JP2004206243A

JP2004206243A - アンテナ一体型非接触ｉｃカード読取／書込装置

Info

Publication number: JP2004206243A
Application number: JP2002372220A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Deguchi; 太志出口; Hiroshi Yoshinaga; 洋吉永; Akihiko Hirata; 明彦平田; Masahiko Tanaka; 雅彦田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】本発明は、設置場所の制限や同軸ケーブルの引き回しによる影響を受けにくく、アンテナの共振周波数の調整が不要で、設置時の利便性が高く、安定した特性を得ることができる小型のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得するループアンテナと、共振整合回路部と無線送信部および無線受信部を制御する制御部とを搭載した制御基板をシールドケース内に収納し、ループアンテナとシールドケースを同一平面上に隣接して配置し組み立てた構成としたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触ＩＣカードに電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得する近傍型（通信距離：概〜１ｍ）読取／書込装置に関し、アンテナと制御基板を一体化することにより小型化したアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣカードを用いたリーダライタシステムは、一般に非接触ＩＣカードシステムと呼ばれ、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用した物流システム、交通システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。このシステムは、１枚の樹脂製カード上にＩＣチップとアンテナコイルを備えたＩＣカードと、このＩＣカードとの通信を行う読取／書込装置とを備え、この読取／書込装置にはループアンテナが備えられ、このループアンテナにより電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にあるＩＣカードからの受信データを得るものである。
【０００３】
一例として、（特許文献１）に記載された従来の非接触ＩＣカードシステムおよびループアンテナを図５に示す。なお、図５は従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す概念図である。図５に示すように、アンテナ部（ループアンテナ）２０１と読取／書込装置（リーダライタ（Ｒ／Ｗ））２０３とは同軸ケーブル２０２で接続され、更に、読取／書込装置２０３は制御装置２０４に接続されている。そして、搬送ライン２０５上を搬送される荷物２０６には、非接触ＩＣカード（ＩＣタグ）２０７が貼付され、この非接触ＩＣカード２０７と読取／書込装置２０３に接続されたアンテナ部２０１とで電力供給とデータの送受信が行われ、荷物２０６の仕分けや管理等がなされる。そして、図５で示されるように、従来のアンテナ部２０１と読取／書込装置２０３は、離れた場所に設置され、その間を長い同軸ケーブル２０２にて接続されている。
【０００４】
このアンテナ部２０１と長い同軸ケーブル２０２と読取／書込装置２０３の関係を簡略して図６に示す。なお、図６は従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置の簡略図である。図６において従来の近傍型非接触ＩＣカード読取／書込装置は、ループアンテナ２０８と、これを収納した樹脂製のアンテナレドーム２０９から成るアンテナ部２０１と、そのアンテナ部２０１に電力と送信データを供給し、また受信データを取得する読取／書込装置２０３とに分離され、そしてアンテナ部２０１と読取／書込装置２０３は、同軸ケーブル２０２により接続された構成である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７９３６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の近傍型非接触ＩＣカード読取／書込装置は、アンテナ部２０１と読取／書込装置２０３は分離され、同軸ケーブル２０２により接続された構成である。このため、これらの装置を設置する際、この同軸ケーブル２０２の引き回しにより、近接するアンテナ部２０１が同軸ケーブル２０２より影響を受け、共振周波数のズレ（変移）が生じ、アンテナ共振回路部のトリマーコンデンサー（図示せず）等にて共振周波数の調整が必要と言う課題があった。
【０００７】
また、場合によっては設置場所の制限により同軸ケーブル２０２の長さが非常に長くなり、ケーブル伝送損失の増加による送信電力の低下や受信データの損失、さらに同軸ケーブル２０２の長さが長くなる事による周囲からの妨害波やノイズを受けやすくなるという課題があった。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決し、設置場所の制限や同軸ケーブルの引き回しによる影響を受けにくく、アンテナの共振周波数の調整が不要で、設置時の利便性が高く、安定した特性を得ることができる小型のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために本発明のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得する円形または概矩形または多角形のループアンテナと、ループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路および伝送線路とのインピーダンス整合を目的とした整合回路を構成した共振整合回路部と、共振整合回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部およびループアンテナから共振整合回路部を介して受信データを取得する無線受信部を設け、共振整合回路部と無線送信部および無線受信部を制御する制御部とを搭載した制御基板をシールドケース内に収