ＲＦＩＤタグとその交信法及びＲＦＩＤタグ検出器具
【課題】小型の金属対応のタグを実現し、細い金属棒や金属表面の窪地に埋設でき、機械的強度を向上させかつ静電気やサージ電流にも耐力を向上させる。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ７０は、微小ループアンテナとこれに接続されるＩＣチップ３０が搭載されるＲＦＩＤタグ本体６０と、スリット形状整合回路と、微小ループアンテナのループ面が金属面に略垂直に立つようにした直立支持部とを有する。製法としては、例えば、ＲＦＩＤインレットからＩＣチップを含む整合回路を切り出す。このＲＦＩＤタグ本体を、取り付ける金属面８にスリット面が直立するように設置すると、整合回路兼用の微小ループアンテナ７１付きＲＦＩＤタグ７０が実現する。別の製法として、帯状のＲＦＩＤインレット６を微小ループアンテナ７１の寸法にＩＣチップ３０を含むようにして１回巻き、さらにＩＣチップを覆うように連続して略半巻き延長されたアームを備えたＲＦＩＤタグを形成する。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ７０は、微小ループアンテナとこれに接続されるＩＣチップ３０が搭載されるＲＦＩＤタグ本体６０と、スリット形状整合回路と、微小ループアンテナのループ面が金属面に略垂直に立つようにした直立支持部とを有する。製法としては、例えば、ＲＦＩＤインレットからＩＣチップを含む整合回路を切り出す。このＲＦＩＤタグ本体を、取り付ける金属面８にスリット面が直立するように設置すると、整合回路兼用の微小ループアンテナ７１付きＲＦＩＤタグ７０が実現する。別の製法として、帯状のＲＦＩＤインレット６を微小ループアンテナ７１の寸法にＩＣチップ３０を含むようにして１回巻き、さらにＩＣチップを覆うように連続して略半巻き延長されたアームを備えたＲＦＩＤタグを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグとその交信法及びＲＦＩＤタグ検出器具に係り、特に、マイクロ帯やＵＨＦ帯の交信周波数において半波長アンテナを用いたＲＦＩＤタグでは対応できない、小型化の要求される金属対応のＲＦＩＤタグ利用分野に用いるのに適したＲＦＩＤタグとその交信法及びＲＦＩＤタグ検出器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にＲＦＩＤタグは、集積回路にＩＤ番号など識別情報を内蔵したＩＣチップと、該ＩＣチップと接続されるインピーダンス整合回路と、該整合回路が接続されるアンテナと、該アンテナを一体的に搭載する基材とからなるインレットに、該インレットを保護フィルムや取り付け用の接着剤などのユティリティーを付加したものである。該ＩＣチップ、該整合回路、該アンテナを経由して、外部から無線通信手段との間で、該ＩＣチップ内のリーダ／ライタによりＩＤ番号など識別情報を交信するものである。
【０００３】
この一般のＲＦＩＤタグは金属物体の表面に貼りつけて動作させた場合、通信を行う電磁波に対して取り付ける金属面において反射あるいは吸収が生じる。そのために、通信が困難になる短所がある。従来技術においてはこの対策として、金属の表面もしくはＲＦＩＤタグ自身の止め金表面で信号が渦電流や誘導電流となって消費されることを阻止し、影響を軽減するような誘電体の樹脂又は磁性体のフェライトに前記インレットを内蔵した、金属面用のＲＦＩＤタグが実用化されている。さらに機械的強度を要求する分野では金属対応のＲＦＩＤタグ全体を大きな金具で保護する提案がされている。しかし、これらの方法ではＲＦＩＤタグが大きくなってしまうという短所があった。
【０００４】
微小なタグであれば取り付け箇所が小さくてすむ。これに適合するタグとして、同一の半導体基板上に論理回路とアンテナを内蔵したＲＦＩＤタグが、例えば非特許文献１に開示されている。
【０００５】
他の方法として、特許文献１に開示されている様に、取り付け金属表面に直接加工を施して、組み込む方法もある。
又、特許文献１には、金属面の隙間や内部などの奥まったところに設置されたＲＦＩＤタグと交信する方法として、媒質中を、あるいは導波管内部を、又は同軸ケーブルや同軸管内部などの伝送路を電磁波が伝播する特性を用いて、伝送路の一端の開口部にＲＦＩＤタグを設置し、もう片方の開口部からリーダ／ライタで交信するという技術も提案されている。
さらに、特許文献１には、微小ループアンテナを用いた小型の金属対応タグとして、金属の平板上の支持金具を１回巻きの微小ループアンテナと兼用しているだけでなく、ＩＣチップや整合回路が取り付ける金属面などで短絡しないように支持金具で隔離するように支えている例も開示されている。
また、特許文献１には、金属面に取り付けられた小型金属ＲＦＩＤタグの上に誘電体スペーサを配置しその上に保護カバー兼用接地形共振器具をかぶせる例も提案されている。
【０００６】
特許文献２には、交信電磁波の波長の１／１０程度の直径を有する、例えば円形の金属板２枚が誘電体を挟んで周辺部の一部で表裏連結している構造があって、下面を接地電極、上面を放射電極とし、連結部の放射電極近くでＩＣチップが電気的に接続している、小型の金属対応タグが提案されている。
さらに特許文献２では、金属面に取り付けたＲＦＩＤタグの感度を向上させるために、放射電極側に誘電体シートを介して補助アンテナ、例えばダイポールアンテナを配置し、通信距離を長くすることも開示されている。
特許文献３には、交信電磁波の波長の１／１０程度の長さの微小ループアンテナを金属の板や支持体で形成し、この支持体で金属面から所定の高さだけ、ＩＣチップや整合回路を短絡しないように、隔離している例が開示されている。
また、特許文献４には、折り返し金属板の表側または、裏側金属板との連結部側面にＩＣチップが実装され、表裏の金属板の長手方向の長さが交信電磁波の波長の１／４程度の長さのとき長い通信距離を実現できる、アンテナとして機能しているタグの例が開示されている。
さらに、特許文献５には、金属板による帯状の微小ループアンテナにＩＣチップが電気的に接続して搭載され、取り付ける導体面側に高周波電流を流しＩＣチップの搭載された側から電磁波放射を行うタグの例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８-９０８１３号公報
【特許文献２】特開２００６-３３３４０３号公報
【特許文献３】特開２００８-１２３２２２号公報
【特許文献４】特開２００５-１９１７０５号公報
【特許文献５】特開２００６-５３８３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】http:／／www.hitachi.co.jp／New／cnews／０３０９０２a.html：アンテナ内蔵型「ミューチップ（登録商標）」、２００３年９月２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のＲＦＩＤタグは、金属面への取り付けにおいて前記した短所、すなわち、通信を行う電磁波に対して取り付ける金属面において反射あるいは吸収が生じるために、通信が困難になるという短所がある。そこで、ＲＦＩＤ通信が不可能になることを解決するために考案された金属製のＲＦＩＤタグは、その寸法が略半波長であり、使用する交信周波数が２．４５GHzの場合は概略寸法が５０mmから６０mmとなり、この寸法より小さな金属面への取り付けが難しい。
【００１０】
非特許文献１に開示されたアンテナ内蔵ＲＦＩＤタグは、取り付け面に対して平行に置く構造のため、これを金属面に設置すると、タグのアンテナが設置される金属面に接触して短絡するか、内蔵アンテナ全体が金属面に容量結合し、金属面内部に平行に投影するイメージのアンテナに全て逆向きの高周波電流が、流れ自己のアンテナと電磁誘導が互いに打ち消しあい外部に電磁波放射をしにくくしてしまう。そのため、金属表面には設置できない。
【００１１】
また、特許文献１に開示のタグの構造は、巻き始点と終点を持ち閉じていない微小ループアンテナ寸法の金具で、微小インレットを内側に内蔵し、それぞれの始点部と終点部付近に位置する微小インレットのアンテナ部が電磁結合するように配置されている。この微小ループアンテナ金具の閉じていない不連続部分すなわち開口部分の直下において、電磁波放射方向にＲＦＩＤタグのＩＣチップが露出して配置されている。この微小ループアンテナ金具の開口部分やその周辺のスロット部分は金属による保護から外れているので、高圧ジェット水などの洗浄やサンドブラストによる錆落とし作業に対して機械的強度が劣るためＩＣチップが剥がれ易い等の課題がある。
さらに取り付け金属表面に直接加工を施して組み込む方法は、加工負担が増大する課題がある。このためＲＦＩＤタグの小型化要求が高まっている。
又、特許文献１の、伝送路の一端の開口部にＲＦＩＤタグを設置しもう片方の開口部からリーダ／ライタで交信するという技術は、伝送路の設置が常設であったり、伝送路を様々な種類のリーダ／ライタに臨時に外付けし、必要なときだけ一体化したり、不要なとき簡単に取りはずすことがしにくい課題がある。
さらに、特許文献１の支持金具で隔離する方法は、支持金具寸法以下に小さくした金属対応タグの実現が困難である。一方、小型タグを識別するためにループ状のプローブと同軸ケーブルとダイポールアンテナの各素子を一体化した器具は、器具全体が大掛かりになった上、器具の素子間損失が増えて感度を低下させてしまうという課題がある。
【００１２】
特許文献２に開示された、下面を接地電極、上面を放射電極とした金属対応タグは、放射電極の寸法より小型のタグを作ることが困難である。又、放射電極に静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。さらに特許文献２の、放射電極側に誘電体シートを介して補助アンテナを配置し、通信距離を長くする方法は、取り付け金属面の設置場所が補助アンテナの寸法以下の場合は適用が困難となる課題がある。
又、特許文献２に開示されたＲＦＩＤタグは、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などの保護層で覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
さらに、特許文献３に開示された方式は、微小ループアンテナをなす支持金具の寸法以下の小型の金属対応タグの実現が困難である。さらに、微小ループアンテナにＩＣチップやインピーダンス整合回路が電気的に接続されているため、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
また、特許文献４に開示されたアンテナ構造では、アンテナ寸法以下の小型タグの実現が困難である。さらに、アンテナにＩＣチップを実装するので、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われたとしても、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
【００１３】
さらに、特許文献５に開示された電磁波放射を行うタグは、ＩＣチップの平面及びこれに電気的に接続された帯状の微小ループアンテナの平面が取り付ける導体面と平行になるように構成されている。換言すると、帯状の微小ループアンテナの幅はＩＣチップの平面のサイズよりも大きい。このような構成では、ＩＣチップの幅又は微小ループアンテナの幅より狭い板金の端部への取り付けができない課題がある。そのため、誘電体や磁性体などの基材に巻いた微小ループアンテナの寸法以下の金属対応タグの実現が困難である。さらにＩＣチップを微小ループアンテナに電気的に接続することから、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
【００１４】
このように、特許文献２から５の例においては、ＲＦＩＤタグのＩＣチップ部が電磁波放射方向に設置され、金属板などによる保護がなされていないためＲＦＩＤタグとして金属面に取り付けた場合、付着土砂、異物除去や錆落としなど高圧ジェット洗浄やサンドブラスト作業においてＩＣチップ部の保護強度の面で劣るという課題がある。
また、小型のＲＦＩＤタグは、ネジ頭の影、コーナ、段差部など交信電磁波が届きにくい個所、あるいはリーダ／ライタを近づけることの困難な場所に設置されることがある。
【００１５】
本発明の目的は、狭い範囲でも取り付け可能な、金属対応の小型のＲＦＩＤタグとその交信法を提供することにある。換言すると、本発明の目的は、前述の従来技術では対応できない小型で幅の狭いＲＦＩＤタグの実現方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、狭い箇所や薄い板金の端部などへの取り付け、及び曲げや高圧ジェット水などの洗浄やサンドブラストによる錆落とし作業などの衝撃といった機械的耐力を確保しつつ、サージ電流、静電気など電気的衝撃に対する耐力も維持できるようにした小型の金属対応可能なＲＦＩＤタグを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、交信しにくい個所のタグに対し、通常のリーダ／ライタの交信電磁波強度を上げることなしに、また、リーダ／ライタの内部アンテナの改造なしに非接触のアタッチ式検出器具を介して離れた所から交信可能とする延長検出器具及びその交信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の代表的な構成の一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップと該ＩＣチップに接続された微小ループアンテナとを含むＲＦＩＤタグ本体と、絶縁層を介して前記ＩＣチップを覆うアームと、前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、前記微小ループアンテナは、電磁波放射方向にある前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、前記アームは、前記微小ループアンテナに接続されると共に、少なくとも前記ループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆っていることを特徴とする。
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を内側に配置するための金具と、前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、前記微小ループアンテナは、前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、前記金具は、電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆うアームを有しており、前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記金具と前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップの接続されている“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状の整合回路とこれが搭載される金属板又は箔製のダイポールアンテナとからなるＲＦＩＤのインレットにおけるダイポールアンテナ部分をＩＣチップと整合回路が残るように切除した形状のタグ本体と、高周波電流を前記スリット状の整合回路をまたぐように接続される前記ＩＣチップの１つの電極から前記スリット状の整合回路を巡回し、もう１つの電極へ入るように流し、スリット状の整合回路を微小ループアンテナと兼用させて、整合回路兼用の微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直に立てるようにした直立保持部とを備えている。
本発明の他の特徴によれば、基材の上に形成された平面状の整合回路兼用の微小ループアンテナと、該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を前記微小ループアンテナのループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する直立保持部とを備えている。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ上に、整合回路兼用の微小ループアンテナをＲＦＩＤの論理回路と同じ半導体で一体的に形成されたＲＦＩＤタグ本体と、前記ＩＣチップ上のループ面が取り付け金属面に略垂直に立つように前記ＲＦＩＤタグ本体の表面に形成された直立座部とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、前記いずれかのＲＦＩＤタグを金属面に実質的に垂直に立てることから、金属面上のＲＦＩＤタグ内の微小ループアンテナを流れる高周波電流と、金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナに流れる高周波電流が、金属面の境界で平行な部分ではイメージのため、互いに反対向きに流れ打ち消し合い、垂直部分では互いに同方向に流れることで、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなり、自由空間および非金属面におかれる微小ループアンテナの感度より向上させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の特徴によれば、前記いずれかのＲＦＩＤタグと取り付け金属面とは、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させ、金属面に高周波電流を流す。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち、腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所から交信可能とする。
本発明の他の特徴によれば、交信しにくい場所に設置されたRFIDタグに対しては、リーダ/ライタに非接触の外付けアタッチ式検出器具を用いて交信可能としている。この検出器具は、タグ側に近接する検出部DTと、これに接続する伝送部Tとリーダ/ライタ側に近接し、電磁波を再放射する再放射部TRとが一体化して設けられている。
本発明のその他の特徴は、発明を実施するための形態の中で、詳細に説明する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属物上に設置可能な極めて小型のＲＦＩＤタグとその交信法を提供できる。すなわち、本発明によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズの寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、機械的耐力を確保しつつ、サージ電流、静電気など電気的衝撃に対する耐力も維持できるようにした小型の金属対応可能な構造のＲＦＩＤタグを実現できる。
また、本発明のＲＦＩＤタグは、微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして保持されている。あるいは、“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状整合回路が微小ループアンテナと兼用している。そのため、微小ループアンテナのループ面あるいはスリットが作るループ面が、取り付ける金属面上に９０度で直立するように設置すると、金属面下に投影したイメージのループ面、すなわち前記微小ループアンテナにイメージの高周波電流が流れるが、金属面の境界で平行な部分では互いに打ち消し合うように流れ、金属面上と金属面下に垂直な部分では互いに同方向に流れ、等価的に自由空間の２倍のループ面積の微小ループアンテナとなる。
また、非接触の外付けアタッチ式検出器具を用いることにより、ＲＦＩＤタグが埋設や狭部設置のために低感度状態であっても、交信可能となる。
本発明のその他の効果は、発明を実施するための形態の中で、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグを、ＲＦＩＤのインレットを用いて製造する例を説明する図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、“T”字形スリット状整合回路の製法例を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、“L”字形スリット状整合回路の製法例を説明する図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの構造の、一例を説明する斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの構造の、他の例を説明する斜視図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態になる巻き数が１回の微小ループアンテナ７１付きのＲＦＩＤタグを、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに対応する微小ループアンテナの等価回路７１Ｅを説明する図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態になる巻き数が２回の微小ループアンテナ７２付きのタグを、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに対応する２回巻き微小ループアンテナの等価回路７２Ｅを説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、取り付け角ＡＧについて説明する図である。
【図８Ａ】ＲＦＩＤタグ７０を、金属面８に横長に取り付けた事例の説明図である。
【図８Ｂ】ＲＦＩＤタグ７０を、金属面８に縦長に取り付けた事例の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグを、金属面８に設置したときのＲＦＩＤタグ７０から進行波WFが流れてゆき、反射波WRと進行波WFとが干渉し、干渉波Wが生ずることを説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態になる、半導体製造プロセスで構成される全半導体製金属対応のＲＦＩＤタグ７０を説明する斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態として、金属面に取り付けしやすくしたＲＦＩＤタグ７０を説明する図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、金属の段差部などに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、金属の窪地８１やネジ穴などへ埋設する方法の説明図である。
【図１４Ａ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｂ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｃ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｄ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｅ】本発明の第４の実施形態として、帯状インレットから形成した、微小ループアンテナにより電気的機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の構成の説明図である。
【図１４Ｆ】本発明の第４の実施形態として、帯状インレットから形成した、微小ループアンテナにより電気的機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の構成の説明図である。
【図１５】第４の実施形態の作用、効果として、保護金具によりサージ電流・溶接電流・静電気放電電流IなどからＩＣチップ３０を保護する説明図である。
【図１６Ａ】第４の実施形態になる保護金具により、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明する斜視図である。
【図１６Ｂ】第４の実施形態になる保護金具により、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明する断面図である。
【図１７Ａ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の図である。
【図１７Ｂ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｃ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｄ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｅ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｆ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｇ】第４の実施形態になる、モノポールアンテナ長に共振する金具表面構造により、感度を向上させた平面金具の事例図である。
【図１８Ａ】第４の実施形態になる、半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１８Ｂ】第４の実施形態になる、半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１８Ｃ】第４の実施形態になる、一対の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７を用いたＲＦＩＤタグの説明図である。
【図１８Ｄ】第４の実施形態になる、一枚の半波長共振/電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８を用いたＲＦＩＤタグの説明図である。
【図１９】第４の実施形態になるダイポールアンテナ金具７７で、感度が向上する一方、寸法が約２倍の長さになることを説明する図である。
【図２０Ａ】本発明の第５の実施形態として、ＲＦＩＤタグが、離れた箇所から交信できることを説明する図である。
【図２０Ｂ】第５の実施形態として、ＲＦＩＤタグが、離れた箇所から交信できることを説明する図である。
【図２１Ａ】第５の実施形態として、同軸ケーブル又は同軸管Cの内部導体にタグ本体６０を設置し、ＲＦＩＤタグが、外部の導体表面のいたるところで交信できることを説明する図である。
【図２１Ｂ】第５の実施形態として、同軸ケーブル又は同軸管Cの内部と外部の導体に高周波電流iを積極的に流れやすくしたことを説明する図である。
【図２２Ａ】本発明の第６の実施形態として、アタッチ式検出器具Dが奥まった箇所のＲＦＩＤタグ７０と交信する使用事例の図である。
【図２２Ｂ】第６の実施形態として、アタッチ式検出器具Dが密集したＲＦＩＤタグ７０と１対１交信する使用事例の図である。
【図２３】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのLF／HF帯域における具体的使用事例の図である。
【図２４】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における具体的使用事例の図である。
