(57)【要約】【課題】特定共振周波数を有するタンク回路と外部から与えられる変調レーザ光とを組み合わせて当該タンク回路の共振状態の変化を検知し、チップの存在位置と周波数応答特性の読取りを行うことができる基体を提供する。【解決手段】パウダーチップ（基体）１１は、基板１２と、この基板上に形成されたインダクタンス要素と、インダクタンス要素の両端電極の間に配置される第１上側電極１６と、インダクタンス要素の第１端部電極に絶縁膜を介して対向する第１導体膜１７ａとインダクタンス要素の第２端部電極に絶縁膜を介して対向する第２導体膜１７ｂとから成ると共に第１導体膜と第２導体膜は隙間を介して配置される第２上側電極と、第２上側電極の上面であって隙間を含む領域を覆うように形成されたホトコンダクティブ膜（光導電膜）２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス要素とキャパシタンス要素の少なくとも一方が備えられ、前記インダクタンス要素と前記キャパシタンス要素の一部または全部を覆うように光導電膜が設けられ、光を前記光導電膜に照射することにより前記インダクタンス要素のインダクタンスおよび／または前記キャパシタンス要素のキャパシタンスを変化させることを特徴とする基体。
【請求項２】
前記インダクタンス要素を成す電気回路素子と前記キャパシタンス要素を成す電気回路素子はタンク回路を形成し、前記光導電膜への前記光の照射で前記タンク回路の共振周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の基体。
【請求項３】
前記光はレーザ光であることを特徴とする請求項１または２記載の基体。
【請求項４】
前記レーザ光はオン・オフ信号で変調されたパルスレーザ光であることを特徴とする請求項３記載の基体。
【請求項５】
全体の形態が接続端子を持たない粒子状のパウダーチップであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基体。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に形成されたインダクタンス要素と、
前記インダクタンス要素の第１と第２の端部電極の間に配置される第１上側電極と、
前記インダクタンス要素の前記第１端部電極に対向する第１導体部と前記第２端部電極に対向する第２導体部を有し、前記第１導体部と前記第２導体部は隙間を介して配置されている第２上側電極と、
前記第２上側電極の上面で前記隙間を含む領域を覆うように形成された光導電膜と、を備え、
前記光導電膜にレーザ光が照射されないとき、前記インダクタンス要素と前記第１上側電極による第１キャパシタンス要素とによって第１のタンク回路が形成され、
前記光導電膜にレーザ光が照射されるとき、前記第２上側電極は前記インダクタンス要素の前記第１および第２の端部電極の間に接続される第２キャパシタンス要素となり、前記インダクタンス要素と、前記第１キャパシタンス要素と、前記第２キャパシタンス要素とによって第２のタンク回路が形成されることを特徴とする基体。
【請求項７】
前記第１のタンク回路は第１の共振周波数（ｆ０）を有し、前記第２のタンク回路は前記第１の共振周波数（ｆ０）とは異なる第２の共振周波数（ｆｎ）を有し、この第２の共振周波数（ｆｎ）は前記レーザ光のオン・オフに応じて変化することを特徴とする請求項６記載の基体。
【請求項８】
前記光導電膜の材質はＧａＡｓまたはＴｉＯ２であることを特徴とする請求項６または７記載の基体。
【請求項９】
前記第２上側電極で前記第１導体膜と前記第２導体膜のそれぞれの対向する縁部は櫛型形状を有していることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の基体。
【請求項１０】
前記レーザ光は、周波数（ｆ１）のオン・オフ信号で変調されたパルスレーザ光であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の基体。
【請求項１１】
前記インダクタンス要素は、前記基板の絶縁膜上に形成された少なくとも１巻きのスパイラル状のコイルであることを特徴とする請求項６記載の基体。
【請求項１２】
全体の形態が接続端子を持たない粒子状のパウダーチップであることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の基体。
【請求項１３】
基体シート上に配置される請求項１または６に記載された基体と、
前記基体シート上に配置され、前記基体の前記インダクタンス要素と磁気結合するように設けられた周回導体線を有するアンテナ線と、
前記基体シートから空間的に離れて配置され、前記アンテナ線と電磁結合されるプローブアンテナと、このプローブアンテナにプローブ信号を出力する発振器とを備え、前記発振信号に基づく電磁波を前記プローブアンテナにより前記アンテナ線に入射し、前記アンテナ線から信号を検出する検出装置と、から構成され、
前記基体シート上の前記基体に対して前記レーザ光としてオン・オフ信号で変調されたパルスレーザ光が照射されたとき、前記検出装置は、レーザ光のオン・オフ時に相当する信号を検出することを特徴とする基体の存在位置と周波数応答特性の確認システム。
【請求項１４】
