CN108063314A - 通信终端及信息处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明获得一种结构简单、能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离的通信终端及信息处理系统。信息处理系统包括读写器(50A)、通信终端(60A)、及无线IC标签(1A)。通信终端(60A)包括电场型的第一天线部(61)、磁场型的第二天线部(62)、以及将天线部(61)和天线部(62)进行电连接的连接部(63)，并被收纳在笔型壳体(64)内。第一天线部(61)通过电场与读写器(50A)的天线(53)进行耦合，第二天线部(62)通过磁场与无线IC标签(1A)进行耦合。使第二天线部(62)接近无线IC标签(1A)，从而使读写器(50A)与无线IC标签(1A)进行通信。
Description
本申请是下述申请的分案申请:
发明名称:通信终端及信息处理系统
申请日:2010/11/1
申请号:201080046806.4(PCT/JP2010/069416)
技术领域
本发明涉及通信终端、特别是能用于RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)系统的通信终端、以及包括该通信终端的信息处理系统。
背景技术
以往，作为物品的管理系统，开发有使产生感应电磁场的读写器与附加在物品上的存储有规定信息的无线标签以非接触方式进行通信、以传输信息的RFID系统。作为这种RFID系统的一个示例，专利文献1中记载了一种信息处理系统，该信息处理系统使RFID装置(无线IC标签)内置于输入笔的内部，在该RFID装置与信息处理装置(读写器)处于能通信的范围内的情况下，信息处理装置读取RFID装置的信息，从而识别笔的使用者或识别用笔写出的字符。
然而，所述信息处理系统会产生以下问题：即，所述系统的动作条件是RFID装置(无线IC标签)与读写器处于能通信的范围内，由于在HF频带或UHF频带的高频下通信距离较短，因此，只能在极近的距离内进行通信。
此外，在专利文献2中记载了一种具有多个与主机进行通信的便携式终端以进行书店的库存管理的库存管理系统。但是，该便携式终端内置有电池和信号处理电路，具有结构复杂且外形较大的问题。
专利文献1：日本专利特开2003－99184号公报
专利文献2：日本专利特开2001－240217号公报
发明内容
因而，本发明的目的在于，提供一种结构简单、能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离的通信终端及信息处理系统。
为了达到所述目的，作为本发明的第1方式的通信终端的特征在于，
所述通信终端包括第一天线部、第二天线部、以及将所述第一天线部与所述第二天线部进行电连接的连接部，
所述第一天线部和所述第二天线部分别对一个信息处理系统所使用的信号进行处理，
将由所述第一天线部接收到的信号从所述第二天线部进行发送，将由所述第二天线部接收到的信号从所述第一天线部进行发送。
作为本发明的第2方式的信息处理系统的特征在于，
所述信息处理系统包括读写器、通信终端、及无线IC标签，
所述通信终端包括第一天线部、第二天线部、以及将所述第一天线部与所述第二天线部进行电连接的连接部，
所述第一天线部与所述读写器进行通信，
所述第二天线部与所述无线IC标签进行通信，
利用所述读写器来读取储存在所述无线IC标签中的信息。
所述通信终端中，第一天线部与第二天线部相互电连接，第一天线部与读写器进行通信，第二天线部与无线IC标签进行通信。即，由于通信终端介于读写器与无线IC标签之间，因此，即使将读写器和无线IC标签配置成隔开仅靠它们自身无法进行通信的距离，也能进行通信。此外，通信终端无需电池和信息处理电路，能形成简单的结构。
根据本发明，由于通信终端介于无线IC标签与读写器之间，因此，能延长通信距离。
附图说明
图1是表示作为实施例1的信息处理系统的立体图。
图2是表示无线IC标签的线圈状天线的层叠结构的立体图。
图3是表示通信终端的第二天线部的变形例1的立体图。
图4是表示通信终端的第二天线部的变形例2的立体图。
图5是表示通信终端的第二天线部的变形例3的立体图。
图6是表示通信终端的第二天线部的变形例4的立体图。
图7是表示无线IC标签的变形例1的立体图。
