JP2010103926A - タグリーダー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タグリーダー装置に、３つのアンテナを配置する場合において、アンテナ間の磁気的な結合を可及的に抑制する。
【解決手段】タグリーダー装置のアンテナ部４６においては、３つのアンテナ２５，２７，２９が配されている。ＬＦアンテナ２５の中を通る磁束は紙面左右方向、ＨＦアンテナ２７の中を通る磁束は紙面手前奥方向、ＵＨＦアンテナ２９の中を通る磁束は紙面上下方向であり、磁束の方向が互いに略直交している。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＩＣタグからＩＣタグの識別情報を読み取るタグリーダー装置に関し、特に装置内に備えるアンテナの配置に関する。

タグリーダー装置は、例えば入退室管理システムで用いられる。係るシステムにおいては、タグリーダー装置がＩＣタグから識別情報を読み取り、読み取った識別情報に応じてＩＣタグを所持するユーザーの入退のログを取ったり、出入り口のドアの電気錠を制御することが行われている。
これに関して、特許文献１では、ＨＦ(High Frequency)とＬＦ（Low Frequency）との２つのアンテナを内蔵させたＩＣタグ（ＩＣカード）が開示されており、両アンテナの配置を工夫することで通信性能を向上できるとしている。
特開2004-078834号公報

ところで、ＩＣタグ側だけでなくタグリーダー装置側においても、多様な通信に対応できるよう複数種類のアンテナを搭載することがある。
タグリーダー装置の筐体の大きさの制約から、複数種類のアンテナどうしを近接して配置することがあり、このような場合、各アンテナを同時に通電させると、異なるアンテナ間が磁気的に結合し、結合により各アンテナの共振周波数がずれたり、各無線部間のアイソレーション劣化が生じてしまうことがある。

このような共振周波数のずれ、及びアイソレーション劣化は、受信劣化を意味し、正常な通信を損なう要因となるので対策が必要である。
また、特に本願発明者らは、タグリーダー装置内に３つのアンテナを配置することを検討しており、この場合においても上記劣化の抑制が要請される。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、タグリーダー装置に、３つのアンテナを配置する場合において、アンテナ間の磁気的な結合を可及的に抑制するタグリーダー装置を提供することを目的とする。

本発明に係るタグリーダー装置は、第１種のＩＣタグおよび第２種のＩＣタグからそれぞれの識別情報を読み取るタグリーダー装置であって、第１種のＩＣタグとの間で、第１周波数帯での無線通信に用いられる第１アンテナと、第２種のＩＣタグとの間で、第２周波数帯での無線通信に用いられる第２アンテナと、第２種のＩＣタグとの間で、第３周波数帯での無線通信に用いられる第３アンテナとの３つのアンテナを筐体内に備え、前記第１アンテナ、第２アンテナおよび第３アンテナはそれぞれコイル状をし、３つのアンテナはコイルの中を通る磁束の方向が互いに略直交するように配されていることを特徴としている。

ここで「コイル状」とは、（Ａ）導線をらせん状に巻いたコイル、（Ｂ）導線をループ状（輪状）に巻いたコイル、（Ｃ）導線を渦巻き状に巻いたコイル、この（Ａ）〜（Ｃ）の形状を含んでいる。

本発明に係るタグリーダー装置の構成によれば、３つのアンテナは、上記磁束の方向が互いに略直交するように配されているので、磁束を直交させて互いの磁気的な結合をなくすことができ、アンテナどうしの磁気的な結合に起因する感度の劣化を抑制することができる。
また、さらに、前記筐体の外表面の一面は、前記第１種のＩＣタグがかざされる部分であるかざし部を有し、前記第１周波数帯はＨＦ帯、前記第２周波数帯はＬＦ帯、前記第３周波数帯はＵＨＦ帯であって、前記第１アンテナはループコイル状をしており、前記かざし部にかざされた第１種のＩＣタグと無線通信のために用いられ、そのループの面が前記かざし部を有する面と平行に、かつ前記第２アンテナおよび第３アンテナと比べて前記かざし部に近接して配置されているとしても構わない。

