JP5962090B2 - Ｒｆｉｄタグおよびｒｆｉｄタグシステム - Google Patents

Description

この発明はＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤタグシステムに関し、特に、ヌルポイントの発生を防止できるＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤタグシステムに関する。

従来、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとからなるＲＦＩＤタグシステムが提供されている。このようなＲＦＩＤタグシステムにおいて、ＲＦＩＤタグは通常矩形状のタグケースに収容されてＲＦＩＤリーダライタと交信する。

ＲＦＩＤタグにおいて、ＲＦＩＤリーダライタから送信された電波は、床や壁などを反射した電波（反射波）と直接波が合成し、読取エラーとなるポイント（ヌルポイント）が発生する。UHF帯RFIDは長距離通信（5m程度）が可能であるが、周囲物体からの反射波と直接波が合成されたヌルポイント発生により、交信エリア内に読みぬけ等、不安定な領域が発生する。

上記のようなヌルポイントの発生を防ぐために、反射波の影響を避ける方法がいろいろ考慮されている。しかしながら、現実には、容易にヌルポイントの発生を防ぐ方法は実現されていない。

この発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、ヌルポイントが生じにくいＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤタグシステムを提供することを目的とする。

この発明に係るＲＦＩＤタグシステムは、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとが通信する。ＲＦＩＤリーダライタは、反射面に対して所定の角度傾いた偏波面を持つ直線偏波の電波を送受信するアンテナを有し、ＲＦＩＤタグは、電波の偏波面と同一の偏波面を持つようにアンテナを配置し、ＲＦＩＤリーダライタのアンテナから発せられた電波に対して、ＲＦＩＤのアンテナにより受信、応答する。

この発明の他の局面においては、ＲＦＩＤタグはＲＦＩＤリーダライタと通信する。ＲＦＩＤタグは、少なくともＩＣとアンテナとを含むケース、または、成型体からなり、ケース、または、成型体は、所定の辺を有する板状であり、ＲＦＩＤタグのアンテナは、所定の辺に対して所定の角度に配置されている。

好ましくは、ＲＦＩＤタグのアンテナの所定の角度は、所定の辺を底辺としてＲＦＩＤタグを配置した場合、ＲＦＩＤリーダライタが送信する電波の偏波面の角度に一致する角度である。

さらに好ましくは、ケース、または、成型体は、矩形を含む多角形である。

ＲＦＩＤタグのアンテナは、パッチアンテナ、ダイポールアンテナのいずれかであるのが好ましい。

この発明においては、ＲＦＩＤリーダライタとＲＦＩＤタグとは、反射面に対して所定の角度傾いた偏波面を持つ直線偏波の電波を送受信するアンテナを用いて交信する。反射面に対して所定の角度傾いた偏波面を持つ直線偏波の電波を用いて交信するため、ＲＦＩＤタグが設置される環境に多い、垂直方向の壁面や、水平な床面の影響を受けにくい。

その結果、ヌルポイントを軽減し、安定した交信が可能となる、ＲＦＩＤタグを提供できる。また、追加部品などは不要で簡単に安定した交信を実現できる。

ＲＦＩＤタグシステムの全体構成を示す概略ブロック図である。 第１実施の形態におけるＲＦＩＤタグの物品への取付状態を示す斜視図である。 従来における場合と、第１実施の形態における場合のＲＦＩＤタグの物品への取付状態を示す斜視図である。 従来における場合と、第１実施の形態における場合との効果の差を示すグラフである。 従来ＲＦＩＤタグと、第２実施の形態におけるＲＦＩＤタグとの構成を示す斜視図である。 第３実施の形態におけるＲＦＩＤリーダライタの構成を示す図である。 第３実施の形態におけるＲＦＩＤリーダライタの制御部の動作を示すフローチャートである。 第３実施の形態の効果を検証するための装置を示すブロック図である。 第３実施の形態における効果を示すグラフである

（１）第１実施の形態
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１はこの発明の実施の形態に係るＲＦＩＤタグシステム１００の全体構成を示すブロック図である。ＲＦＩＤタグシステム１００は、ＲＦＩＤリーダライタ１０と、ＲＦＩＤタグ５０とを含む。ＲＦＩＤリーダライタ１０は、ＲＦＩＤリーダライタ１０全体を制御する制御部２０と、制御部２０に接続された送信部１１および受信部１２と、送信部１１および受信部１２に接続されたアンテナ１３とを含む。

