非接触IC介质通信装置以及非接触IC介质通信方法

摘要

本发明提供一种非接触IC介质通信装置以及非接触IC介质通信方法，对于多个不同读取区域中的每个读取区域，取得该读取区域内存在的非接触IC介质(25)的识别信息和与该识别信息相关联的从该非接触IC介质(25)接收的接收信号的信号强度；对于每个上述识别信息，将多个不同上述读取区域的接收信号的信号强度进行差分运算或除法运算，取得合成信号强度；抽取上述合成信号强度在预先设定的阈值范围内的上述识别信息。由此，提供一种能够以简单的结构来检测期望区域内存在的非接触IC介质的、非接触IC介质通信装置(1)及其方法。

说明书

本申请是国际申请日为2008年12月3日、国际申请号为PCT/JP2008/071953、国家 申请号为200880104226.9、发明名称为“非接触IC介质通信装置”的发明专利申请的分案申 请。

技术领域

本发明涉及诸如检测期望区域内存在的非接触IC介质的、非接触IC介质通信装置 及其方法和程序，以及存储有该程序的计算机可读取的存储介质。

背景技术

近来，可预先存储数据并能够通过非接触进行数据通信的非接触IC介质已被人们 所利用。而且，采用支持远程通信的UHF频带的非接触IC介质也被人们所利用。对于与采用 UHF频带的非接触IC介质进行通信的天线，一般采用1单元贴片天线(patchantenna)。1单 元贴片天线的半值宽(波束宽)较宽，大体在70左右，具有能在广域内从非接触IC介质读取 数据的优点。

然而，存在有只希望读取特定区域内的非接触IC介质的情况。详细来说，例如搬送 物品，使它通过多个加工工序时，存在可能只希望读取在特定加工工序内物品的非接触IC 介质的情况。

这种情况下，可以考虑采用半值宽较窄的天线。然而，这种天线如多元件阵列天线 以及抛物线天线一样，存在体积偏大的问题。

对此，有人提出了一种对来自非接触IC介质的电波的到来方向进行估计并推导出 非接触IC介质所在位置的标签通信装置(参照专利文献1)。这种标签通信装置根据对多个 天线单元的输出所分别进行的加权来检测出特定方向的电波强度。

然而，上述标签通信装置为了推导出一个非接触IC介质所在的位置而需要进行复 杂的计算。

专利文献1：日本国专利申请公开特开2006-10345号公报(公开日：2006年01月12 日)

发明内容

本发明鉴于上述问题而开发的，目的在于提供能够以简单的结构来检测出期望区 域内非接触IC介质的非接触IC介质通信装置及其方法和程序，以及存储有该程序的计算机 可读取的存储介质。

本发明的非接触IC介质通信装置及其方法和程序的特征在于，包括：接收单元，对 于多个不同读取区域中的每个读取区域，该接收单元取得该读取区域内存在的非接触IC介 质的识别信息和与该识别信息相关联的从该非接触IC介质接收的接收信号的信号强度；运 算单元，对于每个上述识别信息，该运算单元将多个不同上述读取区域的接收信号的信号 强度进行差分运算或除法运算，取得合成信号强度；抽取单元，该抽取单元抽取上述合成信 号强度在预先设定的阈值范围内的上述识别信息。

上述不同读取区域指设定为不同的可读取区域，也指指向性天线具有不同的读取 方向。

上述非接触IC介质是指诸如RF-ID标签等的可存储信息并能通过非接触进行通信 的介质。这种非接触IC介质包括：不具有电源而从外部获取感应电力并发送信号的被动式 非接触IC介质；具有电源并接收来自外部的查询请求后发送信号的半被动式非接触IC介质 以及具有电源，定时发送信号的能动式非接触IC介质等。

上述识别信息包括用于识别RF-ID标签的ID等的非接触IC介质的信息。

上述从非接触IC介质接收的信号包括该非接触IC介质响应并发送上述识别信息 的信号，以及非接触IC介质发送的其他的信号。

上述接收单元可由能改变指向模式的1个或多个天线阵所构成，也可由不能改变 指向模式的多个天线所构成。

上述运算单元以及抽取单元可由CPU、MPU等执行运算处理的单元所构成。

上述非接触IC介质通信装置包括能够接收来自非接触IC介质的信息和向非接触 IC介质发送信息的读写装置以及从非接触IC介质读取信息的读取装置。而且，上述非接触 IC介质通信装置还可以为用于检测非接触IC介质的检测装置。

