JP6201659B2 - 物品管理システム及びそのセンサシート - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦタグを用いた物品管理システム及びそのセンサシートに関する。

近年普及が進みつつあるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムにおいては、ＲＦタグを用いた物品の管理を行う物品管理システムが多く提案されている。この物品管理システムには、ＲＦタグと無線信号を送受信するリーダアンテナと、ＲＦタグと、の位置関係に２つの方式がある。

第１の方式は、ＲＦタグの遠方にリーダアンテナを設け、遠方からＲＦタグのＩＤ情報（例えば、タグ情報）を読み出すことで管理対象物品の有無を管理するものである。この第１の方式では、リーダアンテナがＲＦタグの遠方に設けられるため、リーダアンテナとＲＦタグとの間に物、或いは、人が入り込んでしまうと誤検出が発生する問題がある。

一方、第２の方式は、リーダアンテナの近傍にＲＦタグを設け、ＲＦタグのタグ情報の読み出しの成否により管理対象物品の有無を管理するものである。この第２の方式では、リーダアンテナとＲＦタグとの間に物、或いは、人が入り込むことがなく第１の方式発生する誤検出の問題は生じない。

この第２の方式を採用した場合、リーダアンテナとして、プリント基板等（以下、基板部材と称す）の第１の面にアンテナとなる伝送線路を形成し、第１の面に対向する第２の面にグランド導体を形成したものを用いることができる。そこで、特許文献１に基板部材の裏面にグランド導体を形成する技術が開示され、特許文献２に基板部材上にアンテナとなる配線を形成する技術が開示されている。また、特許文献３には、高周波信号を伝達する配線が形成される基板部材における切り欠き部の形状に関する技術が開示されている。特許文献４には、ＲＦタグのタグアンテナに流れる電流を強めるための、伝送線路とＲＦタグの配置方法が開示されている。なお、特許文献４には、グランド導体が分離された２つの伝送線路間を跨ぐように誘電体台を配置する例が開示されている。

特開平６−１０９６号公報 特開２００８−２５４７５９号公報 特開２００９−１１１９６５号公報 特開２００６−３１１２３９号公報

第２の方式において、広い範囲でＲＦタグのタグ情報の読み出しを行う場合、広い範囲に亘ってリーダアンテナが形成される基板部材を配置する必要がある。しかし、基板部材の大きさには、製造上の制限がある。そのため、リーダアンテナの設置エリアの大きさと基板部材の大きさとの不整合、或いは、検出頻度や検出粒度等の検出解像度と基板部材の大きさとの関係によっては、配置する基板部材の間にグランド導体のないグランド欠落部が生じてしまう。そして、このグランド欠落部が存在すると、ＲＦタグの読み出し精度が低下する。特許文献１〜４では、いずれもグランド欠落部に起因してＲＦタグの読み出し精度が低下する問題を開示しておらず、この問題を解決するための手段も開示されていない。そのため、特許文献１〜４に開示されている技術を用いても、リーダアンテナが形成される複数の基板部材を敷設する範囲を柔軟に設定することができない問題があった。

本発明の目的は、このような課題を解決する物品管理システム及びそのセンサシートを提供することを目的とする。

本発明にかかる物品管理システムは、第１の面にリーダアンテナが形成され、前記第１の面と対向する第２の面にグランド導体が形成される複数のアンテナ基板と、前記複数のアンテナ基板の間のグランド欠落部の少なくとも一部を含む領域に敷設される導体シートと、前記リーダアンテナを介して前記リーダアンテナの近傍に配置されるＲＦタグから前記ＲＦタグのタグ情報を読み出すＲＦＩＤリーダと、を有する。

また、本発明にかかるセンサシートは、複数のＲＦタグと、第１の面に前記ＲＦタグの下部に配線されるリーダアンテナが形成され、前記第１の面と対向する第２の面にグランド導体が形成される複数のアンテナ基板と、前記複数のアンテナ基板の間のグランド欠落部の少なくとも一部を含む領域に敷設される導体シートと、を有する。

本発明によれば、リーダアンテナが形成される複数の基板部材を敷設する範囲を柔軟に設定することができる。

実施の形態１にかかる物品管理システムの一部を示す概略図である。 実施の形態１にかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの上面図である。 実施の形態１にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの正面側の断面図である。 実施の形態１にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの側面側の断面図である。 電界Ｅ_θにおける準静電界、誘導電界、放射電界の相対強度について波長λで規格化した距離ｒに関する依存性を示す表を示す。 実施の形態１にかかる物品管理システムの概略図である。 実施の形態１にかかるアンテナシートのＲＦタグ配置部分の断面図である。 実施の形態１にかかる導体シートによる効果を説明する図である。 実施の形態１にかかる導体シートによる効果を説明する図である。 実施の形態１にかかる物品管理システムにおいて導体シートを敷設しない場合の無線信号の信号強度を示すグラフである。 実施の形態１にかかる物品管理システムにおいて導体シートを敷設した場合の無線信号の信号強度を示すグラフである。 実施の形態２にかかる物品管理システムのＲＦタグ配置部分の断面図である。 実施の形態３にかかる物品管理システムの概略図である。

実施の形態１
以下では、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態１にかかる物品管理システムは、リーダアンテナが形成される複数のアンテナ基板を用いて管理対象物品の管理を行う。以下では、実施の形態１にかかる物品管理システムの理解を容易にするために、１本のリーダアンテナによる物品管理システムを説明し、その後、複数のアンテナ基板を用いた物品管理システムについて説明する。そこで、図１に実施の形態１にかかる物品管理システムの一部を示す概略図を示す。以下の説明では、実施の形態１にかかる物品管理システムの一部を物品管理システム１と称す。図１に示すように、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２、ＲＦＩＤリーダ１０３、ＲＦタグ１０４、管理対象物品１０５を有する。ここで、リーダアンテナ１０２は、誘電体層１０１、ストリップ導体１０２ａ、グランド導体１０２ｇ及び整合終端抵抗Ｒｔにより構成されるものである。

誘電体層１０１は、例えば、誘電体により形成される板状部材である。以下の説明では、誘電体層１０１の管理対象物品が置かれる面を表面と称す。また、以下の説明では、ストリップ導体とグランド導体とを個別に説明する場合を除きリーダアンテナの符号として１０２を用いる。リーダアンテナ１０２は、整合終端された開放形伝送線路で構成され、ＲＦタグ１０４と無線信号の送受信を行う。リーダアンテナ１０２は、開放形伝送線路であるマイクロストリップラインを用いたリーダ用進行波型近傍界アンテナである。また、このリーダアンテナ１０２は、コプレーナライン、グラウンデッドコプレーナライン、スロットライン、平衡二線式伝送線路など、伝送線路周囲に主として準静電磁界と誘導電磁界からなる電磁界分布を生じさせるものを開放形伝送線路として使用できる。なお、伝送線路周囲をシールドしている同軸ケーブルや導波管などは伝送線路周囲にこのような電磁界を生じない遮蔽型伝送線路のため、電磁界を漏洩させる特別な工夫なくしてリーダアンテナ１０２としては使用できない。

ＲＦＩＤリーダ１０３は、リーダアンテナ１０２に送信信号を送出すると共にリーダアンテナ１０２を介してＲＦタグ１０４のタグアンテナで生成した応答信号を受信する。より具体的には、ＲＦＩＤリーダ１０３には、リーダアンテナ１０２の一端が接続される。そして、ＲＦＩＤリーダ１０３は、生成した送信信号をリーダアンテナ１０２に送り、リーダアンテナ１０２と電磁界結合されたＲＦタグ１０４のタグアンテナに当該送信信号を伝達する。一方、ＲＦＩＤリーダ１０３は、リーダアンテナ１０２に無線通信により伝達されるＲＦタグ１０４で生成した応答信号を受信する。なお、リーダアンテナ１０２のストリップ導体の他端には整合終端抵抗Ｒｔが接続される。

ＲＦタグ１０４は、管理対象物品が近傍に置かれた状態でリーダアンテナ１０２から見通せる位置であって、リーダアンテナ１０２と電磁界結合する位置に設置される。本実施の形態では、ＲＦタグ１０４として受動型のタグを用いた例について説明するが、ＲＦタグ１０４としては、能動型のタグを利用することもできる。受動型タグは、リーダアンテナ１０２からＩＤ（以下、タグ情報と称す）を問い合せる信号を受信すると、タグアンテナを介して得た信号の一部によりチップ内の電源回路（不図示）を用いて自チップが動作するための電力を生成する。また、受動型タグは、受信した信号の一部をデコードして受信データを生成する。そして、受動型タグは、チップ内の記憶回路に格納されたタグ情報を参照し、変調回路（不図示）を動作させて変調信号を生成し、タグアンテナを介して当該変調信号をアンテナ１０２ａに送信する。

