ＲＦＩＤリーダ／ライタ及びアンテナの構造
【課題】タグとの位置関係によらずタグとデータの交信を行うことができるＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造の提供。
【解決手段】リーダ／ライタ本体４に格納される回路基板４ａに形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３を、回路基板４ａの面上に形成される第１のアンテナ３ａと、回路基板４ａ表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと回路基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ３ａ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、フレキシブル基板を回路基板４ａ上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせることによって立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナ３ｂとで構成することにより、複数の方向にアンテナ軸を向けてタグとの位置関係によらず交信を可能とする。
【解決手段】リーダ／ライタ本体４に格納される回路基板４ａに形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３を、回路基板４ａの面上に形成される第１のアンテナ３ａと、回路基板４ａ表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと回路基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ３ａ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、フレキシブル基板を回路基板４ａ上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせることによって立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナ３ｂとで構成することにより、複数の方向にアンテナ軸を向けてタグとの位置関係によらず交信を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導又は電磁結合を利用して非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムのリーダ又はリーダ／ライタに関し、特に、リーダ又はリーダ／ライタのアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップを備えたタグとリーダ又はリーダ／ライタ（以下、総称してリーダ／ライタと呼ぶ。）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、タグ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、タグをリーダ／ライタから離した状態でも通信可能であることから、様々な用途に利用されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、ＲＦＩＤシステムを図書館における書籍の管理などに用いる技術が開示されている。上記公報によれば、ループ状のアンテナとＩＣとからなるタグ（帯状ＩＣシール）を書籍に貼付し、一方、対象物に設けられたＩＣチップのデータを読み取るリーダ／ライタを備える受け渡し管理装置を設置し、受け渡し管理装置のリーダ／ライタ用アンテナ上に対象物を設置することにより、対象物のＩＣチップに記憶されているデータをリーダ／ライタで読み取り、書籍の持ち出し、返却を管理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００２−０１９９２２号公報（第３−６頁、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報記載の構造のＲＦＩＤシステムでは、リーダ／ライタ用アンテナは受け渡し管理装置に固定されており、また、タグが貼付された対象物はリーダ／ライタ用アンテナ上の所定の位置に載置されるため、リーダ／ライタ用アンテナとタグとのデータの交信を確実に行うことができる。しかしながら、固定されている装置にリーダ／ライタを設置する構造の場合、データの交信を行うためにはタグが貼付された対象物を装置まで持ち運ばなければならず、例えば、棚に配置されている書籍を管理する場合などに不便である。
【０００６】
そこで、リーダ／ライタを小型のカード状（例えば、ＣＦカード）とし、ＰＤＡ等の携帯端末機器に装着して使用する方法もある。この方法の場合、リーダ／ライタを持ち歩くことができるため、タグが貼付された対象物を移動させることなくタグとデータの交信を行うことができるが、リーダ／ライタをこのような形態にするとリーダ／ライタ用アンテナのサイズも小さくなるためにタグとの交信範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができない場合も生じる。
【０００７】
例えば、図１４に示すように、カード状のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器のスロット等に装着されるリーダ／ライタ本体４と、該本体に格納される基板４ａの表面上に形成されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、タグ５に埋め込まれたアンテナコイル７とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸が同じ方向を向くようにリーダ／ライタ２を近接（図ではタグ５の下側からリーダ／ライタ２を近接）させたときはデータの交信が可能であるが、双方のアンテナ軸が直交する状態でリーダ／ライタ２を近接（図ではタグ５の左側からリーダ／ライタ２を近接）させたときはデータの交信ができない。そこで、このような場合は、携帯端末機器自体の向きを変えてアンテナ軸を調整すればよいが、携帯端末機器の向きを変えてしまうとタッチパネルやキーボードの操作しにくくなったり、モニタが見にくくなってしまい、作業性が著しく低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、タグとの位置関係によらずタグとデータの交信を行うことができるＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のリーダ又はリーダ／ライタは、電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路要素が構成される本体と、該本体に格納される複数の基板に形成されるアンテナとからなり、前記アンテナは、いずれか一の基板の面上に設けられた導体パターンで形成されるループ状の第１のアンテナと、前記一の基板の面上に設けられた導体パターンと他の基板の面上に設けられた導体パターンと前記一の基板と前記他の基板とを接続する接合手段とを少なくとも用いて立体的に形成される第２のアンテナとにより構成されるものである。
【００１０】
本発明においては、前記第１のアンテナと前記第１のアンテナとが分離して形成され、一方のアンテナは他方のアンテナとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される構成とすることができる。
【００１１】
本発明においては、前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理されることが好ましい。
【００１２】
このように、本発明によれば、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナが、基板上に平面的に形成された第１のアンテナと基板に立体的に形成された第２のアンテナとを含む複数のアンテナにより構成されるため、タグの向きによらず確実にタグとデータの交信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造によれば、携帯端末機器などの移動可能な機器に設置されるリーダ／ライタと、対象物品に貼付されるタグとの位置関係によらず、確実にタグとデータの交信を行うことができる。
