(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知ゾーン(３０)を有し、当該検知ゾーン(３０)内の無線周波識別(ＲＦＩＤ)タグ(２８)の存在を検出するための無線周波識別(ＲＦＩＤ)システム(１６)であって、
ｎ分割回路に接続された低雑音発振器を備え、デジタル送信信号を発生する信号発生器(６８)と、
前記デジタル送信信号により駆動された時、前記検知ゾーン(３０)内へ電磁信号を放射する送信アンテナ(３４)とを備え、
前記ＲＦＩＤシステムは、受信アンテナ(３６)と、タグ応答信号解析モジュール(２０)と、光インターフェース(２２)とをさらに備え、
(ａ)前記受信アンテナ(３６)は受信回路(２４)に接続され、前記受信回路(２４)は、前記受信アンテナ(３６)によって受信された信号から前記検知ゾーン(３０)内のＲＦＩＤタグ(２８)を検出したとき、復調されたアナログのタグ応答信号を出力し、前記復調されたアナログのタグ応答信号は、前記ＲＦＩＤタグの識別情報(ＩＤ)に対応する一連のパルスを含み、
(ｂ)前記タグ応答信号解析モジュール(２０)は、(i)入力部と、(ii)前記タグ応答信号をデジタルデータに変換して、デジタル化されたタグ応答信号を形成するコンバータ(６５)と、(iii)前記デジタル化されたタグ応答信号を処理し、そしてそこからＲＦＩＤタグデータを出力するデジタル信号処理回路(３８)とを含み、
(ｃ)前記光インターフェース(２２)は、前記アナログのタグ応答信号を前記受信回路(２４)から前記タグ応答信号解析モジュール(２０)に伝送するために、一端が前記受信回路(２４)の出力部に接続され、他端が前記タグ応答解析モジュール(２０)の入力部に接続されたことを特徴とする無線周波識別(ＲＦＩＤ)システム。
【請求項２】
前記光インターフェース(２２)は、
光送信機(４０)、
光受信機(４２)、および
一端が前記光送信機(４０)の出力部に接続され、他端が前記光受信機(４２)の入力部に接続された光ファイバ(４４)を備えたことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項３】
前記タグ応答信号は振幅変調されたことを特徴とする請求項１又は２記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項４】
前記ＲＦＩＤタグ(２８)は、受動のＲＦＩＤタグであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項５】
前記タグ応答信号は周波数変調されたことを特徴とする請求項１、２又は４記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項６】
前記タグ応答信号はパルス変調されたことを特徴とする請求項１、２又は４記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項７】
前記タグ応答信号は位相変調されたことを特徴とする請求項１、２又は４記載のＲＦＩＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野および発明の背景】
高周波識別（RFID；Radio Frequency IDentification）システムが、各種小売業、衣料および量販店・スーパーマーケット、図書館、ビデオショップなどの施設における目録記載品逸失の検出と防止、各種小売業の商品目録管理機能の実行のため用いられている。一般に、このようなシステムでは、物品（または、その包装）に締結または貼付され、典形的には、予定の顧客または施設のユーザーによって容易に知覚し得るインテリジェントタグが用いられている。インテリジェントタグが物品（または、その包装）に締結または貼付されるプロセスは「タグ付け」と呼ばれている。一般に、このような ＲＦＩＤシステムは、特定のインテリジェントタグが、したがって保護さるべき物品が、監視保安領域、または検出（デテクション）ゾーン、以下では「インテロゲイション（問合わせ）ゾーン」と呼ばれている領域内で、存在するかどうか（存在しないかどうか）を検出するのに採用されている。本発明はこの技術分野で用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
チェックゾーンは施設あるいは施設の一部の出口あるいは入口またはその付近、ポイントオブセイル（ＰＯＳ）、あるいはハンドヘルドの可搬形インテロゲータ（問合わせ装置）に近接した場所などに位置している。
【０００３】
広く普及しているRFIDシステムの１つのタイプは、ある周波数範囲で共振する小形の、一般的には、平面プリント回路の形状を持つ自己充足形の、ある周波数範囲で共振するところの受動形共振器を含んでいる。送信器もまた検出周波数に同調されており、電磁波エネルギー、すなわちチェック信号を検出ゾーンに送出する。検出周波数に同調されている受信器は識別タグによって引き起こされる電磁界の振幅の擾乱を検出する。
【０００４】
インテリジェントタグの取り付けられた物品が検出ゾーンに入ってくるか、または、通過すると、インテリジェントタグは送出されたエネルギーに曝される。すなわち、インテリジェントタグが問合わせ（インテロゲイト）されることになる。受信器によるこのような出力信号の検出は、検出ゾーン内にインテリジェントタグを伴う物品が存在していることを表しており、受信器は適当な保安装置またはその他の係員に警告を発する警報を作動させる。
【０００５】
