JP4247129B2 - Ｒｆｉｄタグの検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグの検査装置に関し、詳しくは、ＲＦＩＤタグの共振周波数の誤差による通信の良否を検査する検査装置に関する。

近年、物流や入退出管理などで、ＲＦＩＤタグが利用されている。ＲＦＩＤタグは、非接触でＩＣ(Integrated Circuit)内のメモリとデータの送受信が可能なタグである。この時のデータの送受信には、ＲＦＩＤタグに設けられたコイル状のアンテナ（これを本明細書において「タグアンテナ」という）及びＲＦＩＤタグとデータ通信を行うリーダライタ側に設けられたコイル状のアンテナ（これを、本明細書において「リーダライタアンテナ」という）が使用される。そして、リーダライタアンテナからタグアンテナへ電磁誘導で電力を供給しつつ、これらの間でデータも送受信することで、ＲＦＩＤタグは、非接触でのデータ送受信が可能となっている。

このようなＲＦＩＤタグは、食品や工業製品のパッケージに設けることでこれらの生産工程や流通過程の管理に利用されたり、カード内に内蔵することでプリペイドカードとして利用されたりしている。

ＲＦＩＤタグを利用した商品を製造するメーカにおいては、ＲＦＩＤタグを製品やパッケージに取り付ける前、及びＲＦＩＤタグを取り付けた後に、それが正常に機能するかどうかを検査する必要がある。
この検査は、一般にＲＦＩＤタグとデータ通信を行うリーダライタで通信テストを行うことでなされており、公知文献としては、例えば特許文献１がある。
特開２００２−２３０５１０号公報

しかしながら、前記した検査の方法は、ＲＦＩＤタグが正常に機能するかどうかという総合的な判断のために必要ではあるものの、正常に機能しない場合の原因を特定するのには役立たない。すなわち、ＲＦＩＤタグが正常に機能しない場合には、ＩＣチップ自体に故障があったり、ＩＣチップとタグアンテナの接触に問題があったり、タグアンテナの性能が十分でなかったりするわけであるが、これらのいずれであるかは通信テストのみでは知ることができない。

本発明は、これらのＲＦＩＤタグの不具合の原因のうち、タグアンテナの性能を検査するものであり、ＲＦＩＤタグの共振周波数の誤差による通信の良否を検査する検査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、所定の共振周波数のコイル状のタグアンテナを有するＲＦＩＤタグの検査装置であって、コイル状のリーダライタアンテナを有し、このリーダライタアンテナを介して前記ＲＦＩＤタグとの間で前記共振周波数によりデータを送受信可能なリーダライタと、前記タグアンテナが前記リーダライタアンテナとの送受信波の届く範囲に位置するように前記ＲＦＩＤタグを設置可能なＲＦＩＤタグ設置部と、前記タグアンテナが配置される位置に沿って設けられ、開放端子を有する磁界検出用コイルとを備えることを特徴とする。

このような検査装置によれば、ＲＦＩＤタグをＲＦＩＤタグ設置部に設置して、リーダライタによりＲＦＩＤタグに対してデータ通信を行い、その際に前記開放端子に発生する起電力を測定することで、タグアンテナの共振周波数が設計通りの性能を有しているかどうかを確認することができる。すなわち、リーダライタアンテナがデータ通信の際に発生した所定の周波数の磁界に対し、タグアンテナが共振すれば、タグアンテナ付近の磁界変化は強め合うため、強い磁界変化が起こる。逆に、タグアンテナの共振周波数の誤差が大きい場合には、その誤差の分だけリーダライタアンテナが発した磁界変化との共振を妨げるため、タグアンテナ周辺の磁界変化は、相対的に弱くなる。そして、これらの磁界変化は、タグアンテナに沿って設けられた磁界検出用コイルに対し電磁誘導を引き起こす。
そのため、磁界検出用コイルの開放端子間の電圧、電流、または電力などを測定して、電磁誘導の強さを測定することで、タグアンテナの共振周波数が合っているかどうかを確認することができる。

