説明

無線タグ読み取り装置

【課題】 温度変化などの外乱がある場合であっても、交信に失敗することのない距離範囲を容易に判断することができる無線タグ読み取り装置を提供する。
【解決手段】 無線タグに対し、変調信号を送信して応答信号を受信する無線タグ読み取り装置であって、受信信号を復調し、復調信号を生成する復調手段と、復調信号を量子化し、デジタル受信データを生成する受信データ生成手段と、デジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度を判別し、判別結果を出力する信号強度検出部30bと、信号強度検出部30bによる判別結果を表示する表示制御部30cにより構成される。この表示制御部30cは、交信不可領域の上限値から安定交信領域の下限値までの範囲を規格化して信号強度の表示を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線タグ読み取り装置に係り、さらに詳しくは、無線タグに対し、変調信号を送信して応答信号を受信するRFリーダーライターなどの無線タグ読み取り装置の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、バーコードに代わる製品識別及び管理の技術として、無線タグが注目を集めている。この無線タグは、RF信号を受信して半導体メモリ上のデータを読み出したり、半導体メモリ内にデータを書き込むことができるRFID(Radio Frequency IDentification)技術を用いたタグである。最近では、非接触による電力伝送の技術の開発により、電池を持たず半永久的に使用可能な無線タグも出現している。この様な無線タグに対するデータの読み書きには、RFリーダーライターなどの無線タグ読み取り装置が用いられる。
【0003】
無線タグ読み取り装置は、搬送波をベースバンド信号としてのデジタル信号により変調して送出し、無線タグからの応答信号を受信する通信機器である。この搬送波のベースバンド信号に基づく変調には、搬送波の振幅を変化させるASK(Amplitude Shift Keying)変調や、周波数を変化させるFSK(Frequency Shift Keying)変調、位相を変化させるPSK(Phase Shift Keying)変調がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般に、無線タグ読み取り装置が無線タグとの間でデータを送受信(交信という)する際、無線タグまでの距離が交信可能な範囲内であっても、他の無線タグによる影響や温度変化などの外乱によって交信に失敗する場合が少なくない。従来、無線タグ読み取り装置及び無線タグ間の交信特性は、交信の成功率、すなわち、データ送信の回数に対するデータ受信の成功回数の比によって表されていた。無線タグまでの距離を変えて交信の成功率を検出することにより、ユーザは、交信可能な距離範囲を判断することができる。
【0005】
しかし、無線タグ読み取り装置及び無線タグ間における交信の成功率は、狭い範囲で100%から0%まで急激に変化することから、他の無線タグによる影響や温度変化などの外乱、さらに、無線タグにおける周波数特性のバラツキによっては、成功率100%であった距離範囲においても、運用時には交信に失敗する可能性があった。このため、テスト時には交信成功率が100%であると判断された距離に対して、一定の割合でマージンを考慮する必要があった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、交信可能な距離範囲を高い信頼度で判別することができる無線タグ読み取り装置を提供することを目的とする。特に、温度変化などの外乱、及び、無線タグにおける周波数特性のバラツキがある場合であっても、交信に失敗することのない距離範囲を容易に判断することができる無線タグ読み取り装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による無線タグ読み取り装置は、無線タグに対し、変調信号を送信して応答信号を受信する無線タグ読み取り装置であって、受信信号を復調し、復調信号を生成する復調手段と、上記復調信号を量子化し、デジタル受信データを生成する受信データ生成手段と、上記デジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度を判別し、判別結果を出力する信号強度検出手段とを備えて構成される。
【0008】
この無線タグ読み取り装置では、受信信号を復調して復調信号が生成され、復調信号に基づいて受信信号の信号強度が判別されその判別結果が出力される。この様な構成によれば、交信の成功率を出力するのに比べ、受信信号の信号強度は、無線タグまでの距離に関して緩やかな変化となるので、交信可能な距離範囲を判断する際の信頼度を向上させることができる。従って、交信可能な距離範囲を高い信頼度で判別することができ、温度変化などの外乱、及び、無線タグにおける周波数特性のバラツキがある場合であっても、交信に失敗することのない距離範囲を容易に判断することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明による無線タグ読み取り装置によれば、交信の成功率を出力するのに比べ、受信信号の信号強度は無線タグまでの距離に関して緩やかな変化となるので、交信可能な距離範囲を高い信頼度で判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1は、本発明の実施の形態によるRFIDシステムの概略構成の一例を示した斜視図であり、無線タグ読み取り装置としてのRFリーダーライター10を含むシステム全体の様子が示されている。本実施の形態によるRFIDシステムは、ASK(Amplitude Shift Keying:振幅シフトキーイング)変調されたRF(Radio Frequency)信号を利用して無線タグ1にデータを書き込んだり、無線タグ1内のデータを読み出すことによってワークA1を管理するシステムである。このRFIDシステムは、無線タグ1と、ヘッド部2、シリアルバスケーブル3及び入出力部4からなるRFリーダーライター10により構成される。
