JP2014179671A - Rfidタグセンサおよびrfidタグセンサの設置方法 - Google Patents

Rfidタグセンサおよびrfidタグセンサの設置方法 Download PDF

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Abstract

【課題】強い放射電磁波を出さずに感度ムラを低減し、既存の棚の棚板に対して柔軟に、かつ簡素な構成でスペースを要さずに設置することができるRFIDタグセンサを提供する。
【解決手段】RFIDタグと無線通信を行ってその内容を読み取るリーダ10に接続され、リーダ10から出力された電磁波を伝達する際に、前記無線通信を行うための漏洩電磁波を出力する平衡伝送線からなるRFIDタグセンサ20であって、前記平衡伝送線は、一対の平衡伝送路21が所定の間隔で配置され絶縁素材によりリボン状に成形されており、平衡伝送路21の終端部には平衡伝送路21の特性インピーダンスと略等価の終端抵抗23が接続され、平衡伝送路21における前記漏洩電磁波の強度分布の節部が重ならない状態で折り返されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、RFIDタグを読み取る技術に関し、特に、棚などに収納された状態の複数の物品に取り付けられたRFIDタグを、棚に設置されたリーダにより読み取るためのRFIDタグセンサおよびその設置方法に適用して有効な技術に関するものである。
ラックや棚、キャビネットなど(以下ではこれらの収納設備を総称して単に「棚」と記載する場合がある)に収納される物品について、これらの所在や在庫を把握・認識するために、これらの物品にRFID(Radio Frequency IDentification)タグを取り付け、これをリーダにより読み取るという仕組みが用いられる。
このとき、例えば、棚板等に設置されたリーダおよびアンテナ等のセンサ部により、棚に収納された書籍や各種商品、部品や機材等の管理物に付されたRFIDタグを読み取ることで、管理物を把握・認識することが検討される。しかしながら、通常のリーダに用いられる円偏波アンテナなどでは、出力される電波が棚の内外にあふれるため、他の棚(リーダ)と干渉し、棚を特定することができずに誤認識が生じる場合がある。また、棚に通信機器などの金属製の機器が収納されて稼働している場合にはノイズにより悪影響を与えてしまう場合がある。
これに対し、例えば、特開2011−82684号公報(特許文献1)には、電磁波伝達シートと、電磁波伝達シートの端部に取り付けられ、電磁波伝達シートとの間で前記電磁波の送受波を行うインターフェース装置と、インターフェース装置に電気的に接続され、当該インターフェース装置から送られてきた前記所定の信号を読み取る信号読取装置と、インターフェース装置と信号読取装置を収容し、電磁波伝達シートの端部に一体的に設けられている収容ボックスを備えており、棚やテーブルなどに容易に設置して、RFIDタグが付された商品等の効率的な管理を可能とする通信装置に係る技術が記載されている。
また、特開2008−78882号公報(特許文献2)には、書棚の各棚を形成する棚板の表面に長手方向に沿って第1の漏洩伝送路と第2の漏洩伝送路を、互いに終端を揃えて平行に配置し、第1の漏洩伝送路は終端部分を開放し、第2の漏洩伝送路は終端部分を短絡部材によって短絡し、第1、第2の漏洩伝送路はケーブルを介して切替器に接続し、切替器は無線タグ読取装置に接続し、無線タグ読取装置は、書棚にある多数の書籍に貼られた無線タグから記録データを読取るときには、第1、第2の漏洩伝送路をアンテナとして交互に切替えて使用することで、近傍に配置された多数の無線タグ等の通信対象との無線通信を効率良く行う技術が記載されている。
特開2011−82684号公報 特開2008−78882号公報
