近接通信対応リーダライタ装置
【課題】ＩＣタグをリーダライタ装置のアンテナ部に接触する場合、アンテナ部の誘電体により通信ができないことがある。
接触状態で通信するために、ＩＣタグを加工したり、リーダライタの出力を上げたり、リーダライタのアンテナ部のカバーの材料を変更することは、強度、加工性、環境対応、電波干渉などの諸条件を満足することは容易ではない。
【解決手段】リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに、ＩＣタグより小さい凹凸を設けることにより、ＩＣタグと前記アンテナ部のカバーの接触面積を低減する。つまり、ＩＣタグとリーダライタ装置の無線信号の波長短縮効果を低減し、共振周波数のシフトを抑える。これにより近接状態でも安定した通信を可能とする。
接触状態で通信するために、ＩＣタグを加工したり、リーダライタの出力を上げたり、リーダライタのアンテナ部のカバーの材料を変更することは、強度、加工性、環境対応、電波干渉などの諸条件を満足することは容易ではない。
【解決手段】リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに、ＩＣタグより小さい凹凸を設けることにより、ＩＣタグと前記アンテナ部のカバーの接触面積を低減する。つまり、ＩＣタグとリーダライタ装置の無線信号の波長短縮効果を低減し、共振周波数のシフトを抑える。これにより近接状態でも安定した通信を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタ装置のアンテナ部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグは、電磁波等によってリーダライタ装置とデータを送受信する。ＩＣタグは、そのICタグを貼付する対象物によって特性が変わってしまうため、使用用途に伴い特化した特性を有するＩＣタグが必要になり、例えば金属に対応した金属タグなどが知られている。(特許文献１)。
【０００３】
またＩＣタグ通信は、非接触の無線通信を特徴とした技術であるためリーダライタ装置のアンテナ部とＩＣタグは一定の距離を保持し、接触しない状態で使用していた。ところが近年では、伝票形状のＩＣタグをリーダライタ装置のアンテナ部の上に置いて、つまり接触もしくは、それに準ずる近接での利用も増えている。(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９０８１３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらＩＣタグをリーダライタ装置のアンテナ部の上に置いて、つまり接触もしくは、それに準ずる近接で利用するということは、ＩＣタグの特性を考える上では、リーダライタ装置のアンテナ部にＩＣタグを貼付するということを同じことを意味する。ＩＣタグは近傍にある誘電体により、共振周波数に代表されるアンテナ特性が変わってしまうため、リーダライタ装置のアンテナ部から１ｃｍ程度離していると通信可能であるのに、接触していると通信ができないといったことがある。
【０００６】
前記特許文献１ではＩＣタグの特性を改善しているが、これはＩＣタグをある貼付物の特性に合わせて改善することを目的したものであり、リーダライタ装置のアンテナ部との影響は考慮されておらず、本技術では、リーダライタ装置のアンテナ部の影響により、満足した性能が得られないことが多々ある。
【０００７】
一方、リーダライタ装置で対応する場合、ＩＣタグと接触するアンテナ部の筐体材料を通信に影響を及ぼさない誘電率の材料を使用することで対応できるが、その条件を満足し、かつ強度、加工性、環境対応性などの諸条件を満足することは容易ではない。
【０００８】
さらに、リーダライタ装置から発射される電力を強めれば通信性能が改善されるが、大出力のリーダライタ装置、つまり使用する部品が大定格で大型、高額になったり、発熱の増大に対応するためリーダライタ装置の大型化が必要になること、また電波干渉を誘引することから好ましくない。
【０００９】
本発明で解決しようとする課題は、ＩＣタグに何ら特別な加工をすることなく、かつリーダライタ装置に特別な材料を使用したり、出力を上げたりしないで、ＩＣタグ接触およびそれに準ずる近接環境時の通信性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに、ＩＣタグより小さい凹凸を設けることにより、ＩＣタグと前記アンテナ部のカバーの接触面積を低減する。つまり、ＩＣタグとリーダライタ装置の無線信号の波長短縮効果を低減し、共振周波数のシフトを抑えることで、ＩＣタグが接触もしくは、それに準ずる近接状態でも安定した通信を可能とすることを特徴とする。
【００１１】
