JP2018124771A - 検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】水分の検出精度の低下を抑制し、かつ通信特性の劣化を抑制することができる、検出装置を提供する。
【解決手段】ＲＦタグ１０は、リーダーライター１２から送信された電波を受信し、かつ水分を検出する際に使用される水分検出用アンテナ２４と、リーダーライター１２から送信された電波を受信し、かつリーダーライター１２へ電波を送信する通信用アンテナ２２と、水分検出用アンテナ２４が受信した電波により生じた水分検出用アンテナ起電力と、通信用アンテナ２２が受信した電波により生じた通信用アンテナ起電力との比較結果を、通信用アンテナ２２を用いてリーダーライター１２に送信させる制御を行う制御回路５０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、検出装置に関するものである。
従来、水分を検出する検出装置として、無線センサーデバイスを用いたものが知られている。一般的な、無線センサーデバイスは、無線機能を有するＩＣ（Integrated Circuit）チップとセンサーデバイスと電源供給機構と、を備えている。この無線センサーデバイスにおいては、ＩＣチップやセセンサーの動作電流とチップ間のデータ転送のインターフェイスの駆動電流から、電源を備えることが必要とされており、低価格化が難しいことに加えて、小型化も難しい場合がある。また、電源供給機構は、バッテリー等の電源や、太陽電池などのエナジーハーベスティング技術を用いたものがあるが、どちらも高額であることに加えて、それぞれ特有の問題がある。例えば、バッテリーを用いる場合は、交換や充電等のメンテナンスを要するという問題がある。また例えば、エナジーハーベスティングを用いる場合は、使用環境に即したものでなければ、十分な性能を発揮できないため、安定的な動作性能を確保できない場合があるという問題がある。
これらの問題に対して、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を用いたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグをセンサーとして用いた検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＲＦＩＤタグをセンサーとして用いた検出装置では、リーダーライターが送信した電波が水分を透過することにより応答信号が減衰するという通信劣化特性を応用し、ＲＦＩＤタグの通信用アンテナで受信した電波（応答信号）の減衰に基づいて水分の検出を行っている。
特開２０１６−５１４３８号公報
しかしながら、従来のＲＦＩＤタグをセンサーとして用いた検出装置では、通信用アンテナで受信した電波の減衰に基づいて水分の有無を判定しているため、通信特性が劣化し、リーダーライターへの通信に影響が生じる場合があった。
また、一般的に、ＲＦＩＤタグとリーダーライターとの距離（通信距離）に応じて、電波の強度が変化する。そのため、水分に応じて通信特性が劣化したのか、通信距離が長くなったために通信特性が劣化したのか、判別しにくいという場合があった。そのため、水分の検出精度が低下する場合があった。
本発明は、水分の検出精度の低下を抑制し、かつ通信特性の劣化を抑制することができる、検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の検出装置は、外部装置から送信された電波を受信し、かつ水分を検出する際に使用される水分の検出用アンテナと、前記外部装置から送信された電波を受信し、かつ前記外部装置へ電波を送信する通信用アンテナと、前記検出用アンテナが受信した電波により生じた第１起電力と、前記通信用アンテナが受信した電波により生じた第２起電力との比較結果を、前記通信用アンテナを用いて前記外部装置に送信させる制御を行う制御部と、を備える。
本発明によれば、水分の検出精度の低下を抑制し、かつ通信特性の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
第１実施形態における半導体記憶装置の一例の概略を表す構成図である。 第１実施形態のＲＦタグの一例の概略構成を表す平面図である。 第１実施形態のＩＣチップの一例の構成を表すブロック図である。 第１実施形態のＲＦタグのインレイの構造の一例を説明するための平面図である。 第１実施形態のＩＣチップの動作の流れの一例を表したフローチャートである。 第１実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第２実施形態のＩＣチップの一例の構成を表すブロック図である。 第１実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第２実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第２実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第２実施形態のＩＣチップの一例の構成を表すブロック図である。 補正値及び閾値を相対的に変動させない場合のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 補正値及び閾値を相対的に変動させない場合のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第３実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 第３実施形態のＲＦタグによる水分の検出を説明するための説明図である。 水分検出用アンテナのその他の例を示す、ＲＦタグの平面図である。 水分検出用アンテナのその他の例を示す、ＲＦタグの平面図である。 各実施形態のＲＦタグの利用形態の一例を説明する説明図である。
以下では、図面を参照して各実施形態を詳細に説明する。なお、各実施形態では、水分検出用のシステムとして、ＲＦＩＤシステムを用いており、水分を検出するための本開示の検出装置の一例として、ＲＦタグを用いている。
