以下、本発明を実施するための最良の形� ��について、添付した図面を参照しながら詳� ��に説明する。以下においては、タグ通信装� ��としてリーダライタを、アンテナとしてス� ��ャンアンテナをそれぞれ適用して説明する� ��これに限定されるものではない。また、下� ��実施形態においては、本発明の特徴部分を� ��するリーダライタを用いて通信システムを� ��成したものを「RFID通信システム」と称し、 一方、本発明の特徴部分を有していない普通 に市販されているリーダライタを用いて通信 システムを構成したものを「本発明のタグ通 信システム」と称することとする。なお、下 記実施形態においては、RFIDタグは荷物など� �対象物に付されているが、例えば、位置タ� �やセンサタグを使用すれば対象物に付され� �いない態様でも本発明は適用可能である。

<第1実施形態>
 図1は本発明のタグ通信装置を適用した第1� �実施形態に係るRFID通信システムの模式図、� ��2はRFIDタグの概略構成を示すブロック図、� �3はリーダライタ(タグ通信装置)の概略構成� �示すブロック図、図4はスキャンアンテナの� ��要を示す模式図、図5はスキャンアンテナの スキャンの状態を示す模式図、図6はスキャ� �アンテナによる通信領域の最適化を図る手� �を示す模式図、図7はスキャンアンテナによ� ��通信領域の最適化を図る手順を示すフロー� ��ャートである。

 図1に示すように、本実施形態におけるRFI D通信システム1は、例えば、組立て場と検査� ��との間にストックヤードが併設される環境� ��おいて利用されるシステムである。具体的� ��は、まず、組立て場において、基板上に電� ��部品が実装(この状態を以下「プリント基板 」と言う)された後、通い箱5に収容される。� ��いで、通い箱5に収容されたプリント基板は 検査場に搬送され所定の検査が行われた後、 ストックヤードに収容される。この際に、ス トックヤード内にどのような通い箱5が収容� �れているかを、通い箱5にそれぞれ貼付され� ��RFIDタグ2Cとリーダライタ3とが無線通信を行 うことにより在庫および工程管理を行う。

 RFID通信システム1の具体的な構成を図1を� ��照して説明する。RFID通信システム1は、組� �て場の作業台71に貼付されたRFIDタグ2B-1(第2� �RFIDタグ)と、検査場の作業台72に貼付されたR FIDタグ2B-2(第2のRFIDタグ)と、複数の通い箱5、 5、・・・を載置しているパレット6に貼付さ� ��たRFIDタグ2A-1、2A-2(第1のRFIDタグ)と、これら に対向配置されたスキャンアンテナ4を備え� �リーダライタ3(タグ通信装置)とからなる。� �1においては、スキャンアンテナ4から発射さ れた電波ビームMが繰り返しスキャンしてい� �状態が示されている。

 RFIDタグ2B-1とRFIDタグ2B-2は作業台71、72に� �れぞれ貼付されるが、その貼付位置として� �、ストックヤードに近い側で、かつスキャ� �アンテナ4と対向する面が好適である。本実� ��形態における最適な通信領域(通信希望領域 )は、スキャンアンテナ4から発射された電波� ��ームMがパレット6上に載置された通い箱5、5 、・・・に貼付されたRFIDタグ2C、2C、・・・� ��無線通信が行え、かつ、作業台71、72にそれ ぞれ載置された通い箱5、5に貼付されたRFIDタ グ2C、2Cとは無線通信が行えないような通信� �域である。よって、作業台71、72にそれぞれ� ��置された通い箱5、5に貼付されたRFIDタグ2C� �2Cとは無線通信が行えないようにするために は、なるべくRFIDタグ2B-1もRFIDタグ2B-2もスト� �クヤードに近い側に貼付する方が好ましい� �

 次にRFIDタグ、リーダライタの構成につい て詳細に説明する。なお、上記説明した通り 、通い箱5に貼付されたRFIDタグ、作業台71、72 にそれぞれ貼付されたRFIDタグ及びパレット6� ��貼付されたRFIDタグはいずれも同一の構造の ものを用いることが出来るので以下において は、それぞれを区別せずに用いるときはRFID� �グ2として総括的に説明する。

 図2に示すように、RFIDタグ2は、アンテナ� ��20と無線通信IC21とを備える構成であり、例� ��ば、上述したパッシブタイプやアクティブ� ��イプのものが使用される。

 アンテナ部20は、リーダライタ3からの電� ��を、無線通信IC21を動作させる電力源として 受け取る。また、アンテナ部20は、リーダラ� ��タ3から受信した電波を無線信号に変換して 無線通信IC21に送信するとともに、無線通信IC 21からの無線信号を電波に変換してリーダラ� ��タ3に送信する。アンテナ部20には、アンテ� ��、共振回路などが使用される。

