JP2017033101A

JP2017033101A - 情報媒体

Info

Publication number: JP2017033101A
Application number: JP2015149803A
Authority: JP
Inventors: 朝香　聖成; Kiyoshige Asaka; 聖成朝香
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】バーコードを代替な可能な情報量と大きさからなるチップレスＲＦＩＤを用いた情報媒体を提供することを課題とする。【解決手段】ＵＨＦ帯以上の周波数領域において異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナ２を備えていることを特徴とする情報媒体１。更には、前記情報媒体に於いて、ダイポールアンテナの形状が短冊形状である情報媒体である。更には、前記情報媒体において、ダイポールアンテナが、長さが異なり同じ幅を持つ短冊形状であって、短冊形状の長手方向の中心位置が短冊状の長手方向に直交する方向に一直線上に、且つ等間隔に配置されており、また短冊形状の長手方向の中心から対称に中抜部を備えていることを特徴とする情報媒体。【選択図】図１

Description

本発明は、チップレスＲＦＩＤからなる情報媒体に関する。

物品に貼り付けるなどにより、その物品の属性情報を担う情報媒体として、バーコードやＲＦＩＤが使用されている。

例えば、スーパーマーケットなどでは、商品にバーコードが貼り付けられており、商品の購買者は、購入しようとする物品をスーパーマーケットのレジに持って行く。レジでは担当者が物品に付いているバーコードを光学的な読取り装置によって、１つ１つ読み取る事により購買者が購入する物品の品名と金額等の情報を取得し、合計金額を算出しプリントアウトするシステムができている。

一方、非接触ＩＣタグなどのＲＦＩＤは、入退室管理や鉄道やバスの乗車カードなどに使用されているほかに、例えば工場における生産ラインを流れる物品または物品を入れた収納箱などに取り付けられて、そのＲＦＩＤを工程中の測定ポイントにある読取・書込装置が情報の読取りまたは書込みをすることで、工程中のどこに、どのような状態で存在するかがリアルタイムでわかるような情報媒体として、工程管理システムなどに使用されている。

非接触ＩＣタグなどのＲＦＩＤは、情報媒体として半導体チップを使用しているため、低コスト化が困難である反面、記録できる情報量は多く、また情報の書込みもできる。一方、バーコードは非常に低コストであり、スーパーマーケットなどにおいても、既に情報媒体として実用化されているが、バーコードが担える情報量は比較的少なく、情報の書込みができないなどの不利な特徴がある。また、バーコードは光学式であるため、一つ一つ読み取る必要があるため、商品の一括読取りは実現不可能である。

スーパーマーケットなどにおけるレジの効率化のための商品の一括読取りを実現する為には、非接触ＩＣタグのような電波を使用した情報媒体の低コスト化が不可欠である。

その問題を解決する技術として、特許文献１にはＩＣチップを使用しない、低コストで且つ電波を使用した情報媒体が開示されている。この技術はグラビア印刷などの低コストな印刷方法を用いて、コイル状に印刷した導体インキによるアンテナの複数個所に分断部が形成してあり、その分断部をインクジェット印刷などのデジタル印刷技術を用いて短絡することによって、アンテナの共振周波数を変化させ、情報を担わせる技術である。

この技術は、アンテナ構成が簡易な反面、複数の分断部が広範囲に亘って形成されているため、共振周波数の設定範囲も広範囲になる。そのため、読取り装置側のアンテナは、広範囲の周波数をカバーする必要があり、装置が大型化する問題がある。またこの技術はＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）を想定しており、共振周波数が９ＭＨｚ、３３ｍのアンテナ長となるダイポールアンテナを４ｃｍ×４ｃｍの面積の中に形成する例が示されており、そのような大きさの情報媒体を複数個、小さな商品に貼り付けることは困難である。

特許第５５０１６０１号公報

本発明は、上記の事情に鑑み、バーコードを代替可能な情報量と大きさからなるチップレスＲＦＩＤを用いた情報媒体を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、ＵＨＦ帯以上の周波数領域において異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナを備えているチップレスＲＦＩＤからなることを特徴とする情報媒体である。

