JP6079949B2 - Ｒｆｉｄシステムおよびリーダライタ装置 - Google Patents

Description

この発明は、所定のルートを走行する走行体に付されたＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentifier)タグとリーダライタ装置との間で無線通信を行う、ＲＦＩＤシステムに関する。

所定のルートを走行する物品に付されたＲＦＩＤタグを読み取るための手法の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、フォークリフトは、ＲＦＩＤタグが付された荷物を搬送しながら、リーダライタ用の複数のアンテナが設置されたゲートを通過する。リーダライタは、複数のアンテナを利用して、荷物に付されたＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取る。

特開２０１４−１３１９３４号

しかし、リーダライタ用の複数のアンテナを設置する場合、アンテナ間の相互干渉を防止する必要があるところ、相互干渉を防止するための機構が複雑化する。特に、複数のルートをそれぞれ走行する複数の走行体の各々にＲＦＩＤタグを設けるとともに、複数のアンテナを複数のルートにそれぞれ配置する場合、相互干渉を防止するための機構がさらに複雑化する。

それゆえに、この発明の主たる目的は、複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグとリーダライタ装置との間で簡便かつ確実に無線通信を行うことができる、ＲＦＩＤシステムを提供することである。

この発明の他の目的は、複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグとの間で簡便かつ確実に無線通信を行うことができる、リーダライタ装置を提供することである。

この発明に係るリーダライタ装置は、所定距離を隔てて延在する複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグと、主面と、当該主面の法線方向に巻回軸を有するループアンテナとを備えた基板を有してＲＦＩＤタグと無線通信を行うリーダライタ装置と、を備えるＲＦＩＤシステムであって、ループアンテナは複数の開口をそれぞれ有して直列接続された複数のコイル導体を含み、複数の開口はほぼ同じ面積を有し、複数の開口の間の距離は所定距離とほぼ一致する。

好ましくは、複数のルートは平面的に配され、基板は平面視で複数の開口が複数のルートとそれぞれ重なるように配される。

或る局面では、複数の開口の各々は長軸および短軸を有し、基板は長軸が複数のルートの延在方向に沿うように配される。

他の局面では、基板は複数のルートの直下に配される。

その他の局面では、複数のコイル導体の各々は、基板の一方主面に形成されかつ第１巻き数を有する第１部分コイル導体、および基板の他方主面に形成されかつ第１巻き数よりも大きい第２巻き数を有する第２部分コイル導体を含み、基板は他方主面が複数のルートに対向するように配される。

さらにその他の局面では、リーダライタ装置は平面視で複数のコイル導体によって挟まれるように基板に実装されてＲＦ信号を処理する処理回路をさらに有する。

この発明に係るリーダライタ装置は、所定距離を隔てて延在する複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグと無線通信を行うためのループアンテナが主面に形成された基板を有するリーダライタ装置であって、ループアンテナは複数の開口をそれぞれ有して直列接続された複数のコイル導体を含み、複数の開口はほぼ同じ面積を有し、複数の開口の間の距離は所定距離とほぼ一致する。

