JP2006511181A

JP2006511181A - 無線周波識別用マルチループアンテナ

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Publication number: JP2006511181A
Application number: JP2005510316A
Authority: JP
Inventors: エー．ワルドナー，ミッシェル
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: EP1579400A2; BR0316610A; KR20050086792A; TWI322531B; WO2004049278A3; WO2004049278A2; AU2009251151A1; JP4299304B2; US6861993B2; CA2507046A1; AU2003279833A1; TW200414610A; AR042113A1; US20040100413A1; MXPA05005605A

Abstract

本発明は、アンテナと平行な平面に配置された問合せ領域の大部分に対して、
タグの少なくとも問合せ閾値の大きさを有する電磁界を生ずるマルチループアンテナ（３０）を提供する。アンテナは、１つ以上の電力を供給されるループ（３２、３４）および１つ以上の寄生ループを含む、複数のループを含んでもよい。寄生ループは電力を供給されるループとの相互結合によって電力を受取って、電流を寄生ループ内に流し、
これは磁界の輪郭の一因となる。結果として、各寄生ループは調整されて、電磁界の大きさを制御しうる。電力を供給されるループおよび寄生ループは、問合せ領域の任意の面積を減らすために、問合せ期間の間に変えることができ、その場合磁界の大きさは全問合せ期間にわたって問合せ閾値よりも小さいままである。電力を供給されるループおよび寄生ループは、単一層上に存在するか、多層上に配置される。

Description

本出願は、２００２年１１月２５日に提出された米国仮出願第６０／４２９，２８２号に対して優先権を主張し、この仮出願の全内容が、参照することにより本明細書に含まれる。

本発明は、文書およびファイル管理用の無線周波識別システムの使用、より具体的には無線周波識別システム用の無線周波アンテナに関する。

無線周波識別（ＲＦＩＤ）技術が、運送、製造、廃棄物管理、郵便追跡、航空手荷物照合、および高速道路通行料管理を含む、事実上あらゆる産業で広く使用されるようになった。典型的なＲＦＩＤシステムはＲＦＩＤタグ、アンテナを有するＲＦＩＤ読取装置および演算デバイスを含む。ＲＦＩＤ読取装置は、エネルギーまたは情報をタグに供給する送信器と、識別情報および他の情報をタグから受信する受信器と、を含む。演算デバイスはＲＦＩＤ読取装置によって得られた情報を処理する。一般に、タグから受信した情報は特定のアプリケーションに特有であるが、多くの場合タグが取り付けられる物品を識別し、この物品は製造物品、車両、動物または特定の人、あるいは他の事実上すべての有形物品である。追加データもまた物品に提供される。タグは、例えば、製造中の自動車シャーシの塗装色、または他の有用な情報を示すために、製造プロセス中に使用される。

送信器はＲＦ信号をアンテナを経由して出力して、タグが情報を伝えるＲＦ信号を戻すことを可能にする電磁界を生じる。従来のタグは、内部電源を含む「能動」タグであるか、または磁界によってエネルギーを与えられる「受動」タグである。

送信器は増幅器を利用して、変調出力信号でアンテナを駆動する。いったんエネルギーが与えられると、タグは所定のプロトコルを用いて通信し、ＲＦＩＤ読取装置が情報を１つ以上のタグから受信することを可能にする。演算デバイスは、情報をＲＦＩＤ読取装置から受信し、かつ例えばデータベースの更新または警報音を出すような、ある動作を実行することによって、情報管理装置としての機能を果たす。さらに、演算デバイスは、送信器を経由してデータをタグにプログラミングするための機構としての機能を果たす。

一般的に言って、本発明は無線周波識別のために電磁界を生じるためのマルチループアンテナに関する。アンテナは、例えば、ＲＦＩＤシステムの「スマート格納領域」内に埋め込まれる。詳細に説明するように、スマート格納領域は、電磁界を生じるマルチループアンテナと、システム内の文書またはファイルを追跡し、位置を見つけるのに役立つＲＦＩＤ問合せ機能と、を装備する。スマート格納領域のＲＦＩＤ問合せ機能は、それぞれの格納領域に格納した物品と関連したＲＦＩＤタグを読取る。スマート格納領域の例は、棚ユニット、キャビネット、縦型ファイルセパレータ、スマートカート、デスクトップ読取装置、または類似の位置を含む。

マルチループアンテナの実施例は、スマート格納領域のような、多くのＲＦＩＤアプリケーションで使用され、そこではタグがアンテナと垂直の方向に置かれる。確実な通信を行うために、格納領域内、およびアンテナの上にかつそれと平行な平面に配置された「問合せ領域」内の物品と関連した、任意のＲＦＩＤタグに垂直な方向に出来るだけ大きい電磁界を生じることが望ましい。実施例は、問合せ領域の大部分に対して、かつアンテナに垂直な方向に、タグにエネルギーを与えるために必要である最小問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える大きさを有する磁界を生じる。

本発明の一実施例では、アンテナは複数のループを備える。ループは、アンテナに平行な平面に配置された問合せ領域の大部分に対して、タグの少なくとも問合せ閾値の大きさを有する電磁界を生じるように正しい方向に置かれる。ループの１つ以上が問合せ期間の間に選択的に電力を供給され、残りのループは寄生ループである。寄生ループは電力を供給されたループとの相互結合によって電力を受信して、電流を寄生ループ内に流し、これは磁界の輪郭の一因となる。被駆動ループおよび寄生ループは、問合せ領域の任意の部位をかなり減らすために、問合せ期間の間に変えることができ、その場合界の大きさが問合せ期間を通じて問合せ閾値より小さく維持される。問合せ期間中、例えば、ループの第１セットに電力が供給され、ＲＦＩＤ通信が開始される。このプロセスは問合せ期間中ループの任意の組合せに対して繰り返される。

