JP4577577B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は光通信システムに関し、小型の無線ＩＣチップから識別情報を読み取る場合に適用して好適なものである。

近年、バーコードに代わる物品の識別又は管理技術として、ＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)が注目されている。

このＲＦＩＤでは、無線ＩＣタグ（あるいは無線ＩＣチップ）と呼ばれる小型の無線装置内に固有の識別情報を記憶し、この識別情報に基づいて物品の識別又は管理が行われる。

この無線ＩＣタグや、該無線ＩＣタグから送信される無線信号から識別情報を読み取るリーダとしては種々のものが提案され、なかには、無線ＩＣタグと、リーダとが光通信により識別情報を授受するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１では、光ＩＤリーダは、光ＩＤタグに向けて光ビームを放射し、光ＩＤタグから放射された光信号を受光して、光ＩＤタグに固有の識別情報を読み取る光ＩＤリーダ部を備えている。

一方、光ＩＤタグは、固有の識別情報を記憶するメモリと、光ＩＤリーダから放射された光ビームを、メモリに記憶された識別情報で変調して光信号に変換する光変換部と、この変調された光信号を光ビームの入射方向に反射する光反射部とを備えている。

この特許文献１によれば、空間中に近接して存在する複数の光ＩＤタグの識別を離れた場所から行うことが可能となり、光ＩＤリーダをリモコンのように用いて読み取ることが可能となる。
特開２００６−１１９４８公報

ところがかかる構成の光ＩＤタグでは、同じような入射角から複数の光ビームが放射された場合、反射する光はその入射方向に集まる（すなわち輻輳状態となる）ことによって、当該入射角から光ビームを放射した光ＩＤリーダそれぞれに対し、識別情報が伝達されないあるいは同一でなる複数の識別情報が同時に伝達されるという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、識別情報を適切に伝達させ得る光通信システムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、光を通信媒体として、光ＩＤタグと光ＩＤリーダとの間で識別情報を通信する光通信システムである。

光ＩＤタグは、筐体と、上記筐体の一面と対向する基板面に配される反射板と、該一面と反射板との間に配される液晶パネルと、該基板面の逆面に配される、識別情報が保持されるメモリ、および、識別情報に基づいて液晶パネルの配向を可変させて上記反射板で反射する反射光を変調する変調回路とを有する。

光ＩＤリーダは、ユーザ操作に応ずる識別情報の読取命令を受けるごとに、乱数を発生する乱数発生手段と、乱数に対して固有の発信周波数の光を放射する放射手段と、放射方向から到来する光を光電変換する光電変換手段と、光電変換手段により光電変換された結果得られる信号から、発信周波数の信号成分を抽出する抽出手段と、信号成分を復調する復調手段とを有する。

本発明によれば、光ＩＤタグに近接して他の光ＩＤタグがあり、かつその他の光ＩＤタグに対して同じような入射角から光が照射された状況下にあったとしても、読取対象とされる光ＩＤタグに保持された識別情報を、光ＩＤリーダが読み取ることが可能となり、識別情報を適切に伝達させ得る光通信システムを実現することができる。
また、光ＩＤタグにおける筐体の１つの面を、光ＩＤリーダに対する光ビームの入射面とし、その入射面に対する反射板及び液晶パネルの実装面積を大きく確保することができ、このようにしても、上記状況下にかかわらず、識別情報を適切に伝達させ得る光通信システムを実現することができる。

以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態による光通信システムの全体構成
図１において、本実施の形態による光通信システム１の全体構成を示し、複数の光ＩＤタグ２ｉ（ｉ＝１、２、３、……、又はｍ（ｍは整数））と、複数の光ＩＤリーダ３ｊ（ｊ＝１、２、３、……、又はｎ（ｎは整数））とによって構成される。

光ＩＤタグ２ｉは、それぞれ、所定の物品に設けられるものであり、当該光ＩＤタグ２ｉには、設置対象となるその物品に関する識別情報が保持される。

具体的には、例えば、光ＩＤタグ２_１〜２_ｍが製品管理に用いられる場合、各製品に対して光ＩＤタグ２ｉがそれぞれ設けられ、当該光ＩＤタグ２ｉには、製品の製造番号及び製造年月日など、その製品に関する製造情報が識別情報として保持される。

