JP5708900B2 - 空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システム - Google Patents
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Description
本発明は、空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システムに関する。
近年、物品の効率的な在庫管理等を目的として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを用いた物品管理システムが用いられている（例えば、特許文献１）。
物品有無検出システムとして、例えば、物品の底部に電磁誘導を妨害する妨害部を貼付し、物品の置き場をＲＦＩＤタグ直上に設ける手法が提案されている。本手法においては、ＲＦＩＤタグの識別信号を直下のコイル部から電磁誘導により読み取る。このとき、物品の有無、すなわち妨害部の有無によりＲＦＩＤタグの読取率が変化することで、物品の有無を検知することができる。よって、この物品有無検出システムでは、物品全ての底部に妨害部を貼付することで、物品全てにＲＦＩＤタグを貼付するシステムよりも低コストに物品有無検出システムを構築できる。なお、物品が缶飲料などの比較的大きな金属体である場合は、妨害部がなくともＲＦＩＤタグの読取率が変化するので、物品の有無が検知可能である。
しかしながら、発明者は、上述の物品有無検出システムは、以下の問題点を有することを見出した。上述の物品有無検出システムは、ＲＦＩＤタグの読み取りにコイルによる電磁誘導を用いているため、電磁誘導によって読み取ることが可能なＨＦ（High Frequency）帯のＲＦＩＤタグを想定している。この場合、上述のように、検出対象となる物品を確実に検出するためには、妨害部を設ける加工が必要となってしまい、加工による管理コストが発生してしまう。これを解決するためには、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯のＲＦＩＤタグを用いることが望ましい。しかし、上述ではＨＦ帯のＲＦＩＤタグを想定しているのみであり、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグは使用できない。また、発明者は、特許文献１におけるＨＦ帯のＲＦＩＤタグをＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグに置き換えてみたが、物品を検出することはできなかった。よって、安価で小型のＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグを用いた物品有無検出システムを実現することができなかった。
本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的はＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグを用いて物品の有無を検知することのできる空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システムを提供することである。
本発明の一形態である空間複素誘電率変化検出装置は、ＵＨＦ帯の電磁波を用いて通信を行うＲＦＩＤタグと、前記ＲＦＩＤタグとの間で前記ＵＨＦ帯の電磁波により通信を行う電極部と、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備えるものである。
本発明の一形態である物品有無検出システムは、空間複素誘電率変化検出装置と、前記空間複素誘電率変化検出装置に読み取り電磁波信号を出力し、前記読み取り電磁波信号に応じた応答電磁波信号を前記空間複素誘電率変化検出装置から受け取ることで、ＲＦＩＤタグの読み取り動作を行うリーダライタ部と、前記空間複素誘電率変化検出装置と前記リーダライタ部との間の前記電磁波信号のやり取りを媒介するインターフェース部と、前記リーダライタ部の読み取り動作の結果を表示する表示部と、を備え、前記空間複素誘電率変化検出装置は、ＵＨＦ帯の前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号を用いて通信を行う前記ＲＦＩＤタグと、前記ＲＦＩＤタグとの間で前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号により通信を行う電極部と、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備えるものである。
本発明によれば、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグを用いて物品の有無を検知することのできる空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システムを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。但し、以下に述べる実施の形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる空間複素誘電率変化検出装置１０について説明する。図１Ａは、空間複素誘電率変化検出装置１０の構成を模式的に示す正面図である。図１Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置１０の構成を模式的に示す側面図である。空間複素誘電率変化検出装置１０は、ＲＦＩＤタグ１０１、誘電体タグ支持体１０４及び導体電極部１０５を有する。なお、以下でいう誘電体とは、電気的絶縁性を有する物質であり、換言すれば、非導体と解することもできる。
