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特許7031924ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナ、および、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置
(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】
(24)【登録日】2022-02-28
(45)【発行日】2022-03-08
(54)【発明の名称】ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナ、および、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 13/10 20060101AFI20220301BHJP
H01Q 11/08 20060101ALI20220301BHJP
G06K 7/10 20060101ALI20220301BHJP
【ＦＩ】
H01Q13/10
H01Q11/08
G06K7/10 236
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021527909
(86)(22)【出願日】2020-10-23
(86)【国際出願番号】 JP2020039832
(87)【国際公開番号】W WO2021145044
(87)【国際公開日】2021-07-22
【審査請求日】2021-05-19
(31)【優先権主張番号】P 2020005758
(32)【優先日】2020-01-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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
(74)【代理人】
【識別番号】110000844
【氏名又は名称】特許業務法人 クレイア特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉村 詩朗
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－５３３４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０２８８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２３６０４６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ １３／１０
Ｈ０１Ｑ １１／０８
Ｇ０６Ｋ ７／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１アンテナ基板と、前記第１アンテナ基板に設けられ、スパイラル状のスリットを有するスロット形成用第１電極と、
前記スロット形成用第１電極のスリットの内部に設けられ、前記スロット形成用第１電極と所定の間隔を有するスパイラル状のスロット形成用第２電極と、
前記第１アンテナ基板に対向する第２アンテナ基板と、
前記第２アンテナ基板に設けられる第３電極と、
前記スロット形成用第２電極と前記第３電極との間に給電する給電線と、を備える、
ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナ。
【請求項2】
前記スロット形成用第１電極のスリットの電気長が、通信周波数の波長をλとして、λ／２であり、前記スロット形成用第２電極の電気長がλ／４である、請求項１に記載のスロットアンテナ。【請求項3】
前記スロット形成用第２電極の長手方向の一方の端部は、前記スロット形成用第１電極のスリットの長手方向の一方の端部と前記所定の間隔となるように配置される、請求項２に記載のスロットアンテナ。【請求項4】
さらに、前記第３電極の、前記スロット形成用第２電極に対応する位置に金属のナットが固定され、前記スロット形成用第２電極に向けて金属のボルトが挿入されて、前記スロット形成用第２電極と前記第３電極との間に可変キャパシタが形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のスロットアンテナ。【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載のスロットアンテナと、前記給電線に接続されたリーダライタと、を備え、
前記第１アンテナ基板に対向する位置で、前記第２アンテナ基板と反対の方向に配置されるＲＦＩＤタグと通信する、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナ、および、スロットアンテナを用いたＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置に関する。
【0002】
例えば、特許文献１（特開２００４－１９９２２６号公報）には、交信不可能エリアを減少させ、タグとの安定した交信を行うことができ、かつ、アンテナ近傍に設置される機器への影響を抑制することができるリーダ／ライタアンテナ及び該アンテナを備えたＲＦＩＤシステムについて開示されている。
