JP3898206B2 - 無線タグ読取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の無線タグからデータを読み取る無線タグ読取装置に関する。
この種の無線タグ読取装置は、質問器とこの質問器に接続されたアンテナを備え、質問器から出力される電力をアンテナから、このアンテナと対向して近傍に配置されている無線タグに対して電波として放射している。無線タグは電池を搭載しないバッテリレス型の無線タグで、アンテナからの電波を受信して駆動電力を取得し、質問器に対してデータを送信するようになっている。このような無線タグが無線タグ読取装置のアンテナから電波を受信して動作するには、ある一定以上の受信電力が必要になる。しかしながら、アンテナと無線タグとの離間距離が大きくなると無線タグでの受信電力は低下する。また、アンテナと無線タグとの離間距離が比較的小さくても無線タグが複数重なるように並んでいると、１枚の無線タグが受信できる電力が低下する。
このようなことから、例えば、質問器に接続されたアンテナに対向して複数の無線タグを配置し、その各無線タグの後方に円曲線またはそれに類似する曲線の一部を含む反射面を有する略円電波反射板を配置し、アンテナから送信する信号を略円電波反射板で反射させて無線タグに受信させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８３３６４公報
ところで、無線タグを封筒や書類などに貼り付け、この封筒や書類を複数、例えば、この複数の封筒や書類の面が、狭い間隔で互いに対向するように並べ、隣接する無線タグ間が２ｍｍ〜数ｍｍ程度しか離れていない状態で各無線タグと質問器とでアンテナを介してデータ通信を行おうとすると、極力無線タグをアンテナに近づけることが必要になる。しかし、上述した特許文献のように無線タグとアンテナとの距離を離し、代わりに反射板を使用し、この反射板からの電波を無線タグにて受信させる方法では、複数の無線タグが密に並んでいる状態では無線タグにおいて十分な受信電力を得ることができず、データ通信ができなくなる無線タグが発生する問題があった。
また、無線タグをアンテナに近づけた場合であっても、例えば封筒や書類を１０枚程度重なるように並べた状態では全ての無線タグとのデータ通信ができても、５０枚程度も並べると無線タグとのデータ通信が一部できなくなるという問題があった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、多数の無線タグが重なるように狭い間隔で並んでいる状態においても、全ての無線タグからデータを読み取ることができる無線タグ読取装置を提供する。
本発明は、近傍に配置される複数の無線タグに対して放射面から電波を放射するアンテナと、このアンテナの放射面から放射される電波の放射方向に沿うように、かつアンテナの放射面に対して垂直または放射面を覆う方向に斜めに対向配置した導体と、アンテナを介して各無線タグからデータを読み取る読取装置本体とを備えた無線タグ読取装置にある。
本発明によれば、多数の無線タグが重なるように狭い間隔で並んでいる状態においても、全ての無線タグからデータを読み取ることができる無線タグ読取装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１において、１は無線タグ読取装置であり、この無線タグ読取装置１は読取装置本体である質問器２に同軸ケーブル３を介してリーダ・アンテナ４を接続している。前記リーダ・アンテナ４は、例えば、２．４ＧＨｚ帯の平面アンテナで、かつ、図中実線の矢印Ｐ1で示す方向が偏波（電界）の方向となる直線偏波アンテナになっている。また、このリーダ・アンテナ４は、図中白抜きの矢印Ｐ2で示すように上方向に電波の放射方向を向けて配置している。
前記リーダ・アンテナ４の放射面における対向する２ヶ所の周縁部に平板で長方形状の導体５、６を、前記リーダ・アンテナ４の偏波方向に略平行に、かつ、前記リーダ・アンテナ４からの電波の放射方向に沿って配置している。すなわち、前記各導体５、６は、図中矢印Ｐ1で示す方向と略平行に、かつ、アンテナ４の放射面に対して垂直に立てて配置される。
前記リーダ・アンテナ４の上方で、前記各導体５、６の先端よりも上方に位置して収納容器９を配置している。前記収納容器９は、細長い長方形状の無線タグ７を片面の下部に貼り付けた封筒や書類などの物品８を多数、各物品８の面が狭い間隔で互いに対向するように並べて収納している。なお、収納容器９は実際には電波を遮断しない材質、例えば、ポリカーボネートやＡＢＳ樹脂などからなる置き台（図示せず）の上に配置される。勿論、前記収納容器９についても電波を遮断しない材質で構成されている。
前記収納容器９は物品８に貼り付けられた無線タグ７が前記リーダ・アンテナ４の偏波方向と略平行になるような向きにして配置される。すなわち、前記無線タグ７は前記リーダ・アンテナ４の偏波方向に対して、その長手方向が略平行になるように配置される。