この構成によれば、特に通信距離が短いＨＦ帯の第１アンテナをかざし部に近接して配置するため、かざし部に第１種のＩＣタグがかざされた場合に、第１アンテナを用いて第１種のＩＣタグとの通信を精度良く行うことができる。
また、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナは、それぞれ前記かざし部にかざされた第１種のＩＣタグまたは第２種のＩＣタグに対して、それぞれＨＦ帯またはＬＦ帯を用いた電磁誘導による電力の供給に利用され、前記第３アンテナは、前記かざし部にはかざされていない第２種のＩＣタグとの間の、ＵＨＦ帯を用いた遠隔無線通信に利用されるとしても構わない。

以下、本実施の形態について入退室管理システムを構成するタグリーダー装置を用いて説明する。
図１は、入退室管理システム１のシステム構成を示す図である。
入退室管理システム１は、ゲートコントローラ２、ＰＣ４、扉６、タグ８、タグ１０、タグリーダー２０を備えている。なお、ゲートコントローラ２、ＰＣ４、扉６、タグリーダー２０の間はＲＳ−４８５規格に準拠したケーブルにより接続されている。

タグ８は、ボタン８ａを備える面が平らな筒状（筒状をした筐体内には図示しない電池を内蔵している。）の筐体を有する筒状のタイプである。これに対して、タグ１０は、カード型のタイプである。以下、便宜上、両者を区別するため、タグ１０を「カード型のタグ１０」、タグ８を「筒型のタグ８」とすることがある。
入退室管理システムの概要としては、扉６の入口側の傍らの壁面にはタグリーダー２０が取り付けられている。このタグリーダー２０は、タグ８またはタグ１０から読み取ったタグのＩＤ（識別情報）をゲートコントローラ２に渡す。ゲートコントローラ２は、渡されたＩＤを入室許可ＩＤのリストと照らし合わせ、一致すれば（認証成功）、扉６の電気錠６ａを一定時間解錠する。上記ＩＤが入室許可ＩＤのリストに無ければ（認証失敗）、タグリーダー２０にその旨を回答する。このゲートコントローラ２の認証に関するログはＰＣ４に保存される。

タグリーダー２０は、制御部２２、ＬＦ無線部２４、ＨＦ無線部２６、ＵＨＦ無線部２８を備えている。
制御部１２は、制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムを格納するＲＯＭを含んで構成されており、ＬＦ無線部２４、ＨＦ無線部２６、ＵＨＦ無線部２８の無線通信を制御する。

ＬＦ無線部２４はＬＦアンテナ２５を用いて筒型のタグ８と無線通信をし、ＨＦ無線部２６はＨＦアンテナ２７を用いてカード型のタグ１０と無線通信をし、ＵＨＦ無線部２８はＵＨＦアンテナ２９を用いて筒型のタグ８と無線通信を行う。
図２は、この３つのアンテナの仕様を示す表である。
表３０は、「アンテナ種類」３１、「周波数帯」３２、「通信対象」３３、「運用方式」３４、「通信距離」３５の項目を含む。

「周波数帯」３２は、各アンテナを用いて通信を行う周波数帯を示す。
「通信対象」３３は、各アンテナの通信対象を示す項目であり、ＨＦアンテナ２７はカード型のタグ１０との通信に用いられ、ＬＦアンテナ２５及びＵＨＦアンテナ２９は筒型のタグ８との通信に用いられる。
「運用方式」３４の「アクティブ」は、タグリーダーにかざさないタイプの通信による認証を示す。

