JP2007159129A - Ｒｆｉｄデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ほぼ平らな面を含む無線周波数識別デバイスを提供する。
【解決手段】面は縦軸と横軸を有する。複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電性ダイポール素子が面に装着される。この実施形態の場合には、これらの素子は、導波素子と、反射素子と、導波素子と反射素子との中間に位置する励振素子とを含む。無線周波数識別チップは、励振素子に導電的に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、商品等の対象物に貼付して、当該対象物の識別情報等を保持するＲＦＩＤデバイス（Radio Frequency ID Device：無線周波数識別デバイス）に関する。

ＲＦＩＤタグのような無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）デバイスは、無線識別用に広く使用されている。ＲＦＩＤタグは、通常、ある対象物に貼付することができるように実装されている、アンテナに取り付けられているＲＦＩＤチップを含む。例えば、タグは、剥離ライナーから剥離し、製品に固定することができるＲＦＩＤラベルとして実装することもできるし、または小売り製品のカートンまたはパッケージの内側に単に装着することもできる。通常、ＲＦＩＤチップは、タグが貼付されている対象物についてのまたは対象物に関連する情報を含む。遠隔質問器（読出装置とも呼ばれる）は、無線信号を介してＲＦＩＤタグと通信することにより、ＲＦＩＤチップから情報を読み出す。質問器がタグを読み出すことができる最大距離は、その特定のタグの利得をデシベル単位で測定することにより知ることができる。

周知のＲＦＩＤタグの利得は比較的低い。例えば、標準タイプの４インチ×６インチのラベルの利得は、通常、約１．８デシベルである。そのためこのようなタグの使用範囲が狭いことを理解することができるだろう。

本発明は、概して、ＲＦＩＤタグのサイズを大きくしないでＲＦＩＤタグの利得を増大するための方法および装置に関する。

第１の態様によれば、本発明は、縦軸および横軸を有する面と、上記面に装着されている複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電素子と、上記素子のうちの１つに導電的に接続しているＲＦＩＤチップとを含むＲＦＩＤタグを提供する。通常、面は平らであるかほぼ平らである。

ある実施形態の場合には、素子は、導波素子と、反射素子と、導波素子と反射素子との間に位置する励振素子とを含む。

ある実施形態の場合には、ＲＦＩＤチップは、励振素子のような素子のうちの１つに装着される。

通常、導波素子、励振素子および反射素子は、アンテナを一括形成する。ほとんどの場合、素子のうちの少なくとも１つは、形成されたアンテナに容量性ローディングを提供するように構成される。ある場合には、各素子はアンテナに容量性ローディングを提供するように構成される。ある実施形態の場合には、各素子はほぼ蝶ネクタイの形をしている。

ある実施形態の場合には、ＲＦＩＤチップは、所定の波長を有する信号に反応し、アンテナは、所定の波長の半分以下の横方向の最大寸法を有する。

ある実施形態の場合には、各素子は、一対の対向する横方向に延びるアームを有する中央部分により形成される。ＲＦＩＤチップは、励振素子の中央部分に装着することができる。

ある実施形態の場合には、各素子のアームは、その中央部分に対してほぼ対称になっていて、ある場合には、素子は、縦軸を中心にして中央部分で整合している。

ある実施形態の場合には、少なくとも１つの素子のアームは、中央部分に対して縦方向寸法が大きくなっている各領域を含む。ある場合には、これらの領域は、中央部分から次第に分岐することができる。さらに他の実施形態の場合には、これら領域は、アームから延びる横方向の端部を含む。

これらの素子は、等間隔で配置され、中央部分で整合し、縦方向に沿って最大横方向の寸法が相対的に増大する。ある場合には、各素子は、各縦軸に対して対称である。縦軸は、相互に平行になっている。

第２の態様によれば、本発明は、ＲＦＩＤタグを支持する基板を提供する。この基板は、縦軸および横軸を有するほぼ平らな面と、上記面に装着されている複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電素子と、素子のうちの１つに導電的に装着されているＲＦＩＤチップを含む。

第３の態様によれば、本発明は、縦軸および横軸を有するほぼ平らな面を提供するステップと、面上に複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電素子を印刷するステップとを含むＲＦＩＤタグを支持するための基板を製造するための方法を提供する。この場合、素子のうちの少なくとも１つは、ＲＦＩＤチップを導電的に支持するように構成される。

もう１つの態様によれば、本発明は、ＲＦＩＤチップ用のアンテナを提供する。このアンテナは、導波素子と、導波素子から縦方向に間隔を有する反射素子と、ＲＦＩＤチップを支持するための励振素子とを含む。励振素子は、導波素子および反射素子から縦方向に間隔を有していて、導波素子と反射素子の中間に位置する。

