JP6736378B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関する。

従来、商品に付されたバーコードや二次元コードなどのコードシンボルを利用して、商品登録または在庫管理を行うシステムがある。このシステムでは、コードシンボルを光学的に読み取る光学読取装置が使用される。

一方、近年では、商品に取り付けられた無線タグを利用して、商品登録または在庫管理を行うシステムも実用化されている。このシステムでは、無線タグの情報を無線通信により読み取る無線タグリーダが使用される。

また、コードシンボルと無線タグを併用して、商品登録または在庫管理を行うシステムも考えられている。しかしこのシステムでは、コードシンボルが取り付けられた商品と、無線タグが取り付けられた商品とが混在するため、オペレータは、光学読取装置と無線タグリーダとを使い分ける必要がある。例えば、コードシンボルが取り付けられた商品については、オペレータは、光学読取装置の前にコードシンボルをかざす。無線タグが取り付けられた商品については、無線タグリーダの読取範囲に無線タグを移動させる。

このように商品によってオペレータの動作が異なることは非常に煩わしい。そこで、コードシンボルの読み取りと、無線タグの読み取りとを同一の動作で行えるように、光学読取装置の読み取りを阻害しない構造のアンテナ装置を備えた無線タグリーダが考案されている。

その一例として、例えば、４つのエレメントが矩形状に配置された無線タグ読取用のアンテナの基板の中央部分に矩形状の開口部を設け、この開口部から光学読取装置の読み取りを行うようにしたアンテナ装置が考えられる。このような構造により、光学読取装置の読み取りをアンテナが阻害しない。

特開２００２−３２９１７７号公報 特開２０１４−２７４１８号公報

しかしながら、上述した構造のアンテナ装置は、グランドとなる基板に開口部を設けるため、ＦＢ比（Ｆｒｏｎｔ ｔｏ Ｂａｃｋ ｒａｔｉｏ）が悪化する。その結果、アンテナ後方への電波の放射が強くなり、アンテナ後方に設置される部材の影響を受けやすくなる。

そこで、本実施形態では、光学読取装置などの光の透過を阻害せず、後方への電波の放射を抑制した無線タグ通信装置用のアンテナ装置を提供することが課題である。

実施形態に係るアンテナ装置は、グランド板と、複数の放射素子と、導電部材と、を具備する。前記グランド板は、略中心部に前記光学読取装置の読取範囲が通過する開口である開口部が設けられている。前記複数の放射素子は、前記開口部の周辺に配置されている。前記導電部材は、前記開口部に前記グランド板と電気的に接続されて配置され、前記開口部からの光の透過を阻害しない。

図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置を用いたシステムの構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置と光学読取装置との組み付け状態を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。 図５は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の１つの放射素子の構造を示し、（Ａ）は１つの放射素子の斜視図、（Ｂ）は１つの放射素子の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶＣ−ＶＣ線断面図である。 図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の特性を示し、（Ａ）は電磁界シミュレーションにより算出した指向性を示す特性図、（Ｂ）はＦＢ比を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る導電部材に格子状導体を用いたアンテナ装置の平面図である。 図８は、第３の実施形態に係る放射素子にリング形状の導体を用いたアンテナ装置の平面図である。

以下、第１の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１００を用いたシステムの構成例を示す図である。図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と光学読取装置４００との位置関係を示す図である。

図１に示すように本実施形態に係るアンテナ装置１００は、無線タグ通信装置２００に接続されている。この無線タグ通信装置２００は、光学読取装置４００とともに、制御装置６００と接続されている。無線タグ通信装置２００は、アンテナ装置１００を介して、無線通信により無線タグ３００に記憶された情報を読み取り、読み取った情報を制御装置６００に送信する。無線タグ３００は、ＩＣタグやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグとも呼ばれる。光学読取装置４００は、バーコードやＱＲコード（登録商標）などのコードシンボル５００の情報を光学的に読み取り、制御装置６００に読み取った情報を送信する。また、制御装置６００は、無線タグ通信装置２００や光学読取装置４００に読み取り開始などの命令を送信し、無線タグ通信装置２００による無線タグ３００の読み取りや光学読取装置４００によるコードシンボル５００の読み取りを行う。

本実施形態に係るアンテナ装置１００は、上述したような構成のシステムで、光学読取装置４００と組み合わせて使用される無線タグ通信装置２００のアンテナ装置１００である。

