JP2011010202A - 無線タグ読取装置、および無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁界共用型無線タグを積み重ねた状態でも良好な読み取りができるようにする。
【解決手段】電磁界共用型の無線タグと電磁波の電界成分を用いて信号を送受信する電界型リーダアンテナと、無線タグと電磁波の磁界成分を用いて信号を送受信する磁界型リーダアンテナと、無線タグに問い合わせる質問信号を生成して電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器とを備え、電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置され、磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、上記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線タグ読取装置、および無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法に関する。

収納ケースに、無線タグを取り付けた物品、例えば郵便物を複数収納し、各郵便物に取り付けられた無線タグに格納されているＩＤやデータを、収納ケースの外部に配置したリーダアンテナで読み取る装置がある。このような装置として、収納ケース内を、アンテナを配置した複数の仕切り板で所定の間隔に仕切り、それぞれの仕切られた空間に無線タグが付けられた郵便物を１つずつ収納し、それぞれ仕切り板に配置したアンテナを介して該当する無線タグからデータを読み取るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示の技術は、無線タグが重なると、重なった無線タグからデータの読み取りができなくなるという問題を解決するために、収納ケースに仕切り板を設けて、それぞれの仕切られた空間に無線タグが付けられた郵便物を１つずつ収納するようにしていた。

一方、複数の無線タグが重なった状態でもその読み取りを可能にするための技術開発が近年行われてきている。例えば、複数の無線タグが取り付けられた物品を並べて収納したケースと、ケースの近傍に配置されたリーダアンテナとの間に無給電素子を配置することにより、重なった状態の無線タグの読み取りを良好なものとする無線タグ読取装置が知られている（特許文献２参照）。特許文献２に開示の技術は、リーダアンテナ上に、無線タグが付けられた郵便封筒を立てて並べて読み取りを行うことを想定した技術であり、無線タグとリーダアンテナとの間に無給電素子を配置するという点から、リーダアンテナ及び無線タグは電界により動作するものを対象としている。

最近では個品タグ用として、ＩＣチップに小さなループアンテナが接続された、磁界で動作する小型の無線タグが使われてきている。さらには、小さなループアンテナの外側に電界に応答するダイポールアンテナを設けた、磁界及び電界の両方で動作する電磁界共用型無線タグも使われるようになっている。この電磁界共用型無線タグを積み重ねた状態で読み取る技術については、いまだ確立されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁界共用型無線タグを積み重ねた状態でも良好な読み取りができる無線タグ読取装置、および無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の無線タグ読取装置は、電磁界共用型の無線タグと電磁波の電界成分を用いて信号を送受信する電界型リーダアンテナと、前記無線タグと電磁波の磁界成分を用いて信号を送受信する磁界型リーダアンテナと、前記無線タグに問い合わせる質問信号を生成して前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器とを備え、前記電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置され、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置されたことを特徴とする。

また、本発明の無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法は、電磁界共用型の無線タグと電磁波の電界成分を用いて信号を送受信する電界型リーダアンテナと、前記無線タグと電磁波の磁界成分を用いて信号を送受信する磁界型リーダアンテナと、前記無線タグに問い合わせる質問信号を生成して前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器とを備える無線タグ読取装置を用いて、前記電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置し、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置することを特徴とする。

また、本発明の無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法は、電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナを接続するためのアンテナ接続端子を有し、電磁界共用型の無線タグに問い合わせる質問信号を生成して電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器に前記アンテナ接続端子を介して接続可能な電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナをそれぞれ、前記電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置し、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置することを特徴とする。

本発明によれば、電磁界共用型無線タグを積み重ねた状態でも良好な読み取りを達成することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態である無線タグ読取装置の構成を示す図である。 図２は、磁界型リーダアンテナの構成例を示す図である。 図３は、同実施の形態の無線タグ読取装置の質問器の構成を示す図である。 図４は、電磁界共用型の無線タグの構成例を示す図である。 図５は、同実施の形態における２つのリーダアンテナと重ねられた無線タグとの位置関係を示す図である。 図６は、同実施の形態の無線タグ読取装置による読み取り結果（Ｌ＝３ｃｍの場合）を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態の無線タグ読取装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる無線タグ読取装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である無線タグ読取装置の構成を示している。本実施形態の無線タグ読取装置は、磁界型リーダアンテナ１と電界型リーダアンテナ２が同軸ケーブル４を介して質問器３に接続され、この２つのアンテナの電波放射面が対向して配置される構成となっている。この構成による無線タグ読取装置によれば、同図に示すように、重ねられた無線タグ５が上記２つのアンテナの間に置かれることにより、すべての無線タグの読み取りが可能となる。なお、読み取り対象の無線タグは、実際には郵便物、封筒、書類等の物品に取り付けられるが、本明細書では説明の簡単のため、無線タグのみを示して説明する。

