無線タグ及び無線タグが取り付けられた物品並びに無線タグが取り付けられたカード並びに無線タグ用の通信システム
【課題】小型化し、セキュリティを確保し易い無線タグを提供する。
【解決手段】無線タグ１は、誘電体からなる基板２を放射電極３と接地導体４とで挟み込んだアンテナ５を有し、放射電極３側に集積回路６が取り付けられている。放射電極３で通信に寄与する開放端３１間の長さＬｂに対して、接地導体４の長さＬｃは、アンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さになっている。このため、無線タグ１単体では、アンテナ５の感度が低く実用的な無線通信ができないが、導体と協働させることで必要な無線通信が可能になる。
【解決手段】無線タグ１は、誘電体からなる基板２を放射電極３と接地導体４とで挟み込んだアンテナ５を有し、放射電極３側に集積回路６が取り付けられている。放射電極３で通信に寄与する開放端３１間の長さＬｂに対して、接地導体４の長さＬｃは、アンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さになっている。このため、無線タグ１単体では、アンテナ５の感度が低く実用的な無線通信ができないが、導体と協働させることで必要な無線通信が可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品に取り付けて用いられ、対象物に関連する情報を無線通信可能な無線タグ、無線タグが取り付けられた物品、無線タグが取り付けられたカード、無線タグ用の通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線タグは、物品に取り付けて用いられ、情報を格納する集積回路と、無線通信のためのアンテナとを有し、非接触で集積回路から情報を読み出したり、集積回路の情報を更新したりできるように構成されている。このため、無線タグを用いると、製造工程における生産管理や、物流における商品管理などを行うことができる。ここで、無線タグが取り付けられる物品には、金属や水分を含むものなどのように、それ自体が電波に影響を与えるものがある。
このような金属などに取り付けて使用する場合には、無線タグのアンテナが物品の影響を受けないように、片面指向性を有するマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナとも呼ばれる）を使用することが知られている。従来のマイクロストリップアンテナには、理想的には無限遠となる地板の上に誘電体の基板を設け、基板上に銅箔からなる放射用のアンテナ部を形成したものがある。基板は、共振周波数５．８ＧＨｚ帯において比誘電率が２〜４の誘電体で、厚さは１〜４ｍｍに形成されている。地板は、その面積がアンテナ部の面積以下で、かつ２０×２１．８２ｍｍに設定されている。アンテナ部は、物品である車体に設けられた他の基板から７ｍｍ離間して配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、放射電極（アンテナ部）で電波の送受信に直接寄与する開放端の長さは、通信用の電波の波長λの１／４にすると効率が良いことが知れている。さらに、片面指向性を得るためには、接地面（地板）の前記開放端に直交する方向の長さを、放射電極の幅にλ／１０を加えた幅より大きくする必要があった。このため、従来のマイクロストリップアンテナは、小型化することが困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロストリップアンテナを小型化した無線タグや、そのような無線タグに好適な周辺機器を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、電波を送受信可能な一対の開放端を有する平面状の放射電極と、前記放射電極が一方の面に設けられた誘電体と、前記誘電体の一方の面の反対側の他方の面に設けられた平面状の接地導体と、前記放射電極の中心からオフセットした位置に配置され、前記放射電極と前記接地導体のそれぞれに電気的に接続される集積回路と、を有し、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが０より大きく、かつアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さであることを特徴とする無線タグとした。
この無線タグでは、接地導体がアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下になるような大きさなので、限られた環境で無線通信が可能になる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さより大きく、かつ前記開放端間の長さに通信用の電波の実効波長の１／２０を加えた長さ以下であることを特徴とする。
この無線タグでは、接地導体の大きさが従来の構成に比べて小さくなっており、無線タグ全体としての大きさが小さくなっている。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、０よりも大きく、前記開放端間の長さより小さいことを特徴とする。
この無線タグでは、接地導体が放射電極より小さいので単体ではアンテナとして使用できないが、特定の環境では無線通信が可能になる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さに略等しいことを特徴とする。
この無線タグは、接地導体と放射電極を略等しい大きさにすることで、無線タグ単独で動作可能な最小サイズのものとなる。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地導体側が固定される導体とを有し、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さであることを特徴とする無線タグが取り付けられた物品とした。
この無線タグが取り付けられた物品は、物品が有する導体部分を利用することで単体では無線通信が難しい無線タグであっても無線通信が可能になる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする。
この物品では、接地導体の大きさが従来の構成に比べて小さい無線タグを使用することで、無線タグの取り付け位置が省スペース化される。さらに、取り付け位置のレイアウトの自由度が高まる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記無線タグの前記接地導体と前記導体とを接着する接着層を有し、前記接着層の厚さは０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする。
この無線タグが取り付けられた物品は、接着層を薄くすることで物品側の導体と無線タグが協働し易くなり、アンテナとしての利得を向上させる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記接着層は、前記無線タグと導体とを着脱可能に接着する接着剤又は両面テープからなることを特徴とする。
この無線タグが取り付けられた物品は、必要に応じて無線タグを物品から取り外したり、再度付けたりできる。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地電極側が固定されるカード本体と、を有し、前記カード本体で前記無線タグが固定される部分が誘電体からなり、その厚さが０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする無線タグが取り付けられたカードとした。
この無線タグが取り付けられたカードは、単独では無線タグによる通信が難しいので、情報がスキミングされたり、改ざんされたりすることを防止できる。情報のやり取りが必要なときは無線タグが通信可能になるような環境下で使用する。
【００１３】
請求項１０に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグとの間で無線通信をするために用いられ、前記無線タグの前記接地導体側に近接して配置され、前記開放端に直交する方向における長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さの導体と、前記導体に近接配置した前記無線タグとの間で通信するアンテナ及び通信するデータを処理する制御部を有するリーダライタと、を有することを特徴とする無線タグ用の通信システムとした。
