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

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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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