JP6136804B2 - Ｒｆｉｄ読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ読取装置に関するものである。

従来、アンテナを介して送受信される電波を媒介としてＲＦＩＤタグを読み取るＲＦＩＤ読取装置に関する技術として、下記特許文献１に示す携帯通信端末が知られている。この携帯通信端末は、非接触型コイルアンテナの通信性能の向上と全体の小型化・薄型化との両立を図るため、非接触型コイルアンテナを覆うシート状の軟磁性体電波吸収体が、筐体の内面上に配置されるシート状のフレキシブル基材上に固定されている。これにより、電子部品を構成するシールドケースや金属部品や金属体や基板と非接触型コイルアンテナとの電磁結合が軟磁性体電波吸収体により防止され、非接触型コイルアンテナの通信性能の向上を図っている。

特開２００４−１５３４６３号公報

しかしながら、近年では、無線通信時の読取精度の向上や通信距離の広範囲化など、アンテナの更なる高利得化が望まれており、単に軟磁性体電波吸収体によりアンテナを覆う構造だけでは、アンテナの高利得化に関して不十分となる場合がある。また、上記特許文献１のように、別途、軟磁性体電波吸収体を設ける場合には、製造コストが増大するだけでなく、設置場所によっては更なる小型化を阻害する要因となってしまうという問題も生じてしまう。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、アンテナの高利得化を図り得るＲＦＩＤ読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、アンテナ（３２）を介して送受信される電波を媒介としてＲＦＩＤタグ（５０）を読み取るＲＦＩＤ読取装置（１０）であって、ＲＦＩＤモジュール基板（３１）と、グランドが設けられる他の基板（２０，２０ａ）と、前記ＲＦＩＤモジュール基板のグランドと前記アンテナのグランドとを接続するグランド線（３３）と、前記ＲＦＩＤモジュール基板、前記他の基板および前記グランド線を収容する筐体（１１）と、を備え、前記グランド線は、少なくとも一部（３３ａ）が前記ＲＦＩＤモジュール基板より外にはみ出し、且つ、前記他の基板に対して沿うように配置されて、前記ＲＦＩＤモジュール基板の縁から離れた位置で折り返すように引き回されていることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

請求項１の発明では、ＲＦＩＤモジュール基板のグランドとアンテナのグランドとを接続するグランド線の少なくとも一部（以下、容量結合用配線部ともいう）が、ＲＦＩＤモジュール基板より外にはみ出し、且つ、他の基板に対して沿うように配置される。これにより、容量結合用配線部と他の基板のグランドとが容量結合することで他の基板をアンテナの仮想グランドとして利用することができ、筐体の小型化を阻害することなくアンテナの高利得化を図ることができる。

請求項２の発明では、グランド線は、容量結合用配線部の配線方向が筐体の長手方向に沿うように配置される。これにより、筐体の長手方向のアンテナの利得が向上することとなる。筐体はその長手方向の一側に形成される把持部を把持することで、ＲＦＩＤタグの読み取り時にはその長手方向の他側がＲＦＩＤタグに向けられるので、上述のように筐体の長手方向のアンテナの利得が向上することで、実際の読取状況に即したアンテナの高利得化を図ることができる。また、筐体の長手方向にグランド線の容量結合用配線部を伸ばすように配線することとなるので、例えば、筐体の短手方向に容量結合用配線部を伸ばす場合と比較して、容量結合用配線部が他の基板に沿う長さを容易に長くすることができ、確実にアンテナの高利得化を図ることができる。

請求項３の発明では、電子部品と他の基板のグランドとを電気的に接続するケーブルは、その電気的接続経路長が電波の１波長の約１／２に設定される。ここで、電波の１波長の約１／２とは、電波の１波長の１／２を中心として前後にある程度の幅を持たせた値である。

このため、アンテナからの電波の放射に起因して上記ケーブルに電流が誘起される場合でも、ケーブルの両端では電流が０に近づくので、電子部品に誘起される電流を小さくすることができる。これにより、電子部品からの電波の放射が抑制されて、アンテナの利得低下を防止することができる。

請求項４の発明では、グランド線は、ＲＦＩＤモジュール基板とアンテナとを接続する同軸ケーブルの外部導体として構成されている。このように、グランド線が外部導体として構成される同軸ケーブルの容量結合用配線部を他の基板に対して沿うように配置しても、この容量結合用配線部と他の基板のグランドとが容量結合することで他の基板をアンテナの仮想グランドとして利用することができ、アンテナの高利得を図ることができる。