まず、実施の形態１にかかる空間複素誘電率変化検出装置１０について説明する。図１Ａは、空間複素誘電率変化検出装置１０の構成を模式的に示す正面図である。図１Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置１０の構成を模式的に示す側面図である。空間複素誘電率変化検出装置１０は、ＲＦＩＤタグ１０１、誘電体タグ支持体１０４及び導体電極部１０５を有する。なお、以下でいう誘電体とは、電気的絶縁性を有する物質であり、換言すれば、非導体と解することもできる。
ＲＦＩＤタグ１０１について説明する。図１Ｃは、ＲＦＩＤタグ１０１の構成を模式的に示す上面図である。ＲＦＩＤタグ１０１は、ＵＨＦ帯で動作するＲＦＩＤタグである。ＲＦＩＤタグ１０１は、導体タグアンテナ部１０２及びＩＣ部１０３を有する。導体タグアンテナ部１０２は、後述する導体電極部１０５から送信される読み取り電磁波信号を受信する。また、導体タグアンテナ部１０２は、読み取り電磁波信号を受信したことに対する応答として、応答電磁波信号を送信する。ＩＣ部１０３は、読み取り電磁波信号を受信して、応答電磁波信号を送信するＲＦＩＤタグ１０１の動作を制御する。
また、ＲＦＩＤタグ１０１の一面には、誘電体保護層１１２を設けてもよい。図１Ｄは、ＲＦＩＤタグ１０１に誘電体保護層１１２を設けた場合の構成を模式的に示す正面図である。図１Ｅは、ＲＦＩＤタグ１０１に誘電体保護層１１２を設けた場合の構成を模式的に示す側面図である。誘電体保護層１１２は、ＲＦＩＤタグ１０１上に設けられ、ＲＦＩＤタグ１０１が物品１１１などの他の物体と直接接触することによる劣化を防ぐ。但し、誘電体保護層１１２によるＲＦＩＤタグ１０１の通信性能劣化は少ない方がよいので、高誘電率を有する誘電体保護層１１２は不適当である。また、誘電体保護層１１２によってＲＦＩＤタグ１０１と物品１１１との間の距離Ｌ２が大きくなるが、物品１１１によってＲＦＩＤタグ１０１の通信性能が変化する必要があるため、距離Ｌ２は、ＲＦＩＤタグ１０１の使用電磁波の波長の１／１０以下が望ましい。ただし、距離Ｌ２はＲＦＩＤタグ１０１の使用電磁波の波長の１／１０以下には限定されない。
導体電極部１０５とＲＦＩＤタグ１０１との間には、誘電体タグ支持体１０４が設けられる。誘電体タグ支持体１０４は、空間複素誘電率変化検出装置１０による複素誘電率変化検出時に、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の距離Ｌが０でないある値で略一定となるように位置が固定されている。なお、ＲＦＩＤタグ１０１に誘電体保護層１１２を設ける場合には、誘電体タグ支持体１０４は、ＲＦＩＤタグ１０１を挟んで誘電体保護層１１２と対向する位置に設けられる。よって、ＲＦＩＤタグ１０１、誘電体タグ支持体１０４及び導体電極部１０５は、構成要素として空間複素誘電率変化検出装置１０に組み込まれているものであり、物品１１１とは物理的に分離されて存在する構造体であることが理解できる。例えば、ＲＦＩＤタグ１０１、誘電体タグ支持体１０４及び導体電極部１０５は、接着や機械的接合など、相互の位置関係が変化しないように物理的に固定される。
なお、本実施の形態では、物品有無の検出対象となる物品１１１は、ＲＦＩＤタグ１０１の上部に載置される。
上述の空間複素誘電率変化検出装置１０は、適宜、物品有無検出システム１１に組み込まれる。図２は、物品有無検出システム１１の構成を模式的に示す正面図である。物品有無検出システム１１は、空間複素誘電率変化検出装置１０、インターフェース部１０８、ＲＦＩＤリーダライタ１０９及び表示器１１０を有する。
ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、タグ読み取り用電子機器の一例である。インターフェース部１０８は、導体電極部１０５に接続され、導体電極部１０５と他の機器との間の電磁波信号のやり取りを媒介する。ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、インターフェース部１０８を介して、空間複素誘電率変化検出装置１０の導体電極部１０５に読み取り電磁波信号を出力する。また、ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、インターフェース部１０８を介して、導体電極部１０５がＲＦＩＤタグ１０１から受信した応答電磁波信号を受け取る。ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、応答電磁波信号に応じて、物品検出結果を表示器１１０に出力する。
表示器１１０は、例えばパーソナルコンピュータなどを用いることができる。表示器１１０は、例えばモニタ上に、物品検出結果を視認可能に表示する。
続いて、空間複素誘電率変化検出装置１０の動作について説明する。まず、ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、インターフェース部１０８を介して、空間複素誘電率変化検出装置１０の導体電極部１０５に読み取り電磁波信号を出力する。読み取り電磁波信号は、導体電極部１０５からＲＦＩＤタグ１０１に送信される。
ＲＦＩＤタグ１０１は、読み取り電磁波信号を受信したことに対する応答として、応答電磁波信号を送信する。
ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、インターフェース部１０８を介して、導体電極部１０５がＲＦＩＤタグ１０１から受信した応答電磁波信号を受け取る。ＲＦＩＤリーダライタ１０９は、応答電磁波信号に応じて、物品検出結果を表示器１１０に出力する。
その後、表示器１１０は、物品検出結果を視認可能に表示する。
以下、本実施の形態における物品検出の原理について説明する。本実施の形態における物品検出の原理を理解するための前提として、ＲＦＩＤタグ１０１に代えて、ＨＦ帯のＲＦＩＤタグを用いた場合について説明する。
ＨＦ帯の電磁波の波長は、２２ｍ前後である。そのため、実用的なＲＦＩＤタグのサイズにてＨＦ帯での通信を可能にするには、タグ側、リーダ側とも、コイル型電極を貫く振動磁場による電磁誘導を用いて電極に誘導電流を励起することで、信号を送受信している。そのため、ＨＦ帯のＲＦＩＤタグは、通信時の磁場強度の変化をもたらす周辺の空間の透磁率変化に敏感である。
しかし、非金属で常磁性を持たない多くの物質は、透磁率が空気とあまり変わらない。そのため、一般的な物品をＨＦ帯のＲＦＩＤタグの周辺に単体で配置しても、磁場強度があまり変わらず、ＲＦＩＤタグの通信性能に影響を与えることは稀である。そのため、既述の特許文献１では、物品（飲料缶などの比較的大きな金属で構成されたものを除く）の底部に、電磁誘導を阻害する妨害部を設けている。これにより、ＲＦＩＤタグの近傍に物品を配置した場合と配置しない場合との間で、電磁誘導の状況に差異をもたらすことができる。この電磁誘導の状況変化を検出することで、ＲＦＩＤタグ近傍の物品の有無を検出する。
一方、本実施の形態にかかるＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグ１０１は、以下のような原理で動作する。ＲＦＩＤタグ１０１の導体タグアンテナ部１０２は、ＵＨＦ帯の周波数で共振するアンテナであり、主としてＵＨＦ帯周波数で振動する振動電場により共振を起こす。そのため、ＲＦＩＤタグ１０１は、通信時の電場強度の変化をもたらす周辺の空間の複素誘電率の変化に対して敏感である。
すなわち、物品１１１などの他の物体がＲＦＩＤタグ１０１近傍の空間に存在すると、物品１１１によりＲＦＩＤタグ１０１周辺の空間の複素誘電率が変化する。そのため、通信時のＲＦＩＤタグ１０１周辺の空間の電場強度が変化する。空間複素誘電率変化検出装置１０は、電場強度の変化により生じる応答電磁波信号の変化を検出することで、物品１１１などの他の物体がＲＦＩＤタグ１０１近傍の空間に存在するか否かを検出する。
ここで、物品１１１などの他の物体は、金属、非金属、誘電体や水を含む場合など様々であるが、空間の誘電率と異なる誘電率を有する場合が多い。そのため、空間複素誘電率変化検出装置１０および物品有無検出システム１１は、特許文献１とは異なり、比較的大きな金属で構成されていないような多くの種類の物品に関しても、物品に上述の妨害部のような特段の加工をせずに、物品の有無の検出が可能となる。
さらに、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグ１０１は、通常、ＨＦ帯のＲＦＩＤタグよりも、安価かつ小型である。よって、空間複素誘電率変化検出装置１０及び物品有無検出システム１１は、小型化、コスト削減の点で有利である。
なお、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁界結合は、ＨＦ帯と比べて強い。そのため、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５とが接する構成とすると、電磁界結合が強くなりすぎ、ＲＦＩＤタグ１０１の通信性能が大きく変化してしまう。この状態でＲＦＩＤタグ１０１の近傍に物品１１１のような他の物体を配置しても、応答電磁波信号がそれ以上変化せず、物品１１１を検出できない場合が有ることを、発明者は実測により見出した。
これに対し、空間複素誘電率変化検出装置１０では、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間に誘電体タグ支持体１０４を配置し、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５とが接触することを防止している。これにより、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁界結合が強くなりすぎる現象を防止できる。そのため、空間複素誘電率変化検出装置１０は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグ１０１を用いて物品の有無を正確に検出することができる。
また、実測から、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の距離Ｌは、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の通信信号（読み取り電磁波信号及び応答電磁波信号）に用いる電磁波の真空波長の１／１００以上程度が望ましい。但し、距離Ｌはこれに限定されない。
一方、距離Ｌが大きい場合は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁界結合が弱まり、電磁波信号のやり取りは、主に放射界が支配的となる。しかし、放射界を用いるためには、信号強度の問題から、導体電極部１０５及び導体電極部１０５に付随する構造を、信号に用いる電磁波の周波数において共振して電磁波を効率よく放射するアンテナのような構造にしなければならない。この場合、ＲＦＩＤタグ１０１に届く信号と同程度の電磁波信号がＲＦＩＤタグ１０１以外の広い空間に広がってしまうため、外乱の影響を受けやすくなる。従って、実測から、距離Ｌは、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の通信信号（読み取り電磁波信号及び応答電磁波信号）に用いる電磁波の真空波長の１／４以下であることが望ましい。但し、距離Ｌはこれに限定されない。
