JP2010140099A - 無線タグ読取装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線タグ読取装置のアンテナ交信領域に物体が接近したか否かの監視を、専用のセンサを用いずに行えるようにする。
【解決手段】アンテナから問合せ用電波より出力強度の弱い電波を常時放射させる。この電波の反射状況からアンテナ周辺への物体の接近を検出する。物体の接近が検出されたならば、アンテナから問合せ用電波を放射させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電波を利用して無線タグの情報を読取る無線タグ読取装置及びその方法に関する。

近年、ＩＣチップを備えた無線タグ（ＩＣタグ，ＲＦＩＤタグ，電子タグ，トランスポンダなどとも称される）と、無線タグ読取装置とを備え、双方がそれぞれアンテナを介してデータの交信を行うことにより、無線タグ読取装置において無線タグの情報を非接触で読取ることができるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが普及している。

このＲＦＩＤシステムにおいて、無線タグ読取装置は、通常、無線タグ問合せ用の高周波信号を電波としてアンテナから放射する。無線タグは、アンテナで無線通信装置からの電波を受信すると、ＩＣチップで記憶している情報で高周波信号の反射量を変化させてバックスキャッタ変調を行う。無線タグ読取装置は、上記アンテナで無線タグからのバックスキャッタ変調波を受信すると、それを復調して無線タグの情報を読み取る。

ここで、無線タグ読取装置から放射される無線タグ問合せ用の電波は、その強度が５００ｍＷ〜１Ｗ程度であり、比較的強い。このため、常に放射させることは他の無線システムに影響を及ぼすおそれがある。また、人体への悪影響も懸念される。そこで従来は、光学式センサ等の検出器を用いて無線タグ読取装置のアンテナ交信領域に物体が接近したか否かを監視し、物体の接近を検知したならば、無線タグ読取装置から無線タグ問合せ用の電波を放射させる方法が採られていた。

例えば、特許文献１には、無線通信機能により非接触で電子鍵の利用者ＩＤを読取り、事前に登録されている利用者ＩＤが読み取られると、錠を解除する電子ロックシステムにおいて、電波式センサ等の検出器を用いてドアノブに接近する物体を監視し、物体が検出されると、電子鍵の読取りを試みるようにした技術が開示されている。
特開２００５−３２５５７３号公報

従来、無線タグ読取装置のアンテナ交信領域に物体が接近したか否かを監視し、接近したことを条件に無線タグ問合せ用電波を放射させるようにＲＦＩＤシステムを構築するためには、物体の接近を検知するための専用のセンサが必要であった。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、無線タグ読取装置が自らのアンテナ交信領域に物体が接近したか否かの監視機能を備えることで、専用のセンサを不要にすることにある。

本発明は、アンテナを備え、このアンテナから無線タグに対する問合せ用電波を放射させ、この問合せ用電波を受信した無線タグとアンテナを介して無線通信を行って、無線タグの情報を読取る無線タグ読取装置において、アンテナから問合せ用電波より出力強度の弱い電波を放射させ、この電波の反射状況から前記アンテナ周辺への物体の接近を検出し、物体の接近が検出されたことを条件に、アンテナから問合せ用電波を放射させるようにしたものである。

かかる手段を講じた本発明によれば、無線タグ読取装置が自らのアンテナ交信領域に物体が接近したか否かの監視機能を備えることができ、専用のセンサを不要にできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
なお、この実施の形態は、ゲート式アンテナを備えたＲＦＩＤシステムの無線タグ読取装置に、本発明を適用した場合である。

本実施の形態におけるＲＦＩＤシステムの概略構成を、図１のシステム図で示す。本実施の形態は、複数（図では４つ）のアンテナ１，２，３，４をそれぞれ対向配置してなるゲート式アンテナ５を用いている。ゲート式アンテナ５に組み込まれている４つのアンテナ１，２，３，４は、それぞれ通信ケーブル６，７，８，９を介して無線タグ読取装置１０に接続されている。無線タグ読取装置１０には、通信ケーブル２０を介してパソコン等のホスト機器３０に接続されている。

このようなＲＦＩＤシステムにおいては、通常は、ゲート式アンテナ５の間を無線タグが通過すると、いずれかのアンテナ１〜４との無線通信により上記無線タグの情報が非接触で読取られる。読取られた無線タグの情報は、無線タグ読取装置１０を介してホスト機器３０に伝送される。

