(57)【要約】【課題】  液晶や有機ＥＬ等の適用によって多くの情報を視認性良く表示可能な表示器を搭載することができ、この際、その視認性を阻害したり、利用者の利便性を損なったりすること無く、更に当該リーダライタ装置の位置や形状等を定める設計に自由度を有すること。【解決手段】  角板状の信号処理回路基板１１の上に、液晶や有機ＥＬ等の適用によって多くの情報を視認性良く表示可能な表示器１２、アンテナ１３を、この順に載置固定してリーダライタ装置１０を構成する。アンテナ１３は、透明なガラスやポリエチレンテレフタレート等のアンテナ基板上の周辺に、複数回周回するパターンのループアンテナを薄膜形成して構成する。ループアンテナは、透明性を有する導電性材料である酸化インジウムスズや、酸化インジウム亜鉛等をスパッタリング装置などで薄膜形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触型の情報記録媒体と通信を行うアンテナと、このアンテナで送受信される信号を処理する信号処理回路とを有し、アンテナに近接された情報記録媒体との間で情報の読み書きを行うリーダライタ装置において、
導電性材料と透明性を有するアンテナ基板から形成される前記アンテナと、前記信号処理回路が形成された信号処理回路基板との間に、文字や画像を表示する薄板状の表示手段を介在して積層した
ことを特徴とするリーダライタ装置。
【請求項２】
前記アンテナは、透明性を有する導電性材料がループ状に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ装置。
【請求項３】
前記信号処理回路基板と前記表示手段との間に、磁性体を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ装置。
【請求項４】
前記信号処理回路基板と前記表示手段との間に、前記アンテナと電磁的に結合するとともに前記信号処理回路基板と電気的に接続された金属導体によるループコイルを配置した
ことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ装置。
【請求項５】
前記ループコイルと前記表示手段との間に、磁性体を配置した
ことを特徴とする請求項４に記載のリーダライタ装置。
【請求項６】
前記ループコイルと前記信号処理回路基板との電気的な接続部分に、共振コンデンサを有する
ことを特徴とする請求項４に記載のリーダライタ装置。
【請求項７】
前記アンテナは、複数の略同一形状からなる前記ループが各々ずらした状態で積層され、互いのループが前記信号処理回路に並列に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のリーダライタ装置。
【請求項８】
前記アンテナは、複数の略同一形状かつ略同一サイズからなる前記ループが積層され、互いのループが前記信号処理回路に並列に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のリーダライタ装置。
【請求項９】
前記導電性材料は、酸化インジウムスズ及び酸化インジウム亜鉛の何れかである
ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のリーダライタ装置。
【請求項１０】
非接触型の情報記録媒体と通信を行うリーダライタ装置のアンテナにおいて、
透明性を有する導電性材料を薄膜のループ状として形成された
ことを特徴とするリーダライタ装置のアンテナ。
【請求項１１】
前記薄膜のループが極力重ならない状態で複数積層され、互いのループが前記情報記録媒体との間で通信される情報を処理する信号処理回路に並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１０項に記載のリーダライタ装置のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報が記憶された非接触ＩＣカードや非接触ＩＣタグ等の非接触ＩＣメディア（情報記録媒体）と電磁誘導結合による近距離無線通信を行うことによって、情報を読み込んだり書き込んだりするリーダライタ装置及びリーダライタ装置のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リーダライタ装置は、図１０に示すように、エポキシ系樹脂等のアンテナ基板１の上に銅等の金属でパターン形成されたループ状のアンテナ２を有し、このアンテナ２を介して図示せぬ非接触ＩＣメディアと電磁結合し、非接触ＩＣメディアへ電力を供給する。
そして、電磁結合した非接ＩＣメディアへ信号処理回路３からコマンドを送信し、このコマンド送信に対して非接触ＩＣメディア側からレスポンスをアンテナ２で受信すると、信号処理回路３を介して非接触ＩＣメディアとの間で通信を開始し、非接触ＩＣメディアからのデータの読み出しや、非接触ＩＣメディアへのデータの書き込みを行うようになっている。
【０００３】
この種の従来のリーダライタ装置として、例えば特許文献に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００４−１３３００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のリーダライタ装置においては、次のような問題がある。
リーダライタ装置は、一般的に自動販売機や取引端末装置等に組み込んで使用されるので、非接触ＩＣメディアと電磁結合するアンテナ２の搭載面は、利用者が非接触ＩＣメディアをかざし易い位置に配置され、また、決済額等の表示のためにＬＥＤ(Light emitting diode)等の入出力デバイスが併設されるので、リーダライタ装置の位置や形状等を定める設計に制約を受けることが多い。
