JP2006042268A - 電子タグ認証装置、および電子タグとの通信調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 他のリーダ／ライタとの間の干渉を軽減し、電子タグの認証精度を向上させる。
【解決手段】 複数の素子アンテナのそれぞれに対する給電信号の振幅と位相を変化させることによってアンテナの合成指向性を変化させ、電子タグリーダ／ライタ相互間の干渉を軽減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品に付加された電子タグの認証方式に係り、さらに詳しくは電子タグ認証装置のアンテナの指向性を変化させることによって、電子タグの認証精度を向上させ、他の電子タグ認証装置からの干渉を軽減させることができる電子タグ認証装置、および電子タグとの通信調整方法を提供することである。

近年生産や流通の分野において、部品や在庫の管理システムとしてＲＦＩＤ（ラジオ・フリケンシー・アイデンティフィケーション）方式が注目されている。例えばこのようなＲＦＩＤを用いて、ショーケース中で電子タグが付加された物品の管理を行うにあたり、例えばショーケース毎に異なるリーダ／ライタを用いる場合には、ショーケースの配置にもよるが、他のリーダ／ライタとの間での干渉などのためにタグの認証精度が低下するという問題点があった。

このような電子タグやＩＣカードのデータ読み取りに関する従来技術として次の文献がある。
特開２０００−２４２７４２号公報 「質問器システム」 特開２００３−２８３３６７号公報 「質問器システム」

これらの文献には移動するＩＣカードに対して複数のリーダ／ライタを用いて質問を行うシステムが開示されており、特許文献１には一方のリーダ／ライタが他方のリーダ／ライタからの送信無線信号が無信号状態であることを検出した時に質問信号を送信することにより、リーダ／ライタ間での送信信号の干渉を防止する技術が開示されている。

特許文献２には、複数のリーダ／ライタに対応する各アンテナの通信可能領域を重複させて設けて、各リーダ／ライタのアンテナによる送受信を同期させることによって、通信可能領域を拡大させながら、１つのリーダ／ライタに他のリーダ／ライタからの送信信号が受信される干渉を防止できるシステムが開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では複数のリーダ／ライタを同時に動作させることはできず、また本発明における問題点を解決するためには通信可能領域をむしろ限定することが必要であり、特許文献２の技術を適用することもできなかった。

本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、例えば複数の電子タグ認証装置が近接して同時に用いられるような場合に、電子タグ認証装置相互間での干渉を軽減し、各装置が認証対象とする電子タグの読み取りや書き込み精度の向上を図ることである。

図１は、本発明の電子タグ認証装置の原理構成ブロック図である。同図は物品に付加された電子タグの内容を認証する電子タグ認証装置の原理構成ブロック図であり、認証装置１は電子タグの内容を認証するために電波を放射するアンテナの指向性を変化させるアンテナ指向性変化手段２を備える。

発明の実施の形態においては、アンテナが複数の素子アンテナ３_a、３_b．．によって構成されると共に、アンテナ指向性変化手段２が複数の素子アンテナにそれぞれ対応し、それぞれの素子アンテナへの給電信号の振幅と位相とを調整可能な複数の給電手段４_a、４_b．．を備えることもでき、またこの場合複数の給電手段が、予めアンテナの指向性への影響が既知のものの中から、望まれる指向性に対応して入れ換えて使用されることもできる。

また実施の形態においては、アンテナが複数の素子アンテナによって構成されると共に、アンテナ指向性変化手段２がそれぞれ複数の素子アンテナへの信号の振幅と位相とを調整可能な複数の給電手段と、その複数の給電手段と複数の素子アンテナとの接続状態を変化させるスイッチング手段とを備えることもでき、この場合給電手段が外部から電気的に制御可能な移相器と電力分配器とを備えることもでき、あるいは給電手段がＴ字型給電ネットワークによって構成されることも、またはハイブリッド型給電ネットワークによって構成されることもできる。

次に本発明において物品に付加された電子タグと電子タグ認証装置との間の通信の調整方法として、電子タグ認証装置の読み取り範囲の境界の内側にタグの内容が既知の物品を配置し、前述の読み取り範囲に隣接する範囲を読み取り対象とする他の電子タグ認証装置の動作中に既知のタグ内容が正しく読み取れるように、自認証装置のアンテナの指向性を変化させる方法が用いられる。

