JP4863518B2 - Ｒｆｉｄ用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣタグの読み取りまたは書き込みを行うリーダライタに好適なＲＦＩＤ用アンテナ装置に関するものである。

ＩＣタグの読み取りまたは書き込みを行うリーダライタには、無線通信を行うためのアンテナが接続されており、前記アンテナから送出された電波によってＩＣタグとの通信を行うことが出来る。

図５は、従来技術におけるＩＣタグ用リーダライタ装置の構成の一例を示した図である。図５において、リーダライタ１９は制御回路２、論理回路３、高周波アナログ回路４、複数のアンテナ７、８、９、１０が接続されたアンテナスイッチ回路１７、論理回路３とアンテナスイッチ回路１７を接続したアンテナ切り替え信号線１８で構成されている。

リーダライタ１９は、制御回路２の指示により論理回路３で信号の符号化・復号化を行い、高周波アナログ回路４は論理回路３から出力されたアナログ信号の増幅および送受信分離等を行い、アンテナスイッチ回路１７で複数のアンテナ７、８、９、１０から一つを選択して動作可能な状態に切り替えて電波を送出することにより、図示しないＩＣタグとの通信が可能となる。

このように、複数のアンテナを備え、それらを切り替えることによりＩＣタグとの通信を行うリーダライタに関して、特許文献１ではリーダライタから発信された切り替えコマンドを受信して、複数のアンテナを切り替えるＲＦＩＤリーダライタの例が開示され、特許文献２では複数のアンテナを予め決められた順番に、リーダライタの指示で切り替えるＩＣタグリーダおよび読み取りシステムの例が開示されている。

図６は別の従来技術におけるＩＣタグ用リーダライタ装置の構成の一例を示した図である。図６において、リーダライタ２０は制御回路２、論理回路３、高周波アナログ回路４で構成され、更にリーダライタ２０の外部に複数のアンテナ７、８、９、１０が接続されたアンテナスイッチ回路１７を有するアンテナスイッチケース２１を配し、前記リーダライタ２０とアンテナスイッチケース２１をアナログ信号線１１とアンテナ切り替え信号線１８によって接続したものである。

図６に示す従来技術の一例は、図５に示した従来技術と通信に関する動作は同じであるが、アンテナ７、８、９、１０を接続するアンテナスイッチ回路１７を、アンテナスイッチケース２１に納めてリーダライタ２０の外部に配した点が異なり、アンテナスイッチ回路１７の変更によって接続可能なアンテナの数を変更することが容易である。

このようなアンテナの数の変更を容易にする従来技術としては、例えば特許文献３にアンテナの各々にスイッチを設ける方法が開示されている。

特開２００７−２００１５５号公報 特開２００７−０４９５２７号公報 特開２００７−２２１５８４号公報

しかしながら、図５および図６に示すような、複数のアンテナを切り替えて通信を行う従来のリーダライタでは、構成としてアンテナスイッチ回路を本体に内蔵するか別体とするかに関わらず、アンテナの切り替えはリーダライタの指示によって行われることから、アンテナ切り替え制御機能やアンテナ切り替え信号線が必要であるとともに、アンテナスイッチ回路の切り替え動作を変更することがリーダライタ側でしか行えなかったため、リーダライタの構成に制限があり構造が複雑になるという課題がある。

また、複数のアンテナを常時切り替える動作を行うことから、非通信時であっても電力消費が大きいという課題がある。

また、アンテナ切り替え信号となる制御ビットにはシステム上の制約があるため、切り替え可能なアンテナの数を増やすことは容易ではない。従って、現状のシステムでは１台のリーダライタで制御可能なアンテナの数に制限があることから、実際の利用エリアに配置できるアンテナの数も限られるため、ＩＣタグの読み取り範囲を広くし難いという課題がある。

