JP2001297310A - リーダライタ装置およびそれを用いた通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーダライタ装置と非接触データキャリアの
電磁誘導結合を用いた近距離通信システムにおいて、送
信電力を増大させることなく通信距離の拡大を図る。 【解決手段】 リーダライタ装置のアンテナコイル４の
形状が、アンテナコイル４により発生する磁束がアンテ
ナコイル４から離れた空間で集束するように、左右の対
向する辺が平行な直線であって、上下の対向する辺が平
行に湾曲しているものである。上記のリーダライタ装置
のアンテナコイル４を用いて磁束が集束する空間に非接
触データキャリアのアンテナコイルを配置する。この結
果、従来のようにリーダライタのアンテナコイルに沿っ
たコイル面が平面であった場合と比較して、非接触デー
タキャリアのアンテナコイルと鎖交する磁束密度が高く
なるため、非接触データキャリアのアンテナコイルで発
生する起電力は大きくなる。言い換えれば、通信距離を
延ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報が記憶された
非接触タグや非接触ＩＣカード等の非接触データキャリ
アと電磁誘導結合による近距離無線通信を行って、情報
を書き込んだり読み出したりするリーダライタ装置およ
びそれを用いた通信システム、特にリーダライタ装置の
アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非接触データキャリアは、情報化社会を
支える新しい情報処理および情報記録システムとして注
目されており、急速に市場に普及している。

【０００３】特に非接触データキャリアの近距離通信シ
ステムにおいては、国内電波法により制限されたリーダ
ライタ装置からの送信電力の規定を満足する送信電力条
件での通信距離の拡大が強く要望されている。

【０００４】以下、従来のリーダライタ装置のアンテナ
の構造について図４を参照しながら説明する。

【０００５】図４に示すように、従来のリーダライタ装
置のアンテナの形状は、アンテナコイル１の側面図も上
面図も直線であって、アンテナコイル１に沿う面が平面
になる構造となっている。

【０００６】なお、図４に示すようにリーダライタ装置
のアンテナコイル１として、一般に１重のものが用いら
れるが、多重のものであってもよい。

【０００７】次に、非接触データキャリアのアンテナの
構造について図５を参照しながら説明する。

【０００８】図５に示すように、非接触データキャリア
のアンテナの形状は、アンテナコイル２の側面図も上面
図も直線であって、アンテナコイル２に沿う面が平面に
なる構造となっている。なお、非接触データキャリアの
アンテナコイル２は、図５に示すように一般に多重のも
のが用いられているが、１重のものであってもよい。

【０００９】次に、従来のリーダライタ装置のアンテナ
コイル１と非接触データキャリアのアンテナコイル２と
の通信システムにおける配置関係を図６を参照しながら
説明する。

【００１０】なお、リーダライタ装置と非接触データキ
ャリアの回路等の部分はそれぞれのアンテナコイルに接
続されているが、発明の説明を分かり易くするため図を
省略している。

【００１１】図６は、リーダライタ装置のアンテナコイ
ル１および非接触データキャリアのアンテナコイル２
を、共に上面から見た図である。

【００１２】リーダライタ装置のアンテナコイル１およ
び非接触データキャリアのアンテナコイル２が、両アン
テナのコイルに沿う面（以後、コイル面と記す）が平行
となるように、かつ、両アンテナのコイル面の垂直方向
から見て両アンテナコイルの中心点が重なるように配置
されている。

【００１３】次に、このリーダライタ装置を用いた通信
システムについて説明する。

【００１４】このリーダライタ装置のアンテナコイル１
と非接触データキャリアのアンテナコイル２との間の通
信は電磁誘導結合、主に磁界の変化により行われる。

【００１５】まず、リーダライタ装置から非接触データ
キャリアへのデータ送信は、リーダライタ装置のアンテ
ナコイル１に与えられた送信信号により磁束３の磁界強
度を時間的に変化させ、磁束３を非接触データキャリア
のアンテナコイル２と鎖交させることにより上記送信信
号に追従した起電力の信号をアンテナコイル２に得るこ
とにより行われる。

【００１６】次に、非接触データキャリアからリーダラ
イタ装置へのデータ送信は、上記と反対に、非接触デー
タキャリアのアンテナコイル２に与えられた送信信号に
より磁束（図示せず）の磁界強度を時間的に変化させ、
磁束をリーダライタ装置のアンテナコイル１と鎖交させ
ることにより上記送信信号に追従した起電力の信号をア
ンテナコイル１に得ることにより行われる。

