JP4645545B2 - 通信システム及びタグリーダ - Google Patents

Description

本発明は、異なる通信方式に対応する２種類のＲＦＩＤタグと、それらのＲＦＩＤタグと通信を行うタグリーダとで構成される通信システム、及びそのシステムに使用されるタグリーダに関する。

製品の入荷検査又は出荷検査において、ＩＤ情報を記憶させたＲＦＩＤタグを個々の製品に貼り付けておき、上記ＩＤ情報をタグリーダにより読取ることで入出荷状況を管理するシステムが導入されている。この場合、取り扱う製品の数量が多くなり通信対象となるタグの数が増えると、タグリーダが開始した通信に対して同時に応答を返そうとするタグが複数となる場合があり、衝突（コリジョン）が頻繁に発生し、処理時間が長くなってしまう（図１５参照）。
斯様な問題を解決するには、例えば、特許文献１に開示されているように、全てのタグのＩＤ情報が予め記録されているタグを、例えば管理用タグとして用意しておき、最初に管理用タグのデータを読取ってから、読み取り対象とするタグを個別に指定して通信を行うことが考えられる。
特開２００６−６７１６０号公報

しかしながら、特許文献１では、管理用のマスタタグと、その他のスレーブタグとを区別してアクセスするために、専用コマンドを使用するようになっている。この場合、その専用コマンドに対応した特別なタグを用意することが前提であり、標準的な規格に準拠したタグをそのまま使用することができないという問題がある。
また、管理用タグとその他のタグとを、別々のリーダによって読取ることも考えられるが、この場合、複数のリーダの設置スペースが必要であると共に、それらの間でデータを転送する処理も必要となり、制御が複雑になってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信対象となるＲＦＩＤタグが複数ある場合でも、それらとの通信をより迅速に行うことができる通信システム、及びそのシステムに使用されるタグリーダを提供することにある。

請求項１記載の通信システムによれば、タグリーダは、第２通信手段を介して第２ＲＦＩＤタグと通信を行うことで第１ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み出すと、第１通信手段を介して、第２ＲＦＩＤタグより読み出したＩＤ情報に基づき通信対象に指定した第１ＲＦＩＤタグと通信を行う。
即ち、タグリーダは、第１，第２ＲＦＩＤタグとの通信に異なる搬送波を使用することで、最初に第２ＲＦＩＤタグの情報を、衝突を発生させることなく読み出すことができる。そして、その後は、第２ＲＦＩＤタグより取得した第１ＲＦＩＤタグのＩＤを個別に指定することで、第１ＲＦＩＤタグが複数存在する場合でも、夫々に記録されている情報を衝突を発生させることなく読み出すことができる。
また、タグリーダは、何れか一方の通信方式を実行した場合に、その通信方式に対応するＲＦＩＤタグ（タグＡ）による応答が検出限界となるしきい値に対して、他方の通信方式に対応するＲＦＩＤタグ（タグＢ）が最も接近した状態で応答した場合の信号レベルが有しているマージンを加えて、受信信号の判定しきい値を設定する。
即ち、判定しきい値を、上記の検出限界しきい値で設定すると、タグＢが有している上記マージンが「０」になる距離Ｘまでは、タグリーダがタグＡ，Ｂ双方による応答を受信可能な状態となる。従って、検出限界しきい値に上記マージンを加えて判定しきい値を設定すれば、距離Ｘ内におけるタグＢの応答検出を排除して、タグＡの応答のみを受信可能にすることができる。

請求項２記載の通信システムによれば、タグリーダは、アンテナを構成する素子の給電位置を変化させて、第１，第２通信方式に対応する搬送波の一方を水平偏波で、他方を垂直偏波で送信する。即ち、素子の給電位置を９０度変化させれば、１つの素子で搬送波の偏波面を水平，垂直に切換えることができる。

請求項３記載の通信システムによれば、タグリーダは、アンテナ素子を９０度回動させることで、第１，第２通信方式に対応する搬送波の偏波面を簡単に切り替えて送信することができる。

請求項４記載の通信システムによれば、第１，第２通信方式に使用される搬送波の偏波面が異なる場合、タグリーダは、各通信方式に対応するアンテナの素子形状における短辺，長辺の比率を変えて各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用する。即ち、搬送波の偏波面が異なる場合は、偏波面に合わせてアンテナの素子形状を延ばした方が偏波指向性利得を向上させるのに有利である。
そして、請求項５記載の通信システムによれば、素子形状における短辺，長辺の比率が１：２以上となるように変化させるので、アンテナの共振周波数特性を変化させることなく、偏波指向性利得を向上させることができる。

