JP4705353B2 - コネクタ一体型ｒｆｉｄリーダライタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、パソコン等の外部機器に着脱することにより、ＲＦＩＤカードに対して非接触で情報の読み書きを行うことができるＲＦＩＤリーダライタに係り、特に、外部機器とのインタフェースであるコネクタとＲＦＩＤカードとの情報の送受信のためのアンテナとが一体的構成されたコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタに関する。

近年、情報を電子的に記憶することができるＩＣチップと、このＩＣチップと外部との間で情報をやり取りするインタフェースを備えたカードやタグを利用したシステムが、その多様な可能性から注目を集めている。かかるシステムは、一般的には、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｃａｔｉｏｎ）システムと呼ばれ、小型の記録媒体（カードやタグ）とこれに読み書きを行うリーダライタとの組み合わせによって、様々な場面での固体認証やデータの送受信に利用することができる。

小型の記録媒体については、ＲＦＩＤカード、ＩＣカード、ワイヤレスカード、ＲＦＩＤタグ、ＩＣタグ等、種々の称呼がある。本発明では、ＲＦＩＤカードと呼ぶが、特定の種類のものに限定する意図ではなく、上記のようなカードやタグ等を全て含む広い概念である。このようなＲＦＩＤカードは、従来のカードに用いられていた磁気記録方式のものに比べて、ＩＣチップのメモリに大量の情報を記憶しておくことができ、偽造の防止も可能となるため、クレジットカード、電子マネー、電子乗車券、テレフォンカード、ＩＤカード、貨物管理用タグ等として、広く利用されている。

また、リーダライタとの間で情報を送受信するための方式としては、ＲＦＩＤカードの表面に設けられた電極接点とリーダライタに設けられた接触端子とを接触させる接触型、ＲＦＩＤカードとリーダライタに設けられたアンテナ（コイル）を介して無線により行う非接触型がある。特に、非接触型のＲＦＩＤカードは、接触による磨耗がないこと、リーダライタ側にＲＦＩＤカードを移動させる機構が必要ないこと、送受信の際の方向性の自由度が高いことなどから、高い耐久性と利便性を有するものとして、普及が期待されている。

なお、このような読み書きを行うリーダライタとしては、商店のレジや駅の改札等に設置された固定式のものから、手に持って使用できる小型のハンディタイプのもの（特許文献１参照）など、様々なものが利用されている。
特開２００４−１８００３９号公報

ところで、上記のようなＲＦＩＤシステムを導入する際には、既存の管理システムのアプリケーション、データベース、ハードウェア等を有効に活用できるようにすることが望ましい。また、ＲＦＩＤカードに対する読み書きを行うリーダライタは、今後、港湾、空港、工場、商店等の様々な拠点等において、自由に移動して使用できるように、安価で小型のものが好ましい。

しかしながら、従来のＲＦＩＤカード用のリーダライタは、専用の装置として構成されていたために、装置を新たに導入する場合のコストが高くなる。また、リーダライタを小型化しても、用途に汎用性を持たせて通信距離を確保するためには、アンテナのサイズを大きくする必要がある（特許文献１参照）。ノートパソコン等に接続して利用する形態も考えられるが、ノートパソコンにリーダライタと大型のアンテナとを接続した場合には、持ち運びがしにくく、移動しながら利用することは、必ずしも容易ではない。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、小型で、外部機器に接続した状態で移動しやすく、外部機器がＲＦＩＤカードの邪魔にならずに十分な送受信感度を得ることができるコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、外部機器との接続用のコネクタと、非接触ＲＦＩＤカードとの情報の送受信用のアンテナと、前記アンテナを介して送受信される情報を処理する制御部とを有するＲＦＩＤリーダライタにおいて、前記コネクタが、支持体の一方の端部側に配設され、前記アンテナが支持体の一方の面に配設される円形の渦巻状のループであり、前記支持体における前記コネクタと反対側の端部の近傍に配設され、前記制御部は、発振子と前記発振子より背の低いＩＣとを有し、前記コネクタを外部機器に接続した際に、前記発振子が上側となり、ＩＣが下側となるように、前記発振子と前記ＩＣとが単一の基板の相反する面に配設されることを特徴とする。

以上のような請求項１の発明では、アンテナがコネクタと反対端にあるため、外部機器にコネクタを接続した際に、外部機器とアンテナとの間の距離を長く確保することができ、ＲＦＩＤカードをアンテナに近づける際に、外部機器が邪魔にならず、十分な受信感度を得ることができる。
さらに、比較的背の高い発振子は上側となり、比較的背の低いＩＣは下側となるので、下側を薄くすることができる。従って、外部機器としてノート型のパーソナルコンピュータのような薄型の機器に接続する場合であっても、機器を置いた机等の表面に衝突することなく、スムーズに着脱できる。

