(57)【要約】【課題】折りたたみ可能なアンテナを実現すること。【解決手段】本発明の一態様であるアンテナ１００は、誘電体層２、台部３、共振器４及び導電層５を有する。複数の台部３は、誘電体層２上にそれぞれ離間して、Ｘ方向に並んで形成される。開放型伝送線路を構成する導電層５は、複数の台部３のそれぞれに設けられる。共振器４は、複数の台部３のそれぞれに設けられ、導電層５と接続される。隣接する台部３の共振器４同士は、電磁的に結合する。【選択図】図１
2015026915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓誘電体層と、
前記可撓誘電体性層上にそれぞれ離間して、かつ一定の方向に並んで形成された複数の台部と、
前記複数の台部のそれぞれに設けられた開放型伝送線路を構成する導電層と、
前記複数の台部のそれぞれに設けられ、前記導電層と接続される複数の共振器と、を備え、
隣接する前記台部の共振器同士は電磁的に結合する、
アンテナ。
【請求項２】
隣接する前記台部間の間隙の前記台部の頂部側の幅は、前記間隙の前記可撓誘電体層側の幅と等しい又は大きい、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記台部は、
前記可撓誘電体層の主面と平行な頂部面と、
前記可撓誘電体層の主面に対して傾斜した側面と、を有し、
隣接する前記台部間の前記間隙は、隣接する前記台部のそれぞれの前記側面に挟まれる、
請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
隣接する前記台部間の前記共振器同士は、前記間隙を介して対向するように、隣接する前記台部のそれぞれの前記側面に形成される、
請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
１つの前記台部の一方の側面に設けられた前記共振器は、他方の側面に設けられた前記共振器と前記導電層を介して接続される、
請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記共振器は、パラレル結合伝送線路共振器である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記共振器は、オープンリング共振器である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記共振器は、スパイラルコイル共振器である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記可撓誘電体層を挟んで前記導電層と対向して形成される可撓導電層を更に備え、
前記導電層と前記可撓導電層とは、マイクロストリップ線路を構成する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記導電層は、コプレーナ線路又はスロット線路として構成される、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１１】
複数の台部を、可撓誘電体性層上にそれぞれ離間して、かつ一定の方向に並んで形成し、
開放型伝送線路を構成する導電層を、前記複数の台部のそれぞれに形成し、
複数の共振器を、前記複数の台部のそれぞれに、前記導電層と接続して形成し、
隣接する前記台部の共振器同士は、電磁的に結合する、
アンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近接する領域のセンシングに用いるため、近接する領域にのみ電磁場を浸出させるアンテナが提案されている。こうした用途では、平板状のアンテナが用いられる場合が有る。平板上のアンテナでは、例えば対向配置された２枚の導電層間を電磁波が進行する構成が用いられる。
【０００３】
また、平板状アンテナの一方の導電層をメッシュ状の導電層とする構成が提案されている（特許文献１）。この例では、２つの導電層間には誘電体層が設けられる。この場合、導電層間（誘電体層）を進行する電磁波がメッシュ状の導電層から浸出する。浸出した電磁場の強度は、メッシュ状の導電層からの距離に応じて指数的に低減する。これにより、アンテナは、近接する領域にのみ電磁場を保持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発明者らは、特許文献１の構成には以下に示す問題点が有ることを見出した。一般に、平板上のアンテナは用途によっては面積が大きくなるため、折りたたんで収納及び輸送できることが望ましい。しかし、特許文献１の構成では、アンテナの機械的強度を保つため、導電層や誘電体層を厚くする必要が有る。この場合、導電層や誘電体層の剛性が大きくなってしまい、アンテナを折り曲げることができなくなる。そのため、特許文献１の構成は、平板状アンテナの大型化には不適である。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、折りたたみ可能なアンテナを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様であるアンテナは、可撓誘電体層と、前記可撓誘電体性層上にそれぞれ離間して、かつ一定の方向に並んで形成された複数の台部と、前記複数の台部のそれぞれに設けられた開放型伝送線路を構成する導電層と、前記複数の台部のそれぞれに設けられ、前記導電層と接続される複数の共振器と、を備え、隣接する前記台部の共振器同士は電磁的に結合するものである。
【０００８】
本発明の一態様であるアンテナの製造方法は、複数の台部を、可撓誘電体性層上にそれぞれ離間して、かつ一定の方向に並んで形成し、開放型伝送線路を構成する導電層を、前記複数の台部のそれぞれに形成し、複数の共振器を、前記複数の台部のそれぞれに、前記導電層と接続して形成し、隣接する前記台部の共振器同士は、電磁的に結合するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、折りたたみ可能なアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す正面図である。
【図４】実施の形態１にかかるアンテナ１００を巻き取った場合の態様を模式的に示す正面図である。
【図５】アンテナ１００のシミュレーションの条件を示す共振器４近傍の平面図である。
【図６】アンテナ１００の挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】実施の形態２にかかるアンテナ２００の共振器近傍の要部拡大図である。
【図８】実施の形態３にかかるアンテナ３００の共振器近傍の要部拡大図である。
【図９】実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の構成を模式的に示す構成図である。
【図１０】実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の構成を模式的に示す上面図である。
