JP2008244569A

JP2008244569A - Ｒｆｉｄタグ読取装置

Info

Publication number: JP2008244569A
Application number: JP2007078874A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kuwako; 祐治桑子; Masaru Tabata; 勝田幡; Shosuke Sato; 正亮佐藤; Takeshi Shimamoto; 岳島本; Naohito Matsumoto; 尚人松本
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-09
Also published as: CN101276397A; US20080238682A1

Abstract

【課題】読み取り精度及び設置作業性が良好なＲＦＩＤタグの読取装置を提供する。
【解決手段】読取装置の制御ユニット１００は、高周波回路からアンテナユニット２００に出力する高周波信号に、アンテナ切替用の制御信号を重畳する。アンテナユニット２００は、該重畳信号を高周波信号及び制御信号に分離する分離手段２２１，２３１，２３２と、ループアンテナ２１１，２１２を切り替えるスイッチ回路２４２と、分離手段により分離された制御信号に基づきスイッチ回路２４２を制御する制御回路２５０とを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、物流などの分野で流通物に貼付されるＲＦＩＤタグから該ＲＦＩＤタグに設定された固有番号を非接触で読み取るＲＦＩＤタグ読取装置に関する。

この種のＲＦＩＤタグ読取装置（以下単に「読取装置」と言う。）は、ＲＦＩＤタグとの通信用のアンテナと、該アンテナに接続した高周波回路とが必須の構成要素である。これらの構成要素は、読取装置の使用用途等に応じて種々の実装形態が採用される。例えば特許文献１に示すように、店舗の棚に陳列されている商品に貼付されているＲＦＩＤタグを読み取る事を目的とした場合には、棚板の上面又は底面に該棚板とほぼ同面積の薄型のアンテナユニットを付設する。高周波回路は棚の適当な箇所に付設した筐体に収容される。高周波回路とアンテナユニットとは所定の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルで接続される。アンテナユニットは、ループアンテナと、インピーダンス整合を図る整合回路とを備えている。このような読取装置では、棚に陳列されている多数の商品についてＲＦＩＤタグを順次読み取り、読み取ったデータをコンピュータなどの機器に送信する。
特開２００１−１１８０３７

ところで、上述したように棚に陳列されている商品のＲＦＩＤタグを読み取る場合には、棚の材質や棚に陳列されている商品の材質・数量・向きなどにより共振周波数やアンテナのインピーダンスが変動し、インピーダンス整合が取れなくなる場合がある。その結果、ＲＦＩＤタグの十分な読み取り精度が得られない場合があった。この問題を解消するために、１つのアンテナユニット内に複数のアンテナを内蔵させる方法が考えられる。しかし、アンテナを切り替えるための制御信号用の信号線を前記高周波信号伝送用の同軸ケーブルとは別に設けると、設置作業性に煩雑になるという問題がある。

一方、特許文献１に記載のものでは、棚毎にアンテナを切り替えるスイッチを備えているが、このスイッチを制御するための信号線が必要となる。このため、設置作業性に煩雑になるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、読み取り精度及び設置作業性が良好なＲＦＩＤタグの読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願では、ＲＦＩＤタグとの通信用の複数のアンテナと、ＲＦＩＤタグとの通信用信号を処理する高周波回路と、アンテナ及び高周波回路とを接続する信号線とを備えたＲＦＩＤタグの読取装置において、高周波回路からアンテナに出力する高周波信号にアンテナ切替用の制御信号を重畳する重畳手段と、信号線を介して重畳手段から入力された重畳信号を高周波信号及び制御信号に分離する分離手段と、分離手段により分離された制御信号に基づきアンテナを切り替えるアンテナ切替手段とを備えたことを特徴とするものを提案する。

本発明によれば、複数のアンテナを備えているのでＲＦＩＤタグの読み取り精度が向上する。また、本発明によれば、アンテナ切替用の制御信号が高周波信号を伝搬する信号線上に重畳されるので、制御信号伝送用の信号線を設ける必要がない。すなわち高周波回路側とアンテナ側との間の配線を増やす必要がない。これにより、良好な設置作業性が得られる。

