アンテナ装置、通信システムおよび通信方法

【課題】無線タグの多寡にかかわらず、無線タグを確実に読み取ることができるアンテナ装置、通信システムおよび通信方法を提供する。
【解決手段】上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これによりアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置であって、第１金属板１５と、第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、上方からの重量がなくなれば所定厚さに戻る伸縮層１３，１４と、伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板１２をもつアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグ等と通信を行うアンテナ装置に関し、特にアンテナ上に載せられる積載物の重量に応じて通信特性が変化するアンテナ装置、通信システムおよび通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物品に添付してデータを読み取らせるための無線タグが用いられており、無線タグの読み取りには、無線タグ読取装置が使用される。このような無線タグ読取装置による読み取り処理においては、一例としてアンテナを有する棚上に積載される物品に添付された無線タグを読み取って物品の情報が認識される。このような無線タグ読取装置は、複数の物品および無線タグが込み合ってくると読み取りが難しくなる。しかし、込み合った場合に応じて常に電波強度を強くしておくと棚上以外の無線タグも読んでしまう怖れがあるので、読み取るべき無線タグがどのような状態に分布しているのかを認識して、無線タグの読み取りのための送信出力を増減する必要がある。
【０００３】
特許文献１は、読み取るべき無線タグの数に応じて送信電力を電気的に制御する無線タグ読取装置を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１が示す無線タグ読取装置においては、無線タグ読取装置の電気的な構成として、無線タグの数を電気的に検出し、この検出結果に応じて送信電力の大きさを増幅回路により制御するための仕組みを必要としており、無線タグ読取装置のコスト高を招くこととなる。
【０００５】
本発明は、無線タグの多寡にかかわらず確実に読み取ることができるアンテナ装置、通信システムおよび通信方法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】
【０００６】
課題を解決する一実施形態は、
上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これによりアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置であって、
第１金属板（１５）と、
前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層（１３，１４）と、
前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板（１２）と、
を具備することを特徴とするアンテナ装置である。
【０００７】
また、
ＲＦＩＤタグと通信を行なう通信装置と、上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これにより前記通信装置からのアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置を具備する通信システムであって、
前記アンテナ装置は、
第１金属板（１５）と、
前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層（１３，１４）と、
前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板（１２）と、
を具備することを特徴とする通信システムである。
【０００８】
また、
ＲＦＩＤタグと通信を行なう通信装置と、前記通信装置の通信に用いられるアンテナ装置を具備する通信システムにおける通信方法であって、
前記アンテナ装置は、第１金属板（１５）と、前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層（１３，１４）と、前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板（１２）を有しており、
前記ＲＦＩＤタグが添付された物品の重量が大きくなると前記伸縮装置が圧縮されることで前記第１金属板と前記第２金属板が近づくことにより、前記アンテナ装置の通信特性が向上して、前記ＲＦＩＤタグへ放射される電波の減衰量が減少することを特徴とする通信方法である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は従来のように送信装置の機能により送信出力を制御するものではなく、アンテナ装置だけの機能により物品の重量に応じて送信出力を制御するものである。すなわち、アンテナの積載物の重量に応じて、二つの金属板の距離が変化することにより、アンテナの特性が変化する。従って、沢山の無線タグ付きの物品がアンテナ上に置かれると、重さで二つの金属板の距離が近づくことでアンテナ自体の通信特性が向上し、より強い電波が出力されるため物品が混雑しても十分測定が可能となる。一方、無線タグ付きの物品が少ない場合は、アンテナの積載物の重量が少なくなり、二つの金属板の距離が離れて、アンテナ特性が低下することで送信出力は弱くなるため、目的以外の無線タグを誤って読んでしまうこともない。これにより、ＲＦＩＤ読取装置の側で電気的に出力を制御する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す説明図。
