JP6361663B2 - 物品管理システム - Google Patents

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Description

本発明は物品管理システムに関する。
近年普及が進みつつあるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムにおいては、管理対象物品にＲＦタグを貼り付けて在庫管理などの物品管理に用いられている。
このようなＲＦＩＤシステムの例が特許文献１〜４に開示されている。特許文献１〜３に記載の技術では、管理対象物品にＲＦタグを貼り付け、ＲＦタグのタグ情報が読み出せた場合には管理対象物品があると判断し、タグ情報が読み出せなかった場合には管理対象物品がないと判断することで管理対象物品を管理する。しかしながら、このようなＲＦＩＤシステムの使用用途においては、下記の問題があった。
第一に、ＲＦタグのタグ情報の不正読み取りの問題があった。例えば、小売店舗で商品陳列棚上の商品管理に使用される場合、当該商品を購入しようとしている消費者や商品管理に携わる店員とは異なる第三者が、商品に貼り付けたＲＦタグのタグ情報を読み取ることも可能である。このような場合、例えば、消費者が購入しようとしている、あるいは購入した商品の情報と消費者を結び付けることができ、プライバシーの侵害につながるといった問題があった。また、倉庫に保管している原材料や出荷する製品を同様にＲＦＩＤシステムで管理する場合、やはり、第三者がＲＦタグのタグ情報を読み取ることでＲＦタグ付き原材料や製品の入庫／出庫状況を知り得るという、情報セキュリティ上の問題があった。
第二に、ＲＦタグのコストが高いという問題があった。現在、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯のタグは一枚当たり１０円を切る程度まで低コスト化されているが、例えば同様に物品管理、特に商品管理に用いられているバーコードに対して二桁程度、コストが高い状況にある。その結果、概ね１０００円以下の物品にＲＦタグを付けることは、コスト面から難しかった。
このような問題に対処するための技術が、特許文献５に開示されている。特許文献５では、上記のＲＦＩＤシステムの利用方法と同じく物品の管理を行う技術である。さらに詳しくは、特許文献５はＲＦＩＤシステムを用いたスマートシェルフに関し、棚上の物品の有無をモニタする技術に関するものである。
特許文献５では、棚にＲＦタグが配置される。そして、棚に配置された複数のＲＦタグに対するＲＦＩＤリーダの読み取り動作を管理対象とする物品（以下、管理対象物品と称す）が妨げるように物品を配置する。つまり、特許文献５では、管理対象物品は、ＲＦタグとＲＦＩＤリーダに付随するアンテナとの間に配置される。そして、特許文献５では、以下の手順で物品の数量をモニタする。
（ａ）ＲＦＩＤリーダが、棚に電磁波を照射する。
（ｂ）物品があることにより、ＲＦＩＤリーダがタグ情報を読み出せないＲＦタグの個数を計測する。
（ｃ）（ｂ）の情報を元に物品の数量を計測する。
なお、物品がリーダとタグの間に配置された時、リーダがタグを読むのを物品が妨げるようにＲＦタグを調整する。
上記特許文献５に記載の技術によれば、管理対象物品がＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に配置された場合、即ち棚に管理対象物品がある場合には、ＲＦタグとＲＦＩＤリーダの見通しを物品がさえぎることにより、ＲＦＩＤリーダでＲＦタグのタグ情報が読み出せなくなる。即ち、管理対象物品がある場合、その物品に対応するＲＦタグのタグ情報が読み出せないため、管理対象物品があることを検出できる。一方、棚に管理対象物品がない場合、即ち、管理対象物品がＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間にない場合には、ＲＦタグとＲＦＩＤリーダの見通しを遮る管理対象物品がないため、ＲＦＩＤリーダは、ＲＦタグのタグ情報を読み出すことができる。従って、管理対象物品が無い場合、その物品に対応するタグ情報が読み出せるため、物品が無いことを検出できる。以上の結果、特許文献５では、物品の有無を検出でき、棚上の物品管理を行うことができる。なお、管理できる物品は、無線周波数のエネルギーの伝達を妨げる、金属や水などを含むものが前提となる。
上記特許文献５の技術によれば、ＲＦタグは管理対象物品に貼付されず、棚上に残るため、管理対象物品に貼付されたＲＦタグのタグ情報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。従って、特許文献５の技術によれば、第一の問題である第三者によるＲＦタグのタグ情報の不正読み取りの問題を生じない。また、特許文献５の技術によれば、ＲＦタグは物品に貼付されず、棚上に残るため、ＲＦタグを繰り返し使用することができ、一物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、特許文献５の技術によれば、第二の問題である、ＲＦタグ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される。
また、特許文献６〜９には、電磁界結合により、非接触で信号伝達を行う技術が開示されている。これらによれば、結合器の一端が他端と容量的又は誘導的に電磁界結合することで、結合器の両端が物理的に離隔していても、信号の伝達を行うことが可能である。
特開２０１１−１１４６３３号公報 特開２０１２−１１７９０５号公報 特開２００６−１９７２０２号公報 特開２０１２−２１３２１６号公報 米国特許第７，２７１，７２４号明細書 特表２０１０−５４１３８８号公報 特開２０１０−２２５１２７号公報 特開２００９−２３９４０４号公報 特開平０９−２０５３０６号公報
上記特許文献５に記載の技術においては、ＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に管理対象物品が配置される。即ち、特許文献５に記載の技術では、管理対象物品の配置がＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に限定されるという物品配置上の制限があった。また、特許文献５に記載の技術では、ＲＦＩＤリーダによるカバーエリアを広く取り、複数の物品を管理するため、ＲＦタグを配置した棚とＲＦＩＤリーダを離して配置しなければならない。つまり、ＲＦＩＤリーダの一部として設けられるリーダアンテナも棚から離れている。これは通常用いられるＲＦＩＤリーダに付随するリーダアンテナは、遠方界で均一な電波の波源として動作するように設計されているためである。従って、特許文献５に記載の技術を用いたシステム導入には、ＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間の通信に伴う電波伝搬のための広い空間を必要とすることを前提とするものである。
つまり、特許文献５に記載の技術では、棚や管理対象物品及びＲＦタグと、ＲＦＩＤリーダに付随するリーダアンテナと、の距離が十分離れており、棚より十分小さいリーダアンテナから電波が照射される。
このような場合、棚の材質、特に金属材質の棚の場合、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ったり、ＲＦタグのタグ情報が読み出せない問題が生じる。また、リーダアンテナと管理対象物品を配置する場所の間に人やモノが入った場合、管理対象物品があるのと同様にＲＦタグのタグ情報が読み出せず、管理対象物品が無い状態であっても、管理対象物品があると誤検知してしまうという問題がある。
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を提供することを目的とする。
本発明の一態様である物品管理システムは、整合終端された開放形伝送線路で構成され、無線信号の送受信を行う線路と、管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域と、前記管理対象物品配置領域の前記線路と電磁界結合するタグ送信部が設けられたＲＦタグと、前記線路の一端に設けられた信号伝達手段と、前記信号伝達手段との間で非接触の信号伝達が可能に構成されたアンテナと、前記アンテナに送信信号を送出すると共に前記アンテナを介して前記タグ送信部が出力する応答信号を受信するＲＦＩＤリーダと、を有し、前記ＲＦＩＤリーダが、前記管理対象物品による前記タグ送信部の動作特性の変化を前記ＲＦタグからの反射信号の強度或いは位相変化によって検出することで前記管理対象物品の有無を検出するものである。
本発明によれば、管理対象物品に関するセキュリティを向上させながら、管理対象物品の有無に関する誤検出を防止可能な物品管理システムを提供することができる。