管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグアンテナと電磁界結合する位置に配置される。この管理対象物品１０５が置かれる位置を以下では管理対象物品配置領域１１０と称す。この管理対象物品１０５は、水分のような誘電率の高い材料、あるいは金属を含んでいるものが望ましいがそれに限らない。より具体的には、ペットボトル飲料、缶飲料、アルミ包装入りスナック菓子の他に、書籍などの厚い紙の束、おにぎり、パン、プラスチックパック入り惣菜、手や足の人体、さらに靴などを管理対象物品とすることができる。このような水分の多い物品等、多様な物品への対応は、ＵＨＦ帯やマイクロ波帯のＲＦＩＤシステムを使用していることに起因する。１３．５６ＭＨｚやそれ以下の周波数帯で使用されるＲＦＩＤシステムではまず、表皮厚さが厚くなるため水分への反応が極めて弱くなる。また、これらの周波数帯ではリーダとタグの間の結合に電磁誘導が使用されている。電磁誘導は磁界による結合であるため、比透磁率の違いには敏感なものの、一方で比誘電率の違いには敏感ではない。従って、水の比誘電率が８０と極めて高くても、電磁誘導の場合にはタグアンテナの動作は水分に敏感に反応しない。また、一般的に物質の多くは磁性材料でもない限り比透磁率は１近辺の値を取る。一方、比誘電率は１とは大きく異なる場合が多い。さらに電磁誘導だけに依存するＲＦＩＤシステムと異なり、本発明では、準静電磁界、誘導電磁界、放射電磁界の電磁界成分を使用するため、タグとリーダアンテナとの相対的な配置自由度が高くなる。例えば、電磁誘導を用いたＲＦＩＤシステムのように、リーダアンテナの発生した磁束がタグのコイル状アンテナを貫くようにアライメントする必要がないか、あるいはアライメントの条件が緩くなる。また、使用周波数帯が高いことに伴い、データレートも電磁誘導を使用するＲＦＩＤシステムの場合より高くなる。従って、ＵＨＦ帯やマイクロ波帯のＲＦＩＤシステムを使用することが望ましい。なお、ＲＦタグ１０４は、プラスティック板等でカバーされていてもよい。これにより、タグの耐久性を挙げることができる。このＲＦタグの表面に結露などの微量の水分が付く場合もあるが、このような場合はタグアンテナと管理対象物品との間の結合係数等を調整することにより、微量の水分の影響を排除することも可能である。

ここで、実施の形態１にかかる物品管理システム１の動作について説明する。物品管理システム１では、ＲＦタグ１０４で生成した応答信号に基づき管理対象物品の有無を検出するものである。この検出動作をするに当たり、物品管理システム１は、まず、ＲＦＩＤリーダ１０３からリーダアンテナ１０２を介してタグ情報読み出しコマンドを送信信号として送出する。

続いて、ＲＦタグ１０４は、送信信号を受信する。そして、ＲＦタグ１０４は、受信した信号の一部を用いて電力を生成し、動作を開始する。その後、ＲＦタグ１０４は、受信した信号をデコードして受信した信号に含まれる受信データを再生する。ＲＦタグ１０４は、この受信データと内蔵する記憶回路中に含まれるタグ情報とを参照し、タグ情報と受信データとから判断して応答すべき場合には、タグ信号を元に生成した変調信号を応答信号としてリーダアンテナ１０２に送出する。

このとき、ＲＦＩＤリーダ１０３は、送出したタグ情報読み出しコマンドに対応したＲＦタグ１０４からの応答信号の強度或いは位相変化により管理対象物品の有無を判断する。より具体的な一例としては、ＲＦＩＤリーダ１０３は、ＲＦタグ１０４からの応答信号の信号強度が強ければ管理対象物品がないと判断し、ＲＦタグ１０４からの応答信号の信号強度が弱ければ管理対象物品があると判断する。例えば、図１に示す例では、図面の最も右側に配置されたＲＦタグ１０４の上には管理対象物品がないため、このＲＦタグ１０４は、管理対象物品がある場合と比較して強い信号強度で応答信号を送出することが可能であり、ＲＦＩＤリーダ１０３は、この信号強度の強さによりこのＲＦタグ１０４の位置には管理対象物品１０５はないと判断する。一方、図１の他の３つのＲＦタグ１０４の上には、管理対象物品１０５が置かれているため、他の３つのＲＦタグ１０４が送出する応答信号の信号強度は、管理対象物品がない場合と比較して弱くなる。そのため、ＲＦＩＤリーダ１０３は、他の３つのＲＦタグ１０４の位置には管理対象物品１０５があると判断する。なお、応答信号の信号強度が弱い場合の一例には、ＲＦＩＤリーダ１０３の受信感度を下回り応答信号が検出できない場合も含まれる。また、ＲＦＩＤリーダ１０３は、コンピュータが接続されるもの、又は、コンピュータの一部として機能するものであり、管理対象物品１０５の有無の判断については当該コンピュータにより行われるものとする。

ここで、上記のように応答信号の信号強度が変化するのは、管理対象物品１０５とＲＦタグ１０４のタグアンテナとが電磁界結合するためである。そこで、以下では、管理対象物品１０５、ＲＦタグ１０４及びリーダアンテナ１０２の位置関係についてさらに詳細に説明を行う。

まず、図２に実施の形態１にかかる物品管理システム１の上面図を示す。図２では、上面図として管理対象物品１０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図２に示すように、物品管理システム１では、誘電体層１０１上にリーダアンテナ１０２のストリップ導体１０２ａが形成される。そして、ストリップ導体１０２ａの上方にＲＦタグ１０４が設置される。さらに、ＲＦタグ１０４の上方であって、ＲＦタグ１０４が覆われる位置に管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域１１０が設定される。ここで、ＲＦタグ１０４が覆われる位置と記載したが、ＲＦタグ１０４と管理対象物品が十分強く電磁界結合する程度に近接すればよいため、ＲＦタグ１０４と管理対象物品配置領域１１０の配置はこれに限られるものではない。また、ＲＦタグ１０４は、ＲＦＩＤチップ１１１及びタグアンテナ１１２を有する。

続いて、図３に実施の形態１にかかる物品管理システム１の正面側の断面図を示す。図３では、図２と同様に管理対象物品１０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図３に示すように、物品管理システム１では、誘電体層１０１の表面側にストリップ導体１０２ａが設けられ、誘電体層１０１の裏面にグランド導体１０２ｇが設けられ、リーダアンテナ１０２を形成する開放型電送線路の一種であるマイクロストリップラインを構成する。そして、ストリップ導体１０２ａの一端とグランド導体１０２ｇは整合終端抵抗Ｒｔを介して接続される。また、ストリップ導体１０２ａの他端にＲＦＩＤリーダ１０３が接続される。このような接続とすることでストリップ導体１０２ａは整合終端される。なお、ストリップ導体１０２ａの上方やグランド導体１０２ｇの下方に、主に耐久性を向上させるためのカバーを配置しても良い。

また、図３に示すように、管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２との間の距離が第１の距離Ｌ１となる位置に配置される。ＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２は、リーダアンテナ１０２との間の距離が第２の距離Ｌ２となる位置に配置される。そして、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２は、Ｌ１＜Ｌ２となる関係に設定されることが望ましい。これにより、後述する結合係数ｋ１とｋ２との関係をｋ１＜ｋ２とすることが容易になる。なお、図３では、管理対象物品１０５、タグアンテナ１１２、リーダアンテナ１０２の距離の関係のみを示したが、上記距離の関係を満たすために、例えば、ＲＦタグ１０４をプラスティック板等でカバーする場合に、プラスティック板の厚みを用いることが可能である。つまり、ＲＦタグ１０４をプラスティック板に内蔵し、当該プラスティック板によりＲＦタグが組み込まれたシートを形成することで上記第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２の関係を確保することができる。なお、プラスティック板によりシートを形成する手法は、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との関係を確保するための一形態であり、他の手法を用いることも可能である。また、ここでいう距離とは、より正確には波長短縮率を考慮した電気長とすることが望ましい。さらに、ここでいう距離とは、見通し距離とすることが望ましい。

続いて、図４に実施の形態１にかかる物品管理システム１の側面側の断面図を示す。図４では、図２と同様に管理対象物品１０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図４に示すように、実施の形態１では、ストリップ導体１０２ａは、ＲＦタグ１０４の下部の一部に設置される。また、物品管理システム１では、側面視においても、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との関係はＬ１＜Ｌ２の条件を満たすようにＲＦタグ１０４及び管理対象物品１０５が設置される。