【図１１】実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の正面図である。
【図１２】実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の側面図である。
【図１３】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。
【図１４】実施の形態５にかかる物品管理システム５０００の構成を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
実施の形態１
実施の形態１にかかるアンテナ１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す平面図である。図３は、実施の形態１にかかるアンテナ１００の構成を模式的に示す正面図である。アンテナ１００は、導電層１、誘電体層２、台部３、共振器４及び導電層５を有する。図１〜３では、アンテナ１００はＸ方向に延伸して形成されているが、図面の簡略化のため、アンテナ１００の一部のみを表示している。
【００１３】
導電層１は、例えばアルミなどの導電性材料で構成されるシート状の部材であり、容易に曲げることができる可撓部材である。誘電体層２は、導電層１上に形成される。誘電体層２は、例えば高発泡ポリエチレンなどの誘電体で構成されるシート状の部材であり、容易に曲げることができる可撓部材である。
【００１４】
台部３は、並んで配置される。図１では、台部３は、誘電体層２の主面に平行な方向であるＸ方向に並んで配置されている。図１では、Ｘ方向に垂直かつ誘電体層２の主面に平行なＹ方向と、Ｘ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向を併せて表示している。台部３は、Ｙ方向に延伸している斜面３１を有する。台部３は、頂部３２の幅が、底部３３の幅と等しい、又は底部３３の幅よりも小さくなるように形成される。つまり、隣接する台部３の斜面３１に挟まれるように谷部３４が形成される。台部３は、例えば誘電体により構成される。この際、台部３は、中空構造としてもよい。
【００１５】
１つの台部３が有する２つの斜面３１上には、それぞれ共振器４が形成される。共振器４は、パラレル結合伝送線路として構成される。１つの台部３が有する２つの共振器４は、Ｙ方向に離隔して形成されることが望ましい。１つの台部３が有する２つの共振器４は、頂部３２及び斜面３１に形成された導電層５を介して電気的に連結される。また、隣接する２つの台部３の共振器４は、それぞれ谷部３４を挟んで対向するように形成される。谷部３４を挟んで対向する共振器４は、共振することで電磁的に結合される。これにより、複数の台部３の導電層５と導電層１とは、一体となって開放型伝送線路の一形態であるマイクロストリップ線路として機能することができる。本構成により、図１〜３のＺ方向の近接する領域に電磁場を放射することがきる。
【００１６】
上述のように、アンテナ１００の導電層１及び誘電体層２は、可撓部材で構成される。そのため、アンテナ１００は、Ｙ方向と平行な軸を中心として、巻き取ることが可能である。図４は、実施の形態１にかかるアンテナ１００を巻き取った場合の態様を模式的に示す正面図である。図４に示すように、谷部３４の下方の導電層１及び誘電体層２が屈曲し、その結果、谷部３４が狭まることで、Ｙ方向と平行な軸を中心としてアンテナ１００を巻き取って収納することが可能である。よって、本構成によれば、折りたたむことが可能なアンテナを実現することができる。
【００１７】
また、本構成では、台部３の厚みを厚くすることで、導電層１や誘電体層２などの厚みを変えることなく、アンテナ１００の機械的強度を高めることができる。したがって、本構成によれば、折りたたみ性能を損なうことなく、アンテナの機械的強度を高めることができる。
【００１８】
続いて、アンテナ１００の挿入損失に関するシミュレーションについて説明する。図５は、アンテナ１００のシミュレーションの条件を示す共振器４近傍の平面図である。このシミュレーションでは、誘電体層２及び台部３の厚みはともに１ｍｍ、誘電率は４．３とした。また、図５に示す各寸法は、Ｗ１＝０．５ｍｍ、Ｗ２＝２２．５ｍｍ、Ｗ３＝３ｍｍ、Ｗ４＝８ｍｍ、Ｗ５＝１．７４ｍｍ、Ｗ６＝３．９２ｍｍ、Ｌ１＝１１５ｍｍ、Ｌ２＝８８ｍｍ、Ｌ３＝３２ｍｍである。
【００１９】
図６は、アンテナ１００の挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフである。図６では、２つの共振器間において、反射損失を示すＳパラメータＳ１１を破線で、挿入損失を示すＳ２１を実線で表示している。図６に示すように、使用する帯域を９５０ＭＨｚ近傍とすると、挿入損失は−０．４ｄＢ程度となり、良好な信号伝達が実現できる。
【００２０】
実施の形態２
実施の形態２にかかるアンテナ２００について説明する。図７は、実施の形態２にかかるアンテナ２００の共振器近傍の要部拡大図である。アンテナ２００は、アンテナ１００の共振器４を、共振器６に置換した構成を有する。アンテナ２００の共振器以外の構成は、アンテナ１００と同様であるので、説明を省略する。
【００２１】
実施の形態１にかかるアンテナ１００では、共振器４はパラレル結合伝送線路共振器として構成されていた。これに対し、アンテナ２００では、共振器６は、オープンリング共振器として構成される。この例では、谷部３４を挟んで対向する共振器６は、リングのオープン部が谷部３４側に向くように形成される。
【００２２】
本実施の形態で示すように、共振器には、パラレル結合伝送線路共振器だけでなく、オープンリング共振器を用いても、アンテナ１００と同様に巻き取り収納が可能なアンテナを構成することが可能である。
【００２３】
実施の形態３
実施の形態３にかかるアンテナ３００について説明する。図８は、実施の形態３にかかるアンテナ３００の共振器近傍の要部拡大図である。アンテナ３００は、アンテナ１００の共振器４を、共振器７に置換した構成を有する。アンテナ３００の共振器以外の構成は、アンテナ１００と同様であるので、説明を省略する。
【００２４】
実施の形態１にかかるアンテナ１００では、共振器４はパラレル結合伝送線路共振器として構成されていた。これに対し、アンテナ３００では、共振器７は、スパイラルコイル共振器として構成される。この例では、谷部３４を挟んで対向する共振器７は、スパイラルコイルの巻き方向が逆になるように形成される。
【００２５】
本実施の形態で示すように、共振器には、パラレル結合伝送線路共振器だけでなく、スパイラルコイル共振器共振器を用いても、アンテナ１００と同様に巻き取り収納が可能なアンテナを構成することが可能である。
【００２６】
実施の形態４
実施の形態４にかかる物品管理システム４０００について説明する。物品管理システム４０００には、上述の実施の形態で説明したアンテナが組み込まれる。図９は、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の構成を模式的に示す構成図である。実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、アンテナ４００、スペーサ４０２、ＲＦＩＤリーダ４０３、ＲＦタグ４０４、管理対象物品４０５及び整合終端抵抗Ｒｔを有する。