また、前記ＲＦＩＤタグ設置部は、前記リーダライタアンテナとの距離を調整可能に構成されるのが望ましい。このように構成することで、ＲＦＩＤタグの仕様に応じて、検査するＲＦＩＤタグに与える磁界変化の強さを調整することができる。
同様に、前記リーダライタが発する磁界変化の強度を可変にしておけば、所望の通信距離、磁界変化の強度で検査をすることができる。

さらに、前記リーダライタは、前記リーダライタが送信したデータに応じて前記ＲＦＩＤタグが発生した負荷変調を、前記リーダライタアンテナで検出して得た共振強度信号を出力する共振強度信号出力端子を有するのが望ましい。
前記した開放端子の電圧の変化および、この共振強度信号出力端子から共振強度信号を取得して、その強度（振幅）を見れば、タグアンテナの共振周波数が高い方、低い方のいずれにずれているのかを知ることができる。すなわち、ＲＦＩＤタグはデジタル通信を可能とするため、タグＩＣ内の抵抗のＯＮ／ＯＦＦでタグアンテナの共振周波数を切り換える。一方の周波数は、リーダライタが発生する磁束変化の周波数とは僅かにずれた周波数となっており、他方の周波数はリーダライタが発生する磁束変化の周波数と一致している。共振強度信号は、リーダライタが発生する磁束変化の周波数に共振したときに最大値となるものであり、タグの共振周波数が高い方もしくは低い方にずれると強度は小さくなる。
そのため、この共振強度信号だけではタグアンテナの共振周波数が高い方にずれたのか、低い方にずれたのかを知ることはできない。一方、前記した開放端子の電圧は、主にタグアンテナの共振周波数がリーダライタの磁束変化周波数とずれているときの振幅を見ているため、タグの製造ばらつきにより発生する共振周波数分布の範囲においては単調増加もしくは単調減少となる変化を示す。よって、開放端子の電圧の大小により、タグの共振周波数のずれの方向を確認することができる。

また、前記ＲＦＩＤタグ設置部は、非磁性体から構成することで、検査時の磁界に影響を与えないので、より適切な検査が可能となる。また、前記ＲＦＩＤ設置部を、非導電性部材、例えば樹脂から構成することで、検査時の磁界に影響を与えずに、適切な検査が可能である。

本発明のＲＦＩＤの検査装置によれば、タグアンテナの性能の良否を検査することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＲＦＩＤタグの検査装置の斜視図であり、図２は、同検査装置のブロック構成図であり、図３は、ＲＦＩＤタグの一例を示す平面図である。
図１に示すように、ＲＦＩＤタグの検査装置１（以下、単に「検査装置１」という）は、主としてＲＦＩＤタグ５（図３参照）を載置するタグ設置台１４と、ベース１１内に収容されたＲＦＩＤタグ５のリーダライタ２０と、タグ設置台１４上に配設された磁界検出用コイル１５と、磁界検出用コイル１５の両端の電気接点である開放端子１６とを備えている。

本発明の検査装置１で検査の対象となるＲＦＩＤタグ５は、例えば図３に示したようなものである。ＲＦＩＤタグ５は、樹脂などの非金属からなる基板５ａ上に、記憶素子および場合により演算器などを有するＩＣチップ５ｂを有し、コイル状のタグアンテナ５ｃがプリント配線により形成され、このタグアンテナ５ｃがＩＣチップ５ｂに接続されている。なお、ＩＣチップ５ｂは、樹脂製のグローブトップ５ｄにより被覆されて保護されている。

タグ設置台１４は、図１に示すように樹脂で成形された板状の部材である。タグ設置台１４の一端寄り（図１における左奥側）は、厚く形成されるとともに、ねじ穴１４ａが図１における上下に貫通して形成されている。一方、タグ設置台１４の他の部分は薄く形成されている。そして、タグ設置台１４の上面には、金属線をプリントまたは接着してなる磁界検出用コイル１５が設けられている。磁界検出用コイル１５の内側部分には、ＲＦＩＤタグ５がちょうど入る程度の浅い（例えば０．５ｍｍの深さ）凹部が形成されており、この凹部がＲＦＩＤタグ設置部１４ｂとなる。

