JP2009157530A - 物品管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】タグの読み取り時間を短縮し、物品の管理を容易にできるようにする。
【解決手段】リーダライタ装置１２には、アンテナ切替器１３を介して複数のアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］が行方向および列方向にカスケード接続される。リーダライタ装置１２は、上位制御装置１１からの制御指示にしたがってアンテナ切替器１３を切替制御し、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］を行単位及び列単位に順次切り替えて、通信範囲内に存在する無線タグとの間でデータを読み書きするための信号を送信する。上位制御装置１１は、リーダライタ装置１２により送信された信号に対する無線タグの応答信号を、行及び列を表す情報に対応付けて管理する。
【選択図】図１

Description

この発明は、非接触型ＩＣタグを用いて物品を管理する物品管理システムに関する。

ＩＣカードやＩＣタグを用いた非接触型リーダライタシステムは、一般にＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムと呼ばれており、交通カードシステム、物品管理システム等に実用化されている。

このＲＦ−ＩＤシステムの主要な構成は、ＩＣチップにループアンテナを備え、電源を内蔵しない非接触型ＩＣタグ（以下ＩＣタグ）と、このＩＣタグと無線通信を行うリーダライタ装置である。上記リーダライタ装置にはループアンテナが備えられ、このループアンテナによりＩＣタグ内のＩＣチップを駆動する電力と質問データを常時または間欠的に送信し、この電力と質問データを受信できる範囲内、すなわち通信可能領域内にあるＩＣタグより応答データを得ている。以下、ＩＣタグのループアンテナをタグアンテナ、リーダライタ装置のループアンテナをルーブアンテナとする。

ここでは、１３．５６ＭＨｚの周波数を用いた電磁誘導型リーダライタ装置（以下リーダライタ装置）及びそのループアンテナとＩＣタグについて述べる。電源を内蔵しないＩＣタグがリーダライタ装置と無線通信するためには、リーダライタ装置に含まれる送信アンテナが発生する磁界が、ＩＣタグ内部の回路を駆動するための起電力を発生できる空間的距離範囲内にあり、かつタグアンテナのループ面を鎖交する方向性をもつ位置関係でなければならない。１つのアンテナに対してＩＣタグとの通信が可能となる範囲をそのアンテナの読取範囲とする。ＩＣタグが複数であっても上記の条件やＩＣタグ間、アンテナ間とのループコイルの結合などによる通信条件が満たされていれば、１つのアンテナで複数のＩＣタグを一括して読み取ることができる。

また、上記リーダライタ装置に複数のループアンテナを接続して、これら複数のループアンテナを順次切り替えながらＩＣタグを読取するＲＦ−ＩＤシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。具体例としては、図書館の書籍棚アンテナシステムなどに代表される物品管理システムが挙げられる。このようにすると、システム構成に必要な装置の台数を少なく抑えることができるため、設置コストを低く抑えることが可能となる。
特開２００６−３３８１２０公報

上述したように、リーダライタ装置に複数のループアンテナを設けた場合、システム構成に必要な装置の台数を少なく抑えることができるため、設置コストを低く抑えることが可能となる。しかしながら、１台のリーダライタ装置に接続された全てのループアンテナを１つずつ切り替えながらＩＣタグを読み取るため、ループアンテナの数だけ切替回数が発生してしまう。その結果、全てのループアンテナの読取動作を完了するまでに長い処理時間が必要となる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、タグの読み取り時間を短縮し、物品の管理を容易にすることができる物品管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係る物品管理システムは、物品にＩＣタグを取着し、該ＩＣタグとの間で、電磁誘導作用を用いた無線通信により、非接触でデータの書き込み又は読み出しを行うリーダライタ装置を備えた物品管理システムであって、前記リーダライタ装置が、前記ＩＣタグとの間で非接触通信を行うためのアンテナユニットの集合体からなるアンテナモジュールを複数備えており、該複数のアンテナモジュールを複数行、複数列にわたり、各行、各列、それぞれに少なくとも１つのアンテナモジュールを配置し、前記複数のアンテナモジュールを前記行単位及び列単位に順次切り替えて、前記ＩＣタグとの間でデータを書き込み又は読み出しするためのリードライト信号を、前記各行単位及び各列単位で送出することを特徴とする。

