JP5214207B2

JP5214207B2 - リーダライタ

Info

Publication number: JP5214207B2
Application number: JP2007257868A
Authority: JP
Inventors: 誉之湯浅
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2009089163A

Description

本発明は、リーダライタに関し、さらに詳しくは、移動体、特に回転体に取り付けられたＩＣタグの情報を読み書きするのに好適なリーダライタに関するものである。

近年、ＩＣカードと呼ばれる新しい情報記録媒体が、市場に広く出回っている。ＩＣカードとは、クレジットカード、銀行カード、ポイントカード等のカード状あるいはシート状の形状を備え、カード内、或いはカード面上にＩＣが組み込まれている読み書き可能な記録媒体を総称した名称である。特に、非接触型ＩＣカードは、例えば、鉄道等の交通機関の駅構内への入退場時に使用される定期券、プリペイドカードとして多く使用されている。また、非接触型ＩＣカードの一種として、構造的には非接触型ＩＣカードと全く同様であり、且つ識別番号及び履歴情報等に関する管理情報を記録したＲＦ（Radio Frequency）タグがあり、このＲＦタグの一種として郵便物あるいは荷物等を分類管理するために使用される非接触型ＲＦタグ（以下、単にＲＦタグと記す）が知られている。

従来のループアンテナを使用したリーダライタでは、ループアンテナの中心に金属等の磁界を遮蔽する物体が存在する場合や、ループアンテナとＲＦタグとの位置関係によっては、ＲＦタグとの交信距離が著しく低下、または交信が不可能になるといった欠点がある。図７は従来のループアンテナを使用したリーダライタにより、回転体の表面に取り付けられたＲＦタグに記録された情報を読み書きする動作を説明する図である。図７のように、円柱１２０の回転速度が高速になるにつれて、ループアンテナ１１０とＲＦタグ１３０が対向する時間が短くなるため、リーダライタ１００とＲＦタグ１３０との交信処理時間が不足して交信異常が発生し易くなる。特に、円柱１２０が金属製の場合、円柱上のＲＦタグ１３０を連続的に識別することは困難であった。
特許文献１には、車輪に埋め込まれたＲＦタグの情報を、地面に設置されたアンテナにより受信する移動体の管理システムについて開示されている。
特開２００６−２１３５２３公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術は、車輪に埋め込まれたＲＦタグが地面に設置されたアンテナに接近するまでは、ＲＦタグに記録された情報を読み取ることができないため、読み取りに時間がかかるといった問題と、車輪の大きさによりＲＦタグが一回転する際の移動距離が異なり、車輪の径が大きくなると、アンテナのサイズを大きくしなければならないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、２つのループアンテナにより発生された合成磁界が、ＲＦタグが移動しても常に該ＲＦタグと交差するように各ループアンテナを配置することにより、移動体に取り付けられたＲＦタグに記録された情報を確実に、且つ正確に読み書きすることができるリーダライタを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、移動する非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするアンテナを備えたリーダライタであって、前記アンテナは、２つのループアンテナから構成され、夫々のループアンテナに逆位相の信号を供給することにより、前記２つのループアンテナからそれぞれ磁界を発生させ、前記２つのループアンテナ間の全領域に合成磁界を生成し、該全領域において前記非接触情報記録媒体を交差するよう配置してリードライトを行うことを特徴とする。
これにより、移動する非接触情報記録媒体に記録された情報を常に正確に読み書きすることができる。

請求項２は、中心軸を中心として回転する柱状の回転体周面に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記各ループアンテナを前記回転体の周面と非接触状態にて対向配置させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする。
これにより、回転体の速度と非接触情報記録媒体の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。

請求項３は、中心軸を中心として回転する円盤状の回転体の面に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記各ループアンテナを前記中心軸に対して同心円状に配置して前記回転体と離間して対向させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする。
これにより、回転体の速度と非接触情報記録媒体の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。

請求項４は、一定方向移動又は往復移動する移動体に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記夫々のループアンテナを並行に配置して前記移動体と離間して対向配置させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする。
これにより、移動体の速度と非接触情報記録媒体の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。

請求項５は、前記回転体又は移動体が金属により構成されている場合、前記非接触情報記録媒体と前記金属との間にフェライト又はスペーサを介在させたことを特徴とする。
これにより、非接触情報記録媒体と交差する磁界のループが形成され、情報を正しく読み書きすることができる。