【0011】
無線タグ1は、RFリーダーライター10からのRF信号を受信し、動作に必要な電力を生成するとともに、受信データをメモリに書き込んだり、受信データに基づいてメモリからデータを読み出す動作を行っている。このメモリ内には、無線タグ1を識別するための識別情報として、製造時に割り当てられるUID(Unique ID)が格納されている。具体的には、メーカーコードや製品コード、シリアルナンバーなどがUIDとして格納される。従って、無線タグ1からUIDを読み取ることによって当該無線タグ1が取り付けられているワークA1を識別することができる。
【0012】
RFリーダーライター10は、RF信号としてASK変調信号を送信し、無線タグ1からの応答信号を受信する動作を行っている。このRFリーダーライター10は、ISO(International Organization for Standardization)15693の規格に基づく無線タグ読み取り装置であり、いわゆる近傍型の読み取り装置となっている。
【0013】
ヘッド部2は、RF信号の送受信部であり、シリアルバスケーブル3を介して入出力部4に接続されている。つまり、送信に関するデータは、シリアルデータとして入出力部4からヘッド部2に伝送され、ヘッド部2によって送出される。一方、ヘッド部2が受信したデータは、シリアルバスケーブル3を介して入出力部4に伝送される。
【0014】
入出力部4は、7セグメントLED4a及び操作キー4bを備え、操作キー4bの操作に基づく入力データをヘッド部2へ出力するとともに、ヘッド部2からのデータを表示する動作を行っている。この様な入出力部4としては、RFリーダーライター10に無線タグ1との交信開始を指示したり、RFリーダーライター10が無線タグ1から読み取ったデータを収集蓄積するPLC(Programmable Logic Controller:プログラマブルロジックコントローラ)や、パーソナルコンピュータなどの情報処理端末を用いることができる。
【0015】
図2は、図1のRFIDシステムの要部における詳細を示した図であり、カード状の無線タグ1が示されている。この無線タグ1は、薄い矩形状の基板11と、基板11の各辺に沿って螺旋状に配線されたアンテナコイル12と、アンテナコイル12に接続され、アンテナコイル12の内側に配置された半導体チップ13からなる。
【0016】
例えば、基板11は厚みが0.2mmの樹脂シートからなり、この樹脂シート上に印刷又はエッチングによりアンテナコイル12が形成される。半導体チップ13は、アンテナコイル12とで共振回路を形成するコンデンサーや、受信信号を復調する復調回路、受信データを処理する処理回路、UIDや受信データを記憶する半導体メモリからなる。応答信号は、RFリーダーライター10からの応答要求に基づいて生成される。具体的には、受信データに基づいて半導体メモリからデータを読み出し、RF信号を負荷変調することによって生成される副搬送波を符号化することによって生成される。
【0017】
図3は、図1のRFIDシステムの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部2の構成例が示されている。このヘッド部2は、発振回路21、増幅回路22、変調回路23、LPF24、LC共振回路25、減衰器26、復調回路27、復号回路28、A/D変換回路29、制御回路30、符号化回路31及びI/F32からなる。
【0018】
発振回路21は、水晶発振子を用いてRF(Radio Frequency)信号を生成するRF信号の生成回路である。例えば、13.56MHzのRF信号が生成され、搬送波として出力される。この搬送波は、増幅回路22によって電力増幅され、変調回路23へ出力される。
【0019】
変調回路23は、電力増幅後の搬送波を符号化回路31からのベースバンド信号に基づいてASK(Amplitude Shift Keying:振幅シフトキーイング)変調し、ASK変調信号を生成する処理を行っている。
【0020】
符号化回路31は、制御回路30から入力されるデータをパルス位置によって符号化し、ベースバンド信号を生成する処理を行っている。
【0021】
ASK変調信号は、LPF(ローパスフィルタ)24によって高調波成分が除去され、LC共振回路25へ出力される。LC共振回路25は、アンテナコイル及びコンデンサーからなる共振回路である。変調回路23からのASK変調信号は、LC共振回路25を介して無線タグへ送出され、また、無線タグからの応答信号は、LC共振回路25によって受信される。受信信号は、減衰器26によって後段の復調回路27で制御可能なレベルまで減衰される。
【0022】
復調回路27は、減衰後の受信信号を搬送波及び副搬送波に基づいて復調し、復調信号を生成する処理を行っている。復号回路28は、復調回路27からの復調信号を信号強度に関する所定の閾値に基づく2値化処理によって復号するコンパレータである。復号後の復調信号は、制御回路30へ出力される。A/D変換回路29は、復調回路27からの復調信号を量子化し、デジタル受信データを生成する処理を行っている。具体的には、復調信号(アナログ信号)が所定のサンプリング周期でサンプリングされ、サンプリングされた信号レベルが量子化される。この量子化された信号レベルを符号化することによってデジタル受信データが生成される。