ループアンテナは直列接続された複数のコイル導体を含むため、ループアンテナの磁界強度は、複数のコイル導体がそれぞれ有する複数の開口の各々において局所的に増大する。ここで、複数の開口はほぼ同じ面積を有し、複数の開口の間の距離は複数のルートの間の距離とほぼ一致する。したがって、平面視で複数の開口が複数のルートとそれぞれ重なるように基板を配することで、各ルートを走行する走行体のＲＦＩＤタグとリーダライタ装置との間で簡便かつ確実に無線通信を行うことができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この発明のＲＦＩＤシステムに適用されるリーダライタ装置の基本的構造を示す斜視図である。 この実施例のＲＦＩＤシステムに適用されるリーダライタ装置の構造を示す図解図である。 図２に示すリーダライタ装置の要部の構造を示す図解図である。 図２に示すリーダライタ装置を真下から眺めた状態を示す下面図である。 図２に示すリーダライタ装置の等価回路を示す回路図である。 図２に示すリーダライタ装置の使用状態の一例を示す図解図である。 （Ａ）は図２に示すリーダライタ装置とレールとの位置関係の一例を示す図解図であり、（Ｂ）は他のリーダライタ装置とレールとの位置関係の一例を示す図解図である。 （Ａ）は走行体（ミニカー）を斜め上から眺めた状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は走行体を真下から眺めた状態を示す下面図である。 レールおよびリーダライタ装置を組み立てて完成した競走用コースの一例を示す図解図である。 図２に示すリーダライタ装置の使用状態の他の一例を示す図解図である。 レールおよびリーダライタ装置を組み立てて完成した競走用コースの他の一例を示す図解図である。 （Ａ）は他の実施例のリーダライタ装置を真下から眺めた状態を示す下面図であり、（Ｂ）は他の実施例のリーダライタ装置を真上から眺めた状態を示す上面図である。

［基本的構成］
この発明のＲＦＩＤシステムに適用されるリーダライタ装置の基本的構成を図１に示す。図１によれば、リーダライタ装置は、ループアンテナ２およびＲＦＩＣ(Radio Frequency Integrated Circuit)素子３が主面に形成された基板１を有する。ループアンテナ２は、２つの開口ＯＰ１およびＯＰ２をそれぞれ有して直列接続された２つのコイル導体ＣＩＬ１およびＣＩＬ２を含む。ここで、開口ＯＰ１およびＯＰ２は、ほぼ同じ面積を有する。また、２つのルートＲＴ１およびＲＴ２は平面的に配されて平行に延在するところ、開口ＯＰ１およびＯＰ２の間の距離はこの２つのルートＲＴ１およびＲＴ２の間の距離とほぼ一致する。なお、ＲＦＩＣ素子３は、リーダライタ機能を有するＲＦＩＣチップを含んで構成されており、ループアンテナ２はＲＦＩＣ素子３に接続され、リーダライタアンテナを構成している。

基板１は、平面視で開口ＯＰ１およびＯＰ２がルートＲＴ１およびＲＴ２とそれぞれ重なるように、ルートＲＴ１およびＲＴ２の直下に配される。図示しない走行体は、ＲＦＩＤタグを搭載してルートＲＴ１およびＲＴ２の各々を走行する。走行体がコイル導体ＣＩＬ１またはＣＩＬ２の上を通過すると、リーダライタ装置とＲＦＩＤタグとの間でＨＦ帯をキャリア周波数とする無線通信が行われる。

ループアンテナ２は直列接続された２つのコイル導体ＣＩＬ１およびＣＩＬ２を含むため、ループアンテナ２の磁界強度は、２つの開口ＯＰ１およびＯＰ２の各々において局所的に増大する。ここで、開口ＯＰ１およびＯＰ２はほぼ同じ面積を有し、開口ＯＰ１およびＯＰ２の間の距離はルートＲＴ１およびＲＴ２の間の距離とほぼ一致する。したがって、平面視で開口ＯＰ１およびＯＰ２がルートＲＴ１およびＲＴ２とそれぞれ重なるように基板１を配することで、ルートＲＴ１またはＲＴ２を走行する走行体のＲＦＩＤタグとリーダライタ装置との間で簡便かつ確実に無線通信を行うことができる。また、コイル導体ＣＩＬ１およびＣＩＬ２は、各コイル導体の磁界が結合しにくいよう、各コイル導体に生じた磁界が同相となるように接続されている。
［実施例］

図２および図３を参照して、この実施例のリーダライタ装置１０は、代表的には１３．５６ＭＨｚ帯を通信周波数とする装置であり、エポキシ樹脂を素材としかつ主面が長方形をなす基板１２を含む。基板１２はいわゆるプリント配線板であって硬質の基板であるが、可撓性を持つ基板であってもよい。この実施例では、基板１２の長さ方向にＸ軸が割り当てられ、基板１２の幅方向にＹ軸が割り当てられ、基板１２の厚み方向にＺ軸が割り当てられる。

