JP4771401B2

JP4771401B2 - 合成アンテナ及びリーダライタシステム

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Publication number: JP4771401B2
Application number: JP2005169996A
Authority: JP
Inventors: 康弘川越
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006345311A

Description

本発明は、合成アンテナ及びリーダライタシステムに関し、さらに詳しくは、合成アンテナの駆動方法と、この合成アンテナを使用したシステムに関するものである。

インダクティブ型のＩＣカードやＩＣタグ等の非接触情報記録媒体に対する情報の読み書きを仲介するループアンテナは、ループアンテナに電流を流すことにより発生した磁界をＩＣカードやＩＣタグのループアンテナに磁気結合することにより、データの授受を行なっている。このときループアンテナは単一の線路により構成されているのが一般的である。従って、ＩＣタグにより物品の位置を特定する場合、複数のループアンテナを設け、どのループアンテナがＩＣタグを捉えたかという情報に基づいて物品の位置を判定していた。このとき複数のループアンテナ毎に順次切り換えることにより物品の位置を判定するといった方法が一般的であった。例えば、従来は図１０のように２つのループアンテナ５０、５１をＳＷ５２により切り換えることにより、リーダライタ（Ｒ／Ｗ）５３がどちらのループアンテナからのデータであるかを認識して物品の位置を特定していた。即ち、ＳＷ５２の接点が図のように（ａ）側(実線)に接続されている場合、Ｒ／Ｗ５３はループアンテナ５０との間にループを形成し、物品５０ａに備えられたＩＣタグ５０ｂの情報を読み取ることができる。またＳＷ５２の接点が（ｂ）側（破線）に接続されている場合、Ｒ／Ｗ５３はループアンテナ５１との間にループが形成されるが、ループアンテナ５１の近傍に物品がないので情報を読み取ることができない。これにより物品５０ａはループアンテナ５０側にあることを特定することができる。
図１１（ａ）は例えば複数の取引先毎にメールボックスａ〜ｘを備え、各メールボックスに夫々ループアンテナを備え、ＳＷ５４によりループアンテナを順次切り換えてＲ／Ｗ５５でメールボックス内の情報を読み取るものである。この場合、ＳＷ５４の切り替え位置と取引先名を対応付けておけば、容易にどの取引先からのメールかを特定することができる。図１１（ｂ）はこの技術を郵便物配送システムに応用したものである。これは配送ボックス５７に夫々ループアンテナ５６を備え、各ループアンテナをＳＷ５８により順次切り換えてＲ／Ｗ５９により情報を読み取り、配送ボックス５７内の郵便物の情報を読み取るものである。
また従来技術として特許文献１には、ループ内部を複数のブロックに分割し、隣り合うブロックに流れる電流およびブロック内部に発生する磁界がそれぞれ逆向きとなるように一本のアンテナ線で結んで形成する。例えば正方形でなるループの外形に対し、その内部を９つの正方形のブロックに分割し、中心部の正方形のアンテナに４つの角部の正方形のアンテナを接続し、かつ接続後のアンテナ配線を一筆書きとする。または、中心部と４つの角部にサイズの等しい円形のアンテナを設け、中心部の円形のアンテナに４つの角部の円形のアンテナを接続し、かつ接続後のアンテナ配線を一筆書きとするアンテナについて開示されている。
また特許文献２には、リーダ／ライタにおいて、同一平面上に配置された複数のループコイルに、キャリア発生器から出力されたキャリアを駆動回路で振幅変調した振幅変調波に対応する電圧がそれぞれ印加され、これにより複数のループコイルそれぞれから、磁界が発生される技術について開示されている。
特開２００３−１６８９１３公報特開平８−１９４７８５号公報