納し、ループアンテナとシールドケースを同一平面上に隣接して配置し組み立てた構成としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得する円形または概矩形または多角形のループアンテナと、ループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路および伝送線路とのインピーダンス整合を目的とした整合回路を構成した共振整合回路部と、共振整合回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部およびループアンテナから共振整合回路部を介して受信データを取得する無線受信部を設け、共振整合回路部と無線送信部および無線受信部を制御する制御部とを搭載した制御基板をシールドケース内に収納し、ループアンテナとシールドケースを同一平面上に隣接して配置し組み立てたことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、共振整合回路部と無線送信部および無線受信部を制御する制御部とを搭載した制御基板をシールドケース内に収納することで、不要電磁波の外部への漏洩低減および、外部から到来する妨害波の浸入低減、並びに、自ら発する送信信号の受信回路への回り込みを低減する。また、ループアンテナとシールドケースを同一平面上に隣接して配置し組み立てることにより、設置時の同軸ケーブルの引き回しによる影響をなくし、同軸ケーブルの影響による共振周波数のズレ（変移）が生じる事が無く共振周波数の調整が不要となる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、ループアンテナに共振整合回路部を近接配置して接続し、共振整合回路部と無線送信部および無線受信部間の電力および送受信データの受け渡しのために、ループアンテナの最大径の概１／４以下の長さの同軸ケーブルを用いた事を特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、同軸ケーブルの長さをループアンテナの最大径の概１／４以下にした事により、製造組み立て時の自由度が増し、組み立て時の利便性が向上すると共に、電気的にも電気長が短く同軸ケーブルの引き回しによる影響およびケーブル伝送損失を軽減できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１において、ループアンテナと、無線送信部および無線受信部との電力および送受信データの受け渡しに、制御基板上に設けた共振整合回路部からのびるマイクロストリップライン伝送線路に、直接ループアンテナを接続する構成を用いた事を特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、同軸ケーブルを無くした事によるコストダウンおよび同軸ケーブルの引き回しによる影響およびケーブル伝送損失をなくし、さらに製造時の組み立て行程を削減することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３において、ループアンテナと前記シールドケースを一つの樹脂製ケース内に収納した事を特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、一つの樹脂製のケース内に収納したことにより、設置時の利便性を大幅に改善するものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、非接触ＩＣカード等の無線通信媒体と通信を行うループアンテナと、無線通信媒体とループアンテナとで通信を行うための通信制御手段を搭載した制御基板とを備え、ループアンテナと通信制御手段を搭載した制御基板を同一平面上に隣接して配置したことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、設置時の同軸ケーブルの引き回しによる影響をなくし、同軸ケーブルの影響による共振周波数のズレ（変移）が生じる事が無く共振周波数の調整が不要となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、通信制御手段を搭載した制御基板をシールドケース内に収納したことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、不要電磁波の外部への漏洩低減および、外部から到来する妨害波の浸入低減、並びに、自ら発する送信信号の受信回路への回り込みを低減することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項５，６において、ループアンテナと通信制御手段を搭載した制御基板を一つの筐体内に収納したことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、設置時の利便性を大幅に改善するものである。
【００１７】
上記のように本発明により、設置場所の制限を受けず、アンテナの共振周波数の調整が不要で設置時の利便性の高い小型のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事ができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。なお、本発明における非接触ＩＣカードの定義は、いわゆるカードに限定されるものではなく、非接触で読取／書込装置との通信を行うことができる無線通信媒体である。よって、用途によってはＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベルと呼ばれるものを含む。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置の構成を示す透視斜視図、図２は本発明の実施の形態１におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカードシステムの動作説明図である。
【００２０】