【００２７】
アンテナ４００は、実施の形態１にかかるアンテナ１００と同様の構成を有する。本実施の形態では、アンテナ４００が４つの台部３を有する例について説明する。台部３の頂部３２に配置された導電層５は、ＲＦタグ４０４を読み取るためのリーダアンテナとして機能する。ＲＦタグ４０４は、例えば非導電性のスペーサ４０２を介して、それぞれの導電層５の上方に配置される。
【００２８】
ＲＦＩＤリーダ４０３は、４つの台部３のうちの一方の端に位置する台部３の導電層５の末端に接続される。ＲＦＩＤリーダ４０３は、導電層５に送信信号を送出すると共に、導電層５を介してＲＦタグ４０４のタグアンテナが出力する応答信号を受信する。ＲＦＩＤリーダ４０３は、生成した送信信号を導電層５に送り、導電層５と電磁界結合されたＲＦタグ４０４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４０３は、導電層５に無線通信により伝達されるＲＦタグ４０４で生成した応答信号を受信する。なお、４つの台部３のうちの他方の端に位置する台部３の導電層５の末端には、整合終端抵抗Ｒｔが接続される。
【００２９】
ＲＦタグ４０４は、管理対象物品が近傍に置かれた状態で導電層５から見通せる位置であって、導電層５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４０４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４０４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、導電層５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、タグアンテナを介して当該変調信号を導電層５に送信する。
【００３０】
管理対象物品４０５は、ＲＦタグ４０４のタグアンテナと電磁界結合する位置に設置される。この管理対象物品４０５が置かれる位置を以下では管理対象物品配置領域４１０と称す。この管理対象物品４０５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、比透磁率の際には敏感なものの、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４０４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。
【００３１】
ここで、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の動作について説明する。物品管理システム４０００では、ＲＦタグ４０４のタグ情報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４０００は、まず、ＲＦＩＤリーダ４０３から導電層５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。
【００３２】
続いて、ＲＦタグ４０４は、導電層５を介して送信信号を受信する。そして、ＲＦタグ４０４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４０４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４０４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導電層５に送出する。
【００３３】
このとき、ＲＦＩＤリーダ４０３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４０４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４０３は、ＲＦタグ４０４からの応答信号の信号強度が強ければ管理対象物品があると判断し、ＲＦタグ４０４からの応答信号の信号強度が弱ければ管理対象物品がないと判断する。例えば、図９に示す例では、図面の最も右側に配置されたＲＦタグ４０４の上には管理対象物品がないため、このＲＦタグ４０４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４０３は、このＲＦタグ４０４の位置には管理対象物品４０５はないと判断する。一方、図９の他の３つのＲＦタグ４０４の上には、管理対象物品４０５が置かれているため、他の３つのＲＦタグ４０４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４０３は、他の３つのＲＦタグ４０４の位置には管理対象物品４０５があると判断する。なお、ＲＦＩＤリーダ４０３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４０５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。
【００３４】
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４０５とＲＦタグ４０４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４０５、ＲＦタグ４０４及び導電層５の位置関係についてさらに詳細に説明を行う。
【００３５】
図１０は、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の構成を模式的に示す上面図である。図１０では、管理対象物品４０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図１０に示すように、物品管理システム４０００では、導電層５の上方にＲＦタグ４０４が設置される。さらに、ＲＦタグ４０４の上方であって、ＲＦタグ４０４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４１０が設定される。また、ＲＦタグ４０４は、ＲＦＩＤチップ４１１及びタグアンテナ４１２を有する。
【００３６】
図１１は、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の正面図である。図１１では、図１０と同様に、管理対象物品４０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図１１に示すように、導電層５の一端と導電層１とは、整合終端抵抗Ｒｔを介して接続される。また、導電層５の他端にはＲＦＩＤリーダ４０３が接続される。また、ＲＦＩＤリーダ４０３の接続側では、導電層１は設置される。このような接続とすることで導電層５は整合終端される。
【００３７】