しかしながら、ＳＷにより複数のループアンテナを切り換える従来の方法は、対象となるループアンテナの数が多くなると、ＳＷの回路数が多くなり部品コストが高くなるばかりでなく、配線が複雑となり装置の規模が大きくなるといった問題がある。
また特許文献１に開示されている従来技術は、あくまでも単一の線路によるループアンテナの形状を工夫することにより、可能な限り広い通信エリアを得るものであり、アンテナの形状が複雑となり、製造コストが高くなるといった問題がある。
また特許文献２に開示されている従来技術は、複数のループアンテナを備えてＩＣカードとの通信距離を延長するものであり、単一のループコイルと電圧印加手段が複数必要となり、部品コストが高騰するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、マトリックス状に形成した線路に所定の方向の電流を流すことにより、単一の線路で構成されるループアンテナと等価な機能を有することができ、多くのループアンテナを少ない部品により駆動することができる合成アンテナを提供することを目的とする。
また他の目的は、合成アンテナと読み取り専用のループアンテナを併用することにより、少ない部品点数により複数の物品の位置を特定することができるリーダライタシステムを提供することである。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を仲介する合成アンテナであって、少なくとも２本の独立した線路により構成したループと、当該ループを構成する各線路に個別に電流を供給する電流供給手段と、該電流供給手段により供給される電流の向きを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ループを構成する各線路のうち、対向する線路に流れる電流の向きを互いに反対方向となるように前記電流供給手段を制御することを特徴とする。
単一線路により構成されるループコイルに電流を流すと、フレミングの左手の法則により電流と直交するベクトル方向に電界が発生する。そしてその電界による磁束がＩＣカードのアンテナを横切ることにより、アンテナに電流が流れてデータの授受が可能となる。また公知のビオサバールの法則から、電流が細い導線に流れるとき、その導線に発生する磁界は、微小長さの導線に発生した磁界を線路の長さ方向で積分したものである。従って、個別の線路であっても、電流の流れる方向がループになれば、単一の線路からなるループと同様の磁界を発生させることができる。
請求項２は、前記制御手段は、前記各線路に流す電流を前記非接触情報記録媒体と交信可能な信号に変調することを特徴とする。
本発明の合成アンテナは複数の線路によりループを構成するため、各線路には所定の向きに電流を流す必要がある。従って、各線路に流す電流を交信可能な信号に変調すれば、送信アンテナとして機能する。
請求項３は、非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を仲介する合成アンテナであって、複数の線路が交差するように構成したマトリックスと、該マトリックスを構成する各線路に電流を供給する電流供給手段と、該電流供給手段による電流の向きを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記マトリックスを構成する各線路のうち、対向する線路に流れる電流の向きを互いに反対方向となるように前記電流供給手段を制御することを特徴とする。
本発明は最小単位の合成アンテナを複数構成するために、マトリックス状に各線路を交差させるものである。そして非接触情報記録媒体に電力用搬送波を伝播させる場合、その位置にある特定の線路群に流れる各電流の向きが互いにループを形成するように制御するものである。

請求項４は、前記制御手段は、前記非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を行なう特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、ループを形成しないように前記電流供給手段を制御することを特徴とする。
非接触情報記録媒体に対して電力用搬送波を伝播させる位置に構成される特定の線路群に流れる各電流の向きが互いにループを形成するようにした場合、そのループの周辺にも不要な磁界が発生する。そこで本発明では、不要な磁界を抑制するため、特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、ループを形成しないようにして磁界を打ち消し合う方向に電流を流すものである。
請求項５は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の合成アンテナと、該合成アンテナを介して非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を行う送信機と、前記非接触情報記録媒体からのデータの受信を仲介するループコイルと、該ループコイルを介して前記非接触情報記録媒体との間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機と、前記送信機及び受信機の処理を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明は合成アンテナと、この合成アンテナを介して非接触情報記録媒体に信号を送信する送信機と、非接触情報記録媒体に記録された情報を読み取るための信号を仲介するループコイルと、非接触情報記録媒体との間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機と、これらの処理を制御する制御手段とを備えてリーダライタシステムを構成する。即ち、合成アンテナは非接触情報記録媒体に対して搬送波を供給し、合成アンテナに近接した非接触情報記録媒体を駆動する役目である。そして制御手段は合成アンテナの各線路に流す電流の向きを制御するものである。またループコイルは合成アンテナにより駆動された非接触情報記録媒体に記録された情報を仲介して受信機に伝達する役目である。
請求項６は、前記ループコイルを複数の前記合成アンテナに対して少なくとも１つ備えることを特徴とする。
受信機に接続されたループコイルは複数の合成アンテナをカバーするように配置される。即ち、合成コイルにより電力用搬送波の伝播を行い、その搬送波を電力として非接触情報記録媒体が動作し、ループコイルを介してデータの授受が行なわれる。