本発明によれば、移動する非接触情報記録媒体に記録された情報を常に正確に読み書きすることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明のリーダライタの構成を示すブロック図である。このリーダライタ３０は、リーダライタ３０との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するＰＣ５０によって制御される。リーダライタ３０は、外部のＰＣ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１と、リーダライタ３０全体の動作を制御する制御装置２と、制御装置２を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置３と、制御装置２からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器４と、操作コマンドを入力する入力装置５と、制御装置２により制御された情報を表示する表示装置６と、制御装置２からの交流信号である電力供給用信号と変調器４からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器７と、ループアンテナ９から受信した搬送波から２値化データに変換する検波復調器８と、図示しないＩＣカード（ＲＦタグ）との電力用搬送波とデータの授受をするループアンテナ９とを備えて構成されている。尚、ループアンテナ９は、逆位相の信号を供給するループアンテナ９ａ、とループアンテナ９ｂにより構成されている。

次に、本構成によるリーダライタ３０の動作を説明する前に、ＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を先に説明しておく。図２は、一般的なＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。本実施形態のＩＣカード（ＲＦタグ）４０は、リーダライタ３０からの電力用搬送波によりデータの授受をするアンテナ２０と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路２１と、アンテナ２０からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路２２と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置２３と、制御回路２６からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器２４と、送受信回路２１からの搬送波データから２値化データに変換する検波器２５と、ＩＣカード（ＲＦタグ）４０の全体の動作を制御する制御回路２６から構成されている。

次に、図１と図２を併せて参照してそれぞれ単独の動作について説明する。リーダライタ３０は、図示しない電源が入れられると制御装置２のイニシャル動作後、メモリ装置３に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、初期化が行われる。次に、制御装置２は、ＩＣカード（ＲＦタグ）４０に供給する電力供給用信号と、ポーリング信号を交互に電力増幅器７から送信する。その信号は、ループアンテナ９から電磁波として外部に放射される。次に、ＩＣカード（ＲＦタグ）４０がリーダライタ３０に近接すると、アンテナ２０が電力供給用信号を受信し、電力生成回路２２によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、ＲＦタグ内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路２６が駆動すると、メモリ装置２３に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。
次に、制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを検波器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果、自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してアンテナ２０から送信する。このレスポンスをリーダライタ３０がループアンテナ９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御回路２により解析してＩＣカード（ＲＦタグ）４０が規格に合致したＩＣカード（ＲＦタグ）であると認識する。それにより、以後リーダライタ３０とＩＣカード（ＲＦタグ）４０の間でポーリングが行われる。以下、ＩＣカード（ＲＦタグ）４０を単にＲＦタグ４０と呼ぶ。

図３は、本発明のリーダライタにより、回転体に取り付けられたＲＦタグに記録された情報を読み書きする動作の概略を説明する図である。同じ構成要素には図1及び図２と同じ参照番号を付して説明する。この構成１００は、中心軸３６を中心として矢印３７の方向に回転する回転体３５と、回転体３５周面に取り付けられたＲＦタグ（非接触情報記録媒体）４０と、ＲＦタグ４０に記録された情報を受信するアンテナ９と、アンテナ９を介してＲＦタグ４０の情報を読み書きするリーダライタ３０と、を備えて構成されている。アンテナ９は、図示しない２つのループアンテナから構成され（詳細は後述する）、夫々のループアンテナに逆位相の信号を供給することにより合成磁界を発生させた時に、この合成磁界がＲＦタグ４０と交差するように各ループアンテナを配置する。図３で明らかなように、ＲＦタグ４０が回転しても、常にアンテナ９に対向するようになっているため、リーダライタ３０はアンテナ９を介して常にＲＦタグ４０に情報を読み書きすることができる。また、回転体３５の回転速度に無関係にＲＦタグ４０に情報を読み書きすることができる。
即ち、ＲＦタグ４０が回転（移動）している場合、その回転速度により情報が正しく読めない事態が発生する。そこで本発明では、アンテナ９を２つのループアンテナにより構成し、夫々のループアンテナには逆位相の信号を供給することにより、夫々のループアンテナから発生する磁界の方向が同じになるようにして合成磁界４３とする（図４（ｂ）参照）。この合成磁界４３がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差するように各ループアンテナを配置する。これにより、回転するＲＦタグ４０に記録された情報を常に正確に読み書きすることができる。