另外，上述非接触IC介质通信装置可由计算机实现。而且，使计算机作为上述各单 元执行动作的非接触IC介质通信程序以及存储有该程序的计算机可读取的存储介质也包 括在本发明的范畴内。

由此，本发明能够提供以简单的结构来检测出期望区域内存在的非接触IC介质 的、非接触IC介质通信装置及其方法和程序以及存储有该程序的计算机可读取的存储介 质。

附图说明

图1是说明工厂内各个加工工序和RFID检测装置的说明图。

图2是按指向方向表示接收强度的图表。

图3是表示接收强度比的图表。

图4是表示控制部执行的动作的流程图。

图5是说明存储部存储的接收信息的说明图。

图6是说明天线的可读取区域的说明图。

图7是表示实施例2中左方向接收强度比和右方向接收强度比的图表。

图8是表示实施例2中控制部执行的动作的流程图。

[附图标记说明]

1RFID检测装置

10天线

13控制部

25RFID标签

A1、A2阈值

R2通常区域

Rx_L、Rx_R接收强度

Rx_DIF接收强度比

Rx_DIF_L左方向接收强度比

Rx_DIF_R右方向接收强度比

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

[实施例1]

图1是说明工厂内各个加工工序和RFID检测装置1的说明图。

工厂内设置了传送带21，通往各个加工工序A、B、…。传送带21被驱动单元(省略图 示)所驱动，往各个加工工序输送物品27(27a～27c)。

在加工工序A中，加工人员Ma对物品27a进行加工，在加工工序b中，加工人员Mb对 物品27b进行加工。

各个物品27上贴有RFID标签25(25a～25c)。该RFID标签25具备天线和IC。RFID标 签25的IC内的存储部里存储了作为识别信息的ID、作为物品信息的物品名或规格等适宜的 信息。

在加工工序B中，设置了RFID检测装置1，其可读取存在于检测区域R内的RFID标签 25。RFID检测装置1由天线10、控制部13以及存储部15所构成。

天线10在-35°～35°范围内由可调节指向方向的3单元天线阵所构成。

控制部13由CPU和ROM和RAM所构成，按照RFID标签通信程序等程序执行控制动作， 运算动作等。

存储部15由非易失性存储器或硬盘等存储装置所构成，其用于存储程序、信息(数 据)等。

其次，就通过RFID检测装置1来只读取期望区域内RFID标签25的理论方法进行说 明。在本实施例中，就RFID检测装置1作为模拟笔形射束天线使用，只读取从天线10的正面 偏离±15°的狭域内数据的示例进行说明。

图2是表示天线10的指向模式的图表。此图表中，纵轴表示天线10的指向性增益 (Gain)，单位为分贝(dBi)。横轴表示角度，单位为度(deg)。

图中，指向左方向时的指向性增益D＿L(θ)是表示在天线10的指向方向(角度θ)设 为-35°且天线10的正面设为0°时，各个方向的指向性增益的图表。

图中，指向中央方向时的指向性增益D＿C(θ)是表示在天线10的指向方向(角度θ) 设为0°且天线10的正面设为0°时，各个方向的指向性增益的图表。

图中，指向右方向时的指向性增益D＿R(θ)是表示在天线10的指向方向(角度θ)设 为35°且天线10的正面设为0°时，各个方向的指向性增益的图表。

在此，接收强度Rx＿L可通过下述式(式3)来表示。并且，对数表述和反对数表述的 关系式如式(式1、式2)所示。

(式1)

Rx＝10×log10(Rx’)

(式2)

Rx’＝10(Rx/10)

其中，Rx(dBm)为对数表述，Rx’(mW)：反对数表述。

(式3)

[A]对数表述

Rx_L＝Pt+Dt(θ)－Loss+D_L(θ)

其中，Pt为标签的发射功率，Loss为自由空间损耗，

Dt(θ)为标签的指向性增益，D_L(θ)：指向左方向时的指向性增益。

[B]反对数表示

Rx_L’＝Pt’×Dt’(θ)×(λ/4πD)²×D_L’(θ)

其中，Pt’为标签的发射功率，D为通讯距离，

Dt’(θ)为标签的指向性增益，D_L’(θ)为指向左方向时的指向性增益。

同时，接收强度Rx＿R，可由下述式所表示。

(式4)

