(57)【要約】【課題】小型化及び低コスト化に適したＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナユニット３００は、複数のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄ、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄで共通のインピーダンス整合回路３１２と、インピーダンス整合回路３１２とループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの高周波的接続を切り替える切替回路３１３と、読取装置からの制御信号に基づき前記ループアンテナ３０ａ〜３０ｄのうち１つのループアンテナのみを高周波的に接続するよう制御するアンテナ制御回路３１４とを備えた。【選択図】  図５
2010020685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤタグの読み取り用のアンテナ装置において、
複数のアンテナ素子と、
ＲＦＩＤタグの読取装置と接続されたインピーダンス整合回路と、
インピーダンス整合回路と各アンテナ素子との高周波的な接続を切り替える切替回路と、
ＲＦＩＤタグの読取装置からの制御信号で選択された１つのアンテナ素子のみが高周波的にインピーダンス整合回路と接続するよう前記切替回路を制御する制御回路とを備えた
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ用アンテナ装置。
【請求項２】
前記制御信号は各アンテナ素子に給電する高周波信号とは異なる伝送媒体を介して制御回路に入力される
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ装置。
【請求項３】
前記各アンテナ素子は、同一平面上に配置されたループアンテナ素子からなり、且つ、一のループアンテナ素子の一部が隣り合う他のループアンテナ素子の一部と重なり合っている
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ装置。
【請求項４】
ＲＦＩＤタグの読取装置から伝送される高周波信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路を備え、
前記制御回路は、直流抽出回路により抽出された直流成分を電源として動作する
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ装置。
【請求項５】
前記切替回路は、アンテナ素子の両端子とインピーダンス整合回路との高周波的接続をオンオフする
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物流などの分野で流通物に貼付されるＲＦＩＤタグから、該ＲＦＩＤタグに予め設定された固有識別子を非接触で読み取るＲＦＩＤタグ読取装置に関し、特にそのアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＲＦＩＤタグ読取装置（以下単に「読取装置」と言う。）は、ＲＦＩＤタグとの通信用のアンテナと、該アンテナに接続した高周波回路とが必須の構成要素である。これらの構成要素は、読取装置の使用用途等に応じて種々の実装形態が採用される。例えば特許文献１に示すように、店舗の棚に陳列されている商品に貼付されているＲＦＩＤタグを読み取る事を目的とした場合には、棚板の上面又は底面に該棚板とほぼ同面積の薄型のアンテナユニットを付設する。高周波回路は棚の適当な箇所に付設した筐体に収容される。高周波回路とアンテナユニットとは所定の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルで接続される。アンテナユニットは、ループアンテナと、インピーダンス整合を図る整合回路とを備えている。このような読取装置では、棚に陳列されている多数の商品についてＲＦＩＤタグの固有識別子を順次読み取り、読み取ったデータをコンピュータなどの機器に送信する。
【特許文献１】特開２００１−１１８０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したようなＲＦＩＤタグの読取装置では、棚面積にあわせてアンテナユニットを大きくすると十分な読み取り精度が得られない場合がある。この問題を解決するために、アンテナユニット内に複数の小ループアンテナを配置する方法が提案されている。しかし、このようなアンテナユニットでは、各ループアンテナ毎に整合回路を設ける必要があるので、装置の小型化及び低コスト化が困難であった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化及び低コスト化に適したＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本願発明は、ＲＦＩＤタグの読み取り用のアンテナ装置において、複数のアンテナ素子と、ＲＦＩＤタグの読取装置と接続されたインピーダンス整合回路と、インピーダンス整合回路と各アンテナ素子との高周波的な接続を切り替える切替回路と、ＲＦＩＤタグの読取装置からの制御信号で選択された１つのアンテナ素子のみが高周波的にインピーダンス整合回路と接続するよう前記切替回路を制御する制御回路とを備えたことを特徴とするものを提案する。
【０００６】