実施の形態１にかかる物品管理システムの概略図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の上面図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の正面図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の側面図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の構造及び配置を示した斜視図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の上面図である。 固定板を設ける場合の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の斜視図である。 実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の他の配置例を示す斜視図である。 信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の上方にシールド板１０６を設けた構造を示す斜視図である。 オープンリング結合器を構成する信号伝達部２１３及びアンテナ２１４の上面図である。 スパイラルコイル結合器を構成する信号伝達部２１５及びアンテナ２１６の上面図である。 電界Ｅθ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γに関する依存性を示す表である。 物品管理システム１において、リーダ部２０２が複数のシート部に対応できることを示す図である。 実施の形態２にかかる物品管理システム２の上面図である。 実施の形態２にかかる物品管理システム２の正面図である。 実施の形態２にかかる物品管理システム２の側面図である。 実施の形態３にかかる物品管理システム３の上面図である。 実施の形態３にかかる物品管理システム３の正面図である。 実施の形態３にかかる物品管理システム３の側面図である。 実施の形態４にかかる物品管理システム４の上面図である。 実施の形態４にかかる物品管理システム４の正面図である。 実施の形態４にかかる物品管理システム４の側面図である。 コプレーナスロットライン１４２をメアンダ状に配置した物品管理プレート１０１の概略図である。 実施の形態６にかかる物品管理システム５を模式的に示す図面である。
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。
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、図１に実施の形態１にかかる物品管理システムの概略図を示す。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、シート部２０１及びリーダ部２０２を有する。シート部２０１は、物品管理プレート１０１、線路１０２ａ、ＲＦタグ１０４、信号伝達部２１１及び整合終端抵抗Ｒｔを有する。リーダ部２０２は、ＲＦＩＤリーダ１０３及びアンテナ２１２を有する。
物品管理プレート１０１は、例えば、誘電体により形成される板である。そして、物品管理プレート１０１の管理対象物品が置かれる面（以下、この面を表面と称す）に線路１０２ａが形成される。線路１０２ａ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。線路１０２ａは、開放形伝送線路であるマイクロストリップラインであり、リーダ用の進行波型近傍界の電磁波を捉えることができる。この線路１０２ａは、ストリップ導体により形成される。線路１０２ａの一端には信号伝達部２１１が接続され、他端には整合終端抵抗Ｒｔが接続される。また、この線路１０２ａは、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、線路１０２ａとしては使用できない。
ＲＦＩＤリーダ１０３は、ＲＦタグ１０４へ送信信号を送出する。具体的には、ＲＦＩＤリーダ１０３は、アンテナ２１２と接続され、アンテナ２１２に送信信号を送出する。
アンテナ２１２は、線路１０２ａの一端に設けられた信号伝達部２１１に対して非接触かつ近接して配置され、信号伝達部２１１と誘導的又は容量的に電磁界結合することができる。これにより、アンテナ２１２から送出された送信信号は、信号伝達部２１１を経て、線路１０２ａに伝達される。その後、送信信号は、線路１０２ａと電磁界結合されたＲＦタグ１０４に伝達される。
また、ＲＦＩＤリーダ１０３は、ＲＦタグ１０４から応答信号を受信する。線路１０２ａと電磁界結合されたＲＦタグ１０４で生成した応答信号は、線路１０２ａに伝達される。その後、応答信号は、信号伝達部２１１とアンテナ２１２との間の誘導的又は容量的な電磁界結合により、アンテナ２１２に伝達され、ＲＦＩＤリーダ１０３で受信される。
ＲＦタグ１０４は、管理対象物品１０５が近傍に置かれた状態で線路１０２ａから見通せる位置であって、線路１０２ａと電磁界結合され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、線路１０２ａからＩＤ（以下、タグ情報と称す）を問合せる信号を受信すると、タグ送信部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と受信データとを照合し、タグ情報と受信データとが一致した場合は、変調回路（不図示）を動作させて変調信号を生成し、タグ送信部を介して当該変調信号を線路１０２ａに送信する。
管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグ送信部と電磁界結合する位置に設置される。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、表皮厚さが長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、比透磁率の差異には敏感なものの、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送信部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、タグと線路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、線路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要請が少なくなる。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るが、このＲＦタグの表面に結露などの微量の水分が着いた場合もあるが、このような場合はタグ送信部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のタグ情報に基づき管理対象物品の有無を検出する。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から線路１０２ａ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、線路１０２ａを介して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が一致していれば、変調信号を応答信号として線路１０２ａ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からの応答信号の有無により管理対象物品の有無を判断する。より具体的には、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、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、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のタグ送信部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及び線路１０２ａ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、物品管理プレート１０１上に線路１０２ａが形成される。そして、線路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。また、ＲＦタグ１０４は、ＲＦＩＤチップ１１１及びタグ送信部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、物品管理プレート１０１の表面側に線路１０２ａが設けられ、物品管理プレート１０１の裏面にグランド導体１０２ｇが設けられる。そして、線路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、線路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線路１０２ａは整合終端される。