請求項１の発明によれば、制御手段は、少なくとも独立した２本の線路により構成したループに流れる電流の向きが同一方向になるように電流供給手段を制御するので、複数の線路に流れる電流の向きにより、単一線路のループと等価な磁界を形成することができる。
また請求項２では、各線路に流す電流を交信可能な信号に変調するので、合成アンテナを送信アンテナとして機能させることができる。
また請求項３では、非接触情報記録媒体に電力用搬送波を伝播させる場合、その位置にある特定の線路群に流れる各電流の向きが互いにループを形成するように制御するので、マトリックス上の特定の領域に磁界を形成することができる。
また請求項４では、特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、ループを形成しないようにして磁界を打ち消し合う方向に電流を流すので、特定の領域以外の磁界を弱めて特定の領域の磁界のＳ／Ｎを改善することができる。
また請求項５では、合成アンテナと、この合成アンテナを介して非接触情報記録媒体に信号を送信する送信機と、非接触情報記録媒体に記録された情報を読み取るための信号を仲介するループコイルと、非接触情報記録媒体との間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機と、を備えてリーダライタシステムを構成するので、ループコイルを切り換える手段が不要となり、回路構成が簡単なシステムを構築することができる。
また請求項６では、ループコイルを複数の合成アンテナに対して少なくとも１つ備えるので、複数の非接触情報記録媒体の情報の読み取りを１つのループアンテナで共有することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明のＩＣカード若しくはＩＣタグ（非接触情報記録媒体）用受信機の構成を示すブロック図である。この受信機１００は、受信機１００との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するＰＣ５０によって制御される。受信機１００は、外部のＰＣ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１と、受信機１００全体の動作を制御する制御装置２と、制御装置２を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置３と、操作コマンドを入力する入力装置５と、制御装置２により制御された情報を表示する表示装置６と、ループコイル９から受信した搬送波から２値化データに変換する検波復調器８と、図示しないＩＣカード若しくはＩＣタグとデータの授受をするループコイル９と、を備えて構成されている。
図２は、本発明のＩＣカード若しくはＩＣタグ（非接触情報記録媒体）用送信機の構成を示すブロック図である。この送信機１１０は、送信機１１０との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するＰＣ５０によって制御される。送信機１１０は、外部のＰＣ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１１と、送信機１１０全体の動作を制御する制御装置１２と、制御装置１２を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置１３と、制御装置１２からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器１４と、操作コマンドを入力する入力装置１５と、制御装置１２により制御された情報を表示する表示装置１６と、制御装置１２からの交流信号である電力供給用信号と変調器１４からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器１７と、図示しないＩＣカード若しくはＩＣタグとの電力用搬送波を送信する合成アンテナ３５０（詳細は後述する）と、を備えて構成されている。
図３は、ＩＣカード若しくはＩＣタグの構成を示すブロック図である。本実施形態のＩＣカード若しくはＩＣタグ２００は、送信機１１０からの電力用搬送波によりデータの授受をするループアンテナ２０と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路２１と、ループアンテナ２０からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路２２と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置２３と、制御回路２６からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器２４と、送受信回路２１からの搬送波データから２値化データに変換する検波器２５と、ＩＣカード若しくはＩＣタグ２００の全体の動作を制御する制御回路２６から構成されている。

次に、図１、図２及び図３を併せて参照してそれぞれ単独の動作について説明する。受信機１００及び送信機１１０は、図示しない電源が入れられると制御装置２、１２のイニシャル動作後、メモリ装置３、１３に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、初期化が行われる。次に、送信機１１０の制御装置１２は、ＩＣカード若しくはＩＣタグ（以下、ＩＣタグとして説明する）２００に供給する電力供給用信号と、それを変調したポーリング信号を交互に電力増幅器１７から送信する。その信号は、合成アンテナ１０から磁界が放射される。次に、ＩＣタグ２００のループアンテナ２０が電力供給用信号を受信し、電力生成回路２２によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、ＩＣタグ２００内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路２６が駆動すると、メモリ装置２３に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。
次に、制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを検波器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してループアンテナ２０から送信する。このレスポンスを受信機１００がループコイル９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御回路２により解析してＩＣタグ２００が規格に合致したＩＣタグであると認識する。

