JP2009200600A

JP2009200600A - Ｒｆｉｄタグの読取装置

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Publication number: JP2009200600A
Application number: JP2008037539A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shimamoto; 岳島本; Kuniyuki Motojima; 邦行本島; Makoto Nomura; 誠野村
Original assignee: Gunma University NUC; Sanden Corp
Current assignee: Gunma University NUC; Sanden Corp
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: JP5198897B2

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグを安定的に読み取ることができるＲＦＩＤタグの読取装置を提供する。
【解決手段】ＲＦ回路部１３からの高周波出力信号を分配器２１により３つに分配する。また、該高周波信号の中心周波数に対して所定の周波数だけずれた正弦波を出力する発振器２２及び分配器２１の出力信号と発振器２２の出力信号を混合器２３により高周波信号の振幅又は位相を周期的に変動させ、該高周波信号を第１のループアンテナ３１に供給する。第２のループアンテナ３２には分配器２１の出力信号を供給する。第３のループアンテナ３３には分配器２１の出力信号を１／４波長（９０°）だけ位相シフトさせた信号を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物流や在庫管理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識別子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

しかし、上述のようなシステムでは、各商品に貼付するＲＦＩＤタグの位置及び角度、並びに、棚上での各商品の陳列方向が安定していないと、全てのＲＦＩＤタグを安定的に読み取ることは困難であった。これは、通常ＲＦＩＤタグのアンテナは特定の方向に指向性を有しており、ＲＦＩＤタグ及びアンテナの角度によっては読み取りが困難になる場合があるからである。

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、ＲＦＩＤタグを安定的に読み取ることができる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、本発明は、ＲＦＩＤタグとの通信用のアンテナと、該アンテナを用いて通信を行うための高周波送受信回路とを備え、前記ＲＦＩＤタグから固有識別子を読み取るＲＦＩＤタグの読取装置であって、前記アンテナは、指向方向が互いに直交する第１乃至第３のループアンテナを備え、高周波送受信回路からの高周波信号を３つに分配して第１乃至第３のループアンテナに供給する分配手段と、第１のループアンテナに供給される分配高周波信号の強度又は位相を周期的に変動させる変動手段と、第２のループアンテナに供給される分配高周波信号と第３のループアンテナに供給される分配高周波信号との間で位相差を発生させる位相シフト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、第２のループアンテナへの供給信号と第３のループアンテナと供給信号との間に位相差が生じているので、第２及び第３のループアンテナにより形成される合成磁界は、第２のループアンテナの指向方向と第３のループアンテナの指向方向により規定される面において回転する回転磁界となる。さらに、第１のループアンテナへの供給信号は、高周波送受信回路からの高周波信号に対して強度又は位相を周期的に変動させたものである。したがって、前記第２及び第３のループアンテナによる回転磁界に対して、第１のループアンテナによる強度又は位相が周期的に変動した磁界が合成されることにより、第１〜第３のループアンテナにより形成される合成磁界は経時的に全方向を向く。換言すれば三次元の回転磁界となる。これにより、ＲＦＩＤタグが置かれている向きの影響を受けることなく、安定した読み取りが可能となる。

本発明の好適な態様の一例としては、前記変動手段は、高周波送受信回路における搬送波の周波数に対して変動周期に対応する周波数だけ離れた高周波信号を出力する発振手段と、第１のループアンテナに供給される分配高周波信号に対して前記発振手段からの高周波信号を混合する混合手段とを備えたことを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、第１のループアンテナへの供給信号は、高周波送受信回路からの高周波信号と発振手段による高周波信号との混合信号（合成信号）である。この混合信号は、振幅（強度）が所定の周波数で増減している。換言すれば、該混合信号は所定周期のうなりを伴った信号となる。なお、うなりの周波数は高周波送受信回路からの高周波信号と発振手段による高周波信号の周波数差により決定される。

