JP2009141816A - 無線通信装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの交信領域内にある無線タグを短時間かつ確実に検知することができる無線通信装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】無線タグに読取電波を放射し、この読取電波に対する無線タグからの応答電波を受信するアンテナを具備した無線通信装置において、アンテナの交信領域内に固定タグを取り付ける。また、監視対象となる物体に監視タグを取り付ける。そしてアンテナから固定タグと監視タグとを同一のタイムスロットにて応答させる読取電波を放射し、受信した応答電波を復調して固定タグのタグデータが読取られたか否かを判断する。固定タグのタグデータが読取られなかった場合には、固定タグと監視タグとの応答電波の衝突が発生したと判断して警報を鳴らす。
【選択図】 図４

Description

本発明は、無線タグに読取電波を放射し、この読取電波に対する前記無線タグからの応答電波を受信するアンテナを具備した無線通信装置及びその制御方法に関する。

近年、無線通信装置と、ＩＣチップを備えた無線タグ（ＩＣタグ，ＲＦＩＤタグ，電子タグ，トランスポンダなどとも称される）とを備え、双方がそれぞれアンテナを介してデータの交信を行うことにより、無線通信装置が無線タグの情報を非接触で読取ることができるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが普及している。

このＲＦＩＤシステムにおいて、無線通信装置は、無線タグ問合せ用の高周波信号を電波としてアンテナから放射し、無線タグは、内蔵アンテナで無線通信装置からの電波を受信すると、ＩＣチップで記憶している情報で高周波信号の反射量を変化させてバックスキャッタ変調を行うものとなっている。そして、無線通信装置は、上記アンテナで無線タグからのバックスキャッタ変調波を受信すると、それを復調して無線タグの情報を読取る。

しかし、無線通信装置の交信領域内に複数の無線タグがあるときには、受信データの衝突が発生し、正確なデータが認識されない場合がある。そのため、実施段階ではアンチコリジョン（衝突防止）手法を用いて受信データの衝突回避が図られている。（例えば、特許文献１参照）
代表的なアンチコリジョン手法には、バイナリツリー方式とタイムスロット方式とがある。タイムスロット方式は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等のパケット通信において広く使われているアクセス制御方式で、アロハ（ALOHA）方式とも呼ばれている。

一般的なタイムスロット方式のアンチコリジョン機能の動作について説明する。先ず、無線通信装置は、そのアンテナの交信領域内に存在する無線タグに対し、特定のビット（２^０〜２^Q：Ｑは≧１の固定値）をタイムスロットとして指定する。タイムスロットの指定を受けた無線タグは、そのビットの範囲内で乱数を生成する。例えば、タイムスロットが２ビット（Ｑ=１）であった場合、通信媒体は２ビットの乱数“００”，“０１”，“１０”，“１１”，のいずれかを生成する。そして、生成された乱数に一致したタイミングのタイムスロットを利用して無線通信装置に応答を返す。

このとき、１つのタイムスロットに対して１つの無線タグのみ応答を返した場合には、その無線タグのデータが無線通信装置によって受信される。しかし、１つのタイムスロットに対して複数の無線タグが応答した場合にはデータの衝突が発生し、それらの無線タグのデータは受信されない。無線通信装置は、データを受信した無線タグにはスリープ命令を送って以降の応答に参加しないようにする。

一方、衝突となった無線タグでは、再度乱数を生成する。そして、生成された乱数に一致したタイミングのタイムスロットを利用して無線通信装置に応答を返す。このような一連の処理を繰り返すことにより、無線通信装置は複数の無線タグから略同時にデータを受信できるようになる。
特開２００６―７２６７２号公報

上述したタイムスロット方式のアンチコリジョン手法を用いたＲＦＩＤシステムは、例えば万引き防止システムのように商品等に貼付された無線タグの通過を検知するシステムに応用されている。かかるシステムでは、アンテナを備えたゲートを通過する無線タグからデータを受信したときにそのデータに基づいて警報器を作動させるなど所定の処理を実行する。

