KR20010072457A - 고주파 식별 시스템용 어플리케이션 - Google Patents

고주파 식별 시스템용 어플리케이션 Download PDF

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KR20010072457A
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곤잘레즈버나드에이
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사이칭롱
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캐롤린 에이. 베이츠
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

안테나 선반 테이프(310)는 관련 항목에 관련된 고주파 식별 엘리먼트 또는 태그를 갖는 항목(1~26)에 사용된다.

Description

고주파 식별 시스템용 어플리케이션{APPLICATION FOR A RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION SYSTEM}
전자 물품 감시("EAS") 시스템은 물품 상에 또는 그 내부에 배치되거나 또는 관련자에 의해 실행되는 소형 전자 디바이스의 존재를 검출하고, 물품의 도난 또는 기타 무인가 옮김을 방지하기 위하여 소매점 또는 도서관 환경에서 종종 사용된다. 통상, 태그 또는 마커로 알려져 있는 이러한 디바이스는 과거에는 항목의 존재에 관한 정보만을 포함하였다. 이러한 정보는 간헐적으로 또는 연속적으로 태그를 전자적으로 검색함으로써 얻을 수 있다. EAS 시스템의 적어도 4 가지 별개의 형식, 즉 자기(magnetic), 마그네토메커니컬(magnetomechanical), 고주파(RF) 및 마이크로웨이브 시스템은 다년간에 걸쳐 이 검색이 실행되는 방법에 기초하여 발전되어 왔다. 상기 4 가지의 형식 중 자기 시스템은 대부분의 어플리케이션에서 고도의 보안을 제공한다. 자기 태그는 물체 상에 또는 그 내부에 용이하게 숨겨지고, 검출하기가 곤란하며(차폐, 벤딩 및 가압하기가 쉽지 않기 때문), 불활성화 및 재활성화시키기가 용이하여, 고도의 보안 및 태그가 붙은 물품의 상태에 관한 일부 정보를 제공한다.
EAS 시스템의 많은 사용자들은 단지 태그가 붙은 물체의 존재 유무에 관한 것 이상으로 알고 싶어 하며, 또한 예를 들면 태그를 붙인 물체가 존재하는지에 관하여 알고 싶어한다. 물체의 특성에 관한 상세한 정보, 예를 들면 물체의 제조일, 재고 상태 및 소유자에 관한 정보는 일반적으로 광학식 바코드를 통해 자동 처리 및 제어 시스템에 전달된다. 광학식 바코드는 저가이면서 효율적이긴 하지만, 어느 정도의 한계가 있다. 바코드는 가시적이어야 하기 때문에 배치될 수 있는 위치가 제한되며, 또한 바코드는 우연히 또는 고의적으로 쉽게 불명료하게 되는 수가 있다. 또한, 검출기가 바코드를 감지할 수 있는 범위는 비교적 좁다. 또한, 바코드는 검출하기에 적당하게 배치되어야 한다. 또한, 바코드가 종종 검출할 수 있도록 노출되기 때문에, 쉽게 손상되어 검출에 실패할 수도 있다. 마지막으로, 다수의 항목을 동시에 처리하여야 한다. 바코드 시스템의 이러한 제약으로 인해 도서관 미디어 마킹과 같은 일부 어플리케이션에서는 바람직하지 않거나 또는 비효율적이다.
최근에, 전자 식별(고주파 식별 또는 RFID라고도 함) 기술은 광학식 바코드의 한계를 처리하기 위해 개발되었다. RFID 시스템은 물체 식별 및 트래킹에 성공하였지만, 대부분의 RFID 시스템이 태그가 쉽게 파기되는 주파수 범위(~1MHz 이상)에서 동작하기 때문에 물체 보안을 제공하는 데에 결함이 있다. 예를 들면, 손으로 또는 알루미늄 포일로 태그를 커버링하거나 또는 서적에 태그를 배치함으로써 고주파 태그가 차폐될 수 있기 때문에 고주파 태그와 관련된 보안 결함이 발생한다. 배터리 구동용 고주파 태그는 블록킹될 수 있으며, 그 범위 면에서 우세하긴 하지만 이러한 블록킹은 더 어렵다. 따라서, RFID 태그를 붙인 물체는 부주의로 또는 고의적으로 검출로부터 벗어날 수 있다. 이것은 보안 장치로서 유효성을 크게 감소시킨다. 또한, RFID 마커는 "스마트 카드"에 관련된다. 접촉 및 비접촉 스마트 카드 모두 상업 어플리케이션에서 나타난다. 스마트 카드는 태그를 붙인 물체보다는 특정 사람과 연관되는 경향이 있다. 스마트 카드의 보안 및 트래킹(또는, 카드를 소지한 사람에 관한 트래킹)에 관련된 문제는 RFID 마커에 관하여 전술한 것과 동일하다.
고주파계 및 마이크로웨이브계 EAS 태그에 관하여 RFID 마커와 관련된 보안 문제는 당업자에게 있어 동일하다. 고주파계 및 마이크로웨이브계 EAS 태그의 결함을 치유하고자 실질적인 노력이 확대되어 왔다. 그러나, 어떠한 것도 보안 태그에 관한 성능을 실질적으로 향상시키지 못하였다. "불활성화 코일을 갖는 이중 주파수 EAS 태그(Dual Frequency EAS Tag with Deactivation Coil)"라는 제목의 미국 특허 제5,517,195호(날로우 등)는 다이오드를 갖는 안테나 회로 및 불활성화 회로를 구비한 이중 주파수 마이크로웨이브 EAS 태그에 관하여 기재하고 있다. 불활성화 회로는 낮은 에너지의 교류 자계에 응답하여 안테나 회로의 다이오드의 전압을 감소시킴으로써 다이오드 및 안테나를 디스에이블로 하여 태그를 불활성화시킨다. 상기 미국 특허에 개시된 커패시터에 기초한 태그는 일부 어플리케이션에는 유용하지만 규정 시간 외에 전하를 누설하며, 이로 인해 고의가 아니게 태그가 활성화될 수 있다.
미국 특허 제4,745,401호(몬티안 등)에 개시된 형식의 고주파 EAS 태그는 자기 엘리먼트를 포함하고 있다. 이 자기 엘리먼트는 부속 디바이스에 의해 적절하게 자화되었을 때 태그의 튜닝을 변화시켜서 태그의 고주파 응답을 블록킹한다. 이 태그가 어느 정도 유용하긴 하지만, 여전히 강화된 보안 및 식별에 관한 문제를 처리하지는 못한다.
고주파식별 기술은 모토롤라/인달라(미국 특허 제5,378,880호와 제5,565,846호 참조), 텍사스 인스투루먼츠(미국 특허 제5,347,280호와 제5,541,604호 참조), 마이크론/필립스 세미컨덕터스, 싱글 칩 시스템즈(미국 특허 제4,442,507호, 제4,796,074호, 제5,095,362호, 제5,296,722호 및 제5,407,851호 참조), CSIR(유럽 특허 제0 494 114 A2호, 제0 585 132 A1호, 제0 598 624 A1호, 제0 615 285 A2호 참조), IBM(미국 특허 제5,528,222호, 제5,550,547호, 제5,521,601호, 제5,682,143호 참조) 및 센서매틱 일렉트로닉스(미국 특허 제5,625,341호 참조)를 포함한 다수의 회사에 의해 개발되어 왔다. 이 태그는 모두 배터리를 사용하지 않고 원격 식별을 제공하려고 하는 것이다. 태그는 125 KHz~2.45 GHz 범위의 주파수에서 동작한다. 보다 낮은 주파수에서 동작하는 태그(~125 KHz)는 차폐에 대해 적당하게 저항력이 있지만, 대역폭 제약으로 인해 고주파 기능을 제한할 뿐이다. 특히, 마커에 기초한 시스템은 일반적으로 단일 태그가 검색 영역 내에 있을 때에만 신뢰성 있게 동시 동작한다. 또한, 이러한 시스템은 비교적 부피가 크고 제조 비용이 비싼 경향이 있다. 보다 높은 주파수(통상적으로 13.56 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz)에서, 이용 가능한 부가 대역폭은 단시간에 검색 영역 내의 다수의 태그를 신뢰성 있게 처리할 수 있는 시스템 개발을 가능하게 한다. 이것은 많은 제품 어플리케이션에 매우 바람직하다. 또한, 일부의 태그 설계는 비교적 제조 비용을 적게 할 가망이 있어, 고객의 관심을 끌고 있다. 그러나, 높은 주파수 디바이스는 전술한 차폐에 대한 자화율의 정도를 변화시킨다. 따라서, 높은 주파수 디바이스는 도서관과 같은 어떤 어플리케이션에서 요구되는 고도의 보안을 제공하지 못한다.
