(57)【要約】【課題】直接波が微弱な応答波を打ち消してしまうことなく、電波の指向性（アンテナから出入りする電波の角度特性）を制御して、無線ＩＣタグを読み取ることができる技術を提供する。【解決手段】最大ビーム方向と広い半値角を有する受信用アンテナと、最大ビーム方向を有し、且つ受信用アンテナの半値角より狭い半値角を有する送信用アンテナと、送信用アンテナの最大ビーム方向を変化させる最大ビーム方向変更手段とを有することを特徴とする、無線ＩＣタグ読み取り装置である。最大ビーム方向変更手段は、最大ビーム方向を垂直方向に沿って旋回するように変化させるようにしてもよい。部分的に電界強度の低い箇所（デッドスポット）が発生することを防止するため、主に送信側アンテナの電波の指向性(アンテナの放射特性)を制御して、無線ＩＣタグを読み取ることができる。【選択図】図２
2009075998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大ビーム方向と広い半値角を有する受信用アンテナと、
最大ビーム方向と前記受信用アンテナの半値角より狭い半値角を有する送信用アンテナと、
前記送信用アンテナの最大ビーム方向を変化させる最大ビーム方向変更手段と
を有することを特徴とする、無線ＩＣタグ読み取り装置。
【請求項２】
前記最大ビーム方向変更手段は、前記最大ビーム方向を垂直方向に沿って旋回するように変化させることを特徴とする、請求項１に記載の無線ＩＣタグ読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣタグ読み取り装置に関し、より詳しくはいわゆる無線ＩＣタグ（電子タグ、ＲＦＩＤともいう）を読み取るための読み取り機能を有する無線ＩＣタグ読み取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）タグ（無線ＩＣタグ）に対し、リーダ及び／又はライタであるタグ通信装置（無線ＩＣタグ読み取り装置に相当する）が無線で通信を行うことにより、無線ＩＣタグに記憶された情報を遠隔して読み取るＲＦＩＤ技術が利用されつつある。また、無線ＩＣタグはバーコードに替わるものとして特に物流の分野において期待を集めており、近い将来において爆発的に普及することが予想されている。
【０００３】
無線ＩＣタグの用途の一つとして、倉庫、店舗などへの商品の入出庫検品のような利用がある。このような場合、通信エリア内にある複数の無線ＩＣタグを同時に読み取るマルチリードが重要となる。この際、マルチパスと呼ばれる電波の反射現象により、複数経路の電波が互いに干渉し、お互いの電波が打ち消し合い、電波の弱いスポット的なエリア（フィールドホール、デッドスポット、ヌル点などと呼ばれる、以下単にデッドスポットと総称する）が多数発生する。無線ＩＣタグがこのようなエリアに位置する場合は、その無線ＩＣタグの読み取りが難しくなったり、読み取り不可能になったりする。
【０００４】
かかるエリアの発生による読み取り不可能を解消する技術として、無線ＩＣタグ読み取り装置が放射する電波の指向性（アンテナから出入りする電波の角度特性）を電気的に制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００６−２００８３号公開公報（図２、段落［００５４］ー［００５９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、送信用と受信用のアンテナを共用化したいわゆるコモンタイプという方式が一般に用いられているが、タグから応答として放射される非常に微弱な応答波を強い送信波から分離する難しさから、より性能の向上が見込まれる送信用と受信用を分離したいわゆるセパレートタイプといった方式が、高性能タイプとして採用されている。
【０００６】
但しこの方式では、送信用と受信用と別のアンテナを要することからコスト高となる欠点があった。
さらに、前出デッドスポットは、送信用の電波が広い範囲に届くことによって生ずるものであり、コモンタイプ・セパレートタイプ双方で発生する問題となっていた。
【０００７】
従来のコモンタイプにおいて半値角を狭めて複数回のスキャンでタグの読み取りを行う方式を上記セパレートタイプに適用する場合、送信及び受信用双方のアンテナに対して半値角を狭め、且つ同じエリアをスキャンする用に制御しなければならず、非常にコストのかかる方式となる欠点があった。
【０００８】
