WO2011010646A1 - センサ機能付きrfidタグ - Google Patents

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伊藤重夫
伊藤吉博
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株式会社村田製作所
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    • H04Q2209/47—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture using RFID associated with sensors

Definitions

  • This invention relates to an RFID tag with a sensor function for responding ID information and binary sensor information to an RFID reader.
  • the RFID tag authenticates the ID information of the RFID tag from the response of the RFID tag to the radio wave transmitted by the RFID reader.
  • communication of ID information may become impossible when there is a specific environmental state such as a human body near the RFID tag, and the environmental state is determined using such a change in the communication state
  • a sensor system may be constructed (for example, see Patent Document 1).
  • this RFID system detects a shield between a reader and a tag such as the approach of a human body, and the sensing target is limited.
  • an RFID system that can realize sensor functions for various sensing objects and has high versatility is desired. Therefore, a technology is provided in which an RFID system adds a sensor to an RFID tag and communicates sensor information with an analog value. (For example, refer to Patent Document 3.)
  • Patent Document 3 provides a method for solving this problem, and it is possible to communicate ID information and sensor information using an existing general-purpose tag IC.
  • an object of the present invention is to provide a simple signal while having a function of communicating ID information and sensor information using an existing general-purpose tag IC when the detection value of the sensor is binary of on / off.
  • An object of the present invention is to provide an RFID tag with a sensor function that can read sensor information by processing and can realize various sensor functions.
  • the RFID tag with a sensor function of the present invention includes a tag IC and a sensor unit.
  • the tag IC is an existing general-purpose tag IC that modulates an RF signal with ID information.
  • the sensor unit transitions the tag state between a state where ID information can be read and a state where ID information cannot be read.
  • signal processing in the RFID reader that authenticates the RFID tag can be simplified.
  • the RFID tag of the present invention preferably further includes an auxiliary tag IC that modulates the RF signal with auxiliary ID information different from the ID information, and maintains a state in which the auxiliary ID information can always be read.
  • an auxiliary tag IC that modulates the RF signal with auxiliary ID information different from the ID information, and maintains a state in which the auxiliary ID information can always be read.
  • the sensor unit of the present invention is preferably a sensitive passive element whose characteristics change in response to a sensing target. Thereby, the power consumption in a sensor part can be suppressed.
  • the RFID tag according to the present invention includes a plurality of sensor units having different sensing targets. Furthermore, it is preferable to provide a plurality of tag ICs having different ID information. Thereby, the sensor function with respect to several sensing object can be provided to one RFID tag.
  • the sensor unit of the present invention is a part of a transmission line that transmits a signal between an antenna and a tag IC, or a part of an antenna, and the state transitions between a state of transmitting a signal and a state of inhibiting transmission. Is preferred.
  • the transmission line it is preferable to open the transmission line in a state where transmission is hindered.
  • the sensor unit according to the present invention is preferably a filter that is installed between the antenna and the IC and has a frequency characteristic that transitions on the frequency axis in response to a sensing target.
  • the sensor unit of the present invention is preferably a SAW sensor having a sensor function.
  • the present invention further includes a plurality of sensor units having different passbands.
  • the signal processing in the RFID reader for authenticating the RFID tag can be simplified.
  • the sensor part can be simplified. Thereby, element cost, mounting cost, and mounting area can be suppressed.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an RFID system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of an RFID system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an RFID system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of an RFID system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an RFID system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of an RFID system according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of an RFID system according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a conceptual diagram of an RFID system according to this embodiment.
  • the RFID system 1 of the present embodiment authenticates ID information using the UHF band passive RFID standard. Note that the present invention can be implemented even if the RFID system uses a communication band other than the UHF band. Further, the present invention can be implemented even in an active system that obtains power from a power source in addition to a passive system that operates with power excited by an antenna.
  • the RFID system 1 includes an RFID reader 2 and an RFID tag 3.
  • the RFID reader 2 is assumed to be an existing UHF passive RFID standard.
  • the RFID tag 3 includes an antenna 4, a sensor unit 5, a sensIC 6, and a refIC 7.
  • sensIC6 is the tag IC of the present invention
  • refIC7 is the auxiliary tag IC of the present invention.
  • the antenna 4 is coupled to an RF signal transmitted by the RF reader 2.
  • the sensor unit 5 is a part of the transmission line and is inserted between the antenna 4 and the sensIC 6.
  • the sensIC 6 is a general-purpose IC conforming to the UHF band passive RFID standard, and modulates a received RF signal with set ID information (for example, ASK modulation).
  • the refIC 7 is also a general-purpose IC conforming to the UHF band passive RFID standard, and ID information different from that of the sensIC 6 is set, and the received RF signal is modulated (for example, ASK modulation) with the set ID information.
  • the refIC 7 is connected to the antenna 4 in parallel with the sensIC 6 and the sensor unit 5.