本発明のさらに具体的な態様の一例としては、前記第２のループアンテナには分配手段により分配された分配高周波信号を位相が維持されたまま供給され、前記位相シフト手段は分配手段により分配された分配高周波信号の位相をずらして第３のループアンテナに供給することを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、第２のループアンテナに供給される高周波信号と第３のループアンテナに供給される高周波信号との間に確実に位相差を生じさせることができる。

また、本発明の好適な態様の一例としては、前記変動手段は、変動周期に対応する周波数の信号を出力する発振手段と、第１のループアンテナに供給される分配高周波信号に対して前記発振手段からの信号を用いて位相変調を行う位相変調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、第１のループアンテナへの供給信号は、高周波送受信回路からの高周波信号に対して発振手段からの信号の周期で位相を変動させたものとなる。

前記位相変動手段の一例としては、ブランチライン・ハイブリッド・カプラ（以下単に「ＢＨＣ」と言う。）を備え、該ＢＨＣの第１のポートに分配高周波信号を入力するとともに、第１のポートに対向する第２のポート及び第１のポートの対角線上にある第３のポートをインピーダンス回路を介して終端させ、第４のポートから出力される高周波信号を第１のループアンテナに供給し、前記インピーダンス回路は前記発振手段からの信号に基づきインピーダンスを可変させるものが挙げられる。なお、前記インピーダンス回路の一例としては、可変容量ダイオードを含むものが挙げられる。

以上説明したように本発明によれば、第２及び第３のループアンテナによる回転磁界に対して、第１のループアンテナによる強度又は位相が周期的に変動した磁界が合成されることにより、第１〜第３のループアンテナにより形成される合成磁界は経時的に全方向を向く三次元の回転磁界となる。これにより、ＲＦＩＤタグが置かれている向きの影響を受けることなく、安定した読み取りが可能となる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置について図面を参照して説明する。図１はＲＦＩＤタグ読取装置の構成図である。本実施の形態では、ショーケースなどの商品棚に陳列された商品のＲＦＩＤタグから固有識別子を読み取る装置について説明する。また、本実施の形態においては、ＲＦＩＤタグ及びその読取手順としてＪＩＳ規格Ｘ６３２３に準ずるものとする。

ＲＦＩＤタグ読取装置は、図１に示すように、通信用の高周波信号の生成やＲＦＩＤタグの読取処理等を行う主制御部１０と、主制御部１０から供給された高周波信号を処理する高周波処理部２０と、３つのループアンテナ３１，３２，３３とを備えている。

主制御部１０は、他の装置（以下「上位装置」と言う。）の指示に基づき読取処理を行う。図１に示すように、主制御部１０は、上位装置と接続するためのインタフェイス回路１１と、ＲＦＩＤタグの読取処理を制御する読取制御部１２と、高周波信号の送受信回路からなるＲＦ回路部１３とを備えている。読取制御部１２は、上位装置からの指示に基づきＲＦＩＤタグの読取処理を行い、読取結果（ＲＦＩＤタグの固有識別子のリスト）を上位装置に送信する。ＲＦ回路部１３は、搬送波として１３．５６ＭＨｚを用いた高周波送受信回路であり、発振回路・変調回路・検波回路・復調回路等を備えている。ＲＦ回路部１３は、高周波処理部２０と同軸ケーブル１５を介して接続している。

高周波処理部２０は、主制御部１０のＲＦ回路部１３から出力された高周波信号を３つに分配する分配器２１と、１１ＭＨｚの正弦波を出力する発振器２２と、分配器２１の出力信号の１つと発振器２２の出力信号とを混合（合成）する混合器２３と、分配器２１の出力信号のうち１つ出力信号の位相をシフトさせる移相器２４とを備えている。移相器２４は、分配器２１の出力のうち１つの出力信号の基本周波数、すなわちＲＦ回路部１３における搬送波の周波数における１／４波長（９０°）分後方にシフトさせる。前記混合器２３からの出力信号は第１のループアンテナ３１に供給される。また、移相器２４からの出力信号は第３のループアンテナ３３に供給される。また、他の分配器２１からの出力信号は位相を維持したまま第２のループアンテナ３２に供給される。