この無線タグ用の通信システムは、無線タグを単独では通信が難しい状態から、通信が可能な状態にする手段として導体を使用し、導体と無線タグの位置関係で通信の可否を制御する。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の無線タグ用の通信システムにおいて、前記導体の長さは、前記開放端に直交する方向における前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする。
この無線タグ用の通信システムは、小型の無線タグを使用して無線通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、無線タグの接地導体を小さくすることで従来の比べて無線タグを小型化することができる。無線タグを使用する環境によっては、通信が難しくなるが、これを利用すればセキュリティ管理を確実に、かつ容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、無線タグ１は、誘電体からなる基板２を挟むように放射電極（導体パッチ）３及び接地導体４が設けられたアンテナ５と、放射電極３と接地導体４とに接続される集積回路６とを有する。図２において集積回路６は、放射電極３上に配置されている。このような無線タグ１は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグや、ＩＣ（Integrated Circuit）タグと呼ばれることもある。
【００１７】
放射電極３は、基板２の一方の面２Ａに貼り付けられた略矩形で平面状の導電体からなる。放射電極３の中心を通って、放射電極３の辺に平行な軸線Ｃ１上で、中心から所定距離だけオフセットした位置には、集積回路６が取り付けられている。基板２には、集積回路６の配置位置に合わせてスルーホール７が形成されている。スルーホール７は、放射電極３が形成された一方の面２Ａから、反対側の他方の面２Ｂに貫通しており、内部が導体層になっている。スルーホール７の周囲には、放射電極３が取り除かれた除去部８になっており、放射電極３と接地導体４とが直接導通しないようになっている。接地導体４は、スルーホール７を介して集積回路６に接続されている。放射電極３も集積回路６に接続されている。つまり、この無線タグ１は、放射電極３及び接地導体４に対する接続点９Ａ，９ｂ（集積回路６の給電位置）が放射電極３の中心からオフセットした位置で、かつ軸線Ｃ１上に設定されている。
【００１８】
放射電極３において軸線Ｃ１に平行な一対の辺は、電波の送受信に寄与する開放端３１であり、その長さＬａは通信用の電波の実効波長λの１／４になっている。軸線Ｃ１に直交する一対の辺３２の長さＬｂは、開放端３１と略同じ長さになっているが通信に直接影響を与えないので、開放端３１より短くても良い。辺３２を短くすれば、無線タグ１をさらに小型化できる。
【００１９】
基板２は、ガラスエポキシや、セラミックスなどの誘電体から製造されている。基板２の外形は、放射電極３よりも大きい。軸線Ｃ１に直交する一対の辺２２の長さＬｃは、放射電極３の辺３２の長さＬｂの両端にそれぞれλ／２０ずつ加えた大きさ以上になっている。すなわち、放射電極３の開放端３１から基板２の辺２１に至るまでの距離（差Ｄｂ）は、両側共にλ／２０である。
接地導体４は、基板２の他方の面２Ｂの略全面を覆っている。このため、軸線Ｃ１に直交する方向で接地導体４は放射電極３よりも片側λ／２０ずつ長い。
【００２０】
ここで、無線タグ１は、単独ではアンテナ５の感度が実用レベルよりも低くなるように構成されている。このような観点から、差Ｄｂは、０以上λ／２０以下であることが好ましい。このことを図３を参照して説明する。
図３は、２．４５ＧＨｚ帯における差Ｄｂ（ｍｍ）とアンテナの利得の計算結果を示している。ラインＬ１は、基板２にＦＲ４と呼ばれるガラスエポキシ材（誘電率４．４、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。ラインＬ２は、基板２にＢＴと呼ばれる高周波向けの基板（誘電率４．７、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。
ラインＬ１では、接地導体４の幅から放射導体３の幅を引いた差分Ｐ２（ｍｍ）でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっており、差分Ｐ４でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっている。差分Ｐ２は、λ／２０に相当し、例えば６ｍｍである。差分Ｐ４は、λ／１０に相当し、例えば１２ｍｍである。
また、ラインＬ２では、接地導体４の幅から放射導体３の幅を引いた差分Ｐ１（ｍｍ）でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっており、差分Ｐ３でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっている。
【００２１】
従来のアンテナは、一般的に実用可能なアンテナの利得である２ｄＢｉを超える領域（ラインＬ１において差分Ｐ４より右側、ラインＬ２において差分Ｐ３より右側）で使用されていたが、この実施の形態では、ラインＬ１においては差分Ｐ４以下の領域、ラインＬ２においては差分Ｐ３以下の領域で使用される。
例えば、ラインＬ１に示すような基板２の場合、λ／１０（＝約１２ｍｍ）よりも差分が小さいと、一般的に実用可能な従来のアンテナの利得である約２ｄＢｉを下回るが、後述する使用方法によって必要な利得を確保することができる。さらに、λ／２０以下になると利得が０ｄＢｉ以下となって限られた環境下でしか動作しなくなるが、後述するセキュリティ保持の観点からは好適である。そして、差Ｄｂが０ｍｍを下回ると、無線タグ１単独では動作しないのでセキュリティ性はさらに高くなる。
【００２２】
次に、図４に無線タグ１のリーダライタ５１を示す。リーダライタ５１は、無線タグ１と通信を行うためのアンテナ５２と、アンテナ５２が接続される本体部５３とを有する。本体部５３は、データを保有するメモリ５５と、ＣＰＵ（中央演算装置）を有する制御部５６と、制御部５６で作成したデータを無線通信に適した信号に変調する変調部５７と、変調した信号を増幅してアンテナ５２から放射させる送信アンプ５８と、アンテナ５２で受信した電波信号を増幅する受信アンプ５９と、増幅された電波信号からデータを復調して制御部５６に受け渡す復調部６０とを有する。
【００２３】
図５に無線タグ１の使用形態を示す。無線タグ１は、管理対象となる物品６１が有する導体６２に取り付けて使用される。接地導体４は、接着層６５を介して導体６２に固定されている。接着層６５としては、接着剤や、両面テープが用いられ、必要に応じて無線タグ１を物品６１から取り外すことができる程度の強度を有する。無線タグ１を回収する必要などがない場合には、取り外し不能な接着層６５を形成しても良い。
接着層６５は、薄いことが好ましいが、５ｍｍ程度の厚さを有しても良い。導体６２の厚さは任意であり、無線タグ１の軸線Ｃ１に直交する方向の長さＬｄが放射電極３の一対の開放端３１より片側がλ／１０以上ずつ大きい。導体６２は、物品６１の全体又は一部の構成要素そのものでも良いし、物品６１に貼り付けられた金属製のシートであっても良い。なお、無線タグ１を貼り付ける対象物となる物品６１は、金属製で内部に飲料や加工物などが収容される金属製の缶や、内容物を紙やプラスチックで梱包する容器で、外面の一部に導体６２を貼り付けたものなどがあげられる。
【００２４】
ここで、接着層６５に相当する接地導体４と物品の導体６２との間の距離と、アンテナとしての利得の関係を計算した結果を図６に示す。ラインＬ３は、基板２にＦＲ４と呼ばれるガラスエポキシ材（誘電率４．４、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。ラインＬ４は、基板２にＢＴと呼ばれる高周波向けの基板（誘電率４．７、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。
ラインＬ３では、距離Ｐ５（ｍｍ）でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっており、距離Ｐ６でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっている。距離Ｐ５は例えば６ｍｍであり、距離Ｐ６は例えば９ｍｍである。ラインＬ３に示すような場合、５ｍｍ以下であれば、アンテナとしての利得が２ｄＢｉとなって、物品６１に貼り付けた場合にアンテナとして十分に機能させることができる。