【図２】同じくアンテナ装置の原理を説明する説明図。
【図３】同じくアンテナ装置を用いた通信システムの一例を示す説明図。
【図４】同じくアンテナ装置の他の一例を示す説明図。
【図５】同じくアンテナ装置の他の一例を示す説明図。
【図６】同じくアンテナ装置の他の一例を示す説明図。
【図７】同じくアンテナ装置が複数も受けられたロッカーの一例を示す説明図。
【図８】同じくアンテナ装置の積載量とアンテナ特性の関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
現在、ＲＦＩＤを用いた棚アンテナや据置アンテナ等上に物を載せた状態で使用することが前提となるＲＦＩＤ用のアンテナが数多く考案されているが、こういったＲＦＩＤアンテナは当然アンテナ特性は固定であり、ある一定の性能を保持するものとなっている。そのため、ＲＦＩＤ読取装置は、アンテナ上のタグ枚数や物品数により装置の出力等を変化させなければいけなくなることがある。これはアンテナ上の物品が増えれば当然大出力が必要となることに加え、アンテナ上の物品が少ない状態で大出力を出し続けていると目的外の無線タグを読み込んでしまうという厄介な問題が発生するためである。そのため、こういった棚等のＲＦＩＤ読取装置においては、必要最低限の出力に調整を行い読取操作を行わなければならない。
【００１２】
本発明ではこのような棚等のシステムにおける出力調整の煩わしさを解消するために、アンテナ上に置かれた物品量によりアンテナ特性の変化するアンテナ装置を提案する。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を用いることにより、アンテナ上の物品数に応じてアンテナ側が自動的に送信出力の調整を行うため、ＲＦＩＤ読取装置側の送信出力は一定であっても最適な読取を行うことが可能となる。すなわち、本発明の一実施形態であるアンテナ装置１は、アンテナ上の積載物の重量によりアンテナ形状が押しつぶされ、この結果、電極の間が狭くなり、アンテナ特性が都合よく変化して送信出力を制御するというものである。
【００１３】
本発明の一実施形態であるアンテナ装置１の構成を図１乃至図８を用いて詳細に説明する。アンテナ装置１は、図２に示すように、空間距離ｈだけ離れて配置される二つの金属板により構成されている。給電点が設けられた金属板１２は、ＲＦＩＤ読取装置１００から送信出力が給電される。他方の金属板１５は、グランドに接続される。二つの金属板１２，１５の間は、伸縮層として、一例として、図１に示すようにスポンジ１３が設けられ、更に発泡スチロール１４が設けられる。また、金属板１２，１５が無線タグを検出するための電波を出力するアンテナ部であると言える。
【００１４】
本発明の一実施形態であるアンテナ装置１は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、給電面である金属板１２の上に積載される物品Ｓの重量ｇが増加するに従って、スポンジ１３等の伸縮層の働きで金属板１２が下に沈むことにより金属板１２（給電面）と金属板１５（ＧＮＤ）の空間距離ｈが小さくなる。空間距離ｈが小さくなることによりアンテナ特性（アンテナ効率）が向上する（逆に言うと、空間距離ｈが大きくなるとアンテナ特性・効率は低下する性質がある。こうなる理由は、二つの金属板が近づくと、ＧＮＤ側の金属板１５が実質的なアンテナとして機能する程度が高くなるからである）。その結果、アンテナ装置１から出力される電波強度ｄ（後述するＥＩＲＰ等）は、物品Ｓの質量が大きくなるに応じて、強くなっていく。
【００１５】
また、ここで注目すべきは、本発明の一実施形態であるアンテナ装置１は、アンテナの性質に基づいて物品Ｓの積載量Ｇが大きくなると電波強度ｄが強くなるのであり、アンテナ装置１に送信信号を給電するＲＦＩＤ読取装置１００の出力段が制御されることはなく、送信信号の強度は一定で変化することはない。
【００１６】
また、このようなアンテナ装置１の金属板１２の物品Ｓの重量による適正な沈下を実現する本発明の特徴部分は、スポンジ１３やばね１３’等で実現する伸縮層にある。この伸縮層は、金属板１５の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、上方からの重量がなくなれば再び所定厚さに戻る働きをもっている。このスポンジ１３の種類や厚さ、また、発泡スチロール１４の種類や厚さ、または他の素材で実現する伸縮層の種類や厚さは、積載物の重量と送信出力との関係が適切になるように実際の測定を注意深く繰り返し行って決定されるべきである。
【００１７】
また、『積載量（ｇ）』、『アンテナ特性（ｄｂ）』、『装置出力（ｄＢｍ）』、『ＥＩＲＰ（Equivalent Isotropically Radiated Power）（ｄＢｍ）』の関係の一例が、図８において示されている。ここで、ＲＦＩＤ読取装置１００の出力である『装置出力（ｄＢｍ）』は一定であることに注目されたい。このような関係を実現するためのスポンジ１３の種類や厚さ・大きさ、また、発泡スチロール１４の種類や厚さ・大きさが決定されるべきである。具体的には、積載量が何［ｇ］が加わった時、伸縮層が何［ｍｍ］縮小すべきかを明確にして、これを実現する素材を用意し加工して使用するべきである。
