(57)【要約】【課題】使い勝手が良く感度が良好で認識距離が長いＲＦＩＤデータキャリアとＲＦＩＤデータキャリア用支持部材を提供する。【解決手段】板状に形成された絶縁性の支持体１２と、外部の読み取り書き込み装置からの電波によりデータの通信を行う通信回路およびデータを読み書き可能に記憶する記憶素子を有して支持体１２に取り付けられたＩＣ部１４と、ＩＣ部１４に接続され支持体１２に設けられた導電性のアンテナ部１６から成る。アンテナ部１６は、直線状の導電性材料から成りＩＣ部１４に接続した放射器２０と、放射器２０を挟んで両側に平行に位置した直線状の導電性材料の反射器２２から成る。反射器２２は放射器２０より長く、反射器２２と放射器２０の間隔が使用電波の波長の１／２〜１／４の長さに設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成された絶縁性の支持体と、外部の読み取り書き込み装置からの電波によりデータの通信を行う通信回路およびデータを読み書き可能に記憶する記憶素子を有して前記支持体に取り付けられたＩＣ部と、このＩＣ部に接続され前記支持体に設けられた導電性のアンテナ部から成るＲＦＩＤデータキャリアにおいて、前記アンテナ部は、細長い導電性材料から成り前記ＩＣ部に接続した放射器と、前記放射器を挟んで両側に平行に位置した細長い導電性材料の反射器により構成され、前記反射器は前記放射器より長く形成され、前記反射器と放射器の間隔が使用電波の波長の１／２〜１／４の長さに設定されていることを特徴とするＲＦＩＤデータキャリア。
【請求項２】
前記放射器と前記反射器間の間隔を、使用電波の波長の約０．４〜０．５倍の長さに設定して成ることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤデータキャリア。
【請求項３】
前記放射器と一方の前記反射器間の間隔を使用電波の波長の約０．３倍の長さに設定し、前記放射器と他方の前記反射器間の間隔を使用電波の波長の約０．４倍の長さに設定して成ることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤデータキャリア。
【請求項４】
板状に形成された絶縁性の支持体表面の両側に、互いに平行に位置した細長い導電性材料の反射器を備え、この反射器の間に、外部の読み取り書き込み装置からの電波によりデータの通信を行う通信回路およびデータを読み書き可能に記憶する記憶素子を有して前記支持体に取り付けられるＩＣ部と、このＩＣ部に接続され前記支持体に設けられる細長い導電性材料から成り前記ＩＣ部に接続した放射器とが積層可能に形成され、前記反射器は前記放射器より長く形成され互いに平行に位置し、前記反射器と放射器の間隔が使用電波の波長の１／２〜１／４の長さになるように設定されることを特徴とするＲＦＩＤデータキャリア用支持部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波により非接触で各種データの送受信が行われるＲＦＩＤデータキャリアとＲＦＩＤデータキャリア用支持部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商品や荷物等の物品に関する各種データを管理する方法として、物品に取り付けられたタグとしてＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）データキャリアと呼ばれる送受信機を設けたシステムがある。このＲＦＩＤデータキャリアを用いたシステムでは、ＲＦＩＤデータキャリアの情報の読み取り及び書き込みを行う読み取り書き込み装置を備え、コントローラで制御された電波を読み取り書き込み装置のアンテナから送信し、ＲＦＩＤデータキャリアに対し非接触で、各種データの読み書きを行う。またこのシステムの他の利用例として、駐車場や建物の入口のゲート側近に取り付けた読み取り書き込み装置のアンテナに、ＲＦＩＤデータキャリアをかざして、ゲートの施解錠を行う入退出管理にも用いられている。
【０００３】
ＲＦＩＤデータキャリアの構造は、データが記録され送受信回路等を備えたＩＣ部とアンテナ部を、合成樹脂などから成るカード状の支持体に実装したものである。また、そのアンテナ部の形状は、認識距離の延長及び動作安定化のため、各種のパターン形状が知られている。