［第１実施形態］
まず、本実施形態における水分検出用のシステムであるＲＦＩＤシステムの構成について説明する。図１には、本実施形態のＲＦＩＤシステム１の一例の概略を表す構成図を示す。
図１に示すように、本実施形態のＲＦＩＤシステム１は、ＲＦタグ１０及びリーダーライター１２を備えている。本実施形態のリーダーライター１２は、ＲＦタグ１０に水分を検出させる機能、ＲＦタグ１０に記憶されているデータ読み出す機能、及びＲＦタグ１０にデータを記憶させる（書き込ませる）機能を有している。本実施形態のリーダーライター１２が、本開示の外部装置の一例に対応している。
一方、本実施形態のＲＦタグ１０は、いわゆる電波方式のＲＦタグであり、水分を検出して検出結果をリーダーライター１２に出力する機能、記憶されているデータを読み出してリーダーライター１２に出力する機能、及びリーダーライター１２から受信したデータを記憶する機能を有している。
図２には、本実施形態のＲＦタグ１０の一例の概略構成を表す平面図を示す。図２に示すように、本実施形態のＲＦタグ１０は、ＩＣチップ２０、通信用アンテナ２２（２２Ａ、２２Ｂ）、及び水分検出用アンテナ２４（２４Ａ、２４Ｂ）を備える。ＩＣチップ２０、通信用アンテナ２２、及び水分検出用アンテナ２４は、ベース部２６の表面に配置されている。
通信用アンテナ２２は、リーダーライター１２から送信された電波を受信する機能、及び読み出したデータや水分の検出結果を電波に乗せてリーダーライター１２へ送信する機能を有する。図２に示すように、本実施形態の通信用アンテナ２２は、アンテナ素子２２Ａ及びアンテナ素子２２Ｂを含んでおり、アンテナ素子２２Ａとアンテナ素子２２Ｂとは、ＩＣチップ２０を挟んで対向するように配置されている。本実施形態のアンテナ素子２２Ａ及びアンテナ素子２２Ｂが、本開示の第１検出用アンテナ及び第２検出用アンテナの一例である。なお、図２では図示を省略しているが、アンテナ素子２２ＡとＩＣチップ２０、及びアンテナ素子２２ＢとＩＣチップ２０は、それぞれ電気的に接続されている（図３及び図４参照）。
また、水分検出用アンテナ２４は、リーダーライター１２から送信された電波を受信する機能を有する。図２に示すように、本実施形態の水分検出用アンテナ２４は、アンテナ素子２４Ａ及びアンテナ素子２４Ｂを含んでおり、アンテナ素子２４Ａとアンテナ素子２４Ｂとは、ＩＣチップ２０を挟んで対向するように配置されている。本実施形態のアンテナ素子２４Ａ及びアンテナ素子２４Ｂが、本開示の第１通信用アンテナ及び第２通信用アンテナの一例である。なお、図２では図示を省略しているが、アンテナ素子２４ＡとＩＣチップ２０、及びアンテナ素子２４ＢとＩＣチップ２０は、それぞれ電気的に接続されている（図３及び図４参照）。
なお、本実施形態では、通信用アンテナ２２の配線が延びる方向を通信用アンテナ２２の「配線方向」といい、具体的には、アンテナ素子２２Ａ、ＩＣチップ２０、及びアンテナ素子２２Ｂが並んで配置される所定の方向を通信用アンテナ２２の「配線方向」という。また、同様に、水分検出用アンテナ２４の配線が延びる方向を水分検出用アンテナ２４の「配線方向」といい、具体的には、アンテナ素子２４Ａ、ＩＣチップ２０、及びアンテナ素子４２Ｂが並んで配置される所定の方向を水分検出用アンテナ２４の「配線方向」という。
図２に示すように、本実施形態のＲＦタグ１０では、水分検出用アンテナ２４の配線方向と通信用アンテナ２２の配線方向とが交差するように配置されている。言い替えれば、通信用アンテナ２２と水分検出用アンテナ２４とがクロスした状態に配置されている。なお、具体的には、本実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ２２の配線方向と水分検出用アンテナ２４の配線方向とはＩＣチップ２０が設けられた位置において交差して配置されている。
また、図２に示すように本実施形態のＲＦタグ１０では、アンテナ素子２２Ａ、アンテナ素子２２Ｂ、アンテナ素子２４Ａ、及びアンテナ素子２４Ｂが、同様の形状に配線されている。一例として、本実施形態のアンテナ素子２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ、２４Ｂは、図２に示すように、配線が設けられた領域の配線方向の長さが短くなるように、配線方向に複数回折り畳んだ形状（複数の屈曲部を有する形状）を有している。
このような通信用アンテナ２２及び水分検出用アンテナ２４の材質は特に限定されず、例えばＵＨＦアンテナとして、一般的に用いられているものを適用することができる。
一方、本実施形態のＩＣチップ２０は、図３に示すように、ＲＦ制御回路３０、センサー回路４０、メモリ回路４８、及び制御回路５０を備える。
制御回路５０は、ＩＣチップ２０の全体の動作を制御する機能を有している。制御回路５０としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いることができるが、特に限定されるものではない。本実施形態の制御回路５０が、本開示の制御部の一例である。
メモリ回路４８は、不揮発性の記憶部であり、例えば、所定のＩＤ等や、リーダーライター１２から書き込まれたデータ等を記憶する。
図３に示すように本実施形態のＲＦ制御回路３０は、整流回路３２、電源回路３４、復調回路３６、及び変調回路３８を備える。一方、図３に示すように、本実施形態のセンサー回路４０は、整流回路４２、電源回路４４、及び電圧比較回路４６を備える。
このように本実施形態のセンサー回路４０は、リーダーライター１２とのデータ通信に要する構成である復調回路３６及び変調回路３８を備えておらず、電圧比較回路４６を備えている点でＲＦ制御回路３０と異なっている。
なお、本実施形態のＲＦ制御回路３０は、一般的なＲＦタグにおけるリーダーライターと通信を行うための構成を適用することができる。
ＲＦ制御回路３０の整流回路３２は、通信用アンテナ２２に接続されており、通信用アンテナ２２がリーダーライター１２から受信したＵＨＦ帯の電波を整流して電源回路３４及び復調回路３６に出力する。復調回路３６は、整流回路３２で整流された電波に含まれている通信信号をデコード（復調）して制御回路５０に出力する。変調回路３８は、制御回路５０から入力された信号をエンコード（変調）して整流回路３２に出力する。
