JP2009259273A - 共振器付フィールド改善システム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ、タグ、非接触式ＩＣカード間の通信環境を改善するシステムの提供。
【解決手段】ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のセンサやＩＣタグや非接触式ＩＣカードに用いるシステムにおいて、センサＳｅｎｓｏｒやタグＴや非接触式ＩＣカードＣに付加的に共振器８を備え、前記共振器８がコイル５とコンデンサ７とからなり、更に前記共振器８のコイル５に磁性体６が添えられ、磁界を強くしていることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。
【選択図】図２０

Description

本発明は共振器付フィールド改善システムに関し、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）や非接触式ＩＣカードの利用分野の中で、センサとタグ間の通信を行う場合の通信状況を改善するための、簡単で効果的な方式を提示する。

従来のセンサやタグは、コイルによる連続する微小ループアンテナに電流を流し、磁界や電界を作り、センサやタグや非接触ＩＣカード間の通信を行っていた。

しかるに、周囲の誘電体や磁性体や金属の影響を受けて共振周波数がずれて感度が落ちたり、場合によっては、負荷が大きい場合にはローデッドＱが小さくなり、感度が低下した。金属による逆相電流で打ち消されたり、磁路がふさがれたり、磁界が曲がったりすることにより、磁界が低下したり、電界が低下したりして、通信条件が悪化することが一般的である。磁性体による磁路を確保することを一般的に行っているが、充分ではない。コイルアンテナ間の相互作用により共振周波数が大幅にずれることもある。このような場合には一般には共振周波数が低くなる。

実用新案登録第３１２１５７７号公報

ところで、共振周波数がずれたり、ローデッドＱが下がったり、磁界が乱れたり、弱くなった時、所望の磁界や電界を強めたりすることができれば、通信し易くなり、通信距離も伸び、時に金属対応の磁性体を用いたセンサやタグの改善には大きな効果があり、これらセンサやタグの感度を改善したり通信を改善したりするのに役立つ。

以上のことから、本発明は、センサやタグや非接触式ＩＣカード間の通信環境を改善することのできる共振器付フィールド改善システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、上述の目的を達成するために、共振器付フィールド改善システムを次の（１）〜（４）に示すとおりのものとする。

（１）磁性体と前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第１のコイルとを有するＲＦＩＤのセンサ又はＩＣタグ若しくは非接触ＩＣカードと、前記第１のコイルの軸方向と同一の軸方向となるように前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第２のコイルと前記第２のコイルに接続される第１のコンデンサとを有する第１の共振器と、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。

（２）磁性体と前記磁性体に巻回された第１のコイルとを有するＲＦＩＤのセンサ又はＩＣタグ若しくは非接触ＩＣカードと、前記第１のコイルの軸方向と同一の軸方向となるように前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第２のコイルと前記第２のコイルに接続される第１のコンデンサとを有する第１の共振器と、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。

（３）前記（１）又は（２）に記載の共振器付フィールド改善システムにおいて、前記磁性体は、前記第１のコイルの軸方向に垂直な断面が矩形又は円形の形状であることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。

（４）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の共振器付フィールド改善システムにおいて、前記ＲＦＩＤのセンサと前記ＩＣタグ又は非接触ＩＣカードとの間で伝送された信号を読み取るリーダライタと、前記リーダライタが読み取った信号に基づき前記ＩＣタグ又は非接触ＩＣカードが取り付けられた物を管理するコンピュータと、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。

本発明によれば、センサあるいはＲＦＩＤタグあるいは非接触式ＩＣカードあるいはこれらの間に共振回路を付加することにより、センサ、タグ、非接触式ＩＣカード間の通信を著しく改善する効果が発揮できた。本発明はまた、金属対応のセンサやタグにも有効に応用でき、共振器をタグや非接触式ＩＣカード間にばら撒くことにより、通信環境を改善する効果を持つ。