【００１４】
その理由は、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナを、基板の面上にループ状に形成される第１のアンテナに加えて、基板表裏面の導体パターンと基板を貫通するスルーホールや複数の基板を接続する接合ピンとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、導体パターンが形成されたフレキシブルな基材を基板上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせ、リード線と基板の面上の導体パターンとを利用して立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナを設けることにより、複数の方向にアンテナ軸が形成されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るリーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１４】従来のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
従来技術で示したように、ＰＤＡ等の携帯端末機器にカード状のリーダ／ライタを装着して持ち運びできるようにする方法があるが、この場合、リーダ／ライタ用アンテナのサイズを大きくすることができないために交信可能な範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができなくなり、携帯端末機器自体の向きを調整すると、携帯端末機器の操作性や視認性が低下するという問題が生じる。
【００１７】
このような問題が生じるのは、リーダ／ライタ用アンテナがカード状のリーダ／ライタ本体に格納される基板の一平面上に形成され、そのアンテナ軸が一方向を向いているからであり、アンテナ軸が複数の方向を向くようにリーダ／ライタ用アンテナを形成すれば携帯端末機器自体の向きを調整する必要がなくなる。しかしながら、複数の方向にアンテナ軸を有するリーダ／ライタ用アンテナはなく、また、基板の面に平行な方向にアンテナ軸を有するアンテナを基板と一体的に形成するのは困難であり、このようなリーダ／ライタ用アンテナを基板と別体として形成すると、リーダ／ライタのサイズが大きくなってしまう。
【００１８】
そこで、本発明では、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナを、基板の面上にループ状に形成される第１のアンテナと、基板表裏面の導体パターンと基板を貫通するスルーホールや複数の基板を接続する接合ピンとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、導体パターンが形成されたフレキシブルな基材を基板上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせ、リード線と基板の面上の導体パターンとを利用して立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナとで構成することにより、複数の方向にアンテナ軸を向けてタグとの位置関係によらずデータの交信を可能としている。以下、その具体的構造について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は本発明のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図であり、図２は、リーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。また、図３乃至図８は、第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、ＰＤＡ、ノート型パソコン、携帯電話機等の携帯端末機器１０のスロットに装着可能な構造のカード状、スティック状のリーダ／ライタ本体４及びリーダ／ライタ本体４に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３からなるリーダ／ライタ２と、対象物に貼付されるカード状、シート状、ラベル状などのタグ５とから構成される。
【００２１】
また、図２に示すように、リーダ／ライタ本体４は、送受信信号を変換するための通信回路部４ｂと送受信信号をデコードするための演算処理部４ｃとを備え、通信回路部４ｂにリーダ／ライタ用アンテナ３が接続されている。また、演算処理部４ｃは携帯端末機器１０の回路に接続され、リーダ／ライタ用アンテナ３で受信したデータが携帯端末機器１０で利用できるように構成されている。また、タグ５は、その内部にアンテナコイル７とコンデンサ８（内部容量を有するＩＣ９を備える場合はコンデンサ８が必ずしも必要ではない。）とからなる共振回路６を備え、タグ５側でも信号を生成する場合は共振回路６にデータの演算、記憶を行うＩＣ９が接続され、内蔵する電源又はリーダ／ライタ２から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ５の共振回路６の共振周波数を所望の通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）に合わせ込むことによってリーダ／ライタ用アンテナ３との間でデータの交信を行う。
【００２２】
なお、本発明はリーダ／ライタ本体４に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３の構造に特徴を有するものであり、リーダ／ライタ本体４やタグ５の形状、構造、リーダ／ライタ２を装着する機器やタグ５が貼付される対象物の種類、形状、構造等は限定されない。
【００２３】
次に、本実施例のリーダ／ライタ２の詳細な構造について説明する。図３に示すように、本実施例のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器１０のスロットに装着可能なカード状（例えば、ＣＦカード形状）のリーダ／ライタ本体４と、該本体に格納される基板４ａに一体的に形成されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、リーダ／ライタ用アンテナ３は、基板４ａの一面上に平面的（導体パターンが交差する箇所において、各々の導体パターンが導通しないようにスルーホールやジャンパー線などを用いて接続しているものを含む。以下の説明において同じ。）に形成され、基板４ａの面に略直交する方向にアンテナ軸を有するループ状の第１のアンテナ３ａと、基板４ａの厚さ方向に立体的に形成され、基板４ａの面に略平行な方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂとで構成されている。
【００２４】
なお、リーダ／ライタ用アンテナ３が形成される基板４ａは、リーダ／ライタ２を機能させるためのＲＦ回路や制御回路、インターフェース回路などが形成される基板であってもよいし、これらの基板とは別に、アンテナパターンを形成するために設けられる基板であってもよい。また、図では説明を容易にするために、リーダ／ライタ用アンテナ３と回路要素との電気的な接続構造は記載していないが、前述したように、リーダ／ライタ用アンテナ３は基板４ａ又は他の基板に形成される通信回路部４ｂに接続されている。
【００２５】
この第２のアンテナ３ｂは、基板４ａの一面上に形成された導体パターン（図では表面側導体パターン１１ａ）と対向する面に形成された導体パターン（図では裏面側導体パターン１１ｂ）と基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて立体的に形成され、その端部が第１のアンテナ３ａに接続されている。このようにスルーホール１１ｃを利用してアンテナを形成することにより、リーダ／ライタ本体４（基板４ａ）の厚みを増すことなく、基板４ａの面に略平行な方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成することができる。
【００２６】
