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JP4841659B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、RFタグ(いわゆる、RFID:Radio Frequency Identification)リーダライタに用いられるアンテナ装置に関し、特に、RFタグとの通信を行うために放射する電波の放射方向を切り替え可能とする技術に関する。
従来、ハンディターミナル内に収納可能な小型のアンテナに関する技術が開示されている(例えば、特許文献1から特許文献3を参照)。
店舗などで商品(衣類など)の棚卸を行う場合、RFタグが取り付けられた衣類が箱や棚に高密度で詰め込まれた状態で、これらRFタグを読み取るために携帯型のRFタグリーダライタを使用することがある。このようなRFタグリーダライタを用いて、箱や棚の外側から全てのRFタグを読み取れることができれば理想的であるが、実際には複数のRFタグのアンテナ同士が重なっていたり、RFタグのアンテナに金属等が触れていたりすることが影響して、RFタグの読み取り精度が低下することがある。
このような現状から、衣類が詰め込まれた箱にRFタグリーダライタのアンテナを挿入して、当該箱に詰め込まれているRFタグをできるだけ多く読み取れるようにしたいという要請がある。
上述のように、RFタグを読み取れる確立を高めるために、箱に詰め込まれた複数の物品に付されたRFタグを、RFタグリーダライタを箱に挿入して読み取ろうとすると、アンテナ装置自体の小型化や放射方向の制御を行う必要が生ずる。
しかしながら、パッチアンテナ等を用いることが多いRFタグリーダライタは、電波の放射方向が一方向であるのが通常であり、例え商品が詰め込まれた箱にRFリーダライタを挿入してRFタグの読み取りを行おうとしたとしても、RFタグリーダライタのアンテナの電波放射方向側にある物品のRFタグしか読み取ることができない。
上記従来技術により、例えば、2枚のパッチアンテナの地板側を貼り合せて、各パッチアンテナの給電ラインをスイッチで切り替えるといった構成が考えられるが、アンテナ部分の厚みが増してしまいアンテナ装置の薄型化の妨げになるという問題がある。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成により、装置全体としての薄型化を妨げることなく、RFタグとの通信を行うために放射する電波の放射範囲を切り替えることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第1の導体板と、前記第1の導体板と平行に配置され、少なくとも1つのスロットが形成された第2の導体板と、前記第1の導体板と前記第2の導体板との間に配置され、前記第1の導体板に電力を供給する給電素子と、前記スロットを開閉可能なシャッタと、を備えるアンテナ装置に関する。
また、上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第1の導体板と、前記第1の導体板と平行に配置され、少なくとも1つのスロットが形成された第2の導体板と、前記第1の導体板と前記第2の導体板との間に配置され、前記第1の導体板に電力を供給する給電素子と、前記スロットを開閉可能なシャッタと、を備えるRFタグリーダライタに関する。
以上に詳述したように、本発明によれば、簡単な構成により、RFタグとの通信を行うために放射する電波の放射範囲を切り替えることが可能なアンテナ装置を提供することができる。
本発明の第1の実施の形態によるRFタグリーダライタRの全体構成を示す斜視図である。 アンテナ部1aがハンドル部109に対する「開位置」まで展開されている状態を示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの筐体112内の概略構成について説明するための斜視図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの筐体112内の概略構成について説明するための斜視図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの内部構造をx軸方向に見た概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの主要構成部品の位置関係を示す図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの主要構成部品の位置関係を示す図である。 本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの主要構成部品の位置関係を示す図である。 図4の状態から、レバー110を用いてシャッタ106を開位置までスライドさせ、スロット107が開口している状態を示す図である。 スロット107を閉じている状態での電波放射パターンを示す図である。 