专利名称：标签通信用天线、装置、系统、扫描调整方法及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过电波与RFID标签进行无线通信的标签通信装置、该装置中所使用的标签通信用天线、标签通信系统、标签通信装置的扫描调整方法、及记录有扫描调整程序的记录介质。
背景技术：
近来，与RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)标签(无线标签)，作为阅读器及/或写入器的标签通信装置通过无线进行通信的RFID技术被得以利用。并且，RFID标签作为替代条形码的技术特别在物流领域非常值得期待，可以预测在不远的将来其将会得到爆发性的普及。
作为RFID标签及标签通信装置之间的通信方式，包括电磁感应方式和微波方式。电磁感应方式用于125k-135kHz、13.56MHz的频带。而微波方式用于2.45GHz等频带，可以考虑在800MHz-960MHz前后的所谓UHF带的利用。
目前，电磁感应方式正得到普及。但是一般情况下，由于微波方式和电磁感应方式相比，其通信距离易于拉长，且随着频带变高能够减小RFID标签的天线的大小，因此可以预测在不远的将来，微波方式将得以普及。因此，微波方式的RFID标签及标签通信装置的开发也获得进展。
专利文献1特开2002-151944号公报(2002年5月24日公开)专利文献2特开平9-5431号公报(1997年1月10日公开)专利文献3特开2002-198722号公报(2002年7月12日公开)
如上所述，在微波方式的情况下，与电磁感应方式的情况相比，易于将标签通信装置和RFID标签之间的通信距离从数cm拉长到数m左右，因此易于扩大作为标签通信装置可以与RFID标签通信的区域的通信区域。但是当扩大通信区域时会产生以下问题。
考虑作为标签通信装置的天线的标签通信用天线，使用无指向性的天线或指向性较弱的天线的情况，及使用指向性强的天线的情况。例如，在上述专利文献1中记载了使用指向性强的八木天线的RFID系统。但是，指向性强的天线和指向性弱的天线相比，其通信区域较窄，因此很难构筑能够以少量的天线同时读写多个RFID标签的系统。
另一方面，作为同时读写多个RFID标签的系统的天线结构，一般考虑如图13及图14所示的天线结构。图13表示使用指向性弱的天线时的通信区域，图14表示使用指向性强的天线时的通信区域。
当使用指向性弱的天线时，如图13所示，可以用少量的天线100覆盖较宽的通信区域101。但是，当用少量的天线100覆盖较宽的通信区域101时，在通信区域101内同时存在多个RFID标签102。因此，在少量的天线100和多个RFID标签102之间，发生较多的通信冲突，通信质量下降。
并且，当使用指向性弱的天线时，由于来自标签通信装置的直接波和由地面、墙壁反射的反射波发生干扰产生所谓多路干扰，在通信区域内会产生标签通信装置无法和RFID标签通信的不可通信部分。这种情况下，有可能产生在通信区域内无法通信的RFID标签，这是不希望出现的。并且，由于上述多路干扰，在通信区域以外产生标签通信装置可以和RFID标签通信的可通信部分的可能性变大。这是在想要将通信区域限定到预定区域时所不希望发生的。
对此，可以考虑调整天线的位置、方向、输出等，以使其不会产生不可通信部分。但是这种调整需要在确认在通信区域内的各部分可以通信的同时来进行，因此需要很多时间及劳力。
另一方面，当如图14所示使用指向性强的天线110时，和如图13所示使用指向性弱的天线100的情况相比，由于一个天线所覆盖的通信区域111较窄，因此可以抑制上述通信冲突的发生，并可以抑制通信质量的下降。并且，当使用指向性强的天线110时，通过抑制传送到地面、墙壁的电波的强度，能够避免由于上述多路干扰所引起的问题。
但是，用指向性强的天线110覆盖较宽的通信区域时，如图14所示，需要大量的天线。并且指向性强的天线110，和指向性弱的天线100相比，其天线规模较大。因此标签通信装置的天线部分的规模显著增大。
发明内容
本发明正是鉴于上述各问题而产生的，其目的在于提供一种可以用少量的指向性强的天线覆盖没有不可通信部分的、较宽的通信区域的标签通信用天线。
为了解决上述课题，本申请的发明人想到了在RFID系统的标签通信用天线中使用波束扫描天线。波束扫描天线是集中了电波波束的指向性强的天线，并能够扫描波束。波束扫描天线如上述专利文献2、3所述，一般用于雷达，目前为止还没有被用作RFID系统的标签通信用天线。本发明人利用波束扫描天线对波束的形状、行进方向、扫描方向等进行了各种变更并进行研究，从而得出如下所述的解决方法。
即，本发明所涉及的标签通信用天线，用于经由电波和RFID标签进行无线通信的标签通信装置，其特征在于，对发送的电波的波束进行扫描，并且，上述波束至少向一个方向集中，上述波束集中的方向中的至少一个方向和产生最强反射波的反射面相交。
在此，当波束被扫描时，波束集中的方向发生变化，但即使在变化的方向上也会和上述反射面相交。
根据上述结构，通过使用可扫描发送的电波波束的波束扫描天线，和指向性强的一般天线相比，能够扩大通信区域。因此可以用少量的天线覆盖较宽的通信区域。
但是，在直接波的电波强度和反射波的电波强度程度相同时，会产生由多路干扰所引起的不可通信部分。本发明中的标签通信用天线发送的上述波束，至少在一个方向上集中，上述波束集中的方向中的至少一个方向和上述反射面相交。
