JP2011180912A

JP2011180912A - 無線タグ読取装置及び無線タグ読取方法

Info

Publication number: JP2011180912A
Application number: JP2010045729A
Authority: JP
Inventors: Wataru Sakurai; 渉櫻井
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】少ないアンテナ素子数でも指向性を自由に調整でき、最適な読取りエリアを容易に確保することができるようにする。
【解決手段】基板１０と、この基板１０上に所定間隔を存して移動自在に配設され、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子１１と、平面アンテナ素子１１を基板１０に沿って移動させて該平面アンテナ素子１１間の間隔を可変することにより、各平面アンテナ素子１１から放射される電波の合成波のビーム形状を調整する位置調整ネジ２１とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、アパレルショップの所謂スマートシェルフに適用される無線タグ読取装置及び無線タグ読取方法に関する。

現在、ＲＦＩＤを利用した様々なアプリケーションが登場してきている（例えば、特許文献１参照。）。このアプリケーションのひとつにスマートシェルフがある。スマートシェルフでは、ＲＦＩＤリーダにより商品のＲＦＩＤタグを読み取ることにより高精度な棚卸などを可能としている。

しかしながら、従来においては、顧客の動向を把握するといった運用に関しては、まだ未成熟であった。その理由は、例えば棚上にある服を顧客が手にとったか否かを把握したいというようなアプリケーションの場合、読取りエリアと否読取りエリアの境界が非常にシビアになり、それを実現するための電波の制御方法が、まだ確立されていないからである。

特に、ガラス棚を利用するようなデザイン性に注力する店舗では、各棚にアンテナを設置することができず、棚の下の見えない部分にしか設置できない。このため、読取りエリアが３０ｃｍ程度までしかない磁界結合アンテナは、読取りエリアの制御が比較的容易であるが、８０ｃｍ程度ある棚の最上段までは電波が届かず利用できないという課題があった。

また、平面アンテナなどの通常の電磁界アンテナでは、８０ｃｍ程度ある棚の最上段まで電波を届かすことはできるが、指向性が低く、読取りエリアと否読取りエリアの境界をひくことができないという課題があった。

なお、アンテナをアレイ化して配列することにより、各々のアンテナ素子から放射される波の合成波を利用して指向性を鋭くしたり、利得を高くすることができるようにしたアンテナ技術は知られている。

しかしながら、スマートシェルフの場合は、棚下に通常のアレイアンテナをただ単純に設置しただけでは、最適な読取りエリアを確保することはできない。即ち、棚の幅や高さ、或いは設置するアンテナ数の制限（Ｒ／Ｗのポート数）や、その他、外部要因など諸々の条件を考慮し、ビーム形状を調整する必要がある。また、様々な棚に対応するためには、棚によって最適な読取りエリアに変更する必要がある。

一般的にビーム形状を操作することができるものに、ダプティブアレイアンテナやフェーズドアレイアンテナがあるが、棚の下というスペース的な制約があることで、配列できるアンテナ素子数に限りがあるため、ＲＦＩＤで使用する周波数帯域では使用が困難となっている。また非常に高価なものになってしまうという問題がある。

このため、少ないアンテナ素子数でも指向性が自由に調整できるように、アンテナ素子を最大限利用できるような機構が必要であり、またそれらの調整は非常に難しいため、容易に調整できるような制御機構が望まれている。

本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、少ないアンテナ素子数でも指向性を自由に調整でき、最適な読取りエリアを容易に確保することができるようにした無線タグ読取装置及び無線タグ読取方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板と、この基板上に所定間隔を存して固定的に配設され、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子と、前記基板を移動させることにより、前記複数の平面アンテナ素子を一体的に移動させて前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整する調整手段とを具備することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、基板と、この基板上に所定間隔を存して移動自在に配設され、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子と、前記平面アンテナ素子を前記基板に沿って移動させて該平面アンテナ素子間の間隔を可変することにより、前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整する調整手段とを具備することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子を基板上に所定間隔を存して移動自在に配設し、前記平面アンテナ素子を移動させて該平面アンテナ素子間の間隔を可変することにより、前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整することを特徴とする。