電源回路３４は、整流回路３２で整流された電波により発生された起電力を（ＤＣ（Direct Current）電圧）に変換して電圧比較回路４６に出力する。本実施形態における通信用アンテナ２２が受信した電波により発生された起電力が、本開示の第２起電力の一例である。また、本実施形態の電源回路３４は、発生された起電力からＩＣチップ２０の各部を動作させるための電源電圧を当該起電力から生成して各部へ供給する。
一方、センサー回路４０の整流回路４２は、水分検出用アンテナ２４に接続されており、水分検出用アンテナ２４がリーダーライター１２から受信したＵＨＦ帯の電波を整流して電源回路４４に出力する。電源回路４４は、整流回路４２で整流された電波により発生された起電力を電圧比較回路４６に出力する。本実施形態における水分検出用アンテナ２４が受信した電波により発生された起電力が、本開示の第１起電力の一例である。
電圧比較回路４６は、電源回路３４から入力された起電力と電源回路４４から入力された起電力とを比較した比較結果を表す情報をデジタルデータとして制御回路５０に出力する。
このような本実施形態のＲＦタグ１０では、図４に例示したように、インレイ２１を第１層２１＿１及び第２層２１＿２が積層された構造としている。通信用アンテナ２２のアンテナ素子２２Ａとアンテナ素子２２Ｂとの間、また、水分検出用アンテナ２４のアンテナ素子２４Ａとアンテナ素子２４Ｂとの間の各々において、インダクタンス成分が存在する。そのため、インレイの構造を単相とした場合、通信用アンテナ２２と水分検出用アンテナ２４とがショートしてしまう。本実施形態では、図４に示すように、インレイ２１を、通信用アンテナ２２が配線され、ＲＦ制御回路３０に接続された第１層２１＿１と、水分検出用アンテナ２４が配線され、センサー回路４０と接続された第２層２１＿２との２層が積層された構造とすることにより、ショートしないように構成している。
次に、本実施形態のＲＦタグ１０の動作について説明する。本実施形態のＲＦタグ１０では、リーダーライター１２からＵＨＦ帯の電波を通信用アンテナ２２が受信すると、受信した電波を、整流回路３２を介して電源回路３４により電源電圧に変換してＩＣチップ２０内の各部に供給する。電源電圧が供給されることにより、ＩＣチップ２０が動作状態になる。なお、リーダーライター１２から送信された電波に含まれる通信信号には、メモリ回路４８に記憶されているＩＤ等の読み出し（以下「ＩＤ読出」という）、メモリ回路４８へのＩＤデータ等の書き込み（以下、「ＩＤ書込」という）、及び水分の検出のいずれを実行させるかを表す指示情報が信号化されたものが含まれている。
動作状態になると、制御回路５０は、図５にフローチャートとして例示した一連の動作を実行する。
ステップＳ１００で制御回路５０は、水分を検出する、より具体的には水分の有無を検出する指示信号か否かを判定する。上述したように、制御回路５０には、復調回路３６がデコードした通信信号が入力される。そこで、制御回路５０は、通信信号に含まれている指示情報を読み取る。通信信号に含まれている指示情報が、ＩＤ読出またはＩＤ書込である場合、ステップＳ１００の判定が否定判定となりステップＳ１０２へ移行する。
ステップＳ１０２で制御回路５０は、通信信号に含まれている指示情報が、ＩＤ読出であるか否かを判定する。通信信号に含まれている指示情報がＩＤ読出の場合、ステップＳ１０２の判定が肯定判定となり、ステップＳ１０４へ移行する。
ステップＳ１０４で制御回路５０は、ＩＤ読出動作を実行した後、図４に示した一連の動作を終了する。本ステップにおけるＩＤ読出動作は、一般的なＲＦＩＤタグにおけるＩＤ読出を行うための動作と同様である。すなわち、制御回路５０は、メモリ回路４８に記憶されているＩＤを表すデータ（以下、「ＩＤデータ」という）を読み出して変調回路３８に出力する。読み出されたＩＤデータは、変調回路３８で変調され、整流回路３２を介して通信用アンテナ２２からリーダーライター１２へ送信される。リーダーライター１２では、ＲＦタグ１０から送信されたＩＤデータを受信することにより、当該ＲＦタグ１０のＩＤを認識することができる。
一方、通信信号に含まれている指示情報がＩＤ書込の場合、ステップＳ１０２の判定が否定判定となり、ステップＳ１０６へ移行する。ステップＳ１０６で制御回路５０は、ＩＤ書込動作を実行した後、図４に示した一連の動作を終了する。本ステップにおけるＩＤ書込動作は、一般的なＲＦＩＤタグにおけるＩＤ書込を行うための動作と同様である。すなわち、制御回路５０は、復調回路３６が復調した信号から、書き込むＩＤを識別し、メモリ回路４８に、当該ＩＤを書き込む。制御回路５０は、書き込みが完了すると、書き込みが完了したことを表す書込完了信号を、変調回路３８に出力する。書込完了信号は、変調回路３８で変調され、整流回路３２を介して通信用アンテナ２２からリーダーライター１２へ送信される。リーダーライター１２では、ＲＦタグ１０から送信された書込完了信号を受信することにより、当該ＲＦタグ１０へＩＤの書込が行われたことを確認することができる。
一方、通信信号に含まれている指示情報が水分の検出である場合は、ステップＳ１００の判定が肯定判定となり、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０８で制御回路５０は、ＲＦ制御回路３０内の電源回路３４から入力される電圧値とセンサー回路４０内のセンサー回路４０から入力される電圧値とを電圧比較回路４６で比較する。次のステップＳ１１０で制御回路５０は、電圧比較回路４６から入力された比較結果をリーダーライター１２に送信させる処理を実行した後、図４に示した一連の動作を終了する。
リーダーライター１２から送信された電波は、水分検出用アンテナ２４でも受信される。受信された電波は、整流回路４２を介して電源回路４４に入力され、ＲＦ制御回路３０の電源回路３４と同様に、電源回路４４によりＤＣ電圧に変換されて電圧比較回路４６に出力される。