また同効果を得るため、リーダライタ装置のアンテナ部に前記凹凸形状を有するシートを追加し、ＩＣタグを接触もしくは、それに準ずる近接状態でも安定した通信を可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明ではリーダライタ装置のアンテナ部のカバー形状を工夫することにより接触状態でのＩＣタグの通信を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のリーダライタ装置のアンテナ部の断面図である。
【図２】従来のリーダライタ装置のアンテナ部の平面図である。
【図３】本発明のリーダライタ装置のアンテナ部の断面図である。
【図４】本発明の凹凸構造を拡大した断面図である。
【図５】本発明のリーダライタ装置のアンテナ部の平面図である。
【図６】ＩＣタグの通信成功結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
リーダライタ装置のアンテナ部のカバーとＩＣタグを接触もしくは、それに準ずる近接状態で安定した通信をするという目的を、前記カバー表面に溝加工することで実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は、従来のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した断面図であって、１０１はアンテナ、１０２はカバーである。図２は、従来のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した平面図であって、１０１、１０２は、図１と同様である。
【００１６】
アンテナ１０１は鉄で作られており、カバー１０２はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ。以降、ＡＢＳと表記する。）樹脂で作られている。これらはアンテナ材料、カバー材料として一般的なものである。カバー１０２はアンテナ１０１の上面および側面４面を覆う形状になっている。カバー１０２の材料厚は２．５ｍｍであり、アンテナ１０１からは２０．０ｍｍの距離にある。前記はあくまで実施例の一つであり、他の素材、寸法を適用した場合であっても同様の効果が得られることは明らかである。
【００１７】
アンテナ１０１から発射された電波はカバー１０２を透過して、その先のＩＣタグと通信する。本実施例１では、アンテナ１０１からの電波は上面方向に発射され、カバー１０２に上面を透過する。ここで、カバー１０２の上面を電波発射面とする。
【００１８】
一般に誘電体を通過する電波の波長短縮効果は下記の数式１によって求まる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ＡＢＳ樹脂の比誘電率εは３程度であるので、波長は空気中と比べて約０．６倍に短縮されることになる。この波長短縮の効果および、ＩＣタグがＡＢＳ樹脂と接触、およびそれに準じた近接環境にあることによるＩＣタグのアンテナ特性の変化などにより、ＩＣタグをカバー１０２に接触させた場合、ＩＣタグが設計された周波数で動作せず、通信不良が発生する。
【００２１】
ここでＩＣタグのアンテナが半波長ダイポールである場合は、ＩＣタグのアンテナ長Ｌはλ／２（波長λ）であり、そのうち長さＬ１だけが筐体（比誘電率ε＝３）に接触しており、Ｌ２（＝Ｌ−Ｌ１）は非接触（比誘電率＝１）として考える。
【００２２】
Ｌ１部分だけが波長短縮効果を受け、Ｌ２部分には波長短縮効果はないとすると、ＩＣタグのアンテナ全体での波長短縮後の等価的な長さＬ３は、下記の数式２となる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
また、ＩＣタグのアンテナ全体がカバーに接触している場合の波長短縮後の等価的な長さＬ４は、下記の数式３となる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
数式２から、数式３を減算すると、下記の数式４となる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
数式４は、ＩＣタグのアンテナとカバーが一様に完全接触している場合、つまり公知技術におけるＩＣタグ接触時の波長短縮効果の影響に対する、本実施例による波長短縮効果の低減分とみなすことができる。
【００２９】
すなわち、例えばカバー表面に凹凸や溝を設けることにより、数式４により定まる波長短縮効果を低減できることがわかる。本実施例はカバー表面に凹凸や溝などを設けることにより、ＩＣタグをリーダライタ表面に接触させて読取りを行うような、ＩＣタグの利用、応用形態において避けることができない波長短縮効果による共振周波数のシフトを低減することが可能であり、ＩＣタグの読取り性能を向上させることができる。
【００３０】