【0023】
制御回路30は、応答要求を生成して符号化回路31へ出力し、復号後の復調信号を解析する動作を行っている。ここでは、A/D変換回路29から入力されるデジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度が判別され、強度データがI/F32を介して入出力部へ出力されるものとする。
【0024】
図4は、図3のヘッド部の要部における詳細を示したブロック図であり、制御回路30の構成例が示されている。この制御回路30は、交信判定部30a、信号強度検出部30b及び表示制御部30cからなる。交信判定部30aは、応答要求を生成するとともに、復号後の復調信号に基づいて無線タグとの交信の成否を判別する動作を行っている。具体的には、復号後の復調信号に含まれるCRC(Cyclic Redundancy Check:巡回冗長検査)コードなどの符号誤り制御情報に基づいて交信対象とする無線タグからの応答信号が受信したか否かが判別される。或いは、SOF(Start Of Frame)やEOF(End Of Frame)の波形又はタイミングによって交信の成否を判別しても良い。ここでは、データ送信の回数に対するデータ受信の成功回数の比、すなわち、交信成功率が判別結果として出力されるものとする。
【0025】
信号強度検出部30bは、デジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度を判別する動作を行っている。
【0026】
表示制御部30cは、交信判定部30aによる判別結果や信号強度検出部30bによる判別結果を数値データとして出力し、入出力部の7セグメントLEDに表示させる動作を行っている。すなわち、無線タグとの交信成功率を表示させ、或いは、受信信号の信号強度を表示させる数値データが入出力部へ出力される。ここでは、交信成功率の表示と、信号強度の表示とがユーザによる操作入力に基づいて切り替え可能であるものとする。
【0027】
図5は、図1のRFIDシステムにおける動作の一例を示した図であり、無線タグとの交信特性として交信成功率Rが無線タグまでの距離に対応付けて示されている。この例では、無線タグまでの距離がxとなるまで交信成功率Rは100%となっており、距離xを超えると急激に低下して0%となっている。つまり、RFリーダーライター及び無線タグ間における交信の成功率は、距離80mm前後における狭い範囲(10mm程度)で上限から下限まで急激に変化している。
【0028】
この交信成功率Rが急激に変化している領域は、温度変化などの外乱によって変化する。つまり、交信成功率100%の領域と、交信成功率0%の領域との境界となる領域は、温度変化によって容易に変化する。このため、この様な交信成功率Rに基づく交信特性によって交信可能な距離範囲を特定すると、交信成功率が100%であると判別された距離であっても、交信に失敗する場合が生じることとなる。
【0029】
図6は、図1のRFIDシステムにおける動作の一例を示した図であり、受信信号の信号強度Iが無線タグまでの距離に対応付けて示されている。この例では、距離が0mmから20mm程度までの範囲で信号強度Iがほぼ一定(1000程度)であり、距離20mm付近からは緩やかに減少し、距離xでI=250程度となっている。この様な信号強度Iに基づいて無線タグとの交信特性を表示すれば、変化が緩やかであるので、交信可能な距離範囲を特定し易い。
【0030】
例えば、測定された信号強度が安定して交信できる領域(以下、安定交信領域という)内にあるか、交信できない領域(以下、交信不可領域という)内にあるか、或いは、交信が不安定である領域(以下、不安定交信領域という)内にあるかを容易に判別することができる。具体的には、信号強度Iに関し、安定交信領域B1の下限値Iと、交信不可領域B3の上限値Iとが予め定められるものとする。この下限値I及び上限値Iは、無線タグの種類や周波数特性、周囲の温度などによって定められる。
【0031】
また、交信不可領域B3の上限値Iは、RFリーダーライターにおける2値化処理で用いられる閾値に基づいて定められる。具体的には、上限値Iが、上記閾値と同じか、或いは、閾値を上回る値に定められる。ここでは、上限値Iが上記閾値に一致させて表示されている。すなわち、距離xを超える範囲が交信不可領域B3となっている。また、距離0mmからx(x<x)までが安定交信領域B1となっており、距離xからxまでが不安定交信領域B2となっている。なお、距離xにおける信号強度Iは500程度となっている。
【0032】
本実施の形態によれば、交信成功率Rを表示するのに比べ、受信信号の信号強度Iは、無線タグまでの距離に関して緩やかな変化となるので、交信可能な距離範囲を判断する際の信頼度を向上させることができる。従って、交信可能な距離範囲を高い信頼度で判別することができ、他の無線タグによる影響や温度変化などの外乱、及び、無線タグにおける周波数特性のバラツキがある場合であっても、交信に失敗することのない距離範囲を容易に判断することができる。
【0033】
なお、本実施の形態では、測定を行っている距離での受信強度が7セグメントLEDに表示される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、信号強度Iを無線タグまでの距離に対応付けて画面表示しても良い。
【0034】
実施の形態2.
