(57)【要約】  本発明の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るリーダアンテナ（１０２）と、管理対象物品（１０５）が近傍に置かれた状態でリーダアンテナ（１０２）から見通せる位置であって、リーダアンテナ（１０２）と電磁界結合される位置に設置されるＲＦタグ（１０４）と、管理対象物品（１０５）がＲＦタグ（１０４）のタグアンテナと電磁界結合する位置に設定され、管理対象物品（１０５）が置かれる管理対象物品配置領域と、リーダアンテナ（１０２）に送信信号を送出すると共にリーダアンテナ（１０２）を介してタグアンテナが出力する応答信号を受信するＲＦＩＤリーダ（１０３）と、を有し、管理対象物品によるタグアンテナの動作特性の変化をＲＦタグ（１０４）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管理対象物品（１０５）の有無を検出する。
2014041715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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リーダアンテナと、
管理対象物品が近傍に置かれた状態で前記リーダアンテナから見通せる位置であって、前記リーダアンテナと電磁界結合される位置に設置されるＲＦタグと、
前記管理対象物品が前記ＲＦタグのタグアンテナと電磁界結合する位置に設定され、前記管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域と、
前記リーダアンテナに送信信号を送出すると共に前記リーダアンテナを介して前記タグアンテナ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アンテナ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。
【請求項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アンテナとの間の第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、前記リーダアンテナと前記タグアンテナ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項６】
前記リーダアンテナと前記タグアンテナとの結合係数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。
【請求項７】
前記リーダアンテナと前記タグアンテナとの結合係数ｋ１は、前記管理対象物品と前記タグアンテナとの結合係数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。
【請求項８】
前記リーダアンテナは、
誘電体層と、
前記誘電体層の表面側にメッシュ状に形成されるストリップ導体と、
前記誘電体層の裏面側に形成され、前記ストリップ導体と整合終端抵抗を介して接続されるグランド導体と、を有し、
前記表面側の上方位置に前記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。
【請求項９】
前記リーダアンテナは、誘電体層と、ストリップ導体と、前記ストリップ導体と整合終端抵抗を介して接続されるグランド導体と、を有し、
前記誘電体層の表面側にストリップ導体と前記グランド導体とが交互に離間して配置され、裏面側に前記グランド導体が配置され、
前記ストリップ導体の上方位置に前記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。
【請求項１０】
前記リーダアンテナが前記ＲＦタグの側方に配置され、表面側に前記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棚を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物品管理システム。
【請求項１１】
前記ＲＦＩＤリーダは、ＵＨＦ帯、或いは、マイクロ波帯の無線信号を用いて前記ＲＦタグとの通信を行う請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の物品管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦタグを用いた物品管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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１〜３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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
このような問題に対処するための技術が、特許文献４に開示されている。特許文献４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４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。【０００６】
特許文献４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４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４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。【０００７】
上記特許文献４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４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。【０００８】
上記特許文献４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４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４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４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１１４６３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１７９０５号公報
【特許文献３】特開２００６−１９７２０２号公報
【特許文献４】米国特許第７，２７１，７２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献４に記載の技術においては、ＲＦＩＤリーダとＲＦタグの間に管理する物品が配置される。即ち、特許文献４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の配置に制限があった。また、特許文献４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４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。【００１１】
つまり、特許文献４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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかか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リーダアンテナと、管理対象物品が近傍に置かれた状態で前記リーダアンテナから見通せる位置であって、前記リーダアンテナと電磁界結合される位置に設置されるＲＦタグと、前記管理対象物品が前記ＲＦタグのタグアンテナと電磁界結合する位置に設定され、前記管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域と、前記リーダアンテナに送信信号を送出すると共に前記リーダアンテナを介して前記タグアンテナが出力する応答信号を受信するＲＦＩＤリーダと、を有するものである。そして、本発明にかかる物品管理システムは、前記ＲＦＩＤリーダが、前記管理対象物品による前記タグアンテナ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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】実施の形態１にかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの上面図である。
【図３】実施の形態１にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの正面側の断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの側面側の断面図である。
【図５】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ｒに関する依存性を示す表を示す。
【図６】実施の形態２にかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの上面図である。
【図７】実施の形態２にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの正面側の断面図である。
【図８】実施の形態２にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの側面側の断面図である。
