Rfid标签读取系统以及rfid标签读取方法

专利名称：Rfid标签读取系统以及rfid标签读取方法
技术领域：
本发明涉及可以很容易地设定RFID标签能够读取的读取区域的 形状的RFID标签读取系统以及RFID标签读取方法。
背景技术：
RFID标签包括IC芯片和连接在该IC芯片上的标签天线而构成， 有不包括电池的无电池式和包括电池的电池式。无电池式的RFID标 签的工作例子，例如，是当搭起读取装置的天线而发送规定的询问波 时，从RFID标签发送表示存储在IC芯片内的标识符数据的应答波， 由于读取装置将该应答波解调，因此能够以非接触的方式进行标识符 数据的读取。
由于无电池式的RFID标签从读取装置发射的电波获取工作电 力，因此没有因电池的剩余容量匬乏而耗尽寿命的情况，另外，由于 不具备体积大的电池，因此具有小型轻量且便宜的优点。但是，由于 依存于由外部付与动作电力的电磁能量，因此在使其工作时，必须照 射较大强度的电磁波。
我们见过以UHF带以上的频率，例如，2.45GHz带为通信频率 的RFID标签的读取装置，作为用于发送接收电磁波的读取天线而具 备贴片天线的。这时，由于嵌入式的大小约为5cm左右，因此为了扩 大能够读取的范围，考虑增加嵌入式的数量。但是， 一旦增加嵌入式 的数量，就出现如下的问题(1)虽然在远处的收益提高，但由于能 够读取的范围变窄，另外，按照嵌入式的数量供给的高频电力分散， 因此在近处的电磁场强度变弱。(2)由于嵌入式彼此的间隙增加，因 此在近处，由于该间隙而使得不灵敏区增加。因此，希望可以很容易 地设定RFID标签能够读取的读取区域的形状。
以往，已知有如下的"读取/记录天线"，即，用方形的4个环形 天线将收发信区域分割成4份，使分割成4份的各个环形天线的电流 相位各错开90。，从而用驱动电力的频率使发生的磁场旋转，以緩和 环形天线固有的定向性，同时提高4个环形天线的发射电场强度的均 匀性，以减少由标签的朝向造成的不能收发信区域，并且，谋求抑制 来自于读取/记录天线的电磁发射(例如，参照特开2004- 199226号 公报(段落0018图3))。
另外，还知道如下的"天线装置"，即，在沿着无线标签的移动方 向的侧平面上，以在侧平面上不重合的方式，在第1以及第3平面贴 片天线移动方向的前侧上下并列地配置第1~第3平面贴片天线，同 时在移动方向的后侧以接近第1以及第3平面贴片天线的方式配置第 2贴片天线，以使得当从无线标签的移动方向看时，可以看到第1以 及第3平面贴片天线和第2平面贴片天线的一部分重合(例如，参照 特开2004 - 266549号公报(段落0014~ [0015、图3 ))。
但是，在所述"读取/记录天线，，(JP - A - 2004 - 199226 )中，由 于必须将提供给以相邻的方式配置的环形天线的电流的相位错开，因 此即便使用多个环形天线，也只能形成平面形状。因此，存在天线附 近的可通信区域的形状只能形成平面形状的问题。另外，由于构成该 "读取/记录天线"的天线的形式只限于环形，因此在用超过30MHz左 右的频率使用时，必须由微小且庞大的数量的环形天线构成，存在很 难制造以及实用的问题。
另外，由于所述"天线装置"是谋求沿着一定方向即直线地移动的 无线标签在通过规定宽度时，接收第1~第3天线的任意一个的电磁 波，并消除从无线标签的移动方向看时的不灵敏区的，因此存在不能 设定所需的读取区域，并且不能构成读取存在于该读取区域内的无线 标签的问题。
进而，在所述"天线装置"的一例中，设为向各平面贴片天线传送 通过频率分割、时间分割、或符号分割而复用的高频信号，在所述"天 线装置"的另 一例中，设为由切换器将来自于1个询问器的高频信号切
换到多个平面贴片天线。即，由于具备多个询问器或1个切换器，并 进行信号的复用和切换，因此存在必须进行复杂的控制的问题。

发明内容
本发明是鉴于所述问题而实施的，其目的在于提供可以很容易地
将作为RFID标签能够读取的区域的读取区域形成为所需的形状的 RFID标签读取系统以及RFID标签读取方法。
