JP2023171993A - 情報処理装置、情報分析システム及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】状態量を検出するためには、情報処理装置に加えてセンシングデバイスを接続する必要があった。【解決手段】情報処理装置であって、少なくとも第１のチップと第２のチップを有し、第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、第２のチップは、第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、第１のチップと第２のチップは、互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記第２の受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を、第２の検出部で検出する、情報処理装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、情報処理装置、情報分析システム及び計測方法に関する。

コイルを有する複数のチップを水平方向に集積し、コイル間に生じる誘導結合を利用してチップ間で無線通信を行うことにより実装形状及び形状の変化により柔軟に対応可能な情報処理装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０２１－８７０４４号公報

状態量を検出するためには、センシングデバイスと、当該センシングデバイスによる検出信号をデジタルデータとして取得する情報処理装置が必要となる。

特許文献１では、コイル間に生じる誘導結合を利用してチップ間で無線通信を行うことにより、実装形状及び形状の変化により柔軟に対応可能な情報処理装置が開示されているものの、当該情報処理装置にはセンシング機能が無く、状態量を検出するためには、情報処理装置に加えてセンシングデバイスを接続する必要があった。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、センシング機能と情報処理機能を有する情報処理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、本発明は、情報処理装置であって、少なくとも第１のチップと第２のチップを有し、前記第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と前記第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、前記第２のチップは、前記第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、前記第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、前記第１のチップと第２のチップは、互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記第２の受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を、前記第２の検出部で検出する、ことを特徴とする情報処理装置を提供する。

その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、センシング機能と情報処理機能を有する情報処理装置を提供することができる。

本実施形態の情報処理装置１００の機能構成を示す図である。 本実施形態の情報処理装置１００のチップ間で無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。 本実施形態の２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 本実施形態の２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 本実施形態の２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 本実施形態の２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 本実施形態の情報処理装置１００の詳細な実装回路の一例を示した図である。 本実施形態の送信側チップの送信信号、受信コイルの誘起電圧V、及び受信側チップの受信信号の時間変化をそれぞれ示す図である。 本実施形態のチップの位置関係の変化が発生した場合の受信コイルに発生する誘起電圧Vの時間変化の一例を示す図である。 本実施形態において情報処理装置が振動等の状態量を検出する動作フローチャートを示す図である。 実施例２における情報処理装置１００の機能構成の一例を示す図である。 実施例２におけるチップ１１０、１２０、１３０が無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。 実施例２における多数のチップを互いに通信可能に配置した例を示している。 実施例３におけるチップ１１０とチップ１２０が無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。 実施例３における２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 実施例３における２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 実施例３における２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 実施例３における２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。 実施例４におけるチップ５００の有する機能を示す図である。 実施例４におけるチップを材料に混ぜた場合の複数チップ間における無線通信の状態を示す図である。 複数の情報処理装置１００を用いた情報分析システムの構成図を示す図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明は、たとえば以下のような構成を備える。

