JP4692399B2 - ケース内情報管理装置 - Google Patents

Description

本発明はケース内情報管理装置に係り、特に、物品管理や在庫管理等に用いられるデータ記憶手段としてのＲＦタグ若しくはＩＤタグが金属製ケース内に管理対象物である物品とともに収納されている場合における物品に関する情報の読み取りや書き込みをケース外から行うケース内情報管理装置に関するものである。

ＲＦタグ若しくはＩＤタグ（以下、ＲＦタグで説明）に使用される搬送波の周波数は、現在１３５ｋＨｚ未満，１３.５６ＭＨｚ，ＵＨＦ帯，２.４５ＧＨｚなどの法規で許可されたもので、情報の読み取りや書き込みを行う方式として、大まかに電磁誘導方式とマイクロ波方式の電磁波を使った２種類がある。

マイクロ波方式は、２.４５ＧＨｚ 等のマイクロ波により情報の授受を行う。リーダ・ライタからの送信情報は変調され、アンテナからマイクロ波として発射される。ＲＦタグは、このマイクロ波を受信し復調して情報を得る。

ＲＦタグからの情報の送信は、リーダ・ライタのアンテナから発射されたマイクロ波を受信し、これを送信情報を含む返信情報で変調して、リーダ・ライタのアンテナに再び発射する反射波方式による。マイクロ波型は、外来ノイズにも強く、数メートルの交信距離を実現できる。

電磁誘導方式では、コイル状のアンテナにキャリア周波数をかけることにより、アンテナ近傍に誘導電磁界を発生させ、ＲＦタグがこの誘導電磁界内に入ってくると、ＲＦタグのコイル状のアンテナに電磁誘導により電流が流れる。この誘導起電力によりＲＦタグに電力供給し、ＲＦタグを動作させる。交信距離は最大１（ｍ）程度となっており、比較的広い交信エリアを確保できる特徴を持つ。

ＲＦタグ，リーダ・ライタともに製品として多くの種類のものが市販されており、従来から活用されている。

しかしながら、両方式ともに金属面に接触している状態、あるいは近傍に金属がある状態では、電磁波による正常なデータ通信ができなくなってしまう。

マイクロ波方式では、金属面表面で電波が反射し、反射波との干渉で信号が減衰してしまう場合が多い。このような減衰が発生すると、ＲＦタグの情報が読み出せない不良になる。

電磁誘導方式では、金属面表面に渦電流が発生し、本来の磁界の向きと逆方向の磁界は生じ、打ち消し合い信号が大きく減衰してしまう。

なかでも、ＲＦタグが金属製のケース（一部に金属を用いている場合を含む）内に収納されており、金属板などで遮蔽された状態では、電磁誘導方式，マイクロ波方式ともに通信は極めて困難であり、実質的には使用できない。

周囲が金属で覆われたケースであってもケース内部と外部のデータ通信を電磁波により行うものとして、下記特許文献１に記載されるような従来技術がある。

この従来技術は、内側が金属製のケース内に管理対象物とこの管理対象物のデータ記憶手段（ＩＤタグ）を収納した内側が金属製のケースの内外両側面にそれぞれアンテナを設け、両アンテナを接続しておき、外部のアンテナにデータ管理手段から電磁波を用いてデータ通信すると、内部のアンテナからＩＤタグに電磁波を送信することで、返信も実施可能となり、電磁波によりケース内部のＩＤタグとケース外部のデータ管理手段とでデータ通信を行っている。

特開平８−４８３３７号公報

しかしながら、電磁波を中継するアンテナ同士は、ケース本体に貫通孔を形成し、非金属のスペーサで絶縁して接続する。ケース本体に貫通孔を形成しなければならず、また、気密性を維持する必要がある場合には、シーリング材などを充填する必要がある。

ＲＦタグを取り付ける管理対象物は、必ずしも何も無い空間上に管理対象物単体で存在するとは限らず、多くの場合、カバーで覆われているか、あるいはさまざまなケース内に収納されてことが多く、そのカバーあるいはケースは金属製であることがしばしばで、湿度保持等を目的としてケース内の高い気密性を求め、孔明けが許されない場合も多い。

それゆえ本発明の目的は、ケース等の金属製の遮蔽物で覆われていても、新たに貫通孔などの形成を必要とせず、現状の壁面をそのままの利用した状態で簡便にデータ記憶手段の情報を読み書きすることができるケース内情報管理装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明装置の特徴とするところは、ケースの内外各壁面に超音波の送受信手段を設け、ケース内外の各超音波の送受信手段とデータ管理手段およびデータ記憶手段における電磁波の送受信手段のそれぞれの間に電磁波と超音波の変換手段を設け、ケースの内外の間は超音波で交信するようにしたことにある。