ここで、同時に多数の無線タグが上記ゲートを通過する場合に対処するために上記Ｑ値をある程度大きく設定する必要があるが、かかる設定においてはタイムスロット数が増加するため無線タグの監視サイクルが長くなってしまう。そのため、１回の監視サイクルが終了する前に未だ検知されていない無線タグがゲートを通過してしまうことがある。一方、Ｑ値を小さく設定すればタイムスロット数が減少するため衝突の発生が増大してしまう。そのため、無線タグがゲートを通過する間、始終衝突が発生して１枚の無線タグも検知することができない場合がある。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、アンテナの交信領域内にある無線タグを短時間かつ確実に検知することができる無線通信装置及びその制御方法を提供することである。

本発明に係る無線通信装置は、無線タグに読取電波を放射し、この読取電波に対する前記無線タグからの応答電波を受信するアンテナを具備した無線通信装置において、前記アンテナの交信領域内に固定された無線タグである固定タグと監視対象となる物体に貼付された無線タグである監視タグとに同一のタイムスロットにて応答させる読取電波を前記アンテナから放射する電波放射手段と、この電波放射手段により放射した読取電波に対して前記アンテナが受信した応答電波を処理して所定のデータに復調する受信部と、この受信部が復調したデータに基づいて、前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したか否かを判断する判断手段と、この判断手段が前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したと判断したとき、その旨を報知する報知手段と、を具備してなることを特徴としている。

かかる手段を講じた本発明によれば、アンテナの交信領域内にある無線タグを短時間かつ確実に検知することができる無線通信装置及びその制御方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る無線通信装置を小売店等に設置された万引き防止システムに適用した例について説明する。

図１は、本発明にかかる無線通信装置１０の使用態様を示す模式的斜視図である。無線通信装置１０には、無線タグに対する読取電波の放射及び無線タグからの応答電波の受信を行うアンテナを内部に備えたアンテナスタンド３０と、所定の警告音を発する発音手段を備えた警報器４０とが有線又は無線で相互通信可能に接続されている。アンテナスタンド３０は、アンテナを有しないスタンド３１と対向配置されてゲート３２を構成している。アンテナスタンド３０に内蔵されたアンテナからは、スタンド３１の方向に指向性を有する電波が放射される。

図２は、アンテナスタンド３０の内部構造を示す模式的斜視図である。アンテナスタンド３０には、４つのアンテナ１，２，３，４が内蔵されている。各アンテナ１，２，３，４が放射する電波の指向性方向側の面上には、各アンテナ１，２，３，４の配列方向に平行する一端の中心に、所定のデータをＩＣチップに記憶した無線タグである固定タグ５がそれぞれ設置されている。なお、各固定タグ５の設置位置は、その設置されたアンテナのみの交信領域に属しており、各固定タグ５は、その設置されたアンテナから読取電波が放射されたときには、必ず応答電波を返す。

当該万引き防止システムが設置された店舗では、監視対象である各商品に商品データ等をＩＣに記憶した無線タグである商品タグが貼付されている。商品タグはその貼付された商品の会計時に取外され、商品の会計を終えた顧客は、ゲート３２を通過して店を出ることとなる。これら固定タグ５及び商品タグは、無線通信装置１０から指定されたタイムスロット数を決定するための設定値であるＱ値に基づいて応答するタイムスロットを決定する無線タグである。

さて、当該無線通信装置１０は、無線タグの読取りに際して上記Ｑ値を０とするコマンドを伴う読取電波を放射する。すなわち、タイムスロット数が単一になる設定値を伴った読取電波を放射することで固定タグと監視タグとを同一のタイムスロットにて応答させる。すなわち、アンテナ１、２、３、４のいずれかから読取電波が放射されたとき、そのアンテナの交信領域内に商品タグがある場合には、そのアンテナに設置された固定タグ５と同一タイムスロットで商品タグが応答電波を返すため衝突（コリジョン）が発生する。そのため、かかる場合に無線通信装置１０は、固定タグ５を読取れないこととなる。

図３は、無線通信装置１０の要部構成を示すブロック図である。無線通信装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主体とした制御部１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成された記憶部１２、警報器４０などの外部機器と各種データの送受信を行う通信部１３、所定のタイミングで時間を計測するタイマー１４、無線によるデータの送受信に関する各種処理を行う無線部１６、および無線部１６と接続するアンテナを切換えるアンテナ選択スイッチ１７を備えている。