また、図１１に示すように、管理対象物品４０５は、ＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２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４０４のタグアンテナ４１２は、導電層５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４０５、タグアンテナ４１２、導電層５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４０４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４０４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。
【００３８】
図１２は、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の側面図である。図１２では、図１０と同様に、管理対象物品４０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図１２に示すように、実施の形態４では、導電層５は、ＲＦタグ４０４の下部の一部に設置される。また、物品管理システム４０００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４０４及び管理対象物品４０５が設置される。
【００３９】
ここで、上記図１０〜図１２を参照して、物品管理システム４０００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。
【００４０】
まず、図１０に示すように、物品管理システム４０００では、管理対象物品４０５が、ＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２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４０３に接続される導電層５が、ＲＦタグ４０４の下部であって、導電層５とタグアンテナ４１２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４０００では、管理対象物品４０５が導電層５とＲＦタグ４０４との間に挟まれる領域以外に配置される。そのため、導電層５とＲＦタグ４０４との間の見通しが管理対象物品４０５により遮られることがない。また、物品管理システム４０００では、導電層５とタグアンテナ４１２との距離を第２の距離Ｌ２とする。
【００４１】
上述したように、物品管理システム４０００では、管理対象物品４０５とタグアンテナ４１２との間の第１の距離Ｌ１及びタグアンテナ４１２と導電層５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４０００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４０５とタグアンテナ４１２との結合係数ｋ２及びタグアンテナ４１２と導電層５との結合係数ｋ１を調節する。そして、物品管理システム４０００では、管理対象物品４０５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４１２と導電層５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４０５の有無を判断する。
【００４２】
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４にかかる物品管理システム４０００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４１２と導電層５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。
【００４３】
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（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。
【数１】
2015026915.tif 000003
【数２】
2015026915.tif 000004
【数３】
2015026915.tif 000005
【数４】
2015026915.tif 000006
【００４４】
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。
【００４５】
続いて、図１３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１３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。
【００４６】
図１３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。
【００４７】
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、導電層５とタグアンテナ４１２との間の結合やタグアンテナ４１２と管理対象物品４０５との間の結合を生じる。
【００４８】
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、導電層５とタグアンテナ４１２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、導電層５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γ＜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導電層５とタグアンテナ４１２の間の距離γがγ＜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。
【００４９】
このようなことから、ＲＦＩＤを用いた一般的な物品管理システムでは、物品が置かれる棚、管理対象物品４０５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、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、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。
【００５０】
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、単純に導電層５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。
【００５１】
