专利名称：标签读取方法和读取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及RF标签读取方法和读取设备，其用于通过电磁耦合为配置有天线和半导体集成电路的无线电信息存储介质(RF标签)提供功率并接收从该RF标签发送的信号，由此识别该标签并读取存储在该标签上的信息。更具体地，本发明涉及一种用于向叠置在提供功率区内的多个RF标签提供功率并从这些标签中读取信息的标签读取方法和读取设备。
背景技术：
一种在现有技术中被广泛采纳，用以管理配送和运输业中的各项产品信息的方法，涉及在产品本身上或在产品包装盒上打印或粘贴条形码并通过条形码读取器读取该条形码。但是，利用这种条形码处理方法，在读取条形码时必须使条形码读取器与条形码接触。这种读取操作比较麻烦。常规条形码处理方法的另一个问题是，不能将新信息本身添加到条形码中，并且条形码所包含的信息不能更新。
因此，对以下系统的需求日益增加。在这些系统中，将RF标签而不是条形码粘贴到产品等上，并通过无线电装置(电磁耦合)不接触地读取与产品有关的信息，这样的系统当前正被投入到实际的应用中。RF标签是一种在其中已将信息的无线通信功能添加到IC卡的诸多功能中的器件。RF标签配置有能够记录信息的非易失性存储器，但不具有电池(电源)。因此，当标签读取设备以非接触方式从RF标签的存储器中读取信息时，由电磁波为RF标签提供功率以使得能够从所述存储器中读出信息。根据这种RF标签，可以大大改进可操作性。此外，通过结合使用RF标签以及验证功能和技术(例如加密)，可以实现非常好的安全性。
图38是用于说明一RF标签的图。读取设备1从天线2向RF标签3发送一无线电信号(电磁波)，该信号已经由发送数据进行了调制。RF标签3具有天线3a，该天线3a将接收信号输入到整流电路3b和调制解调电路3c。整流电路3b用作电源，将无线电信号转换成直流电压，并将该直流电压提供给调制解调电路3c和逻辑电路3d。调制解调电路3c对已经从读取设备1发送的控制数据进行解调，并将该控制数据输入到逻辑电路3d。后者根据该控制数据(指令)执行逻辑处理，读取已经存储在内存中的信息并将该信息输入到调制解调电路3c。后者利用已经从逻辑电路3d输入的信号调制—载波，并将调制后的信号从天线3a发送到读取设备1。
当在提供功率区内存在多个RF标签时，读取设备1能够根据防冲突协议(anti-collision protocol)从各RF标签读取信息。关于防冲突协议已经提出了各种方案。例如，在ISO 18000的规范中说明了一种方案。
即使多个RF标签位于该提供功率区内，只要这些RF标签不互相叠置就不会出现问题。但是，经常出现以下情况在生产基地、在自动化仓库中或在销售地点，物品相互叠置，并且要同时从所有标签读取信息。如果物品这样相互叠置，那么多个RF标签也会叠置。出现的情况是，靠近读取设备的RF标签从该读取设备接收功率，而相距更远的RF标签不能满意地接收到功率。
此外，RF标签配备有一天线，该天线的特性与射频匹配，以从读取设备有效地接收功率并与该读取装置正常通信。但是，当多个RF标签彼此非常靠近时，由于标签天线间的交互作用使天线的特性偏离射频。结果，提供的功率进一步消耗了，并且不能获得一个能使更远的RF标签工作的值。这意味着不能从这些标签中读出信息。
已提出的解决该问题的方法是制备一标签盒并在该标签盒内移动天线，由此来避免天线的叠置。这使得即使标签从背面接收功率也是容易的。(例如，参见JP 2000-331136A的说明书)。
图39A、39B是用于说明根据现有技术的RF标签的图。RF标签5包括位于标签盒6a内的入口(inlet)5c(由虚线圈起的部分)。入口5c包括线圈状收发天线5a和安装在板面上并连接到收发天线5a的电子部件5b。标签盒6a具有一内置的入口容纳部分6b，并以如下方式形成，即其内径B充分大于入口5c的直径(即，B＞C)。通过将入口5c容纳在入口容纳部分6b中而不固定它，使接纳在入口容纳部分6b中的入口5c被可移动地容纳而不指定其位置。由于这种布置，即使在堆叠的情况下读取或写入多个RF标签5，也能够使收发天线交错从而部分地而非完全地重叠。结果，将功率馈送到所有RF标签的收发天线，由此可以从/向每个RF标签读取/写入信息。
但是，由以上技术引起的问题是，由于常规RF标签具有一标签盒，所以上述技术不能应用到其上难以粘贴标签盒的物品。
发明内容
因此，本发明的一个目的是设计成即使多个RF标签叠置，也能够为每个标签提供功率以使得可以从这些标签中读取信息。
本发明的另一个目的是设计成即使RF标签没有标签盒，也可以从叠置的RF标签中读取信息。
本发明的再一个目的是设计成消除对可应用RF标签的产品的限制。
上述目的是通过提供如下所述的标签读取方法的第一至第六方面来实现的，该标签读取方法用于为多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签读取信息。
本发明的第一标签读取方法包括通过由高频信号从多个位置(例如，从多个叠置标签的两侧)产生电磁波并使电磁波在多个标签上发生干涉来向各标签提供由高频信号产生的功率，以及根据从中读取信息的标签的位置来控制高频信号之间的相位差。
本发明的第二标签读取方法包括从多个叠置标签的一侧向各标签提供由高频信号产生的功率，在多个标签的另一侧设置一用于反射由高频信号产生的电磁波的反射器，使所述电磁波和反射的电磁波在多个叠置标签上发生干涉，并根据从中读取信息的标签的位置来控制反射器的位置。