  • the sensor unit 5 is made of a highly water-absorbent resin (Super Absorbent Polymer: SAP, for example, polyacrylate) in which conductive particles are dispersed.
  • SAP Super Absorbent Polymer
  • the conductive particles come into contact with each other during drying to exhibit conductivity, and when the water absorbent resin adsorbs water or a liquid containing water and expands, the interval between the conductive particles widens and changes to insulating properties. . Therefore, the sensor unit 5 is a sensitive passive element that functions as a liquid detection sensor that opens the transmission line between the antenna 4 and the sensIC 6 when wet with the liquid to be sensed.
  • the RFID reader 2 transmits an RF signal at a specific frequency, detects the ID information from the response of the RFID tag 3, and can read the ID information when the signal intensity when detecting the ID information is greater than or equal to a threshold value. If the signal strength is less than the threshold, it is determined that the ID information cannot be read. More preferably, the difference between the signal strength related to the ID information of refIC7 and the signal strength related to the ID information of sensIC6 is taken, and when the difference is equal to or larger than the threshold, it is determined that reading is possible, and when the difference is less than the threshold Judged as impossible.
  • the RFID reader 2 detects both the ID information from the refIC 7 and the ID information from the sensIC 6. The RFID reader 2 can determine that the sensor unit 5 is dry.
  • the RFID reader 2 detects only the ID information from the refIC 7, and the ID from the sensIC 6 Since the information cannot be read, the RFID reader 2 can determine that the sensor unit 5 is wet with liquid.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating a state in which the sensor unit 5 and the transmission lines before and after the RFID system according to the present embodiment are drawn out from the substrate on which the sensIC 6, the refIC 7, and the antenna 4 are arranged to the outside of the substrate. is there. If the sensor unit 5 is separated from the other components in this way, the sensIC 6, the refIC 7 and the antenna 4 can be easily waterproofed, and the sensor unit 5 can be used for sensing in a wider range. It becomes possible.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating a configuration example in which the connection position of the sensor unit 5 is changed.
  • a signal propagating through the transmission line is dropped to the ground while the sensor unit 5 is dry, and the sensIC 6 is connected to the RFID reader 2 side.
  • the ID information of the sensIC 6 can be read on the RFID reader 2 side while the sensor unit 5 is wet with the liquid.
  • An adjustment circuit 8 composed of a small-capacitance capacitor is provided in front of the sensor unit 5 so that the ID information of the refIC 7 can always be read by the RFID reader 2 regardless of the state of the sensor unit 5.
  • each of the sensIC 6 and the refIC 7 may be connected to an individual antenna.
  • the antenna connected to the refIC 7 can be made independent from the sensor unit 5. it can.
  • a dipole antenna can be used as an antenna connected to the sensIC 6 and the two terminals of the dipole antenna can be connected by a sensor unit so as to be short-circuited during conduction so that the antenna does not function.
  • the RFID reader 2 side changes the tag state between a state in which the ID information of the sensIC 6 can be read and a state in which the ID information cannot be read. Therefore, the sensor function can be given to the existing RFID tag 3 only by arranging the sensor unit 5 between the antenna and the tag IC. For this reason, the RFID system 1 of this embodiment is superior to the conventional RFID system in terms of mounting cost and mounting area. In addition, since the sensor driving power input from the voltage conversion unit or the battery is not required to realize the sensor function, it is possible to avoid a decrease in the communication distance.
  • the existing RFID reader 2 can be used, and the sensor information of the sensor unit 5 can be grasped by the RFID reader 2 by combining the sensIC 6 ID information and the refIC 7 ID information. Further, it is possible to determine whether or not the RFID tag 3 is present in the proximity range of the RFID reader 2 based on the presence / absence of the ID information of the refIC 7, and the determination of the detection state of the sensing target based on whether or not the ID information of the sensIC 6 is readable Can be performed reliably.
  • adopts a liquid detection sensor as the sensor part 5 was shown in this embodiment, you may use the sensor part 5 of another structure.
  • a configuration in which a disconnection or a high resistance occurs in response to a sensing target and the signal transmission line is opened is preferable.
  • SensIC6 and refIC7 are not limited to general-purpose ICs, and may be configured as dedicated ICs.
  • the antenna is not limited to a monopole, and any antenna such as a dipole or a loop antenna may be used.
  • the sensor unit 5 may be connected to an antenna or a tag IC via a matching circuit.
  • the UHF band passive RFID is used in Japan, but the UHF band passive RFID band (868 MHz, 920 MHz) of another country may be used.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 11 includes an RFID reader 12 and an RFID tag 13.
  • the RFID tag 13 includes an antenna 14, a sensIC 16, a refIC 17, and a matching circuit 18.
  • the matching circuit 18 is provided in front of the sensIC 16 and includes a sensor unit 15. The capacitance of the sensor unit 15 changes in response to the sensing target.