本実施形態のＲＦタグ１０では、電圧比較回路４６で、電源回路４４から入力されたＤＣ電圧と、電源回路３４から入力されたＤＣ電圧とを比較することにより、水分の検出を行う。本実施形態のＲＦタグ１０における水分の検出方法について、図６を参照してさらに詳しく説明する。
図６に示した例では、容器１００及び容器１０２各々の外側に、ＲＦタグ１０が貼り付けられている。容器１００の内部に入っている液体１１０の水面は、ＲＦタグ１０から離れた位置にある。この場合、通信用アンテナ２２が受信した電波により電源回路３４で発生した起電力（以下、「通信用アンテナ起電力」という）と、水分検出用アンテナ２４が受信した電波により電源回路４４で発生した起電力（以下、「水分検出用アンテナ起電力」という）とは、等しくなる。例えば、通信用アンテナ２２が受信した電波により電源回路３４で発生した起電力が３Ｖの場合、図６に示すように、水分検出用アンテナ２４で発生した起電力も３Ｖになる。
一方、容器１０２の内部に入っている液体１１０の水面は、ＲＦタグが貼り付けられた位置にある。この場合、図６に例示したように、アンテナ素子２４Ｂが容器１０２を介して、液体１１０に間接的に接触している。以下では、説明の便宜上、ＲＦタグ１０が液体（水分）に接触している状態が間接的か直接的かにかかわらず、単に「接触」という。アンテナ素子２４Ｂが液体１１０に接触しているため、アンテナ素子２４Ｂには、液体１１０の影響を受けて減衰した電波が到達する。一般的に電波は、近くに液体が存在すると、その影響を受けて減衰する。そのため、水分検出用アンテナ２４に到達する電波は、通信用アンテナ２２に到達する電波に比べて、減衰している。従って、図６に例示したように、水分検出用アンテナ起電力（例えば、２Ｖ）は、通信用アンテナ起電力（３Ｖ）に比べて少なくなる。また、液体１１０を透過することにより電波が減衰するため、液体１１０に接触している水分検出用アンテナ２４の部分が大きくなるほど、水分検出用アンテナ起電力は通信用アンテナ起電力に比べて少なくなる。
そこで、本実施形態のＲＦタグ１０では、電圧比較回路４６は通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが、誤差を勘案して同等とみなせるか否かを表す情報を比較結果として制御回路５０に出力する。制御回路５０は、比較結果が、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが同等とみなせることを表す情報である場合、水分が周辺に存在していないこと、すなわち水分が無いことを検出する。また、制御回路５０は、比較結果が、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが同等とみなせないことを表す情報である場合、水分が周辺に存在すること、すなわち水分が有ることを検出する。
本実施形態の制御回路５０は、ステップＳ１０８において、電圧比較回路４６から入力された比較結果そのものをリーダーライター１２に送信するのではなく、上述のように比較結果に基づいて検出した水分の有無を表す情報をリーダーライター１２に送信している。なお、当該形態に限定されず、例えば、比較結果そのものをＲＦタグ１０からリーダーライター１２へ送信し、リーダーライター１２側で、比較結果に基づいて水分の有無を判定してもよい。
なお、本実施形態のＲＦタグ１０では、通信信号に含まれている指示情報が水分の検出ではなく、ＩＤ読出やＩＤ書込等の場合でも、水分検出用アンテナ２４は電波を受信する。その際、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とを比較した比較結果が電圧比較回路４６から制御回路５０に入力される。本実施形態では、水分の検出を行わない場合、制御回路５０は、入力されるようにしてもよい。
このように本実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ２２と水分検出用アンテナ２４と２種類のアンテナを備えている。これにより通信用アンテナ２２に対する水分の影響を抑制することができるため、通信特性の劣化を抑制することができる。
また、上記各実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とを比較した比較結果に基づいて、水分の有無を検出しているため、通信用アンテナ起電力のみを用いる場合に比べて、水分の検出精度を向上させることができる。
［第２実施形態］
第１実施形態のＲＦタグ１０では、電圧比較回路４６が通信用アンテナ起電力そのものと水分検出用アンテナ起電力そのものとを比較していた。これに対して、本実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ起電力を数値化（デジタル化）した値と、水分検出用アンテナ起電力を数値化（デジタル化）した値とを比較する場合について説明する。
本実施形態のＲＦＩＤシステム１の構成は、第１実施形態のＲＦＩＤシステム１（図１参照）と同様である。また、本実施形態のＲＦタグ１０の構成も、第１実施形態のＲＦタグ１０（図２参照）と同様である。一方、本実施形態のＩＣチップ２０の構成は、第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。
図７には、本実施形態のＩＣチップ２０の一例の構成を表すブロック図を示す。図７に示すように、本実施形態のＩＣチップ２０は、ＲＦ制御回路３０がＡ／Ｄ（analog／digital）変換回路３５をさらに備える点で、第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。また、本実施形態のＩＣチップ２０は、センサー回路４０がＡ／Ｄ変換回路４５及び比較回路４７を備える点で第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。さらに、図７に示すように、本実施形態のＩＣチップ２０は、メモリ回路４８に、補正値データ４８Ａが格納されている点で、第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。