また、請求項２に記載の発明は、前記ダイポールアンテナの形状が短冊形状であることを特徴とする請求項１に記載の情報媒体である。

また、請求項３に記載の発明は、前記ダイポールアンテナが、長さが異なり同じ幅を持つ短冊形状であって、短冊形状の長手方向の中心位置が短冊状の長手方向に直交する方向に一直線上に、且つ等間隔に配置されており、
また短冊形状の長手方向の中心から対称に中抜部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の情報媒体である。

また、請求項４に記載の発明は、前記ダイポールアンテナの形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の情報媒体である。

また、請求項５に記載の発明は、前記ダイポールアンテナが、同心円状に且つ等間隔に配置され、同じ平面角で同じ方向に切欠き部を備えた円弧形状であって、ダイポールアンテナを二等分する位置から、円弧に沿って対称に中抜部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の情報媒体である。

本発明のチップレスＲＦＩＤによれば、ＵＨＦ帯以上の周波数領域に個々に異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナを備えることで、バーコードを代替可能な情報量と大きさを持つチップレスＲＦＩＤからなる情報媒体を提供することが可能である。

本発明の情報媒体であるチップレスＲＦＩＤに使用する、同じ幅で長さが異なる短冊状ダイポールアンテナを平行に配置し、長さ方向の中心から対称的な中抜部を有するダイポールアンテナを使用した場合示す概略平面図であり、（ａ）は一番長いダイポールアンテナ（長さＬ１）の両側にそれぞれ長さＬ２、Ｌ３、Ｌ４およびＬ５、Ｌ６、Ｌ７の各３本のダイポールアンテナが配置された合計７本の構成、（ｂ）は（ａ）の構成から長さＬ２のダイポールアンテナが欠落した構成、（ｃ）は（ａ）の構成から長さＬ６のダイポールアンテナが欠落した構成をそれぞれ示している。全てのダイポールアンテナが揃っている（ａ）の構成が担う情報は、各ダイポールアンテナが配置されている場合を‘０’、配置されていない場合を‘１’とすれば、（ａ）の構成は[０００００００]、（ｂ）の構成は[０１０００００]、（ｃ）の構成は[０００００１０]、をそれぞれ表す。これらは７ビット＝１２８個の番号のうち、３つの番号の例であり、このようにして識別可能であることを示している。本発明のチップレスＲＦＩＤに使用する、同じ幅で円弧の長さが異なる円弧形状ダイポールアンテナが同心円状に６個配置された例を示す概略平面図であり、円弧の中心から対称的な中抜部を有するダイポールアンテナを使用した例である。この例では、同心円状に配置した円弧の中抜部が、同心円の中心から一定の平面角をなし、また円弧の切欠き部が一定の平面角をなし、各円弧が同心円の中心からそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６なる半径に配置された構成である。図２に示した円弧形状のダイポールアンテナにおいて、（ａ）は６つのダイポールアンテナが揃っている構成、（ｂ）は内側から２番目（半径：Ｌ５）と４番目（半径：Ｌ３）のダイポールアンテナが配置されていない構成、（ｃ）は内側から１番目（半径：Ｌ６）と３番目（半径：Ｌ４）と５番目（半径：Ｌ２）のダイポールアンテナが配置されていない構成であり、各ダイポールアンテナが配置されている場合を‘０’、配置されていない場合を‘１’とすれば、（ａ）の構成は[００００００]、（ｂ）の構成は[０１０１００]、（ｃ）の構成は[１０１０１０]をそれぞれ表す。６ビット＝６４個の番号のうち、３つの番号の例であり、このようにして識別可能であることを示している。

本発明の、ダイポールアンテナを使用した情報媒体について説明する。
本発明の情報媒体は、ＵＨＦ帯以上の周波数領域において、異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナを備えている。
例えば、ＵＨＦ帯に共振周波数を持つ１個のダイポールアンテナは、それが持つ共振周波数を使用して、そのダイポールアンテナの有無を検知することにより、‘０’か‘１’の１ビットの情報を担わせることが可能である。このダイポールアンテナのアンテナ長を変えると共振周波数が式（１）に従って変化する。そのため、異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナを形成することにより、その形成する数に対応して、数ビット以上の情報を持つ情報媒体とすることができる。

また、ダイポールアンテナのアンテナ長Ｌ（ｍ）は、式（１）で与えられるので、例えば共振周波数ｆ_０がＳＨＦ帯の１０ＧＨｚであるとし、実効比誘電率Ｅ_ｅｆｆを１とすると、Ｃは光速であるので、式（１）からＬ≒１ｃｍとなる。ＵＨＦ帯の上限である３ＧＨｚでは３ｃｍ程度となる。これはダイポールアンテナが直線である場合であるが、円弧形状に丸めた場合は、直径が１／π（π：円周率）の１ｃｍ程度のサイズとなる。