また、ラインＬ４では、距離Ｐ７（ｍｍ）でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっており、距離Ｐ８でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっている。ラインＬ４に示すような場合、距離Ｐ７以下であれば、アンテナとしての利得が２ｄＢｉとなって、物品６１に貼り付けた場合にアンテナとして十分に機能させることができる。
【００２５】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
まず、無線タグ１を製造するときは、誘電体からなる基板２の両面２Ａ，２Ｂに銅箔を貼り付けた銅貼積層板にドリル等でスルーホール７を形成する。スルーホール７には、無電解メッキをしてから銅メッキし、スルーホール７に導体層を形成する。その後、一方の面２Ａに放射電極３のパターンと除去部８のパターンを公知の露光技術でパターニングし、余分な銅箔をケミカルエッチングする。これによって放射電極３の接続点９Ａや、スルーホール７の周囲の接続点９Ｂが形成されるので、ここに集積回路６を半田等によって接合する。
【００２６】
この無線タグ１は、放射電極３と接地導体４の大きさの差Ｄｂが小さいので、電波は放射電極３の積層方向で図４に矢印Ｙ１に示す方向だけでなく、接地導体４の積層方向である矢印Ｙ２に示す方向にも僅かではあるが発振する。その結果、無線タグ１単独ではアンテナ５の指向性が低く、無線通信に必要な電波強度が得られない。したがって、従来の無線タグで無線通信できる距離であってもリーダライタ５１との間で実用的な通信、つまり情報の読み書きを行うことができない。
これに対して、図５に示すように、物品６１に取り付けた状態では、導体６２が接地導体４と協働し、あたかも接地導体のように機能するので、矢印Ｙ３に示すような片面指向性を有する放射特性を持つようになる。これによって、無線通信に十分な電波強度又は受信特性が得られるようになる。したがって、従来の無線タグと同様にリーダライタ５１で集積回路６に記憶されている情報を読み出したり、リーダライタ５１の情報を集積回路６に格納させたりできる。
【００２７】
ここで、無線タグ１が不要になった場合には、無線タグ１を物品６１から剥がす。物品６１の導体６２から離れた状態、即ち図４に示す状態では無線タグ１が再び通信不能状態になるので、無線タグ１の情報を読み取ることができなくなる。例えば、物品６１が飲料入りの缶である場合、製造段階や流通段階では無線タグ１で商品情報や生産管理や物流の情報を管理し、缶を客に販売したときに無線タグ１を剥がせば、商品情報や生産管理や物流の情報が第三者に流出することを防止できる。
なお、無線タグ１を導体に再び貼り付ければ、無線通信が可能になるので、無線タグ１を再利用することもできる。このときの導体は、物品６１の導体６２でも良いし、他の導体でも良い。
【００２８】
さらに、図７を参照して、多数の無線タグ１を検査したり、初期情報を書き込んだりする際の通信システム７０について説明する。通信システム７０は、無線タグ１を搬送するコンベア装置７１を有する。コンベア装置７１のベルト７２上には、多数の無線タグ１が等間隔に一列に載置される。ベルト７２は、厚さが５ｍｍ程度以内の絶縁性の材料から製造されており、ベース７３上を移動するように配置されている。ベース７３には、一箇所だけ導体のプレート７４が嵌め込まれており、その他の領域は絶縁材料から製造されている。プレート７４の長さＬｅは、１つの無線タグ１を中央に配置したときに、一対の開放端３１の長さＬｂ（図１参照）よりも片側がλ／１０以上ずつ大きい。この通信システム７０では、無線タグ１の搬送方向Ｘに平行な方向が長さＬｅに設定されているが、無線タグ１を９０°回転させて配置するときには、搬送方向Ｘに直交する方向の長さがＬｅになる。
さらに、通信システム７０は、リーダライタ５１が、プレート７４に配置された無線タグ１ａが通信可能なエリアに入るように配置されている。なお、無線タグ１の配置間隔は、プレート７４の中央に１つの無線タグ１ａが位置するときに、その両隣りの無線タグ１ｂ，１ｃがプレート７４と協働せずに、リーダライタ５１と通信不能な状態を保つような配置間隔である。
【００２９】
検査や初期情報の書き込みを行う場合には、コンベア装置７１を駆動させて、無線タグ１を１つずつ順番にプレート７４上に搬送する。プレート７４から離れている無線タグ１（例えば、無線タグ１ｂ，１ｃ）のアンテナ５の利得は低く、リーダライタ５１との通信ができないのに対して、プレート７４上の無線タグ１ａはプレート７４と協働することでアンテナ５の利得が高くなってリーダライタ５１との通信が行われる。リーダライタ５１による動作チェックや必要な情報の書き込みを行い、その後その無線タグ１をプレート７４上から移動させる。プレート７４から離れることでアンテナ５の利得が下がってリーダライタ５１との間で実用的な通信が不能になる。これによって、１つの無線タグ１に対してリーダライタ５１が重複して検査したり、情報の２重に書き込んだりすることはない。そして、新たにプレート７４上に配置された無線タグ１にリーダライタ５１による検査や情報の書き込みが行われる。なお、プレート７４が大きくて、かつ無線タグ１間の距離が十分に離れている場合には、ベルト７２を停止させることなく検査や書き込みを実施できる。
【００３０】
このようにすると、常に１つの無線タグ１だけが通信可能な状態になるので多数の無線タグ１を互いに干渉することなく順番に処理することが可能になる。電波を吸収する部材で他の無線タグ１を覆うなどの対策が不要になり、工場の生産ラインで多数の無線タグ１を取り扱う場合などに有効である。なお、無線タグ１を移動させる代わりに、プレート７４を移動させる構成であっても良い。
【００３１】
次に、無線タグの他の使用形態及び通信システムについて図８を参照して説明する。無線タグ１が取り付けられる対象物（物品）は、個人認証カードなどの非接触式のＩＣカード８１である。ＩＣカード８１のカード本体８２は、絶縁材料から製造されており、無線タグ１の接地導体４が取り付けられる固定部８３が凹設されている。固定部８３は、放射電極３の開放端３１間の長さＬｂよりも両側にそれぞれλ／１０以上大きい。さらに、固定部８３の厚さは０〜５ｍｍになっている。接地導体４を取り付ける接着層には、無線タグ１が取り外し不能なものを用いることが好ましい。なお、カード本体８２が薄い場合には、固定部８３を凹形状に形成しなくても良い。また、無線タグ１をカード本体８２に挟み込んでも良い。無線タグ１の誘電体２１がカードの基材となっても良い。この場合、接地導体４がカード裏面に露出しても良い。さらに、カード本体８２の一部（固定部８３から離れ、無線タグ１の機能に影響しない部分）に導体を使用しても良い。
【００３２】
無線タグ１は、接地導体４が小さいために、アンテナ５の利得が低く、ＩＣカード８１単体で取り扱う場合には、従来の無線タグで通信可能な距離であっても、リーダライタ５１との間で実用的な通信を行うことができない。したがって、ＩＣカード８１と通信をするときには、通信システム８５を使用する。この通信システム８５は、リーダライタ５１と、リーダライタ５１の通信可能範囲内に配置される導体８６とからなる。導体８６は、ＩＣカード８１を載せられる大きさであり、無線タグ１に比べて十分に大きい。導体８６にＩＣカード８１を無線タグ１の接地導体４側を向けて載せると、無線タグ１と導体８６が協働してアンテナ５の利得が高くなり、リーダライタ５１との無線通信が可能になる。
【００３３】
このようにすると、ＩＣカード８１を保管したり、持ち運んだりするときには接地導体４側が導体に接しないようにすれば、外部のリーダライタで無線タグ１の情報を読んだり、情報を書き込んだりすることができなくなる。したがって、持ち主が意図しない状況下で情報がスキミングされたり、改ざんされたりすることを防止できる。具体的には、ＩＣカード８１をカバンにしまっている場合のみならず、財布やポケットなどに入れている状態でも実用的な通信を行えないようになる。
また、情報の読み書きが必要な場合には、金属板などの導体８６上におくだけで無線通信が可能になるので、通信制御を容易に行える。したがって、無線タグ１を使用する上でセキュリティを向上できる。また、電波を吸収する通信妨害部材を別途設け、使用時以外に無線タグ１を通信妨害部材で覆うなどの対策が不要になる。
【００３４】
このように、本実施の形態の無線タグ１は、アンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下（具体例として接地導体４が放射電極３の開放端３１間の長さプラス０〜λ／２０）になるように構成したので、アンテナ５単体では実用に十分な利得は得られないが、接地導体４側に面積が大きい導体を配置することでアンテナ５の利得を高めて通信を行わせることが可能になる。このようにすることで、無線タグ１の外形を小さくしつつ、必要なアンテナの感度を確保することができる。また、使用時に接地導体４を剥がす必要がないので取り扱いが容易である。