【００１７】上記一連の動作における非接触データキャ
リアとリーダライタ装置との最大通信距離は、１３．５
６ＭＨｚの搬送波を用いた振幅変調で、国内電波法で規
定された両アンテナコイルの最大空中線電力１Ｗ、かつ
両アンテナコイルのアンテナ絶対利得−３０ｄＢｉ以下
なる条件のもとで、約３０ｃｍである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非接触
データキャリアとリーダライタ装置により構成される従
来の通信システムでは、最大通信距離が３０ｃｍ以下で
は使い勝手が悪い場合が多い。

【００１９】例えば、通信システムを自動改札システム
へ応用した場合、荷物を持ったまま容易に通過できる使
い勝手の良い自動改札システムを構築するためには、通
信システムの最大通信距離を７０ｃｍ以上とする必要が
あるので従来の通信システムでは使用しにくい。

【００２０】さらに別の一例として、通信システムを物
流仕分けシステムへ応用した場合、通信距離を３０ｃｍ
よりさらに遠くした方がより大きな荷物の仕分けにも対
応でき、使い勝手は向上する。

【００２１】一般に、非接触データキャリアとリーダラ
イタ装置との通信システムでは、最大通信距離が拡大さ
れるほど多くの場合、より違和感のない使い勝手の良い
システムとなり、かつ通信システムの応用分野を拡大す
ることができ、より多くの利便性の良いインフラの構築
を図ることができる。

【００２２】本発明は上記課題を解決するものであり、
最大通信距離が７０ｃｍ以上にできるリーダライタ装置
のアンテナコイルの形状と、非接触データキャリアとリ
ーダライタ装置との電磁誘導結合による通信システムを
提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のリーダライタ装置は、非接触データキャリ
アと無線で情報のやり取りを行うリーダライタ装置のア
ンテナコイルの形状が、同アンテナコイルから離れた空
間において、前記アンテナコイルにより発生する磁束が
集束するように、前記アンテナコイルに沿い、前記非接
触データキャリアに対向する面が凹面であるものであ
る。

【００２４】これにより、リーダライタ装置のアンテナ
コイルより発生した磁束を集束させることができ、磁束
が集束した位置に非接触データキャリアのアンテナコイ
ルを配置することにより、磁束密度の濃い磁束と鎖交す
ることができるため、非接触データキャリアのアンテナ
コイルに強い起電力を起こすことができる。言い換えれ
ば、リーダライタ装置のアンテナコイルと非接触データ
キャリアのアンテナコイルとの距離を延ばすことができ
る。

【００２５】また、本発明のリーダライタ装置は、非接
触データキャリアと無線で情報のやり取りを行うリーダ
ライタ装置のアンテナコイルの形状が、同アンテナコイ
ルから離れた空間において、前記アンテナコイルにより
発生する磁束が集束するように、前記アンテナコイルの
１組の対向する辺が平行な直線であって、他組の対向す
る辺が平行に湾曲しているものである。

【００２６】これにより、簡単な形状でリーダライタ装
置のアンテナコイルより発生した磁束を集束させること
ができ、磁束が集束した位置に非接触データキャリアの
アンテナコイルを配置することにより、磁束密度の濃い
磁束と鎖交することができるため、非接触データキャリ
アのアンテナコイルに強い起電力を起こすことができ
る。言い換えれば、リーダライタ装置のアンテナコイル
と非接触データキャリアのアンテナコイルとの距離を延
ばすことができる。

【００２７】また、本発明の通信システムは、上記のリ
ーダライタ装置を２個用い、２個の前記リーダライタ装
置のアンテナコイルが、互いに対向する前記アンテナコ
イルに沿う曲面が凹面となるように配置され、かつ、非
接触データキャリアのアンテナコイルが、２個の前記リ
ーダライタ装置のアンテナコイルの中心線上にあって、
２個の前記リーダライタ装置アンテナコイルの中間に空
間的に配置されているものである。

【００２８】これにより、リーダライタ装置の２個のア
ンテナコイルから放射する磁束の極性を、磁束を加算す
る方向に発生させることにより、非接触データキャリア
のアンテナコイルで、集束された磁束をさらに加算した
磁束密度の濃い磁束と鎖交することができるため、非接
触データキャリアのアンテナコイルに強い起電力を起こ
すことができる。言い換えれば、リーダライタ装置のア
ンテナコイルと非接触データキャリアのアンテナコイル
との距離をさらに延ばすことができる。