タグに共振器を用いた場合を示す図 センサコイルに共振器を用いた場合を示す図 センサコイルを共振回路付磁性体の上に取り付けた場合を示す図 共振器の応用例を示す図 従来の金属対応タグに本発明の共振器を応用した例を示す図 磁性体棒による共振器（共振回路）の例を示す図 金属対応センサやタグに共振器を用いた場合を示す図 周波数が高いＵＨＦ帯のセンサやタグに応用した共振器の例を示す図 金属対応センサに共振器を取り付けた例を示す図 金属対応センサに共振器や共振回路を用いた例を説明する図 金属対応の磁性体タグに用いた場合の例を示す図 共振回路をシートで構成し、後でセンサやタグに添加できるように、シートの裏側にのりを塗り、シリコン樹脂等を塗った紙を貼っておき、接着時にシリコン紙をはずし、センサやタグに接着するように構成した場合を示す図 センサやタグに取り付けたり添えられたりする共振器や共振回路の等価回路を示す図 複数のタグがある場合の例を示す図 センサあるいはタグの前後に、破線で示す共振器や共振回路を配列する場合の例を示す図 磁性体棒にセンサとタグが取り付けられている場合の例を示す図 金属面対応磁性体偏心コイルによるセンサあるいはタグの磁界が改善されることの説明図 従来のセンサやタグの磁界が共振器により改善されることの説明図 共振特性の比較を示す図 本発明の共振器によるセンサの改善により金属板対応センサシステムを構築した場合を示す図 本発明の共振器によるタグの改善により金属板対応タグシステムを構築した場合を示す図 本発明の共振器を用いて、多数のタグが存在する電磁界を改善するセンサ、タグシステムの例を示す図

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

本発明は、センサやタグ間の通信距離が短かったり、結合し難い所で、センサあるいはタグ、あるいは両方共に感度が高くなるように、磁界の強度あるいは電流の強度を増すような機能を与えるか、通信を行う方向の磁界を強めることにより、センサやタグの通信感度を向上させたり通信距離を伸ばしたりする実用的かつ効果的な方法で、共振器をセンサあるいはタグに密着させたり、近傍に置いたり、センサやタグの中間に設置することにより、磁界を散らさずに集中させる。これにより通信感度を上昇させる方法である。

以下、図に沿って説明する。

図１は、タグに共振器を用いた場合を示す。

タグＴの本体１の中にコイル２が巻かれており、ＩＣ３がコイルの両端に設置されている場合を示す。

この近傍、あるいは密着して、共振器８のプラスチックフィルム４の上にコイル５が形成され、コンデンサ７がコイル５の両端に接続され、ＬＣの共振回路を構成している。

共振回路はロスがないので、高いＱを示すことができ、かつ、もともとずれているタグＴの共振周波数を所望の共振周波数に合わせることができるので、タグＴの感度を上げることができる。図１では説明のため、タグＴと共振器８は少し離してあるが、両者を密着させて使用することができる。共振器の電流により、磁界は増強され感度が上昇する。

図２は、センサコイルに共振器を用いた場合を示す。

タグの場合と同じように、センサコイル２′の近傍、あるいは密着して共振回路８が設置されている場合を示す。一般にセンサコイルは、基板１′上でコイルを形成しているものが多い。この基板１′の表面の、コイルの中心部に共振器８を設置する訳であるが、センサコイル２′と共振器のコイル５が近過ぎると、お互いに結合して、互いの共振周波数を狂わせる。勿論結合が強い即ち相互インダクタンスが大きい場合でも、総合で共振周波数が合って、最大の電磁界が得られるように調整すればよい。

センサコイル２′を励振するための端子は２２と２２′である。

図３は、センサコイルを共振回路付磁性体の上に取り付けた場合を示す。センサコイル２′で励振された磁界が、磁性体６の磁路に沿って通過するとき、両端の磁路にコイル１５とコンデンサ１７による共振回路を構築して、中央部と側方に強い磁路を発生させる例である。磁性体６に巻かれた共振回路の電流により、強い磁界を発生させることができ、したがって、センサコイル２′により発生する磁界を更に増強させることができるので、コイル２′の中心軸に沿った垂直の強い磁界が得られる。磁性体の外側を巻くようなコイルと、これに合ったコンデンサによる共振回路を用いているので、ここでは共振回路としたが、この共振回路は磁性体にはめ込む方法でも作ることができるので、これを一体としてみれば、共振器として見ることができる。