以下、図３、図４、図５に従い、実施例の説明をする。
【００３１】
図３は、本実施例のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した断面図であって、１０１はアンテナ、１０３は凹凸加工カバーである。アンテナとカバーは略並行に配置されており、アンテナカバーにおいてアンテナが無い側が電波発射面となる。
【００３２】
図４は凹凸加工カバー１０３の凹凸形状を拡大したものである。
【００３３】
図５は、本実施例のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した平面図であって、１０１、１０３は、図３と同様である。
【００３４】
アンテナ１０１には何ら手を加えていない。凹凸加工カバー１０３は、カバー１０２の電波発射面（上面）に凹凸溝１０４の加工を施し凹凸形状を形成したものである。
【００３５】
凹凸溝１０４により、ＩＣタグとの接触部位を削減することが可能であり、また凹凸部１０４の開口部分およびそこから形成される凸形状部分はＩＣタグに比して小さいので、ＩＣタグを安定して置くことが可能となる。
【００３６】
図６は、実施例１の効果を示した図である。ＩＣタグとカバー１０２の距離が０ｍｍ（接触）から４ｍｍの間で通信が失敗していることがあった。カバー１０２を凹凸加工カバー１０３に変更すると、０ｍｍから安定して通信できていることがわかる。また、もともと安定していた１０ｍｍでも安定して通信できており、悪影響がないことも確認できる。本検証では、ＩＣタグに何ら追加工を施すことなく、またリーダライタ装置の出力を上げることなく、ＩＣタグ接触もしくはそれに準じた近接環境時の通信性能が向上を実現していることがわかる。
【００３７】
このように、本実施例では、リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに使用する材料を変更することなく効果を得ることが可能であり、さらに出力にも何ら変更を加えていないため、電波干渉への増加といった悪影響はない。よってリーダライタ装置に価格、大きさに何ら影響を与えることなく、リーダライタ装置のＩＣタグ接触時の通信性能を向上することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本実施例は、リーダライタ装置のアンテナ部にＩＣタグを接触させて読取りすることを可能とする。
【符号の説明】
【００３９】
１０１ アンテナ
１０２ カバー
１０３ 凹凸加工カバー
１０４ 凹凸溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタ装置のアンテナ部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグは、電磁波等によってリーダライタ装置とデータを送受信する。ＩＣタグは、そのICタグを貼付する対象物によって特性が変わってしまうため、使用用途に伴い特化した特性を有するＩＣタグが必要になり、例えば金属に対応した金属タグなどが知られている。(特許文献１)。
【０００３】
またＩＣタグ通信は、非接触の無線通信を特徴とした技術であるためリーダライタ装置のアンテナ部とＩＣタグは一定の距離を保持し、接触しない状態で使用していた。ところが近年では、伝票形状のＩＣタグをリーダライタ装置のアンテナ部の上に置いて、つまり接触もしくは、それに準ずる近接での利用も増えている。(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９０８１３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらＩＣタグをリーダライタ装置のアンテナ部の上に置いて、つまり接触もしくは、それに準ずる近接で利用するということは、ＩＣタグの特性を考える上では、リーダライタ装置のアンテナ部にＩＣタグを貼付するということを同じことを意味する。ＩＣタグは近傍にある誘電体により、共振周波数に代表されるアンテナ特性が変わってしまうため、リーダライタ装置のアンテナ部から１ｃｍ程度離していると通信可能であるのに、接触していると通信ができないといったことがある。
【０００６】
前記特許文献１ではＩＣタグの特性を改善しているが、これはＩＣタグをある貼付物の特性に合わせて改善することを目的したものであり、リーダライタ装置のアンテナ部との影響は考慮されておらず、本技術では、リーダライタ装置のアンテナ部の影響により、満足した性能が得られないことが多々ある。
【０００７】
一方、リーダライタ装置で対応する場合、ＩＣタグと接触するアンテナ部の筐体材料を通信に影響を及ぼさない誘電率の材料を使用することで対応できるが、その条件を満足し、かつ強度、加工性、環境対応性などの諸条件を満足することは容易ではない。