また、物品６１の導体６２は、無線タグ１を取り付けたときに無線タグ１のアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上になるように形成されているので、無線タグ１単体では十分な特性が得難い場合でも、導体６２に貼り付けて使用することで通信が可能になる。
【００３５】
なお、図９に示す無線タグ１ｄのように、放射電極３と接地導体４、並びに基板２の長さがＬｂで略一致する構成にすると、無線タグ１ｄを最も小型化できる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
図１０及び図１１に示すように、無線タグ９１は、誘電体からなる基板９２の一方の面９２Ａに放射電極３を設け、他方の面９２Ｂに接地導体９４を設けたアンテナ用積層体９５と、放射電極３側に取り付けられた集積回路６とを有する。接地導体９４は、軸線Ｃ１に直交する方向の長さＬｆが放射電極３の開放端３１間の長さＬｂより小さい。この無線タグ９１では、アンテナ用積層体９５は、単体ではアンテナとしては機能することはできない。
【００３７】
無線タグ９１は、図５に例示するような物品６１の導体６２に取り付けて使用される。導体６２は、無線タグ９１を取り付けたときに、開放端３１（アンテナ用積層体９５）から導体６２の周縁までの長さがλ／２０より大きくなるサイズが使用される。物品６１の導体６２に取り付けられるまでは無線タグ９１は、リーダライタ５１との間で通信することができない。導体６２に取り付けられることで無線通信が可能になる。
【００３８】
検査や初期情報の書き込みを行う場合には、図７に例示するような通信システム７０のコンベア装置７１で多数の無線タグ９１を搬送しながら行う。無線タグ９１のアンテナ用積層体９５は、導体からなるプレート７４上に配置されたときに初めて電波を送受信可能になり、その他の位置では電波を送受信できない。このため、目的とする無線タグ９１以外に情報を書き込んだりすることがなく、無線タグ９１同士が干渉することもない。
【００３９】
また、図８に例示するような個人認証カードなどのＩＣカード８１として使用する場合、ＩＣカード８１単体ではアンテナ用積層体９５がアンテナとして機能しないので、リーダライタ５１を接近させても通信を行うことはできず、セキュリティ性が高い。通信システム８５のように導体８６上にアンテナ用積層体９５の接地導体９４を向けてＩＣカード８１を配置したときに、アンテナ用積層体９５と導体８６とが協働して実用可能なアンテナとなって、通信を行うことが可能になる。
【００４０】
この実施の形態によれば、接地導体９４が放射電極３の開放端３１間の長さよりも小さく、接地導体９４側に面積が大きい導体を配置することでアンテナとして機能するようになる。このため、無線タグ９１の外形を小さくしつつ、意図しない通信をさらに確実に防止することができる。
また、物品６１の導体６２は、無線タグ９１を取り付けたときに無線タグ９１のアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上になるように形成されているので、無線タグ９１単体では十分な特性が得難い場合でも、導体６２に貼り付けて使用することで通信が可能になる。
【００４１】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。無線タグ１，９１の製造方法や、使用する材料は、実施の形態に限定されない。また、無線タグ１，９１を取り付ける物品は、他の形状や用途に用いる物品でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線タグの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す無線タグの側面図である。
【図３】放射電極と接地導体の長さの差とアンテナとしての利得の関係を計算したグラフである。
【図４】リーダライタの構成を示すと共に、リーダライタが無線タグ単体とは通信ができないことを説明する図である。
【図５】無線タグを取り付ける物品の一例を示すと共に、物品に取り付けた無線タグとリーダライタが通信可能であることを説明する図である。
【図６】接地導体と物品の導体との間の距離とアンテナとしての利得の関係を計算したグラフである。
【図７】無線タグの検査工程の一例を示すと共に、プレート上にある無線タグのみがリーダライタと通信可能であることを説明する図である。
【図８】無線タグを取り付けたＩＣカードの一例を示すと共に、ＩＣカードをプレート上に置いたときだけリーダライタと通信可能であることを説明する図である。
【図９】放射電極と接地電極の長さが略等しい無線タグの構成を示す側面図である。
【図１０】放射電極より接地電極が小さい無線タグの構成を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す無線タグの側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ｄ，９１ 無線タグ
２，９２ 基板
３ 放射電極
４，９４ 接地電極
６ 集積回路
３１ 開放端
５１ リーダライタ
５２ アンテナ
５３ 制御部
６１ 物品
６２，７４，８６ 導体
７０ 通信システム
８１ ＩＣカード
８３ 固定部
Ｃ１ 軸線
Ｌｂ 長さ（開放端間の長さ）
Ｌｃ，Ｌｆ 長さ（接地導体の長さ）
Ｌｄ，Ｌｅ 長さ（導体の長さ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品に取り付けて用いられ、対象物に関連する情報を無線通信可能な無線タグ、無線タグが取り付けられた物品、無線タグが取り付けられたカード、無線タグ用の通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線タグは、物品に取り付けて用いられ、情報を格納する集積回路と、無線通信のためのアンテナとを有し、非接触で集積回路から情報を読み出したり、集積回路の情報を更新したりできるように構成されている。このため、無線タグを用いると、製造工程における生産管理や、物流における商品管理などを行うことができる。ここで、無線タグが取り付けられる物品には、金属や水分を含むものなどのように、それ自体が電波に影響を与えるものがある。
このような金属などに取り付けて使用する場合には、無線タグのアンテナが物品の影響を受けないように、片面指向性を有するマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナとも呼ばれる）を使用することが知られている。従来のマイクロストリップアンテナには、理想的には無限遠となる地板の上に誘電体の基板を設け、基板上に銅箔からなる放射用のアンテナ部を形成したものがある。基板は、共振周波数５．８ＧＨｚ帯において比誘電率が２〜４の誘電体で、厚さは１〜４ｍｍに形成されている。地板は、その面積がアンテナ部の面積以下で、かつ２０×２１．８２ｍｍに設定されている。アンテナ部は、物品である車体に設けられた他の基板から７ｍｍ離間して配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、放射電極（アンテナ部）で電波の送受信に直接寄与する開放端の長さは、通信用の電波の波長λの１／４にすると効率が良いことが知れている。さらに、片面指向性を得るためには、接地面（地板）の前記開放端に直交する方向の長さを、放射電極の幅にλ／１０を加えた幅より大きくする必要があった。このため、従来のマイクロストリップアンテナは、小型化することが困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロストリップアンテナを小型化した無線タグや、そのような無線タグに好適な周辺機器を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、電波を送受信可能な一対の開放端を有する平面状の放射電極と、前記放射電極が一方の面に設けられた誘電体と、前記誘電体の一方の面の反対側の他方の面に設けられた平面状の接地導体と、前記放射電極の中心からオフセットした位置に配置され、前記放射電極と前記接地導体のそれぞれに電気的に接続される集積回路と、を有し、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが０より大きく、かつアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さであることを特徴とする無線タグとした。
