(57)【要約】【課題】ＲＷからの出力が低下することで磁界強度分布が変化することに対応する無線通信装置を提供する。【解決手段】無線タグからのデータを読み取るために磁界を生成し、上記無線タグからのデータを読み取る無線通信装置であって、電力を供給する電源部８と、当該電源部からの供給電力により所定の磁界領域を生成する第１のアンテナ１６と、当該電源部からの供給電力により当該第１のアンテナが生成する磁界領域と異なる磁界領域を生成する第２のアンテナ１７と、第１及び第２のアンテナから受信した上記無線タグからのデータの読取処理をするデータ処理部９と、電源部から第１のアンテナへの出力レベルの低下を測定する出力測定部２１と、当該出力測定部の測定結果により、第１のアンテナから前記第２のアンテナへ切り替える切り替えスイッチ部１３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線タグからのデータを読み取るために磁界を生成し、上記無線タグからのデータを読み取る無線通信装置であって、
電力を供給する電源部と、
当該電源部からの供給電力により所定の磁界領域を生成する第１のアンテナと、
当該電源部からの供給電力により当該第１のアンテナが生成する磁界領域と異なる磁界領域を生成する第２のアンテナと、
前記第１及び第２のアンテナから受信した上記無線タグからのデータの読取処理をするデータ処理部と、
前記電源部から前記第１のアンテナへの出力レベルの低下を測定する出力測定部と、
当該出力測定部の測定結果により、前記第１のアンテナから前記第２のアンテナへ切り替える切り替えスイッチ部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信装置において、前記第１及び第２のアンテナは、ほぼ同じ平面内に設けられていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項１記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの磁界領域と前記第２のアンテナの磁界領域とが所定の領域内の全てを覆っていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
請求項１記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの磁界領域と前記第２のアンテナの磁界領域とに重なる領域があることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
請求項１記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの形状が環状であり、前記第１のアンテナが前記第２のアンテナに包囲されていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
無線タグからのデータを読み取るために磁界を生成し、上記無線タグからのデータを読み取る無線通信装置であって、
電力を供給する電源部と、
当該電源部からの供給電力により所定の磁界領域を生成する第１のアンテナと、
当該電源部からの供給電力により当該第１のアンテナが生成する磁界領域と異なる磁界領域を生成する第２のアンテナと、
前記第１及び第２のアンテナから受信した上記無線タグからのデータの読取処理をするデータ処理部と、
前記電源部からの供給電力の電流を測定する出力電流測定部と、
当該電流測定部の測定結果により、前記第１及び第２のアンテナを切り替える切り替えスイッチ部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信装置において、前記第１及び第２のアンテナは、ほぼ同じ平面内に設けられていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
請求項６記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの磁界領域と前記第２のアンテナの磁界領域とが所定の領域内の全てを覆っていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
請求項６記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの磁界領域と前記第２のアンテナの磁界領域とに重なる領域があることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
