JP2005198047A - Antenna for information processor, and information processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触で情報記録媒体とデータ送受信する情報処理装置及びそのアンテナユニットに関する。 The present invention relates to an information processing apparatus that transmits and receives data to and from an information recording medium in a contactless manner and an antenna unit thereof.
現在、ICを内蔵した非接触式情報記録媒体との間で非接触で通信可能な非接触キャリアシステムの導入が盛んになりつつある。例えば、カードにICを内蔵した「ICカード」を用いた駅の自動改札等の交通ゲート入退装置や入退出室管理装置、ICを内蔵したタグ「ICタグ」を物品に付けて物品管理を行う物流管理装置、腕時計にICを内蔵した「ICリストバンド」を用いた入退出室管理装置等、大小さまざまな形状の非接触記録媒体とこれを利用した非接触キャリアシステムが知られている。 At present, the introduction of a non-contact carrier system capable of non-contact communication with a non-contact information recording medium incorporating an IC is becoming popular. For example, a traffic gate entrance / exit device such as an automatic ticket gate at a station using an “IC card” with a built-in IC in a card, an entrance / exit room management device, and a tag “IC tag” with a built-in IC attached to the product for product management 2. Description of the Related Art Non-contact recording media of various sizes and non-contact carrier systems using the same are known, such as a physical distribution management device, an entrance / exit room management device using an “IC wristband” with a built-in IC in a wristwatch, and the like.
上記のような非接触式記録媒体との通信を行うICカード・リーダ/ライタ装置等の情報処理装置には、通常、ループコイルを備えたアンテナが採用される。このアンテナを構成するループコイルとして、例えば図12に示すように、1次コイル101と、この1次コイル101と相互誘導により結合する2次コイル102とがトランス結合したアンテナ100が一般的に使用される。
An information processing device such as an IC card reader / writer device that performs communication with the non-contact type recording medium as described above usually employs an antenna having a loop coil. As a loop coil constituting this antenna, for example, as shown in FIG. 12, an
また、図13に示すように、1次コイルと2次コイルのペアを同一平面上に複数配置し(図13では、1次コイル111と2次コイル112のペア、及び1次コイル113と2次コイル114のペアの2組)とから成り、1次コイル111と113とを並列に接続した構成のアンテナ110も提案されている(特許文献1の図2、図5、図10、図11、及び「0148」等の記載による)。尚、この2つのペアは、例えば、各々、所定の長方形(従来のループコイルの断面である長方形等)を縦及び横方向に2分割して得られる4つの長方形(特許文献1の図2に示す)を断面とする4つのコイルのうちの2つを示しているものである。
Further, as shown in FIG. 13, a plurality of pairs of primary coils and secondary coils are arranged on the same plane (in FIG. 13, pairs of primary coil 111 and secondary coil 112, and primary coils 113 and 2). An
ここで、非接触式記録媒体との通信を行う情報処理装置では、通信距離を延ばすことが望まれている。通信距離を延ばすためには、アンテナが発生する磁界を大きくする必要がある。発生磁界は、アンテナに流れる電流を一定とした場合、アンテナのターン数に比例する。しかし、図12の構成では、ターン数が増加させるとコンデンサ103の設定値が小さくなり調整が難しくなる。これに対して、図13の構成では、上記の通り、図12の構成より面積が小さい(1/2、1/4等)1次コイルと2次コイルのペアを、同一平面上に複数形成し、1次コイル同士を並列接続することにより、信号処理回路から見たアンテナの負荷が軽くなるので電流が増加(磁束増加)し、2次コイルのインダクタンスが小さくなるので、コンデンサの設定値を小さくせずに磁束を増やすことができる。
しかし、従来構成では、アンテナの効率が悪いと言う問題があった。従来の構成では、1次、2次コイルは、プリント基板上の同一平面に所定の幅(例えば1mm)でパターン形成されている。そのループコイルは銅等の導体(導電性部材)で作製されるが、周知のとおり導体は抵抗を持っており、ループコイルを流れる電流に対して抵抗損失が発生する。 However, the conventional configuration has a problem that the efficiency of the antenna is poor. In the conventional configuration, the primary and secondary coils are patterned in a predetermined width (for example, 1 mm) on the same plane on the printed circuit board. The loop coil is made of a conductor (conductive member) such as copper, but as is well known, the conductor has a resistance, and a resistance loss occurs with respect to the current flowing through the loop coil.
この抵抗損失の低減はパターンの幅を広くすることで行えるが、幅を広くすることによりコイル内側の面積のなかでそのコイル自身が占める割合が増大するため、アンテナの効率が悪くなってしまう。 This resistance loss can be reduced by increasing the width of the pattern. However, increasing the width increases the proportion of the coil itself in the area inside the coil, which degrades the efficiency of the antenna.
このように、抵抗損失を抑えるためにパターンの幅を広くすると、1次コイルと2次コイルを有するアンテナではアンテナ効率が低下するという問題が発生することになる。この状況は、図13のように、面積が小さいループコイルを複数配置した構成とした場合には、さらに顕著になる。しかしながら、図13の構成では、コンデンサ調整の難しさを回避できるので、この特徴を維持したまま、図13の構成よりもアンテナの効率が良くなる構成とすることが望まれる。 Thus, if the width of the pattern is widened in order to suppress the resistance loss, there arises a problem that the antenna efficiency is lowered in the antenna having the primary coil and the secondary coil. This situation becomes more prominent when a plurality of loop coils having a small area are arranged as shown in FIG. However, in the configuration of FIG. 13, it is possible to avoid the difficulty of adjusting the capacitor. Therefore, it is desirable that the antenna efficiency be improved compared to the configuration of FIG. 13 while maintaining this feature.