このような構成においては、リーダ・アンテナ４から放射される電波の放射パターンは、図２に示すように、導体５、６の作用によって上方に伸びる放射パターンＰＴ1となり、結果としてリーダ・アンテナ４の上方の電力密度を高める。従って、各物品８に貼り付けられている無線タグ７が隣接する無線タグ７と、例えば２〜３ｍｍ程度の狭い間隔で並んでいても、放射パターンＰＴ1の中央部には強い電力が供給されるので、この中央部及びその付近にある無線タグ７には電波によって十分な電力が供給されるようになる。これにより電波を受信した無線タグ７は十分な駆動電力を得て動作し、質問器２からの要求に対してデータを送信できるようになる。
そして、多数の物品８を収納した収納容器９を図中点線の矢印Ｐ3で示すように、前記リーダ・アンテナ４の偏波方向と直交する方向に移動させれば、リーダ・アンテナ４から放射される電波の放射パターンＰＴの中央部に位置する無線タグ７を移動することができるので、収納容器９に収納されている物品８に貼り付けられた全ての無線タグ７に対するデータの読取りが可能になる。
これに対して、導体５、６を配置しないリーダ・アンテナ４を使用した場合には、リーダ・アンテナ４から放射される電波の放射パターンは、図３に示すように、横方向に広がった放射パターンＰＴ2になる。このため、リーダ・アンテナ４の上方の電力密度を高めることはできず、中央部にある無線タグ７に対して十分な電力供給ができなくなり、データの読取りができなくなるという問題が生じる。
リーダ・アンテナ４として、例えば、図４の(a)、(b)に示すように、ａ×ｂのサイズが、約８０ｍｍ×８０ｍｍの平面アンテナを使用し、このアンテナ４に長さｃが約６０ｍｍで高さｄが約１０ｍｍの導体５、６を、互いの間隔ｅを約６０ｍｍ隔てて取り付け、このアンテナ４の放射面上の高さｆ＝２０ｍｍの位置で無線タグ７の並び方向、すなわち、図中点線Ｘで示す方向の各電力測定位置での受信電力を測定したところ、図５におけるグラフｇ1の結果が得られた。すなわち、グラフｇ1は、リーダ・アンテナ４の放射面中心の上方２０ｍｍの位置を０とし、点線Ｘに沿って０ｃｍ、±１ｃｍ、±２ｃｍ、±３ｃｍ、±４ｃｍ、±５ｃｍの各電力測定位置での受信電力を測定したものである。
これに対し、導体５、６を使用しない状態で同様に各電力測定位置での受信電力を測定したところ、図５におけるグラフｇ2の結果が得られた。
図５のグラフｇ1、ｇ2から分かるように、±２ｃｍ以内の中心部では導体５、６を取り付けた方の受信電力が大きくなる。従って、リーダ・アンテナ４に導体５、６を取り付けることによって、リーダ・アンテナ４の上方の中央部における電力密度を高めることができる。また、±３ｃｍ以上では導体５、６を取り付けた方の受信電力が急激に低下するため、逆転して導体５、６を取り付けていない方の受信電力が大きくなる。
なお、図４においては導体５、６の高さｄを約１０ｍｍとしたが、この高さは実験から２．４ＧＨｚ帯において適していることが分かっている。例えば、２．４ＧＨｚ帯において導体５、６の高さを、例えば、２〜３ｍｍとした場合には図２に示すような放射パターンＰＴ1は得られず、図３に示す導体がない場合の放射パターンＰＴ2に近い放射パターンになると考えられる。
また、導体５、６の高さを高くした場合には放射パターンは図２に示す放射パターンＰＴ1になると考えられるが、収納容器９や収納容器９の置き台など厚みや導体の上端と置き台との間に設定される必要な空間などの物理的制約から導体が高くなった分無線タグ７はリーダ・アンテナ４から離れることになる。例えば、導体５、６の高さを５０ｍｍにすると、無線タグ７の位置は導体５、６の上端から少なくとも１０ｍｍ程度離れた位置になり、リーダ・アンテナ４の放射面から６０ｍｍ程度離れることになる。しかし、このように無線タグ７がリーダ・アンテナ４の放射面から離れたのでは無線タグの受信電力は弱くなる。このため、狭い間隔で並べられた無線タグ７においては動作するに十分な電力は得られなくなる。
このように、リーダ・アンテナ４に配置する導体５、６の高さには最適値があることが分かっている。
収納容器９に１００枚の物品８を２ｍｍ間隔で並べて収納し、この収納容器９を無線タグ７の位置がリーダ・アンテナ４の放射面から約２０ｍｍの高さ位置になるように置き台の上において無線タグ７の読取を行った結果、図６に示すように、導体５、６を使用した場合には収納容器９を移動させることで１００枚、全ての物品８に貼り付けられている無線タグ７からデータを読み取ることができた。これに対し、導体を使用しない場合には、収納容器９を移動させても１００枚の物品中７６枚の物品に付いている無線タグ７しかデータの読取りができなかった。