ここで、上記図２〜図４を参照して、物品管理システム１の各構成要素の関係による効果についてさらに詳細に説明する。

まず、図２に示すように、物品管理システム１では、管理対象物品１０５が、ＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２の上方であって、距離が第１の距離Ｌ１となる位置に配置される。さらに、ＲＦＩＤリーダ１０３に接続されるリーダアンテナ１０２が、ＲＦタグ１０４の下部であって、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の見通し距離が第２の距離Ｌ２だけ離して配置されている。このように、物品管理システム１では、管理対象物品１０５がリーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間に挟まれる領域以外に配置される。そのため、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間の見通しが管理対象物品１０５により遮られることがない。また、物品管理システム１では、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との距離を第２の距離Ｌ２とする。

上述したように、物品管理システム１では、管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２との間の第１の距離Ｌ１及びタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２の間の見通し距離である第２の距離Ｌ２を調節する。また、物品管理システム１では、第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２を調節することにより、管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２との結合係数ｋ２及びタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との結合係数ｋ１を調節する。そして、物品管理システム１では、管理対象物品１０５の有無によって変化する結合係数ｋ２に応じてタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の信号強度を変化させ、当該信号強度の変化により管理対象物品１０５の有無を判断する。

そこで、第１の距離Ｌ１、第２の距離Ｌ２、結合係数ｋ１、ｋ２の関係及び当該設定に基づく実施の形態１にかかる物品管理システム１の効果について以下で説明する。まず、本発明では電磁界結合を用いるがこの電磁界結合の強度を示す結合係数については、電磁界シミュレータにより比較的容易に評価可能である。また、電磁界結合の説明では、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の無線信号の波長をλとすると、波源（例えば、アンテナ）からの距離がλ／２π（πは円周率）より近い領域をリアクティブ近傍界（reactive near-field）、距離がλ／２πより遠く、且つ、λより近い領域を放射近傍界（radiative near-field）、さらにこれら二つの領域を合わせて近傍界（near-field region）と称す。

この近傍界では、電磁界は複雑な様相を示し、準静電磁界、誘導電磁界、放射電磁界が各々無視しえない強度比で存在し、それらの合成された電磁界のベクトルも空間的、時間的に様々に変化する。一例として波源を微小ダイポールアンテナとした場合に、このアンテナが形成する電界Ｅ［Ｖ／ｍ］と磁界Ｈ［Ａ／ｍ］を球座標系（ｒ、θ、φ）及びフェーザー表示で示すと、式（１）〜式（４）で示すことができる。

ここで、上記式（１）〜式（４）では、微小ダイポールアンテナに蓄えられる電荷をｑ［Ｃ］、アンテナの長さをｌ［ｍ］、波長をλ［ｍ］、波源から観測点までの距離をｒ［ｍ］とした。また、πは円周率、εは誘電率、μは透磁率である。この式（１）〜式（４）の中で、１／ｒ^３に比例する項が準静電磁界、１／ｒ^２に比例する項が誘導電磁界、１／ｒに比例する項が放射電磁界を示している。これらの電磁界成分は、各々距離ｒに対する依存性が異なるため、距離ｒに依存してその相対強度が変化する。

続いて、図５に電界Ｅ_θにおける準静電界、誘導電界、放射電界の相対強度について波長λで規格化した距離ｒに関する依存性を示す表を示す。なお、図５で示した表の２行目は、国内電波法で許可されているＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯ＲＦＩＤの周波数とほぼ同じ９５０ＭＨｚの自由空間波長で換算した距離を示した。

図５に示した表から分かる通り、距離ｒが大きくなると、各々の電界強度が小さくなり、さらに各々の成分比も変化する。例えば、ｒ＜λ／２πの領域では準静電界、誘導電界、放射電界の順に電界強度が強く、ｒ＞λ／２πの領域では準静電界、誘導電界、放射電界の順に電界強度が弱くなる。さらに、ｒ＞λの領域では準静電界と誘導電界の寄与は極めて小さくなり、ｒ＞２λの領域となる遠方界ではほぼ放射電界成分のみとなる。一方で、ｒ＜λの領域では準静電界と誘導電界の寄与が十分残っており、さらにｒ＜λ／２πのリアクティブ近傍界では準静電界と誘導電界が大きな寄与を占める。また、式（１）〜式（４）に見られるように放射電界と比較して、準静電磁界と誘導電磁界はθ方向成分以外にｒ方向成分とφ方向成分を有しており、多様な方向の成分を有している。

一般的に、アンテナから空間中に放射されて伝搬する放射電磁界と比較して、このようにリアクティブ近傍界ではアンテナ近傍に留まる準静電磁界と誘導電磁界が支配的であり、さらに絶対的な電磁界強度も強い。放射近傍界では、一般的に、絶対的な電磁界強度は波源からの距離が長くなればなるほど弱くなる。また、準静電磁界と誘導電磁界の相対強度は弱まり、放射電磁界の相対強度が強くなる。以上の通り、近傍界では準静電磁界と誘導電磁界が存在し、これらの電磁界により、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の結合やタグアンテナ１１２と管理対象物品１０５の間の結合を生じる。

通常のＵＨＦ帯やマイクロ波帯を使用する受動型ＲＦＩＤシステムでは、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の距離ｒはｒ＞λの関係を満たしており、交信に放射電磁界を使用する。その放射電磁界を効率よく生成するため、リーダアンテナ１０２はパッチアンテナを代表とする共振型アンテナが用いられる。このような共振型アンテナをｒ＜λの近傍界で使用すると、共振型アンテナ中の定在波により、電磁界強度がアンテナに沿った場所により大幅に変化する。例えば定在波の頂点付近では最も振幅が大きくなり、定在波の中点では振幅は０となる。従って、このような共振型アンテナを用いたリーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の距離ｒがｒ＜λの関係を満たす場合、リーダアンテナ中の定在波の中点に近い部分ではリーダアンテナからの信号をタグアンテナが受けることができなかったり、極めて受信信号強度が弱くなったりする。即ち、不感領域ができ、使用に支障を生じる。

このようなことから、背景技術の欄で説明した第１の方式を採用したシステムでは、物品が置かれる棚、物品１０５及びＲＦタグからＲＦＩＤリーダを十分に離して設置することで、棚より十分小さいリーダアンテナから電波が照射され、カバーエリアを広く取る形態とならざるを得ない。従って、第１の方式を採用したシステムでは、ＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に広い空間を必要とする。また、棚の材質によっては、特に金属材質の棚などの場合、マルチパス現象を生じ、電波の干渉によってタグの読取が不安定になり、管理対象物品の有無に関わらずタグ情報が読めないことがある。また、リーダアンテナと物品を配置する場所の間に人やモノが入った場合、物品があるのと同様にタグが読めなくなり、物品が無いにもかかわらず、あると誤検知してしまうという問題を生じる。

一方、ｒ＜λの近傍界、さらに望ましくはｒ＜λ／２πのリアクティブ近傍界に存在する準静電磁界と誘導電磁界を通してアンテナ間が電磁界結合して結合回路を形成することもできる。この場合、その条件通りＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に広い空間を必要としない。しかしながら、単純にリーダアンテナ１０２に共振型アンテナを用いると、不感領域ができ、使用に支障を生じる。また、定在波アンテナは一般的にその大きさがλ程度であり、タグと近接して用いると、カバーエリアが極端に狭くなってしまう。

そこで、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、ＲＦＩＤリーダ１０３に接続されるリーダアンテナ１０２が、整合終端された開放形伝送線路で構成され、開放形伝送線路とＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２とが電磁界結合されるようにＲＦタグ１０４を配置する。そして、物品管理システム１では、ＲＦＩＤリーダ１０３のリーダアンテナ１０２として電波の放射の少ない開放形伝送線路を用いることで、開放形伝送線路周囲に生じる準静電磁界と誘導電磁界を通して、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２とを電磁界結合させて結合回路を形成する。即ち、開放形伝送線路を近傍界で動作する進行波型アンテナとして用いている。この構成により、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間に広い空間を必要としなくなる。また、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の交信が結合回路を通じて近距離で行われるため、マルチパス現象の発生と、リーダアンテナ１０２と管理対象物品１０５を配置する場所との間に人やモノが入るといったことによる誤検知を抑制することができる。さらに、リーダアンテナ１０２として整合終端された開放形伝送線路を用いるため、アンテナ中を伝搬する電磁波の主たる成分は定在波を生じず、進行波として整合終端まで伝搬する。ここで、定在波を生じないとは、厳密には十分定在波が小さいことを意味しており、通常、定在波比が２以下、望ましくは１．２以下の値であることを意味する。

