JP4131250B2 - リーダライタ - Google Patents

Description

この発明は、リーダライタとタグとの間で誘導電磁界を用いて非接触に情報をやり取りするＲＦＩＤシステム(Radio Frequency IDentification System)に関し、さらに詳しくは通信性能の向上に加えて回路やアンテナを簡単化できるリーダライタに関する。

一般に、物品や機器の照合確認などによる自動化を進めていくには、例えば物品に取付けられたタグに記録されている認証情報を能率よく読取ることが重要である。従来、このような読取りを実現するためには、タグに認証情報に対応したバーコードを記録し、これをバーコードリーダで読取るようにしている。

しかしながら、バーコードリーダを用いてバーコード情報を読取るためには、両者間に一定の距離と方向との関係付けを高精度に行う必要があり、照合の自動化および円滑化を図るうえで障害になっていた。さらに、バーコード情報には入力できる情報量が少なく、物品の管理能力も限られていた。

そこで近年、誘導電磁界を発生するリーダライタ側と、データキャリアとして用いられる非接触ＲＦタグ(例えばＩＣタグ)とを無線で非接触に通信して情報をやり取りするＲＦＩＤシステムが開発されている。このＲＦＩＤシステムを用いれば、読取り時に誘導電磁界を用いることから、読取りに際して両者間の距離と方向との制約をさほど受けなくなる。このため、離れた位置からでも、そのタグに記録されている認証情報を確実に読取ることができる。

この場合、リーダライタ側は、図８に示すように、アンテナ整合回路８１とアンテナコイル８２とからなるループコイルアンテナ８３を有している。ところで、このループコイルアンテナ８３に金属などの導体が近づいたとき、あるいはタグが近づいたとき、アンテナコイル８２との結合度の変化が大きくなり、この際にアンテナ整合回路８１に不整合が発生し、このために交信不能領域を誘起したり、交信距離を低下させることがあった。

さらに、現状のＲＦＩＤシステムのアンテナ整合回路では、アンテナからの漏れ電流を抑制するために、例えば図９(Ａ)に示すように、ＩＳＯ１０３７３の検査規格で使用される補償コイル方式や、図９(Ｂ)に示すトランス等を使用したアンテナ整合回路で平衡不平衡変換を行っている。

しかし、これらのアンテナ整合回路を用いるには、回路やアンテナコイルが複雑化するといった問題を有していた。

さらに、リーダライタ側に備えられる送信回路や受信回路を構成する場合においても、安定した変調信号を得るには回路が複雑になり、コスト高を余儀なくされていた。
例えば、受信回路を構成する場合、図１０に示すように、１次帯域フィルタ１０１、１次検波器１０２、２次帯域フィルタ１０３、２次検波器１０４、低域フィルタ１０５を、この順に並べ、副搬送波の周波数に変調して伝送するとき、この順に情報を通過させることにより情報を復調している。しかしながら、副搬送波の周波数を増幅して情報を復調するために多くの構成を要して回路が複雑になり、コスト高になっていた。

このほかにも、アンテナ装置に共振周波数可変機能を付加することにより、金属などの導体が接近することにより生じる通信不能等の不具合を解消できるようにしたＲＦＩＤシステムのアンテナ装置が知られている(例えば特許文献１参照)。

特開２００１−３４４５７４号公報

しかし、この場合はリーダライタのアンテナ装置と、ここに外部から近づくタグまたは金属などの導体との距離変化に伴う双方の結合度が強い場合には、交信領域内での近点抜け、中抜けといった交信不良領域が生じる問題を有していた。

そこでこの発明は、リーダライタに金属やタグなどの導体が近接した場合であっても、その影響を回避できるアンテナ整合回路を構築して該アンテナ整合回路の安定化を図ることにより、交信不良領域の解消および交信距離を安定して維持することができるリーダライタの提供を目的とする。

この発明は、リーダライタとタグとの間で誘導電磁界を用いて非接触に情報を送受信して情報のやり取りを行うＲＦＩＤシステムに用いるリーダライタであって、入力側では入力信号ラインとグランドラインとが設けられ、出力側では出力信号ラインとグランドラインとが設けられ、不平衡回路として構成されたアンテナ整合回路と、第１の端子と第２の端子とを備えた誘導電磁界を発生させるアンテナコイルとを備え、前記アンテナコイルの第１の端子は前記アンテナ整合回路の出力信号ラインと接続され、前記アンテナ整合回路のグランドラインと前記アンテナコイルの第２の端子の間にコンデンサを介して接続したリーダライタであることを特徴とする。

