JP4389598B2 - ループアンテナおよび無線通信媒体処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、棚や箱や籠などに収納される非接触ＩＣカードやＩＣタグなどの無線通信媒体に電力と送信データを供給し、無線通信媒体から受信データを取得する無線通信媒体処理装置に用いるのに最適であるループアンテナおよび無線通信媒体処理装置を提供することを目的とする。

認証や荷物の行き先振り分けなどのために、ＩＣカードやＩＣタグなどのＩＤコードをもった無線通信媒体と、この無線通信媒体のＩＤコード認証を行うための無線通信媒体処理装置が用いられることが多くなっている。通信搭載媒体が通信搭載媒体処理装置の通信範囲に存在すると、アンテナからの磁界により無線通信媒体が有するアンテナに誘起電圧が発生しこの電圧が整流され電力と送信データが供給される。電力が供給された無線通信媒体では搭載されたメモリ内から読み出されたデータに応じて、例えばアンテナに接続された負荷抵抗とスイッチとからなる変調回路にて、データの１、０に応じて、スイッチがオン、オフされる。このオン、オフにより、無線通信媒体の有するアンテナに対する負荷変動が生じ、この負荷変動が信号として通信媒体処理装置側のアンテナへ伝達される。伝達された信号は復調され、そのＩＤコード認証が実行される（例えば特許文献１参照）。

ここで、このような無線通信媒体を書籍や薬品、日用品などの商品に付し、この商品に対して無線通信媒体処理装置を用いることで商品在庫確認などが出来るようになる。

このため、商品管理のために無線通信媒体を商品に付して、これと通信を行うアンテナを有した無線通信媒体処理装置が用いられていた。このようなアンテナとして、ループ状のアンテナを用いて、無線通信媒体に対して磁界を付与することを容易とするものが用いられる。あるいは、箱や棚である構造体にループ状のアンテナを組み込んで、構造体の内部空間に置かれた無線通信媒体への磁界の付与を行って、通信を可能とするなどが行われていた。
特開２０００−１６３５２３号公報

しかしながら、従来の無線通信媒体処理装置に用いられるアンテナは、製造された際の大きさや形状により定まるアンテナであり、実際の無線通信媒体処理装置に使用する際の、使用態様の変化や相違に対して対応できない問題があった。例えば、ループ状のアンテナを万引き防止や商品検品に用いるゲート型の装置に用いる場合には、アンテナの形状、大きさが固定されていると、実用的に不十分である。使用態様に対して、ループ状アンテナの開口面積が小さすぎる場合には、これを超える位置に存在する無線通信媒体への磁界付与ができず、通信ができなくなる問題があった。あるいは、ループ状のアンテナが大きすぎる場合に、ゲート装置として利用できる空間体積が小さい場合には、装着することができず、やはり実用することができなかった。

特に、ゲート型の装置として無線通信媒体との通信を行う場合に、ゲートを通過する物品の大きさや形状は無相関に変化する可能性があるのに対して、アンテナの大きさや形状が固定化されていると、無線通信媒体に磁界を付与できない場合が生じてしまい、通信に不安定性が生じる問題があった。

また、箱や棚などの構造体内部に存在する商品に無線通信媒体を付して、構造体に３次
元空間を形成するループアンテナを形成して通信を行う場合にも、構造体は、使用する対象商品に応じてフレキシブルに変化するのに対して、アンテナの大きさが変化できない場合には、さまざまなアンテナを用意する必要があり、製造コスト、処理コスト、手順処理での人件費などにも悪影響があった。

また、構造体にアンテナを組み込んで、内部空間に存在する商品などに付された無線通信媒体との通信を行う無線通信媒体処理装置においても、使用態様の変化に応じて内部空間体積をフレキシブルに変化させたい場合が生じるが、形状、大きさが固定されているアンテナや構造体では、これらに対応できず、不必要に多種多様の大きさ、形状を有する無線通信媒体処理装置をあらかじめ用意しなくてはならない問題があった。

更に、アンテナの大きさだけでなく、アンテナの形状も固定化されていると、アンテナの導体から発生する磁界がアンテナの近傍に存在する、もしくは通過する無線通信媒体の位置や向きによっては磁界が付与されず通信が不安定となる問題もあった。

本発明は、上記の課題に鑑み、使用態様の変化に容易に対応して、無線通信媒体への磁界付与を確実にして通信精度と安定性を向上させる無線通信媒体との通信を行うループアンテナおよび無線通信媒体処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、導体と、導体に設けられた屈曲部と、導体の任意の位置に設けられた導体伸縮部と、導体に信号電流を供給する給電部を有し、導体が給電部を基点としてループ状に周回している構成とする。

このような構成により、無線通信媒体へ磁界を付与するループアンテナの大きさを事後的にかつ容易に変化させることができ、ループアンテナ近傍に存在する、あるいは通過する無線通信媒体が付された物品の大きさや形状がダイナミックに変化しても、これに応じてループアンテナの大きさが変化して、変化した無線通信媒体の位置に対応して磁界を付与して、無線通信媒体との通信精度と安定性を向上させることが可能となる。

特に、ループアンテナの導体の任意の位置に導体伸縮部を設けることで、容易に導体長を伸ばしたり、短縮したりすることができるようになり、ループアンテナの開口面積を容易に変化させて、無線通信媒体との通信範囲の変動への容易な対応が可能となる。

更に、導体伸縮部に折り曲げ可動部を用いることで、ループアンテナの任意の箇所に折りまげを構成することができ、ループアンテナの３次元的形状を変化させることができて、無線通信媒体への磁界付与を更に変化させることができるようになる。これにより、無線通信媒体の位置や向きが変化した場合でも、確実な通信ができるようになるメリットがある。