上記本発明によれば、ケースに孔を設けなくても、情報の交信が可能であり、ケースの気密性を確保でき、管理対象物に品質を維持することができる。

以下、図に示す実施形態について説明する。

図１において、１は管理対象物である物品２を収納した金属製のケース、３は物品２に関する情報を記憶したＲＦタグ（管理対象物に関する情報を記憶したデータ記憶手段）で、物品２に取り付けてある。

ＲＦタグ３はマイクロ波方式のもので、図２に示すように、表面部にアンテナ３ａを有し、内部に増幅器，復調器，変調器，制御器，搬送波の発振器などを備えている。制御器は物品２に由来する固有の情報（物品に関する情報で、以下、送信情報と略記）を記憶する記憶部や情報の送受信を行うプログラムを記憶した記憶部などを備えている。

４はケース１の内壁に設けたＲＦタグ３における電磁波の送受信手段であるリーダ・ライタで、図３に示すように表面にアンテナ４ａがあり、内部に増幅器，復調器，変調器，制御器，搬送波の発振器などを備えている。

制御器はＲＦタグ３と交信して入手（受信）した物品２に関する情報（送信情報）を記憶する記憶部や情報の送受信を行うプログラムを記憶した記憶部などを備えている。なお、リーダ・ライタ４がＲＦタグ３と交信すべき内容（交信情報）は、後述するホスト機
２３側から送られてくる。

ＲＦタグ３やリーダ・ライタ４は従来より使用されているマイクロ波方式のもので、
２.４５ＧＨｚの搬送波を使用し、各アンテナ３ａ，４ａを介して送受信を行う。

リーダ・ライタ４側からＲＦタグ３側に送信する場合、リーダ・ライタ４の制御部がその記憶部に記憶してある交信情報を変調器に送ると、変調器は発振器から得た２.４５
ＧＨｚの搬送波を交信情報で変調し、アンテナ４ａからマイクロ波として発射する。

ＲＦタグ３はこのマイクロ波を受信，復調して交信情報を得る。交信情報は制御部の記憶部に記憶し、解読する。リーダ・ライタ４側からの交信情報に返信要求が含まれており、要求に従って交信情報を解読し、回答（送信情報を含むもの）を用意して制御部の記憶部に記憶してリーダ・ライタ４側への返信情報とする。

リーダ・ライタ４の返信要求に基づいてＲＦタグ３側からリーダ・ライタ４側に返信する場合、制御部が返信情報を変調器へ入力すると、ここで発振器から入力された２.４５
ＧＨｚの搬送波を返信情報で変調し、変調部で変調された搬送波がアンテナ３ａから発射され、これがリーダ・ライタ４側のアンテナ４ａによりキャッチされ、受信側で復調器に入る。復調器において搬送波を除くことで得られる返信情報は、制御部に一旦記憶しておく。

マイクロ波方式は、周波数が高くＲＦタグ３側のアンテナ３ａを小型化できることから、ＲＦタグ３全体を小型な形状にすることが可能である。

ケース１の内外の交信を可能とするために、ケース１の内外両壁面に超音波の送受信手段として超音波トランスデューサ（以下、トランスデューサと略記。）５，１１を設けている。

トランスデューサ５，１１は圧電効果を利用した電気と機械のエネルギ変換器で、ある周波数の電気信号を与えれば、その周波数の超音波（振動）を出し、ある周波数の振動
（音）をキャッチすれば、その周波数の電気信号が得られ、振動の発生と振動の検出を両方行うことができるものである。ここで使用する超音波は数１０ＫＨｚ、つまり、トランスデューサ５，１１を介して送受信する搬送波の周波数は数１０ＫＨｚとした。

図４に示すごとく、トランスデューサ５，１１は、ともにケース１の壁面に接する状態で、かつケース１を挟んで対向して設置する。各トランスデューサ５，１１とケース１の壁面との接触面には空気層を無くすために、ポリマや界面活性剤などからなる音響結合材（エコーゼリー）Ｚ等を塗布しておくと、超音波の減衰を低く抑えられる。

ＲＦタグ３とリーダ・ライタ４との間で交信される電磁波をトランスデューサ５において超音波に変換できるようにする後述する構成と動作をする電磁波と超音波の変換手段であるアナログ式のコントローラ６を設けてある。

また、ケース１の外側のトランスデューサ１１についても電磁波を超音波に変換できるようにする後述する構成と動作をする電磁波と超音波の変換手段であるアナログ式のコントローラ１２を設けてある。