本発明によれば、アンテナ装置内に複数のアンテナ素子を備えているので読み取り範囲及び読み取り精度に優れたものとなる。また、本発明では、各アンテナ素子に共通のインピーダンス整合回路を設けたので、小型化及び低コスト化を容易に図ることができる。さらに、本発明では、一のアンテナ素子がインピーダンス整合回路と導通状態にある場合には他のアンテナ素子は高周波的にインピーダンス整合回路と切断される。これにより、一のアンテナ素子により形成される電磁界が隣り合う他のアンテナ素子と結合することを防止できる。一般的にこのような結合は、一のアンテナにより形成される電磁界の形成範囲を狭める。したがって、本発明によれば、ＲＦＩＤタグの読み取り範囲の狭小化を防止できる。
【０００７】
本発明の好適な態様の一例としては、前記制御信号は各アンテナ素子に給電する高周波信号とは異なる伝送媒体を介して制御回路に入力されることを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、アンテナ素子の選択用の制御信号がＲＦＩＤタグ読み取り用の高周波信号とは別個に伝送されるので、確実な制御が可能となる。
【０００８】
また、本発明の好適な態様の一例としては、前記各アンテナ素子は、同一平面上に配置されたループアンテナ素子からなり、且つ、一のループアンテナ素子の一部が隣り合う他のループアンテナ素子の一部と重なり合っていることを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、一のループアンテナ素子の内側に他のループアンテナ素子のコイル導体が配置されるので、ＲＦＩＤタグの読み取り精度が向上する。これは以下の理由からである。一のループアンテナ素子の上方にＲＦＩＤタグが存在すると仮定すると、当該ＲＦＩＤタグの周囲に形成される磁界の向きは一のループアンテナ素子と他のループアンテナ素子とで異なる方向となる。したがって、異なる方向の磁界による読み取り処理が行われるので、ＲＦＩＤの応答可能性が向上するためである。
【０００９】
また、本発明の好適な態様の一例としては、ＲＦＩＤタグの読取装置から伝送される高周波信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路を備え、前記制御回路は、直流抽出回路により抽出された直流成分を電源として動作することを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、アンテナ装置に電池等の電源を内蔵する必要がなく、また電源専用のラインを設ける必要もないので、小型化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の好適な態様の一例としては、前記切替回路は、アンテナ素子の両端子とインピーダンス整合回路との高周波的接続をオンオフすることを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、アンテナ素子の片方の端子ではなく両端子とインピーダンス整合回路との高周波的な接続がオンオフされるので、オフ時にはアンテナ素子を完全にオープン状態にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、アンテナ装置内に複数のアンテナ素子を備えているので読み取り範囲及び読み取り精度にすぐれたものとなる。また、本発明では、各アンテナ素子で共通にインピーダンス整合回路を設けたので、小型化及び低コスト化を容易に図ることができる。さらに、本発明では、一のアンテナ素子がインピーダンス整合回路と導通状態にある場合には他のアンテナ素子は高周波的にインピーダンス整合回路と切断される。これにより、一のアンテナ素子により形成される電磁界が隣り合う他のアンテナ素子と結合することを防止できるので、ＲＦＩＤタグの読み取り範囲の狭小化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明の一実施の形態に係るＲＦＩＤタグ用アンテナ装置を含むＲＦＩＤタグの読取システムについて図面を参照して説明する。図１はＲＦＩＤタグ読取システムの全体構成図である。
【００１３】
本実施の形態に係る読取システムは、ショーケース１に陳列されている商品１０に付設されているＲＦＩＤタグ１１から該ＲＦＩＤタグ１１の固有識別子を読み取る用途で用いるものとする。
【００１４】
ショーケース１は、図１に示すように、商品１０を陳列するための複数段の商品棚２と、商品１０を冷却するための冷却機構（図示省略）とを備えている。冷却機構については従来周知のものと同様なのでここでは説明を省略する。各商品棚２の上面には、陳列されている商品１０のＲＦＩＤタグ１１と通信するためのアンテナユニット３００が設けられている。各アンテナユニット３００は各商品棚２に対して複数（図１では４つ）配置されている。また、ショーケース１は、各アンテナユニット３００を接続したアンテナ切替ユニット２００と、アンテナ切替ユニット２００と１対１で接続した制御ユニット１００とを備えている。制御ユニット１００は、アンテナ切替ユニット２００に接続したアンテナユニット３００を用いてＲＦＩＤタグ１１から固有識別子を読み取り、読み取り結果を店舗に設置されたコンピュータ５０に送信する。各アンテナユニット３００とアンテナ切替ユニット２００とは高周波信号伝送用の同軸ケーブルとデジタル制御信号伝送用の信号ケーブルにより接続されている。また同様に、アンテナ切替ユニット２００と制御ユニット１００とは同軸ケーブル及び信号ケーブルにより接続されている。
【００１５】