また、これらのループアンテナを複数にして対向させたゲートアンテナとした場合に、各々のループアンテナ間領域に存在する、あるいは通過する無線通信媒体が付された物品の大きさや形状が変化した場合でも、このループアンテナ導体の伸縮によりループアンテナの対向領域を拡張、縮小することで、適切に対応して確実な無線通信媒体との通信を実現することができる。

また、３次元的に構成されたループアンテナを、箱状体などの構造体に組み込んで、内部空間に存在する無線通信媒体の付された商品の自動管理などを行う無線通信媒体処理装置においても、内部に組み込まれたループアンテナ導体の伸縮により、棚や箱などの構造
体のサイズ変更の際にも容易に対応が可能となって、種々の大きさをもつループアンテナを予備的に用意しておく必要が無く、コスト低減や作業低減を実現することができる。

更に、導体伸縮部をもつループアンテナが組み込まれた構造体そのものも伸縮可能として、内部空間に置く商品の種類や大きさに応じてフレキシブルに、大きさや形状を変化させることのできる無線通信媒体処理装置を実現でき、低コストで多種多様な商品の自動管理に確実に対応できる。

特に、構造体とループアンテナが連動して伸縮することで、大きさの変更も非常に容易である。

また、読み書き部に通信装置が接続されることで、読み書き部で処理された無線通信媒体からのＩＤコードの結果などをホストへ送信するなどが可能となり、多機能のシステムを構築することも可能である。また、複数の無線通信媒体処理装置を集中、分散的に動作させることができ、このような場合には、それぞれの無線通信媒体処理装置に用いられる構造体やループアンテナが伸縮自在であることから、同一規格の装置を、それぞれの使用対象に応じて大きさを変化させ、種々の物品や商品に渡って処理するシステムを構築することも可能となる。

本発明の請求項１に記載の発明は、内部空間と、この内部空間と外部空間をつなぐ開口部を有する構造体と、構造体の任意の位置に設けられた構造体伸縮部と、構造体の内部空間に配置されたループアンテナを備え、ループアンテナは導体と、導体に設けられた屈曲部と、構造体伸縮部と同じ位置に設けられた導体伸縮部と、導体に信号電流を供給する給電部を有し、導体が給電部を基点としてループ状に周回し、構造体伸縮部が導体伸縮部と連動して伸縮することを特徴とする無線通信媒体処理装置であって使用態様に対応した無線通信媒体処理装置の形状、サイズ変更を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

なお、本発明における無線通信媒体とは、例えば、非接触ＩＣカード、ＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベル、ＲＦ−ＩＤタグ等の非接触で処理装置との通信を行うことができる媒体であり、その処理装置とは、これら無線通信媒体と通信を行う装置であり、いわゆる、リーダー、リーダーライター、読取／書込装置のことを示す。

（実施の形態１）
図１、図２、図３、図４、図５、図６、図１１は本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図、図７、図８、図９、図１０は本発明の実施の形態１における導体伸縮部の構成図である。

１はループアンテナ、１ｂはゲートアンテナ、２は導体、３は屈曲部、４は導体伸縮部、５は給電部、６は給電ループアンテナ、７は無給電ループアンテナ、８は共振回路、９は整合回路、１０は終端抵抗、１１は電磁波漏洩防止板、１２は磁性体板、１３は継ぎ部、１４はスライド部、１５は内導体、１６は外導体、１７はスライド穴、１８は止めねじ、１９は折り曲げ可動部、２０は折り畳み部、２１、２２は回転軸である。

最初に、図１〜図６を用いて、その大きさや形状が自在に可変であるループアンテナ１について説明する。

まず、図１、図２を用いて、ループアンテナ１について説明する。

ループアンテナ１は、後に述べるＩＣタグ、ＩＣカードなどの無線通信媒体との通信を行う読み書き部と無線通信媒体との中継となり、無線通信媒体に磁界を付与するアンテナである。ループアンテナ１は、給電部５を基点として、ループ形状となっており、開口部を有している。このループ形状を実現するために、屈曲部３が導体２の任意の箇所に設けられ、図１〜図４では、すべての屈曲部３が二次元的に形成され、ループ形状により形成される開口部が二次元空間の面となっている。これに対して図５、図６では、屈曲部３が三次元的に形成されて、ループ形状により形成される開口部が、三次元に渡って存在する。すなわち、三次元空間に仮想空間が形成されるループアンテナ１となっている。

導体２は、ループアンテナ１を形成する導体であり、各種の金属などの磁性体などで形成され、断面形状は円柱、楕円中、角柱、多角柱、面取りされた角柱などさまざまで、強
度と加工性のバランスの取れたものである。また、導体２は信号電流が導通するものであり、信号電流が流れることにより、導体２を基点として磁界、および電界を発生するものである。

なお、導体２は単一金属から形成されてもよく、合金でもよく、セラミックや樹脂などに金属コーティングなどを施したものなど、さまざまなものであってよい。スチール、ステンレス、アルミニウムなどが好適であるが、他の材料であってもよい。

屈曲部３は導体２の任意の位置に設けられ、導体２を折り曲げて、ループ形状を実現するために設けられたものである。屈曲部３は、その強度確保などのために直角性ではなく、Ｒを有して形成されていることが好ましい。屈曲部３により導体２が適宜折り曲げられて、給電部５を基準とするループ形状が構成される。

給電部５は信号電流が導体２に給電され、ループアンテナ１において、信号電流により磁界が発生して、無線通信媒体に磁界が付与される。あるいは、無線通信媒体との間での相互インダクタンスにより発生した誘導電流を受信して、読み書き部へと出力する信号受信の役割も担うものである。また、ループアンテナ１は給電部５を基点としてループするものである。