高周波信号に制御信号を重畳させる方法、換言すれば、高周波信号を伝送する信号線を多重化させる方法としては種々のものを利用できる。

重畳方法の一例として本願では、前記重畳手段は高周波信号の出力を所定時間停止させるとともに該停止時間内にデジタル化した制御信号を出力し、前記分離手段はフィルタ回路により高周波信号と制御信号を分離し、前記アンテナ切替手段は分離手段により分離された制御信号を保持する保持手段を備えるとともに、該保持手段により保持された制御信号に基づきアンテナを切り替えることを特徴とするものを提案する。この方法は一種の時分割多重方式であり、高周波信号を停止している時間帯に制御信号をデジタル信号として伝送する。高周波信号と制御信号とでは通常異なる周波数帯域となるので、アンテナ側のフィルタ回路で高周波信号と制御信号が分離可能である。そして分離した制御信号に基づきアンテナを切り替える。なお、この方法では制御信号の伝送は間欠的となるので、アンテナ側に制御信号の保持手段を設け、保持した制御信号に基づき整合回路の定数を調整制御している。また、この方法では、アンテナ側には制御信号の保持手段等に電源が必要となる場合がある。そこで、本願では、前記重畳手段は重畳信号に直流バイアスをかけ、前記分離手段は重畳信号からバイアス電流を分離するとともに該バイアス電流を電源として前記保持手段に供給することを特徴とするものを提案する。

また、本発明の好適な態様の一例として、本願では、複数のアンテナは、１つのアンテナユニット内に配置された複数のループアンテナからなることを特徴とするものを提案する。さらに、本願では、複数のアンテナユニットをデイジーチェーン接続したことを特徴とするものを提案する。

以上説明したように本発明によれば、複数のアンテナを備えているのでＲＦＩＤタグの読み取り精度が向上する。また、本発明によれば、アンテナ切替用の制御信号が高周波信号を伝搬する信号線上に重畳されるので、制御信号伝送用の信号線を設ける必要がない。すなわち高周波回路側とアンテナ側との間の配線を増やす必要がない。これにより、良好な設置作業性が得られる。

（第１の実施の形態）
本願発明の一実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置について図面を参照して説明する。図１はＲＦＩＤタグ読取装置の全体構成図、図２は制御ユニットの機能ブロック図、図３はアンテナユニットの構成図、図４はアンテナユニットの機能ブロック図である。

本実施の形態に係る読取装置は、ショーケース１に陳列されている商品１０に付設されているＲＦＩＤタグ１１から該ＲＦＩＤタグ１１の固有番号を読み取る用途で用いるものとする。一般的にショーケース１の商品棚２は電磁場の形成に大きな影響を与える金属製である。また、商品棚２には種々の材質の商品１０が陳列され、しかも商品１０の陳列数も絶えず変化する。このため、商品棚２に陳列した全ての商品１０についてＲＦＩＤタグ１１を読み取るには、読取装置の設置時や運用時において調整作業が必要となる。本実施の形態に係る読取装置ではアンテナのインピーダンス整合調整を行う。

ショーケース１は、商品１０を陳列するための複数段の商品棚２と、商品１０を冷却するための冷却機構（図示省略）とを備えている。冷却機構については従来周知のものと同様なのでここでは説明を省略する。各商品棚２の上面には、陳列されている商品１０のＲＦＩＤタグ１１と通信するためのアンテナユニット２００が設けられている。アンテナユニット２００は、各商品棚２の上面において左右に２つずつ並設されている。また、ショーケース１は、各アンテナユニット２００に１対１で接続した制御ユニット１００と、各制御ユニット１００を集中制御する集中制御装置３００とを備えている。制御ユニット１００は、接続する各アンテナユニット２００を用いてＲＦＩＤタグ１１から該タグに予め設定されている固有番号を読み取る。集中制御装置３００は、各制御ユニット１００で読み取ったＲＦＩＤタグ１１の固有番号を集計し、該集計データを店舗に設置されたコンピュータ５０に送信する。本実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置は、前記制御ユニット１００とアンテナユニット２００とを同軸ケーブル４００で接続したものである。