这种情况下，由于波束被集中在和上述反射面相交的方向上，因此在和上述反射面垂直的方向上也集中有波束。这种情况下，进行波束的扫描，当直接波的行进方向和反射波反射前的波的行进方向中的任意一个与波束的行进方向一致时，直接波的电波强度和来自上述反射面的反射波的电波强度分别发生变化。此时在上述不可通信部分，直接波的电波强度和来自上述反射面的反射波的电波强度变得不同，多路干扰被抑制，可以进行标签通信装置和RFID标签之间的通信。因此，本发明所涉及的标签通信用天线能够覆盖没有不可通信部分的、较宽的通信区域。
并且，优选的是，将上述波束集中方向中和上述反射面相交的方向作为上述波束的扫描方向。这种情况下，由于在波束集中的方向上进行扫描，因此可以有效地扫描预定区域。
并且，优选的是，含有上述扫描方向的面与上述反射面大致垂直。这种情况下，由于直接波的电波强度和来自上述反射面的反射波的电波强度分别有效地变化，因此可以切实地抑制由多路干扰引起的不可通信部分，标签通信装置和RFID标签可以切实的进行通信。
进一步，优选的是，上述波束的行进方向至少含有和上述反射面大致平行的方向。当波束的行进方向是和反射面大致平行的方向时，传送到反射面的电波强度变小，反射波的电波强度也变小，因此可以进一步切实地抑制由于多路干扰引起的不可通信部分。
并且，优选的是，上述波束仅向上述扫描方向集中。这种情况下，波束变为扫描方向上狭窄、其他方向上较宽的形状，由于该波束被扫描，因此通过一次扫描，可以确保如图13所示的在所有方向上和指向性弱的波束一样的通信区域。
并且，本发明所涉及的标签通信天线的特征在于，在上述结构中，与上述反射面分离设置。
根据上述结构，在标签通信用天线和反射面之间，可以确保不可通信部分得以抑制的空间，可切实地与通过该空间的多个RFID标签进行通信。
并且，优选的是，上述分离的距离根据以下要素确定当上述波束的行进方向朝向上述反射面时，上述波束行进方向和上述反射面所成的角；RFID标签的读取所需要的空间；和在该所需要的空间内没有不可通信部分。
并且，优选的是，上述标签通信用天线，通过移相器变更发送到多个天线元件的信号的相位，来扫描上述波束。这种情况下，由于无需用于扫描波束的机械性结构，因此可提高可靠性。
并且，优选的是，上述发送的电波为微波。微波是指频率为300MHz左右-300GHz左右的电波。通过利用微波，使将标签通信装置和RFID标签之间的通信距离拉长到数m以上变得容易。
并且，本发明涉及的标签通信装置是和RFID标签进行无线通信的标签通信装置，其特征在于具有上述结构的标签通信用天线；和扫描控制设备，控制由该标签通信用天线发送的电波的波束的扫描。
上述结构的标签通信装置，具有上述结构的标签通信用天线，通过扫描控制设备的控制，扫描由通信用天线发送的电波波束，因此能够获得和上述效果一样的效果。
并且，优选的是，具有多个上述标签通信用天线。这种情况下，由于能够缩小各标签通信用天线的扫描范围，因此能够减少扫描时间。
进一步，优选的是，将至少二个上述标签通信用天线分离配置在和产生最强反射波的反射面大致垂直的方向上。这种情况下，由于能够减小波束行进方向和上述反射面所成的角度，反射波的影响变小，能够切实地抑制多路干扰。
但是，波束的扫描用于固定天线的位置并改变波束的行进方向，因此通过扫描可以与RFID标签通信的通信区域，在靠近标签通信用天线时变窄，在远离时变宽。因此，在靠近标签通信用天线的区域中，有产生由于波束无法到达而引起的不可通信区域的危险。
因此，优选的是，将至少二个上述标签通信用天线相对配置。这种情况下，靠近一个标签通信用天线的区域成为相对的标签通信用天线的通信区域，因此能够防止发生上述不可通信区域。进一步，如果将互相相对的标签通信用天线在和上述反射面大致垂直的方向上错开配置，则通信区域互相重叠的区域变少，可以防止来自多个标签通信用天线的电波混合。
并且，本发明涉及的标签通信装置的特征在于，在上述结构中，具有通信设备，经由上述标签通信用天线和上述RFID标签进行无线通信；计数设备，对该通信设备结束了无线通信的上述RFID标签的数量进行计数；及扫描调整设备，向扫描控制设备指示使上述标签通信用天线在某一扫描时间对某一扫描范围以某个步进角(刻み角)进行扫描，并取得在上述扫描期间上述计数设备所计算的RFID标签的通信完成数量，通过对各种扫描时间、扫描范围、及步进角反复进行该操作，确定扫描时间、扫描范围、及步进角，以使RFID标签的通信完成数量最大，从而调整上述波束的扫描。
根据上述结构，扫描调整设备对扫描时间、扫描范围、及步进角进行自动调整，以使RFID标签的通信完成数为最大，因此在设置天线及维护时，可以容易地对天线进行调整，使所需的区域变为通信区域。
本发明涉及的通信系统的特征在于具有上述结构的标签通信装置；和反射强度降低体，设置在该标签通信装置的标签通信用天线发送的电波的反射面上，用于降低反射波的电波强度。
这里的反射强度降低体，例如包括作为可较好吸收电波的物体的电波吸收体、作为使电波扩散反射的物体的扩散反射体等。
根据上述结构，标签通信装置的标签通信用天线发送的电波所反射的反射面中，由于设有反射强度降低体的面，反射波的电波强度降低，因此可将没有设置反射强度降低体的面作为产生最强反射波的反射面。因此，通过将电波的波束方向变更为和生成最强反射波的反射面垂直的方向，可以获得和上述效果一样的效果。
