JP2019175057A - 通信装置及び環境変化の検知方法 - Google Patents

Abstract

【目的】低消費電力にて、周囲の環境変化を検知し、その検知結果を表す情報を送信することが可能な通信装置及び環境変化の検知方法を提供することを目的とする。【構成】本発明は、周囲の環境の変化に応じて光学特性が変化し、変化後の光学特性を維持する機能性色素材料を含む部材と、部材を介した光が自身の受光部に入射されるように設置されており、この受光部に入射された光の照度を検出する光センサと、光センサで検出された照度を表す情報を送信する通信制御部と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、情報データの通信を行う通信装置及び環境変化の検知方法に関する。

近年、ＩｏＴ（Internet of Things）を用いたシステム構築が盛んに研究・開発されている。ＩｏＴを普及する鍵は、無線通信による容易なアクセサビリティと、周辺の情報を収集するセンシング技術にある。ＩｏＴデバイスとしては、無線デバイスとセンサデバイスと、を組み合わせたものが考案されているが、消費電流が大きいことから大きな電源が必要となり、高価になるという問題があった。

そこで、このような無線デバイスとして、記憶素子と共に、センサデバイスとして受光素子を備えたパッシブ型のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該パッシブ型のＲＦＩＤタグでは、リーダーライタ（読み出し機器）から出力された電波によって、自身を動作させるための電源電圧を生成する、いわゆる無線給電が行われる。

特開２００７−１７２２１４号公報

ところで、パッシブ型のＲＦＩＤタグは、バッテリなどの電源自体を搭載していないので、低消費電力、低価格、小型化を実現することができるものの、リーダーライタとの通信可能領域外では、給電が行われないので、センサデバイスの動作が停止する。

よって、パッシブ型のＲＦＩＤタグでは、リーダーライタとの通信が不可となる状況では、センサデバイスによって周囲の環境を検知することができなかった。

そこで、本発明は、低消費電力且つ小規模な構成で、周囲の環境変化を検知し、その検知結果を表す情報を送信することが可能な通信装置及び環境変化の検知方法を提供することを目的とする。

本発明に係る通信装置は、周囲の環境の変化に応じて光学特性が変化し、変化後の前記光学特性を維持する機能性色素材料を含む部材と、受光部を有し、前記部材を介した光が前記受光部に入射されるように設置されており、前記受光部に入射された光の照度を検出する光センサと、前記光センサで検出された前記照度を表す情報を送信する通信制御部と、を有する。

また、本発明に係る環境変化の検知方法は、周囲の環境の変化を検知する環境変化の検知方法であって、前記周囲の環境の変化に応じて光学特性が変化し、変化後の前記光学特性を維持する機能性色素材料を含む部材を介した光の照度を検出し、検出した前記照度と基準照度との大きさの比較結果に基づき前記環境の変化を検知する。

本発明に係る通信装置では、周囲の環境変化に応じて光学特性が変化し、変化後の光学特性を維持する機能性色素材料を含む光学部材の光学特性の状態によって、環境の変化を検知すると共にその検知結果を記憶する。その後、給電が行われた際に当該光学部材を介した光の照度を検出し、これを環境変化の検知結果を表す情報として送信する。

かかる構成によれば、電力供給を受けていない状態で周囲の環境変化を検知しこれを記憶することができる。よって、本発明によれば、バッテリ等の電源を不要とすることができるので、低消費電力且つ小規模な構成で、周囲の環境変化を検知し、その検知結果を表す情報を送信することが可能となる。

本発明に係る通信装置としてのＲＦＩＤセンサータグ２００を、アンテナ形成面の上方から眺めた平面図である。 図１に示す領域ａ１を抜粋して、基板１５の表面側からＲＦＩＤチップ１０の一方の面を眺めた平面図である。 図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す断面図である。 図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の変形例を示す断面図である。 図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の変形例を示す断面図である。 ＲＦＩＤセンサータグ２００及びリーダーライタ３００間で無線通信を行う際の形態を示す図である。 通信回路１００の構成を示すブロック図である。 ＲＦＩＤセンサータグ２００の周囲温度、色素プレート３０の色の状態、及び受光部ＬＲが受ける光の照度の推移の一例を表す図である。 光センサ１０５の受光部ＬＲが、特定の波長範囲内にある波長Ｗｒｆの光を発する光源ＬＳから照射された光を受ける場合と、特定の波長範囲外にある波長Ｗｘの光を発する光源ＬＱから照射された光を受ける場合と、を表す図である。 光学フィルタ４０を設けた場合における、図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の一例を示す断面図である。 光学フィルタ４０を設けた場合における、図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。 光学フィルタ４０を設けた場合における、図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。 光学フィルタ４０の作用を説明するための図である。 図１に示す領域ａ１を抜粋して、基板１５の表面側から、他の実施例によるＲＦＩＤチップ１０の一方の面を眺めた平面図である。 図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す断面図である。 図１４及び図１５に示されるＲＦＩＤチップ１０に含まれる通信回路１００Ａの構成を示すブロック図である。 図１４〜図１６に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００の周囲温度、色素プレート３０Ａの光反射率、及び受光部ＬＲが受ける反射光の照度の推移の一例を表す図である。 図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。 図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。 図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明に係る通信装置としてのパッシブ型のＲＦＩＤセンサータグ２００を、アンテナ形成面の上方から眺めた平面図である。

ＲＦＩＤセンサータグ２００は、光センサを備えた通信回路を含むＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）チップ１０、基板１５、通信用のアンテナ２０ａ、２０ｂ、及び色素プレート３０を含む。

アンテナ２０ａ及び２０ｂは、夫々が例えば導電性の配線材料からなり、基板１５の一方の面上において蛇行した形態でプリントされている。図１に示すように、アンテナ２０ａの端部Ｅａ及びアンテナ２０ｂの端部Ｅｂは、互いに所定の距離を隔てて対向している。基板１５は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等からなるフレキシブル基板である。