制御ユニット１００は、図２に示すように、集中制御装置３００と接続するための通信インタフェイス１０１と、ＲＦＩＤタグ１１との通信を制御するタグ通信制御部１０２と、タグ通信制御部１０２の出力信号を高周波信号に変調する変調回路１１１と、搬送波を生成する発振回路１１２と、高周波信号を増幅する増幅回路１２０と、増幅回路１２０からの高周波信号に直流バイアスを印加する直流バイアス印加回路１３０と、混合器１４０と、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を計測する定在波比計測回路１５０とを備えている。定在波比計測回路１５０はコネクタ（図示省略）及び同軸ケーブル４００を介してアンテナユニット２００に接続している。また、制御ユニット１００は、アンテナユニット２００から受信した高周波信号を増幅する増幅回路１６０と、高周波信号から通信信号を復調する復調回路１１３とを備えている。さらに、制御ユニット１００は、インピーダンス調整用及びアンテナ切替制御用の制御信号を生成する制御信号生成部１７０と、制御信号生成部１７０で生成された制御信号をデジタル信号化するエンコード部１８０とを備えている。該エンコード部１８０の出力信号は前記混合器１４０により混合される。なお、前記変調回路１１１・復調回路１１３・発振回路１１２は、専用の通信用ＩＣ１１０に実装されている。

制御信号生成部１７０は、タグ通信制御部１０２からインピーダンス調整指示信号又はアンテナ切替指示信号を受信した時のみ、インピーダンス調整用の制御信号又はアンテナ切替用の制御信号を生成・送出する。インピーダンス調整用の制御信号は、定在波比計測回路１５０で計測される定在波比が最小となるようにフィードバック制御で生成する。また、アンテナ切替用の制御信号は、タグ通信制御部１０２からのアンテナ切替指示に基づき生成する。

アンテナユニット２００は、図３に示すように、薄型箱状の筐体２０１の内部に配置された２つのループアンテナ２１１，２１２と、該ループアンテナ２１１，２１２と接続した回路部２２０とを備えている。各ループアンテナ２１１，２１２は、磁束の中心軸がそれぞれ筐体２０１の厚み方向となるように並設されている。なお、図３は筐体２０１の上面の蓋体を取り外した図である。なお、本実施の形態では、１つのアンテナユニット２００に２つのループアンテナ２１１，２１２を設けたが、アンテナユニット２００の大きさ・周波数帯域等に応じて３つ以上設けるようにしてもよい。

また、アンテナユニット２００は、図４に示すように、コネクタ（図示省略）を介して同軸ケーブル４００と接続した交流直流分離回路２２１と、交流直流分離回路２２１で分離された直流信号を安定化させる電源回路２２２と、交流直流分離回路２２１で分離された交流信号の高周波帯域を通過させるハイパスフィルタ２３１と、低周波帯域通過させるローパスフィルタ２３２と、インピーダンス整合回路２４１と、接続するループアンテナ２１１，２１２を切り替えるスイッチ回路２４２と、整合回路２４１の定数制御及びスイッチ回路２４２の切替制御を行う制御回路２５０とを備えている。

前記交流直流分離回路２２１は、制御ユニット１００から受信した信号を直流成分と交流成分とに分離する。分離された直流成分の電圧は、制御ユニット１００の直流バイアス印加回路１３０で印加されたバイアス値となる。分離された交流成分は、送信側の増幅回路１２０から出力された高周波信号又はエンコード部１８０から出力されたデジタル信号である。交流直流分離回路２２１により分離された直流信号は、電源回路２２２により安定化され制御回路２５０の電源として供給される。