別の実施例では、アンテナが、共通の平面、例えば印刷回路基板の単一層内に形成した複数の同心ループを備える。印刷回路基板はスマート格納領域の１つの内部で使用され、例えば、縦型ファイルの基部内に、または棚の内部に埋め込まれる。アンテナはさまざまな数の同心ループ、例えば３、５、１０、１５、２０またはより多くの同心ループを含む。一例として、アンテナは、外側ループおよび内側ループが問合せ期間の間に電力を供給され、かつ残りのループが寄生ループである、複数の同心ループを含んでもよい。具体的に言えば、問合せ期間の磁界の大きさが、アンテナの上にかつそれと平行に配置された問合せ領域の大部分に対して、タグの問合せ閾値に合致するか、またはそれを超えるように、外側ループまたは内側ループは問合せ期間中に電力を供給される。

別の実施例では、アンテナが、印刷回路基板のそれぞれの層内に形成した、複数の同心ループを備える。２つの電力を供給されるループが最上層にあり、２つのさらなる電力を供給されるループが最下層にある。１つ以上の寄生ループが最上層と最下層との間の層内にある。３つの層は、格納領域の１つの内部で使用するために印刷回路基板を形成するために使用される。ループは非同心であり、印刷回路基板に垂直な方向で重なり合う。

別の実施例では、システムが、対応付けした無線周波識別タグを有する物品を格納する格納領域と、電磁界を生じる、格納領域に真近のマルチループアンテナと、備える。システムはさらに、無線周波識別タグと通信するために、アンテナに結合されて、アンテナのループの少なくとも１つに選択的に電力を供給して、その残りのループには電力を供給しない無線周波識別読取装置を備える。

もう一つ別の実施例では、本発明は、問合せ期間中格納領域の真近に電磁界を生じるために、マルチループアンテナの少なくとも１つのループに選択的に電力を供給するステップであって、その残りのループには電力を供給しないステップと、問合せ期間中格納領域内の物品に取り付けた、１つ以上の無線周波識別タグから情報を得るステップと、を有する方法に関する。

本発明の種々の態様が、ファイルまたは文書またはその両方との関連で大部分は説明されるであろうが、本発明は、書籍、ビデオテープ、光学記録媒体、または小売物品、パレット、コンテナ、または他の資産を含む他の物品を追跡するのに使用され、必要に応じて、いずれにせよこれらの物品の各々は代替のアプリケーションとして特定的に呼び出される。

本発明の１つ以上の実施例の詳細が添付図面および以下の説明に示される。本発明の他の特徴、目的、および利点が説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。

図１は、文書およびファイル管理用の無線周波識別（ＲＦＩＤ）システム１０を示すブロック図である。紙の文書がそれらの文書の電子版によって全体が置き換えられる、ペーパーレス環境にオフィスを切り替えるのに関心があるにもかかわらず、多くの産業が紙の文書にひどく依存し続けている。それらは、例えば、法律事務所、政府機関、ならびにビジネス、犯罪者、および医療の記録を格納するための施設である。これらのファイルは、多くの「スマート格納領域」１２に、例えば、図１に示すような、開架棚１２Ａ、キャビネット１２Ｂ、縦型ファイルセパレータ１２Ｃ、スマートカート１２Ｄ、デスクトップ読取装置１２Ｅ、または類似の位置に配置される。

このように、スマート格納領域１２は、単一ファイルルームとは対照的に、組織内の複数の位置に設けられる。例えば、スマート格納領域１２は特定の位置、例えば記録資料棚と対応付けられ、従って「専用」棚であるといわれるか、または考えられる。また以下に述べるように、スマート格納領域１２は、個別オフィスあるいは、例えば病院またはクリニック、法律事務所、会計事務所、仲買店、または銀行などの他の領域の近くに配置されることもあって、ファイルが、それらが中央ファイルルームに配置される場合ばかりでなく、それらが分散した位置に配置される場合にも追跡されることを可能にする。

用語「スマート格納領域」は、通常、システム１０内の文書またはファイルを追跡し、位置を見つけるのに役立つＲＦＩＤ問合せ機能を装備する、文書または他の物品のための格納領域について述べるために使用される。具体的に言えば、スマート格納領域１２のＲＦＩＤ問合せ機能は、それぞれの格納領域に格納した物品と関連したＲＦＩＤタグを読取る。換言すれば、ＲＦＩＤタグは対象物品と対応付けられるか、またはそれに貼られる。タグは、少なくともほとんど感知できないように、物品または物品の包装に埋め込まれることさえあり、これは検出および改ざんを防止するのに役立ち得る。従って、ファイルホルダー、文書、書籍などのように、物品の製造中、ＲＦＩＤタグを物品に挿入するか、またはＲＦＩＤタグを物品に貼るような、物品にＲＦＩＤタグで「ソースマークする」ことが可能であろう。