伝送線路の終端が十分な精度で整合している場合、或いは、伝送線路中を伝わる電磁波が終端付近で十分減衰している場合に、伝送線路内に大きな定在波が生じずに進行波が主成分となる。そして、このような伝送線路における電磁界分布を利用することにより進行波アンテナを形成することができる。さらに、この線路周辺の空間に形成される電磁界は放射電磁界が相対的に少なく、静電磁界と誘導電磁界が主たる成分となっている。これら、静電磁界と誘導電磁界の電磁界強度は、放射電磁界の強度より強く、リーダが同一の出力で動作していても、ＲＦタグ１０４が得られる電磁界強度は強くなる。換言すれば、タグの動作を保証しながらも、周囲に放射電磁界をまきちらさない環境を形成できる。

通常用いられているパッチアンテナなどの定在波型のアンテナでは、アンテナ内部の定在波に応じてアンテナ近傍の電磁界分布が極めて不均一になっており、不感部分を避けるため、管理対象物品１０５を管理できる領域が限定される。これに対して本実施の形態に記載する開放形伝送線路からなる進行波型アンテナの場合、アンテナ近傍でも、電磁界分布に節のような変化しない部分が無く、至る所常に変化している。従って、近傍界においてもアンテナに沿った定在波に伴う電磁界が均一となるため、ＲＦタグ１０４のタグ情報を読み取れないエリアができない。即ち、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の配置の自由度が向上する。

また、物品管理システム１では、この進行波を信号として、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の電磁界結合を通じて交信するため、共振型アンテナと異なり、不感領域ができず、使用に支障を生じることがない。従って、物品管理システム１は、開放形伝送線路周囲に生じる準静電磁界と誘導電磁界の強度がＲＦタグ１０４を動作させるに十分大きい範囲内で伝送線路を波長に無関係に延伸することにより、カバーエリアを広く取ることができる。即ち、実施の形態１にかかる物品管理システム１では上記の開放形伝送線路を使用することで、電力の放射損を抑制し、カバーエリアの拡大が容易になる。

なお、ここでいう開放形伝送線路は、基本的に放射を抑制して線路長手方向に電磁波を伝送することを目的とした伝送線路であって、開放形のものを指す。例としては、平衡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とそれらの伝送線路の変形であるグラウンデッドコプレーナ線路やトリプレート線路等が挙げられる。また、メッシュ状の導体部とシート状の導体部とに挟まれる狭間領域とメッシュ状の導体部側外側の浸出領域とにおいて電磁場を変化させて信号を伝達する面状に広がるアンテナも条件によっては利用することが可能である。この面状に広がるアンテナは、定在波が混在し、不完全ながら進行波アンテナとしても動作するものであり、定在波により生じる電磁界分布の不均一を無視できれば使用可能である。一方で伝送線路周囲をシールドしている同軸ケーブルや導波管など伝送線路周囲にこのような電磁界を生じない遮蔽型伝送線路は、上述した電磁界を漏洩させる特別な工夫なくして使用できない。

また、対向する導電性シート体に挟まれる狭間領域に電磁場を存在させ、２つの導電性シート体の間の電圧を変化させて当該電磁場を変化させたり、当該電磁場の変化によって導電性シート体の間の電圧を変化させたりして、電磁場を所望の方向に進行させる電磁波伝達シートがある。さらに広い意味では、この電磁波伝達シートもシート長手方向に見れば、本発明の開放形伝送線路の一種とみなせる場合もある。但し、電磁波伝達シートは、シート内の定在波により、本発明の実施に必ずしも最適とは言えない。また、電磁波伝達シートの場合、導波管上面が波長より十分細かい金属メッシュとなり、エバネッセント波が上面より漏洩しているとみなすことができる。このような一般に波長の１／１０未満の間隔、幅、長さで電磁界が漏洩するスロットが複数設けられているような伝送線路は実施の形態１にかかる物品管理システム１の開放形伝送線路の一種とみなすことができる。

一方で、開放形伝送線路から強く放射させることを意図してクランク形状を設計したり、あるいは高次モードを積極的に利用することにより一定の放射電磁界強度を得る、いわゆるクランクラインアンテナ、メアンダラインアンテナ、漏洩同軸ケーブル等を用いて遠方界での電磁放射を目的とした進行波アンテナと、実施の形態１にかかる物品管理システム１の開放形伝送線路は異なる。これらは波長程度のサイズ、一般的には波長の１／１０以上のサイズで周期的に設けられるクランク形状やスロットから優先的に放射が起こるため、先に述べた共振型アンテナ同様、電磁界の強度が場所により大幅に変化する。従って、近傍界での使用ではタグ情報の読取が不安定になったり、場所によりタグが読めないことがあるため、使用に支障を生じる。さらに、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムにおいては、世界各国で割り当て周波数が異なっており、概ね８６０〜９６０ＭＨｚの帯域に分布している。これは比帯域にして約１０％と広い幅があり、共振型アンテナの共振点の設計やクランク、メアンダ、スロットの周期に重大な変更を要求する。一方で実施の形態１にかかる物品管理システム１では、もともと極めて帯域の広い開放形伝送線路を使用するため、特段の変更無しに同一のアンテナをリーダアンテナ１０２として使用できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１によれば、管理対象物品１０５とＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２とが電磁界結合するように、ＲＦタグ１０４と離間して管理対象物品１０５を置く管理対象物品配置領域１１０が設けられる。従って、管理対象物品１０５がある場合には管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２が結合回路を形成するため、管理対象物品１０５が無い場合と比較してタグアンテナ１１２の共振周波数が変化したり、タグアンテナ１１２の給電点インピーダンスが変化する。タグアンテナ１１２は、一般的に、自由空間において交信に使用する信号の周波数で共振し、給電点インピーダンスも調整されていて、受信感度が最大となるように作成されているため、上記の変化は受信感度を下げ、さらにＲＦＩＤリーダ１０３に反射信号を送る際のタグアンテナ１１２の動作にも悪影響を与える。その結果、交信に使用する信号に対する受電感度が低下する。また、ＲＦタグ１０４が反射する信号の送信出力も低下する。従って、ＲＦタグ１０４はＲＦＩＤリーダ１０３からの信号を受電できない、または信号の受電強度が低く、タグの動作電力を確保できない、あるいはタグが十分な強度の反射電磁界を生成できなくなる。その結果、ＲＦＩＤリーダ１０３はＲＦタグ１０４のタグ情報を読めなくなる。あるいはＲＦＩＤリーダ１０３に届く反射電磁界の強度や位相はタグの共振周波数変化などに伴い大きく変化する。即ち、管理対象物品１０５が管理対象物品配置領域１１０にある場合には、タグ情報が読めなくなる、あるいは管理対象物品１０５がない場合と比較してＲＦタグ１０４からの反射電磁界の強度や位相が大きく変化するため、ＲＦＩＤリーダ１０３は管理対象物品１０５があることを検出できる。即ち、管理対象物品１０５の有無によるタグアンテナ１１２の動作特性の変化が生じた結果、ＲＦＩＤリーダ１０３はＲＦタグ１０４からの反射信号の強度や位相変化を検出することができ、その検出結果から管理対象物品の有無を検出することができる。