図１Ａおよび図１Ｂは、ほぼ平らな面２を含むＲＦＩＤタグ１を示す。面２は、縦軸３および横軸４を有する。３つの個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電ダイポール素子が面２上に装着されている。この実施形態の場合には、これらの素子は、導波素子５、反射素子６および励振素子７である。通常、励振素子７は、導波素子５と反射素子６との間に位置する。ＲＦＩＤチップ８は、励振素子７に導電的に取り付けられていて、その上に装着することができる。この実施形態の場合には、ＲＦＩＤチップ８は、受動的ＲＦＩＤチップである。しかし、他の実施形態の場合には、能動的ＲＦＩＤチップを使用することができる。

軸３および４は、対称軸でなくてもよいこと、方向の基準のためだけに使用することができることを理解することができるだろう。

「個別の」という用語は、実質的に電気的に分離していることを意味する。すなわち、素子５〜７は、面２に若干の導電特性があったとしても、電気的にまたは導電的に接続していない。通常、面２は絶縁体である。

図１の例の場合には、素子５〜７は、等間隔に配置されていて、素子５から素子６への横方向の寸法が相対的に広くなっている中央で整合している矩形である。他の実施形態は、他の形状、寸法、整合および間隔を使用している。いくつかの特定の他の形状および構成については以下に説明する。

面２は、基板上にＲＦＩＤラベル１０の形に形成される。ＲＦＩＤラベルは、当業者であれば周知のものであるので説明は省略する。通常、これらのラベルは、紙、またはＰＥＴのようなプラスチックから作られる。ラベル１０は、図１Ｂに示すように、対象物にタグ１を装着するための対向面１１を含む。面１１は、通常、感圧性接着剤のコーティングを含むが、他の実施形態の場合には、他の装着技術を使用している。ある実施形態の場合には、面２は、包装容器のような対象物上に形成される。それ故、素子５〜７は、対象物上に直接装着される。

素子５〜７は、通常、種々の導電材料のうちの任意のものから形成される。選択した材料は、一般的に、面２に素子５〜７を装着するために使用する構築技術により異なる。例えば、ある実施形態の場合には、銅または銀を含有するインキのような導電性インキが面２上に印刷される。種々の他の構築技術および材料は当業者にとって周知のものであり、ＲＦＩＤタグ１を構築するのに使用することができる。

導波素子５、励振素子６および反射素子７は、アンテナを一括形成することを理解することができるだろう。図１の構成の場合には、アンテナは八木アンテナである。ある他の実施形態の場合には、素子は、八木アンテナの通常の定義に大まかに分類されるアンテナのような他のタイプのアンテナを形成するように配置される。

アンテナとＲＦＩＤチップ８との間の電力の伝達を最大にするために、およびその逆を行うために、各インピーダンスは共役的に整合しなければならない。チップ８は、固定インピーダンスを有しているので、素子５〜７の寸法は、この共役整合を達成するように選択されることを理解することができるだろう。例えば、素子７の横方向および縦方向の寸法が選択される。当業者であれば、インピーダンスを測定し、共役整合を達成するための技術を理解することができるだろう。

本明細書に記載する実施形態は３つの個別の素子だけを開示しているが、これは本発明を制限するものではない。例えば、ある実施形態の場合には、複数の追加の導波素子５が、素子６および７から遠ざかる方向に、素子５から縦方向に間隔を置いて配置されている。図３のタグ１６は、このような実施形態の一例である。

使用中、ＲＦＩＤチップ８は、所定の周波数および波長を有する無線質問信号に応答する。これに応じて、チップ８は、識別情報を示すタグ信号を供給する。例えば、ＲＦＩＤ読出装置は、質問ゾーンを画定するために適当な質問信号を送信する。タグ１が質問ゾーン内に入るか常駐している場合には、読出装置は、以降タグ信号を受信する。読出装置は、通常、実用的な目的のためにさらに処理される識別情報を入手するためにこの信号を処理する。例えば、タグ１は、対象物Ａを識別するために対象物Ａに装着することができる。タグ１が記憶した識別情報は、データベース内で対象物Ａと関連づけられる。それ故、読出装置は、対象物Ａが自分が監視している質問ゾーンに入ったのか、留まっているのか、立ち去ったのかを報告することができる。多数の他の用途は周知のものであり、広く使用されている。

