(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の共通無線周波数でタグ読み取り装置とともに動作する受動無線周波数識別タグにして、特定の応答指令無線周波数でコード化されたタグ識別情報を戻すことによって前記特定の応答指令無線周波数に応答することを意図したタイプの受動無線周波数識別タグとともに使用するための無線周波数識別システムのための近接型タグ読み取り装置（１０）であって、出力周波数を生成するための周波数発生手段（１８）、前記出力周波数で無線周波数場を放射するために接続されたアンテナ回路（１４）及び前記無線周波数場を前記出力周波数でロードすることによって通信されるトランスポンダータグコード化応答を受信及びデコードするためのリーダー回路（１２）、コード化されたトランスポンダータグ情報を受信及びデコードするために前記アンテナ回路（１４）に接続されたマイクロプロセッサー（１２）、及び前記出力周波数を複数の周波数にわたって切り換えることによって周波数走査し、前記特定の応答指令無線周波数を合成しかつＩＤタグによる応答を観測することによって前記複数の周波数の各々で走査を実施し、そして割り当てられた観測窓内で有効なタグ応答が受信されない場合または有効なタグ応答の完了の後、前記複数の周波数の次の周波数でもう１つの走査を実施することによる周波数走査のための走査手段（１２）を備え、
前記アンテナ回路の選択可能インピーダンス値（Ｃ２−Ｃ５）及び前記複数の周波数の各々での前記インピーダンス値を選択及び格納するために動作可能な同調プログラム手段（１２）を含むアンテナ共振同調手段（Ｃ１−Ｃ５）、及び前記出力周波数の対応する１つで前記アンテナ回路（１４）に各選択されたインピーダンス値を接続し、それにより前記アンテナ回路のリアクタンスを実質的に最適化し、前記周波数の各々での近接型タグ読み取り装置のＩＤタグ検出可能範囲を最大化するための手段（Ｓ１−Ｓ４）をさらに備える近接型タグ読み取り装置。
【請求項２】
選択可能インピーダンス値が前記アンテナ回路のアドレス指定可能な可変同調容量（Ｃ１−Ｃ４）、及び前記同調容量の異なった容量値で、前記アンテナ回路の無線周波数発信手段から発生される無線周波数信号の振幅を検出するために前記同調容量をアドレス指定し、それにより、中心周波数及び個々の側周波数の各々で最適な信号の振幅を生成して、近接型タグ読み取り装置のＩＤタグ検出可能範囲を最適化する容量値を表すアドレス表を構築するために動作可能な同調プログラム手段（１２）を備える、請求項１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３】
アンテナ回路（１４）の両端間での無線周波数電圧を測定し、マイクロプロセッサー（１２）にピーク検出出力（２６）を与えるために接続されたピーク検出回路（２０）をさらに備え、前記マイクロプロセッサーが周波数発生手段（１８）の出力周波数を変更して前記アンテナ回路のピーク共振を得るために動作可能であり、同調プログラム手段（１２）が、前記アンテナ回路（１４）のリアクタンスが前記出力周波数で最適化されるように、前記出力周波数を中心及び側周波数の１つにするために効果的な前記同調容量（Ｃ１−Ｃ４）の値を選択するために動作可能である、請求項２に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４】
マイクロプロセッサー（１２）及び同調プログラム手段（１２）が、出力波形のエッジからエッジのタイミングをとり、それにより出力周波数を測定するため、及び中心及び側周波数の各々に等しい出力周波数に関連する同調容量（Ｃ２−Ｃ５）の値の表を格納するために動作可能である、請求項３に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項５】
選択可能インピーダンス値がマイクロプロセッサー（１２）によってアドレス指定可能な複数の容量（Ｃ２−Ｃ５）であり、インピーダンス値が前記容量を表すアドレス表として格納される、請求項１または２に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項６】
容量（Ｃ２−Ｃ５）が２進的に重み付けされている、請求項５に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項７】
同調プログラム手段（１２）がアンテナ回路（１４，１６）の共振への環境の影響を補正するために近接型タグ読み取り装置（１０）の電源投入時に実行される、請求項２、３または４に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項８】
同調プログラム手段（１２）が近接型タグ読み取り装置（１０）の動作中にアンテナ回路（１４）の共振への環境の影響の変化を補正するために前記アンテナ回路が再同調されるように、近接型タグ読み取り装置の動作中に周期的な間隔で実行される、請求項２、３、４または７に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項９】
マイクロプロセッサー手段（１２）がさらに、マイクロプロセッサー（１２）によるトランスポンダータグからの応答の検出によって走査シーケンスを中断し、応答の完了により前記走査シーケンスを再開するために動作可能である、請求項１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１０】