磁性体の側方に磁界を逃がすことができるので、下方に金属面があった場合により効果的であり、金属面の悪い影響は受け難い。また、直接金属面上に置かれるときは、磁性体に巻いたコイル１５のイメージ効果により、更に感度を上げることができる。磁性体を用い、金属面対応としたプロメタルセンサやタグについて、更に図５や図９、図１０、図１１等で述べる。

図４は、共振器の応用例を示す。図４（ａ）は、タグの本体１のコイル２の更に内側に、共振器コイル５を巻き、コンデンサ７により、共振器を構成する場合を示す。ＩＣチップを３に示す。

図４（ｂ）は、センサコイル２′が端子２２と２２′により給電され、このコイル２′が磁性体６の上に直接あるいはプラスチック等を介して載せられている場合を示す。

センサコイル２′の上に共振回路（共振器コイル５，コンデンサ７）が構成されたプラスチックシート４がセンサ回路の上に貼り付けられる。この場合も、直接あるいはプラスチック等の絶縁体や誘電体を介して貼り付ける場合も有る。

上部にある共振器は、取り付けた状態で共振を取るようにする。

特殊な場合、下方に共振器を取り付け、金属板の代わりとし、金属板と同様な効果を持たせることもできる。例えば、１３．５６ＭＨｚ帯で用いる場合、上の共振回路の共振周波数を１４〜１４．２ＭＨｚとし、下の共振回路の共振周波数を１３〜１３．３ＭＨｚに調整する。

磁性体を挟んで、容量的と誘導的な共振器を用い、垂直磁界を励振することができる。図では、夫々の共振器がセンサコイル２′や磁性体６と離して描かれてあるが、それぞれ貼り付けられる構造のものでよい。

センサコイル２′、共振器コイル５は磁性体６に直接触れる接近した状態では、インダクタンスの値にかなり影響し、少しの距離の差でも変動するので、あまり密着して用いない方がよいが、密着するならば、最初からしっかり固定してインダクタンスが変動しないようにすることが、不安定さを無くす上で重要である。

図４（ｃ）は、図３に対応し、タグに磁性体６と共振回路（共振器コイル５，コンデンサ７）を用い、金属面上や金属面に近い所でも感度が上るようにした場合である。タグの本体１を磁性体６の上に貼り、両側に共振回路（コイル１５とコンデンサ１７による）を構成し、側方に磁界を逃がしたり励振したりする場合を示している。

図５は、従来にもある金属対応タグに本発明の共振器を応用した例を示す。図５は、従来の金属対応タグ等のように、磁性体シート６を、コイル２、ＩＣチップ３を含むタグ１に、更に共振回路８を構成するコイル５とコンデンサ７を含むプラスチックシート４を追加した場合の構成を示す。金属面をＭで示す。

図５（ａ）は斜視図で、図５（ｂ）は横から見た場合を示す。図５（ｂ）からも分る通り、共振回路８を構成するプラスチックシート４がタグの本体１の上に添加される。タグの本体１の下方には磁性体シート６が貼られており、一般的には裏にアルミ箔が貼られ、金属面に載せられた場合でもインダクタンスの大きな変化が生じないようにしている。

図６には、磁性体棒による共振器の例を示す。図６（ａ）は、磁性体丸棒にコイル５を巻き、コイル５の両端にコンデンサ７を取り付け共振を取り、これを磁界の通路に置き磁界を強めるもので、磁性体６の比透磁率μ_ｒの大きさと共振電流の大きさの両方で磁界を強める効果を持つ。この場合、比透磁率が大きければ、磁性体６の断面積が小さくても磁束密度は増加でき、したがって小形に実現することができる。