本発明では、単一の広い半値角を有する受信用アンテナと、指向角制御機能を有する、狭い半値角の送信用アンテナとを組み合わせることで、上記欠点をカバーし、且つセパレートタイプの高い性能を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、以下の特徴を有する。  
本発明の第１の態様は、最大ビーム方向と広い半値角を有する受信用アンテナと、最大ビーム方向を有し、且つ前記受信用アンテナの半値角より狭い半値角を有する送信用アンテナと、前記送信用アンテナの最大ビーム方向を変化させる最大ビーム方向変更手段とを有することを特徴とする、無線ＩＣタグ読み取り装置として提案される。
【００１０】
この発明によれば、送信用アンテナから放射された読み取り用の電波（直接波）と、この電波が壁や床などで反射されることにより生ずる反射波とが互いに干渉を起こし、その結果部分的に電界強度の低い箇所（デッドスポット）が発生することを防止することが可能となり、その結果無線ＩＣタグが読み取り難くなったり、読み取り不可能になったりすることなく、無線ＩＣタグの読み取り処理を行うことができる。
【００１１】
上記の無線ＩＣタグ読み取り装置において、前記最大ビーム方向変更手段は、前記最大ビーム方向を垂直方向に沿って旋回するように変化させるようにしてもよい。かかる特徴をさらに有する発明によれば、無線ＩＣタグ読み取り装置において、前記最大ビーム方向変更手段により、送信アンテナのビーム方向を床からの反射電波が生じない方向へ変更することにより、床などからの反射電波と送信側アンテナから直接無線ＩＣタグに到達する直接波の干渉により、その無線ＩＣタグにおける電界強度が低下することを回避でき、その結果無線ＩＣタグのＩＣチップには十分な起電力が供給されるため、無線ＩＣタグは無線ＩＣタグ読み取り装置の受信側アンテナに信号を到達させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、送信用アンテナから放射された読み取り用の電波（直接波）と、この電波が壁や床などで反射されることにより生ずる反射波とが互いに干渉を起こし、その結果部分的に電界強度の低い箇所（デッドスポット）が発生することを防止することができ、その結果無線ＩＣタグが読み取り難くなったり読み取り不可能になったりすることなく無線ＩＣタグの読み取り処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。  
［１．基本構成例］
図１は、本発明の実施の形態である無線ＩＣタグ読み取りシステムの基本的構成の例を示す機能ブロック図である。  
無線ＩＣタグ読み取りシステム１は、リーダ／ライタ制御装置１０と、このリーダ／ライタ制御装置１０に接続され、無線ＩＣタグ３０を読み取るリーダ／ライタ２０で構成される。リーダ／ライタ２０は本発明の無線ＩＣタグ読み取り装置に相当する。
【００１４】
リーダ／ライタ制御装置１０は、リーダ／ライタ２０に読み取り動作を実行する様命令し、また、リーダ／ライタ２０に無線ＩＣタグ３０から読み取ったデータ（例えば、ユニークＩＤ）を送信することに命令し、リーダ／ライタ２０から受け取ったデータを記憶し、所定の情報処理（例えば、在庫状況の一覧表示など）を行う機能を有する。リーダ／ライタ制御装置１０は、例えば、コンピュータや各種コントローラなどである。
【００１５】
リーダ／ライタ２０は、記憶媒体である無線ＩＣタグ３０に記憶された情報を、無線通信によって読み書き（データ呼び出し・登録・削除・更新など）を行う装置である。図２に、リーダ／ライタ２０の構成例を示すブロック図を掲げる。
【００１６】
リーダ／ライタ２０は、制御部１０１と、制御部１０１に接続された送受信部１０２と、送受信部１０２に接続された送信用アンテナ１０３及び受信用アンテナ１０４と、送信用アンテナ１０３の最大ビーム方向を変更するビーム方向制御部１０５とを有している。ビーム方向制御部１０５は、本発明の最大ビーム方向変更手段に相当する。
【００１７】
制御部１０１は、リーダ／ライタ制御装置１０からの命令を受け取り、これに応じて送受信部２２を駆動させ、また送受信部２２から出力されたデータ（無線ＩＣタグ４０から読み取ったもの）をリーダ／ライタ制御装置１に渡す機能を有している。
【００１８】