この場合は、アンテナコイルとグランド間にコンデンサを１個介在させるだけで、リーダライタ側でのアンテナコイルの平衡不平衡変換を行うアンテナ整合回路を構成することができる。このため、複雑なアンテナ整合回路や複雑なアンテナコイルを要せずに平衡不平衡変換を実現できる。

このようなアンテナ整合回路を構築すれば、簡単な回路構成でありながら漏れ電流、コモンモードノイズ、不要輻射などを低減することができる。このほかにも、補償コイル方式のコイルを、見かけ上約２倍のインダクタンス値のコイルとして使用できるため、小型化にするときの制約を軽減すること、アンテナコイル電流を約半分にできることなどの利点が得られる。

この発明の別の構成では、前記アンテナコイルで囲まれる内部に、該アンテナコイルと絶縁された導体を配置すると共に、情報を副搬送波の周波数に変調して伝送するとき、該情報に基づく複数の制御信号が入力されると、該複数の制御信号の矩形波を読出し、この読出した各矩形波と１つのクロック信号とにより生成した複数の信号を抵抗分圧した後、合算し帯域フィルタに通過させて振幅変調信号を生成する送信回路を備え、該情報を１次検波と低域フィルタとに通過させて変調する受信回路を備えることができる。

この場合は、１次検波と低域フィルタとで情報を副搬送波の周波数に変調して受信することができるので、複数の帯域フィルタと２次検波を省いた簡単な受信回路を構成することができる。従って、このような受信回路にすれば、部品点数の省略が図れ、リーダライタを簡素化して低コストに製作することができる。また、このような構成によれば、リーダライタのアンテナコイルとタグとの距離が近く、電気的な結合が高い場合であっても、副搬送波の周波数を増幅せずに容易に情報の復調が可能になる。

さらに、入力された制御信号の矩形波を抵抗分圧しておいて帯域フィルタにかけることによって、きめ細かに変調されて安定した振幅変調信号（ＡＳＫ信号）を生成することができる。従って、送信回路から安定した送信信号を出力することができる。また、このような送信回路にすれば、回路を簡素化できるためリーダライタを低コストに製作することができる。

この場合、リーダライタの構成に際しては、ループコイルアンテナ側と、駆動回路側とを分離した分離型のリーダライタに構成してもよく、アンテナ側と、駆動回路側とを一体化した一体型のリーダライタに構成することもでき、用途に応じて使い分けることができる。

この請求項１に記載の発明によれば、アンテナコイル１５とグランドＧ間にコンデンサＣを１個介在させるだけで、リーダライタ１１側でのアンテナコイル１５の平衡不平衡変換を可能にしてアンテナコイル１５からの漏れ電流を抑制している。このため、複雑な回路や複雑なコイルを要せずに平衡不平衡変換を実現できる。従って、このような回路を構築すれば、簡単な回路構成でありながら漏れ電流のほかにも、コモンモードノイズ、不要輻射などを低減することができる。

ことに、元のコイルを変更せずに、約２倍のインダクタンス値として使用できること、アンテナコイル電流を半分にできることなどの理由からリーダライタ１１を小型に製作するときに制約を軽減できる。

この請求項２に記載の発明によれば、リーダライタ１１側とＩＣタグ１９側との距離が近くなると、リーダライタ１１側に備えた金属板１７には渦電流が生じているため、この金属板１７によってリーダライタ１１側のアンテナコイル１５はインダクタンスの変化量が少なくなっており、これに比例してアンテナ整合回路１６の変化量も小さくなっている。このため、リーダライタ１１側とＩＣタグ１９側との双方のアンテナコイル同士の結合変化による影響度が抑制されることになる。このため、安定した整合を確保してＩＣタグ１９とは信頼性の高い交信性能を維持することができる。

さらに、遅延等の影響を受けにくく安定した振幅変調信号(ＡＳＫ信号)を生成する。このように安定した振幅変調信号を生成することができるため、送信回路からは安定した変調信号を出力することができる。また、このような送信回路を用いれば、回路を簡素化して構成することができるため、低コストに製作することができる。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて説明する。
図面はＲＦＩＤシステムに用いられる分離型のリーダライタを示し、図１において、この分離型のリーダライタ１１は非導電性の樹脂材質を用いた一方のリーダライタ基板１２と、同じく非導電性の樹脂材質を用いた他方のアンテナ基板１３とを分離して設けたものである。

