JP4115478B2

JP4115478B2 - Ｒｆタグの情報読み出し方法および情報書き込み方法

Info

Publication number: JP4115478B2
Application number: JP2005343748A
Authority: JP
Inventors: 匡彦平井; 啓一村井; 喜久三澤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2006186984A

Description

本発明は、ＬＳＩチップなどの高価な部品を用いない安価な非接触ＲＦタグの情報読み出し方法および情報書き込み方法に関する。

従来、非接触タグの分野では、バーコードを光学的に読み込む手法が最も普及しており、あらゆる物品に装着されてきた。非常に安価な上、ネットワーク化した決済システムに対応させることで、在庫管理や流通管理に応用されたために普及が進んだのである。しかしながら、光学的に読み込むため、汚れに弱く、また、追記性がない、記憶情報量が少ないなどの課題がある。

また、近年、半導体集積回路（ＬＳＩ；ＬａｒｇｅＳｉｚｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）を用いた非接触ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグ、カードが普及しはじめた。これらのタグ、カードは、バーコードに比較して情報容量が大きく、汚れに強い。また、非接触のまま情報の追記が可能なため、トレーサビリティー（追尾性）が優れていることが特徴である。しかしながら、バーコードに比較して高価であり、通信距離を大きくとることが技術的に難しいことが課題となっている。

一方、特許文献１には、ＬＣ共振回路を持つ共振タグ（ＲＦタグ）が提案されている。また、特許文献２には、ＲＦタグを複数個配列して成るアレイ化タグの共振周波数を特定する情報の読み出し方法が提案されている。これらのＲＦタグは、汚れに強く、ＬＳＩを用いた非接触ＲＦタグに比べて安価である。しかしながら、これらの公報には、情報の追記が可能な方法は開示されていない。

なお、特許文献３には、各共振波の周波数のうちの基準となる周波数に対する他の共振波の周波数の差または比によって固有の情報を表すＩＤタグが記載されている。同公報には、コンデンサの絶縁破壊による共振周波数の書き換えについても記載されている。また、特許文献４には、ＬＣ共振タグの反射波解析装置のメモリに基準波形パターンデータを格納することが記載されている。

特開平８−４４７９４号公報特開平１１−９６３２６号公報特開２００３−２７１９１２号公報特開平１１−１７５６５０号公報

そこで本発明は、汚れに強く、ＬＳＩを用いた非接触ＲＦタグに比べて安価な共振タグ（ＲＦタグ）において、安定に情報を読み出し、また、情報の追記が行えるようにすること目的とするものである。

本発明のＲＦタグの情報読み出し方法は、抵抗器とコンデンサの少なくとも一方と、かつ低インピーダンス状態と高インピーダンス状態を電気信号により選択できるヒューズまたはアンチヒューズ素子と、コイルアンテナを含む、互いに共振周波数の異なる電磁波共振回路を少なくとも２組以上備える電磁誘導により共振するＲＦタグの情報読み出し方法であって、前記ＲＦタグと電磁波を共振させて情報を読み出す読み出し手段を含む装置を用い、前記読み出し手段から発射される読み出し電磁波の周波数を一定速度で連続または断続的に掃引し、前記複数の電磁波共振回路の共振周波数に対応した複数の反射波を受信し、掃引開始から該反射波のピーク位置が検出されるまでの時間を計測し、該測定値を用いて、掃引開始から各ピーク位置が検出されるまでの時間、あるいは、各ピーク位置が検出された時間相互間の時間差のいずれかに基づいて、該複数の反射波の周波数相互の相対関係を検出することを特徴とする。

また、本発明のＲＦタグの情報書き込み方法は、上記本発明の情報読み出し方法により、前記複数の電磁波共振回路の共振周波数を計測して情報を読み出した後、所望の電磁波共振回路の共振周波数を変更するために、該電磁波共振回路の共振周波数に合致した読み出し時より振幅の大きな電磁波を照射して、該電磁波共振回路を構成している前記ヒューズまたはアンチヒューズ素子のインピーダンスを変更することを特徴とする。