また、1次コイル−2次コイル間のトランス結合は、パターン(導体)間距離が小さいほうが良いことが知られている。トランス結合が良いということは、アンテナ効率が良いことを意味する。しかしながら、この導体間距離は、パターンの幅を広くすると、それに伴い離れてしまうことになる。一例を図14に示す。図14(a)はパターンの幅が狭い場合、図14(b)はパターンの幅が広い場合を示す。図示の通り、1次コイルの外側のループと2次コイルの内側のループとの距離は変わらなくとも、1次コイルの外側のループと2次コイルの外側のループとの距離a,bは、パターンの幅が広がるにつれて大きくなる。このように、抵抗損失の低減の為にパターンの幅を広くすると、導体間距離が大きくなることも、アンテナ効率が悪化する原因の1つとなる。 In addition, it is known that the transformer coupling between the primary coil and the secondary coil should have a smaller distance between patterns (conductors). Good transformer coupling means good antenna efficiency. However, the distance between the conductors increases with increasing pattern width. An example is shown in FIG. FIG. 14A shows a case where the pattern width is narrow, and FIG. 14B shows a case where the pattern width is wide. As shown in the drawing, even if the distance between the outer loop of the primary coil and the inner loop of the secondary coil does not change, the distances a and b between the outer loop of the primary coil and the outer loop of the secondary coil are: It grows as the width of the pattern increases. As described above, when the width of the pattern is widened to reduce the resistance loss, the distance between the conductors is increased, which is one of the causes of the deterioration of the antenna efficiency.
また、信号を復調する方法として、図12では、1次コイル電圧又は2次コイル電圧(コンデンサ電圧)を復調する方法が取られる。しかしながら、非接触式記録媒体の種類によって、復調する信号電圧の大きさが異なる場合がある。これに対応する方法として、例えば、信号電圧が一番小さな記録媒体用に復調回路を調整しておくと、信号電圧の大きな媒体では、検波回路の前に減衰器を付けたり、増幅回路の増幅度を小さくする、等の変更が必要となるが、これにより、損失の増加や回路の複雑化、といった問題が生ずる。 As a method for demodulating the signal, a method of demodulating the primary coil voltage or the secondary coil voltage (capacitor voltage) is used in FIG. However, the magnitude of the demodulated signal voltage may vary depending on the type of non-contact type recording medium. As a corresponding method, for example, if the demodulation circuit is adjusted for a recording medium with the smallest signal voltage, an attenuator is attached before the detection circuit or the amplification circuit is amplified for a medium with a large signal voltage. However, this causes problems such as increased loss and circuit complexity.
また、図13の構成では、2つの2次コイルの電圧それぞれの波形を検波し、その検波波形を加算して増幅する復調方法が取られる。この場合、コイルの個数分だけ検波回路が必要となり、回路が複雑化、コストアップという問題が発生する。 In the configuration of FIG. 13, a demodulation method is employed in which the waveforms of the voltages of the two secondary coils are detected and the detected waveforms are added and amplified. In this case, detection circuits are required as many as the number of coils, which causes problems that the circuit becomes complicated and costs increase.
本発明の課題は、コンデンサ調整の難しさを回避しつつ、効率の良いアンテナを提供すること、あるいは、復調する信号電圧の大きさが非接触記録媒体の種類によって異なることに対して、復調回路の複雑化、コストアップを回避しながら適切な復調を可能とする情報処理装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an efficient antenna while avoiding the difficulty of capacitor adjustment, or to provide a demodulating circuit in which the magnitude of a signal voltage to be demodulated differs depending on the type of non-contact recording medium It is an object to provide an information processing apparatus capable of appropriate demodulation while avoiding complication and cost increase.
本発明の情報処理装置のアンテナは、情報記録媒体と非接触で信号を送受信する情報処理装置で用いるアンテナにおいて、前記アンテナは1次コイルと該1次コイルと相互誘導により結合する2次コイルとから構成され、前記2次コイルは、前記アンテナを配置すべき領域を複数に分割した各分割領域に各々配置する複数の2次コイルとして構成され、前記1次コイルは該複数の2次コイルに共通のものとして配置する。 An antenna of an information processing apparatus according to the present invention is an antenna used in an information processing apparatus that transmits and receives signals without contact with an information recording medium, and the antenna includes a primary coil and a secondary coil coupled to the primary coil by mutual induction. The secondary coil is configured as a plurality of secondary coils arranged in each divided region obtained by dividing the region where the antenna is to be arranged, and the primary coil is connected to the plurality of secondary coils. Arrange as common.
上記構成において、1次コイルは、例えば2つの2次コイルで構成した場合、この2つの2次コイルに共通の1つの1次コイルを配置する。この様な構成とすることで、コンデンサ調整の難しさを回避できるようにしつつ、アンテナを形成する為の限られた領域の面積を有効に使える(アンテナ全体の面積に対して1次コイル導体が占める割合が、図13の構成に比べて小さくなる)ようになる。 In the above configuration, when the primary coil is composed of, for example, two secondary coils, one common primary coil is disposed in the two secondary coils. By adopting such a configuration, it is possible to effectively use the area of a limited region for forming the antenna while avoiding the difficulty of adjusting the capacitor (the primary coil conductor is smaller than the entire antenna area). The ratio of the occupancy is smaller than that in the configuration of FIG.
上記アンテナは、例えば、前記1次コイルと前記複数の2次コイルはプリント基板の同一平面上にパターン形成し、前記1次コイルは前記複数の2次コイルと交差する位置において渡り線を形成することで構成する。 In the antenna, for example, the primary coil and the plurality of secondary coils are patterned on the same plane of a printed circuit board, and the primary coil forms a crossover at a position intersecting with the plurality of secondary coils. Consists of.