［項目１］
情報処理装置であって、
少なくとも第１のチップと第２のチップを有し、
前記第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と前記第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、
前記第２のチップは、前記第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、前記第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、
前記第１のチップと第２のチップは、互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記第２の受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を、前記第２の検出部で検出する、ことを特徴とする情報処理装置。
［項目２］
前記第２の検出部は、前記第２の受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、項目１に記載の情報制御装置。
［項目３］
前記第２のチップは、第２の送信コイルと、前記第２の検出部で検出された電圧又は電流の検出情報を記録するメモリと更に備える、ことを特徴とする項目１又は２に記載の情報処理装置。
［項目４］
前記第１及び第２のチップに加えて、第３の送信アンテナと第３の受信アンテナと外部通信機器との通信を行う外部通信制御部とを備えた第３のチップを備え、
当該第３のチップは、前記検出情報を前記第３の受信アンテナを介して受信して、当該検出情報を前記外部通信制御部により前記外部通信機器に出力する、ことを特徴とする項目３に記載の情報処理装置。
［項目５］
前記検出部は、CPUで構成される、項目１に記載の情報処理装置。
［項目６］
第１のチップと前記第のチップは母材上に隣接して配置されており、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルは、略水平方向に並んで配置される、項目１に記載の情報処理装置。
［項目７］
第１のチップと前記第のチップは母材を介して正対する位置に隣接して配置されており、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルは、互いに正対する位置に配置される、ことを特徴とする項目１に記載の情報処理装置。
［項目８］
前記第１のチップと前記第２のチップの一方が回転体の回転子側に備えられ、
前記第１のチップと前記第２のチップの他方が回転体の固定子側に備えられ、
前記回転子が前記固定子に対して回転移動を行うことにより、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルが互いに正対する相対位置の状態と、正対しない相対位置の状態とを繰り返す、ことを特徴とする項目７に記載の情報処理装置。
［項目９］
互いに無線通信可能な複数のチップで構成される情報処理装置であって、
前記チップは、
送信信号を生成する送信制御部と、
前記送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する送信コイルと、
他のチップから前記送信信号を受信する受信コイルと、
前記受信コイルの電圧又は電流を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、自チップが他チップと互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、自チップと他チップとの相対位置の変化、又は自チップに加わる振動、又は温度変化、又は圧力変化、又は電磁波を検出する、ことを特徴とする情報処理装置。
［項目１０］
前記検出部は、前記受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、項目９に記載の情報制御装置。
［項目１１］
互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置される第１及び第２のチップとを有する情報処理装置と、当該情報処理装置から取得した情報を分析する分析装置と、を備える情報分析システムであって、
前記第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と前記第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、
前記第２のチップは、前記第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、前記第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、
前記分析装置は、前記第の検出部で検出された電圧又は電流の情報を取得し、当該情報に含まれる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、ことを特徴とする情報分析システム。
［項目１２］
前記分析装置は、前記情報に含まれる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、項目１１に記載の情報分析システム。
［項目１３］
互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置される第１のチップと第２のチップを利用した計測方法であって、
前記第１のチップで送信信号を生成するステップと、
前記送信信号を前記第１のチップに設けられた送信コイルから送信するステップと、
前記第２のチップに設けられた受信コイルで前記送信信号を受信するステップと、
前記受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出するステップと、を有することを特徴とする計測方法。
［項目１４］
前記所定条件とは、前記受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少することである、項目１３に記載の計測方法。

＜実施の形態の詳細＞
本発明の一実施形態に係る情報処理装置１００の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号及び名称が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

＜実施例１＞
図１は、本実施形態の情報処理装置１００の機能構成の一例を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の情報処理装置１００は、少なくとも２つのチップ１１０、１２０を有する。チップ１２０は、送信コイル１２２と、当該送信コイルに送信信号を供給する送信制御部１２８と、送信制御部に電力を供給する電源部１２６を備える。チップ１１０は、前記送信コイル１２２と誘導結合することにより電圧（または電流）が発生する受信コイル１１１と、当該受信コイルに発生する電圧または電流（アナログ信号）をデジタル信号として検出する検出部１１７と、検出部１１７に電力を供給する電源部１１６を備える。検出部は、受信コイルに発生する電圧または電流を検出して、当該検出値に基づいて、送信コイルから送信される信号と共に、チップ１１０とチップ１２０の位置関係の変化に起因する電圧または電流の変化を検出する。ここで、電源部１１６，１２６は、チップ外部から給電を受ける受電機能、又はチップ内部に電力を蓄える蓄電機能、又はチップ内部で発電を行う発電機能のすくなくともいずれかで構成されている。また、チップ１２０の送信制御部１２８はCPUで構成することができ、チップ１１０の検出１１７も同様にCPUで構成することができる。

図２は、チップ間で無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。チップ１２０は電源部と接続された送信コイル１２２がチップの外周部分に設けられており、チップ１１０には受信コイル１１１がチップの外周部分に設けられている。図２に示す通り、チップ１１０と１２０は、互いに近接した位置に配置されることにより、各コイル間で誘導結合を利用した無線通信が可能となる。また、各チップのコイル径は約３００μｍ程度、隣接チップとのコイル間距離は約４０μｍ程度まで小型化することが可能である。