[A]对数表述

Rx_R＝Pt+Dt(θ)－Loss+D_R(θ)

其中，Pt为标签的发射功率，Loss为自由空间损耗，

Dt(θ)为标签的指向性增益，D_R(θ)为指向右方向时的指向性增益。

[B]反对数表述

Rx_R’＝Pt’×Dt’(θ)×(λ/4πD)²×D_R’(θ)

其中，Pt’为标签的发射功率，D为通讯距离，

Dt’(θ)为标签的指向性增益，D_R’(θ)：指向右方向时的指向性增益。

根据上述2个式子，计算接收强度比(对数表述时为减法运算(差分)，反对数表述 时为除法运算)，算出接收强度比Rx＿DIF，可得出如下式。

(式5)

[A]对数表述

Rx_DIF＝Rx_R－Rx_L

＝{Pt+Dt(θ)－Loss+D_R(θ)}－{Pt+Dt(θ)－Loss+D_L(θ)}

＝D_R(θ)－D_L(θ)

[B]反对数表述

Rx_DIF’＝Rx_R’/Rx_L’

＝(Pt’×Dt’(θ)×(λ/4πD)²×D_R’(θ))

/(Pt’×Dt’(θ)×(λ/4πD)²×D_L’(θ))

＝D_R’(θ)/D_L’(θ)

如上述式5所示，对于不同指向方向的接收强度的式子进行减法运算或除法运算， 得出只涉及θ的函数，其与距离，标签的性能(反射功率，标签的指向性增益)无关。

图3是表示上述函数的图表。此图表中，纵轴表示接收强度比Rx＿DIF(Gain)，单位 为分贝(dBi)。横轴表示角度，单位为度(deg)。

如图表所示，接收强度比Rx＿DIF在天线10的正面附近即0°附近成可视为1次函数 的波形。在±10°附近外侧的角度，因受旁瓣的影响不能成为一次函数。

因此，利用阈值A1、A2，只抽取在接收强度比Rx＿DIF符合下述式所示条件的RFID 标签25，即可挑选出位于正面方向的RFID标签25。换而言之，对于其他RFID标签25，即使已 被读取，也可从对象中排除。

(式6)

－A1＜Rx_DIF＜A2

其中，A1为下限阈值，A2为上限阈值。

其次，参照图4所示的流程图，以及根据上述理论，就只挑选目标区域内的RFID标 签25进行通信时，对RFID检测装置1的控制部13按照RFID标签通信程序所执行的动作进行 说明。

对于天线10，控制部13请求将指向方向设定为35°并发送信号(步骤S1)。此时所发 送的信号用于使RFID标签25响应并发送作为识别信息的ID。

控制部13通过天线10来接收RFID标签25发送的响应信号，并把接收到的ID和接收 强度Rx＿R存储在存储部15(步骤S2)。此时，如图5所示的存储在存储部15的接收信息的说 明图，存储有ID和指向右方向时的接收强度。

对于天线10，控制部13请求将指向方向设定为-35°并发送信号(步骤S3)。与步骤1 相同，此时所发送的信号用于使RFID标签25响应并发送作为识别信息的ID。

控制部13通过天线10来接收RFID标签25发送的响应信号，并把接收到的ID和接收 强度Rx＿L存储在存储部15(步骤S4)。此时，如图5所示，作为相对应的ID的信息，追加存储 有指向左方向时的接收强度。

控制部13对每个ID进行接收强度Rx＿L和接收强度Rx＿R的差分运算(对数表述时 为差分运算，反对数表述时为除法运算)，求出接收强度比Rx＿DIF，如图5所示，存储接收强 度比Rx＿DIF，其作为相对应的ID的信息(步骤S5)。

控制部13抽取其接收强度比Rx＿DIF在预先设定的阈值A1、A2范围内(从-A1到A2 的范围内)的ID，只把抽取到的ID判为有效的ID(步骤S6)，其后结束处理。

按照以上结构以及处理，RFID检测装置1可选择读取目标区域内的RFID标签25，该 目标区域比天线10的本来可读取区域狭窄。

详细来说，如图6的(A)～(C)所示，天线10的本来可读取区域为范围模糊的区域。

即，如图6的(A)所示，指向方向为0°时，接收强度大的强区域R1和接受强度一般的 通常区域R2没有明确的边界，通常区域R2的周围也没有明确的边界，而形成平缓的连续状 态。因此，根据周围环境，可能发生读取或不可读取的情况。而且，因旁瓣区域R3的存在，根 据1个接收结果来决定明确的可读取范围是困难的。