ＲＦＩＤチップ１０は、これらアンテナ２０ａの端部Ｅａ及びアンテナ２０ｂの端部Ｅｂの上部において、両者を連結するような形態で配置されている。

図２は、図１において破線にて囲まれた領域ａ１を抜粋して、基板１５の表面側からＲＦＩＤチップ１０の一方の面（以下、表面と称する）を眺めた平面図であり、図３は、図２に示されるＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す断面図である。

図２及び図３に示すように、ＲＦＩＤチップ１０における基板１５の一方の面に対向した面（以下、ＲＦＩＤチップ１０の表面と称する）上には、光センサ（後述する）の受光部ＬＲ、及び外部端子としてのパッドＰａ及びＰｂが設けられている。受光部ＬＲは、ＲＦＩＤチップ１０の表面上において、図２及び図３に示すようにアンテナ２０ａの端部Ｅａと、アンテナ２０ｂの端部Ｅｂとの間の領域内に配置されている。尚、図２に示す一例では、パッドＰａ及びＰｂは共に、ＲＦＩＤチップ１０の表面上における外郭の一片に沿って配置されているが、ＲＦＩＤチップ１０の表面の対角線上に夫々が配置されていても良い。要するに、受信又は送信特性が良好となる位置にパッドＰａ及びＰｂを夫々配置しておけば良い。

図３に示すように、パッドＰａはバンプ材Ｂａを介してアンテナ２０ａと電気的に接続されており、パッドＰｂはバンプ材Ｂｂを介してアンテナ２０ｂと電気的に接続されている。ＲＦＩＤチップ１０の表面の周囲、及びＲＦＩＤチップ１０の表面と基板１５との間には、アンダーフィル材ＵＦが形成されている。尚、基板１５及びアンダーフィル材ＵＦとしては、光センサが受光対象としている所定の波長範囲内の光を透過することが可能な材料が用いられる。

ＲＦＩＤチップ１０は、上記したバンプ材Ｂａ及びＢｂ、並びにアンダーフィル材ＵＦによって、基板１５及びアンテナ２０ａ及び２０ｂに固着されている。ただし、耐久性が確保できるのであれば、ＲＦＩＤチップ１０の表面と基板１５との間には、アンダーフィル材ＵＦを設ける必要はない。

図４は、かかる点に鑑みて為された、図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の変形例を示す断面図である。図４に示す構成を採用すれば、受光部ＬＲと基板１５との間の領域が単なる空間となるので、アンダーフィル材ＵＦの材料として、光センサが受光対象とする光の波長特性を考慮する必要がなくなる。

ＲＦＩＤセンサータグ２００には、図１及び図３に示すように、基板１５の他方の面（アンテナ２０ａ及び２０ｂが形成されていない方の面）上におけるＲＦＩＤチップ１０と対向する位置に色素プレート３０が貼着されている。

色素プレート３０は、周囲の環境変化に応じて光学特性が変化する機能性色素（functional dye）材料を含む光学部材である。機能性色素としては、例えば、時間温度インジケータ、いわゆるＴＴＩ（Time Temperature Indicator）で採用されている色素材料を用いる。つまり、当該機能性色素材料としては、周囲の温度が、所定の温度閾値を境にして変化したときに色が変化し、この色の変化後は周囲の温度に拘わらず変化後の色の状態を維持する不可逆性感温材料が用いられる。このような不可逆性感温材料としては、例えばアゾメチン、ポリアセチレン、Ｐ-ベンゾキノン誘電体、イミダゾール、コレステリック液晶、トリフェニルメン等のサーモクロミック色素等が知られている。

ここで、図３に示す一例では、色素プレート３０を基板１５の他方の面に貼付しているが、基板１５の一方の面上における、アンテナ２０ａの端部Ｅａと、アンテナ２０ｂの端部Ｅｂとの間の領域内に設けるようにしても良い。

図５は、かかる点に鑑みて為された、図２に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の変形例を示す断面図である。図５に示す構成を採用すれば、図３及び図４に示す構成を採用した場合に比べて、色素プレート３０の面積を小さくすることができるので、低価格を図ることが可能となる。

次に、ＲＦＩＤセンサータグ２００の動作について説明する。

尚、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、図６に示すように、リーダーライタ３００との間で、例えばＵＨＦ帯、ＨＦ（High Frequency）帯、又はＬＦ（Low Frequency）帯の通信電波を用いた近距離無線通信を行う。つまり、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、リーダーライタ３００から例えば半径１０メートル以内の通信可能領域ＴＡ内のみで、リーダーライタ３００から放射された電波によって電力の供給を受け、引き続きリーダーライタ３００との間で情報通信を行う。

図７は、ＲＦＩＤセンサータグ２００のＲＦＩＤチップ１０に含まれている通信回路１００の構成を示す回路図である。

図７に示すように、通信回路１００は、送受信部ＲＦ、センサ部ＣＥＢ、制御部ＣＮＴ、及びメモリ部ＭＥＭを含む。

送受信部ＲＦは、整流回路１０１、電源回路１０２、復調回路１０３及び変調回路１０４を含む。

整流回路１０１は、パッドＰａ及びＰｂを介してアンテナ２０ａ及び２０ｂに接続されている。アンテナ２０ａ及び２０ｂは、リーダーライタ３００から放出された電波を受信して得た、受信情報を表す高周波信号、及び給電の為の高周波電流を、パッドＰａ及びＰｂを介して整流回路１０１に供給する。

整流回路１０１は、高周波電流を整流して得た直流電圧ＤＳを電源回路１０２に供給すると共に、当該高周波信号に整流及び検波を施して得た信号を受信信号ＲＳとして復調回路１０３に供給する。