【図９】実施の形態３にかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの上面図である。
【図１０】実施の形態３にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの正面側の断面図である。
【図１１】実施の形態３にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの側面側の断面図である。
【図１２】実施の形態４にかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの上面図である。
【図１３】実施の形態４にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの正面側の断面図である。
【図１４】実施の形態４にかかるにかかる物品管理システムにおける管理対象物品の配置、ＲＦタグ及びリーダアンテナの位置関係を示す物品管理システムの側面側の断面図である。
【図１５】実施の形態５にかかるにかかる物品管理システムにおける開放形伝送線路の概略図である。
【図１６】実施の形態６にかかる物品管理システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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１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、リーダアンテナ１０２、ＲＦＩＤリーダ１０３、ＲＦタグ１０４、管理対象物品１０５を有する。ここで、リーダアンテナ１０２は、誘電体層１０１、ストリップ導体１０２ａ、グランド導体１０２ｇ及び整合終端抵抗Ｒｔにより構成されるものである。
【００１８】
誘電体層１０１は、例えば、誘電体により形成される板状部材である。以下の説明では、誘電体層１０１の管理対象物品が置かれる面を表面と称す。また、以下の説明では、ストリップ導体とグランド導体とを個別に説明する場合を除きリーダアンテナの符号として１０２を用いる。リーダアンテナ１０２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。リーダアンテナ１０２は、開放形伝送線路であるマイクロストリップラインを用いたリーダ用進行波型近傍界アンテナである。また、このリーダアンテナ１０２は、コプレーナライン、グラウンデッドコプレーナライン、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など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、電磁界を漏洩させる特別な工夫なくしてリーダアンテナ１０２としては使用できない。
【００１９】
ＲＦＩＤリーダ１０３は、リーダアンテナ１０２に送信信号を送出すると共にリーダアンテナ１０２を介してＲＦタグ１０４のタグアンテナで生成した応答信号を受信する。より具体的には、ＲＦＩＤリーダ１０３には、リーダアンテナ１０２の一端が接続される。そして、ＲＦＩＤリーダ１０３は、生成した送信信号をリーダアンテナ１０２に送り、リーダアンテナ１０２と電磁界結合されたＲＦタグ１０４のタグアンテナに当該送信信号を伝達する。一方、ＲＦＩＤリーダ１０３は、リーダアンテナ１０２に無線通信により伝達されるＲＦタグ１０４で生成した応答信号を受信する。なお、リーダアンテナ１０２のストリップ導体の他端には整合終端抵抗Ｒｔが接続される。
【００２０】
ＲＦタグ１０４は、管理対象物品が近傍に置かれた状態でリーダアンテナ１０２から見通せる位置であって、リーダアンテナ１０２と電磁界結合す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、リーダアンテナ１０２からＩＤ（以下、タグ情報と称す）を問い合せる信号を受信すると、タグアンテナ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を参照し、変調回路（不図示）を動作させて変調信号を生成し、タグアンテナを介して当該変調信号をリーダアンテナ１０２に送信する。
【００２１】
管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグアンテナと電磁界結合する位置に配置される。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、表皮厚さが厚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、比透磁率の違いには敏感なものの、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アンテナ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、タグとリーダアンテナ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、リーダアンテナ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条件が緩くなる。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てもよい。これにより、タグの耐久性を挙げることができる。このＲＦタグの表面に結露などの微量の水分が付く場合もあるが、このような場合はタグアンテナ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。
【００２２】
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で生成した応答信号に基づき管理対象物品の有無を検出するものである。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からリーダアンテナ１０２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。
【００２３】
続いて、ＲＦタグ１０４は、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から判断して応答すべき場合には、タグ信号を元に生成した変調信号を応答信号としてリーダアンテナ１０２に送出する。
【００２４】
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からの応答信号の強度或いは位相変化により管理対象物品の有無を判断する。より具体的な一例としては、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、管理対象物品がある場合と比較して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、この信号強度の強さによりこの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、管理対象物品がない場合と比較して弱くなる。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、応答信号の信号強度が弱い場合の一例には、ＲＦＩＤリーダ１０３の受信感度を下回り応答信号が検出できない場合も含まれる。また、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。
【００２５】
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のタグアンテナ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及びリーダアンテナ１０２の位置関係についてさらに詳細に説明を行う。
【００２６】
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、誘電体層１０１上にリーダアンテナ１０２のストリップ導体１０２ａが形成される。そして、ストリップ導体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。ここで、ＲＦタグ１０４が覆われる位置と記載したが、ＲＦタグ１０４と管理対象物品が十分強く電磁界結合する程度に近接すればよいため、ＲＦタグ１０４と管理対象物品配置領域１１０の配置はこれに限られるものではない。また、ＲＦタグ１０４は、ＲＦＩＤチップ１１１及びタグアンテナ１１２を有する。
【００２７】
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の正面側の断面図を示す。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、誘電体層１０１の表面側にストリップ導体１０２ａが設けられ、誘電体層１０１の裏面にグランド導体１０２ｇが設けられ、リーダアンテナ１０２を形成する開放型電送線路の一種であるマイクロストリップラインを構成する。そして、ストリップ導体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、ストリップ導体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ストリップ導体１０２ａは整合終端される。なお、ストリップ導体１０２ａの上方やグランド導体１０２ｇの下方に、主に耐久性を向上させるためのカバーを配置しても良い。
【００２８】
