(57)【要約】  ＲＦＩＤセンサは、複数個の個別センサ素子を備えている。各センサ素子は、センサの物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化させる。複数個のセンサ素子に連結されたＲＦＩＤ回路は、センサ素子の導電状態に対応するコードを伝送する。このコードは、ＲＦＩＤ回路の識別コードを含んでよい。物理的条件に対する露出のレベル又は物理的条件に対する露出の継続時間がこのコードにより指示され得る。センサ素子のそれぞれは、特異な状態に感応性があってよい、そしてこのコードは特異な状態のそれぞれへの露出を指示し得る。このコードは、物理的条件への以前の露出を指示し得る、若しくはその条件に対する現在の露出を指示し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各センサ素子が、センサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化するように構成される、複数個の離散センサ素子と、
前記複数個のセンサ素子に接続されたＲＦＩＤ回路であって、前記ＲＦＩＤ回路が識別コードを送信するように構成され、前記識別コードが前記複数個のセンサ素子の前記導電状態に少なくとも部分的に基づいている、ＲＦＩＤ回路と、を含むＲＦＩＤセンサ。
【請求項２】
前記識別コードが、前記物理的条件に対する露出レベルを指示する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記識別コードが、前記物理的条件に対する露出継続時間を指示する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記複数個のセンサ素子の各センサ素子が、異なる物理的条件に対する露出に敏感であり、そして
前記識別コードが、前記異なる物理的条件の各々に対する露出を指示する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記センサが、１つ以上の薄膜回路構成要素を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記ＲＦＩＤ回路が、交流電源により電力を供給される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
各センサ素子が、センサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化するように構成された、複数個のセンサ素子と、
前記複数個のセンサ素子に接続されたＲＦＩＤ回路であって、前記ＲＦＩＤ回路の識別コードが、前記複数個のセンサ素子の前記導電状態に少なくとも部分的に基づいている、ＲＦＩＤ回路と、
前記ＲＦＩＤ回路から前記識別コードを受信するように構成されるＲＦＩＤ問い合せ器と、を含むＲＦＩＤシステム。
【請求項８】
前記ＲＦＩＤ回路が、独立の電源を含む、請求項７に記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項９】
前記ＲＦＩＤ回路が、前記ＲＦＩＤ問い合せ器から送られるＲＦエネルギーにより電力を供給される、請求項７に記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項１０】
前記識別コードが、前記物理的条件に対する露出レベルを示す、請求項７に記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項１１】
前記識別コードが、前記物理的条件に対する露出継続時間を指示する、請求項７に記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項１２】
複数個の離散センサ素子の各センサ素子が、前記センサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化するように構成された、複数個のセンサ素子の導電状態を感知する工程と、
前記複数個のセンサ素子の感知された導電状態を用いてＲＦＩＤ回路の識別コードを形成する工程と、を含む方法。
【請求項１３】
前記ＲＦＩＤ回路を介して前記識別コードをＲＦＩＤ読み取り器へ送信する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数個のセンサ素子の前記導電状態が、前記物理的条件に対する露出レベルを指示する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数個のセンサ素子の前記導電状態が、前記複数個のセンサ素子の前記物理的条件に対する露出継続時間を指示する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数個のセンサ素子の前記導電状態が、前記複数個のセンサ素子の複数の異なる物理的条件に対する露出を指示する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数個のセンサ素子の前記導電状態が、前記複数個のセンサ素子の前記物理的条件に対する露出履歴を指示する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＲＦＩＤ回路の独立の電源を使用して前記ＲＦＩＤ回路に電力を供給する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