本发明涉及的标签通信装置的波束调整方法，用于调整上述结构的标签通信用天线发送的电波的波束的扫描，其特征在于具有以下步骤扫描步骤，在某一扫描时间对某一扫描范围以某个步进角进行上述扫描；计数步骤，对在上述扫描期间完成了无线通信的RFID标签的通信完成数量进行计数；反复步骤，对各种扫描时间、扫描范围、及步进角反复进行上述扫描步骤及计数步骤；和确定步骤，通过该反复步骤，确定扫描时间、扫描范围、及步进角，以使上述RFID标签的通信完成数量最大。
根据上述方法，对扫描时间、扫描范围、及步进角进行自动调整，以使RFID标签的通信完成数为最大，因此在设置天线及维护时，可对天线进行调整，使所需的区域变为通信区域。
并且，可以通过扫描调整程序在计算机上运行上述标签通信装置中的扫描调整设备。进一步，通过将上述扫描调整程序存储到可以计算机读取的记录介质中，可以在任意的计算机上运行上述扫描调整程序。
如上所述，本发明所涉及的标签通信用天线，通过使用可以对发送的电波波束进行扫描的波束扫描天线，和指向性强的一般天线相比，能够扩大通信区域，起到能够用少量的天线覆盖较宽的通信区域的效果。并且，通过扫描波束使波束的行进方向由于扫描而变化为上述反射面的方向，以使由波束的扫描方向所确定的面和生成最强反射波的反射面相交，因此起到了以下效果在上述不可通信部分，直接波的电波强度和来自上述反射面的反射波的电波强度不同，多路干扰被抑制，标签通信装置和RFID标签之间变得可以通信，并且可以覆盖没有不可通信部分的、较宽的通信区域。
图1是表示本发明的一个实施方式的RFID系统的概要的主视图。
图2是表示从RFID读/写器的天线向某RFID标签发送的直接波及反射波的主视图，同图中(a)、(b)表示指向性强的波束的行进方向分别和上述直接波的行进方向及上述反射波反射前的波的行进方向相同的、上述RFID系统的情况，同图(c)表示发送指向性弱的波束的现有情况。
图3是表示上述RFID系统中的RFID读/写器的大致结构的框图。
图4是表示上述RFID系统中的RFID标签的大致结构的框图。
图5是表示设置在上述RFID读/写器上的、使用了移相器的波束扫描天线的概要的示意图。
图6表示上述波束扫描天线发送的电波的波束形状，同图(a)是俯视图，同图(b)是主视图，同图(c)是从和波束扫描天线相对的一侧看到的侧视图。
图7是表示上述RFID读/写器和上述RFID标签的通信区域的分布的曲线图，同图的(a)-(c)分别表示将指向性强的电波发送到斜上方、水平方向、及斜下方的情况，同图(d)作为比较例表示发送指向性弱的电波的情况。
图8是表示在上述RFID读/写器的控制单元中对发送的电波的波束进行扫描调整的功能结构的框图。
图9(a)-(c)是表示和上述扫描调整相关的扫描范围、步进角、及保持时间的调整内容的图。
图10是表示上述扫描调整处理流程的流程图。
图11是表示上述RFID读/写器的波束扫描天线发送的电波的扫描范围的主视图，同图(a)表示仅设置一个波束扫描天线的情况，同图(b)表示在上下方向设置二个波束扫描天线的情况，同图(c)表示使二个波束扫描天线相对且在上下方向上错开设置的情况。
图12是对上述波束扫描天线发送的电波的其他波束形状从和波束扫描天线相对的一侧观察的侧视图，表示将含有扫描方向的面从地面倾斜45度时的情况。
图13是表示RFID读/写器使用指向性弱的天线时，可以和RFID标签通信的区域的侧视图。
图14是表示RFID读/写器使用指向性强的天线时，可以和RFID标签通信的区域的侧视图。
具体实施例方式
以下，根据图1至图11对本发明的一个实施方式进行说明。图1表示本实施方式的RFID系统(标签通信系统)的概要。RFID系统1是非接触地自动识别机场的航空随身行李、物流中的货物、制造工程中的工件(中间品)等物品的系统。具体而言，RFID系统1，对分别安装在由自动搬运车、皮带运输机等搬运装置5所搬运的多个物品4上的RFID标签3，由RFID读/写器(以下称作“读/写器”)2进行无线通信，进行数据的读写。
在本实施方式中，读/写器(标签通信装置)2发送的电波的频带为800MHz-960MHz左右的所谓UHF带。这样一来，读/写器2可以和RFID标签3通信的区域为离读/写器2的天线数m左右。一般情况下，使用UHF带、2.45GHz带的电波(radio wave)的微波方式，和使用125k-1355kHz带、13.56MHz带的电磁感应的电磁感应方式相比，具有易于扩大通信距离的优点。并且，UHF带的电波和2.4GHz带的电波相比，具有易于衍射到隐蔽处的优点。
RFID标签3是具有无线通信IC(Integrated Circuit)及天线的结构。一般的RFID标签3不具有电池等电源，电路通过从读/写器2由电波发送的电力进行工作，和读/写器2进行无线通信。
这种情况下，由于读/写器2需要用电波发送可以使离开数m的RFID标签3工作的电力，所以电波的发送输出为数W(瓦)左右。因此，在发送电波的RFID系统1中，需要进行用于降低由读/写器2发送的电波从预定区域泄漏的EMI(Electro-Magnetic Interference，电磁干扰)策略。并且，由于电波的发送输出较大，因此从读/写器2发送的电波被地面7、侧壁8、天花板9等反射的反射波的强度也很大，具有由于直接波和反射波多路干扰产生无法通信部分的问题。
为了避免这些问题，在本实施方式的RFID系统1中，读/写器2发送的电波到达的侧壁8及天花板9中，设有吸收上述电波的电波吸收体、扩散反射上述电波的扩散反射体等用于降低反射波的强度的反射强度降低体6。这样一来，可以降低电波从预定区域泄漏，并且降低反射波的强度。