制御部２０は、制御部２０を制御するＣＰＵ２３と、ＣＰＵ２３に制御され、コマンド等の所定の送信データを生成する送信データ生成部２１と、ＲＦＩＤタグ５０から受信した受信データを処理する受信データ処理部２２とを含む。送信データ生成部２１で生成されたデータは送信部１１およびアンテナ１３を介してＲＦＩＤタグ５０に送信される。また、ＲＦＩＤタグ５０からの信号は、アンテナ１３、受信部１２を介して受信データ処理部２２で処理される。

まず、この発明の第１実施の形態について説明する。第１実施の形態においては、ＲＦＩＤリーダライタ１０とＲＦＩＤタグ５０とは、斜め偏波を用いて交信する。ここで、斜め偏波とは、水平方向の電界と垂直方向の電界との合成波の向きが地面や壁に対して交わる方向であるものをいう。なお、例えば、右斜め４５度の斜め偏波は、床や壁で反射する時に左斜め４５度の斜め偏波に変化する。

ここで、水平偏波と垂直偏波とでは、床などで反射したときに位相に差がある。金属面では水平偏波と垂直偏波の反射点での位相差が約１８０°であるため、右斜め４５度の偏波の反射波は左斜め４５度となる。

すなわち、ＲＦＩＤリーダライタ１０から出力され、床や壁などに対して斜め偏波で入射した電波は、偏波方向が９０度変化する。このため、ＲＦＩＤタグ５０の位置では直接波と反射波とは交差偏波成分として存在する。このように、交差偏波成分となり、かつ、ＲＦＩＤタグが直線偏波であり、ＲＦＩＤタグの偏波面と直接波の偏波面とを合わせることにより、反射波の影響を少なくできる。

上記効果により、ＲＦＩＤリーダライタのアンテナとＲＦＩＤタグのアンテナをともに斜めにすれば、直接波とＲＦＩＤタグの偏波方向が一致するが、反射波とＲＦＩＤタグのアンテナの偏波方向は不一致となり、反射波の影響を大きく軽減できる。

反射波の影響を軽減できれば、背景技術で述べたように、ヌルポイントの発生を防ぐことができる。

次に、ＲＦＩＤタグ５０を物品に斜めに設置した具体的な例について説明する。図２は、例えば、パレットのような直方体の搬送物品（搬送媒体）６０の一つの端面にＲＦＩＤタグ５１を設けた場合の図である。ＲＦＩＤタグ５１は搬送物品６０の１つの端面に設けられ、そのアンテナ５２（図中点線で表示）を搬送物品６０の端面を構成する矩形の辺に対して斜め方向に傾けて設置されている。このように搬送物品６０の端面を構成する矩形の辺に対して斜め方向に傾けてＲＦＩＤタグ５１を取付ければ、ＲＦＩＤタグのアンテナ５２は、必然的に、床面や壁面に対して斜めに配置されることになる。

なお、ここでは、ＲＦＩＤタグ５１のアンテナ５２を、床面や壁面に対して斜めに設置する場合の例を示したが、このとき、ＲＦＩＤリーダライタのアンテナを棒状として、それを水平面および垂直面に対して斜めに設置するのが好ましい。また、ＲＦＩＤタグ５１のアンテナ５２とＲＦＩＤリーダライタのアンテナの双方の傾斜を合わせて、床面や壁面に対して斜めに設置すれば、最も大きな効果が得られる。

なお、ＲＦＩＤリーダライタのアンテナはパッチアンテナやスロットアンテナでもよく、パッチアンテナの場合、床面や壁面に対して斜め偏波が発生するように給電点を配置すればよい。

次に、この場合の効果について説明する。図３は、従来の構成（図３（Ａ））と、第１実施の形態における構成（図３（Ｂ））による効果の差を検出するための実験で用いた装置を示す図である。地面の代わりに、横(側面)方向に金属板６１を設置し、ＲＦＩＤタグ５６のアンテナ５２を金属板６１に対して平行（水平）方向に設置した場合（図３（Ａ））と斜め４５度方向に設置した場合（図３（Ｂ））の、受信レベルの変動を検出した。図４は、その結果を示すグラフである。ここで、ＲＦＩＤリーダライタ６２のアンテナ（図示無し）もＲＦＩＤタグ５５のアンテナ５２と同じ向きである。