この無線タグでは、接地導体がアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下になるような大きさなので、限られた環境で無線通信が可能になる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さより大きく、かつ前記開放端間の長さに通信用の電波の実効波長の１／２０を加えた長さ以下であることを特徴とする。
この無線タグでは、接地導体の大きさが従来の構成に比べて小さくなっており、無線タグ全体としての大きさが小さくなっている。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、０よりも大きく、前記開放端間の長さより小さいことを特徴とする。
この無線タグでは、接地導体が放射電極より小さいので単体ではアンテナとして使用できないが、特定の環境では無線通信が可能になる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の無線タグにおいて、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さに略等しいことを特徴とする。
この無線タグは、接地導体と放射電極を略等しい大きさにすることで、無線タグ単独で動作可能な最小サイズのものとなる。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地導体側が固定される導体とを有し、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さであることを特徴とする無線タグが取り付けられた物品とした。
この無線タグが取り付けられた物品は、物品が有する導体部分を利用することで単体では無線通信が難しい無線タグであっても無線通信が可能になる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする。
この物品では、接地導体の大きさが従来の構成に比べて小さい無線タグを使用することで、無線タグの取り付け位置が省スペース化される。さらに、取り付け位置のレイアウトの自由度が高まる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記無線タグの前記接地導体と前記導体とを接着する接着層を有し、前記接着層の厚さは０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする。
この無線タグが取り付けられた物品は、接着層を薄くすることで物品側の導体と無線タグが協働し易くなり、アンテナとしての利得を向上させる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の無線タグが取り付けられた物品において、前記接着層は、前記無線タグと導体とを着脱可能に接着する接着剤又は両面テープからなることを特徴とする。
この無線タグが取り付けられた物品は、必要に応じて無線タグを物品から取り外したり、再度付けたりできる。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地電極側が固定されるカード本体と、を有し、前記カード本体で前記無線タグが固定される部分が誘電体からなり、その厚さが０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする無線タグが取り付けられたカードとした。
この無線タグが取り付けられたカードは、単独では無線タグによる通信が難しいので、情報がスキミングされたり、改ざんされたりすることを防止できる。情報のやり取りが必要なときは無線タグが通信可能になるような環境下で使用する。
【００１３】
請求項１０に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグとの間で無線通信をするために用いられ、前記無線タグの前記接地導体側に近接して配置され、前記開放端に直交する方向における長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さの導体と、前記導体に近接配置した前記無線タグとの間で通信するアンテナ及び通信するデータを処理する制御部を有するリーダライタと、を有することを特徴とする無線タグ用の通信システムとした。
この無線タグ用の通信システムは、無線タグを単独では通信が難しい状態から、通信が可能な状態にする手段として導体を使用し、導体と無線タグの位置関係で通信の可否を制御する。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の無線タグ用の通信システムにおいて、前記導体の長さは、前記開放端に直交する方向における前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする。
この無線タグ用の通信システムは、小型の無線タグを使用して無線通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、無線タグの接地導体を小さくすることで従来の比べて無線タグを小型化することができる。無線タグを使用する環境によっては、通信が難しくなるが、これを利用すればセキュリティ管理を確実に、かつ容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、無線タグ１は、誘電体からなる基板２を挟むように放射電極（導体パッチ）３及び接地導体４が設けられたアンテナ５と、放射電極３と接地導体４とに接続される集積回路６とを有する。図２において集積回路６は、放射電極３上に配置されている。このような無線タグ１は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグや、ＩＣ（Integrated Circuit）タグと呼ばれることもある。
【００１７】
放射電極３は、基板２の一方の面２Ａに貼り付けられた略矩形で平面状の導電体からなる。放射電極３の中心を通って、放射電極３の辺に平行な軸線Ｃ１上で、中心から所定距離だけオフセットした位置には、集積回路６が取り付けられている。基板２には、集積回路６の配置位置に合わせてスルーホール７が形成されている。スルーホール７は、放射電極３が形成された一方の面２Ａから、反対側の他方の面２Ｂに貫通しており、内部が導体層になっている。スルーホール７の周囲には、放射電極３が取り除かれた除去部８になっており、放射電極３と接地導体４とが直接導通しないようになっている。接地導体４は、スルーホール７を介して集積回路６に接続されている。放射電極３も集積回路６に接続されている。つまり、この無線タグ１は、放射電極３及び接地導体４に対する接続点９Ａ，９ｂ（集積回路６の給電位置）が放射電極３の中心からオフセットした位置で、かつ軸線Ｃ１上に設定されている。
【００１８】
放射電極３において軸線Ｃ１に平行な一対の辺は、電波の送受信に寄与する開放端３１であり、その長さＬａは通信用の電波の実効波長λの１／４になっている。軸線Ｃ１に直交する一対の辺３２の長さＬｂは、開放端３１と略同じ長さになっているが通信に直接影響を与えないので、開放端３１より短くても良い。辺３２を短くすれば、無線タグ１をさらに小型化できる。
【００１９】
基板２は、ガラスエポキシや、セラミックスなどの誘電体から製造されている。基板２の外形は、放射電極３よりも大きい。軸線Ｃ１に直交する一対の辺２２の長さＬｃは、放射電極３の辺３２の長さＬｂの両端にそれぞれλ／２０ずつ加えた大きさ以上になっている。すなわち、放射電極３の開放端３１から基板２の辺２１に至るまでの距離（差Ｄｂ）は、両側共にλ／２０である。
接地導体４は、基板２の他方の面２Ｂの略全面を覆っている。このため、軸線Ｃ１に直交する方向で接地導体４は放射電極３よりも片側λ／２０ずつ長い。
【００２０】
ここで、無線タグ１は、単独ではアンテナ５の感度が実用レベルよりも低くなるように構成されている。このような観点から、差Ｄｂは、０以上λ／２０以下であることが好ましい。このことを図３を参照して説明する。
図３は、２．４５ＧＨｚ帯における差Ｄｂ（ｍｍ）とアンテナの利得の計算結果を示している。ラインＬ１は、基板２にＦＲ４と呼ばれるガラスエポキシ材（誘電率４．４、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。ラインＬ２は、基板２にＢＴと呼ばれる高周波向けの基板（誘電率４．７、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。
ラインＬ１では、接地導体４の幅から放射導体３の幅を引いた差分Ｐ２（ｍｍ）でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっており、差分Ｐ４でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっている。差分Ｐ２は、λ／２０に相当し、例えば６ｍｍである。差分Ｐ４は、λ／１０に相当し、例えば１２ｍｍである。