「アクティブ」方式は２つのタイプがあり、第１のタイプは、タグリーダー２０からＬＦ帯にて質問信号を送信し、タグ８からＵＨＦ帯にてＩＤを返すというものである（図２参照）。
具体的には、タグリーダー２０からＬＦアンテナ２５を用いてＩＤを問い合わせる質問信号（図２：「ＬＦ質問信号」）をタグ８に対して送信する。そして、その応答としてタグ８は、ＵＨＦ帯にて自己のＩＤを含む応答信号（図２：「ＩＤ応答信号」）をタグリーダー２０のＵＨＦアンテナ２９へと返信（遠隔送信）する。

このように、タグ８がＬＦ質問信号を受信すると、自動的に応答信号を返信する構成でもよいが、ＬＦ質問信号の受信後の、例えば所定時間内のボタン８ａの押下を条件として応答信号を返信するようにしても構わない。
また、「アクティブ」方式の第２のタイプは、タグリーダー２０からの質問信号とは関係無しに、タグ８からＵＨＦ帯にてＩＤを送信する。

すなわち、タグ８のボタン８ａを条件としてタグ８からＩＤを送信したり、またはタイマー管理によりタグ８から一定時間おきにＩＤを送信する。
「運用方式」３４の「アクティブ」に対して「パッシブ」は、タグリーダーにかざすタイプの通信による認証を示す。
「アンテナ種類」３１がＨＦアンテナのときは、ＨＦアンテナ２７は、タグリーダー２０の正面にかざされたカード型のタグ１０に対しての、電磁誘導による電力の供給に用いられる。この電力の供給によりカード型のタグ１０は起動し、自己のＩＤをＨＦアンテナ２７を介してＨＦ無線部２６に返す。

なお、筒型のタグ８が電池切れのときや、システム運用上かざし認証を行いたいときなどに限っては、筒型のタグ８に関してもＬＦアンテナ２５を用いたパッシブ運用となる。すなわち、タグリーダー２０の正面にかざされた筒型のタグ８に対しての、電磁誘導による電力の供給にＬＦアンテナ２５が用いられることとなる。そして、この電力の供給により電池の切れていた筒型のタグ８は起動し、自己のＩＤをＬＦアンテナ２５を介してＬＦ無線部２４に返す。

「通信距離」３５の項目は、各アンテナのおおよその通信距離を示すものである。この距離は目安であり、電波法上の制約や製品仕様などに応じて変更され得る。
図３は、タグリーダー２０の正面図である。
タグリーダー２０の筐体の外表面である正面パネル（化粧パネル）４０は、ＬＥＤランプを含み動作状況や認証結果を示す表示部４２と、表示部の下に位置するかざし部４４とを有する。

図４（ａ）は、タグリーダー２０の右側面図である。
タグリーダー２０の筐体は、略直方体状をしており、筐体の正面には図３で説明した正面パネル４０が形成されている。
この正面パネル４０側の部分は上下左右方向に張り出し、つば状になっている。
図４（ｂ）は、タグリーダー２０を右側面から透視した模式図である。

図４（ｂ）に示すように、タグリーダー２０は筐体内部に、正面パネル４０に近接して配置されたアンテナ部４６と、アンテナ部４６より背面側に配され制御部２２の構成部品などを備える基板部４８とを備える。
図５（ａ）は、アンテナ部４６の正面図であり、ＨＦアンテナ２７の奥が見えるように、その中央部分を取り去った状態で示している。図５（ｂ）は（ａ）に対応するアンテナ部４６の底面図である。図６は、アンテナ部４６を正面から見たときの、３つのアンテナ２５，２７，２９の配置に注目した模式図である。

ＬＦアンテナ２５は、磁性体からなる磁心２５ａに、例えば銅製の導線がらせん状に巻き付けられて形成されている。通電時にらせんの中を通る磁束の方向は、図５（ａ）の紙面において手前奥方向となる。
ＨＦアンテナ２７は、例えば銅製の導線をループ状に巻いたループアンテナである。導線部分はプリント基板２７ａに埋設されており、また、このプリント基板２７ａの裏面には電波干渉を抑止するためのフェライトシート２７ｂが貼着されている。通電時にループの中心を通る磁束の方向は、図５（ａ）の紙面において左右方向となる。

