JP5205884B2 - Ｉｃタグ用リーダ・ライタ、及び複数アンテナユニットの配置方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣタグ用リーダ・ライタ、及び複数アンテナユニットの配置方法に関する。

ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ（ＩＣタグ、無線タグ）が、移動する物体の２次元位置を検出する位置検出システムで利用されることがある。

上記のように、移動する物体の２次元位置をＲＦＩＤタグを使用して検出する具体的方法として、２通りの代表的なものが挙げられる。
（１）夫々固有のＩＤを有するタグを平面に埋め込み、移動物体に付属するリーダ・ライタにタグの位置を読み込ませ、適切な通信手段によりリーダ・ライタから位置収集システムに伝達する方法と、
（２）移動物体に付属するタグを、平面に多数埋め込まれたリーダ・ライタに検出させ、タグを検出したリーダ・ライタの位置をリーダ・ライタから位置収集システムに伝達する方法と
である。

前者（１）の方法では、移動する物体や人は、無線タグリーダ・ライタを装備する必要があり（特許文献１参照）、更に、別の無線装置などでその位置データを位置収集システムに伝達する必要がある。また、移動する物体や人は、平面に散在するタグを活性化するための電源を併せて装備する必要がある。一方、タグそのものは、一般にリーダ・ライタよりも廉価であるから、位置検出精度を良くするために小サイズのタグを多数平面に埋め込むようにしても、コスト上大きな問題が生じるものではない。

後者（２）の方法では、移動する物体や人は、タグのみを装備すればよい。ただし、精度良い位置検出を実現するには、（タグより一般に高価な）リーダ・ライタを多数平面に埋め込む必要がある。そこで、多数のリーダ・ライタを安定的に設置できる方法が様々案出されている(特許文献２、特許文献３参照）。図３は、後者（２）の方法を実現し多数のリーダ・ライタを安定的に設置する特許文献３の位置検出システムの概略ブロック図である。このシステムでは、ＩＣタグ１２０と通信する多数のアンテナユニット１０４が、少数の制御回路部１０１により制御される。ただしこのシステムでは、多数のアンテナユニット１０４を少数の制御回路部１０１で制御することから、各アンテナへは時分割でのアクセスとなり、ＩＣタグ１２０へのＩＤ取得を試みる機会が少ない、即ち、反応速度が遅いという欠点がある。

図４は、従来技術である特許文献２に記載の位置検出用ＲＦＩＤ装置の、２次元状に配置された複数リーダ・ライタのアンテナ配置図である。該ＲＦＩＤ装置の複数リーダ・ライタでは、制御回路部を搭載した回路ユニット２０２はシリアルデジタル信号通信を行う信号伝送路２０６を介して１６個の変復調回路部２０８と繋がり、変復調回路部２０８は夫々アンテナ２０４と繋がっている。回路ユニット２０２とアンテナ２０４とはシリアルデジタル信号でインタフェースを行うことになる。なお、ＲＦＩＤには種々の周波数の電波を利用した規格が存在するが、例えば、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数を利用する場合、タグとリーダ・ライタアンテナの間の通信可能距離が短いために、図４に示すようにアンテナを敷き詰めると、タグを検出できるアンテナが限られるので位置検出を行いやすい。

回路ユニット２０２は、変復調回路部２０８のアドレス０ｘ０〜０ｘＦ（１６進数）を指定しながら、順次アクセスを試みる。１つのアンテナ２０４及び変復調回路部２０８で１つのＩＣタグのＩＤ取得に要する時間は決められており、その時間をＴとすると、図４のように敷きつめられたアンテナの上面にあるタグを検出するのに最大１６Ｔの時間を要することになる。

図５は、図４より更に広い範囲の、特許文献２に記載の位置検出のための複数リーダ・ライタのアンテナ配置図である。図５に示すアンテナ配置図は、図４のアンテナ配置図を１単位として、４単位を集めたものである。図５の配置図では、８×８の６４分割された場所のどの位置にタグがあるかが検出され得る。この例では、隣接するアンテナの干渉を排するために４つの回路ユニット２０２を同期させて、アドレス０から順にＩＣタグへのアクセスが試みられる。図５では、アドレス０の変復調回路２０８に付属するアンテナ２０４によるアクセスを示し、図６では、アドレス１の変復調回路２０８に付属するアンテナ２０４によるアクセスを示す。一つの回路ユニット２０２に含まれる制御回路部が制御する（アンテナ２０４の）変復調回路部２０８の数を増やせば、制御回路部の数を減らしてコストを下げることができる。しかし、ＩＣタグの検出時間がその分増える。