图8是表示图7所示的无线IC标签和增益天线的立体图。
图9(A)、图9(B)均是表示无线IC标签的变形例2、3的等效电路图。
图10是表示无线IC标签的变形例4的立体图。
图11是表示无线IC标签的变形例5的立体图。
图12是表示无线IC标签的变形例6的立体图。
图13是表示通信终端的变形例1的立体图。
图14是表示通信终端的变形例2的立体图。
图15是表示作为实施例2的信息处理系统的立体图。
图16(A)、图16(B)均是表示作为实施例3的信息处理系统的立体图。
图17是表示作为实施例4的信息处理系统的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明所涉及的通信终端及信息处理系统的实施例。另外，在各图中，对于相同的构件和部分标注相同的标号，省略其重复说明。
(实施例1，参照图1及图2)
如图1所示，作为实施例1的信息处理系统100A包括读写器50A、多个通信终端60A、及无线IC标签1A。读写器50A包括含有信息处理电路等的主体51、及利用信号线52与该主体51相连接的电场型天线53。
通信终端60A起到作为笔型读写器的功能，其包括第一天线部61、第二天线部62、以及将两者进行电连接的连接部63，这些构件收纳在筒状的壳体64内，第二天线部62配置在壳体64的前端部。第一天线部61是电场型的偶极子天线，通过电场与读写器50A的天线53进行耦合。第二天线部62是磁场型的环形天线，如以下详细说明的那样，通过磁场与无线IC标签1A的线圈状天线20A、20B进行耦合。第二天线部62形成为面积与无线IC标签1A的天线20A、20B的总面积基本相等的环形形状。
无线IC标签1A包括对规定频率的收发信号进行处理的无线IC芯片10、及两个线圈状天线20A、20B。无线IC芯片10包含时钟电路、逻辑电路、存储器电路等，存储所需的信息，在背面设置有未图示的一对输入输出端子电极。
线圈状天线20A、20B是将导体卷绕成线圈状而构成的，线圈状天线20A、20B各自的一端与无线IC芯片10的输入输出端子电极进行电连接，线圈状天线20A、20B各自的另一端彼此进行电连接。这些天线20A、20B各自的卷绕轴在俯视下配置在不同的位置上，且卷绕方向相同。参照图2，如以下所说明的那样，天线20A、20B通过将形成于基板21中的多个线圈导体进行层叠而构成，无线IC芯片10安装在基板21上。
该信息处理系统100A中，利用通信终端60A的第一天线部61来接收从读写器50A的天线53辐射出的高频(HF频带、UHF频带或其以上的高频带)，并将其经由连接部63传输到第二天线部62。然后，通过使配置在壳体64的前端部的第二天线部62与无线IC标签1A接近，使得基于从第二天线部62辐射出的规定频率的信号的磁通贯穿线圈状天线20A、20B，从而在该天线20A、20B中有电流流过。即，第二天线部62与天线20A、20B进行电磁耦合。该电流提供给无线IC芯片10，以使无线IC芯片10进行动作。
另一方面，来自无线IC芯片10的响应信号从线圈状天线20A、20B辐射到第二天线部62，该信号经由连接部63提供给第一天线部61，由读写器50A的天线53接收，并由主体51读取。
即，在本实施例1中，由于第一天线部61及第二天线部62分别对例如UHF频带RFID系统之类的一个信息处理系统100A所使用的信号进行处理，且通信终端60A介于读写器50A与无线IC标签1A之间，因此，即使将读写器50A和无线IC标签1A配置成隔开仅靠它们自身无法进行通信的距离，也能进行通信。特别是，由于读写器50A的天线53与通信终端60A的第一天线部61通过电场进行耦合，因此，能进行较长距离的通信。而且，读写器50A的天线53能使用已有的电场型天线。此外，由于无线IC标签1A的天线20A、20B与第二天线62通过磁场进行耦合，因此，磁场的衰减比电场要大，可在近距离内进行通信，从而，即使存在多个无线IC标签1A，也能可靠地读取特定的标签1A。此外，由于通信终端60A通过无线与读写器50A进行耦合，因此，能利用多个通信终端60A同时读取多个无线IC标签1A。
第一天线部61与第二天线部62经由连接部63进行直流连接，因此，能高效地传输信号。不过，两者的连接也可以是电磁耦合之类的无线连接。此外，通信终端60A包括天线部61、62和连接部63，无需电池之类的驱动用电源及其周边电路、以及蓝牙(商标)之类的无线通信器，能使通信终端60A外形较小且廉价。此外，由于将第二天线部62配置在壳体64的前端部，因此，能容易使第一天线部61与第二天线部62进行耦合。
