JP4507981B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特にＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグの読取りまたは書込み（リーダライタ）用のアンテナ装置に関する。

従来、この種のアンテナ装置としては、図１３に示すように、垂直な支柱９００に平面状のアンテナ９０１を取付け、アンテナ９０１の放射面が横方向に向くように設置し、そのアンテナ９０１の側面を通過するＲＦＩＤタグを読取り、または書込むことができるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、近年、いろいろな周波数帯のＲＦＩＤタグの出現によって、使用する周波数帯によっては、あまり強い電力を用いると、他のシステムに影響を与えてしまう周波数帯のＲＦＩＤタグや、使用する周波数帯の近接の周波数帯において他のシステムが使用している周波数帯が存在し、そのスプリアス特性を厳しく制限されていたりする場合がある。

さらに、近年、ＲＦＩＤタグの物流への応用において、多数のＲＦＩＤタグが近接しておかれた場合に、従来の読取り／書込み用のアンテナシステムでは、通信の成功の確率が低くなる場合があり、通信の成功の確率を改善するための改善が必要な状況にある。このような多数のＲＦＩＤタグが近接しておかれた場合には、読取り対象のＲＦＩＤタグと、他のＲＦＩＤタグとの間にシールドを設ける方法もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−９２１１４号公報 特開２００４−３３６７９７号公報

しかしながら、上述した従来のアンテナ装置では、アンテナが開放空間に設置されているために、ＲＦＩＤタグを動作させるために強い放射電力を放射しようとすると、他のシステムに悪影響を与えたり、電波法に抵触してしまうという問題がある。

また、従来のアンテナ装置では、非常に狭い周波数帯域において、電波を放射する必要がある場合、非常に狭帯域なフィルタを実現することができないか、あるいは実現することができても非常に高価になるという問題がある。
さらに、従来のアンテナ装置では、アンテナの側面を通過するＲＦＩＤが、アンテナ方向から見て重なっている場合に、部分的に、読取りや書込みができない場合があるという問題がある。

上記の特許文献１，２では、上述した問題の中の一つを解決することはできるが、全ての問題を解決することはできない。つまり、従来のアンテナ装置に対する問題全ては、上記の特許文献１，２を組み合わせても、解決することができない。

尚、図１３は従来のアンテナ装置の構成を示す図であり、図１３には支柱９００にアンテナ９０１を設置している構造を示している。図１４は従来のアンテナ装置の問題点を説明するための図である。図１４（Ａ）は、ベルトコンベア５０４にＲＦＩＤタグ９１０，９１１が貼り付けられた荷物５０１が載せられている状態を示している。

図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の場合の問題点を示している。まず、第１の問題点としては、ＲＦＩＤタグ９１０，９１１が平面アンテナ９０１からみて同じ方向であり、直接波９５０はＲＦＩＤタグ９１０に到達するが、直接波９５１はＲＦＩＤタグ９１１に到達する可能性が低いといえる。この場合、ＲＦＩＤタグ９１１は読取られない可能性が高くなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、周囲のシステムに影響を与えることなく、ＲＦＩＤタグが十分動作可能な電波の照射とＲＦＩＤタグとの通信の成功の確率の改善とを図ることができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明によるアンテナ装置は、固定されかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第１の空間と、前記第１の空間内部に設置されたアンテナと、回転機構を含みかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第２の空間とを有し、前記回転機構を回転させることで前記第１の空間の開放面と前記第２の空間の開放面とを合致させて前記第１の空間及び前記第２の空間各々の導体面にて閉空間を形成している。

すなわち、本発明のアンテナ装置は、固定されかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第１の空間と、第１の空間内部に設置されたアンテナと、回転機構を含みかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第２の空間とを有し、回転機構を回転させることで、第１の空間の開放面と第２の空間の開放面とを合致させて第１の空間及び第２の空間各々の導体面にて閉空間を形成させることによって、この閉空間内でアンテナを用いてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグの読取りまたは書込みを行っている。

また、本発明のアンテナ装置では、第１の空間を複数設け、それら複数の第１の空間各々の開放面と第２の空間の開放面とを順次合致させるように構成することも可能である。

さらに、本発明のアンテナ装置では、第２の空間を複数設け、それら複数の第２の空間を同一の回転機構によって回転させ、第１の空間の開放面と複数の第２の空間各々の開放面とを順次合致させるように構成することも可能である。

尚、本発明のアンテナ装置では、第１の空間及び第２の空間のうちの少なくとも一方の内壁に、電波吸収体や電波をいろいろな方向に乱反射させるための反射導体を設置することも、通信の成功の確率を改善する有効な手段である。また、本発明のアンテナ装置では、第１の空間及び第２の空間のうちの少なくとも一方に、複数のアンテナを設置することも、通信の成功の確率を改善する有効な手段である。