作为电波吸收体的材料，可以使用EMI策略中所使用的公知的材料，例如电阻膜、橡胶及碳的复合材料、附着有碳的纤维、发泡苯乙烯、含碳的发泡尿烷、铁素体、碳/铁素体的复合材料等。并且，作为扩散反射体，选自具有和电波波长同等程度或比其大的凹凸形状的材料、及具有各种介电常数的材料。
这样一来，由于电波吸收体、电波散乱体是柔软的、或凹凸的材料，因此最好不要设置在人们运动或搬送货物的地面7上。因此，无法忽视来自地面7的反射波的影响，直接波和来自地面7的反射波所引起的多路干扰成为问题。
对此，本实施方式的读/写器2使用了可以对发送的电波波束进行扫描的波束扫描天线。这样一来，由于可改变上述波束的行进方向P，所以和指向性强的一般天线相比，能够扩大通信区域。因此，可以用少量的天线覆盖较宽的通信区域。
但是，由于波束的扫描方向Sc对应于波束的行进方向P而变化，所以波束的扫描由含有扫描方向Sc的面确定。例如，在图1所示情况下，含有波束的扫描方向Sc的面是和图纸平行的面。在本实施方式的读/写器2中，对波束进行扫描，以使含有波束的扫描方向的面和作为产生最强反射波的反射面的地面7相交。
这种情况下，波束的行进方向P由于扫描而向地面7一方变化。因此在通信区域内的任意的位置下，直接波的电波强度和来自地面7的反射波的电波强度分别发生变化。
图2表示从读/写器2的天线向某个RFID标签3直接发送的直接波DW、和由地面7被反射发送的反射波RW。同图(a)(b)表示使用本实施方式的波束扫描天线40的情况，其分别表示通过扫描波束的行进方向P的不同的情况。同图(c)表示使用现有技术中的指向性弱的天线100时的情况。
并且在图中，当在RFID标签3接收的直接波DW的电波强度和反射波RW的电波强度为相同程度时，用实线表示直接波DW及反射波RW，而当不同时，用实线表示电波强度较强的一方，用虚线表示较弱的一方。并且，用点划线表示波束的形状。
参照图2，在现有技术中，如同图(c)所示，RFID标签3接收的直接波DW的电波强度和反射波RW的电波强度是同一程度。因此，当图示位置的RFID标签3由于多路干扰，直接波DW和反射波RW互相减弱时，RFID标签3接收的电波强度明显降低，无法和读/写器2进行通信。
另一方面，如图2(a)所示，通过波束的扫描，在波束的行进方向P上存在RFID标签3时，直接波DW的电波强度比反射波RW的电波强度大。因此，即使在图示位置的RFID标签3由于多路干扰，直接波DW和反射波RW互相减弱时，RFID标签3接收的电波强度也不会明显降低，从而可以和读/写器2进行通信。
并且，如图2(b)所示，通过波束的扫描，波束的行进方向P和同图(a)相比靠下，在波束行进方向P中，存在RFID标签3相对于地面7的对称位置时，反射波RW的电波强度比直接波DW的电波强度大。因此，即使在图示位置的RFID标签3由于多路干扰，直接波DW和反射波RW互相减弱时，RFID标签3接收的电波强度也不会明显降低，从而可以和读/写器2进行通信。
综上所述，在由于多路干扰而不可通信的部分，当直接波的电波强度和来自地面7的反射波的电波强度不同时，多路干扰被抑制，可以进行读/写器2和RFID标签3的通信。因此，可以覆盖没有无法通信部分的、较宽的通信区域。并且，在本实施方式中，仅仅变更标签2的天线及其控制即可，无需对RFID标签3进行特别的变更。
以下，参照图3-图11对读/写器2及RFID标签3的具体结构进行说明。
图3表示读/写器2的大致结构。如图所示，读/写器2包括控制单元20、存储单元21、无线处理单元(通信设备)22、天线单元(标签通信用天线)23、计时单元24、及外部I/F(接口)单元25。
控制单元20用于对读/写器2内的上述各种结构的动作进行统一控制。控制单元20例如由基于PC(Personal Computer)的计算机构成。并且，各种结构的动作控制通过由计算机执行控制程序而进行。该程序例如可以是读入并使用记录在CD-ROM等可移动媒体中的信息的方式，也可以是读入并使用安装在硬盘等中的信息的方式。并且，也可以考虑经由外部I/F单元25下载上述程序并安装到硬盘等之中来执行的方式。
存储单元21由上述硬盘等非易失性存储装置构成。作为存储在该存储单元21中的内容，包括上述控制程序、OS(operating system，操作系统)程序、及其他各种程序、及各种数据。在本实施方式中，存储单元21中存储有天线单元23中的天线的扫描范围、步进角(刻み角)及保持时间的数据。
无线处理单元22，用于将从控制单20接收的数据转换为适于无线发送的形式，并将转换的无线信号经由天线单元23发送到外部，并且将经由天线单元23从外部接收到的无线信号转换为原来的形式，并将转换的数据发送到控制单元20。无线处理单元22中使用A/D(Analog to Digital)转换电路、D/A(Digital to Analog)转换电路、调制解调电路、RF电路等。
天线单元23，将来自无线处理单元22的无线信号转换为电波并发送到外部，并且将从外部接收的电波转换为无线信号并发送到无线处理单元22。天线单元23中使用天线、谐振电路等。在本实施方式中，天线单元23是能够扫描向外部发送的电波的波束方向的波束扫描天线。对波束扫描天线的具体内容在稍后论述。
计时单元24，根据来自控制单元20的指令计测各种时间，并将计测的时间数据发送到控制单元20。在本实施方式中，计时单元24用于调整由天线单元23发送的电波的波束方向。
外部I/F单元25用于和PC等外部设备进行通信。外部I/F单元25的接口规格，例如为USB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、Ethernet(注册商标)等。