【０００４】
例えば、アンテナ部の形状としては、特許文献１の従来技術に開示されているように、ＩＣ部を中心として同一直線上に延びる一対のダイポール素子を有したダイポールアンテナ型がある。また、ＩＣ部を有する直線状の放射器を備え、放射器よりも短い直線状の導波器と、放射器よりも長い直線状の反射器とが放射器を挟んだ両側に、等間隔で平行に配置され形成された３素子八木アンテナ型がある。さらに、ＩＣ部を有する直線状の放射器を備え、放射器よりも短い同一長さの直線状の導波器が放射器を挟んだ両側に等間隔で平行に配置された、双方向八木アンテナ型もある。
【０００５】
また、特許文献１の発明は、アンテナ部の放射器と導波器の線長と線幅、及び間隔を適宜に設定することにより、アンテナの指向性の強弱を調節することが可能なＲＦＩＤデータキャリアを開示している。
【０００６】
そのほか、特許文献２は、支持材である基材が吸水せず、通信距離の低下を軽減する基材を有したＲＦＩＤデータキャリアを開示している。また、特許文献３では、ＲＦＩＤデータキャリアであるタグとアンテナ間の距離が、より広範囲または遠距離に位置しても、安定的に認識される受信／送信感度の高い子局側アンテナが形成されたＲＦＩＤタグのアンテナ構造を開示している。
【特許文献１】特開２００６−６７４７８号公報
【特許文献２】特開２００５−７１１７９号公報
【特許文献３】特開２００２−１５１９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般的ＲＦＩＤデータキャリアを用いた入退出管理システムでは、読み取り書き込み装置のアンテナは入口側近に設置され、入室する際に、カード状に形成されたＲＦＩＤデータキャリアとの信号の授受によりドア等を解錠する。このとき、読み取り書き込み装置のアンテナ面に、ＲＦＩＤデータキャリアのカード面を平行にかざして、認識させているが、認識可能な距離が短く、誤認識が生じやすかった。
【０００８】
また、特許文献１の従来技術や特許文献１〜３に開示されたアンテナ構造の場合、読み取り書き込み装置のアンテナ面に対してＲＦＩＤデータキャリアのカード面を垂直にして、且つＲＦＩＤデータキャリアのアンテナが読み取り書き込み装置のアンテナ面に平行に並ぶようにカードを向ける必要がある。しかし、このような配置でカードを向ける動作は、カード面を読み取り書き込み装置のアンテナ面に平行にして認識させていた従来の一般的システムとはが異なり、使いづらいものである。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、使い勝手が良く感度が良好で認識距離が長いＲＦＩＤデータキャリアとＲＦＩＤデータキャリア用支持部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、板状に形成された絶縁性の支持体と、外部の読み取り書き込み装置からの電波によりデータの通信を行う通信回路およびデータを読み書き可能に記憶する記憶素子を有して前記支持体に取り付けられたＩＣ部と、このＩＣ部に接続され前記支持体に設けられた導電性のアンテナ部から成るＲＦＩＤデータキャリアであって、前記アンテナ部は、直線状等の細長い導電性材料から成り前記ＩＣ部に接続した放射器と、前記放射器を挟んで両側に平行に位置した直線状等の細長い導電性材料の反射器により構成され、前記反射器は前記放射器より長く形成され、前記反射器と放射器の間隔が使用電波の波長の１／２〜１／４の長さに設定されているＲＦＩＤデータキャリアである。
【００１１】
前記放射器と前記反射器間の間隔を、使用電波の波長の約０．４〜０．５倍の長さに設定して成るものである。または、前記放射器と一方の前記反射器間の間隔を使用電波の波長の約０．３倍の長さに設定し、前記放射器と他方の前記反射器間の間隔を使用電波の波長の約０．４倍の長さに設定して成るものである。
【００１２】
