JP6231734B2 - 無線タグ用補助部材並びに無線タグ読取り装置及び方法 - Google Patents

Description

本開示技術は、シートが重ねられた状態で各シートに取り付けられた無線タグの情報を読取るのに好適な無線タグ用補助部材、並びにそれを利用した無線タグ読取り装置及び方法に関する。

近年、在庫管理、物流管理等を行うために、無線自動識別（以下、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）という。）技術を利用したシステムが広く用いられている。ＲＦＩＤ技術を利用したシステムは、管理対象となる物品等に取り付けられた無線タグとリーダライタとを有し、無線タグとリーダライタとの間で無線通信を行う。そしてリーダライタは、無線タグに記憶された識別情報等を読取ることにより、個々の無線タグを識別する。そのため、かかるシステムは、無線タグが取り付けられた物品を個別に管理することができる。

しかし、郵便物等の物品に無線タグを取り付けて管理する場合、そのような物品が収納容器内に複数収納されることがある。このような場合、複数の無線タグが互いに近接して配置される。そのため、互いにリーダライタとの通信が阻害され、リーダライタと無線タグとの間の通信可能距離が短くなり、無線タグの読取りが困難になるおそれがある。

この問題を解決するために、無線タグを取り付けた物品を複数重ねて収納する収納ケースとリーダアンテナとの間に、導体からなる無給電素子を複数配置して、各無線タグの読取りを可能とした無線タグ読取り装置が知られている。

そのような従来技術に係る無線タグ読取り装置では、リーダアンテナと収納ケースとの間に複数の無給電素子を配置しなければならないため、装置全体のサイズが大きくなってしまうという問題がある。

特開２００５−３２７０９９号公報

１つの側面では、本開示技術は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を大型化することなく、無線タグを取り付けられたシート状物品が複数重ねられた状態にあっても、各無線タグを読取ることを可能とする無線タグ用補助部材並びにそれを利用した無線タグ読取り装置及び方法を提供することを目的とする。

１つの態様によれば、少なくとも、第一の無線タグを有する第一のシートと第二の無線タグを有する第二のシートとを挟み込む状態で配置される一対の無線タグ用補助部材が提供される。そして、その補助部材は、導体を有し、その導体が当該第一及び／又は第二の無線タグのアンテナの形成位置に対応して配置されることを特徴とする。

他の態様では、各無線タグは、該アンテナと、集積回路素子と、該集積回路素子と接続されるインダクタと、を有しており、その導体は、該集積回路素子と該インダクタとを避けて配置される。

さらに、他の態様では、上述の無線タグ用補助部材を利用した無線タグ読取り装置及び方法が提供される。

本開示技術による無線タグ読取りシステムの一実施形態を示す概略構成図である。 シート上の無線タグと無線タグ用補助部材上の導体との位置関係を示す図である。 電磁界シミュレーションの対象とされた、シート群及び無線タグ用補助部材を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、無線タグ用補助部材を配置しない場合と配置した場合とにおける電磁界シミュレーションの結果を示す特性図である。

以下、添付図面を参照して本開示技術の実施形態について説明する。図１は、本開示技術による無線タグ読取りシステムの一実施形態を示す概略構成図である。図１に示されるように、Ｎ枚（好ましくは、１０〜２０枚）のシート１０２−１〜１０２−Ｎ（任意のシートを符号１０２で表す。）が、密着して重ねられた状態に配置されている。それらのシートには、各々に対応して無線タグ１０４−１〜１０４−Ｎ（任意の無線タグを符号１０４で表す。）が取り付けられている。シート１０２は、例えば、契約書、証書等の、幅及び高さに対して厚さが薄いシート状物品であればどのような物品でもよい。

図１に示される無線タグ読取りシステム１００は、無線タグ１０４と通信して、無線タグ１０４が持つ情報を読取る装置である。無線タグ読取りシステム１００は、一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２（任意の一方を符号１１０で表す。）、物品支持装置１２０、リーダライタアンテナ１３０、リーダライタ本体１４０、並びに管理装置１５０を備える。