图4表示RFID标签3的大致结构。如图所示，RFID标签3具有天线单元30及无线通信IC31。
天线单元30用于将来自读/写器2的电波作为使无线通信IC31工作的电力源进行接收。并且，天线单元30将从读/写器2接收的电波转换为无线信号并发送到无线通信IC31，并且将来自无线通信IC31的无线信号转换为电波并发送到读/写器2。天线部30中使用天线、谐振电路等。
无线通信IC31，根据从读/写器2经由天线单元30接收的信号，存储来自读/写器2的数据，并将存储的数据经由天线单元30发送到读/写器2。如图4所示，无线通信IC31具有电源单元32、无线处理单元33、控制单元34、及存储器单元35。
电源单元32，用于将通过天线单元30接收电波所产生的感应电压在整流电路中进行整流，并在电源电路中调整为预定的电压后，提供到无线通信IC31的各单元。电源单元32中使用桥式二极管、电压调整用电容器等。
无线处理单元33，用于将从外部经由天线单元30接收的无线信号转换为原来的形式，并将转换的数据发送到控制单元34，并且将从控制单元34接收的数据转换为适于无线发送的形式，并将转换的无线信号经由天线单元30发送到外部。无线处理单元33中使用A/D(Analog to Digital)转换电路、D/A(Digital to Analog)转换电路、调制解调电路、RF电路等。
控制单元34用于对无线通信IC31内的上述各种结构的动作进行统一控制。控制单元34具有逻辑运算电路、寄存器等，作为计算机而发挥作用。并且，各种结构的动作控制通过由计算机执行控制程序而进行。该程序例如可以是读入并使用安装在存储器单元35的ROM(Read Only Memory)等中的信息的方式，也可以是从读/写器2经由天线单元30及无线处理单元33下载上述程序并安装到存储器单元35来执行的方式。
特别是，控制单元34根据从读/写器2经由天线单元30及无线处理单元33接收的数据，将来自读/写器2的数据存储到存储器单元35，或读出存储在存储器单元35中的数据并经由无线处理单元33及天线单元30发送到读/写器2。
存储器单元35由上述ROM、SRAM(Static RAM)、FeRAM(强电介体存储器)等半导体存储器构成。存储在该存储器单元35中的内容，包括上述控制程序、及其他各种程度、各种数据。并且，无线通信IC31，以从读/写器2发送的电波为电力源，因此优选使用ROM等非易失性存储器、SRAM、FeRAM等电力消耗较少的存储器。
接着，参照图5-图7对读/写器2的天线单元23中所使用波束扫描天线进行说明。作为能够扫描向外部发送的电波的波束方向的波束扫描天线，如上述专利文献3所述，包括摇动天线自身的方式、切换并利用波束方向不同的多个天线的方式、及使用移相器的方式。
其中，在摇动天线自身的方式中，由于需要机械性的驱动设备，因此装置规模大型化，并且需要进行定期的维护。并且，在切换并利用多个天线的方式中，虽然不需要机械性的驱动设备，但由于没有同时使用所有的天线，因此天线的使用效率较低。与这些方式相比，利用移相器的方式在无需机械性驱动装置、及所有天线可同时利用因而天线使用效率较高这二点上较为出色。
因此，在本实施方式中，将利用了移相器的贴片天线作为波束扫描天线来使用。贴片天线是平面天线的一种，由作为天线元件发挥作用的多个片状导体和电介体构成。
图5表示利用了移相器的波束扫描天线的概要。波束扫描天线40的构成是排列多个天线元件41，将可变移相器(移相器)42连接到各天线元件41。
当所有的天线元件41以同一相位发送电波时，电波作为和天线元件41的排列方向垂直方向上的平面波传送。另一方面，为使电波的传送方向从和天线元件41的排列方向垂直的方向仅倾斜角度θ(rad)，只要如下所述错开各天线元件41发送的电波相位即可。
即，如图5所示，发送或接收的电波的波长设为λ(m)、基准天线元件41a和第k个天线元件41的距离设为dk(m)，图5中虚线所示的等相位面中，通过基准天线元件41a的等相位面和第k个天线元件41的距离设为1k(m)时，第k个天线元件41的相位相对于基准天线元件41a的相位的错开值φk如下式所示。
φk＝(1k/λ)×2π＝(dk×sinθ/λ)×2π...(1)这样一来，利用移相器的波束扫描天线，可以通过各可变移相器42以满足上式的方式错开信号的相位，从而使电波的波束朝向目的方向。另一方面，当接收到电波时，通过检测各天线元件41的相位错开，可以判断接收的电波的方向。
图6表示本实施方式的波束扫描天线40发送的电波的波束形状45。同图(a)是俯视图，同图(b)是主视图，同图(c)是从和波束扫描天线40相对的一侧观察到的侧视图。并且，同图(b)、(c)也表示了波束形状45通过扫描而变化的样子。
如图6(a)-(c)所示，由本实施方式的波束扫描天线40发送的波束形状45，是在扫描方向Sc上狭窄、而在其他方向上较宽的形状。即，上述波束是在扫描方向Sc上指向性较强，在其他方向上指向性较弱的波束。由于波束形状45在扫描方向Sc以外的方向上较宽，通过一次扫描，可以确保与如图13所示的指向性较弱的波束相同程度的较宽的通信区域。
图7表示在横2.5m、高2.5m的区域中，作为读/写器2可以和RFID标签3通信的区域的通信区域、及作为不可通信的区域的不可通信区域的分布情况。在图中，电波从左端(x＝-1.25m)的高(H)为1.25m的地点向右方发送。并且，白色区域为通信区域，黑色区域为不可通信区域，灰色区域为通信不稳定区域。