本発明のＲＦタグの情報読み出し方法によれば、汚れに強く、ＬＳＩチップなどの高価な部品を用いない安価なＲＦタグにおいて、複数の電磁波共振回路の共振周波数に対応した複数の反射波の周波数相互の相対関係を検出するため、ＲＦタグごとに共振回路の共振周波数がばらついていても、同一タグ内における複数の電磁波共振回路の共振周波数の相対関係が維持されてさえいれば、安定な情報の読み出しを行うことができる。

また、本発明のＲＦタグの情報書き込み方法によれば、所望の電磁波共振回路を構成しているヒューズまたはアンチヒューズ素子のインピーダンスを変更して該電磁波共振回路の共振周波数を変更することによって、安定した情報の追記（書き換え）を行うことができる。

本発明は、ＬＳＩチップなどの高価な部品を用いることなく、複数ビットの情報を格納し、読み出し、更には追記できる安価なＲＦタグにおける情報の読み出し方法および書き込み方法に関するものである。

本明細書で言う「ＲＦ」とは、ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙのことで、通常空間を伝播することが可能な電磁波を指す。また、「タグ」とは、カード状の荷札、認証札等のことを指す。

本発明に関わるＲＦタグは、抵抗器とコンデンサの少なくとも一方と、かつ低インピーダンス状態と高インピーダンス状態を電気信号により選択できるヒューズまたはアンチヒューズ素子と、コイルアンテナを含む、互いに共振周波数の異なる電磁波共振回路を少なくとも２組以上備える。

前記電磁波共振回路は、配線、抵抗器の抵抗値とコンデンサのキャパシタンス、コイルアンテナのインダクタンスの組み合わせで固有の共振周波数が決まる。共振周波数の異なる２組以上の電磁波共振回路が、同一タグ上に存在することにより、複数の情報を記録することができる。この２組以上の電磁波共振回路の共振周波数の組み合わせによって格納される情報が決まる。

本発明のＲＦタグの情報読み出し方法では、ＲＦタグと電磁波を共振させて情報を読み出す読み出し手段を含む装置を用い、前記読み出し手段から発射される読み出し電磁波の周波数を連続または断続的に掃引し、前記複数の電磁波共振回路の共振周波数に対応した複数の反射波を受信することで、ＲＦタグの共振周波数を探す動作をする。そして、反射波の周波数に基づいて直接的に情報の読み出しを行うのではなく、複数の反射波の周波数相互の相対関係を検出し、これに基づいて情報の読み出しを行う。これにより、例えばＲＦタグの製造ばらつきなどによって、複数の電磁波共振回路の共振周波数がシフトしても、読み出し動作に影響を与えることがないため、安定な情報の読み出しを行うことができる。

本発明に関わるＲＦタグは、電磁波共振回路中に、低インピーダンス状態と高インピーダンス状態を電気信号により選択できるヒューズまたはアンチヒューズ素子を含む。これによって、外部から照射する電磁波により、共振周波数を変更または共振しないようにすることができる。このことにより、外部より電気的に情報を書き換えることが可能となる。このヒューズまたはアンチヒューズ素子は、前記抵抗器またはコンデンサと機能を兼ねることが可能である。ヒューズはそれ自体抵抗器で、初期状態が低抵抗で、大電流を流すことにより状態変化を起こし、高抵抗状態に変移する。これに対し、アンチヒューズ素子はそれ自体コンデンサであり、初期状態が高抵抗で、高電圧を印加することにより状態変化を起こし、低抵抗状態に変移する。

本発明のＲＦタグの情報書き込み方法では、上記本発明の情報読み出し方法により情報を読み出した後、所望の電磁波共振回路の共振周波数を変更するために、該電磁波共振回路の共振周波数に合致した読み出し時より振幅の大きな電磁波を照射して、該電磁波共振回路を構成している前記特性を有するヒューズまたはアンチヒューズ素子のインピーダンスを変更して行うため、安定した情報の追記（書き換え）を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の参考実施形態）
図１は、本参考実施形態におけるＲＦタグの構成を示したものである。１個の抵抗器（Ｒ０乃至Ｒ３）と１個のコンデンサ（Ｃ０乃至Ｃ３）、１個のコイルアンテナ（Ｌ０乃至Ｌ３）からなる電磁波共振回路ユニットが４組（Ｕ０乃至Ｕ３）プラスチック基板上に形成され、これによって１個のＲＦタグが構成されている。各ユニットの共振周波数帯域は互いに分離している。