例えば、床に多数埋め込まれたリーダ・ライタで、人の靴底に含まれたＩＣタグの位置を検出するような場合、床に多数埋め込まれたリーダ・ライタのＩＤ取得動作の成功はごく一部に限られ、ほとんどがタグ応答なしで動作すると推測され得る。

なお、特許文献１は、ＩＣタグを床などに設置し、移動体にＩＣタグリーダ・ライタ、及び無線通信手段を備えて位置検出を行う位置検出システムを開示する。この移動体には、電力の必要な、ＩＣタグリーダ・ライタ及び無線通信手段を備える必要がある。また、特許文献２に開示されるＩＣタグ用リーダ・ライタでは、回路ユニット内の制御回路部とアンテナユニット内の変復調回路部の間が伝送路を介して接続される。該ＩＣタグ用リーダ・ライタでは、制御回路部と変復調回路部の間の位置関係の自由度は高いといえる。しかし、上述のように、複数のアンテナユニットを回路ユニットに接続すると、全てのアンテナでＩＤ取得を試みるのに時間が掛かるという問題点を抱える。更に、特許文献３に開示されるＩＣタグ用リーダ・ライタは、複数のＩＤタグに対してそれぞれ１つのアンテナユニットで通信を行う。
特開２００６−１９４６９３公報 特開２００６−６０７６３公報 特開２００６−１７２３０３公報

本発明は、移動する物体がタグを持つだけでよいという利点を生かしつつ、検出位置の精度を落とすことなく、タグのＩＤ取得機会を増やすことにより、反応速度を上げるＩＣタグ用リーダ・ライタを提供する。

本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る請求項１に記載のＩＣタグ用リーダ・ライタは、
アンテナと変復調回路部を含むアンテナユニットと、制御回路部を含む回路ユニットとを有し、一つの回路ユニットに複数のアンテナユニットが接続され、
前記アンテナユニットと前記回路ユニットとはシリアルデジタル信号でインタフェースを行い、通信を制御回路部で制御するＩＣタグ用リーダ・ライタであって、
複数のアンテナユニットが配置される平面上の位置を、直交するＸ軸とＹ軸で規定し、前記平面と平行する第１の層には、ＩＣタグの位置を検出する第１のアンテナユニットが敷き詰められ、前記平面と平行する第２の層には、第１のアンテナユニットの大きさと比べて、Ｘ軸方向Ｎ倍（Ｎは自然数）、Ｙ軸方向Ｍ倍（Ｍは自然数）の大きさであり、ＩＣタグのＩＤ取得を行う第２のアンテナユニットが複数、配置され、
前記第２のアンテナユニットの平面上内部にＸ軸方向Ｎ個、Ｙ軸方向Ｍ個の第１のアンテナユニットが配置されており、
前記第２の層における複数の前記第２のアンテナユニットによりＩＣタグのＩＤ取得を試みＩＣタグのＩＤ取得がなされた場合にのみ、前記第１の層の第１のアンテナユニットにより詳細位置の検出が行われる。

本発明に係る請求項２に記載のＩＣタグ用リーダ・ライタは、
前記第２のアンテナユニットのアンテナが、前記平面の垂直方向に関して前記第１のアンテナユニットのアンテナと重ならないように、複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＣタグ用リーダ・ライタである。

本発明に係る請求項３に記載のＩＣタグの位置検出方法は、
アンテナと変復調回路部を含むアンテナユニットと、制御回路部を含む回路ユニットとを有し、一つの回路ユニットに複数のアンテナユニットが接続され、
前記アンテナユニットと前記回路ユニットとはシリアルデジタル信号でインタフェースを行い、通信を制御回路部で制御するＩＣタグ用リーダ・ライタを用いた、ＩＣタグの位置検出方法であって、
複数のアンテナユニットを配置する平面上の位置を、直交するＸ軸とＹ軸で規定し、前記平面と平行する第１の層には、ＩＣタグの位置を検出する第１のアンテナユニットを敷き詰め、前記平面と平行する第２の層には、第１のアンテナユニットの大きさと比べて、Ｘ軸方向Ｎ倍（Ｎは自然数）、Ｙ軸方向Ｍ倍（Ｍは自然数）の大きさであり、ＩＣタグのＩＤ取得を行う第２のアンテナユニットを複数、配置し、
前記第２のアンテナユニットの平面上内部にＸ軸方向Ｎ個、Ｙ軸方向Ｍ個の第１のアンテナユニットを配置しており、
前記第２の層における複数の前記第２のアンテナユニットによりＩＣタグのＩＤ取得を試みＩＣタグのＩＤ取得がなされた場合にのみ、前記第１の層の第１のアンテナユニットにより詳細位置の検出が行われる。

