JP2013251686A - リーダ・ライタアンテナおよびリーダ・ライタ - Google Patents

Abstract

【課題】物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと通信を行う、リーダ・ライタおよびそのアンテナであって、ＲＦＩＤタグの位置が不明であっても容易に通信が行えるリーダ・ライタおよびそのアンテナ１を提供する。
【解決手段】基材２に、複数のアンテナ素子が、複数の同心円上に１個づつ、最大同心円から順次中心角を一方向にずらして配置され、同心円の中心に回転軸を有し、基材の形状は、アンテナ素子の領域と回転軸の領域とを一体化した領域であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグと送受信を行うリーダ・ライタに関し、特に、物品の円周領域にＲＦＩＤタグが備えられたＲＦＩＤタグ用リーダ・ライタおよびリーダライタアンテナに関する。

ＲＦＩＤタグは、電磁気エネルギーをリーダ・ライタ（ＲＷ：Ｒｅａｄｅｒ／Ｗｒｉｔｅｒ）との間でやり取りを行い、データ通信するものである。そして、ＲＦＩＤタグを物品に備え、物品の管理に必要な内容をリーダ・ライタでＲＦＩＤタグに記憶させ、あるいは記憶させた情報を読み取り、物品を管理することが出来る。

このＲＦＩＤタグリーダ・ライタを利用して、車のタイヤを管理する手法が開示されるようになった（特許文献１）。タイヤの利用に際し、コストや、環境に配慮する面からも、古くなり、痛んだタイヤを再利用することが求められている。特に、主に路面に接する部分であるトレッドが傷みやすく、これを交換し、リトレッドタイヤとして再利用する技術が実施されている。

しかしながら、タイヤのトレッド面は再生できても、タイヤ本体にも寿命があり、対応年数やリトレッドの回数に制限があって、それを超えての再生は出来ないことになっている。そのために、タイヤ表面に製造年月日やリトレッドの回数を記録しても、磨り減ったり汚れたりなどして、判読不能になる場合が多い。

それを解決するために、タイヤ本体にＲＦＩＤタグを埋め込む技術が提案されている。ＲＦＩＤタグに製造日やトレッド回数を書き込んでおき、管理することが期待されている。

タイヤに埋め込むＲＦＩＤタグは、タイヤ製造工程中にタイヤのサイドウォール部に埋め込む必要があるため、高温高圧に耐える必要がある。また、タイヤに必要とされる過酷な条件（たわむ、こする、ぶつかるなど）で動作させる必要があるので、高強度が要求される。

そのために、ＲＦＩＤタグはアンテナ部を含めて小さく作り、また、カプセル状に封止される。また規格によって、通信に使用される周波数が限定され、遠距離まで信号を飛ばす仕組みにできない。よって、リーダ・ライタとの通信に於いては、ピンポイントでＲＦＩＤタグとリーダライタ・アンテナを近づける必要がある。

特開２００４−１３４４９号公報 特開２００６−２８１９２８号公報

本発明は、物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと通信を行う、リーダ・ライタおよびそのアンテナであって、ＲＦＩＤタグの位置が不明であっても
容易に通信が行えるリーダ・ライタおよびそのアンテナを提供することを課題とする。

本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、
物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと、通信を行うリーダ・ライタ用のアンテナであって、
基材に、複数のアンテナ素子が、複数の同心円上に１個づつ、最大同心円から順次中心角を一方向にずらして配置され、同心円の中心に回転軸を有することを特徴とするリーダ・ライタアンテナとしたものである。

本発明の請求項２の発明は、
基材の形状は、アンテナ素子の領域と回転軸の領域とを一体化した領域であることを特徴とする請求項１に記載のリーダ・ライタアンテナとしたものである。

本発明の請求項３の発明は、
隣接する同心円上に配置されたアンテナ素子は、アンテナ素子同士が通信干渉の発生しない距離で配置され、隣接する同心円の半径の差は、アンテナ素子の通信可能な距離以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のリーダ・ライタアンテナとしたものである。

本発明の請求項４の発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載のリーダ・ライタアンテナと、リーダ・ライタアンテナを中心軸で回転する回転手段とを有することを特徴とするリーダ・ライタとしたものである。

本発明の請求項５の発明は、
それぞれのアンテナ素子と接続された、アンテナ素子と同数のリーダ・ライタ素子を有し、リーダ・ライタアンテナを回転手段で回転し、リーダ・ライタ素子による物品に設置されたＲＦＩＤタグの検出を行い、検出されたＲＦＩＤタグと通信を行う手段を有することを特徴とする請求項４に記載のリーダ・ライタとしたものである。