第１乃至第３のループアンテナ３１，３２，３３は、ＲＦＩＤタグの読取領域の周縁部に配置されており、それぞれ指向方向が互いに直交するように配置されている。換言すれば、第１乃至第３のループアンテナ３１，３２，３３を貫く磁界の方向が互いに直交するように配置されている具体的には、図１に示すように、第１のループアンテナ３１はｘ−ｚ平面に配置され、第２のループアンテナ３２はｙ−ｚ平面に配置され、第３のループアンテナ３３はｘ−ｙ平面に配置されている。

本実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置の動作について、特に本願発明の特徴的な点を含む高周波処理部２０の動作について説明する。図２にＲＦ回路部１３の出力信号を示す。この出力信号は１３．５６ＭＨｚの搬送波に対して読取制御部１２からの信号が変調されたものである。したがって、中心周波数は搬送波の周波数と同一である。図３に混合器２３の出力信号を示す。図３に示すように混合器２３の出力信号は、図２に示した高周波信号の振幅が所定の周期で増減したものである。換言すれば、混合器２３の出力信号は、所定の周波数のうなり（ビート）を伴っている。混合器２３の出力信号の中心周波数は、搬送波の周波数と発振器２２の出力信号の周波数のほぼ中間である。一方、うなりの周波数は搬送波の周波数と発振器２２の出力信号の周波数の差にほぼ等しくなっている。なお、図２及び図３では搬送波に変調された変調成分の記載は省略した。

次に、本実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取装置による磁界強度の分布について図４乃至図６を参照して説明する。図４乃至図６は、第１〜第３のループアンテナ３１，３２，３３により囲まれた領域内において磁界強度が高い領域を示すものである。図４はｘ−ｚ平面における磁界強度、図５はｘ−ｙ平面における磁界強度、図６はｙ−ｚ平面における磁界強度を示す。

図４に示すように、ｘ−ｚ平面では磁界強度の分布は円を描いている。これは、第２のループアンテナ３２と第３のループアンテナ３３との位相が１／４波長（９０°）ずれているためである。該磁界強度の円を描く周期、すなわち経時的変化の周期は搬送波の周期に一致する。一方、図５及び図６に示すように、ｘ−ｙ平面及びｙ−ｚ平面における磁界強度は、各図の斜線に示す領域内において周期的に変化する。磁界強度の経時的変化の周期はうなりの周波数と一致する。

このように、本実施の形態におけるＲＦＩＤタグの読取装置によれば、第１〜第３のループアンテナ３１，３２，３３に囲まれた領域内では磁界強度の向きが経時的に変化しており、しかも磁界強度の向きは三次元空間のほぼ全方向にわたって変化する。これにより、ＲＦＩＤタグがどのような向きに置かれていても、ＲＦＩＤタグとの通信を可能にし、これにより安定的且つ確実な読取処理を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、第１のループアンテナ３１に供給する高周波信号のみうなり（ビート）を生じさせていたが、例えば第１のループアンテナ３２と第２のループアンテナ３３のように複数のアンテナにうなりを伴う高周波信号を供給するようにしてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置について図面を参照して説明する。図７はＲＦＩＤタグ読取装置の構成図である。同図において第１の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置が第１の実施の形態と異なる点は、第１のループアンテナ３１に供給する高周波信号である。具体的には、第１の実施の形態では、第１のループアンテナ３１には、振幅（強度）が周期的に変動した高周波信号、すなわちうなり（ビート）を伴った高周波信号が入力される。本実施の形態では、第１のループアンテナ３１には、位相が周期的に変動した高周波信号が入力される。以下、相違点について詳述する。