図６（ｂ）は、比較的長い角形磁性体によるセンサの場合で、離れた位置のタグのコイル２とＩＣチップ３の情報を、途中の共振回路（共振器コイル５，コンデンサ７）により増幅させ、磁性体により磁界の結合を強くし、センサコイル２′に伝える場合を示している。この場合などは、センサは離れた磁性体に巻かれているが、同一の磁性体でも良い。

図７は、金属対応センサやタグに共振器を用いた場合を示す。センサやタグは金属面Ｍの上に載せてある。図７（ａ）は垂直磁界が出易いように、水平磁路６を曲げ、垂直磁路６′を構成している場合で、この垂直部や水平部、共振回路を設ける場合を示す。

図７（ａ）では、垂直磁路６′にコイル５とコンデンサ７による共振回路を設けた場合を示している。

図７（ｂ）では、同様に垂直突起部６′のあるセンサやタグの、垂直突起部６′にコイル５とコンデンサ７による共振回路を設けた場合を示す。

図７（ｃ）は、金属埋込センサやタグの場合を示す。同様に中央部の垂直突起部６′にコイル５とコンデンサ７による共振回路を設けた場合を示す。

図８は、周波数が高いＵＨＦ帯のセンサやタグに応用した共振器の例を示す。図中左のアンテナＴＸ，ＲＸは送受信アンテナで、右側のアンテナはタグＴである。タグＴのそばに分布定数による半波長（ループの場合は１波長）に近い共振器が置かれ、電界や磁界を強めている場合を示す。この場合は、八木・宇田アンテナに用いられる導波器や反射器の原理とほぼ同じ原理を用い、置く場所や位相を考慮する必要がある。

図９には金属対応センサに共振器を取り付けた例を示す。磁性体６と励振するセンサコイル２′が金属面Ｍに対して垂直面になっており、金属面で発生するイメージは磁界を２倍にする働きがある。

図９（ａ）に示すように、コイル２′の左側の磁性体面の広い部分６−３は垂直磁界が出易い部分で、この部分に共振回路８を構成するコイル５とコンデンサ７により、更に垂直磁界が強化される。即ち、タグや非接触式ＩＣカードの磁界と結合し易いような磁界を形成する。いわゆるフィールドフォーメーション（磁界形成）をなす働きをする。更に磁性体の端部６−１側には多くの水平成分の磁界が励振され、この水平磁界は一般には垂直磁界に対して無効に働くため効率を低下させる傾向にあったが、垂直成分を励振する共振回路があるため、こちらにエネルギーが奪われ有効な垂直成分のみ励振され、５割近くの感度向上が得られる結果を得た。この説明は図１７で詳しく説明する。図９（ｂ）には、共振回路を構成するコイル１５とコンデンサ１７を磁性体６そのものに巻き、センサコイル２′により発生する磁界をそのまま励振することにより磁界を補う働きをする。

図９（ａ）の構造と（ｂ）の構造を組み合せて用いると、図９（ａ）の場合より性能はやや上昇する。図９（ａ）と図９（ｂ）を比較すると、図９（ａ）の方が図９（ｂ）より優っている。図９（ａ）の方が垂直磁界分布をきれいにするフィールドフォーメーションを行う動作が有効に行われているためである。

図１０には、更に金属対応センサに共振器や共振回路を用いた例を説明する。

図１０（ａ）には、図９（ａ）と同じ構成のセンサを示すが、共振器８の共振回路（共振器コイル５，コンデンサ７）を磁性体６の上に直接載せるのではなく、紙、プラスチックや誘電体εや薄い絶縁体を挟んで載せる場合を示している。

共振回路のコイル５が磁性体６に接近すると、少しの変化でもインダクタンスが急変し共振が取れにくいので、少し磁性体６から離す方が安定であり、誘電体の誘電率を用い、共振周波数を制御する場合にも適している。誘電率をあまり持たせたくない場合には、誘電率が１に近いものを用いるとよい。