アンテナ共振同調手段がアンテナ回路（１４）の両端間での無線周波数電圧を測定し、マイクロプロセッサー（１２）にピーク検出出力（２６）を与えるために接続されたピーク検出回路（２０）を備え、前記マイクロプロセッサーが周波数発生手段（１８）の出力周波数を変更してアンテナ回路（１４，１６）のピーク共振を得るために動作可能であり、同調プログラム手段（１２）が、前記アンテナ回路（１４）のリアクタンスが所望の周波数で最適化されるように、前記出力周波数を前記所望の周波数にするために効果的な可変同調容量（Ｃ１−Ｃ４）の値を選択するために動作可能である、請求項１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１１】
マイクロプロセッサー（１２）及び同調プログラム手段（１２）が、出力周波数を測定するため、及び所望の周波数に関連した可変同調容量の値を格納するために動作可能な、請求項１０に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１２】
所望の周波数が中心周波数及び複数の側周波数を含み、同調プログラム手段が出力周波数に関連する中心周波数及び側周波数に対応する可変同調容量値の表を格納するために動作可能である、請求項１１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１３】
周波数発生手段（１８）がマイクロプロセッサーの外部に存在し、共通の集積回路デバイス（３２）上のピーク検出回路（２０）を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１４】
周波数発生手段（１８）がマイクロプロセッサー（１２）の内部に存在し、水晶制御式クロック及び中心周波数及び側周波数を設定するために同調プログラム手段（１２）によって制御されるクロック周波数分割器を備える、請求項１〜１３のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１５】
受動無線周波数識別タグが、近接型タグ読み取り装置（１０）によるデコードのためのタグ識別データを表すパターンにて特定の応答指令無線周波数で無線周波数場をロードすることによって応答指令に応答する、請求項１〜１４のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１６】
周波数走査が中心周波数及び選択された側周波数の各々での応答指令タグを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１７】
周波数の各々で走査が実施され、各走査が特定の周波数を合成しかつタグ応答を観測すること、及び観測窓内でタグが確認された場合、タグ応答の完了まで走査シーケンスを停止することを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１８】
予め規定された時間間隔の後に有効な信号が受信またはデコードされなかった場合、タグ応答が完了したとみなされる、請求項１〜１７のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項１９】
割り当てられた観測窓内で有効なタグ応答が受信されない場合、または有効なタグ応答の完了の後、もう１つの周波数でもう１つの走査が実施される、請求項１７または１８に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２０】
中心及び側周波数を通して連続的な走査が周期的かつ連続的に実施される、請求項１７、１８または１９に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２１】
格納されたインピーダンス値をアンテナ回路のピーク無線周波数電圧に切り換えて、アンテナ回路のピーク無線周波数電圧を複数の周波数の各々で共振ピークに合わせるために動作可能な自動同調シーケンスをさらに含む、請求項１〜２０のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２２】
自動同調シーケンスが近接型タグ読み取り装置の動作中にピークアンテナ共振のための周期的な再同調のために動作可能なアンテナ較正シーケンスを含む、請求項２１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２３】
近接型タグ読み取り装置付近の人や車の通過のリーダー環境の短期間の変化及び天候の変化の長時間の変化にかかわらず、所望の周波数での近接型タグ読み取り装置の放射された信号強度が最大化されるようにアンテナ較正シーケンスが実施される、請求項２２に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２４】
アンテナ回路への容量値を切り換えることによって周波数走査が実施される、請求項１〜２３のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２５】
複数の周波数の各々が５〜１０ミリ秒で走査される、請求項１〜２４のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２６】
無線周波数識別システムのための近接型タグ読み取り装置（１０）であって、タグ応答指令周波数を発生するための周波数発生手段（１８）、応答指令トランスポンダータグに応答指令を出すために周波数を放射するために接続されたアンテナ回路（１４）、及びトランスポンダータグ情報を受信及びデコードするためアンテナ回路に接続されたマイクロプロセッサー（１２）、選択可能なインピーダンス値（Ｃ２−Ｃ５）を含むアンテナ共振同調手段（Ｃ１−Ｃ５）、及び前記周波数で放射される最大の信号のために前記アンテナ回路のリアクタンスを実質的に最適化するか、前記アンテナ回路のピーク共振を得て、それにより近接型タグ読み取り装置のＩＤタグ検出可能範囲を最大化するために前記周波数を変更するために前記インピーダンス値を選択するために動作可能な同調プログラム手段（１２）であって、前記同調プログラム手段による参照のために前記値を格納するための前記同調プログラム手段を備え、