通信终端60A是笔型，用手保持壳体64，使其与成为读取对象的无线IC标签1A接近，从而与无线IC芯片10进行通信。人体有时也起到作为与电场进行耦合的天线的功能。因而，若将第一天线部61配置在用手指握住的部分，则人体也起到作为天线的作用，第一天线部61的灵敏度提高。
通信终端60A的笔型壳体64也可以构成为除具有单纯作为RFID系统的通信终端的功能以外、还具有实际功能的物品。例如，通信终端60A本身可以是圆珠笔，也可以是移动电话。
关于无线IC标签1A，由于线圈状天线20A、20B彼此的卷绕方向相同，因此，各天线20A、20B中产生的电流不会相互抵消，能量传输效率提高。即，第二天线部62与天线20A、20B之间的通信距离得到延长。此外，由于以层叠结构来形成天线20A、20B，并将天线20A、20B各自的线圈导体形成于在俯视下重叠的位置，从而能增大线圈的开口面积，交叉的磁通变多，因此，通信距离进一步增加。
优选为无线IC芯片10的阻抗的虚部和线圈状天线20A、20B的阻抗的虚部在通信所使用的信号的频率下呈共轭的关系。即，优选为线圈状天线20A、20B的谐振频率处于使用频率附近。进一步优选为阻抗的实部一致。
特别是，若使线圈状天线20A、20B为层叠型且具有较大的开口部，则能实现外形较小并获得较大的电感值，进而使无线IC标签1A本身也小型化。通过将使用频率设为950MHz附近的短波长，则能进一步使外形变小。在对通信使用UHF频带的频率的情况下，作为无线IC标签1A，能集中在例如长3.2mm、宽1.6mm、高0.5mm的尺寸内。
此处，参照图2，对线圈状天线20A、20B的层叠结构的一个示例进行说明。基板21是在多块片材上形成电极、导体、及通孔导体并进行层叠而形成的基板。在第1层上形成有与无线IC芯片10的输入输出端子电极进行连接的电极31a、31b，在第2层至第4层上形成有线圈导体32a、32b、33a、33b、34a、34b，在第5层上形成有连接用线圈导体35。线圈导体32a、32b～34a、34b经由通孔导体36a、36b连接成线圈状，以形成天线20A、20B，天线20A、20B各自的另一端经由通孔导体37a、37b与线圈导体35的两端相连接。此外，天线20A、20B的一端经由通孔导体38a、38b与电极31a、31b相连接。
基板21的各片材可以用一般的介电常数为3～4的树脂来形成，但优选为用介电常数比这还要高的材料来形成。例如介电常数为7以上的陶瓷。
通过使线圈状天线20A、20B为层叠型，除了能增大开口部以外，还能力图实现动作的稳定性。即，由于所述线圈导体间的电容由线圈导体间的材质(片材的材质)来确定，因此，无线IC标签1A的粘贴对象物品的介电常数的影响较少(寄生电容不易产生变动)，线圈的电感值的变化较小。因此，谐振频率的变化较小，通信距离稳定。特别是，通过对基板21使用高介电常数的材料，从而基板21内的线圈的阻抗基本确定，不易受到来自使用环境的影响。
(第二天线部的各种变形例，参照图3～图6)
通信终端的第二天线部能变形为各种形状，以下示出其变形例1～4。首先，如图3所示，第二天线部也可以是形成为平板状的电场型的天线62A、62B，而不是环形形状。由于无线IC标签1A的线圈状天线20A、20B分成为两个，因此，在各天线20A、20B中产生电位差，从而产生电场。因此，即使是电场型的形成为平板状的天线62A、62B，也能使其动作。另外，在使用电场型的天线62A、62B作为第二天线部的情况下，也可以使无线IC标签的天线为电场型。
如图4所示，第二天线部也可以是多匝的环形形状的磁场型的天线62C。由于磁场的强度增强，因此，能延长通信距离。
如图5所示，第二天线部也可以与所述线圈状天线20A、20B同样，包括第1线圈状天线62D和第2线圈状天线62E。线圈状天线部62D、62E各自的一端经由连接部63与第一天线部61进行电连接，线圈状天线部62D、62E各自的另一端彼此进行电连接。而且，天线部62D、62E各自的卷绕轴在俯视下配置在不同的位置，且卷绕方向相同。
该线圈状天线62D、62E中，由于卷绕方向相同，因此，能起到与所述线圈状天线20A、20B相同的作用效果，提高与无线IC标签1A通信时的能量传输效率，延长通信距离。此外，还有助于通信终端60A的小型化。另外，在使用变形例3的天线62D、62E的情况下，作为无线IC标签，不一定需要使用两个线圈状天线。