【図２５】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における他の具体的使用事例の図である。
【図２６】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における他の具体的使用事例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の代表的な実施例によるＲＦＩＤタグは、電磁波放射方向に設置した微小ループアンテナに接続されたＩＣチップ部を金属箔や金属板などの金属製アーム直下に設置し、微小ループアンテナのループの内側、及び金属製アームとループとの間には、誘電体または磁性体の充填層を形成して保護強化したものである。微小ループアンテナのループ面は取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして保持される。ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、微小ループアンテナのループ径又は長さは、λ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下である。そのため、交信に使用される電波の周波数、あるいは波長によって、微小ループアンテナの形成方法を変えても良い。
例えば、微小ループアンテナの形成方法の１つ目の例として、数kmとか数十mの波長を有する長波や短波などの比較的低い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグにおいては、必要な微小ループアンテナのサイズは波長に比べて既に極めて小さいので、コイル状のＲＦＩＤインレットそのものが微小ループアンテナとして形成されていることになる。
形成方法の２つ目の例として、数十cmとか十数cmの波長を有するUHFやマイクロ波帯の高い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグの用途においては、必要な微小ループアンテナの形成方法は、ダイポールアンテナを基調とした帯状のＲＦＩＤインレットをループ状に巻いて形成することができる。例えば、帯状インレットの中央のＩＣチップ部に接続されたダイポールアンテナの少なくとも片方の一部をカットし、この帯状のＲＦＩＤインレットを、ＩＣチップ部を含むように微小ループアンテナの寸法に、すなわち、径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下に丸めることにより１回巻きのループが形成される。
形成方法の３つ目の例として、１回巻きループの異なる形成方法としては、UHFやマイクロ波の帯状インレットのICチップ部に接続されるスリット形状整合回路領域を微小ループアンテナと見立て、ICチップ部と整合回路領域を切り出して整合回路兼用の１回巻きの微小ループアンテナとして形成しても良い。
また、このような方法で形成された１回巻きループから、電磁波放射方向にあるループ上のＩＣ部との間にスペーサ等の絶縁層を介してループをさらに連続的に略半回巻き延長することにより、アーム付きのＲＦＩＤタグを形成する。このアーム部分には、ＩＣチップ部を静電気やサージ電流から遮蔽するための電気的な耐力を持たせる。アームとしての延長部分を略半回巻きとすること、あるいは丈夫な金属製アームとすることにより、機械的強度も同時に向上させる。なお、本発明における金属には合金を含み、絶縁層は直流的に絶縁された層であることは言うまでも無い。
以上述べた各微小ループアンテナ形成方法は、各々次のような特徴を有する。まず、１つ目の手法の場合、既にコイル状のインレットを有するため、新たに作る部分が少ない。この場合、コイル面すなわちループ面を取付け金属面に略直立設置し、前述のアームで被い、内部を保護する事が簡単に実現できる。
２つ目の手法の場合、ループの核となる芯材（誘電体又は磁性体などの媒質あるいは充填材）に帯状インレットを巻き取ることで簡単に実現でき、前述のようなアーム部を連続して形成できる特徴を有する。さらに、ループを巻き取る工程でループ寸法を自由に変更できる利点もある。
３つ目の手法は、２つ目の手法が帯状インレットを丸める工程があるのに対して、ICチップ部の接続される整合回路部ごと切り出すように微小ループアンテナを形成でき、大幅なコストダウンの期待できる大量生産に適した特徴を有する。
例えば、数kmとか数十mの波長を有する長波や短波などの比較的低い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグにおいては、必要な微小ループアンテナのサイズは波長に比べて既に極めて小さいので、コイル状のＲＦＩＤインレットそのものが微小ループアンテナとして形成されていることになる。
他方、数十cmとか十数cmの波長を有するλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下のUHFやマイクロ波帯の高い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグの用途においては、必要な微小ループアンテナの形成方法は、ダイポールアンテナを基調とした帯状のＲＦＩＤインレットをループ状に巻いて形成することができる。例えば、帯状インレットの中央のＩＣチップ部に接続されたダイポールアンテナの少なくとも片方の一部をカットし、この帯状のＲＦＩＤインレットを、ＩＣチップ部を含むように微小ループアンテナの寸法に丸めることにより、径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下の１回巻きのループが形成される。
１回巻きループの異なる形成方法としては、UHFやマイクロ波の帯状インレットのICチップ部に接続されるスリット形状整合回路領域を微小ループアンテナと見立て、ICチップ部と整合回路領域を切り出して整合回路兼用の１回巻きのループ微小ループアンテナとして形成しても良い。
また、このような方法で形成された１回巻きループから、電磁波放射方向にあるループ上のＩＣ部との間にスペーサ等の絶縁層を介してループをさらに連続的に略半回巻き延長することにより、アーム付きのＲＦＩＤタグを形成する。このアーム部分には、ＩＣチップ部を静電気やサージ電流から遮蔽するための電気的な耐力を持たせる。アームとしての延長部分を略半回巻きとすること、あるいは丈夫な金属製アームとすることにより、機械的強度も同時に向上させる。なお、本発明における金属には合金を含み、絶縁層は直流的に絶縁された層を言うことは言うまでも無い。
以下、本発明の実施形態によるＲＦＩＤタグとその交信法について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の第１の実施形態として、ＲＦＩＤタグの構造およびその動作について、説明する。本実施例のＲＦＩＤタグは、導体面又は金属面（以下、金属面又は金属物）に設置して動作させる用途に適したものである。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグを金属物上に設置した例を示す、斜視図である。
第１の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０は、タグ本体６０と直立保持部５０とで構成されている。タグ本体６０は、基材５の上に導電材料、例えば金属板又は金属箔等により形成された平面状の微小ループアンテナ７１と、この微小ループアンテナに一対の電極３１a、３１bを介して接続されたＩＣチップ３０とで構成されている。微小ループアンテナ７１の内側には、アンテナ平面に直交する方向に開口し、ＩＣチップ３０と微小ループアンテナ間のインピーダンスの整合機能を有するスリット形状整合回路２０が形成されている。ＩＣチップ３０は、整流部やマイクロプロセッサを含む集積回路を備えている。スリット形状整合回路２０は、基材、例えばラミネートフィルムに開口を設けたものである。このように、本実施形態では、微小ループアンテナ７１が、整合回路２０を兼ねた整合回路兼用の微小ループアンテナとなっている。
交信周波数の波長をλとしたとき、微小ループアンテナ７１のループ径又はループ長さ（長辺）は、λ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下とするのが望ましい。微小ループアンテナは、きわめて薄く、例えば２０μｍ程度の厚みであり、基材５によりタグ本体６０の機械的な強度を確保している。
直立保持部５０は、このような薄膜のアンテナ平面（ループ面）が金属面８に実質的に垂直になるようにして微小ループアンテナ７１を金属面８に設置することで、整合回路２０を高周波的に短絡しないようにする機能を有している。なお、直立保持部５０は、微小ループアンテナ７１と同じ材料からなる平坦な座面５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）を有し、たとえば矩形状の微小ループアンテナ７１としたときの４つの辺のうちＩＣチップ３０の搭載されている辺を除く残りの３つの辺いずれかに直交するようにして３か所形成されている。ただし、必ずしもこれら３つの辺の全てに設ける必要はなく、少なくとも１か所形成されていればよい。また、図１では、取り付け角ＡＧが９０度すなわち、微小ループアンテナのループ面が取り付ける金属面８に垂直に立つようになっているが、若干傾斜していてもよい。すなわち、直立保持部５０の座面５１が微小ループアンテナ７１となす角度ＡＧは、後で述べるように、９０度±３０度の範囲（略直角）であればよい。
なお、微小ループアンテナ７１の材料は、金属に限定されるものではなく、カーボンなどの非金属材料からなる導体、あるいは半導体でも良い。また、ＲＦＩＤタグ７０のスリット形状は、タグ本体６０と直立保持部５０とがＬ字形に組み合わされた形状に限定されるものではない。例えば、スリット形状がＴ字形であっても良く、あるいは全体の外形が直方体状であっても良く、ＩＣチップ３０と微小ループアンテナ７１とのインピーダンス整合回路の役割を果たす形状であればさらに好都合である。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、ＲＦＩＤのインレット６を用いて製造する例を、図２（図２Ａ、図２Ｂ）を用いて説明する。
図２Ａは、本発明の実施形態のＲＦＩＤタグ７０を制作するのに好適なダイポールアンテナ１からなるＲＦＩＤインレット６を説明する図である。ＲＦＩＤインレット６は、基材５の上にアルミニウムなどの金属板又は金属箔により厚さが例えば１０μｍ〜２０μｍ程度のダイポールアンテナ１を形成したものである。図２Ａには、ＩＣチップ３０が接続される電極３１Ａ、３１b及びスリット状整合回路２０の位置関係が示されている。略１／２波長のＲＦＩＤインレット６から破線で示した整合回路領域４を切り出す。
次に、図２Ｂに示したように、整合回路領域４で切り出したＲＦＩＤインレット６を破線Ｂ−Ｂで示す位置において、取り付け金属面８に電気的に接触させる場合は導電材料の面が外側に位置するようにして、取り付け金属面８に絶縁性の基材を介して電磁的に接する場合は導電材料の面が内側に位置するようにして、各々略直角に折り曲げ、タグ本体６０と、このタグ本体６０を垂直に保持する直立保持部５０とを設ける。タグ本体６０は金属面８に取り付け角ＡＧが略直角のとき、換言すると微小ループアンテナ７１の取り付け角ＡＧが略直角のとき、金属対応のＲＦＩＤタグ７０として機能する。すなわち、タグ本体６０を垂直に保持することで、金属面８に設置された場合に、整合回路２０を高周波的に短絡しないで済むようにする。換言すると、座部５１の表面は微小ループアンテナと同じ導電材料の面であり、座部５１を絶縁用の部材で構成する必要は無い。
直立保持部５０は、タグ本体６０の取り付け角ＡＧが略直角であれば金属面８に接触して取り付けられてもかまわない。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態におけるＲＦＩＤタグ６０のスリット状整合回路２０について、図３（図３Ａ、図３Ｂ）で説明する。このスリット状整合回路２０の形状は様々あり、たとえば、図３Ａに示したような、ＲＦＩＤインレット６における“T”字形のスリット形状整合回路２０Ｔを、切り出し線６１１で切断すると、“T”字形のスリット形状の整合回路を有するタグ本体６０ができる。
また、図３Ｂに示したような、ＲＦＩＤインレット６における“L”字形をしたスリット形状整合回路２０Ｌの部分を、切り出し線６１１で切断すると、“L”字形をしたスリット形状の整合回路を有するタグ本体６０ができる。
【００２８】
このようにして、それぞれＲＦＩＤインレット６から整合回路領域４を切り出してタグ本体６０を形成すると共に、この整合回路領域の下部を金属面に直立しやすくする直立保持部５０に加工することで、図４（４Ａ、４Ｂ）に示したようなＲＦＩＤタグ７０が得られる。図４Ａの例は“T”字形スリット形状整合回路２０Ｔを有し、図４Ｂの例は、L”字形スリット形状整合回路２０Ｌを有している。
【００２９】
本実施例のＲＦＩＤタグ７０は、“L”字又は“T”字などの形状をした整合回路が微小ループアンテナ７１と兼用して（整合回路兼用の微小ループアンテナが）設けられており、ＲＦＩＤインレット６のスリットがつくるループ面を、取り付ける金属面上に略９０度で直立するように設置する。
【００３０】
図５（図５Ａ、図５Ｂ）は、巻き数が１回の微小ループアンテナ７１を備えた本実施例のＲＦＩＤタグ７０の作用、効果を説明する図である。図５Ａは、巻き数が１回の微小ループアンテナ付きのＲＦＩＤタグ７０を、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係、すなわち、実像と虚像の足し算の説明図である。金属面８の上に置かれるＲＦＩＤタグ７０とこれが投影してできるイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍでは、それぞれに流れる高周波電流iが境界面で打ち消す方向に、金属面８の垂直部分で同方向に流れる。
図５Ｂは、ループ巻き数が１回の場合の図５ＡのＲＦＩＤタグ７０のループ面積は、金属面８を境界とする部分で高周波電流iが打ち消してできる２倍のループ面積、すなわちループ面Ａ１とイメージループ面ＡMの合計面積を持つ微小ループアンテナ等価回路７１Ｅと等価であることを示している。
【００３１】
図６（図６Ａ、図６Ｂ）は、巻き数が２回の微小ループアンテナ７２を備えた本実施例のＲＦＩＤタグ７０の作用、効果を説明する図である。図６Ａは、２回巻き微小ループアンテナ７２の場合において、金属面８の上に置かれるＲＦＩＤタグ７０とこれが投影してできるイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示し、それぞれに流れる高周波電流iが境界面で打ち消す方向に、金属面８の垂直部分で同方向に流れることを示している。
図６Ｂは、ループ巻き数が２回の場合のＲＦＩＤタグ７０のループ面積は、金属面８を境界とする部分で高周波電流iが打ち消してできる２倍のループ面積、すなわちループ面Ａ１とＡMの合計面積をもつ２回巻き微小ループアンテナの等価回路７２Ｅと等価であることを説明している。
このように、本実施例のＲＦＩＤタグ７０は、ＲＦＩＤタグを金属面に略垂直に立てることから、金属面上のＲＦＩＤタグ内の微小ループアンテナを流れる高周波電流と、金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナに流れる高周波電流が、金属面の境界で平行な部分ではイメージのため、互いに反対向きに流れ打ち消し合い、垂直部分では互いに同方向に流れる。そのため、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなり、自由空間および非金属面におかれる微小ループアンテナの感度より向上させることができる。
【００３２】
図６の例は、巻き数が２回の場合を示しているが１．５でも３でもいくつであっても良い。図６ではあえて２回巻きで代表としている。一般には、周波数が高くなるほど巻き数を減少させて高周波損失を減らしている。UHFやマイクロ波では巻き数が１回程度である。
【００３３】
ここで、微小ループアンテナからの放射電力をP、交信電磁波の波長をλ、微小ループアンテナの巻き数をN、微小ループアンテナの面積をA、ループに流れる高周波電流をi、円周率をπとすると、下記非特許文献２「解説 アンテナの基礎」P．４２から、
P = {２０・（２π／λ）４・（N・A）２}・i２ （W）
で示される。
Pは巻き数Nと面積Aの積の２乗に比例することがわかる。
従って、N=１のとき、Aが２倍になるとPは４倍となり、１回巻きの微小ループアンテナの感度を、自由空間や非導体面に置かれるよりは導体面や金属面に置いた時そのイメージ反射を用いて格段に向上させるという効果がある。
非特許文献２ 「解説 アンテナの基礎」、著者 岩井 陸路、発行所 東京電気大学出版局、 昭和４２年１１月２５日初版
【００３４】
前記４倍の感度効果の検証として、微小ループアンテナを有するＲＦＩＤインレットを用いたサンプルタグを用意する。
インレットは日立製作所製のRKT１０２型とし、これを基材としての厚さ４mmの発泡スチロール材に、短辺５mmで長辺１０mmの長方形ループに１回巻く。このとき、ＩＣチップ部を長辺側１０ｍｍの中央部に配置する。これにより、短い辺が交信周波数の波長の略１／２０波長、長い辺が１／１０波長となる微小ループアンテナを備えた検証用のサンプルタグタグを実現している。
リーダはセコニック社製R００１M型とし、これで飛距離測定を行う。
検証は金属板として１辺が２００mmの正方形で厚み０．５mmのアルミ板中央にサンプルタグを設置した時の飛距離が、非金属板として１辺が２００mmの正方形で厚み８mmのゴム板中央にサンプルタグを置いた時の飛距離の何倍か、を求めることで行う。
まず、サンプルタグをアルミ板に置いた時の飛距離、２２mmを得た。
次いで、サンプルタグをゴム板に置いた時の飛距離、６mmを得た。（測定例１）
従って、飛距離比は約３．７倍となり、理論値４倍に近い数値を得ている。
測定に当たっては、サンプルタグが直線偏波、リーダが円偏波であるもののタグ近傍では、サンプルタグの設置方向により大きな感度差が生ずる。そこで、サンプルタグの向きを水平偏波と垂直偏波の中間である４５度の方向に設置する。
ここでは説明しやすくするため、水平あるいは垂直偏波設置をリーダのアンテナ面の縦辺を垂直偏波、横辺を水平偏波として定義した。
【００３５】
また、微小ループアンテナのループ面が金属面に対して９０度の角度のとき最大の飛距離になることを確認している。
確認方法として、まず、サンプルタグは上記測定例１の場合と同じＲＦＩＤインレットを使用し、これを基材としての寸法が幅２mmの厚みで１辺が１０mmの正方形の発砲スチロール材の４つの１０mm辺に沿う、正方形ループになるように１回巻いて、サンプルタグを作る。
次いで、このサンプルタグを測定例１の場合と同じ金属板およびリーダを使用し、金属板にループ面の交差角度別の飛距離測定を行う。偏波面はリーダの感度が高い方で飛距離測定する（測定例２）。
サンプルタグとの角度０のとき、これは平置きのときに相当するが、このときタグは応答せず、すなわち金属対応のタグとして動作しないことを確認し、サンプルタグとの角度３０または１５０度のとき飛距離は１０mm、サンプルタグとの角度６０または１２０度のとき同３０mm、サンプルタグとの角度９０度のとき同４０mm、これは金属面に直立でこのとき最大の飛距離になることを確認している。
【００３６】
上記測定結果をまとめたもの、すなわち、取り付け角ＡＧと飛距離の関係を、図７に示す。図７から、ピーク感度の８割が９０度を中心とした±３０度の範囲にはいっていることが分かる。すなわち、直立保持部５０の座面５１が微小ループアンテナ７１となす角度ＡＧは、９０度±３０度の範囲（略直角）とするのが望ましい。
さらに、測定例１で用いた発砲スチロール材の代わりに、ゴム磁石によるサンプルタグ厚み３mm、幅４mm、長さ６mmに代えた小型の微小ループアンテナを構成し、金属対応のＲＦＩＤタグが実現できることを確認している。長さをさらに短縮した３mm長の場合であっても通常のリーダ／ライタであり、例えばセコニック社製Ｒ００１Ｍ型リーダで交信可能な金属対応のＲＦＩＤタグが実現できることを確認している。同サンプルタグで厚み０．４mm幅４mm長さが１０mm程度においても動作することを確認している（測定例３）。
これらは、前記放射電力を表す式からループ面の形状には依存しないで面積が０でない限り放射がなされるという示唆と一致する。
【００３７】
本実施例のＲＦＩＤタグは、取り付け金属面と、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させて使用することができる。
図８（図８Ａ、図８Ｂ）は、本実施例のＲＦＩＤタグ７０を金属面８に直接、それぞれ横長にあるいは縦長に取り付けた事例の説明図である。
本実施例のＲＦＩＤタグを、例えば図８に示したように直接結合により、取り付け金属面８と電気的に接続または、絶縁体を介し間接結合により金属面８と容量的に電磁結合させることにより、取り付けたＲＦＩＤタグ７０の直上又は直上から離れた場所から交信することができる。
【００３８】
すなわち、図９に示したように、金属面８に取り付けたＲＦＩＤタグ７０から、高周波電流iが金属面８の上に進行波WFが左右に流れてゆき、端部で発生する反射波WRと進行波WFとが干渉し、１／２波長ごとにうねる半波長周期WLの干渉波Wが生ずる。
図９では、金属面８が１／２波長の整数倍で明瞭な節部WVと腹部WPができることを示しているが、１／２波長以上の任意の長さのときは節部WVおよび腹部WPが不明瞭となる干渉波Wになる。このときは空中への電磁放射も減少する。このような任意の長さの干渉波Wの状況は図示していない。
このように、ＲＦＩＤタグを金属面と電磁結合させると、金属面に高周波電流が流れ、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち、腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所から交信可能となる。
本発明によれば、きわめて薄い整合回路兼用の微小ループアンテナのループ面を直立保持部で略直立して保持するようにしてＲＦＩＤタグを構成したので、金属物上に設置可能な極めて小型のＲＦＩＤタグを提供できる。すなわち、本発明によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズ、例えば０．３mm以下の寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態について、説明する。本発明のＲＦＩＤタグの形状および製造方法は、実施例１に示した構成、方法に限定されるものではない。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ７０の製法として、微小ループアンテナと兼用の整合回路をＩＣチップ上に集積し、半導体で一体化したことを特徴とする。
すなわち、図１０に示したように、全て半導体で金属対応のタグを形成できることもできる。この場合、微小ループアンテナパターン７１Ｓと整合回路２０Ｓとが兼用となる。
すなわち、ＩＤなどのＩＣ論理回路３１のパターンと直接接続した同一の半導体基材上に、半導体製造プロセスにより微小ループアンテナ兼整合回路のパターン等が形成された略直方体状のＲＦＩＤタグ本体６０と、前記ＩＣチップ上のループ面が取り付け金属面８に略垂直に立つように前記ＲＦＩＤタグ本体の表面に形成された直立支持部５０としての側面、すなわち直立座部５１（図では３面、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）を形成した半導体チップレベルのＲＦＩＤタグ７０とすることができる。本実施例によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズの寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。なお、直立支持部５０は、例えば、半導体基板すなわち基材５の厚みを厚くすることで、直立座部として必要な面積および機械的強度を確保することができる。
【００４０】
本実施例によれば、半導体製造プロセスのみで、金属物上に設置可能な小型のＲＦＩＤを提供できる。
本実施例のＲＦＩＤタグも、整合回路２０Ｓが微小ループアンテナ７１Ｓと兼用されている。このＲＦＩＤタグ７０をそのループ面が取り付ける金属面上に９０度で直立するようにして設置すると、金属面下に投影したイメージのループ面、すなわち前記微小ループアンテナにイメージの高周波電流が流れるが、金属面の境界で平行な部分では互いに打ち消し合うように流れ、金属面上と金属面下に垂直な部分では互いに同方向に流れ、等価的に自由空間の２倍のループ面積の微小ループアンテナとなる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態として、金属面に取り付けし易くしたＲＦＩＤタグ７０について、図１１で説明する。
本実施形態では、ＲＦＩＤタグ７０を、外部からの衝撃や圧力に対してＩＣチップや整合回路を保護する為に、または取り付けの利便性を向上する為に、高周波で損失の少ない丈夫な誘電体や磁性体、あるいはそれらの混合材の樹脂、セラミックや絶縁性接着剤等で被い取り扱いや取り付けをしやすくかつ機械的に強化したものである。本実施形態でも、ＲＦＩＤタグ７０は、取り付け金属面と、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させて使用することができる。
すなわち、図１１に示したように、ＲＦＩＤタグ７０を誘電体又は磁性体製充填材７０Ｃで被って丈夫にし、かつ、ネジなどの止め具７０Ｂで金属面８に取り付けしやすくしたＲＦＩＤタグ７０である。この場合、止め具は金属製のネジであってもよく絶縁性の樹脂であってもよい。金属ネジの場合は、高周波電流iを引き込む誘導性または容量性ポストとしての作用を期待できることがあるので長さや位置を調節すると感度を改善できる。
【００４２】
図１２の例では、金属面８の段差部などに接着剤７０Ｄなどを用いてＲＦＩＤタグ７０を簡単に取り付けられる。高周波電流iが段差部の表面を流れ、経路途中にあるＲＦＩＤタグ７０のＩＣチップ３０を通り動作させる。
【００４３】
図１３の例は、金属の窪地８１やネジ穴などへ埋設する取り付け方法を示している。すなわち、タグ本体６０を埋設し、接着剤７０Ｄ等で固定し金属面８の表面から突出しない取り付けが可能である。
このように、本発明によるＲＦＩＤタグは、小型のため金属板の段差部、窪地、コーナ部又は、ネジ頭など凸部の影など丈夫な物陰に退避して接着剤程度で取り付けることができるので特段の保護金具を省略、あるいは取り付け用の凹部切削作業などの省略ができる利点があり取り付け作業負担の軽減となる。
【実施例４】
【００４４】
次に、本発明の第４の実施形態として、ＲＦＩＤタグの保護金具により微小ループアンテナの機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０について説明する。なお、本実施形態では、ＲＦＩＤタグ本体６０の微小ループアンテナに関し、ループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する。