전술한 바와 같이, 태그가 붙은 항목의 식별이 중요한 여러 환경의 RFID 태그에는 다수의 어플리케이션이 있다는 것이 명백하다. 예를 들면, 1999년 2월 4일에 공개되어 체크포인트 시스템즈 인코포레이티드에 양도된 PCT 공개 번호 WO 99/05660은 RFID 태그를 가진 물품을 사용하는 재고 시스템에 관하여 설명하고 있다. 본 명세서에서 설명하는 양호한 실시예는 도서관 자료에서의 RFID 태그의 사용에 관한 것이며, 이 도서관 자료는 자료의 식별을 결정하기 위해 RFID 태그를 자동 검색함으로써 체크 아웃될 수 있다. 그러나, 다수의 중요하거나 바람직한 도서관 또는 다른 재고 기능에 대해서는 여전히 상기 '660 공개 특허에서 개시 또는 제안되어 있지 않았다.
본 발명은 고주파 식별(RFID:radio frequency identification) 시스템용 어플리케이션에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면 도서관에서의 이러한 시스템의 사용에 관한 것이다.
도 1A 및 도 1B는 고주파 식별 태그의 개략도이다.
도 2는 고주파 식별 태그의 제2 실시예의 개략도이다.
도 3은 결합 태그의 개략적인 상면도이다.
도 4는 RFID 태그와 상호 작용하는 RFID 검색 시스템의 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 결합 태그를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 RFID 디바이스 및 이 RFID 디바이스로 하여금 안테나 시스템에 근접한 관련 항목을 검색하도록 인에이블하는 안테나 시스템에 관한 것이다. RFID 안테나 시스템은 RFID 태그와 관련된 항목과 결합하여 사용되거나, 또는 선택적으로 자기 보안 엘리먼트일 수 있다. 본 발명의 디바이스 및 어플리케이션이 서적, 정기 간행물 및 자기식/광학식 미디어와 같은 도서관 자료와 특히 관련하여 설명되어 있지만, 본 발명은 다른 어플리케이션에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 본 발명의 실시예는 RFID 태그를 사용하는데, 바람직하게는 결합 RFID/자기 보안 태그를 사용한다. 이런 형식의 태그는 "보안이 강화된 식별 태그(Identification Tag With Enhanced Security)"라는 제목으로 1998년 6월 8일에 출원하여 본 발명의 양수인에게 양도되고, 본 출원의 우선권인 미국 출원에 참조되어 있는 미국 특허 출원 제09/093,120에 설명되어 있다. 본 발명의 실시예에 관련하여 사용되는 자기 태그, RFID 태그 및 결합 태그에 관한 상세한 설명은 이하의 세목 Ⅰ에 기재되어 있고, 본 발명의 실시예는 이하의 세목 Ⅱ에 기재되어 있다.
I. 본 발명의 실시예에서 사용되는 태그 및 엘리먼트
이하의 세목 Ⅱ에 기재되어 있는 본 발명의 실시예에서 사용되는 태그는 단일 디바이스의 물체 식별 및 효율적인 보안의 양자를 모두 포함하고 있다. 태그는 바람직하게는 자기 검색 신호에 응답하는 엘리먼트와 고주파 검색 신호에 응답하는엘리먼트를 포함하고 있다. 하나의 실시예에 있어서, 자기 응답형 엘리먼트는 또한 고주파 응답형 엘리먼트에 안테나를 제공한다. 본 명세서에 있어서, "응답형"이라는 용어는 엘리먼트가 적당한 검색 자계에 제시되었을 때 알기 쉬운 정보를 제공하는 것을 의미한다. 이하에서는 먼저 각 엘리먼트에 대하여 설명하고, 이어서 결합 태그에 관하여 설명한다. 이하에서 명백해지는 바와 같이, 세목 Ⅱ에서 설명되는 본 발명의 실시예는 RFID 엘리먼트만을 포함하거나, 또는 RFID 엘리먼트 및 자기 보안 엘리먼트의 결합형을 포함할 수 있다.
A. 자기 응답형 엘리먼트
자기 응답형 엘리먼트는 보자력(保磁力)이 낮고 투과성이 높은 강자성체, 예를 들면 호칭이 "TATTLE-TAPETM"인 브랜드 스트립하에 미네소타주 세인트폴에 소재하는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링(3M)으로부터 구득 가능한 스트립에 사용되는 물질로 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 스트립, 즉 마커 어셈블리는 3M에 양도된 미국 특허 제5,331,313호(코닝) 및 제3,747,086호(피터슨)를 비롯한 수 개의 특허에 개시되어 있다. 보자력이 낮고 투과성이 높은 전형적인 강자성체로는 퍼말로이(니켈/철 합금)와, 뉴저지주 모리스톤에 소재하는 알리드시그널 컴퍼니로부터 Metglas 2705M 및 Metglas 2717A라는 상품명하에 구득 가능한 높은 투과성의 비결정 금속이 있다.
자기 응답형 엘리먼트는 엘리먼트가 관련된 물품의 특성에 따라 단일 상태 또는 이중 상태가 있을 수 있다. 예를 들면, 도서관의 어떤 기준 서적은 도서관에서 옮기지 못하게 되어 있으며, 따라서 단일 상태(불활성 상태가 아닌 것) 마커는이러한 서적이 검색 영역 내에서 통과되었는 지를 항상 나타낸다. 기타 물품들, 예를 들면 일반적인 도서관 자료 또는 상업 상품은 물품이 적절하게 처리되었을 때 검색 소스에 의한 검출을 방지하기 위해 마커가 적절하게 불활성 상태로 되도록 이중 상태 마커 어셈블리를 필요로 한다. 이중 상태 기능은 통상적으로 후술되고 전술한 피터슨 특허에 개시되어 있는 낮은 보자력의 자성체에 근접하게 부가되는 보다 높은 보자력 자성체를 통해 제공된다.
어떤 자기 응답형 엘리먼트는 저주파 교류 자계(예를 들면, 50Hz 내지 100KHz)에 통과될 때 신속하게 자기 방향을 전환하고, 검출기의 수신 코일에 의해 검출될 수 있는 소정의 특성 응답을 발생하는 능력을 가진다. 마커 어셈블리의 전환 기능은 높은 보자력 엘리먼트, 즉 "보자(保磁) 엘리먼트(keeper element)"의 자화 상태에 의해 제어된다. 이 보자 엘리먼트가 자화되는 경우, 검색 영역의 교류 자계 내에서 자기적으로 전후로 전환하는 마커의 능력이 변화되어, 마커는 통상적으로 검출되지 않는다. 보자 엘리먼트가 자기 소거되는 경우에는, 마커는 다시 전환 기능을 수행하여, 검색 소스가 마커의 존재를 검출하도록 인에이블한다. 보자 엘리먼트는 당업계에서 공지되어 있는 바와 같이 다른 방법으로 제공될 수 있다.
또한, 마커 어셈블리는 한쪽 또는 양쪽 측면에 접착제를 포함하여, 서적 또는 다른 물품에 마커가 접착될 수 있게 한다. 접착층은 착탈 가능한 라이너로 커버링되어 있으므로, 마커가 의도된 표면에 붙여지기 전에 의도되지 않은 표면에 접착되는 것을 방지할 수 있다. 마커 어셈블리의 이러한 특징 및 기타의 특징들은 전술한 미국 특허 제3,790,945호(피론), 제5,083,112호(파이오트로스키) 및제5,331,313호(코닝)에 개시되어 있다.
이러한 형식의 저주파 자기 엘리먼트는 검출로부터 차폐하기 어렵기 때문에, 보안이 중요한 경우 광범위한 항목에 효율적으로 사용될 수 있다. 또한, 다른 EAS 기술을 사용하는 마커보다 편리하고 완전하게 반복적으로 불활성화 및 재활성화될 수 있어, 이러한 특징이 매우 바람직한 일부 어플리케이션(예를 들면, 도서관)에 사용하는 것이 더 적절하다.
B. 고주파 응답형 엘리먼트
RFID 태그는 능동형 또는 수동형일 수 있다. 능동형 태그는 추가의 에너지 소스, 예를 들면 배터리를 태그 구성에 내장한다. 이 에너지 소스는 능동형 RFID 태그로 하여금 검색 고주파 자계가 약한 영역에서도 강한 응답 신호를 발생하여 전송할 수 있게 함으로써 능동형 RFID 태그는 보다 넓은 범위에서 검출될 수 있다. 그러나, 비교적 짧은 배터리 수명은 태그의 유효 수명을 제한한다. 그 밖에, 배터리는 태그의 크기 및 비용을 부가시킨다. 수동형 태그는 검색 고주파 자계로부터 태그를 구동시키는 데 필요한 에너지를 취하고, 그 에너지를 사용하여 안테나의 임피던스를 변조함으로써 응답 신호를 검색 자계에 전송하며, 이것에 의해 리더(reader) 안테나에 재반사되는 신호를 변조한다. 따라서, 그 범위가 더욱 제한된다. 수동형 태그가 다수의 어플리케이션에 사용되기 때문에, 이하에서는 이러한 종류의 태그에 한정하여 설명한다. 그러나, 당업자는 상기 2 가지 형식의 태그가 다수의 특징을 공유하고, 이들 2 가지 형식 모두가 본 발명에서 사용될 수 있다는 것을 인식하게 된다.