請求項１記載の無線通信装置において、前記第１のアンテナの形状が環状であり、前記第１のアンテナが前記第２のアンテナに包囲されていることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数物品の管理に利用可能な無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ばれる電波や磁束を用いて固有のＩＤなどを持つタグとの通信を行う方式を人の認証や物の管理、電子マネーなどに利用する手法が注目されてきている。主な例として、タグの中に電子マネーとしての情報を持たせ、切符を購入する代わりにその電子マネーを用いて改札で清算するシステムや、棚に収納されている書類などをタグで管理するシステム、タグを利用した物流業界のトレーサビリティやサプライチェーンマネージメントなどのシステムである。これらのシステム、特に棚内の物品を管理する場合に棚板の上等にアンテナを配置しタグを付けられた物品を管理するシステムが近年注目されている。
【０００３】
また、棚内の物品管理に限らず、一枚のアンテナでタグを効率よく読み取りを行うために、様々な構成が出されている。例えば、図７のようにＲＦＩＤ方式のＲＷ（リーダーライター）に搭載されているＣＰＵ１００、ＲＷの送受信回路１０１、ＲＷと接続されているループアンテナ１０２、ＣＰＵ１００より制御されるスイッチ１０３、スイッチ１０３を含む別ループ中の抵抗１０４を示し、上記で構成する技術もある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
以上のように構成されたシステムにおいてその動作を説明する。タグがループアンテナ１０２に近接してきた場合にＲＷの出力が大きすぎた場合にはタグ内のＩＣを破壊してしまう恐れがある。それを回避するために、タグとの通信における距離をループアンテナ１０２端で端子間電圧として検出し、ＣＰＵ１００でスイッチ１０３を制御して、別ループ中の抵抗をＯＮ・ＯＦＦすることで出力を制御することが可能となっているシステムである。
【０００５】
ここで、まずＲＦＩＤの通信方式を説明する。ＲＦＩＤでは電波をコマンドの送受信のためのキャリアとして用いるためと、タグへの電力供給という２つの目的のために、常に送信電波を出しておかなければならない。すなわち、送信電波を利用した負荷変調を用いている。この負荷変調方式は、電波を利用してリーダライタからタグへコマンドを送信する場合には、コマンドによって変調した電波を送信する。タグからリーダライタへ応答信号を返す場合には送信電波の反射の有無による変調を利用する方式である。この負荷変調方式においては、リーダライタの受信部は、タグからの応答の無い状態の受信信号レベルを基準とし、その基準からタグの負荷変調による信号レベルの変化分とその変化している時間を利用する通信方式である。
【特許文献１】特開２００６−７２９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の負荷変調方式での通信において、その負荷は、タグの大きさやタグ内部のアンテナの形状、読み取る時の枚数などによって常に変化する。そのため、アンテナに対しタグが１枚などの状況であれば、アンテナ端子間の電圧の検出で上記のようにそのタグに対応した出力制御が可能となる。しかし、棚の上のアンテナに対し、複数のタグが置かれた場合、上記のタグとの通信に用いる負荷変動によりＲＷから見た負荷が変動することで出力が低下、環境温度の変化によって出力が低下するなど、出力の低下には様々な場合がある。
【０００７】
出力が低下した場合の磁界強度の分布の変化例を図８に示す。図８の磁界強度分布１０５はアンテナ表面上を理想的にカバーできるアンテナの磁界強度を示している。この様に理想的な出力・磁界分布を持つＲＦＩＤ装置において、ＲＷからの出力が低下した場合の磁界強度分布を１０６に示す。磁界強度分布１０６に示す様に、出力が低下することによって磁界強度自体の低下も起こしている。この出力低下による磁界強度の低下によって、これまでタグとの通信が可能であった箇所でタグが読めなくなり、タグの不読帯が発生する。上記発明では、タグ１枚に対する通信において有効であり、物品管理などの複数枚のタグ上では、消費電流の把握による出力の調整により、ピンポイントにその不読帯域のタグを読み取り可能にすることは難しく、現在読めているタグについて、読み取り不可になる。
【０００８】
本発明は、出力が低下しても多数の無線タグの読み取りができる無線通信装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する為に、本発明は、無線タグからのデータを読み取るために磁界を生成し、上記無線タグからのデータを読み取る無線通信装置であって、電力を供給する電源部と、当該電源部からの供給電力により所定の磁界領域を生成する第１のアンテナと、当該電源部からの供給電力により当該第１のアンテナが生成する磁界領域と異なる磁界領域を生成する第２のアンテナと、前記第１及び第２のアンテナから受信した上記無線タグからのデータの読取処理をするデータ処理部と、前記電源部からの供給電力の電流を測定する出力電