JP2010124402A - タグリーダ及び認証システム - Google Patents

Abstract

【課題】タグリーダのコイルアンテナから発せられる磁束が金属面に吸収されて、共振周波数が上がり、発生する交流磁界強度の低下を抑制する。
【解決手段】タグリーダの筐体を絶縁性樹脂により構成し、コイルアンテナを、筐体の一面に近接する位置であって、コイルアンテナの中心軸と、筐体に配される回路基板とが平行になるように、配置する。また、コイルアンテナとして、平面アンテナを用いて、設置スペースの有効活用を実現すると共に、互いに対向する両面に近い位置にコイルアンテナを設けて両コイルアンテナを直列に接続することで、通信範囲を広げる。
【選択図】図１

Description

本発明はタグリーダに関し、特に、タグリーダにおけるアンテナの配置に関する。

認証システムでは、タグリーダがユーザが保持するタグからタグに記憶されている識別情報を読み取る。そして、タグリーダは、読み取った識別情報を認証装置に送り、認証装置は、受け取った識別情報が、自身で保持している識別情報群のなかにあるか否かを判定し、あった場合に、ゲートコントローラにゲートの鍵の解錠を指示する。
タグリーダには、例えば特許文献１に挙げるものがある。特許文献１には、電池などから供給される電源電圧にかかわらず、アンテナコイルが発生する磁束を増加させてＩＣカードとの通信距離を拡大することができる非接触ＩＣカードリードライターが開示されている。当該非接触ＩＣカードリードライターは、複数のアンテナコイルと、各アンテナコイルに対応するドライブ回路を備えることで、通信距離の拡大を図っている。
特開２００７−２６１４３号公報

ところで、タグリーダにおいては、通常図８（ｂ）に示すようにコイルアンテナ１０８を配している。なお、図８（ａ）は、タグリーダの外観であり、図８（ｂ）はその内部構成例であり、コイルアンテナと回路基板の配置関係を示す図である。これは、近距離無線での通信を実行する際にタグがかざされるであろう位置との通信距離を考慮して、タグにより近くなるようコイルアンテナ１０８を配した結果なのだが、このように配すると、コイルアンテナ１０８の中心軸が回路基板１１０に対して垂直になってしまう。回路基板１１０には金属性の配線が縦横に張り巡らされ、各種金属部品が配されており、一枚の金属板と見なすことができ、コイルアンテナの磁束が回路基板に吸収されてしまい、タグとの通信がしにくくなることがある。

より具体的には、タグリーダのコイルアンテナ１０８の近傍に金属物が配置されることにより、通信に使用する周波数と一致するように調節されている共振周波数が上昇し、コイルアンテナ１０８から発生する交流磁界強度が低下するためである。特に、図８に示すように、コイルアンテナ１０８の開口部を、回路基板１１０が覆うような形で配されている場合には、金属性構造物（回路基板１１０）上に逆位相の渦電流が発生し、コイルアンテナ１０８から発生する交流磁界強度が大きく低下する。

また、タグリーダは通常ユーザがタグをかざしやすいように、壁面などに取り付けられることが多く、すると壁面が金属で構成されていた場合にも、上述のような問題が発生する。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コイルアンテナの磁束が回路基板や壁面に吸収されて交流磁界強度が低下したために、通信が安定してできなくなることをなるべく防ぐことができるタグリーダ及び当該タグリーダを含む認証システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るタグリーダは、識別情報を保持するタグと、当該タグから識別情報を取得して送信するタグリーダと、タグリーダから識別情報を受け取って認証を実行し、ゲートの施解錠を指示する認証装置と、認証装置からの指示に従いゲートの電気錠の施解錠を実行するゲートコントローラとからなる認証システムにおけるタグリーダであって、長方体状の筐体の内部に、２つのコイルアンテナと、回路基板と、当該回路基板上に配された通信回路とを含んで構成され、前記回路基板は、前記筐体の所定の第１面に対して平行に配され、前記２つのコイルアンテナは、前記通信回路に対して電気的に直列に接続されており、前記２つのコイルアンテナのうちの第１のコイルアンテナは、前記所定の第１面に垂直な第２面の近傍に配され、前記２つのコイルアンテナのうちの第２のコイルアンテナは、前記２面に対向する第３面の近傍に配され、前記２つのコイルアンテナの中心軸と前記回路基板とは略平行になるように配されていることを特徴としている。