特許文献１（特開２００４－１９９２２６号公報）記載のリーダ／ライタアンテナ及び該アンテナを備えたＲＦＩＤシステムは、複数のループアンテナにより構成されるリーダ／ライタアンテナにおいて、前記複数のループアンテナの各々は、他の少なくとも一つのループアンテナと相隣り合うように配置され、少なくとも相隣り合う２つのループアンテナに供給される電流の位相が相異なるものである。
特許文献１（特開２００４－１９９２２６号公報）記載のリーダ／ライタアンテナ及び該アンテナを備えたＲＦＩＤシステムは、複数のループアンテナにより構成されるリーダ／ライタアンテナにおいて、前記複数のループアンテナの各々は、他の少なくとも一つのループアンテナと相隣り合うように配置され、少なくとも相隣り合う２つのループアンテナに供給される電流の位相が相異なるものである。
【0003】
また、特許文献２（特開２００９－１５９２４０号公報）には、ラベルプリンタなどの筐体内にて無線ＩＣタグとの双方向通信を行う際に、同時に所定の１つの無線ＩＣタグとアンテナとの間のみで確実な無線通信を実施することのできる、筐体組み込み用のアンテナと、それを用いたラベルプリンタについて開示されている。
特許文献２（特開２００９－１５９２４０号公報）の筐体組み込み用アンテナは、双方向の無線通信により、無線ＩＣタグの記憶領域に格納された情報の読み出しおよび書き込みを非接触にて行うＲＦＩＤリーダライタに接続される、筐体内に配置されたアンテナであって、前記アンテナがホーンアンテナであり、前記ホーンアンテナが、給電素子と、ホーン形状を有する金属体と、前記金属体のホーン形状の内部に充填された誘電体とを含むことを特徴とするものである。
特許文献２（特開２００９－１５９２４０号公報）の筐体組み込み用アンテナは、双方向の無線通信により、無線ＩＣタグの記憶領域に格納された情報の読み出しおよび書き込みを非接触にて行うＲＦＩＤリーダライタに接続される、筐体内に配置されたアンテナであって、前記アンテナがホーンアンテナであり、前記ホーンアンテナが、給電素子と、ホーン形状を有する金属体と、前記金属体のホーン形状の内部に充填された誘電体とを含むことを特徴とするものである。
【0004】
また、特許文献３（特開２００９－２７３０１１号公報）には、コストの増大や筐体サイズの大型化や信頼性の低下を招くことなく、利得や指向性を適切に制御する携帯型ＲＦＩＤリーダライタについて開示されている。
特許文献３（特開２００９－２７３０１１号公報）の携帯型ＲＦＩＤリーダライタは、筐体にＲＦタグとの間で電波を送受信するダイポールアンテナが設けられている携帯型ＲＦＩＤリーダライタであって、 前記筐体に、前記ダイポールアンテナのエレメントに対して八木アンテナの導波器を形成する位置及び前記ダイポールアンテナのエレメントに対して八木アンテナの反射器を形成する位置のうち少なくともいずれかに無給電素子を着脱可能な着脱機構が設けられていることを特徴とするものである。
特許文献３（特開２００９－２７３０１１号公報）の携帯型ＲＦＩＤリーダライタは、筐体にＲＦタグとの間で電波を送受信するダイポールアンテナが設けられている携帯型ＲＦＩＤリーダライタであって、 前記筐体に、前記ダイポールアンテナのエレメントに対して八木アンテナの導波器を形成する位置及び前記ダイポールアンテナのエレメントに対して八木アンテナの反射器を形成する位置のうち少なくともいずれかに無給電素子を着脱可能な着脱機構が設けられていることを特徴とするものである。
【0005】
さらに、特許文献４（特開２０１９－１６１４９０号公報）には、ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に適用可能なキャビティスロットアンテナを実現し、小型化及び高性能化について開示されている。
特許文献４（特開２０１９－１６１４９０号公報）記載のアンテナ装置は、 グランド導体を有する基板と、前記グランド導体と略平行に空気層又は誘電体層を介して配置され、少なくとも一部が屈折した閉多角形状のスロットを有する平板状のアンテナ導体と、前記アンテナ導体と前記グランド導体とを接続する複数の短絡導体と、前記複数の短絡導体のうちのいずれかの短絡導体の近傍に配置され、前記アンテナ導体に給電する給電導体と、を有し、使用する周波数の波長をλとしたとき、前記スロットの外周の長さは略１λ～２λ、前記スロットの幅は０．００５λ～０．０５λであり、前記複数の短絡導体の間隔はλ／２以下であり、前記アンテナ導体と前記グランド導体との間の距離は、０．００５λ～０．０５λである。
特許文献４（特開２０１９－１６１４９０号公報）記載のアンテナ装置は、 グランド導体を有する基板と、前記グランド導体と略平行に空気層又は誘電体層を介して配置され、少なくとも一部が屈折した閉多角形状のスロットを有する平板状のアンテナ導体と、前記アンテナ導体と前記グランド導体とを接続する複数の短絡導体と、前記複数の短絡導体のうちのいずれかの短絡導体の近傍に配置され、前記アンテナ導体に給電する給電導体と、を有し、使用する周波数の波長をλとしたとき、前記スロットの外周の長さは略１λ～２λ、前記スロットの幅は０．００５λ～０．０５λであり、前記複数の短絡導体の間隔はλ／２以下であり、前記アンテナ導体と前記グランド導体との間の距離は、０．００５λ～０．０５λである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００４－１９９２２６号公報
【文献】特開２００９－１５９２４０号公報
【文献】特開２００９－２７３０１１号公報