并且，图7(a)-(c)，表示和图6(b)对应，利用了本实施方式的波束扫描天线40时的通信区域的分布情况，同图(d)作为比较例表示将利用现有的指向性弱的天线100时的通信区域的分布的情况。进一步，同图(a)-(c)分别表示将电波向斜上方、水平方向、及斜下方发送时的通信区域的分布情况。
如图7(d)所示，从指向性弱的天线发送电波时，可获得较宽的通信区域，但特别在低的位置上会产生较多的不可通信部分。与之相对，如同图(a)-(c)所示，当从指向性强的天线发送电波时，虽然通信区域较窄，但能够在电波波束的行进方向上确保通信区域。因此，如本实施方式所示，通过扫描电波波束，可以使同图(a)-(c)所示的通信区域重合，并可以消除不可通信区域。
并且，比较图7(b)和同图(a)、(c)，可以清楚当将电波波束在水平方向上发送时，成为和电波的波束行进方向对应的良好的通信区域。这是因为相对于未设置反射强度降低体6的地面7、即最易于产生反射波影响的面，在平行方向上发送电波，从而可以抑制由于多路干扰所造成的影响。因此，优选的是，电波的波束的行进方向，包括相对于最易于产生反射波影响的面平行的方向的情况。
并且，如图6(b)及图7(a)-(c)所示，优选的是，天线和地面分离进行配置。并且，天线和地面之间的距离如图7(c)所示，优选根据以下要素确定发送的电波的波束的行进方向朝向地面时，上述波束的行进方向和上述地面所成的角；RFID标签3的读取所需要的空间；以及在该需要的空间中没有不可通信部分。这种情况下，天线和地面之间，可以确保抑制了不可通信部分的空间，从而可以切实地与通过该空间的多个RFID标签3进行通信。
接下来，参照图8-图10对来自读/写器2的电波的扫描调整进行说明。本实施方式的读/写器2具有以下功能调整表示电波发送方向(行进方向)的范围的扫描范围、发送方向的步进、保持向某个发送方向电波的发送的保持时间，并使之最佳化，以使能够在预定的时间和几乎所有RFID标签3进行通信。
图8表示在读/写器2的控制单元20中进行电波发送方向调整的功能框。如图所示，控制单元20具有通信完成数量计数单元(计数设备)50、扫描范围调整单元(扫描调整设备)51、步进角调整单元(扫描调整设备)52、保持时间调整单元(扫描调整设备)53、及扫描方向指示单元(扫描控制设备)54。并且，图9(a)-(c)分别表示扫描范围调整单元51、步进角调整单元52、及保持时间调整单元53中的电波发送方向的调整。
通信完成数量计数单元50，通过从无线处理单元22接收进行无线通信并正常结束的RFID标签3的信息，对上述通信完成的RFID标签3的数量进行计数。通信完成数量计数单元50，将上述通信完成的RFID标签3的计数信息发送到扫描范围调整单元51、步进角调整单元52、及保持时间调整单元53。
扫描方向指示单元54，根据从扫描范围调整单元51、步进角调整单元52、及保持时间调整单元53接收的电波的发送方向θ的指示，控制天线单元23。具体而言，扫描方向指示单元54，根据上述电波的发送方向θ的指示，对由图5所示的各天线元件41发送的电波的相位φk根据上述公式(1)进行计算，并将计算出的相位φk发送到天线单元23的各可变移相器42。
扫描范围调整单元51，如图9(a)所示，用于对电波的发送方向调整扫描开始角a(rad)和扫描结束角b(rad)。并且，扫描范围调整单元51，将调整后的扫描的开始角a及结束角b存储到存储单元21，在实际操作中使用。并且，作为角度基准的方向可以选择水平方向、垂直方向等任意的方向。
具体而言，扫描范围调整单元51，首先向扫描方向指示单元54进行指示以某个扫描开始角a及结束角b、预定的步进角Δθ(rad)、及预定的扫描时间T(s)进行一次扫描。之后，从通信完成数量计数单元50取得在预定的扫描时间T内完成了通信的RFID标签3的数量。并且，对扫描的开始角a及结束角b进行各种变更反复进行这些动作，从而确定通过一次扫描完成了通信的RFID标签3的数量最多的扫描开始角a及结束角b。
步进角调整单元52，如图9(b)所示，用于调整表示变更电波发送方向时的变更量的步进角Δθ。并且，步进角调整单元52将调整后的步进角Δθ存储到存储单元21，在实际的操作中使用。
具体而言，步进角调整单元52，首先向扫描方向指示单元54指示以扫描范围调整单元51所确定的扫描开始角a及结束角b、某个步进角Δθ、及预定的扫描时间T进行一次扫描。之后，从通信完成数量计数单元50取得在预定的扫描时间T内完成了通信的RFID标签3的数量。并且，对步进角Δθ进行各种变更来反复进行这些动作，从而确定通过一次扫描完成了通信的RFID标签3的数量最多的步进角Δθ。
保持时间调整单元53，如图9(c)所示，用于调整保持向某个方向发送电波的保持时间t(s)。并且，保持时间调整单元53，将调整后的保持时间t存储到存储单元21，在实际的操作中使用。
具体而言，保持时间调整单元53，首先向扫描方向指示单元54指示以扫描范围调整单元51所确定的扫描开始角a及结束角b、步进角调整单元52所确定的步进角Δθ(rad)、及某个保持时间t进行扫描。之后，从通信完成数量计数单50取得在预定的扫描时间T内完成了通信的RFID标签3的数量。并且，对保持时间t进行各种变更来反复进行这些动作，从而确定通过一次扫描完成了通信的RFID标签3的数量最多的保持时间t。
图10表示在上述结构的RFID系统1中，调整来自读/写器2的电波的发送方向的处理流程。该调整在根据实际应用时的动作状态来进行。