为了达成所述目的，本发明的RFID标签读取系统，是从当以电
波的RFID标签中读取规定数据的RFID标签读取系统，具备读取装 置，和包括第l至第3天线的天线系统，并设为如下的结构，即，第 1天线由供电线连接在读取装置上，第2天线配置成其发射方向与第1 天线的发射方向正对，第3天线通过第2供电线与第2天线连接。关 于其具体的技术思想，通过本发明的各实施方式的说明详细地体现。
根据本发明，可以提供能够很容易地将能够与RFID标签进行通 信的区域设定成所需的形状的RFID标签读取系统以及RFID标签读 取方法。


图1是展示本发明的第1实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
图2是展示本发明的第2实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
图3是展示本发明的第3实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
图4是展示本发明的第3实施方式的RFID标签读取设备的平面图。
图5是沿着图4所示的X3-X3方向看本发明的第3实施方式的 RFID标签读取设备的配置草图。
图6是展示本发明的第4实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
图7是展示本发明的第5实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
图8是展示本发明的第5实施方式的RFID标签读取设备的平面图。
图9是展示本发明的第6实施方式的RFID标签读取设备的配置 立体图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细地说明本发明的各实施方式。 再者，以后说明的第1~第6实施方式的RFID标签读取设备l-6，是实现本发明的RFID标签读取系统的一例，是向规定的读取区域 内发送电磁波，或者使其产生电磁场，根据该电磁波或电磁场，接收 由存在于该读取区域内的RFID标签(图未示)发送的电磁波或者产 生的电磁场，从而以非接触的方式从该RFID标签读出数据的。 (第1实施方式)
图1是展示本发明的第1实施方式的RFID标签读取设备1的配 置立体图。
该RFID标签读取设备1具备读取装置10，和连接在该读取装置 IO上的天线系统Al。
该RFID标签具有当接收到从天线系统Al发射的询问波时，与 之相对应地发射表示储存在该RFID标签内或者由其生成的数据的应 答波的功能。在从RFID标签发送的数据中，包括单一地表示各个 RFID标签的标识符的数据。
RFID标签，例如，是在本申请人开发以及进行制造的ji-chip(登 录商标)等RFID标签用的IC芯片上连接标签天线而制造的。
RFID标签可以釆用作为电源而具备电池的。该RFID标签自觉 地，即，即便没有接收询问波，也在规定的周期内发射应答波。这时，
读取装置10也可以没有用于输出询问波的发送功能。
读取装置10可以采用与现有的RFID标签读取装置相同的，只 是，代替内置天线，在筐体上设置有高频输入输出用的SMA形等同 轴连接器(插口、插座)(图未示)。读取装置10操作由按钮构成的 操作部10b，从而可以进行RFID标签的读取等各种手动控制。另夕卜， 读取装置IO在由液晶显示装置等构成的显示部10a上显示读取的数据 的内容、读取装置IO自身的动作状况等。
供电线FOl、 F23是能够低损耗地传送高频电流的通信线路，例 如由同轴电缆构成。这些供电线FOl、 F23的两端，由与所述读取装 置10的连接器种类相同但性别不同的同轴连接器(插头)终端。所谓 的"性别"不同，是指"插入侧"和"被插入侧"的关系。供电线F01的特 性阻抗ZO，例如是Z0-50[Q，所述连接器之类也与其匹配。在采用 毫米波带等更高频率的电磁波时，可以采用波导管或NRD波导管(非 发射性介质线路；Nonradiative Dielectric Waveguide )等。供电线FOl 的一端连接在读取装置10上，另一端连接在第1天线11上。