また、制御部１０１は、ビーム方向制御部１０５に方向変更命令を送信し、ビーム方法制御部１０５に送信用アンテナ１０３のビーム方向を変更させる機能を有する。制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するマイクロコンピュータである。
【００１９】
送受信部１０２は、送信用アンテナ１０３及び受信用アンテナ１０４を介して無線ＩＣタグ３０と無線によりデータの送受信を行う機能を有する。より詳しくは、送受信部２２は、変調部１０６と復調部１０７とを有している。変調部１０６は、制御部１０１から受け取った所定のコマンド、リクエスト、命令などの情報に応じたベース信号でキャリア波を所定の変調方式で変調した変調波を生成する。復調部１０７は、無線ＩＣタグ３０が記憶しているデータに応じたベース信号に基づいて負荷変調された磁界を復調し、当該データに応じたベース信号を取り出し、制御部１０１に渡す機能を有する。送受信部１０２は、例えば変調回路、復調回路を有するＲＦモジュールなどである。
【００２０】
送信用アンテナ１０３は、送受信部１０２、より詳しくは変調部１０６から受け取った変調波を空中に放射し、電波を無線ＩＣタグ３０に向けて放射する。送信用アンテナ１０３は、指向性を有するアンテナであって、空中に放射した電波の電力の最も大きくなる方向である最大ビーム方向を有する。送信用アンテナ１０３は、例えば、ダイポールアンテナやパッチアンテナなどで、一台若しくは複数台組み合わせたフェイズドアレイアンテナである。
【００２１】
送信用アンテナ１０３の最大ビーム方向は、ビーム方向制御部１０５によって変更されるようになっている。この変更は機械的或いは電気的に行うもののいずれであってもよい。
送信用アンテナ１０３の最大ビーム方向を機械的に変更する構成の場合は、ビーム方向制御部１０５は、ステッピング・モータ及びその制御回路によって構成され、軸などに回動可能に取り付けられた送信用アンテナ１０３を回動、旋回させ、無線ＩＣタグ３０に対する送信用アンテナ１０３の最大ビーム方向を変化させる。
【００２２】
一方、送信用アンテナ１０３の最大ビーム方向を電気的に変更する構成の場合は、ビーム方向制御部１０５は、分配合成器及び複数の移相器により構成される。送信用アンテナ１０３はアレイ状に配置された複数のアンテナ素子で構成される。分配合成器に入力された変調波は、アンテナ素子ごとの移相器に分配され、各移相器にて所望の位相変化（移相）がなされた後各アンテナ素子から放射される。各移相器の移相変化を制御部１０１の指令に応じて変化させることにより、各アンテナ素子から放射される電波の移相が一致する方向に強く電波が放射される方向を変化させることが可能となる。
【００２３】
なお、最大ビーム方向を回動させる方向は、この実施の形態では垂直方向であるものとするが、水平方向に回動させる構成にしてもよく、垂直方向及び水平方向いずれにも回動させるようにし、且つ組み合わせるようにしてもよい。
【００２４】
受信用アンテナ１０４は、送信アンテナ１０４から送出された電波が、無線ＩＣタグ３０により負荷変調を受け、微弱な受信信号が重畳された電波を受けて、リーダ／ライタ２０の高周波回路に信号を送る。
【００２５】
送信用アンテナ１０３のメインローブの半値角は、受信用アンテナ１０４のメインローブの半値角より狭くなるように、送信用アンテナ１０３と受信用アンテナ１０４の特性が設定されている。
【００２６】
図３は、送信用アンテナ１０３のメインローブ３０１の形状及び半値角θ１と、受信用アンテナ１０４のメインローブ３０２の形状及び半値角θ２とを比較して示した図である。送信用アンテナ１０３の半値角θ１は、受信用アンテナ１０４の半値角θ２より狭くなるように設定される。
【００２７】
この図では、メインローブ３０１とメインローブ３０２の最大ビーム方向３０３が一致している状態を図示しているが、前述のように送信用アンテナ１０３のメインローブ３０１の最大ビーム方向は、ビーム方向制御部１０５によって変更可能であるため、メインローブ３０１とメインローブ３０２の最大ビーム方向３０３がつねに一致しているわけではない。
【００２８】
次に、送信アンテナのビーム方向を変更することで、読み取り困難若しくは不可能であった無線ＩＣタグ３０の読み取りを可能にする動作例について、図４、図５、図６を参照しながら説明する。
【００２９】
図４は、従来のリーダ／ライタにおける送信用アンテナ及び受信用アンテナを用いて、部屋の中に配置された無線ＩＣタグ３０を読む場合の電波の進行経路の例を示す図である。この従来のリーダ／ライタの送信用アンテナ４０１と受信用アンテナ４０２の半値角はほぼ同じであり、また送信用アンテナ４０１のメインローブ４０３と、受信用アンテナ４０２のメインローブ４０４の形状も同様である。