図１０（ｂ）には、図９に示す共振回路の置く場所や置く方法を混成させ、更に図の左側の、磁性体６の端部６−１に共振回路（誘導的コイル１５′，誘導的コイル用コンデンサ１７′）を追加し、この共振器の電流が誘導的になるようにし、磁界がこの端部に漏れないように阻止するようにした場合を示す。

センサコイル２′に近い右側の共振回路（共振器コイル１５，コンデンサ１７）は、磁界に誘導させる電流を流して、コイルの中を流れる磁界が強化されるように動作させる。図４（ｂ）の下方のコイル５′，コンデンサ７′による共振回路のと上方のコイル５，コンデンサ７による共振回路の役割と似た動作である。

したがって共振回路は３個取り付けてあるが、夫々は別々の役割を持っている。磁性体６の面に平行に置かれた共振回路のコイル５は、垂直磁界を励振し、かつフィールドフォーメーションを行う役割を持ち、給電されたセンサコイル２′に近い共振回路（コイル１５，コンデンサ１７）は導磁的な動作とし、左端の共振回路（コイル１５′，コンデンサ１７′）は、コイル１５′を通過する磁界を打ち消すような磁界を発生させる。この磁界が強すぎると励振される筈の磁界が打ち消されるので注意を要する。

このように、右側にセンサコイル２′があり、右側から給電されているので左右非対称の構造となり、したがってコイル１５，コンデンサ１７の共振回路と、コイル１５′，コンデンサ１７′の共振回路とは、異なった特性や機能を持っている。

一方、図３の場合には、左右の共振回路はほぼ同様の特性と機能を持っている。

また、図４（ｃ）のタグに応用した場合も同様に左右の共振回路（コイル１５，コンデンサ１７）は、同様の特性や機能を持っている。センサとタグは動作機能は同様で給電部に相当する位置にＩＣのチップが取り付くことにより、タグとなったりする。

図１１は、金属対応の磁性体タグに用いた場合の例を示す。

磁性体６にコイル２を巻き、このコイル２の両端にＩＣ３が接続されている。したがってコイルの軸方向に磁界が発生し易く、この方向に磁性体が伸びている。もともとコイル２は片端に巻かれているので、磁性体６の中心部でも垂直磁界が発生し易くなっているが、この部分に更に垂直磁界を励振する共振回路（コイル５，コンデンサ７）を設置している。図１０（ａ）でも説明したように、絶縁体を置くことにより、磁性体による変動の影響を少なくし、共振周波数を安定して製造し易くするためにも、絶縁体部分があった方がよいし、セラミックで構成し、この上にコイル５とチップコンデンサ７を取り付け、ＩＣ３も同様に取り付ければ、ハイブリッドＩＣのように、同時に回路を組むことができ、量産に適する。セラミックを用いなくてもこのような回路を構成することはできるが、図１１の方が量産し易い。金属対応とした場合、共振（同調）周波数を狂わせないためにも、最初から金属板ＭＳを添わせてある。

図１２には共振回路８をプラスチックシート４で構成し、後でセンサやタグに添加できるように、プラスチックシート４の裏側にのり９を塗り、シリコン樹脂等を塗った紙１０を貼っておき、接着時にシリコン紙をはずし、センサやタグに接着するように構成した場合を示す。一般のコイル形タグを作る工程と同じ方法により、ＩＣを載せる代わりにチップコンデンサ７を載せ大量に作成する。

図１２（ａ）は、接着できる共振器８（コイル５，コンデンサ７による）付プラスチックシート４の例を示す。

図１２（ｂ）は、プラスチックフィルム４の表裏の電極ＥＰにより構成されるコンデンサとスルーホールＳＨによって、表裏のコイルが接続されているインダクタンスによる共振器の例を示す。スルーホールによらないで、表面と裏面両面それぞれ２個の電極によりコンデンサを構成し結合することもできる。