上記無線タグ読取装置の構成に関して、さらに具体的に説明する。

磁界型リーダアンテナ１は、通常ループ形状を有している。例えば図２に示すように、基板上に形成された導体からなる円形のループを複数分割し、その間隙をコンデンサ２１で接続して所望の共振周波数を得るものが用いられる。給電点２２には通常、不平衡の同軸ケーブルが接続されるため、不平衡−平衡変換用のバラン２３が設けられている。

現在広く利用されるようになってきているＵＨＦ帯のＲＦＩＤ用磁界型リーダアンテナであれば、上記ループの直径は約１０ｃｍ、各コンデンサ２１の容量を１ｐＦ程度とすることにより、日本において使用される周波数帯域の中心である９５３ＭＨｚに共振周波数を合わせることが可能である。ただし、使用する基板や周囲の環境などにより共振周波数は変化するため、ループの直径や、ループの分割数、使用するコンデンサ２１の容量値などは適宜調整が必要である。本実施形態では、上記の一般的な磁界型リーダアンテナを磁界型リーダアンテナ１として用いる。

一方、本実施形態の電界型リーダアンテナ２としては、従来からよく使用されているいわゆるパッチアンテナを用いるが、これに限定するものではない。ちなみに、直線偏波型のパッチアンテナは、誘電体を挟んで導体パターンと接地導体が対向する層構造を有する基板上に、約１／２波長の正方形導体パターンを配置し、共振させるための給電部を設けることによって形成される（図示せず）。

次に、質問器３の概略構成を図３に示しその説明をする。図３は、質問器３の概略構成を示すブロック図である。

質問器３は、アンテナ切替部３１、送信部３２、受信部３３、制御部３４を備え、少なくとも２つのアンテナ接続端子（図示せず）を備えている。

制御部３４は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、その制御プログラムや各種データを記憶するメモリと、送信部３２および受信部３３およびその他のデバイスの各々と接続するための入出力インターフェースを備えている。この制御部３４は、読み取り対象の無線タグに対して送信する送信データを生成し送信部３２に供給する。また、受信部３３から供給される受信データ（下記）をデータ復号する。

送信部３２は、制御部３４からの送信データからアナログ信号を生成し、この信号を９５３ＭＨｚ帯の周波数で変調し、規定の出力（例えば電波法で定められた最大出力値である１Ｗ）でアンテナ端子から送出できるように増幅する。

アンテナ切替部３１は、制御部３４から出された制御信号に従って、アンテナ１とアンテナ２とを切り替えるようになっている。各アンテナを切り替えるタイミングについては特に規定しないが、例えば一定時間（例えば数十ｍｓ〜数百ｍｓ）毎に切り替える方法や、一方のアンテナで、重ねられた無線タグ５からデータを受信している間は切り替えず、受信できなくなった場合に他方のアンテナに切り替えるなどの方法をとることができる。また、重ねられた無線タグ５の全数が事前に分かっている場合（例えば、重ねられた無線タグ５の全数が質問器３に入力設定されている場合）、一方のリーダアンテナで無線タグの全数を読み取れなかったときに、他方のリーダアンテナに切り替え読み取りを行うようにしてもよい。

送信時に選択されたアンテナで、同時に無線タグからの反射波（応答信号）を受信する。受信部３３は、この応答信号を復調し、復調した信号からデジタルの受信データを生成し、この受信データを制御部３４に供給する。この受信データは、制御部３４にてデータ復号がなされる。図３には示していないが、質問器３にはＬＡＮやＲＳ２３２Ｃなどの入出力インタフェースが備えられ、ホストとなるＰＣ（Personal Computer）と質問器３とを接続して、ＰＣから質問器３の制御を行う。なお、同図においてアンテナ１は磁界型リーダアンテナ１であり、アンテナ２は電界型リーダアンテナ２である。もちろん、その逆でも良い。

重ねられた無線タグ５に含まれる各無線タグとしては、図４に示すように、磁界による応答が可能なループ部（ループアンテナ）４１と、電界による応答が可能なダイポール部（ダイポールアンテナ）４２を持った、電磁界共用型の無線タグを用いる。各無線タグにはＩＣチップ４３が実装され、直径１０ｍｍ程度のループ部４１がＩＣチップ４３と接続される。ダイポール部４２は、細かく幾重にも折り曲げることにより、外形を小さくすることが可能である。９５３ＭＨｚ帯で使用するものでは１０ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさのものが流通し、個品用のタグとして分類されている。例えば、米エイリアン社のＨｉｇｇｓ−ＩＣチップを実装した、Ｍｉｎｉ−Ｓｑｕｉｇｇｌｅと呼ばれるタグは、上記のような構成となっている。本実施形態は、上記のような電磁界共用型の無線タグを用い、その読み取りを行うことを前提とする。

