JP4627537B2 - 小型金属ｒｆｉｄタグを内装する金属製ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波やＵＨＦ帯の半波長アンテナを有する通常のＲＦＩＤタグでは対応できない小型化と機械的強度確保の両立を要求する金属対応タグ利用分野において、小型化と構造強化の工夫が期待できる微小ループアンテナを用いた小型金属ＲＦＩＤタグに係り、または過度の小型化で通信感度が損なわれた該タグを共振回復させ初期の飛距離を確保しアクセスするシステムに関する。

一般にＲＦＩＤタグは、集積回路にＩＤ番号等の識別情報を内蔵したＩＣチップ／該ＩＣチップと接続されるアンテナ／該ＩＣチップおよびアンテナとを一体的に搭載する基材とから成るインレットに、該インレットを保護透明フィルムや取り付け用の接着剤等のユーティリティを付したものであり、該ＩＣチップに接続されたアンテナを経由して、外部からの無線手段により外部からその情報を読み取るものである。

この一般のＲＦＩＤタグは、金属体の表面に貼り付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／吸収が生じるために、通信が困難になる不具合があり、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金属対応ＲＦＩＤタグ自身の支持金具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樹脂またはフェライトやセラミックに前記インレットを内蔵した金属用ＲＦＩＤ（以下金属対応ＲＦＩＤタグと呼ぶ）が実用されている。さらに機械的強度を要する用途では金属対応ＲＦＩＤ全体を丈夫な金具で保護する提案がされている。

前述した従来技術による金属対応ＲＦＩＤタグは、丈夫な保護金具に接着剤で取り付けたり樹脂で固めたりし、さらに保護金具を金属体表面やその窪み部分に間接的にネジや接着剤で取り付けることを可能としている。

従来技術によると、１３．５６Ｍｈz帯のＲＦＩＤで使われているコイルアンテナは波長に比べ４００分の一から１０００分の一など小さなアンテナで構成され、リーダ／ライタとの間では電磁誘導で通信が行われている。

金属面への取り付けにおいて、上記段落〔０００３〕で述べた不具合やＲＦＩＤ通信が不可能になる事を解決するために考案された金属製のＲＦＩＤタグは、その寸法が概略半波長で規定されそれより小さな面への取り付けが難しい。他の方法として本出願人が先に出願した特願２００５−３００１５７号で提案した取り付け金属面に直接加工を施して組み込む方法もある。

また、タグを容易に読み取り不正にアクセスすることを防止する公知例として、特開２００１−２８３１７１号公報（特許文献１）にあるように、読み取り機の通信領域内にある２つのカード型ＲＦＩＤタグ間で交信を行わせ、認証を成立させる技術がある。

従来技術の半波長の共振アンテナを持つＵＨＦやマイクロ波帯のＲＦＩＤタグにおいて、一層の小型化要求に対応するため、通信距離を犠牲にしてよいなら半波長寸法からさらに半分程度まではアンテナを短くしても通常のリーダ／ライタで通信が可能である。

特開２００１−２８３１７１号公報

従来技術の金属対応ＲＦＩＤでは電磁波の取り付け面における金属の影響を軽減する工夫の樹脂やセラミックなど隔離材が付加される分小型化に不向きであり、金属の強靭性を要求する分野では樹脂やセラミックが必ずしも好ましくない。

さらに機械強度面、紫外線など耐久性の面においては、接着剤の劣化、脱落という不安要因があり、樹脂やセラミックで封止したＲＦＩＤを、保護金具を介して間接的にネジ止めして取り付けることも可能であるが、その分だけ小型化に不向きで、狭い箇所への取り付けが困難である場合があった。

小型化においては、１３.５６Ｍｈｚ帯のコイルアンテナは波長比で４００分の１から１０００分の１の小型化を実現しているが、リーダ／ライタ間は誘導電磁波を用いた通信でアクセスしている。これをＵＨＦやマイクロ波に適用すると通信距離が２００分の１になるだけでなく読みとるためのリーダ／ライタの位置合わせがＩＣチップ寸法程度となるなど実用性が損なわれる。

接着剤の劣化やタグの脱落不安払拭、機械的強度に優れた、且つ、金属の表面にネジ止めなど丈夫な取り付けや滑らか仕上げにする埋設取り付けなど従来困難であった課題を解決するために考案された段落〔０００６〕の金属製のタグは、その寸法が波長の２分の１程度を基準にしており、それ以下の小型化要求は新たな工夫をする必要がある。