【００２９】また、逆に非接触データキャリアのアンテ
ナコイルから放射された磁束は、リーダライタ装置のア
ンテナコイルのコイル面の凹面が対向するように配置さ
れているため、リーダライタ装置のアンテナコイルに鎖
交する磁束のコイル面に垂直な成分の磁束密度が高くな
るため、強い信号の起電力を起こすことができるととも
に、それぞれのリーダライタ装置のアンテナコイルによ
り発生した信号の起電力を加算することができる。言い
換えれば、リーダライタ装置のアンテナコイルと非接触
データキャリアのアンテナコイルとの距離を延ばすこと
ができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下に、本発明
における第１の実施の形態のリーダライタ装置のアンテ
ナコイルについて図１を参照しながら説明する。

【００３１】図１は、本発明のリーダライタ装置のアン
テナコイルの正面図、上面図および側面図の形状を示す
図である。

【００３２】同図に示すように、本発明のリーダライタ
装置のアンテナコイル４の形状は、アンテナコイル４か
ら離れた空間において、アンテナコイル４により発生す
る磁束が集束するように、アンテナコイル４の左右の対
向する辺が平行な直線であって、上下の対向する辺が平
行に湾曲しているものである。言い換えれば、アンテナ
コイル４に沿うコイル面が、片側の面に凹部の溝をなす
曲面の形状となっているものである。

【００３３】このアンテナコイル４の形状により、アン
テナコイル４により発生する磁束を片側で集束させるこ
とができる。

【００３４】次に、このリーダライタ装置のアンテナコ
イルを用いた通信システムを図２に示し、このアンテナ
コイルの作用効果を説明する。

【００３５】図２は、１個のリーダライタ装置と非接触
データキャリアとの通信システムにおけるリーダライタ
装置のアンテナコイル４と非接触データキャリアのアン
テナコイル２との配置関係を示す図である。

【００３６】ここで、非接触データキャリアのアンテナ
コイル２は図５で示した従来のものと同様であり、説明
を省略する。

【００３７】図２において、リーダライタ装置のアンテ
ナコイル４および非接触データキャリアのアンテナコイ
ル２はともに上面から見た図である。

【００３８】リーダライタ装置のアンテナコイル４と非
接触データキャリアのアンテナコイル２の配置関係は、
リーダライタ装置のアンテナコイル４と非接触データキ
ャリアのアンテナコイル２を、アンテナコイル４の左右
の２辺の直線部分を含む平面とアンテナコイル２の平面
であるコイル面とが平行となるように位置するととも
に、アンテナコイル２のコイル面に対して垂直な方向か
ら見てアンテナコイル４の中心点とアンテナコイル２の
中心点が重なるように位置し、かつ、リーダライタ装置
のアンテナコイル２のコイル面の凹面側が非接触データ
キャリアのアンテナコイル２の方向に向くように配置さ
れているものである。

【００３９】アンテナコイル４とアンテナコイル２との
間の通信は電磁誘導結合、特に磁界により行われる。

【００４０】まず、リーダライタ装置から非接触データ
キャリアへのデータ送信は、リーダライタ装置のアンテ
ナコイル４に与えられた送信信号により磁束５の磁界強
度を時間的に変化させ、磁束５をアンテナコイル２と鎖
交させることにより上記送信信号に追従した起電力の信
号をアンテナコイル２に得ることにより行われる。

【００４１】このとき、図２に示すように、リーダライ
タ装置のアンテナコイル４により発生する磁束５は、リ
ーダライタ装置のアンテナコイル４のコイル面の凹面側
が非接触データキャリアのアンテナコイル２の方向に向
くように配置されているため、非接触データキャリアの
アンテナコイル２で集束し、アンテナコイル２を貫く磁
束５の磁束密度が高くなるため、通信のためのより大き
な起電力をアンテナコイル２に発生させることができ
る。

【００４２】次に、非接触データキャリアからリーダラ
イタ装置へのデータ送信は、上記と反対に、非接触デー
タキャリアのアンテナコイル２に与えられた送信信号に
より磁束（図示していないが、図２に示した磁束５と概
略同じ）の磁界強度を時間的に変化させ、磁束をアンテ
ナコイル４と鎖交させることにより、送信信号に追従し
た起電力の信号をアンテナコイル４に得ることにより行
われる。

【００４３】このとき、図２に示すように、非接触デー
タキャリアのアンテナコイル２から放射した磁束は、非
接触データキャリアのアンテナコイル２の方向に湾曲し
たアンテナコイル４の構造により、アンテナコイル４を
貫く磁束の湾曲したコイル面に垂直な成分がより多くな
るため、より大きな起電力の信号をアンテナコイル４よ
り得ることができる。