基板１２の一方主面（詳しくは下面）の中央には、つまり、コイル導体ＣＩＬ１およびＣＩＬ２の間の領域には、リーダライタ機能を有するＲＦＩＣ素子１４およびコントローラ機能を有するＰＩＣ(Peripheral Interface Controller)素子２２が実装される。より具体的には、ＲＦＩＣ素子１４はＹ軸方向におけるやや負側の位置に実装され、ＰＩＣ素子２２はＹ軸方向におけるやや正側の位置に実装される。ＰＩＣ素子２２は配線導体２０によってＲＦＩＣ素子１４と接続され、配線導体２４によって外部配線２６（後述）と接続される。配線導体２４は外部回路とのインターフェース端子を構成する。

ループアンテナ１６は、薄膜状のループ導体１６ａ〜１６ｄおよび配線導体１６ｅと棒状の層間接続導体１８ａ〜１８ｂとによって形成される。このうち、ループ導体１６ａは基板１２の一方主面のうちＸ軸方向における負側の領域に配され、ループ導体１６ｂは基板１２の一方主面のうちＸ軸方向における正側の領域に配される。また、ループ導体１６ｃは基板１２の他方主面（詳しくは上面）のうちＸ軸方向における負側の領域に配され、ループ導体１６ｄは基板１２の他方主面のうちＸ軸方向における正側の領域に配される。さらに、配線導体１６ｅは、基板１２の他方主面のうちＹ軸方向の負側の位置をＸ軸方向に延在するように配される。層間接続導体１８ａは、基板１２の主面中央よりもＸ軸方向における負側の位置において、Ｚ軸に沿って延びる姿勢で基板１２に埋め込まれる。また、層間接続導体１８ｂは、基板１２の主面中央よりもＸ軸方向における正側の位置において、Ｚ軸に沿って延びる姿勢で基板１２に埋め込まれる。

ループ導体１６ａおよび１６ｂの各々の一方端は、ＲＦＩＣ素子１４に接続される。また、ループ導体１６ａの他方端は層間接続導体１８ａを介してループ導体１６ｃの一方端と接続され、ループ導体１６ｂの他方端は層間接続導体１８ｂを介してループ導体１６ｄの一方端と接続される。さらに、ループ導体１６ｃおよび１６ｄの各々の他方端は、配線導体１６ｅによって互いに接続される。

したがって、ループ導体１６ａおよび１６ｃと層間接続導体１８ａとによってコイル導体ＣＩＬ１１が形成され、ループ導体１６ｂおよび１６ｄと層間接続導体１８ｂとによってコイル導体ＣＩＬ１２が形成される。コイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２は、Ｚ軸方向を向く開口ＯＰ１１およびＯＰ１２をそれぞれ有して、互いに直列接続される。

図４から分かるように、開口ＯＰ１の面積は開口ＯＰ２の面積とほぼ一致し、開口ＯＰ１およびＯＰ２はいずれもＸ軸に沿って延びる短軸とＹ軸に沿って延びる長軸とを有する。つまり、平面視で、コイル導体ＣＩＬ１１，ＣＩＬ１２の外縁形状は、ルートＲＴ１１およびＲＴ１２の延在方向に沿って長軸を有した形状を有する。また、後述するルートＲＴ１１およびＲＴ１２は共通の幅を有して平面上を平行に延在するところ、開口ＯＰ１およびＯＰ２の間の距離はこの２つのルートＲＴ１１およびＲＴ１２の間の距離とほぼ一致する。ループアンテナ１６の磁界強度は、こうして形成された開口ＯＰ１１およびＯＰ１２の各々において局所的に増大する。また、各コイル導体を、複数のループ導体を巻回軸方向に重ねた積層型コイルで構成しているので、その巻回軸方向の磁界強度を大きくできる。

