(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数に巻回されたループコイルからなるアンテナを介して非接触で非接触式カードに信号を送信する非接触式自動改札機用アンテナ装置において、
前記複数に巻回されたループコイルの各巻回毎に、又は所定の複数の巻回毎にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子を設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたことを特徴とする非接触式自動改札機用アンテナ装置。
【請求項２】
複数に巻回されたループコイルからなるアンテナを介して非接触で非接触式カードに信号を送信する非接触式自動改札機用アンテナ装置において、
前記複数に巻回されたループコイルの任意の複数の位置にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子をそれぞれ設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたことを特徴とする非接触式自動改札機用アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の非接触式自動改札機用アンテナ装置において、金属板のループコイルが設けられている側と反対側の面には、そのループコイルに供給する信号を生成するトランスミッタが設けられていることを特徴とする非接触式自動改札機用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ装置に係り、特に、無線通信機能を備えたＩＣカードからなる非接触式カードとの間で非接触でデータ授受を行って入出場処理を行う非接触式自動改札機に好適なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の非接触式自動改札機に設けられているアンテナ装置は、改札通路入口側の筐体の上面にアンテナ部が設けられていて、利用者がそのアンテナ部に非接触式カードをかざすことができるように構成されている。
【０００３】
このアンテナ部は、筐体の上面に平行に巻回された送信用のループコイルと受信用のループコイルとにより形成されている。そして、送信用のループコイルには、トランスミッタから非接触式カードに対する電力供給及びデータ送信用の信号が供給されるとともに、受信用のループコイルからは、非接触式カードから受信した信号がトランスミッタに入力されるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のアンテナ装置は、送信用のループコイルから非接触式カードを駆動する信号を送信するようにしているので、その信号を非接触式カードが受信できないとき、そのアンテナ装置を組込んでいる非接触式自動改札機等の処理機と非接触式カードとの間でデータ授受ができないという問題点を含んでいる。したがって、アンテナ装置は、非接触式カードと交信できる通信エリアが広いことが望まれている（本発明の実施の形態の説明で用いる図３の通信エリア▲１▼参照）。
【０００５】
上述の通信エリアを広げるためには、送信用のループコイルに供給する電力を大きくすることも考えられる。しかし、供給電力を大きくすると電波法に規定する微弱無線局に該当しなくなるだけでなく、他の電子機器に悪影響を与えることが懸念される。したがって、所定の供給電力以下で通信エリアを可能な限り大きくすることが望まれている。
【０００６】
ところで、ループコイルをアンテナとするとき、１９９６年４月９日発行の刊行物「新アンテナ工学」第５４頁にも解明されているように、ループコイルの軸心方向の指向性（この刊行物では、Ｅ面の指向性）は、ループコイルの軸心部分で最も低くなることが分かっている（後述の本発明の実施の形態で用いる図６の縦軸参照）。したがって、ループコイルを非接触式自動改札機のアンテナ部に採用したときは、非接触式カードを筐体の上面に可能な限り近付けてかざさないと、データ授受の不調が発生するおそれがある。このため、筐体の上面から離れていても、すなわち、通信距離をある程度有していても交信可能なアンテナ装置の出現が待たれていた。
【０００７】
また、ループコイルから構成されるアンテナは、金属体に接近して設置すると、その金属体の透磁率により共振周波数がずれるため、設置箇所により再調整を必要とする欠点があった。
【０００８】
例えば、ループコイルを非接触式自動改札機のアンテナ部としたときは、非接触式自動改札機は、多くの金属部品等を含んで構成されているために、非接触式自動改札機にアンテナ装置を組込んだ後に再調整をしなければならないという欠点があった。
【０００９】
さらに、従来のループコイル式のアンテナ装置は、複数回巻回されて形成された１個の送信用のループコイルに対して１個の共振素子を直列又は並列に接続した構成を採用しているので、電力増幅器の負荷が重くなるという欠点があった。
【００１０】
また、従来のアンテナ装置は、静電気等による突入電流が発生すると、増幅回路等の回路が破壊されるおそれがあった。特に、アンテナ装置が非接触式自動改札機に用いられる場合は、アンテナ部にかざされる物体が多種多様で、突入電流が発生するおそれが高く、したがって、突入電流に対する何らかの保護手段が求められていた。
【００１１】
さらに、上記従来のループコイル式のアンテナ装置において、直列共振回路により所定の周波数で大きな放射磁界強度を得るために、ループコイルの巻回（以下、「ターン」というときもある）数を多くしなければならなかった。したがって、インダクタンスが大きくなるので、キャパシタンスを小さくしなければならず、大きな電力を供給できないという問題点を有していた。