図２に示す例では、チップ１１０とチップ１２０が同一の母材２００上に固定されることにより、誘導結合が可能な距離に両チップが配置される例を示している。ここで母材は、衣服等に利用されるやわらかい布や変形する弾性体の部材などで構成することができ、そのような場合には、母材が変形することによりチップ１１０とチップ１２０の位置関係が変化するため、受信コイルには、送信コイルに流れる電流の変化だけではなく、チップ１１０とチップ１２０の位置関係の変化に起因して電圧または電流の変化が発生する。そのため、検出部において、上述したチップの位置関係の変化に起因して受信コイルに発生する電圧または電流の変化を検出することにより、チップの位置関係の変化を検出することができる。

＜位置関係変化の検出原理＞
図３－１～図３－４は、２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。図３－１は、チップ１１０とチップ１２０とが敷設平面上で互いに離れる方向（Ｘ軸方向で離れる方向）に相対移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、受信コイル１１１と送信コイル１２２のコイル間距離は大きくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２に生じる電流の変化に起因して受信コイルに発生する電圧又は電流の振幅（電圧又は電流検出値の絶対値の最大値）は小さくなる。センシングの一例として、母材２００が熱膨張することにより上記したようにチップ１１０と１２０の距離が緩やかに増加するため、検出部で検出した受信コイルの電圧又は電流の振幅が、所定値よりも低い速度（周期）で変化した場合に、環境温度の変化を検出することができる。また、母材に加わるＸ軸方向の圧力が変化することによっても、母材が変形して、コイル間距離が変化するため、上記した通り、所定値よりも低い速度（周期）の電圧又は電流の振幅の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わるＸ軸方向の圧力変化を検出することができる。

また、母材２００に図中のＸ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図３－２は、チップ１１０とチップ１２０が、各コイルの巻線軸の方向（Ｙ軸方向）沿って互いに逆方向に相対移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、上記した移動に伴って、受信コイル１１１と送信コイル１２２のコイル間距離は大きくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２に生じる電流の変化に起因して受信コイル側に発生する電圧又は電流の変化量は小さくなる。そのため、母材２００に図中のＹ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図３－３は、チップ１１０とチップ１２０が、敷設平面上を互いに前後方向（Ｚ軸方向）にスライドするように相対移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、上記した移動に伴って、受信コイル１１１と送信コイル１２２の相対する面のコイルのオーバーラップ距離は小さくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２に生じる電流の変化に起因して受信コイルに発生する電圧又は電流の振幅は小さくなる。そのため、母材２００に図中のＺ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い速度（周期）の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図３－４は、チップ１１０とチップ１２０が、チップ間の対抗する辺の方向（Ｚ軸）を回転軸として、チップの相対角度が小さくなる方向に回転することで、チップ間の相対角度が１８０度よりも小さい所定角度θとなるように、相対位置が変化した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、引用文献１にも開示されている通り、上記したコイルの相対角度θが減少するにしたがって、受信コイル１１１と送信コイル１２２の結合係数が単調に増加し、送信コイル１２２に生じる電流の変化に起因して受信コイルに発生する電圧又は電流の振幅は大きくなることが知られている。そのため、母材２００に図中のＺ軸周りに振動が加わることにより、上記したコイル間の相対角度が高い周期で変化するため、所定値よりも高い速度（周期）の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図４は、図１及び図２で示した情報処理装置１００の詳細な実装回路の一例を示した図である。図に示す通り、チップ１２０には、チップの周辺部に配置された送信コイル１２２と、送信コイルへ電流信号を出力する送信回路１２３と、電流信号を生成するコア回路１２５（送信制御部１２８）と、コア回路へ電力を供給する電源部１２６とが実装されている。また、チップ１１０には、チップ周辺部に配置された受信コイル１１１と、受信コイルに印加された電圧又は電流を受信する受信回路１１３と、受信回路１１３で受信した電圧又は電流を検出するコア回路１１５（検出部１１７）と、コア回路１１５へ電力を供給する電源部１１６とを備えている。コア回路１１５、１２５は例えばCPUで構成されている。送信側のコア回路１２５は送信制御部１２８の機能を有し、後述する図５に示す送信信号を生成して、送信回路１２３は当該送信信号に応じた電流を送信コイルへ出力する。