そこで、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００では、ＲＦＩＤリーダ４０３に接続される導電層５が整合終端され、導電層５とＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２とが電磁界結合されるようにＲＦタグ４０４を配置する。そして、物品管理システム４０００では、ＲＦＩＤリーダ４０３の導電層５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、導電層５とタグアンテナ４１２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、導電層５とＲＦタグ４０４との間に広い空間を必要としなくなる。また、導電層５とタグアンテナ４１２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、導電層５と管理対象物品４０５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、導電層５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。
【００５２】
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４０４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。
【００５３】
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４０５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の不均一がないため、ＲＦタグ４０４のタグ情報を読み取れないエリアができない。即ち、導電層５とタグアンテナ４１２の配置の自由度が向上する。
【００５４】
また、物品管理システム４０００では、この進行波を信号として、導電層５とタグアンテナ４１２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４０００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４０４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４にかかる物品管理システム４０００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。
【００５５】
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、使用できない。
【００５６】
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、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４にかかる物品管理システム４０００の開放形伝送線路の一種とみなすことができる。
【００５７】
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、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４０００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４にかかる物品管理システム４０００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導電層５として使用できる。
【００５８】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００によれば、管理対象物品４０５とＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２とが電磁界結合するように、ＲＦタグ４０４と離間して管理対象物品４０５を置く管理対象物品配置領域４１０が設けられる。従って、管理対象物品４０５がある場合には管理対象物品４０５とタグアンテナ４１２が結合回路を形成するため、管理対象物品４０５が無い場合と比較してタグアンテナ４１２の共振周波数が変化したり、タグアンテナ４１２の給電点インピーダンスが変化する。タグアンテナ４１２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４０３に反射信号を送る際のタグアンテナ４１２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４０４が反射する信号の送信出力も低下する。従って、ＲＦタグ４０４はＲＦＩＤリーダ４０３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４０３はＲＦタグ４０４のタグ情報を読めなくなる。あるいはＲＦＩＤリーダ４０３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４０５が管理対象物品配置領域４１０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４０５がない場合と比較してＲＦタグ４０４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４０３は管理対象物品４０５があることを検出できる。即ち、管理対象物品４０５の有無によるタグアンテナ４１２の動作特性の変化が生じた結果、ＲＦＩＤリーダ４０３はＲＦタグ４０４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。
【００５９】
このように、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、管理対象物品４０５の有無の検出にＲＦタグ４０４とＲＦＩＤリーダ４０３の見通しを管理対象物品４０５がさえぎることは必ずしも必要なく、管理対象物品４０５はタグアンテナ４１２と電磁界結合するように、タグアンテナ４１２（或いはＲＦタグ４０４）と離間して管理対象物品４０５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４０３とＲＦタグ４０４の間に限定されず、自由な配置が可能となる。
【００６０】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、単に給電されているタグアンテナ４１２の近傍に物品が配置されたことを、そのアンテナの動作特性変化から見るのではなく、タグアンテナ４１２の動作特性の変化をＲＦＩＤリーダ４０３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、導電層５とＲＦタグ４０４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４０４を介在させることにより導電層５と管理対象物品４０５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、タグアンテナ４１２が管理対象物品４０５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４にかかる物品管理システム４０００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。
