JP2005202881A - Rfidタグの検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 RFIDタグの通信性能の良否を検査する。
【解決手段】 所定の共振周波数のコイル状のタグアンテナ5cを有するRFIDタグ5の検査装置1である。検査装置1は、コイル状のリーダライタアンテナ21を有し、リーダライタアンテナ21を介してRFIDタグ5との間で前記共振周波数によりデータを送受信可能なリーダライタ20と、タグアンテナ5cがリーダライタアンテナ21との送受信波の届く範囲に位置するようにRFIDタグ5を設置可能なRFIDタグ設置部14bと、タグアンテナ5cが配置される位置に沿って設けられ、開放端子16を有する磁界検出用コイル15と、を備えて構成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)タグの検査装置に関し、詳しくは、RFIDタグの共振周波数の誤差による通信の良否を検査する検査装置に関する。
近年、物流や入退出管理などで、RFIDタグが利用されている。RFIDタグは、非接触でIC(Integrated Circuit)内のメモリとデータの送受信が可能なタグである。この時のデータの送受信には、RFIDタグに設けられたコイル状のアンテナ(これを本明細書において「タグアンテナ」という)及びRFIDタグとデータ通信を行うリーダライタ側に設けられたコイル状のアンテナ(これを、本明細書において「リーダライタアンテナ」という)が使用される。そして、リーダライタアンテナからタグアンテナへ電磁誘導で電力を供給しつつ、これらの間でデータも送受信することで、RFIDタグは、非接触でのデータ送受信が可能となっている。
このようなRFIDタグは、食品や工業製品のパッケージに設けることでこれらの生産工程や流通過程の管理に利用されたり、カード内に内蔵することでプリペイドカードとして利用されたりしている。
RFIDタグを利用した商品を製造するメーカにおいては、RFIDタグを製品やパッケージに取り付ける前、及びRFIDタグを取り付けた後に、それが正常に機能するかどうかを検査する必要がある。
この検査は、一般にRFIDタグとデータ通信を行うリーダライタで通信テストを行うことでなされており、公知文献としては、例えば特許文献1がある。
特開2002−230510号公報
しかしながら、前記した検査の方法は、RFIDタグが正常に機能するかどうかという総合的な判断のために必要ではあるものの、正常に機能しない場合の原因を特定するのには役立たない。すなわち、RFIDタグが正常に機能しない場合には、ICチップ自体に故障があったり、ICチップとタグアンテナの接触に問題があったり、タグアンテナの性能が十分でなかったりするわけであるが、これらのいずれであるかは通信テストのみでは知ることができない。
本発明は、これらのRFIDタグの不具合の原因のうち、タグアンテナの性能を検査するものであり、RFIDタグの共振周波数の誤差による通信の良否を検査する検査装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、所定の共振周波数のコイル状のタグアンテナを有するRFIDタグの検査装置であって、コイル状のリーダライタアンテナを有し、このリーダライタアンテナを介して前記RFIDタグとの間で前記共振周波数によりデータを送受信可能なリーダライタと、前記タグアンテナが前記リーダライタアンテナとの送受信波の届く範囲に位置するように前記RFIDタグを設置可能なRFIDタグ設置部と、前記タグアンテナが配置される位置に沿って設けられ、開放端子を有する磁界検出用コイルとを備えることを特徴とする。
このような検査装置によれば、RFIDタグをRFIDタグ設置部に設置して、リーダライタによりRFIDタグに対してデータ通信を行い、その際に前記開放端子に発生する起電力を測定することで、タグアンテナの共振周波数が設計通りの性能を有しているかどうかを確認することができる。すなわち、リーダライタアンテナがデータ通信の際に発生した所定の周波数の磁界に対し、タグアンテナが共振すれば、タグアンテナ付近の磁界変化は強め合うため、強い磁界変化が起こる。逆に、タグアンテナの共振周波数の誤差が大きい場合には、その誤差の分だけリーダライタアンテナが発した磁界変化との共振を妨げるため、タグアンテナ周辺の磁界変化は、相対的に弱くなる。そして、これらの磁界変化は、タグアンテナに沿って設けられた磁界検出用コイルに対し電磁誘導を引き起こす。
そのため、磁界検出用コイルの開放端子間の電圧、電流、または電力などを測定して、電磁誘導の強さを測定することで、タグアンテナの共振周波数が合っているかどうかを確認することができる。
