(57)【要約】  本発明は、プリント回路基板のような基板上、又は基板内部に組み立てられた、容積効率のよいソレノイドアンテナに関する。アンテナは、無線認証システム、バッジ読取器、コンタクトレスコネクター、近接検出器、及び近距離データリンクのような近距離の無線通信、又は感知リンクを必要とする多くの用途に使用することができる。アンテナは、例えば無線認証タグリーダーのプリント回路基板上、又は基板内部に形成することができ、これにより無線認証タグのｚ軸（ｘ−ｙ軸は、タグの長さと幅の方向）に対して無線認証タグリーダーを垂直配向にすることができる。この垂直配向により、ユーザーは、無線認証タグリーダーを無線認証タグに直接向ける、又は狙うことができ、多くのタグが存在する環境のもとで、当該リーダーと単一のタグとの間での効率的な情報転送が可能になる。
2009503940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第一面上に形成された回路トレースの第一集合と、
前記基板の第二面上に形成された回路トレースの第二集合と、
前記回路トレースの第一集合及び前記回路トレースの第二集合を電気的に接続する、前記基板を通して形成されるビアの集合と、を備え、
ここで、前記回路トレースの第一集合、前記回路トレースの第二集合、及び前記ビアの集合は、レノイドアンテナの導電路を集合的に画定し、前記導電路は、電流がコイルを流れる際に電磁場を発生するように前記コイルを画定する、ソレノイドアンテナ。
【請求項２】
前記基板が回路基板を含む、請求項１に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項３】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、及び、前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合と並行ではない、請求項１に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項４】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、及び、前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合とはオフセットの関係にあり、実質的に並行である、請求項１に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項５】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、及び、前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合の上に直接積み重なっている、請求項１に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項６】
前記ビアの集合は、ビアの第一集合を含み、前記導電路は第一の導電路を含み、前記ソレノイドアンテナが、回路トレースの第三集合と、回路トレースの第四集合と、前記回路トレースの第三集合と前記回路トレースの第四集合とを電気的に接続するビアの第二集合をさらに含み、ここで前記回路トレースの第三集合、前記回路トレースの第四集合、及び前記ビアの第二集合は、第二の導電路を画定し、前記第一の導電路は前記第二の導電路に接続することで、多巻線ソレノイドアンテナとしてソレノイドアンテナを画定する、請求項１に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項７】
基板を取り囲むコイルを形成するのに、前記基板の第一面、第一エッジ、第二面、及び第二エッジに沿って延びる回路トレースを備える、ソレノイドアンテナ。
【請求項８】
前記回路トレースが、前記ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定する、請求項７に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項９】
前記回路トレースが、前記基板に多重周回を画定し、前記多重周回の各々は、前記基板の前記第一面及び前記第二面上の他の周回に対して実質的に並行である、請求項７に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項１０】
電流が前記コイルを通って流れるときに電磁場を作り出すように、導電路がコイルを画定する、請求項７に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に形成された電気回路と、
前記基板上に形成され、前記電気回路に電気的に接続するソレノイドアンテナと、を備え、
ここで、前記ソレノイドアンテナは、前記基板の第一面上に形成された回路トレースの第一集合と、前記基板の第二面上に形成された回路トレースの第二集合と、前記回路トレースの第一集合及び前記回路トレースの第二集合が前記基板を通じて電気的に接続するように形成されるビアの集合と、を含む、装置。
【請求項１２】