請求項２の発明は、請求項１記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタにおいて、前記コネクタは、ＵＳＢコネクタであることを特徴とする。

以上のような請求項２の発明では、ＵＳＢコネクタを備えているため、一般に普及しているＵＳＢコネクタを備えたパーソナルコンピュータ等に接続して、これを入出力装置として利用し、ＲＦＩＤカードへの情報の読み書きを簡単に行うことができる。従って、汎用性、利便性が高く、新規導入の際の経済的負担が軽減される。特に、ノートブック型のパーソナルコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）を利用すれば、持ち運びに便利であり、使用場所が限定されない。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタにおいて、前記支持体は基板を有し、前記アンテナは、前記基板上に形成されたパターンであることを特徴とする。

以上のような請求項３の発明では、アンテナを基板パターンで形成したため、全体として小型化及び薄型化が可能となる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタにおいて、前記制御部は、前記アンテナと前記コネクタとの間に配設されていることを特徴とする。

以上のような請求項４の発明は、制御部とコネクタとの間の配線距離が短くなるとともに、配線による影響がアンテナに及ぶことがなく、受信感度の低下が防止される。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタにおいて、前記支持体は、前記アンテナ及び前記制御部を収容し、一端から前記コネクタが露出したケースを有することを特徴とする。

以上のような請求項５の発明では、アンテナがケース内に収容されているため、非常に小型化することができ、持ち運びに便利である。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタにおいて、外部アンテナの接続端子が設けられていることを特徴とする。

以上のような請求項６の発明では、より強力な感度を得て通信距離を長く確保したい場合や、ＲＦＩＤカードが使用する周波数に応じてアンテナを変えたい場合等には、接続端子に所望の外部アンテナを接続して利用することができる。

本発明によれば、小型で、外部機器に接続した状態で移動しやすく、外部機器がＲＦＩＤカードの邪魔にならずに十分な送受信感度を得ることが可能なコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施形態）について、図面を参照して説明する。
［構成］
まず、本実施形態の構成を、図１〜６を参照して説明する。すなわち、本実施形態は、図１に示すように、基板１０にリーダライタに必要な部品を配設し、ケース２０に収容することによって構成されている。基板１０は、略直方体形状のプリント配線板であり、長手方向の一端にコネクタ１１が設けられている。

このコネクタ１１は、例えば、パーソナルコンピュータ等のコネクタに挿入することにより、プラグ＆プレイ等を実現できるＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）のインタフェースである。図面では、ＵＳＢ２．０のシリーズＡのものを示しているが、シリーズＢ、シリーズミニＢ等、現在又は将来において利用可能なものを適用可能である。例えば、従前のＵＳＢ１．０，１．１や、今後、普及が見込まれるＵＳＢ Ｏｎ−Ｔｈｅ−Ｇｏ（ＯＴＧ）等も適用可能である。

なお、一般的には、雄側と雌側を合わせて「コネクタ」と呼び、雄側を「プラグ」と呼ぶが、請求項及び以下の説明では、便宜的に「プラグ」についても「コネクタ」と呼ぶ。また、コネクタ１１は、ケース２０の一端から露出しており、ケース２０に着脱自在なキャップ３０によって保護される構成となっている。

基板１０の上面（パソコンとの接続時に上側となる面）には、図２に示すように、アンテナ１２が、コイル状のパターンにより形成されている。このアンテナ１２は、基板１０のコネクタ１１とは反対側の端部の近傍に配設されている。アンテナ１２は、例えば、１３．５６ＭＨｚ帯を利用するＲＦＩＤカードの場合に、約２ｃｍ程度の通信距離を確保できるように、直径約１ｃｍ、円形の渦巻状のループとし、線幅１００μｍ、線間１２５μｍとすることが考えられる。但し、本発明の態様が、これらの数値に限定されるものではない。

また、基板１０には、図２〜６に示すように、発振子１３、制御用ＩＣ１４等を含む制御回路及び電波インタフェースが構成されている。発振子１３は、搬送波となる高周波を発生させ、増幅器による増幅後、アンテナ１２に供給するための水晶発振子であり、図２、図３及び図６に示すように、基板１０の上面側におけるコネクタ１１とアンテナ１２との間に配設されている。

制御用ＩＣ１４は、モールド封止されたＩＣチップであり、ＵＳＢ接続及びリーダライタに必要な処理を行うＣＰＵ、メモリ等を構成している。この制御用ＩＣ１４は、図４〜６に示すように、基板１０の下面側におけるコネクタ１１とアンテナ１２との間に配設されている。その他の電子部品に関しては、周知の技術により実現可能であるため、説明を省略する。