複数の周波数を通して連続的に周波数発生手段を切り換えること、及び中心及び側周波数の各々でトランスポンダータグを応答指令し、それにより周波数のずれたトランスポンダータグの応答指令範囲を改善することを含む走査シーケンスを実施するために動作可能な走査プログラム手段をさらに備える、近接型タグ読み取り装置。
【請求項２７】
選択可能なインピーダンス値（Ｃ１−Ｃ５）がマイクロプロセッサー（１２）によりアドレス指定可能な複数の容量である、請求項２６に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２８】
インピーダンス値（Ｃ１−Ｃ５）が容量を表すアドレス表として格納される、請求項２７に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項２９】
インピーダンス値（Ｃ１−Ｃ５）が２進的に重み付けされている、請求項２６または２７に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３０】
周波数がマイクロプロセッサー上で動作しているソフトウェアによって決定され、前記マイクロプロセッサーにアンテナ回路のピーク電圧を表す入力を与えるために動作可能なピーク検出回路をさらに備え、同調プログラム手段が前記アンテナ回路を近接型タグ読み取り装置の所望の動作周波数でのピーク共振に同調させるためのインピーダンス値を選択するために動作可能である、請求項２６〜２９のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３１】
アンテナ共振同調手段が周波数発生手段の出力周波数を変更してアンテナ回路のピーク共振を得るために動作可能であり、同調プログラム手段が、アンテナ回路のリアクタンスが所望の周波数で最適化されるように、出力周波数を所望の周波数にするために効果的な補助容量の値を選択するために動作可能である、請求項２６〜２９のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３２】
マイクロプロセッサー及び同調プログラム手段が出力周波数を測定し、所望の周波数に関連するインピーダンス値を格納するために機能可能である、請求項３１に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３３】
選択可能インピーダンス値が容量ラダー及びマイクロプロセッサーによってアドレス指定可能な複数のスイッチを備える、請求項２６〜３２のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３４】
所望の周波数が複数の周波数を含み、同調プログラム手段が複数の周波数に対応するインピーダンス値のテーブルを格納するために機能可能である、請求項２６〜３３のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３５】
複数の周波数が中心周波数及び複数の側周波数を含む、請求項３４に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３６】
同調プログラム手段が前記アンテナ回路の共振への環境の影響を補正するために近接型タグ読み取り装置の電源投入時に実行される、請求項２６〜３５のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３７】
同調プログラム手段が近接型タグ読み取り装置の動作中にアンテナ回路の共振への環境の影響の変化を補正するためにアンテナ回路が再同調されるように、リーダーの動作中に周期的な間隔で実行される、請求項２６〜３６のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３８】
周波数発生手段がマイクロプロセッサーの内部にあり、中心周波数及び側周波数を設定するために同調プログラム手段によって制御される、水晶制御クロック及びクロック周波数分周器を備える、請求項２６〜３７のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項３９】
周波数発生手段がマイクロプロセッサーの外部に存在し、共通の集積回路デバイス上のピーク検出回路を含む、請求項２６〜３７のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４０】
走査プログラム手段がマイクロプロセッサーによって複数の周波数のいずれかにおけるトランスポンダータグからの応答が検出されたときに走査シーケンスを中断するため、及び応答が完了したときに前記走査シーケンスを再開するために動作可能である、請求項２６に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４１】
複数の周波数が中心周波数及び複数の側周波数を含む、請求項２６または４０に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４２】