このように、リーダ・アンテナ４から放射される電波の放射方向に沿って導体５、６を設けることで、リーダ・アンテナ４の上方近傍に配置された無線タグ７への供給電力を高めることができる。その結果として、複数の無線タグ７の面が互いに対向して並べられた状態、例えば、２ｍｍ間隔という非常に狭い間隔で並べられていても、質問器２はリーダ・アンテナ４を介して全ての無線タグ７との間でデータ通信を行いデータの読み取りを確実に行うことができる。
なお、この実施の形態ではリーダ・アンテナ４として直線偏波アンテナを使用したがこれに限定するものではなく、円偏波アンテナを使用しても同様の効果は得られる。但し、直線偏波アンテナの方が円偏波アンテナよりも３ｄＢ程度利得が高いため、より高い電力を無線タグに供給することができる。そのため、狭い間隔で並べられた無線タグからデータを読み取る場合は直線偏波アンテナを用いた方がより適している。
なお、この実施の形態で使用した導体５、６の寸法や間隔は一例であり、これに限定するものではない。
また、この実施の形態ではリーダ・アンテナ４の上面における対向する２ヶ所の周縁部に導体５、６を配置したものについて述べたがこれに限定するものではない。
例えば、図７に示すように、導体５、６を、リーダ・アンテナ４を挟むように対向する２ヶ所の周縁部、すなわち、対向する側面上部に配置したものであってもよい。
また、図８に示すように、リーダ・アンテナ４の上面における対向する２ヶ所の周縁部に導体５、６を配置し、さらに、リーダ・アンテナ４の上面におけるもう一方の対向する２ヶ所の周縁部に導体１１、１２を配置し、これら４つの導体５、６、１１、１２によってリーダ・アンテナ４の放射面中央部を取り囲むようにしてもよい。また、図９に示すように、リーダ・アンテナ４の上面におけるもう一方の対向する２ヶ所の周縁部に配置する導体として長さの短い導体１３、１４を使用し、その導体１３、１４の端部と他の導体５、６の端部との間に隙間を設けてもよい。
また、この実施の形態ではリーダ・アンテナ４の上面に導体５、６を垂直方向に立てて配置したものについて述べたがこれに限定するものではなく、図１０に示すように、リーダ・アンテナ４の上面に斜め方向に立てて配置しても良い。
また、この実施の形態では導体として、平板で長方形状のものを使用したがこれに限定するものではなく、例えば、図１１に示すように平板で曲面形状の導体１５、１６を使用してもよい。また、図１２に示すように格子状あるいは網目状に形成した導体１７、１８を使用してもよい。さらに、図１３に示すように、導体５、６に代えて複数の棒状の導体１９、２０を所定の間隔で並べたものであってもよい。
また、この実施の形態ではリーダ・アンテナ４として平面アンテナを使用したものについて述べたがこれに限定するものではなく、他の形状のアンテナを使用してもかまわない。例えば、図１４に示すように、給電点２１に接続したダイポールアンテナ２２を使用してもよい。ダイポールアンテナは平面アンテナに比べると一般に利得は低い。これを補うために図に示すようにダイポールアンテナ２２の下部に導体からなる反射板２３を設け、図中上方向のみに電波が放射されるような構成にするとよい。そして、導体５、６をダイポールアンテナ２２の周囲に配置することで、ダイポールアンテナ２２の上方への放射電力を高め、ダイポールアンテナ２２の上方に置かれた無線タグに対して十分な電力供給ができる。
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
この実施の形態は、図１５に示すように、リーダ・アンテナ４の上面における対向する２ヶ所の周縁部に平板で長方形状の導体２５、２６を、このリーダ・アンテナ４からの電波の放射方向に沿って配置している。
前記各導体２５、２６は、その中央部上端が動作棒２７にＡ点とＢ点において半固定されている。前記動作棒２７はアクチュエータ２８に連結し、このアクチュエータ２８とともに可変機構を構成している。前記動作棒２７は前記アクチュエータ２８によって図中矢印Ｐ11に示すように往復動作し、リーダ・アンテナ４の放射面に対する前記各導体２５、２６の角度を変化させるようになっている。このとき、前記各導体２５、２６は動作棒２７の往復動作によって図中矢印Ｐ12、Ｐ13で示すように互いに同じ角度で回動することになる。
このような構成においては、図１６に示すように、アクチュエータ２８によって動作棒２７が図中矢印Ｐ11に示すように往復動作すると、各導体２５、２６が図中矢印Ｐ12、Ｐ13で示すように互いに同じ角度で回動するので、リーダ・アンテナ４から放射される電波の放射パターンＰＴ11は各導体２５、２６の角度変化によって図中矢印Ｐ14で示すように所定の角度だけ変化する。
この放射パターンＰＴ11の変化によって、リーダ・アンテナ４の上方に並べて配置された複数の無線タグ７に対して十分な電力供給が可能になる。従って、物品を収納している収納容器を移動させずに全ての無線タグ７からデータを読み取ることも可能になる。また、全ての無線タグ７からのデータの読み取りができなくても収納容器の移動は僅かで済む。