本発明によれば、電子タグ認証装置のアンテナの指向性を変化させて、電子タグの読み取りや書き込みを行うことにより、他の電子タグ認証装置との間の干渉を軽減し、電子タグの認証の精度を向上させることができ、物品管理の性能向上に寄与するところが大きい。

図２は、本発明の電子タグ認証装置の基本的な構成を示すブロック図である。同図において電子タグ認証装置は、例えば物品に付加されたＲＦＩＤの認証を行うＲＦＩＤリーダ／ライタに相当するが、電子タグの読み取り、および書き込みに際してアンテナの指向性の調整は同様に行われる。その意味で以下の説明においては電子タグとしてのＲＦＩＤの読み取りを中心として発明の実施形態を説明する。

図２において電子タグ認証装置、例えばＲＦＩＤリーダ／ライタは本体１０と給電ネットワーク１１、複数の素子アンテナ１２_a、１２_b、およびパソコン１３によって構成される。本体１０の内部にはＲＦＩＤの認証を制御するための制御部１４、アンテナによって電波を送受信するためのＲＦ送受信部１５、ＲＦ送受信部１５と各素子アンテナ、例えば１２_aとの間に接続され、給電ネットワーク１１を構成する可変抵抗器１６_a、移相器１７_aなどによって構成される。

図２において各素子アンテナ１２_a、１２_bにそれぞれ接続された可変抵抗器、および移相器によって抵抗、および位相を変化させることによって、例えば素子アンテナ１２_aに与えられる給電信号の振幅、および位相が変化させられ、２つの素子アンテナ１２_a、１２_bによって構成されるアンテナの合成指向性が変化することによって、例えば近接するリーダ／ライタからの干渉を軽減させ、ＲＦＩＤの認証精度を向上させることが可能となる。

図３は、複数の給電ネットワークを切り替えるＲＦＩＤリーダ／ライタ装置の構成ブロック図である。同図においてＲＦ送信部１５と複数の素子アンテナ１２_a、１２_bの間に複数の給電ネットワーク１１と、これら複数の給電ネットワークの接続状態を、ＲＦ送受信部１５と素子アンテナ１２_a、１２_bとの間で切り替えるスイッチング回路１８、およびこれらのスイッチング回路を制御するスイッチ制御部１９が備えられている。なお複数の給電ネットワークを切替える代わりに、例えばアンテナの合成指向性への影響が既知の給電ネットワークの中から適切なものを選択して入れ替えて使用することも当然可能である。

図４、および図５は図３における給電ネットワーク１１の具体例の説明図である。これらは、例えばマイクロストリップラインを利用した給電ネットワークであり、図４はＴ字型給電ネットワークを示し、図５はハイブリッド型給電ネットワークを示す。これらの給電ネットワークによって入力信号は２つの出力信号に分岐されて出力される。給電ネットワークのマイクロストリップラインの構成により、２つの出力信号の振幅を変化させたり、あるいは位相差をつけることが可能となる。

例えば図４のＴ字型給電ネットワークでは、入力信号が右側と左側に分岐して幅の狭いインピーダンス変換回路を通るが、このラインの幅を変化させることにより、右側に出力される信号と左側に出力される信号の振幅を変えることができる。例えば右側のラインの幅をさらに狭くすることによって右側に出力される信号のパワー、すなわち振幅が小さくなる。

インピーダンス変換回路の後に信号が通る幅の広い部分、すなわち給電ラインの長さを右側と左側で変えることによって２つの出力信号の間の位相差を９０度、１８０度のように変化させることができる。

図６は、電気的に制御される移相器と電力分配器とを備える給電ネットワークの構成例の説明図である。この給電ネットワークは、図４におけるＴ字型給電ネットワークに相当するものであるが、前述の右側と左側の給電ラインのうち、左側の給電ラインに移相回路１７が設けられ、この移相回路１７が制御モータ２１を介してパソコン１３によって制御されることにより、２つの出力信号の位相差が制御される。

また前述のインピーダンス変換回路が、それぞれ幅の狭い２本のマイクロストリップラインによって構成され、インピーダンス変換回路の両端にはＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）回路２２としての微小な機械的スイッチが取り付けられ、このスイッチのオン／オフがパソコン１３によって制御されることによって、図４で説明した給電ラインの幅を変えて２つの出力信号の振幅を変化させる制御が行われる。