ＲＦＩＤ読み取り器から送られるＲＦエネルギーを利用して前記ＲＦＩＤ回路に電力を供給する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
各センサ素子がセンサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて第１のバイナリ論理レベルに関連付けられた第１の導電状態から第２のバイナリ論理レベルに関連付けられた第２の導電状態へ切り替えるように構成される、離散センサ素子と、
前記離散センサ素子へ接続され、前記離散センサ素子の前記導電状態に対応するバイナリコードを送信するように構成されるＲＦＩＤ回路と、を含むＲＦＩＤセンサ。
【請求項２１】
前記バイナリコードが、前記物理的条件に対する露出レベルを指示する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記バイナリコードが、前記物理的条件に対する露出継続時間を指示する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記センサ素子のそれぞれが、異なる物理的条件に対する露出に敏感であり、そして
前記バイナリコードが、前記異なる物理的条件のそれぞれに対する露出を指示する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記バイナリコードが、前記物理的条件に対する事前の露出を指示する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記バイナリコードが、前記物理的条件に対する現在の露出を指示する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記センサ素子の少なくとも１つが、酸化プロセスにより状態を変化させるように構成される、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記センサ素子の少なくとも１つが、腐食プロセスにより状態を変化させるように構成される、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記センサ素子の少なくとも１つが、機械的プロセスにより状態を変化させるように構成される、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記センサ素子の少なくとも１つが、化学的プロセスにより状態を変化させるように構成される、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記センサ素子の少なくとも１つが、熱プロセスにより状態を変化させるように構成される、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記物理的条件が、環境条件である、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項３２】
前記物理的条件が、電場、磁場、及び重力場の少なくとも１つに対する露出に関連付けられている、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項３３】
人間又は動物の作用に起因して導電率を変化させるように構成される追加のセンサ素子をさらに備える、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項３４】
前記バイナリコードが、前記ＲＦＩＤ回路の識別コードを含む、請求項２０に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）装置に関し、またより具体的には、無線周波数識別装置とともに使用されるセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、対象になっている物品の存在又は移動を検出するために使用されてきた小さな電子デバイスである。ＲＦＩＤタグは、製造プロセスを通して被加工物の進度を追跡する製造において、商品の盗難を阻止する小売用途において、及び有料道路を通って車両の移動を検出する交通用途においてなど、様々な用途に頻繁に使用されている。
【０００３】
ＲＦＩＤタグを付けた物品の存在は、間欠的又は連続的に、いずれかでＲＦＩＤタグに無線で問い合せすることにより電子的に検出されてよい。このＲＦＩＤタグは、典型的には識別（ＩＤ）コードを格納する。ＲＦＩＤタグ読み取り器により問い合せ信号が送られる場合、ＲＦＩＤタグはそのＩＤコードをＲＦＩＤタグ読み取り器へ無線で伝送する。ＲＦＩＤタグによりＲＦＩＤタグ読み取り器へ伝送されるこのコードは、ＲＦＩＤタグを付けた物品の存在及び識別を指示する。
【０００４】
ＲＦＩＤタグは、電池又は他の独立の電源を備えてよい、若しくはそれらは外部付のＲＦＩＤタグ読み取り器により伝送されるＲＦ信号から電力を取得してよい。独立の電源の無いＲＦＩＤタグは、特に小さく及び安価であり、多数の移動対象物を追跡するのに費用効果を非常に大きくさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