また、ＲＦＩＤタグの利用面において、不正読み取りを防止するために２つのＲＦＩＤカードを組み合わせるセキュリティー技術があるが、読み取り機の通信距離内において２つのＲＦＩＤカード間で交信を行わせる機能による認証を成立させるもので、キャッシュカードの個人確認のために普及している非接触のＩＣカードを前提としており、これを頑丈さを要求する小型金属対応タグに応用しようとすると、どちらかひとつのＩＣカードを狭い箇所の金属面にネジ止めしたりする必要があり、カードサイズより小さな個所への取り付けが困難となる。

ＵＨＦやマイクロ波帯ＲＦＩＤでは小型化のため、２分の１波長のアンテナ寸法をさらに小型化することが可能であるが、その限界は４分の１波長程度までで、それより小型に短縮したものは通常のリーダ／ライタでは読み取りが不可能となる。

本発明の目的は、前述の従来技術では対応できない狭い箇所への取り付けおよび曲げや衝撃といった機械的強度の確保の他、サージ電流など電気的衝撃に対する耐力も維持し且つ小型化目的の為に半波長からさらに２分の１、４分の１または、ＩＣチップ寸法程度まで過度に短縮したタグ寸法においても、あるいは直接ＲＦＩＤ通信電波の届かない深部に装着されても、通常のリーダ／ライタを用いてＲＦＩＤ通信が確保できる小型金属ＲＦＩＤタグを内装する金属製ＲＦＩＤタグを提供することである。

本発明に係る金属製ＲＦＩＤタグは、上記目的を解決するために、集積回路に識別情報を内蔵したＩＣチップと該ＩＣチップに接続されるアンテナと該ＩＣチップおよびアンテナとを一体的に搭載する基材とからなるインレットを含むタグ本体部と、該タグ本体部を取り囲むように設けられた１回巻きコイル状の保護金具とからなり、前記保護金具が、前記タグ本体部の保護用および微小ループによるアンテナ用として兼用されている小型金属ＲＦＩＤタグを備え、且つ、通信電磁波の略半波長の長さの金属板の中央位置両側に接地スタンドとなる金属板を付加した保護カバー兼用接地形共振器具の中央部に前記小型金属ＲＦＩＤタグを内装するとともに、取り付け金属面に誘電体スペーサを介して取り付ける部分の前記接地スタンドの幅の両側辺の位置を、前記保護カバー兼用接地形共振器具の両端から前記接地スタンドとなる金属板までの距離が前記誘電体スペーサの誘電率の影響を考慮した短縮された１／４波長になるようにし、該短縮された１／４波長領域を高周波電流の波動の阻止領域としたことを第１の特徴とする。

また本発明は、集積回路に識別情報を内蔵したＩＣチップと該ＩＣチップに接続されるアンテナと該ＩＣチップおよびアンテナとを一体的に搭載する基材とからなるインレットを含むタグ本体部と、該タグ本体部を取り囲むように設けられた１回巻きコイル状の保護金具とからなり、前記保護金具が、前記タグ本体部の保護用および微小ループによるアンテナ用として兼用されている小型金属ＲＦＩＤタグを備え、且つ、通信電磁波の略半波長の四辺形、または、略半波長の弧状の辺を４つ持つ丸形を有する保護カバー兼用接地形共振器具の１辺の中央位置に接地スタンドとなる金属板を付加するとともに、該１辺における定在波０電位付近に前記小型金属ＲＦＩＤタグを内装し、前記１辺と対向する辺の一部または全部を接地スタンドとし、取り付け金属面に誘電体スペーサを介して取り付ける部分の前記１辺に付加された接地スタンドの幅の両側辺の位置を、前記保護カバー兼用接地形共振器具の両端から該１辺に付加された接地スタンドとなる金属板までの距離が前記誘電体スペーサの誘電率の影響を考慮した短縮された１／４波長になるようにし、該短縮された１／４波長領域を高周波電流の波動の阻止領域としたことを第２の特徴とする。

第１から第２の特徴を有する金属ＲＦＩＤタグは、用いている小型金属ＲＦＩＤタグが、アンテナと保護用外装金具を兼用させ、金属の強靭性を持ち機械的強度を確保させ、更に金属面に直接取り付けにより、サージやリーク電流など電気衝撃に対する耐力を確保しながらＲＦＩＤ通信を可能とすることができ、さらに小型金属ＲＦＩＤタグの長手方向の寸法がこれを取り巻く媒質の比誘電率の平方根の逆数倍に合わせると媒質中での電波の半波長共振の寸法となり、ビン内部の水などの高い誘電率の媒質に設置された小型金属ＲＦＩＤタグを外部からＲＦＩＤ通信することができる。
さらに、保護カバー兼用接地型共振器具を小型金属ＲＦＩＤタグに付加して取り付け、金属面と同電位に金属の接地スタンドで接地するようにしているので、通信感度向上すなわち飛距離を延伸させて、なおかつ機械的強度と電気的強度の向上を両立させることができる。

