(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線で情報読出し可能な情報記録媒体と電磁結合を用いて無線接続するアンテナユニットをＬＣ回路で構成して、複数のアンテナユニット間を同一長のケーブルでカスケード接続したＲＷアンテナ部と、
前記ＲＷアンテナ部の各アンテナユニットを同時に励起する励起手段と、
前記情報記録媒体からの情報読出し処理を制御する読出制御手段と、
複数の前記情報記録媒体からの応答データを正しく受信するための輻輳制御処理を行う輻輳制御手段と、
を有することを特徴とする情報読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣタグやＩＣカード等として実用されている、電磁結合を用いて無線で情報書込み、又は読出し可能な情報記録媒体から、無線により情報書込み、又は読出しするためのアンテナ、及び、当該アンテナを用いて情報記録媒体から情報書込み、又は読出し処理を行う情報読取装置に関し、特に、情報記録媒体と無線通信することができる無線通信エリアを拡張することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線で情報書込み、又は読出し可能な情報記録媒体から、情報読取装置で記録情報を無線通信により書込み、又は読出し、当該記録情報を種々な管理に用いるシステムが実用化されている。
ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＤカード、ＩＣカード等と称せられる無線で情報書込み、又は読出し可能な情報記録媒体から、リーダライタ装置等と称せられる情報読取装置で記録情報を無線通信により書込み、又は読出すシステムはＲＦ―ＩＤシステム、非接触型リーダライタシステム等と称せられ、交通カードシステム、物流管理システム、物品管理システム等に実用化されている。
なお、本明細書においては、適宜、無線で情報書込み、又は読出し可能な情報記録媒体をその一例としてＩＣタグと称し、情報記録媒体から無線で情報書込み、又は読出し処理を行う情報読取装置をその一例としてリーダライタ装置と称する。
【０００３】
非接触型リーダライタシステムは、ＩＣチップにループアンテナを備えたＩＣタグと、ＩＣタグとの無線通信を行うリーダライタ装置を備えており、リーダライタ装置にはループアンテナが備えられ、このループアンテナによりＩＣタグ内のＩＣチップを駆動する電力と質問データを常時または間欠に送信し、この電力と質問データを受信できる範囲（無線通信エリア）内にあるＩＣタグからの応答データを得るものである。
ここで、非接触型リーダライタシステムの中で、１３．５６ＭＨｚの周波数帯を用い電磁結合を利用した電磁誘導型リーダライタ装置について述べる。
【０００４】
電源を内蔵しない非接触型ＩＣタグ（以下、単にＩＣタグと記す。）が電磁誘導型リーダライタ装置（以下、単にリーダライタ装置と記す。）と無線通信（情報の読取、あるいは、情報の書込み）されるためには、リーダライタ装置に備えられるアンテナ（リーダライタ装置のアンテナであることを明確にするため、以下適宜ＲＷアンテナと記す。）の発生する磁界が、ＩＣタグ内部の回路を駆動する起電力を得るのに十分な強さであり、且つ、ＩＣタグに備えられたループアンテナのループ開口部を鎖交する方向及び距離の条件を満たさなければならない。
【０００５】
ここで、管理対象物１つ１つにＩＣタグを貼付けて、任意の広さをもつ保管場所に管理対象物が規則的に配置される環境において、非接触型リーダライタシステムを用いた物品管理システムの運用方法を例にとると、それぞれの管理対象物に貼付けられた複数のＩＣタグを一括して読取る方式がある。
しかしながら、下記のような幾つかの課題がある。
【０００６】
例えば、７箇所、０．３ｍ間隔で複数のＩＣタグが配置されている場合、（１）複数のＩＣタグを１つのＲＷアンテナで一括して読取するために、１つのＲＷアンテナのループ開口を大きくする方法、（２）１台のリーダライタ装置に対して複数のＲＷアンテナを切替制御して複数のＩＣタグを読取る方法、がある。
【０００７】