１つのよく知られたRFIDシステムは、その送信と検出の周波数を高周波周波数領域に持っている。このようなシステムで用いられるインテリジェントタグはＲＦ（高周波）タグ、またはＲＦインテリジェントタグと呼ばれている。個々の物品に取り付けられたＲＦタグが同一であること、すなわち、それらすべての物品がその物品の大きさや値段に無関係に、ある同一の信号を受信機に返すようにすることができる。
【０００６】
また、それとは逆に、ＲＦタグがそれぞれ特定の識別コードを返すような受動形（パッシブ）共振インテリジェントタグであることも可能である。米国特許No.5,446,447(Carneyら）、No. 5,430,441（Bickleyら）および、No.5,347,263(Carrollら）はこのようなインテリジェントタグの３つの例を示している。これらのインテリジェントタグは、典形的には、一つずつが特定の（ユニークな）識別コードを発生する集積回路を含んでいる。このような「インテリジェントな（かしこい）」インテリジェントタグは、そのようなインテロゲータのゾーン内で検出された物品についての付加的な情報を提供する。
【０００７】
これらのインテリジェントタグは、典形的には、高周波領域で信号に応答し、信号を送出するものであり、それらは、当該技術において「高周波識別（RFID）タグ」または、「インテリジェントタグ」として知られている。RFIDタグはRFIDシステムで用いられている。インテリジェントタグはまた、非高周波帯で共振してもよく、それらは一般に、「EASマーカー」と呼ぶことができる。
【０００８】
上に述べた形やその他の現存のRFIDシステムは、物品の窃盗あるいは物品の許可なき持ち出しを防止するのに効果的であることが示されてきた。
【０００９】
図１はRFIDシステムの通常の送受信アセンブリー１０を示している。このアセンブリーは、一定の間隔を持つ一対のペデスタル形（台形）の送受信アンテナ１２と１２’を含んでおり、それらの間に検出ゾーンを形成している。１つの従来法では、送信側と受信側のコイルがアンテナ１２と１２’のそれぞれの内部に置かれている。他の従来法では、送信コイルがアンテナ１２中に置かれ、受信コイルがアンテナ１２’中に置かれている。
【００１０】
検出ゾーン１４のとり得る最大のサイズはそのRFIDシステムに用いられているインテリジェントタグの「読みとり距離」に大きく依存している。「読みとり距離」は信号受信装置によって受動（パッシブ）共振信号が正確に検出でき、弁別され得る距離である。
【００１１】
受動共振信号は比較的低パワーの信号であり、しかもその信号は比較的ノイズの多い環境で弁別されなければならない。検出ゾーン内１４には、たとえば、他のインテリジェントタグからの信号や、送信器からの周波数と金属性の物体との間の相互作用によって発生する信号など、多くの潜在的ノイズ源が存在し得る。さらに、RFIDシステムそのものもかなりのノイズ源である。
【００１２】
RFIDシステムでは、かなりの振幅ノイズよび位相ノイズが送信ループアンテナの基本波電界周波数発生用発振器から発生する。その上、かなりの量のノイズが送受信器エレクトロニクスとタグ信号を処理するための回路との間の信号経路上を伝搬する。
【００１３】
従来のRFIDシステムでは、この信号経路は電線でできている。たとえば、米国特許No.4,623,877(Buckens）を参照されたい。アースループと同相モード信号がこの信号経路に沿ってノイズを誘起する。アナログタグ信号に対するディジタル信号処理（DSP;Digital Signal Processer）回路からのスイッチングノイズもまたこの信号経路上にしばしば見られる。送受信器エレクトロニクスにパワーを供給する直流パワーラインもまたこの信号経路上にノイズを誘起する。
【００１４】
【発明が解決すべき課題】
このようなノイズは、タグ応答の信号対ノイズ比を低減させ、その結果、読みとり距離を制限する。このノイズについての問題点は、アンテナ１２と１２’を離せば離すほど悪くなる。というのは、タグ信号は受信側アンテナからの距離とともにが弱くなり、一方、潜在的な環境ノイズは受信側アンテナからの距離とともに増えるからである。
【００１５】
その上、連邦通信委員会（ＦＣＣ）のような政府関係官庁がRFIDシステムで使われる周波数での輻射の放出レベルを規制しており、定められたある最大許容レベルを越える輻射は許可していない。このことが検出ゾーンで許される信号の強さをさらに制限し、それによっても読みとり距離が制約される。多くの通常のRFIDシステムはこのＦＣＣの制限いっぱいかその近くで動作している。
【００１６】
通常のRFIDシステムは、読みとり距離が許容範囲内であっても、タグ読みとりに問題を持っている。たとえば、検査ゾーン内の予期しないノイズの存在や、はじめから弱いかタグ応答信号がかなりの減衰を受けるなどの結果、信号対ノイズ比が低くなってしまうために、ある１個の特定インテリジェントタグからの信号が読み落とされるということがあり得る。したがって、通常のRFIDシステムは時として小さい信号の場合や、また、ふつうの強さの信号であっても環境ノイズが異常に高い場合には、これを「聞き」落とすことがある。
【００１７】
典型的には、送受信アンテナ１２と１２’間の距離は、個々のRFIDシステムや、そのシステムが使われる個々の適用対象に依存して３ないし６フィートの範囲内にある。しかし、店舗に対して入りにくい入口・出口となることを避けるためには、アンテナは、互いに少なくとも入口・出口の幅だけの間隔をとって設置することが望ましく、それは６フィートか、ある種の店舗（たとえば、ホームセンターナド）に対しては、それ以上になるだろう。あるいは、時として、アンテナ装置自体を隠したい場合もあり得る。