無線タグ読取装置１０の要部構成を、図２のブロック図で示す。無線タグ読取装置１０は、装置本体１１とアンテナ選択スイッチ１２とから構成されている。
装置本体１１は、通信部４１、記憶部４２、制御部４３、送信部４４、受信部４５及びサーキュレータ４６を備えている。通信部４１は、制御部４３とホスト機器３０との間のデータ通信を司る。

送信部４４は、変調部４４１、増幅部４４２及び出力切換部４４３を備えている。変調部４４１は、制御部４３から与えられる送信データ信号で所定の搬送波を変調する。増幅部４４２は、変調部４４１からの出力信号を増幅する。出力切換部４４３は、増幅部４４２での信号増幅率を変更する。増幅部４４２で増幅された信号は、サーキュレータ４６を介していずれかのアンテナ１〜４に供給され、アンテナ１〜４から電波として放射される。信号増幅率が大きく設定されているとき、アンテナ１〜４から放射される電波はその強度が強くなる。信号増幅率が小さく設定されているとき、アンテナ１〜４から放射される電波は、その強度が弱まる。

サーキュレータ４６は、送信部４４から入力された信号をアンテナ選択スイッチ１２に出力し、アンテナ選択スイッチ１２から入力された信号を受信部４５に出力する。アンテナ選択スイッチ１２からは、いずれかのアンテナ１〜４で受信した無線タグからの信号がサーキュレータ４６に与えられる。

受信部４５は、増幅部４５１、復調部４５２及びＶＳＷＲ算出部４５３を備えている。増幅部４５１は、サーキュレータ４６を介して入力された信号を増幅する。復調部４５２は、増幅部４５１で増幅された信号を復調する。復調部４５２で復調された受信データ信号は、制御部９４に与えられる。

ＶＳＷＲ算出部４５３は、増幅器４５１で増幅された信号に基づいて電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）を算出する。アンテナから放射される電波（進行波）とその反射波は、互いに逆方向に伝搬しながら足し合わされたり打ち消しあったりしてその電圧振幅に波を生じる。ＶＳＷＲ算出部４５３は、この電圧振幅の波の最大値と最小値との比率を、下記（１）式により電圧定在波比ＶＳＷＲとして算出する。

ＶＳＷＲ＝（１＋｜Ｇ｜）／（１−｜Ｇ｜） …（１）
（１）式において、Ｇは電圧反射係数であり、次の（２）式で定義される。

Ｇ＝Ｖ_Ｒ／Ｖ_Ｆ …（２）
（２）式において、Ｖ_Ｆは進行波電圧であり、Ｖ_Ｒは反射波電圧である。

制御部４３は、通信部９１を介して受信したホスト機器３０からのコマンドに応じて送信データ信号を生成し、送信部４４に与える機能と、受信部４５から与えられた受信データ信号からタグ情報を復号し、通信部４１を介してホスト機器３０に与える機能とを有する。また、出力切換部４４３を切換動作させる機能と、アンテナ選択スイッチ１２を切換動作させる機能とを有する。これらの機能は、記憶部４２に記憶されたプログラムに基づいて制御される。記憶部４２は、上記プログラム以外に電圧定在波比ＶＳＷＲのしきい値ＳＨを記憶している。

アンテナ選択スイッチ１２は、サーキュレータ４６と各アンテナ１，２，３，４との間に介在している。アンテナ選択スイッチ１２は、制御部４３からの切換制御信号により順次切換動作して、各アンテナ１，２，３，４を順番にサーキュレータ４６に接続する。

制御部４３が実行する主要な制御手順を、図３の流れ図で示す。制御部４３は、電源投入後の処理待ち状態において、ホスト機器からのコマンドを待機している（ＳＴ１）。そして、コマンドを受信すると（ＳＴ１のＹＥＳ）、そのコマンドの種別を判別する（ＳＴ２，ＳＴ３）。

受信コマンドがしきい値設定コマンドであった場合（ＳＴ３のＹＥＳ）、制御部４３は、このコマンドに続いてホスト機器３０から送られてくるしきい値データを待機する（ＳＴ４）。しきい値データを受信したならば（ＳＴ４のＹＥＳ）、制御部４３は、この受信したしきい値データで記憶部４２に記憶しているしきい値データＳＨを書き換える（ＳＴ５：しきい値設定手段）。以上で、しきい値コマンドを受信したときの処理を終了する。制御部４３は、次のコマンドを待機する。