図５は、送信側チップのコア回路１２５で生成される送信信号、受信側チップの受信コイル１１１に発生する電圧V、及び受信側チップのコア回路１１５（検出部）で生成される受信信号の時間変化をそれぞれ示している。送信信号はHigh又はLowの二値信号（パルス信号）であり、送信信号のパルスがLowからHighに立ち上がったタイミングから遅れ時間経過後に、受信コイルに正側の電圧Vが発生する。検出部（コア回路１１５）では、この電圧が正の所定しきい値を超えた場合に、受信信号をLowからHighに立ち上げる。送信信号がHighからLowに変化した場合も同様に、遅れ時間経過後に、受信コイルに負側の電圧Vが発生し、検出部（コア回路１１５）で、この電圧Vが負の所定しきい値を下回った場合に、受信信号をHighからLowに変化させる。

図６は、チップの位置関係の変化が発生した場合の受信コイルに発生する電圧Vの時間変化の一例を示す図である。チップ間の位置関係が変化する前の定常状態における電圧V（点線）に比べて、図３－１から３－３に示すように各チップのコイル間の位置関係が変化して、誘導結合の結合係数が低くなった場合には、受信信号の信号変化時（HighからLow,又はLowからHigh）に受信コイルに発生する電圧Vの振幅は、チップの位置関係が変化していない定常状態における所定振幅値よりも小さくなる。（逆に、チップのコイル間の位置関係が変化して、誘導結合の結合係数が高くなった場合には、受信信号の信号変化時（HighからLow,又はLowからHigh）に受信コイルに発生する電圧Vの振幅は定常時よりも大きくなる。）また、送信信号のパルス周期は例えば0.2nsであり、チップのコイル間の位置関係が変化する周期よりも十分に短いため、電圧Vの振幅の変化に基づいて、誘導結合の結合係数の変化を検出することが可能であり、当該結合係数の変化に基づいて、チップ間の位置関係の変化を推定することができる。つまり、チップ間の位置関係を変化させる要因となる、振動、圧力変化又は温度変化などの状態量を検出することが可能となる。なお、定常状態における電圧Ｖの振幅と、前記状態量が変化した場合の電圧Ｖの振幅の値は、通信を行うチップ間の位置関係に応じて決まる値であるため、チップの位置関係が決まった後の例えばセンサー利用の運用時に情報処理装置において適宜設定することが可能である。

図６に示す例では、受信コイルに発生する誘起電圧の振幅が定常状態における所定値に比べて増加した状態又は減少した状態に基づいて、チップ間の位置関係の変化、振動、圧力変化又は温度変化を検出する例を説明したが、本発明はこれに限られず、受信コイルに発生する電流値の振幅に基づいて、チップ間の位置関係の変化、振動、圧力変化又は温度変化を検出することも可能である。また、受信コイルに発生する電圧や電流ではなく、検出部で検出された受信信号（図５に記載）の波形歪みの振幅に基づいて、上記した各状態量を検出することも可能である。

図７は、本実施形態において情報処理装置が振動等の状態量を検出する動作フローチャートを示す図である。まず、送信側チップのコア回路１２５が、無線通信により受信側チップに伝送される送信信号（電流）を送信コイルに流す（ステップ１０１）。次に、受信側チップのコア回路１１５が、受信コイルに発生する電圧を検出する（ステップ１０２）。次に、ステップ１０２で検出された電圧の振幅が、予め定められた所定の振幅値から変化しているか否かを判断し、変化している場合はステップ１０４の処理に遷移し、変化していない場合はステップ１０６の処理に遷移する（ステップ１０３）。次に、ステップ１０３の判断において、検出した電圧の振幅が、予め定められた所定の振幅値から変化していると判断した場合には、振動、圧力変化又は温度変化が発生していると判断する（ステップ１０４）。ここで、検出した電圧の振幅の変化周期に基づいて、振動、圧力変化、温度変化を切り分けて検出することも可能である。この一例としては、電圧振幅の変化周期が～１秒程度である場合には、振動の発生と判断し、電圧振幅の変化周期が１秒～１０秒程度であれば、圧力変化と判断し、電圧振幅の変化周期が１０秒以上であれば、温度変化と判断することができる。次に、ステップ１０３の判断において、検出した電圧の振幅が、予め定められた所定の振幅値から変化していないと判断した場合には、振動、電圧変化又は温度変化が発生していないと判断する（ステップ１０５）。

