(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタグと、該タグから情報を受信し且つ該タグに情報を送信するトランシーバーとを有する無線周波数タグ装置において、
各タグには所定ビット数を有する識別ワードが割り当てられ、前記タグは前記トランシーバーから受信した識別ワードを有する問合わせ信号を変調する手段を有し、
前記トランシーバーは各タグに問合わせ信号を送信する手段を有し、前記問合わせ信号が各タグに割り当てられた識別ワードの所定ビット又はビット列と関連されると共に、実質的に同時に、タグに問合わせをするのに使用され、送信した識別ワードを割り当てられたタグによって供給される変調信号に応答して前記識別ワードが割り当てられたタグの存在を識別するように構成したことを特徴とする無線周波数タグ装置。
【請求項２】
請求項１の無線周波数タグ装置において、各タグは、アンテナ用のコイルが設けられ、前記トランシーバーから送信される無線周波数信号を前記アンテナ用のコイルで受信し、タグの電源電力に変換するように構成されていることを特徴とする無線周波数タグ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の無線周波数タグ装置において、前記トランシーバーは前記タグによって供給された変調信号を検出する手段として復調器と増幅器とを備え、その増幅された変調信号は前記トランシーバー内のプロセッサに送られて前記タグの識別処理が行なわれるように構成されていることを特徴とする無線周波数タグ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかの無線周波数タグ装置において、前記タグは前記トランシーバーから送信された問合わせ信号を取得する手段と、整流器と、クロック抽出器と、データ抽出器と、変調器と、論理部とを有することを特徴とする無線周波数タグ装置。
【請求項５】
トランシーバーから標的とする領域内に存在する複数のタグに問い合わせ信号を送信して該標的領域内のタグの存在を検知する方法において、
前記各タグには所定ビット数を有する識別ワードが割り当てられ、前記トランシーバーから特定の識別ワードを有する問合わせ信号を各タグに送信し、前記特定の識別ワードが割り当てられた特定のタグが該信号を変調し、前記特定のタグから前記トランシーバーに送信される変調信号により、特定のタグの存在を識別することを特徴とするタグの存在検知方法。
【請求項６】
請求項５のタグの存在検知方法において、前記特定のタグの存在は、前記トランシーバーから前記識別ワードを構成する全ビットをタグに送信することで検知されることを特徴とするタグの存在検知方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６のタグの存在検知方法において、前記問合わせ信号は、前記タグに割り当てられた識別ワードを構成する所定ビットまたはビット列の最初のビットが０の値を有するか否かを決めるために前記タグに問い合わせをするのに使用される第１の問合わせ信号と、前記タグに割り当てられた識別ワードを構成する所定ビットまたはビット列の最初のビットが１の値を有するか否かを決めるために前記タグに問い合わせをするのに使用される第２の問合わせ信号を有することを特徴とするタグの存在検知方法。
【請求項８】
請求項７のタグの存在検知方法において、前記第１の問い合わせ信号を使用する場合は、前記トランシーバーから前記タグに前記第１の問合わせ信号を送信し、前記第２の問合わせ信号を使用する場合は、前記トランシーバーから前記タグに前記第１の問合わせ信号を送信した後に、前記トランシーバーから前記タグに前記第２の問合わせ信号を送信することを特徴とするタグの存在検知方法。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかのタグの存在検知方法において、前記トランシーバーから送信される問合わせ信号が割り当てられた識別ワードに該当しない前記タグは、新たに前記トランシーバーから割り当てられた識別ワードの問合わせ信号が送信されるまで不活性状態を維持することを特徴とするタグの存在検知方法。
【請求項１０】
