JP4841659B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦタグ（いわゆる、ＲＦＩＤ：Radio Frequency Identification）リーダライタに用いられるアンテナ装置に関し、特に、ＲＦタグとの通信を行うために放射する電波の放射方向を切り替え可能とする技術に関する。

従来、ハンディターミナル内に収納可能な小型のアンテナに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１から特許文献３を参照）。

店舗などで商品（衣類など）の棚卸を行う場合、ＲＦタグが取り付けられた衣類が箱や棚に高密度で詰め込まれた状態で、これらＲＦタグを読み取るために携帯型のＲＦタグリーダライタを使用することがある。このようなＲＦタグリーダライタを用いて、箱や棚の外側から全てのＲＦタグを読み取れることができれば理想的であるが、実際には複数のＲＦタグのアンテナ同士が重なっていたり、ＲＦタグのアンテナに金属等が触れていたりすることが影響して、ＲＦタグの読み取り精度が低下することがある。

このような現状から、衣類が詰め込まれた箱にＲＦタグリーダライタのアンテナを挿入して、当該箱に詰め込まれているＲＦタグをできるだけ多く読み取れるようにしたいという要請がある。

上述のように、ＲＦタグを読み取れる確立を高めるために、箱に詰め込まれた複数の物品に付されたＲＦタグを、ＲＦタグリーダライタを箱に挿入して読み取ろうとすると、アンテナ装置自体の小型化や放射方向の制御を行う必要が生ずる。

しかしながら、パッチアンテナ等を用いることが多いＲＦタグリーダライタは、電波の放射方向が一方向であるのが通常であり、例え商品が詰め込まれた箱にＲＦリーダライタを挿入してＲＦタグの読み取りを行おうとしたとしても、ＲＦタグリーダライタのアンテナの電波放射方向側にある物品のＲＦタグしか読み取ることができない。

上記従来技術により、例えば、２枚のパッチアンテナの地板側を貼り合せて、各パッチアンテナの給電ラインをスイッチで切り替えるといった構成が考えられるが、アンテナ部分の厚みが増してしまいアンテナ装置の薄型化の妨げになるという問題がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成により、装置全体としての薄型化を妨げることなく、ＲＦタグとの通信を行うために放射する電波の放射範囲を切り替えることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第１の導体板と、前記第１の導体板と平行に配置され、少なくとも１つのスロットが形成された第２の導体板と、前記第１の導体板と前記第２の導体板との間に配置され、前記第１の導体板に電力を供給する給電素子と、前記スロットを開閉可能なシャッタと、を備えるアンテナ装置に関する。

また、上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第１の導体板と、前記第１の導体板と平行に配置され、少なくとも１つのスロットが形成された第２の導体板と、前記第１の導体板と前記第２の導体板との間に配置され、前記第１の導体板に電力を供給する給電素子と、前記スロットを開閉可能なシャッタと、を備えるＲＦタグリーダライタに関する。

以上に詳述したように、本発明によれば、簡単な構成により、ＲＦタグとの通信を行うために放射する電波の放射範囲を切り替えることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲの全体構成を示す斜視図である。 アンテナ部１ａがハンドル部１０９に対する「開位置」まで展開されている状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの筐体１１２内の概略構成について説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの筐体１１２内の概略構成について説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの内部構造をｘ軸方向に見た概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの主要構成部品の位置関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの主要構成部品の位置関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの主要構成部品の位置関係を示す図である。 図４の状態から、レバー１１０を用いてシャッタ１０６を開位置までスライドさせ、スロット１０７が開口している状態を示す図である。 スロット１０７を閉じている状態での電波放射パターンを示す図である。 スロット１０７を開いている状態での電波放射パターンを示す図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置を備えるＲＦタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置を備えるＲＦタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置を備えるＲＦタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置を備えるＲＦタグリーダライタの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲの全体構成を示す斜視図である。

本実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲは、商品に付されているＲＦタグを読み取るために使用される。