ここで、実施例１では、送信信号を送信するチップ１２０がCPUなどで構成される送信制御部１２８を有する実施形態を説明したが、本発明はこれに限られず、送信制御部１２８は、CPUではなく、所定の送信信号を送信する回路で構成することも可能である。

＜実施例２＞
上述した実施例１では、誘導結合による無線通信を行う二つのコイルの相対位置関係の変化を検出する例を示したが、本実施例では、３つ以上のチップの間で無線通信を行い、相対位置関係の変化を検出する実施形態を説明する。なお、実施例１で説明したものと同じ符号が付された部分は、実施例１と同様の機能を有するものとして、説明を省略する。

図８は、実施例２における情報処理装置１００の機能構成の一例を示す図である。図２に示されるように、本実施形態の情報処理装置１００は、少なくとも３つ以上のチップ１１０、１２０、１３０を有する。チップ１１０は、受信コイル１１１，検出部１１７、電源部１１６に加えて、送信コイル１１２と、送信コイル１１２から送信する送信信号を生成する送信制御部１１８と、検出部１１７で検出した状態量の検出情報を記録するメモリと１１９、を備えている。ここで、検出部１１７と送信制御部１１８とメモリ１１９は例えばCPUで構成される。

また、チップ１３０は、受信コイル１３１、送信コイル１３２、外部通信制御部１３８、電源部１３６を備えており、外部通信制御部を介して外部通信機器３００と通信を行う。外部通信制御部は、例えばCPUで構成されており、外部通信機器から検出情報の出力要求を受信した場合に、送信コイル１３２を介して検出情報の出力要求信号を送信する。この出力要求信号はチップ１１０の受信コイル１１１で受信される。送信制御部１１８は、この出力要求信号に基づいて、メモリ１１９に記録されている検出情報を読み出して、送信コイル１１２を介して読みだした検出情報を出力する。外部通信制御部は、受信コイル１３１を介して当該検出信号を受信し、外部通信機器３００に当該検出信号を出力する。

なお、各チップに設けられた送信コイルから送信される送信信号は、隣接するすべてのチップの受信コイルで受信される。つまり、隣接するチップに設けられた送信コイルと受信コイルは通信バスと同様の機能を有する。

図９は、実施例２におけるチップ１１０、１２０、１３０が無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。図９に示す通り、チップ１２０は、チップ１１０及びチップ１３０と隣接しているため、送信コイル１２２から送信された送信信号は、受信コイル１１１及び１３１の両方で受信される。

図１０は、更に多くの７枚のチップを互いに通信可能に配置した例を示している。図１０に示す配置構成においては、チップ１３０から送信された送信信号は、隣接する他のチップ（１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０）で受信することができる。

＜実施例３＞
上述した実施例１及び２では、複数のチップが平面上に隣接して配置される例を示したが、本実施例では、チップ面が正対する方向に複数のチップが積層配置され、チップの間で無線通信を行う場合において、相対位置関係の変化を検出する実施形態を説明する。なお、実施例１や２で説明したものと同じ符号が付された部分は、実施例１と同様の機能を有するものとして、説明を省略する。

図１１は、チップ１１０とチップ１２０が無線通信を行う原理を説明するためのハード構成図を示す図である。チップ１１０と１２０は、チップ１１０の受信コイル１１１とチップ１２０の送信コイル１２２とが互いに正対する位置に配置されることにより、両コイル間で誘導結合を利用した無線通信が可能となる。