本実施形態で微小ループアンテナを形成する方法としては、実施例１、２で述べたように、RFIDインレット６の整合回路２０の領域を切り出して、取付け金属面８に略直立させるものが挙げられる。この場合、整合回路のスリットは微小ループアンテナの機能を受け持ち２つの機能を兼用する役目を担う。微小ループアンテナを形成する他の方法は、前記整合回路２０を切り出す代わりに、RFIDインレットをＩＣチップを含む所定の長さに切り、これを少なくとも1回巻いて新たに微小ループアンテナを作り、これを取付け金属面８に略直立させるものである。このRFIDインレットから新たに微小ループアンテナを作る方法については、後で詳細に説明する。いずれの手段で形成される場合でも、微小ループアンテナは単独では機械的強度が十分とはいえないので、以下に述べるように、この微小ループアンテナを内部に保持する方式を採用するのが望ましい。
【００４５】
本実施例のＲＦＩＤタグは、外部からの静電気やサージ電流などの電気的衝撃に対し、ＩＣチップを保護する目的で貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造の金具の内側に配置し、少なくともＩＣチップ３０や整合回路２０が短絡しない様に絶縁役のスペーサを介して電磁結合させた保護金具により電気的衝撃に対してシールドしたものである。スペーサ６１Ｓは空気であっても、誘電体または磁性体の充填剤７０Ｃであってもよい。通常はスペーサ６１Ｓと充填剤７０Ｃとを、誘電体または磁性体からなる同一の材料で一体的に構成するのが好適である。
第４の実施形態において、ＲＦＩＤタグ７０の保護金具の形状は、図１４Ａの貝構造保護金具７０ＳＤ１、図１４Ｂの折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、図１４Ｃの折り返し端子構造保護金具７０ＳＤ３、図１４Ｄの端子構造保護金具７０ＳＤ４のような例があり、各々、機械的強度を向上させることができる。なお、各図において、スペーサ６１Ｓは、誘電体や磁性体などで形成されたタグ本体６０の整合回路が保護金具と短絡するのを阻止するための隔離材である。
【００４６】
図１４Ｅは、ＲＦＩＤタグ７０の保護金具７０Ａを、微小ループアンテナと一体に形成したＲＦＩＤタグ７０の構造の説明図である。この例は、UHFやマイクロ波帯の周波数が使用される用途に適したＲＦＩＤタグである。図１４Ｅの（ａ）は斜視図、（ｂ）はICチップ３０の近くを拡大した図であり、ここにはスリット状整合回路２０が金属面８に平行に配置される。（ｃ）は（ａ）の縦断面図である。
まず、この例のRFIDタグ７０のスリット形状整合回路２０は、取付ける金属面８又はスペーサ６１Ｓを介して保護金具７０Aに平行なため、微小ループアンテナの機能を持つことが出来ない。そこで、ICチップ３０を含む帯状のRFIDインレット６を少なくとも１回巻いて微小ループアンテナ７１として機能するようにし、この微小ループアンテナ７１のループ面の一部、すなわち、ICチップ３０の配置される側とは反対側のループの縁（側辺）を座部又は取付け面５１とすることにより、取付ける金属面８に略直立するように構成されている。７０Ｃは誘電体または磁性体充填材である。この例のＲＦＩＤタグ７０は、帯状ＲＦＩＤインレット６を、例えばUHFやマイクロ波帯のダイポールアンテナを基調としたＲＦＩＤインレットでＩＣ部３０を含む所定の長さにカットし、このカットされたインレットを、充填剤７０Ｃを芯材にして微小ループアンテナ７１の寸法にまるめて、１回巻きのループを形成したものである。
この例では、ＲＦＩＤタグ７０の微小ループアンテナが保護金具（アーム）７０Ａと一体に形成される。例えば、ＲＦＩＤインレット６として、図２Ａに示したような、ＩＣチップ３０が接続される電極３１a、３１b及びスリット状整合回路２０を備えたものを用いる。ただ、図２Ａの整合回路兼用の微小ループアンテナとは異なり、ＲＦＩＤインレット６の両端を切り出さずにそのまま折り曲げて１回巻きのループ状の微小ループアンテナ７１を形成する。この場合、取付ける金属面８に対して、整合回路２０は略平行であり、微小ループアンテナ７１は略直立するようになっている。整合回路２０は、“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状となっている。すなわち、帯状のＲＦＩＤインレット６を、微小ループアンテナ７１の寸法にＩＣチップ３０が含まれるようにして、１回巻きにし、さらに保護金具を一体に形成する。このとき、微小ループアンテナ７１の１つのループの１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続地点領域７２Ｃでは、直接接続又は間接接続の電磁結合のいずれかで接続する。さらに、電波放射方向にあるループ上のＩＣ部３０の上側に、スペーサ部分６１Ｓを介するなど絶縁しながら、ＲＦＩＤインレットを接続地点７２Ｃからさらに半回巻き連続して延長した保護金具すなわちアーム７０Ａ付きのＲＦＩＤタグとする。例えば、ＲＦＩＤインレット６の一端をさらに連続略半巻き程延長することで、タグ本体６０を覆うアーム７０Ａを形成し、ＲＦＩＤタグ７０とする。この例のＲＦＩＤタグ７０では、ループの１回巻き分における微小ループアンテナ７１の金属面８と平行な部分の長さをλ／１０程度、あるいは１回巻き分のループの内側の面積をλ２／１００以下とするのが望ましい。一方、ループサイズの下限値は、このループに含まれるＩＣチップ３０のサイズに応じて決まる。アーム７０Ａの長さは、λ／４まで延長しても良い。アーム７０Ａを設けることで、ＲＦＩＤタグ７０に静電気やサージ電流に耐力（静電遮蔽）を持たせ、感度を高めることが出来る。さらに、アーム７０Ａを丈夫な金属製材料とすることで、機械的強度も同時に向上させることが出来る。
【００４７】
図１４Ｆは、保護金具を備えた他の例になるＲＦＩＤタグ７０の構造説明図である。この例のＲＦＩＤタグ７０は、図１４Ｅの例と同様に、帯状のRFIDインレット６を少なくとも１回巻いて微小ループアンテナとして機能するように巻いたループ面が、取付け金属面８に略直立するように構成されている。図１４Ｅの例ではアーム７０Ａがタグ本体６０と一連の帯状ＲＦＩＤインレットで構成されているのに対して、図１４Ｆの例は、微小ループアンテナ７１を備えたタグ本体６０の部分、すなわちループ巻き数の１回部分を、保護金具すなわちアーム７０Ａとは分離し独立させた構造となっている。図１４Ｆの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のタグ本体６０の拡大図、（ｃ）は（ａ）の縦断面図である。金属製アーム７０Ａは折り返し構造保護金具７０ＳＤ２として機能する。タグ本体６０を挟んで折り返し構造保護金具７０ＳＤ２の金属製アーム７０Ａとは反対の側を座部又は取付け面５１とすることにより、ループ面が取付け金属面８に略直立するように構成されている。この例でも、ＲＦＩＤタグ７０に静電気やサージ電流に耐力を持たせ（静電遮蔽）、感度を高めることが出来るだけでなく、アーム７０Ａを丈夫な金属製材料とすることで、機械的強度も同時に向上させることが出来る。
この例のＲＦＩＤタグ７０において、タグ本体６０は前記非特許文献２で示される放射電力と巻き数Ｎと微小ループアンテナの面積Ａの関係式、及び後述の図１６Ａ，図１６Ｂから明らかなように、本発明の中で説明しているスリット形状の整合回路を切り出して導いた微小ループアンテナと見立てたタグ本体６０に相当する。従って、図５Ｂで説明した等価回路と同じになり、図１等の例に対して電磁波的には区別が出来ない等価物とみなせる。従って、図１４Ｅ、図１４Ｆの例についても、図１４Ａ〜図１４Ｄに示した貝構造保護金具７０ＳＤ１、折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、折り返し端子構造保護金具７０ＳＤ３、端子構造保護金具７０ＳＤ４など各種保護金具に内装したときと同等の動作が可能であり、同等の効果が得られる。以下、に述べる各実施例に関しても、図１４Ｅ、図１４Ｆに示した帯状の微小ループアンテナを採用することで、同等の効果が得られる。
【００４８】
図１５により、第４の実施形態の作用、効果を説明する。第４の実施形態の各例では、保護金具がサージ電流・溶接電流・静電気放電電流Iなどを金属面８に放電することで電気的衝撃からタグ本体６０内部のＩＣチップ３０を保護する。図１５は、ＲＦＩＤタグ７０ＳＤ２を、折り返し構造保護金具により保護した例である。
このように、本実施例のＲＦＩＤタグは、外部からの静電気やサージ電流などの電気的衝撃に対し、ＩＣチップを保護する目的で貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造の金具の内側に配置し、少なくとも整合回路が短絡しない様にスペーサを介して電磁結合させる保護金具で電気的衝撃に対してシールドしたＲＦＩＤタグを実現できるだけでなく、保護金具にネジ穴を設け脱落防止に役立つ。
また、静電気の高電圧やサージ電流の大電流に対しする耐力検証として、圧電素子による着火器具の発する高電圧を直接、シールド構造で保護された折り返し端子構造のＲＦＩＤタグに空中放電し、正常動作していることを確認している。
また、大電流として電気溶接機によりシールド構造で保護された折り返し端子構造のＲＦＩＤタグに１００Ａ程度の電流で溶接しても正常動作していることを確認している。
【００４９】
また、本実施形態の他の例として、ＲＦＩＤタグの保護金具は、保護されるＲＦＩＤタグの微小ループアンテナのアンテナ導体が幅をもつことで実質的微小ループアンテナ面積はアンテナ導体部分を除いたループ面積となるが、保護金具が微小ループアンテナの外部にあることから外側から大回りに高周波磁束をループに誘導する事で、実質の微小ループアンテナ面積を保護金具が囲う位置まで拡大し感度を向上させ、かつ、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造が、機械的強度の向上並びに電気的衝撃に対する耐力を向上させている。
すなわち、図１６（図１６Ａ、図１６Ｂ）の例では、保護金具により実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善している。
まず、図１６Ａは保護金具付きのＲＦＩＤタグの斜視図、図１６Ａの保護金具部分の断面S−S’を図１６Ｂの（ｂ）に示し、保護金具が無いタグ本体６０だけの場合の断面を図１６Ｂの（ａ）に示している。それぞれの微小ループアンテナ７１の外部にあることから大回りに高周波の磁束がループに誘導される様子を説明している。ここで、図１６Ｂの（ａ）は保護金具無し高周波磁束Φ１に保護金具無しループ面縦寸法Ａ０が対応している。これを図１６Ｂの(ｂ)の保護金具７０ＳＤ２で保護すると、大回りの保護金具有り高周波磁束Φ２となり、結果的に保護金具により拡大ループ面縦寸法ＡSとなるため、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明している。
このように、本実施例の金属対応ＲＦＩＤタグは、保護されるＲＦＩＤタグの微小ループアンテナのアンテナ導体が幅をもつことで実質的微小ループアンテナ面積はアンテナ導体部分を除いたループ面積となるが、保護金具が微小ループアンテナの外部にあることから外側から大回りに高周波磁束をループと等価であるスリットに誘導する事で、実質の微小ループアンテナ面積を保護金具が囲う位置まで拡大し感度向上させ、かつ、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造が、機械的強度の向上並びに電気的衝撃に対する耐力を向上させるＲＦＩＤタグを実現できる。
【００５０】
また、また、本実施形態の他の例として、モノポールアンテナ長の金具で感度を向上させた事例を、図１７（図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１７Ｅ、図１７Ｆ、図１７Ｇ）で説明する。これらの例では、保護金具を交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法で保護金具を構成し共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させている。
すなわち、図１７の各例は、シールド構造の金具、すなわち図１７Ａが貝構造の保護金具７０ＳＤ１、図１７Ｂが折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、図１７Ｃが折り返し端子構造７０ＳＤ３、図１７Ｄが端子構造保護金具７０ＳＤ４を、各々、媒質中のモノポールアンテナ長大凡λｇ／４の金具とし、感度を向上させたＲＦＩＤタグ７０の事例である。金具には例えばステンレス鋼を用いる。
【００５１】
さらに、図１７Ｅの例は、図１４Ｅの微小ループアンテナ７１の金属製アーム７０Ａを接続地点領域７２ＣからさらにＥ＝λｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を上から覆う、アーム７０Ａ付きの形状となっている。タグ本体６０を挟んで金属製アーム７０Ａとは反対の側を座部又は取付け面５１とすることにより、ループ面が取付け金属面８に略直立するように構成されている。
また、図１７Ｆの例は、図１４Ｆの微小ループアンテナ７１の上下の金属製アーム７０Ａを接続地点領域７２ＣからさらにＥ＝λｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を覆う、アーム７０Ａ付きの貝構造の保護金具７０ＳＤ１となっている。
また、図１７Ｇの例は、表面模様がＣ型平面保護金具７０ＳＤ５を備えたＲＦＩＤタグ７０を示している。図１７Ｇにおいて、（ａ）はＲＦＩＤタグ７０の斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。図１７Ｂの例が凸形の突起部を持つのに対し、図１７Ｇの例では、金具７０ＳＤ５に取り付け穴７８と、主に媒質中のモノポールアンテナ長で共振させる構造の金属製アーム７０Ａを同一平面に形成し、突起部を平滑化した構造のＲＦＩＤタグ７０となっている。金属製アーム７０Ａはλｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を上から覆っている。金属製アーム７０Ａの周囲にはＣ字模様またはU字形の隙間７９がある。アーム７０Ａの直下（最適な位置はアームの付け根位置とは限らず整合をとると根本から少しずれることがある）に、タグ本体６０がスペーサ６１Ｓを介して内装され、ＩＣチップ３０が保護金具の内側に配置されている。この例では、タグ本体６０は図１４Ｆの（ｃ）に示したような断面構成となっている。
さらに図１７Ｇの例において、金具７０ＳＤ５の全長を半波長に共振する長さにした場合、自由空間又は非金属上においてもより高い感度が実現できる。
【００５２】
このように、ＲＦＩＤタグ７０の感度を向上させるべく、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造に代表される保護金具の他、交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法で保護金具を構成し、共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させたＲＦＩＤタグを実現できる。
【００５３】
本発明のＲＦＩＤタグ７０は、金属面上のみならず非金属面上に設置しても高い感度で交信可能とすることもできる。例えば、タグ本体６０を、交信電磁波の１／２波長に共振する長さの金属板中央に窪地など掘り込んでダイポールアンテナの給電点に配置するように設置したり、例えば１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法の保護金具２個を接続してできる略半波長の長さのアンテナの給電点にタグ本体６０を配置したりしてできるダイポールアンテナサイズの保護金具を構成することにより、共振を積極的に助長させて非金属面上でも金属面上でも高い感度で交信可能とするＲＦＩＤタグを実現できる。
図１８Ａの例は、保護金具の寸法を半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２で構成し感度を向上させたＲＦＩＤタグ７０の事例を示す図である。
【００５４】
図１８Ｂの例は、H形平面保護金具７０ＳＤ６を備えたＲＦＩＤタグ７０の例である。図１８Ｂの（ａ）はＲＦＩＤタグ７０の斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。図１７Ｇの例における金属製アーム７０Ａが１つであるのに対し、図１８Ｂの例では、２つの金属製アーム７０Ａを対向させ、隙間７９を設けて両アームの先端を接触させないで配置した構造を持つ。すなわちダイポールアンテナ金具７７の表面に隙間７９による“Ｈ”字形の模様ができる。どちらか一方のアーム７０Ａの直下（最適な位置は電磁波モードのアームの整合をとるべく中央から少しずらして決める）に、タグ本体６０がスペーサ６１Ｓを介して内装され、ＩＣチップ３０が保護金具の内側に配置される。その為、タグ本体６０が電気的機械的に強化された構造となる。さらに金具７０ＳＤ６の全長が半波長の寸法であるため、自由空間を含めた非金属面上でも、金属面上に取り付けた場合においても、高い感度で交信できるＲＦＩＤタグ７０を実現できる。
【００５５】
図１８Ｃの例は、一対の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７を用いたＲＦＩＤタグ７０である。図１８Ｃの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。この例では、２枚の略円形の金属板（電磁波モード発生兼用保護金具）７０ＳＤ７がその略中央（最適な位置は電磁波モードの整合をとるべく中央から少しずらして決める）に、スペーサ６１Ｓを介してタグ本体６０を挟み、誘電体または磁性体充填材７０Ｃで固定している。このＲＦＩＤタグ７０を取り付け金属面８に設置し、上方から交信すると、上面の金属板７０ＳＤ７の外部表面および内側表面にマイクロ波理論から知れる高周波電流が流れ、電磁波モードとしては、円形共振板のTM基本モードの電流iTMが分布する。この電流の最良の共振条件は、７０Ｃ内部における波長すなわち媒質中の波長をλｇ、円周率をπ、金属板の外形寸法をDiとすると、
Di＝（１．８４１／π）λｇ
で与えられる。ここで、１．８４１は、微分形の第一種ベッセル関数の最小の根の有効数値４桁である。
この例では、TM基本モードで共振する高周波電流がタグ本体６０とスペーサ６１Ｓを介して電磁結合し、電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７と一体化したＲＦＩＤタグ７０として機能する。
図１８Ｃの（ａ）では、高周波電流分布の交互に入れ替わる一瞬の状態を止めて矢印表記している。ちなみに矢印の始点が＋の最大電位部分で矢印の行き先終点が−の最大電位部分、矢印の中央が０電位（図中の０電位線）になり、ここは同時に電流が最大値になる。０電位部分は小さな取り付け穴７８やネジを貫通しても共振状態に与える影響が少ない。
図１８Ｃの例の試作を通して、金属板の平面形状が円形であっても正方形であっても、ＲＦＩＤタグを構成したとき、高々１波長程度の飛距離感度では形状の差と感度の差異を見出しにくいことを確認した。１つの試作例としては、金属板を１辺が１６mmの略正方形で置換し、充填樹脂を比誘電率２０の材料とし、周波数を２．４５GHz、タグ本体６０は日立製作所製のミューチップインレット（RKT１０２）から形成した。この試作ＲＦＩＤタグを、０電位部分に直径が３mmのネジ２つを通して十分広い金属面に設置した場合、セコニック社製リーダR００１Mで飛距離を測定して約１００mmの飛距離を得た。さらに、他の試作例として、金属円板を直径７１．５mmでねじ止めなし、充填物を比誘電率１の空気とし、前述の例と同じタグ本体、前述の例と同じリーダR００１Mで飛距離を測定し、１８０ｍｍの飛距離を得た。このように発明者は試作例により、TM基本モードの共振と０電位の影響を確認している。
【００５６】
なお、図１８Ｃの例では、２枚の略円形の金属板（同図では金属板が電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７としている）を用いているが、図１８Dの例に示すように、取り付け金属面側は取り付けた時金属面が重複するので、下側の金属板はこれを省略し、１枚の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８のみとしても良い。さらに、図１８Ｄに示すように、自由空間において半波長で共振しやすくするため、“H”字形となるように２つのアーム７０Ａの先端が接触しないように対向させ、一方のアーム直下（電磁波モードの整合をとると、最適な位置はアーム直下のいずれかの地点）にタグ本体６０を、スペーサ６１Ｓを介して誘電体または磁性体充填材７０Ｃあるいは接着剤７０Ｄによって固定しても良い。すなわち、図１８Ｄの例は、半波長共振／電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８とタグ本体６０とを一体化したＲＦＩＤタグ７０である。
この例のタグの特徴は、全体の厚みを金属板１枚分だけ薄くすることができるだけでなく、金属面以外の、たとえば自由空間においても動作が可能になることである。さら、図１８Ｃの例同様に、０電位線上に取り付け穴７８やネジなど設けることが可能である。これは、金属板が１枚のため取り付け金属面におかれる時TM基本モードの電流iTMが分布するが、自由空間ではTM基本モードの共振が困難となる代わりに、金属板外形寸法Diが半波長共振寸法に近いため、概ね半波長共振電流ＩＤが最大電流ではないが、実用的十分な感度のＲＦＩＤタグ７０として機能する。
TM基本モードの金属板外形寸法Diは、交信波長を１２２mm、媒質を空気、円周率をπ、とすると、 Di＝（１．８４１／π）・１２２から７１．５mm となる。一方、空気中の一般的な半波長共振寸法は、１２２／２から６１mmである。すなわち、これら（金属板外形寸法Diと一般的な半波長共振寸法）の差異は、１７％である。
高々１波長程度の飛距離感度では、Diを最初からこれらの中間の寸法（この場合の中間値は６６mm 差異９％）とし、金属面から非金属面まで安定した感度の、しかも薄型の適用範囲の広いＲＦＩＤタグ７０の実現が可能である。
【００５７】
また、ダイポールアンテナ金具７７を採用することで、感度が向上する一方、寸法が約２倍の長さになる。
図１９は、感度向上のため、例えばモノポールアンテナ７５の金具を２個背中合わせに連結したような構造で、全長が空気中の半波長の寸法を有するとしたダイポールアンテナ金具７７を形成でき、感度がダイポールアンテナ並みに向上する一方、寸法は約２倍の長さになる。
【００５８】
すなわち、感度を優先した場合、寸法が大きくなるが、本実施例によると、交信電磁波の１／２波長に共振する長さの金属板中央に窪地など掘り込んでダイポールアンテナの給電点に配置するように設置したり、１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法の保護金具２個を折り返し接続部分で背中合わせに接続してできる略半波長の長さのアンテナの給電点にＲＦＩＤタグを配置したりしてできるダイポールアンテナサイズの保護金具を構成し、共振を積極的に助長させて非金属面上でも金属面上でも交信可能となるように感度を向上させたＲＦＩＤタグを実現できる。
【実施例５】
【００５９】
次に、本発明の第５の実施形態として、本発明のＲＦＩＤタグを、離れた箇所から交信するのに使用する例について図２０（図２０Ａ、図２０Ｂ）で説明する。
本実施形態では、上記いずれかの実施例のＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒表面にＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行、ＲＦＩＤタグ内部のスリット面が針金表面に略直立する様に設置し（図２０Ａ）、あるいは金属棒の端部にＲＦＩＤタグを延長する様に直結又は電磁結合で接続し（図２０Ｂ）金属棒表面に高周波電流を流し、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能とした金属棒と一体化した形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を特徴とする。
図２０Ａに示したように、タグ本体６０を針金状金属棒９の表面にタグ本体の長手方向が金属棒に平行になるように取り付け、針金状金属棒９の表面に高周波電流iの干渉波を生じさせ電磁波を放射することで、リーダ／ライタR／Wによりタグ本体６０を取り付けた直上又は、直上から離れた箇所から交信できる。
【００６０】
また、図２０Ｂに示したように、ＲＦＩＤインレット６を針金状金属棒９の端部に取り付け、針金状金属棒９表面に高周波電流iの干渉波を生じさせ電磁波を放射することで、リーダ／ライタR／WによりＲＦＩＤインレット６を取り付けた直上又は、直上から離れた場箇所から交信できる。
なお、図２０Ａ,２０Ｂにおいて感度を向上させるための取り付け位置は金属棒の端部から１／４波長の地点又は、ここを起点とした１／２波長周期の地点に設置するのが好適である。
【００６１】
ＲＦＩＤタグを取り付けた場所から離れた所で交信したい場合、ＲＦＩＤタグを交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒表面にＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行、ＲＦＩＤタグ内部のスリット面が針金に略直立する様に設置し、あるいは金属棒の端部にＲＦＩＤタグを延長する様に直結又は電磁結合で接続し金属棒表面に高周波電流を流し、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能とした金属棒と一体化した形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を提供できる。
【００６２】
さらに、上記実施形態の金属棒を金属パイプに絶縁を介して非接触に内挿し、同軸ケーブル又は同軸管（自由に曲がる同軸ケーブルも以降同軸管と呼ぶ）内を伝播する波の一種である同軸モード波を発生させ、同軸管の両端部又は片端部の開口部で金属棒を１／１０波長の微小ダイポールアンテナの寸法程度から１／４波長のモノポールアンテナの寸法程度に延ばし、同軸管の外部表面に高周波電流を流す。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波を発生させ、同軸管の外部表面に伝播する干渉波や定在波からの電磁波放射により交信可能とする同軸管と一体化した同軸管形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を提供できる。
【００６３】
さらに、図２１（図２１Ａ、図２１Ｂ）に示したように、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの内部導体にタグ本体６０を設置し、ＲＦＩＤタグが、外部の導体表面の各所で交信できる。
図２１Ａは、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの内部導体にタグ本体６０を設置し、同軸内部導体に流れる高周波電流iを同軸端部に直結されたモノポールアンテナ又は微小ダイポールアンテナ７６などのアンテナにより同軸内部及び外部の導体表面に高周波電流を流し、外部の導体表面のいたるところでリーダ／ライタR／Wと交信できることを示している。
図２１Ｂは、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの両端部にアンテナ部を設け内部と外部の導体に流れる高周波電流iを積極的に流れやすくしたことを示している。
なお、同軸内部の電磁界分布は遮断周波数のない同軸モード（TEM）が分布するが特に図示していない。
【００６４】
