(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続され、同極性で駆動される複数のアンテナコイル部によって構成され、
隣接するアンテナコイル部の、互いに逆方向に電流が流れる導体部分を、撚り合わせたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記撚り合わされる導体部分はそれぞれ誘電率の低い材料で被覆されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
情報を読出又は書込可能なメモリと通信手段とを備えたデータキャリアと、
前記データキャリアに向けて情報を送信又は前記データキャリアから情報を受信するアンテナを有し前記データキャリアに対してデータを書き込み又は前記データキャリアのデータを読み出す識別装置と、
を含む非接触識別システムであって、
前記アンテナとして請求項１又は２に記載のアンテナを備えたことを特徴とする非接触識別システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物流システム，物品管理システム等の非接触識別システムに用いられるアンテナ及び該アンテナを用いた非接触識別システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物流システムあるいは物品管理システムの非接触識別システムにおいては、識別対象である物品にデータキャリアが付され、リーダ／ライタによって、このデータキャリアに保持されているデータを読み出し又はデータキャリアにデータを書き込むことによって物品の識別を行っている。このような非接触識別システムにおけるリーダ／ライタには、データキャリアに対してデータを送信し、又はデータキャリアからのデータを受信するための大型アンテナが接続される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の物流システム用の大型アンテナには１ループのアンテナコイルが用いられていた。この場合に、アンテナのループ長が１／４波長を超えると、コイル上の電流分布にばらつきが発生し、節と腹が均一にならないため、ループ長を１／４波長以下とする必要があった。
【０００４】
また、アンテナが大きくなると、アンテナのインダクタンス成分が大きくなるため、マッチングの容量が小さくなり、マッチングをとるのが難しいという問題があった。例えば、アンテナのループ長６．６ｍであれば、Ｌ＝４μＨの場合、Ｃ＝１２ｐＦは極めて小さくなる。このため、外部の環境の影響を受けやすくなり、マッチングがすぐにずれてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、容易にマッチング調整でき、かつ、アンテナコイルのループ長が１／４波長以上となる大型アンテナを提供することにある。また、本発明は、通信領域の抜けの防止を図ることをも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、互いに並列に接続され、同極性で駆動される複数のアンテナコイル部によって構成されるアンテナである。
【０００７】
このようにすれば、各アンテナコイル部のコイル長を１／４波長とし、アンテナ全体としてはコイル長が１／４波長となる大型のアンテナを実現することができ、アンテナの大型化に伴いインダクタンスも大きくなるので共振のための容量も大きくなりマッチングが容易に調整できる。
【０００８】
また、前記隣接するアンテナコイル部の、互いに逆方向に電流が流れる導体部分を、撚り合わせたことを特徴とすることが好適である。
【０００９】
このように構成することによりアンテナを用いて通信する場合の通信領域の抜けを防止することができる。
【００１０】
また、前記撚り合わされる導体部分はそれぞれ誘電率の低い材料で被覆されていることが好適である。
【００１１】
このようにすれば、撚り合わされる導体部分の寄生容量を小さくすることができる。
【００１２】
また、情報を読出又は書込可能なメモリと通信手段とを備えたデータキャリアと、前記データキャリアに向けて情報を送信又は前記データキャリアから情報を受信するアンテナを有し前記データキャリアに対してデータを書き込み又は前記データキャリアのデータを読み出すことにより識別を行う識別装置と、含む非接触識別システムであって、前記アンテナとして上記各発明のいずれかに係るアンテナを備えたことを特徴とする非接触識別システムである。