【文献】特開２０１９－１６１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ＲＦＩＤタグ用リーダライタは、複数のＲＦＩＤタグが周囲に存在する環境において、そのうちの１つ、または一部のＲＦＩＤタグと通信し、他のＲＦＩＤタグとは通信しないことが必要な場合がある。
例えば、ＲＦＩＤタグの製造ラインにおいて、ＲＦＩＤタグをベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合には、対象となるＲＦＩＤタグの前後に対象外のＲＦＩＤタグが存在している。この場合、対象となるＲＦＩＤタグの前後に存在する対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく対象となるＲＦＩＤタグと通信を行う必要がある。しかし、従来の、リーダライタ用アンテナではＲＦＩＤタグの前後に存在する対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けるため、ＲＦＩＤタグの検査を正確に、かつ効率的に行うことができなかった。
例えば、ＲＦＩＤタグの製造ラインにおいて、ＲＦＩＤタグをベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合には、対象となるＲＦＩＤタグの前後に対象外のＲＦＩＤタグが存在している。この場合、対象となるＲＦＩＤタグの前後に存在する対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく対象となるＲＦＩＤタグと通信を行う必要がある。しかし、従来の、リーダライタ用アンテナではＲＦＩＤタグの前後に存在する対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けるため、ＲＦＩＤタグの検査を正確に、かつ効率的に行うことができなかった。
【0008】
また、最近、商品に付されたＲＦＩＤタグを読み取ることにより、店舗における会計を自動化するシステムが使われはじめているが、この会計システムにおいては、リーダライタは、商品を収納する筐体の中にある商品に付されたＲＦＩＤタグのみと通信する必要がある。
しかし、従来のリーダライタでは、筐体および／または筐体を閉じるふたをシールドしなければ、筐体の外にある商品に付されたＲＦＩＤタグとも通信してしまうとの課題があった。
しかし、従来のリーダライタでは、筐体および／または筐体を閉じるふたをシールドしなければ、筐体の外にある商品に付されたＲＦＩＤタグとも通信してしまうとの課題があった。
【0009】
特許文献１に記載のリーダ／ライタアンテナは複数のループアンテナを備え、かつ、それらのループアンテナの間の位相を調整する必要があり、アンテナおよび周辺回路の構成が複雑になるとの課題がある。
また、特許文献２に記載の筐体組み込み用アンテナではホーン形状を有する金属体を備える必要があり、やはり構成が複雑になる。
また、引用文献３に記載の携帯型ＲＦＩＤリーダライタの場合も、八木アンテナの導波器および／または八木アンテナの反射器を備える必要があり、やはり構成が複雑になる。
また、特許文献２に記載の筐体組み込み用アンテナではホーン形状を有する金属体を備える必要があり、やはり構成が複雑になる。
また、引用文献３に記載の携帯型ＲＦＩＤリーダライタの場合も、八木アンテナの導波器および／または八木アンテナの反射器を備える必要があり、やはり構成が複雑になる。
【0010】
一方、特許文献４に記載のアンテナ装置は、少なくとも一部が屈折した閉多角形状のスロットを有する平板状のアンテナ導体を備えることによって、スロットの形成されている面に垂直な方向（＋Ｚ方向）に指向性を持たせたものであるが、図３、図７、図８等に記載されているように、Ｘ方向ではφ方向の回転を持つ電波の指向性が比較的大きく、またＹ方向ではθ方向の回転を持つ電波の指向性が比較的大きいとの課題がある。
【0011】
本発明の目的は、水平面上で離れた位置にあるＲＦＩＤタグの影響を防ぐために、水平面の放射利得と水平波の放射とを抑え、垂直波をアンテナ面に垂直な一方向に均一に放射する、ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナを提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記指向性を備えたアンテナと、アンテナに接続されたリーダライタとを備え、アンテナ面に垂直な方向にＲＦＩＤタグを配置することによって、近傍にある別のＲＦＩＤの影響を防ぐことのできるＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記指向性を備えたアンテナと、アンテナに接続されたリーダライタとを備え、アンテナ面に垂直な方向にＲＦＩＤタグを配置することによって、近傍にある別のＲＦＩＤの影響を防ぐことのできるＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
（１）
一局面に従うスロットアンテナは、ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナであって、第１アンテナ基板と、第１アンテナ基板に設けられ、スパイラル状のスリットを有するスロット形成用第１電極と、スロット形成用第１電極のスリットの内部に設けられ、スロット形成用第１電極と所定の間隔を有するスパイラル状のスロット形成用第２電極と、第１アンテナ基板に対向する第２アンテナ基板と、第２アンテナ基板に設けられる第３電極と、スロット形成用第２電極と第３電極との間に給電する給電線と、を備える。