また、ラインＬ２では、接地導体４の幅から放射導体３の幅を引いた差分Ｐ１（ｍｍ）でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっており、差分Ｐ３でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっている。
【００２１】
従来のアンテナは、一般的に実用可能なアンテナの利得である２ｄＢｉを超える領域（ラインＬ１において差分Ｐ４より右側、ラインＬ２において差分Ｐ３より右側）で使用されていたが、この実施の形態では、ラインＬ１においては差分Ｐ４以下の領域、ラインＬ２においては差分Ｐ３以下の領域で使用される。
例えば、ラインＬ１に示すような基板２の場合、λ／１０（＝約１２ｍｍ）よりも差分が小さいと、一般的に実用可能な従来のアンテナの利得である約２ｄＢｉを下回るが、後述する使用方法によって必要な利得を確保することができる。さらに、λ／２０以下になると利得が０ｄＢｉ以下となって限られた環境下でしか動作しなくなるが、後述するセキュリティ保持の観点からは好適である。そして、差Ｄｂが０ｍｍを下回ると、無線タグ１単独では動作しないのでセキュリティ性はさらに高くなる。
【００２２】
次に、図４に無線タグ１のリーダライタ５１を示す。リーダライタ５１は、無線タグ１と通信を行うためのアンテナ５２と、アンテナ５２が接続される本体部５３とを有する。本体部５３は、データを保有するメモリ５５と、ＣＰＵ（中央演算装置）を有する制御部５６と、制御部５６で作成したデータを無線通信に適した信号に変調する変調部５７と、変調した信号を増幅してアンテナ５２から放射させる送信アンプ５８と、アンテナ５２で受信した電波信号を増幅する受信アンプ５９と、増幅された電波信号からデータを復調して制御部５６に受け渡す復調部６０とを有する。
【００２３】
図５に無線タグ１の使用形態を示す。無線タグ１は、管理対象となる物品６１が有する導体６２に取り付けて使用される。接地導体４は、接着層６５を介して導体６２に固定されている。接着層６５としては、接着剤や、両面テープが用いられ、必要に応じて無線タグ１を物品６１から取り外すことができる程度の強度を有する。無線タグ１を回収する必要などがない場合には、取り外し不能な接着層６５を形成しても良い。
接着層６５は、薄いことが好ましいが、５ｍｍ程度の厚さを有しても良い。導体６２の厚さは任意であり、無線タグ１の軸線Ｃ１に直交する方向の長さＬｄが放射電極３の一対の開放端３１より片側がλ／１０以上ずつ大きい。導体６２は、物品６１の全体又は一部の構成要素そのものでも良いし、物品６１に貼り付けられた金属製のシートであっても良い。なお、無線タグ１を貼り付ける対象物となる物品６１は、金属製で内部に飲料や加工物などが収容される金属製の缶や、内容物を紙やプラスチックで梱包する容器で、外面の一部に導体６２を貼り付けたものなどがあげられる。
【００２４】
ここで、接着層６５に相当する接地導体４と物品の導体６２との間の距離と、アンテナとしての利得の関係を計算した結果を図６に示す。ラインＬ３は、基板２にＦＲ４と呼ばれるガラスエポキシ材（誘電率４．４、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。ラインＬ４は、基板２にＢＴと呼ばれる高周波向けの基板（誘電率４．７、厚さ１．６ｍｍｔ）を使用した場合について計算した結果を示している。
ラインＬ３では、距離Ｐ５（ｍｍ）でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっており、距離Ｐ６でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっている。距離Ｐ５は例えば６ｍｍであり、距離Ｐ６は例えば９ｍｍである。ラインＬ３に示すような場合、５ｍｍ以下であれば、アンテナとしての利得が２ｄＢｉとなって、物品６１に貼り付けた場合にアンテナとして十分に機能させることができる。
また、ラインＬ４では、距離Ｐ７（ｍｍ）でアンテナとしての利得が２ｄＢｉになっており、距離Ｐ８でアンテナとしての利得が０ｄＢｉになっている。ラインＬ４に示すような場合、距離Ｐ７以下であれば、アンテナとしての利得が２ｄＢｉとなって、物品６１に貼り付けた場合にアンテナとして十分に機能させることができる。
【００２５】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
まず、無線タグ１を製造するときは、誘電体からなる基板２の両面２Ａ，２Ｂに銅箔を貼り付けた銅貼積層板にドリル等でスルーホール７を形成する。スルーホール７には、無電解メッキをしてから銅メッキし、スルーホール７に導体層を形成する。その後、一方の面２Ａに放射電極３のパターンと除去部８のパターンを公知の露光技術でパターニングし、余分な銅箔をケミカルエッチングする。これによって放射電極３の接続点９Ａや、スルーホール７の周囲の接続点９Ｂが形成されるので、ここに集積回路６を半田等によって接合する。
【００２６】
この無線タグ１は、放射電極３と接地導体４の大きさの差Ｄｂが小さいので、電波は放射電極３の積層方向で図４に矢印Ｙ１に示す方向だけでなく、接地導体４の積層方向である矢印Ｙ２に示す方向にも僅かではあるが発振する。その結果、無線タグ１単独ではアンテナ５の指向性が低く、無線通信に必要な電波強度が得られない。したがって、従来の無線タグで無線通信できる距離であってもリーダライタ５１との間で実用的な通信、つまり情報の読み書きを行うことができない。
これに対して、図５に示すように、物品６１に取り付けた状態では、導体６２が接地導体４と協働し、あたかも接地導体のように機能するので、矢印Ｙ３に示すような片面指向性を有する放射特性を持つようになる。これによって、無線通信に十分な電波強度又は受信特性が得られるようになる。したがって、従来の無線タグと同様にリーダライタ５１で集積回路６に記憶されている情報を読み出したり、リーダライタ５１の情報を集積回路６に格納させたりできる。
【００２７】
ここで、無線タグ１が不要になった場合には、無線タグ１を物品６１から剥がす。物品６１の導体６２から離れた状態、即ち図４に示す状態では無線タグ１が再び通信不能状態になるので、無線タグ１の情報を読み取ることができなくなる。例えば、物品６１が飲料入りの缶である場合、製造段階や流通段階では無線タグ１で商品情報や生産管理や物流の情報を管理し、缶を客に販売したときに無線タグ１を剥がせば、商品情報や生産管理や物流の情報が第三者に流出することを防止できる。
なお、無線タグ１を導体に再び貼り付ければ、無線通信が可能になるので、無線タグ１を再利用することもできる。このときの導体は、物品６１の導体６２でも良いし、他の導体でも良い。
【００２８】
さらに、図７を参照して、多数の無線タグ１を検査したり、初期情報を書き込んだりする際の通信システム７０について説明する。通信システム７０は、無線タグ１を搬送するコンベア装置７１を有する。コンベア装置７１のベルト７２上には、多数の無線タグ１が等間隔に一列に載置される。ベルト７２は、厚さが５ｍｍ程度以内の絶縁性の材料から製造されており、ベース７３上を移動するように配置されている。ベース７３には、一箇所だけ導体のプレート７４が嵌め込まれており、その他の領域は絶縁材料から製造されている。プレート７４の長さＬｅは、１つの無線タグ１を中央に配置したときに、一対の開放端３１の長さＬｂ（図１参照）よりも片側がλ／１０以上ずつ大きい。この通信システム７０では、無線タグ１の搬送方向Ｘに平行な方向が長さＬｅに設定されているが、無線タグ１を９０°回転させて配置するときには、搬送方向Ｘに直交する方向の長さがＬｅになる。
さらに、通信システム７０は、リーダライタ５１が、プレート７４に配置された無線タグ１ａが通信可能なエリアに入るように配置されている。なお、無線タグ１の配置間隔は、プレート７４の中央に１つの無線タグ１ａが位置するときに、その両隣りの無線タグ１ｂ，１ｃがプレート７４と協働せずに、リーダライタ５１と通信不能な状態を保つような配置間隔である。
【００２９】
