JP2020010268A - 非接触通信システムのアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 収納体内の誘導磁界の強度を、アンテナ間で可能な限り均一にして通信不能な領域を無くし、密に重ねて収納体に収納される物品でも、相互干渉を生じることなく非接触通信を行える非接触通信システムのアンテナを提供する。【解決手段】 物品の管理情報を記憶する記憶手段と、この記憶手段を付した前記物品を収納する収納体１０に設けられ、誘導磁界を発生させるアンテナ１と、このアンテナ１を介して前記記憶手段との間で非接触で通信を行うＲ／Ｗ装置とを有する非接触通信システムの前記アンテナにおいて、前記収納体の底部１０ａから側部１０ｂにかけて連続するループアンテナを配置し、前記ループアンテナは、底部１０ａから側部１０ｂに向けて一つの導線によって連続して形成されているとともに、一方の側壁部１０ｂから他方の側壁部１０ｂに向けて通過する磁界が増幅される二つのループアンテナＲ１，Ｒ２を構成するように、前記導線を配線した。【選択図】 図１

Description

本発明は、リーダ／ライタ装置と物品に設けたＲＦタグやＲＦＩＣなどの記憶手段との間で、非接触で通信を行い、前記記憶手段に記録された情報の送受信を行う非接触通信システムに関し、特に、収納棚などの収納体に収納された物品に付された前記記憶手段と前記リーダ／ライタ装置との間で非接触通信を行う際に、前記収納体内に発生する磁界強度のムラを改善し、前記記憶手段と前記リーダ／ライタ装置との間で確実に通信を行うことができるようにする非接触通信システムのアンテナに関する。

物品に付されて物品とともに移動可能なＲＦタグやＲＦＩＣなどの記憶手段とリーダ／ライタ装置（以下Ｒ／Ｗ装置と記載する）との間で非接触の無線通信を行う非接触通信システムが知られており、物流や人の出入り管理などの多様な用途に利用されている。このような非接触通信システムでは、前記記憶手段とＲ／Ｗ装置との間にループアンテナを設けていて、電源を持たない前記記憶手段に対して前記ループアンテナにより非接触で電源を供給するとともに、Ｒ／Ｗ装置から前記記憶手段に対して質問データを送信し、前記記憶手段から前記質問データに応じた応答データをＲ／Ｗ装置へ返信する。

ところで、例えば書籍、ＣＤなどのディスク類、ビデオテープなどの磁気テープ類などの薄肉の物品は、棚状の収納体に密接させた状態で並べて収納されることが多く、このような物品の管理においても、非接触通信システムの利用が拡がりつつある。
図４は、書籍などの前記物品を収納する収納棚に非接触通信システムを適用した一例を示すものである。図示の例の収納棚１０は、底部１０ａと、この底部の両側から裁ち上がる二つの側部１０ｂと、対向配置された二つの側部１０ｂの間に設けられた背部１０ｃとから形成されている。書籍やＣＤなどの物品Ｂは、図示のように収納棚１０に並べて配置される。
ループアンテナ１１は、対向する側部１０ｂに設けられていて、各ループアンテナ１１の両端は電源１２に接続される。そのため、対向配置されたループアンテナ１１間には、図示するような誘導磁界が発生し、この誘導磁界によって物品Ｂに付されたＲＦタグやＲＦＩＣなどの記憶手段とＲ／Ｗ装置（図示せず）との間で送受信が行われる。

しかし、図に示すような従来のループアンテナ１１では、誘導磁界に、前記記憶手段とＲ／Ｗ装置との間で通信ができない領域が発生しやすいという問題がある。
図５（ａ）は、この種のループアンテナ１１における物品（記憶手段）の位置と誘導磁界の磁界強度との関係を示すグラフであるが、ループアンテナ１１に近い両端近傍では、前記記憶手段とＲ／Ｗ装置との間の通信可能なレベルを越えているものの、中央付近では通信可能なレベルを下回っており、この領域で記憶手段とＲ／Ｗ装置との間で通信不能が発生しやすい。