本実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置の高周波処理部２０は、図７に示すように、主制御部１０のＲＦ回路部１３から出力された高周波信号を３つに分配する分配器２１と、８００Ｈｚ程度の低周波の正弦波を出力する発振器２５と、分配器２１の出力信号の１つに対して発振器２５の出力信号を用いて位相変調する位相変調器２６と、分配器２１の出力信号のうち１つ出力信号の位相をシフトさせる移相器２４とを備えている。移相器２４は、分配器２１の出力のうち１つの出力信号の基本周波数、すなわちＲＦ回路部１３における搬送波の周波数における１／４波長（９０°）分後方にシフトさせる。前記位相変調器２６からの出力信号は第１のループアンテナ３１に供給される。また、移相器２４からの出力信号は第３のループアンテナ３３に供給される。また、他の分配器２１からの出力信号は位相を維持したまま第２のループアンテナ３２に供給される。

位相変調器２６について図８を参照して説明する。図８は位相変調器の回路図である。図８に示すように、位相変調器２６は、ブランチライン・ハイブリッド・カプラ２６１を備えている。ＢＨＣ２６１は、４つポート２６１ａ〜２６１ｄを有しており、（ａ）対向するポート間（ポート２６１ａ−２６１ｂ間、ポート２６１ｃ−２６１ｄ間）の信号位相遅延量は９０°、（ｂ）対角線上のポート間（ポート２６１ａ−２６１ｃ間、ポート２６１ｂ−２６１ｄ間）の信号位相遅延量は１８０°、（ｃ）隣り合うポート間（ポート２６１ａ−２６１ｄ間、ポート２６１ｂ−２６１ｃ間）では信号は伝送されない、（ｄ）信号伝送特性は双方向性、という特性を有している。ＢＨＣ２６１のポート２６１ａには分配器２１の出力信号が入力される。ＢＨＣ２６１のポート２６１ｄは第１のループアンテナ３１に接続している。ＢＨＣ２６１のポート２６１ｂ及び２６１ｃは、それぞれ可変容量ダイオード２６２，２６３を介してグランドに接続している。

また、位相変調器２６は、発振器２５からの低周波の出力信号に対して所定電圧のバイアスをかける直流バイアス印加回路２６４を備えている。直流バイアス印加回路２６４により直流バイアスがかけられた低周波信号は、高周波チョークコイル２６５，２６６を介して前記可変容量ダイオード２６２，２６３に供給される。高周波チョークコイル２６５，２６６は、ポート２６１ｂ，２６１ｃから出力される高周波信号が発振器２５側に伝送されるのを防止するためのものである。

このような位相変調器２６によれば、ＢＨＣ２６１のポート２６１ａから入力された高周波信号は、可変容量ダイオード２６２，２６３によるインピーダンス（容量性リアクタンス）に応じて位相がずれた状態でポート２６１ｄから出力される。ここで可変容量ダイオード２６２，２６３への逆バイアス電圧値は発振器２５からの低周波信号に応じて周期的に変化する。これにより、可変容量ダイオード２６２，２６３によるインピーダンス（容量性リアクタンス）も周期的に変化する。したがって、第１のループアンテナ３１に供給される信号は、分配器２１により分配された高周波信号に対して発振器２５の周期で位相が変動したものとなる。

本実施の形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置によれば、第１の実施の形態と同様に、第２のループアンテナ３２への供給信号と第３のループアンテナ３３と供給信号とでは位相が９０°ずれているので、第２及び第３のループアンテナ３２，３３により形成される合成磁界は回転磁界となる。さらに、第１のループアンテナへ３１の供給信号は、前述したように発振器２５の周期で位相が変動したものとなるので、第１〜第３のループアンテナ３１〜３３により形成される合成磁界は経時的に全方向を向く。換言すれば三次元の回転磁界となる。これにより、ＲＦＩＤタグが置かれている向きの影響を受けることなく、安定した読み取りが可能となる。

以上本発明の第１及び第２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、第２のループアンテナ３２への供給信号と第３のループアンテナ３３への供給信号の位相差を１／４波長（９０°）としていたが、他の値であってもよい。その場合には、ｘ−ｚ平面上において磁界強度は楕円を描くことになる。

