(57)【要約】【課題】ブースターとカップリングコイルの位置関係の自由度を高める。【解決手段】ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースター３であって、ＲＦＩＤリーダと磁気結合するブースターコイル３１と、ＲＦＩＤ内のカップリングコイルと磁気結合するブースターコイル３０とを備え、ブースターコイル３０は、ブースターコイル３１の少なくとも一部に設けられたメアンダ状部分である。これによれば、ブースターコイル３０の全長を最大でブースターコイル３１の全長と同程度まで広げることが可能になるとともに、そのどこにＲＦＩＤを近づけても、ほぼ同等の結合係数が得られる。したがって、ブースター３とカップリングコイルの位置関係の自由度が高くなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合するコイル部と、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルと磁気結合する磁気結合部とを備え、
前記磁気結合部は、前記コイル部の少なくとも一部に設けられたメアンダ状部分であることを特徴とするブースター。
【請求項２】
基板を備え、
前記コイル部は、前記基板上を１回又は複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面コイルであることを特徴とする請求項１に記載のブースター。
【請求項３】
前記コイル部は、前記基板上を複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面スパイラルコイルであり、
前記メアンダ状部分は、前記平面スパイラルコイルの最内周以外の周の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項２に記載のブースター。
【請求項４】
前記コイル部は、前記基板上を複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面スパイラルコイルであり、
前記メアンダ状部分は、前記平面スパイラルコイルの各周に設けられることを特徴とする請求項２に記載のブースター。
【請求項５】
前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの内側に向かって突出していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項６】
前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの外側に向かって突出していることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項７】
前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの延伸方向と垂直に蛇行していることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項８】
前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの延伸方向と平行に蛇行していることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項９】
前記メアンダ状部分の配線パターンの線幅は、前記メアンダ状部分以外の部分の配線パターンの線幅より細いことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のブースターと、
前記ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースター及びＲＦＩＤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型無線機器の高性能化は目覚ましく、非接触型ＩＣカード（例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）規格準拠のＩＣカード。具体的には、ＭＩＦＡＲＥ（登録商標）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）など。）に対応するものも登場している。そのような小型無線機器には、ＩＣチップとカップリングコイルとからなるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）が搭載される（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０１／０８５４６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＲＦＩＤの通信距離を十分に確保するためには、カップリングコイルのインダクタンスをある程度大きくすることが必要である。しかし、そのようなインダクタンスを有するカップリングコイルは比較的大きなものとなるため、近年の小型無線機器では十分な設置スペースを確保できない場合が多い。そこで近年、比較的大きなインダクタンスを有するブースターを用いる方法が考えられている。特許文献１には、このブースターの例が開示されている。
【０００５】
ブースターを用いる場合、ブースターとカップリングコイルとは、直接接続ではなく磁気結合させる。そのために、ブースターには、例えば特許文献１のＦＩＧ．９に示されコイル密集部５１Ｄや、ＦＩＧ．６に示されるチップ搭載部１１１ｐのように、カップリングコイルと同程度のサイズを有する磁気結合部が設けられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されるような磁気結合部を用いる場合、ブースターとカップリングコイルの位置が少しずれると、そのことによって磁気結合部とカップリングコイルの結合係数が大幅に低下してしまう。このため、ブースターとカップリングコイルの位置関係に自由度がほとんどない。
【０００７】