また、同軸ケーブル又は同軸管Ｃのアンテナ部Ｃ１は、円柱状、テーパ状、ループ状などいろいろな形状にすることができる。アンテナ部の寸法は、１／１０波長程度の長さの微小ダイポールアンテナ７６から１／４波長の長さのモノポールアンテナ長λ／４までの範囲で、同軸端部の両端に設置しても良く、片側でも良い。
【００６５】
さらに、本実施例においては、上記実施形態の金属棒を金属パイプに絶縁を介して非接触に内挿し、同軸ケーブル又は同軸管（自由に曲がる同軸ケーブルも以降同軸管と呼ぶ）内を伝播する波の一種である同軸モード波を発生させ、同軸管の両端部又は片端部の開口部で金属棒を１／４波長のモノポールアンテナの寸法から微小ダイポールアンテナの寸法程度に延ばし、同軸管の外部表面に高周波電流を流すことができる。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波を発生させ、同軸管の外部表面に伝播する干渉波や定在波からの電磁波放射により交信可能とする同軸管と一体化した同軸管形状のＲＦＩＤタグの実現及びその交信法を提供できる。
【００６６】
前記実施形態３から５におけるタグ本体６０は、図１におけるタグ本体６０と、図１４Ｆにおけるタグ本体６０とが、図５Ｂで説明する等価回路が同じになり、交換可能である。したがって、図示した例以外にも、形が異なるが電磁波的に同等なタグ本体の組み合わせが種々可能である。
さらに、前記実施形態３から５におけるタグ本体６０は、図１４Ｅの略半巻き延長した金属アーム７０Ａが無くなった場合のタグ本体と等価であり、図５Ｂで説明する等価回路が同じになり交換可能である。したがって、図示した例以外にも、形が異なるが電磁波的に同等なタグ本体の全ての組み合わせが種々可能である。
【実施例６】
【００６７】
本発明の第６の実施形態として、図２２（図２２Ａ、図２２Ｂ）に示したように、金属面８の奥まった箇所にＲＦＩＤタグ７０を設置し、アタッチ式検出器具Dと交信するようにして使用する事も出来る。
本実施形態では、リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵したアタッチ式検出器具であって、ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度で、好適は１／４波長の位置に取り付けられる器具を用いる。これにより、互いに密集している、あるいはリーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置された、前記各実施例のＲＦＩＤタグへ、リーダ／ライタに取り付けた該器具のダイポールアンテナの中央部が高周波電流の最大領域であることから、この部分を目的のＲＦＩＤタグに電磁誘導範囲まで接近させて、１対１の交信を可能にする外付けアタッチ式検出器具およびその交信法を提供できる。
図２２Ａは、奥まった箇所に設置され、応答しにくいＲＦＩＤタグ７０と交信する方法を説明する図である。リーダ／ライタR／Wに取り付けるアタッチ式検出器具Dはダイポールアンテナ棒D２と絶縁性の支持体D１で構成されている。アタッチ式検出器具Dがリーダ／ライタR／Wのアンテナ面DＡからＤ２が、０ないしは１／２波長程度隔てた取り付け位置hに平行にセットされ、金属窪地８１に設置されたタグ本体６０の直近にダイポールアンテナ棒D２の中心部を近接させD２の特に中央部に誘起される高周波電流iとタグ本体６０を共通に貫通する高周波磁束Φとの電磁誘導を活用した交信を行う。
【００６８】
また、本実施例によれば、リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵するアタッチ式検出器具であって、ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度で、好適には１／４波長の位置に取り付けられる器具とする。これにより、互いに密集している、あるいはリーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置された前記各実施例のＲＦＩＤタグへ、リーダ／ライタに取り付けた該器具のダイポールアンテナの中央部が高周波電流の最大領域であることから、この部分を目的のＲＦＩＤタグに電磁誘導範囲まで接近させて、１対１の交信を可能にする外付け非接触のアタッチ式検出器具およびその交信法を提供できる。
また、図２２Ｂは、密集したＲＦＩＤタグ７０をアタッチ式検出器具Dのダイポールアンテナ棒D２の感度の高い中央部が目的のＲＦＩＤタグ７０を指し示し、１対１に確実に交信する方法を示している。
【００６９】
この交信方法によると、交信電磁波の波長に比べて広い、例えば縦２００mm横２００mmのアルミ板上に外形寸法が厚み３mm幅４mm長さ６ｍｍである小型のＲＦＩＤタグを間隙が１mm程度で平行に密集させた場合、直径２ｍｍ長さ５２ｍｍの該ダイポールアンテナ棒の中央部をＲＦＩＤタグに近接し１対１の識別ができることを確認している。
なおＲＦＩＤタグは日立製作所製のインレット（RKT１０２）、リーダはセコニック社のR００１Mを使用している。
【実施例７】
【００７０】
本発明の第７の実施形態として、本発明のＲＦＩＤタグ、あるいは一般のＲＦＩＤタグが、電磁波を反射吸収する障害物を通して設置され交信電磁波が直接届かない場合における、障害物を通して検出する検出器具とその交信法について、図２３から図２６で説明する。
本実施例の対象となる交信電磁波の障害物GNDとして、コンクリート、アスファルト、土砂、水、海水、金属物等があり、ＲＦＩＤタグがこれらを通して設置されているものとする。本実施例では、延長検出器具DTRにより交信する。延長検出器具は、ＲＦＩＤタグと直接交信する検出部DTと、この信号を伝送する伝送部と、リーダ／ライタ側に近接する再放射部TRと、これを接続する伝送部Tとで構成されている。検出部はＲＦＩＤタグと直接交信する役割を有し、微小ループ、モノポール、ダイポールまたはセラミックアンテナ等いずれかの種類の１つのアンテナで構成する。伝送部は交信する電磁波を他端に届ける役割を有し、同軸線、平衡線、ストリップ線、導波管、誘電体棒等いずれかの種類の１つのアンテナで構成する。再放射部は、これにアタッチするリーダ／ライタと電磁結合する役割を有し、微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック、パッチアンテナまたは電磁ホーン等いずれかの種類の１つのアンテナで構成可能である。最良の組み合わせは、交信電磁波によって異なるが、交信電磁波をLF／HF帯とすれば、検出部と再放射部は微小ループアンテナが好適である。UHF／マイクロ波帯の場合は、検出部が微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック等のアンテナから選択し、再放射部はダイポール、セラミック、パッチアンテナ等のアンテナが好適となり、伝送部はいずれの電磁波帯域でも同軸線が好適である。
【００７１】
図２３の例は、LF／HF帯の場合の、最良の延長検出器具DTRの構成図である。検出部DTLが微小ループアンテナで形成され、さらに感度を向上させるために同調コンデンサTCCで共振を調節しても良い。再放射部TRLを、微小ループアンテナで形成されリーダ／ライタR／Wと交信できる位置に近接させ、さらに感度を向上させるため同調コンデンサTCCで共振をとっても良い。伝送部TCXは同軸線としている。なお、DTLおよびTRLは、それぞれの近接する微小ループアンテナ径を概ね同じような寸法と巻き線数にすると、交信感度を向上させやすい。
図２４の例は、UHF／マイクロ波帯の場合の延長検出器具DTRであり、検出部DTCがセラミックアンテナで形成されている。交信対象のＲＦＩＤタグ７０が狭い所にある場合に有効である。再放射部TRDは、ダイポールアンテナで代表される線状のアンテナで形成され、リーダ／ライタR／Wと交信できる位置に近接させる。DTCとTRDをつなぐ伝送部TCXは同軸線としている。
図２５の例は、図２４の例における検出部DTCを、再放射部TRDのダイポールアンテナと同じ構造の検出部DTDとしたものである。DTDとTRDをつなぐ伝送部TCXは同軸線としている。この例は、金属平面レベルに埋設されたＲＦＩＤタグ７０と交信するとき、十分な交信感度が得られる特徴がある。
図２６の例は、図２４の例における検出部DTCを１／４波長の長さのモノポールアンテナテナとした検出部DTMを備えており、このDTMとTRDをつなぐ伝送部TCXを同軸線としている。この例は、金属管の内壁面や底部に取り付けられたＲＦＩＤタグ７０を、管の開口部から検出部DTMを挿入して交信することができる。
このように、本実施例の延長式のＲＦＩＤタグ検出器具は、交信電磁波がLF／HF帯の場合、前記検出部と前記再放射部を微小ループアンテナ、前記伝送部は同軸線とする。また、交信電磁波がUHF／マイクロ波帯の場合は、前記検出部に微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック等のいずれか１つのアンテナを選択し、前記再放射部はダイポール、セラミック、パッチアンテナ等のいずれか種類の１つのアンテナを選択し、前記伝送部は同軸線として一体的に構成する。
【００７２】
図２３から図２６の例に示した延長検出器具のその他の活用として、通常のＲＦＩＤタグおよび本発明による十分小型化されたタグ本体６０が、手の届きにくい、あるいは交信電磁波の届きにくい個所にある場合にも応用できる。たとえば、天井、壁面、路面、マンホール下部そのほか危険区域など近づくことに労力がかかる場合、既存のリーダ／ライタのアンテナ部に非接触にアタッチする本実施例の延長検出器具を用いることで、作業負担を軽減する遠隔交信活用が可能となる。
発明者は、図２３から図２６の例において、伝送部Tを同軸線（１．５D２V）としその長さがいずれも５m程度で、十分に動作することを確認している。なお、確認時に用いたリーダは、HF帯で大成ラミック社製マルチリーダモジュールSTL９２０Ｂ、マイクロ波ではセコニック社製ハンディーリーダR００１Mである。
【符号の説明】
【００７３】
１ ： ダイポールアンテナ
２０ ： スリット形状整合回路
２０Ｌ ： “L”字形スリット形状整合回路
２０Ｓ ： 半導体チップ上整合回路
２０Ｔ ： “T”字形スリット形状整合回路
３０ ： ＩＣチップ
３１ ： ＩＣ論理回路
３１Ａ ： 電極
３１Ｂ ： 電極
４ ： 整合回路領域（整合回路の領域を切り出した部分）
５ ： 基材
５０ ： 直立保持部
５１ ： 座部又は取付け面
５１Ａ ： 座部又は取付け面
５１Ｂ ： 座部又は取付け面
５１Ｃ ： 座部又は取付け面
６ ： ＲＦＩＤインレット
６０ ： タグ本体
６１１ ： 切り出し線
６１Ｓ ： スペーサ
７０ ： ＲＦＩＤタグ
７０Ａ ： 金属製アーム
７０Ｂ ： 止め具
７０Ｃ ： 誘電体又は磁性体充填材
７０Ｄ ： 接着剤
７０Ｍ ： イメージＲＦＩＤタグ
７０ＳＤ１ ： 貝構造保護金具
７０ＳＤ２ ： 折り返し構造保護金具
７０ＳＤ３ ： 折り返端子構造保護金具
７０ＳＤ４ ： 端子構造保護金具
７０ＳＤ５ ： C形平面保護金具
７０ＳＤ６ ： H形平面保護金具
７０ＳＤ７ ： 電磁波モード発生兼用保護金具
７０ＳＤ８ ： 半波長共振／電磁波モード発生兼用保護金具
７１ ： 微小ループアンテナ
７１Ｅ ： 微小ループアンテナ等価回路
７１Ｓ ： 微小ループアンテナパターン
７２ ： ２回巻き微小ループアンテナ
７２Ｃ ： ループの始点と終点の接続地点領域
７２Ｅ ： ２回巻き微小ループアンテナ等価回路
７５ ： モノポールアンテナ
７６ ： 微小ダイポールアンテナ
７７ ： ダイポールアンテナ
７８ ： 取り付け穴
７９ ： 隙間
８ ： 金属面
８１ ： 金属面窪地
９ ： 針金状金属棒
R／WA ： リーダ／ライタ内部のアンテナ
GND ： 交信電磁波の障害物
DTR ： 延長検出器具
DT ： 検出部
DTL ： 検出部の微小ループアンテナ
DTM ： 検出部のモノポールアンテナ
DTD ： 検出部のダイポールアンテナ
DTS ： 検出部のセラミックアンテナ
T ： 伝送部
TCX ： 同軸線
TR ： 再放射部
TRL ： 再放射部の微小ループアンテナ
TCC ： 同調コンデンサ
TRD ： 再放射部のダイポールアンテナ
ＡＧ ： 取り付け角
I ： サージ電流・溶接電流・静電気放電電流
Q ： 静電気
i ： 高周波電流
iTM ： TM基本モード電流
ＩＤ ： 半波長共振電流
Di ： 外形寸法
A１ ： ループ面
AM ： イメージループ面
AS ： 拡大面縦寸法
A０ ： 保護金具無しループ面縦寸法
W ： 干渉波
WF ： 進行波
WR ： 反射波
WP ： 腹部
WV ： 節部
WL ： 半波長周期
Φ ： 高周波磁束
Φ１ ： 保護金具無し高周波磁束
Φ２ ： 保護金具有り高周波磁束
λｇ ： 媒質中の波長
λｇ／４ ： 媒質中のモノポールアンテナ長
λ／４ ： モノポールアンテナ長
λ／２ ： ダイポールアンテナ長
R／W ： リーダ／ライタ
C ： 同軸ケーブル又は同軸管
C１ ： 同軸ケーブル又は同軸管のアンテナ
D ： アタッチ式検出器具
D１ ： 支持体
D２ ： ダイポールアンテナ棒
DA ： リーダ／ライタのアンテナ面
h ： 取り付け位置
B-B ： 折り曲げ線
a−a’ ：断面
S−S’ ： 断面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグとその交信法及びＲＦＩＤタグ検出器具に係り、特に、マイクロ帯やＵＨＦ帯の交信周波数において半波長アンテナを用いたＲＦＩＤタグでは対応できない、小型化の要求される金属対応のＲＦＩＤタグ利用分野に用いるのに適したＲＦＩＤタグとその交信法及びＲＦＩＤタグ検出器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にＲＦＩＤタグは、集積回路にＩＤ番号など識別情報を内蔵したＩＣチップと、該ＩＣチップと接続されるインピーダンス整合回路と、該整合回路が接続されるアンテナと、該アンテナを一体的に搭載する基材とからなるインレットに、該インレットを保護フィルムや取り付け用の接着剤などのユティリティーを付加したものである。該ＩＣチップ、該整合回路、該アンテナを経由して、外部から無線通信手段との間で、該ＩＣチップ内のリーダ／ライタによりＩＤ番号など識別情報を交信するものである。
【０００３】
この一般のＲＦＩＤタグは金属物体の表面に貼りつけて動作させた場合、通信を行う電磁波に対して取り付ける金属面において反射あるいは吸収が生じる。そのために、通信が困難になる短所がある。従来技術においてはこの対策として、金属の表面もしくはＲＦＩＤタグ自身の止め金表面で信号が渦電流や誘導電流となって消費されることを阻止し、影響を軽減するような誘電体の樹脂又は磁性体のフェライトに前記インレットを内蔵した、金属面用のＲＦＩＤタグが実用化されている。さらに機械的強度を要求する分野では金属対応のＲＦＩＤタグ全体を大きな金具で保護する提案がされている。しかし、これらの方法ではＲＦＩＤタグが大きくなってしまうという短所があった。
【０００４】
微小なタグであれば取り付け箇所が小さくてすむ。これに適合するタグとして、同一の半導体基板上に論理回路とアンテナを内蔵したＲＦＩＤタグが、例えば非特許文献１に開示されている。
【０００５】
他の方法として、特許文献１に開示されている様に、取り付け金属表面に直接加工を施して、組み込む方法もある。
又、特許文献１には、金属面の隙間や内部などの奥まったところに設置されたＲＦＩＤタグと交信する方法として、媒質中を、あるいは導波管内部を、又は同軸ケーブルや同軸管内部などの伝送路を電磁波が伝播する特性を用いて、伝送路の一端の開口部にＲＦＩＤタグを設置し、もう片方の開口部からリーダ／ライタで交信するという技術も提案されている。
さらに、特許文献１には、微小ループアンテナを用いた小型の金属対応タグとして、金属の平板上の支持金具を１回巻きの微小ループアンテナと兼用しているだけでなく、ＩＣチップや整合回路が取り付ける金属面などで短絡しないように支持金具で隔離するように支えている例も開示されている。
また、特許文献１には、金属面に取り付けられた小型金属ＲＦＩＤタグの上に誘電体スペーサを配置しその上に保護カバー兼用接地形共振器具をかぶせる例も提案されている。
【０００６】
特許文献２には、交信電磁波の波長の１／１０程度の直径を有する、例えば円形の金属板２枚が誘電体を挟んで周辺部の一部で表裏連結している構造があって、下面を接地電極、上面を放射電極とし、連結部の放射電極近くでＩＣチップが電気的に接続している、小型の金属対応タグが提案されている。
さらに特許文献２では、金属面に取り付けたＲＦＩＤタグの感度を向上させるために、放射電極側に誘電体シートを介して補助アンテナ、例えばダイポールアンテナを配置し、通信距離を長くすることも開示されている。
特許文献３には、交信電磁波の波長の１／１０程度の長さの微小ループアンテナを金属の板や支持体で形成し、この支持体で金属面から所定の高さだけ、ＩＣチップや整合回路を短絡しないように、隔離している例が開示されている。
また、特許文献４には、折り返し金属板の表側または、裏側金属板との連結部側面にＩＣチップが実装され、表裏の金属板の長手方向の長さが交信電磁波の波長の１／４程度の長さのとき長い通信距離を実現できる、アンテナとして機能しているタグの例が開示されている。
さらに、特許文献５には、金属板による帯状の微小ループアンテナにＩＣチップが電気的に接続して搭載され、取り付ける導体面側に高周波電流を流しＩＣチップの搭載された側から電磁波放射を行うタグの例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８-９０８１３号公報
【特許文献２】特開２００６-３３３４０３号公報
【特許文献３】特開２００８-１２３２２２号公報
【特許文献４】特開２００５-１９１７０５号公報
【特許文献５】特開２００６-５３８３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】http:／／www.hitachi.co.jp／New／cnews／０３０９０２a.html：アンテナ内蔵型「ミューチップ（登録商標）」、２００３年９月２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のＲＦＩＤタグは、金属面への取り付けにおいて前記した短所、すなわち、通信を行う電磁波に対して取り付ける金属面において反射あるいは吸収が生じるために、通信が困難になるという短所がある。そこで、ＲＦＩＤ通信が不可能になることを解決するために考案された金属製のＲＦＩＤタグは、その寸法が略半波長であり、使用する交信周波数が２．４５GHzの場合は概略寸法が５０mmから６０mmとなり、この寸法より小さな金属面への取り付けが難しい。
【００１０】
非特許文献１に開示されたアンテナ内蔵ＲＦＩＤタグは、取り付け面に対して平行に置く構造のため、これを金属面に設置すると、タグのアンテナが設置される金属面に接触して短絡するか、内蔵アンテナ全体が金属面に容量結合し、金属面内部に平行に投影するイメージのアンテナに全て逆向きの高周波電流が、流れ自己のアンテナと電磁誘導が互いに打ち消しあい外部に電磁波放射をしにくくしてしまう。そのため、金属表面には設置できない。
【００１１】
また、特許文献１に開示のタグの構造は、巻き始点と終点を持ち閉じていない微小ループアンテナ寸法の金具で、微小インレットを内側に内蔵し、それぞれの始点部と終点部付近に位置する微小インレットのアンテナ部が電磁結合するように配置されている。この微小ループアンテナ金具の閉じていない不連続部分すなわち開口部分の直下において、電磁波放射方向にＲＦＩＤタグのＩＣチップが露出して配置されている。この微小ループアンテナ金具の開口部分やその周辺のスロット部分は金属による保護から外れているので、高圧ジェット水などの洗浄やサンドブラストによる錆落とし作業に対して機械的強度が劣るためＩＣチップが剥がれ易い等の課題がある。
さらに取り付け金属表面に直接加工を施して組み込む方法は、加工負担が増大する課題がある。このためＲＦＩＤタグの小型化要求が高まっている。
又、特許文献１の、伝送路の一端の開口部にＲＦＩＤタグを設置しもう片方の開口部からリーダ／ライタで交信するという技術は、伝送路の設置が常設であったり、伝送路を様々な種類のリーダ／ライタに臨時に外付けし、必要なときだけ一体化したり、不要なとき簡単に取りはずすことがしにくい課題がある。
さらに、特許文献１の支持金具で隔離する方法は、支持金具寸法以下に小さくした金属対応タグの実現が困難である。一方、小型タグを識別するためにループ状のプローブと同軸ケーブルとダイポールアンテナの各素子を一体化した器具は、器具全体が大掛かりになった上、器具の素子間損失が増えて感度を低下させてしまうという課題がある。
【００１２】
特許文献２に開示された、下面を接地電極、上面を放射電極とした金属対応タグは、放射電極の寸法より小型のタグを作ることが困難である。又、放射電極に静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。さらに特許文献２の、放射電極側に誘電体シートを介して補助アンテナを配置し、通信距離を長くする方法は、取り付け金属面の設置場所が補助アンテナの寸法以下の場合は適用が困難となる課題がある。
又、特許文献２に開示されたＲＦＩＤタグは、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などの保護層で覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
さらに、特許文献３に開示された方式は、微小ループアンテナをなす支持金具の寸法以下の小型の金属対応タグの実現が困難である。さらに、微小ループアンテナにＩＣチップやインピーダンス整合回路が電気的に接続されているため、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
また、特許文献４に開示されたアンテナ構造では、アンテナ寸法以下の小型タグの実現が困難である。さらに、アンテナにＩＣチップを実装するので、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われたとしても、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
【００１３】
さらに、特許文献５に開示された電磁波放射を行うタグは、ＩＣチップの平面及びこれに電気的に接続された帯状の微小ループアンテナの平面が取り付ける導体面と平行になるように構成されている。換言すると、帯状の微小ループアンテナの幅はＩＣチップの平面のサイズよりも大きい。このような構成では、ＩＣチップの幅又は微小ループアンテナの幅より狭い板金の端部への取り付けができない課題がある。そのため、誘電体や磁性体などの基材に巻いた微小ループアンテナの寸法以下の金属対応タグの実現が困難である。さらにＩＣチップを微小ループアンテナに電気的に接続することから、静電気やサージ電流など外部からの電気的衝撃でＩＣチップが破壊される恐れがある。又、電磁波放射方向に設置されたＩＣチップ部が樹脂などで覆われる例もあるが、高圧ジェット水などによる洗浄作業等により容易に外部に露出されるので、電気的、機械的強度に課題がある。
【００１４】
このように、特許文献２から５の例においては、ＲＦＩＤタグのＩＣチップ部が電磁波放射方向に設置され、金属板などによる保護がなされていないためＲＦＩＤタグとして金属面に取り付けた場合、付着土砂、異物除去や錆落としなど高圧ジェット洗浄やサンドブラスト作業においてＩＣチップ部の保護強度の面で劣るという課題がある。
また、小型のＲＦＩＤタグは、ネジ頭の影、コーナ、段差部など交信電磁波が届きにくい個所、あるいはリーダ／ライタを近づけることの困難な場所に設置されることがある。
【００１５】
本発明の目的は、狭い範囲でも取り付け可能な、金属対応の小型のＲＦＩＤタグとその交信法を提供することにある。換言すると、本発明の目的は、前述の従来技術では対応できない小型で幅の狭いＲＦＩＤタグの実現方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、狭い箇所や薄い板金の端部などへの取り付け、及び曲げや高圧ジェット水などの洗浄やサンドブラストによる錆落とし作業などの衝撃といった機械的耐力を確保しつつ、サージ電流、静電気など電気的衝撃に対する耐力も維持できるようにした小型の金属対応可能なＲＦＩＤタグを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、交信しにくい個所のタグに対し、通常のリーダ／ライタの交信電磁波強度を上げることなしに、また、リーダ／ライタの内部アンテナの改造なしに非接触のアタッチ式検出器具を介して離れた所から交信可能とする延長検出器具及びその交信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の代表的な構成の一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップと該ＩＣチップに接続された微小ループアンテナとを含むＲＦＩＤタグ本体と、絶縁層を介して前記ＩＣチップを覆うアームと、前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、前記微小ループアンテナは、電磁波放射方向にある前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、前記アームは、前記微小ループアンテナに接続されると共に、少なくとも前記ループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆っていることを特徴とする。
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を内側に配置するための金具と、前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、前記微小ループアンテナは、前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、前記金具は、電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆うアームを有しており、前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記金具と前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップの接続されている“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状の整合回路とこれが搭載される金属板又は箔製のダイポールアンテナとからなるＲＦＩＤのインレットにおけるダイポールアンテナ部分をＩＣチップと整合回路が残るように切除した形状のタグ本体と、高周波電流を前記スリット状の整合回路をまたぐように接続される前記ＩＣチップの１つの電極から前記スリット状の整合回路を巡回し、もう１つの電極へ入るように流し、スリット状の整合回路を微小ループアンテナと兼用させて、整合回路兼用の微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直に立てるようにした直立保持部とを備えている。
