JP5638297B2 - リーダライタアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、リーダライタアンテナに関し、さらに詳しくは、ホルダ内に収納された書類に付されたＲＦＩＤタグの情報を読み書きするリーダライタアンテナに関するものである。

従来から、ホルダ内に複数の書類を積層して収納した場合に、各書類毎に識別情報などを記録したＲＦＩＤタグを付しておき、当該ホルダの外部から、収納されている書類の情報を読み書きするリーダライタが実用化されている。
図６は一例としての従来のリーダライタに装備されるリーダライタアンテナに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向を示す図である。図６では基板を省略してアンテナパターンのみを記している。リーダライタアンテナ６６の電流は、リーダライタ６２からａ〜ｊのルートで流れる。その結果、位置ｄにおける電流の方向と、位置ｇにおける電流の方向が逆方向となる。即ち、リーダライタアンテナ６６ではパターンのクロス部分は発生しないが、パターン７０により生成される磁力線６８と、パターン７１により生成される磁力線６９の方向が逆方向となり、互いに磁界を打ち消し合ってしまい、効率的にＲＦＩＤタグの情報を読み取ることができない可能性がある。

そこで、図７（ａ）、（ｂ）のように、パターンにクロス部分Ｐは存在するが、対向するパターンの電流の方向を同一にして、その電流によって生成される磁力線の方向も同一にすることにより、磁界を増強することができるリーダライタアンテナが考えられる。図７（ａ）はリーダライタ６２から見たパターンが直列に形成され、図７（ｂ）はリーダライタ６２から見たパターンが並列に形成されている。即ち、図７（ａ）において、リーダライタアンテナ６０の電流は、リーダライタ６２からａ〜ｊのルートで電流が流れる結果、位置ｃにおける電流の方向と、位置ｇにおける電流の方向が同一となり、パターン６５により生成される磁力線と、パターン６４により生成される磁力線の方向が同一となって合成されて磁力線６７となる。
また、図７（ｂ）において、リーダライタアンテナ６１の電流は、リーダライタ６２からａ〜ｆのルートで電流が流れる結果、位置ｃにおける電流の方向と、位置Ｃにおける電流の方向が同一となり、パターン６５により生成される磁力線と、パターン６４により生成される磁力線の方向が同一となって合成されて磁力線６７となる。しかし、リーダライタアンテナ６０と６１は、共にパターンがＰ点でクロスするため、フレキシブル基板上にパターンを形成するときに、Ｐ点でスルーホールを設けて両面パターンとしなければならず、基板のコストが高くなるといった問題がある。

従来技術として特許文献１乃至３には、アンテナパターン面に対して垂直方向のＲＦＩＤタグの情報を読み取る際、垂直方向のＲＦＩＤタグと直交する磁束を作って読取る構成について開示されている。また、特許文献４には、物品に向かって左右に移動しながらＲＦＩＤタグの情報を読み取るリーダライタについて開示されている。

特開２００６−２５３６３公報 特開２００７−４３５３５公報 特開２００８−５３６６公報 特開２００９−２２３３９７公報

しかしながら、特許文献１乃至３に開示されている従来技術は、アンテナパターンが複雑となるためアンテナのコストが高くなり、且つ放射伝達効率が低下してしまうといった問題がある。また、特許文献４に開示されている従来技術は、操作者によって識別精度や作業時間にバラツキが発生するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、対向配置する２つのアンテナを別体として構成し、一方のアンテナにアクティブコイルと給電部を設け、他方のアンテナに非アクティブコイルと電磁結合部を設け、リーダライタから給電部に信号を給電して、電磁結合部で電磁結合してアクティブコイルと非アクティブコイルに同相の電流を流すことにより、夫々のコイルにより生成される磁力線を合成して磁界を増強することができるリーダライタアンテナを提供することを目的とする。

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に記録されている情報を読み書きするリーダライタから給電された電流により磁界を発生するアクティブコイル、及び該アクティブコイルと直列接続された給電部を有するアクティブアンテナと、前記給電部と電磁結合する電磁結合部、及び該電磁結合部と直列接続され該電磁結合部から給電された電流により磁界を発生する非アクティブコイルを有する非アクティブアンテナと、を備え、前記アクティブコイルと前記非アクティブコイルとの間に前記非接触情報記録媒体を介在した状態で前記リーダライタから前記給電部に給電されたときに、前記アクティブコイル及び前記非アクティブコイルに流れる電流の向きが同一方向となるように配置することを特徴とする。
対向配置されたコイルに同一方向に電流を流す場合は、電流の起点から逆方向に分岐する電流を流す必要がある。そこで本発明では、アクティブコイルと給電部を直列接続したアクティブアンテナと、非アクティブコイルと電磁結合部を直列接続した非アクティブアンテナを備え、給電部と電磁結合部を対向配置して電磁結合させる。その結果、給電部の電流方向と電磁結合部の電流方向が逆方向となり、それらに直列接続されたアクティブコイルと非アクティブコイルには同一方向に電流が流れる。これにより、アクティブコイルと非アクティブコイルにより生成される磁界を合成して増強することができる。