上記のように、本発明のアンテナ装置では、電磁波的には外部に電波が漏れない閉空間内で電波を放射し、ＲＦＩＤタグとの通信を行うことが可能となるため、周囲への電波の漏れがなく、周囲のシステムに悪影響を与えることがない。

また、本発明のアンテナ装置では、必要に応じて、ＲＦＩＤタグが十分動作するように、強い放射電力を用いることで、通信の成功の確率を改善することが可能となる。この場合も、周囲のシステムへの影響はない。

さらに、本発明のアンテナ装置では、閉空間内に複数のアンテナを設置し、それらを切替えても用いることによって、ＲＦＩＤタグに対していろいろな角度からの電波との通信を図ることが可能となり、通信の成功の確率を改善することが可能となる。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、周囲のシステムに影響を与えることなく、ＲＦＩＤタグが十分動作可能な電波の照射とＲＦＩＤタグとの通信の成功の確率の改善とを図ることができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図１において、本発明の第１の実施例によるアンテナ装置は回転空間４と、固定空間７と、固定空間７内部に設置されるアンテナ８とから構成されている。

回転空間４は自由に回転自在でかつその上面が導体からなる回転台１と、内側が導体からなる壁面２と、下面が導体からなる天井３とから構成されている。固定空間７は固定されかつその上面が導体からなる床５と、内側が導体からなる壁面２と、下面が導体からなる天井６とから構成されている。尚、回転空間４及び固定空間７には導体で遮蔽されていない開放面が予め設定された一つの方向に対して設けられている。

図２は本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の使い方を説明するための図である。これら図１及び図２を参照して本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の使い方について説明する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は図１に示す本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の使い方について説明したものである。このアンテナ装置において、回転空間４及び固定空間７は図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）という順番で使用されることとなる。

まず、初めに、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ（図示せず）が貼り付けられた荷物５０が、台車５１に載せられ、人５２に運ばれてくる。荷物５０は、人５２によって、回転空間４の中に置かれる。

この状態で、回転空間４が左方向に回転されると、図２（Ｂ）に示すように、回転空間４の開放面と固定空間７の開放面とが合致し、回転空間４及び固定空間７各々の他の導体から面にて閉空間が構成される。この時、回転空間４と固定空間７との接合部分は、後述するような導体または電波吸収体が設置されているため、回転空間４と固定空間７とから構成される閉空間から電波が漏れることはないし、外部からこの閉空間内に電波が進入することもない。

図２（Ｂ）に示す状態では、アンテナ８から電波を放射し、荷物５０についているＲＦＩＤタグと通信することが可能である。この場合、閉空間から電波が漏れることはないので、ＲＦＩＤタグが動作しやすいような強い電力の電波を放射しても、周囲のシステムに影響を与えることはない。また、周囲で使用されている電波を利用した機器、例えば、携帯電話や無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、電子レンジ等からの電波の影響を受けることもない。閉空間内ではＲＦＩＤタグとの通信が完了後、図２（Ｃ）に示すように、回転空間４をいずれかの方向に回転させ、中の荷物５０を取り出せばよい。

図３は本発明の第２の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図３において、本発明の第２の実施例によるアンテナ装置は固定空間７内にアンテナ８の他にアンテナ９を設けた以外は図１に示す本発明の第１の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

尚、固定空間７内に配設可能なアンテナは、２個に限らず、３個以上であってもよい。また、図１及び図３においては、アンテナ８，９の両方または片方が回転空間４の内部にあってもよい。

図４は本発明の第３の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図４において、本発明の第３の実施例によるアンテナ装置においては固定空間１２，１３が設けられており、回転空間１１が４つある。

回転空間１１は導体からなる４枚の壁面１０と、下面が導体からなる天井３とから構成されている。固定空間１２，１３は回転空間１１を挟んでそれぞれ対向する位置に配設され、回転空間１１が回転するたびにそれぞれ対応する回転空間１１と閉空間を構成するようになっている。

例えば、本発明の第３の実施例によるアンテナ装置に図２に示す使用方法を適用すると、回転空間１１に対しては右下方向からの荷物５０の出し入れと、左上方向からの荷物５０の出し入れとが可能であり、２つのＲＦＩＤ読取りラインを構成することができ、ＲＦＩＤタグの読取り作業を能率的に行うことができる。また、本実施例では、２つのＲＦＩＤ読取りラインとして用いず、ＲＦＩＤタグとの通信を２回行い、同様の内容かを確認して、信頼性を向上させたシステムを構成させることもできる。

