(57)【要約】【課題】設置箇所が金属材質の近傍であるか否かにかかわらずアンテナ特性が変化しにくいリーダライタのループアンテナを提供する。【解決手段】ループアンテナＸは、１本の導体１０により放射状に８つの等形の矩形のループ４０が対称的に形成されており、隣り合うループ４０間の導体１０において流れる電流の向きが逆となっている。この８つのループ４０は、所定軸６０に対してその全てのループ面が平行で、かつ所定軸６０を中心にして放射状に形成されている。このとき、８つのループ４０は、所定軸６０に直交する所定平面１００に対して全てのループ面２０が垂直になっている。このとき、ループアンテナＸは、上面視円形のほぼ一様な磁界であるＲＦタグ読み取り面を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦタグと交信するリーダライタのループアンテナであって、
隣り合うループの電流の向きが互いに逆となるように一本の導体で形成された複数のループを備え、
前記複数のループは、所定軸に対して全てのループ面が平行で、かつ前記所定軸を中心にして放射状に形成されており、一つのＲＦタグ読み取り面を形成している
ことを特徴とするリーダライタのループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦタグに駆動電力を供給するとともにＲＦタグの情報を読み書きするＲＦＩＤシステムのリーダライタのループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)は、リーダライタとＲＦタグとの間の無線通信により情報の授受を行う技術であり、鉄道の自動改札や企業の出退勤管理、物流の在庫管理等に広く利用されている。
【０００３】
ＲＦＩＤでは、リーダライタに内蔵されているループアンテナから発生する変調された磁界が、ＲＦタグに内蔵されているループアンテナと鎖交することで電磁誘導が起こり、ＲＦタグ内の回路に駆動電力が供給される。ＲＦタグは、その駆動電力によりＲＦタグ内のメモリ情報を読み出しリーダライタへ応答することで、リーダライタとＲＦタグ間の無線通信が可能となる。すなわち、リーダライタとＲＦタグとが通信するためには、リーダライタからの磁界がＲＦタグのループアンテナを鎖交する必要がある。そのため、リーダライタのループアンテナのループ面とＲＦタグのループアンテナのループ面とを平行にし、磁界と鎖交させやすくすることが一般的である。
【０００４】
ところで、ＲＦタグは、固体の識別管理に用いられるため、様々な物に添付等されており、金属性物質の近傍に設けられることも多い。このとき、ＲＦタグのループアンテナの近傍に金属性物質があると、リーダライタから発生する磁界が金属面を鎖交することで金属面に渦電流を生じさせる。金属面に生じた渦電流は、リーダライタの磁界を打ち消すような反磁界を発生させるため、磁界の相殺によりＲＦタグの起電力に十分な磁界が届かず、通信距離を短くしてしまう。また、リーダライタとＲＦタグとは、効率良く通信できるようにそれぞれ同じ共振周波数に予め設定されていることが一般的であるが、磁界の相殺により等価的にアンテナ特性のインダクタンス値が減退し、共振周波数を高域にシフトさせてしまうため、通信精度が下がってしまったり通信不能となってしまったりする。
【０００５】
そこで、ＲＦタグが金属面に設置される場合の対策として、ＲＦタグのループアンテナのループ面が金属面に対して垂直となるように設置し、リーダライタのループ面を金属面に対して平行に設置して通信させる技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、ＲＦタグのループ面が金属面に対して垂直に設置されているので、リーダライタからの一部の磁界が渦電流による反磁界に相殺されずＲＦタグのループ面に鎖交可能であり、ＲＦタグのループアンテナの共振周波数調整回路や金属シールドによる調整を不要にできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６０７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術は、ＲＦタグが金属面に設置される場合の問題を解決するものであり、リーダライタが金属面に設置される場合の問題が考慮されていない。以下、その問題を詳説する。
【０００８】
リーダライタのループアンテナのループから発生する磁界のイメージについて図４及び図５を参照して説明する。図４に示すように、導体１０に電流が流れると導体１０の周りには円形の複数の磁界３０が発生する。リーダライタは、この磁界から起電力を得られるＲＦタグと通信を行うから、ＲＦタグ読み取り方向に対してリーダライタのループ面２０を垂直に向けることで、最も多くの磁界３０をＲＦタグへ放射でき、最も広い読み取り範囲を得られる。
【０００９】
ところが、リーダライタのループアンテナの近傍に金属性物質がある場合、ループアンテナから発生する磁界が大きく減衰してしまう。図５では、従来のループアンテナＹにおけるループ面２０が金属面５０に覆われている場合の磁界の様子を示している。
【００１０】
ループ９０を構成する導体１０が通電されることで発生した磁界３０は、リーダライタが設置されている金属面５０に鎖交する。この磁界３０が金属面５０に鎖交すると、鎖交した磁界３０によって金属面５０に渦電流５１が生じ、鎖交した磁界３０の向きと逆向きの反磁界５２が渦電流５１により発生する。
【００１１】