また、前記RFIDタグ設置部は、前記リーダライタアンテナとの距離を調整可能に構成されるのが望ましい。このように構成することで、RFIDタグの仕様に応じて、検査するRFIDタグに与える磁界変化の強さを調整することができる。
同様に、前記リーダライタが発する磁界変化の強度を可変にしておけば、所望の通信距離、磁界変化の強度で検査をすることができる。
さらに、前記リーダライタは、前記リーダライタが送信したデータに応じて前記RFIDタグが発生した負荷変調を、前記リーダライタアンテナで検出して得た共振強度信号を出力する共振強度信号出力端子を有するのが望ましい。
前記した開放端子の電圧の変化および、この共振強度信号出力端子から共振強度信号を取得して、その強度(振幅)を見れば、タグアンテナの共振周波数が高い方、低い方のいずれにずれているのかを知ることができる。すなわち、RFIDタグはデジタル通信を可能とするため、タグIC内の抵抗のON/OFFでタグアンテナの共振周波数を切り換える。一方の周波数は、リーダライタが発生する磁束変化の周波数とは僅かにずれた周波数となっており、他方の周波数はリーダライタが発生する磁束変化の周波数と一致している。共振強度信号は、リーダライタが発生する磁束変化の周波数に共振したときに最大値となるものであり、タグの共振周波数が高い方もしくは低い方にずれると強度は小さくなる。
そのため、この共振強度信号だけではタグアンテナの共振周波数が高い方にずれたのか、低い方にずれたのかを知ることはできない。一方、前記した開放端子の電圧は、主にタグアンテナの共振周波数がリーダライタの磁束変化周波数とずれているときの振幅を見ているため、タグの製造ばらつきにより発生する共振周波数分布の範囲においては単調増加もしくは単調減少となる変化を示す。よって、開放端子の電圧の大小により、タグの共振周波数のずれの方向を確認することができる。
また、前記RFIDタグ設置部は、非磁性体から構成することで、検査時の磁界に影響を与えないので、より適切な検査が可能となる。また、前記RFID設置部を、非導電性部材、例えば樹脂から構成することで、検査時の磁界に影響を与えずに、適切な検査が可能である。
本発明のRFIDの検査装置によれば、タグアンテナの性能の良否を検査することができる。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るRFIDタグの検査装置の斜視図であり、図2は、同検査装置のブロック構成図であり、図3は、RFIDタグの一例を示す平面図である。
図1に示すように、RFIDタグの検査装置1(以下、単に「検査装置1」という)は、主としてRFIDタグ5(図3参照)を載置するタグ設置台14と、ベース11内に収容されたRFIDタグ5のリーダライタ20と、タグ設置台14上に配設された磁界検出用コイル15と、磁界検出用コイル15の両端の電気接点である開放端子16とを備えている。
本発明の検査装置1で検査の対象となるRFIDタグ5は、例えば図3に示したようなものである。RFIDタグ5は、樹脂などの非金属からなる基板5a上に、記憶素子および場合により演算器などを有するICチップ5bを有し、コイル状のタグアンテナ5cがプリント配線により形成され、このタグアンテナ5cがICチップ5bに接続されている。なお、ICチップ5bは、樹脂製のグローブトップ5dにより被覆されて保護されている。
タグ設置台14は、図1に示すように樹脂で成形された板状の部材である。タグ設置台14の一端寄り(図1における左奥側)は、厚く形成されるとともに、ねじ穴14aが図1における上下に貫通して形成されている。一方、タグ設置台14の他の部分は薄く形成されている。そして、タグ設置台14の上面には、金属線をプリントまたは接着してなる磁界検出用コイル15が設けられている。磁界検出用コイル15の内側部分には、RFIDタグ5がちょうど入る程度の浅い(例えば0.5mmの深さ)凹部が形成されており、この凹部がRFIDタグ設置部14bとなる。
このように、RFIDタグ5の位置を設置する部分が若干凹んでいることで、一定の位置にRFIDタグ5を設置でき、検査結果を安定させることができる。また、磁界検出用コイル15と略同一平面にタグアンテナ5cを位置させることができるので、タグアンテナ5cでの共振状態を的確に把握することができる。磁界検出用コイル15は、タグアンテナ5cと離れすぎると、タグアンテナ5cの共振状態を検出しにくくなり、コイルの径が小さすぎても検出信号が弱くなってしまうので、タグアンテナ5cと離れすぎず、小さすぎなければこの例には限定されない。望ましくは、タグアンテナ5cに沿ってタグアンテナ5cと同心状の配置関係になるのがよい。例えば、RFIDタグ設置部14bの底面に、タグアンテナ5cの形状に合わせて形成しておいてもよい。
以上のようなタグ設置台14は、磁界検出用コイル15がリーダライタ20のリーダライタアンテナ21に対向するように配設されている。このため、タグアンテナ5cは、リーダライタアンテナ21との送受信波が届く範囲に位置させることが容易である。