도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 수동형 고주파 응답형 엘리먼트(10)는 통상적으로 2개의 구성 소자, 즉 집적 회로(12)와 안테나(14)를 포함한다. 집적 회로는 주요 식별 기능을 제공한다. 집적 회로는 태그 식별 정보 및 기타 바람직한 정보를 영구 저장하고, 검색 하드웨어로부터 수신되는 명령을 해석하고 처리하며, 검색기를 통해 정보에 대한 요구에 응답하고, 다수의 태그가 동시 검색에 응답할 경우 발생하는 충돌을 하드웨어가 해결하는 것을 보조하는 소프트웨어 및 회로를 포함한다. 선택적으로, 집적 회로는 정보를 판독하기만 하는 것에 반대되는 것으로서 메모리(판독/기록)에 저장된 정보를 업데이트하기 위해 제공될 수 있다. RFID 마커용으로 적절한 집적 회로는 그 중에도 텍사스 인스트루먼츠(TIRIS 또는 Tag-it 제품 계열), 필립스(I-Code, Mifare and Hitag 제품 계열), 모토롤라/인달라 및 싱글 칩 시스템즈로부터 구득 가능한 것이 있다.
안테나의 기하학적 형상 및 특성은 태그의 RFID 부분의 소망의 동작 주파수에 따라 다르다. 예를 들면, 2.45 GHz(또는 이와 유사한 주파수) RFID 태그는 일반적으로 도 1A에 도시된 선형 다이폴 안테나(4a)와 같은 다이폴 안테나, 또는 도 1B에 도시된 고주파 응답형 엘리먼트에 부착된 접힌 다이폴 안테나(14a)를 포함한다. 13.56 MHz(또는 이와 유사한 주파수) RFID 태그는 도 2에 도시된 바와 같이 고주파 응답형 엘리먼트에 부착된 나선형, 즉 코일 안테나(14b)를 사용한다. 어느 경우든, 안테나(14)는 검색 소스에 의해 방사되는 고주파 에너지를 차단한다. 이 신호 에너지는 전력 및 명령의 양자를 모두 태그에 전달한다. 안테나는 RF-응답형 엘리먼트로 하여금 IC 칩을 구동시키기에 충분한 에너지를 흡수하도록 인에블하며, 이것에의해 응답이 검출되도록 한다. 따라서, 안테나의 특성은 내장된 시스템에 부합되어야 한다. 태그가 높은 MHz 내지 GHz 범위에서 동작하는 경우에, 가장 중요한 특성은 안테나의 길이이다. 일반적으로, 다이폴 안테나의 유효 길이는 검색 신호의 반파장 또는 반파장의 배수에 근접하도록 선택된다. 반파장 안테나가 크기 제한으로 인하여 비실용적인 낮은 MHz 영역 내지 중간의 MHz 영역(예를 들면, 13.56 MHz)에서 태그가 동작하는 경우, 중요한 특성은 안테나 임피던스 및 안테나 코일의 권선수이다. 상기 2 가지 안테나 형식에는 양호한 전기 전도도가 요구된다. 통상적으로, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속이 사용되지만, 퍼말로이와 같은 자성체를 비롯한 다른 도체도 사용될 수 있으며, 사실상 이러한 도체가 본 발명의 목적에 바람직하다. 또한, 최대의 에너지 전달을 위해 선택된 IC 칩의 입력 임피던스를 안테나의 임피던스에 부합시키는 것이 중요하다. 안테나에 관한 추가 정보는, 예를 들면 제이. 디. 크라우스의 안테나스(Antennas)(2d ed. 1998, McGraw-Hill, Inc., New York) 등의 참조 문헌으로부터 당업자에게 공지되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 커패시터(16)는 가끔 마커의 성능을 향상시키기 위해 포함되기도 한다. 커패시터(16)가 제공되는 경우, 태그의 동작 주파수를 특정 값으로 튜닝한다. 이것은 최대의 동작 범위를 얻고 조절 요건에 따른 컴플라이언스를 보장하는 데 바람직하다. 커패시터는 분리된 구성 소자이거나 또는 후술하는 바와 같이 안테나에 집적될 수 있다. 일부 태그 설계에 있어서, 특히 태그는 매우 높은 주파수, 예를 들면 2.45 GHz에서 동작하도록 설계되므로 튜닝 커패시터를 필요로 하지 않는다. 커패시터는 안테나에 의해 부여되는 인덕턴스에 결합되는 경우 하기 수학식 1과 같이 주어지는 복합 구조의 공진 주파수가 FRID 시스템의 소망의 동작 주파수와 근접하게 부합하도록 선택된다.
위 식에서, C=커패시턴스 (단위: F)이고, L=인덕턴스 (단위: H)이다. 또한, 커패시터는 3M에 양도된 미국 특허 제4,598,276호(타이트 등) 및 제4,578,654호(타이트 등)에 기재되어 있는 바와 같이 분포 커패시터일 수도 있다. 분포 커패시턴스는 태그 크기, 구체적으로는 두께를 줄이는 데 바람직하고, 수동 어셈블리를 최소화하는 데 바람직하다.
동작시에, 도 4에 도시된 바와 같이 고주파 응답형 태그(110)는 EAS 보안 시스템(100)에 의해 검색되며, 통상적으로 태그가 모니터링되는 지점 근처에 배치된다. 검색 영역은 모니터링될 항목 등을 운반하는 컨베이어 근처에 태그가 붙여진 물품이 위치되는 장소로부터 출구 양단에 이격된 검출 패널을 배치시킴으로써 설정될 수 있다. 또한, 휴대용 검출 장치가 사용될 수 있다. 검색 소스(102)(통상적으로 구동 발진기 및 증폭기를 포함함)는 안테나(104)(때로는 자계 코일이라고 기재함)에 결합되어 검색 영역에서 교류 고주파 자계 또는 검색 신호를 전송한다. 또한, 시스템(100)은 신호를 수신하는 안테나(안테나(104)로 도시되고, 때로는 수신 코일이라고 기재함) 및 검색 영역에서 태그에 의해 생성되는 신호를 처리하는 검출기(106)를 포함한다.
검색 소스(102)는 바람직한 공지된 일정한 주파수 대역들 내에서 선택될 수 있는 검색 신호(200)를 송신하는데, 그 이유는 상기 주파수 대역들은 다른 어플리케이션을 방해하지 않고 적용 가능한 정부 규정과 일치하기 때문이다. 고주파 응답형 엘리먼트가 검색 신호를 수신했을 때, 상기 엘리먼트는 안테나(104)에 의해 수신되고 검출기(106)에 의해 송신되는 자신의 응답 코드 신호(202)를 송신한다. 검출기는 그 응답 신호를 디코딩하여, (통상적으로 컴퓨터 또는 다른 메모리 장치(108)에 저장된 정보에 기초하여) 태그를 식별하고, 그 검출된 코드 신호에 기초하여 동작을 취한다. 예시된 시스템의 다양한 변경, 예를 들면 검색 소스(102) 대신에 별도의 안테나를 사용하고, 예시된 단일 안테나(104) 대신에 검출기(106)를 사용하는 등의 변경은 당업자에게 공지되어 있다.
근대의 RFID 태그도 역시 종종 판독 전용 메모리 또는 재기록 불능 메모리의 형태로 상당한 용량의 사용자 액세스 가능한 메모리를 제공하지만, 콘텐츠를 원격 재기록함으로써 메모리를 반복적으로 업데이트하는 능력을 사용자에게 부여하는 것이 바람직하다. 제공되는 메모리의 용량은 변화될 수 있으며, RFID 태그의 집적 회로부의 크기 및 가격에 영향을 미친다. 통상적으로, 경제성을 고려하여 128 비트 내지 512 비트의 총 메모리가 제공될 수 있다. 예를 들면, 달라스주에 소재하는 텍사스 인스트루먼츠사에서 "Tag-it"이라는 상품명으로 시판 중인 RFID 태그는 고유한 태그 일련 번호, 버젼 및 제조 정보 등과 같은 항목용으로 확보된 128 비트의 메모리 외에도 256 비트의 사용자 프로그래머블 메모리를 제공한다. 유사하게는, 네덜란드 아인도벤에 소재하는 필립스 세미컨덕턴스에서 "I-Code"라는 상품명으로시판 중인 RFID 태그는 전술한 형식의 정보용으로 확보된 추가의 128 비트와 함께 384 비트의 사용자 메모리를 제공한다.