【００１８】
しかし、もし許容限度内の性能を得るために、アンテナ同士を非常に接近させなければならないような場合には、アンテナ装置を隠すなどのことは不可能である。したがって、アンテナ設置の選択は、通常のRFIDシステムでは、制約されている。
【００１９】
RFIDシステムの読みとり距離の拡大については、「複数ループアンテナ」と題した1998年１月14日受付のやはり出願中の米国特許出願No.08/783,423 に記載されている。しかし、この方法はアンテナ設計に重点が置かれており、RFIDシステム自体によって誘起されたノイズや他の外部ノイズ源の問題には重点が置かれていない。
【００２０】
要するに、従来から、電界強度についての政府の規制を破ることなく、RFIDシステムの検出能力と読みとり距離を改善したいという、かなり長い間の、そうして、未だ満足されていない要求がある。
【００２１】
本発明は、外部・環境ノイズ源やRFIDシステム内部成分によって発生される背景ノイズを大幅に減らし、それによって改善された読みとり距離を備え、より弱い信号を聞きとることのできる方法とシステムを提供することによって、上述の要求を満たそうとするものである。
【００２２】
【発明の概要と課題の解決手段】
本発明はRFIDシステムで用いるための信号発生器提供する。RFIDシステムは基本電界周波数の送信アンテナアッセンブリーを持っている。送信アンテナアッセンブリーは１８０度の位相差を持つ２つの入力信号で励起される。信号発生器は発振器とｎ分割回路を含んでいて、ｎ≧２である。
【００２３】
発振器は基本電界周波数の整数倍の出力周波数を持っている。ｎ分割回路は、その入力が発振器の出力につながれている。ｎ分割回路は位相が１８０度異なる同じ周波数の２つの出力信号を発生する。ｎ分割回路のこれら両方の出力は送信アンテナアッセンブリーを励起するのに用いられる。ループアンテナで形成される電界信号は連続波信号である。
【００２４】
ｎ分割回路は１個か１個以上のカスケード接続されたフリップフロップを含んでいる。最終段のフリップフロップは送信アンテナを励起するのに用いられ、それによって連続波信号が発生される。
【００２５】
本発明はまた、共振インテリジェントタグでタグ付けされたの物品の存在を検出する物品検出ゾーンを含むRFIDシステムを提供している。このRFIDシステムは受信回路、タグ応答信号解析回路、およびそれらの間をつなぐ光ファイバーインターフェースを含んでいる。
【００２６】
受信回路は、検出ゾーン内にあるインテリジェントタグを検出すると、復調されたアナログタグ応答信号を出力する。タグ応答信号解析回路は、入力と、アナログタグ応答信号を処理しインテリジェントタグデータを出力するディジタル信号処理回路を含んでいる。
【００２７】
光ファイバーインターフェースは、その一端が受信回路の出力に接続され、他端が、受信回路からタグ応答信号解析回路へのアナログタグ応答信号を通信するための応答信号の入力に接続されている。
【００２８】
【発明の実施の形態と発明の効果】
前述の概要も、以下の本発明の好ましい実施例の詳細な記述も、添付の図面と共に読まれることによって、よりよい理解が得られる。本発明を図示して説明するために、現在好ましい実施例が図中に示されている。しかし、本発明は、そこに示される詳細な配置や手段に限られるものでないことを理解すべきである。
【００２９】
以下で、ある特定の用語が利便の目的だけから用いられているが、それらの用語は本発明に対する何等かの制限であるととられるべきではない。図においては、同一の引用番号が、いくつかの図にまたがる同一要素を指定するのに用いられる。
【００３０】
本発明におけるRFIDシステムのシステム構成は、RFIDシステム内にノイズ低減用の複数の要素を含む。その結果得られるRFIDシステムはよりよい検出能力、あるいは、言い換えれば、RFIDタグに対するより大きな読みとり可能距離を持っている。キーエレメントとなるものは以下のようにまとめられる。
【００３１】
１．  本システムは、振幅ならびに位相ノイズの低い局部発振器を提供する。ノイズ成分は、必要な高周波電界周波数のｎ倍（ｎは整数の係数）である出力周波数を持つ低ノイズの水晶発振器から出発することによって最小化される。つぎに、この周波数を整数係数ｎで割る。１つの開示された例では、ｎ＝２であり、高周波電界周波数は１３．５６ＭＨｚである。すなわち、水晶発振器は２７．１２ＭＨｚの出力周波数を持っている。出力周波数は周波数分割器（この例では、「２分割器」回路）を通過して、送信アンテナ励起用のノイズ低減された１３．５６ＭＨｚの信号が得られる。
【００３２】
同じ原理は、ｎが２より大きい時にも使うことができる。たとえば、もし、ｎ＝４なら、５４．２４ＭＨｚの出力周波数を持つものを選ばなければならず、この信号は、４ｘの周波数分割（すなわち、「４分割」回路）を通過して、送信アンテナ励起用のノイズ低減された１３．５６ＭＨｚの信号が得られる。
【００３３】
２．  受信回路（ディジタル信号処理（ＤＳＰ）を含む）の出力からのアナログタグ応答信号を通信するためにファイバー光学系が用いられる。一般的には、このシステムの構築で、アナログの部分とディジタルの部分は物理的に分離されている。ファイバー光学系はこれら２つの部分の間の電気的な絶縁を確保し、アースによるループを断ち切り、ＤＳＰからの内部的なスイッチングノイズが高感度なフロントエンド検出器（すなわち、受信回路）に侵入するのを阻止し、所望のRFIDタグ信号に対するコモンモード信号の干渉を防止している。