前記基板が回路基板を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記回路トレースの第一集合、前記回路トレースの第二集合、及び、前記ビアの集合が、集合的に前記ソレノイドアンテナの導電路を画定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記回路トレースの第一集合が、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合が、互いに実質的に並行であり、ここで前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合と並行ではない、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記回路トレースの第一集合が、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合が、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合とはオフセットの関係にあり、実質的に並行である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合の上に直接積み重なっている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記電気回路が前記導電路を通して電流を流し、ここで前記電流がコイルを通って流れるときに電磁場を作り出すように、前記導電路が、前記コイルを画定する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記電気回路は、無線認証（ＲＦＩＤ）タグ読取り回路を含み、装置は、無線認証リーダーを備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
基板の第一面上に回路トレースの第一集合を形成すること、
前記基板の第二面上に回路トレースの第二集合を形成すること、並びに
前記回路トレースの第一集合、前記回路トレースの第二集合、及びビアの集合が集合的にソレノイドアンテナの導電路を画定するように、回路基板を介して前記回路トレースの第一集合と前記回路トレースの第二集合とを電気的に接続するためのビアの集合を形成することを含む、基板上にソレノイドアンテナを作製する方法。
【請求項２０】
電流がコイルを通って流れるときに電磁場を作り出すように、前記導電路が、実質的に前記コイルを画定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、ここで前記回路トレースの第一集合が前記回路トレースの第二集合と並行ではないように形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、ここで前記回路トレースの第一集合は、前記回路トレースの第二集合とはオフセットの関係にあり、実質的に並行になるように形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行になるように形成され、そこで前記回路トレースの第一集合が前記回路トレースの第二集合の上に直接積み重なって形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
第一絶縁層を前記回路トレースの第一集合上に形成すること、
第二絶縁層を前記回路トレースの第二集合上に形成すること、
回路トレースの第三集合を前記第一絶縁層上の第二基板上に形成すること、
回路トレースの第四集合を前記第二絶縁層上の第三基板上に形成すること、
前記回路トレースの第三集合と前記回路トレースの第四集合とを電気的に接続するために、前記回路基板を介して別のビアのセットを形成すること、及び、前記回路トレースの第二集合のシングルトレースと回路トレースの第三集合のシングルトレースとを電気的に接続すること、を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ハウジングと、
前記ハウジング内の回路基板と、
前記回路基板上に形成された無線認証（ＲＦＩＤ）読取り回路と、
前記無線認証読取り回路に連結したソレノイドアンテナと、を備える無線認証タグリーダーであって、
ここで、前記無線認証読取り回路は、無線認証タグ識別のための電磁場を作り出すために前記ソレノイドアンテナを介して電流を発生させ、前記ソレノイドアンテナは、前記回路基板が前記無線認証タグと直交するときに、前記電磁場が無線認証タグに対して、最大エネルギー転送を実質的に提供するように構成される、無線認証タグリーダー。
【請求項２６】
前記ハウジングは、前記回路基板によって画定される平面に沿って指向性のあるタグを読み取るための人間工学的方向を画定しており、ここで前記回路基板によって画定される平面に直交するアンテナを有する無線認証タグに問い合せするように、前記電磁場が作り出される、請求項２５に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項２７】
無線認証タグ読取りを起動させるために前記ハウジング上に形成されたアクチュエータをさらに含み、ここで、前記アクチュエータは、無線認証読取り回路がソレノイドアンテナを通して電流を発生させるようにし、前記ソレノイドアンテナは、無線認証タグの効率的な読取りのために、ユーザーが無線認証タグリーダーを前記回路基板によって規定される平面に沿って、照準を定めて向けることができるように構成されている、請求項２６に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項２８】
前記ソレノイドアンテナが、前記回路基板の第一面上に形成された回路トレースの第一集合と、回路基板の第二面上に形成された回路トレースの第二集合と、回路基板を介して、前記回路トレースの第一集合と前記回路トレースの第二集合とを電気的に接続するビアの集合と、を含む、請求項２５に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項２９】