請求項５の発明では、他の基板は、ＲＦＩＤモジュール基板と接続されるメイン基板として構成されている。このため、ＲＦＩＤモジュール基板がメイン基板に対して近接して配置されることとなるので、容量結合用配線部とメイン基板のグランドとの距離を容易に小さくでき、容量結合による効果をさらに高めることができる。

第１実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置の構成概要を示す図である。 ＲＦＩＤ読取装置の電気的構成を例示するブロック図である。 メイン基板と同軸ケーブルとの位置関係を示す説明図である。 第２実施形態におけるＲＦＩＤ読取装置の要部を示す説明図である。 バイブレータに接続されるケーブルに誘起される電流を概念的に説明する説明図である。 アンテナからの電波の放射により誘起される電流分布を概念的に説明する説明図である。 他の基板と同軸ケーブルとの位置関係の変形例を示す説明図である。

［第１実施形態］
以下、本発明に係るＲＦＩＤ読取装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置１０の構成概要を示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。図２は、ＲＦＩＤ読取装置１０の電気的構成を例示するブロック図である。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すＲＦＩＤ読取装置１０は、ユーザによって携帯されて様々な場所で用いられる携帯型の情報端末として構成されており、アンテナを介して送受信される電波を媒介としてＲＦＩＤタグ（無線タグ）５０に記憶されている情報を読み取る無線タグリーダとしての機能に加えて、バーコードや二次元コードなどの情報コードを読み取る情報コードリーダとしての機能を備え、読み取りを二方式で行いうる構成となっている。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＲＦＩＤ読取装置１０は、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂材料により形成される上側ケース１１ａおよび下側ケース１１ｂが組み付けられて構成される長手状の筐体１１によって外郭が形成されている。また、上側ケース１１ａには、所定の情報を入力する際に操作されるファンクションキーおよびテンキー等のキー操作部２５や、所定の情報を表示するための表示部２４等が配置されている。また、下側ケース１１ｂには、下方に向けて開口する読取口１２が形成されている。なお、以下の説明では、筐体１１のうちキー操作部２５等が配置されて把持部として構成される側を長手方向一側、表示部２４や読取口１２が配置される側を長手方向他側として説明する。

次に、ＲＦＩＤ読取装置１０が備えている機能について説明する。
図１および図２（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤ読取装置１０の筐体１１内には、各種部品（各種電気部品等）がメイン基板２０等に実装されて収容されており、このメイン基板２０には、ＲＦＩＤ読取装置１０全体を制御する制御部２１が設けられている。この制御部２１は、マイコンを主体として構成されるものであり、ＣＰＵ、システムバス、入出力インタフェース等を有し、メモリ２２とともに情報処理装置を構成している。また、制御部２１には、ＬＥＤ２３、表示部２４、キー操作部２５、バイブレータ２６、ブザー２７、外部インタフェース２８などが接続されている。

キー操作部２５は、制御部２１に対して操作信号を与える構成をなしており、制御部２１は、この操作信号を受けて操作信号の内容に応じた動作を行う。また、ＬＥＤ２３、表示部２４、バイブレータ２６およびブザー２７は、制御部２１によって制御される構成をなしており、それぞれ、制御部２１からの指令を受けて動作する。外部インタフェース２８は、外部機器等との間でのデータ通信を行うためのインタフェースとして構成されており、制御部２１と協働して通信処理を行う構成をなしている。また、筐体１１内には、電源部２９が設けられており、この電源部２９やバッテリ２９ａによって制御部２１や各種電気部品に電力が供給されるようになっている。

また、制御部２１には、非接触通信部３０および情報コード読取部４０が接続されている。
まず、非接触通信部３０について、図２（Ｂ）および図３を用いて説明する。
非接触通信部３０は、アンテナ３２を介してＲＦＩＤタグ５０と非接触通信を行うためのＲＦＩＤモジュール基板３１を備えている。このＲＦＩＤモジュール基板３１は、メイン基板２０に接続されており、所定の隙間を介して対向するアンテナ３２に対して同軸ケーブル３３を介して接続されている。アンテナ３２は、Ｃ型アンテナ、または、導線を多数回巻回して構成されたループアンテナとして構成されている。

同軸ケーブル３３は、その内部導体がＲＦＩＤモジュール基板３１とアンテナ３２とを接続する信号線として機能し、その外部導体がＲＦＩＤモジュール基板３１のグランドとアンテナ３２のグランドとを接続するグランド線として機能するように配線されている。なお、ＲＦＩＤモジュール基板３１や同軸ケーブル３３の配置については後に詳述する。