同样地，如图6的(B)所示的指向方向向右倾35°时和如图6的(C)所示的指向方向 向左倾-35°时，也没有明确的边界。

对此，按照上述方法将指向方向向右倾35°的如图6的(B)和指向方向向左倾-35° 的如图6的(C)进行合成，并从阈值范围内抽取而得到图6的(D)，如图6的(D)所示，其可读取 区域(读取对象区域)设定在期望区域(图示的例角度范围为±15°)内，而且，可读取区域和 不可读取区域的边界非常明确。因此，RFID检测装置1能够如使用高精度的笔形射束天线一 样地使用天线10，可只读取期望区域内的RFID标签25。

而且，RFID检测装置1只需改变阈值A1、A2，即可简单的调整期望区域。

而且，对数表述时进行差分运算，反对数表述时进行除法运算，由此，能够消除因 距离、标签的性能(反射功率，标签的指向性增益)所引起的误差，从而实现高精度的检测。

而且，以目标方向作为中心，在右方向和左方向即左右两侧的指向方向进行读取， 因此，可确切地读取位于其中间的目标方向上存在的RFID标签25。

[实施例2]

其次，就实施例2中的RFID检测装置1进行说明。此时，RFID检测装置1的硬件结构 与实施例1中相同，不同点为基于程序的软件处理。因此，只说明不同的处理，省略其他与实 施例1中相同部分的详细说明。

实施例1中说明的接收强度Rx＿C，可由下述式表示。

(式7)

[A]对数表述

Rx_C＝Pt+Dt(θ)－Loss+D_C(θ)

其中，Pt为标签的发射功率，Loss为自由空间损耗，

Dt(θ)为标签的指向性增益，D_C(θ)为指向中央方向时的指向性增益

[B]反对数表述

Rx_C’＝Pt’×Dt’(θ)×(λ/4πD)²×D_C’(θ)

其中，Pt’为标签的发射功率，D为通讯距离，

Dt’(θ)为标签的指向性增益，D_C’(θ)为指向中央方向时的指向性增益。

并且，对实施例1中说明的接收强度Rx＿L和接收强度Rx＿C进行差分运算(对数表 述时为差分运算，反对数表述时为除法运算)，求出左方向接收强度比Rx＿DIF＿L，其表示 为下述式。

(式8)

[A]对数表述

Rx_DIF_L＝Rx_C－Rx_L

＝D_C(θ)－D_L(θ)

[B]反对数表述

Rx_DIF_L’＝Rx_C’/Rx_L’

＝D_C’(θ)/D_L’(θ)

而且，对实施例1中说明的接收强度Rx＿R和接收强度Rx＿C进行差分运算(对数表 述时为差分运算，反对数表述时为除法运算)，求出右方向接收强度比Rx＿DIF＿R，其表示 为下述式。

(式9)

[A]对数表述

Rx_DIF_R＝Rx_C－Rx_R

＝D_C(θ)－D_R(θ)

[B]反对数表述

Rx_DIF_R’＝Rx_C’/Rx_R’

＝D_C’(θ)/D_R’(θ)

图7是表示上述左方向接收强度比Rx＿DIF＿L和右方向接收强度比Rx＿DIF＿R的 图表。因此，只要挑选出满足下述式所示条件的RFID标签25，即可限制角度的范围(区域)， 抽取出期望区域内的RFID标签25。并且，在图示的示例中，阈值A1和阈值A2设为同一个值。

(式10)

Rx_DIF_L＞A1和Rx_DIF_R＞A2

其中，A1、A2为阈值。

并且，根据本实施例所说明的计算式，最终所需要的是指向性增益的差(或商)，可 得出其比率。因此，本实施例虽然利用单位mW和dBm进行说明，但不限于此，利用单位dBW也 可得出同样的结果。而且，利用本实施例所说明的单位dBi求出对于各向同性天线的倍率 比，和利用与本实施例不同的单位dBd求出对于偶极天线的倍率比，均可得出同样的结果。

其次，参照图8所示的流程图，以及根据上述理论，就只挑选目标区域内的RFID标 签25进行通信时RFID检测装置1的控制部13按照RFID标签通信程序执行的处理进行说明。