つまり、ループアンテナＹから金属面５０に鎖交する磁界３０は、金属面５０に発生した渦電流５１による反磁界５２によって相殺される。そのため、反磁界５２によって相殺されなければＡの領域まで届いていた磁界が、反磁界５２によって相殺されて減衰することでＢの領域内止まりとなってしまう。これにより、例えば金属面５０の上部にＲＦタグがあった場合、リーダライタとＲＦタグとの通信距離がＡの領域からＢの領域に短縮される。また、渦電流５１による反磁界５２の影響で、ループアンテナＹのインダクタンス値が小さくなり、その結果、リーダライタの共振周波数が高域にシフトするため、ループ９０に供給していた電力では予定されていた強磁界を形成できなくなる。また、受け取り側であるＲＦタグも共振周波数がずれているために、効率よく駆動電力を得られず、通信環境の劣化が著しい。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、設置箇所が金属材質の近傍であるか否かにかかわらずアンテナ特性が変化しにくいリーダライタのループアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のリーダライタのループアンテナは、ＲＦタグと交信するリーダライタのループアンテナであって、隣り合うループの電流の向きが互いに逆となるように一本の導体で形成された複数のループを備え、前記複数のループは、所定軸に対して全てのループ面が平行で、かつ前記所定軸を中心にして放射状に形成されており、一つのＲＦタグ読み取り面を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
設置箇所が金属材質の近傍であるか否かにかかわらずアンテナ特性が変化しにくいリーダライタのループアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るループアンテナＸの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るループアンテナＸのループの一つから発生する磁界の概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係るループアンテナＸから発生する磁界のモデル図であって、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図４】ループから発生する磁界の概念図である。
【図５】従来のループアンテナＹが金属面に設置されたときの磁界の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に示す本実施形態のループアンテナＸにおいて、１０はループアンテナＸを形成し、不図示の電力供給手段によって通電される導体であり、４０はループアンテナＸを構成するループである。このループアンテナＸは、リーダライタに接続されてＲＦタグと交信を行うものである。
【００１８】
ループアンテナＸは、１本の導体１０により放射状に８つの等形の矩形のループ４０が対称的に形成されており、隣り合うループ４０間の導体１０において流れる電流の向きが逆となっている。この８つのループ４０は、所定軸６０に対してその全てのループ面が平行で、かつ所定軸６０を中心にして放射状に形成されている。このとき、８つのループ４０は、所定軸６０に直交する所定平面１００に対して全てのループ面２０が垂直になっている。
【００１９】
図２は、所定平面１００を金属面５０とし、放射状に形成された８つのループ４０の内の一つから発生する磁界３０のイメージについて簡易的に示している。ループ４０は、図１と同様に所定軸６０に対してそのループ面２０が平行であり、所定軸６０に直交する金属面５０に対してそのループ面２０が垂直となっている。
【００２０】
このようにループ４０が配置されているとき、そのループ面２０が金属面５０に対して垂直となっているので、金属面５０に鎖交する磁界３０は、ループ４０から発生する磁界３０の一部に過ぎない。つまり、金属面５０に接していない導体１０から発生する磁界３０は、金属面５０に鎖交しないので妨害されず、ループ４０の上部に沿って上面視で略楕円形状のＲＦタグ読み取り面を形成する。これにより、ループアンテナＸが金属の近傍にある場合でも、ＲＦタグ読み取り面内の磁界にあるＲＦタグと通信可能となる。また、金属面５０を通過することにより相殺される磁界３０もループ４０から発生する磁界全体の一部であるので、ループアンテナＸの共振周波数もほとんど変化しなくて済む。
【００２１】
しかし、ループ面２０を金属面５０に対して垂直に配置すると、形成されるＲＦタグ読み取り面が上面視で略楕円形状となり、ＲＦタグ読み取り範囲が狭い。そこで、本実施形態では、８つのループ４０を所定軸６０を中心に放射状に形成する構成とした。この放射状に形成された８つのループ４０の全てのループ面２０を金属面５０に対して垂直に配置することで、金属面５０と接していない各ループ４０の上部からほぼ一様な磁界として上面視円状のＲＦタグ読み取り面が形成される。
【００２２】
図３は、このときの磁界のモデル図である。図３（ａ）の斜視図を参照すると、放射状に形成された８つのループ４０は、互いに隣り合うループ４０同士の電流の向きが互いに逆となっている。そのため、互いに隣り合うループ４０間の扇状部分では、隣り合う扇状部分同士で磁界３０の向きが上方向と下方向というように互いに逆となっている。このとき、ループアンテナＸは、隣り合うループ４０の電流の向きが互いに逆となっているので、隣り合う各ループ４０から発生する磁界３０の方向が揃い、全体としてほぼ一様な磁界を形成できる。図３（ｂ）の上面図では、このとき形成された磁界によって、上面視円状のＲＦタグ読み取り面７０が形成されている。本実施形態のループアンテナＸにおいて、所定軸６０に対して全てのループ面２０が平行で、かつ所定軸６０を中心に放射状に配置されたときに、所定軸６０の方向に最も広いＲＦタグ読み取り面が形成される。なお、図３（ｂ）の上面図において、×マークは表面側から裏面側に向かう磁界であり、二重丸マークは裏面側から表面側に向かう磁界を表している。