また例えば、光ＩＤタグ２_１〜２_ｍが情報提供に用いられる場合、各広告媒体に対して光ＩＤタグ２ｉがそれぞれ設けられ、当該光ＩＤタグ２ｉには、自社のホームページのＵＲＬ(Uniform Resource Locater)や、広告製品に関する情報など、その広告媒体に関する提供情報が識別情報として保持される。

これら光ＩＤタグ２ｉは、照射される光ビームＬ１を、その光ビームの照射方向に反射させるとともに自己に保持される識別情報に基づいて変調し、この結果得られる反射光Ｌ２を放射するようになされている。

一方、光ＩＤリーダ３ｊは、それぞれ、専用の可搬型端末として形成され又は携帯電話機ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の可搬型端末に搭載されるものであり、個々のユーザに割り当てられるものである。

光ＩＤタグ２ｉに保持される識別情報を読み取る場合、ユーザは、自己に割り当てられた光ＩＤリーダ３ｊを、読取対象の光ＩＤタグ２ｉに向けて、該光ＩＤリーダ３ｊから光ビームＬ１を放射させるようになされている。

この場合、光ＩＤリーダ３ｊは、その光ビームが読取対象の光ＩＤタグ２ｉから反射された反射光Ｌ２に基づいて、その反射光に重畳された該光ＩＤタグ２ｉの識別情報を抽出するようになされている。

このようにこの光通信システム１は、ユーザに対して、光ＩＤリーダ３ｊをあたかもリモートコントローラとして用いさせることができるようになされている。

（２）光ＩＤタグの構成
次に、光ＩＤタグ２_１〜２_ｍの構成について説明するが、これら光ＩＤタグ２_１〜２_ｍの構成は同一であるため、説明の便宜上、ここでは光ＩＤタグ２_１の構成について図２を用いて説明する。

この図２において、光ＩＤタグ２_１は、受光部１１、蓄電部１２、反射量変換部１３及びメモリ１４を有し、該反射量変換部１３は、反射板２１ａ、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２１ｂ及び偏光板２１ｃを順次積層した構造でなる光学ユニット２１と、ＬＣＤ２１ｂ及びメモリ１４に結線された変調回路２２とよって構成される。

この光ＩＤタグ２_１では、例えば光ＩＤリーダ３_１から光ビームＬ１が照射された場合、受光部１１は、この光ビームＬ１を光電変換する。蓄電部１２は、この光電変換に応じて誘起される電圧を蓄え、所定の閾値を越えると、該電圧を反射量変換部１３の変調回路２２に供給する。

変調回路２２は、蓄電部１２から供給される電圧を待ち受け、該電圧を受けた場合には変調処理を開始する（図３：ＳＰ０）。すなわち変調回路２２は、蓄電部１２から供給される電圧を駆動電圧として起動し（図３：ＳＰ１）、メモリ１４に記憶された識別情報を読み出す（図３：ＳＰ２）。

そして変調回路２２は、例えばマンチェスターコーディングと呼ばれる変調方式に基づいて、蓄電部１２から供給される電圧を、メモリ１４から読み出した記憶された識別情報に応じて変調し、この変調結果を光学ユニット２１のＬＣＤ２１ｂに与える（図３：ＳＰ３）。ＬＣＤ２１ｂでは、この識別情報に応じた電圧の可変に伴って、その液晶配向が変化することになる。

変調回路２２は、かかるＬＣＤ２１ｂの液晶配向を、蓄電部１２からの電圧供給が停止されるまで可変し続け、該電圧供給が停止された場合には（図３：ＳＰ４（Ｙ））、変調処理を終了する（図３：ＳＰ５）。

一方、この反射量変換部１３の光学ユニット２１では、光ＩＤリーダ３から照射される光ビームＬ１は、偏光板２１ｃを介して、特定の偏光成分の光のみが通過し、該偏光板２１ｃによって選定された光は、反射板２１ａを介して、該反射板２１ａの入射方向（つまり照射対象の光ＩＤリーダ３の方向）に反射する。

そして、反射板２１ａによってその入射方向に反射された光は、ＬＣＤ２１Ｂを介して、該ＬＣＤ２１Ｂでの液晶配向にしたがってその偏光状態が可変し、この偏光状態に応じた出射光量となり、この光が偏光板２１ｃを介して反射光Ｌ２として出射する。