導体伸縮部４は、導体２の任意の位置に設けられた、導体２を伸張、短縮、折り曲げする部位であり、導体伸縮部４の動作により、事後的に任意にループアンテナ１の大きさ、形状を変更することができるものである。

また、導体伸縮部４は開口部変更手段（図示せず）と同様のものであり、導体伸縮部４により、導体２の長さの伸長、短縮、あるいは折り曲げなどにより、ループ形状をしたループアンテナが形成する開口部の面積、あるいは形状、あるいは開口部の作る仮想空間の体積が変更されるものである。すなわち、開口部変更手段として、導体伸縮部４や後で述べる折り曲げ可動部１９などがあるものである。

まず、図１、図２を用いて単体のループアンテナ１の大きさが変更されることについて説明する。

図１、図２では、導体伸縮部４が導体の任意の箇所に設けられているので、これにより導体２を伸張、もしくは短縮することで、結果としてループアンテナ１の大きさが変更される。開口部も変更される。

ここで、導体伸縮部４は図１に示されるように導体の対向する一組の辺の箇所にのみ設けられてもよく、図２に示されるように二組の辺の箇所に設けられても良い。前者の場合には給電部５を基準とした上下方向に導体２の長さが拡張し、後者ではこれに加えて横方向にも長さが拡張する。

このように導体伸縮部４の存在により、導体２の長さが伸張して、ループアンテナ１の開口部面積が拡大する。すなわち、ループアンテナ１が発生する磁界のおよぶ領域が拡張される。逆に、導体伸縮部４により、導体２の長さを短縮させて、ループアンテナ１の大きさを縮小すれば、狭い場所や装置内部にループアンテナ１を設置するのが容易となるメリットがあり、これらはループアンテナ１の使用される状況に応じて、適宜フレキシブルに変更できるものである。

次に、図３、図４を用いて複数のループアンテナ１を対向して組み合わせたゲートアンテナ１ｂについて説明する。

ゲートアンテナ１ｂは複数のループアンテナ１を対向して組み合わせることで、ゲートが構成されたアンテナであり、これに後で述べる読み書き部を接続することで、例えば商店の入り口での万引き防止や、商品チェック、空港や倉庫での商品出荷チェックなどに用いられるものである。図３、図４では２つのループアンテナ１が対向して配置されたゲートアンテナ１ｂが示されているが、３以上のループアンテナ１が組み合わされてもよい。

また、ループアンテナ１同士の対向は略平行であることが好ましいが、多少の交差角を有していても良いものである。

このとき、ループアンテナ１はそれぞれに給電部５が接続され、信号電流が給電される給電ループアンテナの組み合わせでもよく、一方が、給電ループアンテナ６であり、他方が非給電の無給電ループアンテナ７であってもよい。

図３では、給電ループアンテナ６と無給電ループアンテナ７とが組み合わされたゲートアンテナ１ｂが示されている。

給電ループアンテナ６の発生する磁界が、無給電ループアンテナ７の導体において誘導電流を発生させ、この誘導電流を基点として無給電でありながらあたかも給電ループアンテナであるかのように無給電ループアンテナ７からも磁界が発生される。これにより、非常に低消費電力で、ゲートアンテナ１ｂの通信範囲を拡大することが可能となるものである。更に、無給電ループアンテナ７で生じる磁界は、給電ループアンテナ６からの誘導電流によるものである。このため、無給電ループアンテナ７で発生する磁界と給電ループアンテナ６で発生する磁界との位相差がなく、いずれのループアンテナからの磁界が無線通信媒体に対して及んでも、位相差による書き込み、読み出しエラーが生じないメリットもある。

共振回路８は無給電ループアンテナ７に接続され、無給電ループアンテナ７の共振周波数が調整される。

整合回路９は、無給電ループアンテナ７に接続され、無給電ループアンテナ７のインピーダンス整合が調整される。

同じく終端抵抗１０もインピーダンス整合での調整を行う役割を担う。

このように、二つのループアンテナ１の組み合わせから構成されるゲートアンテナ１ｂにより、対向する対向領域をはじめとして、その近傍に存在する無線通信媒体への磁界付与が可能となり、単一のループアンテナ１を用いる場合に比べて、非常に広い領域をカバーして、通信を行うことが可能となる。

更に、図１、図２と同じように、導体２には導体伸縮部４が設けられているので、ループアンテナ１の大きさ（すなわちその開口部の面積）を拡張すること、あるいは縮小することが容易に行える。もちろん、縦方向、横方向のいずれであっても同様である。これにより、例えば無線通信媒体が付された荷物が非常に大きい場合には、これに合わせてループアンテナ１を拡張し、逆の場合には縮小するなどして、無線通信媒体との通信の確実性を向上させることができる。

あるいは、このようなゲートアンテナ１ｂを用いる場所の大きさに合わせて、導体伸縮部４での伸張、短縮、折りまげを行うことで、最適なゲートアンテナ１ｂの大きさ、形状を実現することができる。

図４も同様であり、図４では、ループアンテナ１の外側（二つのループアンテナの対向する領域の外側）に、電磁波漏洩防止板１１と磁性体板１２を配置したものである（なお、図４では、ループアンテナ１のそれぞれは給電部５から信号電流が給電される給電ループアンテナ６である場合が示されているが、一方の給電部を停止状態にして、図３と同じく、給電ループアンテナ６と無給電ループアンテナ７との組合せとすることができる）。

電磁波漏洩防止板１１により、ループアンテナ１から発生する電磁波の遠方への漏洩防止が可能となり、電波法などにより規制される遠方電界などを低減させることが可能となる。

また、磁性体板１２の存在により、ループアンテナ１と磁性体板１２との間に磁界の閉回路を形成することができて、ループアンテナ１同士の対向領域に磁束密度を集中させて、無線通信媒体への磁界付与の度合いを高めることが可能となる。