質問ゾーンのサイズを制限する要因は、読出し範囲および／またはＲＦＩＤタグの利得に関連する。本発明の実施形態によるアンテナを提供することにより、特定の利得特性を有するＲＦＩＤタグを使用することができる。通常、八木アンテナは方向性を有し、そのため八木アンテナはある方向１５に最大の利得を有するＲＦＩＤタグになるが、このことは特定の構成特性に依存する。この最大利得は、類似の全寸法を有する周知のＲＦＩＤタグの最大利得より大きい。このことについては、図５の利得図を参照しながら以下にさらに詳細に説明する。

図１の実施形態の場合には、素子７のサイズは、チップ８が最大利得特性に応答する質問信号の波長の約半分の横方向の大きさを有する。素子７は、このサイズで共振することが分かっている。例えば、質問信号が９１５メガヘルツの周波数を有するある実施形態の場合には、波長は約３３センチメートルである。それ故、素子７は、約１６．５センチメートルの横方向の大きさを有する。

商用的観点および美的観点からいって、通常、ＲＦＩＤタグのサイズを小さくすると有利である。そのため、ある実施形態の場合には、素子５〜７、すなわちこれら素子が形成するアンテナの大きさを小さくするために、容量性ローディングを使用する。図２は、この特定の例を示す。ある他の実施形態の場合には、容量性ローディングを提供するように、素子の選択が行われる。これにより実用的な効果が得られるが、必ずしもアンテナのサイズは小さくならない。

図２は、各素子５〜７がアンテナに容量性ローディングを提供するように構成されているＲＦＩＤタグ２０である。各素子５〜７は、一対の対向する横方向に延びるアーム２２を有する中央部分２１により形成される。チップ８は、素子７の中央部分に導電的に接続している。

各素子５〜７の場合、アーム２２は、中央部分２１に対してほぼ対称である。さらに、アームは、その各縦軸２３を中心にして元来対称である。素子は、共通の縦軸２４を中心にして中央部分で整合している。

各アーム２２の幅、すなわち縦方向の寸法は先端方向に向かって広くなっている。何故なら、アームはその各中央部分２１からその横方向の端部２５に向かって延びていて、それにより各素子５〜７が蝶ネクタイの形をしているからである。

他の実施形態の場合には、先に行くに従って広くなっているのではなく、縦方向の広くなっている寸法の領域は、横方向の端部のようなアーム２２上の横方向の部分に集中している。特定の例は下記のものを含む：
外方向に先に行くに従って広くなっている縦方向の寸法を有する複数の横方向に間隔を有する領域３１を含む図４のタグ３０。

細長い「Ｈ」形を形成するために、それぞれが垂直方向の端部９１を有する比較的狭い素子５〜７を含む図７のタグ９０。

素子５〜７がそれぞれの三角形の端部９３を含む図８のタグ９２。これらのものは、広い範囲を提供するようにアンテナの効果的なエリアを増大しながら効果的な容量性ローディングを提供する。

タグ９２に類似しているが、矩形の端部９５を有する図９のタグ９４。

一般的に、各素子の幾何学的中心から横方向に間隔を有する縦方向に大きくなる寸法の領域を含むことにより、容量性ローディングを達成し、形成するアンテナ全体の大きさを小さくすることができる。

図５は、図２のタグ２０の簡単な利得パターン図４０を示す。タグ２０は、概念的には、図面の中心に位置し、基準軸３および４は、タグの整合を示すためのものである。

同心円４１〜４７は、円の直径に比例して増大する利得を測定する。ライン４８は、角度により変化するタグ２０の利得を示す。複数のＲＦＩＤ読出装置５１〜５８は、タグ２０の周囲にある角度で間隔を有する位置に位置する。各読出装置に対しては、各ライン５９〜６６が供給される。これらのラインは、関連する読出装置に対する直線的質問経路を示す。質問経路は、実際には直線的であることはほとんどなく、この例は説明のためだけのものであることを理解することができるだろう。ライン５９〜６６とライン４８との交点は、関連読出装置５１〜５８の方向へのタグ２０の利得を示す。

最大利得の場合、タグ２０は、読出装置の質問経路内に整合している必要があり、その導波素子は読出装置に最も近い位置に位置していなければならないことを理解することができるだろう。

図面４０は、２つの寸法の利得だけを示すものであることに留意されたい。実際には、質問経路が軸３および４と同一平面内に位置する場合に、利得は最大になる。経路とこの面との角度の分離が９０度に近づくにつれて、利得は次第に低減する。９０度になると、利得はほぼ０になる。図６の利得ライン６９〜７１はその様子を示す。

ある特定の例の場合には、タグ２０の最大利得は約６デシベルである。この例の場合には、タグ２０の寸法は下記の通りである。

素子５の横方向の寸法：１１．６センチメートル
素子６の横方向の寸法：１２．８センチメートル
素子７の横方向の寸法：１２．２ｃｍ
点８０と８１間の距離：８．２７５センチメートル
残りの寸法は、共約整合を達成し、それにより電力伝達を最大にするために、チップ８のインピーダンスを参照して選択する。素子５と７との間の距離は、素子７と６との間の距離に等しいことに留意されたい。

