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発明の名称 非接触タグ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−188890(P2001−188890A)
公開日 平成13年7月10日(2001.7.10)
出願番号 特願2000−221(P2000−221)
出願日 平成12年1月5日(2000.1.5)
代理人 【識別番号】100067747
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 良昭
【テーマコード(参考)】
5B035
5K012
【Fターム(参考)】
5B035 BB09 CA23 
5K012 AB03 AB12 AC06 AC08 AC10 BA00
発明者 岡田 常雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】データの送受信を行うアンテナ部と、データを処理するICと、これらアンテナ部とICとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを備え、受信データの記憶及び記憶データの送信機能を備えた非接触タグであって、前記インピーダンス整合回路を、コンデンサまたは/およびコイルにより構成した非接触タグ。
【請求項2】インピーダンス整合回路の全部または一部を、IC内に集積した請求項1記載の非接触タグ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、非接触通信用のデータキャリアとして用いられる非接触タグに関し、さらに詳しくは非接触通信時の電力伝送効率を高めて交信距離の向上を図った非接触タグに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種の非接触通信に用いられる非接触タグは、電磁誘導により非接触にリーダライタと通信して所望のデータ処理がなされている。例えば、図6に示すように、この非接触タグ61はデータを送受信するアンテナ用のコイル62と、このコイル62と共振回路をなすコンデンサ63と、データ処理用のIC64とから構成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この場合、アンテナ用のコイル62とコンデンサ63とからなるアンテナ部65のインピーダンスと、IC64のインピーダンスとが異なるため、アンテナ用のコイル62からIC64に効率よく電力を伝送できなかった。このため、リーダライタと通信する非接触タグ61の有効交信距離が短くなり、通信能力が低下する。それゆえ、アンテナ部65からの出力を大きくすれば、有効交信距離を伸ばすことができるが、電波法などによりアンテナ出力の大きさは規制されており、規制値以上には大きくできない。
【0004】また共振周波数として、例えば13.56 MHzを使用する場合、コンデンサの値Cとコイルのインダクタンス(以下、L値と称す)とを組合せて、例えばC=10pF、L=14uHを選択できる。非接触タグ61の有効交信距離を伸ばすために、コイルの巻数・開口面積を大きくするにはコイルのL値をこれより大きくする必要があるが、これに反してコンデンサの値Cは数pF程度と小さくなる。この場合、非接触タグの効率的な製造を考慮して、コンデンサをIC内に集積することが考えられるが、この場合はICの製造上、コンデンサの値Cを数pFにすることは難しい。
【0005】この他、電磁誘導型データキャリアシステムとして特開平11ー39441号が提案されている。これはリーダライタとデータキャリア間の距離の変化を検出して可変容量ダイオードの容量値を変化させ、これにより整合条件を変え、整合状態がずれても整合状態を保つように可変整合回路を働かせることを特徴としている。
【0006】しかし、この可変整合回路の実現には、アンプ、抵抗、可変容量ダイオードなどを用いる必要があり、回路構成が複雑になる問題を有していた。
【0007】そこでこの発明は、インピーダンス整合回路をコンデンサまたは/およびコイルのみにより構成することにより、インピーダンス整合回路を簡易に実現でき、供給電力が小さくてもアンテナ部からICへ送れる電力を最大化して遠距離交信を可能にした非接触タグの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、データの送受信を行うアンテナ部と、データを処理するICと、これらアンテナ部とICとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを備え、受信データの記憶及び記憶データの送信機能を備えた非接触タグであって、前記インピーダンス整合回路をコンデンサまたは/およびコイルにより構成したことを特徴とする。