【００３４】
内部、外部にかかわらず、外的原因による信号の所望のタグ信号への干渉を防止すべきフィルター動作が直流電源線路上に具備されている。このフルター動作は、同相信号、差動信号にかかわらす、高周波と低周波との干渉へと目標付けして設定されている。
【００３５】
これら各要素はかなりノイズを低減するもので、本RFIDシステム中で単独で、またはシステムと組み合わせて用い得る。各要素の詳細な説明は以下に与えられる。
【００３６】
図２は、本発明の上に示した３つの要素を選択的に強調して示すRFIDシステム１６の選択された部分の模式的ブロック図である。図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、および図３Ｂを一緒に見れば、図２に示した選択した部分を持つRFIDシステム１６の１つの好適実施例の拡大した、部品レベルの回路図兼模式的ブロック組合せ図、および付加的部分を含む、本発明によるRFIDシステム１６を示している。図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、および図３Ｂの回路要素は図２の各要素と関連して説明される。
【００３７】
図２、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、および図３Ｂおよび図４を参照すれば、システム１６は、送受信モジュール１８（図３Ａ−１、３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４）、タグ応答信号解析モジュール２０（図３Ｂ）および光ファイバーインターフェース２２による光インターフェース（図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４および図３Ｂ）を含んでいることがわかる。
【００３８】
送受信モジュール１８はＡＭ受信器を持つ通常の受信回路２４を含んでいる。受信回路２４はインテリジェントタグ２８（図４）からのデータを復調する。高周波搬送波上の振幅変化が検出され、増幅されるが、それは受信アンテナから直接得られるエネルギーによって制限される。検出、増幅、ならびに制限は、このように、受信回路２４で行われる。受信回路２４は、検出ゾーン３０中のインテリジェントタグ２８でタグ付けされた物品２６が検出されると、復調されたタグ応答信号を出力する。
【００３９】
送受信モジュール１８は、検出ゾーンを形成する送信ループアンテナ３４、および、１個か１個以上のインテリジェントタグ２８から送信される応答信号をピックアップする受信ループアンテナ３６を含む従来からの送受信兼用アンテナアセンブリー３２に接続されている。アンテナ３４と３６とは分離してもよいし、一緒に配置してもよい（すなわち、両者は同一の物理アンテナ上に配置してもよい）。送受信モジュール１８は、励起されるアンテナエレメントに近接して配置される。
【００４０】
アンテナアセンブリー３２は図１に示すように配置してもよいし、それ以外の従来技法で配置してもよい。送信ループアンテナ３６はあらかじめ決められた基本電界周波数を持っている。ここで説明している例では、その周波数は、１３．５６ＭＨｚである。しかし、本発明の請求範囲は、共振インテリジェントタグを検出するのに適当ないかなる周波数をも含んでいる。
【００４１】
タグ応答信号解析モジュール２０は、アンテナアセンブリー３２および送受信モジュール１８に近接して設置してもよいし、あるいは、アンテナアセンブリー３２ならびに送受信モジュール１８から離して設置してもよい。タグ応答信号解析モジュール２０は光入力、Ａ／Ｄコンバーター６５、および、ディジタル化され量子化されたアナログタグ応答信号を処理し、それからインテリジェントタグデータを出力する通常のディジタル信号処理回路（以後、ディジタルプロセッサー３８またはＤＳＰ３８）を含む。ＤＳＰ３８はシールドされた筐体に収容されるのが好ましい。
【００４２】
本発明の１つの重要な要素は、従来の金属線インターフェースにかわって用いられている光ファイバーインターフェース２２である。インターフェース２２は光送信器４０、光受信器４２および、その１端が光送信器４０に接続され、他端が光受信器に４２に接続されたファイバー光ケーブルまたは光ファイバー４４を含んでいる。
【００４３】
光送信器４０と光受信器４２は、図２、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、図３Ｂに示すように、送受信モジュール１８ならびにタグ応答信号分析モジュール２０のそれぞれに関連するボード上に、それぞれ物理的にマウントされるか、または、送受信モジュール１８ならびにタグ応答信号分析モジュール２０（図示されていない）に関連するボードの外部に設置される。
【００４４】
光ファイバー４４は、それぞれのボードを接続するのに適当であれば、どのような長さでもよく、信号強度を維持するのに必要とあれば、その経路上に接続された１台か１台以上の中継器または光増幅器を持っていてもよい。
【００４５】
以上に議論したように、光ファイバー４４は、電気的な絶縁、電線の接続に伴うアースループを防止し、ＤＳＰ３８からの内部的なスイッチングノイズが受信回路24に進入するのを阻止し、所望のRFIDタグ信号に対する同相信号の干渉を防止している。
【００４６】