特許文献1に記載されたような技術では、棚板上に通信装置(電磁波伝達シート)を設置することで、当該棚に収納された管理物に付されたRFIDタグを読み取ることが可能であるが、平面上に電磁波を発散させる構造となるため感度はあまり高くなく、そのため、収納する管理物に対してRFIDタグ(もしくはこれを含むラベルや札等)を棚板面(電磁波伝達シート面)に相対するように付する必要がある。このため、棚に管理物を収納した状態ではRFIDタグ(もしくはこれを含むラベルや札等)が付された部分が目視しにくい位置となる場合がある。また、例えば、収納物を保持するために棚にガイドレールや保持部などの部材が設置されていて棚面に凹凸がある場合には、設置自体が困難となる。
一方、特許文献2に記載されたような技術では、ケーブル状の漏洩伝送路からなる部分をアンテナとして棚板の表面に配置することで、既存の棚に対して比較的柔軟にリーダを設置することができる。しかしながら、漏洩電磁波の分布による感度ムラを低減するため、漏洩電磁波の分布位置が異なる漏洩伝送路を2本以上必要とし、これらを切り替えて用いるための切替器等の機構が必要となることから、スペース上の制約で設置が困難な場合が生じ得る。
そこで、本発明の目的は、強い放射電磁波を出さずに感度ムラを低減し、既存の棚の棚板に対して柔軟に、かつ簡素な構成でスペースを要さずに設置することができるRFIDタグセンサおよびRFIDタグセンサの設置方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
本発明の代表的な実施の形態によるRFIDタグセンサは、RFIDタグと無線通信を行ってその内容を読み取るリーダ装置に接続され、前記リーダ装置から出力された電磁波を伝達する際に、前記無線通信を行うための漏洩電磁波を出力する平衡伝送線からなるRFIDタグセンサであって、前記平衡伝送線は、一対の平衡伝送路が所定の間隔で配置され絶縁素材によりリボン状に成形されており、前記平衡伝送路の終端部には前記平衡伝送路の特性インピーダンスと略等価の終端抵抗が接続され、前記平衡伝送路における前記漏洩電磁波の強度分布の節部が重ならない状態で折り返されているものである。
また、本発明は、上記のようなRFIDタグセンサの設置方法にも適用することができる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、強い放射電磁波を出さずに感度ムラを低減し、既存の棚の棚板に対して柔軟に、かつ簡素な構成でスペースを要さずにRFIDタグセンサを設置することが可能となる。
本発明の一実施の形態であるRFIDタグセンサの構成例について概要を示した図である。 (a)(b)は、本発明の一実施の形態におけるRFIDタグセンサおよびリーダを棚板に設置する際の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態におけるRFIDタグセンサおよびリーダを設置した棚に管理物を収納した状態の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態におけるRFIDタグセンサをシート状に構成した場合の例について概要を示した図である。 従来技術における、平衡伝送線を利用してRFIDタグを読み取る構成の例について概要を示した図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下においては、本発明の特徴を分かり易くするために、従来の技術と比較して説明する。
電磁波を一端から他端へ効率良く伝える手段に伝送線(ケーブル)があり、これには平衡伝送線と不平衡伝送線とがある。不平衡伝送線は、同軸ケーブルに代表されるように、ケーブルの外部導体が中心導線をシールドするように絶縁を介して取り囲み、ケーブルの外部から内部へ侵入しようとする不要電磁波を遮断したり、内部の信号電磁波が外部へ漏洩することを防いだりする役割がある。