ＲＦＩＤタグまたはラベルは、「タグ・イット（Ｔａｇ-ｉｔ）」の名称で、テキサス州ダラスのテキサス・インストルーメンツを含む、種々の製造業者によって製作される。ＲＦＩＤタグの１つの型が、ＲＦＩＤ素子および磁気機密保護素子を含む組合せタグである。ＲＦＩＤタグは通常ある量のメモリ付きの集積回路を含み、このメモリの一部が或る情報をタグに書き込むために使用され、この別の部分が追加の情報をタグに格納するために使用される。集積回路は、ＲＦエネルギーをソースから受信し、かつまた技術的によく知られた方法でＲＦエネルギーを後方散乱する、アンテナに動作可能なように接続される。ＲＦＩＤタグ、およびそれが対応付けられた物品についての情報を得るために、ファイル追跡装置１４内の、通例読取装置と呼ばれる、質問器（interrogator）によって受信される信号を与えるのは、この後方散乱ＲＦエネルギーである。

ＲＦＩＤシステム１０は、産業、科学、および医療（ＩＳＭ）アプリケーションのためにしばしば使用される、±７ｋＨｚの許容周波数変化を有する１３．５６ＭＨｚのような電磁スペクトラムの周波数範囲内で動作する。また一方、他の周波数がＲＦＩＤアプリケーションのために使用され、本発明はそれほど限定されない。

スマート格納領域１２のＲＦＩＤ質問器または読取りパッドが、位置情報の集約のために、中央のデータ格納を、例えばリレーショナルデータベース管理システム（ＲＤＢＭＳ）の１つ以上のデータベース内に提供するファイル追跡装置１４へ位置情報を伝える。様々な位置の個人がそれらの物品に関連してデータにアクセスできるように、ファイル追跡装置１４はネットワーク化されるか、または別の方法で１つ以上のコンピュータに結合される。

位置情報の収集および集約が多くの目的のために有用である。例えば、ユーザは、ファイルまたは書籍のグループのような、特定の物品または物品のグループの位置を要求する。ファイル追跡装置１４はファイル位置情報をデータ記憶装置から検索し、物品が格納領域の１つ内に配置された最近の位置をユーザへ報告する。オプションとして、装置は、物品がデータベース内に表示された位置にあることを確認するために物品の現在の位置を再ポーリングするか、または別の方法で再取得する。

別の例として、ファイル追跡装置１４は、物品が或る位置に配置され、かつ使える状態にある場合にユーザに知らせる。例えば、弁護士が、ファイルがいつでも再調査できる状態にあり、かつ弁護士のデスクの上に最近置かれたことを知らされる。当然、ファイル追跡装置１４は、裁判室または裁判所に格納された法定ファイルに適用され、判事、書記などのような裁判所職員によって使用されることもあり得る。同様に、患者ファイルが指定領域に配置される場合は、医療専門家が、ファイル（および多分ファイルが関連する人）はいつでも調査できる状態にあることを（多分、携帯電話またはポケベルを通して、あるいは電子メールによって）知らされる。

ファイルは、さらなる処理を待ちながら、或る位置に配置されたという事実が、ファイル追跡装置１４によってその物品の位置の履歴の一部として記録され得る。或る人が作業することを期待される、或る棚または他の格納位置に配置された或るファイルが、グループまたは組織内の任意の人による作業を（多分）待っている、ファイルの大きいグループを含む格納室と異なることに留意すべきである。別の言い方をすれば、或る人用の或るファイルを有する或る棚はその人に特有であるのに対して、グループの全てのメンバー用の全てのファイルを収納する普通のファイルルームは誰にも特有ではない。

さらに、ＲＦＩＤシステム１０によって収集した情報が、例えば、プロセスのサイクル時間、ファイルを用いて作業する１人以上の人々の効率、およびプロセスの効率を追跡するのに有用である。この情報はまた、情報がソフトウェアシステム内に維持される場合は、位置のアーカイブのタイプを与える。

システム１０のスマート格納領域１２の各々が、ファイルに問合せるための１つ以上のアンテナを装備して、どのファイルが格納領域の各々に配置されるかを決定するのに役立つ。例えば、ファイルと関連したＲＦＩＤタグと通信するための電磁界を生じるために、１つ以上のアンテナが開架棚１２Ａ内に配置される。同様に、アンテナは、キャビネット１２Ｂ、縦型ファイルセパレータ１２Ｃ、スマートカート１２Ｄ、デスクトップ読取装置１２Ｅなどの内部に配置される。アンテナは種々の方法で、例えば、各棚の上部または下部に、棚の後部に、または垂直に支持され、ファイルの間に散在して、配置される。アンテナは、既存の棚に後から取り付けられるか、または棚に組み込まれ、ユニットとして購入され得る。

各スマート格納領域１２は、ＲＦＩＤタグに問合せるか、またはポーリングするためにアンテナにエネルギーを与えるためのアンテナ制御装置を含む。ポーリングが連続して実行される場合は、アンテナ制御装置内のコントローラが、信号を多数のアンテナを通して連続して多重化するための回路を含む。アンテナ制御装置は、アンテナに所定の順序でスマート格納領域１２の部分に問合せさせる。アンテナ制御装置は、アンテナのサブセットを制御する１つ以上のノードすなわちサブコントローラを含む。所定のノードと関連したアンテナの数、位置、および他の特性がユーザによって決定される。例えば、棚を速くポーリングすることが望ましい場合は、さらにノードがシステムに追加されていもよい。別の手法は、スマート格納領域１２のノードまたは部分がユーザによって規定されたシーケンスでポーリングするために構成されるように、ユーザがアンテナ制御装置を構成またはカスタマイズすることである。例えば、スマート格納領域１２の一部が或る時間にユーザが利用できない場合は、その領域のＲＦＩＤタグはそれらの時間中問合せされる必要がない。