存在情報及び識別情報に加えて、物品についてＲＦＩＤタグからの情報を取得することは価値がある。本発明は、これらの及び他のニーズを満たす、そして先行技術より優れた他の利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、ＲＦＩＤセンサ、ＲＦＩＤセンサシステム、及びＲＦＩＤ感知方法に関する。
【０００７】
本発明の一実施形態は、複数個の別個のセンサ素子から成るＲＦＩＤセンサに関わる。各センサ素子はセンサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化するように構成される。ＲＦＩＤ回路は、複数個のセンサ素子に接続され、そして複数個のセンサ素子の導電状態に対応するコードを伝送するように構成される。幾つかの構成において、このコードはＲＦＩＤデバイスの識別コードを含んでよい。
【０００８】
様々な実施において、センサ素子の導電状態に対応するこのコードは、物理的条件に対する露出のレベル又は物理的条件に対する露出の継続時間を指示する。複数個のセンサ素子の各々は、特異な物理的条件に敏感であってよい、そしてこのコードは特異な物理的条件の各々に対する露出を指示してよい。様々な取り組み方によれば、このコードは環境条件に対する先行の露出を指示してよい、又は条件に対する現在の露出を指示してもよい。
【０００９】
一実施例では、複数個の離散センサ素子の第１のセンサ素子は第１のガスに対する曝露に基づいた導電状態を変化させてよい、そして複数個の離散センサ素子の第２のセンサ素子は第２のガスに対する露出に基づいた導電状態を変化させてよい。ＲＦＩＤセンサにより伝送されるこのコードは、第１のガス及び／又は第２のガスに対する露出を指示してよい。
【００１０】
例えば、センサ素子は物理的条件に対する露出に起因して第１の論理レベルに関連付けられた第１の導電状態から第２の論理レベルに関連付けられた第２の導電状態へ変化させるように構成される受動的導体素子を含んでよい。センサ素子の導電状態の変化は、酸化プロセス、腐食プロセス、機械的プロセス、化学的プロセス、熱的プロセス、若しくはセンサ素子を第１の導電状態から第２の導電状態へ変化させるいかなる他のプロセスによっても引き起こされ得る。幾つかの構成では、その状態変化は、例えば、電場、磁場又は重力場に対する露出に起因して起こり得る。
【００１１】
このＲＦＩＤセンサは、１つ以上の薄膜回路構成要素を含んでよい。このＲＦＩＤ回路は、交流又は直流の電源により電力を供給されてよい。このＲＦＩＤ回路は、独立の電源を備えてよい、或いは外部のＲＦソースから伝送されるＲＦエネルギーから電力を取得してよい。
【００１２】
別の実施形態は、ＲＦＩＤシステムに関する。このシステムは、複数個の離散センサ素子を備え、各センサ素子はセンサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化させるように構成される。ＲＦＩＤ回路は、複数個のセンサ素子に接続され、そして複数個のセンサ素子の導電状態に対応するコードを伝送するように構成されている。ＲＦＩＤ問い合せ器は、ＲＦＩＤ回路から伝送されるコードを受信するように構成されている。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態は、ＲＦＩＤ感知方法に関する。この方法は、複数個のセンサ素子の導電状態を感知する工程に関わる。各センサ素子は、そのセンサ素子の物理的条件に対する露出に基づいて導電状態を変化させるように構成される。任意のコードがＲＦＩＤ回路を介して伝送され、このコードは複数個のセンサ素子の導電状態に対応する。
【００１４】
本発明の上述の概要は、本発明の各実施形態又はあらゆる実施態様を説明しようとするものではない。本発明の利点及び効果、並びに本発明に対する一層の理解は、以下に記載する発明を実施するための最良の形態及び特許請求の範囲を添付図面と併せて参照することによって明らかになり、理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
例示された実施形態の以下の説明において、本明細書の一部を成す添付図面が参照され、そこには本発明が実践されてよい様々な実施形態が実例として示されている。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態が利用されてもよく、また構造上の変更が行われてもよいことを理解されたい。
【００１６】
本発明の実施形態は、ＲＦＩＤセンサとして本明細書では表記される、センサとともに使用されるＲＦＩＤ回路に関わる方法、装置、及びシステムに関する。本発明のＲＦＩＤセンサは、ＲＦＩＤセンサを貼付けた物品の存在を検知するために及びまたその物品についての追加の情報を取得するために使用されてよい。様々な実施形態に従って、ＲＦＩＤセンサは１つ以上の物理的条件に対するＲＦＩＤセンサの現在又は先行の露出に対応付けられるバイナリコードを伝送する。幾つかの実施では、ＲＦＩＤセンサによる伝送されるこのバイナリコードはセンサに影響を及ぼす１つ以上の事象の発生を指示することができる。
【００１７】
