JP4873158B2

JP4873158B2 - Ｒｆｉｄリーダ装置

Info

Publication number: JP4873158B2
Application number: JP2007020472A
Authority: JP
Inventors: 嶺斉藤; 雅樹野本; 信一郎乾
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008186327A

Description

本発明は、ＩＣチップを内蔵したカード型タグ等に対して非接触でデータの読み取り等を行うことを特徴とするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）リーダ装置に関する。

近年、微小な無線チップにより人や物を識別すると共に管理するＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)技術が注目されている。このＲＦＩＤ技術では、商品等に貼付したＲＦＩＤタグにデータを記憶させておき、無線によりＲＦＩＤリーダ／ライタ又はリーダで交信することで商品等の識別及び情報を自動的に認識して管理するものである。このＲＦＩＤ技術は、製造、販売、物流又は貸与サービス等において、ＲＦＩＤタグを取り付けた物や人などの所在やＩＤ等の情報を検出してその移動等を管理することに広く採用されつつある。

例えば、特許文献１には、円形状コイルのループアンテナを用いた非接触カード認証システムが提案されている。この円形状のループアンテナは、印刷回路基板上に銅メッキされたもので、一対のアンテナ端子が同一箇所に延ばされて設けられている。また、特許文献２には、方形状のループアンテナを有した持ち運び可能なカード状のリーダ又はリーダ／ライタが提案されている。この方形状のループアンテナは、基板上に導体をパターン形成したものであり、一対のアンテナ端子が同一箇所に延ばされて設けられている。

特開２００２−３２４２１５号公報特開２００５−１３４９４２号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
例えば、ＲＦＩＤタグが、外形に沿った方形状のタグ側アンテナ部を有し互いの面同士を隣接させて並んだ複数のカード型タグの場合、上記特許文献１に記載の技術のように、円形状のループアンテナを用いると、方形状のタグ側アンテナ部の延在方向に対して磁界分布に傾き（磁界強度の変化）が生じることから、読み取り性能が低下してしまう不都合があった。また、特許文献２に記載の技術のように、方形状のループアンテナを用いた場合でも、さらに安定して高い読み取り性能が要望されている。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、例えばカード型タグに対して、さらに安定した高い読み取り性能を有するＲＦＩＤリーダ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。本発明のＲＦＩＤリーダ装置は、電磁誘導又は電磁結合によってＲＦＩＤタグに対して少なくともデータの読み取りを行うＲＦＩＤリーダ装置であって、導線を方形状に巻いたループ本体部と該ループ本体部の一辺側に延在した一対のアンテナ端子部とを有し前記データを受信するループアンテナ部と、前記アンテナ端子部に接続された通信回路部とを備え、一対の前記アンテナ端子部が、前記ループ本体部の幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配されていることを特徴とする。

このＲＦＩＤリーダ装置では、一対のアンテナ端子が、方形状のループ本体部の幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配されているので、アンテナ端子部の変形（交差や傾き）等によるインピーダンスのずれを防ぐと共にループ本体部から発生する磁界への影響を抑制して、従来の円形状ループアンテナや方形状ループアンテナに比べて、ＲＦＩＤタグの読み取り性能が向上する。

また、本発明のＲＦＩＤリーダ装置は、前記導線が金属の単線であることを特徴とする。すなわち、このＲＦＩＤリーダ装置では、導線が銅線等の金属単線であるので、より線に比べて高い剛性によってループアンテナの形状維持が容易であると共に、高い読み取り性能を得ることができる。

また、本発明のＲＦＩＤリーダ装置は、前記導線が、前記ループ本体部の軸線方向に沿って重ねて複数回巻かれていることを特徴とする。すなわち、このＲＦＩＤリーダ装置では、導線がループ本体部の軸線方向に沿って重なって複数回巻かれているので、ループ本体部の開口面に沿って複数回巻かれている場合に比べて、ループ本体部の軸線方向に対してより強い磁界を発生させることができる。

