JP2006129003A - Rfidタグの取付方法、取付構造、アンテナ構造体及びrfidタグ付き装置 - Google Patents
Rfidタグの取付方法、取付構造、アンテナ構造体及びrfidタグ付き装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 RFIDタグを物品に取り付ける場合において、物品が導体であるか否かにかかわらず、良好な通信品質を確保できるようにする。
【解決手段】 ICチップ2とアンテナ部としてのループアンテナ3とを有するRFIDタグ1を物品10に取り付ける場合に、RFIDタグ1のループアンテナ3の少なくとも一部を物品10からずらして又は離間させて装着する。とくに、物品10が導体部分を有する場合には、前記導体部分の角部又は縁部にループアンテナ3を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置する。ループアンテナ3の内側には軟磁性体を配置する場合もある。
【選択図】 図1
【解決手段】 ICチップ2とアンテナ部としてのループアンテナ3とを有するRFIDタグ1を物品10に取り付ける場合に、RFIDタグ1のループアンテナ3の少なくとも一部を物品10からずらして又は離間させて装着する。とくに、物品10が導体部分を有する場合には、前記導体部分の角部又は縁部にループアンテナ3を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置する。ループアンテナ3の内側には軟磁性体を配置する場合もある。
【選択図】 図1
Description
本発明は、RFIDタグ(Radio Frequency Identification Tag)を用いた無線通信システムにおいて、物品に対するRFIDタグの取り付けを工夫したRFIDタグの取付方法及び取付構造、さらにはアンテナ感度の向上が可能なアンテナ構造体及びRFIDタグ付き装置に関する。
近年、RFID技術を用いた無線通信システムが注目されている。この通信システムは一般に、各種データを記憶可能なデータキャリアと、このデータキャリアに対して非接触で情報の読み書き(リード/ライト)を行なうリーダライタとで構成される。データキャリアは、その形状や大きさ等に応じてRFIDタグ(無線ICタグ)、非接触ICカード等と呼ばれるが、ここでは、カード形状のものも含めてRFIDタグと呼ぶことにする。このRFIDタグに利用される無線周波数帯としては、135kHz以下の帯域、13.56MHz帯、及び2.45GHz帯等がある。このRFIDタグは、小さなものは物品管理用に、カード形状のものは交通機関の自動改札機等、各種入退出管理に利用されている。またその他にも、電子マネー等への応用も検討されている。
これら、RFIDタグのうち、13.56MHz帯を用いるものについては、アンテナ部として平面状のループアンテナが内蔵されており、リーダライタのアンテナが発する電磁波を介して、電磁誘導によりRFIDタグに電力が供給され、データのリード/ライトが行なわれる。
ところで、平面状のループアンテナを持つRFIDタグを金属のような良導体物品に直接取り付けた場合、良導体物品に発生する渦電流の影響により通信品質が低下する(通信距離が短くなる)あるいは通信不能となる問題があった。
この対策として、下記特許文献1では、RFIDタグにおいて、アンテナ部と物品との間に軟磁性部材を挿入することにより、RFIDタグのアンテナ特性を改善することが提案されている。
また、良導体物品に対して上記のようにアンテナ部と物品との間に軟磁性部材を挿入して金属対応タグを装着した場合であっても、通常タイプのRFIDタグを非導電性の物品に装着したときと比較して通信品質が2〜3割低下するとした報告が下記非特許文献1に記載されている。
「日経バイト」2004年6月号(日本経済新聞社発行)
図8は一般的なRFIDタグの物品への取付方法を示す。この場合、RFIDタグ1は、管理対象の物品10に関する情報が記憶されるICチップ2と、リーダライタとの間で電磁波の送受信を行うためのアンテナ部としてのループアンテナ3とを備えており、ループアンテナ3はICチップ2に電気的に接続されている。そして、RFIDタグ1は物品10の一面の例えば中央部分に貼り付けられている。
上記一般的なRFIDタグの物品への取付方法では、RFIDタグ1のアンテナ部の背面は物品10で覆われているため、物品10が導体の場合には、物品に渦電流が発生し、アンテナ部内への磁束の通過を妨げるため、アンテナ部単体では通信が不能となる。その場合には、前述したようにアンテナ部と物品との間に軟磁性部材を挿入する必要がある。
そこで、本発明は、物品が導体であるか否かにかかわらず、良好な通信品質を確保できるRFIDタグの取付方法及び取付構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、リーダライタからの送信電磁波による磁界が導体の角部又は縁部でかえって強まる現象を利用してアンテナ感度の向上を図ることのできるアンテナ構造体及びRFIDタグ付き装置を提供することをもう一つの目的とする。