このように、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、管理対象物品１０５の有無の検出にＲＦタグ１０４とＲＦＩＤリーダ１０３の見通しを管理対象物品１０５がさえぎることは必ずしも必要なく、管理対象物品１０５はタグアンテナ１１２と電磁界結合するように、タグアンテナ１１２（或いはＲＦタグ１０４）と離間して管理対象物品１０５を置く場所が設けられていればよいため、必ずしも管理する物品の配置はＲＦＩＤリーダ１０３とＲＦタグ１０４の間に限定されず、自由な配置が可能となる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、単に給電されているリーダアンテナ１０２の近傍に物品が配置されたことを、リーダアンテナ１０２の動作特性変化から見るのではなく、タグアンテナ１１２の動作特性の変化をリーダアンテナ１０２を介したＲＦＩＤリーダ１０３におけるタグ情報の読み出し信号変化に基づき判断する。このように、ＲＦタグ１０４を介在させることによりリーダアンテナ１０２と管理対象物品１０５を配置する場所の相対位置の自由度を向上させることができる。また、１つのリーダアンテナ１０２や、ＲＦＩＤリーダ１０３であっても、複数のＲＦタグ１０４を配置することにより、複数の管理対象物品１０５の有無を検出することができる。さらに、タグアンテナ１１２が管理対象物品１０５を配置する場所に形成する電磁界は、放射電磁界以外に準静電磁界や誘導電磁界の成分を含む。従って、電磁界成分は通常の遠方界の放射電磁界成分と比較して、様々な方向に広がっている。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、管理する物品とタグの相対位置の自由度を向上させることができる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、ＲＦＩＤシステムをベースとしており、ＲＦタグ１０４が固有のＩＤ（タグ情報）を持っており、そのタグ情報を元に多元接続が可能である。従って、ＲＦタグ１０４のタグ情報と管理対象物品１０５を配置する場所とをひも付けておけば、読めないＲＦタグ１０４のタグ情報から、管理対象物品１０５の有る場所を特定できる。一方で、管理対象物品１０５がない場合、ＲＦタグ１０４はＲＦＩＤリーダ１０３からの信号に応答し、ＲＦＩＤリーダ１０３はＲＦタグ１０４のタグ情報を読み取ることができる。従って、管理対象物品１０５がない場合には、通常の反射電磁界の強度でＲＦタグ１０４のタグ情報が読めるため、管理対象物品１０５がないことを検出できる。さらに読めたＲＦタグ１０４のタグ情報から、管理対象物品１０５の無い場所を特定できる。また、複数の管理対象物品１０５を管理する場合にも、管理対象物品１０５を配置する場所にひも付けたタグ情報が各々異なることにより、場所を特定して物品管理を行うことができる。以上の通り管理対象物品１０５の有無を検出できるため、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、ＲＦタグ１０４を管理する物品に貼付する必要なく、管理対象物品１０５の有無を管理できる。

なお、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、管理対象物品１０５はＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２と電磁界結合するように、ＲＦタグ１０４と離間して管理対象物品１０５を置く場所が設けられていればよいため、ＲＦタグ１０４は管理対象物品１０５に貼付されず、ＲＦタグ１０４は繰り返し使用できるため、物品一品当たりのタグコストは、実質的にタグの使用回数で除した値となる。即ち、ＲＦタグ１０４のコストが高いという問題は、十分な使用回数を重ねることで解消できることは言うまでもない。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、ＲＦタグ１０４は管理対象物品１０５に貼付されないため、管理対象物品１０５に貼付されたＲＦタグ１０４を不正に読み取られることによるプライバシーの侵害や情報セキュリティ上の問題を生じない。即ち、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、第三者によるタグ情報の不正読み取りの問題を生じない。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、ＲＦＩＤリーダ１０３とＲＦタグ１０４が交信に使用する信号の波長をλとした場合、管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２との間の第１の距離Ｌ１がＬ１≦λの関係を満たすように管理対象物品１０５を置く管理対象物品配置領域１１０が設けられる。また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、ＲＦＩＤリーダ１０３のリーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２との間の見通し距離である第２の距離Ｌ２がＬ２≦λの関係を満たす。なお、実施の形態１にかかる物品管理システム１における距離とは、電波伝搬における距離であり、ほぼ幾何学的な最短距離に一致する。

管理対象物品１０５を配置する管理対象物品配置領域１１０とＲＦタグ１０４のタグアンテナ１１２との間の距離Ｌ１がＬ１≦λの関係を満たしていれば、ＲＦタグ１０４から見て物品を配置する場所は近傍界の範囲内になる。従って、準静電界と誘導電界の寄与が十分あり、管理対象物品１０５が水分のような誘電率の高い材料、あるいは金属を具備する場合であって、管理対象物品配置領域１１０に管理対象物品１０５がある場合には、タグアンテナ１１２と管理対象物品１０５は準静電磁界や誘導電磁界を通して電磁界結合することができる。なお、管理対象物品１０５として、人体も多量の水分を含んでいるため、検出可能であり、人の動線管理などにも使用できる。

第１の距離Ｌ１をＬ１≦λとなる値に設定することで、タグアンテナ１１２の近傍界内では準静電磁界と誘導電磁界の成分が無視しえない強度で存在し、これら電磁界の成分はタグアンテナ１１２と管理対象物品１０５との間に相互インダクタンスやキャパシタンスなどを介した電磁界結合を生じる。従って、管理対象物品１０５の有無によりタグアンテナ１１２の回路定数が変化し、タグアンテナ１１２の動作特性が変化する。また、管理対象物品１０５の有無によるさらに分かりやすい変化として、タグアンテナ１１２の共振周波数が変化する。システムコスト抑制のために、通常市販されているＲＦタグをＲＦタグ１０４として使用すると、タグアンテナ１１２はダイポールアンテナを基本とする定在波アンテナである。このようなＲＦタグ１０４では、タグアンテナ１１２の共振周波数を無線通信の周波数に合わせて設定することで高感度化を実現する。このようにタグアンテナ１１２の共振周波数が設定した周波数で共振する状態が管理対象物品１０５がない状態に相当する。

次に、管理対象物品１０５がＲＦタグ１０４上に置かれた場合、タグアンテナ１１２は管理対象物品１０５と結合するために共振周波数は概ね低下する。従って、無線通信周波数におけるタグアンテナ１１２の感度は大幅に低下する。例えば、受信感度低下によりＲＦＩＤチップ１１１の動作電力を賄えない場合、ＲＦタグ１０４はＲＦＩＤリーダ１０３の問い合わせに応答しない。あるいは、動作電力を賄えた場合にも、タグアンテナ１１２は、ＲＦＩＤチップ１１１で生成した変調信号による、十分な強度の空間の電磁界変化を生じさせることができない。

その結果、管理対象物品１０５がある場合、ＲＦＩＤリーダ１０３からの問い合わせに対してＲＦタグ１０４は応答しなくなる、或いは、管理対象物品１０５がない場合と比較してＲＦタグ１０４からの反射電磁界の強度が大きく変化する。この反射電磁界の強度変化をＲＦＩＤリーダ１０３で検出することで管理対象物品１０５がないことを判断できる。この判断の処理は、例えばコンピュータに行わせることができる。以上のように、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、ＲＦタグ１０４を管理対象物品１０５に貼り付けることなく、管理対象物品１０５の有無を検出し、管理対象物品１０５の有無を管理することができる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、管理対象物品１０５の有無によるＲＦタグ１０４の応答の変化を生じるためには、ＲＦタグ１０４と管理対象物品１０５との間の第１の距離Ｌ１がＬ１≦λの関係を満足すればよく、ＲＦタグ１０４とリーダアンテナ１０２の見通しを管理対象物品１０５により遮る必要はない。即ち、管理対象物品１０５の配置はＲＦＩＤリーダ１０３のタグアンテナ１１２とＲＦタグ１０４の間に限定されず、配置の自由度が向上する。例えば商品陳列棚上の商品の有無を検知する場合、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４を棚板に組み込むことができ、アンテナが隠れることにより、美観上も極めて優れる。

なお、ここでは主としてタグアンテナ１１２の共振周波数が無線通信周波数とずれることによる、信号強度の変化を検出する方式について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。共振周波数がずれるならば、リーダが法律上許されている範囲内で無線通信周波数を掃引し、共振周波数のずれを検知することにより、物品の有無を検知してもよい。また、共振周波数前後では位相が大きく変化する。従って、位相変化を観察することによっても物品の有無を検知できることは言うまでもない。

また、上記第１の距離Ｌ１と同様に、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の見通し距離Ｌ２がＬ２≦λの関係を満たしていれば、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２は近傍界の範囲内になる。ここで、見通し距離Ｌ２は、リーダアンテナ１０２中で特に強い波源となるストリップ導体１０２ａとタグアンテナ１１２の間の距離を意味する。見通し距離Ｌ２をλ以下とすることで、準静電界と誘導電界の寄与が十分あり、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２とは電磁界結合することができる。特に実施の形態１にかかる物品管理システム１では、ＲＦタグ１０４からの反射電磁界の強度という、アナログ量により物品の有無を判定するため、電波干渉による反射電磁界強度の変化は誤検出を招きやすい。しかし、この構成により、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の無線通信は直接波が中心となり、マルチパス現象に伴う電波干渉が起こりにくい。従って、誤検知が抑制できる。また、ＲＦＩＤリーダ１０３とＲＦタグ１０４の各々のアンテナが形成する電磁界は、放射電磁界以外に準静電磁界や誘導電磁界の成分を含む。従って、電磁界成分は通常の遠方界の放射電磁界成分のみの場合と比較して、様々な方向に広がっている。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４の相対位置の自由度を向上させることができる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システムでは、ＲＦタグ１０４からの反射電磁界の強度や位相変化、タグアンテナ１１２の共振周波数変化といった、アナログ量により物品の有無を判定するため、周囲環境に伴う電波干渉は誤検出を招く。しかしながら、実施の形態１にかかる物品管理システム１によれば、Ｌ２≦λの関係を満たすことにより、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の無線通信は直接波が中心となり、周囲環境を反映したマルチパス現象に伴う電波干渉が起こりにくい。従って、誤検知が抑制できる。特に棚上の商品の有無を管理する場合に棚が金属であったり、金属の冷蔵ケースであったりする場合も多くあるが、このような環境においても安定してこのシステムを動作できる。