図１のブロック図は、本発明の実施形態に従ってＲＦＩＤセンサ１５０を備えるＲＦＩＤシステム１００を示す。このシステム１００は、ＲＦＩＤ問い合せ器１１０、及びＲＦＩＤ回路１２０とセンサ１３０とを備えるＲＦＩＤセンサ１５０を具備する。このＲＦＩＤ問い合せ器１１０は、無線周波数（ＲＦ）ソース１１４及び読み取り器１１２を備える。このＲＦソース１１４は、ＲＦエネルギーをＲＦＩＤセンサ１５０へ間欠的に又は連続的に伝送する。ＲＦソース１１４により伝送されるＲＦエネルギーは、ＲＦＩＤセンサ１５０へ電力を供給するために使用されてよい。この伝送されたＲＦエネルギーが、ＲＦＩＤセンサ１５０に電力を供給するために使用される場合、ＲＦＩＤセンサ１５０は独立の電源を必要としない、したがってＲＦＩＤセンサ１５０の複雑さ及び／又はコストを低減させる。
【００１８】
ＲＦＩＤ問い合せ器１１０は、ＲＦエネルギーをＲＦＩＤセンサ１５０へ伝送し且つＲＦＩＤセンサ１５０からＲＦ信号を受信するアンテナとしての役目を果たすインダクタ１１６を備える。このＲＦＩＤ回路１２０は、ＲＦＩＤ問い合せ器１１０からＲＦエネルギーを受け取り且つＲＦ信号をＲＦＩＤセンサ１５０からＲＦＩＤ問い合せ器１１０へ伝送するために使用されるインダクタ１２５を備える。
【００１９】
このＲＦＩＤセンサ１５０が、ＲＦＩＤ問い合せ器１１０により送られるＲＦエネルギーから電力を供給される場合、ＲＦＩＤ回路１２０は、制御回路１２６、クロック１２８、及びセンサ１３０を含むＲＦＩＤセンサ１５０の他の構成要素で使用できる電力へＲＦＩＤ問い合せ器１１０から受け取るＲＦエネルギーを変換する電源回路１２４を備える。この電源回路１２４は、例えば、直流又は交流の電力を生成してよい。代替実施形態では、この電源回路１２４はＲＦＩＤ問い合せ器１１０から独立して電力をＲＦＩＤセンサ１５０へ提供する電池又は他の電源を備えてよい。
【００２０】
このクロック１２８は、センサ１３０からデータを取得し且つそのデータをＲＦＩＤ問い合せ器１１０へ出力するように制御回路１２６を駆動する。この制御回路１２６は、センサ１３０からＲＦＩＤ問い合せ器１１０へシリアルデータストリームとしてデータを出力するように動作してよい。このデータは、ＲＦ入力／出力回路１２２及びインダクタ１２５を介してＲＦＩＤセンサ１５０からＲＦＩＤ問い合せ器１１０へ伝送される。このデータは、読み取り器１１２による解釈のためにＲＦＩＤ問い合せ器１１０により受信される。
【００２１】
このＲＦＩＤセンサ１５０は、対象となっている物品により経験された物理的条件がまたＲＦＩＤセンサ１５０により経験され且つ検知されるようにＲＦ問い合せ器１１０から遠隔した対象となっている物品の上に配置されてよい。用語「物理的条件」は、本明細書においてセンサがさらされる周囲環境の物理的条件を表すのに使用されている。例えば、物理的条件は、環境条件及び／又は磁界配向条件を含んでよい。環境条件は、ガス、光、音、温度、圧力、水分の存在又は不在、及び／又は他の環境条件を含む。磁界配向条件は、場に対する露出及び／又は場を基準にした移動を含み、場とは、たとえば磁場、電場、又は重力場などの場を言う。
【００２２】
幾つかの実施形態では、上に掲げるような、ある物理的条件に対する露出に感応性がある少なくとも１つのセンサ素子に加えて、センサ１３０は、センサ素子で作られた接続を、確立又は解除する人間又は動物などの事象又は行為に対して感応性がある少なくとも１つのセンサ素子を含んでよい。例えば、センサ素子の接続を確立又は解除することは、そのセンサ素子を動かす、切断する、又は引き裂く、ないしは別の方法でセンサ素子の導電状態を変化させるように操作する人間又は動物の意図的又は非意図的な行為により引き起こされ得る。
【００２３】
様々な実施形態に従って、センサ１３０は、感知された物理的条件又は検知された事象に基づいて、開回路に関連付けられた第１の論理状態即ち比較的に高い導電状態から閉回路に関連付けられた第２の論理状態即ち比較的に低い導電条件へバイナリ状態を変化させるように構成された多数のセンサ素子を備える。本発明の態様によれば、センサ素子の各々は、例えば、金属及び／又は他の材料の１つ以上の層で作られたスイッチ又は導電性素子を備えてよい。
【００２４】
一実施形態では、センサ素子のバイナリ状態はｎ−ビットコードに対応する。ｎセンサ素子のバイナリ状態は、検知され、そしてＲＦ問い合せ器１１０へ無線で伝送される。ＲＦ問い合せ器１１０は、ｎ−ビットコードを解釈するために使用することができる読み取り器１１２を有する。
【００２５】
ＲＦＩＤタグは、プログラム化された識別（ＩＤ）コードをデバイス内へ一般に伝送する。例えば、ＲＦＩＤタグのＩＤコードはｍ個の接続ノードの各々におけるＩＤ接続をスクライビング（scribing）又は電気的溶融（fusing）によりプログラム化されてよい。本発明の幾つかの実施形態では、センサ１３０のセンサ素子がＩＤ接続の１つ以上の代わりに使用されてよい。他の実施形態では、１つ以上のセンサ素子はＩＤ接続に追加して使用されてよい。
【００２６】
ＩＤ接続の代わりにセンサ素子を使用することは、ＲＦＩＤセンサ１５０のＩＤコードが、ＲＦＩＤセンサ１５０に影響を及ぼす事象、及び／又は、ＲＦＩＤセンサ１５０の現在又は先行の環境により決定されることを可能にする。例えば、ＲＦＩＤセンサ１５０により伝送されるコードは、環境条件に対する露出の継続時間及び／又は程度、及び／又はＲＦＩＤセンサ１５０の出荷以降に経過した時間、及び／又は環境及び／又は場に対する露出の他の現在又は先行状態を反映し得る。
【００２７】