一方、平衡伝送線は、同軸ケーブルのような外部導体がなく、中心導線が絶縁を介して2本平行に並ぶ構造で、平らなリボン状のリボンフィーダや平行フィーダ、2本の平行導線が互いに絡み合うツイストペアケーブルなどがある。これらは、同軸ケーブルとは異なり、2本の平行導線がシールドされていないため、ケーブルの延伸方向(x方向)に大半の電磁波エネルギーが伝わる反面、x方向と直交する方向(z方向)にも多少の電磁波が漏れ出たり侵入したりする(以降ではこれを「漏洩電磁波」と呼ぶ)。
本実施の形態では、RFIDタグのリーダ/ライタ(以下では単に「リーダ」と記載する場合がある)に接続された平衡伝送線から漏れ出る漏洩電磁波を用いて、平衡伝送線のケーブル沿線上に配置された複数のRFIDタグと通信を行ってこれを読み取るという構成をとる。すなわち、リボンフィーダ等の平衡伝送線をRFIDタグセンサとして用いるものである。これにより、強い放射電磁波を出さずにケーブル沿線上に分布する微弱な近接漏洩電磁波による通信を可能とする。
図5は、従来技術における、平衡伝送線を利用してRFIDタグを読み取る構成の例について概要を示した図である。ここでは、上段の図に示すように、リーダ10に対してリボンフィーダ20’における平衡伝送路21が接続されており、リボンフィーダ20’上などの近傍に存在するRFIDタグ30(実際はRFIDタグ30を含むラベルや札等)との間で漏洩電磁波を用いて通信を行ってデータを読み取るものである。
リーダ10から出力された電磁波をリボンフィーダ20’の受電端に入力すると、当該電磁波は平衡伝送路21を通ってリボンフィーダ20’の終端まで届くが、終端にどのような値の負荷インピーダンス(終端抵抗23(Z))があるかによってケーブル上の位置(リーダ10からの距離)xにおけるRFIDタグ30との間の通信の感度は異なる。これは、通信感度が、電磁波の進行波と折り返しの反射波とが相互に干渉してできる定在波の強度(振幅)に比例するためである。
定在波の強度(振幅)、すなわち通信感度の分布は、理論的には図5の下段に示すような形状となる。例えば、ケーブル終端を開放(Z≒∞)もしくは短絡(Z≒0)とした場合、定在波の強度の分布(図中のZ≠Zの定在波の分布)は、最大値となる点と最小値となる点が、それぞれ、リーダ10から出力された電磁波の波長λの半波長毎に現れるよう周期分布する。このような分布は、RFIDタグ30の読み取り・検出という観点では、高い感度が得られる領域(定在波の腹部(強度が最大の点)付近)がある一方、感度がリーダ10の感度限界以下となる領域(定在波の節部(強度が最小の点)付近)では、RFIDタグ30を検出することができないヌル点(図中のK)が生じてしまい、感度ムラとなって現れる。
このようなヌル点Kを解消する方法として、終端抵抗23(Z)の抵抗値を、リボンフィーダ20’(平衡伝送路21)の特性インピーダンスの値(Z)と同じものにすることで、理論上は反射波をなくす、すなわち定在波を発生させないようにして進行波のみとすることが考えられる。これにより、理論的にはケーブル上のどの位置でも強度(振幅)が同じ(感度分布が一定)になるように保つことができる(図中のZ=Zの進行波振幅の分布)。しかしながら、現実には、リボンフィーダ20’の引き回しや、近傍に置かれた物の材質などの周辺環境による影響等を受けてZの値が変化してしまうなど、定在波はなくならず、その結果、ヌル点Kが出現しやすくなるという問題が生じる。
そこで、本発明の一実施の形態であるRFIDタグセンサでは、1本のリボンフィーダなどの平衡伝送線に対して、抵抗値が概ねZの終端抵抗を接続し、これを、平衡伝送線の始点と終点を概ねλ/4だけずらした状態であらかじめ折り返した形状とする。これにより、定在波の発生を抑制するとともに、たとえ定在波が発生したとしても、折り返された平衡伝送線の往路部分と復路部分で定在波の位相がずれ、腹部と節部が相互に補完しあう位置となる、すなわち、リーダからの任意の距離の点において、平衡伝送線の往路部分と復路部分がともにヌル点(K)となる(ヌル点Kどうしが重なる)箇所がないようにすることができる。