したがって、光ＩＤリーダ３_１から反射量変換部１３に照射される光ビームＬ１が、例えば図４（Ａ）に示すように単位時間当たり一定の光量のものとした場合、その光ビームＬ１が照射された光ＩＤタグ２_１から放射される反射光Ｌ２は、例えば図４（Ｂ）に示すように、メモリ１４に記憶された識別情報に応じて可変された状態となる。

このように光ＩＤタグ２_１は、バッテリーレス状態において、光ＩＤリーダ３_１から照射される光ビームＬ１の反射光Ｌ２の出射光量を、メモリ１４に記憶された識別情報に応じて可変してその反射光Ｌ２に識別情報を重畳し、当該識別情報を光ＩＤリーダ３_１に伝達することができるようになされている。

ここで、この実施の形態における光ＩＤタグ２_１においては、かかる受光部１１、蓄電部１２、反射量変換部１３及びメモリ１４を、樹脂製の薄厚の筺体に収納するようになされており、これにより筺体外からの塵や水分の流入を防止しかつ簡易に持ち運びし得るようになされている。

具体的には、例えば図５に示すように、蓄電部１２は、矩形状でなる薄厚の筺体ＢＤ内の基板ＢＳの所定位置に設けられ、受光部１１は、該基板ＢＳにおける一方の表面（光ビームＬ１が入射される側の面）の所定位置に設けられる。この受光部１１の近傍であって基板ＢＳの中央には、光学ユニット２１が設けられ、該基板における他方の表面の所定位置には、変調回路２２とメモリ１４とがＩＣチップＣＰとして設けられる。

この図５に示す収納構造によれば、筺体ＢＤ表面のうち厚み方向における表面の一方だけを、光ＩＤリーダ３ｊに対する光ビームＬ１の入射面とすることができ、基板ＢＳの同一表面上にＩＣチップＣＰ及び光学ユニット２１を設ける場合に比して、該光学ユニット２１及び受光部１１の実装面積を大きく確保することが可能となる。

（３）光ＩＤリーダの構成
次に、光ＩＤリーダ３_１〜３_ｎの構成について説明するが、これら光ＩＤリーダ３_１〜３_ｎの構成は同一であるため、説明の便宜上、ここでは光ＩＤリーダ３_１の構成について図６を用いて説明する。

この図６において、光ＩＤリーダ３_１は、該光ＩＤリーダ３全体の制御を司る制御回路３０に対して、ユーザ操作に応ずる各種命令を送出する入力部３１と、当該命令に対する処理やユーザ操作の内容を視覚及び聴覚を通じて知らせる出力部３２と、光ビームを放射しその戻り光に重畳された識別情報を抽出する情報抽出部３３とを結線して構成される。

この制御回路３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、クロック発生器及びフラッシュメモリを含むコンピュータ構成となっている。

制御回路３０は、入力部３１から識別情報の読み取り命令を受けた場合、情報抽出部３３を介して光ＩＤタグ２に保持された識別情報を取得し、この識別情報をフラッシュメモリに記憶するとともに、当該識別情報の内容を出力部３２を介して通知するようになされている。

ここで、この実施の形態における情報抽出部３３を図７に示す。この図７において、情報抽出部３３は、送信処理部４１と、受信処理部４２とによって構成される。

送信処理部４１は、乱数発生器５１、信号発生部５２、振幅増幅器５３及びＬＥＤ（Light Emitting Diode)５４でなり、この乱数発生器５１は、制御回路３０（図６）からの制御命令を受ける度に乱数を生成し、これを信号発生部５２に送出する。

この信号発生部５２には、乱数と、発信周波数との対応付けがテーブルとして保持されている。信号発生部５２は、このテーブルに基づいて、乱数発生器５１から供給される乱数に対応する発信周波数を選択し、該選択した発信周波数の値を受信処理部４２に送出する。

また信号発生部５２は、選択した発信周波数の信号を生成し、これを振幅増幅器５３を介してＬＥＤ５４に印加する。この結果、ＬＥＤ５４から、乱数に応ずる発信周波数の光ビームＬ１（図６）が放射される。