またこの発明は、板状に形成された絶縁性の支持体表面の両側に、互いに平行に位置した直線状等の細長い導電性材料の反射器を備え、この反射器の間に、外部の読み取り書き込み装置からの電波によりデータの通信を行う通信回路およびデータを読み書き可能に記憶する記憶素子を有して前記支持体に取り付けられるＩＣ部と、このＩＣ部に接続され前記支持体に設けられる直線状等の細長い導電性材料から成り前記ＩＣ部に接続した放射器とが積層可能に形成され、前記反射器は前記放射器より長く形成され互いに平行に位置し、前記反射器と放射器の間隔が使用電波の波長の１／２〜１／４の長さになるように設定されるＲＦＩＤデータキャリア用支持部材である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のＲＦＩＤデータキャリアとＲＦＩＤデータキャリア用支持部材によれば、読み取り書き込み装置のアンテナ面に、カード状に形成されたＲＦＩＤデータキャリアの面をほぼ平行にかざして読み取りまたは書き込み可能なため、一般的なカード状のＲＦＩＤデータキャリアと同様に使いやすいものである。さらに、アンテナ利得が増大し通信可能な距離が長くなり、より使いやすいものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明のＲＦＩＤデータキャリアの第一実施形態について、図１〜図４を基にして説明する。このＲＦＩＤデータキャリア１０は、図１などに示すように、矩形のカード状に成形された支持材１２表面に、ＩＣ部１４と、導電性材料により形成したアンテナ部１６とを実装したものである。
【００１５】
このＲＦＩＤデータキャリア１０の通信方式は、周波数が２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波の電波を利用する方式を採用しており、静電結合方式や電磁誘導方式などの他の通信方式に比べ、通信距離が比較的広範囲に亘る。そして、図示しない外部の読み取り書き込み装置用のコントローラで制御されたマイクロ波の電波を読み取り書き込み装置のアンテナから送信し、その送信された電波をＲＦＩＤデータキャリア１０のアンテナ部１６で受信することにより、読み取り書き込み装置とＲＦＩＤデータキャリア１０との間で、各種データの送受信が非接触で行われる。
【００１６】
この実施形態のＲＦＩＤデーアキャリア１０の支持体１２は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、紙や合成樹脂などの絶縁性材料の板材から成り、支持体１２の素材としては、紙の他、ポリエチレン、塩化ビニール、アセテート、ポリカーボネート、アクリルなどの合成樹脂や、ベークライト、マイカレックス、ガラス、セラミックス、石、布、不織布などで、常温時に、カード状またはフィルム状で平板に形成可能なものが用いられている。そして、支持体１２の一方の面に、アンテナ部１６が設けられている。
【００１７】
ＩＣ部１４は、通信回路と記憶素子であるメモリが内蔵された薄型の集積回路チップから成る。メモリとしては、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリを用いることにより、電池レスタイプのデータキャリアとして使用できる。
【００１８】
アンテナ部１６は、図２に示すように、支持体１２の中央部に位置し、支持体１２の短辺と平行に配置された放射器２０と、その両側にＳ１、Ｓ２の間隔を適宜に設けて配置された各反射器２２により構成されている。
【００１９】
放射器２０は、その中央位置付近に図示しない給電部が設けられ、給電部の両端にＩＣ部１４の電極が接続され、ＩＣ部１４の通信回路に電気的に接続されている。放射器２０は、導電性の皮膜からなり、たとえば、銀ペースト、黒鉛、カーボン等を含有した導電性塗料や金属箔により形成されている。放射器２０は、図２に示すように、支持体１２上に、幅Ｗ１、長さＬ１でパターン印刷して構成され、または金属箔を貼付して形成されている。放射器２０は、図示しない外部の読み取り書き込み装置のアンテナから送信された電波を捕捉するとともに、読み取り書き込み装置のアンテナに向けて電波を放射する機能を有している。
【００２０】
反射器２２は、支持体１２の長辺方向の両端部近傍で、短辺と各々平行な位置に、直線状に形成されて各々配置されている。また、反射器２２は、各放射器２０と同様に、導電性の皮膜からなり、図２に示すように、たとえば、銀ペースト、黒鉛、カーボン等を含有した導電性塗料を支持体１２上へ、幅をＷ２でパターン印刷し、または金属箔を貼付して形成されている。反射器２２の長さＬ２は、放射器２０の長さＬ１より長く形成されている。
【００２１】