または、上記アンテナは、例えば、前記1次コイルと前記複数の2次コイルとを互いに異なる平面上にそれぞれ配置することで構成してもよい。
あるいは、上記アンテナは、例えば、前記複数の2次コイルは、それぞれが、その2次コイルを構成する複数のループコイルを、その軸方向に間隔を隔てるように配置することで構成してもよい。
Alternatively, the antenna may be configured, for example, by arranging the primary coil and the plurality of secondary coils on different planes.
Alternatively, the antenna may be configured, for example, by arranging the plurality of secondary coils such that each of the plurality of loop coils constituting the secondary coil is spaced apart in the axial direction. .
このように構成することで、アンテナを形成する為の限られた領域の面積を更に有効に使えるようになると共に、抵抗損失の低減の為にパターンの幅を広くしても、導体間距離は上記軸方向の間隔に依るので大きくならずに済む。 With this configuration, the area of the limited area for forming the antenna can be used more effectively, and the distance between the conductors can be increased even if the pattern width is increased to reduce resistance loss. Since it depends on the distance in the axial direction, it does not have to be large.
また、例えば、前記1次コイルも、該1次コイルを構成する複数のループコイルを、その軸方向に間隔を隔てるように配置するようにしてもよい。
また、本発明の情報処理装置は、上記各アンテナを用いて情報記録媒体と非接触で信号を送受信する情報処理装置であって、2次コイルの電圧を検波・復調する復調回路と、前記複数の2次コイルに発生する各電圧から任意の1つの電圧又は複数の電圧の合成電圧を選択的に前記復調回路に入力させる選択手段とを有するように構成する。
Further, for example, the primary coil may be arranged such that a plurality of loop coils constituting the primary coil are spaced apart in the axial direction.
An information processing apparatus according to the present invention is an information processing apparatus that transmits and receives signals without contact with an information recording medium using each of the antennas described above, a demodulation circuit that detects and demodulates a voltage of a secondary coil, and the plural And selecting means for selectively inputting, to the demodulating circuit, an arbitrary voltage or a combined voltage of a plurality of voltages from the voltages generated in the secondary coil.
前記選択手段は、例えば、前記各2次コイルを構成する各ル−プ単位の各電圧から任意の1つの電圧又は複数の電圧の合成電圧を選択的に前記復調回路に入力させるように構成する。 The selection unit is configured to selectively input, for example, an arbitrary voltage or a composite voltage of a plurality of voltages from the voltages of the loop units constituting the secondary coils to the demodulation circuit. .
上記情報処理装置では、非接触式記録媒体の種類に応じて信号電圧の大きさが異なる場合に、例えば信号電圧が小さい記録媒体に対しては1つの電圧、信号電圧が大きい記録媒体に対しては合成電圧を選択して前記復調回路に入力させるようにする。 In the information processing apparatus, when the magnitude of the signal voltage varies depending on the type of the non-contact type recording medium, for example, one voltage for a recording medium with a small signal voltage, and a recording medium with a large signal voltage. Selects a composite voltage and inputs it to the demodulation circuit.
本発明によれば、コンデンサの調整の難しさを回避しつつ、消費電力が小さい、効率の良いアンテナを提供することができる。また、本発明の情報処理装置によれば、回路を複雑化せずに非接触記録媒体の信号電圧の大きさに応じて、復調電圧を調整することができるので、復調精度の向上、装置の小型化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an efficient antenna with low power consumption while avoiding difficulty in adjusting a capacitor. Further, according to the information processing apparatus of the present invention, the demodulation voltage can be adjusted according to the magnitude of the signal voltage of the non-contact recording medium without complicating the circuit. Miniaturization is possible.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態によるアンテナを備える、非接触式情報記録媒体20のリーダ/ライタ装置等である情報処理装置10の概略構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an information processing apparatus 10 that is a reader / writer apparatus or the like of a non-contact information recording medium 20 including an antenna according to the present embodiment.
情報処理装置10は、例えば、駅の改札、入退出管理、物流管理等の様々な所に構築されるものであり、アンテナ16によって、例えばICカード、ICタグ等の非接触式情報記録媒体20との間で非接触で通信を行ない、任意のデータのリード/ライトを行う。 The information processing apparatus 10 is constructed in various places such as a ticket gate of a station, entrance / exit management, logistics management, etc., and a contactless information recording medium 20 such as an IC card or an IC tag by an antenna 16. Communicate in a non-contact manner, and read / write arbitrary data.
アンテナ16は、プリント基板17上にループコイルをパターン形成することにより作成されている。本例の第1の特徴は、このアンテナ16の構成にあり、その具体的構成は図2〜5に示し、後に説明する。 The antenna 16 is created by patterning a loop coil on the printed circuit board 17. The first feature of this example is the configuration of the antenna 16, and the specific configuration is shown in FIGS. 2 to 5 and will be described later.