Ａ／Ｄ変換回路３５は、電源回路３４から出力されたＤＣ電圧を、デジタル値に変換し、変換したデジタル値を比較回路４７に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路４５は、電源回路４４から出力されたＤＣ電圧を、デジタル値に変換し、変換したデジタル値を比較回路４７に出力する。
比較回路４７は、Ａ／Ｄ変換回路３５から入力されたデジタル値と、Ａ／Ｄ変換回路４５から入力されたデジタル値とを比較する。すなわち、本実施形態の比較回路４７は、通信用アンテナ起電力及び水分検出用アンテナ起電力の各々を数値化した値を用いて比較する点で、第１実施形態の電圧比較回路４６と異なっている。さらに、本実施形態の比較回路４７は、メモリ回路４８に格納されている補正値データ４８Ａにより補正を行ったうえで比較した比較結果を制御回路５０に出力する。
次に、本実施形態のＩＣチップ２０の動作について説明する。動作の全体的な流れは、第１実施形態のＩＣチップ２０の動作（図５参照）と同様であるが、本実施形態では、水分の検出動作が異なるため、本実施形態のＩＣチップ２０における水分検出動作について説明する。
第１実施形態では、周辺に水分が無い状態では、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが等しいとみなしていた。しかしながら、ＩＣチップ２０、通信用アンテナ２２、及び水分検出用アンテナ２４の製造ばらつきや、ＲＦタグ１０の使用状況（周囲の環境や貼り付け状態等）に応じて、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とがばらつく場合がある。
例えば、図８に示すように、周辺に水分が無い状態での通信用アンテナ起電力が３Ｖであり、デジタル値（数値化した値）が「３０」の場合に、水分検出用アンテナ起電力が２．１Ｖでデジタル値が「２１」のように起電力がばらつく場合がある。以下では、この場合を具体例として、本実施形態のＩＣチップ２０による、水分検出の原理（動作）について説明する。
図８に示したように、周辺に水分が無いにもかかわらず、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが異なるため、このままでは、水分が有ると誤検出してしまう場合がある。そこで、本実施形態のＩＣチップ２０では、予め、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力との差分を補正値として取得し、取得した補正値の補正値データ４８Ａをメモリ回路４８に記憶させておく。
上記具体例の場合、図９Ａに示したように通信用アンテナ起電力「３０」と水分検出用アンテナ起電力「２１」の差分である「９」を、制御回路５０が取得して、補正値データ４８Ａとしてメモリ回路４８に記憶させておく。
なお、この補正値をＩＣチップ２０の制御回路５０が取得する方法等は特に限定されない。例えば、周辺に水分が無い状態においてリーダーライター１２が補正値の取得を指示する指示信号を送信し、ＲＦタグ１０では、当該指示信号を受信したことをトリガとして、制御回路５０が、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とから補正値を導出してもよい。
この場合、リーダーライター１２からＲＦタグ１０へ送信される複数種類の指示信号として、第１実施形態の指示信号に比べて、補正値の導出及び補正値データ４８Ａのメモリ回路４８への記憶を指示する指示信号（以下、「補正値導出信号」という）が追加される。ＩＣチップ２０の制御回路５０は、図５に例示した動作の流れにおいて、受信した指示信号が、補正値導出信号であるか否かを判定するステップと、補正値導出信号である（肯定判定である）場合、補正値の導出及び補正値データ４８Ａのメモリ回路４８への記憶を実行するステップ（動作）と、を追加すればよい。なお、この場合、補正値導出信号（１つの指示信号）により、補正値の導出及び補正値データ４８Ａのメモリ回路４８への書込の２つの動作を指示するようにしているが、これに限らず、補正値の導出を指示する指示信号と、補正値データ４８Ａのメモリ回路４８への書込を指示する指示信号とを別の信号としてもよい。
また例えば、リーダーライター１２が送信した補正値データ４８ＡをＲＦタグ１０が送信し、制御回路５０が受信した補正値データ４８Ａをメモリ回路４８に記憶させてもよい。
この場合、リーダーライター１２からＲＦタグ１０へ送信される複数種類の指示信号として、第１実施形態の指示信号に比べて、リーダーライター１２が送信した補正値データ４８Ａを受信し、受信した補正値データ４８Ａをメモリ回路４８へ記憶させる補正値書込信号が追加される。ＩＣチップ２０の制御回路５０は、図５に例示した動作の流れにおいて、受信した指示信号が、補正指示書込信号であるか否かを判定するステップと、補正値書込信号である（肯定判定である）場合、リーダーライター１２から受信した補正値データ４８Ａのメモリ回路４８への記憶を実行するステップ（動作）と、を追加すればよい。
また、本実施形態のＩＣチップ２０では、水分検出用の閾値を予め定めておき、上記補正値により補正を行った状態で、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力との差分が閾値以上であるか否かを比較回路４７が比較し、差分が閾値以上である場合に、水分が有ることを検出する。そのため、本実施形態のＩＣチップ２０では、制御回路５０が、メモリ回路４８から補正値データ４８Ａを読み出して、比較回路４７に出力する。
周辺に水分が無い状態では、例えば、図９Ａに示したように、比較回路４７に、Ａ／Ｄ変換回路３５から通信用アンテナ起電力として「３０」が、Ａ／Ｄ変換回路４５から水分検出用アンテナ起電力として「２１」が入力される。比較回路４７は、水分検出用アンテナ起電力と、制御回路５０から入力された補正値である「９」を水分検出用アンテナ起電力に加算した値（２１＋９＝３０）との差分が閾値である「６」以上であるか否かを比較結果として、制御回路５０に出力する。