さらに、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、Ｌ２≦λの関係を満たすことにより、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間の見通し距離Ｌ２は、ＲＦＩＤ規格の周波数の一つであるＵＨＦ帯では約０．３ｍ以下、２．４ＧＨｚ帯では約０．１２ｍ以下となる。且つ、管理対象物品配置領域１１０とＲＦタグ１０４との間の距離Ｌ１もＬ１≦λの関係を満たすため、同じくＲＦＩＤ規格の周波数の一つであるＵＨＦ帯では約０．３ｍ以下、２．４ＧＨｚ帯では約０．１２ｍ以下となる。従って、リーダアンテナ１０２と管理対象物品配置領域１１０の間の間隔もこのオーダーとなり、狭くなる。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１を用いることで、管理対象物品１０５とＲＦタグ１０４或いはリーダアンテナ１０２との間隔を狭くすることにより、管理対象物品１０５と異なる物や人が入ったりすることを抑制でき、誤検知を抑制できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、円周率をπとした場合、第１の距離Ｌ１がＬ１≦λ／２πの関係を満たすことが望ましい。管理対象物品１０５がタグアンテナ１１２の周波数特性に影響を与える際、第１の距離Ｌ１がＬ１≦λ／２πの関係を満たすリアクティブ近傍界の範囲内に位置する場合には、Ｌ１＞λ／２πの放射近傍界の場合と比較してタグアンテナ１１２が形成する電磁界の強度は強くなる。さらにアンテナ近傍に留まる準静電磁界と誘導電磁界の寄与が相対的に大きくなり、放射電磁界の寄与は小さくなる。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２の結合が強くなる。その結果、管理対象物品１０５の有無によるタグアンテナ１１２の動作特性への影響が大きくなる。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、ＲＦタグ１０４からＲＦＩＤリーダ１０３へ送信される反射電磁界の変化も大きくなり、外乱やノイズに強い物品管理システムとなり、誤検知を抑制できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、見通し距離Ｌ２がＬ２≦λ／２πの関係を満たすことが望ましい。このように、見通し距離Ｌ２がＬ２≦λ／２πの関係を満たすことで、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、見通し距離Ｌ２がＬ２＞λ／２πの場合と比較してアンテナ近傍に留まる準静電磁界と誘導電磁界の寄与が相対的に大きくなり、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との結合が強くなる。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、ＲＦＩＤリーダ１０３とＲＦタグ１０４の間の交信も外乱やノイズを受けにくくなる。これにより、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、外乱やノイズを受けにくい物品管理システムを実現することができる。また、準静電磁界と誘導電磁界、放射電磁界の電磁界成分が十分な強度で混在し、かつベクトルの方向も時間的に様々に変化するため、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の相対的な向きの自由度を向上させることができる。

さらに実施の形態１にかかる物品管理システム１では、Ｌ２≦λ／２πの関係を満たすことにより、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間の見通し距離は、ＲＦＩＤ規格の周波数の一つであるＵＨＦ帯では約０．０５ｍ以下、２．４ＧＨｚ帯では約０．０２ｍ以下となる。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１によれば、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４の間に広い空間を必要としない物品管理システムが実現できる。例えば、商品棚にリーダアンテナ１０２、ＲＦタグ１０４及び管理する物品を納めることが可能となる。また、間隔が狭まることにより、さらに人やモノが間に入ったりすることを抑制でき、見通しを遮ることによる誤検知を抑制できる。

一方、通常、よく知られる、商品棚上の商品にＲＦタグを貼付して管理する場合には、ＲＦタグの貼付位置はタグを貼付する商品に応じて変化する。従って、上記のＬ２≦λ／２πの関係を満たすことは商品の種別を限定したり、ＲＦタグの貼付位置を限定することになり、好ましくない。そのため、ＲＦタグを管理対象物品に貼付して管理する場合には、少々距離が離れてもリーダアンテナとＲＦタグが交信できるように、遠方界まで交信できる放射電磁界を用いたアンテナを使用する必要がある。従って、基本的に放射を抑制して線路長手方向に電磁波を伝送することを目的とした開放形伝送線路の使用には適さず、通常用いられるような共振型アンテナや漏洩同軸ケーブルが使用される。しかしながら、このような高効率に放射電磁界を生じるリーダアンテナを使用すると、放射電磁界は距離に対して１／ｒでしか強度が減衰しないため、読取領域が広がってしまう。これにより、隣接する他の棚上の商品に貼付されているＲＦタグも読み取ってしまうなど、商品管理上の不具合を生じる。

しかし、実施の形態１にかかる物品管理システム１によれば、ＲＦタグ１０４は商品に貼付しないため、例えば商品棚底面にリーダアンテナ１０２を敷設し、その上に結合係数を調整して、ＲＦタグ１０４をＬ２≦λ／２πの関係を満たして配置し、さらにその上に管理対象の商品を配置することは容易である。従って、実施の形態１にかかる物品管理システム１では基本的に放射を抑制して線路長手方向に電磁波を伝送することを目的とした開放形伝送線路を使用できる。このように１／ｒでしか強度が減衰しない放射を抑制し、１／ｒ^３で減衰する準静電磁界や１／ｒ^２で減衰する誘導電磁界を主たる電磁界成分として用いるリーダアンテナ１０２を使用することにより、商品棚上の商品の有無を管理する場合に、一つのリーダアンテナ１０２でＲＦタグ１０４を読み商品管理を行う領域を限定することが容易になり、隣接する他の棚上のＲＦタグ１０４を読んでしまうと言った問題を生じにくい。なお、ここでは商品棚上の商品管理の例で説明したが、他の棚や床置きの物品を管理する場合であっても、同様に一つのリーダアンテナ１０２でＲＦタグ１０４を読む領域を限定し、物品管理する領域を限定することが容易であることは言うまでもない。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２がＬ２＞Ｌ１の関係を満たすことが望ましい。電磁界結合の強さはアンテナや共振器の構造、アンテナ間の媒質の特性によっても変化するが、距離にも大きく依存する。実施の形態１にかかる物品管理システム１によれば、Ｌ２＞Ｌ１とすることで、管理対象物品１０５を配置する管理対象物品配置領域１１０とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ２を、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ１よりも大きくすることができる。つまり、Ｌ２＞Ｌ１の関係を確保することで、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグアンテナ１１２の周波特性変化による反射波強度の変化が大きくなる。即ち、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、管理対象物品１０５の有無を確実に捉えることができるため、誤検知を抑制できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との結合係数ｋ１が１０^−５以上の値に設定されることが望ましい。現行のＵＨＦ帯ＲＦタグの動作限界を与える受電感度はほぼ−２０ｄＢｍである。一方、高出力版ＵＨＦF帯ＲＦＩＤリーダの出力は３０ｄＢｍである。従って、結合係数ｋ１が１０^−５以上の値であれば、ＵＨＦ帯ＲＦタグが動作する電力を給電できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の結合係数ｋ１が１０^−２以下の値に設定されることが望ましい。タグアンテナ１１２をダイポール共振器とみた場合、リーダアンテナ１０２（例えば、開放形伝送線路）とタグアンテナ１１２とが電磁界結合することは、開放形伝送線路と共振器が結合していると回路的に解釈できる。従って、結合係数が強すぎる場合、開放形伝送線路の動作に大きく影響を与え、その結果結合共振器系として他のＲＦタグ１０４の動作にも影響を与えることになる。開放形伝送線路に複数の共振器が並列に結合する状況は、帯域阻止フィルタの回路として考えられる。その場合、ＵＨＦ帯ＲＦタグのタグアンテナは常温で銅やアルミを用いると、無負荷Ｑ値が概ね１００以下であるため、比帯域を決める結合係数ｋ１が１０^−２以下の値であれば、ほとんど開放形伝送線路の動作に影響を与えなくなる。従って、結合係数ｋ１を１０^−２以下の値とすることにより、タグアンテナ１１２の結合が開放形伝送線路に影響を与えることを抑制でき、さらに開放形伝送線路に並列に結合するＲＦＩＤリーダ１０３の間の相互に与える影響も抑制できる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の結合係数ｋ１と、管理対象物品配置領域１１０に管理対象物品１０５がある場合における管理対象物品１０５とタグアンテナ１１２の結合係数ｋ２とが、ｋ１＜ｋ２の関係を満たすことが望ましい。本発明によれば、ｋ１＜ｋ２、即ち、管理対象物品配置領域１１０とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ２を、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ１よりも大きくすることにより、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグアンテナ１１２の周波特性変化による反射信号強度の変化が大きくなる。即ち、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、管理対象物品１０５の有無を確実に捉えることができるため、誤検知を抑制できる。