アンテナ共振同調手段及び同調プログラム手段が複数の周波数の各々でのインピーダンス値を選択及び格納するために動作可能であり、そして、出力周波数の対応する１つでアンテナ回路に各選択されたインピーダンス値を接続し、それにより、前記アンテナ回路のリアクタンスを実質的に最適化し、前記複数の周波数の各々での近接型タグ読み取り装置のＩＤタグ検出可能範囲を最大化するための手段をさらに備える、請求項２６〜４１のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４３】
選択可能インピーダンス値がアンテナ回路のアドレス指定可能な可変同調容量、及び同調容量をアドレス指定し、前記同調容量の異なった容量値で前記アンテナ回路の信号の振幅を検出するために、前記アンテナ回路で最適な信号の振幅を生成して、近接型タグ読み取り装置のＩＤタグ検出可能範囲を最適化する容量値を表すアドレス表を構築するために動作可能な同調プログラム手段を備える、請求項２６〜４２のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４４】
アンテナ回路の共振ピークを得るため周波数発生手段のタグ応答指令周波数を変更するために機能可能であるピーク検出回路をさらに備え、同調プログラム手段が前記アンテナ回路が中心及び側周波数の１つで最適化するように、タグ応答指令周波数を前記中心及び側周波数の１つの周波数とするために効果的な補助容量の値を選択するために機能可能である、請求項４３に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４５】
マイクロプロセッサー及び同調プログラム手段が出力波形のエッジからエッジのタイミングをとり、それにより中心及び側周波数の１つの周波数を測定し、タグ応答指令周波数に関連した同調容量の値のテーブルを格納するために機能可能である、請求項２６〜４４のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４６】
周波数発生手段を側及び中心周波数を通して逐次的に切り換えることを含む走査シーケンスを実行し、それにより周波数のずれたトランスポンダータグの応答指令範囲を改善するために機能可能な走査プログラム手段をさらに備える、請求項２６〜４５のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４７】
走査プログラム手段がさらに、アンテナ回路へのインピーダンス値の対応する値を同時的に切り換え、それにより、周波数の各々での応答指令範囲を最大化しかつ周波数のずれたトランスポンダータグの存在のより優れた検出のために動作可能である、請求項４６に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４８】
走査プログラム手段がさらに、マイクロプロセッサーによるトランスポンダータグからの応答の検出によって走査シーケンスを中断し、応答の完了により走査シーケンスを再開するために機能可能である、請求項４６または４７に記載の近接型タグ読み取り装置。
【請求項４９】
アンテナ共振同調手段が選択可能容量を含み、同調プログラム手段が、放射される最大の信号のためにアンテナ回路の共振を実質的に最適化するための、容量の対応する値を選択するためにマイクロプロセッサーと協働して動作可能であり、対応する値を格納するためのメモリー手段をさらに備える、請求項２６〜４８のいずれかに記載の近接型タグ読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
・発明の分野
本発明は無線周波数識別システム（radio-frequency identification（ＲＦＩＤ） system）に関し、特に、ＲＦＩＤの近接リーダー（proximity reader）または近接読み取り装置に関する。
【０００２】
・従来技術
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムにはリーダーによって放射されるエネルギーによってＩＤタグの回路に電力が与えられる受動システム（受動タグ）と、バッテリーを搭載する能動タグがある。ＩＤタグの作動のために、リーダーからの十分な強度の無線周波数場を必要とするので、受動ＩＤシステムの動作範囲は狭くなりやすい。典型的な受動近接リーダーはリーダーとＩＤタグとの間が６０ｃｍか、それ以下の比較的短い動作範囲を持つ。動作範囲は近接システムの選択の上で、重要な基準となることが多く、一般に、リーダー装置の配置の自由度の大きさや、単体のリーダーで広範囲の領域をカバーするために、１．５ｍ等の、いくらか大きめの範囲でＩＤタグを検出することが望まれている。
【０００３】
受動ＩＤシステムのリーダーはリーダー装置の周辺に無線周波数場を確立するために無線周波数発生器及び同調アンテナ回路を持つ。受動ＩＤタグは周波数発生器を持たず、代わりに、リーダーが放射した場を、リーダーによって検出され、ＩＤタグデータとして識別されるパターンとしてロードすることによってリーダーと通信する。ＩＤタグはリーダーの無線周波数場から得られるエネルギーによって電力を得るトランスポンダーＩＣを含む。タグのトランスポンダーが必要とするエネルギーはリーダーの送信周波数で最大に共振するようにチューニングされたタグアンテナ回路の手段によって受信される。リーダー／ＩＤタグシステムの実効動作範囲はリーダーによって放射され、タグによって受信される無線周波数エネルギーの効率によって部分的に決まる。これはタグ及びリーダーの両方の共振アンテナ回路の正確な同調（または、チューニング）を必要とする。しかしながら、実際には、環境的な要因や製造上の許容範囲がこの理想値から外れる原因となる。
【０００４】
