JP2007060386A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 無線ICタグを小型化してもリーダアンテナ上で広い読み取り範囲を確保でき、かつ無線ICタグの読取り作業性を低下させないアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 λ/2長の放射アンテナ3の近くにλ/2長の補助アンテナ4が配置されている。補助アンテナ4は複数の導電体エレメントがアレイ状に配列されている。補助アンテナ4の近くに無線ICタグ6が近づくと、補助アンテナ4と無線ICタグ6のインレットアンテナ6’と間で副同調回路が形成され、2つのアンテナは相互に補完した同調を行う。よって、同調周波数より短いアンテナ長のインレットアンテナ6’でも補助アンテナ4からのエネルギーを効率よく受電でき、インレットアンテナ6’と補助アンテナ4とを一体化させた状態で励振させる。このような作用によって、アンテナ装置1による読取エリア7を広くすることができると共に通信距離を伸ばすことができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無線ICタグと通信を行って情報を読み取るリーダライタに供されるアンテナ装置に関する。
近年、物品や構造物の情報管理、あるいは物流管理などに無線ICタグが広く利用されている。このような無線ICタグは、情報を記録した小さなICチップとICチップに記憶された情報を無線で送信する送信アンテナによって構成される。ICチップとしては例えば厚さ0.4mm×奥行き0.4mm×高さ0.1mmの小さいものが利用されている。このような無線ICタグに対してリーダライタをかざすだけで、非接触で個々の物品や構造物の属性などに関する情報を取得することができる。無線ICタグを物品に貼り付けたり構造物に埋め込んだりするにはできるだけサイズが小さいほうが望ましい。例えばボルトの頭部に取り付ける場合には大きさが10mm以下であることが望まれる。
無線ICタグを小さくするには、情報を送信する送信アンテナを小さくする必要がある。ここで、無線ICタグが送信する電波の波長をλとしたとき、例えば無線ICタグの送信アンテナのアンテナ長をλ/4以下にまで小さくすると、アンテナ効率の低下により、汎用的に使用されているダイポールアンテナやパッチアンテナなどの汎用リーダアンテナでは感度が足りず、特殊形状のリーダアンテナ(特殊リーダアンテナ)を用いる必要がある。
図16は、無線ICタグのアンテナをカットして使用する場合のイメージ図である。
アンテナ長さがλ/2の標準インレット51(幅1.5mm、長さ51mm)をその両側で切断して、例えば、λ/10の長さの小型インレット52(幅1.5mm、長さ10mm)に加工し、これを小型の無線ICタグ53としたときは、アンテナ効率の低下により、図16に示すように特殊リーダアンテナ54を用いて通信を行うことになるが、この場合、ケーブル55を介してリーダライタ56に接続される特殊リーダアンテナ54を無線ICタグ53と正確な位置合わせを行う必要があり、使い勝手が良くない。また、このような特殊リーダアンテナは、通常、無線ICタグの大きさや形に応じて設計されるため、汎用性がない。
従来、特殊リーダアンテナとして、例えば、ペン型リーダの先端にコンデンサとコイルからなる共振体を具備した装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−183676号公報(段落0005−0008)
しかしながら、特許文献1に記載された特殊リーダアンテナでは、ペン型リーダの先端をトランスポンダ内蔵のICチップの直上に近づける必要があった。
そこで、本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、無線ICタグのアンテナを小型化しても、リーダアンテナ上で広い読み取り範囲を確保することができ、かつ読取り作業性を低下させることなく使用できるアンテナ装置を提供することにある。また、他の目的は、無線ICタグの応用範囲を広げることが可能なアンテナ装置を提供することにある。
本発明のアンテナ装置は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、無線ICタグからの電波を受信し情報を読み取るリーダライタに供されるアンテナ装置であって、給電点に供給された電力によって電界を発生させるλ/2長の放射アンテナと、放射アンテナが発生させた電界によって共振し、誘起電流を発生させるλ/2長の補助アンテナとを備えて構成されている。
また、前記発明の構成において、前記放射アンテナは、ダイポールアンテナで、補助アンテナは放射アンテナに平行して設けられた単数またはアレイ状に配置された複数個の導電体エレメントで構成される。放射アンテナ及び導電体エレメントは、それぞれ、無線ICタグの幅または長さ以下の間隔で配置された構成を採っている。例えば、複数個の導電体エレメントの間隔は無線ICタグの長さ以下、または無線ICタグの幅以下とする。
本発明のアンテナ装置によれば、放射アンテナの近傍に補助アンテナを設けることによって、無線ICタグの電波を受信できる範囲が拡大し、広い範囲でしかも、高感度で無線ICタグからの電波を受信できるようになる。無線ICタグと正確な位置合わせが不要なため、使い勝手が向上する。また、無線ICタグのアンテナ形状を問わないで、受信できるため、汎用性が保たれる。特に、補助アンテナを複数個の導電体エレメントで形成し、無線ICタグの長さまたは幅以下の間隔でアレイ状に配置した場合、読取範囲がさらに拡大し、無線ICタグの電波を確実に受信することができる。無線ICタグから情報を読み取る際の作業性が一段と向上する。
《発明の概要》
本発明のアンテナ装置は、リーダライタと接続される放射アンテナの近傍に、放射アンテナに平行して補助アンテナを配置して構成される。放射アンテナは、従来の汎用リーダアンテナと同じ構成とすることができる。例えば無線ICタグから放射される電波の波長をλとしたとき、放射アンテナの長さがλ/2に設定される。補助アンテナは放射アンテナと対向し同じλ/2の長さに設定される。このように、放射アンテナに対して補助アンテナを設けることによって、アンテナ効率が向上するとともに読み取り範囲を広くさせることができる。したがって、アンテナ長を短くした小型の無線ICタグでも、正確な位置合わせをせずに電波を受信し、リーダライタが情報を読み取ることができる。補助アンテナは、1本の導電体エレメントで構成することもでき、複数本で構成することもできるので、導電体エレメントの数を増やすことで、読み取り範囲を必要に応じて広げることが可能である。以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