このうち、一方のリーダライタ基板１２には情報を読取り書込みする駆動回路１４を搭載し、他方のアンテナ基板１３にはループコイルアンテナとして構成されるアンテナコイル１５とアンテナ整合回路１６と導電性の金属板１７とを搭載して設け、その間を配線１８で接続している。

前記リーダライタ１１からアンテナコイル１５に磁界を発生させ、この磁界発生領域に外部から近づいてきたＩＣタグ１９が入ったとき、この領域内のＩＣタグ１９のアンテナコイルに発生する電力で該ＩＣタグ１９の図示しない制御回路を動かして、前記リーダライタ１１側と交信して情報のやり取りを行う。

上述の分離されたリーダライタ基板１２とアンテナ基板１３とは、分離して設ける以外に、リーダライタ基板１２側とアンテナ基板１３側との２枚の非導電性の樹脂材質の基板を上下に重ね合せて一体に設けてもよく、１枚の非導電性の樹脂材質の基板に搭載部品を組込んで設けてもよく、例えば図２に示すように、単体として一体化した一体型のリーダライタ２０に設けることもできる。

前記金属板１７は、渦電流を発生可能な導体であればよく、例えば金属板や金属箔を用いる。そして、例えば長方形状を有するアンテナ基板１３の長方形状に沿うループ状のアンテナコイル１５で囲まれる中央部に同長方形状にして搭載、あるいは埋設して一体に取付けられる。

図３は上述の金属板１７とアンテナコイル１５との配置関係を示し、長方形状の樹脂基板と同長方形状のループ状に配置されたアンテナコイル１５で囲まれる内部の位置に、同長方形状の金属板１７を配置している。
このように、金属板１７を配置すると、該金属板１７はアンテナコイル１５から発生した磁界の影響を受けて該金属板１７の外表面に効率よく渦電流を生じさせることができる。このため、金属板１７の取付けに際しては、アンテナコイル１５に囲まれる内部の位置関係が適している。

この場合、あえて金属板１７を配置して該金属板１７に意図的に渦電流を流すことによって、リーダライタ１１とタグ１９との距離が近くなるときのアンテナ同士の結合変化による影響度を抑制することができる。この抑制作用によって、アンテナコイル１５のインダクタンス成分の変化量が少なくなり、これに比例してアンテナ整合回路の変化量も小さくなるため、不整合を低減できる。この結果、リーダライタとタグとの距離変化に伴うアンテナ同士の結合度が強い場合であっても、交信領域内での近点抜け、中抜けといった交信不能領域の発生および交信距離の低下を防ぐことができる。

図４はリーダライタ１１のアンテナ基板１３に備えられるアンテナ整合回路１６とアンテナコイル１５の回路図を示し、この回路はアンテナコイル１５とグランドＧ間に平衡不平衡変換用のコンデンサＣを介在させて構成している。

この場合、アンテナコイル１５とグランドＧ間にコンデンサＣを１個介在させるだけで、リーダライタ１１側でのアンテナコイル１５の平衡不平衡変換を可能にしてアンテナコイル１５からの漏れ電流を抑制している。このため、複雑な回路や複雑なコイルを要せずに平衡不平衡変換を実現できる。従って、このような回路を構築すれば、簡単な回路構成でありながら漏れ電流のほかにも、コモンモードノイズ、不要輻射などを低減することができる。

ことに、元のコイルを変更せずに、約２倍のインダクタンス値として使用できること、アンテナコイル電流を半分にできることなどの理由からリーダライタ１１を小型に製作するときに制約を軽減できる。

図５はリーダライタ１１の送信回路を示し、この送信回路は入力される制御信号CRY1，CRY2およびクロック信号CLKと接続された論理積回路AND1，AND2と、抵抗器R1，R2と、帯域フィルタBPFとを順につないで図示の如く構成する。そして、制御信号CRY1，CRY2が入力されたとき、クロック信号CLKおよび論理積回路AND1，AND2で入力タイミングをとって、該制御信号CRY1，CRY2の矩形波を読出し、この読出した矩形波を抵抗器R1，R2で抵抗分圧した後、帯域フィルタBPFに通過させる。

これにより、図６のタイムチャートに示すように、遅延等の影響を受けにくく安定した振幅変調信号(ＡＳＫ信号)を生成する。このように安定した振幅変調信号を生成することができるため、送信回路からは安定した変調信号を出力することができる。また、このような送信回路を用いれば、回路を簡素化して構成することができるため、低コストに製作することができる。

