JP2010147510A - Ｒｆｉｄリーダ・ライタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＲＦＩＤタグに格納されたデータの効率的な読み取り(書き込み)制御を実現するためには、そのリーダ・ライタ装置において、アンテナから電波のエネルギ特性を改善する必要がある。例 特に円偏波による電波を用いて読み取りないし書き込みの少なくとも一方を行うリーダ・ライタ装置においては、円偏波の水平成分と垂直成分が干渉しあうことで、その性能が向上しにくいとの課題があった。
【解決手段】
ＲＦＩＤタグのデータを読み取るために、複数のパッチアンテナ１１ａ〜ｄとそれを載せる基板１３を有するアンテナ部１において、当該パッチアンテナ１１ａ〜ｂ上（読み取り方向）に、複数のＲＦＩＤタグが配列された方向に細長い金属部材１２ａ、ｂを、支持板を挟んで設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、いわゆるＲＦＩＤタグと通信(アクセス)することで、ＲＦＩＤタグの情報を読み取ったり、もしくはＲＦＩＤタグへ情報を書き込んだりするための技術に関する。その中でも特に、複数のＲＦＩＤタグとの通信を行うための技術に関する。

現在、物品の管理にＲＦＩＤタグを用いられることが一般になされている。例えば、商品に商品情報を格納したＲＦＩＤタグを添付しておき、在庫や流通などの管理を行うことがなされている。

この際、より効率的に、ＲＦＩＤタグに格納された情報を読み取ったり、情報を書き込んだりすることが求められている。それを実現するためには、ＲＦＩＤタグ１つ１つから個別に情報を読み取る（書き込む）際の手間を省く必要があった。つまり、ＲＦＩＤタグが添付された物品は、複数纏まって取り扱われることが多く、これらについてはより効率的な読み取り制御もしくは書き込み制御が必要とされてきた。この問題を解決するための複数のＲＦＩＤタグ（ＩＣタグ）に格納された情報を一括して読み取るための従来技術として、特許文献１がある。

特許文献１においては、一括読み取りしようとする場合、収容体に収容された各物品の収容状態、より具体的にはＩＣタグの姿勢によっては記憶情報を読み取ることのできないＩＣタグが存在する場合がある、という問題点を解決するために、以下の構成を採っている。すなわち、ＩＣタグ内の情報を読み取るためのアンテナによるＩＣタグとの間の通信可能領域内において、当該ＩＣタグの表面がアンテナの指向方向に交差するように移動させながら読み取り動作を行う。このように、ＩＣタグとアンテナの位置関係を相対的に移動させることで、容器に格納された物品のタグに格納された情報を一括して読み取り可能にしている。

特開２００７−３０４８６６号公報

しかしながら、特許文献１では、リーダ（アンテナ）若しくはＩＣタグを所定の方向、つまり、「交差」するように、移動させる必要がある。ここで、特許文献１では、００４８段落にあるように、「手動」で位置決めを行う必要がある。指向方向が直ぐにわかるようなものであればよいが、利用者は通常その方向を理解しているものではない。このため、容器などにその方向を記載したりする必要が出てくる。また、途中でターンテーブルを移動させる必要があり、手間が掛かってしまう。

また、一括読み取りに限らず、効率的な読み取り(書き込み)制御を実現するためには、そのリーダ・ライタ装置において、アンテナから電波のエネルギ特性を改善する必要がある。例えば、電波のエネルギを改善することで、読み取り（書き込み）性能が向上し、その１つの効果として一括読み取りできるＲＦＩＤタグの数(情報の数)を増加させることが可能になる。

特に円偏波による電波を用いて読み取りないし書き込みの少なくとも一方を行うリーダ・ライタ装置においては、円偏波の水平成分と垂直成分が干渉しあうことで、その性能が向上しにくいとの課題があった。

本発明では、より効率的な読み取り処理を実現することを可能とすることを目的とする。これを達成するために、円偏波のように複数の成分を有する電波を用いるリーダ装置のアンテナにおいて、垂直成分と水平成分などの各成分について、相対的に一方の成分を弱め、他方の成分を強める補助アンテナを設けたことを特徴とする。