ベース11は、リーダライタ20を収容する樹脂製のケースであるとともに、前記タグ設置台14を所定の位置に支持している。ベース11の上面の一端寄り(図1における左奥側)には、樹脂材からなる門型の支持部材12が固設されている。支持部材12の上部梁12aには、中央に上下に貫通する貫通穴12bが形成されており、貫通穴12bには、樹脂材からなるねじ軸13の上部のジャーナルが嵌合することで、ねじ軸13は上部梁12aに軸支されている。ねじ軸13の下端は、ベース11に軸支され、ねじ軸13の上端には、ツマミ13aが形成されている。
前記したタグ設置台14は、前記したねじ穴14aがねじ軸13と螺合しているとともに、タグ設置台14の両側面14c(手前側のみ図示)が門型の支持部材12の内側に嵌ることで、ねじ軸13の回転に応じ、タグ設置台14が上下にスライド移動するようになっている。
また、ベース11からは、後記する検査信号入力端子22a、共振強度信号出力端子22b、および同期信号出力端子22cの各端子が露出している。
前記した上部梁12aには、金属の電気接点である開放端子16が取り付けられている。開放端子16は、磁界検出用コイル15の両端とリード線16aにより接続されている。
なお、前記したベース11、支持部材12、ねじ軸13、およびタグ設置台14が樹脂材により成形されているのは、リーダライタ20およびRFIDタグ5が発生する磁界に影響を与えないためである。すなわち、これらの部材は、非磁性体材料、非電導性材料により形成するのが望ましい。
次に、検査装置1の電気的構成について図2を参照しながら説明する。
リーダライタ20は、主としてインタフェース(I/F)23、制御装置24、変調回路25a、復調回路25b、コンパレータ28、検査信号入力端子22a、共振強度信号出力端子22b、および同期信号出力端子22cを有する。
検査信号入力端子22aは、検査用の信号を送るコンピュータ31と接続するための端子である。入力された検査用の信号は、インタフェース23を介して制御装置24に入力される。検査信号入力端子22aおよびインタフェース23は、例えばRS232C規格に準拠してデータの送受信を行う。
制御装置24は、コンピュータ31から入力された信号からコマンドを解釈して、変調回路25a、アンプ26aを介してリーダライタアンテナ21からRFIDタグ5へコマンドを送信する。このコマンドとしては、例えばデータ書込コマンド、データ読込コマンドなどがある。
変調回路25aは、制御装置24から送られるコマンドをRFIDタグ5が受信できる信号に変調する回路である。この変調は、例えばISO14443規格の無線通信規格に沿って行う。変調回路25aが発生した信号は、アンプ26aにより増幅された上でリーダライタアンテナ21へ送られる。
発振器27は、変調回路25aが変調を行う際に、キャリアとなる周波数(例えば、13.56MHz)の波形を生成する部分である。
復調回路25bは、RFIDタグ5から送られ、アンプ26bで増幅された信号を、前記したISO14443規格に従って復調する回路である。復調された信号は、コンパレータ28へ出力されるとともに、共振強度信号出力端子22bから出力可能となっている。
コンパレータ28は、復調回路25bで復調された信号を2値化する。すなわち、所定のしきい値を境にして、しきい値より大きい電圧を所定電圧、小さい電圧を0にする。コンパレータ28で2値化された信号は、制御装置24へ出力されるとともに、同期信号出力端子22cから出力可能となっている。
前記した共振強度信号出力端子22bおよび同期信号出力端子22cは、オシロスコープ32に接続され、これらの端子から出力される信号を見ることができる。また、磁界検出用コイル15の開放端子16も、オシロスコープ32へ接続され、磁界検出用コイル15の周りに発生した磁界の強さを見ることができる。
以上のように構成された検査装置1の使用方法および動作について図1および図2を参照しながら説明する。
まず、検査信号を検査装置1に入力するためのコンピュータ31を検査信号入力端子22aに接続する。そして、開放端子16、共振強度信号出力端子22b、および同期信号出力端子22cにオシロスコープ32を接続する。
その後、RFIDタグ5を設置する前に、コンピュータ31から検査信号、例えば磁界のON/OFFコマンド、データ書込コマンド、データ読込コマンドなどを入力しながら、磁界の強さが所望の検査条件になるように、タグ設置台14の位置(高さ)を調節する。例えば、磁界検出用コイル15の位置で、5A/mの磁界強度になるように、開放端子16の起電力を見ながらツマミ13aを回してタグ設置台14の高さを調節する。