  • the matching is usually performed by the matching circuit 18, and the ID information can be read from the response of the sensIC 16 on the RFID reader 12 side.
  • the sensor unit 15 is in a state where the capacitance is shifted in response to the sensing target, the matching circuit 18 cannot match, the RF signal is reflected by the matching circuit 18, the RF signal does not reach the sensIC 16, and the RFID reader The ID information of sensIC 16 cannot be read on the 12 side.
  • the sensor unit 15 when the sensor unit 15 is sensitive to a sensing target, an RF signal is transmitted between a state where the RFID reader 12 can read ID information and a state where the RFID information cannot be read. Make a state transition. Therefore, the sensor function can be added to the existing RFID tag 13 only by arranging the sensor unit 15 that does not consume power for realizing the sensor function between the antenna and the tag IC. Furthermore, sensor information of the sensor unit 15 can be grasped by using an existing RFID reader 12. Further, based on the presence / absence of the ID information of the refIC 17, it can be determined whether or not the RFID tag 13 exists in the proximity range of the RFID reader 12.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 21 includes an RFID reader 22 and an RFID tag 23.
  • the RFID tag 23 includes an antenna 24, sensICs 26 and 29, a refIC 27, and sensor units 25 and 28.
  • the sensor unit 25 is a liquid detection sensor as in the first embodiment
  • the sensor unit 28 is configured as an impact detection sensor in which an antenna and a sensIC 29 are connected by a wire and the connection of the wire is disconnected by an impact on a connection site. To do. Also, it is assumed that sensICs 26 and 29 have different ID information.
  • FIG. 4A is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 31 includes an RFID reader 32 and an RFID tag 33.
  • the RFID tag 33 includes an antenna 34, a sensIC 36, a refIC 37, and a sensor unit 35.
  • the sensor unit 35 is a surface acoustic wave sensor having frequency characteristics as a band-pass filter, and is a sensitive passive element having a sensing function that changes frequency characteristics in response to a magnetic field as a sensing target.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the frequency characteristics of the sensor unit 35.
  • the broken line in the figure shows the frequency characteristic when the magnetic field strength is 0 mT
  • the one-dot chain line in the figure shows the frequency characteristic when the magnetic field strength is 10 mT
  • the two-dot chain line in the figure shows the frequency characteristic when the magnetic field strength is 50 mT. The frequency characteristics in the case are shown.
  • the insertion loss at 951 MHz when no magnetic field is applied is about 1 dB.
  • the frequency characteristics change, and the insertion loss at 951 MHz is approximately 15 dB to 30 dB, making it impossible to read the ID information with the RFID reader 32, or the signal strength is significantly reduced.
  • This configuration makes it possible to configure a magnetic open / close sensor in which the open / close state reversibly changes depending on the position of the magnet by using a magnetic field application source to the SAW sensor as a magnet.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 41 includes an RFID reader 42 and an RFID tag 43.
  • the RFID tag 43 includes an antenna 44, a sensIC 46, a refIC 47, a sensor unit 45, and bandpass filters 48 and 49.
  • the bandpass filter 48 is inserted between the sensor unit 45 and the sensIC 46, and the bandpass filter 49 is inserted before the refIC 47.
  • the passbands of the bandpass filters 48 and 49 are different from each other.
  • the bandpass filter 48 is a SAW filter having a pass band of 952 to 953 MHz
  • the bandpass filter 49 is a SAW filter having a passband of 953 to 954 MHz.
  • the band-pass filter 48 may be inserted in front of the sensor unit 45, or the sensor unit 45 may be omitted by providing a sensor function sensitive to a sensing target.
  • the power supplied to each tag IC is the case where only one tag IC is connected. It became a factor that the communication distance was shortened by half. Therefore, by adopting the configuration of the present embodiment, the frequency bands used by the refIC 47 and the sensIC 46 are divided, and almost 100% of power is obtained for each to avoid a decrease in communication distance.
  • FIG. 6A is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 51 includes an RFID reader 52 and an RFID tag 53.
  • the RFID tag 53 includes an antenna 54, a sensIC 56, a refIC 57, and sensor units 55 and 58.
  • the sensor unit 58 is connected between the antenna 54 and the sensIC 56 in parallel with the sensor unit 55.
  • the sensor units 55 and 58 have different filter characteristics. The number of sensor units to be added may be larger.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating an example of setting the filter characteristics of each sensor unit.
  • a plurality of sensor units having sensitivity to the same sensing object are used with different passbands such as 868 MHz band, 920 MHz band, and 950 MHz band.
  • the RFID tag 53 can be used in a plurality of countries having different radio wave laws and frequencies of UHF band passive RFID.
  • FIG. 6C is a diagram for explaining another setting example of the filter characteristics of each sensor unit.
  • a plurality of sensor units having sensitivity to different sensing targets are used at different frequencies within the band of UHF band passive RFID in Japan, for example. If it does in this way, the sensor function with respect to a different sensing object can be given to the sensor part which realizes each pass band.