上記（１）の方法では、広い範囲に磁界を生成することが可能であるが、磁束密度が小さくなるため、ＲＷアンテナの出力も大きくしなければ、ＲＷアンテナに対するＩＣタグ読取範囲（無線通信エリア）は一様に得ることができない。また、ＲＷアンテナのＱ値が大きくなり過ぎるために、ダンピング抵抗をループアンテナ回路に挿入してＱ値を小さくしなければならないが、これにより、ループアンテナに流れる電流が小さくなり、ＲＷアンテナで発生する磁界が小さくなってしまうため、ＩＣタグ読取範囲が小さくなってしまう。さらに、例えば、全長１．８ｍの読取範囲となるため、少なくともＲＷアンテナのループ長は３．６ｍ以上となり、１３．５６ＭＨｚのλ／４波長に近づくため、アンテナ特性の調整、安定性を維持することが困難となる。この他にも、ＲＷアンテナ設置作業性、ＲＷアンテナの調整など取扱が困難になってしまう欠点がある。
【０００８】
上記（２）の方法では、リーダライタ装置が複数のＲＷアンテナを切り替えて時系列で読取動作を行い、個々のＲＷアンテナの読取範囲内にあるＩＣタグを順次読取する。この場合、ＲＷアンテナの接続数が多くなると切替回数が増えるため、読取処理時間が増加してしまうこと、同じＩＣタグを読取更新するまでに切替の１巡が必要になるなどの処理や時間に関する欠点がある。
なお、このように複数のＲＷアンテナを順次切り替えて時系列で読取動作を行うためには、例えば、リーダライタ装置から各ＲＷアンテナに制御線を接続し、リーダライタ装置から各ＲＷアンテナを順次切り替えて励起する（すなわち、電磁波を出力するようにＯＮ状態とする）制御を行う。
【０００９】
複数のＲＷアンテナを切替制御して複数のＩＣタグを読取る方法に関して、ＲＷアンテナの共振周波数を他のＲＷアンテナの共振周波数と異なるように制御する発明が知られている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７―６８００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決することを目的としている。
より具体的には、複数のＩＣタグを１つのＲＷアンテナで一括して読取するために、ＲＷアンテナのループ開口を大きくすることによる課題や、複数のＲＷアンテナを切替制御することによる課題を解決して、無線通信エリアの拡張を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るＲＷアンテナ部は、無線で情報読出し可能な情報記録媒体と電磁結合を用いて無線接続するアンテナユニットをＬＣ回路で構成して、これら複数のアンテナユニットをカスケード接続し、前記情報記録媒体と無線接続する時には当該複数のアンテナユニット内のＬが同時に励起されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る情報読取装置は、無線で情報読出し可能な情報記録媒体と電磁結合を用いて無線接続するアンテナユニットをＬＣ回路で構成して、これら複数のアンテナユニットをカスケード接続したＲＷアンテナ部と、前記ＲＷアンテナ部の前記複数のアンテナユニット内のＬを同時に励起する励起手段と、情報記録媒体からの情報読出し処理を制御する読出制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＲＷアンテナ部によると、ＬＣ回路で構成された複数のアンテナユニットを例えば同軸ケーブルでカスケード接続し、情報記録媒体と無線接続する時には当該複数のアンテナユニット内のＬを同時に励起するようにしたため、個々のアンテナユニット内のＬのループ開口を過大にすることなく、且つ、切り替え制御に係る構造や制御の複雑化を招くことなく、無線通信エリアを拡張することができる。
【００１４】
また、本発明に係る情報読取装置によると、上記ＲＷアンテナ部を使用して、拡張された無線通信エリアに存する複数の情報記憶媒体から一括して情報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】
【００１５】
本発明を、図に示す一実施例を参照して具体的に説明する。
図１には、本発明の一実施例に係るリーダライタ装置（情報読取装置）の全体構成を示してある。
本例のリーダライタ装置は、装置本体１と、ＲＷアンテナ部２とを備えており、装置本体１に接続されたＲＷ本体アンテナ１ａと、ＲＷアンテナ部２の一部を構成する中継アンテナ２ａとを無線接続することにより、装置本体１にＲＷアンテナ部２を接続して設けている。
【００１６】
本例のＲＷアンテナ部２は７つのアンテナユニット３と中継アンテナ２ａをカスケード接続した構成であり、これらアンテナユニット３により無線通信エリア内に存するＩＣタグ４と無線接続してその記録情報を装置本体１が読取る。各アンテナユニット３及び中継アンテナ２ａは、後述するように、ループアンテナからなるコイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）とで構成されるＬＣ回路である。