以下、本発明の実施形態による小型金属ＲＦＩＤタグおよび該タグとアクセスする為の半波長共振器や伝送器について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に好適な短縮インレットを説明するための図、図２は、前記短縮インレットの正面図、図３は前記短縮インレットを金属ホルダーと兼用となる微小ループアンテナの内側に挿入した小型金属ＲＦＩＤタグの構造と電磁結合を説明する図、図４は前記小型金属ＲＦＩＤタグを取り付ける貫通孔位置を示す図、図５は前記小型金属ＲＦＩＤタグ取り付け孔が微小ループを避ける事例図、図６は前記小型金属ＲＦＩＤタグ取り付けリングを付した事例図、図７は前記小型金属ＲＦＩＤタグ取り付けの具体事例を説明する図、図８は半波長共振器具の電磁結合とこれを用いて外部とＲＦＩＤ通信が可能となる説明図、図９は共振器具カードにより小型金属ＲＦＩＤタグの目的ＩＤの正当性を認証するようにした実施例を説明するための図、図１０は情報処理システムにおいて実行されるアクセス制限機能の処理フローチャート、図１１−Ａは小型金属ＲＦＩＤタグに微小ループ付きの同軸ケーブルと再放射するアンテナとしてダイポールアンテナを接続した伝送器具を設置した具体例の図、１１−Ｂおよび図１１−Ｃは小型金属ＲＦＩＤタグを誘電体媒質に設置した具体事例を示す図、図１２は直接ＲＦＩＤ電波の届かない箇所に取り付けた小型金属ＲＦＩＤタグを同軸ケーブルの伝送器具や磨耗減少に耐えられる導波路に置き換えてＲＦＩＤ通信が可能になることを説明する図である。

また、図１３−Ａは本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグを保護カバー兼用接地形共振器具に内装して取り付けることを説明するための図、図１３−Ｂは保護カバー兼用接地形共振器具を取り付け金属面に平滑埋設した取り付け具体例を示す図、図１４は小型金属ＲＦＩＤタグを保護カバー兼用接地形共振器具に内装する２通りの方法を説明するための図、図１５は略半波長の四角形の保護カバー兼用接地形共振器具を用いた取り付け具体例を示す図、図１６−Ａは両側止めの接地スタンドを持つ保護カバー兼用接地形共振器具を金属面に取り付けた場合の高周波電流が阻止領域を回避し小型金属ＲＦＩＤタグに集中する動作を説明するための図、図１６−Ｂは一辺全部が接地スタンドとなる保護カバー兼用接地形共振器具を金属面に取り付けた場合の高周波電流が阻止領域を回避し小型金属ＲＦＩＤタグに集中する動作を説明するための図である。

＜インレットおよびタグ本体部の説明＞
本実施形態による小型金属ＲＦＩＤタグに好適な短縮インレットについて、図１を参照して説明する。まず、一般のＲＦＩＤタグに使用されるインレット１０は、図１に示す如く集積回路にＩＤ番号等の識別情報を内蔵したＩＣチップ１３と、該チップ１３と電気的に接続し、外部と交信する為の半波長アンテナ１１と、該ＩＣチップ１３およびアンテナ１１とを一体的に搭載する基材１２とから構成される。

前記インレット１０を、ＩＣチップ１３を中心として１／４〜１／１６ないし１／２０波長の範囲の寸法になるように１０ａおよび１０ｂの位置で切断し、図２に示す如き短縮インレットを作成する。短縮インレット２０の寸法は、小型化または高誘電体媒質中に設置する場合は略１／１６ないし１／２０波長程度とし、小型化とある程度のＲＦＩＤ通信感度の両方を要求する場合は１／８以上１／４波長程度が好適である。

本実施形態による短縮インレット２０は、図３の微小ループアンテナ３１の向かい合う端部で形成される給電部付近に、非導通で絶縁材料でかつ電磁気損失の少ない硬化性樹脂３２で封じられることにより小型金属ＲＦＩＤタグ３０を形成する。

＜第１の実施形態；小型金属ＲＦＩＤタグの説明＞
本発明の第１の実施形態における小型金属ＲＦＩＤタグ３０は、前記小型金属ＲＦＩＤタグ３０を金属材料の取り付け面３３に設置すると該タグ単体では共振から外れてＲＦＩＤ通信が不安定か不可能であるが、図３（ａ）に示す如く微小ループアンテナ部３１の近くで電磁相互作用により誘起される高周波誘導磁束φと直交する方向に電磁相互作用で誘起される高周波誘導電流Ｉが流れ、微小ループアンテナ部３１に接する取り付け金属面３３に高周波進行波が微小ループアンテナ部３１を中心とし左右に流れ出し、半波長ごとに方向の変わる高周波電流ｉとして分布する。

