JP2008135951A - Ｒｆパウダー粒子、ｒｆパウダー、およびｒｆパウダー含有基体 - Google Patents

Abstract

【課題】紙幣等の財産的価値の高いシート状等の対象物について、偽造の書類、偽紙幣等を作製することを困難にすることができ、それぞれ所定共振周波数を有する１つのタンク回路を備えた多数の粒子の各々に必要な情報を記憶できるＲＦパウダー粒子、ＲＦパウダー、およびＲＦパウダー含有基体を提供する。
【解決手段】ＲＦパウダー粒子は、基板２２の絶縁面上に磁界結合素子としてのコイル２４（インダクタンス要素）とこのコイルの両端に接続されるコンデンサ２５（キャパシタンス要素）とを形成し、インダクタンス要素とキャパシタンス要素でタンク回路３１を形成するように構成される。タンク回路３１は、外部から与えらえる高周波の磁界に対して、条件に応じて共振状態の回路または非共振状態の回路として作用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、パウダーとして使用し、紙等に含有させ、外部から与えられる高周波電磁界（無線）により情報の読み取り等ができるＲＦパウダー粒子、ＲＦパウダー、およびＲＦパウダー含有基体に関する。

現在、ＩＣタグはユビキタス時代の入り口にある商品と考えられている。ＲＦ−ＩＤ（超小型無線認識）として名札やスイカカード、ＦｅＲＡＭカードなど、以前から開発が行われている。ＩＣタグの市場は将来必ず大きいものに成長すると、多数の人が期待している。しかし、未だに期待しているほどには市場は育っていない。その理由として、コストとセキュリティー、機密の問題など、社会的に解決しなくてはならない課題があるからである。

またＲＦ−ＩＤの技術は、紙幣や有価証券等の財産的価値を有する書面の識別への応用も考えられる。紙幣の偽造などが問題となっており、それらの問題を解決するための方法として、ＩＣタグを紙幣等に埋め込むことが考えられる。しかしながら、ＩＣタグの価格が高いことやサイズが大きいために上記のことが実現するには至っていない。

ＩＣタグの価格は、ＩＣタグチップのサイズを小さくすることにより安くすることができる。それは、ＩＣタグチップのサイズを小さくすれば、１枚のウェハから得られるＩＣタグチップの数量を多くすることができるからである。現在までに、０．４ｍｍ角のＩＣタグチップが開発されている。このＩＣタグチップは、チップ内の１２８ビットのメモリデータを２．４５ＧＨｚのマイクロ波で読み取ることができる（例えば非特許文献１参照）。

一方、ＩＣタグ以外の要素を用いた、紙幣やクレジットカード等の識別等に応用できる無線周波数自動識別（ＲＦ／ＡＩＤ）システムも考えられている。その一例として、特許文献１では、紙やプラスチックからなる基板に固定した配置で配置され、基板上にランダムな空間位置を占め、複数の無線周波数に共振する複数の共振子を含んでいる。複数の共振子は受動固体共振子である。受動固体共振子は、伸長した金属体から形成された薄双極子を含む。受動固体共振子は、より具体的に、石英クリスタルのような、石英ファミリーに属する材料からなっている。無線周波数ターゲットでは、基板の上に設けた複数の共振子が無線周波数の電磁波によって照射されるときに共振し、その共振を検出することによって複数の共振子の配置を把握し、これにより識別される。
特開平１０−１７１９５１号公報 宇佐美光雄、『超小型無線ＩＣタグチップ「ミューチップ」』、応用物理、Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．９、２００４、ｐ．１１７９−ｐ．１１８３

従来の各種のカードにＩＣタグを用いるとき、１枚のカードには１つのＩＣタグが用いられていた。しかしながら、例えば紙幣にＩＣタグを用いるときには、１つのＩＣタグを付するだけでは構成が単純であるので、偽造紙幣が容易に作られてしまう可能性がある。また、特許文献１のような複数の共振子を紙幣等に含ませた場合は、複数の共振子の配置と、複数の共振子の共振周波数の違いで識別をさせるので、偽造紙幣等は作られにくいと考えられる。しかしながら、１つの共振子は共振子ごとに共振周波数を変えることができるが、１つの共振周波数を有する１つの共振子それ自体に識別番号などの情報を記憶させることはできない。石英共振子は大きさに依存して共振周波数が変わるので、大きさ一定で違う周波数を作り出すことが困難である。また共振子は受動固体共振子であって、薄双極子を含み、石英ファミリーに属する材料で作られており、その製造に特殊な技術が要求される。

本発明の目的は、上記の課題を鑑み、各種カード、紙幣や有価証券等の財産的価値の高いプレート状またはシート状の対象物について、偽造のカードや書類、偽紙幣等を作製することを困難にすることができ、さらに、それぞれ自在に設計できる１つの共振周波数を有する１つのタンク回路を備えたＲＦパウダー粒子、ＲＦパウダー、およびＲＦパウダー含有基体を提供することにある。

本発明に係るＲＦパウダー粒子、ＲＦパウダー、およびＲＦパウダー含有基体は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