実験データは、従来の金属線インターフェースに換えての光ファイバーインターフェースの使用が、１桁、すなわち、２０デシベル（ｄｂ）のノイズ電圧の減少をもたらすことを示している。この大幅なノイズの減少によって、読みとり距離は、金属線インターフェースを持つ従来技術のRFIDシステムに比較して、かなりのパーセンテージの、すなわち、１つのインテロゲータあたり少なくとも６インチから１フィート（１２インチ）のオーダーの増大をもたらす。
【００４７】
たとえば、２台のインテロゲータを備えた店舗の入口兼出口に関しては、１ないし２フィートの通路幅の改善、すなわち、各インテロゲータあたり６インチないし１フィートだけ多い読みとり距離、すなわち、読みとり距離の改善をもたらす。
【００４８】
本発明とともに使われる好ましい共振インテリジェントタグは従来形のRFIDタグである。
【００４９】
図４は、本発明とともに使うのに適した１例のRFIDタグ２８の全体的な詳細を示している。インテリジェントタグ２８は、当該技術においてよく知られているように、タグ２８が、読みとり器またはインテロゲータでモニターされているゾーン内にあるとき、それを検出するための受動共振高周波（ＲＦ）回路５０を含んでいる。
【００５０】
よく知られた１つのタイプの回路５０は、コイルアンテナ５２と容量５４を持っており、それらは一緒になってある１つの所定の（動作可能な）共振周波数（すなわち、選択された高周波の周波数）を持つ共振回路を形成している。インテリジェントタグ２８へのパワー供給は従来法では、アンテナ５２からなされていた。
【００５１】
その上、インテリジェントタグ２８は、インテリジェントタグ２８に「インテリジェンス」を与える集積回路（ＩＣ）５６を含んでいる。ＩＣ５６は回路５０に接続されている。そのＩＣ５６は、識別用その他のデータビットを収容する、以下に説明するようなプログラマブルメモリー５８を含んでいる。
【００５２】
ＩＣ５６は、十分なパワーが供給されると、収容データを含むデータストリームを出力する。本発明の１実施例では、データストリームが、コイルアンテナ５２にまたがる余分の容量（図示せず）をスイッチングすることによって、データパルスの継続時間だけの一連のデータパルスをつくりだす。これによって、高周波回路５０の共振周波数が変化し、共振回路を動作周波数から離調させる。その結果、高周波回路５０は単一の動作共振周波数を持つ単純な応答信号を返すかわりに、メモリー５８からの一連のプログラムされた情報を含む変調信号を返してくる。
【００５３】
一連の情報（データパルス）は、インテロゲータ受信回路によって処理され、復号処理されて、タグ付けされた物品についての識別ならびにその他のデータを提供することになる。ＩＣメモリー５８中のデータを使ってインテリジェントタグ２８からの識別信号を出力する他の方法もまた本発明の請求範囲内にある。ＩＣ５６は、受動形の回路であって、高周波回路５０と同様の方法で（すなわち、アンテナ５２で受信したインテロゲータ送信機からのエネルギーを用いることによって）パワーの供給されるものであることが好ましい。
【００５４】
インテリジェントタグ２８は、したがって、いわゆるRFIDタグである。他のタイプのRFIDタグも本発明とともに用いることができる。インテリジェントタグ２８の回路の一部として用いるための他のタイプのRFIDタグの例は米国特許のNo.5,446,447(Carneyら）、No.5,430,441(Bickleyら）および、No.5,347,263(Carrollら）に示されている。
【００５５】
図５Ａから図７Ｅは、インテリジェントタグ２８から始まって、図２、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、ならびに図３Ｂなどの回路要素の各段でのタグ応答信号の例を示している。
【００５６】
図５Ａは、図２、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、ならびに図５Ａの各図で信号６０という符号で示されている受信回路２４の出力での未処理の復調アナログタグ応答信号の１部分を示していてる。典形的なアナログタグ応答信号は１５４ビットからなっていて、ピーク電圧レベルはおおよそ５０ミリボルトの範囲にある。
【００５７】
その信号は、最終的には１団のビットのグループで表されるはっきりと定義された不連続な値（たとえば、１、２、３、．．．）を持ち、ハイとローの論理レベルで表されるディジタル信号に比べて、より連続的に変化する電圧レベルとノイズを持っているので、「アナログ」信号である。
【００５８】
図５Ｂ は、光送信機４０で処理された後に光ファイバー４４中に現れたタグ応答信号を示していてる。この段階の信号は、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４と図３Ｂならびに図５Ｂで信号６２という符号で示されている。信号６２は信号６０と同一の波形を持っているが、その振幅は、電圧ではなく、光の強度を表している。
【００５９】
図５Ｃは、光受信器４２の出力で、タグ応答信号分析モジュール２０への入力前の状態にあるタグ応答信号の１部分を示していてる。この段階でのタグ応答信号は、図３Ｂと図５Ｃでは信号６４という符号で示されている。
【００６０】
信号６４は、信号６２と同一の波形を持っているが、その振幅は、ここでは、アナログの電圧を表している。こうして、理想的に動作している変換回路と無損失な光ファイバー４４があると仮定すれば、信号６４は信号６０と同一である。
【００６１】