本发明的第三标签读取方法包括从多个叠置标签的一侧向各标签提供由高频信号产生的功率，在标签的另一侧设置一用于反射由高频信号产生的电磁波的反射器，使所述电磁波和反射的电磁波在多个叠置标签上发生干涉，并根据从中读取信息的标签的位置来控制反射器的反射率。
本发明的第四标签读取方法包括通过由高频信号从多个位置(即，从多个叠置标签的两侧)产生电磁波并使电磁波在多个标签上发生干涉来向各标签提供由高频信号产生的功率，使该高频信号分路，并在从分路点到产生各个电磁波的多个点的传播距离之间产生一传播距离差，并且当高频信号的频率从任何低频改变到任何高频时，以使分路后的多个高频信号之间的相位差旋转一所需角度的方式来确定该传播距离差，并根据从中读取信息的标签的位置来控制高频信号的频率。
本发明的第五标签读取方法包括在多个叠置标签的外围处设置一传输线，沿该传输线存在电磁波的泄漏；使一高频信号分路；将分路后的多个高频信号输入到传输线两端的各端，由此使信号相互干涉；根据从中读取信息的标签的位置来控制分路后的多个高频信号之间的相位差；以及使电磁波从传输线中泄漏，由此向该标签提供由该高频信号产生的功率。
本发明的第六标签读取方法包括在多个叠置标签的外围处设置一传输线，沿该传输线存在电磁波的泄漏；使一高频信号分路；将分路后的多个高频信号输入到传输线两端的各端，由此使信号发生干涉；在从分路点到传输线两端的传播距离之间产生一传播距离差，并且当该高频信号的频率从任何低频改变到任何高频时，以使分路后的多个高频信号之间的相位差旋转一所需角度的方式来确定该传播距离差；根据从中读取信息的标签的位置来控制该高频信号的频率；以及使电磁波从传输线中泄漏，由此向该标签提供由该高频信号产生的功率。
以上目的是通过提供如下所述的标签读取设备的第一至第四方面来实现的，该标签读取设备用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签中读取信息。
根据本发明的第一标签读取设备包括用于产生多个高频信号的装置；向其输入所述多个高频信号的电磁波产生装置，用于由所述多个高频信号从多个位置(即，从多个叠置标签两侧)产生电磁波并使电磁波在多个标签上发生干涉；用于根据从中读取信息的标签的位置来确定高频信号之间的相位差的装置；以及移相装置，用于控制至少一个高频信号的相位以产生相位差。
根据本发明的第二标签读取设备包括用于产生一高频信号的装置；向其输入所述高频信号的电磁波产生装置，用于由所述高频信号从多个叠置标签的一侧产生电磁波；设置在标签的另一侧的反射器，用于反射由所述高频信号产生的电磁波并使该电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上发生干涉；用于移动反射器的移动装置；以及控制装置，用于根据从中读取信息的标签的位置来控制反射器的位置。
根据本发明的第三标签读取设备包括用于产生一高频信号的装置；用于对该高频信号进行分路的分路装置；电磁波产生装置，用于由多个高频信号从多个位置(即，从多个叠置标签的两侧)产生电磁波并使电磁波在多个标签上发生干涉；传播路径，用于在所述高频信号的频率从任何低频改变到任何高频时，以使分路后的多个高频信号之间的相位差旋转一所需角度的方式，在从信号分路点到产生电磁波的多个点的传播距离之间产生一传播距离差；以及控制装置，用于根据从中读取信息的标签的位置来控制该高频信号的频率。
根据本发明的第四标签读取设备包括设置在多个叠置标签外围处的传输线，沿着该传输线存在电磁波的泄漏；用于产生一高频信号的装置；用于对该高频信号进行分路并将分路后的多个高频信号输入到传输线两端中的各端的装置；用于根据从中读取信息的标签的位置来确定分路后的多个高频信号间的相位差的装置；以及用于控制至少一个高频信号的相位以产生相位差的装置；其中使电磁波从传输线中泄漏，由此向所述标签提供由该高频信号产生的功率。
根据本发明的标签读取方法和设备，即使多个RF标签被叠置也可以为每个RF标签提供功率，由此可以从各标签读取信息。此外，根据本发明的标签读取方法和设备，即使没有将RF标签容纳在标签盒内也可以从叠置RF标签中读取信息。这可以消除对可应用RF标签的产品的限制。
结合附图阅读以下说明，可以清楚地理解本发明的其他特征和优点。
图1是用于说明本发明第一实施例的示意图；图2是示出在改变相位差θ时在距离r的位置处的功率P的P-r曲线图；图3是一对应关系表，示出了对于一功率峰值点的相位差θ与距离r之间的对应关系；图4是示出具有根据第一实施例的标签读取设备的整个系统的示意图；图5是用于说明已经在光盘中的盘孔周围粘贴一RF标签的情况的示意图；图6是图4所示的标签读取设备的框图；图7示出了在一组物品的外围包装有一金属盒的情况的第一示例；图8示出了在一组物品的外围包装有一金属盒的情况的第二示例；图9A、9B和9C是用于说明向金属盒内部提供功率的方法的示意图；图10A和10B分别是用于说明线形天线和环形天线的示意图；图11A、11B和11C示出了将线形天线和环形天线连接到金属盒的示例；图12是用于说明本发明第二实施例的示意图；图13是一P-r曲线图，示出了在改变反射器的行进距离d2时在距离r的位置处的功率P；图14是一对应关系表，示出了对于一功率峰值点的反射器行进距离d2与距离r之间的对应关系；图15是示出具有根据第二实施例的标签读取设备的整个系统的示意图；