また、図３に示すように、管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグ送信部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のタグ送信部１１２は、線路１０２ａ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。なお、図３では、管理対象物品１０５、タグ送信部１１２、線路１０２ａ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。
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、線路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。
続いて、実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の構造及び配置について説明する。図５は、実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の構造及び配置を示した斜視図である。図６は、実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の上面図である。
信号伝達部２１１は、Ｘ方向に延在する線路１０２ａの一端に設けられる。この例では、信号伝達部２１１は、線路１０２ａの一端から−Ｙ方向に突設された線路として構成される。 アンテナ２１２は、ＲＦＩＤリーダ１０３からの配線１０８の端部から＋Ｙ方向に突設された線路として構成される。アンテナ２１２は、信号伝達部２１１の上方に、信号伝達部２１１と接触しないように配置される。この例では、信号伝達部２１１とアンテナ２１２との間の距離はＬ３である。信号伝達部２１１及びアンテナ２１２は、開放形伝送線路であるマイクロストリップラインであり、送信信号の進行波型近傍界の電磁波を捉えることができる。信号伝達部２１１及びアンテナ２１２は、ストリップ導体により形成される。このような構成及び配置により、信号伝達部２１１とアンテナ２１２とは、パラレル結合伝送線路結合器を構成する。
信号伝達部２１１とアンテナ２１２との間の位置関係を保持するためには、信号伝達部２１１に対してアンテナ２１２を固定する必要が有る。例えば、信号伝達部２１１に対してアンテナ２１２を固定する固定手段として、アンテナ２１２の上方に固定板１０７を設けることができる。図７は、固定板を設ける場合の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の斜視図である。固定板１０７は、矩形形状を有し、四隅に−Ｚ方向に突設されるスペーサ１０８が設けられる。固定板１０７の下面（−Ｚ方向側の面）には、アンテナ２１２が貼付されている。また、固定板１０７の四隅には、スペーサ１０８を貫通して設けられるビス穴１０９を有する。そして、ビス１５０が、固定板１０７の上方からビス穴１０９を通って物品管理プレート１０１のビス穴（不図示）にねじ止めされる。これにより、信号伝達部２１１とアンテナ２１２とが、距離Ｌ３を保って固定される。
また、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２は、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、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２としては使用できない。
上述では、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２が上下に配置される例について説明したが、これは例示に過ぎない。信号伝達部２１１とアンテナ２１２とが電磁界結合可能であれば、信号伝達部２１１とアンテナ２１２とを任意の位置に配置できる。図８は、実施の形態１にかかる物品管理システム１の信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の他の配置例を示す斜視図である。この例では、信号伝達部２１１とアンテナ２１２とは、物品管理プレート１０１上に離隔して配置される。換言すれば、信号伝達部２１１とアンテナ２１２とは、同一平面上に配置することも可能である。
また、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２からの送信信号及び応答信号の放射の影響を抑制するため、アンテナ２１２の上方に、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２を覆うシールド板を設けることができる。図９は、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の上方にシールド板１０６を設けた構造を示す斜視図である。図９では、図８で示した固定板１０７の上方に、シールド板１０６が貼付されている。シールド板１０６は、金属などの導体である。また、シールド板１０６は、接地されることが望ましい。図９に示す構成では、シールド板１０６で信号伝達部２１１及びアンテナ２１２から放射される送信信号及び応答信号が遮蔽される。これにより、外部の通信機器及び電子機器や、近傍に設けられているＲＦタグ１０４への影響を防止できる。
なお、信号伝達部２１１と線路１０２ａとの接続位置、及び、アンテナ２１２と配線１０８との接続位置は、この例に限らない。
なお、上述では、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２を直線状の線路として説明したが、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２の形状はこの例に限られない。例えば、信号伝達部２１１及びアンテナ２１２は、Ｘ−Ｙ平面上に形成されるコイルなどを用いることも可能である。
信号伝達部及びアンテナがオープンリング結合器を構成する例について説明する。この例では、信号伝達部２１３及びアンテナ２１４がオープンリング結合器を構成する。信号伝達部２１３は上述の信号伝達部２１１に対応し、アンテナ２１４は上述のアンテナ２１２に対応する。図１０は、オープンリング結合器を構成する信号伝達部２１３及びアンテナ２１４の上面図である。
信号伝達部２１３は、Ｘ−Ｙ平面上に形成された円環状の線路である。この例では、信号伝達部２１３は、＋Ｘ方向側の線路上に開放部２１３ａを有する。信号伝達部２１３は、円環状の線路の−Ｘ方向側で、線路１０２ａと接続される。アンテナ２１４は、Ｘ−Ｙ平面上に形成された円環上の線路である。アンテナ２１４は、−Ｘ方向側の線路上に開放部２１４ａを有する。アンテナ２１４は、円環状の線路の＋Ｘ方向側で、配線１０８と接続される。
なお、信号伝達部２１３の開放部２１３ａの位置は例示に過ぎず、開放部は信号伝達部２１３を構成する円環状の線路の任意の位置に設けることができる。アンテナ２１４の開放部２１４ａの位置は例示に過ぎず、開放部はアンテナ２１４を構成する円環状の線路の任意の位置に設けることができる。また、信号伝達部２１３と線路１０２ａとの接続位置、及び、アンテナ２１４と配線１０８との接続位置は、この例に限らない。
図１０では、信号伝達部２１３とアンテナ２１４とをＺ方向に重ねて配置するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。信号伝達部２１３とアンテナ２１４とが電磁界結合できる範囲内で、信号伝達部２１３とアンテナ２１４とを任意の位置に配置できる。例えば、信号伝達部２１３とアンテナ２１４とを、同一のＸ−Ｙ平面上に配置することができる。
次いで、信号伝達部及びアンテナがスパイラルコイル結合器を構成する例について説明する。この例では、信号伝達部２１５及びアンテナ２１６がスパイラルコイル結合器を構成する。信号伝達部２１５は上述の信号伝達部２１１に対応し、アンテナ２１６は上述のアンテナ２１２に対応する。図１１は、スパイラルコイル結合器を構成する信号伝達部２１５及びアンテナ２１６の上面図である。また、適宜上述の固定板１０７及びシールド板１０６を設けることができることは言うまでもない。
信号伝達部２１５は、Ｘ−Ｙ平面上に形成されたスパイラルコイル状の線路である。この例では、信号伝達部２１５を構成するスパイラルコイル状の線路の巻き方向は、時計回りである。信号伝達部２１５は、スパイラルコイル状の線路の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の端部で、線路１０２ａと接続される。アンテナ２１６は、Ｘ−Ｙ平面上に形成されたスパイラルコイル状の線路である。この例では、アンテナ２１６を構成するスパイラルコイル状の線路の巻き方向は、時計回りである。アンテナ２１６は、スパイラルコイル状の線路の＋Ｘ側かつ−Ｙ側の端部で、配線１０８と接続される。