図４であっても、同じように導体伸縮部４により、縦方向や横方向へのループアンテナの大きさの拡張や短縮が可能であり、使用態様や、設置場所の状態に合わせた適切なゲートアンテナ１ｂとすることが可能となる。

これらにより、あらかじめ多数のサイズや形状のループアンテナ１を用意しておく必要がなく、コストメリットも高く、取替え処理の手間も低減でき、使用態様の変化に対するフレキシブルな対応が可能となる。

次に、図５、図６を用いて三次元空間に形成されたループアンテナ１について説明する。

ループアンテナ１は屈曲部３が導体２の任意の箇所に複数存在し、更にこれら複数の屈曲部３がそれぞれ三次元的に屈曲していることで、導体２の外周が作る仮想空間が三次元空間となっている。すなわち、三次元的屈曲により、ループアンテナ１の作る開口部が、三次元空間に渡って存在することになる。

これは、開口部において、ある第一の面２３の両端において相互に対抗する第二の面２４が存在する形態であり、導体２の部分がそれぞれ相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての軸に沿うように存在する形態のループアンテナ１となっている。

また、導体２の任意の点から導体２の他の部分に対して直線を引くことを、導体２の全長に渡って行われることで形成される仮想空間の重心が、この仮想空間内部に存在する形態のループアンテナ１である。

このように三次元空間に渡る仮想空間を形成する導体２からなるループアンテナ１により、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべてに対して磁界を発生させることができる。Ｘ軸に沿った導体２の一部はその垂直方向に磁界を発生させ、Ｙ軸に沿った導体２の一部がその垂直方向に磁界を発生させ、Ｚ軸に沿った導体２の一部がその垂直方向に磁界を発生させることで、全方向に磁界が発生するものである。

すなわち、Ｘ軸方向の磁界Ｈ_X、Ｙ軸方向の磁界Ｈ_Y、Ｚ軸方向の磁界Ｈ_Zに沿った磁界がループアンテナ１から発生し、無線通信媒体の位置や向きに係わらず、磁界を及ぼすことができて、確実な通信ができるようになる。

これは図６に示されるループアンテナ１であっても同様であり、その強度や製造上の都
合などで、いずれかの形状が選択されるものである。

また、図５、図６ではいずれも略直方体となる仮想空間を持つループアンテナ１が示されているが、これ以外であっても、略多角形や略楕円球などの仮想空間をもつループアンテナ１であっても良いものである。

ここで、図５、図６にあらわされるループアンテナ１も導体伸縮部４を有していることで、その導体２の長さを伸張、短縮することが自在に可能である。このとき、導体伸縮部４が導体２の複数の部位に存在することで、Ｘ軸方向に沿う導体部分、Ｙ軸方向に沿う導体部分、Ｚ軸方向に沿う導体部分のいずれか、あるいはすべてを伸張、短縮することが可能であり、必要や用途に応じて、所望のベクトル方向におけるループアンテナ１の大きさを拡張し、あるいは縮小することができる。

すなわち、用途に応じてある場合には、Ｚ軸方向のみを拡張したループアンテナ１とし、別の場合にはＸ軸方向のみを拡張したループアンテナ１とすることができるなどである。

ここで、図５、図６に示される三次元空間に形成されるループアンテナ１を、箱状体や棚状体などの構造体に格納する場合に、これらの構造体の大きさや形状に合わせて、ループアンテナ１の大きさ、形状を変更することが容易にできる。このため、あらかじめ多種多様なループアンテナ１を大量に所有する必要がなく、コスト低減が図られるものである。

例えば、三次元形状のループアンテナ１の作る内部空間に存在する無線通信媒体が付された物品が非常に大きければ、導体伸縮部４を伸張させてループアンテナ１を拡張して対応し、逆に、狭い空間で使用しなければならない場合、あるいは非常に小型の構造体に組み込む必要がある場合には、導体伸縮部４を短縮させて、ループアンテナ１を縮小させて対応するなどである。これらは状況に応じて、フレキシブルに対応することができるものである。

次に、図７〜図１０を用いて、導体伸縮部４および開口部変更手段の構成について説明する。

この導体伸縮部４および開口部変更手段により、導体２の伸張、短縮、折り曲げが可能となり、ループアンテナ１の形状、大きさの変更が、ユーザーにおいて容易かつ任意にできるものである。

なお、導体伸縮部４により、導体２の伸縮により開口部の面積や体積が変更されることにより、開口部変更が実現される開口部変更手段となるものでもある。

図７には、継ぎ部１３が導体伸縮部４として適用される場合が、図８にはスライド部１４が導体伸縮部４として適用される場合が、図９には折り畳み部２０が導体伸縮部４として適用される場合が、図１０には折り曲げ可動部１９が導体伸縮部４として適用される場合が示されている。

継ぎ部１３は導体２の長さを変更できるように、導体２の任意の部位に設けられた継ぎ部１３に継ぎ導体１３ｂをはめ込んで、その長さを伸張することができる。逆に導体２の長さを短縮したい場合には、継ぎ部１３に嵌め込まれている継ぎ導体１３ｂを取り外して継ぎ部１３同士を接続させればよい。

まず、図７に示される継ぎ部１３を用いる場合を説明する。

図７では継ぎ部１３の間に一つの継ぎ導体１３ｂが存在する場合が示されているが、継ぎ部１３を更に増やして、継ぎ導体１３ｂを別途の箇所に複数取り外し可能として、ループアンテナ１の大きさの変更範囲を更に拡大することも好適である。もちろん、ループアンテナ１の導体２の複数の箇所に継ぎ部１３を設けて、上下方向、水平方向などの各方向に沿って、伸張、短縮を可能とし、ループアンテナ１の拡張、縮小範囲を広げることも好適である。図５、図６に示されるような三次元空間に渡って形成されるループアンテナであれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の全てにおいて拡張、縮小が可能となるように、継ぎ部１３を導体２の複数の箇所に形成しておくことで、単一のアンテナのみでさまざまな使用態様に幅広く応用できることになり、好適である。