図５は、磁界型リーダアンテナ１と電界型リーダアンテナ２と重ねられた無線タグ５との位置関係を示す側面図で、通常は重力方向下側に、その電波放射面を重力方向上向きにして磁界型リーダアンテナ１を配置する。磁界型リーダアンテナ１は、電磁波の磁界成分を用いて電磁界共用型の無線タグのループ部４１と信号を送受信する磁界型であるので、少なくとも、その電波放射面が、重ねられた無線タグ５が配置される空間に向けられるとともに、この空間に配置される重ねられた無線タグ５の各アンテナ面（ループ部４１のアンテナ面）と直交しないように配置される。一方、電界型リーダアンテナ２は、この磁界型リーダアンテナ１に対向して配置する。すなわち、重力方向上側に、その電波放射面を重力方向下向きにして電界型リーダアンテナ２を配置する。この２つのリーダアンテナの間の空間に各無線タグ（実際には、無線タグが取り付けられた物品）が入れられ、重ねられた状態で各無線タグの読み取りが行われる。それぞれの詳細な位置は特に規定しないが、例えば図５の例では、各無線タグ同士の間隔Ａは約２ｍｍ、各リーダアンテナ間の距離Ｂは約２０ｃｍとしている。

磁界型リーダアンテナ１で重ねられた無線タグ５を読み取る場合、磁界の特性上、磁界型リーダアンテナ１の近傍での読み取りは良好だが、磁界型リーダアンテナ１から無線タグが離れると読み取りは悪化する。磁界型で動作する１３．５６ＭＨｚのＩＣタグ（例えばＳｕｉｃａ（登録商標）など）はその典型で、駅の改札では、Ｓｕｉｃａカードを読み取り機にほぼ接触することで読み取りを確実なものとしている。ＵＨＦ帯でも近傍でしか読み取れないというのは同様である。図５の無線タグの束（重ねられた無線タグ５）の下端と磁界型リーダアンテナ１との距離Ｌが１〜２ｃｍであれば、１０枚重ねられた無線タグ５のすべての読み取りが可能であるが、３ｃｍ程度まで離れると、読み落としが発生する。

図６は、Ｌ＝３ｃｍの場合の読み取り結果を示したものである。図中、‘１’は、１０枚重ねられた無線タグ５の中の各無線タグにおいて、読み取りが可能であったことを示し、‘０’は読み取りが不可能だったことを示している。図６の例では、磁界型リーダアンテナ１のみで１０枚重ねられた無線タグ５を読み取ったときに、一番上側と下側のＮｏ．１、Ｎｏ．１０の無線タグの読み取りができていないことを示している。この現象は電磁界共用型の無線タグに特有の現象で、詳細なメカニズムは解明できていないが、重なった無線タグの中心部付近のものは読めるが、端部のものが読めないという現象が多々発生する。

一方、電界型リーダアンテナ２で同じ１０枚重ねられた無線タグ５を読み取ると、中央部のＮｏ．５及びＮｏ．６の無線タグが読み取れない。電界型リーダアンテナを使用して重なった無線タグを読み取る場合、中央部の無線タグを読み取れないという現象は、これまでも周知であった。そこで、磁界型リーダアンテナ１と電界型リーダアンテナ２とを対向して配置し、切り替えて使用して、互いに読めない部分を補完することにより、重なった１０枚すべての無線タグを読取ることが可能となる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、磁界型リーダアンテナ１と電界型リーダアンテナ２とは、対向して配置した。本実施形態は、図７に示すように、重ねられた無線タグ５の横方向に、磁界型リーダアンテナ１の電波放射面に対して、その電波放射面が交差するように（例えば直交するように）電界型リーダアンテナ２を配置する。電界型リーダアンテナ２は、電磁波の電界成分を用いて電磁界共用型の無線タグのダイポール部４２と信号を送受信する電界型であるので、その電波放射面は、重ねられた無線タグ５が配置される空間に向いていればよい。その他については、前述の第１の実施の形態と同様であり、その説明は省略する。本実施形態でも、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

（その他の実施の形態）
上記各実施形態では、質問器３内で２種類のリーダアンテナを切り替えて重ねられた無線タグ５の読み取りを行う構成となっているが、２種類のリーダアンテナそれぞれに別個の質問器を接続し、それぞれの質問器が重ねられた無線タグ５の読み取りを行う構成とすることもできる（図示せず）。この場合、２つの質問器が、重ねられた無線タグ５で互いに読めない部分を補完することになる。この補完を行うための制御は、各質問器を制御するホストＰＣ等により行うことができる。