図４において、縦軸は受信レベル（ｄＢ）を示し、横軸はＲＦＩＤリーダライタ６２からの距離（ｍ）を示す。実線は垂直設置の場合、点線は４５度傾斜させて設置した場合の受信データを示す。

実験環境では、垂直設置の場合、２mの位置にヌルポイントが発生しているが、斜め設置の場合は影響を大きく軽減できていることが確認できる。したがって、斜め偏波が床などの反射が支配的な環境では読みぬけ防止に大きな効果があることが分かる。

（２）第２実施の形態
次に、この発明の第２実施の形態について説明する。上記実施の形態においては、図５（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ５１は対向する一対の水平方向の辺と、対向する一対の垂直方向の辺とからなる矩形状のタグケース５３ａに、水平方向に延在するアンテナ５２ａを有するＲＦＩＤタグ５１を斜めに傾斜して設けた（図２参照）。

これに対して、この実施の形態においては、ＲＦＩＤタグ５１のアンテナを反射面(床や壁)に対して斜め４５度付近になるように配置する。床や壁などの構造物は地面に対して水平もしくは垂直であり、斜めに配置された構造物は少ない。つまり、通常は、反射点は地面に対して水平もしくは垂直である。また、ＲＦＩＤタグはパレット等に設置されるため、ＲＦＩＤタグは水平方向または垂直方向の状態で使用される場合が多い。

したがって、地面や壁に対して斜めにＲＦＩＤタグのアンテナを設置すれば、ほとんどの反射点からみて斜めの偏波になる。

この実施の形態におけるＲＦＩＤタグの斜視図を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）に示すように、この実施の形態においては、ＲＦＩＤタグ５４は矩形状の面に設けられた長手のアンテナ５２ｂを有する。アンテナ５２ｂは、ＲＦＩＤタグ５４のタグケース５３ｂに収容され、タグケース５３ｂの矩形状の面を構成する辺５４ａ，５４ｂに対して斜め方向に延在する。また、タグケース５３ｂはアンテナ５２ｂを含む成型体としてもよい。

通常ＲＦＩＤタグは物品に設けられたタグ取付部に取付けられ、タグ取付部は、物品を構成する矩形状の面の辺に平行、又は、垂直に設けられている。したがって、ＲＦＩＤタグを、矩形状のタグ取付部に取付けるだけで偏波面を斜めにすることができる。

すなわち、この実施の形態においては、ＲＦＩＤタグ５４のアンテナ５２ｂ自身が斜めに設けられているため、ユーザが通常のようにＲＦＩＤタグ５４を所定のタグ取付部に取付ければ、アンテナ５２ｂが自動的に斜めに設置されるために、ユーザは意識せずに斜め偏波を使用可能となる。

なお、この実施の形態においては、タグケースを矩形としたが、ＲＦＩＤタグを物品に取付ける際に、底辺となる辺を有する多角形や、底辺となる一辺を除いて円弧である形状であってもよい。

なお、この場合も先の実施の形態と同様の効果を奏するのは言うまでもない。

（３）第３実施の形態
次に、この発明の第３実施の形態について説明する。パレット等にＲＦＩＤタグを取付けて使用する場合、パレットは水平置きだけでなく、垂直置きにて使用される。ＲＦＩＤタグが正確に４５度傾斜してパレットに取付けられれば、いずれの場合においても対応可能であるが、実際はそうとは限らない。この場合、第１および第２実施の形態であれば、交信不良が生じて、単に、斜め偏波を用いただけでは、水平置き／垂直置き両方のパレットに対応することができない。例えば、パレットを水平置きしたときに、右斜め４５度でタグを設置した場合、このパレットを立てた場合に左斜め４５になってしまう。ＲＦＩＤリーダライタの偏波面を水平置きに合わせて右斜め４５度としていた場合は、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタでとの偏波面が合わなくなるので読み取れない。