由于第l天线ll、第2天线12以及第3天线13是相同的结构， 因此以第1天线11为例进行说明，但只要满足后述的必要条件，不一 定必须釆用同样的天线形式的。
第1天线11是典型的贴片天线。除此之外，只要是单一定向性 的，具有适当宽度的主瓣，副瓣较小，前后之比较大(向后方的辐射 较小)，极化面或旋转方向可以控制的天线，都可以适当地代用。作 为其一例，可以列举贴片天线、八木.宇田天线、端射式螺旋天线、抛 物面天线、隙缝天线、电磁透镜等。另外，根据条件，还可以考虑采 用环形天线、侧射式螺旋天线、偶极天线、折叠偶极天线、或套筒天 线。
第1天线11由由介质构成且表背面是平行平面的基板、形成在 基板的一面(表面)上的嵌入式元件，和形成在基板的另一面(背面) 上的接地板构成。具有嵌入式元件的方向是电磁波的发射方向。基板 由玻璃纤维强化环氧树脂板等介电常数为已知的材质构成，嵌入式元 件以及接地板由铜板或铝板等高频良导体构成。
在第1天线11的背面，设置有与读取装置10同样的插座(图未
示)，并连接着供电线FOl。插座的中心导体与嵌入式元件的规定的
部位连接，以使得第l天线ll的极化特性成为所需的特性，另外，外 部导体与接地板连接。
第2天线12配置成相对于第1天线11的表面彼此相对。更准确 地说，配置成第2天线12的发射方向和第1天线11的发射方向在同 轴上相对。换言之，只要当第1天线11和第2天线12的距离为恒定 时，收发信灵敏度最高即可。第2天线12通过供电线F23与第3天 线13连接。
其次，对于RFID标签读取设备1的动作例说明其概要。 当操作读取装置IO，进行读取动作时，读取装置10通过供电线 F01向第1天线11送出规定的高频电流。当将该高频电流提供给第1 天线11时，从第1天线11向第2天线12发射电磁波。该电磁波是使 RFID标签工作的询问波。由此，规定的读取区域Ell内的电磁场的 强度达到规定值以上，可以使存在于读取区域Ell内的RFID标签工 作。
当第2天线12接收到该询问波时，再次从电磁波变换成高频电 流，并通过供电线F23向第3天线13送出。当第3天线13被输入该 高频电流时，发射所述询问波。由此，规定的读取区域E12内的电磁 场的强度达到规定值以上，可以使存在于读取区域E12内的RFID标 签工作。
(1) 当从第l天线ll发射的询问波被存在于读取区域Ell内的 RFID标签接收时，从该RFID标签发射的应答波被第1天线11接收， 并将表示该应答波的高频电流输入读取装置10。读取装置10将该高 频电流解调，并读取该RFID标签的标识符等数据。
(2) 当从第3天线13发射的询问波被存在于读取区域E12内的 RFID标签接收时，从该RFID标签发射的应答波被第3天线13接收， 并将表示该应答波的高频电流通过供电线F23发送给第2天线12，再
次变成电磁波，然后被第l天线ll接收。以后，与(l)的情况相同。
根据第1实施方式的RFID标签读取设备1，由于可以相对于第 1天线11以及第2天线12独立地决定第3天线13的相对位置，因此 能够以较高的自由度配置由第1天线11以及第2天线12决定的第1 读取区域，和由第3天线13决定的第2读取区域。另外，由于从第l 天线ll发射的电磁波的能量的一部分再次从第3天线13发射，因此 即便是相同的天线功率，也能够实质性地扩大天线附近区域的读取范 围。
(第2实施方式)
图2是展示本发明的第2实施方式的RFID标签读取设备2的配 置立体图。
该RFID标签读取设备2是在第1实施方式的RFID标签读取设 备1中，代替天线系统Al而具备天线系统A2的结构。
天线系统A2将天线系统A1的第3天线13的发射方向设为与第 2天线12平行且相同的方向，并且具有与第3天线13正对的第4 天线14，通过供电线F45与第4天线14连接、且具有与第4天线14 平行且相同方向的发射方向的第5天线15，和与第5天线15正对的 第6天线16。虽然只图示到第6天线16，但也可以将更多的天线(图 未示)以同样的方式后续连接。