さらに、このような折り返しを容易とするよう、平衡伝送線の始点から概ねλ/2の位置毎に目印となるマークを表示する。これにより、平衡伝送線を折り返して設置する際に、マークが重ならないようにすることで、容易に往路部分と復路部分の定在波の位相に差異を設けることができる。
図1は、本発明の一実施の形態であるRFIDタグセンサの構成例について概要を示した図である。本実施の形態では、上段の図に示すように、図5の例と同様にリーダ10に対してリボンフィーダ等の1本の平衡伝送線(一対の平衡伝送路21が一定間隔Wで樹脂等の絶縁素材によりリボン状に成形されたもの)からなるRFIDタグセンサ20における平衡伝送路21が接続される構成を有する。また、リボンフィーダの終端には終端抵抗23(Z)が接続されており、その抵抗値は特性インピーダンスの値(Z)とほぼ同じ値のものとなっている。上述したように、平衡伝送線を設置した場所の周辺環境等によってZの値は変動し得るため、厳密にZ=Zである必要はない。なお、上述したように、Z=Zの場合は感度分布は一定(直線)となる。
図5の例との相違点は、リボンフィーダ等の平衡伝送線を中央付近で折り返して用いる点である。このとき、リボンフィーダの始点と終点とを、例えば、Δ=λ/4だけずらした状態で折り返す。これにより、たとえ定在波が発生した場合であっても、ケーブル往路での定在波の強度の分布(図5の下段の図における往路感度曲線)と、ケーブル復路での分布(図5の下段の図における復路感度曲線)とに位相差を設け、それぞれの腹部と節部が相互に補完しあう位置とすることができる。すなわち、リーダ10からの任意の距離xの点において、ケーブル往路とケーブル復路で定在波の強度(リーダ10での感度)の高い方を用いることができ(図5の下段の図におけるセンサ感度域)、双方の感度がともにヌル点(K)となることを回避することができる。
さらに、このような折り返しを容易とするよう、リボンフィーダの始点から概ねΔ=λ/2の位置毎に目印となる半波長マーク22(図中では▲印)を印刷やシール等により表示する。これにより、リボンフィーダを折り返して設置してRFIDタグセンサ20とする際に、半波長マーク22が重ならないようにすることで、容易にケーブル往路とケーブル復路の定在波の位相に差異を設けることができる。なお、半波長マーク22の位置は、リーダ10から出力される読み取り用の電磁波の周波数(例えば、空気中の場合は、900MHz帯ではλ=約31cm、2.45GHz帯ではλ=約12cm)、および、リボンフィーダを形成する誘電体の比誘電率の平方根の逆数に比例する短縮率(例えば、通常の絶縁樹脂などでは60%程度)に依存するため、定在波の節のパターン毎に半波長マーク22の印の形状や色等を変えて複数パターン表示するようにしてもよい。
リボンフィーダ等を折り返して用いる際に、ケーブル往路とケーブル復路の平衡伝送路21は、それぞれある程度離した状態で折り返すものとする。すなわち、図1の上段の図に示すように、リボンフィーダにおける一対の平衡伝送路21の間隔をWとした場合、リボンフィーダを折り返した際の二対の平衡伝送路21の全体の幅をWとするとWがWの3倍程度となるよう離した状態で折り返すのが望ましい。折り返したケーブル往路とケーブル復路とが互いに近接しすぎると、両者の平衡伝送路21が干渉して、特性が変わってしまう一方、互いに離れすぎると、設置にスペースを要するとともに、ケーブル往路とケーブル復路とで相互に定在波の強度を補完することができなくなり、ヌル点Kの影響を受け得ることになるためである。