受信コマンドが読取開始コマンドであった場合（ＳＴ２のＹＥＳ）、制御部４３は、センサ用電波の送信を制御する（ＳＴ６）。すなわち制御部４３は、出力切換部４４３に対して信号増幅率＝“小”を設定した後、変調部４４１に無変調信号の送信を指令する。また、アンテナ選択スイッチ１２に対して周期的に切換制御信号を送信する。

これにより、ゲート式アンテナ５の各アンテナ１〜４からは、無変調の搬送波信号に相当する電波（センサ用電波）が順次放射される。このセンサ用電波は、増幅部４４２の信号増幅率が“小”に設定されているので、後述するタグ問合せ電波よりも微弱な電波で放射される。このように、ゲート式アンテナ５からセンサ用電波が放射されている状態で、ゲート式アンテナ５の周辺に人、金属、ダンボール等の物体が接近すると、その物体からの反射量が増える。反射量は、アンテナ５に物体が接近すればするほど増加する。その結果、電圧定在波比ＶＳＷＲの値が大きくなる。

そこで制御部４３は、センサ用電波の送信を制御した後、ＶＳＷＲ算出部４５３で算出される電圧定在波比ＶＳＷＲを監視する（ＳＴ７）。そして、電圧定在波比ＶＳＷＲが記憶部４２で記憶しているしきい値ＳＨを超えたか否かを判断する（ＳＴ８：物体検出手段）。

ゲート式アンテナ５の周辺に物体が接近していない状態では、電圧定在波比ＶＳＷＲはしきい値ＳＨを越えない。この場合（ＳＴ８のＮＯ）、制御部４３は、センサ用電波の送信と、電圧定在波比ＶＳＷＲの監視を継続する。

ゲート式アンテナ５の周辺に物体が接近すると、電圧定在波比ＶＳＷＲがしきい値ＳＨを越える。この場合（ＳＴ８のＹＥＳ）、制御部４３は、タグ問合せ用電波の送信を制御する（ＳＴ９：読取制御手段）。すなわち制御部４３は、出力切換部４４３に対して信号増幅率＝“大”を設定した後、変調部４４１にタグ問合せコマンドの送信を指令する。また、アンテナ選択スイッチ１２に対して周期的に切換制御信号を送信する。

これにより、ゲート式アンテナ５の各アンテナ１〜４からは、タグ問合せコマンドで変調された搬送波信号に相当する電波（タグ問合せ電波）が順次放射される。このタグ問合せ電波は、増幅部４４２の信号増幅率が“大”に設定されているので、前記センサ用電波よりも強い電波で放射される。このタグ問合せ電波を無線タグが受信すると、その無線タグは、自己のＩＤを含む応答信号を返信する。この応答信号は、ゲート式アンテナ５のいずれかのアンテナ１〜４で受信され、サーキュレータ４６を経由して、受信部４５の増幅部４５１に入力される。そして増幅され、復調部４５２で復調された後、制御部４３に与えられる。

そこで制御部４３は、タグ問合せ電波の送信を制御した後、タイマをスタートさせる（ＳＴ１０）。そして、このタイマがタイムアウトするまでの間、無線タグからの応答信号を待機する（ＳＴ１１）。タイマは、ゲート式アンテナ５に接近した物体がアンテナ５の間を通過して離反するのに要する十分な時間を計時する。

タイマがタイムアウトするまでの間に無線タグからの応答信号を受信すると（ＳＴ１１のＹＥＳ）、制御部４３は、この応答信号からタグデータを読取る（ＳＴ１２）。読取ったタグデータは、通信部４１を介してホスト機器３０に送信する。制御部４３は、無線タグからの応答信号を受信する毎に、ＳＴ１２の処理を実行する。

タイマがタイムアウトすると（ＳＴ１３のＹＥＳ）、制御部４３は、ＳＴ６の処理に戻る。すなわち、センサ用電波の送信を再び制御する。

このように本実施の形態においては、ゲート式アンテナ５からセンサ用電波が常時放射されている。ここで、センサ用電波は、タグ問合せ電波と比較してその強度が弱い微弱な電波（１０ｍＷ程度）である。このため、常に放射していても、他の無線システムに影響を及ぼすことはない。また、人体への悪影響も懸念されない。

ゲート式アンテナ５に人、金属、ダンボール等の物体が接近すると、センサ用電波が物体で反射する。その結果、ゲート式アンテナ５の周辺の電波状況が変化する。具体的には、センサ用電波（送信波）とその反射波とに基づく電圧定在波比ＶＳＷＲが増加する。そして、電圧定在波比ＶＳＷＲがしきい値ＳＨを超えると、ゲート式アンテナ５からタグ問合せ電波が一定時間放射される。

