(57)【要約】【課題】コンパクトな装置構成で、通信装置の通信可能範囲を十分に拡張する。【解決手段】通信装置１００は、複数のループコイル１１１ａ〜１１１ｄが凸形状に組み合わされたアンテナ部１１０と、アンテナ部１１０を用いて他の通信装置２００と非接触通信する通信部１５０とを備える。通信装置１００において、複数のループコイル１１１ａ〜１１１ｄは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のループコイルが多角錐形状に組み合わされたアンテナ部と、
前記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部と、
を備え、
前記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる、通信装置。
【請求項２】
複数のループコイルが円錐形状に組み合わされたアンテナ部と、
前記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部と、
を備え、
前記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる、通信装置。
【請求項３】
複数のループコイルが凸形状に組み合わされたアンテナ部と、
前記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部と、
を備え、
前記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる、通信装置。
【請求項４】
前記アンテナ部は、前記複数のループコイルがそれぞれ設けられる複数のアンテナ基板をさらに備え、前記複数のアンテナ基板が立体的に組み合わされた立体的形状を有する、請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記立体的形状は、多角錐形状であり、
前記アンテナ部は、前記各アンテナ基板が前記多角錐形状の各側面に対応するように組み合わされることにより、前記多角錐形状をなす、請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記多角錐形状のアンテナ部の底面が、前記通信装置に前記他の通信装置をかざすときの基準面に対して平行となるように、前記アンテナ部が配置される、請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記複数のループコイルの設置数は、偶数である、請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記各ループコイルの裏面には、磁性体が設けられる、請求項３に記載の通信装置。
【請求項９】
複数のループコイルが相互に角度を有する形状に組み合わされたアンテナ部と、
前記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部と、
を備え、
前記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる、通信装置。
【請求項１０】
複数のループコイルが半球状に組み合わされたアンテナ部と、
前記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部と、
を備え、
前記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触ＩＣ（Integrated  Circuit）カードや、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）タグ、非接触ＩＣチップを搭載した携帯電話などの非接触通信装置と、リーダライタとを用いた非接触通信が広く行われている。非接触通信の普及に伴い、様々な場所にリーダライタが設置されるケースが多くなっている。そのため、リーダライタの小型化が求められているだけでなく、リーダライタの通信可能範囲の拡張も求められている。リーダライタの通信可能範囲が広ければ、非接触通信装置をリーダライタにかざしたときの位置ずれをある程度許容することができる。
【０００３】
そこで、複数のループアンテナを用いて、リーダライタの通信可能範囲を拡張する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、複数のループアンテナを同一平面上に一部重ね合わせて配置することによって通信可能範囲を拡張する技術が記載されている。また、特許文献２には、５つのループアンテナを立体的に組み合わせることによって通信可能範囲を拡張する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３２３９７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のように、同一平面上に複数のループアンテナを配置する場合、これらのアンテナの設置面積が増大し、当該平面上における通信可能範囲を拡張しようとすると、その分リーダライタが大型化するという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載のように、複数のループアンテナを立体的に組み合わせる場合、相隣接する２つのループアンテナ間で、それぞれのループアンテナの発生する磁界が相互に干渉してしまう。そのため、通信可能範囲を十分に拡張できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コンパクトな装置構成で、通信可能範囲を十分に拡張することが可能な、新規かつ改良された通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のループコイルが多角錐形状に組み合わされたアンテナ部と、上記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部とを備え、上記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる通信装置が提供される。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のループコイルが円錐形状に組み合わされたアンテナ部と、上記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部とを備え、上記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる通信装置が提供される。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、複数のループコイルが凸形状に組み合わされたアンテナ部と、上記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部とを備え、上記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる通信装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によって、複数のループアンテナを、磁界が相互に干渉することなく組み合わせることができ、それぞれのループアンテナの指向性が異なるので、アンテナ部全体として十分に広い通信可能範囲を得ることができる。