また、情報処理装置10は、信号処理回路11とコンピュータ18を有する。コンピュータ18は、例えば不図示のCPU、メモリ等である。信号処理回路11は、キャリア信号発生器12、増幅器13、復調回路14、デジタル信号処理部15より成る。復調回路14は、検波回路14aと増幅回路14bより成る。信号処理回路11は、アンテナ16を用いて接触非式情報記録媒体20との間で非接触で通信を行う。コンピュータ18は、信号処理回路11から信号を受信して処理を行い、あるいは信号処理回路11にデータを送信してアンテナ16を介して非接触式情報記録媒体20にデータ送信させる。
The information processing apparatus 10 includes a signal processing circuit 11 and a
キャリア信号発生器12は所定の周波数のキャリア信号を発生する。デジタル信号処理部15は、送信する情報に応じて、増幅器13の増幅率を変化させる。これによってキャリア信号レベルが変化(振幅変調)する。この振幅変調波がアンテナ16から電磁波として放射される。その後、信号処理回路11は一定期間、増幅器13の増幅率を一定にして、無変調波を電磁波として放射する。非接触式情報記録媒体20側では、デジタル信号処理部23が、返信するデータに応じてスイッチ22をon/off制御する。これにより、ループコイル21とコンデンサ24で構成される共振回路の共振周波数(インピーダンス)が変化し、信号処理回路11のキャリア信号が変化する。復調回路14の検波回路14aは、このキャリア信号の検波を行い、増幅回路14bはその検波後の信号の増幅を行う。デジタル信号処理部15は、この増幅後の信号からキャリア信号の変動を特定し、記録媒体20側から送信されたデータを認識し、これをコンピュータ18に転送する。
The carrier signal generator 12 generates a carrier signal having a predetermined frequency. The digital
上記信号処理回路11は、従来の一般的な構成であってよい。但し、復調回路14への入力に係わる構成については、後に説明する図7、図9に示す構成とすることで、非接触式情報記録媒体20の種類によって復調する信号電圧の大きさが異なる場合でも、復調回路14の複雑化等の問題を回避できるようにしてもよい。これが、本例の第2の特徴となる。
The signal processing circuit 11 may have a conventional general configuration. However, the configuration relating to the input to the
尚、記録媒体20の構成において、ダイオード25は整流/検波用のダイオードであり、コンデンサ26は平滑用のコンデンサである。また、尚、図1ではアンテナ16は特に1次コイル、2次コイルに区別して示していないが、実際には後述するように1次コイル、2次コイルより成るものであり、キャリア信号発生器12が発生するキャリア信号は1次コイルに与えられ、検波回路14aは二次コイルの電圧変動を検波するものである。
In the configuration of the recording medium 20, the
図2〜図5に、それぞれ、本実施の形態による上記アンテナ16の構成を示す。
図2に実施例1によるアンテナ16a、図3に実施例2によるアンテナ16b、図4に実施例3によるアンテナ16c、図5に実施例4によるアンテナ16dの具体例を示す。
2 to 5 show the configuration of the antenna 16 according to the present embodiment, respectively.
FIG. 2 shows an
これらアンテナ16a〜16dに共通の特徴は、コンデンサの調整の難しさを回避する為に、アンテナを配置する領域を複数に分割した各分割領域に2次コイルを配置する。つまり、2次コイルは図12等に比べて面積が小さい複数の2次コイルを配置する。その一方で、1次コイルはこの複数の2次コイルに共通の1つの1次コイルとしている。
A common feature of these
上記構成とすることで、アンテナを形成する為の限られた領域の面積を有効に使える(アンテナ全体の面積に対して1次コイルの導体が占める割合が、図13の構成に比べて小さくなる)ようになり、アンテナ効率が向上する。尚、2次コイルを面積が小さい複数の2次コイルとして構成することにより、この複数の2次コイル全てによって占める面積と同一の断面積を有する1つのコイルと比較して、コイルの巻数が多い、又はコイルの外周に流れる電流が大きいので、磁界の強度を向上させることができる。よって、コンデンサの設定値を小さくせずに磁束を増やすことができ、以ってコンデンサの調整の難しさを回避することができる。また、上記複数の2次コイルは互いに同一或いは略同一形状に形成されている(また、更に巻数も同じである)ことが望ましい。このように特性を同じくした複数の2次コイルには同位相の電流が流れる。 With the above configuration, the area of a limited region for forming the antenna can be used effectively (the ratio of the conductor of the primary coil to the total area of the antenna is smaller than the configuration of FIG. ) And antenna efficiency is improved. By configuring the secondary coil as a plurality of secondary coils having a small area, the number of turns of the coil is larger than that of one coil having the same cross-sectional area as the area occupied by all of the plurality of secondary coils. Alternatively, since the current flowing in the outer periphery of the coil is large, the strength of the magnetic field can be improved. Therefore, the magnetic flux can be increased without reducing the set value of the capacitor, and the difficulty of adjusting the capacitor can be avoided. The plurality of secondary coils are preferably formed in the same or substantially the same shape (and the number of turns is also the same). In this way, currents of the same phase flow through a plurality of secondary coils having the same characteristics.
まず、図2に示す実施例1によるアンテナ16aの構成例について説明する。
図2に示すアンテナ16aは、プリント基板17の同一平面上、例えば、プリント基板17の表面に、1次及び2次コイルが構成されている。尚、ここでは、プリント基板17の2つの面のうち、一方を表面、他方を裏面と記すものとする。
First, a configuration example of the
The
1次コイル31は、信号処理回路11に接続されている。2次コイルは、1次コイル31と電磁的に結合する2つのコイル32、33で構成される。この構成は、従来の図12の二次コイル102を二分割した構成と言える(面積としては、2次コイル32、33の両方を足した面積が、二次コイル102の面積とほぼ同じという関係にある)。 The primary coil 31 is connected to the signal processing circuit 11. The secondary coil includes two coils 32 and 33 that are electromagnetically coupled to the primary coil 31. This configuration can be said to be a configuration in which the conventional secondary coil 102 of FIG. 12 is divided into two (the area that the area obtained by adding both the secondary coils 32 and 33 is substantially the same as the area of the secondary coil 102. It is in).