このようにして送信処理部４１は、その都度異なる発信周波数の光ビームＬ１を放射することができるようになされている。

一方、受信処理部４２は、ＰＤ（Photo Diode)５５、検波部５６、ＢＰＦ(Band Pass Filter)５７及び復調回路５８でなり、このＰＤ５５は、光ＩＤタグ２によって識別情報が重畳された状態で放射される反射光Ｌ２（図６）を光電変換し、この結果得られる交流信号を検波器５６に送出する。

検波部５６は、この交流信号を検波し、該検波した交流信号の包絡線を検波信号としてＢＰＦ５７に送出する。

ＢＰＦ５７は、送信処理部４１の信号発生部５２から供給される発信周波数の値を設定する。そしてＢＰＦ５７は、検波部５６から供給される検波信号のうち、このとき設定した発信周波数の信号成分を抽出し、これを復調回路５８に送出する。

復調回路５８は、ＢＰＦ５７から供給される信号成分に対して、光ＩＤタグ２における変調回路２２（図２）と同一の変調方式に対応する復調処理を施し、この結果得られる識別情報を制御回路３０（図６）に送出する。この識別情報は、制御回路３０（図６）によってその内部のフラッシュメモリに記憶される。

このようにして受信処理部４２は、送信処理部４１により照射された光ビームＬ１（図６）の反射光Ｌ２（図６）から、その反射光Ｌ２に重畳された識別情報を抽出することができるようになされている。

（４）情報抽出処理
次に、上述した光ＩＤリーダ３_１における制御回路３０の情報抽出処理手順を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。但し、ここでは、光ＩＤリーダ３_１は、光ＩＤタグ２_１〜２_ｍ（図１）のうち光ＩＤタグ２_１に向けられている、つまり光ＩＤリーダ３_１による識別情報の読取対象が光ＩＤタグ２_１とされているものとする。

また、図９に示すように、光ＩＤタグ２_１に近接して例えば光ＩＤタグ２_２及び光ＩＤタグ２_３が存在しており、これら光ＩＤタグ２_２、２_３に対して他の光ＩＤリーダ３_２、３_３が光ＩＤリーダ３_１と同じような入射角からその光ＩＤタグ２_２、２_３の識別情報の読み取りを行っている状況下にあるものとする。

制御回路３０は、入力部３１から識別情報の読み取り命令を受けると、この情報抽出処理手順をステップＳＰ１０において開始し、続くステップＳＰ１１において、乱数を発生するように乱数発生器５１（図７）を制御するとともに、該乱数に応ずる発信周波数の信号を放射するように信号発信部５２（図７）を制御し、このとき発生された乱数に応ずる発信周波数の光ビームＬ１（図６）をＬＥＤ５４（図７）から放射させる。

この光ビームＬ１は、光ＩＤタグ２_１に照射され、その光ＩＤタグ２_１に保持された識別情報が重畳された反射光Ｌ２_１（図９）として、該光ＩＤタグ２_１から放射されることになる。このとき、図９に示したように、反射光Ｌ２_１には、他の光ＩＤリーダ３_２、３_３に対して光ＩＤタグ２_２、２_３から到来する反射光Ｌ２_２、Ｌ２_３が輻輳することになり、この結果、光ＩＤリーダ３_１には、他の反射光Ｌ２_２、Ｌ２_３が輻輳した状態で反射光Ｌ２_１が到来することとなる。

制御回路３０は、ステップＳＰ１２に進んで、ステップＳＰ１１で放射した方向から到来する反射光Ｌ２_１を光電変換し、続くステップＳＰ１３において、該光電変換結果に基づいて、ステップＳＰ１１で放射した光ビームＬ１の発信周波数の信号成分から、その信号成分に重畳された識別情報を抽出するように受信処理部４２（図７）を制御する。

そして制御回路３０は、次のステップＳＰ１４において、抽出した識別情報の内容を通知するように出力部３２を制御した後、ステップＳＰ１５に進んでこの情報抽出処理手順を終了する。

このように制御回路３０は、乱数に応ずる発信周波数の光ビームＬ１_１を放射させ、その反射光Ｌ２_１の受光結果のうち該発信周波数の信号成分から識別情報を抽出することによって、反射光Ｌ２_１に対して他の反射光Ｌ２_２、Ｌ２_３が輻輳する状態でも、読取対象である光ＩＤタグ２_１に記憶された識別情報を忠実に取得し、これを通知することができるようになされている。