コイルを形成するために、前記ソレノイドアンテナが、基板の第一面、第一エッジ、第二面、及び第二エッジに沿って延びる回路トレースを備える、請求項２５に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３０】
前記回路トレースの第一集合、前記回路トレースの第二集合、及び前記ビアの集合が、集合的にソレノイドアンテナの導電路を画定する、請求項２８に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３１】
前記回路トレースが、前記ソレノイドアンテナの導電路を画定する、請求項２９に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３２】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第一集合が前記回路トレースの第二集合と並行ではない、請求項２８に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３３】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第一集合は、回路トレースの前記第二集合とはオフセットの関係にあり、実質的に並行である、請求項２８に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３４】
前記回路トレースの第一集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第二集合は、互いに実質的に並行であり、前記回路トレースの第一集合が前記回路トレースの第二集合の上に直接積み重なっている、請求項２８に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３５】
前記回路トレースが、前記基板に多重周回を画定し、前記多重周回の各々は、前記基板の第一面及び第二面上の他の周回に対して実質的に並行である、請求項２９に記載の無線認証タグリーダー。
【請求項３６】
基板上に形成された回路トレースの第一集合と、
前記回路トレースの第一集合上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された回路トレースの第二集合と、
前記回路トレースの第一集合と前記回路トレースの第二集合とを電気的に接続するために前記絶縁層のエッジ部に形成されたエッジ接続の集合と、を含むソレノイドアンテナであって、ここで、前記回路トレースの第一集合と、前記回路トレースの第二集合と、エッジ接続の集合とが、集合的に前記ソレノイドアンテナの導電路を画定し、前記導電路は、電流がコイルを介して流れるときに電磁場を作り出すようなコイルを画定する、ソレノイドアンテナ。
【請求項３７】
第二絶縁層、回路トレースの第三集合、第三絶縁層、回路トレースの第四集合、前記第一絶縁層と第三絶縁層とのエッジ部に形成されたエッジ接続の第二集合、及び、多巻線ソレノイドアンテナを集合的に形成するための、前記回路トレースの第二集合の少なくとも一つのトレースと前記回路トレースの第四集合の少なくとも一つのトレースとの間の電気的接続をさらに含む、請求項３６に記載のソレノイドアンテナ。
【請求項３８】
基板上に回路トレースの第一集合を形成すること、
前記回路トレースの第一集合の上に絶縁層を形成すること、
前記絶縁層上に回路トレースの第二集合を形成すること、及び
前記回路トレースの第一集合と、前記回路トレースの第二集合と、エッジ接続の集合とが、集合的にソレノイドアンテナの導電路を画定するように、前記絶縁層のエッジ部において、前記回路トレースの第一集合と前記回路トレースの第二集合とを電気的に接続するエッジ接続の集合を形成することを含む、基板上にソレノイドアンテナを形成する方法。
【請求項３９】
前記導電路は、電流がコイルを通って流れるときに電磁場を作り出すようなコイルを実質的に画定する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記回路トレースの第二集合の上に第二絶縁層を形成すること、前記第二絶縁層の上に回路トレースの第三集合を形成すること、前記回路トレースの第三集合の上に第三絶縁層を形成すること、前記第三絶縁層の上に回路トレースの第四集合を形成すること、前記第一及び第三絶縁層のエッジ部にエッジ接続の第二集合を形成すること、及び、前記回路トレースの第二集合の少なくとも一つのトレースと前記回路トレースの第四集合の少なくとも一つのトレースとの間に電気的接続を形成することを、さらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
無線認証（ＲＦＩＤ）タグと、
前記無線認証タグと無線認証リーダーとの間で情報転送をするために、前記無線認証タグに電磁気的に結合するソレノイドアンテナを含む無線認証リーダーと、を備え、
ここで、前記ソレノイドアンテナは、回路基板の第一面に形成された回路トレースの第一集合と、前記回路基板の第二面に形成された回路トレースの第二集合と、前記回路トレースの第一集合と前記回路トレースの第二集合とを電気的に接続するために前記回路基板を介して形成されたビアの集合と、を含み、前記回路トレースの第一集合、前記回路トレースの第二集合、及び前記ビアの集合が、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定し、前記導電路は、コイルを通って電流が流れたときに情報転送のために前記無線認証リーダーと前記無線認証タグとを電磁気的に結合することができる電磁場が作り出されるようにコイルを画定する、システム。