図９Ａに示した状態では、比較回路４７は、差分が閾値未満であることを表す情報を比較結果として制御回路５０に出力する。この場合、制御回路５０は、水分が無いことを検出し、比較結果としてリーダーライター１２に送信させる（図５、ステップＳ１０８参照）。
一方、周辺に水分が有る状態では、例えば、図９Ｂに示したように、比較回路４７に、Ａ／Ｄ変換回路３５から通信用アンテナ起電力として「３０」が、Ａ／Ｄ変換回路４５から水分検出用アンテナ起電力として「１１」が入力される。比較回路４７は、水分検出用アンテナ起電力と、制御回路５０から入力された補正値である「９」を水分検出用アンテナ起電力に加算した値（１１＋９＝２０）との差分が閾値である「６」以上であるか否かを比較結果として、制御回路５０に出力する。
図９Ｂに示した状態では、差分が閾値以上であるため、比較回路４７は、差分が閾値以上であることを表す情報を比較結果として制御回路５０に出力する。この場合、制御回路５０は、水分が有ることを検出し、比較結果としてリーダーライター１２に送信させる（図５、ステップＳ１０８参照）。なお、差分が閾値以上の場合、制御回路５０は、比較回路４７から差分（図９Ｂに示した場合では、「１０」）及び補正値により補正した水分検出用アンテナ起電力のデジタル値を取得の少なくとも一方を取得し、これに基づいて水分量を表す情報をリーダーライター１２に出力してもよい。例えば、減少する起電力と水分量との対応関係が予め得られている場合は、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力との差分と、当該対応関係とに基づいて水分量を導出し、導出した水分量をリーダーライター１２に出力してもよい。
このように、本実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ起電力及び水分検出用アンテナ起電力を数値化して水分の検出に用いているため、閾値の設定は、補正値の付加等を容易に行うことができる。そのため、上述した製造ばらつき等の影響を抑制することができ、水分の検出精度を向上することができる。
［第３実施形態］
一般的に、リーダーライターから受信した電波により、ＲＦタグで発生する起電力は、ＲＦタグとリーダーライターとの距離に応じて変化する。ＲＦタグとリーダーライターとの距離が長くなるほど、電波が減衰し、強度が弱まるため、ＲＦタグで発生する起電力が減少する。そこで、本実施形態のＲＦタグ１０では、リーダーライター１２とＲＦタグ１０との距離（以下、「通信距離」という）を考慮して、水分の検出を行う場合について説明する。
本実施形態のＲＦＩＤシステム１の構成は、第１実施形態のＲＦＩＤシステム１（図１参照）と同様である。また、本実施形態のＲＦタグ１０の構成も、第１実施形態のＲＦタグ１０（図２参照）と同様である。一方、本実施形態のＩＣチップ２０の構成は、第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。
図１０には、本実施形態のＩＣチップ２０の一例の構成を表すブロック図を示す。図１０に示すように、本実施形態のＩＣチップ２０は、第２実施形態のＩＣチップ２０（図７参照）と同様に、ＲＦ制御回路３０がＡ／Ｄ（analog／digital）変換回路３５をさらに備え、センサー回路４０がＡ／Ｄ変換回路４５を備える点で第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。また、本実施形態のＩＣチップ２０は、センサー回路４０が相対比較回路４９を備える点で第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。さらに、図１０に示すように、本実施形態のＩＣチップ２０は、メモリ回路４８に、補正値データ４８Ａ、参照値データ４８Ｂ、及び閾値データ４８Ｃが格納されている点で、第１実施形態のＩＣチップ２０（図３参照）と異なっている。詳細は後述するが、補正値データ４８Ａは、第２実施形態のＩＣチップ２０における補正値データ４８Ａと同様である。また、参照値データ４８Ｂは、補正値データ４８Ａを取得した際の通信用アンテナ起電力のデジタル値を表すデータである。また、閾値データ４８Ｃは、第２実施形態のＩＣチップ２０における水分検出に用いた閾値と同様の閾値を表すデータである。
相対比較回路４９は、参照値を用いることにより、Ａ／Ｄ変換回路３５から入力されたデジタル値と、Ａ／Ｄ変換回路４５から入力されたデジタル値とを相対的に比較することにより、通信距離に応じた起電力の変化の補正を行う。
次に、本実施形態のＩＣチップ２０の動作について説明する。動作の全体的な流れは、第１実施形態のＩＣチップ２０の動作（図５参照）と同様であるが、本実施形態では、水分の検出動作が異なるため、本実施形態のＩＣチップ２０における水分検出動作について説明する。
第２実施形態では、補正値により、水分検出用アンテナ起電力を補正していた。しかしながら、上述のように通信距離によりＣチップ２０、通信用アンテナ２２、及び水分検出用アンテナ２４の製造ばらつきや、ＲＦタグ１０の使用状況（周囲の環境や貼り付け状態等）に応じて、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とがばらつく場合がある。
この場合、本実施形態のＲＦタグ１０と異なり、例えば、第２実施形態のＲＦタグ１０では、図１１Ａに示すように、周辺に水分が無い状態で、かつ通信距離が遠い場合（図８に示した場合よりも遠い場合）、通信用アンテナ起電力が２Ｖでデジタル値が「２０」であり、水分検出用アンテナ起電力が１．４Ｖでデジタル値が「１４」であったとする。ここで補正値が「９」であると、水分が無いにもかかわらず、通信用アンテナ起電力と補正後の水分検出用アンテナ起電力とが異なり、通信用アンテナ起電力に比べて、補正後の水分検出用アンテナ起電力の方が大きくなってしまう。そのため、図１１Ａに示した場合では、水分の検出精度が低下してしまう。