一局面に従うスロットアンテナは、ＲＦＩＤタグのリーダライタ用のスロットアンテナであって、第１アンテナ基板と、第１アンテナ基板に設けられ、スパイラル状のスリットを有するスロット形成用第１電極と、スロット形成用第１電極のスリットの内部に設けられ、スロット形成用第１電極と所定の間隔を有するスパイラル状のスロット形成用第２電極と、第１アンテナ基板に対向する第２アンテナ基板と、第２アンテナ基板に設けられる第３電極と、スロット形成用第２電極と第３電極との間に給電する給電線と、を備える。
【0013】
この場合、スロット形成用第１電極とスロット形成用第２電極の間のスリットをスロットとするキャビティ付きのスロットアンテナが形成される。通常、スロットアンテナのスリットは直線形状であるが、一局面に従うスロットアンテナでは、スロット形成用第１電極とスロット形成用第２電極との間のスリットがスパイラル状になっている。
キャビティ付きで直線形状のスロットアンテナの場合、スロットの長手方向に直交する面内においてθ方向の放射電波（垂直波）が大きく、スロットの長手方向は放射電波が小さい傾向がある。したがって、キャビティ付きで直線形状のスロットアンテナを用いたリーダライタ装置はスロットの長手方向に対して垂直な方向にＲＦＩＤタグが存在する場合、このＲＦＩＤタグの影響を受ける。
これに対して、一局面に従うスロットアンテナでは、スロット形成用第１電極とスロット形成用第２電極との間のスリットをスパイラル状とすることによって、スリットの長手方向が一定の方向に固定されず、その結果、水平面方向の放射利得と水平波の放射とを抑え、垂直波を第１アンテナ面に垂直な方向に均一に放射する。そして、一局面に従うスロットアンテナは、第１アンテナ基板に垂直な方向に配置されたＲＦＩＤタグに効率よく垂直波のみを与え、水平面上でその他の位置に存在するＲＦＩＤタグの影響を受けにくいとの効果を奏する。
なお、第１アンテナ基板と、第２アンテナ基板とは、対向することが好ましく、平行な状態で対向することが、より好ましい。
本明細書において、水平面とは第１アンテナ基板および第２アンテナ基板に平行な面を意味する。
キャビティ付きで直線形状のスロットアンテナの場合、スロットの長手方向に直交する面内においてθ方向の放射電波（垂直波）が大きく、スロットの長手方向は放射電波が小さい傾向がある。したがって、キャビティ付きで直線形状のスロットアンテナを用いたリーダライタ装置はスロットの長手方向に対して垂直な方向にＲＦＩＤタグが存在する場合、このＲＦＩＤタグの影響を受ける。
これに対して、一局面に従うスロットアンテナでは、スロット形成用第１電極とスロット形成用第２電極との間のスリットをスパイラル状とすることによって、スリットの長手方向が一定の方向に固定されず、その結果、水平面方向の放射利得と水平波の放射とを抑え、垂直波を第１アンテナ面に垂直な方向に均一に放射する。そして、一局面に従うスロットアンテナは、第１アンテナ基板に垂直な方向に配置されたＲＦＩＤタグに効率よく垂直波のみを与え、水平面上でその他の位置に存在するＲＦＩＤタグの影響を受けにくいとの効果を奏する。
なお、第１アンテナ基板と、第２アンテナ基板とは、対向することが好ましく、平行な状態で対向することが、より好ましい。
本明細書において、水平面とは第１アンテナ基板および第２アンテナ基板に平行な面を意味する。
【0014】
（２）
第２の発明にかかるスロットアンテナは、一局面に従うスロットアンテナにおいて、スロット形成用第１電極のスリットの電気長が、通信周波数の波長をλとしてλ／２であり、スロット形成用第２電極の電気長がλ／４であってもよい。
第２の発明にかかるスロットアンテナは、一局面に従うスロットアンテナにおいて、スロット形成用第１電極のスリットの電気長が、通信周波数の波長をλとしてλ／２であり、スロット形成用第２電極の電気長がλ／４であってもよい。
【0015】
この場合、スロットアンテナの共振周波数を通信周波数と合わせることで、アンテナの利得を上げることができ、好ましい。
なお、電気長とは、長さを、物理的な長さではなく電波の遅延時間を基準に表したものであって、本発明の場合、第１アンテナ基板と第２アンテナ基板との間を空気層とした場合は電気長は物理的な長さとほぼ同一であるが、第１アンテナ基板と第２アンテナ基板との間を誘電体層とした場合には電気長は物理的な長さより長くなる。
なお、電気長とは、長さを、物理的な長さではなく電波の遅延時間を基準に表したものであって、本発明の場合、第１アンテナ基板と第２アンテナ基板との間を空気層とした場合は電気長は物理的な長さとほぼ同一であるが、第１アンテナ基板と第２アンテナ基板との間を誘電体層とした場合には電気長は物理的な長さより長くなる。
【0016】
（３）
第３の発明にかかるスロットアンテナは、第２の発明にかかるスロットアンテナにおいて、スロット形成用第２電極の長手方向の一方の端部が、スロット形成用第１電極のスリットの長手方向の一方の端部と所定の間隔となるように配置されてもよい。
第３の発明にかかるスロットアンテナは、第２の発明にかかるスロットアンテナにおいて、スロット形成用第２電極の長手方向の一方の端部が、スロット形成用第１電極のスリットの長手方向の一方の端部と所定の間隔となるように配置されてもよい。
【0017】