【請求項４２】
前記無線認証リーダーが前記無線認証タグに実質的に直交するときに、前記無線認証リーダーの前記ソレノイドアンテナと前記無線認証タグとか電磁気的に結合する、請求項４１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナデザインに関し、さらに詳しく言えば、無線認証システムに有用なアンテナデザインに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線認証（ＲＦＩＤ）技術は、輸送、製造、廃棄物管理、郵便追跡、航空手荷物照合、及びハイウェイ料金管理を含む、事実上あらゆる産業で広く利用されるようになった。典型的な無線認証システムは、無線認証タグ、アンテナを有する無線認証リーダー及びコンピュータデバイスを備える。無線認証リーダーは、タグにエネルギーあるいは情報を供給する送信器、及びタグからアイデンティティー及び他の情報を受け取る受信器を備える。コンピュータデバイスは、無線認証リーダーが得た情報を処理する。一般に、タグから受け取る情報は、特定の用途に限定したものであるが、タグが取り付けられている製造アイテム、車、動物もしくは個人、又は、他の何か実質的具体物に、そのアイテムの識別を提供する場合がある。上記物品に追加データを提供することも可能である。タグは生産工程で使用することができ、例えば、生産中に自動車シャーシのペイントの色を示す、又は他の有益な情報を示すことができる。
【０００３】
送信器は、アンテナを介して無線周波数信号を出力し、電磁場を作り出して、タグが受信した無線周波数信号を事前に定義してあるプロトコルで変調して応答できるようにする。従来のタグは、内部電源を有する「アクティブ」タグ、あるいは電磁場からエネルギーを得る「パッシブ」タグであり得る。
【０００４】
コンピュータデバイスは、無線認証リーダーから情報を受けることによって、データベースを更新する、又は警報を鳴らすといった作動をすることによって、情報管理システムとして機能する。加えて、コンピュータデバイスは、送信器を介してタグにデータを書き込むメカニズムとしても機能する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
手持ち式の無線認証リーダーは、物品に装着されたタグを識別する携帯用の手段を提供する。多くの場合は、タグの付いたアイテムが、極めて接近して複数混在しているため、受信されたレスポンスが、識別しようとする特定のタグのみからであることを確実にするために、ユーザーが手持ち式のリーダーを特定の無線認証タグに対して向ける必要が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概して本発明は、プリント回路基板のような基板上、又は基板内部に組み立てられた容積効率の良いソレノイドアンテナに関する。ソレノイドアンテナは、無線認証システム、バッジ読取器、コンタクトレスコネクター、近接検出器、及び近距離データリンクのような、短距離の無線通信、又は感知リンクを必要とする多くの用途に使用することができる。ソレノイドアンテナは、例えば、無線認証リーダーのプリント回路基板上、又は基板内部に組み立てられてもよく、無線認証タグのｚ軸に対して無線認証リーダーを垂直配向にすることを可能にする。この際ｘ−ｙ軸は、タグの長さと幅の方向である。この垂直配向によって、多数のタグがある環境の中で、リーダーと単一のタグとの間の効率的な情報転送のために、ユーザーが、無線認証リーダーを無線認証タグに直接向ける又は照準を合わせることを可能にする。
【０００７】
一つの実施形態において、本発明は、基板の第一面上に形成された回路トレース（circuit trace）の第一集合と、上記基板の第二面上に形成された回路トレースの第二集合と、回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合を電気的に接続する、基板を通して形成されるビア（via）の集合と、を備え、ここで、回路トレースの第一集合、回路トレースの第二集合、及びビアの集合は、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定し、導電路は、電流がコイルを流れる際に電磁場を作り出すように、コイルを画定するソレノイドアンテナに関する。
【０００８】
別の実施形態において、本発明は、基板を取り囲むコイルを形成するために、基板の第一面、第一エッジ、第二面、及び第二エッジに沿って延びる回路トレースを備える、ソレノイドアンテナに関する。
【０００９】
別の実施形態において本発明は、基板と、基板上に形成された電気回路と、基板上に形成され、電気回路に電気的に接続するソレノイドアンテナとを備え、ここでソレノイドアンテナは、基板の第一面上に形成された回路トレースの第一集合と、基板の第二面上に形成された回路トレースの第二集合と、回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合が、基板を通じて電気的に接続するように形成されるビアの集合と、を含む装置に関する。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、基板上にソレノイドアンテナを作製する方法に関する。その方法は、上記基板の第一面上に回路トレースの第一集合を形成すること、上記基板の第二面上に回路トレースの第二集合を形成すること、並びに、回路トレースの第一集合、回路トレースの第二集合、及びビアの集合が、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定するように、基板を介して回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合とを電気的に接続するためのビアの集合を形成することを含む。