本明細書に詳細に説明されるように、スマート格納領域１２の各々内で使用されるアンテナ（単数または複数）は、少なくとも或る強さの磁界を格納領域にわたる「問合せ領域」内に発生させるように設計される。これは、所定のスマート格納領域１２の全問合せ領域にわたってファイル検出の精度を改善することを含む、１つ以上の理由により有益である。アンテナによって生じた磁界は、スマート格納領域１２内の物品と関連したタグに電力を供給するのに使用され、各タグに誘起されたエネルギーの量はタグループを通過する磁界の強さに比例する。アンテナは、問合せ期間の間に、ＲＦＩＤタグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える大きさを有する磁界を生じるために利用されることが有益である。さらに、その大きさは、問合せ領域の大部分にわたってタグにエネルギーを与えるための問合せ閾値、例えば１１５ｄＢｕＡ／ｍに合致するか、またはそれを超える。例えば、アンテナの様々な被駆動および寄生ループを選択することによって、生じた磁界は、ほぼ全問合せ領域にわたって、問合せ領域の面積の５０％、７５％、９０％、９９％、またはそれ以上に対する閾値の大きさを超える大きさを有する。このように、アンテナ３０は、スマート格納領域１２内の物品と関連したタグをより正確に検出し、それと通信するために利用される。従って、本明細書に説明する技術は、格納領域内に配置されたファイルまたは文書と関連したタグの全てまたはほぼ全てにエネルギーを与えることが可能であり、かつ物品を巧く検出できるという可能性を改善できる。

図２は、スマート格納領域１２の１つ内に配置された物品と関連したタグ２２に対する、ＲＦＩＤ読取り装置のアンテナ２０の向きの例を示す斜視図である。ＲＦＩＤシステム１０のスマート格納領域１２のような、多くのＲＦＩＤアプリケーションにおいて、破線の矢印２１によって示すように、アンテナ２０の上に、かつそれに平行な平面に配置された問合せ領域２４内に、タグ２２に垂直な方向にできるだけ大きい電磁界を生じることがしばしば有益である。具体的に言えば、磁界は、全問合せ領域にわたって確実な通信を行うために、主としてタグ２２に垂直な方向に問合せ領域２４の大部分にわたって、タグにエネルギーを与えるために必要な最小問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える大きさを有するべきである。

ＲＦＩＤ読取装置およびタグが平行であり、かつ互いのすぐ近くに整列される、多くのＲＦＩＤアプリケーションと違って、スマート格納領域１２内のアンテナ２０およびタグ２２が必ず互いに垂直に向けられる。具体的に言えば、取付けの容易さおよび他の理由により、アンテナ２０はスマート格納領域１２のそれぞれのベースまたは棚構造の内側に、またはそれに沿って配置され、文書または物品は垂直に格納される。例えば、１つ以上のアンテナ２０が開架棚１２Ａの棚内に配置される。同様に、アンテナ２０の１つ以上が縦型ファイルセパレータ１２Ｃの基部内に配置される。また一方、これらの格納領域１２内のファイルまたは文書は典型的には垂直に配置される。結果として、物品の１つと関連したタグ２２が、アンテナ２０と垂直に向けられる傾向があり、読取装置のアンテナ２０の上、距離ｚに配置される。さらに、タグ２２は、関連した物品の位置に依存して、アンテナ２０によって占有された領域にわたってどこにでも配置される。例えば、タグ２２は棚１２Ａのどちらかの端の近くに、または間のどこにでも配置される。

従来の単一ループＲＦＩＤアンテナは、平面２４のほぼ全面にわたってタグ２２と垂直な方向に、最小問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える電磁界を生じることが不可能である。具体的に言えば、単一ループＲＦＩＤアンテナは、ループの真上に磁界の強さのピーク、およびアンテナの中央に著しい降下を有する界を生じる。結果として、従来の単一ループＲＦＩＤアンテナは格納領域内の多くの物品を検出できないので、正確さに欠けるか、または役に立たない。本明細書に説明するように、スマート格納領域１２の各々が、全スマート格納領域にわたってタグにエネルギーを与えるための問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える磁界を生じることが可能である、１つ以上のマルチループアンテナを利用する。

図３はマルチループアンテナ３０の実施例の一例の略図である。具体的に言えば、アンテナ３０は、磁界の大きさがアンテナの上にかつそれと平行に配置された問合せ領域内でタグの向きと垂直な方向に、最小問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える、電磁界を生じることができる。具体的に言えば、アンテナ３０は、互いに平面的である、すなわち１つ以上の平行な平面に存在するように形成した、複数の同心ループを含む。

アンテナ３０は、問合せ領域のいくらかの面積を減らすために、１つ以上の「電力を供給される」ループおよび１つ以上の「寄生」ループを含み、そしてそこで磁界の大きさは全問合せ期間にわたって問合せ閾値より小さいままである。さらに、アンテナ３０のループがいくつでも選択的に電力を供給されて、問合せ期間の間に、アンテナに平行なかつその上の平面内に配置された問合せ領域内に、最小問合せ閾値を超える界を形成する。問合せ期間中、ループの第１セットが電力を供給され、ＲＦＩＤ通信が開始される。このプロセスが問合せ期間中ループの任意の組合せに対して繰り返される。