前記検出装置は、変調信号を抽出する抽出手段を備え、得られたタンク回路の周波数スペクトルより前記基体の周波数特性を確認し、前記基体の存在を確認することを特徴とする請求項１３記載の基体の存在位置と周波数応答特性の確認システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パウダーチップ等として利用できる基体、および当該基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムに関し、特に、成膜技術で作られた微小なタンク回路と光導電膜を有し、外部から照射されるレーザ光により共振周波数を変化させる基体、および当該基体の存在位置と周波数応答特性を確認するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、無線ＩＣタグまたは無線ＩＣカード（以下で統一して表現するときは「無線ＩＣタグ／カード」と記す）はユビキタス時代の入り口にある商品と考えられている。例えばＲＦＩＤ（無線識別）は、名札や商品の識別、工場における部品・材料や中間製品・完成品などの仕分けなどの管理といった用途に供され、また繰り返し使用可能なプリペイド方式の乗車券カード等に用いられている。無線ＩＣタグ／カードは、一般的に、内部に電源を持たず、リーダ／ライタからの読取り信号用電波を受信・整流して制御回路やメモリを駆動する直流電源を生成している。またＲＦＩＤとして使用される場合は、数十ｃｍから数ｍの読取り距離を確保するために、９００ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚの周波数を無線周波数として用いる。さらにＲＦＩＤではダイポールアンテナなどで電波を放射する。またカードは放射電波を受信するアンテナを内蔵している。リーダ／ライタにも同様に読取り／書込み信号用電波を放射するアンテナを用いている。放射電波を用いることにより、数十ｃｍ〜数ｍ離れた距離からもＲＦＩＤに記憶されている情報を読み取り、商品などの貨物の仕分けをしたりすることができる。
【０００３】
またプリペイド方式の乗車券カードは、簡単な制御によりレーン間の混信を避ける目的もあって、数ｃｍの距離に近づけたときにのみ信号のやりとりができるように、１３．５ＭＨｚといった低い周波数を無線周波数として用い、無線周波数における波長に比してはるかに小さいスパイラルコイルを、それに接続される無線ＩＣと共に内蔵している。このスパイラルコイルにより、乗車券カードが接近した場合に、改札機の中のリーダ／ライタ用コイルと磁界結合して改札業務に必要な情報のやりとりを自動的に行えるようにしている。
【０００４】
また無線ＩＣタグの価格はＩＣタグチップのサイズを小さくすることにより安くすることができる。それは、ＩＣタグチップのサイズを小さくすれば、１枚のウェハから得られるＩＣタグチップの数量を多くすることができるからである。現在までに例えば０．４ｍｍ角のＩＣタグチップが開発されている。このＩＣタグチップは、チップ内の１２８ビットのメモリデータを２．４５ＧＨｚのマイクロ波で読み取ることができる（例えば非特許文献１参照）。しかし、無線ＩＣタグは、その利便性にも拘わらず、応用市場は限定されている。それには価格と技術の課題がある。
【非特許文献１】宇佐美光雄、『超小型無線ＩＣタグチップ「ミューチップ」』、応用物理、Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．９、２００４、ｐ．１１７９−ｐ．１１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、紙幣に従来のＩＣタグを適用する場合を考える。紙幣の偽造防止を行う場合、ＩＣタグよりもより小さいサイズの微小な回路素子（チップ）が望ましい。ところがＩＣタグを微小化することは、ＩＣ回路を内蔵しているので、大きな制約を受け、不可能である。
【０００６】
そこで本発明者らは、タンク回路のみを含むチップを提案する。このチップは、ＩＣタグのサイズよりも相当に小さい素子として製作することが可能であり、パウダー粒子の程度の大きさを有する。他方、上記紙幣やこれに類似するカードに対してこのようなチップを付着または含有させる場合に、当該チップの存在と特性を確認する読取り技術が重要な技術となる。紙幣やカード等の基体シートにおいて上記チップの存在と特性を離れた所から検知する実用的な技術が必要とされている。チップの存在と特性の読取りには電磁結合が利用されるが、電磁結合の構成が技術的な課題となる。
【０００７】
本発明の目的は、特定共振周波数を有するタンク回路と外部から与えられる変調レーザ光とを組み合わせて当該タンク回路の共振状態の変化を検知し、チップの存在位置と周波数応答特性の読取りを行うことができる基体を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の目的は、基体シート上の１ｍｍ以下の微細なパウダーチップであっても、物理的な接触または接近関係を生じることなく、比較的に離れた距離であっても電磁波を利用して安定して結合関係を作ることができる基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る基体および基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】
本発明に係る基体は、インダクタンス要素とキャパシタンス要素の少なくとも一方が備えられ、インダクタンス要素とキャパシタンス要素の一部または全部を覆うように光導電膜が設けられ、光を光導電膜に照射することによりインダクタンス要素のインダクタンスおよび／またはキャパシタンス要素のキャパシタンスを変化させるように構成される。
【００１１】