続いて以上のようなＲＦＩＤリーダ／ライタに接続されたアンテナの指向性変化についてショーケースの配置例に対応させて説明する。図７から図９は、ショーケースの配置例である。図７の第１の配置例では、３つのショーケースが横に並べられ、それぞれのショーケース内に配置され、ＲＦＩＤが付加された物品からそれぞれ２つの素子アンテナを用いてＲＦＩＤの内容の認証が行われる。ここで２つの素子アンテナは例えば図３における素子アンテナ１２_a、１２_bであり、それぞれ給電ネットワーク１１に有線で接続されている。

例えば中央のショーケース内の物品に対するＲＦＩＤの読み取りを行っている時に、右側のショーケースに対しても他のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置によってＲＦＩＤの読み取りが行われる場合にも２つのリーダ／ライタの間の干渉をできるだけ軽減させて、ＲＦＩＤの読み取りを精度良く行うことが必要となる。なお、この第１の配置例の図において下側には物品の販売員が、上側には物品を買おうとする顧客がいるものとし、販売員はショーケース内に置かれている２つの素子アンテナに近い側からＲＦＩＤの読み取りを行うものとする。

図８は、ショーケースの第２の配置例を示す。同図においては、顧客は２つのショーケースの間の広い範囲にいるものとし、販売員はショーケースのそれぞれ外側で２つの素子アンテナに近い位置からＲＦＩＤの読み取りを行うものとする。

図９の第３の配置例においては、販売員は３つのショーケースの内側からＲＦＩＤの読み取りを行うものとし、顧客はショーケースの外側にいるものとする。なお、これらの３つの配置例におけるＸ、Ｙ軸は後述の合成指向性を示すＸＹ平面を決定する軸に相当する。

図１０は、各ショーケース内に配置される２つの素子アンテナを示す。これらの素子アンテナは、例えば逆Ｆアンテナ素子であり、２つの素子アンテナはＲＦＩＤの認証に用いられる電波の半波長離れた位置に設置されているものとする。なお、図１０のＡ、およびＢは、図１１から図１３で説明する合成指向性の図における２つの素子アンテナに与えられる給電信号の振幅と位相の関係の説明に用いられる。

図１１は、図７の第１のショーケース配置例に対応するアンテナの合成指向性の説明図である。同図において実線と点線は、それぞれ原点からの距離を一定とした場合の角度（方向）に対応する電界の成分Ｅθ、およびＥφを示す。ここでθ、およびφは、球座標系の座標に対応する。なおこの合成指向性は２つの素子アンテナが原点に置かれた場合の遠方解を示す。

図１１では、ＡとＢに対する振幅は共に１で、２つの素子アンテナに与えられる給電信号の振幅は等しく、これに対して位相は、Ａに対して０度、Ｂに対して１８０度、すなわちＢ側の素子アンテナに与えられる給電信号の位相はＡ側の素子アンテナに与えられる給電信号の位相より１８０度進んだ状態となっていることを示す。

図１１において図７のショーケース配置例と比較すると、隣接するショーケースの方向、すなわちＹ軸方向に対しては、電界ベクトルの大きさがほとんど０となっている。すなわちＹ軸方向にＮＵＬＬが向けられることによって、隣接のショーケースとの間でのＲＦＩＤリーダ／ライタ相互間の干渉が軽減される。

図１２は、図８の第２のショーケース配置例に対応するアンテナの合成指向性の説明図である。同図において２つの素子アンテナに供給される給電信号の振幅は等しく、位相差は０であるが、この状態においてＸ方向、すなわち相手側のショーケースの方向に対しては指向性のＮＵＬＬが向けられており、これによって２つのショーケース内の物品に対するＲＦＩＤリーダ／ライタ相互間の干渉を軽減することができる。

図１３は、図９の第３のショーケース配置例に対応する合成指向性の説明図である。同図においては、Ｘ軸を中心として±９０度の範囲内において電界ベクトルの値は比較的大きな値を維持しており、それぞれのショーケース内の物品のＲＦＩＤを正しく読み取れることがわかる。例えば給電信号の振幅を調整することによって、ＲＦＩＤの読み取り範囲をそれぞれのショーケース内部に限定することも可能となる。なお、この図では、２つの素子アンテナに供給される給電信号の振幅は同じであり、位相差は９０度となっている。