通信部１３を介して接続された警報器４０は、制御部１１から作動命令を受信すると作動して警報を鳴らす。一方、警報器４０は、その作動中に制御部１１から停止命令を受信すると作動を停止する。

無線部１６は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１９、送信部１８、サーキュレータ２２、受信部２０及びＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indicator）回路２１で構成されている。ＰＬＬ回路１９は、高周波の正弦波信号を発生する。送信部１８は、制御部１１から送られてきたデジタルデータを変調し、この変調信号とＰＬＬ回路１９で作られた高周波信号とを足し合わせた高周波信号を所定の出力レベルまで増幅してサーキュレータ２２に出力する。

ここで、アンテナ選択スイッチ１７は、サーキュレータ２２と各アンテナ１，２，３，４との間に介在し、制御部１１からの制御信号Ｓ１により指定された接続端子に切換動作して、アンテナ１，２，３，４のうちいずれか１つをサーキュレータ２２に接続する。サーキュレータ２２は、送信部１８から高周波信号が入力されたとき、アンテナ選択スイッチ１７を介してアンテナ１，２，３，４のいずれかにその高周波信号を出力する。この高周波信号の出力を受けたアンテナは、この高周波信号を無線タグの読取電波として放射する。

ここで、いずれかのアンテナから放射された読取電波を無線タグが受信すると、この無線タグでは、ＩＣチップで記憶しているデータで高周波信号の反射量を変化させるバックスキャッタ変調が行われる。このバックスキャッタ変調された高周波信号は、応答電波として各アンテナ１，２，３，４が受信する。

このときアンテナ選択スイッチ１７によりサーキュレータ２２に接続されているアンテナで受信した応答電波が高周波信号に変換されサーキュレータ２２に入力される。サーキュレータ２２は、アンテナ１，２，３，４側から高周波信号が入力されたとき、受信部２０側に出力する特性を有する。受信部２０は、入力された高周波信号を増幅した後、この増幅された高周波信号とＰＬＬ回路１９の高周波信号とを組み合わせてベースバンド信号に変換した後、このベースバンド信号を復調してデジタルデータに変換し、制御部１１に出力する。ＲＳＳＩ回路２１は、受信部２０にて復調された信号のレベルを示すアナログ信号を生成する。
このようにして、無線通信装置１０は、各アンテナ１,２,３,４の交信領域内にある無線タグに記憶されたタグデータを非接触で読取ることができる。

次に、上記のような万引き防止システムにおける無線通信装置１０の構成による作用について説明する。図４は、当該万引き防止システムの稼動中に無線通信装置１０の制御部１１が実行する処理の流れ図である。先ず、制御部１１は、ＳＴ１としてアンテナ選択スイッチ１７に制御信号Ｓ１を発し、アンテナ１，２，３，４のうちのいずれかを無線部１６と接続する（アンテナ設定手段）。しかる後、制御部１１は、ＳＴ２として無線タグ読取り用のデジタルデータを送信部１８に出力する。送信部１８はこのデジタルデータを復調し、この変調信号とＰＬＬ回路１９で作られた高周波信号とを足し合わせた高周波信号を所定の出力レベルまで増幅してサーキュレータ２２に出力する。サーキュレータ２２は、この高周波信号をアンテナ選択スイッチ１７を介して接続されたアンテナに出力し、この出力を受けたアンテナは、高周波信号を読取電波として放射する（電波放射手段）。この読取電波に対して、この読取電波を放射したアンテナに設置された固定タグ５は必ず応答電波を返す。また、この読取電波は上述の通りＱ値を０とするコマンドを伴うため、読取電波を放射したアンテナの交信領域内に商品タグが存在しているときには、その商品タグも固定タグ５と同一のタイムスロットにて応答電波を返すこととなる。これらの応答電波を受信したアンテナは、その応答電波を高周波信号に変換してアンテナ選択スイッチ１７及びサーキュレータ２２を介して受信部２０に出力する。そして、受信部２０は、入力された高周波信号を増幅してＰＬＬ回路１９の高周波信号と組み合わせることでベースバンド信号に変換する。そして受信部２０は、このベースバンド信号を復調してデジタルデータに変換した後に制御部１１に出力する。