また、前記リーダライタ装置により送出されたリードライト信号に対する前記ＩＣタグの応答信号を前記行及び列を表す情報に対応付けて管理する制御装置をさらに具備することを特徴とする。

この発明に係るリーダライタ装置は、上記した構成のほか、以下のような各種構成を備えることもできる。

第１の構成は、上記物品管理システムにおいて、前記リーダライタ装置が、複数行、複数列にわたり、各行、各列、それぞれに１つのアンテナモジュールを配置し、該各行、各列に配置された１つのアンテナモジュールはそれぞれ複数のアンテナユニットを備えていることを特徴とする。

第２の構成は、上記物品管理システムにおいて、前記リーダライタ装置が、複数行、複数列にわたり、各行、各列、それぞれに１つのアンテナモジュールを配置し、該各行、各列に配置された１つのアンテナモジュールは、それぞれ１つのアンテナユニットから構成されることを特徴とする。

第３の構成は、上記物品管理システムにおいて、前記リーダライタ装置が、複数行、複数列にわたり、各行、各列、それぞれに複数のアンテナモジュールを配置し、該各行、各列に配置された複数のアンテナモジュールは、それぞれ１つのアンテナユニットから構成されることを特徴とする。

上記構成では、リーダライタ装置には、複数のアンテナユニットが行方向および列方向に配置され、リーダライタ装置は、アンテナユニットを行単位及び列単位に順次切り替えて、通信範囲内に存在するＩＣタグを読み取るように制御している。このようにすることで、アンテナ切替回数を少なくすることができるため、全アンテナユニットの読取を完了するまでの時間を短縮できる。また読取したＩＣタグとアンテナユニットの配置を照合することで物品の位置を特定可能とする。

したがってこの発明によれば、タグの読み取り時間を短縮し、物品の管理を容易にすることができる物品管理システムを提供することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係る物品管理システムの基本的な構成を示すブロック図である。
このシステムは、上位制御装置１１、リーダライタ装置１２、アンテナ切替器１３、および複数（Ｎ台）のアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］を備える。なお、図１において、［ｉ］はアンテナユニットの通し番号、＃ｊｋは行列番号（ｊ行、ｋ列）を示す。

上位制御装置１１は、例えばパーソナル・コンピュータやサーバ装置が用いられる。上位制御装置１１にはリーダライタ装置１２が接続される。アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］は、図１に示すようにマトリックス状に配置され、アンテナ切替器１３に行方向及び列方向にカスケード接続される。接続形態の詳細は後述する。リーダライタ装置１２は、上位制御装置１１の制御の下で、アンテナ切替器１３を所定の時間間隔で切り替え制御し、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］を行単位及び列単位に順次切り替えて、通信範囲内に存在するＩＣタグとの間でデータを読み書きするためのリードライト信号を送信する。

ここで、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］の構成および制御方式について説明する。
例えば、Ｎ台のアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］をＡ×Ｂの行列に配列するものとし、行Ａの数をａ、列Ｂの数をｂとすると、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］の総数Ｎは、次のように表すことができる。ただし、α＜ｂ，β＜ａである。
Ｎ ＝（ａ−１）×ｂ＋α もしくは
Ｎ ＝ａ×（ｂ−1）＋β もしくは
Ｎ ＝ａ×ｂ
つまり、Ｎ台のアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］をＡ×Ｂの行列に展開、整列することができ、各行と列の属性を１つのアンテナに持たせることができる。１つの行属性Ａには、最大ｂ台のアンテナ、グループ数ｂの列属性が存在する。同様に１つの列属性Ｂには、ａ台のアンテナ、グループ数ａの行属性が存在する。