したがって、本発明の目的の一つは、ブースターとカップリングコイルの位置関係の自由度を高めたブースター及びＲＦＩＤシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明によるブースターは、ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合するコイル部と、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルと磁気結合する磁気結合部とを備え、前記磁気結合部は、前記コイル部の少なくとも一部に設けられたメアンダ状部分であることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、磁気結合部の全長を最大でコイル部の全長と同程度まで広げることが可能になるとともに、そのどこにＲＦＩＤを近づけても、ほぼ同等の結合係数が得られる。したがって、ブースターとカップリングコイルの位置関係の自由度が高くなっている。
【００１０】
上記ブースターにおいて、基板を備え、前記コイル部は、前記基板上を１回又は複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面コイルであることとしてもよい。
【００１１】
上記ブースターにおいて、前記コイル部は、前記基板上を複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面スパイラルコイルであり、前記メアンダ状部分は、前記平面スパイラルコイルの最内周以外の周の少なくとも一部に設けられることとしてもよいし、前記平面スパイラルコイルの各周に設けられることとしてもよい。
【００１２】
上記各ブースターにおいて、前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの内側に向かって突出していることとしてもよいし、前記平面コイルの外側に向かって突出していることとしてもよい。また、前記メアンダ状部分の配線パターンは、前記平面コイルの延伸方向と垂直に蛇行していることとしてもよいし、前記平面コイルの延伸方向と平行に蛇行していることとしてもよい。
【００１３】
上記各ブースターにおいて、前記メアンダ状部分の配線パターンの線幅は、前記メアンダ状部分以外の部分の配線パターンの線幅より細いこととしてもよい。これによれば、ブースターコイルとカップリングコイルの磁気結合を強めることが可能になる。
【００１４】
また、本発明によるＲＦＩＤシステムは、上記各ブースターのうちのいずれかと、該ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ブースターとカップリングコイルの位置関係の自由度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤシステムのシステム構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤの上面図である。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態によるコイル部品の上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるブースターの上面図である。ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の第１のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態の第２のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態の第３のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図７】本発明の好ましい実施の形態の第４のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態の第５のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図９】本発明の好ましい実施の形態の第６のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図１０】本発明の好ましい実施の形態の第７のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【図１１】本発明の好ましい実施の形態の第８のバリエーションによるブースター３の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態によるＲＦＩＤシステム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、ＲＦＩＤ２、ブースター３、及びＲＦＩＤリーダ４を備えている。
【００１９】
ＲＦＩＤ２はＩＣチップ２０及びカップリングコイル２１を有し、携帯電話などの無線通信機やＩＣカードに搭載される。カップリングコイル２１は比較的小型であり、そのためにカップリングコイル２１のインダクタンスはそれほど大きくなく、ＲＦＩＤ２のみでは十分な通信距離が得られない。そこで、ＲＦＩＤシステム１ではブースター３を用いる。
【００２０】
ブースター３はＲＦＩＤ２の通信距離を延ばすために用いられるもので、ブースターコイル３０，３１を有し、これらのブースターコイルにより、ＲＦＩＤ２及びＲＦＩＤリーダ４の双方と磁気結合する。つまり、ブースターコイル３０はＲＦＩＤ２のカップリングコイル２１と磁気結合する磁気結合部であり、ブースターコイル３１はＲＦＩＤリーダ４のコイル４１と磁気結合するコイル部である。また、ブースター３はキャパシタ３２も有しており、キャパシタ３２とブースターコイル３０，３１とでＬＣ共振回路を構成する。ブースターコイル３０，３１のインダクタンスと、キャパシタ３２の容量とは、ブースター３の共振周波数がＲＦＩＤシステム１の動作周波数となるよう決定される。
【００２１】
ＲＦＩＤリーダ４は、ＲＦＩＤ２内のＩＣチップ２０に記憶される情報の読み出しを行う。読み出しを行う際には、平面的に見てブースターコイル３０と重複する位置にカップリングコイル２１を配置した状態で、ＲＦＩＤリーダ４をブースターコイル３１に近づける。そして、ＲＦＩＤリーダ４において、読み出し命令を含むデータによって変調した信号を、ＣＰＵ４０からコイル４１に送出する。また、変調した信号の送出後には、無変調の信号を所定時間にわたって送出する。これらの信号は、コイル間の磁気結合を介してＩＣチップ２０に受信される。
【００２２】