なお、本発明では、ＲＷアンテナ部を構成するアンテナユニット３は１つ以上で、且つ、共にＲＷアンテナ部２を構成する中継アンテナ２ａ、同軸ケーブル１４で決定される共振周波数が、所望とする周波数であればその台数に限定はない。また、本発明では、リーダライタ装置は、図２に示すように、ＲＷアンテナ部２を同軸ケーブル等のケーブル５により装置本体１に接続して設けた構成でもよい。この場合は、前記ＲＷ本体アンテナ１ａ、及び中継アンテナ２ａは不要となるが、インピーダンス整合用装置１ｂが必要となる。インピーダンス整合用装置１ｂは、例えば周知のトランスで構成される。
【００１７】
本例の装置本体１は、図３に示すように、ＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３を励起する励起手段６と、ＲＷアンテナ部２で情報読出し対象とする複数のＩＣタグ４に対する輻輳処理をする輻輳制御手段７と、これら励起手段６及び輻輳制御手段７を利用してＩＣタグ４からの情報読出し処理を制御する読出制御手段８と、を有している。
すなわち、読出制御手段８による制御の下に、励起手段６がＩＣタグ４内のＩＣチップを駆動する電力と質問データを常時または間欠的にＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３から出力し、輻輳制御手段７がＲＷアンテナ部２で受信する当該質問データに対する応答データの輻輳処理を行って、ＲＷアンテナ部２に応答した全てのＩＣタグ４からの情報を装置本体１側に読取る。
【００１８】
本例のＩＣタグ４はチップ片のものから、カードやシール状に加工されたものであり、図４に示すように、ＩＣチップ１０にループアンテナ９を備えた構成であり、ＩＣチップ１０には、情報を記録保持するメモリ１１と、アンテナ９で受信した質問データに応答してメモリ１１に記録された情報を読み出してアンテナ９から送信する応答手段１２とが構成されている。なお、応答手段１２は、例えば、メモリ１１から読み出した情報（データ）に、図５に示すように、ＩＣタグ４を一意に識別するためのタグＩＤを付してアンテナ９から送信する。
ＩＣタグ４は極小型のものであり、例えば、保管場所に配置された複数の管理対象物に対してそれぞれ貼着され、各管理対象物の配送先等の情報がメモリ１１に記録され、各管理対象物から記録情報をリーダライタ装置で読取って、その情報を用いて配送管理等を行う。
【００１９】
図６（ａ）にはＲＷアンテナ部２の一部分（アンテナユニット３の３つ部分と中継アンテナ２ａ）を模式的に示し、同図（ｂ）には当該部分を回路図で示してある。
各アンテナユニット３と中継アンテナ２ａは、アンテナ素子としてループアンテナＬを有し、当該ループアンテナからなるコイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）とでＬＣ回路を形成した構成である。そして、ＲＷアンテナ部２は、これら複数のアンテナユニット３と中継アンテナ２ａをケーブル１４でカスケード接続、即ち各アンテナユニット３のＬが互いに並列接続となるよう、各アンテナユニット３のＬＣ回路のＬとＣを接続する２ヶ所の接続点同士をケーブル１４で接続して構成されており、装置本体１がＲＷ本体アンテナ１ａを介してケーブル１４の一端の中継アンテナ２ａから駆動電力及び質問データを入力すると、ＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３から一斉に出力される。すなわち、全てのアンテナユニット３が同時に励起される。ＲＷ本体アンテナ１ａと中継アンテナ２ａも同様のＬＣ回路から構成されるが、ＬとＣの定数は別に適宜設定される。
【００２０】
アンテナユニット３と中継アンテナ２ａ間のケーブル１４による接続構造をより詳しく説明すると、アンテナユニット３と中継アンテナ２ａ間でそれらのＬＣ回路の一端と他端とをそれぞれケーブル１４ａ、１４ｂで接続し、各アンテナユニット３と中継アンテナ２ａ間が２本１組のケーブル１４ａ、１４ｂでカスケード接続された構造となっている。
ここで、本例では、アンテナユニット３と中継アンテナ２ａ間をカスケード接続するケーブル１４として、図７に示すような同軸ケーブル２０を用いている。同軸ケーブル２０は、内側導線２１を内側絶縁体２２で覆い、内側絶縁体２２の外側に網状の外側導線２３を設け、外側導線２３を外側絶縁体２４で覆った構造である。
【００２１】