しかる後、制御部１１は、ＳＴ３として復調されたデジタルデータと予め記憶部１２に記憶しておいた固定タグ５のタグデータとを比較して固定タグ５のタグデータを読取れたか否かを判断する（判断手段）。固定タグ５のタグデータを読取れたと判断したとき（ＳＴ３のＹｅｓ）には、ＳＴ１の処理に戻って再びアンテナ設定を行う。このときアンテナ１，２，３，４のいずれを設定するかは特に限定されないが、例えば当該アンテナ設定処理の度に順次アンテナ１、アンテナ２、アンテナ３、アンテナ４のように設定する。

ＳＴ３の処理にて固定タグ５のタグデータを読取っていないと判断したとき（ＳＴ３のＮｏ）には、制御部１１は、ＳＴ４として警報器４０に通信部１３を介して作動命令を送信する。この作動命令を受信した警報器４０は、作動を開始して警報を鳴らす（報知手段）。しかる後、ＳＴ５としてタイマー１４を作動させ、予め設定された所定時間の経過を待機する。所定時間が経過したと判断したとき（ＳＴ５のＹｅｓ）には、制御部１１は、ＳＴ６として警報器４０に通信部１３を介して停止命令を送信する。この停止信号を受信した警報器４０は、作動を停止する。その後も当該万引き防止システムの稼動中において、制御部１１はかかるＳＴ１〜ＳＴ６の処理を繰り返す。

このように、当該万引き防止システムにおける無線通信装置１０は、各アンテナ１，２，３，４から読取電波を放射した後、そのアンテナに設置された固定タグ５のタグデータを読取ることができなかった場合には、警報器４０を作動させて警報を鳴らす。かかる場合には、読取電波を放射したアンテナの交信領域内に商品タグが進入して、その商品タグと固定タグ５との応答電波が衝突したために固定タグ５を読取ることができなかった場合が該当する。すなわち、固定タグ５と商品タグとの衝突を監視することにより、未清算の商品が持ち出されることを防止する。

当該万引き防止システムにおいては使用するタイムスロット数を決定するＱ値が０、すなわち単一のタムスロットしか使用しないため、タイムスロット方式のアンチコリジョン手法において商品タグの監視サイクルが最も短い設定である。そのため、監視サイクルが長いために商品タグが検知されずに防犯ゲートを通過する蓋然性が低下する。一方、商品タグが貼付された商品が同時に多数持ち出されようとしているときでも、衝突の発生により不正を検知する当該無線通信装置１０を用いれば、商品タグ同士の応答電波が衝突することを危惧する必要なく確実に商品タグを検知できる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、無線通信装置１０に接続されるアンテナは４つに限定されず、より多数であってもよいし、より少数であってもよい。異なる数のアンテナを接続するときには、アンテナの数に合わせてアンテナ選択スイッチ１７の接続端子の数を追加又は削除し、制御信号Ｓ１によりそれら接続端子を切換え可能に調整すればよい。

また、固定タグ５を設置する位置は、各アンテナから確実に読取れる位置であれば図２に示した位置に限定されないし、各アンテナに対して１つの固定タグ５を用意せずとも、読取電波の放射に対して１つの固定タグ５が応答電波を返すのであれば、複数のアンテナに対して１つの固定タグ５を設置するという構成にしてもよい。

また、報知手段は、警報器４０に限定されず、警報器４０に換えて、又は警報器４０とともに商品タグの通過を検知したときにゲート３２の間の通行を遮断する遮断機等を用いてもよいし、その他の方法により報知するようにしてもよい。