請求項５〜９の何れかのタグの存在検知方法において、前記トランシーバーから割り当てられた識別ワードを送信された前記タグは活性化状態になり、前記トランシーバーから更に読み取りビットまたは書き込みビットを前記タグに送信することにより、前記トランシーバーが前記タグのデータを読み取り、または前記タグにデータを書き込むことを特徴とするタグの存在検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はトランシーバー（リーダー／ライター（以下、リーダーと称する。））とタグ（トランスポンダー）を備えた無線周波数識別（RFID）装置に関する。
【０００２】
符号を定め各タグを識別するのに用いられるビットの特有の組み合わせの数によってのみ読み取り可能なフィールド内のタグ数が制限されるといった場合では、或いは、ビットの同じ組み合わせ又は組み合わせ部分と共に２つまたはそれ以上のタグが一組を構成し、それらが同時に選択されるといった場合では、このような装置は無線周波数識別システムの根幹をなす。また、これは、タグへの書き込み、不作動、さもなくば機能を変更するようにタグに指示を与える目的で同じ組み合わせ又は組み合わせ部分にかかるタグへ意図的にデータを送る時にも当てはまるものである。
【０００２】
その動作において、RFIDリーダーは、当該リーダーの送信領域内の１つまたは複数のRFIDタグと通信しようとする。リーダーは所定の信号（以下、"フィールド"と称す。）を送信し、その信号をモニターにする。その信号に応答したタグはリーダーが識別できる所定の方法によって信号を変調する。しかし、送信領域内にいくつかのタグがあるときは、個々のタグを識別し、１つのタグだけと通信し、送信した信号に対するそれらの応答を解読することは困難であり、時間を費やすことになる。
【０００３】
従前のシステムは、その殆どが、例えば、二値選択といった単一のタグと"話す（Talk）"ための手段を備えたり、しばしばタグがその領域に導入された時間のわずかな違いによったランダム性を用いたり、またはフィールドの方位（方位制御）すなわちフィールドの変更或いは上書きされたデータを解読する複雑なアルゴリズムを用いたりすることで、タグによって変調される信号の衝突防止を図っている。
【０００４】
これらのシステムは同時に２以上ののタグが"話す"ことで、典型的には邪魔されてしまう。
【０００５】
過去においては、個々のタグを別個にするために、同時に"話す"複数タグに起因する上書きされたデータの解読を試みたり、ランダム送信に依存して時間ドメイン内での信号を分離したり、フィールドビームの使用や時間のかかる二値検索を行ってみたりしている。しばしば、データ誤りのないことを確認するためにタグは２度さらには３度と読み込みが必要となっている。
【０００６】
本発明の一例によれば、複数のタグと、該タグから情報を受信し且つ該タグに情報を送信するトランシーバーとを有する無線周波数タグ装置において、各タグには所定ビット数を有する識別ワードが割り当てられ、前記タグは前記トランシーバーから受信した識別ワードを有する問合わせ信号を変調する手段を有し、前記トランシーバーは各タグに問合わせ信号を送信する手段を有し、前記問合わせ信号が各タグに割り当てられた識別ワードの所定ビット又はビット列と関連されると共に、実質的に同時に、タグに問合わせをするのに使用され、送信した識別ワードを割り当てられたタグによって供給される変調信号に応答して前記識別ワードが割り当てられたタグの存在を識別するように構成したことを特徴とする無線周波数タグ装置である。
【０００７】
本発明の他の一例によれば、トランシーバーから標的とする領域内に存在する複数のタグに問い合わせ信号を送信して該標的領域内のタグの存在を検知する方法において、前記各タグには所定ビット数を有する識別ワードが割り当てられ、前記トランシーバーから特定の識別ワードを有する問合わせ信号を各タグに送信し、前記特定の識別ワードが割り当てられた特定のタグが該信号を変調し、前記特定のタグから前記トランシーバーに送信される変調信号により、特定のタグの存在を識別することを特徴とするタグの存在検知方法である。
【０００８】
本発明は非常に効率良く且つ高速な方法でタグを対話式に分けていく代替え方法に関する。
【０００９】
動作としては、データビット形式の情報が信号なまりなくタグから受信或いは送信されるように２以上のタグ（トランスポンダー）が同一のフィールド内で同時動作することができる。このことは衝突防止(anti-collision)として知られている。
【００１０】
従来のシステムと比較して、本発明は同時に"話す"ことができるのでなければ動作せず、衝突を避けようとするよりはむしろ衝突を積極的に利用する。