本例では、ケーブル１４ａ、１４ｂとして、それぞれ同軸ケーブル２０の内側導線２１と外側導線２３を用いているが、これを逆にしてもよい。また、同軸ケーブル２０の内側導線２１と外側導線２３とを交互に変えて用い、ＲＷアンテナ３を同軸ケーブル２０からなるケーブル１４でカスケード接続しても構わない。
【００２２】
また、ＲＷアンテナ部２の各アンテナユニット３は、ＩＣタグ４に対する所期の読取性能が得られる所定の共振周波数に調整される。すなわち、例えば、図１のように、ＲＷアンテナ部２を７台のアンテナユニット３と１台の中継アンテナ２ａとこれらをカスケード接続する同軸ケーブル１４（２０）から構成し、各アンテナユニット３間を同一の長さ、例えば０．３ｍの同軸ケーブル２０で接続し、端のアンテナユニット３と中継アンテナ２ａ間を１ｍの同軸ケーブル２０で接続した場合、各アンテナユニット３のループアンテナは同一のサイズ・ターン数・共振周波数であり、すべてのアンテナユニット３がカスケード接続されたとき、所期の読取性能が得られる共振周波数（１３．５６ＭＨｚ付近）に調整されるとともに、各アンテナユニット３が、ＩＣタグ４から情報を読取る能力も、同程度となる。
【００２３】
このため、予めアンテナユニット３単体での共振周波数は、カスケード接続したときのＲＷアンテナ部２の共振周波数よりも高く設定されている。また、カスケード接続したときのＲＷアンテナ部２の共振周波数は、各アンテナユニット３間の同軸ケーブル１４のケーブル長により変化する。したがって、各アンテナユニット３間の間隔を複数通りに切替えたいような場合は、各アンテナユニット３単体の共振周波数を、アンテナユニット３間の長さに応じて切替えできるようにしておくとよい。
【００２４】
アンテナユニット３単体の共振周波数を切替えるためのやり方としては、例えば、アンテナユニット３のＬＣ回路のＣに並列に、Ｃ１とスイッチＳＷ１の直列回路を接続し、ＳＷ１の開閉（共振周波数切替手段）により共振周波数を切替えることができる。
このように、各アンテナユニット３間の同軸ケーブル１４のケーブル長を同一長にすることにより、各ＲＷアンテナ部２の共振周波数の調整が容易となる。
【００２５】
あるいは、図８に示すような、インピーダンス調整部３０を、アンテナユニット３のＬＣと並列に接続し、インピーダンス調整部３０のインピーダンスを調整することにより、ＲＷアンテナ部２の共振周波数を調整するようにしてもよい。図８に示すように、インピーダンス調整部３０は、例えば、可変容量コンデンサＣｖで構成することができ、この場合、Ｃｖはアンテナユニット２のＣと並列に接続すればよい。もちろん、可変容量コンデンサの代わりに、複数の固定容量コンデンサを切替えるようにした構成を採ることも可能である。
【００２６】
上記例においては、アンテナユニット３間を接続する同軸ケーブルの長さを同一長としたが、これは同一長でなくても構わない。各アンテナユニット３のＬＣ回路のインピーダンスの値を切替えるか、あるいは、図８に示すインピーダンス調整部３０のインピーダンスの値を調整することにより、ＲＷアンテナ部２の共振周波数を調整することができる。
【００２７】
また、上記例において、中継アンテナ２ａはアンテナユニット３と同じＬＣの値をもつＬＣ回路で構成する、即ち、アンテナユニット３を中継アンテナ２ａとすることもできる。この場合は、図１においては、ＲＷアンテナ２が８つのアンテナユニットから構成されることになる。そして、ＲＷ本体アンテナ１ａは、ＲＷアンテナ２の端のアンテナユニット３だけでなく、どのアンテナユニット３とも接続することができる。
【００２８】
また、上記例では、アンテナユニット３のＬＣの値を同じ値としたが、アンテナユニット毎にＬＣの値は異なっていても、ＲＷアンテナ部２全体として、所定の共振周波数に設定できればよい。そのためには、図８に示すインピーダンス調整部を用いてもよいし、あるいは、各アンテナユニット３のインピーダンスで調整してもよい。
【００２９】
ＲＷアンテナ部２の共振周波数は、コイルＬとコンデンサＣによって、共振周波数ｆをもつアンテナとして表現でき、下記の（式１）で表される。
【００３０】
【数１】
0005065070.tif 000002
【００３１】
例えば、アンテナユニット３を３つ有し、それらの各Ｌ、ＣをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とし、中継アンテナ２ａのＬ、ＣをＬ４、Ｃ４とし、各アンテナユニット３及び中継アンテナ２ａ間の同軸ケーブルの容量をＣｄ１、Ｃｄ２、Ｃｄ３とし、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４であれば、ＲＷアンテナ部２のＬ、Ｃは下記の（式２）、（式３）で表される。