また、本発明に係る認証システムは、本発明に係る上記タグリーダと、当該タグリーダと通信を実行するタグと、認証を実行する認証装置と、扉の鍵の施解錠を実行するゲートコントローラとを含む認証システムであって、前記タグリーダは、前記タグに対して前記タグが保持する識別情報を要求するための質問信号を無線送信する第１送信手段と、前記タグから、前記質問信号に対する応答であって当該タグが保持する識別情報を含む応答信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した識別情報を前記認証装置に送信する第２送信手段とを備え、前記タグは、前記タグリーダから前記質問信号を受信して、前記応答信号を送信する応答手段を備え、前記認証装置は、認証対象となる識別情報群を記憶している記憶手段と、前記タグリーダから送信されてきた識別情報が前記識別情報群に含まれるか否かを認証する認証手段と、前記認証手段が前記識別情報が前記識別情報群に含まれていると認証した場合に、前記ゲートコントローラに解錠を指示する指示手段とを備え、前記ゲートコントローラは、前記認証装置からの指示に基づき扉の解錠を実行する解錠手段を備えることを特徴とする。

上述のような構成によって、回路基板に対して、コイルアンテナの中心軸が平行になるので、コイルアンテナから発生する交流磁界強度が回路基板の影響によって低下して通信がしにくくなるという事態を抑制できる。
また、前記筐体はその一面に、ユーザに前記タグリーダの状態を通知するための表示パネルを備え、前記回路基板は、前記表示パネルに対して略平行になるように配されていることとしてよい。

これにより、コイルアンテナから発生する磁束が、タグリーダの背面側にくる金属板が含まれることも想定される壁面に吸収されることはなくなる。通常表示パネルはユーザに見えるように正面に設けることになり、表示パネルは、壁面に対して平行になる。すると当然回路基板も壁面に対して平行になり、結果として、コイルアンテナの中心軸もまた、タグリーダの背面側にくる壁面に対して平行ということになるので、コイルアンテナから発生する交流磁界強度が壁面の影響によって低下することを抑制できる。

また、前記筐体は、絶縁性樹脂で構成されていることとしてよい。
これにより、タグリーダの筐体は金属製ではないので、タグリーダの筐体自体がコイルアンテナから発生する交流磁界強度を低下させるということがなくなる。
また、前記コイルアンテナは平面アンテナであることとしてよい。
これにより、コイルアンテナを平面アンテナとし、筐体の一面に近接する位置に配することで、タグリーダの筐体における各種部品の設置スペースに余裕ができる。

以下、本発明の一実施形態であるタグリーダについて図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るタグリーダ１００の外観図と内部構造図である。図１（ａ）が、タグリーダ１００の外観図であり、図１（ｂ）が、タグリーダ１００の内部構成例を示した図である。
図１（ａ）に示すように、タグリーダ１００は、その前面にタグリーダ１００の状態をユーザに通知するための表示パネルを供える。表示パネルは例えば、電源が入っているかどうか、エラーが発生したかどうかなどのＬＥＤを含む。図１には図示していないが、これらのＬＥＤの点灯、消灯は、タグリーダ内部のタグリーダの状態を管理する制御回路によって、制御されており、エラーが発生した場合には、エラーに対応するＬＥＤが点灯される。当該制御回路も図１（ｂ）の回路基板１１０上に配される。タグリーダ１００の筐体１３０は、例えば、強化プラスチックなどの絶縁性樹脂により構成される。

また、図１（ｂ）に示すように、タグリーダ１００は、その筐体１３０内部に、通信回路部１２０が配された回路基板１１０と、通信に使用されるコイルアンテナ１０１、コイルアンテナ１０２を備える。なお、通常コイルアンテナは、コイル状の導体とキャパシタと対になってアンテナとして作用するものであるが、ここでは、コイル状導体をコイルアンテナと称する。

コイルアンテナ１０１、コイルアンテナ１０２は共に平面型のアンテナであり、１平面上に導体線路を渦巻状に形成されてなる。コイルアンテナ１０２は、コイルアンテナ１０１が近接する筐体１３０の一面に対向する面に近接する位置に配される。また、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の中心軸は、共に、回路基板１１０に対して平行になるように配されている。

コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とは、共に通信回路部１２０に接続されている。また、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とは、両コイルアンテナから発生する磁界が合成されて強化しあうように接続されている。
図１（ｂ）に示すようにコイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とを筐体１３０の側面近傍に配することにより、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の中心軸が回路基板に対して平行になり、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の開口部を覆う形態にはなっていないので、交流磁界の低下を抑制できる。