なお、図３の構成は例示であり、第２のアンテナ３ｂは表面側導体パターン１１ａと裏面側導体パターン１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて基板４ａの厚さ方向に立体的に形成されていればよく、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続位置や接続構造は任意であり、例えば、図４に示すように第１のアンテナ３ａの両端部側と第２のアンテナ３ｂとが接続される構造としてもよいし、磁界の向きが対向するように、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続線を交差させる構造としてもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数を２回、第２のアンテナ３ｂの巻き数を１回としたが、巻き数は任意であり、また、アンテナパターンの形状やスルーホールの形成位置、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続位置なども図の構成に限定されない。また、基板４ａの厚さも限定されず市販のプリント基板などを用いることができるが、第２のアンテナ３ｂのアンテナ面積を大きくするためにはリーダ／ライタ本体４に格納可能な限りにおいて極力厚い方が好ましい。また、図３及び図４では、表裏面に導体パターンが形成された基板４ａを使用する構成を示したが、導体パターンが３層以上形成された多層基板を使用することもでき、内層面の導体パターンを用いて第１のアンテナ３ａや第２のアンテナ３ｂを形成したり、内層面を使用してアンテナの巻き数を増やすこともできる。
【００２７】
また、図３及び図４では、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを接続し、その双方に給電する構成としたが、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを分離することもできる。例えば、図５に示すように、第１のアンテナ３ａにカップリングするように設計された共振回路を、共振回路部品１２と基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて形成して第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。この構成の場合、第２のアンテナ３ｂ（無給電アンテナ）は第１のアンテナ３ａ（給電アンテナ）との磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される。
【００２８】
また、図３乃至図５では、第２のアンテナ３ｂをそのアンテナ軸が基板４ａの長手方向を向くように形成したが、例えば図６に示すように、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように第２のアンテナ３ｂを形成してもよい。また、図３乃至図６では、第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸が基板４ａの面に略平行になるようにしたが、第１のアンテナ３ａのアンテナ軸と異なる方向を向いていればよい。更に、図３乃至図６では、リーダ／ライタ用アンテナ３が第１のアンテナ３ａ及び第２のアンテナ３ｂの２種類のアンテナで構成されている場合について記載したが、リーダ／ライタ用アンテナ３はアンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナで構成されていればよく、例えば、図３に示す給電アンテナと図５又は図６に示す無給電アンテナとを組み合わせることもできる。
【００２９】
また、図３乃至図６では、１つの基板４ａに第２のアンテナ３ｂを立体的に形成したが、リーダ／ライタ本体４に格納される基板が複数の場合（例えば、アンテナパターンが形成される基板とＲＦ回路や制御回路、インターフェース回路などが形成される基板とが別々に構成されている場合）には、図７に示すように、基板４ａに形成された導体パターンと基板１７に形成された導体パターンと基板間を接続する接合ピン１６と、必要に応じてスルーホール１１ｃとを用いて接続して基板４ａ、４ｂの積層方向に立体的に第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。このように複数の基板を利用して第２のアンテナ３ｂを形成することにより、アンテナの面積を大きくすることができ、データの交信が可能な範囲を広げることができる。この構成の場合においても、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続構造は任意であり、図３及び図４のいずれの構造を利用してもよいし、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂの双方を給電アンテナとしても、いずれか一方を無給電アンテナとしてもよい。更に、図７では２つの基板４ａ、１７を利用する場合を示したが、３つ以上の基板を利用して立体的な第２のアンテナ３ｂを形成してもよい。
【００３０】
また、図３乃至図７では、基板４ａの面に略平行又は略直交するアンテナ軸を有するアンテナを形成したが、表面側導体パターン１１ａと裏面側導体パターン１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に対して傾斜したアンテナ軸を有するアンテナを形成することもできる。例えば、図８に示すように、基板４ａの表面側に形成したコの字型の導体パターンと、基板４ａの裏面側に形成したコの字型の導体パターンとをスルーホール１１ｃで接続すると、実効的なアンテナ面が基板４ａの面に対して傾斜するため、アンテナ軸を基板４ａの法線方向に対して傾斜させることができる。そして、このような構造のアンテナを第１のアンテナ３ａ又は第２のアンテナ３ｂとして用いることによっても複数の方向にアンテナ軸を有するリーダ／ライタ用アンテナ３を形成することができる。
【００３１】
このように、リーダ／ライタ本体４に格納される基板４ａの面上に形成される第１のアンテナ３ａに加えて、基板４ａ両面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを立体的に形成することにより、タグ５との位置関係によらずデータの交信を行うことができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図９及び図１０を参照して説明する。図９及び図１０は、第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図及び平面図である。
【００３３】
前記した第１の実施例では、基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成したが、基板４ａの一方の面のみを用いて面方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。
【００３４】
具体的には、図９に示すように、リーダ／ライタ本体４に格納される基板４ａの面上にループ状の第１アンテナ３ａを形成し、第１のアンテナ３ａの配線の一部を切断して、そこに配線の長手方向に螺旋が延びる第２のアンテナ３ｂ（ここではチップコイル１３）を接続する。このような構成でも、ループ状の第１のアンテナ３ａのアンテナ軸は基板４ａの面に略直交する方向を向き、螺旋状の第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に略平行な方向を向くため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナを構成することができ、第１の実施例と同様に、タグ５との位置関係によらずデータの交信を可能とすることができる。
【００３５】
なお、本実施例においても、第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に直交する方向以外の方向であればよく、図１０に示すように、基板４ａの短尺方向に螺旋状の第２のアンテナ３ｂを配置してもよいし、図９の構造と図１０の構造とを組み合わせてもよい。また、本実施例の構造においても、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成してもよいし、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａ及び第２のアンテナ３ｂの巻き数、形状などは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１及び図１２は、第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図、平面図及び側断面図である。