既存の受動近接識別システムにおいて、リーダー及び識別タグの両方は１つの共通な無線周波数、典型的なものとして１２５ＫＨｚで動作するように意図されている。リーダーの付近にある金属及び誘電体、並びに温度及び湿度の変化は全て、リーダー内のアンテナ回路の同調に影響し、最適値から外れた無線周波数場の放射及び、リーダーからタグへの電力伝達の減少の結果となる。すなわち、特定の感度のＩＤタグに対して、タグはリーダーの弱まった送信によってタグのトランスポンダーが起動されるまで、リーダーの近くに持ってこられなければならない。タグの同調アンテナ回路も同様に、タグの共振ピークをリーダーの動作周波数からずらす、タグの特性を劣化させる環境の要因及び製造の許容範囲の影響を受ける。タグのチューニングが周波数から外れた場合も、タグの感度の減少及びリーダーの無線周波数場のロードの減少により、近接システムの動作範囲はやはり縮小する。タグの性能は高い精度の部品を使用することにより改善するが、そのような精度の追求は高価である。５％の許容範囲の部品は１％の部品より安価であり、１０％の部品はさらに安価である。ＩＤタグは多くの場合、多量な数で使用されるので、装置当たりのタグのコストをできるだけ低くすることが望まれる。
【０００５】
近接リーダー及びＩＤタグの両方で周波数からのずれを容認するために、既存の技術はリーダーに低いＱアンテナを使用している。低Ｑ共振タンク回路は広い周波数応答を持つが、アンテナ回路の中心周波数での感度が低い。広い応答はリーダーが周波数のずれたタグを検出することを可能にするが、システムの性能のレベルは低い。すなわち、感度が低いのでタグは検出されるために、より近くになければならない。
【０００６】
広い範囲で、且つ、特に、周波数のずれたＩＤタグの検出の信頼性の高い、受動ＩＤタグの検出能力のある、効果的な近接リーダーの要求が存在し続けている。
【０００７】
（発明の要約）
本発明はリーダーのアンテナ回路の同調の環境的な影響を排除するための自動同調能力及び、周波数のずれたＩＤタグの改善した検出のための周波数走査能力を備えた、改善した近接リーダーを提供することによって、前述の問題に対処する。改善したリーダーは周波数のずれたタグを除外することなく、高い感度で動作するために高いＱアンテナ回路を使用する。走査される範囲において、広帯域低Ｑアンテナ回路で可能な感度より高い感度で、周波数の比較的広い範囲が走査される。
【０００８】
本発明に従うと、無線周波数識別システムのための近接リーダーは中心周波数及び、複数の側周波数を発生するための周波数発生器、トランスポンダータグに応答指令を出すため、中心周波数及び、複数の側周波数を放射するために接続されたアンテナ回路、トランスポンダータグ情報を受信及びデコードするためにアンテナ回路に接続されたマイクロプロセッサー、アンテナ回路の選択可能なチューニングインピーダンスを含むアンテナ共振同調回路、及び中心周波数及び側周波数の各々でアンテナ回路のリアクタンスを実質的に最適化するため、チューニングインピーダンスの値を選択するために機能可能な同調プログラムを持つ。選択された（インピーダンスの）値は周波数操作プログラムによって参照されるためにメモリーに格納される。選択可能なインピーダンスはマイクロプロセッサーによりアドレス指定可能な２進で重み付けされた複数の容量を含んでもよく、インピーダンス値は選択された容量をアンテナ回路へ切り換えるために走査プログラムの制御の下で、マイクロプロセッサーによってアクセス可能なアドレスのテーブルとして格納されてもよい。好まれるものとして、同調プログラムはリーダーの電源投入時に実行され、その後、周期的に環境の要因によるアンテナ回路の共振ピークの変化の感知及び補正をするために、周期的に実行される。
【０００９】
周波数走査プログラムは周波数のずれたトランスポンダータグの応答指令範囲を改善するために、周波数発生器を中心周波数及び側周波数の各々を通して逐次的に切り換えことを含む、周波数走査シーケンスを実行するために機能可能である。側周波数は近接識別システムによって目標とされる周波数のずれたＩＤタグを含むために十分な周波数範囲で、中心周波数の両側で選択される。走査プログラムはさらに、マイクロプロセッサーによるトランスポンダータグからの応答の検出による周波数走査シーケンスの中断及び、応答の完了による走査シーケンスの再開のために機能可能である。
【００１０】
本発明の１つの形式において、周波数発生器はマイクロプロセッサー内の水晶で制御されるクロックに基づく周波数シンセサイザーであり、望まれる中心周波数及び側周波数を設定するために、同調プログラム手段によって制御されるクロック周波数分周器を含む。この実施例において、同調プログラム及び走査プログラムはマイクロプロセッサーの周波数合成の制御による、望まれる動作周波数を設定するアンテナ回路のインピーダンスは望まれる動作周波数の各々で共振ピークを得るために調整され、望まれる周波数の各々は、共振ピークを達成するために必要とされるアンテナのインピーダンス値との関係を保持しながらメモリーに格納される。
【００１１】
本発明のもう１つの形式において、アンテナ共振同調回路はアンテナ回路の共振ピークを得るため、周波数発生器の出力周波数を変更するために機能可能なピーク検出回路を備え、同調プログラムはアンテナ回路のリアクタンスが望まれる周波数で最適化するように、出力周波数を望まれる周波数に持っていくために効果的な選択可能なインピーダンスの値を選択するために機能可能である。この実施例において、マイクロプロセッサー及び同調プログラムは出力周波数を測定するため、及び望まれる周波数に関連するインピーダンスの値を格納するために機能可能である。望まれる周波数は複数の周波数を含んでもよく、その場合、同調プログラムは容量値等の、インピーダンスの値のテーブルを複数の周波数の各々に対応したスイッチアドレスの形式で格納するために機能可能である。複数の周波数はリーダーの中心周波数及び側周波数を含む。周波数発生器及びピーク検出器はマイクロプロセッサーに対して外付けの、一般的なＩＣ回路デバイスであってもよい。