コントローラ１２は、中継機２１との間で電磁波による無線で交信ができるようにしてあり、中継機２１はＬＡＮケーブル等によるネットワーク網２２でデータ管理手段であるホスト機２３と接続して、ホスト機２３において、データベース化等されて、個々の物品２は総合的に情報管理される。

２４は、ネットワーク網２２に接続してある他の中継機である。

ケース１は任意に中継機２１に接近するので、中継機２１は不特定のケース１に対し、応答を求める返信要求を含む交信情報を搬送波に載せて常時発信している。

以下、コントローラ６，１２の構成と動作を説明する。

図５において、コントローラ６はケース１が無い場合は従来のリーダ・ライタ４と直に接続されるホスト機２３に対応するものであるので、その入力装置と出力装置はリーダ・ライタ４と直に接続される従来のホスト機２３における入力装置と出力装置と同様なものを使用している。

また、コントローラ１２はケース１が無い場合はホスト機２３に対しては従来のリーダ・ライタ４相当の中継機２１と交信するＲＦタグ３になるべきものであるので、その入力装置と出力装置は従来のＲＦタグ３におけるアンテナを使用している。

さらに、中継機２１はケース１が無い場合はホスト機２３に対しては従来のリーダ・ライタ４に対応するものであるので、その入力装置と出力装置はリーダ・ライタ４におけるアンテナを使用している。

任意のケース１が中継機２１に接近すると、コントローラ１２の入力装置（アンテナ）は中継機２１が発している交信情報を含む搬送波を受信すると、入力系統が作動してフィルタ（図５では、Ｆと略記。以下、同じ。）で搬送波を除去し、ＡＬＣアンプを経て変調回路で交信情報で搬送波（数１０ＫＨｚ程度）を変調し、搬送波に載せた交信情報は、フィルタ，送信アンプ，切替回路を経て、トランスデューサ１１に送る。

トランスデューサ１１が電気的信号の形を持つ交信情報に従って機械的信号として超音波を発すると、ケース１内のトランスデューサ５が受信して電気的信号に変換し、コントローラ６に送る。

コントローラ６では、出力系統が作動して、切替回路，受信アンプ，フィルタ，ＡＬＣアンプを経て復調回路に送る。復調回路では変調により搬送波と交信情報を分離して交信情報を得て、交信情報をフィルタ，アンプを経て出力装置から図３に示したリーダ・ライタ４に送る。

リーダ・ライタ４が前述の動作で２.４５ＧＨｚ の搬送波に載せて交信情報をＲＦタグ３に送り、ＲＦタグ３が前述の動作で搬送波から交信情報を分けて、中継機２１からの交信情報に基づいて制御部における記憶部に記憶した物品２に由来する情報（物品２に関連する情報）を含む返信情報を作成して、前述の動作で返信（応答）を発する。

すると以上の説明とは逆のモードとなって、リーダ・ライタ４を介して返信をコントローラ６の入力装置がこれを受信して、コントローラ１２の入力系統と同様に入力系統が作動し、フィルタで搬送波を除去し、ＡＬＣアンプ，変調回路，フィルタ，送信アンプ，切替回路を経てトランスデューサ５に電気的信号の形で変調回路において搬送波（数１０
ＫＨｚ程度）に載せた返信情報を送る。

トランスデューサ５は機械的信号に変換してケース１の壁を介し外部のトランスデューサ１１が電気的信号に戻しコントローラ１２に送る。

コントローラ１２では出力系統が作動して、切替回路，受信アンプを経てフィルタで搬送波を除去し、ＡＬＣアンプを経て変調回路に返信情報を送る。変調回路では搬送波を返信情報で変調し、搬送波に載せて返信情報をフィルタ，アンプを経て出力装置から中継機２１に応答としての返信情報を戻す。

従って、物品２が金属製の遮蔽物を含むケース１で覆われていても、ケース１に新たに貫通孔などの形成をすることなくケース１をそのままの利用した状態で、ケース１外からケース１内のＲＦタグ３における物品２に関する情報の読み書きができるだけでなく、ケースには貫通孔を設ける必要がないので、ケース１の気密性を維持することができる。

中継機１３ではホスト機２３や他の中継機２４などにネットワーク網２２を通じて、ケース１から得た返信情報から送信情報を取り出して、送信情報を配信する。

以上、送信に対する返信の形での双方向の送受信について説明したが、片方向の送受信であっても、上記コントローラ６，１２は良好に機能する。

上記のコントローラ６，１２の例ではアナログ信号の入出力で示したが、デジタル対応のもので制御してもよい。

なお、ＲＦタグ３とリーダ・ライタ４の間を電磁誘導方式で結合しても良い。
電磁誘導方式の場合にはリーダ・ライタ４のアンテナ４ａが作る誘導電磁界内にＲＦタグ３が置かれ、ＲＦタグ３のアンテナ３ａとリーダ・ライタ４のアンテナ４ａの間の電磁誘導作用でＲＦタグ３のアンテナ３ａに電流が誘起される。この電流（電力エネルギ）を用いてＲＦタグ３が作動し、リーダ・ライタ４側の制御部と情報の交信が行われる。リーダ・ライタ４のアンテナ４ａは送信アンテナと受信アンテナの２つに分かれるものと、１つのアンテナで共用するタイプがある。