【００３７】
前記した第１の実施例では、基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成したが、この方法では、パターンの構成が複雑になり、また、既存の基板４ａを利用してリーダ／ライタ用アンテナ３を形成することができない場合もある。そこで、本実施例では、第１のアンテナ３ａの近傍にフレキシブルな材料で形成された第２のアンテナ３ｂを配置する。
【００３８】
具体的には、図１１に示すように、フレキシブルな絶縁性シート上に設けたＡｌやＣｕ等の導電膜をエッチングにより除去したり、絶縁性シート上にスクリーン印刷により導電性ペーストを塗布する等によって形成したフレキシブル基板１４を撓ませ、そのアンテナ軸が基板４ａの面に略平行な方向を向く（図では、基板４ａの長手方向を向く）ように基板４ａ上に配置して第２のアンテナ３ｂを形成し、この第２のアンテナ３ｂと第１のアンテナ３ａとを圧着、半田付けなどの方法により接続する。このような構成でも、ループ状の第１のアンテナ３ａのアンテナ軸は基板４ａの面に略直交する方向を向き、フレキシブル基板１４を撓ませて形成した第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に略平行な方向を向くため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナ３を構成することができ、第１及び第２の実施例と同様に、タグ５との位置関係によらずデータの交信を可能とすることができる。
【００３９】
なお、図１１では、フレキシブル基板１４をループ状に撓ませて基板４ａ上に設置したが、基板４ａに予めフレキシブル基板１４のアンテナパターンと接続される導体パターンを形成しておき、半円状のフレキシブル基板１４の両端部を基板４ａに接続するようにしてもよい。
【００４０】
また、図１１では、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを接続して両アンテナに給電する構成としたが、図１２に示すように、フレキシブル基板１４に予め第１のアンテナ３ａとカップリングする共振回路を形成しておき、フレキシブル基板１４をループ状に巻回して第１のアンテナ３ａの近傍に設置する構成とすることもでき、第２のアンテナ３ｂを第１のアンテナ３ａとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動させることもできる。この構成では、第１のアンテナ３ａが形成された基板４ａにフレキシブル基板１４で形成された第２のアンテナ３ｂを配置するだけでよいため、第１のアンテナ３ａが形成された既存の基板４ａをそのまま利用することができるという長所がある。また、フレキシブル基板１４を用いた場合、基板４ａを筐体に収納した際に、筐体の内部形状にある程度合致するようにフレキシブル基板１４が変形するため、筐体内の最大限のアンテナ面積を確保できるという長所もある。
【００４１】
本実施例においても、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように第２のアンテナ３ｂを形成してもよいし、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成したり、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数や形状、フレキシブル基板１４の材料、パターン形状、撓み形状、設置位置などは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。
【実施例４】
【００４２】
次に、本発明の第４の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１３を参照して説明する。図１３は、第４の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図、平面図及び側断面図である。
【００４３】
前記した第２の実施例では、共振回路を構成する共振回路部品１２と基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて第２のアンテナ３ｂを形成したが、スルーホール１１ｃを用いなくても基板４ａの面方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを立体的に形成することはできる。
【００４４】
具体的には、図１３に示すように、基板４ａに実装される実装部品１５（第１のアンテナ３ａと電気的に接続される部品であってもよいし、無給電アンテナを構成する部品であってもよい。例えば、低抵抗のリード抵抗や共振に必要な容量のリードコンデンサなど）の足１５ａを折り曲げ、基板４ａとの間に隙間ができるように実装する。このような構成でも、実装部品１５の足１５ａと基板４ａの面上に形成された導体パターン（ここでは表面側導体パターン１１ａ）とによってループが形成され、該ループが第２のアンテナ３ｂとして機能するため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナ３を構成することができる。
【００４５】
なお、図１３では、実装部品１５の足１５ａを基板４ａの表面側導体パターン１１ａに接続したが、実装部品１５の足１５ａをスルーホール１１ｃを貫通させて裏面側導体パターン１１ｂで接続するようにしてもよい。また、本実施例においても、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように実装部品１５を配置して第２のアンテナ３ｂを形成してもよいし、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成したり、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数、形状、実装部品１５の種類、足１５ａの形状、基板４ａとの隙間の大きさなどは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。また、第２のアンテナ３ｂの巻き数を部品点数により増加させることも可能であり、例えば、１００ｐＦのコンデンサでアンテナを形成する場合に、２００ｐＦのコンデンサを２個直列に繋ぐことにより２ターンのコイルアンテナを形成することができる。
【００４６】
また、上記各実施例では、基板４ａの面に直交する方向以外の方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成する４つの構造について記載したが、これらの構造を単独で利用してもよいし、複数の構造を組み合わせて利用してもよい。また、上記説明では、本発明のアンテナ構造をリーダ／ライタ用アンテナに適用する場合について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、タグのアンテナや他の通信機器用アンテナについても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ＲＦＩＤシステム
２ リーダ／ライタ
３ リーダ／ライタ用アンテナ
３ａ 第１のアンテナ
３ｂ 第２のアンテナ
４ リーダ／ライタ本体
４ａ 基板
４ｂ 通信回路部
４ｃ 演算処理部
５ タグ
６ 共振回路
７ アンテナコイル
８ コンデンサ
９ ＩＣ
１０ 携帯端末機器
１１ａ 表面側導体パターン
１１ｂ 裏面側導体パターン
１１ｃ スルーホール
１２ 共振回路部品
１３ チップコンデンサ
１４ フレキシブル基板
１５ 実装部品
１５ａ 足
１６ 接合ピン