図４は本発明の第1の実施形態に係る図３の構成を更に詳細に説明する図である。図４（ａ）は全体構成を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ部を拡大した断面図である。図４（ａ）の構成１００では、中心軸３６を中心として回転する柱状の回転体３５の周面に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きするために、各ループアンテナ９ａ、９ｂを回転体３５の周面と非接触状態にて対向配置させ、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界４３がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差（理想的には直交）するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。図４（ｂ）により、更に詳細に説明すると、ループアンテナ９ａには×印の方向に信号が流れ、ループアンテナ９ｂには●印の方向（即ち、互いに逆方向の電流）に信号が流れているものとすると、例えば、ループアンテナ９ａの周囲には磁界４１が矢印の方向に発生する。また、ループアンテナ９ｂの周囲には磁界４２が矢印の方向に発生する。ここで、磁界４１と磁界４２は電流の向きが異なるために、逆向きの磁界となる。そして磁界４１と磁界４２が交わる領域Ｐでは、磁界ベクトルが一致するために磁界４１と磁界４２が合成されて合成磁界４３が発生する。この合成磁界４３はＲＦタグ４０内のアンテナ２０と交差することにより、リーダライタ３０と情報の交信が可能となる。また、ＲＦタグ４０は、磁界４１と磁界４２がループを形成するように、例えば、フェライト４４（又は、スペーサ等）を介して回転体３５に取り付けられている。

即ち、本実施形態では、回転体３５に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きする場合に関する。特に、柱状の回転体３５の周面にＲＦタグ４０が取り付けられた場合に関する。即ち、回転体３５の周面にＲＦタグ４０が取り付けられた場合、一方向から情報を読み書きしようとすると、回転体３５が金属で構成されていたり、回転速度が高速の場合、情報を正しく読み書きできない事態が発生する。そこで本実施形態では、２つのループアンテナ９ａ、９ｂを回転体３５の周面と非接触状態にて対向配置させ、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界がＲＦタグ４０と交差するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。これにより、回転体３５の速度とＲＦタグ４０の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。
また、回転体３５が金属により構成されている場合、ＲＦタグ４０と金属との間にフェライト４４又はスペーサを介して取り付ける。即ち、ＲＦタグ４０を金属に密着して取り付けた場合、ＲＦタグ４０と交差する磁界４１、４２が金属により減衰されてしまい、情報が読み書きできなくなる。そこで本実施形態では、ＲＦタグ４０と金属との間にフェライト４４又はスペーサを介して取り付ける。これにより、ＲＦタグ４０と交差する磁界４１、４２のループが形成され、情報を正しく読み書きすることができる。尚、回転体が金属でない場合は、ＲＦタグ４０を回転体３５に直接取り付けても構わない。

図５は本発明の第２の実施形態に係る構成を詳細に説明する図である。図５（ａ）は全体構成を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＢ部を拡大した断面図である。図５（ａ）の構成１１０では、中心軸４６を中心として回転する回転体４５の面に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きするために、夫々のループアンテナ９ａ、９ｂを中心軸４６に対して同心円状に配置して回転体４５と離間して対向させ（図５（ｂ）参照）、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界４９がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。
即ち、本実施形態では、回転体４５に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きする場合に関する。特に、中心軸４６を中心として回転する回転体４５の面にＲＦタグ４０が取り付けられた場合に関する。即ち、回転体４５の面にＲＦタグ４０が取り付けられた場合、一箇所から情報を読み書きしようとすると、回転速度が高速の場合、情報を正しく読み書きできない事態が発生する。そこで本実施形態では、２つのループアンテナ９ａ、９ｂを中心軸４６に対して同心円状に配置して回転体４５と離間して対向させ、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界４９がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。これにより、回転体４５の速度とＲＦタグ４０の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。図５（ｃ）により、更に詳細に説明すると、ループアンテナ９ａには×印の方向に信号が流れ、ループアンテナ９ｂには●印の方向（即ち、互いに逆方向の電流）に信号が流れているものとすると、例えば、ループアンテナ９ａの周囲には磁界４７が矢印の方向に発生する。また、ループアンテナ９ｂの周囲には磁界４８が矢印の方向に発生する。ここで、磁界４７と磁界４８は電流の向きが異なるために、逆向きの磁界となる。そして磁界４７と磁界４８が交わる領域Ｑでは、磁界ベクトルが一致するために磁界４７と磁界４８が合成されて合成磁界４９が発生する。この合成磁界４９はＲＦタグ４０内のアンテナ２０と交差することにより、リーダライタ３０と情報の交信が可能となる。また、ＲＦタグ４０は、磁界４７と磁界４８がループを形成するように、例えば、フェライト４４（又は、スペーサ等）を介して回転体４５に取り付けられている。