이 사용자 액세스 가능한 메모리는, 예를 들면 도서관 환경에 배치되는 항목 식별 시스템의 성능을 강화시키기 위해 이용될 수 있다. 현재, 도서관은 광학식 바코드를 스캐닝하여 항목을 식별하고 있다. 이 바코드 내에 포함된 고유 식별자는, 도서관 자동화 벤더에 의해 제공되는 소프트웨어(LAV 소프트웨어)를 포함하는 순환 데이터베이스에 액세스하는 데 사용되는데, 여기에는 상기 항목에 대하여 더욱 확장된 정보가 영구 보존되어 있다. 이 시스템은 고도로 개발되어 다수의 어플리케이션에서 매우 양호하게 실행되고 있지만, 2 가지의 단점이 있다. 첫째로, 순환 데이터베이스와의 접속이 설정되어야만 정보에 액세스할 수 있다. 이것은 항목이 순환 데이터베이스와의 접속으로부터 멀리 떨어진 위치에 있을 때 정보의 가용도를 제한한다. 둘째로, 순환 데이터베이스로부터의 정보 검색에는, 특히 많은 사용 기간 동안 때때로 용인할 수 없을 정도의 장시간이 요구된다. RFID 태그에 어떤 특정 항목의 정보를 저장함으로써, 상기의 2 가지 제한을 모두 극복할 수 있다.
도서관 식별 시스템이 FRID 태그에 제공되는 경우 그 성능을 향상시킬 수 있는 정보의 일례로는 도서관 식별 번호가 있다. 데이터베이스에 액세스하지 않고도, 항목의 "홈(home)" 도서관은 단순히 RFID 라벨을 스캐닝함으로써 신속하고 편리하게 결정될 수 있게 된다. 바람직하게는, RFID 태그 자체에 제공되는 정보의 또다른 예에는 항목이 서적, 비디오 테이프, 오디오 테이프, CD, 또는 어떤 다른 항목인지를 표시하는 코드가 있다. 예를 들면, 이 코드는 본 발명의 양수인으로부터 구득가능한 3M 스탠다드 인터체인지 프로토콜에 규정되어 있는 미디어 타입 코드로 구성된다. 미디어 타입을 바로 알게 됨으로써, 도서관의 자료 관리 시스템은 항목이 원격 순환 데이터베이스를 컨설팅함에 있어서 지연 및 불편함을 초래하지 않고 적절하게 처리되는 것을 보장할 수 있다. RFID 라벨 내에 포함되기에 적절한 정보의 다른 예들은 당업자에게 있어 명백하다.
RFID 시스템이 바코드에 기초한 시스템 보다 우월한 이점을 제공하는 또다른 영역은 다수 항목의 식별에 있다. 고도의 소프트웨어 알고리즘을 사용함으로써, RFID 리더 및 마커는 리더의 검색 영역의 모든 항목이 오퍼레이터에 의한 개입없이 성공적으로 식별되는 것을 보장하도록 합동하여 동작한다. 이러한 능력은, 바코드에 기초한 식별 시스템에서 실행하기가 불가능하다고 하는 어려움이 있는 재고 제어, 항목 트래킹 및 정렬 영역에서 다수의 유용한 어플리케이션의 발전을 가능케 한다.
C. 결합 태그
도 3 및 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 결합 태그(20)는 자기 응답형 엘리먼트와 RF-응답형 엘리먼트와 결합하여 양자의 이점을 제공한다. 따라서, 2개의 엘리먼트는 동시에 관련 항목에 적용될 수 있다. 결합 태그는 착탈 가능한 라이너에 의해 커버링된 감압(感壓)접착제를 구비하며, 이 접착제는 라이너가 제거되는 경우 결합 태그가 물품의 표면에 접착될 수 있게 한다. 다른 실시예에 있어서, 태그는 고주파 응답형 엘리먼트용 안테나로서 자기 응답형 엘리먼트를 사용한다. 자기 응답형 엘리먼트는 안테나로서 사용되는 경우 고주파 응답형 엘리먼트에 전기적으로 결합되고, 고주파 응답형 엘리먼트에 물리적으로 결합되거나 또는 결합되지 않을 수도 있다.
본 발명에 따라 제조된 결합 태그는 2 가지 방법으로 검색할 수 있다. 첫째로, RFID 검색 소스는 집적 회로로부터 코드를 요구하여 수신하기 위해 고주파 신호를 사용한다. 이 정보는, 예를 들면 태그가 관련된 물품의 식별 및 물품이 적절하게 처리되었는 지의 여부를 나타낸다. 둘째로, 자기 검색 자계는 태그를 검색하여 마커 어셈블리의 자성 부분이 활성화 상태인지를 결정한다. 마커 어셈블리가 활성화 상태인 경우, 검색 소스는 응답, 예를 들면 마킹된 물품이 적절하게 처리되지 않았다고 하는 통지를 발생한다. 자기 검색이 고주파 검색보다 더 차폐 저항성이 있기 때문에, 결합 태그의 자성 부분은 보안을 강화시킨다. 따라서, 2 가지의 자기 태그 및 RFID 태그의 특징이 결합되어 단일 결합 태그의 특징이 된다.
양호한 실시예에 있어서, 결합 태그는 고주파 응답형 엘리먼트의 회로에서 안테나로서 기능하는 자기 응답형 엘리먼트를 포함한다. 2 가지의 기능을 제공하기 위해, 안테나 재료는 낮은 보자력 및 매우 높은 자기 투과성을 나타내야 하고(유효한 보안 엘리먼트로서 제공하기 위해), 높은 전기 전도도로 완화되어야 한다(유효한 안테나로서 기능하기 위해). 또한, 안테나의 기하학적 형상은 2 가지 기능을 양립시킬 수 있어야 한다. 이 실시예에 있어서, 안테나는 예를 들면 퍼말로이, 니켈 및 철의 합금으로 제조될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 3M "Tattle-TapeTM" 브랜드 보안 스트립, 또는 다른 동등한 자기 엘리먼트는 2.45 GHz 또는 이와 동일한 고주파수에서 동작하도록 선형다이폴 안테나로서 사용될 수 있다. 이 스트립의 길이, 폭 및 두께는 특정 동작 주파수 및 사용되는 RFID 칩의 다른 특성과 매칭하도록 선택된다. 통상적으로, 스트립은 퍼말로이(펜실베니아주, 레딩에 소재하는 카펜터 스페셜티 알로이스 (Carpenter Specialty Alloys)를 비롯한 다수의 공급원으로부터 상품명 "HyMu80"하에 구득 가능) 또는 뉴저지주 모리스톤에 소재하는 알리어드시그널 컴퍼니로부터 상품명 2750M하에 구득 가능한 것과 같은 비결정질 합금으로 제조되며, 그 길이는 6.35 내지 16.5 cm(2.5 내지 6.5 인치)이다. 집적 회로의 단자는 보안 스트립의 단부에 물리적으로 결합된다. 임피던스 및 출력 이득의 전기적인 측정치는 자기 스트립이 칩에 통상 사용되는 구리 또는 알루미늄 다이폴 안테나와 동일한 기본적인 전기적 특성을 제공하도록 설정하며, 따라서 2 가지 기능을 충분히 실행할 것으로 기대된다.
자기 응답형 엘리먼트가 적어도 고주파 응답형 엘리먼트용 안테나의 일부로 사용되는 경우, 2개의 엘리먼트는 상호 전기적으로 결합된다. 전기적인 결합은 다수의 엘리먼트간의 물리적인 접속(도 5에 도시됨)때문에 발생하거나, 또는 물리적인 접속이 없는 경우에는 비접촉 전자기 결합(도 6 내지 도 8에 도시됨)에 의해 발생하기도 한다. 비접촉 결합은 기생 결합, 용량성 결합 또는 유도성 결합을 포함하며, 이러한 안테나 구성 성분을 기생 안테나 엘리먼트, 반사기 및 도파(디렉터) 안테나, 야기-유다(Yagi-Uda) 안테나, 또는 기타 적당한 안테나 구성으로서 사용한다.
도 3에 도시된 결합 태그는 자성체로 제조된 코일 권선을 포함한다. 이 태그는, 예를 들면 자속 컬렉터가 태그의 자기 기능을 증가시키기 위해 코너에 구비되는 도면 부호 14c와 같은 안테나 구조를 갖는 13.56 MHz 태그일 수 있다. 다른 형식의 자속 컬렉터를 구비할 수도 있다.