本発明の他の特徴によれば、基材の上に形成された平面状の整合回路兼用の微小ループアンテナと、該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を前記微小ループアンテナのループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する直立保持部とを備えている。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ上に、整合回路兼用の微小ループアンテナをＲＦＩＤの論理回路と同じ半導体で一体的に形成されたＲＦＩＤタグ本体と、前記ＩＣチップ上のループ面が取り付け金属面に略垂直に立つように前記ＲＦＩＤタグ本体の表面に形成された直立座部とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、前記いずれかのＲＦＩＤタグを金属面に実質的に垂直に立てることから、金属面上のＲＦＩＤタグ内の微小ループアンテナを流れる高周波電流と、金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナに流れる高周波電流が、金属面の境界で平行な部分ではイメージのため、互いに反対向きに流れ打ち消し合い、垂直部分では互いに同方向に流れることで、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなり、自由空間および非金属面におかれる微小ループアンテナの感度より向上させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の特徴によれば、前記いずれかのＲＦＩＤタグと取り付け金属面とは、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させ、金属面に高周波電流を流す。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち、腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所から交信可能とする。
本発明の他の特徴によれば、交信しにくい場所に設置されたRFIDタグに対しては、リーダ/ライタに非接触の外付けアタッチ式検出器具を用いて交信可能としている。この検出器具は、タグ側に近接する検出部DTと、これに接続する伝送部Tとリーダ/ライタ側に近接し、電磁波を再放射する再放射部TRとが一体化して設けられている。
本発明のその他の特徴は、発明を実施するための形態の中で、詳細に説明する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属物上に設置可能な極めて小型のＲＦＩＤタグとその交信法を提供できる。すなわち、本発明によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズの寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、機械的耐力を確保しつつ、サージ電流、静電気など電気的衝撃に対する耐力も維持できるようにした小型の金属対応可能な構造のＲＦＩＤタグを実現できる。
また、本発明のＲＦＩＤタグは、微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして保持されている。あるいは、“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状整合回路が微小ループアンテナと兼用している。そのため、微小ループアンテナのループ面あるいはスリットが作るループ面が、取り付ける金属面上に９０度で直立するように設置すると、金属面下に投影したイメージのループ面、すなわち前記微小ループアンテナにイメージの高周波電流が流れるが、金属面の境界で平行な部分では互いに打ち消し合うように流れ、金属面上と金属面下に垂直な部分では互いに同方向に流れ、等価的に自由空間の２倍のループ面積の微小ループアンテナとなる。
また、非接触の外付けアタッチ式検出器具を用いることにより、ＲＦＩＤタグが埋設や狭部設置のために低感度状態であっても、交信可能となる。
本発明のその他の効果は、発明を実施するための形態の中で、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグを、ＲＦＩＤのインレットを用いて製造する例を説明する図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、“T”字形スリット状整合回路の製法例を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、“L”字形スリット状整合回路の製法例を説明する図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの構造の、一例を説明する斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの構造の、他の例を説明する斜視図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態になる巻き数が１回の微小ループアンテナ７１付きのＲＦＩＤタグを、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに対応する微小ループアンテナの等価回路７１Ｅを説明する図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態になる巻き数が２回の微小ループアンテナ７２付きのタグを、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに対応する２回巻き微小ループアンテナの等価回路７２Ｅを説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグの、取り付け角ＡＧについて説明する図である。
【図８Ａ】ＲＦＩＤタグ７０を、金属面８に横長に取り付けた事例の説明図である。
【図８Ｂ】ＲＦＩＤタグ７０を、金属面８に縦長に取り付けた事例の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグを、金属面８に設置したときのＲＦＩＤタグ７０から進行波WFが流れてゆき、反射波WRと進行波WFとが干渉し、干渉波Wが生ずることを説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態になる、半導体製造プロセスで構成される全半導体製金属対応のＲＦＩＤタグ７０を説明する斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態として、金属面に取り付けしやすくしたＲＦＩＤタグ７０を説明する図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、金属の段差部などに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、金属の窪地８１やネジ穴などへ埋設する方法の説明図である。
【図１４Ａ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｂ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｃ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｄ】本発明の第４の実施形態として、機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の説明図である。
【図１４Ｅ】本発明の第４の実施形態として、帯状インレットから形成した、微小ループアンテナにより電気的機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の構成の説明図である。
【図１４Ｆ】本発明の第４の実施形態として、帯状インレットから形成した、微小ループアンテナにより電気的機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０の構成の説明図である。
【図１５】第４の実施形態の作用、効果として、保護金具によりサージ電流・溶接電流・静電気放電電流IなどからＩＣチップ３０を保護する説明図である。
【図１６Ａ】第４の実施形態になる保護金具により、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明する斜視図である。
【図１６Ｂ】第４の実施形態になる保護金具により、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明する断面図である。
【図１７Ａ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の図である。
【図１７Ｂ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｃ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｄ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｅ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｆ】第４の実施形態になるモノポールアンテナ長の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１７Ｇ】第４の実施形態になる、モノポールアンテナ長に共振する金具表面構造により、感度を向上させた平面金具の事例図である。
【図１８Ａ】第４の実施形態になる、半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１８Ｂ】第４の実施形態になる、半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２の金具で、感度を向上させた事例の説明図である。
【図１８Ｃ】第４の実施形態になる、一対の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７を用いたＲＦＩＤタグの説明図である。
【図１８Ｄ】第４の実施形態になる、一枚の半波長共振/電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８を用いたＲＦＩＤタグの説明図である。
【図１９】第４の実施形態になるダイポールアンテナ金具７７で、感度が向上する一方、寸法が約２倍の長さになることを説明する図である。
【図２０Ａ】本発明の第５の実施形態として、ＲＦＩＤタグが、離れた箇所から交信できることを説明する図である。
【図２０Ｂ】第５の実施形態として、ＲＦＩＤタグが、離れた箇所から交信できることを説明する図である。
【図２１Ａ】第５の実施形態として、同軸ケーブル又は同軸管Cの内部導体にタグ本体６０を設置し、ＲＦＩＤタグが、外部の導体表面のいたるところで交信できることを説明する図である。
【図２１Ｂ】第５の実施形態として、同軸ケーブル又は同軸管Cの内部と外部の導体に高周波電流iを積極的に流れやすくしたことを説明する図である。
【図２２Ａ】本発明の第６の実施形態として、アタッチ式検出器具Dが奥まった箇所のＲＦＩＤタグ７０と交信する使用事例の図である。
【図２２Ｂ】第６の実施形態として、アタッチ式検出器具Dが密集したＲＦＩＤタグ７０と１対１交信する使用事例の図である。
【図２３】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのLF／HF帯域における具体的使用事例の図である。
【図２４】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における具体的使用事例の図である。
【図２５】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における他の具体的使用事例の図である。
【図２６】第６の実施形態として、アタッチ式延長検出器具DTRのUHF／マイクロ波帯域における他の具体的使用事例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の代表的な実施例によるＲＦＩＤタグは、電磁波放射方向に設置した微小ループアンテナに接続されたＩＣチップ部を金属箔や金属板などの金属製アーム直下に設置し、微小ループアンテナのループの内側、及び金属製アームとループとの間には、誘電体または磁性体の充填層を形成して保護強化したものである。微小ループアンテナのループ面は取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして保持される。ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、微小ループアンテナのループ径又は長さは、λ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下である。そのため、交信に使用される電波の周波数、あるいは波長によって、微小ループアンテナの形成方法を変えても良い。
例えば、微小ループアンテナの形成方法の１つ目の例として、数kmとか数十mの波長を有する長波や短波などの比較的低い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグにおいては、必要な微小ループアンテナのサイズは波長に比べて既に極めて小さいので、コイル状のＲＦＩＤインレットそのものが微小ループアンテナとして形成されていることになる。
形成方法の２つ目の例として、数十cmとか十数cmの波長を有するUHFやマイクロ波帯の高い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグの用途においては、必要な微小ループアンテナの形成方法は、ダイポールアンテナを基調とした帯状のＲＦＩＤインレットをループ状に巻いて形成することができる。例えば、帯状インレットの中央のＩＣチップ部に接続されたダイポールアンテナの少なくとも片方の一部をカットし、この帯状のＲＦＩＤインレットを、ＩＣチップ部を含むように微小ループアンテナの寸法に、すなわち、径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下に丸めることにより１回巻きのループが形成される。
形成方法の３つ目の例として、１回巻きループの異なる形成方法としては、UHFやマイクロ波の帯状インレットのICチップ部に接続されるスリット形状整合回路領域を微小ループアンテナと見立て、ICチップ部と整合回路領域を切り出して整合回路兼用の１回巻きの微小ループアンテナとして形成しても良い。
また、このような方法で形成された１回巻きループから、電磁波放射方向にあるループ上のＩＣ部との間にスペーサ等の絶縁層を介してループをさらに連続的に略半回巻き延長することにより、アーム付きのＲＦＩＤタグを形成する。このアーム部分には、ＩＣチップ部を静電気やサージ電流から遮蔽するための電気的な耐力を持たせる。アームとしての延長部分を略半回巻きとすること、あるいは丈夫な金属製アームとすることにより、機械的強度も同時に向上させる。なお、本発明における金属には合金を含み、絶縁層は直流的に絶縁された層であることは言うまでも無い。
以上述べた各微小ループアンテナ形成方法は、各々次のような特徴を有する。まず、１つ目の手法の場合、既にコイル状のインレットを有するため、新たに作る部分が少ない。この場合、コイル面すなわちループ面を取付け金属面に略直立設置し、前述のアームで被い、内部を保護する事が簡単に実現できる。
２つ目の手法の場合、ループの核となる芯材（誘電体又は磁性体などの媒質あるいは充填材）に帯状インレットを巻き取ることで簡単に実現でき、前述のようなアーム部を連続して形成できる特徴を有する。さらに、ループを巻き取る工程でループ寸法を自由に変更できる利点もある。
３つ目の手法は、２つ目の手法が帯状インレットを丸める工程があるのに対して、ICチップ部の接続される整合回路部ごと切り出すように微小ループアンテナを形成でき、大幅なコストダウンの期待できる大量生産に適した特徴を有する。
例えば、数kmとか数十mの波長を有する長波や短波などの比較的低い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグにおいては、必要な微小ループアンテナのサイズは波長に比べて既に極めて小さいので、コイル状のＲＦＩＤインレットそのものが微小ループアンテナとして形成されていることになる。
他方、数十cmとか十数cmの波長を有するλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下のUHFやマイクロ波帯の高い周波数で使用される、ユーザーが作業時等に掴むあるいは摘まむのに適したサイズのＲＦＩＤタグの用途においては、必要な微小ループアンテナの形成方法は、ダイポールアンテナを基調とした帯状のＲＦＩＤインレットをループ状に巻いて形成することができる。例えば、帯状インレットの中央のＩＣチップ部に接続されたダイポールアンテナの少なくとも片方の一部をカットし、この帯状のＲＦＩＤインレットを、ＩＣチップ部を含むように微小ループアンテナの寸法に丸めることにより、径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下の１回巻きのループが形成される。
１回巻きループの異なる形成方法としては、UHFやマイクロ波の帯状インレットのICチップ部に接続されるスリット形状整合回路領域を微小ループアンテナと見立て、ICチップ部と整合回路領域を切り出して整合回路兼用の１回巻きのループ微小ループアンテナとして形成しても良い。
また、このような方法で形成された１回巻きループから、電磁波放射方向にあるループ上のＩＣ部との間にスペーサ等の絶縁層を介してループをさらに連続的に略半回巻き延長することにより、アーム付きのＲＦＩＤタグを形成する。このアーム部分には、ＩＣチップ部を静電気やサージ電流から遮蔽するための電気的な耐力を持たせる。アームとしての延長部分を略半回巻きとすること、あるいは丈夫な金属製アームとすることにより、機械的強度も同時に向上させる。なお、本発明における金属には合金を含み、絶縁層は直流的に絶縁された層を言うことは言うまでも無い。
以下、本発明の実施形態によるＲＦＩＤタグとその交信法について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の第１の実施形態として、ＲＦＩＤタグの構造およびその動作について、説明する。本実施例のＲＦＩＤタグは、導体面又は金属面（以下、金属面又は金属物）に設置して動作させる用途に適したものである。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグを金属物上に設置した例を示す、斜視図である。
第１の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０は、タグ本体６０と直立保持部５０とで構成されている。タグ本体６０は、基材５の上に導電材料、例えば金属板又は金属箔等により形成された平面状の微小ループアンテナ７１と、この微小ループアンテナに一対の電極３１a、３１bを介して接続されたＩＣチップ３０とで構成されている。微小ループアンテナ７１の内側には、アンテナ平面に直交する方向に開口し、ＩＣチップ３０と微小ループアンテナ間のインピーダンスの整合機能を有するスリット形状整合回路２０が形成されている。ＩＣチップ３０は、整流部やマイクロプロセッサを含む集積回路を備えている。スリット形状整合回路２０は、基材、例えばラミネートフィルムに開口を設けたものである。このように、本実施形態では、微小ループアンテナ７１が、整合回路２０を兼ねた整合回路兼用の微小ループアンテナとなっている。
交信周波数の波長をλとしたとき、微小ループアンテナ７１のループ径又はループ長さ（長辺）は、λ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下とするのが望ましい。微小ループアンテナは、きわめて薄く、例えば２０μｍ程度の厚みであり、基材５によりタグ本体６０の機械的な強度を確保している。
直立保持部５０は、このような薄膜のアンテナ平面（ループ面）が金属面８に実質的に垂直になるようにして微小ループアンテナ７１を金属面８に設置することで、整合回路２０を高周波的に短絡しないようにする機能を有している。なお、直立保持部５０は、微小ループアンテナ７１と同じ材料からなる平坦な座面５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）を有し、たとえば矩形状の微小ループアンテナ７１としたときの４つの辺のうちＩＣチップ３０の搭載されている辺を除く残りの３つの辺いずれかに直交するようにして３か所形成されている。ただし、必ずしもこれら３つの辺の全てに設ける必要はなく、少なくとも１か所形成されていればよい。また、図１では、取り付け角ＡＧが９０度すなわち、微小ループアンテナのループ面が取り付ける金属面８に垂直に立つようになっているが、若干傾斜していてもよい。すなわち、直立保持部５０の座面５１が微小ループアンテナ７１となす角度ＡＧは、後で述べるように、９０度±３０度の範囲（略直角）であればよい。
なお、微小ループアンテナ７１の材料は、金属に限定されるものではなく、カーボンなどの非金属材料からなる導体、あるいは半導体でも良い。また、ＲＦＩＤタグ７０のスリット形状は、タグ本体６０と直立保持部５０とがＬ字形に組み合わされた形状に限定されるものではない。例えば、スリット形状がＴ字形であっても良く、あるいは全体の外形が直方体状であっても良く、ＩＣチップ３０と微小ループアンテナ７１とのインピーダンス整合回路の役割を果たす形状であればさらに好都合である。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態になるＲＦＩＤタグ７０を、ＲＦＩＤのインレット６を用いて製造する例を、図２（図２Ａ、図２Ｂ）を用いて説明する。
図２Ａは、本発明の実施形態のＲＦＩＤタグ７０を制作するのに好適なダイポールアンテナ１からなるＲＦＩＤインレット６を説明する図である。ＲＦＩＤインレット６は、基材５の上にアルミニウムなどの金属板又は金属箔により厚さが例えば１０μｍ〜２０μｍ程度のダイポールアンテナ１を形成したものである。図２Ａには、ＩＣチップ３０が接続される電極３１Ａ、３１b及びスリット状整合回路２０の位置関係が示されている。略１／２波長のＲＦＩＤインレット６から破線で示した整合回路領域４を切り出す。
次に、図２Ｂに示したように、整合回路領域４で切り出したＲＦＩＤインレット６を破線Ｂ−Ｂで示す位置において、取り付け金属面８に電気的に接触させる場合は導電材料の面が外側に位置するようにして、取り付け金属面８に絶縁性の基材を介して電磁的に接する場合は導電材料の面が内側に位置するようにして、各々略直角に折り曲げ、タグ本体６０と、このタグ本体６０を垂直に保持する直立保持部５０とを設ける。タグ本体６０は金属面８に取り付け角ＡＧが略直角のとき、換言すると微小ループアンテナ７１の取り付け角ＡＧが略直角のとき、金属対応のＲＦＩＤタグ７０として機能する。すなわち、タグ本体６０を垂直に保持することで、金属面８に設置された場合に、整合回路２０を高周波的に短絡しないで済むようにする。換言すると、座部５１の表面は微小ループアンテナと同じ導電材料の面であり、座部５１を絶縁用の部材で構成する必要は無い。
直立保持部５０は、タグ本体６０の取り付け角ＡＧが略直角であれば金属面８に接触して取り付けられてもかまわない。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態におけるＲＦＩＤタグ６０のスリット状整合回路２０について、図３（図３Ａ、図３Ｂ）で説明する。このスリット状整合回路２０の形状は様々あり、たとえば、図３Ａに示したような、ＲＦＩＤインレット６における“T”字形のスリット形状整合回路２０Ｔを、切り出し線６１１で切断すると、“T”字形のスリット形状の整合回路を有するタグ本体６０ができる。
また、図３Ｂに示したような、ＲＦＩＤインレット６における“L”字形をしたスリット形状整合回路２０Ｌの部分を、切り出し線６１１で切断すると、“L”字形をしたスリット形状の整合回路を有するタグ本体６０ができる。
【００２８】
このようにして、それぞれＲＦＩＤインレット６から整合回路領域４を切り出してタグ本体６０を形成すると共に、この整合回路領域の下部を金属面に直立しやすくする直立保持部５０に加工することで、図４（４Ａ、４Ｂ）に示したようなＲＦＩＤタグ７０が得られる。図４Ａの例は“T”字形スリット形状整合回路２０Ｔを有し、図４Ｂの例は、L”字形スリット形状整合回路２０Ｌを有している。
【００２９】
本実施例のＲＦＩＤタグ７０は、“L”字又は“T”字などの形状をした整合回路が微小ループアンテナ７１と兼用して（整合回路兼用の微小ループアンテナが）設けられており、ＲＦＩＤインレット６のスリットがつくるループ面を、取り付ける金属面上に略９０度で直立するように設置する。
【００３０】
図５（図５Ａ、図５Ｂ）は、巻き数が１回の微小ループアンテナ７１を備えた本実施例のＲＦＩＤタグ７０の作用、効果を説明する図である。図５Ａは、巻き数が１回の微小ループアンテナ付きのＲＦＩＤタグ７０を、金属面に設置したときのイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係、すなわち、実像と虚像の足し算の説明図である。金属面８の上に置かれるＲＦＩＤタグ７０とこれが投影してできるイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍでは、それぞれに流れる高周波電流iが境界面で打ち消す方向に、金属面８の垂直部分で同方向に流れる。
図５Ｂは、ループ巻き数が１回の場合の図５ＡのＲＦＩＤタグ７０のループ面積は、金属面８を境界とする部分で高周波電流iが打ち消してできる２倍のループ面積、すなわちループ面Ａ１とイメージループ面ＡMの合計面積を持つ微小ループアンテナ等価回路７１Ｅと等価であることを示している。
【００３１】
図６（図６Ａ、図６Ｂ）は、巻き数が２回の微小ループアンテナ７２を備えた本実施例のＲＦＩＤタグ７０の作用、効果を説明する図である。図６Ａは、２回巻き微小ループアンテナ７２の場合において、金属面８の上に置かれるＲＦＩＤタグ７０とこれが投影してできるイメージＲＦＩＤタグ７０Ｍの関係を示し、それぞれに流れる高周波電流iが境界面で打ち消す方向に、金属面８の垂直部分で同方向に流れることを示している。
図６Ｂは、ループ巻き数が２回の場合のＲＦＩＤタグ７０のループ面積は、金属面８を境界とする部分で高周波電流iが打ち消してできる２倍のループ面積、すなわちループ面Ａ１とＡMの合計面積をもつ２回巻き微小ループアンテナの等価回路７２Ｅと等価であることを説明している。
このように、本実施例のＲＦＩＤタグ７０は、ＲＦＩＤタグを金属面に略垂直に立てることから、金属面上のＲＦＩＤタグ内の微小ループアンテナを流れる高周波電流と、金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナに流れる高周波電流が、金属面の境界で平行な部分ではイメージのため、互いに反対向きに流れ打ち消し合い、垂直部分では互いに同方向に流れる。そのため、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなり、自由空間および非金属面におかれる微小ループアンテナの感度より向上させることができる。
【００３２】
図６の例は、巻き数が２回の場合を示しているが１．５でも３でもいくつであっても良い。図６ではあえて２回巻きで代表としている。一般には、周波数が高くなるほど巻き数を減少させて高周波損失を減らしている。UHFやマイクロ波では巻き数が１回程度である。
【００３３】