如图6所示，也可在连接部63(即，第二天线部62与第一天线部61之间)设置由电感器L1、L2和电容器C所构成的匹配电路。由于能取得在使用频率下的阻抗匹配，因而能提高第一天线部61与第二天线部62之间的能量传递效率，即使在较小的功率下也能延长通信距离。此外，也可使用除图6所示电路结构以外的电路结构来作为匹配电路。
(无线IC标签的各种变形例，参照图7～图12)
接下来，对无线IC标签的各种变形例进行说明。图7所示的无线IC标签1B中，在内置有天线20A、20B的基板21的表面(下表面)形成有与天线20A、20B分别相对的外部电极23A、23B。其它结构与所述无线IC标签1A相同。通过设置外部电极23A、23B，能将无线IC标签1B焊接到印刷布线基板等物品上。
此外，无线IC标签1B中，如图8所示，也可以将弯曲状的增益天线24A、24B与外部电极23A、23B进行连接。增益天线24A、24B是电场辐射型，但也可以是环形形状的磁场辐射型的增益天线。
图9(A)所示的无线IC标签1C中，将设置于所述无线IC标签1B的外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B进行电连接。此外，也可以如图9(B)所示，使电容C1、C2介于外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B之间。
如图9(A)所示，若将外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B直接进行电连接，则能简单地确定两者的电位关系，容易将外部电极23A、23B的阻抗设计成各种值。此外，如图9(B)所示，若经由电容C1、C2进行连接，则由于外部电极23A、23B不是与无线IC芯片10直接连接，因此，能保护无线IC芯片10不受静电侵入。
此外，例如，如图10所示，无线IC标签的天线也可以不是两个线圈状天线，而是1匝的一个线圈状天线20C。也可以如图11所示，是多匝的一个线圈状天线20D。此外，也可以如图12所示，是形成于1块薄膜24的表面和背面的线圈状天线25。即，也可以在薄膜24的表面形成卷绕多次的线圈导体25a，使其端部25a’在薄膜24的背面露出以与线圈导体25b进行连接，并使该线圈导体25b在薄膜24的表面露出以与线圈导体25c进行连接。
另外，虽然未图示，但无线IC标签的天线20A、20B可以是卷绕数互不相同的天线，也可以是尺寸互不相同的天线。此外，线圈状天线的个数也可以是3个以上。例如，也可以使又一个线圈状天线介于线圈状天线20A与20B之间。
(通信终端的变形例1，参照图13)
如图13所示，关于所述通信终端60A，也可以利用铁氧体材料65包覆连接部63。连接部63的线路或其他接地导体有时会成为电场型天线的一部分而影响辐射特性。通过用铁氧体材料65包覆连接部63，能使第一天线部61与第二天线部62分离，使电场型的第一天线部61具有与设计相同的辐射特性。
(通信终端的变形例2，参照图14)
如图14所示，关于所述通信终端60A，第一天线部61也可以是电场型的单极天线。第一天线部61的下半部分构成为被圆筒形的接地电极68所覆盖的同轴线路，环形形状的第二天线部62的一端与第一天线部61的下端相连接，其另一端与接地电极68相连接。
由于单极天线与所述偶极子天线不同，由一根导体形成，因此，能使通信终端60A构成得外形较细又简单，从而抑制制造成本。此外，由于下半部分被接地电极68所覆盖，因此，即使手持下半部分，作为天线的特性变化也较小。
(实施例2，参照图15)
如图15所示，作为实施例2的信息处理系统100B包括：具有磁场型的环形天线54的读写器50B；将第一天线部作为磁场型的环形天线61B的通信终端60B、及无线IC标签1A。其它结构与所述信息处理系统100A相同，其作用效果也相同。特别是，在该信息处理系统100B中，即使读写器的天线是磁场型，也能使其进行动作。
(实施例3，参照图16)