【０００８】
さらに、リーダライタ装置から発射される電力を強めれば通信性能が改善されるが、大出力のリーダライタ装置、つまり使用する部品が大定格で大型、高額になったり、発熱の増大に対応するためリーダライタ装置の大型化が必要になること、また電波干渉を誘引することから好ましくない。
【０００９】
本発明で解決しようとする課題は、ＩＣタグに何ら特別な加工をすることなく、かつリーダライタ装置に特別な材料を使用したり、出力を上げたりしないで、ＩＣタグ接触およびそれに準ずる近接環境時の通信性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに、ＩＣタグより小さい凹凸を設けることにより、ＩＣタグと前記アンテナ部のカバーの接触面積を低減する。つまり、ＩＣタグとリーダライタ装置の無線信号の波長短縮効果を低減し、共振周波数のシフトを抑えることで、ＩＣタグが接触もしくは、それに準ずる近接状態でも安定した通信を可能とすることを特徴とする。
【００１１】
また同効果を得るため、リーダライタ装置のアンテナ部に前記凹凸形状を有するシートを追加し、ＩＣタグを接触もしくは、それに準ずる近接状態でも安定した通信を可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明ではリーダライタ装置のアンテナ部のカバー形状を工夫することにより接触状態でのＩＣタグの通信を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のリーダライタ装置のアンテナ部の断面図である。
【図２】従来のリーダライタ装置のアンテナ部の平面図である。
【図３】本発明のリーダライタ装置のアンテナ部の断面図である。
【図４】本発明の凹凸構造を拡大した断面図である。
【図５】本発明のリーダライタ装置のアンテナ部の平面図である。
【図６】ＩＣタグの通信成功結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
リーダライタ装置のアンテナ部のカバーとＩＣタグを接触もしくは、それに準ずる近接状態で安定した通信をするという目的を、前記カバー表面に溝加工することで実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は、従来のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した断面図であって、１０１はアンテナ、１０２はカバーである。図２は、従来のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した平面図であって、１０１、１０２は、図１と同様である。
【００１６】
アンテナ１０１は鉄で作られており、カバー１０２はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ。以降、ＡＢＳと表記する。）樹脂で作られている。これらはアンテナ材料、カバー材料として一般的なものである。カバー１０２はアンテナ１０１の上面および側面４面を覆う形状になっている。カバー１０２の材料厚は２．５ｍｍであり、アンテナ１０１からは２０．０ｍｍの距離にある。前記はあくまで実施例の一つであり、他の素材、寸法を適用した場合であっても同様の効果が得られることは明らかである。
【００１７】
アンテナ１０１から発射された電波はカバー１０２を透過して、その先のＩＣタグと通信する。本実施例１では、アンテナ１０１からの電波は上面方向に発射され、カバー１０２に上面を透過する。ここで、カバー１０２の上面を電波発射面とする。
【００１８】
一般に誘電体を通過する電波の波長短縮効果は下記の数式１によって求まる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ＡＢＳ樹脂の比誘電率εは３程度であるので、波長は空気中と比べて約０．６倍に短縮されることになる。この波長短縮の効果および、ＩＣタグがＡＢＳ樹脂と接触、およびそれに準じた近接環境にあることによるＩＣタグのアンテナ特性の変化などにより、ＩＣタグをカバー１０２に接触させた場合、ＩＣタグが設計された周波数で動作せず、通信不良が発生する。
【００２１】
ここでＩＣタグのアンテナが半波長ダイポールである場合は、ＩＣタグのアンテナ長Ｌはλ／２（波長λ）であり、そのうち長さＬ１だけが筐体（比誘電率ε＝３）に接触しており、Ｌ２（＝Ｌ−Ｌ１）は非接触（比誘電率＝１）として考える。
【００２２】
Ｌ１部分だけが波長短縮効果を受け、Ｌ２部分には波長短縮効果はないとすると、ＩＣタグのアンテナ全体での波長短縮後の等価的な長さＬ３は、下記の数式２となる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