流測定部と、当該電流測定部の測定結果により、前記第１及び第２のアンテナを切り替える切り替えスイッチ部と、を備えるように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、出力低下が生じても、当該低下により不読帯領域へと変化した領域内のタグを読み取ることにより多数の無線タグを読み取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図５の図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１において、１は物品を収納して管理するための棚であり、２は棚１に設けられた３つの棚板の上又は棚板内部に組み込まれるアンテナ、３はアンテナ２上に置かれて管理される対象となる管理対象物品、４は物品管理のために管理対象物品３に貼り付けられるタグである。また、５は、アンテナ２を棚毎に切り替え、管理対象物品３に貼り付けられたタグ４と通信を行う無線通信装置（ＲＷ）であり、６は無線通信装置５の動作を制御するホストＰＣである。尚、当該ホストＰＣ内には、上記電流制御と出力制御を選択する選択部が設けられている。
【００１３】
以上のように構成された物品管理システムの作動準備として、棚１の棚板上にアンテナ２を設置し、管理対象となる管理対象物品３にタグ４を貼り付けてアンテナ２上に配置する。管理対象物品３に貼り付けられたタグ４との通信は無線通信装置（ＲＷ）５からコマンドを送信し、タグ４からの信号を受信して通信を行う。その時のＲＷ５とタグ４との通信とを制御するのがホストＰＣ６である。
【００１４】
次に、管理対象となる管理対象物品３に貼り付けられたタグ４を読み取る無線通信装置の構成を図２に示す。図２において、７は無線通信装置５に電力を供給する電源であり、８は電源７から供給された電力を分配する電源部である。
【００１５】
また、９は受けた各種データを処理するデータ処理部であり、１０はデータ処理部９からの信号をコマンドとしてタグへ送信するために変調をかける変調部であり、１１は変調部１０で変調をかけた信号を増幅する増幅部である。また、１２はデータ処理部９からの信号によってスイッチを制御するスイッチ動作部であり、１３はスイッチ動作部１２によって動作するスイッチ部である。また、１４はＡパターンアンテナ（第１のアンテナ）１６とマッチングを取るＡパターン用マッチング部、１５はＢパターンアンテナ（第２のアンテナ）１７とマッチングを取るＢパターン用マッチング部である。１８はタグ４からの受信した信号を増幅する増幅部、１９は増幅部１８で増幅したタグ４からの受信信号を復調する復調部、２０はＲＷ５で消費されている電流を監視する消費電流測定部、２１はＡパターンアンテナ１６やＢパターンアンテナ１７から出力する出力を測定する出力測定部を示す。
【００１６】
また、上記に使用するアンテナについて概略図を図３に示す。図３の（Ａ）に示す２２は、Ａパターンアンテナ１６のアンテナパターン、２３はＢパターンアンテナ１７のアンテナパターンを示し、図３（Ｂ）の２４はＡパターンアンテナの磁界強度分布、図３（Ｃ）の２５はＢパターンアンテナの磁界強度分布を示す。上記のように通信範囲は狭いが最大通信距離が長い磁界強度分布２４をもつアンテナと通信範囲は広いが、最大通信距離は短い磁界強度分布２５をもつアンテナと複数用意することで、アンテナを選択してタグと通信することが可能となる。
【００１７】
尚、本実施の形態の物品管理システムにおいては、以下に詳細に説明するように、アンテナ選択を出力測定による制御と電流測定による制御をユーザがホストＰＣ６の選択部から選択できる。
＜出力測定＞
次に、以上のように構成された物品管理システムの出力測定による動作を図４のフローチャートに沿って説明する（尚、現在、ユーザは、ホストＰＣ６の選択部により出力制御を選択しているとする。また、その出力制御の選択は、データ処理部に設定されている。）。
【００１８】
先ず、ホストＰＣ６を立ち上げて無線タグ４の読取機能を起動させると（ステップ１）、無線タグ４を読み取る読取コマンドがホストＰＣ６から無線通信装置５に送信される（ステップ２）。
【００１９】
無線通信装置５のデータ処理部９は、上記読取コマンドを受けてスイッチ動作部１２を作動させると、先ず、Ａパターンアンテナ１６のみを作動させる信号をスイッチ部１３に送信する。当該スイッチ部１３は、その信号を受けてＡパターンアンテナ（第１のアンテナ）１６を作動させる（ステップ３）。
【００２０】
上述の第１のアンテナ１６の動作による磁界強度分布を図５に示す。
【００２１】
図５の（Ａ）の（Ａパターンアンテナの磁界強度分布）は、無線タグ４が応答できる磁界強度を示す。図５の（Ａ）の２４に示すように、全てのタグがアンテナ領域内のタグが応答できる磁界強度範囲内に入っているため、この状態では全てのタグが読み取り可能となっている。