  • a single RFID tag can support a plurality of radio wave methods or realize a plurality of sensor functions.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of the RFID system according to the present embodiment.
  • the RFID system 61 includes an RFID reader 62 and an RFID tag 63.
  • the RFID tag 63 includes an antenna 64, sensICs 66 and 69, a refIC 67, and sensor units 65 and 68.
  • Sensor unit 68 and sensIC 69 are connected in parallel to sensor unit 65 and sensIC 66.
  • Each of the sensor units 65 and 68 has the same filter characteristics and sensitivity to different sensing objects.
  • the sensICs 66 and 69 have different ID information. Note that the number of sensor units and sensICs to be added may be larger. Further, instead of connecting a plurality of ICs to a single antenna 64, an individual antenna may be connected to each IC.
  • the power received by the antenna 64 is equally divided into each tag IC, and the communication distance is reduced.

Abstract

　センサの検出値がオン／オフの2値である場合に、簡易な信号処理でセンサ情報を読み取ることが可能で、既存の汎用タグICを利用してID情報とセンサ情報を通信できるセンサ機能付きRFIDタグの提供を図る。センサ機能付きRFIDタグ（３）は、sensIC（６）とセンサ部（５）とを備える。sensIC（６）は、RF信号をID情報で変調する。センサ部（５）は、センシング対象に感応してRF信号に重畳するID情報を読み取り可能な状態と読み取り不能な状態との間で遷移させる。ID情報の読み取り可否をセンサ情報とし、センサ部（５）の追加程度で既存の汎用RFIDタグにセンサ機能を付与することができる。

Description

センサ機能付きRFIDタグ
　この発明は、ID情報および2値のセンサ情報をRFIDリーダに応答するセンサ機能付きRFIDタグに関する。
　RFIDシステムでは、RFIDリーダが送信する電波に対するRFIDタグの応答から、RFIDリーダでRFIDタグのID情報を認証する。このようなRFIDシステムでは、RFIDタグの近くに人体があるなど特定の環境状態になるとID情報の通信が不能となる場合があり、このような通信状態の変化を利用して環境状態を判定するセンサシステムが構築されることがある（例えば特許文献１参照。）。しかし、このRFIDシステムは、人体の接近等リーダー・タグ間の遮蔽物を検出するものであり、センシング対象が限定される。
　また、RFIDシステムで、RFIDタグの不正なはぎ取りを禁止するために、はぎ取りによってアンテナパターンを破壊し、通信を不能にするものがある（例えば特許文献２参照。）。このRFIDシステムは、何らのセンシング対象を検出するものではない。
　上述のRFIDシステムではセンシング対象が限定されてしまうため、より様々なセンシング対象に対するセンサ機能を実現でき、汎用性が高いRFIDシステムが望まれる。そこで、RFIDシステムで、RFIDタグにセンサを追加してセンサ情報をアナログ値で通信する技術が提供されている。（例えば、特許文献３参照。）
特開２００６－９２２６７号公報 米国特許出願公開第２００３／０７５６０８号公報 特開２００７－１７２６５４号公報
　既存の汎用タグICはID情報によるRF信号のデジタル変調のみを行い、内蔵するセンサも、センサ出力用のIO端子も、センサの検出信号を処理（A/D変換等）する機能も無い。したがって、ＲＦＩＤタグにセンサ機能を追加しようとした場合、独自設計の専用タグICをRFIDタグに利用する必要が有り、素子コストが問題となる。特許文献３ではこの課題を解決する方法が提供されており、既存の汎用タグＩＣを利用してＩＤ情報とセンサ情報を通信することが可能である。
　しかし、特許文献３のRFIDシステムでは、ID情報に加えてアナログ値のセンサ情報を通信するために、RFIDリーダ側でアナログ値を高精度に読み取るには高度な信号処理が必要であり、RFIDリーダの高コスト化や処理負荷の増大などを招く要因ともなる。特に、センサの検出値がオン／オフの2値である場合などには、高度な信号処理は過剰な負担となる。
　そこで、本願発明の目的は、センサの検出値がオン／オフの2値である場合に、既存の汎用タグＩＣを利用してＩＤ情報とセンサ情報を通信できる機能を有したまま、簡易な信号処理でセンサ情報を読み取ることが可能で、かつ様々なセンサ機能を実現できるセンサ機能付きRFIDタグを提供することにある。