本発明の請求項６の発明は、
回転手段がステッピングモータであることを特徴とする請求項４または５に記載のリーダ・ライタとしたものである。

本発明のリーダ・ライタ用アンテナは以上のような構成であるので、物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと通信を行う、リーダ・ライタおよびそのアンテナであって、ＲＦＩＤタグの位置が不明であっても容易に通信が行えるリーダ・ライタおよびそのアンテナとすることが出来る。

本発明のリーダ・ライタアンテナの第一の実施形態例を上面で見た説明図である。 本発明のリーダ・ライタアンテナの第二の実施形態例を上面で見た説明図である。 本発明のリーダ・ライタアンテナの検知範囲を模式的に示した説明図である。 本発明のリーダ・ライタアンテナと、リーダ・ライタとの回路構成の一例を模式的に示した説明図である。

以下本発明を実施するための形態につき説明する。図１は、本発明のリーダ・ライタ用アンテナの第一の実施形態例を上面で見た説明図である。

本形態例のリーダ・ライタアンテナ１は、物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと通信を行うリーダ・ライタ用のアンテナ１である。そして、基材２に、複数のアンテナ素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、・・・Ｅ８が、複数の同心円Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・Ｒ８上に１個づつ、最大同心円Ｒ１から順次中心角を一方向にずらして配置され、同心円の中心Ｏに回転軸を有する。図では、軸ＯＡ１から順次中心角をずらした軸ＯＡ２、ＯＡ３、ＯＡ４、・・・ＯＡ８と、同心円Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・Ｒ８との交点上にアンテナ素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、・・・Ｅ８を配置している。

このようなリーダ・ライタアンテナを物品に接近し、物品の円形状又はリング状の領域で、回転軸を中心にして回転して各アンテナ素子をスキャンすることにより、いずれかのアンテナ素子がＲＦＩＤタグと接近し、リーダ・ライタと通信が行える。回転軸は、物品の円形状又はリング状の領域の中心として回転したほうが、効率がよい。

基材２の形状は、アンテナ素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、・・・Ｅ８の領域と回転軸Ｏの領域とを一体化した領域としている。このような形状にすることにより、簡便で軽量のリーダ・ライタアンテナとすることができる。

また、隣接する同心円上に配置されたアンテナ素子（例えばＥ２、Ｅ３）は、アンテナ素子同士（Ｅ２、Ｅ３）が通信干渉の発生しない距離で配置され、隣接する同心円Ｒ２、Ｒ３の半径の差は、アンテナ素子の通信可能な距離以下としている。

図３は、本発明のリーダ・ライタアンテナの検知範囲を模式的に示した説明図である。各アンテナ素子の検知範囲は、図３に例示するように、重なるように配置したほうが漏れなく物品のＲＦＩＤタグに接近できる。また、近づきすぎると、通信干渉が生じてしまう。したがって、本実施の形態例のように、隣接する同心円上に配置されたアンテナ素子（例えばＥ２、Ｅ３）は、アンテナ素子同士（Ｅ２、Ｅ３）が通信干渉の発生しない距離で配置することで、通信干渉を避けることができる。また、隣接する同心円（Ｒ２、Ｒ３）の半径の差を、アンテナ素子の通信可能な距離以下とすることで、漏れなく物品のＲＦＩＤタグに接近できる。

図１で示されるように、同心円の半径が小さくなるところでは、アンテナ素子間が接近してくる。図２は、本発明のリーダ・ライタアンテナの他の実施形態例である。図では、同心円の半径の小さいＲ７、Ｒ８上にあるアンテナ素子Ｅ７、Ｅ８の配置を違えたものである。すなわち、図１では軸ＯＡ１から順次中心角をずらした軸ＯＡ７、ＯＡ８に配置していたアンテナ素子を、より中心角の大きい軸ＯＡ８、ＯＡ１２に配置している。

なお、図１、２の例では、中心角を一定量でずらしているが、本発明では、これにこだわるものではない。また、同心円も一定の量で大きくしているが、同様にこれにこだわるものではない。ただ、隣接する同心円上に配置されたアンテナ素子は、アンテナ素子同士が通信干渉の発生しない距離で配置され、隣接する同心円の半径の差は、アンテナ素子の通信可能な距離以下となればよい。

本発明のリーダ・ライタアンテナを有するリーダ・ライタは、リーダ・ライタアンテナを中心軸で回転する回転手段を有する。回転手段は、リーダ・ライタアンテナを回転して
各アンテナ素子をスキャンし、いずれかのアンテナ素子が物品のＲＦＩＤタグに接近し場合に、回転を停止し通信を開始することから、ステッピングモータなどのＮＣコントロールできるものが望ましい。