電磁波共振ユニットＵ０は参照用電磁波共振回路であって、固定された参照用の共振周波数を持つ。

電磁波共振ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３は、それぞれ２進法の１の位、２の位、２２の位に対応しており、各電磁波共振ユニットの共振周波数は、各ユニットに含まれるコンデンサ容量の大小（２値）のどちらかを選択することによって、各ユニットごとに２値の共振周波数を選択することができる。具体的には、電磁波共振ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３に含まれるコンデンサはアンチヒューズ素子機能を持っており、初期状態では高抵抗、大キャパシタンス、状態変化後では、低抵抗、小キャパシタンスとなる。アンチヒューズ素子に大電圧を印加することにより、状態を変化させることができる。

図２は、アンチヒューズ素子単体の直流電気特性を示したものである。１回目の電圧スキャンによって、３Ｖ付近で急激に電流値が増加し、高インピーダンス（高抵抗）状態から低インピーダンス（低抵抗）状態に遷移したことがわかる。２回目の電圧スキャンでは、低インピーダンス状態が維持されていることがわかる。

このようなアンチヒューズ素子を電磁波共振回路に用いた場合、共振周波数のＲＦピーク値を十分大きくすると、アンチヒューズ素子がブレークダウンし、電磁波共振回路の共振周波数が遷移する。また、アンチヒューズ素子が不可逆的に短絡して共振周波数が変動するため、安定的に情報の書き換え（追記）が行われる。

図３は、前記ＲＦタグと読み出し装置を組み合わせたシステムの一例を示すものである。ＲＦタグ１と読み出し用アンテナ２、読み出し装置３から構成されており、前記読み出し用アンテナ１から発射された読み出し電磁波４が、前記ＲＦタグと共振を起こし、反射波５が発生する。この反射波を前記読み出し用アンテナ２が受信し、前記読み出し装置３にて解析して、前記ＲＦタグ１に格納されている情報を得る。

図４は、前記読み出し装置３における、反射波の解析手法の一例を示すために、前記読み出し用アンテナから放射される読み出し電磁波の周波数と、反射波の強度をグラフにしたものである。図４中にＵ１乃至Ｕ３各ユニットの共振周波数帯域が示されており、各ユニットに含まれるコンデンサ容量の大小（例えばＵ１の場合、Ｃ１１とＣ１２）に対応した２値の共振周波数が示されている。例えば、Ｕ１の場合、Ｃ１１に対応した共振周波数が１の位の「０」に対応し、Ｃ１２に対応した共振周波数が１の位の「１」に対応する。したがって、図４の場合、２進法で「１０１」を示すことになる。

本参考実施形態では、反射波周波数位置の同定に、周波数絶対値を用いるのではなく、参照用反射波周波数との周波数差Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３を計測することによって、反射波周波数を同定する。このことによって、ＲＦタグの製造ばらつきなどによって、共振周波数がシフトしても、読み出し動作に影響を与えない点で効果がある。

次に、図５は、Ｕ２の共振周波数にあわせて、読み出し時よりも振幅の大きいＲＦ電磁波を照射した後の状態を表したものである。アンチヒューズの状態が変化し、Ｕ２の共振周波数が変化しているのがわかる。この結果、記録された情報は、「１１１」となった。これにより、情報の追記が可能になったことになる。

各ユニットの共振周波数を決定させるには、抵抗器の抵抗値、コンデンサの容量、コイルのインダクタンスをそれぞれ決定する必要があるが、抵抗器またはコンデンサを省略することが可能であり、抵抗器、コンデンサ、コイルを複数個搭載することも可能である。

また、各ユニットの共振周波数を選択する手段として、前記実施形態ではコンデンサの容量の大小を選択したが、抵抗器の抵抗値、コイルのインダクタンス値の大小を選択することも可能である。さらに、２値ばかりでなく、３値以上の選択も可能である。

また、アンチヒューズ素子を用いず、抵抗器の機能を兼ねた、ヒューズを用いることも可能である。

（第２の参考実施形態）
本参考実施形態おけるＲＦタグは基本的には第１の参考実施形態と同様であるが、参照用電磁波共振回路を持たず、４組の電磁波共振回路ユニットがそれぞれ２進法の１の位、２の位、２２の位、２３の位に対応している。よって、各電磁波共振ユニットの共振周波数は、各ユニットに含まれるコンデンサ容量の大小（２値）のどちらかを選択することによって、各ユニットごとに２値の共振周波数を選択することができる。