本発明を利用することにより、移動する物体あるいは人に簡便なＩＣタグを装着するだけでよいという一般的なＩＣタグ用リーダ・ライタの利点を生かしつつ、精度を損なわない迅速な位置検出を廉価な装置で行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
本発明は、上述の移動する物体の２次元位置をＲＦＩＤタグを使用して検出する具体的方法のうち、「（２）移動物体に付属するタグを、平面に多数埋め込まれたリーダ・ライタに検出させ、タグを検出したリーダ・ライタの位置をリーダ・ライタから位置収集システムに伝達する方法」を実現するためのＩＣタグ用リーダ・ライタに関し、とりわけ、図４、図５及び図６に示すアンテナ（ユニット）を更に改良するものである。具体的には、アンテナを重なり合うように多層に配置し、１つの位置に対して、複数のアンテナで検知できるようにしている。

図１（１）は、本発明の第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタの概略の平面配置図である。第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタでは、図１（２）及び（３）に示すアンテナユニット４を、次のように配置している。

つまり、複数のアンテナユニットが配置される平面上の位置を直交するＸ軸とＹ軸で規定して、ＩＣタグの最小検出精度の大きさを単位長さとした場合、Ｎ、Ｍを整数として、上記平面と平行する１層目（下層）にＸ軸方向が単位長さであり、Ｙ軸方向が単位長さのＭ倍である、アンテナを持つアンテナユニット４（図１（２）参照）をＮ個配置する。次に、上記平面と平行する２層目（上層）にＹ軸が単位長さであり、Ｘ軸方向が単位長さのＮ倍である、アンテナを持つアンテナユニット４（図１（３）参照）をＭ個配置する。

なお、第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタでは、図４に示すリーダ・ライタと同様に、制御回路部を搭載した回路ユニット２は、シリアルデジタル信号通信を行う信号伝送路６を介して８個の変復調回路部８と繋がり、変復調回路部８は夫々アンテナユニット４と繋がっている。回路ユニット２とアンテナユニット４とはシリアルデジタル信号でインタフェースを行うことになる。

上記のようにアンテナが配置されたＩＣタグ用リーダ・ライタにおいて、アンテナ１４及び変復調回路部１８を備えるＩＣタグ２０のＩＤ取得動作では、まず、Ｘ軸方向に並ぶ、図１（１）の例では、アドレス０、１、２、３が付されるアンテナユニット４によるＩＤ取得が繰り返される。

上記ＩＤ取得動作で、その殆どがタグ応答無しとなると推測されるので、図１（１）に示す配置におけるＩＣタグの有無の判断は、Ｎ×Ｔの時間で済む。タグ応答があった場合にのみＸ軸方向の位置xを先ず記憶し、今度はＹ軸方向に並ぶ、図１（１）の例では、アドレス４、５、６、７が付されるアンテナユニット４によるＩＤ取得を行い、Ｙ軸の位置yを特定する。このようにして、ＩＣタグ２０の位置（x,y）が特定され得る。

図１（１）に示す第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタでは、検出精度は図４に示す従来技術のものと同じであるが、敷き詰められるアンテナユニット（リーダ・ライタ）の数は２分の１、タグの応答の有無を判断するまでの時間は４分の１となる。

［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタの概略の平面配置図である。第２の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタは、第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタと略同様のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略し、両者の差異を中心に説明する。

まず、複数のアンテナユニットが配置される平面と平行する１層目（下層）には、ＩＣタグ２０の位置検出の精度を決める大きさのアンテナユニット４−（１）が敷き詰められる。次に、複数のアンテナユニットが配置される平面と平行する２層目（上層）には、１層目のアンテナユニットの大きさと比べて、Ｘ軸方向Ｎ倍、Ｙ軸方向Ｍ倍の大きさのアンテナユニット４−（２）が敷き詰められる。そして、２層目のアンテナユニット４−（２）内部には、Ｘ軸方向Ｎ個、Ｙ軸方向Ｍ個の、１層目のアンテナユニット４−（１）が配置されることになる。