幾つかの実施形態では、ＲＦＩＤセンサ１５０は薄膜デバイス又は回路素子を組み込んでよい。薄膜材料は、電子回路の加工のために多くの製造上の利点を提供する。薄膜デバイスは、例えば、薄ガラス、プラスチック、ポリマー又は紙基板などの可撓性基材の上で加工されてよい。加えて、薄膜材料は、印刷、エンボス加工、又はシャドウマスキングのような低コスト加工技術を用いて処理されてよい。
【００２８】
薄膜デバイスは、多結晶シリコン、非晶質シリコン、酸化亜鉛、及び／又はセレン化カドミウムのような無機半導体で形成されてよい、及び／又は有機半導体で形成されてよい。ＲＦＩＤ用途向けの薄膜トランジスタベース論理回路は、交流電源により電力が供給されてよい。交流電源用薄膜回路の使用は、ＲＦ交流信号を直流信号へ変換する整流器の必要性をなくすことによりＲＦＩＤタグのコスト及びサイズを実質的に低減し得る。ＲＦＩＤ用途向けに交流電力の誘導及び使用、及びＲＦＩＤデバイスを実施するため交流電力を使用する回路は、共同所有の米国特許出願公開第２００４／０１１９５０４号及び同第２００５／０１３４３１８号に記載されている。
【００２９】
図２Ａは、図１のセンサ１３０をより詳細に示している。図２Ａに示されるように、センサ１３０は多くの分離センサ素子２２０〜２９０を備える。各センサ素子２２０〜２９０は、第１の電気ノード２２０ａ〜２９０ａと第２の電気ノード２２０ｂ〜２９０ｂとの間にそれぞれ配設される。代表的なセンサ１３０は、８個のセンサ素子２２０〜２９０を組み込んでいるとして図示してあるが、センサ素子２２０〜２９０より多い又は少ないものが使用されてよい。
【００３０】
これらのセンサ素子２２０〜２９０は、例えば、金属又は他の導電性材料の１つ以上の層から形成される導電ストリップを含んでよい。これらのセンサ素子２２０〜２９０は、感知された条件に基づいて導電状態を変化させるように構成される。例えば、センサ素子２２０〜２９０は、感知された条件又は検知された事象に基づいて、高導電率に関連付けられた第１の導電状態即ち短絡回路（閉回路）から低導電率に関連付けられた第２の導電状態即ち開回路まで変化し得る。他の選択肢として、センサ素子２２０〜２９０は、感知された条件又は検出された事象に基づいて、低導電率に関連付けられた第２の導電状態から高導電率に関連付けられた第１の導電状態まで変化し得る。センサ素子２２０〜２９０の導電状態は、電気ノード２２０ａ〜２９０ａ、２２０ｂ〜２９０ｂにアクセスすることにより取得できる１ビットバイナリ論理状態により表され得る。センサ素子２２０〜２９０の状態は、ｎ−ビットデジタルコードとしてＲＦＩＤセンサからＲＦＩＤ問い合せ器に出力され得る。
【００３１】
図２Ｂは、センサ１３０を実施するための代表的な回路を示す。センサ素子２２０〜２９０は、抵抗器Ｒ２〜Ｒ９を介してノード２２０ａ〜２９０ａを介して電圧源のＶに連結され、そしてノード２２０ｂ〜２９０ｂを介して接地される。この制御回路（図示せず）は、データライン２２０ｄ〜２９０ｄを介してノード２２０ａ〜２９０ａにおいてセンサ素子２２０〜２９０に連結される。この実施例において、センサ素子２２０〜２９０は当初には高い導電状態にあり、ノード２２０ａ〜２９０ａをグランドへ短絡させて、そして制御回路にノード２２０ａ〜２９０ａの各々において論理的な「０」を検出させる。物理的条件に対する露出と同時に、センサ素子２２０〜２９０の１つ以上が、低い導電状態即ち開回路へ遷移することができ、制御回路に低い導電率を有するセンサ素子のノードにおいて論理的な「１」を読み取らせる。ノード２２０ａ〜２９０ａにおける論理的状態は、制御回路により読み取られ且つＲＦＩＤ問い合せ器へ伝送される８−ビットコードを提供する。
【００３２】
センサ素子のバイナリ状態の変化は、様々なプロセスに起因して起こり得る。例えば、導電状態の変化は、腐食又は酸化のような化学的作用、熱的プロセス、機械的プロセスに起因して、及び／又はセンサ素子の導電率の変化を引き起こすいかなる他のプロセスによっても起こり得る。本発明のＲＦＩＤセンサのセンサ素子は、物理的条件に対する露出のレベル又は継続時間を指示するように較正され得る。これらの実施では、センサ素子がセンサ素子の較正レベルに関連付けられたレベルにおいて環境条件に露出されるまでセンサ素子の導電状態の変化は起こらない。
【００３３】
幾つかの実施形態では、各センサ素子は同一の物理的条件又は事象を検出するように構成されている。他の実施形態では、１つのセンサ素子は第１の物理的条件又は事象を検出するために使用されてよい、またもう１つのセンサ素子は第２の物理的条件又は事象を検出するために使用されてよい。
【００３４】
幾つかの実施形態では、センサ素子は物理的条件に対する露出の異なるレベル又は物理的条件に対する露出の継続時間を検出するために使用されてよい。例えば、１つのセンサ素子は特定の環境条件に対する露出第１のレベル又は継続時間を検出するよう構成されてよい、またもう１つのセンサ素子は特定の環境条件に対する露出の第２のレベル又は継続時間を感知するように構成されてよい。
【００３５】