【００１２】
上記アンテナ部は、上記複数のループコイルがそれぞれ設けられる複数のアンテナ基板をさらに備え、上記複数のアンテナ基板が立体的に組み合わされた立体的形状を有してもよい。
【００１３】
上記立体的形状は、多角錐形状であり、上記アンテナ部は、上記各アンテナ基板が上記多角錐形状の各側面に対応するように組み合わされることにより、上記多角錐形状をなしてもよい。
【００１４】
上記多角錐形状のアンテナ部の底面が、上記通信装置に上記他の通信装置をかざすときの基準面に対して平行となるように、上記アンテナ部が配置されてもよい。
【００１５】
上記複数のループコイルの設置数は、偶数であってもよい。
【００１６】
上記各ループコイルの裏面には、磁性体が設けられてもよい。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、複数のループコイルが相互に角度を有する形状に組み合わされたアンテナ部と、上記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部とを備え、上記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる通信装置が提供される。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、複数のループコイルが半球状に組み合わされたアンテナ部と、上記アンテナ部を用いて他の通信装置と非接触通信する通信部とを備え、上記複数のループコイルは、相隣接する２つのループコイルを含み、該２つのループコイルの発生する磁界が相互に逆位相になる通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、コンパクトな装置構成で、通信可能範囲を十分に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリーダライタの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部について説明するための模式的な上面図である。
【図３】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部について説明するための模式的な斜視図である。
【図４】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部によって得られる通信可能範囲について説明するための模式的な縦断面図である。
【図５】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部の配線の一例を説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部に発生する磁界を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るリーダライタのアンテナ部について説明するための模式的な底面図である。
【図８】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部に発生する磁界を説明するための模式的な縦断面図である。
【図９】同実施形態に係るリーダライタのアンテナ部に発生する磁界を説明するための模式的な縦断面図である。
【図１０】従来のリーダライタのアンテナ部について説明するための模式的な斜視図である。
【図１１】従来のリーダライタのアンテナ部によって得られる通信可能範囲について説明するための模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複説明を省略する。
【００２２】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１−１．非接触通信の概要
１−２．リーダライタの構成
１−３．リーダライタのアンテナ部の構成
１−４．まとめ
２．第２の実施形態
３．補足
【００２３】
＜１．第１の実施形態＞
［１−１．非接触通信の概要］
まず、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタが行う非接触通信の概要について説明する。
【００２４】
ここでは、非接触ＩＣカードを非接触通信装置の例として説明する。非接触ＩＣカードは、薄型のカード外装内に、リーダライタと非接触通信するためのアンテナと、所定の演算処理を実行可能な集積回路（ＩＣ）が搭載されたＩＣチップとを備えている。これによって、非接触ＩＣカードは、リーダライタとの間で、電磁波を用いて非接触通信することが可能である。従って、非接触ＩＣカードを、リーダライタが発する電磁波の有効範囲内に位置させるだけで（すなわち、非接触ＩＣカードをリーダライタにかざすだけで）、非接触ＩＣカード内のデータを読み書きすることができる。かかる非接触ＩＣカードは、リーダライタへの抜き差しなどによって位置を固定する必要がないため使い易く、迅速にデータを送受信でき、改造・変造しにくいため安全性が高く、データを書き換えることでカード自体を何度も再利用可能であるといった利点がある。そのため、非接触ＩＣカードの用途は多様化している。非接触ＩＣカードは現在、例えば、電子マネーカード、交通機関カード、個人認証用カード、ポイントカード、クーポンカード、電子チケットカード、電子決済カードなどに用いられている。
【００２５】
本実施形態にかかるリーダライタは、上記の非接触ＩＣカードと非接触通信する。かかるリーダライタは、一般にはホスト装置に内蔵または外付けして用いられる。非接触ＩＣカードの用途の多様化に伴って、リーダライタ装置が内蔵または外付けされて用いられるホスト装置の種類も多様化している。本実施形態にかかるリーダライタは、例えば、自動改札機、店舗に設置される会計装置、パーソナルコンピュータ、情報家電などのユーザ端末、各種の商品や乗車券用の自動販売機、ＰＯＳ端末、キオスク端末、金融機関のＡＴＭ、携帯電話などの携帯端末など、様々な電子機器をホスト装置として、当該ホスト装置に内蔵または外付けされて用いられる。ここで、特に、リーダライタがホスト装置に内蔵される場合において、リーダライタの大きさは、ホスト装置における設置スペースによって制限される。