図６は本発明の第３の実施形態に係る構成を詳細に説明する図である。図６（ａ）は全体構成を示す側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の上面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＣ部を拡大した断面図である。図６（ａ）の構成１２０では、矢印５３の一定方向に移動するベルトコンベア（移動体）５２に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きするために、夫々のループアンテナ９ａ、９ｂを並行に配置してベルトコンベア５２と離間して対向させ、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界５６がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差（理想的には直交）するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。
即ち、本実施形態では、一定方向（又は往復方向）に移動するベルトコンベア５２に取り付けられたＲＦタグ４０に記録された情報を読み書きする場合に関する。特に、ベルトコンベヤ等の一定方向に移動する移動体にＲＦタグ４０が取り付けられた場合に関する。即ち、ベルトコンベア５２にＲＦタグ４０が取り付けられた場合、一箇所から情報を読み書きしようとすると、ＲＦタグ４０が交信可能範囲外に移動した場合、情報を正しく読み書きできない事態が発生する。そこで本実施形態では、２つのループアンテナ９ａ、９ｂを並行に配置してベルトコンベア５２と離間して対向させ、各ループアンテナ９ａ、９ｂにより発生された合成磁界５６がＲＦタグ４０と交差するように各ループアンテナ９ａ、９ｂを配置する。これにより、ベルトコンベア５２の速度とＲＦタグ４０の位置に関係なく常に情報を読み書きすることができる。但し、ベルトコンベアの場合は、ローラ５１を通過してＲＦタグ４０が反対側に移動した場合は、情報の交信は不可能となる。また、所定範囲で往復移動する場合は、本実施形態により対応することが可能である。図６（ｃ）により、更に詳細に説明すると、ループアンテナ９ａには×印の方向に信号が流れ、ループアンテナ９ｂには●印の方向（即ち、互いに逆方向の電流）に信号が流れているものとすると、例えば、ループアンテナ９ａの周囲には磁界５４が矢印の方向に発生する。また、ループアンテナ９ｂの周囲には磁界５５が矢印の方向に発生する。ここで、磁界５４と磁界５５は電流の向きが異なるために、逆向きの磁界となる。そして磁界５４と磁界５５が交わる領域Ｓでは、磁界ベクトルが一致するために磁界５４と磁界５５が合成されて合成磁界５６が発生する。この合成磁界５６はＲＦタグ４０内のアンテナ２０と交差することにより、リーダライタ３０と情報の交信が可能となる。また、ＲＦタグ４０は、磁界５４と磁界５５がループを形成するように、例えば、フェライト４４（又は、スペーサ等）を介してベルトコンベア５２に取り付けられている。

以上の説明は一例であり、ＲＦタグ４０が移動体（回転、振動、移動等）に取り付けられている場合、本発明のループアンテナ９ａ、９ｂをその移動体の移動範囲に設置し、ループアンテナ９ａ、９ｂにより合成される合成磁界がＲＦタグ４０のアンテナ２０と交差するようにループアンテナ９ａ、９ｂが配置可能であれば、どのような移動体でも構わない。

本発明のリーダライタの構成を示すブロック図である。一般的なＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。本発明のリーダライタにより、回転体に取り付けられたＲＦタグに記録された情報を読み書きする動作の概略を説明する図である。本発明の第1の実施形態に係る図３の構成を更に詳細に説明する図で、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大した断面図である。本発明の第２の実施形態に係る構成を詳細に説明する図で、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部を拡大した断面図である。本発明の第３の実施形態に係る構成を詳細に説明する図で、（ａ）は全体構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部を拡大した断面図である。従来のループアンテナを使用したリーダライタにより、回転体の表面に取り付けられたＲＦタグに記録された情報を読み書きする動作を説明する図である。

符号の説明

９ａ、９ｂループアンテナ、２０アンテナ、３０リーダライタ、３５回転体、３６中心軸、３７回転方向、４０ＲＦタグ、４１、４２磁界、４３合成磁界、４４フェライト

Claims

移動する非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするアンテナを備えたリーダライタであって、
前記アンテナは、２つのループアンテナから構成され、夫々のループアンテナに逆位相の信号を供給することにより、前記２つのループアンテナからそれぞれ磁界を発生させ、前記２つのループアンテナ間の全領域に合成磁界を生成し、該全領域において前記非接触情報記録媒体を交差するよう配置してリードライトを行うことを特徴とするリーダライタ。
中心軸を中心として回転する柱状の回転体周面に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記各ループアンテナを前記回転体の周面と非接触状態にて対向配置させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ。
中心軸を中心として回転する円盤状の回転体の面に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記各ループアンテナを前記中心軸に対して同心円状に配置して前記回転体と離間して対向させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ。
一定方向移動又は往復移動する移動体に取り付けられた前記非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きするために、前記夫々のループアンテナを並行に配置して前記移動体と離間して対向配置させ、且つ、前記各ループアンテナにより合成された前記合成磁界が前記非接触情報記録媒体と交差するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ。
前記回転体又は移動体が金属により構成されている場合、前記非接触情報記録媒体と前記金属との間にフェライト又はスペーサを介在させたことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載のリーダライタ。