さらに、基板１０におけるコネクタ１１と反対側の端部には、図２及び図３に示すように、外部アンテナ接続用の端子であるミニジャック１５が取り付けられている。このミニジャック１５は、外部アンテナ１６側のミニプラグ１６ａ（図１０参照）を差し込んだ場合に、アンテナ１２と制御部との接続が切れて、外部アンテナ１６が有効となるように構成されている。なお、コネクタ１１、アンテナ１２、制御部及びミニジャック１５は、基板１０上に形成された配線パターンにより接続されているが、これらの詳細や、各部品の接続方法等は、周知の技術であるため、説明を省略する。

［作用］
以上のような本実施形態の使用方法を、図７〜１１を参照して説明する。なお、図７及び図８は、ＵＳＢコネクタがノートパソコン（ノート型のパーソナルコンピュータ）ＰＣの横にある場合であり、図９は、ノートパソコンＰＣの背面側にある場合である。また、本実施形態で使用されるＲＦＩＤカードＣは、電源を内蔵しないパッシブ型であり、メモリやＣＰＵ等を備えたＩＣチップとアンテナという一般的なＲＦＩＤカードと同様の基本構造を有している。

まず、図７に示すように、リーダライタのケース２０からキャップ３０を外して、コネクタ１１を露出させる。そして、ノートパソコンＰＣのＵＳＢコネクタ（雌側）に対して、コネクタ１１を接続する。すると、ＵＳＢのプラグ＆プレイ機能によって、ノートパソコンＰＣのＯＳにおいて、リーダライタが自動認識され、キーボード及びディスプレイを入出力手段として利用できるようになる。

なお、デバイスドライバ等のインストールは、最初の接続時に、あらかじめ制御部に格納されたものが呼び出されて、自動的に行われるように設定することが便利である。但し、別途ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から、若しくはネットワークを介してダウンロードして、インストールすることも可能である。

次に、図８に示すように、ＲＦＩＤカードＣを、ケース２０上の約２ｃｍ程度にまで近付けると、アンテナ１２とＲＦＩＤカードＣのアンテナＡＴとの間で、電磁誘導による通信が可能となる。つまり、アンテナ１２に搬送波をかけることにより、誘導電磁界を発生させ、これにＲＦＩＤカードＣが入ってくるとアンテナＡＴに電流が流れる。この誘導起電力により、電力が供給され、ＲＦＩＤカードＣが動作可能となる。

これにより、例えば、ＲＦＩＤカードＣ内に記録された情報を、リーダライタを介してノートパソコンＰＣのディスプレイに表示させて読み取ることができる。また、ノートパソコンＰＣのキーボードやマウス等から入力することにより、ＲＦＩＤカードＣ内に所望の情報を書き込むことができる。

さらに、図１０に示すように、外部アンテナ１６のミニプラグ１６ａを、ミニジャック１５に差し込むと、アンテナ１２の代わりに外部アンテナ１６を使用して、上記と同様にＲＦＩＤカードＣとの情報の送受信が可能となる。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、アンテナ１２がコネクタ１１と反対端にあるため、ノートパソコンＰＣにコネクタ１１を接続した際に、ノートパソコンＰＣとアンテナ１２との間の距離を十分に長く確保することができる（図８のＬ１参照）。従って、ＲＦＩＤカードＣをアンテナ１２に近づけた際に、ノートパソコンＰＣが邪魔にならず、双方のアンテナ１２，ＡＴの間に発生する磁束Ｍが良好な状態となり、十分な受信感度を得ることができる。

例えば、図１１に示すように、アンテナ１２とコネクタ１１を近接配置した場合には、ノートパソコンＰＣとアンテナ１２との間の距離が非常に短くなってしまい（Ｌ２参照）、ＲＦＩＤカードＣをアンテナ１２に近づけた際に、ノートパソコンＰＣと重なりや衝突が生じ、双方のアンテナ１２，ＡＴの間に発生する磁束Ｍが良好な状態を維持できずに、受信感度が低下してしまうが、本実施形態においては、かかる不都合を防止できる。

特に、図９に示すように、ＵＳＢコネクタがノートパソコンＰＣの背面側にある場合には、ＲＦＩＤカードＣとディスプレイとの干渉を避けながら、良好な受信感度を得る必要があるため、本実施形態の利点は大きい。