なお、この実施の形態においてもその他については前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。
（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
この実施の形態は、図１７に示すように、直線偏波アンテナでかつ平面アンテナからなる１対のリーダ・アンテナ４１、４２を使用したもので、この各リーダ・アンテナ４１、４２は前述した実施の形態と同様にそれぞれ同軸ケーブルを介して質問器に接続されている。
前記リーダ・アンテナ４１はその放射面における対向する２ヶ所の周縁部に平板で長方形状の導体５１、６１を、このアンテナ４１からの電波の放射方向に沿って配置している。また、前記リーダ・アンテナ４２はその放射面における対向する２ヶ所の周縁部に平板で長方形状の導体５２、６２を、このアンテナ４２からの電波の放射方向に沿って配置している。
前記各リーダ・アンテナ４１、４２は互いの偏波方向が略並行になるようにして並べて配置され、その上方に無線タグ７を貼り付けた複数の物品８を収納した収納容器９を、無線タグ７が前記各リーダ・アンテナ４１、４２の偏波方向と略平行になるような向きにして配置している。
このように１対のリーダ・アンテナ４１、４２を使用することで各アンテナの上方にはそれぞれ放射パターンが形成されるので、収納容器９を移動させずにデータを読み取ることができる無線タグ７の数を増加させることができ、収納容器９の全ての無線タグ７からデータを読み取るのに収納容器９を移動させずに済むことも可能になり、また、移動させる場合でも距離は僅かで済む。
なお、この実施の形態においてもその他については前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。
なお、前述実施の形態ではリーダ・アンテナと無線タグとの通信周波数帯として２．４ＧＨｚ帯を使用したがこれに限定するものではなく、他の周波数帯を使用してもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る全体構成を示す斜視図。 同実施の形態におけるリーダ・アンテナからの電波の放射パターンと無線タグ列との関係を説明するための図。 導体を配置しないリーダ・アンテナからの電波の放射パターンと無線タグ列との関係を説明するための図。 同実施の形態におけるリーダ・アンテナの放射面に対する電力測定位置の例を示す図。 同実施の形態におけるリーダ・アンテナ及び導体を配置しないリーダ・アンテナの放射面上に設定された電力測定位置での受信電力を示すグラフ。 同実施の形態におけるリーダ・アンテナ及び導体を配置しないリーダ・アンテナによる読み取り枚数を示すグラフ。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態における導体の変形例を示す斜視図。 同実施の形態におけるリード・アンテナの変形例を示す斜視図。 本発明の第２の実施の形態に係るリード・アンテナの構成を示す斜視図。 同実施の形態におけるリード・アンテナの動作を説明するための図。 本発明の第３の実施の形態に係るリード・アンテナの配置と無線タグを並べた収納容器との関係を示す斜視図。
符号の説明
１…無線タグ読取装置、２…質問器（読取装置本体）、４…リーダ・アンテナ、５，６…導体、７…無線タグ。

Claims (6)

  1. 近傍に配置される複数の無線タグに対して放射面から電波を放射するアンテナと、このアンテナの放射面から放射される電波の放射方向に沿うように、かつ前記アンテナの前記放射面に対して垂直または前記放射面を覆う方向に斜めに対向配置した導体と、前記アンテナを介して前記各無線タグからデータを読み取る読取装置本体とを備えたことを特徴とする無線タグ読取装置。
  2. 前記導体は、前記アンテナの前記放射面における周縁部に対向配置されていることを特徴とする請求項１記載の無線タグ読取装置。
  3. 前記アンテナは、直線偏波アンテナであることを特徴とする請求項１または２記載の無線タグ読取装置。
  4. 前記導体は、前記直線偏波アンテナの偏波方向と略平行に対向配置したことを特徴とする請求項３記載の無線タグ読取装置。
  5. 前記アンテナは、平面アンテナであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の無線タグ読取装置。
  6. 前記対向配置された導体が、この各導体と前記アンテナの放射面との角度が変化するように互いに同じ角度で可変する可変機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一記載の無線タグ読取装置。
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