また、本実施形態における万引き防止システムでは、商品に貼付された商品タグを会計後に取外してゲート３２を通過する運用形態としたが、この形態に限定されない。例えば、各商品タグに読取電波に対して応答電波を返信するか否かを決定するフラグを設け、会計前の商品に貼付されたフラグは有効（応答電波を返信する）に設定する。そして、商品の会計後にキャッシャが所定の操作によりこのフラグを無効（応答電波を返信しない）に設定するようにする。しかる後、顧客は商品タグを商品に貼付したままゲート３２を通過して退店する。すなわち、会計後の商品に貼付された商品タグはフラグが無効に設定されているため、アンテナの交信領域内を通過したときにも読取電波に対して応答電波を返信することはないが、会計前の商品はフラグが有効に設定されているため、アンテナの交信領域内を通過したときには読取電波に対して応答電波を返信する。そのため、無線通信装置１０は、会計前の商品に貼付された商品タグの通過のみを検知することができる。

また、本実施形態においては万引き防止システムに当該無線通信装置１０を応用した例について説明したが、ゲートを通過する所定の無線タグを検出することが有効な他のシステムに応用してもよい。

また、固定タグ５が読取れずに商品タグが読取れたときや、所定回数続けて固定タグが読取れないときには、無線通信装置１０が固定タグ５又はアンテナ等の故障であると判断し、その旨を警報器４０を用いるなどして報知するようにしてもよい。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

本発明の一実施形態における無線通信装置の使用態様を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるアンテナスタンドの内部構造を示す模式的斜視図。 同実施形態における無線通信装置の要部構成を示すブロック図。 同実施形態において無線通信装置の制御部が実行する処理の流れ図。

符号の説明

１，２，３，４…アンテナ、５…固定タグ、１０…無線通信装置、１１…制御部、１２…記憶部、１３…通信部、１４…タイマー、１６…無線部、１７…アンテナ選択スイッチ、１８…送信部、１９…ＰＬＬ回路、２０…受信部、２１…ＲＳＳＩ回路、２２…サーキュレータ、３０…アンテナスタンド、３１…スタンド、３２…ゲート、４０…警報器

Claims (5)

1. 無線タグに読取電波を放射し、この読取電波に対する前記無線タグからの応答電波を受信するアンテナを具備した無線通信装置において、
   前記アンテナの交信領域内に固定された無線タグである固定タグと監視対象となる物体に貼付された無線タグである監視タグとを同一のタイムスロットにて応答させる読取電波を前記アンテナから放射する電波放射手段と、
   この電波放射手段により放射した読取電波に対して前記アンテナが受信した応答電波を処理して所定のデータに復調する受信部と、
   この受信部が復調したデータに基づいて、前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したか否かを判断する判断手段と、
   この判断手段が前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したと判断したとき、その旨を報知する報知手段と、
   を具備してなることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記報知手段は、前記判断手段が前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したと判断したとき、前記監視タグを検出した旨を報知することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 複数の前記アンテナを有しており、
   この複数の前記アンテナの中から前記読取電波の放射及び前記応答電波の受信に使用するアンテナを選択的に設定するアンテナ設定手段、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記固定タグ及び監視タグは、当該無線通信装置から指定されたタイムスロット数を決定するための設定値に基づき応答するタイムスロットを決定する無線タグであり、
   前記電波放射手段は、タイムスロット数が単一になる前記設定値の指定を伴った前記読取電波を放射することで前記固定タグと前記監視タグとを同一のタイムスロットにて応答させることを特徴とする請求項１乃至３に記載の無線通信装置。
5. 無線タグに読取電波を放射し、この読取電波に対する前記無線タグからの応答電波を受信するアンテナを具備した無線通信装置の制御方法であって、
   前記アンテナの交信領域内に固定された無線タグである固定タグと監視対象となる物体に貼付された無線タグである監視タグとを同一のタイムスロットにて応答させる読取電波を前記アンテナから放射する放射ステップと、
   この放射ステップにて放射した読取電波に対して前記アンテナが受信した応答電波を処理して所定のデータに復調する受信ステップと、
   この受信ステップにて復調したデータに基づいて、前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したか否かを判断する判断ステップと、
   この判断ステップにて前記固定タグからの応答電波と前記監視タグからの応答電波とが衝突したと判断されたとき、その旨を報知する報知ステップと、
   を具備してなることを特徴とする無線通信装置の制御方法。

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