また、各アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］に、行属性でＯＮ、列属性でＯＮとなる２種類のリーダライタ入出力端子をもたせる。図２に、アンテナユニット１４［１］の内部構成の一例を示す。ここでは、アンテナユニット１４［２］〜１４［Ｎ］は同一構成のため、アンテナユニット１４［１］を例にとって説明する。アンテナユニット１４［１］は、列属性を有する列属性端子２２と、行属性を有する行属性端子２１、スイッチ２３と、アンテナ回路２４とを備える。アンテナ回路２４は、物品に取着されるＩＣタグと通信するためのループアンテナである。スイッチ２３は、アンテナ切替器１３から供給される切替信号にしたがって、列属性を有する列属性端子２２と行属性端子２１とを選択的に切り替えていずれかをアンテナ回路２４と接続する。

さらに、同じ行属性、列属性同士のアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］はカスケード接続され、各属性のグループ毎にアンテナ切替器１３と接続される。図３にアンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］の接続形態の一例を示す。図４，図５は、図３の回路構成の一例である。カスケード接続とは、図４，図５に示すように、リーダライタ装置からのリードライト信号出力の１つに対応し、複数のアンテナを並列に接続（継続接続）するものである。なお、アンテナ回路は通常ＬとＣから構成されるが、Ｃを省略することもできる。図３に示すように、アンテナユニット１４［１］，１４［４］，１４［５］は、列方向に列属性端子２２によりカスケード接続され、アンテナ切替器１３の列属性ポートに接続される。また、アンテナユニット１４［１］，１４［２］，１４［３］は、行方向に行属性端子２１によりカスケード接続され、アンテナ切替器１３の行属性ポートに接続される。アンテナ切替器１３の同一の行属性ポート、又は同一の列属性ポートに接続されるアンテナユニットの集合体をアンテナモジュールと称する。

アンテナ切替器１３は、行属性／列属性の各グループの和の数の切替ポートを持ち、行単位、列単位で順次ポートを切替制御する。これに伴って、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］では、同一の行属性／列属性でスイッチ２３により入出力端子がＯＮとなる。スイッチ２３の切替信号は、各アンテナユニットの列属性と行属性を切り替えるためのもので、各アンテナユニットに対し、共通の信号とすることもできる。すなわち、全アンテナユニットの列属性と行属性を一斉に切り替えることができる。このようにすると、各アンテナユニット毎に個別の切替信号を供給する場合に比べ、大幅に回路構成を省略化できる。

次に、以上のように構成された物品管理システムにおけるＩＣタグ読取動作について説明する。ここでは、図６に示すようにアンテナユニット総数Ｎ＝１４台とした場合を例にとって説明する。
図６において、リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、アンテナ切替器１３を介して、アンテナユニット１４［１］〜１４［１４］について、アンテナモジュール毎に「行１」、「行２」、「行３」、「行４」、「列１」、「列２」、「列３」、「列４」を一巡とした切替を行いＩＣタグの読取を行う。つまり、各切替による読取では、以下のようなアンテナユニットの組合せで、同時にＩＣタグの読取を行う。

「行１」：アンテナ＃１１、＃１２、＃１３、＃１４
「行２」：アンテナ＃２１、＃２２、＃２３、＃２４
「行３」：アンテナ＃３１、＃３２、＃３３
「行４」：アンテナ＃４１、＃４２、＃４３
「列１」：アンテナ＃１１、＃２１、＃３１、＃４１
「列２」：アンテナ＃１２、＃２２、＃３２、＃４２
「列３」：アンテナ＃１３、＃２３、＃３３、＃４３
「列４」：アンテナ＃１４、＃２４
また、リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、各「行」「列」に対応するアンテナユニットの組合せをデータとして保持している。リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、「行」、「列」毎の一巡した切替読取によって、各「行」、「列」で読取できたＩＣタグのタグ情報をそれぞれ記憶する。