1次コイル31は、2次コイルの内側に配置する。よって、1次コイルの外周は、2次コイル(ここでは、2つのコイル32,33を併せたものを意味する)の内周より小さくなる。この構成では、そのままでは、1次コイル31と2次コイル32、33とが接触してしまうので、図2に示す通り、1次コイル31と2次コイル32、33とが交差する位置において、1次コイル31の一部をプリント基板17の裏面に形成させる(図中の1次コイルの点線部分;1次コイル渡り線31a)。 The primary coil 31 is disposed inside the secondary coil. Therefore, the outer periphery of the primary coil is smaller than the inner periphery of the secondary coil (which means a combination of the two coils 32 and 33 here). In this configuration, as it is, the primary coil 31 and the secondary coils 32 and 33 come into contact with each other. Therefore, as shown in FIG. 2, at the position where the primary coil 31 and the secondary coils 32 and 33 intersect, A part of the primary coil 31 is formed on the back surface of the printed circuit board 17 (dotted line portion of the primary coil in the figure; primary coil connecting wire 31a).
このような構成にすると、図12の従来構成の2次コイル102に比べ、2次コイル32、33を構成するそれぞれのループは面積が小さくなる(約半分になる)ので、全体でのコイルの巻き数が多くなり、またインダクタンスが小さくなりコンデンサ容量を大きくすることができる。更に、図13の構成と比較して、1次コイル31を、2つの2次コイル32、33に共通の1つのコイルとして構成したことにより、上述してある通り、アンテナを形成する為の限られた領域の面積を有効に使える(アンテナ全体の面積に対して導体が占める割合が小さくなる)ようになり、アンテナ効率が向上する。つまり、コンデンサ調整の難しさを回避しつつ、効率の良いアンテナを提供することができる。 With such a configuration, each loop constituting the secondary coils 32 and 33 has a smaller area (about half) than the secondary coil 102 having the conventional configuration shown in FIG. The number of turns increases, the inductance decreases, and the capacitor capacity can be increased. Furthermore, as compared with the configuration of FIG. 13, the primary coil 31 is configured as one coil common to the two secondary coils 32 and 33, so that the limitation for forming the antenna as described above. The area of the selected region can be used effectively (the ratio of the conductor to the entire antenna area is reduced), and the antenna efficiency is improved. That is, it is possible to provide an efficient antenna while avoiding the difficulty of capacitor adjustment.
尚、図示の例ではアンテナを配置する領域を2つに分割した各分割領域に2次コイルを配置する例、すなわち2次コイルの数が2つの例を示したが、これは一例であり、例えばアンテナを配置する領域を4分割して、4つの2次コイルを配置するようにしてもよい。この場合、1次コイルは1つとしてもよいし、2つとしてもよい。 In the illustrated example, the example in which the secondary coil is arranged in each divided region obtained by dividing the region in which the antenna is arranged into two, that is, an example in which the number of secondary coils is two, is shown as an example. For example, the area where the antenna is arranged may be divided into four and four secondary coils may be arranged. In this case, the number of primary coils may be one or two.
次に、図3に示す実施例2によるアンテナ16bの構成例について説明する。
図3に示す構成では、1次コイル41はプリント基板17の裏面に、2次コイル42、43はプリント基板17の表面に、それぞれループコイルをパターン形成することにより作成されている。よって、図3では省略してあるが、1次コイル41と2次コイル42、43との間には、プリント基板17が存在している。但し、これは一例であり、プリント基板17を用いるのではなく、他の何等かの方法で、1次コイル41と2次コイル42、43との位置関係が図3に示す位置関係(ループコイルを含む面の交差方向である軸方向上に任意の間隔を隔てて配置する)になるように構成すればよい。
Next, a configuration example of the
In the configuration shown in FIG. 3, the primary coil 41 is formed by patterning a loop coil on the back surface of the printed circuit board 17, and the secondary coils 42 and 43 are formed on the surface of the printed circuit board 17. Therefore, although omitted in FIG. 3, the printed circuit board 17 exists between the primary coil 41 and the secondary coils 42 and 43. However, this is only an example, and the positional relationship between the primary coil 41 and the secondary coils 42 and 43 is not shown in FIG. In the axial direction that is the crossing direction of the planes including the surface.
図3に示す構成では、図2の構成と同様に2つの2次コイル42、43に共通の1つの1次コイル41を設けるという特徴を有するが、1次コイル41を2次コイル42、43とは別の面に形成するようにした点が図2とは異なる。 The configuration shown in FIG. 3 is characterized in that one primary coil 41 is provided common to the two secondary coils 42 and 43 as in the configuration of FIG. 2, but the primary coil 41 is replaced with the secondary coils 42 and 43. 2 is different from FIG. 2 in that it is formed on a different surface.
次に、図4に示す実施例3によるアンテナ16cの構成例について説明する。
図4に示す構成において、1次コイル41については上記図3の1次コイルと同じであるので、同一符号を付してあり、説明は省略する。
Next, a configuration example of the antenna 16c according to the third embodiment illustrated in FIG. 4 will be described.
In the configuration shown in FIG. 4, the primary coil 41 is the same as the primary coil shown in FIG.
一方、2次コイルについては、従来や上記図2、図3の構成では、各2次コイルを構成する複数のループは同一平面上に配置されるが、本実施例3では、各ループを互いに異なる平面上に配置させるように構成する。すなわち、図4に示す例のように、2次コイル51を構成する2つのループ51a、51bは各々異なる平面上に配置し(ループコイルを含む面の交差方向である軸方向上に間隔を隔てて2個、配置し)、これら2つのループ51a、51bを直列接続させる。2次コイル52も同様であり、2つのループ51a、51bは各々異なる平面上に配置し、直列接続させている。このように各ループを軸方向に間隔を隔てて配置させる方法としては、例えば積層プリント基板の各積層面にループコイルをパターン形成する方法がある。これに限らず、例えば単相プリント基板にそれぞれパターン形成し、それらをスペーサ等で離して支持させて形成しても良い。 On the other hand, with respect to the secondary coil, in the conventional and the configurations of FIGS. 2 and 3 above, a plurality of loops constituting each secondary coil are arranged on the same plane. It arrange | positions so that it may arrange | position on a different plane. That is, as in the example shown in FIG. 4, the two loops 51 a and 51 b constituting the secondary coil 51 are arranged on different planes (with an interval on the axial direction that is the intersecting direction of the plane including the loop coil). These two loops 51a and 51b are connected in series. The same applies to the secondary coil 52. The two loops 51a and 51b are arranged on different planes and connected in series. As a method of arranging the loops at intervals in the axial direction in this way, for example, there is a method of forming a loop coil pattern on each laminated surface of the laminated printed board. However, the present invention is not limited to this. For example, patterns may be formed on a single-phase printed circuit board, and they may be separated and supported by a spacer or the like.