なお、上記実施の形態１では、リーダアンテナ１０２、ＲＦタグ１０４及び管理対象物品１０５の配置関係について具体的に説明したが、これら構成要素の相対位置や向きは図２に示した具体的な例に限定されるものでははい。

上記説明のように、実施の形態１にかかる物品管理システム１では、管理対象物品にＲＦタグを設けることなく、管理対象物品の有無を管理することができる。そして、上記説明した物品管理システム１を用いて、広い範囲に亘ってＲＦタグ１０４を敷設するためには、ＲＦタグ１０４を格子状に配置できる大きさのアンテナ基板を用いる。そして、このアンテナ基板に、誘電体層１０１、リーダアンテナ１０２ａ及びグランド導体１０２ｇを設ける。ここで、アンテナ基板は、例えば、プリント基板等を用いることができるが、このプリント基板の大きさには製造上の制限があるため、より広い範囲をセンサエリアとするために、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板を複数用いる。以下では、上記構成を有する実施の形態１にかかる物品管理システム１０について詳細に説明する。

まず、実施の形態１にかかる物品管理システム１０の概略図を図６に示す。図６に示すように、実施の形態１にかかる物品管理システム１０は、アンテナ基板１１、１２、導体シート１３、ＲＦＩＤリーダ１０３ａ、１０３ｂを有する。なお、図６では、ＲＦタグ１０４の番号を括弧内に示した。

実施の形態１では、アンテナ基板１１、１２は、それぞれ、製造可能な最大幅ＷＢの幅を有する。アンテナ基板１１、１２には、それぞれ、基板部材を誘電体層１０１とし、基板部材の表面側にリーダアンテナ１０２ａが形成され、基板部材の裏面にグランド導体１０２ｇが形成されるものである。また、１つのアンテナ基板には、複数のリーダアンテナ１０２ａが形成される。そして、リーダアンテナ１０２ａは、リーダアンテナ１０２ａ毎に分配器により分配された信号がそれぞれ与えられる。そして、リーダアンテナ１０２ａに沿ってＲＦタグ１０４が格子状に配置される。

実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板１１とアンテナ基板１２を並べて配置する。図６に示す例では、図面縦方向に２つのアンテナ基板１１が並べられる。

そして、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板毎に１つのＲＦＩＤリーダが接続される。より具体的には、アンテナ基板１１では、リーダアンテナ１０２ａの一端にはＲＦＩＤリーダ１０３ａから出力された信号が分配器１４ａを介して与えられ、リーダアンテナ１０２ａの他端には終端抵抗Ｒｔが接続される。また、アンテナ基板１２では、リーダアンテナ１０２ａの一端にはＲＦＩＤリーダ１０３ｂから出力された信号が分配器１４ｂを介して与えられ、リーダアンテナ１０２ａの他端には終端抵抗Ｒｔが接続される。

なお、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板毎にＲＦＩＤリーダ１０３を設けることで、タグ情報の読み出し速度を向上させることができる。ＲＦＩＤリーダの数と読み出し対象のＲＦタグ１０４の数との関係は、物品管理システム１０に要求される処理速度に応じて変更することができる。つまり、図６に示した物品管理システム１０においてアンテナ基板１１のリーダアンテナ１０２ａとアンテナ基板１２のリーダアンテナ１０２ａとを接続して、ＲＦＩＤリーダを１つにすることもできる。

ここで、リーダアンテナ１０２ａは、配線間隔が等間隔であり、かつ、間隔がＷｉとなるように配線される。また、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板１１においてアンテナ基板１２に最も近い側に配線されるリーダアンテナ１０２ａと、アンテナ基板１２においてアンテナ基板１１に最も近い側に配線されるリーダアンテナ１０２ａと、の間隔もＷｉに設定される。そして、リーダアンテナ１０２ａを図１に示すような設定で敷設した場合、アンテナ基板１１、１２の幅がＷＢで制限されているため、アンテナ基板１１とアンテナ基板１２との間に幅がＷｇａｐとなるグランド欠落部が生じる。

なお、リーダアンテナ１０２ａは、本実施例ではマイクロストリップライン構造を有する伝送線路を用いたが、コプレーナスロットライン等の他の伝送線路構造を用いてもよい。以下では、伝送線路の構造に関わらずリーダアンテナを構成する線路を伝送線路と称す。また、リーダアンテナもしくは他の伝送線路構造のいずれかをメアンダ状に配置したものを用いることもできる。この場合、分配器は必要ない。また、リーダアンテナ１０２ａを１つのアンテナ基板上に複数を設けた場合、分配器を当該アンテナ基板上に設けることもできる。また、リーダアンテナ１０２ａの配線間隔は、センシング対象に応じて設定すればよく、必ずしも等間隔に配線される必要はない。

実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、このグランド欠落部を含む領域であって、アンテナ基板１１及びアンテナ基板１２の下側に導体シート１３が敷設される。導体シート１３は、例えば、銅箔テープ等の導電性のシートである。また、実施の形態１では、導体シート１３には特に電圧は加えられていない。

ここで、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、アンテナ基板１１、１２とＲＦタグとにより１つのセンサシートを構成する。そこで、実施の形態１にかかる物品管理システム１０のセンサシートにおいてＲＦタグ１０４が敷設された部分の断面図を図７に示す。図７に示すように、アンテナ基板１１、１２は、それぞれ、誘電体層１０１となる基板部材の裏面にグランド導体１０２ｇが面状に形成される。そして、アンテナ基板１１、１２は、グランド導体１０２ｇが導体接続されていない。

また、誘電体層１０１の上層には、リーダアンテナ１０２ａとなる伝送線路が配線される。リーダアンテナ１０２ａは、間隔がＷｉとなるように配線されるが、配線の間は絶縁体で埋められているものとする。そして、リーダアンテナ１０２ａが形成される層の上層には、第１の絶縁部材１２１が積層される。この第１の絶縁部材１２１の厚みは、上記で説明した第２の距離Ｌ２により決定される。第１の絶縁部材１２１の上層にはＲＦタグ１０４が敷設される。このＲＦタグ１０４も、間隔をもって配置されるが、ＲＦタグ１０４の間の空間は絶縁体により埋められているものとする。ＲＦタグ１０４が敷設される層の上層には、第２の絶縁部材１２２が積層される。第２の絶縁部材１２２の厚みは、上記第１の距離Ｌ１により決定される。そして、アンテナ基板１１、１２との下層であって、アンテナ基板１１、１２の間のグランド欠落部を含む領域に導体シート１３が設けられる。

続いて、実施の形態１にかかる導体シート１３の効果について説明する。まず、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、図６に示すように、アンテナ基板１１の上層に配置されるＲＦタグ１０４のうち最もアンテナ基板１２に近い列に配置されるＲＦタグ１０４がアンテナ基板１１からアンテナ基板１２側に突出するような配置となる。このようにＲＦタグ１０４がアンテナ基板１１から突出すると、この突出部分において漏洩電界が発生する。このような場合、導体シート１３を設けることで、ＲＦタグ１０４の突出部から発生する漏洩電界を鏡像の原理により抑制することができる。そこで、鏡像の原理を説明する図を図８に示す。

図８に示すように、ＲＦタグ１０４の突出部では、当該突出部に位置するタグアンテナに電流Ｉ１が生じる。そこで、導体シート１３を設けることで、導体シート１３に仮想的な電流Ｉ２が発生する。鏡像の原理では、この電流Ｉ２は電流Ｉ１と逆方向に流れるため、導体シート１３を設けることで仮想的に電流Ｉ１を打ち消すことができる。これにより、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、ＲＦタグ１０４の突出部から発生する漏洩電界を抑制することができる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１０のように、電気的に絶縁されたグランド導体１０２ｇを有する場合、隣り合うグランド導体１０２ｇの間にスロットモードが発生しうる。このスロットモードでは、一方のグランド導体１０２ｇから他方のグランド導体１０２ｇに向かう電気力線が発生し、この電気力線がノイズとなる。そこで、このスロットモードを説明する図を図９に示す。