電源回路１０２は、かかる直流電圧ＤＳに基づき電圧値一定の電源電圧ＶＤＤを生成し、この電源電圧ＶＤＤを、復調回路１０３、変調回路１０４、センサ部ＣＥＢ、制御部ＣＮＴ、及びメモリ部ＭＥＭに供給する。すなわち、電源回路１０２は、受信した高周波電力に基づいて電源電圧ＶＤＤを生成し、これを復調回路１０３、変調回路１０４、センサ部ＣＥＢ、制御部ＣＮＴ、及びメモリ部ＭＥＭに供給する。

電源電圧ＶＤＤを受けている間、復調回路１０３、変調回路１０４、センサ部ＣＥＢ、制御部ＣＮＴ、及びメモリ部ＭＥＭは以下の動作を行う。

復調回路１０３は、受信信号ＲＳに対して復調処理を施すことによって取得したコマンドコードＣＯＭを制御部ＣＮＴに供給する。

変調回路１０４は、上記した通信電波の帯域に対応した搬送波信号を、制御部ＣＮＴから供給された識別情報ＩＤ、照度情報ＩＬ、又は環境変化情報ＴＥＤに基づき変調した変調信号ＭＳを整流回路１０１に供給する。この際、整流回路１０１は、当該変調信号ＭＳを、パッドＰａ及びＰｂを介してアンテナ２０ａ及び２０ｂに供給する。これにより、アンテナ２０ａ及び２０ｂは、識別情報ＩＤ、照度情報ＩＬ、又は環境変化情報ＴＥＤを表す通信電波を空間に放出する。

センサ部ＣＥＢは、光センサ１０５及びＡ／Ｄ変換回路１０６を含む。光センサ１０５は、図２に示す受光部ＬＲを有し、色素プレート３０を介して受光部ＬＲで受けた光のうちの特定の波長範囲内の光の照度を検出する。光センサ１０５は、この検出した照度に対応した信号レベルを有する照度信号Ｙを生成し、これをＡ／Ｄ変換回路１０６に供給する。Ａ／Ｄ変換回路１０６は、照度信号Ｙをディジタル値に変換して得られた照度情報ＩＬを制御部ＣＮＴに供給する。

メモリ部ＭＥＭには、製品としての各ＲＦＩＤセンサータグ２００に個別に割り当てられている識別番号を表す識別情報と、所定の温度閾値に対応した基準照度を表す基準照度情報が予め記憶されている。メモリ部ＭＥＭは、例えば不揮発性の半導体メモリであり、制御部ＣＮＴから供給された識別情報読出指令に応じて、自身に記憶されている識別情報を読み出し、これを識別情報ＩＤとして制御部ＣＮＴに供給する。

制御部ＣＮＴは、復調回路１０３から供給されたコマンドコードＣＯＭが識別情報の読出要求を示す場合に、上記した識別情報読出指令をメモリ部ＭＥＭに供給することにより、このメモリ部ＭＥＭから識別情報ＩＤを読み出す。そして、引き続き制御部ＣＮＴは、メモリ部ＭＥＭから読み出された識別情報ＩＤを変調回路１０４に供給する。

また、コマンドコードＣＯＭが照度情報の要求を示す場合には、制御部ＣＮＴは、センサ部ＣＥＢから供給された照度情報ＩＬを取り込み、これを変調回路１０４に供給する。

また、制御部ＣＮＴは、コマンドコードＣＯＭが環境変化情報の要求を示す場合には、先ず、メモリ部ＭＥＭから上記した基準照度情報を読み出す。次に、制御部ＣＮＴは、この基準照度情報にて示される基準照度と、センサ部ＣＥＢから供給された照度情報ＩＬにて示される照度と、の大きさを比較する。ここで、照度情報ＩＬにて示される照度が基準照度以下である場合には、制御部ＣＮＴは、ＲＦＩＤセンサータグ２００が温度閾値よりも低い温度環境下にあったことを表す環境変化情報ＴＥＤを生成する。一方、照度情報ＩＬにて示される照度が基準照度よりも高い場合には、制御部ＣＮＴは、ＲＦＩＤセンサータグ２００が温度閾値よりも高い温度環境下に晒されていたことを表す環境変化情報ＴＥＤを生成する。

すなわち、制御部ＣＮＴは、ＲＦＩＤセンサータグ２００の周囲の環境としての温度が、温度閾値より低い状態から高い状態に変化したか否かを表す情報を、環境変化情報ＴＥＤとして生成するのである。そして、制御部ＣＮＴは、上記のように生成した環境変化情報ＴＥＤを変調回路１０４に供給する。

次に、上記した構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００と、リーダーライタ３００との間で行われる情報通信のシーケンスについて説明する。

先ず、リーダーライタ３００が、上記した識別情報の読出要求を表すコマンドコードを表す通信電波を送信する。識別情報の読出要求を表す通信電波を受信すると、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、自身の識別情報ＩＤを表す通信電波を送信する。リーダーライタ３００は、識別情報ＩＤを表す通信電波を受信すると、この識別情報ＩＤを取り込み、引き続き、照度情報の要求又は環境変化情報の要求を表すコマンドコードを表す通信電波を送信する。

ここで、照度情報の要求を表す通信電波を受信すると、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、光センサ１０５により、色素プレート３０を介して受光部ＬＲで受けた光の照度（Ｙ）を検出する。そして、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、この検出した照度を示す照度情報ＩＬを通信電波によって送信する。すなわち、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、光センサ１０５によって検出した照度を、このＲＦＩＤセンサータグ２００の周囲の環境としての温度が所定の温度閾値より低い状態から高い状態に変化したか否かを表す情報として送信する。