【００２２】
しかしながら、図５の（Ａ）の状態から、ＲＷ５の出力が周囲温度の変化やマッチングのずれなどの要因によって低下した場合には、図５の（Ｂ）の２６のように磁界強度が減少する。また、磁界強度が減少した場合、タグ４ａ及びタグ４ｂは、ＲＷ５の出力が低下する前の図５の（Ａ）では十分な磁界強度領域内に配置していたが、図５の（Ｂ）に示すように無線タグが応答可能範囲より外れてしまい、Ａパターンアンテナ１６のみを用いた場合、通常の適切な通信が出来なくなる。上記のように適切な通信できなくなった場合、通常のＲＷ５では読めなくなった事についてタグが範囲外から持ち出されたのか、ＲＷ５の要因によるものか判断できない。
【００２３】
そのため、ＲＷ５では、以下の処理によりアンテナを切り替え、ＲＷ５の要因による通信不良を回避することになる。先ず、出力測定部２１は、電源部８からのアンテナへの出力が所定の値以下に下がっていないかの測定を開始する（ステップ４）。ここで、上記所定の値以下の状況では、Ａパターンアンテナ１６によりアンテナ領域にある無線タグ４ａ、４ｂと通信できない状況であり、即ち、図５の（Ｂ）に示すような磁界強度になった場合である。
【００２４】
出力測定部２１が上記所定の値以下であると判断した場合、その旨の信号は、データ処理部９に伝達され、データ処理部９は、スイッチ動作部１２を介してスイッチ部１３にＢパターンアンテナ１７のみを作動させるように指示することにより、Ｂパターンアンテナ１７のみが動作する（ステップ５）。
【００２５】
上述のように、Ｂパターンアンテナ１７のみが動作している状況は、図５の（Ｃ）に示されている。図５の（Ｃ）に示されるように、最も磁界強度の高い部分の磁界強度はＡパターンアンテナ１６に劣るものの、Ａパターンアンテナ１６の出力が低下した図５（Ｂ）における磁界強度が弱い部分については逆に磁界強度が強い分布となる。
【００２６】
次に、データ処理部９は、第１のアンテナ１６の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、また、第２のアンテナ１７の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、重複の無い無線タグ４のＩＤ等の情報をホストＰＣ６へ送信する（ステップ６）。
【００２７】
また、上記出力測定部２１よる測定において、上記所定の値より下がっていない場合、データ処理部９は、第１のアンテナ１６により受信した無線タグ４からの情報のなかから必要な情報を読み取る（ステップ７）。次に、データ処理部９は、第１のアンテナ１６の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、無線タグ４のＩＤ等の情報をホストＰＣ６へ送信する（ステップ７）。
【００２８】
このようにＡパターンアンテナ１６とＢパターンアンテナ１７と異なる磁界強度のアンテナを切替えて動作させることにより、Ａパターンアンテナ１６で読み取りが可能であったが、出力が低下することにより読み取り範囲外に外れたタグ４をＢパターンアンテナ１７にてタグ４を読み取りが可能となる。
＜電流測定＞
上述のように構成された物品管理システムの電流測定による動作を図６のフローチャートに沿って説明する。（尚、ユーザは、ホストＰＣ６内の選択部により、電流制御を選択しているものとする。また、その電流制御の選択は、データ処理部に設定されている。）
先ず、ホストＰＣ６を立ち上げて無線タグの読取機能を起動させると（ステップ１１）、無線タグ４を読み取る読取コマンドがホストＰＣ６から無線通信装置５に送信される（ステップ１２）。
【００２９】
無線通信装置５のデータ処理部９は、上記読取コマンドを受けて、スイッチ動作部１２を作動させると、先ずＡパターンアンテナ１６のみを作動させる信号をスイッチ部１３に送信する。当該スイッチ部１３は、その信号を受けてＡパターンアンテナ（第１のアンテナ）１６を作動させる（ステップ１３）。
【００３０】
上述の第１のアンテナ１６の動作による磁界強度分布を図５に示す。
【００３１】
図５の（Ａ）の（Ａパターンアンテナの磁界強度分布）は、無線タグ４が応答できる磁界強度を示す。図５の（Ａ）の２４に示すように、全てのタグがアンテナ領域内のタグが応答できる磁界強度範囲内に入っているため、全てのタグが読み取り可能となっている。しかしながら、図５の（Ａ）の状態から、ＲＷ５の出力が周囲温度の変化やマッチングのずれなどの要因によって低下した場合には、図５の（Ｂ）の２６により示す磁界強度が減少する。また、磁界強度が減少した場合、タグ４ａ及びタグ４ｂは、ＲＷ５の出力が低下する前の図５の（Ａ）では十分な磁界強度領域内に配置していたが、図５の（Ｂ）に示すように無線タグが応答可能範囲より外れてしまい、Ａパターンアンテナ１６を用いた場合、通信が出来なくなる。
【００３２】