アナログ電圧は、ＤＳＰ３８による処理のために、アナログ電圧をディジタルデータに変換する図３Ｂに示すＡ／Ｄコンバーター６５中で量子化される。
【００６２】
図３Ｂの回路中では、Ａ／Ｄコンバーター６５の出力での信号は、図５Ｄ中で不連続値で示されている信号６４の量子化された値である１０ビットワードのシーケンスであり、ＤＳＰ３８へ入力される。
【００６３】
図５Ｅは、ＤＳＰ３８から出力されるインテリジェントタグデータ６６の１部分を示している。このデータはインテリジェントタグ２８（たとえば、インテリジェントタグ２８がRFIDタグである場合、RFIDタグデータ）を供給する。タグ出力信号は図３Ｂと図５Ｅ中では出力６６という符号で示されている。
【００６４】
図５Ｄと図５Ｅ中に示された量子化されディジタル化された値とディジタルな波形６４は、図５Ａから図５Ｃ中でに示された時間上のそれぞれ同一の対応点での信号を示すものではなく、また、図５Ｄと図５Ｅの期間の互いに相関のある期間同士でもなく、またそれらは図５Ａから図５Ｃ中の時間の期間に相関のあるものでもない。
【００６５】
図５Ｄと図５Ｅは、タグ応答信号のディジタルな性格を図で説明するために、図５Ａから図５Ｃまでの信号のアナログ的な性格に比べて説明するために、示したものである。
【００６６】
いくつかの従来形のRFIDシステムでは、システム構成装置間に信号を伝送するのにファイバー光学系を用いている。たとえば、米国特許No.5,288,980(Patelら）は、EDP(電子的データ処理装置）とパス／ストップ論理回路との間の通信リンクがファイバー光ケーブルで可能であることを開示している。
【００６７】
米国特許No.5,440,300(Spillman,Jr）は、パネル中に埋め込まれた複数のスマート構造がパワー供給され、順応形のパワー供給とデータ受信検査インターフェースユニットが共通パワー（conformal powering）兼バスケーブルに沿って配置されたノードによって結合されノードとして動作する複数埋め込み構造ネットワークを開示している。
【００６８】
そのケーブルはファイバー光ケーブルであってもよい。米国特許No.5,356,011(Wheelerら）は、ファイバー光学系ドライバー、ケーブル、および位相維持局部発振器（複数）と関連づけられた分布同期信号に対する受信器の使用を開示している。
【００６９】
これら３つの特許では、すべて、ファイバー光学系中をディジタル信号だけが流れている。これら３つの特許のいずれにおいても、未処理の、アナログタグ応答信号が各ファイバー光学媒体中を伝送されているのではなく、したがって、これらの特許のいずれも、本特許で先に述べたノイズ低減の利点を提供するものではない。
【００７０】
図２、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、ならびに図３Ｂはまた本発明の第２の注目すべきノイズ低減の要素、すなわち、アンテナアッセンブリー３２の送信器をその基本電界周波数で励起する低ノイズ信号発生器６８を示している。この信号発生器は基本電界周波数の整数倍係数ｎ倍である出力周波数を持つ発振器７０と、この発振器の出力に接続された周波数分割器７２（以後「ｎ分割回路７２」）を含んでおり、ここに、ｎはｎ≧２である。
【００７１】
信号発生器６８の出力はアンテナアッセンブリー３２の送信器を、発振器のｎ分割周波数で励起するのに用いられる。詳しく述べると、信号発生器６８の出力は共振回路ドライバー、すなわち、パワー励起回路８６に接続されており、それは、つぎに、送信機アンテナを励起する。１つの好ましいパワー励起回路８６は、1997年８月15日受付の「リアクティブ負荷に対する励起回路」と題され、本申請にも関連して参照している米国特許出願No.08/911,843 に開示されている１種のＥ級増幅器である。
【００７２】
このような パワー励起回路８６の１実施例が図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４に示されている。しかし、本発明の請求範囲は、ディジタル入力を受け付けることのできる、通常のＣ、Ｄ、またはえＥ級増幅器を含むいかなる適当なスイッチング増幅器をも含むものである。
【００７３】
発振器７０は、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４に示すように、送受信モジュール１８に取り付けてもよいし、あるいは、送受信モジュール１８の外部に設置してもよい（図示せず）。
【００７４】
外部設置の場合には、発振器出力はファイバー光学回路７６で受信することもできる。もしそうするなら、送受信モジュール１８は、外部発振器が「はずれている」か付け忘れになっていることを感知し、隣接送受信モジュール１８に、ジャンパーＪ５を用いて同相で同期させるか、ジャンパーＪ４を用いて１８０度、つまり、逆相で同期させる回路７７を用いる必要がある。
【００７５】
図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３および図３Ａ−４は、ｎ分割回路７２が１個または１個以上のカスケード接続されたトグルフリップフロップで実行されているところの本発明の好適実施例を示している。図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３および図３Ａ−４では、ｎ＝２であり、したがって、フリップフロップ１個だけが使われている。
【００７６】