したがって、ゲート式アンテナ５に接近した物体に無線タグが付されていた場合には、この無線タグの情報がゲート式アンテナ５を介して無線タグ読取装置１０によって読取られる。

このように、タグ問合せ電波が放射されるのは、物体がゲート式アンテナ５に接近したときだけなので、効率的である。また、他のＲＦＩＤシステムに影響を及ぼすことがない上、人体に悪影響を与えるおそれもなく、実用的である。この場合において、物体がゲート式アンテナ５に接近したことを検知するための格別なセンサを必要としない。したがって、センサを使用していた従来と比較してコストを低減できる効果を奏する。

ところで本実施の形態では、電圧定在波比ＶＳＷＲと比較されるしきい値ＳＨをどの程度の値とするかが、タグ読取り精度を高める上で重要なポイントとなる。そこで次に、しきい値ＳＨの設定方法について説明する。

図４は、アンテナに接近する物体が金属の場合（図中Ａ）と、人の場合（図中Ｂ）と、ダンボールの場合（図中Ｃ）とにおいて、アンテナからの距離（横軸）と、電圧定在波比ＶＳＷＲ（縦軸）との関係を示したグラフである。同図から明らかなように、物体がアンテナに近付けば近付くほど、電圧定在波比ＶＳＷＲは上昇する。ただし、上昇する度合いは、物体の材質によって異なる。すなわち、物体が金属であるときが最も大きく、次に、人の場合が大きい。ダンボールの場合は、上昇する度合いが小さい。

そこで、読取り対象の無線タグが付される物体の材質が特に限定されない場合、つまり無線タグが金属に付されることもあるし、人に付されることもあるし、ダンボールに付されることもあるような場合には、図４に示すように、いずれの場合も物体がアンテナに到達する前に電圧定在波比ＶＳＷＲが超えるレベルを、しきい値ＳＨ０として設定する。

そうすることにより、金属からなる物体がアンテナに接近した場合には、アンテナからの距離がｄ３になるとタグ問合せ電波が放射される。また、人が近付いてきた場合には、アンテナからの距離がｄ２（＜ｄ３）になると、タグ問合せ電波が放射される。さらに、ダンボールが近付いてきた場合には、アンテナからの距離がｄ１（＜ｄ２）になるとタグ問合せ電波が放射される。その結果、接近した物体に無線タグが付されていた場合には、その物体の材質に係らず無線タグの情報が無線タグ読取装置１０によって安定に読取られる。

このように、電波の反射量を電圧定在波比ＶＳＷＲから算出し、電圧定在波比ＶＳＷＲが予め設定されたしきい値を超えるとアンテナの周辺に物体が接近したものと判定するようにしたので、物体の材質に限定されることなく精度よく物体の接近を検知することができる。

次に、無線タグが付される物体の材質が限定される場合について説明する。この場合には、物体がアンテナにどの程度まで近付いたならばタグ問合せ電波を放射させるかを考慮することによって、しきい値ＳＨが定まる。

図５は、アンテナに接近する物体が金属の場合において、アンテナからの距離（横軸）と、電圧定在波比ＶＳＷＲ（縦軸）との関係を示したグラフである。図示するように、金属からなる物体がアンテナまでの距離ｅ１となるまで接近した場合にタグ問合せ電波を放射させる場合には、レベルＳＨ１をしきい値とする。これに対し、金属からなる物体がアンテナまでの距離ｅ２（＞ｅ１）となるまで接近した場合にタグ問合せ電波を放射させる場合には、レベルＳＨ２（＜ＳＨ１）をしきい値とする。また、金属からなる物体がアンテナまでの距離ｅ３（＞ｅ２）となるまで接近した場合にタグ問合せ電波を放射させる場合には、レベルＳＨ３（＜ＳＨ２）をしきい値とする。

このように、しきい値を可変的に設定するしきい値設定手段により、しきい値ＳＨのレベルを任意に変更することによって、タグ問合せ電波放射が開始されるタイミングをずらすことができる。