なお、信号伝達部２１５及びアンテナ２１６の巻き方向は、反時計周りとすることもできる。また、信号伝達部２１５及びアンテナ２１６の巻き方向は、同じ方向でもよいし、異なる方向でもよい。また、信号伝達部２１５と線路１０２ａとの接続位置、及び、アンテナ２１６と配線１０８との接続位置は、この例に限らない。
図１１では、信号伝達部２１５とアンテナ２１６とをＺ方向に重ねて配置するものとして説明したこれは例示に過ぎない。信号伝達部２１５とアンテナ２１６とが電磁界結合できる範囲内で、信号伝達部２１５とアンテナ２１６とを任意の位置に配置できる。例えば、信号伝達部２１５とアンテナ２１６とを、同一のＸ−Ｙ平面上に配置することができる。また、適宜上述の固定板１０７及びシールド板１０６を設けることができることは言うまでもない。
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３、４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のタグ送信部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に接続される線路１０２ａが、ＲＦタグ１０４の下部であって、線路１０２ａとタグ送信部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が線路１０２ａ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、線路１０２ａ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、線路１０２ａとタグ送信部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とタグ送信部１１２との間の第１の距離Ｌ１及びタグ送信部１１２と線路１０２ａ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とタグ送信部１１２との結合係数ｋ２及びタグ送信部１１２と線路１０２ａ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に応じてタグ送信部１１２と線路１０２ａ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、タグ送信部１１２と線路１０２ａとの間の無線信号の波長をλとすると、波源からの距離が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構造と同様の構成とした場合に、この波源が形成する電界Ｅ［Ｖ／ｍ］と磁界Ｈ［Ａ／ｍ］を球座標系（γ、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。
Figure 0006361663
Figure 0006361663
Figure 0006361663
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ここで、上記式（１）〜式（４）では、微小ダイポールアンテナ構造の波源に蓄えられる電荷をｑ［Ｃ］、微小ダイポールアンテナ構造の波源の長さをｌ［ｍ］、波長をλ［ｍ］、波源から観測点までの距離をγ［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／γ３に比例する項が準静電磁界、１／γ２に比例する項が誘導電磁界、１／γ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γに対する依存性が異なるため、距離γに依存してその相対強度が変化する。
続いて、図１２に電界Ｅθ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γに関する依存性を示す表を示す。なお、図１２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１２に示した表から分かる通り、距離γ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、γ＜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、γ＞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、γ＞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、γ＞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、γ＜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γ＜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γ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、波源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波源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、線路１０２ａとタグ送信部１１２の間の結合やタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部１１２の間の距離γはγ＞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、線路１０２ａはパッチアンテナ構造を代表とする共振型アンテナ構造と同様の構造が用いられる。このような構造を有する線路１０２ａをγ＜λの近傍界で使用すると、線路１０２ａ中の定在波により、電磁界強度が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、このような線路１０２ａとタグ送信部１１２の間の距離γがγ＜λの関係を満たす場合、線路１０２ａ中の定在波の中点に近い部分では線路１０２ａからの信号をタグ送信部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、特許文献５に記載のシステムでは、物品が置かれる棚、管理対象物品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、棚より十分小さい線路１０２ａ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、特許文献５に記載のシステムでは、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、タグ情報が読めないことがある。また、線路１０２ａ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、γ＜λの近傍界、さらに望ましくはγ＜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線路１０２ａとＲＦＩＤタグ１０４との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、単純に線路１０２ａを共振型アンテナ構造と同様の構造とすると、不感領域ができ、使用に支障を生じる。また、定在波アンテナ構造では、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に接続される線路１０２ａ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のタグ送信部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の線路１０２ａ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、線路１０２ａとタグ送信部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構造を有するものと理解できる。この構成により、線路１０２ａとＲＦタグ１０４との間に広い空間を必要としなくなる。