本発明に係るＲＦパウダー粒子は、基板の絶縁面上に磁界結合素子としてのインダクタンス要素とこのインダクタンス要素の両端に接続されるキャパシタンス要素とを形成し、インダクタンス要素とキャパシタンス要素でタンク回路を形成するように構成される。

上記の構成において、インダクタンス要素は、絶縁面上に形成されたコイルで形成され、キャパシタンス要素は、コイルの内周側端と外周側端に間に接続され、かつ絶縁面上で対向する２つの電極により形成される。

上記の構成において、対向する２つの電極の間に絶縁膜が設けられ、この絶縁膜はコイルとキャパシタンス要素の電極との間を絶縁すると共にキャパスタンスを決める。

上記の構成において、好ましくは、キャパシタンス要素における対向する２つ電極のうちコイルの端部に接続される電極は絶縁膜の上側に設けられ、他方の電極は絶縁膜の下側に設けられる。

上記の構成において、好ましくは、キャパシタンス要素における対向する２つ電極のうちコイルの端部に接続される電極は絶縁膜の下側に設けられ、他方の電極は絶縁膜の上側に設けられる。

上記の構成において、好ましくは、基板は、表面に絶縁層が形成された半導体基板、またはガラス基板である。

本発明に係るＲＦパウダーは、パウダーの態様で使用され、パウダーの各粒子は、基板上に、磁界結合素子としてのインダクタンス要素と、このインダクタンス要素の両端に接続されてタンク回路を形成するキャパシタンス要素とを備える。

上記の構成において、好ましくは、インダクタンス要素とキャパシタンス要素によって形成される設計されるタンク回路は外部から与えられる設計された高周波磁界に感応することで特徴づけられる。

本発明に係るＲＦパウダー含有基体は、ＲＦパウダーを含有し、ＲＦパウダーの各粒子が、基板上に、磁界結合素子としてのインダクタンス要素と、このインダクタンス要素の両端に接続されてタンク回路を形成するキャパシタンス要素とを備える基体であり、基体に含有されるＲＦパウダーの粒子のそれぞれは複数の異なる設計周波数の磁界に対して感応することで特徴づけられる。

上記の構成において、好ましくは、基体は紙またはプラスチックからなり、あるいは基体は紙幣である。

本発明に係るＲＦパウダー粒子およびＲＦパウダーによれば、基板の絶縁面上にインダクタンス要素とキャパシタンス要素で１つのタンク回路を形成するようにしたため、外部から与えられる高周波磁界との間における１つのタンク回路の共振回路状態または非共振回路状態を利用してＲＦパウダー粒子との間で、簡単にかつ確実に情報の送受を行うことができる。さらに１つのタンク回路による共振回路状態と非共振回路状態を適宜に組み合わせることにより、基板を含む１つのＲＦパウダー粒子に関する情報等を読み出すことができる。
さらに本発明に係るＲＦパウダー含有基体によれば、紙やプラスチックからなる基体が異なる周波数の電磁界に感度を有する複数種類のＲＦパウダーを含んでいるため、複数のＲＦパウダーの配置と、複数のＲＦパウダーの異なる周波数の電磁界を識別することができる。それにより、基体が紙などの紙幣に応用したとき、偽造紙幣を容易に作ることができなくなる。また基体の中に複数のＲＦパウダーを配置し、配置と周波数と情報とを合わせることで、必要な情報を基体に持たせることができる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係るＲＦパウダー含有基体を示す断面斜視図である。ＲＦパウダー含有基体は、ＲＦパウダーを含む基体である。

図１は、拡大して示しており、例えば紙等のシート状または可撓性を有するプレート状の基体１０に、例えば３種類のＲＦパウダー粒子１１，１２，１３が入っている様子を示している。ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３は、それぞれ、異なる周波数の高周波の電磁界に感応する特性を有している。図１では、ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３の大きさを若干変えて図示しているが、これは、ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３がそれぞれ異なる周波数の電磁界に感応することを分かりやすくするために描いたものであり、実際は、ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３はほぼ同じ大きさである。

上記のＲＦパウダー粒子１１，１２，１３のそれぞれは、実際には、多数または大量のＲＦパウダー粒子により粉状体の使用態様にて集合的にて取り扱われ、ＲＦパウダーを構成する。図１では、ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３は全部で１３個が示されているが、ＲＦパウダー粒子の個数はこれに限定されるものではない。粉状体のＲＦパウダーの使用態様を考慮すれば、実際には、当該ＲＦパウダー粒子１１，１２，１３はシート状の形状を有する基体１０の全体に分散的に広がって存在している。上記のごとく、その内部あるいは表面等に存在する多数のＲＦパウダーを含む基体１０を「ＲＦパウダー含有基体１０」と呼ぶことにする。

また上記の「ＲＦパウダー」とは、パウダー（粉状体または粒状体）を形成する大量の粒子の各々が無線（高周波電磁界：ＲＦ）を介して外部のリーダとの間で電磁結合により信号送受を行う電気回路要素を有し、通常の使用態様が集合的形態であるパウダーとして使用されるものを意味する。