また、図３に示すように、管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグアンテナ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のタグアンテナ１１２は、リーダアンテナ１０２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ことが望ましい。これにより、後述する結合係数ｋ１とｋ２との関係をｋ１＜ｋ２とすることが容易になる。なお、図３では、管理対象物品１０５、タグアンテナ１１２、リーダアンテナ１０２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。また、ここでいう距離とは、より正確には波長短縮率を考慮した電気長とすることが望ましい。さらに、ここでいう距離とは、見通し距離とすることが望ましい。
【００２９】
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の側面側の断面図を示す。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、ストリップ導体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。
【００３０】
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。
【００３１】
まず、図２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のタグアンテナ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に接続されるリーダアンテナ１０２が、ＲＦタグ１０４の下部であって、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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がリーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との距離を第２の距離Ｌ２とする。
【００３２】
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とタグアンテナ１１２との間の第１の距離Ｌ１及びタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２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とタグアンテナ１１２との結合係数ｋ２及びタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２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に応じてタグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２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。
【００３３】
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、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の無線信号の波長をλとすると、波源（例えば、アンテナ）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。
【００３４】
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とした場合に、このアンテナが形成する電界Ｅ［Ｖ／ｍ］と磁界Ｈ［Ａ／ｍ］を球座標系（ｒ、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。
【数１】
2014041715.tif 000003
【数２】
2014041715.tif 000004
【数３】
2014041715.tif 000005
【数４】
2014041715.tif 000006
【００３５】
ここで、上記式（１）〜式（４）では、微小ダイポールアンテナに蓄えられる電荷をｑ［Ｃ］、アンテナの長さをｌ［ｍ］、波長をλ［ｍ］、波源から観測点までの距離をｒ［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／ｒ３に比例する項が準静電磁界、１／ｒ２に比例する項が誘導電磁界、１／ｒ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ｒに対する依存性が異なるため、距離ｒに依存してその相対強度が変化する。
【００３６】
続いて、図５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ｒに関する依存性を示す表を示す。なお、図５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。
【００３７】
図５に示した表から分かる通り、距離ｒ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、ｒ＜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、ｒ＞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、ｒ＞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、ｒ＞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、ｒ＜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ｒ＜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ｒ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。
【００３８】
一般的に、アンテナ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アンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の結合やタグアンテナ１１２と管理対象物品１０５の間の結合を生じる。
【００３９】
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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の距離ｒはｒ＞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、リーダアンテナ１０２はパッチアンテナを代表とする共振型アンテナが用いられる。このような共振型アンテナをｒ＜λの近傍界で使用すると、共振型アンテナ中の定在波により、電磁界強度がアンテナに沿った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、このような共振型アンテナを用いたリーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の間の距離ｒがｒ＜λの関係を満たす場合、リーダアンテナ中の定在波の中点に近い部分ではリーダアンテナからの信号をタグアンテナ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。
【００４０】
このようなことから、特許文献４に記載のシステムでは、物品が置かれる棚、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、棚より十分小さいリーダアンテナ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４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、管理対象物品の有無に関わらずタグ情報が読めないことがある。また、リーダアンテナ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。
【００４１】
一方、ｒ＜λの近傍界、さらに望ましくはｒ＜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アンテナ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、単純にリーダアンテナ１０２に共振型アンテナを用いると、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。
【００４２】
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に接続されるリーダアンテナ１０２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のタグアンテナ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のリーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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として用いている。この構成により、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４との間に広い空間を必要としなくなる。また、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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、リーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２として整合終端された開放形伝送線路を用いるため、アンテナ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。