【００１１】
さらに、説明される本発明のシステムは自己検査をする。トランシーバー（リーダー）がタグの出力を検査するだけでなく、タグもリーダー出力を検査し、エラーが生じた場合はそのタグが脱落する。この自己検査はタグが１度読み込まれる事だけが必要があり、安全であることを意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【００１３】
本発明について、添付の図面を参照しながら、例示に限る方法によってさらに説明する。
【００１４】
本発明の実施形態において、すべての活性（アクティブ）タグが同時に通信を開始するように要求され、"衝突"(collision)を形成し、同時に問合わせられて漸次的に除去される。タグからの通信は、この場合、サーチパターンによって同期されているが、これは他の形式の同期であっても良い。有効なサーチパターンを受信しないタグはデータを送信することはない。
【００１５】
本発明は同期した衝突とみなすことができる。トランシーバー（以下、「リーダー」という）は通常、フィールドの１００％変調を用いてタグと通信する。サーチパターンを開始するため、リーダーは"サーチパターン開始"(Start Search Pattern) と呼ばれるデータパターン（検索開始パターン）を送信する。これはすべてのタグがサーチ開始コマンドとして理解する。"新掃引パターン"(New Sweep Pattern)として知られる他のパターンもあり、それは新規の掃引を全体サーチ内で生じさせるものである。各掃引は届く範囲のタグへの１つの問合わせを構成し、タグ数足す１に等しい掃引数がそれぞれのタグの存在を識別するのに必要である。サーチは一般にフィールドにあるタグと同じ数の掃引と、タグが応答しない時には中止され得る追加の最終掃引とからなる。この例における前記"サーチ開始"や"新掃引"はそれらの期間によって検出されるが、他の互換性があって区別できるパターンを用いても良い。
【００１６】
タグは"検索開始パターン"を受信した場合にはじめてサーチに加わることが可能となるものである。なかでもこれは遅れた到着によってサーチが妨害されるのを防止する。検索開始パターンの有効な受信の後、タグは活性化したものとされる。リーダーは次に問合わせパルス列を送信する。本実施形態では、パルスの長さが問合わせパルスのバイナリー値を決定するが、パルスコード変調のような代替の符号方式などを用いることもできる。タグは振幅変調を用いるが、位相偏移変調のような代替方法を用いることもできる。
【００１７】
"サーチ"はいくつかの掃引からなる。各掃引は各個々のタグか或いは同じアドレスを分けているタグの組を選択する。異なるアドレスのタグのサーチの通常の順序は次のように示される。言及するのは３つの状態である。タグがサーチに加わっている活性化状態、タグが他の掃引を待っている静止状態と、タグが"検索開始パターン"を未だ受信していないか、すでに加わって除かれてしまっている不活性状態（書き込みおよび／または読み込み）がある。
【００１８】
フィールド内にタグを識別する手順の流れを以下に示す。（ａ）サーチが行われるフィールド内のすべてのタグに知らせるため、リーダーによって"検索開始パターン"が送信され、範囲内の全タグが活性化される。（ｂ）タグ識別ワードのビットまたはビット列の数、或いは、もし、組として識別される場合には減らした数に応じた問合わせパルス（部分）のシーケンスがリーダーより送信され、それに活性状態のタグが対話式に応答して１つを除くすべてのタグ（または同一アドレスを共有するタグの組）が結局のところ除去される。選択されたタグにはデータが書き込まれ得る。そのように選択されたすべてのタグは次の"検索開始パターン"まで不活性状態にされる。ビット毎（或いはビットパターン毎）の選択を受けなかったタグは、その問合わせを受けなかった時点で静止状態になる。（ｃ）リーダーが"新掃引パターン"を送信し、静止状態の全タグが再び活性状態となる。"検索開始パターン"を受信していないタグ及び既に不活性状態に選択されたタグは、そのまま不活性状態に維持される。（ｄ）リーダーは前記（ｂ）に戻る。第ｎ＋１回目のループで、リーダーはそれ以上のタグとの対話を検出しなくなり、現在のサーチを終了する。
【００１９】