本参考実施形態における反射波の解析手法は、取得された複数の反射波のピーク形状（グラフ）と図６（ａ）に示すような予め用意された波形ライブラリ（グラフ）を比較し、最も近いライブラリと同じ情報であると判断する手法である。

一例として、図６（ｂ）に示すような複数の反射波が取得された場合には、このピーク波形に最も近い波形を示す図６（ａ）中の（０１００）の情報であることが理解できる。

上記のように本参考実施形態では、複数の反射波をグラフに変換し、予め用意されたグラフと比較して反射波周波数位置の同定を行っている。が、この他にも、変動幅が大きい点を抽出する方法、画像認識して比較する方法などがある。

さらに、第１の参考実施形態、第２の参考実施形態の変形例として、以下のようなものが挙げられる。

まず、複数の反射波の周波数相互の相対関係の検出にあたって、それぞれの周波数をどのようにして決定するか、について、二つのバリエーションを挙げることができる。

その第１は、周波数をλ、検出された反射波の強度をＰとしたときに、関数Ｐ＝ｆ（λ）を１回微分したｆ’（λ）が正から負へと変化する周波数を反射波のピークの周波数とする方法である。

第２は、周波数をλ、検出された反射波の強度をＰとしたときに、関数Ｐ＝ｆ（λ）を２回微分したｆ”（λ）が正から負へと変化する周波数と負から正へ変化する周波数の中心の周波数を反射波のピークの周波数とする方法である。

次に、周波数の値そのものを用いずに周波数相互の相対関係を検出する方法を挙げることができる。

例えば、周波数スキャンを一定速度で行うことを前提に、スキャン開始からピーク位置が検出されるまでの時間を測定し、その測定値を用いて、スキャン開始から各ピーク位置が検出されるまでの時間、あるいは、各ピーク位置が検出された時間相互間の時間差を用い、これらを比較することで、周波数相互の相対関係を検出することができる。

本発明の第１の参考実施形態に係るＲＦタグの構成を示す図である。本発明に係るＲＦタグの電磁波共振ユニットの構成要素であるアンチヒューズの特性を説明するためのグラフである。本発明に係るＲＦタグを含むシステムを示す概略図である。本発明の第１の参考実施形態における反射波の解析手法を示すグラフである。本発明の第１の参考実施形態における反射波の解析手法を示すグラフである。本発明の第２の参考実施形態における反射波の解析手法を示すグラフである。

符号の説明

１ＲＦタグ
２読み出し用アンテナ
３読み出し装置
４読み出し用電磁波
５反射波

Claims

抵抗器とコンデンサの少なくとも一方と、かつ低インピーダンス状態と高インピーダンス状態を電気信号により選択できるヒューズまたはアンチヒューズ素子と、コイルアンテナを含む、互いに共振周波数の異なる電磁波共振回路を少なくとも２組以上備える電磁誘導により共振するＲＦタグの情報読み出し方法であって、
前記ＲＦタグと電磁波を共振させて情報を読み出す読み出し手段を含む装置を用い、前記読み出し手段から発射される読み出し電磁波の周波数を一定速度で連続または断続的に掃引し、前記複数の電磁波共振回路の共振周波数に対応した複数の反射波を受信し、掃引開始から該反射波のピーク位置が検出されるまでの時間を計測し、該測定値を用いて、掃引開始から各ピーク位置が検出されるまでの時間、あるいは、各ピーク位置が検出された時間相互間の時間差のいずれかに基づいて、該複数の反射波の周波数相互の相対関係を検出することを特徴とするＲＦタグの情報読み出し方法。
請求項１に記載の情報読み出し方法により、前記複数の電磁波共振回路の共振周波数を計測して情報を読み出した後、所望の電磁波共振回路の共振周波数を変更するために、該電磁波共振回路の共振周波数に合致した読み出し時より振幅の大きな電磁波を照射して、該電磁波共振回路を構成している前記ヒューズまたはアンチヒューズ素子のインピーダンスを変更することを特徴とするＲＦタグの情報書き込み方法。