また、本発明のＲＦＩＤリーダ装置は、前記ＲＦＩＤタグが、外形に沿った方形状のタグ側アンテナ部を有し互いの面同士を隣接させて並んだ複数のカード型タグであり、前記ループ本体部の開口面を、前記ＲＦＩＤタグの面に対する平行面にほぼ直交させて前記読み取りを行うことを特徴とする。例えば、図書館等において、本にカード型タグであるＲＦＩＤタグを取り付けて本棚に並べ、ＲＦＩＤタグが互いに面同士を隣接させて並んだ状態とされる場合、本発明のＲＦＩＤリーダ装置では、ループ本体部の開口面をＲＦＩＤタグの面に対する平行面にほぼ直交させて読み取りを行うことで、高い磁場が発生するループ本体部の対向二辺の近傍においてＲＦＩＤタグのタグ側アンテナ部に対して電磁誘導又は電磁結合し易くなる。したがって、ループ本体部の二箇所（対向二辺近傍）で読み取りが可能になって、高い読み取り性能を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、ＲＦＩＤリーダ装置によれば、一対のアンテナ端子が方形状のループ本体部の幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配されているので、アンテナ端子部の変形（交差や傾き）等によるインピーダンスのずれを防ぐと共にループ本体部への影響を抑制して、ＲＦＩＤタグの読み取り性能を向上させることができる。特に、複数のカード型タグが互いの面同士を隣接させて並んだ状態とされている場合に、複数枚の情報を高い精度で読み取ることに可能になる。

以下、本発明に係るＲＦＩＤリーダ装置の一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。

本実施形態のＲＦＩＤリーダ装置１は、図１及び図２に示すように、電磁誘導又は電磁結合によってＲＦＩＤタグＴに対して少なくともデータの読み取りを行うハンディータイプ（可搬型）の装置であり、例えば図書館等において、本にカード型タグであるＲＦＩＤタグＴを取り付けて本棚に並べ、ＲＦＩＤタグＴが互いに面同士を隣接させて並んだ状態で使用されるものである。

このＲＦＩＤリーダ装置１は、装置本体２と、銅線等の導線を方形状に巻いたループ本体部３ａと該ループ本体部３ａの一辺側（短辺側）に延在した一対のアンテナ端子部３ｂとを有しデータを受信するループアンテナ部３と、アンテナ端子部３ｂに接続されデータの送受信に関する演算処理等を行う通信回路部４と、該通信回路部４に接続されデータのデコード処理等を行うデータ処理回路部５と、該データ処理回路部に接続され読み取ったデータ等を表示する液晶表示装置等の表示部６と、読み取ったデータを無線ＬＡＮ等により無線送信する無線アンテナ７及び無線通信回路部８とを備えている。

上記ループアンテナ部３は、電流が供給されてＲＦＩＤタグＴへの給電用の磁場を形成して電力信号を出力する機能を有する。
上記導線は、例えば銅線等の金属の単線であり、この導線が、ループ本体部３ａの軸線方向に沿って重ねて複数回巻かれている。なお、本実施形態では、導線として線径が２ｍｍの銅線を用い、巻き数２回でループ本体部３ａを構成している。
一対のアンテナ端子部３ｂは、ループ本体部３ａの幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配されている。なお、本実施形態では、一対のアンテナ端子部３ｂは、ループ本体部３ａの幅と同じに設定され、ループ本体部３ａの一対の長辺部が延長されたように配されている。

上記通信回路部４には、インピーダンスの整合回路が設けられており、この整合回路にはトリマコンデンサ（図示略）が用いられている。このトリマコンデンサのＱ値は、３０００以上に設定される。なお、このＱ値が、２００のものでは、十分な性能が得られない。
上記通信回路部４、データ処理回路部５及び無線通信回路部８は、装置本体２に格納された基板９に形成されている。なお、これらは、装置本体２に内蔵された電源部（図示略）に接続されて電力が供給されている。