さらに、取り付けた金属面のどこか不連続部で反射して戻ってくる反射波と進行波が干渉して生ずる定在波が立ち、これが遠くまで届く電波放射を発生させ、通常のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置で通信が可能となる。取り付け面の金属の長さが半波長であるときｉの分布すなわち定在波は１つとなり、よく知られた半波長共振あるいは定在波励振となり感度が最大となる。このときＲＦＩＤ通信は最大飛距離を得ることになる。

前記小型金属ＲＦＩＤタグ３０の向かい合うループアンテナ端部は、該ＲＦＩＤタグの重要な部分であり、このループアンテナ端部が外部から見えると、いたずらや悪意を持って破壊される危険性があるので、できるだけ隠蔽する必要がある。隠蔽方法としては、ロゴマークなどの図案を用いてループアンテナ端部であることを隠蔽することが考えられる。図案としては、図３（ｂ）に示す平行形状３００Ｃの他に、同図（ｃ）に示すダイヤ形状３１０Ｃ，同図（ｄ）に示すスペード形状３２０Ｃ，同図（ｅ）に示す鳥形状３４０Ｃなど自由な形状を選ぶことができる。

小型金属タグの取り付け利便性機能についての実施例としては、図４に示す如き小型金属ＲＦＩＤタグの微小ループアンテナ部３１に取り付け貫通孔４１ａ，４１ｂを形成した取り付け貫通孔小型金属ＲＦＩＤタグ４０、図５に示す如き取り付け穴４１ｂなどを微小ループアンテナ部の上下に付けた小型金属ＲＦＩＤタグ５０、図６に示す如き取り付けリング付４２ａ，４２ｂなどユーティリティ金具を取り付けた小型金属ＲＦＩＤタグ６０などが例として考えられる。

前記小型金属ＲＦＩＤタグ４０を取り付け金属面３３などに固定する方法として、図７（ａ）の７０として示す如くネジで強固に固定する方法、同図（ｂ）および（ｃ）に７１として示す如く肉厚のパイプに開口された埋設地７１ａに７１ｂの如く埋設しパテなど充填した上隠蔽塗装する方法などが可能である。

＜第２の実施形態；小型金属ＲＦＩＤタグアクセスシステムの説明＞
前記小型金属ＲＦＩＤタグ３０が過度に小型化され単体では通信不能になる場合、図８に示す如き半波長の共振器具８０を用いると、通常のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置で通信が可能となる。

さらに発展させ、図８（ｃ）に示す如き樹脂カード端部などに半波長のインレットを搭載し、インレットの半波長アンテナを小型金属ＲＦＩＤタグの共振器具と兼用したＩＤつきの共振器具カード８００ＩＤとなる。

また、同図（ｄ）に示す如き開閉可能な折りたたみアンテナ８３ａ，８３ｂを設けた小型金属ＲＦＩＤ８００Ａや同図（ｅ）に示す如き開閉可能なシャッター付きの折りたたみアンテナ８２ａ，８２ｂを設けた折りたたみシャッター／アンテナ付き小型金属ＲＦＩＤ８００Sのように共振器具を折りたたみ式にすると、アクセスする時だけ折りたたみアンテナを広げて共振により感度を上げることによって外部から容易に読み取り可能とし、それ以外のときは折りたたみアンテナを折りたたんで感度を極端に下げることによって誤って外部から読み取られる危険度を下げることができる。

特に、同図（ｅ）に示す如き電磁波を遮断するシャッター付きの折りたたみアンテナを用いると、アンテナを折りたたむことによって外部との通信を遮断することができる。ここでシャッターは、小型金属ＲＦＩＤタグの微小ループによる１回巻きコイルによるアンテナの少なくとも電磁波を放射する部分（コイルによるアンテナの始点および終点部分）を覆うサイズを有する。

図９は、図８（ｃ）に示した共振器具カード８００ＩＤにより小型金属ＲＦＩＤタグの目的ＩＤのアクセス正当性を認証するようにした実施例を説明するための図である。

同図に示す実施例は、共振器具カード８００ＩＤのＩＤを認証キーとし、不正読み取りから防衛したい構造物（図は鉄道線路の断面を示す）に取り付けた小型金属ＲＦＩＤタグ３０の目的ＩＤを、上位業務ソフトに渡すか否か判断するアクセス制限機能を持ったパーソナルコンピュータや携帯端末のような情報処理システム１００ｂで取り込み、アクセス正当性を認証するようにしたものである。