本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、リーダライタの構造が簡単で、アンテナスイッチ回路の切り替え周期がリーダライタ以外から変更可能であり、消費電力が低く、アンテナの構成に自由度が高くて読み取り範囲の広いＲＦＩＤ用アンテナ装置を提供することである。

本発明によれば、ＩＣタグの読み取りまたは書き込みを行うリーダライタに接続して用いるＲＦＩＤ用アンテナ装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの一つを選択して動作可能な状態にするアンテナスイッチ回路をアンテナケースに内設してなり、前記アンテナスイッチ回路は、前記複数のアンテナの一つを予め定めた周期で順に選択して、選択している間は前記リーダライタとの接続が維持され、選択されたアンテナから電波が送出され、前記ＩＣタグが配置されたとき、前記リーダライタと通信可能な状態にするよう構成されたことを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ装置が得られる。

本発明の構成では、複数のアンテナと、予め定めた周期で前記アンテナの一つを選択して動作可能な状態にするアンテナスイッチ回路をアンテナケースに内設することで、リーダライタ本体にアンテナ切り替え制御機能を設ける必要がなく、アンテナ切り替え信号線も不要であるため、リーダライタの構造が簡単になる。また、アンテナの切り替えはアンテナ装置側で自動的に行うことから、アンテナ切り替え信号による制御ビットの制約がない。このため、切り替え可能なアンテナの数を容易に増やすことができ、ＩＣタグの読み取り範囲を広くすることが可能となる。

本発明によれば、前記周期は、外部に設けたアンテナスイッチ回路の動作を設定する手段により変更可能なことを特徴とする、ＲＦＩＤ用アンテナ装置が得られる。

本発明では、アンテナスイッチ回路に接続して切り替え周期を変更するコントローラやセレクタスイッチ等を、アンテナケースに取り付けたり独立した操作部を設けたりすることにより、アンテナスイッチ回路の切り替え周期をリーダライタ以外のアンテナ装置の外部から変更することが可能となる。

本発明によれば、アンテナスイッチ回路は、リーダライタからの送信信号を検出した時にアンテナを予め定めた周期で自動的な切り替えを行い、送信信号を検出しない時は前記自動的な切り替えを休止することを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ装置が得られる。

本発明では、アンテナスイッチ回路にリーダライタから送信される信号の有無を検出する機能を設け、リーダライタから送信される信号を検出した場合にはアンテナを周期的に切り替え、通信が終了して信号を検出しなくなった時はアンテナの切り替え動作を休止することにより、非通信時の電力消費を抑えることが可能となる。

本発明によれば、アンテナスイッチ回路の出力を分岐回路によって分岐し、分岐回路から分岐した複数の出力の各々に対しアンテナを接続することを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ装置が得られる。

本発明では、アンテナスイッチ回路の出力を分岐することで、より多くのアンテナを接続することができるため、分岐しない場合よりも電波の放射面を拡大することが可能となり、ＩＣタグの読み取り範囲を広くすることができる。

本発明により、複数のアンテナと予め定めた周期で前記アンテナの一つを選択して動作可能な状態にするアンテナスイッチ回路をアンテナケースに内設することで、リーダライタ本体にアンテナ切り替え制御機能やアンテナ切り替え信号線が不要となることによりリーダライタの構造が簡単であり、アンテナスイッチ回路に接続して切り替え周期を変更する手段をアンテナケースの外部に設けることにより、アンテナスイッチ回路の切り替え周期がリーダライタ以外から変更可能であり、非通信時にアンテナの切り替え動作を休止することにより消費電力が低く、アンテナ切り替え信号による制御ビットの制約がないためアンテナの構成に自由度が高く、利用範囲に多数のアンテナを配置することで読み取り範囲の広いＲＦＩＤ用アンテナ装置の提供が可能となった。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による第１の実施の形態を示す図である。図１において、リーダライタ１は制御回路２、論理回路３、高周波アナログ回路４で構成され、複数のアンテナ７、８、９、１０とそれらが接続されたアンテナスイッチ回路５を内設したアンテナケース６を別体で構成し、リーダライタ１とアンテナケース６はアナログ信号線１１で接続される。