　この発明のセンサ機能付きRFIDタグは、タグICとセンサ部とを備える。タグICは、RF信号をID情報で変調する既存の汎用タグＩＣである。センサ部はセンシング対象に感応して、ID情報を読み取り可能な状態と、読み取り不能な状態との間でタグの状態を遷移させる。
　この構成では、センサ部の状態遷移によるRFIDリーダ側でのID情報の読み取り可否の変化をセンサ情報とするため、このRFIDタグを認証するRFIDリーダにおける信号処理の簡易化が可能になる。
　この発明のRFIDタグは、RF信号をID情報と異なる補助ID情報で変調する補助用タグICをさらに備え、補助ID情報を常に読み取り可能な状態を維持すると好適である。
　この構成では、ID情報が読み取り不能になった場合に補助ID情報が読み取り可能なのか不能なのかによって、ID情報の読み取り不能がセンシングによるものなのか、望まない要因によるものなのかを判別することが可能になる。したがって、センサ情報に対する信頼性を向上させられる。
　この発明のセンサ部は、センシング対象に感応して特性が変化する感応性受動素子であると好適である。これにより、センサ部での電力消費を抑制することができる。
　この発明のRFIDタグは、センシング対象が異なる複数のセンサ部を備えると好適である。さらには、ID情報が異なる複数のタグICを備えると好適である。これにより、一つのRFIDタグに複数のセンシング対象に対するセンサ機能を付与できる。
　この発明のセンサ部は、アンテナ-タグIC間の信号を伝送する伝送線路の一部、またはアンテナの一部であって、信号を伝送する状態と伝送を阻害する状態との間で状態遷移すると好適である。
　この発明のセンサ部は、伝送を阻害する状態では伝送線路をオープンにすると好適である。
　この発明のセンサ部は、アンテナ-IC間に設置され、センシング対象に感応して周波数特性が周波数軸上で遷移するフィルタであると好適である。
　この発明のセンサ部は、センサ機能をもつSAWセンサであると好適である。
　この発明は、通過域が互いに異なる複数のセンサ部さらに備えると好適である。
　この発明によれば、センサ部の状態遷移によるRFIDリーダ側でのID情報の読み取り可否の変化をセンサ情報とするため、このRFIDタグを認証するRFIDリーダにおける信号処理の簡易化が可能になる。
　さらには、センサ部の簡素化も可能となる。これにより、素子コスト、実装コスト、実装面積を抑えることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図２は、本発明の第２の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図３は、本発明の第３の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図４は、本発明の第４の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図５は、本発明の第５の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図６は、本発明の第６の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。 図７は、本発明の第７の実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　以下、本願発明の第１の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。
　図１（A）は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　本実施形態のRFIDシステム１は、UHF帯パッシブRFID規格を利用してID情報の認証を行う。なお、RFIDシステムとして、UHF帯以外の通信帯域を用いるものであっても本発明は実施可能である。また、アンテナに励起する電力で動作するパッシブ方式の他に、電源から電力を得るアクティブ方式であっても本発明は実施可能である。
　RFIDシステム１は、RFIDリーダ２とRFIDタグ３とを備える。RFIDリーダ２は、UHF帯パッシブRFID規格の既存のものとする。
　RFIDタグ３は、アンテナ４とセンサ部５とsensIC６とrefIC７とを備える。sensIC６は本発明のタグICであり、refIC７は本発明の補助用タグICである。アンテナ４は、RFリーダ２が送信するRF信号に結合する。センサ部５は、伝送線路の一部であり、アンテナ４とsensIC６の間に挿入される。sensIC６は、UHF帯パッシブRFID規格の汎用ICであり、受信したRF信号を設定されたID情報で変調（例えばASK変調）する。refIC７もUHF帯パッシブRFID規格の汎用ICであり、sensIC６とは異なるID情報が設定されていて、受信したRF信号を設定されたID情報で変調（例えばASK変調）する。このrefIC７はsensIC６およびセンサ部５に対して並列に、アンテナ４に接続される。
　本実施形態では、センサ部５を、導電性粒子を分散させた高吸水性樹脂（ＳｕｐｅｒＡｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＳＡＰ、例えばポリアクリル酸塩）で構成する。このセンサ部５は、乾燥時に導電性粒子が互いに接触して導電性を示し、吸水性樹脂が水もしくは水を含む液体を吸着して膨張すると導電性粒子の間隔が広がって絶縁性に変化する。したがってセンサ部５は、センシング対象である液体に濡れることでアンテナ４とsensIC６との間の伝送線路をオープンとする液体検知センサとして機能する感応性受動素子である。