１７ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導又は電磁結合を利用して非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムのリーダ又はリーダ／ライタに関し、特に、リーダ又はリーダ／ライタのアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップを備えたタグとリーダ又はリーダ／ライタ（以下、総称してリーダ／ライタと呼ぶ。）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、タグ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、タグをリーダ／ライタから離した状態でも通信可能であることから、様々な用途に利用されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、ＲＦＩＤシステムを図書館における書籍の管理などに用いる技術が開示されている。上記公報によれば、ループ状のアンテナとＩＣとからなるタグ（帯状ＩＣシール）を書籍に貼付し、一方、対象物に設けられたＩＣチップのデータを読み取るリーダ／ライタを備える受け渡し管理装置を設置し、受け渡し管理装置のリーダ／ライタ用アンテナ上に対象物を設置することにより、対象物のＩＣチップに記憶されているデータをリーダ／ライタで読み取り、書籍の持ち出し、返却を管理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００２−０１９９２２号公報（第３−６頁、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報記載の構造のＲＦＩＤシステムでは、リーダ／ライタ用アンテナは受け渡し管理装置に固定されており、また、タグが貼付された対象物はリーダ／ライタ用アンテナ上の所定の位置に載置されるため、リーダ／ライタ用アンテナとタグとのデータの交信を確実に行うことができる。しかしながら、固定されている装置にリーダ／ライタを設置する構造の場合、データの交信を行うためにはタグが貼付された対象物を装置まで持ち運ばなければならず、例えば、棚に配置されている書籍を管理する場合などに不便である。
【０００６】
そこで、リーダ／ライタを小型のカード状（例えば、ＣＦカード）とし、ＰＤＡ等の携帯端末機器に装着して使用する方法もある。この方法の場合、リーダ／ライタを持ち歩くことができるため、タグが貼付された対象物を移動させることなくタグとデータの交信を行うことができるが、リーダ／ライタをこのような形態にするとリーダ／ライタ用アンテナのサイズも小さくなるためにタグとの交信範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができない場合も生じる。
【０００７】
例えば、図１４に示すように、カード状のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器のスロット等に装着されるリーダ／ライタ本体４と、該本体に格納される基板４ａの表面上に形成されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、タグ５に埋め込まれたアンテナコイル７とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸が同じ方向を向くようにリーダ／ライタ２を近接（図ではタグ５の下側からリーダ／ライタ２を近接）させたときはデータの交信が可能であるが、双方のアンテナ軸が直交する状態でリーダ／ライタ２を近接（図ではタグ５の左側からリーダ／ライタ２を近接）させたときはデータの交信ができない。そこで、このような場合は、携帯端末機器自体の向きを変えてアンテナ軸を調整すればよいが、携帯端末機器の向きを変えてしまうとタッチパネルやキーボードの操作しにくくなったり、モニタが見にくくなってしまい、作業性が著しく低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、タグとの位置関係によらずタグとデータの交信を行うことができるＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のリーダ又はリーダ／ライタは、電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路要素が構成される本体と、該本体に格納される複数の基板に形成されるアンテナとからなり、前記アンテナは、いずれか一の基板の面上に設けられた導体パターンで形成されるループ状の第１のアンテナと、前記一の基板の面上に設けられた導体パターンと他の基板の面上に設けられた導体パターンと前記一の基板と前記他の基板とを接続する接合手段とを少なくとも用いて立体的に形成される第２のアンテナとにより構成されるものである。
【００１０】
本発明においては、前記第１のアンテナと前記第１のアンテナとが分離して形成され、一方のアンテナは他方のアンテナとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される構成とすることができる。
【００１１】
本発明においては、前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理されることが好ましい。
【００１２】
このように、本発明によれば、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナが、基板上に平面的に形成された第１のアンテナと基板に立体的に形成された第２のアンテナとを含む複数のアンテナにより構成されるため、タグの向きによらず確実にタグとデータの交信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造によれば、携帯端末機器などの移動可能な機器に設置されるリーダ／ライタと、対象物品に貼付されるタグとの位置関係によらず、確実にタグとデータの交信を行うことができる。
【００１４】
その理由は、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナを、基板の面上にループ状に形成される第１のアンテナに加えて、基板表裏面の導体パターンと基板を貫通するスルーホールや複数の基板を接続する接合ピンとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、導体パターンが形成されたフレキシブルな基材を基板上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせ、リード線と基板の面上の導体パターンとを利用して立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナを設けることにより、複数の方向にアンテナ軸が形成されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るリーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【図１４】従来のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
従来技術で示したように、ＰＤＡ等の携帯端末機器にカード状のリーダ／ライタを装着して持ち運びできるようにする方法があるが、この場合、リーダ／ライタ用アンテナのサイズを大きくすることができないために交信可能な範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができなくなり、携帯端末機器自体の向きを調整すると、携帯端末機器の操作性や視認性が低下するという問題が生じる。
【００１７】
このような問題が生じるのは、リーダ／ライタ用アンテナがカード状のリーダ／ライタ本体に格納される基板の一平面上に形成され、そのアンテナ軸が一方向を向いているからであり、アンテナ軸が複数の方向を向くようにリーダ／ライタ用アンテナを形成すれば携帯端末機器自体の向きを調整する必要がなくなる。しかしながら、複数の方向にアンテナ軸を有するリーダ／ライタ用アンテナはなく、また、基板の面に平行な方向にアンテナ軸を有するアンテナを基板と一体的に形成するのは困難であり、このようなリーダ／ライタ用アンテナを基板と別体として形成すると、リーダ／ライタのサイズが大きくなってしまう。
【００１８】