幾つかの実施形態では、センサ素子は金属痕跡を含み、そしてバイナリ状態の変化は金属痕跡の腐食の結果であり得る。一実施例において、センサ素子は、酸素の存在下で酸化する薄い金属層として実装されるので、したがって、酸素の存在下で絶縁状態となっていく。多くのセンサ素子が、さまざまな厚さの金属層として形成される場合、各センサ素子が絶縁状態になるのに漸進的により長くかかればセンサは計時センサとして作動し得る。別の実施例では、センサ素子は特定のガスの水分の存在又はレベルを検出するように構成されてよい。幾つかの実施では、各センサ素子は特異な物理的条件に感応性があってよい。例えば、多くのセンサ素子の使用は、異なるタイプのガスに感応性があり、それぞれが「電子嗅覚」として機能するＲＦＩＤセンサを実現させる。
【００３６】
図３は、ＲＦＩＤセンサの構成をさらに示す回路図である。図３に示すように、ＲＦソースは、インダクタ７６を介して交流出力信号を伝送する交流ゼネレータ９２を備えてよい。幾つかの用途向けに、交流ゼネレータ９２は、約１２５ｋＨｚの周波数において約０〜５アンペアの出力を有する正弦波電流電源の形態をとってよい。
【００３７】
インダクタ７６及び７８は、ＲＦソースとＲＦＩＤセンサ７０との間のＲＦエネルギーの電磁カップリングのために変圧器を形成する。抵抗器９４は、電流を制限するために選択される。コンデンサ９６は、下式に従って電源周波数を調整する平行な共振タンクを形成するように電源７３内でインダクタ７８と平行に設置されてよい。
【００３８】
【数１】
2009530908.tif 000003
【００３９】
ここにＬはインダクタ７８のインダクタンスであり、そしてＣはコンデンサ９６の静電容量である。
【００４０】
５０μＨのインダクタンス及び３２ｎＦの静電容量であれば、インダクタ７８及びコンデンサ９６は約１２５ｋＨｚの共振周波数を発生する。したがって、この実施例では、交流電源７３の出力は約１２５ｋＨｚの周波数を有する正弦波である。インダクタ７８で生成された正弦波は、電源７３の出力として部分的に整流された交流電力波形を生成するために、部分整流ステージ８０により部分的に整流される。この部分的に整流された交流電力波形は、図３に表されているように、この後電源（POWER）端子及びコモン（COMMON）端末からクロック回路８８、制御論理８６、出力バッファ８４、及び変調インバータ８２に印加される。
【００４１】
図３は、ｎ−ビット識別コードを担うＲＦＩＤセンサ７０を示す。図を簡単にするために、ＲＦＩＤセンサ７０はセンサ３３０の導電性素子３２０〜３８０により規定された７−ビット識別コードを担うが、識別コード内のビット数は７未満または超としてよい。図３の実施例では、クロック回路８８は、フィードバックループに配置された一連の７個のインバータステージにより形成される環状発振器である。
【００４２】
図３の環状発振器は、制御論理８６内に設けられる対応のＮＯＲゲートへ印加される２台のインバータの出力を示す。このようにして、７個のＮＯＲゲートは環状発振器により生成される各クロックサイクル内で一連の７個のパルスを発生するために使用される。制御論理８６内のＮＯＲゲートの数が変動し得ることに注目する。この配置であれば、原則として、より大きなビット数、例えば、ｎ＝３１、６３又は１２７へ拡張することが可能であろう。
【００４３】
このＲＦＩＤセンサは、センサ素子３２０〜３８０を有するセンサ３３０を備える。センサ素子３２０〜３８０は、ノード３２０ａ〜３８０ａにおいて対応のＮＯＲゲート出力に接続される。センサ素子３２０〜３８０は、ノード３２０ｂ〜３８０ｂにおいて接地される。センサ素子３２０〜３８０が高い導電状態にある場合、関連ＮＯＲゲートの出力はノード３２０ａ〜３８０ａを介して接地される。センサ素子３２０〜３８０が低い導電状態にある場合、ＮＯＲゲート出力は入力の１つとして制御論理８６内の７−入力ＯＲゲートへ接続される。
【００４４】
例えば、センサ素子３３０及び３５０が高い導電状態にあり、センサ素子３２０、３４０、及び３６０〜３８０が低い導電状態にある場合の状況を考える。この実施例では、７−ビット識別コード「１０１０１１１」が、ノード３２０ａ〜３８０ａにおいて存在することになる。
【００４５】
センサ素子３２０〜３８０は、例えば、金属導体から作製することができ、ＮＯＲゲート出力から接地まで延在させ且つ当初には高い導電状態にすることができる。１つ以上のセンサ素子３２０〜３８０は、物理的条件に対する露出により低い導電状態へ遷移するよう構成することができ、これにより、物理的条件に対する露出に基づいてノード３２０ａ〜３８０ａに存在する識別コードを変化させることになる。
【００４６】
制御論理８６内の７−入力ＯＲゲートの出力は、出力バッファ８４内の一連のバッファ増幅器へ印加され、論理回路の出力インピーダンスを変調インバータ８２の入力インピーダンスに整合させるのに助けになる。具体的には、「タグ出力」の信号が、変調インバータ８２に関連付けられたドライブトランジスタのゲートに印加される。変調インバータ８２は、次いでインダクタ７８及びコンデンサ９６により形成されるタンクのＱを変調して搬送波信号の振幅変調を実現する。この変調方法により、受信されたバッファ出力は、読み取り器が識別コードを読み取ることができるように読み取り器ユニットへ伝送される。特に、読み取り器はインダクタ７６を介してＬ＿タップにおいて受信された信号を処理する。
【００４７】