ここで、微小ループアンテナからの放射電力をP、交信電磁波の波長をλ、微小ループアンテナの巻き数をN、微小ループアンテナの面積をA、ループに流れる高周波電流をi、円周率をπとすると、下記非特許文献２「解説 アンテナの基礎」P．４２から、
P = {２０・（２π／λ）４・（N・A）２}・i２ （W）
で示される。
Pは巻き数Nと面積Aの積の２乗に比例することがわかる。
従って、N=１のとき、Aが２倍になるとPは４倍となり、１回巻きの微小ループアンテナの感度を、自由空間や非導体面に置かれるよりは導体面や金属面に置いた時そのイメージ反射を用いて格段に向上させるという効果がある。
非特許文献２ 「解説 アンテナの基礎」、著者 岩井 陸路、発行所 東京電気大学出版局、 昭和４２年１１月２５日初版
【００３４】
前記４倍の感度効果の検証として、微小ループアンテナを有するＲＦＩＤインレットを用いたサンプルタグを用意する。
インレットは日立製作所製のRKT１０２型とし、これを基材としての厚さ４mmの発泡スチロール材に、短辺５mmで長辺１０mmの長方形ループに１回巻く。このとき、ＩＣチップ部を長辺側１０ｍｍの中央部に配置する。これにより、短い辺が交信周波数の波長の略１／２０波長、長い辺が１／１０波長となる微小ループアンテナを備えた検証用のサンプルタグタグを実現している。
リーダはセコニック社製R００１M型とし、これで飛距離測定を行う。
検証は金属板として１辺が２００mmの正方形で厚み０．５mmのアルミ板中央にサンプルタグを設置した時の飛距離が、非金属板として１辺が２００mmの正方形で厚み８mmのゴム板中央にサンプルタグを置いた時の飛距離の何倍か、を求めることで行う。
まず、サンプルタグをアルミ板に置いた時の飛距離、２２mmを得た。
次いで、サンプルタグをゴム板に置いた時の飛距離、６mmを得た。（測定例１）
従って、飛距離比は約３．７倍となり、理論値４倍に近い数値を得ている。
測定に当たっては、サンプルタグが直線偏波、リーダが円偏波であるもののタグ近傍では、サンプルタグの設置方向により大きな感度差が生ずる。そこで、サンプルタグの向きを水平偏波と垂直偏波の中間である４５度の方向に設置する。
ここでは説明しやすくするため、水平あるいは垂直偏波設置をリーダのアンテナ面の縦辺を垂直偏波、横辺を水平偏波として定義した。
【００３５】
また、微小ループアンテナのループ面が金属面に対して９０度の角度のとき最大の飛距離になることを確認している。
確認方法として、まず、サンプルタグは上記測定例１の場合と同じＲＦＩＤインレットを使用し、これを基材としての寸法が幅２mmの厚みで１辺が１０mmの正方形の発砲スチロール材の４つの１０mm辺に沿う、正方形ループになるように１回巻いて、サンプルタグを作る。
次いで、このサンプルタグを測定例１の場合と同じ金属板およびリーダを使用し、金属板にループ面の交差角度別の飛距離測定を行う。偏波面はリーダの感度が高い方で飛距離測定する（測定例２）。
サンプルタグとの角度０のとき、これは平置きのときに相当するが、このときタグは応答せず、すなわち金属対応のタグとして動作しないことを確認し、サンプルタグとの角度３０または１５０度のとき飛距離は１０mm、サンプルタグとの角度６０または１２０度のとき同３０mm、サンプルタグとの角度９０度のとき同４０mm、これは金属面に直立でこのとき最大の飛距離になることを確認している。
【００３６】
上記測定結果をまとめたもの、すなわち、取り付け角ＡＧと飛距離の関係を、図７に示す。図７から、ピーク感度の８割が９０度を中心とした±３０度の範囲にはいっていることが分かる。すなわち、直立保持部５０の座面５１が微小ループアンテナ７１となす角度ＡＧは、９０度±３０度の範囲（略直角）とするのが望ましい。
さらに、測定例１で用いた発砲スチロール材の代わりに、ゴム磁石によるサンプルタグ厚み３mm、幅４mm、長さ６mmに代えた小型の微小ループアンテナを構成し、金属対応のＲＦＩＤタグが実現できることを確認している。長さをさらに短縮した３mm長の場合であっても通常のリーダ／ライタであり、例えばセコニック社製Ｒ００１Ｍ型リーダで交信可能な金属対応のＲＦＩＤタグが実現できることを確認している。同サンプルタグで厚み０．４mm幅４mm長さが１０mm程度においても動作することを確認している（測定例３）。
これらは、前記放射電力を表す式からループ面の形状には依存しないで面積が０でない限り放射がなされるという示唆と一致する。
【００３７】
本実施例のＲＦＩＤタグは、取り付け金属面と、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させて使用することができる。
図８（図８Ａ、図８Ｂ）は、本実施例のＲＦＩＤタグ７０を金属面８に直接、それぞれ横長にあるいは縦長に取り付けた事例の説明図である。
本実施例のＲＦＩＤタグを、例えば図８に示したように直接結合により、取り付け金属面８と電気的に接続または、絶縁体を介し間接結合により金属面８と容量的に電磁結合させることにより、取り付けたＲＦＩＤタグ７０の直上又は直上から離れた場所から交信することができる。
【００３８】
すなわち、図９に示したように、金属面８に取り付けたＲＦＩＤタグ７０から、高周波電流iが金属面８の上に進行波WFが左右に流れてゆき、端部で発生する反射波WRと進行波WFとが干渉し、１／２波長ごとにうねる半波長周期WLの干渉波Wが生ずる。
図９では、金属面８が１／２波長の整数倍で明瞭な節部WVと腹部WPができることを示しているが、１／２波長以上の任意の長さのときは節部WVおよび腹部WPが不明瞭となる干渉波Wになる。このときは空中への電磁放射も減少する。このような任意の長さの干渉波Wの状況は図示していない。
このように、ＲＦＩＤタグを金属面と電磁結合させると、金属面に高周波電流が流れ、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち、腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所から交信可能となる。
本発明によれば、きわめて薄い整合回路兼用の微小ループアンテナのループ面を直立保持部で略直立して保持するようにしてＲＦＩＤタグを構成したので、金属物上に設置可能な極めて小型のＲＦＩＤタグを提供できる。すなわち、本発明によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズ、例えば０．３mm以下の寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態について、説明する。本発明のＲＦＩＤタグの形状および製造方法は、実施例１に示した構成、方法に限定されるものではない。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ７０の製法として、微小ループアンテナと兼用の整合回路をＩＣチップ上に集積し、半導体で一体化したことを特徴とする。
すなわち、図１０に示したように、全て半導体で金属対応のタグを形成できることもできる。この場合、微小ループアンテナパターン７１Ｓと整合回路２０Ｓとが兼用となる。
すなわち、ＩＤなどのＩＣ論理回路３１のパターンと直接接続した同一の半導体基材上に、半導体製造プロセスにより微小ループアンテナ兼整合回路のパターン等が形成された略直方体状のＲＦＩＤタグ本体６０と、前記ＩＣチップ上のループ面が取り付け金属面８に略垂直に立つように前記ＲＦＩＤタグ本体の表面に形成された直立支持部５０としての側面、すなわち直立座部５１（図では３面、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ）を形成した半導体チップレベルのＲＦＩＤタグ７０とすることができる。本実施例によれば、交信電磁波の波長をλとした時、λ／４からＩＣチップサイズの寸法のＲＦＩＤタグを実現できる。なお、直立支持部５０は、例えば、半導体基板すなわち基材５の厚みを厚くすることで、直立座部として必要な面積および機械的強度を確保することができる。
【００４０】
本実施例によれば、半導体製造プロセスのみで、金属物上に設置可能な小型のＲＦＩＤを提供できる。
本実施例のＲＦＩＤタグも、整合回路２０Ｓが微小ループアンテナ７１Ｓと兼用されている。このＲＦＩＤタグ７０をそのループ面が取り付ける金属面上に９０度で直立するようにして設置すると、金属面下に投影したイメージのループ面、すなわち前記微小ループアンテナにイメージの高周波電流が流れるが、金属面の境界で平行な部分では互いに打ち消し合うように流れ、金属面上と金属面下に垂直な部分では互いに同方向に流れ、等価的に自由空間の２倍のループ面積の微小ループアンテナとなる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態として、金属面に取り付けし易くしたＲＦＩＤタグ７０について、図１１で説明する。
本実施形態では、ＲＦＩＤタグ７０を、外部からの衝撃や圧力に対してＩＣチップや整合回路を保護する為に、または取り付けの利便性を向上する為に、高周波で損失の少ない丈夫な誘電体や磁性体、あるいはそれらの混合材の樹脂、セラミックや絶縁性接着剤等で被い取り扱いや取り付けをしやすくかつ機械的に強化したものである。本実施形態でも、ＲＦＩＤタグ７０は、取り付け金属面と、直接結合又は接着材等で間接的に電磁結合させて使用することができる。
すなわち、図１１に示したように、ＲＦＩＤタグ７０を誘電体又は磁性体製充填材７０Ｃで被って丈夫にし、かつ、ネジなどの止め具７０Ｂで金属面８に取り付けしやすくしたＲＦＩＤタグ７０である。この場合、止め具は金属製のネジであってもよく絶縁性の樹脂であってもよい。金属ネジの場合は、高周波電流iを引き込む誘導性または容量性ポストとしての作用を期待できることがあるので長さや位置を調節すると感度を改善できる。
【００４２】
図１２の例では、金属面８の段差部などに接着剤７０Ｄなどを用いてＲＦＩＤタグ７０を簡単に取り付けられる。高周波電流iが段差部の表面を流れ、経路途中にあるＲＦＩＤタグ７０のＩＣチップ３０を通り動作させる。
【００４３】
図１３の例は、金属の窪地８１やネジ穴などへ埋設する取り付け方法を示している。すなわち、タグ本体６０を埋設し、接着剤７０Ｄ等で固定し金属面８の表面から突出しない取り付けが可能である。
このように、本発明によるＲＦＩＤタグは、小型のため金属板の段差部、窪地、コーナ部又は、ネジ頭など凸部の影など丈夫な物陰に退避して接着剤程度で取り付けることができるので特段の保護金具を省略、あるいは取り付け用の凹部切削作業などの省略ができる利点があり取り付け作業負担の軽減となる。
【実施例４】
【００４４】
次に、本発明の第４の実施形態として、ＲＦＩＤタグの保護金具により微小ループアンテナの機械的強度を向上させた、ＲＦＩＤタグ７０について説明する。なお、本実施形態では、ＲＦＩＤタグ本体６０の微小ループアンテナに関し、ループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する。
本実施形態で微小ループアンテナを形成する方法としては、実施例１、２で述べたように、RFIDインレット６の整合回路２０の領域を切り出して、取付け金属面８に略直立させるものが挙げられる。この場合、整合回路のスリットは微小ループアンテナの機能を受け持ち２つの機能を兼用する役目を担う。微小ループアンテナを形成する他の方法は、前記整合回路２０を切り出す代わりに、RFIDインレットをＩＣチップを含む所定の長さに切り、これを少なくとも1回巻いて新たに微小ループアンテナを作り、これを取付け金属面８に略直立させるものである。このRFIDインレットから新たに微小ループアンテナを作る方法については、後で詳細に説明する。いずれの手段で形成される場合でも、微小ループアンテナは単独では機械的強度が十分とはいえないので、以下に述べるように、この微小ループアンテナを内部に保持する方式を採用するのが望ましい。
【００４５】
本実施例のＲＦＩＤタグは、外部からの静電気やサージ電流などの電気的衝撃に対し、ＩＣチップを保護する目的で貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造の金具の内側に配置し、少なくともＩＣチップ３０や整合回路２０が短絡しない様に絶縁役のスペーサを介して電磁結合させた保護金具により電気的衝撃に対してシールドしたものである。スペーサ６１Ｓは空気であっても、誘電体または磁性体の充填剤７０Ｃであってもよい。通常はスペーサ６１Ｓと充填剤７０Ｃとを、誘電体または磁性体からなる同一の材料で一体的に構成するのが好適である。
第４の実施形態において、ＲＦＩＤタグ７０の保護金具の形状は、図１４Ａの貝構造保護金具７０ＳＤ１、図１４Ｂの折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、図１４Ｃの折り返し端子構造保護金具７０ＳＤ３、図１４Ｄの端子構造保護金具７０ＳＤ４のような例があり、各々、機械的強度を向上させることができる。なお、各図において、スペーサ６１Ｓは、誘電体や磁性体などで形成されたタグ本体６０の整合回路が保護金具と短絡するのを阻止するための隔離材である。
【００４６】
図１４Ｅは、ＲＦＩＤタグ７０の保護金具７０Ａを、微小ループアンテナと一体に形成したＲＦＩＤタグ７０の構造の説明図である。この例は、UHFやマイクロ波帯の周波数が使用される用途に適したＲＦＩＤタグである。図１４Ｅの（ａ）は斜視図、（ｂ）はICチップ３０の近くを拡大した図であり、ここにはスリット状整合回路２０が金属面８に平行に配置される。（ｃ）は（ａ）の縦断面図である。
まず、この例のRFIDタグ７０のスリット形状整合回路２０は、取付ける金属面８又はスペーサ６１Ｓを介して保護金具７０Aに平行なため、微小ループアンテナの機能を持つことが出来ない。そこで、ICチップ３０を含む帯状のRFIDインレット６を少なくとも１回巻いて微小ループアンテナ７１として機能するようにし、この微小ループアンテナ７１のループ面の一部、すなわち、ICチップ３０の配置される側とは反対側のループの縁（側辺）を座部又は取付け面５１とすることにより、取付ける金属面８に略直立するように構成されている。７０Ｃは誘電体または磁性体充填材である。この例のＲＦＩＤタグ７０は、帯状ＲＦＩＤインレット６を、例えばUHFやマイクロ波帯のダイポールアンテナを基調としたＲＦＩＤインレットでＩＣ部３０を含む所定の長さにカットし、このカットされたインレットを、充填剤７０Ｃを芯材にして微小ループアンテナ７１の寸法にまるめて、１回巻きのループを形成したものである。
この例では、ＲＦＩＤタグ７０の微小ループアンテナが保護金具（アーム）７０Ａと一体に形成される。例えば、ＲＦＩＤインレット６として、図２Ａに示したような、ＩＣチップ３０が接続される電極３１a、３１b及びスリット状整合回路２０を備えたものを用いる。ただ、図２Ａの整合回路兼用の微小ループアンテナとは異なり、ＲＦＩＤインレット６の両端を切り出さずにそのまま折り曲げて１回巻きのループ状の微小ループアンテナ７１を形成する。この場合、取付ける金属面８に対して、整合回路２０は略平行であり、微小ループアンテナ７１は略直立するようになっている。整合回路２０は、“L”字又は“T”字などの形状をしたスリット状となっている。すなわち、帯状のＲＦＩＤインレット６を、微小ループアンテナ７１の寸法にＩＣチップ３０が含まれるようにして、１回巻きにし、さらに保護金具を一体に形成する。このとき、微小ループアンテナ７１の１つのループの１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続地点領域７２Ｃでは、直接接続又は間接接続の電磁結合のいずれかで接続する。さらに、電波放射方向にあるループ上のＩＣ部３０の上側に、スペーサ部分６１Ｓを介するなど絶縁しながら、ＲＦＩＤインレットを接続地点７２Ｃからさらに半回巻き連続して延長した保護金具すなわちアーム７０Ａ付きのＲＦＩＤタグとする。例えば、ＲＦＩＤインレット６の一端をさらに連続略半巻き程延長することで、タグ本体６０を覆うアーム７０Ａを形成し、ＲＦＩＤタグ７０とする。この例のＲＦＩＤタグ７０では、ループの１回巻き分における微小ループアンテナ７１の金属面８と平行な部分の長さをλ／１０程度、あるいは１回巻き分のループの内側の面積をλ２／１００以下とするのが望ましい。一方、ループサイズの下限値は、このループに含まれるＩＣチップ３０のサイズに応じて決まる。アーム７０Ａの長さは、λ／４まで延長しても良い。アーム７０Ａを設けることで、ＲＦＩＤタグ７０に静電気やサージ電流に耐力（静電遮蔽）を持たせ、感度を高めることが出来る。さらに、アーム７０Ａを丈夫な金属製材料とすることで、機械的強度も同時に向上させることが出来る。
【００４７】
図１４Ｆは、保護金具を備えた他の例になるＲＦＩＤタグ７０の構造説明図である。この例のＲＦＩＤタグ７０は、図１４Ｅの例と同様に、帯状のRFIDインレット６を少なくとも１回巻いて微小ループアンテナとして機能するように巻いたループ面が、取付け金属面８に略直立するように構成されている。図１４Ｅの例ではアーム７０Ａがタグ本体６０と一連の帯状ＲＦＩＤインレットで構成されているのに対して、図１４Ｆの例は、微小ループアンテナ７１を備えたタグ本体６０の部分、すなわちループ巻き数の１回部分を、保護金具すなわちアーム７０Ａとは分離し独立させた構造となっている。図１４Ｆの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のタグ本体６０の拡大図、（ｃ）は（ａ）の縦断面図である。金属製アーム７０Ａは折り返し構造保護金具７０ＳＤ２として機能する。タグ本体６０を挟んで折り返し構造保護金具７０ＳＤ２の金属製アーム７０Ａとは反対の側を座部又は取付け面５１とすることにより、ループ面が取付け金属面８に略直立するように構成されている。この例でも、ＲＦＩＤタグ７０に静電気やサージ電流に耐力を持たせ（静電遮蔽）、感度を高めることが出来るだけでなく、アーム７０Ａを丈夫な金属製材料とすることで、機械的強度も同時に向上させることが出来る。
この例のＲＦＩＤタグ７０において、タグ本体６０は前記非特許文献２で示される放射電力と巻き数Ｎと微小ループアンテナの面積Ａの関係式、及び後述の図１６Ａ，図１６Ｂから明らかなように、本発明の中で説明しているスリット形状の整合回路を切り出して導いた微小ループアンテナと見立てたタグ本体６０に相当する。従って、図５Ｂで説明した等価回路と同じになり、図１等の例に対して電磁波的には区別が出来ない等価物とみなせる。従って、図１４Ｅ、図１４Ｆの例についても、図１４Ａ〜図１４Ｄに示した貝構造保護金具７０ＳＤ１、折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、折り返し端子構造保護金具７０ＳＤ３、端子構造保護金具７０ＳＤ４など各種保護金具に内装したときと同等の動作が可能であり、同等の効果が得られる。以下、に述べる各実施例に関しても、図１４Ｅ、図１４Ｆに示した帯状の微小ループアンテナを採用することで、同等の効果が得られる。
【００４８】
図１５により、第４の実施形態の作用、効果を説明する。第４の実施形態の各例では、保護金具がサージ電流・溶接電流・静電気放電電流Iなどを金属面８に放電することで電気的衝撃からタグ本体６０内部のＩＣチップ３０を保護する。図１５は、ＲＦＩＤタグ７０ＳＤ２を、折り返し構造保護金具により保護した例である。
このように、本実施例のＲＦＩＤタグは、外部からの静電気やサージ電流などの電気的衝撃に対し、ＩＣチップを保護する目的で貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造の金具の内側に配置し、少なくとも整合回路が短絡しない様にスペーサを介して電磁結合させる保護金具で電気的衝撃に対してシールドしたＲＦＩＤタグを実現できるだけでなく、保護金具にネジ穴を設け脱落防止に役立つ。
また、静電気の高電圧やサージ電流の大電流に対しする耐力検証として、圧電素子による着火器具の発する高電圧を直接、シールド構造で保護された折り返し端子構造のＲＦＩＤタグに空中放電し、正常動作していることを確認している。
また、大電流として電気溶接機によりシールド構造で保護された折り返し端子構造のＲＦＩＤタグに１００Ａ程度の電流で溶接しても正常動作していることを確認している。
【００４９】
また、本実施形態の他の例として、ＲＦＩＤタグの保護金具は、保護されるＲＦＩＤタグの微小ループアンテナのアンテナ導体が幅をもつことで実質的微小ループアンテナ面積はアンテナ導体部分を除いたループ面積となるが、保護金具が微小ループアンテナの外部にあることから外側から大回りに高周波磁束をループに誘導する事で、実質の微小ループアンテナ面積を保護金具が囲う位置まで拡大し感度を向上させ、かつ、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造が、機械的強度の向上並びに電気的衝撃に対する耐力を向上させている。
すなわち、図１６（図１６Ａ、図１６Ｂ）の例では、保護金具により実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善している。
まず、図１６Ａは保護金具付きのＲＦＩＤタグの斜視図、図１６Ａの保護金具部分の断面S−S’を図１６Ｂの（ｂ）に示し、保護金具が無いタグ本体６０だけの場合の断面を図１６Ｂの（ａ）に示している。それぞれの微小ループアンテナ７１の外部にあることから大回りに高周波の磁束がループに誘導される様子を説明している。ここで、図１６Ｂの（ａ）は保護金具無し高周波磁束Φ１に保護金具無しループ面縦寸法Ａ０が対応している。これを図１６Ｂの(ｂ)の保護金具７０ＳＤ２で保護すると、大回りの保護金具有り高周波磁束Φ２となり、結果的に保護金具により拡大ループ面縦寸法ＡSとなるため、実質的な微小ループアンテナ７１の面積を拡大し感度を改善していることを説明している。
このように、本実施例の金属対応ＲＦＩＤタグは、保護されるＲＦＩＤタグの微小ループアンテナのアンテナ導体が幅をもつことで実質的微小ループアンテナ面積はアンテナ導体部分を除いたループ面積となるが、保護金具が微小ループアンテナの外部にあることから外側から大回りに高周波磁束をループと等価であるスリットに誘導する事で、実質の微小ループアンテナ面積を保護金具が囲う位置まで拡大し感度向上させ、かつ、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造が、機械的強度の向上並びに電気的衝撃に対する耐力を向上させるＲＦＩＤタグを実現できる。
【００５０】
また、また、本実施形態の他の例として、モノポールアンテナ長の金具で感度を向上させた事例を、図１７（図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１７Ｅ、図１７Ｆ、図１７Ｇ）で説明する。これらの例では、保護金具を交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法で保護金具を構成し共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させている。
すなわち、図１７の各例は、シールド構造の金具、すなわち図１７Ａが貝構造の保護金具７０ＳＤ１、図１７Ｂが折り返し構造保護金具７０ＳＤ２、図１７Ｃが折り返し端子構造７０ＳＤ３、図１７Ｄが端子構造保護金具７０ＳＤ４を、各々、媒質中のモノポールアンテナ長大凡λｇ／４の金具とし、感度を向上させたＲＦＩＤタグ７０の事例である。金具には例えばステンレス鋼を用いる。
【００５１】
さらに、図１７Ｅの例は、図１４Ｅの微小ループアンテナ７１の金属製アーム７０Ａを接続地点領域７２ＣからさらにＥ＝λｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を上から覆う、アーム７０Ａ付きの形状となっている。タグ本体６０を挟んで金属製アーム７０Ａとは反対の側を座部又は取付け面５１とすることにより、ループ面が取付け金属面８に略直立するように構成されている。
また、図１７Ｆの例は、図１４Ｆの微小ループアンテナ７１の上下の金属製アーム７０Ａを接続地点領域７２ＣからさらにＥ＝λｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を覆う、アーム７０Ａ付きの貝構造の保護金具７０ＳＤ１となっている。
また、図１７Ｇの例は、表面模様がＣ型平面保護金具７０ＳＤ５を備えたＲＦＩＤタグ７０を示している。図１７Ｇにおいて、（ａ）はＲＦＩＤタグ７０の斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。図１７Ｂの例が凸形の突起部を持つのに対し、図１７Ｇの例では、金具７０ＳＤ５に取り付け穴７８と、主に媒質中のモノポールアンテナ長で共振させる構造の金属製アーム７０Ａを同一平面に形成し、突起部を平滑化した構造のＲＦＩＤタグ７０となっている。金属製アーム７０Ａはλｇ／４ あるいはそれに近い長さ（大凡λｇ／４）だけ水平方向に連続して延長しＩＣチップ３０を上から覆っている。金属製アーム７０Ａの周囲にはＣ字模様またはU字形の隙間７９がある。アーム７０Ａの直下（最適な位置はアームの付け根位置とは限らず整合をとると根本から少しずれることがある）に、タグ本体６０がスペーサ６１Ｓを介して内装され、ＩＣチップ３０が保護金具の内側に配置されている。この例では、タグ本体６０は図１４Ｆの（ｃ）に示したような断面構成となっている。
さらに図１７Ｇの例において、金具７０ＳＤ５の全長を半波長に共振する長さにした場合、自由空間又は非金属上においてもより高い感度が実現できる。
【００５２】
このように、ＲＦＩＤタグ７０の感度を向上させるべく、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造等シールド構造に代表される保護金具の他、交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法で保護金具を構成し、共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させたＲＦＩＤタグを実現できる。
【００５３】
本発明のＲＦＩＤタグ７０は、金属面上のみならず非金属面上に設置しても高い感度で交信可能とすることもできる。例えば、タグ本体６０を、交信電磁波の１／２波長に共振する長さの金属板中央に窪地など掘り込んでダイポールアンテナの給電点に配置するように設置したり、例えば１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法の保護金具２個を接続してできる略半波長の長さのアンテナの給電点にタグ本体６０を配置したりしてできるダイポールアンテナサイズの保護金具を構成することにより、共振を積極的に助長させて非金属面上でも金属面上でも高い感度で交信可能とするＲＦＩＤタグを実現できる。
図１８Ａの例は、保護金具の寸法を半波長に共振するダイポールアンテナ長λ／２で構成し感度を向上させたＲＦＩＤタグ７０の事例を示す図である。
【００５４】
図１８Ｂの例は、H形平面保護金具７０ＳＤ６を備えたＲＦＩＤタグ７０の例である。図１８Ｂの（ａ）はＲＦＩＤタグ７０の斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。図１７Ｇの例における金属製アーム７０Ａが１つであるのに対し、図１８Ｂの例では、２つの金属製アーム７０Ａを対向させ、隙間７９を設けて両アームの先端を接触させないで配置した構造を持つ。すなわちダイポールアンテナ金具７７の表面に隙間７９による“Ｈ”字形の模様ができる。どちらか一方のアーム７０Ａの直下（最適な位置は電磁波モードのアームの整合をとるべく中央から少しずらして決める）に、タグ本体６０がスペーサ６１Ｓを介して内装され、ＩＣチップ３０が保護金具の内側に配置される。その為、タグ本体６０が電気的機械的に強化された構造となる。さらに金具７０ＳＤ６の全長が半波長の寸法であるため、自由空間を含めた非金属面上でも、金属面上に取り付けた場合においても、高い感度で交信できるＲＦＩＤタグ７０を実現できる。