　RFIDリーダ２は、特定の周波数でRF信号を送信し、RFIDタグ３の応答からID情報を検波し、ID情報を検波する際の信号強度がある閾値以上である場合をID情報が読み取り可能と判定し、信号強度が閾値未満である場合をID情報が読み取り不能と判定する。より好適には、refIC７のID情報に関する信号強度と、sensIC６のID情報に関する信号強度との差分を取り、差分が閾値以上である場合を読み取り可能と判定し、差分が閾値未満である場合を読み取り不能と判定する。
　したがって、センサ部５が乾燥した状態でRFIDリーダ２とRFIDタグ３とがID情報の認証を行うと、refIC７からのID情報とsensIC６からのID情報とをともにRFIDリーダ２が検出することになり、RFIDリーダ２ではセンサ部５が乾燥していると判別できる。一方、センサ部５が液体で濡れた状態でRFIDリーダ２とRFIDタグ３とがID情報の認証を行うと、refIC７からのID情報のみをRFIDリーダ２が検出することになり、sensIC６からのID情報を読み取れないため、RFIDリーダ２ではセンサ部５が液体で濡れていると判別することができる。
　なお、sensIC６やrefIC７、センサ部５周辺の伝送線路は、センシング対象である液体から汚染されることがないように防水構造することが望ましい。
　図１（B）は、本実施形態に係るRFIDシステムのセンサ部５とその前後の伝送線路とを、sensIC６やrefIC７、アンテナ４が配置される基板上から基板外部に引き出した状態を示す図である。このようにセンサ部５を他の構成要素から距離的に離間させれば、sensIC６やrefIC７、アンテナ４の防水対策が容易になり、その上、センサ部５をより広範な範囲でセンシングに利用することが可能になる。
　また、本実施形態ではセンシング対象の検出により、sensICのID情報が読み取り可能から読み取り不能に変化する構成例を示したが、逆に、センシング対象の検出により、sensICのID情報が読み取り不能から読み取り可能に変化する構成としてもよい。
　図１（C）は、センサ部５の接続位置を変更した構成例を示す図である。センサ部５を、アンテナ４とsensIC６との間の伝送経路にシャントに接続することにより、センサ部５が乾燥している間に伝送線路を伝搬する信号をグランドに落とし、RFIDリーダ２側でsensIC６のID情報が読み取られないようにし、センサ部５が液体で濡れている間にsensIC６のID情報をRFIDリーダ２側で読み取れるようにする。なお、センサ部５の前段には小容量のキャパシタからなる調整回路８を設け、センサ部５の状態に関わらずに常にrefIC７のID情報が、RFIDリーダ２側で読み取れるようにしている。
　以上に示すように、本実施形態では単一のアンテナ４にsensIC６とrefIC７とを接続する構成例を示したが、sensIC６とrefIC７とのそれぞれを個別のアンテナに接続するようにしてもよい。その場合、センサ部５を伝送線路の一部として挿入する構成に替えて、sensIC６に接続するアンテナ自体にセンサ部５を挿入しても、refIC７に接続するアンテナをセンサ部５から独立させることができる。また、sensIC６に接続するアンテナにダイポールアンテナを使用し、ダイポールアンテナの２端子間をセンサ部によって接続して、導電時にショートさせてアンテナとして機能しないようにすることもできる。
　このように、センサ部５が液体の濡れに感応することで、RFIDリーダ２側でsensIC６のID情報を読み取り可能な状態と読み取り不能な状態との間で、タグの状態を遷移させる。したがってセンサ部５をアンテナ－タグIC間に配置するのみで、既存のRFIDタグ３にセンサ機能を付与できる。このため、本実施形態のRFIDシステム１は実装コストおよび実装面積の点で従来のRFIDシステムよりも優れる。また、センサ機能を実現するために電圧変換部や電池から入力されるセンサ駆動電力が不要なので、通信距離の低下を回避できる。さらには、RFIDリーダ２として既存のものを利用でき、sensIC６のID情報とrefIC７のID情報との読み取り可否の組みあわせによって、RFIDリーダ２でセンサ部５のセンサ情報を把握することができる。また、refIC７のID情報の有無に基づいて、RFIDタグ３がRFIDリーダ２の近接範囲に存在するか否かを判定でき、sensIC６のID情報の読み取り可否に基づくセンシング対象の検出状態の判定を高い信頼性で実行できる。
　なお、本実施形態ではセンサ部５として液体検知センサを採用する例を示したが、他の構成のセンサ部５を用いてもよい。例えばセンシング対象に感応して断線もしくは高抵抗化が起こり、信号伝送線路をオープンにする構成が好適である。
　また、sensIC６やrefIC７は汎用ICに限らず、専用ICとして構成しても良い。アンテナはモノポールに限らず、ダイポール、ループアンテナなどどのようなものを使用してもよい。センサ部５は、整合回路を介してアンテナやタグICに接続してもよい。また、ここでは日本のUHF帯パッシブRFIDでの使用を想定したが、他国のUHF帯パッシブRFID用帯域(868MHz, 920MHz)を使用してもよい。