また、誘電体タグ支持体１０４は、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間に他の物体が入り込むことを防止する機能を有する。このため、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁波信号のやりとりを、他の物体の影響を受けることなく安定して行うことができる。その結果、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁波信号のやりとりは、より外乱の影響を受けにくくなり、物品１１１の存在に起因するＲＦＩＤタグ１０１の通信性能の変化に伴ってのみ、応答電磁波信号が変化する。従って、より正確に物品の有無を検出することができる。
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる空間複素誘電率変化検出装置２０について説明する。図３Ａは、空間複素誘電率変化検出装置２０の構成を模式的に示す正面図である。図３Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置２０の構成を模式的に示す側面図である。空間複素誘電率変化検出装置２０は、空間複素誘電率変化検出装置１０に誘電体層１０６及び導体板１０７を追加した構成を有する。空間複素誘電率変化検出装置２０では、導体板１０７と導体電極部１０５との間に、誘電体層１０６が設けられる。
次に、実施の形態２にかかる空間複素誘電率変化検出装置２０について説明する。図３Ａは、空間複素誘電率変化検出装置２０の構成を模式的に示す正面図である。図３Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置２０の構成を模式的に示す側面図である。空間複素誘電率変化検出装置２０は、空間複素誘電率変化検出装置１０に誘電体層１０６及び導体板１０７を追加した構成を有する。空間複素誘電率変化検出装置２０では、導体板１０７と導体電極部１０５との間に、誘電体層１０６が設けられる。
導体電極部１０５、誘電体層１０６及び導体板１０７は、開放形伝送線路１１３を構成している。
また、開放形伝送線路ではなく、同軸線路などの、導体電極部１０５が穴のない他の導体で囲まれた完全に閉じた伝送線路を用いると、導体電極部１０５がＲＦＩＤタグ１０１に対して導体により完全に遮蔽されてしまい、電磁波信号をＲＦＩＤタグ１０１に送ることができなくなるので、不適当である。
すなわち、開放形伝送線路１１３は、導体電極部１０５が、ＲＦＩＤタグ１０１に対して導体により完全には遮蔽されない構造を持つ伝送線路であることが理解できる。一般的な例としては、平行二線型伝送線路や、それに類似の伝送線路、マイクロストリップライン、コプレーナライン、スロットラインなどの伝送線路が挙げられる。また、それらの伝送線路の変形であるグランデッドコプレーナ線路やトリプレート線路などを挙げることができる。
本実施の形態にかかる開放形伝送線路１１３は、実施の形態１の導体電極部１０５を単体で用いる場合に比べ、距離による減衰が少ない。よって、開放形伝送線路１１３によれば、周囲環境に左右されにくく、より安定した電磁波信号の送信が可能となる。したがって、本構成によれば、開放形伝送線路１１３により、安定した電磁波信号の送信が可能な、空間複素誘電率変化検出装置及びこれを搭載した物品有無検出システムを提供することができる。
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる空間複素誘電率変化検出装置３０について説明する。図４は、空間複素誘電率変化検出装置３０を含む物品有無検出システム３１の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置３０は、空間複素誘電率変化検出装置２０にＲＦＩＤタグ１３１を追加した構成を有する。なお、誘電体保護層１３２は、誘電体保護層１１２に対応する。物品１３３は、物品１１１に対応する。
次に、実施の形態３にかかる空間複素誘電率変化検出装置３０について説明する。図４は、空間複素誘電率変化検出装置３０を含む物品有無検出システム３１の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置３０は、空間複素誘電率変化検出装置２０にＲＦＩＤタグ１３１を追加した構成を有する。なお、誘電体保護層１３２は、誘電体保護層１１２に対応する。物品１３３は、物品１１１に対応する。
空間複素誘電率変化検出装置３０では、ＲＦＩＤタグ１０１とＲＦＩＤタグ１３１とが、誘電体タグ支持体１０４上の異なる位置に、かつ重ならないように配置される。また、ＲＦＩＤタグ１０１とＲＦＩＤタグ１３１とは、それぞれ異なる識別コードが与えられる。物品有無検出システム３１のその他の構成は、物品有無検出システム１１と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態では、ＲＦＩＤタグ１０１とＲＦＩＤタグ１３１とが、それぞれ異なる識別コードを有している。よって、ＲＦＩＤリーダライタ１０９から出力される読み出し電磁波信号で、ＲＦＩＤタグ１０１及びＲＦＩＤタグ１３１のいずれかを読み取り対象として指定することができる。そして、指定したＲＦＩＤタグの近傍に物品が存在するか否かを複素誘電率の変化を用いて検出することができる。これにより、読み取りを行うＲＦＩＤタグを区別し、ＲＦＩＤタグごとに物品の有無を検出する個体別管理が可能となる。