図示の例では、電界周波数は１３．５６ＭＨｚである。したがって、発振器７０には、２７．１２ＭＨｚの出力周波数を持つ発振器が選ばれる。回路の実際上の実現を簡単にするために、ｎとしては、偶数を使うのが好ましい。その結果、４、６、８などの分割回路をつくるために複数個のフリップフロップをカスケード接続すればよいことになる。
【００７７】
フリップフロップの出力信号は、最終段のフリップフロップのＱとＱバー出力から得られる。もし、ｎを奇数であるとすると、回路の実際上の実現はもっと複雑なものとなってしまう。奇数による１つの回路の実現法では、カウンターとカウンターの出力を復号するための復合器を用いている。本発明の範囲はｎ≧２のｎの値を含んでいる。ｎに対する実用的な値の範囲は、１６≧ｎ＞２である。
【００７８】
信号発生器６８のノイズ低減機能の背後にある理論は、周波数分割回路は、励起信号中のノイズパワーを減衰させるが、励起信号中の信号パワーを減衰させることはないということにある。ｎ＝２の例を考えてみよう。
【００７９】
発振器出力信号が２分割回路を通して供給された後では、いかなる所与の周波数オフセットでの位相ノイズ側帯波の振幅も半分に分割されるが、一方、信号部分の振幅は分割されることがない。
【００８０】
もし、ある特定の周波数オフセットにおける励起信号のノイズがσＤＳであるとすれば、２分割回路を通して供給された後の励起信号中のノイズは、同じ周波数オフセットのところで１／２σＤＳである。ｎが２以上でも、同じ原理が適用できる。たとえば、ｎ＝３であれば、得られるノイズは １／３σＤＳである。
【００８１】
上に述べてきたこの低ノイズ発振器方式は高周波電界中のノイズを著しく低減させ、それによって、このような方式を何も使わない従来技術のRFIDシステムと比較して、読みとり距離のかなりのパーセンテージの増大をもたらす。この方式を用いて、たとえば、検出率において１０から２０％の改善を得ることができる。
【００８２】
図２ならびに図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３ならびに図３Ａ−４は、また本発明の第３の注目すべきノイズ低減の要素、すなわち、直流パワー供給ラインにフィルターを用いることを示している。タグ応答信号解析モジュール２０は送受信モジュール１８へ絶縁された直流パワーを供給し、つぎに、送受信モジュール１８は、直流パワーを用いて送信アンテナ３４中に基本電界周波数の高周波電流を合成し励起する。
【００８３】
送受信モジュール１８への直流パワー供給ラインは、高周波ならびに低周波の同相モードフィルター７５と７８、および低周波の差動モード抑圧フィルター８０を含んでいる。
【００８４】
図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３ならびに図３Ａ−４は、またRFIDシステム１６の回路にパワーを供給する電圧制御器８２ならびに８４を示している。
【００８５】
図６は、１個か１個以上のトグルフリップフロップ７２（図示の２分割回路の実施例では、１個のフリップフロップ）が、（１）周波数分割と、（２）送信機を励起するのに非位相反転と位相反転出力信号を供給する、という２重の機能を提供する、本発明の好適実施例の注目すべき部分を示す簡略化した回路図である。（図６の回路図は図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３ならびに図３Ａ−４に詳しく示されている。）
【００８６】
図６に示された２分割回路の出力は、フリップフロップ７２のＱ出力とＱバー出力である。図７に示すように、２つの出力は１８０度の位相差を持っていて、周波数は同じである。簡単のために、Ｑ出力は、０度の位相を持つとして名付け、「非位相反転出力」と呼び、Ｑバー出力は、18０度の位相を持つとして名付け、「位相反転出力」と呼んでもよいだろう。
【００８７】
得られる出力は、したがって、プッシュプルの性格を持っている。送信アンテナ３４を両方の出力で励起することによって、アンテナ３４は連続波信号をつくりだす。
【００８８】
連続波信号は、送信アンテナに対して、パルスモードの送信器出力信号を示している米国特許No.4,274,089(Giles）の図２に示されているようなパルス方式やバースト波形の方式に比べて、より良好なタグ検出時間チャンスを提供できる。
【００８９】
米国特許No.4,274,089(Giles）の図３は、共振タグの送信器に対して周波数分割フリップフロップ７２のＱ出力を送出することを示しているが、Ｑバー出力（すなわち、位相反転出力）はタグ送信器に送出されていない。
【００９０】
送信器アンテナに対して連続波信号を発生するために位相の分離した（プッシュプル）信号を得る１つの従来技術は、変圧器を用いることである。たとえば、米国特許No.4,274,089(Giles）の図６を参照のこと。
【００９１】
変圧器はアナログの装置であって、それはかなりのノイズを発生し、その結果、システムノイズを減少させるという最終目標を無効にしてしまう。本発明では、最終段階のできるだけ近くまで、励起信号をディジタルの形に維持し、位相分離信号を発生させるのにディジタル装置（フリップフロップ）を使い、それによって、システム中でのノイズ発生のチャンスをできるだけ少なくするようにしている。
【００９２】
図８と図９は、励起信号回路中のノイズを減らすために、本発明がどれほど最終段階のできるだけ近くまでディジタル信号を使っているかを説明するものである。図８は連続波信号を生成するRFID送信アンテナを励起する従来構成９０である。