도 5에 도시된 결합 태그(20)에 있어서 자기 응답형 재료로 제조된 안테나(22)와 집적 회로(12)는 물리적으로 접속되어 있다. 또한, 전술한 형식의 1개 이상의 보자 엘리먼트는 이중 상태 태그를 제공하기 위해 선택적으로 활성화 및 불활성화 되도록 자기 응답형 재료에 인가될 수 있다. 그러나, 도 6에 도시된 안테나(22a)는 집적 회로(12) 또는 다이폴 안테나(23)에 물리적으로 접속되지 않고, 기생 다이폴 결합에 의해 다이폴 안테나에 전기적으로 결합되어 결합 태그(20a)를 제공한다. 다이폴 안테나(23)는 자기 응답형 재료 또는 자기에 응답하지 않는 재료로 구성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 1개 이상의 안테나(22)가 안테나(23b, 23c)와 전기적으로 각각 결합되도록 제공되는 실시예를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 결합 태그(20b)에 있어서, 집적 회로(12)는 안테나와 기생 결합되는 다이폴 안테나(23b)를 포함한다. 안테나(22b)는 자기 응답형 재료로 제조되며, 안테나(23b)는 자기 응답형 재료로 제조되는 경우도 있다. 도 8에 도시된 결합 태그(20c)에 있어서, 도 2에 도시된 형식의 고주파 응답형 엘리먼트는 안테나(22c)와 기생적으로 전기 결합된다. 안테나(22c)는 자기 응답형 재료로 제조되고, 안테나(23c)는 자기 응답형 재료로 제조되는 경우도 있다. 이 실시예의 다른 변경은 용이하게 설계된다.
결합 태그의 총두께는 가능한 한 작게 하여, 물품 상에 또는 그 내부에 태그가 눈에 띄지 않게 배치되도록 인에이블한다. 예를 들면, 태그는 서적의 페이지 사이에 접착제로 도포될 수 있으며, 서적의 끝을 관찰했을 때 쉽게 검출되지 않을 정도로 얇게 하는 것이 바람직하다. 통상의 IC는 두께가 대략 0.5 mm(0.2 인치)이며, 태그의 총두께는 0.635 mm(0.025 인치) 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 결합 태그는 롤 형태로 제공되므로, 각 태그를 물품에 순차적으로 자동 부착시킬 수 있다. 이러한 일반적인 시스템은, 예를 들면 PCT 공개 번호 WO97/36270(데발레 등)에 개시되어 있다. 1개 이상의 표면이 접착제(예를 들면, 감압 접착제)로 커버링될 수 있는 각 결합 태그는 롤로부터 제거되어 서적의 바인딩 근방의 2 개면 사이에 부착시킬 수 있다. 페이지 스프레더를 제공하여 결합 태그를 쉽게 삽입할 수 있게 하고, 시스템 내의 다양한 구성 소자의 위치를 검출하는 센서와 같은 다른 옵션이 제공될 수도 있다.
결합 태그는, 전용(專用)하는 것은 아니지만, 도서관 자료 처리에 특별한 용도를 갖는 것으로 여겨진다. 이런 타입의 RFID 태그를 가진 도서관 자료는 아마도 사람의 도움 없이도 보다 용이하게 체크 인, 체크 아웃될 수 있다. 즉, 도서관 자료는 특정 고객(자신의 도서관 카드와 관련된 RFID 태그를 가진 사람)이 적정 검출 영역을 통과할 경우 그 고객에게 자동적으로 체크 아웃되고, 그 고객이 자료를 가지고 도서관에 다시 들어올 경우에는 다시 체크 인된다. 또한, 본 발명의 태그는 도서관 관리자로 하여금 자료의 트래킹을 즉시 연속적으로 유지할 수 있게 함으로써 재고 관리 및 분석에 도움을 준다. 본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 물론 가게, 창고 등에서 취급하는 자료와 같은 다른 어플리케이션에 효과가 있도록 사용될 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 결합 태그는 (태그의 자기 특성이 활성화 또는 불활성 상태인지를 나타내는) 자기 응답 및 (적정 소프트웨어의 사용을 통해 데이터베이스 또는 RFID 칩 자체 내의 메모리가 항목이 적절하게 처리되었음을 나타내는 지를 나타내는) 고주파 응답 모두를 통하여 이중 상태 마커 정보를 제공할 수 있다.
이하의 실시예는 세목 Ⅱ에서 후술한 본 발명의 실시예에서 사용되는 태그와 관련된 또다른 정보를 제공한다.
실시예 1
결합 태그는 본 발명에 따라 제조된다. 펜실베니아주 레딩에 소재하는 카펜터 테크놀로지 코포레이션으로부터 상품명 "HyMu80"하에 구득 가능한 합금으로 제조된 퍼말로이 스트립은 캘리포니아주 샌디에이고에 소재하는 싱글 칩 시스템즈(SCS)에 의해 제조되는 텍스트 고정구에 부착된다. 스트립은 대략 폭 1.6 mm(0.625 인치)×두께 0.0254 mm(0.001 인치)×길이 10.16 cm(4 인치)로 측정된다. 텍스트 고정구는 LED 다이오드에 접속된 표준 SCS 2.45 GHz 안테나로 구성된다. 이 장치는 SCS RFID 태그를 구동할 정도의 강한 2.45 GHz 자계까지 노출했을 때 LED가 빛을 내도록 설계되므로, 그 장치의 전원 수신부의 적정 동작을 바로 눈으로 확인할 수 있다. 표준 SCS 안테나를 원형 퍼말로이 안테나로 대체했을 때, LED는 원형 안테나의 성공적인 동작을 확신할 수 있는 동일한 자계 세기로 조사(照射)한다.
실시예 2
도 3은 13.56 MHz RFID 설계에 유용한 것으로 여겨지는 안테나의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 이 주파수에서, 코일형 안테나의 기하학적 형상이 바람직하다. 코일로 구성된 나선형 권선은 에칭(물리적 또는 화학적 에칭), 다이 커팅, 또는 마스크를 통한 증착에 의해 퍼말로이와 같은 자기 합금으로 형성된다. 또한, 코일의 직선 "아암" 부분은 상기 설계에서 자기 응답형 엘리먼트로서 제공된다. 그러나, 상기 기하학적 형상에 있어서 이러한 금속 엘리먼트의 감소된 길이는 장치의 자기 보안 부분의 유효성을 제한한다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 코너에 배치되는 자속 컬렉션 엘리먼트는 이러한 제한을 극복하기 위해 안테나 코일에 부착된다. 도 3에 도시된 구성은 소정의 검색 주파수로 안테나의 동작 주파수를 튜닝하기 위해 전술한 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
이 실시예에서 설명되는 안테나의 특성과 공지된 고주파 집적 회로용 안테나의 특성을 비교했을 때 그 특성이 동일하기 때문에, 이 실시예의 안테나는 상기 어플리케이션에서 적절하게 기능한다.
후술하는 본 발명의 실시예는 RFID 엘리먼트만을 가진 태그 또는 결합 태그를 사용할 수 있는데, 이들 두가지 태그에 대해서는 앞에서 설명되어 있다.
Ⅱ. RFID 검색 시스템용 안테나 시스템
A. 총론:본 발명은 관련된 다수의 항목에 사용되는 안테나 시스템에 관한 것이며, 그 시스템의 적어도 일부는 RFID 엘리먼트를 포함한다. 양호한 실시예에 있어서, 안테나 시스템은 항목에 인접하게 배치되어 RFID 검색 소스에 영구적으로 또는 착탈 가능하게 접속되는 연속 안테나 테이프와, 그 안테나 테이프에 의해 얻어지는 정보를 처리하기 위한 소프트웨어와, 상기 테이프의 일부를 활성화시켜 RFID 검색 소스로 하여금 그 테이프의 일부로부터 정보를 얻을 수 있게 하는 제어기를 포함한다. 본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징에 대해서는 이하에서 더욱 상세하게 설명하겠다. 다른 어플리케이션이 확실히 본 발명의 범위 내에 있긴 하지만, 특히 본 발명의 편리한 사용은 선반에 격납된 도서관 항목의 재고를 관리하는 것이며, 이것에 대해서는 본 명세서에 기재되어 있다.
B. 시스템 구성 소자:이 섹션에서 설명되는 구성 소자의 일부는 본 발명의 어떤 어플리케이션에서는 선택적일 수 있다.
1. RFID 태그를 붙인 항목:시스템은 RFID 엘리먼트를 가진 항목에 관한 정보 및 그 항목으로부터의 정보를 얻기 위한 것이며, RFID 태그에 내장될 수 있는데, RFID 태그라고 부르기도 한다. 일부 실시예에 있어서, 전술한 형식의 결합 태그는 RFID 태그를 사용하거나 또는 그 RFID 태그에 부가하여 사용될 수 있다. 도서관 자료의 경우에, RFID 태그는 선반에 있는 항목 모두가 대체로 동일 위치의 RFID 태그를 가지도록 항목의 저부 상에서 소정의 거리에 위치되는 것이 바람직하지만, 항목상의 어디에나 배치될 수 있다. 바람직한 RFID 태그는 RFID 검색 소스의 시야의 직선 내에 있지 않아도 되며, 서적, 예를 들면 바인딩 상에 또는 그 근방에 부착될 수도 있다. 안테나 선반 테이프가 구동되고 나서 태그의 RFID 엘리먼트가 구동되기 때문에, 보다 소형의 안테나가 RFID 태그에 사용될 수 있으므로, 태그의 크기 및 가격은 줄일 수 있게 된다.