次にアンテナ装置１００について、詳細に説明する。アンテナ装置１００の斜視図を図３に、平面図を図４に示す。アンテナ装置１００は、グランド板である基板１０２と、複数、本実施形態では４つの放射素子１０１と、導電部材１０５と、を具備する。基板１０２は、例えば樹脂製やセラミック製の矩形状の基板である。基板１０２は、表面側の第１板面１０２ａと、裏面側の第２板面１０２ｂとを有する。基板１０２の略中心部には、矩形状の開口部１０４を設けている。

４つの放射素子１０１は、基板１０２の第１板面１０２ａ上において開口部１０４の周辺に配置されている。４つの放射素子１０１は、図３に示す通り、開口部１０４を遮らないように配置されている。基板１０２の第１板面１０２ａの略全領域は、電位がグランドレベルに設定された導電層（以下、グランド層）である。基板１０２の第２板面１０２ｂには、放射素子１０１へ給電するための給電部（図示せず）が構成されている。

次に、放射素子１０１の構造を図５の（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。図５は、基板１０２の第１板面１０２ａ上に固定されたアンテナ装置１００の１つの放射素子１０１の構造を示した図である。図５の（Ａ）は１つの放射素子１０１の斜視図、図５の（Ｂ）は１つの放射素子１０１の正面図、図５の（Ｃ）は図５（Ｂ）のＶＣ−ＶＣ線断面図である。

１つの放射素子１０１は、基板１０２と平行な板状の導体１０１ａの一端を折り曲げ、ここで折り曲げた折り曲げ部１０１ｂの端部が第１板面１０２ａのグランド層に接続されている。さらに、導体１０１ａには、折り曲げ部１０１ｂの折り曲げた箇所から先端方向に所定の距離をずらした位置に給電線１０３が図５の（Ａ）中で下向きに延設されている。これにより、１つの放射素子１０１は、逆Ｆアンテナと呼ばれる構造に成形されている。

基板１０２の第１板面１０２ａ上には、給電線１０３と対応する部分に例えばグランド層を形成する銅箔の一部を剥がして樹脂やセラミックなどの絶縁層を露出させた部分１０２ｃがある。この部分１０２ｃに貫通孔１０２ｄを設け、この貫通孔１０２ｄに給電線１０３を貫通させている。給電線１０３は、第１板面１０２ａのグランド層には接続せずに、基板１０２を貫通する。そして給電線１０３は、第２板面１０２ｂに形成された、例えばマイクロストリップラインなどの給電パターンによって形成されている給電部に接続される。この給電部は無線タグ通信装置２００と同軸ケーブルで接続するためのコネクタが実装され、コネクタから各給電線１０３へ電力を分配する回路を構成してもよい。また、給電線１０３毎に同軸ケーブルを接続するためのコネクタを実装した構成でもよい。これにより、給電部から放射素子１０１へ給電線１０３を介して給電され、放射素子１０１が励振し電磁波が放射される。

図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と光学読取装置４００との組み付け状態を示す断面図である。光学読取装置４００は、固定板４０３の上に例えばボルト４０４とナット４０５とからなる複数の固定手段で固定されている。また、固定板４０３の光学読取装置４００の取付け面側には、複数、例えば４本の棒状のスペーサ４０６が立設されている。これら各スペーサ４０６の上下の両端部には、それぞれ固定ねじ４０７が突設されている。スペーサ４０６の上端部側の固定ねじ４０７は、基板１０２に形成された貫通孔を介して基板１０２の第１板面１０２ａ側（アンテナ装置１００の放射素子１０１の取付け面側）に延出されている。そして、この固定ねじ４０７にナット４０８が螺着されることで、スペーサ４０６の上端部側が基板１０２に固定されている。

また、各スペーサ４０６の下端部側の固定ねじ４０７は、固定板４０３に形成された貫通孔を介して固定板４０３の図２中で下面側に延出されている。そして、この固定ねじ４０７にナット４０８が螺着されることで、スペーサ４０６の下端部側が固定板４０３に固定されている。そのため、アンテナ装置１００と光学読取装置４００との間の組み付け位置が固定される。これにより、アンテナ装置１００の基板１０２と略垂直な方向に光学読取装置４００の光軸４０１が配置される状態で光学読取装置４００を支持する支持機構４１０が形成されている。この支持機構４１０によりアンテナ装置１００と光学読取装置４００とを一体的に組み付けた組み付けユニット４１１が形成されている。