上記の基体において、上記インダクタンス要素を成す電気回路素子と上記キャパシタンス要素を成す電気回路素子はタンク回路を形成し、光導電膜への光の照射でタンク回路の共振周波数を変化させるように構成される。光はレーザ光であることが好ましく、さらに当該レーザ光はオン・オフ信号で変調されたパルスレーザ光であることが好ましい。
【００１２】
上記の基体は、全体の形態が接続端子を持たない粒子状のパウダーチップである。
【００１３】
上記の本発明に係る基体（またはパウダーチップ）では、基板の上にインダクタンス要素とキャパシタンス要素が備わっており、その一部または全部を覆うように光導電膜（またはホトコンダクティブ膜）が備えられている。当該光導電膜に光が当ることによりインダクタンスおよび／またはキャパシタンスが変化するタンク回路が形成される。好ましくは、上記光はレーザ光であることが、基体の配置位置を決めるために望ましい。インダクタンスまたはキャパシタンスを変化させるとタンク回路の共振周波数が変化するので、光の当った位置での共振特性の変化が、基体の存在場所と周波数応答特性という情報を提供する。
【００１４】
上記の基体において、変化させるのはインダクタンスとキャパシタンスの両方でも良いが、インダクタンスとキャパシタンスのうちのいずれか一方が変化すれば、変化するという効果は同じであるので、いずれかの簡単な構成を選ぶことができる。
【００１５】
以下では、基体におけるキャパシタンス要素のキャパシタンスを変化させる構成例について説明する。
【００１６】
本発明に係る基体は、基板と、この基板上に形成されたインダクタンス要素と、インダクタンス要素の第１と第２の端部電極の間に配置される第１上側電極と、インダクタンス要素の第１端部電極に対向する第１導体部と第２端部電極に対向する第２導体部を有しかつ第１導体部と第２導体部は隙間を介して配置されている第２上側電極と、第２上側電極の上面で隙間を含む領域を覆うように形成された光導電膜とを備える。この構成に基づき、光導電膜にレーザ光が照射されないとき、インダクタンス要素と第１上側電極による第１キャパシタンス要素とによって第１のタンク回路が形成され、光導電膜にレーザ光が照射されるとき、第２上側電極はインダクタンス要素の第１および第２の端部電極の間に接続される第２キャパシタンス要素となり、インダクタンス要素と、第１キャパシタンス要素と、第２キャパシタンス要素とによって第２のタンク回路が形成される。
【００１７】
上記の構成で、基板上に形成されたインダクタンス要素はコイルである。このコイルの両端部を成す第１および第２の端部電極に誘電体を介して接続される第１のキャパシタンス要素としての第１コンデンサを形成する第１上側電極が設けられる。さらに、第１上側電極に追加して、第１コンデンサと並列してレーザ光が当ったときにのみ上記コイルと接続ができるように、コイルの両端部の第１および第２の端部電極の上に誘電体を介して２つの第１導体部と第２導体部から成る第２上側電極が設けられる。第２上側電極の上面には光導電膜が形成されている。光導電膜に光が照射されると、第２上側電極は、第２コンデンサが形成される。以上の構成に基づくと、外部からレーザ光が照射されないとき、インダクタンス要素と、第１コンデンサによる第１のキャパシタンス要素とによって第１のタンク回路が形成される。レーザ光が照射されるとき、第２コンデンサは第２のキャパシタンス要素となり、インダクタンス要素と、第１および第２のキャパシタンス要素とによって第２のタンク回路が形成される。
【００１８】
上記構成の基体において、第１のタンク回路は第１の共振周波数（ｆ０）を有し、第２のタンク回路は異なる第２の共振周波数（ｆｎ）を有し、この第２の共振周波数（ｆｎ）はレーザ光の強度またはオン・オフに応じて変化する。
【００１９】
上記構成の基体において、高周波のパルスレーザに応答できるためには、好ましくは光導電膜の材質はライフタイムの短い高抵抗のＧａＡｓである。またはＴｉＯ２またはＺｎＳも候補であるが、高速応答は望めない材料である。
【００２０】
上記構成の基体において、好ましくは、第２上側電極（第２コンデンサとなる電極）の第１および第２の導体部（第２コンデンサ電極）の対向縁部は櫛型形状を有している。この櫛型形状によれば、接続面を長くして微小な光で２つの第２コンデンサ電極が電気接続して機能を発現しやすくさせる。
【００２１】
上記構成の基体において、基体の共振周波数特性を反射成分の周波数スペクトルで検出するとき、光を当てたときの反射スペクトルと当てないときの反射スペクトルの差として検出する方法がある。変化量が少ないときは、差スペクトルは微分スペクトルを与えるので共振周波数を正確に求める方法として使用できる。さらに好ましく信号対雑音比（ＳＮ比）を改善する方法としてレーザ光にパルス変調をかける方法がある。周波数（ｆ１）のオン・オフ信号で変調されたパルスレーザ光を用いると、反射ＲＦ電磁波はｆ１で変調された反射波であるので、そのうちｆ１の周波数成分のみを信号成分として検出すると、レーザ光が当った位置のみの信号であることを判別してかつＳＮ比の良い周波数スペクトルを得ることが可能である。
【００２２】
上記構成の基体において、好ましくは、インダクタンス要素は、基板の絶縁膜面上に形成された少なくとも１巻きのスパイラル状のコイルである。
【００２３】