【００３０】
図４に示した例では、送信アンテナ４０１の最大ビーム方向４０５と受信用アンテナ１０４の最大ビーム方向４０６とが同一方向を向くように、送信用アンテナ４０１及び受信用アンテナ４０２が設置されている。
【００３１】
部屋内には無線ＩＣタグ３０Ａ，３０Ｂが図示の位置に置かれている。無線ＩＣタグ３０Ａは、マルチパスの影響を受けても、無線ＩＣタグ３０Ａの位置ではヌルポイント（デッドポイント）が生じていないため、無線ＩＣタグ３０Ａは、送信用アンテナ４０１からの読み取り用電波を十分な強度で受信でき、その結果受信用アンテナ４０２によって無線ＩＣタグ３０Ａからの応答を受信することができる、すなわち無線ＩＣタグ３０Ａの読み取りを行うことができる。
一方、無線ＩＣタグ３０Ｂは、この位置においてマルチパスの影響でデッドポイントが生じており、その結果無線ＩＣタグ３０Ｂの読み取りは困難となるか、失敗してしまう。
【００３２】
図５は、従来の広い半値角を有する送信用アンテナを一定の高さに設置し、送信用アンテナから放射された電波が、直接波と床とで反射した反射波との間で干渉して電界強度が部分的に低くなる様子を計算で求めた結果を示すグラフである。
【００３３】
図５は、横軸に送信アンテナからの距離を取り、縦軸にその位置での送信電波のロス減衰を取る。図５中の曲線５０１は、直接波と反射波との干渉によるロス減衰をコンピュータシミュレーションにより求めた結果を示す。また、曲線５０２は、送信電波における自由空間減衰を計算により求めた結果を示す。曲線５０３は、曲線５０１と曲線５０２を加算した結果を示す曲線である。この計算結果によれば、曲線５０３で表される態様で送信電波のロス減衰が生ずる。曲線５０３では、急激にロス減衰が大きくなる点が複数現れている。このような点がデッドスポットであり、この点に無線ＩＣタグ３０が位置する場合には、無線ＩＣタグ３０の読み取りが困難になり、或いはその読み取りが失敗してしまう位置となる。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態にかかるリーダ／ライタ２０の半値角の狭い送信用アンテナ１０３を用いた場合の様子を図で説明したものである。リーダ／ライタ２０の送信用アンテナ１０３の半値角は、受信用アンテナ１０４の半値角より狭く、また送信用アンテナ１０３のメインローブ６０１は、受信用アンテナ４０２のメインローブ６０２に比べて狭い形状となっている。また、送信アンテナ１０３の最大ビーム方向６０１は、無線ＩＣタグ３０Ａ、３０Ｂを読み取るように、部屋の床方向に向けられているが、受信用アンテナ１０４の最大ビーム方向６０４は、図４に示した受信アンテナ４０２の最大ビーム方向４０６と同一に設置されている。また、無線ＩＣタグ３０Ａ，３０Ｂは図４と同一の位置にあるものとする。
【００３５】
本実施の形態においては、送信電波は最大ビーム方向から広がらずに無線ＩＣタグに届くので、従来の広い半値角を有するアンテナを用いる場合と異なり、マルチパスそのものが生じにくくなっており、無線ＩＣタグ３０Ａ，及び３０Ｂの位置でヌルポイント（デッドポイント）が生じていない。従って、無線ＩＣタグ３０Ａ，３０Ｂともに送信アンテナ４０１からの電波を十分な強度で受信でき、すなわち無線ＩＣタグ３０Ａだけでなく、図４の場合では読み取りができなかった無線ＩＣタグ３０Ｂの読み取りを行うことができる。
【００３６】
本発明にかかるリーダ／ライタ２０は、送信アンテナ１０３の最大ビーム方向を回動させることにより、デッドスポットによる無線ＩＣタグ３０の読み取りの困難、失敗を解消することが可能であり、その結果読み取り領域内に散在する無線ＩＣタグ３０の成功確率を高めることができ、大量の無線ＩＣタグを高速で読み落としすることなく読み取り処理することが可能となる。
【００３７】