【００１２】
そこで、本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、通信距離を長くでき、設置した後に再調整を不要とし、電力増幅器の負荷を軽くでき、突入電流に対して保護することができ、さらに、大きな電力を供給することのできるアンテナ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、上記目的を達成するために、複数に巻回されたループコイルからなるアンテナを介して非接触で非接触式カードに信号を送信する非接触式自動改札機用アンテナ装置において、前記複数に巻回されたループコイルの各巻回毎に、又は所定の複数の巻回毎にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子を設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項２に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、上記目的を達成するために、複数に巻回されたループコイルからなるアンテナを介して非接触で非接触式カードに信号を送信する非接触式自動改札機用アンテナ装置において、前記複数に巻回されたループコイルの任意の複数の位置にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子をそれぞれ設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項３に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、金属板のループコイルが設けられている側と反対側の面には、そのループコイルに供給する信号を生成するトランスミッタが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、一実施の形態に係るアンテナ装置Ａを非接触式自動改札機に適用したときの斜視図であって、その非接触式自動改札機Ｇの筐体の上面Ｇ′で改札通路Ｐの入口側には、利用者が所持する非接触式カードＣとの間で無線通信により非接触で交信するためのアンテナ部ａが設けられている。
【００１７】
図１中、Ｓ，Ｓ…は、改札通路Ｐへの利用者の進入又は改札通路Ｐからの退出、あるいは通過を検知するための光電式の人間検知器であり、Ｄは改札通路Ｐを開閉するドアである。また、Ｔはトランスミッタであって、アンテナ部ａを介して非接触式カードＣとの間でデータ授受が行えるように構成されている。そして、１００は制御器であって、ＣＰＵを中心に形成されていて、非接触式自動改札機Ｇ全体を統括的に制御できるように構成されている。
【００１８】
図２は、図１のアンテナ部ａの拡大平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。アンテナ部ａは長方形の合成樹脂板１の裏面側に複数回巻回（図２及び図３では、図面を簡略化するために１回）されたループコイルＬが張設されている。なお、合成樹脂板１の表面には、利用者へアンテナ部ａの位置を知らせるためのマークが刻印されている（図２参照）。
【００１９】
金属板２ａは、アルミニウム板からなり、合成樹脂板１と同形の長方形を呈していて、その合成樹脂板１の下方に所定の間隔を保って設けられている。また、金属板２ｂもアルミニウム板からなり、本発明の補助金属板に該当し、合成樹脂板１及び金属板２ａの周囲を囲むように設けられている。なお、本発明で金属板又は補助金属板というときは、アルミニウムのような金属に限らず、所定の透磁率を有する材質も含まれている。
【００２０】
図３中、Ｔは、トランスミッタであって、金属板２ａの裏面に、すなわち、合成樹脂板１（ループコイルＬ）側と反対側の金属板２ａに設けられている。
【００２１】
図４は、ループコイルＬの詳細図であって、ここに示されるループコイルは、図面を簡略化するために、３回巻回されたループコイルＬ1 〜Ｌ3 として示されている。そして、各ターン（巻回）毎に所定のキャパシティを有するコンデンサからなる共振素子３ａ〜３ｃがそれぞれ直列に接続されている。
【００２２】
なお、これら共振素子３ａ〜３ｃは、図５に示されるように、コンデンサに所定の抵抗値を有する抵抗を並列に接続した共振素子３ａ′〜３ｃ′とすることもできる。このように、抵抗を並設したときは、後に詳述するが、突入電流からトランスミッタを保護することができる。
【００２３】
このループコイルＬは、非接触式カードＣへの電力の供給とデータ送信のための送信用のループアンテナの機能を有している。なお、合成樹脂板１の裏面には、この送信用のループコイルＬの他に、非接触式カードＣからデータを受信するためのアンテナも張設されているが、ここでは省略されている。したがって、後述するトランスミッタＴにおいても受信用の回路は省略されている。
【００２４】
トランスミッタＴには、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）からなる搬送波を非接触カードＣに送信すべきデータで変調処理する変調回路４と、この変調回路４から出力された信号を増幅処理する増幅回路５とが含まれている。
【００２５】
上記構成のアンテナ装置Ａは、共振素子３ａ〜３ｃが複数に直列に分散された状態で接続されているので、仮に過大電圧が印加されても、その電圧が分散されるので、共振素子３ａ〜３ｃ（又は３ａ′〜３ｃ′）が破壊されるのを効果的に防止することができる。