次に、図２〜図５を参照して、ＲＦパウダーを作る１つのＲＦパウダー粒子の第１の実施形態を説明する。

図２はＲＦパウダー粒子の外観斜視図を示し、図３はＲＦパウダー粒子の平面図を示し、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図を示し、図５は図３におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。図４および図５の縦断面図においてＲＦパウダー粒子はその厚みを誇張して示している。

ＲＦパウダー粒子２１は、好ましくは、立方体またはこれに類似した板状の直方体の形状を有し、外側表面での複数の矩形平面に関して、最長辺を含む矩形平面が好ましくは０．３０ｍｍ角以下の大きさを有し、より好ましくは０．１５ｍｍ角以下の大きさを有する３次元的な形状を有している。この実施形態のＲＦパウダー粒子２１は、図３に示すように、その平面形状が正方形になるように形成されている。ＲＦパウダー粒子２１では、正方形の平面形状において、例えば図３中の一辺Ｌが０．１５ｍｍ（１５０μｍ）となっている。

ＲＦパウダー粒子２１では、シリコン（Ｓｉ）等の基板２２上に絶縁層２３（ＳｉＯ_２等）を形成し、この絶縁層２３の上に複数巻きのコイル２４（インダクタンス要素）とコンデンサ（またはキャパシタ）２５（キャパシタンス要素）とが成膜技術によって形成される。絶縁層２３の厚みは例えば１０μｍ程度である。コンデンサ２５は、２つの部分２５ａ，２５ｂから構成されている。

絶縁層２３上に形成されたコイル２４とコンデンサ２５は、特定の周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）の高周波磁界に結合して共振電流が二つの素子間に循環して流れる。これを「感応する」と表現する。コイル２４は、図２または図３に示されるように、ＲＦパウダー粒子２１の正方形の平面形状の各辺に沿って、１本の導体配線を例えば三重巻きにすることにより形成されている。コイル２４を形成する導体配線の材質は例えば銅（Ｃｕ）である。コイル２４の両端部は所要の面積を有する正方形のパッド２４ａ，２４ｂとなっている。２つのパッド２４ａ，２４ｂは、それぞれ、コイル２４の交差部分を間において内周側と外周側に配置されている。２つのパッド２４ａ，２４ｂを結ぶ方向は、コイル２４の交差部分に対して直交する方向となっている。パッド２４ａ，２４ｂのそれぞれは、コンデンサ２５の２つの部分２５ａ，２５ｂの上側電極として機能する。

上記において、コイル２４の巻数や長さは任意に設計することができる。またコイル２４の形状も任意に設計することができる。

コンデンサ２５は、本実施形態の場合には、例えば２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂから構成されている。コンデンサ要素２５ａは、上側電極２４ａと下側電極２６ａ（アルミニウム（Ａｌ）等）とそれらの間に位置する絶縁膜２７（ＳｉＯ_２等）とから構成されている。下側電極２６ａは上側電極２４ａとほぼ同形の電極形状を有している。絶縁膜２７によって上側電極２４ａと下側電極２６ａは電気的に絶縁されている。またコンデンサ要素２５ｂは、上側電極２４ｂと下側電極２６ｂとそれらの間に位置する絶縁膜２７とから構成されている。この場合にも、同様に、下側電極２６ｂは上側電極２４ｂとほぼ同形の電極形状を有して、絶縁膜２７によって上側電極２４ｂと下側電極２６ｂは電気的に絶縁されている。

コンデンサ要素２５ａ，２５ｂの各々の下側電極２６ａ，２６ｂは導体配線２６ｃで接続されている。実際には、２つの下側電極２６ａ，２６ｂと導体配線２６ｃは一体物として形成されている。またコンデンサ要素２５ａ，２５ｂの各々の絶縁膜２７は共通の一層の絶縁膜となっている。絶縁膜２７の厚みは例えば３０ｎｍである。絶縁膜２７は、２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂの間の領域において、下側電極２６ａ，２６ｂの間を接続する導体配線２６ｃと、コイル２４とを電気的に絶縁している。

上記の構成によって、コイル２４の両端部の間には、電気的に直列に接続された２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂで作られるコンデンサ２５が接続されることになる。ループを形成するように接続されたコイル２４とコンデンサ２５とによってタンク回路（ＬＣ共振回路）が形成される。タンク回路は、その共振周波数に一致する周波数を有する高周波電磁界に感応する。

なお、図４および図５から明らかなように、ＲＦパウダー粒子２１の表面の全体はＰ−ＳｉＮ膜２８により被覆されている。Ｐ−ＳｉＮ膜２８は、ＲＦパウダー粒子２１におけるタンク回路が形成されている側の表面を保護している。

上記において、コンデンサ２５は２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂで構成したが、これに限定されず、いずれか一方による１つのコンデンサ要素で作ることもできる。コンデンサ２５の容量値は、電極の面積を調整することにより適宜に変更することができる。複数のコンデンサを並列に配置することにより適宜に設計することもできる。

以上の構造を有するＲＦパウダー粒子２１は、基板２２の表面における絶縁面上にループ状に接続された複数巻のコイル２４とコンデンサ２５とから成るタンク回路を有するので、当該タンク回路の共振周波数で決まる高周波磁界に感応する作用を有することになる。このようにして、ＲＦパウダー粒子２１は設計された周波数で共振する「ＲＦパウダー粒子」として機能する。