《第1実施形態》
図1は、第1実施形態に係るアンテナ装置の構成図である。
図1に示すように、樹脂またはセラミック製のアンテナ基材2の表面に長さがλ/2の放射アンテナ3が配置されている。放射アンテナ3はダイポールアンテナとし、ケーブル5を介して図示しないリーダライタに接続されている。この放射アンテナ3に対してその近傍に長さがλ/2の補助アンテナ4が平行して配置される。
アンテナ装置1は、このように構成され、放射アンテナ3の近傍に補助アンテナ4が配置されたため、図1のように補助アンテナ4の近傍に無線ICタグ6が近づくと、補助アンテナ4と無線ICタグ6のインレットアンテナ(送信アンテナ)6’との間で副同調回路が形成される。これによって、補助アンテナ4とインレットアンテナ6’との2つのアンテナは相互に補完した同調が行われるため、同調周波数よりも短いアンテナ長(例えば、λ/10のアンテナ長)のインレットアンテナ6’であっても、補助アンテナ4からのエネルギーを効率よく受電することができ、インレットアンテナ6’と補助アンテナ4とを一体化させた状態で励振させることが可能になる。
このような作用によって、アンテナ装置1による読取範囲を図示のように放射アンテナ3と補助アンテナ4の間に形成された読取エリア7を広くさせることができる。また、アンテナ効率の向上により、従来では通信不能な状態を通信可能な状態にすることができる。したがって、無線ICタグ6がアンテナ長を例えばλ/2より短くしたものであっても、無線ICタグ6からの電波を受信し、その結果、アンテナ装置が接続されるリーダライタが無線ICタグから情報を読取ることができる。従来のように無線ICタグ6と正確な位置合わせをする必要がなくなるため、無線ICタグの読取作業性が向上する。
補助アンテナ4としては、図1に示すように1本の導電体エレメントで構成してもよいし、後述するようにアレイ状に配置した複数の導電体エレメントで構成してもよい。アレイ状に配置した複数の導電体エレメントで構成した場合は、各導電体エレメントとインレットアンテナ6’との間でも相互に補完した同調が行われるため、読取エリアをさらに広くさせることができる。
このように、放射アンテナ3は従来の汎用リーダアンテナと同じ構成のため、汎用リーダアンテナに補助アンテナ4を追加するだけで本実施形態のアンテナ装置1を実現することができる。すなわち、従来の汎用リーダアンテナから本実施形態のアンテナ装置1へ容易に改良することができる。
《第2実施形態》
第2実施形態では、補助アンテナを複数の導電体エレメントで構成した場合のアンテナ装置について説明する。
図2は、第2実施形態に係るアンテナ装置の構成図である。
図2に示すように、アンテナ装置21では、アンテナ基材22の表面に長さがλ/2の放射アンテナ23が配置され、その近傍に補助アンテナ24として6個の導電体エレメント24a,24b,…,24f(24a〜24fと表記することもある)がアレイ状に配置されている。たとえば、無線ICタグの動作周波数が2.45GHzで、無線ICタグのアンテナ長が10mmの場合には、アンテナ装置21では、放射アンテナ23と導電体エレメント24aとの間隔が2.5mm(0.02λ)で、各導電体エレメント24a〜24f間の間隔が、それぞれ9mm(0.07λ)で配置されている。各導電体エレメントは、幅2.5mmで長さ50mmである。放射アンテナ23と導電体エレメント24aとの間隔は、導電体アレイの導電体エレメントと導電体エレメントとの間隔の相互関係によって変化する。このような誘電体エレメントの密な配置によって、各導電体エレメント24a〜24f(つまり補助アンテナ24)は、放射アンテナ23からの電界によって共振し、各導電体エレメント24a〜24fで誘起電流が発生する。このとき、各導電体エレメント24a〜24fの位相を制御する必要はない。
なお、放射アンテナ23及び各導電体エレメント24a,24b…24fのそれぞれの間隔は、後記するように図示しない無線ICタグを直交して配置したとき、または平行に配置したときに、無線ICタグが各導電体エレメント24a,24b…24fに重なる程度の隙間であればよい。
したがって、無線ICタグにはアンテナ長が24mmのものがあるが(前記の例では10mm)、この無線ICタグが各誘電体エレメントと直交状態にある場合、汎用のリーダアンテナでは、無線ICタグのアンテナ長24mm(0.2λ)が各誘電体エレメント間の最大の間隔となる。他方、無線ICタグが各誘電体エレメントと平行状態にある場合、汎用のリーダアンテナでは、無線ICタグのアンテナ幅1.5mm(0.01λ)が各誘電体エレメント間の最小の間隔となる。
また、放射アンテナ23と隣接する導電体エレメント24aの間隔、及び各導電体エレメント24a,24b,…,24f間の間隔は0.1λ以下とすることもでき、この場合、同様な効果が得られる。
次に、アンテナ装置21における導電体エレメントの配置および読取エリアについて説明する。
図3は、アンテナ装置における導電体エレメントの配置および読取エリアの説明図である。
図3(a)で示すように放射アンテナ23および補助アンテナ24を構成する各導電体エレメント24a〜24fが同一平面に配置された場合、図3(b)に示すように電波の放射方向である読取エリア25aは、放射アンテナ23と各導電体エレメント24a,24b,…,24fとを含む平面上となり、放射アンテナ23と導電体エレメント24fが囲む広い範囲となっている。なお、図では放射アンテナ23と各導電体エレメント24a,24b,…,24fの上面が読取エリア25aと示されているが、下面も読取エリアとなる。
また、図3(c)に示すように、放射アンテナ23の上面に各導電体エレメント24a,24b,…,24fを同じ平面に配置する場合は、電波の放射方向である読取エリア25bは、各導電体エレメント24a,24b,…,24fの平面上となるため、図3(b)の読取エリア25aよりやや小さい範囲となっている。