図１、図２において、１はループアンテナであり、後述する非接触ＩＣカード１０２に電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカード１０２から受信データを負荷変動により取得する。ループアンテナ１の形状は、円形、或いは、概略矩形のループ状となっている。更に、２はループアンテナ１に電力と送信データを供給する無線送信部、３はループアンテナ１からの受信データを取得する無線受信部、４は無線送信部２および無線受信部３を制御する制御部、５は無線送信部２、無線受信部３および制御部４を搭載した制御基板、６は無線送信部２、無線受信部３、制御部４および制御基板５を収納するシールドケースである。また、７はループアンテナ１、無線送信部２、無線受信部３、制御部４、制御基板５、およびシールドケース６を収納する樹脂製のケースである。なお、図１、図２においては、ケース７の内部を明らかにするためケース７を透過状態で図示し、シールドケース６についても同様に透過状態で図示している。
【００２１】
次に、上記のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を使用した通信の動作について説明する。図２において、１０１はアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置（以下、読取／書込装置と言うこともある。）を示し、１０２は非接触ＩＣカードであり、１０３は非接触ＩＣカードのアンテナコイル、１０４は非接触ＩＣカードに搭載されたＩＣである。更に、１０５は読取／書込装置１０１と接続されたコントロール端末である。
【００２２】
まず、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１から非接触ＩＣカード１０２へ電力のみが供給される場合（スタンバイモード）、図２において、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１では一定振幅の高周波信号が発振回路（図示せず）から無線送信部２へ供給されここで増幅され、給電線路を介してループアンテナ１に送られる。非接触ＩＣカード１０２においては、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１のループアンテナ１と電磁結合されたアンテナコイル１０３を介して高周波信号がＩＣ１０４に供給される。この高周波信号は、ＩＣ１０４内の整流回路（図示せず）で整流され、非接触ＩＣカード１０２の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。
【００２３】
次に、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１から非接触ＩＣカード１０２へデータが送信される場合（送信モード）について説明する。図１、図２において、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１ではコントロール端末１０５などからのデータが制御部４を介して無線送信部２へ送られる。この無線送信部２では、上述したスタンバイモードと同様に一定振幅の高周波信号が供給されており、この高周波信号がデータで変調されて変調高周波信号が出力される。この変調高周波信号が給電線を介してループアンテナ１に送られる。そこで、非接触ＩＣカード１０２においては、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１のループアンテナ１と電磁結合されたアンテナコイル１０３を介して高周波信号がＩＣ１０４に供給される。この高周波信号は、上述したスタンバイモードと同様に整流回路で整流され、非接触ＩＣカード１０２の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。また、アンテナコイル１０３の出力信号はＩＣ１０４内の受信回路（図示せず）にも供給され、この部分でデータが復調され、メモリ（図示せず）に書き込まれる。
【００２４】
最後に、アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１が非接触ＩＣカード１０２からデータを受信する場合（受信モード）について説明する。アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置１０１の無線送信部２からは上述したスタンバイモードと同様に無変調で一定振幅の高周波信号が出力され、ループアンテナ１、アンテナコイル１０３を介して非接触ＩＣカード１０２に送られて、上述したスタンバイモードの場合と同様に非接触ＩＣカード１０２の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。一方、非接触ＩＣカード１０２においては、メモリ（図示せず）から読み出されたデータに応じて、例えばアンテナコイル１０３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなり、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１０１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０３に対する負荷が変動し、電磁誘導によりループアンテナ１側のインピーダンスが変動し結果として高周波電流の振幅が変動する。即ち、この高周波電流は非接触ＩＣカード１０２のデータによって振幅変調される。この変調高周波信号が無線受信部３で復調されてデータが得られる。このデータは制御部４で処理されて、コントロール端末１０５などに送られる。
【００２５】
ここで、上述したように、発振回路から供給された一定振幅の高周波信号は無線送信部２で増幅されるが、その増幅にはＥ級増幅器（Ｅクラスアンプ）を用いることが好ましい。Ｅ級増幅器を用いることによって、高効率動作を実現することが可能となる。よって、送信出力を上げても発熱を抑えることができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す平面図である。なお、図３においても、ケース７の内部を明らかにするためケース７を透過状態で図示している。
【００２７】
図３に示すように、無線送信部２および無線受信部３は、分配合成回路部１１を介して、ループアンテナ１に近接して配置された共振整合回路部９に、同軸ケーブル１０によって接続されている。同軸ケーブル１０の長さをループアンテナ１の最大径の概１／４以下の長さ以下にした事により、製造組み立て時の自由度が増し、組み立て時の利便性が向上すると共に、電気的にも電気長が短く同軸ケーブル１０の引き回しによる影響およびケーブル伝送損失を軽減したものである。なお、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、無線送信部２、無線受信部３、制御部４等を搭載した制御基板５を収納するシールドケース６を設けても良いのは言うまでもない。