図４Ａ〜４Ｂは、物理的条件に対する露出に基づいてセンサ素子を高い導電状態から低い導電状態へ遷移させる１つのプロセスを示す。図４Ａは、重なり合った２つの導体４１２、４１４から成るセンサ素子を示す。図４Ａでは、重なり合った導体４１２、４１４が電気的接触をするのでセンサ素子４１０は高い導電状態にある。図４Ｂは、導体４１２、４１４間における絶縁層４１６の形成に起因して低い導電状態への遷移に従うセンサ素子４１０を示す。例えば、センサ素子４１０は酸素センサとして機能することができ、センサ素子４１０の導電状態は、酸素に対する露出によって導体４１２、４１４の片方又は両方の上に絶縁酸化層を形成することに起因して変化することになる。
【００４８】
幾つかの実施では、センサ素子は、物理的条件に対する露出の特定のレベル又は継続時間において導電状態の変化が起こるように較正することができる。例えば、センサ素子を形成する材料は、第１の導電状態から第２の導電状態への変化が酸素に対する露出のレベル又は継続時間に対応するように、ある特定の酸化速度を有するように選択されてよい。センサ素子の較正は、例えば、センサ素子を形成するために使用される特別な材料の選択及び／又はセンサ素子の物理的寸法の構成によって、ＲＦＩＤセンサにより伝送されるコードが、物理的条件に対する露出のみならず、その露出のレベル又は継続時間を指示することも可能にする。これに加えて、複数個のセンサ素子が、使用されてよく、それぞれが露出の異なるレベル又は継続時間において導電状態を変化させることになる。複数個のセンサ素子がこのような仕方で使用される場合、ＲＦＩＤセンサにより伝送されるコードは、物理的条件に対する露出の範囲を指示することになる。例えば、露出範囲は、導電状態を変化させたセンサ素子に関連付けられた露出レベルより大きい又は等しい、または導電状態をまだ変化させていないセンサ素子に関連付けられた露出レベル未満であるとして決定されてよい。このＲＦＩＤセンサには、問い合せを繰り返すことができ、そしてＲＦＩＤセンサにより伝送されるコードは、ＲＦＩＤセンサの時間の経過にともなう物理的条件に対する露出を追跡するために使用されてよい。
【００４９】
幾つかの実施では、物理的条件は温度であってもよく、またセンサ素子は、特定の温度に対する露出に基づいて第１の導電状態から第２の導電状態へ変化するように選択されてもよい。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示されるように、センサ素子５１０は温度変化に感応性があるバイメタルスイッチとして構成されてよい。図５Ａ及び５Ｂでは、導体５１４がスイッチング温度において撓むバイメタル導体として形成されている。他の選択肢としては、センサ素子５１０の導体５１２、５１４の両方がバイメタル導体を備えてよい。このセンサ素子５１０は、バイメタルスイッチを図５Ｂに示されるように当初開状態にして、第１の論理レベルに関連付けられた当初には低い導電状態にあるように構成してもよいし、またはバイメタルスイッチを図５Ａに示されるように当初閉状態にして、第２の論理レベルに関連付けられた当初には高い導電状態にあるように構成してもよい。スイッチング温度に対する露出は、金属の熱膨張又は収縮に起因するバイメタル導体５１４の動きを生じさせ、結果的に導電状態の変化をもたらす。例えば、センサ素子５１０が、図５Ｂに示すように、当初には低い導電状態にある場合、温度の低下はバイメタル導体５１４を収縮させ、及びセンサ素子５１０は、図５Ａに示すように、高い導電状態へ遷移する。他の選択肢としては、図５Ａに示すように、当初に高い導電状態にある場合、温度の上昇はバイメタル導体５１４を膨張させ、センサ素子５１０を、図５Ｂに示すように、低い導電率に関連付けられた状態に遷移させる。温度に対する露出は、センサ素子に関連付けられた論理レベル出力の変化として表される。
【００５０】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明の実施形態に従ってセンサ素子の動作のさらに別の実施例を示している。この実施例では、差圧がセンサ素子導体の一方の動きを引き起こす。図６Ａは、高い電気導電状態におけるセンサ素子６１０を示している。導電性ダイアフラム６１２は、絶縁体６２０を介してセンサ素子６１０の第１の及び第２の導体６１４、６１６へ取り付けられる。高い導電状態では、導電性ダイアフラム６１２が第１と第２の導体６１４、６１６間を電気的に接続する。この導電性ダイアフラム６１２は、差圧が無いので第１の及び第２の導体６１４、６１６と接触したままである。差圧に対する露出は、感圧性導体６１２の動きを引き起こし、第１と第２の導体６１４、６１６間の接続を断ち、且つセンサ素子６１０を、図６Ｂに示すように、低い導電状態へ遷移させる。
【００５１】
図７Ａ及び７Ｂは、方位又は傾きセンサとして構成されるセンサ素子７１０の動作を示す。このセンサ素子は、第１の及び第２の導体７１４、７１６及び、例えば、導電ボール又は水銀液滴などの方位感受性導体７１２を備える。センサ素子７１０を傾けることによって、方位感受性素子７１２が重力場により移動して、第１と第２の導体７１４、７１６間を電気的に接続させる。図７Ａ及び７Ｂは、低い導電状態及び高い導電状態にあるセンサ素子７１０をそれぞれ示している。
【００５２】
幾つかの実施では、導電性物質がセンサ素子から除去される場合に、導電状態の変化が起こり得る。図８Ａに示すように、当初、センサ素子８１０はセンサ素子８１０の第１の導体８１４と第２の導体８１６との間に導電性物質８１２を含む。この導電性物質８１２は、第１の導体８１４と第２の導体８１６との間を電気的に接続して、センサ素子８１０を高い導電状態にさせる。この導電性物質８１２は、特定の物理的条件に感応性があってよい。物理的条件に対する露出は、導電性物質８１２を溶解又は溶融させ、図８Ｂに示すように、第１の導体８１４と第２の導体８１６との間の電気的接続を断つ。第１の導体８１４と第２の導体８１６との間の電気的接続を除去することは、センサ素子８１０を低い導電状態へ遷移させる。