このようなＩＣタグ用リーダ・ライタにおいて、まず、２層目のより大きなアンテナユニット４−（２）が大まかにＩＣタグ２０のＩＤ取得を試みる。ＩＣタグのＩＤ取得がなされた場合にのみ、１層目のより小さなアンテナユニット４−（１）による詳細位置の検出が行われる。このようにすることにより、ＩＣタグの詳細位置検出までの時間をより短縮することができる。

ＩＣタグ用リーダ・ライタにおいて、アンテナは、エポキシ樹脂等の回路基板上にパターンとして形成されることが多い。そのような回路基板であれば、両面基板の表裏にパターンを形成することも可能である。

更に、多層基板であれば、３層以上のアンテナを構成することもできる。

本発明の第１の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタの概略の平面配置図である。 本発明の第２の実施形態に係るＩＣタグ用リーダ・ライタの概略の平面配置図である。 従来技術のＩＣタグ用リーダ・ライタのブロック図である。 従来技術の位置検出用ＲＦＩＤ装置の、２次元状に配置された複数リーダ・ライタのアンテナ配置図である。 図４より更に広い範囲の、従来技術の位置検出のための複数リーダ・ライタのアンテナ配置図である。 図４より更に広い範囲の、従来技術の位置検出のための複数リーダ・ライタのアンテナ配置図である。

符号の説明

２・・・回路ユニット、４・・・アンテナユニット、６・・・伝送路、８・・・変復調回路部、１４・・・アンテナ、１８・・・変復調回路部、２０・・・ＩＣタグ。

Claims (3)

1. アンテナと変復調回路部を含むアンテナユニットと、制御回路部を含む回路ユニットとを有し、一つの回路ユニットに複数のアンテナユニットが接続され、
   前記アンテナユニットと前記回路ユニットとはシリアルデジタル信号でインタフェースを行い、通信を制御回路部で制御するＩＣタグ用リーダ・ライタであって、
   複数のアンテナユニットが配置される平面上の位置を、直交するＸ軸とＹ軸で規定し、前記平面と平行する第１の層には、ＩＣタグの位置を検出する第１のアンテナユニットが敷き詰められ、前記平面と平行する第２の層には、第１のアンテナユニットの大きさと比べて、Ｘ軸方向Ｎ倍（Ｎは自然数）、Ｙ軸方向Ｍ倍（Ｍは自然数）の大きさであり、ＩＣタグのＩＤ取得を行う第２のアンテナユニットが複数、配置され、
   前記第２のアンテナユニットの平面上内部にＸ軸方向Ｎ個、Ｙ軸方向Ｍ個の第１のアンテナユニットが配置されており、
   前記第２の層における複数の前記第２のアンテナユニットによりＩＣタグのＩＤ取得を試みＩＣタグのＩＤ取得がなされた場合にのみ、前記第１の層の第１のアンテナユニットにより詳細位置の検出が行われる
   ことを特徴とするＩＣタグ用リーダ・ライタ。
2. 前記第２のアンテナユニットのアンテナが、前記平面の垂直方向に関して前記第１のアンテナユニットのアンテナと重ならないように、複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＣタグ用リーダ・ライタ。
3. アンテナと変復調回路部を含むアンテナユニットと、制御回路部を含む回路ユニットとを有し、一つの回路ユニットに複数のアンテナユニットが接続され、
   前記アンテナユニットと前記回路ユニットとはシリアルデジタル信号でインタフェースを行い、通信を制御回路部で制御するＩＣタグ用リーダ・ライタを用いた、ＩＣタグの位置検出方法であって、
   複数のアンテナユニットを配置する平面上の位置を、直交するＸ軸とＹ軸で規定し、前記平面と平行する第１の層には、ＩＣタグの位置を検出する第１のアンテナユニットを敷き詰め、前記平面と平行する第２の層には、第１のアンテナユニットの大きさと比べて、Ｘ軸方向Ｎ倍（Ｎは自然数）、Ｙ軸方向Ｍ倍（Ｍは自然数）の大きさであり、ＩＣタグのＩＤ取得を行う第２のアンテナユニットを複数、配置し、
   前記第２のアンテナユニットの平面上内部にＸ軸方向Ｎ個、Ｙ軸方向Ｍ個の第１のアンテナユニットを配置しており、
   前記第２の層における複数の前記第２のアンテナユニットによりＩＣタグのＩＤ取得を試みＩＣタグのＩＤ取得がなされた場合にのみ、前記第１の層の第１のアンテナユニットにより詳細位置の検出が行われる
   ことを特徴とするＩＣタグの位置検出方法。

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