 無線通信IC21は、リーダライタ3からアン� �ナ部20を介して受信した信号に基づいて、リ ーダライタ3からのデータを記憶したり、記� �されたデータを、アンテナ部20を介してリー ダライタ3に送信したりする。この無線通信IC 21は、図2に示すように、電源部211、無線処理 部212、制御部213、メモリ部214を備える構成で ある。

 電源部211は、アンテナ部20が電波を受信� �ることにより発生する誘起電圧を整流回路� �て整流し、電源回路にて所定の電圧に調整� �た後、無線通信IC21の各部に供給するもので� ��る。電源部211には、ブリッジダイオード、� ��圧調整用コンデンサなどが使用される。

 無線処理部212は、アンテナ部20を介して� �信した無線信号を元の形式に変換する処理� �、その変換したデータを制御部213に送信す� �処理と、制御部213から受信したデータを無� �送信に適した形式に変換する処理と、その� �換した無線信号を、アンテナ部20を介して外 部に送信する処理を行なうものである。この 無線処理部212には、A/D(Analog to Digital)変換回 路、D/A(Digital to Analog)変換回路、変復調回路 、RF回路などが使用される。

 制御部213は、無線通信IC21内における上述 した各種構成の動作を統括的に制御するもの である。制御部213は、論理演算回路、レジス タなどを備え、コンピュータとして機能する 。そして、各種構成の動作制御は、制御プロ グラムをコンピュータに実行させることによ って行なわれる。このプログラムは、例えば メモリ部214のROM(Read Only Memory)などにインス� ��ールされたものを読込んで使用する形態で� ��ってもよいし、リーダライタ3からアンテナ 部20および無線処理部212を介して上記プログ� ��ムをダウンロードしてメモリ部214にインス� ��ールして実行する形態であってもよい。

 特に、制御部213は、リーダライタ3からア ンテナ部20および無線処理部212を介して受信� ��たデータに基づいて、リーダライタ3からの データをメモリ部214に記憶させる処理や、メ モリ部214に記憶されたデータを読出して、無 線処理部212およびアンテナ部20を介してリー� ��ライタ3へ送信させる処理を行なう。

 メモリ部214は、上記したROMや、SRAM(Static  RAM)、FeRAM(強誘電体メモリ)などの半導体メモ� ��によって構成される。このメモリ部214に記� ��される内容としては、上記した制御プログ� ��ム、およびその他各種のプログラム、なら� ��にID(識別情報)などの各種データが挙げられ る。なお、無線通信IC21は、リーダライタ3か� ��送信される電波を電力源としているため、R OMなどの不揮発性メモリや、SRAM、FeRAMなどの� ��費電力の少ないメモリを使用することが望� ��しい。なお、本実施形態においては、通い� ��5に貼付されたRFIDタグ2C、作業台71、72にそ� �ぞれ貼付されたRFIDタグ2B-1、2B-2及びパレッ� �6に貼付されたRFIDタグ2A-1、2A-2がそれぞれ識� ��し得るようにIDが予め設定される。

 次に、リーダライタ3の構成について図3~� ��5を参照して説明する。

 図3に示すように、リーダライタ3は、外� �通信部31、タグ通信制御部(制御手段)32、送� �部33、受信部(受信手段)34、スキャンアンテ� �制御部35、記録部36を備えており、スキャン� ��ンテナ4を介してRFIDタグ2と無線通信可能に� ��成されている。

 外部通信部31は、リーダライタ3において� ��出されたRFIDタグ2のID(Identification)など、図� �しない外部装置に送信する。また、外部通� �部31は、RFIDタグ2に対する外部装置からの書� ��み情報(送信コマンド情報)やコマンド(命令) を受信するよう構成されている。

 タグ通信制御部32は、図示しない外部装� �から外部通信部31を介して送信された送信コ マンド情報を受信し、送信部33に送信する。� ��た、タグ通信制御部32には、図示しないス� �ャンパターンテーブルが格納されており、� �のスキャンパターンテーブルに基づいてス� �ャンするように構成されている。

 このスキャンパターンテーブルには、ス� ��ャンアンテナ4の各アンテナ素子40A、40B、40C の電力と位相を定義したデータが含まれてお り、各アンテナ素子40A、40B、40Cについてそれ ぞれ定義された電力、位相を電気的に設定す ることで、スキャンアンテナ4のスキャンパ� �ーンが生成される。