また、継ぎ導体１３ｂを継ぎ部１３に嵌め込んだり、取り外したりするのではなく、釣竿の継ぎ手のように、継ぎ部１３に挟まれた継ぎ導体１３ｂが収納され、継ぎ導体１３ｂが継ぎ部１３に挟まれてスライドすることで導体２の長さが伸張、短縮するようにすることでも良い。

次に、図８に示されるスライド部１４が用いられる場合を説明する。

スライド部１４は導体２の任意の箇所に設けられる。導体２の一部をスライドさせてその長さを伸張、短縮して調整し、ループアンテナ１の大きさの拡張、縮小が実現されるものである。

導体２の任意の箇所に設けられたスライド部１４は内導体１５と外導体１６とがスライド穴１７により接続されており、スライド穴１７には止めねじ１８が設けられている。このスライド穴１７により、内導体１５と外導体１６がスライドして伸縮し、止めねじ１８により、その止め位置が決定される。これにより、導体２の長さを伸張、あるいは短縮してループアンテナ１の拡張、縮小を実現するものである。

このとき、スライド穴１７を大きくとることで、導体２の伸張、短縮の余地を大きくして、ループアンテナ１の拡張範囲を大きくすることも好適である。

もちろん、導体２の複数の箇所に設けることで、上下方向、あるいは水平方向のいずれにも拡張することができ、三次元空間に形成されるループアンテナ１であれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの方向にも拡張、縮小ができるようにすることも可能である。

また、止めねじ１８をビスに置き換えてもよく、蝶ねじにしてユーザーによる措置を容易とすることも好適である。

更に、スライド穴１７を櫛形形状として、止めねじ１８がくし型の凹部に引っかかって任意の位置で止まるようにすることも好適である。これにより、段階的な複数の位置において導体２の長さを微調整することが容易にできるようになり、ユーザーにとってより容易な対応が可能となる。

次に、図９に示される、折り畳み部２０が用いられる場合について説明する。

折り畳み部２０は回転軸２１、２２により導体２の一部が挟まれる構造からなり、導体２の任意の箇所に設けられるものである。また、設けられる折り畳み部２０は１箇所でも複数箇所でもよく、複数箇所に設けられることで、広い範囲でのループアンテナ１の拡張や縮小が実現されるものである。

折り畳み部２０により、導体２の一部を二つの回転軸２１、２２ではさむことで、折り畳んだ状態（図９の左端に表される状態）から、この二つの回転軸２１、２２を基点としてはさまれる導体２の一部を回動させて（図９の中央に表される状態）、最後にはさまれる導体２の一部を伸ばしきることで導体２の長さを伸張する（図９の右端の状態）ことができる。

図９の左端にあらわされるように、折り畳まれた状態では導体２の全体長は短く、ループアンテナ１の大きさは縮小されている。これに対して、図９の右端に表される様に、伸ばされた状態では導体２の全体長が長くなり、ループアンテナ１の大きさが拡張されている。もちろん、折り畳み部２０における、回転軸２１、２２によりはさまれる導体２の一部の長さを変えることで、導体の変化する量を増減させることもでき、また、多数の折り畳み部２０を設けて、これらの一部のみを伸張する、あるいは全部を伸張するなどを切り替えることで、ループアンテナ１の大きさの拡張の度合いを変化させるのも好適である。

もちろん、図５、図６などに表されるように三次元空間に仮想空間が形成されるループアンテナ１であれば、Ｘ軸方向のみを伸縮する、あるいはＹ軸方向のみを伸縮する、あるいはＺ軸方向のみを伸縮する、あるいはこれらの複数もしくは全部を伸縮するということを切り替えることで、三次元空間において、必要なベクトル方向のみのループアンテナ１の拡張などを実現することが可能となり、よりフレキシビリティの高い大きさや形状の可能なループアンテナが実現される。

次に、図１０、図１１に表されている折り曲げ可動部１９が用いられる場合について説明する。

折り曲げ可動部１９は導体２の任意の箇所に設けられた、屈曲可能とする折り曲げ可動部である。関節部材などにより実現される。折り曲げ可動部１９により開口部の形状が容易に変化させられるものである。例えば二次元平面に存在する開口部を三次元空間に変化させたり、四角形状の開口部を三角形状の開口部に変化させたりなどである。

折り曲げ可動部１９により、導体２の任意の箇所を屈曲させることができるため、例えば図１などに表される二次元平面である開口面をもつ平面状のループアンテナ１を図１１に示されるように三次元的な形状と変更することが可能である。

このようにすることで、無線通信媒体の向きによってはループアンテナ１からの磁界付与が困難である場合にも、磁界発生のベクトル方向を変えることができるため、磁界付与を可能とし、無線通信媒体との通信が可能となる。

例えば、図３に示されるようなゲートアンテナ１ｂなどでは、これの間を通過する荷物において、ループアンテナ１同士のほぼ中央に位置する部分に無線通信媒体が付加されている場合には、磁界のヌル点となるため、通信が困難となる場合がある。このような場合に、折り曲げ可動部１９を用いて導体２の一部を屈曲させることで、磁界発生のベクトルを変化させて、無線通信媒体との通信を可能とすることができるようになる。

また、完全に折り曲げることで、導体２を半分の長さにすることなども好適である。

また、折り曲げ可動部１９は導体２の任意の箇所の複数に設けることで、垂直方向、水平方向などさまざまな方向に折り曲げることで、よりフレキシビリティの高いループアンテナ１の形状変化を容易に実現することができる。