また例えば、第２実施形態のＲＦタグ１０では、図１１Ｂに示すように、周辺に水分が無い状態で、かつ通信距離が近い場合（図８に示した場合よりも近い場合）、通信用アンテナ起電力が４Ｖでデジタル値が「４０」であり、水分検出用アンテナ起電力が２．８Ｖでデジタル値が「２８」であったとする。ここで補正値が「９」であると、水分が無いにもかかわらず、通信用アンテナ起電力と補正後の水分検出用アンテナ起電力とが異なり、通信用アンテナ起電力に比べて、補正後の水分検出用アンテナ起電力の方が小さくなってしまう。そのため、図１１Ｂに示した場合では、水分の検出精度が低下してしまう。
これに対して、本実施形態のＩＣチップ２０では、予め、第２実施形態のＩＣチップ２０と同様に、補正値を取得し、補正値の補正値データ４８Ａ、及び補正値を取得した際の通信用アンテナ起電力のデジタル値を参照値として取得し、参照値データ４８Ｂをメモリ回路４８に記憶させておく。なお、本実施形態のＩＣチップ２０では、上述のように、水分の検出に用いる閾値を表す閾値データ４８Ｃを予めメモリ回路４８に記憶させておく。
例えば、ＩＣチップ２０の制御回路５０が補正値を取得した際に、図１２Ａに示したように通信用アンテナ起電力が「２０」であり、水分検出用アンテナ起電力が「１４」の場合、その差分である「９」を、制御回路５０が取得して、補正値データ４８Ａとしてメモリ回路４８に記憶させておくと共に、水分検出用アンテナ起電力の「２０」を参照値データ４８Ｂとしてメモリ回路４８に記憶させておく。また、図１２Ａに示した場合では、補正値である「４」を表す閾値データ４８Ｃがメモリ回路４８に予め記憶されている。
本実施形態では、相対比較回路４９が比較を行う際に、制御回路５０が、メモリ回路４８から補正値データ４８Ａ、参照値データ４８Ｂ、及び閾値データ４８Ｃを読み出して、相対比較回路４９に出力する。
この後、水分の検出を行う場合、例えば、図１２Ｂに示したように、通信距離が近くなると、通信用アンテナ起電力及び水分検出用アンテナ起電力の各々は大きくなる。なお、図１２Ｂは、周辺に水分が無い状態を表している。
図１２Ｂに示した場合では、通信用アンテナ起電力が「４０」であり、参照値である「２０」の２倍となっている。そのため、相対比較回路４９は、補正値データ４８Ａの補正値「９」を２倍にした値である「１８」を補正値として用いて、水分検出用アンテナ起電力を補正する。そのため、図１２Ｂに示した場合では、補正後の水分検出用アンテナ起電力は、「４０」（２８＋１８＝４０）となる。
また、相対比較回路４９は、閾値データ４８Ｃの閾値「４」を２倍にした値である「８」を閾値として用いて、通信用アンテナ起電力と補正後の水分検出用アンテナ起電力との差分が閾値未満であるか否かを比較した比較結果を制御回路５０に出力する。
図１２Ｂに示した場合では、通信用アンテナ起電力と補正後の水分検出用アンテナ起電力とが同じとみなせるため、差分が閾値未満となり、制御回路５０は、水分が無いことを検出する。
このように、本実施形態のＲＦタグ１０では、通信距離に応じた起電力から、補正値と閾値とを相対的に変動させていため、水分の検出精度を向上することができる。
以上説明したように、上記各実施形態のＲＦタグ１０は、リーダーライター１２から送信された電波を受信し、かつ水分を検出する際に使用される水分検出用アンテナ２４と、リーダーライター１２から送信された電波を受信し、かつリーダーライター１２へ電波を送信する通信用アンテナ２２と、水分検出用アンテナ２４が受信した電波により生じた水分検出用アンテナ起電力と、通信用アンテナ２２が受信した電波により生じた通信用アンテナ起電力との比較結果を、通信用アンテナ２２を用いてリーダーライター１２に送信させる制御を行う制御回路５０と、を備える。
このように、上記各実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ２２と水分検出用アンテナ２４と２種類のアンテナを備えている。これにより通信用アンテナ２２に対する水分の影響を抑制することができるため、通信特性の劣化を抑制することができる。
また、上記各実施形態のＲＦタグ１０では、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とを比較した比較結果に基づいて、水分の有無を検出しているため、通信用アンテナ起電力のみを用いる場合に比べて、水分の検出精度を向上させることができる。
また、上記各実施形態のＲＦタグ１０では、リーダーライター１２から受信した電波により発生された起電力からＩＣチップ２０の各部を動作させるための電源電圧を得ている。そのため、消費電力を抑制すると共に、バッテリー等の電源を搭載する必要がない。そのため、電源の搭載を要する他の検出装置に比べて、小型化及び低価格化することができる。
また、上記各実施形態のＲＦタグ１０では、検出対象の液体に直接接触することなく、間接的な接触でも水分の検出を行うことができる。そのため、ＲＦタグ１０が検出対象の水分により汚染されるのを抑制することができる。これにより、例えば、ＲＦタグ１０の管理や製造コストを抑制することができる。
このような、上記各実施形態のＲＦタグ１０の利用形態としては、特に限定されないが、例えば、図１４に示すように、紙おむつ１５０への排泄を検知するのに適用してもよい。この場合、図１４に示すように、紙おむつ１５０の給水ポリマ１５２の上部（足から離れた側）にＲＦタグ１０を貼りつけておけばよい。この場合も、紙おむつ１５０の外側からＲＦタグ１０を貼り付けることができるため、排泄によりＲＦタグ１０が汚染されるのを抑制することができる。また、紙おむつ１５０を廃棄する際は、ＲＦタグ１０を剥がして紙おむつ１５０のみを廃棄すればよく、ＲＦタグ１０を再利用することが可能となる。
また、上記図６に示したように、容器１００や容器１０２等にＲＦタグ１０を貼り付けておくことにより、水分の有無の検出や、水分が所定量を超えたか否かの検出にＲＦタグ１０を利用することができることはいうまでもない。
なお、ＲＦタグ１０が水分に完全に接触した状態では、水分が周辺に無い状態と同様に、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とは同等とみなせることができる。そのため、ＲＦタグ１０が水分に完全に接触した状態を初期状態とし、通信用アンテナ起電力と水分検出用アンテナ起電力とが同等とみなせる状態から、水分検出用アンテナ起電力が変化した場合に、ＲＦタグ１０に水分が接触していないこと、もしくは接触する水分が減少したことを検出するようにしてもよい。