ここで、リーダライタ装置１２は、一巡の切替読取において、１つのＩＣタグに対して「行」のいずれかで１回、「列」のいずれかで１回それぞれタグ情報を読み取る。リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、タグ読取結果と、各「行」「列」に対応するアンテナユニットの組合せを表すデータとを照合することにより、読取できた「行」「列」に共通したアンテナユニット＃Ｘにタグが存在すると判断できる。

例えば、図６において、いずれかのアンテナユニット（タグ読取範囲）に、１つのＩＣタグが置かれているものとする。リーダライタ装置１２の一巡の読取結果では、「行３」及び「列２」の読取時において同一のタグ情報が得られたとする。リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、各「行」「列」におけるアンテナユニットの組合せデータと前述の読取結果（「行３」及び「列２」）の照合により、タグがアンテナユニット＃３２に存在すると判断できる。

以上述べたように上記第１の実施形態では、各アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］は、行方向／列方向にそれぞれカスケード接続可能とされ、リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１の制御により、行単位、列単位でＩＣタグの読取動作を行う。つまり、各アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］に対して、それぞれ計２回ずつ読取動作を行うように制御する。また、上位制御装置１１に、アンテナユニット１４［１］〜１４［Ｎ］毎に行属性／列属性の２つの属性情報を持たせる。これにより上位制御装置１１では、行属性／列属性それぞれの読取データを管理し、その組合せ結果からどのアンテナユニット１４でどのＩＣタグが読取できたかを集計・判別することが可能となる。

したがって上記第１の実施形態によれば、複数のアンテナユニットにより通信範囲内に存在するＩＣタグを読み取る場合に、アンテナユニットの切り替え回数を減らすことができるため、全てのアンテナユニットの読取動作を完了するまでの時間を短縮することが可能となる。さらに、ＩＣタグの読み取られた位置を把握することが可能となるため、簡易な構成で効率良く物品の管理を行う物品管理システムを実現できる。

（第２の実施形態）
この発明の第２の実施形態は、各アンテナユニットにアンテナをＯＦＦ（電波を送出しない状態）にするためのアンテナＯＦＦ切替回路を設けるようにしたものである。
図７は、第２の実施形態に係るアンテナユニットの内部構成および動作を示す図である。各アンテナユニット４は、リーダライタ入力／出力コネクタ４１，４２を有する。入力コネクタ４１は、リーダライタ装置１２もしくは中継器（切替装置）もしくは別のアンテナユニット４からの出力を受けるための入力端である。出力コネクタ４２は、さらに別のアンテナユニット４に入力するための出力端である。また、アンテナユニット４に入力されたＲＷ出力の送出をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路４３を備える。

（接続形態１）
アンテナユニット４は、１つ、もしくは２つ以上に分かれてカスケード接続される。例えば、図８に、アンテナユニット４をカスケード接続した場合の読取動作を示す。なお、図８（ａ）は行方向の読取時、図８（ｂ）は列方向の読取時を示す。リーダライタ装置１２とアンテナユニット４の間には中継器となる切替装置１５があり、アンテナユニット４は、行方向にカスケード接続される。

図８（ｂ）に示すように列方向の読取時には、４つの行に対して同時にリードライト信号が出力され、読取対象でないアンテナユニット＃１１、＃２１、＃３１、＃４１にもリーダライタ信号が入力される。このように、アンテナユニット４自身が該当しない「行」「列」切替読取時においても、リーダライタ出力が入力される場合には、自身のアンテナコイル４４からは電波を送出しないようにスイッチ回路４３をＯＦＦにする。また入力されたリーダライタ出力は接続している別のアンテナユニット４に出力される。このように構成することで、「行」「列」切替読取に対して、その「行」もしくは「列」に属する全てアンテナユニット４のアンテナコイル４４から電波が送出される。