１３.５６ＭＨｚ の短波帯では、ＲＦタグ３のアンテナ３ａにおけるコイルの巻き数を少なくできるので薄型を実現しやすく、カード型，コイン型，スティック型等様々な形状があり、個人カード，交通カード，商品タグ，物流タグなど幅広く利用されている。

次に、超音波に依らない他の実施形態について説明する。
図６に示す実施例では、図１に示したトランスデューサ５に代えて加振器（機械振動の発生手段）８を用いる。この加振器８は、ソレノイド８ａとソレノイド８ａでケース１の内壁に向けて正逆方向に移動しケース１の内壁面を殴打するノッカ８ｂを備えており、ソレノイド８ａはコントローラ６から送られてくる送信情報の内容に従ってノッカ８ｂを移動させ、ケース１の内壁面を殴打してケース１を振動させる。ノッカ８ｂによるケース１の殴打は物品に関連した情報（送信情報）を一定時間内のノック数に置き換えるようにした。

ケース１に起こる振動はケース１の外壁に図１に示したトランスデューサ１１に代えて設けた加速度ピックアップ（機械振動の検知手段）１４で受信し、電気的信号に変換しアンプ１５を介してコントローラ１２に送る。

コントローラ１２において一定時間内のノック数をカウントし、送信情報に変換して認識し、図１に示した中継機２１に送信し、上位のホスト機２３で総合的に情報管理するようにする。

ケース１外からケース１内に情報を送るためには、加振器をケース１の外壁に設け、ケース１内には加速度ピックアップを設けて置く。

コントローラ６，１２は、加振器が作る振動を自己に接続される加速度ピックアップで受信してしまうが、自分から発信する信号と同じ信号が返ってくることになるので、その信号は自ら出したものとして除去し、自分から発信する信号とは異なる信号が入った場合に、受信するようにして、送受信を実行して行くようにする。

こうすることで、物品が金属製の遮蔽物で覆われていても、新たに貫通孔などの形成を必要とせず、現状のケース１をそのままの利用した状態でＲＦタグの情報を読み書きできるだけでなく、ケースには貫通孔を設ける必要がないので、ケース１の気密性を維持することができる。

本発明の一実施形態を示すケース内情報管理装置の概略図である。 図１に示したＲＦタグの回路ブロックを示す図である。 図１に示したリーダ・ライタの回路ブロックを示す図である。 図１に示した超音波トランスデューサと金属板面との接触部を示す図である。 図１に示したコントローラの回路ブロックを示す図である。 本発明の他の実施形態である機械振動手段を使った情報交信状況を示す図である。

符号の説明

１…ケース、２…管理対象物（物品）、３…ＲＦタグ（データ記憶手段）、４…電磁波の送受信手段（リーダ・ライタ）、５，１１…超音波の送受信手段（トランスデューサ）、６，１２…電磁波と超音波の変換手段（コントローラ）、２１…電磁波の送受信手段
（中継機）、２３…データ管理手段（ホスト機）。

Claims (2)

1. 金属製のケース内に管理対象物とともに該管理対象物に関する情報を記憶したデータ記憶手段が収納され、該ケース外にデータ管理手段があり、該データ記憶手段における該情報の読み取りや書き込みを電磁波を用いて該ケース外から行うケース内情報管理装置において、
   該ケースの内外各壁面に超音波の送受信手段を設け、該ケース内外の各超音波の送受信手段と該データ管理手段および該データ記憶手段における電磁波の送受信手段のそれぞれの間に電磁波と超音波の変換手段を設けてあることを特徴とするケース内情報管理装置。
2. 金属製のケース内に管理対象物とともに該管理対象物に関する情報を記憶したデータ記憶手段が収納され、該ケース外にデータ管理手段があり、該データ記憶手段における該情報の読み取りや書き込みを電磁波を用いて該ケース外から行うケース内情報管理装置において、
   該ケースの内外各壁面に機械振動の発生手段および検知手段をそれぞれ設け、該ケース内外の機械振動の発生手段および検知手段と該データ管理手段および該データ記憶手段における電磁波の送受信手段のそれぞれの間に電磁波と機械振動の変換手段を設けてあることを特徴とするケース内情報管理装置。
   

Images