 すなわち、このスキャンパターンテーブ� ��により、スキャンアンテナ4のスキャン角が 設定される。スキャン角とは、図5に示すよ� �に、ブロードサイド方向(アンテナ素子40A、4 0B、・・・40Kの配列方向に垂直な方向)を基準 に測定した電波ビームMの傾斜角である。例� �ば、複数のアンテナ素子がリニアに配列さ� �たフェーズドアレイアンテナをスキャンア� �テナに用いた場合には、ブロードサイド方� �を基準に測定したビームの傾斜角である。� �実施形態では、図中右回り方向のスキャン� �を-α、左周り方向のスキャン角を+αとして� �る。

 また、タグ通信制御部32は、スキャンテ� �ブルからスキャン角を読出し、読出したス� �ャン角をスキャンアンテナ制御部35に送信す る。ここでは、スキャン角として、αと-αの� ��キャン角がスキャンパターンテーブルに設� ��されているので、タグ通信制御部32は、αと -αのスキャン角を順次繰り返しスキャンアン テナ制御部35に対し送信する。タグ通信制御� ��32は、スキャンアンテナ4を介してRFIDタグ2� �らIDを読み取る。なお、スキャン角α、-αは� ��2つに限定されるものではなく、使用者にお いて任意に設定するようにしてもよい。

 送信部33は、タグ通信制御部32から送信さ れる送信コマンド情報を無線送信に適した形 式に変換し、変換した無線信号(送信コマン� �)を、スキャンアンテナ4を介して外部に送信 するものであり、送信コマンド情報の変調、 増幅などの処理を行なう。

 受信部34は、スキャンアンテナ4を介して� ��信した無線信号(受信データ)を元の形式に� �換し、変換したデータをタグ通信制御部32に 送信するものであり、受信データの増幅、復 調などの処理を行なう。

 スキャンアンテナ制御部35は、タグ通信� �御部32からスキャン角情報を受信するととも に、受信したスキャン角情報に基づいてスキ ャン制御信号をスキャンアンテナ4に送信し� �スキャンアンテナ4から放射される電波ビー� ��Mの方向を制御する。スキャンパターンテー ブルにはαと-αのスキャン角が設定されてい� ��。そのため、スキャンアンテナ制御部35で� �、αと-αのスキャン角を、スキャンアンテナ 4から放射される電波ビームMが、順次スキャ� ��角α、スキャン角-αの方向に向くようにす� �ためのスキャン制御信号に変換し、スキャ� �アンテナ4に対し送信する処理を行なう。

 記録部36は、RFIDタグ2を読み取ったIDを記� ��し、外部通信部31を介して図示しない外部� �置に送信したり、後述する通信領域の最適� �を行うプログラムが予め記憶されている。

 スキャンアンテナ4は、複数のアンテナ素 子を直線状に配列し、各アンテナ素子に可変 位相器(位相器)を接続した構成である。この� ��ンテナ素子は直線状配列に限定されるもの� ��はなく、2次元配列状に配置してもよい。ア ンテナ素子の個数を増やすと、出力する電波 ビームMの幅が細くなる。更に、図4を参照し� ��以下にスキャンアンテナ4における電波ビー ムMのスキャンの方法について説明する。

 全てのアンテナ素子40A、40B、・・・40Kが� ��じ位相で電波を送信する場合には、スキャ� ��アンテナ4から放射される電波はブロードサ イド方向(アンテナ素子40A、40B、・・・40Kの� �列方向に垂直な方向)の平面波として伝搬す� ��。一方、電波の伝播方向を、ブロードサイ� ��方向から測って角度θ(rad)だけ傾斜させるた めには、次式を満たすように各アンテナ素子 40A、40B、・・・40Kが送信する電波の位相をず らせばよい。

 図4に示すように、送信または受信する電波 の波長をλ(m)とし、基準となるアンテナ素子4 0Aとk番目のアンテナ素子40Kとの距離をd _k (m)とし、図4に破線で示される等位相面のう� �、基準となるアンテナ素子40Aを通る等位相� �と、k番目のアンテナ素子40Kとの距離をl _k (m)とすると、基準となるアンテナ素子40Aの位 相に対するk番目のアンテナ素子40Kの位相の� �れψ _k は次式となる。

   ψ _k =(l _k /λ)×2π=(d _k ×sinθ/λ)×2π

 このように、スキャンアンテナ4は、各位 相器41A、41B、・・・41Kが、上式を満たすよう に信号の位相をずらすことにより、目的の方 向に電波ビームMを向けることができる。一� �、電波を受信する場合には、各アンテナ素� �40A、40B、・・・40Kの位相のずれを検出する� �とにより、受信した電波の方向を判別する� �とができる。