また絶縁層２３の上に形成されたコイル２４とコンデンサ２５は、基板２２の表面部分との間では、電気的配線で接続される関係を有していない。すなわち、基板２２の上に堆積された絶縁層２３にはコンタクトホールが形成されず、コンタクト配線が形成されてない。コイル２４とコンデンサ２５から成るタンク回路は、シリコン基板２２から電気的に絶縁された状態で作られている。コイル２４とコンデンサ２５から成るタンク回路は、基板２２から分離された状態で、その回路自身だけで共振回路として構成される。

上記のＲＦパウダー粒子２１で、土台の基板２２はシリコン基板であり、その表面に絶縁層２３が形成されているが、基板についてはシリコン基板の代わりに例えばガラス、樹脂、プラスチックス等の誘電体（絶縁体）を利用した基板を用いることができる。ガラス基板等を用いる場合には、本来的に材質は絶縁体（誘電体）であるので、絶縁層２３を特別に設ける必要はない。

図６は基板２２の上に形成されたタンク回路（ＬＣ共振回路）を、構造の特徴も分かるように等価回路的なイメージで示した図である。基板２２の絶縁層２３上にタンク回路３１が形成されている。タンク回路３１は、インダクタンス要素（Ｌ）とキャパシタンス要素（Ｃ）とから構成される。インダクタンス要素Ｌは上記のコイル２４によって作られる要素である。キャパスタンス要素Ｃは上記のコンデンサ２５で作られる要素である。キャパシタンス要素Ｃは、２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂとから作られる。

次に、図７と図８を参照して、ＲＦパウダーを作る１つのＲＦパウダー粒子の第２の実施形態を説明する。図７は第２実施形態に係るＲＦパウダー粒子の平面図を示し、図８は図７におけるＣ−Ｃ線断面図を示している。図７は図３に対応し、図８は図４に対応している。図７と図８において、図３と図４で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。

ＲＦパウダー粒子２１の絶縁層２３の上面には、絶縁層３５内にてコイル２４のパターンが形成されている。コイル２４の形状は実質的に三重の巻線となっており、図３に示したものと形状パターンが少し異なっているが、その作用等は実質的に同じである。コイル２４の内周側端部および外周側端部には下部電極２４ｃ，２４ｄが形成されている。絶縁層３５とコイル２４と２つの下部電極２４ｃ，２４ｄの上側にはさらに絶縁層（ＳｉＯ_２，ＳｉＮ等）３６が形成される。さらに絶縁層３６の上には、２つの下部電極２４ｃ，２４ｄの各々に対応する上部電極３７ａ，３７ｂを有する導体金属層３７が形成される。コイル２４の内周側端部において、下部電極２４ｃと上部電極３７ａは絶縁層３６を介して対向して配置され、上記のコンデンサ要素２５ａが作られる。コイル２４の外周側端部において、下部電極２４ｄと上部電極３７ｂは絶縁層３６を介して対向して配置され、上記のコンデンサ要素２５ｂが作られる。コンデンサ要素２５ａとコンデンサ要素２５ｂとでコンデンサ２５が形成される。

第２実施形態に係るＲＦパウダー粒子２１では、コンデンサ２５（コンデンサ要素２２５ａ，２５ｂ）の下部電極２４ｃ，２４ｄと上部電極３７ａ，３７ｂの間に配置される絶縁層３６を基準にして、絶縁層３６の下側にコイル２４が配置されることになる。コイル２４の両端部に形成される電極２４ｃ，２４ｄは、コンデンサ要素２５ａ，２５ｂの下側電極となる。コンデンサ要素２５ａ，２５ｂの上側電極３７ａ，３７ｂは、絶縁層３６の上に配置される。第２実施形態に係るＲＦパウダー粒子２１の構造によれば、コイル２４とコンデンサ２５から成るタンク回路３１の製作が容易になり、かつ基板２２の絶縁層２３上の形状が平坦になるという利点を有する。

次に図９〜図１１を参照して、上記構造を有するＲＦパウダー粒子（１１〜１３）を含有するＲＦパウダー含有基体（基体１０）に関する検査方法、および検査時の作用を説明する。

図９は検査装置の装置構成を示す。図１で説明したように紙幣等のシート状の基体１０は、相当な数のＲＦパウダー粒子（１１，１２，１３）を含有している。図９では、基体１０の厚みを誇張し、拡大して示している。

基体１０はコンピュータ６１に接続されたリーダ６２によって走査される。コンピュータ６１は複数のＲＦパウダー粒子１１の応答の周波数依存データを読み込む。コンピュータ６１はデータを処理する機能の本体６１ｂのほかに表示装置６１ａ、操作のためにキーボード６１ｃを備えている。