前記ハイパスフィルタ２３１は、少なくとも増幅回路１２０からの高周波信号を通過させる。また、ローパスフィルタ２３２は、少なくともエンコード部１８０の出力信号を通過させる。すなわち、該ハイパスフィルタ２３１及びローパスフィルタ２３２は、ＲＦＩＤタグ１１との通信用の高周波信号と制御信号とを分離させる分離回路として機能する。

制御回路２５０は、図５に示すように、ローパスフィルタ２３２を通過した信号をデコードして制御信号を取り出すデコード部２５１と、該デコード部２５１からの制御信号の値を保持するデータ保持部２５２と、データ保持部２５２で保持された制御値に基づき整合回路２４１の定数を制御するインピーダンス調整制御部２５３と、データ保持部２５２で保持された制御値に基づきループアンテナ２１１，２１２を切り替えるようスイッチ回路２４２を制御するアンテナ切替制御部２５４とを備えている。

集中制御装置３００は、図６に示すように、制御ユニット１００と接続するための通信インタフェイス３０１と、コンピュータ５０と接続するための通信インタフェイス３０２と、各制御ユニット１００から受信したＲＦＩＤタグ１１の固有番号を集計してコンピュータ５０に送信する中継処理部３０３と、該中継処理部３０３において固有番号の集計処理で用いられる記憶部３０４とを備えている。中継処理部３０３は、接続する制御ユニット１００に対してデータ送信を順次要求し、各制御ユニット１００からＲＦＩＤタグ１１の固有番号を受信し、記憶部３０４に一時的に記憶する。そして、中継処理部３０３は、記憶部３０４に記憶されている情報をコンピュータ５０に送信する。ここで、中継処理部３０３は、記憶データに変更があった場合にのみ当該データをコンピュータ５０に送信する。すなわち、中継処理部３０３は、差分情報のみをコンピュータ５０に送信する。

次に、この読取装置におけるＲＦＩＤタグ１１の読み取り動作について説明する。まず、読取装置の基本動作時における信号処理について説明する。タグ通信制御部１０２は、ＲＦＩＤタグ１１との通信用プロトコルに則って通信電文を出力する。タグ通信制御部１０２の出力信号は、変調回路１１１によって、発振回路１１２から供給される搬送波に変調される。変調回路１１１から出力される高周波信号は、増幅回路１２０により増幅され、必要に応じて直流バイアス印加回路１３０によって直流バイアスがかけられる。直流バイアス印加回路１３０から出力される高周波信号は、同軸ケーブル４００を介してアンテナユニット２００に伝送される。

アンテナユニット２００に伝送された高周波信号は、交流直流分離回路２２１において直流信号と交流信号に分離される。この直流信号は、前記直流バイアス印加回路１３０によって印加された直流バイアスに相当する。一方、交流信号は、前記変調回路１１１から出力された高周波信号に相当する。この高周波信号は、整合回路２４１及びスイッチ回路２４２を介して何れかのループアンテナ２１１，２１２から放射する。ＲＦＩＤタグ１１は、受信した高周波信号を電源として使用して動作し、応答信号を発する。ループアンテナ２１２，２１２が受信した応答信号は、スイッチ回路２４２・整合回路２４１・交流直流分離回路２２１・同軸ケーブル４００を介して、受信側の増幅回路１６０に入力される。増幅回路１６０で増幅された高周波信号は復調回路１１３により復調される。復調された信号は、タグ通信制御部１０２に入力される。