図４は本発明の合成アンテナの原理を説明する図である。図４（ａ）は単一線路により構成される従来のループアンテナの模式図である。このループアンテナは単一線路３１により信号発信源３０との間でループを構成し、単一線路３１に電流Ｉを矢印の方向に流すことにより、磁界３２が発生する。図４（ｂ）は本発明の合成アンテナの一例を示す図である。この例は４本の線路３３、３４、３５、３６に夫々矢印の方向に電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を流すことにより、図４（ａ）のループアンテナと等価な合成磁界３７を発生することができる。これは公知のビオサバールの法則から、電流が細い導線に流れるとき、その導線に発生する磁界は、微小長さの導線に発生した磁界を線路の長さ方向で積分したものである。従って、個別の線路であっても電流の向きがループになれば、単一線路からなるループと同様の磁界を発生させることができる。図４（ｃ）は本発明の合成アンテナの他の一例を示す図である。この例は３本の線路３８、３９、４０に夫々矢印の方向に電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を流すことにより、図４（ａ）のループアンテナと等価な合成磁界４１を発生することができる。また図４（ｄ）は本発明の合成アンテナの他の一例を示す図である。この例は２本の線路４２、４３を湾曲させ夫々矢印の方向に電流Ｉ１、Ｉ２を流すことにより、図４（ａ）のループアンテナと等価な合成磁界４４を発生することができる。
このように、単一線路により構成されるループコイル３１に電流を流すと、アンペールの右ネジの法則により電流と直交するベクトル方向に電界が発生する。そしてその電界による磁束がＩＣカード若しくはＩＣタグのアンテナを横切ることにより、アンテナに電流が流れてデータの授受が可能となる。また公知のビオサバールの法則から、電流が細い導線に流れるとき、その導線に発生する磁界は、微小長さの導線に発生した磁界を線路の長さ方向で積分したものである。従って、個別の線路であっても、電流の流れる方向がループになれば、単一の線路からなるループと同様の磁界を発生させることができる。

図５は合成アンテナの線路に流す電流の向きを変更する原理を説明する図である。図５（ａ）は電流を信号発信源６０から信号発信源６３に向かって流す場合である。この場合は線路６５と信号発信源６０との間にあるＳＷ６１を閉じ、線路６５と信号発信源６３との間にあるＳＷ６２を開放することにより、電流Ｉ６４が信号発信源６０−ＳＷ６１−線路６５−抵抗Ｒの回路を矢印の方向に流れる。また図５（ｂ）は電流を信号発信源６３から信号発信源６０に向かって流す場合である。この場合は線路６５と信号発信源６３との間にあるＳＷ６２を閉じ、線路６５と信号発信源６０との間にあるＳＷ６１を開放することにより、電流Ｉ６４が信号発信源６３−ＳＷ６２−線路６５−抵抗Ｒの回路を矢印の方向に流れる。尚、この図では信号発信源を２つ用意したが、図５（ｃ）のように信号発信源を１つとして、信号発信源の位相を正相、逆相の切り替えで電流の流れる向きを切り換えても良い。図６は本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の磁界の生成方法を説明する図である。図４では複数の線路の組み合わせにより電流ループを構成して、そのループが形成する磁界について説明したが、更に拡張して各線路を線路群として交差することによりマトリックスを形成しても、同じような磁界を発生することができる。即ち、例えばＸ軸方向に線路７０、７２を形成し、Ｙ軸方向に線路７１、７３を形成することにより、交差する領域７５が形成される。そして線路７１に矢印の方向に電流Ｉａを流し、線路７２に矢印の方向に電流Ｉｂを流し、線路７３に矢印の方向に電流Ｉｃを流し、線路７０に矢印の方向に電流Ｉｄを流すことにより、領域７５には矢印の方向に流れる電流ループが形成される。これは図４（ｂ）で説明したように単一線路のループに流れる電流による磁界と等価な磁界７４を発生する。
本発明は最小単位の合成アンテナを複数構成するために、マトリックス状に各線路を交差させるものである。そしてＩＣタグに電力用搬送波を伝播させる場合、その位置にある特定の線路群に流れる各電流の向きが互いに電流ループを形成するように制御するものである。