このような配置にすると、図3等のようにループコイルのパターンを同一平面上に形成する場合とは異なり、抵抗損失を低減するためにパターンの幅を広くしても、その幅を広くしたことによるアンテナ面積の減少は僅かに抑えられる。 In such an arrangement, unlike the case where the loop coil pattern is formed on the same plane as shown in FIG. The decrease in the antenna area due to this is slightly suppressed.
更に、図4の構成の場合、パターンの幅を大きくしても、導体間距離を従来に比べて小さくすることができる。すなわち、図では分かり易くする為にループコイルの軸方向上の間隔を大きくして示しているが、実際、例えば積層プリント基板の各積層面の距離は、パターンの幅に比べて小さいものである。特に本手法では、抵抗損失を低減するためにパターンの幅を広くしているのであるから尚更である。上述してあるように、導体間距離が小さいほうがアンテナ効率は良くなるので、後に図7に示す実験結果のように、図3(図2も同様)の構成に比べて更にアンテナ効率が良くなっている。これは、図5の構成においても同様である。 Furthermore, in the case of the configuration of FIG. 4, even if the width of the pattern is increased, the distance between conductors can be reduced as compared with the conventional case. That is, in the figure, for the sake of clarity, the axial interval of the loop coil is shown to be large, but in practice, for example, the distance between the laminated surfaces of the laminated printed circuit board is smaller than the width of the pattern. . In particular, in this method, the width of the pattern is widened in order to reduce the resistance loss. As described above, the antenna efficiency is improved when the distance between the conductors is small. Therefore, the antenna efficiency is further improved as compared with the configuration of FIG. 3 (same as in FIG. 2) as shown in the experimental results shown in FIG. ing. The same applies to the configuration of FIG.
次に、図5に示す実施例4によるアンテナ16dの構成例について説明する。
図5に示す構成において、2次コイル51、52については上記図4の2次コイルと同じであるので、同一符号を付してあり、説明は省略する。
Next, a configuration example of the
In the configuration shown in FIG. 5, the secondary coils 51 and 52 are the same as the secondary coil shown in FIG.
そして、図5に示す構成では、更に1次コイルについても、上記2次コイル51、52と同様に、1次コイル61を構成する2つのループ61a、61bは各々異なる平面上に配置し(ループコイルを含む面の交差方向である軸方向上に間隔を隔てて2個、配置し)、これら2つのループ61a、61bを直列接続させる。
Further, in the configuration shown in FIG. 5, the two
尚、上記図4、図5では軸方向上に隔てた1箇所にループコイルを配置する構成としたが、これに限るわけではない。例えば全6ターンのループコイルを例にすると、上記1箇所にループコイルを配置する構成では図6(a)に示すように6層の配置となるが、例えば図6(b)に示すように2箇所に配置することで3層の配置となるようにしてよい。 In FIGS. 4 and 5, the loop coil is arranged at one place separated in the axial direction. However, the present invention is not limited to this. For example, in the case of a loop coil with 6 turns as an example, the configuration in which the loop coil is arranged at one place described above has an arrangement of 6 layers as shown in FIG. 6A. For example, as shown in FIG. It may be arranged in three layers by arranging in two places.
また、上述した図1〜図5に示す構成例では、ループコイルの形状は基本的に同じ(1次コイル、2次コイルという種類が異なるものの間では別である)としているが、必ずしも同一或いは略同一としなくとも良い。つまり、目標とする特性が得られる範囲内で形状を異ならせても良い。また、上記の説明では、2次コイルは2個としたが、これに限るわけではない。また、1次及び2次コイルのループ数はそれぞれ2としたがこれに限るものではない。また、上述した2次コイルは、各々、コンデンサC1、C2を有して共振回路を構成しており、この共振回路の共振周波数はキャリア信号発生器12が発生するキャリアの周波数と同一又は略同一としてもよい。また、2次コイルの巻き数は、1次コイルの巻き数より多くしてもよい(これにより2次コイルから発生される磁界の強度を向上させることができる)。上記複数の2次コイルは、互いに同一或いは略同一形状に形成してもよい。 In the configuration examples shown in FIGS. 1 to 5 described above, the shape of the loop coil is basically the same (different between the different types of primary coil and secondary coil). It does not have to be substantially the same. That is, the shape may be varied within a range in which target characteristics can be obtained. In the above description, the number of secondary coils is two, but the number is not limited to this. Further, although the number of loops of the primary and secondary coils is two, it is not limited to this. The secondary coils described above each have capacitors C1 and C2 to form a resonance circuit, and the resonance frequency of the resonance circuit is the same as or substantially the same as the frequency of the carrier generated by the carrier signal generator 12. It is good. Further, the number of turns of the secondary coil may be larger than the number of turns of the primary coil (this can improve the strength of the magnetic field generated from the secondary coil). The plurality of secondary coils may be formed in the same or substantially the same shape.