実施の形態1では、受信信号の信号強度を表示することで交信可能な距離範囲を判別させる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、安定交信領域の下限値を上回る信号強度をその下限値に、交信不可領域の上限値を下回る信号強度をその上限値に変換して表示する場合について説明する。
【0035】
図7は、本発明の実施の形態2によるRFリーダーライターの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部の制御回路40の構成例が示されている。この制御回路40は、図4の制御回路30と比較すれば、強度データ変換部41を備えている点で異なる。強度データ変換部41は、安定交信領域の下限値を上回る信号強度を当該下限値に変換するとともに、交信不可領域の上限値を下回る信号強度を当該上限値に変換する動作を行っている。
【0036】
表示制御部30cでは、強度データ変換部41による変換結果に基づいて信号強度の表示が行われる。
【0037】
図8は、RFリーダーライターにおける動作の一例を示した図であり、強度変換により信号強度Iの表示が変更される様子が示されている。この例では、信号強度Iが安定交信領域の下限値Iを上回っている距離範囲、すなわち、0mmからxまでと、xからxまでにおける信号強度が下限値Iに変換され、さらに、交信不可領域の上限値Iを下回っている距離範囲、すなわち、xを超える範囲における信号強度が上限値Iに変換されて表示される。つまり、測定された信号強度Iは、交信不可領域の上限値Iから安定交信領域の下限値Iまでの範囲内で表示される。
【0038】
この様にすれば、測定された信号強度が安定交信領域内にあるのか、交信不可領域内にあるのか、或いは、不安定交信領域にあるのかを容易に識別することができる。具体的には、測定された信号強度が下限値Iに一致すれば、安定して交信できる距離であると判断することができ、また、測定された信号強度が上限値Iに一致すれば、交信不可である距離であると判断することができる。そして、測定された信号強度が上限値Iから下限値Iまでの範囲内であれば、上限値Iにより近いか否かに応じて交信ができなくなる可能性を判断することができる。
【0039】
なお、本実施の形態では、安定交信領域の下限値を上回る信号強度、及び、交信不可領域の上限値を下回る信号強度が変換して表示される場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、交信不可領域の上限値から安定交信領域の下限値までの範囲を規格化して表示しても良い。
【0040】
図9は、RFリーダーライターにおける動作の他の例を示した図である。この例では、測定された信号強度が変換され、交信不可領域の上限値から安定交信領域の下限値までの範囲が規格化されている。具体的には、変換後の信号強度が交信強度Iとして、例えば、0以上100以下の範囲内で表示される。ここでは、距離0mmからxまでの距離範囲で交信強度Iが100となっており、距離xを超えると緩やかに低下している。また、距離xで交信強度Iは初めて0となっている。この様な信号強度の表示方法によれば、安定して交信できる領域と、場合によっては交信できなくなる可能性のある領域とを容易に判別することができる。特に、交信可能な距離の値(最大交信距離という)xを容易に識別することができる。
【0041】
なお、実施の形態1及び2では、復調信号を量子化したデジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度が判別される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、復調信号についてピークホールドされた信号レベルに基づいて信号強度を判別しても良い。
【0042】
図10は、RFリーダーライターの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部の構成例が示されている。このヘッド部50は、図3のヘッド部2と比較すれば、ピークホールド回路51を備えている点で異なる。このピークホールド回路51は、復調信号の波形についてピークホールドし、ピーク時の信号レベルを出力する動作を行っている。具体的には、信号レベルの最大値が保持され、受信データとして出力される。この受信データは、A/D変換回路29によってデジタル化され、制御回路30に出力される。
【0043】
制御回路30の信号強度検出部では、ピーク時の信号レベルに基づいて受信信号の信号強度を判別する動作が行われる。この様にすれば、A/D変換回路29のサンプリング周期よりも短い時間で変化する信号の強度も正確に測定することができるので、ノイズと無線タグからの受信信号とを容易に切り分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の実施の形態によるRFIDシステムの概略構成の一例を示した斜視図であり、RFリーダーライター10を含むシステム全体の様子が示されている。