また、図１１に示す例では、チップ１１０とチップ１２０が母材２１０を挟んで近接する位置に固定されることにより、誘導結合が可能な距離に両チップが配置される例を示している。ここで母材は、変形する弾性体の部材などで構成することができ、そのような場合には、チップ１１０とチップ１２０の位置関係が変化するため、受信コイルには、送信コイルから送信された電気信号だけではなく、チップ１１０とチップ１２０の位置関係の変化に起因して電圧または電流の変化が発生する。そのため、チップ１１０の検出部１１７において、上述したチップの位置関係の変化に起因して受信コイルに発生する電圧または電流の変化を検出することにより、より具体的には、受信コイルに発生する電圧又は電流値の振幅に基づいて、振動、圧力変化又は温度変化を検出することが可能である。

図１２－１～図１２－４は、２つのチップに配置される送信コイル１２２と受信コイル１１１の位置関係の変化を示す図である。図１２－１は、チップ１１０とチップ１２０とが互いに離れる方向（Ｙ軸方向で離れる方向）に相対移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、受信コイル１１１と送信コイル１２２のコイル間距離は大きくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２の生じる電流変化に起因して受信コイル側に発生する電圧又は電流の変化量は小さくなる。センシングの一例として、母材２１０が熱膨張することにより上記したようにチップ１１０と１２０の距離が緩やかに増加するため、所定値よりも低い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、環境温度の変化を検出することができる。また、母材に加わるＹ軸方向の圧力が変化することによっても、母材が変形して、コイル間距離が変化するため、上記した通り、所定値よりも低い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わるＹ軸方向の圧力変化を検出することができる。

また、母材２１０に図中のＹ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図１２－２は、チップ１１０とチップ１２０が、各コイルがＸ軸方向に相対的にスライド移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、上記した移動に伴って、受信コイル１１１と送信コイル１２２の相対する面のコイルのオーバーラップ距離は小さくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２の生じる電流変化に起因して受信コイル側に発生する電圧又は電流の変化量は小さくなる。そのため、母材２１０に図中のＸ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図１２－３は、チップ１１０とチップ１２０が、各コイルがＺ軸方向に相対的にスライド移動した場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、上記した移動に伴って、受信コイル１１１と送信コイル１２２の相対する面のコイルのオーバーラップ距離は小さくなるため、両コイル間に発生する誘導結合は小さくなり、送信コイル１２２の生じる電流変化に起因して受信コイル側に発生する電圧又は電流の変化量は小さくなる。そのため、母材２１０に図中のＺ軸方向に振動が加わることにより、上記したコイル間距離が高い周期で変化するため、所定値よりも高い周期の電圧又は電流の変化を検出部で検出した場合に、母材に加わる振動（脈拍、音、その他の振動など）を検出することができる。

図１２－４は、チップ１１０が回転体の回転子側、チップ１２０が回転体の固定子側にそれぞれ配置され、回転子が固定子に対して回転運動をする場合の各コイルの位置関係を示す図である。この場合、回転子が固定子に対して回転移動を行うことにより、送信コイル１１１と受信コイル１２２が互いに正対する相対位置の状態（図１２－４に示す状態）と、正対しない相対位置の状態（例えば、図１２－４に示す状態から回転子が１８０度回転した状態）とを繰り返す。そのため、上述した回転動作に伴って、受信コイル１１１と送信コイル１２２が正対する位置となる場合にはコイル間の誘導結合は大きくなり、受信コイル１１１と送信コイル１２２が正対する位置ではなくなった場合には、コイル間の誘導結合は小さくなる。そのため、回転子が回転することにより、上記したコイル間の距離が回転数の周期で変化するため、モーターなどの回転体の回転数（回転速度）を検出することができる。

＜実施例４＞
上述した各実施例では、複数のチップを、母材を介して互いに近接する位置に配置して、センサーを構成する例を説明したが、母材上の所定位置に複数のチップを固定するのではなく、複数のチップを用いてより簡易にセンサーを製造する例を説明する。なお、実施例１や２で説明したものと同じ符号が付された部分は、実施例１と同様の機能を有するものとして、説明を省略する。