 次に、リーダライタ3による通信領域の最 適化処理について図6及び図7を参照して説明� ��る。なお、以下の説明においては、パレッ� ��6に貼付されたRFIDタグを総称してタグAとし� ��作業台71、72に貼付されたRFIDタグを総称し� �タグBとして説明する。

 まず、リーダライタ3を起動させて、周辺 電波の状況を確かめるべくキャリアセンスを 行う。具体的には、図7に示すように、使用� �ャンネルを変化させて(S100)RFIDタグ2との間で 無線通信を試み、読み取り枚数に変化がある か否かを確かめる(S101)。その結果、読み取り 枚数に変化があった場合には(S101のY)、使用� �ャンネルを固定し(S103)、他方、変化がなか� �た場合には(S101のN)、使用チャンネルをAUTOに して(S101)、±αの指向パターンでスキャンを� �始する(S104)。このようなスキャン処理は、� �記説明した通り、タグ通信制御部32の制御の もと行われる。なお、この始めのスキャン処 理を模式的に示しているのが図6(a)である。

 このスキャン処理が行われると、スキャ� ��アンテナ4を介して受信部34がRFIDタグ2から� �れぞれ受信したIDがタグ通信制御部32に送ら� ��、そのIDの内容がチェックされる。具体的� �は、まず、そのIDの中にタグAのIDが全て含ま れているか否か、すなわち、本実施形態では RFIDタグ2A-1及び2A-2の2つのIDが含まれているか 否かがチェックされる(S105)。その結果、タグ Aは全て読み取れていると判断されると(S105の Y)、次にそのIDの中にタグBのIDが1つも含まれ� ��いないか、すなわち、本実施形態ではRFIDタ グ2B-1及び2B-2のうちの1つでもIDが含まれてい� ��いかがチェックされる(S107)。その結果、含� ��れていないと判断されると(S107のY)、通信領 域の最適化処理は終了する。

 一方、S105において、タグAが全ては読み� �れていないと判断されると以下のような処� �が行われる。すなわち、タグ通信制御部32に よりタグAの全てが読み取れていないと判断� �れると、スキャン角を増加させ、あるいは� �信電力をUPさせた後(S106)、再度スキャン処理 (S104)を行い、再度タグAが全て読み取れたか� �かのチェックが行われる。なお、この処理� �最終的にタグAが全て読み取れるまで繰り返� ��行われる。

 上記処理により、タグAが全て読み取れて いると判断されると、次に、タグBが1つも読� ��取れていないかがチェックされ(S107)、その� ��果、タグBが1つでも読み取られていると判� �されると(S107のN)、タグ通信制御部32がスキ� �ン角を減少させ、あるいは送信電力をDOWNさ� ��た後(S108)、再度スキャン処理(S104)を行う。� ��して、再度タグAが全て読み取れたか否かの チェック、次いで、タグBが読み取れなかっ� �かのチェックが行われる。この処理は、S105� ��びS107の処理が共に「Y」となるまで行われ� �共に「Y」となると通信領域の最適化処理は� ��了する。なお、この通信領域の最適化処理� ��、リーダライタ3設置時に行ってもよいし、 定期的に行うように予めプログラミングして おいてもよい。

 このように構成することにより、アンテ� ��の設置環境や周辺環境が変化した場合、人� ��アンテナに当たってしまって電波ビームMの 発射する方向が少しずれてしまったような場 合であっても、最適な通信領域を確保可能と なる。

 上記説明においては、スキャンテーブル� ��スキャンアンテナ制御部35に実装されてい� �として説明したが、これに限定されず、ス� �ャンアンテナ4に実装されるように構成して� ��よい。また、スキャンアンテナ制御部35及� �記録部36、すなわち本発明の特徴部分は、リ ーダライタ3に実装されているとして説明し� �が、これに限定されるものではなく、例え� �、リーダライタ3に接続された(図示しない)� �部の制御装置側に実装するように構成して� �よい。この場合には、リーダライタ自体は� �特殊なものではなく普通に市販されている� �ーダライタをそのまま使用することが可能� �ある。なお、このように普通に市販されて� �るリーダライタを使用して上記同様の効果� �すなわち、アンテナの設置環境や周辺環境� �変化した場合であっても、最適な通信領域� �確保可能なシステムとして実現したものが� �本発明のタグ通信システムである。以下に� �ける実施形態においても、本発明の特徴部� �をリーダライタに接続された外部の制御装� �に実装することが可能である。

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について図8を参照して� ��明する。図8は、本発明のタグ通信装置(リ� �ダライタ)を適用した第2の実施形態に係るRFI D通信システムの模式図である。