【００１２】
本発明の自動同調の機能及び周波数走査の機能は両方を特定の近接リーダーに実施することが望ましいが、それぞれの機能はリーダー装置の特性に別々に作用するので、これらの機能が別個に実施されてもよい。
【００１３】
（好まれる実施例の詳細な説明）
図面を参照すると、図１は本発明の第１の実施例に従って改善した近接リーダーのブロック図である。リーダーは一般に、デジタルプロセッサー１２、アンテナコイル１４、共振アンテナ回路を形成するためにアンテナコイルに並列に接続された主チューニングコンデンサー１６、アンテナ発振器１８を含む周波数発生器、及びピーク検出回路２０を含む装置１０によって設計される。無線周波数はプロセッサーの水晶制御クロック周波数、例えば１ＭＨｚを分周することによってプロセッサー１２によって合成される。この合成された周波数出力は周波数制御線２４を介して、バッファとして動作する駆動発振器１８に接続される。発振器１８の出力はアンテナタンク回路を駆動する。ピーク検出器２０はアンテナ回路のピーク無線周波数電圧をプロセッサー１２のデジタル入力２６へ変換するＡＤ変換機を含む。無線周波数出力周波数はプロセッサー１２で動作しているソフトウェアによって決められ、ソフトウェア制御により必要に応じてシフトすることができる。
【００１４】
コンデンサーラダー（capacitor ladder）２２は４つの補助的なコンデンサーＣ１−Ｃ４を含む。各コンデンサーはプロセッサー１２によって個々にアドレス指定可能な対応するスイッチ手段Ｓ１−Ｓ４によって、主チューニングコンデンサー１６に並列に加えることができる。
【００１５】
コンデンサーＣ１−Ｃ４の値は、例えば１、２、４、８、の比率等で、２進で重み付けされ、スイッチＳ１−Ｓ４の適当な組合せを閉じることにより、０から１５Ｃｘの、Ｃｘの増分に等しい全部で１６の異なった、選択可能な補助的な容量値を共振アンテナ回路に並列に加えることができる。
【００１６】
プロセッサー１２は図２のフローチャートに図示されているように、自動同調または同調プログラム、及び周波数走査プログラムを含む、格納されたプログラム命令の制御の下で動作する。自動同調プログラムは電源投入時に実行され、第１の較正処理を含み、それにより、共振アンテナ回路はリーダーの望まれる主動作周波数で共振ピークを持つように同調される。このシーケンスにおいて、アンテナ回路は望まれる動作無線周波数、例えば１２５ＫＨｚで共振するためにチューニングされる。
【００１７】
これは連続的な接近処理であり、そこにおいて、容量はその時の周波数、例えば１２５ＫＨｚで共振ピークを持つように調整される。アンテナコイル及び主チューニングコンデンサーの元々の値はスイッチＳ１−Ｓ４が開いた回路の初期状態で、アンテナタンク回路の共振ピーク周波数が望まれる動作周波数より高くなるように選択される。その後にタンク回路の並列容量を増大させることによって、共振ピーク周波数は望まれる周波数まで下げられる。これはプロセッサー１２によるソフトウェア制御の下で、無線周波数電圧ピークが望まれる周波数で検出されるまで、容量を増大させることを繰り返すことによって、スイッチＳ１−Ｓ４の最適な組合せを閉じることによって達成される。
【００１８】
共振ピークはピーク検出回路２０のＡＤ変換機のデジタル出力を監視しているソフトウェアによって検出される。ピークは容量を徐々に加えていくときに、（減少するまで）増大していく無線周波数電圧を測定することによって検出されてもよい。減少が検出されたとき、アンテナ回路がピーク電圧を回復するため、１ステップ後退させるために減少の前の最後のステップで加えられた容量が引かれる。アンテナ回路は主または中心周波数で共振するように較正されたことになり、それにより、望まれる周波数でリーダーの無線周波数場の強度が最大化される。
【００１９】
本発明の第２の特徴はリーダー１０によって検出されるＩＤタグの周波数応答の不正確さを補正することである。上で説明されたように、ＩＤタグはシステムの特性を最適化するためにリーダー装置の動作周波数で共振ピークを持つことが望ましい共振アンテナ回路を持つ。ＩＤタグの周波数のずれた動作は温度変化や金属物体への接近等の、過渡的な環境の影響によって一時的に生ずるか、あるいは、ＩＤタグの製造で使用される部品の許容誤差の結果によって恒久的に生ずる。周波数のずれたタグは通常、意図されるシステムの動作周波数から僅かにずれた周波数にピークを持ち、通常、意図する動作周波数で動作する近接リーダーによって検出可能である。しかしながら、そのようなタグがリード可能な検出範囲は、タグのアンテナ回路がリーダーの送信周波数以外の周波数で共振するために減少する。これはタグのトランスポンダーを起動するために十分な無線周波数場の強度が達するために、タグがリーダーのアンテナにより近くに持ってこられることを必要とする。
【００２０】
この問題に対処するために、周波数走査プログラムがプロセッサー１２による実行のために格納される。走査の機能の実施は通常、リーダーの中心動作周波数の上または下に特定の間隔で位置する、複数の側周波数の選択を必要とする。側周波数は周波数のずれたＩＤタグのピーク周波数がありそうな位置を含めるために十分な周波数の範囲をカバーするように選択される。タグのピーク周波数の母集団は通常、ベル形の統計的な分布曲線に従う。ほとんどのタグは意図された動作周波数の近辺に群がり、この周波数からある程度離れたタグは少ない。標準的な１２５ＫＨｚの中心周波数に対しては、８ＫＨｚの走査周波数の範囲として、１２１ＫＨｚ及び１２３ＫＨｚが中心周波数の下のものとして選ばれ、１２７ＫＨｚ及び１２９ＫＨｚが中心周波数の上のものとして選ばれる。１２１ＫＨｚよりいくぶん低く、または１２９ＫＨｚよりいくぶん高くチューニングされたタグも小さい感度ではあるが、１２５ＫＨｚの動作周波数で動作している従来の近接リーダーよりもかなり良い感度でリードすることができる。これらの周波数は例としてのものであり、異なった周波数または、異なった周波数の数の側周波数が選択されてもよい。