そこで、本発明では、リーダ／ライタ本体に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナを、基板の面上にループ状に形成される第１のアンテナと、基板表裏面の導体パターンと基板を貫通するスルーホールや複数の基板を接続する接合ピンとを利用して立体的に形成されるアンテナや、第１のアンテナ上にループを分断するように設置される螺旋状のアンテナ、導体パターンが形成されたフレキシブルな基材を基板上で撓ませて形成したアンテナ、実装部品をリード線によって浮かせ、リード線と基板の面上の導体パターンとを利用して立体的に形成されるアンテナ等からなる第２のアンテナとで構成することにより、複数の方向にアンテナ軸を向けてタグとの位置関係によらずデータの交信を可能としている。以下、その具体的構造について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は本発明のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図であり、図２は、リーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。また、図３乃至図８は、第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、ＰＤＡ、ノート型パソコン、携帯電話機等の携帯端末機器１０のスロットに装着可能な構造のカード状、スティック状のリーダ／ライタ本体４及びリーダ／ライタ本体４に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３からなるリーダ／ライタ２と、対象物に貼付されるカード状、シート状、ラベル状などのタグ５とから構成される。
【００２１】
また、図２に示すように、リーダ／ライタ本体４は、送受信信号を変換するための通信回路部４ｂと送受信信号をデコードするための演算処理部４ｃとを備え、通信回路部４ｂにリーダ／ライタ用アンテナ３が接続されている。また、演算処理部４ｃは携帯端末機器１０の回路に接続され、リーダ／ライタ用アンテナ３で受信したデータが携帯端末機器１０で利用できるように構成されている。また、タグ５は、その内部にアンテナコイル７とコンデンサ８（内部容量を有するＩＣ９を備える場合はコンデンサ８が必ずしも必要ではない。）とからなる共振回路６を備え、タグ５側でも信号を生成する場合は共振回路６にデータの演算、記憶を行うＩＣ９が接続され、内蔵する電源又はリーダ／ライタ２から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ５の共振回路６の共振周波数を所望の通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）に合わせ込むことによってリーダ／ライタ用アンテナ３との間でデータの交信を行う。
【００２２】
なお、本発明はリーダ／ライタ本体４に格納される基板に形成されるリーダ／ライタ用アンテナ３の構造に特徴を有するものであり、リーダ／ライタ本体４やタグ５の形状、構造、リーダ／ライタ２を装着する機器やタグ５が貼付される対象物の種類、形状、構造等は限定されない。
【００２３】
次に、本実施例のリーダ／ライタ２の詳細な構造について説明する。図３に示すように、本実施例のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器１０のスロットに装着可能なカード状（例えば、ＣＦカード形状）のリーダ／ライタ本体４と、該本体に格納される基板４ａに一体的に形成されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、リーダ／ライタ用アンテナ３は、基板４ａの一面上に平面的（導体パターンが交差する箇所において、各々の導体パターンが導通しないようにスルーホールやジャンパー線などを用いて接続しているものを含む。以下の説明において同じ。）に形成され、基板４ａの面に略直交する方向にアンテナ軸を有するループ状の第１のアンテナ３ａと、基板４ａの厚さ方向に立体的に形成され、基板４ａの面に略平行な方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂとで構成されている。
【００２４】
なお、リーダ／ライタ用アンテナ３が形成される基板４ａは、リーダ／ライタ２を機能させるためのＲＦ回路や制御回路、インターフェース回路などが形成される基板であってもよいし、これらの基板とは別に、アンテナパターンを形成するために設けられる基板であってもよい。また、図では説明を容易にするために、リーダ／ライタ用アンテナ３と回路要素との電気的な接続構造は記載していないが、前述したように、リーダ／ライタ用アンテナ３は基板４ａ又は他の基板に形成される通信回路部４ｂに接続されている。
【００２５】
この第２のアンテナ３ｂは、基板４ａの一面上に形成された導体パターン（図では表面側導体パターン１１ａ）と対向する面に形成された導体パターン（図では裏面側導体パターン１１ｂ）と基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて立体的に形成され、その端部が第１のアンテナ３ａに接続されている。このようにスルーホール１１ｃを利用してアンテナを形成することにより、リーダ／ライタ本体４（基板４ａ）の厚みを増すことなく、基板４ａの面に略平行な方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成することができる。
【００２６】
なお、図３の構成は例示であり、第２のアンテナ３ｂは表面側導体パターン１１ａと裏面側導体パターン１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて基板４ａの厚さ方向に立体的に形成されていればよく、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続位置や接続構造は任意であり、例えば、図４に示すように第１のアンテナ３ａの両端部側と第２のアンテナ３ｂとが接続される構造としてもよいし、磁界の向きが対向するように、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続線を交差させる構造としてもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数を２回、第２のアンテナ３ｂの巻き数を１回としたが、巻き数は任意であり、また、アンテナパターンの形状やスルーホールの形成位置、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続位置なども図の構成に限定されない。また、基板４ａの厚さも限定されず市販のプリント基板などを用いることができるが、第２のアンテナ３ｂのアンテナ面積を大きくするためにはリーダ／ライタ本体４に格納可能な限りにおいて極力厚い方が好ましい。また、図３及び図４では、表裏面に導体パターンが形成された基板４ａを使用する構成を示したが、導体パターンが３層以上形成された多層基板を使用することもでき、内層面の導体パターンを用いて第１のアンテナ３ａや第２のアンテナ３ｂを形成したり、内層面を使用してアンテナの巻き数を増やすこともできる。
【００２７】
また、図３及び図４では、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを接続し、その双方に給電する構成としたが、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを分離することもできる。例えば、図５に示すように、第１のアンテナ３ａにカップリングするように設計された共振回路を、共振回路部品１２と基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて形成して第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。この構成の場合、第２のアンテナ３ｂ（無給電アンテナ）は第１のアンテナ３ａ（給電アンテナ）との磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される。
【００２８】