このような通信不能領域を削減するために、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１に記載の非接触通信システムでは、非接触による通信可能領域を拡大するために、質問器側のループアンテナＡ１，Ａ２と応答器側のループアンテナＤ１〜Ｄ３の間に、補助アンテナＣ１〜Ｃ３を配置し、補助アンテナＣ１〜Ｃ３を介して質問器と応答器とを非接触で通信するように構成したものである。
また、コイルの中心軸から偏った位置における磁界強度を高めるために、特許文献２に記載のコイルアンテナおよび質問器では、コイルアンテナ１００のコイルを８の字状とするとともに、８の字状に巻かれた一方のループと他方とが所定の角度θをなすように折り曲げている。

特開２００７−８９００５号公報 特開２００３−３４７８３０号公報（図２及び図３参照）

特許文献１に記載のコイルアンテナでは、質問器側のループアンテナと応答器側のループアンテナとの距離が大きくなっても、補助アンテナによって非接触通信を可能にできるが、ループアンテナと補助アンテナとの間に通信可能なレベルが低い領域が依然として存在し、当該領域で通信不能が発生しやすいという問題が残存する。
また、特許文献２に記載の８の字状のループアンテナを用いれば、図５（ｂ）に示すように、二つのループアンテナの間の中間部分で磁界強度を高くすることはできるものの、当該中間部分とループアンテナとの間で未だレベルの低い領域が存在し、当該領域で通信不能が発生しやすいという問題が依然として残存している。

さらに、書籍やＣＤなどのような薄肉の物品は、密に重ね合わせた状態で本棚等の収納体に並べて収納されるが、このような物品を収納する収納体においては、通信不能な領域が僅かに存在していても、一部の物品に付されたＲＦタグやＲＦＩＣなどの記憶手段とＲ／Ｗ装置の間で通信ができなくなるという問題が生じる。このような物品を収納する収納体においては、複数のアンテナを近接させて配置すれば、ある程度、このような問題を解決することはできるが、複数のアンテナを近づけ過ぎると相互干渉により却って感度が低下するという問題があるうえ、アンテナを増やした分だけ物品の収納数が減るという新たな問題が発生する。

本発明はこのような問題を一挙に解決するためになされたもので、収納体内の誘導磁界の強度を、アンテナ間で可能な限り均一にして通信不能な領域を無くし、かつ、書籍やＣＤのように密に重ねて収納体に収納される物品であっても、相互干渉を生じることなく、前記物品に付したＲＦタグやＲＦＩＣなどの記憶手段とＲ／Ｗ装置との間で確実に非接触通信を行えるようにする非接触通信システムのアンテナの提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明の非接触通信システムのアンテナは、請求項１に記載するように、物品の管理情報を記憶する記憶手段と、この記憶手段を付した前記物品を収納する収納体に設けられ、誘導磁界を発生させるアンテナと、このアンテナを介して前記記憶手段との間で非接触により通信を行うリーダ／ライタ装置とを有する非接触通信システムの前記アンテナにおいて、前記収納体の底部から側部にかけて連続するループアンテナを配置し、前記ループアンテナは、前記底部から前記側部に向けて一つの導線によって連続して形成されているとともに、一方の前記側壁部から他方の前記側壁部に向けて通過する磁界が増幅される二つのループアンテナを構成するように、前記導線を配線した構成としてある。 このように構成すれば、二つのループアンテナ間で生じる誘導磁界は、前記収納体の一端から他端まで誘導磁界が通信可能なレベルを越え、通信不能な空間部の発生を抑制することができる。また、二つのループアンテナを近接させても相互干渉を生じることなく誘導磁界を増強することができるので、ＣＤや書籍のように薄肉の物品が密に収納された収納体においても、一部の物品の前記記憶手段とＲ／Ｗ装置との間で通信が行えないという不具合の発生を抑制することができる。

前記ループアンテナは、請求項２に記載するように、第一から第四の部分で形成することができる。すなわち、電源の正極に接続された前記導線の第一の部分を、前記収納体の底部を横断する方向に配置し、前記第一の部分に連続する第二の部分を、一方の前記側部を横断する方向に配置し、前記第二の部分に連続する第三の部分を、前記底部を横断する方向に配置し、前記第三の部分に連続する第四の部分を、他方の前記側部を横断する方向に配置するとともに前記電源の負極に接続し、前記第一の部分及び前記第三の部分で電流の方向を同方向とし、前記第二の部分及び前記第四の部分で電流の方向を、前記第一の部分及び前記第三の部分と逆方向とするとよい。
請求項３に記載するように、前記第一の部分及び前記第三の部分は、前記底部を縦断方向に均等分割する位置に配置するとよい。