また、上記各実施の形態では、第２のループアンテナ３２への供給信号と第３のループアンテナ３３への供給信号に位相差を生じさせるために、第３のループアンテナへの供給信号のみ移相器２４を用いて位相をずらせていたが、両者間に位相差が生じるのであれば、第２及び第３のループアンテナ３２，３３への供給信号の双方の位相をずらしてもよい。

また、上記各実施の形態では、主制御部１０と高周波処理部２０とをそれぞれ分けて実装していたが、これらを一つに実装するようにしてもよい。

ＲＦＩＤタグの読取装置の構成図ＲＦ回路部の出力信号を説明する図混合器の出力信号を説明する図ｘ−ｚ平面における磁界強度分布を説明する図ｘ−ｙ平面における磁界強度分布を説明する図ｙ−ｚ平面における磁界強度分布を説明する図ＲＦＩＤタグの読取装置の構成図位相変調器の構成図

符号の説明

１０…主制御部、１１…インタフェイス回路、１２…読取制御部、１３…ＲＦ回路部、２０…高周波処理部、２１…分配器、２２…発振器、２３…混合器、２４…移相器、２５…発振器、２６…位相変調器、２６１…ブランチライン・ハイブリッド・カプラ、２６２，２６３…可変容量ダイオード、２６４…直流バイアス印加回路、２６５，２６６…高周波チョークコイル、３１，３２，３３…ループアンテナ

Claims

ＲＦＩＤタグとの通信用のアンテナと、該アンテナを用いて通信を行うための高周波送受信回路とを備え、前記ＲＦＩＤタグから固有識別子を読み取るＲＦＩＤタグの読取装置であって、
前記アンテナは、指向方向が互いに直交する第１乃至第３のループアンテナを備え、
高周波送受信回路からの高周波信号を３つに分配して第１乃至第３のループアンテナに供給する分配手段と、
第１のループアンテナに供給される分配高周波信号の強度又は位相を周期的に変動させる変動手段と、
第２のループアンテナに供給される分配高周波信号と第３のループアンテナに供給される分配高周波信号との間で位相差を発生させる位相シフト手段とを備えた
ことを特徴とするＲＦＩＤタグの読取装置。
前記変動手段は、高周波送受信回路における搬送波の周波数に対して変動周期に対応する周波数だけ離れた高周波信号を出力する発振手段と、第１のループアンテナに供給される分配高周波信号に対して前記発振手段からの高周波信号を混合する混合手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグの読取装置。
前記第２のループアンテナには分配手段により分配された分配高周波信号を位相が維持されたまま供給され、
前記位相シフト手段は分配手段により分配された分配高周波信号の位相をずらして第３のループアンテナに供給する
ことを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤタグの読取装置。
前記位相シフト手段における位相差の絶対値は９０°である
ことを特徴とする請求項２又は３記載のＲＦＩＤタグの読取装置。
前記変動手段は、変動周期に対応する周波数の信号を出力する発振手段と、第１のループアンテナに供給される分配高周波信号に対して前記発振手段からの信号を用いて位相変調を行う位相変調手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグの読取装置。
前記位相変調手段は、ブランチライン・ハイブリッド・カプラ（以下単に「カプラ」と言う。）を備え、該カプラの第１のポートに分配高周波信号を入力するとともに、第１のポートに対向する第２のポート及び第１のポートの対角線上にある第３のポートをインピーダンス回路を介して終端させ、第４のポートから出力される高周波信号を第１のループアンテナに供給し、
前記インピーダンス回路は前記発振手段からの信号に基づきインピーダンスを可変させる
ことを特徴とする請求項５記載のＲＦＩＤタグの読取装置。
前記インピーダンス回路は可変容量ダイオードを含む
ことを特徴とする請求項６記載のＲＦＩＤタグの読取装置。