また、必然的に、タグリーダ１００が壁面に設置された場合には、タグリーダ１００の背面に位置することになる壁面に対しても、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の中心軸が平行になるので、それぞれの開口部が壁面により覆われるようになって、交流磁界が低下するという事態を防止できる。
図２は、タグリーダ１００が組み込まれる認証システムのシステム構成例を示したシステム図である。

認証システムは、タグリーダ１００と、タグ２１０と、認証装置２２０と、ゲートコントローラ２３０と、電気錠２４０とを含んで構成される。
タグ２１０は、ユーザが保持するものであり、タグには、当該タグを示す固有の識別情報が保持されている。タグ２１０は、タグリーダ１００からの識別情報を要求する質問信号を受信すると、自身が保持する識別情報を含んだ応答信号を発信する機能を有する。

タグリーダ１００は、逐次タグの識別情報を要求する質問信号を発信し、タグからの応答信号を受けると、応答信号に含まれる識別情報を認証装置２２０に送信する機能を有する。
認証装置２２０は、ゲート２００を通過してもよいユーザを認証するために、認証情報を保持しており、タグリーダ１００から送信されてきた識別情報が保持している認証情報に含まれているかを認証する機能を有する。そして、識別情報が認証情報にあった場合にゲートコントローラ２３０に電気錠の解錠を指示する機能を有する。なお、認証情報は、ゲート２００を通過してもよいユーザが保持するタグに対応する識別情報の集合である。

ゲートコントローラ２３０は、認証装置２２０からの指示に従い電気錠２４０の施解錠を実行する機能を有する。
タグリーダ１００は、タグ２１０が保持する識別情報を取得し、取得した識別情報を認証装置２２０に送信する。認証装置２２０は、保持していた認証情報の中に、送信されてきた識別情報があるか否かによって認証を行ない、認証情報中に識別情報があった場合に、ゲートコントローラ２４０はゲート２００の電気錠２４０の解錠を実行する。

図３は、本発明に係るタグリーダ１００の機能構成を示した機能ブロック図である。
タグリーダ１００は、コイルアンテナ１０１と、コイルアンテナ１０２と、キャパシタ１０３と、通信回路部１２０と制御部１４０とを含んで構成される。
通信回路部１２０は、逐次質問信号をコイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とを用いて、発信する機能を有する。キャパシタ１０３の容量によって、共振周波数が決定される。

制御部１４０は、通信回路部１２０で応答信号を受信すると、応答信号中に含まれる識別情報を抽出し、当該識別情報を認証装置２２０に送信する機能を有する。また、制御部１４０は、自己の状態を管理し、表示パネルのＬＥＤの点灯、消灯を制御する機能も有する。
以上が本発明に係るタグリーダ１００の構成である。

図１に示したように、コイルアンテナ１０１と、コイルアンテナ１０２とを配することで、回路基板や、タグリーダ１００の背面にくる壁面によって、コイルアンテナ１０１やコイルアンテナ１０２の開口部が覆われることがないので、コイルアンテナ１０１やコイルアンテナ１０２から発生する交流磁界強度が低下するのを防げる。したがって、タグと安定して通信を実行できる。
＜実施の形態２＞
上記実施の形態１では、コイルアンテナの交流磁界強度が回路基板や壁面の影響を受けて低下しないようにコイルアンテナを配置した。しかし、どうしても交流磁界強度が低下することもある。本実施の形態２においては、そのような場合に対応できるタグリーダを開示する。

図４は、実施の形態２に係るタグリーダの機能構成を示した機能ブロック図である。
図４に示す機能ブロック図においては、実施の形態１に示した機能ブロック図と同一の機能を備えるものについては、同じ名称と符号を付した。これらの機能部については、ここでは説明を割愛する
実施の形態２に係るタグリーダ２００は、可変長コイルアンテナ２０１と、コイルアンテナ１０２と、キャパシタ１０３と、通信回路部１２０と、制御部１４０と、電流監視部１５０とを含んで構成される。