根据该结构，通过由第1天线11和第2天线12构成的天线对形 成读取区域E21。同样地，通过由第3天线13和第4天线14构成的 天线对形成读取区域E22。同样地，通过由第5天线15和第6天线 16构成的天线对形成读取区域E23。通过缩小这些天线对的相互间隔， 可以形成连结读取区域E21、 E22、 E23的读取区域E2，并减少不灵 敏区。
通过就每个正对的天线的组，改变嵌入式元件的供电点的位置、 嵌入式元件的形状或尺寸，对于发射的电磁波，只要改变圆偏振波/ 直线偏振波、旋转方向/极化方向，不拘泥于采用同样的频率的信号， 就可以抑制RFID标签的相邻的读取区域间的干扰。
根据第2实施方式的RFID标签读取设备2，与第1实施方式的 RFID标签读取设备1相比，可以进一步提高读取区域的配置的自由 度。另外，由于天线的数量增加了，因此能够进一步实质性地扩大天 线附近区域的读取范围。 (第3实施方式)
图3是展示本发明的第3实施方式的RFID标签读取设备3的配 置立体图。另外，图4是展示该RFID标签读取设备3的平面图。图 5是沿着图4所示的X3 — X3方向看该RFID标签读取设备3的配置 草图。
该RFID标签读取设备3是在第2实施方式的RFID标签读取设 备2中，去掉第5天线15以及第6天线16,在第1天线11以及第2 天线12之间配置导向器21，在第3天线13以及第4天线14之间配 置导向器22,在供电线45上连接终端电阻30的结构。
终端电阻30是所谓的仿真负栽，包括显示供电线F45以及第4 天线14的特性阻抗ZO的纯电阻值的无感电阻元件，和从该无感电阻 元件放热的散热器而构成(都未图示)。在相同电阻值中包括实质上 相同的电阻值。因而，第4天线14接收的电磁波的能量，都被终端电 阻30作为热能而消耗，不会产生从终端电阻30到第4天线14的反射 波。这时，由于从读取装置IO输出的高频电流的能量中过剩的能量， 最终被终端电阻30消耗，因此即便提高读取装置10的输出，也可以 减弱泄漏到RFID标签读取设备3外的电磁波的强度。
代替设置终端电阻30，也可以将供电线F45的终端开路(即， 保持切断的状态)，或者将终端短路。这时，特别是当RFID标签在 第4天线14的附近时，来自于RFID标签的应答波被第4天线14反 射，在第3天线13受到的强度变得更高。因此，便很容易用读取装置 10识别从RFID标签发射的微弱的应答波。
导向器21其电长度比通信波(询问波以及应答波)的1/2波长 稍微短一些，将偶极子形的多个零件21e以约1/4波长间隔沿着第1 天线11的发射方向排列多个。导向器21也可以挪用与RFID标签读
取设备3相同的波长的八木.宇田天线的导向器部分而构成。另外，代 替以第1天线11为基准，也可以将第2天线12作为基准，沿着第2 天线12的发射方向排列零件21e。
导向器22是沿着第3天线13的发射方向排列零件22e的，相对 于第3天线13以及第4天线14具有与所述导向器21同样的结构，并 以同样的方式工作。
这样，由于使偶极子形的零件21e以及22e的长轴方向成为水平 方向，因此第1天线11、第2天线12、第3天线13以及第4天线14， 都以成为水平偏振波的方式构成嵌入式元件。例如，也可以使第l天 线ll、导向器21、以及第2天线12向同一个方向倾斜相同的角度， 从而使极化面旋转。由此，可以调整读取区域E3，另外，还可以抑制 读取区域E3中的、由第1天线11以及第2天线12形成的区域，和 由第3天线13以及第4天线14形成的区域的干扰。
根据第3实施方式的RFID标签读取设备3，由于设置了导向器 21以及导向器22，因此如图4以及图5所示，可以在零件21e以及零 件22e周围产生均匀的电磁场，并可以形成电磁场的范围更大、强度 更稳定的读取区域E3。 (第4实施方式)
图6是展示本发明的第4实施方式的RFID标签读取设备4的配 置立体图。