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
上記目的を達成するために、本発明に係るRFIDタグの取付方法は、RFIDタグを物品に取り付ける場合に、前記RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着したことを特徴としている。
前記RFIDタグの取付方法において、前記物品が導体部分を有している場合に、前記導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置するとよい。
前記RFIDタグの取付方法において、前記RFIDタグはアンテナ部としてループアンテナを有するものであるとよい。
前記RFIDタグの取付方法において、前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられているとよい。
本発明に係るRFIDタグの取付構造は、RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらした状態又は離間した状態で、前記RFIDタグが前記物品に装着されていることを特徴としている。
前記RFIDタグの取付構造において、前記物品が導体部分を有している場合に、前記導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置するとよい。
前記RFIDタグの取付構造において、前記RFIDタグはアンテナ部としてループアンテナを有するものであるとよい。
前記RFIDタグの取付構造において、前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられているとよい。
前記RFIDタグの取付構造において、前記物品が導体部分を有し、該導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部が近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置されているとよい。
本発明に係るアンテナ構造体は、導体と該導体の外縁から少なくとも一部がはみ出すように形成されたループアンテナとを備え、前記ループアンテナは前記導体から絶縁されかつ前記導体の外縁に近接した部分を有することを特徴としている。
前記アンテナ構造体において、前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられているとよい。
前記RFIDタグの取付方法において、前記アンテナ構造体をアンテナ部としたRFIDタグを用いる構成としてもよい。
前記RFIDタグの取付構造において、前記アンテナ構造体をアンテナ部としたRFIDタグを用いる構成としてもよい。
本発明に係るRFIDタグ付き装置は、前記アンテナ構造体をアンテナ部としたRFIDタグを備えることを特徴としている。
本発明に係るRFIDタグの取付方法及び取付構造によれば、RFIDタグを物品に取り付ける場合に、前記RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着するので、物品が導体であるか否かにかかわらず、アンテナ部内を磁束が通過でき、良好な通信品質(リーダライタ間の所望通信距離)を確保でき、通信不良の発生を回避できる。
また、前記物品が導体部分を有する場合には、前記導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置することで、前記導体部分の表面に発生する渦電流による磁束がさらに前記アンテナ部内を通過する磁束を強めるため、アンテナ感度を上げて通信品質向上を図ることができる。
本発明に係るアンテナ構造体によれば、導体と該導体の外縁から少なくとも一部がはみ出すように形成されたループアンテナとを備えていて、前記ループアンテナが前記導体から絶縁されかつ前記導体の外縁に近接した部分を有する構成としたので、前記導体表面に発生する渦電流による磁束がさらに前記ループアンテナ内を通過する磁束を強めることになり、アンテナ感度を向上させることが可能となる。
本発明に係るアンテナ構造体を用いたRFIDタグの取付方法及び取付構造によれば、RFIDタグを物品に取り付ける場合に、前記RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着するので、物品が導体であるか否かにかかわらず、アンテナ部内を磁束が通過でき、良好な通信品質(リーダライタ間の所望通信距離)を確保でき、通信不良の発生を回避できる。さらには、前記アンテナ構造体の導体表面に発生する渦電流による磁束がさらに前記アンテナ構造体のループアンテナ内を通過する磁束を強めることになり、アンテナ感度を向上させることが可能となる。