なお、通信用アンテナ２２及び水分検出用アンテナ２４の形状は、上記各実施形態（図２参照）に限定されない。例えば、図１３Ａに示すように、水分検出用アンテナ２４のアンテナ素子２４Ｂを直線状に配線してもよい。この場合、アンテナ素子２４Ｂの配線方向の長さが長くなるため、水分がＲＦタグ１０に近付いたことを早期に検出することができる。例えば、図６に示した場合では、容器１００や容器１０２の外側に図１３に示したＲＦタグ１０を貼り付けておくことにより、液体１１０の水面の接近を、上記各実施形態のＲＦタグ１０よりも早期に検出することができる。また、図１３Ａに示した場合では、通信用アンテナ２２（アンテナ素子２２Ａ及びアンテナ素子２２Ｂ）と、検出対象の水分との距離を十分に離すことができるため、水分が通信用アンテナ２２に与える影響が抑制され、通信特性が安定する。これにより、例えば、通信距離が長距離化することができる。
また例えば、図１３Ｂに示すように、水分検出用アンテナ２４のアンテナ素子２４Ｂが配線された領域の配線方向の長さＬ１を上記各実施形態や図１３ＡのＲＦタグ１０におけるアンテナ素子２４Ｂが配線された領域の配線方向の長さ（図１３、Ｌ１参照）よりも短くしてもよい。このように、長さＬ１を短くすることにより、ＲＦタグ１０を小型化することができる。なお、この場合、水分検出用アンテナ起電力への影響を考慮すると、水分検出用アンテナ２４をプラス・マイナス一対のアンテナのうち、マイナスのアンテナとすることが好ましい。
また、その他、通信用アンテナ２２及び水分検出用アンテナ２４の形状、配置、配線の仕方は、通信及び起電力に与える影響を考慮すれば、特に限定されるものではない。例えば、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂ、アンテナ素子２４Ａ、２４Ｂの折りたたみ方を、上記各実施形態と異ならせてもよい。また、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂ、アンテナ素子２４Ａ、２４Ｂを湾曲させた状態に、例えば円を描くように配線してもよい。
なお、上記各実施形態や、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、通信用アンテナ２２の配線方向と水分検出用アンテナ２４の配線方向とが交差した形状、いわゆるクロス構造とすることにより、通信用アンテナ２２と検出対象の水分との距離を確保することができるため、水分が通信に与える影響を抑制することができ、通信特性の劣化を抑制することができる。
なお、上記第２実施形態及び第３実施形態では、ＲＦ制御回路３０がＡ／Ｄ変換回路３５を備え、センサー回路４０がＡ／Ｄ変換回路４５を備える形態について説明したが当該形態に限定されない。例えば、Ａ／Ｄ変換回路３５とＡ／Ｄ変換回路４５とを共通化してもよい。この場合、通信用アンテナ起電力の変換と水分検出用アンテナ起電力の変換とがシリアルに行われるため処理時間を要するが、ＩＣチップ２０が小型化される。
また、その他の上記各実施形態で説明したＲＦＩＤシステム１、ＲＦタグ１０、及びＩＣチップ２０等の構成及び動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。
１０ ＲＦタグ
２０ ＩＣチップ
２２ 通信用アンテナ
２２Ａ、２２Ｂ アンテナ素子
２４ 水分検出用アンテナ
２４Ａ、２４Ｂ アンテナ素子
３０ ＲＦ制御回路
３２ 整流回路
３４ 電源回路
３５ Ａ／Ｄ変換回路
３６ 復調回路
３８ 変調回路
４０ センサー回路
４２ 整流回路
４４ 電源回路
４５ Ａ／Ｄ変換回路
４７ 比較回路
４８ メモリ回路
４９ 相対比較回路
５０ 制御回路

Claims (7)

  1. 外部装置から送信された電波を受信し、かつ水分を検出する際に使用される水分の検出用アンテナと、
    前記外部装置から送信された電波を受信し、かつ前記外部装置へ電波を送信する通信用アンテナと、
    前記検出用アンテナが受信した電波により生じた第１起電力と、前記通信用アンテナが受信した電波により生じた第２起電力との比較結果を、前記通信用アンテナを用いて前記外部装置に送信させる制御を行う制御部と、
    を備えた検出装置。
  2. 前記検出用アンテナの配線方向と前記通信用アンテナの配線方向とが交差している、
    請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記検出用アンテナは、前記制御部を挟んで対向する位置に配置された第１検出用アンテナ素子及び第２検出用アンテナ素子を含み、
    前記通信用アンテナは、前記制御部を挟んで対向する位置に配置された第１通信用アンテナ素子及び第２通信用アンテナ素子を含む、
    請求項１または請求項２に記載の検出装置。
  4. 前記検出用アンテナの配線方向及び前記通信用アンテナの配線方向が前記制御部が設けられた位置において交差している、
    請求項３に記載の検出装置。
  5. 前記第１検出用アンテナ素子及び前記第２検出用アンテナ素子の少なくとも一方が、屈曲部を有する形状、または湾曲部を有する形に配線されている、
    請求項３または請求項４に記載の検出装置。
  6. 前記第１検出用アンテナ素子、前記制御部、及び前記第２検出用アンテナ素子は、所定の方向に沿って配置されており、
    前記第１検出用アンテナ素子が配線された領域の前記所定の方向に沿った長さと、前記第２検出用アンテナ素子が配線された領域の前記所定の方向に沿った長さが異なる、
    請求項３または請求項４に記載の検出装置。
  7. ＲＦＩＤ用のＲＦタグである、
    請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検出装置。
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