【００１８】
また、図４においては、他のアンテナ装置２の構成の一例として、発泡スチロール１４の層の代わりに、スポンジ１４’が設けられる。すなわち、金属板１２，１５の間を全てスポンジ層とするものである。
【００１９】
また、図５においては、他のアンテナ装置３の構成の一例として、スポンジ１３の層の代わりに、ばね１３’が設けられる。このばね１３’の、種類、大きさ、巻き数、弾性等は、図８の関係を実現するために実際の測定をくり返して注意深く決定される必要がある。
【００２０】
また、図６においては、他のアンテナ装置４の構成の一例として、発泡スチロール１４の層の代わりに、適切な大きさの柱部材１４”が設けられる。この柱部材１４”の種類、大きさについても、図８の関係を実現するために実際の測定をくり返して決定される必要がある。
【００２１】
アンテナ特性の変化としてはアンテナ上の積載量が少ない場合特性が悪くなり、アンテナ上の積載量が最大となる場合に特性が最良となる。図８の積載量とアンテナ特性（ここでは利得とする）とＥＩＲＰ（放射される電波の強度を示す）の関係を見ると、空中に放射する電波の強さを示すＥＩＲＰが、装置の出力を変化させずに増加していることがわかる。
【００２２】
このように構成されたアンテナ装置１，２，３，４は、一例として、図７に示されるような棚のそれぞれに設けられ、ＲＦＩＤ読取装置１００の出力がそれぞれのアンテナ装置の金属板１２に供給される。ここで、衣類等の積載物が多い場合、より深く板１１が下に沈んでおり、その結果、送信出力が大きくなり、一方、積載物が少ない場合や無い場合は、板１１が下に沈む程度は少なくなり、その結果、送信出力は小さくなる。これにより、読取誤動作のない確実なＲＦＩＤタグの読み取りが可能となる。また、ＲＦＩＤ読取装置１００が送信出力の制御機能がなくとも、アンテナ装置の機能だけで、積載物の重量に応じた送信出力による確実な読み取りを行うことができる。
【００２３】
以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２４】
１，２，３，４…アンテナ装置、１１…板、１２…金属板、１３…スポンジ、１３’…ばね、１４…発泡スチロール、１４’…スポンジ、１４”…柱、１５…金属板、１００…ＲＦＩＤ読取装置、Ｔ…ＲＦＩＤタグ、Ｓ…商品。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００６−４８１０８号公報

【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これによりアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置であって、
第１金属板と、
前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層と、
前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板と、
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１金属板と同じ大きさの板部材であり、前記第２金属板を含み、前記伸縮層の上に積層して設けられる板部材を更に有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記伸縮層は、スポンジ層を含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記伸縮層は、ばね部材を含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記伸縮層は、ばね部材と柱部材を含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記伸縮層は、発泡スチロール層を含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
ＲＦＩＤタグと通信を行なう通信装置と、上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これにより前記通信装置からのアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置を具備する通信システムであって、
前記アンテナ装置は、
第１金属板と、
前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層と、
前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板と、
を具備することを特徴とする通信システム。
【請求項８】
ＲＦＩＤタグと通信を行なう通信装置と、上方から与えられる重量に応じて二つの金属板の間隔が変化することでアンテナ特性が変化し、これにより前記通信装置からのアンテナ出力を制御することができるアンテナ装置を有する通信システムにおける通信方法であって、
前記アンテナ装置は、第１金属板と、前記第１金属板の上に積層して設けられ、上方から与えられる重量がなければ所定厚さを保ち、上方から重量が与えられればこの重量に従って厚さが圧縮され、前記上方からの重量がなくなれば前記所定厚さに戻る伸縮層と、前記伸縮層の上に積層して設けられる第２金属板を有しており、
前記ＲＦＩＤタグが添付された物品の重量が大きくなると前記伸縮装置が圧縮されることで前記第１金属板と前記第２金属板が近づくことにより、前記アンテナ装置の通信特性が向上して、前記ＲＦＩＤタグへの送信出力が増加することを特徴とする通信方法。

【図１】