リーダーライタ３００は、この照度情報ＩＬを表す通信電波を受信すると、上記した温度閾値に対応した基準照度と、照度情報ＩＬにて示される照度と、の大きさを比較する。かかる比較の結果、照度情報ＩＬにて示される照度が基準照度よりも低い場合には、リーダーライタ３００は、ＲＦＩＤセンサータグ２００が継続的に温度閾値よりも低い温度環境下にあったことを表す画像を表示部に表示する。一方、照度情報ＩＬにて示される照度が基準照度以上となる場合には、リーダーライタ３００は、ＲＦＩＤセンサータグ２００が、温度閾値より高い温度環境下に晒されていたことを表す画像を表示部に表示する。

つまり、リーダーライタ３００は、ＲＦＩＤセンサータグ２００から送信された照度情報に基づき、このＲＦＩＤセンサータグ２００の周囲の温度が所定の温度閾値より低い状態から高い状態に変化したか否かを表す情報をユーザに通知するのである。

以下に、ＲＦＩＤセンサータグ２００を、例えば周囲の温度が５０℃以上になると品質低下を招く物品又は食品等に貼着して輸送する場合を例にとって、ＲＦＩＤセンサータグ２００の動作について説明する。

この際、色素プレート３０に含まれる機能性色素の材料としては、例えば５０℃の温度閾値未満の温度下では視覚上の色が「白色」であり、この温度閾値以上の温度下に所定期間以上に亘り晒されると「白色」から「赤色」に遷移し、その後は温度変化に拘らず「赤色」の状態が維持される不可逆性感温材料を用いる。

また、光センサ１０５としては、機能性色素材料の変化後の色、つまり赤色の波長に対する照度の検出感度と、変化前の色、つまり白色の波長に対する照度の検出感度とが異なるものを採用する。具体的には、光センサ１０５として、白色光に比べて赤色光の波長に対する照度の検出感度が低いものを採用する。

尚、輸送中は、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、リーダーライタ３００からの電力供給を受けることができないので、通信回路１００の全ての動作が停止状態となる。

図８に示すように、輸送開始の時刻ｔ０から時刻ｔ１の時間帯では、周囲の温度が所定の温度閾値ＣＭ（例えば５０℃）未満であるので、色素プレート３０に含まれる機能性色素は「白色」である。よって、時刻ｔ０から時刻ｔ１の時間帯において、色素プレート３０を介して受光部ＬＲが受ける光の照度はＹ１となる。

そして、時刻ｔ１を過ぎた時点で図８に示すように周囲の温度が温度閾値ＣＭ以上となりその状態が所定期間ｔｗに亘り継続する。そして、当該所定期間ｔｗが経過した時刻ｔ２にて、温度閾値ＣＭ未満の温度に遷移する。このように、所定期間ｔｗに亘り温度閾値ＣＭ以上の温度に晒されると、色素プレート３０に含まれる機能性色素の色が図８に示すように「白色」から「赤色」に遷移する。ここで、図８に示すように、時刻ｔ２以降、周囲温度は温度閾値ＣＭ未満の状態に戻るが、色素プレート３０に含まれる機能性色素の色は「赤色」の状態を維持する。よって、時刻ｔ２以降は、周囲温度の変化に拘らず、色素プレート３０を介して受光部ＬＲが受ける光の照度は、図８に示すように照度Ｙ１よりも低い照度Ｙ２の状態を維持する。

尚、前述したように輸送中は、リーダーライタ３００からの電力供給を受けることができないので、この間、ＲＦＩＤセンサータグ２００の光センサ１０５は照度信号Ｙの生成は行わない。

その後、図８に示す時刻ｔ３にて、ＲＦＩＤセンサータグ２００を図６に示すように、リーダーライタ３００の通信可能領域ＴＡ内に配置する。これにより、ＲＦＩＤセンサータグ２００の通信回路１００は、リーダーライタ３００からの無線による電力供給を受けて、以下の動作を行う。

つまり、先ず、リーダーライタ３００が照度情報の要求を示すコマンドコードをＲＦＩＤセンサータグ２００に送信する。照度情報の要求を受けると、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、色素プレート３０を介して受光部ＬＲが受けた光の照度として図８に示す照度Ｙ２を表す照度情報ＩＬをリーダーライタ３００に送信する。かかる照度情報ＩＬを受信したリーダーライタ３００は、この照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ２と、図８に示す基準照度Ｙｒｆとの大きさを比較する。

この際、照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ２が基準照度Ｙｒｆより低いことから、リーダーライタ３００は、周囲温度が温度閾値ＣＭよりも高い温度環境下にＲＦＩＤセンサータグ２００が晒されていたと判断する。そして、リーダーライタ３００は、その旨を通知する画像を表示する。

これにより、ユーザは、輸送中において、物品又は食品が温度閾値ＣＭよりも高い温度に晒されていたことを知り、それ故、物品又は食品には品質低下が生じていると判断することが可能となる。

一方、仮に図８に示す時刻ｔ１において、ＲＦＩＤセンサータグ２００を図６に示すリーダーライタ３００の通信可能領域ＴＡ内に配置した場合には、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、図８に示す照度Ｙ１を表す照度情報ＩＬをリーダーライタ３００に送信する。かかる照度情報ＩＬを受信したリーダーライタ３００は、この照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ１と、図８に示す基準照度Ｙｒｆとの大きさを比較する。この際、照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ１が基準照度Ｙｒｆ以上であることから、リーダーライタ３００は、ＲＦＩＤセンサータグ２００が継続的に温度閾値ＣＭよりも低い温度環境下にあったことを通知する画像を表示する。

これにより、ユーザは、輸送中において物品又は食品が温度閾値ＣＭよりも高い温度には晒されていないことを知り、それ故、物品又は食品には品質低下が生じていないと判断することが可能となる。