この発明の実施形態では、使用周波数ｆ＝２４４８．８７５ＭＨｚとして、波長λ＝１２２．５ｍｍである。そして、図１（ｂ）に示すように、ＲＦＩＤデータキャリア１０のアンテナ部１６の指向性は、支持体１２の表面に対して直角方向に設定されている。
【００２２】
放射器２０と一対の反射器２２の構成は、放射器２０と反射器２２の各素子の線長および線幅と、放射器２０と各反射器２２の間隔を、例えば次の通りに設定する。放射器２０のＬ１＝４３ｍｍ、Ｗ１＝３ｍｍとし、各反射器２２のＬ２＝６２．５ｍｍ、Ｗ２＝２．０ｍｍとする。なお、反射器２２の長さＬ２は、実験的に反射器動作の最良値に設定した。また、Ｗ２は、波長λより小さい幅に設定している。そのほか、放射器２０と各反射器２２の間隔Ｓ１、Ｓ２は、実験では、Ｓ１＝Ｓ２＝λ／２で最高感度であるが、例えば一般的なカード型のＲＦＩＤデータキャリアの大きさに収まるように設定し、Ｓ１＝４５．５ｍｍ、Ｓ２＝３８．０ｍｍとした。
【００２３】
この実施形態の放射器２０と反射器２２の動作は、図３に示すように、同位相で給電された３素子からなるビームアンテナ２４と等価である。両側の反射器２２は、放射器２０と反射器２２の間隔で０．５λ分、即ち１８０°位相が遅れ、再輻射にともなってさらに１８０°の位相遅れが生じて、放射器２０とは合計３６０°の位相差となる。すなわち、放射器２０とその両側に設けられた各反射器２２の位相は、全て同相である。図３に示すように、３素子とも同相電流Ｉで励振されているとき、波長に比較して十分な距離ｄ０の遠地点の電界強度Ｅは式（１）で示される。
E=(６０Ｉ／ｄ０）・ｓｉｎ(１．５πｃｏｓθ）／ｓｉｎ(０．５πｃｏｓθ）・・・（１）
なお、ｓｉｎ(１．５πｃｏｓθ）／ｓｉｎ(０．５πｃｏｓθ）は、３素子ビームアンテナの指向性係数を求めるものである。そして、図４は、電界強度Ｅと指向性係数をグラフに表した指向性図である。図４に示すように、アンテナ利得は、３倍で指向性パターンＤが形成されている。
【００２４】
なお、この発明の周波数範囲は、理論的には波長が電波の範囲であれば適用できるが実用範囲としては、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである。日本のＵＨＦ以上のＲＦＩＤ周波数帯は２．４５ＧＨｚ帯および９５２〜９５５ＭＨｚであるが、可能であれば、上記の１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚがより好ましい。
【００２５】
この実施形態のＲＦＩＤデータキャリア１０によれば、入退出管理システムなど、出入口側近の壁面に設置された読み取り書き込み装置のアンテナに、カード状に形成されたＲＦＩＤデータキャリア１０の表面を平行にかざして通信可能なため、従来のカード状のＲＦＩＤデータキャリアと使い勝手が変わらないものである。また、支持体１２の上に形成された放射器２０と、その両側の平行な位置にそれぞれ配置された反射器２２の間隔を、使用電波の波長λに対して、λ／２〜λ／４の長さに近い値に設定することにより、ＲＦＩＤデータキャリア１０のアンテナ利得が向上し、読み取り書き込み装置のアンテナに支持体１２を平行にかざす動作時においても、通信可能距離が長く、容易に正確な認識が可能となるものである。
【００２６】
次に、この発明の第二実施形態について、図５に基づいて説明する。なお、ここで、上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態は、絶縁材から成る矩形で板状形成された支持体１２から成るＲＦＩＤデータキャリア用支持部材３０についてのもので、長辺方向の両端部近傍に、短辺と各々平行に直線状に反射器２２が各々配置されているものである。反射器２２は、予め支持体１２に印刷等により導電性塗料で形成され、または金属箔が貼付されて形成されたものである。この支持体１２には、後に各反射器２２と平行に、支持体中央部に放射器とＩＣ部が貼付される。
【００２７】
この実施形態のＲＦＩＤデータキャリア用支持部材３０によれば、ＩＣ部と放射器により形成された既存のＲＦＩＤデータキャリアの通信感度を向上させるＲＦＩＤデータキャリア用支持部材３０を形成するもので、既存のＲＦＩＤデータキャリアの通信距離を容易に延長させることが出来る。さらに、読み取り書き込み装置のアンテナにＲＦＩＤデータキャリア用支持部材３０の表面を平行にかざすことで、通信可能なため、使い勝手も良好なものである。