【００１１】
別の実施形態において、本発明は、ハウジングと、ハウジング内の回路基板と、回路基板上に形成された無線認証読取り回路と、回路に連結したソレノイドアンテナとを備え、無線認証読取り回路は、無線認証タグ識別のための電磁場を作り出すためにソレノイドアンテナを介して電流を発生させ、ソレノイドアンテナが、回路基板が無線認証タグと直交するときに、電磁場が無線認証タグに対して最大エネルギー転送を実質的に提供するように構成される、無線認証（ＲＦＩＤ）タグリーダーに関する。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、基板上に形成された回路トレースの第一集合と、回路トレースの第一集合の上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された回路トレースの第二集合と、回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合とを電気的に接続するために絶縁層のエッジ部に形成されたエッジ接続の集合と、を含むソレノイドアンテナであって、ここで回路トレースの第一集合と、回路トレースの第二集合と、エッジ接続の集合とが、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定し、導電路は、電流がコイルを介して流れるときに、電磁場を作り出すようにコイルを画定する、ソレノイドアンテナに関する。
【００１３】
別の実施形態において、本発明は、基板上にソレノイドアンテナを形成する方法に関する。本方法は、基板上に回路トレースの第一集合を形成すること、回路トレースの第一集合上に絶縁層を形成すること、絶縁層上に回路トレースの第二集合を形成すること、回路トレースの第一集合と、及び、回路トレースの第二集合と、エッジ接続の集合とが、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定するように、絶縁層のエッジ部において、回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合とを電気的に接続する、エッジ接続の集合を形成すること、を含む。
【００１４】
別の実施形態において、本発明は、無線認証タグと無線認証リーダーからなるシステムを対象としており、無線認証リーダーは、無線認証リーダーと無線認証タグとの間で情報転送するために、無線認証タグに電磁気的に連結するソレノイドアンテナを含む。ここで、前記ソレノイドアンテナは、回路基板の第一面に形成された回路トレースの集合と、回路基板の第二面に形成された回路トレースの第二集合と、回路トレースの第一集合と回路トレースの第二集合とを電気的に接続するために回路基板を介して形成されたビアの集合と、を含み、回路トレースの第一集合、回路トレースの第二集合、及びビアの集合が、ソレノイドアンテナの導電路を集合的に画定し、導電路は、コイルを通って電流が流れたときに、電磁場が作り出されるようにコイルを画定している。
【００１５】
本発明による一つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、プリント基板のような基板上、又は基板内に組み立てられた、容積効率のよいソレノイドアンテナに関する。ソレノイドアンテナは、無線認証システム、バッジ読取器、コンタクトレスコネクター、近接検出器、及び近距離データリンクのような、近距離の無線通信、又は感知リンクを必要とする多くの用途に使用することができる。ソレノイドアンテナのデザインは、手持ち式無線認証リーダー用として記述されるが、本発明がこの点に限定されるものではなく、ここに述べられる技術が、ソレノイドアンテナが使われる特定用途に依存するものではないことが理解されるべきである。
【００１７】
図１は、複数個の物品４Ａ−４Ｎ（総称で「物品４」）の位置を示すための、模範的な無線認証（ＲＦＩＤ）システム２を示した透視図である。置かれている物品４の例は、引越し用ボックス、ベースボールカードや写真のような多数の収集アイテム、及び保管アイテムを含む。アイテム４Ａ上の無線認証タグ６Ａの配置により、人が手持ち式の無線認証リーダー８を使って、無線シグナル１０を介してアイテム４Ａの記述を無線認証タグ６Ａと対応させることを可能にする。アイテムの記述と無線認証タグの識別値は、無線認証手持ち式リーダー８のデータベース中に貯蔵される。手持ち式リーダー８は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のデータ通信ポートとインターフェースをとり、リーダーのデータをＰＣにバックアップすることができる。しばらく経って、人は、特定の無線認証タグと関連した一つ以上のアイテムを確定するために、無線認証リーダー８を無線認証タグに向けることによって、一つ以上のアイテムの位置を探すために無線認証リーダー８を利用する。無線認証リーダー８を無線認証タグに直接向けることで、リーダーはタグに対して直交して向けられる。
【００１８】
リーダーとタグの配向性は、無線認証リーダーと無線認証タグとの間での情報転送の能率と有効性に影響することがある。無線認証タグに情報を書き込む及び読み取るための一つの方法には、リーダーのアンテナをタグのアンテナに電磁気的に結合させることが挙げられる。リーダーが電磁気的にタグアンテナに結合されると、設定された通信プロトコルに準じて結合した電磁場を変調することによって、情報が転送される。