本発明には、パッチアンテナを用い、当該パッチアンテナ上（読み取り方向）に、複数のＲＦＩＤタグが配列された方向に細長い金属部材を、支持板を挟んで設けることも含まれる。

また、複数のパッチアンテナが１つの基板上に設置されアンテナ部を構成し、それぞれのパッチアンテナがｍ行×ｎ列に配置した場合、以下のように補助アンテナを構成することも本発明に含まれる。すなわち、各行（ｎ個）のパッチアンテナに跨るように金属部材を、すなわち、ｍ個の金属部材を、それぞれ支持板を挟んで設けることも本発明に含まれる。この場合、複数の金属部材の配列方向（行方向）と垂直に、また、金属部材それぞれの長さ方向（列方向）と水平に、ＲＦＩＤタグの配列方向に位置させて、ＲＦＩＤタグの情報を読み取る(書き込む)ことがより好適である。なお、この場合、各パッチアンテナを列方向に等間隔に配置し、かつ、金属部材をパッチアンテナの間隔に相対的に対応した間隔で配置するとより好適である。

さらに、本発明には、支持板と金属部材からなる補助アンテナを、アンテナ部に対して取り外し可能なもの（外付け）も含まれる。この場合、支持板の広さが金属部材より大きいもの（より好適にはアンテナ部と同じ大きさ）も含まれる。さらに、金属部材が複数の場合、支持板により各金属部材が接続されるものも含まれる。

またさらに、金属部材はパッチアンテナの略中央に配置されることも本発明に含まれる。

本発明よれば、より効率的に、ＲＦＩＤタグに格納された情報を読み取り、書き込みの少なくとも一方を効率的に行うことが可能になる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。まず、図１に４つのパッチアンテナ（１１ａ〜ｄ）を有するアンテナ部１の構成を示す。各パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄは、基板１３上に設置され、それぞれ互いに電気的に接続されている。そして、この接続先がリーダ装置となる。

各パッチアンテナ（１１ａ〜ｄ）においては、円偏波、すなわち垂直成分と水平成分を有する電波を発信し、ＲＦＩＤタグに格納された情報を読み取る。そして、アンテナ部１に接続されたリーダ装置に対して読み取ったデータを送信する。なお、本実施形態においては、データの読み取りのみを開示しているが、ＲＦＩＤに対する書き込みにも適用可能である。

次に、本実施形態の特徴部分である補助アンテナを有するアンテナ部１について、図２を用いて説明する。本実施形態では、図面中の左上から順に４つのパッチアンテナ１１ａ〜１１ｄが配置されている。そして、パッチアンテナ１１ａと１１ｂ、１１ｃと１１ｄにそれぞれ跨るように、本実施形態の特徴部である矩形の金属部材１２ａ、１２ｂをそれぞれ設置する。ここで、金属部材１２および１２ｂのそれぞれは、図２下部の側面図のように支持板１４を介して、パッチアンテナと接続する。なお、本側面図においては、支持板１４は、アンテナ部１の基板１３から離れているが、基板１３とパッチアンテナ１１の両方に接続されるように構成してもよい。

このような構成により、通信性能（読み取りや書き込み）が向上するが、この構成はその一態様である。本実施形態には、円偏波のように複数の方向の成分を有する電波において、いずれかの成分を相対的に強める（他を弱める）ことで、通信性能を向上する機能を有するものが含まれる。特に、通信距離として、アンテナ部１からの距離が近距離(例えば、５ｍｍ程度)の性能を向上するものが含まれる。このため、上述したような金属部材１２以外の態様も含まれる。なお、複数の方向の成分を有する電波としては、円偏波の電波を含み、成分としてはその水平方向や垂直方向の成分が含まれる。