図１３には、センサやタグに取り付けたり添えられたりする共振器や共振回路の等価回路を示す。

図１３（ａ）は、左側のセンサや本体１の共振回路と、この本体１のそばに添えられた共振器８の共振回路のコイル５、あるいは磁性体に巻かれたコイル１５に対応した、コンデンサ７、１７による共振回路を示している。

タグの場合には、コイル２にＩＣ３が接続されており、センサの場合には、コイル２′の両端子２２、２２′が給電部となり、ＩＣ３にコンデンサが接続されているのは、ＩＣの端子の等価的な容量である。かっこ（ ）に入っている数字は、センサとして応用する場合に対応している。

図１３（ｂ）は、図１０（ｂ）の構造のセンサの例としてあげているが、同図コイル２′の両端にＩＣを接続し、ＩＣタグとして用いる場合もある。

付加する共振回路は３個用いているが、この機能や用いる個数は、適宜目的に応じて選択して用いればよい。上の共振回路は平面的な共振回路を示し、右下の２個の共振回路は磁性体に巻く共振回路を示し、磁界を誘導する電流により、コイルの中心の励振磁界と同相となるように、より強いエネルギーを与えるようにする場合と、金属面と等価な電流を流しコイルの中心の励振磁界を打ち消すようにするかは、使用する目的や場合によって異なるが、一般的な目的は、より強くなる磁界を励振する目的に使う方が多い。

図１４には、複数のタグがある場合の例を示す。複数のタグがある場合、複数の共振回路８（コイル５，コンデンサ７）を適切に配置し、磁界を強める働きをする目的に使用するもので、先に説明もしたように、左端のセンサから発せられた磁界を途中で強め、更に遠くに到達するようにする目的や、センサやタグの磁界を強める動作をする目的や、タグが複数個あることにより干渉が起き、夫々のタグが他のタグに邪魔することを防ぐように、あるいは単体が容量的な電流を流し、誘導的な磁界を緩和したり、全体として共振状態が保たれる環境となるように調整する役目を持たせることもできる。共振器８の配置の仕方は任意で図のように１つおきあるいは複数個おきに用いても良い。

特に多数タグをほぼ同時に検出するアンティコリジョン方式の検出時等に、ずれた所から元に戻し、感知し易くする場合等にも、大変役に立つ。

図１５は、センサあるいはタグの前後に、破線で示す共振器や共振回路８，８′を配列する場合の例を示す。例えば、図４（ｂ）の例は、センサの上に共振回路のコイル５とコンデンサ７があり、センサの下にもう一つの共振回路のコイル５′とコンデンサ７′がある。このような場合の例である。

図４（ｂ）は、センサの例で示してあるが、図１５のセンサコイルの両端の端子２２，２２′にＩＣ３を接続した場合にはＩＣタグの例となる。図１５の左方の破線の中は、ＩＣの回路の等価回路を示している。

図１６は、磁性体の丸棒や角棒６，６′にセンサとタグが取り付けられている場合の例を示す。例えば、図６（ｂ）の例の中央にセンサコイル２′があり、給電端子２２，２２′で給電され、磁性体６の先にタグ用コイル２とＩＣ３が接続されている。上の磁界を均一にするため、少しはなれた所に両側に共振回路のコイル５とコンデンサ７が取り付けられている例を示している。この上にもタグが結合できるように均一な磁界を作っている。下方に金属面を置き金属対応のセンサとすることができる。

図６（ｂ）は角形磁性体であったが、図１６に示すような丸角磁性体であったり、角形の磁性体であっても、同様な効果を持つ。共振回路が複数あることにより、センサとタグとの距離をもっと取ることができる。また、タグ自体（コイル２、ＩＣ３）を同じ磁性体棒に取り付けず、離して用いることもできる。同一の磁性体に取付けられたコイル５とコンデンサ７の共振回路や、コイル１５とコンデンサ１７の共振回路により強められた磁界や電界により、センサとタグが交信し易くなることが共振回路を用いる目的である。