図１０は、上記情報処理システム１００ｂにおいて実行されるアクセス制限機能の処理フローチャートである。

同図に示すように、情報処理システム１００ｂにおいて、ＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａから受信したＩＤの中に情報処理システム１００ｂのデータベースＤＢ（不図示）に予め登録されている共振器具カード８００ＩＤのＩＤがあるか否かを判定し、ＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａから受信したＩＤの中に情報処理システム１００ｂのデータベースＤＢに登録されている共振器具カード８００ＩＤのＩＤがある場合（ステップＳ１０１：Ｙ）、アクセス権があるものと判断してステップＳ１０２に制御を移し、共振器具カード８００ＩＤのＩＤがない場合は（ステップＳ１０１：Ｎ）、アクセス権がないものと判断してステップＳ１０４に制御を移し、アクセス権なしの処理を行う。

ステップＳ１０２では、業務ソフトなどのアプリケーションソフトに、ＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａから受信したＩＤの中の共振器具カード８００ＩＤのＩＤと目的ＩＤを渡し、ステップＳ１０３において、該目的ＩＤに紐付けられた目的情報（不図示のデータベースＤＢに格納されている目的ＩＤに対応付けられた情報）を読み込み、必要な記録・更新・表示など業務処理を行う。

前記共振器具８０の中央部を微小ループアンテナ部と平衡フィーダ部および両端がダイポールである半波長共振器８００Ｐに変形すると中央部の微小ループアンテナ直下にある小型金属ＲＦＩＤタグの信号を平衡フィーダの高さ分だけ離れた所に伝送できる。これを積極的に延長すると同時に、図１１−Ａに示す如く、平衡フィーダ部を微小ループ付きの同軸ケーブルに置き換え、他端に再放射するアンテナとしてダイポールアンテナを接続すると伝送器具９０となり、電波が直接届かない屈曲した深部に埋設した小型金属ＲＦＩＤタグから伝送器具９０を介して通常のＲＦＩＤ通信が可能になる。

また、前記共振器具８０を、図１１−Ｂに示す如く、その直上に導波管や誘電体ロッドあるいはその組み合わせで構成する導波路の一端をかぶせ他端には通常のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａを近接させてＲＦＩＤ通信が可能になるが、過度に小型化した金属ＲＦＩＤタグ３０の長手方向の寸法がこれを取り巻く媒質の比誘電率の平方根の逆数倍に合致していると、空中では共振しないが媒質中では半波長共振の寸法となるので、前記共振器具８０なしでビン内部の水などの誘電体媒質９１０内部に設置された小型金属ＲＦＩＤタグを外部から通常のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａで、図１１−Ｃに示す如くアクセスすることが可能になる。

図１２（ａ）に示す微小ループアンテナおよび同軸ケーブルとダイポールを持つＲＦＩＤ伝送器９０を用いた実施例、および、図１２（ｂ）に示す導波路９３０（断面形状は矩形または円形であってもよく、材質は金属または波長に比べ十分細かい金属メッシュであってもよい）を用いた実施例は、小型金属ＲＦＩＤタグ３０をＲＦＩＤ通信電波の届かない屈曲した深部に埋設または表面が機械的に磨耗する路面などから深部に埋設し、通常のＲＦＩＤリーダ／ライタ装置１００ａでアクセスできることを示している。

なお、図１２（ｂ）の如く金属メッシュで構成した導波路９３０を用いた場合は、磨耗減少したコンクリートまたはアスファルトなど路面１１０と金属メッシュで構成した導波路９３０が同時に磨耗減少しても路面１１０には導波路内を伝播する電磁波モードの電界分布ｅが磨耗減少したどの断面でも発生するので、磨耗に強いＲＦＩＤ通信システムを実現できる。

＜第３の実施形態；小型金属ＲＦＩＤタグ保護と感度確保の説明＞
図１３−Ａに示す実施例は、小型金属ＲＦＩＤタグ３０を略半波長の金属板で構成される保護カバー兼用接地形共振器具８５の中央部に接触または有効な電磁結合を起こす範囲に近接して内装し、小型金属ＲＦＩＤタグ３０に形成されている微小ループの給電部と取り付け金属面３３とを接近させて電磁結合させる。微小ループの給電部と取り付け金属面３３とを接近させる距離は略１／２５ないし１／５００波長程度の距離にするのが好ましいことが実験的に確認されている。