【０００５】
また、上記のように従来の表示はＬＥＤ等で行われているが、液晶や有機ＥＬ(Electroluminescence)等を用いた表示器が適用できれば、表示情報量の増加、視認性が良くなる等のメリットがある。このような利用者への訴求度が高まっている。
しかし、前述の通りアンテナ２は、銅等の金属でパターン形成されているため、液晶や有機ＥＬ等の表示器の前面にアンテナ２を配置すると、視認性が損なわれる。アンテナ２を表示器背面に配置する方法が考えられるが、表示器の厚みだけ通信距離が短くなるため、利用者の利便性が損なわれることになる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、第１に、通信距離の低下を抑えることを目的とする。第２に、液晶や有機ＥＬ等の適用によって多くの情報を視認性良く表示可能な表示器を搭載することができ、この際、その視認性を阻害したり、利用者の利便性を損なったりすることがないことを目的とする。第３に、リーダライタ装置の位置や形状等を定める設計に自由度を有するリーダライタ装置及びリーダライタ装置のアンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるリーダライタ装置は、非接触型の情報記録媒体と通信を行うアンテナと、このアンテナで送受信される信号を処理する信号処理回路とを有し、アンテナに近接された情報記録媒体との間で情報の読み書きを行うリーダライタ装置において、導電性材料と透明性を有するアンテナ基板から形成される前記アンテナと、前記信号処理回路が形成された信号処理回路基板との間に、文字や画像を表示する薄板状の表示手段を介在して積層したことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、表示手段の上に、透明なアンテナを配設したので、表示手段の視認性を阻害することが無い。また、アンテナがリーダライタ装置の最上面に配置されているので、情報記録媒体との電磁結合距離を最短とすることができ、これによって感度の良い送受信を行うことができるので、利用者の利便性を損なうことが無い。言い換えれば、利用者の情報記録媒体使用時の利便性を保持しながら、表示手段に情報を視認性良く表示することが可能となる。
また、アンテナ・表示器・信号処理回路をこの順で積層し、アンテナを最前面に配置したので、アンテナを表示器背面に配置する場合よりも、表示器の厚みだけ通信距離を短くできる。また、アンテナと信号処理回路との距離を大きくとれるので、信号処理回路による通信距離低下を抑えられる。
【０００９】
また、本発明の請求項２によるリーダライタ装置は、請求項１において、前記アンテナは、透明性を有する導電性材料がループ状に形成されることを特徴とする。
また、本発明の請求項３によるリーダライタ装置は、請求項１において、前記信号処理回路基板と前記表示手段との間に、磁性体を配置したことを特徴とする。
この構成によれば、アンテナ特性の共振度を示すＱ値が、磁性体の配置によって大きくなるので、その分、アンテナの通信距離を伸ばすことができる。また、信号処理回路基板の金属回路パターンがアンテナの通信距離を短くする悪影響を、磁性体によって抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の請求項４によるリーダライタ装置は、請求項１において、前記信号処理回路基板と前記表示手段との間に、前記アンテナと電磁的に結合するとともに前記信号処理回路基板と電気的に接続された金属導体によるループコイルを配置したことを特徴とする。
この構成によれば、アンテナとループコイルとがトランスの一次側と二次側の結合と同様に電磁的に結合し、そのループコイルが金属導体であるため、アンテナ特性の損失を低減することが可能となり、その分、電磁結合効率が向上し、通信距離を長くすることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項５によるリーダライタ装置は、請求項４において、前記ループコイルと前記表示手段との間に、磁性体を配置したことを特徴とする。
この構成によれば、請求項４に記載したと同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明の請求項６によるリーダライタ装置は、請求項４において、前記ループコイルと前記信号処理回路基板との電気的な接続部分に、共振コンデンサを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項７によるリーダライタ装置は、請求項２において、前記アンテナは、複数の略同一形状からなる前記ループが各々ずらした状態で積層され、互いのループが前記信号処理回路に並列に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、透明性を有する導電性材料による薄膜のループを極力重ならない状態で複数積層したので、膜厚が厚くなるほどに低下する透明性を損なわずに済む。また、互いのループを信号処理回路に並列接続したので、アンテナの抵抗値が下がって、アンテナの通信距離が伸びる。
【００１３】
また、本発明の請求項８によるリーダライタ装置は、請求項２において、前記アンテナは、複数の略同一形状かつ略同一サイズからなる前記ループが積層され、互いのループが前記信号処理回路に並列に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項９によるリーダライタ装置は、請求項１から８の何れか１項において、前記導電性材料は、酸化インジウムスズ及び酸化インジウム亜鉛の何れかであることを特徴とする。