また、図3(d)に示すように、放射アンテナ23を中心として各導電体エレメント24a,24b,…,24fを半円形に配置する場合は、電波の放射方向である読取エリア25cは、各導電体エレメント24a,24b,…,24fで形成された半円形の円周上となる。
さらに、図3(e)に示すように、放射アンテナ23を中心として各導電体エレメント24a,24b,…,24jを円形に配置する場合は、電波の放射方向である読取エリア25dは、各導電体エレメント24a,24b,…,24jで形成された円形の円周上となる。このような半円形または円形の読取エリアを形成することにより、特殊な物体に貼付された無線ICタグの情報を容易に読み取ることができる。
従って、アンテナ装置21を用いることによって、アンテナ長を短くした無線ICタグでも正確な位置合わせが不要になり情報の読取り作業性が一段と向上する。また、複数個の導電体エレメントの配列を必要に応じて変えることができるので、食料品、医薬品、構造物、入場券など様々な形状の物体にランダムに貼付された無線ICタグの情報を正確かつ容易に読み取ることができる。
次に、アンテナ装置21と八木アンテナとの違いについて説明する。
図4は、一般的な八木アンテナの構成図である。
テレビジョンの受信に広く用いられる八木アンテナ11は、λ/2長のダイポールアンテナを構成する放射器12に対して約λ/4の間隔で、後に反射器13、前に導波器14を平面上に配置して構成される。反射器13の長さはλ/2より長く、導波器14の長さはλ/2より短くなっている。この八木アンテナ11は、放射器12で発生した電界の位相と、反射器13及び導波器14で発生した誘起電流の位相とが同相になるような位置(つまり、放射器12からλ/4隔てた位置)に反射器13と導波器14が配置されている。
すなわち、それぞれ隣り合うアンテナエレメントがπ/2の位相差となるためには、隣り合うアンテナエレメントはλ/4の距離が必要となるので、反射器13、放射器12、導波器14はこの順序でそれぞれλ/4の距離で配置されている。このような構成により、放射器12から放射されて反射器13で反射された電波は、図の矢印のように、反射器13から導波器14の方向へ放射される。従って、八木アンテナ11による電波の受信エリア15は、図4に示すように、反射器13、放射器12、及び導波器14を通した平面上の前方(つまり、導波器14の前方)の範囲となる。
これに対して、アンテナ装置21は、補助アンテナ24と無線ICタグのインレットアンテナとの2つのアンテナが相互に補完した同調を作動原理となっているため、八木アンテナとは動作原理が異なる。従って、八木アンテナにおいて、放射器12と反射器13および導波器14間の距離をλ/4に設定する必要があるが、アンテナ装置21では、そのような制限を受けずに導電体エレメントの位置を設定することができる。
《第3実施形態》
第3実施形態では、放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と平行に導電体エレメントを配置した場合のアンテナ装置について説明する。
図5は、放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と平行に導電体エレメントを配置した場合の構成図である。
図5に示すようにアンテナ装置31の基本的な構成は、ケーブル35を介して図示しないリーダライタに接続される放射アンテナ33が、表面に放射電極を形成し裏面にグランド電極を形成したマイクロストリップアンテナであって、この放射アンテナ33の偏波方向と平行に複数の導電体エレメントをアレイ状に配列した補助アンテナ34が配置された形態となっている。このとき、複数の導電体エレメントの配置方法には種々のバリエーションが考えられる。
図6は、複数の導電体エレメントの配置バリエーションを示す図である。
第1のバリエーションとして、図6(a)に示すように、放射アンテナ33の垂直面上に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを配置する。また、第2のバリエーションとして、図6(b)に示すように、放射アンテナ33と平行面の上面に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを配置する。さらに、第3のバリエーションとして、図6(c)に示すように、放射アンテナ33の上面に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを半円形に配置する。
また、第4のバリエーションとして、図6(d)に示すように、放射アンテナ33の上面全域に亘って、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを所定の傾斜角をもって配置する。さらに、第5のバリエーションとして、図6(e)に示すように、放射アンテナ33の上面で中心部より半分の領域に亘って、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを所定の傾斜角をもって配置する。その他のバリエーションについては、特に図示しないが、導電体エレメントの上面に各誘導体エレメント34a,34b,…,34fをドーム上に配置することもできる。なお、それぞれのバリエーションにおける読取エリアは、図3の場合と同様、誘導体エレメント34a,34b,…,34fの上面全域に亘ることは云うまでもない。
このように、導電体エレメントの配置バリエーションは多数があるが、これらは、アンテナ装置を使用する状況に応じて選択することができる。例えば、次のような場合には、図6(a)のバリエーションが適する。すなわち、アンテナ装置に対して垂直となる面で小型無線ICタグを使用する場合や、横に倒せない細長い物品(試験管や採血管など)に小型無線ICタグを取り付ける場合である。
一方、平面形状の物品を利用する場合には、図6(b)、図6(d)、図6(e)が適し、曲面形状の物品を利用する場合には、図6(c)が適する。
図6(e)の場合、誘導体エレメント34a〜34fが放射アンテナ33の片側(同図右側)の範囲に配置されている。このため、他の片側(同図左側)の範囲の領域では、放射アンテナ単体のアンテナ特性が得られ、標準サイズの無線ICタグの読み取りがより容易になるという効果を奏することとなる。