請求項６記載の通信システムによれば、第１，第２通信方式に使用される搬送波の偏波面が異なる場合、ＲＦＩＤタグ側において、アンテナの素子形状を変えることで各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用するので、請求項４と同様の効果が得られる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、通信システムの構成を概略的に示すものである。図１において、パレット１には、複数の部品２が搭載されており、その状態で入荷又は出荷が行われるようになっている。各部品２にはタグ３（タグＡ，第１ＲＦＩＤタグ）が貼付されており、それらのタグ３には、夫々の部品２を管理するためのＩＤ情報（ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４，・・・）が書き込まれる。

また、パレット１に対してもタグ４（タグＢ，第２ＲＦＩＤタグ）が貼付されており、そのタグ４には、図２に示すように、パレット１を管理するための情報として自身のＩＤ情報と、上記複数のタグ３に夫々付与されているＩＤ情報とがデータとして書き込まれている。そして、これらのタグ３，４は、リーダライタ（タグリーダ）５との間で行う通信の方式が夫々異なるように設定されている。

即ち、リーダライタ５は、タグ３，４とは何れもＵＨＦ帯の搬送波（例えば、周波数９５０ＭＨｚ）を使用して通信を行うが、タグ３との通信は水平偏波の搬送波を使用し（第１通信方式）、タグ４との通信は垂直偏波の搬送波を使用して（第２通信方式）行うようになっている。リーダライタ５の本体５ａは、上記の通信を、上位システム（ホスト）６より与えられる指令に応じて行う。そして、リーダライタ５が備えているアンテナ７は、２種類の通信方式に対応した構成となっている。

図３は、アンテナ７の構成を示すものである。アンテナ７は、パッチアンテナ素子（平面アンテナ素子）８と、グランドプレーン９とを備えるパッチアンテナとして構成されている。グランドプレーン９は、矩形状の誘電体基板１０の上面のほぼ全体に設けられた導体パターンまたは導体板（金属板）から構成されている。パッチアンテナ素子８は、図３（ａ）に示すような形状の導体板で構成されており、上記グランドプレーン９上に絶縁材製のスペーサ１１を介して配設されている。

パッチアンテナ素子８には、図３（ａ）に示すようにその中心から０時の方向に位置する第１給電点１２と、３時の方向に位置する第２給電点１３とが設けられている。そして、グランドプレーン９に対して、第１給電点１２に給電が行なわれる場合は垂直偏波の搬送波が送信され（この場合、図１に示すアンテナＢに対応）、第２給電点１３に給電が行なわれる場合は水平偏波の搬送波が送信される（同アンテナＡに対応）ようになっている。従って、タグ３は、パレット１上の部品２に対して、リーダライタ５によって送信される水平偏波の搬送波を受信するように、その長手方向（即ち、自身が備えているアンテナの配置方向）が水平となるように貼付され、タグ４は、パレット１に対して、リーダライタ５によって送信される垂直偏波の搬送波を受信するように、その長手方向が垂直となるように貼付されている。

図４には、第１通信方式で使用する水平偏波の搬送波が空間を伝搬する場合の電磁界のイメージであり、実線が電界：Ｅ，破線が磁界：Ｈを示している。尚、図中の送受信アンテナは、イメージを判り易くするためダイポールアンテナで示している。

次に、本実施例の作用について図５乃至図７も参照して説明する。図５は、図１に示す通信システムを、部品２の入荷検査時に使用する場合の一例であり、リーダライタ５の処理内容を中心に示すフローチャートである。前提として、タグ４については、タグ３のＩＤ情報が事前に記録されていない状態にあるとする。

リーダライタ５は、先ずアンテナ７の第２給電点１３に給電を行なうことで、水平偏波の搬送波を送信してタグ３と通信を行うように設定し（ステップＳ１）、タグ３より各部品２に対応するＩＤ情報を読み出す（ステップＳ２）。それから、読み出したＩＤ情報を上位システム６側に送信し、登録させる（ステップＳ３）。これらのステップＳ２，Ｓ３の処理を、全てのタグ３について行うまで（ステップＳ４:「ＮＯ」）繰り返す。
尚、ステップＳ２におけるタグ３との通信は個別のタグ３を対象とするので、対象とするタグ３（が貼付されている部品２）をパレット１より取り出し、リーダライタ５に近づけて通信を行えば、コリジョンが発生することはない。