このような無線通信媒体との通信を行う動作の構成要素の一つであるループアンテナ１に関して、以上に説明したとおり、その大きさ、形状が任意に変化されるものである。

以上のように、ループアンテナ１の導体２の任意の箇所に、導体伸縮部４を設けることで、導体の長さを伸張、短縮し、結果としてループアンテナ１の大きさを拡張、縮小したり、あるいは折り曲げにより形状を変化させたりすることで、通信対象となる無線通信媒体が付された物品の大きさや形状の変化に、単一のループアンテナで容易に対応することができるメリットがある。また、使用される使用態様の変化にも応じることができ、ループアンテナ１を組み込む構造体や場所の大きさや広さ、形状の都合に合わせて対応することも可能となる。これらにより、あらかじめ種々の大きさや形状を有するループアンテナ１を用意することなく、使用態様や使用場所の状況に応じて無線通信媒体との通信を行うループアンテナ１を最適な大きさ、形状とできることで、コストの削減、手間の削減、処理手順の削減を可能とすることができる。

（実施の形態２）
図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７は本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図である。

２９、３１は無線通信媒体処理装置、３０は読み書き部、３２は構造体、３３は内部空間、３４は開口部、３５は間隔、３６はシールド、３７は内板、３８は外板、３９はスライド穴、４０は止めねじ、４１は構造体伸縮部、４２は通信部、４３は無線ユニット、４４はホスト、４５は通信路である。

まず、図１２を用いて単一のループアンテナ１が用いられた無線通信媒体処理装置２９について説明する。

読み書き部３０はループアンテナ１と接続されている。

ここで、読み書き部３０は、ループアンテナ１に必要な信号電流を与えて、ループアンテナ１から信号電流の変化に応じた磁界を発生させ、無線通信媒体に対して必要な電力とデータを与える。更に、無線通信媒体から発生する磁界を受けてループアンテナ１に発生する誘導電流が受信され、これが受信信号として周波数復調、振幅復調、位相復調などの手段で復調され、デジタルデータが取り出される。この取り出されたデジタルデータから、無線通信媒体の有するＩＤコードなどが認識される。また、読み書き部３０においては、必要に応じて、誤り検出や誤り訂正などがなされ、巡回符号検査、パリティ検査、ビタビ複合などが用いられる。

図１２に示される無線通信媒体処理装置２９では、図１２に表されるように、導体２に設けられた導体伸縮部４によりループアンテナ１の大きさが拡張、もしくは縮小されることが可能である。これは実施の形態１で説明されたとおりである。

このようにループアンテナ１の大きさが任意に変化できることで、より大きな荷物に付された無線通信媒体との通信を行う場合にはループアンテナ１を拡張し、逆の場合には縮小するなどのフレキシブルな対応が可能である。

また、無線通信媒体処理装置２９を設置する場所の大きさや形状などに対応して、ループアンテナ１の大きさ、形状を変化させることで、確実な無線通信媒体との通信を実現し、あるいは、あらかじめ種々の多数のループアンテナを用意することなく、使用態様や設置場所の変更にフレキシブルに対応する無線通信媒体処理装置２９を実現することができる。

次に、図１３を用いてゲートアンテナ１ｂを用いた無線通信媒体処理装置２９について説明する。

二つのループアンテナ１（図１３においては、一方は信号電流が給電される給電ループアンテナ６であり、他方は信号電流が非給電の無給電ループアンテナ７である）が対向したゲートアンテナ１ｂに読み書き部３０が接続されている。

読み書き部３０は上記で説明したとおり、給電ループアンテナ６に対して信号電流を給電し、無給電ループアンテナ７にも磁界を与えて双方から磁界が発生して無線通信媒体に対して磁界を付与して、通信を可能とする。

この場合であっても、導体伸縮部４によりループアンテナ１の大きさや形状を変化させることができるので、例えば、空港や商店のゲートに設置する場合に、そのゲートの場所、大きさ、位置などに応じてフレキシブルに対応することが可能となり、余分なループアンテナを用意する必要がなく、コストや手間の低減が図られるものである。

なお、図１３では二つのループアンテナ１を対向させたゲートアンテナ１ｂが表されているが、３以上のループアンテナが用いられても良いものである。

ループアンテナ１を拡大して、ゲートアンテナ１ｂの対向領域を拡大した場合には、大きな荷物が通過する場合に好適であり、逆の場合には小さな荷物が通過する場合に好適である。

また、図１１に示されたように、折り曲げ可動部１９により、ループアンテナ１を屈曲させて磁界の発生ベクトルをさまざまにすることで、ゲートアンテナ１ｂの間に存在する無線通信媒体の位置や向きに依存せず通信を可能とすることも好適である。

なお、このようなゲートアンテナ１ｂを用いた無線通信媒体処理装置２９は、例えば、空港ゲートの荷物チェックや、倉庫の検品、商店入り口の万引き防止、コンサート会場などの入場制限確認などに好適に応用されるものである。

次に図１４、図１５、図１６を用いて、内部空間３３と外部空間をつなぐ開口部を有する構造体にループアンテナ１を組み込んだ無線通信媒体処理装置３１について説明する。

構造体３２は、例えば棚や箱などの箱状体、棚状体などであり、商品棚や商品かごなどに適用されるものである。構造体３２は内部空間３３と外部空間を結ぶ開口部３４を有しており、この開口部３４から内部空間３３へ無線通信媒体の付された商品などの納入、取り出しが行われる。なお、開口部３４には開閉可能なドア、窓、カーテン、仕切りなどがつけられていても良いものである。

構造体３２は、樹脂、木材、ＦＲＰ、その他の材料により形成され、軽量化や強度などのバランスの基で、その材料が選択される。また、図１４では直方体の構造体３２が表されているが、これ以外に立方体や楕円球、球、多角形体などであってもよい。