【００４３】
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。
【００４４】
通常用いられているパッチアンテナなどの定在波型のアンテナでは、アンテナ内部の定在波に応じてアンテナ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の場合、アンテナ近傍でも、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、近傍界においてもアンテナに沿った定在波に伴う電磁界が均一となるため、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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の配置の自由度が向上する。
【００４５】
また、物品管理システム１では、この進行波を信号として、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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。
【００４６】
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は、定在波が混在し、不完全ながら進行波アンテナ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、上述した電磁界を漏洩させる特別な工夫なくして使用できない。
【００４７】
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場を存在させ、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場を変化させたり、当該電磁場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、電磁場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、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。
【００４８】
一方で、開放形伝送線路から強く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、メアンダラインアンテナ、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アンテナをリーダアンテナ１０２として使用できる。
【００４９】
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のタグアンテナ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とタグアンテナ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アンテナ１１２の共振周波数が変化したり、タグアンテナ１１２の給電点インピーダンスが変化する。タグアンテナ１１２は、一般的に、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アンテナ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の有無によるタグアンテナ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。
【００５０】
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はタグアンテナ１１２と電磁界結合するように、タグアンテナ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。
【００５１】
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リーダアンテナ１０２の近傍に物品が配置されたことを、リーダアンテナ１０２の動作特性変化から見るのではなく、タグアンテナ１１２の動作特性の変化をリーダアンテナ１０２を介したＲＦＩＤリーダ１０３におけるタグ情報の読み出し信号変化に基づき判断する。このように、ＲＦタグ１０４を介在させることによりリーダアンテナ１０２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。また、１つのリーダアンテナ１０２や、ＲＦＩＤリーダ１０３であっても、複数のＲＦタグ１０４を配置することにより、複数の管理対象物品１０５の有無を検出することができる。さらに、タグアンテナ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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のタグアンテナ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。
【００５４】
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。
【００５５】
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とタグアンテナ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のリーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４のタグアンテナ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。
【００５６】
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のタグアンテナ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、タグアンテナ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。
【００５７】
第１の距離Ｌ１をＬ１≦λとなる値に設定することで、タグアンテナ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アンテナ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の有無によりタグアンテナ１１２の回路定数が変化し、タグアンテナ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、タグアンテナ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、タグアンテナ１１２はダイポールアンテナを基本とする定在波アンテナである。このようなＲＦタグ１０４では、タグアンテナ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。このようにタグアンテナ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。
【００５８】
次に、管理対象物品１０５がＲＦタグ１０４上に置かれた場合、タグアンテナ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アンテナ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、タグアンテナ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。
【００５９】
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。
【００６０】
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とリーダアンテナ１０２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のタグアンテナ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、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４を棚板に組み込むことができ、アンテナが隠れることにより、美観上も極めて優れる。
【００６１】
なお、ここでは主としてタグアンテナ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。
【００６２】
また、上記第１の距離Ｌ１と同様に、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の見通し距離Ｌ２がＬ２≦λの関係を満たしていれば、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２は近傍界の範囲内になる。ここで、見通し距離Ｌ２は、リーダアンテナ１０２中で特に強い波源となるストリップ導体１０２ａとタグアンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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、ＲＦＩＤリーダ１０３とＲＦタグ１０４の各々のアンテナ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、リーダアンテナ１０２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。