図７（ａ）は本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の各線路に流す電流の駆動回路の一例を示す図である。図７（ａ）では図６と同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。この例では、各線路の両端に電流を引き込む電流駆動回路が夫々接続され、且つ負荷抵抗が夫々接続されている。尚、電流駆動回路はゲートによりインピーダンスがフローティング状態（ハイインピーダンス）になったり、アクティブ状態（ローインピーダンス）になったりする構成とする。即ち、Ｘ軸の線路７２には両端に電流駆動回路８０、８１と負荷抵抗Ｒが接続され、電流駆動回路８０には信号ａが入力され、ゲート信号（ｇａ）が接続されている。また電流駆動回路８１には信号ａが入力され、ゲート信号ｇａが接続されている。またＸ軸の線路７０には両端に電流駆動回路８２、８３と負荷抵抗Ｒが接続され、電流駆動回路８２には信号ｂが入力され、ゲート信号（ｇｂ）が接続されている。また電流駆動回路８３には信号ｂが入力され、ゲート信号ｇｂが接続されている。同様にして、Ｙ軸の線路７１には両端に電流駆動回路８４、８６と負荷抵抗Ｒが接続され、電流駆動回路８４には信号Ａが入力され、ゲート信号ＧＡが接続されている。また電流駆動回路８６には信号Ａが入力され、ゲート信号（ＧＡ）が接続されている。またＹ軸の線路７３には両端に電流駆動回路８５、８７と負荷抵抗Ｒが接続され、電流駆動回路８５には信号Ｂが入力され、ゲート信号ＧＢが接続されている。また電流駆動回路８７には信号Ｂが入力され、ゲート信号（ＧＢ）が接続されている。

図７（ｂ）は図７（ａ）の動作をしたときの各電流駆動回路のゲート信号の真理値表である。尚、この真理値表では「ＯＦＦ」をフローティング状態、「ＯＮ」をアクティブ状態とする。次に図７（ａ）の回路動作について図７（ｂ）を参照して説明する。まず線路７１に矢印の方向に電流Ｉａを流すために、電流駆動回路８６をフローティング状態にするためにゲート信号（ＧＡ）を「ＯＦＦ」とし、電流駆動回路８４をアクティブ状態にするためにゲート信号ＧＡを「ＯＮ」とする。これにより、負荷抵抗Ｒから電流Ｉａが線路７１を介して電流駆動回路８４に流れ込む。次に線路７２に矢印の方向に電流Ｉｂを流すために、電流駆動回路８０をフローティング状態にするためにゲート信号（ｇａ）を「ＯＦＦ」とし、電流駆動回路８１をアクティブ状態にするためにゲート信号ｇａを「ＯＮ」とする。これにより、負荷抵抗Ｒから電流Ｉｂが線路７２を介して電流駆動回路８１に流れ込む。次に線路７３に矢印の方向に電流Ｉｃを流すために、電流駆動回路８５をフローティング状態にするためにゲート信号ＧＢを「ＯＦＦ」とし、電流駆動回路８７をアクティブ状態にするためにゲート信号（ＧＢ）を「ＯＮ」とする。これにより、負荷抵抗Ｒから電流Ｉｃが線路７３を介して電流駆動回路８７に流れ込む。次に線路７０に矢印の方向に電流Ｉｄを流すために、電流駆動回路８３をフローティング状態にするためにゲート信号ｇｂを「ＯＦＦ」とし、電流駆動回路８２をアクティブ状態にするためにゲート信号（ｇｂ）を「ＯＮ」とする。これにより、負荷抵抗Ｒから電流Ｉｄが線路７０を介して電流駆動回路８２に流れ込む。