請求項２は、前記給電部は、前記リーダライタの出力端子と接続する給電端子を備え、該給電部を前記電磁結合部に対して並行に対向配置したことを特徴とする。
リーダライタには非接触情報記録媒体のループアンテナを介して磁界を伝達するためのアンテナを接続する出力端子がある。そのアンテナは、本発明ではアクティブアンテナである。そこで本発明では、アクティブアンテナにリーダライタの出力端子と接続するための給電端子を備え、給電部を電磁結合部に対して並行に対向配置する。これにより、給電部から発生した磁界により電磁結合部に磁界が誘起されて非アクティブコイルに電流を流すことができる。
請求項３は、前記給電部は、前記リーダライタの出力端子に設けたループ状の給電コイルと電磁結合する給電結合部を備え、前記給電結合部を前記給電コイルに対して並行に対向配置することを特徴とする。
アクティブアンテナがリーダライタの出力端子と直接接続されていると、アクティブアンテナを交換したり、その位置を移動するときにリーダライタからアクティブアンテナを外さなければならず、作業が煩わしい。そこで本発明では、リーダライタの出力端子にループ状の給電コイルを設け、この給電コイルと電磁結合する給電結合部をアクティブアンテナに備え、給電結合部を給電コイルに対して並行に対向配置する。これにより、アクティブアンテナとリーダライタとの接続が非接触となり、且つアクティブアンテナを備えたホルダの移動が容易となる。

請求項４は、前記アクティブコイルと前記給電部との接続点、並びに前記非アクティブコイルと前記電磁結合部との接続点の配線間隔を、前記アクティブコイル及び前記非アクティブコイルの配線間隔よりも狭く構成したことを特徴とする。
電磁結合するには磁界の磁束が有効に他方のコイルを通過する必要がある。そのためには、コイルの切れ目が可能な限り少なく、且つ小さいことが好ましい。そこで本発明では、アクティブコイルと給電部との接続点、並びに非アクティブコイルと電磁結合部との接続点の配線間隔を、アクティブコイル及び非アクティブコイルの配線間隔より狭く構成する。これにより、電磁結合に有効な磁束を増加させることができる。
請求項５は、前記アクティブアンテナ及び前記非アクティブアンテナをフレキシブル基板上に形成したことを特徴とする。
アクティブアンテナ及び非アクティブアンテナは、ホルダを挟み込むように配置するため、各アンテナを構成する基板は柔軟性がある材質により構成されることが好ましい。そこで本発明では、アクティブアンテナ及び非アクティブアンテナをフレキシブル基板上に形成した。これにより、アンテナを配置する場所、或いは形状により適宜対応が可能となる。

請求項６は、前記アクティブアンテナと前記非アクティブアンテナからなるアンテナユニットを複数並列に備えたアンテナユニット群と、該アンテナユニット群の夫々の前記給電結合部と電磁結合するために対向配置された共通給電コイルと、該共通給電コイルに給電するリーダライタと、を備え、前記リーダライタは、前記共通給電コイルに給電することにより、前記複数の給電結合部を介して各前記アンテナユニットに介在する非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きすることを特徴とする。
１つのホルダにはアンテナユニットが備えられ、ホルダの背面には給電結合部がある。このようなホルダが複数ある場合、１つのリーダライタの給電コイルと給電結合部を電磁結合してホルダ内のＲＦＩＤタグ情報を読み取ることは可能であるが、ホルダが多数存在する場合、処理に多大の時間を要して非効率的である。そこで本発明では、アンテナユニット群の夫々の給電結合部と電磁結合するために対向配置された共通給電コイルを備える。これにより、多数のアンテナユニットから同時にＲＦＩＤタグに記録されている情報を読み取ることができる。