このように、ＲＦＩＤタグ５の位置を設置する部分が若干凹んでいることで、一定の位置にＲＦＩＤタグ５を設置でき、検査結果を安定させることができる。また、磁界検出用コイル１５と略同一平面にタグアンテナ５ｃを位置させることができるので、タグアンテナ５ｃでの共振状態を的確に把握することができる。磁界検出用コイル１５は、タグアンテナ５ｃと離れすぎると、タグアンテナ５ｃの共振状態を検出しにくくなり、コイルの径が小さすぎても検出信号が弱くなってしまうので、タグアンテナ５ｃと離れすぎず、小さすぎなければこの例には限定されない。望ましくは、タグアンテナ５ｃに沿ってタグアンテナ５ｃと同心状の配置関係になるのがよい。例えば、ＲＦＩＤタグ設置部１４ｂの底面に、タグアンテナ５ｃの形状に合わせて形成しておいてもよい。
以上のようなタグ設置台１４は、磁界検出用コイル１５がリーダライタ２０のリーダライタアンテナ２１に対向するように配設されている。このため、タグアンテナ５ｃは、リーダライタアンテナ２１との送受信波が届く範囲に位置させることが容易である。

ベース１１は、リーダライタ２０を収容する樹脂製のケースであるとともに、前記タグ設置台１４を所定の位置に支持している。ベース１１の上面の一端寄り（図１における左奥側）には、樹脂材からなる門型の支持部材１２が固設されている。支持部材１２の上部梁１２ａには、中央に上下に貫通する貫通穴１２ｂが形成されており、貫通穴１２ｂには、樹脂材からなるねじ軸１３の上部のジャーナルが嵌合することで、ねじ軸１３は上部梁１２ａに軸支されている。ねじ軸１３の下端は、ベース１１に軸支され、ねじ軸１３の上端には、ツマミ１３ａが形成されている。

前記したタグ設置台１４は、前記したねじ穴１４ａがねじ軸１３と螺合しているとともに、タグ設置台１４の両側面１４ｃ（手前側のみ図示）が門型の支持部材１２の内側に嵌ることで、ねじ軸１３の回転に応じ、タグ設置台１４が上下にスライド移動するようになっている。
また、ベース１１からは、後記する検査信号入力端子２２ａ、共振強度信号出力端子２２ｂ、および同期信号出力端子２２ｃの各端子が露出している。

前記した上部梁１２ａには、金属の電気接点である開放端子１６が取り付けられている。開放端子１６は、磁界検出用コイル１５の両端とリード線１６ａにより接続されている。

なお、前記したベース１１、支持部材１２、ねじ軸１３、およびタグ設置台１４が樹脂材により成形されているのは、リーダライタ２０およびＲＦＩＤタグ５が発生する磁界に影響を与えないためである。すなわち、これらの部材は、非磁性体材料、非電導性材料により形成するのが望ましい。

次に、検査装置１の電気的構成について図２を参照しながら説明する。
リーダライタ２０は、主としてインタフェース（Ｉ／Ｆ）２３、制御装置２４、変調回路２５ａ、復調回路２５ｂ、コンパレータ２８、検査信号入力端子２２ａ、共振強度信号出力端子２２ｂ、および同期信号出力端子２２ｃを有する。

検査信号入力端子２２ａは、検査用の信号を送るコンピュータ３１と接続するための端子である。入力された検査用の信号は、インタフェース２３を介して制御装置２４に入力される。検査信号入力端子２２ａおよびインタフェース２３は、例えばＲＳ２３２Ｃ規格に準拠してデータの送受信を行う。

制御装置２４は、コンピュータ３１から入力された信号からコマンドを解釈して、変調回路２５ａ、アンプ２６ａを介してリーダライタアンテナ２１からＲＦＩＤタグ５へコマンドを送信する。このコマンドとしては、例えばデータ書込コマンド、データ読込コマンドなどがある。