【００２３】
ここで、本実施形態モデル（ループアンテナＸ）と従来モデル（ループアンテナＹ）をそれぞれ金属面に設置したときのループアンテナの共振周波数の変動について比較実験を行った。その比較表を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すとおり、本実施形態モデルのループアンテナＸは、そのアンテナ構造が１１５ｘ５ｍｍの１巻きの矩形ループが所定軸に対してそのループ面が平行で、かつ所定軸を中心に放射状に８つ形成されており、各ループ間の隣接角度が４５°となっている。このときの読み取り範囲／形状は、上面視で少なくとも直径２３０ｍｍの円形となっている。従来モデルのループアンテナＹは、そのアンテナ構造が２３０ｘ２３０ｍｍの１巻きの矩形ループであり、少なくとも２３０ｘ２３０ｍｍの正方形の読取範囲を有している。本実施形態モデルと従来モデルのループアンテナＸ，Ｙの設定共振周波数は、ループアンテナＸ，Ｙの近傍に金属性物質がない状態でそれぞれ１３．５６ＭＨｚに予め設定されている。
【００２６】
この本実施形態モデルと従来モデルのループアンテナＸ，Ｙをそれぞれ３００ｘ３００ｍｍ（厚さ０．２ｍｍ）のアルミシートの中央へ直上設置した。このとき、アルミシートからループアンテナＸ，Ｙまでの距離は５ｍｍとした。また、ループアンテナＸは、所定平面１００をアルミシートとし、アルミシートに対して全てのループ面が垂直になるよう設置し、ループアンテナＹは、アルミシートに対してループ面が平行になるよう設置した。
【００２７】
上記設置条件で、本実施形態モデル（ループアンテナＸ）と従来モデル（ループアンテナＹ）の共振周波数をそれぞれ測定した。その結果、本実施形態モデルでは、共振周波数が１３．５７ＭＨｚ（１３．５６５ＭＨｚ）であったのに対して、従来モデルでは、共振周波数が１６．７６ＭＨｚであった。つまり、本実施形態モデルでは、金属面（アルミシート）への設置前後で共振周波数が１３．５６ＭＨｚから１３．５７ＭＨｚとなり、ほとんど変動しなかったのに対して、従来モデルでは、金属面への設置前後で共振周波数が１３．５６ＭＨｚから１６．７６ＭＨｚへと大きく変動したことが確認できた。
【００２８】
このように、本実施形態のループアンテナＸによれば、ループアンテナＸの設置箇所が金属面であるか否かによってアンテナ特性（共振周波数）がほとんど変化しないため、安定した通信性能を維持できるとともに、リーダライタの設置後に自動又は手動にかかわらずアンテナ特性の調整作業をする必要がない。また、アンテナ特性を調整するための調整回路や金属シールドが不要であるため、簡易な構成で安価に製品を提供できる。
【００２９】
また、本実施形態のループアンテナＸは、ループアンテナＸの近傍に金属面５０がある場合、所定平面１００をループアンテナＸの設置面としなくても、８つのループ４０の少なくともいずれか一つからは渦電流５１による反磁界５２に相殺されない磁界３０が発生するので、その磁界にあるＲＦタグと通信を行える。
【００３０】
なお、本実施形態では、等形の矩形のループ４０を放射状に配置し、ＲＦタグ読み取り面を円形とする構成としたが、ループ４０の長さを変えることでＲＦタグ読み取り面を自在に変形できる。例えば、８つのループ４０の内、互いに対角線上にあるループ４０の長さを揃え、隣り合うループ４０の長さに長短を付けて、ＲＦタグ読み取り面が矩形となるようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では８つの矩形のループ４０により構成されるループアンテナＸについて説明したが、ＲＦタグ読み取り面にほぼ一様な磁界を形成することができれば、ループ４０の数を増減してもよいし、各ループ４０の巻き数を増やしてもよいし、各ループ４０の巻き数に偏りを持たせてもよい。さらに、矩形のループ４０ではなく、楕円形や円形のループ４０としてもよい。
【００３２】
以上、本実施形態を概説すると、本実施形態のリーダライタのループアンテナは、ＲＦタグと交信するリーダライタのループアンテナであって、隣り合うループの電流の向きが互いに逆となるように一本の導体で形成された複数のループを備え、前記複数のループは、所定軸に対して全てのループ面が平行で、かつ前記所定軸を中心にして放射状に形成されており、一つのＲＦタグ読み取り面を形成していることを特徴とする。
また、前記所定軸に対して垂直な所定平面に設置されるとよい。
【００３３】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々様々に変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・導体
２０・・・ループ面
３０・・・磁界
４０，９０・・・ループ
５０・・・金属面
５１・・・渦電流
５２・・・反磁界
６０・・・所定軸
Ｘ，Ｙ・・・ループアンテナ
【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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