本発明に係る基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムは、基体シート上に配置される前述の基体（パウダーチップ）と、基体シート上に配置され、基体のインダクタンス要素と磁気結合するように設けられた周回導体線を有するアンテナ線と、基体シートから空間的に離れて配置され、アンテナ線と電磁結合されるプローブアンテナ、調べたい帯域の周波数の発振信号を出力する発振器、反射波等（透過波も含む）を検出するための検出装置（例えばサーキュレータを備える検出装置）であって、発振信号に係る電磁波をプローブアンテナを介してシート上アンテナ線に入射し、アンテナ線から反射波等に係る信号を検出してチップの存在位置と周波数応答特性（スペクトル）を知る。この構成に基づいて、基体シート上の基体に対してオン・オフ変調されたパルスレーザ光が照射されたとき、検出装置は、レーザ光のオン・オフに同期して反射波等に係る信号を検出する。
【００２４】
上記の構成を有する基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムにおいて、検出装置は、反射波等に係る変調信号を抽出する抽出手段を備え、得られたタンク回路の周波数スペクトルより上記基体の周波数特性を確認し、位置情報と合わせて周波数を基体のＩＤデータして利用する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る基体によれば、基体を検出する方法として、特定の共振周波数を有するタンク回路の周波数特性（スペクトル）を位置情報を正確に与える変調レーザ光とを組み合わせることにより基体（パウダーチップ）の存在位置と周波数特性の読取りを確実にかつ簡単に行うことができる。
本発明に係る基体の存在位置と周波数応答特性の確認システムによれば、基体シート上の微細なパウダーチップについて、プロバーを物理的に接触または接近させることなく、離れた距離であっても電磁波を用いて、電磁結合および磁気結合の作用を利用して安定して信号送受の結合関係を作ることができ、反射波等に係る信号を変調法で抽出することにより、所定の共振周波数特性を有する基体を正確にかつ確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１〜図３を参照して本発明に係る基体の実施形態を説明する。この実施形態では基体の例としてパウダーチップを示す。図１はパウダーチップの外観斜視図を示し、図２はパウダーチップの平面図を示し、図３は図２におけるＡ−Ａ線で切った縦断面図を示す。図３のＡ−Ａ線断面図においてパウダーチップの構成材料の厚みを誇張して示している。
【００２８】
なおここで、「パウダーチップ」とは、電気的接続端子をもたず上下の区別なくパウダー（粉状体または粒状体）のように扱われる粒子であり、しかも粒子のおのおのは電気回路要素を有して機能するものを意味する。なお本発明に係る「基体」は「パウダーチップ」に限定されない。
【００２９】
パウダーチップ１１は、好ましくは、立方体またはこれに類似した板状の直方体の形状を有し、外側表面での複数の矩形平面に関して、最長辺を含む矩形平面が好ましくは１ｍｍ角以下、より好ましくは０．１５ｍｍ角以下の大きさを有する３次元的な形状を有している。この実施形態のパウダーチップ１１は、図２に示すように、その平面形状が略正方形になるように形成されている。パウダーチップ１１では、略正方形の平面形状において、例えば図２中に示した１つの辺の長さＬが０．１５ｍｍ（１５０μｍ）となっている。
【００３０】
パウダーチップ１１では、図１および図３に示されるようにＰ型シリコン（Ｓｉ）等の基板１２上に絶縁層（酸化膜ＳｉＯ２等）１３を形成している。この絶縁層１３の上面において、この上面を大きな領域に分けると、スパイラル状の複数巻きのコイル１４が形成された領域と、コンデンサ（またはキャパシタ）１５が形成された領域とが存在する。コイル１４とコンデンサ１５は、基板１２の表面上に形成された絶縁層１３の上に２つの電気回路要素の部分として分けることもできる。コイル１４はインダクタンス要素として機能し、コンデンサ１５はキャパシタンス要素として機能する。
【００３１】
コンデンサ１５は、さらに、本来的に常にキャパシタンス要素として機能するコンデンサ要素１５−１と、条件に応じてキャパシタンス要素として機能する疑似的コンデンサ要素１５−２の２つの要素から構成されている。コンデンサ要素１５−１と疑似的コンデンサ要素１５−２とは、パウダーチップ１１の上面において、幾何学的な位置関係ではその長手方向が並列的な位置関係になるように、配置されている。
【００３２】
コンデンサ要素１５−１は、後述するごとく、コイル１４の両端のそれぞれに形成された下側電極（電極パッド）１４ａ，１４ｂと、これに対向する上側電極１６とから形成されている。上側電極１６は、１つの電極膜で一体的なものとして形成され、常に、予め設計された容量を有するコンデンサ素子としての機能を有している。コンデンサ要素１５−１の上側電極１６は、その部分として、両端に位置するコンデンサ電極パッドの部分１６ａ，１６ｂと、両端に位置する２つのパッド部分１６ａ，１６ｂをつなぐホトコンダクティブな光導電配線１６ｃとを有している。コンデンサ電極パッドをなす部分１６ａ，１６ｂは、上記の２つの下側電極１４ａ，１４ｂのそれぞれに対向している。コンデンサ要素１５−１では、上側電極１６の両端部のパッド部分１６ａ，１６ｂで、下側電極１４ａ，１４ｂとの対向関係に基づいて、２つのコンデンサ素子が作られることになる。
【００３３】