上記ＲＦＩＤタグＴは、例えば、金属層を積層した紙や、ＰＥＴやポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン等の各種材料等の基材１０に、ラミネートしたアルミ箔等の金属箔をフォトエッチングやレジスト印刷後のエッチングにより方形コイル状のタグ側アンテナ部１１を形成し、基材１０に実装したＩＣチップ１２にタグ側アンテナ部１１の両端部を接続することにより形成されている。なお、本実施形態のタグ側アンテナ部１１は、アンテナ幅５４ｍｍ及びアンテナ長さ８６ｍｍのものを用いている。また、ループ本体部３ａの寸法は、ＲＦＩＤタグＴと同等若しくは近いサイズに設定され、本実施形態では、アンテナ幅４０ｍｍ、アンテナ長さ１００ｍｍに設定されている。

なお、本発明で使用する「ＲＦＩＤタグ」は、一般に「非接触ＩＣタグ」、「非接触ＩＣ」、「非接触ＩＣラベル」、「非接触データキャリア」と表現されることもある。
また、このＲＦＩＤタグＴは、ＩＳＯ規格に準拠し、１３．５６ＭＨｚで動作するものであり、ループアンテナ部３及び通信回路部４もこの周波数に適用可能に設定されている。

次に、本実施形態のＲＦＩＤリーダ装置１を用いて実際にＲＦＩＤタグＴのデータ読み取りを行った結果を、図１、図３及び図４を参照して示す。

まず、本実施形態のＲＦＩＤリーダ装置１でＲＦＩＤタグＴの読み取りを行う場合、ループ本体部３ａの開口面をＲＦＩＤタグＴの面に対する平行面にほぼ直交させて所定距離を開けた状態で読み取りを行う。すなわち、図１において、ループ本体部３ａの開口面は、Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向で形成される面に平行とされ、ＲＦＩＤタグＴの面に対する平行面は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ直交するＺ方向に平行とされる。

本実施形態として、図３の（ａ）に示すように、ループ本体部３ａのアンテナ幅と同じ幅で平行に延在した一対のアンテナ端子部３ｂを用いた場合（Parallel)と、比較例として、図３の（ｂ）に示すように、ループ本体部３ａの短辺部中央で交差して斜めに延在した一対のアンテナ端子部３ｂを用いた場合(Cross)とで、導線の線径φを変えて読み取り率を測定した結果を、以下の表１に示す。この結果からわかるように、いずれの線径でも、平行状のアンテナ端子部３ｂを用いた本実施形態の方が、交差したアンテナ端子部を用いた比較例よりも高い読み取り率を実現している。

また、一対のアンテナ端子部３ｂの間隔ｓを、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すように、７０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍ、５ｍｍに変えた場合について、読み取り率を評価した結果を、以下の表２に示す。この評価では、ループ本体部３ａのアンテナ幅を４０ｍｍとした。この結果からわかるように、従来のようにアンテナ端子部３ｂの間隔ｓがアンテナ幅４０ｍｍよりも狭い場合は、間隔ｓが狭いほど読み取り率が低いが、本実施形態のようにアンテナ幅４０ｍｍ以上、すなわちループ本体部３ａの幅以上では９０％以上のほぼ一定の高い読み取り率が実現されている。

また、本実施形態として銅線の単線を導線としたものと、より線を導線としたものとを、それぞれ芯線の径φを変えて読み取り率を測定した結果を、以下の表３に示す。なお、ＲＦＩＤタグＴとの距離ｈは、２５ｍｍとした。この結果からわかるように、単線を導線とした場合は、読み取り率が１００％であるのに対し、より線の場合は、単線よりも読み取り率が低下していることがわかる。

なお、ループ本体部３ａのアンテナ幅ｗ、導線の巻き数Ｎ、ＲＦＩＤタグＴとの距離ｈをそれぞれ変えた場合の読み取り率を、以下の表４に示す。この結果からわかるように、この条件では、ＲＦＩＤタグＴとの距離ｈが２５ｍｍのとき、アンテナ幅ｗが４０ｍｍで巻き数２の場合に最も読み取り率が高くなることがわかる。