图16是图15中所示的标签读取设备的框图；图17是示出具有根据本发明第三实施例的标签读取设备的整个系统的示意图；图18是图17中所示的标签读取设备的框图；图19示出了反射器(反射器板)和反射率改变电路的布置示例；图20是一对应关系表，示出了在频率为1GHz时θ与L、C之间的对应关系；图21是用于说明本发明的第四实施例的示意图；图22是一P-r曲线图，示出了在改变高频信号的频率时在距离r的位置处的功率P；图23是一对应关系表，示出了对于一功率峰值点的频率f与距离r之间的对应关系；图24是示出具有根据第四实施例的标签读取设备的整个系统的示意图；图25是图24中所示的标签读取设备的框图；图26是用于说明本发明的第五实施例的示意图；图27是用于说明一泄漏同轴电缆的示意图；图28示出了泄漏同轴电缆的布置示例；图29是具有根据第五实施例的标签读取设备的整个系统的示意图；图30是示出根据第五实施例的变型例的系统的整体配置的示意图；图31示出了平行电缆的结构的示例；图32示出了平行电缆的等效电路，用于说明产生驻波所依据的原理；图33是用于说明本发明的第六实施例的示意图；图34是示出根据该实施例的系统的整体配置的示意图；图35示出了一个示例，在该示例中已将反射率改变电路连接到一泄漏同轴电缆；图36是用于说明本发明的第七实施例的示意图；图37是示出根据该实施例的系统的整体配置的示意图；图38是用于说明根据现有技术的RF标签的示意图；以及图39A、39B是用于说明根据现有技术的RF标签的示意图。
具体实施例方式
(A)本发明的概述本发明提供了一种用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签中读取信息的标签读取设备。该设备包括用于产生多个高频信号的装置；向其输入多个高频信号的电磁波产生装置(天线)，用于从叠置标签的两侧生成由高频信号产生的电磁波，并使电磁波在标签上发生干涉；用于根据从中读取信息的标签的位置来确定多个高频信号间的相位差的装置，所述多个高频信号被提供给设置在标签两侧的电磁波产生装置；以及移相装置，用于控制至少一个高频信号的相位以产生相位差。
根据该标签读取设备，通过从叠置标签的两侧生成由多个高频信号产生的电磁波并使电磁波在标签上发生干涉，来将由多个高频信号产生的功率提供给每个标签，并根据从中读取信息的标签的位置来控制该多个高频信号间的相位差。
(B)第一实施例图1是用于说明本发明第一实施例的图。当读取控制单元11从粘贴到或嵌入到物品中的RF标签中读取信息时，该控制单元通过读取-控制数据来调制载波，随后将该信号进行频率转换，转换成高频信号并将该高频信号输入到混合电路12中。此外，基于要从粘贴有RF标签的物品G1至Gn的RF标签中的哪一个读取信息，即，基于要从中读取信息的标签(读取目标标签)的位置，读取控制单元11判定高频信号的相移量θ并将该相移量输入到移相器13。在此，θ是使得能够向读取目标标签提供大功率的相位。将天线14和15设置成从两侧将一组物品夹在中间，这组物品是通过叠置已经粘贴了RF标签的多个物品Gi(i＝1至n)而获得的。
混合电路12将输入的高频信号分路为两个高频信号，将其中一个高频信号输入到布置在物品组一侧的天线14，将另一高频信号输入到移相器13。后者将所述高频信号的相位偏移了由读取控制单元11指定的相位量(θ)，并将移相后的高频信号输入到布置在物品组另一侧的天线15。结果，电磁波从一个天线向另一个天线传播，并在标签上发生干涉以在该标签上产生驻波。
假设d表示天线间距，r表示从天线14到读取目标标签的距离，θ表示输入到天线14和15的高频信号间的相位差。如果为简便起见，假设没有空间损耗，则处于距离r的位置处的功率为输入功率乘以以下系数2cos[2π(d-2r)2λ-θ2]---(1)]]>为了增大处于距离r的位置处的驻波，只要确定θ使得当距离为r时表达式(1)的值最大即可。如果能够找到使表达式(1)最大的θ，将有θ=2πλ(d-2r)±2nπ---(2)]]>因此，应该根据公式(2)对θ进行控制。
图2是一特性曲线图(P-r曲线图)，示出了在当高频信号的波长为10cm并且天线间距为20cm时相位差θ以60°为一级从0°改变到300°的情况下，在距离r的位置处的功率P。可以理解，随着相位差θ的增大，功率最大的峰值点在向右偏移。也就是，可以理解成仅向相对于预定相位差θ受限的标签提供功率。相应地，计算出对于功率峰值点的相位差θ与距离r(cm)之间的对应关系，并将结果以图3中所示的方式制成表，并且将该表预先设置在读取控制单元11中。读取控制单元11从该表中找到与到读取目标标签的距离r对应的相位差θ，并在移相器13中设定该相位差。结果，可以将功率有效地提供给读取目标标签，并且可以将控制数据可靠地发送到该读取目标标签。此外，通过天线14、15和混合电路12向读取控制单元11输入一高频信号，该高频信号已经由从读取目标标签的存储器中读出的信息进行了调制。应该注意，尽管已经按照以60°为变化间隔增大θ的方式创建了图3中的表，但是也可以通过更精细地改变相位来创建该表。另外，可以与读取目标标签的特定编号相关联地对θ制表。
图4是具有根据第一实施例的标签读取设备的整个系统的图。根据来自个人计算机20的指令，读取装置10从粘贴到物品Gi(例如，光盘)的RF标签读取信息，并将所读取的信息输入到个人计算机20。RF标签RFTG具有参照图38以电路方式示出的结构。该RF标签RFTG具有天线ANT和芯片CHP，在图5所示的示例中，将天线ANT和芯片CHP粘贴到光盘CD的中心孔的外周上。