上記のように通信できなくなった場合、通常のＲＷ５では読めなくなった事についてタグが範囲外から持ち出されたのか、ＲＷ５の要因によるものか判断できない。そのため、ＲＷ５では以下の処理によりアンテナを切り替え、ＲＷ５の要因による通信不良を回避する。
【００３３】
先ず、出力測定部２１は、電源部８からのアンテナへの出力が所定の値以下に下がっていないかの測定を開始する（ステップ１４）。ここで、上記所定の値以下の状況では、Ａパターンアンテナ１６によりアンテナ領域にある無線タグ４ａ、４ｂと通信できない状況であり、即ち、図５の（Ｂ）に示すような磁界強度になった場合である。
【００３４】
消費電流測定部２０が電源部８からの出力電流が上記所定の値以下であると判断した場合、その旨の信号は、データ処理部９に伝達され、データ処理部９は、スイッチ動作部１２を介してスイッチ部１３にＢパターンアンテナ１７のみを作動させるように指示することにより、Ｂパターンアンテナ１７のみが動作する（ステップ１５）。上述のように、Ｂパターンアンテナ１７のみが動作している状況は、図５の（Ｃ）に示されている。
【００３５】
図５の（Ｃ）に示されるように、最も磁界強度の高い部分の磁界強度はＡパターンアンテナ１７に劣るものの、Ａパターンアンテナ１７の出力が低下した図５（Ｂ）における磁界強度が弱い部分については逆に磁界強度が強い分布となる。
【００３６】
次に、データ処理部９は、第１のアンテナ１６の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、また、第２のアンテナ１７の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、重複の無い無線タグ４のＩＤ等の情報をホストＰＣ６へ送信する（ステップ１６）。
【００３７】
また、上記出力測定部２１よる測定において、上記所定の値より下がっていない場合、データ処理部９は、第１のアンテナ１６により受信した無線タグ４からの情報のなかから必要な情報を読み取る（ステップ１７）。次に、データ処理部９は、第１のアンテナ１６の動作により受信した無線タグ４からの情報を読み取り、無線タグ４のＩＤ等の情報をホストＰＣ６へ送信する（ステップ１７）。
【００３８】
このようにＡパターンアンテナ１６とＢパターンアンテナ１７と異なる磁界強度のアンテナを切替えて動作させることにより、Ａパターンアンテナ１６で読み取りが可能であったが、出力が低下することにより読み取り範囲外に外れたタグ４をＢパターンアンテナ１７にてタグ４を読み取りが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ＲＦＩＤシステムを用いた棚内の物品管理や物流管理などに利用可能であり、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１における全体構成図
【図２】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１における機能ブロック図
【図３】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１におけるアンテナ形状の例とその磁界強度分布図
【図４】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１における動作を示すフローチャート
【図５】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１における磁界強度の変化と磁界強度分布図
【図６】本発明の無線通信装置を含む無線通信システムの実施の形態１における動作を示すフローチャート
【図７】従来の無線通信装置における全体構成図
【図８】従来の無線通信装置における磁界強度分布図
【符号の説明】
【００４１】
１    棚
２    アンテナ
３    管理対象物品
４    タグ
５    ＲＷ
６    ホストＰＣ
７    電源
８    電源部
９    データ処理部
１０    変調部
１１    増幅部
１２    スイッチ動作部
１３    スイッチ部
１４    Ａパターン用マッチング部
１５    Ｂパターン用マッチング部
１６    Ａパターンアンテナ
１７    Ｂパターンアンテナ
１８    増幅部
１９    復調部
２０    消費電流測定部
２１    出力測定部
２２    Ａパターンアンテナのアンテナパターン
２３    Ｂパターンアンテナのアンテナパターン
２４    Ａパターンアンテナの磁界強度分布
２５    Ｂパターンアンテナの磁界強度分布
２６    出力低下時のＡパターンアンテナ磁界強度分布
【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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