本発明によれば、少ないアンテナ素子数でも指向性を自由に調整でき、最適な読取りエリアを容易に確保することができるようにした無線タグ読取装置を提供することができる。

本発明の第１の形態である無線タグ読取装置を備える棚を示す正面図。図１の無線タグ読取装置を示す平面図。図２の無線タグ読取装置の平面アンテナ素子の移動機構を示す斜視図。本発明の第２の実施の形態である無線タグ読取装置を示す平面図。本発明の第３の実施の形態である無線タグ読取装置を示す平面図。本発明の第４の実施の形態である無線タグ読取装置を示す正面図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態である棚１を示す正面図である。

この棚１は上下方向に複数段の棚部２を有し、これら棚部２上には物品としての商品４が陳列されている。商品４にはその物品情報を記憶する無線タグ５が付されている。棚１の最下段の棚部２の下方部には、商品４に付された無線タグ５の情報を読み取る無線タグ読取装置７が設けられている。

図２は、無線タブ読取装置７を示す平面図である。

無線タブ読取装置７は、平面アレイアンテナ８とＲＦＩＤリーダライタ９とによって構成されている。平面アレイアンテナ８は基板１０を備え、この基板１０上の一側部側には複数個の平面アレイアンテナ素子（以下、アンテナ素子という）１１が所定間隔を存して矢印方向に移動自在に配置されている。アンテナ素子１１は放射板１１ａ及び給電部１１ｂを有している。

また、基板１０上の他側部側には電力分配器１３が設けられ、この電力分配器１３に同軸コネクタ部１２を介してリーダライタ９が接続されている。電力分配器１３には可変手段としての可変位相器１５、同軸コネクタ１６、及び同軸ケーブル１７を介して上記したアンテナ素子１１がそれぞれ電気的に接続されている。

なお、上記したアンテナ素子１１としては、現実的にはサイズの制約上２素子以上で多くても１０素子程度までの範囲内で配列されている。ここでは、利得３ｄＢ程度の高誘電率基板であるセラミック材を使用した小型円偏波アンテナを３素子配列した場合について説明する。

アンテナをアレイ化することで、理想的には８ｄＢ程度の利得となり、指向性も１素子のパッチアンテナのビーム幅６０度程度から、３素子でアレイ化することで３０〜５０度程度にはなると考えられる。

また、可変移相器１５のロスが０．５ｄＢ程度、同軸ケーブル１７のロスが１．５ｄＢ程度であるとして、理想状態では、規格最大値であるアンテナ利得６ｄＢｉ程度になるものとする。このようにアレイ化技術を利用することで、利得・指向性を高めることが可能となっている。

ところで、複数個のアンテナ素子１１の両側方部には、第１及び第２のガイド体１９，２０が離間対向する状態で配設されている。第１及び第２のガイド体１９，２０には図３にも示すように、その長手方向に沿って長孔１９ａ，２０ａが穿設され、これら長孔１９ａ，２０ａ間に調整手段としての位置調整ネジ２１が挿入されている。位置調整ネジ２１はその先端部が第２のガイド体２０側に位置するナット（図２に示す）２２にねじ込まれることにより固定され、緩められることにより、長孔１９ａ，２０ａに沿って移動できるようになっている。

アンテナ素子１１は一対の位置調整ネジ２１間に位置して連結部材２４を介して一対の位置調整ネジ２１に連結され、一対の位置調整ネジ２１の移動に基づいて移動されるようになっている。第１のガイド体１９の長孔１９ａの上緑部にはその長手方向に沿って目盛り２３が形成され、位置調整ネジ２１の移動量を目視できるようになっている。

なお、アンテナ素子１１の間隔は、λ以上になるとグレーティンググローブが発生してしまうため、調整範囲としては最大λまでとする。アンテナ素子１１間は通常のアレイアンテナで利用される２／λを基準とし、最小はアンテナ素子１１の地板同士が接触する位置から、最大λまで移動可能となっている。