次に、ダイポールアンテナの形状が異なる二つの実施形態について説明する。
＜第一の実施形態＞
本発明のダイポールアンテナを使用した情報媒体における第一の実施形態を説明する。
本発明の第一の実施形態は、図１に示すように、情報媒体１を構成するダイポールアンテナ２が、短冊形状である実施形態である。更には長さが異なり同じ幅を持つ短冊形状であって、短冊形状の長手方向の中心位置が短冊状の長手方向に直交する方向に一直線上に、且つ等間隔に、且つ平行に配置されている。また短冊形状の長手方向の中心から対称な形状の中抜部を備えている。

図１（ａ）は、合計７本のダイポールアンテナ２が、最も長いダイポールアンテナを中心に配置して、そのダイポールアンテナ２の長手方向に直交する方向の両側に、順次外側に向って各ダイポールアンテナ２の中心を一直線上に配置し、長いものから短いものを、それぞれ３本ずつ配置した構成を例示している。この７本の各々異なる共振周波数を持つダイポールアンテナ２によって、７ビットの情報を担うことができる。図１（ａ）の場合、全てのダイポールアンテナ２が揃った状態を[０００００００]と表示することができる。その逆の[１１１１１１１]としても良い。ダイポールアンテナ２が存在する状態、および存在しない状態を、‘０’にするか‘１’にするか、を決めて置けばよい。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態から、Ｌ３の長さのダイポールアンテナ２が無い状態となっていることから、[０１０００００]と表すことができる。

また、図１（ｃ）は、同様にＬ６の長さのダイポールアンテナ２が無い状態となってい
ることから、[０００００１０]と表すことができる。

このように、７本のダイポールアンテナ２によって、２^７＝１２８個の番号を担うことができるが、そのうちの３つの情報をこのようにして識別可能であるように、１２８個の情報を識別可能である。１０ビットでは、１０２４個の番号を担うことが可能となる。１６ビットでは、６５０００個余りの番号を担う事ができる。１６ビットの場合は、１６個のダイポールアンテナ２が必要になるため、従来から使用して来たバーコードと同等の大きさにするためには、ダイポールアンテナ２の小型化は重要な課題となる。

また、スーパーマーケットに於いて、陳列している商品に貼り付けるラベルの場合、この番号に対応した情報である商品名、価格、陳列を開始した日付、陳列した数量、在庫している数量、その他の情報をコンピュータに保存しておき、商品に貼り付けたラベルが担っている番号と紐付けして置くことによって、レジにおいて籠の中の商品の一括読取りが可能になるばかりでなく、販売された数量と在庫している数量、倉庫で保管している日数、などの在庫管理も可能となる。他の用塗においても同様な使用方法が可能である。

＜第二の実施形態＞
本発明の、ダイポールアンテナを使用した情報媒体における第二の実施形態を説明する。
本発明の第二の実施形態は、図２に示すように、ダイポールアンテナ２が円弧形状である実施形態である。更には、同心円状に配置され、同じ平面角の切欠き部を持つ円弧形状であり、その円弧形状のダイポールアンテナ２の円弧に沿った中心位置が、放射方向に一直線上に、且つ等間隔に配置されており、またそのダイポールアンテナ２の円弧に沿った中心位置から対称に中抜部を備えている情報媒体１である。

本実施形態は、ダイポールアンテナ２を円弧形状にすることによって、ダイポールアンテナ２のアンテナ長が長くなった場合でも、フットプリントを小さくできるメリットがある。

図２は、円弧形状のダイポールアンテナ２から構成されている情報媒体１を例示したものである。ダイポールアンテナ２のアンテナ長に相当するものとして、同心円状に配置した円弧形状のダイポールアンテナ２の円の中心から、各円弧形状のダイポールアンテナまでの距離として、外側と内側の円弧までの半径の平均値とした。それを各円弧形状のダイポールアンテナの半径Ｒとする。

