特許 6511623 補助アンテナ、及び、ＲＦＩＤシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6511623

(24)【登録日】2019年4月19日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】補助アンテナ、及び、ＲＦＩＤシステム

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/077 20060101AFI20190425BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20190425BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20190425BHJP

   H01Q 9/04 20060101ALI20190425BHJP

   H04B 5/02 20060101ALI20190425BHJP

【ＦＩ】

   G06K19/077 296

   G06K19/077 276

   H01Q21/06

   H01Q1/38

   H01Q9/04

   H04B5/02

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-142673(P2015-142673)

(22)【出願日】2015年7月17日

(65)【公開番号】特開2017-27184(P2017-27184A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年6月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】514174213

【氏名又は名称】株式会社フェニックスソリューション

(73)【特許権者】

【識別番号】591040236

【氏名又は名称】石川県

(74)【代理人】

【識別番号】100137394

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】杉村 詩朗

(72)【発明者】

【氏名】庭田 達次

(72)【発明者】

【氏名】鍋島 準登

(72)【発明者】

【氏名】吉村 慶之

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 宏和

【審査官】 梅沢 俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０９１００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１３１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｋ １９／０７７

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ ９／０４

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０４Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＩＣタグと、このＩＣタグと通信を行う通信装置との間に配置される補助アンテナであって、
誘電体で構成され、シート状に形成された基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、導体で構成された第１のコイルと
を有し、
前記第１のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯における波長の１／４から３／４の長さであり、前記第１のコイルは、コイルの半径の中心から１／３よりも内側から渦巻き状に形成されている
補助アンテナ。

【請求項2】

前記基材の面のうち前記第１のコイルの設けられた面の裏面、又は同一面に設けられ、導体で構成された第２のコイル
をさらに有し、
前記第２のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯における波長の１／４から３／４の長さであり、前記第２のコイルは、コイルの半径の中心から１／３よりも内側から渦巻き状に形成されている
請求項１に記載の補助アンテナ。

【請求項3】

前記第２のコイルのコイル長は、前記第１のコイルのコイル長と異なる長さである
請求項２に記載の補助アンテナ。

【請求項4】

前記第１のコイル又は前記第２のコイルに積層して配置された第２の基材と、
前記第２の基材の面うち、前記第１のコイル又は前記第２のコイルの設けられた面の裏面に配置された第３のコイルと
をさらに有し、
前記第３のコイルにおける開口面積は、前記第１のコイル又は前記第２のコイルの開口面積より大きく構成されている
請求項３に記載の補助アンテナ。

【請求項5】

前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、基材上に複数配列されている
請求項４に記載の補助アンテナ。

【請求項6】

ＩＣタグと、通信装置と、補助アンテナとで構成されたＲＦＩＤシステムであり、
ＩＣタグと、
前記ＩＣタグと通信を行う通信装置と、
前記ＩＣタグと前記通信装置との間に配置される補助アンテナと
を有し、
前記補助アンテナは、
誘電体で構成され、シート状に形成された基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、導体で構成された第１のコイルと
を有し、
前記第１のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯における波長の１／４から３／４の長さであり、前記第１のコイルは、コイルの半径の中心から１／３よりも内側から渦巻き状に形成されている
ＲＦＩＤシステム。

【請求項7】

前記ＩＣタグは、既定の間隔をあけて複数配列され、
前記第１のコイルは、配列された各前記ＩＣタグと対向する位置に、それぞれに設けられている
請求項６に記載のＲＦＩＤシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、補助アンテナ、及び、ＲＦＩＤシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、互いに対向して容量を介して結合された二つのコイル状導体を備え、前記二つのコイル状導体は、その最外周及び／又は最内周の少なくとも一部における対向面積が、それ以外における対向面積に比べて大きくなるように、かつ、それぞれに流れる電流の向きが一方向からの平面視で同方向になるように巻回されていること、を特徴とする共振回路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０１２／０１４９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＩＣタグの通信距離を延ばすことができる通信を行う補助アンテナ及びＲＦＩＤシステムを提供することを目的とする。
また、一括して複数のＩＣタグと通信を行うことができる補助アンテナ及びＲＦＩＤシステム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】

【0005】

本発明に係る補助アンテナは、ＩＣタグと、このＩＣタグと通信を行う通信装置との間に配置される補助アンテナであって、誘電体で構成され、シート状に形成された基材と、前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、導体で構成された第１のコイルとを有し、前記第１のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯に対応する長さである。