また、図（２）に示すように、金属部材１２ａ、ｂのそれぞれは、各パッチアンテナ１１ａ〜ｄの略中央部を貫くように構成する。但し、金属部材１２ａ、ｂの配置位置は、各パッチアンテナ１１ａ〜ｄの略中央部を貫くように構成することが好適であるが、以下のように配置してもよい。すなわち、金属部材１２ａ、ｂが各パッチアンテナ１１ａ〜ｄと少なくともその一部が重なっておればよく、中央部で貫く構成でなくともよい。この例としては、（１）金属部材１２ａ、ｂのそれぞれが、基板１３の端部まで達しているが、パッチアンテナ１１ａ〜ｄの端部もしくはその手前まで達するようにしてもよい。

また、全てのパッチアンテナ１１に対して金属部材１２を設けなくとも、少なくとも１(より好適には２以上)のパッチアンテナ１１と金属部材１２が重なるように配置してもよい。

また、支持板１４の材料としては、非導電体であればよく、紙を利用してもよい。また、金属部材１２の材料としては、金属を含む導電体であればよい。この場合、パッチアンテナ１１と同じ材質であることが好適である。またその材質としては、アルミを用いることも本実施形態に含まれる。

なお、本実施形態では、金属部材１２と支持板１４、支持板１４とパッチアンテナ１１（もしくは基板１３）は、それぞれ接着剤で接続させるがその種別は問わない。また、支持板１４とパッチアンテナ１１（もしくは基板１３）については、留め金などで物理的に接続させても構わない。なお、この接続を接着剤等で行う場合、その接着剤によっては、バッチアンテナ１１以外に付着させることが好適である。

さらに金属部材１２の大きさに関しては、以下のとおりとなる。まず、その長手方向としては、上述のように「パッチアンテナ１１ａ〜ｄの端部もしくはその手前まで達する」など、パッチアンテナ１１の配置位置、もしくは、アンテナ部１(基板１３)の幅方向の長さに応じた長さになる。アンテナ部１(基板１３)の幅方向の長さとは、図２に示す態様の長さである。その１例として、略１４０ｍｍがより好適である。また、金属部材１２の幅については、５ｍｍ程度が好適である。さらに、支持板１４の大きさについては、金属部材１２ａ〜ｄの長さや幅と同等かそれ以上であることが望まれる。図２に示す本実施形態では、金属部材１２と支持板１３が同一形状で重なる構成となっている。これ以外に、アンテナ部１（基板１３）のパッチアンテナ１３が存在する面の全体を覆うように支持板１３を設けても構わない。但し、支持板１３は、金属部材１２とパッチアンテナ１１が電気的に接続されることを防止できればよく、金属部材１２とパッチアンテナ１１の重なり部分にのみ設けるようにしてもよい。

次に、ＲＦＩＤタグ７の配列との関係における金属部材１２の配置位置、方向について、さらに図７を用いて以下説明する。図７（ａ）で示した部品１３，１４に対して、ＲＦＩＤタグ７−１〜３を添付した書籍６−１〜３を、図７（ｂ）に示すように読み取り位置に移動させることで読み取りを可能としている。
金属部材１２のそれぞれについては、長方形のような長手方向を有する形状である。読み取りの際、この長手方向に、複数のＲＦＩＤタグ（もしくはそれが添付された複数の物品）が配列されるように設置することが必要になる。このことの概観を図７に示している。ここでは、アンテナ部１が設置された部品（図７における１３、１４）について、ガイド７に書籍６−１〜３を立てて並べることにより、そのＲＦＩＤタグ７−１〜３が金属部材の長手方向に配列されることを示している。

なお、これは、相対的な関係がこのようになればよく、アンテナ部１の向きを調整しても、複数のＲＦＩＤタグ（もしくはそれが添付された複数の物品）の配列を調整しても、いずれでも構わない。

また、上記の位置関係は、複数の金属部材を設ける場合、金属部材の配列方向と複数のＲＦＩＤタグ（もしくはそれが添付された複数の物品）の配列方向が略垂直になるように構成することを意味する。このことは、図７（ｂ）に示したとおりである。 なお、ＲＦＩＤタグ７−１〜３の位置は凸凹していてもよい。つまり、各ＲＦＩＤタグ７−１〜３の添付位置が上下方向に位置がずれていても、配列方向が上述したように、金属部材の長手方向と同様か、複数の金属部材の配列方向と略直角となっていればよい。