なお、ＲＦＩＣ素子１４，ＰＩＣ素子２２，コイル導体ＣＩＬ１１，ＣＩＬ１２は上述のような位置関係にあるため、基板１２を平面視したとき、ＲＦＩＣ素子１４およびＰＩＣ素子２２の各々は、コイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２によって挟まれ、さらにルートＲＴ１１およびＲＴ１２によって挟まれる。これによって、各コイル導体の結合量を小さくするとともに、基板１２の主面のサイズの小型化が図られる。

このような構造を有するリーダライタ装置１０の等価回路を図５に示す。インダクタＬ１およびＬ２は、コイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２にそれぞれ対応する。また、コンデンサＣ１は、ＲＦＩＣ素子１４とともに基板１２上に実装されたチップコンデンサ（図示せず）に対応する。インダクタＬ１とインダクタＬ２は直列接続されており、これにコンデンサＣ１が並列接続され、ＬＣ共振回路を構成している。インダクタＬ１の一方端はＲＦＩＣ素子１４に設けられたＲＦＩＣチップ１４ｃの一方端に接続される。インダクタＬ１の他方端はインダクタＬ２の一方端に接続され、インダクタＬ２の他方端はＲＦＩＣチップ１４ｃの他方端に接続される。通信信号の周波数帯域は、インダクタＬ１〜Ｌ２，コンデンサＣ１およびＲＦＩＣチップ１４ｃの内部容量を含む共振回路によって規定される。

図６を参照して、リーダライタ装置１０は、レーン３０１および３０２とこれらを分離する分離壁３０ｗとが設けられたレール３０の直下に配され、外部配線２６を介してコントローラ２８と接続される。図６ではレール３０の一部の区間を示しており、基板１２の他方主面（上面）は図示したレール３０の下面に対向する。ルートＲＴ１１はレーン３０１に対応し、ルートＲＴ１２はレーン３０２に対応する。ルートＲＴ１１およびＲＴ１２は、共通の幅を有して平面上を平行に延在する。図７（Ａ）に示すように、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２は平面視でルートＲＴ１１およびＲＴ１２とそれぞれ重なり、開口ＯＰ１１の長軸および開口ＯＰ１２の長軸はそれぞれルートＲＴ１１およびＲＴ１２に沿って延びる。

単一のコイル導体が基板の主面に形成された他のリーダライタ装置１０´とルートＲＴ１１およびＲＴ１２との位置関係を図７（Ｂ）に示す。このリーダライタ装置１０´と比較すれば分かるように、リーダライタ装置１０では、ループアンテナ１６の磁界強度が増大する領域がルートＲＴ１１およびＲＴ１２の各々に合わせられるため、ヌル点も生じにくくなる。

ルートＲＴ１１またはＲＴ１２を走行する走行体４０は、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように構成される。走行体４０は具体的にはミニカーであり、その車幅はルートＲＴ１１およびＲＴ１２の各々の幅を僅かに下回る。また、走行体４０の下面前方には、ＲＦＩＤタグ４２が搭載される。ＲＦＩＤタグ４２は、タグ用のＲＦＩＣチップと、このＲＦＩＣチップに接続されたコイル状のループ導体４４によって構成されている。ＲＦＩＤタグ４２に設けられたコイル状のループ導体４４は、その巻回軸が走行体４０の下面と直交する。

ＲＦＩＤタグ４２を走行体４０の下面に搭載する一方、リーダライタ装置１０をレール３０の直下に配することで、ＲＦＩＤタグ４２とリーダライタ装置１０と間の通信距離が短縮される。この実施例では、こうして設けられたＲＦＩＤタグ４２とリーダライタ装置１０とによってＲＦＩＤシステムが構成される。なお、リーダライタ装置１０をレール３０内に埋め込んでもよい。