図５は本発明の第４の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図５において、本発明の第４の実施例によるアンテナ装置は３つの固定空間２０〜２２を設けた以外は図４に示す本発明の第３の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

ここで、固定空間２０，２２は回転空間１１を挟んでそれぞれ対向する位置に配設されているが、固定空間２１の開放面は固定空間２０，２２の開放面に対して直角（９０°）となるように配設されている。したがって、本実施例では、回転空間１１が回転するたびに、固定空間２０〜２２と回転空間１１とによって３つの閉空間が構成されることとなる。

尚、本発明の第４の実施例によるアンテナ装置では、上記の本発明の第３の実施例によるアンテナ装置と同様に、２つまたは３つのＲＦＩＤ読取りラインとして用いず、ＲＦＩＤタグとの通信を２回行い、同様の内容かを確認して、信頼性を向上させたシステムを構成させることもできる。

図６は本発明の第５の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図６において、本発明の第５の実施例によるアンテナ装置は回転空間４及び固定空間７各々の内部に電波吸収体３０を貼り付けた以外は図１に示す本発明の第１の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

電波吸収体３０の貼り付けは、回転空間４または固定空間７のどちらか一方でもいいし、両方またはどちらかの一部分の場合も考えられる。この場合、電波吸収体３０は薄型のタイル形状となっている。

図７は本発明の第６の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図７において、本発明の第６の実施例によるアンテナ装置は回転空間４及び固定空間７各々の内部にピラミッド形状（四角錐形状）の電波吸収体３１を貼り付けた以外は図６に示す本発明の第５の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

一般に、電波吸収体の形状は、図６及び図７に示すように、タイル形状の電波吸収体３０及びピラミッド形状の電波吸収体３１が一般的であるが、それ以外の形状の電波吸収体でも使用可能である。

図８は本発明の第７の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図８において、本発明の第７の実施例アンテナ装置は回転空間４及び固定空間７各々の内部に電波散乱体３２を設置した以外は図１に示す本発明の第１の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

電波散乱体３２は、通常、導体から構成され、いろいろな形状のものがある。電波散乱体３２の設置は回転空間４または固定空間７のどちらか一方でもよいし、両方またはどちらかの一部分の場合も考えられる。

図９は本発明の第８の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図９において、本発明の第８の実施例アンテナ装置は固定空間７のアンテナ８，９の他に回転空間４内にもアンテナ３３を設置した以外は図３に示す本発明の第２の実施例によるアンテナ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。尚、回転空間４内には複数のアンテナを設置してもよい。

図１０は図４に示す本発明の第３の実施例によるアンテナ装置及び図５に示す本発明の第４の実施例によるアンテナ装置の壁の接合面の構成を示す図である。図１０において、壁面２の端と壁面１０の端とには、導体や電波吸収体からなる接合部４０が取付けられている。

接合部４０は、通常、やわらかい網状の導体やスポンジ状のやわらかい電波吸収体をやわらかいカバーで覆ったようなものが用いられ、壁面２と壁面１０との間に設置されることで、電波がこの部分から漏れるのを防ぐ役割をする。尚、このような接合部分の構成は、図１と図３〜図９とに示す全ての固定空間と回転空間との接合部分に適用可能である。

図１１（Ａ）〜（Ｄ）は図８に示す電波散乱体の構成例を示す図である。図１１（Ａ）は板状の導体から構成される電波散乱体４１を示しており、その形状は多角形や楕円、星型等の任意の形状である。この電波散乱体は図８のどの部分に何個つけてもよい。

図１１（Ｂ）は導体からなる三角柱の電波散乱体４２を示しており、その形状としては円柱や多角形の柱も考えられる。図１１（Ｃ）は導体板がねじれた形状の電波散乱体４３を示しており、図１１（Ｄ）はミラーボールのような形状の電波散乱体４４を示している。いずれの形状の場合も、１個または複数個用いられる。電波散乱体４１〜４４の設置は、回転空間４または固定空間７のどちらか一方でもよいし、両方またはどちらかの一部分の場合も考えられる。

図１２は本発明のアンテナ装置の使い方を説明するための図である。図１２においては、図１に示す本発明の第１の実施例によるアンテナ装置において、図２（Ｂ）の状態をより詳しく示している。この場合には、ＲＦＩＤ７０〜７２が貼り付けられている荷物６０〜６２が、密着して並んで回転空間４の内部に置かれている。

荷物６０に貼り付けられているＲＦＩＤ７０はアンテナ８からの直接波８０によって容易に通信可能である。しかしながら、荷物６１に貼り付けられているＲＦＩＤ７１はＲＦＩＤ７０が邪魔になって、アンテナ８からの直接波８１を受信できない可能性がある。このような場合でも、反射波８２のように、固定空間７または回転空間７内部からの反射波によって通信が可能になる。