疑似的コンデンサ要素１５−２は、コイル１４の両端のそれぞれに形成された下側電極１４ａ，１４ｂと、これに対向する上側電極（１７ａ，１７ｂ）とから形成されている。疑似的コンデンサ要素１５−２の上側電極は、図１および図２に示すように、その平面形状で見て、左右に分離された２つの電極部分１７ａ，１７ｂから構成される。２つの上側電極１７ａ，１７ｂはそれぞれ矩形の形状を有し、かつそれぞれの端部の一辺をなす縁部で対向した位置関係にあって、設計された狭い隙間Ｇをあけて、分離されて配置されている。疑似的コンデンサ要素１５−２は、通常の状態では、２つの上側電極１７ａ，１７ｂが電気回路的に分離した状態にあってコンデンサとして機能せず、後述するような特定な状態が生じたときにのみ２つの上側電極１７ａ，１７ｂが電気回路的に接続された状態になり、コンデンサ素子としての機能を生じるという特性を有した要素である。
【００３４】
パウダーチップ１１の上面で、絶縁層１３の上に形成された絶縁層１８（ＳｉＯ２，ＳｉＮ等）内にコイル１４（パッド１４ａ，１４ｂを含む）が形成されている。コイル１４とコンデンサ要素１５−１は、パウダーチップ１１に応じて設定された特定の共振周波数（ｆ０）で共振する作用を生じる。より厳密には、コイル１４はコンデンサ要素１５−１と共にタンク回路を形成する。仮に、当該タンク回路で共振作用が生じる周波数の磁界と結合したときには、その反射係数が低減される。後述するが、アンテナ同士の電磁界結合を通して外部からタンク回路に磁界エネルギーが与えられたとき、入射電磁波の反射波は低下するという作用が生じる。
【００３５】
コイル１４は、図１または図２に示されるように、パウダーチップ１１の略正方形の平面形状の各辺に沿って、１本の導体配線を例えば三重巻きにすることにより形成されている。コイル１４を形成する導体配線の材質は例えば銅（Ｃｕ）である。
【００３６】
コイル１４の両端部は所要の面積を有する長方形のパッド１４ａ，１４ｂとなっている。これらのパッド１４ａ，１４ｂは前述した下側電極の機能を有する部分である。２つのパッド１４ａ，１４ｂは、それぞれ、ループ形状のコイル１４の内周側と外周側に配置されている。パッド１４ａ，１４ｂのそれぞれは、コンデンサ要素１５−１の上側電極１６の両端部１６ａ，１６ｂ、疑似的コンデンサ要素１５−２の２つの上側電極１７ａ，１７ｂのそれぞれに対する下側電極として作用する。
【００３７】
上記において、目的の共振周波数設計に応じてコイル１４の巻数と長さ、形状は任意に設定することができる。
【００３８】
コンデンサ要素１５−１は、さらに２つのコンデンサ要素１５−１ａ，１５−１ｂから構成されている。コンデンサ要素１５−１ａは、上記の下側電極１４ａと上側電極１６のパッド部分１６ａ（アルミニウム（Ａｌ）等）とから形成される。コンデンサ１５−１ｂは、上記の下側電極１４ｂと上側電極１６のパッド部分１６ｂとから形成される。コンデンサ要素１５−１ａ，１５−１ｂの各々のパッド部分１６ａ，１６ｂは導体配線１６ｃで接続されている。実際には、２つのパッド部分１６ａ，１６ｂと導体配線１６ｃは一体物の導体金属層１６すなわち前述した上側電極１６として形成されている。下側電極１４ａと電極部分１６ａとの間、および下側電極１４ｂと電極部分１６ｂとの間には、それぞれ、図３に示すごとく誘電体としての絶縁膜１９（ＳｉＯ２）が設けられる。この絶縁膜１９によって、下側電極１４ａと上側電極１６のパッド部分１６ａ、下側電極１４ｂと上側電極１６のパッド部分１６ｂは、それぞれ電気的に絶縁されている。なお図１および図２において、絶縁膜１９は透明で示し、図示を省略している。
【００３９】
疑似的コンデンサ要素１５−２を形成する２つの上側電極１７ａ，１７ｂの上面は、隙間Ｇの存在領域を含めてホトコンダクティブ膜（光導電膜）２０によって覆われている。ホトコンダクティブ膜２０で覆う領域は、２つの上側電極１７ａ，１７ｂの上面に接触し、両電極を電気的に接続可能とする領域であればよい。図１および図２ではホトコンダクティブ膜２０の形成領域を斜線部として示している。ホトコンダクティブ膜２０は、光が当たらない状態では非導電性を有し、光が当たると導電性を有する物質である。ホトコンダクティブ膜２０の材質としては、例えばＧａＡｓがある。この材料は赤色に対しても光導電特性が得られ、Ａｓの成分を調整することで半絶縁にすることも可能であるので設計しやすい。分視線エピタキシー（ＭＢＥ）などの低温成長も可能であり、クヤリアーライフタイムもナノ秒以下も可能であるので、パルス変調レーザの変調周波数の上限値にゆとりを与える。ＴｉＯ２またはＺｎＳ等も使用可能である。ホトコンダクティブ膜２０に対して外部からレーザ光等が照射されないときには、２つの上側電極１７ａ，１７ｂは電気的に接続されないので、疑似的コンデンサ要素１５−２はコンデンサ素子としての機能を発揮しない。ホトコンダクティブ膜２０に対して外部からレーザ光等が照射されるときには、２つの上側電極１７ａ，１７ｂは電気的に接続され、疑似的コンデンサ要素１５−２はコンデンサとしての機能を発揮する。このとき電気抵抗は光の強さに応じて変化する。
【００４０】
疑似的コンデンサ要素１５−２は、コンデンサ素子として機能するときには、２つのコンデンサ要素１５−２ａ，１５−２ｂから構成される。コンデンサ要素１５−２ａは、上記の下側電極１４ａと上側電極１７ａ（アルミニウム（Ａｌ）等）とから形成される。コンデンサ要素１５−２ｂは、上記の下側電極１４ｂと上側電極１７ｂとから形成される。下側電極１４ａと上側電極１７ａとの間、および下側電極１４ｂと上側電極１７ｂとの間には、それぞれ、上記の誘電体としての絶縁膜１９が設けられる。絶縁膜１９によって、下側電極１４ａと上側電極１７ａ、下側電極１４ｂと上側電極１７ｂは、それぞれ電気的に絶縁されている。
【００４１】