（接続形態２）
また、上記アンテナユニット４をスター型に接続することも可能である。図９は、アンテナユニット４をスター型に接続した場合の読取動作を示す図である。なお、図９（ａ）は行方向の読取時、図９（ｂ）は列方向の読取時を示す。リーダライタ装置１２とアンテナユニット４の間には中継器となる切替装置１６があり、全てのアンテナユニットとスター型接続する。

切替装置６はその上位の制御により、「行」「列」切替読取に対して、その「行」もしくは「列」に属した全てアンテナユニット４に対して同時にリーダライタ出力を出力し、リーダライタ出力が入力されたアンテナユニット４は、同時にアンテナコイル４４から電波を送出する。

（第３の実施形態）
この発明の第３の実施形態は、アンテナユニットを行、列単位で構成するようにしたものである。
図１０は、第３の実施形態に係る物品管理システムの構成および読取動作を示す図である。アンテナユニット７は、行、列単位でそれぞれ構成される。すなわち、各行、各列はそれぞれ１つのループアンテナを備えた１つのアンテナユニットで構成される。したがって、アンテナ切替器１３の同一行、又は同一列属性ポートに接続されるアンテナユニット集合体からなるアンテナモジュールは１つのアンテナユニットから構成されることになる。上記第１および第２の実施形態に比べて、アンテナユニットの台数を少なくすることができるが、アンテナユニット自体のサイズは大きくなる。また、図１０に示すように、アンテナユニット７同士を網状に重ねる設置構成となる。

図１０（ａ）に行方向の読取時、図１０（ｂ）には列方向の読取時を示す。例えば、アンテナユニット＃１〜＃８の順で、行単位、列単位で順次リードライト信号が切替え装置から出力される。図１０からわかるように「行」「列」の交差部分が発生するため、アンテナ同士の干渉（結合）を回避するようにアンテナユニット７に読取動作／非動作に合わせたアンテナ共振周波数の切替機能を持つことが望ましい。

（第４の実施形態）
この発明の第４の実施形態は、上記第３の実施形態に係る物品管理システムを用いて棚段型物品管理システムを構成したものである。図１１に、棚段型物品管理システムの全体構成を示す。
図１１において、上記第３の実施形態で示したアンテナユニットは、物品管理棚に設置された１つの棚段型アンテナ８１（行方向）と１つの支柱仕切り型アンテナ８２（列方向）として構成される。リーダライタ装置１２は、上位制御装置１１からの制御指示にしたがってアンテナ切替器１３を切替制御し、棚段型アンテナ８１および支柱仕切り型アンテナ８２を順次切り替えてＩＣタグの読取を行う。棚段型アンテナ８１及び支柱仕切り型アンテナ８２は、それぞれ例えば１つのループアンテナとして構成することができる。

このとき、各棚段型アンテナ８１は、各棚段上のタグ全てを読取ることはできるが、棚上の何れの位置にあるかは判別することができない。また、支柱仕切り型アンテナ８２が同じ支柱仕切り近傍の全てのタグを読取ることができるが、何れの棚にあるのか判別することができない。リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１では、各棚段型アンテナ８１および支柱仕切り型アンテナ８２で読取りできたタグ情報を記録できるものとし、各アンテナの配置構成を表す情報についても記録されているものとする。リーダライタ装置１２及び上位制御装置１１は、全ての棚段型アンテナ８１および支柱仕切り型アンテナ８２に対して順次読取を行い、タグ情報・読取アンテナとの照合結果から、読取りできたタグが管理棚のどの位置に存在するのかを特定し、上位制御装置１１のモニタ等に一目で分かるように表示することができる。