略１／２波長の保護カバー兼用接地形共振器具８５はその中央が定在波の０電位となるため、内装する小型金属ＲＦＩＤタグ３０を跨ぐようにして保護カバー兼用接地形共振器具８５の中央部の両側を接地スタンド８６ａと８６ｂで接地することが可能となる。

すなわち、同図に示すように、接地スタンド８６ａおよび８６ｂは保護カバー兼用接地形共振器具８５の中央位置の両側に付加される。接地スタンド８６ａおよび８６ｂの幅の左端側辺は、保護カバー兼用接地形共振器具８５の左端から誘電体スペーサ８７の誘電率の影響を考慮した「短縮された１／４波長」だけ中央部に進んだ位置に、その幅の右端側辺は、保護カバー兼用接地形共振器具８５の右端から誘電体スペーサ８７の誘電率の影響を考慮した「短縮された１／４波長」だけ中央部に進んだ位置になるように設計される。

取り付け金属面３３に取り付けられた場合、接地スタンドの左端側辺と保護カバー兼用接地形共振器具８５の左端との間の誘電体スペーサ８７の誘電率の影響を考慮した「短縮された１／４波長」の領域、接地スタンドの右端側辺と保護カバー兼用接地形共振器具８５の右端との間の誘電体スペーサ８７の誘電率の影響を考慮した「短縮された１／４波長」の領域は高周波電流が侵入できない阻止領域を形成することとなり接地スタンド８６ａおよび８６ｂのそれぞれの両側に２つの阻止領域、すなわち合計４つの阻止領域ができる（後述する図１６−Ａ参照）。

次に、本発明における「短縮された１／４波長」について説明する。
保護カバー兼用接地形共振器具８５の両端から側辺に沿って高周波電流iが進行したり後進したり行きかうことになるが、側辺の誘電体スペーサ８７の誘電率の影響により高周波電流の波長が短縮される。

高周波電流の波長の短縮は誘電体の比誘電率の平方根の逆数に比例するのが知られている。１／４波長の長さは誘電体のために空気中に比べて短縮される。一般に、周囲に空気が存在しない純粋な誘電体中を波動が進む場合、誘電体中の高周波の波長は、該誘電体の比誘電率εの平方根の逆数倍に短縮されるが、本発明では純粋な誘電体中を波動が進むのではなく周囲に空気や導体があるので、これら誘電体スペーサや直近の空気や導体による影響を考慮した総合的な比誘電率の平方根の逆数倍だけ短縮される。このように短縮された１／４波長を本発明では「短縮された１／４波長」という。

この構成により、高周波電流iは４ヶ所の「短縮された１／４波長」の阻止領域Ｆを避けて中央に置かれた小型金属ＲＦＩＤタグ３０に集中して流れるようになるため、感度を大幅に向上させることができる。

さらに、保護カバー兼用接地形共振器具８５による共振のため、小型金属ＲＦＩＤタグ３０が単独に置かれた場合に比べて飛距離が大きく向上するだけでなく保護カバーは取り付け金属面３３と接地スタンドにより同電位となり帯電防止の他直流および低周波ならびに雷や大電流サージから小型金属ＲＦＩＤタグを保護することが可能である。図１３−Ｂは取り付け金属面３３に保護カバー兼用接地形共振器具８５を埋設して取り付けることで金属面と同水準にできることを示す図である。

図１４は、小型金属ＲＦＩＤタグ３０を保護カバー兼用接地形共振器具８５に内装する２つの方法を説明するための図である。

第１の方法は、図１４（ａ）に示すように、当初から保護カバー兼用接地形共振器具８５に小型金属ＲＦＩＤタグ３０の給電部と対向する背面を接触または電磁結合の範囲で近接させ、前述のように誘電体スペーサ８７を介して取り付け金属面３３と小型金属ＲＦＩＤタグ３０の給電部が１／２５ないしは１／５００波長程度になるように近接させて取り付ける方法である。

第２の方法は、図１４（ｂ）に示すように、取り付け金属面３３に取り付けられてある小型金属ＲＦＩＤタグ３０の上に、誘電体スペーサ８７を介して、小型金属ＲＦＩＤタグ３０の給電部と近接するように保護カバー兼用接地形共振器具８５を後からかぶせる方法である。このとき微小ループの給電部と保護カバー兼用接地形共振器具８５を近接させる距離は略１／２５ないし１／５００波長程度の距離にするのが好ましいことが実験的に確認されている。

これら２つの方法によれば、既存設置の小型金属ＲＦＩＤタグ３０においても機械的衝撃や帯電ならびに雷や大電流サージなど電気的衝撃から保護し、なおかつ感度を向上させて通信飛距離を延伸させることが可能である。