ＩＣチップ２０は、整流回路、通信回路、及びメモリを含む。整流回路は、カップリングコイル２１を介して上記各信号を受信し、整流して直流化する。通信回路は、この直流を電源として動作するものであり、まず変調信号を解釈し、解釈結果に応じてメモリ内からデータを読み出す。そして、読み出したデータによって無変調信号の反射信号を変調する。ＲＦＩＤリーダ４はこの反射信号を受信することで、ＩＣチップ２０内のメモリに記憶されているデータを取得する。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照しながら、ＲＦＩＤ２とブースター３の構造について、詳しく説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ）は、ＲＦＩＤ２の上面図である。同図には、カップリングコイル２１を搭載するための基板２２及び基板２２上に形成された配線パターン２３−１，２のみを示している。カップリングコイル２１には磁性体基板を用いて磁心を構成したコイル部品を用いており、図２（ａ）に示した領域Ａには、このコイル部品が搭載される。また、図示していないが、ＩＣチップ２０は、配線パターン２３−１，２を介してカップリングコイル２１に接続される。
【００２５】
図２（ｂ）はカップリングコイル２１を含むコイル部品２４の上面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。これらの図に示すように、コイル部品２４は、フェライトなどの磁性体により構成される磁性体基板２６の上面に樹脂層２５を有し、その中にカップリングコイル２１が埋め込まれた構成を有している。
【００２６】
カップリングコイル２１は、図２（ｂ）に示すように、平面スパイラル構造を有している。磁性体基板２６は、カップリングコイル２１中央の空間部分にも設けられている。カップリングコイル２１の内周端２１−１及び外周端２１−２はそれぞれ、引出導体２１ａ，２１ｂを介して、基板２２上の配線パターン２３−１，２に接続される。
【００２７】
なお、カップリングコイル２１の構造は平面スパイラル構造に限られるものではなく、例えば後述するブースターコイル３０と同様のメアンダ構造としてもよい。こうすることで、カップリングコイル２１とブースターコイル３０とをより強く磁気結合させることが可能になる。
【００２８】
次に、図３（ａ）は、ブースター３の上面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。図３（ａ）に示した領域ＤはＲＦＩＤ２が配置される領域を示し、領域ＥはＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１の位置を示している。なお、図３（ａ）では、領域Ｃの平面的な位置を視覚的に分かりやすく示すためにブースター３の手前側にハッチングをかけているが、カップリングコイル２１の実際の位置は、図３（ｂ）に示すようにブースター３の下側（図３（ａ）の奥側）である。
【００２９】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、ブースター３は、内側を抜いて空間領域３３ａを設けたロの字型の基板３３（外形が長方形又は正方形であり、かつ縁部に一定幅の領域を残して内側を抜いた基板）を有し、その上面にはブースターコイル３０，３１が形成されている。なお、基板３３がロの字型であることは必須ではなく、基板３３の形状は後述するブースターコイル３１の形状や設置領域の形状、並びに隣接して配置される種々の電子部品などに応じて適宜変更され得る。
【００３０】
ブースターコイル３１は、図３（ａ）に示すように、１回巻回させた配線パターンにより構成される四角形の平面コイルである。なお、ブースターコイル３１が四角形であることは必須ではなく、本発明は、円形や楕円形、角丸四角形など、種々の態様のブースターコイル３１に適用できる。
【００３１】
ブースターコイル３１の両端部３１ａ，３１ｂは、キャパシタ３２を介して互いに接続されている。なお、キャパシタ３２は基板３３の表面に形成した配線パターンにより構成してもよいし、チップコンデンサをキャパシタ３２として搭載してもよい。
【００３２】
ブースターコイル３０は、図３（ａ）に示すように、ブースターコイル３１を構成する配線パターンの一部（４辺のうちの１辺の中央部分）に設けられたメアンダ状部分である。同図に示すように、このメアンダ状部分の配線パターンは、平面コイルであるブースターコイル３１から、その内側と外側の両方に向かって突出している。また、メアンダ状部分の配線パターンは、ブースターコイル３１の延伸方向Ｎ１と垂直に蛇行している。ブースターコイル３０の長手方向（ブースターコイル３１の延伸方向）の全長Ｌは、ブースターコイル３０の長手方向と平行な方向のカップリングコイル２１の横幅Ｗ（図２（ｂ））より長くなるようにしている。また、ブースターコイル３０の線幅ＬＷ１は、ブースターコイル３１のその他の部分の線幅ＬＷ２と同じである。
【００３３】
ブースターコイル３０が以上の構成を有することにより、カップリングコイル２１の位置が横方向に多少ずれたとしても、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の結合係数はほとんど変化しない。そのため、ＲＦＩＤシステム１では、ブースター３とカップリングコイル２１の位置関係の自由度が、ブースターコイル３０として平面スパイラルコイルなどを用いる場合に比べて高くなっている。
【００３４】
なお、ブースターコイル３０の配線パターンの形状には種々のバリエーションが考えられる。以下では、これらのバリエーションについて、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図４は、第１のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図３に示した構成と比べると、ブースターコイル３０の線幅ＬＷ１が、ブースターコイル３１のその他の部分の線幅ＬＷ２よりも狭くなっている点（ＬＷ１＜ＬＷ２）で異なり、その他の点は同一である。こうすることで、平面的に見てカップリングコイル２１と重複する配線パターンの数か増加する。したがって、本バリエーションでは、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の磁気結合を強めることが可能になっている。
【００３６】