上記リーダ６２は読込みプローブ６３(図１０を参照)を有し、読込みプローブ６３は高周波電磁界を近傍に生成し、磁界結合によりパウダー（ＲＦパウダー粒子１１〜１３）と結合する。パウダー粒子の固有振動数が例えば２．４５ＧＨｚのとき、高周波電磁界の周波数が同じ２．４５ＧＨｚのときに共振して電磁界エネルギがＲＦパウダー粒子に伝達する。この伝達が効率よく起きるためには読込みプローブの生成する電磁界にＲＦパウダー粒子のコイルがよく結合するほどに、近傍にある必要がある。空間で結合が効率よく起きるためには、互いのコイルの大きさがほぼ同じで、また互いの距離はコイルの大きさと同じ程度にあるのが望ましい。エネルギの伝達が起き、伝達した先の回路にエネルギが伝達してそれが戻らないという損失があると反射率が小さくなるので、例えば反射率を測定すると、共振を確認できる。

ＲＦパウダー粒子の固有の振動周波数２．４５ＧＨｚを検出するには、読込みプローブ３３は例えば１〜３ＧＨｚまで周波数を変化させる。リーダ３２はパウダーの位置を特定するために基体１０の表面上を磁界結合が起きるように一定の距離を保ちながら走査動作をする。

なお図９〜図１１に示したリーダ６２および読込みプローブ６３は概念的に描かれており、実際的な具体的構造を示すものではない。

図１０はリーダ６２の読込みプローブ６３から所定のある周波数の高周波を生成したとき、固有の振動周波数が一致または近いＲＦパウダー粒子１１のタンク回路のコイルに共振電流が流れて、ＲＦパウダー粒子１１の周りに電磁界Ｈが生成される様子を模式的に示したものである。これを「感応している」と、本実施形態の説明では表現するときがある。ＲＦパウダ粒子は波長（例えば２ＧＨｚ帯の場合は１５ｃｍ)に比べて十分小さい(０．１５ｍｍ)ので電磁波の放射の成分は無視できる。読込みプローブからの高周波エネルギの伝達と反射、損失は磁界結合を介して行われる。

図１１はＲＦパウダー粒子１１が存在する場所で磁界結合してエネルギの伝達と反射が起きる様子を示す。リーダ３２が走査移動して読込みプローブ６３がＲＦパウダー粒子１１の上方にある。読込みプローブ６３は定められた範囲で周波数を変化させながら周りに高周波磁界を生成する。ＲＦパウダー粒子１１の固有振動周波数に近づきまたは一致したときには磁界結合を介してＲＦパウダー粒子のコイルとコンデンサのタンク回路には同じ周波数で電流が流れ、エネルギの伝達（図１１中、矢印６４で示す。）が起きる。電流は周りに磁界を生成すると共に伝達された(または「受信した」)エネルギーの一部を回路内で熱として消費して損失エネルギ成分となる。損失成分は読込みプローブから見ると、反射成分(図１１中、矢印６５で示す。)の低下として測定できる。固有振動数に一致するときに最も大きな損失となり反射成分が低下する。この測定を行うことにより、共振した周波数をＲＦパウダー粒子１１の周波数データ情報としてリーダ６２は読込みプローブ６３の位置情報と共にコンピュータ６１に送る。

同様に、リーダ６２が走査移動し、その読込みプローブ６３がＲＦパウダー粒子１２の上方に位置した場合において、読込みプローブ６３が生成する高周波電磁界がＲＦパウダー粒子１２の感応する周波数になったとき、ＲＦパウダー粒子１２はその高周波磁界と結合して共振し、同様にしてＲＦパウダー粒子１２の周波数情報が読み出される。さらに同様に、リーダ６２が走査移動し、その読込みプローブ６３がＲＦパウダー粒子１３の上方に位置した場合において、読込みプローブ６３が生成する高周波電磁界がＲＦパウダー粒子１３の感応する周波数になったとき、ＲＦパウダー粒子１３はその高周波磁界と結合して共振し、ＲＦパウダー粒子１３の周波数情報が読み出される。

次に、図１２と図１３を参照して、ＲＦパウダー粒子の周波数情報を読み込むための高周波電磁界を送受するプローブ回路について説明する。

図１２に従って、各ＲＦパウダー粒子に設けられるタンク回路３１を介した読込みプローブ６３での電磁応答の送受作用を説明する。図１２の（Ａ）は、タンク回路３１で共振が生じて（共振状態）、送信信号の反射が小さい場合の状態を示す。図１２の（Ｂ）は、タンク回路３１で共振が生ぜず（非共振状態）、送信信号の反射が大きい場合の状態を示す。なおこの場合には、タンク回路３１の共振周波数と、読込みプローブ６３から出射される高周波電磁界の周波数とは一致しているときの応答である。

読込みプローブ６３に対して高周波を供給するプローブ回路は、高周波発振器９１とサーキュレータ９２とから構成されている。高周波発振器９１は、読込みプローブ６３から高周波電磁界Ｅを生成させるための高周波９３を出力する。当該高周波９３はサーキュレータ９２を通して読込みプローブ６３に伝送される。読込みプローブ６３は、供給された高周波９３に基づいて高周波電磁界Ｅを生成する。なおサーキュレータ９２は、高周波発振器９１側からの電力供給と、読込みプローブ６３側からの反射とで、電力の流れるルートを変更するための回路要素である。読込みプローブ６３側から反射電力は出力端９２ａに出力される。