図7には、上記本実施の形態のアンテナ構成、及び従来の図13のアンテナ構成について、それぞれ、アンテナの発生磁束φ、アンテナ1次コイルの電流I、及びその比率「φ/I」の実際の実験による実測データに基づく比較結果を示す。 FIG. 7 shows the actual magnetic flux φ generated by the antenna, the current I of the primary coil of the antenna, and the ratio “φ / I” for the antenna configuration of the present embodiment and the conventional antenna configuration of FIG. The comparison result based on the actual measurement data by the experiment is shown.
図7では、図13のアンテナ構成についてのアンテナの発生磁束φ、アンテナ1次コイルの電流I、及びその比率「φ/I」の各々の実測データを‘1.0’として図3及び図4のアンテナ構成の実測データとの比較結果を示す。 In FIG. 7, the actual measurement data of the generated magnetic flux φ of the antenna, the current I of the primary coil of the antenna, and the ratio “φ / I” for the antenna configuration of FIG. The comparison result with the actual measurement data of the antenna configuration is shown.
図示の通り、図3の構成の場合は、従来に比べ、磁束は若干小さくなるが、それ以上にアンテナ入力電流が減少するので、比率(効率)φ/Iは20%向上する。さらに、図4の構成によると、磁束は従来と同等であるが電流がさらに減少するので、効率は47%向上する。 As shown in the figure, in the case of the configuration of FIG. 3, the magnetic flux is slightly smaller than in the conventional case, but since the antenna input current is further reduced, the ratio (efficiency) φ / I is improved by 20%. Further, according to the configuration of FIG. 4, the magnetic flux is the same as the conventional one, but the current is further reduced, so that the efficiency is improved by 47%.
図8は、本例による情報処理装置10における検波・復調方法を説明する為の図である。
従来より、検波・復調方法は、1次コイル側の電圧を検波する方法と2次コイル側の電圧を検波する方法とがあるが、本手法では、2次コイル側の電圧を検波する方法を採る。また、2次コイルの構成は、図4又は図5の構成、すなわち各ループを各々異なる平面上に配置する構成を前提とする。これより、図8には、2次コイルとして、ループ51a、51bより成る2次コイル51と、ループ52a、ループ52bより成る2次コイル52を示してある。また、図8では、2次コイル52にのみ本手法の検波・復調方法を適用した例を示すが、2次コイル51に適用してもよく、あるいは両方に適用してもよい。
FIG. 8 is a diagram for explaining a detection / demodulation method in the information processing apparatus 10 according to the present example.
Conventionally, detection / demodulation methods include a method of detecting the voltage on the primary coil side and a method of detecting the voltage on the secondary coil side. In this method, a method of detecting the voltage on the secondary coil side is used. take. The configuration of the secondary coil is based on the configuration shown in FIG. 4 or 5, that is, the configuration in which each loop is arranged on a different plane. Thus, FIG. 8 shows a secondary coil 51 composed of loops 51a and 51b and a secondary coil 52 composed of loops 52a and 52b as secondary coils. Further, FIG. 8 shows an example in which the detection / demodulation method of the present method is applied only to the secondary coil 52, but it may be applied to the secondary coil 51 or to both.
本手法の検波・復調方法の特徴は、図8に示す電圧選択部71にある。すなわち、通常、2次コイルの電圧を検波する場合は2次コイルとコンデンサとの接続点の電圧を検波する。つまり、図8のA点−C点間の電圧V2 を検波する。これに対して、本手法では、ループ52aとループ52bの間のB点から配線を引き込み、A点−B点間の電圧V1 も検波可能とする。そして、電圧選択部71によって、A点−B点間の電圧V1 とA点−C点間の電圧V2 の何れか一方を選択して、これを復調回路14の入力とする。
The characteristic of the detection / demodulation method of this method is the
上記構成によって、例えば、信号電圧が小さな記録媒体20用に電圧選択部71をC点側に切り替えておき電圧V2 を復調回路14に入力させる。その後、何らかの理由で信号電圧の大きな記録媒体20に対応させる場合には、電圧選択部71をB点側に切り替えて電圧V1 を復調回路14に入力させる。これによって、逐一復調回路14を調整する必要なく、検波回路の前に減衰器を付けたり、増幅回路の増幅度を小さくする等の変更は必要なくなり、従来の損失の増加や回路の複雑化といった問題を解消できる。この様に、回路を複雑化せずに、非接触記録媒体の信号電圧の大きさに応じて、復調電圧を調整することができるので、復調精度の向上、装置の小型化が可能となる。
With the above configuration, for example, the
このような切り替えは、対象とするメディア(記録媒体20)の種類(カードやタグ、リストバンド等)や特性(カードの周波数)に応じて、メディアからの返信信号の大きさが変わるため、1つの情報処理装置10で様々な種類のメディアに対応できるようにしたい場合には、非常に役立つものとなる。 Such switching is performed because the magnitude of a return signal from the medium changes according to the type (card, tag, wristband, etc.) and characteristics (card frequency) of the target medium (recording medium 20). This is very useful when it is desired that one information processing apparatus 10 can handle various types of media.