スロット107を開いている状態での電波放射パターンを示す図である。 本発明の第2の実施の形態によるアンテナ装置を備えるRFタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態によるアンテナ装置を備えるRFタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態によるアンテナ装置を備えるRFタグリーダライタについて説明するための図である。 本発明の第3の実施の形態によるアンテナ装置を備えるRFタグリーダライタの概略構成を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態によるRFタグリーダライタRの全体構成を示す斜視図である。
本実施の形態によるRFタグリーダライタRは、商品に付されているRFタグを読み取るために使用される。
本実施の形態によるRFタグリーダライタRは、アンテナを構成する各種素子をプラスチック製の筐体112内に収容してなるアンテナ部1a(アンテナ装置)と、ユーザがRFタグリーダライタRを持つためのハンドル部109と、アンテナ部1aをハンドル部109に対して開閉可能に支持するためのヒンジ部111と、レバー110と、を備えている。図1では、アンテナ部1aがハンドル部109に対する「閉位置」となっている状態を示している。具体的に、ハンドル部109は、一端がアンテナ部1aにおける端部にヒンジ部111により展開可能に支持されており、アンテナ部1aにおけるスロット(後述)が形成されている側の面に略対向する「閉位置」とアンテナ装置におけるスロットが形成されている側の面から離間する「開位置」との間で開閉可能となっている。
図2は、アンテナ部1aがハンドル部109に対する「開位置」まで展開されている状態を示す斜視図である。
このように、本実施の形態によるRFタグリーダライタRは、アンテナ部1aをハンドル部109に対して開閉させることにより、ある程度限られたエリアにあるRFタグを選択的に読み取る場合に適した電波(放射方向Aの電波)を照射する「閉位置」と、アンテナ部1aの両面からの電波放射(放射方向Aおよび放射方向Bの電波)を可能とする「開位置」と、を切り替え可能となっている。
図3および図4は、本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの筐体112内の概略構成について説明するための斜視図である。
本実施の形態におけるアンテナ部1aは、第1の導体板101と、第2の導体板102と、給電素子104と、シャッタ106と、を備えている。
第1の導体板101は、例えば本実施の形態によるRFタグリーダライタをUHF帯のRFタグリーダライタとして機能させたい場合、約140mm×140mmの大きさに設定することが好ましい。このようなサイズに設定された第1の導体板101は、953MHz帯で共振する。このとき、第1の導体板101は、放射素子として機能する。
また、第1の導体板101は、円偏波の電波を放射する放射素子として機能するように、図3に示すように矩形の導体板の対角に摂動素子(切り欠き部)を設けた形状に形成されている。第1の導体板101を円偏波用の放射素子として用いるのは、RFタグリーダライタのアンテナは、RFタグの読み取り性能の観点から、一般に円偏波アンテナが好適とされているからである。
第2の導体板102は、パッチアンテナの地導体としての役割も有しており、第1の導体板101と平行に配置されている。
第2の導体板102は、第1の導体板101がパッチアンテナとして機能するときの地導体としても機能する。地導体の大きさは、可能な限り大きいことが望ましいが、第1の導体板101の大きさが約140mm×140mmであることから、ここでは概ね160mm〜300mm角に設定している。
また、第2の導体板102には、スロットアンテナを構成するためのスロット107(長方形の貫通孔)が形成されている。スロット7の全長(スロット長)は、放射すべき所望の電波の周波数の半波長を基本とするが、第1の導体板101と第2の導体板102の間隔により調整する必要がある。また、スロット107は、第2の導体板102との高周波的な導通が維持されている。
給電素子104は、第1の導体板101と第2の導体板102との間に配置され、第1の導体板101に電力を供給する。
第1の導体板101と第2の導体板102の間には、空気層または誘電体層が充填され、第1の導体板101と第2の導体板102の間隔は5mm〜20mmに設定される。第1の導体板101と第2の導体板102の間隔を大きくすると、アンテナ部1aの帯域幅が広くなるが、アンテナ部1a全体としての厚さが増すため、当該間隔は用途に応じて適切な距離に設定すればよい。
給電素子104は、第1の導体板101と第2の導体板102の中間付近に配置されており、長方形であるその長さを調整することで、給電点5のインピーダンスを調整することができる。給電素子104は、給電点105に接続される不図示の同軸コネクタを介してRFタグリーダライタRにおける不図示の無線部から給電される。