【００２８】
なお、この発明のＲＦＩＤデータキャリアは上記実施形態に限定されるものではなく、放射器の両側に規定の間隔で平行に反射器が形成され、反射器が放射器より長く形成されていればよく、放射器と反射器は直線状以外に細長く形成され、湾曲したものでも良く、使用する周波数により、幅や長さを適宜設定可能なものである。また、各部材の形状や素材など適宜変更可能である。
【実施例１】
【００２９】
この発明の一実施例によるＲＦＩＤデータキャリア１０の読み取り実験データを表１に挙げる。この実験では、図６に示すように、ＲＦＩＤデータキャリア１０を段ボール製の箱２６に取り付けて、図示しない読み取り書き込み装置のアンテナ１８に相対させて配置した。そして、読み取り書き込み装置がＲＦＩＤデータキャリア１０を認識する最大通信可能距離ｄを測定した。なお、ＲＦＩＤデータキャリア１０のアンテナを構成する放射器２０及び反射器２２は、図２の各寸法において表１に示すように、一般的なカード型に用いられる放射器２０の幅Ｗ１及び長さであるＷ１＝３ｍｍ、Ｌ１＝４３mmに固定した。また、反射器２２の幅Ｗ２は、実験の結果から、Ｗ２＝２．０ｍｍに固定した。
【００３０】
そして、反射器２２の長さＬ２、放射器２０と各反射器２２との間隔Ｓ１、Ｓ２を適宜変更して、最大通信可能距離ｄを測定した。なお、使用する周波数ｆを２４４８．８７５ＭＨｚ、波長λが１２２．５ｍｍであり、この周波数と波長から放射器２０と各反射器２２の理論上のＳ１、Ｓ２の最適値は、λ／２＝６１．３ｍｍまたはλ／４＝３０．６ｍｍである。この実験の測定結果を表１に示す。表１において、（キ）はアンテナ部が放射器のみの構成であり、（ア）〜（カ）は反射器を備えた構成である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この測定結果によると、図６に示すように、最大通信可能距離ｄは、理論値と同じ放射器２０の両側に設けられた各反射器２２との距離がλ／２の時の、（ア）の２２５０ｍｍであった。また、一般的な大きさのカード型の支持体１２に形成された、ＲＦＩＤデータキャリア１０である（オ）では、最大通信可能距離ｄが２１５０ｍｍであり、表１では２番目に長い最大通信可能距離であり、十分な通信距離を有するものであった。（オ）の例は、支持体のカードを小さくすることができ、より実用的である。
【００３３】
また、（イ）、（ウ）でも、アンテナ部のみの構成と比較して、２倍程度の最大通信可能距離ｄを得た。その他、（カ）では、（オ）と同様にＳ１、Ｓ２の距離を異なるものとし、反射器の長さが（オ）と比較して短いものであったが、アンテナ部のみの構成と比較して、２倍程度の最大通信可能距離ｄを得ることができ、この場合も、支持体のカードを小さくすることができ実用的である。
【００３４】
その他、（エ）は、Ｓ１、Ｓ２が短くその方向の支持体寸法を小さくすることができるが、反射器の長さが長い割には、最大通信可能距離ｄの延長効果が小さく、用途が限られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の第一実施形態のＲＦＩＤデータキャリアの概略平面図（ａ）と、Ａ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図２】この実施形態のＲＦＩＤデータキャリアのアンテナ部の形状を示す平面図である。
【図３】この実施形態のＲＦＩＤデータキャリアの理論説明のための３素子ビームアンテナの配列を示す斜視図である。
【図４】この実施形態のＲＦＩＤデータキャリアのアンテナ利得及びアンテナ指向性を示す指向特性グラフである。
【図５】この発明の第二実施形態のＲＦＩＤデータキャリア用支持部材を示す概略平面図である。
【図６】この発明の実施例に用いたＲＦＩＤデータキャリアとその読み取り書き込み装置のアンテナとの通信距離を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ＲＦＩＤデータキャリア
１２  支持体
１４  ＩＣ部
１６  アンテナ部
２０  放射器
２２  反射器
【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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