また、ＩＣタグのアンテナ全体がカバーに接触している場合の波長短縮後の等価的な長さＬ４は、下記の数式３となる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
数式２から、数式３を減算すると、下記の数式４となる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
数式４は、ＩＣタグのアンテナとカバーが一様に完全接触している場合、つまり公知技術におけるＩＣタグ接触時の波長短縮効果の影響に対する、本実施例による波長短縮効果の低減分とみなすことができる。
【００２９】
すなわち、例えばカバー表面に凹凸や溝を設けることにより、数式４により定まる波長短縮効果を低減できることがわかる。本実施例はカバー表面に凹凸や溝などを設けることにより、ＩＣタグをリーダライタ表面に接触させて読取りを行うような、ＩＣタグの利用、応用形態において避けることができない波長短縮効果による共振周波数のシフトを低減することが可能であり、ＩＣタグの読取り性能を向上させることができる。
【００３０】
以下、図３、図４、図５に従い、実施例の説明をする。
【００３１】
図３は、本実施例のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した断面図であって、１０１はアンテナ、１０３は凹凸加工カバーである。アンテナとカバーは略並行に配置されており、アンテナカバーにおいてアンテナが無い側が電波発射面となる。
【００３２】
図４は凹凸加工カバー１０３の凹凸形状を拡大したものである。
【００３３】
図５は、本実施例のリーダライタ装置のアンテナ部の構造を示した平面図であって、１０１、１０３は、図３と同様である。
【００３４】
アンテナ１０１には何ら手を加えていない。凹凸加工カバー１０３は、カバー１０２の電波発射面（上面）に凹凸溝１０４の加工を施し凹凸形状を形成したものである。
【００３５】
凹凸溝１０４により、ＩＣタグとの接触部位を削減することが可能であり、また凹凸部１０４の開口部分およびそこから形成される凸形状部分はＩＣタグに比して小さいので、ＩＣタグを安定して置くことが可能となる。
【００３６】
図６は、実施例１の効果を示した図である。ＩＣタグとカバー１０２の距離が０ｍｍ（接触）から４ｍｍの間で通信が失敗していることがあった。カバー１０２を凹凸加工カバー１０３に変更すると、０ｍｍから安定して通信できていることがわかる。また、もともと安定していた１０ｍｍでも安定して通信できており、悪影響がないことも確認できる。本検証では、ＩＣタグに何ら追加工を施すことなく、またリーダライタ装置の出力を上げることなく、ＩＣタグ接触もしくはそれに準じた近接環境時の通信性能が向上を実現していることがわかる。
【００３７】
このように、本実施例では、リーダライタ装置のアンテナ部のカバーに使用する材料を変更することなく効果を得ることが可能であり、さらに出力にも何ら変更を加えていないため、電波干渉への増加といった悪影響はない。よってリーダライタ装置に価格、大きさに何ら影響を与えることなく、リーダライタ装置のＩＣタグ接触時の通信性能を向上することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本実施例は、リーダライタ装置のアンテナ部にＩＣタグを接触させて読取りすることを可能とする。
【符号の説明】
【００３９】
１０１ アンテナ
１０２ カバー
１０３ 凹凸加工カバー
１０４ 凹凸溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣタグと無線通信を行う近接通信対応リーダライタ装置において、
前記ICタグと通信するアンテナ部と、
前記アンテナ部と前記ICタグとの間にあるカバーとを有し、
前記カバーの電波発射面に、前記ＩＣタグよりも小さい開口の凹部を有していることを特徴とする近接通信対応リーダライタ装置
【請求項１】
ＩＣタグと無線通信を行う近接通信対応リーダライタ装置において、
前記ICタグと通信するアンテナ部と、
前記アンテナ部と前記ICタグとの間にあるカバーとを有し、
前記カバーの電波発射面に、前記ＩＣタグよりも小さい開口の凹部を有していることを特徴とする近接通信対応リーダライタ装置
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５２００３（Ｐ２０１０−２５２００３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９８５６５（Ｐ２００９−９８５６５）
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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