本実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲは、アンテナを構成する各種素子をプラスチック製の筐体１１２内に収容してなるアンテナ部１ａ（アンテナ装置）と、ユーザがＲＦタグリーダライタＲを持つためのハンドル部１０９と、アンテナ部１ａをハンドル部１０９に対して開閉可能に支持するためのヒンジ部１１１と、レバー１１０と、を備えている。図１では、アンテナ部１ａがハンドル部１０９に対する「閉位置」となっている状態を示している。具体的に、ハンドル部１０９は、一端がアンテナ部１ａにおける端部にヒンジ部１１１により展開可能に支持されており、アンテナ部１ａにおけるスロット（後述）が形成されている側の面に略対向する「閉位置」とアンテナ装置におけるスロットが形成されている側の面から離間する「開位置」との間で開閉可能となっている。

図２は、アンテナ部１ａがハンドル部１０９に対する「開位置」まで展開されている状態を示す斜視図である。

このように、本実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲは、アンテナ部１ａをハンドル部１０９に対して開閉させることにより、ある程度限られたエリアにあるＲＦタグを選択的に読み取る場合に適した電波（放射方向Ａの電波）を照射する「閉位置」と、アンテナ部１ａの両面からの電波放射（放射方向Ａおよび放射方向Ｂの電波）を可能とする「開位置」と、を切り替え可能となっている。

図３および図４は、本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの筐体１１２内の概略構成について説明するための斜視図である。

本実施の形態におけるアンテナ部１ａは、第１の導体板１０１と、第２の導体板１０２と、給電素子１０４と、シャッタ１０６と、を備えている。

第１の導体板１０１は、例えば本実施の形態によるＲＦタグリーダライタをＵＨＦ帯のＲＦタグリーダライタとして機能させたい場合、約１４０ｍｍ×１４０ｍｍの大きさに設定することが好ましい。このようなサイズに設定された第１の導体板１０１は、９５３ＭＨｚ帯で共振する。このとき、第１の導体板１０１は、放射素子として機能する。

また、第１の導体板１０１は、円偏波の電波を放射する放射素子として機能するように、図３に示すように矩形の導体板の対角に摂動素子（切り欠き部）を設けた形状に形成されている。第１の導体板１０１を円偏波用の放射素子として用いるのは、ＲＦタグリーダライタのアンテナは、ＲＦタグの読み取り性能の観点から、一般に円偏波アンテナが好適とされているからである。

第２の導体板１０２は、パッチアンテナの地導体としての役割も有しており、第１の導体板１０１と平行に配置されている。

第２の導体板１０２は、第１の導体板１０１がパッチアンテナとして機能するときの地導体としても機能する。地導体の大きさは、可能な限り大きいことが望ましいが、第１の導体板１０１の大きさが約１４０ｍｍ×１４０ｍｍであることから、ここでは概ね１６０ｍｍ〜３００ｍｍ角に設定している。

また、第２の導体板１０２には、スロットアンテナを構成するためのスロット１０７（長方形の貫通孔）が形成されている。スロット７の全長（スロット長）は、放射すべき所望の電波の周波数の半波長を基本とするが、第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の間隔により調整する必要がある。また、スロット１０７は、第２の導体板１０２との高周波的な導通が維持されている。

給電素子１０４は、第１の導体板１０１と第２の導体板１０２との間に配置され、第１の導体板１０１に電力を供給する。

第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の間には、空気層または誘電体層が充填され、第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の間隔は５ｍｍ〜２０ｍｍに設定される。第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の間隔を大きくすると、アンテナ部１ａの帯域幅が広くなるが、アンテナ部１ａ全体としての厚さが増すため、当該間隔は用途に応じて適切な距離に設定すればよい。

給電素子１０４は、第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の中間付近に配置されており、長方形であるその長さを調整することで、給電点５のインピーダンスを調整することができる。給電素子１０４は、給電点１０５に接続される不図示の同軸コネクタを介してＲＦタグリーダライタＲにおける不図示の無線部から給電される。

図５は、本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの内部構造をｘ軸方向に見た概略構成図である。

第１の導体板１０１および給電素子１０４は、それぞれが、誘電率が１に近い材料Ｈ（例えば、発泡スチロールなど）によって第２の導体板２に支持されている（図５を参照）。もちろん、第１の導体板１０１および給電素子１０４を保持する構造としては、任意の構造を採用することができることは言うまでもない。