非接触通信部３０は、アンテナ３２及び制御部２１と協働してＲＦＩＤタグ５０との間で電波（電磁波）による通信を行ない、ＲＦＩＤタグ５０に記憶されるデータの読取り、或いはＲＦＩＤタグ５０に対するデータの書込みを行なうように機能するものである。

この非接触通信部３０は、公知の電波方式で伝送を行う回路として構成されており、図２（Ｂ）にて概略的に示すように、発振器３４、変調器３５、復調器３６などを備えてなるものである。なお、非接触通信部３０のＲＦＩＤモジュール基板３１には、これら以外の公知構成（例えば、増幅器、フィルタ回路、整合回路等）も設けられているが、図２（Ｂ）ではこれらについては図示を省略している。

次に、情報コード読取部４０について、図２（Ｃ）を用いて説明する。
情報コード読取部４０は、情報コードを光学的に読み取るように機能するもので、図２（Ｃ）に示すように、ＣＣＤエリアセンサからなる受光センサ４３、結像レンズ４２、複数個のＬＥＤやレンズ等から構成される照明部４１などを備えた構成をなしており、制御部２１と協働して読取対象Ｒに付された情報コードＣ（バーコードや二次元コード）を読み取るように機能する。

この情報コード読取部４０によって読み取りを行う場合、まず、制御部２１によって指令を受けた照明部４１から照明光Ｌｆが出射され、この照明光Ｌｆが読取口１２（図１（Ｂ）参照）を通って読取対象Ｒに照射される。そして、照明光Ｌｆが情報コードＣ（バーコードや二次元コード）にて反射した反射光Ｌｒは読取口１２を通って装置内に取り込まれ、結像レンズ４２を通って受光センサ４３に受光される。読取口１２と受光センサ４３との間に配される結像レンズ４２は、情報コードＣの像を受光センサ４３上に結像させる構成をなしており、受光センサ４３はこの情報コードＣの像に応じた受光信号を出力する。受光センサ４３から出力された受光信号は、画像データとしてメモリ２２（図２（Ａ））に記憶され、情報コードＣに含まれる情報を取得するためのデコード処理に用いられるようになっている。なお、情報コード読取部４０には、受光センサ４３からの信号を増幅する増幅回路や、その増幅された信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路等が設けられているがこれらの回路については図示を省略している。

次に、本実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置１０の特徴的構成について、図３を参照して説明する。図３は、メイン基板２０と同軸ケーブル３３との位置関係を示す説明図である。
本実施形態では、アンテナ３２の利得向上を図るため、同軸ケーブル３３をその一部がメイン基板２０に沿うように配置している。

具体的には、図１に示すように、メイン基板２０は、その長手方向が筐体１１の長手方向に一致するように当該筐体１１に収容されている。そして、図３に示すように、ＲＦＩＤモジュール基板３１は、メイン基板２０の長手方向他側（図３の上側）の部位に対して、平行となるように配置されている。

また、同軸ケーブル３３は、ＲＦＩＤモジュール基板３１の長手方向一側（図３の下側）の縁からアンテナ３２が設けられるアンテナ基板の長手方向一側の縁にかけて、両基板から離れた位置で折り返すように引き回されている。特に、ＲＦＩＤモジュール基板３１より外にはみ出している同軸ケーブル３３の一部（以下、容量結合用配線部３３ａともいう）が、メイン基板２０の基板面に平行であって当該メイン基板２０の長手方向（図３の上下方向）に沿うように配置されている。

本実施形態では、容量結合用配線部３３ａの長さは、電波の１波長をλとするとき、１／８λ以上となるように設定されている。また、図３からわかるように、メイン基板２０の長手方向の長さは、ＲＦＩＤモジュール基板３１から延出する容量結合用配線部３３ａの折り返し点よりも十分に長くなるように設定されている。

このため、同軸ケーブル３３の容量結合用配線部３３ａが、メイン基板２０に対して平行に近接して沿うように配置されることとなり、容量結合用配線部３３ａのグランド線とメイン基板２０のグランドとが容量結合可能な配置状態となる。

このような状態でアンテナ３２から電波が放射されると、同軸ケーブル３３の容量結合用配線部３３ａのグランド線とメイン基板２０のグランドとが容量結合することから、メイン基板２０のグランドがアンテナ３２の仮想グランドとして利用されることとなる。このため、メイン基板２０の長手方向、すなわち、筐体１１の長手方向のアンテナ３２の利得が向上する。