首先，进行基准工件的设定(步骤S10。以下有时简单表示为“S10”。其他步骤也同样)。具体而言，例如对航空随身行李非接触地进行自动识别时，首先，向在作为搬运装置5的皮带运输机上流动的手提箱、瓦楞板纸等工件4安装RFID标签3。另一方面，读/写器2在适当的场所设置天线，使天线的周边环境和实际应用时相同。接着，将具有RFID标签3的工件4在皮带运输机上以实际的传送速度流动，在预定时间T内，使预定数量的工件4通过和读/写器2的通信区域内。
然后，扫描范围调整单元51进行上述调整动作，进行扫描范围a-b的最佳化(S11)，步进角调整单元52进行上述调整动作，进行步进角Δθ的最佳化(S12)，保持时间调整单元53进行上述调整动作，进行保持时间t的最佳化(S13)。
根据上述内容，确定最佳的扫描动作条件，并将该条件作为初始条件存储到存储单元21中，在实际应用中使用。
因此，在本实施方式中，由于最佳的扫描动作条件自动被确定，因此在设置天线的初始设定时、及维护时，可以容易地进行天线的调整，以使所需的区域成为通信区域。并且，不仅在初期设定及维护时，而且在实际应用中也可以适当进行。
并且，扫描范围a-b、步进角Δθ、及保持时间t的调整动作的顺序可以进行各种变更。并且也可以用调整预定时间T来代替调整保持时间t。
接着，参照图11对读/写器2所使用的波束扫描天线40的个数及设置位置进行说明。图11表示读/写器2的波束扫描天线40发送的电波的扫描范围。同图(a)表示仅设置一个波束扫描天线40的情况，同图(b)表示在上下方向上设置二个波束扫描天线40的情况，同图(c)表示将二个波束扫描天线40相对且上下错开设置的情况。
比较图11(a)和图11(b)、(c)，当设置一个波束扫描天线40时，由于扫描范围60较宽，因此一次扫描所需的时间较长。并且，由于向下的倾斜较大，因此电波发送方向和地面7所成角度变大，由地面7反射的反射波扩散到后方(图的右侧)，存在多路干扰增大的危险。
与之相对，如图11(b)、(c)所示，当在上下方向上设置二个波束扫描天线40时，由于扫描范围60变窄，一次扫描所需时间变短。并且，由于向下的倾斜较小，因此上侧的波束扫描天线40中，电波的发送方向和地面不相交，从而能够防止多路干扰。进一步，下侧的波束扫描天线40中，电波的发送方向和地面所呈的角较小，且由地面反射的反射波并不怎么向后方扩散，因此能够抑制多路干扰。
因此，优选的是，读/写器2使用多个波束扫描天线40。并且，为了抑制由地面反射波引起的多路干扰，优选的是，读/写器2将多个波束扫描天线40配置在上下方向、即和地面垂直的方向上。
但是，从图11(a)-(c)可知，读/写器2经由波束扫描天线40而可以与RFID标签3通信的通信区域，在靠近波束扫描天线40的地方狭窄，在远离的地方较宽。因此，如图11(a)、(b)所示，在靠近波束扫描天线40的区域中，存在即使扫描波束也无法到达的区域，该区域有成为不可通信区域的危险。并且，如图11(b)所示，在远离波束扫描天线40的区域中，存在各波束扫描天线40的通信区域互相重叠的区域，在该区域中有发生信号混合的可能。
因此，如图11(c)所示，优选将多个波束扫描天线40相对配置。这种情况下，由于靠近一个波束扫描天线40的区域成为相对的波束扫描区域天线40的通信区域，因此能够防止产生上述不可通信区域。进一步，如果将互相相对的波束扫描天线40在与地面7大致垂直的方向上错开配置，则如图11(c)所示，通信区域互相重叠的区域变少，可以防止来自多个波束扫描天线40的电波的信号混合。
本发明不限于上述实施方式，在权利要求所示的范围内可以有各种变更。即，在权利要求所示的范围内组合适当变更的技术手段所获得的实施方式也属于本发明的技术范围。
例如在上述实施方式中，读/写器2，对RFID标签3进行信息的读写，但也可以仅具有从RFID标签3读取信息的阅读器功能，也可以仅具有向RFID标签3写入信息的写入器功能。并且，读/写器2可以用波束扫描天线接收RFID标签3发送的电波，也可以用另外设置的天线接收。
并且，在上述实施方式中，使发送的电波的波束的行进方向变更到和地面垂直的方向，但当产生最强反射波的反射面为侧面8时，优选使电波的波束行进方向变更到和侧面8垂直的方向。这样一来，优选的是，含有发送电波的波束的行进方向的面和上述反射面大致垂直。
并且，在上述实施方式中，含有扫描方向Sc的面如图6所示是和地面7垂直的面，但只要是和地面7平行的面以外的面，即如果是和地面7相交的面，就能够选择任意的面。例如，图12和图6(c)对应，表示使含有扫描方向Sc的面从地面7倾斜45度的情况。这种情况下，直接波的电波强度和来自地面7的反射波的电波强度发生变化，可以抑制由于多路干扰引起的不可通信区域的产生。
进一步，如图2(a)(b)所示，如果波束集中在和地面7垂直的方向上，则能够抑制由于多路干扰引起的不可通信区域的产生。因此，波束和扫描方向Sc无关，至少在一个方向上集中，上述波束集中的方向中的至少一个方向和产生最强反射波的反射面相交即可。
并且，读/写器2的各个块可以通过硬件逻辑构成，也可以如下所示利用CPU通过软件来实现。
即，读/写器2具有执行实现各功能的控制程序的命令的CPU、存储了上述各程序的ROM、展开上述程序的RAM、存储上述程序及各种数据的存储器等存储装置(记录介质)等。并且，本发明的目的也可以通过以下方式实现将记录介质提供到上述读/写器2，计算机(或者CPU、MPU)读出记录在记录介质中的程序代码并执行，其中上述记录介质可以通过计算机读取地记录了作为实现上述功能的软件的读/写器2的控制程序的程序代码(执行形式程序、中间码程序、源程序)。