図１７は、金属面対応磁性体偏心コイルによるセンサあるいはタグの磁界が改善されることの説明図である。

同図では、金属面上に置かれた、磁性体６の偏心励磁コイルによる磁界の凡その分布を示す。図１７（ａ）に示すように、片端にコイルを寄せることにより、磁性体６中心部に垂直磁界を発生させることができることは先の出願でも述べているが、励振された磁界は左端の磁性体６の端部からもかなり漏れるので、中心部のみに垂直磁界を作ることはできない。

一方、図１７（ｂ）に示すように、共振回路８のコイル５により、励振された磁界は強力に垂直磁界を発生させる。

磁性体６端部に発生させたり、散っていた磁界を吸収集中させ、磁性体６の中心部に強い垂直磁界を発生させることができることを説明する図である。前述の説明にも述べたフィールドフォーメーション（磁界成形）効果である。

図１８は、従来のセンサやタグの磁界が共振器により改善されることの説明図である。従来のセンサやタグのコイルの磁界と、この磁界の向きと同方向に取り付けた共振回路により磁界が改善されていることを示す。

図１８（ａ）は、一般のセンサやタグのコイルの磁界だとする。

図１８（ｂ）は、共振回路８（コイル５，コンデンサ７）をセンサやタグのコイル２（２′）に近付けた場合、共振回路８に流れる電流により、より多くの磁界が発生する様子を示す。

図１８（ｃ）には、センサやタグのコイル２（２′）から離れるにしたがって広がる磁界を共振回路８（コイル５，コンデンサ７）により集中させる機能を持つ場合を示す。

図１８（ｂ）の場合には、センサコイルやタグコイルに発生する磁界と同じ形状の磁界であるため、共振回路の共振電流が大きければ大きい程、即ちＱが高い程大きな効果があるが、帯域との兼ね合いや、安定度、巻数等との兼ね合いとなる。

図１８（ｃ）の場合には、適当な位置に共振回路８を設置することにより、中心軸に磁界を集中させ到達距離を伸ばすことができる。このように、共振器や共振回路を磁界増強に用いることができる。

図１９には、共振特性の比較を示す。図１９には、一般のセンサやタグの共振特性による磁界の強さをＧに、共振回路を加えたときに共振点近くで磁界がＨ_２−Ｈ_１だけ強くなる共振特性をＲで示す。

図１７のような、フィールドフォーメーションによる垂直磁界が強くなる現象は、単なる共振特性のみによるのではない。共振特性が鋭くなるのみでなく、むしろ垂直磁界成分そのものを全体に増加させる効果がある。

図２０は、本発明の共振器によるセンサの改善により金属板対応センサシステムを構築した場合を示す。金属板対応の磁性体センサに応用し、非接触式ＩＣカードＣとの通信距離を伸ばしたり、通信条件を改善する効果を利用し、アクセスコントロールシステムや、機械の制御や、種々の管理制御に用いることができるようにしたものである。

センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）には共振回路８が取り付けられ、センサコイル２′の入／出力は、基板ＰＣＢを介して金属板Ｍの裏側に配線される場合もあるし、リーダライタＲ／Ｗと共にスイッチボックスを利用して制御回路ＣＢに導かれることもある。図では、制御や、記録の管理用として、コンピュータを用いている。コンピュータより先は、様々な用途があるが、種々の機能のメカニズムＭａを制御することができる。センサには、状態を示すＬＥＤやブザーが取り付けられ認識し易くする方が良い。また、破線で示すプラスチックカバーＰで覆われていることが多い。

図２１は、本発明の共振器によるタグの改善により金属板対応タグシステムを構築した場合を示す。磁性体を用いた金属板対応タグＴの磁性体６の上面に、垂直磁界を励振するコイル５とコンデンサ７とからなる共振回路により、ＩＣ３にコイル２を介して電力を供給し、ＩＣ３の信号をコイル２と共振回路のコイル５を介してセンサ（Ｓｅｎｓｏｒ Ａｎｔ）に伝送される。