ここで、図6の各バリエーションの配置を実現する場合における放射アンテナなどの構造について説明する。放射アンテナとしては、円形や矩形形状の放射面を有するパッチアンテナ(直線偏波特性を持つ)を使用する。そして、各導電体エレメントは、放射アンテナの偏波面と平行になるように配置する。
具体的には、導電体エレメントは、幅2.5mm、長さ50mm、厚さ0.02mmのアルミ材にて形成し、アクリル樹脂材上にエレメント間隔9mmで配置する。そして、放射アンテナ1は、1.6mm厚のテフロン(登録商標)製プリント基板上に形成する。このような構成により、図6に示した各バリエーションの配置を実現することが可能となる。
各導電体エレメントの基材は、PVC、発泡PVC、PP、PET、テフロン(登録商標)樹脂、アクリル樹脂、ABS、PC、POMなどの樹脂材料や紙、あるいは、これらを積層したものを用い、その基材面または基材中に各導電体エレメントを形成する。プリント基板であれば、ガラスエポキシ基板、テフロン(登録商標)基板などを用いると形成しやすいが、円筒形状のものであれば、ポリイミド基材を使用したフレキシブルプリント基板が最適である。
導電体エレメントは、アンテナ装置の筐体の内壁あるいは外壁、または筐体の部材内に実装するようにしてもよい。なお、筐体の外壁に導電体エレメントを装着する場合、樹脂や紙類などの保護フィルムで導電体エレメントを保護することが望ましい。
《第4実施形態》
第4実施形態では、放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と垂直に導電体エレメントを配置した場合のアンテナ装置について説明する。
図7は、放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と垂直に導電体エレメントを配置した場合のアンテナ装置の構成図である。図7(a)は、放射アンテナ33の上面で中心部より半分の領域に亘って、補助アンテナ34が配置されている。図7(b)は、放射アンテナ33の上面全域に亘って、補助アンテナ34が配置されている。
図7に示すアンテナ装置31’の構成が図5のアンテナ装置31の構成と異なるところは、補助アンテナ34を構成する導電体エレメントの配置が、放射アンテナ33の偏波方向と平行ではなく、放射アンテナ33の偏波方向と垂直になっている点のみである。この場合も、複数の導電体エレメントの配置方法には種々のバリエーションが考えられる。
すなわち、図8に示すように、第1のバリエーションとして、図8(a)に示すように、放射アンテナ33の垂直面上に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを配置する。また、第2のバリエーションとして、図8(b)に示すように、放射アンテナ33と平行面の上面全域に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを配置する。さらに、第3のバリエーションとして、図8(c)に示すように、放射アンテナ33の上面全域に、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを半円形に配置する。
また、第4のバリエーションとして、図8(d)に示すように、放射アンテナ33の上面全域に亘って、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを所定の傾斜角をもって配置する。さらに、第5のバリエーションとして、図8(e)に示すように、放射アンテナ33の上面で中心部より半分の領域に亘って、補助アンテナ34を構成する各導電体エレメント34a,34b,…,34fを所定の傾斜角をもって配置する。その他のバリエーションとしては、特に図示はしないが、放射アンテナ33の上面に各導電体エレメント34a,34b,…,34fをドーム状に配置することもできる。
このように第4実施形態では、放射アンテナに対して導電体エレメントが直交するように配置している場合について説明したが、この場合、小型無線ICタグの読み取りに際し、小型無線ICタグが放射アンテナの偏波面と平行状態になるので、第3実施形態におけるアンテナ装置31の場合に比べ、小型無線ICタグの情報が読み取りやすくなる。
したがって、例えば、小型無線ICタグの偏波面が揃っている場合や、自動搬送装置と組み合わせてアンテナ装置を使用する場合には、より効率的に小型無線ICタグの情報を読み取ることが可能となる。
《第5実施形態》
図9は、第5実施形態に係るアンテナ装置の構成図である。
アンテナ装置41は、図9に示すように、樹脂またはセラミック製のアンテナ基材2に放射アンテナ43が配置されている。放射アンテナ43は小型マイクロストリップアンテナである。この放射アンテナ43の偏波面と平行に補助アンテナ44を配置して構成されている。
図1に示す第1実施形態では放射アンテナ3がダイポールアンテナとなっているのに対して、図9に示す第5実施形態では、放射アンテナ43は小型マイクロストリップアンテナである点で異なっている。この補助アンテナ44は、第2実施形態と同様に複数の導電体エレメントで構成することができる。次に、複数の導電体エレメントで構成した場合の配置バリエーションについて説明する。
図10は、小型マイクロストリップ構成の放射アンテナの偏波面と平行に補助アンテナを配置したときの各導電体エレメントの配置バリエーションを示す図である。
すなわち、第1のバリエーションとしては、図10(a)に示すように、放射アンテナ43と、補助アンテナ44を構成する各導電体エレメント44a,44b,…,44fとを同一平面上に配置する。また、第2のバリエーションとしては、図10(b)に示すように、放射アンテナ43の上面に、補助アンテナ44を構成する各導電体エレメント44a,44b,…,44fを配置する。さらに、第3のバリエーションとしては、図10(c)に示すように、放射アンテナ43を中心として、補助アンテナ44を構成する各導電体エレメント44a,44b,…,44fを半円形に配置する。また、第4のバリエーションとしては、図10(d)に示すように、放射アンテナ43を中心として、補助アンテナ44を構成する各導電体エレメント44a,44b,…,44jを円形に配置する。