尚、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、リーダーライタ３００から送信された環境変化情報の要求を表す通信電波を受信した場合には、制御部ＣＮＴが生成した環境変化情報ＴＥＤをリーダーライタ３００に送信する。この環境変化情報ＴＥＤを受信すると、リーダーライタ３００は、環境変化情報ＴＥＤにて表される内容、つまりＲＦＩＤセンサータグ２００が温度閾値ＣＭ以下の温度環境下にあったか、或いは温度閾値ＣＭより高い温度環境下に晒されていていたかを表す情報を表示部に表示する。

以上、詳述したように、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、周囲の温度変化に応じて色が変化し、変化後の色の状態を維持する機能性色素材料を含む色素プレート３０の色の状態により、周囲の温度変化の検知及びその検知結果の記憶を行う。そして、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、色素プレート３０を介して受けた光の照度を、周囲の温度変化の検知結果を表す情報として、これを無線送信する。

よって、ＲＦＩＤセンサータグ２００によれば、電力供給を受けていない状態で周囲の温度変化を検知しこれを記憶することができるので、低消費電力化を図ることが可能となる。また、ＲＦＩＤセンサータグ２００によれば、バッテリ等の電源を不要とすることができるので、低消費電力化と共に小型化を図ることが可能となる。

尚、図８に示す実施例では、周囲の温度が温度閾値ＣＭを超えた場合に、色素プレート３０は、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から照度Ｙ２に低下させている。しかしながら、色素プレート３０としては、周囲の温度が温度閾値ＣＭを超えた場合に、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から、この照度Ｙ１よりも高い所定の照度に高めるような光学特性を有する機能性色素材料を含むものを採用しても良い。この際、基準照度Ｙｒｆとしては、照度Ｙ１よりも高く且つ上記した所定の照度よりも低い値に設定する。また、色素プレート３０としては、周囲の温度が温度閾値ＣＭ（例えば０℃）を下回った場合に、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から、この照度Ｙ１よりも低い又は高い照度に変化させるような光学特性を有する機能性色素材料を含むものを採用しても良い。

ところで、図６に示すようなＲＦＩＤセンサータグ２００及びリーダーライタ３００間の通信は、屋内又は屋外の様々な光源、例えば蛍光灯、ＬＥＤ照明、赤外線証明、白熱電球、太陽光、ハロゲンランプ等の光源下で行われることが想定される。

しかしながら、このような各種光源は夫々波長成分が異なるため、光センサ１０５の特性及び色素プレート３０に含まれる色素の特性によっては、特定の波長範囲外の光をノイズとして検出してしまい、誤った検知結果を招く虞がある。

例えば、図９に示すように、光センサ１０５の受光部ＬＲが、特定の波長範囲内にある波長Ｗｒｆの光を発する光源ＬＳから照射された光を受けた場合には誤検知を起こさない。しかしながら、受光部ＬＲが、特定の波長範囲外にある波長Ｗｘの光を発する光源ＬＱから照射された光を受けた場合には誤検知する虞がある。

そこで、このような誤検知を防止するために、ノイズとして検出される虞がある特定の波長範囲外の光の透過を抑制する光学フィルタを、受光部ＬＲに入射する光の経路中に設けるようにしても良い。

図１０〜図１２は、かかる点に鑑みて為された、図２に示されるＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。

尚、図１０は、特定の波長範囲外の光の透過を抑制する光学フィルタとして、受光部ＬＲを全て覆うような表面積を有する光学フィルタ４０を、ＲＦＩＤチップ１０の表面に貼着したＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す。図１１は、この光学フィルタ４０を、基板１５の一方の面上における受光部ＬＲと対向した領域を含み且つアンテナ２０ａの端部Ｅａと２０ｂの端部Ｅｂとの間の領域を全て覆うように基板１５の一方の面上に貼着したＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す。図１２は、この光学フィルタ４０を、色素プレート３０の面上における受光部ＬＲと対向した領域を含み且つアンテナ２０ａの端部Ｅａと２０ｂの端部Ｅｂとの間の領域を覆うように基板１５の一方の面上に貼着したＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す。

図１０〜図１２に示すように、特定の波長範囲外の光の透過を抑制する光学フィルタ４０を設けることにより、様々な波長の光源下にあっても、誤検知を回避した信頼性の高い温度変化の検知結果を得ることが可能となる。

また、上記実施例では、図６に示すようなＲＦＩＤセンサータグ２００及びリーダーライタ３００間の無線通信を行う際に、周辺に光源が無い場合には、光センサ１０５によって色素プレート３０の状態を検出することができない。

そこで、暗所においても、色素プレート３０の状態を検出可能にするために、ＲＦＩＤセンサータグ２００のＲＦＩＤチップ１０自体に光源としての発光素子を設けるようにしても良い。

図１４は、かかる点に鑑みて為された、ＲＦＩＤチップ１０の表面の他の形態を表す平面図であり、図１５は、図１４に示されるＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造を示す断面図である。また、図１６は、ＲＦＩＤチップ１０に含まれる通信回路１００の変形例としての通信回路１００Ａの構成を示すブロック図である。

図１４〜図１６に示される実施例では、上記した色素プレート３０に代えて色素プレート３０Ａを採用し、且つ色素プレート３０Ａに光を照射する発光部ＥＭを有する発光素子１０８及び発光制御回路１０７をＲＦＩＤチップ１０に設けた点を除く他の構成は、図２及び図３に示すものと同一である。尚、図１４において、発光部ＥＭは、ＲＦＩＤチップ１０の表面における、アンテナ２０ａの端部Ｅａと２０ｂの端部Ｅｂとの間の領域内に配置されていれば、その位置は限定されない。