【0006】

好適には、前記基材の面のうち前記第１のコイルの設けられた面の裏面、又は同一面に設けられ、導体で構成された第２のコイルをさらに有し、前記第２のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯に対応する長さである。

【0007】

好適には、前記ＩＣタグは、１ｍｍ以下の微小ＩＣタグであり、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、直径が１０ｍｍ以下の大きさである等間隔の渦巻き状に形成され、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯は、UHF帯であり、前記第１コイル及び前記第２のコイルの長さは、UHF帯の周波数帯における波長の１／４から３／４の長さである。

【0008】

好適には、前記第２のコイルのコイル長は、前記第１のコイルのコイル長と異なる長さである。

【0009】

好適には、前記第１のコイル又は前記第２のコイルに積層して配置された第２の基材と、前記第２の基材の面うち、前記第１のコイル又は前記第２のコイルの設けられた面の裏面に配置された第３のコイルとをさらに有し、前記第３のコイルにおける開口面積は、前記第１のコイル又は前記第２のコイルの開口面積より大きく構成されている。

【0010】

好適には、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、基材上に複数配列されている。

【0011】

また、本発明に係るＲＦＩＤシステムは、ＩＣタグと、通信装置と、補助アンテナとで構成されたＲＦＩＤシステムであり、ＩＣタグと、前記ＩＣタグと通信を行う通信装置と、前記ＩＣタグと前記通信装置との間に配置される補助アンテナとを有し、前記補助アンテナは、誘電体で構成され、シート状に形成された基材と、前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、導体で構成された第１のコイルとを有し、前記第１のコイルのコイル長は、前記ＩＣタグの通信に用いる周波数帯に対応する長さである。

【0012】

好適には、前記ＩＣタグは、既定の間隔をあけて複数配列され、前記第１のコイルは、配列された各前記ＩＣタグと対向する位置に、それぞれに設けられている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＩＣタグの通信距離を延ばすことができる。
また、本発明によれば、一括して複数のＩＣタグと通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係るＲＦＩＤシステム１の概要を例示する図である。

【図2】補助アンテナ３の構成を説明する図である。

【図3】主コイル３２及び副コイル３３の構成を説明する図である。

【図4】主コイル３２及び副コイル３３の微差を説明する図である。

【図5】補助アンテナ３の変形例１を説明する図である。

【図6】補助アンテナ３の変形例２を説明する図である。

【図7】単体のコイルと、配列された複数のコイルとに関して、コイルの巻き数（コイル長）を変化させたときの共振周波数を示す表及びグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

まず、本発明がなされた背景と概要を説明する。
従来技術によるときは、アンテナ搭載形の通信用ＩＣチップのアンテナは、ＩＣチップ上に搭載されるため開口面積が極めて小さくなる。そのため、十分な送受信感度を得ることができず、非接触形のＩＣタグによる情報伝達距離を十分大きくすることができないという問題点があった。
そこで、本実施形態におけるＲＦＩＤシステム１は、上記従来技術の問題に鑑み、使用する周波数に共振する主コイルと、副コイルをアンテナ搭載形の通信用ＩＣチップの開口面に設置することによって、送受信感度を高め、情報伝達の拡大を図ることができるアンテナ搭載形の通信用ＩＣチップ用補助アンテナ３を用いる。

【0016】

本実施形態に係るＲＦＩＤシステム１の概要を説明する。
以下、本発明の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図１は、本実施形態に係るＲＦＩＤシステム１の概要を例示する図である。
図１に例示するように、ＲＦＩＤシステム１は、ＩＣタグ１０、補助アンテナ３、及び、通信装置５を含み構成されている。

【0017】

ＩＣタグ１０は、無線アンテナとＩＣチップとを含み、電磁波を用いて、非接触でデータの読み書きを行うことができる。例えば、ＩＣタグ１０は、一辺が３ｃｍ以下の小さなチップであり、電磁波で自己の駆動電力を生成し、本チップ内に書き込まれているＩＤ （識別情報）を無線にて送信する。本例のＩＣタグ１０は、一辺が０．５ｍｍ以下であり、ＵＨＦ帯域で駆動する微小半導体チップである。
また、本例では、ＩＣタグ１０が、試験管８の底部に取り付けられている場合を具体例として説明するが、これに限定されるものではない。本例では、収納ラック９に２４本の試験管８が配置されており、試験管８それぞれにＩＣタグ１０が取り付けられている。