【００２６】
上記の非接触ＩＣカードとリーダライタとの間で行われる非接触通信は、例えば数ｃｍ程度の近接した距離での無線通信である。かかる非接触通信は、例えば、搬送波として所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の周波数帯を利用し、２１２ｋｂｐｓの通信速度で行われ、副搬送波を使用しない「対称通信」である。また、変調方式としてはＡＳＫ（Amplitude  Shift  Keying）変調方式、符号化方式としてはマンチェスター符号化方式を使用できる。このような非接触通信によって、例えば、リーダライタがホスト装置からの命令に従って非接触ＩＣカードに対して各種のコマンドを発行し、非接触ＩＣカードがこのコマンドに対して応答する方式でトランザクションが繰り返され、所定のサービスに関する情報が送受信される。
【００２７】
ここで、上述のように、非接触ＩＣカードは、リーダライタへの抜き差しなどによって位置を固定されることがない。よって、非接触ＩＣカードとリーダライタとが非接触通信する際には、リーダライタに対する非接触ＩＣカードの位置ずれが生じうる。非接触ＩＣカードの使い易さの向上のために、かかる位置ずれを可能な限り許容し、ユーザが非接触ＩＣカードの位置に格別の注意を払わなくとも、当該非接触ＩＣカードと非接触通信できるリーダライタが求められている。リーダライタが、非接触ＩＣカードのリーダライタに対する位置ずれをどの程度許容することができるかは、リーダライタの通信可能範囲に依存する。以下で、図１０および図１１を用いて、従来のリーダライタのアンテナ部の構成と、かかるアンテナ部によって得られる通信可能範囲について説明する。
【００２８】
図１０は、従来のリーダライタ１のアンテナ部について説明するための模式的な斜視図である。図１０を参照すると、リーダライタ１のアンテナ部は、ループアンテナ１１からなる。ループアンテナ１１は、所定のインダクタンスを有するコイルである。ループアンテナ１１は、ＲＦ基板１５に接続され、ＲＦ基板１５から交流電流を供給されることによって、所定の周波数の磁界（搬送波）を発生する。ループアンテナ１１は、方形のアンテナ基板１３上に設けられている。ループアンテナ１１は、アンテナ基板１３と略同一形状である。ＲＦ基板１５は、ループアンテナ１１の発生する搬送波を用いて非接触ＩＣカード２と非接触通信する。
【００２９】
非接触ＩＣカード２は、アンテナ部２１とＩＣチップ２２とを備える。非接触ＩＣカード２がリーダライタ１にかざされると、アンテナ部２１は、ループアンテナ１１が発生する搬送波を受信する。ＩＣチップ２２は、当該搬送波の直流成分を駆動電圧として用いる。また、ＩＣチップ２２は、当該搬送波の交流成分をデータとして取り出して処理する。ここで、リーダライタ１に、かかる非接触ＩＣカード２をかざすときの基準となる平面を、基準面Ｐ０とする。基準面Ｐ０は、例えば、リーダライタ１に、ＩＣカード２が最も接近しうる面（０距離面）でありうる。
【００３０】
図１１は、図１０に示した従来のリーダライタ１のアンテナ部によって得られる通信可能範囲Ｒについて説明するための模式的な縦断面図である。通信可能範囲とは、ループアンテナ１１が発生する磁界（搬送波）が、非接触通信するために必要な磁界強度で非接触ＩＣカード２のアンテナ部２１に受信されうる範囲である。ここでは、基準面Ｐ０上の通信可能範囲を、特に通信可能範囲ＲＰ０として図示している。通信可能範囲ＲＰ０によって、基準面Ｐ０上での、リーダライタ１に対する非接触ＩＣカード２の位置ずれが、どの程度許容されるかが決定される。通信可能範囲ＲＰ０が大きい場合、上記位置ずれは、ある程度の距離まで許容される。この場合、非接触ＩＣカード２は、リーダライタ１に対する位置が多少ずれても、リーダライタ１と非接触通信することができる。一方、通信可能範囲ＲＰ０が小さい場合、上記位置ずれは、わずかな距離しか許容されない。この場合、非接触ＩＣカード２は、リーダライタ１に対する位置が少しずれただけで、リーダライタ１と非接触通信することが困難になる。
【００３１】
ここで、通信可能範囲ＲＰ０は、基準面Ｐ０における通信可能範囲Ｒの断面として定義される。図示されているように、ループアンテナ１１が、ループ面（コイルのループがなす面）が基準面Ｐ０に対して平行になるように設けられている場合、通信可能範囲ＲＰ０の大きさは、ループアンテナ１１の大きさと略同一となる。よって、通信可能範囲ＲＰ０を拡張しようとする場合、ループアンテナ１１も同時に大きくなり、リーダライタ１が大型化する。従って、リーダライタ１の大きさが制限される場合には、ループアンテナ１１を大きくすることができず、従って通信可能範囲ＲＰ０を拡張することは難しい。そのため、例えばリーダライタ１がホスト装置の限られたスペースに内蔵される場合、リーダライタ１の通信可能範囲ＲＰ０を拡張することは困難である。
【００３２】
なお、上記の例において、ループアンテナ１１に供給される電流を増加させた場合、通信可能範囲Ｒは、ループアンテナ１１のループ面に対して垂直な方向に拡張される。しかし、通信可能範囲Ｒは、それ以外の方向についてはほとんど拡張されない。これは、ループアンテナ１１が、ループ面に対して垂直な方向への指向性を有するためである。従って、上記の例において、ループアンテナ１１に供給される電流を増加させることによっては、通信可能範囲ＲＰ０を十分に拡張させることができない。
【００３３】
また、図示されていないが、同一平面上に複数のループアンテナ１１を配置してアンテナ部を構成する場合、それぞれのループアンテナ１１によって得られる通信可能範囲ＲＰ０の大きさは、ループアンテナ１１の大きさと略同一である。よって、アンテナ部全体で得られる基準面Ｐ０上の通信可能範囲は、それぞれの通信可能範囲ＲＰ０の和を超えることはない。従って、かかる場合についても、アンテナ部が１つのループアンテナ１１で構成される場合と同様に考えることができる。すなわち、通信可能範囲ＲＰ０を拡張しようとする場合、ループアンテナ１１全体の設置面積も大きくなり、従ってリーダライタ１が大型化する。
【００３４】
［１−２．リーダライタの構成］
次に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００の構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るリーダライタ１００の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、リーダライタ１００は、本実施形態における非接触通信装置である非接触ＩＣカード２００と非接触通信する。
【００３５】
リーダライタ１００は、アンテナ部１１０およびＲＦ基板１５０を備える。ＲＦ基板１５０はさらに、ＲＦ通信部１２０、制御部１３０、および記憶部１４０を含む。ＲＦ基板１５０は、本発明のリーダライタが備える通信部の一例である。