色素プレート３０Ａは、例えば周囲の温度が所定の温度閾値以上（又は温度閾値以下）になった場合に光反射率が変化し、その後、周囲温度が温度閾値未満（又は以上）に戻っても変化後の光反射率を維持する不可逆性の機能性色素材料を含む光学部材である。

色素プレート３０Ａは、色素プレート３０と同様に、基板１５の他方の面（アンテナ２０ａ及び２０ｂが形成されていない方の面）上における、ＲＦＩＤチップ１０と対向する位置に貼着されている。

図１６に示す通信回路１００Ａは、センサ部ＣＥＢに代えてセンサ部ＣＥＢａを採用すると共に、制御部ＣＮＴに代えて制御部ＣＮＴａを採用した点を除く他の構成は、図７に示すものと同一である。

また、センサ部ＣＥＢａの内部については、発光制御回路１０７と、上記した発光部ＥＭを含む発光素子１０８と、を新たに追加して点を除く他の構成（光センサ１０５、Ａ／Ｄ変換回路１０６）は、図７に示すものと同一である。

発光制御回路１０７は、制御部ＣＮＴａから供給された発光指令Ｌｏに応じて所定の発光期間に亘り発光素子１０８を発光させる発光駆動電圧Ｌｖを発光素子１０８に供給する。

発光素子１０８は、かかる発光駆動電圧Ｌｖに応じて発光部ＥＭから発した光を色素プレート３０Ａに向けて照射する。

制御部ＣＮＴａは、復調回路１０３から供給されたコマンドコードＣＯＭが照度情報の要求を示す場合又は環境変化情報の要求を示す場合に、発光指令Ｌｏを発光制御回路１０７に供給し、その後、照度情報ＩＬを取り込んでこれを変調回路１０４に供給する。

尚、制御ＣＮＴａは、上記した動作を行う点を除き、前述した制御部ＣＮＴと同様な動作を行う。

更に、図１４〜図１６に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００と、リーダーライタ３００との間で行われる情報通信のシーケンスについても、前述した動作と同一である。

ただし、図１４〜図１６に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００は、リーダーライタ３００から送信された照度情報又は環境変化情報の要求を表すコマンドコードを受信した場合に、以下の動作を行う点が、図２、図３及び図７に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００を用いた場合と異なる。

すなわち、図１４〜図１６に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００では、先ず、発光素子１０８を発光させ、その光を発光部ＥＭから色素プレート３０Ａに向けて照射する。引き続き、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、光センサ１０５により、色素プレート３０Ａからの反射光の照度（Ｙ）を検出し、この検出した照度を示す照度情報ＩＬ、又は当該検出した照度に基づき前述したように生成した環境変化情報をリーダーライタ３００に送信する。

以下に、ＲＦＩＤセンサータグ２００を、例えば周囲の温度が５０℃以上になると品質低下を招く物品又は食品等に貼着して輸送する場合を例にとって、図１４〜図１６に示す構成を有するＲＦＩＤセンサータグ２００の動作について説明する。

尚、色素プレート３０Ａに含まれる機能性色素の材料としては、例えば温度閾値（例えば５０℃）ＣＭ未満の温度下では第１の光反射率となり、温度閾値ＣＭ以上の温度下に所定期間以上に亘り晒されると第１の光反射率よりも高い第２の光反射率に遷移し、その後は温度変化に拘らず第２の光反射率の状態が維持される、不可逆性感温材料を用いる。すなわち、色素プレート３０Ａとしては、周囲の温度が所定の温度閾値を境にして変化したときに光反射率が変化し、この光反射率の変化後は周囲の温度に拘わらず変化後の光反射率の状態を維持する機能性色素材料を含むものを採用する。

尚、輸送中においては、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、リーダーライタ３００からの無線による電力供給を受けることができないので、通信回路１００Ａの全ての動作が停止状態にある。

図１７に示すように、輸送開始の時刻ｔ０から時刻ｔ１の時間帯では、周囲の温度が温度閾値ＣＭ（例えば５０℃）未満であるので、色素プレート３０Ａの光反射率はｆｒ１である。よって、時刻ｔ０から時刻ｔ１の時間帯において、色素プレート３０Ａを介して受光部ＬＲが受ける光の照度はＹ１となる。

そして、時刻ｔ１を過ぎた時点で図１７に示すように周囲の温度が温度閾値ＣＭ以上となりその状態が所定期間ｔｗに亘り継続する。当該所定期間ｔｗが経過した時刻ｔ２にて、温度閾値ＣＭ未満の温度に遷移する。

このように、所定期間ｔｗに亘り温度閾値ＣＭ以上の温度に晒されると、色素プレート３０Ａの光反射率が図１７に示すように、光反射率ｆｒ１から、この光反射率よりも高い光反射率ｆｒ２に遷移する。

ここで、図１７に示すように、時刻ｔ２以降、周囲温度は温度閾値ＣＭ未満の状態に戻るが、色素プレート３０Ａは光反射率ｆｒ２の状態を維持する。よって、時刻ｔ２以降は、周囲温度の変化に拘らず、受光部ＬＲが受ける色素プレート３０Ａからの反射光の照度は、図１７に示すように照度Ｙ１よりも高い照度Ｙ２の状態を維持する。尚、前述したように輸送中は、リーダーライタ３００から電力供給を受けることができないので、この間、ＲＦＩＤセンサータグ２００の光センサ１０５は照度信号Ｙの生成は行わない。

その後、図１７に示す時刻ｔ３において、ＲＦＩＤセンサータグ２００を、図６に示すようにリーダーライタ３００の通信可能領域ＴＡ内に配置する。これにより、ＲＦＩＤセンサータグ２００の通信回路１００Ａは、リーダーライタ３００からの無線による電力供給を受け、引き続き以下の動作を行う。