【００２１】
リーダーは例えば低Ｑアンテナ回路を使用することにより、リーダーアンテナ回路のチューニングに対応する調節をせずに、複数の周波数で動作してもよい。そのような実施も走査処理は特定のタグの各々が最も応答する周波数を見つけるために、複数の周波数にわたって探索をするので、周波数のずれたタグを検出する上で、従来の単体の周波数のリーダーより有利である。それでも、この実施はアンテナ回路の共振ピーク周波数からはずれた、これらの周波数のいくつかにおいて、無線周波数送信の最適な強度以下の強度の結果となってしまうだろう。これを克服するために、自動同調シーケンスは走査される周波数、すなわち、中心及び側周波数の各々で、アンテナ回路を共振ピークに持っていくために必要な補助的な容量値の決定を含むように拡張される。この目的のために、周波数は自動同調プログラム命令の一部として格納され、各周波数に対して自動同調プログラムが実行される。中心及び側周波数の両方での同調プログラムの完了の結果は各周波数にマッチした容量値（または、各周波数に対応する容量値）を表すデータテーブルである。このテーブルはプロセッサーのメモリーに格納され、走査シーケンス中にアンテナの共振を維持するために走査プログラムによってアドレス指定される。
【００２２】
周波数走査シーケンスは従来のようにリーダーの単体の動作周波数で応答指令を出すのではなく、中心及び選択された側周波数の各々でタグに逐次的に応答指令を出す。周波数の各々で走査（または、スキャニング）が実行される。各走査は特定の周波数を合成し、格納されたデータテーブルから呼び出されたスイッチの（その周波数に）対応する組合せを閉じ、周波数が安定するまでの短い時間待ち、そしてＩＤタグの応答を観測（listening）することによって実行される。適当な観測窓（listening window）内にタグ応答がプロセッサー１２より確認された場合、走査シーケンスはタグの応答の終了まで停止する。予め設定された期間内にプロセッサー１２によって有効な信号が受信またはデコードされなかった場合、タグ応答は終了したと見なされる。割り当てられた観測窓内に有効なタグ応答が受信されない場合、または有効なタグ応答の終了の後、もう１つの走査が格納されたデータテーブルの次の周波数で実行される。リーダー１０の通常の動作中、逐次的な走査がテーブル中の全ての中心及び側周波数を連続的に繰り返し行われ、周期的なアンテナ回路の再同調によってのみ中断される。
【００２３】
本発明の好まれる形式において、中心周波数アンテナ較正シーケンスはリーダーのアンテナ回路のチューニングに影響を与える可能性のあるリーダーの環境の変化を補正するために、リーダーの動作中、例えば、１０秒おきに、周期的に繰り返される。再較正中、事前の最後の較正中に必要とされた補助容量はその時の較正に必要とされる補助容量と比較される。これらの値が同じ場合、アンテナのチューニングに影響を与える環境の変化がないと判断され、再較正シーケンスはその時点で終了する。逆に、補助容量の値が変化している場合、再較正シーケンスは走査される側周波数の各々に対するアンテナの共振ピークの再チューニングを行うために続けられる。
【００２４】
再較正シーケンスはプロセッサー１２によって、例えば１０ミリ秒等の、非常に短い時間で実行され、リーダー近辺の場のタグの存在は通常、この較正時間よりはるかに長いのでＩＤタグ検出には影響を与えない。結果として、望まれる動作周波数で放射されたリーダーの信号強度はリーダーの付近の人や車の通過等の、数秒程度しか続かない短い期間の変化及び、天候の変化等の長い期間の変化を含む、リーダーの環境の変化が存在しても実質的に最大化される。
【００２５】
周波数走査シーケンスの間、周波数走査はスイッチＳ１−Ｓ４の作動により格納された各容量値を逐次的にアンテナ回路へ切り換え、適当な出力周波数を設定することによって単純に達成される。対応する出力周波数の設定は非常に素早く行われ、走査シーケンスに大きな遅延を導入しない。通常、各周波数は約５−１０ミリ秒で走査される。全ての選択された周波数に対する周波数走査サイクルは近接リーダーの感知場のＩＤタグの存在時間に比べ、はるかに短い期間で完了するので、通常、走査処理によりＩＤタグのリードが脱落することはない。
【００２６】
図１の実施例において、デジタルプロセッサー１２はリーダーの出力周波数の合成、ピーク検出の実施、及びＩＤタグに応答指令を出し、タグ応答からのデータのデコードするための、従来の方法でのリーダー出力のエンコードに関連した他の全ての処理の実施のために必要とされる。処理負荷が比較的大きいので、プロセッサー１２のためには高性能のマイクロプロセッサーが選択される。目下のところ、好まれる装置はAT90S4414リスクプロセッサーである。
【００２７】