通信に関するリーダライタの基本的な動作は、図５および図６で示した従来技術の例と同様に、制御回路２の指示により論理回路３で信号の符号化・復号化を行い、高周波アナログ回路４は論理回路３から出力されたアナログ信号の増幅と送受信分離等を行い、アンテナスイッチ回路５で複数のアンテナ７、８、９、１０から一つを選択して動作可能な状態に切り替えて電波を送出することにより、図示しないＩＣタグと通信を行う。

図２は、本発明によるアンテナ装置の構成例を示した図で、複数のアンテナ７、８、９、１０とそれらが接続されたアンテナスイッチ回路５がアンテナケース６に内設され、アナログ信号線１１によって図示しないリーダライタと接続される。図中における破線は、アンテナ７、８、９、１０それぞれの通信可能な範囲を示す。

アンテナスイッチ回路５には電源線１２により電力を供給する。電力は商用電源または外部の電源装置から得ることが好ましいが、リーダライタから別線で供給してもよく、またアナログ信号線１１に重畳して供給することもできる。

アンテナスイッチ回路５は、複数のアンテナ７、８、９、１０の内から一つを選択して動作可能な状態とするもので、選択するアンテナは予め定めた周期で切り替えるよう設定する手段を有する。例えばアンテナスイッチ回路５に接続して切り替え周期を変更する、図示しないコントローラやセレクタスイッチ等を、アンテナケース６に取り付けたり独立した操作部を設けたりすることにより、アンテナスイッチ回路５の切り替え周期をアンテナ装置の外部から変更することが可能となる。

アンテナスイッチ回路５およびアンテナ７、８、９、１０は、一つのアンテナケース６に内設することで、外観上は一体のアンテナ装置と見なせるよう構成することもできる。アンテナケース６に接近したＩＣタグ１３、１４、１５、１６は、各々の通信可能な範囲にあるアンテナで読み取りおよび書き込みが行われる。

ここで、説明の便宜上、アンテナ７、８、９、１０をそれぞれアンテナ＃０、＃１、＃２、＃３と呼ぶ。

図３は、図２に示す本発明によるアンテナ装置の構成例の動作を説明する図である。図３において、アンテナスイッチ回路５内でのアンテナ選択信号に対応してアンテナ＃０〜＃３が順に選択され、選択された期間はリーダライタとの接続が維持され、対象のアンテナから通信電波が送出される。

図２に示すようにＩＣタグ１３、１４、１５、１６が配置された場合、例えばＩＣタグ１３および１４は、アンテナ７が接続された場合のみリーダライタと通信できるので、アンテナ選択信号＃０の期間で読み取りができる。

以下、予め定めた周期でアンテナの接続を繰り返すことで、図３に示す様に全てのＩＣタグを読み取ることができる。

このように、リーダライタ本体から制御を行わず、アンテナ装置側で対象となるアンテナを順に切り替えることにより、全てのＩＣタグとの通信が可能となる。

本実施の形態は、ＩＣタグがどのアンテナと通信を行ったのかを限定する必要がない場合には特に好ましい。

また、アンテナスイッチ回路５の構成を適宜変更することで、更に多くのアンテナを切り替えることも容易に行えるため、機器構成に高い柔軟性を付与することができる。

また、仮想的に一つのアンテナ面を拡大したことと同様の効果が得られるため、アンテナ装置としての読み取り範囲を拡大することが可能で、例えばＲＦＩＤを用いた商品陳列棚（スマートシェルフ）のような、比較的大きなアンテナを必要とする用途にも容易に適用ができる。

また、図２に示すＩＣタグ１３、１４、１５、１６の数や通信の速度を変更する場合、アンテナスイッチ回路５の切り替え周期を変更して動作条件を最適化することにより、ＩＣタグの読み取り精度を高めることも可能になる。