図2は、RFIDタグセンサ20およびリーダ10を棚板に設置する際の例について概要を示した図である。図2(a)では、棚板41に対して、正面厚み部分(棚板41の厚み部分)にRFIDタグセンサ20を折り返した状態で全体を貼付する等により設置した状態を示している。ここでは、棚板41の幅に応じてRFIDタグセンサ20を構成するリボンフィーダ等のケーブルを適切な長さに切断し、適切な終端抵抗23(図示しない)を取り付けるなど調整して用いる。リーダ10は、例えば、図示するように棚の側板42などに取り付けることができる。この状態で、詳細は後述するが、例えば、棚板41上に収納された図示しない管理物に紐等によって取り付けられたRFIDタグ30(もしくはRFIDタグ30を含むラベルや札等)が、RFIDタグセンサ20上に重なる状態となることで、これをリーダ10で読み取ることが可能となる。
また、図2(b)では、棚板41の厚みが薄い場合の例を示しており、この場合は、RFIDタグセンサ20の折り返し部分を、例えば、棚板41の上面(もしくは下面)側に貼付する形とすることで、同様の効果を得ることができる。なお、図2(a)(b)での棚板41は、金属面を有するものであってもよい。
図3は、RFIDタグセンサ20およびリーダ10を設置した棚に管理物を収納した状態の例について概要を示した図である。各棚板41には、図2の例に示すような形状で正面厚み部分(もしくは正面厚み部分と棚板41の上面もしくは下面)にRFIDタグセンサ20が設置されている。また、棚の側板42にはリーダ10が取り付けられている。
各棚板41上において、上段には、例えば、プリント基板からなる部品などの金属板と等価な平板上の管理物51が、棚板41上に複数設けられた図示しない凹状の断面を有する保持部等を利用して立った状態で並べられ、これら保持部が、棚板41上に左右方向に設けられたガイドレール等に沿って棚板41上を左右にスライドさせることができる状態で収納されている。ここで、各管理物51には、正面側に紐等によりRFIDタグ30(もしくはRFIDタグ30を含むラベルや札等)がぶら下げられた状態で取り付けられ、RFIDタグセンサ20上にRFIDタグ30がかかる状態となっている。
下段には、機材や箱などの他の管理物52が収納されている。これらについても、正面側に直接もしくは紐等によりRFIDタグ30がRFIDタグセンサ20上にかかる状態で取り付けられている。なお、RFIDタグ30がこのように取り付けられている場合には、管理物51、52が棚に収納された状態であっても、それぞれのRFIDタグ30(もしくはRFIDタグ30を含むラベルや札等)を目視して確認することも容易である。
RFIDタグセンサ20は、上述したように、折り返した状態で設置されていることで、リーダ10からの距離によりヌル点が生じないよう感度ムラが抑制されているため、各管理物51、52が棚板41上の左右方向のどの位置にあっても(すなわち、リーダ10からどの距離にあっても)それぞれのRFIDタグ30を一括してリーダ10により読み取ることができる。
上述の例では、RFIDタグセンサ20は、リボンフィーダなどの平衡伝送線を、平衡伝送路21の終端部分を始点とλ/4だけずらして折り返した状態で設置する構成としていたが、平衡伝送路21を折り返した状態で、その全体を1枚のシート状に構成することも可能である。
図4は、RFIDタグセンサ20をシート状に構成した場合の例について概要を示した図である。図示するように、平衡伝送路21を、図1に示したような1回折りに限らず複数回折り返して、それぞれの折り返し部分の半波長マーク22が重ならないように配置し(例えば、平衡伝送路21の終端直近の折り返し点を概ねλ/4だけずらす、あるいは終端部分を始点と概ねλ/4だけずらす等)、樹脂や布、フィルム等によってシート状に一体化して成形する。これにより、ヌル点が生じないように感度ムラを抑制しつつ、広範囲の読み取り領域を実現することが可能となる。また、棚板41の面が凹凸が少なく平面状である場合には設置も容易となる。
以上に説明したように、本発明の一実施の形態であるRFIDタグセンサ20によれば、リボンフィーダなどの平衡伝送線を利用して、微弱な漏洩電磁波によりその届く範囲でRFIDタグ30を一括認識することが可能となる。このとき、1本のリボンフィーダに対して、抵抗値が概ねZの終端抵抗23を接続し、これを、平衡伝送線の始点と終点を概ねλ/4だけずらした状態で折り返した形状とする。これにより、定在波の発生を抑制するとともに、たとえ定在波が発生したとしても、平衡伝送線の往路部分と復路部分で定在波の位相がずれ、ヌル点Kどうしが重なる箇所がないようにすることができる。