図１３は、本実施形態におけるチップ５００の有する機能を示す図である。チップ５００は、受信コイル５０１と、送信コイル５０２と、電源部５０６と、検出部５０７と、送信制御部５０８と、メモリ５０９とを備える。これらの各機能ブロックの機能は、前述した実施例と同様の機能を有する。そのため、複数のチップ５００同士が通信可能な近接位置に配置された場合には、当該チップ間で無線通信を行うと共に、チップの相対位置の変化を検出することができる。ここで、検出部５０７、送信制御部５０８、メモリ５０９はCPUで構成することができる。

そのため、例えば、２個以上の多数のチップ５００をセメントやゴムなどの建設部材の材料に混ぜて利用する場合、各チップがどの位置に固定されるかはコントロールできないものの、近接する位置に固定されたチップ同士で無線通信を行うことが可能となる。図１４は、チップを材料に混ぜた場合の複数チップ間における無線通信の状態を示す図である。図１４に示す通り、近接する位置に位置するチップ間で無線通信を行うことができるため、当該チップの相対位置の変化を検出することができる。例えば、チップ５００が混ぜ込まれたゴム製のシートを床材として利用する場合には、床材のあらゆる位置における圧力の変化を検出することができる。また、チップ５００が混ぜ込まれた材料に加わる振動や温度変化も同様に検出することが可能となる。

図１５は、複数の情報処理装置１００を用いた情報分析システムの構成図を示す図である。上述した各実施形態において、複数の情報処理装置１００により検出された振動、圧力変化又は温度変化などの検出情報は、外部通信機器３００により収集され、通信回線を通じてクラウドサーバー４００に送信される。クラウドサーバーでは、大量の検出情報を分析して統計情報の生成などを行うことができる。ここで、上述した各実施形態では、チップ内の検出部にチップ間の相対位置の変化、又はチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化の検出機能を実装する例を説明したが、これに代えて、チップ内の検出部では電圧または電流の検出機能を実装し、チップから電圧または電流の検出情報を取得した外部通信機器３００又はクラウドサーバー４００が、検出情報の電圧値又は電流値の振幅が所定値から増加又は減少するという所定条件に基づいて、チップ間の相対位置の変化、又はチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化を検出する機能を有するようにしても良い。

上述した実施形態により、センサシステムを構成するために必要な要素として付随するコンピューティングチップそのものがセンシングデバイスとなるため、コンピューティングチップとセンシングデバイスを別々に設ける必要が無く、チップサイズのセンサシステムを構築することができる。更に、チップ間の相対位置関係の変化を計測できるため、この相対位置関係の変化と結びつけることができれば、あらゆる物理量を計測することが可能となる。また、コンピューティングチップに実装するソフトウェアを入れ替えることにより、異なる種類のセンサとして動作させることが可能となるため、センサシステムの設計コストを削減することができ、一つのセンサデバイスにより複数の物理量を計測することも可能となる。

上述した各実施例では、チップの相対位置の変化に起因して受信コイルに発生する電圧または電流の変化を検出することにより、振動、圧力変化又は温度変化などの状態量を推定することを説明したが、受信コイルに発生する電圧または電流は、電磁波が当たった場合に変化することが知られている。そのため、受信コイルに発生する電圧または電流の変化を検出することにより、情報処理装置に当たっている電磁波を計測することも可能である。

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１００ 情報制御装置
１１０、１２０、１３０、５００ チップ
１１１、１２１、１３１、５０１ 受信コイル
１１２、１２２、１３２、５０２ 送信コイル
１１３、１２３、１３３、５０３ 受信回路
１１４、１２４、１３４、５０４ 送信回路
１１５、１２５、１３５、５０５ コア回路
１２６、１１６、１３６、５０６ 電源部
１１７、１２７、１３７、５０７ 検出部
１１８、１２８、５０８ 送信制御部
１３９、５０９ メモリ
２００、２１０ 母材
３００ 外部通信機器
４００ クラウドサーバー