また上側電極１６のパッド部分１６ａ，１６ｂの間をつなげる導体配線１６ｃとコイル１４の交差部分は上記の絶縁膜１９で電気的に絶縁されている。また上側電極１７ａ，１７ｂとコイル２４の交差部分は上記の絶縁膜１９で電気的に絶縁されている。
【００４２】
上記の構成によって、コイル１４の両端部の間には、ホトコンダクティブ膜２０にレーザ光が照射されない通常の状態では、電気的に直列に接続された２つのコンデンサ要素１５−１ａ，１５−１ｂで作られるコンデンサ要素１５−１が接続されることになる。ループを形成するように接続されたコイル１４とコンデンサ要素１５−１とによって第１のタンク回路（ＬＣ共振回路）が形成される。この場合には、当該タンク回路は鋭い共振特性を生じる。
【００４３】
ホトコンダクティブ膜２０にレーザ光が照射される状態では、コイル１４の両端部の間に、電気的に直列に接続された２つのコンデンサ要素１５−１ａ，１５−１ｂで作られるコンデンサ要素１５−１と、電気的に直列に接続された２つのコンデンサ要素１５−２ａ，１５−２ｂで作られるコンデンサ要素１５−２とが、並列接続の関係で接続されることになる。ループを形成するように接続されたコイル１４とコンデンサ要素１５−１，１５−２の並列回路とによって第２のタンク回路（ＬＣ共振回路）が形成される。２つのコンデンサ要素１５−１，１５−２の並列回路による容量は大きくなる。この場合には、第２のタンク回路の共振周波数は、上記第１のタンク回路の共振周波数とは異なる周波数にシフトすると共に、Ｑ値が低くなり、共振特性が緩やかになる。
【００４４】
図４は、パウダーチップ１１に設けられたインダクタンス要素とキャパシタンス要素とで作られるタンク回路を等価回路で示したものである。タンク回路２１において、実線で示された回路（第１のタンク回路）について、符号Ｌは前述のコイル１４によって実現されるインダクタンス要素を示し、符号Ｃ１はコンデンサ要素１５−１によって実現されるキャパシタンス要素を示している。なお図４で、キャパシタンス要素Ｃ１は、２つのコンデンサ素子の直列回路で表現されている。２つのコンデンサ素子は、前述した２つのコンデンサ要素１５−１ａ，１５−１ｂのそれぞれに対応している。また図４中、二点鎖線で示された回路について、パウダーチップ１１にレーザ光４１が照射されてホトコンダクティブ膜２０が導電性を有した場合において、疑似的コンデンサ要素１５−２がコンデンサ素子としての機能を有し、キャパシタンス要素Ｃ１に対して並列に接続されたキャパシタンス要素Ｃ２が生じる回路状態を示している。この場合に、タンク回路２１としてホトコンダクティブ膜の抵抗に応じた可変な抵抗成分Ｒも含まれることになる。タンク回路２１において実線で示す回路と二点鎖線で示す回路で第２のタンク回路が作られる。レーザ光４１がパウダーチップ１１に照射されない場合には、二点鎖線で示された回路部分は生じない。第２のタンク回路の共振周波数はｆｎ であるとする。
【００４５】
次に、図５〜図９を参照して、上記構造を有するパウダーチップ１１を備えた基体シートに対してパウダーチップ１１の存在位置と周波数応答特性を確認するシステムを説明する。
【００４６】
図５において、基体シート３１の表面または内部の適宜な箇所に上記のパウダーチップ１１が設けられている。パウダーチップ１１の表面に形成された構造は前述の通りである。実際上、パウダーチップ１１は微細なものである。ただし、図５では誇張してパウダーチップ１１は描かれている。また基体シート３１は例えばプラスチックシートや紙、紙幣、カードなどである。パウダーチップ１１に対して、基体シート３１の表面には全体として閉じたループ状のアンテナ線３２が設けられている。アンテナ線３２は導体線で作られている。またアンテナ線３２は、その一部に、上記パウダーチップ１１の周囲を囲むように配置される周回導線部３２ａが形成されている。周回導線部３２ａは、パウダーチップ１１の表面上の上記コイル１４と磁気結合の作用を生じる部分である。
【００４７】
図５で、さらに、符号３３はプローブ装置を指している。プローブ装置３３は、基体シート３１がパウダーチップ１１を有しているか否か、あるいは当該パウダーチップ１１のタンク回路２１の共振周波数特性がどのようなものであるかを検出するための装置である。換言すれば、基体シート３１において所要の共振周波数（ｆ０）を有するパウダーチップ１１の存在位置と周波数応答特性を確認するための装置である。プローブ装置３３は、発振器３４とサーキュレータ３５と同軸線路（伝送線路）３６とループ状導線で形成されるプローブアンテナ３７とによって構成されている。発振器３４は特性検出プローブのための周波数ｆ０ を含む高周波信号を発生する。発振器３４から出力された高周波信号はサーキュレータ３５および同軸線路３６を経由してプローブアンテナ３７へ供給される。プローブアンテナ３７は高周波信号を供給すると、電磁波を放射する。図５に示すようなプローブ装置３３のプローブアンテナ３７と基体シート２１のアンテナ線３２との位置関係によれば、プローブアンテナ３７から放射された電磁波がアンテナ線３２に受信される。さらに当該高周波信号は、アンテナ線３２の周回導線部３２ａを介して、パウダーチップ１１のコイル１４に入射されることになる。
【００４８】