ここで、光学読取装置４００の光軸４０１は、基板１０２の開口部１０４の略中心に配置されている。この光学読取装置４００の読取範囲４０２は、図２中で、上向きに徐々に拡開する状態で形成されている。図２中で、光学読取装置４００の読取範囲４０２は、ハッチングで示している。そして、アンテナ装置１００の４つの放射素子１０１は、光学読取装置４００の読取範囲４０２の範囲外に設置されている。なお、開口部１０４の形状は方形（矩形状）に限らず、円形や非対称の形状でもよい。

次に、導電部材１０５について説明する。本実施形態では、導電部材１０５は、導電性を有し、光を透過する透明導電膜（例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜や銀ナノワイヤ膜）が積層されたフィルムによって矩形枠状に形成されている。そして、この導電部材１０５は、図３や図４に示すように開口部１０４の全周縁部を覆うように配置され、第１板面１０２ａのグランド層に、例えばはんだや導電性テープによって電気的に接続されている。なお、導電部材１０５は、開口部１０４の一部を覆うように配置されていてもよい。また、導電部材１０５は、第１板面１０２ａのグランド層とスルーホールなどで電気的に接続された第２板面１０２ｂのグランド層に接続してもよい。

次に、上記構成のアンテナ装置１００の作用・効果について説明する。本実施形態のアンテナ装置１００では、基板１０２の開口部１０４の全周縁部を覆うように導電部材１０５を配置している。これにより、アンテナ装置１００のアンテナ後方への電波の放射を抑制することができる。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、基板１０２の開口部１０４の全周縁部を覆うように導電部材１０５を設けた場合の本実施形態のアンテナ装置１００と、基板１０２に導電部材１０５を取り付けていない比較例のアンテナ装置（導電部材１０５なし）とを比較した結果である。ここで、図６（Ａ）は、電磁界シミュレーションにより算出した指向性を示す特性図である。なお、図６（Ａ）中で実線の特性曲線ｄ１が本実施形態のアンテナ装置１００（導電部材１０５あり）のデータ、同図中で点線の特性曲線ｄ２が比較例のアンテナ装置（導電部材１０５なし）のデータである。

また、図６（Ｂ）は、ＦＢ比（０°方向と１８０°方向の指向性利得の比）を示している。ここで、本実施形態のアンテナ装置１００（導電部材１０５あり）では、ＦＢ比は、８．８６ｄＢ、比較例のアンテナ装置（導電部材１０５なし）では、ＦＢ比は、５．３５ｄＢである。

本実施形態のアンテナ装置１００では、基板１０２の開口部１０４の全周縁部を覆うように導電部材１０５を配置することで、上記図６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにＦＢ比を高くし、アンテナ装置１００の後方（１８０°方向）への電波の放射を抑制することができる。そのため、アンテナ装置１００の後方に光学読取装置４００や光学読取装置４００を固定する部材などが配置された場合でも、これらの影響を受けにくく、アンテナ特性の変化を防ぐことができる。その結果、光学読取装置４００などの光の透過を阻害せず、アンテナ装置１００の後方への電波の放射を抑制した無線タグ通信装置用のアンテナ装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、図３、４に示すように放射素子１０１を４素子配置したアンテナ装置１００について説明したが、放射素子は１素子から３素子または、５素子以上配置してもよい。

更に、本実施形態では、基板１０２の第１板面１０２ａの略全領域をグランド層としたが、第１板面１０２ａには、グランド層を含めた導電層を設けず、導電部材１０５を基板１０２の第１板面１０２ａの略全領域に取り付け、グランド層としてもよい。

図７は、第２の実施形態を示す。本実施形態は、第１の実施形態（図１乃至図６参照）のアンテナ装置１００の構成を次の通り変更した変形例である。本実施形態のアンテナ装置１００１は、第１の実施形態の導電部材１０５に替えて、格子状に導体を配置した格子状導体４２１を用いたものである。

本実施形態では、基板１０２の略中心部には、第１の実施形態の開口部１０４よりも開口面積が小さい矩形状の開口部１０４ｂを設けている。この開口部１０４ｂは、少なくとも光学読取装置４００の読取範囲４０２の範囲よりも開口面積が大きくなる大きさに形成されている。

本実施形態の格子状導体４２１は、この基板１０２の開口部１０４ｂの全周縁部を覆うように配置されている。これにより、格子状導体４２１は、光学読取装置４００の読取範囲４０２を遮らない形状である。そして、格子状導体４２１は、第１板面１０２ａのグランド層にはんだで電気的に接続される。これにより、本実施形態のアンテナ装置１００１は、光学読取装置４００のコードシンボル５００の読み取りを阻害しない。