　次に、本願発明の第２の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図２は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム１１は、RFIDリーダ１２とRFIDタグ１３とを備える。RFIDタグ１３は、アンテナ１４とsensIC１６とrefIC１７と整合回路１８とを備える。整合回路１８はsensIC１６の前段に設けられ、センサ部１５を備える。センサ部１５は、センシング対象に感応してキャパシタンスが変化する。
　この構成では、RFIDリーダ１２からRFIDタグ１３にRF信号を送信する際、通常は整合回路１８で整合が取れていて、RFIDリーダ１２側でsensIC１６の応答からID情報を読み取ることができる。しかし、センサ部１５がセンシング対象に感応してキャパシタンスがずれた状態になると、整合回路１８で整合が取れなくなってRF信号が整合回路１８で反射され、RF信号がsensIC１６に到達せず、RFIDリーダ１２側でsensIC１６のID情報を読み取ることができなくなる。
　この実施形態でも、第１の実施形態と同様に、センサ部１５がセンシング対象に感応することで、RFIDリーダ１２側でID情報を読み取り可能な状態と読み取り不能な状態との間でRF信号を状態遷移させる。したがってセンサ機能を実現するための電力消費がないセンサ部１５をアンテナ－タグIC間に配置するのみで、既存のRFIDタグ１３にセンサ機能を付与できる。さらには、RFIDリーダ１２として既存のものを利用して、センサ部１５のセンサ情報を把握することができる。また、refIC１７のID情報の有無に基づいて、RFIDタグ１３がRFIDリーダ１２の近接範囲に存在するか否かを判定できる。
　次に、本願発明の第３の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図３は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム２１は、RFIDリーダ２２とRFIDタグ２３とを備える。RFIDタグ２３は、アンテナ２４とsensIC２６，２９とrefIC２７とセンサ部２５，２８とを備える。ここで、センサ部２５は第１の実施形態と同様に液体検知センサとし、センサ部２８はワイヤーによってアンテナとsensIC２９とを接続した、接続部位への衝撃によってワイヤーの接続が切れる衝撃検出センサとして構成する。また、sensIC２６，２９は互いに異なるID情報を有するものとする。
　この実施形態では、センサ部２５，２８のセンシング対象を異ならせることで、１つのRFIDタグ２３で複数のセンサ機能を実現することが可能になる。また、センサ部２５，２８のセンシング対象が同じであっても、そのセンシング対象に対する検出結果の信頼性を向上させられる。
　次に、本願発明の第４の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図４（A）は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム３１は、RFIDリーダ３２とRFIDタグ３３とを備える。RFIDタグ３３は、アンテナ３４とsensIC３６とrefIC３７とセンサ部３５とを備える。センサ部３５は、バンドパスフィルタとしての周波数特性を有する弾性表面波センサであり、センシング対象として磁場に感応して周波数特性が変化するセンシング機能を持たせた感応性受動素子である。
　図４（B）は、センサ部３５の周波数特性を説明する図である。図中の破線は磁場の強度が0mTの場合の周波数特性を示し、図中の一点鎖線は磁場の強度が10mTの場合の周波数特性を示し、図中の二点鎖線は磁場の強度が50mTの場合の周波数特性を示す。
　ここで、RFIDリーダ３２とRFIDタグ３３との通信帯域の中心周波数を951MHzとすると、磁場が印加されていない場合の951MHzの挿入損失は約1dBである。磁場を印加すると周波数特性が変化し、951MHzの挿入損失はおおよそ15dBから30dBとなり、RFIDリーダ３２でのID情報の読み取りが不可能になる、もしくは、信号強度が著しく低下する。
　この構成は、SAWセンサへの磁場印加源を磁石とすることで、磁石位置に応じて開閉状態が可逆変化する磁気開閉センサを構成することが可能になる。
　次に、本願発明の第５の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図５は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム４１は、RFIDリーダ４２とRFIDタグ４３とを備える。RFIDタグ４３は、アンテナ４４とsensIC４６とrefIC４７とセンサ部４５とバンドパスフィルタ４８，４９を備える。バンドパスフィルタ４８はセンサ部４５とsensIC４６との間に挿入されていて、バンドパスフィルタ４９はrefIC４７の前段に挿入されている。バンドパスフィルタ４８，４９の通過域は互いに異ならせ、例えばバンドパスフィルタ４８を952～953MHzを通過域とするSAWフィルタとし、バンドパスフィルタ４９を953～954MHzを通過域とするSAWフィルタとする。なお、バンドパスフィルタ４８はセンサ部４５の前段に挿入されてもよく、センシング対象に感応するセンサ機能を持たせてセンサ部４５を省いてもよい。
　前述の第１乃至第３の実施形態のRFIDタグでは、一つのアンテナに複数のタグICが並列に接続されていたため、各タグICに供給される電力はタグICを１つだけ接続する場合の半分になって、通信距離が短縮する要因となっていた。そこで、本実施形態の構成を採用することで、refIC４７とsensIC４６とで使用する周波数帯域をわけて、それぞれでほぼ100%の電力を得て通信距離の低下を回避する。