图6是图4所示的标签读取设备10的框图。该设备包括读取控制单元11、混合电路12和移相器13。读取控制单元11具有控制器11a，该控制器11a响应于来自个人计算机20的控制信号来执行符合无线电规范(协议)的控制。例如，控制器11a执行防冲突控制、标签ID读取控制、用于实现协议的数据收发控制、以及相位控制等。调制器11b利用发送数据调制载波并将调制后的载波信号进行频率转换以转换成高频信号。放大器11c对该高频信号进行放大并将放大后的信号输入到混合电路12中的第一定向耦合器12a。第一定向耦合器12a将该高频信号输出到天线侧(输出到第二定向耦合器12b)。第二定向耦合器12b将输入的高频信号分路成两个高频信号，并将一个高频信号输入到移相器13，而将另一个高频信号输入到天线14。移相器13将该高频信号的相位偏移由控制器11a规定的相位量(θ)并将该移相后的高频信号输入到天线15。另一方面，从一RF标签发出的高频信号被天线14、15接收并通过定向耦合器12b和12a按所述顺序输入到解调器11d。解调器11d对从所述RF标签读取的信息进行解调并将该信息输入到控制器11a。
此外，第一定向耦合器12a对传输信号输出到解调器11d的功率进行抑制，第二定向耦合器12b对从天线14输出到天线15的功率和从天线15输出到天线14的功率进行抑制。
图7示出了物品组装入金属盒MTC的第一示例。在自由空间中，电磁波随着距离高频输出源(天线14和15)的距离增加而衰减。可以通过以图7所示的方式将该组物品封装在金属盒中来抑制这种衰减。这种布置利用了波导理论。
图8示出了物品组装入金属盒MTC的第二示例。在此，在金属盒MTC的侧面上设置了电波吸收器EWA，以抑制来自这些侧面的不希望的反射。
图9A、9B和9C用于说明向金属盒MTC的内部提供功率的方法。可以使用各种方法。一种方法是从金属盒的顶部(或底部)通过线形天线馈电，如图9A所示。第二种方法是从金属盒的侧面通过线形和环形天线馈电，如图9B所示。第三种方法是将线形天线的末端连接到一外部盒，如图9C所示。
图10A和10B分别是用于说明线形天线和环形天线的图。通过将同轴电缆AXC的中心导体CL剥离成线形来形成线形天线，如图10A所示。通过将同轴电缆AXC的中心导体CL剥离成线形并将末端连接到外部导体来形成环形天线。
图11A、11B和11C分别示出了将图10A和10B所示的线形天线和环形天线连接到一金属盒的示例。图11A是从盒的底部接入天线的示例的说明图，而图11B、11C是从盒的侧面接入天线的示例的说明图。
因此，根据第一实施例，由多个高频信号从多个叠置标签的两侧产生电磁波，通过使电磁波在这些标签上发生干涉来向每个标签提供功率，并且根据从中读取信息的标签的位置来控制所述多个高频信号间的相位差。结果，可以将功率有效地提供给要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(C)第二实施例图12是用于说明本发明第二实施例的图，其中采用相同的标记来表示与图1的第一实施例中相同的组件。该实施例与第一实施例的不同之处在于，去掉了移相器13和天线15，代之以配备有用于反射从天线14发射的电磁波的反射器21和用于移动反射器21的移动机构22。反射器21在移动机构22的控制下移动距离d2。
当读取控制单元11从粘贴到物品上或嵌入在物品中的RF标签中读取信息时，该控制单元利用读取控制数据来调制载波，随后将该信号进行频率转换以转换成一高频信号，并将该高频信号输入到混合电路12。此外，基于要从粘贴有RF标签的物品G1至Gn的RF标签中的哪一个读取信息，即，基于要从中读取信息的标签的位置，读取控制单元11判定反射器21的移动量d2并将d2输入到移动机构22。在此，移动量d2是使得能够向读取目标标签提供大功率的距离。将天线14和反射器21设置成从两侧夹住物品组，该物品组是通过将已经粘贴了RF标签的多个物品Gi(i＝1至n)进行叠置而获得的。
混合电路12将所输入的高频信号输入到设置在所述物品组一侧的天线14。移动机构22使反射器21移动由读取控制单元11指定的距离d2。结果，由天线14产生的电磁波向反射器21传播并由反射器21进行反射。由天线14产生的无线电波和由反射器21反射的无线电波随后在标签上发生干涉并产生驻波。
天线14和反射器21之间的距离为d+d2。
假设r表示从天线14到要从中读出信息的RF标签的距离。如果为简便起见，假设在空间没有损耗，则处于距离r的位置处的功率为输入功率乘以以下系数。
2cos[2π(d+d2-r)λ]---(3)]]>为了增大在距离r的位置处的驻波，只要确定d2使得当距离为r时表达式(3)的值最大即可。如果找到了使表达式(3)最大的d2，则将有d2=r-d±nλ2---(4)]]>因此应该根据公式(4)来控制d2。
图13是一特性曲线图(P-r曲线图)，示出了在当高频信号的波长为10cm并且天线间距为20cm时d2以1cm为一级从0变到4cm的情况下，在距离r的位置处的功率P。可以理解，随着行进距离d2增加，功率最大的峰值点向右偏移。也就是，可以理解成仅向相对于预定行进距离d2受限的标签提供功率。相应地，计算出了对于功率峰值点的行进距离d2与距离r(cm)之间的对应关系，并按图14所示的方式制成表，并且将该表预先设置在读取控制单元11中。读取控制单元11从该表中查找到与到读取目标标签的距离r对应的行进距离d2，并在移动结构22中设定该距离。结果，可以有效地向读取目标标签提供功率，并且可以将控制数据可靠地发送到该读取目标标签。另外，通过天线14和混合电路12向读取控制单元11输入一高频信号，该高频信号已经由从读取目标标签的存储器读取的信息进行了调制。应该注意，尽管图14的表是通过以间隔1cm改变d2的方式创建的，但是该表也可以通过更精细地改变行进距离d2来创建。此外，可以与读取目标标签的特定编号相关联地来对行进距离d2进行制表。