シャッタ１０６は、スロット１０７を塞いだ閉位置とスロット１０７を介した電波の放射を遮らない開位置との間で開閉可能な導体板である。具体的に、シャッタ１０６は、スロット１０７全体を覆うことのできる大きさを有し、ガイド部材Ｇによって第２の導体板１０２に沿ってｚ軸方向にスライド可能となっている（図５を参照）。シャッタ１０６は、図１および図２に示すレバー１１０と連結されており、ユーザによるレバー１１０の操作により、ｚ軸方向にスライドする。本実施の形態では、各構成部材の位置関係の理解を容易にするため、図５以外ではガイド部材Ｇを省略して図示している。

図６〜図８は、本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ部１ａの主要構成部品の位置関係を示す図である。

図９は、図４の状態から、レバー１１０を用いてシャッタ１０６を開位置までスライドさせ、スロット１０７が開口している状態を示す図である。

本実施の形態によるＲＦタグリーダライタＲは、シャッタ１０６によりスロット１０７を閉じている状態では、主に放射方向Ａに電波を放射するパッチアンテナとして動作する。すなわち、第１の導体板１０１は放射素子として機能し、第２の導体板１０２は地導体として機能する。このときのｘ−ｙ平面で見た放射パターンは概ね図１０のようになり、０°方向（放射方向Ａ）にメインローブが形成される。

一方、シャッタ１０６によりスロット１０７を閉じていない状態では、第１の導体板１０１が反射板として機能するスロットアンテナとして動作する。ただし、第１の導体板１０１は所望の周波数で共振するため、第１の導体板１０１側からも電波が放射される。つまり、放射パターンは概ね図１１のようになり、０°（放射方向Ａ）と１８０°（放射方向Ｂ）にメインローブが形成される。

したがって、シャッタ１０６によってスロット１０７を閉じている状態においては、アンテナ部１ａの両面からＲＦタグを読み取ることが可能となる。

なお、本実施の形態では、シャッタ１０６は、第２の導体板１０２における、第１の導体板１０１と対向しない側に配置されている。シャッタ１０６は、本来のアンテナの部品としては不要なものであり、このような不要な部品が地導体と放射素子の間に存在すると、アンテナとしての性能に影響を及ぼす可能性がある。したがって、本実施の形態では、シャッタ１０６を上述のような配置としている。

本実施の形態によれば、シャッタ１０６によりスロット１０７を閉じた状態では放射方向Ａに電波が放射されるため、ＲＦタグリーダライタＲは放射方向ＡにあるＲＦタグを読み取ることができる。また、図２のようにＲＦタグリーダライタＲのアンテナ部１ａを開位置まで展開させ、さらにシャッタ１０６によりスロット１０７を開口させると、アンテナ部１ａの両面から電波が放射される。この状態でアンテナ部１ａを商品が詰め込まれた箱等に挿入すると、アンテナ部１ａの両面（放射方向Ａと放射方向Ｂ）からＲＦタグを読み取ることが可能になり、棚卸などを効率的に行うことができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、上述した第１の実施の形態の変形例である。以下、第１の実施の形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分については、同一符号を付し、説明は省略する。

図１２〜図１４は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置を備えるＲＦタグリーダライタについて説明するための図である。本実施の形態によるＲＦタグリーダライタは、第３の導体板１０３をさらに備えている。

第３の導体板１０３は、第１の導体板１０１における、第２の導体板１０２と対向しない側に着脱可能となっている。第３の導体板１０３の外形は、第１の導体板１０１の外形よりも大きく、且つ第２の導電板１０２の外形と同じかそれ以上の大きさに設定されている。

シャッタ１０６によりスロット１０７を開口させ、且つ、図１３および図１４に示すように、第３の導体板１０３を第１の導体板１０１に近接させて配置すると、本実施の形態におけるアンテナ部１ｂはスロットアンテナとして動作する。ここでの第３の導体板１０３の配置方法としては、筐体１１２がプラスチック製であることから、筐体１１２の外面に密着させて配置してもよいし、筐体１１２内部に収容するようにしてもよい。