この場合、スロット形成用第２電極をスロット形成用第１電極のスリットの端部に寄せることにより、それぞれ、スロット形成用第２電極とスロット形成用第１電極との間のスリットの長さをλ／４、スロット形成用第１電極単独のスリットの長さをλ／４とすることにより、アンテナの利得を上げることができて、好ましい。
【0018】
（４）
第４の発明にかかるスロットアンテナは、一局面から第３の発明にかかるスロットアンテナにおいて、さらに、第３電極の、スロット形成用第２電極に対応する位置に金属のナットが固定され、スロット形成用第２電極に向けて金属のボルトが挿入されて、スロット形成用第２電極と第３電極との間に可変キャパシタが形成されてもよい。
第４の発明にかかるスロットアンテナは、一局面から第３の発明にかかるスロットアンテナにおいて、さらに、第３電極の、スロット形成用第２電極に対応する位置に金属のナットが固定され、スロット形成用第２電極に向けて金属のボルトが挿入されて、スロット形成用第２電極と第３電極との間に可変キャパシタが形成されてもよい。
【0019】
この場合、スロット形成用第２電極と第３電極との間にキャパシタを形成し、キャパシタの容量値を調整することで、スロットアンテナの共振周波数を微調することができる。
【0020】
（５）
他の局面にかかるＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置は、一局面から第４の発明にかかるスロットアンテナと、スロットアンテナの給電線に接続されたリーダライタとを備え、第１アンテナ基板に対向する位置で、前記第２アンテナ基板と反対の方向に配置されるＲＦＩＤタグと通信する。
他の局面にかかるＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置は、一局面から第４の発明にかかるスロットアンテナと、スロットアンテナの給電線に接続されたリーダライタとを備え、第１アンテナ基板に対向する位置で、前記第２アンテナ基板と反対の方向に配置されるＲＦＩＤタグと通信する。
【0021】
この場合、スロットアンテナは水平面方向の放射利得と水平波の放射を抑え、垂直波をアンテナ面に垂直な方向に均一に放射することから、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置は、第１アンテナ基板に対向する位置で、前記第２アンテナ基板と反対の方向に配置されるＲＦＩＤタグと効率よく通信することができ、水平面上でその他の位置に存在するＲＦＩＤタグの影響を受けにくい。
そして、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置をＲＦＩＤタグの検査、およびエンコード、デコードに用いた場合、正確でかつ効率よく、ＲＦＩＤタグの検査、およびエンコード、デコードを行うことができる。
また、商品に付されたＲＦＩＤタグを読み取ることにより、店舗における会計を自動化するシステムにこのリーダライタ装置を用いた場合には、スロットアンテナの上方向に配置されたＲＦＩＤタグとのみ通信することができ、他の商品に付されたＲＦＩＤタグの影響を避けるための筐体などのシールドを不要とする、または簡易なものとすることができる。
そして、ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置をＲＦＩＤタグの検査、およびエンコード、デコードに用いた場合、正確でかつ効率よく、ＲＦＩＤタグの検査、およびエンコード、デコードを行うことができる。
また、商品に付されたＲＦＩＤタグを読み取ることにより、店舗における会計を自動化するシステムにこのリーダライタ装置を用いた場合には、スロットアンテナの上方向に配置されたＲＦＩＤタグとのみ通信することができ、他の商品に付されたＲＦＩＤタグの影響を避けるための筐体などのシールドを不要とする、または簡易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】スロットアンテナを水平方向から見た模式的図面である。
【図2】第１アンテナ基板を第２アンテナ基板の方向から見た模式的図面である。
【図3】第２アンテナ基板を第１アンテナ基板と反対の方向から見た模式的図面である。
【図4】スロットアンテナのＹＺ面内の指向性の測定結果を示すグラフである。
【図5】スロットアンテナの水平方向の指向性を示す模式的説明図である。
【図6】リーダライタ装置とＲＦＩＤタグからなるシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。
【0024】
［第１の実施形態］
図１はスロットアンテナ１５０を水平方向から見たときの模式的図面であり、図２は第１アンテナ基板１０を第２アンテナ基板５０の方向から見た模式的図面であり、図３は第２アンテナ基板５０を第１アンテナ基板１０と反対の方向から見た模式的図面である。なお、水平方向とは、第１アンテナ基板１０および第２アンテナ基板５０と平行な方向を意味する。
図１はスロットアンテナ１５０を水平方向から見たときの模式的図面であり、図２は第１アンテナ基板１０を第２アンテナ基板５０の方向から見た模式的図面であり、図３は第２アンテナ基板５０を第１アンテナ基板１０と反対の方向から見た模式的図面である。なお、水平方向とは、第１アンテナ基板１０および第２アンテナ基板５０と平行な方向を意味する。
【0025】