 上記第1実施形態と相違する点は、RFIDタ� �2Cを貼付する対象が上記第1実施形態では静� �する通い箱5であったが、本第2実施形態にお いては、コンベア上を移動する貨物51A、51B、 ・・・である。コンベア上を貨物51A、51B・・ ・が移動して読み取りを行う場合、限られた 範囲外のRFIDタグ2Cは読みたくない場合がある 。例えば、図8(a)に示すように読み取り範囲(� ��信領域)ARが設定されると、ソータの制御を� ��る場合に、読み取り対象の貨物51Aだけでな� ��、その隣の貨物51Bまで読み取られる場合が� ��こり得る。この場合には、貨物51Bのルート� ��貨物51Aが搬入される恐れがあり誤配が生ず� ��ことが懸念される。

 このような誤配を防止するのが、この第2 実施形態に係るRFID通信システム10である。具 体的には、RFIDタグ2A-1及び2A-2を予め設定して おいて通信領域内に配置し、その両脇、すな わち通信領域外にRFIDタグ2B-1及び2B-2を配置す る。これらRFIDタグ2A-1、2A-2、2B-1、2B-2はコン� ��アに沿って直線状に配置する。この配置は� ��コンベアの搬送速度、貨物51A、51B間の距離� ��スキャンアンテナ4のスキャン速度などを総 合的に勘案して適宜決定すればよい。

 なお、各RFIDタグ2の構造、リーダライタ3� ��構造、通信領域の最適化処理などは全て上� ��第1実施形態と同様なので、ここでは説明は 省略する。

<第3実施形態>
 本発明の第3実施形態について図9及び図10を 参照して説明する。図9は、本発明のタグ通� �装置を適用した第3の実施形態に係るRFID通信 システムの模式図であり、(a)は電波ビームM� �方向を示し、(b)はスキャンのタイミングを� �す。図10(a)、(b)は、スキャンアンテナによる 通信領域の最適化を図る手順を示すフローチ ャートを示す。

 この第3実施形態に係るRFID通信システム� �、電波ビームMを繰り返しスキャンさせて各R FIDタグ2A-1、2A-2、2B-1、2B-2を読み取るタイミ� �グを記録することにより、通信領域の最適� �を図るように構成されている。

 図9及び図10を参照して詳細に説明すると� ��本実施形態においては、図9(a)に示すように 電波ビームMをスキャンさせるので、この場� �のスキャン角は5つであり、このスキャン角� ��予め設定しておく。このスキャン角に基づ� ��繰り返し電波ビームMをスキャンさせそれぞ れのタイミングT1、T2、T3、T4、T5においてRFID� ��グ(タグAあるいはタグB)から読み取ったIDを� ��録する。すると、図9(b)に示すような読み取 りタイミングが抽出できる。具体的には、読 み取りタイミングT1、T5においては、タグBか� ��のみIDが読め、タイミングT2、T4においては� ��タグAおよびタグBの双方からIDが読め、タイ ミングT3においては、タグAからのみIDが読め� ��。よって、本実施形態においては、タイミ� ��グT3を抽出できれば通信領域の最適化が図� �る。

 この通信領域の最適化処理については、� ��10を参照して更に詳しく説明する。

 まず、リーダライタ3を起動させて、図10( a)に示す処理を行い各読み取りタイミングの� ��録を行う。具体的には、リーダライタ3のス キャンアンテナ4から発射される電波ビームM� ��周期的に指向角度を変更させて同図(a)のよ� ��にスキャンさせ(S200)、各RFIDタグの読み取り タイミングを記録する(S201)。本実施形態にお いては、上記読み取りタイミングT1~T5を記録� ��、各タイミングに読み取ったIDを紐付けし� �記録する。

 次いで、上記処理が終了後、スキャンア� ��テナ4をスキャンさせ(S300)、各RFIDタグの読� �取り処理を行い(S301)、読み取りタイミング� �T3か否かをチェックする(S302)。その結果、読 み取りタイミングT3である場合には(S302のY)、 紐付けされたIDを有するRFIDタグ2A-1、2A-2(タグ A)は、通信領域内のRFIDタグであるとして外部 装置へ送信し、電波ビームMを発射するタイ� �ングをT3に設定する(S303)。一方、読み取りタ イミングT3でない場合には(S302のN)、通信領域 外のRFIDタグ2B-1、2B-2(タグB)からIDを受信して� ��るとして外部装置にデータを送信するとと� ��に、各タイミングにおいては電波ビームMを 発射しないよう制御する(S304)。

 このように構成することにより、通信領� ��の最適化が図れるとともに、読み取りタイ� ��ングの制御も可能となる。