図９に示すように、導体シート１３がない場合、一方のグランド導体１０２ｇから他方のグランド導体１０２ｇに向かう電気力線が発生する。このスロットモードは、スロットモードが発生する場所の直下に付加導体があると消滅する。ここで、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、導体シート１３を２つのグランド導体１０２ｇの間に設ける。これにより、実施の形態１にかかる物品管理システム１０は、スロットモードは消滅させることで、ＲＦタグ１０４とリーダアンテナ１０２との間の無線信号のノイズを低減することができる。

続いて、導体シート１３の有無による実施の形態１にかかる物品管理システム１０の無線信号の信号強度の違いについて説明する。そこで、図１０に導体シート１３がない場合の無線信号の信号強度のグラフを示し、図１１に導体シート１３がある場合の無線信号の信号強度のグラフを示す。図１０及び図１１は、横軸にＲＦタグ１０４の番号を示し、ＲＦタグ１０４毎の無線信号の信号強度を繋げたグラフである。

図１０に示すように、導体シート１３がない場合、アンテナ基板１１の最もアンテナ基板１２に近い位置に配置され、アンテナ基板１１から突出する突出部を有する４９番目から６４番目のＲＦタグ１０４において他のＲＦタグ１０４よりも信号強度が低下する。

一方、図１１に示すように、導体シート１３がある場合は、信号強度が低下していた４９番目から６４番目のＲＦタグ１０４においても、信号強度は他のＲＦタグ１０４と同等の値となる。

上記説明より、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、複数のアンテナ基板を用い、当該アンテナ基板間にグランド導体１０２ｇが欠落するグランド欠落部に導体シート１３を設ける。これにより、物品管理システム１０では、ＲＦタグの配置に関わらず、全てのＲＦタグに対する無線信号の信号強度を揃え、タグ情報の誤検出を低減することができる。

また、実施の形態１にかかる物品管理システム１０では、リーダアンテナ１０２の配線間隔としてＷｉを確保しながら、アンテナ基板１１、１２を配置した場合にグランド欠落部が生じた場合であっても、全てのＲＦタグに対する無線信号の信号強度を揃え、タグ情報の誤検出を低減することができる。検出対象の範囲に一定の大きさのアンテナ基板を並べることで埋めきれず、アンテナ基板間にグランド欠落部が生じる場合であっても、導体シート１３を用いることで、要求される範囲の全体に隙間無くアンテナシートを形成することができる。つまり、実施の形態１にかかる物品管理システム１０を用いることで、新たな大きさのアンテナ基板を準備することなく、アンテナシートの敷設面積を柔軟に設定することができる。

なお、導体シート１３は、グランド欠落部の全部を含む範囲に敷設する必要はなく、グランド欠落部の一部を含んでいればよい。例えば、導体シート１３を間欠的に配置する等の変形例が考えられる。この場合、導体シート１３の敷設間隔は無線信号の波長λの４分の１以下の間隔であることが好ましい。また、導体シート１３は、複数のアンテナ基板の全体を含む範囲に敷いても良い。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる物品管理システム１０の別の形態について説明する。そこで、実施の形態２にかかる物品管理システムのＲＦタグ配置部分の断面図を図１２に示す。図１２に示すように、実施の形態２にかかる物品管理システムでは、導体シート１３の上部であって、グランド欠落部を埋める領域にスペーサー１５が設けられる。このスペーサー１５は、絶縁体で構成される。

このように、グランド欠落部の空き領域をスペーサー１５で埋めることで、アンテナシートのグランド欠落部の強度を高めることができる。

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかる物品管理システム１０の別の形態について説明する。そこで、実施の形態３にかかる物品管理システム２０の概略図を図１３に示す。図１３に示すように、実施の形態３にかかる物品管理システム２０は、グランド接続部２１を有する。

図１３では、グランド接続部２１を見える形で示したが、このグランド接続部２１は、アンテナ基板１１、１２と導体シート１３とを導体接続するものであり、ＲＦタグ１０４が配置される面からは目視できなくても良い。

また、グランド接続部２１は、無線信号の波長λの４分の１以下の間隔で配置される。このように、グランド接続部２１の間隔をλ／４以下とすることで、無線信号の共振を抑制することができる。

実施の形態３にかかる物品管理システム２０では、グランド接続部２１を設けることで、導体シート１３にグランド導体１０２ｇとの間に生じる不要な電界を抑えることが可能となる。これにより、実施の形態３にかかる物品管理システム２０では、実施の形態１にかかる物品管理システム１０よりも無線信号の信号強度を安定させることができる。

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。

１、１０、２０ 物品管理システム
１１ アンテナ基板
１２ アンテナ基板
１３ 導体シート
１４ａ、１４ｂ 分配器
１５ スペーサー
１０１ 誘電体層
１０２ リーダアンテナ
１０２ａ リーダアンテナ
１０２ｇ グランド導体
１０３ ＲＦＩＤリーダ
１０４ ＲＦタグ
１０５ 管理対象物品
１１０ 管理対象物品配置領域
１１１ ＲＦＩＤチップ
１１２ タグアンテナ
１２１ 第１の絶縁部材
１２２ 第２の絶縁部材
Ｒｔ 整合終端抵抗

Claims (15)

1. 第１の面にリーダアンテナが形成され、前記第１の面と対向する第２の面にグランド導体が形成される複数のアンテナ基板と、
   前記複数のアンテナ基板の間のグランド欠落部の少なくとも一部を含む領域に敷設される導体シートと、
   前記リーダアンテナを介して前記リーダアンテナの近傍に配置されるＲＦタグから前記ＲＦタグのタグ情報を読み出すＲＦＩＤリーダと、
   を有する物品管理システム。
2. 前記ＲＦＩＤリーダは、前記アンテナ基板毎に１つ設けられる請求項１に記載の物品管理システム。
3. 前記リーダアンテナが形成される層に積層される第１の絶縁部材を有し、
   前記ＲＦタグは、前記第１の絶縁部材を介して前記リーダアンテナに近接するように配置される請求項１又は２に記載の物品管理システム。
4. 複数の前記ＲＦタグの一部は、前記リーダアンテナの上部を含む領域に配置され、かつ、前記ＲＦタグの一部が前記グランド欠落部に突出するように配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物品管理システム。
5. 前記リーダアンテナは、前記複数のアンテナ基板が並べられる方向の一断面において、複数の配線が並ぶように形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の物品管理システム。
6. 前記リーダアンテナは、前記複数のアンテナ基板が並べられる方向の一断面において、等間隔に並べられる請求項５に記載の物品管理システム。
7. 前記導体シートの上部に位置する前記グランド欠落部には、絶縁体で形成されたスペーサーが設けられる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の物品管理システム。
8. 前記導体シートは、前記リーダアンテナと前記ＲＦタグとの間で送受信される無線信号の波長の４分の１以下の間隔で前記グランド導体と導体接続される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物品管理システム。
9. 複数のＲＦタグと、
   第１の面に前記ＲＦタグの下部に配線されるリーダアンテナが形成され、前記第１の面と対向する第２の面にグランド導体が形成される複数のアンテナ基板と、
   前記複数のアンテナ基板の間のグランド欠落部の少なくとも一部を含む領域に敷設される導体シートと、
   を有するセンサシート。
10. 前記複数のＲＦタグと前記アンテナ基板との間に設けられる第１の絶縁部材と、
    前記複数のＲＦタグを覆う領域に設けられる第２の絶縁部材と、を有する請求項９に記載のセンサシート。
11. 前記複数のＲＦタグの一部は、前記リーダアンテナの上部を含む領域に配置され、かつ、ＲＦタグの一部が前記グランド欠落部に突出するように配置される請求項９又は１０に記載のセンサシート。
12. 前記リーダアンテナは、前記複数のアンテナ基板が並べられる方向の一断面において、複数の配線が並ぶように形成される請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のセンサシート。
13. 前記リーダアンテナは、前記複数のアンテナ基板が並べられる方向の一断面において、等間隔に並べられる請求項１２に記載のセンサシート。
14. 前記導体シートの上部に位置する前記グランド欠落部には、絶縁体で形成されたスペーサーが設けられる請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のセンサシート。
15. 前記導体シートは、前記リーダアンテナと前記ＲＦタグとの間で送受信される無線信号の波長の４分の１以下の間隔で前記グランド導体と導体接続される請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のセンサシート。

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