一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２は、Ｎ枚のシート１０２を挟み込む状態で配置される。各無線タグ用補助部材１１０は、シート１０２と同様の形状、厚さ、及び材質を有し、更に、二つの導体１１２−１及び１１２−２（任意の一方を符号１１２で表す。）を有する。各導体１１２は、後述するように、無線タグ１０４のアンテナの形成位置に対応する部材内位置に配置されている。

物品支持装置１２０は、Ｎ枚のシート１０２−１〜１０２−Ｎと一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２とが、密着して束ねられた状態で、かつ、リーダライタアンテナ１３０に対して立った状態を維持するように支持する装置である。図１に示される物品支持装置１２０は、支持台と破線で示される収納ケースとを含む装置であるが、かかる状態を維持することができるものであれば使用可能である。例えば、物品支持装置１２０は、支持台とブックエンド状の一対の部材とからなる装置でもよい。

リーダライタアンテナ１３０は、シート１０２と補助部材１１０との束の下方に設置される。そしてリーダライタアンテナ１３０は、リーダライタ本体１４０で生成された質問信号を無線タグ１０４に向けて発信し、また無線タグ１０４から発信される応答信号を受信する。リーダライタアンテナ１３０は、ＲＦＩＤシステムにおいて利用される様々なアンテナの何れかとすることができる。例えば、リーダライタアンテナ１３０は、パッチアンテナとすることができる。

リーダライタ本体１４０は、マイクロプロセッサとメモリとその周辺回路とを備え、メモリに格納されたプログラムに従ってマイクロプロセッサが動作することでその機能を実現する。リーダライタ本体１４０は、無線タグ１０４に向けて発信する質問信号を生成する。質問信号は、例えば、その質問信号を無線タグ１０４において同期させるためのプリアンブル部と、無線タグ１０４を制御するためのコマンドデータを含む変調部と、無線タグ１０４が識別情報等を用いて変調するための無変調部とを有する。リーダライタ本体１４０は、その質問信号を、リーダライタアンテナ１３０を介し無線タグ１０４に向けて発信する。

リーダライタ本体１４０は、リーダライタアンテナ１３０を介して無線タグ１０４から応答信号を受信すると、その応答信号を解析して、応答信号に含まれる無線タグ１０４の識別情報を抽出する。そして、リーダライタ本体１４０は、抽出した無線タグ１０４の識別情報を、通信回線を通じて接続される管理装置１５０へ送信する。

管理装置１５０は、いわゆるコンピュータであり、リーダライタ本体１４０から受信した無線タグ１０４の識別情報を記憶することにより、シート１０２を管理する。なお、リーダライタ本体１４０と管理装置１５０とは、一体となっていてもよい。

図２は、シート１０２上の無線タグ１０４と無線タグ用補助部材１１０上の導体１１２との位置関係を示す図である。シート１０２と無線タグ用補助部材１１０とは、前述のように、略同様の形状、厚さ、及び材質を有している。図２に示されるように、無線タグ１０４は、シート１０２に取り付けられている。

無線タグ１０４は、無線タグとしての機能を提供するために、アンテナ２００と集積回路素子２１０とインダクタ２２０とを備える。アンテナ２００は、第一と第二のアンテナ部分２００−１と２００−２とを含む。集積回路素子２１０つまりＩＣ（Integrated Circuit）チップは、整流回路、メモリ、マイクロプロセッサ等の回路を組み込んだ素子である。インダクタ２２０は、ループ状に形成され、集積回路素子２１０と接続され、整合（マッチング）回路として機能する。

本実施形態における無線タグ１０４は、いわゆるパッシブ方式を採用している。さらに無線タグ１０４は、リーダライタとの通信に、ＵＨＦ帯の周波数（例えば、９５３ＭＨｚ）を持つ電波を使用する。そのため、無線タグ１０４は、アンテナを介して受信した質問信号から整流回路により直流電力を生成して、その直流電力をマイクロプロセッサ等へ駆動電力として供給する。そしてマイクロプロセッサは、リーダライタから質問信号を受信すると、無線タグ１０４を他の無線タグと識別するための識別コードをメモリから読み取って、その識別コードで質問信号を変調して応答信号を生成する。