【００１３】
このような非接触識別システムによれば、より大きな物品又は一度に多くの物品の識別を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１に本発明に係るアンテナの全体構成を示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は右側面図である。
【００１６】
アンテナ１は、上方の略正方形の第１コイル部（アンテナコイル部）２と下方の略正方形の第２コイル部（アンテナコイル部）３とを有する。第１コイル部２は、下方に開口する略コの字形の第１コイル外周部２Ａ及び第１コイル外周部２Ａの一端に接続された第１コイル隣接部２Ｂとからなる。また第２コイル部３は、上方に開口する略コの字形の第２コイル外周部３Ａ，第２コイル外周部３Ａの一端に接続された第２コイル隣接部３Ｂとからなる。第１コイル外周部２Ａ及び第２コイル外周部３Ａは、ともに見かけ上のループアンテナの外周部分を形成する。一方、第１コイル隣接部２Ｂ及び第２コイル隣接部３Ｂは、第１コイル部２と第２コイル部３とが互いに隣接する部分である。第１コイル隣接部２Ｂと第２コイル隣接部３Ｂは互いに撚り合わされたツイスト構造をなす。また、第１コイル隣接部２Ｂ及び第２コイル隣接部３Ｂは、互いに基板４上に支持されている。例えば、第１コイル外周部２Ａ，第２コイル外周部３Ａは銅パイプ等のパイプ状の導体を用いて形成することができる。銅パイプであれば、ｑ値が大きく、また形状の安定性にも優れている。また、第１コイル隣接部２Ｂ，第２コイル隣接部３Ｂはエナメル線，リッツ線又はテフロン（商標名）線等の誘電率の低い材料で被覆された線材を用いることができる。基板４には、例えば、ガラスエポキシ基板を用いることができる。
【００１７】
上述の実施形態では、２つのアンテナコイル部からアンテナを構成しているが、より多くのアンテナコイル部によってアンテナを同様に構成することも可能である。また、アンテナコイル部の形状も上述のような正方形に限られるものではなく、アンテナのループの外形に合わせて、アンテナコイル部の外周部の形状を形成することにより任意の形状のアンテナを同様に構成することができる。
【００１８】
図２は本発明に係るアンテナ１とマッチング回路５とを含む回路図である。
【００１９】
アンテナ１は、上述したように、第１コイル部２及び第２コイル部３とに２分割されている。ここで第１コイル部２及び第２コイル部３のアンテナ面積は全体のアンテナ１の大きさの約１／２の大きさとなるため、それぞれのＬ値は全体を一つのループで構成した場合の略半分となる。また、第１コイル部２と第２コイル部３とは並列駆動されるので、第１コイル部２のインダクタンスをＬ１，第２コイル部３のインダクタンスをＬ２とすると、アンテナ１全体のインダクタンスＬはＬ＝Ｌ１／Ｌ２となるため、Ｌ値はアンテナ１全体を１つのループで構成した場合の略１／４となる。
【００２０】
共振周波数をｆとすると、
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）1/2｝
であるから、ｆが所定の値であれば、Ｌの値が１／４になるとＣは４倍となる。このように、コンデンサの容量が大きくなるので、温度変化等の外部環境の影響を受けにくくなり、容易にアンテナのマッチングをとることができる。
【００２１】
上述のアンテナ共振周波数の式において、Ｌはアンテナの大きさで定まる定数であり、規格で定められた周波数の電波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を使用する場合には周波数ｆも定数となるため、マッチング回路５とアンテナ１の共振はＣによって決まる。ここで、第１コイル隣接部２Ｂと第２コイル隣接部３Ｂとのツイスト構造部で発生する寄生容量をＣXとし、マッチング回路５を構成する一方の給電線５ａと他方の給電線５ｂとの間に直列に接続されているマッチング調整用コンデンサー６，７の容量をＣ１，Ｃ２とする。アンテナ形状が決まればＬ値は求まるので、Ｃは一定値となる。一方、Ｃ１，Ｃ２は外部環境の影響を受けないで調整が可能な最小値を有し、これらは一定値である。従って、Ｃ，Ｃ１及びＣ２が決まればＣXは求められる。よって、マッチングをとるための条件式は、
Ｃ−（Ｃ１＋Ｃ２）≧ＣX