次に、RFIDタグ設置部14bに、RFIDタグ5を設置する。そして、コンピュータ31から検査信号を入力すると、この検査信号は、制御装置24によりコマンドとして解釈され、変調回路25a、アンプ26aを介してリーダライタアンテナ21からRFIDタグ5へ向けて送信される。ISO14443規格では、この送信に使用する磁界変化の周波数は13.56MHzである。RFIDタグ5のタグアンテナ5c(図3参照)は、この13.56MHzの周波数の磁界変化に共振するように設計されており、設計通りに製造されていれば強く共振し、RFIDタグ5の周辺の磁界変化を強める方向に働く。一方、タグアンテナ5cの厚みなどが設計値からずれていると、タグアンテナ5c自体の共振周波数が13.56MHzからずれ、このずれの分だけRFIDタグ5の周辺の磁界変化を弱める方向に働く。
多数のRFIDタグ5で開放端子16の発生する起電力(これを、「開放端子電圧」という。)を測定した結果が図4である。図4は、開放端子電圧と最大通信距離の関係を示すグラフであり、横軸に外部磁界5A/mのときの開放端子16の電圧をとり、縦軸に、タグ設置台14の高さを変えたときの最大の通信距離をとっている。図4に示すように、開放端子電圧は、1.4Vから2.7Vの範囲に分布し、最大通信距離は、開放端子電圧の強さに応じて大きくなっている。すなわち、開放端子電圧が1.4Vと低いときには、15.4mmが最大通信距離となり、開放端子電圧が2.7Vと高いときには、18.5mmと最大通信距離が大きくなっている。
このように、開放端子電圧をオシロスコープ32で見ることで、開放端子電圧の高さからRFIDタグ5が設計通りの共振周波数を有しているか否かを確認することができる。
また、共振強度信号を見るだけでは、RFIDタグ5の共振周波数が高い方にずれているか、低い方にずれているかを知ることができないが、開放端子電圧を合わせて見ることで、そのずれの方向を知ることができる。次に、共振強度信号について、図5を参照しながら説明する。
図5は、開放端子電圧、共振強度信号出力端子電圧、および同期信号出力端子電圧をオシロスコープで表示した画面の図である。
図5において、上段のグラフは、開放端子電圧を示し、中段は、共振強度信号出力端子電圧、下段は、同期信号出力端子電圧を示す。
上段の開放端子電圧は、前記したように、その大きさ(振幅)が大きいほど検査中のRFIDタグ5の共振周波数が13.56MHzに合っていることを示す。
中段の共振強度信号出力端子電圧は、リーダライタアンテナ21に流れている信号により、RFIDタグ5が13.56MHzに共振している状態をみており、左側の波形は、リーダライタ20からRFIDタグ5へ向けて信号を送っているときの波形、右側の波形は、RFIDタグ5からリーダライタ20へ向けて信号を送っているときの波形を示す。
RFIDタグ5が発する負荷変調信号は、RFIDタグ5の内部抵抗の切換えにより、13.56MHzまたは13.56MHzから僅かにずれた周波数の信号を発生するよう設計されている。そのため、タグアンテナ5c自体の共振周波数が設定値より高い方にずれた場合、もしくは低い方にずれた場合には、RFIDタグ5が発生する信号の強度、すなわちリーダライタアンテナ21で受けた信号の強度(振幅)はともに弱くなる。
これを、図6を参照して詳細に説明する。
図6は、周波数と共振強度信号または開放端子電圧の振幅の関係の一例を示したものであり、(a)はタグアンテナの周波数が適切な場合、(b)はタグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合、(c)はタグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合を示す。
図6(a)に示すように、タグアンテナの共振周波数が適切な場合、IC内の抵抗がONの状態の共振信号、つまり共振強度信号は、13.56MHzで最大になる。一方、IC内の抵抗がOFFの状態の共振信号、つまり開放端子電圧は、13.56MHzより僅かに低い周波数で振幅が最大になる。
そして、図6(b)に示すように、タグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合には、共振強度信号は、最大値からずれるため弱くなり、開放端子電圧は、最大値に近付くため強くなる。
また、図6(c)に示すように、タグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合には、共振強度信号は、最大値からずれるため弱くなり、開放端子電圧も、最大値から離れていくため弱くなる。
このように、共振強度信号は、タグアンテナの共振周波数が高い方にずれても、低い方にずれても弱くなるため、共振強度信号だけを見てもタグアンテナの共振周波数のずれの方向は分からない。しかし、開放端子電圧は、タグアンテナの共振周波数が高い方にずれると強くなり、低い方にずれると弱くなるので、共振強度信号に合わせて開放端子電圧を見ることでタグアンテナの共振周波数のずれの方向を知ることができる。