図８は、第３の実施形態を示す。本実施形態は第１の実施形態（図１乃至図６参照）のアンテナ装置１００の構成を次の通り変更した変形例である。本実施形態のアンテナ装置１００２は、第１の実施形態の逆Ｆアンテナ構造の４つの放射素子１０１に替えて、リング形状の導体を用いた放射素子１０１０を設けた例である。このリング形状の放射素子１０１０は、基板１０２の開口部１０４よりも大きな開口を設けている。本実施形態でも基板１０２の開口部１０４の全周縁部を覆うように導電部材１０５を配置している。これにより、アンテナ装置１００２のアンテナ後方への電波の放射を抑制することができる。

これらの実施形態によれば、光学読取装置などの光の透過を阻害せず、後方への電波の放射を抑制した無線タグ通信装置用のアンテナ装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］中心部に開口部が設けられたグランド板と、前記開口部の周辺に配置された複数の放射素子と、前記開口部に前記グランド板と電気的に接続されて配置され、前記開口部からの光の透過を阻害しない導電部材と、を具備することを特徴とするアンテナ装置。
［２］光学的に読み取り可能なコードシンボルを読み取る光学読取装置と組み合わせて使用され、無線タグと通信し、前記無線タグに記憶された情報を読み取る無線タグ通信装置のアンテナ装置であって、中心部に開口部が設けられたグランド板と、前記グランド板の板面と略垂直な方向に前記光学読取装置の光軸が配置される状態で前記光学読取装置を支持する支持機構と、前記開口部の周辺の前記光学読取装置の読取範囲の外に配置された複数の放射素子と、前記開口部に前記グランド板と電気的に接続されて配置され、前記光学読取装置の読取を阻害しない導電部材と、を具備することを特徴とするアンテナ装置。
［３］前記導電部材は、透明導電膜であることを特徴とする［１］または［２］に記載のアンテナ装置。
［４］前記導電部材は、格子状の導体であることを特徴とする［１］または［２］に記載のアンテナ装置。
［５］前記放射素子は、前記グランド板と平行な板状の導体の一端を折り曲げ、折り曲げた箇所の端部が前記グランド板のグランド層に接続され、前記折り曲げた箇所から先端方向に所定の距離をずらした位置に給電線が設けられた逆Ｆ型のアンテナ構造であり、前記逆Ｆ型のアンテナ構造の前記放射素子は、前記開口部の周辺に前記開口部を囲む状態で配置されていることを特徴とする［１］または［２］に記載のアンテナ装置。

１００…アンテナ装置、１０１…放射素子、１０１ａ…導体、１０１ｂ…折り曲げ部、１０２…基板、１０２ａ…第１板面、１０２ｂ…第２板面、１０２ｃ…絶縁層を露出させた部分、１０２ｄ…貫通孔、１０３…給電線、１０４…開口部、１０４ｂ…開口部、１０５…導電部材、２００…無線タグ通信装置、３００…無線タグ、４００…光学読取装置、４０１…光軸、４０２…読取範囲、４０３…固定板、４０４…ボルト、４０５…ナット、４０６…スペーサ、４０７…固定ねじ、４０８…ナット、４１０…支持機構、４１１…組み付けユニット、４２１…格子状導体、５００…コードシンボル、６００…制御装置、１００１…アンテナ装置、１００２…アンテナ装置、１０１０…放射素子、ｄ１…実線の特性曲線、ｄ２…点線の特性曲線。

Claims (4)

1. 光学的に読み取り可能なコードシンボルを読み取る光学読取装置と組み合わせて使用され、無線タグと通信し、前記無線タグに記憶された情報を読み取る無線タグ通信装置のアンテナ装置であって、
   中心部に前記光学読取装置の読取範囲が通過する開口である開口部が設けられたグランド板と、
   前記グランド板の板面と略垂直な方向に前記光学読取装置の光軸が配置される状態で前記光学読取装置を支持する支持機構と、
   前記開口部の周辺の前記光学読取装置の読取範囲の外に配置された複数の放射素子と、
   前記開口部に前記グランド板と電気的に接続されて配置され、前記光学読取装置の読取を阻害しない導電部材と、
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導電部材は、透明導電膜であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記導電部材は、格子状の導体であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記放射素子は、前記グランド板と平行な板状の導体の一端を折り曲げ、折り曲げた箇所の端部が前記グランド板のグランド層に接続され、前記折り曲げた箇所から先端方向に所定の距離をずらした位置に給電線が設けられた逆Ｆ型のアンテナ構造であり、
   前記逆Ｆ型のアンテナ構造の前記放射素子は、前記開口部の周辺に前記開口部を囲む状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。