となり、この条件をはずれると共振がとれなくなる。このため、第１コイル隣接部２Ｂと第２コイル隣接部３Ｂとを撚り合わせてツイスト構造とする場合には、ＣXが上述の条件式を満足するように線材の線種，より数，よりピッチを決定する必要がある。ＣXの値を抑える方法としては、ビニル，ゴム，エナメル，テフロン（商標名）等の誘電率の低い材料で被覆した線材を使用することができる。
【００２２】
例えば、第１コイル隣接部２Ｂ及び第２コイル隣接部３Ｂをともにφ１．２mmのエナメル線とし、これらを約２０ターン／８５０mmのよりピッチで撚り合わせてツイスト構造とするとＣXは約５０pFとなる。
【００２３】
本実施形態では、第１コイル部２と第２コイル部３のそれぞれのループ長が１／４波長以下であればよいので、第１コイル部２と第２コイル部３を合わせたアンテナ１全体としては、見かけ上の大きさが１／４波長以上となるように構成することができる。すなわち、より大型であり、かつ、容易にマッチングをとることのできるアンテナを提供することができる。
【００２４】
また、第１コイル部２と第２コイル部３とが並列に接続され同極性で駆動され、電流が互いに逆方向に流れる第１コイル隣接部２Ｂと第２コイル隣接部３Ｂが互いに撚り合わされたツイスト構造をなすことにより、本実施形態に係るアンテナ１をタグ（データキャリア）との間の通信に使用する場合には、通信領域の中抜け部分を無くすことができる。
【００２５】
図３（ａ）はアンテナ１に流れる電流の状態を矢印で示した図である。図３（ｂ）は第１コイル隣接部２Ｂの一部であるａ部及び第２コイル隣接部３Ｂの一部であるｂ部に流れる電流によって生じる磁界の状態を模式的に示した図である。
【００２６】
第１コイル隣接部２Ｂのａ部と第２コイル隣接部３Ｂのｂ部に流れる電流の向きは逆向きであり、このとき、ａ部とｂ部とに挟まれた領域であるｃ部に発生する磁界Ｈｃは２つの電流によって発生する磁界Ｈａ，Ｈｂが合成されたものであり（Ｈｃ＝Ｈａ＋Ｈｂ）、これらは同じ向きの磁界であるために互いに強め合うこととなる。
【００２７】
一方、第２コイル外周部３Ａで発生する磁界Ｈ２とｃ部で発生する磁界Ｈｃは互いに逆向きとなる。従って、ａ部とｂ部のように電流が逆向きに流れるコイル線上では、互いに打ち消し合って磁界を弱めるため、タグとの間で通信をすることができなかった。
【００２８】
このような第１コイル部２，第２コイル部３間の通信エリア抜けをなくすために、本実施形態では、上述のように、第１コイル隣接部２Ｂと第２コイル隣接部３Ｂとを互いにより合わせてツイスト構造としている。ツイスト構造とすることにより、上述のような近点での磁界の打ち消し合いをなくし、通信エリア抜けを防いでいる。また、ツイスト構造部分の寄生容量の影響を小さくするために、上述のように誘電率の低い線材を使用している。
【００２９】
図４は本発明に係るアンテナを用いた非接触識別システムのうち識別装置の各部の構成の概略を示すブロック図である。
【００３０】
識別装置１００は、主として、アンテナ部８，アンプ部９，コントローラ部１０及びＰＣ（パーソナルコンピュータ）１１からなる。
【００３１】
アンプ部９は、主として、変調回路１５，送信部１６，受信部１７，復調回路１８及び入出力ＩＦ（インターフェース）１９からなる。変調回路１５は、コントローラ部１０のＣＰＵ２０から出力された送信すべきデータ又はコマンドに応じて図示しない発振回路において生成された高周波を変調する。送信部１６では、変調回路１５において変調された信号を図示しない増幅回路によって増幅し、アンテナコイル１０を駆動する。アンテナ部８に受信された信号は、受信部１７を介して復調回路１８において復調される。入出力ＩＦ１９は、コントローラ部１０との間での信号の伝送制御を行う。
【００３２】
コントローラ部１０は、主として、ＣＰＵ２０，メモリ２１，入出力ＩＦ２２，２３からなる。ＣＰＵ２０はタグ３０へのデータの書き込み又は読み取りを制御する。メモリ２１は、タグ３０との通信を制御するプログラムや処理に用いられるデータ等を格納する。入出力ＩＦ２２は、アンプ部９との間での信号の伝送制御を行い、入出力ＩＦ２３は上位機器であるＰＣ１１との信号の伝送制御を行う。
【００３３】
ＰＣ１１は、主として、ディスプレイ等の表示部，キーボード等の入力部，演算処理及び判断処理を行うＣＰＵ，プログラムやデータが格納されるＲＡＭ（リードオンリメモリ）及びＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記憶部，ＨＤ（ハードディスク）等の補助記憶装置を含む。コントローラ部１０に対する制御、タグから得られたデータの処理、種々の情報の表示等を行う。ＰＣ１１とコントローラ部１０との間では、例えば、シリアルインターフェースであるＲＳ２３２Ｃに従って信号の伝送を行う。