【００４４】上記の通信システムでは、従来例で示した
通信システムと比較して、同一の１３．５６ＭＨｚの搬
送波を用いた振幅変調、同一の１Ｗの空中線電力、かつ
非接触データキャリアのアンテナコイル２のアンテナ絶
対利得を同一の−３０ｄＢｉ以下、およびリーダライタ
装置のアンテナコイル４のアンテナ絶対利得を同一の−
３０ｄＢｉ以下とする条件のもとで、アンテナコイル２
およびアンテナコイル４ともに、信号を受信するとき、
従来例より大きな起電力を得ることができるようにな
る。言い換えれば、アンテナコイル２およびアンテナコ
イル４の受信信号の起電力を従来例と等しくすれば、最
大通信距離の拡大を図ることができることになる。

【００４５】実際には、本発明の第１の実施形態におけ
る通信距離を、リーダライタ装置のアンテナコイル４の
２辺の直線部分を含む平面と、非接触データキャリアの
アンテナコイル２の平面であるコイル面との距離とした
場合、従来例における最大通信距離が約３０ｃｍである
のに対し、本発明の第１の実施形態における最大通信距
離は約７０ｃｍとなり、最大通信距離を延ばすことがで
きる。

【００４６】（実施の形態２）次に、本発明のリーダラ
イタ装置のアンテナコイルを用いた第２の実施の形態の
通信システムについて図３を参照しながら説明する。

【００４７】図３は、２個のリーダライタ装置を用いて
非接触データキャリアと通信する通信システムにおけ
る、２個のリーダライタ装置のアンテナコイル４ａ、４
ｂと、非接触データキャリアのアンテナコイル２との配
置関係を示す図である。

【００４８】この配置関係は、図３に示すように、２個
のリーダライタ装置のアンテナコイル４ａ、４ｂの２辺
の直線部分を含む各平面と、非接触データキャリアのア
ンテナコイル２の平面となるコイル面とがすべて平行と
なるように配置されるとともに、２個のリーダライタ装
置の各アンテナコイル４ａ、４ｂの凹面側のコイル面が
互いに対向するように配置され、かつ、非接触データキ
ャリアのアンテナコイル２の中心点を中心として２個の
リーダライタ装置のアンテナコイル４ａ、４ｂが対称な
位置に配置され、かつ、２個のアンテナコイル４ａ、４
ｂの中心点とアンテナコイル２の中心点が、アンテナコ
イル２のコイル面に対して垂直な方向から見て重なるよ
うに配置されているものである。

【００４９】これにより、図３に示すように、非接触デ
ータキャリアのアンテナコイル２は、２個のアンテナコ
イル４ａ、４ｂにより発生する磁束６が最も集束する位
置に配置される。

【００５０】ここでは、各アンテナコイル４ａ、４ｂの
２辺の直線部分を含む平面と、アンテナコイル２のコイ
ル面との距離は等しく、本実施の形態では同距離が通信
距離となる。

【００５１】次に、第２の実施の形態の通信システムに
おける通信方法について説明する。

【００５２】２個のリーダライタ装置のアンテナコイル
４ａ、４ｂと１個の非接触データキャリアのアンテナコ
イル２との間の通信は、電磁誘導結合、特に磁界により
行われる。

【００５３】まず、２個のリーダライタ装置から非接触
データキャリアへのデータ送信は、図３に示すように、
２個のアンテナコイル４ａ、４ｂから放射されるそれぞ
れの磁束６が、互いに逆方向に放射されて加算されるよ
うに、２個のアンテナコイル４ａ、４ｂに対して送信信
号を与え、各アンテナコイル４ａ、４ｂに与えられた送
信信号により磁束６の磁界強度を時間的に変化させ、磁
束６をアンテナコイル２と鎖交させることにより送信信
号に追従した起電力の信号をアンテナコイル２に得るこ
とにより行われる。

【００５４】次に、非接触データキャリアから２個のリ
ーダライタ装置へのデータ送信は、アンテナコイル２に
与えられた送信信号により磁束（図示していないが、図
３に示した磁束６と概略同じ）の磁界強度を時間的に変
化させ、磁束を２個のアンテナコイル４ａ、４ｂと鎖交
させることにより上記送信信号に追従した起電力の信号
を２個のアンテナコイル４ａ、４ｂに得るとともに、２
個のアンテナコイル４ａ、４ｂの各起電力による信号
を、信号振幅を強めるような極性で加算し、結果として
１個のリーダライタ装置のアンテナコイルを用いた場合
よりも２倍の信号振幅の大きい信号を得ることにより行
われる。