次に、小型マイクロストリップ構成の放射アンテナ43の偏波面と垂直に補助アンテナ44を配置したときの各導電体エレメントの配置方法について説明する。放射アンテナ43の偏波面と垂直に補助アンテナ44を配置する場合は、図11(a)の斜視図に示すように、放射アンテナ43と、各導電体エレメント44a,44b,…,44eからなる補助アンテナ44とが直交するように構成する。すなわち、図11(b)に示すように、放射アンテナ43の垂直面上に、左右がλ/4ずつに配分されるように導電体エレメント44a,44b,…,44eを配置する。
第5実施形態において、放射アンテナ43は、ガラスエポキシ基板上に形成し、長さが31mmで幅が5mmの放射面を有する。導電体エレメントは、長さが50mmで幅が2.5mmであり、5本の導電体エレメントを9mmの間隔で配置する。このような構成により、補助アンテナ44の面上で、利用者は、小型無線ICタグアンテナとリーダアンテナとの偏波面を意識せずに、小型無線ICタグの情報を容易に読み取ることが可能となる。また、このような構成とすることにより、半波長ダイポールアンテナを有する汎用の無線ICタグを使用した場合においても、利用者は、偏波面を意識せずに、汎用の無線ICタグの情報を容易に読み取ることができる。
《第6実施形態》
第6実施形態では、導電体エレメントのレイアウトについて説明する。
図12は、導電体エレメントと無線ICタグの位置関係を示す図であり、(a)は読取り可能な位置関係、(b)は読取り難い位置関係を示す図である。図12(a)に示すように、無線ICタグ6aと導電体エレメント23a,23bが直交して重なる場合や、無線ICタグ6bと導電体エレメント23bが平行しながら両者が部分的に重なる場合、または、平行あるいは平行に近い状態(平行に相当する状態)で接近している場合は、前記したように、導電体エレメント23a、23bと無線ICタグ6aまたは6bのインレットアンテナとの間でも相互に補完した同調が行われるため、無線ICタグ6a、6bからの電波を受信しリーダライタで情報を読み取ることができる。
一方、図12(b)に示すように、無線ICタグ6cと導電体エレメント23v,23wが直角関係にあっても両者が重ならない場合、無線ICタグ6eが導電体エレメント23wと導電体エレメント23xの隙間に平行する場合、及び無線ICタグ6dが導電体エレメント23wと平行して完全に重なった場合は、導電体エレメント23v,23w,23xと無線ICタグ6cまたは6dあるいは6eのインレットアンテナとの間で相互に補完した同調が行われないため、電波を受信することができず、その結果、リーダライタで情報を読み取ることができない。
このようなことから、導電体エレメントと無線ICタグが直交する可能性が高い場合は各導電体エレメントの間隔を広くし、導電体エレメントと無線ICタグが平行する可能性が高い場合は、各導電体エレメントの間隔を狭くすると共に内部の導電体エレメントの幅を細くすることが望ましい。つまり、無線ICタグと導電体エレメントが重なった状態で接近すると読取りエラーを起こしやすいので、導電体エレメントの幅を細くすることによって対処する。
図13は、導電体エレメントの望ましいレイアウトを示す図であり、(a)は導電体エレメントと無線ICタグが直交する可能性が高い場合、(b)は導電体エレメントと無線ICタグが平行する可能性が高い場合のレイアウトを示している。導電体エレメントと無線ICタグが直交する可能性が高い場合は、図13(a)に示すように、両側の導電体エレメント23a,23eは幅を広げて無線ICタグ6aと重なりやすくし、内側の導電体エレメント23b,23c,23dは導体幅を狭くすると共に各導電体エレメント23a,23b,23c,23d,23eの間隔は無線ICタグ6aが直交したときに重なる程度に広くする。
また、導電体エレメントと無線ICタグが平行する可能性が高い場合は、図13(b)に示すように、両側の導電体エレメント23u,23zは幅を広げて無線ICタグ6bと重なりやすくし、内側の導電体エレメント23v,23w,23x,23yは導体幅を狭くすると共に各導電体エレメント23u,23v,23w,23x,23y,23zの間隔は無線ICタグ6bが平行したときに重なる程度に狭くする。
第6実施形態においては、汎用的には図12(b)の形態でアンテナ装置を製造することにより、2つの偏波特性を持つ小型無線ICタグに適用することが可能となる。例えば、図12(b)の形態の導電体アレイを実装するアンテナ装置で小型無線ICタグ6bの読み取りを行う場合にも、作業者は、小型無線ICタグがアンテナ装置上の読み取り領域内を移動しているときに、その小型無線ICタグの情報を読み取るために、アンテナ装置側に当該小型無線ICタグを移動させる。この移動により、小型無線ICタグが、最適な読み取り位置を通過することとなる。したがって、作業者は、小型無線ICタグの読み取りに伴う位置合わせを行うことなく、小型無線ICタグの情報を読み取ることが可能となる。
また、例えば、小型無線ICタグを取り付けた物品が自動搬送装置により自動搬送される場合にその小型無線ICタグの偏波面が一定の向きを保つ状態になるとき、図13(a)(b)に示した形状の導電体アレイを用いることにより、小型無線ICタグの情報がより効率的に読み取られることとなる。
《第7実施形態》
第7実施形態では、放射アンテナと導電体エレメントの汎用性のある配置バリエーションについて説明する。
図14は、放射アンテナと導電体エレメントの汎用性のある配置バリエーションを示す図である。
第1のバリエーションは、図14(a)に示すように、放射アンテナ33の垂直面上(つまり、放射軸上)に補助アンテナ34を配置したものである。補助アンテナ34は、複数の導電体エレメントからなる導電体アレイ(つまり導電体エレメントのアレイ)34aで構成される。また、第2のバリエーションは、図14(b)に示すように、放射アンテナ33の上面で中心部より半分の領域に亘って、複数の導電体アレイ34aで構成される補助アンテナ34を所定の傾斜角をもって配置したものである。さらに、第3のバリエーションは、図14(c)に示すように、放射アンテナ33の上面全域に亘って、複数の導電体アレイ34aで構成される補助アンテナ34を所定の傾斜角をもって配置したものである。