2. RFID 검색 소스:RFID 검색 소스는 때로는 "RFID 리더", 또는 RFID 디바이스라고 부르기도 하는데, 당업계에서 공지된 방식으로 RFID 태그를 검색하여 그것으로부터 정보를 얻는 데 사용된다. RFID 리더는 고정되고, 휴대 가능하거나, 또는 손에 들고 사용할 수 있으며, 본 발명의 안테나 시스템을 사용하여 RFID 태그를 검색하는 데 사용된다. 또한, 다른 실시예에서, RFID 리더는 리더의 판독 범위를 증가시키기 위해 안테나를 구비한다. 여러 제조사에서 여러 종류의 상이한 마커를 판독할 수 있는 RFID 리더를 제조한다. RFID 리더는 텍사스주 달라스에 소재하는 텍사스 인스트루먼츠사에 의해 제조되는 코맨더 320 13.56 MHz RFID 리더로 구성될 수 있다. 휴대용 리더 모듈은 아이. 디. 시스템즈로부터 상품명 "flx-msr"하에 구득 가능하며, 비록 저전력 소비로 인해 한정된 판독 범위를 갖긴 하지만 휴대용 리더로서 동작한다. 또다른 리더 유닛은 필립스 RFID 마커를 사용하여 동작하는 탐사 장비(discovery kit)로서 필립스로부터 구득 가능하지만, 필립스사는 이 리더를 상품화하고 있지 않은 것으로 믿어진다. 고주파에서 동작하는 다른 리더에는 싱글 칩 시스템즈의 2.45 GHz 시스템, 암테크의 900 MHz 시스템이 있다. 상품화되어 시판되는 검색 소스 중 일부, 또는 공지되었거나 차후 개발되는 다른 것들은 검색 소스로서 적절하게 설계된 안테나 선반으로 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재되는 RFID 리더 및 안테나 테이프는 관련 항목을 성공적으로 검색하기 위해 모두 동작해야 하기 때문에, 실행되는 특정 안테나 테이프 설계는 RFID 리더의 검색 주파수(및 어쩌면 다른 특징)에 따라 상이하다. 따라서, 보편적으로 수용 가능한 안테나 시스템 설계 파라미터에 관한 특정의 설명은 행하기가 매우 어렵다.
3. 소프트웨어:RFID 리더가 RFID 태그로부터 일단 정보를 얻게 되면, 소프트웨어를 사용하여 사용자가 선택한 방법으로 그 정보를 처리하여 저장한다. 이 소프트웨어를 사용하여 리더를 검색하고 다음에 태그를 검색한다. 소프트웨어는 리더로부터 동작 파라미터 및 상태 체크를 얻기 위해 호스트 컴퓨터로부터 리더에 리퀘스트 및 코맨드를 전송한다. 또한, 리더 소프트웨어는 리더로부터 전송되고 그 리더에 전송되는 코맨드가 타당한 코맨드 또는 응답인지를 검증하기 위해 보호한다.
RFID 디바이스가 RFID 태그를 판독한 후에, 디바이스는 항목 식별 정보를 도서관 자동화 벤더, 즉 LAV에 의해 제공되는 컴퓨터에 전송한다. 대체로 50개의 현재 LAV 소프트웨어 시스템 중에는 유다 프로보에 소재하는 아메리테크 라이브러리 서비스로부터 구득 가능한 "Dynix"와, 콜로라도주 덴버에 소재하는 CARL 코포레이션으로부터 구득 가능한 "Carl ILS"와, 미저리주 세인트 루이스에 소재하는 DRA로부터 구득 가능한 "DRA"가 있다. LAV 소프트웨어는 도서관이 그 도서관을 통한 도서관 자료의 흐름을 관리할 수 있게 하며, 고객, 도서관 자료, 그 자료의 상황 및 유효성 등에 관련된 데이터베이스를 포함한다.
4. 안테나:RFID 태그의 검색 및 그 태그로부터의 정보 수신을 용이하게 하기 위해, 본 발명은 연속 안테나(따라서, "RFID 선반 테이프", "안테나 선반 테이프", 또는 단지 "선반 테이프"라고 부르지만, 이 선반 테이프가 반드시 보통의 테이프와 같은 접착성인 것은 아니다), 또는 불연속 안테나 시스템을 포함하고 있지만, 제조, 응용 및 동작의 용이성 때문에, 연속 안테나 시스템이 통상적으로 바람직하다. 본 발명은 불연속 안테나를 이용하여 실행될 수 있지만, 편의상 연속 안테나 테이프에 관하여 설명하겠다.
하나의 실시예에 있어서, RFID 엘리먼트를 가진 태그는 소정의 관련 영역의 일부 또는 바람직하게는 전부에 배치되고, 안테나 선반 테이프는 그 항목의 위치에 또는 그 근방에 배치된다. 안테나 선반 테이프는 바람직하게는 유효 AC 전류에 의해 구동된다. RFID 태그가 RFID 검색 소스(전체 영역에 대하여 단일 소스 또는 다수 소스)에 의해 검색되어지는 경우, 그 소스는 선택적으로 데이터베이스와 비교하기 위해 항목의 존재 또는 부재에 관한 정보 및 그 항목의 식별에 관한 정보를 신속하게 얻는 것이 가능하다. 따라서, 재고는 빈번하게, 또는 더 연속적으로 관리될 수 있는데, 이는 특히 도서관에서 유용하다.
안테나 선반 테이프는 도 9에 도시되어 있으며, 소정의 관련 영역에서 1개, 1개 이상, 또는 모든 선반 상에 설치될 수 있다. 안테나 선반 테이프는 RFID 엘리먼트에 보충 전력을 제공하며, 이것은 도서관 자료와 관련된 태그의 RFID 엘리먼트를 판독하는 데 필요한 총전력을 경감시킨다. 보다 적은 전력을 필요로 하는 리더가 보다 소형일 수 있기 때문에 조종하기가 보다 용이해진다. 각 항목을 차례로 지나가는 휴대용 스캐너를 사용하지 않고, 안테나 테이프를 사용하여 한 번 동작할 때 항목군을 신속하게 판독 또는 스캐닝하여, 사용자가 항목의 트래킹 및 재고를 연속적으로 처리할 수 있게 한다. 따라서, 오퍼레이터는 어떤 항목이 저장되어 있는지 또는 어디에 저장되어 있는지를 실시간 결정할 수 있는데, 이것은 다른 어떤 것들 중에서도 특히 도서관 재고를 크게 단순화시킨다.
본 발명의 안테나 시스템은 바람직하게는 다양한 형태의 자료 격납과 근사하게 기능한다. 목재 또는 플라스틱으로 구성된 선반은 안테나 테이프에 영향을 미치지만, 안테나의 설계는 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 안테나에 인가되는 상이한 유전체 부하를 적절하게 고려하도록 용이하게 부합시킬 수 있다. 배면에 접착제를 바른 안테나 테이프는, 예를 들면 비금속 선반의 밑면에 부착될 수 있다. 일부 도서관 및 데이터 센터에는 금속 선반이 있을 것이다. 그러므로, 안테나 테이프는 금속 선반에 근접하게 동작하도록 설계되는 것이 바람직하다. 안테나 테이프가 금속 선반에 사용되는 응용에서, 예를 들면 유전체 스페이서층의 부가를 포함하는 적정 안테나 설계가 요구될 수 있다. 성능을 최적화하는 데 요구되는 특정 설계는 안테나 선반 테이프에 대하여 선택된 동작 주파수에 의존한다. 예를 들면, 금속 선반에 있어서의 양립성은 금속 선반과 안테나 테이프를 이격시킴으로써, 가령 대략 13.56 MHz에서 또는 그 이하에서 동작하는 RFID 시스템에 대해서 약 1.27 cm(0.5 인치) 만큼 이격시킴으로써 이루어질 수 있다. 13.56 MHz 이상에서, 선반 그 자체는 안테나 설계에 효율적으로 사용될 수 있으며, 안테나 시스템의 절대 필요한 부분이 된다. 금속 선반의 다른 설계는 안테나 테이프를 서적 또는 다른 도서관 자료의 바로 위의 선반에 있는 서적 위에 배치하는 것이다.
효율적으로 동작시키기 위해서, 어셈블리 내의 각 안테나는 공지된 바와 같이 각각 적정한 Q 값을 가져야 한다. Q 값은 안테나의 품질 인자, 안테나의 손실 측정값, 효율성 및 대역폭을 나타낸다. 적정한 Q 값은 그 시스템의 다른 구성 소자, 즉 마커의 Q 값, 검색 소스에 관련된 임의의 검색 안테나의 Q 값 및 검색 전자 회로에 의해 요구되는 신호 대역폭의 Q 값에 좌우된다.