【００６１】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００では、ＲＦＩＤシステムをベースとしており、ＲＦタグ４０４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４０４のタグ情報と管理対象物品４０５を配置する場所とをひも付けておけば、読めないＲＦタグ４０４のタグ情報から、管理対象物品４０５の有る場所を特定できる。一方で、管理対象物品４０５がない場合、ＲＦタグ４０４はＲＦＩＤリーダ４０３からの信号に応答し、ＲＦＩＤリーダ４０３はＲＦタグ４０４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４０５がない場合には、通常の反射電磁界の強度でＲＦタグ４０４のタグ情報が読めるため、管理対象物品４０５がないことを検出できる。さらに読めたＲＦタグ４０４のタグ情報から、管理対象物品４０５の無い場所を特定できる。また、複数の管理対象物品４０５を管理する場合にも、管理対象物品４０５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４０５の有無を検出できるため、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、ＲＦタグ４０４を管理する物品に貼付する必要なく、管理対象物品４０５の有無を管理できる。
【００６２】
なお、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００では、管理対象物品４０５はＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２と電磁界結合するように、ＲＦタグ４０４と離間して管理対象物品４０５を置く場所が設けられていればよいため、ＲＦタグ４０４は管理対象物品４０５に貼付されず、ＲＦタグ４０４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４０４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。
【００６３】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００では、ＲＦタグ４０４は管理対象物品４０５に貼付されないため、管理対象物品４０５に貼付されたＲＦタグ４０４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４にかかる物品管理システム４０００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。
【００６４】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、ＲＦＩＤリーダ４０３とＲＦタグ４０４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４０５とタグアンテナ４１２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４０５を置く管理対象物品配置領域４１０が設けられる。また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、ＲＦＩＤリーダ４０３の導電層５とＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２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４にかかる物品管理システム４０００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。
【００６５】
管理対象物品４０５を配置する管理対象物品配置領域４１０とＲＦタグ４０４のタグアンテナ４１２との間の距離Ｌ１がＬ１≦λの関係を満たしていれば、ＲＦタグ４０４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４０５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４１０に管理対象物品４０５がある場合には、タグアンテナ４１２と管理対象物品４０５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４０５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。
【００６６】
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４１２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４１２と管理対象物品４０５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４０５の有無によりタグアンテナ４１２の回路定数が変化し、タグアンテナ４１２の動作特性が変化する。また、管理対象物品４０５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４１２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４０４として使用すると、タグアンテナ４１２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４０４では、タグアンテナ４１２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４１２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４０５がない状態に相当する。
【００６７】
次に、管理対象物品４０５がＲＦタグ４０４上に置かれた場合、タグアンテナ４１２は管理対象物品４０５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４１２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４１１の動作電力を賄えない場合、ＲＦタグ４０４はＲＦＩＤリーダ４０３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４１２は、ＲＦＩＤチップ４１１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。
【００６８】
その結果、管理対象物品４０５がある場合、ＲＦＩＤリーダ４０３からの問い合わせに対してＲＦタグ４０４は応答しなくなる、或いは、管理対象物品４０５がない場合と比較してＲＦタグ４０４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４０３で検出することで管理対象物品４０５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４にかかる物品管理システム４０００は、ＲＦタグ４０４を管理対象物品４０５に貼り付けることなく、管理対象物品４０５の有無を検出し、管理対象物品４０５の有無を管理することができる。