検査や初期情報の書き込みを行う場合には、コンベア装置７１を駆動させて、無線タグ１を１つずつ順番にプレート７４上に搬送する。プレート７４から離れている無線タグ１（例えば、無線タグ１ｂ，１ｃ）のアンテナ５の利得は低く、リーダライタ５１との通信ができないのに対して、プレート７４上の無線タグ１ａはプレート７４と協働することでアンテナ５の利得が高くなってリーダライタ５１との通信が行われる。リーダライタ５１による動作チェックや必要な情報の書き込みを行い、その後その無線タグ１をプレート７４上から移動させる。プレート７４から離れることでアンテナ５の利得が下がってリーダライタ５１との間で実用的な通信が不能になる。これによって、１つの無線タグ１に対してリーダライタ５１が重複して検査したり、情報の２重に書き込んだりすることはない。そして、新たにプレート７４上に配置された無線タグ１にリーダライタ５１による検査や情報の書き込みが行われる。なお、プレート７４が大きくて、かつ無線タグ１間の距離が十分に離れている場合には、ベルト７２を停止させることなく検査や書き込みを実施できる。
【００３０】
このようにすると、常に１つの無線タグ１だけが通信可能な状態になるので多数の無線タグ１を互いに干渉することなく順番に処理することが可能になる。電波を吸収する部材で他の無線タグ１を覆うなどの対策が不要になり、工場の生産ラインで多数の無線タグ１を取り扱う場合などに有効である。なお、無線タグ１を移動させる代わりに、プレート７４を移動させる構成であっても良い。
【００３１】
次に、無線タグの他の使用形態及び通信システムについて図８を参照して説明する。無線タグ１が取り付けられる対象物（物品）は、個人認証カードなどの非接触式のＩＣカード８１である。ＩＣカード８１のカード本体８２は、絶縁材料から製造されており、無線タグ１の接地導体４が取り付けられる固定部８３が凹設されている。固定部８３は、放射電極３の開放端３１間の長さＬｂよりも両側にそれぞれλ／１０以上大きい。さらに、固定部８３の厚さは０〜５ｍｍになっている。接地導体４を取り付ける接着層には、無線タグ１が取り外し不能なものを用いることが好ましい。なお、カード本体８２が薄い場合には、固定部８３を凹形状に形成しなくても良い。また、無線タグ１をカード本体８２に挟み込んでも良い。無線タグ１の誘電体２１がカードの基材となっても良い。この場合、接地導体４がカード裏面に露出しても良い。さらに、カード本体８２の一部（固定部８３から離れ、無線タグ１の機能に影響しない部分）に導体を使用しても良い。
【００３２】
無線タグ１は、接地導体４が小さいために、アンテナ５の利得が低く、ＩＣカード８１単体で取り扱う場合には、従来の無線タグで通信可能な距離であっても、リーダライタ５１との間で実用的な通信を行うことができない。したがって、ＩＣカード８１と通信をするときには、通信システム８５を使用する。この通信システム８５は、リーダライタ５１と、リーダライタ５１の通信可能範囲内に配置される導体８６とからなる。導体８６は、ＩＣカード８１を載せられる大きさであり、無線タグ１に比べて十分に大きい。導体８６にＩＣカード８１を無線タグ１の接地導体４側を向けて載せると、無線タグ１と導体８６が協働してアンテナ５の利得が高くなり、リーダライタ５１との無線通信が可能になる。
【００３３】
このようにすると、ＩＣカード８１を保管したり、持ち運んだりするときには接地導体４側が導体に接しないようにすれば、外部のリーダライタで無線タグ１の情報を読んだり、情報を書き込んだりすることができなくなる。したがって、持ち主が意図しない状況下で情報がスキミングされたり、改ざんされたりすることを防止できる。具体的には、ＩＣカード８１をカバンにしまっている場合のみならず、財布やポケットなどに入れている状態でも実用的な通信を行えないようになる。
また、情報の読み書きが必要な場合には、金属板などの導体８６上におくだけで無線通信が可能になるので、通信制御を容易に行える。したがって、無線タグ１を使用する上でセキュリティを向上できる。また、電波を吸収する通信妨害部材を別途設け、使用時以外に無線タグ１を通信妨害部材で覆うなどの対策が不要になる。
【００３４】
このように、本実施の形態の無線タグ１は、アンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下（具体例として接地導体４が放射電極３の開放端３１間の長さプラス０〜λ／２０）になるように構成したので、アンテナ５単体では実用に十分な利得は得られないが、接地導体４側に面積が大きい導体を配置することでアンテナ５の利得を高めて通信を行わせることが可能になる。このようにすることで、無線タグ１の外形を小さくしつつ、必要なアンテナの感度を確保することができる。また、使用時に接地導体４を剥がす必要がないので取り扱いが容易である。
また、物品６１の導体６２は、無線タグ１を取り付けたときに無線タグ１のアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上になるように形成されているので、無線タグ１単体では十分な特性が得難い場合でも、導体６２に貼り付けて使用することで通信が可能になる。
【００３５】
なお、図９に示す無線タグ１ｄのように、放射電極３と接地導体４、並びに基板２の長さがＬｂで略一致する構成にすると、無線タグ１ｄを最も小型化できる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
図１０及び図１１に示すように、無線タグ９１は、誘電体からなる基板９２の一方の面９２Ａに放射電極３を設け、他方の面９２Ｂに接地導体９４を設けたアンテナ用積層体９５と、放射電極３側に取り付けられた集積回路６とを有する。接地導体９４は、軸線Ｃ１に直交する方向の長さＬｆが放射電極３の開放端３１間の長さＬｂより小さい。この無線タグ９１では、アンテナ用積層体９５は、単体ではアンテナとしては機能することはできない。
【００３７】
無線タグ９１は、図５に例示するような物品６１の導体６２に取り付けて使用される。導体６２は、無線タグ９１を取り付けたときに、開放端３１（アンテナ用積層体９５）から導体６２の周縁までの長さがλ／２０より大きくなるサイズが使用される。物品６１の導体６２に取り付けられるまでは無線タグ９１は、リーダライタ５１との間で通信することができない。導体６２に取り付けられることで無線通信が可能になる。
【００３８】
検査や初期情報の書き込みを行う場合には、図７に例示するような通信システム７０のコンベア装置７１で多数の無線タグ９１を搬送しながら行う。無線タグ９１のアンテナ用積層体９５は、導体からなるプレート７４上に配置されたときに初めて電波を送受信可能になり、その他の位置では電波を送受信できない。このため、目的とする無線タグ９１以外に情報を書き込んだりすることがなく、無線タグ９１同士が干渉することもない。
【００３９】
また、図８に例示するような個人認証カードなどのＩＣカード８１として使用する場合、ＩＣカード８１単体ではアンテナ用積層体９５がアンテナとして機能しないので、リーダライタ５１を接近させても通信を行うことはできず、セキュリティ性が高い。通信システム８５のように導体８６上にアンテナ用積層体９５の接地導体９４を向けてＩＣカード８１を配置したときに、アンテナ用積層体９５と導体８６とが協働して実用可能なアンテナとなって、通信を行うことが可能になる。
【００４０】
この実施の形態によれば、接地導体９４が放射電極３の開放端３１間の長さよりも小さく、接地導体９４側に面積が大きい導体を配置することでアンテナとして機能するようになる。このため、無線タグ９１の外形を小さくしつつ、意図しない通信をさらに確実に防止することができる。
また、物品６１の導体６２は、無線タグ９１を取り付けたときに無線タグ９１のアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上になるように形成されているので、無線タグ９１単体では十分な特性が得難い場合でも、導体６２に貼り付けて使用することで通信が可能になる。
【００４１】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。無線タグ１，９１の製造方法や、使用する材料は、実施の形態に限定されない。また、無線タグ１，９１を取り付ける物品は、他の形状や用途に用いる物品でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線タグの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す無線タグの側面図である。
【図３】放射電極と接地導体の長さの差とアンテナとしての利得の関係を計算したグラフである。
【図４】リーダライタの構成を示すと共に、リーダライタが無線タグ単体とは通信ができないことを説明する図である。
【図５】無線タグを取り付ける物品の一例を示すと共に、物品に取り付けた無線タグとリーダライタが通信可能であることを説明する図である。
【図６】接地導体と物品の導体との間の距離とアンテナとしての利得の関係を計算したグラフである。
【図７】無線タグの検査工程の一例を示すと共に、プレート上にある無線タグのみがリーダライタと通信可能であることを説明する図である。