スロットアンテナ１５０は、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０とを備える。第１アンテナ基板１０の第２アンテナ基板５０側の面には、スパイラル状のスリットを有するスロット形成用第１電極２０と、スロット形成用第１電極２０のスリットの内部に設けられ、スロット形成用第１電極２０と所定の間隔を有するスパイラル状のスロット形成用第２電極３０とを備える。第２アンテナ基板５０の第１アンテナ基板１０と反対側の面には、第３電極５５を備える。
第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０とは、例えば、通常のガラスエポキシ基板（ＦＲ－４）を使用することができる。また、スロット形成用第１電極２０、スロット形成用第２電極３０、および第３電極５５は、例えば、銅などの金属をメッキし、エッチングすることで形成することができる。
第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０とは、例えば、通常のガラスエポキシ基板（ＦＲ－４）を使用することができる。また、スロット形成用第１電極２０、スロット形成用第２電極３０、および第３電極５５は、例えば、銅などの金属をメッキし、エッチングすることで形成することができる。
【0026】
第２アンテナ基板５０の端部にはＳＭＣコネクタ８０が配置され、ＳＭＣコネクタ８０のＧＮＤ側は第３電極５５に接続され、信号側はストリップライン７０（図３参照）、給電線４０を経由してスロット形成用第２電極３０に接続される。
第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０は固定用ボルト９０、固定用ナット１００、およびスペーサ１１０で互いにほぼ平行になるように固定されている。第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０の間は本実施形態では空気層であるが、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０の間に誘電体層を挟んだ構造としてもよい。
スロットアンテナ１５０は、スロット形成用第１電極２０とスロット形成用第２電極３０の間のスリットをスロットとするキャビティ付きのスロットアンテナである。
第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０は固定用ボルト９０、固定用ナット１００、およびスペーサ１１０で互いにほぼ平行になるように固定されている。第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０の間は本実施形態では空気層であるが、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０の間に誘電体層を挟んだ構造としてもよい。
スロットアンテナ１５０は、スロット形成用第１電極２０とスロット形成用第２電極３０の間のスリットをスロットとするキャビティ付きのスロットアンテナである。
【0027】
スロット形成用第１電極２０のスリットの長さは、スロットアンテナ１５０の通信周波数の波長をλとして、電気長λ／２とするのが好ましい。また、スロット形成用第２電極３０の長さは電気長λ／４とするのが好ましい。これは、スリットおよびスロットの長さをこのように設定することによって、スロットアンテナ１５０の共振周波数を通信周波数と一致させることができるからである。また、本実施形態ではスロット形成用第１電極２０のスリットの幅は、約０．０１６λ、スロット形成用第２電極３０の幅は、約０．００３λである。
なお、電気長とは、長さを、物理的な長さではなく電波の遅延時間を基準に表したものである。本発明の場合、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０との間を空気層とした場合は電気長は物理的な長さとほぼ同一であるが、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０との間を誘電体層とした場合には電気長は物理的な長さより長くなる。
スロット形成用第２電極３０は図２に示したように、スロット形成用第１電極２０のスリットの中心側の端部付近からスロット形成用第１電極２０と所定の間隔を保持してスパイラル状に形成されている。したがって、スロット形成用第１電極２０のスリットの反対側の端部付近にはスロット形成用第２電極３０は存在しない。また、所定の間隔は本実施形態では約０．０６λである。
なお、スロット形成用第１電極２０のスリットの幅は、０．０１５λから０．０２２λの範囲、スロット形成用第２電極３０の幅は、０．００２λから０．００３λの範囲であることが好ましい。
なお、電気長とは、長さを、物理的な長さではなく電波の遅延時間を基準に表したものである。本発明の場合、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０との間を空気層とした場合は電気長は物理的な長さとほぼ同一であるが、第１アンテナ基板１０と第２アンテナ基板５０との間を誘電体層とした場合には電気長は物理的な長さより長くなる。
スロット形成用第２電極３０は図２に示したように、スロット形成用第１電極２０のスリットの中心側の端部付近からスロット形成用第１電極２０と所定の間隔を保持してスパイラル状に形成されている。したがって、スロット形成用第１電極２０のスリットの反対側の端部付近にはスロット形成用第２電極３０は存在しない。また、所定の間隔は本実施形態では約０．０６λである。