【００６３】
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、タグアンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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。
【００６４】
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、リーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２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或いはリーダアンテナ１０２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。
【００６５】
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の関係を満たすことが望ましい。管理対象物品１０５がタグアンテナ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アンテナ１１２が形成する電磁界の強度は強くなる。さらにアンテナ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とタグアンテナ１１２の結合が強くなる。その結果、管理対象物品１０５の有無によるタグアンテナ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。
【００６６】
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の関係を満たすことが望ましい。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の場合と比較してアンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の相対的な向きの自由度を向上させることができる。
【００６７】
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、リーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２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、商品棚にリーダアンテナ１０２、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。
【００６８】
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リーダアンテナと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アンテナ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リーダアンテナを使用すると、放射電磁界は距離に対して１／ｒ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。
【００６９】
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リーダアンテナ１０２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／ｒでしか強度が減衰しない放射を抑制し、１／ｒ３で減衰する準静電磁界や１／ｒ２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リーダアンテナ１０２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、一つのリーダアンテナ１０２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、同様に一つのリーダアンテナ１０２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。
【００７０】
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の関係を満たすことが望ましい。電磁界結合の強さはアンテナや共振器の構造、アンテナ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とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ２を、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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、タグアンテナ１１２とリーダアンテナ１０２との間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグアンテナ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。
【００７１】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との結合係数ｋ１が１０−５以上の値に設定されることが望ましい。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ＵＨＦF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。
【００７２】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２の結合係数ｋ１が１０−２以下の値に設定されることが望ましい。タグアンテナ１１２をダイポール共振器とみた場合、リーダアンテナ１０２（例えば、開放形伝送線路）とタグアンテナ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タグのタグアンテナ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、タグアンテナ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。
【００７３】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ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とタグアンテナ１１２の結合係数ｋ２とが、ｋ１＜ｋ２の関係を満たすことが望ましい。本発明によれば、ｋ１＜ｋ２、即ち、管理対象物品配置領域１１０とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ２を、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の結合係数ｋ１よりも大きくすることにより、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との間の交信の維持よりも、物品の有無によるタグアンテナ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。
【００７４】
なお、上記実施の形態１では、リーダアンテナ１０２、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。
【００７５】
実施の形態２
実施の形態２では、リーダアンテナ１０２として、面状に広がるアンテナを利用した実施の形態について説明する。そこで、図６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７に実施の形態２にかかる物品管理システム２の正面側の断面図を示し、図８に実施の形態２にかかる物品管理システム２の側面側の断面図を示した。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。
【００７６】
実施の形態２にかかる物品管理システム２では、リーダアンテナ１０２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場を変化させて信号を伝達するように形成される。図６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、誘電体層１０１の表面にリーダアンテナ１０２のストリップ導体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、誘電体層１０１の裏面にリーダアンテナ１０２のグランド導体１０２ｇが形成される。なお、ストリップ導体１０２ａの上方やグランド導体１０２ｇの下方に、主に耐久性を向上させるためのカバーを配置してもよい。その際、ストリップ導体１０２ａの上方に配置するカバーの素材は電磁界を漏洩する素材とする。
【００７７】
また、図７及び図８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ストリップ導体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７及び図８からも実施の形態２では、リーダアンテナ１０２のストリップ導体１０２ａがメッシュ状に配置されていることがわかる。また、図７及び図８からも実施の形態２では、リーダアンテナ１０２のグランド導体１０２ｇは誘電体層１０１の裏面にシート状に形成されることがわかる。