图15示出了具有根据第二实施例的标签读取设备的整个系统。根据来自个人计算机20的指令，读取设备10从粘贴到物品Gi(例如，光盘)的RF标签中读取信息并将所读取的信息输入到个人计算机20。应该注意，采用相同的标号来表示与图12所示组件相同的组件。尽管没有示出细节，但是移动机构22可以是公知的单轴定位机构，例如，反射器搭载台，该反射器搭载台包括用于沿天线14的方向引导台体的驱动轴，和用于旋转该驱动轴的电机。
图16是图15中所示的标签读取设备10的框图。该设备包括读取控制单元11和混合电路12。响应于来自个人计算机20的控制信号，控制器11a执行防冲突控制、标签-ID读取控制、用于实现协议的数据收发控制、以及对移动机构的移动量的控制。调制器11b利用发送数据来调制载波，并对调制后的载波信号进行频率转换以将其传换成高频信号。放大器11c放大该高频信号，并将放大后的信号输入到混合电路12中的定向耦合器12a。定向耦合器12a将所输入的高频信号输入到天线14。移动机构22基于来自控制器11a的指令使反射器21移动行进距离d2。
另一方面，从RF标签发送的高频信号被天线14接收并通过定向耦合器12a输入到解调器11d。解调器11d对从RF标签读取的信息进行解调并将该信息输入到控制器11a。
在上述说明中物品组没有用金属盒包装。但是，可以按图7和图8所示的方式来进行布置，将该物品组装在金属盒MTC内。
因此，根据第二实施例，从多个叠置标签的一侧向每个标签提供由一高频信号产生的功率，在这些标签的另一侧设置用于对由所述高频信号产生的电磁波进行反射的反射器，使所述电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上发生干涉，并且根据从中读取信息的标签的位置来控制反射器的位置。结果，可以有效地将功率提供给要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(D)第三实施例图17示出了具有根据第三实施例的标签读取设备10的整个系统，图18是图17中所示的标签读取设备10的框图。采用相同的标号来表示与图15和16的第二实施例中相同的组件。该实施例的不同之处在于去掉了用于移动反射器21的移动机构22，代之以配备了用于改变反射器21的反射率的反射率改变电路31；并且，控制器11a基于要从中读取信息的RF标签的位置来确定反射率，并将一反射率控制信号RFCT输入到反射率改变电路31。
响应于来自个人计算机20的控制信号，控制器11a执行防冲突控制、标签-ID读取控制、用于实现协议的数据收发控制、以及对反射率改变电路31的反射率控制。调制器11b利用发送数据来调制载波，并将调制后的载波信号进行频率转换以将其转换成高频信号。放大器11c对该高频信号进行放大，并将放大后的信号输入到混合电路12中的定向耦合器12a。定向耦合器12a将所输入的高频信号输入到天线14。反射率改变电路31基于来自控制器11a的指令来对反射器21的反射率进行控制。
另一方面，从RF标签发送的高频信号被天线14接收并通过定向耦合器12a输入到解调器11d。解调器11d对从RF标签读取的信息进行解调并将该信息输入到控制器11a。
图19示出了反射器(反射板)21和反射率改变电路31的设置的示例。反射器21具有板形天线的结构。反射率改变电路31具有开关SW1、SW2和多个磁阻元件RL1至RLn，该反射率改变电路31基于来自控制器11a的反射率控制信号RFCT进行操作，从而通过开关SW1、SW2将一指定磁阻元件RLi连接到反射器(反射板)11。
与天线14距离为r处的功率由表达式(1)表示。为了增大处于距离r的位置处的驻波，只要确定θ以使表达式(1)最大即可，并且应该根据表达式(2)来控制反射率。
如果图19中的反射率改变电路31已经连接到反射器21，则阻抗的实部理想上为0，并且反射系数的大小为1(全反射)。相位θ由以下表达式给出2XX2-1=tanθ---(5)]]>其中X代表标准化磁阻。
因此，只要根据图3中r与θ之间的关系确定满足表达式(5)的磁阻X(L或C)，并向控制器11a提供L-r对应关系表而非θ-r对应关系表即可。图20示出了当频率为1GHz时的θ和L、C值。在此R代表特性阻抗。
应该注意，还可以通过更精细地改变X值来创建所述表。此外，可以根据标签的特定标签编号来对磁阻值(磁阻元件)制表。
在上述说明中没有用金属盒包装物品组。不过，可以按照图7和图8中所示的方式将物品组装在金属盒MTC内。
因此，根据第三实施例，从多个叠置标签的一侧向每个标签提供由高频信号产生的功率，在这些标签的另一侧设置了用于对由高频信号产生的电磁波进行反射的反射器，使电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上发生干涉，并且根据从中读取信息的标签的位置来控制反射器的反射率。结果，可以有效地将功率提供到要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(E)第四实施例图21是用于说明本发明的第四实施例的图，在该图中采用相同的标号来表示与图1的第一实施例中相同的部件。该实施例与第一实施例的不同之处在于，去掉了移相器13，代之以配备了插入在混合电路12与天线15之间的长为d3的同轴电缆41(用于调节线路长度)。在第一实施例中，移相器13提供输入到天线14和15的高频信号之间的相位差。在第四实施例中，将从混合电路(分路点)12到天线14、15的传输线的长度设置为具有不同的长度，由该长度差产生相位差，并通过改变高频信号的频率来调节和控制该相位差。