ループアンテナ１は構造体３２の内部に格納されており、構造体３２を形成する壁材と一体に形成されてもよく、後から付けられてもよく、内部に埋め込まれても良い。また、読み書き部３０は構造体３２に埋め込まれてもよく、外部、もしくは内部に配置されてもよく、あるいは接続線により、外部に接続されても良いものである。

また、図１５に示されるように、構造体３２の外周はシールド３６で覆われていてもよく、この場合には、構造体３２の外部へループアンテナ１の発生する磁界が漏洩しないものである。このように外部への磁界漏洩が防止されることで、同様の構造体３２を用いた無線通信媒体処理装置３１を複数重ねたり、並べた場合であっても、他の構造体３２の内部空間３３に存在する無線通信媒体を誤認識するなどの問題が発生しないメリットがある。これにより、図１７に示されるように、多数の構造体３２を並べた、無線通信媒体処理装置が積層された、商品管理システムなどが容易に形成されるものである。

なお、シールド３６は、金属性の素材などで形成され、例えば構造体３２をすっぽりと格納する金属ケースなどにより容易に実現される。あるいは、構造体３２の外周面に、金属膜を形成し、金属ペーストの塗布を行うなどにより実現される。

なお、金属ケースを用いる場合には、構造体３２の形状、大きさの変化に連動する伸縮可動部を有していることが好ましい。

また、ループアンテナ１とシールド３６との間には任意の間隔３５が存在することが好ましい。これは、金属材料からなるシールド３６へループアンテナ１から発生する磁界が伝達されて、内部空間３３に及ぼす磁界密度が低下することを防止するためである。なお、間隔３５に代えて磁性体板などをシールド３６とループアンテナ１との間に配置することも好適である。

なお、ループアンテナ１は、実施の形態１で説明したように、導体伸縮部４を任意の箇所に有しており、これによりループアンテナ１の大きさ、形状を変化させることが可能である。

ここで、このループアンテナ１の大きさなどの変化に対応するように、構造体３２についてもその大きさを変化させる構成について図１６を用いて説明する。

構造体３２には、任意の箇所において構造体伸縮部４１が設けられている。構造体伸縮部４１は、構造体３２の大きさを任意に変化させることができる部位であり、これを活用して、使用態様などに応じて、構造体３２を拡大したり、縮小したりすることが可能となる。

特に、ループアンテナ１を拡張する場合には、これに合わせてループアンテナ１を格納する構造体３２も拡張する必要があり、縮小の場合にもこれに合わせて縮小することが好ましい。もちろん、構造体３２の内部空間３３にループアンテナ１が収まればよいのであるから、構造体３２の内部空間３３に比べてループアンテナ１の大きさが小さい場合には、構造体３２の大きさを変化させる必要は無いが、連動して変化させることで、ユーザーの手間を省き、内部空間３３の使用可能領域を十分に確保することが可能となる。

構造体伸縮部４１はスライド式などのものが用いられる。

内板３７と外板３８をスライド穴３９により可動可能に接続して、止めねじ４０により、任意の位置で固定することで構造体３２の拡張、縮小を実現することができる。

また、止めねじ４０ではなく、止めビスや蝶ねじ、プッシュボタンなどを使うことでもよく、櫛形形状のスライド穴３９の凹部を止めねじ４０で固定することで、数段階での微調整を可能とすることも好適である。

なお、スライド穴３９を用いるもの以外でも、構造体３２を形成する壁材の継ぎ足し、
壁材の折り畳み、引き出し、折り曲げなどの構造により構造体伸縮部４１を構成することも公的であり、用途や素材に応じて適宜選択されれば良いものである。

なお、これらの構造体伸縮部４１は構造体３２の複数の箇所に設けることで、構造体３２の縦方向、横方向、幅方向など複数の方向における拡張、縮小を実現することもできる。

また、構造体伸縮部４１をループアンテナ１の導体伸縮部４と同じ位置に設けて、双方を連動して伸張、短縮できる構成とすることで、ユーザーが一つの動作で、構造体３２とループアンテナ１とを連動してその大きさ、形状を変化させることが可能となる。

このように、構造体３２にループアンテナ１や読み書き部３０を接続、もしくは組み込みした無線通信媒体処理装置３１において、ループアンテナ１と構造体３２の大きさ、形状を、変化させることが可能となる。これは、例えば、構造体３２内部に置かれる無線通信媒体が付された商品の大きさや量、形状に合わせて対応することができ、あるいはこのような無線通信媒体処理装置３１が設置される場所の状況に対応することもでき、種々のサイズの無線通信媒体処理装置３１をあらかじめ用意することなく、フレキシブルに状況対応ができるものである。

また、実施の形態１の図５、図６で説明したように、ループアンテナ１のみが形状、大きさが可変のものであっても、格納する構造体３２がさまざまである場合にも、それぞれに対応することが容易にでき、やはり、コストを低減させて、ユーザーフレンドリーな対応が可能なものである。

次に、ループアンテナ１の無線通信媒体との通信動作について説明する。

読み書き部３０から必要な信号電流がループアンテナ１へ供給される。供給された信号電流により導体２から磁界が発生する。このとき、ループアンテナ１の形状に従って、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれか、あるいはそれぞれのベクトルに沿った、あるいはこれらの合成ベクトル方向に対して磁界が発生している。