本発明によれば、アクティブコイルと給電部を直列接続したアクティブアンテナと、非アクティブコイルと電磁結合部を直列接続した非アクティブアンテナを備え、給電部と電磁結合部を対向配置して電磁結合させるので、アクティブコイルと非アクティブコイルにより生成される磁界を合成して増強することができる。
また、アクティブアンテナにリーダライタの出力端子と接続するための給電端子を備え、給電部を電磁結合部に対して並行に対向配置するので、給電部から発生した磁界により電磁結合部に磁界が誘起されて非アクティブコイルに電流を流すことができる。
また、リーダライタの出力端子にループ状の給電コイルを設け、この給電コイルと電磁結合する給電結合部をアクティブアンテナに備え、給電結合部を給電コイルに対して並行に対向配置するので、アクティブアンテナとリーダライタとの接続が非接触となり、且つアクティブアンテナを備えたホルダの移動が容易となる。
また、アクティブコイルと給電部との接続点、並びに非アクティブコイルと電磁結合部との接続点の配線間隔を、アクティブコイル及び非アクティブコイルの配線間隔より狭く構成するので、電磁結合に有効な磁束を増加させることができる。
また、アクティブアンテナ及び非アクティブアンテナをフレキシブル基板上に形成したので、アンテナを配置する場所、或いは形状により適宜対応が可能となる。
また、アンテナユニット群の夫々の給電結合部と電磁結合するために対向配置された共通給電コイルを備えるので、多数のアンテナユニットから同時にＲＦＩＤタグに記録されている情報を読み取ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るリーダライタアンテナに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブアンテナと非アクティブアンテナのパターンを形成したフレキシブル基板をホルダに取り付ける手順を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナユニットに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るリーダライタアンテナを備えた複数のホルダを１つのリーダライタにより読み書きする構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るリーダライタアンテナによりホルダに収納された書類の情報を読み書きする構成を示す図である。 従来のリーダライタアンテナに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向（クロス部分がない例）を示す図である。 従来のリーダライタアンテナに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向（クロス部分がある例）を示す図である。

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は本発明の第１の実施形態に係るリーダライタアンテナに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向を示す図である。図では基板を省略してアンテナパターンのみを記している。本実施形態に係るリーダライタアンテナ５０は、ＲＦＩＤタグ（非接触情報記録媒体）２に記録されている情報を読み書きするリーダライタ３から給電された電流により磁界を発生するアクティブコイル１、及びアクティブコイル１と直列接続された給電部４ａを有するアクティブアンテナ７と、給電部４ａと電磁結合する電磁結合部４ｂ、及び電磁結合部４ｂと直列接続され電磁結合部４ｂから給電された電流により磁界を発生する非アクティブコイル５を有する非アクティブアンテナ８と、を備え、アクティブコイル１と非アクティブコイル５との間にＲＦＩＤタグ２を介在した状態で給電部４ａから給電されたときに、アクティブコイル１及び非アクティブコイル５に流れる電流の向きが同一方向となるように配置する。

図１において、リーダライタアンテナ５０のアクティブアンテナ１の電流は、リーダライタ３から給電部４ａのａ−ｂ−ｃ−ｄのルートで電流が流れ、更にアクティブコイル１のｅ−ｆ−ｇ−ｈのルートで電流が流れ、最後に給電部４ａのｉ−ｊと流れてリーダライタ３に戻る。また、リーダライタアンテナ５０の非アクティブアンテナ５の電流は、給電部４ａにａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｉ−ｊと電流が流れることにより、給電部４ａと対向配置された電磁結合部４ｂに磁界が起電され、電磁結合部４ｂのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄのルートで電流が流れ、更に非アクティブコイル５のＥ−Ｆ−Ｇのルートで電流が流れ、最後に電磁結合部４ｂのＨ−Ａと流れてループを形成する。その結果、アクティブアンテナ１の位置ｆにおける電流の方向と、非アクティブアンテナ５の位置Ｅにおける電流の方向が同一となり、アクティブアンテナ１により生成される磁力線と、非アクティブアンテナ５により生成される磁力線の方向が同一となって合成されて磁力線６となる。

即ち、対向配置されたアクティブコイル１と非アクティブコイル５に同一方向に電流を流す場合は、電流の起点（給電部４ａ）から逆方向に分岐する電流を流す必要がある。そこで本実施形態では、アクティブコイル１と給電部４ａを直列接続したアクティブアンテナ７と、非アクティブコイル５と電磁結合部４ｂを直列接続した非アクティブアンテナ８を備え、給電部４ａと電磁結合部４ｂを対向配置して電磁結合させる。その結果、給電部４ａの電流方向（ａ−ｊ）と電磁結合部４ｂの電流方向（Ａ−Ｈ）が逆方向となり、それらに直列接続されたアクティブコイル１と非アクティブコイル５には同一方向に電流が流れる。これにより、アクティブコイル１と非アクティブコイル５により生成される磁界を合成して増強することができる。
また、給電部４ａは、リーダライタ３の出力端子１０と接続する給電端子９を備え、給電部４ａを電磁結合部４ｂに対して並行に対向配置する。即ち、リーダライタ３にはＲＦＩＤタグ２の図示しないループアンテナを介して磁界を伝達するためのアンテナを接続する出力端子１０がある。そのアンテナは、本実施形態ではアクティブアンテナ７である。そこで本実施形態では、アクティブアンテナ７にリーダライタ３の出力端子１０と接続するための給電端子９を備え、給電部４ａを電磁結合部４ｂに対して並行に対向配置する。これにより、給電部４ａから発生した磁界により電磁結合部４ｂに磁界が誘起されて非アクティブコイル５に電流を流すことができる。