例えば、９００ＭＨｚ帯（電波の１波長λ＝３２０ｍｍ）を使用するＲＦＩＤ読取装置１０では、ＲＦＩＤモジュール基板３１の長手方向一側の縁からアンテナ３２が設けられるアンテナ基板の長手方向一側の縁までの同軸ケーブル３３の長さを約１１０ｍｍとすると、筐体１１の長手方向のアンテナ３２の利得を２ｄＢ向上させることができた。この方向のアンテナ３２の利得は、同軸ケーブル３３を長くするとさらに向上した。すなわち、同軸ケーブル３３の長さ（メイン基板２０の長手方向に沿う容量結合用配線部３３ａの長さ）を長くすると、筐体１１の長手方向のアンテナ３２の利得をより向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置１０では、ＲＦＩＤモジュール基板３１のグランドとアンテナ３２のグランドとを接続する同軸ケーブル３３の容量結合用配線部３３ａが、ＲＦＩＤモジュール基板３１より外にはみ出し、且つ、メイン基板２０に対して沿うように配置される。これにより、容量結合用配線部３３ａのグランド線とメイン基板２０のグランドとが容量結合することでメイン基板２０をアンテナ３２の仮想グランドとして利用することができ、アンテナ３２の高利得化を図ることができる。

特に、同軸ケーブル３３は、容量結合用配線部３３ａの配線方向が筐体１１の長手方向に沿うように配置されるため、筐体１１の長手方向のアンテナ３２の利得が向上することとなる。筐体１１はその長手方向の一側（キー操作部２５等が配置される側）に形成される把持部を把持することで、ＲＦＩＤタグ５０の読み取り時にはその長手方向の他側（表示部２４等が配置される側）がＲＦＩＤタグ５０に向けられるので、上述のように筐体１１の長手方向のアンテナ３２の利得が向上することで、実際の読取状況に即したアンテナ３２の高利得化を図ることができる。また、筐体１１の長手方向に同軸ケーブル３３の容量結合用配線部３３ａを伸ばすように配線することとなるので、例えば、筐体１１の短手方向に容量結合用配線部３３ａを伸ばす場合と比較して、容量結合用配線部３３ａがメイン基板２０に沿う長さを容易に長くすることができ、確実にアンテナ３２の高利得化を図ることができる。

なお、容量結合用配線部３３ａは、メイン基板２０（筐体１１）の長手方向に沿うように配置されることに限らず、利得を向上させたい方向に沿うように配置されてもよい。

また、ＲＦＩＤモジュール基板３１のグランドとアンテナ３２のグランドとを接続するグランド線は、同軸ケーブル３３の外部導体として構成されることに限らず、例えば、信号線と別に設けられる専用のグランド線として構成されてもよい。この場合には、専用のグランド線の一部を容量結合用配線部３３ａとしてメイン基板２０に沿うように配置することで、アンテナ３２の高利得化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本第２実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、第２実施形態におけるＲＦＩＤ読取装置１０の要部を示す説明図である。図５は、バイブレータ２６に接続されるケーブル２６ａに誘起される電流を概念的に説明する説明図である。図６は、アンテナ３２からの電波の放射により誘起される電流分布を概念的に説明する説明図である。なお、図５および図６では、説明の便宜上、ケーブル２６ａを直線状に伸ばした状態を示す。

本第２実施形態では、アンテナ３２の利得の低下を防止するためにメイン基板２０に接続されるケーブル等の長さを調整する点が、上記第１実施形態に係るＲＦＩＤ読取装置と主に異なる。したがって、第１実施形態のＲＦＩＤ読取装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

メイン基板２０にケーブル等を介して電気的に接続される電子部品（金属部品を含む）がアンテナ３２の周囲に配置される場合、アンテナ３２からの電波の放射に起因して上記ケーブル等に電流が誘起される。この場合には、上記ケーブル等に接続される電子部品にも電流が流れることとなり、この電流値に応じた電波が電子部品から放射されるために、アンテナ３２の利得を低下させる要因となる場合がある。

そこで、本実施形態では、電子部品とメイン基板２０のグランドとを電気的に接続するケーブルは、その電気的接続経路長が電波の１波長λの約１／２（１／２λを中心として前後にある程度の幅を持たせた値）に設定される。本実施形態では、例えば、アンテナ３２近傍に配置されるバイブレータ２６とメイン基板２０のグランドとを接続するケーブル２６ａの電気的接続経路長が１／２λに設定されている。