当读取控制单元11从粘贴到物品上或嵌入在物品中的RF标签读取信息时，所述控制单元利用读取控制数据来调制载波，随后对该信号进行频率转换以将其转换成高频信号，并将该高频信号输入到混合电路12。此外，基于要从粘贴有RF标签的物品G1至Gn的RF标签中的哪一个读取信息，即，基于要从中读取信息的标签的位置，读取控制单元11改变高频信号的频率。该频率具有一使得可以向读取目标标签提供大功率的值，如下所述。将天线14和15设置成从两侧将一组物品夹在中间，该组物品是通过叠置已经粘贴了RF标签的多个物品Gi(i＝1至n)来获得的。
混合电路12将所输入的高频信号分路成两个高频信号，将其中一个高频信号输入到设置在所述物品组一侧的天线14，并将另一个高频信号通过同轴电缆41输入到天线15，由此提供输入到天线14和15的高频信号间的相位差θ。结果，电磁波从一个天线向另一个天线传播，并在标签上发生干涉以在该标签上产生驻波。
假设d代表天线间距，r代表从天线14到读取目标标签的距离，θ代表输入到天线14和15的高频信号之间的相位差。处于距离r的位置处的功率由表达式(1)表示。为了增大处于距离r的位置处的驻波，只要以使相位差θ满足公式(2)的方式实施控制即可。
假设同轴电缆41的长度d3如下d3=λminλmax-λminλmax---(6)]]>其中假设能够由读取控制单元11设定的高频信号的频率范围为fmin至fmax(波长范围是λmax至λmin)。由于只要确定符合满足表达式(2)的θ的波长λ(频率)即可，所以根据公式(2)和(6)得出λ如下λ=(d-2r)(λmax-λmin)-λmax·λmin±n(λmax-λmin)-λmin---(7)]]>其中，n为正整数。因此，只要根据公式(7)控制高频信号的波长λ(或频率)即可。
图22是一特性曲线图(P-r曲线图)，示出了在当保持d3＝75cm并且f＝1GHz下的信号波长为30cm时高频信号的频率以0.1Ghz为一级从1GHz改变到1.4GHz的情况下，处于距离r的位置处的功率P。应该理解，随着频率的降低，功率最大的峰值点向右偏移。也就是，可以理解为仅向相对于高频信号的指定频率受限的标签提供功率。相应地，计算出对于功率峰值点的频率f与距离r(cm)之间的对应关系，并将结果以图23所示的方式制成表，并且预先将该表设置在读取控制单元11中。读取控制单元11从该表中查找到与到读取目标标签的距离r对应的频率并执行频率转换。结果，可以有效地将功率提供给读取目标标签，并且可以将控制数据可靠地发送到读取目标标签。此外，通过天线14、15和混合电路12，将已经利用从读取目标标签的存储器中读取的信息调制过的高频信号输入到读取控制单元11。应该注意，尽管已经通过使频率以0.1GHz为间隔改变的方式创建了图23的表，但是也可以通过更精细地改变频率来创建该表。另外，可以与读取目标标签的特定编号相关联地对频率进行制表。
图24示出了具有根据第四实施例的标签读取设备的整个系统。根据来自个人计算机20的指令，读取设备10从粘贴到物品Gi(例如，光盘)的RF标签读取信息，并将所读取的信息输入到个人计算机20。
图25是图24中所示的标签读取设备10的框图。该设备包括读取控制单元11和混合电路12。响应于来自个人计算机20的控制信号，控制器11a执行防冲突控制、标签-ID读取控制、用于实现协议的收发控制以及频率控制等。调制器11b利用发送数据来调制载波，并对调制后的载波信号进行频率转换以将其转换成高频信号，该高频信号的频率由控制器11a指定。放大器11c对该高频信号进行放大，并将放大后的信号输入到混合电路12中的第一定向耦合器12a。第一定向耦合器12a将该高频信号输出到天线侧(输出到第二定向耦合器12b)。第二定向耦合器12b将所输入的高频信号分路成两个高频信号，并将其中一个高频信号输入到天线14，将另一个高频信号通过同轴电缆41输入到天线15以产生相位差θ。另一方面，从RF标签发送的高频信号被天线14、15接收并被通过定向耦合器12b和12a按所述顺序输入到解调器11d。解调器11d对从RF标签读取的信息进行解调并将该信息输入到控制器11a。
在上述说明中没有用金属盒包装所述物品组。不过，可以按图7和图8所示的方式将所述物品组装在金属盒MTC内。
因此，根据第四实施例，通过由一高频信号从多个叠置标签的两侧生成电磁波并使电磁波在这些标签上发生干涉，来向各标签提供由该高频信号产生的功率，对该高频信号进行分路，并使在从分路点到生成对应电磁波的多个点的传播距离之间产生传播距离差d3。当高频信号的频率从任何低频fmin改变到任何高频fmax时，以下述方式确定差d3使分路后的高频信号之间的相位差θ旋转过一所需角度，并根据从中读取信息的标签的位置来控制高频信号的频率。结果，可以有效地将功率提供给要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签和标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(F)第五实施例图26是用于说明本发明第五实施例的图，在该图中采用相同的标号来表示与图1的第一实施例中相同的组件。该实施例与图1的第一实施例的不同之处在于(1)去掉了天线14、15，取而代之的是，与物品Gi(i＝1至n)叠置方向相平行地设置的长度为d的传输线(泄漏同轴电缆)51，从该传输线产生电磁波泄漏；以及(2)将之间产生相位差θ的多个高频信号输入到泄漏同轴电缆51的相应末端，由此使这些信号发生干涉并产生驻波，并且电磁波从泄漏同轴电缆泄漏且将功率提供给RF标签。