"検索開始パターン"の送信後、リーダーはパルスを送る。パルス持続期間が長くなるにつれ、第１のビット位置が０であるすべての活性タグがその変調器をオンにしてフィールドを変調することによって応答する"０"変調窓（ＭＷ−０）と呼ばれる期間をパルス持続期間が経過する。検出できる応答がない場合、リーダーはそのパルスの持続期間を延長する。パルス持続期間が長くなって、そのパルス持続期間が第１のビット位置が１であるすべての活性タグがその変調器をオンにしてフィールドを変調することによって応答する"１"変調窓（ＭＷ−１）と呼ばれる期間を経過する（個々のビットをビットパターン（００、０１、１０、１１など）に置換する場合については後述する。）。
【００２０】
リーダーから送信されるものとして、３つのＭＷ−０窓を送信することが続くサーチパターン開始の例を図１に示す。
【００２１】
本実施形態において、タグは常に次のビットが１かどうかを問われる前に次のビットが０かどうかを問われることになる。複数のタグが同時にフィールドを変調することで応答した場合、フィールドの変調は増大する。リーダー内のロジックは、通常、ＭＷ−０変調窓に変調が現れたことを検出したことで、ＭＷ−１変調窓を送信するようにパルスを延長することはしない。ＭＷ−１変調窓が送信されない場合、その位置が１である活性タグが"新掃引パターン"を受信するまで静止状態となるようにプログラムされている。この位置に"０"を有する活性タグがない場合、リーダーはパルスを"１"位置まで延長し、この位置に"１"を有する全活性タグを活性状態のままとする。リーダーパルス間のギャップはタグによって使用され、ビットの流れを順序付ける。リーダーは次の問合わせパルスを送信し、以後それを繰り返す。このようにリーダーは極めて効率的なバイナリ除去を行うことができ、リーダーはタグタイプ内のビットと同数のパルスが追従する"検索開始パターン"または"新掃引パターン"だけを必要とする。
【００２２】
本実施形態においては、タグデータとタグアドレスは区別されない。タグデータは、存在する場合に、タグアドレスの終了位置に配置するか、或いはアドレス可能なブロック内に配置することができる。単一のタグが分離されると、もしタグデータがあれば、同じプロセスが繰り返されてタグデータを読み取ることができる。しかし、もし衝突の可能性が無くなった場合では、マンチェスター符号化(Manchester encoding)や位相偏移変調方式(Phase shift modulation)などのさらに従来の方式で読み取ることができる。本発明の重要な点は、前述の方法によって単一のタグ（或いは同じアドレスまたは部分アドレスのタグの組）を分離する自己検査による衝突防止法である。
【００２３】
タグは検索開始パターンまたは新掃引パターンを受信することがあり、リーダーの読み取り範囲外に存在するがサーチに加わることがある。この場合、タグ自身がリーダー送信に明らかな矛盾を検知する。例えば、"０"窓を変調したにすぎないタグが"１"変調窓に進むのではなくパルスを終端させる場合である。このような場合には、タグは静止状態になり、新掃引パターンを待つ。これが自己検査であり、システムの利点である。
【００２４】
単一のタグまたはタグの組が首尾良く分離され識別されると、リーダーはこのタグにデータを書き込むことができる（タグがＥＥＰＲＯＭやＥＰＲＯＭを有すると仮定する。）。一旦読み取られると、タグはフィールドが除去されるか新規の"検索開始パターン"を受信するまで静止状態を保つように予めプログラムしておくことができる。リーダーは通常次に"新掃引パターン"を送信して読み取りを進め、全部が無くなるまでタグを除去していく。"新掃引パターン"は読み取りではないが前の掃引から外されていた静止状態のタグを目覚めさせ、次の掃引に加えさせる。各掃引は通常一つのタグを識別し、フィールド内のタグの分だけ掃引が行われる。最後の掃引は結果を生むことがなく、早期に中断される。
【００２５】
リーダーはサーチパターンを送信することによって始動する。リーダーは次にパルスを送信し始める。もしパルスの"０"窓を変調するタグがない場合、リーダーは第１のビット位置に０を有する活性タグがフィールド内にないものと推定する。この場合、リーダーは"１"変調窓を含めるようにパルスを継続する。フィールド内のこの位置に"１"を有する全タグはこの窓で変調を開始し、活性であり続ける。第１のビットの例では、どの窓も変調されない場合、リーダーは範囲内にタグがないものと推定する。
【００２６】