この構成によれば、アンテナを略透明とすることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項１０によるリーダライタ装置のアンテナは、非接触型の情報記録媒体と通信を行うリーダライタ装置のアンテナにおいて、透明性を有する導電性材料を薄膜のループ状として形成されたことを特徴とする。
この構成によれば、アンテナが透明なので、このアンテナの下に、文字や画像を表示する表示手段を配置しても、その視認性が阻害されることが無いので、利用者に情報を視認性良く伝達することができる。また、アンテナをリーダライタ装置の最上面に配置することができるので、情報記録媒体との電磁結合距離を最短とすることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項１１によるリーダライタ装置のアンテナは、請求項１０において、前記薄膜のループが極力重ならない状態で複数積層され、互いのループが前記情報記録媒体との間で通信される情報を処理する信号処理回路に並列に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、透明性を有する導電性材料による薄膜のループを極力重ならない状態で複数積層したので、膜厚が厚くなるほどに低下する透明性を損なわずに済む。また、互いのループを信号処理回路に並列接続したので、アンテナの抵抗値が下がって、アンテナの通信距離が伸びる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明のリーダライタ装置によれば、通信距離の低下を抑えることができる。また、液晶や有機ＥＬ等の適用によって多くの情報を視認性良く表示可能な表示器を搭載することができ、この際、その視認性を阻害したり、利用者の利便性を損なったりすることをなくすことができる。更にリーダライタ装置の位置や形状等を定める設計に自由度を有することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
図１に示すリーダライタ装置１０は、角板状の信号処理回路基板１１の上に、液晶や有機ＥＬ等の適用によって多くの情報を視認性良く表示可能な表示器１２、アンテナ１３を、この順に載置固定することにより構成されている。なお、表示器１２及びアンテナ１３も、信号処理回路基板１１と同様に角板状を成す。
【００１８】
アンテナ１３は、図２に示すように、透明なガラスやポリエチレンテレフタレート等のアンテナ基板１３ａ上の周辺に、複数回周回するパターンのループアンテナ１３ｂを薄膜形成して構成されている。
ループアンテナ１３ｂは、透明性を有する導電性材料である酸化インジウムスズや、酸化インジウム亜鉛等をスパッタリング装置などで薄膜形成したものである。また、ループアンテナ１３ｂの複数のループは、互いに出来るだけ重なり合わないように積層配置し、かつ信号処理回路基板１１に形成された信号処理回路に並列接続した構成となっている。
【００１９】
アンテナと信号処理基板間に図３のようにコンデンサを接続し、アンテナと共振回路を形成させる。
非接触ICメディアヘの電力供給を行うためのキャリア周波数をf0、アンテナインダクタンスをLa、コンデンサのキャパシタンスをCとすると、
【数１】
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を満たすようにCを選ぶと、図４のようにアンテナインピーダンスが最小となることによりアンテナに流れる電流が最大となり、非接触ICメディアへの供給電力が増加する。したがって、信号処理基板の出力電力を増加させることなしに非接触ICメディアとの通信距離を増加させることができる。
【００２０】
一般に、導電性材料は、銅などの金属性材料に比べ抵抗値が大きく、また、膜厚を厚くすると透明性が低下することが知られているので、ループアンテナ１３ｂを上記のような複数のループ構成とすることで、抵抗値を下げると同時に透明性を確保することができる。
アンテナ１３の別形態としては、図５に示すように略同一形状のループを積層構造としても良い。このようにすると、各ループに流れる電流が均一になるので、信号処理回路からアンテナを見たインピーダンスが小さくなるので、アンテナ電流が増加・非接触ICメディアへの供給電力が増加することにより、通信距離が大きくなる。
また、アンテナは、図６のように、概略同形状のループを積層構造とし、アンテナ面から見て平行移動させた構成としてもよい。このようにすると、アンテナ面から見てパターンの重なる部分が少なくなるので透明度を低下させず、かつ、各ループの電流が同じになるので、上述のとおり通信距離を増加させることができる。
【００２１】
このような第１の実施の形態のリーダライタ装置１０によれば、多くの情報を視認性良く表示可能な表示器１２の上に、透明なアンテナ１３を配設したので、その視認性が阻害されることは無い。また、アンテナ１３はリーダライタ装置１０の最上面に配置されているので、図示せぬ非接触ＩＣメディアとの電磁結合距離を最短とすることができ、これによって感度の良い送受信を行うことができるので、利用者の利便性を損なうことは無い。
【００２２】