なお、無線タグ１０４は、内蔵バッテリからの給電を利用して応答信号を生成するアクティブ方式又はセミアクティブ方式を採用するものであってもよい。また、無線タグとリーダライタとの間の通信に使用される通信電波の周波数（以下、通信周波数という。）は、ＲＦＩＤシステムにおいて利用される周波数のうち、電波の送受信にアンテナが使用されるもの、例えばマイクロ波帯の２．４５ＧＨｚとしてもよい。

図２において破線で示されるように、無線タグ用補助部材１１０上の二つの導体１１２−１及び１１２−２は、無線タグ用補助部材１１０上において、無線タグ１０４の第一と第二のアンテナ部分２００−１及び２００−２の形成位置に対応して、アンテナ両端と重なるように配置されている。また、それらの導体１１２は、集積回路素子２１０とインダクタ２２０とを避けて配置されることが好ましい。

導体１１２は、導電性を有する材料、例えば、アルミニウム、銅、鉄などの金属で形成される。そして、導体１１２は、様々な方法で無線タグ用補助部材１１０上に形成されてよく、例えば、接着剤または両面テープを用いて貼り付けられる。

図２に示されるような構成により、アンテナ２００と導体１１２とが容量結合（電磁結合）し、等価的にアンテナ面積が増え、利得が増大し、読取り性能が向上する。そのため、無線タグ用補助部材１１０が存在しない場合に積層状態に起因して読取ることができなかった無線タグについても、読取ることが可能となる。すなわち、重ねて読取ることができる枚数が大幅に増大する。

次に、上述の効果を示すシミュレーションの結果について説明する。図３は、電磁界シミュレーションの対象とされた、シート群及び無線タグ用補助部材を示す図である。このシミュレーションでは、５枚のシート１０２−１〜１０２−５を一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２で挟み込んだ束に対し、有限要素法を用いた電磁界シミュレーションが実施された。

シート１０２及び無線タグ用補助部材１１０の各々は、幅１０ｃｍ、高さ８ｃｍ、厚さ０．１ｍｍを有する。無線タグ用補助部材１１０の下方両端には、シート１０２の無線タグのアンテナ形成位置に対応する導体１１２−１及び１１２−２として、それぞれ、幅２ｃｍ、高さ２ｃｍの二枚の銅箔が貼付されている。リーダライタアンテナ１３０の表面から無線タグ１０４の下端までの距離は、１０ｃｍである。

図４（ａ）は、図３の状態において一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２を仮に配置しないとした場合における電磁界シミュレーションの結果を示す特性図であり、図４（ｂ）は、図３の状態どおりに一対の無線タグ用補助部材１１０−１及び１１０−２を配置した場合における電磁界シミュレーションの結果を示す特性図である。これらの特性図において、横軸は通信周波数を示し、縦軸は無線タグの集積回路素子の両端に発生する電圧を示す。

また、これらの特性図において、３本の曲線４０２、４０４、及び４０６は、それぞれ、シート１０２−１、１０２−２、及び１０２−３に係る特性を示している。なお、シート１０２−４に係る特性はシート１０２−２に係る特性４０４と一致し、シート１０２−５に係る特性はシート１０２−１に係る特性４０２と一致するため、それらのシートに係る特性は省略されている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、無線タグ用補助部材１１０を使用する場合にも使用しない場合にも、重ねた束の端にあるシートの方が、中央にあるシートよりも、発生電圧が低下する。

そして、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＵＨＦ帯の周波数（例えば、９５３ＭＨｚ）を通信周波数として使用する場合、束のどの位置にあるシートにおいても、無線タグ用補助部材１１０を使用するときには使用しないときに比較して、約３倍の発生電圧を得ることができる。

かくして、無線タグ用補助部材を使用しない場合には、せいぜい数枚程度の重ね読みしかできなかったシート群について、無線タグ用補助部材を使用する場合には、２０枚程度の重ね読みが可能となる。