【００２８】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す平面図である。なお、図４においても、ケース７の内部を明らかにするためケース７を透過状態で図示している。
【００２９】
図４に示すように、無線送信部２および無線受信部３は、分配合成回路部１１を介して、制御基板５上に設けたマイクロストリップライン伝送線路１２、共振整合回路部９およびマイクロストリップライン伝送線路８ａ、８ｂを介して、ループアンテナ１に接続されている。実施の形態３では、同軸ケーブルを無くした事により、同軸ケーブルの引き回しによる影響を削減すると共に、ケーブル伝送損失が生じなくなり、さらに製造時の組み立て行程を削減しコストダウン化が可能となる。なお、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、無線送信部２、無線受信部３、制御部４等を搭載した制御基板５を収納するシールドケース６を設けても良いのは言うまでもない。
【００３０】
また、以上の実施の形態１〜３で説明したように、無線送信部２、無線受信部３および制御部４を搭載した制御基板５を収納するシールドケース６とループアンテナ１とを一つの筐体、例えば、樹脂製のケース７内に収納することで、設置時の利便性を大幅に改善することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明により、設置時の同軸ケーブルの引き回しによるアンテナ共振周波数の調整というわずらわしさが解消できるという効果とともに、ケーブル損失の増加による送信電力の低下や受信データの損失低減、さらに周囲からの妨害波やノイズの影響を受け難くなると言う効果があり、また設置場所の制限を受けにくく、設置時の利便性の高い小型のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置の構成を示す透視斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカードシステムの動作説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態３におけるアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す平面図
【図５】従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置を示す概念図
【図６】従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置の簡略図
【符号の説明】
１ループアンテナ
２無線送信部
３無線受信部
４制御部
５制御基板
６シールドケース
７ケース
８ａ、８ｂ、１２マイクロストリップライン伝送線路
９共振整合回路部
１０同軸ケーブル
１１分配合成回路部
１０１アンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置
１０２非接触ＩＣカード
１０３アンテナコイル
１０４ＩＣ
１０５コントロール端末

Claims

非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信データを供給し、前記非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得する円形または概矩形または多角形のループアンテナと、前記ループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路および伝送線路とのインピーダンス整合を目的とした整合回路を構成した共振整合回路部と、前記共振整合回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および前記ループアンテナから前記共振整合回路部を介して受信データを取得する無線受信部を設け、前記共振整合回路部と前記無線送信部および無線受信部を制御する制御部とを搭載した制御基板をシールドケース内に収納し、前記ループアンテナと前記シールドケースを同一平面上に隣接して配置し組み立てたことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
前記ループアンテナに前記共振整合回路部を近接配置して接続し、前記共振整合回路部と前記無線送信部および無線受信部間の電力および送受信データの受け渡しのために、前記ループアンテナの最大径の概１／４以下の長さの同軸ケーブルを用いた事を特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
前記ループアンテナと、前記無線送信部および無線受信部との電力および送受信データの受け渡しに、前記制御基板上に設けた前記共振整合回路部からのびるマイクロストリップライン伝送線路に、直接前記ループアンテナを接続する構成を用いた事を特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
前記ループアンテナと前記シールドケースを一つの樹脂製ケース内に収納した事を特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
非接触ＩＣカード等の無線通信媒体と通信を行うループアンテナと、前記無線通信媒体と前記ループアンテナとで通信を行うための通信制御手段を搭載した制御基板とを備え、前記ループアンテナと前記通信制御手段を搭載した制御基板を同一平面上に隣接して配置したことを特徴とするアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
前記通信制御手段を搭載した制御基板をシールドケース内に収納したことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。
前記ループアンテナと前記通信制御手段を搭載した制御基板を一つの筐体内に収納したことを特徴とする請求項５，６いずれか１項に記載のアンテナ一体型非接触ＩＣカード読取／書込装置。