また、図３乃至図５では、第２のアンテナ３ｂをそのアンテナ軸が基板４ａの長手方向を向くように形成したが、例えば図６に示すように、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように第２のアンテナ３ｂを形成してもよい。また、図３乃至図６では、第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸が基板４ａの面に略平行になるようにしたが、第１のアンテナ３ａのアンテナ軸と異なる方向を向いていればよい。更に、図３乃至図６では、リーダ／ライタ用アンテナ３が第１のアンテナ３ａ及び第２のアンテナ３ｂの２種類のアンテナで構成されている場合について記載したが、リーダ／ライタ用アンテナ３はアンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナで構成されていればよく、例えば、図３に示す給電アンテナと図５又は図６に示す無給電アンテナとを組み合わせることもできる。
【００２９】
また、図３乃至図６では、１つの基板４ａに第２のアンテナ３ｂを立体的に形成したが、リーダ／ライタ本体４に格納される基板が複数の場合（例えば、アンテナパターンが形成される基板とＲＦ回路や制御回路、インターフェース回路などが形成される基板とが別々に構成されている場合）には、図７に示すように、基板４ａに形成された導体パターンと基板１７に形成された導体パターンと基板間を接続する接合ピン１６と、必要に応じてスルーホール１１ｃとを用いて接続して基板４ａ、４ｂの積層方向に立体的に第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。このように複数の基板を利用して第２のアンテナ３ｂを形成することにより、アンテナの面積を大きくすることができ、データの交信が可能な範囲を広げることができる。この構成の場合においても、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとの接続構造は任意であり、図３及び図４のいずれの構造を利用してもよいし、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂの双方を給電アンテナとしても、いずれか一方を無給電アンテナとしてもよい。更に、図７では２つの基板４ａ、１７を利用する場合を示したが、３つ以上の基板を利用して立体的な第２のアンテナ３ｂを形成してもよい。
【００３０】
また、図３乃至図７では、基板４ａの面に略平行又は略直交するアンテナ軸を有するアンテナを形成したが、表面側導体パターン１１ａと裏面側導体パターン１１ｂとスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に対して傾斜したアンテナ軸を有するアンテナを形成することもできる。例えば、図８に示すように、基板４ａの表面側に形成したコの字型の導体パターンと、基板４ａの裏面側に形成したコの字型の導体パターンとをスルーホール１１ｃで接続すると、実効的なアンテナ面が基板４ａの面に対して傾斜するため、アンテナ軸を基板４ａの法線方向に対して傾斜させることができる。そして、このような構造のアンテナを第１のアンテナ３ａ又は第２のアンテナ３ｂとして用いることによっても複数の方向にアンテナ軸を有するリーダ／ライタ用アンテナ３を形成することができる。
【００３１】
このように、リーダ／ライタ本体４に格納される基板４ａの面上に形成される第１のアンテナ３ａに加えて、基板４ａ両面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを立体的に形成することにより、タグ５との位置関係によらずデータの交信を行うことができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図９及び図１０を参照して説明する。図９及び図１０は、第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図及び平面図である。
【００３３】
前記した第１の実施例では、基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成したが、基板４ａの一方の面のみを用いて面方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成することもできる。
【００３４】
具体的には、図９に示すように、リーダ／ライタ本体４に格納される基板４ａの面上にループ状の第１アンテナ３ａを形成し、第１のアンテナ３ａの配線の一部を切断して、そこに配線の長手方向に螺旋が延びる第２のアンテナ３ｂ（ここではチップコイル１３）を接続する。このような構成でも、ループ状の第１のアンテナ３ａのアンテナ軸は基板４ａの面に略直交する方向を向き、螺旋状の第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に略平行な方向を向くため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナを構成することができ、第１の実施例と同様に、タグ５との位置関係によらずデータの交信を可能とすることができる。
【００３５】
なお、本実施例においても、第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に直交する方向以外の方向であればよく、図１０に示すように、基板４ａの短尺方向に螺旋状の第２のアンテナ３ｂを配置してもよいし、図９の構造と図１０の構造とを組み合わせてもよい。また、本実施例の構造においても、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成してもよいし、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａ及び第２のアンテナ３ｂの巻き数、形状などは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１及び図１２は、第３の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図、平面図及び側断面図である。
【００３７】
前記した第１の実施例では、基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて、基板４ａの面に直交する方向以外にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成したが、この方法では、パターンの構成が複雑になり、また、既存の基板４ａを利用してリーダ／ライタ用アンテナ３を形成することができない場合もある。そこで、本実施例では、第１のアンテナ３ａの近傍にフレキシブルな材料で形成された第２のアンテナ３ｂを配置する。
【００３８】
具体的には、図１１に示すように、フレキシブルな絶縁性シート上に設けたＡｌやＣｕ等の導電膜をエッチングにより除去したり、絶縁性シート上にスクリーン印刷により導電性ペーストを塗布する等によって形成したフレキシブル基板１４を撓ませ、そのアンテナ軸が基板４ａの面に略平行な方向を向く（図では、基板４ａの長手方向を向く）ように基板４ａ上に配置して第２のアンテナ３ｂを形成し、この第２のアンテナ３ｂと第１のアンテナ３ａとを圧着、半田付けなどの方法により接続する。このような構成でも、ループ状の第１のアンテナ３ａのアンテナ軸は基板４ａの面に略直交する方向を向き、フレキシブル基板１４を撓ませて形成した第２のアンテナ３ｂのアンテナ軸は基板４ａの面に略平行な方向を向くため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナ３を構成することができ、第１及び第２の実施例と同様に、タグ５との位置関係によらずデータの交信を可能とすることができる。
【００３９】
なお、図１１では、フレキシブル基板１４をループ状に撓ませて基板４ａ上に設置したが、基板４ａに予めフレキシブル基板１４のアンテナパターンと接続される導体パターンを形成しておき、半円状のフレキシブル基板１４の両端部を基板４ａに接続するようにしてもよい。
【００４０】
また、図１１では、第１のアンテナ３ａと第２のアンテナ３ｂとを接続して両アンテナに給電する構成としたが、図１２に示すように、フレキシブル基板１４に予め第１のアンテナ３ａとカップリングする共振回路を形成しておき、フレキシブル基板１４をループ状に巻回して第１のアンテナ３ａの近傍に設置する構成とすることもでき、第２のアンテナ３ｂを第１のアンテナ３ａとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動させることもできる。この構成では、第１のアンテナ３ａが形成された基板４ａにフレキシブル基板１４で形成された第２のアンテナ３ｂを配置するだけでよいため、第１のアンテナ３ａが形成された既存の基板４ａをそのまま利用することができるという長所がある。また、フレキシブル基板１４を用いた場合、基板４ａを筐体に収納した際に、筐体の内部形状にある程度合致するようにフレキシブル基板１４が変形するため、筐体内の最大限のアンテナ面積を確保できるという長所もある。