各ループは、個別のトレース、ワイヤー、または電流フローに適した他の導電性経路を備える。さらに、１つ以上のループが単一の連続するトレースまたはワイヤーから作られる。一例として、ループは、印刷回路基板あるいは他の堅いまたは可撓性の基板内に１つ以上のトレースから形成される。各トレースは、例えば、幅が１００〜１５０ミリメータである。複数のアンテナ３０が単一のスマート格納領域１２内に互いに隣接して配置されて、電磁界が全格納領域に及ぶのを確かにする。

一般に、寄生ループは電流を寄生ループ内に流す被駆動ループとの相互結合によって電力を受取り、これは磁界の輪郭の一因となる。結果として、電磁界の大きさを細かく制御するために、各寄生ループは調整される。磁界の重ね合わせの原理に従って、問合せ間隔中任意のポイントでアンテナ３０によって生じた最終的な磁界が、全てのループの寄与に基づいている。従って、被駆動ループおよび寄生ループは、アンテナ３０の次元、例えば図３のＸ方向に沿って磁界を細かく制御するように選択される。さらに、アンテナ３０の電力を供給されるループおよび寄生ループは、問合せ領域内でタグの向きと垂直な方向に問合せ領域の大部分に対して問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える大きさを有する界を形成するために、問合せ期間中変えられる。

一実施例では、アンテナ３０は、３、５、１０，１５、２０、またはそれ以上の同じループのような、複数のループを含む。外側ループ３２は、Ｘ方向に約３０．５センチメートル（約１２インチ）、およびＹ方向に約２０．３センチメートル（約８インチ）の寸法がある。さらに、アンテナ３０のループは、各ループ間の中央に約１センチメートル（約０．４インチ）の間隔を有するように配置される。

アンテナ３０の外側ループ３２および内側ループ３４は電力を供給され、他の内側ループの全てが寄生素子、すなわち受動素子である。寄生ループは或る周波数で共振するように調整されて、最大電流が寄生ループの各々で流れるのを可能にし、その結果としてこれは、アンテナ３０と平行であり、かつその上の平面内に配置された問合せ領域内で必要な磁界の強さを生じる。一例として、電力を供給されるループが、例えば１３．５６ＭＨｚで駆動され、寄生ループがこの基本周波数から±０．５ＭＨｚの周波数で共振するように調整される。

さらに、アンテナ３０の重なり合わない同心ループが共通の平面内に、例えば、スマート格納領域１２の基部または棚内で使用するための印刷回路基板の単一層内に形成される。水平位置に関して一般的に説明したが、本発明はそのように限定されず、アンテナ３０は個別のＲＦＩＤアプリケーションに応じて異なった方向に向けられる。

また、図３の実施例は例として使用されるが、他の変形形態が様々な輪郭を有する界を生じるために使用される。例えば、被駆動ループと寄生ループの任意の組合せが使用される。さらに、アンテナ３０は、平行四辺形のような、１つ以上の様々な幾何学的形状を使用するために容易に変更され、選択したループを除去したり、短絡したり、曲げたり、または駆動したりすることによって、所望の電磁界輪郭が得られる。

図４Ａは、アンテナ３０（図３）の様々な被駆動ループおよび寄生ループを選択して形成された磁界４０、４２の例の大きさを示すグラフである。具体的に言えば、図４Ａは、ＹおよびＺの距離を一定に保持して、スマート格納領域１２のＸ方向に沿って掃引するＸ方向の磁界の大きさを示す。この例では、磁界の強さの大きさは、１０ＭＨｚの測定周波数で３９ｄＢ（ｕＡ／ｍ／ｕＶ）に等しいアンテナファクタを有する、ヒューレット・パッカード・モデルＨＰ１１９４１Ａ近接磁界プローブを用いて、測定された。

図示した例では、アンテナ３０の外側ループ３２（図３）および内側ループ３４は、問合せ間隔中のそれぞれ異なる時に電力を供給されて、電磁界４０および４２をそれぞれ生じる。他の内側ループの全てが間隔の全てにわたって寄生ループとして使用される。例によって示すように、各被駆動ループ３２、３４および残りの寄生ループが、アンテナ３０のＸ次元に沿って様々なポイントで大きさの著しい減少を示す、それぞれの磁界４０、４２を生じる。問合せ期間の間にループ３２、３４に選択的に電力を供給することによって、アンテナ３０によって生じた界の大きさが強められて、問合せ領域の任意の面積をかなり減らし、そしてそこで界の大きさは全問合せ期間にわたって問合せ閾値より小さいままである。

図４Ｂは、ループ３２、３４が選択的に電力を供給される問合せ期間の間に形成された図４Ａの磁界４０、４２の大きさを示すグラフである。図示のように、問合せ期間の間に、アンテナ３０の選択的に電力供給されるループ３２、３４および寄生ループは、アンテナと平行な問合せ領域に、かつ問合せ領域内でタグの向きと垂直な方向に、最小問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える大きさを有する磁界４４を形成する。