（５）動作及び効果
以上の構成において、この光通信システム１の光ＩＤリーダ３ｊは、読取操作に応じて乱数を発生し、その乱数に対して固有の発信周波数の光をＬＥＤ５４（図７）から放射させる。

そして光ＩＤリーダ３ｊは、このＬＥＤ５４から所定の光ＩＤタグ２ｉに放射され、該光ＩＤタグ２ｉによってその放射方向に反射され、かつ識別情報に基づいて変調された反射光をＰＤ５５（図７）を介して光電変換し、この光電変換された結果得られる信号から、発信周波数の信号成分をＢＰＦ５７（図７）を介して抽出し、その信号成分を復調回路５８（図７）を介して復調する。

したがって、この光ＩＤリーダ３ｊは、照射対象となった光ＩＤタグ２_１（図９）から戻り光として放射される反射光に対して、他の光ＩＤタグ２_２、２_３（図９）から放射される反射光が輻輳した状態であったとしても、照射対象となった光ＩＤタグ２_１から戻り光として放射される反射光に重畳される識別情報を抽出することができる。

これによりこの光通信システム１では、例えば電車の中吊り広告に光ＩＤタグ２ｉが設けられており、その光ＩＤタグ２ｉに対して、複数のユーザが同時に、自己の光ＩＤリーダ３ｊを用いて光ＩＤタグ２ｉに保持された識別情報の読み取りを行った場合等、光ＩＤタグ２_１に近接して他の光ＩＣタ２_２、２_３グがあり、かつその他の光ＩＤタグ２_２、２_３に対して同じような入射角から光が照射された状況下にあったとしても、読取対象とされる光ＩＤタグ２_１に保持された識別情報をその光ＩＤリーダ３_１が読み取ることが可能となる。この結果、光通信システム１では、光ＩＤタグ２ｉにおける配置の制約を低減することが可能となる。

以上の構成によれば、光ＩＤタグ２ｉの配置状態や、該光ＩＤタグ２ｉに対する光ＩＣリーダの読取状況にかかわらず、識別情報を適切に伝達させ得る光通信システム１を実現できる。

本発明は、物品を識別する、あるいは、物品を管理する分野に利用可能である。

本実施の形態による光通信システムの全体構成を示す略線図である。 光ＩＤタグの構成を示すブロック図である。 変調処理手順を示すフローチャートである。 照射光と戻り光の光量変化の説明に供する略線図である。 光ＩＤタグの収納構造を示す略線図である。 光ＩＤリーダの構成を示すブロック図である。 情報抽出部の構成を示すブロック図である。 情報抽出処理手順を示すフローチャートである。 戻り光の輻輳の説明に供する略線図である。

符号の説明

１……光通信システム、２_１〜２_ｍ……光ＩＤタグ、３_１〜３_ｎ……光ＩＤリーダ、１３……反射量変換部、２１……光学ユニット、２１ａ……反射板、２１ｂ……ＬＣＤ、２１ｃ……偏光板、２２……変調回路、３０……制御回路、３１……情報抽出部、５１……乱数発生器、５２……信号発生部、５４……ＬＥＤ、５５……ＰＤ、５６……検波部、５７……ＢＰＦ、５８……復調回路。

Claims (1)

1. 光を通信媒体として、光ＩＤタグと光ＩＤリーダとの間で識別情報を通信する光通信システムであって、
   上記光ＩＤタグは、
   筐体と、
   上記筐体の一面と対向する基板面に配される反射板と、
   上記一面と上記反射板との間に配される液晶パネルと、
   上記基板面の逆面に配され、上記識別情報が保持されるメモリと、
   上記基板面の逆面に配され、上記識別情報に基づいて上記液晶パネルの配向を可変させて上記反射板で反射する反射光を変調する変調回路と
   を具え、
   上記光ＩＤリーダは、
   ユーザ操作に応ずる識別情報の読取命令を受けるごとに、乱数を発生する乱数発生手段と、
   上記乱数に対して固有の発信周波数の光を放射する放射手段と、
   放射方向から到来する光を光電変換する光電変換手段と、
   上記光電変換手段により光電変換された結果得られる信号から、上記発信周波数の信号成分を抽出する抽出手段と、
   上記信号成分を復調する復調手段と
   を具えることを特徴とする光通信システム。

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