【００６９】
また、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００は、管理対象物品４０５の有無によるＲＦタグ４０４の応答の変化を生じるためには、ＲＦタグ４０４と管理対象物品４０５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４０４と導電層５の見通しを管理対象物品４０５により遮る必要はない。即ち、管理対象物品４０５の配置はＲＦＩＤリーダ４０３のタグアンテナ４１２とＲＦタグ４０４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、導電層５とＲＦタグ４０４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。
【００７０】
なお、ここでは主としてタグアンテナ４１２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。
【００７１】
また、上記第１の距離Ｌ１と同様に、タグアンテナ４１２と導電層５との間の見通し距離Ｌ２がＬ２≦λの関係を満たしていれば、導電層５とタグアンテナ４１２は近傍界の範囲内になる。ここで、見通し距離ｌ２Ｌ２は、導電層５中で特に強い波源となるストリップ導体とタグアンテナ４１２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、導電層５とタグアンテナ４１２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４０００では、ＲＦタグ４０４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４０００では、導電層５とタグアンテナ４１２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４０３とＲＦタグ４０４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４０００では、導電層５とＲＦタグ４０４の相対位置の自由度を向上させることができる。
【００７２】
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４０４からの反射電磁界の強度や位相変化、タグアンテナ４１２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４０００によれば、Ｌ２≦λの関係を満たすことにより、導電層５とタグアンテナ４１２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。
【００７３】
さらに、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００では、Ｌ２≦λの関係を満たすことにより、導電層５とＲＦタグ４０４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４１０とＲＦタグ４０４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、導電層５と管理対象物品配置領域４１０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４０００を用いることで、管理対象物品４０５とＲＦタグ４０４或いは導電層５との間隔を狭くすることにより、管理対象物品４０５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。
【００７４】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００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４０５がタグアンテナ４１２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４１２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４０００では、管理対象物品４０５とタグアンテナ４１２の結合が強くなる。その結果、管理対象物品４０５の有無によるタグアンテナ４１２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４０００は、ＲＦタグ４０４からＲＦＩＤリーダ４０３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。
【００７５】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００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４０００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、導電層５とタグアンテナ４１２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４０００では、ＲＦＩＤリーダ４０３とＲＦタグ４０４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４０００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４０００は、導電層５とタグアンテナ４１２の相対的な向きの自由度を向上させることができる。
【００７６】
さらに実施の形態１にかかる物品管理システム４０００では、Ｌ２≦λ／２πの関係を満たすことにより、導電層５とＲＦタグ４０４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４０００によれば、導電層５とＲＦタグ４０４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、商品棚に導電層５、ＲＦタグ４０４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。
【００７７】
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／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。
【００７８】