【0009】この発明によれば、インピーダンス整合回路によってアンテナ部のインピーダンスとICのインピーダンスを整合させるため、効率よく電力を伝送してアンテナ部からICへの電力伝送効率を最大にすることができる。このため、インピーダンス整合回路を使用しない場合に比べて、有効交信距離をさらに伸ばすことができる。
【0010】また、インピーダンス整合回路により、合成後のコンデンサの値を数pFに小さくすることができるため、コイルのL値を大きく設定できる。このコイルのL値が大きい場合は、コイルの巻数や開口面積を大きくできるため、非接触タグの受信電力を大きく設定することができる。
【0011】またこの発明は、インピーダンス整合回路の全部または一部を、IC内に集積して非接触タグを構成したことを特徴とする。この場合は、インピーダンス整合回路をIC内に集積させることにより、非接触タグの部品点数を削減して効率よく製造することができる。
【0012】この発明の以上説明した構成要素は可能な限り組合せることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。図面は非接触通信に利用される非接触IDタグを示し、図1において、この非接触IDタグ(以下タグと称す)11はアンテナ部12とIC13との間にインピーダンス整合回路14を介装して構成される。
【0014】上述のアンテナ部12は、コイル15とコンデンサ16とを並列に接続してインピーダンス整合回路14に接続している。図において、Z1 ,Z2 はアンテナ部12とIC13とのインピーダンスを表し、Z1,Z2は両インピーダンスZ1 ,Z2 に対する共役複素数を表している。
【0015】上述のタグ11は、接近した図示しないリーダライタからの送信信号および供給電力をアンテナ部12が受付け、その電力をIC13に供給して動作する。このとき、アンテナ部12からIC13へ供給できる電力は、両インピーダンスZ1 ,Z2 の値により異なり、Z1 =Z2のとき最大となる(Z1 =Z2の式が成立つとき、インピーダンスが整合していると言う)。
【0016】次に、ICのインピーダンスZ2 とICに供給できる電力の関係について具体的に説明する。一般的には、図6で既述した通り、インピーダンス整合回路を介装していない非接触タグ61の構成上、アンテナ部12のインピーダンスZ1 と、IC13の共役複素数Z2とは、Z1 ≠Z2であることが多いため、供給している電力は最大にはなっていない。
【0017】そこで、アンテナ部12とIC13との間にインピーダンス整合回路14を介装した場合、このインピーダンス整合回路14は図1の左側の第1矢印aから見た右方向(インピーダンス整合回路とIC)のインピーダンスをアンテナ部12の共役複素数Z1にするための回路であり、図1の右側の第2矢印bから見た左方向(インピーダンス整合回路とアンテナ部)のインピーダンスをICの共役複素数Z2にするための回路である。これにより、アンテナ部12とIC13のインピーダンスZ1 ,Z2 を整合させることができる。
【0018】例えば、図2に示すように、ICのインピーダンスZ2 と供給される電力Pとの関係を考察すると、IC13のインピーダンスZ2 を、Z2 =Z1にすることにより、供給された電力Pは最大供給電力P1 となる関係を示している。
【0019】ところで、コイルのL値はコイルの巻数Nの2乗に比例し、コイルの面積Sに比例する関係にあり、このコイルに誘起される起電力Vは、コイルのL値が大きい程大きくなる。従って、起電力Vはタグ11がリーダライタから遠く離れる程小さくなるため、コイルのL値が大きい方が交信距離が長くなる。
【0020】例えば、13.56 MHz を発振周波数とする通信システムでは、タグの部品点数を削減するためにアンテナ部のコンデンサをIC内に集積することがある。このときのコンデンサの容量は、IC製造上の制限により、数pF程度のものは難しく10pF程度となる。また、アンテナ部の共振周波数を13.56 MHz にするには、コイルのL値が14uH程度の小さな値になる。ここで、インピーダンス整合回路14を使用すると、IC内のコンデンサとインピーダンス整合回路の合成容量を数pFにするようにコンデンサの値を選ぶことができる。これにより、コイルのL値を大きくでき、交信距離を伸ばすことができる。