このため、アンテナ３２からの電波の放射に起因して上記ケーブル２６ａに電流Ｉ３が誘起される場合でも、図５および図６に例示するように、ケーブル２６ａの両端では電流が０に近づくこととなる。これにより、バイブレータ２６に誘起される電流を０または小さくでき、バイブレータ２６からの電波の放射が抑制されて、アンテナ３２の利得低下を防止することができる。なお、図６では、アンテナ３２に流れる電流を符号Ｉ１にて示し、メイン基板２０に流れる電流を符号Ｉ２にて示す。

なお、バイブレータ２６に接続されるケーブル２６ａの電気的接続経路長が約１／２λに設定されることに限らず、筐体１１内にてアンテナ３２に近接して配置される電子部品とメイン基板２０のグランドとを接続するケーブルの電気的接続経路長が約１／２λに設定されても、アンテナ３２の利得低下を防止することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）上記第１実施形態において、容量結合用配線部３３ａは、メイン基板２０に沿うように配置されることに限らず、同じ筐体１１内に収容されるグランドを有する他の基板に沿うように配置されてもよい。この場合には、容量結合用配線部３３ａのグランド線と他の基板のグランドとが容量結合することで他の基板をアンテナ３２の仮想グランドとして利用することができ、アンテナ３２の高利得化を図ることができる。

（２）上記第２実施形態において、バイブレータ２６等の電子部品がケーブルを介して接続される基板は、メイン基板２０に限らず、同じ筐体１１内に収容されるグランドを有する他の基板に接続されてもよい。

（３）図７は、他の基板２０ａと同軸ケーブル３０との位置関係の変形例を示す説明図である。
上述した他の基板（メイン基板２０を含む）は、容量結合用配線部３３ａが平行に近接して沿うように、ＲＦＩＤモジュール基板３１から延出する容量結合用配線部３３ａの折り返し点よりも十分に長くなるように配置されることに限らず、同軸ケーブル３３等のグランド線が一部でも沿うように配置されることで、アンテナ３２の高利得化を図ることができる。

具体的には、例えば、図７に例示するように、他の基板２０ａの長手方向（図７の上下方向）の長さは、ＲＦＩＤモジュール基板３１から延出する容量結合用配線部３３ａの折り返し点よりも短くなるように設定されている。
このようにしても、第１実施形態よりも利得の向上が小さくなるものの、他の基板２０ａのグランド線とメイン基板２０のグランドとが容量結合することで他の基板２０ａをアンテナ３２の仮想グランドとして利用することができ、アンテナ３２の高利得化を図ることができる。

１０…ＲＦＩＤ読取装置
２０…メイン基板（他の基板）
２０ａ…他の基板
３０…非接触通信部
３１…ＲＦＩＤモジュール基板
３２…アンテナ
３３…同軸ケーブル
３３ａ…容量結合用配線部
５０…ＲＦＩＤタグ

Claims (5)

1. アンテナを介して送受信される電波を媒介としてＲＦＩＤタグを読み取るＲＦＩＤ読取装置であって、
   ＲＦＩＤモジュール基板と、
   グランドが設けられる他の基板と、
   前記ＲＦＩＤモジュール基板のグランドと前記アンテナのグランドとを接続するグランド線と、
   前記ＲＦＩＤモジュール基板、前記他の基板および前記グランド線を収容する筐体と、
   を備え、
   前記グランド線は、少なくとも一部が前記ＲＦＩＤモジュール基板より外にはみ出し、且つ、前記他の基板に対して沿うように配置されて、前記ＲＦＩＤモジュール基板の縁から離れた位置で折り返すように引き回されていることを特徴とするＲＦＩＤ読取装置。
2. 前記グランド線は、前記少なくとも一部の配線方向が前記筐体の長手方向に沿うように配置されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤ読取装置。
3. 前記筐体内に収容される一部の電子部品と前記他の基板のグランドとを電気的に接続するケーブルを備え、
   前記ケーブルは、接続経路長が前記電波の１波長の約１／２に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦＩＤ読取装置。
4. 前記グランド線は、前記ＲＦＩＤモジュール基板と前記アンテナとを接続する同軸ケーブルの外部導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ読取装置。
5. 前記他の基板は、前記ＲＦＩＤモジュール基板と接続されるメイン基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ読取装置。

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