この調整可能範囲は、アンテナ素子１１の数や配列パターンによって、制限を受けることやコスト的な問題もあるため、適宜定めるものとする。

また、可変移相器１５への入力は、利得が最大となるように約２／λずれた移相差がでるように各アンテナ素子１１に給電し、最大１８０度の可変移相幅をもつこととする。

さらに、同軸ケーブル１７はある程度冗長的にされており、アンテナ素子の位置調整による給電線の変化はほとんどないものとなっている。

上記した構成において、リーダライタ９から出力されると、同軸コネクタ部１２に給電され、この給電された電力は電力分配器１３により分配されて可変移相器１５、及び同軸ケーブル１７を介して各アンテナ素子１１にそれぞれ伝達される。これにより、各アンテナ素子１１から電波が放射され、棚上の商品４の無線タグ５が無線通信により読み取られることになる。

ところで、平面アンテナをアレイ化することにより、各々のアンテナ素子１１から放射去される電波の合成波を利用して指向性や利得を高くすることは可能であるが、スマートシェルフの場合には、棚下にアンテナ素子をただ単純に配列しただけでは、最適な読取エリアを確保することはできない。

即ち、棚１の幅や高さ、或いは設置するアンテナ数の制限（Ｒ／Ｗのポート数）や、その他、外部要因など諸々の条件を考慮し、アンテナ素子１１から放射されるビーム形状を調整する必要がある。また、様々な棚に対応するためには、棚によって最適な読取りエリアに変更する必要がある。

次に、上記したアンテナ素子１１から放射されるビーム形状を調整する場合について説明する。

この場合には、まず、位置調整ネジ２１を緩めてアンテナ素子１１を移動可能な状態にしてからガイド１９，２０のガイド孔１９ａ、２０ａに沿って図２に矢印で示すように位置調整ネジ２１を移動させる。これにより、アンテナ素子１１が基板１０の上面に沿って移動されてその位置が変更され、アンテナ素子１１間の間隔が調整される。この調整後、位置調整ネジ２１を締め込んでアンテナ素子１１を固定し、リーダライタ９から出力する。この出力は、電量分解器１３で分配されてから可変移相器１５により位相が変更されて各アンテナ素子１１にそれぞれ給電される。これにより、各アンテナ素子１１から放射される電波の合成波のビーム形状が調整されて無線タグ５が読み取られることになる。

このように、本発明では、各アンテナ素子１１間の間隔を調整可能とするとともに、各アンテナ素子１１に給電される位相を変更可能とするため、アンテナ素子間の間隔を一定に固定する場合に比べて、より多くのビーム形状への変更が可能となり、最適な読取エリアを確保することができる。

なお、上記した実施の形態では、アンテナ素子１１を位置調整ネジ２１の締め付けにより固定する機構としたが、アンテナ素子１１の固定方法は問わない。また、価格的なことを考慮して、ある特定のアンテナ素子に対して、可変移相器を取り外したりすることも本発明に含まれるものとする。

また、可変移相器も基板１０上に実装するだけでなく、俗にトロンボーン形と呼ばれるメカ的な可変移相器を使用する形も本発明に含まれるものとする。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態では、可変位相器１５と同軸ケーブル１７との間に可変手段としての固定減衰器（或いは可変減衰器）２５を接続している。

この第２の実施の形態によれば、アダプティプアンテナのようにアンテナ素子に供給される出力の振幅を減衰させることができ、より一層、指向性を向上させることができる。（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。

この第３の実施の形態では、電力分配器１３にそれぞれ可変移相器として電子的に制御可能な可変手段としての電圧可変移相器２７を配置している。これら電圧可変位相器２７は、デジタルコンバータ２８を介してＣＰＵ２９に接続されている。このＣＰＵ２９にはパソコン（ＰＣ）３０を介してリーダライタ９が接続されている。

一方、アンテナ素子１１を移動させるための位置調整ネジ２１には動力伝達系３２を介して駆動モータ（一個のみ図示する）３３が接続され、位置調整ネジ２１を自動的に移動させることができるようになっている。駆動モータ３３は、デジタルコンバータ３１を介してＣＰＵ２９に接続され、駆動モータ３３の電源（ＶＣＣ）３４はＣＰＵ２９に接続されている。