【００５３】
幾つかの実施では、ある物理的条件がセンサ素子の導電状態の一時的な変化を生じさせることがある。これらの実施では、ＲＦＩＤセンサにより伝送されるコードが物理的条件の現在の状態を指示する。他の実施では、物理的条件に対する露出がセンサ素子の導電度状態の恒久的変化を生じさせる。これらの構成では、コードは物理的条件に対する以前の露出を指示する。
【００５４】
図９Ａ及び９Ｂは、計時検出器を実施するために使用されるセンサ９１０を示す。センサ素子９１０〜９１４のそれぞれが物理的条件に対する露出の漸進的なレベルに感応性がある。この実施形態では、センサ素子９１１〜９１４は、カルシウムのような反応性金属で形成され、かつ変化に対応する幅及び厚さを有する。例えば、センサ素子９１１〜９１４の幅及び厚さは、空気に露出したときに金属の酸化／腐速度食に基づいて決定される量に応じて増加させる。センサ素子９１１〜９１４が第１の時間の間空気に露出した後、センサ素子９１１〜９１４が腐食し始める。センサ素子９１１〜９１４の各々が、様々な時点において伝導しなくなる。特定のセンサ素子９１１〜９１４が伝導しなくなる時点が、センサ素子９１１〜９１４の幅及び厚さにより決定される。ＲＦＩＤセンサにより伝送されるコードは、腐食が済んだセンサ素子９１１〜９１４の番号に依存する。このコードは、環境条件に対する露出状態の継続時間を表す拍子記号（time signature）へ変換できる。
【００５５】
本発明の様々な実施形態を、例証及び説明の目的で上記に記載してきた。包括的であることも、開示されたそのままの形態に本発明を限定することも意図するものではない。以上の教示を考慮すれば、多数の修正及び変形が可能である。例えば、本発明の実施形態は多種多様な用途に実施され得る。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって制限されるものとする。
【００５６】
本発明は様々な変更及び代替形状が可能であるが、その具体例を一例として図面に示すとともに詳細に説明してきた。但し、本願発明を記載される特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。むしろ、本願発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本願発明の範囲内にある、全ての修正例、等価物、及び代替例を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に従ったＲＦＩＤセンサのブロック図。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従って環境条件の存在下で導電状態を変化させるように構成された複数個のセンサ素子から成るセンサ。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に従ってセンサを使用するための回路。
【図３】本発明の実施形態に従ってＲＦＩＤセンサ回路の構成を示す回路図。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従って絶縁層の形成に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に従って絶縁層の形成に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従って温度に起因して電気導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従って温度に起因して電気導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従って圧力の変化に起因して電気導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従って圧力の変化に起因して電気導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従って重力を基準にして方位変化に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従って重力を基準にして方位変化に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従って導電性素子の除去に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従って導電性素子の除去に起因して導電状態を変化させるように構成されたセンサ素子。
【図９Ａ】本発明の実施形態に従った計時センサ。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に従った計時センサ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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