図２は本発明の第２の実施形態に係るアクティブアンテナと非アクティブアンテナのパターンを形成したフレキシブル基板（以下、単に基板と呼ぶ）をホルダに取り付ける手順を示す図である。アクティブアンテナのパターンを形成した基板１１は、ＲＦＩＤタグ２に記録されている情報を読み書きするリーダライタ３から給電された電流により磁界を発生するアクティブコイル１と、アクティブコイル１と直列接続された給電部４ａと、リーダライタ３の出力端子１０に設けたループ状の給電コイル１５（図３参照）と電磁結合する給電結合部１３と、を備えて構成され、非アクティブアンテナを形成した基板１４は、電磁結合部４ｂと直列接続され電磁結合部４ｂから給電された電流により磁界を発生する非アクティブコイル５を備えて構成されている。尚、基板１１と基板１４により構成されるアンテナを便宜上アンテナユニットと呼ぶ。

これらのアンテナユニットをホルダ１２に取り付けるためには、基板１１のＡ−Ａ線から略直角に折り曲げて、給電部４ａがホルダ１２の背表紙にくるように貼り付ける。その結果、アクティブコイル１は、ホルダ１２の側面に密着するので、その状態で基板１１を貼り付ける。次に、基板１４のＢ−Ｂ線から略直角に折り曲げて、電磁結合部４ｂを給電部４ａと対向配置して重ねて貼り付ける。その結果、非アクティブコイル５は、ホルダ１２の反対側の側面に密着するので、その状態で基板１４を貼り付ける。
アクティブアンテナ（基板１１）及び非アクティブアンテナ（基板１４）は、ホルダ１２を挟み込むように配置するため、各アンテナを構成する基板は柔軟性がある材質により構成されることが好ましい。そこで本実施形態では、アクティブアンテナ及び非アクティブアンテナをフレキシブル基板上に形成した。これにより、アンテナを配置する場所、或いは形状により適宜対応が可能となる。

図３は本発明の第２の実施形態に係るアンテナユニットに流れる電流と、この電流により発生した磁力線の方向を示す図である。図では基板を省略してアンテナパターンのみを記している。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。本実施形態に係るアンテナユニット５１が図１と異なる点は、給電部４ａに、リーダライタ３の出力端子１０にループ状の給電コイル１５を接続し、この給電コイル１５と電磁結合する給電結合部１３をアクティブアンテナ７側に備え、給電結合部１３を給電コイル１５に対して並行に対向配置した点である。即ち、アクティブアンテナ７がリーダライタ３の出力端子１０と直接接続されていると、アクティブアンテナ７を交換したり、その位置を移動するときにリーダライタ３からアクティブアンテナ７を外さなければならず、作業が煩わしい。そこで本実施形態では、リーダライタ３の出力端子１０にループ状の給電コイル１５を設け、この給電コイル１５と電磁結合する給電結合部１３をアクティブアンテナ７に備え、給電結合部１３を給電コイル１５に対して並行に対向配置する。これにより、アクティブアンテナ７とリーダライタ３との接続が非接触となり、且つアクティブアンテナ７を備えたホルダ１２の移動が容易となる。

図４は本発明の第２の実施形態に係るリーダライタアンテナを備えた複数のホルダを１つのリーダライタにより読み書きする構成を示す図である。この構成においては、アクティブアンテナ７と非アクティブアンテナ８からなるアンテナユニット５１を複数並列に備えたアンテナユニット群５２と、アンテナユニット群５２の夫々の給電結合部１３と電磁結合するために対向配置された共通給電コイル１７と、共通給電コイル１７に給電するリーダライタ３と、を備え、リーダライタ３は、共通給電コイル１７に給電することにより、複数の給電結合部１３を介して各アンテナユニット５１に介在するＲＦＩＤタグに記録された情報を読み書きする。
即ち、各ホルダ１２にはアンテナユニット５１が備えられ、ホルダ１２の背面（背表紙）には給電結合部１３がある。このようなホルダが複数（１２ａ〜１２ｅ）ある場合、１つのリーダライタ３の給電コイル１５と給電結合部１３を電磁結合してホルダ内のＲＦＩＤタグ情報を読み取ることは可能であるが、ホルダが多数存在する場合、処理に多大の時間を要して非効率的である。そこで本実施形態では、アンテナユニット群５２の夫々の給電結合部１３と電磁結合するために対向配置された共通給電コイル１７を備える。これにより、多数のアンテナユニット５１から同時にＲＦＩＤタグに記録されている情報を読み取ることができる。