本発明に係るRFIDタグ付き装置によれは、前記アンテナ構造体をアンテナ部としたRFIDタグを備えるので、アンテナ感度の向上によって良好な通信品質(リーダライタ間の所望通信距離)を確保可能である。
以下、本発明を実施するための最良の形態として、RFIDタグの取付方法、取付構造、アンテナ構造体及びRFIDタグ付き装置の実施の形態を図面に従って説明する。
図1は本発明の実施の形態1であって、RFIDタグの取付方法及び取付構造を示す。この図において、RFIDタグ1は、管理対象の物品10に関する情報が記憶されるICチップ2と、リーダライタとの間で電磁波の送受信を行うためのアンテナ部としてのループアンテナ3とを備えており、ループアンテナ3はICチップ2に電気的に接続されている。そして、RFIDタグ1は、そのループアンテナ3の部分を物品10からずらした状態又は離間した状態で、物品10に装着されている(例えば貼り付けられている)。
この場合、アンテナ部としてのループアンテナ3の背面に物品10が位置しない状態としてRFIDタグ1を物品10に取り付けているため、物品10が導体であってもループアンテナ3内に磁束が通過できるため、通信が可能となる。
とくに、物品10が図示のように直方体状、あるいは板状の形状をなす良導体の場合等において、該良導体部分の角部又は縁部に電磁界が集中するため、その角部又は縁部にループアンテナ3が近接する又は少なくとも一部がはみ出すように(またがるように)配置されていることが好ましいことを本発明者は見いだした。
この理由を図6の電磁界シミュレーション(FDTD法)ならびに図9の実機での検討結果により説明する。
[シミュレーション検討結果]
シミュレーションモデルを図6(A)に示す。シミュレーションのモデルは13.56MHzで通信を行なう場合のシステムを想定しており、リーダライタを想定した1ターンコイルより距離40mm離れて対向配置された物品に向けて磁界を放射している。
解析空間:180mm×180mm×160mm
リーダライタ入力電力:1W
リーダライタコイル寸法:120mm×120mm
物品(完全導体で構成):短辺50mm×長辺60mm×厚み10mm
シミュレーションモデルを図6(A)に示す。シミュレーションのモデルは13.56MHzで通信を行なう場合のシステムを想定しており、リーダライタを想定した1ターンコイルより距離40mm離れて対向配置された物品に向けて磁界を放射している。
解析空間:180mm×180mm×160mm
リーダライタ入力電力:1W
リーダライタコイル寸法:120mm×120mm
物品(完全導体で構成):短辺50mm×長辺60mm×厚み10mm
シミュレーション結果を図6(B)及び図7(A),(B)に示す。図6(B)は物品近傍の磁界強度分布を示しており、色が濃いほど、磁界が強いことを表している。また、図7(A)は物品(完全導体)表面の手前0.7mmで物品短辺(50mm)の中心を0とした左右方向の位置xに対応する磁界強度Hz(物品面に対して垂直な方向成分)を示し、同図(B)は物品(完全導体)表面から後方3mmにおける位置xに対応する磁界強度Hzを示す。なお、図7(A),(B)では比較のために導体が存在しないときの磁界強度Hzも併せて示している。
これらの図より、物品10が導体であるときの角部周辺の磁界が強いことが確認され、この付近にアンテナ部としてのループアンテナ3を配置することにより、感度良く通信を行なえることが分かる。また、図7(A),(B)の完全導体である物品があるときと導体が無いときの対比から、導体が無いときよりも導体の存在する方が、導体角部(縁部)近傍の磁界強度は大きくなっており、この現象を利用することで導体が無いときよりもアンテナ感度を向上させ得ることが分かる。
[実機での検討結果]
周波数13.56MHzで通信を行うシステムにおいて、読み取り可能なリーダライタ−RFIDタグ間の距離を図9に示す装置で測定した。RFIDタグとしては、RFIDタグ単体の場合と、図9に示すようにアルミ板をRFIDタグの側面に取り付けた構造のもので評価を行った。
周波数13.56MHzで通信を行うシステムにおいて、読み取り可能なリーダライタ−RFIDタグ間の距離を図9に示す装置で測定した。RFIDタグとしては、RFIDタグ単体の場合と、図9に示すようにアルミ板をRFIDタグの側面に取り付けた構造のもので評価を行った。
評価結果を図10に示す。RFIDタグ単体では、読み取り可能距離は66mmであったが、アルミ板をRFIDタグの側面に取り付けることにより、読み取り可能距離が約10%増加し、受信感度の向上が図れることが分かる。
なお、図1のようにRFIDタグ1を物品10に取り付けるに当たっては、RFIDタグ1に自立性を持たせるために、剛性を有する誘電体板で補強することが望ましい。誘電体板としては材質並びに厚さは特に限定されないが、アクリル板、ポリカーボネート板等の各種プラスチック板が好ましい。
図2は本発明の実施の形態2であって、RFIDタグの取付方法及び取付構造を示す。この図において、RFIDタグ1のアンテナ部としてのループアンテナ3の一部を物品10からずらした状態又は離間した状態で、当該RFIDタグ1は物品10に装着されている。