以上、本構成によれば、異なる位置に配置された複数の物品の有無を個別に検出することができる空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システムを提供することができる。
なお、図４では、ＲＦＩＤタグが２個の場合について説明したが、それぞれの識別コードが異なる３個以上のＲＦＩＤタグを有していてもよい。
また、空間複素誘電率変化検出装置を複数有してもよい。図５は、物品有無検出システム３１の変形例である物品有無検出システム３２の構成を模式的に示す正面図である。図５に示すように、物品有無検出システム３２は、物品有無検出システム３１に、空間複素誘電率変化検出装置３３を追加した構成を有する。
空間複素誘電率変化検出装置３３は、空間複素誘電率変化検出装置３０と同様の構成を有する。なお、空間複素誘電率変化検出装置３３のＲＦＩＤタグ１３４及び１３５は、それぞれ空間複素誘電率変化検出装置３０のＲＦＩＤタグ１０１及び１３１に対応する。ＲＦＩＤタグ１０１、１３１、１３４及び１３５は、それぞれ異なる識別コードを有する。空間複素誘電率変化検出装置３３は、空間複素誘電率変化検出装置３０と同様に、インターフェース部１０８を介してＲＦＩＤリーダライタ１０９と接続される。
本構成によれば、空間複素誘電率変化検出装置の数を増やすことで、異なる位置に配置された、更に多数の物品の有無を個別に検出することができる空間複素誘電率変化検出装置及び物品有無検出システムを提供することができる。
なお、図５では、空間複素誘電率変化検出装置が２個の場合について説明したが、それぞれのＲＦＩＤタグの識別コードが異なる限り、３個以上の空間複素誘電率変化検出装置を有していてもよい。
実施の形態４
次に、実施の形態４にかかる空間複素誘電率変化検出装置４０について説明する。図６Ａは、空間複素誘電率変化検出装置４０の構成を模式的に示す上面図である。図６Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置４０の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置４０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。
次に、実施の形態４にかかる空間複素誘電率変化検出装置４０について説明する。図６Ａは、空間複素誘電率変化検出装置４０の構成を模式的に示す上面図である。図６Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置４０の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置４０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。
空間複素誘電率変化検出装置４０は、導体電極部１０５、誘電体層１０６及び導体板１０７で構成される開放形伝送線路１１３を有している。開放形伝送線路１１３によって伝送される電磁波信号の進行方向（方向Ａ）は、ＲＦＩＤタグ１０１の長手方向（方向Ｂ）に対して略垂直である。空間複素誘電率変化検出装置４０では、ＲＦＩＤタグ１０１の中心と導体電極部１０５の端部との間の距離Ｌ３は、電磁波信号の真空波長の１／２以下である。
開放形伝送線路１１３は、主に、導体電極部１０５とグランドとなる導体板１０７との間の空間において電磁波を伝送する。このとき、開放形伝送線路１１３から漏洩する電磁場の強度は、伝送される電磁波の進行方向Ａに垂直な断面内において、導体電極部１０５の端部周辺で強くなる。
よって、ＲＦＩＤタグ１０１の位置が、導体電極部１０５の中央（図６Ａの線Ｃ）に近い場合よりも、導体電極部１０５の端部に近い場合の方が、ＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の空間を介した電磁波信号のやり取りを、より効率よく行うことができる。
また、実験事実から、ＲＦＩＤタグ１０１の中心部と導体電極部１０５の端部との間の距離Ｌ３が、信号に用いる電磁波の真空波長の１／２以下であることが望ましいことを見出した。
また、ＲＦＩＤタグ１０１は、通常、直方体様構造であり、導体タグアンテナ部１０２はＲＦＩＤタグ１０１長手方向Ｂの振動電場に対して感度を持つ。一方、開放形伝送線路１１３によって伝送される電磁波信号は、主に電磁波信号の進行方向Ａに対して垂直な方向に電場が振動している。
よって、ＲＦＩＤタグ１０１の長手方向Ｂの向きを、伝送される電磁波信号の進行方向Ａに対して略垂直とすることでＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の空間を介した電磁波信号のやり取りを更に効率よく行うことができる。
以上、本構成によれば、開放形伝送線路が設けられた空間複素誘電率変化検出装置において、効率的にＲＦＩＤタグ１０１と導体電極部１０５との間の電磁波信号のやり取りを行うことができる空間複素誘電率変化検出装置及びこれを搭載した物品有無検出システムを提供することができる。
実施の形態５