また、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａ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、線路１０２ａとして整合終端された開放形伝送線路を用いるため、線路１０２ａ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構造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構造などの定在波型のアンテナ構造では、線路１０２ａ内部の定在波に応じて線路１０２ａ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構造の場合、線路１０２ａ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、近傍界においても線路１０２ａに沿った定在波に伴う電磁界の不均一がないため、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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部１１２との間の電磁界結合を通じて交信するため、共振型アンテナ構造と異なり、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構造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構造は、定在波が混在し、不完全ながら進行波アンテナ構造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、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界を存在させ、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界を変化させたり、当該電磁界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、電磁界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、透過係数にふらつきが生じるため、定在波がかなり大きく、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構造、メアンダラインアンテナ構造、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構造と、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構造と同様、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、共振型アンテナ構造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構造を線路１０２ａ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のタグ送信部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とタグ送信部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送信部１１２の共振周波数が変化したり、タグ送信部１１２の給電点インピーダンスが変化する。タグ送信部１１２は、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送信部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の有無によるタグ送信部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はタグ送信部１１２と電磁界結合するように、タグ送信部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タグ送信部１１２の近傍に物品が配置されたことを、その線路１０２ａの動作特性変化から見るのではなく、タグ送信部１１２の動作特性の変化をＲＦＩＤリーダ１０３におけるタグ情報の読み出し結果の可否に基づき判断する。これにより、線路１０２ａとＲＦタグ１０４の相対位置の自由度が高く設定することができるため、ＲＦタグ１０４を介在させることにより線路１０２ａ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。さらに、タグ送信部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のタグ送信部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とタグ送信部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の線路１０２ａとＲＦタグ１０４のタグ送信部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のタグ送信部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、タグ送信部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、タグ送信部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送信部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の有無によりタグ送信部１１２の回路定数が変化し、タグ送信部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、タグ送信部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、タグ送信部１１２はダイポールアンテナ構造を基本とする定在波アンテナ構造である。このようなＲＦタグ１０４では、タグ送信部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。このようにタグ送信部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、タグ送信部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送信部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、タグ送信部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と線路１０２ａ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のタグ送信部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、線路１０２ａとＲＦタグ１０４を棚板に組み込むことができ、線路１０２ａ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送信部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、タグ送信部１１２と線路１０２ａとの間の見通し距離Ｌ２がＬ２≦λの関係を満たしていれば、線路１０２ａとタグ送信部１１２は近傍界の範囲内になる。ここで、見通し距離Ｌ２は、線路１０２ａ中で特に強い波源となるストリップ導体とタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａとＲＦタグ１０４のタグ送信部と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、線路１０２ａ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、タグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａ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、線路１０２ａ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或いは線路１０２ａ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。管理対象物品１０５がタグ送信部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送信部１１２が形成する電磁界の強度は強くなる。さらに線路１０２ａ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とタグ送信部１１２の結合が強くなる。