この場合、物品10は金属等の良導体であっても、それ以外の材質であってもよいが、物品10が直方体状あるいは板状の良導体の場合、本実施の形態では該良導体部分の角部又は縁部に対して少なくとも一部がはみ出すようにループアンテナ3が配置されることになる。
なお、その他の構成は前述の実施の形態1と同様である。
この実施の形態1,2によれば、次の通りの効果を得ることができる。
(1) RFIDタグ1を物品10に取り付ける場合に、RFIDタグ1のアンテナ部としてのループアンテナ3の少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着するので、物品10が導体であるか否かにかかわらず、ループアンテナ3内を磁束が通過でき、良好な通信品質(リーダライタ間の所望通信距離)を確保でき、通信不良の発生を回避できる。
(2) 物品10が導体部分を有する場合には、前記導体部分の角部又は縁部にアンテナ部としてのループアンテナ3を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置することで、前記導体部分の表面に発生する渦電流による磁束がさらにループアンテナ3内を通過する磁束を強めるため、アンテナ感度を上げて通信品質向上を図ることができる。このことは図6及び図7で述べたシミュレーションの検討結果によって明らかである。
(3) この実施の形態1,2の構成は、とくにアンテナ部としてループアンテナを用いてリーダライタとの通信をMHz帯(とくに数MHz〜数10MHz)で行う場合にとくに有効である。
なお、実施の形態1,2において、RFIDタグ1のアンテナ部としてのループアンテナ3の内側に軟磁性体を設置することにより、ループアンテナ3内を通過する磁束を増加させ、受信感度をより向上させることが可能となる。軟磁性体については、透磁率が高く、かつ磁気損失の低いものが好ましく、フェライト粉等の磁性粉と結合材(ポリマー)からなる複合磁性体等が使用される。
前記軟磁性体をループアンテナ3の内側に設置するにあたっては特に限定されず、例えば図11(A)〜(F)のような構成から適宜選択すればよい。図11(A)及び(D)は軟磁性体がループアンテナの内側だけでなく、表側半分及び裏側半分を交互に覆っている構成であり、図11(B),(C),(E),(F)はループアンテナ3の内側を貫通するように、もしくは内側領域のみに軟磁性体が配置されている例である。なお、リーダライタは図示の場合の反対側(アンテナ下側)に配置しても通信が可能である。
図3(A),(B),(C)は本発明の実施の形態3であって、RFIDタグ用アンテナ構造体を示す。この図において、絶縁基板20の主面にループアンテナ23が導体パターン等で形成され、前記主面の反対面に導体板(箔、膜状のものも含む)25が設けられている。この場合、ループアンテナ23の配置は、導体板25からずれた状態又は離間した状態で、導体板25の外側位置(導体板に重ならない位置)となっていて、かつループアンテナ23の一部分が導体板25の縁部に近接している。
このようなアンテナ構造体をRFIDタグのアンテナ部として使用することで、図6及び図7で述べたシミュレーションの検討結果から明らかなように、導体板25表面に発生する渦電流による磁束がさらにループアンテナ23内を通過する磁束を強めることになり、アンテナ感度を向上させることが可能となる。
前記導体板25の材質は、特に限定されないが、導電性の高いものの方が導体板端部の磁界を強めることができるので、銅やアルミニウム等の導電性の高い金属材質が好ましい。
前記ループアンテナ23の具体的な構成についても特に限定されるものではなく、ガラスエポキシ基板に導体パターンを形成した基板状のものの他に、ポリイミドフィルムに導体パターンを形成したフィルム状のもの、銅線をループ状に形成したもの等が使用可能である。また、ループアンテナ23のループ面積や巻き数は、RFIDタグを構成するのに使用されるICチップやコンデンサ(ループアンテナと共に共振回路を構成する)並びに前記導体板25の材質や設置位置関係を基に適宜調整すればよい。
なお、実施の形態3において、ループアンテナ23の内側に軟磁性体26を設置することにより、ループアンテナ23内を通過する磁束を増加させ、受信感度をより向上させる構成としてもよい。
前記軟磁性体をループアンテナ23の内側に設置するにあたっては特に限定されず、例えば図11(A)〜(F)のような構成から適宜選択すればよい。図11(A)及び(D)は軟磁性体がループアンテナの内側だけでなく、表側半分及び裏側半分を交互に覆っている構成であり、図11(B),(C),(E),(F)はループアンテナ3の内側を貫通するように、もしくは内側領域のみに軟磁性体が配置されている例である。なお、リーダライタは図示の場合の反対側(アンテナ下側)に配置しても通信が可能である。