しかし、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００によれば、ＲＦタグ４０４は商品に貼付しないため、例えば商品棚底面に導電層５を敷設し、その上に結合係数を調整して、ＲＦタグ４０４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４０００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導電層５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、一つの導電層５でＲＦタグ４０４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４０４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、同様に一つの導電層５でＲＦタグ４０４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。
【００７９】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００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４０００によれば、Ｌ２＞Ｌ１とすることで、管理対象物品４０５を配置する管理対象物品配置領域４１０とタグアンテナ４１２との間の結合係数ｋ２を、導電層５とタグアンテナ４１２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４１２と導電層５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４１２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４０００は、管理対象物品４０５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。
【００８０】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００は、導電層５とタグアンテナ４１２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。
【００８１】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００は、導電層５とタグアンテナ４１２の結合係数ｋ１が１０−２以下の値に設定される。タグアンテナ４１２をダイポール共振器とみた場合、導電層５（例えば、開放形伝送線路）とタグアンテナ４１２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４０４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４１２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４０３の間の相互に与える影響も抑制できる。
【００８２】
また、実施の形態１にかかる物品管理システム４０００は、導電層５とタグアンテナ４１２の結合係数ｋ１と、管理対象物品配置領域４１０に管理対象物品４０５がある場合における管理対象物品４０５とタグアンテナ４１２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４１０とタグアンテナ４１２との間の結合係数ｋ２を、導電層５とタグアンテナ４１２との間の結合係数ｋ１よりも大きくすることにより、導電層５とタグアンテナ４１２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４１２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４０００では、管理対象物品４０５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。
【００８３】
なお、上記実施の形態１では、導電層５、ＲＦタグ４０４及び管理対象物品４０５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。
【００８４】
実施の形態５
実施の形態５にかかる物品管理システム５０００について説明する。物品管理システム５０００は、実施の形態４にかかる物品管理システム４０００の変形例であり、スペーサ４０２を有せず、ＲＦＩＤタグ４０４の配置が異なる。物品管理システム５０００のその他の構成は物品管理システム４０００と同様である。
【００８５】
図１４は、実施の形態５にかかる物品管理システム５０００の構成を模式的に示す上面図である。図１４では、管理対象物品４０５が１つ置かれる領域を拡大した図を示した。図１４に示すように、物品管理システム５０００では、導電層５の側方に、導電層５と離隔してＲＦタグ４０４が設置される。さらに、ＲＦタグ４０４の上方であって、ＲＦタグ４０４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４１０が設定される。
【００８６】
以上のように、導電層５の側方に、導電層５と離隔してＲＦタグ４０４が設置されることで、スペーサ４０２がなくとも、導電層５とＲＦタグ４０４との距離を、一定（例えば、Ｌ２）に保つことができる。その結果、物品管理システム５０００は、物品管理システム４０００と同様に、管理対象物品４０５の有無を検出することができる。
【００８７】
その他の実施の形態
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、上述の実施の形態では、アンテナに設けられる開放型伝送線路をマイクロストリップラインとして説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、導電層１を設けずに、導電層５をコプレーナ線路又はスロット線路として形成してもよい。
【００８８】
また、図４では、台部３が内側を向くようにアンテナを巻き取る例について示したが、巻き取り方はこれに限らない。すなわち、上述の実施の形態にかかるアンテナを、台部３が外側を向くように巻き取ってもよい。
【００８９】
アンテナ２００の共振器６はオープンリング共振器のオープン部の位置は上述の例に限られず、適宜変更することが可能である。
【００９０】
アンテナ３００の共振器７はスパイラルコイル共振器の配置は上述の例に限られず、適宜変更することが可能である。
【００９１】
実施の形態４及び５にかかる物品管理システムに、アンテナ１００以外にも、アンテナ２００及び３００をはじめとする上述の実施の形態にかかる他のアンテナを適用することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００９２】
１  導電層
２  誘電体層
３  台部
４、６、７  共振器
５  導電層
３１  斜面
３２  頂部
３３  底部
３４  谷部
１００、２００、３００、４００、５００  アンテナ
４０２  スペーサ
４０３  ＲＦＩＤリーダ
４０４  ＲＦＩＤタグ
４０５  管理対象物品
４１０  管理対象物品配置領域
４１１  チップ
４１２  タグアンテナ
４０００、５０００  物品管理システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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