【００５５】
図１８Ｃの例は、一対の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７を用いたＲＦＩＤタグ７０である。図１８Ｃの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。この例では、２枚の略円形の金属板（電磁波モード発生兼用保護金具）７０ＳＤ７がその略中央（最適な位置は電磁波モードの整合をとるべく中央から少しずらして決める）に、スペーサ６１Ｓを介してタグ本体６０を挟み、誘電体または磁性体充填材７０Ｃで固定している。このＲＦＩＤタグ７０を取り付け金属面８に設置し、上方から交信すると、上面の金属板７０ＳＤ７の外部表面および内側表面にマイクロ波理論から知れる高周波電流が流れ、電磁波モードとしては、円形共振板のTM基本モードの電流iTMが分布する。この電流の最良の共振条件は、７０Ｃ内部における波長すなわち媒質中の波長をλｇ、円周率をπ、金属板の外形寸法をDiとすると、
Di＝（１．８４１／π）λｇ
で与えられる。ここで、１．８４１は、微分形の第一種ベッセル関数の最小の根の有効数値４桁である。
この例では、TM基本モードで共振する高周波電流がタグ本体６０とスペーサ６１Ｓを介して電磁結合し、電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７と一体化したＲＦＩＤタグ７０として機能する。
図１８Ｃの（ａ）では、高周波電流分布の交互に入れ替わる一瞬の状態を止めて矢印表記している。ちなみに矢印の始点が＋の最大電位部分で矢印の行き先終点が−の最大電位部分、矢印の中央が０電位（図中の０電位線）になり、ここは同時に電流が最大値になる。０電位部分は小さな取り付け穴７８やネジを貫通しても共振状態に与える影響が少ない。
図１８Ｃの例の試作を通して、金属板の平面形状が円形であっても正方形であっても、ＲＦＩＤタグを構成したとき、高々１波長程度の飛距離感度では形状の差と感度の差異を見出しにくいことを確認した。１つの試作例としては、金属板を１辺が１６mmの略正方形で置換し、充填樹脂を比誘電率２０の材料とし、周波数を２．４５GHz、タグ本体６０は日立製作所製のミューチップインレット（RKT１０２）から形成した。この試作ＲＦＩＤタグを、０電位部分に直径が３mmのネジ２つを通して十分広い金属面に設置した場合、セコニック社製リーダR００１Mで飛距離を測定して約１００mmの飛距離を得た。さらに、他の試作例として、金属円板を直径７１．５mmでねじ止めなし、充填物を比誘電率１の空気とし、前述の例と同じタグ本体、前述の例と同じリーダR００１Mで飛距離を測定し、１８０ｍｍの飛距離を得た。このように発明者は試作例により、TM基本モードの共振と０電位の影響を確認している。
【００５６】
なお、図１８Ｃの例では、２枚の略円形の金属板（同図では金属板が電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ７としている）を用いているが、図１８Dの例に示すように、取り付け金属面側は取り付けた時金属面が重複するので、下側の金属板はこれを省略し、１枚の電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８のみとしても良い。さらに、図１８Ｄに示すように、自由空間において半波長で共振しやすくするため、“H”字形となるように２つのアーム７０Ａの先端が接触しないように対向させ、一方のアーム直下（電磁波モードの整合をとると、最適な位置はアーム直下のいずれかの地点）にタグ本体６０を、スペーサ６１Ｓを介して誘電体または磁性体充填材７０Ｃあるいは接着剤７０Ｄによって固定しても良い。すなわち、図１８Ｄの例は、半波長共振／電磁波モード発生兼用保護金具７０ＳＤ８とタグ本体６０とを一体化したＲＦＩＤタグ７０である。
この例のタグの特徴は、全体の厚みを金属板１枚分だけ薄くすることができるだけでなく、金属面以外の、たとえば自由空間においても動作が可能になることである。さら、図１８Ｃの例同様に、０電位線上に取り付け穴７８やネジなど設けることが可能である。これは、金属板が１枚のため取り付け金属面におかれる時TM基本モードの電流iTMが分布するが、自由空間ではTM基本モードの共振が困難となる代わりに、金属板外形寸法Diが半波長共振寸法に近いため、概ね半波長共振電流ＩＤが最大電流ではないが、実用的十分な感度のＲＦＩＤタグ７０として機能する。
TM基本モードの金属板外形寸法Diは、交信波長を１２２mm、媒質を空気、円周率をπ、とすると、 Di＝（１．８４１／π）・１２２から７１．５mm となる。一方、空気中の一般的な半波長共振寸法は、１２２／２から６１mmである。すなわち、これら（金属板外形寸法Diと一般的な半波長共振寸法）の差異は、１７％である。
高々１波長程度の飛距離感度では、Diを最初からこれらの中間の寸法（この場合の中間値は６６mm 差異９％）とし、金属面から非金属面まで安定した感度の、しかも薄型の適用範囲の広いＲＦＩＤタグ７０の実現が可能である。
【００５７】
また、ダイポールアンテナ金具７７を採用することで、感度が向上する一方、寸法が約２倍の長さになる。
図１９は、感度向上のため、例えばモノポールアンテナ７５の金具を２個背中合わせに連結したような構造で、全長が空気中の半波長の寸法を有するとしたダイポールアンテナ金具７７を形成でき、感度がダイポールアンテナ並みに向上する一方、寸法は約２倍の長さになる。
【００５８】
すなわち、感度を優先した場合、寸法が大きくなるが、本実施例によると、交信電磁波の１／２波長に共振する長さの金属板中央に窪地など掘り込んでダイポールアンテナの給電点に配置するように設置したり、１／４波長の長さのモノポールアンテナ長の寸法の保護金具２個を折り返し接続部分で背中合わせに接続してできる略半波長の長さのアンテナの給電点にＲＦＩＤタグを配置したりしてできるダイポールアンテナサイズの保護金具を構成し、共振を積極的に助長させて非金属面上でも金属面上でも交信可能となるように感度を向上させたＲＦＩＤタグを実現できる。
【実施例５】
【００５９】
次に、本発明の第５の実施形態として、本発明のＲＦＩＤタグを、離れた箇所から交信するのに使用する例について図２０（図２０Ａ、図２０Ｂ）で説明する。
本実施形態では、上記いずれかの実施例のＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒表面にＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行、ＲＦＩＤタグ内部のスリット面が針金表面に略直立する様に設置し（図２０Ａ）、あるいは金属棒の端部にＲＦＩＤタグを延長する様に直結又は電磁結合で接続し（図２０Ｂ）金属棒表面に高周波電流を流し、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能とした金属棒と一体化した形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を特徴とする。
図２０Ａに示したように、タグ本体６０を針金状金属棒９の表面にタグ本体の長手方向が金属棒に平行になるように取り付け、針金状金属棒９の表面に高周波電流iの干渉波を生じさせ電磁波を放射することで、リーダ／ライタR／Wによりタグ本体６０を取り付けた直上又は、直上から離れた箇所から交信できる。
【００６０】
また、図２０Ｂに示したように、ＲＦＩＤインレット６を針金状金属棒９の端部に取り付け、針金状金属棒９表面に高周波電流iの干渉波を生じさせ電磁波を放射することで、リーダ／ライタR／WによりＲＦＩＤインレット６を取り付けた直上又は、直上から離れた場箇所から交信できる。
なお、図２０Ａ,２０Ｂにおいて感度を向上させるための取り付け位置は金属棒の端部から１／４波長の地点又は、ここを起点とした１／２波長周期の地点に設置するのが好適である。
【００６１】
ＲＦＩＤタグを取り付けた場所から離れた所で交信したい場合、ＲＦＩＤタグを交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒表面にＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行、ＲＦＩＤタグ内部のスリット面が針金に略直立する様に設置し、あるいは金属棒の端部にＲＦＩＤタグを延長する様に直結又は電磁結合で接続し金属棒表面に高周波電流を流し、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波から電磁波を放射させ、取り付けたＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能とした金属棒と一体化した形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を提供できる。
【００６２】
さらに、上記実施形態の金属棒を金属パイプに絶縁を介して非接触に内挿し、同軸ケーブル又は同軸管（自由に曲がる同軸ケーブルも以降同軸管と呼ぶ）内を伝播する波の一種である同軸モード波を発生させ、同軸管の両端部又は片端部の開口部で金属棒を１／１０波長の微小ダイポールアンテナの寸法程度から１／４波長のモノポールアンテナの寸法程度に延ばし、同軸管の外部表面に高周波電流を流す。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波を発生させ、同軸管の外部表面に伝播する干渉波や定在波からの電磁波放射により交信可能とする同軸管と一体化した同軸管形状のＲＦＩＤタグ及びその交信法を提供できる。
【００６３】
さらに、図２１（図２１Ａ、図２１Ｂ）に示したように、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの内部導体にタグ本体６０を設置し、ＲＦＩＤタグが、外部の導体表面の各所で交信できる。
図２１Ａは、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの内部導体にタグ本体６０を設置し、同軸内部導体に流れる高周波電流iを同軸端部に直結されたモノポールアンテナ又は微小ダイポールアンテナ７６などのアンテナにより同軸内部及び外部の導体表面に高周波電流を流し、外部の導体表面のいたるところでリーダ／ライタR／Wと交信できることを示している。
図２１Ｂは、同軸ケーブル又は同軸管Ｃの両端部にアンテナ部を設け内部と外部の導体に流れる高周波電流iを積極的に流れやすくしたことを示している。
なお、同軸内部の電磁界分布は遮断周波数のない同軸モード（TEM）が分布するが特に図示していない。
【００６４】
また、同軸ケーブル又は同軸管Ｃのアンテナ部Ｃ１は、円柱状、テーパ状、ループ状などいろいろな形状にすることができる。アンテナ部の寸法は、１／１０波長程度の長さの微小ダイポールアンテナ７６から１／４波長の長さのモノポールアンテナ長λ／４までの範囲で、同軸端部の両端に設置しても良く、片側でも良い。
【００６５】
さらに、本実施例においては、上記実施形態の金属棒を金属パイプに絶縁を介して非接触に内挿し、同軸ケーブル又は同軸管（自由に曲がる同軸ケーブルも以降同軸管と呼ぶ）内を伝播する波の一種である同軸モード波を発生させ、同軸管の両端部又は片端部の開口部で金属棒を１／４波長のモノポールアンテナの寸法から微小ダイポールアンテナの寸法程度に延ばし、同軸管の外部表面に高周波電流を流すことができる。これにより、高周波電流は交信周波数の波長を周期とした進行波となり金属面を伝播し、伝播方向にある不連続部で戻る反射波と干渉する波のうねりである波高の高い腹部と波高の低い節部をもち腹部と腹部あるいは節部と節部の間隔が半波長の整数倍の周期となる干渉波や腹部と節部の明瞭な定在波を発生させ、同軸管の外部表面に伝播する干渉波や定在波からの電磁波放射により交信可能とする同軸管と一体化した同軸管形状のＲＦＩＤタグの実現及びその交信法を提供できる。
【００６６】
前記実施形態３から５におけるタグ本体６０は、図１におけるタグ本体６０と、図１４Ｆにおけるタグ本体６０とが、図５Ｂで説明する等価回路が同じになり、交換可能である。したがって、図示した例以外にも、形が異なるが電磁波的に同等なタグ本体の組み合わせが種々可能である。
さらに、前記実施形態３から５におけるタグ本体６０は、図１４Ｅの略半巻き延長した金属アーム７０Ａが無くなった場合のタグ本体と等価であり、図５Ｂで説明する等価回路が同じになり交換可能である。したがって、図示した例以外にも、形が異なるが電磁波的に同等なタグ本体の全ての組み合わせが種々可能である。
【実施例６】
【００６７】
本発明の第６の実施形態として、図２２（図２２Ａ、図２２Ｂ）に示したように、金属面８の奥まった箇所にＲＦＩＤタグ７０を設置し、アタッチ式検出器具Dと交信するようにして使用する事も出来る。
本実施形態では、リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵したアタッチ式検出器具であって、ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度で、好適は１／４波長の位置に取り付けられる器具を用いる。これにより、互いに密集している、あるいはリーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置された、前記各実施例のＲＦＩＤタグへ、リーダ／ライタに取り付けた該器具のダイポールアンテナの中央部が高周波電流の最大領域であることから、この部分を目的のＲＦＩＤタグに電磁誘導範囲まで接近させて、１対１の交信を可能にする外付けアタッチ式検出器具およびその交信法を提供できる。
図２２Ａは、奥まった箇所に設置され、応答しにくいＲＦＩＤタグ７０と交信する方法を説明する図である。リーダ／ライタR／Wに取り付けるアタッチ式検出器具Dはダイポールアンテナ棒D２と絶縁性の支持体D１で構成されている。アタッチ式検出器具Dがリーダ／ライタR／Wのアンテナ面DＡからＤ２が、０ないしは１／２波長程度隔てた取り付け位置hに平行にセットされ、金属窪地８１に設置されたタグ本体６０の直近にダイポールアンテナ棒D２の中心部を近接させD２の特に中央部に誘起される高周波電流iとタグ本体６０を共通に貫通する高周波磁束Φとの電磁誘導を活用した交信を行う。
【００６８】
また、本実施例によれば、リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵するアタッチ式検出器具であって、ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度で、好適には１／４波長の位置に取り付けられる器具とする。これにより、互いに密集している、あるいはリーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置された前記各実施例のＲＦＩＤタグへ、リーダ／ライタに取り付けた該器具のダイポールアンテナの中央部が高周波電流の最大領域であることから、この部分を目的のＲＦＩＤタグに電磁誘導範囲まで接近させて、１対１の交信を可能にする外付け非接触のアタッチ式検出器具およびその交信法を提供できる。
また、図２２Ｂは、密集したＲＦＩＤタグ７０をアタッチ式検出器具Dのダイポールアンテナ棒D２の感度の高い中央部が目的のＲＦＩＤタグ７０を指し示し、１対１に確実に交信する方法を示している。
【００６９】
この交信方法によると、交信電磁波の波長に比べて広い、例えば縦２００mm横２００mmのアルミ板上に外形寸法が厚み３mm幅４mm長さ６ｍｍである小型のＲＦＩＤタグを間隙が１mm程度で平行に密集させた場合、直径２ｍｍ長さ５２ｍｍの該ダイポールアンテナ棒の中央部をＲＦＩＤタグに近接し１対１の識別ができることを確認している。
なおＲＦＩＤタグは日立製作所製のインレット（RKT１０２）、リーダはセコニック社のR００１Mを使用している。
【実施例７】
【００７０】
本発明の第７の実施形態として、本発明のＲＦＩＤタグ、あるいは一般のＲＦＩＤタグが、電磁波を反射吸収する障害物を通して設置され交信電磁波が直接届かない場合における、障害物を通して検出する検出器具とその交信法について、図２３から図２６で説明する。
本実施例の対象となる交信電磁波の障害物GNDとして、コンクリート、アスファルト、土砂、水、海水、金属物等があり、ＲＦＩＤタグがこれらを通して設置されているものとする。本実施例では、延長検出器具DTRにより交信する。延長検出器具は、ＲＦＩＤタグと直接交信する検出部DTと、この信号を伝送する伝送部と、リーダ／ライタ側に近接する再放射部TRと、これを接続する伝送部Tとで構成されている。検出部はＲＦＩＤタグと直接交信する役割を有し、微小ループ、モノポール、ダイポールまたはセラミックアンテナ等いずれかの種類の１つのアンテナで構成する。伝送部は交信する電磁波を他端に届ける役割を有し、同軸線、平衡線、ストリップ線、導波管、誘電体棒等いずれかの種類の１つのアンテナで構成する。再放射部は、これにアタッチするリーダ／ライタと電磁結合する役割を有し、微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック、パッチアンテナまたは電磁ホーン等いずれかの種類の１つのアンテナで構成可能である。最良の組み合わせは、交信電磁波によって異なるが、交信電磁波をLF／HF帯とすれば、検出部と再放射部は微小ループアンテナが好適である。UHF／マイクロ波帯の場合は、検出部が微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック等のアンテナから選択し、再放射部はダイポール、セラミック、パッチアンテナ等のアンテナが好適となり、伝送部はいずれの電磁波帯域でも同軸線が好適である。
【００７１】
図２３の例は、LF／HF帯の場合の、最良の延長検出器具DTRの構成図である。検出部DTLが微小ループアンテナで形成され、さらに感度を向上させるために同調コンデンサTCCで共振を調節しても良い。再放射部TRLを、微小ループアンテナで形成されリーダ／ライタR／Wと交信できる位置に近接させ、さらに感度を向上させるため同調コンデンサTCCで共振をとっても良い。伝送部TCXは同軸線としている。なお、DTLおよびTRLは、それぞれの近接する微小ループアンテナ径を概ね同じような寸法と巻き線数にすると、交信感度を向上させやすい。
図２４の例は、UHF／マイクロ波帯の場合の延長検出器具DTRであり、検出部DTCがセラミックアンテナで形成されている。交信対象のＲＦＩＤタグ７０が狭い所にある場合に有効である。再放射部TRDは、ダイポールアンテナで代表される線状のアンテナで形成され、リーダ／ライタR／Wと交信できる位置に近接させる。DTCとTRDをつなぐ伝送部TCXは同軸線としている。
図２５の例は、図２４の例における検出部DTCを、再放射部TRDのダイポールアンテナと同じ構造の検出部DTDとしたものである。DTDとTRDをつなぐ伝送部TCXは同軸線としている。この例は、金属平面レベルに埋設されたＲＦＩＤタグ７０と交信するとき、十分な交信感度が得られる特徴がある。
図２６の例は、図２４の例における検出部DTCを１／４波長の長さのモノポールアンテナテナとした検出部DTMを備えており、このDTMとTRDをつなぐ伝送部TCXを同軸線としている。この例は、金属管の内壁面や底部に取り付けられたＲＦＩＤタグ７０を、管の開口部から検出部DTMを挿入して交信することができる。
このように、本実施例の延長式のＲＦＩＤタグ検出器具は、交信電磁波がLF／HF帯の場合、前記検出部と前記再放射部を微小ループアンテナ、前記伝送部は同軸線とする。また、交信電磁波がUHF／マイクロ波帯の場合は、前記検出部に微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック等のいずれか１つのアンテナを選択し、前記再放射部はダイポール、セラミック、パッチアンテナ等のいずれか種類の１つのアンテナを選択し、前記伝送部は同軸線として一体的に構成する。
【００７２】
図２３から図２６の例に示した延長検出器具のその他の活用として、通常のＲＦＩＤタグおよび本発明による十分小型化されたタグ本体６０が、手の届きにくい、あるいは交信電磁波の届きにくい個所にある場合にも応用できる。たとえば、天井、壁面、路面、マンホール下部そのほか危険区域など近づくことに労力がかかる場合、既存のリーダ／ライタのアンテナ部に非接触にアタッチする本実施例の延長検出器具を用いることで、作業負担を軽減する遠隔交信活用が可能となる。
発明者は、図２３から図２６の例において、伝送部Tを同軸線（１．５D２V）としその長さがいずれも５m程度で、十分に動作することを確認している。なお、確認時に用いたリーダは、HF帯で大成ラミック社製マルチリーダモジュールSTL９２０Ｂ、マイクロ波ではセコニック社製ハンディーリーダR００１Mである。
【符号の説明】
【００７３】
１ ： ダイポールアンテナ
２０ ： スリット形状整合回路
２０Ｌ ： “L”字形スリット形状整合回路
２０Ｓ ： 半導体チップ上整合回路
２０Ｔ ： “T”字形スリット形状整合回路
３０ ： ＩＣチップ
３１ ： ＩＣ論理回路
３１Ａ ： 電極
３１Ｂ ： 電極
４ ： 整合回路領域（整合回路の領域を切り出した部分）
５ ： 基材
５０ ： 直立保持部
５１ ： 座部又は取付け面
５１Ａ ： 座部又は取付け面
５１Ｂ ： 座部又は取付け面
５１Ｃ ： 座部又は取付け面
６ ： ＲＦＩＤインレット
６０ ： タグ本体
６１１ ： 切り出し線
６１Ｓ ： スペーサ
７０ ： ＲＦＩＤタグ
７０Ａ ： 金属製アーム
７０Ｂ ： 止め具
７０Ｃ ： 誘電体又は磁性体充填材
７０Ｄ ： 接着剤
７０Ｍ ： イメージＲＦＩＤタグ
７０ＳＤ１ ： 貝構造保護金具
７０ＳＤ２ ： 折り返し構造保護金具
７０ＳＤ３ ： 折り返端子構造保護金具
７０ＳＤ４ ： 端子構造保護金具
７０ＳＤ５ ： C形平面保護金具
７０ＳＤ６ ： H形平面保護金具
７０ＳＤ７ ： 電磁波モード発生兼用保護金具
７０ＳＤ８ ： 半波長共振／電磁波モード発生兼用保護金具
７１ ： 微小ループアンテナ
７１Ｅ ： 微小ループアンテナ等価回路
７１Ｓ ： 微小ループアンテナパターン
７２ ： ２回巻き微小ループアンテナ
７２Ｃ ： ループの始点と終点の接続地点領域
７２Ｅ ： ２回巻き微小ループアンテナ等価回路
７５ ： モノポールアンテナ
７６ ： 微小ダイポールアンテナ
７７ ： ダイポールアンテナ
７８ ： 取り付け穴
７９ ： 隙間
８ ： 金属面
８１ ： 金属面窪地
９ ： 針金状金属棒
R／WA ： リーダ／ライタ内部のアンテナ
GND ： 交信電磁波の障害物
DTR ： 延長検出器具
DT ： 検出部
DTL ： 検出部の微小ループアンテナ
DTM ： 検出部のモノポールアンテナ
DTD ： 検出部のダイポールアンテナ
DTS ： 検出部のセラミックアンテナ
T ： 伝送部
TCX ： 同軸線
TR ： 再放射部
TRL ： 再放射部の微小ループアンテナ
TCC ： 同調コンデンサ
TRD ： 再放射部のダイポールアンテナ
ＡＧ ： 取り付け角
I ： サージ電流・溶接電流・静電気放電電流
Q ： 静電気
i ： 高周波電流
iTM ： TM基本モード電流
ＩＤ ： 半波長共振電流
Di ： 外形寸法
A１ ： ループ面
AM ： イメージループ面
AS ： 拡大面縦寸法
A０ ： 保護金具無しループ面縦寸法
W ： 干渉波
WF ： 進行波
WR ： 反射波
WP ： 腹部
WV ： 節部
WL ： 半波長周期
Φ ： 高周波磁束
Φ１ ： 保護金具無し高周波磁束
Φ２ ： 保護金具有り高周波磁束
λｇ ： 媒質中の波長
λｇ／４ ： 媒質中のモノポールアンテナ長
λ／４ ： モノポールアンテナ長
λ／２ ： ダイポールアンテナ長
R／W ： リーダ／ライタ
C ： 同軸ケーブル又は同軸管
C１ ： 同軸ケーブル又は同軸管のアンテナ
D ： アタッチ式検出器具
D１ ： 支持体
D２ ： ダイポールアンテナ棒
DA ： リーダ／ライタのアンテナ面
h ： 取り付け位置
B-B ： 折り曲げ線
a−a’ ：断面
S−S’ ： 断面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップと該ＩＣチップに接続された微小ループアンテナとを含むＲＦＩＤタグ本体と、
絶縁層を介して前記ＩＣチップを覆うアームと、
前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、
前記微小ループアンテナは、電磁波放射方向にある前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、
前記アームは、前記微小ループアンテナに接続されると共に、少なくとも前記ループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆っていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、
前記ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、前記微小ループアンテナのループ径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
請求項１において、
前記絶縁層は、誘電体または磁性体の充填層で構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項４】
請求項１において、
前記アームは前記微小ループアンテナと同じ材料で一体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは前記１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記アームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループを延長して形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項５】
請求項４において、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側には、誘電体または磁性体の充填層が形成され、
前記取り付け面は、前記充填層を挟んで前記ループの電磁波放射方向にある前記ＩＣチップとは反対の側のループの縁（側辺）により構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項６】
請求項１において、
前記アームは、前記微小ループアンテナとは別体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記アームは、前記微小ループアンテナのループの少なくとも略半巻きに相当する長さを有しており、
前記アームと前記微小ループアンテナの前記ループとは、前記１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続領域において、直接接続又は電磁結合による間接接続のいずれかで接続されており、
前記アームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項７】
請求項６において、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記アームと前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成され、