【００１９】
下記に詳述するように、手持ち式の無線認証リーダー８は、リーダーの基板上、又は基板内に組み立てられたソレノイドアンテナを含む。ソレノイドアンテナによって生じた電磁場は、リーダーアンテナがタグアンテナに対して直交して向いている場合に、リーダーアンテナとタグアンテナとの間での効率的な情報転送を可能にする。ソレノイドアンテナによって可能になる効率的な情報転送は、ユーザーに、より直感的で人間工学的な照準を定める手段をもたらす。付加的な利点として、確立されたプリント基板（ＰＣＢ）及び多層回路技術でソレノイドアンテナを組み立てる可能性を含み、これは組み立てコストを削減し得る。加えて、基板上又は基板内にソレノイドアンテナを組み立てることは、ソレノイドアンテナの導体形状と間隔のばらつきを削減し、これがまた追加の同調素子の必要性もまた削減し得る。さらに、ソレノイドアンテナの高さが実質的に基板の厚さと同等であるため、ソレノイドアンテナは容量的に効率がよい可能性がある。
【００２０】
図１の模範的な実施形態では、無線認証リーダー８は、ユーザーの手にフィットする程度に小さなハウジング内に入っている。ハウジングは、長方形にすることができ、ユーザーの手首が中立位置（neutral position）にあるときに、ソレノイドアンテナが無線認証タグを適切に指すように、通常プリント回路基板を取り囲むことができる。これによって、前記ソレノイドアンテナは、リーダーに対して直交する方向で物品に付けられている無線認証タグを、人間工学的にかつ直感的に照準を定めることができる、手首の延長として置くことができる。従って、ユーザーは、効率的なタグ識別のために手首を不自然な位置にひねることを心配する必要がない。
【００２１】
図２は、物品に付けられたタグ２２に対する、手持ち式無線認証リーダー８のソレノイドアンテナ２０の直交配向を図示した透視図である。一般的に、従来の無線認証タグアンテナは、基板上にメッキされたらせん状導体、又は平面ループに巻かれたワイヤのコイルから構成される。さらに、従来の無線認証リーダーアンテナは、効率よくエネルギー転送のできる、リーダーのタグに対する軸の配向を必要とし、タグアンテナに類似した配向を画定している場合が多い。リーダーのプリント回路基板のＸ−Ｙ平面に配向した回路トレースを有するソレノイドアンテナは、ここに記述するように、直交する無線認証タグアンテナと効率のよい情報転送をするために、電磁場２４を発生させる。これにより、ユーザーは、無線認証タグを読むときに、より直感的かつ人間工学的に照準を定めることができる。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態に基づいた、ソレノイドアンテナ付きの模範的なプリント回路基板の平面図である。あるいは、ソレノイドアンテナ３０は、別の型の基板上、又は基板内に組み立てられてもよい。代替の基板の例としては、半導体、セラミック、プラスチックのフィルムとシート（例えばポリエステル）、ガラス、及び紙が含まれるが、これらに限定はされない。基本的に、ソレノイドアンテナ３０は、上部導体３４と下部導体３６を備えた、プリント回路基板３２上、又は基板３２内に組み立てられた、薄い長方形のソレノイドである。上部導体３４は、プリント回路基板の上部表面の内側にあるトレースであり、下部導体３６は、プリント回路基板３２の下部表面の内側にあるトレースである。図３に示されるように、上部導体３４は、互いに実質的に並行であり、下部導体３６は、互いに実質的に並行であり上部の導体３４と下部導体３６は並行ではない。「実質的に並行」というフレーズは、ここでは、並行から約１０度以内であると規定される。ビア３８（図３では、簡単かつ明瞭にするために一部の集合のみを表示）は、上部導体及び下部導体それぞれの端点に位置し、薄い長方形のソレノイドアンテナ３０のコイル回路を完成させるために、上部導体３４と下部導体３６を接続する。プリント回路基板製造でよく使用される用語「ビア（via）」は、典型的にはプリント回路基板の最も上部の表面から最も下部の表面まで続くメッキされた穴である。しかしさらに一般的には、ビア３８は、上部と下部の導体３４、３６の間にあるいかなる導電路であってもよい。この図３の模範的実施形態は、六個の上部導体トレースと六個の下部導体トレースを含む。他の実施形態は、種々のトレース幅の、いかなる本数のトレースであってもよい。従って本発明は、図３に図示された模範的なソレノイドアンテナ構造に必ずしも限定されるものではない。
【００２３】
図４は、上部表面と下部表面を二つのビアで接続したトレースを含む模範的プリント回路基板の断面図である。プリント回路基板３２は、ビア３８を経て下部導体３６に接続された、上部導体３４を含む。図４は、プリント回路基板３２の厚みに等しいソレノイドアンテナ３０の高さを示し、それはプリント回路基板３２の上部表面にハンダ付けされたワイヤ巻のソレノイドに比べ著しく小さい。
【００２４】
図５は、プリント回路基板上部又は内部に組み立てられた、模範的ソレノイドアンテナの側面図である。プリント回路基板３２は、複数の下部導体３６にビア３８を経て接続している複数の上部導体３４を含む（図５では単純化して、上部導体３４、下部導体３６及びビア３８を各々一つずつを表示）。導体３４及び３６に加えられた電流は、電磁場４０を作り出す。電磁場４０は、ソレノイドアンテナ３０を有する無線認証リーダーに対して直交する無線認証タグを効率的に認証するのに十分なエネルギーを生ずる。所与の電流に対する、電磁場４０の大きさは、図４に示される上部導体３４、下部導体３６及び二つのビアで作製された境界で示されるように、ソレノイドアンテナのｙ−ｚ平面内で導体とビアに囲まれた面積に比例する。また、所与の電流に対する電磁場４０の大きさは回転数の２乗にも比例し、ソレノイドアンテナ３０内の回転はビアを介して電気的に接続された、一つの上部トレースと一つの下部トレースからなる。