読込みプローブ６３が生成した高周波電磁界Ｅに対して、ＲＦパウダー粒子側のタンク回路３１では、共振状態または非共振状態に応じて反応する。

図１２では、同じ共振周波数のタンク回路３１を有する２つのＲＦパウダー粒子が近く存在する場合において、ＲＦパウダー粒子（タンク回路３１）と読込みプローブ６３との位置関係の一致・不一致で生じる応答差を示す。図１２の（Ａ）は、ＲＦパウダー粒子の共振状態にあるタンク回路３１が読込みプローブ６３の位置と一致する場所に存する場合の例である。図１２の（Ｂ）は、ＲＦパウダー粒子のタンク回路３１が読込みプローブ６３の位置から離れた場所にあり、結合不十分で共振していない場合の例である。

図１２の（Ｂ）の場合には、読込みプローブ６３からの高周波電磁界に感応しない位置にタンク回路３１が存在するので、タンク回路３１で共振状態は生ぜず、損失がない反射が生じる結果、サーキュレータ９２の出力端９２ａからは強いレベルの反射応答Ｓ２が出力される。

図１３に他の実施形態を示す。この実施形態では、利得帰還フィルタの作用を利用して自励発振させてＲＦパウダー粒子のタンク回路３１と読込みプローブ６３との間での電磁応答を行う。

図１３において、符号３１はＲＦパウダー粒子に設けられた前述のタンク回路を示している。読込みプローブ６３側のプローブ回路は正帰還増幅器１０１を備えている。正帰還増幅器１０１は、ブリーダー抵抗１１１、帰還抵抗１１２，１１３を有する。正帰還増幅器１０１における帰還負荷として、読込みプローブ６３のプローブコイル１０２と、電磁結合時のＲＦパウダー粒子のタンク回路３１とが回路的に挿入される。リーダ６２の読込みプローブ６３に対して、ＲＦパウダー粒子が接近すると、図１３に示すごとく電磁結合１０３が生じ、正帰還増幅器１０１において帰還率が１を超え、自励発振が起きる。電磁結合１０３が弱くなる所までＲＦパウダー粒子が離れると、自励発振は停止する。この場合には、十分な帰還率が得られるように、タンク回路３１のコイルおよび読込みプローブ６３のプローブコイル１０２の抵抗損が設計されている。

タンク回路３１と読込みプローブ６３のプローブコイル１０２との間の上記電磁結合１０３の結合度が大きいときには正帰還増幅器１０１の出力端子１０４からレベルの大きい検出信号１０５が出力され、電磁結合１０３の結合度が小さいときには出力端子１０４から負帰還抵抗１１３で決まる小さな種高周波１１４が検出されるだけである。

上記の検出方式の利点は、共振周波数が正確に１つだけ選択されるので、周波数の測定によってＲＦパウダー粒子の共振周波数の違いを高精度で測定して差別することができる。なお、共振応答を早くするために時間掃引された種励起高周波を読込みプローブ６３に重ねておくことも好ましい。

図１４と図１５を参照して、読込みプローブ６３に関する電気回路の更なる他の実施形態を説明する。この実施形態では、送信と受信を時間的に切替え、送信とリンギング受信を行うように構成されている。

図１４において、ＲＦパウダー粒子のタンク回路３１と、読込みプローブ６３のプローブコイル１０２との間で、瞬時に生じる電磁結合１０３の作用に基づいて信号の送受を行う。読込みプローブ６３側のプローブ回路（読取回路２００）は、ＲＦ送信機２０１と、送信用のゲートスイッチ２０２と、ＲＦ受信機２０３と、受信用のゲートスイッチ２０４と、送受信切替指示器２０５とから構成される。ＲＦ送信機２０１とＲＦ受信機２０３が能動状態にあるという前提で、送受信切替指示器２０５の指示信号２０６に基づいてゲートスイッチ２０２，２０４が交互にオン・オフされる。図１４において、符号２０７は、送受信切替指示器２０５の指示信号２０６に基づいてゲートスイッチ２０２，２０４が交互にオン・オフし、その結果、読取回路２００において送信の状態と受信の状態が時間軸２０８上で交互に生じるパターンを示している。

送信状態における送信波の形状、受信状態における受信波の形状は、それぞれ、図１５において符号２１１および符号２１２で示されている。

ゲートスイッチ２０２がオンしかつゲートスイッチ２０４がオフしたときには、ＲＦ送信機２０１から高周波がプローブコイル１０２からタンク回路３１に供給され、タンク回路３１では周波数が一致したときには同じ周波数の電流が流れる。タンク回路３１のコイル（Ｌ）の周囲には同じ周波数の電磁界が生じている。また当該電磁界によって、プローブコイル１０２には電圧が誘起される。

次に、ゲートスイッチ２０２を閉じる。その後、タンク回路３１の電流は読込みプローブ６３側からの励起電磁界の補給がないので、減衰振動する。タンク回路３１の周囲の電磁界も減衰振動をする。その状態で、ゲートスイッチ２０４をオンすると、ＲＦ受信機２０３はその減衰振動２１２をプローブコイル１０２を経由して受信する。ＲＦ受信機２０３は、励起に使用した周波数と同じ周波数の成分を受信するように設定されている。ＲＦパウダーが存在する場所で読込みプローブ６３によって探知走査すると、受信信号があったとき、その共振周波数のＲＦパウダー粒子の存在を情報として得ることができる。減衰振動２１２の持続時間はコイルの損失を表すＱ値に依存するが、高々振動周期のＱ倍程度しかない。