【００９３】
この従来構成では、変圧器のようなアナログ装置９２が位相分離信号を生成している。変圧器のアナログ出力がアナログ入力を受け取る共振形の回路ドライバー９４によって増幅され、そのドライバーの出力は送信アンテナ３４へと送られる。
【００９４】
図９は、本発明による構成を示している。この構成では、ディジタル装置、すなわち、１個か１個以上のフリップフロップ７２が位相分離信号を生成する。フリップフロップ（単数あるいは複数）７２のディジタル出力は、ディジタル入力を受け取ることのできるスイッチド増幅器９６に入力されるが、そのスイッチド増幅器はディジタル入力を受け取り得るＣ、ＤあるいはＥ級のいずれであってもよく、それらの適当なスイッチング（動作で働く）増幅器に入力される。
【００９５】
このような１つの増幅器は、1997年８月15日受付の「リアクティブ負荷に対する励起回路」と題された米国特許出願 No.08/911,843 に開示されていて、その実際例は図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３と図３Ａ−４に示されている（パワードライバー回路８６を参照）。
【００９６】
本発明の請求範囲内にあるが、RFIDシステム１６のもう少し不完全な実施例は、フリップフロップ７２の１つだけの出力すなわち１つだけの位相を使うことである。この方式は、好ましい２位相方式に比べて、所与の入力電圧に対する信号電圧の半分を供給するにすぎないが、それでも所望の信号ノイズ低減ならびに連続波の提供を果たしている。
【００９７】
RFIDシステム１６は振幅変調応答信号を用いている。しかし、それ以外の、たとえば、周波数変調、パルス変調、あるいは位相変調などの変調方式も請求範囲内にある。
【００９８】
ここで開示された光インターフェースは光ファイバーインターフェースである。しかし、それ以外の、ある決められた距離にわたる共振アナログタグ応答信号の光送受信が可能な光学的すなわち光インターフェースを使うこともできる。
【００９９】
上に述べたRFIDシステムはRFIDインテリジェントタグを用いているが、このノイズ低減方式は、それ以外のタイプの共振インテリジェントタグを使うRFIDシステムにも使うことができる。
【０１００】
上に述べたノイズ低減方式は、タグ検出を改善し、読みとり距離をかなり増大するものである。本発明はしたがって、産業界でRFIDシステムに対して長らく待望され、したがって、満足されてこなかった要求を、述べてきたような改善能力で充足させるものである。
【０１０１】
上に述べてきた実施例に対して、その広範囲な発明の概念から逸脱することなく変更がなされ得ることは、当該技術分野に精通する何人（なんびと）によっても理解され得るところである。したがって、本発明は開示された特定の実施例に限られるものではなく、その変形は、付属請求項で定義されるように、本発明の精神と請求範囲内に包含されることが意図されている。
【０１０２】
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来のRFIDシステムの台形アンテナの斜視図
【図２】は本発明によるRFIDシステムの選択された構成要素の模式的ブロック図
【図３Ａ−１】は送受信モジュール１８の詳細な回路図の一部
【図３Ａ−２】は送受信モジュール１８の詳細な回路図の一部
【図３Ａ−３】は送受信モジュール１８の詳細な回路図の一部
【図３Ａ−４】は送受信モジュール１８の詳細な回路図の一部
【図３Ｂ】はタグ応答信号解析モジュール２０の詳細な回路図
【図４】は本発明での使用に適したインテリジェントタグの模式的ブロック図
【図５Ａ】は受信回路２４の出力での未処理の復調アナログタグ応答信号を示す図
【図５Ｂ】は光送信機４０で処理された後に光ファイバー４４中に現れたタグ応答信号を示す図
【図５Ｃ】は光受信器４２の出力で、タグ応答信号分析モジュール２０への入力前の状態にあるタグ応答信号を示す図
【図５Ｄ】は信号６４の量子化された値を示す図
【図５Ｅ】はＤＳＰ３８から出力されるインテリジェントタグデータ６６を示す図
【図６】は、図３Ａ−１、図３Ａ−２、図３Ａ−３、図３Ａ−４、および図３Ｂの部分の簡略化した回路ブロック図
【図７】は、図６におけるフリップフロップの出力のダイアグラム
【図８】は、RFID送信アンテナ励起用の位相分割信号発生用の従来の技術の模式的ブロック図
【図９】は本発明によるRFID送信アンテナ励起用の位相分割信号発生用の方式の模式的ブロック図
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−１】
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【図３Ａ−２】
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【図３Ａ−３】
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【図３Ａ−４】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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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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