【００７８】
実施の形態２にかかる物品管理システム２におけるリーダアンテナ１０２の場合、端部処理の不具合からアンテナ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。
【００７９】
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、リーダアンテナ１０２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を用いた実施の形態について説明する。そこで、図９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１０に実施の形態３にかかる物品管理システム３の正面側の断面図を示し、図１１に実施の形態３にかかる物品管理システム３の側面側の断面図を示した。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。
【００８０】
図９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、リーダアンテナ１０２のストリップ導体１０２ａと、ストリップ導体１０２ａを挟むように配置された２本のリーダアンテナ１０２のグランド導体１０２ａｇが誘電体層１０１の表面に形成される。また、図１０及び図１１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は誘電体層１０１の裏面にシート状に形成される。
【００８１】
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、その分リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２とが電磁界結合しやすくなる。なお、リーダアンテナ１０２からタグアンテナ１１２の見通し距離Ｌ２は例えば図１０の側面側の断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ストリップ導体１０２ａからタグアンテナ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及びリーダアンテナ１０２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９〜図１１は、管理対象物品１０５とＲＦタグ１０４とリーダアンテナ１０２の相対的位置関係の一例を示しているだけである。
【００８２】
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、リーダアンテナ１０２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として用いる。そこで、図１２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１３に実施の形態４にかかる物品管理システム４の正面側の断面図を示し、図１４に実施の形態４にかかる物品管理システム４の側面側の断面図を示した。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。
【００８３】
図１２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１３及び図１４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。ＲＦタグ１０４は、ＲＦタグ１０４の上方位置に管理対象物品配置領域が設定される物品管理棚上に配置される。また、フィーダー線１２１は、導線１２２ａ及び導線１２２ｂが内部に設けられる。例えば、フィーダー線１２１の一端において、導線１２２ａと導線１２２ｂは整合終端抵抗Ｒｔ（不図示）を介して接続される。このような接続とすることでフィーダー線１２１は整合終端される。また、フィーダー線１２１の他端にはＲＦＩＤリーダ１０３（不図示）が接続される。なお、必要に応じて、インピーダンス変換器、平衡―非平衡変換器、分配器、結合器などがフィーダー線１２１と整合終端抵抗Ｒｔとの間、あるいはフィーダー線１２１とＲＦＩＤリーダ１０３との間に適宜挿入されてもよいことは言うまでもない。
【００８４】
図１２〜図１４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。
【００８５】
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１２〜図１４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、リーダアンテナ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。
【００８６】
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１５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誘電体層１０１の概略図を示した。
【００８７】
図１５に示すように、コプレーナスロットライン１４２は、誘電体層１０１の表面に所定の曲がりを伴って形成される。但し、この場合、リーダアンテナは前述のクランクラインアンテナ、メアンダラインアンテナと異なり、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。このように線状の開放型電送線路を所望の曲がりを伴って配置することにより、所望の形状、或いは、面積を有する領域をカバーするリーダ案得手な１０２を形成できる。
【００８８】
実施の形態６
実施の形態６では、複数の棚にリーダアンテナ及び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１６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。
【００８９】
図１６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〜１３３ｄを用いてＲＦＩＤリーダ１０３に直列に接続されたシート状のリーダアンテナ１３２ａ〜１３２ｄが設置される。このリーダアンテナ１３２ａ〜１３２ｄのうち、リーダアンテナ１３２ａの右端は整合終端抵抗Ｒｔが取り付けられる。
【００９０】
ＲＦＩＤリーダ１０３に複数のリーダアンテナを取り付ける場合、図１６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。
【００９１】
一方、並列に接続すれば、リーダアンテナ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、リーダアンテナ１３２ｄ上右端のＲＦタグ１０４は読み取りが容易であるが、リーダアンテナ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、分配器の代わりにアンテナスイッチを入れて、ＲＦＩＤリーダ１０３から制御することにより、リーダアンテナ１３２ａ〜１３２ｄの複数のリーダアンテナ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とリーダアンテナの間隔を短くし、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、リーダアンテナからの放射電界を弱く設計できる。このようにすれば、リーダアンテナがＲＦタグ１０４を認識する距離を短くできる。即ち、リーダアンテナ１３２ｂ上のＲＦタグ１０４を隣接するリーダアンテナ１３２ａやリーダアンテナ１３２ｃ、あるいはリーダアンテナ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、時分割で複数のリーダアンテナを使用することにより、扱えるＲＦタグ１０４の枚数をリーダアンテナの倍数枚まで増やすことができる。
【００９２】
なお、実施の形態６では、一枚の棚板上に一つのリーダアンテナ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リーダアンテナを配置してもよい。また、ケーブルで接続している部分を、リーダアンテナ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リーダアンテナとしてもよい。即ち、複数枚の棚板上に一つのリーダアンテナを配置してもよい。
【００９３】
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１６のリーダアンテナ１３２ａ〜１３２ｄ上に配置されたＲＦタグ１０４が各々固有のタグ情報（ＩＤ）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、リーダアンテナ１３２ａ〜１３２ｄにタグ情報を問い合せる信号を送る。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、管理対象物品１０５の有無を判断する際の信号強度の閾値は、タグ情報を元にＲＦタグ１０４の各々について個別に定めることができる。そのようにすれば、各々のタグ配置の違いによる信号強度の違いを補償することができ、個別に管理対象物品１０５の有無判断を最適に行える閾値を定めることができる。さらに管理対象物品１０５の有無を判断する際の信号強度の閾値は、管理対象物品１０５が無い場合に各ＲＦタグ１０４の信号強度を測定して、その信号強度があらかじめ定めた割合低下した強度を閾値としてもよい。そのようにすれば、容易に閾値を定めることができる。
【００９４】