そこで、このような場合にも対応可能なシステムがこの第３実施の形態である。

通信の分野では、地面反射の影響を軽減するために、対向した送受信アンテナを円偏波とすることがある。しかし、ＲＦＩＤタグのアンテナはダイポール形状であることが一般的であり、直線偏波アンテナとして動作する。したがって、ＲＦＩＤリーダライタとＲＦＩＤタグ間の通信に着目すると偏波ダイバーシチの効果は少なく、床などの反射の有無に関係なくタグの向きにより最大の偏波面が決定される。そのため、ＲＦＩＤリーダライタは固定の偏波で送受信される。

そこで、このＲＦＩＤタグシステムの実施の形態においては、ＲＦＩＤタグのアンテナを斜めに設置した状態でＲＦＩＤリーダライタと交信し、ＲＦＩＤリーダライタは、垂直偏波と水平偏波とを分離するとともに、偏波ダイバーシティを用いて、最大比合成できる構成とした。

また、このアンテナは円偏波の電波を送信するため、パッチアンテナを適用することができる。

図６はこの場合のＲＦＩＤタグシステムのＲＦＩＤリーダライタの全体の回路構成を示すブロック図である。この実施の形態におけるＲＦＩＤリーダライタ３０は、アンテナ３１と、アンテナ３１を介して所望のデータを送信する送信回路３２と、水平偏波成分を受信する受信回路３４ａと、９０度位相器３１ａによって、受信信号の位相を９０度変更された垂直偏波成分を受信する受信回路３４ｂと、これらの受信回路３４ａ，３４ｂに接続されて、これらの受信回路３４ａ，３４ｂの信号を合成する合成回路３６と、受信回路３４ａ，３４ｂと送信回路３２とを切り替えるサーキュレータ３３ａ，３３ｂと、これらの全ての回路を制御する制御部３７とを含む。

受信回路３４ａ，３４ｂは、水平および垂直偏波成分それぞれ個別に信号を受信し、合成回路３６で論理的に合成する。制御部３７は、合成回路３６によって、常に最大S/Nとなるようにデータを再構成する。

図７は、この場合のＲＦＩＤリーダライタ３０の制御部３７の動作を示すフローチャートである。送信回路３２から図示のないＲＦＩＤタグを起動するための起動データをアンテナ３１を介して送信する（Ｓ１１）。ＲＦＩＤタグからの信号をアンテナ３１で受信する。このとき、水平偏波成分を受信回路３４ａで受信し、垂直偏波成分を受信回路３４ｂで受信する（Ｓ１２）。制御部３７は図示のないメモリに受信したデータを個別に格納する（Ｓ１３）。格納したデータに基づいて合成回路３６で最大比合成を行う（Ｓ１４）。具体的には、合成回路３６は水平偏波成分と垂直偏波成分とを個別に受信した場合よりも、受信信号のＳ／Ｎ比が高まるように水平偏波成分と垂直偏波成分とを合成する。したがって、合成回路は、合成手段および最適合成手段として作動する。また、最適合成手段は、水平偏波成分と垂直偏波成分の受信信号のＳ／Ｎ比が高い方を選択するように構成してもよい。上記では、水平偏波と垂直偏波で説明したが、右４５度偏波および左４５度偏波で受信しても同様の効果になる。

次に、この実施の形態における効果の検証について説明する。この実施の形態における効果を検証するために、図６に示した回路の代わりに、水平／垂直アンテナを手動で切替えを行い、ヌルポイントの違いを確認した。

図８はこの検証に用いた全体構成を示すブロック図である。検証においては、ＲＦＩＤタグ５０とＲＦＩＤリーダライタ４０とを対向させて配置し、図３と同様にその側面に、反射面として、金属の壁面６１を設けた。また、図中１０ａは直接波であり、１０ｂは反射波である。ＲＦＩＤリーダライタ４０は、送信アンテナ３２と受信アンテナ３４と、送信アンテナ３２と受信アンテナ３４とを切り替えるサーキュレータ３３と、サーキュレータ３３に接続された制御部３９とを含む。

図９は、図８の構成を用いて、受信アンテナ３４を手動で切り替えたときの水平偏波Ｈ（図中点線）と、垂直偏波Ｖ（図中二点鎖線）と、それらを合成して最も受信レベルの高い状態の、それぞれの場合の、交信距離（横軸）とＲＦＩＤリーダライタ４０の受信レベル（ｄＢ）との関係を示すグラフである。なお、図中には、参考までに、円偏波ＣＩＲ（図中一点鎖線）の場合も示している。