タグリーダ１００とタグリーダ２００との相違点は、電流監視部１５０と、コイルアンテナ１０１の代わりに可変長コイルアンテナ２０１を備えたことにある。
電流監視部１５０は、回路上を流れる電流の電流値を計測する機能を有する。コイルアンテナ２０１、２０２において、金属性壁面等の影響により共振周波数が上がり、発生する交流磁界の強度が低下すると、電流値も低下する。そこで、電流監視部１５０は、電流値の低下を検知すると、共振周波数が下がるように、可変長コイルアンテナ２０１における接続点を変更する機能を有する。具体的には、電流監視部３５０は、回路を流れる電流値が所定の閾値を下回ったことで、電流値が低下していることを検出し、共振周波数が下がるようにコイルの巻き数が多くなるように接続点を変更する。

これにより共振周波数が金属製の壁面等によって上がったとしても、電流の低下によりそれを検知して共振周波数を下げることができるので、タグと安定して通信を実行できるようになる。
＜実施の形態３＞
上記実施の形態２では、交流磁界強度が低下した場合にコイル長を変更して共振周波数を調節することを示した。本実施の形態３においては、共振周波数を別の手法を用いて調節できるタグリーダを開示する。

図５は、実施の形態３に係るタグリーダ３００の機能構成を示した機能ブロック図である。実施の形態２に示したタグリーダ２００と同等の機能をもつ機能部については、同じ名称と符号を付してあり、それらの機能部については、ここでは説明を割愛する。
タグリーダ３００は、コイルアンテナ１０１と、コイルアンテナ１０２と、スイッチング部１０４と、キャパシタ１０３ａ〜１０３ｃと、通信回路部１２０と、制御部１４０と、電流監視部３５０とを含んで構成される。

キャパシタ１０３ａ〜１０３ｃは、それぞれキャパシタンスの異なるキャパシタである。
スイッチング部１０４は、電流監視部３５０からの指示に従ってスイッチ１０４ａ〜１０４ｃのいずれかのスイッチをＯＮする機能を有する。
電流監視部３５０は、回路を流れる電流値が所定の閾値を下回ったことで、電流値が低下していることを検出する機能を有する。そして、電流の低下を受けて、電流監視部３５０は、スイッチング部１０４に対して、今まで接続していたキャパシタから、よりキャパシタンスの大きいものに接続を切り替えるように指示する。

これにより、タグリーダ３００のコイルアンテナ１０１、１０２が金属製の壁面等の影響により共振周波数が上がったとしても、キャパシタを変更して、共振周波数を下げることができるので、タグリーダ３００は、タグと安定して通信を行うことができる。
＜補足＞
上記実施形態において、本発明の実施の手法について説明してきたが、本発明の実施形態がこれに限られないことは勿論である。以下、上記実施形態以外に本発明として含まれる各種の変形例について説明する。
（１）上記実施の形態において、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の配置例を示したが、両コイルアンテナの中心軸と回路基板とが平行になればよく、例えば図６に示すように配置してもよい。

このように配置すると、部屋の角隅とかに配したとしても、二つの互いに直交する壁面に対しても、コイルアンテナの中心軸は平行になるので、コイルアンテナが発する交流磁界強度が壁面の影響で低下することが抑制できる。
（２）上記実施の形態においては、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とを平面コイルアンテナとして説明したが、両コイルアンテナの中心軸が上記実施の形態における関係を保つのであれば、平面型のコイルアンテナでなくともよく、例えば、通常のコイルをアンテナとして用いてもよい。
（３）上記実施の形態においては、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２とは、直列に接続した。しかし、これは必ずしも直列に接続する必要はなく、図７に示すように並列に接続することとしてもよい。
（４）上記実施の形態において、コイルアンテナ１０１とコイルアンテナ１０２の中心に、比透磁率の高い磁性体コアを配置して、電界強度の強化を図ってもよい。

また、コイルアンテナと磁性体コアの相対位置関係を調節できる機構を設けて、インダクタンスを変更し、共振周波数を調節することとしてもよい。なお、当該機構については、ＡＭラジオ機器等において周知の技術であるので、ここではその説明を割愛する。
（５）上記実施の形態２において、可変長コイルを用いたが、これは、複数の接続点に対して、スイッチにより接続する箇所を切り替える構成を用いてもよい。
（６）上記実施の形態３において、キャパシタが３個の場合を示したが、これは、この数に限定されるものではなく、別の数、例えば５個などであってもよい。また、同時に複数のスイッチをＯＮして、共振周波数を変える構成をとってもよい。
（７）上記実施の形態においては、ＬＥＤでタグリーダの状態をユーザに通知することとしたが、これは、液晶等を備えて、テキストなどにより通知することとしてもよい。これらのテキストの表示は、予め表示すべきテキストデータをメモリ等に記憶しておき、その時々のタグリーダの状態に合わせて制御回路１４０が表示すべきテキストを選択して表示することとしてよい。
（８）上記実施の形態においては、通信回路部１２０や、制御回路は、回路基板１１０上に配することとしたが、別の位置に配することとしてもよい。
（９）上記実施の形態においては、２つのコイルアンテナの中心軸と、回路基板１１０とが平行になっているとして説明したが、これは、コイルアンテナの開口部を回路基板１１０が覆うような形態にならなければよく、例えば、１、２度程度のずれは誤差として許容される。