そのようにすると、円弧形状のダイポールアンテナであっても、ダイポールアンテナ長Ｌ１〜Ｌ６の代わりに、それらに比例した半径Ｒ１〜Ｒ６を使用することで、共振周波数と半径の関係を、図１で示した短冊状のダイポールアンテナと同様に取り扱うことが可能である。
図３（ａ）は６本の円弧形状のダイポールアンテナ２から構成された情報媒体１を例示したものである。従って６ビットの情報を担うことができ、この場合、第一の実施形態と同様にして、図３（ａ）の構成は[００００００]と表示することができる。

同様に、図３（ｂ）の構成は[０１０１００]、図３（ｃ）の構成は[１０１０１０]と表示することができる。第一の実施形態の場合と同様に、‘０’と‘１’の関係を逆にした情報としても構わない。

図３（ａ）〜（ｃ）は、６ビットの６４種類の情報のうち、３つを例示したものであるが、この様に識別可能である。

＜本発明の情報媒体の製造方法＞
ＳＨＦ帯やＵＨＦ帯においては、ダイポールアンテナのアンテナ長は１ｃｍ（１０ＧＨｚ）〜３ｃｍ（３ＧＨｚ）程度であるため、製造方法としては各種の従来の印刷方式、例えばグラビア印刷、平版印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、電子写真方式などをはじめ、箔押しなども使用可能である。使用する導体インキは、回路基板製造用に使用しているグレードの金属粉を使用した導体インキを使用可能である。

それ以上の高周波領域であるＥＨＦ帯やＴＨＦ帯では、例えば周波数としては１００ＧＨｚ、１ＴＨｚとなり、アンテナ長は１ｍｍ、１００μｍとなってくる。
この領域では、従来の印刷方式では製造することが困難となる。アンテナ長が１ｍｍの場合、例えば短冊形状のダイポールアンテナの場合、その幅は１／１０程度の１００μｍ程度にする必要が出てくる。また寸法や印刷形状の精度も要求されるためである。寸法精度が悪くなると、共振周波数を思い通りに得ることができなくなる。また印刷形状も同様に、直線性の悪さやパターンエッジの粗さが、共振周波数の制御性に悪影響を与える。

このように、ＥＨＦ帯以上の周波数領域においては従来の印刷方式ではパターン精度が十分とは言えなくなる。印刷方式より高精度で微細なパターンを形成できる技術は、例えばフォトリソグラフィ技術を挙げることができるが、コスト面で採用する事は困難であるため、フォトリソグラフィ技術と同等の微細加工が可能で、印刷方式と同等の製造コストで生産可能な技術が必要となる。

以上、本発明のダイポールアンテナを使用したチップレスＲＦＩＤからなる情報媒体について説明した。例として短冊形状および円弧形状のダイポールアンテナを用いた７ビットおよび６ビットの情報媒体を説明したが、これらのアンテナ形状だけに限定するものではない。他の形状であってもダイポールアンテナとして機能するのであれば如何なる形状であっても構わない。

また、ダイポールアンテナの共振周波数については、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）やＳＨＦ帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）について例示したが、今後は更に高い周波数領域であるＥＨＦ帯（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）、ＴＨＦ帯（３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）へと高周波化してゆく。それに伴って、ダイポールアンテナのアンテナ長が微細化してゆくため、それに対応した製造方法を採用することによって、本発明のダイポールアンテナを使用したチップレスＲＦＩＤからなる情報媒体を提供することが可能である。

１・・・情報媒体（チップレスＲＦＩＤ）
２・・・ダイポールアンテナ

Claims

ＵＨＦ帯以上の周波数領域において異なる共振周波数を持つ複数のダイポールアンテナを備えているチップレスＲＦＩＤからなることを特徴とする情報媒体。
前記ダイポールアンテナの形状が短冊形状であることを特徴とする請求項１に記載の情報媒体。
前記ダイポールアンテナが、長さが異なり同じ幅を持つ短冊形状であって、各ダイポールアンテナの長手方向の中心位置が各ダイポールアンテナの長手方向に直交する方向に直線上に、且つ等間隔に配置されており、
また各ダイポールアンテナは、その長手方向の中心から対称に中抜部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の情報媒体。
前記ダイポールアンテナの形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の情報媒体。
前記ダイポールアンテナが、同心円状に且つ等間隔に配置され、同じ平面角で同じ方向に切欠き部を備えた円弧形状であって、ダイポールアンテナを二等分する位置から、円弧に沿って対称に中抜部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の情報媒体。