【0018】

補助アンテナ３は、ＩＣタグ１０と通信装置５との間に配置され、ＩＣタグ１０と通信装置５との間の通信距離を延ばす補助アンテナである。補助アンテナ３は、ＩＣタグ１０と通信装置５との間で通信が行われるときに配置されるものであり、ＩＣタグ１０と通信装置５との間に常設されるものではなく、ＩＣタグ１０及び通信装置５と着脱自在である。
補助アンテナ３は、基板３０と、主コイル３２と、副コイル３３とを含み構成されている。

【0019】

通信装置５は、ＩＣタグリーダライタ５０と、制御装置５５とで構成されている。ＩＣタグリーダライタ５０は、ＩＣタグ１０から非接触でデータを読み出す。なお、本例では、ＩＣタグリーダライタ５０が、ＩＣタグ１０からの読出しと、ＩＣタグ１０に対する書込みとを行うリーダライタである場合を説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、読出しのみを行うリーダであってもよい。制御装置５５は、ＩＣタグリーダライタ５０の動作を制御して、ＩＣタグ１０からＩＤの読出しを行い、読み出されたＩＤを用いたデータ処理を行う。
このように、ＲＦＩＤシステム１は、ＩＣタグ１０、補助アンテナ３、及び、通信装置５を含み構成されている。

【0020】

図２は、補助アンテナ３の構成を説明する図である。
図２（Ａ）に例示するように、補助アンテナ３では、基板３０の一方の面に主コイル３２が設けられ、基板３０の他方の面に副コイル３３が設けられている。主コイル３２は、基板３０のうち、ＩＣタグ１０に近接する面に設けられ、副コイル３３は、ＩＣタグリーダライタ５０に近接する面に設けられている。本例の補助アンテナ３は、複数の主コイル３２と、複数の副コイル３３とを含み、複数の主コイル３２それぞれは、複数の副コイル３３それぞれの背面に配置されている。
なお、主コイル３２は、本発明に係る第１のコイルの一例であり、副コイル３３は、本発明に係る第２のコイルの一例である。

【0021】

基板３０は、誘電体で構成されたシート状部材である。例えば、基板３０は、透明な合成樹脂で構成されたシート状部材である。基板３０の厚みは、例えば、１ｍｍ以下である。
主コイル３２及び副コイル３３は、螺旋状に形成された導体である。例えば、主コイル３２及び副コイル３３は、コイルの半径の中心から１／３よりも内側から、螺旋状に形成された線状金属である。本例の主コイル３２及び副コイル３３は、コイルの中心から、ほぼ同じ線間隔で螺旋状に形成された金属線である。

【0022】

本例の主コイル３２は、副コイル３３と同形状であって、互いに対向する位置に配置されている。
このように配置された主コイル３２及び副コイル３３は、アンテナ搭載形のＩＣタグ１０の開口面に設置することにより、外部からの到来電波に共振してＩＣタグ１０のアンテナに大きな起電力を発生させるとともに、ＩＣタグ１０のアンテナからの電波を外部に効率よく発振させ、ＩＣタグ１０のアンテナの送受信感度を高くしてＩＣタグ１０による情報伝達距離を大きくすることができる。主コイル３２及び副コイル３３は、ＩＣタグ１０のアンテナと比較して、格段に大きな開口面積を有するからである。

【0023】

螺旋状に形成する主コイル３２及び副コイル３３は、巻き数によりコイル長を可変することができ、必要に応じた波長に同調させることができる。
また、主コイル３２及び副コイル３３は、誘電体の基板３０上に導体で形成されており、基板３０の誘電率に比し、コイル長を短縮することができる。

【0024】

また、図２に例示するように、主コイル３２及び副コイル３３は、積層配置することで、高密度の磁束を得ることができる。
主コイル３２と副コイル３３の中心線が通る空間曲線上に、ＩＣタグ１０のＱの高いアンテナコイルを電磁結合させることにより、主コイル３２と、副コイル３３の導体径を実質的に大きくし、当該コイルのＱを向上させて全体としての共振特性を鋭くし、使用周波数における送受信感度を一層高めることができる。