また図５において、符号４１は、オン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）信号で変調された可視のレーザ光であり、パルスレーザ光である。オン・オフの周波数はｆ１ であるとする。パルスレーザ光４１は図４で説明したレーザ光４１と同じである。図５では、説明の便宜上、パルスレーザ光４１は基体シート３１上のパウダーチップ１１に集中して照射されるように描かれている。パルスレーザ光４１においてオフ状態であるときにはパウダーチップ１１にレーザ光が照射されず、前述のホトコンダクティブ膜２０は導電性を有さず、タンク回路２１の共振周波数はｆ０に設定される。パルスレーザ光４１においてオン状態であるときにはパウダーチップ１１にレーザ光４１が照射され、前述のホトコンダクティブ膜２０は導電性を示し、タンク回路２１ではコンデンサ素子Ｃ２が生じるので、タンク回路２１で生じる振動周波数（ｆｎ）は共振周波数ｆ０からシフトした状態になる。
【００４９】
パルスレーザ光４１のオン状態（図中「ＯＮ」と表記）とオフ状態（図中「ＯＦＦ」と表記）は、実際には明確に立ち上がりよく変化して切り替わるものではない。通常、切り替わりの状態では過渡的な変化を生じる。
【００５０】
次に、上記のパウダーチップ１１およびアンテナ線３２を有する基体シート３１に対して、プローブ装置３３か高周波電磁波が与えられている状態で、パルスレーザ光４１が照射されたときの動作例を反射波の観点で説明する。この反射波の観点での動作例は、アンテナ線３２がプローブアンテナ３７から受信した電磁波をプローブアンテナ３７に対して反射する動作の例である。
【００５１】
反射波に関する動作例の結果を図６と図７に示す。図６のグラフで、横軸は周波数を、縦軸は反射係数（ｄＢ）を示す。図７は反射波の波形例を示す。
【００５２】
パルスレーザ光４１がオフ状態で基体シート３１のパウダーチップ１１に光が照射されていないときには、タンク回路２１は第１のタンク回路の共振周波数ｆ０ に設定される。プローブアンテナ３７から供給されかつアンテナ線３２および周回導線部３２ａを介してコイル１４に入射された高周波は吸収され、アンテナ線３２から反射波は減少する。反射波の大小は、プローブ装置３３におけるサーキュレータ３５の分岐出力端３５ａの出力状態で検知することができる。この動作状態は、図６のスペクトル特性５１で示され、かつ図７の波形状態６１で示されている。図６におけるｆ０はアンテナ線３２とパウダーチップ１１の総合共振周波数であり、パウダーチップ１１単独の周波数からずれる。
【００５３】
またパルスレーザ光４１がオン状態で基体シート３１のパウダーチップ１１に光が照射されるときには、タンク回路２１は第２のタンク回路となり、その共振周波数（振動周波数）は共振周波数ｆ０ からシフトするので、プローブアンテナ３７から供給されかつアンテナ線３２および周回導線部３２ａを介してコイル１４に入射された高周波の吸収量は減少し、アンテナ線３２からの反射波が増加する。パルスレーザ光４１の光の強度に応じて反射係数が変化するので、光の強度に応じて反射波のレベルも変化する。この動作状態は、図６の特性５２，５３で示され、かつ図７の波形状態６２で示されている。図６の特性５２、および図７の波形状態６２は、強い光に対応してホトコンダクティブ膜が十分に低抵抗になりスイッチとして動作する場合の動作状態を示している。
【００５４】
また光の強度が弱い場合の動作状態の一例は、図６では特性５３で示され、図７では模式的に波形状態６３で示される。
【００５５】
図７に示した反射波６０の波形例において、波形部分６０Ａは、タンク回路２１の共振に対応する被変調反射波の波形である。この被変調反射波６０Ａは、周波数ｆ１で変調されて６０Ｂのエンベロープを生じる。このように、基体シート３１に対して図６に示す周波数ｆ０の高周波を放射するプローブローブ装置３３のプローブアンテナ３７では、パウダーチップ１１に照射されるパルスレーザ光４１のオン・オフの状態に応じて反射波６０を取り出すことができる。こうしてプローブ装置３３のサーキュレータ３５の分岐出力端３５ａから反射波に係る信号（反射波信号）を取り出すことができる。
【００５６】
上記の反射波６０の周波数スペクトルを図８に示す。図８において横軸は周波数、縦軸は反射波の強度を示す。周波数ｆ１で変調された周波数ｆ０の高周波信号（反射波）は、搬送波として位置づけられるメインバンド７１（周波数ｆ０）と、両側に位置する２つのサイドバンド７２，７３（周波数ｆ０−ｆ１，ｆ０＋ｆ１）とが現れる。パルスレーザ光４１のオン・オフさせる信号の周波数ｆ１ を高くすると、メインバンドとサイドバンドの分離性が良好になり、周波数ｆ１ の信号の取り出しが確実になる。
【００５７】
プローブ装置３３のサーキュレータ３５の分岐出力端３５ａから出力される反射波６０に係る信号に基づき、共振周波を検知することにより、基体シート３１に含まれるパウダーチップ１１の存在位置と周波数応答特性を知ることができる。こうして基体シート３１に付加されたパウダーチップ１１の有するタンク回路の共振特性（共振周波数等）の情報を得ることができる。
【００５８】
上記の周波数特性抽出装置の原理は、図９の（Ａ）と（Ｂ）を参照して説明される。図９で（Ａ）は反射波のスペクトルを示し、（Ｂ）は変調スペクトルを示している。
【００５９】
図９（Ａ）で横軸は周波数を、縦軸は反射波の反射係数を示す。図９（Ａ）に示された特性８１では、共振周波数ｆ０はピーク位置で与えられる。
【００６０】