前記取り付け面は、前記アームを、前記充填層を挟んで前記ループの電磁波放射方向にある前記ＩＣチップとは反対の側に延長して構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項８】
微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、
前記ＲＦＩＤタグ本体を内側に配置するための金具と、
前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、
前記微小ループアンテナは、前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、
前記金具は、電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆うアームを有しており、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記金具と前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項９】
請求項８において、
前記ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、前記微小ループアンテナのループ径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１０】
請求項８において、
前記金具は、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造のいずれかを有するシールド構造であり、
前記ＲＦＩＤタグ本体を該金具の前記アームの内側に配置し機械的衝撃及び電気的衝撃に対してシールドしたことを特徴としたＲＦＩＤタグ。
【請求項１１】
請求項８において、
前記金具のアームは、前記微小ループアンテナとは別体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記金具のアームは、少なくとも該微小ループアンテナのループの略半巻きに相当する長さを有しており、
前記金具のアームと前記ループとは、前記１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続領域において、直接接続又は電磁結合による間接接続のいずれかで接続されており、
前記金具のアームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記金具上側の同一平面に、前記ＩＣチップを上から覆うように水平方向に大凡λｇ／４の長さを有する前記アームと、前記アームの周囲のU字形の隙間と、前記金属部材への取り付け穴とが形成され、
前記アームの直下に、前記タグ本体が前記充填層を介して内装されており、
前記金具の下側の面が前記取り付け面として構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１３】
基材の上に形成された整合回路兼用の平面状微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を前記微小ループアンテナのループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する直立保持部とを備え、
前記微小ループアンテナのループ径又は長さが交信周波数の波長をλとしたときλ/１０程度以下、あるいはループ面積がλ２/１００以下としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＲＦＩＤタグにおいて、
前記ＲＦＩＤタグは、金属板又は金属箔の平面に微小ループアンテナとこれにスリット状の整合回路を介して接続されたＩＣチップを有するＲＦＩＤインレットにおけるダイポールアンテナの中央部分から、前記整合回路の領域を切り出して、前記整合回路兼用の平面状微小ループアンテナを含む前記ＲＦＩＤタグ本体とすると共に、該微小ループアンテナの前記ICチップが接続されていない辺を略直角に折り曲げて前記直立保持部としたものであることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１５】
ＩＣチップ上に、整合回路兼用の微小ループアンテナがＲＦＩＤの論理回路と同じ半導体で一体的に形成されたＲＦＩＤタグ本体と、前記ＩＣチップのループ面が金属の取り付け面に略垂直に立つように、前記ＲＦＩＤタグ本体の側面を座部とした直立保持部とを有し、
前記整合回路と兼用の前記微小ループアンテナを前記ＩＣチップ上に集積し、前記ＩＣチップの基材の側面により、前記直立保持部を形成し、
前記微小ループアンテナのループ径又は長さが交信周波数の波長をλとしたときλ/１０程度以下、あるいはループ面積がλ２/１００以下としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１６】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のRFIDタグにおいて、前記微小ループアンテナのループ面が取り付ける金属面に９０度±３０度の範囲で略直立するようにしたことを特徴とするRFIDタグ。
【請求項１７】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグは、取り付け金属面に対して、略直立した状態で保持され、前記金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナとで、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１８】
請求項１、８、１３または１５のいずれかにおいて、
前記ＲＦＩＤタグの微小ループアンテナの外側の前記金具から大回りに高周波磁束を内側の微小ループアンテナに誘導する事で、前記微小ループアンテナの実質的な面積を前記金具が囲う位置まで拡大し感度向上させたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記金具を、交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長、１／２波長のダイポールアンテナ長もしくは電磁波モードの寸法で構成し、電磁波共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させた構造を特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記金具を取り付けた金属面上にあっては電磁波基本モードで共振し、自由空間を含めた非金属物にあっては半波長共振するように構成したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２１】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒の表面に該ＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行になるように設置し、
前記金属棒表面に高周波電流を流して生ずる干渉波や定在波から電磁波を放射させ、取り付けた前記ＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２２】
リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵したＲＦＩＤタグの検出器具であって、
前記ＲＦＩＤタグは、請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグは、前記ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度、好適には１／４波長の位置に取り付けられ、互いに密集している、あるいは前記リーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置されている場合において、
前記リーダ／ライタに取り付けた前記ダイポールアンテナの中央部を接近させて、１対１の交信を可能にしたことを特徴とする外付けアタッチ式のＲＦＩＤタグ検出器具。
【請求項２３】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載の前記ＲＦＩＤタグを遠距離から検出するのに用いられる延長式のＲＦＩＤタグ検出器具であって、
前記ＲＦＩＤタグ側に近接する検出部とリーダ／ライタ側に近接する再放射部とこれを接続する伝送部とで構成され、
前記検出部は、前記ＲＦＩＤタグと直接交信する役割で微小ループ、モノポール、ダイポールまたはセラミックアンテナ等いずれか種類の１つのアンテナで構成され、
前記伝送部は、交信する電磁波を他端に届ける役割で同軸線、平衡線、ストリップ線、導波管、誘電体棒等いずれか種類の１つのアンテナで構成され、
前記再放射部は、これにアタッチするリーダ／ライタと電磁結合する役割で微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック、パッチアンテナまたは電磁ホーン等いずれか種類の１つのアンテナで構成されていることを特徴とする延長式のＲＦＩＤタグ検出器具。
【請求項２４】
リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵した検出器具を用いたＲＦＩＤタグの交信法であって、
前記ＲＦＩＤタグが請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグの前記ダイポールアンテナが、前記リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度、好適には１／４波長の位置に取り付けられ、互いに密集している、あるいは前記リーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置されている場合において、
前記リーダ／ライタに取り付けた前記のダイポールアンテナの中央部を接近させ、
１対１の交信を行うことを特徴とする外付け検出器具を用いたＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２５】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
前記ＲＦＩＤタグは、請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒の表面に該ＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行になる様に設置し、
前記金属棒表面に、高周波電流を流して生ずる干渉波や定在波から電磁波を放射させ、
取り付けた前記ＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信することを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２６】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
請求項２２記載の検出器具を用い、検出するＲＦＩＤタグを複数個同時にアクセスすることを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２７】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
請求項２３記載の検出器具を用い、検出するＲＦＩＤタグを１個若しくは複数個同時にアクセスすることを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項１】
ＩＣチップと該ＩＣチップに接続された微小ループアンテナとを含むＲＦＩＤタグ本体と、
絶縁層を介して前記ＩＣチップを覆うアームと、
前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、
前記微小ループアンテナは、電磁波放射方向にある前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、
前記アームは、前記微小ループアンテナに接続されると共に、少なくとも前記ループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆っていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、
前記ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、前記微小ループアンテナのループ径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
請求項１において、
前記絶縁層は、誘電体または磁性体の充填層で構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項４】
請求項１において、
前記アームは前記微小ループアンテナと同じ材料で一体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは前記１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記アームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループを延長して形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項５】
請求項４において、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側には、誘電体または磁性体の充填層が形成され、
前記取り付け面は、前記充填層を挟んで前記ループの電磁波放射方向にある前記ＩＣチップとは反対の側のループの縁（側辺）により構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項６】
請求項１において、
前記アームは、前記微小ループアンテナとは別体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記アームは、前記微小ループアンテナのループの少なくとも略半巻きに相当する長さを有しており、
前記アームと前記微小ループアンテナの前記ループとは、前記１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続領域において、直接接続又は電磁結合による間接接続のいずれかで接続されており、
前記アームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項７】
請求項６において、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記アームと前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成され、
前記取り付け面は、前記アームを、前記充填層を挟んで前記ループの電磁波放射方向にある前記ＩＣチップとは反対の側に延長して構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項８】
微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、
前記ＲＦＩＤタグ本体を内側に配置するための金具と、
前記微小ループアンテナのループ面が取り付け金属面に実質的に垂直になるようにして前記ＲＦＩＤタグ本体を金属部材に取り付けるための取り付け面とを備え、
前記微小ループアンテナは、前記ＩＣチップを含む少なくとも１回巻きのループとして形成されており、
前記金具は、電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように、前記ループの巻き方向に延びて前記ＩＣチップを覆うアームを有しており、
前記微小ループアンテナの前記ループの内側、及び前記金具と前記ループとの間には、誘電体または磁性体の充填層が形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項９】
請求項８において、
前記ＲＦＩＤタグ本体の交信周波数の波長をλとしたとき、前記微小ループアンテナのループ径又は長さがλ／１０程度以下、あるいはループ面積がλ２／１００以下であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１０】
請求項８において、
前記金具は、貝構造、折返し構造あるいは折り返し端子構造のいずれかを有するシールド構造であり、
前記ＲＦＩＤタグ本体を該金具の前記アームの内側に配置し機械的衝撃及び電気的衝撃に対してシールドしたことを特徴としたＲＦＩＤタグ。
【請求項１１】
請求項８において、
前記金具のアームは、前記微小ループアンテナとは別体に形成されており、
前記微小ループアンテナの前記ループは１回巻き分に相当する長さを有しており、
前記金具のアームは、少なくとも該微小ループアンテナのループの略半巻きに相当する長さを有しており、
前記金具のアームと前記ループとは、前記１回巻き分に相当する始点と終点がつながる接続領域において、直接接続又は電磁結合による間接接続のいずれかで接続されており、
前記金具のアームは、前記取り付け面側よりも電磁波放射方向にある前記ループ上の前記ＩＣチップを覆うように形成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記金具上側の同一平面に、前記ＩＣチップを上から覆うように水平方向に大凡λｇ／４の長さを有する前記アームと、前記アームの周囲のU字形の隙間と、前記金属部材への取り付け穴とが形成され、
前記アームの直下に、前記タグ本体が前記充填層を介して内装されており、
前記金具の下側の面が前記取り付け面として構成されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１３】
基材の上に形成された整合回路兼用の平面状微小ループアンテナと該微小ループアンテナに接続されたＩＣチップとを含むＲＦＩＤタグ本体と、前記ＲＦＩＤタグ本体を前記微小ループアンテナのループ面を金属の取り付け面に略直立して保持する直立保持部とを備え、
前記微小ループアンテナのループ径又は長さが交信周波数の波長をλとしたときλ/１０程度以下、あるいはループ面積がλ２/１００以下としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＲＦＩＤタグにおいて、
前記ＲＦＩＤタグは、金属板又は金属箔の平面に微小ループアンテナとこれにスリット状の整合回路を介して接続されたＩＣチップを有するＲＦＩＤインレットにおけるダイポールアンテナの中央部分から、前記整合回路の領域を切り出して、前記整合回路兼用の平面状微小ループアンテナを含む前記ＲＦＩＤタグ本体とすると共に、該微小ループアンテナの前記ICチップが接続されていない辺を略直角に折り曲げて前記直立保持部としたものであることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１５】
ＩＣチップ上に、整合回路兼用の微小ループアンテナがＲＦＩＤの論理回路と同じ半導体で一体的に形成されたＲＦＩＤタグ本体と、前記ＩＣチップのループ面が金属の取り付け面に略垂直に立つように、前記ＲＦＩＤタグ本体の側面を座部とした直立保持部とを有し、
前記整合回路と兼用の前記微小ループアンテナを前記ＩＣチップ上に集積し、前記ＩＣチップの基材の側面により、前記直立保持部を形成し、
前記微小ループアンテナのループ径又は長さが交信周波数の波長をλとしたときλ/１０程度以下、あるいはループ面積がλ２/１００以下としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１６】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のRFIDタグにおいて、前記微小ループアンテナのループ面が取り付ける金属面に９０度±３０度の範囲で略直立するようにしたことを特徴とするRFIDタグ。
【請求項１７】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグは、取り付け金属面に対して、略直立した状態で保持され、前記金属面下に投影してできるイメージの微小ループアンテナとで、等価的に２倍のループ面積の微小ループアンテナとなることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１８】
請求項１、８、１３または１５のいずれかにおいて、
前記ＲＦＩＤタグの微小ループアンテナの外側の前記金具から大回りに高周波磁束を内側の微小ループアンテナに誘導する事で、前記微小ループアンテナの実質的な面積を前記金具が囲う位置まで拡大し感度向上させたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記金具を、交信電磁波の媒質中の１／４波長の長さのモノポールアンテナ長、１／２波長のダイポールアンテナ長もしくは電磁波モードの寸法で構成し、電磁波共振を積極的に助長させ、非金属面上でも金属面上でも交信可能になるよう感度を向上させた構造を特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記金具を取り付けた金属面上にあっては電磁波基本モードで共振し、自由空間を含めた非金属物にあっては半波長共振するように構成したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２１】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒の表面に該ＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行になるように設置し、
前記金属棒表面に高周波電流を流して生ずる干渉波や定在波から電磁波を放射させ、取り付けた前記ＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信可能としたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２２】
リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵したＲＦＩＤタグの検出器具であって、
前記ＲＦＩＤタグは、請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグは、前記ダイポールアンテナが該リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度、好適には１／４波長の位置に取り付けられ、互いに密集している、あるいは前記リーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置されている場合において、
前記リーダ／ライタに取り付けた前記ダイポールアンテナの中央部を接近させて、１対１の交信を可能にしたことを特徴とする外付けアタッチ式のＲＦＩＤタグ検出器具。
【請求項２３】
請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載の前記ＲＦＩＤタグを遠距離から検出するのに用いられる延長式のＲＦＩＤタグ検出器具であって、
前記ＲＦＩＤタグ側に近接する検出部とリーダ／ライタ側に近接する再放射部とこれを接続する伝送部とで構成され、
前記検出部は、前記ＲＦＩＤタグと直接交信する役割で微小ループ、モノポール、ダイポールまたはセラミックアンテナ等いずれか種類の１つのアンテナで構成され、
前記伝送部は、交信する電磁波を他端に届ける役割で同軸線、平衡線、ストリップ線、導波管、誘電体棒等いずれか種類の１つのアンテナで構成され、
前記再放射部は、これにアタッチするリーダ／ライタと電磁結合する役割で微小ループ、モノポール、ダイポール、セラミック、パッチアンテナまたは電磁ホーン等いずれか種類の１つのアンテナで構成されていることを特徴とする延長式のＲＦＩＤタグ検出器具。
【請求項２４】
リーダ／ライタのアンテナ面に外付けするダイポールアンテナを内蔵した検出器具を用いたＲＦＩＤタグの交信法であって、
前記ＲＦＩＤタグが請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグの前記ダイポールアンテナが、前記リーダ／ライタのアンテナ面から平行に０ないし交信電磁波の略１０波長程度、好適には１／４波長の位置に取り付けられ、互いに密集している、あるいは前記リーダ／ライタを近づけることのできない狭い箇所に設置されている場合において、
前記リーダ／ライタに取り付けた前記のダイポールアンテナの中央部を接近させ、
１対１の交信を行うことを特徴とする外付け検出器具を用いたＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２５】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
前記ＲＦＩＤタグは、請求項１、８、１３または１５のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであり、
前記ＲＦＩＤタグを、交信電磁波の波長に比べ長い針金状の金属棒の表面に該ＲＦＩＤタグの長手方向が針金に平行になる様に設置し、
前記金属棒表面に、高周波電流を流して生ずる干渉波や定在波から電磁波を放射させ、
取り付けた前記ＲＦＩＤタグの直上又は直上から離れた場所において交信することを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２６】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
請求項２２記載の検出器具を用い、検出するＲＦＩＤタグを複数個同時にアクセスすることを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【請求項２７】
ＲＦＩＤタグを用いた交信法であって、
請求項２３記載の検出器具を用い、検出するＲＦＩＤタグを１個若しくは複数個同時にアクセスすることを特徴とするＲＦＩＤタグの交信法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１７Ｆ】
【図１７Ｇ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１８Ｄ】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１７Ｆ】
【図１７Ｇ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１８Ｄ】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１０−２１８５３７（Ｐ２０１０−２１８５３７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７１９１４（Ｐ２００９−２７１９１４）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００１５２９８５）株式会社日立情報システムズ (409)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００１５２９８５）株式会社日立情報システムズ (409)
【Ｆターム（参考）】
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