また、アンテナ素子と、リーダ・ライタとの間は同軸ケーブルなどで接続していることから、一方向に連続して回転することが難しい。このため、回転方向を記憶し、次回は逆方向に回転するようにする機能があるほうがよい。具体的には、回転フラグをモータ制御基板の不揮発性メモリに書き込んでおき、スキャンするたびに前回とは回転方向を変える制御を行うことを提案できる。別な手段として、モータの回転軸にスライドする接点を設け、アンテナ素子とリーダ・ライタケーブルが接触を保ちながら回転できる機構としてもよい。

なお、アンテナ素子とリーダ・ライタとの接続については、各アンテナ素子ごとにリーダ・ライタ素子を個別に同軸ケーブルなどで直接接続してもよいが、各アンテナ素子をデコーダに接続し、デコーダからリーダ・ライタ素子に接続し、リーダ・ライタ素子の素子数を減少することもできる。

図４は、リーダ・ライタアンテナと、リーダ・ライタとの回路構成の一例を模式的に示した説明図である。図で、リーダ・ライタアンテナ１と、リーダ・ライタ１０との間は、同軸ケーブル４、又は、ツイストペアケーブルなどにより接続されている。

リーダ・ライタ素子３は、回転するアンテナ素子の数だけ用意し、それぞれのアンテナ素子とリーダ・ライタ素子３は、同軸ケーブル群５としてまとめた構造で接続される。

すなわち、各リーダ・ライタ素子３から延びてくる同軸ケーブル４はリーダ・ライタ素子３の数だけ存在し、それを同軸ケーブル群５としてまとめ、回転するリーダ・ライタアンテナ１の中で、再び１本１本の同軸ケーブル４に分かれてそれぞれのアンテナ素子に接続される。

リーダ・ライタ素子３からＵＳＢケーブル６が延びており、ＵＳＢハブ７に接続されている。ＵＳＢハブ７により１本のＵＳＢケーブル６から複数のリーダ・ライタにＵＳＢ接続される。よって、パソコンＰＣと接続するＵＳＢは１本であるが、パソコンＰＣはリーダ・ライタが複数個ＵＳＢ接続されている状態として認識される。

リーダ・ライタ１０は各リーダ・ライタ素子３の検知範囲がオーバーラップするよう考慮された角度にて、少しずつリーダ・ライタアンテナの中心を回転しながらＲＦＩＤタグの検出を行う。その際、角度を細かく制御できるステッピングモータ等を利用するのが望ましい。

どれか１つでもリーダ・ライタ素子がＲＦＩＤタグを検出したら、リーダ・ライタ１０の、リーダ・ライタアンテナの回転を止めて以降ＲＦＩＤタグと通信を行う。

もし、一回転してもＲＦＩＤタグが検出できなかった場合は、ＲＦＩＤタグがないものてしてスキャンを終了する。

回転するアンテナの中心部を通る同軸ケーブル群５は、同一方向に何でも回転するとよじれなどを生じさせて不具合が発生するので、回転方向と角度を常時記憶しておき、前回回転した方向と逆方向に次は回転してスキャンするなどして、同軸ケーブル群の、回転中心Ｏでのよじれはある一定レベルに保たれるように、制御する。

１・・・リーダ・ライタアンテナ
２・・・リーダ・ライタアンテナ用基材
３・・・リーダ・ライタ素子
４・・・同軸ケーブル
５・・・同軸ケーブル群
６・・・ＵＳＢケーブル
７・・・ＵＳＢハブ
１０・・・リーダ・ライタ

Claims (6)

1. 物品の、円形状またはリング状の領域に設置されたＲＦＩＤタグと、通信を行うリーダ・ライタ用のアンテナであって、
   基材に、複数のアンテナ素子が、複数の同心円上に１個づつ、最大同心円から順次中心角を一方向にずらして配置され、同心円の中心に回転軸を有することを特徴とするリーダ・ライタアンテナ。
2. 基材の形状は、アンテナ素子の領域と回転軸の領域とを一体化した領域であることを特徴とする請求項１に記載のリーダ・ライタアンテナ。
3. 隣接する同心円上に配置されたアンテナ素子は、アンテナ素子同士が通信干渉の発生しない距離で配置され、隣接する同心円の半径の差は、アンテナ素子の通信可能な距離以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のリーダ・ライタアンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のリーダ・ライタアンテナと、リーダ・ライタアンテナを中心軸で回転する回転手段とを有することを特徴とするリーダ・ライタ。
5. それぞれのアンテナ素子と接続された、アンテナ素子と同数のリーダ・ライタ素子を有し、リーダ・ライタアンテナを回転手段で回転し、リーダ・ライタ素子による物品に設置されたＲＦＩＤタグの検出を行い、検出されたＲＦＩＤタグと通信を行う手段を有することを特徴とする請求項４に記載のリーダ・ライタ。
6. 回転手段がステッピングモータであることを特徴とする請求項４または５に記載のリーダ・ライタ。

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