また、図１や図７には図示していないが、磁界型リーダアンテナ１と電界型リーダアンテナ２はそれぞれ、無線タグが取り付けられた物品（郵便物、封筒、書類等）を収納する収納ケースや棚などの収納用物品（図示せず）に、各リーダアンテナが前述の位置関係で取り付けられることにより配置される。もちろん、磁界型リーダアンテナ１および電界型リーダアンテナ２は、上記収納用物品が製造される過程でこれらを取り付けるようにしてもよいし、既製の収納用物品にこれらを取り付けるようにしてもよい。

１ 磁界型リーダアンテナ
２ 電界型リーダアンテナ
３ 質問器
４ 同軸ケーブル
５ 重ねられた無線タグ（電磁界共用型の無線タグの束）
２１ コンデンサ
２２ 給電点
２３ バラン
３１ アンテナ切替部
３２ 送信部
３３ 受信部
３４ 制御部
４１ ループ部
４２ ダイポール部
４３ ＩＣチップ

特開２００２−３７４２５号公報 特開２００５−３２７０９９号公報

Claims (11)

1. 電磁界共用型の無線タグと電磁波の電界成分を用いて信号を送受信する電界型リーダアンテナと、
   前記無線タグと電磁波の磁界成分を用いて信号を送受信する磁界型リーダアンテナと、
   前記無線タグに問い合わせる質問信号を生成して前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器とを備え、
   前記電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置され、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置されたことを特徴とする無線タグ読取装置。
2. 前記電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナは、該２つのリーダアンテナの電波放射面が対向するよう配置されたことを特徴とする請求項１記載の無線タグ読取装置。
3. 前記電界型リーダアンテナおよび磁界型リーダアンテナの内、一方のリーダアンテナはその電波放射面が他方のリーダアンテナの電波放射面に対して交差するように配置されたことを特徴とする請求項１記載の無線タグ読取装置。
4. 前記磁界型リーダアンテナが、重力方向下部に、その電波放射面が重力方向上向きとなるように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線タグ読取装置。
5. 前記質問器は、アンテナ切替手段を有し、該アンテナ切替手段により前記電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナを切り替えて、前記無線タグに前記質問信号を送信し応答信号を受信することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線タグ読取装置。
6. 前記質問器は、制御部を有し、該制御部は、一定時間毎に前記電界型リーダアンテナおよび磁界型リーダアンテナを切り替えるように前記アンテナ切替手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の無線タグ読取装置。
7. 前記質問器は、制御部を有し、該制御部は、一方のリーダアンテナで無線タグからデータを受信している間は切り替えず、受信できなくなった場合に他方のアンテナに切り替えるように前記アンテナ切替手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の無線タグ読取装置。
8. 前記質問器は、制御部を有し、該制御部は、読み取り対象の無線タグの全数が設定により事前に分かっている場合で、一方のリーダアンテナで無線タグの全数を読み取れなかった場合に、他方のリーダアンテナに切り替えるように前記アンテナ切替手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の無線タグ読取装置。
9. 前記電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナは、前記無線タグが取り付けられた物品を収納する収納用物品に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の無線タグ読取装置。
10. 電磁界共用型の無線タグと電磁波の電界成分を用いて信号を送受信する電界型リーダアンテナと、前記無線タグと電磁波の磁界成分を用いて信号を送受信する磁界型リーダアンテナと、前記無線タグに問い合わせる質問信号を生成して前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器とを備える無線タグ読取装置を用いて、
    前記電界型リーダアンテナは、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置し、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置することを特徴とする無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法。
11. 電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナを接続するためのアンテナ接続端子を有し、電磁界共用型の無線タグに問い合わせる質問信号を生成して電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナに出力し、前記電界型リーダアンテナまたは磁界型リーダアンテナにより受信された前記無線タグからの応答信号が入力され該応答信号を復調および復号する質問器に前記アンテナ接続端子を介して接続可能な電界型リーダアンテナ及び磁界型リーダアンテナをそれぞれ、その電波放射面が、読み取り対象となる前記無線タグが取り付けられた複数の物品が重ねて配置される空間に向くように配置し、前記磁界型リーダアンテナは、その電波放射面が、前記空間に向きかつ該空間内に重ねて配置される前記複数の物品に取り付けられた各無線タグのアンテナ面と直交しないように配置することを特徴とする無線タグ読取装置のリーダアンテナの配置方法。

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