【0025】

図３は、主コイル３２及び副コイル３３の構成を説明する図である。
主コイル３２及び副コイル３３を構成する金属線の直径ｗは、０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、主コイル３２及び副コイル３３の巻数Ｔｎは６．２〜６．４巻である。これにより、主コイル３２及び副コイル３３のコイル径Ｄは、９ｍｍ以下となり、基板３０の面上に多数配列可能である。

【0026】

図４は、主コイル３２及び副コイル３３のコイル長の微差を説明する図である。
本例の主コイル３２及び副コイル３３のコイル長は、いずれもＵＨＦ帯域における波長の１／４から３／４の長さであるが、主コイル３２及び副コイル３３のコイル長は、僅かに異ならせることが好ましい。主コイル３２及び副コイル３３のコイル長は、ＵＨＦ帯域における波長の１／２から１／４の長さであってもよい。主コイル３２のコイル長が、対向する副コイル３３のコイル長と僅かに異なることにより、図４に例示するように周波数帯域を広げることができる。例えば、主コイル３２と副コイル３３とのコイル長の差は、０．６％以上２．０％以下である。本例の主コイル３２と副コイル３３とのコイル長の差は、１．０１％である。なお、主コイル３２及び副コイル３３は、本図のように、基板３０の同一面に設けられてもよいし、図２のように、互いに異なる面に設けられてもよい。

【0027】

図１に例示するように、ＩＣタグリーダライタ５０のアンテナ５１と、収納ラック９に収納された複数の試験管８との間に、主コイル３２及び副コイル３３が複数配列された補助アンテナ３を配置する。基板３０の平面上に規則的に配列された複数の主コイル３２それぞれは、試験管８の先端に付されたＩＣタグ１０と対向し近接する。このように配置された補助アンテナ３により、ＩＣタグリーダライタ５０と、試験管８に付されたＩＣタグ１０との間の通信距離が広がる。その結果、ＩＣタグリーダライタ５０は、複数の試験管８それぞれに付されたＩＣタグ１０から同時に読出し可能になる。
すなわち、通信距離の延長と、開口面積の拡大と、補助アンテナ３における主コイル３２及び副コイル３３の高密度とによって、ＩＣタグ１０の微小性を保ったままで、複数のＩＣタグ１０の一括読取りが実現される。

【0028】

なお、同一平面上に配列された複数の主コイル３２及び副コイル３３のうち、中央に配置された主コイル３２及び副コイル３３（すなわち、他のコイルに囲まれたコイル）のコイル長を、周縁部に配置された主コイル３２及び副コイル３３よりも、０．８％〜２．２％短くしてもよい。他のコイルに囲まれたコイルは、図７に示すように、近接する他のコイルの影響を受けて共振周波数がシフトするからである。換言すると、同一平面上に配列された複数の主コイル３２及び副コイル３３は、隣接する他のコイルの個数に応じて、コイル長を異ならせてもよい。また、配列された複数の主コイル３２及び副コイル３３の外周を金属（例えば、切欠きが入れられたループ状の金属線）で囲むことにより、全てのコイル長を均一にしてもよい。

【0029】

［変形例１］
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
図５は、補助アンテナ３の変形例１を説明する図である。
図５に例示するように、補助アンテナ３において、副コイル３３と、基板３０を挟んでこれと対向する主コイル３２の個数を、１：ｎとしてもよい。すなわち、１つの副コイル３３に対して、複数の主コイル３２を対向する位置に配置してもよい。

【0030】

［変形例２］
図６は、補助アンテナ３の変形例２を説明する図である。
図６に例示するように、開口面積が異なる３つ以上のコイル４２を３層以上積層させてもよい。この場合に、コイル４２の開口面積は、徐々に広くなるように配置することが好ましい。これにより、アンテナの開口面積を徐々に広げることが可能になる。なお、これらのコイル４２は、主コイル３２又は副コイル３３と同じ材料及び線幅で構成されている。また、複数のコイル４２は、複数の基板４０によって保持されている。

【0031】

［その他の変形例］
また、上記実施形態では、主コイル３２と副コイル３３を互いに対向させる形態を説明したが、主コイル３２のみとしてもよい。一つのコイルだけでも通信距離を延ばすことができるからである。

【符号の説明】

【0032】

１ ＲＦＩＤシステム
３ 補助アンテナ
３０ 基板
３２ 主コイル
３３ 副コイル
５ 通信装置
１０ ＩＣタグ
４０ 基板
４２ コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】