【００３６】
アンテナ部１１０は、立体的に組み合わされた４つのループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄからなる。ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄはいずれも、所定のインダクタンスを有するコイルである。ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、ＲＦ基板１５０から交流電流を供給されることによって、所定の周波数の磁界（搬送波）を発生する。かかるループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの形状および配置の態様については後述する。
【００３７】
ＲＦ通信部１２０は、アンテナ部１１０を１つの広指向性アンテナとして用いて、非接触ＩＣカード２００に電力を供給し、また非接触ＩＣカード２００との間で所定のコマンドやデータを送受信する機能を有する。詳細には、ＲＦ通信部１２０は、アンテナ部１１０から、所定の周波数帯域（例えば１３．５６ＭＨｚ）の磁界（搬送波）を発生し、当該搬送波によって非接触ＩＣカード２００に電力を供給する。また、ＲＦ通信部１２０は、制御部１３０の指示に応じて当該搬送波を変調し、非接触ＩＣカード２００に所定のコマンドやデータを送信する。さらに、ＲＦ通信部１２０は、アンテナ部１１０を用いて、非接触ＩＣカード２００が負荷変調した搬送波を受信する。さらに、ＲＦ通信部１２０は当該搬送波を復調して、非接触ＩＣカード２００から送信されたコマンドやデータを取得し、制御部１３０に出力する。
【００３８】
制御部１３０は、マイクロプロセッサなどで構成され、リーダライタ１００内の各部を制御するとともに、所定の演算処理を行う。かかる制御部１３０は、記憶部１４０に記憶されたプログラムに従って動作し、所定のサービスに関する演算処理や、コマンド生成、各種情報の送受信の制御などを実行する。これによって、リーダライタ１００は、非接触ＩＣカード２００に対するカード検出（ポーリング）、相互認証、データの読み書きなど、一連の処理を実行できる。
【００３９】
記憶部１４０は、例えば、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、ハードディスクドライブなどの記憶装置で構成され、各種の情報を永続的または一時的に記憶する。例えば、記憶部１４０は、非接触通信によって所定のサービスを提供するために制御部１３０を動作させるためのプログラム、非接触ＩＣカード２００から取得したデータ、制御部１３０によって演算されたデータなどといった各種データを記憶する。
【００４０】
リーダライタ１００は、この他に、ホスト装置や他の回路などと接続するためのインターフェース（図示せず）を備えてもよい。インターフェースは、例えば、ＵＡＲＴ（Universal  Asynchronous  Receiver  Transmitter）や、ネットワーク端子などである。かかるインターフェースによって、リーダライタ１００は、例えばホスト装置からの送信命令に応じて非接触ＩＣカード２００にコマンドを送信したり、非接触ＩＣカード２００から取得したデータをホスト装置に送信したりすることができる。
【００４１】
一方、リーダライタ１００と非接触通信する非接触ＩＣカード２００は、アンテナ部２１０およびＩＣチップ２２０を備える。非接触ＩＣカード２００は、アンテナ部２１０によって、リーダライタ１００からの電磁波（搬送波）を受信する。ＩＣチップ２２０は、当該搬送波の直流成分を駆動電圧として用いる。また、ＩＣチップ２２０は、当該搬送波の交流成分をデータとして取り出して処理する。
【００４２】
［１−３．リーダライタのアンテナ部の構成］
次に、図２〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０について説明する。図２は、本実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０について説明するための模式的な上面図である。
【００４３】
図２を参照すると、本実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０は、立体的に組み合わされた４つのループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄからなる。各ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄに設けられている。ここで、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄは、例えば誘電体で形成された三角形状の板状部材である。かかるアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄは、四角錐形状に組み立てられている。ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、例えば銅やアルミニウムなどの金属による配線からなるコイルであり、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄ上に設けられる。ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄのコイルの形状は、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄと略同一の三角形状である。
【００４４】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０についてさらに説明するための模式的な斜視図である。図３を参照すると、ループアンテナ１１１ａ、１１１ｂが設けられるアンテナ基板１１３ａ、１１３ｂは、四角錐形状の各側面に対応するように組み立てられている。ループアンテナ１１１ｃ、１１１ｄおよびアンテナ基板１１３ｃ、１１３ｄは、アンテナ部１１０の背面側に位置するため図示されていないが、図示されているループアンテナ１１１ａ、１１１ｂおよびアンテナ基板１１３ａ、１１３ｂと同様に組み立てられている。このように、アンテナ部１１０は、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄが立体的に組み合わされた四角錐形状を有する。換言すれば、アンテナ部１１０が有する四角錐形状の各側面は、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄで構成される。
【００４５】