なお、棚段型アンテナ８１および支柱仕切り型アンテナ８２のかわりに、棚段型アンテナ８１、支柱仕切り型アンテナ８２の一方、または両方を複数のアンテナユニットをカスケード接続した棚型カスケードアンテナとして構成することもできる。棚型カスケードアンテナは、例えば、各棚をそれぞれ所定の区間に分けて、各区間を読取エリアとする区間アンテナユニットを配置し、この区間アンテナユニットを棚単位でカスケード接続して構成する。あるいは、各支柱をそれぞれ所定の区間に分けて区間アンテナユニットを配置し、この区間アンテナユニットを支柱単位でカスケード接続して構成することもできる。棚型カスケードアンテナは、棚を行属性、支柱を列属性としてアンテナ切替の単位とし、アンテナ切替器１３の各ポートに接続して順次切替読取する。

例えば、複数の棚段を持つ物品管理棚の各棚に対して、棚板全体に読取範囲をもつ棚アンテナと、この棚に収容する物品それぞれにＩＣタグを貼付け、棚単位による位置情報を管理できるシステムにおいて、棚のサイズ（例えば棚幅）が大きくなり、棚アンテナのサイズが大きくなると、棚上のより多くＩＣタグを読取ることができるが、棚上における個々のＩＣタグの位置情報を得ることはできないため、物品の位置管理としては精度が劣るものとなる。

また、１つの棚板を区間に分けて、個々の区間に設置されたアンテナユニットによりＩＣタグを読取することで、より詳細な位置管理ができるようになるが、設置されたアンテナユニットの数量だけ順次切り替えながら読取を行うと、１台のリーダライタ装置に接続されたアンテナユニットの数が多いほど、読取時間を要してしまう。

これに対し、上記第４の実施形態に係る棚段型物品管理システムでは、個々の区間にアンテナユニットを設置しても、棚単位、支柱単位でアンテナを切り替えて読み取りを行うため、アンテナの切替回数を減らすことができ、棚全体の読み取り時間を短縮することができる。またＩＣタグ読取による棚上の物品の位置情報を正確に特定することできるため、物品の管理を容易にすることが可能となる。

なお、この発明は上記各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、上記各実施形態において、上位制御装置とリーダライタ装置を別に設けたが、上位制御装置の機能をリーダライタ装置に組み込み、上位制御装置を不要とすることもできる。また、上記各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。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の第１実施形態に係る物品管理システムの基本的な構成図である。 アンテナユニットの内部構成図である。 アンテナユニットの接続形態を示す図である。 図３の回路構成の一例を示す図である。 図３の回路構成の一例を示す図である。 アンテナユニット総数を１４台とした場合の構成図である。 この発明の第２の実施形態に係るアンテナユニットの内部構成および動作を示す図。 図７に示すアンテナユニットをカスケード接続した場合の読取動作を示す図。 図７に示すアンテナユニットをスター型接続した場合の読取動作を示す図。 この発明の第３の実施形態に係るアンテナユニットの内部構成および動作を示す図。 この発明の第４の実施形態に係る棚段型物品管理システムの構成図。

符号の説明

１１…上位制御装置、１２…リーダライタ装置、１３…アンテナ切替器、１４［１］〜１４［Ｎ］…アンテナユニット、２１…行属性端子、２２…列属性端子、２３…スイッチ、２４…アンテナ回路。

Claims (1)

1. 物品にＩＣタグを取着し、該ＩＣタグとの間で、電磁誘導作用を用いた無線通信により、非接触でデータの書き込み又は読み出しを行うリーダライタ装置を備えた物品管理システムであって、
   前記リーダライタ装置が、前記ＩＣタグとの間で非接触通信を行うためのアンテナユニットの集合体からなるアンテナモジュールを複数備えており、該複数のアンテナモジュールを複数行、複数列にわたり、各行、各列、それぞれに少なくとも１つのアンテナモジュールを配置し、
   前記複数のアンテナモジュールを前記行単位及び列単位に順次切り替えて、前記ＩＣタグとの間でデータを書き込み又は読み出しするためのリードライト信号を、前記各行単位及び各列単位で送出することを特徴とする物品管理システム。

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