図５は、第２のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図４に示した第１のバリエーションと比べると、ブースターコイル３０がブースターコイル３１の内側に向かってのみ突出し、外側には突出していない点で異なり、その他の点は同一である。これによれば、ブースターコイル３０を設けてもブースター３の外形には影響しないので、設置領域の制限などによりブースター３の外形に制約がある場合にも対応できる。
【００３７】
なお、第２のバリエーションでは図４に示した第１のバリエーションをさらに変形した例を示したが、図３に示した構成において、図５のようにブースターコイル３０がブースターコイル３１の外側に突出しないこととしてもよいのはもちろんである。
【００３８】
図６は、第３のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図３に示した構成と比べると、ブースターコイル３０を構成するメアンダ状部分の配線パターンがブースターコイル３１の延伸方向Ｎ１と平行に蛇行している点で異なり、その他の点は同一である。
【００３９】
図３の構成と図６の構成のいずれを用いるかは、カップリングコイル２１の配線パターンの形状に応じて決定すべきものである。つまり、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の配線パターン形状が一致しているほど、これらの磁気結合は強くなる。そこで、カップリングコイル２１の配線パターン形状にできるだけ一致するよう、カップリングコイル２１の配線パターン形状に応じて図３の構成と図６の構成のいずれを用いるかを決定すればよい。こうすることで、最適な磁気結合が得られることになる。
【００４０】
なお、第３のバリエーションではブースターコイル３０の線幅ＬＷ１が、ブースターコイル３１のその他の部分の線幅ＬＷ２に等しいとしたが、第１のバリエーションと同様、ＬＷ１＜ＬＷ２としてもよいのはもちろんである。
【００４１】
次に、ブースターコイル３１を、複数回巻回させた配線パターンにより構成される平面スパイラルコイルとした場合のバリエーションを示す。以下ではブースターコイル３１の巻回数を３として説明するが、ブースターコイル３１の巻回数は３に限られるものではない。
【００４２】
図７は、第４のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションでは、図７に示すように、ブースターコイル３１を構成する配線パターンのうち最外周の配線パターンのみに、ブースターコイル３０を構成するメアンダ状部分を設けている。また、このメアンダ状部分の配線パターンは、ブースターコイル３１の内側に向かってのみ突出し、外側には突出していない。こうすることで、上述した第２のバリエーション（図５）と同様に、設置領域の制限などによりブースター３の外形に制約がある場合にも対応できるようになっている。
【００４３】
図８は、第５のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図７に示した第４のバリエーションと比べると、ブースターコイル３０の線幅ＬＷ１が、ブースターコイル３１のその他の部分の線幅ＬＷ２よりも狭くなっている点（ＬＷ１＜ＬＷ２）で異なり、その他の点は同一である。これによれば、上述した第１のバリエーションと同様に、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の磁気結合を強めることが可能になる。
【００４４】
図９は、第６のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図７に示した第４のバリエーションと比べると、メアンダ状部分の配線パターンが、ブースターコイル３１の外側に向かってのみ突出し、内側には突出していない点で異なり、その他の点は同一である。こうすることでメアンダ状部分の面積を広く取ることができるので、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の磁気結合を強めることが可能になる。
【００４５】
図１０は、第７のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図７に示した第４のバリエーションと比べると、ブースターコイル３１の各周にメアンダ状部分を設けている点で異なり、その他の点は同一である。こうすることでメアンダ状部分の面積を広く取ることができるので、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の磁気結合を強めることが可能になっている。
【００４６】
図１１は、第８のバリエーションによるブースター３の上面図である。本バリエーションは、図７に示した第４のバリエーションと比べると、ブースターコイル３１の最内周以外の各周にメアンダ状部分を設けている点で異なり、その他の点は同一である。これによれば、平面スパイラルコイルであるブースターコイル３１の内側領域に配線パターンが入らないので、そのような配線パターンによる磁界の乱れを防止することが可能になる。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【００４８】
例えば、上記実施の形態では、基板上を１回又は複数回巻回させた配線パターンにより平面コイルを構成してコイル部（ブースターコイル３１）としたが、本発明は、他の形状のコイル部、例えば直線形状のダイポールアンテナとしたコイル部にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１      ＲＦＩＤシステム
２      ＲＦＩＤ
３      ブースター
４      ＲＦＩＤリーダ
２０    ＩＣチップ
２１    カップリングコイル
２１ａ，２１ｂ  引出導体
２２    基板
２３    配線パターン
２４    コイル部品
２５    樹脂層
２６    磁性体基板
３０  ブースターコイル（磁気結合部）
３１  ブースターコイル（コイル部）
３１ａ，３１ｂ  両端部
３２    キャパシタ
３３    基板
３３ａ  空間領域
４０    ＣＰＵ
４１    コイル
【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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