その結果、管理対象物品１０５の有無によるタグ送信部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の場合と比較して線路１０２ａ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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部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、線路１０２ａ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、線路１０２ａ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、商品棚に線路１０２ａ、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線路と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構造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構造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線路を使用すると、放射電磁界は距離に対して１／γ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線路１０２ａ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／γでしか強度が減衰しない放射を抑制し、１／γ３で減衰する準静電磁界や１／γ２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線路１０２ａ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、一つの線路１０２ａ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、同様に一つの線路１０２ａ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。電磁界結合の強さは線路や共振器の構造、線路とＲＦＩＤタグとの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とタグ送信部１１２との間の結合係数ｋ２を、線路１０２ａとタグ送信部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、タグ送信部１１２と線路１０２ａとの間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部１１２との結合係数ｋ１が１０−５以上の値に設定される。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ＵＨＦ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、線路１０２ａとタグ送信部１１２の結合係数ｋ１が１０−２以下の値に設定される。タグ送信部１１２をダイポール共振器とみた場合、線路１０２ａ（例えば、開放形伝送線路）とタグ送信部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タグのタグ送信部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、タグ送信部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、線路１０２ａとタグ送信部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とタグ送信部１１２の結合係数ｋ２とが、ｋ１＜ｋ２の関係を満たす。本発明によれば、ｋ１＜ｋ２、即ち、管理対象物品配置領域１１０とタグ送信部１１２との間の結合係数ｋ２を、線路１０２ａとタグ送信部１１２との間の結合係数ｋ１よりも大きくすることにより、線路１０２ａとタグ送信部１１２との間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグ送信部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、線路１０２ａ、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。
次いで、物品管理システム１において、信号伝達部とアンテナとからなる結合器を用いて、非接触で信号伝達を行うことの意義について説明する。シート部２０１は、管理対象物品１０５の大きさ、形状などにより、ＲＦタグ１０４を適切に配置する必要が有る。また、検出対象となる管理対象物品１０５の数によって、必要なシート部２０１の面積も変化する。これに対し、ＲＦタグ１０４の配置やシート部２０１の大きさが異なる場合でも、送信信号を送出し、かつ、応答信号を受信するというＲＦＩＤリーダ１０３の動作は変化しない。つまり、ＲＦＩＤリーダ１０３の構成及び機能は、シート部２０１の構成の変化とは本質的には関連しない。
本実施の形態にかかる物品管理システム１では、信号伝達部及びアンテナを設けることで、非接触で送信信号及び応答信号の伝達を行う。すなわち、シート部２０１とリーダ部２０２とは、物理的に分離するこが可能である。そのため、リーダ部２０２は、信号伝達部を有するのであれば、シート部２０１と異なるシート部との間で、非接触で送信信号及び応答信号の伝達を行うことができる。換言すれば、物品管理システム１は、シート部の交換が可能である。よって、本構成によれば、用途に応じて、リーダ部２０２を変更することなく、様々なシート部を使用することができる。
図１３は、物品管理システム１において、リーダ部２０２が複数のシート部に対応できることを示す図である。図１３では、シート部２０３〜２０５のいずれかの信号伝達部を、アンテナ２１２に非接触で近接配置することで、シート部２０３〜２０５のいずれかとの間で、結合部を介して結合され、送信信号及び応答信号の伝達を行うことができる。シート部２０３〜２０５はそれぞれシート部２０１に対応する。この例では、シート部２０３〜２０５の大きさは、それぞれ異なる。なお、リーダ部２０２と結合されないシート部を保管しておけば、用途の変更があった場合、リーダ部２０２に結合されるシートと容易に置き換えることができる。
ここで、物品管理システム１において、信号伝達部及びアンテナを設けず、ＲＦＩＤリーダ１０３からの配線１０８と線路１０２ａとを直接接続する例について検討する。この場合、ＲＦＩＤリーダ１０３からの配線１０８と線路１０２ａとは、物理的に一体であるので、異なるシート部ごとにＲＦＩＤリーダ１０３を用意する必要が有る。そのため、物品管理システムの要するコストが大きくなる。
また、コネクタを介して、ＲＦＩＤリーダ１０３からの配線１０８と線路１０２ａとを接続する構成も考え得る。しかし、コネクタは、プラグとソケットとを接触、固定する必要が有る。そのため、シート部の交換回数が嵩むと、プラグ及びソケットの接点が摩耗して接触不良が生じるおそれがある。また、一般的な規格化されたコネクタを用いると、シート部からコネクタが突き出てしまう。この場合、シート部の収納性が悪化し、設置場所も制限されるおそれが有る。更に、コネクタの部品コストは、物品管理システムのコスト増大を招く。
これに対し、本実施の形態にかかる物品管理システム１では、信号伝達部とアンテナとが、電磁界結合により非接触で結合するので、シート部の交換回数が嵩んでも接点の摩耗は起こらないので、接触不良の発生を防止できる。また、図６〜１１を参照して上述したように、信号伝達部及びアンテナは、線路を用い、平面上に収まる簡素かつコンパクトな構成とすることができる。よって、信号伝達部がシート部から突き出すこともなく、シート部の収納性は良好であり、設置場所も制限されない。さらに、信号伝達部及びアンテナは、線路を用いて安価に作製できるので、物品管理システム１の製造コスト低減の観点から有利である。
実施の形態２
実施の形態２では、線路１０２ａとして、面状に広がる線路を利用した実施の形態について説明する。そこで、図１４に実施の形態２にかかる物品管理システム２の上面図を示し、図１５に実施の形態２にかかる物品管理システム２の正面図を示し、図１６に実施の形態２にかかる物品管理システム２の側面図を示した。なお、実施の形態２の説明において実施の形態１と同一の構成要素については、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態２にかかる物品管理システム２では、線路１０２ａは、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界を変化させて信号を伝達するように形成される。図１４に示すように、実施の形態２にかかる物品管理システム２では、物品管理プレート１０１の表面に線路１０２ａがメッシュ状に配置される。また、実施の形態２にかかる物品管理システム２では、物品管理プレート１０１の裏面にグランド導体１０２ａｇが形成される。
また、図１５及び図１６に示すように、実施の形態２にかかる物品管理システム２では、正面視及び側面視において線路１０２ａを構成するメッシュ状導体は、各導体が離間して配置される。この図１５及び図１６からも実施の形態２では、線路１０２ａがメッシュ状に配置されていることがわかる。また、図１５及び図１６からも実施の形態２では、グランド導体１０２ａｇは物品管理プレート１０１の裏面にシート状に形成されることがわかる。