アンテナ３０は、問合せ期間の間に、１１５ｄＢｕＡ／ｍのような、問合せ閾値の大きさを超える大きさを有する界４４を生じて、ＲＦＩＤタグにエネルギーを与え、アンテナ３０の上のほぼ全問合せ領域にわたって確実な通信を提供するように利用されることが有益である。例えば、アンテナ３０の様々な被駆動ループおよび寄生ループを選択することによって、問合せ領域内にタグの向きに対して垂直方向に、問合せ領域の面積の５０％、７５％、９０％、９９％、またはそれ以上に対する問合せ閾値の大きさを超える磁界４４が生じる。例えば、問合せ領域内に、かつタグの向きに対して垂直方向に、磁界４４は大きさが典型的な閾値４５未満に下がる単一降下４６を示す。しかしながら、この例では、磁界４４は非常に狭い領域に対して閾値４５未満に下がる。具体的に言えば、磁界４４の降下４６は閾値４５において０．２５センチメートル（０．１インチ）、または０．２センチメートル（０．０８インチ）、またはそれより小さい幅を有する。このように、アンテナ３０は、スマート格納領域１２内の物品と関連したタグをより正確に検出し、それと通信するように利用される。

図４Ｃは図４Ｂの磁界４４の大きさの３次元図を示すグラフである。図４Ｃによって示すように、磁界４４はアンテナ３０の上の問合せ領域に通常形成され、問合せ領域の大部分に対して閾値４５を超える。この例では、図４Ｃはアンテナ３０の上１．９センチメートル（０．７５インチ）の問合せ領域で測定された磁界４４の大きさを示す。

図５は別の典型的なマルチループアンテナ５０の平面図である。マルチループアンテナ５０は多層上に存在する複数のループを含む。より具体的に言えば、アンテナ５０は、それぞれの層に存在する、電力を供給されるループ５２Ａ〜５２Ｄ（「５２」）および寄生ループ５４Ａ〜５４Ｃ（「５４」）のセットを含む。電力を供給されるループ５２Ａおよび５２Ｂの第１セットが最上層にあり、電力を供給されるループ５２Ｃおよび５２Ｄの第２セットが最下層にある。寄生ループ５４は最上層と最下層との間の中間層にある。電力を供給されるループ５２の各セットは、磁界を生じるために、電流源のような電源で選択的に駆動される。電力を供給されるループ５２のセットのうちの１つだけが駆動される場合に、他のセットのループは寄生ループとして動作する。図３の典型的なアンテナ３０と同様に、ループによって生じた磁界が問合せ領域の任意の面積を減らすように、電力を供給されるループ５２および寄生ループ５４が配置され、そしてそこで磁界の大きさは全問合せ期間にわたって問合せ閾値よりも小さいままである。

より具体的に言えば、電力を供給されるループ５２と寄生ループ５４との間の電磁結合が、寄生ループ５４に電流を、その結果として寄生ループ５４と関連する磁界を誘起する。寄生ループ５４によって生じた磁界は、電力を供給されるループ５２の組合せによって生じた磁界が低下する領域の磁界をさらに強める。

図５に表した例は、３つの層に存在する、電力を供給されるループ５２Ａ〜５２Ｄおよび寄生ループ５４Ａ〜５４Ｃを含むが、アンテナ５０は、任意の数のそれぞれの層に存在する、任意の数の電力を供給されるループ５２および寄生ループ５４を含むことがある。アンテナ５０はまた、寄生ループ５４と同じ層に存在する電力を供給されるループ５２の一部を有することを含む、多くの方法で配置される、電力を供給されるループ５２および寄生ループ５４を有する。さらに、電力を供給されるループ５２および寄生ループ５４は図５に示す形状以外の形状に構成される。

アンテナ５０は、例えば、化学蒸着、スパッタリング、エッチング、フォトリソグラフィ、マスキングなどを含む、多くの製造技術のどれかを用いて、多層印刷回路基板上に構成される。あるいは印刷技術が、印刷回路基板の絶縁層上に導電性トレースをデポジット（deposit）するために使用される。

図６は図５のアンテナ５０の組立分解図である。上述のように、アンテナ５０は３つの層５６Ａ〜５６Ｃ（「５６」）を備える。層５６は例えば印刷回路基板の層である。層５６Ａは電力を供給されるループ５２Ａおよび５２Ｂを備え、層５６Ｂは寄生ループ５４Ａ〜５４Ｃを備え、そして層５６Ｃは電力を供給されるループ５２Ｃおよび５２Ｄを備える。

上述のように、層５６はいくつかの様々なやり方で配置される。例えば、層５６Ｃはアンテナ５０の最上層であり、かつ層５６Ａは最下層であるように、層５６Ａと５６Ｃは入れ替えられる。さらに、１つ以上の層が層５６のどれかの間に挿入される。電力を供給されるループ５２および寄生ループ５４もまた、いくつかのやり方で配置される。例えば、層５６のうちのいずれか１つが、被駆動ループ５２だけ、寄生ループ５４だけ、または寄生ループ５４と被駆動ループ５２の組合せを備える。

図７は別の典型的なマルチループアンテナ６０の平面図である。マルチループアンテナ６０は、多層６２Ａ〜６２Ｂ（「層６２」）上に存在する、多数のループを含む。より具体的に言えば、層６２Ａは、少なくとも１つの電力を供給されるループ６４および多くの寄生ループを含む、複数の同心ループを含んで、アンテナ６０の上の問合せ領域を横切る磁界の大きさを強める。層６２Ｂは追加の寄生ループ６６Ａ〜６６Ｂ（「寄生ループ６６」）を含む。アンテナ６０の寄生、または電力を供給される、各ループは、個別のトレース、ワイヤー、または電流フローに適した他の導電性経路を備える。加えて、１つ以上のループが単一の連続するトレースまたはワイヤーから作られる。一例として、ループは印刷回路基板内の１つ以上のトレースから形成される。