《第8実施形態》
第8実施形態では、放射アンテナと導電体エレメントとの配置バリエーションについて説明する。図15は、第8実施形態における放射アンテナと導電体エレメントとの配置バリエーションを示す図である。
図15において、(a)はダイポール状の放射アンテナ3のみでアンテナ装置を構成した第1のバリエーションである。(b)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして導電体エレメント4aを1個のみ配置してアンテナ装置を構成した第2のバリエーションである。(c)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして導電体エレメント4aと導電体エレメント4bの2個を配置してアンテナ装置を構成した第3のバリエーションである。この場合、端にある導電体エレメント4bの幅がやや広くなっている。(d)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして導電体エレメント4a,4b,4cの3個を配置してアンテナ装置を構成した第4のバリエーションである。この場合、端にある導電体エレメント4cの幅がやや広くなっている。
また、図15において、(e)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして中心部分が幅広な導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第5のバリエーションである。(f)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして両端部分が幅広な導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第6のバリエーションである。(g)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして両端部分から中央部分にかけて幅が狭くなる導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第7のバリエーションである。
また、図15において、(h)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして中央部分が幅広で両端部分にかけて幅が順次狭くなる導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第8のバリエーションである。(i)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして中央部分の幅が狭く両端部分にかけて幅が順次に広くなる導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第9のバリエーションである。(j)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして中央部分から両端部分にかけて順次幅が狭くなる導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第10のバリエーションである。(k)は放射アンテナ3に対して補助アンテナとして中央部分から両端部分にかけて幅が順次に広くなる導電体エレメント4aを1個配置してアンテナ装置を構成した第11のバリエーションである。
第8実施形態において、放射アンテナに導電体エレメントを1つ付加した場合においては、図15(g)に示した導電体エレメント4aのような形状に導電体エレメントをすることにより、放射アンテナと導電体エレメントとの間は、その中央が他に比べて広く、両端に向かってにつれ狭くなっている。このような構造により、利用者が、アンテナ装置に小型無線ICタグを近づけていくと、小型無線ICタグのアンテナ長に適した位置(放射アンテナと導電体エレメントとの間の位置)で小型無線ICタグの情報を読み出すことが可能となる。
例えば、本実施形態におけるアンテナを実装したハンディリーダにより、ある物品に実装された小型無線ICタグがスキャンされた場合、当該アンテナと小型無線ICタグが、放射アンテナと導電体エレメントとの間隔と小型無線ICタグのアンテナ長との関係で、情報読み取りに適した位置関係になった位置のときに、小型無線ICタグの情報が読み取られ、小型無線ICタグの読み取り効率が向上する。
また、互いに大きさの異なる小型無線ICタグを用いる場合も、放射アンテナと導電体エレメントとの間隔を最適化する手間が不要なので、汎用的に利用可能な利点がある。
[アンテナ装置の具体例]
次に、直線偏波パッチアンテナに導電体アレイを配置したアンテナ装置の具体例について図17ないし図20に基づいて説明する。
図17(a)(b)(c)において、導電体アレイ100は、マイクロストリップアンテナ(パッチアンテナ)101のアンテナ放射部102の1/2の領域になるように配置する。この場合、無線ICタグの読み取り面となる読取領域103で小型無線ICタグを利用することが可能となる。また、読取領域104においては、汎用無線ICタグの通信距離を低下させることなく汎用無線ICタグを利用することが可能となる。さらに、読取領域103においては、パッチアンテナの偏波面と直交した方向の偏波面で読み取りを行うことが可能となる。しかも、利用者は、読み取り距離が近接であれば、偏波面を意識せずに使用することができる。
なお、このアンテナ装置の外観は、図18(a)のようになり、図18(b)に示した読取領域103、104では、次のような特性が得られる。すなわち、読取領域103において、小型無線ICタグや汎用無線ICタグを利用する場合、いずれのICタグを利用しても偏波面の依存性がなくなる。もっとも、汎用無線ICタグの場合には、通信距離が短くなる。
他方、読取領域104において、汎用無線ICタグを利用する場合、マイクロストリップアンテナ101の偏波面で読み取りやすくなる。