さらに、このような折り返しを容易とするよう、平衡伝送線の始点から概ねλ/2の位置毎に目印となる半波長マーク22を表示する。これにより、平衡伝送線を折り返して設置する際に、半波長マーク22が重ならないようにすることで、容易に往路部分と復路部分の定在波の位相に差異を設けることができる。また、リボンフィーダ等の平衡伝送線を用いてRFIDタグセンサ20が構成されるため、任意の長さでケーブルを切断した上で適切な終端抵抗23を接続し、折り返しを柔軟に行うことができるなど、設置場所の特性に応じて柔軟に対応することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は、棚などに収納された状態の複数の物品に取り付けられたRFIDタグを、棚に設置されたリーダにより読み取るためのRFIDタグセンサおよびその設置方法に利用可能である。
10…リーダ、
20…RFIDタグセンサ、20’…リボンフィーダ、21…平衡伝送路、22…半波長マーク、23…終端抵抗、
30…RFIDタグ、
41…棚板、42…側板、
51…管理物、52…管理物。

Claims (5)

  1. RFIDタグと無線通信を行ってその内容を読み取るリーダ装置に接続され、前記リーダ装置から出力された電磁波を伝達する際に、前記無線通信を行うための漏洩電磁波を出力する平衡伝送線からなるRFIDタグセンサであって、
    前記平衡伝送線は、一対の平衡伝送路が所定の間隔で配置され絶縁素材によりリボン状に成形されており、前記平衡伝送路の終端部には前記平衡伝送路の特性インピーダンスと略等価の終端抵抗が接続され、前記平衡伝送路における前記漏洩電磁波の強度分布の節部が重ならない状態で折り返されている、RFIDタグセンサ。
  2. 請求項1に記載のRFIDタグセンサにおいて、
    前記平衡伝送線は、終端部と始点部とを前記電磁波の波長の略4分の1だけずらした状態で折り返されている、RFIDタグセンサ。
  3. 請求項1に記載のRFIDタグセンサにおいて、
    前記平衡伝送線には、始点部から前記波長の略2分の1の間隔毎にマークが表示されており、前記マークが重ならないように折り返されている、RFIDタグセンサ。
  4. RFIDタグと無線通信を行ってその内容を読み取るリーダ装置に接続され、前記リーダ装置から出力された電磁波を伝達する際に、前記無線通信を行うための漏洩電磁波を出力するシート状部材からなるRFIDタグセンサであって、
    前記シート状部材は、一対の平衡伝送路が所定の間隔で配置され、前記平衡伝送路の終端部には前記平衡伝送路の特性インピーダンスと略等価の終端抵抗が接続され、前記平衡伝送路における前記漏洩電磁波の強度分布の節部がそれぞれ重ならない状態で1回以上折り返された状態で絶縁素材によりシート状に成形されている、RFIDタグセンサ。
  5. RFIDタグと無線通信を行ってその内容を読み取るリーダ装置に接続され、前記リーダ装置から出力された電磁波を伝達する際に前記無線通信を行うための漏洩電磁波を出力する平衡伝送線からなるRFIDタグセンサの設置方法であって、
    一対の平衡伝送路が所定の間隔で配置され絶縁素材によりリボン状に成形された前記平衡伝送線において、前記平衡伝送路の終端部に前記平衡伝送路の特性インピーダンスと略等価の終端抵抗を接続する工程と、
    前記平衡伝送路における前記漏洩電磁波の強度分布の節部が重ならない状態で、前記平衡伝送線を折り返して設置する工程と、を有する、RFIDタグセンサの設置方法。
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