对于天线10，控制部13请求将指向方向设定为35°并发送信号(步骤S11)。此时所 发送的信号用于使RFID标签25响应并发送作为识别信息的ID。

控制部13通过天线10接收RFID标签25发来的响应信号，并把接收到的ID和接收强 度Rx＿R存储在存储部15(步骤S12)。

对于天线10，控制部13请求将指向方向设定为0°并发送信号(步骤S13)。与步骤S1 相同，此时所发送的信号用于使RFID标签25响应并发送作为识别信息的ID。

控制部13通过天线10接收RFID标签25发来的响应信号，并把接收到的ID和接收强 度Rx＿C存储在存储部15(步骤S14)。

对于天线10，控制部13请求将指向方向设定为-35°并发送信号(步骤S15)。与步骤 S1相同，此时所发送的信号用于使RFID标签25响应并发送作为识别信息的ID。

控制部13通过天线10接收RFID标签25发来的响应信号，并把接收到的ID和接收强 度Rx＿R存储在存储部15(步骤S16)。

控制部13对每个ID进行接收强度Rx＿R和接收强度Rx＿C的差分运算或除法运算， 求出右方向接收强度比Rx＿DIF＿R(步骤S17)。

控制部13对每个ID进行接收强度Rx＿L和接收强度Rx＿C的差分运算或除法运算， 求出左方向接收强度比Rx＿DIF＿L(步骤S18)。

控制部13对每个ID进行右方向接收强度比Rx＿DIF＿R和左方向接收强度比Rx＿ DIF＿L的差分运算或除法运算，求出接收强度比Rx＿DIF(步骤S19)。

控制部13抽取其Rx＿DIF在预先设定的阈值A1、A2范围内(Rx＿DIF＿R大于A1，且 Rx＿DIF＿L大于A2的范围内)的ID，只把抽取到的ID判定为有效的ID(步骤S20)，其后结束 处理。

按照上述结构以及动作，可得到与实施例1同样的效果，即，可检测目标区域内(作 为目标角度的范围内)的RFID标签25。

尤其是，本实施例2中，利用中心方向的接收强度Rx＿C，因此，作为目标区域的中 心方向的可接收距离可被设定为充分长于实施例1的情况。即，实施例1中没有利用中心方 向的接收强度Rx＿C，因此，接收强度Rx＿L和接收强度Rx＿R的指向方向越是相互偏离，作 为目标区域的中心方向的可读取距离越是变短。

对此，本实施例2中，利用中心方向的接收强度Rx＿C，因此，作为目标区域的中心 方向的可接收距离不会变短，可设定窄幅且长距离的区域作为可读取区域。

因此，可使天线10充分离开传送带21，比实施例1更加容易的实现工序设计。

上述各实施例的在改变指向方向后读取信息的步骤S4、n14、n16中，如果没有以最 初的指向方向读取的ID相对应的ID时，可不存储该ID的信息而将其废弃。而且，在步骤S2和 步骤S4(实施例2中步骤S12、n14、n16)中，分别预先存储信息，可只抽取和计算双方(实施例 2中)相同ID的信息。此时，可简单地从检测对象中将只从一侧指向方向接收信息的RFID标 签25排除在外。

本发明的结构和上述实施方式的对应关系如下：

在本发明中，非接触IC介质通信装置对应于实施方式的RFID检测装置1；

同样地，接收单元对应于天线10；

运算单元对应于执行步骤S5的控制部13；

抽取单元对应于执行步骤S6的控制部13；

非接触IC介质对应于RFID标签25；

阈值范围对应于阈值-A1到阈值A2的范围；

不同的读取区域对应于通常区域R2；

信号强度对应于接收强度Rx＿L、Rx＿R；

合成信号强度对应于接收强度比Rx＿DIF；

一方合成信号强度对应于接收强度比Rx＿DIF＿L；

另一方合成信号强度对应于接收强度比Rx＿DIF＿R；

接收处理对应于步骤S2、S4、S12、S14、S16；

运算处理对应于步骤S5、S19；

抽取处理对应于步骤S6、S20；

非接触IC介质通信程序对应于RFID标签通信程序；

识别信息对应于ID；

从非接触IC接收的信号对应于从RFID标签25接收的响应信号。但是，本发明并不 限于上述实施方式所示的结构，通过变更所获得的各种实施方式也属于本发明的范畴。