ＵＨＦアンテナ２９は、導線をループ状に巻いたループアンテナである。通電時にループの中心を通る磁束の方向は、図５（ａ）の紙面において上下方向となる。
なお、ＨＦアンテナ２７は、最も正面パネル４０側に近い位置に配されている。具体的には、図５（ｂ）に示すようにＬＦアンテナ２５の磁心の軸から4mm程度正面パネル４０側にあり、ＵＨＦアンテナ２９よりも正面パネル４０側にある。これは、ＨＦアンテナ２７の通信距離は特に短いので、正面パネル４０のかざし部４４に特に近づけて通信精度を高めようとしたものである。

このように、ＬＦアンテナ２５、ＨＦアンテナ２７およびＵＨＦアンテナ２９は、それぞれの磁束の方向が互い直交する関係にある。このような関係により得られる効果を図７、図８を用いて説明する。
図７は、ＬＦアンテナ２５とＨＦアンテナ２７とを示す斜視図である。図７に示すように、ＬＦアンテナ２５のコイルの中を通る磁束と、ＨＦアンテナ２７のループの中を通る磁束とは直交する関係にある。

別の観点から言うと、らせん状をしたＬＦアンテナ２５のらせんの中心を通る軸（コイル軸）と、ＨＦアンテナ２７のループの中心を通る軸（ループ軸）とが直交し、しかも両軸は、正面パネル４０側から見て交差する関係にある（両軸はそれぞれ軸の延長線上で交差しているわけではない。）。
図８（ａ）は、カード型のタグ１０と通信する場合に、両アンテナ２５，２７の双方に通電される際の磁束を示し、図８（ｂ）は筒型のタグ８と通信する場合に、両アンテナ２５，２７の双方に通電される際の磁束を示す。

図８（ａ）に示すように、ＬＦアンテナ２５の磁束とＨＦアンテナ２７の磁束とは上述のように直交する関係にある。このため、ＬＦアンテナ２５が発生する磁束（図８（ａ）中点線）の影響をほとんど受けずに、ＨＦアンテナ２７（磁束は図８（ａ）中実線）を用いてカード型のタグ１０と無線通信を行うことができる。
また、図８（ｂ）に示すように、ＨＦアンテナ２７が発生する磁束（図８（ａ）中点線）の影響をほとんど受けずに、ＬＦアンテナ２５（磁束は図８（ａ）中実線）を用いて筒型のタグ８と無線通信を行うことができる。

図７、図８の例では、ＬＦアンテナ２５とＨＦアンテナ２７との両者が動作する例について説明したが、ＬＦアンテナ２５とＵＨＦアンテナ２９、ＨＦアンテナ２７とＵＨＦアンテナ２９との両者、またはＬＦアンテナ２５とＨＦアンテナ２７とＵＨＦアンテナ２９との三者に通電する場合においても、互いに磁束は直交しているので磁気的な結合を最小限とすることができる。
＜補足＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の内容に限定されず、本発明の目的とそれに関連又は付随する目的を達成するための各種形態においても実施可能である。以下、本発明の実施の形態について補足を述べる。
（１）各アンテナの形状と配置について
３つのアンテナ２５，２７，２９の形状は、上述のものに限られず（Ａ）導線をらせん状に巻いたコイル、（Ｂ）導線をループ状（輪状）に巻いたコイル、（Ｃ）導線を渦巻き状に巻いたコイル、この（Ａ）〜（Ｃ）などを含む形状であれば構わない。