上記電圧選択部71は単純に切替スイッチによって実現してもよいが、図9に示す構成によって実現してもよい。
図9に示す例は、アンテナ(2次コイル)がパターン形成されているプリント板上に、図8のC点と接続する導体パターン72、B点と接続する導体パターン72を、それぞれ、復調回路14と接続する導体パターンと、チップ型短絡抵抗73c、73bにより接続する(ここでは、チップ型短絡抵抗73cはC点、チップ型短絡抵抗73bはB点との接続用抵抗とする)。そして、このチップ型短絡抵抗73b、73cを付け替えることで上記切替を実現する。つまり、一方は「接続なし」とし、他方は「抵抗ゼロ」のチップを接続する。例えば、A点−B点間の電圧V1 を用いたい場合には、チップ型短絡抵抗73bは「抵抗ゼロ」のチップとし、チップ型短絡抵抗73cは接続しない。
The
In the example shown in FIG. 9, on the printed board on which the antenna (secondary coil) is patterned, the
但し、このように「抵抗ゼロ」のチップを付けるか付けないかを選択するだけでは、上記切替スイッチを用いる場合と大差ない。チップ型短絡抵抗を用いるようにしているのは、「抵抗ゼロ」のチップを用いる例に限らず、任意の抵抗値を持つチップを付ける場合も考えているからである。 However, simply selecting whether or not the “zero resistance” chip is attached in this way is not much different from the case of using the changeover switch. The reason why the chip-type short-circuit resistor is used is not limited to an example of using a “zero resistance” chip, but also a case where a chip having an arbitrary resistance value is considered.
例えば、チップ型短絡抵抗73cを例にすると、これを任意の抵抗値を持つチップとすることは、すなわち図10に示す回路を意味するものとなる。つまり、メディアからの信号に応じて抵抗値を選定することは、実質、図10に示すように可変抵抗を接続するものと同等であると見なせる。よって、抵抗値を変えることで、復調回路14への電圧を変化させることができるので、復調回路14自体の回路定数の変更をしなくて済み、また、より細かな設定が可能となる(図8で切替スイッチを用いた場合は、たかだか2段の切り替えしかできない)。
For example, taking the chip-type short-circuit resistor 73c as an example, making this a chip having an arbitrary resistance value means the circuit shown in FIG. That is, selecting the resistance value according to the signal from the medium can be regarded as substantially equivalent to connecting a variable resistor as shown in FIG. Therefore, since the voltage to the
また、本手法による復調方法は、上記図8の構成に限らず、例えば図11の構成としててもよい。図11では、図示のC点とD点を短絡することで、図示のV1〜V4のいずれかの電圧を電圧選択部74で選択して復調回路145で復調させる。この場合、もし切替スイッチを用いる場合、図8では2段の切替えであったのに対して、4段の切替えを行うことができ、復調回路14で復調する電圧をよりきめ細かく設定することができる。勿論、図9のように抵抗を用いるようにしてもよい。尚、電圧選択部74は上記電圧選択部71と略同様であり、2段の選択か4段の選択からの違いがあるだけである。また、尚、図11の構成を利用すれば、図4、図5の構成だけでなく、図2、図3の構成にも適用できる。すなわち、図2、図3の構成の場合には、図11に示すB点との接続、及びE点との接続を無くし、V2 とV4 の2段の切替えを行う構成とすればよい。
Further, the demodulation method according to the present method is not limited to the configuration shown in FIG. In FIG. 11, by short-circuiting the point C and the point D shown in the figure, the
10 情報処理装置
11 信号処理回路
12 キャリア信号発生器
13 増幅器
14 復調回路
14a 検波回路
14b 増幅回路
15 デジタル信号処理部
16 アンテナ
17 プリント基板
18 コンピュータ
20 接触非式情報記録媒体
21 ループコイル
22 スイッチ
23 デジタル信号処理部
24 コンデンサ
25 ダイオード
26 コンデンサ
31 1次コイル
31a 1次コイル渡り線
32 2次コイル
33 2次コイル
41 1次コイル
42 2次コイル
43 2次コイル
51 2次コイル
51a ループ
51b ループ
52 2次コイル
52a ループ
52b ループ
61 1次コイル
71 電圧選択部
72 導体パターン
73b チップ型短絡抵抗
73c チップ型短絡抵抗
74 電圧選択部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Information processing apparatus 11 Signal processing circuit 12 Carrier signal generator 13
Claims (9)
前記アンテナは1次コイルと該1次コイルと相互誘導により結合する2次コイルとから構成され、
前記2次コイルは、前記アンテナを配置すべき領域を複数に分割した各分割領域に各々配置する複数の2次コイルとして構成され、
前記1次コイルは該複数の2次コイルに共通のものとして配置することを特徴とする情報処理装置のアンテナ。 In an antenna used in an information processing apparatus that transmits and receives signals without contact with an information recording medium,
The antenna includes a primary coil and a secondary coil coupled to the primary coil by mutual induction.
The secondary coil is configured as a plurality of secondary coils respectively arranged in each divided region obtained by dividing the region in which the antenna is to be arranged.
The antenna for an information processing apparatus, wherein the primary coil is arranged as a common coil for the plurality of secondary coils.
前記複数の2次コイルの巻き数は、前記1次コイルの巻き数より多くし、
前記複数の2次コイルは、互いに同一或いは略同一形状に形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の情報処理装置のアンテナ。 Each of the plurality of secondary coils includes a capacitor to form a resonance circuit,
The number of turns of the plurality of secondary coils is larger than the number of turns of the primary coil,
The antenna of the information processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of secondary coils are formed in the same or substantially the same shape as each other.
2次コイルの電圧を検波・復調する復調回路と、
前記複数の2次コイルに発生する各電圧から任意の1つの電圧又は複数の電圧の合成電圧を選択的に前記復調回路に入力させる選択手段と、
を有することを特徴とする情報処理装置。 An information processing apparatus using the antenna according to claim 1,
A demodulation circuit for detecting and demodulating the voltage of the secondary coil;
A selection means for selectively inputting any one voltage or a combined voltage of a plurality of voltages from the voltages generated in the plurality of secondary coils to the demodulation circuit;
An information processing apparatus comprising:
The selection means selectively inputs an arbitrary voltage or a composite voltage of a plurality of voltages from the voltages of each loop unit constituting the secondary coils to the demodulation circuit. Item 9. The information processing apparatus according to Item 8.
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