第4实施方式的RFID标签读取设备4,是在第3实施方式的 RFID标签读取设备3中，作为第2天线12,代替贴片天线而配设由 曲折偶极天线构成的辐射器23以及由偶极天线构成的反射器25,同 时作为第3天线13 ，代替贴片天线而配设由曲折偶极天线构成的辐射 器24以及由偶极天线构成的反射器26。
因而，由反射器25、辐射器23、以及导向器21形成一个八木.宇 田天线，由反射器26、辐射器24、以及导向器22形成又一个八木'宇 田天线。
这样，不限于贴片天线，而可以很好地采用多种单一定向性天线。(第5实施方式)
图7是展示本发明的第5实施方式的RFID标签读取设备5的配 置立体图，图8是展示该RFID标签读取设备5的平面图。
第5实施方式的RFID标签读取设备5，是在第4实施方式的 RFID标签读取设备4中，将读取装置10、供电线FOl、以及第1天 线ll设为一体，将其他的部分与其分离而设为一体的。像这样设为一 体的部分，也可以分别设置在台(图未示)上，或者收纳在介电常数 较小的篁体(图未示)内。
通过这样的结构，可以将读取装置IO、供电线FOl、以及第l天 线11用作可搬运型的标签读取装置，或者，也可以根据需要连结在一 起，用作具有更大的读取区域的RFID标签读取设备5。
另外，由于可以很容易地设定变更第1天线11和第2天线12的 距离，因此读取区域的设定的自由度变大。 (第6实施方式)
图9是展示本发明的第6实施方式的RFID标签读取设备6的配 置立体图。
第6实施方式的RFID标签读取设备6,是在第1实施方式的 RFID标签读取设备1中，将第3天线13配置成从第3天线13发射 的电磁波横穿第1天线11的发射方向以及第2天线12的发射方向的。
根据第6实施方式的RFID标签读取设备6，由于在读取区域中， 形成不同的行进方向或者极化的电磁场，因此即便在电磁波的收发信 方面采用存在方位依存性的RFID标签，也不会拘泥于该RFID标签 的朝向，而能够正确地进行数据的读取的概率提高。
权利要求
1.一种RFID标签读取系统，从当以电磁波的形式接收到询问波时以电磁波的形式发射含有规定数据的应答波的RFID标签中读取所述规定数据，其特征在于，具备读取装置，用高频电流输出所述询问波，并且当用高频电流输入所述应答波时，将其解调，读取所述数据；和天线系统，包括当接收到所述电磁波时输出所述高频电流、当输入所述高频电流时发射所述电磁波的第1至第3天线，其中利用第1供电线将所述第1天线与所述读取装置连接；将所述第2天线配置成其发射方向与所述第1天线的发射方向正对；利用第2供电线将所述第3天线与所述第2天线连接。
2. 如权利要求1所述的RFID标签读取系统，其特征在于 所述天线系统还包括当接收到所述电磁波时输出所述高频电流、当输入所述高频电流时发射所述电磁波的第4天线；将所述第4天线配置成其发射方向与所述第3天线的发射方向正对。
3. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，利 用第3供电线将所述第4天线与另外的天线系统连接。
4. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第4天线利用具有与该第4天线的特性阻抗相同的电阻值的电阻器 进行端接。
5. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第4天线的输入输出端被终端开路或终端短路。
6. 如权利要求1所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第1天线的发射方向和所述第3天线的发射方向平行并且相反。
7. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于 由所述第l天线和所述第2天线发送接收的电磁波的极化面或旋转方向相同；由所述第3天线和所述第4天线发送接收的电磁波的极化面或旋转方向相同。
8. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，具 备改变由所述第1天线以及所述第2天线发送接收的电磁波的相位而 使其定向性变强的第1引向器、和改变由所述第3天线以及所述第4 天线发送接收的电磁波的相位而使其定向性变强的第2引向器中的某 一个。
9. 如权利要求7所述的RFID标签读取系统，其特征在于，由 所述第1天线以及所述第2天线发送接收的电磁波的极化面或旋转方 向，和由所述第3天线以及所述第4天线发送接收的电磁波的极化面 或旋转方向不同。
10. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第l天线与所述第2天线之间的第l距离，和所述第3天线与所述 第4天线之间的第2距离不同。
11. 如权利要求1所述的RFID标签读取系统，其特征在于，将 所述第3天线配置成其发射方向横穿由所述第1天线以及所述第2天 线发送接收的电磁波。
12. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第l至第4天线中的某一个是单一定向性的天线。
13. 如权利要求12所述的RFID标签读取系统，其特征在于， 所述第1至第4天线中的某一个是嵌入式天线、八木.宇田天线、端射 式螺旋天线、抛物面天线、隙缝天线、或电磁透镜。
14. 如权利要求2所述的RFID标签读取系统，其特征在于，所 述第1至第4天线中的某一个是环形天线、侧射式螺旋天线、偶极天 线、折叠偶极天线、或套筒天线。
15. —种RFID标签读取方法，是采用从当以电磁波的形式接收 到询问波时以电磁波的形式发射含有规定数据的应答波的RFID标签 中读取所述规定数据的RFID标签读取系统的RFID标签读取方法，其特征在于所述RFID标签读取系统具备读取装置，利用第l供电线与所 述读取装置连接的第1天线，配置成其发射方向与所述第1天线的发 射方向正对的第2天线，和利用第2供电线与所述第2天线连接的第 3天线，所述读取方法包括所述读取装置用高频电流输出所述询问波的第1询问波传输工序；所述第1天线从所述读取装置输入所述询问波，并以电磁波的形式发射所述询问波的第l询问波发射工序；所述第2天线接收从所述第l天线发射的所述询问波，并将该询 问波作为高频电流而输出的第2询问波传输工序；和所述第3天线将所述询问波作为高频电流从所述第2天线输入， 并以电磁波的形式发射该询问波的第2询问波发射工序。
16.如权利要求15所述的RFID标签读取方法，其特征在于， 还包括所述RFID标签接收在所述第2询问波发射工序中发射的所述询 问波，并以电磁波的形式发射所述应答波的第l应答波发射工序；所述第3天线从所述RFID标签接收所述应答波，并用高频电流 输出该应答波的第l应答波传输工序；所述第2天线将所述应答波作为高频电流从所述第3天线输入， 并以电磁波的形式发射该应答波的第2应答波发射工序；所述第1天线接收从所述第2天线发射的所述应答波，并将该应 答波作为高频电流输出的第2应答波传输工序；和所述读取装置将所述应答波作为高频电流从所述第1天线输入，并将该应答波解调后读取所述规定数据的数据解调工序。
全文摘要
一种可以很容易地设定RFID标签能够读取的读取区域的形状的RFID标签读取系统。RFID标签读取设备(1)，是从当接收到询问波时以电磁波的形式发射应答波的RFID标签读取数据的设备，具备当以高频电流输出询问波，同时以高频电流被输入应答波时，将其解调并读取数据的读取装置(10)，和包括当接收到电磁波时输出高频电流，当被输入高频电流时发射电磁波的第1至第3天线(11、12、13)的天线系统(A1)。第1天线(11)由供电线(F01)连接在读取装置(10)上，第2天线(12)配置成其发射方向与第1天线(11)的发射方向正对，第3天线(13)通过供电线(F23)与第2天线(12)连接。
文档编号H01Q25/00GK101179158SQ200710106699
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年11月10日
发明者坂间功, 芦泽实 申请人:株式会社日立制作所