変調回路２５ａは、制御装置２４から送られるコマンドをＲＦＩＤタグ５が受信できる信号に変調する回路である。この変調は、例えばＩＳＯ１４４４３規格の無線通信規格に沿って行う。変調回路２５ａが発生した信号は、アンプ２６ａにより増幅された上でリーダライタアンテナ２１へ送られる。

発振器２７は、変調回路２５ａが変調を行う際に、キャリアとなる周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の波形を生成する部分である。

復調回路２５ｂは、ＲＦＩＤタグ５から送られ、アンプ２６ｂで増幅された信号を、前記したＩＳＯ１４４４３規格に従って復調する回路である。復調された信号は、コンパレータ２８へ出力されるとともに、共振強度信号出力端子２２ｂから出力可能となっている。

コンパレータ２８は、復調回路２５ｂで復調された信号を２値化する。すなわち、所定のしきい値を境にして、しきい値より大きい電圧を所定電圧、小さい電圧を０にする。コンパレータ２８で２値化された信号は、制御装置２４へ出力されるとともに、同期信号出力端子２２ｃから出力可能となっている。

前記した共振強度信号出力端子２２ｂおよび同期信号出力端子２２ｃは、オシロスコープ３２に接続され、これらの端子から出力される信号を見ることができる。また、磁界検出用コイル１５の開放端子１６も、オシロスコープ３２へ接続され、磁界検出用コイル１５の周りに発生した磁界の強さを見ることができる。

以上のように構成された検査装置１の使用方法および動作について図１および図２を参照しながら説明する。
まず、検査信号を検査装置１に入力するためのコンピュータ３１を検査信号入力端子２２ａに接続する。そして、開放端子１６、共振強度信号出力端子２２ｂ、および同期信号出力端子２２ｃにオシロスコープ３２を接続する。

その後、ＲＦＩＤタグ５を設置する前に、コンピュータ３１から検査信号、例えば磁界のＯＮ／ＯＦＦコマンド、データ書込コマンド、データ読込コマンドなどを入力しながら、磁界の強さが所望の検査条件になるように、タグ設置台１４の位置（高さ）を調節する。例えば、磁界検出用コイル１５の位置で、５Ａ／ｍの磁界強度になるように、開放端子１６の起電力を見ながらツマミ１３ａを回してタグ設置台１４の高さを調節する。

次に、ＲＦＩＤタグ設置部１４ｂに、ＲＦＩＤタグ５を設置する。そして、コンピュータ３１から検査信号を入力すると、この検査信号は、制御装置２４によりコマンドとして解釈され、変調回路２５ａ、アンプ２６ａを介してリーダライタアンテナ２１からＲＦＩＤタグ５へ向けて送信される。ＩＳＯ１４４４３規格では、この送信に使用する磁界変化の周波数は１３．５６ＭＨｚである。ＲＦＩＤタグ５のタグアンテナ５ｃ（図３参照）は、この１３．５６ＭＨｚの周波数の磁界変化に共振するように設計されており、設計通りに製造されていれば強く共振し、ＲＦＩＤタグ５の周辺の磁界変化を強める方向に働く。一方、タグアンテナ５ｃの厚みなどが設計値からずれていると、タグアンテナ５ｃ自体の共振周波数が１３．５６ＭＨｚからずれ、このずれの分だけＲＦＩＤタグ５の周辺の磁界変化を弱める方向に働く。

多数のＲＦＩＤタグ５で開放端子１６の発生する起電力（これを、「開放端子電圧」という。）を測定した結果が図４である。図４は、開放端子電圧と最大通信距離の関係を示すグラフであり、横軸に外部磁界５Ａ／ｍのときの開放端子１６の電圧をとり、縦軸に、タグ設置台１４の高さを変えたときの最大の通信距離をとっている。図４に示すように、開放端子電圧は、１．４Ｖから２．７Ｖの範囲に分布し、最大通信距離は、開放端子電圧の強さに応じて大きくなっている。すなわち、開放端子電圧が１．４Ｖと低いときには、１５．４ｍｍが最大通信距離となり、開放端子電圧が２．７Ｖと高いときには、１８．５ｍｍと最大通信距離が大きくなっている。