【００２５】
図６は、本発明の別の実施形態に従った、模範的プリント回路基板の上面図である。ソレノイドアンテナ５０は基本的に、上部導体５４及び下部導体５６からなるプリント回路基板５２内の、薄い長方形のソレノイドアンテナである。上部導体５４は、プリント回路基板５２上部表面にあるトレースであり、下部導体５６はプリント回路基板５２下部表面にあるトレースである。上部導体５４及び下部導体５６は、プリント回路基板のエッジ部を包み込み、それにより上部導体５４を電気的に下部導体５６に接続し、一つの長く連続したトレースの形成が可能になり、薄い長方形のソレノイドアンテナ５０のコイル回路が生じる。連続的トレースは、プリント回路基板において多重周回を画定し、各周回は他の周回に実質的に並行である。図６に示されるように、上部導体５４は、互いに実質的に並行であり、下部導体５６は互いに実質的に並行であり、上部導体５４は下部導体５６とは並行ではない。
【００２６】
図７は、本発明の別の実施形態に従った、ソレノイドアンテナを有する模範的プリント回路基板の上面図である。この実施形態では、上部導体６４は下部導体６６と実質的に並行でかつオフセットの関係にあり、上部導体及び下部導体は共にプリント回路基板６２の両端部に実質的に並行である。上部導体６４は、プリント回路基板６２内の上部表面のトレースで、下部導体６６はプリント回路基板６２内の下部表面のトレースである。上部導体及び下部導体のそれぞれの端点にあるビア６８（単純化及び明確化のために、図７では、一つの部分のみを表示）は、上部導体６４を下部導体６６に接続し、薄い長方形のソレノイドアンテナ６０のコイル回路を完成させている。
【００２７】
図８は、本発明の別の実施形態に従った、ソレノイドアンテナを有する模範的プリント回路基板の上面図である。この実施形態では、上部導体７４（プリント回路基板７２内の上部表面にあるトレース）は、上部導体及び下部導体が共にプリント回路基板７２内の両端部に実質的に並行になるように、下部導体７６（プリント回路基板７２の下部表面にあるトレース）の上に直接重ねられる。上部導体及び下部導体のそれぞれ端点にあるビア７８（単純化及び明確化のために、図８では、一つの部分のみを表示）は、上部導体７４を下部導体７６に接続し、薄い長方形のソレノイドアンテナ７０のコイル回路を完成させている。
【００２８】
上述のとおり、これまでの実施形態は、プリント回路技術のようなラミネートプロセスで典型的であるように、基板の下部表面に堆積した導体からなる。これに対して、いくつかのプロセスでは、多層技術のような積層技術を活用し、基板の下部表面に導体を堆積させない。このような多層プロセスでは、導体及び絶縁体はベース基板の上に層になり、積み重ねられる。一般的な多層プロセスには、プラスチック基板上の集積回路、ハイブリッド回路、及びスクリーン印刷導体が含まれる。
【００２９】
図９は、本発明の一つの実施形態に従った、多層基板の上又は内部に形成した模範的なソレノイドアンテナの上面図である。まず、ソレノイドアンテナ８０の下部層の導体８６が、ベース基板８２の上に堆積される。次に絶縁層８３が下部層の導体８６上に堆積され、次いで上部層の導体８４が絶縁層８３の上に積み重なり、ソレノイドアンテナ構造８０を完成させる。導体をエッジ部で重ねることにより、エッジ接続８５及び８７（単純化及び明確化のために、図９では、一つの部分のみを表示）が導体上部層８４及び導体下部層８６の間の電気接続を完成する。あるいは、ビア（図９には未表示）を活用して上部導体と下部導体を接続させることも可能である。
【００３０】
図１０は、図９に示した多層基板の断面図である。まず、ソレノイドアンテナ８０の下部層の導体８６が、ベース基板８２の上に堆積される。次に絶縁層８３が、下部層の導体８６の上に堆積され、次いで上部層の導体８４が絶縁層８３の上に堆積され、ソレノイドアンテナ構造８０を完成させる。
【００３１】
いくつかの応用では、多巻線ソレノイドアンテナを活用するのが望ましいこともある。従来の多巻ワイヤで巻いたコイルは、ワイヤの追加層を巻き付けて作られていた。これに対して、多巻線ソレノイドアンテナは、導体層を絶縁層で分離し、同心円状に外に向かい複数の巻き付けを行なうことで作られる。多重巻線ソレノイドアンテナは、プリント回路又は多層技術を用いて作ることができる。
【００３２】
図１１は、プリント回路技術を用いた、模範的な多重巻線ソレノイドアンテナの断面図である。多巻線ソレノイドアンテナ９０は、ブラインドビア９８を経て内部下層導体９６に接続された内部上層導体９４を有する導体基板９２を備える内部巻きを含む。ブラインドビアは、プリント回路基板を突き抜けず、上層に達しないビアを指す。多巻線ソレノイドアンテナ９０は、ビア９９を経て外部下層導体９７に接続された外部上層導体９５を備える、外部巻きも含む。内部及び外部の巻線は、二つの絶縁層９３及び二つの導体基板９２により分離されている。このプロセスは、所望により、多重巻線を形成するために繰り返すことができる。
【００３３】