図4は本発明の実施の形態4であって、RFIDタグ用アンテナ構造体を示す。この図において、絶縁基板20の主面にループアンテナ23が導体パターン等で形成され、前記主面の反対面に導体板25が設けられている。この場合、ループアンテナ23の配置は、その一部が導体板25に重ならないでずれた状態で、かつ導体板25の縁部をまたいでいる。ループアンテナ23が導体板25の縁部をまたいでいるため、必然的に導体板25の縁部に近接したループアンテナ23の部分が構成される。なお、その他の構成は前述の実施の形態3と同様である。
この場合も、実施の形態3と同様に導体板25表面に発生する渦電流による磁束がさらにループアンテナ23内を通過する磁束を強めることになり、アンテナ感度を向上させることが可能となる。
なお、図3及び図4の実施の形態3,4において、絶縁基板20上に管理対象の物品に関する情報が記憶されるICチップを搭載してループアンテナ23に電気的に接続することで、アンテナ感度を向上させたRFIDタグを構成できる。
図5は本発明の実施の形態5であって、RFIDタグ付き装置(携帯電話の例)を示す。この場合、携帯電話本体30に、図3に示したアンテナ構造体と同様の構成となるようにアンテナ部としてのループアンテナ23を基板20の主面に設けている。基板20は例えば携帯電話本体30内の基板と共通でよく、携帯電話本体30の外装ケースの導体部分31が図3のアンテナ構造体の導体板25に相当する機能を果たす。図示は省略するが、各種情報が記憶されるICチップが携帯電話本体30内に設けられてループアンテナ23に電気的に接続されていて、RFIDタグの機能を備えるようにしている。なお、ループアンテナ23の内側に図3と同様に軟磁性体を設けてもよい。
この実施の形態5のRFIDタグ付き装置では、携帯電話本体30の外装ケースからアンテナ部となるループアンテナ23が出ているため、リーダライタに対して携帯電話本体30の表側(ディスプレイ配置面又はそれを覆う蓋側)を向けても、裏側を向けても良く、携帯電話本体30の表裏を気にしないでリーダライタとの間で通信可能な利点がある。
なお、上記各実施の形態におけるRFIDタグが、さらにリーダライタ機能を備える構成であってもよい。
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
1 RFIDタグ
2 ICチップ
3,23 ループアンテナ
10 物品
20 絶縁基板
25 導体板
26 軟磁性体
30 携帯電話本体
31 導体部分
2 ICチップ
3,23 ループアンテナ
10 物品
20 絶縁基板
25 導体板
26 軟磁性体
30 携帯電話本体
31 導体部分
Claims (13)
- RFIDタグを物品に取り付ける場合に、前記RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着したことを特徴とするRFIDタグの取付方法。
- 前記物品が導体部分を有し、前記導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部を近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置した請求項1記載のRFIDタグの取付方法。
- 前記RFIDタグはアンテナ部としてループアンテナを有するものである請求項1又は2記載のRFIDタグの取付方法。
- 前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられている請求項3記載のRFIDタグの取付方法。
- RFIDタグのアンテナ部の少なくとも一部を物品からずらした状態又は離間した状態で、前記RFIDタグが前記物品に装着されていることを特徴とするRFIDタグの取付構造。
- 前記物品が導体部分を有し、該導体部分の角部又は縁部に前記アンテナ部が近接又は少なくとも一部がはみ出すように配置されている請求項5記載のRFIDタグの取付構造。
- 前記RFIDタグはアンテナ部としてループアンテナを有するものである請求項5又は6記載のRFIDタグの取付構造。
- 前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられている請求項7記載のRFIDタグの取付構造。
- 導体と該導体の外縁から少なくとも一部がはみ出すように形成されたループアンテナとを備え、前記ループアンテナは前記導体から絶縁されかつ前記導体の外縁に近接した部分を有することを特徴とするアンテナ構造体。
- 前記ループアンテナの内側に軟磁性体が設けられている請求項9記載のアンテナ構造体。
- 前記RFIDタグはアンテナ部として請求項9又は10のアンテナ構造体を有するものである請求項1又は2記載のRFIDタグの取付方法。
- 前記RFIDタグはアンテナ部として請求項9又は10のアンテナ構造体を有するものである請求項5又は6記載のRFIDタグの取付構造。
- 請求項9又は10のアンテナ構造体をアンテナ部としたRFIDタグを備えるRFIDタグ付き装置。
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