また、請求項４に記載するように、前記底部に、前記ループアンテナとは別のループアンテナを一つ又は複数設ければ、収納体の内部で、例えば書籍やＣＤのような薄肉の物品が倒れたり傾いたりして、前記ループアンテナを利用しての前記記憶手段と前記Ｒ／Ｗ装置との間の通信が正常に行えないような事態が発生しても、前記別のループアンテナを利用してこのような物品の前記記憶手段とＲ／Ｗ装置との間で通信を確実に行うことが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１（ａ）は本発明の非接触通信システムのアンテナ第一の実施形態にかかり、アンテナの概略構成を説明する斜視図、図１（ｂ）はアンテナを正面視した図で、アンテナを構成する第一〜第四の導体に発生する磁力線と誘導磁界との関係を説明する図である。
なお、図１（ａ）では、図４に示した収納棚１０のうち底部１０ａのみを図示し、側部１０ｂと背部１０ｃは図示を省略している。

この実施形態においてアンテナ１は、収納体である収納棚１０の底部１０ａの両側に設けられた二つのループＲ１，Ｒ２から構成されている。ループＲ１，Ｒ２のそれぞれは、底部１０ａの端部で、底部１０ａから側部１０ｂ（図４参照）に沿って屈曲状に折れ曲がるように形成され、かつ、二つのループＲ１，Ｒ２は、電源１２の正極（又は負極）を始点とし負極（又は正極）を終点とする一本の導線によって、連続して一筆書き状に形成されている。
ループＲ１，Ｒ２は、図１に示すように、電源１２の正極側から順に、互いに平行な四つの部分である第一の部分１ａ、第二の部分１ｂ、第三の部分１ｃ及び第四の部分１ｄを有している。

第一の部分１ａは、電源１２の正極側から底部１０ａをほぼ三等分する位置で底部１０ａを横断するように配置され、この第一の部分１ａに連続する第二の部分１ｂは、一方の側部１０ｂの上方で側部１０ｂを横断するように配置されている。また、第二の部分１ｂに連続する第三の部分１ｃは、底部１０ａをほぼ三等分する位置で底部１０ａを横断するように配置され、この第三の部分１ｃに連続する第四の部分１ｄは、他方の側部１０ｂの上方で側部１０ｂを横断するように配置されている。

上記構成のアンテナ１では、電源１２からアンテナ１に電圧が印加されると、図中矢印で示すように、第一の部分１ａと第三の部分１ｃで電流の向きが同方向になり、第二の部分１ｂと第四の部分１ｄで電流の向きが、第一の部分１ａ及び第三の部分１ｃの電流の向きと逆方向になる。そのため、第一の部分１ａ〜第四の部分１ｄには、図１（ｂ）に示すような向きに磁界が発生する。この磁界によってループＲ１，Ｒ２を通過する誘導磁界は、側部１０ｂだけでなく、底部１０ａも通過するようになる。また、ループＲ１，Ｒ２を接近させても、干渉を生じることなく誘導磁界を増強することができる。
図２は、上記構成のアンテナ１による物品（記憶手段）の位置と誘導磁界の磁界強度との関係を示すグラフである。本発明のアンテナ１によれば、ループＲ１，Ｒ２に近い両端近傍と中央付近で誘導磁界の強度が高く、かつ、両端から中央に向けて誘導磁界の強度が高くなって通信可能レベルを越えており、側部１０ｂ，１０ｂ間で通信不能な領域は存在しない。