図３は本発明の第２の実施例のブロック図である。リーダー３０は商業上入手可能なＩＣTEMEC U2270の長所を利用する。このＩＣは無線周波数発振器をピーク検出回路と組み合わせており、自動的にその出力周波数をアンテナ回路の共振ピーク周波数に調節する。周波数出力に対しては外付けの制御器がなく、この理由のため、周波数発生器及びピーク検出器は図３において単体のブロックで示されている。ＩＣ（３２）はアンテナ回路を駆動するために接続された無線周波数出力３４、及びアンテナタンク回路の無線周波数信号の振幅を測定するためにアンテナ回路に接続された電圧感知入力３６を持つ。ＩＣ（３２）はまた、出力波形のエッジからエッジのタイミングによってＩＣ（３２）の出力周波数を測定する、デジタルプロセッサー４０のタイマーに接続された周波数フィードバック線３８を持つ。
【００２８】
ＩＣ（３２）及び、特にTEMEC U2270デバイスの使用は近接リーダーで慣例的であるが、従来のリーダーにおいて、出力周波数はＩＤタグが同調する周波数にマッチするために、最初に製造者によって、可変アンテナコイル及びコンデンサーを調整することによって設定される。しかしながら、その後、リーダーはそれの初期周波数の設定をずらす可能性がある環境の影響を受ける。例えば、リーダーが大きな金属物体の近くに取り付けられた場合、アンテナ回路の共振周波数は変化してしまう。これはＩＣ（３２）がそれの出力周波数をアンテナ回路の新しい共振周波数にマッチするようにずらすことを引き起こし、従来のリーダーはＩＤタグの周波数からずれた、この新しい周波数で動作し続ける。この結果、リーダーの感度は明らかに減少し、劣悪なシステムの特性となる。
【００２９】
一方、図３の斬新なリーダー３０において、プロセッサー４０はＩＣ（３２）の出力周波数の積極的な制御を維持する。これは上述したように、出力周波数を測定し、アンテナ回路の共振ピーク周波数の制御により、ＩＣ（３２）にそれの出力周波数を調節させることによって達成される。この最後の目的は容量ラダー２２のスイッチＳ１−Ｓ４を起動することにより、適当な補助的並列容量を加えることによって達成される。上述された第１の実施例と同様に、アンテナ回路は最初に高めの周波数に共振するように設定され、アンテナ回路の共振ピークが望まれる周波数にずれるまで、スイッチＳ１−Ｓ４の適当なものを閉じることにより補助容量が加えられる。これはアンテナ回路の共振ピーク周波数に従うＩＣ（３２）の周波数出力を測定することにより、プロセッサー４０によって検出される。すなわち、ＩＣ（３２）の出力周波数はアンテナ回路の共振周波数をシフトすることによって間接的に制御される。
【００３０】
本発明のこの第２の実施例において、アンテナ共振ピーク及び出力周波数の両方はスイッチＳ１−Ｓ４の手段によって対応する補助容量の値を選択することによって望まれる周波数に、単純に設定することができる。この結果、リーダー３０はこれらのスイッチの適当な組合せを閉じることによって、特定の周波数に完全に同調される。リーダー３０の最初の較正はＩＣ（３２）にリーダーの望まれる動作周波数を出力させる補助容量の値の探索を含み、これはプロセッサー４０の適当なプログラムの制御の下でなされる。同様に、リーダーは周波数のずれたＩＤタグを探索するために走査される付加的な複数の側周波数に対して較正されてもよい。側周波数の較正は中心周波数の較正と同様に行われる。これらの各周波数に対応する補助容量の値は第１の実施例との関連で説明された周波数走査プログラムと同じ目的で利用される走査プログラムが（後で）アクセスできるように、スイッチアドレスの形式でテーブルに格納される。この第２の実施例の周波数走査プログラムは周波数が格納されたテーブルに従ったスイッチＳ１−Ｓ４の設定だけで単純に設定され、他の周波数データが格納される必要がないことを除いて、本質的に第１の実施例との関連で上述されたものと同じである。
【００３１】
この実施例において、無線周波数の発生及び処理の大部分はＩＣ（３２）によって行われので、プロセッサー４０として比較的性能の低いプロセッサーを選択することが可能になる。目下のところ、好まれるマイクロプロセッサーは8051マイクロプロセッサーの互換機である、ATMEL 89C55デバイスである。同じデバイスの他の互換機もいくつかの製造業者から入手可能である。上述の２つの実施例のアンテナ回路自動同調及び周波数走査プログラムの詳細な実施は上述の目的を達成するために変更することができるだろう。上述のプログラムは既存の近接リーダーシステムで使用されているマイクロプロセッサーの通常のプログラムのわかる技術者に対しては、特に変わった技術を必要としないため、ここで詳細なプログラムの情報またはリストを説明する必要はないだろう。
【００３２】
本発明の特的の発明は明確さと、例示のためだけに説明され図示されている。付随する請求の範囲で規定される本発明の範囲から外れることなく、上述の実施例への多くの変更、代用、及び改善は当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  改善したリーダーの第１のデザインを示しているブロック図である。
【図２】  自動同調及び周波数走査シーケンスを含むフローチャートである。
【図３】  改善したリーダーの第２の設計を示しているブロック図である。
【符号の説明】
１０  近接リーダー
１２  マイクロプロセッサー
１４  アンテナコイル
１６  主チューニングコンデンサー
１８  アンテナ発振器
２０  ピーク検出回路
２２  容量ラダー
２４  周波数制御線
２６  デジタル入力
３０  近接リーダー
３２  無線周波数発振器とピーク検出回路を組み合わせたＩＣ
３４  無線周波数出力
３６  電圧感知入力
３８  周波数フィードバック線
４０  マイクロプロセッサー
Ｃ１−Ｃ４  コンデンサー
Ｓ１−Ｓ４  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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