さらに、電波散乱体９０のようなものによって反射波８３が生じれば、荷物６１に貼り付けられているＲＦＩＤ７１との通信はさらに確実である。荷物６２に貼り付けられているＲＦＩＤ７２も、電波散乱体９１による反射波８４によって通信が確保される。

図１２に示すような状況において、どのような電波散乱体をどのように配置するか、あるいは反射波を抑制するために、図６や図７に示すように、故意に電波吸収体を貼る場合もある。これは、荷物をどのように置くか、あるいは何個ずつ置くかによって、ライン毎に適宜調整すべき内容である。

上記のように、図２及び図１２に示すような状況において、本発明のアンテナ装置はアンテナ及びＲＦＩＤが閉空間に置かれるため、ＲＦＩＤタグを動作させるために強い放射電力を放射しても周囲のシステムに影響を与えず、他のシステムからの電波の影響も受けないというメリットがあることがわかる。

この場合には、使用するＲＦＩＤシステムの使用帯域が非常に狭い周波数帯域に規定されていても、電波を閉空間の外に放射することがないので、特別に非常に狭帯域なフィルタを用いる必要がないというメリットもある。

また、ＲＦＩＤがアンテナ方向から見て重なっている場合、部分的に読取りや書込みができない場合があっても、閉空間内の反射や、電波散乱体を設置し、その反射によって救済することが可能である。尚、反射波によって悪影響がある場合、あるいは電波散乱体によって反射波を制御したい場合には、閉空間内の全部または一部に電波吸収体を貼る方法が有効である。

このように、本発明では、電磁波的には外に電波がもれない閉空間内で電波を放射し、ＲＦＩＤタグとの通信が行えるため、周囲への電波の漏れがなく、周囲のシステムに悪影響を与えることがない。

また、本発明では、必要に応じて、ＲＦＩＤタグが十分動作するように、強い放射電力を用いることで、通信の成功の確率を改善することができる。この場合も、周囲のシステムへの影響はない。

さらに、本発明では、閉空間内に複数のアンテナを設置し、それらを切替えても用いることによって、ＲＦＩＤタグに対していろいろな角度からの電波との通信を図ることができ、通信の成功の確率を改善することができる。

本発明は、ＲＦＩＤタグの読取りまたは書込み（リーダライタ）用のアンテナ装置に適用可能であり、ＲＦＩＤタグの読取りまたは書込みを行う際に有効な技術である。

本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例によるアンテナ装置の使い方を説明するための図である。 本発明の第２の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第７の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の第８の実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。 図４に示す本発明の第３の実施例によるアンテナ装置及び図５に示す本発明の第４の実施例によるアンテナ装置の壁の接合面の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は図８に示す電波散乱体の構成例を示す図である。 本発明のアンテナ装置の使い方を説明するための図である。 従来のアンテナ装置の構成を示す図である。 従来のアンテナ装置の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ 回転台
２，１０ 壁面
３，６ 天井
４ 回転空間
５ 床
７，１１〜１３，２０〜２２ 固定空間
８，９，３３ アンテナ
３０，３１ 電波吸収体
３２，４１〜４４，９０，９１ 電波散乱体
４０ 接合部
５０，６０〜６２ 荷物
５１ 台車
５２ 人
７０〜７２ ＲＦＩＤ
８０，８１ 直接波
８２〜８４ 反射波

Claims (6)

1. 固定されかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第１の空間と、前記第１の空間内部に設置されたアンテナと、回転機構を含みかつ一方向のみの開放面と他の方向全てを遮蔽する導体面とで囲まれた第２の空間とを有し、
   前記回転機構を回転させることで前記第１の空間の開放面と前記第２の空間の開放面とを合致させて前記第１の空間及び前記第２の空間各々の導体面にて閉空間を形成することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１の空間及び前記アンテナを複数設置しかつ前記第２の空間を一つ設置し、複数の前記第１の空間のうちの一組が前記第２の空間を挟んで互いに対向する位置に配設されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第２の空間を複数設置し、それら第２の空間を同一の回転機構によって回転させ、
   前記第１の空間が複数設置される場合、複数の前記第１の空間のうちの一組が前記第２の空間を挟んで互いに対向する位置に配設されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の空間及び前記第２の空間のうちの少なくとも一方の内壁に、前記閉空間内の電波を吸収する電波吸収体を貼付したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の空間及び前記第２の空間のうちの少なくとも一方の内壁に、前記閉空間内の電波を乱反射させるための反射導体を設置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載のアンテナ装置。
6. 前記第１の空間及び前記第２の空間のうちの少なくとも一方に複数のアンテナを設置したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載のアンテナ装置。

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