하나의 실시예에 있어서, 본 발명의 안테나 테이프는 리더로 하여금 안테나테이프의 특정 활성화 부분으로 그 검색을 조정할 수 있도록 인에이블하는 제어 회로를 포함한다. 즉, 리더는 안테나 테이프의 특정 세그먼트와 관련된 RFID 태그를 검색하고 그 태그로부터 정보를 얻으며, 그 다음 안테나 테이프의 상이한(바람직하게는 인접한) 세그먼트 등과 관련된 RFID 태그를 검색한다. 이러한 특징은 주소 지정 능력(addressability)으로 칭해지며, 제어 회로는 멀티플렉서 회로를 포함하기도 한다. 주소 지정 능력은 1개의 대형 안테나 시스템이 동시에 관련 항목 모두를 검색하는 것이 가능하긴 하지만, 너무 넓어서 단일 안테나로 모니터링하기에는 효율적이지 못한 모니터링 영역에 특히 유용하다. 이러한 단일 안테나 시스템을 이용하는 경우, 검색 소스는 항목의 순서를 결정할 수 없지만, 항목이 모니터링 영역에 존재하는지의 여부와 그 존재를 결정할 수는 있다.
도 10을 참조하여 상세하게 후술하는 바와 같이, 제어기는 안테나 회로에 어드레스를 전송한다. 1개의 특정 안테나만이 RFID 태그를 판독하도록 인에이블되며, 이것은 리더 신호의 중계에 의해 달성된다. 1개의 안테나가 판독된 후에 멀티플렉서 회로가 증가되고, 이것에 의해 안테나 테이프의 다음 특정 세그먼트가 활성화된다. 상기 안테나는 상기 세그먼트 등과 관련된 RFID 태그를 검색하도록 RFID 리더를 보조한다. 예를 들면, 첫번째 부분이 항목 1 내지 10과 관련된 위치를 판독하고, 두 번째 부분이 항목 9 내지 20과 관련된 위치를 판독하고, 세 번째 부분이 항목 19 내지 30과 관련된 위치를 판독하도록 인접한 안테나 엘리먼트의 범위를 중첩하는 것이 바람직하다. 이 장치는 도 10에 도시되어 있으며, 이후 더욱 상세하게 설명하겠다. 동일 항목을 두번 검색(위의 예에서 항목 9, 10, 19, 20)할 때의중복(redundancy)은 소프트웨어에 의해 설명될 수 있으며, 모든 항목이 안테나 엘리먼트간의 접합부에서 적절하게 검색되는 것을 보증한다. 또한, 예를 들면 안테나 테이프의 세그먼트를 순차적으로 수동으로 활성화 및 불활성화시킴으로써 멀티플렉서 회로를 사용하지 않고도 안테나 테이프의 특정 세그먼트를 검색하는 것이 가능하다. 이것은 단순한 스위치에 의해 행해진다.
주소 지정 능력은 특히 특정 항목과 특정 위치를 관련시키기 때문에 검색 항목의 실제 순서를 결정하는 데 유용하다. 또한, 주소 지정 능력은 각 안테나 엘리먼트에 부여되는 전력을 증가시키게 된다. 다른 엘리먼트에 어떠한 스위치도 없는 경우, 회로는 대형 전력 분배기로서 동작한다. 이것은 각 엘리먼트에 보내지는 총전력의 분배를 초래하여, 태그의 판독 확률을 감소시킨다.
테이프 자체는 연속 테이프로 구성되거나, 또는 특정 선반에 사용되는 소정의 세그먼트로 세분될 수 있다. 일례의 연속 테이프는 연속 안테나 웹 절단으로 인해 안테나 엘리먼트가 절단되지 않거나, 또는 임의의 주소 지정 회로가 파열되지 않으면, 연속 안테나 웹이 절단될 수 있는 분계점을 가진다. 그 분계점에서, 리더 접속용 회로는 테이프에 단순한 기계적 접속 또는 전기적 접속(용량성 결합 접속)에 의해 부가될 수 있다. 테이프의 다른 단부는 다수의 엘리먼트를 나타내도록 종단된다. 처음에 회로가 사용될 때, 초기화 상태에서 얼마나 많은 안테나 엘리먼트가 존재하는 지를 결정하고, 회로 주소를 설정한다. 특정 길이의 테이프가 사용되는 경우, 멀티플렉싱 회로 및 리더 전자 회로와의 접속이 설정되어 사용할 준비가 되어 있다.
또다른 실시예에서는 RF 증폭기가 RFID 태그를 검색하기 위한 추가의 신호 세기를 제공한다. 안테나 테이프는 테이프를 구동하거나 또는 인에이블로 하기 위해 RF 에너지를 공급하고, 리더는 테이프의 안테나를 통해 휴대용 디바이스 또는 안테나 테이프 자체에 의해 태그를 판독한다. 테이프는 추가의 RF 에너지를 부가하여 휴대용 또는 선반 테이프 리더 유닛이 더욱 효율적으로 태그를 판독할 수 있게 한다. 증폭의 또다른 실시예는 테이프상의 안테나에 부여되는 전력, 리턴 신호의 해독에 도움을 주기 위한 리턴 신호의 증가된 신호 처리 또는 증폭을 증가시키기 위해 리더 신호선과 직렬로 배치된 기본 RF 증폭기이다.
5. 시스템 집적화:안테나 테이프는 검색 및 제어 전자 회로에 접속되고, 이 검색 및 제어 전자 회로는 적정 LAV 소프트웨어에 접속된다. 또한, RFID 디바이스(검색 소스)와 함께 사용되는 안테나는 크기 및 가격이 저감될 수 있으며, 비교적 부피가 크고 제조 비용이 비싼 구리 와이어 안테나에 의해 야기되는 현재의 어려움을 극복할 수 있다. 연속 안테나 테이프는 안테나 시스템에 대한 요구를 만족시키며, 이 안테나 시스템은 값싸고, 설치가 단순하며, 정밀한 분해능으로, 예를 들면 13.56 MHz 시스템에 대하여 대략 12 cm(4 인치)보다 작게 격납된 물품의 위치를 설정할 수 있다. 적정 하드웨어 및 소프트웨어를 사용함으로써 소정 영역에 있는 항목의 재고 및 위치는 완전하게 자동화될 수 있다.
일실시예에서, RFID 자산 재고 시스템은 13.56 MHz의 검색 주파수에서 동작하며, 이 주파수는 산업적, 과학적 또는 기계적 어플리케이션용으로 확보된 주파수 대역 내에 있다. 본 발명은 안테나 설계를 적절하게 변동시킴으로써 광범위한 주파수 및 어플리케이션에 적용될 수 있다. 검색 크기는 자기 매체, (메모리 디바이스를 포함하는) 상용 (비경화) 반도체 디바이스 및 상기 대역 밖에서 동작하는 다른 전자 장치에 악영향을 미치치 않을 정도로 작게 하는 것이 바람직하다. 시스템은 모든 적용 가능한 FCC 및 유럽국 전자기 방출 규정에 따르는 것이 바람직하다.
도 10을 참조하여 후술하는 바와 같이, RFID 리더, 제어 회로 및 다른 시스템 구성 소자는 안테나 테이프의 특정 세그먼트 또는 부분과 관련되거나, 또는 안테나 테이프로부터 착탈 가능한 휴대용 또는 다른 RFID 디바이스와 관련될 수 있다. 단일 안테나 테이프가 모든 관련 영역에 사용되는 실시예에서, 어떠한 분리도 요구될 수 없다. 다수의 안테나 테이프가 사용되는 실시예에서는, 휴대용 리더가 안테나 테이프의 첫번째 세그먼트에 접속되어 활성화되고, 안테나 테이프의 연속 세그먼트에 비접속 및 접속될 수 있다. 대다수의 안테나 테이프가 사용되는 대형의 전자동화(全自動化) 어플리케이션에는, 특정 영역에 할당되어 그 영역 내의 모든 테이프를 판독하는 1개의 리더, 즉 선반당 1개의 리더가 있을 수 있다. 중앙 컴퓨터는 모든 리더 및 전체 시스템을 제어할 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예에 있어서, RFID 디바이스는 안테나 테이프 시스템에 결합되어 물리적 접속 없이도 시스템을 검색할 수 있게 된다. 이러한 비접촉 시스템은 관련 영역 전체에 제공되는 1개 이상의 결합국과 유도성 결합하는 휴대용 RFID 디바이스를 포함한다. 그 효과는 실제 물리적 결합을 하는 경우와 동일하지만, 시스템의 감소된 자연쇠모, 안테나와의 결합 속도 증가를 포함한 추가 이점을 제공하게 된다.