下段の同期信号出力端子電圧は、リーダライタ20からRFIDタグ5へ信号を送るとき、RFIDタグ5からリーダライタ20へ信号を送るときのいずれも、リーダライタ20またはRFIDタグ5が信号を発するタイミングでパルス信号を発している。この同期信号は、開放端子電圧、共振強度信号を見るタイミングを示すものであり、開放起電力、共振強度信号を別途のコンピュータで処理する場合などに利用できる。
このように、実施形態に係る検査装置1によれば、RFIDタグ5の共振周波数の精度を、タグ設置台14に設けた磁界検出用コイル15に発生する起電力の強さで調べることができる。また、開放端子電圧の強度が所定値から大きい方、小さい方のどちらにどれだけずれているかを見ることで、RFIDタグ5の共振周波数のずれの方向および程度を知ることができる。
また、リーダライタアンテナ21に対するタグ設置台14の高さを可変とすることで、所望の磁界強度で検査ができるとともに、高さを変えつつ通信テストを行うことで、最大通信距離を測定することもできる。
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。例えば、実施形態においては、RFIDタグ設置部14bは、RFIDタグ5を載置する形態としたが、リーダライタアンテナ21と磁界検出用コイル15を上下ではなく、左右に対向させて配置し、RFIDタグ5を磁界検出用コイル15の近傍に差し込む形で支持させてもよい。
また、タグ設置台14は、タグアンテナ5cがリーダライタアンテナ21と対向するように配置できれば、その支持の仕方は任意であり、ベース11とは別の支持部材で支持してもよい。
さらに、実施形態においては、基板にICチップ5bを設けた形のRFIDタグ5を例に挙げたが、ICカードなどのカード型のRFIDタグにも同様に適用することができる。
また、実施形態の検査装置1は、タグ設置台14の上下動、開放端子電圧、共振強度信号の評価などを手動、目視で行っていたが、これらを自動化することもできる。例えば、所望の磁界強度になるまでねじ軸13をアクチュエータで駆動したり、開放端子電圧、共振強度信号の評価をコンピュータにより行ったりすることもできる。
実施形態に係るRFIDタグの検査装置の斜視図である。 実施形態に係る検査装置のブロック構成図である。 RFIDタグの一例を示す平面図である。 開放端子電圧と最大通信距離の関係を示すグラフである。 開放端子電圧、共振強度信号出力端子電圧、および同期信号出力端子電圧をオシロスコープで表示した画面の図である。 図6は、周波数と共振強度信号または開放端子電圧の振幅の関係の一例を示したものであり、(a)はタグアンテナの周波数が適切な場合、(b)はタグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合、(c)はタグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合を示す。
符号の説明
1 検査装置
5 RFIDタグ
5b ICチップ
5c タグアンテナ
14 タグ設置台
14b RFIDタグ設置部
15 磁界検出用コイル
16 開放端子
20 リーダライタ
21 リーダライタアンテナ
22a 検査信号入力端子
22b 共振強度信号出力端子
22c 同期信号出力端子
31 コンピュータ
32 オシロスコープ

Claims (3)

  1. 所定の共振周波数のコイル状のタグアンテナを有するRFIDタグの検査装置であって、
    コイル状のリーダライタアンテナを有し、このリーダライタアンテナを介して前記RFIDタグとの間で前記共振周波数によりデータを送受信可能なリーダライタと、
    前記タグアンテナが前記リーダライタアンテナとの送受信波の届く範囲に位置するように前記RFIDタグを設置可能なRFIDタグ設置部と、
    前記タグアンテナが配置される位置に沿って設けられ、開放端子を有する磁界検出用コイルと、
    を備えることを特徴とするRFIDタグの検査装置。
  2. 前記RFIDタグ設置部は、前記リーダライタアンテナとの距離を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項1に記載のRFIDタグの検査装置。
  3. 前記リーダライタは、前記リーダライタが送信したデータに応じて前記RFIDタグが発生した負荷変調を、前記リーダライタアンテナで受信して得た共振強度信号を出力する共振強度信号出力端子を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のRFIDタグの検査装置。
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