次に、図１６〜図１９を参照してＲＦパウダー粒子の第３の実施形態を説明する。このＲＦパウダー粒子３０１は第１実施形態の変形例である。図１６は、前述した図４と同様なＲＦパウダー粒子の要部の縦断面図を示し、図１７はＲＦパウダー粒子の平面図を示している。また図１８および図１９は、１つのコンデンサ要素の電極部分の他の例を拡大して示した縦断面図を示す。図１６〜図１９において第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。

図１６において、タンク回路を備えたＲＦパウダー粒子３０１では、基板２２の上に厚み１０μｍの絶縁層２３が形成され、さらにこの絶縁層２３の上にエッチングストッパー膜３０２が形成されている。エッチングストッパー膜３０２の材質は好ましくはＰ−ＳｉＮである。エッチングストッパー膜３０２の上には所定の箇所に凹凸形状が形成された酸化膜３０３が形成されている。酸化膜３０３に凹凸領域を形成するとき、上記エッチングストッパー膜３０２がエッチング処理を制限し、絶縁層２３へのエッチングを阻止する。酸化膜３０３における凹凸が形成される所定の箇所は、前述したコンデンサ２５のコンデンサ要素２５ａ，２５ｂが形成される箇所である。

酸化膜３０３の上における凹凸形成箇所を含む領域には下側電極３０４ａ，３０４ｂが形成されている。下側電極３０４ａ，３０４ｂは、酸化膜３０３の凹凸領域に対応して凹凸形状を有するように形成されることになる。さらに下側電極３０４ａ，３０４ｂの上には絶縁層（誘電体）３０５が形成され、さらにその上側において２つの凹凸形状の下側電極３０４ａ，３０４ｂのそれぞれに対向させて例えば銅（Ｃｕ）による上側電極３０６ａ，３０６ｂが形成されている。図１６および図１７に示した上側電極３０６ａ，３０６ｂでは、その上面は平坦な形状になるように形成されているが、凹凸形状を有する下側電極３０４ａ，３０４ｂと対向する面は、下側電極の凹凸形状に対応するように凹凸形状になるように形成されている。

コンデンサ要素２５ａ，２５ｂにおける２つの上側電極３０６ａ，３０６ｂは、それぞれ、前述のごとく、渦巻き状に形成されたコイル２４の内周側の端部および外周側の端部になっている。コイル２４の全体は酸化膜３０３の上に形成され、２つの下側電極３０４ａ，３０４ｂを接続する導体配線３０４ｃを横切る部分については絶縁層３０５の上を越えるように配置・形成される。

上記において、ＲＦパウダー粒子３０１では、コイル２４によるインダクタンス要素とコンデンサ２５によるキャパシタンス要素とで前述のタンク回路（３１）が形成される。この場合において、コンデンサ２５を形成する２つのコンデンサ要素２５ａ，２５ｂで、上側電極３０６ａ，３０６ｂと下側電極３０４ａ，３０４ｂの対向面で凹凸構造３０７を有するように形成したため、絶縁層３０５を挟む対向面の面積を大きくすることができる。この結果、同じ大きさのＲＦパウダー粒子とすると、タンク回路の共振周波数を低くすることができ、また反対に共振周波数を同じとすると、ＲＦパウダー粒子のサイズを小さくすることができるという利点が生じる。

図１８は、ＲＦパウダー粒子３０１の他の変形例であり、例えば１つのコンデンサ要素２５ｂの縦断面図を拡大してより詳しく示している。図１６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１８の例では、凹凸構造３０７での凹凸の数を多数に増して示している。

図１８に示したコンデンサ要素２５ｂにおいて、特徴的な点は、上側電極３０６ｂの上面にも凹凸形状が形成されると共に、下側電極３０４ｂと上側電極３０６ｂの間に形成される絶縁層（誘電体）３０５Ａが、下側電極３０４ｂを酸化することにより形成される点である。その他の構成は、図１６および図１７で説明した通りである。

この実施形態では、下側電極３０４ｂは、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属で作られる。この場合において、下側電極３０４ｂを酸化すると、酸化物として作られる誘電体は高い誘電率の絶縁層３０５Ａとなる。

図１９は、図１８と同様に、ＲＦパウダー粒子３０１の他の変形例であり、１つのコンデンサ要素２５ｂの縦断面図を拡大してより詳しく示している。図１９で示したコンデンサ要素２５ｂにおいて、特徴的な点は、上側電極３０６ｂの上面にも凹凸形状が形成されると共に、下側電極３０４ｂと上側電極３０６ｂの間に形成される絶縁層（誘電体）３０５Ｂが、下側電極３０４ｂの上に高誘電体を成長させることにより形成される点である。その他の構成は、図１６〜図１８で説明した通りである。