次に、本実施形態の変形例について、説明する。金属部材１２と支持板１４からなる補助アンテナとして、アンテナ部１に対して取り外し可能、すなわち、外付けの可能な変形例を、図３に示す。本実施形態では、支持板１４がアンテナ部１（基板１３）のパッチアンテナ１３の面を覆う大きさとなっている。そして、この部材はフックなど（図示せず）物理的な接合部を有し、これを用いてアンテナ部１と取り外しが可能な構成となっている。この場合、物理的な接合部でなく、粘着質の物質（接着剤など）を用いても構わない。接合を接着剤等で行う場合、その接着剤によっては、バッチアンテナ１１以外に付着させることが好適である。

なお、この図３の例の場合、アンテナ部１が固定されて設置された後に、ＲＦＩＤタグの配列方向が決まる場合や変更される場合により好適なものである。つまり図７を用いて説明したように、金属部材１２の配置方向は、ＲＦＩＤタグの配列方向に基づいて定められるので、図３のように取り外し可能であれば臨機応変に対応できる。

また、本発明は、図１（２）のようにパッチアンテナ１１の数は４の限定されない。２のｎ乗個のパッチアンテナに適用可能である。例えば、図４に示すように８個のパッチアンテナ１１ａ〜ｈにも対応可能である。この場合、金属部材１２ａ〜ｄのぞれぞれは、それぞれ２つのパッチアンテナ(例：金属部材１２ａは、パッチアンテナ１１ａ、ｂ)に重なっているが、他の態様（４つのパッチアンテナに重なるなど）であっても構わない。また、２のｎ乗個として1個（ｎ＝０）の場合も本発明に含まれる。なお、ＲＦＩＤタグは、磁気媒体とＩＣチップの両方を備えたものとしてもよし、その他、種別を問わない。

最後に、本実施形態を、図書館における書籍の貸し出し業務に適用した例を用いて説明する。

図６は、本実施形態を書籍の貸し出し等の管理業務を行う図書館システムに適用したシステム構成図である。まず、前提条件として、各書籍の背表紙などにＲＦＩＤタグが貼り付けられている。本例では、ＲＦＩＤタグには当該書籍を識別するＩＤが格納されている。

また、貸し出し（返却）窓口には、複数のリーダ装置２−１，２が設置されている。そして、各リーダ装置２−１、２には、それぞれＲＦＩＤタグに対して読み取り電波を発信するアンテナ部１−１、２が接続されている。このアンテナ部１−１、２を上述したように構成することで、アンテナでの電波特性を向上することが可能になる。その一例として、複数の書籍＝複数のＲＦＩＤタグのＩＤを一括して読み取ることが可能になる。すなわち、書籍の貸し出し希望があった場合、貸し出し希望者が書籍を、図７に示すような形で配置することで、リーダ装置２−１，２のいずれかが、配置された書籍のＲＦＩＤタグからＩＤを纏めて読み取る。そして、ネットワーク３を介してサーバ４のデータベース５にデータを書き込む。つまり、読み取ったＩＤのレコードに貸し出し中であることや期限などを書き込む。この場合、ネットワーク（もしくはリーダ装置２−１、２）と接続された端末から送信される貸し出し者の情報も合わせて登録してもよい。なお、この貸し出し者の情報は、会員カードを読み取ることで実現することも可能である。またさらに、貸し出し者の情報と書籍のＩＤなどを一緒に送信するよう構成してもよい。

最後に、図５を用いて、本発明の一実施形態により、読み取り性能が向上したことを説明する。図５に示したように、本実験では、周波数：2.45GHz帯、出力：300mW、アンテナ利得：12dBi、読取状況：8mmの本にインレットを貼付け、7冊にて読取りを実施した。この結果、いずれの通信距離においても、本実施形態での「金属部材」を用いた方の読み取り性能、つまり、読み取り数が向上している。特に、通信距離が３cm−８cmにおいては、すべての書籍（ＲＦＩＤタグ）について、読み取りが可能になっている。