実施の形態２にかかる物品管理システム２における線路１０２ａの場合、端部処理の不具合から線路内部に定在波を生じるが、不完全ながら進行波成分も存在している。この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。
実施の形態３
実施の形態３にかかる物品管理システム３では、線路１０２ａとしてグランデッドコプレーナ線路を開放形伝送線路として用いた進行波アンテナ構造を用いた実施の形態について説明する。そこで、図１７に実施の形態３にかかる物品管理システム３の上面図を示し、図１８に実施の形態３にかかる物品管理システム３の正面図を示し、図１９に実施の形態３にかかる物品管理システム３の側面図を示した。なお、実施の形態３の説明において実施の形態１と同一の構成要素については、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
図１７に示すように、実施の形態３にかかる物品管理システム３では、線路１０２ａと、線路１０２ａを挟むように配置された２本のグランド導体１０２ａｇが物品管理プレート１０１の表面に形成される。また、図１８及び図１９に示すように、実施の形態３にかかる物品管理システム３では、グランド導体１０２ｇは物品管理プレート１０１の裏面にシート状に形成される。
実施の形態１のマイクロストリップ線路を用いた場合と比較して、コプレーナ線路はより表面に電界分布が誘起されやすく、その分、線路１０２ａとタグ送信部１１２とが電磁界結合しやすくなる。なお、線路１０２ａからタグ送信部１１２の見通し距離Ｌ２は例えば図１８の側面図に記したように、グランド導体１０２ａｇを跨いで見通し可能な領域における線路１０２ａからタグ送信部１１２の間の距離となる。また、管理対象物品１０５の下にＲＦタグ１０４及び線路１０２ａが配置されているが、例えば下面を側壁面とした９０度回転した状態でも実施の形態３にかかる物品管理システム３は動作する。また、１８０度回転し、下面を上面にしても動作することは言うまでもない。即ち、実施の形態３で示した図１７〜図１９は、管理対象物品１０５とＲＦタグ１０４と線路１０２ａの相対的位置関係の一例を示しているだけである。
実施の形態４
実施の形態４にかかる物品管理システム４では、線路１０２ａとして平衡二線式伝送線路を用いた実施の形態について説明する。実施の形態４では、平衡二線式伝送線路として２本の銅線により構成したフィーダー線を開放形伝送線路として用い、この伝送線路を進行波アンテナ構造として用いる。そこで、図２０に実施の形態４にかかる物品管理システム４の上面図を示し、図２１に実施の形態４にかかる物品管理システム４の正面図を示し、図２２に実施の形態４にかかる物品管理システム４の側面図を示した。なお、実施の形態４の説明において実施の形態１と同一の構成要素については、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
図２０に示すように、実施の形態４にかかる物品管理システム４では、フィーダー線１２１が管理対象物品１０５及びＲＦタグ１０４の側方に配置される。また、図２１及び図２２に示すように、実施の形態４にかかる物品管理システム４では、ＲＦタグ１０４が管理対象物品１０５の下部に配置される。また、フィーダー線１２１は、２本の銅線１２２が内部に設けられる。
図２０〜図２２に示すように、実施の形態４にかかる物品管理システム４では、ＲＦタグ１０４の向き及びフィーダー線１２１に対するＲＦタグ１０４の相対位置は極めて自由に設定できる。
なお、実施の形態４では、管理対象物品１０５、ＲＦタグ１０４及びフィーダー線１２１がそれぞれ一つ設けられる例を示したが管理対象物品１０５、ＲＦタグ１０４及びフィーダー線１２１の数は図２０〜図２２に示した例に限られるものではない。管理対象物品１０５を複数個のＲＦタグ１０４により検出することは当然可能であるし、複数個のＲＦタグ１０４を一つのフィーダー線１２１で読み取ることも可能である。また、線路として用いられるフィーダー線１２１は伝送線路を基本とするため、インピーダンス整合さえ守れば複数本を直列、並列に接続することは可能である。さらにｎ個の物品をｍ個のＲＦタグ１０４で検出することも可能である。
実施の形態５
実施の形態５では、開放形伝送線路の１つとして、線状の開放形伝送線路の一種である、コプレーナスロットライン１４２をメアンダ状に配置した実施の形態について説明する。そこで、図２３に、コプレーナスロットライン１４２をメアンダ状に配置した物品管理プレート１０１の概略図を示した。
図２３に示すように、コプレーナスロットライン１４２は、物品管理プレート１０１の表面に所定の曲がり周期をもって形成される。但し、この場合、線路は前述のクランクラインアンテナ構造、メアンダラインアンテナ構造と異なり、積極的な放射を望まない。なぜならば、放射を起こす場合は放射損が大きくなるとともに、その個所で線路の特性インピーダンスが大きく変化し、定在波を生じる原因となるからである。これらにより、線路の延伸が限定されることによるカバーエリアの減少や不タグの不感領域を生じることは望ましくない。従って、曲がりの周期等により、強い放射を生じる場合には一部シールドを設けるなどといった対策を施すことが望ましい。
実施の形態６
実施の形態６では、複数の棚に線路及びＲＦタグを設け、複数の棚に設けられた複数のＲＦタグを１つのＲＦＩＤリーダにより管理する実施の形態について説明する。そこで、図２４に実施の形態６にかかる物品管理システム５を模式的に示す図面を示す。なお、実施の形態６の説明において実施の形態１と同一の構成要素については、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
図２４に示すように、実施の形態６では、棚板１３１ａ〜１３１ｄの4段の棚板からなる棚に管理対象物品１０５が並べられる。棚板１３１ａ〜１３１ｄの各棚板の表面側にはケーブル１３３ａ〜１３３ｃを用いてＲＦＩＤリーダ１０３に直列に接続されたシート状の線路１３２ａ〜１３２ｄが設置される。この線路１３２ａ〜１３２ｄのうち、線路１３２ａの右端は整合終端抵抗Ｒｔが取り付けられる。
ＲＦＩＤリーダ１０３に複数の線路を取り付ける場合、図２４に示すように直列に接続してもよいし、分配器を使用して並列に接続してもよく、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。直列に接続すれば、使用している進行波型アンテナ構造の開放形伝送線路をケーブルの一部として使用できるため、ケーブル全長を短くできる。また、分配器等使用しないため、余分な信号の減衰を無くすことができる。
一方、並列に接続すれば、線路やケーブルでの減衰が重なることによるタグ読取の不均一を防止できる。例えば、線路１３２ｄ上右端のＲＦタグ１０４は読み取りが容易であるが、線路１３２ａ上右端のＲＦタグ１０４にはＲＦＩＤリーダ１０３からの信号とＲＦタグ１０４が生成する反射信号の減衰が大きくて、読み取りが困難になるといったことが抑制できる。さらに、並列接続の場合、分配器の代わりに線路を切り替えるスイッチを入れて、ＲＦＩＤリーダ１０３から制御することにより、線路１３２ｄ〜１３２ａの複数の線路を時分割で切り替えて使用することもできる。この際、ＲＦタグ１０４と線路の間隔を短くし、結合を強めておけば、ＲＦＩＤリーダ１０３の出力を十分に弱くできる。あるいは、線路からの放射電界を弱く設計できる。このようにすれば、線路がＲＦタグ１０４を認識する距離を短くできる。即ち、線路１３２ｂ上のＲＦタグ１０４を隣接する線路１３２ａや線路１３２ｃ、あるいは線路１３２ｄが読むことはなくなる。棚板間がこのように独立に動作するようにすれば、時分割で複数の線路を使用することにより、扱えるＲＦタグ１０４の枚数を線路の倍数枚まで増やすことができる。
なお、実施の形態６では、一枚の棚板上に一つの線路が配置される例を示したが、本発明の実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、一枚の棚板上に複数の線路を配置してもよい。また、ケーブルで接続している部分を、線路の開放形伝送線路の性質を利用して、ケーブルを排し、連続して形成される線路としてもよい。即ち、複数枚の棚板上に一つの線路を配置してもよい。
ここで、実施の形態６にかかる物品管理システム５の動作について説明する。物品管理システム５では、図２４の線路１３２ａ〜１３２ｄ上に配置されたＲＦタグ１０４が各々固有のタグ情報を有している。そして、ＲＦタグ１０４のタグ情報は予め控えられる。その際、管理対象物品１０５の場所を知りたい場合には、タグ情報にひも付けて棚上の位置も控えておくとよい。ＲＦＩＤリーダ１０３は、線路１３２ａ〜１３２ｄにタグ情報を問合せる信号を送る。この際、管理対象物品１０５が無い場所ではＲＦタグ１０４はそれぞれが有するタグ情報を送り返す。一方、管理対象物品１０５がある場合には実施の形態１においても説明したように、ＲＦタグ１０４は応答しないか、その反射信号強度は管理対象物品１０５が無い場合と比較して弱くなる。物品管理システム５においても、この信号強度から管理対象物品１０５の有無を判断する。この際、タグ情報にひも付けた場所を管理対象物品１０５の有無の情報と突き合わせることにより、どの場所の管理対象物品１０５が存在し、どの場所の管理対象物品１０５は存在しないかを検出できる。