走行体４０は、図９に示すように組み立てられた競走用コースを走行する。走行体４０がリーダライタ装置１０の直上を通過すると、リーダライタ装置１０とＲＦＩＤタグ４２との間で無線通信が行われる。ＲＦＩＤタグ４２には走行体４０の識別情報が保存されており、この識別情報がリーダライタ装置１０によって読み取られる。上述のように、開口ＯＰ１１の長軸はルートＲＴ１１に沿って延び、開口ＯＰ１２の長軸もまたルートＲＴ１２に沿って延びる。このため、走行体４０の速度の速さに起因して識別情報の読み取りの失敗する懸念が軽減される。

読み取られた識別情報は、外部配線２６を介してコントローラ２８に与えられる。コントローラ２８は、与えられた識別情報に基づいてラップ数などの周回情報を表示パネル２８ａに表示する。なお、表示態様は操作ボタン２８ｂ，２８ｂ，…の操作に従う。

以上の説明から分かるように、ＲＦＩＤタグ４２を搭載した走行体４０は、所定距離を隔てて延在するルートＲＴ１１およびＲＴ１２の各々を走行する。リーダライタ装置１０は、ループアンテナ１６が主面に形成された基板１２を有してＲＦＩＤタグ４２と無線通信を行う。ループアンテナ１６は、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２をそれぞれ有して直列接続されたコイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２を含み、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２はほぼ同じ面積を有し、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２の間の距離はルートＲＴ１１およびＲＴ１２の間の距離とほぼ一致する。

ループアンテナ１６は直列接続されたコイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２を含むため、ループアンテナ１６の磁界強度は、コイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２がそれぞれ有する開口ＯＰ１１およびＯＰ１２の各々において局所的に増大する。ここで、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２はほぼ同じ面積を有し、開口ＯＰ１１およびＯＰ１２の間の距離はルートＲＴ１１およびＲＴ１２の間の距離とほぼ一致する。

したがって、平面視で開口ＯＰ１１およびＯＰ１２がルートＲＴ１１およびＲＴ１２とそれぞれ重なるように基板１２を配することで、ルートＲＴ１１またはＲＴ１２を走行する走行体４０のＲＦＩＤタグ４２とリーダライタ装置１０との間で簡便かつ確実に無線通信を行うことができる。

なお、この実施例では、レール３０に２つのルートＲＴ１１およびＲＴ１２が形成されることを前提として、単一のリーダライタ装置１０をレール３０の直下に配置するようにしている（図６参照）。しかし、４つのルートＲＴ１１〜ＲＴ１４が形成されたレール３０´をレール３０の代わりに採用する場合、２つのリーダライタ装置１０，１０を図１０に示す要領でレール３０´の直下に配置するか、或いは４つのコイル導体が形成された単一のリーダライタ装置（図示せず）をレール３０´の直下に配置する必要がある。

また、この実施例では、開口ＯＰ１およびＯＰ２が平面視でルートＲＴ１１およびＲＴ１２と重なるように、リーダライタ装置１０をレール３０の直下に配置している（図９参照）。しかし、ルートＲＴ１１およびＲＴ１２が交差する交差点と開口ＯＰ１１またはＯＰ１２とが重なるように、リーダライタ装置１０をレール３０の直下に配置してもよい（図１１参照）。

さらに、この実施例では、コイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２の各々の巻き数は、基板１２の一方主面側で１回とされ、基板１２の他方主面側で１回とされる（図２または図３参照）。しかし、基板１２の他方主面がレール３０の下面に対向することを踏まえて、基板１２の他方主面側の巻き数を基板１２の一方主面側の巻き数よりも多くするようにしてもよい。この場合、ループアンテナ１６をなして直列接続されたコイル導体ＣＩＬ１１およびＣＩＬ１２は、たとえば図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように形成される。

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）によれば、ループ導体１６ｃ，１６ｄおよび配線導体１６ｅの代わりにループ導体１６ｃ´，１６ｄ´および配線導体１６ｅ´が基板１２の他方主面に形成される。このうち、ループ導体１６ａおよび１６ｃ´と層間接続導体１８ａとによってコイル導体ＣＩＬ１１が形成され、ループ導体１６ｂおよび１６ｄ´と層間接続導体１８ｂとによってコイル導体ＣＩＬ１２が形成される。