【図2】図1のRFIDシステムの要部における詳細を示した図であり、カード状の無線タグ1が示されている。
【図3】図1のRFIDシステムの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部2の構成例が示されている。
【図4】図3のヘッド部の要部における詳細を示したブロック図であり、制御回路30の構成例が示されている。
【図5】図1のRFIDシステムにおける動作の一例を示した図であり、無線タグとの交信特性として交信成功率Rが無線タグまでの距離に対応付けて示されている。
【図6】図1のRFIDシステムにおける動作の一例を示した図であり、受信信号の信号強度Iが無線タグまでの距離に対応付けて示されている。
【図7】本発明の実施の形態2によるRFリーダーライターの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部の制御回路40の構成例が示されている。
【図8】RFリーダーライターにおける動作の一例を示した図であり、強度変換により信号強度Iの表示が変更される様子が示されている。
【図9】RFリーダーライターにおける動作の他の例を示した図である。
【図10】RFリーダーライターの要部における詳細を示したブロック図であり、ヘッド部の構成例が示されている。
【符号の説明】
【0045】
1 無線タグ
2 RFリーダーライター
3 シリアルバスケーブル
4 入出力部
4a 7セグメントLED
4b 操作キー
10 RFIDシステム
11 基板
12 アンテナコイル
13 半導体チップ
21 発振回路
22 増幅回路
23 変調回路
24 LPF
25 LC共振回路
26 減衰器
27 復調回路
28 復号回路
29 A/D変換回路
30 制御回路
30a 交信判定部
30b 信号強度検出部
30c 表示制御部
31 符号化回路
32 I/F
40 制御回路
41 強度データ変換部
50 ヘッド部
51 ピークホールド回路
A1 ワーク
B1 安定交信領域
B2 不安定交信領域
B3 交信不可領域



【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線タグに対し、変調信号を送信して応答信号を受信する無線タグ読み取り装置において、
受信信号を復調し、復調信号を生成する復調手段と、
上記復調信号を量子化し、デジタル受信データを生成する受信データ生成手段と、
上記デジタル受信データに基づいて受信信号の信号強度を判別し、判別結果を出力する信号強度検出手段とを備えたことを特徴とする無線タグ読み取り装置。
【請求項2】
上記信号強度検出手段による信号強度の判別結果を表示する信号強度表示手段と、
安定交信領域の下限値を上回る信号強度を当該下限値に変換するとともに、交信不可領域の上限値を下回る信号強度を当該上限値に変換する強度データ変換手段とを備え、
上記信号強度表示手段は、上記交信不可領域の上限値から上記安定交信領域の下限値までの範囲を規格化して信号強度の表示を行うことを特徴とする請求項1に記載の無線タグ読み取り装置。
【請求項3】
上記復調信号を信号強度に関する所定の閾値に基づく2値化処理により復号する復号手段を備え、
上記交信不可領域の上限値が、上記閾値以上の値であることを特徴とする請求項2に記載の無線タグ読み取り装置。
【請求項4】
上記復調信号を信号強度に関する所定の閾値に基づく2値化処理により復号する復号手段と、
復号後の復調信号に含まれる符号誤り制御情報に基づいて、上記無線タグとの交信の成否を判別する交信判定手段と、
上記交信判定手段による判別結果を表示する交信結果表示手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の無線タグ読み取り装置。
【請求項5】
上記復調信号の波形についてピークホールドし、ピーク時の信号レベルを出力するピークホールド手段を備え、
上記信号強度検出手段は、上記ピーク時の信号レベルに基づいて信号強度を判別することを特徴とする請求項1に記載の無線タグ読み取り装置。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2007−65977(P2007−65977A)
【公開日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−251110(P2005−251110)
【出願日】平成17年8月31日(2005.8.31)
【出願人】(000129253)株式会社キーエンス (681)
【Fターム(参考)】