【００５５】上記一連の動作における非接触データキャ
リアと２個のリーダライタ装置との最大通信距離は、本
発明における第１の実施の形態と比較して、２個のリー
ダライタ装置のアンテナコイル４ａ、４ｂを用いること
により、リーダライタ装置の全体のアンテナ利得を大き
くしており、結果として同一送信電力による通信距離を
第１の実施形態より延ばすことができる。

【００５６】この場合の非接触データキャリアとそれぞ
れのリーダライタ装置との最大通信距離は、同様に１
３．５６ＭＨｚの搬送波を用いた振幅変調、かつ国内電
波法で規定された非接触データキャリアとリーダライタ
装置の両アンテナコイルの最大空中線電力を１Ｗ、かつ
非接触データキャリアとリーダライタ装置の両アンテナ
コイルのアンテナ絶対利得を−３０ｄＢｉ以下なる条件
のもとで、約８０ｃｍとなり、第１の実施の形態よりも
さらに最大通信距離を延ばすことができる。

【００５７】なお、本発明における実施の形態では、リ
ーダライタ装置のアンテナコイルの形状が、左右の対向
する辺が平行な直線であって、上下の対向する辺が平行
に湾曲しているものであったが、上下の対向する辺が平
行な直線であって、左右の対向する辺が平行に湾曲した
ものであってもよい。

【００５８】さらに、リーダライタ装置のアンテナコイ
ルにより発生する磁束が集束するように、前記アンテナ
コイルに沿い、非接触データキャリアに対向する面が凹
面であればよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、近距離通信を行う非接
触データキャリアとリーダライタ装置の通信システムに
おいて、リーダライタ装置のアンテナコイルの形状を、
同アンテナコイルから離れた空間において同アンテナコ
イルにより発生する磁束が集束するように、同アンテナ
コイルの沿い、非接触データキャリアに対向する面が凹
面であることにより、最大通信距離を延ばすことができ
る。

【００６０】さらに、本発明のリーダライタ装置を２個
用いて、各リーダライタ装置のアンテナコイルを、互い
に凹面となるコイル面が対向するように、かつ、非接触
データキャリアのアンテナコイルの中心点を中心とし
て、２個のリーダライタ装置のアンテナコイルが空間的
に対称となる位置に配置することにより、非接触データ
キャリアとリーダライタ装置との通信システムにおい
て、最大通信距離を８０ｃｍ以上に延ばすことを実現
し、より違和感がない使い勝手の良い通信システムを実
現するとともに、通信システムの応用分野の拡大による
より多くの利便性の良いインフラの構築を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリーダライタ装置のアンテナコイルの
構造図

【図２】本発明のリーダライタ装置を用いた第１の実施
の形態を示す通信システムの配置図

【図３】本発明のリーダライタ装置を用いた第２の実施
の形態を示す通信システムの配置図

【図４】従来のリーダライタ装置のアンテナコイルの構
造図

【図５】非接触データキャリアのアンテナコイルの構造
図

【図６】従来のリーダライタ装置を用いた通信システム
の配置図

【符号の説明】

１、２、４、４ａ、４ｂ アンテナコイル ３、５、６ 磁束

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触データキャリアと無線で情報のや
   り取りを行うリーダライタ装置のアンテナコイルの形状
   が、同アンテナコイルから離れた空間において前記アン
   テナコイルにより発生する磁束が集束するように、前記
   アンテナコイルに沿い、前記非接触データキャリアに対
   向する面が凹面であることを特徴とするリーダライタ装
   置。
2. 【請求項２】 非接触データキャリアと無線で情報のや
   り取りを行うリーダライタ装置のアンテナコイルの形状
   が、同アンテナコイルから離れた空間において前記アン
   テナコイルにより発生する磁束が集束するように、前記
   アンテナコイルの１組の対向する辺が平行な直線であっ
   て、他組の対向する辺が平行に湾曲していることを特徴
   とするリーダライタ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のリーダライタ装
   置を２個用い、２個の前記リーダライタ装置のアンテナ
   コイルが、互いに対向する前記アンテナコイルに沿う面
   が凹面となるように配置され、かつ、非接触データキャ
   リアのアンテナコイルが、２個の前記リーダライタ装置
   のアンテナコイルの中心線上にあって、２個の前記リー
   ダライタ装置のアンテナコイルの中間に空間的に配置さ
   れていることを特徴とする通信システム。