特定の例示としてのタグ２０は、標準タイプの４インチ×６インチのＲＦＩＤラベルに適合する大きさをしていることを理解することができるだろう。このようなラベルの上に位置する周知のＲＦＩＤタグの最大利得は、通常、約２デシベルである。すでに説明したように、本明細書の内容は、決してこのサイズのラベルに限定されると見なすべきではない。

本発明のいくつかの好ましい実施形態を特に参照しながら本発明を説明してきたが、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明を種々に変更および修正することができる。

本発明の第１の実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 本発明の第２の実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 本発明の第３の実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 本発明のもう１つの実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 第２の実施形態によるＲＦＩＤタグの利得図である。 三次元の変化を示す図５類似の利得図である。 本発明のもう１つの実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 本発明のもう１つの実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。 本発明のもう１つの実施形態によるＲＦＩＤタグの平面図である。

Claims (20)

1. 無線周波数識別デバイスであって、
   縦軸および横軸を有する面と、
   前記面に装着されている複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電素子と、
   前記素子のうちの１つに導電的に取り付けられている無線周波数識別チップと、
   を備える、無線周波数識別デバイス。
2. 前記素子が、
   導波素子と、
   反射素子と、
   前記導波素子と前記反射素子の中間に位置する励振素子と、
   を備える、請求項１に記載の無線周波数識別デバイス。
3. 前記無線周波数識別チップが、前記励振素子に導電的に取り付けられる、請求項２に記載の無線周波数識別デバイス。
4. 前記導波素子、励振素子、および反射素子が、アンテナを一括形成する、請求項２に記載の無線周波数識別デバイス。
5. 前記素子のうちの少なくとも１つが、前記アンテナに容量性ローディングを提供するように構成される、請求項４に記載の無線周波数識別デバイス。
6. 各素子が、前記アンテナに容量性ローディングを提供するように構成される、請求項５に記載の無線周波数識別デバイス。
7. 各素子がほぼ蝶ネクタイの形をしている、請求項６に記載の無線周波数識別デバイス。
8. 前記無線周波数識別チップが、所定の波長を有する信号に応答し、前記アンテナが、前記所定の波長の半分以下の最大横方向寸法を有する、請求項５に記載の無線周波数識別デバイス。
9. 各素子が、一対の対向する横方向に延びるアームを有する中央部分により形成される、請求項１に記載の無線周波数識別デバイス。
10. 前記無線周波数識別チップが、前記励振素子の中央部分に導電的に取り付けられる、請求項９に記載の無線周波数識別デバイス。
11. 各素子に対して、前記アームが、前記中央部分に対してほぼ対称である、請求項９に記載の無線周波数識別デバイス。
12. 前記素子が、縦軸を中心にして中央部分で整合している、請求項９に記載の無線周波数識別デバイス。
13. 少なくとも１つの素子に対して、前記アームが、前記中央部分に対して縦方向に増大する寸法の各領域を有する、請求項９に記載の無線周波数識別デバイス。
14. 前記領域が、前記中央部分から次第に分岐する、請求項１３に記載の無線周波数識別デバイス。
15. 前記領域が、前記アームの横方向の端部を有する、請求項１３に記載の無線周波数識別デバイス。
16. 各素子に対して、前記アームが、前記中央部分に対して縦方向に増大する寸法の各領域を有する、請求項９に記載の無線周波数識別デバイス。
17. 前記素子が、等間隔で配置され、中央部分で整合し、縦方向に沿って最大横方向の寸法が相対的に増大する、請求項１に記載の無線周波数識別デバイス。
18. 各素子が各縦軸に対して対称になっていて、前記縦軸が相互に平行になっている、請求項１に記載の無線周波数識別デバイス。
19. 無線周波数識別タグを支持するための基板を製造するための方法であって、
    縦軸および横軸を有するほぼ平らな面を提供するステップと、
    前記面上に複数の個別の縦方向に間隔を有する横方向に細長い導電素子を印刷するステップとを含み、前記素子のうちの少なくとも１つが、無線周波数識別チップを導電的に支持するように構成される方法。
20. 無線周波数識別チップ用のアンテナであって、前記アンテナが、
    導波素子と、
    前記導波素子から縦方向に間隔を有する反射素子と、
    前記無線周波数識別チップを支持するための励振素子とを備え、前記励振素子が、前記導波素子および前記反射素子から縦方向に間隔を置いて、その中間に位置するアンテナ。

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