電力を供給されるループ６４は磁界を生じるために電源で駆動される。アンテナ６０の他のループ、すなわち層６２Ａの他のループおよび層６２Ｂの寄生ループ６６が、寄生ループとして動作して、上述のようにアンテナ６０の磁界を強める。寄生ループは或る周波数で共振するように調整されて、最大電流が寄生ループの各々で流れるのを可能にし、その結果としてこれは、アンテナ６０と平行な問合せ平面の大部分に対して最小問合せ閾値を超える磁界を生じるために必要な磁界の強さを生じる。

図７に示す例では、電力を供給されるループおよび残りの寄生ループが、アンテナ６０の上の問合せ領域内でタグの向きと垂直な方向に、問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える磁界を生じるように、単一ループ、例えば層６２Ａの外側ループ６４が電力を供給される。換言すれば、複数のループが、磁界を得るために問合せ期間中選択的に電力を供給されることは必ずしも必要でない。いずれにせよ、図７の実施例は例示のためのものであり、１つ以上のループが選択的に電力を供給されるか、または組み合わされて、残りの寄生ループとともに磁界を生じる。

層６２は様々なやり方で配置される。例えば、層６２Ａはアンテナ６０の最上層である。あるいは、層６２Ａはアンテナ６０の最下層である。さらに、１つ以上の層が層６２Ａと６２Ｂとの間に挿入される。

図８Ａは図７のアンテナ６０によって生じた磁界７０の大きさを示すグラフである。具体的に言えば、図８Ａは、外側ループ６４が電力を供給される場合に、アンテナ６０の１つの次元、例えば幅に沿った磁界の大きさを示す２次元グラフである。図示のように、アンテナ６０のループ６４および残りの寄生ループは、アンテナ６０の上の問合せ領域の大部分に対してタグにエネルギーを与えるための閾値の例７２に合致するか、またはそれを超える大きさを有する磁界７０を形成する。図８Ｂは、外側ループ６４が電力を供給される場合に、アンテナ６０によって生じた磁界７０の大きさを示す３次元グラフである。

本発明の種々の実施例が説明された。これらの実施例および他の実施例は特許請求の範囲内にある。

文書およびファイル管理用の無線周波識別（ＲＦＩＤ）装置を示すブロック図を示す図である。文書またはファイルと関連したタグに対するＲＦＩＤ読取り装置のアンテナの向きの例を示す斜視図を示す図である。マルチループアンテナの実施例の一例の略図を示す図である。図３のアンテナの様々なループに選択的に電力を供給することによって生じた磁界の例の大きさを示すグラフを示す図である。ループが選択的に電力を供給される問合せ期間の間の図４Ａの磁界の大きさを示すグラフを示す図である。問合せ期間の間に図４Ａの磁界によって得られる大きさを示す３次元グラフを示す図である別の典型的なマルチループアンテナの平面図を示す図である。図５のアンテナの例の分解組立図を示す図である。別の典型的なマルチループアンテナの平面図を示す図である。図７のマルチループアンテナによって生じた磁界の例の大きさを示すグラフを示す図である。図７のアンテナによって生じた磁界の３次元グラフを示す図である。