次に、本実施の形態に係る読取装置におけるインピーダンス整合調整の動作について説明する。タグ通信制御部１０２は、所定の時間間隔で送信信号の出力を停止するとともに、送信信号の停止時間内に制御信号生成部１７０に対してインピーダンス調整指示信号を送出する。直流バイアス印加回路１３０は、増幅された高周波信号に対して所定のバイアス電圧を印加する。一方、制御信号生成部１７０は、定在波比計測回路１５０で計測される定在波比が最小となるようにフィードバック制御で制御信号を生成し、タグ通信制御部１０２からインピーダンス調整指示信号を受信している時のみ制御信号を出力する。この制御信号は、エンコード部１８０によりデジタル化され、混合器１４０において直流バイアス印加回路１３０の出力信号に混合される。図７は増幅回路１２０から出力された高周波信号を示す。図８は直流バイアス印加回路１３０から出力された高周波信号を示す。図９はエンコード部１８０からの出力信号を示す。図１０は混合器１４０から出力された重畳信号を示す。

同軸ケーブル４００を伝送する重畳信号は、アンテナユニット２００の交流直流分離回路２２１において直流信号と高周波信号に分離される。分離された直流信号は電源回路２２２において電圧が安定化され、制御回路２５０に対して電源として供給される。分離された高周波信号のうち、増幅回路１２０からの出力信号はハイパスフィルタ２３１・整合回路２４１・スイッチ回路２４２を介してループアンテナ２１１，２１２に供給される。分離された高周波信号のうちデジタル信号成分は、ローパスフィルタ２３２を介して制御回路２５０に入力される。ローパスフィルタ２３２を通過したデジタル信号は、制御回路２５０のデコード部２５１でデコードされて制御信号が取り出される。デコードされた制御信号はデータ保持部２５２で保持される。インピーダンス調整制御部２５３は、データ保持部２５２で保持されている制御信号に基づき整合回路２４１の定数を制御する。インピーダンス整合調整のための具体的な回路構成の一例としては、整合回路２４１に、所定のインピーダンス素子とトランジスタやリレースイッチなどのスイッチ素子との直列回路を１つ又は複数設けておく。そして、インピーダンス調整制御部２５３は、制御信号に基づき、前記スイッチ素子のオン・オフを切り替えることにより整合回路２４１の定数を切り替える。

次に、本実施の形態に係る読取装置におけるアンテナ切替の動作について説明する。タグ通信制御部１０２は、送信信号の出力を停止するとともに、送信信号の停止時間内に制御信号生成部１７０に対してアンテナ切替指示信号を送出する。直流バイアス印加回路１３０は、増幅された高周波信号に対して所定のバイアス電圧を印加する。一方、制御信号生成部１７０は、タグ通信制御部１０２からアンテナ切替指示信号を受信している間、アンテナ切替用の制御信号を出力する。この制御信号は、エンコード部１８０によりデジタル化され、混合器１４０において直流バイアス印加回路１３０の出力信号に混合される。

アンテナ切替用の制御信号は、上記インピーダンス調整用の制御信号と同様の手順によりデータ保持部２５２に保持される。アンテナ切替制御部２５４は、データ保持部２５２で保持されている制御信号に基づきスイッチ回路２４２のスイッチ素子のオンオフを制御することにより、接続するループアンテナ２１１，２１２を選択制御する。

このような読取装置によれば、ＲＦＩＤタグ１１との通信用の高周波信号とインピーダンス整合調整用及びアンテナ切替用の制御信号とを１つの同軸ケーブル４００で伝送できるので、設置作業性及び読み取り精度が向上する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置について図面を参照して説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、１つの制御ユニット１００に対して複数のアンテナユニット２００を接続した点にある。具体的には、図１１に示すように、制御ユニット１００と第１のアンテナユニット２００を同軸ケーブル４００で接続し、第１のアンテナユニット２００と第２のアンテナユニット２００’を同軸ケーブル４０１で接続した。すなわち、１つの制御ユニット１００に対して複数のアンテナユニット２００をデイジーチェーン接続した。