次に、無線ＩＣタグ３０について説明する。図７は、無線ＩＣタグ３０の構成例を示すブロック図である。以下、図７を参照しながら、無線ＩＣタグ３０の構成例を説明する。無線ＩＣタグ３０は、メモリ７０１と、制御部７０２と、送受信部７０３と、アンテナ７０４とを有している。メモリ７０１は、商品情報、発送者情報などの識別コードなど、読み取り対象となる情報を記憶している記憶装置である。制御部７０２は、リーダ／ライタ２０からのコマンド、リクエスト、命令などを解釈し、これに応答する動作を実行する。送受信部７０３は、リーダ／ライタ２０と同様に変調部（図略）、復調部（図略）を有しており、リーダ／ライタ２０と無線によりデータの送受信を行うために信号の変調／復調を行う。アンテナ７０４はリーダ／ライタ２０からの変調波を受信し、これを送受信部７０３に給電すると共に、送受信部７０３からの変調信号を受け取り、これをリーダ／ライタ２０に受信させる様、空中に放射する。
【００３８】
さらに本発明ではセパレートタイプの性能を維持した上で、送信用アンテナを複数設置することが可能であり、半値角を狭めデッドポイントを生じさせない様に構成しながら、コストアップを抑えることが可能となっている。
【００３９】
［２．利点］
倉庫や部屋などの閉鎖空間において、リーダ／ライタが放射した読み取り電波が側壁面や床などで反射して生ずる反射波と、無線ＩＣタグに到達する直接波とが電波干渉を起こし、閉鎖空間内で部分的に電界強度の低い場所（デッドスポット、ヌル点などと呼ばれる）が発生し、このような場所にある無線ＩＣタグの読み取りに失敗することが知られているが、本発明によれば、送信用アンテナ１０３の放射角度を狭くすることで測定対象（無線ＩＣタグ）外への電波放射を少なくするとともに、送信用アンテナ１０３の電波放射方向（最大ビーム方向）を変化させることで、読み取り対象空間内を満遍なく、読み取り対象範囲とすることが可能となる。
【００４０】
[３．変形例]
リーダ／ライタ１０における送信アンテナ１０３の最大ビーム方向を電気的に回動させる別の方式を以下に説明する。
図８は、変形例にかかるリーダ／ライタ１０の構成例を示すブロック図である。この変形例にかかるリーダ／ライタ１０は、変調部１０６に接続されたセレクタ１０５Ａと、セレクタ１０５Ａに接続された複数の送信アンテナ１０３とを有している。その他については先に実施の形態の説明において述べたリーダ／ライタ１０と同様であるため、同一の構成要素については同一の参照符号を付してこれらの詳細な説明は省略する。
【００４１】
複数の送信アンテナ１０３はその最大ビーム方向が異なる方向となるように取り付けられている。セレクタ１０５Ａはビーム方向制御手段として機能する。セレクタ１０５Ａは、制御部１０１からの制御信号に応じて、複数の送信アンテナ１０３からいずれか一つに、変調部１０６からの出力信号である変調信号を出力するように動作する。セレクタ１０５Ａから変調信号を受信した送信アンテナ１０３はその最大ビーム方向に向かって電波を放射する。
【００４２】
このようにセレクタ１０５Ａによって送信アンテナ１０３を切り替えて使用することにより、リーダ／ライタ２０から放射される送信電波の最大ビーム方向を適宜切り替えるようにしても、本発明は成立する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかる無線ＩＣタグ読み取りシステムの基本的構成の例を示す機能ブロック図
【図２】リーダ／ライタの構成例を示すブロック図
【図３】送信用アンテナのメインローブの形状及び半値角と、受信用アンテナのメインローブの形状及び半値角とを比較して示した図
【図４】送信用アンテナのメインローブと受信用アンテナのメインローブとの位置関係を示す図
【図５】デッドスポットの発生状況を計算により示した図
【図６】図４の状態の後、送信用アンテナの最大ビーム方向をさらに上方に向くよう変更した場合の、送信用アンテナのメインローブと受信用アンテナのメインローブとの位置関係を示す図
【図７】無線ＩＣタグの構成例を示すブロック図
【図８】リーダ／ライタ２０の変形例の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００４４】
１０…  リーダ／ライタ制御装置
２０…  リーダ／ライタ
３０…  無線ＩＣタグ
１０３…  送信用アンテナ
１０４…  受信用アンテナ
１０５…  ビーム方向制御部
【図１】
2009075998.tif 000003
【図２】
2009075998.tif 000004
【図３】
2009075998.tif 000005
【図４】
2009075998.tif 000006
【図５】
2009075998.tif 000007
【図６】
2009075998.tif 000008
【図７】
2009075998.tif 000009
【図８】
2009075998.tif 000010