このときの放射パターンは概ね図１０にて示したパターンを１８０°回転させた形状となり、１８０°方向（スロット７側）にメインローブが形成される。

以上のように、シャッタ１０６を開閉させることにより、アンテナ部１ｂによる電波の放射方向を３通りに切り替えることが可能となる。

（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、上述した各実施の形態の変形例である。以下、上述した各実施の形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分については、同一符号を付し、説明は省略する。図１５は、本発明の第３の実施の形態によるＲＦタグリーダライタの概略構成を示す図である。

本実施の形態によるＲＦタグリーダライタでは、上述の第１および第２の実施の形態とは形状が異なるスロット１０７’を有している。本実施の形態では、装置全体としての薄型化を図るため、第１の導体板１０１と第２の導体板１０２の間隔を狭くするとともに、スロット１０７’の全長（スロット長）を、アンテナ部１ｃから放射する電波の半波長よりも長く設定している。つまり、例えば図１５に示すように、長方形ではなく、屈曲した形状のスロット１０７’を採用する。

以上、上述の各実施の形態では、主に、多数の商品の棚卸をする場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、単数あるいは少数のＲＦタグの読み取りを行う際にも、有効であることは言うまでもない。

具体的には、ＲＦタグリーダライタによるＲＦタグの読み取りを行う際に、アンテナ部の両サイドに読み取り対象となるＲＦタグが存在するような場合、上述の実施の形態による構成を有するＲＦタグリーダライタは効果を奏する。また、ハンドル部の持ち手の形状の関係から、放射方向Ａに放射される電波による読み取りが困難であるような場合（例えば、ＲＦタグリーダライタを挿入しにくい場所でのＲＦタグ読み取りを行う場合など）、上述の実施の形態によるＲＦタグリーダライタであれば、放射方向Ｂに放射される電波によるＲＦタグの読み取りを行うことができる。

また、上述の各実施の形態によれば、第１の導体板１０１が略矩形の外形を有する構成を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、円偏波の電波を放射可能な他の構成として、略円形の外形を有する放射素子を採用したり、略矩形の外形を有する放射素子に対して２点給電を行ったりすることによっても、円偏波アンテナとしての機能を実現することができる。

このように、上述の各実施の形態によれば、地導体として機能する第２の導体板１０２に形成したスロットをシャッタ１０６により開閉することで、平面アンテナの電波放射方向を切り替えることができ、アンテナの裏側（第２の導体板側）にあるＲＦタグも同時に読み取ることが可能となる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１ａ，１ｂ，１ｃ アンテナ部、１０１ 第１の導体板、１０２ 第２の導体板、１０４ 給電素子、１０６ シャッタ、１０７，１０７’ スロット。

特開２００８−２３６０４６号公報 特開２００８−３０６４９５号公報 特開２００９−８９４２８号公報

Claims (7)

1. 第１の導体板と、
   前記第１の導体板と平行に配置され、少なくとも１つのスロットが形成された第２の導体板と、
   前記第１の導体板と前記第２の導体板との間に配置され、前記第１の導体板に電力を供給する給電素子と、
   前記スロットを開閉可能なシャッタと、
   を備えるアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記第１の導体板は、摂動素子を有する円偏波用の放射素子であるアンテナ装置。
3. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記スロットのスロット長は、放射すべき電波の半波長よりも長く設定されているアンテナ装置。
4. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記シャッタは、前記第２の導体板における、前記第１の導体板と対向しない側に配置されているアンテナ装置。
5. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記第１の導体板における、前記第２の導体板と対向しない側に着脱可能な第３の導体板をさらに備えるアンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置において、
   前記第３の導体板の外形は、前記第１の導体板の外形よりも大きく、且つ前記第２の導電板の外形以上の大きさであるアンテナ装置。
7. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   一端が前記アンテナ装置における端部に展開可能に支持されており、前記アンテナ装置における前記スロットが形成されている側の面に略対向する閉位置と前記アンテナ装置における前記スロットが形成されている側の面から離間する開位置との間で開閉可能なハンドル部をさらに備えるアンテナ装置。

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