このＲＦＩＤタグの読取装置では、制御ユニット１００のタグ通信制御部１０２は、アンテナ切替用の制御信号に各アンテナユニット２００，２００’を識別する番号を含ませる。各アンテナユニット２００，２００’のアンテナ切替制御部２５４は、自身の識別番号を記憶した記憶部又は自身の識別番号を設定するスイッチ等の設定手段を備えている。そして、アンテナ切替制御部２５４は、アンテナ切替用の制御信号に自身の識別番号が含まれている場合には、上記第１の実施の形態と同様のアンテナ切替制御を行う。一方、アンテナ切替用の制御信号に自身の識別番号が含まれていない場合、アンテナ切替制御部２５４は、全てのループアンテナ２１１，２１２が接続断となるようにスイッチ回路２４２を制御する。

本実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置によれば、複数のアンテナユニットで１つの制御ユニット１００を共用できるのでコストを低減できる。また、各アンテナユニット２００はデイジーチェーン接続されているので、設置作業性に優れたものとなる。

以上本発明の実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態では、読取装置の設置先としてショーケースについて説明したが、本願発明は使用用途は不問である。

また、上記実施の形態では、制御信号の重畳方法として高周波回路の停止期間にデジタル化信号を重畳させる方法について例示したが、他の重畳方法を採用してもよい。例えば、振幅変調や周波数変調など種々の方法が考えられる。

第１の実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置の構成図第１の実施の形態に係る制御ユニットの機能ブロック図第１の実施の形態に係るアンテナユニットの構成図第１の実施の形態に係るアンテナユニットの機能ブロック図第１の実施の形態に係るアンテナユニットの制御回路の機能ブロック図第１の実施の形態に係る集中制御装置の機能ブロック図増幅回路の出力信号を説明する図直流バイアスされた出力信号を説明するデジタル化制御信号を説明する図伝送信号を説明する図第２の実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置の構成図

符号の説明

１０…商品、１１…ＲＦＩＤタグ、１００…制御ユニット、１０２…タグ通信制御部、１３０…直流バイアス印加回路、１４０…混合器、１５０…定在波比計測回路、１７０…制御信号生成部、１８０…エンコーダ部、２００…アンテナユニット、２１１，２１２…ループアンテナ、２２１…直流交流分離回路、２４１…インピーダンス整合回路、２４２…スイッチ回路、２５０…制御回路、２５３…インピーダンス調整制御部、２５４…アンテナ切替制御部、４００…同軸ケーブル

Claims

ＲＦＩＤタグとの通信用の複数のアンテナと、ＲＦＩＤタグとの通信用信号を処理する高周波回路と、アンテナ及び高周波回路とを接続する信号線とを備えたＲＦＩＤタグの読取装置において、
高周波回路からアンテナに出力する高周波信号にアンテナ切替用の制御信号を重畳する重畳手段と、
信号線を介して重畳手段から入力された重畳信号を高周波信号及び制御信号に分離する分離手段と、
分離手段により分離された制御信号に基づきアンテナを切り替えるアンテナ切替手段とを備えた
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ読取装置。
前記重畳手段は高周波信号の出力を所定時間停止させるとともに該停止時間内にデジタル化した制御信号を出力し、
前記分離手段はフィルタ回路により高周波信号と制御信号を分離し、
前記アンテナ切替手段は分離手段により分離された制御信号を保持する保持手段を備えるとともに、該保持手段により保持された制御信号に基づきアンテナを切り替える
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
前記重畳手段は重畳信号に直流バイアスをかけ、
前記分離手段は重畳信号からバイアス電流を分離するとともに該バイアス電流を電源として前記保持手段に供給する
ことを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
前記重畳手段は、アンテナ切替用の制御信号と共にインピーダンス調整用の制御信号を高周波信号に重畳し、
さらに、分離手段により分離された高周波信号をインピーダンス整合させてアンテナに入力する整合回路と、
分離手段により分離された制御信号に基づき整合回路の回路定数を制御する調整手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
前記整合回路及び調整手段は、複数のアンテナに対して共通である
ことを特徴とする請求項３記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
複数のアンテナは、１つのアンテナユニット内に配置された複数のループアンテナからなる
ことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
複数のアンテナユニットをデイジーチェーン接続した
ことを特徴とする請求項６記載のＲＦＩＤタグ読取装置。