図5は、本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの内部構造をx軸方向に見た概略構成図である。
第1の導体板101および給電素子104は、それぞれが、誘電率が1に近い材料H(例えば、発泡スチロールなど)によって第2の導体板2に支持されている(図5を参照)。もちろん、第1の導体板101および給電素子104を保持する構造としては、任意の構造を採用することができることは言うまでもない。
シャッタ106は、スロット107を塞いだ閉位置とスロット107を介した電波の放射を遮らない開位置との間で開閉可能な導体板である。具体的に、シャッタ106は、スロット107全体を覆うことのできる大きさを有し、ガイド部材Gによって第2の導体板102に沿ってz軸方向にスライド可能となっている(図5を参照)。シャッタ106は、図1および図2に示すレバー110と連結されており、ユーザによるレバー110の操作により、z軸方向にスライドする。本実施の形態では、各構成部材の位置関係の理解を容易にするため、図5以外ではガイド部材Gを省略して図示している。
図6〜図8は、本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ部1aの主要構成部品の位置関係を示す図である。
図9は、図4の状態から、レバー110を用いてシャッタ106を開位置までスライドさせ、スロット107が開口している状態を示す図である。
本実施の形態によるRFタグリーダライタRは、シャッタ106によりスロット107を閉じている状態では、主に放射方向Aに電波を放射するパッチアンテナとして動作する。すなわち、第1の導体板101は放射素子として機能し、第2の導体板102は地導体として機能する。このときのx−y平面で見た放射パターンは概ね図10のようになり、0°方向(放射方向A)にメインローブが形成される。
一方、シャッタ106によりスロット107を閉じていない状態では、第1の導体板101が反射板として機能するスロットアンテナとして動作する。ただし、第1の導体板101は所望の周波数で共振するため、第1の導体板101側からも電波が放射される。つまり、放射パターンは概ね図11のようになり、0°(放射方向A)と180°(放射方向B)にメインローブが形成される。
したがって、シャッタ106によってスロット107を閉じている状態においては、アンテナ部1aの両面からRFタグを読み取ることが可能となる。
なお、本実施の形態では、シャッタ106は、第2の導体板102における、第1の導体板101と対向しない側に配置されている。シャッタ106は、本来のアンテナの部品としては不要なものであり、このような不要な部品が地導体と放射素子の間に存在すると、アンテナとしての性能に影響を及ぼす可能性がある。したがって、本実施の形態では、シャッタ106を上述のような配置としている。
本実施の形態によれば、シャッタ106によりスロット107を閉じた状態では放射方向Aに電波が放射されるため、RFタグリーダライタRは放射方向AにあるRFタグを読み取ることができる。また、図2のようにRFタグリーダライタRのアンテナ部1aを開位置まで展開させ、さらにシャッタ106によりスロット107を開口させると、アンテナ部1aの両面から電波が放射される。この状態でアンテナ部1aを商品が詰め込まれた箱等に挿入すると、アンテナ部1aの両面(放射方向Aと放射方向B)からRFタグを読み取ることが可能になり、棚卸などを効率的に行うことができる。
(第2の実施の形態)
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述した第1の実施の形態の変形例である。以下、第1の実施の形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分については、同一符号を付し、説明は省略する。
図12〜図14は、本発明の第2の実施の形態によるアンテナ装置を備えるRFタグリーダライタについて説明するための図である。本実施の形態によるRFタグリーダライタは、第3の導体板103をさらに備えている。
第3の導体板103は、第1の導体板101における、第2の導体板102と対向しない側に着脱可能となっている。第3の導体板103の外形は、第1の導体板101の外形よりも大きく、且つ第2の導電板102の外形と同じかそれ以上の大きさに設定されている。
シャッタ106によりスロット107を開口させ、且つ、図13および図14に示すように、第3の導体板103を第1の導体板101に近接させて配置すると、本実施の形態におけるアンテナ部1bはスロットアンテナとして動作する。ここでの第3の導体板103の配置方法としては、筐体112がプラスチック製であることから、筐体112の外面に密着させて配置してもよいし、筐体112内部に収容するようにしてもよい。
このときの放射パターンは概ね図10にて示したパターンを180°回転させた形状となり、180°方向(スロット7側)にメインローブが形成される。