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。その際にはリーダアンテナ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。
【００９５】
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、リーダアンテナ上で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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、ＲＦＤＩ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、リーダアンテナ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。
【００９９】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１００】
この出願は、２０１２年９月１４日に出願された日本出願特願２０１２−２０２８９０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。
【符号の説明】
【０１０１】
１〜５  物品管理システム
１０１  誘電体層
１０２  リーダアンテナ
１０２ａ  ストリップ導体
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
１１０  管理対象物品配置領域
１１１  ＲＦＩＤチップ
１１２  タグアンテナ
１２１  フィーダー線
１２２  銅線
１３１ａ〜１３１ｄ  棚板
１３２ａ〜１３２ｄ  リーダアンテナ
１３３ａ〜１３３ｄ  ケーブル
１４２  コプレーナスロットライン
Ｒｔ  整合終端抵抗
【図１】
2014041715.tif 000007
【図２】
2014041715.tif 000008
【図３】
2014041715.tif 000009
【図４】
2014041715.tif 000010
【図５】
2014041715.tif 000011
【図６】
2014041715.tif 000012
【図７】
2014041715.tif 000013
【図８】
2014041715.tif 000014
【図９】
2014041715.tif 000015
【図１０】
2014041715.tif 000016
【図１１】
2014041715.tif 000017
【図１２】
2014041715.tif 000018
【図１３】
2014041715.tif 000019
【図１４】
2014041715.tif 000020
【図１５】
2014041715.tif 000021
【図１６】
2014041715.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月6日(2015.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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リーダアンテナと、
管理対象物品が近傍に置かれた状態で前記リーダアンテナから見通せる位置であって、前記リーダアンテナと電磁界結合される位置に設置されるＲＦタグと、
前記管理対象物品が前記ＲＦタグのタグアンテナと電磁界結合する位置に設定され、前記管理対象物品が置かれる管理対象物品配置領域と、
前記リーダアンテナに送信信号を送出すると共に前記リーダアンテナを介して前記タグアンテナ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、前記管理対象物品の有無による前記タグアンテナの前記送信信号に対する応答特性の変化を前記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。
【請求項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アンテナとの間の第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、前記リーダアンテナと前記タグアンテナ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項６】
前記リーダアンテナと前記タグアンテナとの結合係数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。
【請求項７】
前記リーダアンテナと前記タグアンテナとの結合係数ｋ１は、前記管理対象物品と前記タグアンテナとの結合係数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。
【請求項８】
前記リーダアンテナは、
誘電体層と、
前記誘電体層の表面側にメッシュ状に形成されるストリップ導体と、
前記誘電体層の裏面側に形成され、前記ストリップ導体と整合終端抵抗を介して接続されるグランド導体と、を有し、
前記表面側の上方位置に前記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。
【請求項９】
前記リーダアンテナは、誘電体層と、ストリップ導体と、前記ストリップ導体と整合終端抵抗を介して接続されるグランド導体と、を有し、
前記誘電体層の表面側にストリップ導体と前記グランド導体とが交互に離間して配置され、裏面側に前記グランド導体が配置され、
前記ストリップ導体の上方位置に前記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。
【請求項１０】
前記リーダアンテナが前記ＲＦタグの側方に配置され、表面側に前記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棚を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物品管理システム。
【請求項１１】
前記ＲＦＩＤリーダは、ＵＨＦ帯、或いは、マイクロ波帯の無線信号を用いて前記ＲＦタグとの通信を行う請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の物品管理システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
管理対象物品１０５は、ＲＦタグ１０４のタグアンテナと電磁界結合する位置に配置される。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、表皮厚さが厚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、比透磁率の違いには敏感なものの、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アンテナ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、タグとリーダアンテナ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、リーダアンテナ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条件が緩くなる。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てもよい。これにより、タグの耐久性を上げることができる。このＲＦタグの表面に結露などの微量の水分が付く場合もあるが、このような場合はタグアンテナ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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム１は、リーダアンテナ１０２とタグアンテナ１１２との結合係数ｋ１が１０−５以上の値に設定されることが望ましい。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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
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とリーダアンテナ１０２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、リーダアンテナ１０２とＲＦタグ１０４を棚板に組み込むことができ、アンテナが隠れることにより、美観上も極めて優れる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図１５に示すように、コプレーナスロットライン１４２は、誘電体層１０１の表面に所定の曲がりを伴って形成される。但し、この場合、リーダアンテナは前述のクランクラインアンテナ、メアンダラインアンテナと異なり、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。このように線状の開放型電送線路を所望の曲がりを伴って配置することにより、所望の形状、或いは、面積を有する領域をカバーするリーダアンテナ１０２を形成できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
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、リーダアンテナ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。
【国際調査報告】
2014041715.tif 000023
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