전반적인 안테나 테이프 및 검색 시스템의 한가지 실시예는 도 10에 도시되어 있다. 일부 관련 항목 1 내지 20은 선반(300)에 정렬되고, 그 항목과 관련된 RFID 엘리먼트를 각각 포함한다. 안테나 테이프(310)는 선반(300)에 고정되고, 주소 지정 가능한 안테나 엘리먼트(312, 314, 316)를 각각 포함한다. 안테나 테이프가 시스템의 리마인더로부터 착탈 가능한 어플리케이션에 대하여, 포트(예를 들면, 포트(320))가 제공될 수 있다. 리더(330) 및 제어 회로(340)를 포함하여 안테나 테이프로부터 착탈 가능한 것으로 나타나는 시스템의 일부가 원하는 바에 따라 포트의 상류 또는 하류에 있을 수 있다는 것에 주목해야 한다. 리더(33)는 그 섹션이 제어 회로(340)에 의해 활성화될 때 안테나 엘리먼트(312, 314, 316)를 바람직하게는 순차적으로 검색한다. 제어 회로(340)는 멀티플렉서 회로를 포함하는 것이 바람직하다. 설명된 실시예에서, 주소 지정 가능한 안테나 엘리먼트를 참조하여 전술된 바와 같이, 제1 안테나 엘리먼트(312)는 항목 1 내지 10과 관련된 위치를 검색하고, 제2 안테나 엘리먼트(314)는 항목 9 내지 20과 관련된 위치를 검색한다.
리더(330)에 의해 얻어지는 정보는 무선 또는 유선 접속을 포함한 적정 수단을 통해 소프트웨어 및 데이터베이스(360)를 포함하는 컴퓨터에 전달될 수 있다. 소프트웨어는 LAV 소프트웨어 또는 다른 소프트웨어일 수 있으며, 바람직하게는 데이터베이스와 상호 동작하여 항목 1 내지 20에 관한 정보를 얻거나, 또는 그 항목에 관한 정보를 데이터베이스에 전송한다. 그 결과는 디스플레이(370)상의 사용자에게 보여질 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 선반 테이프 시스템의 설계 및 실행 방법은 이하의 방법으로 설명된다. 첫째는, 소망의 개수의 주소 지정 가능한 각 안테나 엘리먼트를 포함하는 원형의 가용성 안테나 테이프를 생성하는 것이다. 이 유닛은 테이프를 따라 라인에 배치되고, 요구되는 임의의 거리에 걸쳐 있다. 많은 안테나 엘리먼트는 보다 높은 분해능으로 제공된다(특정 위치와 특정 항목을 관련시키는 능력이 증가됨). 즉, 안테나 엘리먼트의 수가 적으면 낮은 분해능으로 제공된다. 관리될 2 가지 주요 파라미터는 테이프를 따라 첫 번째 안테나에서 마지막 안테나까지의 적정 임피던스 정합을 얻어 유지하는 것과, 동일한 판독 범위를 달성하기 위해 모든 안테나에 부여되는 전력을 동일하게 유지하는 것이다. 이러한 파라미터는 당업자에 의해 쉽게 관리될 수 있다.
둘째는 검색 전자 회로 인터페이스, 안테나 인터페이스 설계 및 테이프의 각 안테나의 주소 지정을 가능하게 하는 방법을 개발하는 것이다. 세째는 요구에 따라 안테나 테이프로부터 데이터 포착이 가능하도록 컴퓨터 소프트웨어를 기록하는 것이다. 네째는, 예를 들면, a) 각 안테나의 방사 패턴을 맵핑하고, b) 각 안테나의 최대 판독 범위를 결정하고, c) 인접한 안테나간의 간섭을 평가하고, d) 리더 테이프에 인접한 서적 등의 격납이 검출 성능에 미치는 영향을 평가하고, e) 테이프 하단으로의 검색 전력 전송의 효율을 평가하고, f) 최적 안테나의 간격 및 기하학적 형태를 결정하기 위해 이러한 조사로부터의 결과를 사용함으로써, 소망의 환경에서의 원형 설계의 성능을 입증하고 평가하는 것이다.
또한, RFID 선반 테이프는 다른 마커에 적용하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 시스템은 상업 또는 정부 데이터 센터에서 접할 수 있는 것과 같은 격납된 비디오 테이프, 오디오 테이프, 컴퓨터 디스크 또는 테이프, 또는 데이터 카트리지의콜렉션에 RF 태그를 붙인 항목을 배치하는 데 사용될 수 있다. 다른 가능한 어플리케이션에는 재고 관리, 항목 트래킹, 로지스틱스(logistics), 자산 분류가 있다. 당업자는 본 명세서에 개시되어 있는 특정 발명에 대한 변경도 역시 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 금방 인식하게 될 것이다.

Claims (23)

  1. RFID 엘리먼트를 각각 포함하는 항목에 사용되는 안테나 시스템에 있어서, 복수개의 안테나를 포함하고 있고, 그 중 적어도 하나는 RFID 디바이스에 의해 선택되는 안테나에 인접한 RFID 엘리먼트의 검색을 용이하게 하도록 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템은 길이 방향을 따라 연장되는 테이프 형태로 제공되는 것인 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템은 RFID 검색 소스에 의해 공급되는 전력과는 다른 전력 소스를 포함하는 것인 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템은 1개 또는 복수개의 검색용 안테나를 선택적으로 활성화시키는 멀티플렉싱 회로를 더 포함하는 것인 안테나 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 안테나는 상기 테이프의 길이를 따라 중첩되는 것인 안테나 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템은 적어도 하나의 코일. 헬릭스, 다이폴또는 마이크로스트립 패치 안테나를 포함하는 것인 안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 테이프는 상기 항목의 순서를 결정하도록 상기 RFID 시스템을 인에이블하는 것인 안테나 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 RFID 태그는 중앙 검색 소스에 의해 실질적으로 동시에 검색되는 것인 안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 테이프는 휴대용 유닛에 의해 구동 및 활성화하는 것인 안테나 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 안테나 테이프는 기계 패스너에 의해 선반에 부착 가능한 것인 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 안테나 테이프는 금속 선반에 자기적으로 부착 가능한 것인 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 안테나 테이프는 선반 부착용 접착제층을 갖는 것인 안테나 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템은 상기 테이프에 의해 생성되는 신호의 전력을 증가시키기 위한 RF 증폭기를 포함하는 것인 안테나 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 항목은 도서관 자료인 것인 안테나 시스템.
  15. 제1항에 있어서, RFID 검색 소스 및 소프트웨어와 결합하여 상기 항목으로부터 얻은 정보를 처리하는 것인 안테나 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 소프트웨어는 상기 검색 항목이 소정의 순서 내에 있는 지의 여부를 결정하는 알고리즘을 포함하는 것인 안테나 시스템.
  17. RFID 엘리먼트를 각각 포함하는 특정 항목들을 검색하는 항목 검색 방법에 있어서,
    (a) 복수개의 안테나가 구비되어 있고, 그 중에서 1개 또는 복수개의 안테나를 선택하여 그 선택된 안테나에 인접한 항목에 관한 정보를 제공하는 동력 안테나 시스템을 제공하는 단계와;
    (b) 제1 안테나를 선택하는 단계와;
    (c) 상기 제1 안테나에 인접한 항목과 관련된 RFID 엘리먼트를 검색하는 단계와;
    (d) 상기 RFID 엘리먼트로부터 상기 제1 안테나에 인접한 항목에 관한 정보를 얻는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항목 검색 방법.
  18. 제17항에 있어서, (e) 상기 단계 (d)에서 얻은 정보를 이용하여 상기 항목에 관한 정보를 가진 데이터베이스를 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것인 항목 검색 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 (a) 내지 (c) 단계 다음에,
    (e) 제2 안테나를 선택하는 단계와;
    (f) 상기 제2 안테나에 인접한 항목과 관련된 RFID 엘리먼트를 검색하는 단계와;
    (g) 상기 RFID 엘리먼트로부터 상기 제2 안테나에 인접한 항목에 관한 정보를 얻는 단계를 더 포함하는 것인 항목 검색 방법.
  20. 제19항에 있어서, 적어도 1개의 항목은 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 모두에 의해 검색되는 것인 항목 검색 방법.
  21. 제17항에 있어서, (e) 상기 항목이 상기 제1 안테나에 인접한 위치에 속하는 지의 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 항목 검색 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 항목 검색 방법이 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 위치와 관련된 항목에 관한 실시간 정보를 제공하도록 연속 실행되는 것인 항목 검색 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 항목 검색 방법이 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 위치와 관련된 항목에 관한 정보를 소망의 간격으로 제공하도록 간헐적으로 실행되는 것인 검색 방법.
KR1020017001869A 1998-08-14 1999-08-05 고주파 식별 시스템용 어플리케이션 KR20010072457A (ko)

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