【００４１】
本実施例においても、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように第２のアンテナ３ｂを形成してもよいし、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成したり、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数や形状、フレキシブル基板１４の材料、パターン形状、撓み形状、設置位置などは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。
【実施例４】
【００４２】
次に、本発明の第４の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１３を参照して説明する。図１３は、第４の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図、平面図及び側断面図である。
【００４３】
前記した第２の実施例では、共振回路を構成する共振回路部品１２と基板４ａの表裏面の導体パターン１１ａ、１１ｂと基板４ａを貫通するスルーホール１１ｃとを用いて第２のアンテナ３ｂを形成したが、スルーホール１１ｃを用いなくても基板４ａの面方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを立体的に形成することはできる。
【００４４】
具体的には、図１３に示すように、基板４ａに実装される実装部品１５（第１のアンテナ３ａと電気的に接続される部品であってもよいし、無給電アンテナを構成する部品であってもよい。例えば、低抵抗のリード抵抗や共振に必要な容量のリードコンデンサなど）の足１５ａを折り曲げ、基板４ａとの間に隙間ができるように実装する。このような構成でも、実装部品１５の足１５ａと基板４ａの面上に形成された導体パターン（ここでは表面側導体パターン１１ａ）とによってループが形成され、該ループが第２のアンテナ３ｂとして機能するため、アンテナ軸の方向が異なる複数のアンテナでリーダ／ライタ用アンテナ３を構成することができる。
【００４５】
なお、図１３では、実装部品１５の足１５ａを基板４ａの表面側導体パターン１１ａに接続したが、実装部品１５の足１５ａをスルーホール１１ｃを貫通させて裏面側導体パターン１１ｂで接続するようにしてもよい。また、本実施例においても、基板４ａの短尺方向にアンテナ軸が向くように実装部品１５を配置して第２のアンテナ３ｂを形成してもよいし、第１のアンテナ３ａを図８に示すようにそのアンテナ軸が傾斜するように形成したり、第２のアンテナ３ｂを基板４ａの面に対して傾斜させて固定してもよい。また、第１のアンテナ３ａの巻き数、形状、実装部品１５の種類、足１５ａの形状、基板４ａとの隙間の大きさなどは任意であり、リーダ／ライタ２に求められる性能を勘案して適宜設定することができる。また、第２のアンテナ３ｂの巻き数を部品点数により増加させることも可能であり、例えば、１００ｐＦのコンデンサでアンテナを形成する場合に、２００ｐＦのコンデンサを２個直列に繋ぐことにより２ターンのコイルアンテナを形成することができる。
【００４６】
また、上記各実施例では、基板４ａの面に直交する方向以外の方向にアンテナ軸を有する第２のアンテナ３ｂを形成する４つの構造について記載したが、これらの構造を単独で利用してもよいし、複数の構造を組み合わせて利用してもよい。また、上記説明では、本発明のアンテナ構造をリーダ／ライタ用アンテナに適用する場合について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、タグのアンテナや他の通信機器用アンテナについても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ＲＦＩＤシステム
２ リーダ／ライタ
３ リーダ／ライタ用アンテナ
３ａ 第１のアンテナ
３ｂ 第２のアンテナ
４ リーダ／ライタ本体
４ａ 基板
４ｂ 通信回路部
４ｃ 演算処理部
５ タグ
６ 共振回路
７ アンテナコイル
８ コンデンサ
９ ＩＣ
１０ 携帯端末機器
１１ａ 表面側導体パターン
１１ｂ 裏面側導体パターン
１１ｃ スルーホール
１２ 共振回路部品
１３ チップコンデンサ
１４ フレキシブル基板
１５ 実装部品
１５ａ 足
１６ 接合ピン
１７ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、
前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路要素が構成される本体と、該本体に格納される複数の基板に形成されるアンテナとからなり、
前記アンテナは、いずれか一の基板の面上に設けられた導体パターンで形成されるループ状の第１のアンテナと、前記一の基板の面上に設けられた導体パターンと他の基板の面上に設けられた導体パターンと前記一の基板と前記他の基板とを接続する接合手段とを少なくとも用いて立体的に形成される第２のアンテナとにより構成されることを特徴とするリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項２】
前記第１のアンテナと前記第１のアンテナとが分離して形成され、一方のアンテナは他方のアンテナとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動されることを特徴とする請求項１に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項３】
前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項１】
電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、
前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路要素が構成される本体と、該本体に格納される複数の基板に形成されるアンテナとからなり、
前記アンテナは、いずれか一の基板の面上に設けられた導体パターンで形成されるループ状の第１のアンテナと、前記一の基板の面上に設けられた導体パターンと他の基板の面上に設けられた導体パターンと前記一の基板と前記他の基板とを接続する接合手段とを少なくとも用いて立体的に形成される第２のアンテナとにより構成されることを特徴とするリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項２】
前記第１のアンテナと前記第１のアンテナとが分離して形成され、一方のアンテナは他方のアンテナとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動されることを特徴とする請求項１に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項３】
前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１１２０６２（Ｐ２００９−１１２０６２Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６４０１（Ｐ２００９−３６４０１）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【分割の表示】特願２００３−３６６７５８（Ｐ２００３−３６６７５８）の分割
【原出願日】平成１５年１０月２８日（２００３．１０．２８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【分割の表示】特願２００３−３６６７５８（Ｐ２００３−３６６７５８）の分割
【原出願日】平成１５年１０月２８日（２００３．１０．２８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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