なお、保護カバー兼用接地形共振器具は、上述したような略半波長の長さを有するものだけではなく、一辺が略半波長の直線または略半波長の弧状の辺を４つ持つ形状でもよい。

図１５は、一辺が略半波長の直線からなる四辺形の形状の場合の例を説明する図である。４辺のうち１辺の一部ないしは全部が接地スタンド８６ｃで接地し、その対向する辺における定在波０電位付近に小型金属ＲＦＩＤタグ３０を内装してこれを跨ぐように接地スタンド８６ａで接地するため機械的強度をより向上した設営が可能となることを示す。

図１６−Ａは図１３−Ａの平面図で、真上から見えない誘電体スペーサ８７を説明のためにはみだして表現している。図１６−Ａは、高周波電流iが、取り付け金属面３３と接地スタンド８６ａ、８６ｂおよび保護カバー兼用接地形共振器具８５の側辺に形成される４ヶ所の「短縮された１／４波長」の阻止領域Ｆを進入できないことから、これら４ヶ所の「短縮された１／４波長」の阻止領域Ｆを避けるように小型金属ＲＦＩＤタグに集中して流入するようになり、感度向上に寄与することを示す簡略動作原理図であり、感度の向上は実験的に確認されている。

図１６−Ｂは図１５の平面図で、真上から見えない誘電体スペーサ８７を説明のためにはみだして表現している。図１６−Ｂは、高周波電流iが、取り付け金属面３３と接地スタンド８６ａ、８６ｃおよび保護カバー兼用接地形共振器具８５の側辺に形成される４ヶ所の「短縮された１／４波長」の阻止領域Ｆを進入できないことから、これら４ヶ所の「短縮された１／４波長」の阻止領域Ｆを避けるように小型金属ＲＦＩＤタグに集中して流入するようになり、感度向上に寄与することを示す簡略動作原理図であり、感度の向上は実験的に確認されている。

本発明の実施形態に好適な短縮インレットを説明するための図である。 本発明に係る短縮インレットの正面図である。 本発明に係る短縮インレットを金属ホルダーと兼用となる微小ループアンテナの内側に挿入した小型金属ＲＦＩＤタグの構造と電磁結合および、これを取り付けた金属面上の定在波分布を説明する図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグを取り付ける貫通孔位置を示す図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグ取り付け孔を微小ループ以外の部位に設けた事例図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグ取り付けリングを付した事例図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグ取り付けの具体事例を説明する図である。 半波長共振器具の電磁結合とこれを用いて外部とＲＦＩＤ通信が可能になることを説明する図である。 共振器具カードにより小型金属ＲＦＩＤタグの目的ＩＤの正当性を認証するようにした実施例を説明するための図である。 情報処理システムにおいて実行されるアクセス制限機能の処理フローチャートである。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグに、微小ループ付きの同軸ケーブルと再放射するアンテナとしてダイポールアンテナを接続した伝送器具を設置した具体例の図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグを誘電体媒質に設置した具体例の図である（その１）。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグを誘電体媒質に設置した具体例の図である（その２）。 本発明に係る同軸ケーブル型伝送器具や金属メッシュ型導波路に置き換えてＲＦＩＤ通信が可能になることを説明する図である。 本発明に係る小型金属ＲＦＩＤタグを保護カバー兼用接地形共振器具に内装して取り付けることを説明するための図である。 保護カバー兼用接地形共振器具を取り付け金属面に平滑埋設した取り付け具体例を示す図である。 小型金属ＲＦＩＤタグを保護カバー兼用接地形共振器具に内装する２通りの方法を説明するための図である。 略半波長の四角形の保護カバー兼用接地形共振器具を用いた取り付け具体例を示す図である。 両側止めの接地スタンドを持つ保護カバー兼用接地形共振器具を金属面に取り付けた場合の高周波電流が阻止領域を回避し小型金属ＲＦＩＤタグに集中する動作を説明するための図である（図１３−Ａの平面図）。 一辺全部が接地スタンドとなる保護カバー兼用接地形共振器具を金属面に取り付けた場合の高周波電流が阻止領域を回避し小型金属ＲＦＩＤタグに集中する動作を説明するための図である（図１５の平面図）。