従来、磁界結合方式（１３．５６ＭＨｚ）の無線タグが市販されている。しかし、この無線タグの場合、重ね読みには有効である一方、単体での読取り距離は小さいという問題を有する。また、電波方式（ＵＨＦ帯）の無線タグでは、衣類用に５０ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさで重ね読み可能な無線タグが実用化されているが、書類に貼付するには幅が広いという問題を有する。開示の無線タグ用補助部材を使用することにより、これらの問題が克服される。

開示の無線タグ用補助部材並びに無線タグ読取り装置及び方法によれば、装置を大型化することなく、無線タグを取り付けられたシート状物品が複数重ねられた状態で各無線タグを読取ることが可能となる。

１００ 無線タグ読取りシステム
１０２ シート
１０４ 無線タグ
１１０ 無線タグ用補助部材
１１２ 導体
１２０ 物品支持装置
１３０ リーダライタアンテナ
１４０ リーダライタ本体
１５０ 管理装置
２００ アンテナ
２１０ 集積回路素子
２２０ インダクタ

Claims (3)

1. 集積回路素子に対してループ状に接続されたインダクタと、前記集積回路及び前記インダクタの両側にそれぞれ配された第１のアンテナと第２のアンテナと、を備える無線タグを有し、紙のように幅及び高さに対して厚さが薄いシートを、Ｎ枚（Ｎは自然数）束ねた状態で両側から挟み込む、一対の無線タグ用補助部材であって、
   前記シートと同様の形状、厚さ及び材質を有し、
   前記無線タグに配された前記第１と第２のアンテナの形成位置に対応して、前記第１と第２のアンテナの両端に重なるように配置されると共に、前記集積回路及び前記インダクタを避けて配置された独立した２つの導体を備えることを特徴とする無線タグ用補助部材。
2. 集積回路素子に対してループ状に接続されたインダクタと、前記集積回路及び前記インダクタの両側にそれぞれ配された第１のアンテナと第２のアンテナと、を備える無線タグを有し、紙のように幅及び高さに対して厚さが薄いシートを、Ｎ枚（Ｎは自然数）束ねた状態で、前記無線タグの情報を読み取る無線タグ読取り装置であって、
   前記シートと同様の形状、厚さ及び材質を有し、前記Ｎ枚のシートを両側から挟み込むことが可能である一対の無線タグ用補助部材と、
   前記Ｎ枚のシートの無線タグに対して質問信号を送信し、かつ、前記Ｎ枚のシートの無線タグから応答信号を受信するリーダライタアンテナと、
   前記Ｎ枚のシートの無線タグから前記リーダライタアンテナを介して受信される応答信号により、前記Ｎ枚のシートの無線タグの情報を取得するリーダライタ本体とを具備し、前記無線タグ用補助部材の各個が、
   前記無線タグに配された前記第１と第２のアンテナの形成位置に対応して、前記第１と第２のアンテナの両端に重なるように配置されると共に、前記集積回路及び前記インダクタを避けて配置された独立した２つの導体を備えることを特徴とする無線タグ読取り装置。
3. 集積回路素子に対してループ状に接続されたインダクタと、前記集積回路及び前記インダクタの両側にそれぞれ配された第１のアンテナと第２のアンテナと、を備える無線タグを有し、紙のように幅及び高さに対して厚さが薄いシートを、Ｎ枚（Ｎは自然数）束ねた状態で、前記無線タグの情報を読み取る無線タグ読取り方法であって、
   前記シートと同様の形状、厚さ及び材質を有し、前記無線タグに配された前記第１と第２のアンテナの形成位置に対応して、前記第１と第２のアンテナの両端に重なるように配置されると共に、前記集積回路及び前記インダクタを避けて配置された独立した２つの導体を備え、前記Ｎ枚のシートを両側から挟み込むことが可能である一対の無線タグ用補助部材を配置し、
   リーダライタアンテナが、前記Ｎ枚のシートの無線タグに対して質問信号を送信し、かつ、前記Ｎ枚のシートの無線タグから応答信号を受信し、
   リーダライタ本体が、前記Ｎ枚のシートの無線タグから前記リーダライタアンテナを介して受信される応答信号により、前記Ｎ枚のシートの無線タグの情報を取得する、
   無線タグ読取り方法。

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