次に、実施の形態５にかかる空間複素誘電率変化検出装置５０について説明する。図７Ａは、空間複素誘電率変化検出装置５０の構成を模式的に示す上面図である。図７Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置５０の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置５０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。なお、構成の理解を容易にするため、図７Ａでは、誘電体タグ支持体１０４の表示を省略している。
次に、実施の形態５にかかる空間複素誘電率変化検出装置５０について説明する。図７Ａは、空間複素誘電率変化検出装置５０の構成を模式的に示す上面図である。図７Ｂは、空間複素誘電率変化検出装置５０の構成を模式的に示す正面図である。空間複素誘電率変化検出装置５０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。なお、構成の理解を容易にするため、図７Ａでは、誘電体タグ支持体１０４の表示を省略している。
空間複素誘電率変化検出装置５０は、空間複素誘電率変化検出装置２０の導体電極部１０５を導体電極部５０５に置換した構成を有する。導体電極部５０５は、矩形の開口部を複数有するメッシュ形状の導体により構成される。導体電極部５０５、誘電体層１０６及び導体板１０７は、シート状線路７１３を構成している。
シート状線路７１３は、主として導体電極部５０５と導体板１０７とで挟まれた誘電体層１０６の領域において電磁波を伝送する、略平行平板線路である。本実施の形態では、導体電極部５０５がメッシュ状であるので、シート状線路７１３で伝送される電磁波は、誘電体層１０６内に閉じ込められず、誘電体層１０６とは反対側の導体電極部５０５の上方に向かって、メッシュの開口部から漏洩する。
よって、シート状線路７１３は、シート状の開放形伝送線路とみなせる。つまり、メッシュ状の導体電極部５０５の表面の広い範囲に、漏洩電磁界が広がることになる。そのため、ＲＦＩＤタグ１０１は、誘電体タグ支持体１０４上の比較的広範囲で、導体電極部５０５と空間を介した電磁波信号のやりとりが可能となる。
なお、シート状線路７１３が、伝送する電磁波信号の進行方向に十分細長い構造である場合には、導体電極部５０５端部からの電磁場の漏洩が大きい。そのため、ＲＦＩＤタグ１０１は、導体電極部５０５端部に近い方がより望ましい。
以上、本構成によれば、複素誘電率変化を検知できる空間の選択の自由度が増した空間複素誘電率変化検出装置及びこれを搭載した物品有無検出システムを提供することができる。
実施の形態６
次に、実施の形態６にかかる空間複素誘電率変化検出装置６０について説明する。図８は、空間複素誘電率変化検出装置６０の構成と電場強度を模式的に示す図である。空間複素誘電率変化検出装置６０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。
次に、実施の形態６にかかる空間複素誘電率変化検出装置６０について説明する。図８は、空間複素誘電率変化検出装置６０の構成と電場強度を模式的に示す図である。空間複素誘電率変化検出装置６０は、空間複素誘電率変化検出装置３０の変形例である。
空間複素誘電率変化検出装置６０は、導体電極部１０５、誘電体層１０６及び導体板１０７で構成される開放形伝送線路１１３を有している。開放形伝送線路１１３の線路末端は、終端抵抗９０３によって回路的に略整合終端されている。
伝送する電磁波の真空波長オーダー以上の長さを持つ伝送路において、線路末端又は線路内部に、伝送される電磁波のモードに対してインピーダンスの不連続がある場合には、伝送する電磁波が不連続面において一部反射される。これにより、進行方向が逆の電磁波同士が干渉し、定在波が発生する。定在波の強度は、インピーダンスの不連続の程度が大きくなるほど強くなる。
図９は、伝送される電磁波のモードに対してインピーダンスの不連続がある場合の空間複素誘電率変化検出装置の構成を模式的に示す正面図である。図９では、図８と異なり、終端抵抗９０３はインピーダンス不連続点である導体終端部８０３に置換されている。定在波の電磁場強度が進行波の電磁場強度よりも支配的である場合、図９に示すように、定在波の電場強度には、腹及び節が顕著に表れる。図８の場合、ＲＦＩＤタグ１０１の方が定在波の節の位置に近い分、定在波の腹に位置するＲＦＩＤタグ１３１よりも電磁波信号のやり取りの効率が劣る。より定在波の影響が顕著な場合には、ＲＦＩＤタグ１０１の位置では、ＲＦＩＤタグの読み書きができなくなる。
図９のように、線路末端に導体終端部８０３を設けて導体電極部１０５と導体板１０７とを接続し、又は、線路末端を開放端とすると、ほとんどの電磁波信号は線路末端で反射され、定在波強度は最大に近くなる。
これに対し、本構成では、図８に示すように、開放形伝送線路１１３の線路末端に終端抵抗９０３を設けている。導体電極部１０５と導体板１０７とを終端抵抗９０３で接続することで、開放形伝送線路１１３によって伝送される電磁波信号は、線路末端でほとんど反射せず、熱として消費される。
これにより、図８に示すように、定在波の影響を抑制し、進行波の電界強度を均一化することができる。その結果、開放形伝送線路１１３上方の異なる位置に置かれたＲＦＩＤタグ１０１及び１３１の間の読み取り性能のバラツキを小さくすることができる。
なお、終端抵抗９０３は、インピーダンスの連続性から、伝送される電磁波信号に対する開放形伝送線路１１３の特性インピーダンスの値、あるいはそれに近い値の抵抗値を持つ抵抗素子などが望ましい。また、終端抵抗９０３は、磁性体シートなどの電磁波吸収体でもよい。さらに、終端抵抗９０３は、必ずしも線路末端に配置する必要はなく、ＲＦＩＤタグの位置に鑑みて、自由に変更してもよい。