符号の説明

１０：インレット
１０ａ：切断線
１０ｂ：切断線
１１：半波長アンテナ
１２：基材
１３：ＩＣチップ
２０：短縮インレット
３０：小型金属ＲＦＩＤタグ
３１：微小ループアンテナ
３２：絶縁硬化性樹脂
３３：取り付け金属面
３４：不正読み取りから防衛したい金属構造物など
３００Ｃ：平行形状のループ端部
３１０Ｃ〜３４０Ｃ：デザイン図案のループ端部
４０：取り付け貫通孔小型金属ＲＦＩＤタグ
４１ａ：貫通孔
４１ｂ：貫通孔
５０：取り付け穴位置底面側小型金属ＲＦＩＤタグ
６０：取り付けリング付き小型金属ＲＦＩＤタグ
７０：ネジ取り付け例
７１：埋設取り付け例
７１ａ：埋設地
７１ｂ：埋設地充填例
８０：共振器具（半波長共振器）
８１ａ〜８１ｂ：絶縁スタンド
８００Ｐ：微小ループおよび平衡フィーダとダイポールを持つ半波長共振器具
８００ＩＤ：インレットの半波長アンテナを共振器具と共用した共振器具カード
８００Ｓ：折りたたみシャッター／アンテナ付き小型金属ＲＦＩＤタグ
８２ａ〜８２ｂ：折りたたみシャッター／アンテナ
８００Ａ：折りたたみアンテナ付き小型金属ＲＦＩＤタグ
８３ａ〜８３ｂ：折りたたみアンテナ
８５：保護カバー兼用接地型共振器具
８６ａ〜８６ｃ：接地スタンド
８７：誘電体スペーサ
９０：微小ループアンテナおよび同軸ケーブルとダイポールを持つＲＦＩＤ通信伝送器具
９００：導波管としての導波路
９１０：水や誘電体柱を導波路材としたもの
９２０：誘電体媒質でできた容器
９３０：金属メッシュで構成された導波管導波路
１００：構造物の深部に組み込んだ小型金属タグとの通信事例
１００ａ：ＲＦＩＤリーダ／ライタ装置
１００ｂ：情報処理システム
１１０：磨耗減少したコンクリートまたはアスファルトなどの路面
Ｉ：電磁相互作用により誘起する高周波誘導電流
φ：電磁相互作用により誘起する高周波誘導磁束
ｉ：放射電波を発生させる高周波電流分布
ｅ：導波路内を伝播する電磁波モードの開口部電界分布
Ｆ：１／４波長阻止領域

Claims (2)

1. 集積回路に識別情報を内蔵したＩＣチップと該ＩＣチップに接続されるアンテナと該ＩＣチップおよびアンテナとを一体的に搭載する基材とからなるインレットを含むタグ本体部と、該タグ本体部を取り囲むように設けられた１回巻きコイル状の保護金具とからなり、前記保護金具が、前記タグ本体部の保護用および微小ループによるアンテナ用として兼用されている小型金属ＲＦＩＤタグを備え、
   且つ、通信電磁波の略半波長の長さの金属板の中央位置両側に接地スタンドとなる金属板を付加した保護カバー兼用接地形共振器具の中央部に前記小型金属ＲＦＩＤタグを内装するとともに、取り付け金属面に誘電体スペーサを介して取り付ける部分の前記接地スタンドの幅の両側辺の位置を、前記保護カバー兼用接地形共振器具の両端から前記接地スタンドとなる金属板までの距離が前記誘電体スペーサの誘電率の影響を考慮した短縮された１／４波長になるようにし、該短縮された１／４波長領域を高周波電流の波動の阻止領域としたことを特徴とする金属製ＲＦＩＤタグ。
2. 集積回路に識別情報を内蔵したＩＣチップと該ＩＣチップに接続されるアンテナと該ＩＣチップおよびアンテナとを一体的に搭載する基材とからなるインレットを含むタグ本体部と、該タグ本体部を取り囲むように設けられた１回巻きコイル状の保護金具とからなり、前記保護金具が、前記タグ本体部の保護用および微小ループによるアンテナ用として兼用されている小型金属ＲＦＩＤタグを備え、
   且つ、通信電磁波の略半波長の四辺形、または、略半波長の弧状の辺を４つ持つ丸形を有する保護カバー兼用接地形共振器具の１辺の中央位置に接地スタンドとなる金属板を付加するとともに、該１辺における定在波０電位付近に前記小型金属ＲＦＩＤタグを内装し、前記１辺と対向する辺の一部または全部を接地スタンドとし、取り付け金属面に誘電体スペーサを介して取り付ける部分の前記１辺に付加された接地スタンドの幅の両側辺の位置を、前記保護カバー兼用接地形共振器具の両端から該１辺に付加された接地スタンドとなる金属板までの距離が前記誘電体スペーサの誘電率の影響を考慮した短縮された１／４波長になるようにし、該短縮された１／４波長領域を高周波電流の波動の阻止領域としたことを特徴とする金属製ＲＦＩＤタグ。

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