図７はリーダライタ１１の受信回路を示し、この受信回路は検波器７１と低域フィルタ７２の順につないで図示の如く構成する。そして、この受信回路で情報を副搬送波の周波数に変調して伝送するとき、該情報を検波器７１と低域フィルタ７２とに通過させて変調する。

この場合、検波器７１と低域フィルタ７２とで情報を副搬送波の周波数に変調して受信することができるので、複数の帯域フィルタと２次検波を省いた簡単な受信回路を構築することができる。従って、部品点数の省略が図れ、受信回路を簡素化して低コストに製作することができる。このような受信回路を用いれば、リーダライタ１１とタグ１９との距離が近くなって、アンテナ同士の結合が高い状態にあっても、副搬送波の周波数を増幅せずに容易に情報の復調が可能になる。
このように構成された分離型のリーダライタ１１の使用状態を次に説明する。この分離型のリーダライタ１１のアンテナ基板１３側にＩＣタグ１９が近づいてきた場合、このアンテナ基板１３側のアンテナコイル１５から出力されたある方向に向けての空間に形成された交信領域にＩＣタグ１９が入ると、これに基づいてＩＣタグ１９は該タグ１９のアンテナコイルに発生する電力で該タグ１９の制御回路を駆動してリーダライタ１１側に情報を送るための電波を出力して、このＩＣタグ１９とリーダライタ１１との間で情報のやり取りを行う。

この場合、リーダライタ１１側とＩＣタグ１９側との距離が近くなると、リーダライタ１１側に備えた金属板１７には渦電流が生じているため、この金属板１７によってリーダライタ１１側のアンテナコイル１５はインダクタンスの変化量が少なくなっており、これに比例してアンテナ整合回路１６の変化量も小さくなっている。このため、リーダライタ１１側とＩＣタグ１９側との双方のアンテナコイル同士の結合変化による影響度が抑制されることになる。このため、安定した整合を確保してＩＣタグ１９とは信頼性の高い交信性能を維持することができる。

上述のように、リーダライタ側とＩＣタグ側との両者間の間隔変動によるアンテナの不整合を解消するための一手段として、リーダライタ側のアンテナコイルの内部に金属板を配置するだけで信頼性の高い通信性能を確保することができる。

この発明と上述の一実施例の構成との対応において、この発明の構成は実施例の構成に対応するも、この発明は請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、上述の一実施例の構成のみに限定されるものではない。例えば、上述の実施例では分離型のリーダライタ１１を例にとって説明したが、これに限らず、一体型のリーダライタ２０を用いても同様の作用効果が得られる。

分離型リーダライタの使用状態を示す斜視図。 一体型のリーダライタの一例を示す斜視図。 分離型リーダライタの金属板の配置状態を示す要部平面図。 分離型リーダライタのアンテナ整合回路を示す電気回路図。 分離型リーダライタの送信回路を示す電気回路図。 送信回路の各信号の波形を示すタイムチャート。 受信回路の構成を示す要部ブロック図。 従来の金属板のないアンテナ整合回路とアンテナコイルを示す要部平面図。 従来の各アンテナ整合回路を示す電気回路図。 従来の受信回路の構成を示す要部ブロック図。

符号の説明

１１，２０…リーダライタ
１５…アンテナコイル
１６…アンテナ整合回路
１７…金属板

Claims (2)

1. リーダライタとタグとの間で誘導電磁界を用いて非接触に情報を送受信して情報のやり取りを行うＲＦＩＤシステムに用いるリーダライタであって、
   入力側では入力信号ラインとグランドラインとが設けられ、出力側では出力信号ラインとグランドラインとが設けられ、不平衡回路として構成されたアンテナ整合回路と、
   第１の端子と第２の端子とを備えた誘導電磁界を発生させるアンテナコイルとを備え、
   前記アンテナコイルの第１の端子は前記アンテナ整合回路の出力信号ラインと接続され、
   前記アンテナ整合回路のグランドラインと前記アンテナコイルの第２の端子の間にコンデンサを介して接続したことを特徴とする
   リーダライタ。
2. 前記アンテナコイルで囲まれる内部に、該アンテナコイルと絶縁された導体を配置すると共に、
   情報を副搬送波の周波数に変調して伝送するとき、
   該情報に基づく複数の制御信号が入力されると、該複数の制御信号の矩形波を読出し、この読出した各矩形波と１つのクロック信号とにより生成した複数の信号を抵抗分圧した後、合算し帯域フィルタに通過させて振幅変調信号を生成する送信回路を備え、
   該情報を１次検波と低域フィルタとに通過させて変調する受信回路を備えた
   請求項１に記載のリーダライタ。

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