なお、スロット形成用第１電極２０のスリットの幅は、０．０１５λから０．０２２λの範囲、スロット形成用第２電極３０の幅は、０．００２λから０．００３λの範囲であることが好ましい。
【0028】
図１から図３に示すように、第２アンテナ基板５０には第３電極５５に接続された導電性のナット６５が固定され、導電性のボルト６０が差し込まれている。さらにボルト６０は第１アンテナ基板１０の近傍まで伸びて、スロット形成用第２電極３０の直上に位置している（図１、図２参照）。したがって、ボルト６０とスロット形成用第２電極３０とはキャパシタを構成し、ボルト６０を回し、ボルト６０とスロット形成用第２電極３０との間隔を調整することによって、スロット形成用第２電極３０とボルト６０（すなわち第３電極５５）との間の容量値を調整することができる。そして、スロット形成用第２電極３０とボルト６０（すなわち第３電極５５）との間の容量値を調整することによって、スロットアンテナ１５０の共振周波数を微調することができる。
【0029】
図４にスロットアンテナ１５０の垂直波の垂直面での指向性の測定結果のグラフを示す。図４においては、第１アンテナ基板１０に垂直で、第２アンテナ基板５０と反対の方向を＋Ｚ軸とし、＋Ｚ軸からの角度をθとしている。スロットアンテナ１５０は＋Ｚ軸方向において電波の強度が最大となり、θ＝３０度で－１ｄＢ、θ＝６０度で－５ｄＢ、θ＝９０度（±Ｙ軸方向）では－１４ｄＢ以上減衰している。
したがって、例えばＲＦＩＤタグをベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合、＋Ｚ軸方向（スロットアンテナ１５０の真上）にＲＦＩＤタグを置くことにより、対象のＲＦＩＤタグ１２０とは良好な通信特性を示し、対象でないＲＦＩＤタグ（例えばθ＝６０度方向にあるＲＦＩＤタグ）に対しては、その影響を最小限とすることができる。
したがって、例えばＲＦＩＤタグをベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合、＋Ｚ軸方向（スロットアンテナ１５０の真上）にＲＦＩＤタグを置くことにより、対象のＲＦＩＤタグ１２０とは良好な通信特性を示し、対象でないＲＦＩＤタグ（例えばθ＝６０度方向にあるＲＦＩＤタグ）に対しては、その影響を最小限とすることができる。
【0030】
図５は、スロットアンテナ１５０の垂直波の水平面方向での指向性を示す模式的説明図である。図５では＋Ｚ軸との角度θ＝０度（＋Ｚ軸方向）、３０度、６０度、９０度（ＸＹ平面）の方向の電波の強度がＸＹ平面内の方向によってどのように変化するかを示している。
従来のキャビティ付きのスロットアンテナでは、直線状のスリットが形成されており、スロットの長手方向に直交する面内においてθ方向の放射電波（垂直波）が大きく、スロットの長手方向は放射電波が小さい傾向がある。この場合、スロットアンテナは、水平面方向で、スロットの長手方向に直交する方向に位置するＲＦＩＤタグの影響を受けることになる。
これに対して、本発明のスパイラル状のスリットを備えたスロットアンテナ１５０では、電界が印加されるスリットの向きがスパイラルの中心から放射線状に形成されており、このため、図５に示すように、ＸＹ平面内の方向による指向性はほとんどなく、すべての方向において＋Ｚ軸との角度θが小さい方が電波の強度が大きく、θが大きくなると電波の強度が小さくなっている。
したがって、本発明のスパイラル状のスリットを備えたスロットアンテナ１５０では通信相手のＲＦＩＤタグ１２０をスロットアンテナ１５０の上方向に配置することにより、ＲＦＩＤタグ１２０に対して水平方向にあるＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、通信相手のＲＦＩＤタグ１２０に効率よく垂直波のみを与えることができる。
従来のキャビティ付きのスロットアンテナでは、直線状のスリットが形成されており、スロットの長手方向に直交する面内においてθ方向の放射電波（垂直波）が大きく、スロットの長手方向は放射電波が小さい傾向がある。この場合、スロットアンテナは、水平面方向で、スロットの長手方向に直交する方向に位置するＲＦＩＤタグの影響を受けることになる。
これに対して、本発明のスパイラル状のスリットを備えたスロットアンテナ１５０では、電界が印加されるスリットの向きがスパイラルの中心から放射線状に形成されており、このため、図５に示すように、ＸＹ平面内の方向による指向性はほとんどなく、すべての方向において＋Ｚ軸との角度θが小さい方が電波の強度が大きく、θが大きくなると電波の強度が小さくなっている。
したがって、本発明のスパイラル状のスリットを備えたスロットアンテナ１５０では通信相手のＲＦＩＤタグ１２０をスロットアンテナ１５０の上方向に配置することにより、ＲＦＩＤタグ１２０に対して水平方向にあるＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、通信相手のＲＦＩＤタグ１２０に効率よく垂直波のみを与えることができる。
【0031】
［第２の実施形態］
図６に、第２の実施形態のリーダライタ装置１６０とＲＦＩＤタグ１２０とからなるシステムの構成図を示す。
リーダライタ装置１６０はリーダライタ１４０とスロットアンテナ１５０とから構成され、ＲＦＩＤタグアンテナ１２５を備えたＲＦＩＤタグ１２０と通信する。そして、第２の実施形態のリーダライタ装置１６０ではＲＦＩＤタグ１２０をスロットアンテナ１５０の上方向に配置することにより水平方向にあるＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、通信相手のＲＦＩＤタグ１２０に効率よく垂直波のみを与えることができる。