以上のように、シャッタ106を開閉させることにより、アンテナ部1bによる電波の放射方向を3通りに切り替えることが可能となる。
(第3の実施の形態)
続いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述した各実施の形態の変形例である。以下、上述した各実施の形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分については、同一符号を付し、説明は省略する。図15は、本発明の第3の実施の形態によるRFタグリーダライタの概略構成を示す図である。
本実施の形態によるRFタグリーダライタでは、上述の第1および第2の実施の形態とは形状が異なるスロット107’を有している。本実施の形態では、装置全体としての薄型化を図るため、第1の導体板101と第2の導体板102の間隔を狭くするとともに、スロット107’の全長(スロット長)を、アンテナ部1cから放射する電波の半波長よりも長く設定している。つまり、例えば図15に示すように、長方形ではなく、屈曲した形状のスロット107’を採用する。
以上、上述の各実施の形態では、主に、多数の商品の棚卸をする場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、単数あるいは少数のRFタグの読み取りを行う際にも、有効であることは言うまでもない。
具体的には、RFタグリーダライタによるRFタグの読み取りを行う際に、アンテナ部の両サイドに読み取り対象となるRFタグが存在するような場合、上述の実施の形態による構成を有するRFタグリーダライタは効果を奏する。また、ハンドル部の持ち手の形状の関係から、放射方向Aに放射される電波による読み取りが困難であるような場合(例えば、RFタグリーダライタを挿入しにくい場所でのRFタグ読み取りを行う場合など)、上述の実施の形態によるRFタグリーダライタであれば、放射方向Bに放射される電波によるRFタグの読み取りを行うことができる。
また、上述の各実施の形態によれば、第1の導体板101が略矩形の外形を有する構成を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、円偏波の電波を放射可能な他の構成として、略円形の外形を有する放射素子を採用したり、略矩形の外形を有する放射素子に対して2点給電を行ったりすることによっても、円偏波アンテナとしての機能を実現することができる。
このように、上述の各実施の形態によれば、地導体として機能する第2の導体板102に形成したスロットをシャッタ106により開閉することで、平面アンテナの電波放射方向を切り替えることができ、アンテナの裏側(第2の導体板側)にあるRFタグも同時に読み取ることが可能となる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
1a,1b,1c アンテナ部、101 第1の導体板、102 第2の導体板、104 給電素子、106 シャッタ、107,107’ スロット。
特開2008−236046号公報 特開2008−306495号公報 特開2009−89428号公報

Claims (7)

  1. 第1の導体板と、
    前記第1の導体板と平行に配置され、少なくとも1つのスロットが形成された第2の導体板と、
    前記第1の導体板と前記第2の導体板との間に配置され、前記第1の導体板に電力を供給する給電素子と、
    前記スロットを開閉可能なシャッタと、
    を備えるアンテナ装置。
  2. 請求項1に記載のアンテナ装置において、
    前記第1の導体板は、摂動素子を有する円偏波用の放射素子であるアンテナ装置。
  3. 請求項1に記載のアンテナ装置において、
    前記スロットのスロット長は、放射すべき電波の半波長よりも長く設定されているアンテナ装置。
  4. 請求項1に記載のアンテナ装置において、
    前記シャッタは、前記第2の導体板における、前記第1の導体板と対向しない側に配置されているアンテナ装置。
  5. 請求項1に記載のアンテナ装置において、
    前記第1の導体板における、前記第2の導体板と対向しない側に着脱可能な第3の導体板をさらに備えるアンテナ装置。
  6. 請求項に記載のアンテナ装置において、
    前記第3の導体板の外形は、前記第1の導体板の外形よりも大きく、且つ前記第2の導電板の外形以上の大きさであるアンテナ装置。
  7. 請求項1に記載のアンテナ装置において、
    一端が前記アンテナ装置における端部に展開可能に支持されており、前記アンテナ装置における前記スロットが形成されている側の面に略対向する閉位置と前記アンテナ装置における前記スロットが形成されている側の面から離間する開位置との間で開閉可能なハンドル部をさらに備えるアンテナ装置。
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