コイル導体ＣＩＬ１１は、巻き数が１回の部分コイル導体ＣＩＬ１１ａと巻き数が２回の部分コイル導体ＣＩＬ１１ｂとを含み、コイル導体ＣＩＬ１２は、巻き数が１回の部分コイル導体ＣＩＬ１２ａと巻き数が２回の部分コイル導体ＣＩＬ１２ｂとを含む。また、部分コイル導体ＣＩＬ１１ａおよびＣＩＬ１２ａは基板１２の一方主面に形成され、部分コイル導体ＣＩＬ１１ｂおよびＣＩＬ１２ｂは基板１２の他方主面に形成される。

このようなアンテナ構造を採用することで、基板１２の他方主面側の磁界強度が基板１２の一方主面側の磁界強度よりも強くなり、基板１２の他方主面側が走行レーン側となるように配置することで、走行体４０に設けられたＲＦＩＤタグ４２から識別情報を読み取る確度が向上する。

上記実施例では、ＨＦ帯の周波数帯を利用したＨＦ帯ＲＦＩＤシステムについて説明したが、ＵＨＦ帯等、他の周波数帯を利用したＲＦＩＤシステムであってもよい。

１０ …リーダライタ装置
１２ …基板
１４ …ＲＦＩＣ素子（処理回路）
１６ …ループアンテナ
２２ …ＰＩＣ素子（処理回路）
ＯＰ１〜ＯＰ２，ＯＰ１１〜ＯＰ１２ …開口
ＣＩＬ１〜ＣＩＬ２，ＣＩＬ１１〜ＣＩＬ１２ …コイル導体
ＲＴ１〜ＲＴ２，ＲＴ１１〜ＲＴ１４ …ルート
４０ …走行体
４２ …ＲＦＩＤタグ

Claims (7)

1. 所定距離を隔てて延在する複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグと、
   主面と、当該主面の法線方向に巻回軸を有するループアンテナとを備えた基板を有して前記ＲＦＩＤタグと無線通信を行うリーダライタ装置と、
   を備えるＲＦＩＤシステムであって、
   前記ループアンテナは複数の開口をそれぞれ有して直列接続された複数のコイル導体を含み、
   前記複数の開口はほぼ同じ面積を有し、
   前記複数の開口の間の距離は前記所定距離とほぼ一致する、ＲＦＩＤシステム。
2. 前記複数のルートは平面的に配され、
   前記基板は平面視で前記複数の開口が前記複数のルートとそれぞれ重なるように配される、請求項１記載のＲＦＩＤシステム。
3. 前記複数の開口の各々は長軸および短軸を有し、
   前記基板は前記長軸が前記複数のルートの延在方向に沿うように配される、請求項２記載のＲＦＩＤシステム。
4. 前記基板は前記複数のルートの直下に配される、請求項２または３記載のＲＦＩＤシステム。
5. 前記複数のコイル導体の各々は、前記基板の一方主面に形成されかつ第１巻き数を有する第１部分コイル導体、および前記基板の他方主面に形成されかつ前記第１巻き数よりも大きい第２巻き数を有する第２部分コイル導体を含み、
   前記基板は前記他方主面が前記複数のルートに対向するように配される、請求項２ないし４のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
6. 前記リーダライタ装置は平面視で前記複数のコイル導体によって挟まれるように前記基板に実装されてＲＦ信号を処理する処理回路をさらに有する、請求項２ないし５のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
7. 所定距離を隔てて延在する複数のルートの各々を走行する走行体に設けられたＲＦＩＤタグと無線通信を行うためのループアンテナが主面に形成された基板を有するリーダライタ装置であって、
   前記ループアンテナは複数の開口をそれぞれ有して直列接続された複数のコイル導体を含み、
   前記複数の開口はほぼ同じ面積を有し、
   前記複数の開口の間の距離は前記所定距離とほぼ一致する、リーダライタ装置。

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