第１のビットが"０"変調窓（ＭＷ−０）で変調され、リーダーが"１"変調窓の前でパルスを止めたものと仮定すると、この位置に１を有する全タグは、"新掃引パターン"または"検索開始パターン"を受信するまで静止状態とされる。リーダーは第２のビットに進み、最後のビット位置に到達し個々のタグ（またはタグの組）が分離されるまで同様な手順が繰り返される。タグが識別され除去された後、リーダーは新規の掃引を始める。（"タグの組"に言及するのは、特別のタグの組をスイッチオフに、もし機能が許せば、書き込みや特別な方法で動作することができる点にある。リーダー変調の更なる種類のものを組み込むこともでき、例えば、"１"変調窓を越えるパルスによるものや、追加のミニパルスによって、組に選択されていることを知らせることができる。
【００２７】
このように、リーダーは６４ビットパルス毎に６４ビットのタグを検出する（"新掃引パターン"または"検索開始パターン"を含まない。）。これは極めて効率的なアルゴリズムである。
【００２８】
図２と図３はリーダーによって送信されタグで変調された信号に応答した、リーダーで受信された信号を示す。
【００２９】
図２を参照すると、パルスＡ，Ｂ，Ｃが"０"変調窓（ＭＷ−０）で変調されているように見える。これはＭＷ−信号に続く信号レベルの落ち込みによって示される。これはフィールド内に最初の３ビット位置に"０"を有する少なくとも１つの活性タグが存在することを示す。図１の"検索開始パターン"は例示のものでは長いパルスとして示される。実際には、フィールドの長い切れ間（ブレイク）は一層日常的である。これは全タグをリセットする。
【００３０】
図３では、第１の位置に"０"を有する少なくとも１つのタグによって第１のパルスＡが変調されていることがわかる。第２の問合わせパルスＢは、この位置に"０"を有する活性タグがないことを示している。したがって、リーダーは、この位置に"１"を有する活性タグが応答し、"１"変調窓を変調し、活性状態のままでいることができるようにパルスを継続している。このように、タグは漸次読み取られ除去される。
【００３１】
この実施形態では、タグによるフィールドの変調は振幅変調（ＡＳＫ）であるが、位相偏移変調（ＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、または任意の検出可能な形態の変調を使用することができる。
【００３２】
この実施形態では、説明を簡単にするために個々のビットが問合わせを受けたが、００、０１、１０、１１などのビット・パターンが問合せを受けることができる。以下のビット・パターン、００、０１、１０、１１の例では、４つの可能な組合せを表す４つの可能な変調窓を使用することによってこれを行うことができる。次いで、前述のように動作が実行される。第１の変調窓は００であってよい。問合せを実行するこの段階でこのビットパターンを有する全活性タグは、この窓を変調し活性状態のままでいる必要がある。これによって、ビットパターン０１、１０、および１１を有するタグが除去される。００パターンを有するタグがない場合、リーダーは"０"ビットおよび"１"ビットを検出する場合と同様に以後の変調窓を含むようにパルスを延長する。リーダーがフィールドを何度も変調する必要がないので、速度に関するいくつかの利点がある。ビットパターンが２ビットないし３ビットよりも多くのビットを有するビットパターンに増大するにつれて、速度上の利点を得ることが困難になっていき、ビットパターンがさらに大きくなった場合最終的に速度が低下する。
【００３３】
図４および図５は、本発明で使用できるように構成された従来型の装置のブロック図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明に従う装置内の使用に供するデータビットストリームである。
【図２】  図２は本発明に従う装置内の使用に供する他のデータビットストリームである。
【図３】  図３は本発明に従う装置内の使用に供するまた他のデータビットストリームである。
【図４】  図４は本発明に従う装置内の使用に供するRFIDリーダーのブロック図である。
【図５】  図５は本発明に従う装置内の使用に供するRFIDタグのブロック図である。
【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５】
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