この第３の実施の形態では、シュミレーション結果、或いは、現場での測定結果からフィードバックをもらってＣＰＵ２９によって駆動モータ３３を制御する。これによりアンテナ素子１１を移動させてアンテナ素子１１間の間隔を調整するとともに、電圧可変位相２７を電子的に制御して位相を可変する。

この第３の実施の形態によれば、アンテナ素子１１の位置、及びアンテナ素子１１に出力される位相をすべて電子的に制御でき、棚１の下に作業員が潜らずに読取りエリアを調整することが可能となる。

なお、平面アンテナ素子として、円偏波アンテナを利用したり、直線偏波アンテナの給電経路をスイッチで切り替えて使用するなどして、無線タグの方向にかかわらず、読み取りが確保できるようにすることも可能である。

（第４の実施の形態）
図６は本発明の第４の実施の形態を示すものである。

この第４の実施の形態では、平面アンテナ８の各アンテナ素子１１を基板１０上に固定的に配置し、基板１０は一端部側が支軸４１を介してステージ台３６上に回動自在に取り付けられている。基板１０の他端部側にはガイドピン１０ａが突設され、このガイドピン１０ａがガイド板４０のガイド孔４０ａに沿って移動することにより回動がガイドされて所望する部位で保持できるようになっている。

また、ステージ台３６は昇降器３７によって昇降自在に支持され、所望する位置に昇降できるようになっている。また、ステージ台３６にはサイドローブや反射波との干渉なども考慮して、電波吸収体３８が設けられている。

この第４の実施の形態によれば、ステージ台３６の昇降により、平面アンテナ８のアンテナ素子１１の高さ位置を変更することができるとともに、基板１０の回動により、アンテナ素子１１の傾斜角度を変更することができ、ヌル点の位置や、反射物との距離などを物理的に変更することが可能となる。

なお、この発明は、上述した実施の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。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の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良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０…基板、４…商品（物品）、５…無線タグ、１１…平面アンテナ素子、２１…位置調整ネジ（調整手段）、１３…電力分配器、９…リーダライタ、１５…可変位相器（可変手段）、２５…減衰器（可変手段）、２７…電圧可変位相器（可変手段）。

特開２００８−１８２７１７号公報

Claims

基板と、
この基板上に所定間隔を存して固定的に配設され、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子と、
前記基板を移動させることにより、前記複数の平面アンテナ素子の位置を可変して前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整する調整手段と
を具備することを特徴とする無線タグ読取装置。
前記調整手段は前記基板を昇降、或いは傾斜させることにより、前記複数の平面アンテナ素子の位置を可変することを特徴とする請求項１記載の無線タグ読取装置。
基板と、
この基板上に所定間隔を存して移動自在に配設され、物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子と、
前記平面アンテナ素子を前記基板に沿って移動させて該平面アンテナ素子間の間隔を可変することにより、前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整する調整手段と
を具備することを特徴とする無線タグ読取装置。
前記複数の平面アンテナ素子に電力分配器を介して接続され、電力を供給するＲＦＩＤリーダライタと、
前記複数の平面アンテナ素子に供給される電力の位相、及び出力の少なくとも一方を可変する可変手段とを備え、
前記平面アンテナ素子間の間隔が可変されるのに基づいて前記可変手段により前記位相及び出力の少なくとも一方を可変することを特徴とする請求項３記載の無線タグ読取装置。
前記可変手段は、前記位相を電子的に可変制御することを特徴とすると請求項４記載の無線タグ読取装置。
物品に付された無線タグに電波を放射して前記無線タグを読み取るための複数の平面アンテナ素子を基板上に所定間隔を存して移動自在に配設し、
前記平面アンテナ素子を移動させて該平面アンテナ素子間の間隔を可変することにより、前記各平面アンテナ素子から放射される電波の合成波のビーム形状を調整することを特徴とする無線タグ読取方法。