また、コネクタ１１のインタフェースとして、ＵＳＢを採用しているため、一般に普及しているノートパソコンＰＣ等を入出力装置として利用して、ＲＦＩＤカードＣへの情報の読み書きを行うことができ、汎用性、利便性が高い。特に、ノートパソコンＰＣやＰＤＡを利用すれば、持ち運びに便利であり、使用場所が限定されない。また、既存のパソコン等によって構成されたシステムに、本実施形態のリーダライタを追加するだけで、ＲＦＩＤカード利用システムを構築できるので、導入時の経済的負担が軽減される。

また、アンテナ１２は、基板１０に形成されたパターンによって構成されているため、全体として極めて小型、薄型にすることができる。特に、ケース内に収容されているため、持ち運びに便利である。また、発振子１３や制御用ＩＣ１４の制御部が、コネクタ１１の近傍に配設されているので、コネクタ１１との間の配線距離が短くなるとともに、アンテナ１２と離れているために、干渉による受信感度の低下が防止される。

また、コネクタ１１を装着した際に、比較的背の高い発振子１３は上側となり、比較的背の低い制御用ＩＣ１４は下側となる。このため、ノートパソコンＰＣのような薄型の機器に接続する場合であっても、機器を置いた机等の表面に衝突することなく、スムーズに着脱できる。

さらに、より強力な感度を得て通信距離を長く確保したい場合や、ＲＦＩＤカードＣが使用する周波数に応じてアンテナを変えたい場合等には、ミニジャック１５に所望の外部アンテナ１６を接続して利用することができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態においては、アンテナはケースに内蔵されていたが、コネクタと反対端においてケースから露出させてもよい。この場合、アンテナを保護するキャップをケースに着脱可能に設けてもよい。

また、ＲＦＩＤカードとの間の通信に使用する電波は、上記に例示したものには限定されない。但し、本発明は、比較的通信距離が短く、ＲＦＩＤカードを接近させて使用する必要がある場合に適している。また、上記の実施形態では、利用するＲＦＩＤカードとしてパッシブ型を例示したが、電源を内蔵したアクティブ型を利用してもよい。

各構成部品の規格についても、上記のものには限定されない。例えば、コネクタのインタフェースとしては、ＵＳＢが適しているが、現在又は将来において、同様の利便性を有する規格のものを自由に適用可能である。本発明を接続して使用する外部機器についても、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ、サーバ装置、ＰＤＡ、携帯電話等、入出力装置を備えたあらゆるコンピュータが適用できる。

本発明の一実施形態のキャップ装着時（Ａ）、キャップ取り外し時（Ｂ）を示す平面図である。 図１の実施形態における内部の基板を示す平面図である。 図２の斜視図である。 図１の実施形態における内部の基板を示す底面図である。 図４の斜視図である。 図１の実施形態における内部の基板を示す側面図である。 図１の実施形態におけるノートパソコンへの装着方法を示す説明図である。 図１の実施形態におけるＲＦＩＤカードの利用方法を示す説明図である。 図１の実施形態における他の使用例を示す説明図である。 図１の実施形態における外部アンテナの接続例を示す説明図である。 図１の実施形態との比較例を示す説明図である。

符号の説明

１０…基板
１１…コネクタ
１２，ＡＴ…アンテナ
１３…発振子
１４…制御用ＩＣ
１５…ミニジャック
１６…外部アンテナ
１６ａ…ミニプラグ
２０…ケース
３０…キャップ
Ｃ…ＲＦＩＤカード
Ｍ…磁束
ＰＣ…ノートパソコン

Claims (6)

1. 外部機器との接続用のコネクタと、非接触ＲＦＩＤカードとの情報の送受信用のアンテナと、前記アンテナを介して送受信される情報を処理する制御部とを有するＲＦＩＤリーダライタにおいて、
   前記コネクタが、支持体の一方の端部側に配設され、
   前記アンテナが支持体の一方の面に配設される円形の渦巻状のループであり、前記支持体における前記コネクタと反対側の端部の近傍に配設され、
   前記制御部は、発振子と前記発振子より背の低いＩＣとを有し、
   前記コネクタを外部機器に接続した際に、前記発振子が上側となり、ＩＣが下側となるように、前記発振子と前記ＩＣとが単一の基板の相反する面に配設されることを特徴とするコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。
2. 前記コネクタは、ＵＳＢコネクタであることを特徴とする請求項１記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。
3. 前記支持体は基板を有し、
   前記アンテナは、前記基板上に形成されたパターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。
4. 前記制御部を構成する部材の一部が、前記アンテナと前記コネクタとの間に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。
5. 前記支持体は、前記アンテナ及び前記制御部を収容し、一端から前記コネクタが露出したケースを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。
6. 外部アンテナの接続端子が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコネクタ一体型ＲＦＩＤリーダライタ。

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