図５は本発明の第３の実施形態に係るリーダライタアンテナによりホルダに収納された書類の情報を読み書きする構成を示す図である。図５（ａ）は説明の比較のために、従来のリーダライタにより書類に貼付されたＲＦＩＤタグの情報を読み取る図であり、図５（ｂ）は、本発明のリーダライタアンテナによりホルダに収納された書類に貼付されたＲＦＩＤタグの情報を読み取る図である。従来は、図５（ａ）のように、書類１６に貼付されたＲＦＩＤタグの情報を読むために、書類１６をホルダ１２から外して、リーダライタ３に近接していた。しかし、一旦ホルダ１２に収納した書類の情報をホルダ１２の外から読み取るのは困難であった。そこで、リーダライタ３と電磁結合する受電部２１をケーブル２２を介して２つのリーダライタアンテナ２３と２４と接続し、ホルダ１２に収容された書類の情報を読み書きする場合は、リーダライタアンテナ２３と２４をホルダ１２を挟むように設置し、受電部２１をリーダライタ３のループアンテナと電磁結合させる。尚、リーダライタアンテナ２３と２４は、電流の方向が同一となるように、受電部２１とケーブルにより接続されている。

１ アクティブコイル、２ ＲＦＩＤタグ、３ リーダライタ、４ａ 給電部、４ｂ 電磁結合部、５ 非アクティブコイル、６ 磁力線、７ アクティブアンテナ、８ 非アクティブアンテナ、９ 給電端子、１０ 出力端子、１１、１４ 基板、１２ ホルダ、１３ 給電結合部、１５ 給電コイル、１６ 書類、１７ 共通給電コイル、２０ 背表紙、２１ 受電部、２２ ケーブル、２３、２４ リーダライタアンテナ、２５ 磁力線、５０ リーダライタアンテナ、５１ アンテナユニット、５２ アンテナユニット群

Claims (6)

1. 非接触情報記録媒体に記録されている情報を読み書きするリーダライタから給電された電流により磁界を発生するアクティブコイル、及び該アクティブコイルと直列接続された給電部を有するアクティブアンテナと、
   前記給電部と電磁結合する電磁結合部、及び該電磁結合部と直列接続され該電磁結合部から給電された電流により磁界を発生する非アクティブコイルを有する非アクティブアンテナと、を備え、
   前記アクティブコイルと前記非アクティブコイルとの間に前記非接触情報記録媒体を介在した状態で前記リーダライタから前記給電部に給電されたときに、前記アクティブコイル及び前記非アクティブコイルに流れる電流の向きが同一方向となるように配置することを特徴とするリーダライタアンテナ。
2. 前記給電部は、前記リーダライタの出力端子と接続する給電端子を備え、該給電部を前記電磁結合部に対して並行に対向配置したことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタアンテナ。
3. 前記給電部は、前記リーダライタの出力端子に設けたループ状の給電コイルと電磁結合する給電結合部を備え、前記給電結合部を前記給電コイルに対して並行に対向配置したことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタアンテナ。
4. 前記アクティブコイルと前記給電部との接続点、並びに前記非アクティブコイルと前記電磁結合部との接続点の配線間隔を、前記アクティブコイル及び前記非アクティブコイルの配線間隔よりも狭く構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のリーダライタアンテナ。
5. 前記アクティブアンテナ及び前記非アクティブアンテナをフレキシブル基板上に形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のリーダライタアンテナ。
6. 前記アクティブアンテナと前記非アクティブアンテナからなるアンテナユニットを複数並列に備えたアンテナユニット群と、
   該アンテナユニット群の夫々の前記給電結合部と電磁結合するために対向配置された共通給電コイルと、
   該共通給電コイルに給電するリーダライタと、を備え、
   前記リーダライタは、前記共通給電コイルに給電することにより、前記複数の給電結合部を介して各前記アンテナユニットに介在する非接触情報記録媒体に記録された情報を読み書きすることを特徴とする請求項３に記載のリーダライタアンテナ。

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