このように、開放端子電圧をオシロスコープ３２で見ることで、開放端子電圧の高さからＲＦＩＤタグ５が設計通りの共振周波数を有しているか否かを確認することができる。

また、共振強度信号を見るだけでは、ＲＦＩＤタグ５の共振周波数が高い方にずれているか、低い方にずれているかを知ることができないが、開放端子電圧を合わせて見ることで、そのずれの方向を知ることができる。次に、共振強度信号について、図５を参照しながら説明する。

図５は、開放端子電圧、共振強度信号出力端子電圧、および同期信号出力端子電圧をオシロスコープで表示した画面の図である。
図５において、上段のグラフは、開放端子電圧を示し、中段は、共振強度信号出力端子電圧、下段は、同期信号出力端子電圧を示す。

上段の開放端子電圧は、前記したように、その大きさ（振幅）が大きいほど検査中のＲＦＩＤタグ５の共振周波数が１３．５６ＭＨｚに合っていることを示す。

中段の共振強度信号出力端子電圧は、リーダライタアンテナ２１に流れている信号により、ＲＦＩＤタグ５が１３．５６ＭＨｚに共振している状態をみており、左側の波形は、リーダライタ２０からＲＦＩＤタグ５へ向けて信号を送っているときの波形、右側の波形は、ＲＦＩＤタグ５からリーダライタ２０へ向けて信号を送っているときの波形を示す。

ＲＦＩＤタグ５が発する負荷変調信号は、ＲＦＩＤタグ５の内部抵抗の切換えにより、１３．５６ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚから僅かにずれた周波数の信号を発生するよう設計されている。そのため、タグアンテナ５ｃ自体の共振周波数が設定値より高い方にずれた場合、もしくは低い方にずれた場合には、ＲＦＩＤタグ５が発生する信号の強度、すなわちリーダライタアンテナ２１で受けた信号の強度（振幅）はともに弱くなる。

これを、図６を参照して詳細に説明する。
図６は、周波数と共振強度信号または開放端子電圧の振幅の関係の一例を示したものであり、（ａ）はタグアンテナの周波数が適切な場合、（ｂ）はタグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合、（ｃ）はタグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合を示す。
図６（ａ）に示すように、タグアンテナの共振周波数が適切な場合、ＩＣ内の抵抗がＯＮの状態の共振信号、つまり共振強度信号は、１３．５６ＭＨｚで最大になる。一方、ＩＣ内の抵抗がＯＦＦの状態の共振信号、つまり開放端子電圧は、１３．５６ＭＨｚより僅かに低い周波数で振幅が最大になる。
そして、図６（ｂ）に示すように、タグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合には、共振強度信号は、最大値からずれるため弱くなり、開放端子電圧は、最大値に近付くため強くなる。
また、図６（ｃ）に示すように、タグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合には、共振強度信号は、最大値からずれるため弱くなり、開放端子電圧も、最大値から離れていくため弱くなる。

このように、共振強度信号は、タグアンテナの共振周波数が高い方にずれても、低い方にずれても弱くなるため、共振強度信号だけを見てもタグアンテナの共振周波数のずれの方向は分からない。しかし、開放端子電圧は、タグアンテナの共振周波数が高い方にずれると強くなり、低い方にずれると弱くなるので、共振強度信号に合わせて開放端子電圧を見ることでタグアンテナの共振周波数のずれの方向を知ることができる。

下段の同期信号出力端子電圧は、リーダライタ２０からＲＦＩＤタグ５へ信号を送るとき、ＲＦＩＤタグ５からリーダライタ２０へ信号を送るときのいずれも、リーダライタ２０またはＲＦＩＤタグ５が信号を発するタイミングでパルス信号を発している。この同期信号は、開放端子電圧、共振強度信号を見るタイミングを示すものであり、開放起電力、共振強度信号を別途のコンピュータで処理する場合などに利用できる。