また、３つのアンテナ２５，２７，２９の配置も、図５，図６を用いて説明したものに限られず、要は３つのアンテナのコイルの中を通る磁束の方向を互いに直交しさえすれば、磁気的な結合を抑制できるので様々な形態を取り得る。
ただ、ＨＦアンテナ２７とＬＦアンテナ２５は電磁誘導を行うパッシブ方式であるため、かざし部４４になるべく近接した位置に配置することが好ましい。
（２）直交の程度について
磁気的な結合を排除するためには、３つのアンテナ２５，２７，２９の中を通る磁束がちょうど９０度をなすようにすることが最善である。もっとも「略」直交であれば同程度の効果を得ることができる。具体的には、製造上のばらつきなどにより、なす角度が２度程度ずれることがあるが、この程度のずれであれば磁気的な結合を効果的に排除することができる。

入退室管理システムのシステム構成を示す図である。 ３つのアンテナの仕様を示す表である。 タグリーダー２０の正面図である。 （ａ）は、タグリーダー２０の右側面図である。（ｂ）は（ａ）を模式的に立体的にした上で透視した図である。 （ａ）はアンテナ部４６の正面図、（ｂ）はアンテナ部４６の底面図である。 アンテナ部４６を正面から見たときの、３つのアンテナ２５，２７，２９の配置に注目した模式図である。 ＬＦアンテナ２５とＨＦアンテナ２７とを示す斜視図である。 （ａ）は、カード型のタグ１０と通信する場合に、両アンテナ２５，２７の双方に通電される際の磁束を示し、（ｂ）は筒型のタグ８と通信する場合に、両アンテナ２５，２７の双方に通電される際の磁束を示す図である。

符号の説明

１ 入退室管理システム
２ ゲートコントローラ
６ 扉
６ａ 電気錠
８ タグ（筒型）
１０ タグ（カード型）
２０ タグリーダー（タグリーダー装置）
２２ 制御部
２４ ＬＦ無線部
２５ ＬＦアンテナ
２６ ＨＦ無線部
２７ ＨＦアンテナ
２８ ＵＨＦ無線部
２９ ＵＨＦアンテナ
４０ 正面パネル
４４ かざし部
４６ アンテナ部

Claims (3)

1. 第１種のＩＣタグおよび第２種のＩＣタグからそれぞれの識別情報を読み取るタグリーダー装置であって、
   第１種のＩＣタグとの間で、第１周波数帯での無線通信に用いられる第１アンテナと、
   第２種のＩＣタグとの間で、第２周波数帯での無線通信に用いられる第２アンテナと、
   第２種のＩＣタグとの間で、第３周波数帯での無線通信に用いられる第３アンテナとの３つのアンテナを筐体内に備え、
   前記第１アンテナ、第２アンテナおよび第３アンテナはそれぞれコイル状をし、３つのアンテナはコイルの中を通る磁束の方向が互いに略直交するように配されている
   ことを特徴とするタグリーダー装置。
2. さらに、前記筐体の外表面の一面は、前記第１種のＩＣタグがかざされる部分であるかざし部を有し、
   前記第１周波数帯はＨＦ帯、前記第２周波数帯はＬＦ帯、前記第３周波数帯はＵＨＦ帯であって、
   前記第１アンテナはループコイル状をしており、前記かざし部にかざされた第１種のＩＣタグと無線通信のために用いられ、そのループの面が前記かざし部を有する面と平行に、かつ前記第２アンテナおよび第３アンテナと比べて前記かざし部に近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のタグリーダー装置。
3. 前記第１アンテナおよび前記第２アンテナは、それぞれ前記かざし部にかざされた第１種のＩＣタグまたは第２種のＩＣタグに対して、それぞれＨＦ帯またはＬＦ帯を用いた電磁誘導による電力の供給に利用され、
   前記第３アンテナは、前記かざし部にはかざされていない第２種のＩＣタグとの間の、ＵＨＦ帯を用いた遠隔無線通信に利用される
   ことを特徴とする請求項２に記載のタグリーダー装置。

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