さらに、金属板がアンテナ周囲に存在すると、金属板にうず電流が流れることにより通信距離が低下することが知られている。特に、信号処理基板ではアースなどの金属パターン以外に、回路素子が配置されているのでうず電流が一様でなく、最適に調整するのが難しい。図１のようなアンテナと信号処理基板の間に表示器を配置することにより、信号処理基板とアンテナとの距離がとれるので、アンテナを表示器と信号処理基板の間に配置する場合に比べ、信号処理基板による通信距離低下が抑えられる、あるいは調整が容易、などの効果を得ることができる。
【００２３】
言い換えれば、利用者の非接触ＩＣメディア使用時の利便性を保持しながら、表示器１２に多くの情報を視認性良く表示することが可能となる。
また、表示器１２は、ＬＥＤ等のようにリーダライタ装置と併設するのではなく、リーダライタ装置１０に一体に組み込まれるので、リーダライタ装置１０の位置や形状等を定める設計に制約を受けることが無くなる。換言すれば、その設計に自由度を有する。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
図７に示すリーダライタ装置２０が、図１に示したリーダライタ装置１０と異なる点は、信号処理回路基板１１と表示器１２との間に、角板状の磁性体２１を配置したことにある。
このように磁性体２１を配置すると、通信距離を伸ばすことができる。この理由を説明する。
【００２５】
アンテナ特性として、次式で表される共振度を示すＱ値がある。
Ｑ＝２π・ｆ・Ｌ／Ｒ
ここで、ｆ：キャリア周波数、Ｌ：ループアンテナのインダクタンス、Ｒ：ループアンテナの抵抗である。
一般に、Ｑが大きいと通信距離が大きくなる。磁性体２１を配置すると、インダクタンスＬのみを増加させることができるので、アンテナ１３の通信距離を伸ばすことができる。
【００２６】
このような第２の実施の形態のリーダライタ装置２０によれば、アンテナ１３の通信距離が伸びるので、利用者の使い勝手を向上させることができる。
また、金属板がアンテナ周囲に存在すると、通信距離が低下することが知られているが、図７のような構成にすると、信号処理回路基板１１の金属パターンの影響を磁性体２１によって抑制することもできる。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
図８に示すリーダライタ装置３０は、信号処理回路基板１１の上に、一次アンテナ３１、表示器１２、二次アンテナ３２を、この順に載置固定することにより構成されている。
一次アンテナ３１は、エポキシ系樹脂等のアンテナ基板３１ａ上の周辺に、銅等の金属パターンで間隙を有するループ状アンテナ３１ｂを形成し、その間隙の両端を信号処理回路基板１１の信号処理回路に接続して構成されている。
【００２８】
二次アンテナ３２は、上記アンテナ１３と同様に、透明なガラスやポリエチレンテレフタレート等のアンテナ基板３２ａ上の周辺に、透明性を有する導電性材料によるパターンで間隙を有するループ状アンテナ３２ｂを形成し、その間隙の両端にコンデンサ３２ｃを接続して構成されている。
このような構成によって、一次アンテナ３１と二次アンテナ３２とは、トランスの一次側と二次側との結合と同様に電磁的に結合するようになっている。このようにトランス接続と同様の働きを持ち、一次アンテナ３１は金属導体であるため、損失を低減することが可能となり、図１に示したリーダライタ装置１０の構成に比べ、効率が向上し、通信距離を長くすることができる。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
図９に示すリーダライタ装置４０が、図８に示したリーダライタ装置３０と異なる点は、一次アンテナ３１と表示器１２との間に、磁性体２１を配置したことにある。このように磁性体２１を配置することによって、上記第２の実施の形態で理由を説明したように、アンテナ間の結合が良くなるので、さらに効率が向上し、通信距離を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るリーダライタ装置のアンテナの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るリーダライタ装置のアンテナと信号処理回路基板との間にコンデンサを接続した構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係るリーダライタ装置のアンテナと信号処理回路基板との間にコンデンサを接続した際の（ａ）アンテナインピーダンスと（ｂ）アンテナ電流を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係るリーダライタ装置のアンテナの別構成を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係るリーダライタ装置のアンテナの別構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るリーダライタ装置の構成を示す図である。
【図１０】従来のリーダライタ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，２０，３０，４０  リーダライタ装置
１１  信号処理回路基板
１２  表示器
１３  アンテナ
１３ａ  アンテナ基板
１３ｂ，３１ｂ，３２ｂ  ループアンテナ
２１  磁性体
３１  一次アンテナ
３２  二次アンテナ
【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】
2006195802.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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