上述记录介质，例如可以使用磁带、盒式磁带等磁带类，软盘/硬盘等磁盘或含有CD-ROM/MO/MD/DVD/CD-R等的光盘的盘类，IC卡(包括存储卡)/光卡等卡类，或者掩模型ROM/EPROM/EEPROM/快速ROM(闪存)等半导体存储器类。
并且，也可以将读/写器2构成为可以与通信网络连接，经由通信网络提供上述程序代码。该通信网络没有特别限定，例如可以是因特网、内部网、外部网、LAN、ISDN、VAN、CATV通信网、虚拟专用网(virtual private network)、电话线路网、移动通信网、卫星通信网等。并且，构成通信网络的传送介质没有特别限定，可以使用IEEE1394、USB、电线传送、有线电视线路、电话线、ADSL线路等有线介质，也可以使用IrDA、遥控器这样的红外线、Bluetooth(蓝牙)(注册商标)、802.11无线、HDR、携带电话网、卫星线路、地面波数据网等无线介质。并且本发明也可以通过以电子传送而使上述程序代码具体化的传送波或者数据信号串的方式实现。
(产业应用可能性)本发明涉及的RFID系统，通过扫描波束，以使包括从读/写器的天线发送的电波波束的扫描方向的面与产生最强反射波的反射面相交，从而能够抑制由多路干扰引起的不可通信区域的产生，因此只要是发送电波的方式的RFID系统，就能够适用于任意频率的电波。
权利要求
1.一种标签通信用天线，用于经由电波和RFID标签进行无线通信的标签通信装置，其特征在于，对发送的电波的波束进行扫描，并且，上述波束至少向一个方向集中，上述波束集中的方向中的至少一个方向和产生最强反射波的反射面相交。
2.根据权利要求1所述的标签通信用天线，其特征在于，将上述波束集中方向中和上述反射面相交的方向作为上述波束的扫描方向。
3.根据权利要求2所述的标签通信用天线，其特征在于，包含上述扫描方向的面与上述反射面大致垂直。
4.根据权利要求3所述的标签通信用天线，其特征在于，上述波束的行进方向至少包含和上述反射面大致平行的方向。
5.根据权利要求2所述的标签通信用天线，其特征在于，上述波束仅向上述扫描方向集中。
6.根据权利要求1所述的标签通信用天线，其特征在于，与上述反射面分离设置。
7.根据权利要求1所述的标签通信用天线，其特征在于，通过移相器错开发送到多个天线元件的信号的相位，来扫描上述波束。
8.根据权利要求1所述的标签通信用天线，其特征在于，上述发送的电波是微波。
9.一种标签通信装置，和RFID标签进行无线通信，其特征在于，具有权利要求1至8的任意一项所述的标签通信用天线；和扫描控制设备，控制从该标签通信用天线发送的电波的波束的扫描。
10.根据权利要求9所述的标签通信装置，其特征在于，具有多个上述标签通信用天线。
11.根据权利要求10所述的标签通信装置，其特征在于，将至少二个上述标签通信用天线分离配置在和产生最强反射波的反射面大致垂直的方向上。
12.根据权利要求10所述的标签通信装置，其特征在于，将至少二个上述标签通信用天线相对配置。
13.根据权利要求9所述的标签通信装置，其特征在于，具有通信设备，经由上述标签通信用天线和上述RFID标签进行无线通信；计数设备，对该通信设备结束了无线通信的上述RFID标签的数量进行计数；及扫描调整设备，向扫描控制设备指示使上述标签通信用天线在某一扫描时间对某一扫描范围以某个步进角进行扫描，并取得在上述扫描期间上述计数设备所计算的RFID标签的通信完成数量，通过对各种扫描时间、扫描范围、及步进角反复进行该操作，确定扫描时间、扫描范围、及步进角，以使RFID标签的通信完成数量最大，从而调整上述波束的扫描。
14.一种标签通信系统，其特征在于，具有权利要求9所述的标签通信装置；和反射强度降低体，设置在该标签通信装置的标签通信用天线发送的电波的反射面上，用于降低反射波的电波强度。
15.一种标签通信用天线的扫描调整方法，用于调整权利要求1至8的任意一项所述的标签通信用天线发送的电波的波束的扫描，其特征在于，具有以下步骤扫描步骤，在某一扫描时间对某一扫描范围以某个步进角进行上述扫描；计数步骤，对在上述扫描期间完成了无线通信的RFID标签的通信完成数量进行计数；反复步骤，对各种扫描时间、扫描范围、及步进角反复进行上述扫描步骤及计数步骤；和确定步骤，通过该反复步骤，确定扫描时间、扫描范围、及步进角，以使上述RFID标签的通信完成数量最大。
16.一种记录有扫描调整程序的记录介质，该程序用于使权利要求13所述的标签通信装置工作，其特征在于，该程序用于使计算机作为上述扫描调整设备产生作用。
全文摘要
提供一种能够以少量的指向性强的天线覆盖没有不可通信部分的、较宽的通信区域的标签通信用天线，其中，RFID读/写器(2)经由电波和RFID标签(3)进行无线通信；RFID读/写器(2)所使用的标签通信用天线是能够扫描发送的电波波束的波束扫描天线(40)；波束是在扫描方向(Sc)上指向性较强的波束；波束的扫描以使含有扫描方向(Sc)的面与作为产生最强反射波的反射面的地面(7)相交的方式进行。
文档编号G06K19/00GK1716696SQ200510082080
公开日2006年1月4日 申请日期2005年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者斋藤启介, 冈村慎一郎, 河合武宏 申请人:欧姆龙株式会社