Claims

アンテナと平行な平面に配置された問合せ領域の大部分に対して、タグの少なくとも問合せ閾値の大きさを有する電磁界を生じるように向きを定められた複数のループを備えるアンテナ。
前記ループが、互いに平面的に形成され、そして前記問合せ領域内における大きさが前記タグの向きに対して垂直方向に前記タグの問合せ閾値に合致するか、またはそれを超えるように、磁界を生じるように向きを定められる、請求項１に記載のアンテナ。
前記ループの第１サブセットが第１印刷回路基板に形成され、前記ループの第２サブセットが、前記第１印刷回路基板と平行に向けられた第２印刷回路基板に形成される、請求項２に記載のアンテナ。
前記ループが印刷回路基板の共通の層に形成される、請求項２に記載のアンテナ。
前記ループの少なくとも２つのサブセットが、磁界を得るために、問合せ期間の間に選択的に電力を供給される請求項１に記載のアンテナ。
前記ループが、少なくとも１つの電力を供給されるループと、少なくとも１つの寄生ループと、を含む、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナが縦型ファイルの基部内に、または棚内に埋め込まれる、請求項１に記載のアンテナ。
前記ループが同心ループを備える、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナが少なくとも３つの同心ループを含む、請求項７に記載のアンテナ。
前記アンテナが少なくとも１５個の同心ループを含む、請求項７に記載のアンテナ。
前記ループが印刷回路基板の複数の層に形成された複数の平面ループを備える、請求項１に記載のアンテナ。
前記ループが、最上層内に１つ以上の電力を供給されるループと、最下層内に１つ以上の電力を供給されるループと、該最上層と該最下層との間の層内に１つ以上の寄生ループと、を備える、請求項１１に記載のアンテナ。
前記アンテナによって形成される前記電磁界が、該アンテナの寸法の少なくとも５０％に対して、無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナによって形成される前記電磁界が、該アンテナの寸法の少なくとも７５％に対して、無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナによって形成される前記電磁界が、該アンテナの寸法の少なくとも９０％に対して、無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項１に記載のアンテナ。
無線周波識別システムであって、
関連した無線周波識別タグを有する物品を格納するための格納領域と、
電磁界を生じるために前記格納領域に近接し、複数のループを有するアンテナと、
前記無線周波識別タグと通信するために、前記アンテナに結合されて、該アンテナのループの少なくとも１つに選択的に電力を供給して、その残りのループに電力を供給しない無線周波識別読取装置と、
を備える無線周波識別システム。
前記マルチループアンテナによって生じる前記電磁界が、或る期間の間に前記タグの問合せ閾値を超える大きさを有する、請求項１６に記載のシステム。
前記電磁界の大きさが、前記アンテナのループと平行な平面に配置された問合せ領域の大部分に対して、前記問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える、請求項１７に記載のシステム。
前記アンテナが、少なくとも１つの電力を供給されるループと、少なくとも１つの寄生ループと、を備える、請求項１６に記載のシステム。
前記アンテナが同心ループを備える、請求項１６に記載のシステム。
前記アンテナが共通の平面に形成されたループを備える、請求項１６に記載のシステム。
前記アンテナが印刷回路基板の単一の層に形成されたループを備える、請求項１６に記載のシステム。
前記アンテナが前記格納領域に埋め込まれる、請求項１６に記載のシステム。
前記アンテナが印刷回路基板の複数の層に形成された複数の平面ループを備える、請求項１６に記載のシステム。
前記無線周波識別読取装置が、問合せ期間中のそれぞれ異なる時間に、前記アンテナのループの少なくとも２つに選択的に電力を供給する、請求項１６に記載のシステム。
前記無線周波識別読取装置からの情報を受信し、該情報をデータベース内に格納するためのファイル追跡装置をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
前記情報を遠隔ユーザに提供するために、前記ファイル追跡装置に結合された遠隔コンピュータをさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
前記格納領域が、棚ユニット、キャビネット、縦型ファイルセパレータ、スマートカート、およびデスクトップ読取装置のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
前記無線周波識別タグから受信した情報が、前記格納領域内の物品に関する位置情報を含む、請求項１６に記載のシステム。
関連した無線周波識別タグを有する前記物品が、ファイルおよび文書のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
問合せ期間中格納領域に近接して電磁界を生じるために、マルチループアンテナの少なくとも１つのループに選択的に電力を供給するステップであって、その残りのループには電力を供給しないステップと、
前記問合せ期間中、前記格納領域内の物品に取付けた１つ以上の無線周波識別タグから情報を得るステップと、
を有する方法。
前記のマルチループアンテナに電力を供給するステップが、前記問合せ期間中のそれぞれ異なる時間に、前記アンテナと平行な平面に配置された問合せ領域の大部分に対して、前記タグの少なくとも問合せ閾値の大きさを有する電磁界を生じるために、前記マルチループアンテナの２つ以上のループに選択的に電力を供給するステップを有する、請求項３１に記載の方法。
前記マルチループアンテナに電力を供給するステップが、前記タグの向きに対して垂直方向に前記タグの問合せ閾値に合致するか、またはそれを超える大きさを有する電磁界を生じるために、前記マルチループアンテナの１つ以上のループに電力を供給するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
前記無線周波識別タグからの情報をデータベース内に格納するステップをさらに有する、請求項３１に記載の方法。
前記のタグからの情報を遠隔ユーザに提供するステップをさらに有する、請求項３１に記載の方法。
情報をエネルギーが与えられた前記無線周波識別タグから得るステップが、該無線周波識別タグが取り付けられる物品に関する位置情報を得るステップを含み、さらに該物品は前記格納領域内に配置された書籍、ファイル、および文書のうちの１つを含む、請求項３１に記載の方法。
前記マルチループアンテナが、少なくとも１つの電力を供給されるループと、少なくとも１つの寄生ループと、を含み、該マルチループアンテナに電力を供給するステップが、電磁界を生じ且つ前記電力を供給されるループとの相互結合によって前記寄生ループに電流を誘起して、電磁界の輪郭の一因となるように、前記電力を供給されるループに選択的に電力を供給するステップをさらに有する、請求項３１に記載の方法。
前記マルチループアンテナに電力を供給するステップが、
前記問合せ期間の第１部分中に第１電磁界を生じるように前記ループの第１サブセットに電力を供給するステップと、
前記問合せ期間の第２部分中に第２電磁界を生じるように前記ループの第２サブセットに電力を供給するステップと、
をさらに有し、前記第１および第２電磁界の寄与により、前記問合せ期間の間にタグの少なくとも問合せ閾値の大きさを有する電磁界を生じる、請求項３１に記載の方法。
前記問合せ期間の第１および第２部分が重なり合わない、請求項３８に記載の方法。
前記ループの第１および第２サブセットが共通の平面に存在する、請求項３８に記載の方法。
前記ループの第１および第２サブセットが複数の層内に存在する、請求項３８に記載の方法。
前記電磁界の大きさが、前記アンテナに平行な平面に配置された問合せ領域の少なくとも５０％に対して、前記無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項３１に記載の方法。
前記電磁界の大きさが、前記アンテナと平行な平面に配置された問合せ領域の少なくとも７５％に対して、前記無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項３１に記載の方法。
前記電磁界の大きさが、前記アンテナと平行な平面に配置された問合せ領域の少なくとも９０％に対して、前記無線周波識別タグにエネルギーを与えるための閾値の大きさを超える、請求項３１に記載の方法。