次に、制御ユニット１００の詳細について図２を参照して説明する。図２は制御ユニットの機能ブロック図である。制御ユニット１００は、図２に示すように、コンピュータ５０と接続するための通信インタフェイス１１０と、主制御部１２０と、所定の通信プロトコルに従ってＲＦＩＤタグ１１との通信を制御するタグ通信制御部１３１と、タグ通信制御部１３１の出力信号を高周波信号に変調する変調回路１３２と、搬送波を生成する発振回路１４０と、高周波信号を増幅する増幅回路１５０と、増幅回路１５０からの高周波信号に直流バイアスを印加する直流バイアス印加回路１６０とを備えている。また、制御ユニット１００は、アンテナユニット３００から受信した高周波信号を増幅する増幅回路１７０と、高周波信号から通信信号を復調する復調回路１３３とを備えている。さらに、制御ユニット１００は、アンテナユニット３００に制御信号を伝送するための通信インタフェイス１８０を備えている。直流バイアス印加回路１６０は同軸ケーブル４００を介してアンテナ切替ユニット２００に接続する。また通信インタフェイス１８０は信号ケーブル４１０を介してアンテナ切替ユニット２００に接続する。なお、前記タグ通信制御部１３１・変調回路１３２・復調回路１３３は、専用の通信用ＩＣ１３０に実装されている。
【００１６】
主制御部１２０は、通信インタフェイス１８０を介してアンテナユニット３００及びアンテナユニット内のループアンテナ素子を選択する制御信号を送信するとともに、タグ通信制御部１３１にＲＦＩＤタグ１１の読み取りを指示し、タグ通信制御部１３１から受信した固有識別子を所定の記憶手段（図示省略）に記憶する。主制御部１２０は、このような読取処理を全てのアンテナユニット３００及びループアンテナ素子に対して順次繰り返し実行する。また、主制御部１２０は、コンピュータ５０からの要求に応じて前記記憶手段に記憶されている固有識別子を該コンピュータ５０に返答する。
【００１７】
タグ通信制御部１３１は、主制御部１２０からの要求に応じて所定の通信プロトコルに従ってＲＦＩＤタグ１１との通信を行う。タグ通信制御部１３１からの出力信号は変調回路１３２によりＡＳＫ変調される。ＡＳＫ変調された高周波信号は増幅回路１５０で増幅され、さらに直流バイアス印加回路１６０で直流バイアスが掛けられる。この直流バイアスは、後段の機器における電源電流として用いられるものである。アンテナユニット３００から受信した高周波信号は増幅回路１７０で増幅され、復調回路１３３で復調され、タグ通信制御部１３１で処理される。
【００１８】
次に、アンテナ切替ユニット２００について図３を参照して説明する。図３はアンテナ切替ユニットの機能ブロック図である。アンテナ切替ユニット２００は、図３に示すように、１つの制御ユニット１００に対して複数のアンテナユニット３００を接続し、制御ユニット１００とアンテナユニット３００との接続を切り替えるものである。アンテナ切替ユニット２００は、前述のように同軸ケーブル４００及び信号ケーブル４１０により制御ユニット１００と接続している。また、アンテナ切替ユニット２００は同軸ケーブル４０１及び信号ケーブル４１１を介して各アンテナユニット３００に接続している。本実施の形態では、制御信号の伝送方法してはシリアルバス方式を採用しており、信号ケーブル４１０と信号ケーブル４１１とはバス接続している。アンテナ切替ユニット２００は、同軸ケーブル４００を介して制御ユニット１００から入力された高周波信号を交流成分と直流成分に分離する交流直流分離回路２１０と、各アンテナユニット３００との高周波的接続をオン・オフするスイッチ２２０と、高周波信号に直流バイアスを印加する直流バイアス印加回路２３０と、信号ケーブル４１０を介して制御ユニット１００から受信したアンテナユニット３００の選択制御信号に基づき、前記スイッチ２２０及び直流バイアス印加回路２３０を制御する切替制御回路２４０とを備えている。切替制御回路２４０は、選択されたアンテナユニット３００が接続されたスイッチ２２０のみ高周波的に導通させ、他のスイッチ２２０については高周波的に切断されるよう制御する。また、切替制御回路２４０は、選択されたアンテナユニット３００に接続された直流バイアス印加回路２３０のみ動作させ、他の直流バイアス印加回路２３０は動作させない。前記交流直流分離回路２１０により分離された直流電流は、切替制御回路２４０や直流バイアス印加回路２３０の電源として供給される。
【００１９】
次にアンテナユニット３００の構成について図４及び図５を参照して説明する。図４はアンテナユニットの内部構造を説明する上面図、図５はアンテナユニットの機能ブロック図である。
【００２０】
図４に示すように、アンテナユニット３００は、薄箱状の筐体３０１の内部に設けた複数（本実施の形態では４つ）ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄと、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄで共通の整合回路基板３１０とを備えている。なお、図４では各ループアンテナ３０２の配置を明確にするために、実線・点線・一点鎖線・二点鎖線を用いている。各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄは、例えば銅箔や銅線等の金属部材からなる。また、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄは筐体３０１の底面をマトリクス状に９ブロック分割し、それぞれ２ｘ２の４ブロックに沿うように矩形に配置されている。したがって、図４に示すように、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの一部は隣り合う他のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの一部と重なり合っている。また換言すれば、一のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄにおけるループの中央部には、隣り合う他のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの配線が配置されている。
【００２１】