　次に、本願発明の第６の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図６（A）は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム５１は、RFIDリーダ５２とRFIDタグ５３とを備える。RFIDタグ５３は、アンテナ５４とsensIC５６とrefIC５７とセンサ部５５，５８とを備える。センサ部５８は、センサ部５５に対して並列にアンテナ５４とsensIC５６との間に接続される。センサ部５５，５８はそれぞれ異なるフィルタ特性を有する。なお、追加するセンサ部の数はより多くてもよい。
　図６（B）は、各センサ部のフィルタ特性の設定例を説明する図である。ここでは、同じセンシング対象に対する感応性を有する複数のセンサ部を、例えば868MHz帯, 920MHz帯, 950MHz帯のように通過域を異ならせて利用する。これにより、例えばUHF帯パッシブRFIDの電波法および周波数が異なる複数の国で、RFIDタグ５３を利用できる。
　図６（C）は、各センサ部のフィルタ特性の他の設定例を説明する図である。ここでは、異なるセンシング対象に対する感応性を有する複数のセンサ部を、例えば日本のUHF帯パッシブRFIDの帯域内の異なる周波数で利用する。このようにすれば、各通過域を実現するセンサ部に異なるセンシング対象に対するセンサ機能を持たせることができる。
　以上のように、本実施形態のRFIDシステム５１では、単一のRFIDタグで複数の電波法に対応したり、複数のセンサ機能を実現したりすることができる。
　次に、本願発明の第７の実施形態に係るRFIDシステムについて説明する。図７は、本実施形態に係るRFIDシステムの概念図である。
　このRFIDシステム６１は、RFIDリーダ６２とRFIDタグ６３とを備える。RFIDタグ６３は、アンテナ６４とsensIC６６，６９とrefIC６７とセンサ部６５，６８とを備える。センサ部６８およびsensIC６９は、センサ部６５およびsensIC６６に対して並列に接続される。センサ部６５，６８はそれぞれ同じフィルタ特性を有するとともに、異なるセンシング対象に対する感応性を有する。また、sensIC６６，６９はそれぞれ異なるID情報を有する。なお、追加するセンサ部およびsensICの数はより多くてもよい。また、単一のアンテナ６４に複数のICを接続するのではなく、各ICに個別のアンテナを接続してもよい。
　この構成では、通過域が重なるセンサ部を並列に接続するため、アンテナ６４に受信された電力が各タグICに等分され、通信距離が低下してしまう。しかしながら、通信周波数を分ける必要が無く、各センサ部６５，６８の動作周波数範囲を広く確保しながら、複数のセンサ機能を実現できる。
　１，１１，２１，３１，４１，５１，６１…RFIDシステム
　２，１２，２２，３２，４２，５２，６２…RFIDリーダ
　３，１３，２３，３３，４３，５３，６３…RFIDタグ
　４，１４，２４，３４，４４，５４，６４…アンテナ
　５，１５，２５，２８，３５，４５，５５，５８，６５，６８…センサ部
　６，１６，２６，２９，３６，４６，５６，６６，６９…sensIC
　７，１７，２７，３７，４７，５７，６７…refIC
　８…調整回路
　１８…整合回路
　４８，４９…バンドパスフィルタ

Claims (10)

  1. 　RF信号をID情報で変調するタグICと、
    　センシング対象に感応して、前記ID情報を読み取り可能と読み取り不能との間でタグの状態を遷移させるセンサ部と、
    を備えるセンサ機能付きRFIDタグ。
  2. 　前記タグICが保有する前記ID情報と異なる補助ID情報を保有し、前記センシング対象による影響から独立して、常に読み取り可能な状態を維持する補助用タグICもしくはそれを含む補助用RFIDタグをさらに備える請求項１に記載のRFIDタグ。
  3. 　前記センサ部が、前記センシング対象に感応して特性が変化し、前記ID情報を読み取り可能と読み取り不能との間でタグの状態を遷移させる感応性受動素子である、請求項１または２に記載のRFIDタグ。
  4. 　センシング対象が互いに異なる複数のセンサ部を備える請求項１～３のいずれかに記載のRFIDタグ。
  5. 　ID情報が互いに異なり、それぞれ前記センサ部に接続される複数のタグICを備える請求項１～４のいずれかに記載のRFIDタグ。
  6. 　前記センサ部は、前記ID情報を伝送する伝送線路の一部、またはアンテナの一部であって、センシング対象に感応して前記ID情報を伝送する状態と伝送を遮断する状態との間で変化する請求項１～５のいずれかに記載のRFIDタグ。
  7. 　前記センサ部は、前記ID情報を伝送する伝送線路の一部、またはアンテナの一部であって、センシング対象に感応してオープンとなる請求項６に記載のRFIDタグ。
  8. 　前記センサ部は、アンテナ-IC間に設置されたフィルタであって、センシング対象によってその周波数特性が変化して、信号を通過もしくは遮断する請求項１～５のいずれかに記載のRFIDタグ。
  9. 　前記センサ部はセンサ機能をもつSAWセンサである請求項８に記載のRFIDタグ。
  10. 　複数のタグICの前段それぞれに、互いの通過域が異なるフィルタをさらに備える請求項１～９のいずれかに記載のRFIDタグ。
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