驻波产生的原理与第一实施例的相同，并且公式(1)、(2)仍成立。读取控制单元11基于要从中读取信息的标签的位置来确定相位偏移量θ，并以与第一实施例相同的方式将θ输入到移相器13。
泄漏同轴电缆51是通常可在市面上买到的电缆。如图27所示，同轴电缆具有外部导体ETC和内部导体INC，对外部导体ETC按指定间隔设置了切口(slit)SL，高频信号从内部导体INC的两端输入并在电缆内发生干涉以产生驻波。一些驻波(电磁波)从切口SL发出并照射RF标签。图27示出了电磁波从切口SL发出并照射已粘贴到叠置物品G1至Gn上的RF标签的方式。
图28示出了泄漏同轴电缆51的布置的多个示例，其中，(a)示出了电缆51穿过形成在物品Gi内的孔的示例，(b)示出了电缆51与物品Gi相平行并且相靠近地设置在物品Gi外部的示例，以及(c)示出了电缆51穿过容纳在金属盒内的物品Gi中形成的孔的示例。
图29示出了具有根据第五实施例的标签读取设备的整个系统。根据来自个人计算机20的指令，读取设备10从粘贴到物品Gi(例如，光盘)的RF标签读取信息，并将该读取信息输入到个人计算机20。该读取设备10具有与第一实施例相似的结构。
·变型例图30示出了根据第五实施例的变型例的整个系统。在此采用相同的标号来表示与第五实施例中相同的组件。该变型例的不同之处在于使用平行电缆52来代替泄漏同轴电缆51，并将高频信号从物品的一侧输入到平行电缆52的两端。如图31所示，平行电缆52包括相互平行设置的平行线52a和同轴电缆52b、以及耦合线圈52c。平行线(同轴电缆的外部导体)52a连接到耦合线圈52c的初级线圈，同轴电缆52b的内部导体连接到耦合线圈52c的次级线圈，初级线圈和次级线圈的另一端连接到同轴电缆52b的外部导体，并从平行线52a的外部导体的A端和从同轴电缆52b的内部导体的B端施加高频信号。
图32示出了平行电缆52的等效电路，用于说明从图31的平行电缆产生驻波所依据的原理。电路A由位于图31的A端输入处的一高频信号源、平行线52a和耦合线圈52c的初级线圈构成，电路B由位于图31的B端输入处的一高频信号源、同轴电缆52b和耦合线圈52c的次级线圈构成。
电路A通过线圈A与B之间的耦合连接到电路B。类似地，电路B由线圈A与B之间的耦合连接到电路A。由于电路A和B通过这种线圈耦合进行互连，所以如由图32中箭头所示从振荡器A和B产生了高频信号。结果，发生了干涉并产生了驻波。
因此，如果平行电缆52的A端子(图31)连接到读取设备10的高频输出端子A(见图30)，并且平行电缆52的B端子连接到读取设备10中的移相器的输出端子B，则该布置将以与第五实施例相同的方式操作。此外，假设线圈A和B分别根据平行线的特性阻抗和同轴电缆的特性阻抗来终止平行线A(电路A)和同轴电缆(电路B)。
根据第五实施例，在多个叠置标签的外围设置一传输线，沿着该传输线存在电磁波的泄漏，将一高频信号分路成多个高频信号，将这些高频信号输入到传输线的两端中的对应端，由此使信号发生干涉，根据从中读出信息的标签的位置来控制分路后的高频信号之间的相位差，并使电磁波从传输线中泄漏以向标签提供由高频信号产生的功率。结果，可以有效地将功率提供给要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(G)第六实施例图33是用于说明本发明第六实施例的图，而图34示出了根据该实施例的系统的整个配置。采用相同的标号来表示与第五实施例(图26和29)中相同的组件。该实施例与第五实施例的不同之处在于，去掉了移相器13，代之以将反射率改变电路61连接到泄漏同轴电缆51的另一端，读取控制单元11基于要从中读取信息的RF标签的位置获取反射率，并将反射率控制信号RFCT输入到反射率改变电路61。图34中所示的读取设备10的结构与图18中所示的相同。
图35示出了其中已将反射率改变电路61连接到泄漏同轴电缆51的示例。在此反射率改变电路61包括开关SW1、SW2和多个不同的磁阻元件RLi。
驻波产生的原理与第五实施例中的相同，并且公式(1)、(2)仍成立。也就是，与天线14相距r处的功率可由表达式(1)来表示。为了增大处于距离r的位置处的驻波，只要确定θ以使表达式(1)最大即可，并且应该根据公式(2)来控制反射率。如果图35的反射率改变电路61已经连接到泄漏同轴电缆51，阻抗的实部为0，而反射系数的大小为1(全反射)。该相位θ由公式(5)给出。
因此，只要根据第一实施例的图3中的r与θ间的关系确定满足公式(5)的磁阻X(L或C)并向控制器11a提供X-r对应关系表(而非θ-r对应关系表)即可。应该注意，也可以通过更精细地改变X值来创建该表。另外，可以根据读取目标标签的特定标签编号来对磁阻值(磁阻元件)进行制表。
根据第六实施例，在多个叠置标签的外围布置一传输线，沿着该传输线存在电磁波泄漏，将高频信号输入到传输线的一端，将用于反射高频信号的反射电路连接到所述传输线的另一端，根据从中读取信息的标签的位置来控制反射电路的反射率，高频信号和反射的高频信号彼此干涉并使电磁波从传输线中泄漏，由此向希望的标签提供由高频信号产生的功率。结果，可以将功率有效地提供给要从中读取信息的RF标签，并可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