Claims (14)

1. 情報処理装置であって、
   少なくとも第１のチップと第２のチップを有し、
   前記第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と前記第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、
   前記第２のチップは、前記第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、前記第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、
   前記第１のチップと第２のチップは、互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記第２の受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を、前記第２の検出部で検出する、ことを特徴とする情報処理装置。
2. 前記第２の検出部は、前記第２の受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、請求項１に記載の情報制御装置。
3. 前記第２のチップは、第２の送信コイルと、前記第２の検出部で検出された電圧又は電流の検出情報を記録するメモリと更に備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. 前記第１及び第２のチップに加えて、第３の送信アンテナと第３の受信アンテナと外部通信機器との通信を行う外部通信制御部とを備えた第３のチップを備え、
   当該第３のチップは、前記検出情報を前記第３の受信アンテナを介して受信して、当該検出情報を前記外部通信制御部により前記外部通信機器に出力する、ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記検出部は、CPUで構成される、請求項１に記載の情報処理装置。
6. 第１のチップと前記第のチップは母材上に隣接して配置されており、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルは、略水平方向に並んで配置される、請求項１に記載の情報処理装置。
7. 第１のチップと前記第のチップは母材を介して正対する位置に隣接して配置されており、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルは、互いに正対する位置に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
8. 前記第１のチップと前記第２のチップの一方が回転体の回転子側に備えられ、
   前記第１のチップと前記第２のチップの他方が回転体の固定子側に備えられ、
   前記回転子が前記固定子に対して回転移動を行うことにより、前記第１の送信コイルと前記第２の受信コイルが互いに正対する相対位置の状態と、正対しない相対位置の状態とを繰り返す、ことを特徴とする請求項７に記載の情報処理装置。
   
9. 互いに無線通信可能な複数のチップで構成される情報処理装置であって、
   前記チップは、
   送信信号を生成する送信制御部と、
   前記送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する送信コイルと、
   他のチップから前記送信信号を受信する受信コイルと、
   前記受信コイルの電圧又は電流を検出する検出部と、を備え、
   前記検出部は、自チップが他チップと互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置され、前記受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、自チップと他チップとの相対位置の変化、又は自チップに加わる振動、又は温度変化、又は圧力変化、又は電磁波を検出する、ことを特徴とする情報処理装置。
10. 前記検出部は、前記受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、請求項９に記載の情報制御装置。
    
11. 互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置される第１及び第２のチップとを有する情報処理装置と、当該情報処理装置から取得した情報を分析する分析装置と、を備える情報分析システムであって、
    前記第１のチップは、送信信号を生成する第一の送信制御部と前記第一の送信制御部に接続されて前記送信信号を送信する第一の送信コイルを備え、
    前記第２のチップは、前記第１の送信コイルと誘導結合を行うことで前記送信信号を受信可能な第２の受信コイルと、前記第２の受信コイルに印加される電圧又は電流を検出する第２の検出部と、を備え、
    前記分析装置は、前記第の検出部で検出された電圧又は電流の情報を取得し、当該情報に含まれる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、ことを特徴とする情報分析システム。
12. 前記分析装置は、前記情報に含まれる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少する場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出する、請求項１１に記載の情報分析システム。
    
13. 互いに誘導結合による無線通信可能な近接位置に配置される第１のチップと第２のチップを利用した計測方法であって、
    前記第１のチップで送信信号を生成するステップと、
    前記送信信号を前記第１のチップに設けられた送信コイルから送信するステップと、
    前記第２のチップに設けられた受信コイルで前記送信信号を受信するステップと、
    前記受信コイルに生じる電圧又は電流の変化が所定条件を満たす場合に、前記第１のチップと第２のチップの相対位置の変化、又は前記第１及び第２のチップに加わる振動、又は圧力変化、又は温度変化、又は電磁波を検出するステップと、を有することを特徴とする計測方法。
14. 前記所定条件とは、前記受信コイルで前記送信信号を受信した際に生じる電圧又は電流の振幅が所定値から増加又は減少することである、請求項１３に記載の計測方法。
    
    

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