ＲＦ基板１５０は、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄからなるアンテナ部１１０を１つのアンテナとして用いて、非接触ＩＣカード２００と非接触通信する。四角錐形状に組み立てられたアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄに設けられるループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄにおいて、それぞれのループ面（コイルのループがなす面）は、相互に傾いている。よって、それぞれのループ面に対して垂直な、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの指向方向Ｄａ〜Ｄｄは、相互に異なる方向になる。従って、ＲＦ基板１５０は、相互に異なる４つの指向方向Ｄａ〜Ｄｄをあわせもつ広指向性アンテナとしてアンテナ部１５０を用いて、非接触ＩＣカード２００と非接触通信することができる。
【００４６】
ここで、リーダライタ１００に、非接触ＩＣカード２００をかざすときの基準となる平面を、基準面Ｐ０とする。基準面Ｐ０は、例えば、リーダライタ１００に、ＩＣカード２００が最も接近しうる面（０距離面）でありうる。本実施形態において、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄが組み立てられた四角錐形状の底面は、基準面Ｐ０に対して平行である。言い換えると、当該四角錐形状の頂点は、基準面Ｐ０に正対する。かかる四角錐形状において、その側面にそれぞれ相当するアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄは、いずれも基準面Ｐ０に対して同一の傾斜角で傾いている。従って、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄに設けられたループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれのループ面に対して垂直な指向方向Ｄａ〜Ｄｄは、いずれも基準面Ｐ０に対して傾く。具体的には、図示するように、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの指向方向Ｄａ〜Ｄｄは、基準面Ｐ０に向かって放射状に広がる４つの方向になる。
【００４７】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０を構成する各ループアンテナによって得られる通信可能範囲を説明するための模式的な縦断面図である。ここでは、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃを例として説明する。図４を参照すると、アンテナ基板１１３ａおよびアンテナ基板１１３ｃにそれぞれ設けられた、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃが図示されている。アンテナ基板１１３ａおよびアンテナ基板１１３ｃは、四角錐形状に組み立てられたアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄのうち、当該四角錐形状の対向する２つの側面に相当する。通信可能範囲とは、ループアンテナ１１１ａまたはループアンテナ１１１ｃが発生する磁界（搬送波）が、非接触通信するために必要な磁界強度で非接触ＩＣカード２００のアンテナ部２１０に到達しうる範囲である。ループアンテナ１１１ａによる通信可能範囲は通信可能範囲Ｒａとして、ループアンテナ１１１ｃによる通信可能範囲は通信可能範囲Ｒｃとして、それぞれ図示されている。
【００４８】
ループアンテナ１１１ａが備えられるアンテナ基板１１３ａと、ループアンテナ１１１ｃが備えられるアンテナ基板１１３ｃとは、角度θをなすように組み立てられている。また、アンテナ基板１１３ａは、さらに、基準面Ｐ０と角度φａをなすように組み立てられている。さらに、アンテナ基板１１３ｃは、基準面Ｐ０と角度φｃをなす。上記の角度θ、角度φａおよび角度φｃを調整することによって、ループアンテナ１１１ａ、１１１ｃのそれぞれの指向方向Ｄａ、Ｄｃを調整することができる。
【００４９】
例えば、図示されているように、基準面Ｐ０とアンテナ基板１１３ａとがなす角度φａを調整することによって、指向方向Ｄａに広がる通信可能範囲Ｒａを、基準面Ｐ０に対して傾けて、基準面Ｐ０と交わらせることができる。この場合、基準面Ｐ０上の通信可能範囲ＲａＰ０の大きさは、ループアンテナ１１１ａの大きさよりも大きくなる。つまり、ループアンテナ１１１ａのループ面の面積以上に、通信可能範囲ＲａＰ０を拡張することができる。同様に、基準面Ｐ０とアンテナ基板１１３ｃとがなす角度φｃを調整することによって、ループアンテナ１１１ｃのループ面の面積以上に、基準面Ｐ０上の通信可能範囲ＲｃＰ０を拡張することができる。なお、図４ではループアンテナ１１１ａ、１１１ｃについて説明しているが、同様に基準面に対する角度を調整することができる、ループアンテナ１１１ｂ、１１１ｄについても、同様にループアンテナのループ面の面積以上に通信可能範囲を拡張することができる。
【００５０】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０の配線の一例を説明するための説明図である。図５を参照すると、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、それぞれ交流電源ＡＣに並列に接続されている。ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄには、交流電源ＡＣによって、それぞれ電流Ｉａ〜Ｉｄが供給される。なお、交流電源ＡＣは、アンテナ部１１０に交流電流を供給するＲＦ基板１５０を模式的に表している。ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃは、ループアンテナ１１１ｂおよびループアンテナ１１１ｄとは逆位相の電流が供給されるように交流電源ＡＣに接続されている。つまり、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃは、図中での左右を入れ替えて交流電源ＡＣに接続されている。これによって、電流Ｉａおよび電流Ｉｃと、電流Ｉｂおよび電流Ｉｄとの間では、１／２周期だけ位相がずれる、つまり、電流Ｉａおよび電流Ｉｃと、電流Ｉｂおよび電流Ｉｄとは、相互に逆位相になる。例えば、ループアンテナ１１１ａにおいて、上面から見て時計回りとなる電流Ｉａが流れる瞬間には、ループアンテナ１１１ｂにおいては、上面から見て反時計回りとなる電流Ｉｂが流れるといったように、相隣接するループアンテナにおいては、ある瞬間において相互に逆回りの電流が流れる。このような関係は、他の相隣接する２つのループアンテナ、すなわち、ループアンテナ１１１ｂとループアンテナ１１１ｃ、ループアンテナ１１１ｃとループアンテナ１１１ｄ、およびループアンテナ１１１ｄとループアンテナ１１１ａのそれぞれの間で、同様に成り立つ。