図９の（Ｂ）に示された変調スペクトル８２は、周波数ｆ１のパルスレーザ光４１でパウダーチップ１１のタンク回路の共振特性を変調したときに、反射高周波の片側サイドバンド（ｆ０−ｆ１）を復調して得た変調波の周波数スペクトルである。光を当てる変調は共振周波数特性をシフトさせるように動作するので、周波数スペクトル８２はスペクトル８１を周波数で微分した形のスペクトルとして得られる。ｆ１成分だけなので、このスペクトル８２はパルスレーザ光４１で変調されたパウダーチップ１１からの信号である。変調法を採用しないと、プローブアンテナ３７からの反射波には自身の大きな反射波が含まれるのでサーキュレータ３５からの出力の絶対値からパウダーチップ１１の共振特性による小さな反射成分を観察するのは困難である。しかし、変調法によればｆ１成分を他の成分から分離できる。図９の（Ｂ）においてはパウダーチップ１１の共振周波数はスペクトルがゼロを横切る周波数として定義できる。ピークの位置を決めるのは誤差を生じるがスペクトルがシャープにゼロを横切る周波数は格段に正確に読み取れる。これは異なる周波数のパウダーチップ１１の共振周波数をデータして用いるとき、有効数字の大きさとして価値を高める。異なる周波数特性のパウダーチップ１１を横に例えば３個並べて、周波数をＩＤとして用いるなら、２桁の有効数字なら１００の３乗、即ち６桁の有効数字のＩＤになるが、３桁の有効数字なら１０００の３乗、即ち９桁の数字のＩＤ表現になる。
【００６１】
次に図１０を参照して本発明に係るパウダーチップの他の実施形態を説明する。図１０は、図２と同様なパウダーチップ９１の平面図を示す。図１０において、図２で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。この実施形態に係るパウダーチップ９１の疑似的コンデンサ要素１５−２において、２つの上側電極９２ａ，９２ｂのそれぞれの対向辺の縁部形状は櫛型形状を有し、２つの上側電極９２ａ，９２ｂの間に蛇行形状のスリット隙間９３が形成されている。スリット隙間９３は平行な多数のスリットの部分を含んでいる。スリット隙間９３は可能な限り狭く作られており、かつ蛇行形状によって全体として隙間の長さおよび面積を大きくしている。蛇行形状のスリット隙間９３の各スリットの本数としては任意であり、例えば２５０本である。またスリット隙間９３を形成する各スリットの長さは例えば１００μｍである。スリット隙間９３の蛇行形状によって隙間の道のりを増すようにしている。
【００６２】
なお、スリット隙間９３が形成される領域は、上側電極９２ａ，９２ｂのそれぞれの対向部の辺の長さを大きくすることにより、広い面積を有する領域部として作ることも可能である。
【００６３】
さらに、本発明に係るパウダーチップの他の変更実施形態として、パウダーチップの表面における、コイル１４と、コンデンサ要素１５−１および疑似的コンデンサ要素１５−２の各電極または電極パッドとの上下の位置関係を反対にすることもできる。
【００６４】
上記の実施形態の説明では、パウダーチップ１１に形成されたタンク回路２１のキャパシタンス要素のキャパシタンスをホトコンダクティブ膜と光照射により変化させ、タンク回路周波数を変化させたが、コイルの長さを変えたり線間リークを生じさせる等してインダクタンス要素のインダクタンスを変化させてタンク回路の周波数を変化させることができる。
【００６５】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００６６】
例えば、本実施形態では反射波に基づく検知の例を示したが、吸収率または透過率に基づく検知の例であっても同様な効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る基体またはパウダーチップ等は、安価な方法で紙や薄いプラスチクス、または紙幣等に付加され、紙を特定したり紙幣偽造等を防止するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る基体（パウダーチップ）の斜視図である。
【図２】本実施形態に係るパウダーチップの平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施形態に係るパウダーチップに形成されるタンク回路の等価回路を示す電気回路図である。
【図５】パウダーチップを備えた基体シートの当該パウダーチップの存在位置と周波数応答特性を確認するシステムの構成を示す図である。
【図６】パウアダーチップの反射波の発生状態を示す特性図である。
【図７】変調反射波の変化状態を示す波形図である。
【図８】反射波に関する周波数スペクトルを示す特性図である。
【図９】反射波の検出の原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るパウダーチップの平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１            パウダーチップ（基体）
１２            基板
１３            絶縁層
１４            コイル
１５            コンデンサ（キャパシタ）
１５−１        コンデンサ要素
１５−２        疑似的コンデンサ要素
１６            上側電極
１７ａ，１７ｂ  上側電極
１８            絶縁層
１９            絶縁層
２０            ホトコンダクティブ膜（光導電膜）
２１            タンク回路
３１            基体シート
３２            アンテナ線
３３            プローブ装置
３７            プローブアンテナ
４１            パルスレーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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