【0021】上述のインピーダンス整合回路14は、通信兼受電用のコイルやインピーダンス整合用のコンデンサなどを用いて実現することができ、以下その実施の形態を図3〜図5に基づいて説明する。図3はコンデンサのみによるインピーダンス整合回路を備えたタグを示し、図3(a)はアンテナ部のインピーダンスZ1 がICのインピーダンスZ2 より大きいときの関係(Z1 >Z2 )で構成されるときのタグ31aを示す。このときのインピーダンス整合回路32aはアンテナ部33aを構成するコイル34aと直列に接続した2個の両コンデンサ35aとを並列に継いで設け、コンデンサ間と一端をIC36aに接続して構成している。
【0022】図3(b)はアンテナ部のインピーダンスZ1 よりICのインピーダンスZ2が大きいときの関係(Z1 <Z2 )で構成されるときのタグ31bを示す。このときのインピーダンス整合回路32bはコイル33bの両端を、直列に継いだ両コンデンサ34b間と、その端部に接続してアンテナ部35b兼用のインピーダンス整合回路32bを構成し、両コンデンサ34bの両端をIC36bに接続して構成する。
【0023】このように構成した場合は、各コンデンサ35a,34bの働きにより整合動作することができる。
【0024】図4はコイルのみによるインピーダンス整合回路を備えたタグを示し、図4(a)はアンテナ部のインピーダンスZ1 がICのインピーダンスZ2 より大きいときの関係(Z1 >Z2 )で構成されるときのタグ41aを示す。このときのインピーダンス整合回路42aはアンテナ部43aを構成するコイル44aとコンデンサ45aとを直列に継いで設け、その一端とコイル44aの中間部とから引出してIC46aに接続している。
【0025】図4(b)はアンテナ部のインピーダンスZ1 よりICのインピーダンスZ2が大きいときの関係(Z1 <Z2 )で構成されるときのタグ41bを示す。このときのインピーダンス整合回路42bはコイル43bの中間部と、コイルとIC接続部間との間をコンデンサ44bで接続してアンテナ部45b兼用のインピーダンス整合回路42bを構成し、コイル43bの両端をIC46bに接続している。
【0026】このように構成した場合は、各コイル44a,43bの働きにより整合動作することができる。
【0027】図5はコンデンサとコイルを併用してなるインピーダンス整合回路を備えたタグを示し、図5(a)はアンテナ部のインピーダンスZ1 がICのインピーダンスZ2 より大きいときの関係(Z1 >Z2 )で構成されるときのタグ51aを示す。このタグ51aはコイル52aとコンデンサ53aからなるアンテナ部54aと、IC55aとの間に2個のコンデンサ56aと、この中間に接続したコイル57aからなるインピーダンス整合回路58aを介装して構成する。
【0028】図5(b)はアンテナ部のインピーダンスZ1 よりICのインピーダンスZ2が大きいときの関係(Z1 <Z2 )で構成されるときのタグ51bを示す。このタグ51bはコイル52bとコンデンサ53bからなるアンテナ部54bと、IC55bとの間に2個のコンデンサ56bとコイル57bからなるインピーダンス整合回路58bを介装して構成する。
【0029】このように構成した場合は、各々コンデンサ56a,56bとコイル57a,57bの働きにより整合動作することができる。
【0030】上述した何れかのタグ31a,31b,41a,41b,51a,51bを用いて通信対象のリーダライタと交信する場合、非接触に対向するリーダライタとタグ間の距離が離れて交信距離が遠くなると、リーダライタから送られる供給電力が小さくなるが、インピーダンス整合回路の整合作用によりアンテナ部からICへ送れる電力を最大化できるので、リーダライタからの供給電力が小さくても交信性能が高まり、安定して通信することができる。
【0031】この発明と、上述の一実施例の構成との対応において、この発明の非接触タグは、実施例の非接触IDタグ11,31a,31b,41a,41b,51a,51b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、上述の実施の形態の構成のみに限定されるものではない。
【0032】
【発明の効果】この発明によれば、インピーダンス整合回路によりアンテナ部のインピーダンスとICのインピーダンスを整合させて、アンテナ部からICへの電力伝送効率を最大にすることができるため、インピーダンス整合回路を使用しない場合に比べて、交信距離をさらに伸ばすことができる。




 

 


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