例えば、ＲＦＩＤタグを、ベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合には、対象となるＲＦＩＤタグ１２０の前後に対象外のＲＦＩＤタグが存在している。そして、ＲＦＩＤタグ検査用のリーダライタ装置１６０は、対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、対象となるＲＦＩＤタグ１２０と通信できることが必要である。
このような場合に、本願発明のスロットアンテナ１５０を備えたリーダライタ装置１６０を用いることで、対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、対象となるＲＦＩＤタグ１２０と通信することができる。
図６に、第２の実施形態のリーダライタ装置１６０とＲＦＩＤタグ１２０とからなるシステムの構成図を示す。
リーダライタ装置１６０はリーダライタ１４０とスロットアンテナ１５０とから構成され、ＲＦＩＤタグアンテナ１２５を備えたＲＦＩＤタグ１２０と通信する。そして、第２の実施形態のリーダライタ装置１６０ではＲＦＩＤタグ１２０をスロットアンテナ１５０の上方向に配置することにより水平方向にあるＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、通信相手のＲＦＩＤタグ１２０に効率よく垂直波のみを与えることができる。
例えば、ＲＦＩＤタグを、ベルトコンベア等を用いて流れ作業で検査、およびエンコード、デコードをする場合には、対象となるＲＦＩＤタグ１２０の前後に対象外のＲＦＩＤタグが存在している。そして、ＲＦＩＤタグ検査用のリーダライタ装置１６０は、対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、対象となるＲＦＩＤタグ１２０と通信できることが必要である。
このような場合に、本願発明のスロットアンテナ１５０を備えたリーダライタ装置１６０を用いることで、対象外のＲＦＩＤタグの影響を受けることなく、対象となるＲＦＩＤタグ１２０と通信することができる。
【0032】
また、最近、商品に付されたＲＦＩＤタグを読み取ることにより、店舗における会計を自動化するシステムが使われはじめている。この会計システムにおいては、商品を収納する筐体の中にある商品に付されたＲＦＩＤタグのみと通信する必要がある。しかし、商品に付されたＲＦＩＤタグを読み取るリーダライタ装置の近辺には、別の商品に付されたＲＦＩＤタグが存在しており、従来のリーダライタでは、筐体および／またはふたをシールドすることにより、筐体の外にある商品に付されたＲＦＩＤタグとの通信を妨害することが必要であった。
これに対して、本願発明のスロットアンテナ１５０を用いたリーダライタ装置１６０ではスロットアンテナ１５０の上方向に配置されたＲＦＩＤタグ１２０とのみ通信することができるため、筐体および／または筐体を閉じるふたのシールドをなくする、またはより簡易なものにすることができる。
これに対して、本願発明のスロットアンテナ１５０を用いたリーダライタ装置１６０ではスロットアンテナ１５０の上方向に配置されたＲＦＩＤタグ１２０とのみ通信することができるため、筐体および／または筐体を閉じるふたのシールドをなくする、またはより簡易なものにすることができる。
【0033】
本発明において、第１アンテナ基板１０が『第１アンテナ基板』に相当し、スロット形成用第１電極２０が『スロット形成用第１電極』に相当し、スロット形成用第２電極３０が『スロット形成用第２電極』に相当し、第２アンテナ基板５０が『第２アンテナ基板』に相当し、第３電極５５が『第３電極』に相当し、給電線４０が『給電線』に相当し、ＲＦＩＤタグ１２０が『ＲＦＩＤタグ』に相当し、リーダライタ１４０が『リーダライタ』に相当し、スロットアンテナ１５０が『スロットアンテナ』に相当し、可変キャパシタ用のボルト６０が『ボルト』に相当し、可変キャパシタ用のナット６５が『ナット』に相当し、リーダライタ装置１６０が『ＲＦＩＤタグ用リーダライタ装置』に相当する。
【0034】
本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【0035】
１０ 第１アンテナ基板
２０ スロット形成用第１電極
３０ スロット形成用第２電極
４０ 給電線
５０ 第２アンテナ基板
５５ 第３電極
６０ 可変キャパシタ用ボルト
６５ 可変キャパシタ用ナット
７０ ストリップライン
８０ ＳＭＣコネクタ
９０ 固定用ボルト
１００ 固定用ナット
１１０ スペーサ
１２０ ＲＦＩＤタグ
１２５ ＲＦＩＤタグアンテナ
１３０ 電波の放射方向
１４０ リーダライタ
１５０ スロットアンテナ
１６０ リーダライタ装置
２０ スロット形成用第１電極
３０ スロット形成用第２電極
４０ 給電線
５０ 第２アンテナ基板
５５ 第３電極
６０ 可変キャパシタ用ボルト
６５ 可変キャパシタ用ナット
７０ ストリップライン
８０ ＳＭＣコネクタ
９０ 固定用ボルト
１００ 固定用ナット
１１０ スペーサ
１２０ ＲＦＩＤタグ
１２５ ＲＦＩＤタグアンテナ
１３０ 電波の放射方向
１４０ リーダライタ
１５０ スロットアンテナ
１６０ リーダライタ装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