この実施形態では、下側電極３０４ｂを形成する金属は任意である。下側電極３０４ｂの上に成長する高誘電体としては例えばＢＳＴやＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３：誘電率１１０〜２００）である。これにより、下側電極３０４ｂと上側電極３０６ｂの間に、高い誘電率の絶縁層３０５Ｂが形成される。

なおたコンデンサにおける絶縁層（誘電体）を挟む上下電極に凹凸構造を与える技術については、本発明者等は、実施可能技術として特願２００４−０７１５４８号（平成１６年３月１２日に出願）に開示している。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係るパウダーアンテナ回路要素等は、偽造紙幣等を確実に防止できる紙幣やクレジットカードや書類等に対して利用される。

本発明の実施形態に係るＲＦパウダー含有基体の断面斜視図である。 ＲＦパウダー含有基体中に含まれる１つのＲＦパウダー粒子の第１実施形態の斜視図である。 第１実施形態に係るＲＦパウダー粒子の平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態に係るタンク回路の等価回路を示す概念図である。 第２実施形態に係るＲＦパウダー粒子の平面図である。 図７におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本実施形態に係るＲＦパウダー含有基体を検査するための装置構成を示す構成図である。 リーダがＲＦパウダー含有基体を検査するときの信号の送受の状態を示す側面図である。 １つのＲＦパウダー粒子の存在場所でのリーダとの高周波電磁界の送受関係を示す図である。 ＲＦパウダー粒子に設けたタンク回路を介した読込みプローブでの信号の送受作用を説明するための図である。 読込みプローブの電気回路の他の実施形態を示す電気回路図である。 読込みプローブの電気回路の更なる他の実施形態を示す電気回路図である。 送信と受信を切り替える方式を説明するタイミングチャートである。 本発明に係るＲＦパウダー粒子の第３実施形態を示し、図４と同様なＲＦパウダー粒子の要部の縦断面図である。 第３実施形態に係るＲＦパウダー粒子の平面図を示す。 第３実施形態に係るＲＦパウダー粒子の変形例を説明するためのコンデンサ要素の電極部分についての部分拡大縦断面図である。 第３実施形態に係るＲＦパウダー粒子の他の変形例を説明するためのコンデンサ要素の電極部分についての部分拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ 基体（紙幣等）
１１，１２，１３ ＲＦパウダー粒子
２１ ＲＦパウダー粒子
２２ 基板
２３ 絶縁層
２４ コイル
２５ コンデンサ（キャパシタ）
２７ 絶縁膜
３１ タンク回路
６２ リーダ
６３ 読込みプローブ

Claims (12)

1. 基板の絶縁面上に磁界結合素子としてのインダクタンス要素とこのインダクタンス要素の両端に接続されるキャパシタンス要素とを形成し、前記インダクタンス要素と前記キャパシタンス要素でタンク回路を形成したことを特徴とするＲＦパウダー粒子
2. 前記インダクタンス要素は、前記絶縁面上に形成されたコイルで形成され、前記キャパシタンス要素は、前記コイルの内周側端と外周側端に間に接続され、かつ前記絶縁面上で対向する２つの電極により形成されることを特徴とする請求項１記載のＲＦパウダー粒子。
3. 対向する２つの前記電極の間に絶縁膜が設けられ、この絶縁膜は前記コイルと前記キャパシタンス要素の電極との間を絶縁することを特徴とする請求項２記載のＲＦパウダー粒子。
4. 前記キャパシタンス要素における対向する前記２つ電極のうち前記コイルの端部に接続される電極は前記絶縁膜の上側に設けられ、他方の電極は前記絶縁膜の下側に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＦパウダー粒子。
5. 前記キャパシタンス要素における対向する前記２つ電極のうち前記コイルの端部に接続される電極は前記絶縁膜の下側に設けられ、他方の電極は前記絶縁膜の上側に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＦパウダー粒子。
6. 前記基板は、表面に絶縁層が形成された半導体基板であることを請求項１〜５のいずれか１項に記載のＲＦパウダー粒子。
7. 前記基板はガラス基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＲＦパウダー粒子。
8. パウダーの態様で使用され、前記パウダーの各粒子は、基板上に、アンテナとしてのインダクタンス要素と、このインダクタンス要素の両端に接続されてタンク回路を形成するキャパシタンス要素とを備えることを特徴とするＲＦパウダー。
9. 前記インダクタンス要素と前記キャパシタンス要素によって形成される前記タンク回路は外部から与えられる高周波電磁界に感応することを特徴とする請求項７記載のＲＦパウダー。
10. ＲＦパウダーを含有し、前記ＲＦパウダーの各粒子が、基板上に、アンテナとしてのインダクタンス要素と、このインダクタンス要素の両端に接続されてタンク回路を形成するキャパシタンス要素とを備える基体であって、
    前記基体に含有される前記ＲＦパウダーの前記粒子のそれぞれは複数の異なる周波数のいずれかの周波数の電磁界に対して感応することを特徴とするＲＦパウダー含有基体。
11. 前記基体は紙またはプラスチックからなることを特徴とする請求項１０記載のＲＦパウダー含有基体。
12. 前記基体は紙幣であることを特徴とする請求項１１記載のＲＦパウダー含有基体。

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