本発明の一実施形態の技術を適用するアンテナ部１の外観を示す図。 本発明の一実施形態の補助アンテナを備えたアンテナ部１の外観を示す図。 本発明の一実施形態の補助アンテナのうち、取り外し可能な補助アンテナの外観を示す図。 本発明の一実施形態の補助アンテナを、８個のパッチアンテナを有するアンテナ部に適用した例の外観を示す図。 本発明の一実施形態における読み取り性能の実験データを示すグラフ。 本発明の一実施形態が適用された図書館システムのシステム構成を示す図。 本発明の一実施形態を図書館システムに適用した場合を例に、ＲＦＩＤタグの配列と補助アンテナ(金属部材)の位置関係を説明する図。

符号の説明

１…アンテナ部、２…リーダ・ライタ装置、３…ネットワーク、４…図書館ステムにおけるサーバ、５…図書館システムにおけるデータベース、６…ＲＦＩＤタグ、７…書籍、８…パッチアンテナ、１２…金属部材、１３…基板、１４…支持板

Claims (6)

1. ＲＦＩＤタグに対して、データを読み取りもしくは書き込みを行うＲＦＩＤリーダ・ライタ装置において、
   前記データの読み取りもしくは書き込みを行うための円偏波の電波を出力するアンテナと、
   前記アンテナと支持板を挟んで接続され、前記円偏波の電波の水平成分と垂直成分について、相対的に一方の成分を弱め、他方の成分を強める補助アンテナと
   からなるアンテナ部を有することを特徴とするＲＦＩＤリーダ・ライタ装置。
2. 請求項１に記載のＲＦＩＤリーダ・ライタ装置において、
   前記アンテナは、ｍ行×ｎ列に配置されたパッチアンテナであって、
   前記金属部材は、各行のパッチアンテナに跨るようにｎ列方向に配置されたｍ個の金属部材からなることを特徴とするＲＦＩＤリーダ・ライタ装置。
3. 請求項２記載のＲＦＩＤリーダ・ライタ装置を用いたＲＦＩＤタグに格納されたデータの読み取り、書き込み制御方法であって、
   前記リーダ・ライタ装置が、前記ｎ列方向とは略垂直方向に配列された複数のＲＦＩＤタグに対して、データを読み取りもしくは書き込みを行うことを特徴とするＲＦＩＤタグに格納されたデータの読み取り、書き込み制御方法。
4. 請求項１または２のいずれかに記載のＲＦＩＤリーダ・ライタ装置を用いたＲＦＩＤタグに格納されたデータの読み取り、書き込み制御方法であって、
   前記金属部材は、所定方向が他方向より長い矩形で構成され、
   前記リーダ・ライタ装置が、前記金属矩形の長さ方向とほぼ同じ方向に配列された複数のＲＦＩＤタグに対して、データを読み取りもしくは書き込みを行うことを特徴とするＲＦＩＤタグに格納されたデータの読み取り、書き込み制御方法。
5. ＲＦＩＤタグに対して、データを読み取りもしくは書き込みを行うＲＦＩＤリーダ・ライタ装置において、
   前記データの読み取りもしくは書き込みを行うための円偏波の電波を出力し、ｍ行×ｎ列に配置されたパッチアンテナと、
   各行のパッチアンテナに跨るようにｎ列方向に配置されたｍ個の金属部材と、
   前記金属部材と前記パッチアンテナ間に設けられた支持板と
   からなるアンテナ部を有するＲＦＩＤリーダ・ライタ装置。
6. 請求項５に記載のＲＦＩＤリーダ・ライタ装置において、
   当該リーダ・ライタ装置は、前記ｎ列方向とは略垂直方向に配列された複数のＲＦＩＤタグに対して、データを読み取りもしくは書き込みを行うことを特徴とするＲＦＩＤリーダ・ライタ装置。

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