つまり、先ず、リーダーライタ３００が、照度情報の要求を示すコマンドコードをＲＦＩＤセンサータグ２００に送信する。照度情報の要求を受けると、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、先ず、発光素子１０８を発光させる。この際、発光素子１０８の発光部ＥＭから色素プレート３０Ａに向けて光が照射され、当該色素プレート３０Ａからの反射光が受光部ＬＲに入射する。これにより、時刻ｔ３では、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、光センサ１０５によって検出した色素プレート３０Ａからの反射光の照度として、図１７に示す照度Ｙ２を表す照度情報ＩＬをリーダーライタ３００に送信する。かかる照度情報ＩＬを受信したリーダーライタ３００は、この照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ２と、図１７に示す基準照度Ｙｒｆとの大きさを比較する。

この際、照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ２が基準照度Ｙｒｆより高いことから、リーダーライタ３００は、周囲温度が温度閾値ＣＭよりも高い温度にＲＦＩＤセンサータグ２００が晒されていたことを表す画像を表示する。

これにより、ユーザは、輸送中において、物品又は食品が温度閾値ＣＭよりも高い温度に晒されていたことを知り、それ故、物品又は食品には品質低下が生じていると判断することが可能となる。

一方、仮に図１７に示す時刻ｔ１において、ＲＦＩＤセンサータグ２００を図６に示すリーダーライタ３００の通信可能領域ＴＡ内に配置した場合には、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、図１７に示す照度Ｙ１を表す照度情報ＩＬをリーダーライタ３００に送信する。かかる照度情報ＩＬを受信したリーダーライタ３００は、この照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ１と、図１７に示す基準照度Ｙｒｆとの大きさを比較する。この際、照度情報ＩＬにて示される照度Ｙ１が基準照度Ｙｒｆ未満であることから、リーダーライタ３００は、ＲＦＩＤセンサータグ２００が継続的に温度閾値ＣＭよりも低い温度環境下にあったことを通知する画像を表示する。

これにより、ユーザは、輸送中において物品又は食品が温度閾値ＣＭよりも高い温度には晒されていないことを知り、それ故、物品又は食品には品質低下が生じていないと判断することが可能となる。

尚、図１７に示す一例では、周囲の温度が温度閾値ＣＭを超えた場合に、色素プレート３０Ａが、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から照度Ｙ２に増加させている。しかしながら、色素プレート３０Ａとしては、周囲の温度が温度閾値ＣＭを超えた場合に、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から、この照度Ｙ１よりも低い所定の低照度に低下させるような反射率の遷移特性を有する機能性色素材料を含むものを採用しても良い。この際、基準照度Ｙｒｆとしては、照度Ｙ１よりも低く且つ上記した低照度よりも高い値に設定する。

また、色素プレート３０Ａとしては、周囲の温度が温度閾値ＣＭ（例えば０℃）を下回った場合に、受光部ＬＲに入射する光の照度を照度Ｙ１から、この照度Ｙ１よりも低い又は高い照度に変化させるような反射率の遷移特性を有する機能性色素材料を含むものを採用しても良い。

ところで、図１４〜図１６に示す構成では、色素プレート３０Ａとして温度変化に応じて光の光反射率が変化する機能性色素材料を含むものを採用しているが、温度変化に応じて吸光率が変化する機能性色素材料を含む色素プレートを採用しても良い。

図１８は、かかる点に鑑みて為された、図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。

図１８に示す構成では、色素プレート３０Ａに代えて色素プレート３０Ｂを採用している。色素プレート３０Ｂは、周囲の温度が所定の温度閾値未満の場合には第１の吸光率を有し、周囲の温度が温度閾値以上に変化した場合には第２の吸光率に変化し、その後、周囲温度が温度閾値未満に戻っても変化後の吸光率を維持する不可逆性の機能性色素材料を含む。すなわち、色素プレート３０Ｂとしては、周囲の温度が所定の温度閾値を境にして変化したときに吸光率が変化し、この吸光率の変化後は周囲の温度に拘わらず変化後の吸光率の状態を維持する機能性色素材料を含むものを採用する。

色素プレート３０Ｂは、色素プレート３０Ａと同様に、基板１５の他方の面（アンテナ２０ａ及び２０ｂがプリントされていない方の面）上における、ＲＦＩＤチップ１０と対向する位置に貼着されている。

更に、図１８に示す構成では、色素プレート３０Ｂの表面上における、受光部ＬＲ及び発光部ＥＭに対向しており且つアンテナ２０ａの端部Ｅａとアンテナ２０ｂの端部Ｅｂとの間に挟まれる領域を覆うように、反射板６０が貼着されている。反射板６０は、発光部ＥＭから照射された光のうちで、受光部ＬＲ及び光センサ１０５で検知することが可能な波長の光を所定率以上の反射率で反射する特性を有する。よって、光センサ１０５は、色素プレート３０Ｂの吸光率が低い場合には高い照度の反射光を検知し、色素プレート３０Ｂの吸光率が高くなると、低い照度の反射光を検知することになる。

また、図１４〜図１６に示される構成において、ＲＦＩＤセンサータグ２００の外部からのノイズとなる光や、反射板６０を透過するような波長を有する光が、色素プレート３０Ｂを介してＲＦＩＤチップ１０の表面に到るのを阻止する構造を採用しても良い。

図１９は、かかる点に鑑みて為された、図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。

尚、図１９に示す構成では、反射板６０に代えて光を遮断する遮光板７０ａを設けた点を除く他の構成は、図１８に示すものと同一である。

また、ＲＦＩＤチップ１０の他方の面（受光部ＩＲ及び発光部ＥＭが設けられていない方の面）にも遮光板を設けることにより、このＲＦＩＤチップ１０の他方の面の上方の光源から照射された光のまわり込みを遮断するようにしても良い。