以上、本構成によれば、開放形伝送線路１１３上のＲＦＩＤタグ読み取り性能の位置依存性を抑制することができる空間複素誘電率変化検出装置及びこれを搭載した物品有無検出システムを提供することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述において、空間複素誘電率変化検出装置３１及び３２は、誘電体層１０６及び導体板１０７を有しているが、空間複素誘電率変化検出装置１０と同様に、誘電体層１０６及び導体板１０７が存在しない構成とすることも可能である。
上述の実施の形態において、誘電体保護層１１２を設けてもよいし、誘電体保護層１１２を省略することも可能である。
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）ＵＨＦ帯の電磁波を用いて通信を行うＲＦＩＤタグと、前記ＲＦＩＤタグとの間で前記ＵＨＦ帯の電磁波により通信を行う電極部と、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備える、空間複素誘電率変化検出装置。
（付記２）前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の１００分の１以上である、付記１に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記３）前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の４分の１以下である、付記１又は２に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記４）複数の前記ＲＦＩＤタグを有し、前記複数のＲＦＩＤタグは、それぞれ異なる識別コードを有し、前記複数ＲＦＩＤタグは、それぞれ前記第１の誘電体層上の異なる位置に設けられる、付記１乃至３のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記５）前記電極部の前記ＲＦＩＤタグに最も近い端部と前記ＲＦＩＤタグの中心との間の距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の２分の１以下である、付記１乃至４のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記６）第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層を挟んで前記電極部と対向する、グランド電極である導体板と、を更に備え、前記電極部、前記第２の誘電体層及び前記導体板は、開放形伝送線路を構成する、付記１乃至５のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記７）前記ＲＦＩＤタグは、前記ＵＨＦ帯の電磁波を送受信するアンテナ部を備え、前記アンテナ部が受信時に感知する振動電磁場の電場方向は、前記開放形伝送線路を伝送される電磁波の進行方向に対して、略垂直な方向である、付記６に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記８）前記電極部は、前記第１の誘電体層が露出する複数の開口部を有するメッシュ形状のシート導体として構成され、前記導体板は、平板形状の導体として構成される、付記６又は７に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記９）前記開放形伝送線路の少なくとも一部が電気的に略整合終端されている、付記６乃至８のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記１０）前記電極部と前記導体板とは、導電性部材で接続されている、付記６乃至９のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記１１）前記電極部と前記導体板とは、抵抗素子を介して接続されている、付記１０に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記１２）前記ＲＦＩＤタグに近接した場合に前記ＲＦＩＤタグの周囲の空間の複素誘電率を変化させる物品が検出対象となる物品と、ＲＦＩＤタグと、の間の距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の１０分の１以下である、付記１乃至１１のいずれかに記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記１３）前記ＲＦＩＤタグの前記第１の誘電体層と反対側の面を覆う保護層を更に備える、付記１２に記載の空間複素誘電率変化検出装置。
（付記１４）空間複素誘電率変化検出装置と、前記空間複素誘電率変化検出装置に読み取り電磁波信号を出力し、前記読み取り電磁波信号に応じた応答電磁波信号を前記空間複素誘電率変化検出装置から受け取ることで、ＲＦＩＤタグの読み取り動作を行うリーダライタ部と、前記空間複素誘電率変化検出装置と前記リーダライタ部との間の前記電磁波信号のやり取りを媒介するインターフェース部と、前記リーダライタ部の読み取り動作の結果を表示する表示部と、を備え、前記空間複素誘電率変化検出装置は、ＵＨＦ帯の前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号を用いて通信を行う前記ＲＦＩＤタグと、前記ＲＦＩＤタグとの間で前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号により通信を行う電極部と、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備える、物品有無検出システム。