図１２は、図１１に示した、多巻線ソレノイドの上面図である。ソレノイドアンテナ９０は、プリント回路技術を用いて形成される。単純化及び明確化のために、図１２では、導体層、ブラインドビア、ビアのそれぞれの一つの部分のみを表示する。図１２は、導体基板９２の上に形成された、内部巻線（内部上層導体９４、内部下層導体９６及びブラインドビア９８）及び外部巻線（外部上層導体９５、外部下層導体９６及びビア９９）を示す。内部巻線は、外部巻線に電気的に接続され、回路を完成している。例えば図１２は、接続９１において内部巻線が外部巻線に直列接続しているのを示している。あるいは、巻線は平列に接続することも可能である（図１２には未表示）。
【００３４】
図１３は、多層技術を用いた、模範的な多巻線ソレノイドアンテナの断面図である。前述したように、多層技術では基板の裏側に導体を堆積できないことがある。従って、多層プロセスでは、導体及び絶縁体はベース基板の上に層になって堆積される。図１３の横断面図は、層がベース基板１０２の上に堆積され、多巻線ソレノイドアンテナ１００を形成している順序を示している。まず外部下層導体１０３がベース基板の上に堆積され、次いで絶縁層１０４、及び内部下層導体１０５が重なる。次に絶縁層１０６が内部下層導体１０５の上に堆積され、次いで内部上層導体１０７、さらに絶縁層１０８、最後に外部上層導体１０９が絶縁層１０８の上に堆積されて多層堆積を完成させる。
【００３５】
図１４は、図１３に示した、多巻線ソレノイドアンテナの上面図である。ソレノイドアンテナ１００は、多層技術を用いて形成される。単純化及び明確化のため、図１４では、導体層及びエッジ部のそれぞれの、一つの部分のみを表示する。図１４は、多巻線ソレノイドアンテナの内部巻線（内部上層導体１０７、内部下層導体１０５から構成）及び外部巻線（外部上層導体１０９、外部下層導体１０３から構成）を示している。エッジ接続１１０及び１１１は、内部上層導体１０７と内部下層導体１０５との間の電気的接続を、エッジ部において内部層導体を重ねることで完成させる。同様に、エッジ部で外部層導体を重ねることにより、エッジ接続１１２及び１１３は、外部上層導体１０９と外部下層導体１０３との間の電気的接続を完成させる。あるいは、ビア（図１４には未表示）を活用して、上部導体と下部導体を接続させることも可能である。内部巻線は、外部巻線に電気的に接続され、回路を完成する。例えば図１４は、接続１０１において、内部巻線が外部巻線に接続しているのを示している。あるいは、巻線は、並列に接続することも可能である（図１４には未表示）。
【００３６】
本発明の様々な実施形態を説明してきた。例えば、容積効率のよいソレノイドアンテナの説明がなされた。ソレノイドアンテナは無線認証リーダーのプリント回路基板上、又は内部に形成することができ、それにより無線認証タグに対して、無線認証リーダーを直交方向にすることが可能になる。この垂直配向により、ユーザーは無線認証タグリーダーを無線認証タグに直接向ける、又は照準を定めることができ、複数のタグが存在する環境で、当該リーダーと単一のタグとの間での効率的情報転送が可能になる。
【００３７】
それでもなお、ここに述べた実施形態に様々な修正が施されてもよい。例えば、他の実施形態では、プリント回路基板上、又は内部にソレノイドアンテナを組み立てる必要なしに無線認証タグに対して無線認証タグリーダーを垂直配向するために、同一のソレノイドのコンセプトが使用され得る。ソレノイドアンテナは、半導体、セラミックス、プラスチックフィルム、シート（例えばポリエステル）、ガラス及び紙のような他の基板上、又は内部に組み立てられる。他の例のように、ソレノイドアンテナは、さまざまな幅の導体を何本も含むことができる。
【００３８】
ソレノイドアンテナのデザインは、無線認証タグ、又は無線認証システムで使われる他のタイプのリーダーもしくは装置のような、その他の無線認証コンポーネントに応用できる。さらに、当該ソレノイドアンテナのデザインは、近距離のワイヤレス通信又は感知リンクを必要とする、他の多くの用途において有用である可能性がある。そのようなリンクの例として、バッジ読取器、コンタクトレスコネクター、近接検出器、及び近距離データリンクが挙げられるが、それらに限定されない。上記及び他の実施形態は、特許請求の範囲の開示内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】多数の物品を検出するための、模範的無線認証（ＲＦＩＤ）システムを示す透視図。
【図２】リーダーと無線認証タグとの間の、垂直配向を示した透視図。
【図３】本発明の実施形態に従ったソレノイドアンテナを有する、模範的プリント回路基板の上面図。
【図４】上部と下部の表面を二つのビアで連結したトレースを含む、模範的プリント回路基板の断面図。
【図５】ソレノイドアンテナを有する、模範的プリント回路基板の側面図。
【図６】本発明の追加的実施形態に準じたソレノイドアンテナを有する、模範的プリント回路基板の上面図。
【図７】本発明の追加的実施形態に準じたソレノイドアンテナを有する、模範的プリント回路基板の上面図。
【図８】本発明の追加的実施形態に準じたソレノイドアンテナを有する、模範的プリント回路基板の上面図。
【図９】本発明の一つの実施形態に準じた多層技術を用いて形成した、模範的なソレノイドアンテナの上面図。
【図１０】図９に示した、多層基板の断面図。
【図１１】プリント回路技術を用いて形成した、模範的な多巻線ソレノイドアンテナの断面図。
【図１２】図１１に示した、多巻線ソレノイドアンテナの上面図。
【図１３】多層技術を用いた、模範的な多巻線ソレノイドアンテナの断面図。
【図１４】図１３に示した、多巻線ソレノイドアンテナの上面図。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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