（ａ）は、タグリーダの外観図である。（ｂ）は、タグリーダの内部構造図である。 タグリーダを含む認証システムのシステム構成を示したシステム図である。 タグリーダの機能構成を示した機能ブロック図である。 コイルアンテナに可変長コイルを用いた場合のタグリーダの機能ブロック図である。 コイルアンテナに共振周波数を決定するためのキャパシタを複数搭載した場合のタグリーダの機能ブロック図である。 タグリーダにおける別のコイルアンテナの配置例を示した図である。 タグリーダの別の構成例を示した機能ブロック図である。 （ａ）は、従来のタグリーダの外観図である。（ｂ）は、従来のタグリーダの内部構造図である。

符号の説明

１００ タグリーダ
１０１ コイルアンテナ
１０２ コイルアンテナ
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ キャパシタ
１０４ スイッチング部
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ スイッチ
１１０ 回路基板
１２０ 通信回路部
１３０ 筐体
１４０ 制御部
１５０ 電流監視装置
２００ ゲート
２０１ 可変長コイルアンテナ
２１０ タグ
２２０ 認証装置
２３０ ゲートコントローラ
２４０ 電気錠

Claims (5)

1. 識別情報を保持するタグと、当該タグから識別情報を取得して送信するタグリーダと、タグリーダから識別情報を受け取って認証を実行し、ゲートの施解錠を指示する認証装置と、認証装置からの指示に従いゲートの電気錠の施解錠を実行するゲートコントローラとからなる認証システムにおけるタグリーダであって、
   長方体状の筐体の内部に、２つのコイルアンテナと、回路基板と、当該回路基板上に配された通信回路とを含んで構成され、
   前記回路基板は、前記筐体の所定の第１面に対して平行に配され、
   前記２つのコイルアンテナは、前記通信回路に対して電気的に直列に接続されており、
   前記２つのコイルアンテナのうちの第１のコイルアンテナは、前記所定の第１面に垂直な第２面の近傍に配され、前記２つのコイルアンテナのうちの第２のコイルアンテナは、前記２面に対向する第３面の近傍に配され、
   前記２つのコイルアンテナの中心軸と前記回路基板とは略平行になるように配されている
   ことを特徴とするタグリーダ。
2. 前記筐体はその一面に、ユーザに前記タグリーダの状態を通知するための表示パネルを備え、
   前記回路基板は、前記表示パネルに対して略平行になるように配されている
   ことを特徴とする請求項１記載のタグリーダ。
3. 前記筐体は、絶縁性樹脂で構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のタグリーダ。
4. 前記コイルアンテナは平面アンテナである
   ことを特徴とする請求項１記載のタグリーダ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のタグリーダと、当該タグリーダと通信を実行するタグと、認証を実行する認証装置と、扉の鍵の施解錠を実行するゲートコントローラとを含む認証システムであって、
   前記タグリーダは、
   前記タグに対して前記タグが保持する識別情報を要求するための質問信号を無線送信する第１送信手段と、
   前記タグから、前記質問信号に対する応答であって当該タグが保持する識別情報を含む応答信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した識別情報を前記認証装置に送信する第２送信手段とを備え、
   前記タグは、
   前記タグリーダから前記質問信号を受信して、前記応答信号を送信する応答手段を備え、
   前記認証装置は、
   認証対象となる識別情報群を記憶している記憶手段と、
   前記タグリーダから送信されてきた識別情報が前記識別情報群に含まれるか否かを認証する認証手段と、
   前記認証手段が前記識別情報が前記識別情報群に含まれていると認証した場合に、前記ゲートコントローラに解錠を指示する指示手段とを備え、
   前記ゲートコントローラは、
   前記認証装置からの指示に基づき扉の解錠を実行する解錠手段を備える
   ことを特徴とする認証システム。

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