図19(a)(b)(c)において、導電体アレイ100は半円形であり、この導電体アレイ100は、マイクロストリップアンテナ101のアンテナ放射部102上に配置されている。この場合、無線ICタグの読み取り面となる読取領域103Aで小型無線ICタグを利用することが可能となる。また、読取領域104Aにおいては、汎用無線ICタグとの通信距離を低下させることなく利用することが可能となる。なお、アンテナ装置は、小型無線ICタグの専用装置とすることなく、汎用的に使用することが可能となる。導電体アレイ100は、図示しない筐体の内壁あるいは外壁、または部材内に実装してもよい。
この図19のアンテナ装置の外観を図20(a)、2つの読取領域103A、104Aを図20(b)、当該アンテナ装置を血液検査システムに用いた場合の応用例を図20(c)に示す。図20(c)では、ユーザが、長さ10mm、幅1.5mmの小型無線ICタグが取り付けられた採血管をアンテナ装置の窪み部分に近づけて、その小型無線ICタグの情報(例えば、採血理由など)が読み取られるケースが例示されている。
次に、アンテナ装置の実装例について図21および図22に基づいて説明する。
まず、図21のアンテナ装置では、放射アンテナ110、導電体エレメント111、および無線ICタグのリーダ回路112が同一のリーダ回路基板113上に実装されている。そして、このリーダ回路基板113上には、PC(パソコン)インタフェース回路114も実装されている。このように構成すると、小型化が実現する。
図22(a)(b)のアンテナ装置では、既存の小型リーダ装置の筐体120の内壁に導電体エレメント111が実装されている。このように構成すると、既存の小型リーダ装置の筐体の再製作などを行うことなく、導電体エレメント111を実装することが可能となる。また、小型リーダ装置の上面、下面および、筐体端部の導電体エレメント111周辺で小型無線ICタグの読み取りを行うことが可能となり、読み取りの操作性・作業性が向上する。
なお、図22では、アンテナ装置の筐体の内壁に導電体エレメント111を実装する場合について説明したが、筐体120の再製作などの作業負担が軽減するのであれば、筐体120の外壁または当該筐体の部材内に実装するようにしてもよい。
《まとめ》
以上説明したように、実施形態で示したアンテナ装置によれば、15mm以下のインレットアンテナで構成される無線ICタグの情報を読み取る場合でも、放射アンテナの偏波面がなくなって任意の方向から情報を読み取ることができるので、無線ICタグの読取り作業性が一段と向上する。また、アンテナ装置は電力を消費しないので、無線出力電力の低いリーダライタにおいてもアンテナ機能を充分に発揮することができる。例えば、平均送信出力が80mWのPHS相当の無線出力機器においても十分にアンテナ機能を発揮する。したがって、電波防護指針などを意識しなければならない場所(例えば、医療機関など)において無線ICタグの情報を読み取る場合でも、本発明のアンテナ装置を用いれば効率よく無線ICタグの情報を収集することができる。
実施形態で示したアンテナ装置をリーダライタに用いれば、医薬品の小ビン(例えば、アンプルなど)に添付された無線ICタグの情報を容易に読み取ることができるので、医薬品の製造ライン検査や製品管理、あるいは病院内における医薬品管理に利用することができる。また、PTPパッケージ内の薬剤の情報を無偏波で読み取ることができるので、薬剤の製造ライン検査、製品管理、あるいは病院内における薬剤管理に利用することができる。さらには、注射器の製造ライン検査、製品管理、廃棄物管理、あるいは病院内における注射器の管理に利用することができる。また、血液検査などに用いられる検査チューブの製造ライン検査、製品管理、検査工程、あるいは病院内における管理に利用することができる。
また、本発明に係るアンテナ装置をリーダライタに用いれば、入場券、商品券、カルテなどの用紙に対して無線ICタグをランダムに挿入してもそれらの情報を読み取ることができる。このようにして、用紙の任意の場所にランダムに無線ICタグを貼付すれば、用紙を重ねたときに無線ICタグによって盛り上がらないので、入場券、商品券、カルテなどの取扱いが容易になる。さらに、無線ICタグをカードに貼付したとき、無線ICタグのサイズの小型化により、リーダライタにカードを近づけたときに指が無線ICタグの領域を摘む確率が下がり、通信距離が不安定となるおそれもなくなるので、無線ICタグの読取り効率が一段と向上する。
さらには、本発明に係るアンテナ装置をリーダライタに用いれば、無線ICタグを食料品などに貼付した場合でも容易に情報を読み取ることができるので、食品産業において広く利用することができる。一般には、2.45GHz帯の無線ICタグでは、金属や水分が無線ICタグの近傍に存在すると、当該無線ICタグの読み取り可能な距離が短縮することが知られている。しかし、本発明に係るアンテナ装置では、その補助アンテナが、無線ICタグのインレットアンテナと副同調回路とを形成することにより、読み取り可能な距離の延長を図ることが可能となる。なぜなら、金属や食料品などに含まれる水分による影響で読み取り可能な距離が短縮しないようにできるからである。
また、汎用型無線ICタグ、例えば、1/2λ型ダイポールアンテナにICチップを実装した無線ICタグを金属などに直接取り付けた場合でも、その属性情報を読み取ることができるので、金属製品の製品管理や特性管理などに利用することができる。さらには、ペットボトルや清涼飲料水などの管理や、病院内におけるカード、カルテ、投薬、注射、検査、または診断装置などの管理に利用することもできる。
第1実施形態に係るアンテナ装置の構成図である 第2実施形態に係るアンテナ装置の構成図である. アンテナ装置における導電体エレメントの配置および読取エリアの説明図である。 一般的な八木アンテナの構成図である。 放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と平行に導電体エレメントを配置した場合の構成図である。 複数の導電体エレメントの配置バリエーションを示す図である。 放射アンテナがマイクロストリップアンテナであって偏波面と垂直に導電体エレメントを配置した場合のアンテナ装置の構成図である。 アンテナ装置における導電体エレメントの配置および読取エリアの説明図である。 第5実施形態に係るアンテナ装置の構成図である。 小型マイクロストリップ構成の放射アンテナの偏波面と平行に補助アンテナを配置したときの各導電体エレメントの配置バリエーションを示す図である。 小型マイクロストリップ構成の放射アンテナの偏波面と垂直に補助アンテナを配置したときの各導電体エレメントの配置を示す図である。 導電体エレメントと無線ICタグの位置関係を示す図である。 導電体エレメントの望ましいレイアウトを示す図である。 放射アンテナと導電体エレメントの汎用性のある配置バリエーションを示す図である。 第8実施形態に係る放射アンテナと導電体エレメントとの配置バリエーションを示す図である。 無線ICタグのアンテナをカットして使用する場合のイメージ図である。 アンテナ装置内部の具体例を示す図である。 図17のアンテナ装置の外観および読取領域を示す説明図である。 アンテナ装置内部の他の具体例を示す図である。 図19のアンテナ装置の外観および読取領域を示す説明図である。 アンテナ装置の実装例を示す図である。 アンテナ装置の他の実装例を示す図である。