図８（ａ）、（ｂ）は本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の各線路に流す電流の制御方法を示す図である。この図では線路に電流が流れ込む方向にある電流駆動回路のみを記載し、他は省略している。また磁界が強い場合を太い矢印で記載し、磁界が弱い場合を細い矢印で記載している。図８（ａ）は強い磁界を形成する領域の周辺の領域の磁界を弱める場合の、電流の向きを制御した図である。各線路の矢印はその線路に流れる電流の向きを表している。図８（ａ）では領域３０１に例えば読み取るべきＩＣタグがあると仮定する。まず領域３０１に電流のループを形成するために、線路Ｂにある電流駆動回路９３をアクティブ状態にする。次に線路ｂにある電流駆動回路９５をアクティブ状態にする。次に線路Ｃにある電流駆動回路９７をアクティブ状態にする。次に線路ｃにある電流駆動回路９１をアクティブ状態にする。尚、このように順次電流駆動回路をアクティブ状態にしても良いが、一旦メモリに状態を記憶して同時にアクティブ状態にしても良い。これにより領域３０１に磁界が生成されるが、領域３０１の周辺の領域９６、９７、９８、３００、３０３、３０４、３０５、３０２にもアクティブになっている線路の影響で何らかの磁界が発生する。例えば、領域９７には線路ｂ、Ｂ、ｃに電流が流れてかなり強い磁界が発生する可能性がある。これらの磁界はループコイル９により領域３０１に発生した磁界と一緒に読み取られるため、領域３０１の信号のＳ／Ｎを悪化させてしまう。
そこで例えば領域９７の磁界を弱めるために線路Ａに線路Ｂと同じ方向の電流を流す。それには電流駆動回路９２をアクティブとすればよい。これにより領域９７にはループ電流が形成されないため磁界を弱めることができる。同様にして領域９８の磁界を弱めるために線路ａに線路ｂと同じ方向の電流を流す。それには電流駆動回路９４をアクティブとすればよい。これにより領域９８にはループ電流が形成されないため磁界を弱めることができる。また同時に領域３００及び領域３０３の磁界も弱めることができる。同様にして領域３０４の磁界を弱めるために線路Ｄに線路Ｃと同じ方向の電流を流す。それには電流駆動回路９６をアクティブとすればよい。これにより領域３０４にはループ電流が形成されないため磁界を弱めることができる。また同時に領域３０５の磁界も弱めることができる。更に、領域３０５の磁界を弱めるために線路ｄに線路ｃと同じ方向の電流を流す。それには電流駆動回路９０をアクティブとすればよい。これにより領域３０５にはループ電流が形成されないため磁界を弱めることができる。また同時に領域３０２及び領域９６の磁界も弱めることができる。
この結果、読み取るべきＩＣタグがある領域３０１にはループ電流が形成され、それ以外の周辺の領域はループ電流が形成されないため、領域３０１の磁界は強いが、それ以外の領域の磁界を弱めることができる。これにより、ループアンテナ９には領域３０１にある読み取るべきＩＣタグの情報を正確に読み取ることができる。
図８（ｂ）は強い磁界を形成する領域を移動した場合の、電流の向きを制御する図である。この図では、読み取るべきＩＣタグがある領域３０１から領域９７に移動する場合について説明する。まず領域９７の磁界を形成するために線路Ｂに接続されている電流駆動回路９３（図８（ａ）参照）をフローティング状態にし、同時に電流駆動回路９９をアクティブにする。これにより、線路Ｂの電流の向きが逆転して領域９７にはループ電流が形成され、強い磁界が発生する。また、この結果、領域３０１はループ電流が形成されなくなり、領域３０１の磁界を弱めることができる。
このようにＩＣタグに対して電力用搬送波を伝播させる位置に構成される特定の線路群に流れる各電流の向きが互いにループを形成するようにした場合、そのループの周辺にも不要な磁界が発生する。そこで本実施形態では、不要な磁界を抑制するため、特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、電流ループを形成しないようにして磁界を打ち消し合う方向に電流を流すものである。

図９は本発明の一実施形態に係るリーダライタシステムの構成図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このリーダライタシステム４００は、マトリックス状に構成された合成アンテナ３５０と、合成アンテナ３５０を介して図示しないＩＣタグ（非接触情報記録媒体）への電力用搬送波の伝播を行う送信機１１０と、ＩＣタグからのデータの受信を仲介するループコイル９と、ループコイル９を介して、ＩＣタグとの間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機１００と、受信機１００と送信機１１０を制御するＰＣ（制御手段）５０とを備えて構成される。また合成アンテナ３５０は、マトリックス状に構成された線路群３１３と、各線路群に流す電流を駆動する電流駆動回路３１０、３１１、３１２、３１４により構成される。