【図８】無線タグを取り付けたＩＣカードの一例を示すと共に、ＩＣカードをプレート上に置いたときだけリーダライタと通信可能であることを説明する図である。
【図９】放射電極と接地電極の長さが略等しい無線タグの構成を示す側面図である。
【図１０】放射電極より接地電極が小さい無線タグの構成を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す無線タグの側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ｄ，９１ 無線タグ
２，９２ 基板
３ 放射電極
４，９４ 接地電極
６ 集積回路
３１ 開放端
５１ リーダライタ
５２ アンテナ
５３ 制御部
６１ 物品
６２，７４，８６ 導体
７０ 通信システム
８１ ＩＣカード
８３ 固定部
Ｃ１ 軸線
Ｌｂ 長さ（開放端間の長さ）
Ｌｃ，Ｌｆ 長さ（接地導体の長さ）
Ｌｄ，Ｌｅ 長さ（導体の長さ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送受信可能な一対の開放端を有する平面状の放射電極と、
前記放射電極が一方の面に設けられた誘電体と、
前記誘電体の一方の面の反対側の他方の面に設けられた平面状の接地導体と、
前記放射電極の中心からオフセットした位置に配置され、前記放射電極と前記接地導体のそれぞれに電気的に接続される集積回路と、
を有し、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが０より大きく、かつアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さであることを特徴とする無線タグ。
【請求項２】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さより大きく、かつ前記開放端間の長さに通信用の電波の実効波長の１／２０を加えた長さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項３】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、０よりも大きく、前記開放端間の長さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項４】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さに略等しいことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地導体側が固定される導体とを有し、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さであることを特徴とする無線タグが取り付けられた物品。
【請求項６】
前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項７】
前記無線タグの前記接地導体と前記導体とを接着する接着層を有し、前記接着層の厚さは０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項８】
前記接着層は、前記無線タグと導体とを着脱可能に接着する接着剤又は両面テープからなることを特徴とする請求項７に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項９】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、
前記無線タグの前記接地電極側が固定されるカード本体と、
を有し、前記カード本体で前記無線タグが固定される部分が誘電体からなり、その厚さが０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする無線タグが取り付けられたカード。
【請求項１０】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグとの間で無線通信をするために用いられ、
前記無線タグの前記接地導体側に近接して配置され、前記開放端に直交する方向における長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さの導体と、
前記導体に近接配置した前記無線タグとの間で通信するアンテナ及び通信するデータを処理する制御部を有するリーダライタと、
を有することを特徴とする無線タグ用の通信システム。
【請求項１１】
前記導体の長さは、前記開放端に直交する方向における前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする請求項１０に記載の無線タグ用の通信システム。
【請求項１】
電波を送受信可能な一対の開放端を有する平面状の放射電極と、
前記放射電極が一方の面に設けられた誘電体と、
前記誘電体の一方の面の反対側の他方の面に設けられた平面状の接地導体と、
前記放射電極の中心からオフセットした位置に配置され、前記放射電極と前記接地導体のそれぞれに電気的に接続される集積回路と、
を有し、前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが０より大きく、かつアンテナとしての利得が０ｄＢｉ以下となる長さであることを特徴とする無線タグ。
【請求項２】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さより大きく、かつ前記開放端間の長さに通信用の電波の実効波長の１／２０を加えた長さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項３】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、０よりも大きく、前記開放端間の長さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項４】
前記接地導体は、前記開放端に直交する方向の長さが前記開放端間の長さに略等しいことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、前記無線タグの前記接地導体側が固定される導体とを有し、前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さであることを特徴とする無線タグが取り付けられた物品。
【請求項６】
前記導体は、前記開放端に直交する方向の長さが、前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項７】
前記無線タグの前記接地導体と前記導体とを接着する接着層を有し、前記接着層の厚さは０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項８】
前記接着層は、前記無線タグと導体とを着脱可能に接着する接着剤又は両面テープからなることを特徴とする請求項７に記載の無線タグが取り付けられた物品。
【請求項９】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグと、
前記無線タグの前記接地電極側が固定されるカード本体と、
を有し、前記カード本体で前記無線タグが固定される部分が誘電体からなり、その厚さが０ｍｍより大きく５ｍｍ以下であることを特徴とする無線タグが取り付けられたカード。
【請求項１０】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線タグとの間で無線通信をするために用いられ、
前記無線タグの前記接地導体側に近接して配置され、前記開放端に直交する方向における長さが、前記無線タグを取り付けたときに前記無線タグのアンテナとしての利得が２ｄＢｉ以上となる長さの導体と、
前記導体に近接配置した前記無線タグとの間で通信するアンテナ及び通信するデータを処理する制御部を有するリーダライタと、
を有することを特徴とする無線タグ用の通信システム。
【請求項１１】
前記導体の長さは、前記開放端に直交する方向における前記開放端間の長さより通信用の電波の実効波長の１／１０以上長いことを特徴とする請求項１０に記載の無線タグ用の通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−３５０３３（Ｐ２００８−３５０３３Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４３９７（Ｐ２００６−２０４３９７）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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