【００３２】
【数２】
0005065070.tif 000003
【００３３】
【数３】
0005065070.tif 000004
【００３４】
従って、ＲＷアンテナ部２の共振周波数は、上記Ｌ１〜Ｌ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｃｄ１〜Ｃｄ３のいずれかの値を変更することにより、調整可能である。
【００３５】
上記構成のリーダライタ装置によると、装置本体１によりＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３が一括して励起され、各アンテナユニット３の無線通信エリア内に存するＩＣタグ４を起動して質問データを受信させる。そして、ＩＣタグ４から応答データ（記録情報：図５参照）が送信されると、装置本体１がＲＷアンテナ部２により当該応答データを受信する。
【００３６】
ここで、ＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３が一括して励起されることから、ＲＷアンテナ部２により複数のＩＣタグ４から応答データを同時に受信する状態が生ずる。
この場合、輻輳制御手段７が、公知の輻輳制御処理を行って、各ＩＣタグ４からの応答データを正しく受信する。
例えば、ＲＷアンテナ部２の全てのアンテナユニット３から一斉に送信された質問データに応答して、複数のＩＣタグ４から各々のタイミングで応答データを返信する。装置本体１の輻輳制御手段７は、タイミング良く、応答データの返信の衝突無しに、正しく受信できた応答データを返信したＩＣタグ４に対して、受信完了の通知を送信する。一方、タイミング悪く、応答データの返信の衝突により、正しく受信できなかった応答データを返信したＩＣタグ４に対して、別のタイミングで返信する指示を含めた再返信の要求（質問データ）を送信する。応答データを正しく装置本体１に伝えることができたＩＣタグ４は、この要求（質問データ）に応答することは無い。このような質問データの送信を、ＩＣタグ４からの応答が無くなるまで繰り返し行う。
【００３７】
したがって、上記のリーダライタ装置によると、複数のアンテナユニットをカスケード接続して当該全てのアンテナユニットを励起するＲＷアンテナ部を用いるため、個々のアンテナユニットのループ開口を過大にすることなく、且つ、切り替え制御に係る構造や制御の複雑化を招くことなく、無線通信エリアを拡張することができる。さらに、上記ＲＷアンテナ部を使用して、拡張された無線通信エリアに存する複数の情報記憶媒体から輻輳なく一括して情報を読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例に係るリーダライタ装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係るリーダライタ装置の変形例の構成図である。
【図３】本発明の一実施例に係るリーダライタ装置本体の構成図である。
【図４】本発明の一実施例に係るＩＣタグの構成図である。
【図５】本発明の一実施例に係る応答データを説明する図である。
【図６】本発明の一実施例に係るＲＷアンテナ部の構成を説明する図である。
【図７】本発明の一実施例に係る同軸ケーブルの構造を説明する図である。
【図８】本発明の一実施例に係るリーダライタ装置の変形例の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：リーダライタ装置本体、  ２：ＲＷアンテナ部、
３：アンテナユニット、  ４：ＩＣタグ、
６：励起手段、  ７：輻輳制御手段、  ８：読出制御手段、
９：ＩＣタグのループアンテナ、  １４：ケーブル、
２０：同軸ケーブル、  ３０：インピーダンス調整部、
Ｌ：アンテナユニットのループアンテナ（コイル）、
Ｃ：アンテナユニットのコンデンサ、
【図１】
0005065070.tif 000005
【図２】
0005065070.tif 000006
【図３】
0005065070.tif 000007
【図４】
0005065070.tif 000008
【図５】
0005065070.tif 000009
【図６】
0005065070.tif 000010
【図７】
0005065070.tif 000011
【図８】
0005065070.tif 000012