図１４は、本実施形態における電子タグとの通信の調整方法の説明図である。本実施形態において、例えば前述のショーケースの中で隣接するショーケースとの境界の近くに予めＲＦＩＤの値が既知である物品を配置して、その内容を正しく読み取れるようにアンテナの指向性を調整することによって電子タグとの通信の調整が行われる。

図１４において調整動作が開始されると、まずステップＳ１で前述のように電子タグの内容が既知である物品がタグ読み取り範囲の境界の内側に配置され、ステップＳ２でタグの内容が読み取られ、ここで読み取られたタグの内容は当然既知の内容と一致するものとする。

続いてステップＳ３で、例えば隣接するショーケースに対応するＲＦＩＤリーダ／ライタの動作中に自リーダ／ライタのアンテナの指向性が調整され、電子タグ、すなわちＲＦＩＤの内容が読み取られ、ステップＳ４で読み取られた内容が正しいか否かが判定され、正しくない場合には再びステップＳ３に戻り、アンテナの指向性の調整とタグの内容の読み取りが行われ、ステップＳ４で読み取り結果が正しいと判定されると動作を終了する。

本発明の電子タグ認証装置の原理構成ブロック図である。 本発明の電子タグ認証装置の基本構成ブロック図である。 複数の給電ネットワークを切り替えるＲＦＩＤリーダ／ライタの構成ブロック図である。 Ｔ字型給電ネットワークの説明図である。 ハイブリッド型給電ネットワークの説明図である。 電気的に制御される移相器、および電力分配器を備える給電ネットワークの説明図である。 ショーケースの第１の配置例を示す図である。 ショーケースの第２の配置例を示す図である。 ショーケースの第３の配置例を示す図である。 ショーケース内に配置される２つの素子アンテナを示す図である。 図７に対するアンテナの合成指向性の例を示す図である。 図８に対するアンテナの合成指向性の例を示す図である。 図９に対するアンテナの合成指向性の例を示す図である。 電子タグとの通信調整方法のフローチャートである。

符号の説明

１ 電子タグ認証装置
２ アンテナ指向性変化手段
３、１２ 素子アンテナ
４ 給電手段
１０ 認証装置本体
１１ 給電ネットワーク
１３ パソコン
１４ 制御部
１５ ＲＦ送信部
１６ 可変抵抗器
１７ 移相器
１８ スイッチング回路
１９ スイッチ制御部
２１ 制御モータ

Claims (8)

1. 物品に付加された電子タグの内容を認証する電子タグ認証装置であって、
   該電子タグの内容を認証するために電波を送受信するアンテナの指向性を変化させるアンテナ指向性変化手段を備えることを特徴とする電子タグ認証装置。
2. 前記アンテナが複数の素子アンテナによって構成されると共に、
   前記アンテナ指向性変化手段が、該複数の素子アンテナにそれぞれ対応し、それぞれの素子アンテナへの給電信号の振幅と位相とを調整可能な複数の給電手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電子タグ認証装置。
3. 前記複数の給電手段が、予めアンテナの指向性への影響が既知のものの中から、望まれる指向性に対応して入れ換えて使用されることを特徴とする請求項２記載の電子タグ認証装置。
4. 前記アンテナが複数の素子アンテナによって構成されると共に、
   前記アンテナ指向性変化手段が、それぞれ複数の素子アンテナへの給電信号の振幅と位相とを調整可能な複数の給電手段と、該複数の給電手段と複数の素子アンテナとの接続状態を変化させるスイッチング手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の電子タグ認証装置。
5. 前記給電手段が、外部から電気的に制御可能な移相器と電力分配器とを備えることを特徴とする請求項４記載の電子タグ認証装置。
6. 前記給電手段が、Ｔ字型給電ネットワークによって構成されることを特徴とする請求項４記載の電子タグ認証装置。
7. 前記給電手段が、ハイブリッド型給電ネットワークによって構成されること特徴とする請求項４記載の電子タグ認証装置。
8. 物品に付加された電子タグとの通信の調整方法であって、
   該通信を行うための電子タグ認証装置の読み取り範囲の境界の内側にタグの内容が既知の物品を配置し、
   前記読み取り範囲に隣接する範囲を読み取り対象とする他の電子タグ認証装置の動作中に、該既知のタグ内容が正しく読み取れるように自認証装置のアンテナの指向性を変化させることを特徴とする電子タグとの通信調整方法。

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