水平偏波Ｈ、垂直偏波Ｖのそれぞれは、交信距離に応じて受信レベルがかなり変動しているが、両者を合成して最も受信レベルの高い状態のデータをつなぐ（図中実線で示すデータ）と、交信距離に拘わらず、高い受信レベルが得られる。すなわち、合成回路を用いて最大比合成を行えば、ヌルポイントを軽減することができることを確認した。なお、この場合、参考までに示した円偏波ＣＩＲよりも高い受信レベルが得られている。

また、上記実施の形態においては、設置面積などの観点から、アンテナ１個で送受信アンテナを兼用する場合について説明したが、これを分離してもよい。

また、この実施の形態では、図６に示したように、２つの受信回路を設けた場合について説明した。しかしながら、受信回路を１個設け、切替回路を設けて時分割で処理し、２回の交信結果を元に算出するようにしてもよい。

なお、この実施の形態で説明した時分割で処理する方法は、アダプティックアレイアンテナの制御方法として、例えば、特許４５８１５３４号公報等で公知の技術であるため、具体的な説明は省略する。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るＲＦＩＤタグは、ヌルポイントが生じないため、ＲＦＩＤタグとして有利に利用される。

１０ ＲＦＩＤリーダライタ、１１ 送信部、１２ 受信部、１４，３１，５２ アンテナ、２０，３７ 制御部、２１ 送信データ生成部、２２ 受信データ処理部、３３ サーキュレータ、３２ 送信回路、３４ 受信回路、３５ 重み付け回路、３６ 合成回路、５０，５１，５４， ＲＦＩＤタグ、５３、５５ タグケース、６０ 搬送物品、６２ ＲＦＩＤリーダライタ。

Claims (7)

1. ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとが通信するＲＦＩＤタグシステムであって、
   前記ＲＦＩＤリーダライタは、設置される環境における垂直方向の反射面、および／または、設置される環境における水平方向の反射面、に対して傾斜して設置されるとともに、前記垂直方向の反射面、および／または、前記水平方向の反射面に対して所定の角度傾いた偏波面を持つ直線偏波の電波を送受信するアンテナを有し、
   前記ＲＦＩＤタグは、前記垂直方向の反射面、および／または、前記水平方向の反射面に対して傾斜して配置されて前記電波の偏波面と同一の偏波面を持つように配置されるアンテナを有し、
   前記ＲＦＩＤリーダライタの前記アンテナから発せられた前記電波に対して、前記ＲＦＩＤのアンテナにより受信、応答する、ＲＦＩＤタグシステム。
2. ＲＦＩＤリーダライタが送信する電波の直接波と前記ＲＦＩＤタグが有する前記アンテナの偏波面が一致し、前記ＲＦＩＤリーダライタが送信する電波の反射波と前記ＲＦＩＤタグが有する前記アンテナの偏波面とが一致しない、請求項１に記載のＲＦＩＤタグシステム。
3. 前記ＲＦＩＤリーダライタが有する前記アンテナの傾斜方向と、前記ＲＦＩＤタグが有する前記アンテナの傾斜方向とが同一である、請求項１または２に記載のＲＦＩＤタグシステム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグシステムを構成するＲＦＩＤリーダライタと通信するＲＦＩＤタグであって、
   前記ＲＦＩＤタグは、少なくともＩＣとアンテナとを含むケース、または、成型体からなり、前記ケース、または、成型体は、所定の辺を有する板状であり、
   前記ＲＦＩＤタグのアンテナは、前記所定の辺に対して所定の角度に配置されている、ＲＦＩＤタグ。
5. 前記ＲＦＩＤタグのアンテナの前記所定の角度は、前記所定の辺を底辺としてＲＦＩＤタグを配置した場合、ＲＦＩＤリーダライタが送信する電波の偏波面の角度に一致する角度である、請求項４に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記ケース、または、成型体は、矩形を含む多角形である請求項４または５に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記ＲＦＩＤタグの前記アンテナは、パッチアンテナ、ダイポールアンテナのいずれかである、請求項３〜６のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ。

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