ここで、ループアンテナ１により囲まれる空間やその周辺にＩＣタグやＩＣカードなどの無線通信媒体が存在する場合には、この導体２から発生する磁界を受けて、無線通信媒体に組み込まれている内部アンテナに誘導起電力が生じる。これにより無線通信媒体に組み込まれているＩＣに電力と信号データが供給される。電力が供給された無線通信媒体などでは搭載メモリからのデータに応じてスイッチと負荷回路からなる変調回路において負荷変動が発生し、この負荷変動が相互インダクタンスによりループアンテナ１へ伝達される。ループアンテナ１ではこの負荷変動を信号として受信して、受信信号として読み書き部に伝達される。読み書き部３０においてはこの信号を復調し、必要に応じて誤り検出なども行って信号を解析する。解析の結果、無線通信媒体が有しているＩＤコードなどを認証することが可能となる。

このとき、単一のループアンテナ１からなる無線通信媒体処理装置２９では、そのループアンテナの近傍に存在する無線通信媒体との通信からＩＤコードの取得などが行われる。あるいは二つ以上のループアンテナ１からなるゲートアンテナ１ｂが用いられた無線通信媒体処理装置２９においては、空港ゲート、商店ゲートなどを通過する荷物や人間に付された無線通信媒体との通信が可能となり、商品のＩＤ認証や入場者のＩＤ認証などが容易に行われる。

更に、構造体３２にループアンテナ１が組み込まれた無線通信媒体処理装置３１では、
商品棚や商品かごとして利用して、内部空間３３に存在する無線通信媒体との通信により、自動で商品管理や自動棚卸、出納管理ができるようになるものである。構造体３２にループアンテナ１が組み込まれた無線通信媒体処理装置３１においては、ループアンテナ１が相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの方向にも磁界を及ぼすため、無線通信媒体の位置や向きに係わらず通信が可能となるため、自動管理が更に確実なものとなる。

更に、これら無線通信媒体処理装置２９、３１はループアンテナ１や構造体３２の大きさや形状が可変であり、ユーザーにおいて容易に変更できるため、対象とする物品の大きさや形状、使用態様、設置場所などの変化や都合に応じて、フレキシブルに対応することができるメリットがある。しかも、単一の装置でできるため、ユーザーにおいてあらかじめ余分に無線通信媒体処理装置やループアンテナ１を用意する必要がないため、低コストであり、手間を削減できるメリットも高いものである。

また、図１７に示されるように、読み書き部３０に通信部４２を接続し、これとホスト４４を、無線ユニット４３などを介した無線通信、あるいは有線通信により、多数の無線通信媒体処理装置２９，３１を分散方式、集中方式で管理するシステムを構成することも可能となる。この場合には、商品の自動管理などを、多種多様な商品に分別するなどして集中処理することが可能となり、非常に効果的なものである。

あるいはゲートアンテナ１ｂを用いた無線通信媒体処理装置２９の読み書き部３０のそれぞれに通信部を設けて、多数のゲートに対して集中命令処理を行い、あるいは同時並列に多数の情報を収集して処理することが可能となり、大型店舗などでは非常に有用なものとすることができる。

更に、このように多数の無線通信媒体処理装置２９、３１を用いたシステムを構成する場合には、設置場所や、処理する物品の種類もさまざまになり、それぞれのループアンテナ１あるいは構造体３２の大きさ、形状が、ユーザー側で事後的に任意に変更できることが好ましく、この点でも、本発明の優位性が高いものである。

以上のように、ループアンテナ１や構造体３２に導体伸縮部４、構造体伸縮部４１を設けた無線通信媒体処理装置により、低コストで状況変化にフレキシブルに対応することが可能となるメリットがあるものである。

本発明は、導体と、導体に設けられた屈曲部と、導体の任意の位置に設けられた導体伸縮部と、導体に信号電流を供給する給電部を有し、導体が給電部を基点としてループ状に周回している構成により、無線通信媒体へ磁界を付与するループアンテナの大きさを事後的にかつ容易に変化させることができ、ループアンテナ近傍に存在する、あるいは通過する無線通信媒体が付された物品の大きさや形状がダイナミックに変化しても、これに応じてループアンテナの大きさが変化して、変化した無線通信媒体の位置に対応して磁界を付与して、無線通信媒体との通信精度と安定性を向上させることが必要な用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１における導体伸縮部の構成図 本発明の実施の形態１における導体伸縮部の構成図 本発明の実施の形態１における導体伸縮部の構成図 本発明の実施の形態１における導体伸縮部の構成図 発明の実施の形態１におけるループアンテナの斜視図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の構成図

符号の説明

１ ループアンテナ
１ｂ ゲートアンテナ
２ 導体
３ 屈曲部
４ 導体伸縮部
５ 給電部
６ 給電ループアンテナ
７ 無給電ループアンテナ
８ 共振回路
９ 整合回路
１０ 終端抵抗
１１ 電磁波漏洩防止板
１２ 磁性体板
１３ 継ぎ部
１４ スライド部
１５ 内導体
１６ 外導体
１７ スライド穴
１８ 止めねじ
１９ 折り曲げ可動部
２０ 折り畳み部
２１、２２ 回転軸
２９、３１ 無線通信媒体処理装置
３０ 読み書き部
３２ 構造体
３３ 内部空間
３４ 開口部
３５ 間隔
３６ シールド
３７ 内板
３８ 外板
３９ スライド穴
４０ 止めねじ
４１ 構造体伸縮部
４２ 通信部
４３ 無線ユニット
４４ ホスト
４５ 通信路

Claims (1)

1. 内部空間と、この内部空間と外部空間をつなぐ開口部を有する構造体と、前記構造体の任意の位置に設けられた構造体伸縮部と、前記構造体の内部空間に配置されたループアンテナを備え、前記ループアンテナは導体と、前記導体に設けられた屈曲部と、前記構造体伸縮部と同じ位置に設けられた導体伸縮部と、前記導体に信号電流を供給する給電部を有し、前記導体が前記給電部を基点としてループ状に周回し、前記構造体伸縮部が前記導体伸縮部と連動して伸縮することを特徴とする無線通信媒体処理装置。

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