また、無線タグ読取装置１０のアンテナ周辺に金属がある場合とない場合とでは、電圧定在波比ＶＳＷＲが変化する。図６は、アンテナ周辺に金属がない場合（図中Ｂ１）と、金属がある場合（図中Ｂ２）とにおいて、人がアンテナに接近したときのアンテナからの距離（横軸）と電圧定在波比ＶＳＷＲ（縦軸）との関係を示したグラフである。図示するように、アンテナ周辺に金属がある場合には、金属がない場合と比較して、ベースとなる電圧定在波比ＶＳＷＲの値が上昇する。

このため、しきい値をＳＨと設定した場合、アンテナ周辺に金属がない環境下においては、人がアンテナに接近してもその間の距離がｆ１となるまでタグ問合せ電波は放射されない。これに対し、アンテナ周辺に金属がある環境下においては、人が距離ｆ２（＞ｆ１）となるまでアンテナに近付くとタグ問合せ電波が放射される。

このように、電圧定在波比ＶＳＷＲがしきい値を越えるまでのアンテナから物体までの距離は、アンテナが設置される環境によって変化する。換言すれば、物体がアンテナにどの程度まで近付いたならばタグ問合せ電波を放射させるかを決める際には、アンテナが設置される環境も考慮して決定することで、精度を向上させることができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば前記実施の形態では、無線タグ読取装置１０に接続されるアンテナをゲート式アンテナ５としたが、アンテナの種類はゲート式に限定されるものではない。例えば、定置式の平面アンテナを接続してなる無線タグ読取装置１０に対しても、本発明を同様に適用することができる。

また、前記実施の形態では、アンテナに物体が接近したことを検出する手段として電圧定在波比の変動を利用したが、本発明はこれに限定されるものではない。アンテナに物体が接近することで変動する電波環境の特性に基づいて、物体の接近を検出できればよい。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

本発明の一実施の形態であるＲＦＩＤシステムの全体構成図。 同実施の形態における無線タグ読取装置の要部構成を示すブロック図。 同実施の形態において、無線タグ読取装置の制御部が実行する制御手順の要部を示す流れ図。 アンテナに金属からなる物体が接近する場合と人が接近する場合とダンボールからなる物体が接近する場合とにおいて、各物体のアンテナまでの距離と電圧定在波比との対応関係を示すグラフ。 アンテナに金属からなる物体が接近する場合において、物体のアンテナまでの距離と電圧定在波比との対応関係を示すグラフ。 アンテナに人が接近する場合において、アンテナの周囲に金属が有る場合とない場合とで人のアンテナまでの距離と電圧定在波比との対応関係を示すグラフ。

符号の説明

５…ゲート式アンテナ、１０…無線タグ読取装置、３０…ホスト機器、４１…通信部、４２…記憶部、４３…制御部、４４…送信部、４５…受信部、４６…サーキュレータ、４５３…ＶＳＷＲ算出部。

Claims (5)

1. アンテナを備え、このアンテナから無線タグに対する問合せ用電波を放射させ、この問合せ用電波を受信した無線タグと前記アンテナを介して無線通信を行って、前記無線タグの情報を読取る無線タグ読取装置において、
   前記アンテナから前記問合せ用電波より出力強度の弱い電波を放射させ、この電波の反射状況から前記アンテナ周辺への物体の接近を検出する物体検出手段と、
   前記物体検出手段により前記物体の接近が検出されたことを条件に、前記アンテナから前記問合せ用電波を放射させる読取制御手段と、
   を具備したことを特徴とする無線タグ読取装置。
2. 前記物体検出手段は、前記電波の反射量に対するしきい値を記憶し、前記反射量が前記しきい値を超えると、アンテナの周辺に物体が接近したものと判定することを特徴とする請求項１記載の無線タグ読取装置。
3. 前記物体検出手段は、前記電波の反射量を電圧定在波比から算出することを特徴とする請求項２記載の無線タグ読取装置。
4. 前記しきい値を可変的に設定するしきい値設定手段、をさらに具備したことを特徴とする請求項２または３記載の無線タグ読取装置。
5. 無線タグ読取装置のアンテナから無線タグに対する問合せ用電波を放射させ、この問合せ用電波を受信した無線タグと前記アンテナを介して前記無線タグ読取装置が無線通信を行って、前記無線タグの情報を読取る無線タグ読取方法において、
   前記無線タグ読取装置が、前記アンテナから前記問合せ用電波より出力強度の弱い電波を放射させ、この電波の反射状況から前記アンテナの周辺に物体が接近したか否かを監視し、前記物体の接近が検出されると、前記アンテナから前記問合せ用電波を放射させることを特徴とする無線タグ読取方法。

Images