この信号は、リーダライタＲ／Ｗによって読まれ、ＰＣに伝送される。ＰＣに記録され保存されたり、所定の作業を行うことができる。Ｒ／Ｗによまれた信号は有線や無線ジグビー，ブルートゥス、特定小電力等のような方法によって伝送することができる。

図２２は、本発明の共振器を用いて、多数のタグが存在する電磁界を改善するセンサ、タグシステムの例を示す。

同図は、多数のタグＴ_１，Ｔ_２・・・・Ｔ_ｎが使用される環境において、共振器や共振回路を使用する例を示す。

例えば、本やファイルが多数棚に載せられているとき、タグＴがそれぞれの本やファイルに取り付けられ、その中にあるものを識別や選別をしたり、あるいは取り出されたものを識別したりする場合、センサアンテナ（Ｓｅｎｓｏｒ Ａｎｔ）をタグの下や横で識別，選別する場合、タグ間の結合により共振周波数がずれるのを補正し、タグＴ_１，Ｔ_２・・・・Ｔ_ｎがそれぞれ干渉したり、誘導的に動作したりして読みづらくなるのを防ぐことができる。この場合、共振器を、タグや物に設置し、センサ・タグ間の通信距離を伸ばしたり、タグを共振状態を改善することにより、センサ・タグ間の通信環境を良好にしたりする効果を持つ。センサアンテナ（Ｓｅｎｓｏｒ Ａｎｔ）も自由に動かすことができるので、共振器ＲＣも所々に多数設置して、何処でも通信状態の良い環境を作っている。センサアンテナ（Ｓｅｎｓｏｒ Ａｎｔ）とリーダライタＲ／Ｗとは有線で接続しているが、リーダライタＲ／Ｗとコンピュータは、ブルートゥス、ジグビーやＮＦＣや特定小電力等のような無線で行うこともできる。

リーダライタＲ／Ｗで読まれた信号は、コンピュータで管理、表示する。

１ タグの本体
１′ 基板
２ コイル
２′ センサコイル
３ ＩＣ
４ 共振器を載せたプラスチックシート（プラスチックフィルム）
５ 共振器コイル
５′ 誘導的コイル
６ 磁性体
７ コンデンサ
８ 共振器、共振回路
９ のり
１０ シリコン樹脂等を塗った紙
１５ 磁性体に巻いたコイル
１７ コンデンサ
２２，２２′ センサコイルの端子
Ｃ 非接触式ＩＣカード
ＣＢ 制御回路
Ｈ_１，Ｈ_２ 磁界
ＭＳ 金属面、金属板
Ｐ プラスチックカバー
ＰＣＢ 基板
ＲＣ 共振器
Ｒ／Ｗ リーダライタ
Ｔ，Ｔ_１，Ｔ_２ タグ

Claims (4)

1. 磁性体と前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第１のコイルとを有するＲＦＩＤのセンサ又はＩＣタグ若しくは非接触ＩＣカードと、前記第１のコイルの軸方向と同一の軸方向となるように前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第２のコイルと前記第２のコイルに接続される第１のコンデンサとを有する第１の共振器と、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。
2. 磁性体と前記磁性体に巻回された第１のコイルとを有するＲＦＩＤのセンサ又はＩＣタグ若しくは非接触ＩＣカードと、前記第１のコイルの軸方向と同一の軸方向となるように前記磁性体の面上に渦巻き状に形成される第２のコイルと前記第２のコイルに接続される第１のコンデンサとを有する第１の共振器と、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。
3. 請求項１又は２に記載の共振器付フィールド改善システムにおいて、
   前記磁性体は、前記第１のコイルの軸方向に垂直な断面が矩形又は円形の形状であることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の共振器付フィールド改善システムにおいて、
   前記ＲＦＩＤのセンサと前記ＩＣタグ又は非接触ＩＣカードとの間で伝送された信号を読み取るリーダライタと、前記リーダライタが読み取った信号に基づき前記ＩＣタグ又は非接触ＩＣカードが取り付けられた物を管理するコンピュータと、を備えることを特徴とする共振器付フィールド改善システム。

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