図２０は、かかる点に鑑みて為された、図１４に示すＷ−Ｗ線でのＲＦＩＤセンサータグ２００の断面構造の他の一例を示す断面図である。

尚、図２０に示す構成では、光を遮断する遮光板７０ｂを新たに設けた点を除く他の構成は、図１９に示すものと同一である。

ここで、図１８に示される反射板６０、図１９及び図２０に示される遮光板７０ａについては、ＲＦＩＤチップ１０の表面を覆う程度の表面積を有するものを採用すれば良い。色素プレート３０Ｂの表面積を反射板６０（遮光板７０ｂ）よりも大きくすることで、色素プレート３０Ｂの色変化等を、目視で視認することが可能となる。

尚、上記した実施例では、色素プレート３０、３０Ａ、３０Ｂ、反射板６０、遮光板７０ａ及び７０ｂとしては、必ずしも板状である必要はない。つまり、これら色素プレート３０、３０Ａ、３０Ｂ、反射板６０、遮光板７０ａ及び７０ｂとしては、板状又は膜状等の各種の形状の光学部材を用いればよい。

また、上記した実施例では、色素プレート３０、３０Ａ及び３０Ｂとして、周囲の温度変化によって自身の光学特性（色、光反射率、吸光率）が変化し、変化後の光学特性を維持する不可逆性感温材料を含む光学部材を採用している。

しかしながら、色素プレート３０、３０Ａ及び３０Ｂとしては、特定のガスが存在する環境、所定の湿度以上又は未満の環境、紫外線の照射を受ける環境、又は所定照度以上の光を受ける環境に所定期間以上晒された場合、又は物理的な衝撃を受けた場合に、自身の光学特性が変化する機能性色素材料を含む光学部材を採用しても良い。

要するに、ＲＦＩＤセンサータグ２００は、以下のような部材、光センサ、及び通信制御部を含むものであれば良い。すなわち、部材（３０、３０Ａ及び３０Ｂ）は、 周囲の環境の変化に応じて光学特性（色、光反射率、吸光率等）が変化し、変化後の光学特性を維持する機能性色素材料を含む。光センサ（１０５、ＬＲ）は、受光部（ＬＲ）を有し、部材を介した光がこの受光部に入射されるように設置されており、この受光部に入射された光の照度（Ｙ）を検出する。通信制御部（ＣＮＴ、ＣＮＴａ、１０４）は、光センサで検出された照度を表す情報（ＩＬ）を送信する。

１０ ＲＦＩＤチップ１０
３０、３０Ａ、３０Ｂ 色素プレート
１００、１００Ａ 通信回路
１０５ 光センサ
１０８ 発光素子
２００ ＲＦＩＤセンサータグ
ＣＮＴ、ＣＮＴａ 制御部
ＥＭ 発光部
ＬＲ 受光部

Claims (12)

1. 周囲の環境の変化に応じて光学特性が変化し、変化後の前記光学特性を維持する機能性色素材料を含む部材と、
   受光部を有し、前記部材を介した光が前記受光部に入射されるように設置されており、前記受光部に入射された光の照度を検出する光センサと、
   前記光センサで検出された前記照度を表す情報を送信する通信制御部と、を有することを特徴とする通信装置。
2. 受信した無線高周波電力に基づき電源電圧を生成する電源回路を含み、
   前記光センサ及び前記通信制御部は、前記電源回路で生成された前記電源電圧を受けて動作することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記周囲の環境は温度環境であり、
   前記機能性色素材料は、前記周囲の温度が所定の温度閾値を境にして変化したときに色が変化し、前記色の変化後は前記周囲の温度に拘わらず変化後の色の状態を維持する不可逆性の感温材料であり、
   前記光センサは、前記機能性色素材料の前記変化後の色の波長に対する前記照度の検出感度と、前記機能性色素材料の変化前の色の波長に対する前記照度の検出感度とが異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 基準照度を表す情報が記憶されているメモリを含み、
   前記通信制御部は、前記光センサで検出された前記照度と前記メモリに記憶されている前記基準照度との大きさを比較した比較結果に基づき前記環境に変化が生じていたか否かを表す環境変化情報を送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の通信装置。
5. 前記受光部に入射する光の経路中に、特定の波長範囲外の光の透過を抑制する光学フィルタが設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の通信装置。
6. 前記部材に光を照射する発光素子を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の通信装置。
7. 前記部材に光を照射する発光素子を含み、
   前記部材は、前記周囲の温度が所定の温度閾値を境にして変化したときに光反射率が変化し、前記光反射率の変化後は前記周囲の温度に拘わらず変化後の前記光反射率の状態を維持する前記機能性色素材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
8. 前記部材に光を照射する発光素子を含み、
   前記部材は、前記周囲の温度が所定の温度閾値を境にして変化したときに吸光率が変化し、前記吸光率の変化後は前記周囲の温度に拘わらず変化後の前記吸光率の状態を維持する前記機能性色素材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
9. 前記発光素子によって前記部材に照射された光のうちで前記部材を透過した光を前記部材に向けて反射する反射板を設けたことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. 前記発光素子から照射された光以外の光が前記光センサに入射するのを阻止する遮光板を設けたことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
11. 前記周囲の環境は、特定のガスが存在する環境、所定の湿度以上又は未満の湿度環境、紫外線の照射を受ける環境、所定照度以上の光を受ける環境、又は物理的な衝撃を受ける環境であることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
12. 周囲の環境の変化を検知する環境変化の検知方法であって、
    前記周囲の環境の変化に応じて光学特性が変化し、変化後の前記光学特性を維持する機能性色素材料を含む部材を介した光の照度を検出し、
    検出した前記照度と基準照度との大きさの比較結果に基づき前記環境の変化を検知することを特徴とする環境変化の検知方法。

Images