【００５１】
なお、上記で説明したような位相差での電流の供給が可能であれば、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、交流電源ＡＣに並列ではなく直列で接続されてもよい。また、それぞれのループアンテナに供給される電流の位相差は、上記のように回路配置によって生じるものでなくてもよい。例えば、一部のループアンテナに電流を供給する回路のみに位相反転回路を介在させることによって、相隣接するループアンテナに相互に逆位相の電流が供給されるようにしてもよい。
【００５２】
図６は、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０において、ある瞬間に発生する磁界を説明するための説明図である。図６を参照すると、上面から見たアンテナ部１１０が図示されている。また、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄが発生する磁界Ｍａ〜Ｍｄが、それぞれ模式的な磁力線によって現されている。
【００５３】
ここで、電流及び磁界の向きについて定義する。まず、ループアンテナを流れる電流の向きは、アンテナ部１１０を上面から見た場合の「時計回り」および「反時計回り」によって定義される。また、ループアンテナが発生する磁界の向きは、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄが組み立てられた四角錐形状の内部に向かう「内向き」および、当該四角錐形状の外部に向かう「外向き」によって定義される。
【００５４】
まず、ループアンテナ１１１ａを例として説明する。図示されている瞬間において、ループアンテナ１１１ａには、矢印で示されているように、時計回りに電流が流れている。この場合、ループアンテナ１１１ａのコイルの内側においては、実線で表される内向きの磁界Ｍａが発生する。一方、磁界Ｍａは、当該磁界を発生するループアンテナ１１１ａのコイルの内側以外では逆の向き、つまり外向きになる。よって、ループアンテナ１１１ａに隣接するループアンテナ１１１ｂのコイルの内側では、破線で表される外向きの磁界Ｍａが発生する。
【００５５】
ここで、上記で図５を参照して説明したように、ループアンテナ１１１ａに隣接するループアンテナ１１１ｂは、ループアンテナ１１１ａとは逆位相の電流が供給されるように配置されている。そのため、この瞬間において、ループアンテナ１１１ｂに流れる電流は、矢印で示されているように反時計回りである。従って、ループアンテナ１１１ｂのコイルの内側においては、実線で表される外向きの磁界Ｍｂが発生する。この磁界Ｍｂの向きは、ループアンテナ１１１ｂのコイルの内側において、破線で表される磁界Ｍａの向きと一致している。同様に、ループアンテナ１１１ａのコイルの内側においても、実線で表される磁界Ｍａが内向きであるのに対して、破線で表される磁界Ｍｂも内向きとなり、２つの磁界の向きは一致する。よって、磁界Ｍａと磁界Ｍｂとは、相互に干渉しないといえる。
【００５６】
さらに、上記で図５を参照して説明したように、アンテナ部１１０を構成するループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄは、相隣接する２つのループアンテナのすべての組み合わせ（ループアンテナ１１１ａとループアンテナ１１１ｂ、ループアンテナ１１１ｂとループアンテナ１１１ｃ、ループアンテナ１１１ｃとループアンテナ１１１ｄ、ループアンテナ１１１ｄとループアンテナ１１１ａ）において、相互に逆位相の電流が供給されるように配置されている。従って、相隣接する２つのループアンテナのすべての組み合わせにおいて、相隣接する２つのループアンテナの発生する磁界は、上記の磁界Ｍａおよび磁界Ｍｂの例と同様に、相互に逆位相となる。よって、相隣接する２つのループアンテナの発生する磁界も、相互に干渉しないといえる。
【００５７】
［１−４．まとめ］
以上説明した本発明の第１の実施形態においては、異なる方向の指向性を有する複数のループアンテナ１１１からなるアンテナ部１１０を、１つの広指向性アンテナとして用いる。かかる構成によって、それぞれのループアンテナ１１１の指向方向に通信可能範囲を拡張することができる。また、指向方向を調整することによって、リーダライタが設置される環境に適合した形状に通信可能範囲を設定することができる。
【００５８】
また、本実施形態において、アンテナ部１１０を構成する複数のループアンテナ１１１は、相隣接する２つのループアンテナ１１１の発生する磁界が相互に逆位相となるように配置される。かかる構成によって、これらのループアンテナの発生する磁界が相互に干渉せず、それぞれのループアンテナの指向方向に通信可能範囲を拡張する効果を十分に得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態において、アンテナ部１１０を構成する複数のループアンテナ１１１は、それぞれアンテナ基板１１３に設けられ、複数のアンテナ基板１１３は、立体的に組み合わされる。かかる構成により、複数のループアンテナ１１１を容易に、かつ安定して立体的に組み合わせることができる。
【００６０】
また、本実施形態において、アンテナ基板１１３は四角錐形状の各側面に対応するように組み合わされている。よって、アンテナ部１１０は四角錐形状をなす。また、上記四角錐形状の底面は、基準面Ｐ０と平行である。かかる構成によって、それぞれのループアンテナ１１１の指向方向が基準面Ｐ０に向かって放射状になり、基準面Ｐ０上で放射状に広がる複数の方向に、三次元的に通信可能範囲を拡張することができる。
【００６１】
また、本実施形態において、ループアンテナの設置数は４、すなわち偶数である。かかる構成によって、相隣接する２つのループアンテナのすべての組み合わせにおいて、２つのループアンテナの発生する磁界が相互に逆位相になるように、各ループアンテナを配置することができる。
【００６２】
なお、アンテナ部の形状を四角錐形状として説明したが、これには限定されない。上記で説明した、基準面Ｐ０上で放射状に広がる複数の方向に、三次元的に通信可能範囲を拡張する効果は、ループアンテナが任意の多角錐形状をなす場合に得ることができる。
【００６３】
また、ループアンテナの設置数は４として説明したが、この数には限定されない。上記で説明した、相隣接するループアンテナのすべての組み合わせについて、磁界が相互と逆位相になるように配置することができるという効果は、ループアンテナの設置数が６、８など任意の偶数である場合に得ることができる。