（付記１５）ＵＨＦ帯の電磁波を用いて通信を行うＲＦＩＤタグと前記ＲＦＩＤタグとの間で前記ＵＨＦ帯の電磁波により通信を行う電極部との間に前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層が設けられた状態で、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間で、前記ＵＨＦ帯の電磁波により通信を行う、物品有無検出方法。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１２年１２月４日に出願された日本出願特願２０１２−２６５４２９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 空間複素誘電率変化検出装置
１１、３１、３２ 物品有無検出システム
１０１、１３１、１３２、１３３ ＲＦＩＤタグ
１０２ 導体タグアンテナ部
１０３ ＩＣ部
１０４ 誘電体タグ支持体
１０５、５０５ 導体電極部
１０６ 誘電体層
１０７ 導体板
１０８ インターフェース部
１０９ ＲＦＩＤリーダライタ
１１０ 表示器
１１１ 物品
１１２ 誘電体保護層
１１３ 開放形伝送線路
７１３ シート状線路
８０３ 導体終端部
９０３ 終端抵抗
１１、３１、３２ 物品有無検出システム
１０１、１３１、１３２、１３３ ＲＦＩＤタグ
１０２ 導体タグアンテナ部
１０３ ＩＣ部
１０４ 誘電体タグ支持体
１０５、５０５ 導体電極部
１０６ 誘電体層
１０７ 導体板
１０８ インターフェース部
１０９ ＲＦＩＤリーダライタ
１１０ 表示器
１１１ 物品
１１２ 誘電体保護層
１１３ 開放形伝送線路
７１３ シート状線路
８０３ 導体終端部
９０３ 終端抵抗
Claims (10)
- ＵＨＦ帯の電磁波を用いて通信を行うＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグとの間で前記ＵＨＦ帯の電磁波により通信を行う電極部と、
前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備える、
空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の１００分の１以上である、
請求項１に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の４分の１以下である、
請求項１又は２に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 複数の前記ＲＦＩＤタグを有し、
前記複数のＲＦＩＤタグは、それぞれ異なる識別コードを有し、
前記複数ＲＦＩＤタグは、それぞれ前記第１の誘電体層上の異なる位置に設けられる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記電極部の前記ＲＦＩＤタグに最も近い端部と前記ＲＦＩＤタグの中心との間の距離は、前記通信に用いられる電磁波の真空波長の２分の１以下である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を挟んで前記電極部と対向する、グランド電極である導体板と、を更に備え、
前記電極部、前記第２の誘電体層及び前記導体板は、開放形伝送線路を構成する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記ＲＦＩＤタグは、
前記ＵＨＦ帯の電磁波を送受信するアンテナ部を備え、
前記アンテナ部が受信時に感知する振動電磁場の電場方向は、前記開放形伝送線路を伝送される電磁波の進行方向に対して、略垂直な方向である、
請求項６に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記電極部は、前記第１の誘電体層が露出する複数の開口部を有するメッシュ形状のシート導体として構成され、
前記導体板は、平板形状の導体として構成される、
請求項６又は７に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 前記開放形伝送線路の少なくとも一部が電気的に略整合終端されている、
請求項６乃至８のいずれか一項に記載の空間複素誘電率変化検出装置。 - 空間複素誘電率変化検出装置と、
前記空間複素誘電率変化検出装置に読み取り電磁波信号を出力し、前記読み取り電磁波信号に応じた応答電磁波信号を前記空間複素誘電率変化検出装置から受け取ることで、ＲＦＩＤタグの読み取り動作を行うリーダライタ部と、
前記空間複素誘電率変化検出装置と前記リーダライタ部との間の前記電磁波信号のやり取りを媒介するインターフェース部と、
前記リーダライタ部の読み取り動作の結果を表示する表示部と、を備え、
前記空間複素誘電率変化検出装置は、
ＵＨＦ帯の前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号を用いて通信を行う前記ＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグとの間で前記読み取り電磁波信号及び前記応答電磁波信号により通信を行う電極部と、
前記ＲＦＩＤタグと前記電極部との間に設けられ、前記ＲＦＩＤタグと前記電極部とを離隔させる第１の誘電体層と、を備える、
物品有無検出システム。
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