は、ＲＦＩＤタグのそれぞれがいつ零点７２内にあったか、すなわちいつアンテナ３８の真正面に位置付けられていたかを決定する。慣性センサー２０は回転の方向を感知できるので、たとえ使用者が読取り器アンテナ３８を単一方向への連続回転でなく前後の動きでスイープすることを選択したとしても、マイクロコントローラ２８は正確にデータを処理する。
【００３１】
零電界７０の角度指向性はローブ電界６０の角度指向性より大きいので、零電界７０を使用して関心対象のＲＦＩＤタグ１００の角度方向を決定することは有利である。しかし、この構成の難点は、アンテナ３８の真正面にあるときＲＦＩＤタグ１００が零点７２内に位置付けられ、読取られないことがある。したがって、本発明のＲＦＩＤ読取りシステムに、ローブ電界６０もまた創出できるアンテナ３８を提供して、関心対象のＲＦＩＤタグ１００が実際にアンテナ３８のほぼ正面に位置付けられていることを確認することは有利である。
【００３２】
ＲＦＩＤ読取りシステム１０が関心対象のＲＦＩＤタグ１００の角度配向をいったん識別したら、ユーザーインターフェイス１４は、例えば図７ａに図示されているように、タグの方向に使用者を案内する。
【００３３】
マイクロコントローラ２８が読取りシステム１０のＲＦ出力電力も変動させる場合は、マイクロコントローラ２８は、どのＲＦ電力とどの角度配向で、どのレンジからそれぞれの関心対象のＲＦＩＤタグ１００が読取られたかも相関し、角位置情報を推測することができる。ＲＦ電力は、スイープのデータ収集プロセスの間又はユーザーインターフェイス１４によって関心対象のタグに向けて方向付けられている間、変動され得る。例えば、読取り器１０が関心対象物１００にどれだけ近いかに依存して変動する触感又は音声インジケータをＲＦＩＤ読取りシステム１０が提供する場合である。
【００３４】
スイーププロセスの間、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、また、読取られたＲＦＩＤタグ１００の品目一覧を蓄積し、将来の使用の可能性のためにこれらのＲＦＩＤタグ１００のそれぞれの位置情報を蓄積することができる。
【００３５】
ＲＦＩＤ読取りシステム１０の使用の一例を図７ａ及び７ｂに図示した。図７ａ及び７ｂは、参照番号１００で指定された多様なＲＦＩＤタグ付け品をを有する、人のオフィス１２０又は部屋を図示する。例えば、オフィス１２０は、それぞれが独自のＲＦＩＤタグ１００を有するいくつかのファイルを伴う弁護士オフィスである場合がある。別の例として、部屋１２０は、医療記録がＲＦＩＤタグ付けされている医院内の医療記録室、あるいはＲＦＩＤタグ付けされたパレットを伴う倉庫である場合がある。ここで、部屋１２０が弁護士オフィスである例を引き続き用い、その弁護士のアシスタントが、ＲＦＩＤタグを伴う多数のファイル１００を取り出すために弁護士のオフィス１２０に入るとする。ＲＦＩＤタグはそれぞれ独自の識別番号を有し、それぞれのＲＦＩＤタグはデータベース内で識別され、特定のＲＦＩＤタグが付された特定のファイルと相関される。アシスタントは、データベースから、あるいはポータブルＲＦＩＤ読取りシステム１０自体から直接に、探しているファイルを選択する。次にアシスタントはオフィスに入り、それらのファイルの位置決めと回収を開始し、出入り口１２２のそばに立ち、図７ａが図示するように左から右に弧を描いてＲＦＩＤ読取りシステム１０をスイープし、ＲＦＩＤ読取りシステム１０によって生成される電磁エネルギーで部屋１２０をスキャニングする。最初、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、最大ＲＦ電力でアンテナ３８を使用することによって部分的に達成される、遠くに達する電界を使用して、関心対象品１００Ａ〜１００Ｃの存在又は欠如を決定する。この位相の間、位相の意図は必ずしも、関心対象品１００Ａ〜Ｃの有無以外の任意の情報を解決することでないので、アンテナパターンは狭くても広くてもよい。関心対象品１００Ａ〜Ｃのうちから何も検出されなければ、次にアシスタントは別の弁護士のオフィス又は他の位置で、探しているファイルを検索することができる。しかし、関心対象品１００のいずれかが検出された場合、アンテナ３８は、上で詳述した多様なローブ電界と零電界との間を電子的に切り替える次の位相を開始して、読取りシステム１０に対する関心対象品１００Ａ〜Ｃのそれぞれの相対的な位置の決定を開始する。あるいは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０をこれら２つの別個のモードで動作する代わりに、システム１０は、アンテナが電子的にローブ電界と零電界との間で切り替わる１つのモードを有することができ、関心対象品１００Ａ〜Ｃの有無を決定すると同時に、物品１００Ａ〜Ｃの相対的な位置を決定することができる。ユーザーインターフェイス１４のディスプレイ４４は、図７ａ、７ｂに図示された図と類似に見える可視の部屋の図を使用者に提供して、関心対象品１００Ａ〜Ｃのそれぞれへのおよその方向を提供することができる。次に、図７ａの点線矢印が示すように、関心対象品１００Ａ〜Ｃを、使用者が最初に選択した順に回収することができる。あるいは、ＲＦＩＤ読取りシステム１０は、読取り器から関心対象品１００Ａ〜Ｃまでのおよその距離及び３つの関心対象品１００Ａ〜Ｃの間のおよその距離を計算し、３つの関心対象品１００Ａ〜Ｃの間の移動距離を最適化する追加的な機能性を、そのソフトウェアに含むことができる。例えば、時間的観点からアシスタントは、図７ａに図示するように１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの順に品を回収するよりも、図７ｂに図示するように１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｂの順に物品を回収するほうがより効率的である場合がある。
【００３６】
別の実施形態では、一般的な品目一覧の目的で位置ＲＦＩＤタグを使用した場合（例えば部屋１２０を指定する固定位置でのＲＦＩＤタグ）、使用者は入室前にＲＦＩＤ位置タグを読取ることができ、慣性センサー２０を零にして原点（０、０、０）を表すことができる。次に、この位置から使用者が部屋１２０を通って移動するにつれて、物品のＲＦＩＤタグ１００を読取り、読取られた品のＲＦＩＤタグ１００と概略位置（ｘ、ｙ、ｚ）とを関連付けて、情報のデータベースを構築することができる。このデータベースは、ワイヤレスリンクを介しての品目一覧作成の間に、あるいは品目一覧の完成後にドッキングすることによって、構築することができる。このようにして、関心対象の全ての部屋をデータベースに投入した後に、この機能は発見のプロセスを支援することができる。物品が選択されると、操作者には、どの部屋１２０に行くべきかどうかがわかる。位置のタグを読取った後に、慣性センサーを使用して部屋の中の位置までの案内を得ることができ、この位置から、ファインダーアルゴリズムによって残りの経路が得られる。
【００３７】
これで、本発明について、そのいくつかの実施形態に関連して説明した。前述の詳細な説明及び実施例は理解を明確化するためにのみ提示されている。それらから無用の限定を解するべきでない。本明細書に引用された全ての特許及び特許出願は、参照することにより本明細書に組み込まれる。本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態において多くの変更を行うことができることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載された厳密な詳細及び構造に限定されるべきではなく、それよりもむしろ、特許請求の範囲の文言によって説明される構造、並びにそれらの構造の等価物によって限定される。
【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４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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