作为实施例3的信息处理系统100C中，如图16(A)、图16(B)所示，使读写器50A的天线55为外形较小的电场型天线，以将其收纳在托架56内，并使天线55能与第一天线部61相邻地插入到通信终端60C的壳体64内。如图16(A)所示，通过将天线55安装于通信终端60C，从而能使天线55与第一天线部61在接近的状态下进行可靠的通信。另一方面，如图16(B)所示，通过将天线55从通信终端60C取出，从而与所述信息处理系统100A同样，能在远处进行通信。
另外，也可以使读写器50的主体51的外形变小，以将其收纳在托架56内，或者粘贴于壳体64等，从而将读写器50和通信终端60C一体化。
(实施例4，参照图17)
作为实施例4的信息处理系统100D中，如图17所示，将连接器57连接在读写器50A的信号线52的前端，并使该连接器57与连接于连接部63的延长部分的插座66可装卸。通过将连接器57与插座66进行连接，也能用有线来连接读写器50A与通信终端60A，能进行稳定的通信。
(其他实施例)
另外，本发明所涉及的通信终端及信息处理系统不限于上述实施例，在其要点的范围内可以进行各种变更是毋庸置疑的。
例如，在上述实施例中，在形成有天线的基板上安装有无线IC芯片，但也可以在该基板内安装无线IC芯片。此外，也可以在无线IC芯片的再布线层内形成天线。此外，以该通信终端为对象的信息处理系统不限于UHF频带RFID系统，也可以是HF频带RFID系统等其他通信系统。
工业上的实用性
如上所述，本发明适用于通信终端及信息处理系统，特别是在能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离这一点上较为优异。
标号说明
1A、1B、1C…无线IC标签
10…无线IC芯片
50A、50B…读写器
53、54、55…天线
60A、60B、60C…通信终端
61、61B…第一天线部
62…第二天线部
63…连接部
64…壳体
65…铁氧体材料
100A、100B、100C、100D…信息处理系统
Claims (9)
1.一种信息处理系统，其特征在于，
所述信息处理系统包括读写器、通信终端、及无线IC标签，
所述通信终端包括电场型的第一天线部、磁场型的第二天线部、以及将所述第一天线部与所述第二天线部进行电连接的连接部，
所述无线IC标签具备线圈状天线，
所述第一天线部和所述第二天线部分别对一个信息处理系统所使用的信号进行处理，
将由所述第一天线部接收到的信号从所述第二天线部进行发送，将由所述第二天线部接收到的信号从所述第一天线部进行发送，
所述第一天线部、所述第二天线部、及所述连接部收纳在壳体内，
所述壳体形成为筒状，所述第二天线部配置于该壳体的前端部，所述第一天线部配置于所述第二天线部的后方，
构成为能由人来保持，并使前端部与读取对象相接近，
第一天线部通过电场与读写器进行耦合，
第二天线部通过磁场与无线IC标签的所述线圈状天线进行耦合,
仅以多个无线IC标签中的特定无线IC标签为读取对象。
2.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述信息处理系统包括多个所述通信终端。
3.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述第二天线部配置于壳体的端部，使第二天线部接近所述无线IC标签来读取储存在该无线IC标签内的信息。
4.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述读写器的天线相对于所述壳体可装卸。
5.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述第一天线部是偶极子天线。
6.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述第二天线部是环形天线。
7.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述连接部具有匹配电路。
8.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述连接部进行直流连接。
9.如权利要求1所述的信息处理系统，其特征在于，
所述连接部被铁氧体包覆。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20180522 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |