(57)【要約】【課題】タグとの位置関係によらず確実にデータの交信を行うことができるリーダ又はリーダ／ライタ及びその構造の提供。【解決手段】リーダ／ライタ用アンテナ３をリーダ／ライタ本体４に回動可能に保持したり、リーダ／ライタ用アンテナ３を変形可能な構成とし、タグの向きに合わせてリーダ／ライタ用アンテナ３の角度を調整できるようにすることにより、タグの向きによらず確実にデータの交信を行うことができる。また、リーダ／ライタ本体４とリーダ／ライタ用アンテナ３との連結部に回転によりコンデンサの容量が変化する容量調整手段を配設してリーダ／ライタ用アンテナ３の回転によるアンテナの同調のずれを補償したり、アンテナのＱ値を低く設計してリーダ／ライタ用アンテナ３の変形によるインピーダンスのずれの影響を少なくすることにより、タグとのデータの交信状態を良好に保つことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、
前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路が構成される本体と、ループ状のアンテナとからなり、
前記アンテナは、前記本体に設けられた回転軸を中心に回動可能に保持され、
前記本体と前記アンテナとの連結部には、前記アンテナの回転量に応じてその容量が変化する容量調整手段が配設されていることを特徴とするリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項２】
前記容量調整手段は、コンデンサの対向する電極の一方が形成される基部と、対向する電極の他方が形成され、前記基部に対して回動する回転部とを含むトリマコンデンサからなり、
前記トリマコンデンサの前記基部が前記本体に固定され、前記回転部が前記アンテナに固定されることを特徴とする請求項１記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項３】
前記アンテナが前記本体を挟み込むように、前記本体の対向する面に設けられた一対の孔に前記アンテナの両端部が嵌入され、前記一対の孔を通る回転軸を中心にして前記アンテナが回動することを特徴とする請求項１又は２に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【請求項４】
前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のリーダ又はリーダ／ライタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導又は電磁結合を利用して非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムのリーダ又はリーダ／ライタに関し、特に、リーダ又はリーダ／ライタのアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップを備えたタグとリーダ又はリーダ／ライタ（以下、総称してリーダ／ライタと呼ぶ。）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、タグ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、タグをリーダ／ライタから離した状態でも通信可能であることから、様々な用途に利用されている。
【０００３】
例えば、特開平１４−０１９９２２号公報には、ＲＦＩＤシステムを図書館における書籍の管理などに用いる技術が開示されている。上記公報によれば、ループ状のアンテナとＩＣチップとからなるタグ（帯状ＩＣシール）を対象物（書籍）に貼付し、一方、対象物に設けられたＩＣチップのデータを読み取るリーダ／ライタを受け渡し管理装置に設置し、対象物を受け渡し管理装置の所定の位置に設置することにより、ＩＣチップに記憶されているデータをリーダ／ライタで読み取り、書籍の持ち出し、返却の管理を行っている。
【特許文献１】特開平１４−０１９９２２号公報（第３−６頁、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報記載の構造のＲＦＩＤシステムでは、リーダ／ライタ用アンテナは受け渡し管理装置に固定されており、また、タグが貼付された対象物はリーダ／ライタ用アンテナ上の所定の位置に載置されるため、リーダ／ライタ用アンテナとタグとのデータの交信状態を良好に保つことができる。しかしながら、固定されている装置にリーダ／ライタを設置する構造の場合、タグとデータの交信を行うためにはタグが貼付された対象物を装置まで持ち運ばなければならず、例えば、棚に配置されている書籍を管理する場合などに不便である。
【０００５】
そこで、リーダ／ライタを小型のカード状とし、ＰＤＡ等の携帯端末機器に装着して使用する方法もある。この方法の場合、リーダ／ライタを移動させることができるため、タグが貼付された対象物を移動させることなくデータの交信を行うことができるが、リーダ／ライタを携帯可能とするとリーダ／ライタ用アンテナのサイズも小さくなるためにタグと交信可能な範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができない場合も生じる。
【０００６】
例えば、図１２に示すように、カード状のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器のスロット等に装着されるリーダ／ライタ本体４とリーダ／ライタ本体４に固定されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、タグ５に埋め込まれたアンテナコイル７とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸が同じ方向を向く状態でタグ５にリーダ／ライタ２を近づける（図ではタグ５の下側からリーダ／ライタ２を近づける）ときはデータの交信が可能であるが、双方のアンテナ軸が直交する状態でタグ５にリーダ／ライタ２を近づける（図ではタグ５の左側からリーダ／ライタ２を近づける）ときはデータの交信ができない。そこで、このような場合は、携帯端末機器自体の向きを変えてリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸の向きを調整することになるが、携帯端末機器の向きを変えてしまうとタッチパネルやキーボードが操作しにくくなったり、モニタが見にくくなってしまい、作業性が著しく低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、タグとの位置関係によらず確実にデータの交信を行うことができるリーダ又はリーダ／ライタ及びその構造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、本発明のリーダ又はリーダ／ライタは、電磁誘導又は電磁結合を利用してＲＦＩＤタグとデータの交信を行うリーダ又はリーダ／ライタであって、前記リーダ又はリーダ／ライタは、回路が構成される本体と、ループ状のアンテナとからなり、前記アンテナは、前記本体に設けられた回転軸を中心に回動可能に保持され、前記本体と前記アンテナとの連結部には、前記アンテナの回転量に応じてその容量が変化する容量調整手段が配設されているものである。
【０００９】
本発明においては、前記容量調整手段は、コンデンサの対向する電極の一方が形成される基部と、対向する電極の他方が形成され、前記基部に対して回動する回転部とを含むトリマコンデンサからなり、前記トリマコンデンサの前記基部が前記本体に固定され、前記回転部が前記アンテナに固定される構成とすることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記アンテナが前記本体を挟み込むように、前記本体の対向する面に設けられた一対の孔に前記アンテナの両端部が嵌入され、前記一対の孔を通る回転軸を中心にして前記アンテナが回動する構成とすることもできる。
【００１１】
また、本発明においては、前記リーダ又はリーダ／ライタは、前記本体が携帯端末機器のスロットに装着可能に形成され、前記アンテナにより取得したデータが前記携帯端末機器で処理される構成とすることもできる。
【００１２】
このように、本発明によれば、リーダ／ライタ用アンテナをリーダ／ライタ本体に回動可能に保持したり、リーダ／ライタ用アンテナを変形可能な構成とし、タグの向きに合わせてリーダ／ライタ用アンテナの角度を調整できるようにすることにより、タグの向きによらず確実にデータの交信を行うことができる。更に、回転によりコンデンサの容量が変化する容量調整手段（例えば、トリマコンデンサ）をリーダ／ライタ本体とリーダ／ライタ用アンテナとの連結部に配設して、リーダ／ライタ用アンテナの回転によるアンテナの同調のずれを補償したり、また、アンテナのＱ値を低く設計して、リーダ／ライタ用アンテナの変形によるインピーダンスのずれの影響を少なくすることにより、タグとのデータの交信状態を良好に保つことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤリーダ／ライタ及びリーダ／ライタ用アンテナの構造によれば下記記載の効果を奏する。
【００１４】
本発明の第１の効果は、携帯端末機器などの移動可能な機器に設置されるリーダ／ライタと、対象物品に貼付されるタグとの位置関係によらず、確実にデータの交信を行うことができるということである。
【００１５】
その理由は、リーダ／ライタ用アンテナをリーダ／ライタ本体に回動可能に保持したりリーダ／ライタ用アンテナを変形可能な構造とし、リーダ／ライタ本体や該本体を装着する機器の向きを変えることなく、タグの向きに合わせてリーダ／ライタ用アンテナの向きを調整することができるからである。
【００１６】
また、本発明の第２の効果は、アンテナを回転又は変形することによるアンテナの同調のずれやインピーダンスのずれを抑制することができるということである。
【００１７】
その理由は、リーダ／ライタ用アンテナを回動可能に保持する場合は、回転によりコンデンサの容量が変化するトリマコンデンサをリーダ／ライタ本体とリーダ／ライタ用アンテナとの連結部に配設することによってアンテナの同調のずれを補償することができるからである。また、リーダ／ライタ用アンテナを変形可能な構造とする場合は、リーダ／ライタ用アンテナのＱ値を低くすることによってインピーダンスのずれの影響を少なくすることができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
従来技術で示したように、ＰＤＡ等の携帯端末機器にカード状のリーダ／ライタを装着して持ち運びできるようにする方法があるが、この場合、リーダ／ライタ用アンテナのサイズを大きくすることができないために交信可能な範囲は狭くなり、リーダ／ライタ用アンテナとタグとの位置関係によってはデータの交信ができなくなり、携帯端末機器自体の向きを調整すると、携帯端末機器の操作性や視認性が低下するという問題が生じる。
【００１９】
このような問題が生じるのは、リーダ／ライタ用アンテナが携帯端末機器に対して固定されているからであり、リーダ／ライタ用アンテナの向きを可変できるようにすれば携帯端末機器自体の向きを調整する必要がなくなる。しかしながら、従来のリーダ／ライタにはアンテナの角度を調整する機構はなく、また、リーダ／ライタ用アンテナを動かすとアンテナの同調がずれてしまったり、アンテナのインピーダンスがずれてしまい、タグとのデータ交信ができなくなってしまう。
【００２０】
そこで、本発明では、リーダ／ライタ用アンテナをリーダ／ライタ本体に回動可能に保持したり、リーダ／ライタ用アンテナを変形可能な構造とし、さらに、リーダ／ライタ本体とリーダ／ライタ用アンテナの連結部に回転により容量が変化するトリマコンデンサを配設して、リーダ／ライタ用アンテナの回転に合わせて容量を変化させてアンテナの同調のずれを補償したり、リーダ／ライタ用アンテナのＱ値を低くしてインピーダンスの変化の影響を少なくする構造としている。以下、その具体的構造について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は本発明のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図であり、図２は、リーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。また、図３乃至図７は、第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図であり、図８は容量調整手段の構造例を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、ＰＤＡ、ノート型パソコン、携帯電話機等の携帯端末機器１０のスロットに装着可能な構造のカード状、スティック状のリーダ／ライタ本体４及びリーダ／ライタ本体４に保持されるループ状のリーダ／ライタ用アンテナ３からなるリーダ／ライタ２と、対象物に貼付されるカード状、シート状、ラベル状などのタグ５とから構成される。
【００２３】
また、図２に示すように、リーダ／ライタ本体４は、送受信信号を変換するための通信回路部４ａと送受信信号をデコードするための演算処理部４ｂとを備え、通信回路部４ａにリーダ／ライタ用アンテナ３が接続されている。また、演算処理部４ｂは携帯端末機器１０の回路に接続され、リーダ／ライタ用アンテナ３で受信したデータが携帯端末機器１０で利用できるように構成されている。また、タグ５は、その内部にアンテナコイル７とコンデンサ８（内部容量を有するＩＣ９を備える場合はコンデンサ８は必ずしも必要ではない。）とからなる共振回路６を備え、タグ５側でも信号を生成する場合は共振回路６にデータの演算、記憶を行うＩＣ９が接続され、内蔵する電源又はリーダ／ライタ２から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ５の共振回路６の共振周波数を所望の通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）に合わせ込むことによってリーダ／ライタ用アンテナ３との間でデータの交信を行う。
【００２４】
なお、本発明はリーダ／ライタ本体４に保持されるリーダ／ライタ用アンテナ３の構造に特徴を有するものであり、リーダ／ライタ本体４やタグ５の形状、構造、リーダ／ライタ２を装着する機器やタグ５が貼付される対象物の種類、形状、構造等は限定されない。
【００２５】
次に、本実施例のリーダ／ライタ２の詳細な構造について説明する。図３の上図に示すように、本実施例のリーダ／ライタ２は、携帯端末機器１０のスロットに装着可能なカード状のリーダ／ライタ本体４と、所定の強度のワイヤがループ状に巻回されたリーダ／ライタ用アンテナ３とで構成され、図３の下図に示すように、リーダ／ライタ用アンテナ３はリーダ／ライタ本体４に回動可能に保持されている。なお、図では説明を容易にするために、リーダ／ライタ用アンテナ３とリーダ／ライタ本体４との電気的な接続構造は記載していないが、前述したように、リーダ／ライタ用アンテナ３はワイヤの端部が本体内部の通信回路部４ａに接続されている。
【００２６】
このリーダ／ライタ用アンテナ３を構成するワイヤは特に限定されないが、回転軸１１を中心に回転させたときに容易に変形しない程度の強度を備えていることが好ましい。また、このワイヤは金属がむき出しの状態としてもよいが、ゴムなどの絶縁性樹脂で被覆されていてもよい。
【００２７】
また、図３では巻き数が１回のループアンテナを記載したが、リーダ／ライタ用アンテナ３の巻き数も限定されず、図４に示すように複数回（図では２回）巻回した構造とすることができる。また、リーダ／ライタ用アンテナ３の形状も限定されず、アンテナとして機能する形状であればよく、例えば、図５に示すように半円状や楕円状などとすることもできる。更に、リーダ／ライタ用アンテナ３はワイヤのみで形成されていてもよいが、ワイヤのみでは強度が保てない場合は、プラスチック等の非金属性材料からなる補強板に固定することもできる。
【００２８】
また、図３乃至図５では、リーダ／ライタ本体４の対向する面に孔１２を形成し、その孔１２にリーダ／ライタ用アンテナ３の両端部をはめ込む構造としたが、リーダ／ライタ用アンテナ３の回転構造も特に限定されず、リーダ／ライタ本体４の回転軸を中心にして回転する構造であればよく、例えば、図６に示すように、リーダ／ライタ本体４の一辺に切り込みを設け、その切り込みに設けた回転軸を中心にリーダ／ライタ用アンテナ３を回転させる構成としたり、図７に示すように、リーダ／ライタ本体４の所定の面に孔１２を形成し、その孔１２にリーダ／ライタ用アンテナ３の端部をはめ込み、孔１２の中心軸を回転軸として回転させる構成とすることもできる。
【００２９】
また、図３乃至図７ではリーダ／ライタ用アンテナ３がリーダ／ライタ本体４の回転軸１１を中心にしてほぼ３６０°回転可能な構造としているが、リーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸の方向が少なくとも９０°以上回転するように構成されていればよい。更に、リーダ／ライタ用アンテナ３を回転させたときに回転位置がずれないように、リーダ／ライタ本体４とリーダ／ライタ用アンテナ３とがある程度きつく嵌合していることが好ましく、所定の回転位置（例えば、カード状のリーダ／ライタ本体４の主平面とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ面とが一致する位置や直交する位置）で静止できるような構造を備えていてもよい。
【００３０】
このような構造のリーダ／ライタ用アンテナ３では、タグ５のアンテナコイル７のアンテナ軸とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸とが大きくずれてデータの交信ができない場合は、リーダ／ライタ用アンテナ３のみを回転させればよく、携帯端末機器１０自体の向きを変える必要がないため、携帯端末機器１０の操作性や視認性を損なうことがなく、データの交信を行うことができる。
【００３１】
ここで、リーダ／ライタ用アンテナ３を回転させるとリーダ／ライタ用アンテナ３とリーダ／ライタ本体４又は携帯端末機器１０との距離や位置関係が変化し、アンテナの同調がずれてしまう。そこで、本実施例では、図３乃至図７の構造に加えて、リーダ／ライタ用アンテナ３の回転に合わせて容量を変化させる容量調整手段を設けている。
【００３２】
具体的には、図８に示すように、リーダ／ライタ用アンテナ３とリーダ／ライタ本体４の連結部に、例えば、回転させることによって容量が変化するコンデンサ（対向する半円状の電極板の重なりを、一方の電極板を回転させることによって変化させるトリマコンデンサなど）を設置し、トリマコンデンサの一方の電極をリーダ／ライタ本体４に固定し、他方の電極をリーダ／ライタ用アンテナ３に固定し、リーダ／ライタ用アンテナ３を回転させると、回転の程度に合わせてトリマコンデンサの容量が変化し、同調のずれを補償するようにしている。
【００３３】
このトリマコンデンサの容量値や変化量はアンテナの同調のずれの程度に応じて適宜設定すればよい。また、容量調整手段１３の構造は上記構造に限定されるものではなく、例えば、リーダ／ライタ本体４の孔１２の周りに複数の接点を並べて設け、各々の接点に異なる容量のコンデンサを接続しておき、リーダ／ライタ用アンテナ３の回転に伴って容量の異なるコンデンサに順次接続される構造などとすることもできる。
【００３４】
このような構造の容量調整手段１３を設けることにより、リーダ／ライタ用アンテナ３とリーダ／ライタ本体４又は携帯端末機器１０との距離が変化した場合でも、容量調整手段１３により同調のずれを補償することができるため、タグ５とのデータの交信を常に良好に保つことができる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤリーダ／ライタ及びそのアンテナ構造について、図９乃至図１１を参照して説明する。図９乃至図１１は、第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図である。
【００３６】
前記した第１の実施例では、リーダ／ライタ用アンテナ３を回転させることによりアンテナ軸の向きを調整する構造としたが、回転機構を設けると構造が複雑になり、回転動作を繰り返すことにより稼動部分が磨耗する恐れもある。そこで、本実施例では、リーダ／ライタ用アンテナ３を回転させるのではなく、変形させることによってアンテナ軸の向きを調整する。
【００３７】
具体的には、図９に示すように、適度な柔軟性を有する（外力を加えると容易に変形し、かつ変形した状態でその形状を保持しうる）絶縁性シート１４上に設けたＡｌやＣｕ等の導電膜をエッチングにより除去したり、絶縁性シート１４上にスクリーン印刷により導電性ペーストを塗布する等によってリーダ／ライタ用アンテナ３を形成し、リーダ／ライタ用アンテナ３の一端をリーダ／ライタ本体４に固定し、リーダ／ライタ本体４内部の通信回路部４ａに接続する。このような構造にすれば、リーダ／ライタ用アンテナ３を容易に変形することができ、かつ、変形した状態でその形状が保持されるため、タグ５のアンテナコイル７のアンテナ軸とリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ軸が大きくずれているときは、図１０に示すように、リーダ／ライタ用アンテナ３の開放側端部を任意の角度に折り曲げることによってタグ５とのデータの交信が可能となる。
【００３８】
なお、絶縁性シート１４の材料は特に限定されず、繰り返して折り曲げても容易に破損せず、適度の弾性があるものであればよく、絶縁シート１４上のアンテナパターンを保護するために更に表面をゴム等の絶縁性樹脂で保護することもできる。また、図９では絶縁性シート１４上に矩形状のアンテナパターンを１回巻回する構成としたが、巻き数やアンテナの形成位置、アンテナの形状等はリーダ／ライタ用アンテナ３に求められる性能に応じて適宜設定することができる。また、図９及び図１０では、適度な柔軟性を有する絶縁性シート１４上にアンテナパターンを形成する構成としているが、図１１に示すように、同様に適度な柔軟性を有する（外力を加えると容易に変形し、かつ変形した状態でその形状を保持しうる）ワイヤのみでリーダ／ライタ用アンテナ３を形成してもよい。
【００３９】
このような構造では、リーダ／ライタ用アンテナ３を変形させるとリーダ／ライタ用アンテナ３のアンテナ形状が変化し、同調やインピーダンスがずれてしまう。そこで、本実施例では、リーダ／ライタ用アンテナ３と通信回路部４ａとの間に抵抗を入れる等によりゲインを下げ、アンテナのＱ値を低くしている。Ｑ値を低くすることにより交信距離は短くなるがインピーダンスの変化の影響を少なくすることができる。なお、Ｑ値をどの程度とするかは、リーダ／ライタ用アンテナ３に求められる性能に応じて適宜設定することができる。
【００４０】
なお、上記説明では、本発明のアンテナ構造をリーダ／ライタ用アンテナに適用する場合について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、タグのアンテナや他の通信機器用アンテナについても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るリーダ／ライタ及びタグの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るリーダ／ライタの容量調整手段の構造を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造（変形させた状態）を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタの構造のバリエーションを示す斜視図である。
【図１２】従来のＲＦＩＤシステムの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＲＦＩＤシステム
２  リーダ／ライタ
３  リーダ／ライタ用アンテナ
４  リーダ／ライタ本体
５  タグ
６  共振回路
７  アンテナコイル
８  コンデンサ
９  ＩＣ
１０  携帯端末機器
１１  回転軸
１２  孔
１３  容量調整手段
１４  絶縁性シート
【図１】
2005115580.tif 000003
【図２】
2005115580.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005115580.tif 000007
【図６】
2005115580.tif 000008
【図７】
2005115580.tif 000009
【図８】
2005115580.tif 000010
【図９】
2005115580.tif 000011
【図１０】
2005115580.tif 000012
【図１１】
2005115580.tif 000013
【図１２】
2005115580.tif 000014