［第二の実施形態］
図３は、本発明の非接触通信システムのアンテナの第二の実施形態にかかり、アンテナの概略構成を説明する斜視図である。
この実施形態では、第一の実施形態のアンテナ１の他に、底部１０ａに別のループアンテナ（補助アンテナ２）を設けている。なお、図示の例では補助アンテナ２は一つだけであるが、設ける補助アンテナ２の数は複数でもよい。
このような補助アンテナ２を設ければ、収納棚１０の内部で書籍やＣＤ等の薄肉の物品が倒れたり傾いたりして、アンテナ１を利用した前記記憶手段と前記Ｒ／Ｗ装置との間の通信が正常に行えないような事態が発生しても、アンテナ２を利用して通信を確実に行うことが可能になる。アンテナ１とアンテナ２とは、誘導磁界が相互に干渉しないようにするために、一定の時間間隔で交互に電圧を印加するようにするのが好ましい。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記の説明では、説明の便宜上、アンテナ１，２，１１を電源１２に接続しているが、実際にはアンテナ１，２，１１はＲ／Ｗ装置に接続され、Ｒ／Ｗ装置を介して電圧の印加が行われる。
また、本発明においても、アンテナ１や底部１０の補助アンテナ２の他に、例えば側部１０ａ，１０ａと平行な別の補助アンテナを、側部１０ａ，１０ａ間に一つ又は複数設けてもよい。

本発明は、本やＣＤに限らず、棚状の収納体に収納される物品であれば置物などの物品の管理にも広範に適用が可能である。

図１（ａ）は本発明の非接触通信システムのアンテナ第一の実施形態にかかり、アンテナの概略構成を説明する斜視図、図１（ｂ）はアンテナを正面視した図で、アンテナを構成する第一〜第四の導体に発生する磁力線と誘導磁界との関係を説明する図である。 本発明の第一の実施形態にかかるアンテナの作用を説明する図で、本発明のアンテナにおける物品（記憶手段）の位置と誘導磁界の磁界強度との関係を示すグラフである。 本発明の非接触通信システムのアンテナの第二の実施形態にかかり、アンテナの概略構成を説明する斜視図である。 本発明の従来例にかかり、書籍などの物品を収納する収納棚に非接触通信システムを適用した一例を示すものである。 図５は本発明の従来例にかかり、（ａ）は従来のループアンテナにおける物品（記憶手段）の位置と誘導磁界の磁界強度との関係を示すグラフ、（ｂ）は特許文献２に記載されたような８の字状のアンテナにおける物品（記憶手段）の位置と誘導磁界の磁界強度との関係を示すグラフである。

１，２，１１ アンテナ
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 第一〜第五の部分
１０ 収納棚
１０ａ 底部
１０ｂ 側部
１０ｃ 背部
Ｒ１，Ｒ２ ループ
Ｂ 物品

Claims (4)

1. 物品の管理情報を記憶する記憶手段と、この記憶手段を付した前記物品を収納する収納体に設けられ、誘導磁界を発生させるアンテナと、このアンテナを介して、前記記憶手段との間で非接触により通信を行うリーダ／ライタ装置とを有する非接触通信システムの前記アンテナにおいて、 前記収納体の底部から側部にかけて連続するループアンテナを配置し、 前記ループアンテナは、前記底部から前記側部に向けて一つの導線によって連続して形成されているとともに、一方の前記側壁部から他方の前記側壁部に向けて通過する磁界が増幅される二つのループアンテナを構成するように、前記導線を配線したこと、 を特徴とする非接触通信システムのアンテナ。
2. 前記ループアンテナを構成し、電源の正極に接続された前記導線の第一の部分を、前記収納体の底部を横断する方向に配置し、前記第一の部分に連続する第二の部分を、一方の前記側部を横断する方向に配置し、前記第二の部分に連続する第三の部分を、前記底部を横断する方向に配置し、前記第三の部分に連続する第四の部分を、他方の前記側部を横断する方向に配置するとともに前記電源の負極に接続し、前記第一の部分及び前記第三の部分で電流の方向を同方向とし、前記第二の部分及び前記第四の部分で電流の方向を、前記第一の部分及び前記第三の部分と逆方向としたこと、 を特徴とする請求項１に記載の非接触通信システムのアンテナ。
3. 前記第一の部分及び前記第三の部分を、前記底部を縦断方向に均等分割する位置に配置したことを特徴とする請求項２に記載の非接触通信システムのアンテナ。
4. 前記底部に、前記ループアンテナとは別のループアンテナを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触通信システムのアンテナ。
   

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