【００３４】
図５は非接触識別システムのうちタグ（データキャリア）の構成の概略を示すブロック図である。タグ３０は、主として、アンテナコイル３１，送受信部（通信手段）３２，電源回路３３，復調回路３４，変調回路３５，メモリ制御部３６及びメモリ３７からなる。アンテナコイル３１によって受信された識別装置１からの信号は、送受信部３２を介して電源回路３３に出力され、装置各部を駆動するための電力が取り出される。また、アンテナコイル３１によって受信された識別装置１からの信号は、送受信部３２を介して復調回路３４に出力され、復調された信号はメモリ制御部３６に送られる。メモリ制御部３６はバスによってメモリ３７と接続され、コントローラ部４から与えられたコマンド又はデータに従ってメモリ３７にデータを書き込み又は読み出す。メモリ３７から読み出されたデータは、変調回路３５を介して送受信部３２に送られ、アンテナコイル３１を駆動する。ロードスイッチング方式で識別装置との通信を行う場合であれば、抵抗とＦＥＴ等のスイッチング素子とが直列に接続した変調回路を構成し、これをアンテナコイル３１に並列に接続し、スイッチング素子によってアンテナコイルの負荷を変化させることにより、データを識別装置へ送信する。
【００３５】
図６は、本発明に係る非接触識別システムの適用例を説明する図である。
【００３６】
図６（ａ）は内部に通路４２を有し、その両側方及び上方を覆うゲート４１である。ゲート４１の側壁部４１Ａ，４１Ｂにはそれぞれ本発明に係るアンテナ１が備えられている。図６（ｂ）は物品を収納したケース５１等を積載した移動可能な台車５２である。台車５２上にケース５１等を積載し、ゲート４１の通路４２を通過させる際に、ケース５１側面に設けられたタグのデータを読み出し、あるいは書き込むことにより物品の識別を行う。ケース５１は台車５２上に積載されているため、ケース５１に設けられたタグは下方から上方に向けて複数存在するが、本発明に係るアンテナを用いることにより大型のアンテナが実現できるので、広い範囲で通信ができ、多くのケース５１のタグと通信ができる。また、中央部での通信抜けがないので、アンテナの中央部を通過するタグとも通信することができる。また、アンテナを両側壁部４１Ａ，４１Ｂに配置することにより、タグがケース５１の反対側にある場合も識別が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、一つのアンテナが互いに並列に接続され、同極性で駆動される複数のアンテナコイル部によって構成されるので、容易にマッチング調整でき、かつ、アンテナコイルのループ長が１／４波長以上となる大型アンテナを提供することができる。また、隣接するアンテナコイル部の、互いに逆方向に電流が流れる導体部分を、撚り合わせることにより、通信領域の抜けを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明に係るアンテナの正面図、図１（ｂ）は同右側面図である。
【図２】図２はアンテナとマッチング回路との回路図である。
【図３】図３（ａ）はアンテナに流れる電流の状態を示す図である。図３（ｂ）はコイル間に生じる磁界の状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は非接触識別システムの識別装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は非接触識別システムのタグの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は非接触識別システムの適用例を示す図である。
【符号の説明】
１      アンテナ
２      第１コイル部
２Ａ    第１コイル外周部
２Ｂ    第１コイル隣接部
３      第２コイル部
３Ａ    第２コイル外周部
３Ｂ    第２コイル隣接部
４      基板
５      マッチング回路
３０    タグ
４１    ゲート
１００  識別装置
【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】
0003758493.tif 000006
【図６】
0003758493.tif 000007