全てのタグ３について読み出しが完了すると（ステップＳ４:「ＹＥＳ」）、リーダライタ５は、アンテナ７の第１給電点１２に給電を行なうことで、垂直偏波の搬送波を送信してタグ４と通信を行うように設定する（ステップＳ５）。そして、ステップＳ２，Ｓ３の処理によって読み出した部品２−タグ３のＩＤ情報を、タグ４に書き込む（ステップＳ６）。以上の処理によって、入荷された部品２を管理するための情報が、上位システム６並びにタグ４に記録され、図２に示す状態となる。

一方、図６は、入荷した部品２に対して所定の加工などを施した後、それらを出荷する場合に行う処理の一例を示す。リーダライタ５は、垂直偏波の搬送波を送信してタグ４と通信を行うように設定し（ステップＳ１１）、タグ４に記録されている各部品２（タグ３）のＩＤ情報を読み出す（ステップＳ１２）。それから、リーダライタ５は、水平偏波の搬送波を送信してタグ３と通信を行うように設定すると（ステップＳ１３）、それの内１つのＩＤ情報を選択して通信対象に指定する。すると、出荷対象となっている複数の部品２に貼付されているものの内、対応する１つのタグ３からＩＤ情報を読み出す（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１４の処理を、全てのタグ３について行うまで（ステップＳ１５:「ＮＯ」）繰り返す。

即ち、ステップＳ１４における読出し処理は、リーダライタ５と通信対象として指定した１つのタグ４との間で行われるので、その通信シーケンスは図７に示すようになり、コリジョンは全く発生しない。そして、以上のようにしてリーダライタ５により読み出されたＩＤ情報を参照すれば、出荷対象となっている部品２が予定通りに出荷されたのかどうかを確認することが可能となる。

以上のように本実施例によれば、リーダライタ５は、垂直偏波の搬送波を用いてタグ４と通信を行うことで複数のタグ３のＩＤ情報を読み出すと、そのＩＤ情報に基づき通信対象に指定したタグ３と、水平偏波の搬送波を用いて個別に通信を行うようにした。従って、最初にタグ４の情報を、タグ３との間で衝突を発生させることなく読み出すことができ、その後もタグ３のＩＤを個別に指定することで、複数のタグ３との間で衝突を発生させることなく、夫々に記録されている情報を読み出すことができる。故に、通信を効率よく行うことができ、タグ３の読取り作業を短時間で行うことができる。
そして、リーダライタ５は、アンテナ７を構成するパッチアンテナ素子８の給電位置を変化させて、搬送波の一方を水平偏波で、他方を垂直偏波で送信するようにしたので、１つの素子８を用いて搬送波の偏波面を水平，垂直に切換えることができる。

（第２実施例）
図８及び図９は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例のリーダライタ（タグリーダ）２１は、図９に示すように、第１実施例のアンテナ７について給電点１３を削除し、給電点１２のみとしたアンテナ２２を使用する。また、リーダライタ２１は、モータなどで構成されるアンテナ回動機構２３を備えており、アンテナ２２をパッチアンテナ素子８の平面内で９０度回動させることで、搬送波の偏波面を変更するように構成されている。

即ち、リーダライタ２１は、タグ４と通信する場合は、図９に実線で示すように、給電点１２を垂直方向に電界を発生させる位置にして通信を行う。そして、タグ３と通信する場合はアンテナ２２を９０度回動させて、図９に破線で示すように、給電点１２を水平方向に電界を発生させる位置にして通信を行う。
以上のように第２実施例によれば、リーダライタ２１は、アンテナ回動機構２３を制御してアンテナ２２を９０度回動させることで、第１，第２通信方式に対応する搬送波の偏波面を簡単に切り替えて送信することができる。

（第３実施例）
図１０及び図１１は、本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。図１０は、リーダライタ（タグリーダ）２４の受信側の回路構成を示す機能ブロック図である。即ち、アンテナ２５によって受信された応答信号は、検波回路２６により搬送波成分が除去されて検波される。その検波出力信号は、２値化回路２７において設定されている判定しきい値と比較されることで２値化され、復調回路２８は、２値化されたデータ波形に基づき受信データ（タグ３，４の応答データ）を復調する。これらの受信処理の流れ自体は一般的なものであるが、第３実施例では、２値化回路２７におけるしきい値レベルの設定に特徴を有している。

図１１は、アンテナ２５が水平偏波の搬送波を送信する場合、それに応答しようとするタグ３，４の通信エリアをモデル的に示すものである。この場合、水平偏波に対応しているタグ３の通信距離ＤＨが長くなり（通信可能エリアが広くなる）、垂直偏波に対応しているタグ３の通信距離ＤＶは短くなる。図１１（ｂ）には、リーダライタ２４の受信限界レベルを破線で示している。尚、リーダライタ２４に対するタグ３，４の通信距離が同じである場合、理論的にタグ４の応答信号レベルは、タグ３に対して３ｄＢほど低くなる。