符号の説明
1、21、31、41 アンテナ装置
2、22 アンテナ基材
3、23、33、43 放射アンテナ
4、24、34、44 補助アンテナ
4a、4b、4c 導電体エレメント
6 無線ICタグ
6’ インレットアンテナ
6a 無線ICタグ
7 読取エリア
23a、23b、23u、23v、23w、23x、24a 導電体エレメント
25 読取エリア
34a 導電性アンテナアレイ

Claims (18)

  1. 無線ICタグと通信を行って無線ICタグ内のICチップに記憶された情報を読み取るリーダライタに供されるアンテナ装置であって、
    給電点に供給された電力によって電界を発生させる放射アンテナと、
    前記放射アンテナが発生させた電界によって共振し、誘起電流を発生させる補助アンテナと、
    を備えることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記無線ICタグと通信する電波の波長をλとしたとき、前記放射アンテナ及び前記補助アンテナの長さは、それぞれ、λ/2であることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記補助アンテナは、複数個アレイ状に配置された導電体エレメントで構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記放射アンテナ及び複数個の前記導電体エレメントは、それぞれ、前記無線ICタグの幅または長さ以下の間隔で配置されていることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。
  5. 前記複数個の導電体エレメントは、それぞれ、0.01λ乃至0.20λの間隔で配置されていることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。
  6. 前記放射アンテナ及び複数個の前記導電体エレメントは同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  7. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナの上面に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  8. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナを中心として半円形に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  9. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナを中心として円形に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  10. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナの放射軸上に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  11. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナの放射軸上において所定の傾斜角をもって配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  12. 複数個の前記導電体エレメントは、末端に配置された導電体エレメントが他の導電体エレメントより幅が広くなっていることを特徴とする請求項3乃至請求項11のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  13. 前記他の導電体エレメントの幅は1mm乃至3mmであることを特徴とする請求項12に記載のアンテナ装置。
  14. 前記導電体エレメントは樹脂性のアンテナ基材に直接配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項13のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  15. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナの偏波方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項14のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  16. 複数個の前記導電体エレメントは前記放射アンテナの偏波方向と垂直に配置されていることを特徴とする請求項3乃至請求項14のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
  17. 放射アンテナ、導電体エレメント、および無線ICタグのリーダ回路が同一基板上に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  18. 前記導電体アンテナは、アンテナ装置の筐体の内壁、外壁または当該筐体の部材内に実装されていることを特徴とする請求項17に記載のアンテナ装置。
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