次に本実施形態に係るリーダライタシステムの概略動作について説明する。例えば、線路群３１３の領域Ａの情報を読み取る場合、ＰＣ５０は送信機１１０に対して領域Ａのマトリックスに電流ループが形成されるように電流駆動回路３１０、３１１、３１２、３１４のゲート信号を制御する。当然このとき図８で説明した通り領域Ａの周辺の領域には磁界が発生しにように各線路が制御される。そして電流の向きが決定すると、電流をＩＣタグと交信可能な信号に変調する。これにより、領域Ａに近接したＩＣタグが駆動され、ＩＣタグに記録されている情報がループコイル９から読み取られて受信機１００に入力される。尚、本実施形態ではループコイル９を１つとしたが、複数のループコイルに分割しても構わない。
以上の通り本発明によれば、ＰＣ５０は、少なくとも独立した２本の線路により構成したループに流れる電流の向きが同一方向になるように電流駆動回路を制御するので、複数の線路に流れる電流の向きにより、単一線路のループと等価な磁界を形成することができる。
また、各線路に流す電流を交信可能な信号に変調するので、合成アンテナを送信アンテナとして機能することができる。
また、ＩＣタグに電力用搬送波を伝播させる場合、その位置にある特定の線路群に流れる各電流の向きが互いに電流ループを形成するように制御するので、マトリックス上の特定の領域に磁界を形成することができる。
また、特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、電流ループを形成しないようにして磁界を打ち消し合う方向に電流を流すので、特定の領域以外の磁界を弱めて特定の領域の磁界のＳ／Ｎを改善することができる。
また、合成アンテナと、この合成アンテナ３５０を介してＩＣタグに信号を送信する送信機１１０と、ＩＣタグに記録された情報を読み取るための信号を仲介するループコイル９と、ＩＣタグとの間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機１００と、を備えてリーダライタシステム４００を構成するので、ループコイル９を切り換える手段が不要となり、回路構成が簡単なシステムを構築することができる。
また、ループコイル９を複数の合成アンテナに対して少なくとも１つ備えるので、複数のＩＣタグの情報の読み取りを１つのループアンテナで共有することができる。

本発明のＩＣカード若しくはＩＣタグ（非接触情報記録媒体）用受信機の構成を示すブロック図である。本発明のＩＣカード若しくはＩＣタグ（非接触情報記録媒体）用送信機の構成を示すブロック図である。ＩＣカード若しくはＩＣタグの構成を示すブロック図である。本発明の合成アンテナの原理を説明する図である。本発明の合成アンテナの線路に流す電流の向きを変更する原理を説明する図である。本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の磁界の生成方法を説明する図である。本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の各線路に流す電流の駆動回路の一例を示す図である。本発明の合成アンテナをマトリックス状に構成した場合の各線路に流す電流の制御方法を示す図である。本発明の一実施形態に係るリーダライタシステムの構成図である。従来方式によるループアンテナ切り替え装置の図である。従来方式によるループアンテナ切り替え装置の他の図である。

符号の説明

９ループコイル、５０ＰＣ、１００受信機、１１０送信機、３１３線路群、３１０、３１１、３１２、３１４電流駆動回路、３５０合成アンテナ、４００リーダライタシステム

Claims

非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を仲介する合成アンテナであって、少なくとも２本の独立した線路により構成したループと、当該ループを構成する各線路に個別に電流を供給する電流供給手段と、該電流供給手段により供給される電流の向きを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ループを構成する各線路のうち、対向する線路に流れる電流の向きを互いに反対方向となるように前記電流供給手段を制御することを特徴とする合成アンテナ。
前記制御手段は、前記各線路に流す電流を前記非接触情報記録媒体と交信可能な信号に変調することを特徴とする請求項１に記載の合成アンテナ。
非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を仲介する合成アンテナであって、複数の線路が交差するように構成したマトリックスと、該マトリックスを構成する各線路に電流を供給する電流供給手段と、該電流供給手段による電流の向きを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記マトリックスを構成する各線路のうち、対向する線路に流れる電流の向きを互いに反対方向となるように前記電流供給手段を制御することを特徴とする合成アンテナ。
前記制御手段は、前記非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を行なう特定の線路群以外の各線路に流れる電流の向きが、ループを形成しないように前記電流供給手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の合成アンテナ。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の合成アンテナと、該合成アンテナを介して非接触情報記録媒体への電力用搬送波の伝播を行う送信機と、前記非接触情報記録媒体からのデータの受信を仲介するループコイルと、該ループコイルを介して前記非接触情報記録媒体との間で所定の変復調方式に基づくデータの授受を行う受信機と、前記送信機及び受信機の処理を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするリーダライタシステム。
前記ループコイルを複数の前記合成アンテナに対して少なくとも１つ備えることを特徴とする請求項５に記載のリーダライタシステム。