また、図１１（ｂ）に示すように、リーダライタ２４において、２値化回路２７に設定する判定しきい値を、タグ４の応答検出限界レベルＲＬに一致させると、エリア（Ａ）では、タグ３，４双方による応答が受信可能となってしまう。そこで、第３実施例では、リーダライタ２４に対してタグ３を最も接近させた場合に受信される、タグ３の応答信号レベルが、検出限界レベルＲＬに対して有しているマージンをＭＶとすると、２値化回路２７の判定しきい値ＲTHを、（ＲＬ＋ＭＶ）に設定する。斯様に設定を行うことで、エリア（Ａ）内，即ち距離ＤＶ内において、リーダライタ２４がタグ３による応答を受信することは排除され、タグ４による応答のみを受信することが可能となる。
また、アンテナ２５が垂直偏波の搬送波を送信する場合は、タグ３，４の位置関係が図１１とは逆になるので、距離ＤＶ内でリーダライタ２４がタグ４による応答を受信することは排除され、タグ３による応答のみを受信することができる。

（第４実施例）
図１２は、本発明の第４実施例を示すものである。第４実施例では、例えば、第１実施例におけるアンテナ７に替えて、図１２に示す素子形状のアンテナ２９を使用する。通常の直線偏波アンテナの場合、パッチアンテナ素子は正方形状となるが、図１２（ａ）に示すアンテナ２９Ｖは、例えば、縦（長辺）１２５ｍｍ×横（短辺）６２．５ｍｍの縦長形状であり、水平偏波の電波信号を受信し難く、垂直偏波の電波信号を受信し易く、タグ４に対する通信指向性が高くなっている。一方、図１２（ｂ）に示すアンテナ２９Ｈは、縦横の関係がアンテナ２９Ｖとは逆になっており、水平偏波の電波信号を受信し易く、タグ３に対する通信指向性が高くなっている。
そして、タグリーダ本体５ａがアンテナ２９Ｖ，２９Ｈを双方とも備えるか、又は何れか一方のアンテナ２９と第２実施例のアンテナ回転機構２３とを組み合わせて、タグリーダ本体２１ａがアンテナ２９を９０度回動させて使用しても良い。

以上のように構成される第４実施例によれば、各通信方式に対応するアンテナ２９の素子形状における短辺，長辺の比率を変えて各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用するので、各通信方式で採用する搬送波の偏波面に素子形状を合わせて、何れか一方のタグとの通信をより確実に行うことができる。そして、素子形状における短辺，長辺の比率が１：２となるようにしたので、アンテナ２９の共振周波数特性を変化させることなく、偏波指向性利得を向上させることができる。

（第５実施例）
図１３は本発明の第５実施例を示すものである。第５実施例では、タグ３，４側に設けるアンテナの素子形状を変えることで、対応する搬送波の偏波指向性利得を向上させるようにしている。即ち、図１３（ａ）に示すタグ３には、タグチップ３０に直線状の素子からなるダイポールアンテナ３１を設けて、水平偏波の電波信号を受信し易くしている。一方、図１３（ｂ）に示すタグ４には、タグチップ３２に直線状の素子を折り返した形状の折り返しダイポールアンテナ３３を設けている。折り返しダイポールアンテナ３３の場合、折り返し形状をなしている部分に素子が垂直方向に延びている部分があるため、垂直偏波の電波信号が受信し易くなっている。

以上のように第５実施例によれば、タグ３，４側において、アンテナの素子形状を変えることで各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用するので、各通信方式で採用する搬送波の偏波面に素子形状を合わせて、何れか一方のタグとの通信をより確実に行うことができる。そして、タグ３はダイポールアンテナ３１を、タグ４は折り返しダイポールアンテナ３３を使用するので、各方向の偏波面を有する搬送波を良好に受信できる。

（第６実施例）
図１４は本発明の第６実施例を示すものであり、第６実施例は、タグ４側に設けるアンテナの素子形状のバリエーションを示す。即ち、垂直偏波の搬送波に対応するタグ４については、タグチップ３２に対して、直線状の素子を、途中から夫々図１４中左上方側，右下方側に折り曲げた形状のダイポールアンテナ３４を設けている。斯様な構成の素子形状のアンテナ３４を用いることで、折り曲げにより垂直方向に一致する素子部分が垂直偏波で送信される搬送波の受信に寄与するので、偏波指向性利得が向上する。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第１実施例において、タグ４には、リーダライタ５とは異なるライタによって、図２の情報が予め記録されていても良い。
第４実施例において、アンテナ２９の素子形状における短辺，長辺の比率は１：２以上であっても良い。
第５，第６実施例において、アンテナの素子形状を変える場合には、アンテナ３１，３３，３４の形状に限ることなく、各通信方式に対応した搬送波を夫々受信し易くなる形状となるように変更すれば良い。