このように、実施形態に係る検査装置１によれば、ＲＦＩＤタグ５の共振周波数の精度を、タグ設置台１４に設けた磁界検出用コイル１５に発生する起電力の強さで調べることができる。また、開放端子電圧の強度が所定値から大きい方、小さい方のどちらにどれだけずれているかを見ることで、ＲＦＩＤタグ５の共振周波数のずれの方向および程度を知ることができる。
また、リーダライタアンテナ２１に対するタグ設置台１４の高さを可変とすることで、所望の磁界強度で検査ができるとともに、高さを変えつつ通信テストを行うことで、最大通信距離を測定することもできる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。例えば、実施形態においては、ＲＦＩＤタグ設置部１４ｂは、ＲＦＩＤタグ５を載置する形態としたが、リーダライタアンテナ２１と磁界検出用コイル１５を上下ではなく、左右に対向させて配置し、ＲＦＩＤタグ５を磁界検出用コイル１５の近傍に差し込む形で支持させてもよい。

また、タグ設置台１４は、タグアンテナ５ｃがリーダライタアンテナ２１と対向するように配置できれば、その支持の仕方は任意であり、ベース１１とは別の支持部材で支持してもよい。

さらに、実施形態においては、基板にＩＣチップ５ｂを設けた形のＲＦＩＤタグ５を例に挙げたが、ＩＣカードなどのカード型のＲＦＩＤタグにも同様に適用することができる。

また、実施形態の検査装置１は、タグ設置台１４の上下動、開放端子電圧、共振強度信号の評価などを手動、目視で行っていたが、これらを自動化することもできる。例えば、所望の磁界強度になるまでねじ軸１３をアクチュエータで駆動したり、開放端子電圧、共振強度信号の評価をコンピュータにより行ったりすることもできる。

実施形態に係るＲＦＩＤタグの検査装置の斜視図である。 実施形態に係る検査装置のブロック構成図である。 ＲＦＩＤタグの一例を示す平面図である。 開放端子電圧と最大通信距離の関係を示すグラフである。 開放端子電圧、共振強度信号出力端子電圧、および同期信号出力端子電圧をオシロスコープで表示した画面の図である。 図６は、周波数と共振強度信号または開放端子電圧の振幅の関係の一例を示したものであり、（ａ）はタグアンテナの周波数が適切な場合、（ｂ）はタグアンテナの共振周波数が高い側にずれた場合、（ｃ）はタグアンテナの共振周波数が低い側にずれた場合を示す。

符号の説明

１ 検査装置
５ ＲＦＩＤタグ
５ｂ ＩＣチップ
５ｃ タグアンテナ
１４ タグ設置台
１４ｂ ＲＦＩＤタグ設置部
１５ 磁界検出用コイル
１６ 開放端子
２０ リーダライタ
２１ リーダライタアンテナ
２２ａ 検査信号入力端子
２２ｂ 共振強度信号出力端子
２２ｃ 同期信号出力端子
３１ コンピュータ
３２ オシロスコープ

Claims (3)

1. 所定の共振周波数のコイル状のタグアンテナを有するＲＦＩＤタグの検査装置であって、
   コイル状のリーダライタアンテナを有し、このリーダライタアンテナを介して前記ＲＦＩＤタグとの間で前記共振周波数によりデータを送受信可能なリーダライタと、
   前記タグアンテナが前記リーダライタアンテナとの送受信波の届く範囲に位置するように前記ＲＦＩＤタグを設置可能なＲＦＩＤタグ設置部と、
   前記タグアンテナが配置される位置に沿って設けられ、開放端子を有する磁界検出用コイルと、
   を備えることを特徴とするＲＦＩＤタグの検査装置。
2. 前記ＲＦＩＤタグ設置部は、前記リーダライタアンテナとの距離を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグの検査装置。
3. 前記リーダライタは、前記リーダライタが送信したデータに応じて前記ＲＦＩＤタグが発生した負荷変調を、前記リーダライタアンテナで受信して得た共振強度信号を出力する共振強度信号出力端子を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグの検査装置。