(H)第七实施例图36是用于说明本发明第七实施例的图，而图37是示出根据该实施例的系统的整体配置的图。采用相同的标号来表示与第五实施例中相同的组件。该实施例与第五实施例的不同之处在于，去掉了移相器13，代之以配备了用于调节线路长度的长为d3的同轴电缆71，该同轴电缆71位于混合电路12与泄漏同轴电缆51的端点之间。在第五实施例中，移相器13在输入到泄漏同轴电缆51两个对应端的高频信号之间提供一相位差。但是，在第七实施例中，将从混合电路(分路点)12到泄漏同轴电缆51的两端的传输线的长度设置得不等，由该长度差产生相位差，并通过改变高频信号的频率来调节和控制该相位差。控制相位的方法与第四实施例的相同。
根据第七实施例，在多个叠置标签的外围布置一传输线，沿着该传输线存在电磁波的泄漏，将一高频信号分路成多个高频信号，将这些高频信号输入到传输线的两个对应端以使信号发生干涉，并使在从分路点到传输线两端的传播距离之间产生传播距离差。当高频信号的频率从任何低频改变到任何高频时，按如下方式确定传播距离差使分路后的高频信号之间的相位差θ旋转过一所需角度，根据从中读取信息的标签的位置来控制高频信号的频率，并使电磁波从传输线中泄漏，由此向RF标签提供由高频信号产生的功率。结果，可以将功率有效地提供给要从中读取信息的RF标签，并且可以在RF标签与标签读取设备之间可靠地发送和接收信息。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明实施许多明显不同的实施例，应该理解，本发明并不限于其具体的实施例，而是由所附权利要求所限定。
权利要求
1.一种标签读取方法，用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签中读取信息，该标签读取方法包括以下步骤从所述多个叠置标签的一侧向每个标签提供由一高频信号产生的功率；在所述多个标签的另一侧设置一反射器，该反射器用于反射由所述高频信号产生的电磁波；使所述电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上相互干涉；以及根据从中读取信息的标签的位置来控制所述反射器的位置。
2.一种标签读取方法，用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签读取信息，该标签读取方法包括以下步骤从所述多个叠置标签的一侧向各标签提供由一高频信号产生的功率；在所述多个标签的另一侧设置一反射器，该反射器用于反射由所述高频信号产生的电磁波；使所述电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上相互干涉；以及根据从中读取信息的标签的位置来控制所述反射器的反射率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中多个叠置标签由一金属体封装。
4.一种标签读取设备，用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签中读取信息，该标签读取设备包括用于产生一高频信号的装置；电磁波产生装置，向其输入所述高频信号，以由所述高频信号从所述多个叠置标签的一侧产生电磁波；反射器，设置在所述多个标签另一侧，用于反射由所述高频信号产生的电磁波并使所述电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上发生干涉；用于移动所述反射器的移动装置；以及控制装置，用于根据从中读取信息的标签的位置来控制所述反射器的位置。
5.一种标签读取设备，用于向多个叠置标签中的至少一个提供功率并从该标签中读取信息，该标签读取设备包括用于产生一高频信号的装置；电磁波产生装置，向其输入所述高频信号，以由所述高频信号从所述多个叠置标签的一侧产生电磁波；反射器，设置在所述多个标签的另一侧，用于反射由所述高频信号产生的电磁波并使所述电磁波和反射的电磁波在所述多个叠置标签上发生干涉；反射率改变装置，用于改变所述反射器的反射率；以及控制装置，用于根据从中读取信息的标签的位置来控制所述反射器的反射率。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中多个叠置标签由一金属体封装。
全文摘要
标签读取方法和读取设备。公开了一种读取设备，该读取设备用于向多个叠置RF标签中的至少一个提供功率并在向标签提供功率时从中读取信息。该设备包括用于产生多个高频信号的装置；向其输入高频信号的电磁波产生装置，用于由高频信号从多个位置，即从所述多个叠置标签的两侧产生电磁波，并使电磁波在多个标签上彼此干涉；用于根据从中读取信息的标签的位置来控制高频信号之间的相位差的装置，其中该高频信号被施加到设置在所述多个标签两侧的电磁波产生装置；以及移相装置，用于控制至少一个高频信号的相位以产生相位差。
文档编号H01Q1/22GK1996341SQ20061016998
公开日2007年7月11日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年12月18日
发明者青木信久, 马庭透, 高野健 申请人:富士通株式会社