図５に示すように、整合回路基板３１０は同軸ケーブル４０１及び信号ケーブル４１１を介してアンテナ切替ユニット２００と接続している。整合回路基板３１０は、交流直流分離回路３１１と、インピーダンス整合回路３１２と、ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄを切り替える切替回路３１３と、切替回路３１３を制御するアンテナ制御回路３１４とを備えている。
【００２２】
交流直流分離回路３１１は、同軸ケーブル４０１を介してアンテナ切替ユニット２００から入力された高周波信号を交流成分と直流成分に分離する。分離された直流成分は、アンテナ制御回路３１４や切替回路３１３等に電源として供給される。なお、後段のインピーダンス整合回路３１２は一般的に直列にキャパシタ素子が接続されていることが多いので、直流重畳された高周波信号を入力しても問題はない。したがって、交流直流分離回路３１１としては、少なくとも高周波信号に含まれる直流成分を抽出する機能があればよい。
【００２３】
切替回路３１３は、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄに対応したスイッチ３１３ａ〜３１３ｄを備えている。各スイッチ３１３ａ〜３１３ｄは、高周波的号な接続をオン・オフするものであり、例えばダイオードスイッチ回路などの高周波スイッチ回路により構成される。各スイッチ３１３ａ〜３１３ｄは、ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの両端子に接続している。したがって、スイッチ３１３ａ〜３１３ｄがオフにすると、該スイッチ３１３ａ〜３１３ｄに接続されているループアンテナ３０２は高周波的に完全に接続断となり、換言すればオープン状態になる。これにより、給電中のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄが他のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄと磁気結合することを防止できるので、読み取り範囲の狭小化を防止できる。
【００２４】
アンテナ制御回路３１４は、信号ケーブル４１１を介して入力された制御ユニット１００からのループアンテナの選択制御信号に基づき、選択されたループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄが接続されたスイッチ３１３ａ〜３１３ｄのみをオンに制御し、他のスイッチ３１３ａ〜３１３ｄについてはオフに制御する。
【００２５】
このように本実施の形態に係るＲＦＩＤタグの読取システムでは、アンテナユニット３００に内蔵された複数のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄに対してインピーダンス整合回路３１２を共通に使用するので、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００２６】
以上本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの構造及び配置は図６に示すようなものであってもよい。図６に示すループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄは、中央部を１８０度ねじることにより２つの小ループを形成した「８の字」形状となるように巻回されている。これによりループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄに通電した際に各小ループにより形成される電磁界は小ループ間で互いに逆方向となっている。また、各ループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの一部は、隣り合う他のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの一部と重なり合うように配置されている。より詳しくは、一のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの小ループの内側に、他のループアンテナ３０２ａ〜３０２ｄの配線が位置するように配置されている。
【００２７】
また、上記実施の形態では、アンテナユニット３００の電源を高周波信号に重畳させていたが、別途アンテナユニット３００に電池等を内蔵させたり、信号ケーブルに電源ラインを含ませたり、別途電源専用のケーブルにより電源を供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＲＦＩＤタグの読み取りシステムの構成図
【図２】制御ユニットの機能ブロック図
【図３】アンテナ切替ユニットの機能ブロック図
【図４】アンテナユニットの内部構造を説明する上面図
【図５】アンテナユニットの機能ブロック図
【図６】他の例に係るアンテナユニットの内部構造を説明する上面図
【符号の説明】
【００２９】
１０…商品、１１…ＲＦＩＤタグ、５０…コンピュータ、１００…制御ユニット、１２０…主制御部、１３１…タグ通信制御部、１３２…変調回路、１３３…復調回路、１５０、１７０…増幅回路、１６０…直流バイアス印加回路、２００…アンテナ切替ユニット、２１０…交流直流分離回路、２２０…スイッチ、２３０…直流バイアス印加回路、２４０…切替制御回路、３００…アンテナユニット、３０１…筐体、３０２ａ〜３０２ｄ…ループアンテナ、３１０…整合回路基板、３１１…交流直流分離回路、３１２…インピーダンス整合回路、３１３…切替回路、３１３ａ〜３１３ｄ…スイッチ、３１４…アンテナ制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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