なお、実施の形態６では、特に棚板底面にＲＦタグ１０４を敷き詰める例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アルミ包装のチョコレートなどの菓子や書籍などで、物品が平積みの状態の場合には棚の壁面にＲＦタグ１０４を設置してもよい。その際には線路の配置も合わせて変更する。また、棚天板にＲＦタグ１０４を設置する場合も考えられる。例えばコンビニエンスストアの冷蔵ケースでは、顧客がドリンクを取り出すと自動的に次のドリンクが前面にせり出すローラー付きの棚板が用いられていることも多い。このような場合には棚板天板にＲＦタグ１０４を並べ、下に並ぶドリンクを検知することも考えられる。
なお、有無を検出できる管理対象物品１０５としては、金属材料を含むもの、例えばアルミ包装のスナック菓子、煙草、チョコレート、ガムなどがある。また、高誘電率材料である水分を含むものも検出でき、飲料、おにぎり、パン、惣菜、弁当などが検出可能である。さらに実験では書籍などの厚い紙の束も検出できる。また、人体も検出できるため、例えば床に本システムを組み込むと人の歩いた動線を検出できる。また、トイレで人が倒れているか、座っているか、立っているか等の情報についてもプライバシーを侵害せずに検出できる。あるいは壁面に取り付ければ人の接触を検知でき、線路上でＲＦタグ１０４を移動させることにより、移動できるタッチボタンを実現することも可能である。
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、本実施の形態では特に棚の物品管理について記載しているが、本発明の物品管理システムの適用範囲は棚に限られるものでない。例えばパレットや床上に本発明の物品管理システムを配置し、パレットや床に戴置する物品の管理を行うことができることは言うまでもない。
また、本発明においては半導体チップを組み込んだＲＦタグ１０４を前提に説明したが、近年開発の進むチップレスＲＦタグも使用できる。チップレスＲＦタグは、例えば複数の各々異なる共振周波数の共振器を内蔵し、その共振周波数の組合せをリーダが検知することにより数ビットのＩＤ番号を無線で読み取れるタグである。このようなチップレスＲＦタグにおいても、管理対象物品１０５が無い場合にＩＤを読み取れ、物品がある場合にＩＤを読み取れないという状況になるため、本発明の適用が可能である。
以上の通り、本発明によれば、ＲＦタグを管理する物品に貼付することなく、且つ、管理する物品の配置はリーダとタグの間に限定されず、ＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に広い空間を必要とせず、マルチパス現象の発生と、線路と物品を配置する場所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した物品管理システムを提供できる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１３年１１月１１日に出願された日本出願特願２０１３−２３３１３０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。
１〜５ 物品管理システム
１０１ 物品管理プレート
１０２ａ 線路
１０２ａｇ グランド導体
１０２ｇ グランド導体
１０３ ＲＦＩＤリーダ
１０４ ＲＦタグ
１０５ 管理対象物品
１０６ シールド板
１０７ 固定板
１０８ 配線
１０９ ビス穴
１１０ 管理対象物品配置領域
１１１ ＲＦＩＤチップ
１１２ タグ送信部
１２１ フィーダー線
１２２ 銅線
１３１ａ〜１３１ｄ 棚板
１３２ａ〜１３２ｄ 線路
１３３ａ〜１３３ｄ ケーブル
１４２ コプレーナスロットライン
１５０ ビス
１５１ スペーサ
２０１、２０３〜２０５シート部
２０２ リーダ部
２１１、２１３、２１５ 信号伝達部
２１２、２１４、２１６ アンテナ
２１３ａ、２１４ａ 開放部

Claims (15)

  1. 整合終端された開放形伝送線路で構成され、無線信号の送受信を行う線路と、
    管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域と、
    前記管理対象物品配置領域の前記線路と電磁界結合するタグ送信手段が設けられたＲＦタグと、
    前記線路の一端に設けられた信号伝達手段と、
    前記信号伝達手段との間で非接触の信号伝達が可能に構成されたアンテナと、
    前記アンテナに送信信号を送出すると共に前記アンテナを介して前記タグ送信手段が出力する応答信号を受信するＲＦＩＤリーダと、を有し、
    前記ＲＦＩＤリーダが、前記管理対象物品による前記タグ送信手段の動作特性の変化を前記ＲＦタグからの反射信号の強度或いは位相変化によって検出することで前記管理対象物品の有無を検出する、
    物品管理システム。
  2. 前記管理対象物品配置領域は、前記ＲＦＩＤリーダと前記ＲＦタグが交信に使用する信号の波長をλとし、前記管理対象物品と前記タグ送信手段との間の第１の距離をＬ１とした場合に、Ｌ１≦λの関係を満たす位置に設定され、
    前記ＲＦタグは、前記線路と前記タグ送信手段との間の見通し距離である第２の距離をＬ２とした場合、Ｌ２≦λの関係を満たす位置に設置される、
    請求項１に記載の物品管理システム。
  3. 円周率をπとした場合、前記第１の距離は、Ｌ１＞λ／２πの関係を満たす、
    請求項２に記載の物品管理システム。
  4. 円周率をπとした場合、前記第２の距離は、Ｌ２＞λ／２πの関係を満たす、
    請求項２に記載の物品管理システム。
  5. 前記第１の距離と前記第２の距離は、Ｌ２＞Ｌ１の関係を満たす、
    請求項２に記載の物品管理システム。
  6. 前記線路と前記タグ送信手段との結合係数ｋ１は、１０−５≦ｋ１≦１０−２の値である、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物品管理システム。
  7. 前記線路と前記タグ送信手段との結合係数ｋ１は、前記管理対象物品と前記タグ送信手段との結合係数ｋ２よりも小さい、
    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. 裏面側に前記線路と整合終端抵抗を介して接続される接地配線が配置され、表面側にメッシュ状に形成された前記線路が配置され、当該線路の上方位置に前記ＲＦタグが配置され、当該ＲＦタグの上方位置に前記管理対象物品配置領域が設定される物品管理プレートを有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物品管理システム。
  9. 裏面側に前記線路と整合終端抵抗を介して接続される接地配線が配置され、表面側に前記線路と前記接地配線とが交互に離間して配置され、当該線路の上方位置に前記ＲＦタグが配置され、当該ＲＦタグの上方位置に前記管理対象物品配置領域が設定される物品管理プレートを有する、
    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。
  10. 前記アンテナは、前記信号伝達手段に対向して配置される、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の物品管理システム。
  11. 前記アンテナは、前記信号伝達手段と同一平面上に配置される、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の物品管理システム。
  12. 前記アンテナ及び前記信号伝達手段は、直線状の線路で構成され、
    前記アンテナと前記信号伝達手段とは、パラレル結合伝送線路結合器を構成する、
    請求項１０又は１１に記載の物品管理システム。
  13. 前記アンテナ及び前記信号伝達手段は、オープンリング状の線路で構成され、
    前記アンテナと前記信号伝達手段とは、オープンリング結合器を構成する、
    請求項１０又は１１に記載の物品管理システム。
  14. 前記アンテナ及び前記信号伝達手段は、スパイラルコイル状の線路で構成され、
    前記アンテナと前記信号伝達手段とは、スパイラルコイル結合器を構成する、
    請求項１０又は１１に記載の物品管理システム。
  15. 前記アンテナ及び前記信号伝達手段を電磁的にシールドするシールド手段を更に備える、
    請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の物品管理システム。
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