このように本実施形態では、一対のアンテナ端子部３ｂが、方形状のループ本体部３ａの幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配されているので、アンテナ端子部３ｂの変形（交差や傾き）等によるインピーダンスのずれを防ぐと共にループ本体部３ａから発生する磁界への影響を抑制して、従来の円形状ループアンテナや方形状ループアンテナに比べて、ＲＦＩＤタグの読み取り性能が向上する。

また、導線が銅線等の金属単線であるので、より線に比べて高い剛性によってループアンテナ部３の形状維持が容易であると共に、高い読み取り性能を得ることができる。さらに、導線がループ本体部３ａの軸線方向に沿って重なって複数回巻かれているので、ループ本体部３ａの開口面に沿って複数回巻かれている場合に比べて、ループ本体部３ａの軸線方向に対してより強い磁界を発生させることができる。

また、ループ本体部３ａの開口面をＲＦＩＤタグＴの面に対する平行面にほぼ直交させて読み取りを行うことで、高い磁場が発生するループ本体部３ａの対向二辺の近傍においてＲＦＩＤタグＴのタグ側アンテナ部１１に対して電磁誘導又は電磁結合し易くなる。したがって、ループ本体部３ａの二箇所（対向二辺近傍）で読み取りが可能になって、高い読み取り性能を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
上記実施形態における技術は、データの読み取り可能なＲＦＩＤリーダ装置に適用しているが、データの読み書きが可能なＲＦＩＤリーダ／ライタ装置にも用いることができる。

本発明に係る一実施形態のＲＦＩＤリーダ装置と共にＲＦＩＤタグを示す概略的な構成図である。本実施形態について、ＲＦＩＤリーダ装置と共にＲＦＩＤタグを示す側面図である。本実施形態について、平行なアンテナ端子部を有する場合（ａ）と交差したアンテナ端子部を有する場合（ｂ）とのループアンテナ部を示す正面図である。本実施形態について、平行なアンテナ端子部の間隔を変えた場合（ａ）〜（ｄ）のループアンテナ部を示す正面図である。

符号の説明

１…ＲＦＩＤリーダ装置、３…ループアンテナ部、３ａ…ループ本体部、３ｂ…アンテナ端子部、４…通信回路部、１１…タグ側アンテナ部、ｓ…アンテナ端子部の間隔、Ｔ…ＲＦＩＤタグ、ｗ…アンテナ幅

Claims

電磁誘導又は電磁結合によってＲＦＩＤタグに対して少なくともデータの読み取りを行うＲＦＩＤリーダ装置であって、
導線を方形状に巻いたループ本体部と該ループ本体部の一辺側に延在した一対のアンテナ端子部とを有し前記データを受信するループアンテナ部と、
前記アンテナ端子部に接続された通信回路部とを備え、
一対の前記アンテナ端子部が、前記ループ本体部の幅以上の間隔でかつ互いに平行に延在して配され、
前記ＲＦＩＤタグが、外形に沿った方形状のタグ側アンテナ部を有し互いの面同士を隣接させて並んだ複数のカード型タグであり、
前記ループ本体部の開口面を、前記ＲＦＩＤタグの面に対する平行面にほぼ直交させて前記読み取りを行い、
前記導線の巻数が、１回又は２回であり、前記ループ本体部の幅が、３０〜４０ｍｍであることを特徴とするＲＦＩＤリーダ装置。
請求項１に記載のＲＦＩＤリーダ装置において、
前記導線が、金属の単線であることを特徴とするＲＦＩＤリーダ装置。
請求項１又は２に記載のＲＦＩＤリーダ装置において、
前記導線が、前記ループ本体部の軸線方向に沿って重ねて複数回巻かれていることを特徴とするＲＦＩＤリーダ装置。