更に、アンテナスイッチ回路５に、リーダライタ１から送信される信号の有無を検出する機能を設け、リーダライタ１から送信される信号を検出した場合には前記のようにアンテナ７、８、９、１０の周期的な切り替えを行い、通信が終了して信号を検出しなくなった時はアンテナの切り替え動作を休止することにより、非通信時の電力消費を抑えることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明による第２の実施の形態を示す図であり、アンテナ装置の動作を説明するものである。図４において、アナログ信号線１１および電源線１２が接続されたアンテナスイッチ回路５の、それぞれの出力に分岐回路２２、２３、２４、２５を設け、複数のアンテナ７、８、９、１０および７０、８０、９０、１００を接続してアンテナケース６に内設するよう構成する。図中における破線は、アンテナ７、８、９、１０および７０、８０、９０、１００のそれぞれの通信可能な範囲を示す。

分岐回路２２、２３、２４、２５は、インピーダンスを整合させたまま信号を分岐するもので、例えば二分岐の場合は、入力信号がそれぞれの出力部で約１／２となる。図４は二分岐の場合の例を示している。

ここで、例えばアンテナスイッチ回路５で分岐回路２２を選択した場合、アナログ信号線１１で送られた信号は分岐回路２２で二つに分岐され、分岐回路２２に接続されたアンテナ７とアンテナ７０から電波が送出される。分岐されたアンテナ同士は、それぞれ電波の干渉が生じない距離で設置する事が好ましい。

このようなアンテナ装置の構成により、分岐しない場合よりも更に電波の放射面を拡大することが可能となる。図４は二分岐の例であるが、電波の出力が低下してもＩＣタグとの通信が可能な範囲であるならば、分岐数は更に増やすこともできる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、部材や構成の変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれる。

本発明による第１の実施の形態を示す図。 本発明によるアンテナ装置の構成例を示した図。 本発明によるアンテナ装置の構成例の動作を説明する図。 本発明による第２の実施の形態を示す図。 従来技術におけるＩＣタグ用リーダライタ装置の構成の一例を示した図。 別の従来技術におけるＩＣタグ用リーダライタ装置の構成の一例を示した図。

符号の説明

１、１９、２０ リーダライタ
５、１７ アンテナスイッチ回路
２ 制御回路
３ 論理回路
４ 高周波アナログ回路
１１ アナログ信号線
１８ アンテナ切り替え信号線
６ アンテナケース
７、８、９、１０、７０、８０、９０、１００ アンテナ
１２ 電源線
１３、１４、１５、１６ ＩＣタグ
２１ アンテナスイッチケース
２２、２３、２４、２５ 分岐回路

Claims (4)

1. ＩＣタグの読み取りまたは書き込みを行うリーダライタに接続して用いるＲＦＩＤ用アンテナ装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの一つを選択して動作可能な状態にするアンテナスイッチ回路をアンテナケースに内設してなり、前記アンテナスイッチ回路は、前記複数のアンテナの一つを予め定めた周期で順に選択して、選択している間は前記リーダライタとの接続が維持され、選択されたアンテナから電波が送出され、前記ＩＣタグが配置されたとき、前記リーダライタと通信可能な状態にするよう構成されたことを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ装置。
2. 前記周期は、外部に設けた、前記アンテナスイッチ回路の動作を設定する手段により変更可能なことを特徴とする、請求項１記載のＲＦＩＤ用アンテナ装置。
3. 前記アンテナスイッチ回路は、前記リーダライタからの送信信号を検出した時に前記アンテナを予め定めた前記周期で自動的な切り替えを行い、前記送信信号を検出しない時は前記自動的な切り替えを休止することを特徴とする、請求項１または２記載のＲＦＩＤ用アンテナ装置。
4. 前記アンテナスイッチ回路の出力を分岐回路によって分岐し、前記分岐回路から分岐した複数の出力の各々に対し前記アンテナを接続することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のＲＦＩＤ用アンテナ装置。

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