【００６４】
また、アンテナ基板が組み立てられた四角錐形状は、図面においては正四角錐形状として図示されているが、正四角錐形状には限定されない。任意の方向とループアンテナの指向方向とを一致させるために、アンテナ基板を頂点が偏心した四角錐形状に組み立ててもよい。
【００６５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、リーダライタ１００のアンテナ部１１０を構成するループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの裏面に、それぞれ磁性体１１５ａ〜１１５ｄが設けられることを特徴としている。
【００６６】
なお、本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と比べて、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの裏面にそれぞれ磁性体１１５ａ〜１１５ｄが貼り付けられる点において相違し、その他の機能構成は、第１の実施形態と略同一であるので詳細説明は省略する。
【００６７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るリーダライタ１００のアンテナ部１１０について説明するための模式的な底面図である。アンテナ部１１０は、四角錐形状に組み立てられたアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄにそれぞれ設けられた、４つのループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄからなる。本実施形態においては、各ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの裏面にあたるアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄの面に、それぞれ磁性体１１５ａ〜１１５ｄが設けられている。磁性体１１５ａ〜１１５ｄは、例えば、樹脂層の中に軟磁性粉末を混入させたいわゆる磁性シートであって、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄの面に貼り付けることができる。磁性体１１５ａ〜１１５ｄは、それぞれループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄと略同一形状とすることができる。
【００６８】
なお、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄの裏面とは、それぞれのループアンテナにおいて、基準面Ｐ０に対向しない面である。ここでいう対向とは、必ずしも平行な面が向かい合うことを意味せず、角度をもって向かい合う面をも含む。かかる定義によれば、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄにおいては、アンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄを組み立てた四角錐形状の内側に向かう面が裏面である。
【００６９】
続いて、図８および図９を参照して、本実施形態において新たにアンテナ部１１０に備えられる磁性体１１５ａ〜１１５ｄの効果について説明する。
【００７０】
図８は、各ループアンテナの裏面に磁性体が備えられない場合に、アンテナ部１１０において発生する磁界を説明するための模式的な縦断面図である。ここでは、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃを例として説明する。図示されているように、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃは、四角錐形状に組み立てられたアンテナ基板１１３ａ〜１１３ｄのうち、当該四角錐形状の対向する２つの側面に相当する、アンテナ基板１１３ａおよびアンテナ基板１１３ｃにそれぞれ設けられている。ある瞬間において、ループアンテナ１１１ａに発生する磁界Ｍａと、ループアンテナ１１１ｃに発生する磁界Ｍｃとが、それぞれ模式的な磁力線として図示されている。
【００７１】
ここで、ループアンテナ１１１ａ〜１１１ｄのうち、相隣接する２つのループアンテナの発生する磁界は相互に逆位相である。ループアンテナ１１１ｃは、ループアンテナ１１１ａに隣接するループアンテナ１１１ｂにさらに隣接するループアンテナである。よって、ループアンテナ１１１ｃの発生する磁界は、ループアンテナ１１１ａの発生する磁界に対して逆位相の逆位相、すなわち同位相の磁界となる。この場合、ループアンテナ１１１ａのコイルの内部における磁界Ｍａの向き（ループアンテナ１１１ａとの交点での磁力線の接線として、白い矢印で図示されている）が、上記四角錐形状の中心に向かう瞬間において、ループアンテナ１１１ｃのコイルの内部における磁界Ｍｃの向き（ループアンテナ１１１ｃとの交点での磁力線の接線として、別の白い矢印で図示されている）も同様に、上記四角錐形状の中心に向かう。つまり、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとは、同位相の磁界である。かかる磁界の向きを、図８の模式的な縦断面図において図示すると、磁界Ｍａは反時計回り、磁界Ｍｃは時計回りの向きになる。
【００７２】
図示されているように、ループアンテナ１１１ａとループアンテナ１１１ｃとは、角度θをもって立体的に組み合わされ、四角錐の対向する２つの側面を形成している。この場合、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとが重なり合う部分が生じる。図８の例のように角度θが設定されている場合、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃのコイル内部を含むほとんどの部分において、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとが重なり合う。上記の通り、磁界Ｍａは反時計回り、磁界Ｍｃは時計回りであるため、この重なり合う部分において、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとは相互に干渉し、互いに弱めあう。磁界Ｍａと磁界Ｍｃとが弱めあう結果、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃによって得られる通信可能範囲が小さくなってしまう。同様の位置関係にあるループアンテナ１１１ｂとループアンテナ１１１ｄにおいても、同様の現象が発生する。
【００７３】
一方、図９は、各ループアンテナの裏面に磁性体が備えられる場合に、アンテナ部１１０において発生する磁界を説明するための模式的な縦断面図である。ここでは、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃを例として説明する。ループアンテナ１１１ａとループアンテナ１１１ｃとの位置関係については、図８に示す場合と同様であるためここでは詳述しない。
【００７４】
ここで、磁性体１１５ａおよび磁性体１１５ｃは、磁性体に磁界が集中する性質を利用して、磁界Ｍａおよび磁界Ｍｃを制御するために設けられている。例えば、ループアンテナ１１１ａの裏面に貼り付けられた磁性体１１５ａには、ループアンテナ１１１ａのコイル内部に発生した磁界Ｍａが集中する。この結果、磁界Ｍａを示す模式的な磁力線は、磁性体１１５ａに集中することで、ループアンテナ１１１ａの裏面に沿った向きに曲げられる。磁界Ｍａは、ループアンテナ１１１ａの裏面に沿って、基準面Ｐ０に近い方の磁性体１１５ａの端部に至り、そこから図中の上方に流れる。図示されているように、磁界Ｍｃについても同様に、ループアンテナ１１１ｃの裏面に沿った向きに磁界が曲げられる。
【００７５】
このように、磁性体１１５ａおよび磁性体１１５ｃによって磁界Ｍａおよび磁界Ｍｃを制御することによって、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとが重なり合う部分を少なくすることができる。これによって、磁界Ｍａと磁界Ｍｃとの間の干渉を低減し、ループアンテナ１１１ａおよびループアンテナ１１１ｃによって得られる通信可能範囲が小さくなってしまうことを防ぐことができる。なお、同様の位置関係にあるループアンテナ１１１ｂとループアンテナ１１１ｄにおいても、磁性体１１５ｂおよび磁性体１１５ｄを設けることによって、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
以上説明した本発明の第２の実施形態においては、アンテナ部１１０を構成する複数のループアンテナ１１１のうち、対向する２つのループアンテナ１１１の一方または両方の裏面に磁性体１１５を貼り付ける。かかる構成によって、対向する２つのループアンテナ１１１の発生する磁界が相互に及ぼす影響を低減し、これらの磁界の干渉を低減することができる。磁界の干渉を低減することによって、アンテナ部１１０を構成する複数のループアンテナ１１１が通信可能範囲を拡張する効果を十分に発揮させるができる。
【００７７】
なお、磁性体は、必ずしもすべてのループアンテナの裏面に設けられなくてもよい。例えば、四角錐の対向する２つの側面に配置されるループアンテナのいずれか一方のみの裏面に磁性体を設けても、それぞれのループアンテナの発生する磁界相互間の干渉をある程度低減することができる。また、磁性体は、必ずしもループアンテナと略同一形状でなくてもよい。例えば、磁性体が、ループアンテナの一部のみをカバーするような形状であっても、それぞれのループアンテナの発生する磁界相互間の干渉をある程度低減することができる。
【００７８】
＜３．補足＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、各ループアンテナは、三角形状のアンテナ基板に設けられ、アンテナ基板は多角錐形状に組み立てられたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、アンテナ基板は正方形または台形であって、多角錐以外の凸形状に組み立てられてもよい。凸形状は、例えば、円筒状、円錐状、円錐台状、半球状、または、多角錐の上部を切り取った形状など、基準面に向かって凸な形状であれば、どのような形状でもよい。かかる構成は、既存のループアンテナを流用したり、ホスト装置組み込みにあたって空間上の制約がある場合などに、必要に応じて用いることができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、ループアンテナの設置数を偶数としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ループアンテナの設置数は奇数であってもよい。例えば、３つの方向への通信可能範囲のみを拡張すればよい場合、３つのループアンテナを、四角錐の側面のうち１面を欠いた形状に組み合わせれば、当該３つの方向について上記実施形態と同様に通信可能範囲を拡張することができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、リーダライタのアンテナ部を構成するループアンテナが設置されるアンテナ基板が相互に接しているように図示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ホスト装置組み込みにあたって空間上の制約がある場合などに、アンテナ基板同士は一定の間隔をもって配置されてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、複数のループアンテナはそれぞれアンテナ基板に設けられるが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、複数のループアンテナは、アンテナ基板に設けられていない独立したコイルであって、結合部材を介して相互に結合され、立体的に組み合わされていてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、非接触通信装置の例として非接触ＩＣカードを用いて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、非接触通信装置として、ＲＦＩＤタグや、非接触ＩＣチップを搭載した携帯電話などが用いられてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１００    リーダライタ
１１０    アンテナ部
１５０    ＲＦ基板
１１１ａ〜１１１ｄ    ループアンテナ
１１５ａ〜１１５ｄ    磁性体
２００    非接触ＩＣカード
Ｍａ〜Ｍｄ    磁界
【図１】
2011259366.tif 000003
【図２】
2011259366.tif 000004
【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】
2011259366.tif 000009
【図８】
2011259366.tif 000010
【図９】
2011259366.tif 000011
【図１０】
2011259366.tif 000012
【図１１】
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