タグ３の数が多く、それらのＩＤ情報の全てを１個のタグ４に記録することができない場合には、タグ４を２個以上用いても良い。
２つの通信方式で異なる偏波面の角度は、必ずしも９０度である必要はない。
部品の管理システムに使用するものに限ることはない。
読出し機能のみを備えるタグリーダに適用しても良い。

本発明の第１実施例であり、通信システムの構成を概略的に示す図 第２ＲＦＩＤタグに記録されている情報の一例を示す図 アンテナの構成を示す図 第１通信方式で使用する水平偏波の搬送波が空間を伝搬する場合の電磁界のイメージ図 リーダライタの処理内容を中心に示すフローチャート（部品の入荷検査時） 図５相当図（部品の出荷検査時） リーダライタと複数の第１ＲＦＩＤタグとの通信シーケンスを示す図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 図３相当図 本発明の第３実施例であり、リーダライタの受信側回路構成を示す機能ブロック図 アンテナが水平偏波の搬送波を送信する場合、それに応答しようとする２種類のタグの通信エリアをモデル的に示す図 本発明の第４実施例を示す図３相当図 本発明の第５実施例であり、タグ側に使用されるアンテナの構成を示す図 本発明の第６実施例を示す図１３（ｂ）相当図 従来技術を示す図７相当図

符号の説明

図面中、３，４はタグ（第１，第２ＲＦＩＤタグ）、５はリーダライタ（タグリーダ）、７はアンテナ、１２は第１給電点、１３は第２給電点、２１はリーダライタ（タグリーダ）、２２はアンテナ、２３はアンテナ回動機構、２４はリーダライタ（タグリーダ）、２５，２９はアンテナ、３１はダイポールアンテナ、３３は折り返しダイポールアンテナ、３４はダイポールアンテナを示す。

Claims (7)

1. 第１通信方式によって読み出し可能であり、固有のＩＤ情報を有する第１ＲＦＩＤタグと、
   前記第１通信方式とは異なる搬送波を使用する第２通信方式よって読み出し可能であり、固有のＩＤ情報を有すると共に、前記第１タグのＩＤ情報がデータとして記憶されている第２ＲＦＩＤタグと、
   夫々前記第１，第２通信方式により通信を行うための第１，第２通信手段を備えるタグリーダとで構成される通信システムにおいて、
   前記タグリーダは、
   前記第２通信手段を介して前記第２ＲＦＩＤタグと通信を行うことで、前記第１ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み出すと、
   前記第１通信手段を介して、前記第２ＲＦＩＤタグより読み出したＩＤ情報に基づき通信対象に指定した第１ＲＦＩＤタグと通信を行い、
   何れか一方の通信方式を実行した場合に、その通信方式に対応するＲＦＩＤタグによる応答が検出限界となるしきい値に対して、他方の通信方式に対応するＲＦＩＤタグが最も接近した状態で応答した場合の信号レベルが有しているマージンを加えて、受信信号の判定しきい値を設定することを特徴とする通信システム。
2. 前記タグリーダの第１，第２通信手段は、共通のアンテナを使用し、
   前記アンテナを構成するアンテナ素子の給電位置が変化することで、前記第１，第２通信方式に対応する搬送波の一方が水平偏波で送信され、他方が垂直偏波で送信されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記タグリーダは、前記アンテナ素子を回動させる機構を備え、
   前記アンテナ素子を９０度回動させることで、前記第１，第２通信方式に対応する搬送波の送信を切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の通信システム。
4. 前記第１，第２通信方式に使用される搬送波の偏波面が異なる場合、
   前記タグリーダは、各通信方式に対応するアンテナの素子形状における短辺，長辺の比率を変えることで、各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
5. 前記素子形状における短辺，長辺の比率が１：２以上となるように変化させることを特徴とする請求項４記載の通信システム。
6. 前記第１，第２通信方式に使用される搬送波の偏波面が異なる場合、
   前記第１，第２ＲＦＩＤタグは、アンテナの素子形状を変えることで、各搬送波の偏波指向性利得を向上させたものを使用することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の通信システムに使用されることを特徴とするタグリーダ。

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