【００２６】
また、従来のループコイル式のアンテナ装置のように１個のループコイルとしたときは、そのループコイル又は共振素子が短絡すると、そのループコイルはアンテナの機能を停止してしまうが、上述のように、ループコイルＬが複数個（Ｌ1 〜Ｌ3 ）に分割されているので、そのうちの一つのループコイルが短絡してもアンテナの機能を維持することができる。
【００２７】
さらに、上記構成のアンテナ装置Ａは、上述のように、ループコイルＬを複数個（Ｌ1 〜Ｌ3 ）に分割しているため、各ループコイルＬ1 〜Ｌ3 のインダクタンスを小さくでき、全体として大きな電力をループコイルＬに供給することができ、したがって、通信距離を大きくできる特長がある。
【００２８】
また、上記構成のアンテナ装置Ａは、非接触式カードＣのかざされる方向以外は、金属板２ａ，２ｂで遮蔽されているので、アンテナ装置Ａが他の金属物に接近して設置されても共振周波数がずれず、したがって、アンテナ装置Ａの設置後の再調整を省略することができるとともに、トランスミッタへの影響を防止することができる。
【００２９】
さらに、図５に示される共振素子３ａ′〜３ｃ′は、抵抗を介在しているので、ループコイルＬに静電気等による突入電流が印加されたとき、これを熱損失とすることができ、トランスミッタＴを効果的に保護することができる。
【００３０】
上記構成のアンテナ装置Ａにおいては、上述の各特長の他に、最も大きな特長は、通信距離を長くできる点にある。すなわち、この通信距離の長さは、図３に示される通信エリア▲１▼の高さに当り、この高さが高くなれば、非接触式自動改札機Ｇと非接触式カードＣとの交信が容易に行われることを意味している。
【００３１】
上記構成のアンテナ装置Ａにおける通信距離の改善のメカニズムは、必ずしも明らかでないが、ループコイルＬを分割したこと、及びループコイルＬの下方に金属板２ａが設けられていることにより、磁界形態が変化したためと考えられる。
【００３２】
図６は、上記構成のアンテナ装置ＡのループコイルＬの指向性パターンである。この図６中、イは、ループコイルＬの軸心における高さ（通信距離に相当）を示している。なお、図６中、ロは、従来の１個のループコイルで、かつ、そのループコイルの下方に金属板を有しないときの値である。この図６から明らかなように、本発明に係るアンテナ装置Ａは、従来よりも２倍以上の通信距離の改善が図られているのが分かる。
【００３３】
図７に示されるループコイルＬは、複数回巻回されたループコイルＬ′の途中に所定の間隔を保って、上記図４に示される共振素子３ａ〜３ｃ、又は上記図５に示される共振素子３ａ′〜３ｃ′を設けた例である。この場合も、ループコイルＬのターン毎に共振素子３ａ〜３ｃ（又は３ａ′〜３ｃ′）を設けたときと同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、図示しないが、上述の共振素子３ａ〜３ｃ（又は３ａ′〜３ｃ′）を数ターン毎、例えば、２ターン毎に設けるようにしてもよい。この場合は、ターン数を増加させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、複数に巻回されたループコイルの各巻回毎に、又は所定の複数の巻回毎にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子を設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたので、非接触式自動改札機に好適なアンテナ装置とすることができる。
【００３６】
本発明の請求項２に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、複数に巻回されたループコイルの任意の複数の位置にコンデンサと抵抗とを並列に接続した共振素子をそれぞれ設けるとともに、それら複数に巻回されたループコイルの平面のうち、前記非接触式カードのかざされる側と反対側の面に所定の間隔を保って金属板を配設し、さらにそれら複数に巻回されたループコイルの側面とその金属板との間に補助金属板を設けたので、非接触式自動改札機に好適なアンテナ装置とすることができる。
【００３７】
本発明の請求項３に係る非接触式自動改札機用アンテナ装置は、金属板のループコイルが設けられている側と反対側の面には、そのループコイルに供給する信号を生成するトランスミッタが設けられているので、トランスミッタを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を非接触式自動改札機に適用したときのその斜視図である。
【図２】アンテナ部の拡大平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】ループコイルの詳細図である。
【図５】共振素子の他の例である。
【図６】ループコイルの指向性を示す説明図である。
【図７】ループコイルの他の例である。
【符号の説明】
Ｇ  非接触式自動改札機
Ｇ′  筐体の上面
Ｃ  非接触式カード
Ａ  アンテナ装置
ａ  アンテナ部
１  合成樹脂板
２ａ，２ｂ  金属板
３ａ〜３ｃ，３ａ′〜３ｃ′  共振素子
Ｌ（Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）  ループコイル
Ｔ  トランスミッタ
４  変調回路
５  増幅回路
【図１】
0003672727.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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